CN101981832B - 光接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光接收器，其精确地解调基于差分相移键控方式的光信号。并且，本发明的光接收器具备：干涉仪，其将被输入的所述光信号分支为两个，对该被分支为两个的光信号彼此赋予1比特量的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；反射机构，其使所述干涉仪的输出光的一方反射而返回到所述干涉仪；检测机构，其检测由所述反射机构反射且与所述输入光信号反方向通过所述干涉仪后被输出的返回光；以及相位差控制机构，其根据由所述检测机构检测出的返回光的强度，调整所述干涉仪所赋予的所述相位差。

Description

光接收器
技术领域
本发明涉及一种接收差分相移键控后的光信号的光接收器。
本申请主张基于2008年3月31日在日本申请的日本专利申请2008-093492号的优先权，其内容援用于本说明书中。
背景技术
以往，开发出了根据差分相移键控方式调制光而进行传输的传输系统。在差分相移键控方式中，对载波(光)上的相互仅相继1周期的波的相位差分配信息(比特)。因此，为了精确地解调被传输的基于差分相移键控方式的光信号，需要在接收侧正确地仅错开1周期的基础上对光信号进行解调。作为解调时对光信号的相位差正确地仅错开1周期的技术，例如公知有专利文献1、2中公开的技术。
专利文献1：日本特开2005-080304号公报
专利文献2：日本特开2006-032514号公报
然而，对于专利文献1中公开的技术，因为根据将光信号光电转换后得到的电信号来控制相位差，所以存在电信号损耗大的问题。
并且，在专利文献2中公开的技术中，存在要求复杂的控制的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种能够以损耗小且简单的结构精确地解调基于差分相移键控方式的光信号的光接收器。
本发明是为了解决上述课题而完成的，是一种接收被差分相移键控的光信号的光接收器，其特征在于，具备：干涉仪，其将被输入的所述光信号分支为两个，对该被分支为两个的光信号间赋予1比特量的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；反射机构，其使所述干涉仪的输出光的一方反射而返回到所述干涉仪；检测机构，其检测由所述反射机构反射且与所述输入光信号反方向通过所述干涉仪后被输出的返回光；以及相位差控制机构，其根据由所述检测机构检测出的返回光的强度，调整所述干涉仪所赋予的所述相位差。
并且，本发明的上述光接收器，其特征在于，所述相位差控制机构按照所述返回光的平均强度变为最大的方式调整所述相位差。
并且，本发明的上述光接收器，其特征在于，所述相位差控制机构按照所述返回光的平均强度变为最小的方式调整所述相位差。
本发明是为了解决上述课题而完成的，是一种接收被差分相移键控的光信号的光接收器，其特征在于，具备：分支机构，其将被输入的所述光信号分支为两个；相位差赋予机构，其向由所述分支机构分支为两个的光信号间赋予π/2的相对相位差；第一干涉仪，其将由所述分支机构分支的一个光信号分支为两个，向该被分支为两个的光信号间赋予1比特量的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；第一反射机构，其使所述第一干涉仪的输出光的一方反射而返回到所述第一干涉仪；第一检测机构，其检测由所述第一反射机构反射且反方向通过所述第一干涉仪后被输出的返回光；第二干涉仪，其将由所述分支机构分支的另一个光信号分支为两个，向该被分支为两个的光信号间赋予1比特量的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；第二反射机构，其使所述第二干涉仪的输出光的一个反射而返回到所述第二干涉仪；第二检测机构，其检测由所述第二反射机构反射且反方向通过所述第二干涉仪后被输出的返回光；以及相位差控制机构，其根据由所述第一检测机构检测出的返回光的强度和由所述第二检测机构检测出的返回光的强度中的至少一方，调整所述第一干涉仪及所述第二干涉仪所赋予的所述相位差。
并且，对于本发明的上述光接收器，其特征在于，所述相位差控制机构调整所述相位差，以使由所述第一检测机构检测出的返回光的平均强调变为最大或最小，且使由所述第二检测机构检测出的返回光的平均强度变为最大或最小。
发明效果
根据本发明，能够以损耗小且简单的结构精确地解调基于差分相移键控方式的光信号。
附图说明
图1是基于本发明的一实施方式的光接收器(使用DPSK时)的示意结构图。
图2是说明差分相移键控(DPSK)的图。
图3是对在图1的光接收器的受光部(PD)受光的返回光的强度进行说明的图。
图4是基于本发明的一实施方式的光接收器(使用DQPSK时)的示意结构图。
图中：100-光接收器(光接收部)，101-光循环器，102-马赫-曾德尔干涉仪，103-反射部，104～106-受光部，107-控制部，108-分支部，1021-第一光路，1022-第二光路，1023-相位调整部，1024-第一输入输出部，1025-第二输入输出部，1026-第三输入输出部，1027-相位赋予部，200-光接收器。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是基于本发明一实施方式的光接收器的示意结构图。在图1中，光接收器100具备有光环行器101、马赫-曾德尔干涉仪102、反射部103、受光部104～106、控制部107。
光接收器100接收被未图示的光发送器进行差分相移键控后经传输路径传输过来的光信号。作为差分相移键控方式，可以使用DPSK(DifferentialPhase Shift Keying)或DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)等，以下对使用DPSK(图2)的情况进行说明。
从光发送器发送的被差分相移键控(DPSK)的光信号经由光环行器101输入到马赫-曾德尔干涉仪102的第一输入输出部1024。被输入到第一输入输出部1024的光信号，在马赫-曾德尔干涉仪102内被分支为第一光路1021和第二光路1022。
在此，第二光路1022将其光路的长度设定成长于第一光路1021的长度，以使在该第二光路中传播的光相对于在第一光路1021中传播的光具有相当于DPSK信号的1比特量的延迟量(相位差)。
在第一光路1021中传播的光信号和在第二光路1022中传播的光信号在马赫-曾德尔干涉仪102内再次被合波而进行干涉，从第二输入输出部1025和第三输入输出部1026作为输出光而被输出。这两个输出光分别通过受光部104、105被受光而转换为电信号。
在此，用图2说明差分相移键控(DPSK)。DPSK是如下的调制方式：在某个比特与该比特的前一个比特相同时分配第一相位“0”，不同时分配第二相位“π”。例如，在图2中，当发送码串(发送的比特列)为“00110100010”时，第一比特“0”与初始比特(作为第一比特的紧跟前的比特而预先决定的值)“0”为相同的比特值，所以第一发送相位成为“0”。另外，在图2中，载波的两周期量(＝1时隙)对应于一个比特。
同样，因为第一比特“0”与第二比特“0”是相同的比特值，所以第二发送相位成为“0”，且因为第二比特“0”与第三比特“1”是不同的比特值，所以第三发送相位成为“π”，因为第三比特“1”与第四比特“1”为相同的比特值，所以第四发送相位成为“0”。
如此，从进行差分相移键控(DPSK)的光发送器发送的比特列为“00110100010”时，发送相位调制为“00π00ππππ00”的光信号。
接收该光信号的光接收器100，如上述那样，通过马赫-曾德尔干涉仪102将光信号分支为第一光路1021和第二光路1022，对在两个光路中行进的光赋予1比特量的相位差后使两者进行干涉。因此，通过了第一光路1021的某个时隙的光与通过第二光路1022而延迟了1比特量的前一个时隙的光会相互干涉。在此，将相同相位的光干涉的情形解调为比特“0”，将不同相位的光干涉的情形解调为比特“1”。这时，以上述的相位“00π00ππππ00”进行调制的光信号在马赫-曾德尔干涉仪102中干涉的结果如下：
通过了第一光路1021的光的相位：“00π00ππππ00”；
通过了第二光路1022的光的相位：“00π00ππππ00”；
解调的比特：“00110100010”，
并且得到从光发送器发送的比特列。
回到图1，继续说明光接收器100。在马赫-曾德尔干涉仪102的第二输入输出部1025的后段(第二输入输出部1025与受光部104之间)设有反射部103。在上述两个输出光中，从第二输入输出部1025输出的输出光的一部分(例如整体的1～5％)通过反射部103被反射后再次输入到第二输入输出部1025。该再次被输入到第二输入输出部1025的光向反方向通过马赫-曾德尔干涉仪102，且从第一输入输出部1024作为返回光而被输出。该返回光被输入到光环行器后被输出到受光部106侧，通过受光部106受光后被转换为电信号。
在受光部106中得到的表示返回光强度的电信号被发送到控制部107。在马赫-曾德尔干涉仪102的第二光路1022中途的一部分设有调整传播第二光路1022的光的相位的相位调整部1023。控制部107根据表示返回光强度的电信号，决定相位调整部1023中的相位调整量。以下，用图3说明基于控制部107的相位调整量的控制方法。
图3是说明在受光部106中受光的返回光的强度的图。返回光的强度P用以下式表示：
P∝|(exp[jφ(t)]+exp[j{φ(t-T)+Δθ}])2|2
∝{2cos(φ(t-T)-φ(t)-ωT+Δθ)+1}2。
其中，将载波的频率表示为ω、比特率表示为1/T、输入到光接收器100的光信号的相位表示为φ(t)、由马赫-曾德尔干涉仪102的相位调整部1023赋予的相位调整量表示为Δθ。其中，满足φ(t)＝0或π，φ(t-T)-φ(t)取-π、0、π中的任意一个值。
因此，返回光的强度P可以由对应于图3中具有第一峰值301及第二峰值302的调制曲线P(x)＝{2cos(x-δ)+1}2上的x＝-π、0、π的值P(-π)、P(0)、P(π)来表示。在此，将Δθ-ωT定义为偏移量δ。
若将偏移设为δ＝0(图3(A))，则光信号的相位φ(t-T)-φ(t)＝-π或π时，返回光的强度成为对应于第二峰值302的值P1，光信号的相位φ(t-T)-φ(t)＝0时，返回光的强度成为对应于第一峰值301的值P2。即，在受光部106中受光的返回光的强度按照被输入到光接收器100的光信号的相位变为P1或P2中的任意一个，得到图示的调制波形。在此，关于被输入到光接收器100的光信号的相位φ(t)，如果假设作为平均能够以相同概率获得0和π，则返回光的强度P成为P1的概率和成为P2的概率变为相等。所以，在受光部106中测量的返回光的强度的时间平均成为Pave1＝(P1+P2)/2。
另一方面，当0＜δ＜π/2时(图3(B))，光信号的相位为φ(t-T)-φ(t)＝-π或π时，返回光的强度成为对应于从第二峰值302仅偏离与偏移量δ相应的量的点304的值P3(＜P1)，光信号的相位为φ(t-T)-φ(t)＝0时，返回光的强度成为对应于从第一峰值301仅偏离与偏移量δ相应的量的点303的值P4(＜P2)。即，在受光部106中受光的返回光的强度按照被输入至光接收器100的光信号的相位变为P3或P4中的任意一个，得到图示的调制波形。此外，若设定与δ＝0时相同的假设，则在受光部106中测量的返回光的强度的时间平均成为Pave2＝(P3+P4)/2。
在此，从上述的说明及图3可知，Pave1＞Pave2，因此，若偏移量δ变化，则在受光部106中测量的返回光的强度P的时间平均随着偏移δ的变化而变化，并且偏移量δ为零时，返回光的强度P的时间平均取最大值Pave1。因为偏移量δ为零的状态恰好相当于向马赫-曾德尔干涉仪102的第一光路1021与第二光路1022赋予1比特量的延迟量的状态，所以控制部107控制在相位调整部1023中所赋予的相位调整量Δθ，以使在受光部106中测量的返回光的强度P的时间平均成为最大值。因为根据该控制，在马赫-曾德尔干涉仪102的第一光路1021与第二光路1022中始终正确地赋予1比特量的延迟量，所以光接收器100可以精确地解调接收到的基于差分相移键控方式的光信号。
以上，参照附图对该发明的一实施方式进行了详细说明，但具体结构不限于上述实施方式，在不脱离该发明的宗旨的范围内可以进行各种设计的变更等。
例如，马赫-曾德尔干涉仪102及相位调整部1023可以应用各种结构。作为一例，可以设为如下结构：在铌酸锂(LiNb03)等具有光电效应的材质的基板上形成光波导来作为马赫-曾德尔干涉仪102，在基板的波导附近形成电极来作为相位调整部1023，从电极向光波导外加电场，由此经由光电效应使光波导的折射率变化，从而调整在光波导中传播的光的相位。还可以设为如下结构：在石英基板上形成光波导来作为马赫-曾德尔干涉仪102，在基板的波导附近形成电极来作为相位调整部1023，在电极中流过电流以使电极发热，由此经由光热效应使光波导的折射率变化，从而调整在光波导中传播的光的相位。并且，也可以设为如下结构：使用反射镜或分束器等大块光学元件作为马赫-曾德尔干涉仪102，将液晶滤光器等作为相位调整部1023。
并且，反射部103除了使用半透明反射镜以外，也可以使用光纤连接器彼此的接合部中的反射。
并且，也可以设为如下结构：由反射部103反射之后，向反方向通过马赫-曾德尔干涉仪102，并使从第二光路1022侧输出的返回光受光至受光部106，控制部107根据该返回光的强度控制相位调整部1023中的相位调整量。
并且，在上述说明中，关于被输入至光接收器100的光信号的相位φ(t)，假设了作为平均能够以相同的概率获得0和π，但根据实际的发送数据或编码方式(或NRZ码或RZ码等)，有时该假设未必一定正确。在这种情况下，控制部107只要按照在受光部106中测量的返回光的强度P的时间平均成为从最大值仅偏离了预定量的最佳值的方式，控制在相位调整部1023中赋予的相位调整量Δθ即可。另外，该最佳值例如可通过预先测量出如能得到最佳传输特性的强度P的时间平均来决定。作为特殊情况，该最佳值有时也成为强度P的时间平均的最小值。
图4是作为差分相移键控方式而使用DQPSK时的光接收器的示意结构图。在图4中，光接收器200具备第一光接收部100A、第二光接收部100B、控制部107、分支部108。第一光接收部100A具备与图1的光接收器100同样的光环行器101A、马赫-曾德尔干涉仪102A、反射部103A、及受光部104A～106A，其中，马赫-曾德尔干涉仪102A在第一光路1021A的途中还具备相位赋予部1027A。第二光接收部100B也是同样的结构。
光接收器200接收被未图示的光接收器进行差分相移键控(DQPSK)后经传输路径传输过来的光信号，从光发送器发送的光信号通过分支部108被分支后输入到第一光接收部100A与第二光接收部100B。
被输入到第一光接收部100A的光信号，与图1的光接收器100相同，经由光环行器101A输入到马赫-曾德尔干涉仪102A的第一输入输出部1024A，并进一步在马赫-曾德尔干涉仪102A内被分支为第一光路1021A与第二光路1022A。第二光路1022A与图1的光接收器100同样地将其光路的长度设定得长于第一光路1021A的长度，以使在该第二光路中传播的光相对于在第一光路1021A中传播的光具有相当于DQPSK信号的1比特量的延迟量(相位差)。另外，在图4的光接收器200中，通过相位赋予部1027A对在第一光路1021A中传播的光赋予π/4的相位。
在第一光路1021A中传播且被赋予相位π/4的光信号、和在第二光路1022A中传播且相对于该光信号具有1比特量的相位差的光信号，与图1的光接收器100同样地，在马赫-曾德尔干涉仪102A内再次被合波而进行干涉，并从第二输入输出部1025A与第三输入输出部1026A作为输出光而被输出。
从第二输入输出部1025A输出的输出光的一部分，与图1的光接收器100同样地，通过反射部103A被反射后再次输入到第二输入输出部1025A，并向反方向通过马赫-曾德尔干涉仪102A，从第一输入输出部1024A作为返回光被输出。该返回光与图1的光接收器100同样地，经由光环行器101A由受光部106A受光，并被转换为电信号。在受光部106A中得到的表示返回光的强度的电信号被发送到控制部107。
另一方面，在第二光接收部100B中，通过相位赋予部1027B对在第一光路1021B中传播的光赋予-π/4的相位。由此，第一光接收部100A中的光信号的相位与第二光接收部100B中的光信号的相位这两者的相对相位差成为π/2。第二光接收部100B的相位赋予部1027B以外的部分和第一光接收部100A相同。
在图4光接收器200中，控制部107根据由第一光接收部100A的受光部106A得到的表示返回光的强度的电信号、与由第二光接收部100B的受光部106B得到的表示返回光的强度的电信号，而决定第一光接收部100A的相位调整部1023A中的相位调整量及第二光接收部100B的相位调整部1023B中的相位调整量。
例如，控制部107按照受光部106A中所测量的返回光的强度PA的时间平均成为最大值的方式控制在相位调整部1023A中所赋予的相位调整量，并且按照受光部106B中所测量的返回光的强度PB的时间平均成为最大值的方式控制在相位调整部1023B中所赋予的相位调整量。通过该控制，在马赫-曾德尔干涉仪102A的第一光路1021A与第二光路1022A、以及马赫-曾德尔干涉仪102B的第一光路1021B与第二光路1022B中，始终正确地赋予1比特量的延迟量，所以光接收器200可以精确地解调接收到的基于差分相移键控(DQPSK)方式的光信号。另外，如上所述，也可以按照在各受光部106A、106B中测量的返回光的强度PA、PB的时间平均成为从最大值仅偏离预定量的最佳值的方式，控制相位调整量，并且作为特殊情况，也可以按照返回光的强度PA、PB的时间平均成为最小值的方式控制相位调整量。
产业上的可利用性
根据本发明的光接收器，因为能够以损耗小且简单的结构精确地解调基于差分相移键控方式的光信号，所以在产业上极其有用。

Claims (5)

1.一种光接收器，其接收被差分相移键控的光信号，该光接收器的特征在于，具备：
干涉仪，其将被输入的所述光信号分支为两个，对该被分支为两个的光信号间赋予与1比特量相应的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；
反射机构，其使所述干涉仪的输出光的一方反射而返回到所述干涉仪；
检测机构，其检测由所述反射机构反射且与所述输入光信号反方向通过所述干涉仪后被输出的返回光；以及
相位差控制机构，其根据由所述检测机构检测出的返回光的强度，调整所述干涉仪所赋予的所述相位差。
2.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
所述相位差控制机构按照所述返回光的平均强度变为最大的方式调整所述相位差。
3.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
所述相位差控制机构按照所述返回光的平均强度变为最小的方式调整所述相位差。
4.一种光接收器，其接收被差分相移键控的光信号，该光接收器的特征在于，具备：
分支机构，其将被输入的所述光信号分支为两个；
相位差赋予机构，其向由所述分支机构分支为两个的光信号间赋予π/2的相对相位差；
第一干涉仪，其将由所述分支机构分支的一个光信号分支为两个，向该被分支为两个的光信号间赋予与1比特量相应的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；
第一反射机构，其使所述第一干涉仪的输出光的一方反射而返回到所述第一干涉仪；
第一检测机构，其检测由所述第一反射机构反射且反方向通过所述第一干涉仪后被输出的返回光；
第二干涉仪，其将由所述分支机构分支的另一个光信号分支为两个，向该被分支为两个的光信号间赋予与1比特量相应的相位差，使赋予相位差后的两个光信号干涉而输出两个输出光；
第二反射机构，其使所述第二干涉仪的输出光的一个反射而返回到所述第二干涉仪；
第二检测机构，其检测由所述第二反射机构反射且反方向通过所述第二干涉仪后被输出的返回光；以及
相位差控制机构，其根据由所述第一检测机构检测出的返回光的强度和由所述第二检测机构检测出的返回光的强度中的至少一方，调整所述第一干涉仪及所述第二干涉仪所赋予的所述相位差。
5.根据权利要求4所述的光接收器，其特征在于，
所述相位差控制机构调整所述相位差，以使由所述第一检测机构检测出的返回光的平均强调变为最大或最小，且使由所述第二检测机构检测出的返回光的平均强度变为最大或最小。
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