JPS62250428A - 偏光変調及びヘテロダインコヒレント検波を有する光学的−フアイバ−伝送システム - 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 本発明は光学的ファイバー（ｆｌｂｒｅ）通信システム
に関し、且つ、より特別には偏光変調及びヘテロゲイン
（ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ）コヒレント（ｃｏｈａｒｅｎ
↑）検波伝送システムに関する。

ホモダイン（ｈｏｍｏｄｙｎｅ）９るいはヘテロダイン
検波（以後は、全体に関してコヒレント通信システムと
して引用する）は無線周波通信にて、既によく知られて
おり、且つ、光学的通信、第２あるいは第３伝送ウイン
ドウ（ｗｉ　ｎｄｏｗ）　（／、　３−　／、６μｍ）
と呼ばれる内に含まれた特に長い波長領域に関して用い
られる。

これと対照的に、コヒレント通信システムは光電子変換
中の量子雑音による限度附近までの感度を許容する。そ
の上、さらに光学的キャリヤ（ｃａｒｒｉｅｒ）を無線
周波数への変換によって、電子フィルターの選択性が光
学的伝送に使用可能で、かくしてＦＤＭ　（周波数分割
多重）通信の場合の利用出来るファイバーバンド（ｆｉ
ｂｒｅ　ｂａｎｄ）のより完全なる利用を許容する。

従来の技術 種々なる光学的−ファイバーコヒレント通信システムは
よく知られているところであって、該システムは振巾、
周波数あるいは位相又は微分位相変調を使用する。これ
らのシステムの性能相互、且つ直接検波システムとの比
較考量は光学的通信の雑誌、第２巻（１９了／）、Ｎ、
３、♂タータ乙頁にチー、オコシ（Ｔ、　０ｋｏｓｈｉ
）　、ケー、エムラ（Ｋ、　Ｅｍｕｒａ）　ｒチー、キ
クテ（Ｋ、　Ｋｉｋｕｃｈｉ）　、アール・テーエイチ
（Ｒ−Ｔｈ）、カーンン（Ｋｅｒｓｏｎ）による“種々
のヘテロゲイン及びコヒレント型光学的通信計画のビッ
ト（ｂｉｔ）誤差比の計算”及びレーザホーカス（Ｌａ
ｓｅｒＦｏｃｕｓ）／電子−光学、１９♂ｊ年１１月、
り２−１０１゜頁のデー、ダブリュ、スミス（Ｄ、　Ｗ
、　Ｓｍｉ　ｔｈ）による“′コヒレントファイバーオ
プチツク（ＣｏｈｅｒｅｎｔＦｉｂｅｒｏｐｔｉｃ）通
信等の書面中になされている。該解析は位相変調システ
ムによって最良感度特性が得られ、次には、周波数及び
振巾変調システムの順を示す。すべてのこれらのシステ
ムは既に述べた如く直接検波システムより、良好なる性
能を有する。

提案されたコヒレントシステムは光ソースとして、検波
時位相雑音を制限するために非常に狭いライン（ｌｉｎ
ｅ）を有するレーザーを今迄も必要としている。より高
い感度を必要とすればするほど、ライン巾圧迫は、より
厳しくなる：より特別には、周波数あるいは振巾変刺シ
ステムに関しては、ライン巾は伝送に用いられるビット
（ｂｔｔ）比の２０チを越えることが出来ないが、一方
、位相変調システムではその必要とされるライン巾はビ
ット比、数十分の／程度を有する。

発明が解決しようとする問題点 著しい困難なくして、現今、得られるビット比において
、これらの必要事項は商業的に利用可能な半導体レーザ
ーによって満足されない。ソースは振巾あるいは周波数
変調伝送に使用可能なライン巾特性を有する、一般的に
呼称されるＤＦＢ　（ディストリビューテッドフィード
バック）（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｅｅｄｂａｃｋ）
あるいはＤＢＲ（ディストリビューテッドプラグリフレ
クタ−）　（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇｒｅ
ｆｌｅｃｔｏｒ）レーザーの如きが文献中に詳述されて
いるが、未だかかるソースは商業的に未だ利用可能では
ない。

位相変調伝送に必要なライン巾を有するソースは、実用
上関心のビット比において、半導体レーザーを外部キャ
ピテイ（ｃａマｔ　ｔｙ）で結合することで得られる；
しかしながらこれら種類のソースは非常に複雑で、はと
んど信頼出来ず、且つ、実使用界で取扱うことが困難で
ある。

問題点を解決するための手段、作用及び効果本発明は、
これに反して、コヒレント伝送システムを提供し、変調
形式及び検波様式はソースライン巾に関する圧迫を著し
く減じ、商業的に利用可能なソースの使用によって実用
上の関心のビット比で、良き性能を得ることが出来る。

該システムは添附クレームによって画定され、且つ、詳
細が後続のテキストに詳細が述べられておシ、送信端は
偏光変調に基いている。受信端においては、異った周波
数（ヘテロダイニング）（ｈｅ　ｔｓ　ｒｏｄｙｎ　ｉ
ｎｇ）で局部発振器と混合した後、ビート信号の偏光分
割及び検波が２個の分離したフォトダイオードで遂行さ
れる。ソー・ス及び局部発振器の位相雑音が重畳された
２を気信号は共に混合される：本経過において、位相雑
音は相殺され、伝送された位相情報のみが残存する。

実施例 本発明を添附された図面を参照して説明する。

第１図中に示されるように軸線沿い単一姿態セミコンダ
クターレーザー／からの出力信号は光学的システムコに
よって平行化され且つポーラライザー　（ｐｏｌａｒｉ
ｒｅｒ）　３を通過し、該ポーラライザー３はレーザー
からの輻射出力を直線的に偏光し、即ちその直線偏光を
改良する。該偏光輻射は変調器ＩＡ（即ち、電子−光学
的あるいはファラデイ（Ｆａｒａｄａｙ）効果変調器）
へ送出され、その複屈折状態は変調電気信号（データ信
号）によって変調される。簡単化するために、これをバ
イナリ（ｂ　ｌｎ＆ｒ７）信号として考え、前記信号は
増巾器乙を通ってコーダー（ｃｏｄｅｒ）　３；へ供給
され、該増巾器は変調器を駆動するに充分な値に、その
信号を増巾する。

レーザー（ｌａｍａｒ）輻射偏光に関する変調器複屈折
の相対的樹立は変調器≠から出力信号が区別されるのに
容易である２偏光状態を提供するようになされねばなら
ない。特別な例として、レーザー／から放射された光は
高速及び低速変調器軸に関して≠５０偏光されていると
、変調器からの出力ビーム（ｂｅａｍ）は２相互直角偏
光輻射を含む故、電界ＥＸとＥｙは相対位相Ｏとπ、こ
れはデータ信号のシンボル（ｓｙｍｂｏｌ）で／及び０
に各々対応することで特徴づけられる。

偏光−被変調キャリヤ（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｃａｒｒ
ｉｅｒ）である変調器からの輻射出力は光学系７を通過
して低速複屈折単一姿態ファイバー（ｆｉｂｒｅ）　！
へ結合され、その出力にてファイバーどの複屈折で変調
され、Ｊ偏光状態はまだ存在する。該ファイバーは低速
複屈折を有せねばならない。さもないとコヒレントシス
テム（７００ｋｍｌの程度の）Ｋ用いられるファイバー
長の故に、２偏光間の伝播時間差は該システムを使用不
能にするだろう。

ファイバーどからの出力信号は光学系りで集められ、補
償器１０へ送られる。即ちソレイルーパピネト（Ｓｏｌ
ｅｉｌ　Ｂｍｂｉｎｅｔ）補償器であって、これによっ
て！相互直角直線偏光状態を恢復する。該補償器は偏光
制御システムとファイバー複屈折ノ時間内の可能なる変
動をも又補償するように協調されることが出来る。かか
る偏光制御システムは文献に広く詳述されている＠ 補償されたビームはＸカップラー（ｃｏｕｐｌｅｒ）１
１によって第２ビームと結合され、該ビームは第２図に
示されるように参照軸に関して４ｔヨ０直線的に偏光さ
れ、Ｅ　（０）　、　Ｅ　（π）は偏光状態に相応した
電界であり、位相Ｏとπ及び統−振巾比、Ｅｘ及びｇｙ
は上述の赤成分である。かかる第２ビームは局部発振器
１２へ供給される。又該発振器は縦方向単一姿態半導体
レーザーであり、ソース／とは可能ま限度で同様なるラ
イン巾特性を有するが、ソース／の周波数とは異った周
波数で動作する。周波数差は必要なるスペクトラム分離
を確保するよう該ライン巾より犬なるべきである。局部
発振器１２は偏光器／３と協調し、偏光器３と同じ機能
を有する。

再結合された信号は偏光に関して解析される。

装置１１はコ出力ビームに上昇を与え、−人力ビームの
反射部分と他方の入力ビームの送出された部分の各々及
びその逆を含むことを考慮に入れると、偏光解、析はパ
ワーロス（ｐｏｗｅｒ　ｌａｍａ）を避けるよう両出力
ビームに関して作用されることが出来る。より簡単な解
決はカップラー１１を局部発振器出力の逆比例利用（１
０１９０＞を得るためのアンバランス分配比（即ちり０
／１０）で使用することが出来る。本図面は装ｆｉｌ１
１の単一出力ビームの解析を限定する解決を引用する。

かかる出力ビームは本図平面即ち装置１１の入射面に対
して直角なる２要素の分離平面で偏光ビ−ム分割器／ｌ
ＩＬ、即ちグラン−ティラープリズム（Ｇｌａｎ−Ｔａ
ｙｌｏｒ　ｐｒｉａｍ）へ送出される。プリズム／４’
からの出力、Ｘ軸に従って偏光された輻射及びｙ軸に従
って偏光された輻射は検波器／３　、　／Ａで電気信号
に変換され増巾器／７　、　／Ｉを通って、混合器１９
の入力へ与えられ、該信号の同期復調を遂行する。

この操作は２検波出力（第２図、異成分Ｅｘに対応する
信号）の７個が情報信号で位相変調される無線周波キャ
リヤーで成立し、一方において他（Ｅｙ酸成分対応する
）が該キャリヤーのみを含む無線周波キャリヤーで成立
する事実に基いている。

これらの２信号は混合器で増巾されて結果として上記に
述べたコヒレント復調となる。

２送信シンゲルは位相０とπに対応し、且つ、高周波成
分を濾波後、混合器からの出力信号は位相余弦に比例す
ることを考慮すると、検波信号は変調信号のシンボル／
とＯＫ対応する値＋／と一／で特徴づけられる結果とな
る。低域濾波器２０は混合器出力に位置してペース−バ
ンド信号を限定する。スレッシホールド（ｔｈｒｅｓｈ
ｏｌｄ）回路、２／、特に零交叉検波器はデータ信号を
供給する。

局部発振器とそのソース間の周波数分離に相応した圧迫
に関して、かかる分離はヘテロダイン処理によって生ぜ
られた中間周波数の検波を許容するために、常に発振器
及びソースのライン巾よりも大きく保たなければならな
い。

偏光解析及び後続の同−期復調のためピット（ｂｔｔ）
周波数の有限ソースライン巾の影響によって表現される
最も厳しい圧迫が除去される。事実上、偏光ビーム分割
器／弘の出力に存在する該２個の光学的ビート信号は情
報信号の他に、このような有限の巾による位相ノイズを
含む。混合器／？は両信号の減算法で動作するから、こ
のノイズは実際上相殺され、その出力に情報信号のみを
残す事になる。但し、セパレータ／ＩＡ後の２光学的経
路は同一であるとする。それ故に、既に述べた如くソー
スライン巾はビット周波数に影響しないので、商業的に
利用可能なる縦方向単一姿態レーザーは、実現するに離
かしい極端に高い周波数における送信を必要とすること
なしに、ソースとして使用可能である。

２個のレーザー間の周波数差の可能なる変動が該混合器
チャンネルに等しく影響を与えるのでソース／と局部発
振器１２間の厳しい周波数ロックは如何に不必要である
かに注目することは又、有用な事である。明らかにかか
る変動が該周波数差（中間周波数）の値を検波器のバン
ド巾−感度を逸脱して高くすることなく、逆に云えば、
中間周波検波の必要条件がもはや成立しなくなるまで、
非常に低くしないような限度を、前記は確保している。

しかしながら、適切であると見なされる場合には、いつ
でも７個の検波器（情報シンがルを含まない１個）の出
力信号の一部分を帯域濾波器２２によって、抽出し、且
つ通常の周波数自動制御システムによって局部発振器１
２にフィードバックすることが可能である。

ここに詳述されたことは非制限例によってのみ与えられ
たものであって変化及び変更は本発明のスコープから逸
脱することなしく可能である。より特別にはバイナリ（
ｂｉｎａｒｙ）信号を符号化する該２偏光状態は被変調
信号及び参照信号の振巾を相互に独立９゛らしむるよう
な非直交であり得る。

最後に、ここに開示された形態の伝送システムはマルチ
レベル（ｍｕｌｔｉ−１ｅｖｅｌ）伝送用として変化を
要せずして使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要図である。第２図は参照システム
軸に関連した情報の偏光状態の電界を示すＯ ／・・・光輻射ソース、２・・・光学システム、３・・
・偏光器、≠・・・変調器、ｊ・・・コーダー（符号器
）、６・・・増巾器、７・・・光学システム、ｇ・・・
低速複屈折単一姿態ファイバー、り・・・光学系、１０
・・・補償器、１１・・・Ｘカップラー、１２・・・発
振器、／３・・・偏光器、／ｌＩ−・・・偏光ビーム分
割器、／ｊ　、　＃・・・検波器、／７　、　／１・・
・増巾器、１９・・・混合器、２０・・・低域濾波器、
２／・・・スレッシホールド回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１周波数における光輻射ソース（１）と、情報
   信号を受信し、ソースより放射された輻射を該信号で変
   調し、且つ、被変調信号をファイバー（８）へ送出する
   変調器（４）と、ファイバー（８）から出て行く被変調
   信号を、局部発振器（１２）によつて放射され、且つ、
   第１輻射と少し異つた周波数を有する第２光輻射と結合
   する装置（１１）及び前記結合の結果、生ずる信号を復
   調する手段（１４、１５）よりなるコヒレント光学的フ
   ァイバー伝送システムにおいて、ソース（１）及び局部
   発振器（１２）は直線偏光された光輻射を発生する縦方
   向単一姿態レーザーであり、変調器（４）は被変調信号
   が偏光−変調された信号になるように複屈折状態が変調
   信号によつて変調される変調器であつて、復調手段は結
   合結果の信号を２個の直交偏光された成分へ分離する少
   く共、偏光分離装置（１４）を含み、電気的信号に別々
   に変換して混合器（１９）へ供給し、ソース（１）及び
   局部発振器（１２）のライン巾による位相雑音を相殺す
   る同期復調を遂行することを特徴とするコヒレント光学
   的−ファイバー伝送システム。
2. （２）ファイバー（８）によつて導入された被変調信号
   の偏光状態中の変動及びファイバー（８）の複屈折時の
   変動を補償するために、ファイバー（８）と結合装置（
   １１）の間に挿入され、フィードバックを有する自動制
   御システムと協調する補償器（１０）をも、含んでいる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシステム
   。
3. （３）結合装置（１１）は基本的に等しい２出力ビーム
   を発生し、復調手段は偏光分離装置（１４）と各々の出
   力ビーム用の検波器（１５）の一組及び混合器（１９）
   を含み、混合器の出力信号は共に加えられることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のシステム
   。
4. （４）前記結合された信号成分の１個の変換より結果と
   して生ずる電気信号によつて駆動される局部発振器（１
   ２）の周波数の自動制御用装置（２２、２３）を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
   か１項記載のシステム。