JP2011217056A - 光受信器 - Google Patents
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Abstract
【課題】DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、光受信器の特性劣化を抑制可能な光受信器を提供する。
【解決手段】光信号を、偏波面が直交する2つの光波に分岐する偏波分岐手段201と、一方の分岐光を分岐する第1の分岐手段と、他方の分岐光を分岐する第2の分岐手段と、各分岐手段を経た4つの光波に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段231〜254を設け、1ビット遅延回路手段を経た4つの光波は、各々の光波が±45度の1/4波長板を通過し、偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波毎に分岐する回転分岐手段と、回転分岐手段を経た特定の4つの光波を+45度の半波長板を通過させ、得られた8つの光波を特定の組み合わせで偏波面を維持した状態で合波する。
【選択図】図4
【解決手段】光信号を、偏波面が直交する2つの光波に分岐する偏波分岐手段201と、一方の分岐光を分岐する第1の分岐手段と、他方の分岐光を分岐する第2の分岐手段と、各分岐手段を経た4つの光波に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段231〜254を設け、1ビット遅延回路手段を経た4つの光波は、各々の光波が±45度の1/4波長板を通過し、偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波毎に分岐する回転分岐手段と、回転分岐手段を経た特定の4つの光波を+45度の半波長板を通過させ、得られた8つの光波を特定の組み合わせで偏波面を維持した状態で合波する。
【選択図】図4
Description
本発明は、光受信器に関し、特に、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号を復調する光受信器に関する。
通信トラフィックの増大に伴い、高速・大容量化が求められる次世代長距離大容量光通信システムでは、多値変復調符号化技術の導入が検討されている。その代表的なものの一つに差動四相位相偏移変調(DQPSK変調,Differential Quadrature Phase Shift keying)方式がある。この方式では、従来の2値強度変調(OOK)方式と比べ、信号帯域が狭く、周波数利用効率の向上や伝送距離の拡大が実現できるほか、高感度化も期待できる。
まず、四相位相偏移変調(QPSK変調,Quadrature Phase Shift keying)方式は、2ビットのデータから構成される各シンボル「00」,「01」,「11」及び「10」に対して、「θ」,「θ+π/2」,「θ+π」及び「θ+3π/2」が割り当てられる。ここで、「θ」は任意の位相である。そして、受信器は、受信信号の位相を検出することにより、送信データを再生する。QPSK変調方式を比較的容易に実現する手段として、DQPSK変調方式があり、DQPSK変調では、先に送信したシンボルの値と次に送信するシンボルの値との間の搬送波の位相変化量(「0」,「π/2」,「π」及び「3π/2」)が送信情報の2ビットに対応付けられる。したがって、受信器は、隣接する2つのシンボル間の位相差を検出することにより、送信データを再生することができる。
特許文献1又は2に示すように、DQPSK変調された光信号を復調するには、図1のようなI(In-phase)信号生成用とQ(Quadrature)信号生成用の2つの遅延干渉計(導波路102と103による遅延干渉計、または、導波路104と105による遅延干渉計)を必要とし、しかも、高精度で位相差を復調する必要がある。図1では、光信号αを2つの遅延干渉計に入れるため、分岐部101で2つに分岐されている。しかし、光受信器の周辺温度などの影響で、遅延干渉計内の光路長が変化し、位相が安定しないため、高精度な復調が困難となる。また、いずれの干渉計でどちらの信号成分を復調しているのかが識別できないなど問題があった。また、光信号を分岐し2つの干渉計に導入するまでの光路長差や、各干渉計を構成する光路長の差を、最適に調整する必要があり、制御系が極めて複雑化するという問題を生じていた。なお、光波a1とa2、又は光波a3とa4を、各々のバランスド受光素子に入射してI信号やQ信号が得られる。
これに対し、特許文献3において、本出願人は、図2に示すように、偏波面に着目する光受信器を提案した。具体的には、DQPSK変調光αは、偏波面が一方向に揃えた状態入射し、1ビット遅延回路に導入される。1ビット遅延回路では、偏波保持型のファイバカプラ(1,2)で構成されるとともに、一方の分岐光の経路には偏波面を90度回転させる半波長板3が配置されている。これにより、合波された光波は、互いに1ビット遅延した2つの信号光が、偏波面が直交する状態で合成されている。
そして、偏波分離回路4を用いて4つの信号光に分離され、例えば、光波b1とb2、又は光波b3とb4を、各々のバランスド受光素子に入射してI信号やQ信号を得ることができる。これにより、1ビット遅延回路が1つに集約でき、製造コストの削減や光学部品の調整の煩雑さを軽減することが可能となる。
しかしながら、1ビット遅延回路を、例えば、偏波保持型ファイバカプラを用いて作成すると、偏波保持型ファイバカプラは温度変化や外部応力などの外乱に対して非常に敏感であるため、装置としての安定性が乏しいという問題を生じる。また、ハーフミラーなどの空間光学系を利用する場合も、ハーフミラーに偏波依存性があるため、分岐した光波の光路長に誤差が生じ易く、I成分信号とQ成分信号との間に時間的なずれが発生する可能性が高い。
この問題を解決するため、特許文献4において、1ビット遅延回路を、単一の偏光ビームスプリッターと2つのプリズムミラーで構成する技術を提案した。図3は、特許文献4において開示した光学系の基本的な概念を説明する図である。
図3に示すように、DQPSK変調された光信号αを多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、DQPSK変調された光信号αを、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段(201)と、一方の分岐光Aをさらに2つの光波(A1,A2)に分岐し、+45度の1/4波長板を通過させる分岐回転手段(211,221)と、他方の分岐光Bをさらに2つの光波(B1,B2)に分岐し、−45度の1/4波長板を通過させる分岐回転手段(212,222)と、各分岐回転手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段(231〜254)を設け、1ビット遅延回路手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板(261,264)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐(281,284)する回転分岐手段と、1ビット遅延回路手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板(262,263)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐(282,283)する回転分岐手段と、回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板(290)を通過させ、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段(301〜304)を有することを特徴とする。
本発明者らは、上記図3に示す光学系について、さらに鋭意、研究を重ねた結果、図3の1ビット遅延回路手段では、偏光ビームスプリッターを多様するが、この光学部材は信号光の偏波状態に依存し、損失(偏波依存性ロス,PDL)に多大な影響を及ぼす。特に、1ビット遅延回路手段における分岐光の光強度が異なるため、光受信器の特性劣化が発生する原因となっていることを見出した。
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、1ビット遅延回路手段における偏波依存性ロスを低減し、該1ビット遅延回路手段内の分岐光の光強度を略等しく構成することで、光受信器の特性劣化を抑制可能な光受信器を提供することである。
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、DQPSK変調された光信号を、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段と、一方の分岐光Aを光強度が略等しい2つの光波(A1,A2)に分岐する第1の分岐手段と、他方の分岐光Bを光強度が略等しい2つの光波(B2,B2)に分岐する第2の分岐手段と、前記各分岐手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段を設け、前記1ビット遅延回路手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐する回転分岐手段と、前記1ビット遅延回路手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐する回転分岐手段と、前記回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板を通過させ、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段を有することを特徴とする。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光受信器において、前記第1及び第2の分岐手段は、偏光回転手段及び分離素子とからなり、前記偏光回転手段は、前記分離素子の分岐比が略等しくなるように、入力された分岐光の偏光方向を回転し、調整することを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の光受信器において、前記偏光回転手段は、半波長板であることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項1に記載の光受信器において、前記第1及び第2の分岐手段は、円偏光変換手段及び分離素子とからなり、前記円偏光変換手段は、入力された分岐光を円偏光に変化した後、前記分離素子に入力することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項4に記載の光受信器において、前記円偏光変換手段は、1/4波長板であることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の光受信器において、前記4つの光波に対する1ビット遅延回路手段は、単一の偏光ビームスプリッターと2つのプリズムミラーで構成されることを特徴とする。
本発明の光受信器により、第1及び第2の分岐手段を用いて、1ビット遅延回路手段に入射する光波を、光強度が略等しい2つの光波((A1,A2)又は(B1,B2))に分岐するため、1ビット遅延回路手段でのビームスプリッタによる偏波依存性ロスを抑制し、該1ビット遅延回路手段内の分岐光の光強度を略等しく構成することで、光受信器の特性劣化を抑制することが可能となる。
特に、前記分岐手段として、偏光回転手段(半波長板)及び分離素子、あるいは、円偏光変換手段(1/4波長板)及び分離素子を用いることで、1ビット遅延回路手段に入射する光波の偏波状態を最適に調整することが可能となり、偏波依存性ロスを低減し、該1ビット遅延回路手段内の分岐光の光強度を略等しく構成することで、光受信器の特性劣化を抑制することが可能となる。
また、本発明の光受信器により、4つの光波(A1,A2,B1又はB2)に対する1ビット遅延回路手段は、単一の偏光ビームスプリッターと2つのプリズムミラーで構成されるため、空間光学系を小型化することが可能な光受信器を提供することができる。
以下、本発明の光受信器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図4に示すように、DQPSK変調された光信号αを多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、DQPSK変調された光信号αを、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段(201)と、一方の分岐光Aを光強度が略等しい2つの光波(A1,A2)に分岐する第1の分岐手段(11,21)と、他方の分岐光Bを光強度が略等しい2つの光波(B2,B2)に分岐する第2の分岐手段(12,22)と、前記各分岐手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段(231〜254)を設け、前記1ビット遅延回路手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板(261,264)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐(281,284)する回転分岐手段と、前記1ビット遅延回路手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板(262,263)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐(282,283)する回転分岐手段と、前記回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板(290)を通過させ、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段(301〜304)を有することを特徴とする。
本発明は、図4に示すように、DQPSK変調された光信号αを多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、DQPSK変調された光信号αを、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段(201)と、一方の分岐光Aを光強度が略等しい2つの光波(A1,A2)に分岐する第1の分岐手段(11,21)と、他方の分岐光Bを光強度が略等しい2つの光波(B2,B2)に分岐する第2の分岐手段(12,22)と、前記各分岐手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段(231〜254)を設け、前記1ビット遅延回路手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板(261,264)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐(281,284)する回転分岐手段と、前記1ビット遅延回路手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板(262,263)を通過し、さらに偏波面を22.5度回転(270)し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐(282,283)する回転分岐手段と、前記回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板(290)を通過させ、得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段(301〜304)を有することを特徴とする。
本発明の光受信器により、第1及び第2の分岐手段を用いて、1ビット遅延回路手段に入射する光波を、光強度が略等しい2つの光波((A1,A2)又は(B1,B2))に分岐するため、1ビット遅延回路手段でのビームスプリッターによる偏波依存性ロスを抑制することが可能となる。特に、前記分岐手段として、偏光回転手段(半波長板)及び分離素子、あるいは、円偏光変換手段(1/4波長板)及び分離素子を用いることで、1ビット遅延回路手段に入射する光波の偏波状態を最適に調整でき、偏波依存性ロスも低減できる。
また、図4では、図3と同様に、得られた各光波(C1〜C4)は、バランスド受光素子に入射させることで、偏波無依存化したI信号成分とQ信号成分を形成でき、光受信器の光学系にハーフミラーを利用する場合でも、ハーフミラーの偏波依存性に影響を受けず、適正なI信号成分とQ信号成分を得ることができる。
次に、図5及び図6を用いて、図4に対応する空間光学系で構成した光受信器を説明する。図5及び図6は、光の伝搬方向(図の右方向)に向かって、使用する光学部品を直列状態で展開した展開図である。特に、図5は、空間光学系を側面から見た展開図であり、図6は、空間光学系を上方から見た平面状の展開図である。
入射した信号光αは、レンズ400でコリメートされ、偏波分岐手段401を構成する偏光ビームスプリッター402,403に入射し、図5のように、上下に分離した平行ビーム(A,B)を形成する。符号βで示す光波は、偏光ビームスプリッターから漏れる漏れ光である。
分岐光Aを光強度が略等しい2つの光波(A1,A2)に分岐する第1の分岐手段(11,21)と、分岐光Bを光強度が略等しい2つの光波(B2,B2)に分岐する第2の分岐手段(12,22)と、各分岐手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段とを含む光学系を符号410で示す。
第1及び第2の分岐手段としては、例えば、偏光回転手段(413,413’)及び分離素子(411)とからなる。偏光回転手段は、半波長板で構成され、符号413を+22.5度の半波長板と、符号413’を−22.5度の半波長板との組み合わせ、又は、符号413を0度の半波長板と、符号413’を45度の半波長板との組み合わせで構成することが可能である。分離素子(411)としては、ハーフミラー又は偏光ビームスプリッターが利用可能である。
また、第1及び第2の分岐手段は、例えば、円偏光変換手段(413,413’)及び分離素子(411)から構成することも可能である。円偏光変換手段は、1/4波長板で構成し、分離素子をハーフミラーで構成することが可能である。
図5の上段側の光波(A)は、第1の分岐手段を構成する偏光回転手段(又は円偏光変換手段)413に入射し、図6で示す分離素子411で2つの光波(実線A1,点線A2)に分けられる。また、図5の下段側の光波(B)は、第2の分岐手段を構成する偏光回転手段(又は円偏光変換手段)413’に入射し、図6で示す分離素子411で2つの光波(実線B1,点線B2)に分けられる。
その後、これら4つの光波(A1,A2,B1,又はB2)は、偏光ビームスプリッター414で偏光面が直交する2つ光波に分岐され、プリズムミラー416及び417で各々反射し、再度、偏光ビームスプリッター414に入射して、偏波面を直交状態に維持しながら合波される。しかも、偏光ビームスプリッター414に対するプリズムミラー416及び417の設置位置は、光路差が1ビット分となるように設定されており、例えば、光路長を調整するため、ポリマーなどの光透過媒体415が、偏光ビームスプリッターとプリズムミラーとの間に配置される。
本発明の光受信器では、特に、4つの光波に対する1ビット遅延回路を、単一の偏光ビームスプリッター414と2つのプリズムミラー(416,417)で構成されるため、空間光学系を、極めて小型化することが可能となる。
1ビット遅延回路を出た光波は、ミラー(418,419)により−45度の1/4波長板420や+45度の1/4波長板421へ導かれる。
±45度の1/4波長板(420,421)を通過した4つの光波は、さらに、22.5度の偏波面回転手段430を通過し、4つの偏光ビームスプリッター(441〜444)からなる分岐手段440により、各々2つの光波に分岐される。符号γは、偏光ビームスプリッターからの漏れ光である。
図5の下段側の光波(B11、B12,B21,B22)は、+45度の半波長板450を通過し、ミラー461と偏光ビームスプリッター461、或いは必要に応じて設けられるミラー463で構成される合波手段460で、上段側の光波と下段側の光波とが特定の組み合わせを構成することとなる。
図6で示すように、空間光学系で構成する場合には、光路差が発生する。このような光路差は、光波間の位相差を生じる原因となるため、各光波の間で、光路差を生じないよう補正する必要がある。
以上説明したように、本発明によれば、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、1ビット遅延回路手段における偏波依存性ロスを低減し、該1ビット遅延回路手段内の分岐光の光強度を略等しく構成することで、光受信器の特性劣化を抑制可能な光受信器を提供することが可能となる。
11,12 偏光回転手段(又は円偏光変換手段)
21,22 分離素子
201,231〜234,251〜254,281〜284,301〜304 偏光ビームスプリッター
211,212 分岐手段
221,222,261〜264 1/4波長板
270 22.5度の偏波面回転手段
290 半波長板
21,22 分離素子
201,231〜234,251〜254,281〜284,301〜304 偏光ビームスプリッター
211,212 分岐手段
221,222,261〜264 1/4波長板
270 22.5度の偏波面回転手段
290 半波長板
Claims (6)
- DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、
DQPSK変調された光信号を、偏波面が直交する2つの光波(A,B)に分岐する偏波分岐手段と、
一方の分岐光Aを光強度が略等しい2つの光波(A1,A2)に分岐する第1の分岐手段と、
他方の分岐光Bを光強度が略等しい2つの光波(B2,B2)に分岐する第2の分岐手段と、
前記各分岐手段を経た4つの光波(A1,A2,B1,B2)に対し、偏波面が直交する2つの光波に分離し、一方の光波を1ビット分の遅れを発生させた後に両者を互いに偏波面が直交する状態で合波する1ビット遅延回路手段を設け、
前記1ビット遅延回路手段を経た2つの光波(A1,B2)は、各々の光波が−45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A11,A12)又は(B21,B22))毎に分岐する回転分岐手段と、
前記1ビット遅延回路手段を経た他の2つの光波(A2,B1)は、各々の光波が+45度の1/4波長板を通過し、さらに偏波面を22.5度回転し、偏波面が直交する2つの光波((A21,A22)又は(B11,B12))毎に分岐する回転分岐手段と、
前記回転分岐手段を経た特定の4つの光波(B11,B12,B21,B22)を+45度の半波長板を通過させ、
得られた8つの光波(A11,A12,A21,A22,B11,B12,B21,B22)を特定の組み合わせ((A11,B21),(A12,B22),(A21,B11)又は(A22,B12))で偏波面を維持した状態で合波する合波手段を有することを特徴とする光受信器。 - 請求項1に記載の光受信器において、前記第1及び第2の分岐手段は、偏光回転手段及び分離素子とからなり、前記偏光回転手段は、前記分離素子の分岐比が略等しくなるように、入力された分岐光の偏光方向を回転し、調整することを特徴とする光受信器。
- 請求項2に記載の光受信器において、前記偏光回転手段は、半波長板であることを特徴とする光受信器。
- 請求項1に記載の光受信器において、前記第1及び第2の分岐手段は、円偏光変換手段及び分離素子とからなり、前記円偏光変換手段は、入力された分岐光を円偏光に変化した後、前記分離素子に入力することを特徴とする光受信器。
- 請求項4に記載の光受信器において、前記円偏光変換手段は、1/4波長板であることを特徴とする光受信器。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の光受信器において、前記4つの光波に対する1ビット遅延回路手段は、単一の偏光ビームスプリッターと2つのプリズムミラーで構成されることを特徴とする光受信器。
Priority Applications (1)
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JP2010082188A JP2011217056A (ja) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | 光受信器 |
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JP2011217056A true JP2011217056A (ja) | 2011-10-27 |
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ID=44946372
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2010
- 2010-03-31 JP JP2010082188A patent/JP2011217056A/ja active Pending
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