JPH02159133A - 光ヘテロダイン検波回路 - 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］ 本発明は、光ヘテロダイン検波回路に関し、特に高速の
信号を効率よく受信可能にしたものである。

［従来の技術］ 従来から、光搬送周波数と光層部発振器による信号出力
を混合することによって生ずる干渉を利用して、両光の
位相差、強度、周波数などの情報を検知する光ヘテロダ
イン検波回路が提供されている。

周知のように、光ヘテロダイン検波方式は一般に直接検
波方式に比べて受光感度（受信感度）が改善され、かつ
光ファイバの波長分散を中間周波回路で電気的に等化（
遅延等化）できるので、高速・長中継間隔の伝送方式と
して有望視されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の光ヘテロダイン検波方式による広
帯域の受光回路では、例えばビットレートの２倍の周波
数を中心周波数としてピッレートの２倍の４１Ｆ域幅を
有する受光回路を必要とするので高速化が困難であった
。

一方、ベースバンド回路を用いる位相ダイバーシチ検波
方式では信号光周波数と局発光周波数の差をベットレー
トの！／ｌＯ程度にするので、受光回路の帯域もＤＣ（
直流）付近からビットレート程度までカバーでき、この
ため光ヘテロダイン検波に比べて電気回路に対する負担
が軽減され、高速化適した検波方式であるとされていた
。しかし、信号が直流からビットレート程度まで広がり
、この信号を復調するにはミキサあるいは２乗検波器等
の回路が必要である。だが、これらの復調回路がこのよ
うな広い周波数範囲をカバーするのは実際上困難であっ
た。

そこで、第４図に示すような復調回路が提案された。こ
の提案の回路は高速まで適用できるように、位相ダイバ
ーシチで検波した信号の周波数を一度高い周波数に変換
して２乗検波するようにしたものである（Ｅｕｒｏｐｅ
ａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　ＯｐｔｉｃａｌＣ
ｏＩｌｌｍｕｎｉｃａｔｉｏｉｎ、　’８８　ｐｐ、　
１４７−１５０参照）。

しかしながらこの提案の方式では周波数を変換した時に
和と差の周波数ができるので、パワーを検波する方式に
しか適用できず、受信感度が良いＦＳＫ（ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ　５ｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）およびＰＳＨ（ｐ
ｈａｓｅｓｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）には周波数検波が
必要なために適用できなかった。

本発明の目的は、上述の従来の欠点を除去し、位相ダイ
バーシチ検波方式を用いて高速信号の復調を行い、受光
感度を向上させることのできる光ヘテロダイン検波回路
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段１ かかる目的を達成するために、本発明は、人力する１３
号光と局部発振光を混合する光９θ°ハイブリットと、
光９０°ハイブリッドで混合された２つの混合光をそれ
ぞれ受信する受光部と、受光部で受信された２つの受信
信号と正弦波をかけ合わせる周波数変換部と、周波数変
換部でかけ合わされた信号を２つの９０°ハイブリット
出力信号にする９０°ハイブリツトと、２つの９０°ハ
イブリット出力信号をそれぞれ復調する復調部と、復調
部で復調された２の出力信号を１つの１８号に合成する
合成部とを具備したことを特徴とする。

［作　用］ 本発明は、位相ダイバーシチ検波方式を用いて受信した
信号の周波数を一度高い周波数に変換して、受信信号を
位相を含めて再生し、復調するようにしたので、受光感
度の向上が得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の回路構成を示す。

同図において、１は局部発振光源、２は信号光と局部発
振光源１の局部発振光とを合波する光９０°ハイブリッ
ト、４．５はそれらの合波された光束を受光する受光素
子、６．７は増幅器である。１００は受光されて光電変
換された電気信号の周波数を変換する周波数変換回路で
、ミキサー９、ｌＯと局部発振器８から構成される。１
０１は周波数変換回路ＩＱ（ｌで周波数変換された２つ
の信号を合成する９０°ハイブリツドであり、π／２位
相器１１．１２と、合成器１３．１４から構成される。

１５．１６は復調回路、１７は合成回路である。

先ず、本実力＆例の回路の動作について筒単に説明する
。

光９０°ハイブリット２で合波された２つの光には信号
光の角周波数ω、と局部発振光の角周波数ω、との差に
応じたビートが発、生する（第２図（八）　、（Ｂ）参
照）。そのビートは、例えばＸ点を基準にすると７点で
はビート周波数は同じであるが、信号光と局部発振光の
周波数の大小関係に応じて±π／２の位相差がある。

これらの２つの光を受光素子４．５で光電変換し、増幅
器６で増幅した電気信号をミキサ９．１０を用いて局部
発振器８の局部発振信号と合波することにより周波数変
換すると、その変換された信号角周波数は局部発振器８
の角周波数をω、。とすると、ωＬＯ±（ω５−ωＬ）
となる（第２図（Ｃ）。

（Ｄ）参照）。ミキサ９の出力ラインのａ点でこの２つ
の信号の位相は等しい（第２図（Ｃ）参照）。

しかし、ミキサｌＯの出力ラインのｂ点では２つの信号
は上記のａ点と比較して土π／２の位相差がある（第２
図（Ｄ）参照）。これらの位相差のある信号を９０°ハ
イブリツト１０１を用いて合成すると、９０°ハイブリ
ツト１０１からの出力は出力ラインの０点で上述のωＬ
Ｏ（ω８−ωＬ）成分がキャンセルされて０となり、ω
Ｌ。＋（ω８−ωＬ）成分のみとなる（第２図（Ｅ）参
照）。一方、９０°ハイブリツド１０１の出力ラインで
のｄ点ではその出力のωＬＯ＋　（ω８−ωＬ）成分が
キャンセルされて０となり、ω、。−（ω８−ωＬ）成
分のみとなる（第２図（Ｆ）参照）、従って、０点、ｄ
点に送り出されたこれら２つの信号は位相も含めて光の
スペクトルの状態を再生したことになり、従来の光ヘテ
ロダイン検波方式で行っていると同様の復調が可能とな
る。よって、これらの信号を復調器１５．１６で復調を
行い、合成器１７で合成すれば、もとの信号（信号光）
が再生できる。

次に、以上説明した本実施例の動作を下記の式を用いて
さらに詳細に説明する。ここに説明を簡単にするために
、信号光には変調をかけていないとする。

このときの信号光の波形Ｓを Ｓ　＝　ｌＴｒ；　ｃｏｓ　（（１１ｍ　ｔ＋φ、）　
　　　　　・＜１）とする。ここで、Ｐ、は信号光のパ
ワー、ω、はその信号光の角周波数、φ８は位相（任意
の値）である。

また、局部発振光の波形りを Ｌ　＝　ＪＴｎ　ｃｏｓ　（ω、ｔ＋　φＬ、）　　　
　　　＋＋　（２）とする。ここでＰＬは局部発振光の
パワー　ω、はその局部発振光の角周波数、φ、は位相
（任意の値）である。

光９０°ハイブリット２により信号光と局部発振光とを
混合し、２つの信号光をそれぞれ受光素子４．５に入射
する。

受光素子４および増幅器６による受信波形ＲＸは、直流
成分を無視すると、 ・・・（３） となる。ここで、η、は受光素子４の量子効率、ｅは電
子の電荷、ｈはブランク定数、νは光の周波数（ω８＝
２πν）、Ｇ＋は増幅器６の利得を表す。以下では説明
を？’Ｊ−ＱＬにするために、［ηＨｅ／ｂシＩＧ、＝
１とすると、上式（３）のＩｔ。

は、 Ｒｘ　＝　ＦＩ五ｃｏｓ　（（０ｗ　−（１１、）　ｔ
＋φ１−φＬ）　・（３）となる。

また、受光素子５および増幅器７による受信波形Ｉ′ｌ
ｙは、上記と同様にして、 Ｒ，＝　Ｊ−ＴＪＴｃｏｓ（（０ｇ　　−ωＬ　）ｔ＋
φ、−φ５　十−）・・・（４） となる。上式（３１’　、または（４）の信号Ｒ，，Ｒ
，と局部発振器８の出力Ｔ Ｔ　＝　（’ｎ：ｃｏｓ　（ｃｃ＋　、、ｔ　）　　　
　　　　　　　−（５）とをミキサ９．ｌＯでかけ合せ
ると、ａ点の信号Ｒ１は １１ｊ７．　　ａ点の信号Ｒ４のφ５−φ、をＯとする
と、上式（ｆｉ）　、　（７）により、２つの周波数成
分は同相であり、ｂ点の１３号は士−の位相差があるこ
とが分る。

＋ｃｏｓ（（ωＬＯ−ω８　＋ω１）１−φ、＋φＬ＋
１・・・（６） となる、また、同様にｂ点の４３号Ｂ、はｂ点の信号ｎ
ｂの半分を−だけ位相を遅らせた信号−Ｒ，１′ ｌ との和で表され、 ＋φ、−φ１．　　＋　　　　）　　＋ｃｏｓ　　（（
（１）Ｌ、Ｏ（ｄ、　　＋　（ＬＩＬ　）ｔ一φ１　＋
φ、−−）］ ・・・（７） となる。上式（６）　、　（７）の信号Ｒ，，Ｒｈは第
２図（ｃ）　、　（ｆ）に示すようにωＬ０を中心とし
て±（ω１−ωも）の周波数にスペクトルが存在する。

この・・・（８） となる（第２図（Ｅ）参照）。

また、ｄ点の信号ｎ、は、ａ点の信号Ｒａの半分を号Ｒ
Ｉｌの半分□Ｒｈ’　との和で表され、となる（第２図
（Ｆ）参照）。

従って、０点の信号Ｒｃは局部発振光源１の局部発振光
りの光周波数がω、−ω５゜とじたとぎの光ヘテロダイ
ン検波と等価となり、ｄ点の信号Ｒｄは局部発振光源１
の局部発振光しの光周波数がω、＋ω、。とじたときの
光ヘテロダイン検波と等価となる。これらの信号のＲｅ
、Ｒａは、光ヘテロダイン検波と同様に、復調器１５．
１６により包絡線検波、２乗検波、遅延検波、同期検波
等で復調することが出来る。復調器Ｉｓ、１６で復調さ
れたｅ点。

ｆ点の信号Ｒ，，Ｒ，はＹの信号の符号に応じて合成器
１フで合成することにより、もとの信号を得ることが出
来る。第４図の従来の回路ではパワーで検波しているた
め、受信感度の最も悪い＾Ｓに（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　
５ｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）にのみに適用可能であった
が、本発明実施例ではａ点、ｂ点で現れる各々２つの信
号から９０”バーｆブリット１０１を用いて、各々、一
方の信号たけを取り出しているので、位相も検波でき、
これにより上述のＦＳＫ、ＰＳＨにも適用できるので受
（Ｘ感度の改善が図れる。

次に、実験において確認した第１図の各点におけるスペ
クトル（測定値）を第３図（八）〜（Ｃ）に示す。約５
００ＭＩＩｚ光周波数差のある信号光と局部発振光を光
９０”ハイブリット２を通して混合し、その光を受光素
子４．５で受光する（′ｆＳ３図（八））。その受光し
た信号しを３Ｇｌｌｚの発振器８を用いて周波数変換す
る（第３図（Ｂ））。周波数変換された信号Ｉｔ、には
局部発振器の周波数を中心にして対称にスペクトルが得
られている。但し、局部発振器８の周波数成分は理想的
にはないが、・実際にはミキサ９の不完全性により漏れ
が現れている。この信号Ｒ１を９０°ハイブリツト１０
１に通すと、片方がキャンセルされ１つのスペクトルの
みとなる（第３図（Ｃ））。

［発明の効果１ 以上述べたように、本発明によれば、ω、２ω５として
ベースバンド回路で受光することにより、受光回路が低
周波狭帯域で実現でき、低雑音化が図れる。また、この
受光回路の出力信号に対して遅延検波や同期検波を行う
と受光感度の改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
、 第２図（Ａ）〜（Ｆ）はそれぞれ第１図の各点における
出力信号のスペクトルを示す特性図、第３図（Ａ）〜（
Ｃ）はそれぞれ第１図の各点における出力信号の実際の
測定値（実験値）を示すグラフ、 第４図は従来例の回路構成を示すブロック図である。 １・・・局部発振光源、 ２・・・光９０°ハイブリット、 ４．５・・・受光素子、 ６．７・・・増幅器、 ８・・・局部発振器、 ９、ｌＯ・・・ミキサ、 ＋１，１２・・・π／２位相器、 １：ｌ、１４・・・合成器、 １５．１６・・・復調器、 １７・・・合成器、 １００・・・周波数変換回路、 １０１・・・９０°ハイブリツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）入力する信号光と局部発振光を混合する光９０°ハ
   イブリットと、 該光９０°ハイブリッドで混合された２つの混合光をそ
   れぞれ受信する受光部と、 該受光部で受信された２つの受信信号と正弦波をかけ合
   わせる周波数変換部と、 該周波数変換部でかけ合わされた信号を２つの９０°ハ
   イブリット出力信号にする９０°ハイブリットと、 該２つの９０°ハイブリット出力信号をそれぞれ復調す
   る復調部と、 該復調部で復調された２の出力信号を１つの信号に合成
   する合成部と を具備したことを特徴とする光ヘテロダイン検波回路。