JP2519188B2 - 光学的局部発振周波数混合型受信器 - Google Patents

光学的局部発振周波数混合型受信器

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JP2519188B2 JP63011824A JP1182488A JP2519188B2 JP 2519188 B2 JP2519188 B2 JP 2519188B2 JP 63011824 A JP63011824 A JP 63011824A JP 1182488 A JP1182488 A JP 1182488A JP 2519188 B2 JP2519188 B2 JP 2519188B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的結合装置と電子的増幅器部分を有す
る局部発振周波数混合型受信器に関する。
〔従来の技術〕
上記の種類の受信器はコヒーレント光学デバイスおよ
びテクノロジーの進歩に関するIEEコロキウム、サボイ
プレース、ロンドン、英国、1985年３月およびECOC'8
6、第395〜398頁から公知である。これらの文献にはそ
れぞれ、送信および発振器信号が３×３結合器の形態の
光学的結合装置を介して結合され、その際にこの結合器
の出力端に両入射信号の相異なる相対的位相ずれが生ず
る光学的ASKマルチポート−ホモダイン受信器が記載さ
れている。３×３結合器から取り出し可能な３つの混合
信号成分の間の相対的位相差はそれぞれ120゜でなけれ
ばならず、また結合器が簡単に製造可能でない。３つの
混合信号成分は電子的増幅器部分の３つの別々の増幅器
に供給される。
いわゆる90゜ハイブリッドによりたとえばホモダイン
受信器（「ジャーナル・オブ・ライトウエイブ・テクノ
ロジー（Journ.of Light wave Technology）」LT−３
（1985）、第1238〜1247頁参照）およびマルチポート受
信器「エレクトロニクス・レターズ（Electr.Lett.）」
21（1985）、第867〜868頁参照）が有利に構成され得
る。自由なビーム伝播のための光学的ハイブリッドは公
知であり（AE37（1983）第203〜206頁参照）、その際
に円偏光光源の両直交フィールド強度成分の90゜ずれが
利用される。しかし、LWL重畳システム用の重畳受信の
際にはすべての光学的構成要素を導波路技術で構成しな
ければならない。
これまでに、４つの互いに接続されたファイバ方向性
結合器および１つの移相器により実現されている90゜ハ
イブリッドも公知にされている（ストーウェ（D.W.Stow
e）著ペーパーTUB5、OFC−83（ニュー−オリアンズ）参
照）。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、比較的簡単に集積導波路技術で実現
可能な光学的結合装置を有し、さらに局部発振器の発振
器信号の振幅ノイズが大幅に抑制される光学的局部発振
周波数混合型受信器を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項
記載の光学的局部発振周波数混合型受信器により達成さ
れる。
〔作用効果〕
本発明による受信器の結合装置は、一方の両混合信号
成分の間の位相ずれおよび他方の両混合信号成分の間の
位相ずれが特に180゜である特別な90゜ハイブリッドで
ある。電子的増幅器部分の両補償用増幅器はいわゆる
“平衡受信器”を形成する（「ジャーナル・オブ・ライ
トウエイブ・テクノロージー（Journ.of Lightwave Tec
hnology）」LT−３（1985）、第1110〜1122頁参照）。
従って、本発明による受信器は本質的には光学的90゜ハ
イブリッドと“平衡受信器”との新しい種類の組み合わ
せとみなされ得る。
本発明による受信器の有利な実施態様では、特許請求
の範囲第２項により、１つの操作端および１つの調節装
置が設けられている。この実施態様では、一方の両混合
信号成分と他方の両混合信号成分との間の90゜位相差は
光学的90゜ハイブリッドの出力ゲートにおいて追従調節
により確実に保証されている。調節動特性および調節速
度の適当な選定により熱的および機械的影響が補償され
得る。
送信信号の周波数と局部発振器信号の周波数との間の
中間中波数を利用する調節装置の好ましい実施態様は特
許請求の範囲第３項に示されている。
操作端が特許請求の範囲第１項により結合装置事態の
なかに配置されていることは好ましい。
非臨界的であり小さい追従操作速度でたとえばディジ
タルに実現され得る中間周波数の同期化のため、両補償
用増幅器のうちの１つの出力信号は帯域通過フィルタを
介して、局部発振器を光学的周波数に相応に設定する周
波数弁別器に供給され得る。このような装置はたとえば
コヒーレント光学デバイスおよびテクノロジーの進歩に
関するIEEコロキウムの前記の文献から公知である。こ
のような装置を有する特許請求の範囲第３項による受信
器の特別な実施態様は特許請求の範囲第５項に示されて
いる。
本発明による受信器の光学的結合装置の有利な具体的
実施例は特許請求の範囲第６項に示されている。ここで
言及すべきこととして、前記のペーパーTUB5、OFC−83
（ニュー−オリアンズ）から公知のファイバオプティッ
ク90゜ハイブリッドは特許請求の範囲第６項による結合
装置のすべての特徴を有する。公知のハイブリッドでは
入力側の結合器も出力側の結合器もファイバオプティッ
ク方向性結合器の形態で構成されている。特許請求の範
囲第６項による結合装置が本発明による受信器に特に適
していることが判明している。
特許請求の範囲第６項によるこの結合装置の好ましい
有利な実施態様は特許請求の範囲第７項ないし第17項に
示されている。特に、結合装置の構造のなかで一旦定め
られる光路の長さをできるかぎり正確に保つため、結合
装置を特許請求の範囲第13項により集積された結合装置
としてプレーナー技術で実現することは好ましい。90゜
の位相ずれは導波路のなかを導かれる光の波長の四分の
一に相当するので、光路の長さの差は波長の小さい部分
に保たれなければならない。
90゜位相差の設定は結合装置のなかで種々の仕方で行
われ得る。特許請求の範囲第15項によれば、結合装置は
電気−光学的または磁気−光学的材料から成る基板のな
かに構成されていてよい。この場合、90゜位相差は電場
または磁場を介して設定または変更可能であり、それに
より新しい種類の結合装置が与えられている。この場合
は特に前記の追従調節に適している。その際に、移相器
が特許請求の範囲第16項により電気−光学的または磁気
−光学的位相変調器から成っていることは目的にかなっ
ている。
90゜位相差が固定的に設定されるべきであれば、たと
えば誘電体被覆層の取付またはエッチング除去により導
波路の１つの上に光の伝播定数がそと下に位置する導波
路部分のなかでわずかに、所望の位相差が達成されるま
で変更され得る。原理的にはこの位相差は、光の伝播定
数が等しい種々の長さの導波路のなかで達成され得る。
これらの場合、移相器は取付またはエッチング除去され
た誘電体被覆層または長さの差により実現されている。
結合装置の製造がプレーナ技術で行われること（特許
請求の範囲第13項）は、特にそれによりドリフトが小さ
く安定な光学的ハイブリッドが得られるので好ましい。
導波路はたとえばガラスのなかにイオン交換により（特
許請求の範囲第14項）またはLiNbO3のなかへのチタンの
拡散により製造され得る。
入力側および出力側の結合器は方向性結合器であって
よい（特許請求の範囲第７項および特許請求の範囲第10
項）。方向性結合器の代わりに前記文献（Journ.of Lig
htwave Technologr）LT−３（1985）、第635〜642頁か
公知のものと類似のｘ状の交叉も使用され得る（特許請
求の範囲第９項および特許請求の範囲第11項）。入力側
の方向性結合器はｙ状の導波路分岐であってもよい（特
許請求の範囲第12項）。
用途に応じて入力側の方向性結合器は非対称な分割比
を有し得る。出力側の方向性結合器では分割比は1:1で
あることが目的にかなっている（特許請求の範囲第８
項）。すなわち出力側の方向性結合器は3dB結合器とし
て構成されることが目的にかなっている。
ホモダイン受信器の場合には結合装置の入力側の方向
性結合器の分割比はデータレートおよび使用されるレー
ザーの位相ノイズに相応して最適化されなければならな
い（前記文献（Journ.of Lightwave Technology）LT−
３（1985）、第1238〜1247頁参照）。
マルチポート受信器では入力側の両結合器の分割比は
できるかぎり正確に1:1でなければならない（特許請求
の範囲第17項）。すなわち3dB結合器として構成されて
いなければならない。
結合装置のなかでの移相は特許請求の範囲第６項によ
り入力側の結合器の任意の出力ゲートと当該の出力側結
合器のそれに対応付けられている入力ゲートとの間に配
置されていてよい。
本発明によるヘテロダイン受信器はたとえばACKマル
チポート受信器（特許請求の範囲第18項参照）、PSKホ
モダイン受信器（特許請求の範囲第19項参照）またはDP
SKヘテロダイン受信器（特許請求の範囲第20項参照）で
あってよい。
〔実施例〕 以下、図面に示されているPSKホモダイン受信器、DPS
Kヘテロダイン受信器およびASKマルチポート受信器によ
り本発明を一層詳細に説明する。
第１図ないし第３図に示されているすべての受信器は
主要な部分として90゜ハイブリッド１と、差増幅器とし
て構成されておりまた一緒にいわゆる“平衡受信器”を
形成する補償用増幅器21および22を有する電子的増幅器
部分２とを含んでいる。送信信号E1は90゜ハイブリッド
１の入力端e1を介して入射結合され、また局部発振器３
の発振器信号E2は90゜ハイブリッド１の他の入力端e2を
介して入力される。
第１図による受信器の場合には、送信信号E1はPSK信
号である。第２図および第３図による受信器の場合に
は、送信信号DPSKまたはASK信号である。
90゜ハイブリッド１は、送信信号E1および発振器信号
E2が２つの光学的結合器のなかで混合されまたその後に
発生された両混合信号から４つの混合信号成分A1ないし
A4がハイブリッド１の出力ゲートa1ないしa4から並列に
出力され、その際に混合信号成分A1およびA2が180゜だ
け、また混合信号成分A2およびA4が同じく180゜だけ互
いに位相をずらされているように動作する。両混合信号
成分A1およびA2は両混合信号成分A3およびA4に対し90゜
だけ位相をずらされている。
４つの混合信号成分A1ないしA4は対応付けられている
光学−電気的検出器b1ないしb4に供給され、またそこで
相応の電気的信号に変換される。
混合信号成分A1およびA2に相応する電気的信号は差増
幅器21の両入力端に供給され、また混合信号成分A3およ
びA4に相応する電気的信号は差増幅器22の両入力端に供
給される。
この装置により、送信信号E1および発振器信号E2に由
来する直流成分は増幅器21および22の出力端c1およびc2
において補償除去されており、また送信信号おび発振器
信号のフィールド強度の積に基づく中間周波数信号は保
たれており、また出力信号U21またはU43が互いに90゜だ
け位相をずらされていることが達成される。第１図によ
るホモダイン受信器の場合には、さらに中間周波数信号
の各周波数は０である。
第１図によるホモダイン受信器では、データ出力端に
通じておりまた局部発振器３の入力端と接続されている
増幅器部分２の出力端c1およびc2に接続されている回路
部分は、その構成および機能に関して前記文献（Journ.
of Lightwove Technology）LT−３（1985）、第1238〜1
247頁から公知であり、従ってこれ以上に詳しい説明は
しない。
第２図によるDPSKヘテロダイン受信器では、データ出
力端と接続されている増幅器部分２の出力端c1およびc2
に接続されている回路部分は、その構成および機能に関
して前記文献（Electr.Lett.）21（1985）、第867〜868
頁から公知であり、従ってこれ以上に詳しい説明はしな
い。第３図によるASKマルチポート受信器では増幅器21
および22の出力信号U21およびU43は全波整流器61および
62により整流され、次いで加算装置７により加算され
る。こうして生じた信号は送信信号の完全な情報を含ん
でおり、またそれを再現するべく復調され得る。
この受信器はさらに、両補償用増幅器21および22の両
出力信号の位相差を検出し、また目標値90゜から実際値
が偏差している際には90゜ハイブリッド１内に配置され
ている位相変調器を介して位相差を再び目標値に調節す
る調節装置４を含んでいる。
90゜ハイブリッド１の光学的移相器に対する調節信号
は増幅器21および22の両出力信号U21およびU43から発生
される。これらの信号は、中間周波数に一致する中心周
波数を有する帯域通過フィルタ41および42を介して乗算
器43に供給され、乗算器43の出力信号は帯域通過フィル
タ44を介して積分され、また移相器に供給される。
この移相器により90゜ハイブリッドが、位相差を設定
し得る設定可能なハイブリッドに拡張されている。
中間周波数の同期化のために、出力信号は両帯域通過
フィルタ41および42のうちの１つ、たとえば帯域通過フ
ィルタ42から周波数弁別器５に供給され、周波数弁別器
５が局部発振器３を光学的周波数に相応して設定する。
設定可能であり上記の受信器に対する90゜ハイブリッ
ドとして適しているハイブリッド１が第４図に示されて
いる。紙面内に位置するたとえばLiNbO3から成る基板Ｓ
の表面の上に、導波路WL1ないしWL4により特定の仕方で
互いに接続されている４つの光学的方向性結合器RK1な
いしRK4が集積されている。方向性結合器の導波路およ
び接続する導波路WL1ないしWL4はたとえばTi拡散された
ストリップ導波路である。
左側の２つの方向性結合器RK1およびRK2は入力側の結
合器を形成し、また右側の２つの方向性結合器RK3およ
びRK4は出力側の結合器を形成する。
左側の２つの方向性結合器RK1およびRK2の４つの入力
ゲートのうち２つのゲートe1およびe2のみが利用され、
他のゲートは利用されない。
たとえば左側の方向性結合器RK1の出力ゲートd1は出
力側の方向性結合器RK3の対応付けられている入力ゲー
トd31とのみ導波路WL1により接続されており、また入力
側の方向性結合器RK1の他の出力ゲートd2は導波路WL2に
より他の出力側の方向性結合器RK4の入力ゲートd41との
み接続されている。
同様に他の入力側の方向性結合器RK2の出力ゲートd3
は導波路WL3により一方の出力側の方向性結合器RK3の対
応付けられている入力ゲートd32と接続されており、ま
た他の入力側の方向性結合器RK2の他の出力ゲートd4は
導波路WL4により他の出力側の方向性結合器RK4の対応付
けられている入力ゲートd42と接続されている。
ここで言及すべきこととして、第４図に示されている
接続の仕方は一例に過ぎない。他の接続の仕方も可能で
あり、重要なのは、入力側の結合器RK1及びRK2の４つの
出力側ゲートd1ないしd4が反転可能な一義的な仕方で入
力側ゲートd31、d32、d41およびd42に対応付けられてお
り、また入力側の結合器RK1及びRK2が出力側の結合器RK
3及びRK4と結合されていることである。
導波路WL4のなかに導かれた光の位相は位相変調器PS
により影響され、それを介して90゜位相差または他の位
相差が設定され得る。変調器PSは今の場合には電気−光
学的変調器であり、また主として導波路WL4の両側に配
置されており、また基板Ｓの上に取り付けられている２
つの電極El1およびEl2から成っており、それを介して電
圧差を与えることができる。このような変調は文献から
公知である。
位相変調器PSは導波路WL4に対応付けられていてよ
い。位相変調器PSは導波路WL4のなかに導かれた光の位
相ではなく任意の他の接続する導波路のなかに導かれた
光の位相に影響するように配置されていてよい。
位相変調を有する受信器の場合には、調節信号が変調
器PSの両電極のうちの１つたとえば電極El1に調節電圧
として供給され、他方の電極El2は接地電位にあってよ
い。
出力側の結合器RK3およびRK4の出力ゲートはハイブリ
ッドの４つの出力端a1ないしa4を形成する。
【図面の簡単な説明】
第１図はPSKホモダイン受信器の回路図、第２図はDPSK
ヘテロダイン受信器の回路図、第３図はASKマルチポー
ト受信器、第４図は第１図ないし第３図中にブロックで
示されている90゜ハイブリッドの導波路構造を示す図で
ある。 １……結合装置（90゜ハイブリッド）、２……増幅器部
分、３……局部発振器、４……調節装置、５……周波数
弁別器、21,22……増幅器、43……乗算装置、44……帯
域通過フィルタ、PS……操作端（移相器）、RK1,RK2…
…入力側結合器、RK3,RK4……出力側結合器、Ｓ……基
板、WL1〜WL4……導波路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｌ 27/04 27/22

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学的局部発振周波数混合型受信器であっ
    て、 受信器に供給された変調された送信信号（E1）を受信器
    の局部発振器（３）の発振器信号（E2）と混合するため
    の光学的結合装置（１）を有し、 結合装置（１）から、結合装置（１）のなかで送信およ
    び発振器信号（E1、E2）から混合された混合信号の、特
    定の相対的位相差を有する複数個の混合信号成分（A1な
    いしA4）が並列に取り出し可能であり、また 光電的に変換された電気的混合信号成分（A1ないしA4）
    を供給される電子的増幅器部分（２）を有するようにな
    ったものにおいて、 光学的結合装置（１）が、互いに180゜だけ位相をずら
    された一方の両混合信号成分（A1、A2）と、互いに180
    ゜だけかつ一方の両混合信号成分（A1、A2）に対して90
    ゜だけ位相をずらされた他方の両混合信号成分（A3、
    A4）とが光学的結合装置（１）から並列に取り出され得
    るように構成されており、また 電子的増幅器部分（２）が２つの補償用増幅器（21、2
    2）を有し、それらのうち一方（21）に一方の両電気的
    混合信号成分（A1、A2）が、また他方（22）に他方の両
    電気的混合信号成分（A3、A4）が供給されており、その
    際に両補償用増幅器（21、22）が、送信信号（E1）およ
    び発振器信号（E2）に由来する直流成分が補償除去され
    ており、送信信号および発振器信号のフィールド強度の
    積に基づく信号成分を含んでおり、また互いに90゜だけ
    位相をずらされている２つの電気的出力信号（U21、
    U43）を発するように構成されていることを特徴とする
    光学的局部発振周波数混合型受信器。
  2. 【請求項２】一方の両混合信号成分（A1、A2）と他方の
    両混合信号成分（A3、A4）との間の90゜移相が操作端
    （PS）を介して設定可能であり、また両補償用増幅器
    （21、22）の両出力信号（U21、U43）の間の位相差を連
    続的に走査して目標値90゜からの実際値の偏差の際に操
    作端（PS）を介して位相差を再び零に調節する調節装置
    （４）が設けられていることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の受信器。
  3. 【請求項３】調節装置（４）が、帯域通過フィルタを通
    された両出力信号（U21、U43）を供給されている乗算装
    置（43）を有し、また帯域通過フィルタ（44）を介して
    積分された乗算装置（43）の出力信号（ｕ）が操作端
    （PS）に制御量として供給されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第２項記載の受信器。
  4. 【請求項４】操作端（PS）が結合装置のなかに配置され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項または第
    ３項記載の受信器。
  5. 【請求項５】両補償用増幅器の一方（21）の帯域通過フ
    ィルタを通された出力信号（U21）が周波数弁別器
    （５）に供給されており、それにより局部発振器（３）
    の周波数設定が可能であることを特徴とする特許請求の
    範囲第３項または第４項記載の受信器。
  6. 【請求項６】結合装置（１）がそれぞれ１つの入力ゲー
    ト（e1、e2）およびそれぞれ２つの出力ゲート（d1、
    d2;d3、d4）を有する２つの入力側結合器（RK1、RK2）
    と、それぞれ２つの入力ゲート（d31、d32;d41、d42）
    およびそれぞれ２つの出力ゲート（a1、a2、a3、a4）を
    有する出力側結合器（RK3、RK4）と、１つの移相器（P
    S）とを有し、両入力側結合器（RK1、RK2）の各出力ゲ
    ート（d1、d2、d3、d4）が両出力側結合器（RK3、RK4）
    の各１つの対応付けられている入力ゲート（d31、d32;d
    41、d42）と各１つの光導波路（WL1、WL2、WL3、WL4）
    により接続されており、各入力側結合器（RK1、RK2）の
    両出力ゲート（d1、d2;d3、d4）にそれぞれ異なった出
    力側結合器（RK3、RK4）の入力ゲート（d31、d41;d32、
    d42）が対応付けられており、移相器（PS）が１つの入
    力側結合器（RK2）の出力ゲート（d4）と当該の出力側
    結合器（RK4）の対応付けられている入力ゲート（d42）
    との間に配置されており、送信信号（E1）が一方の入力
    側結合器（RK1）の入力ゲート（e1）に、また発振器信
    号（E2）が他方の入力側結合器（RK2）の入力ゲート（e
    2）に供給可能であり、また混合信号成分（A1、A2、
    A3、A4）が両出力側結合器（RK3、RK4）の出力ゲート
    （a1、a2、a3、a4）から取り出し可能であることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１
    項に記載の受信器。
  7. 【請求項７】出力側結合器（RK3、RK4）が光学的方向性
    結合器の形態で構成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の受信器。
  8. 【請求項８】両出力側結合器（RK3、RK4）の分割比がそ
    れぞれ1:1であることを特徴とする特許請求の範囲第６
    項または第７項記載の受信器。
  9. 【請求項９】出力側結合器（RK3、RK4）がｘ字状の導波
    路交叉の形態で構成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第６項ないし第８項のいずれか１項に記載の受
    信器。
  10. 【請求項１０】入力側結合器（RK1、RK2）が光学的方向
    性結合器の形態で構成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第６項ないし第９項のいずれか１項に記載の
    受信器。
  11. 【請求項１１】入力側結合器（RK1、RK2）がｘ字状の導
    波路交叉の形態で構成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第６項ないし第10項のいずれか１項に記載の
    受信器。
  12. 【請求項１２】入力側結合器（RK1、RK2）がｙ字状の導
    波路分岐の形態で構成されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第６項ないし第11項のいずれか１項に記載の
    受信器。
  13. 【請求項１３】集積された結合装置がプレーナー技術で
    実現されていることを特徴とする特許請求の範囲第６項
    ないし第12項のいずれか１項に記載の受信器。
  14. 【請求項１４】結合器（RK1ないしRK4）および（また
    は）導波路（WL1ないしWL4）がイオン交換によりガラス
    から成る基板（Ｓ）のなかに実現されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第13項記載の受信器。
  15. 【請求項１５】結合器（RK1ないしRK4）および（また
    は）導波路（WL1ないしWL4）が電気−光学的または磁気
    −光学的材料から成る基板（Ｓ）のなかに実現されてい
    ること特徴とする特許請求の範囲第13項記載の受信器。
  16. 【請求項１６】移相器（PS）が電気−光学的または磁気
    −光学的位相変調器から成っていることを特徴とする特
    許請求の範囲第15項または第４項記載の受信器。
  17. 【請求項１７】両入力側結合器（RK1、RK2）の分割比が
    それぞれ1:1であることを特徴とする特許請求の範囲第
    ６項または第16項記載の受信器。
  18. 【請求項１８】供給される送信信号（E1）がASK信号で
    あることを特徴とする特にマルチポート受信器としての
    特許請求の範囲第１項ないし第17項のいずれか１項に記
    載の受信器。
  19. 【請求項１９】供給される送信信号がPSK信号であるこ
    とを特徴とする特にホモダイン受信器としての特許請求
    の範囲第１項ないし第18項のいずれか１項に記載の受信
    器。
  20. 【請求項２０】供給される送信信号（E1）がPSK信号で
    あることを特徴とする特にヘテロダイン受信器としての
    特許請求の範囲第１項ないし第17項のいずれか１項に記
    載の受信器。
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