JP2009296623A - Coherent optical transceiver - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and polarization-independent optical transceiver capable of receiving high-speed signal light in accordance with a coherent reception system. <P>SOLUTION: In a coherent optical transceiver, a coherent light beam output from a light source 21 is split into two by a beam splitter 41, one coherent light beam is modulated by an optical modulator 42 and transmitted to an optical transmission line 50, and the other coherent light beam is sent to an acousto-optic polarization mode converter 31 of a local oscillation light generating unit 11. The local oscillation light generating unit 11 generates local oscillation light by polarizing and multiplexing orthogonal polarization components in optical frequencies different from each other, and the local oscillation light beam and a reception signal light beam are combined by a 2×4 hybrid circuit 12 and then photo-electric-converted by two differential photodetectors 13, 14, further converted into digital signals by A/D conversion circuits 15, 16 and then subjected to signal processing by a digital arithmetic circuit 17, thereby estimating reception data. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光伝送システムに用いられる光送受信機に関し、特に、信号光の偏波状態に依存しないコヒーレント受信方式の光送受信機に関する。   The present invention relates to an optical transceiver used in an optical transmission system, and more particularly to a coherent receiving optical transceiver that does not depend on the polarization state of signal light.

40ギガビット毎秒(Gbit/s)以上の超高速光伝送システムを実現するために、RZ−DQPSK(Return-to-Zero Differential Quadrature Phase Shift Keying)変調方式の送受信機が開発されている。今後、RZ−DQPSK送受信機の光雑音耐力を一層改善すると共に、大きなサイズを占めている光可変分散補償器を、強力な電気的信号処理で代用するなどして小型化することが望まれている。それらを実現する手段として、例えば、ホモダイン(homodyne)方式、イントラダイン(intradyne)方式またはヘテロダイン(heterodyne)方式等のコヒーレント受信方式を採用することが有望であり、検討されている(例えば、非特許文献1参照)。コヒーレント受信方式によれば、光雑音耐力が3dB改善すると共に、遅延直接検波と比較して、光電変換後の電気的信号処理による波長分散歪の補償能力が格段に増大すると考えられている。   In order to realize an ultra high-speed optical transmission system of 40 gigabits per second (Gbit / s) or more, a transmitter / receiver of an RZ-DQPSK (Return-to-Zero Differential Quadrature Phase Shift Keying) modulation system has been developed. In the future, it is desired to further improve the optical noise immunity of the RZ-DQPSK transceiver and to reduce the size of the optical tunable dispersion compensator, which occupies a large size, by replacing it with powerful electric signal processing. Yes. As means for realizing them, for example, a coherent reception system such as a homodyne system, an intradyne system, or a heterodyne system is promising and has been studied (for example, non-patented). Reference 1). According to the coherent reception method, the optical noise resistance is improved by 3 dB, and it is considered that the compensation capability of chromatic dispersion distortion by electrical signal processing after photoelectric conversion is significantly increased as compared with delayed direct detection.

しかし、上記のコヒーレント受信方式では、光受信機に具備する局部発振光源から出力される局部発振光の偏波状態が、受信した信号光の偏波状態と直交していると受信ができないという原理的な問題点がある。光伝送路を伝搬して受信される信号光の偏波状態は、光伝送路の状態によって常に変動するため、上記の問題点を解決するための仕組みが重要である。   However, in the above coherent reception method, the principle that the polarization state of the local oscillation light output from the local oscillation light source provided in the optical receiver is orthogonal to the polarization state of the received signal light cannot be received. There are some problems. Since the polarization state of the signal light received through the optical transmission line always varies depending on the state of the optical transmission line, a mechanism for solving the above-described problems is important.

コヒーレント光受信機の偏波依存性をなくすための従来技術としては、例えば、次に示すような方式等が知られている(例えば、非特許文献2,3参照)。
(I)無限追従自動偏波制御器を具備して、常に受信信号光の偏波状態が、局部発振光の偏波状態と一致するように制御する方式
(II)位相ハイブリッド回路と光電変換部を二重化した偏波ダイバーシティ受光フロントエンドを用いる方式
(III)局部発振光を偏波多重光とし、互いに直交する偏波成分の一方の光周波数を、信号帯域幅と比較して2倍程度以上シフトしたものを用意してコヒーレント受信を行い、光電変換後に周波数分離を行うことによって偏波成分毎の検出を行う方式
As conventional techniques for eliminating the polarization dependency of the coherent optical receiver, for example, the following methods are known (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3).
(I) A system comprising an infinite-tracking automatic polarization controller and always controlling the polarization state of the received signal light to coincide with the polarization state of the local oscillation light. (II) Phase hybrid circuit and photoelectric conversion unit (III) Using locally polarized light as polarization multiplexed light, and shifting one optical frequency of polarization components orthogonal to each other by about twice or more compared to the signal bandwidth To detect each polarization component by coherent reception using the prepared and performing frequency separation after photoelectric conversion

F. Derr, "Coherent optical QPSK intradyne system: Concept and digital receiver realization", Journal of Lightwave Technology. Vol. 10, No. 9, p. 1290-1296, September 1992.F. Derr, "Coherent optical QPSK intradyne system: Concept and digital receiver realization", Journal of Lightwave Technology.Vol. 10, No. 9, p. 1290-1296, September 1992. L. G. Kazovsky, "Phase- and polarization-diversity coherent optical techniques", Journal of Lightwave Technology, Vol. 7, No. 2, p. 279-292, February 1989.L. G. Kazovsky, "Phase- and polarization-diversity coherent optical techniques", Journal of Lightwave Technology, Vol. 7, No. 2, p. 279-292, February 1989. A. D. Kersey et al., "New polarisation-insensitive detection technique for coherent optical fibre heterodyne communications", Electronics Letters, Vol.23, p. 924-926, Aug. 27, 1987.A. D. Kersey et al., "New polarisation-insensitive detection technique for coherent optical fiber heterodyne communications", Electronics Letters, Vol. 23, p. 924-926, Aug. 27, 1987.

しかしながら、上記のような従来技術については、例えば40Gbit/s等の高速な信号光を受信でき、小型かつ偏波無依存のコヒーレント光受信機を実現することが難しいという課題である。すなわち、上記(I)の方式の実現には、無限追従自動偏波制御器が必要であるため、小型化が困難である。また、上記(II)の方式の実現には、2倍程度以上の大規模な受光フロントエンド回路が必要であるため、小型化が困難である。さらに、上記(III)の方式の実現には、信号帯域幅に対して3倍程度以上の広帯域の受光帯域を有する電子回路が必要になるため、高ビットレートの信号光への対応が困難である。   However, the conventional technology as described above is a problem that it is difficult to realize a small-size and polarization-independent coherent optical receiver that can receive high-speed signal light such as 40 Gbit / s. That is, in order to realize the method (I), an infinite tracking automatic polarization controller is required, and thus it is difficult to reduce the size. In addition, the realization of the above-described method (II) requires a large-scale light receiving front-end circuit that is about twice or more, so that it is difficult to reduce the size. Furthermore, in order to realize the method (III), an electronic circuit having a light receiving band that is about three times as large as the signal bandwidth is required. Therefore, it is difficult to deal with high bit rate signal light. is there.

ここで、上記(III)の方式の課題について具体的に説明する。   Here, the problem of the method (III) will be specifically described.

図8は、上記(III)の方式を適用したコヒーレント光受信機の構成を示した図である。この従来のコヒーレント光受信機では、局部発振光発生部101において、光源111から出力される光角周波数ωの光が、光アイソレータ112を介して偏波ビームスプリッタ(Polarization Beam Splitter:PBS)113に与えられ、直交する偏波成分に分離される。そして、一方の偏波成分が音響光学変調器(Acousto-Optic Modulator:AOM)114に入力されて光角周波数がωだけシフトされ、その光角周波数ω+ωの偏波成分とPBS113で分離された他方の偏波成分とが、偏波ビームコンバイナ(Polarization Beam Combiner:PBC)115で合成される。これにより、例えば図9の概念図に示すような、光角周波数ωの偏波成分(図中のE(t)成分)およびそれに直交する光角周波数ω+ωの偏波成分(図中のE(t)成分)を偏波多重した局部発振光ELOが生成される。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a coherent optical receiver to which the above-described method (III) is applied. In this conventional coherent optical receiver, the local oscillator light generating section 101, the light of optical angular frequency omega L outputted from the light source 111, through an optical isolator 112 a polarization beam splitter (Polarization Beam Splitter: PBS) 113 And is separated into orthogonal polarization components. Then, one polarization component is an acousto-optic modulator (Acousto-Optic Modulator: AOM) 114 is input to the optical angular frequency is shifted by omega O, in the polarization component and PBS113 the optical angular frequency ω L + ω O The other separated polarization component is synthesized by a polarization beam combiner (PBC) 115. Thus, for example, as shown in the conceptual diagram of FIG. 9, the polarization component of the optical angular frequency ω L (E x (t) component in the figure) and the polarization component of the optical angular frequency ω L + ω O orthogonal thereto ( The local oscillation light E LO is generated by polarization multiplexing the E y (t) component in the figure.

局部発振光発生部101から出力された局部発振光ELOは、合波器102において、光角周波数ωを有する受信信号光Eと合波された後に光検出器103で受光されて電気信号に変換される。この電気信号には、局部発振光ELOに含まれる光角周波数ωの偏波成分および受信信号光Eのビートによる中間周波数ωiの信号成分Aと、局部発振光ELOに含まれる光角周波数ω+ωの偏波成分および受信信号光Eのビートによる中間周波数ωi+ωの信号Aとが含まれることになるので、光検出器103の出力信号をバンドパスフィルタ(Band Pass Filter:BPF)104,105にそれぞれ与えることで、各中間周波信号A,Aが周波数に応じて分離される。そして、各中間周波信号A,Aが受信電子回路106に入力されて所要の信号処理が実行されることにより受信データDATAが再生される。 The local oscillation light E LO output from the local oscillation light generation unit 101 is combined with the reception signal light E S having the optical angular frequency ω S by the multiplexer 102 and then received by the photodetector 103 to be electrically supplied. Converted to a signal. The electrical signal includes a signal component A 1 of an intermediate frequency ωi due to the beat of the polarization component and the reception signal light E S of the optical angular frequency omega L included in the local oscillator light E LO, included in the local oscillator light E LO it means to include the signal a 2 of the intermediate frequency .omega.i + omega O by beat optical angular frequency ω L + ω O polarization component and the reception signal light E S, band output signal of the light detector 103 pass filter (band Pass filter (BPF) 104 and 105 are respectively provided to separate the intermediate frequency signals A 1 and A 2 according to the frequency. Then, the intermediate data A 1 and A 2 are input to the reception electronic circuit 106 and necessary signal processing is executed to reproduce the reception data DATA.

このとき、受信電子回路106に入力される中間周波信号A,Aは、例えば図10の模式図に示すような電気スペクトルを有することになる。具体的に、中間周波信号Aは、周波数ωiを中心に信号帯域幅の約2倍のスペクトル幅をもち、中間周波信号Aは、周波数ωi+ωoを中心に信号帯域幅の約2倍のスペクトル幅をもつ。また、各中間周波信号A,Aのパワーの差分ΔPは、受信信号光の偏波状態等に依存して変動する。このため、受信電子回路106の帯域幅は、図10の一例では信号帯域幅の4倍以上とすることが必要となる。なお、中間周波数ωiが0Hzとなるように局部発振光の光角周波数ωを設定した場合には、受信電子回路106の帯域幅は信号帯域幅の3倍に近づく。 At this time, the intermediate frequency signals A 1 and A 2 input to the receiving electronic circuit 106 have an electric spectrum as shown in the schematic diagram of FIG. 10, for example. Specifically, the intermediate-frequency signal A 1 has a approximately twice the spectral width of the signal bandwidth centered on the frequency .omega.i, intermediate-frequency signal A 2 is approximately twice the spectrum of the signal band width around the frequency .omega.i + .omega.o It has a width. The power difference ΔP between the intermediate frequency signals A 1 and A 2 varies depending on the polarization state of the received signal light. For this reason, the bandwidth of the reception electronic circuit 106 needs to be at least four times the signal bandwidth in the example of FIG. In the case where an intermediate frequency ωi sets the optical angular frequency omega L of the local oscillator light so that 0Hz, the bandwidth of the receiving circuit 106 is close to three times the signal bandwidth.

したがって、(III)の方式を適用した従来のコヒーレント光受信機は、例えば40Gbit/sの信号光に対して、その信号帯域幅の3倍程度以上、すなわち、120GHz程度以上の帯域幅を有する電子回路が必要であり、40Gbit/s程度以上の高速な信号光に対しては、その実現が極めて困難である。   Therefore, the conventional coherent optical receiver to which the method (III) is applied is an electron having a bandwidth of about 3 times or more, that is, about 120 GHz or more, for a signal light of 40 Gbit / s, for example. A circuit is required, and it is very difficult to realize high-speed signal light of about 40 Gbit / s or more.

本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、コヒーレント受信方式により高速信号光を受信可能な小型かつ偏波無依存の光送受信機を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object thereof is to provide a compact and polarization-independent optical transceiver capable of receiving high-speed signal light by a coherent reception method.

上記の目的を達成するため、本発明によるコヒーレント光送受信機の一態様は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出力される光を第一のコヒーレント光と第二のコヒーレント光に分岐する光分岐部と、前記光分岐部で分岐された第一のコヒーレント光を送信データに従って変調して外部に送信する光変調部と、前記光分岐部で分岐された第二のコヒーレント光または該第二のコヒーレント光の変調に基づいて生成した光を局部発振光として出力する局部発振光発生部と、受信信号光および前記局部発振光発生部から出力される局部発振光を合波して出力する合波部と、前記合波部から出力される光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部の出力に基づいて、受信データの識別処理を実行するデータ識別部と、を備えるものである。   In order to achieve the above object, an aspect of a coherent optical transceiver according to the present invention includes a coherent light source and an optical branching unit that branches light output from the coherent light source into a first coherent light and a second coherent light. An optical modulation unit that modulates the first coherent light branched by the optical branching unit according to transmission data and transmits the modulated light to the outside, and the second coherent light branched by the optical branching unit or the second coherent light A local oscillation light generating unit that outputs light generated based on light modulation as local oscillation light, and a multiplexing unit that combines the received signal light and the local oscillation light output from the local oscillation light generation unit and outputs the combined signal And a photoelectric conversion unit that converts light output from the multiplexing unit into an electrical signal, and a data identification unit that performs identification processing of received data based on the output of the photoelectric conversion unit. Is shall.

上記のような本発明のコヒーレント光送受信機によれば、局部発振光および送信信号光の光源を共用したことにより、構成の簡略化および小型化を図ることができる。   According to the coherent optical transmitter / receiver of the present invention as described above, the configuration can be simplified and miniaturized by sharing the light sources of the local oscillation light and the transmission signal light.

本発明に関連するコヒーレント光受信機の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the coherent optical receiver relevant to this invention. 図1のコヒーレント光受信機における局部発振光発生部の具体的な構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a local oscillation light generation unit in the coherent optical receiver of FIG. 1. 図1のコヒーレント光受信機における中間周波信号の電気スペクトルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electrical spectrum of the intermediate frequency signal in the coherent optical receiver of FIG. 図1のコヒーレント光受信機に関連した局部発振光発生部の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the local oscillation light generation part relevant to the coherent optical receiver of FIG. 図1のコヒーレント光受信機に関連した局部発振光発生部の別の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another structural example of the local oscillation light generation part relevant to the coherent optical receiver of FIG. 本発明によるコヒーレント光送受信機の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the coherent optical transmitter-receiver by this invention. 図6のコヒーレント光送受信機に適用されるPLC回路の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the PLC circuit applied to the coherent optical transmitter-receiver of FIG. 従来のコヒーレント光受信機の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the conventional coherent optical receiver. 従来のコヒーレント光受信機における局部発振光の直交偏波成分を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the orthogonal polarization component of the local oscillation light in the conventional coherent optical receiver. 従来のコヒーレント光受信機における中間周波信号の電気スペクトルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric spectrum of the intermediate frequency signal in the conventional coherent optical receiver.

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the same reference numerals denote the same or corresponding parts throughout the drawings.

図1は、本発明に関連するコヒーレント光受信機の構成例を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a coherent optical receiver related to the present invention.

図1において、本コヒーレント光受信機は、例えば、局部発振光発生部11と、合波部としての2×4光ハイブリッド回路12と、光電変換部としての差動光検出器13,14と、AD変換部としてのAD変換回路15,16と、デジタル演算部としてのデジタル演算回路17と、データ識別部としての識別回路18と、を備えて構成される。   In FIG. 1, the coherent optical receiver includes, for example, a local oscillation light generation unit 11, a 2 × 4 optical hybrid circuit 12 as a multiplexing unit, differential optical detectors 13 and 14 as photoelectric conversion units, AD conversion circuits 15 and 16 as AD conversion units, a digital calculation circuit 17 as a digital calculation unit, and an identification circuit 18 as a data identification unit are configured.

局部発振光発生部11は、光角周波数ωの偏波成分およびそれに直交する光角周波数ω+ωの偏波成分を偏波多重した局部発振光ELOを生成する。この局部発振光ELOの直交する偏波成分間の光角周波数差ωは、本光受信機で受信される信号光Eの帯域幅の2倍よりも小さく、かつ、図示しない光送信機において信号光Eを発生する光源のスペクトル線幅(半値全幅)および上記局部発振光ELOを発生する光源のスペクトル線幅(半値全幅)よりも大きくなるように予め設定されている。 The local oscillation light generator 11 generates local oscillation light E LO that is polarization-multiplexed with the polarization component of the optical angular frequency ω L and the polarization component of the optical angular frequency ω L + ω O orthogonal thereto. Optical angular frequency difference omega O between the orthogonal polarization components of the local oscillator light E LO is 2 times smaller than the bandwidth of the signal light E S received by the optical receiver, and an optical transmitter (not shown) It is preset to be larger than the signal light spectrum line width of the E light source for generating S (FWHM) and spectral line width of the light source for generating the local oscillator light E LO (FWHM) in the machine.

図2は、上記局部発振光発生部11の具体的な構成例を示すブロック図である。この局部発振光発生部11は、例えば、光源21、偏波ビームスプリッタ(PBS)22、周波数シフタ(Frequency Shifter:FS)23、発振器24、可変光減衰器(Variable Optical Attenuator:VOA)25、偏波ビームコンバイナ(PBC)26、光分岐器27、モニタ回路28および強度比制御回路29を有する。   FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration example of the local oscillation light generator 11. The local oscillation light generation unit 11 includes, for example, a light source 21, a polarization beam splitter (PBS) 22, a frequency shifter (FS) 23, an oscillator 24, a variable optical attenuator (VOA) 25, a polarization A wave beam combiner (PBC) 26, an optical splitter 27, a monitor circuit 28, and an intensity ratio control circuit 29 are included.

光源21は、光角周波数ωを有するある一定の偏波状態、例えば直線偏波の光を発生する。この光源21のスペクトル線幅(半値全幅)は、例えば100kHz〜10MHz程度である。 Light source 21 generates a constant polarization state that has an optical angular frequency omega L, for example a linearly polarized wave. The spectral line width (full width at half maximum) of the light source 21 is, for example, about 100 kHz to 10 MHz.

PBS22は、光源21からの出力光を互いに直交する2つの偏波成分に分離する。なお、光源21からの出力光が直線偏光である場合、その偏波方向がPBS22の光学軸に対して45度傾くように、該出力光がPBS22に入力される。また、光源21とPBS22の間には、図示しないが光アイソレータを配置するようにしてもよい。   The PBS 22 separates the output light from the light source 21 into two polarization components orthogonal to each other. When the output light from the light source 21 is linearly polarized light, the output light is input to the PBS 22 so that the polarization direction is inclined by 45 degrees with respect to the optical axis of the PBS 22. Further, although not shown, an optical isolator may be disposed between the light source 21 and the PBS 22.

周波数シフタ23は、PBS22から出力される一方の偏波成分が入力され、発振器24からの出力信号に応じて、入力光の光角周波数をωだけシフトさせる。この周波数シフタ23としては、一般的なFM変調器や音響光学変調器(AOM)、単側波帯(Single Side-Band:SSB)変調器などを使用することが可能である。 The frequency shifter 23 receives one polarization component output from the PBS 22 and shifts the optical angular frequency of the input light by ω O according to the output signal from the oscillator 24. As this frequency shifter 23, a general FM modulator, an acousto-optic modulator (AOM), a single side-band (SSB) modulator, or the like can be used.

発振器24は、前述したように、信号帯域幅の2倍よりも小さく、かつ、信号光源のスペクトル線幅および局部発振光源のスペクトル線幅よりも大きい光角周波数ωに対応した発振周波数Δf(=ω/2π)で動作し、該発振信号を周波数シフタ23の制御端子に出力する。上記周波数Δfの具体的な一例を挙げておくと、受信信号光Eが40Gbit/sのDQPSK信号光の場合、信号帯域幅は20GHzとなるので、その2倍の40GHzより小さく、かつ、前述した局部発振光発生部11内の光源21のスペクトル幅100kHz〜10MHz(信号光源のスペクトル幅も基本的に同程度)よりも大きくなるようにすればよいので、この場合の周波数Δfは、例えば100MHz〜1GHzの範囲に設定することが可能である。ただし、周波数Δfは上記の具体例に限定されるものではない。 As described above, the oscillator 24 has an oscillation frequency Δf (corresponding to an optical angular frequency ω O that is smaller than twice the signal bandwidth and larger than the spectral line width of the signal light source and the spectral line width of the local oscillation light source. = operate at ω O / 2π), and outputs the oscillation signal to the control terminal of the frequency shifter 23. If you leave by way of specific example of the frequency Delta] f, if the received signal light E S is DQPSK signal light of 40 Gbit / s, the signal band width is 20 GHz, less than twice the 40 GHz, and, above Since the spectral width of the light source 21 in the local oscillation light generation unit 11 may be larger than 100 kHz to 10 MHz (the spectral width of the signal light source is basically the same), the frequency Δf in this case is, for example, 100 MHz. It can be set in the range of ˜1 GHz. However, the frequency Δf is not limited to the above specific example.

VOA25は、PBS22から出力される他方の偏波成分が入力され、該入力光の強度を減衰させる。このVOA25の減衰量は、後述する強度比制御回路29からの出力信号に従って可変制御される。   The VOA 25 receives the other polarization component output from the PBS 22 and attenuates the intensity of the input light. The attenuation amount of the VOA 25 is variably controlled in accordance with an output signal from an intensity ratio control circuit 29 described later.

PBC26は、周波数シフタ23から出力される光角周波数ω+ωの偏波成分と、VOA25から出力される光角周波数ωの偏波成分とが入力され、各偏波成分を偏波多重した局部発振光ELOを生成する。 The PBC 26 receives the polarization component of the optical angular frequency ω L + ω O output from the frequency shifter 23 and the polarization component of the optical angular frequency ω L output from the VOA 25, and polarization-multiplexes each polarization component. The generated local oscillation light E LO is generated.

なお、上記の光源21、PBS22、周波数シフタ23、VOA25およびPBC26のそれぞれの間は、例えば、偏波保持ファイバ、光導波路または空間光学系などを用いて光結合され、各々の間を伝搬する光の偏波状態が保持されているものとする。   The light source 21, the PBS 22, the frequency shifter 23, the VOA 25, and the PBC 26 are optically coupled using, for example, a polarization maintaining fiber, an optical waveguide, a spatial optical system, etc. It is assumed that the polarization state is maintained.

光分岐器27は、PBC26から出力される局部発振光ELOの一部をモニタ光として分岐してモニタ回路28に出力する。 The optical branching device 27 branches a part of the local oscillation light E LO output from the PBC 26 as monitor light and outputs it to the monitor circuit 28.

モニタ回路28は、光分岐器27からのモニタ光を用いて、局部発振光ELOに含まれる光角周波数ωおよびω+ωの各偏波成分の強度(振幅)を検出し、その比をモニタする。 The monitor circuit 28 detects the intensity (amplitude) of each polarization component of the optical angular frequencies ω L and ω L + ω O included in the local oscillation light E LO using the monitor light from the optical branching device 27, and Monitor the ratio.

強度比制御回路29は、モニタ回路28のモニタ結果および後述するデジタル演算回路17の演算結果に応じて、VOA25の減衰量を変化させるための制御信号を生成し、該制御信号をVOA25に出力する。なお、この強度比制御回路29によるVOA25の制御の詳細については後述する。   The intensity ratio control circuit 29 generates a control signal for changing the attenuation amount of the VOA 25 according to the monitoring result of the monitor circuit 28 and the calculation result of the digital arithmetic circuit 17 described later, and outputs the control signal to the VOA 25. . Details of the control of the VOA 25 by the intensity ratio control circuit 29 will be described later.

2×4光ハイブリッド回路12(図1)は、2つの入力ポートおよび4つの出力ポートを有する光90度ハイブリッド回路であり、一方の入力ポートには、図示しない光送信機から光伝送路等を介して本光受信機に入力される光角周波数ωの受信信号光Eが入力され、他方の入力ポートには、局部発振光発生部11から出力される局部発振光ELOが入力される。この2×4光ハイブリッド回路12は、入力される受信信号光Eおよび局部発振光ELOを合成し、光位相が互いに90度異なる2組の光を出力する。ここでは図1で上側に位置する一方の組の2つの出力ポートよりそれぞれ出力される光の位相が0度および180度、図で下側に位置する他方の組の2つの出力ポートよりそれぞれ出力される光の位相が90度および270度となっている。 The 2 × 4 optical hybrid circuit 12 (FIG. 1) is an optical 90-degree hybrid circuit having two input ports and four output ports. One input port is connected to an optical transmission line or the like from an optical transmitter (not shown). received signal light E S of the optical angular frequency omega S inputted to the optical receiver is input through to the other input port, the local oscillator light E LO output from the local oscillator light generating section 11 is inputted The The 2 × 4 optical hybrid circuit 12 combines the reception signal light E S and the local oscillator light E LO is input, the optical phase outputs 90 degrees two different sets of light from each other. Here, the phases of the light output from the two output ports of one set located on the upper side in FIG. 1 are 0 degrees and 180 degrees, respectively, and are output from the two output ports of the other set located on the lower side in the figure. The phase of the emitted light is 90 degrees and 270 degrees.

差動光検出器13は、2×4光ハイブリッド回路12から出力される光位相が0度および180度の各光を受光して差動光電変換検出(balanced detection)を行う。また、差動光検出器14は、2×4光ハイブリッド回路12から出力される光位相が90度および270度の各光を受光して差動光電変換検出を行う。各差動光検出器13,14で検出された各々の受信信号は、図示しないAGCアンプ等により増幅(規格化)されるものとする。   The differential photodetector 13 receives each light having an optical phase of 0 degrees and 180 degrees output from the 2 × 4 optical hybrid circuit 12 and performs differential photoelectric conversion detection (balanced detection). Further, the differential photodetector 14 receives each light whose optical phase is 90 degrees and 270 degrees output from the 2 × 4 optical hybrid circuit 12, and performs differential photoelectric conversion detection. The received signals detected by the differential photodetectors 13 and 14 are amplified (standardized) by an AGC amplifier (not shown) or the like.

各AD変換回路15,16は、各差動光検出器13,14からそれぞれ出力されるアナログロの受信信号をデジタル信号に変換してデジタル演算回路17に出力する。   Each of the AD conversion circuits 15 and 16 converts the analog reception signal output from each of the differential photodetectors 13 and 14 into a digital signal and outputs the digital signal to the digital arithmetic circuit 17.

デジタル演算回路17は、各AD変換回路15,16からのデジタル信号を用い、後で詳しく説明するアルゴリズムに従った演算処理を実行することにより、直交する偏波成分間の光角周波数差ωが前述したような範囲に設定された局部発振光ELOを用いて信号光Esをコヒーレント受信できるようにするための信号処理を行う。 The digital arithmetic circuit 17 uses the digital signal from each of the AD conversion circuits 15 and 16 and executes arithmetic processing according to an algorithm described in detail later, whereby an optical angular frequency difference ω O between orthogonal polarization components. However, signal processing is performed so that the signal light Es can be received coherently using the local oscillation light E LO set in the range as described above.

識別回路18は、デジタル演算回路17での演算結果に基づいて、受信信号のデータ識別処理を行い、その結果を示す受信データ信号DATAを出力する。   The identification circuit 18 performs data identification processing of the reception signal based on the calculation result in the digital calculation circuit 17, and outputs a reception data signal DATA indicating the result.

次に、上記のような構成のコヒーレント光受信機の動作を説明する。   Next, the operation of the coherent optical receiver configured as described above will be described.

まず、本光受信機の動作原理について詳しく説明する。本光受信機で受信される信号光Eは、例えば、次の(1)式に示す電界ベクトルE(t)によって表されるものとする。 First, the operation principle of this optical receiver will be described in detail. The signal light E S received by the present optical receiver is represented by, for example, an electric field vector E S (t) shown in the following equation (1).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

上記の(1)式において、s(t)は受信信号光のデータに対応した信号ベクトル、e(t)はx方向の単位ベクトル、e(t)はy方向の単位ベクトル、Aは受信信号光のx偏波成分の振幅、Aは受信信号光のy偏波成分の振幅、ωは受信信号光の平均角周波数(=ω)、φ(t)は受信信号光の光位相ゆらぎ、tは時間、jは虚数単位をそれぞれ表している。 In the above equation (1), s (t) is a signal vector corresponding to the received signal light data, e x (t) is a unit vector in the x direction, e y (t) is a unit vector in the y direction, and A x Is the amplitude of the x polarization component of the received signal light, A y is the amplitude of the y polarization component of the received signal light, ω is the average angular frequency (= ω S ) of the received signal light, and φ (t) is the received signal light Optical phase fluctuation, t represents time, and j represents an imaginary unit.

また、局部発振光発生部11から出力される局部発振光ELOは、例えば、次の(2)式に示す電界ベクトルELO(t)によって表されるものとする。 Further, the local oscillation light E LO output from the local oscillation light generation unit 11 is represented by, for example, an electric field vector E LO (t) represented by the following equation (2).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

上記の(2)式において、ALO_xは局部発振光のx偏波成分の振幅、ALO_yは局部発振光のy偏波成分の振幅、ωLOは局部発振光の平均光角周波数、Δωtは局部発振光の直交偏波成分間の光角周波数差(=ω)、φLO(t)は局部発振光の光位相ゆらぎ、φは局部発振光の初期位相をそれぞれ表している。 In the above equation (2), A LO_x is the amplitude of the x polarization component of the local oscillation light, A LO_y is the amplitude of the y polarization component of the local oscillation light, ω LO is the average optical angular frequency of the local oscillation light, and Δωt is The optical angular frequency difference (= ω O ) between the orthogonal polarization components of the local oscillation light, φ LO (t) represents the optical phase fluctuation of the local oscillation light, and φ 0 represents the initial phase of the local oscillation light.

上記のような受信信号光Eおよび局部発振光ELOが2×4光ハイブリッド回路12で合成された後、各差動光検出器13,14で光電変換され、さらに、AGCアンプで増幅されて規格化された複素電流は、次の(3)式によって定義される。この複素電流の実部Iが一方の差動光検出器13の出力に相当し、虚部Qが他方の差動光検出器14の出力に相当する。 The reception signal light E S and the local oscillation light E LO as described above are combined by the 2 × 4 optical hybrid circuit 12, then photoelectrically converted by the differential photodetectors 13 and 14, and further amplified by the AGC amplifier. The normalized complex current is defined by the following equation (3). The real part I of this complex current corresponds to the output of one differential photodetector 13, and the imaginary part Q corresponds to the output of the other differential photodetector 14.

Figure 2009296623
Figure 2009296623

なお、上記の(3)式では、x偏波成分の位相差をθ(t)、y偏波成分の位相差をθ(t)で表している。また、A’およびA’は、AGCアンプの利得をg(正の数)として、次の(4)式の関係を満たすものとする。 In the above formula (3), the phase difference of the x polarization component is represented by θ x (t), and the phase difference of the y polarization component is represented by θ y (t). A x ′ and A y ′ satisfy the relationship of the following equation (4), where the gain of the AGC amplifier is g (a positive number).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

次に、上記の(3)式について、x偏波成分に由来する項に着目し、送信側搬送波と局部発振光の周波数差および相対位相雑音の補償を行うと、該補償後の複素電流I’+jQ’は、次の(5)式で表されるようになる。   Next, focusing on the term derived from the x polarization component in the above equation (3) and compensating for the frequency difference and relative phase noise between the transmission side carrier wave and the local oscillation light, the complex current I after the compensation is obtained. '+ JQ' is expressed by the following equation (5).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

ここで、上記の補償について説明する。差動光検出器13,14から出力される複素電流信号は、局部発振光と信号光の搬送波との周波数不一致や、位相ずれによる偏角回転を含む可能性があるため、それらの補償を行う必要がある。この補償に関連する技術として、例えば、文献:D-S. Ly-Gagnon et al., “Unrepeated 210-km transmission with coherent detection and digital signal processing of 20-Gb/s QPSK signal,” OFC 2005, OTuL4.には、受信信号光が4値の位相偏移変調(Phase Shift Keying:PSK)方式の場合に、該受信信号光と局部発振光の位相差θ(t)を計算する方法が示されており、この拡張により、m値のPSK方式の場合には、次の(6)式の関係に従って近似的に計算できることが示される。   Here, the above compensation will be described. The complex current signals output from the differential photodetectors 13 and 14 may include a frequency mismatch between the local oscillation light and the carrier wave of the signal light, and a declination rotation due to a phase shift. There is a need. As a technique related to this compensation, for example, in literature: DS. Ly-Gagnon et al., “Unrepeated 210-km transmission with coherent detection and digital signal processing of 20-Gb / s QPSK signal,” OFC 2005, OTuL4. Shows a method of calculating the phase difference θ (t) between the received signal light and the local oscillation light when the received signal light is a quaternary phase shift keying (PSK) system. By this extension, it is shown that in the case of the m-value PSK system, it can be approximately calculated according to the relationship of the following equation (6).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

そこで、本光受信機では上記(6)式の関係を参考にして、前述の(3)式に含まれるx偏波成分の位相差θ(t)およびy偏波成分の位相差θ(t)の各近似値を、次の(7)式に従ってそれぞれ計算するようにする。 Therefore, in the present optical receiver, with reference to the relationship of the above equation (6), the phase difference θ x (t) of the x polarization component and the phase difference θ y of the y polarization component included in the above equation (3). Each approximate value of (t) is calculated according to the following equation (7).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

このとき、上記の(7)式における積分時間幅Δtは、局部発振光の直交偏波成分間の周波数差の逆数、すなわち、2π/Δωよりも十分に大きく、かつ、受信信号光の平均周波数と局部発振光の平均周波数との周波数差の最大値の逆数、すなわち、1/max(|ωLO−ω)/2π|)よりも十分に小さいことが必要である。なお、受信信号光がDQPSK方式の場合、mの値は4である。 At this time, the integration time width Δt in the above equation (7) is sufficiently larger than the reciprocal of the frequency difference between the orthogonal polarization components of the local oscillation light, that is, 2π / Δω, and the average frequency of the received signal light And the reciprocal of the maximum value of the frequency difference between the average frequency of the local oscillation light, that is, 1 / max (| ω LO −ω S ) / 2π |). When the received signal light is DQPSK, the value of m is 4.

上記の(7)式によりθ(t)およびθ(t)の各近似値が計算されると、前述の(3)式に含まれるA’およびA’の比が、次の(8)式により近似的に求められる。 When approximate values of θ x (t) and θ y (t) are calculated by the above equation (7), the ratio of A x ′ and A y ′ included in the above equation (3) is Approximately obtained from equation (8).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

ただし、上記の(8)式における積分時間Tは、局部発振光の直交偏波成分間の周波数差の逆数2π/Δωよりも十分に大きいことが必要である。 However, the integration time T in the above equation (8) needs to be sufficiently larger than the reciprocal 2π / Δω of the frequency difference between the orthogonal polarization components of the local oscillation light.

上記(8)式の関係に従って求められたA’およびA’の比と、前述の(4)式に示したA'+A'=1の関係とを用いることにより、A’およびA’の値を算出することが可能になる。 By using the ratio of A x ′ and A y ′ determined according to the relationship of the above equation (8) and the relationship of A x2 + A y2 = 1 shown in the above equation (4), A It becomes possible to calculate the values of x ′ and Ay ′.

したがって、A’およびA’の値が既知となれば、前述した(5)式におけるI’,Q’の各値は各差動光検出器13,14から出力される電流値で既知であり、また、Δωtの値は発振器24の周波数Δfに対応した値(Δωt=ω=2πΔf)で既知であるため、(5)式の関係をs(t)について解いて分母を有理化した次の(9)式により、信号ベクトルs(t)の値を演算することができる。 Therefore, if the values of A x ′ and A y ′ are known, the values of I ′ and Q ′ in the above-described equation (5) are known as the current values output from the differential photodetectors 13 and 14. , and the addition, because the value of Derutaomegati are known by a value corresponding to the frequency Δf of the oscillator 24 (Δωt = ω O = 2πΔf ), rationalization denominator solved for s (t) and (5) the relationship The value of the signal vector s (t) can be calculated by the following equation (9).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

よって、信号ベクトルs(t)の演算値を基に、識別回路18において、受信信号光の変調方式に対応した閾値に従ってデータの識別処理を実行することにより、受信データの再生が可能になる。   Therefore, by executing the data identification process in accordance with the threshold corresponding to the modulation method of the received signal light in the identification circuit 18 based on the calculated value of the signal vector s (t), it is possible to reproduce the received data.

ただし、上記(9)式の関係については、次の(10)式に示す条件下で発散するため、このような状態を回避するための措置が必要である。   However, since the relationship of the above equation (9) diverges under the condition shown in the following equation (10), measures to avoid such a state are necessary.

Figure 2009296623
Figure 2009296623

上記(10)式が実数解をもつ条件は、次の(11)式で表される。   The condition that the above equation (10) has a real number solution is expressed by the following equation (11).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

ここで、前述の(4)式に示したA'+A'=1より、0≦A'≦1および0≦A'≦1の関係があるため、これを考慮すると上記(11)式の条件は、次の(12)式の場合のみとなる。 Here, since A x ' 2 + A y ' 2 = 1 shown in the above-mentioned formula (4), there is a relationship of 0 ≦ A x '≦ 1 and 0 ≦ A y ' ≦ 1. The condition of the expression (11) is only in the case of the following expression (12).

Figure 2009296623
Figure 2009296623

したがって、前述の(4)式および(8)式を用いて計算されるA'およびA'の各値が上記(12)式の条件に近づいた場合には、例えば、局部発振光のx偏波成分の振幅ALO_xとy偏波成分の振幅ALO_yの比を変化させることにより、前述の(9)式の関係が発散して信号ベクトルs(t)の演算が不能になる状態を回避することが可能になる。 Therefore, when the values of A x ′ and A y ′ calculated using the above-described equations (4) and (8) approach the condition of the above equation (12), for example, the local oscillation light When the ratio of the amplitude A LO_x of the x polarization component and the amplitude A LO_y of the y polarization component is changed, the relationship of the above equation (9) diverges and the calculation of the signal vector s (t) becomes impossible Can be avoided.

以上のような動作原理を踏まえて、次に、本光受信機の具体的な動作を説明する。   Based on the above operating principle, the specific operation of the present optical receiver will be described next.

本光受信機では、局部発振光発生部11において、光源21から出力される光角周波数ωの光がPBS22に与えられて直交する偏波成分に分離される。そして、一方の偏波成分(例えば、y偏波成分)が周波数シフタ23に入力されて光角周波数がωだけシフトされると共に、他方の偏波成分(例えば、x偏波成分)がVOA25に入力されて強度(振幅)が調整される。 In this optical receiver, the local oscillator light generating section 11, light of optical angular frequency omega L outputted from the light source 21 is separated into orthogonal polarization components given in PBS 22. Then, one of the polarization components (e.g., y polarization component) is inputted with the optical angular frequency is shifted by omega O to the frequency shifter 23, the other polarization component (e.g., x-polarization component) VOA25 And the intensity (amplitude) is adjusted.

次に、周波数シフタ23から出力される光角周波数ω+ωの偏波成分と、VOA25から出力される光角周波数ωの偏波成分とがPBC26に入力されて、光角周波数差がωの直交する偏波成分を偏波多重した局部発振光ELOが生成され、該局部発振光ELOが2×4光ハイブリッド回路12に送られると共に、その一部が光分岐器27で分岐されてモニタ回路28に送られる。モニタ回路28では、局部発振光ELOに含まれる各偏波成分の強度(振幅)の比がモニタされ、そのモニタ結果が強度比制御回路29に伝えられる。強度比制御回路29は、モニタ回路28のモニタ結果およびデジタル演算回路17の演算結果に応じて、A'およびA'の演算値が上述の(12)式の条件に近づいた場合に、VOA25の減衰量を変化させる。これにより、局部発振光ELOの直交偏波成分間の強度の比が変化して、上述した(9)式の発散が回避される。 Next, the polarization component of the optical angular frequency ω L + ω O output from the frequency shifter 23 and the polarization component of the optical angular frequency ω L output from the VOA 25 are input to the PBC 26, and the optical angular frequency difference is omega O quadrature local oscillator light E LO of the polarization components and polarization multiplexing that of is generated, with該局unit oscillator light E LO is sent to the 2 × 4 optical hybrid circuit 12, a portion of the optical divider 27 The data is branched and sent to the monitor circuit 28. The monitor circuit 28 monitors the intensity (amplitude) ratio of each polarization component included in the local oscillation light E LO and transmits the monitoring result to the intensity ratio control circuit 29. The intensity ratio control circuit 29 determines that the operation values of A x ′ and A y ′ approach the condition of the above-described expression (12) according to the monitor result of the monitor circuit 28 and the operation result of the digital operation circuit 17. The attenuation amount of the VOA 25 is changed. As a result, the intensity ratio between the orthogonal polarization components of the local oscillation light ELO changes, and the divergence of the above-described equation (9) is avoided.

2×4光ハイブリッド回路12に入力された局部発振光ELOは、光角周波数ωを有する受信信号光Eと合成され、光位相が0度および180度の各光が差動光検出器13に出力されると共に、光位相が90度および270度の各光が差動光検出器14に出力される。各差動光検出器13,14では、2×4光ハイブリッド回路12からの出力光が差動光電変換検出される。これにより、局部発振光ELOに含まれる光角周波数ωの偏波成分(x偏波成分)と受信信号光Eのx偏波成分とのビートによる中間周波数ωiを有する信号と共に、局部発振光ELOに含まれる光角周波数ω+ωの偏波成分(y偏波成分)と受信信号光Eのy偏波成分とのビートによる中間周波数ωi+ωを有する信号が差動光検出器13,14から出力される。 2 × 4 optical hybrid circuit local oscillator light E LO input to 12 is combined with the reception signal light E S having optical angular frequency omega S, each light of the light phase of 0 degrees and 180 degrees differential optical detector Are output to the detector 13, and each light having an optical phase of 90 degrees and 270 degrees is output to the differential photodetector 14. In each of the differential photodetectors 13 and 14, the output light from the 2 × 4 optical hybrid circuit 12 is subjected to differential photoelectric conversion detection. Thus, the signal having an intermediate frequency ωi due to the beat of the polarization component of optical angular frequency omega L included in the local oscillator light E LO and (x polarization component) and the x polarization component of the received signal light E S, the local optical angular frequency ω L + ω O polarization components contained in the oscillation light E LO (y polarization component) and the signal having the intermediate frequency .omega.i + omega O by the beat between the y polarization component of the received signal light E S is the differential optical Output from the detectors 13 and 14.

図3は、上記中間周波信号の電気スペクトルを模式的に示した図である。このように中間周波信号は、周波数差が信号帯域幅の2倍よりも小さく、かつ、信号光源および局部発振光源のスペクトル線幅よりも大きくなるように設定されているため、各々のスペクトルが周波数軸上で重なり合うようになる。これにより、各差動光検出器13,14およびそれらより後段に配置される電子回路に要求される帯域幅は、図3の一例では信号帯域幅の2倍程度で済むようになる。なお、図示しないが周波数ωiが0Hz近傍となるように局部発振光の光角周波数ωを設定した場合には、要求される帯域幅を信号帯域幅と同程度まで狭くすることができる。上記のように中間周波信号のスペクトルが重なり合った状態では、上述の図8に示した従来のコヒーレント光受信機の場合のように、バンドパスフィルタを用いて各中間周波信号を分離することは不可能である。しかしながら、本光受信機では、上述した動作原理に従って中間周波信号をデジタル信号処理することで各々の分離が可能である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the electrical spectrum of the intermediate frequency signal. Since the intermediate frequency signal is set so that the frequency difference is smaller than twice the signal bandwidth and larger than the spectral line width of the signal light source and the local oscillation light source, each spectrum has a frequency. It overlaps on the axis. As a result, the bandwidth required for each of the differential photodetectors 13 and 14 and the electronic circuit arranged at the subsequent stage is about twice as large as the signal bandwidth in the example of FIG. When not shown, the frequency ωi sets the optical angular frequency omega L of the local oscillator light so that 0Hz vicinity, it is possible to narrow the bandwidth required to the same degree as the signal bandwidth. In the state where the spectrum of the intermediate frequency signal overlaps as described above, it is not possible to separate each intermediate frequency signal using a bandpass filter as in the case of the conventional coherent optical receiver shown in FIG. Is possible. However, in the present optical receiver, each can be separated by digital signal processing of the intermediate frequency signal in accordance with the above-described operation principle.

具体的には、差動光検出器13,14から出力される中間周波信号I,QがAD変換回路15,16で高速にAD変換され、該中間周波信号I,Qに対応したデジタル信号系列がデジタル演算回路17に入力される。デジタル演算回路17では、上述の(1)式〜(9)式に対応した一連のアルゴリズムに従ってデジタル信号処理が実行され、信号ベクトルs(t)の値が演算される。また、その演算過程で求められるA'およびA'の各値が上記(12)式の条件に近づくと、当該情報がデジタル演算回路17から局部発振光発生部11内の強度比制御回路29に伝えられ、強度比制御回路29によりVOA25が制御されることで、局部発振光ELOの直交偏波成分間の強度の比が変えられ、(9)式が発散して信号ベクトルs(t)の演算が不能になってしまうことが回避される。 Specifically, the intermediate frequency signals I and Q output from the differential photodetectors 13 and 14 are AD-converted at high speed by the AD conversion circuits 15 and 16, and a digital signal sequence corresponding to the intermediate frequency signals I and Q is obtained. Is input to the digital arithmetic circuit 17. In the digital arithmetic circuit 17, digital signal processing is executed according to a series of algorithms corresponding to the above equations (1) to (9), and the value of the signal vector s (t) is calculated. When each value of A x ′ and A y ′ obtained in the calculation process approaches the condition of the above expression (12), the information is transferred from the digital calculation circuit 17 to the intensity ratio control circuit in the local oscillation light generation unit 11. transmitted to 29, the intensity ratio control circuit 29 that VOA25 is controlled, the ratio of intensities between the orthogonal polarization components of the local oscillator light E LO is changed, and diverging (9) signal vector s ( It is avoided that the calculation of t) becomes impossible.

そして、デジタル演算回路17における信号ベクトルs(t)の演算値が識別回路18に伝えられると、識別回路18では、受信信号光の変調方式に対応した閾値に従って、信号ベクトルs(t)の演算値がどのデータ値に該当するかの識別処理が実行され、その識別結果が受信データDATAとして出力される。   When the calculated value of the signal vector s (t) in the digital arithmetic circuit 17 is transmitted to the identification circuit 18, the identification circuit 18 calculates the signal vector s (t) according to the threshold corresponding to the modulation method of the received signal light. An identification process for identifying which data value corresponds to the value is executed, and the identification result is output as received data DATA.

以上のように本光受信機によれば、受信信号のAD変換およびデジタル信号処理を組み合わせ、局部発振光ELOの直交偏波成分間の光角周波数差ωの設定を最適化したことにより、上述した従来技術の(III)の方式と比べて、各差動光検出器13,14等に要求される帯域幅を大幅に低減できるため、例えば、40Gbit/s程度以上の高速な信号光を偏波状態に依存することなくコヒーレント受信することが可能になる。また、上述した従来技術の(I)および(II)の方式と比べると、簡略な構成により偏波無依存のコヒーレント受信を実現できるため、小型の光受信機を提供することが可能になる。 As described above, according to the present optical receiver, the setting of the optical angular frequency difference ω O between the orthogonal polarization components of the local oscillation light E LO is optimized by combining AD conversion of the received signal and digital signal processing. Compared with the above-described conventional method (III), the bandwidth required for each of the differential photodetectors 13 and 14 can be significantly reduced. For example, high-speed signal light of about 40 Gbit / s or more Can be received coherently without depending on the polarization state. Further, compared with the above-described conventional methods (I) and (II), polarization-independent coherent reception can be realized with a simple configuration, so that a small-sized optical receiver can be provided.

なお、上記の光受信機では、局部発振光発生部11の具体的な構成として、周波数シフタ23を用いて一方の偏波成分の光角周波数をωだけシフトさせると共に、VOA25を用いて直交偏波成分間の振幅の比を制御する一例(図2)を示したが、局部発振光源の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図4に示すように、VOA25に代えて、光源21およびPBS22の間に偏波ローテータ30を配置し、強度比制御回路29からの出力信号に応じて偏波ローテータ30を制御することで、PBS22で分離される直交偏波成分間の強度(振幅)の比を変化させることも可能である。 In the above optical receiver, as a specific configuration of the local oscillator light generating section 11, together with the shifting only omega O the optical angular frequency of one polarization component using a frequency shifter 23, with VOA25 orthogonal Although an example (FIG. 2) for controlling the amplitude ratio between polarization components has been shown, the configuration of the local oscillation light source is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, instead of the VOA 25, a polarization rotator 30 is disposed between the light source 21 and the PBS 22, and the polarization rotator 30 is controlled according to the output signal from the intensity ratio control circuit 29. It is also possible to change the intensity (amplitude) ratio between the orthogonal polarization components separated by the PBS 22.

また、例えば図5に示すように、光源21からの出力光を音響光学偏波モード変換器31に与えることにより、光角周波数ωおよびω+ωの直交偏波成分を含み、かつ、直交偏波成分間の強度比が制御された局部発振光ELOを発生させる構成とすることも可能である。この場合、周波数Δfで発振動作する発振器24からの出力信号が、音響光学偏波モード変換器31を駆動する駆動回路32に与えられ、該駆動回路32から出力される駆動信号のパワーが強度比制御回路29からの制御信号に応じて制御されるようにすることで、上述の図2または図4に示した構成例の場合と同様の局部発振光ELOが音響光学偏波モード変換器31から出力されるようになる。なお、音響光学偏波モード変換器31については、例えば、文献:David A. Smith et al., "Integrated-optic acoustically-tunable filters for WDM networks", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 8, No. 6, August 1990. 等に記載されたものを用いることが可能である。上記のような音響光学偏波モード変換器31を用いた局部発振光発生部11を適用することによって構成がさらに簡略化されるため、より小型の光受信機を提供することが可能になる。 Further, for example, as shown in FIG. 5, by providing the output light from the light source 21 to the acousto-optic polarization mode converter 31, the orthogonal polarization components of the optical angular frequencies ω L and ω L + ω O are included, and A configuration in which local oscillation light E LO in which the intensity ratio between orthogonal polarization components is controlled may be generated. In this case, the output signal from the oscillator 24 oscillating at the frequency Δf is supplied to the drive circuit 32 that drives the acousto-optic polarization mode converter 31, and the power of the drive signal output from the drive circuit 32 is the intensity ratio. By controlling according to the control signal from the control circuit 29, the local oscillation light E LO similar to the case of the configuration example shown in FIG. Will be output from. As for the acoustooptic polarization mode converter 31, for example, the document: David A. Smith et al., “Integrated-optic acoustically-tunable filters for WDM networks”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. No. 6, August 1990., etc. can be used. Since the configuration is further simplified by applying the local oscillation light generator 11 using the acoustooptic polarization mode converter 31 as described above, it is possible to provide a smaller optical receiver.

さらに、上記の光受信機では、デジタル演算回路17において、上述の(1)式〜(9)式に対応した一連のアルゴリズムに従ってデジタル信号処理が実行される一例を示したが、デジタル信号処理のアルゴリズムは上記の一例だけに限られるものではない。これに関連して、他のアルゴリズムを適用してデジタル信号処理を実行することにより、上述したような(9)式の発散条件を考慮する必要がなくなるのであれば、局部発振光の直交偏波成分間の強度比を変化させるための構成(例えば図2の構成では、VOA25、光分岐器27、モニタ回路28および強度比制御回路29)を省略することも可能である。   Furthermore, in the above optical receiver, an example in which digital signal processing is executed in the digital arithmetic circuit 17 in accordance with a series of algorithms corresponding to the above equations (1) to (9) is shown. The algorithm is not limited to the above example. In this connection, if it is not necessary to consider the divergence condition of equation (9) as described above by executing digital signal processing by applying another algorithm, the orthogonal polarization of the local oscillation light is used. A configuration for changing the intensity ratio between components (for example, in the configuration of FIG. 2, the VOA 25, the optical branching device 27, the monitor circuit 28, and the intensity ratio control circuit 29) can be omitted.

次に、上述した光受信機の応用例として、局部発振光源内の光源を送信側の信号光源と共用するようにした、本発明によるコヒーレント光送受信機の一実施形態について説明する。   Next, as an application example of the optical receiver described above, an embodiment of a coherent optical transceiver according to the present invention in which the light source in the local oscillation light source is shared with the signal light source on the transmission side will be described.

図6は、上記コヒーレント光送受信機の構成を示すブロック図である。このコヒーレント光送受信機では、局部発振光発生部11として、例えば前述の図5に示した音響光学偏波モード変換器31を利用した構成が適用され、該局部発振光発生部11の光源21から音響光学偏波モード変換器31に送られる光の一部が光分岐器41によって分岐される。そして、該光分岐器41で分岐された光は、送信データDATAに従って駆動される光変調器42に送られ、該光変調器42で変調された信号光が光伝送路50に送信される。なお、上記光分岐器41および光変調器42以外の他の部分の構成は、上述の図1および図5に示した構成と基本的に同様である。   FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the coherent optical transceiver. In this coherent optical transceiver, for example, a configuration using the acousto-optic polarization mode converter 31 shown in FIG. 5 described above is applied as the local oscillation light generator 11, and the light source 21 of the local oscillation light generator 11 is used. Part of the light transmitted to the acousto-optic polarization mode converter 31 is branched by the optical branching device 41. Then, the light branched by the optical branching device 41 is sent to the optical modulator 42 driven according to the transmission data DATA, and the signal light modulated by the optical modulator 42 is transmitted to the optical transmission line 50. The configuration of the other parts than the optical splitter 41 and the optical modulator 42 is basically the same as the configuration shown in FIGS. 1 and 5 described above.

上記の図6に示した構成において、破線で囲まれた部分40は、その一部または全部を光導波路デバイスとして集積化した平面型光集積回路(Planer Lightwave Circuit:PLC)とすることが可能である。図7は、上記PLCの一例を示した斜視図である。このPLCでは、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO:LN)等の基板上に所要のパターンで光導波路が形成され、光源21からの出力光が入射される光導波路の途中に光分岐器41が形成されている。また、該光分岐器41の一方の出力ポートと2×4光ハイブリッド回路12の局部発振光側の入力ポートとの間を接続する光導波路の両端付近には、表面弾性波(Surface Acoustic Wave:SAW)を発生させる櫛形電極(Interdigital Transducer:IDT)31AおよびSAW吸収体31Bが形成され、音響光学偏波モード変換器31が実現されている。さらに、光分岐器41の他方の出力ポートに接続する光導波路には、送信データに対応した変調信号が印加される進行波型電極が形成され、光変調器42が実現されている。 In the configuration shown in FIG. 6, the portion 40 surrounded by a broken line can be a planar optical integrated circuit (PLC) in which part or all of the portion 40 is integrated as an optical waveguide device. is there. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the PLC. In this PLC, for example, an optical waveguide is formed in a required pattern on a substrate such as lithium niobate (LiNbO 3 : LN), and an optical branching device 41 is provided in the middle of the optical waveguide into which output light from the light source 21 is incident. Is formed. Further, in the vicinity of both ends of the optical waveguide connecting between one output port of the optical splitter 41 and the input port on the local oscillation light side of the 2 × 4 optical hybrid circuit 12, a surface acoustic wave (Surface Acoustic Wave) is provided. A comb-shaped electrode (Interdigital Transducer: IDT) 31A and a SAW absorber 31B for generating SAW) are formed, and an acousto-optic polarization mode converter 31 is realized. Further, a traveling wave electrode to which a modulation signal corresponding to transmission data is applied is formed in the optical waveguide connected to the other output port of the optical branching device 41, and the optical modulator 42 is realized.

上記のような構成のコヒーレント光送受信機では、光伝送路50を伝搬してPLCの信号光入力ポートに入力される受信信号光が、上述の図1に示した光受信機の場合と同様にして偏波状態に依存することなくコヒーレント受信されると共に、局部発振光を発生する光源21の出力光の一部が光分岐器41で分岐されて光変調器42で送信データに従って変調されることで、光伝送路50に送信する信号光が生成される。   In the coherent optical transceiver configured as described above, the received signal light that propagates through the optical transmission path 50 and is input to the signal light input port of the PLC is the same as in the optical receiver shown in FIG. Coherently received without depending on the polarization state, and part of the output light of the light source 21 that generates local oscillation light is branched by the optical branching device 41 and modulated by the optical modulator 42 according to the transmission data. Thus, signal light to be transmitted to the optical transmission line 50 is generated.

上記のようなコヒーレント光送受信機によれば、局部発振光および送信信号光の光源を共用したことにより、構成の簡略化および小型化を図ることができる。また、2×4光ハイブリッド回路12、音響光学偏波モード変換器31、光分岐器41および光変調器42等を集積化したPLCを適用したことによって、非常に小型のコヒーレント光送受信機を実現することが可能になる。   According to the coherent optical transmitter / receiver as described above, the configuration can be simplified and miniaturized by sharing the light sources of the local oscillation light and the transmission signal light. In addition, a very small coherent optical transceiver is realized by applying a PLC that integrates the 2 × 4 optical hybrid circuit 12, the acousto-optic polarization mode converter 31, the optical splitter 41, the optical modulator 42, and the like. It becomes possible to do.

11…局部発振光発生部
12…2×4光ハイブリッド回路
13,14…差動光検出器
15,16…AD変換回路
17…デジタル演算回路
18…識別回路
21…光源
22…偏波ビームスプリッタ(PBS)
23…周波数シフタ(FS)
24…発振器
25…可変光減衰器(VOA)
26…偏波ビームコンバイナ(PBC)
27,41…光分岐器
28…モニタ回路
29…強度比制御回路
30…偏波ローテータ
31…音響光学偏波モード変換器
32…駆動回路
40…PLC
42…光変調器
LO…局部発振光
…受信信号光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Local oscillation light generation part 12 ... 2 * 4 optical hybrid circuit 13, 14 ... Differential photodetector 15, 16 ... AD converter circuit 17 ... Digital arithmetic circuit 18 ... Identification circuit 21 ... Light source 22 ... Polarization beam splitter ( PBS)
23 ... Frequency shifter (FS)
24 ... Oscillator 25 ... Variable optical attenuator (VOA)
26 ... Polarized beam combiner (PBC)
27, 41 ... Optical splitter 28 ... Monitor circuit 29 ... Intensity ratio control circuit 30 ... Polarization rotator 31 ... Acousto-optic polarization mode converter 32 ... Drive circuit 40 ... PLC
42 ... optical modulator E LO ... local oscillator light E S ... reception signal light

Claims (3)

コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から出力される光を第一のコヒーレント光と第二のコヒーレント光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された第一のコヒーレント光を送信データに従って変調して外部に送信する光変調部と、
前記光分岐部で分岐された第二のコヒーレント光または該第二のコヒーレント光の変調に基づいて生成した光を局部発振光として出力する局部発振光発生部と、
受信信号光および前記局部発振光発生部から出力される局部発振光を合波して出力する合波部と、
前記合波部から出力される光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力に基づいて、受信データの識別処理を実行するデータ識別部と、
を備えたことを特徴とするコヒーレント光送受信機。
A coherent light source,
An optical branching unit for branching light output from the coherent light source into first coherent light and second coherent light;
An optical modulation unit that modulates the first coherent light branched by the optical branching unit according to transmission data and transmits the modulated light to the outside;
A local oscillating light generator that outputs, as local oscillating light, second coherent light branched by the optical branching unit or light generated based on modulation of the second coherent light;
A multiplexing unit that combines the received signal light and the local oscillation light output from the local oscillation light generation unit and outputs the combined signal;
A photoelectric conversion unit that converts light output from the multiplexing unit into an electrical signal;
Based on the output of the photoelectric conversion unit, a data identification unit that performs a process of identifying received data;
A coherent optical transceiver characterized by comprising:
請求項1に記載のコヒーレント光送受信機であって、
前記局部発振光発生部は、前記第二のコヒーレント光を変調することによって生成した、光周波数が互いに異なる直交偏波成分を有する局部発振光であって、該直交偏波成分間の光周波数の差が、前記受信信号光の帯域幅の2倍よりも小さく、かつ、前記受信信号光の光源スペクトル線幅および前記局部発振光の光源スペクトル線幅よりも大きい局部発振光を発生し、さらに、
前記光電変換部から出力される電気信号をデジタル信号に変換するAD変換部と、
前記AD変換部から出力されるデジタル信号を用いて、前記受信信号光の変調方式に対応した計算アルゴリズムに従い、前記受信信号光に含まれるデータ情報を推定するための演算処理を実行するデジタル演算部と、を備え、
前記データ識別部が、前記デジタル演算部の演算結果に基づいて、受信データの識別処理を実行することを特徴とするコヒーレント光送受信機。
The coherent optical transceiver according to claim 1,
The local oscillation light generation unit is a local oscillation light generated by modulating the second coherent light and having orthogonal polarization components having different optical frequencies, and having an optical frequency between the orthogonal polarization components. The difference is smaller than twice the bandwidth of the received signal light and generates a local oscillation light that is larger than the light source spectral line width of the received signal light and the light source spectral line width of the local oscillation light;
An AD converter that converts an electrical signal output from the photoelectric converter into a digital signal;
A digital arithmetic unit that performs arithmetic processing for estimating data information contained in the received signal light, using a digital signal output from the AD converter, according to a calculation algorithm corresponding to the modulation method of the received signal light And comprising
The coherent optical transceiver is characterized in that the data identification unit executes a process of identifying received data based on a calculation result of the digital calculation unit.
請求項1に記載のコヒーレント光送受信機であって、
少なくとも前記合波部および前記光分岐部を光導波路デバイスとして集積化したことを特徴とするコヒーレント光送受信機。
The coherent optical transceiver according to claim 1,
A coherent optical transceiver characterized in that at least the multiplexing unit and the optical branching unit are integrated as an optical waveguide device.
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