JP2974077B2 - コヒーレント光通信用受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 目次 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第12図〜第15図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段及び作用（第１図〜第８
図） 実施例（第10図、第11図） 発明の効果 概要 イメージ分離型のコヒーレント光通信用受信装置に関
し、 構成要素となる光カプラに対する要求が厳しくない装
置の提供、光検波回路を二重平衡型に構成するのが容易
な装置の提供を目的とし、 例えば、局部発振器と、局発光及び受けた信号光のい
ずれか一方を直線偏光とし他方を円偏光としてそれぞれ
出力する偏光制御器と、該偏光制御器からの局発光及び
信号光をそれぞれ偏光面が互いに直交する２つの直線偏
光に分離して出力する第１及び第２の偏光分離器と、該
第１及び第２の偏光分離器からの同一偏光面を有する直
線偏光同士を加えるとともに分配してそれぞれ出力する
第１及び第２の光カプラと、該第１及び第２の光カプラ
からの光をそれぞれ光−電気変換する第１及び第２の光
検波回路と、該第１及び第２の光検波回路からの検波信
号が入力する電気90゜ハイブリッド回路とを備えて構成
する。

産業上の利用分野 本発明はコヒーレント光通信用受信装置に関し、さら
に詳しくは、イメージ成分の影響を排除することができ
るイメージ分離型のコヒーレント光通信用受信装置に関
する。

コヒーレント光通信方式は、現在実用化されている光
通信方式である強度変調・直接検波方式に比べて受信感
度を高めることができるので、長距離伝送に適してい
る。また、光検波を行った後、即ち光信号を電気信号に
変換した後に、比較的容易に周波数選択を行うことがで
きるので、高密度な光の周波数多重（波長多重）が可能
になり、単一の光伝送路における伝送容量を飛躍的に増
大させることができる。こうした状況にあって、イメー
ジの影響を排除することによって、さらに高密度な周波
数多重が可能になる。

従来の技術 従来の一般的なコヒーレント光通信用受信装置におけ
るヘテロダイン検波を第12図により説明する。102はハ
ーフミラーや光ファイバカプラ等からなる光カプラ、10
4はフォトダイオード等からなる光電変換器、106は増幅
器、108は帯域通過フィルタである。

一般には光ファイバからなる光伝送路を介して受信し
た信号光と、半導体レーザ等からの局発光とが、光カプ
ラ102に入力されて重畳され、その出力光が光電変換器1
04に加えられて電気信号に変換される。この電気信号は
増幅器106により増幅されて、帯域通過フィルタ108によ
り雑音成分が除去されて、所望の帯域の中間周波信号が
出力される。

信号光及び局部発振光の電場成分をそれぞれE_S,E_Lと
るすると、 と表すことができる。なお、A_S,A_L,ω_S,ω_L,φ_S,φ
_Ｌは、それぞれ信号光と局部発振光との電場の振幅、角
周波数、初期位相を示す。

そして光電変換器104における光電流I_Pは、光カプラ1
02から出力されるビート成分E_IFの自乗の交流成分に比
例するもので、 |E_IF|²＝|E_S＋E_L|² ＝|A_S|²＋|A_L|² ＋2A_SA_Lcos［２π（f_S−f_L）ｔ ＋（φ_Ｓ−φ_Ｌ）］ …（３） であるから、 I_P∝2A_SA_Lcos［２π（f_S−f_L）ｔ＋φ］ …（４） となる。但し、 φ＝φ_Ｓ−φ_Ｌ …（５） である。ここに、f_Sは信号光の周波数、f_Lは局部発振光
の周波数である。このように、電気信号として取り扱う
ことができるマイクロ波領域の中間周波信号を得ること
ができる。

FDM方式（周波数分割多重方式）においては、信号光
として周波数が僅かに異なる光を用いて多重化伝送を行
うものであり、２つの信号光（受信すべき信号光及びこ
れと隣接する信号光）の周波数をf_S1,f_S2とし、局発光
の周波数f_Lとの関係を、 f_s2＜f_L＜f_S1 …（６） とし、これらの光周波数軸上の配置を第13図に示すもの
とすると、IF帯におけるスペクトルは、第14図に示すも
のとなる。従って、ビート成分（f_s1−f_L）に含まれる
信号を復調するときに、このビート成分（f_s1−f_L）に
近接したイメージ成分（f_L−f_s2）が妨害を与えること
になる。よって、高密度なFDM伝送を行おうとするとき
には、このようなイメージ成分を分離除去することが必
要となる。

イメージ成分を分離除去する方法が、T.E.Darcie,B.G
lanceによって実験されている（Electron.Lett.,17th J
uly 1986,vol.22,No.15,pp825−）。この実験装置を第1
5図に示す。

光源装置110,112からそれぞれ出力された信号光及び
局発光は、それぞれ光アイソレータ114及び偏光制御器1
16をこの順に経て、光カプラ118にて加えられるととも
に分配される。分配された光のうちの一方は偏光分離器
120に入力し、信号光及び局発光の成分がいずれにも出
力するように偏光分離される。光カプラ118で分配され
た他方の光は、ファブリペロ共振器122及びモノクロメ
ータ124に送られて、光源装置の周波数制御等に利用さ
れる。偏光制御器116は局発光及び信号光の偏光状態を
制御し、具体的には、局発光及び信号光のうちの一方を
直線偏光にし他方を円偏光にする。偏光分離器120で偏
光分離された光は、光検波回路126,128によって電気信
号に変換され、この検波信号は電気90゜ハイブリッド回
路130の２つの入力ポートに入力される。電気90゜ハイ
ブリッド回路130の２つの出力ポートからの信号は、増
幅器132,134で増幅されてスペクトルアナライザ136,138
に入力される。

信号光及び局部発振光の周波数をそれぞれf_S,f_Lとす
ると、増幅器132,134の出力信号をスペクトルアナライ
ザ136,138に加えたとき、その出力信号I₃（ｔ）,I
₄（ｔ）は、 I₃(ｔ)∝｛１＋sgn(f_S−f_L)}cos{２πf_IFt′(ｔ)} …（７） I₄(ｔ)∝{−１＋sgn(f_S−f_L)}sin{２πf_IFt′(ｔ)} …（８） 但し、 であり、ｔ′（ｔ）は、光学系の立体配置等によって決
まる時間についての関数である。前述の（８），（９）
式から、 ｉ） f_S＞f_Lのとき、I₄（ｔ）＝０ （I₃（ｔ）∝cos｛２πf_IFt′（ｔ）｝） ii） f_S＜f_Lのとき、I₃（ｔ）＝０ （I₄（ｔ）∝sin（２πf_IFt′（ｔ）｝） …（11） となる。従って、増幅器132,134の出力信号S1,S2につい
て、第16図に示すように、f_S＞f_L又はf_S＜f_Lの条件に対
応して、イメージ成分が分離されたものとなる。例え
ば、第14図におけるビート成分（f_s1−f_L）に含まれる
信号の復調出力信号を増幅器132から信号S1として出力
し、ビート成分（f_L−f_s2）のイメージ成分に含まれる
信号の復調出力信号を増幅器134から信号S2として出力
することができる。

発明が解決しようとする課題 上述した従来のイメージの分離除去方法を適用して、
コヒーレント光通信用受信装置を構成した場合、構成要
素となる光カプラに対する要求が厳しくなるという問題
があった。即ち、光カプラにおける分配比が偏光依存性
を有していると、光カプラに入力する局発光及び信号光
がそれぞれ二つの偏波成分を含む偏波状態であることか
ら、この分配比の偏光依存性によって、各光検波回路の
受光面上における干渉効果が異なるものとなって、復調
出力信号が相対的に変化するようになり、受信感度が劣
化することになる。特に、光検波回路が二重平衡型のも
のである場合には、光カプラにおける分配比が正確に１
対１になっていないと局発光の強度雑音成分を有効に除
去することができないので、上記分配比の偏光依存性は
致命的な欠点となる。

そこで、本発明は、構成要素となる光カプラに対する
要求が厳しくないコヒーレント光通信用受信装置の提供
を目的とする。

また、光検波回路を二重平衡型にする場合であって、
従来のイメージの分離除去方法による場合、光検波回路
の２つの光電変換素子と光カプラとの間の光路長が正確
に一致していないと、局発光の強度雑音成分を有効に除
去することができないので、光検波回路を二重平衡型に
構成することが容易でないという問題があった。

そこで、本発明は、このような場合に光検波回路を二
重平衡型に構成するのが容易なコヒーレント光通信用受
信装置の提供を目的としている。

課題を解決するための手段及び作用 第１図に本発明の受信装置の構成を示す。

２は局部発振器であり、局発光を出力する。

４は第１の偏光制御器であり、局発光及び受けた信号
光のいずれか一方を直線偏光とし他方を円偏光としてそ
れぞれ出力する。

６は第１の偏光分離器、８は第２の偏光分離器であ
り、これらの偏光分離器は、偏光制御器４からの局発光
及び信号光をそれぞれ偏光面が互いに直交する２つの直
線偏光に分離して出力する。

10は第１の光カプラ、12は第２の光カプラであり、こ
れらの光カプラは、第１及び第２の偏光分離器6,8から
の同一偏光面を有する直線偏光同士を加えるとともに分
配してそれぞれ出力する。

14は第１の光検波回路、16は第２の光検波回路であ
り、これらの光検波回路は、第１及び第２の光カプラ1
0,12からの光をそれぞれ光−電気変換して検波信号を出
力する。

18は電気90゜ハイブリッド回路であり、第１の光検波
回路14からの検波信号に90゜の位相差を与えて第２の光
検波回路16からの検波信号に加えて出力するとともに、
第２の光検波回路16からの検波信号に90゜の位相差を与
えて第１の光検波回路14からの検波信号に加えて出力す
る。

偏光制御器４から出力される局発光及び信号光の偏光
状態を第２図により説明する。説明の便宜上、直交３次
元座標系（x,y,z）を設定し、光の伝搬方向がｚ軸方向
であるとし、偏光分離器により分離されるＰ偏光の偏光
面がxz平面であるとし、同Ｓ偏光の偏光面がyz平面であ
るとする。また、局発光の偏光状態と信号光の偏光状態
との間には互換性があるので、局発光と信号光の組合せ
が直線偏光と円偏光の組合せである場合において、その
いずれが直線偏光であるかを特に限定していないときに
は、信号光が直線偏光であり局発光が円偏光であるとし
て説明をすすめる。22で示される円は、円偏光として伝
搬している局発光の電場ベクトルの終点の軌跡のxy平面
上への投影を示しており、24で示される線分は、直線偏
光として伝搬している信号光の電場ベクトルの終点の軌
跡のxy平面上への投影を示している。局発光22は、光伝
搬方向に向かって、即ち紙面に向かって時計回りの円偏
光であってもよいし、同方向に向かって反時計回りの円
偏光であってもよい。また、信号光24については、例え
ば、その偏光面がｘ軸の正方向に対して反時計回りに45
゜の角度をなす45゜直線偏光（以下、ｘ軸の正方向に対
して偏光面が反時計回りにθ゜傾斜している直線偏光を
「θ゜直線偏光」という。）または135゜直線偏光にし
ておく。こうしておくことにより、第２の偏光分離器８
で分離される信号光成分のパワーを均等にすることがで
きるので、復調信号レベルを均等にして受信感度を高め
ることができる。

偏光分離に際して、直線偏光である信号光は同相の２
つの直線偏光に分離されるが、円偏光である局発光は90
゜の位相差を有する２つの直線偏光に分離される。

イメージ成分の分離除去の原理を説明する。局発光の
電界のｘ成分E_xとE_yを式に表すと、 E_x＝（P_L）^1/2cos（ω_Lt） …（12） E_y＝（P_L）^1/2cos（ω_Lt＋θ_Ｌ） …（13） となる。ここでP_Lは局発光強度、ω_Ｌは局発光の角周波
数である。θ_Ｌ＝０のとき、局発光は45゜直線偏光であ
り、θ_Ｌ＝π/2のとき局発光は円偏光である。

同様にして信号光の電界のｘ成分E_x′とE_y′を式に表
すと、 E_x′＝（P_S）^1/2cos（ω_St） …（14） E_y′＝（P_S）^1/2cos（ω_St＋θ_Ｓ） …（15） となる。ここで、P_Sは信号光強度、ω_Ｓは信号光の周波
数であり、θ_Ｓは、 ｜θ_Ｓ−θ_L|＝π/2 …（16） の関係を満たす。例えば、局発光が円偏光である場合
（θ_Ｌ＝±π/2）には、信号光は、45゜直線偏光或いは
135゜直線偏光であり、局発光が45゜直線偏光或いは135
゜直線偏光である場合（θ_Ｌ＝0,±π）には、信号光は
円偏光である。

局発光及び信号光のｘ成分及びｙ成分をそれぞれ光カ
プラで加え合わせて光検波回路でヘテロダイン検波を行
うと、得られる２つの中間周波信号は次のように表すこ
とができる。

I_x＝I₀cos（（ω_Ｓ−ω_Ｌ）ｔ） …（17） I_y＝I₀cos（（ω_Ｓ−ω_Ｌ）ｔ＋（θ_Ｓ−θ_Ｌ）） ＝I₀sin（（ω_Ｓ−ω_Ｌ）ｔ） …（18） 但し、I₀は定数である。

この中間周波信号I_x,I_yを電気90゜ハイブリッド回路
に入力すると、その出力O_x,O_yは次の式を満たす。

2O_x＝I_x＋〔I_y〕 ＝（−１＋sgn（ω_Ｓ−ω_Ｌ）） ・I₀ cos（｜ω_Ｓ−ω_L|t） …（19） 2O_y＝〔I_x〕＋I_y ＝（１＋sgn（ω_Ｓ−ω_Ｌ）） ・I₀ sin（｜ω_Ｓ−ω_L|t） …（20） 但し、〔 〕は90゜の位相遅延を意味する。また、 である。従って、電気90゜ハイブリッド回路の出力O_x,O
_yについて、ω_Ｓとω_Ｌの大小関係に対応して、イメー
ジ成分を分離除去することができる。

上述した構成においては、局発光及び信号光のいずれ
か一方を直線偏光とし他方を円偏光としてそれぞれ出力
する第１の偏光制御器４を用いているが、この第１の偏
光制御器４に代えて、局発光及び信号光を直線偏光及び
円偏光間の位相関係と同等の位相関係にある楕円偏光と
してそれぞれ出力する第２の偏光制御器20を用いてもよ
い。ここで、局発光及び信号光が直線偏光及び円偏光間
の位相関係と同等の位相関係にある楕円偏光であるとい
うのは、これらの楕円偏光の入力に基づく２つの検波信
号（中間周波信号）の間に、（17），（18）式に示すよ
うに、90゜の位相差が生じていることをいう。即ち、局
発光及び信号光が直線偏光及び円偏光間の位相関係と同
等の位相関係にある楕円偏光であるというのは、局発光
及び信号光が、それぞれ、偏光分離器で分離すべき２成
分に分解したときの２成分間の位相差の差が90゜になる
ような楕円偏光であることである。

一般には直線偏光として与えられる局発光（又は信号
光）を円偏光或いは楕円偏光に変換する場合、xz平面に
偏光面を有する偏光成分とyz平面に偏光面を有する偏光
成分とで異なる屈折率の複屈折板を用いることによっ
て、上記変換を行うことができる。第３図はこの複屈折
板が便宜上正の単軸結晶からなるとしたときの屈折率楕
円体を示している。いま、複屈折板の常光に対する屈折
率をn_oとし、異常光に対する屈折率の最大値をn_eとする
（n_o＜n_e）。そして、複屈折板の光学軸をＳ軸とする直
交三次元座標軸の原点Ｏを光が矢印Ｓ方向に伝搬してい
るとし、矢印ＳのXY平面への投影がＹ軸と一致している
とする。このとき、屈折率楕円体は、 で表される。常光に対する屈折率n_oは、常に一定であ
り、屈折率楕円体がXY平面で切られる円Ａと原点Ｏにお
いて伝搬方向Ｓに直交する面で切られる楕円Ｂとが交わ
る点Ｐまでの原点Ｏからの距離OPで表される。一方、異
常光に対する屈折率n_e′は、伝搬方向ＳとＺ軸とがなす
角θに応じて変化し、上記楕円ＢとYZ平面とが交わる点
Ｑまでの原点Ｏからの距離OQで表される。すなわち、異
常光に対する屈折率n_e′は、光の伝搬方向Ｓに応じてn_o
からn_eまで連続的に変化する。このように光の伝搬方向
Ｓに応じてその偏光成分に対する屈折率が異なるので、
例えば直線偏光として入射した局部発振光の伝搬方向Ｓ
がＹ軸に一致するように（θ＝90゜）複屈折板の光学軸
を設定し、当該偏光面がOP及びOQに対して45゜傾斜する
ようにし、且つこの入射光の直交偏光成分の位相差が90
゜となるように複屈折板の厚みを設定することにより、
局発光を円偏光にして出力することができる。尚、この
場合の複屈折板は一般に1/4波長板と呼ばれる。

従って、上述したような複屈折板の性質を応用して、
信号光及び局発光のうちのいずれか一方を適当な楕円率
を有する楕円偏光とし、他方についても対応する楕円率
を有する楕円偏光とし、これらの楕円偏光間の位相関係
が直線偏光と円偏光間の位相関係と同様になるようにし
ても良い。

第１の偏光制御器４を用いる場合であっても、第２の
偏光制御器20を用いる場合であっても、信号光と局発光
を加え合わせる前に偏光分離器6,8によって偏光分離を
行っており、同一偏光面を有する直線偏光同士を光カプ
ラ10,12に入力するようにしているので、光カプラ10,12
に入力する光の偏光状態は常に特定されており、従っ
て、光カプラ10,12が分配比の偏光依存性を有している
場合であっても、その影響によって従来のように受信感
度が劣化する恐れがない。つまり、本発明の構成による
場合、構成要素となる光カプラに対する要求（分配比の
偏光依存性が小さいこと）が厳しくない。

光検波回路14,16が一般的なものである場合には、第
４図に示すように、光検波回路14,16はそれぞれ単一の
光電変換器26を備えているので、光カプラ10,12により
分配された光のそれぞれ一方の光を光電変換器26で受光
するようにする。光学的な構成が許されるならば、光カ
プラ10,12により分配された光の両方を単一の光電変換
器26で受光するようにしても良い。

光検波回路14,16の他の構成例として二重平衡型光検
波回路（DBOR）の構成を第５図に示す。同図（ａ）に示
された構成は、PINフォトダイオード等からなる同一特
性の２つの光電変換器28,30に生じた光電流変化を電圧
変化として取出し、それぞれ増幅器32,34で増幅した後
減算器36で減算処理するようにしたものである。この構
成において、光電変換器28,30にそれぞれ入射する光の
光カプラからの光路長を等しく設定しておくと、光カプ
ラにおける光位相の逆転の結果、光電変換器28,30に入
力する信号成分は逆相となり、局発光の強度雑音成分は
同相となる。従って、信号成分は相加され、強度雑音成
分は相殺され、局発光の強度雑音の影響を抑制すること
ができる。また、光カプラで分配された光の両方を無駄
なく用いることができるので、受信感度の改善を図る上
で有利である。同図（ｂ）に示すように、同じく同一特
性の光電変換器28,30を直列接続し、接続点の電位変化
を増幅器38により増幅して出力するようにしても良い。

このように光検波回路14,16がそれぞれ一対の光電変
換器28,30を備えて二重平衡型に構成されている場合に
は、この一対の光電変換器28,30が光カプラ10,12により
分配された光のそれぞれ両方の光を受光するようにす
る。

光検波回路を二重平衡型にした場合、本発明の別の優
位性が明らかになる。

第６図は二重平衡型の光検波回路を用いた従来装置の
構成を示す図であり、第15図の従来装置に二重平衡型光
検波回路を適用した場合の構成が示されている。光カプ
ラ118で分配された光のうちの一方を偏光分離器120aで
偏光分離し、他方の光を偏光分離器120bで偏光分離し、
これらの偏光分離器120a,120bからの同一偏光面を有す
る直線偏光同士をそれぞれ二重平衡型の光検波回路126,
128における光電変換器対に入力するようにしたもので
ある。このような装置を構成するうえで必要なことを次
に示す。

十分な局発光強度雑音の抑圧効果を生じさせるため
には、光カプラ118から出力して二重平衡型の光検波回
路126,128に入力するまでのそれぞれ２つの経路の遅延
時間差が十分小さいこと。理想的には遅延時間差が生じ
ないことが要求される。

電気90゜ハイブリッド回路130に入力する２つの検
波信号の位相差が90゜になるようにするためには、偏光
分離器120a,120bから出力して電気90゜ハイブリッド回
路130に入力するまでのそれぞれ２つの経路の遅延時間
差が十分小さいこと。理想的には遅延時間差がないこと
が要求される。

光カプラ118の分配比が入力光の偏光状態によらず
常に１対１であること。分配比が正確に１対１にならな
いと、二重平衡型光検波回路の光電変換器対に生じる光
電流が均等でなくなり、局発光の強度雑音成分の抑圧効
果が減ずる。尚、このの要求を満足することが困難な
ことは前述したとおりである。

いま、図示のように、光カプラ118から偏光分離器120
a,120bへの光のそれぞれの伝搬時間をt_a,T_aとし、偏光
分離器120a,120bから光検波回路128への光のそれぞれの
伝搬時間をt_b,T_bとし、偏光分離器120a,120bから光検波
回路126への光のそれぞれの伝搬時間をt_c,T_cとし、光検
波回路126,128から電気90゜ハイブリッド回路130への検
波信号のそれぞれの伝搬時間をt_d,T_dとする。

における理想条件が満足されるためには、 t_a＋t_c＝T_a＋T_c …（23） t_a＋t_b＝T_a＋T_b …（24） が必要であり、における理想条件が満足されるために
は、 t_c＋t_d＝t_b＋T_d …（25） T_c＋t_d＝T_b＋T_d …（26） が必要である。

（24）式から（23）式を減ずると、 t_b−t_c＝T_b−T_c …（27） が得られ、この式を変形すると、 t_b−T_b＝t_c−T_c …（27′） となる。従って、及びの理想条件を満足するために
は、即ち、二重平衡型光検波回路の利点を活かしつつイ
メージ成分の分離除去を行うためには、（27）式によれ
ば、２つの偏光分離器120a,120bにおける出力光路長の
それぞれのバラツキが等しくなるように光路長の調整を
行うことが少なくとも要求され、また、見方を変えて
（27′）式によれば、２つの光検波回路126,128におけ
る入力光路長のそれぞれのバラツキが等しくなるように
光路長の調整を行うことが少なくとも要求される。そし
て、この場合、（27）式に示される遅延時間差をΔ１
（＝t_b−t_c）とし、（27′）式に示される遅延時間差を
Δ２（＝t_b−T_b）とするならば、更に、 T_a＝t_a＋Δ２ …（28） を満足するように、光カプラ118と偏光分離器120a,120b
との間の光路長を調整し、その上で、 T_d＝t_d−Δ１ …（29） を満足するように、光検波回路126,128と電気90゜ハイ
ブリッド回路130との間の検波信号の遅延時間を調整す
ることによって、はじめて及びの理想条件が満足さ
れることになる。このことは、比較的簡単に行うことが
できる検波信号の遅延時間の調整の他に、困難な作業を
伴う光学的な調整を複数回繰り返し行う必要があること
を意味する。このように、従来技術によると、イメージ
成分の分離除去を行う上で、光検波回路を二重平衡型に
構成することが、技能的な困難性を伴っていたものであ
る。

これに対して、二重平衡型の光検波回路を用いた本発
明の構成においては、次のようにして容易に遅延特性の
調整を行うことができる。尚、本発明の構成によれば、
二重平衡型の光検波回路を用いているか否かにかかわら
ず、の要求は緩和される。何故ならば、本発明の構成
においては、特定の偏光状態（直線偏光）に対して光カ
プラの分配比が１対１であれば足りるからである。

いま、第７図に示すように、第２の偏光分離器８と第
２及び第１の光カプラ12,10との間の光のそれぞれの伝
搬時間をt_e,T_eとし、第１の偏光分離器６と第２及び第
１の光カプラ12,10との間の光のそれぞれの伝搬時間をt
_f,T_fとし、第２の光カプラ12と第２の光検波回路16にお
ける光電変換器対との間の光のそれぞれの伝搬時間を
t_g,T_gとし、第１の光カプラ10と第１の光検波回路14に
おける光電変換器対との間の光のそれぞれの伝搬時間を
t_h,T_hとし、第２及び第１の光検波回路16,14と電気90゜
ハイブリッド回路18との間の検波信号のそれぞれの伝搬
時間をt_i,T_iとする。

先ず、の理想条件について考察する。から、 t_g＝T_g …（30） t_h＝T_h …（31） が必要になるが、一般的にこのような光路長の調整は容
易に行うことができる。例えば、光カプラと二重平衡型
の光検波回路をモノリシックに造ることによって、（3
0）及び（31）式の条件を容易に充足することができ
る。また、光ファイバ融着型の光カプラを用いている場
合にも（30）及び（31）式を充足することは容易であ
る。

の理想条件を満たした上で、の理想条件について
考察する。から、 t_e＋t_g＋t_i＝T_e＋t_h＋T_i …（32） が必要である。（32）式を変形すると、 t_i−T_i＝（T_e−t_e）＋（t_h−t_g） …（32′） となる。

以上から明らかなことは、の理想条件を満たした上
で、（T_e−t_e）＋（t_h−t_g）といった光路長のバラツキ
の累積を検波信号の遅延時間差（t_i−T_i）によって補償
できることである。別言すれば、一般に高い技能が要求
される光路長の調整を最小限に抑えて、一般に高い技能
が要求されない電気的な遅延時間の調整で足りるように
した点にこの構成の特長がある。

また、注意すべきこととして局部発振光を偏波分離す
る第１の偏波分離器６と第２及び第１の光カプラ12,10
との間の光の伝搬時間差T_f−t_fについては問題にならな
い。

簡単に説明すると、局部発振光は単一の光周波数で発
振しているため、T_f−t_f≠０である場合に、二つの光カ
プラにそれぞれ入力される局部発振光の間に位相差が生
じることになる。位相に関する条件式（16）が ｜θ_ｓ−θ_Ｌ＋ω_Ｌ・（T_f−t_f）｜＝π/2 …（33） に書き改められる。ここで、式（16）の左辺第三項が有
限の一定値をとり、局部発振光の光角周波数変動Δω_Ｌ
があっても、条件式（33）のθ_ｓとθ_Ｌの関係は一定で
ある。例えば、局部発振光の光周波数変動が30MHz、偏
波分離器出力の光ファイバコード長のずれが1cmの場合
に、位相変化は、 Δω_Ｌ・（T_f−t_f）＝ ２π×３×10⁷ s^-1×５×10^-11s ≒１×10² ≪１ …（34） であり、無視することができる。

しかし、局部発振光をチューニングする場合には、条
件式（33）を満たすように信号光の偏波状態による位相
条件を改めて設定する必要があり、局部発振光を偏波分
離したあとの光ファイバ内で攪乱が生じる場合には多少
なりとも影響を受ける。その観点からすると、周波数依
存性を持つΔω_Ｌ・（T_f−t_f）は、小さいほうがより良
い。

このような検波信号の遅延時間の調整を容易に行い得
るようにするには、第７図に示すように第１の光検波回
路14と電気90゜ハイブリッド回路18との間若しくは第２
の光検波回路16と電気90゜ハイブリッド回路18との間
（図示せず）又はこれらの双方に可変電気遅延回路40を
備えるとよい。

第８図は本発明の他の構成を示すブロック図である。
この装置は、局発光を出力する局部発振器２と、該局発
光及び受けた信号光の双方を直線偏光としてそれぞれ出
力する第３の偏光制御器42と、該偏光制御器42からの局
発光及び信号光をそれぞれ分配して出力する第３及び第
４の光カプラ44,46と、該第３の光カプラ44で分配され
た局発光の一方と上記第４の光カプラ46で分配された信
号光の一方とを加えると共に分配して出力する第５の光
カプラ48と、上記第３の光カプラ44で分配された局発光
の他方と上記第４の光カプラ46で分配された信号光の他
方とを加えると共に分配して出力する第６の光カプラ50
と、上記第３及び第６の光カプラ44,50間又は上記第４
及び第５の光カプラ46,48間に設けられた可変光遅延回
路52と、上記第５及び第６の光カプラ48,50からの光を
それぞれ光−電気変換して検波信号を出力する第１及び
第２の光検波回路14,16と、該第１の光検波回路14から
の検波信号に90゜の位相差を与えて上記第２の光検波回
路16からの検波信号に加えて出力すると共に、上記第２
の光検波回路16からの検波信号に90゜の位相差を与えて
上記第１の光検波回路14からの検波信号に加えて出力す
る電気90゜ハイブリッド回路18とを備えて構成されてい
る。

この構成においては、円偏光又は楕円偏光を偏光分離
することによって、局発光又は信号光から得られる偏光
面が互いに直交する直線偏光成分間に位相差を与えるの
ではなく、直線偏光として与えられた局発光及び信号光
のうちの局発光について、可変光遅延回路52を用いるこ
とによって、直接的に位相差を与えるようにしている。
可変光遅延回路52は、空間又は光導波路の光路長を調整
する手段によって実現される。ここで、第４の光カプラ
46で分配された信号光に遅延を与えるのではなく、第３
の光カプラ44で分配された局発光に遅延を与えているの
は次の理由による。即ち、光路長を変えることによって
遅延を与えようとする場合、信号光のように変調がかけ
られていると、スペクトルの幅が増大するので、周波数
に対して一律な位相変移を与えることが困難であるのに
対し、局発光は一般的には変調がかけられておらず、一
定の位相変移を与えることが可能であるからである。

この構成によると、第３及び第４の光カプラ44,46に
入射する局発光及び信号光は特定の偏光面を有する直線
偏光となるので、光カプラにおける分配比を１対１にす
るための光カプラに対する要求が厳しくない。また、第
７図に示された構成におけるのと同様にして、光カプラ
と光検波回路とが直結しているので、光検波回路を二重
平衡型に構成した場合に、前述のの要求を容易に満足
することができる。

この場合、第１及び第２の光検波回路14,16は、第５
及び第６の光カプラ48,50により分配された光のそれぞ
れ一方の光を受光するようにされている単一の光電変換
器26をそれぞれ備えていてもよいし、或いは、光検波回
路14,16は、第５及び第６の光カプラ48,50により分配さ
れた光のそれぞれ両方の光を受光するようにされている
一対の光電変換器28,30をそれぞれ備えて二重平衡型に
構成されていてもよい。

第９図は本発明のさらに他の構成を示すブロック図で
ある。この構成は、第１図に示した構成において、第１
及び第２の偏光分離器6,8のうち局発光又は信号光が直
線偏光として入力している方の偏光分離器に代えて、偏
光制御器４からの局発光又は信号光を分配する第１の光
分配器53を備えたものである。第１の光分配器53として
は光カプラを用いることができる。尚、第９図において
は、便宜上第２の偏光分離器８に代えて第１の光分配器
53が図示されている。

この構成によると、偏光制御器４から直線偏光及び円
偏光として出力する局発光及び信号光のうちの直線偏光
として出力する局発光又は信号光を第１の光分配器53に
入力するようにしているので、第１の光分配器53により
分配された光の間には、位相反転が生じる場合を除くほ
か位相差が生じることはない。よって、第１図に示した
構成における場合と同様に、イメージ成分の分離除去が
可能になる。また、第１の光分配器53に入力する光の偏
光面は特定されているので、この第１の光分配器（例え
ば光カプラ）に対する要求は厳しくない。

第９図に示した構成においては、光検波回路14,16は
それぞれ単一の光電変換器26（第４図）を備えていても
よいし、或いは、光検波回路14,16はそれぞれ一対の光
電変換器28,30（第５図）を備えて二重平衡型に構成さ
れていてもよい。

第９図に示した構成において、光検波回路14,16が二
重平衡型に構成されている場合には、第７図に示した構
成と同様に可変電気遅延回路40を備えることによって、
煩雑な光路長の調整を最小限に抑えることができる。

本発明の種々の構成において、光カプラとしては、エ
バネッセント波結合を利用したファイバ融着型のもの、
導波路型のものを用いることができるが、偏波面保存型
のものであることが望ましい。光カプラの他の例として
は、ハーフミラーを用いることもできる。

実 施 例 以下本発明の望ましい実施例を説明する。

第10図は本発明の実施例を示すコヒーレント光通信用
受信装置のブロック図である。この例では、局部発振器
２からの局発光を1/4波長板等の円偏光器54によって円
偏光にし、これを第１の偏光分離器６により偏光分離す
るようにしている。また、信号光は、45゜直線偏光或い
は135゜直線偏光として第２の偏光分離器８に入力する
ようにされている。第１及び第２の光カプラ10,12とし
ては、偏波面保存型の光ファイバカプラが使用される。
第１及び第２の光検波回路14,16は二重平衡型に構成さ
れている。

電気90゜ハイブリッド回路18の具体的な機能及び構成
は次のとおりである。即ち、電気90゜ハイブリッド回路
18は、第１入力ポート18aから第１出力ポート18cへの経
路または第２入力ポート18bから第２出力ポート18dへの
経路ではそれぞれ位相は変化せずに3dBの損失となり、
第１入力ポート18aから第２出力ポート18dへの経路また
は第２入力ポート18bから第１出力ポート18cへの経路で
は位相が90゜変化し且つ3dBの損失となる機能を有して
おり、信号周波数帯域に対応した各種の構成が用いられ
る。

56は復調器であり、電気90゜ハイブリッド回路18の２
つの出力ポートのいずれかに接続されている。復調器56
に入力する中間周波信号の周波数は周波数弁別回路58に
よって電圧信号に変換され、この電圧信号に基づいて局
部発振器２の駆動回路60をフィードバック制御すること
によって、常に一定周波数の中間周波信号が得られるよ
うにされている。

この受信装置の構成によれば、イメージ成分の影響を
排除して隣接チャンネルのイメージのクロストークによ
る受信感度の劣化を防ぐことが可能になり、信号間のチ
ャンネル間隔を、イメージ成分の除去を行わなかった場
合と比較して約1/3に狭めることができる。よって、高
密度な周波数分割多重伝送が可能になる。また、この受
信装置の構成要素となる光カプラに入力する光の偏光面
が特定されているので、光カプラの分配比を所定の分配
比（例えば１対１）に設定することが容易である。さら
に、光検波回路を二重平衡型に構成しているにも関わら
ず、煩雑な光路長の調整を多く行う必要がない。

第11図は本発明の他の実施例を示すコヒーレント光通
信用受信装置のブロック図であり、この受信装置には偏
波ダイバーシティ方式が適用されている。この装置は、
局発光を出力する局部発振器２と、局発光を分配する第
２の光分配器62と、分配された局発光をそれぞれ円偏光
にする第１及び第２の円偏光器64,66と、受けた信号光
を偏光分離する第３の偏光分離器68とを備え、加えて、
第９図に示した構成のうち局部発振器２及び偏光制御器
４を除く部分を２組備えている。そして、第１及び第２
の円偏光器64,66からの局発光をそれぞれ上記２組にお
ける第１又は第２の偏光分離器（この例では第１の偏光
分離器６）に入力し、第３の偏光分離器からの信号光を
それぞれ上記２組における第１の光分配器53に入力し、
それぞれの電気90゜ハイブリッド回路18からの出力信号
を復調回路56に入力し、得られた２つの復調信号を加算
器70で加え合わせて出力するようにしている。72は中間
周波数を一定に保つためのAFC回路である。

第１の光分配器53、第２の光分配器62としては、例え
ば偏波面保存型の光ファイバカプラが使用される。ま
た、第１及び第２の円偏光器64,66としては、1/4波長板
が使用される。第１及び第２の光検波回路14,16は、単
一の光電変換器を備えていてもよいし、一対の光電変換
器を備えて二重平衡型に構成されていてもよい。光検波
回路が二重平衡型に構成されている場合には、第７図に
示したような可変電気遅延回路を備えていてもよい。

第11図に示された受信装置の構成によると、この受信
装置と図示しない送信装置との間を結ぶ光伝送路が偏波
面保存型でない通常のシングルモード光ファイバである
場合等のように、信号光の偏光面の変動或いは偏光状態
の変動の恐れがある場合に、上記２組のいずれか一方或
いは両方から常に検波信号を得ることができるので、受
けた信号の偏光状態にかかわらず、イメージ成分の影響
を排除しつつ受信を行うことができる。また、第３の偏
光分離器68で偏光分離された信号光は、特定の偏光面で
第１の光分配器53に入力するので、第１の光分配器53に
対する要求が厳しくない。また、第１及び第２の光カプ
ラ10,12に対する要求が厳しくない点及び、光検波回路
を二重平衡型に構成するのが容易である点は、本発明に
かかる他の構成における場合と同様である。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、受信装置の構
成要素となる光カプラ或いは光分配器に対する要求が厳
しくなくなるので、イメージ分離型のコヒーレント光通
信用受信装置を容易に提供し得るようになるという効果
を奏する。また、局発光の強度雑音の影響を排除し及び
受けた信号光の光パワーを有効に利用するために、光検
波回路を二重平衡型に構成する場合に、煩雑な光路長の
調整を最小限に抑えることができ、そのような装置の提
供が容易になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコヒーレント光通信用受信装置の構成
を示すブロック図、 第２図は局発光及び信号光の偏光状態の説明図、 第３図は屈折率楕円体を示す図、 第４図は光検波回路の構成を示す図、 第５図は光検波回路の他の構成（二重平衡型）を示す
図、 第６図は二重平衡型の光検波回路を用いた従来構成を示
す図、 第７図は二重平衡型の光検波回路を用いた第１図の構成
における遅延特性の調整を説明するための図、 第８図は本発明の他の構成を示すブロック図、 第９図は本発明のさらに他の構成を示すブロック図、 第10図は本発明の実施例を示すコヒーレント光通信用受
信装置のブロック図、 第11図は本発明の他の実施例を示すコヒーレント光通信
用受信装置のブロック図、 第12図はヘテロダイン検波の説明図、 第13図はFDM方式におけるイメージ成分の影響（光周波
数配置）の説明図、 第14図はFDM方式におけるイメージ成分の影響（IFスペ
クトル）の説明図、 第15図は従来のイメージ除去の説明図、 第16図はイメージ除去出力の説明図である。 ２……局部発振器、 ４……第１の偏光制御器、 ６……第１の偏光分離器、 ８……第２の偏光分離器、 10……第１の光カプラ、 12……第２の光カプラ、 14……第１の光検波回路、 16……第２の光検波回路、 18……電気90゜ハイブリッド回路、 20……第２の偏光制御器、 26,28,30……光電変換器、 40……可変電気遅延回路、 42……第３の偏光制御器、 52……可変光遅延回路、 53……第１の光分配器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 茂樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 清永 哲也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 石川 丈二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−143531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200631（ＪＰ，Ａ)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】局発光を出力する局部発振器（２）と、 該局発光及び受けた信号光のいずれか一方を直線偏光と
   し他方を円偏光としてそれぞれ出力する第１の偏光制御
   器（４）と、 該偏光制御器からの局発光及び信号光をそれぞれ偏光面
   が互いに直交する２つの直線偏光に分離して出力する第
   １及び第２の偏光分離器（6,8）と、 該第１及び第２の偏光分離器（6,8）からの同一偏光面
   を有する直線偏光同士を加えると共に分配してそれぞれ
   出力する第１及び第２の光カプラ（10,12）と、 該第１及び第２の光カプラ（10,12）からの光をそれぞ
   れ光−電気変換して検波信号を出力する第１及び第２の
   光検波回路（14,16）と、 該第１の光検波回路（14）からの検波信号に90゜の位相
   差を与えて上記第２の光検波回路（16）からの検波信号
   に加えて出力すると共に、上記第２の光検波回路（16）
   からの検波信号に90゜の位相差を与えて上記第１の光検
   波回路（14）からの検波信号に加えて出力する電気90゜
   ハイブリッド回路（18）とを備えたことを特徴とするコ
   ヒーレント光通信用受信装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、 上記第１の偏光制御器（４）に代えて、 上記局部発振器（２）からの局発光及び受けた信号光
   を、偏光分離器で分離すべき２成分に分解したときの２
   成分間の位相差の差が90゜になるような楕円偏光として
   それぞれ出力する第２の偏光制御器（20）を備えたこと
   を特徴とするコヒーレント光通信用受信装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の装置において、 上記第１及び第２の光検波回路（14,16）はそれぞれ単
   一の光電変換器（26）を備え、 該光電変換器（26）は上記第１及び第２の光カプラ（1
   0,12）により分配された光のそれぞれ一方の光を受光す
   るようにされていることを特徴とするコヒーレント光通
   信用受信装置。
4. 【請求項４】請求項１又は２に記載の装置において、 上記第１及び第２の光検波回路（14,16）はそれぞれ一
   対の光電変換器（28,30）を備えて二重平衡型に構成さ
   れており、 該一対の光電変換器（28,30）は上記第１及び第２の光
   カプラ（10,12）により分配された光のそれぞれ両方の
   光を受光するようにされていることを特徴とするコヒー
   レント光通信用受信装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の装置において、 上記第１及び／又は第２の光検波回路（14,16）と上記
   電気90゜ハイブリッド回路（18）との間における検波信
   号の遅延時間を調整する可変電気遅延回路（40）を備え
   たことを特徴とするコヒーレント光通信用受信装置。
6. 【請求項６】局発光を出力する局部発振器（２）と、 該局発光及び受けた信号光の双方を直線偏光としてそれ
   ぞれ出力する第３の偏光制御器（42）と、 該偏光制御器（42）からの局発光及び信号光をそれぞれ
   分配して出力する第３及び第４の光カプラ（44,46）
   と、 該第３の光カプラ（44）で分配された局発光の一方と上
   記第４の光カプラ（46）で分配された信号光の一方とを
   加えると共に分配して出力する第５の光カプラ（48）
   と、 上記第３の光カプラ（44）で分配された局発光の他方と
   上記第４の光カプラ（46）で分配された信号光の他方と
   を加えると共に分配して出力する第６の光カプラ（50）
   と、 上記第３及び第６の光カプラ（44,50）間又は上記第４
   及び第５の光カプラ（46,48）間に設けられた可変光遅
   延回路（52）と、 上記第５及び第６の光カプラ（48,50）からの光をそれ
   ぞれ光−電気変換して検波信号を出力する第１及び第２
   の光検波回路（14,16）と、 該第１の光検波回路（14）からの検波信号に90゜の位相
   差を与えて上記第２の光検波回路（16）からの検波信号
   に加えて出力すると共に、上記第２の光検波回路（16）
   からの検波信号に90゜の位相差を与えて上記第１の光検
   波回路（14）からの検波信号に加えて出力する電気90゜
   ハイブリッド回路（18）とを備えたことを特徴とするコ
   ヒーレント光通信用受信装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の装置において、 上記第１及び第２の光検波回路（14,16）はそれぞれ単
   一の光電変換器（26）を備え、 該光電変換器（26）は上記第５及び第６の光カプラ（4
   8,50）により分配された光のそれぞれ一方の光を受光す
   るようにされていることを特徴とするコヒーレント光通
   信用受信装置。
8. 【請求項８】請求項６に記載の装置において、 上記第１及び第２の光検波回路（14,16）はそれぞれ一
   対の光電変換器（28,30）を備えて二重平衡型に構成さ
   れており、 該一対の光電変換器（28,30）は上記第５及び第６の光
   カプラ（48,50）により分配された光のそれぞれ両方の
   光を受光するようにされていることを特徴とするコヒー
   レント光通信用受信装置。
9. 【請求項９】請求項１に記載の装置において、 上記第１及び第２の偏光分離器（6,8）のうち局発光又
   は信号光が直線偏光として入力している方の偏光分離器
   （８）に代えて、 上記偏光制御器（４）からの局発光又は信号光を分配す
   る第１の光分配器（53）を備えたことを特徴とするコヒ
   ーレント光通信用受信装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の装置において、 上記第１及び第２の光検波回路（14,16）はそれぞれ単
    一の光電変換器（26）を備え、 該光電変換器（26）は上記第１及び第２の光カプラ（1
    0,12）により分配された光のそれぞれ一方の光を受光す
    るようにされていることを特徴とするコヒーレント光通
    信用受信装置。
11. 【請求項１１】請求項９に記載の装置において、 上記第１及び第２の光検波回路（14,16）はそれぞれ一
    対の光電変換器（28,30）を備えて二重平衡型に構成さ
    れており、 該一対の光電変換器（28,30）は上記第１及び第２の光
    カプラ（10,12）により分配された光のそれぞれ両方の
    光を受光するようにされていることを特徴とするコヒー
    レント光通信用受信装置。
12. 【請求項１２】請求項11に記載の装置において、 上記第１及び／又は第２の光検波回路（14,16）と上記
    電気90゜ハイブリッド回路（18）との間における検波信
    号の遅延時間を調整する可変電気遅延回路（40）を備え
    たことを特徴とするコヒーレント光通信用受信装置。
13. 【請求項１３】局発光を出力する局部発振器（２）と、 該局発光を分配する第２の光分配器（２）と、 該分配された局発光をそれぞれ円偏光にする第１及び第
    ２の円偏光器（64,66）と、 受けた信号光を偏光分離する第３の偏光分離器（68）と
    を備え、 加えて、請求項９乃至12のいずれかに記載の装置のうち
    局部発振器（２）及び偏光制御器（４）を除く部分を２
    組備え、 上記第１及び第２の円偏光器（64,66）からの局発光を
    それぞれ上記２組における第１又は第２の偏光分離器
    （６）に入力し、 上記第３の偏光分離器（68）からの信号光をそれぞれ上
    記２組における第１の光分配器（53）に入力し、 上記２組における電気90゜ハイブリッド回路（18）の出
    力信号に基づく復調信号を加え合わせるようにしたこと
    を特徴とするコヒーレント光通信用受信装置。