JP2006352665A

JP2006352665A - 光信号受信装置及び光信号受信方法

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Publication number: JP2006352665A
Application number: JP2005178063A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Murai; 仁村井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-17
Also published as: JP4548236B2

Abstract

【課題】ＯＯＫ光伝送網において、バランス検波を適用することで、受信感度の改善を図る。
【解決手段】光論理ゲート４０、光増幅器２０、クロック再生装置３１、光クロック発生器３３及びバランスレシーバ６０を備えている。光増幅器は、入力された光信号を増幅した後、２分岐して、一方の第１の入力光信号を光論理ゲートに送り、及び、他方の第２の入力光信号をクロック再生装置に送る。クロック再生装置は、第２の入力光信号から電気クロック信号を再生する。光クロック発生器は、電気クロック信号で駆動されて、光クロック信号を生成した後、当該光クロック信号を光論理ゲートに送る。光論理ゲートは、入力された光クロック信号を正論理光信号、及び、正論理光信号に対して相補的な負論理光信号に分離して出力する。バランスレシーバは、正論理光信号と負論理光信号との差分を、受信電気信号として出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＯＯＫ（Ｏｎ−ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ）光伝送網で用いられる、光信号受信装置及び光信号受信方法に関するものである。

光伝送網における通信容量の急速な増加に伴い、伝送速度の高速化が予想される。伝送速度が高速化されると、光伝送網で用いられる光信号受信装置では、受信感度が低下するという課題がある。

この課題に対して、ＤＰＳＫ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）と呼ばれる変調方法を用いることで、受信感度の改善が実現されている（例えば、非特許文献１参照）。ＤＰＳＫは、２値のデジタル符号を差動符号に変換して、この差動符号によって位相変調された位相変調信号を送受信するものである。ＤＰＳＫ光伝送網で用いられる光信号受信装置では、ＤＰＳＫ変調された信号をバランス検波することで２値デジタル符号に復調している。このバランス検波は、光信号受信装置に設けられている１ビット遅延干渉計から２分岐された相補的な２系統干渉計出力に対して行われる。この結果、ＤＰＳＫ光伝送網では高い受信感度が実現される。

ＤＰＳＫ光伝送網に対して２値デジタル符号で強度変調を行う従来の変調方法は、ＯＯＫ（Ｏｎ−ＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）と呼ばれている。非特許文献１では、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの光時分割多重（ＯＴＤＭ：ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）光伝送網に、ＤＰＳＫを適用することで、ＯＯＫに比べて光信号受信装置での受信感度が改善されることが実証されている。

一方、ＤＰＳＫ光伝送網では、差動符号化するためのプリコーダや、差動符号を２値デジタル符号へ復調するためのデコーダが必要になるため、光信号受信装置の構成は複雑になる。従って、経済的には送受信装置の構成が簡易であるＯＯＫ光伝送網が有利である。

ＯＯＫ光伝送網においても、搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ：ＣａｒｒｉｅｒＳｕｐｐｒｅｓｓｅｄＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）信号等を用いることにより、光ファイバの非線形光学効果に耐性のある良質な１６０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送が可能なことが示されている（例えば、非特許文献２参照）。非特許文献２に開示されている光信号受信装置では、ＥＡ変調器を光ゲートとして用いた２値検波を行っている。
Ｓ．Ｆｅｒｂｅｒｅｔ．ａｌ．，"ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＤＰＳＫａｎｄＯＯＫｍｏｄｕｒａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｉｎａ１６０Ｇｂ／ｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ"，ＥＣＯＣ２００３，ＰａｐｅｒＴｈ２．６．２Ｈ．Ｍｕｒａｉｅｔ．ａｌ．，"ＳｉｎｇｌｅＣｈａｎｎｅｌ１６０Ｇｂｉｔ／ｓＣａｒｒｉｅｒ−ＳｕｐｐｒｅｓｓｅｄＲＺＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｖｅｒ６４０ｋｍｗｉｔｈＥＡＭｏｄｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄＯＴＤＭＭｏｄｕｌｅ"，ＥＣＯＣ２００３，ＰａｐｅｒＭｏ３．６．４

ＤＰＳＫ光伝送網は、ＯＯＫ光伝送網に比べて、高い受信感度を達成できるが、その送受信装置構成は複雑になる。一方、ＯＯＫ光伝送網は、送受信装置の構成が簡単にできるため、システム運用のコストや初期投資の観点では、ＤＰＳＫ光伝送網よりも実用的であるが、受信感度が劣るという解決すべき課題がある。

そこで、この出願に係る発明者は、鋭意研究を行ったところ、ＯＯＫ光伝送網においても、従来は適用されていなかったバランス検波を適用することができることを発見した。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、ＯＯＫ光伝送網において、バランス検波を適用することで、受信感度の改善を図ることができる光信号受信装置、及び、光信号受信装置での光信号受信方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の光信号受信装置は、光論理ゲート、光増幅器、クロック再生装置、光クロック発生器及びバランスレシーバを備えている。光増幅器は、入力された光パルス信号を増幅した後、増幅された光パルス信号を２分岐して、一方の第１の入力光信号を光論理ゲートに送り、及び、他方の第２の入力光信号をクロック再生装置に送る。クロック再生装置は、第２の入力光信号から電気クロック信号を再生した後、電気クロック信号を光クロック発生器に送る。光クロック発生器は、電気クロック信号の周期と同じ周期の光パルス列である光クロック信号を生成した後、光クロック信号を光論理ゲートに送る。光論理ゲートは、入力された光クロック信号を第１の入力光信号に属する光パルスに対して、時間軸上で重なった光パルスを含む正論理光信号、及び、正論理光信号に対して相補的な負論理光信号に分離して、それぞれ第１のパルス信号端子及び第２のパルス信号端子から出力する。バランスレシーバは、正論理光信号と、負論理光信号との差分を、受信電気信号として出力する。

上述した光信号受信装置の実施にあたり、好ましくは、光論理ゲートとして、非線形光ファイバと、非線形光ファイバをループ状に接続する第１の光カプラと、非線形光ファイバに第１の入力光信号を入力する第２の光カプラを備え、非線形光ファイバの両端をそれぞれ第１及び第２のパルス信号端子に接続した非線形光学ループミラーを用いるのが良い。

また、光論理ゲートとして、第１の入力光信号及び光クロック信号を合波する光カプラと、非線形光ファイバと、光バンドパスフィルタと、２つの出力端子がそれぞれ第１及び第２のパルス信号端子に接続されている偏波ビームスプリッタとを備える偏波分離スイッチを用いても良い。

また、この発明の光信号受信方法は、以下の過程を備えている。先ず、入力された光信号を増幅した後、増幅された光信号を２分岐して、第１の入力光信号及び第２の入力光信号を生成する。次に、第２の入力光信号から電気クロック信号を再生する。次に、電気クロック信号の周期と同じ周期の光パルス列である光クロック信号を生成する。次に、光クロック信号を、第１の入力光信号の光パルスに対して、時間軸上で重なった光パルスを含む正論理光信号、及び、正論理光信号に対して相補的な信号を負論理光信号に分離する。次に、正論理光信号及び負論理光信号の差分を受信電気信号として出力する。

この発明の光信号受信装置及び光信号受信方法によれば、ＯＯＫ光伝送網で光信号を受信するにあたり、バランス検波を適用することで、受信感度の改善を図ることができる。また、光論理ゲートに非線形光学ループミラーを用いると、非線形光学ミラーでの波形整形効果があるため、受信感度をさらに改善することができる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態の光信号受信装置について説明する。図１は、第１実施形態の光信号受信装置を説明するための概略構成図である。ここでは、一例として１６０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送に用いる光信号受信装置について説明する。

光信号受信装置１０は、光論理ゲート４０、光増幅器２０、クロック再生装置３１、光クロック発生器３３及びバランスレシーバ６０を備えている。第１実施形態の光信号受信装置１０では、光論理ゲート４０として非線形光学ループミラー（ＮＯＬＭ：ＮｏｎｌｉｎｅａｒＯｐｔｉｃａｌＬｏｏｐＭｉｒｒｏｒ）を備えている。以下の説明では、ＮＯＬＭにも光論理ゲートと同じ符号４０を付して説明する。

光信号受信装置１０が接続されている光伝送網（図示を省略する。）から受信した１６０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号（図中、矢印Ｓ１０１で示す。）は、光増幅器２０に入力される。光増幅器２０は、入力された光信号の光強度を増幅して出力する機能を有していて、任意好適な従来周知の光増幅器を用いることができる。

光増幅器２０の出力は２分岐されていて、一方はＮＯＬＭ４０に接続され、及び、他方はクロック再生装置３１に接続されている。入力された光信号Ｓ１０１が光増幅器２０で増幅された後、２分岐されて生成した一方の第１の入力光信号（図中、矢印Ｓ１０３で示す。）は、ＮＯＬＭ４０に送られ、他方の第２の入力光信号（図中、矢印Ｓ１０５で示す。）はクロック再生装置３１に送られる。

クロック再生装置３１は、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの第２の入力光信号Ｓ１０５から、クロック信号を抽出することにより、４０ＧＨｚの電気クロック信号（図中、矢印Ｓ１１１で示す。）を再生する。クロック再生装置３１は、任意好適な従来周知の構成を適用することができ、例えば、位相同期ループ（ＰＬＬ：ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路を用いることができる。

クロック再生装置３１で再生された電気クロック信号Ｓ１１１は、光クロック発生器３３へ送られる。光クロック発生器３３は、電気クロック信号Ｓ１１１で駆動されて、光クロック信号（図中、Ｓ１１３で示す。）を生成する機能を有していれば良く、例えば、モード同期半導体レーザ（ＭＬＬＤ：Ｍｏｄｅ−ＬｏｃｋｅｄＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）を用いることができる。以下、光クロック発生器３３として、ＭＬＬＤを用いた例について説明するが、何ら、ＭＬＬＤに限定されるものではない。また、以下の説明では、ＭＬＬＤにも光クロック発生器３３と同じ符号を付して説明する。

ＭＬＬＤ３３は、例えば、導波路層の長手方向に、変調領域と、誘導光を放出する利得領域とを備えて構成されていて、導波路層の長手方向の両端に劈開で形成された両端面間で共振器が構成される。変調領域に、電気クロック信号Ｓ１１１を印加することで、電気クロック信号Ｓ１１１の周期に対応する周期で、変調領域が光を透過したり遮断したりするシャッタとして動作する。その結果、ＭＬＬＤ３３においては、電気クロック信号の周期と同じ周期の光クロック信号Ｓ１１３を生成することができる。ここでは、ＭＬＬＤ３３は、クロック再生装置３１で再生された電気クロック信号Ｓ１１１の周波数は４０ＧＨｚなので、ＭＬＬＤ３３は、光クロック信号Ｓ１１３として、周期が４０ＧＨｚの光パルス列を発生する。ＭＬＬＤ３３で発生した光クロック信号Ｓ１１３は、ＮＯＬＭ４０に送られる。

ＮＯＬＭ４０は、非線形光ファイバ４１、第１の光カプラ４３、及び、第２の光カプラ４５を備えている。非線形光ファイバ４１は、５０：５０の光カプラである第１の光カプラ４３によってループ状に接続されている。ループ状に接続されている非線形光ファイバ４１の両端に、それぞれ、第１及び第２のパルス信号端子４７及び４９が設けられている。第２のパルス信号端子４９には、ＭＬＬＤ３３で発生した光クロック信号Ｓ１１３が、第１の光遅延器３５及び光サーキュレータ３７を経て入力される。なお、第１の光遅延器は、遅延量が可変のものを用いている。

第２のパルス信号端子４９から入力された光クロック信号Ｓ１１３は、第１の光カプラ４３で、等しい強度に２分割されて、ループ状の非線形光ファイバ４１内を、それぞれ右回り（時計回り）及び左回り（反時計回り）に伝播する。右回りに伝播する光クロック信号（図中、矢印Ｓ１１５で示す。）及び左回りに伝播する光クロック信号（図中、矢印Ｓ１１７で示す。）は、同一光路長を伝播する。従って、第１の光カプラ４３で合流する際には、右回りに伝播する光クロック信号Ｓ１１５及び左回りに伝播する光クロック信号Ｓ１１７の相対的な位相差が０である。第１の光カプラ４３での合流によって得られた光クロック信号は、ＮＯＬＭ４０をミラーとして、当該ミラーで反射されるように、第２のパルス信号端子４９から出力される。なお、以下の説明では、右回りに伝播する光クロック信号Ｓ１１５及び左回りに伝播する光クロック信号Ｓ１１７を、それぞれ、右回り信号及び左回り信号と称することもある。

ＮＯＬＭ４０に入力される光クロック信号Ｓ１１３は、遅延量が可変である第１の遅延器３５でタイミングが調整される。その結果、右回り信号Ｓ１１５は、第１の入力光信号Ｓ１０３と同期する。

光増幅器２０から送られた第１の入力光信号Ｓ１０３は、第２の光カプラ４５を経て、ループ状の非線形光ファイバ４１内に入力される。第１の入力光信号Ｓ１０３は、ループ状の非線形光ファイバ４１内を右回りに伝播する。互いに同じ方向に伝播する、４０ＧＨｚの、右回り信号Ｓ１１５と、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの第１の入力光信号Ｓ１０３のそれぞれに属する光パルスが時間軸上で重なると、右回り信号Ｓ１１５に属する光パルスは、非線形光ファイバ４１において、相互位相変調（ＸＰＭ）を受けて、位相が左回り信号Ｓ１１７の位相に対して１８０度変化する。第１の光カプラ４３で合流する際に、右回り信号Ｓ１１５の位相が１８０度ずれている場合は、合流した光クロック信号は、第１のパルス信号端子４７から出力される。ここでは、第１の入力光信号Ｓ１０３のビットレートが１６０Ｇｂｉｔ／ｓであり、光クロック信号Ｓ１１３の周期が４０ＧＨｚなので、正論理光信号Ｓ１２１は、ビットレートが４０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号、すなわち、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの入力光信号を時分割分離した光信号になる。

一方、右回り信号Ｓ１１５の各パルスの中で、第１の入力光信号Ｓ１０３の光パルスと時間軸上で重ならないものは、非線形光ファイバ４１内で位相変調を受けないため、光カプラ４３での合流の際に、右回り信号Ｓ１１５と左回り信号Ｓ１１７の位相がそろっている。従って、合流して生成された光クロック信号は、第２のパルス信号端子４９から出力される。すなわち、第２のパルス信号端子４９から出力される信号は、第１のパルス信号端子４７から出力される正論理光信号Ｓ１２１と相補的な信号である負論理光信号Ｓ１２３となる。

図２を参照して、入力光信号Ｓ１０１、正論理光信号Ｓ１２１及び負論理光信号Ｓ１２３の信号波形について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、入力光信号Ｓ１０１、正論理光信号Ｓ１２１及び負論理光信号Ｓ１２３の信号波形を説明するための図であって、横軸に時間（ｐｓ）を取って示し、及び、縦軸に光信号の強度（ｍＷ）を取って示している。なお、図２（Ａ）は、入力光信号Ｓ１０１の波形を示しているが、第１及び第２の入力光信号Ｓ１０３及びＳ１０５は、その強度は異なるものの、パルスの形状は入力光信号Ｓ１０１と同様なので、波形の説明においては、入力光信号Ｓ１０１、第１及び第２の入力光信号Ｓ１０３及びＳ１０５を区別しない。また、光クロック信号Ｓ１１３、右回り信号Ｓ１１５及び左回り信号Ｓ１１７についても、その強度は異なるものの、パルスの形状は光クロック信号Ｓ１１３と同様なので、波形の説明においては、光クロック信号Ｓ１１３、右回り信号Ｓ１１５及び左回り信号Ｓ１１７を区別しない。

１６０Ｇｂｉｔ／ｓの入力光信号Ｓ１０１に対して、４０ＧＨｚの光クロック信号Ｓ１１３が同期している場合には、光クロック信号Ｓ１１３の光パルスと、入力光信号Ｓ１０１の光パルスとが時間軸上で重なったときに、正論理光信号Ｓ１２１として、約３ｍＷ以上の強度の光パルスが出力される。一方、光クロック信号Ｓ１１３の光パルスと、入力光信号Ｓ１０１の光パルスとが時間軸上で重ならないときは、正論理光信号Ｓ１２１の出力は、ほぼ０ｍＷである（図２（Ｂ）参照）。

一方、光クロック信号Ｓ１１３の光パルスと、入力光信号Ｓ１０１の光パルスとが時間軸上で重なったとき、すなわち、正論理光信号Ｓ１２１の出力が３ｍＷ以上のときは、負論理光信号Ｓ１２３の出力は、ほぼ０ｍＷである。一方、光クロック信号Ｓ１１３の光パルスと、入力光信号Ｓ１０１の光パルスとが時間軸上で重ならないとき、すなわち、正論理光信号Ｓ１２１の出力がほぼ０ｍＷのときは、負論理光信号Ｓ１２３の出力は、３ｍＷ以上になる（図２（Ｃ）参照）。

正論理光信号Ｓ１２１は、第１のパルス信号端子４７から出力された後、第１のバンドパスフィルタ５１及び第２の光遅延器５５を経て、バランスレシーバ６０に送られる。第１のバンドパスフィルタ５１は、ＭＬＬＤ３３の出力である光クロック信号Ｓ１１３と等しい波長の光を通過させ、それ以外の波長の光を遮断するように予め設定されている。この設定により、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの第１の入力光信号Ｓ１０３は遮断されて、正論理光信号Ｓ１２１だけが、バランスレシーバ６０に入力される。

負論理光信号Ｓ１２３は、第２のパルス信号端子４９から出力された後、光サーキュレータ３７を経て第２のバンドパスフィルタ５３に送られる。第２のバンドパスフィルタ５３は、第１のバンドパスフィルタ５１と同様に予め設定されている。この設定により、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの第１の入力光信号Ｓ１０３は遮断されて、負論理光信号Ｓ１２３だけが、バランスレシーバ６０に入力される。

第２の光遅延器５５によって、正論理光信号Ｓ１２１と負論理光信号Ｓ１２３とのタイミングが予め調整されている。この結果、正論理光信号Ｓ１２１と負論理光信号Ｓ１２３は、同期してバランスレシーバ６０に入力される。なお、ＮＯＬＭ４０からバランスレシーバ６０までの光路長が、正論理光信号Ｓ１２１が伝播する光路と、負論理光信号Ｓ１２３が伝播する光路とで等しくなる場合は、第２の光遅延器５５を備えない構成にすることも可能である。

バランスレシーバ６０は、ＤＰＳＫ光伝送網の光信号受信装置で用いられているもの（例えば、非特許文献１の図１中に記載されているｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｂａｌａｎｃｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒ）と同様のものを用いることができる。バランスレシーバ６０では入力された正論理光信号Ｓ１２１と負論理光信号Ｓ１２３に対してバランス検波して、すなわち、正論理光信号Ｓ１２１と負論理光信号Ｓ１２３との差分を電気信号に変換して、受信電気信号（図１中、矢印Ｓ１２５で示す。）として出力する。

図３を参照して従来のＯＯＫ光伝送網で用いられている２値検波による受信波形と、本発明のバランス検波による受信波形について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、２値検波及びバランス検波を行ったときの受信電気信号のアイダイアグラムを示している。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、横軸に時間（ｐｓ）を取って示し、及び、縦軸に信号強度を任意単位（ａ．ｕ．）で示している。従来の２値検波による場合、図２（Ｂ）に示した正論理光信号Ｓ１２１を、例えば、フォトダイオードで変換して受信電気信号としている（図３（Ａ））。これに対して、第１実施形態の光信号受信装置では、図２（Ｂ）に示した正論理光信号Ｓ１２１及び図２（Ｃ）に示した負論理光信号Ｓ１２３の入力に対してバランス検波を行っている（図３（Ｂ））。バランス検波を行う場合、正論理光信号Ｓ１２１と相補的な負論理光信号Ｓ１２３との差分を取って受信電気信号としているので、アイ開口は２倍程度に大きくなる。すなわち、バランス検波を用いると、２値検波を用いる場合に比べて、受信感度が改善される。

図４は、符号誤り率の閾値依存性を示す図である。横軸に閾値電圧Ｖｔｈ（ａ．ｕ．）を取って示し、縦軸に、符号誤り率を取って示している。図中、実線Ｉ_a及びＩ_bは、バランス検波の場合の符号誤り率を示し、点線ＩＩ_a及びＩＩ_bは、従来の２値検波の場合の符号誤り率を示している。また、実線Ｉ_a及び点線ＩＩ_aは、符号「１」に対応する符号誤り率の閾値（Ｖｔｈ）依存性を示し、一方、実線Ｉ_b及び点線ＩＩ_bは、符号「０」に対応する符号誤り率の閾値（Ｖｔｈ）依存性を示している。バランス検波を用いる場合は、実線Ｉ_a及びＩ_bの間に、閾値Ｖｔｈを設定すれば良く、２値検波を用いる場合は、点線ＩＩ_a及びＩＩ_bの間に、閾値Ｖｔｈを設定すれば良い。バランス検波の場合は、実線Ｉ_a及びＩ_bの横軸方向の間隔が閾値Ｖｔｈの設定可能範囲となり、２値検波の場合は、点線ＩＩ_a及びＩＩ_bの横軸方向の間隔が閾値Ｖｔｈの設定可能範囲になる。例えば、符号誤り率が１０^-9の場合の閾値Ｖｔｈを比較すると、２値検波の場合は、閾値Ｖｔｈの設定可能範囲が任意の電圧単位で６０（図中、破線表示の矢印参照。）以下であるのに対し、バランス検波の場合は、１２０（図中、実線表示の矢印参照。）以上であり、閾値Ｖｔｈの設定可能範囲は２倍以上の余裕がある。

図５は、符号誤り率の受信信号強度依存性を示す図である。図５では、横軸に受信信号強度（ｄＢｍ）を取って示し、縦軸に、符号誤り率を取って示している。図中、実線ＩＩＩはバランス検波の場合の符号誤り率を示し、点線ＩＶは２値検波の場合の符号誤り率を示している。いずれの場合も、受信信号強度が下がると符号誤り率は高くなるが、同じ符号誤り率、例えば、符号誤り率が１０^-9の場合の信号強度を比較すると、バランス検波を用いる場合は、２値検波を用いる場合に比べて、４ｄＢ程度受信感度が向上する。

（第２実施形態）
図６を参照して、第２実施形態の光信号受信装置について説明する。図６は、第２実施形態の光信号受信装置を説明するための概略構成図である。なお、第１実施形態の光信号受信装置と重複する説明は省略する。

光信号受信装置１２は、光論理ゲートとして偏波分離スイッチ７０、光増幅器２０、クロック再生装置３１、光クロック発生器３３及びバランスレシーバ６０を備えている。

光信号受信装置１２が接続されている光伝送網（図示を省略する。）から受信した１６０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号Ｓ１０１は、光増幅器２０に入力される。

光増幅器２０の出力は２分岐されていて、一方は偏波分離スイッチ７０に接続され、及び、他方はクロック再生装置３１に接続されている。入力された光信号Ｓ１０１が光増幅器２０で増幅された後、２分岐されて生成した一方の第１の入力光信号Ｓ１０３は、偏波分離スイッチ７０に送られ、他方の第２の入力光信号Ｓ１０５はクロック再生装置３１に送られる。

クロック再生装置３１は、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの第２の入力光信号Ｓ１０５から、クロック信号を抽出することにより、４０ＧＨｚの電気クロック信号Ｓ１１１を再生する。

クロック再生装置３１で再生された電気クロック信号Ｓ１１１は、光クロック発生器３３へ送られる。光クロック発生器３３として用いられるＭＬＬＤ３３は、電気クロック信号Ｓ１１１の周期と同じ周期の光パルス列である光クロック信号Ｓ１１３を生成する。

ここで、光増幅器２０で増幅された第１の入力光信号Ｓ１０３及びＭＬＬＤ３３で生成された光クロック信号Ｓ１１３はいずれも直線偏波の光信号である。

偏波分離スイッチ７０は、光カプラ７１、非線形光ファイバ７３、光バンドパスフィルタ７５及び偏波ビームスプリッタ７７を備えている。

ＭＬＬＤ３３で発生した後、第１の光遅延器３５を経て入力される光クロック信号Ｓ１１３、及び、光増幅器２０から送られた第１の入力光信号Ｓ１０３は、光カプラ７１で合流した後に非線形光ファイバ７３に入力される。

偏波分離スイッチ７０に入力される光クロック信号Ｓ１１３は、遅延量が可変である第１の遅延器３５でタイミングが調整される。その結果、光クロック信号Ｓ１１３は、第１の入力光信号Ｓ１０３と同期する。

図７を参照して、非線形光ファイバ７３での光クロック信号Ｓ１１３の伝播について説明する。図７は、非線形光ファイバ７３での光クロック信号Ｓ１１３の伝播を説明するための図である。

非線形光ファイバ７３の伝播方向に直角な方向であって、互いに直交する光学座標としてｘ軸及びｙ軸を設定する。第１の入力光信号Ｓ１０３を、予めその偏波方向をｙ軸の方向に設定して非線形光ファイバ７３に入射し、及び、光クロック信号Ｓ１１３を、その偏波方向を第１の入力光信号Ｓ１０３、すなわち、ｙ軸に対して時計回りに４５度傾けて非線形光ファイバ７３に入射する（図７（Ａ））。なお、非線形光ファイバ７３に入射する際の偏波方向を保証するために、光増幅器２０及びＭＬＬＤ３３の双方またはいずれか一方の出力部に、任意好適な従来周知の偏波コントローラを設けても良い。

光クロック信号Ｓ１１３は、ｘ軸及びｙ軸方向の偏波成分を有した状態で非線形光ファイバ７３内を伝播する（図７（Ｂ））。なお、図７では、ｘ軸方向の偏波成分を符号Ｓ１１３ａで示し、ｙ軸方向の偏波成分を符号Ｓ１１３ｂで示す。

ここで、光クロック信号Ｓ１１３の偏波成分であって、偏波方向が第１の入力光信号Ｓ１０３と等しい偏波成分Ｓ１１３ｂ、すなわち、光クロック信号Ｓ１１３のｙ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ｂと、第１の入力光信号Ｓ１０３のそれぞれに属する光パルスが時間軸上で重なると、光クロック信号Ｓ１１３に属する光パルスは、非線形光ファイバ７３において、相互位相変調（ＸＰＭ）を受けて、光クロック信号Ｓ１１３のｙ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ｂの位相が１８０度変化する。

光クロック信号Ｓ１１３のｙ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ｂの光パルスが１８０度の位相変化を受けると、ｙ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ｂは、−ｙ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ｃに変換される。この結果、光クロック信号Ｓ１１３ｄの偏波方向は、ｘ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ａと−ｙ軸方向の偏波成分Ｓ１１３ｃとを合波したものとなり、光クロック信号Ｓ１１３ｄは、偏波方向がｙ軸に対して時計回りに１３５度の方向に変換されて出力される（図７（Ｃ））。

偏波方向が第１の入力光信号Ｓ１０３と等しい偏波成分Ｓ１１３ｂと、第１の入力光信号Ｓ１０３のそれぞれに属する光パルスが時間軸上で重ならない場合は、非線形光ファイバ７３において、相互位相変調（ＸＰＭ）を受けないので、光クロック信号Ｓ１１３の位相は変化しない。この結果、光クロック信号Ｓ１１３は、その偏波面がｙ軸に対して４５度の方向のまま出力される。

非線形光ファイバ７３から出力した第１の入力光信号Ｓ１０３と、光クロック信号Ｓ１１３及びＳ１１３ｄとが合波された光信号は、光バンドパスフィルタ７５で第１の入力光信号Ｓ１０３が除去された後、偏波ビームスプリッタ７７に送られる。偏波ビームスプリッタ７７では、偏波方向がｙ軸に対して１３５度の方向の光クロック信号Ｓ１１３ｄを正論理光信号（図６中、矢印Ｓ１３１で示す。）として、及び、偏波面がｙ軸に対して４５度の方向の光クロック信号Ｓ１１３を負論理光信号（図６中、矢印Ｓ１３３で示す。）として、光クロック信号Ｓ１１３及びＳ１１３ｄをその偏波方向に応じて、正論理光信号Ｓ１３１及び負論理光信号Ｓ１３３に分離して出力する。

正論理光信号Ｓ１３１は、偏波分離スイッチ７０の第１のパルス端子７８から出力され、正論理光信号Ｓ１３１と相補的な負論理光信号Ｓ１３３は、偏波分離スイッチ７０の第２のパルス端子７９から出力される。

正論理光信号Ｓ１３１及び負論理光信号Ｓ１３３は、バランスレシーバ６０に送られる。バランスレシーバ６０は、ＤＰＳＫ光伝送網の光信号受信装置で用いられているものと同様のものを用いることができ、入力された正論理光信号と負論理光信号との差分を、電気信号に変換して、受信電気信号Ｓ１２５として出力する。

第２実施形態の光信号受信装置によれば、波形整形効果を有するＮＯＬＭを用いた、第１実施形態の光信号受信装置に比べて、受信感度がやや劣るものの、第１実施形態の光信号受信装置に比べてさらに簡単な構成になる。

第１実施形態の光信号受信装置を説明するための概略構成図である。入力光信号、正論理光信号及び負論理光信号の信号波形を説明するための図である。２値検波及びバランス検波による受信電気信号のアイダイアグラムである。符号誤り率の閾値依存性を示す図である。符号誤り率の受信信号強度依存性を示す図である。第２実施形態の光信号受信装置を説明するための概略構成図である。非線形光ファイバでの光クロック信号の伝播を説明するための図である。

符号の説明

１０、１２光信号受信装置
２０光増幅器
３１クロック再生装置
３３光クロック発生器（ＭＬＬＤ）
３５第１の光遅延器
３７光サーキュレータ
４０光論理ゲート（ＮＯＬＭ）
４１、７３非線形光ファイバ
４３第１の光カプラ
４５第２の光カプラ
４７第１のパルス信号端子
４９第２のパルス信号端子
５１第１のバンドパスフィルタ
５３第２のバンドパスフィルタ
５５第２の光遅延器
６０バランスレシーバ
７０偏波分離スイッチ
７１光カプラ
７５光バンドパスフィルタ
７７偏波ビームスプリッタ

Claims

光論理ゲート、光増幅器、クロック再生装置、光クロック発生器及びバランスレシーバを備え、
前記光増幅器は、入力された光パルス信号を増幅した後、増幅された当該光パルス信号を２分岐して、一方の第１の入力光信号を前記光論理ゲートに送り、及び、他方の第２の入力光信号を前記クロック再生装置に送り、
前記クロック再生装置は、前記第２の入力光信号から電気クロック信号を再生した後、該電気クロック信号を前記光クロック発生器に送り、
前記光クロック発生器は、前記電気クロック信号の周期と同じ周期の光パルス列である光クロック信号を生成した後、該光クロック信号を前記光論理ゲートに送り、
前記光論理ゲートは、入力された光クロック信号を、前記第１の入力光信号に属する光パルスに対して時間軸上で重なった光パルスを含む正論理光信号と、前記正論理光信号に対して相補的な負論理光信号とに分離して、それぞれ第１のパルス信号端子及び第２のパルス信号端子から出力し、
前記バランスレシーバは、前記正論理光信号と前記負論理光信号との差分を、受信電気信号として出力する
ことを特徴とする光信号受信装置。
前記光論理ゲートとして、
非線形光ファイバと、前記非線形光ファイバをループ状に接続する第１の光カプラと、前記非線形光ファイバに前記第１の入力光信号を入力する第２の光カプラを備え、前記非線形光ファイバの両端をそれぞれ第１及び第２のパルス信号端子に接続した非線形光学ループミラーを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の光信号受信装置。
前記光論理ゲートとして、
前記第１の入力光信号及び前記光クロック信号を合波する光カプラと、非線形光ファイバと、光バンドパスフィルタと、２つの出力端子がそれぞれ前記第１及び第２のパルス信号端子に接続されている偏波ビームスプリッタとを備える偏波分離スイッチを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の光信号受信装置。
入力された光信号を増幅した後、増幅された当該光信号を２分岐して、第１の入力光信号及び第２の入力光信号を生成する過程と、
前記第２の入力光信号から電気クロック信号を再生する過程と、
前記電気クロック信号の周期と同じ周期の光パルス列である光クロック信号を生成する過程と、
前記光クロック信号を、前記第１の入力光信号に属する光パルスに対して、時間軸上で重なった光パルスを含む正論理光信号と、該正論理光信号に対して相補的な負論理光信号とに分離する過程と、
前記正論理光信号及び前記負論理光信号の差分を受信電気信号として出力する過程と
を備えることを特徴とする光信号受信方法。