JP2019028082A - Optical receiver and coherent light receiving method - Google Patents
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Description
本発明は、コヒーレント光通信システムの光受信機及びコヒーレント光受信方法に関する。 The present invention relates to an optical receiver and a coherent optical reception method of a coherent optical communication system.
通信容量の増大に対応するためコヒーレント光通信システムが利用されている。コヒーレント光通信システムの光受信機は、複雑な光回路と信号処理を必要とし、例えば、比較的短距離を接続するシステムにおいては、相対的に、光受信機のコストが高くなる。このため、コヒーレント光通信システムに利用できる安価な光受信機が求められている。非特許文献1は、120°光ハイブリッドと、3つのフォトダイオード(PD)及び3つのアナログ・デジタル変換器(ADC)を備えたホモダイン光受信機を開示している。
A coherent optical communication system is used to cope with an increase in communication capacity. An optical receiver of a coherent optical communication system requires a complicated optical circuit and signal processing. For example, in a system connecting relatively short distances, the cost of the optical receiver is relatively high. Therefore, there is a demand for an inexpensive optical receiver that can be used in a coherent optical communication system. Non-Patent
しかしながら、コヒーレント光通信システムをより安価に構成することが求められている。 However, it is required to configure the coherent optical communication system at a lower cost.
本発明は、安価な光受信機及びコヒーレント光受信方法を提供するものである。 The present invention provides an inexpensive optical receiver and coherent optical receiving method.
本発明の一態様によると、光受信機は、局所光を生成する光源と、受信する信号光の振幅を一致させる様に、前記局所光及び前記信号光の少なくとも1つの振幅を調整する調整手段と、前記調整手段による調整後の前記局所光及び前記信号光に基づき、偏波面が互いに直交する前記局所光と前記信号光を含む合波光を出力する出力手段と、前記合波光のストークスパラメータS2及びS3を測定する測定手段と、を備えていることを特徴とする。 According to an aspect of the present invention, the optical receiver adjusts at least one amplitude of the local light and the signal light so that the light source that generates the local light matches the amplitude of the received signal light. And output means for outputting the combined light including the local light and the signal light whose polarization planes are orthogonal to each other based on the local light and the signal light after adjustment by the adjusting means, and a Stokes parameter S of the combined light measuring means for measuring the 2 and S 3, characterized in that it comprises.
本発明によると、コヒーレント光通信システムをより安価に構成することができる。 According to the present invention, a coherent optical communication system can be configured at a lower cost.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following embodiment is an illustration and does not limit this invention to the content of embodiment. In the following drawings, components that are not necessary for the description of the embodiments are omitted from the drawings.
図1は、本実施形態による光受信機の構成図である。光受信機は、変調された信号光を受信して復調する。なお、信号光の偏波をY偏波とする。光源1は、コヒーレント受信のための局所光を生成して射出する。なお、局所光は、Y偏波と直交するX偏波とする。光可変減衰器(光可変ATT)21は局所光の振幅を調整し、振幅調整後の局所光を2×2光カップラ3に出力する。同様に、光可変ATT22は信号光の振幅を調整し、振幅調整後の信号光を2×2光カップラ3に出力する。なお、光可変ATT21及び22は、調整後の局所光及び信号光の振幅が同じとなる様に、局所光及び信号光の振幅の調整を行う。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical receiver according to the present embodiment. The optical receiver receives and demodulates the modulated signal light. Note that the polarization of the signal light is Y polarization. The
2×2光カップラ3は、入力される局所光及び信号光を合波し、合波光を、それぞれ、45度偏光子51と、1/4波長板4に出力する。したがって、45度偏光子51に入力される合波光と、1/4波長板4に入力される合波光に含まれる局所光及び信号光の振幅は同じであり、かつ、局所光及び信号光の偏波面は直交している。本実施形態において、1/4波長板4は、X偏波の光に対してY偏波の光を1/4波長だけ遅延させて45度偏光子52に出力する。なお、1/4波長板4は、Y偏波の光に対してX偏波の光を1/4波長だけ遅延させるものであっても良い。
The 2 × 2
45度偏光子51及び52は、それぞれ、X偏波及びY偏波の偏波面それぞれに対して45度の角度を持った偏波面の成分のみを通過させる。したがって、光電気変換部であるフォトダイオード(PD)61は、X偏波及びY偏波の偏波面それぞれに対して45度の角度を持った偏波面の局所光成分及び信号光成分を含む合波光を受信し、この2つの成分のビート信号を電気信号として出力する。同様に、PD62も、X偏波及びY偏波の偏波面それぞれに対して45度の角度を持った偏波面の局所光成分及び信号光成分を含む合波光を受信し、この2つの成分のビート信号を電気信号として出力する。ただし、1/4波長板4により、PD62に入力される信号光成分は、1/4波長だけ遅延されている。PD61及びPD62が出力する電気信号は、それぞれ、アナログ・デジタル変換器(ADC)71及び72でデジタル信号に変換され、これらデジタル信号は処理部8に出力される。
The 45
続いて、2×2光カップラ3が出力する合波光のストークスパラメータについて説明する。X偏波の局所光を複素数Exで表し、Y偏波の信号光を複素数Eyで表すと、2×2光カップラ3が出力する合波光のストークスパラメータS0、S1、S2及びS3は、それぞれ、以下の式で表される。
S0=|Ex|2+|Ey|2 (1)
S1=|Ex|2−|Ey|2 (2)
S2=2Re[Ex*Ey] (3)
S3=2Im[Ex*Ey] (4)
なお、式(3)及び(4)のEx*は、Exの共役複素数であり、Re及びImは、それぞれ、実数部分及び虚数部分を取り出すことを意味している。式(3)及び(4)から明らかな様に、S2+jS3は、信号光Eyをコヒーレント検出して得た信号に対応し、S2+jS3により信号光を復調できる。
Next, the Stokes parameters of the combined light output from the 2 × 2
S 0 = | Ex | 2 + | Ey | 2 (1)
S 1 = | Ex | 2 − | Ey | 2 (2)
S 2 = 2Re [Ex * Ey] (3)
S 3 = 2Im [Ex * Ey] (4)
In Expressions (3) and (4), Ex * is a conjugate complex number of Ex, and Re and Im mean that a real part and an imaginary part are extracted, respectively. As is apparent from the equations (3) and (4), S 2 + jS 3 corresponds to a signal obtained by coherent detection of the signal light Ey, and the signal light can be demodulated by S 2 + jS 3 .
なお、ストークスパラメータS0、S1、S2及びS3には、以下の関係がある。
S0 2=S1 2+S2 2+S3 2 (5)
The Stokes parameters S 0 , S 1 , S 2 and S 3 have the following relationship.
S 0 2 = S 1 2 + S 2 2 + S 3 2 (5)
続いて、ストークスパラメータの測定について説明する。測定対象の光信号を4分岐し、それぞれ、図2(A)〜(D)に示す回路に入力する。なお、分岐後の4つの光信号の振幅は等しいものとする。図2(A)の回路において、PDは、分岐光の全体の受光量に対応する電流I0を出力する。図2(B)の回路においては、分岐光の基準偏波面の光成分のみを0度偏光子で取り出し、PDは、この光成分に対応する電流I1を出力する。図2(C)の回路においては、基準偏波面に対して45度の角度を有する偏波面の光成分を分岐光から取り出し、PDは、この光成分に対応する電流I2を出力する。図2(D)の回路においては、基準偏波面に対して90度の角度の偏波面の光成分の位相を1/4波長だけ遅延させ、その後、基準偏波面に対して45度の角度を有する偏波面の光成分を分岐光から取り出し、PDは、この光成分に対応する電流I3を出力する。よく知られている様に、ストークスパラメータは、電流I0、I1、I2、I3から以下の式で求められる。
S0=I0 (6)
S1=2×I1−I0 (7)
S2=2×I2−I0 (8)
S3=2×I3−I0 (9)
Next, measurement of Stokes parameters will be described. The optical signal to be measured is branched into four and input to the circuits shown in FIGS. It is assumed that the four optical signals after branching have the same amplitude. In the circuit of FIG. 2A, the PD outputs a current I 0 corresponding to the total amount of the branched light. In the circuit of FIG. 2B, only the light component of the reference polarization plane of the branched light is extracted by the 0 degree polarizer, and the PD outputs a current I 1 corresponding to this light component. In the circuit of Fig. 2 (C), extraction of light components of the polarization plane having an angle of 45 degrees with respect to the reference plane of polarization from the branched light, PD outputs a current I 2 corresponding to the optical component. In the circuit of FIG. 2D, the phase of the light component of the polarization plane at an angle of 90 degrees with respect to the reference polarization plane is delayed by ¼ wavelength, and then the angle of 45 degrees with respect to the reference polarization plane is set. The light component having the polarization plane is extracted from the branched light, and the PD outputs a current I 3 corresponding to the light component. As is well known, the Stokes parameter is obtained from the currents I 0 , I 1 , I 2 , and I 3 by the following equation.
S 0 = I 0 (6)
S 1 = 2 × I 1 −I 0 (7)
S 2 = 2 × I 2 −I 0 (8)
S 3 = 2 × I 3 −I 0 (9)
ここで、図1の45度偏光子51及びPD61は、図2(C)の回路に対応し、図1の1/4波長板4、45度偏光子52及びPD62は、図2(D)の回路に対応する。つまり、図1のPD61は、合波光についての上記電流I2を出力し、PD62は、合波光についての上記電流I3を出力する。
Here, the 45-
したがって、PD61が出力する電流をI2と表記し、PD62が出力する電流をI3と表記すると、合波光のストークスパラメータS2及びS3は、以下の式で求められる。
S2=2×I2−I0 (10)
S3=2×I3−I0 (11)
式(10)及び(11)に式(6)を代入すると、以下の式が得られる。
S2=2×I2−S0 (12)
S3=2×I3−S0 (13)
Therefore, when the current output from the
S 2 = 2 × I 2 −I 0 (10)
S 3 = 2 × I 3 −I 0 (11)
Substituting equation (6) into equations (10) and (11) yields the following equation:
S 2 = 2 × I 2 −S 0 (12)
S 3 = 2 × I 3 −S 0 (13)
また、上述した様に、本実施形態において、光可変ATT21及び22は、調整後の局所光及び信号光の振幅が同じとなる様に、局所光及び信号光の振幅の調整を行っている。つまり、|Ex|=|Ey|であり、式(2)よりS1=0である。S1=0を式(5)に代入すると、以下の式を得る。
S0 2=S2 2+S3 2 (14)
Further, as described above, in the present embodiment, the
S 0 2 = S 2 2 + S 3 2 (14)
式(12)〜(14)の連立方程式を解くことで、PD61が出力する電流I2及びPD62が出力する電流I3から、S2及びS3を求めることができ、これにより、信号光の復調を行うことができる。なお、図1の処理部8は、ADC71及びADC72が出力する電流I2及びI3を示すデジタル信号から、式(12)〜(14)の連立方程式を解くことで、S2及びS3を求めて復調を行う。
By solving the simultaneous equations of Expressions (12) to (14), S 2 and S 3 can be obtained from the current I 2 output from the
以上、本実施形態では、PD及びADCの数が2つであり、非特許文献1に記載の構成より、PD及びADCの数を1つずつ削減することができる。なお、本実施形態では、信号光及び局所光それぞれに対応させて光可変ATT21及び22を設けたが、どちらか一方、例えば、通常、信号光の振幅は局所光の振幅より小さいため、光可変ATT21のみを設ける構成であっても良い。また、光可変ATT21及び22での減衰量は、サービス開始前に手動で設定しても良いが、例えば、光可変ATT21及び22が出力する光信号の振幅を監視し、目標振幅となる様に自動的に減衰量を調整する構成とすることもできる。
As described above, in this embodiment, the number of PDs and ADCs is two, and the number of PDs and ADCs can be reduced one by one from the configuration described in
また、図1の2×2光カップラ3を、図3に示す様に、偏光ビームスプリッタ31及び1×2光カップラ32に置換することもできる。偏光ビームスプリッタ31は、X偏波の局所光とY偏波の信号光を合波して1×2光カップラ32に出力し、1×2光カップラ32は、合波光を分岐して、それぞれ、図1の45度偏光子51と、1/4波長板4に出力する。
Further, the 2 × 2
なお、図1の構成において、信号光は、局所光と直交する偏波であるものとした。これは、例えば、光伝送路に偏波保持ファイバを使用することで達成され得る。また、偏波保持ファイバを使用できない場合であっても、例えば、偏波コントローラを使用することで信号光の偏波面を局所光に直交させることができる。さらに、偏波保持ファイバを使用できない場合であっても、図4に示す構成とすることで信号光の偏波面を局所光に直交させることができる。 In the configuration of FIG. 1, the signal light has a polarization orthogonal to the local light. This can be achieved, for example, by using a polarization maintaining fiber in the optical transmission line. Even when the polarization maintaining fiber cannot be used, for example, the polarization plane of the signal light can be orthogonal to the local light by using the polarization controller. Furthermore, even when the polarization maintaining fiber cannot be used, the polarization plane of the signal light can be made orthogonal to the local light by adopting the configuration shown in FIG.
図4において、光源1は、X偏波の局所光を1×2光カップラ91に出力し、1×2光カップラ91は、X偏波の局所光を光可変ATT21と偏光ビームスプリッタ92それぞれに出力する。偏光ビームスプリッタ92は、X偏波の局所光を光伝送路100に出力する。光伝送路100のもう一方の端部に接続されている光送信機は、受信する局所光を、例えば、反射型反動体光増幅器(RSOA)を用いて反射・増幅し、この反射光を変調して光受信機に送信する。なお、この際、光送信機は、ファラデーローテータを往復通過させることにより反射光の偏波面を90度だけ回転させる。
In FIG. 4, the
光伝送路100を構成する光ファイバは偏波保持型ではないため、光受信機が光伝送路100に送信したX偏波の局所光は、光伝送路100においてその偏波面が変動し得る。しかしながら、光信号は光伝送路を往復するので偏波面の変動は相殺される。したがって、光送信機による90度の偏波面の回転のみが残り、よって、光受信機はY偏波の信号光を受信する。そして、光受信機の偏光ビームスプリッタ92は、Y偏波の信号光を光可変ATT22に出力する。この構成により、偏波保持型の光ファイバを使用することなく、局所光と信号光の偏波面を直交させることが可能になる。なお、この場合、光受信機はホモダイン光受信機となる。しかしながら、偏波保持型の光ファイバを使用する場合等、信号光と局所光を個別に生成する構成において、本発明は、ヘテロダイン光受信機及びホモダイン光受信機の両方に適用可能である。
Since the optical fiber constituting the
図5は、図1の光受信機の変形形態を示す図である。図5の構成において、局所光と信号光は同じZ偏波であり、Z偏波の偏波面はX偏波及びY偏波それぞれの偏波面と45度の角度である。偏光ビームスプリッタ33は、X偏波成分については、直進させ、Y偏波成分については反射して出力する。つまり、偏光ビームスプリッタ33は、光可変ATT21から出力されるZ偏波の局所光のX偏波成分については、ポート#4から出力し、Y偏波成分についてはポート#3から出力する。また、偏光ビームスプリッタ33は、光可変ATT22から出力されるZ偏波の信号光のY偏波成分については、ポート#4から出力し、X偏波成分についてはポート#3から出力する。したがって、偏光ビームスプリッタ33のポート#3からは、X偏波の信号光とY偏波の局所光の合波光が出力される。一方、偏光ビームスプリッタ33のポート#4からは、Y偏波の信号光とX偏波の局所光の合波光が出力される。つまり、偏光ビームスプリッタ33は、互いに直交し、その振幅が同じ信号光と局所光の合波光を出力する。偏光ビームスプリッタ33のポート#3から出力される合波光は、45度偏光子51を通過後、PD61で光電変換される。なお、45度偏光子51は、Z偏波成分を通過させる。一方、偏光ビームスプリッタ33のポート#4から出力される合波光は、1/4波長板4及び45度偏光子52を通過後、PD62で光電変換される。なお、45度偏光子52は、Z偏波成分を通過させる。
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the optical receiver of FIG. In the configuration of FIG. 5, the local light and the signal light have the same Z polarization, and the polarization plane of the Z polarization is an angle of 45 degrees with the polarization plane of each of the X polarization and the Y polarization. The
なお、図5の構成において、局所光と信号光は同じZ偏波としたが、局所光がZ偏波であり、信号光がZ偏波と直交するZ´偏波であっても良い。この場合においても、偏光ビームスプリッタ33は、ポート#3及びポート4から、互いに直交し、その振幅が同じ信号光と局所光の合波光を出力する。但し、この場合、45度偏光子51と45度偏光子が通過させる偏波成分の偏波面は、互いに直交する様になる。なお、図5においては、偏光ビームスプリッタ33のポート#3から出力される合波光を45度偏光子51に出力し、ポート#4から出力される合波光を1/4波長板4に出力した。しかしながら、ポート#3から出力される合波光を2分岐して45度偏光子51及び1/4波長板4に出力することも、ポート#4から出力される合波光を2分岐して45度偏光子51及び1/4波長板4に出力することもできる。
In the configuration of FIG. 5, the local light and the signal light have the same Z polarization, but the local light may be a Z polarization and the signal light may be a Z ′ polarization orthogonal to the Z polarization. Also in this case, the
1:光源、21、22:光可変減衰器、3:2×2光カップラ、4:1/4波長板、51、52:45度偏光子、61、62:フォトダイオード、71、72:アナログ・デジタル変換器、8:処理部 1: Light source, 21, 22: Optical variable attenuator, 3: 2 × 2 optical coupler, 4: 1/4 wavelength plate, 51, 52: 45 degree polarizer, 61, 62: Photodiode, 71, 72: Analog・ Digital converter, 8: Processing unit
Claims (9)
前記局所光の振幅と、受信する信号光の振幅を一致させる様に、前記局所光及び前記信号光の少なくとも1つの振幅を調整する調整手段と、
前記調整手段による調整後の前記局所光及び前記信号光に基づき、偏波面が互いに直交する前記局所光と前記信号光を含む合波光を出力する出力手段と、
前記合波光のストークスパラメータS2及びS3を測定する測定手段と、
を備えていることを特徴とする光受信機。 A light source that generates local light;
An adjusting means for adjusting the amplitude of at least one of the local light and the signal light so that the amplitude of the local light and the amplitude of the received signal light coincide with each other;
Based on the local light and the signal light after adjustment by the adjustment means, output means for outputting the combined light including the local light and the signal light whose polarization planes are orthogonal to each other;
Measuring means for measuring the Stokes parameters S 2 and S 3 of the combined light;
An optical receiver comprising:
前記合波光のうち、前記局所光及び前記信号光の偏波面それぞれと45度の角度の偏波面の成分を通過させる第1偏光手段と、
前記第1偏光手段を通過した前記合波光の成分を電気信号に変換する第1変換手段と、
前記合波光に含まれる前記局所光又は前記信号光を1/4波長だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段を通過した前記合波光のうち、前記局所光及び前記信号光の偏波面それぞれと45度の角度の偏波面の成分を通過させる第2偏光手段と、
前記第2偏光手段を通過した前記合波光の成分を電気信号に変換する第2変換手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の光受信機。 The measuring means includes
A first polarization means for passing a component of a polarization plane at an angle of 45 degrees with each of the polarization planes of the local light and the signal light among the combined light;
First conversion means for converting a component of the combined light that has passed through the first polarization means into an electrical signal;
Delay means for delaying the local light or the signal light included in the combined light by a quarter wavelength;
A second polarization means for passing a component of a polarization plane at an angle of 45 degrees with each of the polarization planes of the local light and the signal light among the combined light that has passed through the delay means;
Second conversion means for converting the component of the combined light that has passed through the second polarization means into an electrical signal;
The optical receiver according to claim 1, further comprising:
前記第1変換手段及び前記第2変換手段それぞれの出力をデジタル信号に変換するデジタル変換手段をさらに備えており、
前記デジタル変換手段の出力に基づき前記合波光のストークスパラメータS2及びS3を測定することを特徴とすする請求項2に記載の光受信機。 The measuring means includes
Digital conversion means for converting the output of each of the first conversion means and the second conversion means into a digital signal;
The optical receiver of claim 2 sipping and measuring the Stokes parameters S 2 and S 3 of the multiplexed light based on an output of the digital conversion means.
前記出力手段は、前記調整手段による調整後の前記局所光及び前記信号光を合波することで前記合波光を生成することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光受信機。 The local light generated by the light source and the polarization of the received signal light are orthogonal to each other,
5. The light according to claim 1, wherein the output unit generates the combined light by combining the local light and the signal light that have been adjusted by the adjusting unit. Receiving machine.
前記出力手段は、前記調整手段による調整後の前記局所光を第1偏波の第1成分と前記第1偏波とは直交する第2偏波の第2成分に分離し、前記調整手段による調整後の前記信号光を前記第1偏波の第3成分と前記第2偏波の第4成分に分離し、前記第1成分及び前記第4成分を合波することで、前記第2成分及び前記第3成分を合波することで、或いは、前記第1成分及び前記第4成分を合波し、かつ、前記第2成分及び前記第3成分を合波することで、前記合波光を生成し、
前記局所光及び前記受信する信号光の偏波は、前記第1偏波及び前記第2偏波それぞれと45度だけ異なることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光受信機。 The local light generated by the light source and the polarization of the received signal light are orthogonal to each other,
The output means separates the local light after the adjustment by the adjustment means into a first component of the first polarization and a second component of the second polarization orthogonal to the first polarization, and the adjustment means The adjusted signal light is separated into the third component of the first polarization and the fourth component of the second polarization, and the second component is combined by combining the first component and the fourth component. And combining the third component, or combining the first component and the fourth component, and combining the second component and the third component, thereby combining the combined light. Generate
5. The light according to claim 1, wherein polarizations of the local light and the received signal light differ from each of the first polarization and the second polarization by 45 degrees. Receiving machine.
前記出力手段は、前記調整手段による調整後の前記局所光を第1偏波の第1成分と前記第1偏波とは直交する第2偏波の第2成分に分離し、前記調整手段による調整後の前記信号光を前記第1偏波の第3成分と前記第2偏波の第4成分に分離し、前記第1成分及び前記第4成分を合波することで、前記第2成分及び前記第3成分を合波することで、或いは、前記第1成分及び前記第4成分を合波し、かつ、前記第2成分及び前記第3成分を合波することで、前記合波光を生成し、
前記局所光及び前記受信する信号光の偏波は、前記第1偏波及び前記第2偏波それぞれと45度だけ異なることを特徴とすることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光受信機。 The local light generated by the light source and the polarization of the received signal light are the same,
The output means separates the local light after the adjustment by the adjustment means into a first component of the first polarization and a second component of the second polarization orthogonal to the first polarization, and the adjustment means The adjusted signal light is separated into the third component of the first polarization and the fourth component of the second polarization, and the second component is combined by combining the first component and the fourth component. And combining the third component, or combining the first component and the fourth component, and combining the second component and the third component, thereby combining the combined light. Generate
The polarization of the local light and the received signal light is different from the first polarization and the second polarization by 45 degrees, respectively. The optical receiver according to item.
前記局所光の振幅と、受信する信号光の振幅を一致させる様に、前記局所光及び前記信号光の少なくとも1つの振幅を調整することと、
振幅調整後の前記局所光及び前記信号光に基づき、偏波面が互いに直交する前記局所光と前記信号光を含む合波光を出力することと、
前記合波光のストークスパラメータS2及びS3を測定することと、
を含むことを特徴とするコヒーレント光受信方法。 Generating local light,
Adjusting the amplitude of at least one of the local light and the signal light so as to match the amplitude of the local light and the amplitude of the received signal light;
Based on the local light and the signal light after amplitude adjustment, outputting the combined light including the local light and the signal light whose polarization planes are orthogonal to each other;
Measuring the Stokes parameters S 2 and S 3 of the combined light;
A coherent light receiving method.
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