JPS63272131A - 偏波ダイバシテイ光受信方法及びその装置 - 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、光信号の偏波状態変動に対して安定な受信特
性を得る方法及びその装置に係り、特に光受信装置の構
成単純化、小型化、低コスト化および低消費電力化に好
適な偏波ダイバシテイ光受信方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、偏波ダイバシティ光受信装置に関しては、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〜３８７頁（１００
Ｃ’８３．　Ｊｕｎｅ２７−３０゜１９８３　、　Ｔｅ
ｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｐｐ、　３８６−３８
７　）において論じられている。上記文献が論じている
偏波ダイバシティ光受信装置の基本構成を第９図に示す
。

第９図において、１は信号光、４は参照光である。２ａ
、２ｂはそれぞれ入力光を偏波面が直交するふたつの偏
波成分に分離する偏光分離器である。３ａと３ｂはそれ
ぞれ分離された信号光であり、その偏波面は互いに直交
する。同様に、９ａと９ｂはそれぞれ分離された参照光
であり、その偏波面は互いに直交する。５ａ、５ｂはそ
れぞれ信号光３ａ、３ｂと参照光９ａ、９ｂとの偏波面
を一致させて両者を混合する混合器である。６ａ。

６ｂは混合光である。１０ａ、１０ｂはそれぞれ受光器
であり、ｌｌａ、ｌｌｂはそれらの出力信号である。１
２は出力信号１１ａとｌｌｂから復調信号８を得る復調
器である。同図において、信号光３ａと３ｂは、信号光
１の直交するふたつの偏波成分であるため、信号光１の
いかなる偏波状態に対しても、信号光３ａと３ｂの強度
が同時に零となることはあり得ない。従って出力信号１
１ａとｌｌｂの電力が同時に零となることもあり得ない
、よって復調信号８も零となることはあり得ない。以上
より、いかなる偏波状態の信号光１に対しても復調信号
８を得る。

〔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。

１、参照光を直交するふたつの偏波成分に分離するため
の偏光分離器が必要となり、装置が高コストとなる。

２、参照光が偏光分離器を通過する過程で、参照光の強
度が減衰するため、参照光を出力する光源の消費電力を
高くする必要がある。

３、参照先の一部が偏光分離器で反射して、参照光を出
力する光源に戻るため、参照光の周波数が不安定となる
。

４、ふたつの混合光を得るために混合器が２個必要とな
り、装置のコストが高くなる。

５、ふたつの混合光に対応して受光器が２個必要となる
うえ、受光面に付随する部品（光学系のレンズ等、電気
系の増幅器、ｔｔ源等）も２組必要となるため、装置が
大型化、構成複雑化、高コスト化および高消費電力化す
る。さらに、高消費電力化により、装置の運用経費が高
くなり、装置の発熱量も大きくなる。

６．２個の受光器の特性を近いものとするため、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、装置のコストが高くなる。

７、第９図に示すように、ふたつの参照光がクロスする
ため、光学系の光集積回路化が困難であり、集積化によ
り装置を低コスト化および小型化することができない。

本発明の目的は、上記問題を解決すること、即ち、装置
を小型化、構成単純化、低コスト化および低消費電力化
し、参照先の周波数を安定化することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、信号光を偏波面が略直交するふたつの偏波
成分に分離し、ふたつの分離光と参照光とを偏波面が略
一致するように混合し、混合光をヘテロダイン検波ある
いはホモダイン検波して復調信号を得ることにより、達
成される。

〔作用〕

第１図は１本発明の基本構成であり、これを用いて、本
発明の詳細な説明する。同図において。

１は信号光である。２は信号光１を偏波面が略直交する
ふたつの偏波成分に分離する偏光分離器である。３ａと
３ｂは偏光分離器２から出力する分離光であり、その偏
波面は略直交する。４は参照光であり１分離はしない、
５は分離光３ａ、３ｂおよび参照光を４を偏波面が略一
致するように混合する混合器である。６は混合器５から
出力する混合光である。７は混合光６をヘテロダイン検
波あるいはホモダイン検波する検波器であり、１個の受
光器を含む、復調信号８は、混合光６から得られる。混
合光６は１分離光３ａと３ｂを偏波面を略一致させた状
態で含む６分離光３ａと３ｂは、もともと信号光１の直
交するふたつの偏波成分であるため、信号光１のいかな
る偏波状態に対しても、分離光３ａと３ｂの強度が同時
に零となることはない、従って混合光６に含まれる信号
光の強度も零とはならない、よって復調信号８も零とな
ることはない、即ち、いかなる偏波状態の信号光に対し
ても復調信号８を得る。特に、混合時の分離光３ａと３
ｂの位相差が小さい程、効率良く復調信号を得る。

〔実施例〕 第２図は、本発明の一実施例である。同図は、信号光１
が２値ＡＳＫ　（振幅シフトキーイング）信号あるいは
２値ＦＳＫ　（周波数シフトキーイング）信号であり、
それらをヘテロダイン光検波する場合の受信装置の構成
例である。同図において、２３は信号光を直交する偏波
成分に分離する機能を有する光学部品であり、本実施例
では偏光ビームスプリッタを用いている。２４は反射鏡
である。

この反射１ｌｔ２４は、偏波面制御器１３と光カプラ２
５の配置場所を変えることにより省略できる。

光カブラ２５としては、例えば単一モード光ファイバ型
の光カプラを用いることができる。２６は帯域通過濾波
器である。２７は濾波器２６の出力信号をベースバンド
信号として出力する検波器であり、本実施例では包絡線
検波器を用いている。

偏波面制御器１３としては、例えば２分の１波長板を用
いることができる。受光器１６としては、ピン・フォト
・ダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）あるいはアバランシェ・
フォト・ダイオード（Ａ　Ｐ　Ｄ）を用いることができ
る。

第２図の動作原理を次に説明する。

信号光１は、偏光ビームスプリッタ２３により直交する
ふたつの偏波成分に分離される。一方の成分はそのまま
分離光３ａとして出力される。他方の成分は反射鏡２４
で反射された後に、分離光３ｂとして出力される。分離
光３ｂは偏光面制御器１３において偏波面が９０度回転
され、その偏波面は分離光３ａに一致する。分離光３ａ
と偏光面制御器１３の出力光はそれぞれ異なる入力端か
ら光カプラ２５に入力する。このとき、参照光４の偏波
面を予め分離光３ａの偏波面に一致させた状態で光カプ
ラ２５に入力すると、３種の光（３ａ、１３の出力光お
よび４）の偏波面は一致した状態で混合され、混合光６
となって光カプラ２５から出力される。混合光６は受光
器１６に入力しヘテロダイン光検波される。ここで、信
号光１が２値ＡＳＫ信号である場合には、受光器１６か
ら出力するすべての信号成分が帯域通過濾波器２６を通
過する。しかし、信号光１が２値ＦＳＫ信号である場合
には、受光器１６から出力する信号の中で、スペース信
号成分あるいはスペース信号成分のいずれか一方が帯域
通過濾波器２６を通過する。この結果、濾波器２６から
は、電気の２値ＡＳＫ信号が出力される。濾波器２６の
出力信号は包絡線検波器２７でベースバンド信号に変換
され、復調信号８となって出力される。信号光１は、直
交するふたつの偏波成分に分離された後に。

それぞれの偏波面が、参照光の偏波面に一致するように
参照光と混合され受光器１６に入力する。

従って、いかなる偏波状態の信号光１に対しても、復調
信号８を得ることができる。

本実施例によれば、単純な構成の装置を実現できるとい
う効果を得る。

第３図には１本発明の混合器５の実施例を示す。

混合器５は、光の偏波面を制御する機能と、二つあるい
は三つの光を合波する機能とを任意に組み合わせること
により実現できる。

光の偏波面を制御する機能は、複屈折結晶（例えば２分
の１波長板等）、磁気光学結晶（例えば。

磁界を印加した該結晶印加磁界は可変でも固定でも良い
、アイソレータ等）あるいは光導波路（単一モード光フ
ァイバ、偏波面保存光ファイバ等いずれの場合も、光フ
ァイバをねじっても良い、集積先導波路等材料はＳｉＯ
ｘ　、ＬｉＮｂ０ｚ　　（リチウムナイオベイト）をは
じめとして多種多様であり、集積はハイブリッドあるい
はモノリシックのいずれも可能である）等を用いること
により実現できる。

光を合波する機能は、単一モード光ファイバ型カブラ、
偏波面保存光ファイバ型カブラ、方向性結合器型カブラ
あるいは集積光導波路型カブラ等を用いて実現すること
が出来る。

第３図において、１３は偏波面制御器を、１４は合波器
を、それぞれ示す。

第３図（ａ）には、１個の偏波面制御器と１個の合波器
を用いて混合器を構成する場合の例を示す。同図におい
て１分離光３ａは偏波面制御器１３により偏波面が略９
０度傾けられ、その偏波面は分離光３ｂの偏波面と略平
行となる。偏波面制御器１３の出力光と分離光３ｂと参
照光４とは、偏波面が略一致した状態で合波器１４にお
いて合波され、混合光６として出力される。参照光４は
。

その偏波面が分離光３ｂの偏波面と略平行な状態で合波
器１４に入力する。このような状況は１例えば参照光４
を出力する光源である。半導体レーザのｐｎ接合面を１
分離光３ｂの偏波面と略平行にすることにより、あるい
は発光素子の出力光を偏光板等に入力し、その出力光の
偏波面が分離光３ｂの偏波面に略平行となるように上記
偏光板の角度を調整し、該偏光板の出力光を参照光４と
することにより実現できる。

第３図（ａ）の実施例によれば、混合器を１個の偏波面
制御器と１個の合波器とを用いて実現できるので、混合
器を小型、構成単純、低コストに実現できるという効果
を得る。

第３図（ｂ）には、分離光３ａと３ｂの偏波面を略平行
にして合波し、該合波光を偏波面が略一致する参照光４
とを合波して混合光６を得る場合の混合器の構成例を示
す。本構成例によれば、分離光３ａおよび３ｂの合波と
、該合波光と参照光との合波をそれぞれ異なる合波器で
行うため、合波器１４ａ、１４ｂの配置場所を自由に選
ぶことができるという効果を得る。合波器１４ａから出
力する合波光は、偏波面を保存する光導波路等を用いて
導波して合波器１４ｂに入力することもできる。

第３図（ｃ）は、分離光３ｂと参照光４とを、偏波面が
略平行な状態で合波し、該合波光の偏波面を制御して分
離光３ａの偏波面と略平行にして、３ａと合波する混合
器の構成例を示す１本構成例によれば、合波器１４ｃお
よび１４ｄの配置場所を自由に選ぶことができるという
効果を得る。

第４図には、本発明の混合器の第２の実施例を示す。本
実施例は混合器の第１の実施例において、ふたつの分離
光３ａと３ｂの位相が略一致した状態で混合光６に含ま
れるように、分離光３ａあるいは３ｂあるいはその両方
の位相を制御する場合の混合器の構成例である。同図に
おいて、１３は偏波面制御器、１４は合波器、１５は位
相制御器である１位相制御器１５は印加電圧により屈折
率を制御できる電気光学結晶や、注入電流により屈折率
を制御できる半導***相制御器等を用いて実現できる。

第４図（ａ）は、分離光３ａを偏波面制御器１３で偏波
面制御する前に位相制御する場合の混合器の構成例であ
る。同図（ｂ）は１分離光３ａを１３で偏波面制御した
後に位相制御する場合の例である。同図（ｃ）は、分離
光３ａと３ｂの両方の位相を制御する場合の例である。

なお、第４図（ａ）〜（Ｑ）以外の構成であっても、混
合光６に含まれる３ａと３ｂの位相が略一致するならば
、少なくとも位相制御器をどこに配置しても良い。また
、偏波面制御器および合波器の構成は、混合器の第一の
実施例と同様である。

本実施例によれば、ふたつの分離光の位相が略一致した
状態で混合光中に含まれるので、検波効率を高くできる
という効果を得る。

第５図には、本発明の検波器の実施例を示す。

同図において、６は混合光、７は検波器、８は復調信号
である。また、１６は受光器であり、半導体受光素子で
あるＰＩＮ−ＰＤ（ピン・フォト・ダイオード）、ＡＰ
Ｄ（アバランシェ・フォト・ダイオード）等を用いて実
現できる。第５図（ａ）は、ホモダイン検波器の構成例
である。このとき。

混合光６に含まれる信号光（３ａと３ｂとの合波光）と
参照光の周波数は略一致している。さらに、信号光と参
照光の位相が略一致していると検波効率が高い、混合光
６が受光器１６に入力すると。

１６の電気信号出力としてベースバンド信号を得る。こ
のベースバンド信号が復調信号８となる。

同図（ｂ）は、ヘテロダイン検波器の構成例である。こ
のとき、混合光６に含まれる信号光（３ａと３ｂとの合
波光）と参照光の周波数は異なる。

混合光６が受光器１６に入力すると、１６の電気信号出
力として中間周波数信号１７を得る。１８は、１７をベ
ースバンド信号に変換する検波器である。この検波器１
８は、包絡線検波器、遅延検波器あるいは同期検波器を
用いて実現できる。その出力のベースバンド信号は復調
信号となる。

本実施例によると、単純な構成の検波器を実現できると
いう効果を得る。

なお、第５図の実施例の電気信号を増幅器により増幅す
る場合の実施例を第６図に示す。同図において１９が増
幅器である。第６図（ａ）は、ホモダイン検波器におい
て、受光器１６の電気信号出力を増幅する場合の例であ
る。同図（ｂ）は、ヘテロダイン検波器において、中間
周波数信号１７を増幅する場合の例である。同図（Ｑ）
は。

ヘテロダイン検波器において、検波器１８の電気信号出
力と１７の両方を増幅する場合の例である。

同図（ｃ）に対して、増幅器１９ａの増幅器を省略した
構成例もあり得る。第６図のように、増幅器を用いる場
合には、復調信号の大きさを任意に制御できるという効
果も得る。

第７図には１本発明の混合器の第３の実施例を示す。本
実施例は、混合器の第１および第２の実施例において、
復調信号の平均電力が略一定となるように参照光の強度
を制御する場合の混合器の構成例である。同図において
、２０は光強度を制御する強度制御器であり、電気光学
結晶や半導体を用いた光強度変調器により実現できる。

２１は、混合器の第１および第２の実施例に示した混合
器である。復調信号の電力は、復調信号を一部分岐して
１分岐信号の電力をａ測することにより検出できる。参
照光の強度の制御は、参照光４を出力する光源自身の光
出力を制御することによっても。

実現できるが、第７図（ａ）、（ｂ）に示すように、光
源の光出力４は一定とし、その光出力の強度を２ｏによ
り制御することによっても実現できる。同図（ｂ）は、
参照光の強度を２０で制御し、さらに、位相を１５で制
御する場合の例であり、検波器がホモダイン検波器であ
る場合に適する。

本実施例によれば、信号光の平均強度変動および偏波状
態変動に係わらず、安定な電力の復調信号を得ることが
出来るという効果を得る。

第８図には１本発明の光導波に関する実施例を示す。

本実施例は、分離光３ａ、３ｂ、参照光４および混合光
６の中の少なくともひとつを偏波状態を保存する光導波
路で導波したものである０周囲において、２２は、偏波
状態を保存する光導波路であり、例えば、偏波面保存光
ファイバ等を用いて実現できる。第８図（ａ）は、分離
光３ａと３ｂをそれぞれ光導波路２２ａと２２ｂで導波
した例であり、同図（ｂ）は１分離光３ａ、３ｂと参照
光４をそれぞれ２２ａ、２２ｂと２２Ｃで導波した例で
ある。

同図（ａ）、（ｂ）以外の構成でも、Ｊ　ａ　Ｈ３ｂ、
４および６のうち少なくともひとつを２２により導波す
る構成であればよい。

本実施例によれば、光受信器内における偏光分離器、混
合器および検波器の配置を自由に選べるという効果を得
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下記の効果を得る。

１、参照光は分離することなく信号光に混合されるため
、従来必要とされた参照光分離用の偏光分離器は不要と
なり、装置を低コスト化できる。

２、参照光は、偏光分離器を通過することなく信号光に
混合されるため、従来参照先の強度が被った減衰はなく
、参照光を出力する光源の消費電力を低くできる。

３、参照光は、偏光分離器を通過することなく信号光に
混合されるので、従来存在した偏光分離器から光源への
反射戻り光は無く、参照光の周波数を安定化できる。

４、得るべき混合光はひとつであり、従来２個必要とさ
れた混合器の数は半減でき、装置を低コスト化できる。

５、混合光はひとつであり、従来の検波器に必要とされ
た２個の受光器と、それらに付随する２組の部品（レン
ズ、増幅器、電源等）の数を低減でき、装置を小型化、
構成単純化、低コスト化および低消費電力化できる。さ
らに、低消費電力化により、装置の運用経費低減化およ
び低発熱量化を実現できる。

６、必要とされる受光器の数はひとつであり、従来必要
とされた受光器の選別は必要なくなり、装置を低コスト
化できる。

７、Ｍ号光と参照光は相互にクロスすることがないため
、光学系を光集積回路化でき、集積化により装置を低コ
スト化および小型化することができる。

８、いかなる偏波状態の信号光に対しても、復調信号を
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成図、第２図は本発明の一実施
例を示す図、第３図、第４図、第７図は本発明の混合器
の実施例を示す図、第５図、第６図は本発明の検波器の
実施例を示す図、第８図は本発明の先導波に関する実施
例を表わす図、第９図は従来装置の構成例を示す図であ
る。 １・・・信号光、２・・・偏光分離器、３・・・分離光
、４・・・参照光、５・・・混合器、６・・・混合光、
７・・・検波器、８・・・復調信号、９・・・分離参照
光、１０・・・受光器。 １１・・・１０の出力信号、１２・・・復調器、１３・
・・偏波面制御器、１４・・・合波器、１５・・・位相
制御器、１６・・・受光面。 第１図 茅　３　図 〈ｌ７） ／ｆ　◇３色謄 第　４　図 （Ｃ） 第Ｓ図 （（１，） ｒ−一一一一コ （←） 第　６図 （Ｃ＞ ｌグ　理揖器 （久）（ｂ） 第２図 （α） ｔｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号光を偏波面が略直交するふたつの偏波成分に分
   離し、ふたつの該分離光と参照光とを偏波面が略一致す
   るように混合し、該混合光をヘテロダイン検波又はホモ
   ダイン検波して復調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、信号光を偏波面が略直交するふたつの偏波成分に分
   離する手段と、ふたつの該分離光と参照光とを偏波面が
   略一致するように混合する手段と、該混合光をヘテロダ
   イン検波又はホモダイン検波して復調信号を得る手段と
   から構成された偏波ダイバシテイ光受信装置。