JP5645374B2

JP5645374B2 - 干渉計、復調器及び光通信モジュール

Info

Publication number: JP5645374B2
Application number: JP2009154543A
Authority: JP
Inventors: 秀治三上
Original assignee: 日本オクラロ株式会社
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2011013246A; US20100329667A1; US8699122B2

Description

本発明は、光学干渉計、光通信システムにおける差動位相偏移変調信号を復調する復調器、及びそれを用いた光通信装置（モジュール）に関する。

光通信の分野では、信号変調として強度変調を行い、復調として光検出器を用いて光強度を直接電気信号に変換する、という最も単純な方式が長らく用いられてきた。しかし近年、４０Ｇｂ／ｓを上回る高ビットレートに対応するために、信号変調として位相変調を行う方式が注目されている。位相変調信号の復調方法には、信号変調されて送信された光を受信器側に備えた局部発振光からの光と干渉させて復調させる方法（コヒーレント方式）、信号変調された光を2分岐して信号変調1ビット分だけタイミングをずらして合波して干渉させ、位相の偏移を光強度信号に変換して復調する方法（差動位相偏移変調方式）の2通りがある。このうち差動位相偏移変調方式は、コヒーレント方式とは異なり信号光と局部発信光の周波数を同期させる必要がないなど、比較的実装が容易なことから、実用化に近い方式として注目されている。本方式は、変調される位相の数によって差動2値位相偏移変調（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ、ＤＢＰＳＫもしくはＤＰＳＫ）、差動４値位相偏移変調（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ、ＤＱＰＳＫ）などと呼ばれる。

DPSKにおける復調方法を、図１を用いて説明する。差動位相偏移変調された被変調光１０１は遅延干渉計１０２に入射し、まずハーフビームスプリッタ１０３のような分岐素子で2分割される。2分割された一方の分岐光はミラーで構成される遅延部１０４によって他方の分岐光に対して1ビット分（例えば信号変調周波数が40GHzの場合、約７．５ｍｍ）の光路長が加えられ、かつ分岐光の光路長差が光の波長の整数倍（すなわち位相差が０）となるように設定される。その後、2つの分岐光はハーフビームスプリッタ１０５で再び合波され、2つの干渉光１０６，１０７が生成される。このとき、干渉光１０６に注目すると、隣接ビット間の位相偏移量が0の時は建設的干渉、πの時は破壊的干渉となっているため、結果として隣接ビット間の位相偏移量に対応して干渉光の強度に変換される。干渉光１０７は干渉光１０６と位相がπ異なる状態での干渉光となっているため、干渉光１０６が建設的干渉のときは破壊的干渉、干渉光１０７が破壊的干渉のときは建設的干渉となり、光強度の強弱が反転したものが出力される。これらの干渉光の強度差を、平衡型光検出器１０８とトランスインピーダンスアンプ１０９からなる差動検出器１１０によって検出することによって復調された信号を得る。

DQPSKにおける復調方法は、図２のように、DPSKの復調に用いるものと同様の遅延干渉計を2つ用いることによって行う。より正確には、差動位相偏移変調された被変調光２００をハーフビームスプリッタ２０１で2分岐し、それぞれの分岐光を別々の遅延干渉計２０２、２０３に導き、それぞれの遅延干渉計で発生した干渉光を差動検出器２０４、２０５で検出する。但し、遅延干渉計２０２は、2つの分岐光の光路長差が波長の整数倍になるように遅延部２０６を設定するのに対し、遅延干渉計２０３は、2つの分岐光の光路長差が（n＋1／４）λ（nは整数、λは光の波長）だけ異なるように遅延部２０７を設定する。このとき、隣接ビット間の位相偏移量が0,πのときは遅延干渉計２０２で建設的干渉または破壊的干渉が生じ、π／２、３π／２のときは遅延干渉計２０３で建設的干渉または破壊的干渉が生じる。従って差動検出器２０４、２０５の出力から4値の差動位相偏移変調信号を復調することが可能になる。更に、同じ構成で任意のM値の差動位相偏移変調信号を復調することが可能である。

上に述べた遅延干渉計の実装形態として、主に光導波路を用いる形態と、バルク光学素子を用いた空間光学系を用いる形態が考えられる。前者は大量生産が容易である反面、温度制御が必要で消費電力が高いこと、サイズが大型になることなどのデメリットを有する。これに対し後者は低消費電力化が可能で、比較的小型に構成できることから、有力な実装形態として注目されている。

ところで、光通信における被変調光は一般に、復調器に到達した時点において、通過した光ファイバの材料の非等方性により偏光が乱され、ランダムな偏光状態となっている。このため復調器の特性は被変調光の偏光に依存しないことが求められる。ＰＤＦＳ(Polarization Dependent Frequency Shift)は被変調光が偏光状態によって異なった周波数（波長）であるかのように復調されてしまう現象であり、信号品質の劣化を招く。従って復調器の実装においてはこのＰＤＦＳの低減が課題となっている。

ＰＤＦＳは、復調器内の遅延干渉計における、2つの分岐光の光路長差（もしくは位相差）が偏光依存性を持つことによって生じる。とりわけ空間光学系においては、分岐や合波に用いるハーフビームスプリッタの不完全性が上記偏光依存性の主たる要因である。より正確には、ハーフビームスプリッタの光分離面に対するp偏光とs偏光の光が、それぞれ透過、反射時に異なる位相変化を受けることが本質的な要因である。

これに対し特許文献１では、上記位相シフトを相殺するための位相補償素子を分岐光の光路中に挿入することでＰＤＦＳの解消を図っている。この場合、p偏光とs偏光は上記位相補償素子によって相対的位相が変化し、これがハーフビームスプリッタで発生する相対的位相差を打ち消すことで、偏光依存性を解消している。

また、特許文献２では、同一のハーフビームスプリッタで分岐、合波し、二つのハーフビームスプリッタ面の位置関係が分岐光に対して逆転するように配置することでＰＤＦＳの解消を図っている。この場合、分岐時と合波時とで逆向きの相対的位相を発生させ、両者を打ち消すことで偏光依存性を解消している。

特開２００８−２２４３１３（対応US2008/0218836号公報）特開２００８−２４１９５０（対応US2009/0027683号公報）

上記特許文献１の方法において、位相補償素子で発生すべきp偏光、ｓ偏光の間の相対的位相差は、基本的にハーフビームスプリッタで発生する相対的位相差の大きさによって決まる。従って、正確にＰＤＦＳを抑圧するためには、遅延干渉計の組立時に干渉光をモニタしながら位相補償素子での相対的位相差を調整するか、あるいはハーフビームスプリッタで発生する相対的位相差を既知として、相対的位相差がある一定量となるように位相補償素子を作製する必要がある。しかし、前者の方法では、遅延干渉計の組立調整が複雑化してしまう。また後者の方法はハーフビームスプリッタで発生する相対的位相差を元に位相補償素子を設計する必要があり、設計が複雑化する。更にハーフビームスプリッタの特性のばらつきなどにより相対的位相差が異なる場合に対応できないという欠点がある。また、上記特許文献２の方法では、分岐と合波に対してビームスプリッタを別々に準備するか、あるいは特殊な構造のビームスプリッタを準備することが必要になるため、光学系が複雑化する。

上記問題に鑑み、本発明の目的は、偏光依存性が無く、構成が簡素で、調整が容易な干渉計、また、当該遅延干渉計を備えた、差動位相偏移変調信号の復調器、更には、それを用いた光通信モジュールを提供することにある。

本発明の目的を達成するために以下の手段を用いた。

被測定光をハーフビームスプリッタなどの分割手段によって第一の分岐光と第二の分岐光とに分岐し、第一の分岐光と第二の分岐光のそれぞれに対しミラーなどの反射手段で反射させ、λ／４板などの偏光回転手段によってp偏光成分とｓ偏光成分を逆転させ、前記ハーフビームスプリッタなどの分割手段に再び入射して合波し、第1の干渉光と第2の干渉光を生成させる構成とした。

このような構成とすることで、ハーフビームスプリッタにおいて発生するＰＤＦＳを、第一の分岐光と第二の分岐光それぞれに対して光路中に挿入されたλ／４板によってｐ偏光とｓ偏光を逆転させることで解消することができる。本構成はハーフビームスプリッタで発生するp偏光、ｓ偏光の間の相対的位相差によらずにＰＤＦＳを解消することができるため、光学系の設計や組立調整が容易である。また、使用するハーフビームスプリッタの特性のばらつきによることなく、安定してＰＤＦＳを解消することができる。

上記のλ／４板としては、ゼロオーダλ／４板を用いた。これにより、広帯域な波長に対して同様の効果を得ることができ、波長多重（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）方式に対応することができる。

前記第一の干渉光と第二の干渉光に作用するλ／４板は、それぞれ実質的に等しい厚さのものを用いた。差動位相変移変調の復調に本構成を適用する場合、第一の分岐光と第二の分岐光の光路長差を変調周波数に対応した一定値に固定する必要があるが、本構成により、上記光路長差を変化させることなくこれらのλ／４板を使用することができ、光学系の設計や組立調整が簡易になる。なお、実質的に厚さが等しいとは、λ／４板の製造誤差等、多少の誤差を含むことを意味する。

別の構成として、前記第一の分岐光と前記第二の分岐光のそれぞれについて、前記光分割手段において分岐される時点と合波される時点における光軸方向が実質的に反平行となるようにした。これにより、被測定光を分岐する時と合波する時に同一の入射角で光を入射することができ、ハーフビームスプリッタで発生する位相変化が入射角依存性を持つ場合にも安定してＰＤＦＳを解消することができる。なお、実質的に反平行とは、反平行にさせるための素子（例えばミラー）の製造誤差等に基づき、完全に反平行にはならない場合を含むものとする。

別の構成として、λ／４板を用いずに、前記反射手段として3枚のミラーからなるミラー群を用いた。これにより、分岐光の反射時に同時にｓ偏光とｐ偏光を逆転することができるため、光学系の構成を簡素にすることができる。また、波長依存性が極めて低いため、広帯域な波長に対して同様の効果を得ることができ、ＷＤＭ方式に対応することができる。

また、復調器に関しては、差動位相偏移変調された被変調光をハーフビームスプリッタなどの分割手段によって１つまたは複数の光束に分岐し、それぞれの光束をハーフビームスプリッタなどの分岐手段によって第一の分岐光と第二の分岐光とに分岐し、第一の分岐光と第二の分岐光のそれぞれに対しミラーなどの反射手段で反射させ、λ／４板などの偏光回転手段によってp偏光成分とｓ偏光成分を逆転させ、信号変調１ビット分の遅延を伴って前記ハーフビームスプリッタなどの分割手段に再び入射して合波し、第1の干渉光と第2の干渉光を生成させ、これらを差動検出器で受光し、第1の干渉光と第2の干渉光の強度差に相当する電気信号を出力する構成とした。

このような構成とすることで、効果的にＰＤＦＳを解消することができ、被測定光の偏光状態によらずに安定した復調信号を得ることができる。本構成はハーフビームスプリッタで発生するp偏光、ｓ偏光の間の相対的位相差によらずにＰＤＦＳを解消することができるため、復調器内の光学系の組立調整が容易である。また、使用するハーフビームスプリッタの特性のばらつきによることなく、安定してＰＤＦＳを解消することができる。

本発明によれば、従来に比べて設計や調整が容易で、構成が簡素であり、偏光依存性の個体間ばらつきが低減された、差動位相偏移変調信号の復調器や光通信モジュールを提供することができる。

DPSKの復調器の概略図。 DQPSKの復調器の概略図。本発明の干渉計を実現する光学系の例を示す図。 λ／２板によってp偏光とｓ偏光を逆転する場合の干渉計の概略図。分岐光の光軸方向が分岐時と合波時とで反平行となる場合の干渉計の概略図。ミラー群によって分岐光を反射する場合の干渉計の概略図。ミラー群の詳細を説明する図。本発明の差動位相偏移変調信号の復調器の例を示す図。本発明のDQPSKの復調器の例を示す図。本発明の差動位相偏移変調信号の送受信器の構成を示す図。

以下、図３を用いて本発明の実施形態を説明する。

図３は本発明の基本的な実施形態である。差動位相偏移変調された被変調光３０１はハーフビームスプリッタ３０２に入射し、第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４に強度比1対１で分離される。第一の分岐光３０３はミラー３０５に９０度に近い角度で入射し、ミラー３０５からの反射光は再びビームスプリッタ３０２に入射する。ここで第一の分岐光の往復の光路中にλ／４板３０６が挿入されており、その進相軸方向はハーフビームスプリッタ３０２の分離面によって定義されるｐ偏光に対して４５度の方向を向いている。その結果第一の分岐光３０３の偏光成分のうちｐ偏光成分は再びハーフビームスプリッタ３０２に入射する時点でｓ偏光に変換され、同様にｓ偏光成分はｐ偏光成分に変換される。同様にして第二の分岐光３０４はミラー３０７に90度に近い角度で入射し、ミラー３０７からの反射光が再びビームスプリッタ３０２に入射し、往復の光路中にλ／４板３０８（進相軸方向はｐ偏光に対して45度）が挿入されているためにｐ偏光成分とｓ偏光成分が逆転する。第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４は、ハーフビームスプリッタ３０２に再び入射する際に合波され、第一の干渉光３０９と第二の干渉光３１０が生成される。ここで第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４の光路長の差が、被変調光の信号変調の1ビット分に相当するようにミラー３０５、３０７が配置される。例えば変調周波数が４０Gb／ｓの場合、光路長の差は約7.5mmとなる。このため、第一の干渉光３０９と第二の干渉光３１０は、被測定光の隣接ビット間の位相偏移量が０かπかによって、建設的干渉もしくは破壊的干渉の状態になり、結果的に差動位相偏移変調信号が光強度信号に変換される。

ここで、第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４は、ハーフビームスプリッタ３０２で分岐、合波される時点でそれぞれのｐ偏光成分とｓ偏光成分の間に相対的な位相差が生じる。これはそれぞれの分岐光が、偏光成分によって異なる光路長となることを意味する。しかし、本実施例では二つの分岐光がλ／４板を往復してｐ偏光、ｓ偏光成分を逆転させることにより、被測定光が分岐される時点で発生する相対的位相差と、分岐光が合波される時点で発生する相対的位相差とが互いに相殺し合い、結果的に偏光状態によらない干渉状態を得ることができる。

ここで、λ／４板３０６，３０８の機能について詳細に説明する。一般に、ビームスプリッタの２つの入力ポートから入射する光の電場をE１、E2とし、

のようにベクトルで表すと、ビームスプリッタ通過後に生成される2つの光電場は下記のベクトルで表される。

本式における２ｘ２の行列がビームスプリッタの作用を表し、Ｒ、Ｔはそれぞれビームスプリッタの強度反射率と強度透過率の絶対値、φは透過光と反射光の間に発生する位相差に対応する。このφがｐ偏光とｓ偏光とで異なることがＰＤＦＳの発生要因である。このためｐ偏光とｓ偏光に対するφの値をそれぞれφｐ、φｓと書く。また、被測定光がｐ偏光であると仮定する。

において、被測定光がハーフビームスプリッタ３０２で分岐される状況においては、E2＝０であり、またハーフビームスプリッタでの損失が無く１対１に分岐すると仮定するとＴ＝Ｒ＝１／２となるので、分岐後の光の電場は

のように表される。このベクトルの第一成分は反射光（すなわち実施例中の第一の分岐光３０３）を、第二成分は透過光（すなわち実施例中の第二の分岐光３０４）をそれぞれ表している。ここで反射光と透過光が再び同一のハーフビームスプリッタで合波されるまでの光路長をそれぞれｌ１、ｌ２とおくと、分岐から合波までの過程は下記の行列で表される。

また、２つの分岐光は進相軸方向がｐ偏光に対して４５度に設定されたλ／４板を往復で通過するため、ｐ偏光がｓ偏光に変換される。このため分岐光が合波される過程は

中の２ｘ２行列においてＴ＝Ｒ＝１／２、φ＝φｓとした行列で表現される。以上より、得られる干渉光の電場は

と表される。これを整理すると、第一の干渉光３０９、第二の干渉光３１０の電場はそれぞれ上記ベクトルの第一成分、第二成分となるので

と表され、それぞれの干渉光の強度はこれらの絶対値の二乗なので

となる。例えば

においてコサインの内部がゼロの場合が建設的干渉、πの場合が破壊的干渉にそれぞれ対応する。従って、二つの分岐光の光路長差l1-l2の値として、およそ変調信号の1ビット分に相当する値とした上で、上記コサインの内部がゼロとなるように設定することで、信号の復調が可能となる。

ここで、入力偏光がｓ偏光の場合を考える。この場合、ハーフビームスプリッタ３０２での発生位相φは、被測定光の分岐時にはφ＝φｓ、分岐光の合波時にはφ＝φｐとなる。ここで

においてφｓとφｐを交換しても不変であることから、被測定光がｓ偏光の場合も、干渉光強度はｐ偏光の場合と同じく

で表される。更に、一般の偏光状態はｐ偏光とｓ偏光の重ね合わせで表されることから、被測定光が任意の偏光状態の場合にも、干渉光の強度は

で表される。すなわち、干渉状態が偏光依存性を持たないために、ＰＤＦＳが発生しない。

ここで比較のためにλ／４板が挿入されない場合を考えると、入力偏光がｐ偏光の場合の干渉光強度は、

においてφｓをφｐに置き換え、

となる。同様に、被測定光がｓ偏光の場合は、

となる。従って、ハーフビームスプリッタ３０２において発生する位相φが偏光によって異なる、すなわちφｐ≠φｓのとき、偏光によって干渉光の干渉状態が異なるため、ＰＤＦＳが発生する。

差動位相偏移変調の復調に用いる遅延干渉計においては、２つの分岐光の遅延が信号変調の1ビット分に相当する値となるよう設定されなければいけない。このため、分岐光の光路中にλ／４板などの光学素子が挿入される場合は、光学素子の通過によって余分な光路長が発生することを考慮し、光学系を設計もしくは調整しなければならない。しかし本実施例では、λ／４板３０６、３０８は同じ厚さとしたため、両者を挿入する前後で分岐光の光路長差は変化しない。従って本実施例における分岐光の光路長の設定に当たっては、λ／４板３０６、３０８の厚さを考慮する必要がなく、光学系の組立調整を簡易に行うことができる。

本実施例におけるλ／４板３０６、３０８として、ゼロオーダλ／４板を用いた。一般に、ゼロオーダ波長板とは、所望の発生位相差ｘ（λ／４板ならｘ＝π／２）に対し、進相軸と遅相軸との間に実際に発生する位相差が、２πｎ＋ｘ（但しｎは０でない整数）ではなく、厳密にｘとなっている波長板のことを指す。（逆に、ゼロオーダでない波長板はマルチオーダ波長板と呼ばれる。）ゼロオーダλ／４板は、マルチオーダλ／４に比べて、使用波長が変化した場合の発生位相差の変化が小さいという性質がある。多くの場合、DPSKやDQPSKなどの方式は、波長多重（Wavelength Division Multiplexing、WDM）と組み合わせて使用される。このため復調器やこれに含まれる遅延干渉計は、広帯域な波長（例えばC帯とL帯；１５３０nm−１６２５nｍ）で動作することが望ましい。ゼロオーダλ／４板を用いることで、このような広帯域な波長で効果的にｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させることができる。

本実施例ではλ／４板３０６，３０７を往復で通過させることによって分岐光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させたが、偏光回転の形態はこれに限らない。例えば図４のように光軸方向がｐ偏光に対して４５度に設定されたλ／２板４０１、４０２を1回だけ通過させることでも同様の効果を得ることができる。図４ではそれぞれの分岐光の往路にλ／２板４０１，４０２が挿入されているが、いずれの分岐光に対しても代わりに復路にλ／２板を挿入しても構わない。また、ゼロオーダλ／２板を適用することで、上記のゼロオーダλ／４板を適用した場合とまったく同様の効果を得ることができる。また、フレネルロムなど、波長板以外の光学素子を用いても構わない。このような場合でも、2つの分岐光路中に同一サイズの素子を挿入することで、分岐光の光路長差を変化させずに用いることができる。

図５は別の実施形態として、分岐光の光軸方向が分岐時と合波時とで反平行となる場合である。この場合、実施例１のミラー３０５、３０７の代わりにそれぞれミラー対５０１、５０２を仕様し、分岐光の位置をずらして正確に反対方向に出射させる。すなわち、ミラー対への入射光と戻り光の光軸方向が反平行になるようにする。ミラー対５０１，５０２からの戻り光の光軸方向が入射光の光軸方向と正確に反平行になるよう、これらのミラー対を構成する２つのミラー面は互いに90度の関係になっている。ハーフビームスプリッタ３０２で発生する位相φが入射角依存性を持つ場合は、このような構成とすることで、分岐時と合波時に同じ角度でハーフビームスプリッタ３０２に光が入射されるようにできるため、適切に偏光依存性を解消することができる。

図６は別の実施形態として、ミラー群６０１，６０２によって分岐光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させる場合である。このミラー群６０１，６０２は図７のように3枚のミラー７０１，７０２，７０３より構成されており、これらによって、入射光７０４は先ず垂直方向に反射し、次に水平方向（但し入射光と直交する方向）に反射し、最後に入射光方向と反対方向に反射されて戻り光７０５として出射される。ここで入射光がｐ偏光（水平偏光）の場合、図７の偏光方向７０６，７０７，７０８，７０９に示されるようにミラー群の内部の反射の過程において幾何学的に偏光が回転し、戻り光として出射される時点でｓ偏光（垂直偏光）に変換される。まったく同様にして、入射光がｐ偏光の場合は、出射光はｓ偏光になる。従ってミラー群６０１，６０２によって、分岐光の反射とp偏光成分、ｓ偏光成分の逆転を同時に行うことができ、光学系を小型に構成することが可能になる。また、このような幾何学な偏光回転は、原理的に使用する光の波長に依存しないため、広帯域な波長で効果的にｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させることができ、WDM方式に適合させることができる。なお、図６では示されていないが、図７からわかるように、ミラー群からの戻り光は水平方向だけでなく、垂直方向にも位置ずれを生じている。しかし、ハーフビームスプリッタ３０２の高さを位置ずれより大きくすることで、上記実施例と同様に分岐光３０３，３０４をハーフビームスプリッタ３０２で合波することが可能である。また、本実施例におけるミラー群における反射の順序として、垂直方向、水平方向、入射光と反対方向、の順に反射したが、このうち垂直方向と水平方向の反射の順序を入れ替えても同様の効果が得られる。また、水平方向の反射が左右どちらの方向であるか、垂直方向の反射が上下どちらの方向であるか、については任意に選択することができる。

図８は、本発明の差動位相偏移変調信号の復調器の構成を示すものである。光ファイバ８０１から送られてきた差動位相偏移変調された被変調光はコリメータ８０２によって平行光となり、ハーフビームスプリッタ３０２に入射し、第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４に強度比1対１で分離される。第一の分岐光３０３はミラー３０５に90度に近い角度で入射し、ミラー３０５からの反射光は再びビームスプリッタ３０２に入射する。ここで第一の分岐光３０３の往復の光路中にλ／４板３０６が挿入されており、その進相軸方向はハーフビームスプリッタ３０２の分離面によって定義されるｐ偏光に対して45度の方向を向いている。その結果、第一の分岐光３０３の偏光成分のうちｐ偏光成分は再びハーフビームスプリッタ３０２に入射する時点でｓ偏光に変換され、同様にp偏光成分はｓ偏光成分に変換される。同様にして第二の分岐光３０４はミラー３０７に90度に近い角度で入射し、ミラー３０７からの反射光が再びビームスプリッタ３０２に入射し、往復の光路中にλ／４板３０８（進相軸方向はｐ偏光に対して45度）が挿入されているためにｐ偏光成分とｓ偏光成分が逆転する。第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４は、ハーフビームスプリッタ３０２に再び入射する際に合波され、第一の干渉光３０９と第二の干渉光３１０が生成される。ここで第一の分岐光３０３と第二の分岐光３０４の光路長の差が、被変調光の1ビット分に相当するようにミラー３０５，３０７が配置される。例えば変調周波数が４０Gb／ｓの場合、光路長の差は約7.5mmとなる。このため、第一の干渉光３０９と第二の干渉光３１０は、被測定光の隣接ビット間の位相偏移量が０かπかによって、建設的干渉もしくは破壊的干渉の状態になり、結果的に位相変調信号が光強度信号に変換される。これらの干渉光は集光レンズ８０３，８０４によって平衡型光検出器８０５の二つの受光部にそれぞれ集光される。並行型光検出器８０５はこれらの干渉光の強度差に相当する電流信号を出力し、この出力はトランスインピーダンス８０５によって電圧信号に変換され。最終的な出力８０７を得る。

本実施例はDPSK信号の復調器であるが、DQPSKもしくは一般のDMPSKの復調器に容易に拡張することができる。本復調器の構成を図９に示す。本構成では光ファイバ８０１から送られてきた位相変調された被測定光はコリメータ８０２によって平行光となった後、ハーフビームスプリッタ９０１によって2分岐され、それぞれの分岐光がDPSKの復調器と同様に処理され、2つの出力信号８０７，９１５を出力する。但し、2つの遅延干渉計の位相差は90度に設定されている。

図１０は、本発明の差動位相偏移変調信号の送受信器（光通信モジュール）の構成を示すものである。本時実施例はDQPSKの場合である。図１０に示すように、本送受信器1001は送信部1002と受信部1003からなる。送信部1002は複数のデータ信号1004とクロック信号1005とマルチプレクサ1006より第一のデータ変調信号1007と第二のデータ変調信号1008と、クロック信号1009を生成する。第一のデータ変調信号1007と第二のデータ変調信号1008は、それぞれ第一のドライバ1010と第二のドライバ1011によって第一の位相変調器1012と第二の位相変調器1013を変調し、レーザ光源1014から出射された光に対して差動位相偏移変調を行う。クロック信号1009は第三のドライバ1015に送られ、差動位相偏移変調された光に対してパルス状の変調が加えられる。このようにして変調された光1016が送信される。

受信部は差動位相偏移変調された光1017が入力され、実施例４に示したものと同様の復調器1018によって同相成分と直行成分に相当する２つの出力信号1019,1020が生成され、これらはデマルチプレクサ1021（信号処理部）において複数のデータ信号1022とクロック信号1023に分離される。

なお、本実施例はＲＺ（ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）光信号を扱っているために第三のドライバ１０１５によってパルス状の変調が加えられたが、本発明はこの変調を行わないＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）光信号にも適用することができる。

本発明により、大容量光通信システムの受信機を簡易で小型に構成することができ、通信容量の大容量化に貢献することができる。

１０１：被変調光、１０２：遅延干渉計、１０３：ハーフビームスプリッタ、１０４：遅延部、１０５：ハーフビームスプリッタ、１０６，１０７：干渉光、１０８：平衡型光検出器、１０９：トランスインピーダンスアンプ、１１０：差動検出器、２００：被変調光、２０１：ハーフビームスプリッタ、２０２，２０３：遅延干渉計、２０４，２０５：差動検出器、２０６，２０７：遅延部、３０１：被変調光、３０２：ハーフビームスプリッタ、３０３：第一の分岐光、３０４：第二の分岐光、３０５、３０７：ミラー、３０６，３０８：λ／４板、３０９第一の干渉光、３１０：第二の干渉光、４０１，４０２：λ／２板、５０１，５０２：ミラー対、６０１，６０２：ミラー群、７０１，７０２，７０３：ミラー、７０４：入射光、７０５：反射光、７０６，７０７，７０８，７０９：偏光方向、８０１：光ファイバ、８０２：コリメータ、８０３，８０４：レンズ、８０５：平衡型光検出器、806:トランスインピーダンスアンプ、８０７：出力信号、９０１，９０２：ハーフビームスプリッタ、９０３，９０４：分岐光、９０５，９０７：ミラー、９０６，９０８：λ／４板、９０９，９１０：干渉光、９１１，９１２：レンズ、９１３：平衡型光検出器、９１４：トランスインピーダンスアンプ、９１５：出力信号、１００１：送受信機、１００２：送信部、１００３：受信部、１００４：データ信号、１００５：クロック信号、１００６：マルチプレクサ、１００７，１００８：データ変調信号、１００９：クロック信号、１０１０，１０１１、１０１５：ドライバ、１０１２，１０１３：位相変調器、１０１４：レーザ光源、１０１６：送信光、１０１７：受信光、１０１８：復調器、１０１９，１０２０：出力信号、１０２１：デマルチプレクサ、１０２２：データ信号、１０２３：クロック信号

Claims

被測定光を第一の分岐光と第二の分岐光とに分岐する光分割手段と、前記第一の分岐光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させる第一の偏光回転手段と、前記第一の分岐光を再び前記光分割手段に導く第一の反射手段と、前記第二の分岐光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させる第二の偏光回転手段と、前記第二の分岐光を再び前記光分割手段に導く第二の反射手段とを有し、前記第一の反射手段によって反射された前記第１の分岐光と、前記第二の反射手段によって反射された前記第二の分岐光とを合波し、第一の干渉光と第二の干渉光を生成し、前記第一の反射手段と前記第一の偏光回転手段が、第一の個別の複数のミラーで形成されるミラー群であって、前記第二の反射手段と前記第二の偏光回転手段が、第二の個別の複数のミラーで形成されるミラー群であることを特徴とする干渉計と、
前記第一の干渉光と前記第二の干渉光をそれぞれ検出し、前記第一の干渉光と前記第二の干渉光の強度差に相当する電気信号を出力する検出器とを有することを特徴とする差動位相偏移変調信号の復調器。
請求項１記載の復調器において、前記光分割手段は、第一の光分割手段と第二の光分割手段を有し、前記第一の光分割手段及び前記第二の光分割手段とに分岐させる第三の光分割手段を有し、
前記干渉計は、前記第一の光分割手段を含む第一の干渉計と、前記第二の光分割手段を含む第二の干渉計を有し、
前記検出器は、第一の検出器と第二の検出器を有し、前記第一の検出器は、前記第一の干渉計によって生成された光を検出し、前記第二の検出器は、前記第二の干渉計によって生成された光を検出することを特徴とする復調器。
差動位相偏移変調された光を送信する送信部と、
差動位相偏移変調された被測定光が入力され、複数のデータ信号とクロック信号とを生成する受信部とを有し、
前記受信部は、
被測定光を第一の分岐光と第二の分岐光とに分岐する光分割手段と、前記第一の分岐光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させる第一の偏光回転手段と、前記第一の分岐光を再び前記光分割手段に導く第一の反射手段と、前記第二の分岐光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を逆転させる第二の偏光回転手段と、前記第二の分岐光を再び前記光分割手段に導く第二の反射手段とを有し、前記第一の反射手段によって反射された前記第１の分岐光と、前記第二の反射手段によって反射された前記第二の分岐光とを合波し、第一の干渉光と第二の干渉光を生成し、前記第一の反射手段と前記第一の偏光回転手段が、第一の個別の複数のミラーで形成されるミラー群であって、前記第二の反射手段と前記第二の偏光回転手段が、第二の個別の複数のミラーで形成されるミラー群であることを特徴とする干渉計と、
前記第一の干渉光と前記第二の干渉光をそれぞれ検出し、前記第一の干渉光と前記第二の干渉光の強度差に相当する電気信号を出力する検出器と、
前記検出器にて出力された電気信号から、複数のデータ信号を生成する信号処理部とを有することを特徴とする光通信モジュール。