JPH02201323A - 光ヘテロダイン検波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、大容量、長距離光通信に用いられる光ヘテロ
ダイン検波装置に関する。

（従来の技術） 光ヘテロダイン検波方式を用いる光通信は、従来の光直
接検波方式を用いるものに比べて受信感度が１０〜２０
ｄＢ程度高いという特徴を有することから、長距離光通
信幹線システムに有効な検波方式として検討が進められ
ている。また、波長多重光通信を考えた場合、従来の光
直接検波方式では各波長の信号を分離するために光分波
器を必要とし、このために各信号光の波長間隔はこの光
分波器の波長分解能で制限されていた。これに対して光
へテロダイン検波方式では各信号の分離を電気領域で行
なうことができるので非常に高密度な波長多重光通信が
可能となるものと期待されている（例えば、アイ・イー
・イーイー、ジャーナル・イブ・ライトウニイブ・テク
ノロジー誌（ＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）−第Ｌ
Ｔ−５巻（１９８７年）、４１４−４２８ページ）。

この光へテロダイン検波方式では、光ファイバを伝送さ
れてきた信号光と、この信号光とわずかに周波数の異な
る局部発振光とを合波した後に受光器に入射させ、両者
の差周波成分（ビート信号）を得る。そして、このビー
ト信号を復調することによって送信されてきた情報信号
を取り出す、ここで、この方式で高い受信感度を得るに
は、ビート信号を最大にする必要があり、このためには
信号光と局部発振光との偏光状態を一致させる必要があ
る。しかしながら、一般に光ファイバを伝搬してくる信
号光の偏光状態は、光ファイバへの外乱や温度変動等の
擾乱を受けるために時間的に変動する。

（発明が解決しようとする課題） この問題を解決する方式としては、まず、信号光の偏光
状態をモニターし、このモニター信号を用いて信号光あ
るいは局部発振光の偏光状態をフィードバック制御する
方式が知られている。しかしながら、このフィードバッ
ク制御方式では、フィードバック制御の時定数よりも偏
光状態が速く変動する場合には追従できないという致命
的な欠点があった。また、偏光制御に必要な偏光制御デ
バイスには、現状では長時間に渡っての安全な動作が実
現されていないことに加えて、挿入損失が比較的に大き
いという問題があった。

偏光状態の変動の影響を回避する他の方式として、光フ
ァイバを伝送されてきた信号光を直交する２つの偏波成
分に分離し、各偏波成分の信号光をそれぞれ局部発振光
と合波して検波する方式（偏波ダイバーシチ方式）があ
る、しかしながら、この偏波ダイバーシチ方式では、受
光器および受信回路が２個必要になるとともに復調回路
が複雑になり、ひいては装置が高価になってしまうとい
う欠点があった。

本発明の目的は、上述の様な従来技術の欠点を除去し、
構成が簡単で、かつ、長時間に渡って安定に動作する光
ヘテロダイン検波装置を提供することにある。

（課堕を解決するための手段） 本発明の光ヘテロゲイン検波装置は局部発振光を出射す
る局部発振光源と、光ファイバを伝送されてきた信号光
と前記局部発振光とを合波する光合波器と、この合波器
によって前記信号光と局部発振光とを合波して得られる
これら２つの光の差周波数の成分を検知する光検出器と
、この差周波数成分から情報信号を復調する復調回路と
を備える光へテロダイン検波装置において、前記局部発
振光源が光ファイバ共振器と、この光ファイバ共振器を
励起して誘導ブリユアン散乱光を発生させる励起光源と
を具備し、その光ファイバ共振器で発生する誘導ブリユ
アン散乱光を前記局部発振光として用いることを構成上
の特徴とする。

（作用） まず、本発明で用いる光ファイバ共振器での誘導ブリユ
アン散乱について説明する。

一般に、単一周波数のレーザ光（励起光）を光ファイバ
に入射させると、励起光が光ファイバ伝搬中に１０ＧＨ
ｚ程度低周波数の光に変換されて後方散乱されることが
観測される。これは、光ファイバの音響フォノンによる
コヒーレントな光散乱現象であり、誘導ブリユアン散乱
と呼ばれている。この誘導ブリユアン散乱は、光ファイ
バ共振器を用いるとその共振効果のために低い励起入力
で誘起させることができる０例えば、第３図に示すよう
な光ファイバカップラを用いる全ファイバリング共振器
を考えると、誘導ブリユアン散乱が発生し始める励起入
力（しきい値）Ｐｌは、近似的に次式で与えられる（オ
プティクス・レター誌（Ｏｐｔｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）、第７巻（１９８２年）、５０９−５１１ページ）
。

１＋Ｋｅ−” ｐ、＝ｐｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・■１−に ただし、 Ａｅ　　α　　　　　　　　　　　　　　　　ｅｌここ
で、αは光ファイバの伝送損失、ｌはリング共振器のル
ープ長、Ｋは光ファイバカヅブラのポートのから０への
結合係数、Ａｅは光ファイバの実行コア断面積、ｇは光
ファイバの誘導ブリユアン利得係数（＝４．５８７Ｘ１
０−　”ｍ／Ｗ）である。

今、上記の全ファイバリング共振器を、実効コア径１０
μｍ、ファイバ長１００ｍ、伝送損失０．２ｄＢ／ｋｍ
の単一モード光ファイバと、結合係数に＝０．９の光フ
ァイバカップラで構成することを考えると、この光ファ
イバリング共振器での誘導ブリユアン散乱しきい値は■
、■式より約１．７ｍＷになると予測される。この励起
入力パワーレベルは十分に低いので、励起光源に単一周
波数半導体レーザを用いることによって容易に誘導ブリ
ユアン散乱光を発生させることができる。

ここで、単一モード光ファイバを用いて光を伝搬させる
と、光の偏光状態は光ファイバ伝搬に件って変化する。

この燭光状態の変化は、光ファイバの長手方向に周期性
を持っており、その周期はビート長と呼ばれる。そして
、このビート長での光の偏光状態は一互いに直交する直
Ｂ５光、右回りおよび左回りの楕円調光状態を取るので
、燭光状態のすべての状態を含んでいると見なすことが
できる。ここで、偏波面保存光ファイバにおいて上記の
偏波状態を実現するには、光ファイバの主軸方向と光の
偏光方向が一致しないように光を入射させればよい。

一方、誘導ブリユアン散乱光は、励起光の伝搬方向と反
対の方向で、かつ、光ファイバ全体に渡って生ずる。こ
の結果、誘導ブリユアン散乱光の偏光状態は、光ファイ
バの長手方向に治って励起光が取り得えた偏光状態のレ
プリカとなる。したがって、前述の光ファイバリング共
振器のループ長を光ファイバのビート長よりも長くすれ
ば、発生ずる誘導ブリユアン散乱光の偏光状態は、互い
に直交する直！ｌ痢光、右回りおよび左回りの楕円偏光
状態を含み、完全にスクランブルされていることと等価
である。

本発明では、このような偏光がスクランブルされた誘導
ブリユアン散乱光を局部発振光として用いる。したがっ
て１局部発振光の偏光がスクランブルされているため光
ファイバ伝送によって信号光の偏波状態がいかに変化し
ても誘導ブリユアン散乱光と信号光との差周波数成分（
ビート信号）の大きさは常に一定に保たれる。この結果
、本発明では、従来のように偏光制御や偏波ダイバーシ
チを採用する必要がないので、構成が簡単で、かつ、長
時間に渡って安定に動作する光ヘテロダイン検波装置を
実現できる。

（実施例） 次に、図面を参照して本発明の光ヘテロダイン検波装置
について詳細に説明する。

第１図は、本発明による一実施例の構成図、第２図はこ
の実施例における信号光、励起光および誘導ブリユアン
散乱光間の周波数の関係を示す図である。

第１図において、半ＩＨ４Ｃレーザ１１および５１は、
発振波長が１．５５．ｃｚｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
分布帰還型半導体レーザ、外部変調器２１はＬｉＮｂＯ
３光強度変調器、光ファイバ３は実効コア径が８μｍ、
ファイバ長が１５０ｋｍ、波長１．５５μｍでの伝送損
失が０．２ｄＢ／ｋｍの単一モード光ファイバ、光合波
器４．６は、分岐比が１対１の単一モード光ファイバカ
ップラ、受光機８はＩｎＧａＡｓアバランシフォトダイ
オード（ＡＰＤ）を用いている。また、光ファイバリン
グ共振器７は、第３図と同様のＭ遣をしており、実効コ
ア径５μｍ、ビート長１０ｍｍ、ファイバ長５０ｍ、伝
送損失０．２５ｄＢ／ｋｍの偏波面保存単一モード光フ
ァイバと、結合係数に＝０．６の単一モード光ファイバ
カップラで構成されている。ここで、上記の閤波面保存
ファイバは、入射される励起光の偏光方向と主軸方向が
いかなる場合にも一致しないようにするために、長さが
２５ｍの２本の偏波面保存ファイバをその主軸方向が互
いに４５°異なるように融着接続したものを使用してい
る。

この実施例において、分布帰還型半導体レーザ１１から
出射された信号光はＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｉ光強度変調器
２１の電気信号入力端子２２の印加されな１００Ｍｂ／
ｓの２値符号電気信号パルスによって１００　Ｍ　ｂ　
／　ｓでアンプリチュード・シフト・キーイング（ＡＳ
Ｋ）変調されている。そしてこの１００Ｍｂ／５ＡｓＫ
変調信号光は、単一モード光ファイバによって伝送され
ている。

一方、分布帰還型半導体レーザ５１から出射された励起
光は、単一モード光ファイバカップラ６によって光ファ
イバリング共振器７に入力されている。ここで、この光
ファイバリング共振器の誘導ブリユアン散乱しきい値は
、００式から計算される様に約４ｍＷであった０本実施
例では、光ファイバリング共振器への励起入力光パワー
は７ｍＷであり、このとき１．６ｍＷの誘導ブリユアン
散乱光が発生した。そして、単一モード光ファイバカッ
プラ４によって、このうちの半分である０、８ｍＷの誘
導ブリユアン散乱光は、単一モード光ファイバを伝搬し
てきたＡＳＫ変調信号光とともにＩ　ｎＧａＡｓ−ＡＰ
Ｄ８によって受光されている。

本実施例では、半導体レーザ５１の温度を制御すること
によって、励起光の周波数をＡＳＫ変調信号光の周波数
よりも１１．５ＧＨｚだけ高周波数側に設定した。ここ
で、波長１，５μｍ帯においては、誘導ブリユアン散乱
光は励起光よりも１１ＧＨｚだけ低周波数側に発生する
。したがって、この実施例における励起光、誘導ブリユ
アン散乱光およびＡＳＫ変調信号光間の周波数の関係は
第２図に示した様になっており、ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤ
８からは中心周波数が５００ＭＨｚのビート信号が得ら
れる。復調回路９１では、このビート信号を増幅した後
に包絡線検波することによって復調し、情報信号を電気
信号出力端子９２から出力している。なお、この実施例
での受信感度は５４ｄＢｍであり、同様の受光器を用い
た光直接検波に比べて約６ｄＢだけ高感度であった。

次に、信号光の偏光状態が変動しても本実施例が安定に
動作することを確認するために、単一モード光ファイバ
３に振動を加える実験を行なった。

この結果、本実施例では、いかなる振動を加えても常に
安定に信号を復調できることが確認された。

上記においては１本発明による光ヘテロダイン検波装置
について一実施例を用いて説明したが本発明はこの実施
例に限定されることなくいくつかの変形が考えられる０
例えば、半導体レーザ１１および５１としてＩｎＧａＡ
ｓＰ、／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザを用いたが、他
の材料の半導体レーザ、あるいは外部鏡付半導体レーザ
、固体レーザ、ガスレーザなどの他種のレーザでも良い
し、波長域は限定されない、また、信号光の変調方式％
式％ （ＦＳＫ）あるいはフェイズ・シフト・キーイング（Ｐ
ＳＫ）変調方式でもよく、しットレートも任意で良いこ
とは明らかである。

さらに、受光器８としては、他の材料のＡＰＤ、フォト
ダイオード、光電子増倍管などの使用が可能であるし、
光ファイバ３や光ファイバ共振器７は、分散シフトファ
イバをはじめとしてＱ　ｅ　Ｏ２やＰ２Ｏツなどの他の
組成の光ファイバを用いても良く、実施例に限られない
。

（発明の効果） 以上に説明したように１本発明による光へテロゲイン検
波装置では、光ファイバ共振器を用いて偏光がスクラン
ブルされた誘導ブリユアン散乱光を発生させて、これを
光ヘテロダイン検波のための局部発振光として用いてい
る。この結果、本発明では、偏光制御や偏波ダイバーシ
チ方式を採用する必要がないので、構成が簡単で、かつ
、長時間に渡って安定に動作する光ヘデロダイン検波装
置を実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の構成図、第２図はこの
実施例における信号光、励起光および誘導ブリユアン散
乱光の周波数の関係を示す図、第３図は全ファイバリン
グ共振器の構成を示す図である。 １・・・信号光源、１１．５１・・・半導体レーザ、１
２．５２・・・レンズ、１３．５３・・・光アイソレー
タ、２１・・・外部変調器、２２・・・電気信号入力端
子、３・・・光ファイバ、４．６・・・光合波器、５・
・・励起光源、７・・・光ファイバリング共振器、８・
・・光検出器、９１・・・復調回路、９２・・・電気信
号出力端子、１００・・・光ファイバカップラ、２００
・・・光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 局部発振光を出射する局部発振光源と、光ファイバを伝
   送されてきた信号光と前記局部発振光とを合波する光合
   波器と、この合波器によって前記信号光と局部発振光と
   を合波して得られるこれら２つの光の差周波数の成分を
   検知する光検出器と、この差周波数成分から情報信号を
   復調する復調回路とを備える光ヘテロダイン検波装置に
   おいて、前記局部発振光源が光ファイバ共振器と、この
   光ファイバ共振器を励起して誘導ブリュアン散乱光を発
   生させる励起光源とを具備し、その光ファイバ共振器で
   発生する前記誘導ブリュアン散乱光を前記局部発振光と
   して用いることを特徴とする光ヘテロダイン検波装置。