JP5343878B2 - 光受信器 - Google Patents
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Description
本発明は、多レベルの位相および偏波を利用した、光変調信号を復調する光受信器に関する。
通信トラフィックの増大に伴い、高速・大容量化が求められる次世代長距離大容量光通信システムでは、多値変復調符号化技術の導入が検討されている。その代表的なものの一つに四相位相偏移変調(QPSK変調,Quadrature Phase Shift keying)方式がある。この方式では、従来の2値強度変調(OOK)方式と比べ、信号帯域が狭く、周波数利用効率の向上や伝送距離の拡大が実現できるほか、高感度化も期待できる。
まず、QPSK変調方式は、2ビットのデータから構成される各シンボル「00」,「01」,「11」及び「10」に対して、「θ」,「θ+π/2」,「θ+π」及び「θ+3π/2」が割り当てられる。ここで、「θ」は任意の位相である。そして、受信器は、受信信号の位相を検出することにより、送信データを再生する。QPSK変調方式を比較的容易に実現する手段として、差動四相位相偏移変調(DQPSK変調,Differential Quadrature Phase Shift keying)方式があり、DQPSK変調では、先に送信したシンボルの値と次に送信するシンボルの値との間の搬送波の位相変化量(「0」,「π/2」,「π」及び「3π/2」)が送信情報の2ビットに対応付けられる。したがって、受信器は、隣接する2つのシンボル間の位相差を検出することにより、送信データを再生することができる。
特許文献1又は2に示すように、DQPSK変調された光信号を復調するには、図1のようなI(In-phase)信号生成用とQ(Quadrature)信号生成用の2つの遅延干渉計(導波路102と103による遅延干渉計、または、導波路104と105による遅延干渉計)を必要とし、しかも、高精度で位相差を復調する必要がある。図1では、光信号αを2つの遅延干渉計に入れるため、分岐部101で2つに分岐されている。しかし、光受信器の周辺温度などの影響で、遅延干渉計内の光路長が変化し、位相が安定しないため、高精度な復調が困難となる。また、いずれの干渉計でどちらの信号成分を復調しているのかが識別できないなど問題があった。また、光信号を分岐し2つの干渉計に導入するまでの光路長差や、各干渉計を構成する光路長の差を、最適に調整する必要があり、制御系が極めて複雑化するという問題を生じていた。なお、光波a1とa2、又は光波a3とa4を、各々のバランスド受光素子に入射してI信号やQ信号が得られる。
これに対し、特許文献3において、本出願人は、図2に示すように、偏波面に着目する光受信器を提案した。具体的には、DQPSK変調光αは、偏波面が一方向に揃えた状態で入射し、1ビット遅延回路に導入される。1ビット遅延回路では、偏波保持型のファイバカプラ(1,2)で構成されるとともに、一方の分岐光の経路には偏波面を90度回転させる半波長板3が配置されている。これにより、合波された光波は、互いに1ビット遅延した2つの信号光が、偏波面が直交する状態で合成されている。
そして、偏波分離回路4を用いて4つの信号光に分離され、例えば、光波b1とb2、又は光波b3とb4を、各々のバランスド受光素子に入射してI信号やQ信号を得ることができる。これにより、1ビット遅延回路が1つに集約でき、製造コストの削減や光学部品の調整の煩雑さを軽減することが可能となる。
しかしながら、1ビット遅延回路を、例えば、偏波保持型ファイバカプラを用いて作成すると、偏波保持型ファイバカプラは温度変化や外部応力などの外乱に対して非常に敏感であるため、装置としての安定性が乏しいという問題を生じる。また、ハーフミラーなどの空間光学系を利用する場合も、ハーフミラーに偏波依存性があるため、分岐した光波の光路長に誤差が生じ易く、I成分信号とQ成分信号との間に時間的なずれが発生する可能性が高い。
この問題に対して、特許文献4において、本出願人は、図3に示すように、偏波保持ファイバを使用せず、ハーフミラーの偏波依存性に影響を受けない光受信器を提案した。具体的には、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、DQPSK変調された光信号を、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段(201)と、一方の分岐光Aをさらに2つの光波(A1,A2)に分岐し、+45度の1/4波長板を通過させる分岐回転手段(211,221)と、他方の分岐光Bをさらに2つの光波(B1,B2)に分岐し、−45度の1/4波長板を通過させる分岐回転手段(212,222)と、各分岐回転手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段(231〜254)を設け、1ビット遅延回路手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板(261,264)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐(281,284)する回転分岐手段と、1ビット遅延回路手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板(262,263)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐(282,283)する回転分岐手段と、回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板(290)を通過させ、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段(291〜294)を有することを特徴とする。
ところで、上述した光受信器の1ビット遅延回路手段では、光信号を復調するための基準となるローカル光と信号光に対し、偏波分離ブロックを用いて偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に、90°ハイブリッドブロックを用いて両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する操作を行っている。そして、4つの位相状態(0°,90°,180°,270°)を検出し信号を復調する機能を有する。
しかしながら、このような1ビット遅延回路手段を構成するには、偏波分離ブロックと90°ハイブリッドブロックの構成が必要となり、実装面積が大きくなると共に、光学部品間の光軸調整が煩雑化するなどの問題を生じる。
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、QPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、偏波無依存化や偏波/位相変換を同時に実現することが可能であり、偏波分離合成を有効利用した光学部材の3次元空間配置により小型化も可能な光受信器を提供することである。
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、QPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、コヒーレントな基準光(S)を発生する基準光発生手段と、QPSK変調された光信号を、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段と、一方の分岐光Aをさらに2つの光波(A1,A2)に分岐し、0度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段と、他方の分岐光Bをさらに2つの光波(B1,B2)に分岐し、+45度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段と、各分岐回転手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)の各々に対し、該基準光発生手段から発生された基準光を偏波面が直交する状態で合波する合波手段を設け、該合波手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐する回転分岐手段と、該合波手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐する回転分岐手段とを有することを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光受信器において、該回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板を通過させると共に、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段を有することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の光受信器において、該基準光発生手段から発生した基準光を偏光子を介して、該合波手段に導入することを特徴とする。
請求項1に係る発明により、上述した4つの光波(A1,A2,B1,B2)で表される各信号光に対して、コヒーレントな基準光(S)を合波するよう構成するため、1ビット遅延回路手段に替えて、基準光発生手段であるレーザ光源及び合波手段である90°ハイブリッドブロックからなる構成で、I信号成分とQ信号成分を得ることが可能となる。このため、偏波無依存化や偏波/位相変換を同時に実現すると共、光受信器の小型化を実現することができる。
請求項2に係る発明により、各偏波面から対応する光波を抽出して特定の組み合わせで合波させることにより、偏波無依存化したI信号成分とQ信号成分を得ることが可能となる。
請求項3に係る発明により、基準光の偏波面を偏光子により適切に調整することができ、効率的にI信号成分とQ信号成分を得ることが可能となる。
以下、本発明の光受信器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図4に示すように、QPSK変調された光信号αを多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、コヒーレントな基準光(S)を発生する基準光発生手段(330)と、QPSK変調された光信号αを、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段(301)と、一方の分岐光Aをさらに2つの光波(A1,A2)に分岐し、0度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段(311,321)と、他方の分岐光Bをさらに2つの光波(B1,B2)に分岐し、+45度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段(312,322)と、各分岐回転手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)の各々に対し、該基準光発生手段から発生された基準光を偏波面が直交する状態で合波する合波手段(351〜354)を設け、該合波手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板(361,364)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(370)し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐(381,384)する回転分岐手段と、該合波手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板(362,363)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(370)し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐(382,383)する回転分岐手段とを有することを特徴とする。
本発明は、図4に示すように、QPSK変調された光信号αを多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、コヒーレントな基準光(S)を発生する基準光発生手段(330)と、QPSK変調された光信号αを、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段(301)と、一方の分岐光Aをさらに2つの光波(A1,A2)に分岐し、0度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段(311,321)と、他方の分岐光Bをさらに2つの光波(B1,B2)に分岐し、+45度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段(312,322)と、各分岐回転手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)の各々に対し、該基準光発生手段から発生された基準光を偏波面が直交する状態で合波する合波手段(351〜354)を設け、該合波手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板(361,364)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(370)し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐(381,384)する回転分岐手段と、該合波手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板(362,363)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(370)し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐(382,383)する回転分岐手段とを有することを特徴とする。
この構成により、特許文献4に開示する光受信器のような1ビット遅延回路手段が不要となり、レーザ光源などの基準光発生手段(330)及び信号光と基準光とを合波手段(351〜354)である90°ハイブリッドブロックを用いて、I信号成分とQ信号成分を得ることが可能となる。これにより、偏波無依存化と偏波/位相変換を同時に実現することが可能となる。しかも、光受信器の小型化も実現できる。なお、0度の1/2波長板(321)は、分岐光B側の+45度の1/2波長板(322)により、分岐光AとBとの間で位相差が生じるのを抑制するために設けたものである。このため、分岐光A側の光路長を調整することが可能である場合には、0度の1/2波長板(321)は用いる必要はない。
また、図4の構成で得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)については、図3に示すように、特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板(290)を通過させると共に、得られた8つの光波を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段(291〜294)を有することを特徴とする。
これにより、図3と同様に、得られた各光波(C1〜C4)は偏波無依存化したI信号成分とQ信号成分を形成するため、例えば、光受信器の光学系にハーフミラーを利用する場合でも、ハーフミラーの偏波依存性に影響を受けず、適正なI信号成分とQ信号成分を得ることができる。
基準光発生手段(330)としては、コヒーレントな基準光(S)を発生する光源であれば良く、半導体レーザ素子などが好適に利用可能である。また、基準光(S)の偏波面を調整するため、必要に応じて偏光子(340)を設けることが好ましい。
偏波分岐手段(301)としては、偏光ビームスプリッターが利用可能であり、分岐回転手段に利用される分岐手段(311,312)には、ハーフミラーが利用される。さらに、基準光(S)と信号光(A1,A2,B1,B2)とを合波する合波手段(351〜354)には、偏光ビームスプリッターが利用され、回転分岐手段に利用される分岐手段(381〜384)にも、偏光ビームスプリッターが利用できる。
以上説明したように、本発明によれば、QPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、偏波無依存化や偏波/位相変換を同時に実現することが可能であり、偏波分離合成を有効利用した光学部材の3次元空間配置により小型化も可能な光受信器を提供することが可能となる。
301,381〜384 分岐手段(偏光ビームスプリッター)
311,312 分岐手段(ハーフミラー)
321,322 1/2波長板
361〜364 1/4波長板
330 基準光発生手段
340 偏光子
351〜354 合波手段(偏光ビームスプリッター)
370 22.5度の偏波面回転手段
311,312 分岐手段(ハーフミラー)
321,322 1/2波長板
361〜364 1/4波長板
330 基準光発生手段
340 偏光子
351〜354 合波手段(偏光ビームスプリッター)
370 22.5度の偏波面回転手段
Claims (3)
- QPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、
コヒーレントな基準光(S)を発生する基準光発生手段と、
QPSK変調された光信号を、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段と、
一方の分岐光Aをさらに2つの光波(A1,A2)に分岐し、0度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段と、
他方の分岐光Bをさらに2つの光波(B1,B2)に分岐し、+45度の1/2波長板を通過させる分岐回転手段と、
各分岐回転手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)の各々に対し、該基準光発生手段から発生された基準光を偏波面が直交する状態で合波する合波手段を設け、
該合波手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐する回転分岐手段と、
該合波手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐する回転分岐手段とを有することを特徴とする光受信器。 - 請求項1に記載の光受信器において、該回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板を通過させると共に、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段を有することを特徴とする光受信器。
- 請求項1又は2に記載の光受信器において、該基準光発生手段から発生した基準光を偏光子を介して、該合波手段に導入することを特徴とする光受信器。
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