JPH01293328A - 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、光通信、特に光ヘテロゲイン検波通信にお
け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） 光ヘテロダイン検波通信（コヒーレント光通信）方法は
、光の強度を変調する直接検波通信方法と比べ大幅に受
信感度が高いため、長距離伝送等が可能であると言う利
点を有する（斎藤、中本、木材［コヒーレント光ファイ
バ伝送変復調技術−ＦＳＫヘテロダイン検波−」電電公
社研究実用化報告第３１巻第１２号１９８２年）。

二の光ヘテロダイン検波通信方法において高い受信感度
を実現するには、信号光と局部発振光の偏波状態が一致
する必要があるが、光通信の場合、光ファイバに加わる
様々な擾乱の影響を受けて、長尺の光フアイバ通過後の
信号光の偏波状態は不規則に変化する。従って光ヘテロ
ダイン検波通信を実現するにはこの信号光の偏波状態の
変動を補償する装置が必要となり、この装置の１つとし
て偏波ダイバーシチ光受信装置が知られている。

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ＩＦ倍信号変換し、その
ＩＦ倍信号処理部において合波、及び復調を行なうもの
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。

上記処理部における合成法としては、２つのＩＦ倍信号
、それぞれの位相を合致させて合成した後、復調する方
式（ＩＦ合成型）と、２つのＩＦ倍信号それぞれ復調し
てベースバンド信号になおした後、この２つのベースバ
ンド信号を合成する方式（ベースバンド合成型）とに大
別される。このうち後者については、詳細な符号誤り率
の計算が試されている。その結果によれば遅延検波方式
や二乗検波方式等の二乗特性を有する検波方式を復調に
用いた場合の偏波ダイバーシチを行ったことによる感度
劣化は非常に小さく、また、その値は入射信号光の偏波
状態によらず一定であることが理論的に明らかにされて
いる。

例えばグランス（Ｂ、　Ｇｌａｎｃｅ）は、ＰＳＫ差動
同期検波（遅延検波）方式を復調に用いたベースバンド
合成型の偏波ダイバーシチ光受信方式において、偏波ダ
イバーシチを行ったことによる感度劣化は０．４ｄＢで
あることを計算機シミュレーションによって明らかにし
た。

（グランス（Ｂ、　Ｇｌａｎｃｅ）、“ボーラリゼーシ
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　１ｎｄｅ
ｐｅｎｄｅｎｔ　ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｏｐｔｉｃａｌｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ”　）ジャーナル　オン　ライトウニイ
ブ　テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ
ｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　）第５巻、１９８７
年、２７４ページ）。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のベースバンド合成型の偏波ダイバ
ーシチ光受信装置の解析の結果は、あくまで理想的な特
性をもった復調回路を用いた場合のものであり、実際の
復調回路ではダイナミックレンジの制限により特性が劣
化することが避けられなかった。すなわち、偏波ダイバ
ーシチ光受信装置の２つのＩＦ倍信号強度は入射信号光
の偏波状態の変動によってそれぞれ入射信号光レベルに
応じて決まる最大値から０まで変化する。従って復調回
路には、非常に広いダイナミックレンジが要求されるが
、光通信に用いられるような広帯域の復調回路で、この
ような広いダイナミックレンジを実現するのは非常に困
難である。したがって従来のベースバンド合成型の偏波
ダイバーシチ光受信装置では、入射信号光の偏波状態に
依存する感度劣化が生じてしまう。

例えば、エニング（Ｂ、　Ｅｎｎｉｎｇ）らは、ダイナ
ミックレンジに制限のある復調回路を用いたベースバン
ド合成型の偏波ダイバーシチ光受信装置では、理想的な
復調回路を用いた場合に比べて最大１ｄＢの感度劣化が
生じることを明らかにした。

（エニング（Ｂ、　Ｅｎｎｉｎｇ）らによる゛１ボーラ
リゼーションーダイバーシチ　レシーバ　フォア　５６
０Ｍｂ／５ＡＳＫ　　ヘテロダイン　デイテクションゝ
”Ｃ′Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｆｏｒ　５６０Ｍｂ／ｓ　ＡＳＫ
ｈｅｔｅｌｏｄｙｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”）、オー
エフシー＋８８（ＯＦＣ’８８）、テクニカルダイジェ
スト）。

本発明の目的は、復調回路のダイナミックレンジの制限
に起因する感度劣化を抑圧するベースバンド合成型の偏
波ダイバーシチ光受信装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の従来技術の課題を解決するため、信号
光を互いに偏波面の直交する第１および第２の信号光に
偏光分離する偏波分離部と、前記信号光と局部発振光と
を合波する方向性光結合器と、前記第１および第２の信
号光と前記局部発振光との合波光をそれぞれ受光する第
１および第２の光受信器と、前記第１および第２の光受
信器から出力される第１および第２のＩＦ倍信号強度を
それぞれ検出する第１および第２のＩＦ信号強度検出器
と、前記第１および第２のＩＦ信号強度検出器の出力を
制御信号として前記第１および第２のＩＦ倍信号強度を
一定の値にする第１および第２の可変利得調整器と、強
度が一定の値に調整された前記第１および第２のＩＦ倍
信号検波し第１および第２のベースバンド信号に変換す
る第１および第２の復調部と、前記第１および第２のＩ
Ｆ信号強度検出器の出力を制御信号として、前記第１お
よび第２のベースバンド信号の強度を、それぞれ前記第
１および第２のＩＦ倍信号強度のほぼ２乗に比例するよ
うに調整する第３および第４の可変利得調整器と、前記
第３および第４の可変利得調整器の出力を合成する合成
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
チ光受信装置である。

（作用） 本発明では、入射信号光の偏波変動によって、前記第１
および第２のＩＦ倍信号強度が変化するが、この強度変
化は、ＩＦ信号強度検出器によってそれぞれ検出される
。前記第１および第２の可変利得調整器は、これらのＩ
Ｆ信号強度検出器の出力を制御信号として、ＩＰ倍信号
強度を復調回路の最適入力強度に等しくなるよう調整し
ている。このとき、第１および第２の復調回路から出力
される、各ベースバンド信号の強度は互いに等しく、入
射信号光の偏波状態によらず一定である。ベースバンド
合成型偏波ダイバーシチ光受信装置では、偏波ダイバー
シチを行ったことによる感度劣化を最小にするには、第
１および第２のベースバンド信号を合成する際、これら
ベースバンド信号間の強度比を、対応するＩＦ信号間の
強度比の二乗に比例するよう調整する必要がある。

従って本発明では、第１および第２のＩＦ信号強度検出
器の出力を制御信号とする前記第３および第４の可変利
得調整器によって、第１および第２のベースバンド信号
の強度はそれぞれ対応するＩＦ倍信号強度の二乗に比例
したものとされる。

以上の結果本発明では入射信号光の偏波状態が変動して
も第１および第２の復調回路人力される各ＩＦ倍信号強
度は、常に復調回路にとって最適なレベルに維持され、
しかもベースバンド合成型の偏波ダイバーシチを行った
ことによる感度劣化が最小になるように第１および第２
のベースバンド信号の強度が調整される。従ってダイナ
ミックレンジの制限による感度劣化を抑圧した光受信装
置が得られる。

（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、ビットレート４００Ｍｂ／ｓのＦＳＫ
ヘテロダイン単一フィルタ検波方式を用いた偏波ダイバ
ーシチ光受信装置に本発明を適用したものである。

入射信号光１と局部発振光２は方向性光結合器３によっ
て合波された後、偏光ビームスプリッタ４に入射する。

偏光ビームスプリッタ４によって分けられた合波光はそ
れぞれ光受信器５および６に入射する。ただし局部発振
光２は光受信器５および６へ等しく入射するよう、偏波
調整器７によって偏波状態が調整される。

光受信器５および６からは入射信号光１と局部発振光２
の周波数差に相当するビート信号、すなわちＩＦ信号８
．９が出力され、これらはＩＦアンプ１ｏ、１１によっ
て増幅される。

この２つのＩＦ信号８．９の強度は入射信号光１の偏波
変動によって変化するが、自動利得制御部１２．１３に
よって一定に保たれる。

すなわち、自動利得制御部１２．１３において、光受信
器５．６から出力されたＩＦ信号８．９の強度を、ＩＦ
信号強度検出器１４．１５で検出し、このＩＦ信号強度
検出器１４．１５の出力を制御信号として可変利得調整
器１６．１７の利得をそれぞれ制御することによって、
ＩＰ信号８．９の復調器１８．１９への入力強度は最適
値に保たれる。

復調部１８．１９では、ＦＳＫヘテロダイン単一フィル
タ検波方式によってＩＦ信号８．９はそれぞれベースバ
ンド信号２６．２７に復調される。すなわち復調部１８
．１９において、バンドパスフィルタ２０．２１はＩＰ
信号８．９のマーク成分のみをとりだす。次に二乗検波
回路２２．２３およびベースバンドローパスフィルタ２
４．２５を通すことによってベースバンド信号２６．２
７が得られる。

なお、ＦＳＫヘテロダイン単一検波方式については、江
村らによる“ノーベル　オプティカルＦＳＫ　　ヘテロ
ダイン　シングル　フィルタ　デイテクション　システ
ム　ユージング　ア　ダイレフトリー　モジュレイテッ
ド　ＤＦＢ−レーザー　ダイオード”（“Ｎｏｖｅｌ　
ｏｐｔｉｃａｌ　ＦＳＫ　ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　ｓｉ
ｎｇｌｅｆｉｌｔｅｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔ
ｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｄｉｒｅｃｔｒｙ　ｍｏｄｕｌ
ａｔｅｄＤＦＢ−１ａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ”）エレトク
ロニクス　レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１ｅｔ
ｔｅｒｓ）第２０巻、１９８４年、１０２２ベージ、等
に詳細な解説がなされている。

ベースバント信号２６．２７はベースバンド合成型の偏
波ダイバーシチ光受信装置としての感度劣化が、最小な
るようそれぞれの強度が調整された後、合成回路３０で
合成される。すなわち、ベースバンド信号２６．２７の
強度はそれぞれ、ＩＦ信号強度検出器１４．１５の出力
を制御信号とする可変利得調整器２８．２９によってＩ
Ｆ信号８．９の強度の二乗に比例するように調整される
。この強度の調整がなされたベースバンド信号２６．２
７は、合成回路３０に入力され、復調出力３１が得られ
る。本実施例に示した偏波ダイバーシチ光受信装置の受
信感度を測定したところ、偏波ダイバーシチを行ったこ
とによる感度劣化は約０．６ｄＢであり、この値は入射
信号光の偏波状態にかかわらずほぼ一定であった。

第２図は本発明の第２の実施例の構成図である。

第２の実施例では、ビットレート１．２ＧＨｚのＤＰＳ
Ｋヘテロゲイン検波方式を用いたベースバンド合成型の
偏波ダイバーシチ光受信装置に本発明を適用したもので
ある。また本実施例では、ＩＰ信号８．９の強度の調整
をいわゆるフィードバック制御によっておこなっている
。すなわち自動利得制御部１０．１１において、ＩＰ信
号強度検出器１４．１５は可変利得調整器１６．１７通
過後のＩＦ信号８．９の強度を検出し、これと復調部１
８．１９への最適入力強度との差を制御信号として出力
する。可変利得調整器１６、エフは、それぞれこのＩＦ
信号強度検出器１４．１５の出力によって利得が制御さ
れ、ＩＦ信号８．９の復調部１８．１９への入力強度は
最適に保たれる。

復調部１８．１９では、ＰＳＫ差動同期検波（遅延検波
）によって、ＩＦ信号８．９はそれぞれベースバンド信
号２６．２７に復調される。すなわち復調部１８．１９
においてＩＦ信号８．９はそれぞれ２分岐された後、片
方のみ遅延回路３２．３３によって１タイムスロット分
遅延された後両者ともダブルバランスドミクサ３４．３
５に入力される。このダブルバランスドミクサ３４．３
５の出力をベースバンドローパスフィルタ２４．２５を
通すことによってベースバンド信号２６．２７が得られ
る。なお、ＰＳＫ差動同期検波（遅延検波）については
江村らによる゛４００Ｍｂ／ｓオプティカルＤＰＳＫ　
　ヘテロダイン　デイテクション　イクスバリメンツ　
ユージング　ＤＢＲレーザーダイオード　ウィズ　イク
スターナル　オプティカルフ　ィ　−　ドパ　ッ　り”
（“４００Ｍｂ／ｓ　ｏｐｔｉｃａｌ　ＤＰＳＫｈｅｔ
ｅｒｏｄｙｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍ
ｅｎｔｓ　ｕｓｉｎｇ　ＤＢＲ１ａｓｅｒｄｉｏｄｅｓ
　ｗｉｔｈ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｅ
ｅｄｂａｃｋ”）　　ア　　イ・オー・オー・シー−イ
ー・シー・オー・シー＋８５（１００Ｃ−ＥＣＯＣ’８
５）テクニカルダイジェスト、４０１ページ等の文献に
詳細な解説がなされている。

ベースバンド信号２６．２７は、第１の実施例と同様、
ＩＦ信号強度検出器１４．１５の出力を制御信号とする
可変利得調整器２８．２９によって、それぞれの強度が
調整された後、合成回路３０で合成され、復調出力３１
が得られる。

以上、本発明の２つの実施例を説明したが、本発明はこ
れらの実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲
内で種々の変形、変更が可能なことはいうまでもない。

例えば、信号の復調方式として、第１の実施例ではＦＳ
Ｘ単一フィルタ検波方式を用い、第２の実施例ではＰＳ
Ｋ差動同期検波（遅延検波）方式を用いたが、他にもＦ
ＳＸデュアルフィルタ検波方式、ＡＳＫ包絡線検波方式
、およびＣＰＦＳＫ遅延検波方式等の検波方式を用いる
ことも可能である。

また、本発明において、光受信部をバランスレシーバ構
成にすることも可能である。例えば、信号光１のみを偏
光ビームスプリッタ４で互いに偏波状態が直交する２つ
の信号光に偏波分離し、光分波器によって２分した局部
発振光と、２個の方向性結合器によってそれぞれ合波す
る。そして各方向性光結合器の２つの出力ボートから出
力される合波光を２個の光検出器とこの２個光検出器の
出力を差動合成する回路を有する光受信器５．６によっ
て、それぞれ受光することによって光受信部をバランス
ドレシーバ構成にすることができる。このような、バラ
ンスドレシーバ型の偏波ダイバーシチ光受信装置につい
ては、認容らによる°“バランスドレシーバ型偏波ダイ
バーシチ光受信機″電子情報通信学会、昭和６３年度春
季全国大会予稿集、分冊Ｂ−１，１−３８９ページ、等
の文献に詳細な説明がなされている。

（発明の効果） 以上詳細に述べたように、本発明において、自動利得制
御部を設けたことにより、入射信号光の偏波状態にかか
わらず、復調回路へ入力される各ＩＦ倍信号強度は復調
回路にとって最適な値に保たれる。さらに各ベースバン
ド信号は、可変利得調整器によりベースバンド合成型の
偏波ダイバーシチを行ったことによる感度劣化が最小に
なるよう強度が調整された後、合成される。

従って、本発明によって復調回路のダイナミックレンジ
の制限による感度劣化をほぼ０にまで抑圧したベースバ
ンド合成型の偏波ダイバーシチ光受信装置を得ることが
できた。

【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・・・方向性
光結合器、４・・・偏光ビームスプリッタ、５・・・第
１の光受信器、６・・・第２の光受信器、７・・・偏波
調整器、８・・・第１のＩＦ倍信号９・・・第２のＩＦ
倍信号１０・・・第１のＩＦアンプ、１１・・・第２の
ＩＦアンプ、１２・・・第１の自動利得制御部、１３・
・・第２の自動利得制御部、１４・・・第１のＩＦ信号
強度検出部、１５・・・第２のＩＦ信号強度検出器、１
６・・・第１の可変利得調整器、１７・・・第２の可変
利得調整器、１８・・・第１の復調部、１９・・・第２
の復調部、２０・・・第１のバンドパスフィルタ、２１
・・・第２のバンドパスフィルタ、２２・・・第１の二
乗検波回路、２３・・・第２の二乗検波回路、２４・・
・第１のベースバンド・ローパスフィルタ、２５・・・
第２のベースバンドローパスフィルタ、２６・・・第１
のベースバント信号、２７・・・第２のベースバンド信
号、２８・・・第３の可変利得調整器、２９・・・第４
の可変利得調整器、３０・・・合成回路、３１・・・復
調出力、３２・・・第１の遅延回路、３３・・・第２の
遅延回路、３４・・・第１のダブルバランスドミクサ、
３５・・・第２のダブルバランスドミクサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　信号光を互いに偏波面の直交する第１および第２の信
   号光に偏光分離する偏波分離部と、前記信号光と局部発
   振光とを合波する方向性光結合器と、前記第１および第
   ２の信号光と前記局部発振光との合波光をそれぞれ受光
   する第１および第２の光受信器と、前記第１および第２
   の光受信器から出力される第１および第２のＩＦ信号の
   強度をそれぞれ検出する第１および第２のＩＦ信号強度
   検出器と、前記第１および第２のＩＦ信号強度検出器の
   出力を制御信号として前記第１および第２のＩＦ信号の
   強度を一定の値にする第１および第２の可変利得調整器
   と、強度が一定の値に調整された前記第１および第２の
   ＩＦ信号を検波し第１および第２のベースバンド信号に
   変換する第１および第２の復調部と、前記第１および第
   ２のＩＦ信号強度検出器の出力を制御信号として、前記
   第１および第２のベースバンド信号の強度を、それぞれ
   前記第１および第２のＩＦ信号の強度のほぼ２乗に比例
   するように調整する第３および第４の可変利得調整器と
   、前記第３および第４の可変利得調整器の出力を合成す
   る合成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。