JPH0296719A - Light signal detecting circuit - Google Patents
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- JPH0296719A JPH0296719A JP63250560A JP25056088A JPH0296719A JP H0296719 A JPH0296719 A JP H0296719A JP 63250560 A JP63250560 A JP 63250560A JP 25056088 A JP25056088 A JP 25056088A JP H0296719 A JPH0296719 A JP H0296719A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光通信に利用する。特に、周波数変調された光
信号の復調に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention is applied to optical communications. In particular, it relates to the demodulation of frequency modulated optical signals.
周波数変調された光信号を直接検波するには、従来、フ
ァブリペロ−・エタロンが用いられている。ファブリペ
ロ−・エタロンは特定の光周波数だけを透過させること
ができる。そこで、ファブリペロ−・エタロンの透過周
波数をマーク信号周波数またはスペース信号周波数の一
方に一致させておく。これにより、ファブリペロー・エ
タロンの透過光強度から、マークまたはスペースを識別
できる。Conventionally, a Fabry-Perot etalon is used to directly detect a frequency modulated optical signal. A Fabry-Perot etalon can only transmit certain optical frequencies. Therefore, the transmission frequency of the Fabry-Perot etalon is made to match either the mark signal frequency or the space signal frequency. Thereby, marks or spaces can be identified from the intensity of light transmitted through the Fabry-Perot etalon.
このような検波方式については、例えば、カミノー他、
ｒＦＤＭ−ＦＳにスター・ネットワーク・ウィズ・ア・
チューナプル・オプティカル・フィルタ・デマルチプレ
クサＪ、Ｉ巳巳エレクトロニクス・レターズ第２３巻第
２１号第１１０２頁〜第１１０３頁、１９８７年（１，
Ｐ、にａｍｉｎｏｗ ｅｔ、ａ１、、 ”ＦＤＭ−ＦＳ
Ｋ ５ｔａｒ ｎｅｔｗｏｒｋｗ＋ｔｈ ａ ｔｕｎａ
ｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｄｅｍｕｌｔ
ｉｐｌｅｘｅｒ”。Regarding such a detection method, for example, Kamino et al.
Star Network with a rFDM-FS
Tunable Optical Filter Demultiplexer J, I Mimi Electronics Letters Vol. 23 No. 21 No. 1102-1103, 1987 (1,
P, aminow et, a1,, “FDM-FS
K 5tar network + th a tuna
ble optical filter demult
iplexer”.
ＩＥＥ Ｅｉｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ、Ｖｏ１、２３． Ｎｏ、２１． ｐｐＨ０２−
１１０３（１９８７）） に説明されている。IEE Electronics Letter
s, Vol1, 23. No, 21. ppH02-
1103 (1987)).
第６図は従来例光信号検波回路を示す。FIG. 6 shows a conventional optical signal detection circuit.
ファブリペロー・エタロン６１は屈折率媒体の両端に反
射鏡６２が設けられた構造をもつ。ファブリペロー・エ
タロン６１の出射端近傍には受光素子２が配置される。The Fabry-Perot etalon 61 has a structure in which reflecting mirrors 62 are provided at both ends of a refractive index medium. The light receiving element 2 is arranged near the output end of the Fabry-Perot etalon 61.
受光素子２は増幅器４に接続される。The light receiving element 2 is connected to an amplifier 4.
第７図はファブリペロ−・エタロンの透過特性と入出力
光との関係を示す。第７図（ａ）は透通特性を示し、第
７図（ハ）、（Ｃ）はそれぞれ入力光、出力光のスペク
トル分布を示す。FIG. 7 shows the relationship between the transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon and input and output light. FIG. 7(a) shows the transmission characteristics, and FIGS. 7(c) and 7(c) show the spectral distributions of input light and output light, respectively.
ファブリペロー・エタロンの透過率Ｔ （ｆ）は、周波
数の関数として、
・ 、（１）
で表される。ここで、Ｒは反射鏡の反射率、ｎはファブ
リペロー・エタロンの媒質の屈折率、Ｃは真空中の光速
、ｌはファブリペロ−・エタロンの共振器長、ｆは光周
波数である。共振ピークの間隔ＦＳＲおよび共振ピーク
の透過強度の半値幅ΔｆＰＰは、
で表される。The transmittance T (f) of a Fabry-Perot etalon is expressed as a function of frequency: , (1). Here, R is the reflectance of the reflecting mirror, n is the refractive index of the medium of the Fabry-Perot etalon, C is the speed of light in vacuum, l is the resonator length of the Fabry-Perot etalon, and f is the optical frequency. The resonance peak interval FSR and the half-value width ΔfPP of the transmission intensity of the resonance peak are expressed as follows.
そこで、第６図に示したファブリペロー・エタロン７１
の入射端に、周波数変調された光信号を入射する。Therefore, the Fabry-Perot etalon 71 shown in Figure 6
A frequency-modulated optical signal is input to the input end of the .
周波数変調された光信号は、第７図ら）に示すように、
マーク （ｒｌＪ）とスペース（「０」）とに異なる光
周波数が割り当てられている。ここで、スペースに光周
波数ｆ、が割り当てられ、マークに光周波数ｆ２が割り
当てられているとする。ただし、ｆ、＝ｆ、＋ｆ、とす
る。ｆ、は周波数偏移である。また、スペース信号周波
数およびマーク信号周波数は、変調速度により広がりを
もつ。The frequency modulated optical signal is as shown in Fig. 7 et al.
Different optical frequencies are assigned to marks (rlJ) and spaces (“0”). Here, it is assumed that an optical frequency f is assigned to a space and an optical frequency f2 is assigned to a mark. However, it is assumed that f,=f,+f. f is the frequency shift. Further, the space signal frequency and the mark signal frequency have a spread depending on the modulation speed.
この広がりの半値幅をΔｆ□とする。The half width of this spread is assumed to be Δf□.
このとき、ファブリペロ−・エタロン６１の共振ピーク
のひとつを光周波数ｆ、またはｆ２に一致させ、共振ピ
ークの間＠ＦＳＲを周波数偏移ｆ、より大きくとり、Δ
ｆＦＰをΔｆ０より大きくとれば、第７図（Ｃ）に示す
ような透過光強度が得られる。すなわち、マークのみ、
またはスペースのみのスペクトルを取り出すことができ
る。この透過光を受光素子２に結合することにより、周
波数変調信号を強度変調信号に変換し、検波復調するこ
とができる。At this time, one of the resonance peaks of the Fabry-Perot etalon 61 is made to match the optical frequency f or f2, and between the resonance peaks @FSR is set to have a larger frequency deviation f, and Δ
If fFP is set larger than Δf0, transmitted light intensity as shown in FIG. 7(C) can be obtained. That is, only the mark,
Or you can extract the space-only spectrum. By coupling this transmitted light to the light receiving element 2, the frequency modulation signal can be converted into an intensity modulation signal, which can be detected and demodulated.
しかし、ファブリペロ−・エタロンに入射した光信号は
反射鏡の間を多重反射するため、信号の位相遅れが生じ
、その結果、検波した信号の波形に歪が生じる欠点があ
った。However, since the optical signal incident on the Fabry-Perot etalon undergoes multiple reflections between the reflecting mirrors, a phase delay of the signal occurs, resulting in distortion in the waveform of the detected signal.
また、出力ポートとしてファブリペロー・エタロンの一
端しか利用できず、しかもマーク信号周波数とスペース
信号周波数とのいずれか一方しか受信できないため、信
号光電力を有効に利用できず、受信感度が劣化する欠点
があった。In addition, only one end of the Fabry-Perot etalon can be used as an output port, and moreover, it can only receive either the mark signal frequency or the space signal frequency, so the signal optical power cannot be used effectively and the receiving sensitivity deteriorates. was there.
さらに、ｎ値（ｎは４以上の正整数）の周波数変調信号
を分離する場合には、サーキュレータ等が必要となり、
フィルタ構成が複雑となる欠点があった。Furthermore, when separating frequency modulated signals of n value (n is a positive integer of 4 or more), a circulator etc. is required.
There was a drawback that the filter configuration was complicated.
本発明は、以上の問題点を解決し、信号光電力を有効に
利用して高感度に光周波数変調信号を検波する光信号検
波回路を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide an optical signal detection circuit that detects an optical frequency modulated signal with high sensitivity by effectively utilizing signal optical power.
ｃ問題点を解決するための手段〕
本発明の光信号検波回路は、ｎ値（ｎは２以上の整数）
に周波数変調された光信号を検波する光信号検波回路で
あり、ｎ値にそれぞれ対応する光周波数をそれぞれ異な
る出力ポートに出力するマッハ・ツェンダ形の周期形フ
ィルタを用いたことを特徴とする。Means for Solving Problem c] The optical signal detection circuit of the present invention has an n value (n is an integer of 2 or more).
This is an optical signal detection circuit that detects a frequency-modulated optical signal, and is characterized by using a Mach-Zehnder type periodic filter that outputs optical frequencies corresponding to n values to different output ports.
マッハ・ツェンダ形の周期形フィルタは、その基本構造
としてマッノいツエンダ干渉計を含み、分岐比が実質的
に等しい２人力２出力の二つの方向性結合器と、この二
つの方向性結合器の出力端と入力端とをそれぞれ接続す
る光路長が異なる二本の光導波路とを備え、光周波数を
二つの出力ボ−トのいずれかに出力する。二つの出力ポ
ートの透過特性は、光周波数に対して周期的となる。The Mach-Zehnder type periodic filter includes a Mach-Zehnder interferometer as its basic structure, two directional couplers with substantially equal branching ratios, and two directional couplers with two outputs. It has two optical waveguides with different optical path lengths connecting the output end and the input end, respectively, and outputs the optical frequency to either of the two output boats. The transmission characteristics of the two output ports are periodic with respect to the optical frequency.
この基本構造の周期形フィルタをトーナメント形にＮ段
接続することにより、光周波数を２°個の出力ポートに
分離できる。空き出力ポートを許容すれば、２以上の任
意の数の出力ポートに光周波数を分離できる。By connecting periodic filters having this basic structure in N stages in a tournament shape, the optical frequency can be separated into 2° output ports. If empty output ports are allowed, optical frequencies can be separated into any number of output ports greater than or equal to two.
２値の光信号を検波するには、周期形フィルタの一方の
出力ポートに透過する光周波数をマーク信号周波数に一
致させ、他方の出力ポートに透過する光周波数をスペー
ス信号周波数に一致させる。To detect a binary optical signal, the optical frequency transmitted through one output port of the periodic filter is made to match the mark signal frequency, and the optical frequency transmitted through the other output port is made to match the space signal frequency.
一方の出力ポートだけの出力光では検波可能であるが、
双方の出力ポートの出力光を検波することが望ましい。Although it is possible to detect the output light from only one output port,
It is desirable to detect output light from both output ports.
３以上の整数ｎについてｎ値の光信号を検波する場合に
は、ｎ個以上の出力ポートを含む周期形フィルタを用い
る。このとき、ｎ値の各レベルに対応する光周波数がそ
れぞれ別々の出力ポートに出力される構成とし、それぞ
れの出力ポートで出力光を検波して復調する。When detecting an optical signal of n value for an integer n of 3 or more, a periodic filter including n or more output ports is used. At this time, the configuration is such that optical frequencies corresponding to each level of the n value are outputted to separate output ports, and the output light is detected and demodulated at each output port.
マッハ・ツェンダ干渉計を利用した周期形フィルタは、
多重反射による遅延がなく、信号波形の歪が小さい。ま
た、入射した光信号のすべてのパワーをいずれかの出力
ポートに結合することができる。したがって、それぞれ
の出力ポートに受光素子を配置すれば、信号光電力を有
効に利用でき、受信感度が向上する。A periodic filter using a Mach-Zehnder interferometer is
There is no delay due to multiple reflections, and signal waveform distortion is small. Also, all the power of the incident optical signal can be coupled to either output port. Therefore, by arranging a light receiving element at each output port, the signal light power can be used effectively and the receiving sensitivity is improved.
第１図は本発明第一実施例光信号検波回路の構成図であ
る。この実施例は、２値に周波数変調された光信号を検
波する回路で本発明を実施したものである。FIG. 1 is a block diagram of an optical signal detection circuit according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is implemented in a circuit that detects a binary frequency-modulated optical signal.
この光信号検波回路は、２値に周波数変調された光信号
の特定の光周波数を透過する光フィルタ、すなわち周期
形フィルタ１と、この周期形フィルタ１を透過した光を
受光する受光素子２−１．２−２とを備える。周期形フ
ィルタ１は、周波数変調の２値にそれぞれ対応する光周
波数をそれぞれ異なる出力ポート１７−１．１７−２に
出力するマツハツエンダ形のフィルタである。This optical signal detection circuit includes an optical filter that transmits a specific optical frequency of a binary frequency-modulated optical signal, that is, a periodic filter 1, and a light receiving element 2- that receives the light that has passed through the periodic filter 1. 1.2-2. The periodic filter 1 is a Matsuhatsu Enda type filter that outputs optical frequencies corresponding to two values of frequency modulation to different output ports 17-1 and 17-2, respectively.
受光素子２−１．２−２は差動的に接続され、その出力
が帯域通過フィルタ３を介して増幅器４に接続される。The light receiving elements 2-1, 2-2 are connected differentially, and their outputs are connected to the amplifier 4 via the bandpass filter 3.
受光素子２−１．２−２の出力はまた、電極制御回路５
に接続される。The output of the light receiving element 2-1.2-2 is also sent to the electrode control circuit 5.
connected to.
周期形フィルタ１は、分岐比が実買的に等しい２人力２
出力の二つの方向性結合器１１．１２と、この二つの光
方向性結合器１１．１２の出力端と入力端とをそれぞれ
接続する光路長が異なる二本の光導波路１３．１４とを
備える。方向性結合器１１の入力端は、この周期形フィ
ルタｌの入カポ−）１６−１．１６−２として使用され
る。方向性結合器１２の出力端は、出力ポート１７−１
．１７−２として使用される。周期形フィルタｌはまた
、光導波路１３の近傍に導波路位相制御用の加熱電極１
５を備える。加熱電極１５は電極制御回路５に接続され
る。The periodic filter 1 has two manpower 2 whose branching ratios are actually the same.
It includes two output directional couplers 11.12 and two optical waveguides 13.14 having different optical path lengths that connect the output ends and input ends of these two optical directional couplers 11.12, respectively. . The input end of the directional coupler 11 is used as the input capacitor (16-1, 16-2) of the periodic filter l. The output end of the directional coupler 12 is connected to the output port 17-1.
．． Used as 17-2. The periodic filter l also includes a heating electrode 1 for waveguide phase control near the optical waveguide 13.
5. Heating electrode 15 is connected to electrode control circuit 5 .
第２図は周期形フィルタ１の透過特性と入出力光との関
係を示す。第２図（ａ）は周期形フィルタ１の透過特性
を示し、第２図ら）は入射光のスペクトル分布を示し、
第２図（Ｃ）および（ｄ）はそれぞれ出力ポート１７−
１．１７−２に透過する光のスペクトル分布を示す。FIG. 2 shows the relationship between the transmission characteristics of the periodic filter 1 and input and output light. FIG. 2(a) shows the transmission characteristics of the periodic filter 1, and FIG. 2(a) shows the spectral distribution of the incident light.
FIGS. 2(C) and (d) respectively show the output port 17-
1.17-2 shows the spectral distribution of transmitted light.
人カポ−） １６−１から出力ポート１７−１への透過
率Ｔ１および人力ポート１６−１から出力ポート１．７
−２への透過率Ｔ２は、方向性結合器１１．１２の電力
結合率が０．５であれば、
で表される。ここで、ｎは光導波路１３．１４の等価屈
折率、Δｌは光導波路１３と光導波路１４との光路長差
である。Transmittance T1 from human power port 16-1 to output port 17-1 and output port 1.7 from human power port 16-1
If the power coupling rate of the directional couplers 11 and 12 is 0.5, the transmittance T2 to −2 is expressed as follows. Here, n is the equivalent refractive index of the optical waveguides 13 and 14, and Δl is the difference in optical path length between the optical waveguides 13 and 14.
二つの透過率Ｔ、 、Ｔ２が最大となる周波数間隔（以
下「透過周波数間隔」という）Δｆａは、で表される。The frequency interval (hereinafter referred to as "transmission frequency interval") Δfa at which the two transmittances T, , and T2 are maximum is expressed by Δfa.
例えば石英系の光導波路を用いる場合を仮定してｎ＝１
．４７とすると、Δｆａ＝ＩＧ）！ｚを得るためには、
Δβ＝１０．１９７ｃｍが必要である。For example, assuming that a quartz-based optical waveguide is used, n=1
．． 47, Δfa=IG)! To get z,
Δβ=10.197 cm is required.
Δｆａの値は、人力される光信号の周波数偏差と等しい
値に設定される。The value of Δfa is set to a value equal to the frequency deviation of the manually inputted optical signal.
ここで、入カポ−） １６−１に、スペースを光周波数
ｆｌ 、マークを光周波数ｆ２ に対応させた周波数変
調信号を入射する。このとき、周期形フィルタ１の透過
周波数間隔Δｆａを周波数偏移ｆ、＝ｆｚ ｆｌ
と等しい値に設定し、透過率ＴＩが最大となる周波数を
光周波数ｆ、に一致させ、透過率Ｔ２が最大となる周波
数を光周波数ｆ２に一致させておく。これにより、出カ
ポ−） １７−１．１７−２に、それぞれ光周波数ｆ、
、ｆ２の成分が出力される。これらの出力は、それぞれ
受光素子２−１．２−２に入射する。Here, a frequency modulation signal in which the spaces correspond to the optical frequency fl and the marks correspond to the optical frequency f2 is input to the input capo 16-1. At this time, the transmission frequency interval Δfa of the periodic filter 1 is defined as the frequency deviation f, = fz fl
The frequency at which the transmittance TI is maximum is set to be equal to the optical frequency f, and the frequency at which the transmittance T2 is maximum is set to be equal to the optical frequency f2. As a result, the optical frequencies f and 17-1 and 17-2 are respectively output.
, f2 components are output. These outputs are respectively incident on the light receiving element 2-1.2-2.
受光素子２−１．２−２は差動的に接続されており、出
カポ−１−１７−１，１７−２からの二つの出力光信号
を電気的な強度変調信号に変換する。帯域通過フィルタ
３は、受光素子２−１．２−２０差動出力から復調に必
要な帯域のみを取り出す。増幅器４は帯域通過フィルタ
３の出力を増幅する。The light receiving elements 2-1, 2-2 are differentially connected and convert the two output optical signals from the output ports 1-17-1 and 17-2 into electrical intensity modulation signals. The bandpass filter 3 extracts only the band necessary for demodulation from the differential output of the light receiving elements 2-1, 2-20. Amplifier 4 amplifies the output of bandpass filter 3.
電極制御回路５は、受光素子２−１ 、２−２の差動出
力の直流成分を監視し、この出力が常に所定の値になる
ように、加熱電極１５にバイアス電流を供給する。特に
、透過特性が（４）式、（５）式で表される理想的な周
期形フィルタを用い、受光素子２−１．２−２の量子効
率が等しく、受光素子２−１．２−２がそれぞれ＋Ｖｏ
、 Ｖｏにバイアスされている場合には、差動出力が「
０」となるように加熱電極１５のバイアス電流を制御す
る。加熱電極１５は電流により発熱し、光導波路１３の
光路長を変化させる。The electrode control circuit 5 monitors the DC component of the differential output of the light receiving elements 2-1 and 2-2, and supplies a bias current to the heating electrode 15 so that this output always has a predetermined value. In particular, by using an ideal periodic filter whose transmission characteristics are expressed by equations (4) and (5), the quantum efficiencies of the light receiving elements 2-1.2-2 are equal, and the light receiving elements 2-1.2- 2 is +Vo each
, Vo, the differential output is
The bias current of the heating electrode 15 is controlled so that the current is 0. The heating electrode 15 generates heat due to the current, and changes the optical path length of the optical waveguide 13.
これにより、二つの光導波路１３．１４の間の光路長差
を変化させて導波路位相を制御し、出力ポート１７−１
．１７−２への透過光周波数を調整することができる。As a result, the optical path length difference between the two optical waveguides 13 and 14 is changed to control the waveguide phase, and the output port 17-1
．． The frequency of transmitted light to 17-2 can be adjusted.
周期形ファイバにおける透過光周波数の調整については
、例えば、ドパ他、’５ＧＨｚスペースト、エイトチャ
ネル、ガイデドウェイブ・チューナブル・マルチ／デマ
ルチプレクサ・フォー・オプティカルＦＤＭ ）ラン
スミッション・システムズ」、１８εエレクトロニクス
・レターズ第２３巻第１５号第７８８頁〜第７８９頁、
１９８７年（Ｈ，Ｔｏｂａ ｅｔ、ａ１、、 ”５（Ｊ
ｚ−ｓｐａｃｅｃ１、 ｅｉｇｈｔ−ｃｈａｎｎｅ１
、 ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ ｔｕｎａｂ！ｅｍｕ
ｌｔｉ／ｃｌｅｍｕＨｉ−ｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｏｐ
ｔｉｃａｌ ＦＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙ
ｓｔｅｍｓ 、 ＩＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
１ｅｔｔｅｒｓ。For adjustment of transmitted light frequency in periodic fibers, see, for example, Dopa et al., '5GHz Spaced, Eight-Channel, Guided-Wave Tunable Multi/Demultiplexer for Optical FDM Transmission Systems', 18ε. Electronics Letters Vol. 23 No. 15 No. 788-789,
1987 (H, Toba et, a1, ”5 (J
z-spacec1, eight-channel1
, guided-wave tuneb! emu
lti/clemuHi-plexer for op
tical FDM transmission system
stems, IEE Electronics
1 etters.
Ｖｏ１、２３．Ｎｏ、１５． ＩＩｐ”、８８−’、８
９． １９８７）！：説明サすテイる。Vol1, 23. No, 15. IIp", 88-', 8
9. 1987)! :Explanation.
第３図は方向性結合器１１．１２の電力結合係数に対す
る出カポ−）１７−１．１７−２での損失およびクロス
トークの計算結果を示す。FIG. 3 shows the calculation results of the loss and crosstalk at the output coupler 17-1, 17-2 with respect to the power coupling coefficient of the directional coupler 11.12.
実際の光導波路で周期形フィルタを構成する場合には、
曲げ損失を考慮した導波路損失、方向性結合器の電力結
合係数の０．５に対する製造誤差その他を考慮する必要
がある。例えば、タカト他、「シリカペースト・シング
ルモード・ウエイフカイヅ・オン・シリコン・アンド・
ゼア・アプリケーション・ツー・ガイデドウエーブ・オ
プティカル・インタフ入ロメータズ」、１８８日ジャー
ナル・オブ・ライトウェーブ・チクノロシイ」、第６巻
第４号第１００３頁〜第１０１０頁、１９８８年（Ｎ、
Ｔａｋａｔ。When constructing a periodic filter using an actual optical waveguide,
It is necessary to consider waveguide loss considering bending loss, manufacturing error with respect to the power coupling coefficient of 0.5 of the directional coupler, and other factors. For example, Takato et al., “Silica Paste Single Mode Wave Kaizu on Silicon and
``There Applications to Guided Wave Optical Interfaces'', 188th Journal of Lightwave Tic, Vol. 6, No. 4, pp. 1003-1010, 1988 (N,
Takat.
ｅｔ、ａ１、、 ”５ｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ｓｉ
ｎｇｌｅ−ｍＯｄｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｓｏｎ ５ｉｌ
ｉｃｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｎ ｔｏ ｇｕ＋ｄｅｄ−ｗａｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ
ｉｎｔｅｒｆｅｒａｍｅｔｅｒｓ 、 ＩＥＥ
Ｅ Ｊｏｕｎａｌｏｆ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ、 Ｖｏ１、６． Ｎｏ、４．
ｐｐ１、ＱＱ３−１０１０．１９８８）に示されてい
るように、現在製造されている石英系導波路では、曲率
半径５市以上では曲げによる導波路の過損は発生せず、
０．１ｄＢ／ｃｍという小さい導波路損失を実現できる
。et, a1,, ``5ilica-based si
ngle-mOde waveguidson 5il
icon and their application
n to gu+ded-wave optical
interferameters, IEE
E Journal of lightwave te
chnology, Vol1, 6. No, 4.
pp1, QQ3-1010.1988), in currently manufactured silica-based waveguides, damage to the waveguide due to bending does not occur when the radius of curvature is 5 degrees or more.
A waveguide loss as low as 0.1 dB/cm can be achieved.
そこで、光導波路１３．１４の導波路損０．１ｄＢ／ｃ
ｍ、周波数間隔Δｆａ ＝ １ＧＨｚ 、光導波路１３
．１４の屈折率ｎ＝１．４７、光路長差Δ１ ＝１０．
１９７の周期形フィルタについて、方向性結合器１１．
１２の電力結合係数に対する出カポ−） １７−１．１
７−２における損失およびクロストークを計算した。第
３図において、Ｌ、 、Ｌ、はそれぞれ出力ポート１７
−１．１７−２の出力における損失を示し、Ｃ１、Ｃ２
はそれぞれの出力におけるクロストークを示す。なお、
この計算では、方向性結合器１１．１２の電力結合係数
が等しいと仮定した。Therefore, the waveguide loss of the optical waveguides 13 and 14 is 0.1 dB/c.
m, frequency interval Δfa = 1 GHz, optical waveguide 13
．． 14, refractive index n = 1.47, optical path length difference Δ1 = 10.
For the 197 periodic filters, the directional coupler 11.
Output power for power coupling coefficient of 12) 17-1.1
Loss and crosstalk in 7-2 were calculated. In Fig. 3, L, , L are output ports 17, respectively.
-1.17 shows the loss at the output of -2, C1, C2
indicates the crosstalk at each output. In addition,
In this calculation, it was assumed that the power coupling coefficients of the directional couplers 11 and 12 were equal.
第３図に示したように、電力結合係数ｔ＝０．５のとき
には、双方の出力ともに損失が１．２ｄＢであり、クロ
ストークも一２ＯｄＢ以下の小さい値が確保される。As shown in FIG. 3, when the power coupling coefficient t=0.5, the loss of both outputs is 1.2 dB, and the crosstalk is also maintained at a small value of -2 O dB or less.
クロストークが増加すると、受光素子２−１．２−２の
差動出力振幅が小さくなり、信号対雑音比が劣化してし
まう。したがって、クロストークは一１３ｄＢ以下であ
ることが必要である。クロストークを一１３ｄＢ以下と
し、しかも損失を１．３ｄＢ以下とするには、第４図か
ら、方向性結合器１１、工２の電力結合率ｔを０．４４
≦ｔ≦０．５７とする必要がある。When the crosstalk increases, the differential output amplitude of the light receiving elements 2-1, 2-2 decreases, and the signal-to-noise ratio deteriorates. Therefore, it is necessary that the crosstalk be less than -13 dB. To make the crosstalk less than -13 dB and the loss less than 1.3 dB, from Fig. 4, the power coupling ratio t of directional coupler 11 and part 2 should be 0.44.
It is necessary to satisfy ≦t≦0.57.
第４図は本発明第二実施例光信号検波回路の構成図であ
る。この実施例は、４値に周波数変調された光信号を検
波する回路に本発明を実施したものである。FIG. 4 is a configuration diagram of an optical signal detection circuit according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is implemented in a circuit that detects a four-level frequency modulated optical signal.
この光信号検波回路は、４値に周波数変調された光信号
の特定の光周波数を透過する光フィルタ、すなわち周期
形フィルタ１′ と、この周期形フィルタ１′を透過し
た光を受光する受光素子２−１〜２−４とを備え、周期
形フィルタ１′は、４値にそれぞれ対応する光周波数を
それぞれ異なる出力ポート、すわなち１７−１〜１７−
４に出力する構成である。This optical signal detection circuit consists of an optical filter that transmits a specific optical frequency of a four-level frequency modulated optical signal, that is, a periodic filter 1', and a light receiving element that receives the light that has passed through the periodic filter 1'. 2-1 to 2-4, the periodic filter 1' outputs the optical frequencies corresponding to the four values to different output ports, that is, 17-1 to 17-4.
It is configured to output to 4.
受光素子２−１．２−２と受光素子２−３．２−４とは
それぞれ差動的に接続される。受光素子２−１．２−２
の差動出力は、レベルシフタ４１を介して加算器４２に
入力される。受光素子２−３．２−４の差動出力は、そ
のまま加算器４２に入力される。加算器４２の出力は増
幅器４に人力される。The light receiving element 2-1.2-2 and the light receiving element 2-3.2-4 are each differentially connected. Light receiving element 2-1.2-2
The differential output of is input to the adder 42 via the level shifter 41. The differential outputs of the light receiving elements 2-3, 2-4 are inputted to the adder 42 as they are. The output of the adder 42 is input to the amplifier 4.
周期形フィルタ１′は、第一実施例に右ける周期形フィ
ルタを一個のフィルタ素子とし、このフィルタ素子を二
段構成に接続した構造をもつ。すなわち、周期形フィル
タ素子ＦＬＩの二つの出力ポートにはそれぞれ周期形フ
ィルタ素子ＰＬ２ 、ＦＬ３０入カポートが接続される
。周期形フィルタ素子ＰＬ２ 、Ｆ１ａの出力ポートが
周期形フィルタ１′の出力ポート１．７−１〜１７−４
として用いられる。The periodic filter 1' has a structure in which the periodic filter according to the first embodiment is used as one filter element, and the filter elements are connected in two stages. That is, the input ports of periodic filter elements PL2 and FL30 are connected to two output ports of periodic filter element FLI, respectively. The output ports of the periodic filter elements PL2 and F1a are the output ports 1.7-1 to 17-4 of the periodic filter 1'.
used as.
ただし、周期形フィルタ素子ＦＬＩの二本の光導波路の
光路長差はΔ１１であり、周期形フィルタ素子ＰＬ２
、Ｆ１ａのそれぞれの二本の光導ａ、路の光路長差はΔ
１２＝Δβ１／２である。したがって、周期形フィルタ
素子ＦＬＩの透過周波数間隔Δｆａ。However, the optical path length difference between the two optical waveguides of the periodic filter element FLI is Δ11, and the periodic filter element PL2
, the optical path length difference between the two light guides a and F1a is Δ
12=Δβ1/2. Therefore, the transmission frequency interval Δfa of the periodic filter element FLI.
に対し、周期形フィルタ素子ＰＬ２ 、Ｆ１ａの透過周
波数間隔Δｆａ、は、
△ｆａ２＝２△ｆａ
の関係がある。On the other hand, the transmission frequency interval Δfa of the periodic filter elements PL2 and F1a has the following relationship: Δfa2=2Δfa.
第５図は周期形フルイタ素子ＦＬＩ 、ＰＬ２ 、Ｆ１
ａの人出カスベクトルを示す。Figure 5 shows periodic filter elements FLI, PL2, F1.
The crowd vector of a is shown.
周期形フィルタ素子ＦＬＩの一方の人力ポート、すなわ
ち入カポ−） １６−１には、中心周波数として光周波
数ｆ＋、ｆｚ、ｆａおよびｆ、がそれぞれ割り当てられ
た４値の周波数変調（Ｆ Ｓ Ｋ）信号が入力される。One manual port (input capo) 16-1 of the periodic filter element FLI has four-value frequency modulation (FSK) to which optical frequencies f+, fz, fa, and f are respectively assigned as center frequencies. A signal is input.
ここで、周期形フィルタ素子ＦＬＩの透過周波数間隔Δ
ｆａ、を周波数変調信号の隣接周波数間隔ｆ。Here, the transmission frequency interval Δ of the periodic filter element FLI is
fa, the adjacent frequency spacing f of the frequency modulated signal.
と等しい値に設定し、透過中心周波数を調整しておく。Set it to a value equal to , and adjust the transmission center frequency.
これにより周期形フィルタ素子ＦＬＩの一方の出力ポー
トには、第５図（５）に示すように、光周波数ｆ１、ｆ
＊の成分が出力される。これらの成分は、周期形フィル
タ素子ＰＬ２に入力される。また、他方の出力ポートに
は、第５図（Ｃ）に示すように、光周波数ｆｔ、ｆ＜の
成分が出力される。これらの成分は、周期形フィルタ素
子ＦＬ３に入力される。As a result, one output port of the periodic filter element FLI has optical frequencies f1 and f as shown in FIG. 5 (5).
*Components are output. These components are input to periodic filter element PL2. Furthermore, as shown in FIG. 5(C), the components of optical frequency ft, f< are outputted to the other output port. These components are input to periodic filter element FL3.
周期形フィルタ素子ＦＬ２ 、Ｆ１ａの透過周波数間隔
Δｆａ、は光周波数ｆ＋ 、ｆ、の周波数間隔、および
光周波数ｆｚ、ｆ＜の周波数間隔に等しく、それぞれの
成分を分離する。したがって、出力ポート１７−１．１
７−２には、第５図（ｄ）、（ｅ）に示すように、それ
ぞれ光周波数ｆ１、ｆｓの成分が出力される。The transmission frequency interval Δfa of the periodic filter elements FL2, F1a is equal to the frequency interval of the optical frequencies f+, f, and the frequency interval of the optical frequencies fz, f<, and separates the respective components. Therefore, output port 17-1.1
7-2, as shown in FIGS. 5(d) and (e), components of optical frequencies f1 and fs are output, respectively.
また、出力ポート１７−３．１７−４には、第５図げ）
、（ｇ）に示すように、それぞれ光周波数ｆ２、ｆ、の
成分が出力される。In addition, the output port 17-3, 17-4 has a
, (g), components of optical frequencies f2 and f are output, respectively.
光周波数ｆ＋、ｆ２、ｆｓ、ｆｔの各成分は、それぞれ
別々の受光素子２−１ 、２−３．２−２．２〜４に入
力する。そこで、受光素子２−１．２−２の差動出力と
、受光素子２−３．２−４の差動出力とをそれぞれ検出
し、一方の出力をレベルシフタ４１によりシフトさせ、
加算器４２で加算し、増幅器４により増幅する。これに
より、４値の周波数変調信号を４値のレベルをもつ強度
信号に復調することができる。Each component of optical frequencies f+, f2, fs, and ft is input to separate light receiving elements 2-1 and 2-3.2-2.2 to 4, respectively. Therefore, the differential output of the light receiving elements 2-1, 2-2 and the differential output of the light receiving elements 2-3, 2-4 are respectively detected, and one output is shifted by the level shifter 41.
The adder 42 adds the signals, and the amplifier 4 amplifies them. Thereby, a four-value frequency modulation signal can be demodulated into an intensity signal having four-value levels.
以上説明したように、本発明の光信号検波回路は、ファ
ブリペロー・エタロンを使用した場合のような多重反射
による遅延がないため、信号波形の歪が小さい効果があ
る。また、入射した光信号のすべてのパワーを利用でき
るので、受信感度が向上する効果がある。さらに、２値
の周波数変調信号だけでなく、多値の周波数変調信号を
復調できる効果がある。As described above, the optical signal detection circuit of the present invention has the effect of reducing distortion of the signal waveform because there is no delay due to multiple reflections as in the case of using a Fabry-Perot etalon. Furthermore, since all the power of the incident optical signal can be used, there is an effect of improving reception sensitivity. Furthermore, there is an effect that not only a binary frequency modulation signal but also a multilevel frequency modulation signal can be demodulated.
第１図は本発明第一実施例光信号検波回路の構成図。
第２図は周期形フィルタの透過特性と入出力光との関係
を示す図。
第３図は方向性結合器の電力結合係数に対する損失およ
びクロストークの計算結果を示す図。
第４図は本発明第二実施例光信号検波回路の構成図。
第５図は周期形フルイタ素子の人出カスベクトルを示す
図。
第６図は従来例光信号検波回路を示す図。
第７図はファブリペロ−・エタロンの透過特性と入出力
光との関係を示す図。
１、１′・・・周期形フィルタ、２．２−１〜２−４・
・・受光素子、３・・・帯域通過フィルタ、４・・・増
幅器、５・・・電極制御回路、１１．１２・・・方向性
結合器、１３．１４・・・光導波路、１５・・・加熱電
極、１６−１．１６−２・・・入力ポート、１７−１〜
１７−４・・・出力ポート、４１・・・レベルシフタ、
４２・・・加算Ｌ ６１’・・ファブリペロー・エタロ
ン、６２・・・反射鏡、ＦＬＩ 、ＰＬ２ 、ＦＬ３・
・・周期形フィルタ素子。
特許出願人 日本電信電話株式会社
代理人 弁理士 井 出 直 孝
Δｆａ
（ａ）透差巧性
肩ｌ衷
２吋５−コＮジ１２１ｔラリ
昂 １ 回
肩 ２ 図
電力！！＠１ノ！−１仮電
兜
図
（ｅ）出力Ａで−ト１７−２
菖
図
従水佼」
（ｂ）
入射光
（ｃ）１＆丸
？Ｐ１７ 図FIG. 1 is a configuration diagram of an optical signal detection circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the transmission characteristics of a periodic filter and input and output light. FIG. 3 is a diagram showing calculation results of loss and crosstalk with respect to the power coupling coefficient of a directional coupler. FIG. 4 is a configuration diagram of an optical signal detection circuit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the mass vector of a periodic filter element. FIG. 6 is a diagram showing a conventional optical signal detection circuit. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon and input and output light. 1, 1'... Periodic filter, 2.2-1 to 2-4.
... Light receiving element, 3... Band pass filter, 4... Amplifier, 5... Electrode control circuit, 11.12... Directional coupler, 13.14... Optical waveguide, 15...・Heating electrode, 16-1.16-2...Input port, 17-1~
17-4... Output port, 41... Level shifter,
42... Addition L 61'... Fabry-Perot etalon, 62... Reflector, FLI, PL2, FL3.
...Periodic filter element. Patent Applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation Agent Patent Attorney Ide Nao Takashi Δfa (a) Transparency Tactility Shoulder Length 2 inches 5-Co N Ji 121t Rari 1 Once Shoulder 2 Figure Power! ! @1no! -1 Temporary electric helmet diagram (e) Output A -to 17-2 Iris diagram Jousuiba” (b) Incident light (c) 1&circle? P17 Figure
Claims (1)
号の特定の光周波数を透過する光フィルタと、 この光フィルタを透過した光を受光する受光素子と を備えた光信号検波回路において、 上記光フィルタは、上記ｎ値にそれぞれ対応する光周波
数をそれぞれ異なる出力ポートに出力するマッハ・ツェ
ンダ形の周期形フィルタであることを特徴とする光信号
検波回路。[Claims] 1. An optical filter that transmits a specific optical frequency of an optical signal frequency-modulated to an n value (n is an integer of 2 or more); and a light-receiving element that receives the light that has passed through the optical filter. In the optical signal detection circuit, the optical filter is a Mach-Zehnder type periodic filter that outputs optical frequencies corresponding to the n values to different output ports, respectively. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250560A JP2704418B2 (en) | 1988-10-03 | 1988-10-03 | Optical signal detection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0296719A true JPH0296719A (en) | 1990-04-09 |
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