JPH04229731A - 偏光に依存しない信号復元を与える光ハイブリッドおよび偏光に依存しないコヒーレント光検出構造 - Google Patents
偏光に依存しない信号復元を与える光ハイブリッドおよび偏光に依存しないコヒーレント光検出構造Info
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- JPH04229731A JPH04229731A JP3112207A JP11220791A JPH04229731A JP H04229731 A JPH04229731 A JP H04229731A JP 3112207 A JP3112207 A JP 3112207A JP 11220791 A JP11220791 A JP 11220791A JP H04229731 A JPH04229731 A JP H04229731A
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/61—Coherent receivers
-
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B10/614—Coherent receivers comprising one or more polarization beam splitters, e.g. polarization multiplexed [PolMux] X-PSK coherent receivers, polarization diversity heterodyne coherent receivers
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光検出シ
ステムのための光学混成素子（オプティカル・ハイブリ
ッド）に関し、特に、偏光に依存しない動作を実現する
ために単一の偏光ビーム・スプリッタおよび単一の偏波
（偏光）面保持結合器を利用する光学混成素子に関する
。
ステムのための光学混成素子（オプティカル・ハイブリ
ッド）に関し、特に、偏光に依存しない動作を実現する
ために単一の偏光ビーム・スプリッタおよび単一の偏波
（偏光）面保持結合器を利用する光学混成素子に関する
。
【０００２】
【従来の技術】コヒーレントな光波の検出システムが文
献で広範に説明されている。そのようなシステムは、無
線周波数において得られると同様の選択性だけでなく、
理想に近い検出感度を与える。ヘテロダイン／ホモダイ
ン方式を用いるコヒーレント光波システムにおいてデー
タを正確に復元するには、局部発振器の偏光状態が到来
する送信信号の偏光状態に整合していなければならない
。偏光の整合から少しでも外れると、システムの働きが
低下することになる。偏光の整合の問題に対する１つの
解決方法は、受信したデータ信号の偏光状態の変動にか
かわらずシステムの正常な動作を保証する偏波ダイバー
シティ受信構造を利用することである。一般に、偏波ダ
イバーシティ構造は、両方の信号を既知の直交偏光状態
へと分離し、それぞれの直交成分を別個に操作するよう
に機能する。
献で広範に説明されている。そのようなシステムは、無
線周波数において得られると同様の選択性だけでなく、
理想に近い検出感度を与える。ヘテロダイン／ホモダイ
ン方式を用いるコヒーレント光波システムにおいてデー
タを正確に復元するには、局部発振器の偏光状態が到来
する送信信号の偏光状態に整合していなければならない
。偏光の整合から少しでも外れると、システムの働きが
低下することになる。偏光の整合の問題に対する１つの
解決方法は、受信したデータ信号の偏光状態の変動にか
かわらずシステムの正常な動作を保証する偏波ダイバー
シティ受信構造を利用することである。一般に、偏波ダ
イバーシティ構造は、両方の信号を既知の直交偏光状態
へと分離し、それぞれの直交成分を別個に操作するよう
に機能する。
【０００３】偏波ダイバーシティ方式の変形がいくつか
提案され、実証されている。従来技術のある方法では、
必要とされる直交信号成分を与えるために単一のビーム
・スプリッティング（光束分離）キューブおよび３つ組
の光結合器を備えた光学混成素子が用いられる。この構
造に関する説明は、１９８８年９月のＥＣＯＣ８８会報
ｐ．１５１〜ｐ．１５３に出ているエム・シブタニ他に
よる「平衡受信器構成を有する偏波ダイバーシティ・コ
ヒーレント光受信器（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｉ
ｖｅｒｓｉｔｙ ｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ ｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｂａｌａｎｃｅｄ ｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）」と題
する論文にある。シブタニ他による構造においては、メ
ッセージ信号成分が、偏光分離の後、３ｄＢファイバ結
合器において局部発振によって混合される。その局部発
振信号は、３ｄＢ結合器によって等しく分割され、それ
ぞれの局部発振成分の偏光状態は、それが対にされたメ
ッセージ信号成分の偏光状態を整合させるために偏光調
整器を用いて操作される。しかし、各信号成分の偏光状
態は変動しやすいので、最適なシステムの働きを保証す
るためには、偏光の調節を絶えず監視する必要がある。
提案され、実証されている。従来技術のある方法では、
必要とされる直交信号成分を与えるために単一のビーム
・スプリッティング（光束分離）キューブおよび３つ組
の光結合器を備えた光学混成素子が用いられる。この構
造に関する説明は、１９８８年９月のＥＣＯＣ８８会報
ｐ．１５１〜ｐ．１５３に出ているエム・シブタニ他に
よる「平衡受信器構成を有する偏波ダイバーシティ・コ
ヒーレント光受信器（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｉ
ｖｅｒｓｉｔｙ ｃｏｈｅｒｅｎｔｏｐｔｉｃａｌ ｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｂａｌａｎｃｅｄ ｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）」と題
する論文にある。シブタニ他による構造においては、メ
ッセージ信号成分が、偏光分離の後、３ｄＢファイバ結
合器において局部発振によって混合される。その局部発
振信号は、３ｄＢ結合器によって等しく分割され、それ
ぞれの局部発振成分の偏光状態は、それが対にされたメ
ッセージ信号成分の偏光状態を整合させるために偏光調
整器を用いて操作される。しかし、各信号成分の偏光状
態は変動しやすいので、最適なシステムの働きを保証す
るためには、偏光の調節を絶えず監視する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、偏光とは真に
独立していて、かつ影響を受けやすい要素はなるべく必
要としないようなコヒーレント光検出システムに対する
要求が従来の技術には残されている。
独立していて、かつ影響を受けやすい要素はなるべく必
要としないようなコヒーレント光検出システムに対する
要求が従来の技術には残されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】従来の技術に残された課
題は、本発明によって解決することができ、本発明は、
コヒーレント光検出システムのための光学混成素子（オ
プティカル・ハイブリッド）に関し、さらに詳細には、
偏光に依存しない動作を実現するために単一の偏光ビー
ム・スプリッタおよび単一の偏波面保持結合器を利用す
る光学混成素子に関する。
題は、本発明によって解決することができ、本発明は、
コヒーレント光検出システムのための光学混成素子（オ
プティカル・ハイブリッド）に関し、さらに詳細には、
偏光に依存しない動作を実現するために単一の偏光ビー
ム・スプリッタおよび単一の偏波面保持結合器を利用す
る光学混成素子に関する。
【０００６】本発明の一実施例によれば、到来するメッ
セージ信号および局部発振信号は、偏光ビーム・スプリ
ッタに直交する入力として印加される。この偏光ビーム
・スプリッタは、各信号を直交する成分に分離するよう
に作用する。具体的には、メッセージ信号ＥＭ（ｔ）が
、成分ＥＭＨ（ｔ）およびＥＭＶ（ｔ）に分割される。 ただし、「Ｈ」の指定により「水平な」偏光を示し、「
Ｖ」の指定によって「垂直な」偏光を示す。局部発振信
号も同様に分割される。これらの２つの信号が、直交す
る入力としてスプリッタに印加されるので、スプリッタ
からの出力対には、互いに直交する成分が含まれる。 つまり、第１の出力Ｅ１（ｔ）は、水平成分と垂直成分
の両方（例えば、Ｅ１（ｔ）＝ＥＭＨ（ｔ）＋ｊＥＬＶ
（ｔ））を含む。そして、そのスプリッタの第２の出力
には、残りの成分ＥＭＶ（ｔ）およびＥＬＨ（ｔ）が含
まれる。次に、スプリッタからの出力対は、偏波面保持
結合器に入力として印加される。偏波面保持結合器は、
前記の成分を合計するように作用して、Ｅ３（ｔ）およ
びＥ４（ｔ）と示される結合された光信号の対を光ハイ
ブリッド出力として与える。Ｅ３（ｔ）およびＥ４（ｔ
）は、偏光ビーム・スプリッタの第１および第２の出力
の直交するベクトルの合計である。具体的には、偏波保
持結合器１８は、次の関係に従って作用する。
セージ信号および局部発振信号は、偏光ビーム・スプリ
ッタに直交する入力として印加される。この偏光ビーム
・スプリッタは、各信号を直交する成分に分離するよう
に作用する。具体的には、メッセージ信号ＥＭ（ｔ）が
、成分ＥＭＨ（ｔ）およびＥＭＶ（ｔ）に分割される。 ただし、「Ｈ」の指定により「水平な」偏光を示し、「
Ｖ」の指定によって「垂直な」偏光を示す。局部発振信
号も同様に分割される。これらの２つの信号が、直交す
る入力としてスプリッタに印加されるので、スプリッタ
からの出力対には、互いに直交する成分が含まれる。 つまり、第１の出力Ｅ１（ｔ）は、水平成分と垂直成分
の両方（例えば、Ｅ１（ｔ）＝ＥＭＨ（ｔ）＋ｊＥＬＶ
（ｔ））を含む。そして、そのスプリッタの第２の出力
には、残りの成分ＥＭＶ（ｔ）およびＥＬＨ（ｔ）が含
まれる。次に、スプリッタからの出力対は、偏波面保持
結合器に入力として印加される。偏波面保持結合器は、
前記の成分を合計するように作用して、Ｅ３（ｔ）およ
びＥ４（ｔ）と示される結合された光信号の対を光ハイ
ブリッド出力として与える。Ｅ３（ｔ）およびＥ４（ｔ
）は、偏光ビーム・スプリッタの第１および第２の出力
の直交するベクトルの合計である。具体的には、偏波保
持結合器１８は、次の関係に従って作用する。
【数３】
前記の結合された光信号の対は、次に、平衡受信器に入
力として印加される。平衡受信器は、受信されたメッセ
ージ信号ＥＭ（ｔ）から送信されたデータを復元するた
めに、それらの光信号を電気的な表現に変換し、その電
気信号を復調するように作用する。
力として印加される。平衡受信器は、受信されたメッセ
ージ信号ＥＭ（ｔ）から送信されたデータを復元するた
めに、それらの光信号を電気的な表現に変換し、その電
気信号を復調するように作用する。
【０００７】本発明の一実施例には、バルク・オプティ
ックスを用いてハイブリッドを形成できるものもある。 具体的には、偏光ビーム分離キューブを用いてメッセー
ジ信号と局部発振信号とを受信する。この場合、局部発
振信号を伝えるファイバがそのキューブ（立方体）の適
切な面にある角度（例えば、４５°）で取り付けられて
、２つの出力偏光状態の間に局部発振信号の本質的に等
しいエネルギー分離が与えられる。偏波面保持結合器は
、ニオブ酸リチウムを基本とした素子からなり、偏波面
保持光ファイバは、そのビーム分離キューブと結合器と
を相互接続するのに使用されるだけでなく、結合器の出
力を平衡受信器の入力に接続する。
ックスを用いてハイブリッドを形成できるものもある。 具体的には、偏光ビーム分離キューブを用いてメッセー
ジ信号と局部発振信号とを受信する。この場合、局部発
振信号を伝えるファイバがそのキューブ（立方体）の適
切な面にある角度（例えば、４５°）で取り付けられて
、２つの出力偏光状態の間に局部発振信号の本質的に等
しいエネルギー分離が与えられる。偏波面保持結合器は
、ニオブ酸リチウムを基本とした素子からなり、偏波面
保持光ファイバは、そのビーム分離キューブと結合器と
を相互接続するのに使用されるだけでなく、結合器の出
力を平衡受信器の入力に接続する。
【０００８】また、単一基板上に一体構造単位としてハ
イブリッド（混成素子）を形成する実施例もある。具体
的には、偏光ビーム・スプリッタと偏光面保持結合器を
１つの光学基板の中に統合された構成要素として形成す
ることができる。その基板に形成された偏波面保持集積
光導波路は素子どうしを相互接続するのに使用される。 実施例によっては、平衡受信器を同じ基板に統合するこ
とも可能である。あるいは、前記のハイブリッドと受信
器との間に相互接続を与えるために使用される偏波面保
持導波路と共に受信器を別個の基板上に形成してもよい
。
イブリッド（混成素子）を形成する実施例もある。具体
的には、偏光ビーム・スプリッタと偏光面保持結合器を
１つの光学基板の中に統合された構成要素として形成す
ることができる。その基板に形成された偏波面保持集積
光導波路は素子どうしを相互接続するのに使用される。 実施例によっては、平衡受信器を同じ基板に統合するこ
とも可能である。あるいは、前記のハイブリッドと受信
器との間に相互接続を与えるために使用される偏波面保
持導波路と共に受信器を別個の基板上に形成してもよい
。
【０００９】
【実施例】典型的なコヒーレント光検出構造１０を図１
に示した。同構造１０には、本発明の典型的な光ハイブ
リッド１２およびそれに結合された平衡受信器１４が含
まれる。図示のように、光ハイブリッド１２は、１対の
偏波面保持導波路２０および２２によって相互接続され
た偏光ビーム・スプリッタ１６および偏波面保持結合器
１８からなる。偏波面保持結合器１８の出力（ハイブリ
ッド１２の出力としても定義される）を平衡受信器１４
の入力に接続するために、偏波面保持導波路の第２の対
２４および２６が使用される。詳細に後述するが、光ハ
イブリッド１０は、個別の素子で単一の一体構造として
形成しても、個別部品と集積部品の両方で形成しても良
い。
に示した。同構造１０には、本発明の典型的な光ハイブ
リッド１２およびそれに結合された平衡受信器１４が含
まれる。図示のように、光ハイブリッド１２は、１対の
偏波面保持導波路２０および２２によって相互接続され
た偏光ビーム・スプリッタ１６および偏波面保持結合器
１８からなる。偏波面保持結合器１８の出力（ハイブリ
ッド１２の出力としても定義される）を平衡受信器１４
の入力に接続するために、偏波面保持導波路の第２の対
２４および２６が使用される。詳細に後述するが、光ハ
イブリッド１０は、個別の素子で単一の一体構造として
形成しても、個別部品と集積部品の両方で形成しても良
い。
【００１０】動作時には、受信されたメッセージ信号Ｅ
Ｍ（ｔ）および局部発振信号ＥＬＯ（ｔ）が偏光ビーム
・スプリッタ１６に直交入力として印加される。この説
明のために、メッセージ信号ＥＭ（ｔ）は、次のように
表すことができるＤＰＳＫ（微分位相シフト・キー方式
）信号であると仮定する。
Ｍ（ｔ）および局部発振信号ＥＬＯ（ｔ）が偏光ビーム
・スプリッタ１６に直交入力として印加される。この説
明のために、メッセージ信号ＥＭ（ｔ）は、次のように
表すことができるＤＰＳＫ（微分位相シフト・キー方式
）信号であると仮定する。
【数４】
ただし、Ｍ（ｔ）は、＋１（論理「１」の場合）または
−１（論理「０」の場合）の何れかの値を有するＤＰＳ
Ｋ変調信号を表す。項ＰＭは、メッセージ信号の電力と
して定義され、ωＭは、搬送周波数として定義される。 この説明の全般にわたって、位相雑音の項は簡単のため
に一切無視するので、注意を要する。そのような項は、
本発明のハイブリッドの偏光に依存しない動作に影響を
与えないことを示すことができる。同様に、局部発振信
号ＥＬＯ（ｔ）は、
−１（論理「０」の場合）の何れかの値を有するＤＰＳ
Ｋ変調信号を表す。項ＰＭは、メッセージ信号の電力と
して定義され、ωＭは、搬送周波数として定義される。 この説明の全般にわたって、位相雑音の項は簡単のため
に一切無視するので、注意を要する。そのような項は、
本発明のハイブリッドの偏光に依存しない動作に影響を
与えないことを示すことができる。同様に、局部発振信
号ＥＬＯ（ｔ）は、
【数５】
と表すことができる。ここで、ＰＬＯは、局部発振信号
の電力として定義され、ωＬＯは、局部発振器の搬送周
波数として定義される。
の電力として定義され、ωＬＯは、局部発振器の搬送周
波数として定義される。
【００１１】図１より、偏光ビーム・スプリッタ１６は
、それに印加された信号を直交する偏光状態（以降、「
垂直」（Ｖ＾）偏光状態および「水平」（Ｈ＾）偏光状
態と言う）にある第１および第２の成分に分離するよう
に作用する。（本明細書においては、アクサンシルコン
フレックス（＾）を冠したＶなどのアルファベットを便
宜上Ｖ＾のように記す。）メッセージ信号ＥＭ（ｔ）に
対して偏光ビームの分離を行う場合、偏光ビーム・スプ
リッタ１６は、メッセージ信号ＥＭ（ｔ）の電力ＰＭを
次の式によって表される直交する成分に分離する。
、それに印加された信号を直交する偏光状態（以降、「
垂直」（Ｖ＾）偏光状態および「水平」（Ｈ＾）偏光状
態と言う）にある第１および第２の成分に分離するよう
に作用する。（本明細書においては、アクサンシルコン
フレックス（＾）を冠したＶなどのアルファベットを便
宜上Ｖ＾のように記す。）メッセージ信号ＥＭ（ｔ）に
対して偏光ビームの分離を行う場合、偏光ビーム・スプ
リッタ１６は、メッセージ信号ＥＭ（ｔ）の電力ＰＭを
次の式によって表される直交する成分に分離する。
【数６】
ここで、χ２はメッセージ信号ＥＭ（ｔ）の水平偏光状
態の成分を表し、（１−χ２）の項は残りの垂直偏光の
部分を表す（ただし、０≦χ≦１で、χは時間の関数と
して変化する）。すると、偏光ビーム・スプリッタ１６
の出力のメッセージ信号部分は、次のように定義される
。
態の成分を表し、（１−χ２）の項は残りの垂直偏光の
部分を表す（ただし、０≦χ≦１で、χは時間の関数と
して変化する）。すると、偏光ビーム・スプリッタ１６
の出力のメッセージ信号部分は、次のように定義される
。
【数７】
ここで、θ１およびθ２は、メッセージ信号の偏光状態
に依存してゆっくり変化する位相信号である。
に依存してゆっくり変化する位相信号である。
【００１２】本発明の教えるところによれば、固定され
た直線偏光を有する偏光ビーム・スプリッタ１６への入
力として局部発振信号ＥＬＯを印加して、結果的に導波
路２０および２２に与えられる出力信号が本質的に等し
いエネルギー水準となるようにする。従って、一般に、
局部発振信号は、次のように定義される。
た直線偏光を有する偏光ビーム・スプリッタ１６への入
力として局部発振信号ＥＬＯを印加して、結果的に導波
路２０および２２に与えられる出力信号が本質的に等し
いエネルギー水準となるようにする。従って、一般に、
局部発振信号は、次のように定義される。
【数８】
ここで、θＬＯは局部発振信号の任意の位相として定義
される。以降の説明では、θＬＯ＝０と仮定する。
される。以降の説明では、θＬＯ＝０と仮定する。
【００１３】偏光ビーム・スプリッタ１６の出力信号は
、図１に示したように、偏波面保持導波路２０に沿って
伝播するＥ１（ｔ）と定義される信号および偏波面保持
導波路２２に沿って伝播するＥ２（ｔ）と定義される信
号と共に偏波面保持導波路２０および２２へと放射され
る。偏光ビーム・スプリッタ１６の特性によれば、Ｅ１
（ｔ）およびＥ２（ｔ）は、次の関係によって定義され
る。 Ｅ１（ｔ）＝ＥＭＨ（ｔ）＋ｊＥＬＶ（ｔ）Ｅ２（ｔ）
＝ＥＬＨ（ｔ）＋ｊＥＭＶ（ｔ）前記の関係を代入する
と、信号Ｅ１（ｔ）およびＥ２（ｔ）は次のように書く
ことができる。
、図１に示したように、偏波面保持導波路２０に沿って
伝播するＥ１（ｔ）と定義される信号および偏波面保持
導波路２２に沿って伝播するＥ２（ｔ）と定義される信
号と共に偏波面保持導波路２０および２２へと放射され
る。偏光ビーム・スプリッタ１６の特性によれば、Ｅ１
（ｔ）およびＥ２（ｔ）は、次の関係によって定義され
る。 Ｅ１（ｔ）＝ＥＭＨ（ｔ）＋ｊＥＬＶ（ｔ）Ｅ２（ｔ）
＝ＥＬＨ（ｔ）＋ｊＥＭＶ（ｔ）前記の関係を代入する
と、信号Ｅ１（ｔ）およびＥ２（ｔ）は次のように書く
ことができる。
【数９】
【００１４】図１より、信号Ｅ１（ｔ）およびＥ２（ｔ
）は、偏波面保持導波路２０および２２に沿って伝播し
、続いて偏波面保持結合器１８の入力に印加される。一
般に、偏波面保持結合器１８は、１対の出力信号Ｅ３（
ｔ）およびＥ４（ｔ）を与える。ただし、
）は、偏波面保持導波路２０および２２に沿って伝播し
、続いて偏波面保持結合器１８の入力に印加される。一
般に、偏波面保持結合器１８は、１対の出力信号Ｅ３（
ｔ）およびＥ４（ｔ）を与える。ただし、
【数１０】
図１から分かるように、信号Ｅ３（ｔ）およびＥ４（ｔ
）は、光ハイブリッドの出力を形成するように、偏波面
保持導波路２４および２６にそれぞれ放射される。導波
路２０および２４によって定義される経路の長さｌ１が
、導波路２２および２６によって定義される経路の長さ
ｌ２に本質的に等しいと仮定すると、ハイブリッド１２
の第１の出力Ｅ３（ｔ）は次のように表される。 Ｅ３（ｔ）＝Ｅ３Ｈ（ｔ）＋Ｅ３Ｖ（ｔ）ただし、
）は、光ハイブリッドの出力を形成するように、偏波面
保持導波路２４および２６にそれぞれ放射される。導波
路２０および２４によって定義される経路の長さｌ１が
、導波路２２および２６によって定義される経路の長さ
ｌ２に本質的に等しいと仮定すると、ハイブリッド１２
の第１の出力Ｅ３（ｔ）は次のように表される。 Ｅ３（ｔ）＝Ｅ３Ｈ（ｔ）＋Ｅ３Ｖ（ｔ）ただし、
【数１１】
同様に、信号Ｅ４（ｔ）は次のように書くことができる
。 Ｅ４（ｔ）＝Ｅ４Ｈ（ｔ）＋Ｅ４Ｖ（ｔ）ただし、
。 Ｅ４（ｔ）＝Ｅ４Ｈ（ｔ）＋Ｅ４Ｖ（ｔ）ただし、
【数１２】
送信されたデータ信号を復元するために、ハイブリッド
１２からの出力光信号の対Ｅ３（ｔ）およびＥ４（ｔ）
を平衡受信器１４に入力として印加する。具体的には、
信号Ｅ３（ｔ）は第１のフォトダイオード２８に入力と
して印加され、信号Ｅ（ｔ）４は第２のフォトダイオー
ド３０に入力として印加される。当分野において周知の
ように、各ダイオードは、印加された入力光信号と相対
的な出力電流を生じる。具体的には、第１のフォトダイ
オード２８からの出力電流Ｉ１（ｔ）は、次のように表
される。
１２からの出力光信号の対Ｅ３（ｔ）およびＥ４（ｔ）
を平衡受信器１４に入力として印加する。具体的には、
信号Ｅ３（ｔ）は第１のフォトダイオード２８に入力と
して印加され、信号Ｅ（ｔ）４は第２のフォトダイオー
ド３０に入力として印加される。当分野において周知の
ように、各ダイオードは、印加された入力光信号と相対
的な出力電流を生じる。具体的には、第１のフォトダイ
オード２８からの出力電流Ｉ１（ｔ）は、次のように表
される。
【数１３】
ここで、Ｃは周知の定数ηｅ÷（ｈ／２π）ωとして定
義される。Ｅ３Ｈ（ｔ）およびＥ３Ｖ（ｔ）に対して式
を代入することにより、Ｉ１（ｔ）が次のように表され
ることが分かる。
義される。Ｅ３Ｈ（ｔ）およびＥ３Ｖ（ｔ）に対して式
を代入することにより、Ｉ１（ｔ）が次のように表され
ることが分かる。
【数１４】
ここで、ωＩＦ＝ωＬＯ−ωＭである。同様に、第２の
フォトダイオード３０からの出力電流Ｉ２（ｔ）は次の
ように表される。
フォトダイオード３０からの出力電流Ｉ２（ｔ）は次の
ように表される。
【数１５】
また、これは次のように書くことができる。
【数１６】
続いて、光電流Ｉ１（ｔ）およびＩ２（ｔ）は、差動増
幅器３２に別個の入力として印加される。差動増幅器３
２は、第１の電流Ｉ１（ｔ）から第２の電流Ｉ２（ｔ）
を引くように動作して、出力として平衡受信器の電流Ｉ
Ｂ（ｔ）を与える。つまり、 ＩＢ（ｔ）＝Ｉ１（ｔ）−Ｉ２（ｔ） ここで、Ｉ１（ｔ）およびＩ２（ｔ）に対する関係を代
入すれば、ＩＢ（ｔ）は次のように書くことができる。
幅器３２に別個の入力として印加される。差動増幅器３
２は、第１の電流Ｉ１（ｔ）から第２の電流Ｉ２（ｔ）
を引くように動作して、出力として平衡受信器の電流Ｉ
Ｂ（ｔ）を与える。つまり、 ＩＢ（ｔ）＝Ｉ１（ｔ）−Ｉ２（ｔ） ここで、Ｉ１（ｔ）およびＩ２（ｔ）に対する関係を代
入すれば、ＩＢ（ｔ）は次のように書くことができる。
【数１７】
ＩＢ（ｔ）の式は、項θ１およびθ２の間の関係を制御
することによって簡単化することができる。具体的には
、この制御を与えるために、光ハイブリッドとの関連に
おいて位相変調器を使用する。図１では、受信されるメ
ッセージ信号ＥＭ（ｔ）が到来する信号経路に位相変調
器３４を挿入するように示してある。このようにする代
わりに、位相変調器３４は、導波路２０または２２の何
れかに沿って配置しても良い。位相変調器３４は、θ１
とθ２（メッセージ信号ＥＭ（ｔ）のＨ＾偏光およびＶ
＾偏光にそれぞれ関係付けられるゆっくり変化する位相
おくれ）の間の所定の位相差Δθを保持するために使用
される。例えば、位相変調器３４は、π／２という所定
の位相差を与えてθ２≒θ１＋π／２とするように使用
される。従って、ｓｉｎ（θ２）≒ ｓｉｎ（θ１＋π
／２）であるから、ＩＢに対する関係は、次のように書
くことができる。
することによって簡単化することができる。具体的には
、この制御を与えるために、光ハイブリッドとの関連に
おいて位相変調器を使用する。図１では、受信されるメ
ッセージ信号ＥＭ（ｔ）が到来する信号経路に位相変調
器３４を挿入するように示してある。このようにする代
わりに、位相変調器３４は、導波路２０または２２の何
れかに沿って配置しても良い。位相変調器３４は、θ１
とθ２（メッセージ信号ＥＭ（ｔ）のＨ＾偏光およびＶ
＾偏光にそれぞれ関係付けられるゆっくり変化する位相
おくれ）の間の所定の位相差Δθを保持するために使用
される。例えば、位相変調器３４は、π／２という所定
の位相差を与えてθ２≒θ１＋π／２とするように使用
される。従って、ｓｉｎ（θ２）≒ ｓｉｎ（θ１＋π
／２）であるから、ＩＢに対する関係は、次のように書
くことができる。
【数１８】
また、位相差Δθは、（２ｋ＋１）π／２という多数の
値に設定しても良い。ただし、ｋは、自然数か、または
良く制御された位相差を与えることができる適切な値な
らば何でも良い。
値に設定しても良い。ただし、ｋは、自然数か、または
良く制御された位相差を与えることができる適切な値な
らば何でも良い。
【００１５】図１において、増幅器３２からの電流ＩＢ
（ｔ）は、次に、平衡受信電流を二乗するように作用す
る遅延手段３６に印加される。具体的には、電流ＩＢ（
ｔ）は２つの岐路に分離され、一方の岐路の電流は所定
の期間τだけ遅延される。信号ＩＢ（ｔ）および遅延さ
れた信号ＩＢ（ｔ−τ）はともに、Ｄ´（ｔ）で表され
る遅延手段３６からの出力を形成する乗算器３７に入力
として印加される。従って、Ｄ´（ｔ）は、次のように
表すことができる。 Ｄ´（ｔ）＝ＩＢ（ｔ）ＩＢ（ｔ−τ）ＩＢ（ｔ）およ
びＩＢ（ｔ−τ）に代入して、次のように表すことがで
きる。
（ｔ）は、次に、平衡受信電流を二乗するように作用す
る遅延手段３６に印加される。具体的には、電流ＩＢ（
ｔ）は２つの岐路に分離され、一方の岐路の電流は所定
の期間τだけ遅延される。信号ＩＢ（ｔ）および遅延さ
れた信号ＩＢ（ｔ−τ）はともに、Ｄ´（ｔ）で表され
る遅延手段３６からの出力を形成する乗算器３７に入力
として印加される。従って、Ｄ´（ｔ）は、次のように
表すことができる。 Ｄ´（ｔ）＝ＩＢ（ｔ）ＩＢ（ｔ−τ）ＩＢ（ｔ）およ
びＩＢ（ｔ−τ）に代入して、次のように表すことがで
きる。
【数１９】
ここで、Ω＝ωＩＦτ＋２θ１である。前記の関係にお
いて「χ」の項が存在するため、データ復元過程におけ
るこの時点の信号Ｄ´（ｔ）は、依然として偏光に依存
する。本発明の教えるところによれば、偏光依存性は、
周波数２ωＩＦｔ−Ωにおいて「χ」の項を取り去るこ
とによって、除去することができる。図１において、フ
ィルタ３８が、遅延（復調）手段３６の出力に結合され
ている。フィルタ３８は、例えば、ωＩＦに近い周波数
のみを通すように設計された帯域通過フィルタ、または
２ωＩＦ近くの成分のみを除去できる低域通過フィルタ
を含む適切な構造であれば何でも良い。２ωＩＦの値に
よっては、そのような高次の高調波の項は無視すること
ができる。 何れの場合も、復元されるデータ信号は、次のように定
義される。
いて「χ」の項が存在するため、データ復元過程におけ
るこの時点の信号Ｄ´（ｔ）は、依然として偏光に依存
する。本発明の教えるところによれば、偏光依存性は、
周波数２ωＩＦｔ−Ωにおいて「χ」の項を取り去るこ
とによって、除去することができる。図１において、フ
ィルタ３８が、遅延（復調）手段３６の出力に結合され
ている。フィルタ３８は、例えば、ωＩＦに近い周波数
のみを通すように設計された帯域通過フィルタ、または
２ωＩＦ近くの成分のみを除去できる低域通過フィルタ
を含む適切な構造であれば何でも良い。２ωＩＦの値に
よっては、そのような高次の高調波の項は無視すること
ができる。 何れの場合も、復元されるデータ信号は、次のように定
義される。
【数２０】
これは、本発明の教えるところによれば、χに依存しな
い。
い。
【００１６】上述のように、本発明の光ハイブリッドは
、個別部品で形成しても、一体構造として形成しても良
い。個別素子を利用する実施例では、例えば、偏光ビー
ム・スプリッタ１６としてビーム分離キューブを備える
こともある。偏波面保持結合器１８は、偏波面保持光フ
ァイバを用いて形成された融合ファイバ結合器からなる
こともある。さらに、相互に接続する導波路２０、２２
、２４、２６はすべて、個別素子の適切な端面に適切に
整合した偏波面保持ファイバからなることもある。一体
構造の実施例では、偏光ビーム・スプリッタ１６は、適
切な導波路が内部に形成されたシリコン基板を備えた素
子からなることもある。偏波面保持結合器も、そのよう
な基板に形成されることがある。後者の実施例に関して
は、例えば、大きさ、安定性、配列、およびコストの点
から明らかに有利である。
、個別部品で形成しても、一体構造として形成しても良
い。個別素子を利用する実施例では、例えば、偏光ビー
ム・スプリッタ１６としてビーム分離キューブを備える
こともある。偏波面保持結合器１８は、偏波面保持光フ
ァイバを用いて形成された融合ファイバ結合器からなる
こともある。さらに、相互に接続する導波路２０、２２
、２４、２６はすべて、個別素子の適切な端面に適切に
整合した偏波面保持ファイバからなることもある。一体
構造の実施例では、偏光ビーム・スプリッタ１６は、適
切な導波路が内部に形成されたシリコン基板を備えた素
子からなることもある。偏波面保持結合器も、そのよう
な基板に形成されることがある。後者の実施例に関して
は、例えば、大きさ、安定性、配列、およびコストの点
から明らかに有利である。
【００１７】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発明の技
術的範囲に包含される。例えば、本発明の他の実施例で
は、図１における平衡受信器構成のフォトダイオード対
の代わりに単一のフォトダイオード受信器を備えた代わ
りの復調構造を利用することも可能である。さらに、本
発明は、ＤＰＳＫ変調を利用する信号に限られるとは考
えない。なぜなら、ＦＳＫ（周波数シフト・キー方式）
変調やＡＳＫ（振幅シフト・キー方式）変調とは限らな
いが、これらを含む代替の信号方式も本発明の光ハイブ
リッドと共に利用することができるからである。具体的
には、ＦＳＫ信号方式を使用すれば、受信されるメッセ
ージ信号ＥＭ（ｔ）は、次のような形式となる。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発明の技
術的範囲に包含される。例えば、本発明の他の実施例で
は、図１における平衡受信器構成のフォトダイオード対
の代わりに単一のフォトダイオード受信器を備えた代わ
りの復調構造を利用することも可能である。さらに、本
発明は、ＤＰＳＫ変調を利用する信号に限られるとは考
えない。なぜなら、ＦＳＫ（周波数シフト・キー方式）
変調やＡＳＫ（振幅シフト・キー方式）変調とは限らな
いが、これらを含む代替の信号方式も本発明の光ハイブ
リッドと共に利用することができるからである。具体的
には、ＦＳＫ信号方式を使用すれば、受信されるメッセ
ージ信号ＥＭ（ｔ）は、次のような形式となる。
【数２１】
ただし、第１の論理値に対しては、Δω＝０であり、第
２の論理値に対しては、Δωは定数に固定される。また
、ＡＳＫ信号方式を使用すると、受信される信号メッセ
ージＥＭ（ｔ）は、次のような形式となる。
２の論理値に対しては、Δωは定数に固定される。また
、ＡＳＫ信号方式を使用すると、受信される信号メッセ
ージＥＭ（ｔ）は、次のような形式となる。
【数２２】
ただし、第１の論理値に対しては、Ｍ（ｔ）＝０であり
、第２の論理値に対しては、Ｍ（ｔ）＝Ｍである。
、第２の論理値に対しては、Ｍ（ｔ）＝Ｍである。
【００１８】尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は
、発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制限
するように解釈されるべきではない。
、発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制限
するように解釈されるべきではない。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、偏
光に依存しないコヒーレント光検出システムが与えられ
る。
光に依存しないコヒーレント光検出システムが与えられ
る。
【図１】本発明によって形成された光ハイブリッドを用
いた典型的なコヒーレント光検出システムを示す図であ
る。
いた典型的なコヒーレント光検出システムを示す図であ
る。
１０ コヒーレント光検出構造
１２ 光ハイブリッド
１４ 平衡受信器
１６ 偏光ビーム・スプリッタ
１８ 偏波面保持結合器
２０、２２、２４、２６ 偏波面保持導波路３２
差動動福器 ３４ 位相変調器 ３６ 遅延手段 ３８ フィルタ
差動動福器 ３４ 位相変調器 ３６ 遅延手段 ３８ フィルタ
Claims (25)
- 【請求項１】 コヒーレント光検出システムにおいて
、第１の入力において受信されるメッセージ信号（ＥＭ
（ｔ））および第２の直交する入力における局部発振信
号（ＥＬＯ（ｔ））に応じて動作して、各信号を第１の
偏光状態（ＥＭＨ（ｔ）、ＥＬＨ（ｔ））および第２の
偏光状態（ＥＭＶ（ｔ）、ＥＬＶ（ｔ））にある第１お
よび第２の直交成分に分離するとともに、各入力信号の
直交成分の総和からそれぞれなる第１の出力（Ｅ１（ｔ
））および第２の出力（Ｅ２（ｔ））を形成する偏光分
離手段（１６）と、前記偏光分離手段の第１および第２
の出力を別個の入力として受信するように配置され、前
記偏光分離手段の第１および第２の出力の直交ベクトル
の和を表す組み合わされた信号対（Ｅ３（ｔ）、Ｅ４（
ｔ））を最終的な出力として与える偏波面保持結合手段
（１８）とを備えたことを特徴とする偏光に依存しない
信号復元を与える光ハイブリッド。 - 【請求項２】 前記光ハイブリッドが、前記偏光分離
手段の第１および第２の出力と前記の偏波面保持結合手
段の入力とを相互接続する偏波面保持導波手段（２０、
２２）をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の
光ハイブリッド。 - 【請求項３】 前記の偏波面保持導波手段が、偏波面
保持光ファイバからなることを特徴とする請求項２記載
の光ハイブリッド。 - 【請求項４】 前記の偏波面保持導波手段が、集積光
導波路からなることを特徴とする請求項２記載の光ハイ
ブリッド。 - 【請求項５】 前記光ハイブリッドが、前記の偏波面
保持結合手段の出力に結合されていて、前記の組み合わ
された信号対を最終的な出力（前記光ハイブリッドの出
力）へと伝える偏波面保持導波手段（２４、２６）をさ
らに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光
ハイブリッド。 - 【請求項６】 前記の偏波面保持導波手段が、偏波面
保持光ファイバからなることを特徴とする請求項５記載
の光ハイブリッド。 - 【請求項７】 前記の偏波面保持導波手段が、集積光
導波路からなることを特徴とする請求項５記載の光ハイ
ブリッド。 - 【請求項８】 前記光ハイブリッドが、前記の受信さ
れたメッセージ信号の第１および第２の成分の間の偏光
に依存する位相差（Δθ）をほぼ所定の値に維持するよ
うに制御する位相変調手段（３４）をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１記載の光ハイブリッド。 - 【請求項９】 前記所定の位相差が、約π／２に制御
されることを特徴とする請求項８記載の光ハイブリッド
。 - 【請求項１０】 前記所定の位相差が、約πに制御さ
れることを特徴とする請求項８記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１１】 前記所定の位相差が、約０に制御さ
れることを特徴とする請求項８記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１２】 前記偏光分離手段が、偏光ビーム分
離キューブ（立方体）からなることを特徴とする請求項
１記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１３】 前記偏光分離手段が、光学基板内部
に形成された集積偏光分離手段からなることを特徴とす
る請求項１記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１４】 前記の偏波面保持結合手段が、融合
ファイバ偏波面保持光ファイバからなることを特徴とす
る請求項１記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１５】 前記の偏波面保持結合手段が、光学
基板内部に形成された集積偏波面保持光ファイバからな
ることを特徴とする請求項１記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１６】 前記局部発振信号が、前記偏光分離
手段に直線偏光信号として印加されることを特徴とする
請求項１記載の光ハイブリッド。 - 【請求項１７】 前記局部発振信号が、前記偏光分離
手段に約４５°の角度で結合された偏波面保持ファイバ
にそって伝えられることを特徴とする請求項１６記載の
光ハイブリッド。 - 【請求項１８】 コヒーレント光検出システムにおい
て、第１の入力において受信されるメッセージ信号（Ｅ
Ｍ（ｔ））および第２の直交する入力における局部発振
信号（ＥＬＯ（ｔ））に応じて動作して、各信号を第１
の偏光状態（ＥＭＨ（ｔ）、ＥＬＨ（ｔ））および第２
の偏光状態（ＥＭＶ（ｔ）、ＥＬＶ（ｔ））にある第１
および第２の直交成分に分離するとともに、第１の出力
（Ｅ１（ｔ））および第２の出力（Ｅ２（ｔ））をＥ１
（ｔ）＝ＥＭＨ（ｔ）＋ｊＥＬＶ（ｔ）Ｅ２（ｔ）＝Ｅ
ＬＨ（ｔ）＋ｊＥＭＶ（ｔ）という形式で形成する偏光
分離手段（１６）と、前記偏光分離手段の第１および第
２の出力に応じて、前記出力を組み合わせ、 【数１】 という形式に組み合わされた信号対（Ｅ３（ｔ）、Ｅ４
（ｔ））を最終的な出力として形成する偏波面保持結合
手段（１８）とを備えたことを特徴とする偏光に依存し
ない信号復元を与える光ハイブリッド。 - 【請求項１９】 受信されるメッセージ信号（ＥＭ（
ｔ））からデータ信号（Ｄ（ｔ））を復元することがで
きる偏光に依存しないコヒーレント光検出構造において
、この検出構造が光ハイブリッド（１２）を備え、前記
光ハイブリッドが、第１の入力における前記の受信され
るメッセージ信号（ＥＭ（ｔ））および第２の直交する
入力における局部発振信号（ＥＬＯ（ｔ））に応じて動
作して、各信号を第１の偏光状態（ＥＭＨ（ｔ）、ＥＬ
Ｈ（ｔ））および第２の偏光状態（ＥＭＶ（ｔ）、ＥＬ
Ｖ（ｔ））にある第１および第２の直交成分に分離する
とともに、各入力信号の直交成分の総和からそれぞれな
る第１の出力（Ｅ１（ｔ））および第２の出力（Ｅ２（
ｔ））を形成する偏光分離手段（１６）と、前記偏光分
離手段の第１および第２の出力を別個の入力として受信
するように配置され、前記偏光分離手段の第１および第
２の出力の直交ベクトルの和を表す組み合わされた信号
対（Ｅ３（ｔ）、Ｅ４（ｔ））を最終的な出力として与
える偏波面保持結合手段（１８）とを備え、前記検出構
造が前記の偏波面保持結合手段からの組み合わされた出
力信号対に応じて、復元されたデータ信号（Ｄ（ｔ））
を出力として与えるために、前記光信号をその電気的表
現に変換し、その電気的表現を組み合わせる受信器（１
４）をさらに備えたことを特徴とする偏光に依存しない
コヒーレント光検出構造。 - 【請求項２０】 前記光ハイブリッドが、前記の受信
された信号の第１および第２の成分の間の偏光に依存す
る位相差（Δθ）をほぼ所定の値に維持するように制御
する位相変調手段（３４）をさらに備えたことを特徴と
する請求項１９記載の偏光に依存しないコヒーレント光
検出構造。 - 【請求項２１】 前記所定の位相差が、約π／２に制
御されることを特徴とする請求項２０記載の偏光に依存
しないコヒーレント光検出構造。 - 【請求項２２】 前記受信器が、前記光ハイブリッド
からの組み合わされた信号出力の対のうちの第１の光信
号に応じて、その電気的表現を出力として与える第１の
変換手段と、前記光ハイブリッドからの組み合わされた
信号出力の対のうちの残りの第２の光信号に応じて、そ
の電気的表現を出力として与える第２の変換手段と、前
記の第１および第２の変換手段からの前記の電気的出力
に応じて、復元されたデータ信号（Ｄ（ｔ））を前記検
出構造の出力として形成するために、差信号を与え、前
記差信号を２乗する復調手段（３２、３６、３８）とを
備えたことを特徴とする請求項１９記載の偏光に依存し
ないコヒーレント光検出構造。 - 【請求項２３】 前記復調手段が、前記の第１および
第２の変換手段からの出力に応じて、前記差信号（ＩＢ
（ｔ））を生成する差動増幅手段（３２）と、前記差信
号に応じて、遅延された差信号（ＩＢ（ｔ−τ））を生
成する遅延線（３６）と、前記差信号および前記の遅延
された差信号の両方に応じて、乗算結果が前記差信号の
２乗表現となるようにする乗算手段とを備えたことを特
徴とする請求項２２記載の偏光に依存しないコヒーレン
ト光検出構造。 - 【請求項２４】 前記受信器が、前記復調手段の出力
に応じて、前記局部発振の搬送周波数（ωＬＯ）と前記
メッセージ信号の搬送周波数（ωＭ）との間の差の周波
数以外の周波数において復元されるデータ信号の成分を
除去する濾過手段をさらに備えたことを特徴とする請求
項２２記載の偏光に依存しないコヒーレント光検出構造
。 - 【請求項２５】 前記の受信されるメッセージ信号が
、【数２】 という形式のＤＰＳＫ変調された信号であることを特徴
とする請求項１９記載の偏光に依存しないコヒーレント
光検出構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/515,983 US5027436A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Optical hybrid for coherent detection systems |
| US515983 | 1990-04-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229731A true JPH04229731A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=24053612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3112207A Pending JPH04229731A (ja) | 1990-04-27 | 1991-04-18 | 偏光に依存しない信号復元を与える光ハイブリッドおよび偏光に依存しないコヒーレント光検出構造 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5027436A (ja) |
| EP (1) | EP0456365B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04229731A (ja) |
| DE (1) | DE69117098T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7064840B2 (en) | 2002-10-08 | 2006-06-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corp. | Optical sampling system for simultaneously monitoring intensity modulation and frequency modulation |
| JP2009540761A (ja) * | 2006-06-23 | 2009-11-19 | アルカテル−ルーセント ユーエスエー インコーポレーテッド | コヒーレントな偏波多重化光信号を受け取るためのシステムおよび方法 |
| JP5239868B2 (ja) * | 2006-12-13 | 2013-07-17 | 日本電気株式会社 | 光受信装置および光受信方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5319438A (en) * | 1992-01-24 | 1994-06-07 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Interferometric, self-homodyne optical receiver and method and optical transmission system incorporating same |
| US5903393A (en) * | 1997-12-04 | 1999-05-11 | Kalibjian; Ralph | Optical-hybrid etalons for simultaneous phase- and polarization-diversity operations |
| US6407848B1 (en) | 2000-12-27 | 2002-06-18 | All Optical Networks, Inc. | Servo-stabilized-phase, differential coherence detector |
| US6473222B2 (en) | 2000-12-27 | 2002-10-29 | John N. Hait | Hyper-heterodyning, expanded bandpass apparatus and method |
| US7363018B2 (en) * | 2005-01-18 | 2008-04-22 | Massachusetts Institute Of Technology | High speed electrical interconnect using an optically distributed carrier signal |
| CN100383571C (zh) * | 2006-05-08 | 2008-04-23 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双折射自由空间光桥接器 |
| US8300229B2 (en) * | 2007-04-03 | 2012-10-30 | Celight, Inc. | Chemical sensing with coherent detection of optical signal |
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| US8204378B1 (en) | 2008-03-27 | 2012-06-19 | Tektronix, Inc. | Coherent optical signal processing |
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