(57)【要約】【課題】  干渉計モジュールとＰＤモジュールの間の接続に光ファイバの融着が不要で、角度ずれや光軸ずれによる干渉光の損失、消光比の劣化および干渉縞の明暗の発生が少ない２光束合波回路を提供することを目的とする。【解決手段】  干渉する２光束を合波してその光強度に応じた電気信号を光検出器から出力する２光束合波回路において、干渉する２光束を集光する集光レンズと、この集光レンズで集光された２光束をその一端に入射して合波する光導波路と、この光導波路の他端からの出射光が垂直に入射される光検出器とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉する２光束を合波してその光強度に応じた電気信号を光検出器から出力する２光束合波回路において、
干渉する２光束を集光する集光レンズと、
この集光レンズで集光された前記２光束をその一端に入射して合波する光導波路と、
この光導波路の他端からの出射光を入射する光検出器と
を備えたことを特徴とする２光束合波回路。
【請求項２】
前記光検出器の受光面を前記光導波路の前記他端に貼り付けたことを特徴とする請求項１記載の２光束合波回路。
【請求項３】
前記光導波路の出射光を反射するミラーを備え、このミラーの反射光が前記光検出器に入射されることを特徴とする請求項１記載の２光束合波回路。
【請求項４】
斜めに研磨された前記光導波路の端面において全反射条件で反射された光が前記光検出器に入射することを特徴とする請求項１記載の２光束合波回路。
【請求項５】
斜めに研磨された前記光導波路の端面に反射ミラーが蒸着され、この反射ミラーで反射された光が前記光検出器に入射することを特徴とする請求項１記載の２光束合波回路。
【請求項６】
前記光導波路は前記２光束の蛇行が収束するに十分な長さを有することを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の２光束合波回路。
【請求項７】
前記光導波路として光ファイバを用いたことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載の２光束合波回路。
【請求項８】
前記光ファイバを曲げ、その前記一端に前記２光束が垂直に入射するようにしたことを特徴とする請求項７記載の２光束合波回路。
【請求項９】
差動位相変調された光信号を復調する復調器において、
前記光信号に基づいて干渉する２光束を出射する遅延干渉計と、
この遅延干渉計から出射された前記２光束を集光する集光レンズと、
この集光レンズで集光された前記２光束をその一端に入射して合波する光導波路と、
この光導波路の他端からの出射光を入射する光検出器と
を備えたことを特徴とする復調器。
【請求項１０】
前記光導波路として光ファイバを用いたことを特徴とする請求項９記載の復調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信、特に波長分割多重方式（ＷＤＭ）を採用した光ファイバ通信における差動位相変調信号の復調に使用する遅延干渉計等の出力信号光を、光検出器に入力させるための２光束合波回路およびこれを用いた復調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの急激な発展に伴い、ネットワークの高速化・大容量化への要望を実現するため、情報を電気信号ではなく光ファイバを伝送路とする光信号によって伝達する光ファイバ通信が開発及び実用化されている。このような光ファイバ通信において、さらに高速化・大容量化を実現するために、「波長の異なる光は互いに干渉しない」という光の性質を利用して、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を多重して伝送する高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）が注目されている。
【０００３】
上記ＤＷＤＭ方式を採用する光ファイバ通信では、一般に差動位相変調方式（ＤＰＳＫ：Differential Phase Shift Keying）や４相差動位相変調方式（ＤＱＰＳＫ：Differential Quadrature Phase Shift Keying）によって変調された光信号を伝送し、遅延干渉計を備えた復調器によって受信した光信号を復調している。
従来のＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ受信機は、一般に、特許文献１の図４に示されるように、遅延干渉計モジュールとＰＤ（Photo Detector：光検出器）モジュールとの間を１光線ごとに１本の光ファイバを介して接続する構成を有している。
【０００４】
他方で、特許文献１の図２に示されるように、遅延干渉計の出力光を、光ファイバを介さずに、光検出器に直接出力させる構成もある。
【０００５】
図４は従来の２光束合波回路の一構成例で、特許文献１の図２に示された横断面図である。入射手段（図示せず）から入射された光線Ｓ１０は、分岐部１１にて２つに分岐されＳ１１とＳ１２となる。光線Ｓ１１とＳ１２は、同一部品から構成される２系統の遅延干渉計に入射される。ここで２系統の遅延干渉計は、第１のレンズ１０、２分岐プリズム１１、ハーフミラー１２、第１のリフレクタ１３、位相調整部１４、第２のリフレクタ１５、第１のミラー１６、第２のミラー１７、第２のレンズ１８、第３のレンズ１９、第４のレンズ２０及び第５のレンズ２１によって構成され、互いにπ／２の位相差が与えられている。分岐光Ｓ１１とＳ１２に基づく上記２系統の遅延干渉計からの４つの出力はそれぞれ、ミラー１６または１７、レンズ１８、１９、２０または２１を介して光検出器２２または２３で受光される。このような構成により、遅延干渉計の短路側と長路側の２光束が干渉した光が光検出器に入力され、ＤＱＰＳＫ光信号の復調器を構成することができる。
【０００６】
遅延干渉計を製造する際に行われる入力光と出力干渉光の調芯は、遅延干渉計の短路側光路の光を遮断して、長路側の光パワーが最大になるように長路側の反射板の位置決め（傾きの調整等）を行い、短路側は、長路側の光を遮断して、短路側の反射板の位置決めを行う。
【０００７】
復調器の先行技術としては下記のような特許文献が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５１０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の図４のように構成するためには、ＤＰＳＫ遅延干渉計では２チャンネル、ＤＱＰＳＫ遅延干渉計では４チャンネルの出力チャンネル間の光ファイバの光路長を揃え、同様にＰＤモジュール側の入力光ファイバのチャンネル間の光路長を揃える必要がある。チャンネル間の光路長差は通常２００μｍ程度と極めて小さなレベルでの調整が必要となる。すなわち、光ファイバの光路長をそろえるための特別な設計および製造方法が必要となる。
【００１０】
また、モジュールとモジュールを融着接続するためには、通常、融着のやり直し、光ファイバの曲げ半径を考慮した余長が必要となり、その長さはおおよそ１ｍ程度となる。このような長さの光ファイバの光路長は、光ファイバの屈折率、屈折率の温度依存性、光弾性、コア径のばらつきなどによって変化し、光ファイバ長を揃えても、チャンネル間の光路長差が大きくなる問題があった。
【００１１】
特許文献１の図２の復調器のように干渉計の出力光を直接光検出器に出力する構造では、干渉計の短路側と長路側の２光束（すなわち、第３の反射光Ｓ１１aaと第５の透過光Ｓ１１bbとの合波、第３の透過光Ｓ１１abと第５の反射光Ｓ１１baとの合波、第４の反射光Ｓ１２aaと第６の透過光Ｓ１２bbとの合波、第４の透過光Ｓ１２abと第６の反射光Ｓ１２baとの合波の場合）の光軸を揃えて光検出器に入射させることは困難である。製造上の制約から、光線の角度ずれ、光軸ずれがある状態で光検出器に入力される。このため、干渉光の損失、消光比が劣化し、また、角度ずれにより光検出器面上に干渉縞の明暗が発生し、干渉光の光パワーが変化する問題があった。
【００１２】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、干渉計モジュールとＰＤモジュールの間の接続に光ファイバの融着が不要で、角度ずれや光軸ずれによる干渉光の損失、消光比の劣化および干渉縞の明暗の発生が少ない２光束合波回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
干渉する２光束を合波してその光強度に応じた電気信号を光検出器から出力する２光束合波回路において、
干渉する２光束を集光する集光レンズと、
この集光レンズで集光された前記２光束をその一端に入射して合波する光導波路と、
この光導波路の他端からの出射光を入射する光検出器と
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項２記載の発明は、
請求項１記載の２光束合波回路において、
前記光検出器の受光面を前記光導波路の前記他端に貼り付けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の２光束合波回路において、
前記光導波路の出射光を反射するミラーを備え、このミラーの反射光が前記光検出器に入射されることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、
請求項１記載の２光束合波回路において、
斜めに研磨された前記光導波路の端面において全反射条件で反射された光が前記光検出器に入射することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の２光束合波回路において、
斜めに研磨された前記光導波路の端面に反射ミラーが蒸着され、この反射ミラーで反射された光が前記光検出器に入射することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、
請求項１−５のいずれかに記載の２光束合波回路において、
前記光導波路は前記２光束の蛇行が収束するに十分な長さを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、
請求項１−６のいずれかに記載の２光束合波回路において、
前記光導波路として光ファイバを用いたことを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、
請求項７記載の２光束合波回路において、
前記光ファイバを曲げ、その前記一端に前記２光束が垂直に入射するようにしたことを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載の発明は、
差動位相変調された光信号を復調する復調器において、
前記光信号に基づいて干渉する２光束を出射する遅延干渉計と、
この遅延干渉計から出射された前記２光束を集光する集光レンズと、
この集光レンズで集光された前記２光束をその一端に入射して合波する光導波路と、
この光導波路の他端からの出射光を入射する光検出器と
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、
請求項９記載の復調器において、
前記光導波路として光ファイバを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば以下のような効果がある。
【００２４】
すなわち、干渉する２光束を光導波路で合波することにより、光検出器の位置決めが容易となり、２光束を軸ずれ・角度ずれを起こさずに光検出器に入射できるので、干渉光の損失、消光比の劣化および干渉縞の明暗の発生が少ない２光束合波回路を実現することができる。
【００２５】
また、光導波路の開口数（ＮＡ）によって、入力光の角度ずれによる損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る２光束合波回路の一実施例を示す構成斜視図である。
【図２】図１の２光束合波回路の変形例を示す構成斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る２光束合波回路の第２の実施例を示す構成斜視図である。
【図４】従来の２光束合波回路の一構成例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態に係る２光束合波回路の一実施例を示す構成斜視図である。
【００２９】
図１の２光束合波回路は、遅延干渉計から出射された２光束干渉光を入射する集光レンズ３、この集光レンズ３から出射された光をその第１の端面４１のコア部４２に入射する光ファイバ４、この光ファイバ４の第２の端面４３に貼り付けられ、端面４３から出射された光を入射するＰＤチップ面５とから構成されている。ＰＤチップ面５は図示しない光検出器の一部を示している。光ファイバ４は集光レンズ３から入射する２光束の蛇行が収束するに必要な長さとして、最短でも２ｍｍ〜４ｍｍ程度を有する。
【００３０】
図１の２光束合波回路の動作を以下に説明する。差動位相変調された光信号に基づいて遅延干渉計から出射された干渉する２つの光束は集光レンズ３に入射される。集光レンズ３で集光された２つの光束１，２は光ファイバ４の一端４１のコア部４２に入射される。２つの光束１，２は、光ファイバ４内を伝播して合波された後、他端４３から出射され、ＰＤチップ面５に垂直に入射される。ＰＤチップ面５で検出された光強度に応じた電気信号が前述の差動位相変調された光信号の復調信号として光検出器から出力される。
【００３１】
特許文献１の図２の復調器の場合は、ＰＤチップの受光面に２光線を合わせるために、調整を１光線ずつ２回行う必要があり、困難であったが、図１の２光束合波回路を使用した場合は、２光束合波回路の集光レンズ３と光ファイバ４の軸を調整するという比較的容易な作業で済む。また、ＰＤチップ面５の位置決めも、図１の光ファイバ４の出力端の１光線で合わせるだけでよいので、光検出器の実装が容易となる。
【００３２】
上記のような構成の２光束合波回路によれば、干渉する２光束を光ファイバで合波することにより、光検出器の位置決めが容易となり、２光束を軸ずれ・角度ずれを起こさずに光検出器に入射させることが容易となるので、干渉光の損失、消光比の劣化および干渉縞の明暗の発生が少ない２光束合波回路を実現することができる。すなわち、２光束の重なり合いが完全になるので完全な干渉が行われるようになり、Ｓ／Ｎが向上する。
【００３３】
また、開口数（ＮＡ）の大きな光ファイバを用いることによって、入力光の角度ずれによる損失が低減される。
【００３４】
また、光ファイバ４で絞られた光を光ファイバ径よりも相対的に大きな光検出器で検出するので、光ファイバ４からの全ての出射光を検出することができ、位置決め誤差の影響が少ない。
【００３５】
また、光ファイバ４としてシングルモードの光ファイバを使用すれば、遅延干渉計の出力光が光ファイバ４に入射する際の角度ずれによって発生した多モードの光波は、放射モードとなって拡散されるので、光検出器には到達しない。その結果、光検出器にはシングルモードの光が入力されることとなり、安定した位相を実現することができる。
【００３６】
また、干渉計からの２光束干渉光は空間に出射されるので、出射端で光ファイバの融着を行ったり、光路長を揃えたりする必要がない。
【００３７】
また、光ファイバを用いているので、コア断面が円であり、ＴＭ波（磁界）とＴＥ波（電界）の進行速度のずれがないので、干渉のずれが生じない。
【００３８】
なお、特定の偏光状態で使用する干渉計の場合は、光ファイバに限らず、光導波路を用いることができる。
【００３９】
また、偏波依存性がない光導波路、例えばシングルモードに設計された光導波路を光ファイバ４の代わりに用いてもよい。
【００４０】
また、ＤＰＳＫ遅延干渉計、ＤＱＰＳＫ遅延干渉計など各種の遅延干渉計と組み合わせることができる。
【００４１】
図２は２光束合波回路の変形例で、入射する２光束の光軸が光検出器の受光面に対して垂直ではない場合に、光ファイバを曲げることによって、容易に２光束を光検出器の受光面に対して垂直に入射させることができるようにしたものを示す構成斜視図である。
【００４２】
図２の２光束合波回路が図１の２光束合波回路と異なるのは、「く」の字に曲がった光ファイバ４ａを備え、斜めに配設された集光レンズ３が光ファイバ４ａの一端４１ａと対向している点である。その他の部分は図１の場合と同様であり、光ファイバ４ａの他端４３ａにはＰＤチップ面５ａが貼り付けられ、ＰＤチップ面５ａは図示しない光検出器の一部を示しており、光ファイバ４ａは集光レンズ３から入射する２光束の蛇行が収束するように最短でも２ｍｍ〜４ｍｍ程度の長さを有する。
【００４３】
ここでは、差動位相変調された光信号に基づいて遅延干渉計から出射された、干渉する２つの光束は、ＰＤチップ面５と斜めの方向から集光レンズ３に入射される。集光レンズ３で集光された２つの光束１，２は光ファイバ４ａの一端４１ａのコア部４２ａに入射され、光ファイバ４ａ内の「く」の字に曲がった光路を伝播した後、合波光が他端４３ａから出射され、ＰＤチップ面５ａに垂直に入射される。図示しない光検出器からは、ＰＤチップ面５ａで検出された光強度に応じた電気信号が、前述の差動位相変調された光信号の復調信号として、出力される。
【００４４】
上記のような構成の２光束合波回路によれば、図１の２光束合波回路における利点を有する外、光検出器受光面に対して垂直に２光束を入射させるために入射後の光路の方向を変更する、いわゆる光路変更をする必要がある場合は、光ファイバを曲げることで簡易に実現できる。したがって、光路変更反射板用プリズム等の部品点数を減らすことができ、製造が容易になるので、コストダウンを図ることができる。
【００４５】
図３（Ａ）は２光束合波回路の第２の実施例で、光ファイバからの出射光をミラーで反射させて光検出器に入射させる構造のものを示す構成斜視図である。図３（Ａ）の２光束合波回路は、図１と同様の集光レンズ３（図示せず）と、この集光レンズ３からの２光束干渉光を入射する光ファイバ４ｂ、この光ファイバ４ｂが載置、固定される三角溝９を有する三角溝ブロック７、この三角溝ブロック７に設けられ、三角溝９の終端に光ファイバ４ｂの光軸方向と４５°の角度をなして光ファイバ４ｂの他端からの出射光を反射するミラー６（図示せず）、このミラー６で反射された光を集光するレンズ８（図示せず）、このレンズ８で集光された光を入射するＰＤチップ面５ｂとから構成されている。ＰＤチップ面５ｂは図示しない光検出器の一部を示している。光ファイバ４ｂは、集光レンズ３から入射する２光束の蛇行が収束するに必要な長さ、２ｍｍ〜４ｍｍ程度を最短でも有する。
【００４６】
図３（Ａ）の構成斜視図で示される２光束合波回路のうち２つの変形例を図３（Ｂ）（Ｃ）に示す。図３（Ａ）の各部と対応する構成要素にはそれぞれ符号１、２を付加している。
【００４７】
図３（Ｂ）で示される２光束合波回路では、三角溝ブロック７１上の三角溝９１の終端に光ファイバ４ｂ１の光軸方向と４５°の角度をなしてミラー６１が設けられ、光ファイバ４ｂ１の他端からの出射光を上方に反射するように構成されている。
【００４８】
差動位相変調された光信号に基づいて遅延干渉計から出射された干渉する２つの光束１，２は集光レンズ３に入射される。集光レンズ３で集光された２つの光束１，２は光ファイバ４ｂ１の一端のコア部に入射され、光ファイバ４ｂ１内を伝播して合波された後、他端から出射され、ミラー６１で上方向に反射された後、レンズ８で集光され、ＰＤチップ面５に垂直に入射される。ＰＤチップ面５で検出された光強度に応じた電気信号が前記差動位相変調された光信号の復調信号として光検出器から出力される。
【００４９】
図３（Ｃ）で示される２光束合波回路は、三角溝ブロック７２の三角溝９２上の光ファイバ４ｂ２の他端が光軸方向と４５°の角度をなすように研磨され、研磨面の全反射条件により、または研磨面に蒸着によって形成された反射ミラーにより、光ファイバ４ｂ２内を伝播して来た合波光を上方に反射するように構成されている。
【００５０】
差動位相変調された光信号に基づいて遅延干渉計から出射された干渉する２つの光束１，２は図３（Ｂ）の場合と同様に光ファイバ４ｂ２内に導かれ、光ファイバ４b２他端の研磨面で上方向に反射された後、レンズ８で集光され、ＰＤチップ面５ｂに垂直に入射される。その他の動作は図３（Ｂ）の場合と同様である。
【００５１】
図３のような構成の２光束合波回路によれば、図１、図２の場合と同様の特徴を有するほか、光路変更の際に光ファイバの曲率の制限を受けないので、光ファイバの長さを短くすることができ、小型化が容易となる。ただし、光ファイバ４ｂは集光レンズ３から入射する２光束の蛇行が収束するに必要な最短の長さとして２ｍｍ〜４ｍｍ程度は有していたほうがよい。
【００５２】
また、電気信号の配線方法によって図３の構成のほうが有利な場合があるほか、配線基板の面とＰＤチップの配線する面が平行になるためワイヤーボンディングが容易となる。
【００５３】
なお、図３の実施例において、ミラーが光軸方向となす角度は４５°に限らず、光ファイバ４ｂの光軸方向とＰＤチップ面５ｂとがなす角度に応じて任意の斜めの角度をとることができる。
【００５４】
また、特定の偏光状態で使用する干渉計の場合は、光ファイバ４ｂに限らず、光導波路を用いることができる。
【００５５】
また、偏波依存性がない光導波路、例えばシングルモードに設計された光導波路を光ファイバ４ｂの代わりに用いてもよい。
【００５６】
また、ＤＰＳＫ遅延干渉計、ＤＱＰＳＫ遅延干渉計など各種の遅延干渉計と組み合わせることができる。
【００５７】
また、本発明は、上記実施例や変形例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【符号の説明】
【００５８】
１，２  干渉する２光束
３  集光レンズ
４，４ａ，４ｂ，４ｂ１，４ｂ２  光導波路
４１，４１ａ  光導波路の一端
４２，４２ａ  コア部
４３，４３ａ  光導波路の他端
５，５ａ，５ｂ  光検出器
６１，６２  ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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