JPH0418493B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光ヘテロダイン検波、または光ホモ
ダイン検波の光通信システムや光情報処理システ
ム等における光合波、検波方法に関する。

光ヘテロダイン検波、光ホモダイン検波方式の
特長は、従来の光検波方式に比べて10〜100倍も
光受信感度が高くできる点に有る。このため例え
ば光フアイバ通信においては長中継間隔伝送が可
能になる方式として、また光情報処理においては
各種光センサーの超高感度化が可能になる方式と
して注目されている。

この方式においては、光受信部において信号光
と同一波長かまたはわずかに波長のずれた局部発
振光を用意し、この局部発振光と信号光を合波さ
せる必要がある。そしてこの合波の際、合波の効
率を下げないためには両光ビームの偏波方向、ビ
ーム径、伝搬方向等の一致が必須である。しかし
特に光フアイバ通信においては、一定方向、直線
偏光の信号光を光フアイバに入射させても、光フ
アイバが外部から受ける外力や、光フアイバのわ
ずかな複屈折性等のために、長い距離を伝送した
後では出射した信号光の偏波方向は不定でしかも
時間的に変動し、かつまた楕円偏光化してしま
う。

従つてこのままでは信号光と局部発振光の偏波
方向を一致させることができず合波効率は低下
し、かつ変動していた。

この問題を解決するため従来から２つの方法が
考えられて来た。ひとつは光フアイバに偏波面保
存性を持たせる方法である。これは例えば光フア
イバのコアやクラツドの断面形状を楕円化するこ
と等により、一定偏波方向の直線偏波光がその直
線偏波状態を保存したまま伝搬できるようにする
こと等で達成できると考えられている。しかし今
の所光フアイバの長さ数Kmでは偏波面が保存され
ることが確認されているが、実用化が考えられて
いる50Km以上の長さでも保存されるかどうかは確
認されていない。また光フアイバ同志の接続時に
楕円化したコアやクラツドの長軸、短軸の方向を
正しく合わせないと偏波面が十分には保存されな
いので、光フアイバ敷設時の接続工事にかなりの
困難が伴う等の問題があつた。

もう１つの方法は、電気光学効果を有する結晶
板等を複数個使用し、光フアイバを出射した信号
光の偏波状態を制御して、直線偏光でしかもその
偏波方向が局部発振光の偏波方向に一致するよう
変換する方法である。しかしこの方法では偏波状
態を制御する装置がもともと複雑な構成である上
に、挿入損失が5dB以上と大きく、しかも信号光
のレベルが小さいために、その偏波状態を検知す
るのにかなり高感度の検出器を必要とする等の
数々の問題点がある。

従つて本発明の目的はこのような欠点を除き、
信号光の偏波状態によらず安定な検波特性が得ら
れ、しかも装置の構成が簡単になる光ヘテロダイ
ン検波方法を提供することにある。

本発明の第１の光ヘテロダイン検波方法は、信
号光を偏波面が互いに直交する第１、第２の光ビ
ームに分離し、この第１の光ビームを第１の光局
部発振光と合波させた後第１の光検出器に入射さ
せ、また第２の光ビームを第２の局部発振光と合
波させた後第２の光検出器に入射して、それぞれ
第１、第２の電気信号を得る過程と、各々第１、
第２の電気信号を処理して、第１、第２のベース
バンド信号を得、これらベースバンド信号を同相
に合成する過程を具備していることを特徴とす
る。

また、本発明の第２の光ヘテロダイン検波方法
は、信号光を偏波面が互いに直交する第１、第２
の光ビームに分離し、この第１の光ビームを第１
の光局部発振光と合波させた後第１の光検出器に
入射させ、また第２の光ビームを第２の局部発振
光と合波させた後第２の光検出器に入射して、そ
れぞれ第１、第２の電気信号を得る過程と、各々
第１、第２の電気信号の内、信号レベルの大きな
方を選択して、ベースバンド信号に変換して出力
する過程を具備していることを特徴とする。

本発明においては、光フアイバを伝搬して出射
した偏波方向が不定でしかも直線偏波ではない信
号光を、まず偏光分離素子に入射させる。そうす
ると信号光は互いに直交する偏波面を有し、しか
も直線偏光の第１、第２の光ビームに２分され
る。この場合第１、第２の光ビームそれぞれの光
強度は不安定でしかも大きく変動しているが、そ
れぞれの光強度の和は信号光の光強度にはば等し
く安定している。また第１、第２の光ビームそれ
ぞれの偏波方向および直線偏光性も安定してい
る。そこで本発明では次に偏波方向が定まり直線
偏光性も安定したこれら第１、第２の光ビームそ
れぞれについて局部発振光との合波、および光受
光素子に入射させての電気信号への変換を別々に
行なわせている。こうして得られた第１、第２の
電気信号は第１、第２の光ビームそれぞれの光強
度が不安定でしかも大きく変動しているのに対応
して同様に不安定で変動している。しかし第１、
第２の電気信号の電流乃至電圧の和は、第１、第
２の光ビームの光強度の和がそうであつたよう
に、安定している。そこで第１、第２の電気信号
を加え合わせる等の信号処理を行なえば、安定し
た信号出力が得られる。特に第１、第２の電気信
号の伝相を調整して加え合わせれば雑音成分が電
力相加であるのに対し信号成分は電圧相加される
のでＳ／Ｎも改善され、その結果偏波面制御に関
係した損失の発生を等価的に零にできる。

本発明を具現するには局部発振光光源、合波
部、受光部等を２組用意すれば良い程度であり、
偏波面保存性の光フアイバや偏波制御装置を用意
するのに比べはるかに装置が簡単になる。本発明
の方法は低損失で、しかも信号光の偏波状態によ
らず検波特性が安定な光ヘテロダイン検波ができ
る。

次に図面を用いて本発明について詳しく説明す
る。

第１図は本発明を具現する装置の構成図であ
る。光フアイバ１を出射した信号光２は偏光分離
素子３に入射し、それぞれ互いに直交する偏波面
を有する第１、第２の光ビーム４，５に分離され
る。第１、第２の光ビーム４，５はそれぞれ第
１、第２の光合波器６，７へ導かれ、ここで第
１、第２の局部発振光光源８，９から出射した第
１、第２の局部発振光１０，１１とそれぞれ合波
される。合波された第１、第２の合波光１２，１
３はそれぞれ第１、第２の受光部１４，１５に入
射し、第１、第２の電気信号１６，１７に変換さ
れる。第１、第２の電気信号１６，１７はそれぞ
れ信号光２と第１、第２の局部発振光１０，１１
の周波数差に対応した周波数をキヤリア周波数と
して有する電気信号（中間周波出力）である。こ
の第１、第２の電気信号１６，１７は第１、第２
の検波回路１８，１９で検波され第１、第２のベ
ースバンド信号２０，２１に変換される。

第１、第２のベースバンド信号２０，２１は、
第１、第２の遅延線２２，２３によつて位相が調
整された後合成器２４で同相合成されて安定した
信号出力２５になる。

偏光分離素子３としてはプリズムに多層膜を蒸
着したものを使用した。第１、第２の光合波器
６，７は透過率約70％、反射率約30％のミラー２
６を用い、第１、第２の光ビーム４，５、第１、
第２の局部発振光１０，１１を45゜の角度で入射
させて使用した。第１、第２の受光部１４，１５
は高速フオトダイオード、前置増幅器等で構成さ
れている。第１、第２の検波回路１８，１９とし
ては信号光２が振幅変調されているので、包絡線
検波回路を用いた。第１、第２の検波回路１８，
１９、第１、第２の遅延線２２，２３、合成器２
４等は通常のマイクロ波通信装置等で使用されて
いるものを用いた。

なお、第１、第２の光ビーム４，５が第１、第
２の電気信号１６，１７に変換されるまでに受け
る各種損失や第１、第２の局部発振光１０，１１
の出力等はほぼ同程度になるようにした。

光フアイバ１としては長さ10Kmの単一モードフ
アイバを用いた。光フアイバ１への入射信号光
（図示せず）は偏波方向が一定の直線偏光であつ
たにもかかわらず、信号光２は約５％程楕円偏光
化し、その偏波方向は光フアイバ１の曲げ、ねじ
り、温度変化等により大きく変化した。これに従
つて第１、第２の光ビーム４，５の強度や第１、
第２の電気信号１６，１７の強度、Ｃ／Ｎも大き
く変化した。しかし、合成器２４の出力である信
号出力２５は信号強度、Ｃ／Ｎともに安定したも
のが得られた。

第２図は本発明を具現するための装置の第２の
例の構成図である。第２の実施例が第１の実施例
と異なる点は第１、第２の受光部１４，１５以後
の信号の処理方法なので、その点についてのみ説
明する。第２の実施例では第１、第２の受光部１
４，１５からの第１、第２の電気信号１６，１７
の強度を比較回路２７で検出し、切換部２８を動
かして第１、第２の電気信号１６，１７の内強度
の大きな方のみ検波回路２９に送出している。

第１の実施例で説明したように、第１、第２の
光ビーム４，５の光強度の和は信号光２の光強度
にほぼ等しい。これは第１、第２の光ビーム４，
５の内一方は常に信号光２の光強度の約1/2以上
の強さであることを示している。また信号光２の
偏波方向等は光フアイバ１の曲げ、ねじり温度等
によつて大きく変化するが、時間的には比較的ゆ
つくりした変動である。従つて第２の実施例の場
合、最大3dBのレベル変動はあるが、自動利得制
御回路等を用いれば信号出力２５の安定化は十分
可能である。また第１、第２の電気信号１６，１
７の変動が時間的には比較的ゆつくりしているの
で、比較回路２７、切換部２８も十分変動に追随
できる。従つて第２の実施例においても第１の実
施例と同様、比較的簡単な構成で、安定な信号出
力を得ることができる。

本発明を具現するための装置としては以上の実
施例の他にもさまざまな変化が可能である。偏光
分離素子３としては光学結晶を用いた例えばロシ
ヨンプリズム等であつても良い。第１、第２の合
波器６，７としてはミラー２６を利用したものの
他にも近接導波路を用いたもの等さまざまなもの
が使用可能である。実施例では２台の局部発振光
光源８，９を使用したが、１台の光源からの出力
光を２分して第１、第２の局部発振光として使用
したり、特に半導体レーザを使用する場合は光共
振器の両側に出射する光出力をそれぞれ第１、第
１の局部発振光として使用する等のことも可能で
ある。検波回路１８，１９，２９は信号の変調形
式によつて種類が異なる。例えば光振幅変調であ
れば包絡線検波回路、光周波数変調であれば周波
数弁別回路、光位相変調であれば遅延検波回路等
である。

第１の実施例では第１、第２の電気信号１６，
１７を合成した後検波しても良い。また第２の実
施例では第１、第２の電気信号１６，１７を検波
した後信号レベルの比較、切換を行なつても良
い。上記の実施例では、光フアイバ１への入射信
号光は直線偏光のものを使用したが、円偏光、楕
円偏光等任意の偏光状態で良い。実際光フアイバ
１の長さが20〜50Kmと長尺の場合、入射信号光が
直線偏光でも、信号光２は楕円偏光や円偏光等へ
と大きく変化する。しかしこのような場合でも本
発明の光ヘテロダイン検波方法は良好に作動す
る。従つて入射信号光の偏光状態が任意でも同様
に良好に作動する。なお、本発明は第１、第２の
局部発振光１０，１１の周波数を信号光２の周波
数と等しくしたホモダイン検波方式にも同様に適
用できる。

第１、第２の電気信号１６，１７のＳ／Ｎが異
なるような場合、合成器２４での合成比率を変え
ても良い。例えばＳ／Ｎが小さな方の信号の比率
と小さくすれば、信号出力２５のＳ／Ｎは同じ比
率で合成した時より大きくできる。なお逆に第
１、第２の局部発振光１０，１１の出力を変え
て、第１、第２の電気信号１６，１７のＳ／Ｎを
ある程度調整する事も可能で、例えばそれぞれの
Ｓ／Ｎがほぼ等しくなるようにし、合成比率を
１：１にする等のことが考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具現するための装置の第１の
例を示す構成図、第２図は同じく第２の例を示す
構成図である。 なお図において、１……光フアイバ、２……信
号光、３……偏光分離素子、４，５……第１、第
２の光ビーム、６，７……第１、第２の光合波
器、８，９……第１、第２の局部発振光光源、１
０，１１……第１、第２の局部発振光、１２，１
３……第１、第２の合波光、１４，１５……第
１、第２の受光部、１６，１７……第１、第２の
電気信号、２４……合成器、２７……比較回路、
２８……切換部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 信号光を偏波面が互いに直交する第１、第２
   の光ビームに分離し、この第１の光ビームを第１
   の光局部発振光と合波させた後第１の光検出器に
   入射させ、また第２の光ビームを第２の局部発振
   光と合波させた後第２の光検出器に入射して、そ
   れぞれ第１、第２の電気信号を得る過程と、各々
   第１、第２の電気信号を処理して第１、第２のベ
   ースバンド信号を得、これらベースバンド信号を
   同相に合成する過程を具備していることを特徴と
   する光ヘテロダイン検波方法。 ２ 信号光を偏波面が互いに直交する第１、第２
   の光ビームに分離し、この第１の光ビームを第１
   の光局部発振光と合波させた後第１の光検出器に
   入射させ、また第２の光ビームを第２の局部発振
   光と合波させた後第２の光検出器に入射して、そ
   れぞれ第１、第２の電気信号を得る過程と、各々
   第１、第２の電気信号の内、信号レベルの大きな
   方を選択して、ベースバンド信号に変換して出力
   する過程を具備していることを特徴とする光ヘテ
   ロダイン検波方法。