JPH02243032A - イメージ分離型受信機を利用したコヒーレント光伝送方式 - 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】 概要 イメージ分離型受信機を利用したコヒーレント光伝送方
式に関し、 高密度な周波数多重化を可能にすることを目的とし、 信号光及び局部発振光のいずれか一方を直線偏光、他方
を円偏光とし、又は、信号光及び局部発振光を直線偏光
及び円偏光間の位相差と同等の位相差を与える楕円偏光
とする偏光器と、該偏光器から出力された光を加える光
結合器と、該光結合器から出力された光を偏光分離する
偏光分離器と、該偏光分離器により分離された光を電気
信号に変換する第一及び第二の光電変換器と、該第一及
び第二〇光電変換器からの信号を加える９０°ハイブリ
ッド回路とを備え、２値に光周波数デジタル変調された
信号光のマーク信号に対応する周波数とスペース信号に
対応する周波数との間に上記局部発振光の周波数を設定
して構成する。

産業上の利用分野 本発明はイメージ分離型受信機を利用したコヒーレント
光伝送方式に関する。

光伝送の分野においては、光伝送路により伝送された強
度変調光を直接的に受光素子により受光して電気信号に
変換する強度変調／直接検波方式が一般的である。これ
に対し、近年、伝送容量の増大等の要請から、コヒーレ
ント光伝送方式の研究が活発化している。この方式によ
れば、強度変調／直接検波方式と比較して受信感度の向
上を期待できるので、光伝送路における中継間隔の拡大
若しくは中継器数の削減又は光伝送路の分岐数の増大が
容易になり、光伝送路を経済的に構築することが可能に
なる。また、光信号を電気信号に変換した後に比較的容
易に周波数分離を行うことができるので、高密度な周波
数多重く波長多重）が可能になり、単一の光伝送路にお
ける伝送容量を飛躍的に増大させることができる。この
ような状況にあって、イメージの影響を考慮しつつさら
に高密度な周波数多重化が要望されている。

従来の技術 第８図は、ＦＳＫ方式により光周波数デジタル変調され
た信号光を受信するのに適した光ヘテロゲイン検波回路
のブロック図である。５１はハーフミラ−や光カブラ等
からなる光結合器、５２はフォトダイオード等からなる
光電変換器、５３は増幅器、５４は帯域通過フィルタで
ある。

光ファイバ等からなる光伝送路を介して受信した信号光
と、半導体レーザ等からの局部発振光とが、光結合器５
１に人力されて重畳され、その出力光が光電変換器５２
に加えられて電気信号に変換される。この電気信号は増
幅器５３により増幅されて、帯域通過フィルタ５４によ
り雑音成分が除去されて、所望の帯域の中間周波信号が
出力される。

信号光及び局部発振光の電場成分をそれぞれＥｓ。

Ｅｔ　　とるすると、 と表すことができる。なお、Ａ５　、　ＡＬ　、　ω、
。

ωＬ、φＳ、φＬは、それぞれ信号光と局部発振光との
電場の振幅、各周波数、位相を示す。

そして光電変換器５２における光電流■、は、光結合器
５１から出力されるビート成分ＥＩＰの自乗の交流成分
に比例するもので、 Ｅｒｒ　ｌ”　＝　ｌ　ＥＳ＋ＥＬ　ｌ’＝ＡＳ’＋Ａ
Ｌ２ ＋　２　Ａｓ　ＡＬｃｏｓ　［２π（ｆｓ−ｆｔ、）ｔ
＋　　（φＳ　−φＬ）　コ　　　　　　・・・（３）
であるから、 Ｉ　ｐ　”　２　Ａｓ　ＡＬＣＯ８［±（２πｆｒｐｔ
＋φ）］・・・（４） となる。但し、 ｆｘｐ＝ｌｆｓ　　ｆＬｌ　　　・・・（５）φ　＝φ
Ｓ−φＬ　　　　・・・（６）である。ここに、ｆｓ　
は信号光の周波数、ｆＬ　は局部発振光の周波数である
。このように、電気信号として取り扱うことができるマ
イクロ波領域の中間周波信号を得ることができる。

第９図はＦＳＫ方式における従来の局部発振光の周波数
設定の説明図である。ｆｓ１１＋　　ｆｓｓはそれぞれ
マーク時、スペース時における信号光の周波数であり、
これらは（５）式等におけるｆ、に対応している。局部
発振光の周波数ｆＬ　を設定する場合には、（５）式か
ら明らかなように、同図（ａ）に示すようにｆＬ　をｆ
　ＳＨ＋　　ｆ　ｓｓよりも低周波側に設定しても良い
し、同図ら）に示すように、ｆＬ　をｆ５５　＊　　ｆ
ｉｌｌよりも高周波側に設定しても良い。

発明が解決しようとする課題 中間周波帯（ＩＦ帯）で見ると、第１０図に示すように
、ＤＣ軸に対して中間周波成分６１と対象の位置にイメ
ージ成分６２が生じることになる。

このため、信号光として周波数が異なる光を用いて多重
化伝送を行う場合において、上述したような一般的な包
路線検波を行うときには、周波数多重されたいずれかの
信号光のイメージ成分が他の信号光の中間周波成分に重
なって受信感度が劣化することを防止するために、中間
周波数の帯域として伝送速度の数倍以上の帯域が必要で
あり、高密度な周波数多重が困難であるという問題を生
じていた。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、Ｆ
ＳＫ方式を適用したコヒーレント光伝送方式において、
高密度な周波数多重化を可能にすることを目的としてい
る。

課題を解決するための手段 第１図は本発明において用いるイメージ分離型受信機の
基本構成を示すブロック図である。

３は偏光器であり、信号光１及び局部発振光２のいずれ
か一方を直線偏光、他方を円偏光とし、又は、信号光１
及び局部発振光２を直線偏光及び円偏光間の位相差と同
等の位相差を与える楕円偏光とする。

４は光結合器であり、偏光器３から出力された光を加え
る ５は偏光分離器であり、光結合器４から出力された光を
偏光分離する。

６．７はそれぞれ第一及び第二の光電変換器であり、偏
光分離器５により分離された光を電気信号に変換する。

８は９０°ハイブリッド回路であり、第一及び第二の光
電変換器６，７からの信号を加える。

そして、上記構成のイメージ分離型受信機を用いて、第
２図に示すように、２値に光周波数デジタル変調された
信号光１のマーク信号に対応する周波数ｆｓ）ｌとスペ
ース信号に対応する周波数「５゜との間に、局部発振光
２の周波数ｆｔ　を設定する。

なお、同図においては、ｆＬがｆ、う、　　ｒｓｓ間の
周波数差を二等分する位置に図示されているが、本発明
はこれに限定されるものではない。

作　　　用 従来の一般的なヘテロゲイン検波方式により光周波数デ
ジタル変調された信号光を受信する場合、中間周波信号
の周波数ｆＬ　がマーク時における信号光の周波数ｒｓ
ｘとスペース時における信号光の周波数ｆｓｓ間に設定
されていると、折り返されたイメージ成分の影響により
スペース信号とマーク信号が重なって検知されるため、
符号誤りなく受信することはできない。これに対し、本
発明の構成によれば、イメージ分離型受信機を用いるこ
とによって、局部発振周波数がマーク時の周波数とスペ
ース時の周波数との間に設定されている場合でも、マー
ク信号とスペース信号とを９０°ハイブリッド回路８の
出力として分離して取り出すことができるので、符号誤
りなく受信することができる。そして、局部発振光の周
波数をマーク時の信号光の周波数とスペース時の信号光
の周波数との間に設定し、中間周波数が小さくなるよう
にしているので、周波数多重伝送を行う場合に、各信号
光の周波数の間隔を小さくすることができ、高密度な周
波数多重が可能になる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の実施例を示すコヒーレント光伝送シス
テムのブロック図である。このシステムは、光送信機１
１と光受信機１２とをシングルモード光ファイバ等の光
伝送路１３により接続して構成されている。

光送信機１１において、１４はその出力光が光伝送路１
３に結合される半導体レーザ等の送信光源、１５は変調
回路である。変調回路１５に変調信号が人力されると、
そのマーク及びスペースに対応して送信光源１４から出
力される光の周波数がＦＳＸ変調される。

光受信機１２において、１６は半導体レーザ等からなる
局部発振光源、１７は局部発振光源１６からの光を円偏
光にして出力する１／４波長板等の円偏光器、１８は円
偏光器１７からの光と光伝送路１３を介して受信した光
信号とを加えて出力するハーフミラ−１光カプラ等の光
結合器、１９は光結合器１８からの光を偏光分離する偏
光分離膜等を用いてなる偏光分離器、２０．２１は偏光
分離器１９で分離された互いに偏波面が垂直な偏光を電
気信号に変換するそれぞれ第一及び第二の光電変換器、
２２は第一及び第二の光電変換器２０．２１からの信号
がそれぞれ入力ポートＰ１゜Ｐ２に入力される９０°ハ
イブリッド回路、２３は９０°ハイブリッド回路２２の
一方の出カポ−）Ｐ３からの信号が人力される第一の帯
域通過フィルタ、２４は９０°ハイブリッド回路２２の
他方の出カポ−）Ｐ４からの信号が入力される第二の帯
域通過フィルタ、２５．２６は第一及び第二の帯域通過
フィルタ２３．２４からの信号をそれぞれ復調する第一
及び第二の復調器、２７は第一第二の復調器２５．２６
からの信号を相互に減算して出力する減算器である。

信号光及び局部発振光のうち局部発振光の偏光状態は既
知であるから、本実施例では、局部発振光を円偏光器１
７により円偏光にしている。また、信号光については、
光伝送路の条件によって偏光揺らぎが生じるので所定の
偏波面で入力するようにしておく。偏光分離器１９にお
いては、円偏光については原理上等分に分離されるが、
直線偏光についてはその偏波面の設定に応じて分離比が
変化するので、入射光の偏波面を４５°に設定して等分
に分離されるようにする。

円偏光器１７として１／４波長板を用いる場合、この１
／４波長板は、所定厚みの複屈折板が所定の結晶方位と
なるように配置して構成される。この複屈折板が便宜上
止の車軸結晶からなるとしたときの屈折率楕円体を第４
図に示す。いま、複屈折板の常光に対する屈折率をｎｏ
　とし、異常光に対する屈折率の最大値をｎ、とする（
　ｎ　ｏ　＜　ｎ　＊）。そして、複屈折板の光学軸を
２軸とする直交三次元座標軸の原点Ｏを光が矢印Ｓ方向
に伝搬しているとし、矢印５（Ｏｘｙ平面への投影がｙ
軸と一致しているとする。このとき、屈折率楕円体は、
で表される。常光に対する屈折率ｎ０　は、常に一定で
あり、屈折率楕円体がｘｙ平面で切られる円Ａと原点Ｏ
において伝搬方向Ｓに直交する面で切られる楕円Ｂとが
交わる点Ｐまでの原点Ｏからの距ｍｏｐで表される。一
方、異常光に対する屈折率ｎ、′は、伝搬方向Ｓと２軸
とがなす角θに応じて変化し、上記楕円Ｂとｙｚ平面と
が交わる点Ｑまでの原点０からの距ｆｉＯＱで表される
。すなわち、異常光に対する屈折率ｎ、′は、光の伝搬
方向Ｓに応じてｎｏからｎ、まで連続的に変化する。こ
のように光の伝搬方向Ｓに応じてその偏光成分に対する
屈折率が異なるので、例えば直線偏光として入射した局
部発振光の伝搬方向Ｓがｙ軸に一致するように（θ＝９
０”）複屈折板の光学軸を設定し、当該偏波面がＯＰ及
びＯＱに対して４５°傾斜するようにし、且つこの入射
光の直交偏光成分の位相差が９０°となるように複屈折
板の厚みを設定することにより、局部発振光を円偏光に
して出力することができる。な右、信号光を円偏光とし
、局部発振光を直線偏光として光結合器１８に加えるこ
ともできる。また、複屈折板の厚み、光学軸等を調整し
て局部発振光及び信号光のうちのいずれか一方を適当な
楕円率を有する楕円偏光とし、他方についても複屈折板
等を用いて対応する楕円率の楕円偏光とし、これらの楕
円偏光間の位相関係が直線偏光と円偏光間の位相関係と
同様になるようにすることもできる。

９０°ハイブリッド回路２２は、ポートＰ１からポート
Ｐ３へ、またポートＰ２からポー）Ｐ４への経路では、
それぞれ位相は変化せずに、３ｄＢの損失となり、ポー
トＰ１からポー）Ｐ４へ、またポー）Ｐ２からポー）Ｐ
３への経路では、位相が９０°変化し、且つ３ｄＢの損
失となる構成を有し、信号周波数帯域に対応した各種の
構成を用いることができる。

信号光及び局部発振光の周波数をそれぞれｆｓ（ｆｓｘ
、　　ｆｓｉ）　、　　ｆ＋、　　とすると、９０°ハ
イブリッド回路２２のポートＰ３．Ｐ４からの出力信号
をスペクトルアナライザ（図示せず）に加えたとき、そ
の出力信号ｔｓ（ｔ）、　　ｔｍ（ｔ）は、１３（ｔ）
ｏｅ　　（１＋ｓｇｎ　　（ｆｓ　　−ｆＬ）　　］ｃ
ｏｓ（２π　ｆｔｐ　ｔ’　　（ｔ）　　）　　　・・
・（８）Ｌ（ｔ）”　（１＋ｓｇｎ　（ｆｓ　　　ｆＬ
）　］ｓｉｎ　　［２ｒｒ　　ｆ　ｔｐ　ｔ　’　　（
ｔ）　　〕”１９）但し、 ・・・σＱ であり、ｔ’（ｔ）　　は、光学系の立体配置等によっ
て決まる時間についての関数である。前述の（８）。

（９）式から、 ｉ）ｆ、＞ｆ、の時、Ｉ　４　（ｔ）≠０（Ｉｓ（ｔ）
ｏｃｃｏｓ　Ｃ２πｆ＋ｙ　ｔ’　（ｔ）　　］　）ｉ
ｊ）　　ｆ、　＜ｒｔ　の時、ｌ５（ｔ）＝０（Ｉ　４
　（ｔ）　Ｑｅｓｉｎ　（２πｒｓｖｔ’　（ｔ）　）
　）・・・（６） となる。従って、９０°ハイブリッド回路２２のポー）
Ｐ３．Ｐ４について、第５図に示すように、ｆｓ＞ｆＬ
又はｆ、＜ｆＬ　の条件に対応してイメージ成分が分離
されたものとなる。例えば、ｒＳｓ＜　ｒＬ　　＜　ｆ
ｓに　　　・・・（２）の関係を満足するようにマーク
時及びスペース時の信号光の周波数及び局部発振光の周
波数が設定されている場合には、マーク信号に対応する
中間周波信号をほとんどポー）Ｐ３のみから取り出し、
スペース信号に対応する中間周波信号をほとんどＰ４の
みから取り出すことができる。

周波数ｆ、、Ｉの信号を低損失で通過させる第一の帯域
通過フィルタ２３においては、ポー）Ｐ３からの信号に
ついて不要な信号成分及び雑音の除去を行って、その出
力信号は、第一の復調器２５を介して減算器２７に加え
られる。周波数ｒｓｓの信号を低損失で通過させる第二
の帯域通過フィルタ２４においては、ポートＰ　４４ら
の信号について不要な信号成分及び雑音成分の除去が行
われ、その出力信号は第二の復調器２６を介して減算器
２７に加えられる。

第６図は減算器２７の入出力波形の一例を示す図である
。４１は減算器２７に入力されるマーク信号の波形、４
２は減算器２７に人力されるスペース信号の波形、４３
は減算器２７の出力波形でアル。マーク信号４１のハイ
レベルＶｌ　及びスペース信号４２のローレベルＶｔ　
はマーク「１」に対応し、マーク信号４１のローレベル
Ｖ、及びスペース信号４２のハイレベルＶ［Ｉ　はスペ
ース「０」に対応している。これらを減算することによ
り、レヘル差ΔＶ　（＝Ｖ、Ｉ−ＶＬ　）を２ΔＶに増
大することができるので、信号識別が容易になり、符号
誤り率が低下する。このように、マーク信号及びスペー
ス信号についてそれぞれフィルタ検波を行ったのち減算
処理を施すことによって、受信感度を向上させることが
できる。

第７図は実施例における効果の説明図である。

従来技術では、同図（ａ）に示すように、局部発振光の
周波数ｆ、を信号光の周波数帯域とは異なる帯域に設定
していたので、イメージ成分の影響を排除するためにチ
ャンネル１，２．３．・・・の周波数間隔を大きく設定
する必要があったのと比較して、本実施例によれば、同
図（５）に示すように、局部発振光の周波数ｆＬを信号
光のマーク信号に対応する周波数とスペース信号に対応
する周波数との間に設定して、中間周波数を低（抑える
ことができるので、周波数多重伝送を行うに際して、チ
ャンネル１，２，３．・・・における隣接するチャンネ
ル間の周波数間隔を小さくすることができ、高密度な周
波数多重が可能になる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、イメージ分離型受
信機を用いているので、局部発振光の周波数を信号光の
マーク信号に対応する周波数とスペース信号に対応する
周波数との間に設定した場合でも、イメージ成分の影響
を受けることなしにマーク信号とスペース信号とを分離
することができる。その結果、中間周波数を低く設定す
ることができ、周波数多重伝送を行うに際して周波数間
隔を狭めて高密度な周波数多重が可能になるという効果
を奏し、通信の大容量化に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いるイメージ分離型受信機の
基本構成を示すブロック図、 第２図は本発明における局部発振光の周波数設定の説明
図、 第３図は本発明の実施例を示すコヒーレント光伝送シス
テムのブロック図、 第４図は複屈折板についての屈折率楕円体を示す図、 第５図は９０゛ハイブリッド回路（第３図）の出力の説
明図、 第６図は減算器（第３図）の入出力波形の一例を示す図
、 第７図は本発明の実施例における効果の説明図、第８図
は一般的な光へテロダイン検波回路のブロック図、 第９図はＦＳＫ方式における従来の局部発振光の周波数
設定の説明図、 第１０図はＦＳＫ方式におけるイメージ成分の説明図で
ある。 １・・・信号光、　　　　　２・・・局部発振光、３・
・・偏光器、　　　　　４．１８・・・光結合器、５．
１９・・・偏光分離器、 ６．２０・・・第一の光電変換器、 ７．２１・・・第二の光電変換器、 ８．２２・・・９０°ハイブリッド回路、１４・・・送
信光源、　　　　１６・・・局部発振光源、１７・・・
円偏光器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 信号光（１）及び局部発振光（２）のいずれか一方を直
   線偏光、他方を円偏光とし、又は、信号光（１）及び局
   部発振光（２）を直線偏光及び円偏光間の位相差と同等
   の位相差を与える楕円偏光とする偏光器（３）と、 該偏光器（３）から出力された光を加える光結合器（４
   ）と、 該光結合器（４）から出力された光を偏光分離する偏光
   分離器（５）と、 該偏光分離器（５）により分離された光を電気信号に変
   換する第一及び第二の光電変換器（６，７）と、該第一
   及び第二の光電変換器（６，７）からの信号を加える９
   ０°ハイブリッド回路（８）とを備え、２値に光周波数
   デジタル変調された信号光（１）のマーク信号に対応す
   る周波数とスペース信号に対応する周波数との間に上記
   局部発振光（２）の周波数を設定したことを特徴とする
   コヒーレント光伝送方式。