JP2010139888A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相誤差に起因するアイ開口の劣化を抑制することができる受信装置を提供する。
【解決手段】 受信装置（７０）は、位相変調光信号を干渉させて干渉光を生成し、その位置を位相変調光信号の位相に応じて変化させる干渉計（５０）と、干渉計（５０）からの干渉光を集光可能な位置に配置されたレンズ（６１，６２）と、レンズ（６１，６２）によって集光された干渉光を受光する受光素子（６３，６４）と、を備えるものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、受信装置に関する。

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受信装置によって復調される。例えば、受信装置は、位相基準となる光信号と伝送されてきた光信号とを干渉させ、その位相の重なり具合に応じた強度変調光信号に変換し、この強度変調光信号を受光部において電気信号に変換する。

ＤＰＳＫ光信号を受信するための受信装置は、干渉計と光電変換部とを含む。干渉計は、正相光および逆相光の相補的な２光信号を出力する。この干渉計として、例えば特許文献１に記載の干渉計を用いることができる。この場合、位相基準からの位相ずれに応じて、正相と逆相との出力比が三角関数的に変化する。

特開２００６−２８７４９３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、伝送路の相互位相変調等によって位相変調光信号に位相誤差が生じた場合または干渉計の遅延制御に誤差が生じた場合に、干渉計出力のアイ開口が劣化してしまう。

ここで、相互位相変調は、同一光ファイバ内を伝搬する他波長の光信号強度により光ファイバの実効屈折率が変調される現象である。したがって、光強度変調を採用する光信号が混在する場合に伝送品質上大きな問題となる。実効屈折率の変化に応じて光信号が伝搬する速度が変化するため、ＤＰＳＫ受信端では相互位相変調が光信号の位相ゆらぎとなって現れる。

ＤＰＳＫ光信号の受信器における干渉計の１シンボル遅延制御については、望ましくは約1シンボル分の遅延を生じさせる迂回光路の光学長がちょうど光信号の波長の整数倍であることが好ましい。しかしながら、現実には有限の誤差が生じ、位相基準（約１ビット遅延させた光信号）の位相に誤差が発生する。このため、見かけ上、光信号の位相に誤差が重畳する。

上述のように光信号に位相誤差が重畳した場合の受信信号への影響をＤＰＳＫ向けの干渉計を例として説明する。光信号の取るべき位相は、位相基準となる光との位相ずれΔφで表現すると０ラジアンまたはπラジアンである。位相誤差が重畳すると０ラジアンまたはπラジアンからずれたところで正・逆相の出力が定まるが、正・逆相の出力差が縮まる方向に作用してしまう。この場合、これらの正・逆相を電気信号に変換した時のアイ開口が劣化する。１シンボル遅延制御に誤差が生じると上述のΔφと正・逆相出力との関係がΔφ方向にシフトするため、位相誤差が重畳した場合と同様にアイ開口が劣化してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、位相誤差に起因するアイ開口の劣化を抑制することができる受信装置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、明細書開示の受信装置は、位相変調光信号を干渉させて干渉光を生成し、その干渉光の集光位置を位相変調光信号の位相に応じて変化させる干渉計と、干渉計からの干渉光を集光可能な位置に配置されたレンズと、レンズによって集光された干渉光を受光する受光素子と、を備えるものである。

明細書開示の受信装置によれば、位相誤差に起因するアイ開口の劣化を抑制することができる。

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を参照して、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、複数の受信装置７０を含む。受信装置７０は、遅延干渉計５０および受光部６０を含む。

各光源１０は、互いに異なる波長の光を出射する。位相変調器２０は、光源１０から出射された光を受け、位相変調光信号を生成する。各位相変調器２０によって生成された位相変調光信号は、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光信号を合波する。合波された位相変調光信号は、光伝送路等を介して波長分波器４０に入力される。波長分波器４０は、入力された位相変調光信号を波長ごとに分波する。分波された各位相変調光信号は、各遅延干渉計５０に入力される。

遅延干渉計５０は、分波された位相変調光信号を復調して強度変調光信号を生成する。例えば、遅延干渉計５０は、位相変調光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、位相変調光信号を復調する。各遅延干渉計５０によって合波干渉された強度変調光信号は、受光部６０によって受光される。以上の過程により、ＤＰＳＫ光伝送が行われる。

図２および図３は、受信装置７０の詳細を説明するための模式図である。図２（ａ）は、受信装置７０の上面図である。図２（ｂ）は、受信装置７０の側面図である。図２（ｃ）は、受信装置７０の前面図である。図３（ａ）は、後述する干渉部５６の第１主面側の斜視図である。図３（ｂ）は、干渉部５６の第２主面側の斜視図である。

遅延干渉計５０は、マイケルソン型の遅延干渉計である。図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して、遅延干渉計５０は、偏波分離器５１、スキュー調整器５２、λ／２板５３、偏光ビームスプリッタ５４、λ／４板５５、干渉部５６、λ／２板５７および集光レンズ５８を含む。受光部６０は、レンズ６１，６２および受光素子６３，６４を含む。

偏波分離器５１は、光ファイバ等から入力される光信号を縦偏波（Ｐ波）と横偏波（Ｓ波）とに分離する。以下、Ｐ波から生成される光軸を第１ビーム、Ｓ波から生成されるビームを第２ビームと呼ぶ。図２（ｂ）においては、第１ビームは右側の光であり、第２ビームは左側の光である。また、図２（ｃ）においては、第１ビームは上側の光であり、第２ビームは下側の光である。スキュー調整器５２は、偏波分離器５１において分離された第１ビームのスキューを調整する。

λ／２板５３は、偏波分離器５１において分離された第２ビーム（Ｓ波）の偏波面を９０度回転させる。偏光ビームスプリッタ５４は、入力される第１ビームおよび第２ビームを干渉部５６に向かって反射する。第１ビームおよび第２ビームは、λ／４板５５を経由して干渉部５６に入力される。λ／４板５５は、第１ビームおよび第２ビームを円偏光に変換し、干渉部５６で折り返された後で再びλ／４板５５を通過すると偏波面が９０度回転するようにする。

干渉部５６は、第１主面と第２主面とによって透過部材が挟持された構造を有する。図３（ａ）を参照して、第１主面は、偏光ビームスプリッタ５４側の面であり、反射膜５６１と透過膜５６２とが交互に所定の間隔で配置された構造を有する。反射膜５６１および透過膜５６２は、同じ幅を有することが好ましい。図３（ｂ）を参照して、第２主面は、反射膜５６３からなる。

干渉部５６に入力された第１ビームは、第１主面の反射膜５６１によって反射する第１ビームの第１分岐と、透過膜５６２を透過して第２主面の反射膜５６３によって反射する第１ビームの第２分岐と、に分岐する。第１主面と第２主面との間の透過部材の屈折率および厚みは、第２分岐が第１分岐に比較して１ビット遅延するように設定されている。

第１ビームの第１分岐は、反射膜５６３によって反射した第１ビームの第２分岐と干渉し、干渉部５６から出力される光信号の位相が０ラジアンである場合は、第１ビームの第１干渉光として、集光レンズ５８によって集光されて受光部６０の受光素子６３によって受光される。干渉部５６から出力される光信号の位相がπラジアンである場合は、第１ビームの第２干渉光として、集光レンズ５８によって集光されて受光部６０の受光素子６４によって受光される。

同様に、干渉部５６に入力された第２ビームは、第１主面の反射膜５６１によって反射する第２ビームの第１分岐と透過膜５６２を透過して第２主面の反射膜５６３によって反射する第２ビームの第２分岐とに分岐する。第２ビームの第１分岐は、反射膜５６３によって反射した第２ビームの第２分岐と干渉し、干渉部５６から出力される光信号の位相が０ラジアンである場合は、第２ビームの第１干渉光として、集光レンズ５８によって集光されて受光部６０の受光素子６３によって受光される。干渉部５６から出力される光信号の位相がπラジアンである場合は、第２ビームの第２干渉光として、集光レンズ５８によって集光されて受光部６０の受光素子６４によって受光される。

なお、干渉部５６から出力される光信号の位相が０ラジアンである場合、この光信号の等位相面は第１主面と平行になる。光信号の位相が０ラジアンからシフトすると、この光信号の等位相面は第１主面から傾斜する。一方、干渉部５６から出力される光信号の位相がπラジアンである場合、この光信号の等位相面は第１主面から±λ／２ｄラジアン傾斜する。光信号の位相がπラジアンからシフトすると、等位相面はさらに傾斜する。ここで、「λ」は光信号の波長であり、「ｄ」は反射膜５６１および透過膜５６２の幅である。

ここで、受信装置７０に入力される位相変調光信号の位相誤差、干渉部５６における遅延量の誤差等に起因して第１ビームの第１分岐、第１ビームの第２分岐、第２ビームの第１分岐および第２ビームの第２分岐に位相誤差が生じる。本実施例に係る干渉部５６を用いれば、位相誤差に応じて干渉部５６からの出射角度が変化することから、上記位相誤差に応じて集光レンズ５８による集光位置が変化する。

受光部６０は、レンズ６１，６２および１組の受光素子６３，６４を含む。レンズ６１は、第１ビームの第１干渉光および第２ビームの第１干渉光を集光可能な位置に配置される。すなわち、レンズ６１は、集光レンズ５８による集光位置が変化しても第１ビームの第１干渉光および第２ビームの第１干渉光が集光有効径内に収まるように配置される。受光素子６３は、レンズ６１の焦点近傍に配置される。それにより、受光素子６３は、第１ビームの第１干渉光および第２ビームの第１干渉光を正相出力として受光することができる。

レンズ６２は、第１ビームの第２干渉光および第２ビームの第２干渉光を集光可能な位置に配置される。すなわち、レンズ６２は、集光レンズ５８による集光位置が変化しても第１ビームの第２干渉光および第２ビームの第２干渉光が集光有効径内に収まるように配置される。受光素子６４は、レンズ６２の焦点近傍に配置される。それにより、受光素子６４は、第１ビームの第２干渉光および第２ビームの第２干渉光を逆相出力として受光することができる。

集光レンズ５８による集光位置にレンズ６１，６２を配置するためには、レンズ６１，６２のピッチを正確にコントロールする必要がある。したがって、レンズ６１，６２は、アレイ状に固定された２連レンズであることが好ましい。また、レンズ６１，６２の集光位置に受光素子６３，６４を配置するためには、受光素子６３，６４のピッチを正確にコントロールする必要がある。したがって、受光素子６３，６４は、集積化されていることが好ましい。

続いて、本実施例に係るアイ開口について説明する。まず、本実施例に係る干渉部５６を備えていない遅延干渉計（比較例）のアイ開口について説明する。図４（ａ）は、比較例に係る遅延干渉計から出力される正相および逆相を説明するための図である。図４（ａ）に説明されるように、比較例に係る遅延干渉計においては、正相と逆相とが正弦波として表わされる。遅延量が０ラジアンまたはπラジアンであれば、アイ開口は最大となる。しかしながら、遅延量誤差が生じると、アイ開口は劣化する。

本実施例においては、δの遅延量誤差が生じると、干渉部５６からの出射角度が±（λ／ｄ）×（δ／２π）シフトする。それにより、干渉部５６からの出射光が２分割される。この場合、図４（ｂ）で説明されるように、レンズ６１またはレンズ６２に入力される出射光が２つに分かれる。しかしながら、これらの出射光はレンズ６１，６２の集光有効径内に入力されることから、レンズ６１およびレンズ６２は、この２つの出射光をさらに集光して、受光素子６３，６４に入力する。

この場合、図４（ｃ）で説明されるように、正相および逆相の極大値および極小値が位相の遅延量に対して幅を持つようになる。したがって、遅延量が０ラジアンまたはπラジアンからずれても、正相は極小値を維持し、逆相は極大値を維持する。その結果、遅延量誤差が生じても、アイ開口の劣化が抑制される。

このように、本実施例においては、干渉部５６およびレンズ６１，６２を配置することによって、アイ開口の劣化を抑制することができる。

図５は、所定の条件におけるアイ開口について説明するための図である。図５において、横軸は干渉部５６における遅延量であり、縦軸は受光素子に入力される光強度である。上記所定条件について説明する。干渉部５６の第１主面の反射膜５６１および透過膜５６２の幅を５０μｍとする。また、反射膜５６１および透過膜５６２は、それぞれ８本とする。集光レンズ５８の焦点距離を１６ｍｍとする。レンズ６１，６２の間隔を２５０μｍとする。レンズ６１，６２における集光有効径は４５μｍとする。

比較例に係る遅延干渉計においては、遅延量誤差が２５度になるとアイ開口の劣化が１０％になる。これに比較して、本実施例に係る受信装置７０を用いれば、遅延量誤差が５０度までであれば、アイ開口の劣化を１０％に抑制することができる。このように、本実施例に係る受信装置７０を用いることによって、アイ開口の劣化を抑制することができる。

また、本実施例に係る受信装置７０を用いることによって、省スペース化を図ることができる。図６（ａ）は、本実施例に係る干渉部５６を用いずに導波路型干渉計を用いた場合の構成図である。図６（ａ）に説明されるように、導波路型干渉計を用いると、遅延干渉させるための長さが必要になる。したがって、導波路型干渉計を用いた受信装置は大型化する。これに比較して、図６（ｂ）に説明されるように、本実施例に係る干渉部５６は、干渉部５６を透過する光を１ビット遅延させるための厚みだけを必要とする。以上のことから、本実施例に係る受信装置７０を用いることによって、省スペース化を図ることができる。

図７は、実施例２に係る受信装置７０ａを説明するための模式図である。図７（ａ）は、受信装置７０ａの上面図である。図７（ｂ）は、受信装置７０ａの側面図である。図７（ｃ）は、受信装置７０ａの前面図である。

受信装置７０ａにおいては、偏波分離器５１からの光信号が偏光ビームスプリッタ５４によって反射される方向にλ／４板５９および全反射ミラー８０が配置されている。λ／４板５９は、偏光ビームスプリッタ５４によって反射される第１ビームおよび第２ビームの偏波面を往復で９０度回転させる。

全反射ミラー８０は、偏光ビームスプリッタ５４からの光を全反射し、λ／４板を介して偏光ビームスプリッタ５４に入力する。全反射ミラー８０から偏光ビームスプリッタ５４に入力される光は、偏波面が９０度回転しているため偏光ビームスプリッタ５４を透過する。この透過方向に、干渉部５６を配置する。干渉部５６によって干渉反射された光が偏光ビームスプリッタ５４によって反射される方向に集光レンズ５８を配置する。それにより、受光部６０によって正相出力および逆相出力が受光される。

本実施例に係る受信装置７０ａにおいても、干渉部５６およびレンズ６１，６２を配置することによって、アイ開口の劣化を抑制することができる。

また、導波路型干渉計に比較して干渉部５６を短くすることができることから、本実施例に係る受信装置７０ａを用いることによって、省スペース化を図ることができる。

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。

実施例１に係る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。 （ａ）は受信装置の上面図であり、（ｂ）は受信装置の側面図であり、（ｃ）は受信装置の前面図である。 干渉部の斜視図である。 アイ開口について説明するための図である。 所定の条件におけるアイ開口について説明するための図である。 省スペース化について説明するための図である。 実施例２に係る受信装置を説明するための模式図である。

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 遅延干渉計
５１ 偏波分離器
５２ スキュー調整器
５３ λ／２板
５４ 偏光ビームスプリッタ
５５ λ／４板
５６ 干渉部
５７ λ／２板
５８ 集光レンズ
６０ 受光部
６１，６２ レンズ
６３，６４ 受光素子
７０ 受信装置
１００ 光伝送システム

Claims (4)

1. 位相変調光信号を干渉させて生成される干渉光の位置を前記位相変調光信号の位相に応じて変化させる干渉計と、
   前記干渉計からの前記干渉光を集光可能な位置に配置されたレンズと、
   前記レンズによって集光された前記干渉光を受光する受光素子と、を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記干渉計は、前記レンズの集光有効径内に前記干渉光が集光されるように、前記干渉光の位置を変化させることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
3. 前記位相変調光信号は、差動位相変調光信号であり、
   前記干渉計は、第１面と第２面との間に透過部材が配置された干渉部を備え、
   前記第１面においては、透過膜と反射膜とが交互に配置され、
   前記第２面においては、反射膜が配置され、
   前記第１面の反射膜によって反射する光に対して、前記第２面の反射膜によって反射する光は１シンボル遅延することを特徴とする請求項１または２記載の受信装置。
4. 前記第１面および前記第２面は、互いに平行な２枚の主面を有する基板の各主面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の受信装置。

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