JPH01237529A

JPH01237529A - 光受信器

Info

Publication number: JPH01237529A
Application number: JP63063243A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sasaki; 慎也佐々木; Hideaki Tsushima; 英明対馬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-22

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］本発明はコヒーレンス用光受信器に係り、特に局発用レ
ーザの強度雑音の抑圧及び光フアイバ内の偏波変動によ
る信号対雑音比の劣化の抑圧に好適な光受信器に関する
。

［従来の技術］光の振幅、周波数あるいは位相に変調をかけて情報を光
ファイバで伝送し、受信側で局発光と合波し、光検波器
で電気信号に変換し、その電気信号を復調回路により情
報を取り出す、光ヘテロダインあるいは光ホモダイン方
式による光通信、いわゆるコヒーレント光通信において
、光フアイバ内での偏波状態は、外乱たとえば温度変化
、ファイバ形状の変化、外力の変化などによりランダム
にゆらぐ。このゆらぎは光通信器出力の信号対雑音比（
以下ＳＮ比と略す）の劣化を導く。詳細についてはグロ
ーバルコミュニケーション　コンファレンス　レコード
　２，２５．８．１　（１９８７年）第９９０頁から第
９９３頁（ＧｌｏｖａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒｅｃｏｒｄ　Ｖｏｌｕｍｅ
２　ｏｆ　３，２５．８．１　（１９８７）ｐｐ、９９
０〜９９３）において論じられている。

この問題を解決するためには、光を略直交する２成分、
すなわち、Ｘ偏波成分とＸ偏波成分に分離し、それぞれ
光ヘテロダイン検波あるいは光ホモダイン検波を行い、
復調した後、信号を加算する、いわゆる偏波ダイパーシ
ティ方式が考案されている。詳細については、上記文献
において論じられている。

さて、コヒ−レント光通信における第２の問題として１
局発光の強度雑音の問題がある。大ヘテロダイン検波あ
るいは光ホモダイン検波を用いた光受信器の出力のＳＮ
比は、一般に、局発光のパワーを増加させるとショット
雑音によって決まるＳＮ比（いわゆるショット雑音限界
）に近づき、従来の直接検波による光受信器の出力ＳＮ
より２０ｄＢ以上改善されることが理論的に知られてい
る。ところが、実際には１局発光に含まれる強度雑音に
よって、局発光のパワを増加させてもＳ−Ｎ比の改善は
、ショット雑音限界を達成できない。

また、従来のコヒーレント光通信では伝送されて来た信
号光と局発光を合波する際に、３ｄＢ光カプラを用いて
いた。この搭光検波器への入力光パワは信号光パワと局
発光パワの和の半分（３ｄＢ損失）であり、のこりの半
分のパワは、光カプラのもう一つの出力ポートから捨て
られており、信号光および局発光が有効に利用されてい
なかった。

詳細は、アイ・イー・イー・イー、ジャーナルオブ　ラ
イトウェーブ　テクノロジ、第ＬＴ−５巻、４号、（１
９８７年）第５２３頁から第５３７頁（Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ
　　Ｊ　ｏｒｎａｌ　ｏｆ　ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ、　Ｖｏｌ、　ＬＴ　−５’　Ｎａ３　
（１９８７）ＰＰ、　５２３〜５３７）において論じら
れている。

この開運を解決するためには、光カブラの２つの出力を
それぞれ光検波器に入射させ、それぞれの検波器で光ヘ
テロダインあるいは光ホモダイン検波を行い、その出力
電気信号を加算することにより１局発光の強度雑音を打
消し、がっ信号光および局発光のパワの有効利用を行う
、いわゆるバランスド光受信器が考案されている。詳細
は、上記文献において論じられている。

さてコヒーレント光通信における上記の２つの問題を同
時に解決する手段として、上記の偏波ダイパーシティ方
式とバランスド光受信器を組合わせた光受信器が考案さ
れている。これは、アイ・イー・イー、エレクトロニク
スレターズ、第２３巻、第２２号（１９８７）第１１９
５頁から１１９６頁（Ｉ　Ｅ　Ｅ　、　Ｅ　１ｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ　ＬａｔｔｅｒｓＶｏｌ、２３　＆２２　（
１９８７）ｐｐ、１１９５−１１９６）において論じら
れている。

［発明が解決しようとする問題点］上記従来技術では１局発光源から光検波器までの光路長
が極力短い方が局発光の強度雑音を抑圧するバランスド
光受信器を実現しやすいという点についての配慮がされ
ておらず、局発光源から光検波器までの光路長（ファイ
バ長）を調整しすらいという問題があった。

本発明の目的は、局発光源から光検波器までの光路長を
極力短くし、調整のしゃすいバランスド光受信器を実現
し、局発光の有効利用を実現し。

また１局発光の強度雑音によるＳＮ比の劣化を抑圧した
光受信器を実現することにある。

本発明の他の目的は、光ファイバによる偏波変動による
ＳＮ比劣化を抑圧した光受信器を実現することにある。

本発明の他の目的は、局発光を２つの偏波方向に分離し
たことによる、各偏波方向の局発光パワの減少を、光増
幅器によって補償し、ショット雑音限界のＳＮ比を得る
光受信器を実現することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的は、伝送された信号光をまず互いに偏波方向が
略直交するＸ偏波成分光とＸ偏波成分光に分離した後、
それぞれ局発光を光カプラによって合波し、その光カプ
ラの２つの出方光を各々光検波器で光ヘテロダイン検波
、または光ホモダイン検波し、その後それぞれの光検波
器の出力を加算し、復調回路で復調信号を得、その２つ
の復調信号を加算することにより、達成される。

この技術手段は、従来例と比べ、局発光が光カプラによ
って２分された点から光検波器までの光路長が短いため
、光路長の調整がしやすい。

［作用］第２図において偏波分離器２は、光フアイバ中を伝搬し
て来た信号光１を、互いに略直交する偏波方向を持つＸ
偏波成分光４とＸ偏波成分光３に分離するように動作す
る。２つの光カプラ５及び５′は、このＸ偏波成分光４
と局発光４′、Ｘ偏波成分光３と局発光３′をそれぞれ
合波するように働く、２つの光検波器８及び８′は光カ
プラ５の２つの出力光６及び６′をそれぞれ電気信号に
変換するように働くが、その時光ヘテロダイン検波また
は光ホモダイン検波が起こる。この２つの出力電気信号
は加算され、この時、局発光の強度雑音によって生じた
電流は局発光源から２つの光検波器までの光路長が等し
い時、互いに打消し合う、この加算された電気信号１０
は復調回路１２によって基底帯域信号１３に復調される
。２つのカプラ５及び５′のそれぞれ、つまりＸ偏波成
分光をＸ偏波成分光によって生じた基底帯域信号１３、
及び１３′は加算される。この時、偏波に依存しない基
底帯域信号１４が得られる。

以上により１局発光の強度雑音によるＳｎ比劣化を抑え
、偏波変動によるＳＮ比劣化を抑えた光受信器が実現す
る。しかも、この光受信器の場合。

光カブラと光検波器との光路長が短いため、２つの光路
長を辞確に調整できる。

また第４図において光受信器１５へ入射する局発光３′
及び４′は、光増幅器２１及び２１′によってそれぞれ
増幅された光であり、これにより、局発光を増大させ、
いわゆるショット雑音限界のＳＮ比を得る光受信器２０
が実現できる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。光フ
ァイバを伝搬して来た信号光１は、偏波分離器２によっ
て互いに略直交する偏波方向を持つＸ偏波成分光４とＸ
偏波成分光３に分離される。

偏波分離器２としては、偏光プリズム又は、ＬｉＮｂＯ
３等の複屈折性を示す光学結晶にＴｉ等を拡散して作っ
た光導波路上に電極を形成したＴＥ−ＴＭ偏波分離器等
がある。このＸ偏波成分光４とＸ偏波成分光子はそれぞ
れ局発光源１７からの２つの光４′及び３′と光カプラ
５及び５′で合波される。この局発光源１７からの２つ
の光３′及び４′の偏光方向は、それぞれ信号のＸ偏波
成分光３及びＸ偏波成分光４の偏光方向と略一致してい
る。これは局発光源１７からの光の偏光方向が偏波分離
器１６の直交する２つの偏光方向に対し４５°の角度に
なるように局発光源を設定し、しかもこの偏波分離器１
６の直交する２つの偏光方向が、偏波分離器２のそれと
略一致するように設定することにより実現する。この調
整方法としては、まず偏波分離器１６の出力光３′及び
４′の光パワが等しくなるように局発光源１７の位置を
設定する０次にこの状態（偏波分離器１６と局発光源１
７の相対位置）を保ったまま、光ヘテロダイン（又は光
ホモダイン）検波出力１０は１０′の振幅を観測し、こ
れが最大になるように偏波分離器２又は偏波分離器１６
及び局発光源１７の組合せを回転させる。この方法によ
り光４及び光４′、光３及び光３′の偏波方向を略一致
させることができる０局発光３′又は４′を実現する他
の手段としては、局発光源１７と偏波分離器１６の間の
光路に偏波制御素子を挿入し、また偏波分離器１６の２
つの出力から光カプラ５及び５′の入力までの光路に偏
波制御素子を挿入させる方法もある。この場合１局発光
源１７から出た光は偏波制御素子によって、補液分離素
子１６からの出力パワが等しくなるように偏波方向を制
御する。偏波分離素子１６からの２つの出力光の偏波方
向を、それぞれ信号光のＸ（ａ波成分４及びＸ偏波成分
光３の偏波方向に略一致するように偏波制御素子によっ
て制御する。この制御方法は、光ヘテロダイン（あるい
は光ホモダイン）検波出力１０及び１０′の振幅を観測
し、それが最大になるように偏波制御素子を設定すると
いう方法がある。ここで偏波制御素子としては、光ファ
イバの形状を円形コイル状にしたもの等がある。

さて、２つの光カプラのそれぞれの２出力６゜６′　（
又は７．７’　）は、２個の光検波器８及び８′　（又
は９．９’　）で電気信号に変換されるが、この時、光
ヘテロダイン検波（または光ホモダイン検波）が起こる
。この電気信号は加算され電気信号１０（又は１０′）
を得る。この信号１０は増幅回路１１（又は１１′）に
よって増幅され、復調回路１２（又は１２′）によって
基底帯域信号１３（又は１５′）に変換される。ただし
光ホモダイン検波の場合は、復調回路１２（又は１２′
）は不要である。

復調回路１２（又は１２′）どしては遅延素子と掛算器
による遅延検波回路又は、帯域通過フィルタと包絡線検
波器による包絡線検波回路等が考えられる。

復調回路１２及び１２′の出力１３及び１３′は加算さ
れ信号１４を得る。

この光受信器１５では、信号光４及び３と、局発光４′
及び３′とを光カプラ５及び５′によって合波した後の
光路上に、他の光学素子例えば偏波分離器等が挿入され
ていないため、光カプラ５及び５′のそれぞれの２出力
の光路長を短くでき調整がしやすいという効果がある。

また、光受信器の光学部分に使用する光学部品の数が少
なく。

従って調整しゃすく又、簡便な光受信器を実現しやすい
という効果もある。

第３図に第２の実施例を示す。この光受信器では、局発
光源１７からの出力光を光カプラ１９によって二つに分
割し、その各々の光を偏波制御素子１８及び１８′によ
って偏波方向を信号光のＸ偏波成分光４及びＸ偏波成分
光３の偏波方向に略一致させる６偏波制御素子としては
、光ファイバを円形コイル状に形成したもの、又はＬｉ
ＮｂＯ３等の光学的異方性を示す結晶を用いたもの等が
ある。この実施例では信号光と局発光の偏光方向を一致
させる調整方法が簡便であるという効果がある。

第５図に光増幅器２１及び２１′を用いた光受信器の第
一の実施例を示す、ここで光受信器２０は第４図と同一
の構成である０局発光源１７の出力は偏波分離素子１６
によって２つの互いに略直交した光２２及び２２′に分
離され、この光は光増幅器２１及び２１′によって増幅
され、光受信器１５に入射する。光増幅器としては、半
導体レーザや、端面に低反射コーティングを施した半導
体レーザを発振しきい値近傍にバイアスしたもの、又は
、光フアイバラマン増幅器等がある。また第６図に光増
幅器を用いた光受信器の他の実施例を示す、この場合１
局発光源１７から出た光は光カプラ１９で２分割され、
その各々の偏波方向を偏波制御素子１８及び１８′で制
御する。

上記２つの実施例では、局発光源１７の出力光を２分割
したことによる光検波器に入射するパワーの減少を光増
幅器によって補償する技術が実現されており、いわゆる
ショット雑音限界を実現する光受信器を提供する効果が
ある。

［発明の効果］本発明によれば、局発光と信号光を合波した後。

光検波器までの光路上に、偏波分離素子などの光学部品
が挿入されておらず、光路長が短くできるので、バラン
スド光受信器に要求される光路長の調整が安易は光受信
器を実現できる効果がある。

また本光受信器はバランスド光受信器を構成しているた
め、局発光に含まれている強度雑音を打消し、ＳＮ比の
劣化を防ぐ効果がある。

さらに本光受信器は、信号光とＸ偏波成分光とｙ偏波成
分光に分離し、それぞれ光ヘテロダイン（または光ホモ
ダイン）検波を行い、基底帯域信号を加算するいわゆる
偏波ダイパーシティ方式を採用しているので光ファイバ
に加わる外乱による偏波変動が引き起こすＳＮ比劣化を
抑圧する効果がある。

尚、言うまでもなく、本光受信器は、伝送に使用される
光変調方式、つまりＡＳＫ変調方式、ＦＳＫ変調方式、
ＤＳＰＫ変調方式、及びＰＳＫ変調方式によらず使用で
きる。また、本光受信器は、光ヘテロダイン検波、光ホ
モダイン検波のいずれの方式にも適用可能であるのは言
うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す図、第２図は本発
明の詳細な説明する構成図、第３図は本発明の第二の実
施例を示す図、第４図は本発明の光増幅器を用いた光受
信器の原理を説明する構成図、第５図は１本発明の光増
幅器・を用いた光受信器の実施例を示す図、第６図は本
発明の光増幅を用いた光受信器の他の実施例を示す図で
ある。１・・・信号光、２・・・偏波分に器、３・・・信号のＸ偏波成分光３′・・・局発光のＸ偏波成分光、４・・・信号のＸ偏波成分光４′・・・局発光のＸ偏波成分光、５．５′・・・光カプラ、６．６’　、７．７’・・・光カプラ出力光、８．８’
　、９．９’・・・光検波器。１０．１０’・・・加算された電気信号、１１．１１’
・・・増幅回路、１２．１２’・・・復調回路、１３．１３’・・・基底帯域信号、１４・・・加算された基底帯域信号、１５・・・光受信器、１６・・・偏波分離器。１７・・・局発光源、１８、’１８’・・・偏波制御素子１９・・・光カプラ２０・・・光増幅器を用いた光受信器、２１．２１・・
・光増幅器、２２・・・局発光のＸ偏波成分光、２２′・・・局発光のＸ偏波成分光。第４０２２′

Claims

【特許請求の範囲】１、信号光を互いに略直交した偏波方向を持つｘ偏波成
分光とｙ偏波成分光に分離する手段と、局発光源からの
光を上記ｘ偏波成分光及びｙ偏波成分光の偏波方向に略
一致した２つの光を分離する手段と、これらの偏波方向
が略一致した２つの光をそれぞれ合波する２個の光カプ
ラと、ｘ偏波成分光と該局発光源からの光とを合波した
該光カプラの２出力をそれぞれ電気信号に変換する２個
の光検波器と、その電気信号を加算する手段と、加算さ
れた信号を復調する復調回路と、該ｙ偏波成分光と該局
発光源からの光を合波した該光カプラの２出力をそれぞ
れ電気信号に変換する２個の光検波器と、その電気信号
を加算する手段と、加算された信号を復調する復調回路
と、２つの該復調信号を加算する加算器とを少なくとも
有することを特徴とする光受信器。２、上記２個の光カプラと局発光源との光路上に、光増
幅器をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の
光受信器。