JP2010088075A - 復調器 - Google Patents

Abstract

【課題】 差動位相変調を用いた光伝送システムにおいて、位相を容易に制御することができる復調器を提供する。
【解決手段】 復調器（５０）は、差動位相変調光信号を第１分岐光（６２）と第２分岐光（６３）とに分岐して第１分岐光を第１光路（Ａ）に出射し第２分岐光を第２光路（Ｂ）に出射する分岐手段（５１）と、第１光路上に配置された第１媒質（５３）と、第２光路上に配置され第１媒質を通過後の第１分岐光に対して第２分岐光が１ｓｙｍｂｏｌ遅延するように第１媒質と異なる屈折率を有する第２媒質（５５）と、第１媒質を通過後の第１分岐光と第２媒質を通過後の第２分岐光とを合波干渉させる合波干渉手段（５４）と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、復調器に関する。

波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を採用する光ファイバ通信においては、差動位相変調方式等によって変調された光信号は、遅延干渉計を備える復調器によって復調される。例えば、差動位相変調方式を用いた遅延干渉計においては、分岐した光路の幾何学的長さに差を設けることによって遅延量が設けられている。

上記の遅延干渉計においては、環境温度が変化すると光学部品等が伸縮して光信号の位相が変化することから、該位相を調整する必要がある。そこで、特許文献１は、受光素子の電流をモニタしつつ位相をフィードバック制御する技術を開示している。また、特許文献２は、遅延干渉計を使用したＤＱＰＳＫ復調技術を開示している。

特開２００７−３０６３７１号公報 米国特許出願公開第２００６／００５６８４５明細書

しかしながら、特許文献１の技術では、時定数が長くなってしまい、光信号の位相の制御が困難である。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、差動位相変調を用いた光伝送システムにおいて、光信号の位相を容易に制御することができる復調器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、明細書開示の復調器は、差動位相変調光信号を第１分岐光と第２分岐光とに分岐して第１分岐光を第１光路に出射し第２分岐光を第２光路に出射する分岐手段と、第１光路上に配置された第１媒質と、第２光路上に配置され第１媒質を通過後の第１分岐光に対して第２分岐光が１ｓｙｍｂｏｌ遅延するように第１媒質と異なる屈折率を有する第２媒質と、第１媒質を通過後の第１分岐光と第２媒質を通過後の第２分岐光とを合波干渉させる合波干渉手段と、を備えるものである。

明細書開示の復調器によれば、差動位相変調を用いた光伝送システムにおいて、光信号の位相を容易に制御することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る復調器５０を含む差動位相変調（ＤＰＳＫ：Differential Phase Shift Keying）光伝送システム１００の全体構成を説明するブロック図である。図１に説明するように、光伝送システム１００は、複数の光源１０、複数の位相変調器２０、波長合波器３０、波長分波器４０および複数の復調器５０を含む。

各光源１０は、互いに異なる波長の光信号を出射する。位相変調器２０は、光源１０から出射された光信号を受信する。位相変調器２０は、光源１０から受信した光信号から位相変調信号を生成する。各位相変調器２０によって生成された位相変調信号は、波長合波器３０に入力される。波長合波器３０は、入力された複数の位相変調信号を合波する。合波された位相変調信号は、光伝送路等を介して波長分波器４０に入力される。

復調器５０は、分波された位相変調信号を復調する。この場合、復調器５０は、位相変調信号とその変調レートの１周期（１ｓｙｍｂｏｌ）遅延させた信号とを干渉させることによって、位相変調信号を復調する。以上の過程により、ＤＰＳＫ光伝送が行われる。

図２は、復調器５０の詳細を説明するブロック図である。図２に説明するように、復調器５０は、パワースプリッタ５１、ミラー５２、第１媒質５３、パワースプリッタ５４、第２媒質５５およびミラー５６を備える。図２においては、Ｘ軸方向に位相変調信号６１が入力される。

復調器５０に入力される位相変調信号６１は、パワースプリッタ５１に入力される。パワースプリッタ５１は、分岐手段として機能する。パワースプリッタ５１は、位相変調信号６１をＹ軸方向の第１分岐光６２とＸ軸方向の第２分岐光６３とに分岐する。位相変調信号６１が分岐する点を、以下、点Ｐ１と称する。ミラー５２は、第１分岐光６２をＸ軸方向に反射する。ミラー５２によって反射された第１分岐光６２は、第１媒質５３を透過し、パワースプリッタ５４に対してＸ軸方向に入力される。

第２分岐光６３は、第２媒質５５を透過し、ミラー５６によってＹ軸方向に反射される。ミラー５６によって反射された第２分岐光６３は、パワースプリッタ５４に対してＹ軸方向に入力される。

パワースプリッタ５４は、合波干渉手段として機能する。パワースプリッタ５４において、第１分岐光６２は、第２分岐光６３と合波干渉した後に復調信号６４としてＸ軸方向に出射される。また、第２分岐光６３は、第１分岐光６２と合波干渉した後に復調信号６５としてＹ軸方向に出射される。なお、第１分岐光６２と第２分岐光６３とが干渉し合う点を点Ｐ２と称する。

本実施例においては、第２媒質５５は、第１媒質５３を通過後の第１分岐光６２に対して第２分岐光６３が１ｓｙｍｂｏｌ遅延するように第１媒質５３と異なる光学的長さを有する。この場合の光学的長さは、第２媒質の屈折率と厚みとによって調整される。

本実施例においては、第１分岐光６２が通る点Ｐ１〜点Ｐ２の第１光路Ａと、第２分岐光６３が通る点Ｐ１〜点Ｐ２の第２光路Ｂとが、幾何学的に等長に設定されている。ここで、第１媒質５３の屈折率をｎ_Ａとし、第２媒質５５の屈折率をｎ_Ｂとする。また、第１媒質５３において第１分岐光６２が通過する距離をＬ_Ａとし、第２媒質５５において第２分岐光６３が通過する距離をＬ_Ｂとする。

この場合、遅延量をＤ（ｓｅｃ）とすると、下記式（１）が成立する。
Ｄ＝（Ｌ_Ａ・ｎ_Ａ−Ｌ_Ｂ・ｎ_Ｂ）／ｃΛ （１）
ｃ：真空中の光速
Λ：光信号の波長

本実施例においては、第１媒質５３の屈折率と第２媒質５５の屈折率との間に差異を設けることによって、所望の遅延量を発生させることができる。この場合、第１光路Ａおよび第２光路Ｂの各幾何学的距離に、所望の遅延量を生じさせるための差異を設けなくてもよい。それにより、位相を容易に制御することができる。

また、第１光路Ａと第２光路Ｂとが等長であれば、環境温度の変化等によって復調器５０が伸縮しても遅延量の変化が抑制される。この場合、遅延量のフィードバック制御が不要になる。その結果、位相調整が容易になる。なお、上記の「等長」とは、第１光路Ａと第２光路Ｂとの間に屈折率差を設けなかった場合に、各光路を通過する光信号の位相差が５度以内に収まる場合のことをいう。

また、第２媒質５５は、復調器５０の温度変化に起因する第１光路Ａと第２光路Ｂとの光学的長さ差の変化を緩和するように、熱膨張率と屈折率温度変化率とを有していてもよい。この場合、環境温度が変化しても、第１光路Ａと第２光路Ｂとの間の光学的長さ差の変化をより抑制することができる。

さらに、第１媒質５３の熱膨張率をＫ_Ａ、屈折率の温度変化率をｄｎ_Ａ／ｄｔとする。第２媒質５５の熱膨張率をＫ_Ｂ、屈折率の温度変化率をｄｎ_Ｂ／ｄｔとする。環境温度がΔｔ変化した際に第１分岐光６２および第２分岐光６３を合波する場合に、下記式（２）が満たされることが好ましい。なお、この場合の温度変化Δｔは、例えば７０℃程度である。
Ｌ_Ａ（１＋Δｔ・Ｋ_Ａ）・（ｎ_Ａ＋Δｔ・ｄｎ_Ａ／ｄｔ）−Ｌ_Ａ・ｎ_Ａ＝Ｌ_Ｂ（１＋Δｔ・Ｋ_Ｂ）・（ｎ_Ｂ＋Δｔ・ｄｎ_Ｂ／ｄｔ）−Ｌ_Ｂ・ｎ_Ｂ （２）

例えば、ＦＳＲ（Free Spectral Range）４０ＧＨｚ信号に対応する復調器５０の場合、必要な遅延量は１６．２５ｐｓｅｃ程度である。第１媒質５３を溶融石英とし、第２媒質５５をサファイアとする場合について考える。溶融石英の屈折率は１．４６であり、熱膨張率は０．５５×１０^−６であり、ｄｎ／ｄｔは１３．７×１０^−６である。サファイアの屈折率は１．７７であり、熱膨張率は５．３×１０^−６であり、ｄｎ／ｄｔは１３．７×１０^−６である。この場合、第１媒質５３の厚みを３４ｍｍ、第２媒質５５の厚みを１４ｍｍとすることによって、上記式（２）が満たされる。

第１媒質５３および第２媒質５５の組合せは、上記に限られない。表１は、ＦＳＲ６５ＧＨｚ信号に対応する復調器５０に用いることができる第１媒質５３および第２媒質５５の組合せの例である。

図３は、実施例２に係る復調器５０ａのブロック図である。図３に説明するように、復調器５０ａにおいては、第２媒質５５およびミラー５６の代わりに、プリズムミラー５７が設けられている。その他の構成については、実施例１と同様である。

第２分岐光６３がプリズムミラー５７によって反射される際、第２分岐光６３は、プリズムミラー５７の内部を通過する。したがって、本実施例においては、プリズムミラー５７が第２光路Ｂ上の第２媒質として機能する。

本実施例においては、プリズムミラー５７は、第１媒質５３を通過後の第１分岐光６２に対して第２分岐光６３が１ｓｙｍｂｏｌ遅延するように第１媒質５３と異なる屈折率と厚みとを有する。第１光路Ａおよび第２光路Ｂが幾何学的に等長であることが好ましく、第１媒質とプリズムミラー５７とが式（２）を満たすことがより好ましい。

一例として、プリズムミラー５７にサファイアを用いる場合、プリズムミラー５７において第２分岐光６３が通過する距離を３４ｍｍとすることによって、上記式（２）が満たされる。

図４は、実施例３に係る復調器５０ｂのブロック図である。図４に説明するように、復調器５０ｂは、実施例１または実施例２の復調器が２つ（復調器５０ａ１および復調器５０ａ２）設けられた構造を有する。例えば、パワースプリッタ５８を用いて２つに分岐された光信号が各復調器に入力される。

スキュー調整は復調器５０ａ１と復調器５０ａ２とに入力される光信号の光周波数（例えば、約２００ＴＨｚ）における相対的位相差が０度になるように調整される。

復調器５０ａ１における媒質５３ａ１は、分岐された第１光路上に配置され、第１光路と第２光路とが合波干渉される位置での光路長差が１ｓｙｍｂｏｌでかつ光周波数での位相差が−１／４πになるように設定される。

復調器５０ａ２における媒質５３ａ２は、分岐された第１光路に配置され、第１光路と第２光路とが合波される位置での光路長差が１ｓｙｍｂｏｌでかつ光周波数での位相差が＋１／４πになるように設定される。

本実施例に係る復調器５０ｂは、４相差動位相変調（ＤＱＰＳＫ：Differential Quadrature Phase Shift Keying）された信号を復調する。このように、実施例１，２に係る復調器は、ＤＱＳＰＫ信号の復調器として用いることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、上述のパワースプリッタは偏波依存性が小さい無偏波ビームスプリッタを用いる方が安定した受信を行うことができる。

実施例１に係る復調器を含む差動位相変調光伝送システムの全体構成を説明するブロック図である。 実施例１に係る復調器の詳細を説明するブロック図である。 実施例２に係る復調器のブロック図である。 実施例３に係る復調器のブロック図である。

符号の説明

１０ 光源
２０ 位相変調器
３０ 波長合波器
４０ 波長分波器
５０ 復調器
５１ パワースプリッタ
５２ ミラー
５３ 第１媒質
５４ パワースプリッタ
５５ 第２媒質
５６ ミラー
１００ 差動位相変調光伝送システム

Claims (5)

1. 差動位相変調光信号を第１分岐光と第２分岐光とに分岐して前記第１分岐光を第１光路に出射し、前記第２分岐光を第２光路に出射する分岐手段と、
   前記第１光路上に配置された第１媒質と、
   前記第２光路上に配置され、前記第１媒質を通過後の前記第１分岐光に対して前記第２分岐光が１ｓｙｍｂｏｌ遅延するように前記第１媒質と異なる屈折率を有する第２媒質と、
   前記第１媒質を通過後の前記第１分岐光と前記第２媒質を通過後の前記第２分岐光とを合波干渉させる合波干渉手段と、を備えることを特徴とする復調器。
2. 前記第２媒質は、前記復調器の温度変化に起因する前記第１光路と前記第２光路との光学的長さ差の変化を緩和するように、熱膨張率と屈折率温度変化率とを有することを特徴とする請求項１記載の復調器。
3. 前記第１光路と前記第２光路とは、幾何学的に等長であることを特徴とする請求項１または２記載の復調器。
4. 前記第１媒質の熱膨張率をＫ_Ａ、屈折率をｎ_Ａ、屈折率の温度変化率をｄｎ_Ａ／ｄｔとし、前記第２媒質の熱膨張率をＫ_Ｂ、屈折率をｎ_Ｂ、屈折率の温度変化率をｄｎ_Ｂ／ｄｔとする場合、温度が所定幅Δｔ変化した場合に、
   Ｌ_Ａ（１＋Δｔ・Ｋ_Ａ）・（ｎ_Ａ＋Δｔ・ｄｎ_Ａ／ｄｔ）−Ｌ_Ａ・ｎ_Ａ＝Ｌ_Ｂ（１＋Δｔ・Ｋ_Ｂ）・（ｎ_Ｂ＋Δｔ・ｄｎ_Ｂ／ｄｔ）−Ｌ_Ｂ・ｎ_Ｂ
   の関係が成立することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の復調器。
5. 前記第２媒質は、プリズムであることを特徴とする請求項１記載の復調器。

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