差動位相偏移変調光受光用回折格子及びそれを用いた光受信装置
【課題】位相の変化を正確に検出する。
【解決手段】位相偏移変調された信号光を出射する、少なくとも一つの出射端としての端部１１ａと、端部１１ａから出射された光を回折させる回折格子本体としての格子面１２と、前記回折格子本体から出射された光を入射する、ｍ（ｍ：整数）次回折光が入射される場所以外の場所に設けられた、少なくとも一つの第１の入射端としての端部１１ｂとを備えた、位相偏移変調光受光用回折格子としての透過型回折格子１１。
【解決手段】位相偏移変調された信号光を出射する、少なくとも一つの出射端としての端部１１ａと、端部１１ａから出射された光を回折させる回折格子本体としての格子面１２と、前記回折格子本体から出射された光を入射する、ｍ（ｍ：整数）次回折光が入射される場所以外の場所に設けられた、少なくとも一つの第１の入射端としての端部１１ｂとを備えた、位相偏移変調光受光用回折格子としての透過型回折格子１１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動位相偏移変調光受光用回折格子及びそれを用いた光受信装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信における伝送容量は日々刻々拡大しており、現在普及している波長分割多重方式によっても、伝送容量の大容量化は限界に近づいている。
【０００３】
伝送容量を更に大容量化するための方策のひとつに、信号光の振幅又は位相を変化させることで情報を伝達する多値変調方式がある。
【０００４】
多値変調の方法は各種知られているが、信号光の位相そのもの値に情報を載せる通常の位相偏移変調の他、直前の信号からの位相の変化量に情報を載せる方法がある。これを差動位相偏移変調という。
【０００５】
差動位相偏移変調において位相の変化量はπ、π／２等任意の量を定めることができ、特に位相の変化量をπ／２としたものは差動四値位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：以下ＤＱＰＳＫと称する）と呼ばれる。
【０００６】
差動位相偏移変調は、信号光の位相そのものの値を用いる必要がないため実施が容易と考えられる反面、復調時に誤りが生じやすい。そこで受信側において信号光の位相の変動をいかに正確に検出するかが重要となっており、従来より光の干渉を利用する方法が知られている。以下、ＤＱＰＳＫを例にとって説明を行う。
【０００７】
図２１は、従来の技術によるＤＱＰＳＫによる光受信装置のフロントエンド部の構成を示す図である（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００８】
図２１に示すように、フロントエンド部１００は、信号光から干渉光を得るための干渉系１１０、及び干渉系１１０から出力された干渉光を電気信号に変換するバランス型受信器１２０から構成される。
【０００９】
干渉系１１０は、入力した信号光を分岐させるビームスプリッタ１１１、ビームスプリッタ１１１で分岐された一方の信号光から干渉光を得るマッハツェンダ干渉計１１２ａ、ビームスプリッタ１１１で分岐された他方の信号光から干渉光を得るマッハツェンダ干渉計１１２ｂとから構成される。なお、干渉系１１０として一組のマッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂを用いたが、マイケルソン干渉計などを用いてもよい。
【００１０】
又、バランス型受信器１２０は、マッハツェンダ干渉計１２１ａから出射された干渉光を電気信号に変換する第１のバランス型フォトダイオード（ＰＤ）１２０ａ、及びマッハツェンダ干渉計１２１ｂから出射された干渉光を電気信号に変換する第２のバランス型ＰＤ１２０ｂとから構成される。
【００１１】
以上のような構成を有する光受信装置のフロントエンド部１００の動作を以下に説明する。信号光は干渉系１１０に入力するとビームスプリッタ１１１で２つに分岐され、２つのマッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂにそれぞれ導かれる。
【００１２】
マッハツェンダ干渉計１１２ａは、入力した一方の光信号に対し１シンボル分の時間遅延Ｔ及び位相差０を付加するものであり、マッハツェンダ干渉計１１２ｂは、入力した他方の光信号に対し１シンボル分の時間遅延Ｔと位相差π／２を付加するものである。
【００１３】
マッハツェンダ干渉計１１２ａに導かれた光信号は、さらに２つに分割され、一方の光信号は時間遅延Ｔを与えられて他方の光信号と再び結合される。このとき一方の光導波路の時間遅延Ｔにより再結合後の光信号は干渉光となり、互いの位相差に応じて２つのポートから所定の比率で出力する。マッハツェンダ干渉計１１２ａの２つのポートからの出力はそれぞれバランス型ＰＤ１２０ａにて受光され、当該比率に応じた同相信号成分ｄＩとして出力され、図示しない後段の復号部に出力される。
【００１４】
同様に、マッハツェンダ干渉計１１２ｂに導かれた光信号は、時間遅延Ｔ及び位相差π／２を与えられた後２つのポートから出力され、バランス型ＰＤ１２０ａにてそれぞれ受光され、当該比率に応じた直交信号成分ｄＱとして出力される。
【００１５】
同相信号成分ｄＩ、直交信号成分ｄＱは、信号光の位相の変化に応じて、図２２の信号点配置図に示すように、（１、０）、（０、１）、（−１、０）、（−１、−１）の４つの組み合わせをとる。このように、ＤＱＰＳＫにおいては１つの信号の位相変動で２ビットの信号を伝達し、位相変動量に応じた４値の情報を伝達することが可能となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】“非コヒーレント多値受信器を用いた光ファイバ非線形効果の補償”２００８年電子情報通信学会総合大会 通信講演論文集２、３８３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の光受信器には以下のような課題があった。
【００１８】
フロントエンド部１００は、マッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂを用いた干渉系１１０、及び一対のバランス型ＰＤ１２０ａ及び１２０ｂを用いたバランス型受信器１２０を利用しているが、バランス型受信器１２０の出力である同相信号成分ｄＩ、直交信号成分ｄＱの品質は、干渉系１１０の作製ばらつき又はＰＤの受光感度ばらつき等に依存する。
【００１９】
干渉系１１０のマッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂは一般に光ファイバや、ＳｉＯ２基板上に形成された平面光導波路として実現されるが、マッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂはそれぞれ別材料、又は独立した工程によって作製されるため、同一特性を確保することが困難であり、信号光の時間遅延や位相差の波長依存性等にばらつきが生ずる。同様のことがＰＤ１２０ａ及び１２０ｂについても当てはまり、受光感度等の特性にばらつきが生ずる。
【００２０】
このように、干渉系１１０の各部の特性が異なる場合には、同相信号成分ｄＩ、直交信号成分ｄＱは、図２２の信号点配置図において図中各点に示す信号光の位相の変化量に対応した正規の位置から外れてしまう。この信号点のずれは信号光の位相の変化が正確に検出できないことと同等であり、光信号の正確な復調の妨げとなってしまう。
【００２１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、位相の変化を正確に検出することができる差動位相偏移変調光受光用回折格子、及びそれを用いた光受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、差動位相偏移変調された信号光を出射する、少なくとも一つの出射端と、
前記出射端から出射された光を回折させる回折格子本体と、
前記回折格子本体から出射された光を入射する、ｍ（ｍ：整数）次回折光が入射される場所以外の場所に設けられた、少なくとも一つの第１の入射端とを備えた、差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２３】
又、第２の本発明は、前記第１の入射端の位置は、前記差動位相偏移変調された前記信号光の位相の変化量に基づき決定される、第１の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２４】
又、第３の本発明は、前記位相の変化量をπ／ｎとすると（ｎ：自然数）、
前記第１の入射端は、前記回折格子本体から（ｍ±（２ｎ）−１）次回折光を入射する位置に配置される、第２の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２５】
又、第４の本発明は、前記回折格子本体から出射された光のうち、前記ｍ次回折光を入射する、少なくとも一つの第２の入射端を備えた、第１から３のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２６】
又、第５の本発明は、前記回折格子本体における回折光の出射位置は複数であって、
前記複数の前記出射位置と前記出射端との間の光路長はそれぞれ異なる、第１から４のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２７】
又、第６の本発明は、前記回折格子本体は、
前記出射端から出射された光が斜め方向から入射される入射面を有する、第５の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２８】
又、第７の本発明は、前記回折格子本体は、
前記入射面と同一の面から回折した光を出射する反射型回折格子を有する、第６の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２９】
又、第８の本発明は、前記回折格子本体は、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子と光学的に結合したスラブ導波路を有し、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子は、前記スラブ導波路上にて同一のローランド円の周上に配置されている、第７の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３０】
又、第９の本発明は、前記回折格子本体は、
前記入射面を透過して回折した光を出射する透過型回折格子を有する、第１から第６のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３１】
又、第１０の本発明は、前記回折格子本体は、スラブ導波路であり、
前記透過型回折格子は、前記スラブ導波路内に形成された格子面であり、
前記出射端及び前記第１の入射端は、前記スラブ導波路の縁部に設けられている、第９の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３２】
又、第１１の本発明は、前記回折格子本体は、前記出射端及び前記第１の入射端が設けられるとともに、前記透過型回折格子が収納される筐体部と、
前記筐体部内の前記出射端と前記透過型回折格子との間の空間に設けられた、前記出射端から出射された光を分岐させ、前記透過型回折格子の互いに異なるスリットに入射させる分岐光学系とを有する、第９の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３３】
又、第１２の本発明は、前記回折格子本体は、互いに光路長が異なる複数の導波路を有するアレー導波路を有する、第１から第５のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３４】
又、第１３の本発明は、
前記回折格子本体の温度を一定に保つよう調節する温度調節部を備えた、第１から第１２のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３５】
又、第１４の本発明は、
電圧を印加することにより前記回折格子本体の屈折率を調整する屈折率調節部を備えた、第１から第１２のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３６】
又、第１５の本発明は、
第１から第１４のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
少なくとも前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と、光学的に結合した受光素子と、
前記受光素子の受光した光信号を処理する信号処理部とを備えた、光受信装置である。
【００３７】
又、第１６の本発明は、
第４の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と光学的に結合した第１の受光素子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第２の入射端と光学的に結合した第２の受光素子と、
前記第１の受光素子の受光した光信号の大きさと、前記第２の受光素子の受光した光信号の大きさとの組み合わせに基づいて、前記差動位相偏移変調光受光用回折格子へ入力した前記信号光の位相の変化量を識別する変化量識別部とを備えた、光受信装置である。
【００３８】
又、第１７の本発明は、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記回折格子本体は、一端に前記出射端が設けられ、他端が互いに光路長が異なる複数の光導波路に分岐しているアレー導波路と、
一端は前記アレー導波路と光学的に接続され、他端は前記第１の入射端及び前記第２の入射端が設けられたスラブ導波路とを有し、
前記アレー導波路の前記複数の光導波路は、前記外部より入力する前記信号光の位相が変化した場合、位相の変化する前の前記信号光と前記位相の変化した後の前記信号光とが、同一時間内に前記スラブ導波路を伝播する光路長差を有する、第１６の本発明の光受信装置である。
【発明の効果】
【００３９】
以上のような本発明によれば、位相の変化を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１の透過型回折格子１１を含む光受信装置の構成図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における位相の変化を検知する原理を説明するための図である。（ｂ）本発明の実施の形態１における位相の変化を検知する原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１を含む光受信装置の構成図である。
【図４（ａ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図４（ｂ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図４（ｃ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図４（ｄ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１を含む光受信装置において用いられる信号光の模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置において用いられる信号光の模式図である。
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０における信号光入力時の動作を説明するための図である。（ｂ）本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０における信号光入力時の動作を説明するための図である。（ｃ）本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態３における信号光のパルスの干渉条件を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態４のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の要部構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態５のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の要部構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態６の透過型回折格子３１２ｂを含む光受信装置の構成図である。
【図１５】本発明の透過型回折格子の他の構成例を含む光受信装置の構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態７のアレー導波路回折格子４６０及び復調部４７０を含む光受信装置の構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態７の光受信装置の動作を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態７の光受信装置の他の構成例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態７の光受信装置の動作の例を説明するためのグラフを示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態７の光受信装置の動作の例を説明するための表を示す図である。
【図２１】従来の技術によるＤＱＰＳＫによる光受信装置のフロントエンド部の構成を示す図である。
【図２２】ＤＱＰＳＫの信号点配置図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【００４２】
図１において、光受信装置１は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部１０と、フロントエンド部１０から得られた電気信号を復調する復調部２０とから構成される。フロントエンド部１０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力される透過型回折格子１１、透過型回折格子１１から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１３及び１４から構成される。
【００４３】
透過型回折格子１１はＳｉＯ２等により作製されたスラブ導波路であって、その内部には図中奥から手前方向に向かって形成されたスリットを有する格子面１２が形成されている。透過型回折格子１１の内部において、端部１１ａから奥に向かって出射された信号光は、図中矢印に示す平行光Ｌ０として透過型回折格子１１内部全体に渡って直進する。格子面１２は平行光Ｌ０の進行方向に直交しており、平行光Ｌ０は格子面１２により回折され、端面１１ｄから透過型回折格子１１の外部に向かって出力される。
【００４４】
ＰＤ１３及び１４は、透過型回折格子１１から出力された光を受光する手段であり、ＰＤ１３は透過型回折格子１１の端部１ｂを経由した光を受光する位置に、ＰＤ１４は透過型回折格子１１の端部１１ｃを経由した光を受光する位置に、それぞれ位置している。
【００４５】
以上の構成において、透過型回折格子１１は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子であって、かつ回折格子本体及びスラブ導波路に相当する。又、端部１１ａは本発明の出射端に相当し、端部１１ｂは本発明の第１の入射端に、端部１１ｃは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、格子面１２は本発明の透過型回折格子の格子面に相当する。又、ＰＤ１３、１４は本発明の受光素子に、復調部２０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置１は本発明の光受信装置に相当する。
【００４６】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態１の光受信装置を以下に説明する。
【００４７】
光受信装置の基本的な動作は従来例と同様であり、送信側から光ファイバ等によって伝達されてきた信号光は、透過型回折格子１１を経由した後、ＰＤ１３又はＰ１４により受光され、ＰＤ１３又は１４は光を受光するとこれを電気信号に変換し、復調部２０へ出力する。復調部２０はＰＤ１３又は１４からの電気信号を復調して原信号を得る。
【００４８】
本発明の実施の形態１においては、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相の変化を、透過型回折格子１１、及びＰＤ１３、１４を用いて検出するようにしたことを特徴とする。以下、図１及び図２（ａ）（ｂ）を参照して詳細な説明を行う。
【００４９】
図２（ａ）は、透過型回折格子１１内部の、格子面１２近傍の状態を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、格子面１２は複数（図中では３つのみ例示）のスリット１２ａが設けられた面である。端部１１ａから出射された平行光Ｌ０が格子面１２を通過する際に、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面が干渉を起こすことにより、以下の（数１）を満たす回折角θを有する回折光が生ずる。
（数１）
ｄ・ｓｉｎθ＝ｍ・λ
なお、（数１）においてｄはスリット１２ａの間隔、ｍは回折次数（ｍ：整数）、λは平行光Ｌ０の波長である。
【００５０】
ところで、差動位相型偏移変調された信号光の位相φは一般にφ＝ω・ｔ＋Ａ（ω：信号光の振動数、ｔ：時間、Ａ：任意の値を取り得る初期位相）で示され、このφからの位相差（例えば、φ±π／２、π、３π／２、…）を有する信号の位相はφ＝（ω・ｔ＋Ａ±π／２（又、±π、±３π／２、…））で示される。
【００５１】
しかしながら、簡単のため、以下の説明においては、位相差の基準となる位相を有する信号光を「φ＝０の位相を有する信号光」と定義し、この信号光φ＝０に対して位相差を有する信号光を、その位相差の値によって定義することとした。例えば、基準となる信号光に対してπの位相差を持つ信号を「φ＝πの位相を有する信号光」と呼ぶ。
【００５２】
以下、説明をつづける。図２（ａ）に示すように、信号光である平行光Ｌ０の位相φが一定の位相φ＝０である場合は、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面において、図中波面の実線で示す波の山と山、及び、図中波面の点線で示す谷と谷が重なり合う、図中○印で示す位置を結ぶ線上に回折光が生じ、波の山と谷とが重なり合う部分は暗部となる。
【００５３】
このように、平行光Ｌ０は、回折後は離散した±ｍ次の回折光として透過型回折格子１１内を進行し、図１においては、端面１１ｄの特定位置から外部へ出力される。
【００５４】
なお、図２（ａ）中においては、格子面１２の作用により０次回折光と、±１次回折光が生ずるものとして示したが、±ｍ次の回折光のうち光強度が最も強いのは０次回折光であり、これは平行光Ｌ０と同一光軸上の光である。したがって、本実施の形態１においては、０次回折光が透過する位置を透過型回折格子１１の端部１１ｃと定め、端部１１ｃから出力される光を受光できるようにＰＤ１４を配置するようにしている。すなわち、格子面１２から透過型回折格子１１の端部１１ｃに入射され、外部へ出力される０次回折光Ｌ１がＰＤ１４によって受光される。
【００５５】
次に、信号光に位相の変化が生じた場合の動作を説明する。
【００５６】
図２（ｂ）に示すように、信号光である平行光Ｌ０の位相φがφ＝０からφ＝πに変化した場合、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面において、φ＝０である波とφ＝０である波とが干渉する箇所が生ずる。当該箇所においては、位相が一定である場合に波の山と山、又は谷と谷が重なり合って±ｍ次の回折光を生じさせていた位置は、一方の波の山と谷とが入れ替わるため、互いに打ち消し合い、図中×印で示すように暗部となる。
【００５７】
一方、位相が一定である場合に暗部となっていた、波の山と谷とが重なりあっていた位置は、一方の波の山と谷とが入れ替わるため、波の山と山、又は谷と谷とが重なり、図中▲印で示す位置を結ぶ線上に新たな回折光を生じさせる。
【００５８】
このとき、位相φ＝０である信号光と位相φ＝πである信号光との干渉によって生じる新たな回折光は、以下の（数２）を満たす。
（数２）
ｄ・ｓｉｎθ＝（ｍ±（１／２））・λ
したがって、信号光の位相がφ＝０からφ＝πに変化すると、その変化の前後における平行光Ｌ０は、回折後は（ｍ±（１／２））次回折光として透過型回折格子１１内を進行し、端面１１ｄの特定位置から外部へ出力されることとなる。
【００５９】
ここで、（数２）に示される条件は、同位相の信号光同士が干渉する場合に光が弱め合うことにより生ずる暗線の発生条件と同一であり、波長λの係数（ｍ±（１／２））は整数値を取り得ない値、すなわち非整数である。このことから、本明細書の説明においては、位相差がある信号光同士の干渉により生じる回折光を、非整数の次数の回折光と呼ぶ。
【００６０】
なお、図２（ｂ）中においては、格子面１２の作用により±１／２次回折光と、±３／２次回折光が生ずるものとして示したが、次数が小さい回折光のほうが強い光強度を有するため、本実施の形態１においては、１／２次回折光が透過する位置を透過型回折格子１１の端部１１ｂと定め、端部１１ｂから出力される光を受光できるようにＰＤ１３を配置するようにしている。すなわち、格子面１２から透過型回折格子１１の端部１１ｂに入射され、外部へ出力される＋１／２次回折光Ｌ２がＰＤ１４によって受光される。
【００６１】
更に、平行光Ｌ０の位相がφ＝πに変化した後は、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面は、φ＝πである波同士が干渉することとなる。この場合は、図２（ａ）に示す場合と同様、平行光Ｌ０は、回折後は離散した±ｍ次の回折光として透過型回折格子１１内を進行し、外部へ出力される０次回折光Ｌ１がＰＤ１４によって受光される。
【００６２】
以上のように、本実施の形態１の光受信装置によれば、透過型回折格子１１を備えたことにより、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる０次回折光Ｌ１、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる１／２次回折光Ｌ２の２種類の回折光を発生させ、これら回折光を、それぞれＰＤ１３、１４を用いて検出するようにしている。
【００６３】
透過型回折格子１１は単一の部品であり、各回折光は同一品質のスラブ導波路内を通過するため光導波路の作製に起因する特性のばらつきは原理的に生じない。又、ＰＤ１３、ＰＤ１４はそれぞれ独立した回折光を受光する単一ダイオードにより構成されるため、受光特性のバラツキによる影響を受けにくい。したがって、本実施の形態１においては、図１５に示す従来例より単純な構成であって正確な位相の変化を検知することができる。
【００６４】
なお、上記の実施の形態においては、位相の変化量をπであるとしたが、位相の変化量は任意の値であってよく、その変化量に基づいて発生する回折光の位置を特定し、当該位置に、ＰＤを設けるようにすればよい。このとき、端部１１ｂ、１１ｃ等の具体的な位置は各回折光の回折角及び透過型回折格子１１の各部の寸法から計算により求めてもよいし、実際にＰＤにより透過型回折格子１１からの出力光を受光することによって決定してもよい。
【００６５】
望ましくは、位相の変化量をπ／ｎとすると（ｎ：自然数）、透過型回折格子１１からの光が出力される端部は、透過型回折格子１１から非整数の次数（ｍ±（２ｎ）−１）（ｍ：整数）を有する（ｍ±（２ｎ）−１）回折次数光を入射する位置に配置されるようにする。このときｍは最小値ｍ＝０としたほうが、検出すべき光の光強度を最大限確保できるため、望ましい。
【００６６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【００６７】
図３において、光受信装置２は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部３０と、フロントエンド部３０から得られた電気信号を復調する復調部４０とから構成される。
【００６８】
フロントエンド部３０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力される反射型導波路回折格子３１、反射型導波路回折格子３１から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）３３〜３６から構成される。
【００６９】
反射型導波路回折格子３１はＳｉＯ２等により作製されたスラブ導波路であって、外部からの信号光を入力するための入力導波路３４ａ、復調部４０へ光を出力するための出力導波路３４ｂ〜３４ｅを有する。又、反射型導波路回折格子３１の内部は平面図においてローランド円３７を形成しており、その内部側壁には、反射型回折面３２、入力導波路４３ａから光を反射型回折面３２に向けて出射する端部３１ａ、及び反射型回折面３２から出射された光を、出力導波路３４ｂ〜３４ｅを介してＰＤ３３〜３６へ入射させるための端部３１ｂ〜３１ｅが配置されている。なお、反射型回折面３２は反射型導波路回折格子３１の内部を加工して形成してもよいし、別構成として配置するようにしてもよい。
【００７０】
反射型導波路回折格子３１において、入力導波路４３ａから入射し、端部３１ａから出射された信号光は、図中矢印に示す入力信号光Ｌ０として広がりながら直進する。反射型回折面３２は入力信号光Ｌ０を端部３１ｂ〜３１ｅに向かって回折させる。
【００７１】
反射型回折面３２、端部３１ａ、及び端部３１ｂ〜３１ｅはローランド円３７上に配置されていることから、端部３１ａから出射された光であって、反射型回折面３２により回折された光は、必ず端部３１ｂ〜３１ｅのいずれかに到達することとなる。
【００７２】
ＰＤ３３〜３６は、反射型導波路回折格子３１の出力導波路３４ｂ〜３４ｅから出力された光をそれぞれ受光する手段であり、ＰＤ３３は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｂを経由した光を導く出力導波路３４ｂと光学的に接続する位置に、ＰＤ３４は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｃを経由した光を導く出力導波路３４ｃと光学的に接続する位置に、ＰＤ３５は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｄを経由した光を導く出力導波路３４ｄと光学的に接続する位置に、ＰＤ３６は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｅを経由した光を導く出力導波路３４ｅと光学的に接続する位置に、それぞれ位置している。
【００７３】
以上の構成において、反射型導波路回折格子３１は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、端部３１ａは本発明の出射端に相当し、端部３１ｃ〜３１ｅは本発明の第１の入射端に、端部３１ｂは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、反射型回折面３２は本発明の反射型回折格子に相当する。又、ＰＤ３３〜３６は本発明の受光素子に、復調部４０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置２は本発明の光受信装置に相当する。
【００７４】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態２の光受信装置を以下に説明する。
【００７５】
光受信装置の基本的な動作及び原理は、実施の形態１と同様である。すなわち、反射型導波路回折格子３１を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をそれぞれＰＤ３３〜３６を用いて検出する。
【００７６】
以下、図３及び図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して更に詳細な説明を行う。ただし図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、反射型導波路回折格子３１内部における入力信号光Ｌ０と反射型回折面３２近傍の状態を模式的に示す図である。又、信号光は、実施の形態１と同様、位相φがφ＝０及びφ＝πの２つの値を持ち、これら２値の変化を検出対象とするものとする。
【００７７】
図４（ａ）に示すように、端部３１ａから反射型回折面３２に向けて出射されている入力信号光Ｌ０の位相がφ＝０からφ＝πに変化した場合、時刻ｔ＝Ｔ１において、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０の波面はその位相φがφ＝０である波のものだけなので、この入力信号光Ｌ０が反射型回折面３２から回折して生ずる光は、実施の形態１と同様、０次回折光Ｌ１１として、端部３１ｂへ入射される。
【００７８】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ１においては、０次回折光Ｌ１１のみがＰＤ３３によって受光される。
【００７９】
次に、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ２において、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０の位相がφ＝０からφ＝πに変化した場合、反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波の波面とφ＝πの位相の波の波面とが干渉するため、実施の形態１の図２（ｂ）の場合と同様、１／２次回折光Ｌ２１が発生し、端部３１ｄに入射される。
【００８０】
一方、反射型回折面３２においては、φ＝０の波の波面も連続して反射型回折面３２に達しており、これら反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波同士が干渉するため、これら干渉に基づき生じた０次回折光Ｌ１２も同時に発生し、端部３１ｂに入射される。
【００８１】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ２においては、１／２次回折光Ｌ２１がＰＤ３５によって受光され、０次回折光Ｌ１２がＰＤ３３によって受光される。なお、図４（ａ）において１／２次回折光Ｌ２１及び０次回折光Ｌ１２の光路は理解の容易のために模式的に記述したものであって、現実の光路とは異なる。これは以下の説明においても同様である。
【００８２】
更に、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ３においては、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０において、位相がφ＝０からφ＝πに変化する部分は、反射型回折面３２の図中上部へ移動し続け、当該上部において、反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波の波面とφ＝πの位相の波の波面とが干渉するため、１／２次回折光Ｌ２２を発生させ、端部３１ｄに入射させる。
【００８３】
一方、反射型回折面３２においては、図４（ｂ）の場合と同様、φ＝０の波の波面も連続して反射型回折面３２に達しており、これら反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波同士の干渉に基づき生じた０次回折光Ｌ１３も同時に端部３１ｂに入射され続ける。
【００８４】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ３においても、１／２次回折光及び０次回折光が両方受光される動作が継続している。
【００８５】
図４（ｄ）に示す場合も、図４（ｃ）の場合と同様であり、時刻ｔ＝Ｔ４においても、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０において、位相がφ＝０からφ＝πに変化する部分は、反射型回折面３２の図中上部へ移動し続けるため、当該上部において反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波の波面とφ＝πの位相の波の波面との干渉により生じた１／２次回折光Ｌ２３は端部３１ｄに入射される。
【００８６】
又、反射型回折面３２においても、反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波同士の干渉に基づき生じた０次回折光Ｌ１４も同時に端部３１ｂに入射され続ける。
【００８７】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ４においても、１／２次回折光及び０次回折光が両方受光される動作が継続しており、この状態は、入力信号光Ｌ０において、位相がφ＝０からφ＝πに変化する部分が反射型回折面３２で反射しきってしまうまで続くことになる。
【００８８】
以上図４（ａ）〜（ｄ）に示したように、本実施の形態２の光受信装置においては、ローランド円３７上に配置した反射型回折面３２、端部３１ａ、及び端部３１ｂ〜３１ｅを有する反射型導波路回折格子３１を用いたことにより、入力信号光Ｌ０において位相φがφ＝０からφ＝πに変化した状態の波が連続して反射型回折面３２に到達する構成を実現している。これにより入力信号光が反射型導波路回折格子３１内部を伝播する長期間に渡って、位相の変化に起因する１／２次回折光を発生させ、ＰＤ３５に受光させることができる。
【００８９】
これは以下の効果をもたらす。すなわち、実施の形態１のような透過型回折格子を用いた場合、ＰＤが実際に光を検出時間に比して１／２次回折光が発生する期間が短時間となってしまい、十分に回折光を検知できない恐れがある。これに対し、本実施の形態２による反射型導波路回折格子３１においては、ＰＤの検知可能な時間に比して十分長期間１／２次回折光を発生させることができるため、位相の変化をより正確に検知することが可能となる。
【００９０】
なお、上記の説明においては、位相の変化量はπであるとしたが、実施の形態１と同様に、ＰＤの配置個所として、当該位相の変化量に基づいて発生する回折光の位置を特定できれば、任意の値であってよい。更に位相の変化量はπ／ｎ（ｎ：自然数）が望ましい。ｎ＝２の場合、位相の変化量はπ／２であり、ＤＱＰＳＫにおいて本実施の形態を実現することが可能となる。このとき端部３１ｄ及び３１ｅは、ＤＱＰＳＫにおいて、それぞれ位相φの値がφ＝π／２の場合、φ＝３π／２である場合に、位相の変化により発生する、１／４次回折光及び３／４次回折光の入射を受ける端部である。したがって、上記図４（ａ）〜（ｂ）に示すのと同様の原理で、これら端部３１ｄ及び３１ｅを介して、長期間にわたってＰＤ３４、ＰＤ３７にこれら回折光を入射させ、信号を取り出すことができる。
【００９１】
又、本実施の形態２の構成は、図５に示すように、信号光が、１シンボルが連続して伝送されるＮＲＺ（ｎｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｚｅｒｏ）信号である場合に用いるのが好適である。一旦電圧が０に帰還するＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ ｚｅｒｏ）信号においては、位相の変化の間に空白が発生し、干渉が生じない恐れがあるためである。
【００９２】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【００９３】
図６において、光受信装置３は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部５０と、フロントエンド部５０から得られた電気信号を復調する復調部７０とから構成される。
【００９４】
フロントエンド部５０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力されるアレー導波路回折格子６０、アレー導波路回折格子６０から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）５１〜５４から構成される。
【００９５】
アレー導波路回折格子６０は、外部からの信号光を入力するための入力導波路６１ａ、入力導波路６１ａから入力した光をアレー導波路６３へ分配する入力側スラブ導波路６２、２本の光導波路６３（イ）及び６３（ロ）を有するアレー導波路６３、アレー導波路６３から出力された光を再結合して出力導波路６１ｂ〜６１ｅへ導く出力側スラブ導波路６４、及び復調部７０へ光を出力するための出力導波路６１ｂ〜６１ｅを有する。
【００９６】
アレー導波路回折格子６０において、隣接する光導波路６３（イ）及び６３（ロ）の光路長は、（数３）に示す差分ΔＬずつ異なる。
（数３）
ΔＬ＝ｋ・λ
ただしλは信号光の波長であり、ｋは自然数である。なお、隣接する光導波路の本数が３本以上の場合、最短のものと最長のものとの光路長差は（数４）に示す通りとなる。
（数４）
ΔＬ＝（光導波路の本数−１）・ｋ・λ
又、出力側スラブ導波路６４は、その内部でアレー導波路６３から出力された光を干渉させる手段であって、干渉光を、出力導波路６１ｂ〜６１ｅを介してＰＤ５１〜５４へ入射させるための端部６４ｂ〜６４ｅが配置されている。なお、アレー導波路６３の光導波路６３（イ）及び６３（ロ）はＳｉＯ２基板６５上に形成した光導波路として実現され、入力側スラブ導波路６２、アレー導波路６３及び出力側スラブ導波路６４も同一のＳｉＯ２基板６５上に形成される。なお、アレー導波路６３を構成する各光導波路６３（イ）及び６３（ロ）は光ファイバにより構成し、入力側スラブ導波路６２及び出力側スラブ導波路６４とは別構成としてもよい。
【００９７】
アレー導波路回折格子６０において、入力導波路６１ａから入射し、端部６２ａから出射された信号光は、入力側スラブ導波路６２内を広がりながら進み、アレー導波路６３の各光導波路に同一位相で入力される。
【００９８】
上述したように、アレー導波路６３を構成する各光導波路６３（イ）、６３（ロ）は光路長がｋ・λ異なることから、アレー導波路６３から出力側スラブ導波路６４に出力された光は、出力側スラブ導波路６４内で干渉して回折光となり、端部６４ｂ〜６４ｅのいずれかに到達することとなる。
【００９９】
ＰＤ５１〜５４は、アレー導波路回折格子６０の出力導波路６１ｂ〜６１ｅから出力された光をそれぞれ受光する手段であり、ＰＤ５１はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｂを経由した光を導く出力導波路６１ｂと光学的に接続する位置に配置される。又、ＰＤ５２はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｃを経由した光を導く出力導波路６１ｃと光学的に接続する位置に、ＰＤ５３はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｄを経由した光を導く出力導波路６１ｄと光学的に接続する位置に、ＰＤ５４はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｅを経由した光を導く出力導波路６１ｅと光学的に接続する位置に、それぞれ配置される。
【０１００】
以上の構成において、アレー導波路回折格子６０は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、端部６２ａは本発明の出射端に相当し、端部６４ｃ〜６４ｅは本発明の第１の入射端に、端部６４ｂは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、アレー導波路６３は本発明のアレー導波路に相当する。又、ＰＤ５１〜５４は本発明の受光素子に、復調部７０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置３は本発明の光受信装置に相当する。
【０１０１】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態３の光受信装置３を以下に説明する。
【０１０２】
光受信装置３の基本的な動作及び原理は、実施の形態１、２と同様である。すなわち、アレー導波路回折格子６０を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をそれぞれＰＤ５１〜５４を用いて検出する。
【０１０３】
以下、図６、図７、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図９を参照して更に詳細な説明を行う。ただし図７は、光受信装置３にて受光される光信号を示す図、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、アレー導波路回折格子６０内部における入力信号光Ｌ０と反射型回折面３２近傍の状態を模式的に示す図、及び図９はアレー導波路６３内における各信号光の状態を説明するための図である。
【０１０４】
信号光は、実施の形態１と同様、位相φがφ＝０及びφ＝πの２つの値を持ち、これら２値の変化を検出対象とするものとする。更に、図７に示すように、信号光は、１シンボルと１シンボルとの間に必ず電圧が０に帰還して伝送されるＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ ｚｅｒｏ）信号であり、位相がφ＝０であるパルス、及び位相がφ＝πであるパルスが等時間間隔で伝送されるものとする。
【０１０５】
上述したように、アレー導波路６３を構成する各光導波路６３（イ）、６３（ロ）は光路長がｋ・λ異なることから、アレー導波路６３から出力側スラブ導波路６４に出力された光は、光導波路毎に（数５）に示す時間遅延Δｔを生じさせる。
（数５）
Δｔ＝ｎ・ΔＬ／ｃ
ただしｎは光導波路の屈折率、ｃは光速度である。
【０１０６】
ここで図８（ａ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ１において、アレー導波路６３内を進行する各信号光は、それぞれ位相φ＝０であるパルス及びφ＝πであるパルスを含んでいるが、光導波路の光路差に基づく時間遅延のため、時刻ｔ＝Ｔ１において、出力側スラブ導波路６４に出力されたパルスは、光導波路６３（イ）及び光導波路６３（ロ）のいずれにおいても位相φ＝０のものだけなので、これらパルスが出力側スラブ導波路６４内で干渉して生ずる光は、実施の形態１の図２（ａ）の場合と同様、整数の次数を有する回折光Ｌ３１として、端部６４ｂへ入射される。
【０１０７】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ１においては、ｋ次回折光Ｌ３１のみがＰＤ５１によって受光される。なお、図８（ａ）においてｋ次回折光Ｌ３１の光路は理解の容易のために模式的に記述したものであって、現実の光路とは異なる。これは以下の説明においても同様である。
【０１０８】
次に、図８（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ２においては、出力側スラブ導波路６４には、光導波路６３（イ）から出力された位相φ＝πのパルスに加えて、光導波路６３（ロ）から出力された位相φ＝０のパルスも入力する。このとき、出力側スラブ導波路６４内で位相φ＝０のパルスと位相φ＝πのパルスとが干渉するため、実施の形態１の図２（ｂ）の場合と同様、非整数の次数を有する回折光Ｌ４１が発生し、端部６４ｄに入射される。
【０１０９】
更に、図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ３においては、図８（ａ）の場合と同様、出力側スラブ導波路６４には、光導波路６３（イ）及び光導波路６３（ロ）から出力された位相φ＝πのパルス同士の干渉に基づくｋ次回折光Ｌ３３が発生し、端部６４ｂに入射される。
【０１１０】
以下信号光のパルスの出力側スラブ導波路６４への入力に応じて回折光が適宜発生し、端部６４ｂ又は６４ｄに入射されることとなり、位相の変化が検知される。
【０１１１】
ここで信号光における位相φ＝０のパルスと位相φ＝πのパルスが干渉するための条件の一例を説明する。アレー導波路６３における、各光導波路の光路長差ΔＬに基づく時間遅延Δｔは、一般に（数６）で表すことができる。
（数６）
Δｔ＝ｎ・ΔＬ／ｃ
の時間遅延が生じる。ここでｃは光速度、ｎはアレー導波路の屈折率である。
【０１１２】
ここで、パルスの時間幅Ｔｗ１、パルスの時間間隔Ｔｗ２が（数７）（数８）の関係を満たすように設定する。
（数７）
Ｔｗ１＜Ｔｗ２
（数８）
Ｔｗ１＜Δｔ
（数７）（数８）の条件で信号光をアレー導波路６３に出力すると、図９に示すように、時刻ｔ＝Ｔ１において、光導波路６３（イ）及び６３（ロ）を伝達するパルスは同位相φ＝０である。これは出力側スラブ導波路６４内にてｋ次回折光を生じさせる条件であり、図８（ａ）に示す状態に相当する。
【０１１３】
次に、ｔ＝Ｔ２では、光導波路６３（イ）上には、位相φ＝πのパルスが伝達しているが、光導波路６３（ロ）においては、時間遅延Δｔのため、位相φ＝０のパルスが存在する。これは出力側スラブ導波路６４内にて（ｋ＋（１／２））次回折光を生じさせる条件であり、図８（ｂ）に示す状態に相当する。さらに、ｔ＝Ｔ３では、光導波路６３（イ）及び６３（ロ）を伝達するパルスは同位相φ＝πであり、図８（ｃ）に示す状態に相当する。
【０１１４】
このように、（数６）（数７）に示す条件に基づけば、出力側スラブ導波路６４内にて、アレー導波路６３の各光導波路を通過するパルス同士でｋ次回折光と（ｋ＋（１／２））次回折光とを択一的に発生させることができる。なお、光導波路６３（イ）又は光導波路６３（ロ）のいずれか一方にしかパルスが伝達しない場合は、干渉が発生しないため、出力導波路６１ｂ〜ｅに信号光が出力されることはない。
【０１１５】
実施の形態２で説明した反射型回折格子を用いた場合は、図７に示すＲＺ信号を用いた場合、信号光のパルス間の時間遅延が大きい場合、回折後の光の一部に干渉が生じず、位相の変化を検出できない恐れがあった。
【０１１６】
これに対し、本実施の形態３によるアレー導波路回折格子６０においては、複数の光導波路で光路差を作り出すようにしたことで、信号光を構成するシンボルである各パルスが必ずアレー導波路６３の出力後に干渉を起こすため、位相が互いに異なるパルス同士の干渉により生ずる回折光を確実に発生させることができ、位相の変化をより正確に検知することが可能となる。
【０１１７】
なお、（数７）（数８）に示す条件は一例であって、信号光のパルスの時間遅延は、アレー導波路６３を構成する複数の光導波路において、位相が互いに異なるパルス同士が同一時刻に同時に出力側スラブ導波路６４内に出力されるものであれば、任意の条件を設定するようにしてもよい。当然、アレー導波路６３を構成する光導波路の本数によって限定されるものでもない。
【０１１８】
以上説明したように、本実施の形態３の光受信装置３においては、複数の光導波路を有するアレー導波路６３を備えたアレー導波路回折格子６０を用いたことにより、ＲＺ信号のようなパルスを信号光として扱う場合でも、確実に位相の変化を検知することができる。又、光導波路の光路長によって信号光の時間遅延を設定できるため、実施の形態２と同様、入力信号光がアレー導波路回折格子６０内部を伝播する長期間に渡って、位相の変化に起因する（ｋ＋（１／２））次回折光を発生させ、ＰＤ５３に受光させることができる。
【０１１９】
なお、上記の説明においては、位相の変化量はπであるとしたが、実施の形態１と同様に、ＰＤの配置個所として、当該位相の変化量に基づいて発生する回折光の位置を特定できれば、任意の値であってよい。更に位相の変化量はπ／ｎ（ｎ：自然数）が望ましい。ｎ＝２の場合、位相の変化量はπ／２であり、ＤＱＰＳＫにおいて本実施の形態を実現することが可能となる。
【０１２０】
このとき端部６４ｄ及び６４ｅは、ＤＱＰＳＫにおいて、それぞれ位相φの値がφ＝π／２の場合、φ＝３π／２である場合に、位相の変化により発生する、（ｋ＋（１／４））次回折光及び（ｋ＋（３／４））次回折光の入射を受ける端部となる。したがって、上記図８（ａ）〜（ｃ）に示すのと同様の原理で、これら端部６４ｄ及び６４ｅを介して、ＰＤ５２、ＰＤ５４にこれら回折光を入射させ、信号を取り出すことができる。なお、本実施の形態においては自然数ｋにより回折光の次数を規定されることとなるが、これはアレー導波路においては光導波路の光路差が０となる、すなわち０次回折光が発生する条件がないためであって、本実施の形態の条件は、実施の形態１、２においてｍが正整数である場合に相当することとなる。
【０１２１】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置４の構成図である。ただし図１０において図６と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。又、伝熱板８０はＳｉＯ２基板６５の裏面に設けられたセラミック、金属、樹脂等により構成された板であり、ＳｉＯ２基板６５に対して均一な熱伝導を行うための手段である。
【０１２２】
又、図１１に示すように、伝熱板８０の、ＳｉＯ２基板６５と対向しない側に面にはペルチェ素子８３が設けられる。ペルチェ素子８３は印加される電圧の極性に応じて発熱又は吸熱を行い、伝熱板８０を介してＳｉＯ２基板６５の温度を制御する手段である。又、図１０において、サーミスタ８１及び８２はＳｉＯ２基板６５上にシリコンペースト等で固定された温度検出器である。なお、サーミスタ８１、８２及びペルチェ素子８３は本発明の温度調節部に相当する。又、光受信装置４は本発明の光受信装置に相当する。
【０１２３】
以上の構成を有する本実施の形態４の光受信装置４においては、ペルチェ素子８３は、サーミスタ８１及び８２の検出する温度に基づき、図示しないマイコン等の外部制御手段によって、ＳｉＯ２基板６５の温度を一定に保つための発熱又は吸熱の動作を行う。
【０１２４】
アレー導波路回折格子６０は一枚のＳｉＯ２基板６５上に各部が形成されているが、周囲温度の変化、又は信号光の導波による熱伝導の影響をうけると、アレー導波路６３を構成する各光導波路が伸縮する等の歪みを生じて、正確な光路長が保てなくなる恐れがある。
【０１２５】
本実施の形態４によれば、サーミスタ８１及び８２の検出する温度に基づき動作するペルチェ素子８３を備えたことにより、ＳｉＯ２基板６５上の、特にアレー導波路６３が形成された部分に、伝熱板８０を設けてムラなく熱伝導を行わせることにより、アレー導波路６３の光路長を一定に保つことができる。
【０１２６】
なお、上記の構成においては本発明の温度調節部としてペルチェ素子８３を用いるとして説明を行ったが、ニクロム線やその他熱電対を用いたヒータで代用するようにしてもよい。又、伝熱板８０はＳｉＯ２基板６５の裏面に設けるものとしたが、表面、又は両面に設けるようにしてもよい。
【０１２７】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置５の構成図である。ただし図１２において図６と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２８】
本実施の形態においては、アレー導波路回折格子６０において、入力側スラブ導波路６２、アレー導波路６３及び出力側スラブ導波路６４をＳｉＯ２基板６５に代えてニオブ酸リチウム単結晶からなる誘電体結晶基板９０上に形成した点、及び、図１３に示すように、誘電体結晶基板９０を挟むように電極板９１及び９２を設け、これら電極板９１及び９２間に電源９３による所定電圧を印加できるように構成した点を特徴とする。電極板９１及び９２は、誘電体結晶基板９０上のアレー導波路６３が形成された部分に重なるよう位置している。なお、電極板９１、９２及び電源９３は本発明の屈折率調節部に相当する。
又、光受信装置６は本発明の光受信装置に相当する。
【０１２９】
以上の構成を有する本実施の形態５の光受信装置５においては、誘電体結晶基板９０をニオブ酸リチウム単結晶からなる構成としたことにより、電極板９１、９２の間に電源９３によって電位差を与えると、誘電体結晶基板９０の電気光学効果により屈折率が変化する。したがって、電圧によって入力側スラブ導波路６２、アレー導波路６３及び出力側スラブ導波路６４の屈折率を制御することができる。
【０１３０】
したがって、実施の形態４と同様に、周囲温度の変化、又は信号光の導波による熱伝導の影響をうけると、アレー導波路６３を構成する各光導波路の長さが変動した場合でも、誘電体結晶基板９０自体の屈折率を変化させることで、各光導波路の光路長、又は信号光の時間遅延を補償することができる。
【０１３１】
又、本実施の形態５によれば、同一の光受信装置５を、異なる波長を有する信号光に対して用いることができる。すなわち、特定波長λの信号光に対してアレー導波路６３の各光導波路を設計した場合、当該アレー導波路６３は、特定波長λからΔλだけ異ならせた波長λ′の信号光に対しては光路長が異なることとなるため、例えばｍ・λ＝ｍ′・λ′（ｍ′：ｍ′≠ｍを満たす整数）であるような例外的な関係を別として、これを用いることが難しくなる可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、電圧の印加によりアレー導波路回折格子６０の屈折率を可変させることで各光導波路の光路長を波長λ′に対応するよう調整することができる。
【０１３２】
このように、本実施の形態５によれば、同一の光受信装置５を、複数の異なる波長の信号光に対応させることができる。
【０１３３】
なお、上記の構成においては、誘電体結晶基板９０はニオブ酸リチウム単結晶からなるものとして説明を行ったが、電気光学効果を有するものであれば、他の組成によるものであってもよい。
【０１３４】
又、上記実施の形態４、５は、実施の形態３のアレー導波路回折格子６０を備えた構成において実施するものとして説明を行ったが、実施の形態１の透過型回折格子１１、又は実施の形態２の反射型導波路回折格子３１を備えた構成において実施してもよい。
【０１３５】
（実施の形態６）
図１４は、本発明の実施の形態６の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【０１３６】
図１４において、光受信装置６は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部３１０と、フロントエンド部３１０から得られた電気信号を復調する復調部３２０とから構成される。
【０１３７】
フロントエンド部３１０は、差動位相偏移変調により変調された信号光から回折光を取り出す回折格子本体３１１、回折格子本体３１１から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）３１３及び３１４から構成される。
【０１３８】
回折格子本体３１１は、中空の筐体部３１２ａ、及び筐体部３１２ａの内に配置された、図中奥から手前方向に向かって形成されたスリットを有する透過型回折格子３１２ｂとを備える。筐体部３１２ａ内には、信号光を平行光として内部へ導くための、コリメータレンズ等として実現されるレンズ３１２ｃ、及びレンズ３１２ｃと透過型回折格子３１２ｂとの間の空間に配置された、ハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅが設けられている。更に、筐体部３１２ａの、レンズ３１２ｃが設けられた面に対向する面上には、透過型回折格子３１２ｂから出力された光を透過させるための開口部３１２ｆ及び３１２ｇが設けられている。
【０１３９】
ＰＤ３１３及び３１４は、回折格子本体３１１から出力された光を受光する手段であり、ＰＤ３１３は回折格子本体３１１の開口部３１２ｆを経由した光を受光する位置に、ＰＤ３１４は回折格子本体３１１の端部３１２ｇを経由した光を受光する位置に、それぞれ位置している。なお、開口部３１２ｆ及び３１２ｇは物理的な開口であってもよいし、フェルール、光ファイバ等によって実現される、ＰＤ３１３及び３１４と光学的に結合可能な構成であればよい。
【０１４０】
以上の構成において、回折格子本体３１１は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、筐体部３１２ａは本発明の筐体部に相当し、透過型回折格子３１２ｂは本発明の透過型回折格子に相当する。又、レンズ３１２ｃは本発明の出射端に相当し、開口部３１２ｆは本発明の第１の入射端に、開口部３１２ｇは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、レンズ３１２ｃ、ハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅは本発明の分岐光学系に相当する。又、ＰＤ３１３、３１４は本発明の受光素子に、復調部３２０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置６は本発明の光受信装置に相当する。
【０１４１】
本発明の実施の形態６の基本的な動作及び原理は、実施の形態１と同様である。すなわち、反射型導波路回折格子３１１を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をそれぞれＰＤ３１３及び３１４を用いて検出する。
【０１４２】
本実施の形態６においては、中空の筐体部３１２ａ内に設けた透過型回折格子３１２ｂを備えた構成としたことにより、次のようにして回折光を発生させるようにしている。
【０１４３】
回折格子本体３１１の内部において、外部から入射した信号光は、レンズ３１２ｃを介することにより、図中矢印に示す平行光Ｌ０としてハーフミラー３１２ｄに直進する。筐体部３１２ａ内は中空なので、平行光Ｌ０は収束した光軸となる。
【０１４４】
ハーフミラー３１２ｄにおいては、平行光Ｌ０の一部は透過し、残りの一部は反射する。ハーフミラー３１２ｄを透過した光は透過型回折格子３１２ｂに向かい、ハーフミラー３１２ｄを反射した光Ｌ０′は、反射ミラー３１２ｅで更に反射されてから、透過型回折格子３１２ｂに直進する。
【０１４５】
ここでレンズ３１２ｃ、透過型回折格子３１２ｂ、ハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅの光学的なレイアウトは以下のようになっている。すなわち、透過型回折格子３１２ｄのスリットＳ０は、レンズ３１２ｃの光軸上に配置され、当該光軸上にハーフミラー３１２ｄが位置している。又、ハーフミラー３１２ｄと反射ミラー３１２ｅは、反射ミラー３１２ｅにより反射された光が、平行光Ｌ０と平行であり、かつ、透過型回折格子３１２ｄのスリットＳ０に隣接するスリットＳ１に入射するような位置関係となるよう配置される。
【０１４６】
このような構成としたことにより、透過型回折格子３１２ｂに入射する信号光は、スリットＳ０に入射するものとスリットＳ１に入射するものとで、光路差を生ずる。具体的には、スリットＳ１に入射する信号光は、ハーフミラー３１２ｄと反射ミラー３１２ｅで折り返される分だけ、スリットＳ０に入射されるものより光路差が大きくなる。
【０１４７】
この結果、実施の形態３と同様、スリットＳ０から出射される信号光とスリットＳ１から出射される信号光が同位相であれば、整数次の回折光Ｌ０が発生し、開口部３１２ｇを介してＰＤ３１４に受光される。又、スリットＳ０から出射される信号光とスリットＳ１から出射される信号光が異なる位相であれば、非整数次の回折光Ｌ１が発生し、開口部３１２ｆを介してＰＤ３１３に受光される。なお信号光の位相差の数に基づく開口部の位置、個数の変化の対応は、実施の形態１〜３と同様である。
【０１４８】
以上のように、本実施の形態６によれば、透過型回折格子を用いた構成においても信号光の光路差を大きくとり、信号光の時間遅延を大きく設定できるため、実施の形態２、３と同様、入力信号光が回折格子本体３１１内部を伝播する長期間に渡って、位相の変化に起因する非整数次の回折光を発生させ、ＰＤ３１３に受光させることができる。
【０１４９】
なお、実施の形態１においては、本発明の回折格子本体を、スラブ導波路及びスラブ導波路内の格子面として形成した透過型回折格子により実現した場合、入力信号光Ｌ０と、格子面１２とが直交する構成であるとして説明を行ったが、実施の形態２と同様に、入力信号光Ｌ０が格子面１２に対して斜め方向から入射されるようにすれば、入力信号光Ｌ０において位相φがφ＝０からφ＝πに変化した状態の波を連続して格子面１２に入力させることができ、実施の形態２、３及び６同様、ＰＤの受光時間を大きくとることができる。
【０１５０】
図１５にそのような構成の一例を示す。図１５に示す光受信装置７は、実施の形態１において、透過型回折格子１１に代えて、信号光が入力する面２０１を斜面とすることにより、格子面１２に対して斜交する配置とした構成を有する。この場合、端部１１ａから入力した入力信号光Ｌ０の波面は、格子面１２の下部から上部に向けて順番に到達することとなり、位相が異なる波面同士が干渉する時間を長期間とることができる。
【０１５１】
なお、図１５に例示される光受信装置７においては、端部１１ａから入力信号光Ｌ０が斜め方向から入力することにより本発明の回折格子本体に相当する格子面１２におけるスリット１２ａの開口位置と端部１１ａとの間の距離は互いに異なることとなっている。この関係は、本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子における、回折格子本体における回折光の出射位置が複数であって、この複数の出射位置と出射端との間の光路長がそれぞれ異なる関係に対応している。同様の構成は、実施の形態６においても実現されており、この場合はハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅによって光路長の異なりを作り出している。
【０１５２】
しかしながら、本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子における、回折光の出射位置が複数であって、この複数の出射位置と出射端との間の光路長がそれぞれ異なる関係とは、上記図１５に示す光受信装置７や実施の形態２、６の構成に限定されない。例えば、物理的な距離が同一であっても、信号光が透過する媒体の屈折率が変化すれば光路長は異なる。したがって、図１に示す構成のように、入力信号光Ｌ０が格子面１２に向かって直交するレイアウトとなっていても、透過型回折格子１１を構成する材料として、屈折率分布が変化する材料を用いることによって、図１４と同様、入力信号光Ｌ０に光路差を与えて、位相が異なる波面同士が干渉する時間を長期間とることができ、位相の変化を確実に検知することができる。
【０１５３】
（実施の形態７）
図１６は、本発明の実施の形態７の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【０１５４】
図１６において、光受信装置８は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部４５０と、フロントエンド部４５０から得られた電気信号を復調する復調部４７０とから構成される。ただし、図１６において図６と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１５５】
フロントエンド部４５０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力されるアレー導波路回折格子４６０、アレー導波路回折格子４６０から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）５１〜５４から構成される。
【０１５６】
アレー導波路回折格子４６０において、入力導波路６１ａ、入力側スラブ導波路６２、出力側スラブ導波路６４、出力側スラブ導波路６４、及び出力導波路６１ｂ〜６１ｅは実施の形態３の光受信装置３と同様の構成であるが、アレー導波路４６３は、２本の光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）が、実施の形態３と同様、互いにｋ・λ（λ：信号光の波長、ｋ：自然数）異なる光路長に設計され更に、この光路長差に基づく時間遅延Δｔに、更に後述する条件が与えられるように設計されている。
【０１５７】
次に、復調部４７０は、ＰＤ５１〜５４にそれぞれ一対一対応して設けられ、ＰＤ５１〜５４から出力された電気信号を数値化するＡ／Ｄ変換部４７１〜４７４と、Ａ／Ｄ変換部４７１〜４７４から得られた各数値を比較し、その比較結果を用いて信号光の位相の変化量を演算する演算部４７５とを有する。
【０１５８】
以上の構成において、アレー導波路回折格子４６０は本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、復調部４７０は本発明の位相差識別部に相当し、光受信装置８は本発明の光受信装置に相当する。又、アレー導波路６３は本発明のアレー導波路に相当し、出力側スラブ導波路６４は本発明のスラブ導波路に相当する。
【０１５９】
本発明の実施の形態７の基本的な動作及び原理は、実施の形態３と同様である。すなわち、互いに光路差を有する複数の光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）からなるアレー導波路４６３を有するアレー導波路回折格子４６０を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をＰＤ５１〜５４を用いて検出する。
【０１６０】
本実施の形態７による光受信装置８は、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光のいずれの受光に際しても、復調部４７０は、全てのＰＤ５１〜５４の信号光に基づき位相の変化量を求めることを特徴とする。
【０１６１】
以下、詳細な説明を行う。
【０１６２】
アレー導波路回折格子４６０のアレー導波路４６３において、光導波路４６３（イ）と４６３（ロ）との光路長差は、上記ｋ・λであって、光導波路４６３（ロ）を通過する信号光は光導波路４６３（イ）を通過する光に対して時間遅延を与える。
【０１６３】
この時間遅延は、図１７に示すように、信号光の位相が変化した場合において、光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）と出力側スラブ導波路６４とのそれぞれの結合点６４（イ）及び６４（ロ）に、位相の変化前の信号光のパケットと、位相の変化前の信号光のパケットとがそれぞれ同時に到達するように設定されている。図１７の場合、信号光の位相φがφ＝πからφ＝０に変化した時、光路長の短い光導波路４６３（イ）と出力側スラブ導波路６４との結合点６４（イ）には変化後の位相φ＝０の信号光のパケットが到達し、光路長の長い光導波路４６３（ロ）と出力側スラブ導波路６４との結合点６４（ロ）には変化前の位相φ＝πの信号光のパケットが到達している。
【０１６４】
出力側スラブ導波路６４において、結合点６４（イ）及び６４（ロ）に信号光のパケットが同時に到達すると、各パケットは干渉を生じて、干渉光を発生させる。干渉光は基本的に出力側スラブ導波路６４内部全体を伝播し、端部６４ｂ〜６４ｂに達すると、それぞれＰＤ５１〜５４により受光される。ＰＤ５１〜５４は、受光した光の強度（光強度）に対応した電気信号を出力する。ＰＤ５１〜５４から出力された電気信号は、それぞれＡ／Ｄ変換部４７１〜４７４に入力し、データとして数値化され、演算部４７５へ入力される。演算部４７５は、各数値の入力を受けると、これを出力比、すなわちＰＤ５１〜５４とＰＤ５１〜５４から得られた各数値との対応関係として算出し、当該出力比を、内蔵した出力比テーブル４７５ａに記録された出力比と比較し、一致又は近似するものを選択する。
【０１６５】
ここで出力比テーブル４７５ａは、予め実験及び計算により求めた出力比と位相の変化量との対応をまとめたテーブルである。演算部４７５は、ＰＤ５１〜５４から得られた出力比が、出力比テーブル４７５ａに記録された出力比と一致又は近似した場合、その一致又は近似した出力比が対応する位相の変化量を、演算結果として外部へ出力する。
【０１６６】
信号光の位相の変化量に応じて、ＰＤ５１〜５４がそれぞれ受光する光の光強度は変化し、したがって演算部４７５が算出する出力比も変化する。演算部４７５は、変化する出力比に対応した位相の変化量を出力比テーブル４７５ａを用いて算出することで、外部から入力する信号光の位相の変化に追従して正確に位相の変化量を求めることができる。
【０１６７】
本実施の形態７による光受信装置８は、実施の形態３の光受信装置３に比して、更に位相変化の検出精度を向上できるという利点を有する。それは以下の理由による。
【０１６８】
図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したように、実施の形態３の光受信装置３であれば、信号光の位相に変化が生じた場合、その変化に伴い生じた干渉光をＰＤ５１〜５４を用いて検出し、復調部７０は、ＰＤ５１〜５４のうち、最も光強度の大きな光を検出したものからの電気信号に依拠して位相量の変化を求めていた。
【０１６９】
これは、端部６４ｂ〜６４ｅの位置が、出力側スラブ導波路６４の出射端面上における干渉光のピークに対応するように配置され、かつ、端部６４ｂ〜６４ｅのそれぞれの位置が、そのまま位相の変化量に対応する関係を有するように設計していたためであり、ＰＤ５１〜５４が受光する特定の干渉光の光強度が、他の干渉光の光強度と十分に識別可能な程度に大きい、つまりＰＤ間のアイソレーションが十分大きいことに基づいている。
【０１７０】
しかしながら、各ＰＤ５１〜５４が受光する干渉光の光強度に十分な違いがない、つまりＰＤ間のアイソレーションが十分な大きさでない場合、復調部７０においては、ＰＤ５１〜５４が干渉光を受光したとき、各干渉光の識別を行うことができなくなる、又は誤識別を行い、正確な位相の変化を検知できない恐れがある。
【０１７１】
これに対し、本実施の形態７の光受信装置８においては、復調部４７０は、全てのＰＤ５１〜５４が受光する干渉光の光強度の出力比を求め、出力比との対応関係から位相の変化量を演算する。出力比の変化は、信号光の位相の変化に対して十分識別可能なパターンとして現れるため、ＰＤ間のアイソレーションが小さい場合であっても、位相の変化を正確に検知することが可能となる。なお、上記の説明において、光強度は、本発明の光信号の大きさに相当する。
【０１７２】
ここで、図１８〜２０に、ＰＤの個数を５つとして作成した光受信装置におけるＰＤの受光特性及び出力比の特性の一例を示す。
【０１７３】
図１８に示す光受信装置９は、５つのＰＤ４５１〜４５４及びそれに対応した端部４６４ａ〜４６４ｅ、出力導波路４６１ａ〜４６１ｅ及びＡ／Ｄ変換部４７６ａ〜４７６ｅを備えたこと以外は、図１６の光受信装置８と同様の構成、機能を有する。なお、アレー導波路回折格子４６０はスリット２つを有する回折格子に相当するものとする。
【０１７４】
図１９は、ＰＤ４５１〜４５４と光学的に結合する出力導波路４６１ａ〜４６１ｅが、中央の出力導波路４６１ｃを回折角０（ｒａｄ）として、０．０４（ｒａｄ）刻みの間隔で離隔配置した構成とした場合における、信号光の位相変化と光強度との関係を示したグラフである。
【０１７５】
図１９に示すように、信号光の位相が変化する場合において、位相の変化量は、最大の変化量πであっても、光強度の差分は、ＰＤ間に必要なアイソレーションの半分程度（１０ｄＢ以下）と小さな値となっている。
【０１７６】
図２０は、信号光の位相変化をＰＤ４５１〜４５４の出力比と対応付けた例であり、これと同様の内容がデータとして出力比テーブル４７５ａに格納されている。各位相差に対応した出力比は互いに大きく異なり、他と容易に識別可能であることが分かる。
【０１７７】
以上のように、本実施の形態７の光受信装置８によれば、信号光の位相変化を、より正確に検知することが可能となる。
【０１７８】
なお、上記の説明においては、ＰＤ、出力導波路の数は４又は５であるとしたが、２以上の任意の数であってもよい。又、上記の説明においては、復調部４７０の構成は、実施の形態３の構成と組み合わせて実現するものとして説明を行ったが、他の実施の形態１、２、４〜６他の構成と組み合わせて実現してもよい。
【０１７９】
又、上記の説明においては、光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）と出力側スラブ導波路６４とのそれぞれの結合点６４（イ）及び６４（ロ）に、位相の変化前の信号光のパケットと、位相の変化前の信号光のパケットとがそれぞれ同時に到達するように設定されているものとして説明を行ったが、正確に同時でなくともよい。各ＰＤの出力比を得ることができる時間内、つまり、位相の変化する前の信号光と位相の変化した後の信号光とが、スラブ導波路を伝播することで干渉光を生ずることができる時間内であれば、光信号のパケットの到着時刻には許容誤差があってもよい。
【０１８０】
又、上記の各実施の形態の説明においては、差動位相偏移変調された信号光を例として説明を行ったが、差動位相変位変調においては、位相量が変化する場合のみを検知できれば信号の再生が可能であることから、位相量が同一の信号光が干渉して生じるｍ次回折次数光（整数次の回折光）を受光するための構成は省略してもよい。実施の形態１の場合、端部１１ｃに対応したＰＤ１４及び透過型回折格子１１の端部１１ｃに当たる部分を省略してもよい。同様に、実施の形態２の場合は、ＰＤ３３及び出力導波路３４ｂを省略してもよい。同様に、実施の形態３の場合は、ＰＤ５１、出力導波路６１ｂを省略してもよい。
【０１８１】
更に、上記の説明においては、単一波長の信号光を差動位相偏移変調するものとして説明を行ったが、本発明は、波長多重光のそれぞれについて差動位相偏移変調を行った信号光に対して適用するものとしてもよい。この場合は、回折格子として、波長毎に本発明の出射端、第１の入射端及び／又は第２の入射端を備えた構成にすればよい。
【０１８２】
又、上記の説明においては、光受信装置全体を例にとり説明を行ったが、本発明は位相偏移変調光受光用回折格子単体で実施するものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明は、以上のような本発明によれば、位相の変化を正確に検出することができ、位相偏移変調光を受光するための回折格子、及びこれを用いた光受信装置等において有用である。
【符号の説明】
【０１８４】
１ 光受信装置
１０ フロントエンド部
１１ 透過型回折格子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 端部
１２ 格子面
１３、１４ フォトダイオード（ＰＤ）
２０ 復調部
Ｌ０ 入力信号光
Ｌ１ ０次回折光
Ｌ２ １／２次回折光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差動位相偏移変調光受光用回折格子及びそれを用いた光受信装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信における伝送容量は日々刻々拡大しており、現在普及している波長分割多重方式によっても、伝送容量の大容量化は限界に近づいている。
【０００３】
伝送容量を更に大容量化するための方策のひとつに、信号光の振幅又は位相を変化させることで情報を伝達する多値変調方式がある。
【０００４】
多値変調の方法は各種知られているが、信号光の位相そのもの値に情報を載せる通常の位相偏移変調の他、直前の信号からの位相の変化量に情報を載せる方法がある。これを差動位相偏移変調という。
【０００５】
差動位相偏移変調において位相の変化量はπ、π／２等任意の量を定めることができ、特に位相の変化量をπ／２としたものは差動四値位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：以下ＤＱＰＳＫと称する）と呼ばれる。
【０００６】
差動位相偏移変調は、信号光の位相そのものの値を用いる必要がないため実施が容易と考えられる反面、復調時に誤りが生じやすい。そこで受信側において信号光の位相の変動をいかに正確に検出するかが重要となっており、従来より光の干渉を利用する方法が知られている。以下、ＤＱＰＳＫを例にとって説明を行う。
【０００７】
図２１は、従来の技術によるＤＱＰＳＫによる光受信装置のフロントエンド部の構成を示す図である（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００８】
図２１に示すように、フロントエンド部１００は、信号光から干渉光を得るための干渉系１１０、及び干渉系１１０から出力された干渉光を電気信号に変換するバランス型受信器１２０から構成される。
【０００９】
干渉系１１０は、入力した信号光を分岐させるビームスプリッタ１１１、ビームスプリッタ１１１で分岐された一方の信号光から干渉光を得るマッハツェンダ干渉計１１２ａ、ビームスプリッタ１１１で分岐された他方の信号光から干渉光を得るマッハツェンダ干渉計１１２ｂとから構成される。なお、干渉系１１０として一組のマッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂを用いたが、マイケルソン干渉計などを用いてもよい。
【００１０】
又、バランス型受信器１２０は、マッハツェンダ干渉計１２１ａから出射された干渉光を電気信号に変換する第１のバランス型フォトダイオード（ＰＤ）１２０ａ、及びマッハツェンダ干渉計１２１ｂから出射された干渉光を電気信号に変換する第２のバランス型ＰＤ１２０ｂとから構成される。
【００１１】
以上のような構成を有する光受信装置のフロントエンド部１００の動作を以下に説明する。信号光は干渉系１１０に入力するとビームスプリッタ１１１で２つに分岐され、２つのマッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂにそれぞれ導かれる。
【００１２】
マッハツェンダ干渉計１１２ａは、入力した一方の光信号に対し１シンボル分の時間遅延Ｔ及び位相差０を付加するものであり、マッハツェンダ干渉計１１２ｂは、入力した他方の光信号に対し１シンボル分の時間遅延Ｔと位相差π／２を付加するものである。
【００１３】
マッハツェンダ干渉計１１２ａに導かれた光信号は、さらに２つに分割され、一方の光信号は時間遅延Ｔを与えられて他方の光信号と再び結合される。このとき一方の光導波路の時間遅延Ｔにより再結合後の光信号は干渉光となり、互いの位相差に応じて２つのポートから所定の比率で出力する。マッハツェンダ干渉計１１２ａの２つのポートからの出力はそれぞれバランス型ＰＤ１２０ａにて受光され、当該比率に応じた同相信号成分ｄＩとして出力され、図示しない後段の復号部に出力される。
【００１４】
同様に、マッハツェンダ干渉計１１２ｂに導かれた光信号は、時間遅延Ｔ及び位相差π／２を与えられた後２つのポートから出力され、バランス型ＰＤ１２０ａにてそれぞれ受光され、当該比率に応じた直交信号成分ｄＱとして出力される。
【００１５】
同相信号成分ｄＩ、直交信号成分ｄＱは、信号光の位相の変化に応じて、図２２の信号点配置図に示すように、（１、０）、（０、１）、（−１、０）、（−１、−１）の４つの組み合わせをとる。このように、ＤＱＰＳＫにおいては１つの信号の位相変動で２ビットの信号を伝達し、位相変動量に応じた４値の情報を伝達することが可能となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】“非コヒーレント多値受信器を用いた光ファイバ非線形効果の補償”２００８年電子情報通信学会総合大会 通信講演論文集２、３８３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の光受信器には以下のような課題があった。
【００１８】
フロントエンド部１００は、マッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂを用いた干渉系１１０、及び一対のバランス型ＰＤ１２０ａ及び１２０ｂを用いたバランス型受信器１２０を利用しているが、バランス型受信器１２０の出力である同相信号成分ｄＩ、直交信号成分ｄＱの品質は、干渉系１１０の作製ばらつき又はＰＤの受光感度ばらつき等に依存する。
【００１９】
干渉系１１０のマッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂは一般に光ファイバや、ＳｉＯ２基板上に形成された平面光導波路として実現されるが、マッハツェンダ干渉計１１２ａ、１１２ｂはそれぞれ別材料、又は独立した工程によって作製されるため、同一特性を確保することが困難であり、信号光の時間遅延や位相差の波長依存性等にばらつきが生ずる。同様のことがＰＤ１２０ａ及び１２０ｂについても当てはまり、受光感度等の特性にばらつきが生ずる。
【００２０】
このように、干渉系１１０の各部の特性が異なる場合には、同相信号成分ｄＩ、直交信号成分ｄＱは、図２２の信号点配置図において図中各点に示す信号光の位相の変化量に対応した正規の位置から外れてしまう。この信号点のずれは信号光の位相の変化が正確に検出できないことと同等であり、光信号の正確な復調の妨げとなってしまう。
【００２１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、位相の変化を正確に検出することができる差動位相偏移変調光受光用回折格子、及びそれを用いた光受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するために、第１の本発明は、差動位相偏移変調された信号光を出射する、少なくとも一つの出射端と、
前記出射端から出射された光を回折させる回折格子本体と、
前記回折格子本体から出射された光を入射する、ｍ（ｍ：整数）次回折光が入射される場所以外の場所に設けられた、少なくとも一つの第１の入射端とを備えた、差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２３】
又、第２の本発明は、前記第１の入射端の位置は、前記差動位相偏移変調された前記信号光の位相の変化量に基づき決定される、第１の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２４】
又、第３の本発明は、前記位相の変化量をπ／ｎとすると（ｎ：自然数）、
前記第１の入射端は、前記回折格子本体から（ｍ±（２ｎ）−１）次回折光を入射する位置に配置される、第２の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２５】
又、第４の本発明は、前記回折格子本体から出射された光のうち、前記ｍ次回折光を入射する、少なくとも一つの第２の入射端を備えた、第１から３のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２６】
又、第５の本発明は、前記回折格子本体における回折光の出射位置は複数であって、
前記複数の前記出射位置と前記出射端との間の光路長はそれぞれ異なる、第１から４のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２７】
又、第６の本発明は、前記回折格子本体は、
前記出射端から出射された光が斜め方向から入射される入射面を有する、第５の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２８】
又、第７の本発明は、前記回折格子本体は、
前記入射面と同一の面から回折した光を出射する反射型回折格子を有する、第６の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００２９】
又、第８の本発明は、前記回折格子本体は、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子と光学的に結合したスラブ導波路を有し、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子は、前記スラブ導波路上にて同一のローランド円の周上に配置されている、第７の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３０】
又、第９の本発明は、前記回折格子本体は、
前記入射面を透過して回折した光を出射する透過型回折格子を有する、第１から第６のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３１】
又、第１０の本発明は、前記回折格子本体は、スラブ導波路であり、
前記透過型回折格子は、前記スラブ導波路内に形成された格子面であり、
前記出射端及び前記第１の入射端は、前記スラブ導波路の縁部に設けられている、第９の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３２】
又、第１１の本発明は、前記回折格子本体は、前記出射端及び前記第１の入射端が設けられるとともに、前記透過型回折格子が収納される筐体部と、
前記筐体部内の前記出射端と前記透過型回折格子との間の空間に設けられた、前記出射端から出射された光を分岐させ、前記透過型回折格子の互いに異なるスリットに入射させる分岐光学系とを有する、第９の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３３】
又、第１２の本発明は、前記回折格子本体は、互いに光路長が異なる複数の導波路を有するアレー導波路を有する、第１から第５のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３４】
又、第１３の本発明は、
前記回折格子本体の温度を一定に保つよう調節する温度調節部を備えた、第１から第１２のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３５】
又、第１４の本発明は、
電圧を印加することにより前記回折格子本体の屈折率を調整する屈折率調節部を備えた、第１から第１２のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子である。
【００３６】
又、第１５の本発明は、
第１から第１４のいずれかの本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
少なくとも前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と、光学的に結合した受光素子と、
前記受光素子の受光した光信号を処理する信号処理部とを備えた、光受信装置である。
【００３７】
又、第１６の本発明は、
第４の本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と光学的に結合した第１の受光素子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第２の入射端と光学的に結合した第２の受光素子と、
前記第１の受光素子の受光した光信号の大きさと、前記第２の受光素子の受光した光信号の大きさとの組み合わせに基づいて、前記差動位相偏移変調光受光用回折格子へ入力した前記信号光の位相の変化量を識別する変化量識別部とを備えた、光受信装置である。
【００３８】
又、第１７の本発明は、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記回折格子本体は、一端に前記出射端が設けられ、他端が互いに光路長が異なる複数の光導波路に分岐しているアレー導波路と、
一端は前記アレー導波路と光学的に接続され、他端は前記第１の入射端及び前記第２の入射端が設けられたスラブ導波路とを有し、
前記アレー導波路の前記複数の光導波路は、前記外部より入力する前記信号光の位相が変化した場合、位相の変化する前の前記信号光と前記位相の変化した後の前記信号光とが、同一時間内に前記スラブ導波路を伝播する光路長差を有する、第１６の本発明の光受信装置である。
【発明の効果】
【００３９】
以上のような本発明によれば、位相の変化を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１の透過型回折格子１１を含む光受信装置の構成図である。
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における位相の変化を検知する原理を説明するための図である。（ｂ）本発明の実施の形態１における位相の変化を検知する原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１を含む光受信装置の構成図である。
【図４（ａ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図４（ｂ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図４（ｃ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図４（ｄ）】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２の反射型導波路回折格子３１を含む光受信装置において用いられる信号光の模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置において用いられる信号光の模式図である。
【図８】（ａ）本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０における信号光入力時の動作を説明するための図である。（ｂ）本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０における信号光入力時の動作を説明するための図である。（ｃ）本発明の実施の形態３のアレー導波路回折格子６０における信号光入力時の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態３における信号光のパルスの干渉条件を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態４のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の要部構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態５のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態５のアレー導波路回折格子６０を含む光受信装置の要部構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態６の透過型回折格子３１２ｂを含む光受信装置の構成図である。
【図１５】本発明の透過型回折格子の他の構成例を含む光受信装置の構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態７のアレー導波路回折格子４６０及び復調部４７０を含む光受信装置の構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態７の光受信装置の動作を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態７の光受信装置の他の構成例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態７の光受信装置の動作の例を説明するためのグラフを示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態７の光受信装置の動作の例を説明するための表を示す図である。
【図２１】従来の技術によるＤＱＰＳＫによる光受信装置のフロントエンド部の構成を示す図である。
【図２２】ＤＱＰＳＫの信号点配置図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【００４２】
図１において、光受信装置１は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部１０と、フロントエンド部１０から得られた電気信号を復調する復調部２０とから構成される。フロントエンド部１０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力される透過型回折格子１１、透過型回折格子１１から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１３及び１４から構成される。
【００４３】
透過型回折格子１１はＳｉＯ２等により作製されたスラブ導波路であって、その内部には図中奥から手前方向に向かって形成されたスリットを有する格子面１２が形成されている。透過型回折格子１１の内部において、端部１１ａから奥に向かって出射された信号光は、図中矢印に示す平行光Ｌ０として透過型回折格子１１内部全体に渡って直進する。格子面１２は平行光Ｌ０の進行方向に直交しており、平行光Ｌ０は格子面１２により回折され、端面１１ｄから透過型回折格子１１の外部に向かって出力される。
【００４４】
ＰＤ１３及び１４は、透過型回折格子１１から出力された光を受光する手段であり、ＰＤ１３は透過型回折格子１１の端部１ｂを経由した光を受光する位置に、ＰＤ１４は透過型回折格子１１の端部１１ｃを経由した光を受光する位置に、それぞれ位置している。
【００４５】
以上の構成において、透過型回折格子１１は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子であって、かつ回折格子本体及びスラブ導波路に相当する。又、端部１１ａは本発明の出射端に相当し、端部１１ｂは本発明の第１の入射端に、端部１１ｃは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、格子面１２は本発明の透過型回折格子の格子面に相当する。又、ＰＤ１３、１４は本発明の受光素子に、復調部２０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置１は本発明の光受信装置に相当する。
【００４６】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態１の光受信装置を以下に説明する。
【００４７】
光受信装置の基本的な動作は従来例と同様であり、送信側から光ファイバ等によって伝達されてきた信号光は、透過型回折格子１１を経由した後、ＰＤ１３又はＰ１４により受光され、ＰＤ１３又は１４は光を受光するとこれを電気信号に変換し、復調部２０へ出力する。復調部２０はＰＤ１３又は１４からの電気信号を復調して原信号を得る。
【００４８】
本発明の実施の形態１においては、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相の変化を、透過型回折格子１１、及びＰＤ１３、１４を用いて検出するようにしたことを特徴とする。以下、図１及び図２（ａ）（ｂ）を参照して詳細な説明を行う。
【００４９】
図２（ａ）は、透過型回折格子１１内部の、格子面１２近傍の状態を模式的に示す図である。図２（ａ）に示すように、格子面１２は複数（図中では３つのみ例示）のスリット１２ａが設けられた面である。端部１１ａから出射された平行光Ｌ０が格子面１２を通過する際に、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面が干渉を起こすことにより、以下の（数１）を満たす回折角θを有する回折光が生ずる。
（数１）
ｄ・ｓｉｎθ＝ｍ・λ
なお、（数１）においてｄはスリット１２ａの間隔、ｍは回折次数（ｍ：整数）、λは平行光Ｌ０の波長である。
【００５０】
ところで、差動位相型偏移変調された信号光の位相φは一般にφ＝ω・ｔ＋Ａ（ω：信号光の振動数、ｔ：時間、Ａ：任意の値を取り得る初期位相）で示され、このφからの位相差（例えば、φ±π／２、π、３π／２、…）を有する信号の位相はφ＝（ω・ｔ＋Ａ±π／２（又、±π、±３π／２、…））で示される。
【００５１】
しかしながら、簡単のため、以下の説明においては、位相差の基準となる位相を有する信号光を「φ＝０の位相を有する信号光」と定義し、この信号光φ＝０に対して位相差を有する信号光を、その位相差の値によって定義することとした。例えば、基準となる信号光に対してπの位相差を持つ信号を「φ＝πの位相を有する信号光」と呼ぶ。
【００５２】
以下、説明をつづける。図２（ａ）に示すように、信号光である平行光Ｌ０の位相φが一定の位相φ＝０である場合は、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面において、図中波面の実線で示す波の山と山、及び、図中波面の点線で示す谷と谷が重なり合う、図中○印で示す位置を結ぶ線上に回折光が生じ、波の山と谷とが重なり合う部分は暗部となる。
【００５３】
このように、平行光Ｌ０は、回折後は離散した±ｍ次の回折光として透過型回折格子１１内を進行し、図１においては、端面１１ｄの特定位置から外部へ出力される。
【００５４】
なお、図２（ａ）中においては、格子面１２の作用により０次回折光と、±１次回折光が生ずるものとして示したが、±ｍ次の回折光のうち光強度が最も強いのは０次回折光であり、これは平行光Ｌ０と同一光軸上の光である。したがって、本実施の形態１においては、０次回折光が透過する位置を透過型回折格子１１の端部１１ｃと定め、端部１１ｃから出力される光を受光できるようにＰＤ１４を配置するようにしている。すなわち、格子面１２から透過型回折格子１１の端部１１ｃに入射され、外部へ出力される０次回折光Ｌ１がＰＤ１４によって受光される。
【００５５】
次に、信号光に位相の変化が生じた場合の動作を説明する。
【００５６】
図２（ｂ）に示すように、信号光である平行光Ｌ０の位相φがφ＝０からφ＝πに変化した場合、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面において、φ＝０である波とφ＝０である波とが干渉する箇所が生ずる。当該箇所においては、位相が一定である場合に波の山と山、又は谷と谷が重なり合って±ｍ次の回折光を生じさせていた位置は、一方の波の山と谷とが入れ替わるため、互いに打ち消し合い、図中×印で示すように暗部となる。
【００５７】
一方、位相が一定である場合に暗部となっていた、波の山と谷とが重なりあっていた位置は、一方の波の山と谷とが入れ替わるため、波の山と山、又は谷と谷とが重なり、図中▲印で示す位置を結ぶ線上に新たな回折光を生じさせる。
【００５８】
このとき、位相φ＝０である信号光と位相φ＝πである信号光との干渉によって生じる新たな回折光は、以下の（数２）を満たす。
（数２）
ｄ・ｓｉｎθ＝（ｍ±（１／２））・λ
したがって、信号光の位相がφ＝０からφ＝πに変化すると、その変化の前後における平行光Ｌ０は、回折後は（ｍ±（１／２））次回折光として透過型回折格子１１内を進行し、端面１１ｄの特定位置から外部へ出力されることとなる。
【００５９】
ここで、（数２）に示される条件は、同位相の信号光同士が干渉する場合に光が弱め合うことにより生ずる暗線の発生条件と同一であり、波長λの係数（ｍ±（１／２））は整数値を取り得ない値、すなわち非整数である。このことから、本明細書の説明においては、位相差がある信号光同士の干渉により生じる回折光を、非整数の次数の回折光と呼ぶ。
【００６０】
なお、図２（ｂ）中においては、格子面１２の作用により±１／２次回折光と、±３／２次回折光が生ずるものとして示したが、次数が小さい回折光のほうが強い光強度を有するため、本実施の形態１においては、１／２次回折光が透過する位置を透過型回折格子１１の端部１１ｂと定め、端部１１ｂから出力される光を受光できるようにＰＤ１３を配置するようにしている。すなわち、格子面１２から透過型回折格子１１の端部１１ｂに入射され、外部へ出力される＋１／２次回折光Ｌ２がＰＤ１４によって受光される。
【００６１】
更に、平行光Ｌ０の位相がφ＝πに変化した後は、スリット１２ａからそれぞれ出射される波面は、φ＝πである波同士が干渉することとなる。この場合は、図２（ａ）に示す場合と同様、平行光Ｌ０は、回折後は離散した±ｍ次の回折光として透過型回折格子１１内を進行し、外部へ出力される０次回折光Ｌ１がＰＤ１４によって受光される。
【００６２】
以上のように、本実施の形態１の光受信装置によれば、透過型回折格子１１を備えたことにより、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる０次回折光Ｌ１、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる１／２次回折光Ｌ２の２種類の回折光を発生させ、これら回折光を、それぞれＰＤ１３、１４を用いて検出するようにしている。
【００６３】
透過型回折格子１１は単一の部品であり、各回折光は同一品質のスラブ導波路内を通過するため光導波路の作製に起因する特性のばらつきは原理的に生じない。又、ＰＤ１３、ＰＤ１４はそれぞれ独立した回折光を受光する単一ダイオードにより構成されるため、受光特性のバラツキによる影響を受けにくい。したがって、本実施の形態１においては、図１５に示す従来例より単純な構成であって正確な位相の変化を検知することができる。
【００６４】
なお、上記の実施の形態においては、位相の変化量をπであるとしたが、位相の変化量は任意の値であってよく、その変化量に基づいて発生する回折光の位置を特定し、当該位置に、ＰＤを設けるようにすればよい。このとき、端部１１ｂ、１１ｃ等の具体的な位置は各回折光の回折角及び透過型回折格子１１の各部の寸法から計算により求めてもよいし、実際にＰＤにより透過型回折格子１１からの出力光を受光することによって決定してもよい。
【００６５】
望ましくは、位相の変化量をπ／ｎとすると（ｎ：自然数）、透過型回折格子１１からの光が出力される端部は、透過型回折格子１１から非整数の次数（ｍ±（２ｎ）−１）（ｍ：整数）を有する（ｍ±（２ｎ）−１）回折次数光を入射する位置に配置されるようにする。このときｍは最小値ｍ＝０としたほうが、検出すべき光の光強度を最大限確保できるため、望ましい。
【００６６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【００６７】
図３において、光受信装置２は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部３０と、フロントエンド部３０から得られた電気信号を復調する復調部４０とから構成される。
【００６８】
フロントエンド部３０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力される反射型導波路回折格子３１、反射型導波路回折格子３１から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）３３〜３６から構成される。
【００６９】
反射型導波路回折格子３１はＳｉＯ２等により作製されたスラブ導波路であって、外部からの信号光を入力するための入力導波路３４ａ、復調部４０へ光を出力するための出力導波路３４ｂ〜３４ｅを有する。又、反射型導波路回折格子３１の内部は平面図においてローランド円３７を形成しており、その内部側壁には、反射型回折面３２、入力導波路４３ａから光を反射型回折面３２に向けて出射する端部３１ａ、及び反射型回折面３２から出射された光を、出力導波路３４ｂ〜３４ｅを介してＰＤ３３〜３６へ入射させるための端部３１ｂ〜３１ｅが配置されている。なお、反射型回折面３２は反射型導波路回折格子３１の内部を加工して形成してもよいし、別構成として配置するようにしてもよい。
【００７０】
反射型導波路回折格子３１において、入力導波路４３ａから入射し、端部３１ａから出射された信号光は、図中矢印に示す入力信号光Ｌ０として広がりながら直進する。反射型回折面３２は入力信号光Ｌ０を端部３１ｂ〜３１ｅに向かって回折させる。
【００７１】
反射型回折面３２、端部３１ａ、及び端部３１ｂ〜３１ｅはローランド円３７上に配置されていることから、端部３１ａから出射された光であって、反射型回折面３２により回折された光は、必ず端部３１ｂ〜３１ｅのいずれかに到達することとなる。
【００７２】
ＰＤ３３〜３６は、反射型導波路回折格子３１の出力導波路３４ｂ〜３４ｅから出力された光をそれぞれ受光する手段であり、ＰＤ３３は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｂを経由した光を導く出力導波路３４ｂと光学的に接続する位置に、ＰＤ３４は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｃを経由した光を導く出力導波路３４ｃと光学的に接続する位置に、ＰＤ３５は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｄを経由した光を導く出力導波路３４ｄと光学的に接続する位置に、ＰＤ３６は反射型導波路回折格子３１の端部３１ｅを経由した光を導く出力導波路３４ｅと光学的に接続する位置に、それぞれ位置している。
【００７３】
以上の構成において、反射型導波路回折格子３１は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、端部３１ａは本発明の出射端に相当し、端部３１ｃ〜３１ｅは本発明の第１の入射端に、端部３１ｂは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、反射型回折面３２は本発明の反射型回折格子に相当する。又、ＰＤ３３〜３６は本発明の受光素子に、復調部４０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置２は本発明の光受信装置に相当する。
【００７４】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態２の光受信装置を以下に説明する。
【００７５】
光受信装置の基本的な動作及び原理は、実施の形態１と同様である。すなわち、反射型導波路回折格子３１を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をそれぞれＰＤ３３〜３６を用いて検出する。
【００７６】
以下、図３及び図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を参照して更に詳細な説明を行う。ただし図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、反射型導波路回折格子３１内部における入力信号光Ｌ０と反射型回折面３２近傍の状態を模式的に示す図である。又、信号光は、実施の形態１と同様、位相φがφ＝０及びφ＝πの２つの値を持ち、これら２値の変化を検出対象とするものとする。
【００７７】
図４（ａ）に示すように、端部３１ａから反射型回折面３２に向けて出射されている入力信号光Ｌ０の位相がφ＝０からφ＝πに変化した場合、時刻ｔ＝Ｔ１において、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０の波面はその位相φがφ＝０である波のものだけなので、この入力信号光Ｌ０が反射型回折面３２から回折して生ずる光は、実施の形態１と同様、０次回折光Ｌ１１として、端部３１ｂへ入射される。
【００７８】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ１においては、０次回折光Ｌ１１のみがＰＤ３３によって受光される。
【００７９】
次に、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ２において、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０の位相がφ＝０からφ＝πに変化した場合、反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波の波面とφ＝πの位相の波の波面とが干渉するため、実施の形態１の図２（ｂ）の場合と同様、１／２次回折光Ｌ２１が発生し、端部３１ｄに入射される。
【００８０】
一方、反射型回折面３２においては、φ＝０の波の波面も連続して反射型回折面３２に達しており、これら反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波同士が干渉するため、これら干渉に基づき生じた０次回折光Ｌ１２も同時に発生し、端部３１ｂに入射される。
【００８１】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ２においては、１／２次回折光Ｌ２１がＰＤ３５によって受光され、０次回折光Ｌ１２がＰＤ３３によって受光される。なお、図４（ａ）において１／２次回折光Ｌ２１及び０次回折光Ｌ１２の光路は理解の容易のために模式的に記述したものであって、現実の光路とは異なる。これは以下の説明においても同様である。
【００８２】
更に、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ３においては、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０において、位相がφ＝０からφ＝πに変化する部分は、反射型回折面３２の図中上部へ移動し続け、当該上部において、反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波の波面とφ＝πの位相の波の波面とが干渉するため、１／２次回折光Ｌ２２を発生させ、端部３１ｄに入射させる。
【００８３】
一方、反射型回折面３２においては、図４（ｂ）の場合と同様、φ＝０の波の波面も連続して反射型回折面３２に達しており、これら反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波同士の干渉に基づき生じた０次回折光Ｌ１３も同時に端部３１ｂに入射され続ける。
【００８４】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ３においても、１／２次回折光及び０次回折光が両方受光される動作が継続している。
【００８５】
図４（ｄ）に示す場合も、図４（ｃ）の場合と同様であり、時刻ｔ＝Ｔ４においても、反射型回折面３２に達している入力信号光Ｌ０において、位相がφ＝０からφ＝πに変化する部分は、反射型回折面３２の図中上部へ移動し続けるため、当該上部において反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波の波面とφ＝πの位相の波の波面との干渉により生じた１／２次回折光Ｌ２３は端部３１ｄに入射される。
【００８６】
又、反射型回折面３２においても、反射型回折面３２で反射したφ＝０の位相の波同士の干渉に基づき生じた０次回折光Ｌ１４も同時に端部３１ｂに入射され続ける。
【００８７】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ４においても、１／２次回折光及び０次回折光が両方受光される動作が継続しており、この状態は、入力信号光Ｌ０において、位相がφ＝０からφ＝πに変化する部分が反射型回折面３２で反射しきってしまうまで続くことになる。
【００８８】
以上図４（ａ）〜（ｄ）に示したように、本実施の形態２の光受信装置においては、ローランド円３７上に配置した反射型回折面３２、端部３１ａ、及び端部３１ｂ〜３１ｅを有する反射型導波路回折格子３１を用いたことにより、入力信号光Ｌ０において位相φがφ＝０からφ＝πに変化した状態の波が連続して反射型回折面３２に到達する構成を実現している。これにより入力信号光が反射型導波路回折格子３１内部を伝播する長期間に渡って、位相の変化に起因する１／２次回折光を発生させ、ＰＤ３５に受光させることができる。
【００８９】
これは以下の効果をもたらす。すなわち、実施の形態１のような透過型回折格子を用いた場合、ＰＤが実際に光を検出時間に比して１／２次回折光が発生する期間が短時間となってしまい、十分に回折光を検知できない恐れがある。これに対し、本実施の形態２による反射型導波路回折格子３１においては、ＰＤの検知可能な時間に比して十分長期間１／２次回折光を発生させることができるため、位相の変化をより正確に検知することが可能となる。
【００９０】
なお、上記の説明においては、位相の変化量はπであるとしたが、実施の形態１と同様に、ＰＤの配置個所として、当該位相の変化量に基づいて発生する回折光の位置を特定できれば、任意の値であってよい。更に位相の変化量はπ／ｎ（ｎ：自然数）が望ましい。ｎ＝２の場合、位相の変化量はπ／２であり、ＤＱＰＳＫにおいて本実施の形態を実現することが可能となる。このとき端部３１ｄ及び３１ｅは、ＤＱＰＳＫにおいて、それぞれ位相φの値がφ＝π／２の場合、φ＝３π／２である場合に、位相の変化により発生する、１／４次回折光及び３／４次回折光の入射を受ける端部である。したがって、上記図４（ａ）〜（ｂ）に示すのと同様の原理で、これら端部３１ｄ及び３１ｅを介して、長期間にわたってＰＤ３４、ＰＤ３７にこれら回折光を入射させ、信号を取り出すことができる。
【００９１】
又、本実施の形態２の構成は、図５に示すように、信号光が、１シンボルが連続して伝送されるＮＲＺ（ｎｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｚｅｒｏ）信号である場合に用いるのが好適である。一旦電圧が０に帰還するＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ ｚｅｒｏ）信号においては、位相の変化の間に空白が発生し、干渉が生じない恐れがあるためである。
【００９２】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【００９３】
図６において、光受信装置３は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部５０と、フロントエンド部５０から得られた電気信号を復調する復調部７０とから構成される。
【００９４】
フロントエンド部５０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力されるアレー導波路回折格子６０、アレー導波路回折格子６０から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）５１〜５４から構成される。
【００９５】
アレー導波路回折格子６０は、外部からの信号光を入力するための入力導波路６１ａ、入力導波路６１ａから入力した光をアレー導波路６３へ分配する入力側スラブ導波路６２、２本の光導波路６３（イ）及び６３（ロ）を有するアレー導波路６３、アレー導波路６３から出力された光を再結合して出力導波路６１ｂ〜６１ｅへ導く出力側スラブ導波路６４、及び復調部７０へ光を出力するための出力導波路６１ｂ〜６１ｅを有する。
【００９６】
アレー導波路回折格子６０において、隣接する光導波路６３（イ）及び６３（ロ）の光路長は、（数３）に示す差分ΔＬずつ異なる。
（数３）
ΔＬ＝ｋ・λ
ただしλは信号光の波長であり、ｋは自然数である。なお、隣接する光導波路の本数が３本以上の場合、最短のものと最長のものとの光路長差は（数４）に示す通りとなる。
（数４）
ΔＬ＝（光導波路の本数−１）・ｋ・λ
又、出力側スラブ導波路６４は、その内部でアレー導波路６３から出力された光を干渉させる手段であって、干渉光を、出力導波路６１ｂ〜６１ｅを介してＰＤ５１〜５４へ入射させるための端部６４ｂ〜６４ｅが配置されている。なお、アレー導波路６３の光導波路６３（イ）及び６３（ロ）はＳｉＯ２基板６５上に形成した光導波路として実現され、入力側スラブ導波路６２、アレー導波路６３及び出力側スラブ導波路６４も同一のＳｉＯ２基板６５上に形成される。なお、アレー導波路６３を構成する各光導波路６３（イ）及び６３（ロ）は光ファイバにより構成し、入力側スラブ導波路６２及び出力側スラブ導波路６４とは別構成としてもよい。
【００９７】
アレー導波路回折格子６０において、入力導波路６１ａから入射し、端部６２ａから出射された信号光は、入力側スラブ導波路６２内を広がりながら進み、アレー導波路６３の各光導波路に同一位相で入力される。
【００９８】
上述したように、アレー導波路６３を構成する各光導波路６３（イ）、６３（ロ）は光路長がｋ・λ異なることから、アレー導波路６３から出力側スラブ導波路６４に出力された光は、出力側スラブ導波路６４内で干渉して回折光となり、端部６４ｂ〜６４ｅのいずれかに到達することとなる。
【００９９】
ＰＤ５１〜５４は、アレー導波路回折格子６０の出力導波路６１ｂ〜６１ｅから出力された光をそれぞれ受光する手段であり、ＰＤ５１はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｂを経由した光を導く出力導波路６１ｂと光学的に接続する位置に配置される。又、ＰＤ５２はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｃを経由した光を導く出力導波路６１ｃと光学的に接続する位置に、ＰＤ５３はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｄを経由した光を導く出力導波路６１ｄと光学的に接続する位置に、ＰＤ５４はアレー導波路回折格子６０の端部６４ｅを経由した光を導く出力導波路６１ｅと光学的に接続する位置に、それぞれ配置される。
【０１００】
以上の構成において、アレー導波路回折格子６０は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、端部６２ａは本発明の出射端に相当し、端部６４ｃ〜６４ｅは本発明の第１の入射端に、端部６４ｂは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、アレー導波路６３は本発明のアレー導波路に相当する。又、ＰＤ５１〜５４は本発明の受光素子に、復調部７０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置３は本発明の光受信装置に相当する。
【０１０１】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態３の光受信装置３を以下に説明する。
【０１０２】
光受信装置３の基本的な動作及び原理は、実施の形態１、２と同様である。すなわち、アレー導波路回折格子６０を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をそれぞれＰＤ５１〜５４を用いて検出する。
【０１０３】
以下、図６、図７、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図９を参照して更に詳細な説明を行う。ただし図７は、光受信装置３にて受光される光信号を示す図、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、アレー導波路回折格子６０内部における入力信号光Ｌ０と反射型回折面３２近傍の状態を模式的に示す図、及び図９はアレー導波路６３内における各信号光の状態を説明するための図である。
【０１０４】
信号光は、実施の形態１と同様、位相φがφ＝０及びφ＝πの２つの値を持ち、これら２値の変化を検出対象とするものとする。更に、図７に示すように、信号光は、１シンボルと１シンボルとの間に必ず電圧が０に帰還して伝送されるＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ ｚｅｒｏ）信号であり、位相がφ＝０であるパルス、及び位相がφ＝πであるパルスが等時間間隔で伝送されるものとする。
【０１０５】
上述したように、アレー導波路６３を構成する各光導波路６３（イ）、６３（ロ）は光路長がｋ・λ異なることから、アレー導波路６３から出力側スラブ導波路６４に出力された光は、光導波路毎に（数５）に示す時間遅延Δｔを生じさせる。
（数５）
Δｔ＝ｎ・ΔＬ／ｃ
ただしｎは光導波路の屈折率、ｃは光速度である。
【０１０６】
ここで図８（ａ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ１において、アレー導波路６３内を進行する各信号光は、それぞれ位相φ＝０であるパルス及びφ＝πであるパルスを含んでいるが、光導波路の光路差に基づく時間遅延のため、時刻ｔ＝Ｔ１において、出力側スラブ導波路６４に出力されたパルスは、光導波路６３（イ）及び光導波路６３（ロ）のいずれにおいても位相φ＝０のものだけなので、これらパルスが出力側スラブ導波路６４内で干渉して生ずる光は、実施の形態１の図２（ａ）の場合と同様、整数の次数を有する回折光Ｌ３１として、端部６４ｂへ入射される。
【０１０７】
すなわち、時刻ｔ＝Ｔ１においては、ｋ次回折光Ｌ３１のみがＰＤ５１によって受光される。なお、図８（ａ）においてｋ次回折光Ｌ３１の光路は理解の容易のために模式的に記述したものであって、現実の光路とは異なる。これは以下の説明においても同様である。
【０１０８】
次に、図８（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ２においては、出力側スラブ導波路６４には、光導波路６３（イ）から出力された位相φ＝πのパルスに加えて、光導波路６３（ロ）から出力された位相φ＝０のパルスも入力する。このとき、出力側スラブ導波路６４内で位相φ＝０のパルスと位相φ＝πのパルスとが干渉するため、実施の形態１の図２（ｂ）の場合と同様、非整数の次数を有する回折光Ｌ４１が発生し、端部６４ｄに入射される。
【０１０９】
更に、図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ３においては、図８（ａ）の場合と同様、出力側スラブ導波路６４には、光導波路６３（イ）及び光導波路６３（ロ）から出力された位相φ＝πのパルス同士の干渉に基づくｋ次回折光Ｌ３３が発生し、端部６４ｂに入射される。
【０１１０】
以下信号光のパルスの出力側スラブ導波路６４への入力に応じて回折光が適宜発生し、端部６４ｂ又は６４ｄに入射されることとなり、位相の変化が検知される。
【０１１１】
ここで信号光における位相φ＝０のパルスと位相φ＝πのパルスが干渉するための条件の一例を説明する。アレー導波路６３における、各光導波路の光路長差ΔＬに基づく時間遅延Δｔは、一般に（数６）で表すことができる。
（数６）
Δｔ＝ｎ・ΔＬ／ｃ
の時間遅延が生じる。ここでｃは光速度、ｎはアレー導波路の屈折率である。
【０１１２】
ここで、パルスの時間幅Ｔｗ１、パルスの時間間隔Ｔｗ２が（数７）（数８）の関係を満たすように設定する。
（数７）
Ｔｗ１＜Ｔｗ２
（数８）
Ｔｗ１＜Δｔ
（数７）（数８）の条件で信号光をアレー導波路６３に出力すると、図９に示すように、時刻ｔ＝Ｔ１において、光導波路６３（イ）及び６３（ロ）を伝達するパルスは同位相φ＝０である。これは出力側スラブ導波路６４内にてｋ次回折光を生じさせる条件であり、図８（ａ）に示す状態に相当する。
【０１１３】
次に、ｔ＝Ｔ２では、光導波路６３（イ）上には、位相φ＝πのパルスが伝達しているが、光導波路６３（ロ）においては、時間遅延Δｔのため、位相φ＝０のパルスが存在する。これは出力側スラブ導波路６４内にて（ｋ＋（１／２））次回折光を生じさせる条件であり、図８（ｂ）に示す状態に相当する。さらに、ｔ＝Ｔ３では、光導波路６３（イ）及び６３（ロ）を伝達するパルスは同位相φ＝πであり、図８（ｃ）に示す状態に相当する。
【０１１４】
このように、（数６）（数７）に示す条件に基づけば、出力側スラブ導波路６４内にて、アレー導波路６３の各光導波路を通過するパルス同士でｋ次回折光と（ｋ＋（１／２））次回折光とを択一的に発生させることができる。なお、光導波路６３（イ）又は光導波路６３（ロ）のいずれか一方にしかパルスが伝達しない場合は、干渉が発生しないため、出力導波路６１ｂ〜ｅに信号光が出力されることはない。
【０１１５】
実施の形態２で説明した反射型回折格子を用いた場合は、図７に示すＲＺ信号を用いた場合、信号光のパルス間の時間遅延が大きい場合、回折後の光の一部に干渉が生じず、位相の変化を検出できない恐れがあった。
【０１１６】
これに対し、本実施の形態３によるアレー導波路回折格子６０においては、複数の光導波路で光路差を作り出すようにしたことで、信号光を構成するシンボルである各パルスが必ずアレー導波路６３の出力後に干渉を起こすため、位相が互いに異なるパルス同士の干渉により生ずる回折光を確実に発生させることができ、位相の変化をより正確に検知することが可能となる。
【０１１７】
なお、（数７）（数８）に示す条件は一例であって、信号光のパルスの時間遅延は、アレー導波路６３を構成する複数の光導波路において、位相が互いに異なるパルス同士が同一時刻に同時に出力側スラブ導波路６４内に出力されるものであれば、任意の条件を設定するようにしてもよい。当然、アレー導波路６３を構成する光導波路の本数によって限定されるものでもない。
【０１１８】
以上説明したように、本実施の形態３の光受信装置３においては、複数の光導波路を有するアレー導波路６３を備えたアレー導波路回折格子６０を用いたことにより、ＲＺ信号のようなパルスを信号光として扱う場合でも、確実に位相の変化を検知することができる。又、光導波路の光路長によって信号光の時間遅延を設定できるため、実施の形態２と同様、入力信号光がアレー導波路回折格子６０内部を伝播する長期間に渡って、位相の変化に起因する（ｋ＋（１／２））次回折光を発生させ、ＰＤ５３に受光させることができる。
【０１１９】
なお、上記の説明においては、位相の変化量はπであるとしたが、実施の形態１と同様に、ＰＤの配置個所として、当該位相の変化量に基づいて発生する回折光の位置を特定できれば、任意の値であってよい。更に位相の変化量はπ／ｎ（ｎ：自然数）が望ましい。ｎ＝２の場合、位相の変化量はπ／２であり、ＤＱＰＳＫにおいて本実施の形態を実現することが可能となる。
【０１２０】
このとき端部６４ｄ及び６４ｅは、ＤＱＰＳＫにおいて、それぞれ位相φの値がφ＝π／２の場合、φ＝３π／２である場合に、位相の変化により発生する、（ｋ＋（１／４））次回折光及び（ｋ＋（３／４））次回折光の入射を受ける端部となる。したがって、上記図８（ａ）〜（ｃ）に示すのと同様の原理で、これら端部６４ｄ及び６４ｅを介して、ＰＤ５２、ＰＤ５４にこれら回折光を入射させ、信号を取り出すことができる。なお、本実施の形態においては自然数ｋにより回折光の次数を規定されることとなるが、これはアレー導波路においては光導波路の光路差が０となる、すなわち０次回折光が発生する条件がないためであって、本実施の形態の条件は、実施の形態１、２においてｍが正整数である場合に相当することとなる。
【０１２１】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置４の構成図である。ただし図１０において図６と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。又、伝熱板８０はＳｉＯ２基板６５の裏面に設けられたセラミック、金属、樹脂等により構成された板であり、ＳｉＯ２基板６５に対して均一な熱伝導を行うための手段である。
【０１２２】
又、図１１に示すように、伝熱板８０の、ＳｉＯ２基板６５と対向しない側に面にはペルチェ素子８３が設けられる。ペルチェ素子８３は印加される電圧の極性に応じて発熱又は吸熱を行い、伝熱板８０を介してＳｉＯ２基板６５の温度を制御する手段である。又、図１０において、サーミスタ８１及び８２はＳｉＯ２基板６５上にシリコンペースト等で固定された温度検出器である。なお、サーミスタ８１、８２及びペルチェ素子８３は本発明の温度調節部に相当する。又、光受信装置４は本発明の光受信装置に相当する。
【０１２３】
以上の構成を有する本実施の形態４の光受信装置４においては、ペルチェ素子８３は、サーミスタ８１及び８２の検出する温度に基づき、図示しないマイコン等の外部制御手段によって、ＳｉＯ２基板６５の温度を一定に保つための発熱又は吸熱の動作を行う。
【０１２４】
アレー導波路回折格子６０は一枚のＳｉＯ２基板６５上に各部が形成されているが、周囲温度の変化、又は信号光の導波による熱伝導の影響をうけると、アレー導波路６３を構成する各光導波路が伸縮する等の歪みを生じて、正確な光路長が保てなくなる恐れがある。
【０１２５】
本実施の形態４によれば、サーミスタ８１及び８２の検出する温度に基づき動作するペルチェ素子８３を備えたことにより、ＳｉＯ２基板６５上の、特にアレー導波路６３が形成された部分に、伝熱板８０を設けてムラなく熱伝導を行わせることにより、アレー導波路６３の光路長を一定に保つことができる。
【０１２６】
なお、上記の構成においては本発明の温度調節部としてペルチェ素子８３を用いるとして説明を行ったが、ニクロム線やその他熱電対を用いたヒータで代用するようにしてもよい。又、伝熱板８０はＳｉＯ２基板６５の裏面に設けるものとしたが、表面、又は両面に設けるようにしてもよい。
【０１２７】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置５の構成図である。ただし図１２において図６と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２８】
本実施の形態においては、アレー導波路回折格子６０において、入力側スラブ導波路６２、アレー導波路６３及び出力側スラブ導波路６４をＳｉＯ２基板６５に代えてニオブ酸リチウム単結晶からなる誘電体結晶基板９０上に形成した点、及び、図１３に示すように、誘電体結晶基板９０を挟むように電極板９１及び９２を設け、これら電極板９１及び９２間に電源９３による所定電圧を印加できるように構成した点を特徴とする。電極板９１及び９２は、誘電体結晶基板９０上のアレー導波路６３が形成された部分に重なるよう位置している。なお、電極板９１、９２及び電源９３は本発明の屈折率調節部に相当する。
又、光受信装置６は本発明の光受信装置に相当する。
【０１２９】
以上の構成を有する本実施の形態５の光受信装置５においては、誘電体結晶基板９０をニオブ酸リチウム単結晶からなる構成としたことにより、電極板９１、９２の間に電源９３によって電位差を与えると、誘電体結晶基板９０の電気光学効果により屈折率が変化する。したがって、電圧によって入力側スラブ導波路６２、アレー導波路６３及び出力側スラブ導波路６４の屈折率を制御することができる。
【０１３０】
したがって、実施の形態４と同様に、周囲温度の変化、又は信号光の導波による熱伝導の影響をうけると、アレー導波路６３を構成する各光導波路の長さが変動した場合でも、誘電体結晶基板９０自体の屈折率を変化させることで、各光導波路の光路長、又は信号光の時間遅延を補償することができる。
【０１３１】
又、本実施の形態５によれば、同一の光受信装置５を、異なる波長を有する信号光に対して用いることができる。すなわち、特定波長λの信号光に対してアレー導波路６３の各光導波路を設計した場合、当該アレー導波路６３は、特定波長λからΔλだけ異ならせた波長λ′の信号光に対しては光路長が異なることとなるため、例えばｍ・λ＝ｍ′・λ′（ｍ′：ｍ′≠ｍを満たす整数）であるような例外的な関係を別として、これを用いることが難しくなる可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、電圧の印加によりアレー導波路回折格子６０の屈折率を可変させることで各光導波路の光路長を波長λ′に対応するよう調整することができる。
【０１３２】
このように、本実施の形態５によれば、同一の光受信装置５を、複数の異なる波長の信号光に対応させることができる。
【０１３３】
なお、上記の構成においては、誘電体結晶基板９０はニオブ酸リチウム単結晶からなるものとして説明を行ったが、電気光学効果を有するものであれば、他の組成によるものであってもよい。
【０１３４】
又、上記実施の形態４、５は、実施の形態３のアレー導波路回折格子６０を備えた構成において実施するものとして説明を行ったが、実施の形態１の透過型回折格子１１、又は実施の形態２の反射型導波路回折格子３１を備えた構成において実施してもよい。
【０１３５】
（実施の形態６）
図１４は、本発明の実施の形態６の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【０１３６】
図１４において、光受信装置６は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部３１０と、フロントエンド部３１０から得られた電気信号を復調する復調部３２０とから構成される。
【０１３７】
フロントエンド部３１０は、差動位相偏移変調により変調された信号光から回折光を取り出す回折格子本体３１１、回折格子本体３１１から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）３１３及び３１４から構成される。
【０１３８】
回折格子本体３１１は、中空の筐体部３１２ａ、及び筐体部３１２ａの内に配置された、図中奥から手前方向に向かって形成されたスリットを有する透過型回折格子３１２ｂとを備える。筐体部３１２ａ内には、信号光を平行光として内部へ導くための、コリメータレンズ等として実現されるレンズ３１２ｃ、及びレンズ３１２ｃと透過型回折格子３１２ｂとの間の空間に配置された、ハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅが設けられている。更に、筐体部３１２ａの、レンズ３１２ｃが設けられた面に対向する面上には、透過型回折格子３１２ｂから出力された光を透過させるための開口部３１２ｆ及び３１２ｇが設けられている。
【０１３９】
ＰＤ３１３及び３１４は、回折格子本体３１１から出力された光を受光する手段であり、ＰＤ３１３は回折格子本体３１１の開口部３１２ｆを経由した光を受光する位置に、ＰＤ３１４は回折格子本体３１１の端部３１２ｇを経由した光を受光する位置に、それぞれ位置している。なお、開口部３１２ｆ及び３１２ｇは物理的な開口であってもよいし、フェルール、光ファイバ等によって実現される、ＰＤ３１３及び３１４と光学的に結合可能な構成であればよい。
【０１４０】
以上の構成において、回折格子本体３１１は、本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、筐体部３１２ａは本発明の筐体部に相当し、透過型回折格子３１２ｂは本発明の透過型回折格子に相当する。又、レンズ３１２ｃは本発明の出射端に相当し、開口部３１２ｆは本発明の第１の入射端に、開口部３１２ｇは本発明の第２の入射端にそれぞれ相当する。又、レンズ３１２ｃ、ハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅは本発明の分岐光学系に相当する。又、ＰＤ３１３、３１４は本発明の受光素子に、復調部３２０は本発明の信号処理部に相当し、光受信装置６は本発明の光受信装置に相当する。
【０１４１】
本発明の実施の形態６の基本的な動作及び原理は、実施の形態１と同様である。すなわち、反射型導波路回折格子３１１を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をそれぞれＰＤ３１３及び３１４を用いて検出する。
【０１４２】
本実施の形態６においては、中空の筐体部３１２ａ内に設けた透過型回折格子３１２ｂを備えた構成としたことにより、次のようにして回折光を発生させるようにしている。
【０１４３】
回折格子本体３１１の内部において、外部から入射した信号光は、レンズ３１２ｃを介することにより、図中矢印に示す平行光Ｌ０としてハーフミラー３１２ｄに直進する。筐体部３１２ａ内は中空なので、平行光Ｌ０は収束した光軸となる。
【０１４４】
ハーフミラー３１２ｄにおいては、平行光Ｌ０の一部は透過し、残りの一部は反射する。ハーフミラー３１２ｄを透過した光は透過型回折格子３１２ｂに向かい、ハーフミラー３１２ｄを反射した光Ｌ０′は、反射ミラー３１２ｅで更に反射されてから、透過型回折格子３１２ｂに直進する。
【０１４５】
ここでレンズ３１２ｃ、透過型回折格子３１２ｂ、ハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅの光学的なレイアウトは以下のようになっている。すなわち、透過型回折格子３１２ｄのスリットＳ０は、レンズ３１２ｃの光軸上に配置され、当該光軸上にハーフミラー３１２ｄが位置している。又、ハーフミラー３１２ｄと反射ミラー３１２ｅは、反射ミラー３１２ｅにより反射された光が、平行光Ｌ０と平行であり、かつ、透過型回折格子３１２ｄのスリットＳ０に隣接するスリットＳ１に入射するような位置関係となるよう配置される。
【０１４６】
このような構成としたことにより、透過型回折格子３１２ｂに入射する信号光は、スリットＳ０に入射するものとスリットＳ１に入射するものとで、光路差を生ずる。具体的には、スリットＳ１に入射する信号光は、ハーフミラー３１２ｄと反射ミラー３１２ｅで折り返される分だけ、スリットＳ０に入射されるものより光路差が大きくなる。
【０１４７】
この結果、実施の形態３と同様、スリットＳ０から出射される信号光とスリットＳ１から出射される信号光が同位相であれば、整数次の回折光Ｌ０が発生し、開口部３１２ｇを介してＰＤ３１４に受光される。又、スリットＳ０から出射される信号光とスリットＳ１から出射される信号光が異なる位相であれば、非整数次の回折光Ｌ１が発生し、開口部３１２ｆを介してＰＤ３１３に受光される。なお信号光の位相差の数に基づく開口部の位置、個数の変化の対応は、実施の形態１〜３と同様である。
【０１４８】
以上のように、本実施の形態６によれば、透過型回折格子を用いた構成においても信号光の光路差を大きくとり、信号光の時間遅延を大きく設定できるため、実施の形態２、３と同様、入力信号光が回折格子本体３１１内部を伝播する長期間に渡って、位相の変化に起因する非整数次の回折光を発生させ、ＰＤ３１３に受光させることができる。
【０１４９】
なお、実施の形態１においては、本発明の回折格子本体を、スラブ導波路及びスラブ導波路内の格子面として形成した透過型回折格子により実現した場合、入力信号光Ｌ０と、格子面１２とが直交する構成であるとして説明を行ったが、実施の形態２と同様に、入力信号光Ｌ０が格子面１２に対して斜め方向から入射されるようにすれば、入力信号光Ｌ０において位相φがφ＝０からφ＝πに変化した状態の波を連続して格子面１２に入力させることができ、実施の形態２、３及び６同様、ＰＤの受光時間を大きくとることができる。
【０１５０】
図１５にそのような構成の一例を示す。図１５に示す光受信装置７は、実施の形態１において、透過型回折格子１１に代えて、信号光が入力する面２０１を斜面とすることにより、格子面１２に対して斜交する配置とした構成を有する。この場合、端部１１ａから入力した入力信号光Ｌ０の波面は、格子面１２の下部から上部に向けて順番に到達することとなり、位相が異なる波面同士が干渉する時間を長期間とることができる。
【０１５１】
なお、図１５に例示される光受信装置７においては、端部１１ａから入力信号光Ｌ０が斜め方向から入力することにより本発明の回折格子本体に相当する格子面１２におけるスリット１２ａの開口位置と端部１１ａとの間の距離は互いに異なることとなっている。この関係は、本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子における、回折格子本体における回折光の出射位置が複数であって、この複数の出射位置と出射端との間の光路長がそれぞれ異なる関係に対応している。同様の構成は、実施の形態６においても実現されており、この場合はハーフミラー３１２ｄ及び反射ミラー３１２ｅによって光路長の異なりを作り出している。
【０１５２】
しかしながら、本発明の差動位相偏移変調光受光用回折格子における、回折光の出射位置が複数であって、この複数の出射位置と出射端との間の光路長がそれぞれ異なる関係とは、上記図１５に示す光受信装置７や実施の形態２、６の構成に限定されない。例えば、物理的な距離が同一であっても、信号光が透過する媒体の屈折率が変化すれば光路長は異なる。したがって、図１に示す構成のように、入力信号光Ｌ０が格子面１２に向かって直交するレイアウトとなっていても、透過型回折格子１１を構成する材料として、屈折率分布が変化する材料を用いることによって、図１４と同様、入力信号光Ｌ０に光路差を与えて、位相が異なる波面同士が干渉する時間を長期間とることができ、位相の変化を確実に検知することができる。
【０１５３】
（実施の形態７）
図１６は、本発明の実施の形態７の、差動位相偏移変調による光信号を受信する光受信装置の構成図である。
【０１５４】
図１６において、光受信装置８は、入力する光信号を電気信号に変換するフロントエンド部４５０と、フロントエンド部４５０から得られた電気信号を復調する復調部４７０とから構成される。ただし、図１６において図６と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１５５】
フロントエンド部４５０は、差動位相偏移変調により変調された信号光が入力されるアレー導波路回折格子４６０、アレー導波路回折格子４６０から出力される光を受光し、電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）５１〜５４から構成される。
【０１５６】
アレー導波路回折格子４６０において、入力導波路６１ａ、入力側スラブ導波路６２、出力側スラブ導波路６４、出力側スラブ導波路６４、及び出力導波路６１ｂ〜６１ｅは実施の形態３の光受信装置３と同様の構成であるが、アレー導波路４６３は、２本の光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）が、実施の形態３と同様、互いにｋ・λ（λ：信号光の波長、ｋ：自然数）異なる光路長に設計され更に、この光路長差に基づく時間遅延Δｔに、更に後述する条件が与えられるように設計されている。
【０１５７】
次に、復調部４７０は、ＰＤ５１〜５４にそれぞれ一対一対応して設けられ、ＰＤ５１〜５４から出力された電気信号を数値化するＡ／Ｄ変換部４７１〜４７４と、Ａ／Ｄ変換部４７１〜４７４から得られた各数値を比較し、その比較結果を用いて信号光の位相の変化量を演算する演算部４７５とを有する。
【０１５８】
以上の構成において、アレー導波路回折格子４６０は本発明の差動位相型変位変調光受光用回折格子に相当する。又、復調部４７０は本発明の位相差識別部に相当し、光受信装置８は本発明の光受信装置に相当する。又、アレー導波路６３は本発明のアレー導波路に相当し、出力側スラブ導波路６４は本発明のスラブ導波路に相当する。
【０１５９】
本発明の実施の形態７の基本的な動作及び原理は、実施の形態３と同様である。すなわち、互いに光路差を有する複数の光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）からなるアレー導波路４６３を有するアレー導波路回折格子４６０を用いて、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光を発生させ、これら回折光をＰＤ５１〜５４を用いて検出する。
【０１６０】
本実施の形態７による光受信装置８は、差動位相偏移変調により変調された信号光の位相が一定である場合に生ずる回折光、及び当該信号光の位相が変化した場合に生ずる回折光の２種類の回折光のいずれの受光に際しても、復調部４７０は、全てのＰＤ５１〜５４の信号光に基づき位相の変化量を求めることを特徴とする。
【０１６１】
以下、詳細な説明を行う。
【０１６２】
アレー導波路回折格子４６０のアレー導波路４６３において、光導波路４６３（イ）と４６３（ロ）との光路長差は、上記ｋ・λであって、光導波路４６３（ロ）を通過する信号光は光導波路４６３（イ）を通過する光に対して時間遅延を与える。
【０１６３】
この時間遅延は、図１７に示すように、信号光の位相が変化した場合において、光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）と出力側スラブ導波路６４とのそれぞれの結合点６４（イ）及び６４（ロ）に、位相の変化前の信号光のパケットと、位相の変化前の信号光のパケットとがそれぞれ同時に到達するように設定されている。図１７の場合、信号光の位相φがφ＝πからφ＝０に変化した時、光路長の短い光導波路４６３（イ）と出力側スラブ導波路６４との結合点６４（イ）には変化後の位相φ＝０の信号光のパケットが到達し、光路長の長い光導波路４６３（ロ）と出力側スラブ導波路６４との結合点６４（ロ）には変化前の位相φ＝πの信号光のパケットが到達している。
【０１６４】
出力側スラブ導波路６４において、結合点６４（イ）及び６４（ロ）に信号光のパケットが同時に到達すると、各パケットは干渉を生じて、干渉光を発生させる。干渉光は基本的に出力側スラブ導波路６４内部全体を伝播し、端部６４ｂ〜６４ｂに達すると、それぞれＰＤ５１〜５４により受光される。ＰＤ５１〜５４は、受光した光の強度（光強度）に対応した電気信号を出力する。ＰＤ５１〜５４から出力された電気信号は、それぞれＡ／Ｄ変換部４７１〜４７４に入力し、データとして数値化され、演算部４７５へ入力される。演算部４７５は、各数値の入力を受けると、これを出力比、すなわちＰＤ５１〜５４とＰＤ５１〜５４から得られた各数値との対応関係として算出し、当該出力比を、内蔵した出力比テーブル４７５ａに記録された出力比と比較し、一致又は近似するものを選択する。
【０１６５】
ここで出力比テーブル４７５ａは、予め実験及び計算により求めた出力比と位相の変化量との対応をまとめたテーブルである。演算部４７５は、ＰＤ５１〜５４から得られた出力比が、出力比テーブル４７５ａに記録された出力比と一致又は近似した場合、その一致又は近似した出力比が対応する位相の変化量を、演算結果として外部へ出力する。
【０１６６】
信号光の位相の変化量に応じて、ＰＤ５１〜５４がそれぞれ受光する光の光強度は変化し、したがって演算部４７５が算出する出力比も変化する。演算部４７５は、変化する出力比に対応した位相の変化量を出力比テーブル４７５ａを用いて算出することで、外部から入力する信号光の位相の変化に追従して正確に位相の変化量を求めることができる。
【０１６７】
本実施の形態７による光受信装置８は、実施の形態３の光受信装置３に比して、更に位相変化の検出精度を向上できるという利点を有する。それは以下の理由による。
【０１６８】
図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したように、実施の形態３の光受信装置３であれば、信号光の位相に変化が生じた場合、その変化に伴い生じた干渉光をＰＤ５１〜５４を用いて検出し、復調部７０は、ＰＤ５１〜５４のうち、最も光強度の大きな光を検出したものからの電気信号に依拠して位相量の変化を求めていた。
【０１６９】
これは、端部６４ｂ〜６４ｅの位置が、出力側スラブ導波路６４の出射端面上における干渉光のピークに対応するように配置され、かつ、端部６４ｂ〜６４ｅのそれぞれの位置が、そのまま位相の変化量に対応する関係を有するように設計していたためであり、ＰＤ５１〜５４が受光する特定の干渉光の光強度が、他の干渉光の光強度と十分に識別可能な程度に大きい、つまりＰＤ間のアイソレーションが十分大きいことに基づいている。
【０１７０】
しかしながら、各ＰＤ５１〜５４が受光する干渉光の光強度に十分な違いがない、つまりＰＤ間のアイソレーションが十分な大きさでない場合、復調部７０においては、ＰＤ５１〜５４が干渉光を受光したとき、各干渉光の識別を行うことができなくなる、又は誤識別を行い、正確な位相の変化を検知できない恐れがある。
【０１７１】
これに対し、本実施の形態７の光受信装置８においては、復調部４７０は、全てのＰＤ５１〜５４が受光する干渉光の光強度の出力比を求め、出力比との対応関係から位相の変化量を演算する。出力比の変化は、信号光の位相の変化に対して十分識別可能なパターンとして現れるため、ＰＤ間のアイソレーションが小さい場合であっても、位相の変化を正確に検知することが可能となる。なお、上記の説明において、光強度は、本発明の光信号の大きさに相当する。
【０１７２】
ここで、図１８〜２０に、ＰＤの個数を５つとして作成した光受信装置におけるＰＤの受光特性及び出力比の特性の一例を示す。
【０１７３】
図１８に示す光受信装置９は、５つのＰＤ４５１〜４５４及びそれに対応した端部４６４ａ〜４６４ｅ、出力導波路４６１ａ〜４６１ｅ及びＡ／Ｄ変換部４７６ａ〜４７６ｅを備えたこと以外は、図１６の光受信装置８と同様の構成、機能を有する。なお、アレー導波路回折格子４６０はスリット２つを有する回折格子に相当するものとする。
【０１７４】
図１９は、ＰＤ４５１〜４５４と光学的に結合する出力導波路４６１ａ〜４６１ｅが、中央の出力導波路４６１ｃを回折角０（ｒａｄ）として、０．０４（ｒａｄ）刻みの間隔で離隔配置した構成とした場合における、信号光の位相変化と光強度との関係を示したグラフである。
【０１７５】
図１９に示すように、信号光の位相が変化する場合において、位相の変化量は、最大の変化量πであっても、光強度の差分は、ＰＤ間に必要なアイソレーションの半分程度（１０ｄＢ以下）と小さな値となっている。
【０１７６】
図２０は、信号光の位相変化をＰＤ４５１〜４５４の出力比と対応付けた例であり、これと同様の内容がデータとして出力比テーブル４７５ａに格納されている。各位相差に対応した出力比は互いに大きく異なり、他と容易に識別可能であることが分かる。
【０１７７】
以上のように、本実施の形態７の光受信装置８によれば、信号光の位相変化を、より正確に検知することが可能となる。
【０１７８】
なお、上記の説明においては、ＰＤ、出力導波路の数は４又は５であるとしたが、２以上の任意の数であってもよい。又、上記の説明においては、復調部４７０の構成は、実施の形態３の構成と組み合わせて実現するものとして説明を行ったが、他の実施の形態１、２、４〜６他の構成と組み合わせて実現してもよい。
【０１７９】
又、上記の説明においては、光導波路４６３（イ）及び４６３（ロ）と出力側スラブ導波路６４とのそれぞれの結合点６４（イ）及び６４（ロ）に、位相の変化前の信号光のパケットと、位相の変化前の信号光のパケットとがそれぞれ同時に到達するように設定されているものとして説明を行ったが、正確に同時でなくともよい。各ＰＤの出力比を得ることができる時間内、つまり、位相の変化する前の信号光と位相の変化した後の信号光とが、スラブ導波路を伝播することで干渉光を生ずることができる時間内であれば、光信号のパケットの到着時刻には許容誤差があってもよい。
【０１８０】
又、上記の各実施の形態の説明においては、差動位相偏移変調された信号光を例として説明を行ったが、差動位相変位変調においては、位相量が変化する場合のみを検知できれば信号の再生が可能であることから、位相量が同一の信号光が干渉して生じるｍ次回折次数光（整数次の回折光）を受光するための構成は省略してもよい。実施の形態１の場合、端部１１ｃに対応したＰＤ１４及び透過型回折格子１１の端部１１ｃに当たる部分を省略してもよい。同様に、実施の形態２の場合は、ＰＤ３３及び出力導波路３４ｂを省略してもよい。同様に、実施の形態３の場合は、ＰＤ５１、出力導波路６１ｂを省略してもよい。
【０１８１】
更に、上記の説明においては、単一波長の信号光を差動位相偏移変調するものとして説明を行ったが、本発明は、波長多重光のそれぞれについて差動位相偏移変調を行った信号光に対して適用するものとしてもよい。この場合は、回折格子として、波長毎に本発明の出射端、第１の入射端及び／又は第２の入射端を備えた構成にすればよい。
【０１８２】
又、上記の説明においては、光受信装置全体を例にとり説明を行ったが、本発明は位相偏移変調光受光用回折格子単体で実施するものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明は、以上のような本発明によれば、位相の変化を正確に検出することができ、位相偏移変調光を受光するための回折格子、及びこれを用いた光受信装置等において有用である。
【符号の説明】
【０１８４】
１ 光受信装置
１０ フロントエンド部
１１ 透過型回折格子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 端部
１２ 格子面
１３、１４ フォトダイオード（ＰＤ）
２０ 復調部
Ｌ０ 入力信号光
Ｌ１ ０次回折光
Ｌ２ １／２次回折光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動位相偏移変調された信号光を出射する、少なくとも一つの出射端と、
前記出射端から出射された光を回折させる回折格子本体と、
前記回折格子本体から出射された光を入射する、ｍ（ｍ：整数）次回折光が入射される場所以外の場所に設けられた、少なくとも一つの第１の入射端とを備えた、差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項２】
前記第１の入射端の位置は、前記差動位相偏移変調された前記信号光の位相の変化量に基づき決定される、請求項１に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項３】
前記位相の変化量をπ／ｎとすると（ｎ：自然数）、
前記第１の入射端は、前記回折格子本体から（ｍ±（２ｎ）−１）次回折光を入射する位置に配置される、請求項２に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項４】
前記回折格子本体から出射された光のうち、前記ｍ次回折光を入射する、少なくとも一つの第２の入射端を備えた、請求項１から３のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項５】
前記回折格子本体における回折光の出射位置は複数であって、
前記複数の前記出射位置と前記出射端との間の光路長はそれぞれ異なる、請求項１から４のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項６】
前記回折格子本体は、
前記出射端から出射された光が斜め方向から入射される入射面を有する、請求項５に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項７】
前記回折格子本体は、
前記入射面と同一の面から回折した光を出射する反射型回折格子を有する、請求項６に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項８】
前記回折格子本体は、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子と光学的に結合したスラブ導波路を有し、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子は、前記スラブ導波路上にて同一のローランド円の周上に配置されている、請求項７に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項９】
前記回折格子本体は、
前記入射面を透過して回折した光を出射する透過型回折格子を有する、請求項１から６のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１０】
前記回折格子本体は、スラブ導波路であり、
前記透過型回折格子は、前記スラブ導波路内に形成された格子面であり、
前記出射端及び前記第１の入射端は、前記スラブ導波路の縁部に設けられている、請求項９に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１１】
前記回折格子本体は、前記出射端及び前記第１の入射端が設けられるとともに、前記透過型回折格子が収納される筐体部と、
前記筐体部内の前記出射端と前記透過型回折格子との間の空間に設けられた、前記出射端から出射された光を分岐させ、前記透過型回折格子の互いに異なるスリットに入射させる分岐光学系とを有する、請求項９に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１２】
前記回折格子本体は、一端に前記出射端が設けられ、他端が互いに光路長が異なる複数の光導波路に分岐しているアレー導波路を有する、請求項１から５のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１３】
前記回折格子本体の温度を一定に保つよう調節する温度調節部を備えた、請求項１から１２のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１４】
電圧を印加することにより前記回折格子本体の屈折率を調整する屈折率調節部を備えた、請求項１から１２のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
少なくとも前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と、光学的に結合した受光素子と、
前記受光素子の受光した光信号を処理する信号処理部とを備えた、光受信装置。
【請求項１６】
請求項４に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と光学的に結合した第１の受光素子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第２の入射端と光学的に結合した第２の受光素子と、
前記第１の受光素子の受光した光信号の大きさと、前記第２の受光素子の受光した光信号の大きさとの組み合わせに基づいて、前記差動位相偏移変調光受光用回折格子へ入力した前記信号光の位相の変化量を識別する変化量識別部とを備えた、光受信装置。
【請求項１７】
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記回折格子本体は、一端に前記出射端が設けられ、他端が互いに光路長が異なる複数の光導波路に分岐しているアレー導波路と、
一端は前記アレー導波路と光学的に接続され、他端は前記第１の入射端及び前記第２の入射端が設けられたスラブ導波路とを有し、
前記アレー導波路の前記複数の光導波路は、前記外部より入力する前記信号光の位相が変化した場合、位相の変化する前の前記信号光と前記位相の変化した後の前記信号光とが、同一時間内に前記スラブ導波路を伝播する光路長差を有する、請求項１６に記載の光受信装置。
【請求項１】
差動位相偏移変調された信号光を出射する、少なくとも一つの出射端と、
前記出射端から出射された光を回折させる回折格子本体と、
前記回折格子本体から出射された光を入射する、ｍ（ｍ：整数）次回折光が入射される場所以外の場所に設けられた、少なくとも一つの第１の入射端とを備えた、差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項２】
前記第１の入射端の位置は、前記差動位相偏移変調された前記信号光の位相の変化量に基づき決定される、請求項１に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項３】
前記位相の変化量をπ／ｎとすると（ｎ：自然数）、
前記第１の入射端は、前記回折格子本体から（ｍ±（２ｎ）−１）次回折光を入射する位置に配置される、請求項２に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項４】
前記回折格子本体から出射された光のうち、前記ｍ次回折光を入射する、少なくとも一つの第２の入射端を備えた、請求項１から３のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項５】
前記回折格子本体における回折光の出射位置は複数であって、
前記複数の前記出射位置と前記出射端との間の光路長はそれぞれ異なる、請求項１から４のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項６】
前記回折格子本体は、
前記出射端から出射された光が斜め方向から入射される入射面を有する、請求項５に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項７】
前記回折格子本体は、
前記入射面と同一の面から回折した光を出射する反射型回折格子を有する、請求項６に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項８】
前記回折格子本体は、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子と光学的に結合したスラブ導波路を有し、
前記出射端、前記第１の入射端及び前記反射型回折格子は、前記スラブ導波路上にて同一のローランド円の周上に配置されている、請求項７に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項９】
前記回折格子本体は、
前記入射面を透過して回折した光を出射する透過型回折格子を有する、請求項１から６のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１０】
前記回折格子本体は、スラブ導波路であり、
前記透過型回折格子は、前記スラブ導波路内に形成された格子面であり、
前記出射端及び前記第１の入射端は、前記スラブ導波路の縁部に設けられている、請求項９に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１１】
前記回折格子本体は、前記出射端及び前記第１の入射端が設けられるとともに、前記透過型回折格子が収納される筐体部と、
前記筐体部内の前記出射端と前記透過型回折格子との間の空間に設けられた、前記出射端から出射された光を分岐させ、前記透過型回折格子の互いに異なるスリットに入射させる分岐光学系とを有する、請求項９に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１２】
前記回折格子本体は、一端に前記出射端が設けられ、他端が互いに光路長が異なる複数の光導波路に分岐しているアレー導波路を有する、請求項１から５のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１３】
前記回折格子本体の温度を一定に保つよう調節する温度調節部を備えた、請求項１から１２のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１４】
電圧を印加することにより前記回折格子本体の屈折率を調整する屈折率調節部を備えた、請求項１から１２のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
少なくとも前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と、光学的に結合した受光素子と、
前記受光素子の受光した光信号を処理する信号処理部とを備えた、光受信装置。
【請求項１６】
請求項４に記載の差動位相偏移変調光受光用回折格子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第１の入射端と光学的に結合した第１の受光素子と、
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記第２の入射端と光学的に結合した第２の受光素子と、
前記第１の受光素子の受光した光信号の大きさと、前記第２の受光素子の受光した光信号の大きさとの組み合わせに基づいて、前記差動位相偏移変調光受光用回折格子へ入力した前記信号光の位相の変化量を識別する変化量識別部とを備えた、光受信装置。
【請求項１７】
前記差動位相偏移変調光受光用回折格子の前記回折格子本体は、一端に前記出射端が設けられ、他端が互いに光路長が異なる複数の光導波路に分岐しているアレー導波路と、
一端は前記アレー導波路と光学的に接続され、他端は前記第１の入射端及び前記第２の入射端が設けられたスラブ導波路とを有し、
前記アレー導波路の前記複数の光導波路は、前記外部より入力する前記信号光の位相が変化した場合、位相の変化する前の前記信号光と前記位相の変化した後の前記信号光とが、同一時間内に前記スラブ導波路を伝播する光路長差を有する、請求項１６に記載の光受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図４（ｄ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１０−１０２２９４（Ｐ２０１０−１０２２９４Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７０５７（Ｐ２００９−７７０５７）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５０８２９０３８９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５０８２９０３８９）
【Ｆターム（参考）】
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