JP2020028065A - 光変調器、光送信機、光復調器、光受信機及び光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、偏波多重変調信号を処理する技術を提供する。【解決手段】光変調器は、直線偏波である第１偏波の連続光の位相を変調して第１変調光を出力する第１変調手段と、前記第１変調光を円偏波の第２変調光に変換する変換手段と、前記第２変調光の前記第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成分の位相を変調して第３変調光を出力する第２変調手段と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、光変復調技術に関する。

非特許文献１及び２は、偏波多重ＱＰＳＫ信号を生成する光変調器を開示している。図１は、非特許文献１及び２が開示する偏波多重ＱＰＳＫ信号を生成する光変調器の構成図である。Ｘ偏波の連続光は、分岐部５で分岐され、それぞれ、図２に示すＱＰＳＫ光変調部６に入力される。上側のＱＰＳＫ光変調部６は、データ列Ｘで連続光をＱＰＳＫ変調し、Ｘ偏波のＱＰＳＫ信号を合波部８に出力する。下側のＱＰＳＫ光変調部６は、データ列Ｙで連続光をＱＰＳＫ変調し、Ｘ偏波のＱＰＳＫ信号を偏波回転部７に出力する。偏波回転部７は、Ｘ偏波のＱＰＳＫ信号の偏波を回転させ、Ｘ偏波と直交するＹ偏波のＱＰＳＫ信号を合波部８に出力する。合波部８は、Ｘ偏波のＱＰＳＫ信号とＹ偏波のＱＰＳＫ信号を合波し、偏波多重ＱＰＳＫ信号を出力する。

図２は、図１のＱＰＳＫ変調部６の構成図である。分岐部６０は、入力される連続光を２分岐して、それぞれ、分岐部６１Ｉ及び６１Ｑに出力する。分岐部６１Ｉは、入力される連続光を２分岐して、光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉに出力する。光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉには、データ列に応じた電圧（以下、バイアス）が印加される。光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉが出力する光の位相は、それぞれ、印加されるバイアスに応じて調整される。合波部６４Ｉは、光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉが出力する光を合波して出力する。ここで、ＱＰＳＫ変調部６は、光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉから出力される光の位相が、基準位相を中心に対称となる様に制御する。例えば、基準位相は、複素平面における実軸（Ｉ軸）の方向に対応する位相である。したがって、合波部６４Ｉが出力する合波光は、印加されるバイアスに応じて複素平面の実軸上を移動（振幅が変動）する信号になる。

分岐部６１Ｑ、光位相調整部６２Ｑ及び６３Ｑ並びに合波部６４Ｑでの処理も、分岐部６１Ｉ、光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉ並びに合波部６４Ｉでの上述した処理と同様である。したがって、合波部６４Ｑが出力する合波光は、印加されるバイアスに応じて複素平面の実軸上を移動する信号になる。合波部６４Ｑが出力する合波光は、位相調整部６５において、その位相が９０度回転される。したがって、位相調整部６５が出力する合波光は、印加されるバイアスに応じて複素平面の虚軸（Ｑ軸）上を移動する信号になる。合波部６６は、合波部６４Ｉが出力する合波光と、位相調整部６５が出力する合波光を合波する。したがって、光位相調整部６２Ｉ及び６３Ｉと、光位相調整部６２Ｑ及び６３Ｑに印加するバイアスをデータ列に応じて調整することで、合波部６６が出力する合波光は、ＱＰＳＫ信号になる。

Ｐ．Ｄｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．，"１１２−Ｇｂ/ｓ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＰＤＭ−ＱＰＳＫ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ"，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ ２０，Ｂ６２４−Ｂ６２９，２０１２年 Ｅ．Ｙａｍａｄａ ｅｔ ａｌ．，"１１２−Ｇｂ/ｓ ＩｎＰ ＤＰ−ＱＰＳＫ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ Ｓｉｌｉｃａ−ＰＬＣ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ"，ｉｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（Ｏｐｔｉｃａl Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ），ｐａｐｅｒ ＰＤＰ５Ａ．９，２０１２年

しかしながら、非特許文献１及び２の構成は複雑であり、また、複数回の光の分岐や合波による損失が大きくなる。

本発明は、簡易な構成で、偏波多重変調信号を処理する技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、光変調器は、直線偏波である第１偏波の連続光の位相を変調して第１変調光を出力する第１変調手段と、前記第１変調光を円偏波の第２変調光に変換する変換手段と、前記第２変調光の前記第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成分の位相を変調して第３変調光を出力する第２変調手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、簡易な構成で、偏波多重変調信号を処理することができる。

非特許文献に記載の光変調器の構成図。 図１のＱＰＳＫ変調部の構成図。 一実施形態による光変調器の構成図。 一実施形態による光変調器の各部が出力する変調信号の説明図。 一実施形態による光復調器の構成図。 一実施形態による光変調器の構成図。

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。

＜第一実施形態＞
図３は、本実施形態による光変調器の構成図である。なお、本実施形態では、Ｘ偏波とＹ偏波それぞれの変調方式をＱＰＳＫとする。つまり、Ｘ偏波とＹ偏波それぞれにおいて１シンボルで２ビットのデータを搬送するものとする。しかしながら、本発明は、ＰＳＫ、８ＰＳＫ等、他の多値度の変調方式に対しても同様に適用できる。光位相調整部１０には、Ｘ偏波の連続光が入力される。また、変換部１３には、データ列Ｘが入力される。変換部１３は、データ列Ｘの連続する２ビットの値に応じた位相操作量Ｖ_Ｘを出力する。光位相調整部１０は、Ｘ偏波の連続光の位相を、位相操作量Ｖ_Ｘだけ変化させ、Ｘ偏波の変調光３１を出力する。光位相調整部１０は、電気光学効果などを利用した位相変調器であり、例えば、図２の光位相調整部６２Ｉ等と同じ構成を使用することができる。例えば、位相操作量Ｖ_Ｘが０の場合、Ｘ偏波の変調光３１が、図４（Ａ）の座標４１で示す信号になるものとする。この場合、位相操作量Ｖ_Ｘを増加させると、Ｘ偏波の変調光３１の位相は、図４の点線で示す様な経路で変化する。なお、図４の黒丸は、データ列Ｘの連続する２ビットの値に対応するＱＰＳＫ信号のシンボルの位相を示している。Ｘ偏波の変調光３１の位相が、データ列の連続する２ビットの値に応じた図４（Ａ）の黒丸で示す位相となる様に、変換部３１が位相操作量Ｖ_Ｘを決定することで、光位相調整部１０はＱＰＳＫ変調を行う。Ｘ偏波の変調光３１は、以下のジョーンズベクトルで表される。

１／４波長板（ＱＷＰ）１１は、Ｘ偏波の変調光３１を円偏波の変調光３２に変換する。図４（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、円偏波の変調光３２のＸ偏波成分と、Ｙ偏波成分とを示している。Ｘ偏波の変調光３１の座標４１は、図４（Ｂ）に示す様に、円偏波の変調光２２のＸ偏波成分においては同じ座標位置になるが、図４（Ｃ）に示す様に、円偏波の変調光３２のＹ偏波成分においては位相が９０度だけ回転する。円偏波の変調光３２は、以下のジョーンズベクトルで表される。

なお、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分の振幅は、変調光３１の（１／√２）になるが、説明を簡略化するため、以下の総ての説明において、振幅の倍率については省略する。

変換部１４には、データ列Ｙが入力される。変換部１４は、データ列Ｙの連続する２ビットの値に応じた位相操作量Ｖ_Ｙを出力する。光位相調整部１２のハードウェア構成は、光位相調整部１０と同様である。しかしながら、光位相調整部１２には円偏波の変調光３２が入力されるため、光位相調整部１２は、位相操作量Ｖ_Ｙに基づきＸ偏波成分とＹ偏波成分の相対位相を制御することになる。光位相調整部１２が出力する円偏波の変調光３３は、以下のジョーンズベクトルで表される。

本実施形態による光送信機は、図３に示す光変調器を有し、円偏波の変調光３３を光伝送路に出力する。

図５は、本実施形態による光受信機が有する光復調器の構成図である。受信部２０には、光送信機が送信した円偏波の変調光３３が入力される。受信部２０は、通常のコヒーレント光受信機と同様に、円偏波の変調光３３のＸ偏波成分とＹ偏波成分それぞれを検出し、円偏波の変調光３３のＸ偏波成分とＹ偏波成分を示す電気信号３４及び３５を出力する。電気信号３４が示す複素平面上の座標をＲｘとし、電気信号３５が示す複素平面上の座標をＲｙとすると、

である。

復調部２１は、以下の式（１）で示す演算を行って電気信号３６を出力し、以下の式（２）で示す演算を行って電気信号３７を出力する。

式（１）から明らかな様に、電気信号３６は、位相操作量Ｖ_Ｘを示し、よって、データ列Ｘの連続する２ビットの値に対応する。同様に、式（２）から明らかな様に、電気信号３７は、位相操作量Ｖ_Ｙを示し、よって、データ列Ｙの連続する２ビットの値に対応する。判定部２２は、電気信号３６に基づきデータ列Ｘの連続する２ビットの値を判定し、判定部２３は、電気信号３６に基づきデータ列Ｙの連続する２ビットの値を判定する。

以上、本実施形態の光変調器は、図１の分岐部５や合波部６を必要とせず、簡易な構成で、偏波多重された変調信号を生成することができる。また、本実施形態の光復調器は、上記光変調器が生成した偏波多重変調信号を復調することができる。なお、光位相調整部１０及び光位相調整部１２は、上述した構成に限定されず、光信号の位相を調整する任意の構成を光位相調整部１０及び光位相調整部１２として使用することができる。なお、光位相調整部１２としては、Ｘ偏波成分とＹ偏波成分の位相を等価的に互いに逆方向に同じ値だけ変化させるものを使用する。

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、光受信機において、通常のコヒーレント検出を行った後、式（１）及び式（２）で示す演算を行うことで、光送信機が送信したデータ列Ｘと、データ列Ｙの復調・判定を行っていた。本実施形態では、式（１）及び式（２）の演算を送信側で行うことにより、光受信機においては、図５の復調部２１を不要にし、受信部２０が出力する電気信号３４及び３５に基づき、判定部２２及び２３が、データ列Ｘ及びデータ列Ｙの値を判定する。つまり、本実施形態では、従来の復調器を使用することができる。

図６は、本実施形態による光送信機の構成図である。本実施形態において、変換部１３及び変換部１４には、共に、データ列Ｘ及びデータ列Ｙが入力される。変換部１３は、位相操作量Ｖ´_Ｘを、Ｖ_Ｘ＋Ｖ_Ｙで求め、変換部１４は、位相操作量Ｖ´_Ｙを、Ｖ_Ｘ−Ｖ_Ｙで求める。なお、Ｖ_Ｘ及びＶ_Ｙは第一実施形態と同様である。したがって、受信部２０が出力する電気信号３４が示す複素平面上の座標Ｒｘと、電気信号３５が示す複素平面上の座標Ｒｙは以下の様になる。

したがって、判定部２２及び２３は、受信部２０が出力する電気信号３４及び３５に基づき、データ列Ｘ及びデータ列Ｙの値を判定することができる。なお、本実施形態において、変換部１３は、位相操作量Ｖ´_Ｘを、Ｖ_ＸとＶ_Ｙの和で求め、変換部１４は、位相操作量Ｖ´_Ｙを、Ｖ_ＸとＶ_Ｙの差で求めた。しかしながら、変換部１３が、位相操作量Ｖ´_Ｘを、Ｖ_ＸとＶ_Ｙの差で求め、変換部１４が、位相操作量Ｖ´_Ｙを、Ｖ_ＸとＶ_Ｙの和で求める構成とすることもできる。

１０、１２：光位相調整部、１１：１／４波長板

Claims (11)

1. 直線偏波である第１偏波の連続光の位相を変調して第１変調光を出力する第１変調手段と、
   前記第１変調光を円偏波の第２変調光に変換する変換手段と、
   前記第２変調光の前記第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成分の位相を変調して第３変調光を出力する第２変調手段と、
   を備えていることを特徴とする光変調器。
2. 前記第１変調手段は、第１データに基づき前記連続光の位相を変調し、
   前記第２変調手段は、第２データに基づき前記第２変調光の前記第１成分及び前記第２成分の位相を変調することを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
3. 前記第２変調手段は、前記第２データに基づき前記第２変調光の前記第１成分及び前記第２成分の位相を互いに逆向きに同じ量だけ変動させることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
4. 前記第１変調手段は、
   前記第１データに基づき第１位相操作量を判定する第１判定手段と、
   前記連続光の位相を前記第１位相操作量だけ変動させる第１位相調整手段と、
   を有し、
   前記第２変調手段は、
   前記第２データに基づき第２位相操作量を判定する第２判定手段と、
   前記第２変調光の前記第１成分及び前記第２成分の位相を互いに逆向きに前記第２位相操作量だけ変動させる第２位相調整手段と、
   を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の光変調器。
5. 前記第１変調手段は、第１データ及び第２データに基づき前記連続光の位相を変調し、
   前記第２変調手段は、前記第１データ及び前記第２データに基づき前記第２変調光の前記第１成分及び前記第２成分の位相を変調することを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
6. 前記第２変調手段は、前記第１データ及び前記第２データに基づき前記第２変調光の前記第１成分及び前記第２成分の位相を互いに逆向きに同じ量だけ変動させることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
7. 前記第１変調手段は、
   前記第１データに基づく第１位相操作量と、前記第２データに基づく第２位相操作量と、を判定し、前記第１位相操作量と前記第２位相操作量との和又は差に基づく第３位相操作量を判定する第１判定手段と、
   前記連続光の位相を前記第３位相操作量だけ変動させる第１位相調整手段と、
   を有し、
   前記第２変調手段は、
   前記第１位相操作量と前記第２位相操作量との和又は差に基づく第４位相操作量を判定する第２判定手段と、
   前記第２変調光の前記第１成分及び前記第２成分の位相を互いに逆向きに前記第４位相操作量だけ変動させる第２位相調整手段と、
   を有し、
   前記第３位相操作量が、前記第１位相操作量と前記第２位相操作量との和であると、前記第４位相操作量は、前記第１位相操作量と前記第２位相操作量との差であり、
   前記第３位相操作量が、前記第１位相操作量と前記第２位相操作量との差であると、前記第４位相操作量は、前記第１位相操作量と前記第２位相操作量との和であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光変調器。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の光変調器を有することを特徴とする光送信機。
9. 変調光の第１偏波の第１成分及び前記第１偏波とは直交する第２偏波の第２成分をそれぞれコヒーレント検出して第１電気信号及び第２電気信号を出力する出力手段と、
   前記第１電気信号と前記第２電気信号を乗ずることで第３電気信号を生成し、前記第１電気信号を前記第２電気信号で除することで第４電気信号を生成する生成手段と、
   前記第３電気信号の位相に基づき第１データを判定し、前記第４電気信号の位相に基づき第２データを判定する判定手段と、
   を備えていることを特徴とする光復調器。
10. 請求項９に記載の光復調器を有することを特徴とする光受信機。
11. 光送信機と光受信機と、を含む光通信システムであって、
    前記光送信機は、
    直線偏波である第１偏波の連続光の位相を変調して第１変調光を出力する第１変調手段と、
    前記第１変調光を円偏波の第２変調光に変換する変換手段と、
    前記第２変調光の前記第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成分の位相を変調して第３変調光を出力する第２変調手段と、
    を備え、
    前記光受信機は、
    前記第３変調光を受信し、前記第３変調光の前記第１偏波の第１成分及び前記第２偏波の第２成分をそれぞれコヒーレント検出して第１電気信号及び第２電気信号を出力する出力手段と、
    前記第１電気信号と前記第２電気信号を乗ずることで第３電気信号を生成し、前記第１電気信号を前記第２電気信号で除することで第４電気信号を生成する生成手段と、
    前記第３電気信号の位相に基づき第１データを判定し、前記第４電気信号の位相に基づき第２データを判定する判定手段と、
    を備えていることを特徴とする光通信システム。