JP5435790B2 - ９０度光ハイブリッド - Google Patents

Description

本発明はコヒーレント光通信において局発光と信号光をミキシングしてＩ，Ｑ信号を検出するための９０度光ハイブリッドに関する。

コヒーレント光通信としてファイバ通信分野や空間光通信分野及び宇宙光通信分野の各通信分野において変調（位相変調，周波数変調，振幅変調等）された受信光を復調するための光学素子として信号光と信号光をミキシングしてＩ，Ｑ信号を検出する９０度光ハイブリッド（空間結合型９０度光ハイブリッド検波モジュールと呼ばれるものと同じ）が使用されているが，高い周波数（例えば１０ＧＨｚ）の光信号を変調（例えば，ＢＰＳＫやＱＰＳＫ等の位相変調）して通信する場合に，この光信号を受信する受信装置の９０度光ハイブリッドは高い偏光消光比が求められているが，高い消光比を実現できる材料が限定（方解石）され，しかも高い偏光消光比は特定の波長（周波数）を中心とする狭い範囲の周波数でしか達成できないので，広帯域で高い消光比を実現することは困難であった。なお，偏光消光比とは，水平偏光の光信号を入力した時，水平方向の偏光成分が光学素子等により垂直方向の偏光成分に回る比率を意味するものとし，同様に垂直偏光のレーザを入力した時，垂直方向の偏光成分が，光学素子により水平方向の偏光成分に回る比率を意味するものとして定義し，本願発明の説明においてはこの定義に従うものとする。但し，これらの２つの比率はほぼ同じ値である。

コヒーレント光通信において９０度光ハイブリッドを使用する技術は知られており，変調された信号光及び局発光（局部発振光）を入力として，この入力信号を直交成分ＩチャンネルとＱチャンネルに分離して出力する９０度光ハイブリッドを使用する受信装置の例がある（特許文献１参照）。図５は特許文献１に開示されたコヒーレント光受信装置の構成例である。

図５において，入力した変調光は偏光分離素子である第１のビームスプリッタ５０で分岐され，一方は入力信号光を９０度光ハイブリッド回路５１に，他方は第２のビームスプリッタ６０に導かれ，９０度光ハイブリッド回路５１では局発光５９と合波され，出力としてＩチャンネルとＱチャンネルの２つの光信号が出力され，それぞれＩチャンネル光検出器５３とＱチャンネル光検出器５４に入力し，各光検出器５３，５４の出力電気信号は互いに９０°異なる位相を有し，それぞれ光信号の振幅及び位相情報を含んでいる。第２のビームスプリッタ６０により分岐した光の一方は１ビット遅延回路６１を通りカップラ６２へ入力し，カップラ６２で第２のビームスプリッタ６０の他方の出力とカップラ６２で合波されて，その出力は光検波器６３で検波され，クロック抽出回路６４に入力され，検波信号と同速度の同期したクロックが再生される。Ｉ，Ｑチャンネルの各光検出器５３，５４からの信号は，Ｉ，Ｑチャンネル用のそれぞれのサンプリング回路５５，５６でクロック抽出回路６４で抽出されたクロック信号によりサンプリングされ，デジタル信号処理部５７でベクトル成分の位相検出が行われ，この検出された位相に基づきデジタル信号に復調される。更にデジタル信号処理部５７ではクロック信号とデータ信号の位相オフセットを帰還し，ＱまたはＩチャンネルのデジタル信号処理出力が光周波数制御部５８に入力され，光周波数制御部５８により局発光５９の周波数が制御される。

上記図５には９０度光ハイブリッド回路の内部構成が記載されてないが，図６に従来から使用されている９０度光ハイブリッド回路の構成例を示す。なお，図６に示す回路は９０度光ハイブリッド回路と呼ばれるが，実際には空間結合型９０度光ハイブリッド検波モジュールと呼ばれる場合があり，以下の説明では，単に９０度光ハイブリッドと呼ぶ。

図６において，７０は直線偏光の偏光方向を変える（図６の例では，４５°の方向に変える）機能を備える１／２波長板，７１は入射光を反射光と透過光とにほぼ１：１の強さで分離するハーフミラー，７２は直線偏光の信号を円編光に変換する１／４波長板, ７３，７４は入射した光の一部の偏光成分を反射し，一部の偏光成分を透過する偏光子として機能する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳで表示：Polarized Beam Splitter)である。

図６の９０度光ハイブリッドの動作を説明すると，１／２波長板７０には受信した直線偏光（図６のａ１）された信号光（Ｓｉｇｎａｌ）が端子Ａから入力され，この１／２波長板７０において偏光方向を４５°（図６のａ２）に回転してハーフミラー（ＨＷ）７１に入力する。一方，１／４波長板（ＱＷＰ）７２には信号光の周波数に近い周波数を持つ局発光（Ｌ０：Local Oscillator，図５の５９に対応）が端子Ｂから直線偏光（図６のｂ１）されて入力され，１／４波長板７２でスローアクシス（遅相軸）は９０°位相がずれることで局発光は円偏光（図６のｂ２）され，ハーフミラー７１において信号光と合波（信号光と局発光をミキシングし，両光信号の合成光信号が発生）される。但し，ハーフミラー７１で透過した４５°偏光の信号成分（図６のａ３）とハーフミラー７１で反射した円偏光された局発光（図６のｂ３）とはミキシングされて偏光ビームスプリッタ７３に入力すると，偏光ビームスプリッタ７３で水平偏光成分だけ通って，水平偏光の信号光（図６のａ４）と局発光の水平偏光成分（図６のｂ４）とが周波数差によるビート信号を含むＩチャンネル信号（Ｉ１で表示）として出力され，このＩチャンネルに対して９０°位相のずれた垂直偏光の信号光（図６のａ５）と局発光の垂直偏光成分（図６のｂ５）がＱチャンネル信号（Ｑ１で表示）として出力される。これらのＩ，Ｑのチャンネル信号は上記図５で説明したＩ，Ｑ信号と同で信号であり，それぞれの光信号を光検出器で電気信号に変換して，デジタル信号処理をすることにより信号の復調が行われる。

一方，ハーフミラー７１で反射した４５°偏光の信号光（図６のａ６）とハーフミラー７１を透過した円偏光した局発光（図６のｂ６）とが偏光分離素子である偏光ビームスプリッタ７４へ入力されて，それぞれの水平偏光成分（図６のａ7 ，ｂ７）がＩチャンネル信号（Ｉ２で表示）として出力され，垂直偏光成分（図６のａ８，ｂ８）がＱチャンネル信号（Ｑ２で表示）として出力され，これらのＩ，Ｑの出力は偏光ビームスプリッタ７３からのＩ，Ｑの出力と共に位相変調された信号を復調するために処理される。

特開２００４−２６５０４０号公報

上記図６に示す９０度光ハイブリッドでは，偏光分離素子として通常使用する偏光ビームスプリッタが用いられているが，偏光ビームスプリッタの偏光消光比は２０ｄＢ程度であり，短い波長（周波数が高い）のレーザに対して位相変調（ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ等）をした信号光を復調する場合には不十分であった。

一方，短い波長の信号光に対して高い偏光消光比を実現する高品質の偏光分離素子が知られており，図７にその１例として出射窓を１つ持つグランレーザプリズムの構成を示す。グランレーザプリズムは，図７に符号８０，８１で示す形状の光学用方解石を４５°の斜面がエアギャップ８２を介して対向するよう配置され，ランダム偏光の入力光をその入力光を透過する方向に直線偏光した光と，斜面で反射する方向に直線偏光した光とを出力する。このグランレーザプリズムを用いた場合，消光比として５０ｄＢ以上の高い値を実現している。

ところが，このような高い偏光消光比を実現するグランレーザプリズムは，その反射角度が波長依存性を持つため，設計された特定の単一波長に対してしか高消光比を実現できなかった。すなわち，図６において偏光ビームスプリッタ７３，７４の代わりに図７に示すようなグランレーザプリズム７３’，７４’（図示省略）を設けて特定の波長に対して高偏光消光比を実現する構成とした場合，グランレーザプリズム７３’により水平偏光成分が透過した光が決められた結像位置に設けたＩチャンネル光検出器（図５の５３に相当）に照射し，垂直偏光成分が反射した光が決められた結像位置に設けたＱチャンネル光検出器（図５の５４に相当）に照射するが，波長が変わった場合には，グランレーザプリズムの反射角度が変化するためグランレーザプリズムから出力された垂直偏光成分の光軸がＱチャンネル光検出器の中心からずれてしまい，光検出器で光信号を検出できなくなるという問題があった。これは，光検出器（受光素子）は使用する光の周波数が高くなる（例えば，１０ＧＨＺ（ギガヘルツ））ことにより，光検出器のサイズも微小（例えば，５０μ）になったため，光軸の微小のずれの発生により受信光が検出できなくなるからである。

一方，コヒーレント光通信において使用する光の波長としては固定された波長を用いる場合が多い，例えば日本では宇宙通信では１．５μの波長の光信号が考えられているが，他の国（例えばヨーロッパ）では異なる波長（例えば１．０μ）の光信号が用いられる。このように異なる波長に対して，高い偏光消光比を実現するためには上記したように各波長に対応した高い偏光消光比の偏光子を使用した９０度光ハイブリッドを設ける必要があり，広い帯域に対応して高い偏光消光比を実現することができなかった。

なお，９０度光ハイブリッドには内部に波長板を備えているが，広帯域に対応することができる波長板が開発されて，市販されるようになっており，波長板による問題はない。

本発明は広い帯域でも高い偏光消光比を実現する９０度光ハイブリッドを提供することを目的とする。

本発明の局発光と信号光をミキシングしてＩ，Ｑチャンネル信号を検出する９０度光ハイブリッドは，位相変調された信号光が１／２波長板で偏光された信号が入力されると共に局発光が１／４波長板で偏光された信号が入力されるハーフミラーと，ハーフミラーを透過した前記信号光が偏光された光信号と，ハーフミラーで反射した前記偏光された局発光とが入力される高偏光消光比の第１の偏光分離素子と，第１の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が入力される第１の光検出器と，第１の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して，反射信号光を出力する第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第２の偏光分離素子と，第２の偏光分離素子からの反射信号光が入力される第２の光検出器とを備え，第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子は，第１の波長の信号光に対して高偏光消光比を備え，信号光の波長が第１の波長に近い第２の波長に変化して第１の偏光分離素子から反射されるＱチャンネル信号光の反射角が変化しても，第２の偏光分離素子から第２の光検出器へ出力される反射光が，その光軸が第２の光検出器と一致するよう変化した反射角を補償する角度に設置するよう構成する。

また，上記の構成において，ハーフミラーで反射した信号光が偏光された光信号と，ハーフミラーを透過して偏光された局発光とが入力される第１の偏光分離素子と同じ特性を持つ第３の偏光分離素子と，第３の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が入力される第３の光検出器と，第３の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して反射信号光を出力する前記第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第４の偏光分離素子と，第４の偏光分離素子からの反射信号光が入力される第４の光検出器とを備え，信号光の波長が第２の波長に変化して第３の偏光分離素子から反射されるＱチャンネル信号光の反射角が変化しても，第４の偏光分離素子から第４の光検出器へ出力される反射光が，その光軸が第４の光検出器と一致するよう変化した反射角を補償する角度に設置するよう構成する。

また，変形した９０度光ハイブリッドは，光ファイバから位相変調された信号光が１／２波長板で偏光されて入力されると共に光ファイバからの局発光が１／４波長板で偏光されて入力されるハーフミラーと，ハーフミラーを透過した信号光が偏光された光信号と，ハーフミラーで反射した偏光された局発光とが入力される高偏光消光比の第１の偏光分離素子と，第１の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が出力されると，その出力光が入力される第１の出力用の光ファイバと，第１の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して，反射信号光を出力する第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第２の偏光分離素子と，第２の偏光分離素子からの反射信号光が出力されると，その出力光が入力される第２の出力用の光ファイバとを備え，第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子は，第１の波長の信号光に対して高偏光消光比を備え，信号光の波長が第１の波長に近い第２の波長に変化して第１の偏光分離素子から反射されるＱチャンネル信号光の反射角が変化しても，第２の偏光分離素子から第２の光ファイバへ出力される反射光が，その光軸が第２の光ファイバの光軸と一致するよう変化した反射角を補償する角度に設置するよう構成する。

また入出力に光ファイバが接続された上記の構成において，ハーフミラーで反射した信号光が偏光された光信号と，ハーフミラーを透過した偏光された局発光とが入力される第１の偏光分離素子と同じ特性を持つ第３の偏光分離素子と，第３の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が入力される第３の出力用の光ファイバと，第３の偏光の分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して反射信号光を出力する第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第４の偏光分離素子と，第４の偏光分離素子からの反射信号光が入力される第４の出力用の光ファイバとを備え，信号光の波長が第２の波長に変化して第３の偏光分離素子から反射されるＱチャンネル信号光の反射角が変化しても，第４の偏光分離素子から第４の出力用の光ファイバへ出力される反射光が，その光軸が第４の光検出器と一致するよう変化した反射角を補償する角度に設置するよう構成する。

更に，上記した各構成において，前記した偏光分離素子として，グランレーザプリズム，グランテーラープリズムまたはグラントムソンプリズムの何れか一つを使用するように構成するものである。

本発明によれば，複数の波長のレーザに対応して高い偏光消光比を実現することができ，光学系の構成を変えずに，複数の波長に対応できるため，一度設置した光通信の受信装置に搭載した９０度光ハイブリッドを当初使用した信号光の波長を，その波長と近似する異なる波長に変化しても内部の偏光分離素子を波長に対応した高偏光消光比の素子に交換する必要がなく対応することができる。

特に，９０度光ハイブリッドを宇宙通信のための衛星に搭載した場合には，特に波長を変える事態が発生した場合には，従来は対応することが困難であったが，本発明によれば装置を交換することなく同じ装置により高い偏光消光比を維持して運用することが可能となる。

更に，本発明を一般のコヒーレント光通信の受信装置で実施することで，広帯域の波長に対して高い偏光消光比が実現できるので受信機の性能を向上することが可能となる。

本発明の９０度光ハイブリッドの基本構成を示す図である。 図１の構成を小型化するための実施例の構成を示す図である。 ２対の偏光分離素子により構成した実施例の構成を示す図である。 光ファイバを入出力に使用する実施例の構成を示す図である。 特許文献１に開示されたコヒーレント光受信装置の構成例を示す図である。 従来から使用されている９０度光ハイブリッド回路の構成例を示す図である。 出射窓を１つ持つグランレーザプリズムの構成を示す図である。

本発明の９０度光ハイブリッドの基本構成を図１に示す。図中，１は９０度光ハイブリッド，１０は入力端子Ａから信号光が入力する１／２波長板，１１はハーフミラー，１２は端子Ｂから局発光が入力する１／４波長板，１３は高偏光消光比を備える第１の偏光分離素子，１４は１３と同じ高偏光消光比の特性を備える第２の偏光分離素子，１５は第１の光検出器，１６は第２の光検出器，１８，１９は集光用のレンズである。なお，高偏光消光比（例えば，５０ｄＢ）を備える第１と第２の偏光分離素子１３，１４は，具体的にはグランレーザプリズム，グランテーラープリズム，グラントムソンプリズムが知られており，それらの偏光分離素子の何れかを使用することができる。また，１／２波長板１０及び１／４波長板１２としては広帯域に対応した特性を持つ波長板を使用し，そのような波長板は市販されている。

図１の９０度光ハイブリッドの動作を説明すると，１／２波長板１０には受信した直線偏光された第１の波長（λ１）の信号光が端子Ａから入力され，この１／２波長板１０において直線偏光の信号光の偏光方向を４５°に回転してハーフミラー１１に入力され，これを透過した信号光は第１の偏光分離素子１３に入力する。なお，第１の偏光分離素子１３と第２の偏光分離素子１４は特定の波長（λ１）に対して高偏光消光比を実現する素子であるものとする。一方，端子Ａの入力信号光と直交する方向の端子Ｂから直線偏光された局発光が１／４波長板１２へ入力されると円偏光になりハーフミラー１１へ入力する。ハーフミラー１１で反射された局発光と，ハーフミラー１１を透過した信号光は第１の偏光分離素子１３において水平偏光成分の合波信号が入射光の直進方向を透過してＩチャンネル信号が発生し，レンズ１８を通って第１の光検出器１５へ供給される。一方，第１の偏光分離素子１３で反射した垂直偏光成分は合波されたＱチャンネル信号となって第２の偏光分離素子１４へ入力し，この第２の偏光分離素子１４で同じ高偏光消光比で垂直偏光成分が反射されてＱチャンネル信号がレンズ１９を通って第２の光検出器１６へ供給される。

一方，端子Ａから入力する信号光の波長が上記の第１の波長（λ１）に近い数値であるが第１の波長とは異なる第２の波長（例えば，λ１±０．５μ）に変わった場合，その信号光は１／２波長板１０で第２の波長に対して偏光させ，その出力光がハーフミラー１１に供給されて第１の偏光分離素子１３に入力され，端子Ｂからの局発光が１／４波長板１２を通って円偏光されてハーフミラー１１で反射され第１の偏光分離素子１３に入力される。第１の偏光分離素子１３は水平偏光成分の合波信号に対しては信号光が第２の波長に変化しても第１の波長と同様に光軸が第１の光検出器１５に位置してＩチャンネル信号が検出されるが，第１の偏光分離素子１３で反射した垂直偏光成分の合成波は波長が変化したのに対応して，第１の波長の場合に比べて反射角度が微小角度だけ変化して第２の偏光分離素子１４に入力する。

この第２の偏光分離素子１４は第１の偏光分離素子１３と同じ特性を持ち，第２の偏光分離素子１４の反射面と第１の偏光分離素子１３の反射面が平行になる様に設置される。すなわち，第１の偏光分離素子１３と第２の偏光分離素子１４とは同じ特性を持ち，第１の偏光分離素子１３による第２の波長による反射角度の変化に対し，第２の偏光分離素子１４による第２の波長による反射角度の変化を第１の偏光分離素子の変化を打ち消す方向に角度変化が与えられることで修正する。

これにより，第２の偏光分離素子１４から反射され垂直偏光の光信号が第２の光検出器１６に対して光軸がずれることなくＱチャンネル信号として受光される。なお，第２の偏光分離素子１４を設けたことにより，信号光の波長として第１の波長を使用した場合に第２の光検出器１６への光軸の変動は打ち消され，レンズで集光する事で同じ位置に結像するので光検出器での受光位置は変化しない。

本発明はこの第１の偏光分離素子１３の反射光を第２の偏光分離素子１４に入力して，第２の偏光分離素子からの反射光をＱチャンネル信号として検出する構成を備えることにより，波長の変化による反射光の光軸の傾きを補償して，広帯域の波長に対して高偏光消光比を実現することができる。

図１の構成において，第１の偏光分離素子１３と第２の偏光分離素子１４の組を，高偏光消光比の特性を備える偏光分離素子であるグランレーザプリズム，グラントムソンプリズム及びグランテーラープリズムの組の何れか一つの素子により構成することができる。

図１の構成において，第１の偏光分離素子１３と第１の光検出器１５までの距離（Ｌ１とする）と，第１の偏光分離素子１３と第２の偏光分離素子１４までの距離（Ｌ２とする）と第２の偏光分離素子１４と第２の光検出器１６までの距離（Ｌ３とする）の関係は，Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３とすることで，Ｉチャンネル信号とＱチャンネル信号とを同じタイミングで検出する必要がある。そのためには，第１の光検出器１５を第１の偏光分離素子１３から離れた位置に設ける必要がある。その場合は，９０度光ハイブリッド１の装置が大きくなる。これを防止するための構成を図２に示す。

図２は図１の構成を小型化するための実施例の構成である。図２において，１’は９０度光ハイブリッド，１０〜１６，及び１８，１９の各符号は上記図１の同一符号の各部と同じであり説明を省略し，１７は全反射プリズムである。

図２の構成では，第１の偏光分離素子１３から直進方向に出力したＩチャンネル信号は全反射プリズム１７で全反射して図１とは異なる位置（右下）に設けた第１の光検出器１５へ入力する。これにより，第１の偏光分離素子１３と第１の光検出器１５までの距離と，第１の偏光分離素子１３から第２の偏光分離素子１４を経由して第２の光検出器１６までの距離を等しくすると同時に，図１の場合より９０度光ハイブリッドの大きさをコンパクトにすることができる。なお，図２ではＩチャンネル信号を全反射する素子として全反射プリズム１７を使用しているが，全反射プリズムの代わりにミラー（全反射鏡）を使用することができる。

図３はＩチャンネル信号とＱチャンネル信号を２対の偏光分離素子により構成した実施例の構成である。

図３において，２は２対の偏光分離素子を備えた９０度光ハイブリッド，１０〜１６，１８，１９の各符号は図１の同一符号の各素子に対応し，１０は入力端子Ａから信号光が入力する１／２波長板，１１はハーフミラー，２２は端子Ｂから局発光が入力する１／４波長板，１３は高偏光消光比を備える第１の偏光分離素子，１４は１３と同じ高偏光消光比の特性を備える第２の偏光分離素子，１５は第１の光検出器，１６は第２の光検出器，１８，１９はレンズである。２０は第３の偏光分離素子，２１は第４の偏光分離素子，２２は第３の光検出器，２３は第４の光検出器，２４，２５は集光用のレンズである。

第１の偏光分離素子１３と第２の偏光分離素子１４及び第３の偏光分離素子２０と第４の偏光分離素子２１は同じ周波数に対して高偏光消光比を実現する素子であり，各偏光分離素子は，上記図１について説明したのと同様に，具体的にはグランレーザプリズム，グランテーラープリズム，グラントムソンプリズムを使用することができ，１／２波長板１０及び１／４波長板１２は広帯域に対応した特性を持つ市販の波長板を使用するものとする。

図３の９０度光ハイブリッドの動作を説明すると，端子Ａから第１の波長（λ１）の信号光が入力され，端子Ｂから局発光が入力されて，信号光が１／２波長板１０で４５°に偏光されてハーフミラー１１へ入力され，直線偏光された局発光が１／４波長板１２へ入力され円偏光されてハーフミラー１１へ入力されて，ハーフミラー１１で反射された局発光と，ハーフミラー１１を透過した信号光が第１の偏光分離素子１３へ供給されて，両信号光のＩチャンネル信号がレンズ１８を通って第１の光検出器１５へ供給され，Ｑチャンネル信号が第２の偏光分離素子１４へ入力し，第２の偏光分離素子１４で垂直偏光成分が反射されてレンズ１９を通って第２の光検出器１６へ供給される動作は上記図１に示す構成による動作と同じである。

この図３の構成では，１／２波長板１０を通ってハーフミラー１１で反射した４５°の直線偏光した信号光（端子Ａからの信号光）と，ハーフミラー１１を通過した局発光とが第３の偏光分離素子２０へ入力され，両信号の合波信号の水平偏光成分がＩチャンネル信号として出力されてレンズ２４を通って第３の光検出器２２へ入力する。また，第３の偏光分離素子２０から反射した合波信号の垂直偏光成分はＱチャンネル信号として第４の偏光分離素子２１へ入力され，上記に説明した第２の偏光分離素子１４と同様の作用により反射してレンズ２５を通って第４の光検出器２３にＱチャンネル信号が入力される。

図２の構成において，第１の偏光分離素子１３と第２の偏光分離素子１４及び第２の光検出器１６の位置関係及び合波信号光が光検出器１６に光軸をずらすことになる受光される作用と同じ作用が，第３の偏光分離素子２０と第４の偏光分離素子２１及び第４の光検出器２３に対しても実行される。これにより，信号光の波長が第１の波長（λ１）から上記図１で説明した第２の波長（λ２）に変化した場合にも，第３の偏光分離素子２０から合波のＱチャンネル信号が反射されて第４の偏光分離素子２１に入力された場合に，その反射光は第４の光検出器２３に光軸がずれることなく（補償されて）受光される。

この図３の構成の第１〜第４の偏光分離素子１３，１４，２０及び２１は第１の波長（λ１）に対して高偏光消光比を備えるように設計されている場合と，第２の波長（λ２）に対して高偏光消光比を備えるよう設計されている場合があるが，何れの波長に対応する素子であっても，両方の波長に対しても９０度光ハイブリッドは高偏光消光比を実現することができる。

この図３の構成により，２対のＱチャンネル信号とＩチャンネル信号を光検出器により検出することができるので，上記図１の場合に比べて２対の信号を得ることで受信信号のＳ／Ｎを向上することができる。

図４は光ファイバを入出力に使用する実施例である。上記図１では端子Ａから入力する信号光及び端子Ｂから入力する局発光は何れもコヒーレントな光信号が空間を経て入力されるが，図３の実施例では信号光と局発光の各入力側に光ファイバが接続され，出力側は図１の構成では光検出器が配置された位置に光ファイバが接続される。

図４において，３は９０度光ハイブリッド，３１はコリメータと呼ばれるレンズ，３２は１／２波長板，３３はハーフミラー，３４は３１と同様のレンズ，３５は１／４波長板，３６は高偏光消光比の第１の偏光分離素子（図１の１３に対応），３７は高偏光消光比の第２の偏光分離素子（図１の１４に対応），３８，３９は光ファイバへ出力するためのレンズ，４０は信号光用の入力光ファイバ，４１は局発光用の入力光ファイバ，４２はＩチャンネルの光信号が出力する出力光ファイバ，４３はＱチャンネルの光信号が出力する出力光ファイバである。

図４の構成では信号光が入力光ファイバ４０から出力されるとレンズ３１により平行光線に変換され，１／２波長板３２へ入力し，入力光ファイバ４１からの局発光がレンズ３４で平行光線に変換されて１／４波長板３５へ入力される。１／２波長板３２及び１／４波長板３５により，それぞれ信号光及び局発光が偏光されてハーフミラー３３へ入力され，ハーフミラー３３から出力された光信号から第１の偏光分離素子３６から合成波のＩチャンネル（水平偏光成分）の光信号が出力され，レンズ３８で集光されて出力光ファイバ４２に出力され，合成波のＱチャンネル（垂直偏光成分）の光信号は第２の偏光分離素子３７へ入力されてそこで反射された光信号がレンズ３９で集光されて出力光ファイバ４３に出力される。

図４の第１の偏光分離素子３６，第２の偏光分離素子３７は同じ周波数に対して高偏光消光比を実現する素子であり，これらの偏光分離素子の対は，上記図１〜図３について説明したのと同様に，グランレーザプリズム，グランテーラープリズム，グラントムソンプリズムの何れかを使用することができ，１／２波長板３２及び１／４波長板３５は広帯域に対応した特性を持つものを使用する。

図４の実施例の構成を備えることにより，光ファイバで伝送された信号光を受信して復調する場合に使用することができる。なお，図４の構成では偏光分離素子３６，３７は１対だけ設けられた構成であるが，上記図３に示す構成と同様に，ハーフミラー３３から信号光を反射させる方向で且つ局発光が透過する方向に第３の偏光分離素子を設け更に第４の偏光分離素子を図３の第３の偏光分離素子２０と第４の偏光分離素子２１と同様の位置に設けるよう構成することができ，図３の光検出器２２，２３のそれぞれの位置にレンズとレンズの出力が入力する光ファイバをそれぞれ設ける構成となる。

本発明はコヒーレント光通信を使用する光ファイバ通信や，空間光通信及び宇宙光通信等の各光通信分野において変調された信号光と局発光を合波して信号を復調するために有効に利用することができる。

１ ９０度光ハイブリッド
１０ １／２波長板
１１ ハーフミラー
１２ １／４波長板
１３ 偏光分離素子
１４ 偏光分離素子
１５ 光検出器
１６ 光検出器
１８ レンズ
１９ レンズ

Claims (6)

1. 局発光と信号光をミキシングしてＩ，Ｑチャンネル信号を検出する９０度光ハイブリッドにおいて，
   変調された信号光が１／２波長板で偏光された信号が入力されると共に局発光が１／４波長板で偏光された信号が入力されるハーフミラーと，
   前記ハーフミラーを透過した前記信号光が偏光された光信号と，前記ハーフミラーで反射した前記偏光された局発光とが入力される高偏光消光比の第１の偏光分離素子と，
   前記第１の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が入力される第１の光検出器と，
   前記第１の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して，反射信号光を出力する前記第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第２の偏光分離素子と，
   前記第２の偏光分離素子からの反射信号光が入力される第２の光検出器とを備え，
   前記第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子は，第１の波長の信号光に対して高偏光消光比を備え，前記信号光の波長が前記第１の波長に近い第２の波長に変化して前記第１の偏光分離素子から反射される前記Ｑチャンネル信号光の反射角が変化しても，前記第２の偏光分離素子から前記第２の光検出器へ出力される反射光が，その光軸が前記第２の光検出器と一致するよう前記変化した反射角が補償される角度に設置することを特徴とする９０度光ハイブリッド。
2. 請求項１において，
   前記第１の偏光分離素子と前記第１の光検出器との間に全反射プリズムまたはミラーの何れかを設け，
   前記全反射プリズムまたはミラーの何れかから反射された信号光を前記第１の光検出器に入力することを特徴とする９０度光ハイブリッド。
3. 請求項１において，
   前記ハーフミラーで反射した前記信号光が偏光された光信号と，前記ハーフミラーを透過した前記偏光された局発光とが入力される前記第１の偏光分離素子と同じ特性を持つ第３の偏光分離素子と，
   前記第３の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が入力される第３の光検出器と，
   前記第３の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して反射信号光を出力する前記第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第４の偏光分離素子と，
   前記第４の偏光分離素子からの反射信号光が入力される第４の光検出器とを備え，
   前記信号光の波長が前記第２の波長に変化して前記第３の偏光分離素子から反射される前記Ｑチャンネル信号光の反射角が変化しても，前記第４の偏光分離素子から前記第４の光検出器へ出力される反射光が，その光軸が前記第４の光検出器と一致するよう前記変化した反射角が補償される角度に設置することを特徴とする９０度光ハイブリッド。
4. 局発光と信号光をミキシングしてＩ，Ｑチャンネル信号を検出する９０度光ハイブリッドにおいて，
   光ファイバから位相変調された信号光が１／２波長板で偏光されて入力されると共に光ファイバからの局発光が１／４波長板で偏光されて入力されるハーフミラーと，
   前記ハーフミラーを透過した前記信号光が偏光された光信号と，前記ハーフミラーで反射した前記偏光された局発光とが入力される高偏光消光比の第１の偏光分離素子と，
   前記第１の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が出力されると，その出力光が入力される第１の出力用の光ファイバと，
   前記第１の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して，反射信号光を出力する前記第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第２の偏光分離素子と，
   前記第２の偏光分離素子からの反射信号光が出力されると，その出力光が入力される第２の出力用の光ファイバと，
   前記第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子は，第１の波長の信号光に対して高偏光消光比を備え，前記信号光の波長が前記第１の波長に近い第２の波長に変化して前記第１の偏光分離素子から反射される前記Ｑチャンネル信号光の反射角が変化しても，前記第２の偏光分離素子から前記第２の光ファイバへ出力される反射光が，その光軸が前記第２の光ファイバの光軸と一致するよう前記変化した反射角が補償される角度に設置することを特徴とする９０度光ハイブリッド。
5. 請求項４において，
   前記ハーフミラーで反射した前記信号光が偏光された光信号と，前記ハーフミラーを透過した前記偏光された局発光とが入力される前記第１の偏光分離素子と同じ特性を持つ第３の偏光分離素子と，
   前記第３の偏光分離素子を透過する水平偏光のＩチャンネル信号光が入力される第３の出力用の光ファイバと，
   前記第３の偏光分離素子で反射する垂直偏光のＱチャンネル信号光を入力して反射信号光を出力する前記第１の偏光分離素子と同じ高偏光消光比の第４の偏光分離素子と，
   前記第４の偏光分離素子からの反射信号光が入力される第４の出力用の光ファイバと，
   前記信号光の波長が前記第２の波長に変化して前記第３の偏光分離素子から反射される前記Ｑチャンネル信号光の反射角が変化しても，前記第４の偏光分離素子から前記第４の出力用の光ファイバへ出力される反射光が，その光軸が前記第４の光検出器と一致するよう前記変化した反射角が補償される角度に設置することを特徴とする９０度光ハイブリッド。
6. 請求項１乃至５の何れかにおいて，
   前記偏光分離素子として，グランレーザプリズム，グランテーラープリズムまたはグラントムソンプリズムの何れか一つを使用することを特徴とする９０度光ハイブリッド。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images