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公開番号2025009362
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023112319
出願日2023-07-07
発明の名称光検出器、光受信器及び光トランシーバ
出願人富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G02B 6/12 20060101AFI20250110BHJP(光学)
要約【課題】フォトディテクタの残留光による逆流を抑制できる光検出器等を提供する。
【解決手段】光検出器は、信号光を電気信号に変換する、2以上のポートを有するフォトディテクタと、2以上のポートを有するモードフィルタとを有する。フォトディテクタは、第1のモードの信号光が入力される第1のポートと、第2のモードの信号光が入力される第2のポートと、を有する。モードフィルタは、第1のポートと接続される第3のポートと、第2のポートと接続される第4のポートと、を有する。モードフィルタは、第1のポートへの第1のモードの信号光を透過して、第3のポートから出力すると共に、第2のポートへの第2のモードの信号光を透過して、第4のポートから出力すると共に、第3のポートから入力される第1のポートからの第2のモードの信号光を除去すると共に、第4のポートから入力される第2のポートからの第1のモードの信号光を除去する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
信号光を電気信号に変換する、２以上のポートを有するフォトディテクタと、２以上のポートを有するモードフィルタとを有する光検出器において、
前記フォトディテクタは、
第１のモードの信号光が入力される第１のポートと、
第２のモードの信号光が入力される第２のポートと、を有し、
前記モードフィルタは、
前記第１のポートと接続される第３のポートと、
前記第２のポートと接続される第４のポートと、を有し、
前記モードフィルタは、
前記第１のポートへの前記第１のモードの信号光を透過して、前記第３のポートから出力すると共に、
前記第２のポートへの前記第２のモードの信号光を透過して、前記第４のポートから出力すると共に、
前記第３のポートから入力される前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、
前記第４のポートから入力される前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する
ことを特徴とする光検出器。
続きを表示（約 3,200 文字）【請求項２】
前記モードフィルタは、
前記第３のポートと接続し、前記第１のモードの信号光を透過し、かつ前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去する第１のモード除去部と、
前記第４のポートと接続し、前記第２のモードの信号光を透過し、かつ前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する第２のモード除去部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記モードフィルタは、
前記第１のモードの信号光を分岐する分岐部を備え、
前記第１のモード除去部は、
前記分岐部からの前記第１のモードの信号光を透過し、かつ前記第２のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、
前記第２のモード除去部は、
前記分岐部からの前記第１のモードの信号光を前記第２のモードの信号光に変換し、変換後の前記第２のモードの信号光を透過し、かつ前記第１のポートからの前記第１のモードの信号光を除去することを特徴とする請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記第１のモード除去部は、
前記分岐部からの前記第１のモードの信号光を透過し、かつ前記第２のポートからの前記第２のモードの信号光を除去する第１の断熱変換器を有し、
前記第２のモード除去部は、
前記分岐部からの前記第１のモードの信号光を前記第２のモードの信号光に変換する第２の断熱変換器と、
前記第２の断熱変換器にて変換後の前記第２のモードの信号光を透過し、かつ前記第１のポートからの前記第１のモードの信号光を除去するテーパ導波路と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の光検出器。
【請求項５】
前記モードフィルタは、
前記第１のモードの信号光を前記第１のモードの信号光及び前記第２のモードの信号光に変換して出力するモード変換部と、
前記第１のポートと接続される第３のポート及び、前記第２のポートと接続される第４のポートを有するモード除去部と、を有し、
前記モード除去部は、
前記第１のポートへの前記第１のモードの信号光を透過して、前記第３のポートから出力すると共に、
前記第２のポートへの前記第２のモードの信号光を透過して、前記第４のポートから出力すると共に、
前記第３のポートから入力される前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、
前記第４のポートから入力される前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する
ことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項６】
前記モード変換部は、
前記第１のモードの信号光を前記第１のモードの信号光及び前記第２のモードの信号光に変換して出力するＹ分岐導波路を有し、
前記モード除去部は、
前記Ｙ分岐導波路からの前記第１のモードの信号光を透過し、かつ前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、前記Ｙ分岐導波路からの前記第２のモードの信号光を透過し、かつ前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する方向性結合器を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の光検出器。
【請求項７】
前記モードフィルタは、
前記第１のモードの信号光を前記第１のモードの信号光及び前記第２のモードの信号光に変換して出力するモード変換部と、
前記第１のポートと接続される第５のポート及び、前記第２のポートと接続される第６のポートを有するモード除去部と、を有し、
前記モード除去部は、
前記第１のポートへの前記第１のモードの信号光を透過して、前記第５のポートから出力すると共に、
前記第２のポートへの前記第２のモードの信号光を透過して、前記第６のポートから出力すると共に、
前記第５のポートから入力される前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、
前記第６のポートから入力される前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する
ことを特徴とする請求項１に記載の光検出器。
【請求項８】
前記モード変換部は、
前記第１のモードの信号光を前記第１のモードの信号光及び前記第２のモードの信号光に変換して出力するＹ分岐導波路を有し、
前記モード除去部は、
前記Ｙ分岐導波路からの前記第１のモードの信号光を透過すると共に、前記Ｙ分岐導波路からの前記第２のモードの信号光を第３のモードの信号光に変換するテーパ導波路と、
前記テーパ導波路からの前記第３のモードの信号光を透過し、かつ前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去すると共に、前記テーパ導波路からの前記第１のモードの信号光を透過し、かつ前記第１のポートからの前記第３のモードの信号光を除去する断熱変換器と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の光検出器。
【請求項９】
光を用いて信号光から電気信号を受信する光受信器素子を有する光受信器であって、
前記光受信器素子は、
前記信号光を電気信号に変換する、２つ以上のポートを有するフォトディテクタと、２つ以上のポートを有するモードフィルタとを有する光検出器を有し、
前記フォトディテクタは、
第１のモードの信号光が入力される第１のポートと、
第２のモードの信号光が入力される第２のポートと、を有し、
前記モードフィルタは、
前記第１のポートと接続される第３のポートと、
前記第２のポートと接続される第４のポートと、を有し、
前記モードフィルタは、
前記第１のポートへの前記第１のモードの信号光を透過して、前記第３のポートから出力すると共に、
前記第２のポートへの前記第２のモードの信号光を透過して、前記第４のポートから出力すると共に、
前記第３のポートから入力される前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、
前記第４のポートから入力される前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する
ことを特徴とする光受信器。
【請求項１０】
送信信号を用いて光を光変調して送信光を送信する光変調器素子と、光を用いて受信光から受信信号を受信する光受信器素子と、を有する光トランシーバであって、
前記光受信器素子は、
前記受信光を受信信号に変換する、２つ以上のポートを有するフォトディテクタと、２つ以上のポートを有するモードフィルタとを有する光検出器を有し、
前記フォトディテクタは、
第１のモードの信号光が入力される第１のポートと、
第２のモードの信号光が入力される第２のポートと、を有し、
前記モードフィルタは、
前記第１のポートと接続される第３のポートと、
前記第２のポートと接続される第４のポートと、を有し、
前記モードフィルタは、
前記第１のポートへの前記第１のモードの信号光を透過して、前記第３のポートから出力すると共に、
前記第２のポートへの前記第２のモードの信号光を透過して、前記第４のポートから出力すると共に、
前記第３のポートから入力される前記第１のポートからの前記第２のモードの信号光を除去すると共に、
前記第４のポートから入力される前記第２のポートからの前記第１のモードの信号光を除去する
ことを特徴とする光トランシーバ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器、光受信器及び光トランシーバに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、コヒーレント光通信技術を用いることで、光ファイバ通信網における高速大容量の通信を実現している。コヒーレント光通信技術の光受信器では、長距離の伝送で光パワーが低下した受信光と、光受信器内部で発生させる局発光とをミキシングさせた後、ミキシング後の受信光をＰＤ（Photo Detector)で電流に変換する。その結果、光受信器では、ＰＤ以降で発生する熱雑音の影響を低減することで高感度の受信を可能にしている。
【０００３】
しかしながら、光受信器では、局発光の光パワーが大きくなるに連れて受信感度が上昇するものの、ＰＤに大きな光パワーが入力されると、空間電荷効果(space-charge effect)によって、ＰＤの応答速度が制限されてしまうため、高速通信が困難となる。
【０００４】
空間電荷効果では、ＰＤ内に入力された光が電子・ホール対を生成した際に、これらのキャリヤによってＰＤ内で発生させる電界が、ＰＤへの印加バイアスを打ち消す方向に働くことで印加バイアスが小さくなり、ＰＤ内のキャリヤをＰＤ外に運ぶ力が弱まる。その結果、ＰＤの応答速度が低下することになる。
【０００５】
また、空間電荷効果では、ＰＤ内で生成される電子・ホール対の数が多い場合、言い換えると、入力パワーが大きい場合に顕著となる。従って、空間電荷効果は、入力パワーを小さくすることで緩和できる。
【０００６】
そこで、空間電荷効果を緩和すべく、入力パワーを低減する方法として、例えば、ＰＤへの入力前段で光パワーを分割し、それぞれの光をＰＤの２方向から入力する方法が知られている。
【０００７】
ＰＤでは、その中を光が伝搬するうちに電子・ホール対に変換されるため、ＰＤの光入力部から離れるほど光パワーは小さくなる。従って、入力する光パワーを２分割した後、ＰＤの２方向から入力した場合、当該断面あたりの光強度を半分程度に抑制できるため、空間電荷効果の影響を小さくできる。その結果、ＰＤへ入力される光パワーが高くても、ＰＤの応答速度の劣化を抑制できる。
【０００８】
尚、ＰＤは、例えば、導波路型ＰＤを採用する。導波路型のＰＤは、同一基板上に集積されたＰＤと、光を導波する光導波路とを有し、この導波路からＰＤへ光を導くことでＰＤでの光・電流の変換を実行する。
【０００９】
導波路型ＰＤは、ＳＯＩ（Silicon-On-Insulator)基板のＳＯＩ層と、その上にエピタキシャル成長させたＧｅとで構成する。通信波長帯、例えば、Ｃバンドでは、Ｓｉに比較してＧｅのバンドギャップが狭いことにより、Ｇｅを伝搬する光は、Ｇｅ内の電子・ホール対に変換され、これをドーピングしたＳｉや電極によって引く抜くことで、光電変換を実現できる。尚、Ｇｅのような光を電子・ホール対に変換する層を吸収層と呼ぶ。吸収層は、光導波路とは異なるバンドギャップをもち、入力された光を吸収して電子・ホール対に変換する部分である。
【００１０】
導波路型ＰＤは、前述したように、光導波路と、ＰＤとを有する。光導波路は、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に積層されたＢＯＸ（Buried Oxide）層と、ＢＯＸ層上に形成されたＳｉの光導波路と、ＢＯＸ層及び光導波路を覆うバッファ層とを有する。尚、Ｓｉ基板及びＢＯＸ層で形成するＳＯＩ基板のＳＯＩ層のＳｉをリソグラフィエッチングすることで、ＢＯＸ層上にＳｉの光導波路を形成する。ＰＤは、Ｓｉ基板と、ＢＯＸ層と、Ｇｅの吸収層と、ＢＯＸ層及び吸収層を覆うバッファ層とを有する。吸収層は、光導波路と接続し、光導波路からの信号光を吸収して信号光を電子・ホール対に変換することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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