JP4768421B2 - Ｄｑｐｓｋ光受信器 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＱＰＳＫ変調された光信号を受信するＤＱＰＳＫ光受信器に係わる。また、本発明は、ＤＱＰＳＫを用いた光通信、光信号処理、光計測において利用可能である。

光伝送システムにおいて信号を伝送するための技術の１つとして位相変調が広く実用化されている。位相変調では、送信データに応じて搬送波の位相を変化させることにより、データが伝送される。例えば、４値位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）変調では、２ビットのデータから構成される各シンボル「００」「０１」「１１」および「１０」に対して、「θ」「θ＋π／２」「θ＋π」「θ＋３π／２」が割り当てられる。ここで、「θ」は任意の位相である。そして、受信装置は、受信信号の位相を検出することにより、送信データを再生できる。

また、ＱＰＳＫ方式の受信器を比較的容易に実現する技術として、差動４値位相シフトキーイング（ＤＱＰＳＫ：Differential QPSK）が知られている。ＤＱＰＳＫ変調では、先に送信したシンボルの値と次に送信するシンボルの値との間の搬送波の位相の変化量（「０」「π／２」「π」「３π／２」）が送信情報の２ビットに対応づけられる。したがって、受信装置は、隣接する２つのシンボル間の位相差を検出することにより、送信データを再生することができる。

図４４は、既存のＤＱＰＳＫ光受信器の構成を示す図である。図４４に示すＤＱＰＳＫ光受信器１０００は、１組の干渉計１００１、１００２を備え、ＤＱＰＳＫ光信号は、光スプリッタにより分岐されてそれら１組の干渉計１００１、１００２に導かれる。干渉計１００１の一方のアームには１シンボル遅延要素が設けられ、他方のアームにはπ／４移相要素が設けられている。また、干渉計１００２の一方のアームには１シンボル遅延要素が設けられ、他方のアームには−π／４移相要素が設けられている。受光回路１００３は、互いに直列に接続された１組のフォトダイオード１００３ａ、１００３ｂを備える。受光回路１００４は、互いに直列に接続された１組のフォトダイオード１００４ａ、１００４ｂを備える。そして、干渉計１００１から出力される１組の光信号は、フォトダイオード１００３ａ、１００３ｂに導かれ、干渉計１００２から出力される１組の光信号は、フォトダイオード１００４ａ、１００４ｂに導かれる。なお、ここで直列に接続するとは、二つのフォトダイオードを電流源としてモデル化した場合に二つのダイオードが互いに直列であることを指している。

受光回路１００３、１００４は、それぞれ１組のフォトダイオードが生成する電流の差分（差動信号）を出力する。受光回路１００３、１００４により生成される差動信号は、それぞれプリアンプ１００５、１００６により増幅され、信号処理回路へ送られる。そして、信号処理回路は、これらの差動信号から２ビットのデータを再生する。

図４５は、図４４に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。ＤＱＰＳＫでは、互いに隣接するシンボル間の位相差は「０」「π／２」「π」または「３π／２」である。また、干渉計１００１、１００２において互いに干渉する光信号の位相差をそれぞれ「Δφa 」「Δφb 」とすると、各フォトダイオードにより生成される電流は、図４５に示す通りである。ここで、電流値は正規化されている。そして、受光回路１００３、１００４は、それぞれ、１組のフォトダイオードにより生成される電流の差分を表す信号を出力する。よって、受光回路１００３、１００４の出力レベルは、互いに隣接するシンボル間の位相差に応じて「０．７」または「−０．７」になる。したがって、「閾値＝０」を利用すれば、シンボル間の位相差に対応する２ビットデータが得られる。図４５に示す例では、例えば、シンボル間の位相差が「π／２」のときに、受光回路１００３、１００４の出力レベルが「−０．７（＜０）」および「０．７（＞０）」であり、「０」および「１」が得られる。

なお、ＤＱＰＳＫ光受信器の構成および動作については、例えば、特許文献１、２に詳しく記載されている。
特表２００４−５１６７４３号公報 ＷＯ ０３／０６３５１５Ａ２

図４４に示す従来のＤＱＰＳＫ光受信器においては、１組の干渉計１００１、１００２の移相量が「π／４」および「−π／４」であり、その差は「π／２」である。ところが、その移相量の差が「π／２」からずれると、受信品質が低下してしまう。

図４６は、１組の干渉計の移相量の差と再生信号との関係を示す図である。図４６において、横軸は、移相量の差の「π／２」からのずれを示している。また、縦軸は、受光回路１００３、１００４の出力レベルを示している。ここで、移相量の差が「π／２（横軸＝０）」であれば、受光回路の出力レベルは「０．７」または「−０．７」である。よって、「閾値＝０」を利用すれば、受光回路の出力信号の論理値（０または１）を識別することができる。ところが、移相量の差が「π／２」からずれが大きくなるにつれて、受光回路１００３または受光回路１００４の出力レベルがゼロに近づいてゆく。すなわち、受光回路の出力レベルと閾値との差が小さくなっていく。この結果、受光回路の出力信号の論理値の判断を誤る可能性が高くなり、受信品質が低下してしまう。そして、１組の干渉計の移相量の差が「π／４（または、３π／４）」になると、一方の受光回路の出力レベルは「０」になる。この場合、「閾値＝０」を利用して受光回路の出力信号の論理値（０または１）を識別することができなくなり、データ再生が不可能になってしまう。

このように、従来のＤＱＰＳＫ光受信器においては、干渉計が備える移相要素の移相量がずれると、受信品質が低下する。なお、移相要素の移相量は、温度変化や経年劣化等により変化する。

また、ＤＱＰＳＫ光受信器が数１０Gbpsの高速データを受信する場合には、受光回路１００３、１００４を構成するフォトダイオードの周波数特性が優れている必要がある。しかし、このような高速フォトダイオードは、一般に、非常に高価である。すなわち、受光回路を構成するフォトダイオードの個数を少なくできれば、ＤＱＰＳＫ光受信器の低コスト化を図ることが可能である。

本発明の目的は、ＤＱＰＳＫ光受信器の受信品質の改善を図ることである。また、本発明の他の目的は、ＤＱＰＳＫ光受信器の低コスト化を図ることである。

本発明のＤＱＰＳＫ光受信器は、ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、前記第１の光パスに接続され、第１の１シンボル遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、前記第２の光パスに接続され、第２の１シンボル遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備える。そして、前記αと前記βとの差は、π／４以上かつ３π／４以下である。

第１の干渉計における移相量αおよび第２の干渉計の移相量βは、互いに異なる。このため、ＤＱＰＳＫ光信号は、第１および第２の干渉計において互いに異なる条件下で干渉する。ＤＱＰＳＫ光信号からデータを再生する際には、一般に、αとβとの差異がπ／２であることが望ましい。

本発明のＤＱＰＳＫ光受信器においては、各受光回路は、それぞれ、互いに異なる干渉条件を提供する２個の干渉計からの光信号に基づいてデータを再生する。このため、αとβとの差異の変動に対して、各受光回路の出力レベルの変動は緩やかになる。従って、各干渉計の移相量がずれても、ＤＱＰＳＫ光信号からデータを再生できる。

上記ＤＱＰＳＫ光受信器において、前記第１の受光回路が１つの受光器を備え、前記第２の受光回路が互いに直列に接続された１組の受光器を備えるようにしてもよい。この場合、第１の光信号および第３の光信号が前記第１の受光回路の受光器に与えられ、第２の光信号および第４の光信号がそれぞれ前記第２の受光回路の１組の受光器に与えられる。そして、第１の受光回路の受光器は、第１の光信号に対応する電流および第３の光信号に対応する電流の合計電流を生成する。この構成によれば、ＤＱＰＳＫ光受信器が必要とする受光器の数は、３個である。

本発明によれば、ＤＱＰＳＫ光受信器の受信品質が向上する。また、本発明によれば、ＤＱＰＳＫ光受信器の低コスト化を図ることでできる。

図１は、本発明のＤＱＰＳＫ光受信器が使用される光伝送システムの構成を示す図である。図１において、ＤＱＰＳＫ光送信器５００は、光源（ＬＤ）５０１、π／２移相器５０２、位相変調器５０３、５０４を備える。光源５０１は、ＣＷ（Continuous Wave）光を生成する。このＣＷ光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば、１５５０ｎｍである。π／２移相器５０２は、位相変調器５０３、５０４に入力される１組のＣＷ光間に位相差π／２を与える。位相変調器５０３、５０４は、それぞれデータ１、２を利用してＣＷ光を変調する。ここで、データ１、２は、不図示のＤＱＰＳＫプリコーダを利用して送信データを符号化することにより生成されるビットストリームである。また、位相変調器５０３、５０４に与えられる１組のＣＷ光は互いに位相が９０度異なっている。よって、位相変調器５０３、５０４により生成される光信号を合成すると、各シンボル「００」「０１」「１１」「１０」に対して、例えば、「θ」「θ＋π／２」「θ＋π」「θ＋３π／２」が割り当てられる。そして、ＤＱＰＳＫ光送信器５００は、このようにして生成したＤＱＰＳＫ光信号を送信する。なお、図示したＤＱＰＳＫ光送信器５００の構成は一例であり、他にも多数の構成が考えられるが、本発明による受信器はＤＱＰＳＫ光送信器の具体的構成を問わず適用可能である。

ＤＱＰＳＫ光信号は、光ファイバ５１０を介して伝送され、ＤＱＰＳＫ光受信器６００により受信される。なお、ＤＱＰＳＫ光受信器６００は、光入力ポート６０１を備えており、ＤＱＰＳＫ光信号は、その光入力ポート６０１を介してＤＱＰＳＫ光受信回路に導かれる。
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第１の構成を示す図である。このＤＱＰＳＫ光受信器は、図１に示す光入力ポート６０１を介してＤＱＰＳＫ光信号を受信する。

光スプリッタ１は、入力ＤＱＰＳＫ光信号を分岐し、光パス１１および光パス１２に出力する。ここで、光スプリッタ１の分岐比は１：１であり、光パス１１および光パス１２を介して互いに等しい光パワーの光信号が伝送される。光スプリッタ１は、例えば、１×２光カプラにより実現される。光パス１１、１２は、それぞれ、干渉計２０、３０に接続される。

干渉計２０、３０は、それぞれ、例えば、マッハツェンダ干渉計である。干渉計２０の上アームには、１シンボル遅延要素２１が設けられている。１シンボル遅延要素２１は、光信号を１シンボル時間だけ遅延させる。なお、ＤＱＰＳＫにおいては、１つのシンボルで２ビットのデータを伝送するので、１シンボル時間は、伝送レートの逆数の２倍に相当する。干渉計２０の下アームには、移相要素２２が設けられている。移相要素２２は、光信号の位相を「ゼロ」だけシフトさせる。すなわち、移相要素２２は、干渉計２０の上アーム、下アームを介して伝搬される１組の光信号間に位相差ゼロ（２ｎπ（ｎは、ゼロを含む整数））を与える。換言すれば、移相要素２２は、干渉計２０の上アーム、下アームを介して伝搬される１組の光信号間の相対的な位相シフトがゼロ（２ｎπ（ｎは、ゼロを含む整数））になるように、それらの光信号の少なくとも一方の位相を調整する。そして、干渉計２０は、光パス１３、１４を介して、互いに相補的な１組の光信号を出力する。なお、移相要素２２は、上アームに設けられてもよいし、下アームに設けられてもよい。また、移相要素２２により調整される「ゼロ」は、「概ねゼロ」を含むものとする。

干渉計３０の上アームには、１シンボル遅延要素３１が設けられている。１シンボル遅延要素３１は、光信号を１シンボル時間だけ遅延させる。干渉計３０の下アームには、移相要素３２が設けられている。移相要素３２は、光信号の位相を「π／２」だけシフトさせる。すなわち、移相要素３２は、干渉計３０の上アーム、下アームを介して伝搬される１組の光信号間に位相差π／２（π／２＋２ｍπ（ｍは、ゼロを含む整数））を与える。換言すれば、移相要素３２は、干渉計３０の上アーム、下アームを介して伝搬される１組の光信号間の相対的な位相シフトがπ／２（π／２＋２ｍπ（ｍは、ゼロを含む整数））になるように、それらの光信号の少なくとも一方の位相を調整する。そして、干渉計３０は、光パス１５、１６を介して、互いに相補的な１組の光信号を出力する。なお、移相要素３２は、上アームに設けられてもよいし、下アームに設けられてもよい。また、移相要素３２により調整される「π／２」は、「概ねπ／２」を含むものとする。なお、上記ならびに以下の説明では干渉計２０、３０の遅延量として、１シンボルと記しているが、特許文献２に開示されているのと同様に、１シンボル時間の０でない任意の整数倍の遅延量であってもよい。

また、本実施例では、干渉計２０および干渉計３０における１×２光カプラと２×２光カプラを同種類の３ｄＢ分岐の方向性結合器をモデルに検討したが、本実施形態だけでなく、本発明で示されている全ての実施例について、その他の実現手段として、多モード干渉（ＭＭＩ）型、断熱（adiabatic）型、Ｘ型などの光カプラがあり、入出力導波路間の位相回転量が異なるものもある。しかし、それらの光カプラの出力ポート間の位相差を予め考慮して干渉計を設計すれば、いずれの種類のカプラを用いても同じ原理で受信器を実現することが可能である。

受光回路４０は、フォトダイオード４１、４２、バイアス回路４３、増幅器４４を備える。フォトダイオード４１、４２は、互いに並列に接続されている。フォトダイオード４１には、干渉計２０から出力される１組の光信号の一方が光パス１３を介して与えられる。また、フォトダイオード４２には、干渉計３０から出力される１組の光信号の一方が光パス１５を介して与えられる。バイアス回路４３は、フォトダイオード４１、４２にバイアス電圧を印加する。増幅器４４は、例えば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、フォトダイオード４１、４２により生成される電流の和を電圧信号に変換する。

なお、受光回路４０は、図３（ａ）に示すように、フォトダイオード４１、４２により生成される電流をそれぞれ増幅するプリアンプ４５、４６を利用して構成するようにしてもよい。この場合、増幅後の電流信号が加算される。この構成においては、プリアンプ４５、４６の入力側の浮遊容量が小さくなるので、周波数特性が向上する。また、受光回路４０は、フォトダイオード４１、４２により生成される電流をそれぞれ電圧に変換する１組の増幅器を利用して構成するようにしてもよい。この場合、１組の増幅器の出力電圧を加算する加算回路が設けられる。

受光回路５０は、フォトダイオード５１、５２、バイアス回路５３、増幅器５４を備える。フォトダイオード５１、５２は、互いに直列に接続されている。フォトダイオード５１には、干渉計２０から出力される１組の光信号の他方が光パス１４を介して与えられる。また、フォトダイオード５２には、干渉計３０から出力される１組の光信号の他方が光パス１６を介して与えられる。バイアス回路５３は、フォトダイオード５１、５２にバイアス電圧を印加する。増幅器５４は、例えば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、フォトダイオード５１、５２により生成される電流の差分を電圧信号に変換する。

なお、受光回路５０は、図３（ｂ）に示すように、フォトダイオード５１、５２により生成される電流をそれぞれ対応する電圧に変換する１組の増幅器５５、５６、およびそれら１組の増幅器５５、５６の出力電圧の差分を生成する減算回路５７を利用して構成するようにしてもよい。

信号処理回路６０は、受光回路４０、５０の出力信号から送信データを再生する。識別回路６１は、受光回路４０の出力信号のレベル（例えば、電圧値）を閾値と比較することにより、「０」または「１」を生成する。同様に、識別回路６２は、受光回路５０の出力信号のレベルを閾値と比較することにより、「０」または「１」を生成する。そして、論理回路６３は、識別回路６１、６２により生成されるデータに基づいて送信データを再生する。

次に、上記構成のＤＱＰＳＫ光受信器の動作を図４及び図５を参照しながら説明する。図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器の干渉計２０は、１シンボル遅延要素２１を備える。よって、干渉計２０においては、あるシンボルの光信号とその次のシンボルの光信号が互いに干渉する。また、干渉計２０が備える移相要素２２の移相量はゼロである。したがって、互いに隣接するシンボル間の位相差が「０」であれば、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差も「０」である。同様に、互いに隣接するシンボル間の位相差が「π／２」「π」「３π／２」であれば、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差はそれぞれ「π／２」「π」「３π／２」である。

干渉計３０は、１シンボル遅延要素３１を備える。よって、干渉計３０においては、干渉計２０と同様に、互いに隣接するシンボルの光信号が互いに干渉する。ただし、干渉計３０が備える移相要素３１の移相量はπ／２である。したがって、互いに隣接するシンボル間の位相差が「０」であれば、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差は「π／２」である。同様に、互いに隣接するシンボル間の位相差が「π／２」「π」「３π／２」であれば、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差はそれぞれ「π」「３π／２」「０」である。

干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差を「Δφa 」とすると、干渉計２０から光パス１３へ出力される光信号のパワーはSin2(Δφa／２)に比例し、干渉計２０から光パス１４へ出力される光信号のパワーはCos2(Δφa／２)に比例する。同様に、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差を「Δφb 」とすると、干渉計３０から光パス１５へ出力される光信号のパワーはSin2(Δφb／２)に比例し、干渉計３０から光パス１６へ出力される光信号のパワーはCos2(Δφb／２)に比例する。

フォトダイオード４１により生成される電流は、干渉計２０から光パス１３へ出力される光信号のパワーに比例する。したがって、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「０」のときは、フォトダイオード４１により生成される電流は「０」である。同様に、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／２」「π」「３π／２」のときは、フォトダイオード４１により生成される電流は、それぞれ「０．５」「１」「０．５」である。

フォトダイオード４２により生成される電流は、干渉計３０から光パス１５へ出力される光信号のパワーに比例する。したがって、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／２」のときは、フォトダイオード４２により生成される電流は「０．５」である。同様に、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π」「３π／２」「０」のときは、フォトダイオード４２により生成される電流は、それぞれ「１」「０．５」「０」である。

フォトダイオード５１により生成される電流は、干渉計２０から光パス１４へ出力される光信号のパワーに比例する。したがって、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「０」のときは、フォトダイオード５１により生成される電流は「１」である。同様に、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／２」「π」「３π／２」のときは、フォトダイオード５１により生成される電流は、それぞれ「０．５」「０」「０．５」である。

フォトダイオード５２により生成される電流は、干渉計３０から光パス１６へ出力される光信号のパワーに比例する。したがって、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／２」のときは、フォトダイオード５２により生成される電流は「０．５」である。同様に、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π」「３π／２」「０」のときは、フォトダイオード５２により生成される電流は、それぞれ「０」「０．５」「１」である。

受光回路（並列ＰＤ）４０は、フォトダイオード４１、４２により生成される電流の和を表す信号を生成する。したがって、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「０」（即ち、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「０」、且つ、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／２」）であれば、受光回路４０の出力信号は「０．５（＝０＋０．５）」になる。同様に、隣接するシンボル間の位相差が「π／２」「π」「３π／２」であれば、受光回路４０の出力信号は、それぞれ、「１．５（＝０．５＋１）」「１．５（＝１＋０．５）」「０．５（＝０．５＋０）」になる。

受光回路（差動ＰＤ）５０は、フォトダイオード５１、５２により生成される電流の差分を表す信号を生成する。したがって、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「０」（即ち、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「０」、且つ、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／２」）であれば、受光回路５０の出力信号は「−０．５（＝０．５−１）」になる。同様に、隣接するシンボル間の位相差が「π／２」「π」「３π／２」であれば、受光回路５０の出力信号は、それぞれ、「−０．５（＝０−０．５）」「０．５（＝０．５−０）」「０．５（＝１−０．５）」になる。

識別回路６１は、受光回路４０の出力信号と予め決められた閾値とを比較する。ここでは、識別回路６１の閾値として「１」を使用するものとする。そうすると、識別回路６１の出力信号は、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「π／２」又は「π」のときに「１」であり、その位相差が「０」又は「３π／２」のときに「０」である。また、識別回路６２は、受光回路５０の出力信号と予め決められた閾値とを比較する。ここでは、識別回路６２の閾値として「０」を使用するものとする。そうすると、識別回路６２の出力信号は、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「π」又は「３π／２」のときに「１」であり、その位相差が「０」又は「π／２」のときに「０」である。したがって、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差（０、π／２、π、３π／２）に対応する２ビットデータ（００、１０、１１、０１）が得られる。

例えば、図５に示すＤＱＰＳＫ光信号のシンボル１が入力されたときは、シンボル０とシンボル１の位相差は「π／２」である。この場合、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差は「π／２」であり、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差は「π」である。そうすると、フォトダイオード４１、４２、５１、５２により生成される電流は、それぞれ、「０．５」「１」「０．５」「０」である。したがって、信号処理回路６０において、２ビットデータ「１０」が得られる。

続いて、シンボル１とシンボル２の位相差は「π」である。この場合、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差は「π」であり、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差は「３π／２」である。そうすると、フォトダイオード４１、４２、５１、５２により生成される電流は、それぞれ、「１」「０．５」「０」「０．５」である。したがって、信号処理回路６０において、２ビットデータ「１１」が得られる。

このように、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、ＤＱＰＳＫ光信号のシンボル間の位相差に対応する２ビットデータを生成することができる。なお、論理回路６３において識別回路６１の出力信号の論理を反転させれば、シンボル間の位相差と再生される２ビットデータとの対応関係は、図４４に示すＤＱＰＳＫ光受信器における対応関係と同じになる。

上記構成のＤＱＰＳＫ光受信器において、受光回路４０、５０の構成は、互いに異なっている。すなわち、受光回路４０においてはフォトダイオード４１、４２が互いに並列に接続されているのに対し、受光回路５０においてはフォトダイオード５１、５２が互いに直列に接続されている。このため、増幅器４４の入力側回路のＬＣ共振周波数と増幅器５４の入力側回路のＬＣ共振周波数は互いに異なる。したがって、受信回路４０、５０を互いに近接して配置しても、それらの間の電磁結合クロストークは小さい。すなわち、実施形態の構成は、受信品質の改善に寄与する。

図６は、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第２の構成を示す図である。また、図７は、図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。
図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、干渉計２０の上アームに移相要素２２が設けられ、その下アームに１シンボル遅延要素２１が設けられている。したがって、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差を「Δφa 」とすると、干渉計２０から光パス１３へ出力される光信号のパワーはCos2(Δφa／２)に比例し、干渉計２０から光パス１４へ出力される光信号のパワーはSin2(Δφa／２)に比例する。

また、干渉計３０の上アームに移相要素３２が設けられ、その下アームに１シンボル遅延要素３１が設けられている。したがって、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差を「Δφb 」とすると、干渉計３０から光パス１５へ出力される光信号のパワーはCos2(Δφb／２)に比例し、干渉計３０から光パス１６へ出力される光信号のパワーはSin2(Δφb／２)に比例する。

図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作は、基本的には、図２に示したＤＱＰＳＫ光受信器と同じである。ただし、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差「０」「π／２」「π」「３π／２」に対して２ビットデータ「００」「１０」「１１」「０１」が得られる。一方、図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、隣接するシンボル間の位相差「０」「π／２」「π」「３π／２」に対して２ビットデータ「１１」「０１」「００」「１０」が得られる。図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器において得られるデータを反転すれば、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器において得られるデータと同じになる。この反転処理は、例えば、識別回路の後段に設けられる論理回路により実行される。

ところで、ＤＱＰＳＫ光受信器は、一般に、１組の干渉計を備える。そして、１組の干渉計に対して互いに異なる干渉状態を設定し、それら１組の干渉計の出力光信号に基づいて送信データを再生する。このため、ＤＱＰＳＫ光受信器が備える１組の干渉計には、互いに異なる移相量を持った移相要素が設けられる。ここで、ＤＱＰＳＫ光信号から送信データを再生するためには、１組の干渉計の移相量の差を適切に設定する必要がある。そして、この移相量の差を「π／２」に設定することが好適であることは、公知である。例えば、図４４に示す従来のＤＱＰＳＫ光受信器においては、１組の干渉計の移相量がそれぞれ「π／４」および「−π／４」であり、移相量の差は「π／２」である。

図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、移相要素２２、３２の移相量がそれぞれ「０」および「π／２」であり、移相量の差は「π／２」である。しかし、本発明のＤＱＰＳＫ光受信器においては、１組の干渉計の移相量の差が「π／２」からずれても送信データを再生できる。よって、以下では、第１の実施形態の第３および第４の構成として、この移相量の差を変化させた実施例を示す。

図８は、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第３の構成を示す図である。また、図９は、図８に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。
図８に示す第３の構成は、基本的には、図２に示す第１の構成と同じである。ただし、第３の構成においては、干渉計３０の下アームに設けられる移相要素３３の移相量は「π／４」である。すなわち、移相要素３３は、干渉計３０の上アーム、下アームを介して伝搬される１組の光信号間に位相差π／４（π／４＋２ｎπ（ｎは、ゼロを含む整数））を与える。

図８に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作は、基本的には、図２に示したＤＱＰＳＫ光受信器と同じである。ただし、移相要素３３の移相量は「π／４」である。このため、互いに隣接するシンボル間の位相差が「０」「π／２」「π」「３π／２」であったときは、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差はそれぞれ「π／４」「３π／４」「５π／４」「７π／４」である。そして、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／４」「３π／４」「５π／４」「７π／４」のとき、フォトダイオード４２により生成される電流は、それぞれ「０．１５」「０．８５」「０．８５」「０．１５」であり、フォトダイオード５２により生成される電流は、それぞれ「０．８５」「０．１５」「０．１５」「０．８５」である。

したがって、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「０」（即ち、干渉計２０において互いに干渉する光信号の位相差が「０」、且つ、干渉計３０において互いに干渉する光信号の位相差が「π／４」）であれば、受光回路４０の出力信号は「０．１５（＝０＋０．１５）」になる。同様に、隣接するシンボル間の位相差が「π／２」「π」「３π／２」であれば、受光回路４０の出力信号は、それぞれ、「１．３５（＝０．５＋０．８５）」「１．８５（＝１＋０．８５）」「０．６５（＝０．５＋０．１５）」になる。また、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「０」「π／２」「π」「３π／２」であれば、受光回路５０の出力信号は、それぞれ「−０．１５（＝０．８５−１）」「−０．３５（＝０．１５−０．５）」「０．１５（＝０．１５−０）」「０．３５（＝０．８５−０．５）」になる。

識別回路６１の閾値として「１」が使用される。そうすると、識別回路６１の出力信号は、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「π／２」又は「π」のときに「１」であり、その位相差が「０」又は「３π／２」のときに「０」である。また、識別回路６２の閾値として「０」が使用される。そうすると、識別回路６２の出力信号は、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「π」又は「３π／２」のときに「１」であり、その位相差が「０」又は「π／２」のときに「０」である。したがって、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差（０、π／２、π、３π／２）に対応する２ビットデータ（００、１０、１１、０１）が得られる。すなわち、図８に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と同等のデータ再生を行うことができる。

図１０は、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図である。また、図１１は、図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。
図１０に示す第４の構成は、基本的には、図２または図８に示した構成と同じである。ただし、第４の構成においては、干渉計３０の下アームに設けられる移相要素３４の移相量は「３π／４」である。すなわち、移相要素３４は、干渉計３０の上アーム、下アームを介して伝搬される１組の光信号間に位相差３π／４（３π／４＋２ｎπ（ｎは、ゼロを含む整数））を与える。

図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差が「０」「π／２」「π」「３π／２」であれば、受光回路４０の出力信号は、それぞれ、「０．８５（＝０＋０．８５）」「１．３５（＝０．５＋０．８５）」「１．１５（＝１＋０．１５）」「０．６５（＝０．５＋０．１５）」になる。また、隣接するシンボル間の位相差が「０」「π／２」「π」「３π／２」であれば、受光回路５０の出力信号は、それぞれ「−０．８５（＝０．１５−１）」「−０．３５（＝０．１５−０．５）」「０．８５（＝０．８５−０）」「０．３５（＝０．８５−０．５）」になる。したがって、識別回路６１、６２の閾値をそれぞれ「１」および「０」とすれば、このＤＱＰＳＫ光受信器においても、入力ＤＱＰＳＫ光信号の隣接するシンボル間の位相差（０、π／２、π、３π／２）に対して２ビットデータ（００、１０、１１、０１）が得られる。すなわち、図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器も、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と同等のデータ再生を行うことができる。

このように、第１の実施形態においては、干渉計２０の移相要素２２の移相量がゼロであるものとすると、干渉計３０の移相要素の移相量がπ／４〜３π／４の範囲内で変化しても、送信データを正しく再生できる。

ただし、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、識別回路６１、６２によって比較される信号レベルと閾値との差が大きい。すなわち、識別回路６１により比較される信号レベルは、図４に示すように、「０．５」又は「１．５」である。ここで、閾値を「１」とすると、信号レベルと閾値との差は「０．５」である。同様に、識別回路６２により比較される信号レベルは、「０．５」又は「−０．５」である。ここで、閾値を「０」とすると、信号レベルと閾値との差は「０．５」である。

一方、図８および図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、識別回路６１、６２によって比較される信号レベルと閾値との差の最小値が小さくなる。例えば、図８に示す構成では、識別回路６２により比較される信号レベルは、図９に示すように、「−０．１５」「−０．３５」「０．１５」または「０．３５」である。ここで、閾値を「０」とすると、信号レベルと閾値との差の最小値は、「０．１５」である。同様に、図１０に示す構成では、識別回路６１により比較される信号レベルは、図１１に示すように、「０．１５」「１．３５」「１．８５」または「０．６５」である。ここで、閾値を「１」とすると、信号レベルと閾値との差の最小値は、「０．１５」である。

このように、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図８および図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器と比較すると、受信器内でデータ誤りが発生する可能性が低くなる。すなわち、干渉計２０、３０における移相量の差がπ／４〜３π／４（π／４＋２ｎπ〜３π／４＋２ｎπ（ｎは、整数））であれば、送信データを再生できるが、その移相量の差をπ／２（π／２＋２ｎπ（ｎは、整数））に設定することが好ましい。

図１２は、第１の実施形態のＤＱＯＳＫ光受信器において１組の干渉計の移相量の差と再生信号との関係を示す図である。なお、横軸は、移相量の差の「π／２」からのずれを示している。縦軸は、受光回路４０、５０の出力レベルを示している。

図１２（ａ）は、受光回路４０および識別回路６１についての特性を示している。図１２（ａ）に示すように、移相量の差が「π／２（すなわち、図２に示す構成）」であれば、受光回路４０の出力レベルは「１．５」または「０．５」である。この場合、「閾値＝１」を利用すれば、受光回路の出力の論理値（０または１）を識別することができる。そして、移相量の差が変化すると、受光回路の出力レベルも変化する。しかし、移相量の差の変化に対する受光回路の出力レベルの変化は緩やかである。このため、移相量の差が「π／４（すなわち、図８に示す構成）」まで変化しても、受光回路４０の出力レベルは「０．１５」「１．３５」「１．８５」又は「０．８５」である。したがって、「閾値＝１」を利用して受光回路の出力の論理値（０または１）を識別することができる。同様に、移相量の差が「３π／４（すなわち、図１０に示す構成）」であっても、受光回路の出力の論理値を識別できる。

図１２（ｂ）は、受光回路５０および識別回路６２についての特性を示している。図１２（ｂ）に示すように、移相量の差が「π／２（すなわち、図２に示す構成）」であれば、受光回路５０の出力レベルは「０．５」または「−０．５」である。この場合、「閾値＝０」を利用すれば、受光回路の出力の論理値（０または１）を識別することができる。また、移相量の差が「π／４（すなわち、図８に示す構成）」まで変化しても、受光回路５０の出力レベルは「−０．１５」「−０．３５」「０．１５」又は「０．３５」である。したがって、「閾値＝０」を利用して受光回路の出力の論理値（０または１）を識別することができる。同様に、移相量の差が「３π／４（すなわち、図１０に示す構成）」であっても、受光回路の出力の論理値を識別できる。

このように、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器においては、干渉計２０、３０における移相量の差が「π／２」から±π／４だけずれても、送信データを再生できる。一方、図４４に示す従来のＤＱＰＳＫ光受信器においては、干渉計１００１、１００２における移相量の差が「π／２」から±π／４だけずれると、送信データを再生できなくなる。すなわち、実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器は、従来の構成と比較して、各干渉計が備える移相要素の移相量が変動したときの受信品質の劣化が小さくなる。

図１３〜図１９は、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図である。なお、第５の構成のＤＱＰＳＫ光受信器の光回路は、上述した第１または第２の構成の干渉計２０、３０と等価である。また、第５の構成の受光回路４０、５０、信号処理回路６０は、上述した通りである。したがって、第５の構成は、全体として、第１または第２の構成と実質的に等価である。

図１３において、光スプリッタ１は、上述したように、入力ＤＱＰＳＫ光信号を分岐し、光パス１１および光パス１２に出力する。光スプリッタ２は、光パス１１を介して与えられる光信号を分岐し、光パス７１および光パス７２に出力する。ここで、光スプリッタ２の分岐比は１：１であり、光パス７１および光パス７２を介して互いに等しい光パワーの光信号が伝送される。そして、光パス７１は光カプラ４に接続され、また、光パス７２は光カプラ５に接続される。同様に、光スプリッタ３は、光パス１２を介して与えられる光信号を分岐し、光パス７３および光パス７４に出力する。ここで、光スプリッタ３の分岐比は１：１であり、光パス７３および光パス７４を介して互いに等しい光パワーの光信号が伝送される。そして、光パス７３は光カプラ４に接続され、また、光パス７４は光カプラ５に接続される。なお、図１３〜図３１において、光スプリッタ２および光スプリッタ３は、それぞれの光スプリッタ自体の２つの出力ポート間の位相差が無く、光スプリッタ１自体の２つの出力ポート間に、光カプラ４または光カプラ５を１入力２出力カプラとして用いた場合と同等の位相差があると、受信器の設計が容易になる。

光カプラ４において、光パス７１を介して伝播する光信号および光パス７３を介して伝播する光信号が互いに干渉する。同様に、光カプラ５において、光パス７２を介して伝播する光信号および光パス７４を介して伝播する光信号が互いに干渉する。

光スプリッタ１と光スプリッタ３とを接続する光パス１２には、１シンボル遅延要素８１およびゼロ移相要素８２が設けられている。１シンボル遅延要素８１は、光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４に至る光信号の伝播時間を、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４に至る光信号の伝播時間よりも「１シンボル時間」だけ長くすると同時に、光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５に至る光信号の伝播時間を、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５に至る光信号の伝播時間よりも「１シンボル時間」だけ長くする遅延要素である。１シンボル遅延要素８１は、例えば、光パス１２の光学長を光パス１１の光学長よりも「１シンボル時間に相当する長さ」だけ長くすることにより実現される。なお、光パス７１〜７４における光信号の伝播時間の差異は、１シンボル時間と比べて十分に小さいものとする。

ゼロ移相要素８２は、光スプリッタ１から光パス１１、７１を介して光カプラ４へ至る光信号と光スプリッタ１から光パス１２、７３を介して光カプラ４へ至る光信号との間の相対的な位相シフトがゼロ（すなわち、２ｎπ（ｎは、ゼロを含む整数））になるように光信号の位相を調整する。ここで、ゼロ移相要素８２は、例えば、光パス１２の光学長を調整することにより実現される。

光スプリッタ２と光カプラ５とを接続する光パス７２には、π／２移相要素８３が設けられている。π／２移相要素８３は、光スプリッタ１から光パス１１、７２を介して光カプラ５へ至る光信号と光スプリッタ１から光パス１２、７４を介して光カプラ５へ至る光信号との間の相対的な位相シフトがπ／２（すなわち、π／２＋２ｎπ（ｎは、ゼロを含む整数））になるように光信号の位相を調整する。ここで、π／２移相要素８３は、例えば、光パス７２の光学長を調整することにより実現される。

上記構成において、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。よって、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。よって、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。したがって、図１３に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図１４に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、１シンボル遅延要素８１は光パス１２に設けられ、ゼロ移相要素８２は光パス１１に設けられ、π／２移相要素８３は光パス７３に設けられている。よって、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。したがって、図１４に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図１５に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、１シンボル遅延要素８１およびゼロ移相要素８２は光パス１２に設けられ、π／２移相要素８３は光パス７１に設けられている。よって、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。したがって、図１５に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図１６に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、１シンボル遅延要素８１は光パス１２に設けられ、ゼロ移相要素８２は光パス１１に設けられ、π／２移相要素８３は光パス７４に設けられている。よって、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。したがって、図１６に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図１７に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、１シンボル遅延要素８１は光パス１２に設けられ、ゼロ移相要素８２は光パス７４に設けられ、π／２移相要素８３は光パス７１に設けられている。よって、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。したがって、図１７に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図１８に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、１シンボル遅延要素８４、８５はそれぞれ光パス７１、７４に設けられ、ゼロ移相要素８２は光パス１１に設けられ、π／２移相要素８３は光パス７３に設けられている。よって、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。したがって、図１８に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図１９に示すＤＱＰＳＫ光受信器においては、１シンボル遅延要素８４、８５はそれぞれ光パス７１、７４に設けられ、ゼロ移相要素８２は光パス７２に設けられ、π／２移相要素８３は光パス７３に設けられている。よって、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ４へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ４へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびπ／２移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計３０に相当する。また、光スプリッタ１から光スプリッタ２を介して光カプラ５へ至る光パス、および光スプリッタ１から光スプリッタ３を介して光カプラ５へ至る光パスから構成される光回路は、１シンボル遅延要素およびゼロ移相要素を備えている。すなわち、この光回路は、図２に示す干渉計２０に相当する。したがって、図１９に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、図２に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作を行う。

図２０は、本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第６の構成を示す図である。第６の構成は、図１３に示すＤＱＰＳＫ光受信器のπ／２移相要素８３をπ／４移相要素８６に置き換えることにより得られる。したがって、第６の構成のＤＱＰＳＫ光受信器は、図８に示すＤＱＰＳＫ光受信器と等価である。
＜第２の実施形態＞
図２等に示す第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器は、光回路（干渉計２０、３０）の後段に受光回路４０、５０を備える。そして、受光回路４０は、フォトダイオード４１、４２を備え、干渉計２０の第１の出力光に対応する電流および干渉計３０の第１の出力光に対応する電流の和を表す信号を出力する。また、受光回路５０は、フォトダイオード５１、５２を備え、干渉計２０の第２の出力光に対応する電流および干渉計３０の第２の出力光に対応する電流の差分を表す信号を出力する。そして、受光回路４０、５０の出力の組合せに基づいて送信データを再生する。

第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の光回路は、第１の実施形態と同じである。ただし、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の受光回路は、第１の実施形態とは異なっている。以下、図面を参照しながら第２の実施形態について説明する。

図２１は、本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第１の構成を示す図である。図２１に示すＤＱＰＳＫ光受信器の光回路（干渉計２０、３０）は、図２に示す第１の実施形態の第１の構成と同じである。ただし、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器においては、第１の実施形態の受光回路４０の代わりに受光回路９０が設けられる。なお、第１および第２の実施形態において、受光回路５０および信号処理回路６０は、基本的に、互いに同じである。

受光回路９０は、フォトダイオード９１、バイアス回路４３、増幅器４４を備える。なお、バイアス回路４３は、フォトダイオード９１にバイアス電圧を印加する。また、増幅器４４は、例えば、フォトダイオード９１により生成される電流を電圧信号に変換する。

フォトダイオード９１には、干渉計２０から光パス１３へ出力される光信号および干渉計３０から光パス１５へ出力される光信号の双方が与えられる。ここで、これら１組の光信号は、それらの間での干渉を低減させながらフォトダイオード９１に入射される。例えば、１組の光信号は、フォトダイオード９１の受光面上の異なる位置に入射される。この構成は、例えば、特開平１１−１６３７９３号公報に記載されている。或いは、ＤＱＰＳＫ光受信器への入力光を直線偏光にし、光パス１３、１５を伝搬する１組の光信号の偏光方向が互いに９０度回転した状態でフォトダイオード９１へ入射するようにしてもよい。さらに、光パス１３、１５からの出力光信号が合流する前に、少なくとも一方の光信号をビーム領域内で十分な数のランダムな位相状態の媒体を通過させることによって干渉効果を平均化するようにしてもよい。さらに、光パス１３、１５からの出力光信号が十分異なる入射角をもってフォトダイオード９１の受光面に入射することにより干渉効果を平均化するようにしてもよい。

フォトダイオード９１は、上述のようにして１組の光信号が与えられると、各光信号に対応する電流の和を出力する。したがって、受光回路９０の動作は、第１の実施形態の受光回路４０と同じである。すなわち、図２１に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作は、図４に示す通りである。

このように、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器は、第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器と比較すると、受光回路の構成が異なるが、その動作は同じである。また、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器は、第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器と比較して下記の利点を有している。

第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器は、４個のフォトダイオード（４１、４２、５１、５２）を必要とするが、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器は、３個のフォトダイオード（９１、５１、５２）で受光回路を実現できる。ここで、ＤＱＰＳＫ光受信器が高速データ（たとえば、数１０Ｇｂｐｓ）を受信するものとすると、これらのフォトダイオードは、非常に高価になる。したがって、フォトダイオードの個数を削減することは、ＤＱＰＳＫ光受信器の低コスト化に大きく寄与する。また、互いに並列にフォトダイオードが接続される構成と比較すると、１つのフォトダイオードの容量は小さいので、高周波特性の改善が期待される。

図２２は、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第２の構成を示す図である。このＤＱＰＳＫ光受信器は、図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器の受光回路４０を受光回路９０に置き換えることにより実現される。よって、このＤＱＰＳＫ光受信器の動作は、基本的に、図７を参照しながら説明した通りである。

図２３は、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第３構成を示す図である。このＤＱＰＳＫ光受信器は、図８に示すＤＱＰＳＫ光受信器の受光回路４０を受光回路９０に置き換えることにより実現される。よって、このＤＱＰＳＫ光受信器の動作は、基本的に、図９を参照しながら説明した通りである。なお、特に図示しないが、図２３に示すＤＱＰＳＫ光受信器においてπ／２移相要素３３を３π／４移相要素３４に置き換えれば、図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器と実質的に同じ動作が得られる。したがって、第２の実施形態においても、干渉計２０、３０における移相量の差がπ／４〜３π／４の範囲で変化しても、送信データを再生できる。

図２４〜図３１は、第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４構成を示す図である。これらのＤＱＰＳＫ光受信器は、それぞれ、図１３〜図２０に示すＤＱＰＳＫ光受信器の受光回路４０を受光回路９０に置き換えることにより実現される。

上述した第１および第２の実施形態において、各移相要素（２２、３２、３３、３４、８２、８３、８６）は、例えば、光パス（光導波路、光ファイバを含む）の一部として構成される。そして、各移相要素の移相量は、光パスの光学長を変えることにより調整される。

図３２は、移相要素の調整について説明する図である。ここでは、温度変化を利用して移相要素の光学長を調整するフィードバック系を示す。この場合、調整要素１０１は、たとえば、抵抗に電流を流すことによって発熱するヒーターである。また、調整要素１０１は、対応する移相要素の近傍に配置される。モニタ回路１０２は、信号処理回路６０から出力されるデータストリームのビット誤り率をモニタする。ここで、各移相要素の光学長（すなわち、移相量）が適切に調整されていれば、誤り率が低下するはずである。したがって、モニタ回路１０２は、再生データストリームのビット誤り率を低下させるための指令を生成する。電流制御回路１０３は、モニタ回路１０２からの指令に従って、調整要素１０１を流れる電流を制御する。これにより、各移相要素の光学長は最適化され、再生データストリームのビット誤り率が低下する。なお、移相要素を調整する制御系は、実用上は有用であるが、本発明を実施するために必須の構成ではない。

なお、調整要素１０１は、光パス媒体の体積および屈折率の温度変化を利用して対応する光パスの光学長を調整することができる。この場合、調整要素１０１は、例えば、電気抵抗を利用したヒーター、ペルチェ効果素子、光を照射する素子により実現される。また、調整要素１０１は、電気光学効果または半導体材料の電子密度変化による屈折率の変化を利用して対応する光パスの光学長を調整するようにしてもよい。この場合、調整要素１０１は、例えば、電気光学効果を利用して対応する光パスの屈折率を調整する回路により実現される。

また、移相要素だけでなく、同様の方法を利用して１シンボル遅延要素の遅延時間を調整するようにしてもよい。
上述した第１および第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の光回路は、２次元光導波路回路により実現してもよい。ここで、２次元光導波路回路は、略平面の光導波路基板の上面に形成される。すなわち、図２等に示す構成では、光パス１１〜１６、干渉計２０、３０が２次元光導波路回路により形成される。また、図１３等に示す構成では、光スプリッタ１〜３、光カプラ４、５、光パス１１〜１６、７１〜７４、遅延要素、および移相要素が２次元光導波路回路により形成される。ＤＱＰＳＫ光受信器を２次元光導波路回路で実現すると、装置の小型化を図ることができる。

図３３、図３４、図３５、図３６に示すＤＱＰＳＫ光受信器は、それぞれ、図２、図１３、図２１、図２４に示すＤＱＰＳＫ光受信器と等価な構成である。なお、実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器を２次元光導波路回路で実現する場合には、光パス１４、１５が同一面内で交差することになる。ただし、互いに交差する２本の光導波路を介して伝送される光信号の干渉を回避する技術は公知である（例えば、特開２００１−３４３５４２号公報、特開昭５７−８８４１０号公報、特許３２０１５５４号参照）。また、図３５および図３６に示す構成では、受光回路９０のフォトダイオード９１に入射する光信号のビームを調整するためのレンズを備えていることが望ましい。
＜実施例＞
図３７（ａ）は、図４４に示す従来のＤＱＰＳＫ光受信器において１組の干渉計の移相量の差と識別特性との関係を示す図である。ＤＱＰＳＫ光受信器の識別特性は、１組の干渉計の移相量の差の変化に対して周期的に変化する。そして、従来のＤＱＰＳＫ光受信器においては、その周期はπ／２である。よって、移相要素の移相量の変化に起因して１組の干渉計の移相量の差が最適値である「π／２」からずれると、信号識別特性が急速に劣化する。すなわち、各移相要素の移相量が高い精度で調整される必要がある。

図３７（ｂ）は、実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器において１組の干渉計の移相量の差と識別特性との関係を示す図である。実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器においては、識別特性の変化の周期は、実質的にπである。よって、移相要素の移相量の変化に起因して１組の干渉計の移相量の差が最適値である「π／２」からずれても、信号識別特性は緩やかに劣化する。すなわち、各移相要素の移相量が高い精度で調整されていなくても、送信データを再生することができる。

図３８〜図４３は、移相要素の移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図である。各図の横軸は、入力ＤＱＰＳＫ光信号のシンボル間の位相差を表す。ここで、入力信号の状態としては、第１〜第４の状態（すなわち、位相差＝０、π／２、π、３π／２）が存在する。また、縦軸は、受光回路の出力レベルを表す。

干渉計２０、３０の移相量の差の適正値は、「π／２」である。そして、ここでは、干渉計２０の移相要素２２の移相量の適正値は「０」であり、干渉計３０の移相要素３２の移相量の適正値が「π／２」であるものとする。また、受光回路４０（または、受光回路９０）の出力信号の論理値を識別するための閾値が「１」であり、受光回路５０の出力信号の論理値を識別するための閾値が「０」であるものとする。

干渉計２０、３０の移相量の差が「π／２」であれば、入力信号が第１〜第４の状態のときの受光回路４０の出力レベルは「０．５」「１．５」「１．５」「０．５」であり、対応する識別結果は、「０」「１」「１」「０」になる。同様に、入力信号が第１〜第４の状態のときの受光回路５０の出力レベルは「−０．５」「−０．５」「０．５」「０．５」であり、対応する識別結果は、「０」「０」「１」「１」になる。

図３８は、干渉計３０の移相量が適正値である「π／２」から「π／４（＝π／２−π／４）」までπ／２０ずつ変化したときの出力レベルを示している。このとき、１組の干渉計の移相量の差は「π／２」から「π／４」へ変化していく。そして、干渉計３０の移相量が「π／４」になったときの第１〜第４の状態に対応する受光回路４０の出力レベルは、「０．１５」「１．３５」「１．８５」「０．６５」である。よって、この４つの状態に対応する識別結果は、「０」「１」「１」「０」になる。同様に、受光回路５０の出力レベルは、「−０．１５」「−０．３５」「０．１５」「０．３５」である。よって、この４つの状態に対応する識別結果は、「０」「０」「１」「１」になる。このように、干渉計３０の移相要素の移相量が「π／２」から「π／４」まで変化しても（すなわち、干渉計２０、３０の移相量の差がπ／４〜π／２の範囲で変化しても）、送信データを再生することができる。

図３９は、干渉計３０の移相量が適正値である「π／２」から「３π／４（＝π／２＋π／４）」まで変化したときの出力レベルを示している。このとき、１組の干渉計の移相量の差は「π／２」から「３π／４」へ変化している。

図４０は、干渉計２０の移相量が適正値である「０」から「π／４（＝０＋π／４）」まで変化したときの出力レベルを示している。このとき、１組の干渉計の移相量の差は「π／２」から「π／４」へ変化している。

図４１は、干渉計２０の移相量が適正値である「０」から「−π／４（＝０−π／４）」まで変化したときの出力レベルを示している。このとき、１組の干渉計の移相量の差は「π／２」から「３π／４」へ変化している。

図４２は、干渉計２０の移相量が適正値である「０」から「−π／８（＝０−π／８）」まで変化すると共に、干渉計３０の移相量が適正値である「π／２」から「５π／８（＝π／２＋π／８）」まで変化したときのしたときの出力レベルを示している。このとき、１組の干渉計の移相量の差は「π／２」から「３π／４」へ変化している。

図４３は、干渉計２０の移相量が適正値である「０」から「π／８（＝０＋π／８）」まで変化すると共に、干渉計３０の移相量が適正値である「π／２」から「３π／８（＝π／２−π／８）」まで変化したときのしたときの出力レベルを示している。このとき、１組の干渉計の移相量の差は「π／２」から「π／４」へ変化している。そして、図３９〜図４３に示す各状態において、それぞれ送信データが正しく再生されている。

図３８および図３９に示す結果によれば、干渉計２０の移相量が「０」に保持されているときは、１組の干渉計の移相量の差がπ／４〜３π／４の範囲内であれば、送信データを再生できることが分かる。同様に、図４０および図４１に示す結果によれば、干渉計３０の移相量が「π／２」に保持されているときは、１組の干渉計の移相量の差がπ／４〜３π／４の範囲内であれば、送信データを再生できることが分かる。さらに、図４２および図４３に示す結果によれば、干渉計２０、３０の移相量が固定されていなくても、１組の干渉計の移相量の差がπ／４〜３π／４の範囲内であれば、送信データを再生できることが分かる。したがって、これらの結果を考え合わせると、１組の干渉計の移相量の差がπ／４〜３π／４の範囲内であれば、送信データを再生できることが分かる。

（付記１）
ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
前記第１の光パスに接続され、第１の遅延要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
前記第２の光パスに接続され、第２の遅延要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備える
ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記２）
ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
前記第１の光パスに接続され、第１の遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
前記第２の光パスに接続され、第２の遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下である
ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記３）
前記第１の受光回路は、互いに並列に接続された第１の受光器および第２の受光器を備え、
前記第２の受光回路は、互いに直列に接続された第３の受光器および第４の受光器を備え、
前記第１の光信号が前記第１の受光器に与えられ、
前記第２の光信号が前記第３の受光器に与えられ、
前記第３の光信号が前記第２の受光器に与えられ、
前記第４の光信号が前記第４の受光器に与えられる
ことを特徴とする付記１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記４）
前記第１の受光回路は、前記第１の光信号が与えられる第１の受光器、その第１の受光器により生成される電流を増幅する第１の増幅器、前記第３の光信号が与えられる第２の受光器、その第２の受光器により生成される電流を増幅する第２の増幅器、前記第１および第２の増幅器の出力を加算する加算回路を備える
ことを特徴とする付記１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記５）
前記第２の受光回路は、前記第２の光信号が与えられる第３の受光器、その第３の受光器により生成される電流を増幅する第３の増幅器、前記第４の光信号が与えられる第４の受光器、その第４の受光器により生成される電流を増幅する第４の増幅器、前記第３および第４の増幅器の出力の差分を生成する減算回路を備える
ことを特徴とする付記１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記６）
前記第１の受光回路は、１つの受光器を備え、
前記第２の受光回路は、互いに直列に接続された１組の受光器を備え、
前記第１の光信号および第３の光信号が前記第１の受光回路の受光器に与えられ、
前記第２の光信号および第４の光信号がそれぞれ前記第２の受光回路の１組の受光器に与えられる
ことを特徴とする付記１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記７）
前記αは、ゼロ又は概ねゼロである
ことを特徴とする付記２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記８）
前記βは、π／２又は概ねπ／２である
ことを特徴とする付記２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記９）
前記αとβのうちの一方は、ゼロ又は概ねゼロであり、且つ、前記αとβのうちの他方はπ／２又は概ねπ／２である
ことを特徴とする請求項２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１０）
前記第１および第２の干渉計は、２次元の光導波路回路で構成されている
ことを特徴とする付記１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１１）
ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
前記第１の光パスに接続され、第１の遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
前記第２の光パスに接続され、第２の遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
互いに並列に接続された第１の受光器および第２の受光器を備える第１の受光回路と、
互いに直列に接続された第３の受光器および第４の受光器を備える第２の受光回路、を備え、
前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下であり、
前記第１の光信号が前記第１の受光器に与えられ、
前記第２の光信号が前記第３の受光器に与えられ、
前記第３の光信号が前記第２の受光器に与えられ、
前記第４の光信号が前記第４の受光器に与えられる
ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１２）
ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
前記第１の光パスに接続され、第１の遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
前記第２の光パスに接続され、第２の遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
１つの受光器を備える第１の受光回路と、
互いに直列に接続された１組の受光器を備える第２の受光回路、を備え、
前記第１の光信号および第３の光信号が前記第１の受光回路の受光器に与えられ、
前記第２の光信号および第４の光信号がそれぞれ前記第２の受光回路の１組の受光器に与えられる
ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１３）
ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２の光パスへ導く第１の光スプリッタと、
前記第１の光パスを介して入力する光信号を分岐して第３の光パスおよび第４の光パスへ導く第２の光スプリッタと、
前記第２の光パスを介して入力する光信号を分岐して第５の光パスおよび第６の光パスへ導く第３の光スプリッタと、
前記第３の光パスおよび第５の光パスを結合し、第１および第２の光信号を出力する第１の光カプラと、
前記第４の光パスおよび第６の光パスを結合し、第３および第４の光信号を出力する第２の光カプラと、
前記第２の光パスに設けられる第１の遅延要素と、
前記第３の光パスに設けられる第２の遅延要素と、
前記第５の光パスに設けられる第３の遅延要素と、
前記第１、第３、第４の光パスのうちいずれか１つに設けられる移相量αの第１の移相要素と、
前記第２、第５、第６の光パスのうちいずれか１つに設けられる移相量βの第２の移相要素と、
前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
前記第１の光スプリッタから前記第２の光スプリッタを介して前記第１の光カプラに至る光信号の伝搬遅延と、前記第１の光スプリッタから前記第３の光スプリッタを介して前記第１の光カプラに至る光信号の伝搬遅延との差が１シンボル時間の０でない整数倍であり、
前記第１の光スプリッタから前記第２の光スプリッタを介して前記第２の光カプラに至る光信号の伝搬遅延と、前記第１の光スプリッタから前記第３の光スプリッタを介して前記第２の光カプラに至る光信号の伝搬遅延との差が１シンボル時間の０でない整数倍であり、
前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下である
ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１４）
前記第１の受光回路は、互いに並列に接続された第１の受光器および第２の受光器を備え、
前記第２の受光回路は、互いに直列に接続された第３の受光器および第４の受光器を備え、
前記第１の光信号が前記第１の受光器に与えられ、
前記第２の光信号が前記第３の受光器に与えられ、
前記第３の光信号が前記第２の受光器に与えられ、
前記第４の光信号が前記第４の受光器に与えられる
ことを特徴とする付記１３に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１５）
前記第１の受光回路は、１つの受光器を備え、
前記第２の受光回路は、互いに直列に接続された１組の受光器を備え、
前記第１の光信号および第３の光信号が前記第１の受光回路の受光器に与えられ、
前記第２の光信号および第４の光信号がそれぞれ前記第２の受光回路の１組の受光器に与えられる
ことを特徴とする付記１３に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１６）
前記第１〜第３の光スプリッタ、第１および第２の光カプラ、第１〜第６の光パス、第１〜第３の遅延要素、第１および第２の移相要素は、２次元の光導波路回路で構成されている
ことを特徴とする付記１３に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１７）
前記第１および第２の移相要素の移相量を調整する調整手段をさらに有する
ことを特徴とする付記２〜１６のいずれか１つの付記に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１８）
ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
前記第１の光パスに接続され、１組のアームの一方を介して伝播する光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させる第１の遅延要素、およびその１組のアームを介して伝播する１組の光信号間の相対的な位相シフトをαとするための第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
前記第２の光パスに接続され、１組のアームの一方を介して伝播する光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させる第２の遅延要素、およびその１組のアームを介して伝播する１組の光信号間の相対的な位相シフトをβとするための第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下であることを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

（付記１９）
ＤＱＰＳＫ光信号とそのＤＱＰＳＫ光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させた遅延光信号とが位相差αで干渉した結果得られる第１および第２の光信号、および、前記ＤＱＰＳＫ光信号とそのＤＱＰＳＫ光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させた遅延光信号とが位相差βで干渉した結果得られる第３および第４の光信号、を出力する光回路と、
前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下である
ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

本発明のＤＱＰＳＫ光受信器が使用される光伝送システムの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第１の構成を示す図である。 受光回路の変形例を示す図である。 図２に示すＱＤＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。 ＤＱＰＳＫ光信号の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第２の構成を示す図である。 図６に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第３の構成を示す図である。 図８に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図である。 図１０に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。 第１の実施形態のＤＱＯＳＫ光受信器において１組の干渉計の移相量の差と再生信号との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その１）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その２）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その３）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その４）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その５）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その６）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第５の構成を示す図（その７）である。 本発明の第１の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第６の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第１の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第２の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第３の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その１）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その２）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その３）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その４）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その５）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その６）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その７）である。 本発明の第２の実施形態のＤＱＰＳＫ光受信器の第４の構成を示す図（その８）である。 移相要素の調整について説明する図である。 光導波路回路を利用して構成されるＤＱＰＳＫ光受信器の例（その１）である。 光導波路回路を利用して構成されるＤＱＰＳＫ光受信器の例（その２）である。 光導波路回路を利用して構成されるＤＱＰＳＫ光受信器の例（その３）である。 光導波路回路を利用して構成されるＤＱＰＳＫ光受信器の例（その４）である。 １組の干渉計の移相量の差と識別特性との関係を示す図である。 移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図（その１）である。 移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図（その２）である。 移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図（その３）である。 移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図（その４）である。 移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図（その５）である。 移相量が変化したときの受光回路の出力信号を示す図（その６）である。 既存のＤＱＰＳＫ光受信器の構成を示す図である。 図４４に示すＤＱＰＳＫ光受信器の動作を説明する図である。 図４４に示すＤＱＰＳＫ光受信器において１組の干渉計の移相量の差と再生信号との関係を示す図である。

符号の説明

１〜３ 光スプリッタ
４、５ 光カプラ
１１〜１６ 光パス
２０、３０ 干渉計
２１、３１ 遅延要素
２２、３２、３３、３４ 移相要素
４０、５０ 受光回路
４１、４２、５１、５２ フォトダイオード
４４、５４ 増幅器
６０ 信号処理回路
６１、６２ 識別回路
７１〜７４ 光パス
８１、８４、８５ 遅延要素
８２ ゼロ移相要素
８３ π／２移相要素
８６ π／４移相要素
９０ 受光回路
９１ フォトダイオード
５００ ＤＱＰＳＫ光送信器
５１０ 光ファイバ
６００ ＤＱＰＳＫ光受信器
６０１ 入力ポート

Claims (14)

1. ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
   前記第１の光パスに接続され、入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第１の遅延要素を備え、位相差α１で干渉して第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
   前記第２の光パスに接続され、前記入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第２の遅延要素を備え、前記位相差α１との差がπ／４以上かつ３π／４以下である位相差β１で干渉して第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
   前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
   前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備える
   ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。
2. ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
   前記第１の光パスに接続され、入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第１の遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
   前記第２の光パスに接続され、前記入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第２の遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
   前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
   前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
   前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下である
   ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。
3. 前記第１の受光回路は、互いに並列に接続された第１の受光器および第２の受光器を備え、
   前記第２の受光回路は、互いに直列に接続された第３の受光器および第４の受光器を備え、
   前記第１の光信号が前記第１の受光器に与えられ、
   前記第２の光信号が前記第３の受光器に与えられ、
   前記第３の光信号が前記第２の受光器に与えられ、
   前記第４の光信号が前記第４の受光器に与えられる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
4. 前記第１の受光回路は、前記第１の光信号が与えられる第１の受光器、その第１の受光器により生成される電流を増幅する第１の増幅器、前記第３の光信号が与えられる第２の受光器、その第２の受光器により生成される電流を増幅する第２の増幅器、前記第１および第２の増幅器の出力を加算する加算回路を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
5. 前記第２の受光回路は、前記第２の光信号が与えられる第３の受光器、その第３の受光器により生成される電流を増幅する第３の増幅器、前記第４の光信号が与えられる第４の受光器、その第４の受光器により生成される電流を増幅する第４の増幅器、前記第３および第４の増幅器の出力の差分を生成する減算回路を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
6. 前記第１の受光回路は、１つの受光器を備え、
   前記第２の受光回路は、互いに直列に接続された１組の受光器を備え、
   前記第１の光信号および第３の光信号が前記第１の受光回路の受光器に与えられ、
   前記第２の光信号および第４の光信号がそれぞれ前記第２の受光回路の１組の受光器に与えられる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
7. 前記αとβのうちの一方は、ゼロ又は概ねゼロであり、且つ、前記αとβのうちの他方はπ／２または概ねπ／２である
   ことを特徴とする請求項２に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
8. ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
   前記第１の光パスに接続され、入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第１の遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
   前記第２の光パスに接続され、前記入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第２の遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
   互いに並列に接続された第１の受光器および第２の受光器を備える第１の受光回路と、
   互いに直列に接続された第３の受光器および第４の受光器を備える第２の受光回路、を備え、
   前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下であり、
   前記第１の光信号が前記第１の受光器に与えられ、
   前記第２の光信号が前記第３の受光器に与えられ、
   前記第３の光信号が前記第２の受光器に与えられ、
   前記第４の光信号が前記第４の受光器に与えられる
   ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。
9. ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
   前記第１の光パスに接続され、入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第１の遅延要素および移相量αの第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
   前記第２の光パスに接続され、前記入力信号を１シンボル時間の０でない略整数倍だけ遅延させる第２の遅延要素および移相量βの第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
   １つの受光器を備える第１の受光回路と、
   互いに直列に接続された２つの受光器を備える第２の受光回路、を備え、
   前記第１の光信号および第３の光信号が前記第１の受光回路の受光器に与えられ、
   前記第２の光信号および第４の光信号がそれぞれ前記第２の受光回路の１組の受光器に与えられる
   ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。
10. ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２の光パスへ導く第１の光スプリッタと、
    前記第１の光パスを介して入力する光信号を分岐して第３の光パスおよび第４の光パスへ導く第２の光スプリッタと、
    前記第２の光パスを介して入力する光信号を分岐して第５の光パスおよび第６の光パスへ導く第３の光スプリッタと、
    前記第３の光パスおよび第５の光パスを結合し、第１および第２の光信号を出力する第１の光カプラと、
    前記第４の光パスおよび第６の光パスを結合し、第３および第４の光信号を出力する第２の光カプラと、
    前記第１乃至第６の６個の光パスの１箇所以上の光パスに設けられる遅延要素と、
    前記第１、第３、第４の光パスのうちいずれか１つに設けられる移相量αの第１の移相要素と、
    前記第２、第５、第６の光パスのうちいずれか１つに設けられる移相量βの第２の移相要素と、
    前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
    前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
    前記第１の光スプリッタから前記第２の光スプリッタを介して前記第１の光カプラに至る光信号の伝搬遅延と、前記第１の光スプリッタから前記第３の光スプリッタを介して前記第１の光カプラに至る光信号の伝搬遅延との第１の差が、１シンボル時間の０でない整数倍と前記位相量αによる遅延との和であり、
    前記第１の光スプリッタから前記第２の光スプリッタを介して前記第２の光カプラに至る光信号の伝搬遅延と、前記第１の光スプリッタから前記第３の光スプリッタを介して前記第２の光カプラに至る光信号の伝搬遅延との差である第２の差が、１シンボル時間の０でない整数倍と前記位相量βによる遅延との和であり、
    前記第１の差と前記第２の差との差がシンボル時間に対して十分小さい量であり、
    前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下である
    ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。
11. 前記第１〜第３の光スプリッタ、第１および第２の光カプラ、第１〜第６の光パス、第１〜第３の遅延要素、第１および第２の移相要素は、２次元の光導波路回路で構成されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
12. 前記第１および第２の移相要素の移相量を調整する調整手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項２〜１１に記載のＤＱＰＳＫ光受信器。
13. ＤＱＰＳＫ光信号を分岐して第１の光パスおよび第２のパスへ導く光スプリッタと、
    前記第１の光パスに接続され、１組のアームの一方を介して伝播する光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させる第１の遅延要素、およびその１組のアームを介して伝播する１組の光信号間の相対的な位相シフトをαとするための第１の移相要素を備え、第１および第２の光信号を出力する第１の干渉計と、
    前記第２の光パスに接続され、１組のアームの一方を介して伝播する光信号を前記第１の遅延要素と同じだけ遅延させる第２の遅延要素、およびその１組のアームを介して伝播する１組の光信号間の相対的な位相シフトをβとするための第２の移相要素を備え、第３および第４の光信号を出力する第２の干渉計と、
    前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
    前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
    前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下であることを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。
14. ＤＱＰＳＫ光信号とそのＤＱＰＳＫ光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させた遅延光信号とが固定の位相差α＋非負の整数Ｎ１×２ｎπ（ただし、ｎは非負の整数）を介して干渉した結果得られる第１および第２の光信号、および、前記ＤＱＰＳＫ光信号とそのＤＱＰＳＫ光信号を１シンボル時間の０でない整数倍だけ遅延させた遅延光信号とが固定の位相差β＋非負の整数Ｎ２×２ｎπ（ただし、ｎは非負の整数）を介して干渉した結果得られる第３および第４の光信号、を出力する光回路と、
    前記第１の光信号に対応する電流と前記第３の光信号に対応する電流の和を表す信号を出力する第１の受光回路と、
    前記第２の光信号に対応する電流と前記第４の光信号に対応する電流との差分を表す信号を出力する第２の受光回路、を備え、
    前記αと前記βとの差がπ／４以上かつ３π／４以下である
    ことを特徴とするＤＱＰＳＫ光受信器。

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