特許 7709040 光ＡＤコンバータおよび光受信器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-08

(45)【発行日】2025-07-16

(54)【発明の名称】光ＡＤコンバータおよび光受信器

(51)【国際特許分類】

   G02F 7/00 20060101AFI20250709BHJP

   G02F 1/015 20060101ALN20250709BHJP

【ＦＩ】

G02F7/00

G02F1/015 502

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021177000

(22)【出願日】2021-10-28

(65)【公開番号】P2023066320

(43)【公開日】2023-05-15

【審査請求日】2024-07-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104190

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 昭徳

(72)【発明者】

【氏名】秋山 知之

(72)【発明者】

【氏名】星田 剛司

(72)【発明者】

【氏名】松井 潤

(72)【発明者】

【氏名】田中 信介

【審査官】奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０７３４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－０５１３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９３５６７０４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－ １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－ ７／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、
前記デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージは、それぞれ、
前記信号光と、ローカル光を分岐した基準光と、前記ローカル光を分岐した参照光と、をそれぞれ導波する光導波路と、
前記信号光と前記参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をデジタル値として出力する受光部と、
前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光の光レベルを可変制御する光変調器と、を有し、
前記光変調器の変調出力を次段のステージの参照光に合波させる、
ことを特徴とする光ＡＤコンバータ。

【請求項2】

入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、
前記デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージを有し、
Ｎ個の前記ステージは、それぞれ、
前記信号光を分岐入力し、１以上の導波路で構成されるグループ１の光導波路と、
ローカル光を分岐した一方を参照光として、当該参照光を導波する１以上の導波路で構成されるグループ２の光導波路と、
前記ローカル光を分岐した他方を基準光として、当該基準光を導波する１以上の導波路で構成されるグループ３の光導波路と、
前記信号光と、前記参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をステージのデジタル値として出力する受光部と、
前記グループ３の光導波路で導かれた前記基準光が分岐入力され、前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光の光レベルを変調により可変制御する光変調器と、を有し、
前記グループ２の光導波路は、前記参照光に、前記光変調器の変調出力を合波させ、次段のステージの参照光として導波することで、
前記Ｎ個のステージでＮビットのデジタル信号を出力する、
ことを特徴とする光ＡＤコンバータ。

【請求項3】

前記受光部は、
前記信号光と前記参照光を検出する一対の差動型の受光素子と、
前記一対の差動型の受光素子の差動出力に基づき、前記信号光と前記参照光の光レベルを比較出力する比較器と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項4】

前記比較器は、
前記参照光の光レベルよりも前記信号光の光レベルが大きいとき値１を出力し、それ以外では値０を出力することを特徴とする請求項３に記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項5】

前記光変調器は、
前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光を用いて前記参照光の位相に対し同相または逆相の位相変調を行うことを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項6】

前記光変調器は、
前記比較器の出力が値１のとき、前記参照光の位相と同相となる位相変調を行い、
前記比較器の出力が値０のとき、前記参照光の位相と逆相となる位相変調を行う、ことを特徴とする請求項４に記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項7】

前記光導波路には、前記信号光、前記参照光および前記基準光のタイミングを整合させる遅延器が設けられたことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項8】

前記光変調器は、
分岐した光導波路に沿って一対の電極を配置し、前記電極に対する電圧制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項9】

ＩＱ変調の前記信号光であり、
前記光導波路がＩＱ別に分岐され、
前記信号光の光導波路に９０°ハイブリッド回路が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の光ＡＤコンバータ。

【請求項10】

請求項１～９いずれか一つに記載の光ＡＤコンバータと、
前記ローカル光を生成する局所発振光源と、
前記光ＡＤコンバータによりＡＤ変換後の前記信号光に含まれる情報を出力するデータ処理部と、を含む、
ことを特徴とする光受信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ＡＤコンバータおよび光受信器に関する。

【背景技術】

【0002】

光受信器では、受信した信号光に載った情報をデジタルの電気信号に変換する機能が必要である。現状の光受信器では、受信した信号光を受光素子により変換したアナログの電気信号を増幅した後、電気回路で実現したアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：ＡＤコンバータ）を用いてデジタルの電気信号にしている。

【0003】

光受信器に関連する技術としては、例えば、受信した多重信号光を偏波分離器および９０度ハイブリッド回路により偏波分離し、同相成分と直交成分の信号光を光電変換器で電気信号に変換し、増幅器で増幅したものをＡＤＣに出力する技術がある。また、受信した信号光を偏波分割部で偏波分離し、光電気変換部で電気信号に変換し、波長分散の信号歪を分散補償部で補償する技術がある（例えば、下記特許文献１，２参照。）。

【0004】

例えば、アナログ信号の信号光に含まれる情報のアナログ信号をＮビットのそれぞれで逐次比較し、デジタル信号に変換出力するＳＡＲ型ＡＤコンバータがある（例えば、下記非特許文献１，２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１９８６３７号公報

【文献】特開２０１７－５５５１号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ－ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ＡＤＣ，［ｏｎｌｉｎｅ］，Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ，［令和３年９月６日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ－ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ＿ＡＤＣ＞

【文献】ＴＵＴＯＲＩＡＬ ＯＮ ＳＵＣＣＥＳＳＩＶＥ ＡＰＰＲＯＸＩＭＡＴＩＯＮ ＲＥＧＩＳＴＥＲＳ （ＳＡＲ） ＡＮＤ ＦＬＡＳＨ ＡＤＣＳ，Ｍａｘｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ ｔｕｔｏｒｉａｌｓ １０８０，［令和３年９月６日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍａｘｉｍｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ．ｃｏｍ／ｅｎ／ｄｅｓｉｇｎ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ－ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ｔｕｔｏｒｉａｌｓ／１／１０８０．ｈｔｍｌ＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来、光受信器でＡＤ変換を行うには、信号光を受光素子でアナログの電気信号に変換した後、電気回路のＡＤＣでデジタルの電気信号に変換しており、光受信器におけるＡＤ変換の消費電力が増大した。また、光伝送の高密度化および大容量化に対応するためには、低速なＡＤＣを並列化する必要が生じ、この点でも消費電力が増大した。

【0008】

一つの側面では、本発明は、光回路を含むＡＤ変換により消費電力を低減できることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一側面によれば、入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、前記デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージは、それぞれ、前記信号光と、ローカル光を分岐した基準光と、前記ローカル光を分岐した参照光と、をそれぞれ導波する光導波路と、前記信号光と前記参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をデジタル値として出力する受光部と、前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光の光レベルを可変制御する光変調器と、を有し、前記光変調器の変調出力を次段のステージの参照光に合波させる、ことを要件とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、光回路を含むＡＤ変換により消費電力を低減できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明による光ＡＤコンバータを示す回路図である。

【図2A】図２Ａは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。（その１）

【図2B】図２Ｂは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。（その２）

【図2C】図２Ｃは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。（その３）

【図2D】図２Ｄは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。（その４）

【図2E】図２Ｅは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。（その５）

【図2F】図２Ｆは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。（その６）

【図3A】図３Ａは、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータの構成例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータの動作例の説明図である。

【図3C】図３Ｃは、実施の形態の光ＡＤコンバータの動作例の説明図である。

【図4】図４は、既存技術と実施の形態の消費電力の対比図である。

【図5】図５は、光ＡＤコンバータに配置する遅延部の遅延量設定の説明図である。

【図6】図６は、光変調器の概要構成例を示す図である。

【図7】図７は、光ＡＤコンバータによる被変換光と参照光のパワー、およびデジタル信号の出力例を示す図である。

【図8】図８は、光ＡＤコンバータの受光部の他の構成例を示す図である。

【図9】図９は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータを示す回路図である。

【図10】図１０は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータの動作例の説明図である。

【図11】図１１は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータの他の構成例を示す回路図である。

【図12】図１２は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータの受光素子へ入射させる光強度の分岐比の説明図である。

【図13】図１３は、光受信器の構成例を示す図である。（その１）

【図14】図１４は、光受信器の構成例を示す図である。（その２）

【図15】図１５は、光受信器の構成例を示す図である。（その３）

【図16】図１６は、光受信器の構成例を示す図である。（その４）

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を参照して、開示の光ＡＤコンバータおよび光受信器の実施の形態を詳細に説明する。

【0013】

（実施の形態）
図１は、本発明による光ＡＤコンバータを示す回路図である。光ＡＤコンバータ１００は、受信した信号光に含まれる情報のＡＤ変換に光回路を用いる。光ＡＤコンバータ１００は、信号光（被変換光）を直接受信して内部の光回路で伝搬し、アナログ・デジタル変換を行う。

【0014】

ここで、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータが電気回路のみで行うＮビットの電気信号のアナログ入力を上位ビットから順に逐次比較し、Ｎビットのデジタル出力を行うＡＤ変換動作を行う。光ＡＤコンバータ１００は、ＳＡＲ型ＡＤコンバータと同様のＡＤ変換動作を、光回路と電気回路とを用い、Ｎビットの信号光のアナログ入力を上位ビットから順に逐次比較してＮビットのデジタル出力を行う。

【0015】

光ＡＤコンバータ１００には、伝送され受信した信号光（被変換光）Ｅ_sigと、局所発振光源のローカル光（ＬＯ光）が入力される。

【0016】

図１に示すように、光ＡＤコンバータ１００は、光の導波方向（図１のＸ方向）に沿って複数Ｎのステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）が配置される。また、図１のＸ方向と直交するＹ方向に沿って複数のグループ（Ｇｒｏｕｐ１～３）の各光導波路１０１～１０３が配置される。ステージ数Ｎは、被変換光に載った状態の情報（アナログ信号）をデジタル変換した場合のＮビット（Ｂｉｔ１～Ｎ、例えば、５ビット、８ビット等）のビット数（解像度）に相当する列数で配置される。Ｎビットは、ＭＳＢ～ＬＳＢまでのＮ個のビット列からなる。

【0017】

光ＡＤコンバータ１００の電気回路は、Ｎステージにそれぞれ配置される受光部１１０を含む。受光部１１０は、各ステージに対応するデジタル信号をビット出力する。受光部１１０は、受光素子１１１と、識別器（比較器）１１２とを含む。受光素子１１１は、バランス型（差動型）であり、一方に入力される被変換光Ｅ_sigと、他方に入力される参照光Ｅ_refの信号光と、を検出し、被変換光Ｅ_sigと、参照光Ｅ_refの差分の電気信号を出力する。

【0018】

識別器１１２は、受光素子１１１の出力（電気信号）に基づき、被変換光Ｅ_sigと、参照光Ｅ_refと、の光強度（光レベル）の大小比較を行う。識別器１１２は、比較結果として２値のデジタル信号（出力１／０）を出力する。

【0019】

光ＡＤコンバータ１００の光回路は、信号光を伝搬する光導波路１０１～１０３と、光変調部（光変調器）１２０を含む。光変調部１２０は、識別器１１２の比較結果である２値のデジタル信号（出力１／０の電気信号）の入力に基づき、Ｇｒｏｕｐ３の基準光を位相変調した変調出力Ｅ_ModをＧｒｏｕｐ２の光導波路１０２に合波出力する。後述するが、光変調部１２０は、変調出力Ｅ_Modを合波する参照光Ｅ_refを基準として、この参照光Ｅ_refの位相に対し、同相または逆相となる変調を行う。

【0020】

光ＡＤコンバータ１００に入力される被変換光Ｅ_sigは、グループ（Ｇｒｏｕｐ）１の光導波路１０１を介してＮ個のステージにそれぞれ分岐出力される。Ｇｒｏｕｐ１の光導波路１０１は、Ｎビットの情報が載った被変換光Ｅ_sigをＮ個の各ステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）に導波する。Ｇｒｏｕｐ１の被変換光Ｅ_sigは、Ｎ個のステージの受光部１１０に対し同じ光強度で入力される。

【0021】

光ＡＤコンバータ１００に入力されるＬＯ光は、参照光Ｅ_refと、基準光Ｅ_LOとに分岐される。Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３は、基準光Ｅ_LOをＮ個のステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）にそれぞれ設けられる光変調部１２０に分岐出力する。Ｇｒｏｕｐ３の基準光は、Ｎ個のステージの光変調部１２０に対し同じ光強度で入力される。

【0022】

Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２は、参照光Ｅ_refをＮ個のステージのＳｔａｇｅ１～Ｎを順次通過する形で導波する。ここで、Ｎ個のステージにそれぞれ設けられる光変調部１２０は、変調出力Ｅ_ModをＧｒｏｕｐ２の参照光Ｅ_refに合波して次段のステージに供給する。例えば、Ｓｔａｇｅ１が出力するＧｒｏｕｐ２の参照光の光強度をＥ’_refとしたとき、Ｓｔａｇｅ１の光変調部１２０が位相変調した変調出力Ｅ_Modの合波により、Ｓｔａｇｅ２の参照光はＥ”_refに光強度が可変される。

【0023】

また、各グループ（Ｇｒｏｕｐ１～３）の光導波路１０１～１０３上には、信号光を遅延する遅延器τ（１３０）が配置される。遅延器τ（１３０）は、Ｎ個の各ステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）での各グループ（Ｇｒｏｕｐ１～３）の信号光のタイミングを整合させる。遅延器τ（１３０）によるタイミング整合の詳細は後述する。

【0024】

図２Ａ～図２Ｆは、光ＡＤコンバータの内部回路の構成の説明図である。これらの図を用いて、信号光の導波に沿った光ＡＤコンバータ１００の構成および動作例を説明する。図２Ａに示すように、光ＡＤコンバータ１００に入力される被変換光Ｅ_sigは、先頭のＳｔａｇｅ１において、Ｇｒｏｕｐ１の光導波路１０１から分岐され、受光部１１０の受光素子１１１に入力される。また、後段のＳｔａｇｅ２～Ｎにおいても、被変換光Ｅ_sigは、Ｇｒｏｕｐ１の光導波路１０１から分岐され、受光部１１０の受光素子１１１に入力される。被変換光Ｅ_sigは、Ｎ個のステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）の受光部１１０に対し同じ光強度で入力される。

【0025】

図２Ｂに示すように、光ＡＤコンバータ１００に入力されるＬＯ光は、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２の参照光と、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３の基準光とに分岐される。Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２の参照光Ｅ_refは、Ｓｔａｇｅ１～Ｎを順次経由して、各Ｓｔａｇｅ１～Ｎの受光部１１０の受光素子１１１に分岐入力される。参照光Ｅ_refは、上記のように、光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modに基づき、Ｓｔａｇｅ１～Ｎごとに異なる光強度となり得る。

【0026】

また、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３の基準光は、Ｓｔａｇｅ１～Ｎの光変調部１２０にそれぞれ分岐入力される。基準光は、Ｎ個のステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）の光変調部１２０に対し同じ光強度で入力される。

【0027】

図２Ｃに示すように、各Ｓｔａｇｅ１～Ｎに設けられる受光部１１０は、受光素子１１１により被変換光Ｅ_sigと、参照光Ｅ_refの信号光を光電変換する。また、受光部１１０の識別器１１２は、被変換光Ｅ_sigと、参照光Ｅ_refの受光レベルとを大小比較した比較結果としてＳｔａｇｅ１に対応するビットをデジタル出力する。識別器１１２は、Ｂｉｔ１（ＭＳＢ）のデジタル信号（１／０）をデジタル出力する。

【0028】

識別器１１２は、被変換光Ｅ_sigと、参照光Ｅ_refとの受光レベルを大小比較し、被変換光Ｅ_sig＞参照光Ｅ_refのとき、Ｂｉｔ１＝１を出力する。また、被変換光Ｅ_sig＜参照光Ｅ_refのとき、Ｂｉｔ１＝０を出力する。なお、被変換光Ｅ_sig＝参照光Ｅ_refのとき、Ｂｉｔ１出力＝０を出力する。

【0029】

識別器１１２の電気信号の出力は、光変調部１２０に出力される。光変調部１２０には、Ｇｒｏｕｐ３の基準光が分岐入力される。光変調部１２０には、受光部１１０（識別器１１２）が出力する被変換光Ｅ_sigと、参照光Ｅ_refの比較結果が入力される。

【0030】

図２Ｄに示すように、光変調部１２０は、入力される比較結果（出力１／０）に基づきＧｒｏｕｐ３の基準光に対し、変調出力Ｅ_Modを合波する参照光Ｅ_refを基準として、この参照光Ｅ_refの位相に対し、同相または逆相となる変調を行う。例えば、光変調部１２０は、識別器１１２の比較結果が出力１であれば、参照光Ｅ_refの位相と同相となる位相変調を行う。また、光変調部１２０は、比較結果が出力０であれば、参照光Ｅ_refの位相と逆相となる位相変調を行う。このように、光変調部１２０は、比較結果１／０に応じて信号光の位相をスイッチし、Ｓｔａｇｅ１における比較結果の変調出力Ｅ_Modを出力する。

【0031】

図２Ｅに示すように、光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modは、Ｇｒｏｕｐ２の参照光に合波入力される。これにより、例えば、Ｓｔａｇｅ１の光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modに対応して、次段のＳｔａｇｅ２に供給される参照光の強度が可変する。Ｓｔａｇｅ１の参照光をＥ’_refとしたとき、変調出力Ｅ_Modの合波によりＳｔａｇｅ２の参照光の強度はＥ”_refに可変される。

【0032】

例えば、Ｓｔａｇｅ１の識別器１１２の比較結果が出力１のとき、光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modは同相となり、Ｓｔａｇｅ２の参照光Ｅ_refの光レベルは増大する（例えば、１．５倍）。一方、Ｓｔａｇｅ１の識別器１１２の比較結果が出力０のとき、光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modが逆相となり、Ｓｔａｇｅ２の参照光Ｅ_refの光レベルは減少する（例えば、０．５倍）。

【0033】

Ｓｔａｇｅ２～ＳｔａｇｅＮ－１の構成については、Ｓｔａｇｅ１と同様である。これにより、Ｓｔａｇｅ２～ＳｔａｇｅＮ－１は、Ｓｔａｇｅ１と同様にそれぞれＮビット（Ｂｉｔ２～Ｎ－１）それぞれのデジタル出力を行う。

【0034】

図２Ｆに示すように、ＳｔａｇｅＮには、受光部１１０（受光素子１１１と識別器１１２）が設けられる。ＳｔａｇｅＮの受光部１１０には、Ｇｒｏｕｐ１の被変換光Ｅ_sigと、ＳｔａｇｅＮ－１通過後のＧｒｏｕｐ２の参照光Ｅ_refとが入力される。ＳｔａｇｅＮの受光部１１０（識別器１１２）は、ＢｉｔＮのデジタル出力を行う。

【0035】

ここで、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータの構成および動作例を説明しておく。図３Ａは、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータの構成例を示す図、図３Ｂは、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータの動作例の説明図である。また、図３Ｃは、実施の形態の光ＡＤコンバータの動作例の説明図である。

【0036】

図３Ａに示すように、信号光をＡＤ変換する場合、ＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００を用いる。また、ＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００の前段には、受光素子３０１と、ＴＩＡ（Ｔｒａｎｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３０２と、デシリアライザ（Ｄｅｓ）３０３とを配置する。

【0037】

差動型の受光素子３０１は、受信した信号光と、光源のＬＯ光とを合波後の一対の信号光を光電変換し、ＴＩＡ３０２で増幅する。ＴＩＡ３０２のアナログ信号は、デシリアライザ３０３でパラレル化してＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００に入力される。

【0038】

ＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００は、ＳＡＲ（逐次比較レジスタ）３１０、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）３１１、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路３１２、識別器３１３を備える。サンプルホールド回路３１２は、入力された所定の電圧Ｖ_inを保持する。電圧Ｖ_inは、受信した信号に載るＮビットのデジタル信号の値に応じた電圧である。識別器３１３は、Ｖ_inをＤＡＣ３１１の出力と比較し、比較結果を逐次比較レジスタ（ＳＡＲ）３１０に出力する。

【0039】

図３Ｂの横軸は時間、縦軸は電圧である。図３Ｂに示すように、逐次比較レジスタ（ＳＡＲ）３１０は、初期状態でＭＳＢが１に初期化され、ＤＡＣ３１１に供給する。ＤＡＣ３１１は、デジタルコード（Ｖｒｅｆ／２）に相当するアナログ信号Ｖ_DACを識別器３１３に供給する。

【0040】

識別器３１３は、上位ビット（ＭＳＢ）のＶ_DACとＶ_inとを比較し、Ｖ_DACの電圧がＶ_inを超えていなければ、ビット１の出力は１のままとし、Ｖ_DACの電圧がＶ_inを超えると、ＳＡＲ３１０に対しこのビット（Ｂｉｔ１）をリセット（０）する。

【0041】

この後、ＳＡＲ３１０は、次の下位ビット（Ｂｉｔ２）を１に設定して、同じテストを実施し、ＳＡＲ３１０のＮビット全てをテスト完了するまで同様の処理を続行する。このように、ＳＡＲ３１０は、ＮビットをビットごとにＶ_DACとＶ_inとを逐次比較することで、サンプリングされた入力電圧Ｖ_inをデジタル近似したＮビットそれぞれの値をデジタル出力する。

【0042】

そして、図３Ｃに示すように、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００についても、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００と同様の動作を行う。図３Ｃ（ａ）の横軸はＮ個の各ステージ、縦軸は電圧である。被変換光Ｅ_sigは、Ｎビットの値に応じた所定の電圧を有する。光ＡＤコンバータ１００は、Ｎ個のステージのＳｔａｇｅ１～Ｎの順にＢｉｔごとに、被変換光Ｅ_sigと参照光Ｅ_refとの比較結果に応じたデジタル信号（１／０）を出力する。

【0043】

そして、Ｓｔａｇｅ１の識別器１１２は、被変換光Ｅ_sig＞参照光Ｅ_refにより、Ｂｉｔ１＝１を出力する。この際、図３Ｃ（ｂ）に示すように、Ｓｔａｇｅ１の光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modは同相となり、Ｓｔａｇｅ２の参照光Ｅ”_refの光レベルをΔＥ₁分増大させる（例えば、１．５倍）。

【0044】

この後、Ｓｔａｇｅ２には、被変換光Ｅ_sigと、Ｓｔａｇｅ１通過後の参照光Ｅ_refが入力される。Ｓｔａｇｅ２の受光部１１０（識別器１１２）は、Ｓｔａｇｅ１同様にＢｉｔ２のデジタル出力を行う。Ｓｔａｇｅ２の識別器１１２は、被変換光Ｅ_sig＜参照光Ｅ_refにより、Ｂｉｔ２＝０を出力する。この際、図３Ｃ（ｂ）に示すように、Ｓｔａｇｅ２の光変調部１２０の変調出力Ｅ_Modは逆相となり、Ｓｔａｇｅ２の参照光Ｅ”_refの光レベルはΔＥ₂減少させる（例えば、０．５倍）。このように、光ＡＤコンバータ１００は、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータ１００と同様に、ビットごとの逐次比較を行ってＮビット分のデジタル出力を行う。

【0045】

一般に、ＴＩＡ３０２は、入力電圧に対して出力電圧が線形ではなく、出力電圧が上限に近い領域では飽和する傾向がある。この影響を防ぐためには、より高電圧出力で、線形な出力電圧の領域が広いＴＩＡ３０２を用いる必要がある。しかし、このような線形性が良いＴＩＡ３０２を用いた場合、線形性と引き換えに消費電力が増大する。この点は、ＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００のＤＡＣ３１１でも同様に生じる。

【0046】

これに対し、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００では、光回路と電気回路とを適切に配置し構成している。ここで、既存の逐次変換（ＳＡＲ）方式のＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００が有する引き算・足し算と、信号ラッチの機能に対応し、実施の形態では、前段のＳｔａｇｅの判定結果に基づいて、光変調部１２０の変調出力を合波する参照光を基準として、この参照光の位相に対し、同相または逆相となる変調を行い、後段の参照光に合波・干渉させている。また、実施の形態では、ＬＯ光を基準光と参照光とで別グループで各ステージに供給し、各ステージの受光部１１０で被変換光を参照光とを比較することで、Ｓ／Ｈ回路３０２のラッチ機能相当を実現している。

【0047】

既存のＡＤコンバータ３００と、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００とを対比すると、既存のＡＤコンバータ３００の最前段の受光素子３０１に対応して、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００では、Ｎ個の各ステージにそれぞれ受光素子１１１を配置している。また、既存のＡＤコンバータ３００で用いたＴＩＡ３０２は、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００では用いず、Ｎ個の各ステージにそれぞれ識別器１１２を配置する。また、既存のＡＤコンバータ３００で用いたＤｅｓ３０３は、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００では用いない。

【0048】

このように、実施の形態の光ＡＤコンバータ１００は、内部に光回路を備えることで、既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００を用いたＡＤ変換で必要とされた線形電子回路、例えば、ＴＩＡ３０２やＤＡＣ３１１で必要な線形性を不要にできる。これにより、実施の形態によれば、既存技術より消費電力を低減化できるようになる。

【0049】

また、既存のＡＤコンバータ３００自体は、低速であるため、図３Ａに示した如く、Ｄｅｓ３０３後段にＡＤコンバータ３００を並列配置することで高速処理に対応している。これに対し、実施の形態では、電気回路からなる既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００の並列配置を不要とし、消費電力を低減化できるようになる。

【0050】

図４は、既存技術と実施の形態の消費電力の対比図である。図４（ａ）は既存のＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００、図４（ｂ）は実施の形態の光ＡＤコンバータ１００を示す。図４（ａ）に示す既存技術による消費電力は、ＴＩＡ３０２部分で２ｐＪ／Ｂｉｔ、ＳＡＲ型ＡＤコンバータ３００部分で８ｐＪ／Ｂｉｔである。既存技術では、ＴＩＡ３０２やＤＡＣ３１１に線形性が必要であるため、消費電力が増大する。この結果、既存技術では、全体の消費電力は、１ビットあたり２＋８＝１０ｐＪ／Ｂｉｔとなる。

【0051】

これに対し、図４（ｂ）に示す実施の形態の光ＡＤコンバータ１００の消費電力は、１ステージあたり受光部１１０（識別器１１２）で５５ｆＪ／Ｂｉｔ、光変調部１２０で１ｐＪ／Ｂｉｔである。Ｎビット出力が５の場合、全体の消費電力は、（０．０５５＋１）×５＝５．３ｐＪ／Ｂｉｔとなる。このように、実施の形態によれば、既存技術よりも低消費電力化を図ることができる。

【0052】

図５は、光ＡＤコンバータに配置する遅延部の遅延量設定の説明図である。図５の横軸は時間、縦軸には光ＡＤコンバータ１００内のＧｒｏｕｐ１～３の光導波路１０１～１０３を導波する各信号光を示す。Ｇｒｏｕｐ１の光導波路１０１を導波する被変換光Ｅ_sigと、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３を導波する基準光Ｅ_LOについては、いずれも光回路を有さないため、同様の遅延時間τを有する。

【0053】

ここで、受光部１１０の受光素子１１１は光電変換に遅延時間τ_PDを有し、識別器１１２は比較判断に遅延時間τ_Discを有する。また、光変調部１２０は変調動作に遅延時間τ_Modを有する。受光部１１０における遅延時間τ₁は、受光素子１１１の遅延時間τ_PD＋識別器１１２の遅延時間τ_Discである。また、光変調部１２０の遅延時間τ₂＝τ_Modである。このため、光ＡＤコンバータ１００内部では、受光部１１０と光変調部１２０のＧｒｏｕｐ２の光導波路１０２では、光導波の遅延時間τ₁＋τ₂が生じる。

【0054】

これに対応して、遅延時間τ₁＋τ₂に対応した遅延時間τ（＝τ₁＋τ₂）分の遅延を有する遅延器τ（１３０）を、各ＳｔａｇｅのＧｒｏｕｐ１の光導波路１０１と、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３上に配置する。これにより、各Ｓｔａｇｅに入力される信号光のタイミングを、各Ｇｒｏｕｐ１～３（光導波路１０１～１０３）間で整合（同一タイミングに）できる。なお、図１に示したように、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２上にも微調整用の遅延器τ（１３０）を配置してもよい。

【0055】

図６は、光変調器の概要構成例を示す図である。図６（ａ）には、１ステージ分の光変調部１２０の機能を記載してある。また、図６に示すように、各Ｇｒｏｕｐ１～３（光導波路１０１～１０３）の遅延器τ（１３０）は、光導波路の一部を渦巻状に形成したものにより、導波長を増大させ所定の遅延時間τを得ることができる。

【0056】

光変調部１２０は、例えば、一対のＰＮ部６０１、一対のヒータ６０２、光検出部（ＭＰＤ）６０３、コントローラ６０４を含む。ＰＮ部６０１は、分岐した光導波路のそれぞれにそって一対の電極を配置した２つの干渉部を有する。

【0057】

コントローラ６０４は、識別器１１２の出力Ｖ_i（１／０）に基づき、一対の電極に対する印加電圧を可変制御して干渉部の干渉状態を変化させる。この結果、光変調部１２０は、Ｇｒｏｕｐ３（光導波路１０３）の基準光Ｅ_LOに対する位相変調を行い、同相あるいは逆相の変調出力Ｅ_Modを出力する。ヒータ６０２は、ＰＮ部６０１の温度調整を行う。ＭＰＤ６０３は、光変調部１２０の出力をモニタし、コントローラ６０４に出力する。

【0058】

コントローラ６０４は、識別器１１２の出力Ｖ_i（１／０）に基づき、例えば、Ｖ_i＝１のときパワーを最大化し、Ｖ_i＝０のとき変調出力のパワーを最小化した変調出力Ｅ_Modを出力する制御を行う。コントローラ６０４は、ＭＰＤ６０３のモニタ出力に基づき、ヒータ６０２による温度調整を行い、ＰＮ部６０１での干渉状態を変化させることで、同相あるいは逆相の変調出力Ｅ_Modを出力する。

【0059】

図６（ｂ）には、Ｉ（Ｒｅ）－Ｑ（Ｊｍ）の直交軸を示す。コントローラ６０４は、このＩＱ軸において、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２上を導波する参照光Ｅ_refのパワー（電界強度）Ｅ_iと中心間の線上に、Ｖ_i＝０、およびＶ_i＝１のパワーＦ_iが同一直線上に位置するようにヒータ６０２による温度調整を行う。

【0060】

図７は、光ＡＤコンバータによる被変換光と参照光のパワー、およびデジタル信号の出力例を示す図である。図７（ａ）～（ｄ）は、被変換光に含まれるデジタル信号が８ビットで異なる値のビット列を示す。この場合、光ＡＤコンバータ１００は、Ｎ＝８（Ｓｔａｇｅ１～８）を有する。各図の横軸はステージ数、縦軸は電界強度である。

【0061】

図７（ａ）に示すように、デジタル出力の値が全て０「００００００００」の場合、被変換光Ｅ_sigの電界強度は最も低く（０）、図７（ｄ）に示すようにデジタル出力の値が全て１「１１１１１１１１」の場合、被変換光Ｅ_sigの電界強度は最も高い。

【0062】

図７（ａ）の場合、光ＡＤコンバータ１００は、Ｓｔａｇｅ１～８は、被変換光Ｅ_sigを参照光Ｅ_refと逐次比較することで、各ビットのデジタル出力を行う。この際、Ｓｔａｇｅ１～８での処理ごとに、参照光Ｅ_refの電界強度は、被変換光Ｅ_sigの電界強度（０）に収束するよう減少していく。

【0063】

図７（ｄ）においても、光ＡＤコンバータ１００は、Ｓｔａｇｅ１～８は、被変換光Ｅ_sigを参照光Ｅ_refと逐次比較することで、各ビットのデジタル出力を行う。この際、Ｓｔａｇｅ１～８での処理ごとに、参照光Ｅ_refの電界強度は、被変換光Ｅ_sigの所定の電界強度に収束するよう増加していく。

【0064】

図７（ｂ）（ｃ）の場合においても、光ＡＤコンバータ１００は、Ｓｔａｇｅ１～８は、被変換光Ｅ_sigを参照光Ｅ_refと逐次比較することで、各ビットのデジタル出力を行う。この際、Ｓｔａｇｅ１～８での処理ごとに、参照光Ｅ_refの電界強度は、被変換光Ｅ_sigの所定の電界強度に収束していく。これら図７（ａ）～（ｄ）に示す光ＡＤコンバータ１００での収束動作は、既存のＡＤコンバータ３００（図３Ａ等参照）の動作と同様である。

【0065】

図８は、光ＡＤコンバータの受光部の他の構成例を示す図である。上記のように、図１等では、受光部１１０は、受光素子１１１と、識別器１１２とで構成したが、これに限らない。図８に示す受光部１１０は、一対の受光素子（ＰＤ）８０１と、一対のＴＩＡ８０２と、一対のＴＩＡ８０２の出力を比較する比較器８０３と、を含む。このような構成においても、被変換光Ｅ_sigと参照光Ｅ_refとを比較し、比較結果を光変調部１２０に出力できる。

【0066】

(他の実施形態）
次に、光ＡＤコンバータの他の実施形態について説明する。以下の説明では、偏波多重された信号光を受信するＩＱ変調用光ＡＤコンバータについて説明する。

【0067】

図９は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータを示す回路図である。図９に示すＩＱ変調用光ＡＤコンバータ９００において、上記説明した光ＡＤコンバータ１００と同様の構成部には同一の符号を付してある。なお、図９には、Ｎ個のステージのうちＳｔａｇｅ１のみを記載してあり、他のＳｔａｇｅ２～Ｎは、図１同様である。

【0068】

ＩＱ変調用光ＡＤコンバータ９００は、入力される被変換光を９０°ハイブリッド回路９０１を設け、９０°ハイブリッド回路９０１によりＩＱ分離を行う。そして、Ｇｒｏｕｐ１の光導波路１０１は、このＩＱ分離に対応してＩＱそれぞれの光導波路１０１ａ，１０１ｂを有する。この実施の形態では、被変換光用のＧｒｏｕｐ１の光導波路１０１は、ＩＱ分離、およびＸ偏波とＹ偏波に分離（光分岐）され、計４本の光導波路を有する。

【0069】

光導波路１０１ａ，１０１ｂには、それぞれ受光部１１０ａ，１１０ｂが設けられる。受光部１１０ａは、一対の受光素子１１１ａと、比較器１１２ａとを有する。比較器１１２は線形性が不要な増幅器で構成できる。

【0070】

また、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータ９００は、入力されるＬＯ光を分岐し、分岐した一方を９０°ハイブリッド回路９０１に入力し、分岐した他方をＧｒｏｕｐ２の光導波路１０２と、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３に入力する。Ｇｒｏｕｐ２と光導波路１０２と、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３は、ＩＱ用の基準光と参照光とに分岐される。参照光用のＧｒｏｕｐ２の光導波路１０２は、ＩＱ用に２分岐される。基準光用のＧｒｏｕｐ３の光導波路１０３は、ＩＱの受光部１１０Ｉ，１１０Ｑ用に２分岐され、さらに、ＩＱの光変調部１２０Ｉ，１２０Ｑ用に２分岐される。

【0071】

Ｉ用処理部９０２Ｉについて説明すると、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３Ｉの基準光と、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２Ｉの参照光は、合波後に再度分岐され、受光部１１０Ｉに入力される。受光部１１０Ｉは、一対の差動型の受光素子１１１Ｉと、比較器１１２Ｉとを含む。

【0072】

また、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３Ｉの基準光は、光変調部１２０Ｉに入力される。光変調部１２０Ｉの変調出力は、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２Ｉに合波される。Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２Ｉ上には位相シフタ（ＰＳ）９０３Ｉが設けられる。また、図中のＩｎｃは、コントローラ６０４（図６参照）に相当する。コントローラ６０４は、比較器１１０Ｉの出力をモニタし、基準光と参照光との位相を同相に制御する。

【0073】

そして、比較器１１２ａの出力と、比較器１１２Ｉの出力は、比較器９０５Ｉに入力される。比較器９０５Ｉは、比較器１１２ａと、比較器１１２Ｉの出力とを比較し、比較結果のＩ成分をデジタル出力する。

【0074】

Ｑ用処理部９０２Ｑについても、Ｉ用処理部９０２Ｉと同様の構成である。Ｑ用処理部９０２Ｑでは、Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３Ｑの基準光と、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２Ｑの参照光は、受光部１１０Ｑに入力される。

【0075】

Ｇｒｏｕｐ３の光導波路１０３Ｑの基準光は、光変調部１２０Ｑに入力され、光変調部１２０Ｑの変調出力は、Ｇｒｏｕｐ２の光導波路１０２Ｑに合波される。そして、比較器１１２ｂの出力と、比較器１１２Ｑの出力は、比較器９０５Ｑに入力される。比較器９０５Ｑは、比較器１１２ｂと、比較器１１２Ｑの出力とを比較し、比較結果のＱ成分をデジタル出力する。

【0076】

図１０は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータの動作例の説明図である。図１０（ａ）には、受光部１１０ｂと、Ｑ用処理部９０２Ｑのみを記載し、また、遅延器τ（１３０）と位相調整については省略してある。ＩＱ変調用光ＡＤコンバータ９００に入力される被変換光は電界ベクトルＥ_S、ＬＯ光は電界ベクトルＥ_LOを有する。図１０（ｂ）にはＩＱ軸上の電界強度を示す。

【0077】

この場合、９０°ハイブリッド回路９０１の出力として、受光部１１０ｂの差動型の受光素子１１１ｂの一方は電界ベクトルＥ_LO＋ｉＥ_Sを検出し、受光素子１１１ｂの他方は、電界ベクトルＥ_LO－ｉＥ_Sを検出する。比較器１１２ｂは、図１０（ｂ）に示すＥ_SのｉＥ_LO方向射影×｜Ｅ_LO｜を抽出し（Ｅ_S ^*Ｅ_LO－Ｅ_SＥ_LO ^*、＊は複素共役）、比較器９０５Ｑに比較結果として出力する。

【0078】

一方、Ｑ用処理部９０２Ｑの受光部１１０Ｑの比較器１１２Ｑは、図１０（ｂ）に示すＥ_refのｉＥ_LO方向射影×｜Ｅ_LO｜を抽出し（Ｅ_ref ^*Ｅ_LO－Ｅ_refＥ_LO ^*）、比較器９０５Ｑに比較結果として出力する。

【0079】

Ｑ用処理部９０２Ｑのコントローラ６０４の位相調整により、図１０（ｂ）に示すように、Ｅ_LOとＥ_refとが同じ方向に向く。これにより、比較器９０５Ｑは、ビット１のＱ成分のデジタル値を出力できる。

【0080】

図１１は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータの他の構成例を示す回路図である。図１１に示すＩＱ変調用光ＡＤコンバータ１１００は、図９に示したＩＱ変調用光ＡＤコンバータ９００で用いた比較器１１２ａ，１１２ｂ，９０５Ｉ，９０５Ｑの個数を削減する構成例である。図１１において、図９と同様の構成部には同一の符号を付してある。

【0081】

図１１に示すように、受光部１１０ａ，１１０ｂには、それぞれ受光素子１１１ａ，１１１ｂのみを設け、図９に記載の比較器１１２ａ，１１２ｂを設けない。また、Ｉ用処理部９０２ＩとＱ用処理部９０２Ｑにおいても、それぞれ受光素子１１１Ｉ，１１１Ｑのみを設け、比較器１１２Ｉ，１１２Ｑを設けない。

【0082】

Ｉ成分の受光素子１１１ａの出力と、受光素子１１１Ｉの出力は、識別器１１０１Ｉに入力される。受光素子１１１ａの出力ＡはＩ₁－Ｉ₂、受光素子１１１Ｉの出力ＢはＩ₃－Ｉ₄となる。これにより、識別器１１０１Ｉは、（Ｉ₁－Ｉ₂）－（Ｉ₃－Ｉ₄）をビット１のＩ成分のデジタル値を出力できる。

【0083】

同様に、Ｑ成分の受光素子１１１ｂの出力と、受光素子１１１Ｑの出力は、識別器１１０１Ｑに入力される。これにより、識別器１１０１Ｑは、ビット１のＱ成分のデジタル値を出力できる。

【0084】

図１１の構成例によれば、１ステージあたり、比較用の識別器を２個にでき、図９の構成例で用いた６個の比較器１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２Ｉ，１１２Ｑ，９０５Ｉ，９０５Ｑ）に対し比較器の個数を削減し、低消費電力化できる。

【0085】

図１２は、ＩＱ変調用光ＡＤコンバータの受光素子へ入射させる光強度の分岐比の説明図である。図１２では、図１１に示したＩＱ変調用光ＡＤコンバータ１１００を例に差動型の一対の受光素子１１１に対する光強度の分岐比について説明する。

【0086】

図１２において、受光素子１１１ａにおける一対の分岐比はａ₁、受光素子１１１ａにおける一対の分岐比はａ₁である。Ｉ用処理部９０２Ｉの受光素子１１１Ｉについては、一方のＧｒｏｕｐ３の基準光の分岐比はａ₁、他方のＧｒｏｕｐ２の参照光の分岐比はｂ₁である。また、光変調部１２０Ｉ，１２０Ｑに対するＧｒｏｕｐ３の基準光の分岐比はｃ₁、光強度の減衰量はｄである。ｅは、Ｇｒｏｕｐ２の参照光の光強度である。

【0087】

この場合、分岐比ａ₁は下記式（１）に基づき設定する。また、分岐比ｂ₁は下記式（２）に基づき設定する。そして、分岐比ｃ₁は下記式（３）に基づき設定する。

【0088】

【数1】

【0089】

【数2】

【0090】

【数3】

【0091】

ＩＱ変調用光ＡＤコンバータ１１００は、Ｎ個のステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）を有しており、各ステージで同じ分岐比に設定すると、後段のステージほど光強度が減少していく。これに対応して、上記設定により、各ステージでの減衰、特に光変調部１２０の変調出力が入力される受光素子１１１における分岐比を適切に設定する。これにより、Ｎ個の各ステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）に入射する信号光（被変換光、基準光および参照光）の光強度を均一にできる。

【0092】

(光受信器の構成例）
図１３～図１６は、光受信器の構成例を示す図である。上述した光ＡＤコンバータ１００，１１００を備えた光受信器の構成例を説明する。各図において上記構成と同様の構成部には同一の符号を付してある。

【0093】

図１３に示す光受信器１３００には、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光が入力される。ＷＤＭ光は、光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１３１０を介して波長分離部１３５０に入力される。波長分離部１３５０には、局所発振光源１３２０のローカル光（ＬＯ光）が入力される。

【0094】

局所発振光源１３２０は、複数波長別の光源（ＬＤ）１３２１と、複数波長のＬＤの光を合波する合波器１３２２と、半導体増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１３２３を含む。局所発振光源１３２０が出力するＬＯ光は、ＥＤＦＡ１３３０で光増幅され、ファイバカプラ１３３１で分岐して波長分離部１３５０に入力される。

【0095】

波長分離部（Ｄｅｍｕｘ）１３５０は、入力されるＷＤＭ光およびＬＯ光を波長別に分離出力し、波長別の複数の受信部１３６０に出力する。ある一つの波長（１チャネル）の受信部１３６０に入力される受信信号（被変換光）は、可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）１３６１を介して、９０°ハイブリッド回路９０１に入力される。ＭＰＤ１３６２は、入力される被変換光をモニタし、ＶＯＡ１３６１を可変制御する。

【0096】

９０°ハイブリッド回路９０１の後段には、上述した受光部１１０が設けられる。受光部１１０は、ＩＱ別の一対の受光素子１１１と、識別器１１２を含む。また、不図示であるが受光素子１１１と識別器１１２には上記の光変調部１２０が接続される。識別器１１２が出力するビット単位のデジタル出力は、データ処理部としてのＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１３６３に入力される。ＤＳＰ１３６３は、ＡＤ変換後のデジタル信号をデータ処理し、被変換光に含まれる情報を抽出して出力する。

【0097】

そして、複数の受光部１３６０がそれぞれ異なる波長別の受信処理を行うことで、ＷＤＭ光の各波長別（複数チャネル）の受信処理を行う。

【0098】

また、図１３の例では、複数の受光部１３６０には、波長分離部１３５０の出力にＩＱ変調部１３７０が接続されている。複数の受光部１３６０のＩＱ変調部１３７０の変調出力は、波長合波部（Ｍｕｘ）１３８０で合波され、ＷＤＭ信号として外部出力できる。

【0099】

図１４には、１チャネル受信部１３６０の構成例を示す。上述した光ＡＤコンバータ１００のほかに、９０度ハイブリッド回路９０１、局所発振光源１３２０、ＤＳＰ１３６３を含み、ＷＤＭ信号の１チャネル受信器１３６０を構成する。

【0100】

１チャネル受信器１３６０は、上述したように、Ｎ個のステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）からなり、被変換光および局所発振光源１３２０のＬＯ光を各ステージ間で導波し、ステージごとに対応するデジタル信号の桁のビット値を出力する。Ｓｔａｇｅ１～Ｎは、それぞれ受光部１１０と光変調部１２０を含む。

【0101】

各ステージ（Ｓｔａｇｅ１～Ｎ）が出力するＩＱのデジタル信号は、ＤＳＰ１３６３に出力される。ＤＳＰ１３６３は、ＡＤ変換後のデジタル信号をデータ処理し、被変換光に含まれる情報を抽出し、ＭＳＢ～ＬＳＢのＮビットのデジタル信号を２値出力する。

【0102】

図１５には、１偏波受信器１５００の構成例を示す。１偏波受信器１５００は、波長分離部（Ｄｅｍｕｘ）１３５０には、各チャネル別に複数の１チャネル受信器１３６０が接続されている。複数の１チャネル受信器１３６０は、それぞれ被変換光に含まれる情報を複数ビットのデジタル信号として出力する。

【0103】

図１６には、ＷＤＭ受信器１６００の構成例を示す。ＷＤＭ受信器１６００には、偏波多重ＷＤＭ信号が入力され、偏波スプリッタ１６０１により偏波Ｘと偏波Ｙが分離出力される。各偏波Ｘ，Ｙの出力は、それぞれ１偏波受信器１５００に出力される。各偏波受信器１５００は、複数チャネル別に、被変換光に含まれる情報を複数ビットのデジタル信号として出力する。

【0104】

ＤＳＰ１６０２は、偏波Ｘおよび偏波Ｙの複数の１偏波受信器１５００の出力に基づき、被変換光の偏波Ｘおよび偏波Ｙ別の情報を複数ビットのデジタル信号として出力する。なお、ＤＳＰ１６０２は、１偏波受信器１５００（１チャネル受信器１３６０）が有するＤＳＰ１３６３と処理統合してもよい。

【0105】

実施の形態の光ＡＤコンバータは、ＷＤＭ通信等の偏波多重および各種変調方式により信号光を受信しＡＤ変換する各種受信器に適用することができる。

【0106】

以上説明した実施の形態の光ＡＤコンバータは、入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージは、それぞれ、信号光と、ローカル光を分岐した基準光と、ローカル光を分岐した参照光と、をそれぞれ導波する光導波路と、信号光と参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をデジタル値として出力する受光部と、受光部の比較結果に基づき、基準光の光レベルを可変制御する光変調器と、を有する。光変調器の変調出力は次段のステージの参照光に合波させる。

【0107】

また、光ＡＤコンバータは、入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージを有し、Ｎ個のステージは、それぞれ、信号光を分岐入力し、１以上の導波路で構成されるグループ１の光導波路と、ローカル光を分岐した一方を参照光として、当該参照光を導波する１以上の導波路で構成されるグループ２の光導波路と、ローカル光を分岐した他方を基準光として、当該基準光を導波する１以上の導波路で構成されるグループ３の光導波路と、を含む。また、信号光と、参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をステージのデジタル値として出力する受光部と、グループ３の光導波路で導かれた基準光が分岐入力され、受光部の比較結果に基づき、基準光の光レベルを変調により可変制御する光変調器と、を含み有する。そして、グループ２の光導波路は、参照光に、上記変調部の変調出力を合波させ、次段のステージの参照光として導波することで、Ｎ個のステージによりＮビットのデジタル信号を出力する。

【0108】

これにより、既存のＡＤコンバータと同様にビットごとの逐次比較が行える。既存のＡＤコンバータは、電気回路のＴＩＡやＤＡＣ等に線形性が必要となり消費電力が増大した。これに対し、実施の形態の光ＡＤコンバータは、ＴＩＡ、ＤＡＣおよびＳ／Ｈ回路を用いない。また、逐次処理の回路を電気回路のみとせず、光回路を含み有し、逐次比較を行う複数Ｎのステージにそれぞれ電気回路の比較器を配置したものであるため、比較器等の電気回路が線形性を必要とせず比較処理でき、低消費電力化を図ることができる。

【0109】

また、光ＡＤコンバータは、受光部を、信号光と参照光を検出する一対の差動型の受光素子と、一対の受光素子の差動出力に基づき、信号光と参照光の光レベルを比較出力する比較器と、を有して構成してもよい。既存のＡＤコンバータは受光部を外部に設けるのに対し、実施の形態の光ＡＤコンバータは受光部を内部のステージごとに設け、受光部の比較器に線形性を必要としないため、低消費電力化を図ることができる。

【0110】

また、光ＡＤコンバータは、比較器が、信号光の光レベルよりも参照光の光レベルが大きいとき値１を出力し、それ以外では値０を出力する。これにより、簡単な比較器の構成でビットごとに２値のデジタル出力を行える。

【0111】

また、光ＡＤコンバータは、受光素子の一方と他方に所定の分岐比を設定し、Ｎ個のステージへの入力レベルを均一にする。Ｎ個のステージで同じ分岐比に設定すると、後段のステージほど光強度が減少していくことになる。この点について、各ステージでの減衰、特に光変調部の変調出力が入力される受光素子における分岐比を適切に設定することで、Ｎ個の各ステージに入射する各信号光（被変換光、基準光および参照光）の光強度を均一にでき、ビット判定を安定して行えるようになる。

【0112】

また、光ＡＤコンバータは、光変調器が、受光部の比較結果に基づき、基準光を用いて参照光の位相に対し同相または逆相の位相変調を行う。例えば、光変調器は、比較器の出力が値１のとき、参照光の位相と同相となる位相変調を行い、比較器の出力が値０のとき、参照光の位相と逆相となる位相変調を行う。これにより、光変調器は、変調出力を同相あるいは逆相に切り替えるだけで、変調部の変調出力が次段のステージの参照光に合波され、次段のステージでの参照光の光強度を制御できるようになる。

【0113】

また、光ＡＤコンバータは、光導波路に、信号光、参照光および基準光のタイミングを整合させる遅延器を設けてもよい。遅延器に適切な遅延時間を設定することで、Ｎ個の各ステージのそれぞれにおける各グループの信号光のタイミングを整合させることができ、各ステージでのビット判定を安定して行えるようになる。

【0114】

また、光ＡＤコンバータは、光変調器が、分岐した光導波路に沿って一対の電極を配置し、電極に対する電圧制御を行う者を用いることができる。このように汎用に光変調器を用いて簡単に光ＡＤコンバータを得ることができる。

【0115】

また、光ＡＤコンバータは、ＩＱ変調の信号光に入力に対応して、光導波路がＩＱ別に分岐され、信号光の光導波路に９０°ハイブリッド回路を設けてもよい。

【0116】

また、光変調器は、上記の光ＡＤコンバータと、ローカル光を生成する局所発振光源と、光ＡＤコンバータによりＡＤ変換後の信号光に含まれる情報を出力するデータ処理部と、を含み構成できる。例えば、汎用の局所発振光源と、データ処理部としてＤＳＰを用いて簡単に光変調器を得ることができる。

【0117】

また、光変調器は、信号光が偏波多重のＷＤＭ信号の入力に対応して、信号光を偏波分離する偏波スプリッタを含み簡単に構成できる。

【0118】

これらのことから、実施の形態の光ＡＤコンバータによれば、光信号を直接入力させてデジタルの電気信号が出力可能となり、低消費電力化を図ることができる。実施の形態では、既存のＡＤコンバータの電気回路が行うデータの足し算や引き算の処理および信号ラッチを光回路（光導波路）の分岐／合波と、光変調器による参照光の光強度の可変制御により実現している。また、光回路は、光導波路の微細化および集積化により小型化を図ることもできる。

【0119】

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0120】

（付記１）入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、
前記デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージは、それぞれ、
前記信号光と、ローカル光を分岐した基準光と、前記ローカル光を分岐した参照光と、をそれぞれ導波する光導波路と、
前記信号光と前記参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をデジタル値として出力する受光部と、
前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光の光レベルを可変制御する光変調器と、を有し、
前記光変調器の変調出力を次段のステージの参照光に合波させる、
ことを特徴とする光ＡＤコンバータ。

【0121】

（付記２）入力される信号光に含まれる情報のアナログ信号をデジタル信号に変換する光ＡＤコンバータであって、
前記デジタル信号のビット数Ｎに対応するＮ個のステージを有し、
Ｎ個の前記ステージは、それぞれ、
前記信号光を分岐入力し、１以上の導波路で構成されるグループ１の光導波路と、
ローカル光を分岐した一方を参照光として、当該参照光を導波する１以上の導波路で構成されるグループ２の光導波路と、
前記ローカル光を分岐した他方を基準光として、当該基準光を導波する１以上の導波路で構成されるグループ３の光導波路と、
前記信号光と、前記参照光の光レベルを検出および比較し、２値の比較結果をステージのデジタル値として出力する受光部と、
前記グループ３の光導波路で導かれた前記基準光が分岐入力され、前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光の光レベルを変調により可変制御する光変調器と、を有し、
前記グループ２の光導波路は、前記参照光に、前記変調部の変調出力を合波させ、次段のステージの参照光として導波することで、
前記Ｎ個のステージでＮビットのデジタル信号を出力する、
ことを特徴とする光ＡＤコンバータ。

【0122】

（付記３）前記受光部は、
前記信号光と前記参照光を検出する一対の差動型の受光素子と、
前記一対の差動型の受光素子の差動出力に基づき、前記信号光と前記参照光の光レベルを比較出力する比較器と、
を有することを特徴とする付記１または２に記載の光ＡＤコンバータ。

【0123】

（付記４）前記比較器は、
前記信号光の光レベルよりも前記参照光の光レベルが大きいとき値１を出力し、それ以外では値０を出力することを特徴とする付記３に記載の光ＡＤコンバータ。

【0124】

（付記５）前記受光素子の一方と他方に所定の分岐比を設定し、Ｎ個の前記ステージへの入力レベルを均一にすることを特徴とする付記１～４のいずれか一つに記載の光ＡＤコンバータ。

【0125】

（付記６）前記光変調器は、
前記受光部の比較結果に基づき、前記基準光を用いて前記参照光の位相に対し同相または逆相の位相変調を行うことを特徴とする付記１～５のいずれか一つに記載の光ＡＤコンバータ。

【0126】

（付記７）前記光変調器は、
前記比較器の出力が値１のとき、前記参照光の位相と同相となる位相変調を行い、
前記比較器の出力が値０のとき、前記参照光の位相と逆相となる位相変調を行う、ことを特徴とする付記６に記載の光ＡＤコンバータ。

【0127】

（付記８）前記光導波路には、前記信号光、前記参照光および前記基準光のタイミングを整合させる遅延器が設けられたことを特徴とする付記１～７のいずれか一つに記載の光ＡＤコンバータ。

【0128】

（付記９）前記光変調器は、
分岐した光導波路に沿って一対の電極を配置し、前記電極に対する電圧制御を行うことを特徴とする付記１または２に記載の光ＡＤコンバータ。

【0129】

（付記１０）ＩＱ変調の前記信号光であり、
前記光導波路がＩＱ別に分岐され、
前記信号光の光導波路に９０°ハイブリッド回路が設けられたことを特徴とする付記１または２に記載の光ＡＤコンバータ。

【0130】

（付記１１）付記１～１０いずれか一つに記載の光ＡＤコンバータと、
前記ローカル光を生成する局所発振光源と、
前記光ＡＤコンバータによりＡＤ変換後の前記信号光に含まれる情報を出力するデータ処理部と、を含む、
ことを特徴とする光受信器。

【0131】

（付記１２）前記信号光は偏波多重のＷＤＭ信号であり、
前記信号光を偏波分離し、前記光導波路に入力させる偏波スプリッタを含む、
ことを特徴とする付記１１に記載の光受信器。

【符号の説明】

【0132】

１００，１１００ 光ＡＤコンバータ
１０１～１０３ 光導波路
１１０ 受光部
１１１ 受光素子
１１２ 識別器（比較器）
１２０ 光変調部
１３０ 遅延器
６０２ ヒータ
６０４ コントローラ
９００ ＩＱ変調用光ＡＤコンバータ
９０１ ９０°ハイブリッド回路
１３００ 光受信器
１３２０ 局所発振光源
１３６０ 受信部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】