JP5621530B2 - 受信機、光スペクトル整形方法、及び光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、搬送波に情報が多重された光信号を受信する受信機と、光スペクトル整形方法、及び光通信システムに関する。

今日の光通信システムにおいて、大容量化、長距離化に向けて様々な技術開発が行なわれてきた。伝送速度の面では、伝送特性に優れる変調方式や変調効率の高い変調方式が研究されてきた。大容量化の面では、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）や時分割多重、偏波多重等の多重方式が研究されてきた。これらの研究により、増大を続ける情報容量への対応がなされてきた。

変調方式については、もっとも単純な光信号の点滅によりデータの変調を行なう強度変調方式（ＯＯＫ：On-Off Keying）や、光の位相を変えて変調する位相変調方式（ＰＳＫ：Phase shift keying）のほか、周波数利用効率の高い多値多相変調方式（m-PSK、n-ASK）や、直交周波数多重方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等が注目されている。

これら幹線系の通信方式に関する研究とは別に、ビデオや映像等、数Mb/s程度のデータ配信を主な用途とした光周波数多重方式（光ＦＤＭ：Frequency Division Multiplexing）が知られている。光ＦＤＭは、搬送光と呼ばれる連続発振光（ＣＷ）のもつ周波数軸上にサブキャリア周波数ｆ_iの信号を多重する方式である。光ＦＤＭにおいても、搬送光の強度を変調した強度変調方式や、光の位相を変調した位相変調方式が用いられている。

また、広帯域のマルチメディアディア・ネットワークを構築する手段として、波長多重（ＷＤＭ）ネットワークにサブキャリア多重（ＳＣＭ：Subcarrier multiplexing）方式を適用する技術も知られている。一例として、ベースバンド信号に、制御信号をＳＣＭ信号として重畳する技術が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。この技術では、搬送光として信号ののったベースバンド信号を用い、強度変調されたＳＣＭ信号がベースバンド信号に重畳されている。受信側では、ループ型干渉計（フィルタ）を用いて、ベースバンド信号とＳＣＭ信号とを分離する。このフィルタリング方法では、ＳＣＭ信号とベースバンド信号は完全に分離されるため、ＳＣＭ信号は搬送光成分を失ってベースバンド信号に変換される。そのため、ＳＣＭ信号が複数多重されている場合には、ベースバンド信号同士が混信してしまい、所望のチャネルを抽出することはできない。

特開２００９−２５３９７２号公報

Diammarco Rossi, et al. "Optical SCM Data Extraction Using a Fiber-LoopMirror for WDM Network Systems", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 12,No. 7, July 2000

他方、位相変調により搬送光に多重された光ＦＤＭ信号をフォトディタクタ（ＰＤ）で同時に受信した場合、位相変調成分Ｊ₁、Ｊ_-1同士が打ち消し合い、光電変換成分を得ることができないという問題がある。これについて図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。

図１Ａは、位相変調された搬送光及び信号成分の光スペクトルを示す。サブキャリア周波数ｆ_iで位相変調されて搬送光（波長λ_C）に多重された信号は、変調指数をｍ_f、ｎ次の第１種ベッセル関数をＪ_n（ｍ）とした場合、搬送光の短波長側波帯（λ_-i）と長波長側波帯（λ_i）に、それぞれＪ₁（ｍ_f）、Ｊ_-1（ｍ_f）が出現する。

これらの信号光成分を，フォトディテクタで同時に受信した場合、ベッセル関数の性質であるＪ₁（ｍ_f)＝−Ｊ_-1（ｍ_f）により、信号成分が消滅してしまう。

この問題を解決するために、目的とする信号成分のみを光フィルタで抽出して受信を行う方式が一般的である。しかし、光フィルタの帯域幅としては、挿入損失の観点から高々１０ＧＨｚ程度が現状の限界であり、これ以下の場合は挿入損失の増加や、光フィルタの抑圧比の低下が懸念される。

たとえば、図１Ｂに示すように信号成分が高密度に多重されているときは、λ₂の信号成分を光フィルタで抽出する場合、λ₂の成分のみならず、λ₁、λ₃の成分まで抽出され、混信を招いてしまう。これは、光フィルタによる抽出可能な帯域の制約によって、信号を多重できる周波数間隔にも制限が生じてしまうことも示唆しており、効率的な帯域利用の妨げになる。

さらには、光ＦＤＭ多重された信号が、たとえば１００ＭＨｚ間隔で多重されているとすると、波長間隔0.0008nm（0.8pm）で信号が隣接する。ここで搬送光の波長が光源の温度変化等によって変動すると、光フィルタの中心波長が変化してしまい、所望のチャンネルを正確かつ安定に抽出することができない。つまり、光フィルタによる方式では限界がある。

そこで、本願は位相変調により搬送光に多重された光ＦＤＭ信号から所望のチャンネルを安定して抽出することのできる受信機、光スペクトル整形方法、及び光通信システムを提供することを課題とする。

第１の観点では、位相変調により多重された光周波数多重信号を受信する受信機を提供する。この受信機は、
受信した前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出する光スペクトル整形器と、
前記光スペクトル整形された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
を有する。

第２の観点では、光スペクトル整形方法を提供する。この方法は、
位相変調により多重された光周波数多重信号を入力光として受け取り、
前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分とを抽出する。

第３の観点では、光通信システムを提供する。光通信システムは、
位相変調により多重された光周波数多重信号を伝播させる光学媒体と、
前記光学媒体を伝播する前記光周波数多重信号を受信する受信機と
を含み、
前記受信機は、前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出して光電変換する。

上記の構成及び方法により、位相変調された光ＦＤＭ信号から所望のチャンネルを安定して取り出すことができる。これにより、光通信において、光ＦＤＭ信号の正確で安定した受信を実現することができる。

位相変調された光ＦＤＭ信号の光スペクトルの図である。 光フィルタによる信号成分抽出の問題点を説明するための図である。 本発明の実施形態による光受信機の基本構成を説明するための図である。 図２の光スペクトル整形器への入力光の（Ａ点における）光スペクトルと光スペクトル整形後の（Ｂ点における）光スペクトルを示す図である。 図２の光電変換器へ入力される光スペクトルと光電変換後の（Ｃ点における）信号のＲＦスペクトルを示す図である。 光スペクトル整形後の光信号が多重信号の場合の光電変換後の（Ｃ点における）ＲＦスペクトルを示す図である。理を説明するための図である。 図２の電気フィルタにより所望のチャンネルを抽出した後の（Ｄ点における）ＲＦスペクトルを示す図である。 実施例の光受信機の構成例１である。 実施例の光受信機の構成例２である。 実施例の光受信機の構成例３である。 光スペクトル整形器として光バンドパスフィルタを用いたときの光スペクトルの整形例を示す図である。 光スペクトル整形器としてファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて透過ポートで所望光スペクトルを取り出すときの構成例と、光スペクトルを示す図である。 光スペクトル整形器としてファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いて反射ポートで所望光スペクトルを取り出すときの構成例と、光スペクトルを示す図である。 展開例として、ベッセル関数の消失特性を利用した所望の光スペクトルの整形例を示す図である。 展開例として、光スペクトル整形器としてアレイ導波路回折格子を用いた所望の光スペクトルの整形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の最適な実施形態について説明する。図２は、本発明の実施形態による光受信機の基本構成を説明するための図である。光受信機１０は、光ファイバ等の光学媒体（不図示）により光信号を伝播する光通信システムで用いられ、信号入力として、位相変調により情報が多重された光周波数多重（ＦＤＭ）信号を受信する。

光受信機１０は、光スペクトル整形器１１と、光電変換器２１と、電気フィルタ３１を含む。光スペクトル整形器１１は、後述するように、入力された光ＦＤＭ信号から、搬送光とともに、この搬送光に光周波数多重された信号成分のうちの短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分とを抽出するように、光スペクトルの整形を行なう。光電変換器２１は、光スペクトル整形された光信号を電気信号に変換する。電気フィルタ３１は、光電変換された電気信号から所望のチャンネル（ｆj）を取り出して、出力する。出力された信号は、たとえば図示しない復調回路やディジタル信号処理回路に供給される。

図３は、図２の光スペクトル整形器１１の機能を、より具体的に説明するための図である。図３（Ａ）は、図２のＡ点における信号、すなわち光スペクトル整形器１１に入力される前の光信号のスペクトルである。入力光信号は、図示しない送信側において、周波数ｆ1、ｆ2、…、ｆnで変調されたキャリア信号を位相変調により搬送光（λc）へ多重した光ＦＤＭ信号である。搬送光（λc）をｆ1、ｆ2、…、ｆnに応じた波長のキャリア光で変調すると、搬送光λcを中心として、これより低い周波数帯に対応する波長λ1、λ2、…、λn（これを「長波長側波帯」と称する）の変調成分と、これより高い周波数帯に対応する波長λ-n、…、λ-2、λ-1（これを「短波長側波帯」と称する）の変調成分とが発生する。図１Ａを参照して述べたように、λ-iとλiにおける変調成分ＪiとＪ-iは、フォトディテクタでは互いに打ち消しあって検出されない。

そこで、図３（Ｂ）または図３（Ｃ）に示すように、光電変換器（フォトディテクタ）２１に入力する前に、光スペクトル整形器１１において、光ＦＤＭ信号の短波長側波帯成分、または長波長側波帯成分のいずれか一方を除去する。このとき、搬送光（λc）は除去せずに、必ず抽出する。

図３（Ｂ）では、長波長側波帯を取り除き、搬送光と、短波長側波帯成分とを残すように光スペクトルを整形する。図３（Ｃ）では、短波長側波帯を取り除き、搬送光と、長波長側波帯成分とを残すように整形している。この光スペクトルの整形によって、一次の第１種ベッセル関数の性質、すなわち搬送光に対して対称な位相変調成分が互いに打ち消されてしまうという不都合を回避することができる。

図４は、図２の光電変換器２１の機能を説明する図である。図４（Ａ）は、光スペクトル整形後に光電変換器２１に入力される入力信号のうち、波長λiの変調成分に着目した光スペクトル、図４（Ｂ）は、図２のＣ点、すなわち光電変換後のＲＦスペクトルである。

波長軸上における搬送光と各変調成分との離長をΔλi（図４（Ａ））、ＲＦ周波数軸上における光ＦＤＭ信号ののるキャリア周波数をΔｆi（図４（Ｂ））とすると、ΔλiとΔｆiは、式（１）の関係で結ばれる。

Δλi＝（λc²／ｃ）×Δｆi （１）
ここで、ｃは光の速度であり、λcは搬送光の波長である。

したがって、光スペクトル整形後の光ＦＤＭ信号は、複数チャンネルの情報が多重されている場合であっても（図３（Ｂ）または図３（Ｃ）の状態）、搬送光についての情報が含まれている限り、周波数間隔の情報を保ったまま光電変換器２１により一括して受信することができる。この場合のＣ点でのＲＦスペクトルを図５に示す。

図５において、光電変換の結果として、送信側で多重されたキャリア信号の変調周波数に対応するｆ1、ｆ2、…ｆnの周波数成分が得られる。

仮に、搬送光を除去するような光スペクトルの整形を行なった場合には、周波数間隔の情報（Δｆi）は消滅してしまい、光電変換後の信号成分は、すべてのチャンネルがベースバンドの強度変調信号となってしまう。すなわち、受信信号成分同士が混信してしまい、一括して受信をすることができない。この理由で、前段の光スペクトル整形器１１において、かならず搬送光（λc）を抽出する光スペクトルの整形が行なわれる。

図６は、図２のＤ点、すなわち電気フィルタ３１により取り出された所望のチャンネルｆiのＲＦスペクトルを示す図である。電気フィルタ３１は、電気信号から所定の周波数成分のみを抽出する任意のフィルタ回路で構成することができる。電気フィルタを用いることによって、数ＭＨｚ程度の狭帯域キャリア信号でも、簡易かつ安価な構成で抽出可能である。

以上のように、実施形態の構成と手法によれば、従来光フィルタでの抽出が困難な数ＭＨｚ程度の狭帯域特性であっても、電気フィルタの利用により容易に抽出することができる。また、搬送光の波長に揺らぎが生じたとしても、搬送光と信号成分との間の波長間隔の情報は保たれているため、電気フィルタの中心周波数が変わることはなく、安定に所望のチャンネルを抽出することができる。

図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、実施例の光受信機の構成例１〜３を示す図である。図７Ａの構成例１では、光受信機７０Ａは、光電変換器２１への入力パワーを上げるために、光スペクトル整形器１１と光電変換機２１の間に、光増幅器１５を有する。光増幅器１５は、光ファイバアンプ、半導体光アンプ、光パラメトリックアンプ等、任意の光増幅器である。光電変換器２１への入力光（搬送光及び光スペクトル整形された光成分）のパワーが増幅されることにより、電気フィルタ３１から取り出される所望信号成分がより正確なものとなる。

図７Ｂの構成例２では、光受信機７０Ｂは、光電変換器２１の後段に電力増幅器２５を有する。電力増幅器２５は、光電変換器２１から出力された電気信号を増幅する。電気フィルタ３１へ入力される電気信号を増幅することによって、電気フィルタ３１において、所望の周波数を中心とする周波数成分の抽出がより正確に行なわれる。電力増幅器２５は、たとえばＲＦアンプである。

図７Ｃの構成例３では、光スペクトル整形器１１の後段に光増幅器１５を挿入し、光電変換器２１の後段に電力増幅器２５を挿入している。これにより、光変調信号成分を光増幅するとともに、光電変換された電気信号の電力を増幅して、最終的な電気信号のフィルタリングを確実なものとしている。

図７Ａ〜図７Ｃのいずれの光受信機においても、入力された光信号（位相変調された光ＦＤＭ信号）は、光スペクトル整形器１１において、搬送光を維持しつつ波長軸上での光変調成分の対称性を失わせる光スペクトル整形処理を受ける。光スペクトル整形された信号は、光電変換器２１に入力されるが、このときベッセル関数の性質に起因する信号消失は起こらない。光電変換器２１から出力される電気信号は電気フィルタ３１に入力され、所望のチャンネルが取り出される。

光スペクトル整形器１１としては、たとえば、光フィルタ、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、インターリーバ、光ＬＰＦ、光ＨＰＦ等を用いることができる。

光電変換器２１としては、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子倍増管等の受光素子を用いることができる。電気フィルタ３１としては、ＲＦバンドパスフィルタ、ＬＰＦ、ＨＰＦ等を用いることができる。

図８は、光スペクトル整形器１１を光バンドパスフィルタで構成したときの光スペクトルの整形例を示す図である。図８（Ａ）では、搬送光と短波長側波帯とを透過させる光バンドパスフィルタを用いる。これにより、光スペクトル整形器１１の出力として、λcとこれより短い波長側の光変調成分だけが光電変換器２１に入射される。図８（Ｂ）では、搬送光と長波長側波帯とを透過させる光バンドパスフィルタを用いる。これにより、光スペクトル整形器１１の出力として、λcとこれより長い波長側の光変調成分だけが光電変換器２１に入射される。いずれの場合も、光電変換過程における位相変調成分の消失（打ち消し合い）は生じない。

図９は、光スペクトル整形器１１として、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）１１を用いたときの光スペクトルの整形例を示す図である。図９の例では、ＦＢＧ１１の透過ポートＢで、搬送光と所望の側（たとえば短波長側波帯）の光スペクトル成分を取り出す。この場合、光受信機７０は、ＦＢＧ１１の前段に、光アイソレータ１２と、光サーキュレータ１３を有する。

光受信機７０に入力される位相変調光ＦＤＭ信号の光スペクトルＡは、図３（Ａ）と同様に、搬送光（λc）と、その両側に広がる波長λ_-n、…λ_-2、λ_-1、およびλ₁、λ₂、…λ_nの成分を含む。この入力光は、光アイソレータ１２と光サーキュレータ１３を介して、ＦＢＧ１１に導かれる。ＦＢＧ１１は、反射帯域を光ＦＤＭ信号の長波長側波帯の帯域に合わせて、長波長側波帯成分を遮断するように設計されている。反射帯域幅は、屈折率変化の大きさとＦＢＧ長によって調整可能である。

入力光スペクトルＡを有する光ＦＤＭ信号は、ＦＢＧ１１で長波長側波帯が遮断され、透過ポートＢには、搬送光（λc）と短波長側波帯の変調成分（λ_-n、…λ_-2、λ_-1）とを含む所望の光スペクトル成分Ｂが出力される。反射された長波長側波帯成分は光サーキュレータ１３に戻り、反射ポートＲに出力される。図９の例では、λ₁、λ₂、…λ_nの光変調成分が遮断される。なお、このとき、ＦＢＧの遮断帯域を短波長側波帯に設定すれば、透過ポートＢにおいて搬送光と長波長側波帯が得られる。

図１０は、図９と同様に光スペクトル整形器１１としてファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）１１を用い、ＦＢＧ１１の反射ポートＲにて、搬送光と所望の側（たとえば長波長側波帯）の光スペクトル成分Ｃを取り出す。

光受信機７０に入力される位相変調光ＦＤＭ信号の光スペクトルＡは、光アイソレータ１２と光サーキュレータ１３を介して、ＦＢＧ１１に導かれる。ＦＢＧ１１は、反射帯域を光ＦＤＭ信号の搬送光と長波長側波帯を含む帯域に合わせて、これらの帯域成分を遮断するように設計されている。

入力光スペクトルＡを有する光ＦＤＭ信号は、ＦＢＧ１１で搬送光と長波長側波帯が遮断され、透過ポートＢには、除去する短波長側波帯の光スペクトル成分のみが出力される。反射された搬送光と長波長側波帯成分は光サーキュレータ１３に戻り、反射ポートＲに出力される。図１０の例では、反射ポートＲで搬送光（λc）とλ₁、λ₂、…λ_nの変調成分が取り出されて光電変換器２１に入力される。

これらの構成により、位相変調された光ＦＤＭ信号の光電変換過程での消失を防止することができる。

＜展開例＞
上述した光スペクトル整形器１１での整形方法は、ｎチャンネル多重された光ＦＤＭ信号をすべて受信する方式に関する。そのため、搬送光とともに、短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれるすべての信号成分を残していた。ＦＢＧ１１を用いる構成例では、透過ポート（図９）または反射ポート（図１０）において、搬送光とともに、短波長側波帯または長波長側波帯の何れか一方に含まれるすべての信号成分を抽出していた。

しかし、抽出すべき特定のチャンネルがあらかじめ決まっている場合は、必ずしもすべての信号成分を受信する必要はない。

そこで、展開例では、光スペクトル整形の段階で、搬送光と必要な変調成分のみを残すように、光スペクトルの整形を行なう。

図１１は、展開例１を示す図である。キャリア周波数ｆ₁、ｆ₂、…ｆ_nで位相変調されて搬送光に多重された入力光の光スペクトルＡは、搬送光（λc）と、その両側に広がる波長成分λ_-n、…λ_-2、λ_-1、およびλ₁、λ₂、…λ_nを含む。この入力光は、光アイソレータ１２と光サーキュレータ１３を介して、ＦＢＧ１１に導かれる。ここで、ＦＢＧ１１は、抽出したい特定のチャンネル成分に対応する変調成分１７を反射（遮断）するように設計されている。

たとえば、λ_-1、λ_-2，λ_-3の変調成分を搬送光とともに抽出する場合、ＦＢＧ１１の反射帯域をλ₁〜λ₃近傍に設定する。すると、ＦＢＧ１１で反射され光サーキュレータ１３で反射ポートＲに送られるλ₁〜λ₃の変調成分１７のみが除去される。他方、透過ポートＢには、搬送光と、すべの短波長側波帯信号成分λ_-1、λ_-2、…λ_-nと、l₄からl_nまでの長波長側波帯信号成分とが出力される。このうち、所望の光スペクトル成分Ｂは、搬送光とλ_-1、λ_-2，λ_-3だけである。透過ポートＢで抽出されるこの信号が光電変換器２１で受信される、l₄からl_nの成分は、短波長側波帯、長波長側波帯の双方の信号成分（図１１の透過ポートＢでの光スペクトルのうち、黒色で示す成分）を含むため、消滅する。その結果、光電変換後のＲＦスペクトル成分Ｃとして、ｆ₁からｆ₃までのみが出現する。その後、電気フィルタ３１（図７Ａ〜図７Ｃ参照）で所望の周波数成分の信号を抽出すればよい。

なお、抽出すべき特定の成分がｆ₁〜ｆ₃に対応する光変調成分である場合、ＦＢＧ１１の反射帯域をλ_-1〜λ_-3に設定し、透過ポートＢにて搬送光とλ₁、λ₂、λ₃を含む光スペクトル成分を取り出し、光電変換器２１でλ₄〜λ_nとλ_-4〜λ_-nの変調成分を消滅させる構成としても、光電変換器２１の出力として所望の周波数成分ｆ₁〜ｆ₃を含む電気信号を得ることができる。

この構成によって、不要な成分をＲＦ信号に変換する必要がなくなるため、たとえば光電変換器２１後にＲＦアンプを使用する場合（図７Ｂ、図７Ｃ参照）、特定の帯域成分のみを増幅すればよい。すなわち増幅効率を向上することができる。

さらに、図１１の構成は、セキュリティの観点からも有利である。光ＦＤＭ信号には様々なデータが多重され得る。たとえば、映像・ビデオ信号であったり、監視情報であったり、インターネットの情報であったりする。さらに、各チャンネルでこれらの情報が混在する可能性もある。光受信器としても、必ずしも１ヶ所での受信とは限らず、光信号パワーを分岐し、各所で信号を復調する可能性がある。このときに、光受信機ですべての信号を電気信号に変換した場合、本来は受信してはいけない信号を電気フィルタ（ＲＦフィルタ）で容易に抽出できることになる。

これに対して、図１１のように光スペクトル整形器１１で、一部の特定チャネルに対応する波長成分またはその近傍の成分を短波長側波帯と長波長側波帯のいずれか一方においてのみ除去するように光スペクトルを整形した場合、光電変換出力として、一部のチャンネルのみを受信する構成を実現することができる。すなわち、ハードウェアの構成で傍受・盗聴等の可能性を低減することができる。このように、図１１の構成は特定のチャネルのみを受信する点で、セキュリティ面で優れている。

なお、上述した光スペクトル整形器１１は、１段の光フィルタやＦＢＧで所望の整形ができない場合は、２段以上に重ねて使用することも可能であり、使用する段数を限定するものではない。

図１２は、展開例２の概略構成図である。図１２の構成では、光スペクトル整形器１１をアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Wave Guide）で構成して、図１１の構成と同様の効果を得る。

ＡＷＧは、一度に多数の波長の信号を「まとめる／分ける」ことが可能なＮ：１、もしくは１：Ｎのポートを有するデバイスであり、周期的な櫛型の光フィルタ形状を有している。光スペクトル整形器１１として機能させるためには、２台のＡＷＧを使用する。

Ｎチャンネル（ｆ₁〜ｆ_ｎ）多重された光ＦＤＭ信号は、搬送光（λc）の両側にλ₁〜λ_nとλ_-1〜λ-nの光変調成分を有する入力光スペクトルＡを有する。この光ＦＤＭ信号は、第１のＡＷＧ（ＡＷＧ１）に入力される。ＡＷＧ１によって各信号成分が分光され、Ｎ個のポートへ出力される。ＡＷＧ１の透過帯域は、光ＦＤＭ信号の多重帯域に合わせて設計されている、たとえば、搬送光の中心波長（λc）は、＃０ポートの中心波長に一致するように設定されている。

次に、第２のＡＷＧ（ＡＷＧ２）を用いて、分光した信号を再度合波する。このとき、搬送光を含む＃０のポートと、復調したい所望のチャンネルを含むポートのみを抽出して合波する。たとえば、所望のチャンネルがｆ₁、ｆ₂である場合、＃０のポートと＃１のポート（λ₁〜λ₂の波長に対応）とを合波して出力する。これにより、光電変換器２１には搬送光と、λ₁、λ₂を含む変調成分とが入射する。光電変換器２１で光電変換された出力Ｃは、ベースバンドとｆ₁、ｆ₂の周波数成分を含む電気信号である。この電気信号を電気フィルタ（ＲＦフィルタ）３１に通すことによって、所望のチャンネルを抽出することができる。

この構成によっても、図１１の構成と同様に、すべてのチャンネルを電気信号として受信するのではなく、特定のチャンネルだけを選択して受信することができるので、セキュリティの観点から有利である。

なお、図１２では、λ₁とλ₂がＡＷＧの透過帯域に含まれる構成としたが、この例に限定されるわけではなく、３波以上の波長群ごとに出力ポートに振り分ける構成としてもよい。

以上述べたように、実施形態の光受信機構成によると、位相変調された光ＦＤＭ信号から所望のチャンネルを取り出し、安定した光ＦＤＭ信号の受信を実現することができる。特に、あらかじめ特定のチャネルが含まれる光変調成分だけを搬送光とともに抽出するように光スペクトルを整形する場合は、セキュリティ面で優れた光通信を実現することができる。

以上の説明に対して、以下の付記を提示する。
（付記１）
位相変調により多重された光周波数多重信号を受信する受信機において、
受信した前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出する光スペクトル整形器と、
前記光スペクトル整形された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
を有することを特徴とする受信機。
（付記２）
前記光電変換後の電気信号から所望のチャンネルを抽出する電気フィルタ、
をさらに有することを特徴とする付記１に記載の受信機。
（付記３）
前記光スペクトル整形器は、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分のうちの特定の光変調成分とを抽出することを特徴とする付記１又は２に記載の受信機。
（付記４）
前記光スペクトル整形器は、光フィルタを含むことを特徴とする付記１又は２に記載の受信機。
（付記５）
前記光スペクトル整形器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティングを含み、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティングの透過ポートにおいて前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出することを特徴とする付記１又は２に記載の受信機。
（付記６）
前記光スペクトル整形器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティングを含み、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティングの反射ポートにおいて前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出することを特徴とする付記１又は２に記載の受信機。
（付記７）
前記光スペクトル整形器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティングを含み、前記ファイバ・ブラッグ・グレーティングにおいて、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる前記特定の光変調成分に対応する特定成分のみを除去し、
前記光電変換器は、前記光スペクトル整形された信号成分のうち、前記搬送光と前記上側は体または長波長側波帯の前記一方に含まれる前記特定の光変調成分以外の光信号成分を消滅させることを特徴とする付記３に記載の受信機。
（付記８）
前記ファイバ・ブラッグ・グレーティングの前段に配置される光アイソレータと、
前記光アイソレータと前記ファイバ・ブラッグ・グレーティングの間に配置される光サーキュレータと、
をさらに含むことを特徴とする付記５〜７のいずれかに記載の受信機。
（付記９）
前記光スペクトル整形器は、第１のアレイ導波路回路回折格子と第２のアレイ導波路回折格子を含み、前記第１のアレイ導波路回折格子は、前記受信した前記光周波数多重信号を複数の光変調成分に分光し、前記第２のアレイ導波路回折格子は、前記分光された光変調成分から前記搬送光と前記特定の光変調成分とを合波して出力することを特徴とする付記３に記載の受信機。
（付記１０）
前記光電変換器は、前記搬送光と、前記短波長側波帯又は長波長側波帯のいずれか一方に含まれる各光成分との間の離長に基づいて周波数成分に変換することを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の受信機。
（付記１１）
位相変調により多重された光周波数多重信号を入力光として受け取り、
前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分とを抽出する
ことを特徴とする光スペクトル整形方法。
（付記１２）
前記抽出は、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる光成分を遮断し、
前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれる光成分を透過させて抽出することを特徴とする付記１１に記載の光スペクトル整形方法。
（付記１３）
前記抽出において、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる光成分を透過させ、
前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれる光成分とを反射させて抽出することを特徴とする付記１１に記載の光スペクトル整形方法。
（付記１４）
前記抽出において、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる前記特定の光変調成分に対応する特定成分のみを除去し、
前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれる前記特定の光変調成分を、その他の成分とともに抽出することを特徴とする付記１１に記載のスペクトル整形方法。
（付記１５）
前記抽出は、前記光周波数多重信号を複数の光変調成分に分光し、前記分光された光変調成分から、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる特定の光変調成分とを合波して取り出すことを特徴とする付記１１に記載のスペクトル整形方法。
（付記１６）
位相変調により多重された光周波数多重信号を伝播させる光学媒体と、
前記光学媒体を伝播する前記光周波数多重信号を受信する受信機と
を含み、
前記受信機は、前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出して光電変換する、
ことを特徴とする光通信システム。
（付記１７）
前記受信機は、前記光電変換後の電気信号から所望のチャネルを抽出する電気フィルタを含むことを特徴とする付記１６に記載の光通信システム。
（付記１８）
前記受信機は、
前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分とを抽出する光スペクトル整形器を有し、
前記光電変換により、前記スペクトル整形された光信号全体を電気信号に変換することを特徴とする付記１６に記載の光通信システム。
（付記１９）
前記受信機は、
前記光周波数多重信号から、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる特定の光変調成分のみを除去する光スペクトル整形器を有し、
前記光電変換により、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれ前記除去された特定の光変調成分に対応する特定成分とを電気信号に変換し、それ以外の成分を消滅させることを特徴とする付記１６に記載の光通信システム。
（付記２０）
前記受信機は、
前記光周波数多重信号から、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分の中の特定の光成分のみを抽出する光スペクトル整形器を有し、
前記光電変換により、前記スペクトル整形された光信号を電気信号に変換することを特徴とする付記１６に記載の光通信システム。

光通信の分野、特に位相変調された光ＦＤＭを送受信する光通信システムに適用することができる。受信機は、光通信システムで用いられる任意の電子機器や、電子機器と電子機器を中継する中継機器に適用可能である。たとえば、光コネクタとサーバブレード上に配置されたＬＳＩとを中継する送受信機等に適用可能である。

１０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 受信機
１１ 光スペクトル整形器
１２ 光アイソレータ
１３ 光サーキュレータ
２１ 光電変換器
３１ 電気フィルタ
ＦＢＧ ファイバ・ブラッグ・グレーティング（光スペクトル整形器）
ＡＷＧ１、ＡＷＧ２ アレイ導波路回折格子

Claims (8)

1. 位相変調により多重された光周波数多重信号を受信する受信機において、
   受信した前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出する光スペクトル整形器と、
   前記光スペクトル整形された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
   を有し、
   前記光スペクトル整形器は、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分のうちの特定の光変調成分とを抽出し、
   前記光スペクトル整形器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティングで前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる前記特定の光変調成分に対応する特定成分のみを除去し、
   前記光電変換器は、前記光スペクトル整形された信号成分のうち、前記搬送光と前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれる前記特定の光変調成分以外の光信号成分を消滅させる
   ことを特徴とする受信機。
2. 位相変調により多重された光周波数多重信号を受信する受信機において、
   受信した前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出する光スペクトル整形器と、
   前記光スペクトル整形された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
   を有し、
   前記光スペクトル整形器は、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分のうちの特定の光変調成分とを抽出し、
   前記光スペクトル整形器は、第１のアレイ導波路回折格子と第２のアレイ導波路回折格子を含み、前記第１のアレイ導波路回折格子は、前記受信した前記光周波数多重信号を複数の光変調成分に分光し、前記第２のアレイ導波路回折格子は、前記分光された光変調成分から前記搬送光と前記特定の光変調成分とを合波して出力する
   ことを特徴とする受信機。
3. 前記光電変換後の電気信号から所望のチャンネルを抽出する電気フィルタ、
   をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の受信機。
4. 前記光電変換器は、前記搬送光と、前記短波長側波帯又は長波長側波帯のいずれか一方に含まれる各光成分との間の離長に基づいて周波数成分に変換することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の受信機。
5. 位相変調により多重された光周波数多重信号を入力光として受け取り、
   光スペクトル整形により、前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分のうちの特定の光変調成分とを抽出し、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる成分から前記特定の光変調成分に対応する特定成分のみを除去し、
   光電変換により、前記光スペクトル整形された信号成分のうち、前記搬送光と前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれる前記特定の光変調成分以外の光信号成分を消滅させる
   ことを特徴とする光スペクトル整形方法。
6. 位相変調により多重された光周波数多重信号を入力光として受け取り、
   前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる成分とを抽出し、
   前記抽出は、前記光周波数多重信号を複数の光変調成分に分光し、前記分光された光変調成分から、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる特定の光変調成分とを合波して取り出す
   ことを特徴とする光スペクトル整形方法。
7. 位相変調により多重された光周波数多重信号を伝播させる光学媒体と、
   前記光学媒体を伝播する前記光周波数多重信号を受信する受信機と
   を含み、
   前記受信機は、光スペクトル整形により、前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分のうちの特定の光変調成分ととを抽出し、前記短波長側波帯または長波長側波帯の他方に含まれる成分から前記特定の光変調成分に対応する特定成分のみを除去し、
   光電変換により、前記光スペクトル整形された信号成分のうち、前記搬送光と前記短波長側波帯または長波長側波帯の前記一方に含まれる前記特定の光変調成分以外の光信号成分を消滅させることを特徴とする光通信システム。
8. 位相変調により多重された光周波数多重信号を伝播させる光学媒体と、
   前記光学媒体を伝播する前記光周波数多重信号を受信する受信機と
   を含み、
   前記受信機は、前記光周波数多重信号から、搬送光と、前記搬送光の短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる光成分とを抽出し、
   前記光周波数多重信号を複数の光変調成分に分光し、前記分光された光変調成分から、前記搬送光と、前記短波長側波帯または長波長側波帯のいずれか一方に含まれる特定の光変調成分とを合波して取り出すことを特徴とする光通信システム。

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