JP2003332980A - 光受信装置、光受信方法、ならびに、プログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光受信装置、光受信方法等を提供する。 【解決手段】 光受信装置１０１は、光信号１０２を前
置増幅器１０３で受信し、当該光信号は、偏波制御器１
０４に送られてから半導体レーザ１０５に注入され、注
入された注入光との注入同期により生ずる出射光を光検
出器１０６に送り、光検出器１０６は、光信号を電気信
号に変換し、当該電気信号は、分岐部１０７において、
２つの電気信号に並列に分岐されてそれぞれ、上側閾値
回路１０８と、下側閾値回路１０９と、に送られ、上側
閾値回路１０８は、入力を受け付けた電気信号の強度
が、所定の上側閾値より大きいか否かを示す電気信号を
出力し、下側閾値回路１０９は、入力を受け付けた電気
信号の強度が、所定の下側閾値より小さいか否かを示す
電気信号を出力する。そして、論理和回路１１０は、こ
れらの論理和演算を行って、伝送信号を復元して出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光受信装置、光受
信方法、ならびに、これらを光回路を含むコンピュータ
により実現するためのプログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、伝送すべきディジタル信号を
論理変換した上で、これにより波長可変レーザによる出
射光を位相変調して光伝送する送信装置と、当該光伝送
された光信号を半導体レーザに注入して発生した強度イ
ンパルス信号を光検出して論理変換して、伝送すべきデ
ィジタル信号を再生する送信装置と、からなる光通信シ
ステムが提案されている。

【０００３】このような光通信システムにおける受信装
置側では、半導体レーザに光信号を注入する際に偏波制
御器を用いて、半導体レーザの固有モード（「ＴＥ（Tr
ansverse Electric）モード」ともいう。）の偏波方向
と注入する光信号の偏波方向を一致させていた。

【０００４】これは、注入同期技術の分野では、半導体
レーザに注入光を与える場合には、偏波を一致させて注
入するのが常識とされてきたからである。したがって、
半導体レーザの固有モードと直行するモードであるＴＭ
（Transverse Magnetic）モードの励起や、これを用い
た光干渉技術は、注目されていなかった。

【０００５】そこで、発明者らは、これら注目されてい
なかった光干渉技術を利用することにより、従来の光通
信システムで用いられているような各種の光素子・光装
置とは異なる挙動を示す光素子・光装置を、種々提案し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手法では、状況によっては、偏波制御器を微細に調
整する必要があり、また、偏波揺らぎに対して敏感にな
ってしまうという現象が見られる。そこで、上記のよう
な状況に対応でき、偏波揺らぎに対してできるだけ安定
に検波が可能な光受信の技術が強く望まれていた。

【０００７】本発明は、以上の課題を解決するためにな
されたもので、光受信装置、光受信方法、ならびに、こ
れらを光回路を含むコンピュータにより実現するための
プログラムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示す
る。

【０００９】本発明の第１の観点に係る光受信装置は、
光受付部と、半導体レーザ部と、検出部と、結果出力部
と、を備え、以下のように構成する。

【００１０】すなわち、光受付部は、光位相変調された
光信号の入力を受け付ける。

【００１１】一方、半導体レーザ部は、入力を受け付け
られた光信号と光注入同期して光信号を出力する。

【００１２】さらに、検出部は、出力された光信号の強
度が「上側閾値より大きい、もしくは、下側閾値より小
さい」旨の情報を検出する。

【００１３】そして、結果出力部は、検出された情報を
伝送信号として出力する。

【００１４】また、本発明の光受信装置において、検出
部は、光電変換分岐部と、上側閾値部と、下側閾値部
と、論理和部と、を備え、以下のように構成することが
できる。

【００１５】すなわち、光電変換分岐部は、出力された
光信号を２つの電気信号に分岐して変換する。

【００１６】一方、上側閾値部は、分岐して変換された
電気信号の一方が、当該上側閾値より大きいか否かを示
す電気信号を出力する。

【００１７】さらに、下側閾値部は、分岐して変換され
た電気信号の他方が、当該下側閾値より小さいか否かを
示す電気信号を出力する。

【００１８】そして、論理和部は、上側閾値部と、下側
閾値部と、により出力された電気信号の論理和を示す電
気信号を、当該検出された情報として出力する。

【００１９】また、本発明の光受信装置において、光電
変換分岐部は、出力された光信号を電気信号に変換して
から、当該電気信号を２つに分岐するように構成するこ
とができる。

【００２０】また、本発明の光受信装置において、光電
変換分岐部は、出力された光信号を２つに分岐してか
ら、当該分岐された光信号のそれぞれを電気信号に変換
するように構成することができる。

【００２１】また、本発明の光受信装置において、検出
部は、光回路により当該情報を検出し、結果出力部は、
光信号を当該伝送信号として出力するように構成するこ
とができる。

【００２２】また、本発明の光受信装置において、入力
を受け付けられる光信号は、差動位相シフトキーイング
方式により光位相変調された光信号であるように構成す
ることができる。

【００２３】本発明の他の観点に係る光受信方法は、光
受付工程と、半導体レーザ工程と、検出工程と、結果出
力工程と、を備え、以下のように構成する。

【００２４】すなわち、光受付工程では、光位相変調さ
れた光信号の入力を受け付ける。

【００２５】一方、半導体レーザ工程では、半導体レー
ザを入力を受け付けられた光信号に光注入同期させて光
信号を出力させる。

【００２６】さらに、検出工程では、出力された光信号
の強度が「上側閾値より大きい、もしくは、下側閾値よ
り小さい」旨の情報を検出する。

【００２７】そして、結果出力工程では、検出された情
報を伝送信号として出力する。

【００２８】また、本発明の光受信方法において、検出
工程は、光電変換分岐工程と、上側閾値工程と、下側閾
値工程と、論理和工程と、を備え、以下のように構成す
ることができる。

【００２９】すなわち、光電変換分岐工程では、出力さ
れた光信号を２つの電気信号に分岐して変換する。

【００３０】一方、上側閾値工程では、分岐して変換さ
れた電気信号の一方が、当該上側閾値より大きいか否か
を示す電気信号を出力する。

【００３１】さらに、下側閾値工程では、分岐して変換
された電気信号の他方が、当該下側閾値より小さいか否
かを示す電気信号を出力する。

【００３２】そして、論理和工程では、上側閾値工程
と、下側閾値工程と、にて出力された電気信号の論理和
を示す電気信号を、当該検出された情報として出力す
る。

【００３３】また、本発明の光受信方法において、光電
変換分岐工程では、出力された光信号を電気信号に変換
してから、当該電気信号を２つに分岐するように構成す
ることができる。

【００３４】また、本発明の光受信方法において、光電
変換分岐工程では、出力された光信号を２つに分岐して
から、当該分岐された光信号のそれぞれを電気信号に変
換するように構成することができる。

【００３５】また、本発明の光受信方法において、検出
工程では、光回路により当該情報を検出し、結果出力工
程では、光信号を当該伝送信号として出力するように構
成することができる。

【００３６】また、本発明の光受信方法において、入力
を受け付けられる光信号は、差動位相シフトキーイング
方式により光位相変調された光信号であるように構成す
ることができる。

【００３７】本発明の他の観点に係るプログラムは、光
回路を含むコンピュータを上記の光受信装置として機能
させ、もしくは、光回路を含むコンピュータに上記の光
受信方法を実行させるように構成する。

【００３８】当該プログラムを光回路を含むコンピュー
タにて実行することにより、上記光受信装置が実現さ
れ、上記光受信方法が使用される。

【００３９】本発明の他の観点に係るプログラムは、コ
ンピュータを、光位相変調された光信号と光注入同期し
て出力された光信号の強度が「上側閾値より大きい、も
しくは、下側閾値より小さい」旨の情報を検出するよう
に機能させ、以下のように構成する。

【００４０】すなわち、当該コンピュータを、光電変換
分岐部と、上側閾値部と、下側閾値部と、論理和部とし
て機能させる。

【００４１】ここで、光電変換分岐部は、出力された光
信号を２つの電気信号に分岐して変換する。

【００４２】一方、上側閾値部は、分岐して変換された
電気信号の一方が、当該上側閾値より大きいか否かを示
す電気信号を出力する。

【００４３】さらに、下側閾値部は、分岐して変換され
た電気信号の他方が、当該下側閾値より小さいか否かを
示す電気信号を出力する。

【００４４】そして、論理和部は、上側閾値部と、下側
閾値部と、により出力された電気信号の論理和を示す電
気信号を、当該検出された情報として出力する。

【００４５】当該プログラムを光回路に接続されたコン
ピュータにて実行することにより、光回路との組み合わ
せによって上記光受信装置が実現され、上記光受信方法
が使用される。

【００４６】また、これらのプログラムは、コンパクト
ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、光
磁気ディスク、ディジタルビデオディスク、磁気テー
プ、半導体メモリなどの光回路を含むコンピュータ読取
可能な情報記録媒体に記録することができ、これら情報
記録媒体をコンピュータとは独立に配布・販売できるほ
か、コンピュータ通信網を介して当該プログラムを伝送
することにより、直接配布・販売することもできる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態を説明
する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのも
のであり、本発明の範囲を制限するものではない。した
がって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素
をこれと均等なものに置換した実施形態を採用すること
が可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含
まれる。

【００４８】（第１の実施形態）図１は、本発明の光受
信装置の第１の実施形態の概要構成を示す模式図であ
る。図２は、当該実施形態に対応する光送信装置の実施
形態の概要構成を示す模式図である。以下、これらの図
を参照して説明する。

【００４９】まず、図１に示す本実施形態の光受信装置
１０１に対応する光送信装置の構成について、図２を参
照しつつ、概説する。なお、図中で、光信号は点線で、
電気信号は実線で、それぞれ示した。

【００５０】光送信装置２０１は、光受信装置１０１へ
伝達したい伝送信号の入力を受け付けて、論理変換器２
０２により、所定の論理変換を行う。そして、波長可変
レーザ２０３から出力された出力光を位相変調器２０４
に注入する一方で、この論理変換の結果を、位相変調器
２０４に与え、光増幅器２０５で増幅してから、この光
信号１０２を光ファイバ２０６を介して光受信装置１０
１へ送信する。位相変調器２０４としては、たとえばニ
オブ酸リチウム結晶を用いた光位相変調器を使用する。
このようにして、差動位相シフトキーイング方式による
光送信を行うのである。

【００５１】さてここで、図１に戻って、説明を続け
る。

【００５２】光受信装置１０１は、光ファイバ２０６を
介して光送信装置２０１から送信された光信号１０２を
前置増幅器１０３で受信する。

【００５３】前置増幅器１０３により受信された光信号
は、偏波制御器１０４に送られ、さらに半導体レーザ１
０５に注入される。

【００５４】半導体レーザ１０５は、注入された注入光
との注入同期により生ずる出射光を光検出器１０６に送
る。

【００５５】この注入同期により、差動位相シフトキー
イング方式により光位相変調された光信号の、「位相の
変化」が「強度の変化」に変換される。ただし、この
「強度の変化」は、ただちに送信側の元の伝送信号に対
応するものではないため、以下のような処理を行うので
ある。

【００５６】光検出器１０６は、光信号を電気信号に変
換する。光検出器１０６としては、たとえば、フォトダ
イオードを採用することができる。当該電気信号は、分
岐部１０７において、２つの電気信号に並列に分岐され
る。

【００５７】２つの電気信号は、それぞれ、上側閾値回
路１０８と、下側閾値回路１０９と、に送られる。

【００５８】上側閾値回路１０８は、入力を受け付けた
電気信号の強度が、所定の上側閾値より大きいか否かを
示す電気信号を出力する。

【００５９】一方、下側閾値回路１０９は、入力を受け
付けた電気信号の強度が、所定の下側閾値より小さいか
否かを示す電気信号を出力する。

【００６０】上側閾値回路１０８と、下側閾値回路１０
９と、では、半波整流を行う回路を採用して波形を上側
ピークと下側ピークに分離した後に、閾値処理を行って
パルスを矩形波に変換する。

【００６１】そして、論理和回路１１０は、上側閾値回
路１０８と、下側閾値回路１０９と、の出力の論理和演
算を行って、伝送信号を復元して電気信号として出力す
る。なお、出力結果をさらにレーザダイオード等に与え
ることにより、光信号とすることも可能である。

【００６２】なお、これらの電気信号の処理は、Ａ／Ｄ
（Analog Digital）変換器とともにＤＳＰ（Digital Si
gnal Processor）や汎用のコンピュータを利用してもよ
い。この場合は、当該コンピュータやＤＳＰ等を上記の
分岐部１０７、上側閾値回路１０８、下側閾値回路１０
９、論理和回路１１０として機能させるプログラムを利
用することができる。

【００６３】図３は、実際にこのような光受信装置１０
１と光送信装置２０１とを構成して実験を行った場合の
光信号・電気信号の強度を示すグラフである。以下、本
図を参照して説明する。

【００６４】実験の諸元であるが、データレートはＯＣ
−４８（２.４８８３２ＧＢ／ｓ）であり、光受信装置
１０１と光送信装置２０１とは、２５ｋｍ長の光ファイ
バ２０６で接続されている。

【００６５】光受信装置１０１の前置増幅器１０３は、
エルビウムドープしたファイバ増幅器（Erbium Doped F
iber AmpifierＥＤＦＡ）であり、その利得はおよそ１
０ｄＢである。

【００６６】図３（ａ）は、伝送信号を示すものであ
り、これは「１０１０１１００」に対応する。

【００６７】図３（ｂ）は、これを差動シフトキーイン
グ方式で論理変換した信号であり、信号の結果は、「１
１００１０００」となっている。

【００６８】この信号が光受信装置１０１で受信される
と、偏波制御器１０４によって偏波（Polarization）が
制御された後に光信号が半導体レーザ１０５に注入され
ることとなる。半導体レーザ１０５は、ＤＦＢ ＬＤ
（Distributed Feedback LaserDiode）により構成さ
れ、注入光の位相シフトが位相強度変換現象（Differen
tial Phase to Intensity Conversion；ＤＰＩＣ）によ
り光信号の強度変化に変換される。

【００６９】半導体レーザ１０５の出力は、図３（ｃ）
に示すような形となる。すなわち、図３（ｃ）に示すグ
ラフで、強度が変化するときに対応して、交互に、所定
の基準強度の上側のパルスと下側のパルスとが出力され
る。「両極性パルス」が出力されるのである。

【００７０】図３（ｃ）に示す信号をそれぞれ上側閾値
回路１０８と、下側閾値回路１０９と、に与えると、そ
れぞれ、図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、パルスが上
側閾値を上向きに超え、もしくは、下側閾値を下向きに
超えたときに、「１」に相当する値が出力されることと
なる。すなわち、上記の両極性パルスを２つの矩形波に
変換する。上記のように、上側閾値回路１０８と、下側
閾値回路１０９では、半波整流の後、閾値処理によって
パルスを矩形波にしている様子が本図に示されている。

【００７１】したがって、これらの論理和回路１１０に
より、これらの論理和をとると、図３（ｆ）に示すよう
に、図３（ａ）に示す伝送信号と同じ形状の信号が得ら
れる。

【００７２】本実験により、ＰＲＢＳ（＝2²³-1）に対
するビットエラーレート（Bit ErrorRate；ＢＥＲ）
は、受信光信号のパワーが−１７ｄＢ・ｍであれば、Ｂ
ＥＲは10^-9であり、エラーフリーであることが判明し
た。このようにして、差動シフトキーイング方式による
光位相伝送が実現される。

【００７３】（その他の実施形態）上記実施形態では、
光受信装置１０１で、光信号を電気信号に変換してから
メッセージを復元しているが、光信号の低周波成分を通
過させる光ローパスフィルタ回路、光信号に対して閾値
処理を行い、光信号を出力する光閾値フィルタ回路も提
案されており、これらと光カプラなどを利用して、光回
路のみで本発明の光受信装置を構成することもできる。

【００７４】すなわち、光ローパスフィルタ回路として
は、たとえば光バンドパスフィルタなどの、製品として
一般に提供されているものを使用することができる。

【００７５】光閾値フィルタ回路としては、過飽和吸収
体等、Y．Hashimoto，H．Kurita，and H．Yokoyama「Op
tical noise reduction by a semiconductor waveguide
saturable absorber」Technical Digest of Internati
onal Topical Workshop on Contemporary Photonic Tec
hnology (CPT '98)，Pc-13-1，pp615-616 (1998)に開示
されているような構成例を使用することができる。

【００７６】これら公知の光回路や光素子を用いて、電
気信号への変換を用いずに、光回路や光素子のみで本発
明の光受信装置を構成することができる。このため、光
回路や光素子の結合状態をプログラムによって制御でき
る光回路を含むコンピュータに適切なプログラムを与え
ることにより、当該光回路を含むコンピュータによっ
て、本発明の光受信装置を構成することができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光受信装置、光受信方法、ならびに、これらを光回路を
含むコンピュータにより実現するためのプログラムを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光受信装置の第１の実施形態の概要構
成を示す模式図である。

【図２】本発明の光受信装置の第１の実施形態に対応す
る光送信装置の概要構成を示す模式図である。

【図３】本実施形態の光受信装置と光送信装置とを構成
して実験を行った場合の光信号・電気信号の強度を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０１ 光受信装置 １０２ 光信号 １０３ 前置増幅器 １０４ 偏波制御器 １０５ 半導体レーザ １０６ 光検出器 １０７ 分岐部 １０８ 上側閾値回路 １０９ 下側閾値回路 １１０ 論理和回路 ２０１ 光送信装置 ２０２ 論理変換器 ２０３ 波長可変レーザ ２０４ 位相変調器 ２０５ 光増幅器 ２０６ 光ファイバ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光受信装置であって、光受付部と、半導体
   レーザ部と、検出部と、結果出力部と、 を備え、 前記光受付部は、光位相変調された光信号の入力を受け
   付け、 前記半導体レーザ部は、前記入力を受け付けられた光信
   号と光注入同期して光信号を出力し、 前記検出部は、前記出力された光信号の強度が「上側閾
   値より大きい、もしくは、下側閾値より小さい」旨の情
   報を検出し、 前記結果出力部は、前記検出された情報を伝送信号とし
   て出力することを特徴とするもの。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光受信装置であって、 前記検出部は、光電変換分岐部と、上側閾値部と、下側
   閾値部と、論理和部と、を備え、 前記光電変換分岐部は、前記出力された光信号を２つの
   電気信号に分岐して変換し、 前記上側閾値部は、前記分岐して変換された電気信号の
   一方が、当該上側閾値より大きいか否かを示す電気信号
   を出力し、 前記下側閾値部は、前記分岐して変換された電気信号の
   他方が、当該下側閾値より小さいか否かを示す電気信号
   を出力し、 前記論理和部は、前記上側閾値部と、前記下側閾値部
   と、により出力された電気信号の論理和を示す電気信号
   を、当該検出された情報として出力することを特徴とす
   るもの。
3. 【請求項３】請求項２に記載の光受信装置であって、 前記光電変換分岐部は、前記出力された光信号を電気信
   号に変換してから、当該電気信号を２つに分岐すること
   を特徴とするもの。
4. 【請求項４】請求項２に記載の光受信装置であって、 前記光電変換分岐部は、前記出力された光信号を２つに
   分岐してから、当該分岐された光信号のそれぞれを電気
   信号に変換することを特徴とするもの。
5. 【請求項５】請求項１に記載の光受信装置であって、 前記検出部は、光回路により当該情報を検出し、 前記結果出力部は、光信号を当該伝送信号として出力す
   ることを特徴とするもの。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか１項に記載の光
   受信装置であって、 前記入力を受け付けられる光信号は、差動位相シフトキ
   ーイング方式により光位相変調された光信号であること
   を特徴とするもの。
7. 【請求項７】光受信方法であって、光受付工程と、半導
   体レーザ工程と、検出工程と、結果出力工程と、 を備え、 前記光受付工程では、光位相変調された光信号の入力を
   受け付け、 前記半導体レーザ工程では、前記入力を受け付けられた
   光信号を半導体レーザで光注入同期させて光信号を出力
   させ、 前記検出工程では、前記出力された光信号の強度が「上
   側閾値より大きい、もしくは、下側閾値より小さい」旨
   の情報を検出し、 前記結果出力工程では、前記検出された情報を伝送信号
   として出力することを特徴とする方法。
8. 【請求項８】請求項７に記載の光受信方法であって、 前記検出工程は、光電変換分岐工程と、上側閾値工程
   と、下側閾値工程と、論理和工程と、を備え、 前記光電変換分岐工程では、前記出力された光信号を２
   つの電気信号に分岐して変換し、 前記上側閾値工程では、前記分岐して変換された電気信
   号の一方が、当該上側閾値より大きいか否かを示す電気
   信号を出力し、 前記下側閾値工程では、前記分岐して変換された電気信
   号の他方が、当該下側閾値より小さいか否かを示す電気
   信号を出力し、 前記論理和工程では、前記上側閾値工程と、前記下側閾
   値工程と、にて出力された電気信号の論理和を示す電気
   信号を、当該検出された情報として出力することを特徴
   とする方法。
9. 【請求項９】請求項８に記載の光受信方法であって、 前記光電変換分岐工程では、前記出力された光信号を電
   気信号に変換してから、当該電気信号を２つに分岐する
   ことを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】請求項８に記載の光受信方法であって、 前記光電変換分岐工程では、前記出力された光信号を２
    つに分岐してから、当該分岐された光信号のそれぞれを
    電気信号に変換することを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】請求項７に記載の光受信方法であって、 前記検出工程では、光回路により当該情報を検出し、 前記結果出力工程では、光信号を当該伝送信号として出
    力することを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】請求項７から１１のいずれか１項に記載
    の光受信方法であって、 前記入力を受け付けられる光信号は、差動位相シフトキ
    ーイング方式により光位相変調された光信号であること
    を特徴とする方法。
13. 【請求項１３】光回路を含むコンピュータを、請求項１
    から６のいずれか１項に記載の光受信装置として機能さ
    せることを特徴とするプログラム。
14. 【請求項１４】コンピュータを、光位相変調された光信
    号と光注入同期して出力された光信号の強度が「上側閾
    値より大きい、もしくは、下側閾値より小さい」旨の情
    報を検出するように機能させるプログラムであって、 当該コンピュータを、光電変換分岐部と、上側閾値部
    と、下側閾値部と、論理和部として機能させ、 前記光電変換分岐部は、前記出力された光信号を２つの
    電気信号に分岐して変換し、 前記上側閾値部は、前記分岐して変換された電気信号の
    一方が、当該上側閾値より大きいか否かを示す電気信号
    を出力し、 前記下側閾値部は、前記分岐して変換された電気信号の
    他方が、当該下側閾値より小さいか否かを示す電気信号
    を出力し、 前記論理和部は、前記上側閾値部と、前記下側閾値部
    と、により出力された電気信号の論理和を示す電気信号
    を、当該検出された情報として出力するように機能させ
    ることを特徴とするプログラム。