JPH01178940A - 偏波ダイバーシチ光受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は光ヘテロダイン検波、光ホモダイン検波を用
いる光通信システムや光計測システム等に用いられる偏
波ダイバーシチ光受信装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に光へテロダイン検波方式には、従来の光直接検波
方式に比べ受信感度を１０〜１００倍以上に高めること
ができるという大きな特長があるため、長距離光通信幹
線システムや各種高感度光センサに有効な光検波方式と
なっている。

この光検波方式において高い受信感度を実現するために
は、信号光と局部発振光の効率の良い合波が必要であり
、そのために信号光と局部発振光両光の伝搬方向、偏波
状態、ビーム径等を一致させなければならない。ここで
信号光と局部発振光両光の伝搬方向、ビーム径の一致を
低損失で行なうには、光ファ、イバカツプラの利用が有
効であり、光合波器としての光フアイバカップラの利用
が一般的になっている。偏波状態に関しては、光通信の
場合には、長い距離の光ファイバを伝搬してきた信号光
の偏波状態が光ファイバに加わる様々な擾乱の影響を受
は時間的に変動するし、また光計測システムの場合も、
被測定物の状態により信号光の偏波状態が変動するので
、信号光と局部発振光の偏波状態を常に一致させるため
の装置が必要となる。

この装置としては従来から次の３つが考えられている。

その１つは偏波保存性の良いファイバである。これによ
り信号光の偏波状態が変化しないようにすることができ
る。もう１つは受信時に信号光の偏波状態をモニタし、
それにより信号光あるいは局部発振光の偏波状態を制御
する装置であり、偏波状態の制御により信号光と局部発
振光の偏波整合を図ろうとするものである。残りのひと
つが本発明に関係する偏波ダイバーシチ光受信装置であ
る。これは、信号光と局部発振光を光合波部により合波
し、合波光を偏波分離素子に入射して互いに直交する偏
波面を有する直線偏光の第１、第２の光ビームに２分し
、それぞれ別の受光素子に入射して電気信号に変換し、
その電気信号を処理部により処理、合成しようとするも
のである。この場合、偏波分離素子で分離された第１、
第２の光ビームの各信号光成分と局部発振光成分は、直
線偏光で偏波方向も一致しているので、第１、第２の光
ビームにおいて、偏波状態の不一致による信号の損失を
生じることはない。

一方、光ヘテロダイン検波方式、および光ホモダイン検
波方式の受信感度は、局部発振光の入射パワーの増大に
伴って向上するが、通常、レーザ光には強度雑音がある
ために光ヘテロダイン検波方式、および光ホモダイン検
波方式の究極的な受信感度限界であるショット雑音限界
がら一定の劣化が生じてしまう。この問題を解決するた
めに、バランスドレシーバが提案されている（エイチ・
ピー・ニーエン゛ノイズ・イン・ホモダイン・アンド・
ヘテロダイン・デイテクション″オプティクスレターズ
、　、　Ｎｏ、３．Ｖｏｌ、８，１９（１３＞。

このバランスドレシーバは、通常、入出カポ−１−数が
２×２の光カプラ（方向性光結合器）と、２個の光検出
器と、これらの光検出器からの出力信号を差動合成する
回路とから構成されている。

光カプラの２個の出力ボートからは、信号光と局部発振
光との合波光が出射され２個の光検出器に別々に入射さ
れる。光検出器の出力には信号光と局部発振光とのビー
ト成分ζ、局部発振光の強度雑音成分およびショット雑
音成分とが現れる。そして２個の光検出器から出力され
るこれらの成分のうち、ビート成分は互いに逆相、強度
雑音成分は互いに同相となっているので、差動合成回路
によって強度雑音成分のみを相殺することができる。

以上のようにバランスドレシーバは局部発振光の強度雑
音による受信感度限界を抑圧することができるため、偏
波ダイバーシチ光受信装置にもバランスドレシーバを用
いることが望ましい。

従来、バランスドレシーバを用いた偏波ダイバーシチ光
受信装置としては、信号光と局部発振光を方向性光結合
器によって合波した後、その方向性光結合器から出力さ
れる２つの合波光をそれぞれ偏波分離し、この偏波分離
された４つの光ビームを２台のバランスドレシーバ型の
光受信装置によって受光する構成のものが知られている
。

（桑原らによるアイ・オー・オー・シー−イー・シー・
オー・シー’　８６　（１００Ｃ−ＥＣＯＣ’Ｂ６）テ
クニカルダイジェスト第１巻（１９８６）　　４０７ペ
ージ）（発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、従来のバランスドレシーバを用いた偏波
ダイバーシチ光受信装置は偏波分離部を２ケ所必要とし
、構成が複雑であるという欠点を有していた。

特に偏波分離素子として偏光ビームスプリッタや偏光プ
リズムを用いた場合、偏波分離部において光ファイバか
ら光をとりだし、レンズによってコリメート光とした後
偏波分離素子に入射する必要があるため、このような偏
波分離部は構造が複雑で、光学的な調整が困難である。

さらにこのような偏波分離部においては光フアイバ端面
やレンズ、偏波分離素子の表面での光の反射が生じやす
くその反射した光が戻り光として送信光源や局部発振光
源に悪影響を与える可能性が高いという問題もあった。

一方、偏波分離素子としてファイバ型偏光ビームスプリ
ッタを用いた場合、光学的調整の困難さや反射戻り光等
の問題は回避できるが、ファイバ型偏光ビームスプリッ
タは、製造パラメータの１〜レランスが厳しい。

従って偏波分離部の数は極小に抑えることが望ましい。

本発明の目的は、偏波分離部の数を極小に抑えた全体の
構成が単純で、しかも反射戻り光の影響が小さい偏波ダ
イバーシチ光受信装置を提供することにある。

（問題点を解決するための構成〉 本発明は上記の従来技術の問題点を解決するため、信号
光を偏波面が互いに直交する第１、第２の信号光に分離
する偏波分離部と、局部発振光を第１、第２の信号光と
偏波面が一致した第１、第２の局発優先に分波する局部
発振光分波部と、前記第１の信号光と前記第１の局部発
振光とを合波し第１、第２の合波光を出力する第１の方
向性光結合器と、前記第１、第２の合波光を受光する２
個の光検出器およびこの２個の光検出器の出力信号を差
動合成する差動合成回路を有する第１の光受信器と、前
記第２の信号光と、前記第２の局部発振光とを合波し第
３、第４の合波光を出力する第２の方向性光結合器と、
前記第３、第４の合波光を受光する２個の光検出器およ
びこの２個の光検出器の出力信号を差動合成する差動合
成回路を有する第２の光受信器と、前記第１、第２の光
受信器の出力の合成、および復調を行なう合成・復調回
路とから構成される。

（作用） 本発明は、信号光を偏波面が互いに直交する第１、第２
の信号光に偏波分離した後に、局部発振光と合波するな
め偏波分離部を１ケ所に抑えることができる。この信号
光と局部発振光の合波の際、第１、第２の信号光の偏波
面に一致した偏波面をもつ第１、第２の局部発振光か必
要であるが、これは偏波分離の必要はなく、局部発振光
分波部において局部発振光を光分波器で２分波し、それ
ぞれの偏波面を第１および第２の信号光の偏波面に一致
させることによって容易に得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の構成図である。第１の
実施例は偏光分離素子として偏光ビームスプリッタ８を
用いたものである。

光ファイバ１６によって送られてきた信号光１は、信号
光偏波分離モジュール７のなかで、レンズ９によってコ
リメート光として光ファイバ１６からとりだされ、偏光
ビームスプリッタ８によって互いに偏波面が直交する第
１の信号光３と第２の信号光４とに分離され、それぞれ
レンズ１０．１１によって単一モード光ファイバ１８．
２０に集光される一方単一モード光ファイバ１７によっ
て送られてきた局部発振光２は局部発振光偏波分離モジ
ュール１２の中で光分波器１３によって第１の局部発振
光５と第２の局部発振光６に分波される。

第１の局部発振光５は前記第１の信号光３と偏波面か一
致するように偏波面回転器１４によって１偏波面が回転
された上で、第１のバランスドレシーバモジュール２２
に入射する。

同様に第２の局部発振光６は前記第２の信号光４と１偏
波面が一致するように偏波面回転器１５によって偏波面
が回転された上で、第２のバランス１〜レシーバモジユ
ール２３に入射する。

第１のバランスＩ・レシーバモジュール２２内では、前
記第１の信号光３と前記第１の局部発振光５を方向性光
結合器２４で合波し、方向性光結合器２４の２つの出力
光を２個のホト・ダイオードと差動合成回路を有する光
受信器２６で検出し、第１のＩＦ信号２８を出力する。

同様に第２のバランスドレシーバモジュール２３内では
前記第２の信号光４と、前記第２の局部発振光６を方向
性光結合器２５で合波し、方向性結合器２５の２つの出
力光を、２個のホト・ダイオードと差動合成回路を有す
る光受信器２７で検出し、第２のＩＦ信号２つを出力す
る。

第１のＩＦ信号２８および第２のＩＦ信号２９は、合波
・復調回路３０に入力され、ベースバンド信号３１がと
りだされる。

なお、偏波ダイバーシチ光ヘテロダイン受信装置におけ
る２つのＩＦ倍信号合成法および復調法については、大
越らの“ヘテロダイン／コヒーレント型光ファイバ通信
のための偏波ダイバーシナ光受信機“電子通信学会通信
システム研究会資料Ｃ５８３−２２（１９７９）や、グ
ランス（Ｂ、Ｇｒａｎｃｅ）のパポーラリゼーション　
インデペンデント　コヒーレント　オプティカルレシー
バ”　　（”Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　１ｎｄｅｐｅ
ｎｄｅｎｔ、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　　０ｐｔｉｃａｌ　　
Ｒｅｃｅｉｖｅｒ”　）ジャーナル　オブ　ライトウニ
イブ　テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈ
ｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第５巻１９８７年
２７４ページ等に詳細な解説がなされている。

第１の実施例の変形例として光ファイバ１７．１８．１
９．２０．２１として偏波面保存光ファイバを用いるも
のが考えられる。この場合、光ファイバ１８．１９ある
いは光ファイバ２０．２１を光軸のまわりに回転するこ
とによって第１の局部発振光５および第２の局部発振光
／６の偏波面と前記第１の信号光２および前記第２の信
号光３の偏波面とを一致させて第１、第２のバランスド
レシーバモジュールに入射することが可能であるため、
第１、第２の閾波面回転器１４．１５は省略することが
できる。さらに局部発振光源と、局部発振光分波部を接
続する光ファイバ、信号光偏波分離部および局部発振光
分波部と前記第１、第２の方向性光結合器を接続する光
ファイバとして偏波面保存光ファイバを用い、局部発振
光を２分波する光分波器と信号光と局部発振光を合波す
る方向性光結合器として偏波面保存光ファイバカップラ
を用いることによって、安定性を高めることができる。

第２図は本発明の第２の実施例の構成図である。第２の
実施励は信号光の偏波分離にファイバ型（肩先ビームス
プリッタ３０を用い、光分波器１３および第１、第２の
方向性結合器２４°、２５として偏波面保存光ファイバ
カップラを用い、光ファイバ１７．１８．１９．２０．
２１として偏波面保存光ファイバを用いたものである。

この場合光ファイバ１８．１９．２０．２１を光軸の回
りに回転することにより前記第１、第２の信号光と第１
、第２の局部発振光の偏波面を一致させる。

またこの第２の実施例において、光分波器１３としてフ
ァイバ型偏光ビームスプリッタを用いた変形例も可能で
ある。なおファイバ型偏光ビームスプリッタに関しては
、横浜らの“′ファイバ形偏光ビームスブリッタパ電子
情報通信学会技術研究報告ＯＱＥ　８５−１５．（１９
８５）、等に詳細な解説がなされている。また偏波面保
存光ファイバカップラに関しては、河内゛直線偏波保持
性単一モード光ファイバカップラ“、電子情報通信学会
技術研究報告ＯＱＥ　（１３−Ｂ１．（１９８３）等に
詳細な解説がなされている。

（発明の効果） 以上述べてきたように本発明は偏波分離部１ケ所でバラ
ンスドレシーバ型の偏波ダイバーシチ光受信装置を実現
したため、鋼波分離部が２ケ所必要であった従来方式に
比べ全体の構成が単純となり、光学系の調整も容易であ
る。

また本発明では、信号光のみが偏波分離素子に入射する
ため、偏波分離素子表面等の光の反射が局部発振光源に
影響をおよぼすことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図であり第２図は
本発明の第２の実施例の構成図である。 第１図および第２図において、 １：信号光　２：局部発振光　３：第１の信号光４：第
２の信号光　５：第１の局部発振光６：第２の局部発振
光 ７：信号光偏波分離モジュール ８：偏光ビームスプリッタ　９．１０．１１　：レンズ
１２：局部発振光偏波分離モジュール １３：光分波器　１４：第１の偏波面回転器１５：第２
の偏波面回転器 １６．１７．１Ｂ、１．９，２０，２１　：光ファイバ
２２：第１のバランスドレシーバモジュール２３：第２
のバランス１〜レシーバモジユール２４：第１の方向性
光結合器 ２５：第２の方向性光結合器 ２６：第１の光受信器　２７：第２の光受信器２８：第
１のＩＰ倍信号２９：第２のＩＦ信号３０：合波・復調
回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 信号光を偏波面が互いに直交する第１、第２の信号光に
   分離する偏波分離部と、局部発振光を前記第１、第２の
   信号光と偏波面が一致した第１、第２の局部発振光に分
   波する局部発振光分波部と、前記第１の信号光と前記第
   １の局部発振光とを合波し第１、第２の合波光を出力す
   る第１の方向性光結合器と、前記第１、第２の合波光を
   受光する２個の光検出器およびこの２個の光検出器の出
   力信号を差動合成する差動合成回路を有する第１の光受
   信器と、前記第２の信号光と前記第２の局部発振光とを
   合波し第３、第４の合波光を出力する第２の方向性光結
   合器と、前記第３、第４の合波光を受光する２個の光検
   出器およびこの２個の光検出器の出力信号を差動合成す
   る差動合成回路を有する第２の光受信器と、前記第１、
   第２の光受信器の出力の合成および復調を行なう合成・
   復調回路とから構成されることを特徴とする偏波ダイバ
   ーシチ光受信装置。