JPS59122140A

JPS59122140A - 光ヘテロダイン検波装置

Info

Publication number: JPS59122140A
Application number: JP57229060A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Emura; 克己江村
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-12-28
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1984-07-14
Also published as: JPH0572777B2

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】この発明は光通信システムや光情報処理システム等に用
いられる光へテロダイン検波装置に関するものである。

一般に、光ヘテロダイン検波方式は、従来＠光直接検波
方式に比べ受信感度を１０〜１００倍以上に高めること
ができるという大きな特長があるため、長距離光通信幹
線システムや各種高感度光センナに有効な光検波方式と
なっている。

この光検波方式において高い受信ｇ度を実現するために
は信号光と局部発振光の効率の良い合波が必要であシ、
そのためにこれら両光の伝搬方向、偏波状態、ビーム径
等を一致させなければならない。ところが、光通信にお
いて長い距離の光ファイバを伝搬してきた信号光の偏波
状態は光ファイバに加わる様々な擾乱の影響を受は時間
的に変動し、また光センチの場合も被測定物の状態に、
！′シ偏波状態が変動する。従ってこのままでは安定で
効率の良い合波を行なうことはできない。

この問題の解決方法として、従来から次の２つの方勉ｉ
玉考えられている。その一つは偏波保存性の良いファイ
バを用いる方法である。これは、例えばファイバのコア
、クラッドの断面形状を楕円化することやファイバに応
力分布を持たせることによシ、ファイバの複屈折性を高
め、ある特定方向（以下固有軸という）の直線偏波維持
特性を良くしようとするものである。しかし、長距離伝
搬時の保存性、偏波の安定性の確ｉは現状ではなされて
いない。又、ファイバ接続時には固有軸を合わせなけれ
ばならず光フアイバ敷設時の接続工事が困難であるとい
う問題を生ずる。さらに１円偏波を保存するスパンファ
イバも考えられているが、これは外力に弱いという欠点
がある。

もう一つの方法は、受信時に信号光の偏波状態をモニタ
し、それＫより信号光あるいは局部発振光の偏波状態を
制御し信号光と局部発振光の偏波整合を図ろうとするも
のである。しかし、この方法は偏波状態を制御する装置
が複雑な構成になる上、挿入損失が５ｄＢ以上と太きく
、シかも信号光のレベルが小さいためにその偏波状態を
検知するのにかなシ高感度の検出器を必要とする等の数
々の問題点がある。

本発明の目的は、このような欠点を除き信号の偏波状態
によらず安定な検波特性が得られしかも構成が簡単な光
へテロダイン検波装置を提供することにある。

本発明の光ヘテロダイン検波装置は、入力信号光と偏波
状態の安定している局部発振光とを合波する光合波部と
、この光合波部によって得られる合波光を偏波面が互い
に直交する第１．第２の光ビームに分離する偏光分離素
子と、前記第１．第２の光ビームを受光してそれぞれ第
１．第２の電気信号に変換する第１．第２の受光部と、
これら第１．第２の受光部の各電気信号から信号出力を
検出する処理部とを含み構成される。

本発明においては、光ファイバを伝搬した偏波方向が不
定、な信号光が、光合波部において偏波状態の安定な局
部発振光と合波され、この合波光が偏光分離素子に入射
して、互いに直交する偏波面を有する直線偏光の第１．
第２の光ビームに二分され、それぞれ別の受光素子に入
射して第１．第２の電気信号に変換される。

この場合、第１．第２の光ビームの各信号光成分と局部
発振光成分とは直線偏光で、偏波方向も合っている。ま
た、局部発振光の偏波状態が安定なので局部発振光成分
の光強度も安定である。従って、第１．第２の光ビーム
が第１．第２の電気信号に変換される際のそれぞれの変
換効率は一定である。しかし、信号光の偏波方向は不定
なので、第１．第２の光ビームの信号光成分の光強度は
不安定でしかも大きく変動しておｐ、そのため第１゜第
２の電気信号の強度も信号光成分の変動に対応して変動
している。

ところで第１．第２の光ビームそれぞれの信号光成分の
光強度の和は、偏光分離素子に入射する前の信号光の光
強度にはは等しく、シかもその光強度の和はほぼ安定し
ていると考えて良く、甘た受光部の電気信号への変換効
率は一定であるから。

第１．第２の電気信号についてもそれぞれの電力の和を
取ると、はぼ一定値に安定化させることができる。

なお、第１．第２の電気信号のうちの信号強度の大きな
方を選んだ場合、その信号電力は各電気信号の和の１／
２以上を得るようにもできる。従って、理想偏波状態（
一定偏波方向で直線偏波）の信号光をヘテロダイン検波
した場合に対して電気信号の強ルー劣化あるいはＳ／Ｎ
劣化を３ｄＢ以下に抑えることができる。

このように本発明によれば、偏波面保存ファイバあるい
は偏波面制御装置を用いることなく、簡単かつ低損失で
しかも信号光の偏波状態に依存せずに検波特性が安定な
光ヘテロダイン検波装置が得られる。

次に図面によシ本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。まず、局部発振器１の出力光２は偏光変換
素子３に入射し、円偏波の局部発振光４に変換される。

この円偏波の局部発振光４は光ファイバ５を出射した信
号光６と光合波器７によって合波される。この合波出力
光８は偏光分離素子９によって互いに直交する直線偏波
をもつ第１．第２の光ビーム１０．１１に分離される。

これら第１．第２の光ビーム１０．１１はそれぞれ第１
．第２の受光部１２　、１３に入射してそれぞれへテロ
ダイン検波され第１．第２の電気信号］、　４　、１５
に変換される。これら第１．第２の電気信号１４．１５
は共に局部発振光４と信号光６の周波数差に対応した周
波数をキャリア周波数として有する電気信号である。

これら第１．第２の電気信号１４．１５は第１゜第２の
検波回路１６　、１７で検波され、第１．第２のベース
バンド信号１８．１９に変換される。これら第１．第２
のベースバンド信号１８．１９は第１．第２の遅延線２
０．２１によって位相が合わされた後合成器２２で合成
されて安定した復調信−号２３として出力される。

この実施例において、局部発振器１としては出力を安定
化した半導体レーザを用い、偏光変換素子３としてはパ
ビネ・ソレイユ位相補償板を用いて安定な円偏波の局部
発振光４が得られた。また、光合波器７としては透過率
約７０％２反射率約３０％のミラー２４を用いて局部発
振光４．信号光６に対して４５°の角度をつくり両党の
合波を行なった。また、偏光分離素子９としてはプリズ
ムに多層膜を蒸着したものを使用し、第１．第２の受光
部１２．１−３は高速フォトダイオード、前置増幅器、
主増幅器等で構成し、第１．第２の検波回路１６．１７
としては信号光６が振幅変調光でありたので包絡線検波
回路を用いた。なお、第１゜第２の検波回路１６．１７
、第１．第２の遅延線２０．２１．合成器２２等は通常
のマイクロ波通信装置で使用されているものを用いた。

また、合成器２２としては各ベースバンド信号を振幅比
を２乗した比で振幅合成を行うレシオスケアラ合成器を
用いた。

このような構成において、信号光を長さ１０ｋｍの単一
モードファイバ（光ファイバ）に供給すると、光ファイ
バ５からの出力信号光６はその偏波状態が光ファイバ５
に加えられる曲げ、ねじシ、周囲の温度変化等により大
きく変化し、また第１゜第２の電気信号１４．１５の強
度も信号光６の偏波状態の変化に対応して変化したが、
レシオスケアラ合成器２２の出力復調信号としてはほと
んどＳ／Ｎ劣化および出力変動のない信号を得ることが
できた。

第２図は本発明の第２の実施例のブロック図である３、
この実施例において、局部発振器１の出力光２は、偏光
変換素子３により、偏光分離素子９のイ１ｉｒｔ光軸方
向に対し４５°の傾きをもった直線偏波の局部発振光４
に変換されたものであるが、その他の光学系は第１の実
施例と同様である。この実施例が第１の実施例と異なる
構成は第１．第２の受光部１２．１３以後の信号の処理
にある。すなわち、第１．第２の受光部１２．１３から
の第１、第２の電気信号１４．１５は、それらの強度を
比較回路２５で検出され、この検出信号によシ切換部２
６を動かして第１．第２の電気信号１４゜１５のうち強
度の大きな方のみを検波回路２７へ送出している。

光ファイバ５からの信号光６の偏波状態はその光ファイ
バ５に加わる曲げ、ねじれあるいは周囲の温度等によシ
大きく変動する。このとき第１゜第２の光ビーム１０．
１１の信号光成分のうちどちらか一方は常に信号光６の
光強度の４以上の強さとなっておシ、従ってこの場合の
復調信号２３は最大３ｄＢのレベル変動がある。しかし
、この復調信号２３のレベル変動は自動利得制御回路等
を用いれば十分安定化でき、また第１．第２の電気信号
１４．１５の変動は時間的には比較的ゆりくりしている
ので、比較回路２５．切換部２６も変動に十分追随でき
る。従って、この実施例においても第１の実施例と同様
比較的簡単な構成で安定な復調信号を得ることができる
。

本発明においては以上の実施例の他にもさまざまな変形
が可能である。例えば、局部発振光４としては偏光分離
素子９の偏光軸方向に対し４５°の傾きを持つものであ
れば任意の楕円偏波でよく、また偏光軸方向に対し４５
°以外の傾きをもつ偏波であっても、第１．第２の光ビ
ーム１０．１１の局部発振光成分の比を検知して対応し
た補正を電気回路で加えられる範囲であれば、どのよう
な偏波状態であっても実施例と同様に安定な復調信号を
得ることができる。信号光６は、光ファイバを伝搬した
ものではなく、空間あるいは他の光導波路を伝搬したも
のでもよい。光合波器７としてはミラー２４を利用した
ものの他にも近接導波路を用いたもの、回折格子を用い
たもの等さまざまなものが使用可能である。偏光分離素
子９としては光学結晶を用いたローションプリズム等で
あっても良い。また、検波回路１６，１７．２７は信号
の変調形式によって適当なものが用いられ、例えば光振
幅変調であれは包絡線検波回路、同期検波回路、光周波
数変調であれば周波数弁別回路。

光位相変調であれば遅延検波回路、同期検波回路が用い
られる。第１の実施例において第１．第２の電気信号１
４．１５を合成した後検波しても良く、また第２の実施
例において第１．第２の電気信号１４．１５を検波した
後信号レベルの比較。

切換を行なってもよい。また第１の実施例において第１
．第２の電気信号１４．１５の合成比率を一定にした簡
単な構成の合成器を用いてもよい。

この場合の振幅の変動は最大３ｄＢであるが自動利得制
御回路等を用いることによ多安定な復調信号を得ること
ができる。さらに、第１．第２の電気信号１４．１５お
よびこれら電気信号１４．１５を位相を合わせて合成し
た合成信号の３つのうちもつともＳ／Ｎが高いものを選
ぶような構成も可能であう、この構成によればＳ／Ｎの
変動を０７ｄＢ以内に押えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
本発明の第２の実施例のブロック図である。図において
１・・・・・・局部発振器、２・・・・・・局部発振器
出力光、３・・・・・・偏光変換素子、４・・・・・・
局部発掘光、５・・・・・・光ファイバ、６・・・・・
・信号光、７・・・・・・光合波器、８・・・・・・合
波光、９・・・・・・偏光分離素子、１０．１１・・・
・・・光ビーム、１２．１３・・・・・・受光部、１４
．１５・・・・・・電気信号、１６，１７．２７−°−
。検波回路、１８．１９・・・・・・ベースバンド信号、
２０゜２１・・・・・・遅延線、２２・・・・・・合成
器、２３・・・・・・復調信号、２４・・・・・・ミラ
ー、２５・・・・・・比較回路、２６・・・・・・切換
部である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力信号光と偏波状態の安定している局部発振光
とを合波する光合波部と、この光合波部によって得られ
る合波光を偏波面が互いに直交する第１．第２の光ビー
ムに分離する偏光分離素子と、前記第１．第２の光ビー
ムを受光してそれぞれ第１．第２の電気信号に変換する
第１゜第２の受光部と、これら第１．第２受光部の各電
気信号から信号出力を検出する処理部とを含む光ヘテロ
ダイン検波装置。
（２）処理部が第１．第２の電気信号を加え合わせる信
号合成部を含む特許請求の範囲第１項記載の光ヘテロダ
イン検波装置。
（３）処理部が゛第１．第２の電気信号のうちの信号強
度の大きな方を選択する信号選択部を含む特許請求の範
囲第１項記載の光ヘテロゲイン検波装置。