JPH0158493B2 - - Google Patents

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JPH0158493B2
JPH0158493B2 JP55054005A JP5400580A JPH0158493B2 JP H0158493 B2 JPH0158493 B2 JP H0158493B2 JP 55054005 A JP55054005 A JP 55054005A JP 5400580 A JP5400580 A JP 5400580A JP H0158493 B2 JPH0158493 B2 JP H0158493B2
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JP
Japan
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optical
signal
light
local oscillation
phase
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Application number
JP55054005A
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English (en)
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JPS56150732A (en
Inventor
Soichi Kobayashi
Junichi Yamada
Yoshihisa Yamamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP5400580A priority Critical patent/JPS56150732A/ja
Publication of JPS56150732A publication Critical patent/JPS56150732A/ja
Publication of JPH0158493B2 publication Critical patent/JPH0158493B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/002Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light using optical mixing
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/61Coherent receivers
    • H04B10/63Homodyne, i.e. coherent receivers where the local oscillator is locked in frequency and phase to the carrier signal

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光のコヒーレント伝送であるPSKホ
モダイン伝送方式の検波受光装置に関するもので
ある。
従来、光通信はPCM−IM方式が実用化されて
おり、光フアイバの低損失化、低分散化に依つて
中継間隔の増大・大容量化の実現へと向つてい
る。しかし、現行のシステムでは光源である半導
体レーザの直接変調方式を採用しているために、
多チヤネル化する上で、1チヤネルのしめる帯域
幅が広く、高速変調時にはマルチモード化する現
象さえ観測されており、一本のフアイバで多くの
チヤネルを送ることはできない。この点に留意
し、近年コヒ−レント光伝送の検討が成され、光
領域においてもヘテロダイン・ホモダイン検波受
信方式の実現に対する可能性が提案されつつある
(大越“光ヘテロダインもしくは光ホモダイン型
周波数多重光フアイバ通信の可能性と問題点の検
討”電通学会・光・量子エレクトロニクス研資
OQE78−139)。さらに受光系雑音を基礎に各種
コヒ−レント光伝送方式の利得を検討(山本“各
種光デイジタル変復調方式の基礎検討”電通学
会・通方研資)した結果、現在のPCM−IM方式
に比べてホモダイン検波に依るASK、FSK、
PSKの復調方式では最小受光レベル10dB以上大
きくとれる利点がある。
以上のコヒ−レント伝送を実現するための基本
技術として、第1に光源のスペクトル幅の狭帯
化、安定性、第2に受信系における局部発振器の
光源のスペクトル幅の狭帯化、安定性と同時に信
号の周波数位相変動に対する追随性が要求され
る。
本発明は以上の光コヒーレント伝送に対する問
題点を解決するため、入射した光入力信号の周波
数および位相に同期した局部発振器から主に構成
された光PSKホモダイン検波受光装置であり、
その目的は光入力信号の周波数、位相変動に対し
て常時、局部発振器の一定出力が追随することに
ある。
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。図中、波形線は光信号伝送路、直線は電
気信号伝送路である。
実施例 1 第1図は本発明の一実施例であつて1は入力信
号が加えられる入力端子、2はハーフミラー、
3,4はハーフミラー2で分離された信号光、5
はハーフミラー、6は2乗検波器、7は光VCO、
8は増幅器、9は光増幅器、10は遅延回路、1
1は変調器、12は位相器、13は位相比較器、
14は低周波透過フイルタ、15は増幅器、16
は光VCO回路、17は出力ベースバンド信号、
18は光VCO回路16へ入射する搬送波、19
は光VCOからの出た局部発振光である。
これを動作するには、入力端子1に得られた入
力信号のPSK変調された信号をハーフミラー2
で分離し、信号光3,4に分け、信号光4はハー
フミラー5を通つて2乗検波器6へ入射する。一
方光VCO7から出た局部発振光19はハーフミ
ラー5で反射し、信号光4と合波されて同時に2
乗検波器6へ入射される。局部発振光19が入力
端子1の入力信号の搬送波に一致していれば直接
出力ベースバンド信号17を取り出すことが次の
ように可能となる。
ここでは、位置を0、πに変化して信号を伝送
させる2相PSKの場合について示す。
信号光4をE(t)、光VCO7から出た局部発
振光19をL(t)とし、 E(t)=Ac cos(wct+φc) (1) L(t)=Ao cos(wpt+φo) (2) で表わせるとする。ここで、Ac、Aoはおのおの
信号光4、局部発振光19の振幅、wc、wpはお
のおの信号光4、局部発振光19の角周波数、
φc、φoはおのおの信号光4、局部発振光19の
位相である。2相PSKでは信号光4の位相φcを
0、πと変化させ、たとえば信号0を位相φc=
0、信号1を位相φc=πとそれぞれ対応させて、
信号を伝送している。一方、局部発振光19が無
変調光であるため、局部発振光19の位相φoは
定数である。
そこで、式(1)、式(2)で表わされた信号光4と局
部発振光19とが2乗検波器6において2乗検波
されると、検波された強度Ipは式(1)と式(2)との和
を2乗にしたたものを光の波長で平均したものと
なり、 Ip=D〔1/2Ac2+1/2Ao2+AcAo cos
{(wc−wp)t+(φc−φo)}〕(3) で表わされる。ここで、Dは定数である。式(3)に
おいて、局部発振光19の角周波数wpが信号光
4の搬送波角周波数wcに一致しているとし、直
流光分をカツトすると再生信号は Vs=DAcAo cos(φc−φo) (4) となる。したがつて位相φo=0と一定で、位相
φcが0、πに変化すると位相差φc−φoが0、π
となり、再生信号VsがDAcAoと−DAcAoとに
変化して信号が検出される。
このように、信号の検出には局部発振光19の
角周波数wpを信号光4の搬送波角周波数wcに一
致させて局部発振光19の位相を安定させてやる
必要がある。
そこで本実施例では、逆変調を用いたホモダイ
ン検波方式を用い、光VCOを動作させて局部発
振光19を得ている。この動作を第3図に示した
第1図の各部の信号を用いて説明する。
なお、伝送信号としては第3図のaに示すよう
な101101を例とする。
第3図のbに示す入力信号である信号光4を2
乗検波器6で検波し、第3図のcに示す出力ベー
スバンド信号17が得られる。この出力ベースバ
ンド信号17を増幅器8で増幅して変調器11へ
入力する(図3のd)とともに、ハーフミラー2
で分離された信号光3を光増幅器で光増幅し、1
0の遅延回路でこの信号光3の位相を出力ベース
バンド信号17の変調器11への入力位相と一致
するよう第3図のeに示すごとく調整して変調器
11に導く。変調器11では出力ベースバンド信
号17(第3図のd)で信号光3(第3図のe)
を逆変調する。逆変調された光は第3図のfに示
しているように位相が一定の入力信号が変調され
ていない状態つまり入力信号の搬送波18とな
り、光VCO回路16へ入射される。光VCO回路
16内では搬送波18が、ハーフミラーを通つて
位相比較器13へ入射されると同時に光VCO7
の出力である局部発振光19の片方が位相器12
を通して位相比較器13へ入射される。位相比較
器13からの出力は位相比較器13に入力した光
VCO7の局部発振光と逆変調された搬送波18
の位相差信号であり、14の低周波透過フイルタ
を通して高周波雑音を取り、さらに15の増幅器
で増幅した後に光VCO7に帰還し、光VCOから
の周波数を補正する。
この周波数の補正は次のように行われる。位相
比較器13において入力する光VCO7の出力と
逆変調された搬送波18とを2乗検波すると、式
(3)に示したと同様な出力が得られる。ここで第4
図に示すように位相比較器13の入力時に搬送波
18と局部発振光19の位相差(式(3)の位相差
φc−φo)がπ/2となるように位相器12で光
VCO7からの局部発振光19の位相を調整する
と、周波数差信号V〓は V〓=DAcAo sin(wc−wp)t (5) となる。ただし、式(5)では直流分はカツトしてい
る。
なお、位相器12では、信号光4および局部発
振光19の2乗検波器6の入力タイミングと搬送
波18の位置比較器の入力タイミングとの入力端
子1からの光路長差から生じる位相差と搬送波1
8に対して位相をπ/2違えるための遅延とを与
えるものである。式(5)に示したように角周波数差
に比例した値が位相比較器13で求められるの
で、この値を光VCO7に帰還することにより光
VCO7の角周波数wpを入力信号の搬送波の角周
波数wcに一致させることができる。すなわち、
V〓が正の方向に増加すれば角周波数wpは低下し
ているのであり光VCO7の周波数が上昇するよ
うに帰還し、V〓が負の方向に増加すれば角周波
数wpが上昇しているのであり光VCO7の周波数
が下降するように帰還すれば、光VCO7の局部
発振光19の周波数が安定する。したがつて、こ
こで示した回路を用いれば入力信号を効率よくホ
モダイン検波できるよう調整され、安定な2乗検
波が可能となる。
なお、光VCO7は電気系のVCOの様に電圧に
よるインピーダンス変化に依る周波数制御の様に
単純でなく、2次的な制御機構に依存している。
本実施例の場合、光VCO7の対象として半導体
レーザを考えると周波数制御は、第1に温度制
御、第2に電流制御という2次的な制御に依つて
共振器長あるいは内部屈折率を制御することに達
成される。依つて15の整流器を付加した増幅器
の出力電圧を半導体レーザの温度制御器である電
子冷凍器の直流入力へ印加することによつて光
VCO7の周波数を制御できる。電流制御は半導
体レーザの出力変動を伴うため、精密に出力を一
定に保つ場合には不適である。9の光増幅器はダ
ブルヘテロ構造を有し、入射信号が光フアイドの
低損失低分散領域の波長の場合にはInGaAsP/
InPを材料とした導波路形で進行波形増幅器が適
している。11の変調器はベースバンド変調信号
が高速変調されることを考慮した場合に応答速度
が速く、かつ導波路化し易いLiNbO3を材料とし
た変調器が適している。10の遅延回路は位相器
12と同様であり、位相をシフトするためのもの
であるため、電気光学効果を用いた変調器的構造
で印加電圧によつて屈折率変化に伴つて光学長が
変化し位相シフトするものである。
実施例 2 第2図は第1図の光VCO回路16を注入同期
レーザ回路161で置き換えたものである。逆変
調された入力搬送波18は注入同期レーザ回路1
61内部の注入同期レーザへ注入され、注入入同
期レーザで自動的に入力搬送波18に同期されて
信号搬送波と同一周波数で一定の位相を持つ局部
発振光19ができ、この局部発振光19が出力さ
れる。以下第1図と同様に信号光4と局部発振光
19とを2乗検波器に入力してベースバンド信号
17が得られる。
以上説明したように逆変調を用いた光PSKホ
モダイン被波を使用した受光装置を用いることに
よつて、高周波の光周波数から、低周波のベース
バンド信号周波数へ直接検波するために必要な周
波数、位相の精密な制御が可能となり常に安定し
た周波数、位相を持つ局部発振器出力を得られる
ため、低雑音のホモダイン検波ができる利点があ
る。
さらに、光VCO回路あるいは注入同期回路に
よつて信号の周波数が変動しても常に同期状態に
局部発振光を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例で光VCOを用いた
逆変調形光PSKホモダイン検波受光装置のブロ
ツク図、第2図は本発明の他の実施例で第1図の
光VCO回路の部分を注入同期レーザー回路で置
き換えたブロツク図、第3図は逆変調形光PSK
ホモダイン検波受光装置の各部の波形図、第4図
は実施例における光の位相関係を示す図である。 1……入力端子、2……ハーフミラー、3,4
……信号光、5……ハーフミラー、6……2乗検
波器、7……光VCO、8……増幅器、9……光
増幅器、10……遅延回路、11……変調器、1
2……位相器、13……位相比較器、14……低
周波透過フイルタ、15……増幅器、16……光
VCO回路、17……出力ベースバンド信号、1
8……入射する搬送波、19……光VCOからの
局部発振光。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 光周波数を用いた光コヒ−レント伝送方式に
    おける光PSKホモダイン検波受光装置において、
    光入力信号が得られる入力端子と、半導体レーザ
    若しくは注入同期レーザを用いた局部発振回路
    と、この局部発振回路からの局部発振光及び前記
    入力端子からの光入力信号が加えられ出力ベース
    バンド信号を抽出する2乗検波器と、この2乗検
    波器からの出力ベースバンド信号で前記光入力信
    号を逆変調した光と前記局部発振回路からの出力
    光とを位相比較して得た位相差信号を用いて前記
    局部発振回路の周波数を制御する変調器及び位相
    比較器を有する帰還回路とを具備することを特徴
    とする光PSKホモダイン検波受光装置。
JP5400580A 1980-04-23 1980-04-23 Optical psk homodyne detecting and receiving device Granted JPS56150732A (en)

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JPS56150732A JPS56150732A (en) 1981-11-21
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