JPS63224427A

JPS63224427A - 偏波ダイバシテイ光受信方法及びその装置

Info

Publication number: JPS63224427A
Application number: JP62056503A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Tsushima; 英明対馬; Katsuyuki Imoto; 克之井本; Hirohisa Sano; 博久佐野; Masahiko Takase; 晶彦高瀬; Yoshitaka Takasaki; 高崎　喜孝
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1988-09-19

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、信号光をヘテロダイン検波する偏波ダイバシ
テイ光受信方法およびその装置に係り、特に、高感度、
低コスト、且つ、小型の装置を実現するに好適な方法お
よびその装置に関する。

〔従来の技術〕

光が有する波としての性質を利用して情報の伝達を行う
コヒーレント光伝送では、信号光の偏波状態変動に起用
して、受信される信号の対雑音比（ＳＮＲ）が低下する
という問題が発生するため。

その対策が重要である。上記対策のひとつとして、偏波
ダイバシテイ光受信方法とその装置が、従来から提案さ
れている。偏波タイバシティ光受信とは、信号光の偏波
状態変動に起因する受信信号の電力低下を抑圧すること
によりＳＮＲ低下を抑圧するものである。

従来の偏波ダイバシテイ光受信方法およびその装置に関
しては、例えば「アイ・オー・オー・シーＪ　’８３．
１９８３年６月２７日〜３０日、予稿集第３８６頁〜３
８７頁（１００Ｃ’８３．　Ｊｕｎｅ　２７−３０．１
０８３．　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｐｐ、
　３８６．−３８７）において論じられている。

従来の方法およびその装置では、まず、信号光は偏光分
離器で直交するふたつの偏波成分に分離される。分離さ
れたふたつの成分はそれぞれ、同じ周波数を有する参照
光と混合される。ふたつの混合光はそれぞれ異なる受光
器でヘテロダイン検波される。ふたつの検波信号は加算
され、ひとつの信号として出力される。この結果、信号
光の偏波状態に変動が生じた場合１例えば、信号光が直
線偏波となり、一方の受光器に入力する信号光が零とな
った場合でも、信号光はすべて他方の受光器に入力する
ため、受信信号電力は零とはならない、即ち、ＳＮＨの
低下が抑圧される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、下記の問題があった６１、信号光の
一部が偏光分離器において反射を受け、受光器に入力す
る信号光強度が低下するため、光受信装置の感度が低下
する。

２、偏光分離器の損失により、信号光が偏光分離器を通
過する過程で減衰を受け、受光器に入力する信号光強度
が低下するため、光受信装置の感度が低下する。

３、ふたつの混合光を得るために、混合器が２個必要と
なり、光受信装置が高コスト化する。

４、ふたつの混合光をそれぞれヘテロダイン検波するた
めに、受光器およびそれに付随する電気装置！！　（ｉ
ｌ源、増幅器等）、光学部品（レンズ等）もそれぞれ２
組必要となり１光受信装置が大型化、高コスト化する。

５、受光器および電気装置がそれぞれ２組必要となるた
め、装置の消費電力が高くなり、光受信装置の運用経費
が高くなる。

６、光受信装置の消費電力が高いため、装置の発熱量も
大きくなり、装置の冷却に要するコストが高くなる。

７．２個の受光器の特性を近いものとするために、多数
の受光器の中から特性が近い２個の受光器を選別する必
要があり、装置が高コスト化する。

本発明の目的は、上記問題を解決し、高感度。

低コスト、且つ、小型の偏波ダイバシテイ光受信方法と
その装置を実現することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、周波数が異なるふたつの光偏波面が略９０
度を成すようにした参照光と信号光とを混合し、この混
合光をヘテロダイン検波し、この検波信号を搬送波周波
数が異なる第１．第２中間周波信号に分離し、この２つ
の信号をそれぞれ第１、第２ベースバンド信号変換し、
この２つのベースバンド信号を加算することにより達成
される。

〔作用〕

ヘテロダイン検波は、信号光の搬送波周波数とは異なる
周波数を有する参照光を信号光に混合し、この混合光を
受光器に入力し、この受光器の出力信号として、信号光
撮送波と参照光の差の周波数の搬送波を有する中間周波
信号を得るものである。

こ、こで、中間周波信号の電力は、信号光の中で、参照
光の偏波面に平行な成分の強度に比例する。

従って、信号光の偏波状態変動により、参照光の偏波面
に平行な成分の強度が変動すると、それに比例して中間
周波信号の電力も変動する。中間周波信号電力の最小値
は零であり、信号光の偏波面が参照光の偏波面に直交し
た場合に上記最小値が得られる。

本発明では、受光器出力として、搬送波周波数が異なる
ふたつの中間周波信号の和を得る。これは、周波数が異
なるふたつの光が参照光に含まれるためである。さらに
、上記ふたつの中間周波信号の電力は、信号光の直交す
るふたつの偏波成分の強度にそれぞれ比例する。これは
、参照光を構成するふたつの光の偏波面が略９０度を成
すためである。従って、一方の中間周波信号は、参照光
を構成する一方の光と、その偏波面に平行な信号光の成
分とから得られる。さらに、他方の中間周波信号は、信
号光の残りの成分と、参照光の中の他方の光とから得ら
れる。よって、信号光のいかなる偏波状態変動に対して
も、上記ふたつの中間周波信号の電力の和は零とならな
い。

さらに、ふたつの中間周波信号は、その搬送周波数が異
なるため、濾波器により分離できる。分離後の中間周波
信号は、それぞれベースバンド信号（搬送波周波数は零
）に変換した後に加算することにより、ひとつの信号に
することができる。

従って、この信号の電力は、信号光の偏波状態に係わら
ず、零とはならない。即ち、信号対雑音比（ＳＮＲ）の
低下は抑圧される。しかも、上記の効果は、偏光分離器
を用いることなく、且つ、ひとつの受光器を用いて実現
することができろ。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。同図において、１ａ
および１ｂは参照光で、互いに周波数が異なり、且つ、
偏波面が略９０度を成す。２は信号光である。３は、参
照光１ａ、ｌｂおよび信号光２の混合光である。４は、
混合光３をヘテロダイン検波して得られた検波信号であ
る。５ａおよび５ｂは、それぞれ信号光と２つの参照光
とにより得られた中間周波信号である。６ａおよび６ｂ
は、それぞれ中間周波信号５ａおよび５ｂから得られる
ベースバンド信号である。７は、ベースバンド信号６ａ
と６ｂとを加算した信号であり、本装置の出力信号であ
る。８は、信号光２を通す光ファイバである。９は、参
照光１ａおよび１ｂを出力する局部発振器である。１０
ａおよび１０ｂは、局部発振器９を構成する光源であり
、単一モードで発振するレーザ等で実現できる６例えば
、半導体レーザを使用する場合には、それぞれの活性層
のｐｎ接合面が相互に略９０度を成すように半導体レー
ザを配置すれば、参照光１ａおよび１ｂの偏波面は略９
０度を成す、１１は、参照光ｌａ、ｌｂおよび信号光２
を混合して混合光３を出力する光混合器である。１２は
、光混合器１１を構成する光カプラである。光カプラは
、単一モード光ファイバや、方向性結合器等により実現
できる。１３はヘテロダイン検波器である。、１４は、
混合器３をヘテロダイン検波する受光器であり、ＰＩＮ
−ＰＤ　（ピン−フォト・ダイオード）やＡＰＤ　（ア
バランシェ・フォト・ダイオード）等で実現できる。図
中のＶａは、受光器１４に印加する電圧を意味している
。１５は、検波信号４から送信信号を復現する復調器で
ある。１６は、検波信号４を分岐する分岐器である。１
７ａ及び１７ｂはそれぞれ帯域濾波器である。帯域濾波
器１７ａは、信号光２と参照光１ａとから得られた中間
周波信号のみを通過させ、帯域濾波器１７ｂは、信号光
２と参照光１ｂとから得られた中間周波信号のみを通過
させる。１８ａ及び１８ｂはそれぞれ包絡線検波器であ
る。中間周波信号５ａは検波器１８ｂにより、また、中
間周波信号５ｂは検波器１８ｂによりそれぞれベースバ
ンド信号６ａ、６ｂに変換される。１９はベースバンド
信号６ａ、と６ｂとを加算する加算器である。

以下第２図、第３図を参照しながら１本実施例の動作を
説明する。第２図は、各部の光の偏波面を、また、第３
図は、各信号の周波数スペクトルを模式的に表わしたも
のである。参照光１ａの偏波面を第２図（ａ）に（電界
振幅：　ＥＬＯＶ　）　＋参照光１ｂの偏波面を第２図
（ｂ）に（電界振幅：ＥＬＯ）ｌ）それぞれ示す、参照
光１ａと１ｂの偏波面は、互いに略９０度を成すため、
両者の関係は、第２図（ｃ）のようになる。

一方、信号光２が直線偏波である場合を例として考える
と、信号光２の偏波面は第２図（ｄ）のようになる。同
図において、Ｅｓは信号光２の電界振幅である。Ｅｓｖ
およびＥＳＨは、Ｅｓの成分の中で、それぞれＥ　Ｌｏ
ｔ／およびＥ　ＬＯＨに平行な成分である。ＥｓｎとＥ
ｓとが成す角度をθとすると。

信号光の偏波状態はθにより表現でき、次式が成立する
。

但し、０≦０≦９０゜混合光３の偏波面を第２図（ｅ）に示す。同図のように
、ＥしＯｖとＥｓｖ、またＥ　Ｌｉ’）ＨとＥｓＨは、
それぞれ平行である。このため、混合光３が受光器に入
力され、その結果得られる検波信号Ｉ　（ｔ）は次式で
表わされる。

Ｉ　　（ｔ）”Ｉａ　　（ｔ）＋Ｉｂ　（ｔ）　　　　
・・自−（２）イ旦し、Ｉａ　（ｔ）＝Ｄ−Ｅｓｖ−Ｅ
Ｌｏｖ−ｃｏｓ　［２ｇ（ｆｓ−ｆｖ）＋δａ］１ｂ（
ｔ）＝Ｄ−Ｅ聞・Ｅｌ、ｏＨ−ｃｏｓ［２πげａ　ｆｎ
）＋δｂ］式（２）において、Ｄは受光器により決まる
定数であり、ｆｖ　、ｆｓおよびｆｓはそれぞれ参照光
ｌａ、ｌｂの周波数および信号光２の搬送波周波数であ
る（第３図（ａ）、（ｂ）参照）。また、δ８およびδ
ｂは位相差である。さらに、Ｘａ（ｔ）は、参照光１ａ
と信号光２とから得られた中間周波信号を表わし、その
搬送波周波数は（ｆｓ　　ｆｖ）となっている。また、
工ｈ（ｔ）は、参照光１ｂと信号光２とから得られた中
間周波信号を表わし、搬送波周波数は（ｆｓ−ｆＨ）と
なっている。従って、式（２）は、検波信号Ｉ　（ｔ）
がふたつの中間周波信号Ｉａ（ｔ）およびＩ　ｂ（ｔ　
）の和で表わされることを示している。第３図（Ｃ）に
は、検波信号Ｉ　（ｔ）の周波数スペクトルを示す。同
図では、右側の破線内のスペクトルがＩ　ａ（ｔ　）を
、また、左側の破線内のスペクトルがＩｂ（ｔ）を表わ
している。

従って、検波信号４を分岐し、それぞれ、第３図（ｃ）
の破線で示される通過特性を有する帯域濾波器１７ａお
よび１７ｂに入力すると、１７ａの出力として信号ｒａ
（ｔ）を、また、１７ｂの出力として信号Ｉ＋、（ｔ）
を得ることが出来る。さらに、信号Ｉ　ａ（ｔ　）およ
びＩｂ（ｔ）を、それぞれ包絡線検波器１８ａおよび１
８ｂに入力すると、信号はベースバンド信号となり、そ
の振幅は下式で表わされる。

Ｉａ’　　（ｔ）　　＝Ｄ　−Ｅｓｖ　−ＥＬｏｖ＝Ｄ
Ｅｓ　−Ｅしｏｖ−ｓｉｎθ・・・・・・（３）Ｉｂ’　（ｔ）　＝Ｄ−Ｅｓｏ・Ｅｔ、ｏＨ＝ＤＥｓ−
Ｅｔａｎｏｃｏｓθ上式のＩａ’　（ｔ）およびｉｂ’
（ｔ）を加算器１９で加算すると、その出力信号７とし
て、下式の信号を得る。

Ｉ’　（ｔ）　＝Ｉａ’　（ｔ）　＋Ｉｂ’　（ｔ）＝
ＤＥｓ　＠　（ＥＬＯ！／　拳　ｓｉｎθ＋Ｅｔ、ｏｎ
　−ｃｏｓ（Ｊ）　　　−（４）式（４）で表わされる
本実施例の出力信号は、いかなる０の値に対しても零と
はならない。即ち、信号光のいかなる偏波状態に対して
も、出力信号Ｉ’　（ｔ）を得ることができる。

第４図は復調器１５の別の実施例である。本実施例は、
参照光１ａおよび１ｂの光強度を略一致させ、且つ、ベ
ースバンド信号６ａおよび６ｂを加算する前にそれぞれ
略二乗するものである。従って加算器１９の前に二乗検
波器２０ａ、２０ｂを備える。上記条件を式により表現
すると下式を得る。

・・・・・・（５）上式（５）を整理して、式（３）を代入すると、出力信
号Ｉ’　（ｔ）として次式を得る。

Ｉ’　　（ｔ）　　ｃｏｗ　　（Ｄ　　・　Ｅｓ　　・
　ＰＬＯ）”　　　　・・・・・・（６）上式（６）は
、式（５）の条件が満足される場合の出力信号Ｉ’　（
ｔ）は、θに依存しないこと、即ち、信号光の偏波状態
に係わらず出力信号は一定値となることを示している。

従って、信号電力も一定となる。式（５）の第１式の条
件は、　ＥＬＯＩ／およびＥ　ＬＯＨを出力する光源の
駆動電流等を調節することにより実現できる。また、式
（５）の第２式の条件は、二乗検波器として、ダイオー
ドあるいは電界効果トランジスタを用いることにより実
現できる。本実施例によれば、第１図の場合と同様の効
果を得ると同時に、信号光の偏波状態に係わらず、出力
信号の電力を一定にできるという効果を得る。

第５図は１局部発振器９の別の実施例である。

本実施例は、局部発振器９を、１個の光源で実現してい
る。同図において、１０は、単一モード半導体レーザ等
の光源である。２１は偏光ビームスプリッタ等の偏光分
離器であり、光［１０の出力光を偏光分離器２１に入力
することにより、出力光を偏波面が略９０度を成すふた
つの光２４ａおよび２４ｂに分離することができる・特
に光源１０の出力光が直線偏波であり、その偏波面と偏
光分離器２１の偏光軸とが略４５度を成すように偏光分
離器２１および光源１ｏの角度を調整すれば、ふたつの
光の強度を略一致させることができる。、２２は、光２
４ａの進行方向を調節するミラーである。２３は、光２
４ａの周波数を変える光周波数変換器である６２３は、
音響光学結晶や電気光学結晶を用いることにより実現で
きる。例えば、音響光学結晶を用いた光周波数変換器は
、市販されている。光周波数変換器２３から出力される
光を参照光１ａとし、光２４ｂをそのまま参照光１ｂと
することにより、１個の光源１０を用いて局部発振器９
を実現することができる。

本実施例によれば、第１図の場合と同様の効果を得ると
同時に、光源の数を半減できるので、装置を低コスト化
することができるという効果を得る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果を有する偏波ダイバシテイ光
受信方法とその装置を得る。

１、従来、信号光の減衰の原因となっていた偏光分離器
を用いないため、光受信装置の感度を高くすることがで
きる。

２、従来、２個必要であった混合器を半数の１個にでき
るため、光受信装置を低コスト化できる。

３、従来、２組必要であった受光器、それに付随する電
気装置および光学部品を半数の１組にできるため、光受
信装置を小型化、低コスト化できると同時に、消費電力
を低下できるため装置の運用経費も低下でき、さらに、
装置の発熱量を低下できるため、装置の冷却に要するコ
ストも低下できる。

４、従来、２個の受光器を用いるために必要とされた受
光器の選別が不要となり、光受信装置のコストを低下で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。第２図は第１図の実施例における各部の光の偏波面を示
す図、第３図は第１図の実施例における各部の信号の周
波数スペクトルを示す図、第４図は復調器の別の実施例
を示すブロック図、第５図は局部発振器の別の実施例を
示すブロック図である。１・・・参照光、２・・・信号光、３・・・混合光、４
・・・検波信号、５・・・中間周波信号、６・・・ベー
スバンド信号、７・・・出力信号、８・・・光ファイバ
、９・・・局部発振器。１０・・・光源、１１・・・光混合器、１２・・・光カ
ブラ、１３・・・ヘテロダイン検波器、１４・・・受光
器、１５・・・復調器、１６・・・分岐器、１７・・・
帯域濾波器、１８・・・包絡線検波器、１９・・・加算
器、２０・・・二乗検波器、２１・・・偏光分離器、２
２・・・ミラー、２３・・・光周波数変換器。

Claims

【特許請求の範囲】１、周波数の異なるふたつの光の偏波面が略９０度を成
すようにした第１、第２参照光と信号光とを混合し、こ
の混合光をヘテロダイン検波し、この検波信号を搬送波
周波数が異なる第１、第２中間周波信号に分離し、この
２つの中間周波信号をそれぞれ第１、第２ベースバンド
信号に変換し、この２つのベースバンド信号を加算する
ことにより出力信号を得ることを特徴とする偏波ダイバ
シテイ光受信方法。２、特許請求の範囲第１項において、上記第１、第２参
照光の光強度を略一致させ、且つ、上記第１、第２ベー
スバンド信号を加算する前にそれぞれ略二乗することを
特徴とする偏波ダイバシテイ光受信方法。３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、上記第
１、第２参照光は、１個の単一モード半導体レーザの出
力光をふたつに分岐し、この分岐光の少なくとも一方を
周波数変換して得ることを特徴とする偏波ダイバシテイ
光受信方法。４、周波数が異なる第１、第２参照光を偏波面が略９０
度を成すようにして出力する手段と、ふたつの上記第１
、第２参照光と信号光とを混合する手段と、この混合光
をヘテロダイン検波する手段と、この検波信号を搬送波
周波数が異なる第１、第２中間周波信号に分離する手段
と、第１、第２中間周波信号をそれぞれ第１、第２ベー
スバンド信号に変換する手段と、第１、第２ベースバン
ド信号を加算する手段とから構成される偏波ダイバシテ
イ光受信装置。