JP2642173B2 - 光ヘテロダイン検波回路 - Google Patents
光ヘテロダイン検波回路Info
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- signal
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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、光ヘテロダイン検波回路に関し、特に高速
の信号を効率よく受信可能にしたものである。
の信号を効率よく受信可能にしたものである。
［従来の技術］ 従来から、光搬送周波数と光局部発振器による信号出
力を混合することによって生ずる干渉を利用して、両光
の位相差、強度、周波数などの情報を検知する光ヘテロ
ダイン検波回路が提供されている。
力を混合することによって生ずる干渉を利用して、両光
の位相差、強度、周波数などの情報を検知する光ヘテロ
ダイン検波回路が提供されている。
周知のように、光ヘテロダイン検波方式は一般に直接
検波方式に比べて受光感度（受信感度）が改善され、か
つ光ファイバの波長分散を中間周波回路で電気的に等化
（遅延等化）できるので、高速・長中継間隔の伝送方式
として有望視されている。
検波方式に比べて受光感度（受信感度）が改善され、か
つ光ファイバの波長分散を中間周波回路で電気的に等化
（遅延等化）できるので、高速・長中継間隔の伝送方式
として有望視されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の光ヘテロダイン検波方式による
広帯域の受光回路では、例えばビットレートの２倍の周
波数を中心周波数としてビッレートの２倍の帯域幅を有
する受光回路を必要とするので高速化が困難であった。
広帯域の受光回路では、例えばビットレートの２倍の周
波数を中心周波数としてビッレートの２倍の帯域幅を有
する受光回路を必要とするので高速化が困難であった。
一方、ベースバンド回路を用いる位相ダイバーシチ検
波方式では信号光周波数と局発光周波数の差をビットレ
ートの1/10程度にするので、受光回路の帯域もDC（直
流）付近からビットレート程度までカバーでき、このた
め光ヘテロダイン検波に比べて電気回路に対する負担が
軽減され、高速化適した検波方式であるとされていた。
しかし、信号が直流からビットレート程度まで広がり、
この信号を復調するにはミキサあるいは２乗検波器等の
回路が必要である。たが、これらの復調回路がこのよう
な広い周波数範囲をカバーするのは実際上困難であっ
た。
波方式では信号光周波数と局発光周波数の差をビットレ
ートの1/10程度にするので、受光回路の帯域もDC（直
流）付近からビットレート程度までカバーでき、このた
め光ヘテロダイン検波に比べて電気回路に対する負担が
軽減され、高速化適した検波方式であるとされていた。
しかし、信号が直流からビットレート程度まで広がり、
この信号を復調するにはミキサあるいは２乗検波器等の
回路が必要である。たが、これらの復調回路がこのよう
な広い周波数範囲をカバーするのは実際上困難であっ
た。
そこで、第４図に示すような復調回路が提案された。
この提案の回路は高速まで適用できるように、位相ダイ
バーシチで検波した信号の周波数を一度高い周波数に変
換して２乗検波するようにしたものである（European C
onference on Optical Communicatioin,'88 pp.147−15
0参照）。
この提案の回路は高速まで適用できるように、位相ダイ
バーシチで検波した信号の周波数を一度高い周波数に変
換して２乗検波するようにしたものである（European C
onference on Optical Communicatioin,'88 pp.147−15
0参照）。
しかしながらこの提案の方式では周波数を変換した時
に和と差の周波数ができるので、パワーを検波する方式
にしか適用できず、受信感度の良いFSK（frequency shi
ft keying）およびPSK（phase shift keying）には周波
数検波が必要なために適用できなかった。
に和と差の周波数ができるので、パワーを検波する方式
にしか適用できず、受信感度の良いFSK（frequency shi
ft keying）およびPSK（phase shift keying）には周波
数検波が必要なために適用できなかった。
本発明の目的は、上述の従来の欠点を除去し、位相ダ
イバーシチ検波方式を用いて高速信号の復調を行い、受
光感度を向上させることのできる光ヘテロダイン検波回
路を提供することにある。
イバーシチ検波方式を用いて高速信号の復調を行い、受
光感度を向上させることのできる光ヘテロダイン検波回
路を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の光ヘテロダイン検
波回路は、入力する信号光と局部発振光を混合する光90
゜ハイブリットと、該光90゜ハイブリットから出力する
２つの混合光をそれぞれ受光して電気的な２つの受信信
号に変換する受光部と、該受光部から出力する前記２つ
の受信信号のそれぞれに正弦波をかけ合わせて該２つの
受信信号の周波数を高い周波数に変換する周波数変換部
と、該周波数変換部の２つの出力より２つの90゜ハイブ
リット信号を出力する90゜ハイブリットと、該２つの90
゜ハイブリット信号をそれぞれ復調する復調部と、該復
調部で復調された２つの復調信号を１つの信号に合成す
る合成部とを具備したことを特徴とする。
波回路は、入力する信号光と局部発振光を混合する光90
゜ハイブリットと、該光90゜ハイブリットから出力する
２つの混合光をそれぞれ受光して電気的な２つの受信信
号に変換する受光部と、該受光部から出力する前記２つ
の受信信号のそれぞれに正弦波をかけ合わせて該２つの
受信信号の周波数を高い周波数に変換する周波数変換部
と、該周波数変換部の２つの出力より２つの90゜ハイブ
リット信号を出力する90゜ハイブリットと、該２つの90
゜ハイブリット信号をそれぞれ復調する復調部と、該復
調部で復調された２つの復調信号を１つの信号に合成す
る合成部とを具備したことを特徴とする。
［作 用］ 本発明は、位相ダイバーシチ検波方式を用いて受信し
た信号の周波数を一度高い周波数に変換して、受信信号
を位相を含めて再生し、復調するようにしたので、受光
感度の向上が得られる。
た信号の周波数を一度高い周波数に変換して、受信信号
を位相を含めて再生し、復調するようにしたので、受光
感度の向上が得られる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の回路構成を示す。
同図において、１は局部発振光源、２は信号光と局部
発振光源１の局部発振光とを合波する光90゜ハイブリッ
ト、4,5はそれらの合波された光束を受光する受光素
子、6,7は増幅器である。100は受光されて光電変換され
た電気信号の周波数を変換する周波数変換回路で、ミキ
サー9,10と局部発振器８から構成される。101は周波数
変換回路100で周波数変換された２つの信号を合成する9
0゜ハイブリッドであり、π/2位相器11,12と、合成器1
3,14から構成される。15,16は復調回路、17は合成回路
である。
発振光源１の局部発振光とを合波する光90゜ハイブリッ
ト、4,5はそれらの合波された光束を受光する受光素
子、6,7は増幅器である。100は受光されて光電変換され
た電気信号の周波数を変換する周波数変換回路で、ミキ
サー9,10と局部発振器８から構成される。101は周波数
変換回路100で周波数変換された２つの信号を合成する9
0゜ハイブリッドであり、π/2位相器11,12と、合成器1
3,14から構成される。15,16は復調回路、17は合成回路
である。
先ず、本実施例の回路の動作について簡単に説明す
る。
る。
光90゜ハイブリット２で合波された２つの光には信号
光の角周波数ωＳと局部発振光の角周波数ωＬとの差に
応じたビートが発生する（第２図（Ａ），（Ｂ）参
照）。そのビートは、例えばＸ点を基準にするとＹ点で
はビート周波数は同じであるが、信号光と局部発振光の
周波数の大小関係に応じて±π/2の位相差がある。
光の角周波数ωＳと局部発振光の角周波数ωＬとの差に
応じたビートが発生する（第２図（Ａ），（Ｂ）参
照）。そのビートは、例えばＸ点を基準にするとＹ点で
はビート周波数は同じであるが、信号光と局部発振光の
周波数の大小関係に応じて±π/2の位相差がある。
これらの２つの光を受光素子5,5で光電変換し、増幅
器６で増幅した電気信号をミキサ9,10を用いて局部発振
器８の局部発振信号を合波することにより周波数変換す
ると、その変換された信号角周波数は局部発振器８の角
周波数をωL0とすると、ωL0±（ωＳ−ωＬ）となる
（第２図（Ｃ），（Ｄ）参照）。ミキサ９の出力ライン
のａ点でこの２つの信号の位相は等しい（第２図（Ｃ）
参照）。しかし、ミキサ10の出力ラインのｂ点では２つ
の信号は上記のａ点と比較して±π/2の位相差がある
（第２図（Ｄ）参照）。これらの位相差のある信号を90
゜ハイブリット101を用いて合成すると、90゜ハイブリ
ット101からの出力は出力ラインのｃ点で上述のωL0−
（ωＳ−ωＬ）成分がキャンセルされて０となり、ωL0
＋（ωＳ−ωＬ）成分のみとなる（第２図（Ｅ）参
照）。一方、90゜ハイブリッド101の出力ラインでのｄ
点ではその出力のωL0＋（ωＳ−ωＬ）成分がキャンセ
ルされて０となり、ωL0−（ωＳ−ωＬ）成分のみとな
る（第２図（Ｆ）参照）。従って、ｃ点,d点に送り出さ
れたこれら２つの信号は位相も含めて光のスペクトルの
状態で再生したことになり、従来の光ヘテロダイン検波
方式で行っていると同様の復調が可能となる。よって、
これらの信号を復調器15,16で復調を行い、合成器17で
合成すれば、もとの信号（信号光）が再生できる。
器６で増幅した電気信号をミキサ9,10を用いて局部発振
器８の局部発振信号を合波することにより周波数変換す
ると、その変換された信号角周波数は局部発振器８の角
周波数をωL0とすると、ωL0±（ωＳ−ωＬ）となる
（第２図（Ｃ），（Ｄ）参照）。ミキサ９の出力ライン
のａ点でこの２つの信号の位相は等しい（第２図（Ｃ）
参照）。しかし、ミキサ10の出力ラインのｂ点では２つ
の信号は上記のａ点と比較して±π/2の位相差がある
（第２図（Ｄ）参照）。これらの位相差のある信号を90
゜ハイブリット101を用いて合成すると、90゜ハイブリ
ット101からの出力は出力ラインのｃ点で上述のωL0−
（ωＳ−ωＬ）成分がキャンセルされて０となり、ωL0
＋（ωＳ−ωＬ）成分のみとなる（第２図（Ｅ）参
照）。一方、90゜ハイブリッド101の出力ラインでのｄ
点ではその出力のωL0＋（ωＳ−ωＬ）成分がキャンセ
ルされて０となり、ωL0−（ωＳ−ωＬ）成分のみとな
る（第２図（Ｆ）参照）。従って、ｃ点,d点に送り出さ
れたこれら２つの信号は位相も含めて光のスペクトルの
状態で再生したことになり、従来の光ヘテロダイン検波
方式で行っていると同様の復調が可能となる。よって、
これらの信号を復調器15,16で復調を行い、合成器17で
合成すれば、もとの信号（信号光）が再生できる。
次に、以上説明した本実施例の動作を下記の式を用い
てさらに詳細に説明する。ここに説明を簡単にするため
に、信号光には変調をかけていないとする。
てさらに詳細に説明する。ここに説明を簡単にするため
に、信号光には変調をかけていないとする。
このときの信号光の波形Ｓを とする。ここで、PSは信号光のパワー、ωＳはその信号
光の角周波数、φＳは位相（任意の値）である。
光の角周波数、φＳは位相（任意の値）である。
また。局部発振光の波形Ｌを とする。ここでPLは局部発振光のパワー、ωＬはその局
部発振光の角周波数、φＬは位相（任意の値）である。
部発振光の角周波数、φＬは位相（任意の値）である。
光90゜ハイブリット２により信号光と局部発振光とを
混合し、２つの信号光をそれぞれ受光素子4,5に入射す
る。
混合し、２つの信号光をそれぞれ受光素子4,5に入射す
る。
受光素子４および増幅器６による受信波形Rxは、直流
成分を無視すると、 となる。ここで、η１は受光素子４の量子効率、ｅは電
子の電荷、ｈはプランク定数、νは光の周波数（ωＳ＝
２πν）、G1は増幅器６の利得を表す。以下では説明を
簡単にするために、 ［η1 e/hν］G1＝１とすると、上式（３）のRxは、 となる。
成分を無視すると、 となる。ここで、η１は受光素子４の量子効率、ｅは電
子の電荷、ｈはプランク定数、νは光の周波数（ωＳ＝
２πν）、G1は増幅器６の利得を表す。以下では説明を
簡単にするために、 ［η1 e/hν］G1＝１とすると、上式（３）のRxは、 となる。
また、受光素子５および増幅器７による受信波形R
yは、上記と同様にして、 となる。上式（３）′，または（４）の信号Rx,Ryと局
部発振器８の出力Ｔ とをミキサ9,10でかけ合せると、ａ点の信号Raは となる。また、同様にｂ点の信号Rbは となる。上式（６），（７）の信号Ra,Rbは第２図
（ｃ），（ｆ）に示すようにωL0を中心として±（ωＳ
−ωＬ）の周波数にスペクトルが存在する。この時、ａ
点の信号RaのφＳ−φＬを０とすると、上式（６），
（７）により、２つの周波数成分は同相であり、ｂ点の
信号は±π/2の位相差があることが分る。
yは、上記と同様にして、 となる。上式（３）′，または（４）の信号Rx,Ryと局
部発振器８の出力Ｔ とをミキサ9,10でかけ合せると、ａ点の信号Raは となる。また、同様にｂ点の信号Rbは となる。上式（６），（７）の信号Ra,Rbは第２図
（ｃ），（ｆ）に示すようにωL0を中心として±（ωＳ
−ωＬ）の周波数にスペクトルが存在する。この時、ａ
点の信号RaのφＳ−φＬを０とすると、上式（６），
（７）により、２つの周波数成分は同相であり、ｂ点の
信号は±π/2の位相差があることが分る。
ｃ点の信号Rcは、ａ点の信号の半分 と、ｂ点の信号Rbの半分をπ/2だけ位相を遅らせた信号 との和で表され、 となる（第２図（Ｅ）参照）。
また、ｄ点の信号Rdは、ａ点の信号Raの半分をπ/2だ
け位相を遅らせた信号 と、ｂ点の信号Rbの半分 との和で表され、 となる（第２図（Ｆ）参照）。
け位相を遅らせた信号 と、ｂ点の信号Rbの半分 との和で表され、 となる（第２図（Ｆ）参照）。
従って、ｃ点の信号Rcは局部発振光源１の局部発振光
Ｌの光周波数がωＬ−ωL0としたときの光ヘテロダイン
検波と等価となり、ｄ点の信号Rdは局部発振光源１の局
部発振光Ｌの光周波数がωＬ＋ωL0としたときの光ヘテ
ロダイン検波と等価となる。これらの信号のRc,Rdは、
光ヘテロダイン検波と同様に、復調器15,16により包絡
線検波、２乗検波、遅延検波、同期検波等で復調するこ
とが出来る。復調器15,16で復調されたｅ点,f点の信号R
e,RfはＹの信号の符号に応じて合成器17で合成すること
により、もとの信号を得ることが出来る。第４図の従来
の回路ではパワーで検波しているため、受信感度の最も
悪いASK（amplitude shift keying）にのみに適用可能
であったが、本発明実施例ではａ点,b点で現れる各々２
つの信号から90゜ハイブリット101を用いて、各々、一
方の信号だけを取り出しているので、位相も検波でき、
これにより上述のFSK,PSKにも適用できるので受信感度
の改善が図れる。
Ｌの光周波数がωＬ−ωL0としたときの光ヘテロダイン
検波と等価となり、ｄ点の信号Rdは局部発振光源１の局
部発振光Ｌの光周波数がωＬ＋ωL0としたときの光ヘテ
ロダイン検波と等価となる。これらの信号のRc,Rdは、
光ヘテロダイン検波と同様に、復調器15,16により包絡
線検波、２乗検波、遅延検波、同期検波等で復調するこ
とが出来る。復調器15,16で復調されたｅ点,f点の信号R
e,RfはＹの信号の符号に応じて合成器17で合成すること
により、もとの信号を得ることが出来る。第４図の従来
の回路ではパワーで検波しているため、受信感度の最も
悪いASK（amplitude shift keying）にのみに適用可能
であったが、本発明実施例ではａ点,b点で現れる各々２
つの信号から90゜ハイブリット101を用いて、各々、一
方の信号だけを取り出しているので、位相も検波でき、
これにより上述のFSK,PSKにも適用できるので受信感度
の改善が図れる。
次に、実験において確認した第１図の各点におけるス
ペクトル（測定値）を第３図（Ａ）〜（Ｃ）に示す。約
500MHz光周波数差のある信号光と局部発振光を光90゜ハ
イブリット２を通して混合し、その光を受光素子4,5で
受光する（第３図（Ａ））。その受光した信号Rxを3GHz
の発振器８を用いて周波数変換する（第３図（Ｂ））。
周波数変換された信号Raには局部発振器の周波数を中心
にして対称にスペクトルが得られている。但し、局部発
振器８の周波数成分は理想的にはないが、実際にはミキ
サ９の不完全性により漏れが現れている。この信号Raを
90゜ハイブリット101に通すと、片方がキャンセルされ
１つのスペクトルのみとなる（第３図（Ｃ））。
ペクトル（測定値）を第３図（Ａ）〜（Ｃ）に示す。約
500MHz光周波数差のある信号光と局部発振光を光90゜ハ
イブリット２を通して混合し、その光を受光素子4,5で
受光する（第３図（Ａ））。その受光した信号Rxを3GHz
の発振器８を用いて周波数変換する（第３図（Ｂ））。
周波数変換された信号Raには局部発振器の周波数を中心
にして対称にスペクトルが得られている。但し、局部発
振器８の周波数成分は理想的にはないが、実際にはミキ
サ９の不完全性により漏れが現れている。この信号Raを
90゜ハイブリット101に通すと、片方がキャンセルされ
１つのスペクトルのみとなる（第３図（Ｃ））。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、ωＳωＬとし
てベースバンド回路で受光することにより、受光回路が
低周波狭帯域で実現でき、低雑音化が図れる。また、こ
の受光回路の出力信号に対して遅延検波や同期検波を行
うと受光感度の改善が図れる。
てベースバンド回路で受光することにより、受光回路が
低周波狭帯域で実現でき、低雑音化が図れる。また、こ
の受光回路の出力信号に対して遅延検波や同期検波を行
うと受光感度の改善が図れる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック
図、 第２図（Ａ）〜（Ｆ）はそれぞれ第１図の各点における
出力信号のスペクトルを示す特性図、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第１図の各点における
出力信号の実際の測定値（実験値）を示すグラフ、 第４図は従来例の回路構成を示すブロック図である。 １……局部発振光源、 ２……光90゜ハイブリット、 4,5……受光素子、 6,7……増幅器、 ８……局部発振器、 9,10……ミキサ、 11,12……π/2位相器、 13,14……合成器、 15,16……復調器、 17……合成器、 100……周波数変換回路、 101……90゜ハイブリット。
図、 第２図（Ａ）〜（Ｆ）はそれぞれ第１図の各点における
出力信号のスペクトルを示す特性図、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第１図の各点における
出力信号の実際の測定値（実験値）を示すグラフ、 第４図は従来例の回路構成を示すブロック図である。 １……局部発振光源、 ２……光90゜ハイブリット、 4,5……受光素子、 6,7……増幅器、 ８……局部発振器、 9,10……ミキサ、 11,12……π/2位相器、 13,14……合成器、 15,16……復調器、 17……合成器、 100……周波数変換回路、 101……90゜ハイブリット。
Claims (1)
- 【請求項１】入力する信号光と局部発振光を混合する光
90゜ハイブリットと、 該光90゜ハイブリットから出力する２つの混合光をそれ
ぞれ受光して電気的な２つの受信信号に変換する受光部
と、 該受光部から出力する前記２つの受信信号のそれぞれに
正弦波をかけ合わせて該２つの受信信号の周波数を高い
周波数に変換する周波数変換部と、 該周波数変換部の２つの出力より２つの90゜ハイブリッ
ト信号を出力する90゜ハイブリットと、 該２つの90゜ハイブリット信号をそれぞれ復調する復調
部と、 該復調部で復調された２つの復調信号を１つの信号に合
成する合成部と を具備したことを特徴とする光ヘテロダイン検波回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312954A JP2642173B2 (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 光ヘテロダイン検波回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312954A JP2642173B2 (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 光ヘテロダイン検波回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02159133A JPH02159133A (ja) | 1990-06-19 |
| JP2642173B2 true JP2642173B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=18035478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63312954A Expired - Lifetime JP2642173B2 (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 光ヘテロダイン検波回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642173B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5491763A (en) * | 1992-04-03 | 1996-02-13 | Koninklijke Ptt Nederland N.V. | Optical hybrid with 3×3 coupling device |
| US8081885B2 (en) * | 2007-03-23 | 2011-12-20 | Kddi Corporation | Coherent optical communication apparatus and method |
| JP5931759B2 (ja) * | 2013-01-17 | 2016-06-08 | 日本電信電話株式会社 | 光伝送システムおよび光伝送方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326146A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ダイヤル信号送出方式 |
| US4718120A (en) * | 1986-11-24 | 1988-01-05 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Polarization insensitive coherent lightwave detector |
-
1988
- 1988-12-13 JP JP63312954A patent/JP2642173B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02159133A (ja) | 1990-06-19 |
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