JPH0572777B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光通信システムや光情報処理システ
ム等に用いられる光ヘテロダイン検波装置に関す
るものである。

一般に、光ヘテロダイン検波方式は、従来の光
直接検波方式に比べ受信感度を10〜100倍以上に
高めることができるという大きな特長があるた
め、長距離光通信幹線システムや各種高感度光セ
ンサに有効な光検波方式となつている。

この光検波方式において高い受信感度を実現す
るためには信号光と局部発振光の効率の良い合波
が必要であり、そのためにこれらの両光の伝搬方
向、偏波状態、ビーム径等を一致させなければな
らない。ところが、光通信において長い距離の光
フアイバを伝搬してきた信号光の偏波状態は光フ
アイバに加わる様々な擾乱の影響を受け時間的に
変動し、また光センサの場合も被測定物の状態に
より偏波状態が変動する。従つてこのままでは安
定で効率の良い合波を行なうことはできない。

この問題の解決方法として、従来から次の２つ
の方法が考えられている。その一つは偏波保存性
の良いフアイバを用いる方法である。これは、例
えばフアイバのコア、クラツドの断面形状を楕円
化することやフアイバに応力分布を持たせること
により、フアイバの複屈折性を高め、ある特定方
向（以下個有軸という）の直線偏波維持特性を良
くしようとするものである。しかし、長距離伝搬
時の保存性、偏波の安定性の確認は現状ではなさ
れていない。又、フアイバ接続時には個有軸を合
わせなければならず光フアイバ敷設時の接続工事
が困難であるという問題を生ずる。さらに、円偏
波を保存するスパンフアイバも考えられている
が、これは外力に弱いという欠点がある。

もう一つの方法は、受信時に信号光の偏波状態
をモニタし、それにより信号光あるいは局部発振
光の偏波状態を制御し信号光と局部発振光の偏波
整合を図ろうとするものである。しかし、この方
法は偏波状態を制御する装置が複雑な構成になる
上、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。

本発明の目的は、このような欠点を除き信号の
偏波状態によらず安定な検波特性が得られしかも
構成が簡単な光ヘテロダイン検波装置を提供する
ことにある。

本発明の光ヘテロダイン検波装置は、偏波変調
を含まない変調を受けた入力信号光と偏波状態の
安定している局部発振光とを合波する光合波部
と、この光合波部から出力される合波光を偏波面
が互に直交する第１、第２の光ビームに分離する
偏光分離素子と、前記第１、第２の光ビームを受
光してそれぞれ第１、第２の電気信号に変換する
第１、第２の受光部と、これら第１、第２受光部
からの各電気信号を加算する信号合成部を含みそ
の合成出力から信号出力を検出する処理部とを含
み構成される。

本発明においては、光フアイバを伝搬した偏波
方向が不定な信号光が、光合波部において偏波状
態の安定な局部発振光と合波され、この合波光が
偏光分離素子に入射して、互いに直交する偏波面
を有する直線偏光の第１、第２の光ビームに二分
され、それぞれ別の受光素子に入射て第１、第２
の電気信号に変換される。

この場合、第１、第２の光ビームの各信号光成
分と局部発振光成分とは直線偏光で、偏波方向も
合つている。また、局部発振光の偏波状態が安定
なので局部発振光成分の光強度も安定である。従
つて、第１、第２の光ビームが第１、第２の電気
信号に変換される際のそれぞれの変換効率は一定
である。しかし、信号光の偏波方向は不定なの
で、第１、第２の光ビームの信号光成分の光強度
は不安定でしかも大きく変動しており、そのため
第１、第２の電気信号の強度も信号光成分の変動
に対応して変動している。

ところで第１、第２の光ビームそれぞれの信号
光成分の光強度の和は、偏光分離素子に入射する
前の信号光の光強度にほぼ等しく、しかもその光
強度の和はほぼ安定していると考えて良く、また
受光部の電気信号への変換効率は一定であるか
ら、第１、第２の電気信号についてもそれぞれの
電力の和を取ると、ほぼ一定値に安定化させるこ
とができる。

なお、第１、第２の電気信号のうちの信号強度
の大きな方を選んだ場合、その信号電力は各電気
信号の和の1/2以上を得るようにもできる。従つ
て、理想偏波状態（一定偏波方向で直線偏波）の
信号光を光ヘテロダイン検波した場合に対して電
気信号の強度劣化あるいはＳ／Ｎ劣化を3dB以下
に抑えることができる。

このように本発明によれば、偏波面保存フアイ
バあるいは偏波面制御装置を用いることなく、簡
単かつ低損失でしかも信号光の偏波状態に依存せ
ずに検波特性が安定な光ヘテロダイン検波装置が
得られる。

次に図面により本発明を詳しく説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を説明するため
のブロツク図である。まず、局部発振器１の出力
光２は偏光変換素子３に入射し、円偏波の局部発
振光４に変換される。この円偏波の局部発振光４
は光フアイバ５を出射した信号光６と光合波器７
によつて合波される。この合波出力光８は偏光分
離素子９によつて互いに直交する直線偏波をもつ
第１、第２の光ビーム１０，１１に分離される。
これら第１、第２の光ビーム１０，１１はそれぞ
れ第１、第２の受光部１２，１３に入射してそれ
ぞれヘテロダイン検波され第１、第２の電気信号
１４，１５に変換される。これらの第１、第２の
電気信号１４，１５は共に局部発振光４と信号光
６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である。

これら第１、第２の電気信号１４，１５は第
１、第２の検波回路１６，１７で検波され、第
１、第２のベースバンド信号１８，１９に変換さ
れる。これら第１、第２のベースバンド信号１
８，１９は第１、第２の遅延線２０，２１によつ
て位相が合わされた後合成器２２で合成されて安
定した復調信号２３として出力される。

この実施例において、局部発振器１としては出
力を安定化した半導体レーザを用い、偏光変換素
子３としてはバビネ・ソレイユ位相補償板を用い
て安定な円偏波の局部発振光４が得られた。ま
た、光合波器７としては透過率約70％、反射率約
30％のミラー２４を用いて局部発振光４、信号光
６に対して45゜の角度をつくり両光の合波を行な
つた。また、偏光分離素子９としてはプリズムに
多層膜を蒸着したものを使用し、第１、第２の受
光部１２，１３は高速フオトダイオード、前置増
幅器、主増幅器等で構成し、第１、第２の検波回
路１６，１７としては信号光６が振幅変調光であ
つたので包絡線検波回路を用いた。なお、第１、
第２の検波回路１６，１７、第１、第２の遅延線
２０，２１、合成器２２等は通常のマイクロ波通
信装置で使用されているものを用いた。また、合
成器２２としては各ベースバンド信号光を振幅比
を２乗した比で振幅合成を行うレシオスケアラ合
成器を用いた。

このような構成において、信号光を長さ10Kmの
単一モードフアイバ（光フアイバ）に供給する
と、光フアイバ５からの出力信号光６はその偏波
状態が光フアイバ５に加えられる曲げ、ねじり、
周囲の温度変化等により大きく変化し、また第
１、第２の電気信号１４，１５の強度も信号光６
の偏波状態の変化に対応して変化したが、レイシ
ヨスケアラ合成器２２の出力復調信号としてはほ
とんどＳ／Ｎ劣化および出力変動のない信号を得
ることができた。

第２図は本発明の第２の実施例のブロツク図で
ある。この実施例において、局部発振器１の出力
光２は、偏光変換素子３により、偏光分離素子９
の偏光軸方向に対し45゜の傾きをもつた直線偏波
の局部発振光４に変換されたものであるが、その
他の光学系は第１の実施例と同様である。この実
施例が第１の実施例と異なる構成は第１、第２の
受光部１２，１３以後の信号の処理にある。すな
わち、第１、第２の受光部１２，１３からの第
１、第２の電気信号１４，１５は、それらの強度
を比較回路２５で検出され、この検出信号により
切換部２６を動かして第１、第２の電気信号１
４，１５のうち強度の大きな方のみを検波回路２
７へ送出している。

光フアイバ５からの信号光６の偏波状態はその
光フアイバ５に加わる曲げ、ねじれあるいは周囲
の温度等により大きく変動する。このとき第１、
第２の光ビーム１０，１１の信号光成分のうちと
ちらか一方は常に信号光６の光強度の1/2以上の
強さとなつており、従つてこの場合の復調信号２
３は最大3dBのレベル変動がある。しかし、この
復調信号２３のレベル変動は自動利得制御回路等
を用いれば十分安定化でき、また第１、第２の電
気信号１４，１５の変動は時間的には比較的ゆつ
くりしているので、比較回路２５、切換部２６も
変動に十分追随できる。従つて、この実施例にお
いても第１の実施例と同様比較的簡単な構成で安
定な復調信号を得ることができる。

本発明においては以上の実施例の他にもさまざ
まな変形が可能である。例えば、局部発振光４と
しては偏光分離素子９の偏光軸方向に対し45゜の
傾きを持つものであれば任意の楕円偏波でよく、
また偏光軸方向に対し45゜以外の傾きをもつ偏波
であつても、第１、第２の光ビーム１０，１１の
局部発振光成分の比を検知して対応した補正を電
気回路で加えられる範囲あれば、どのような偏波
状態であつても実施例と同様に安定な復調信号を
得ることができる。信号光６は、光フアイバを伝
搬したものではなく、空間あるいは他の光導波路
を伝搬したものでもよい。光合波器７としてはミ
ラー２４を利用したものの他にも近接導波路を用
いたもの、回折格子を用いたもの等さまざまなも
のが使用可能である。偏光分離素子９としては光
学結晶を用いたローシヨンプリズム等であつても
良い。また、検波回路１６，１７，２７は信号の
変調形式によつて適当なものが用いられ、例えば
光振幅変調であれば包絡線検波回路、同期検波回
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、同期検波回路が用
いられる。第１の実施例において第１、第２の電
気信号１４，１５を合成した後検波しても良く、
また第２の実施例において第１、第２の電気信号
１４，１５を検波した後信号レベルの比較、切換
を行なつてもよい。また第１の実施例において第
１、第２の電気信号１４，１５の合成比率を一定
にした簡単な構成の合成器を用いてもよい。この
場合の振幅の変動は最大3dBであるが自動利得制
御回路等を用いることにより安定な復調信号を得
るとができる。さらに、第１、第２の電気信号１
４，１５およびこれら電気信号１４，１５の位相
を合わせて合成した合成信号の３つのうちもつと
もＳ／Ｎが高いものを選ぶような構成も可能であ
り、この構成によればＳ／Ｎの変動を0.7dB以内
に押えることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロツク図、
第２図は本発明の第２の実施例のブロツク図であ
る。図において１……局部発振器、２……局部発
振器出力光、３……偏光変換素子、４……局部発
振光、５……光フアイバ、６……信号光、７……
光合波器、８……合波光、９……偏光分離素子、
１０，１１……光ビーム、１２，１３……受光
部、１４，１５……電気信号、１６，１７，２７
……検波回路、１８，１９……ベースバンド信
号、２０，２１……遅延線、２２……合成器、２
３……復調信号、２４……ミラー、２５……比較
回路、２６……切換部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 偏波変調を含まない変調を受けた入力信号光
   と偏波状態の安定している局部発振光とを合波す
   る光合波部と、この光合波部から出力される合波
   光を偏波面が互に直交する第１、第２の光ビーム
   に分離する偏光分離素子と、前記第１、第２の光
   ビームを受光してそれぞれ第１、第２の電気信号
   に変換する第１、第２の受光部と、これら第１、
   第２の受光部からの各電気信号を加算する信号合
   成部を含みその合成出力から信号出力を検出する
   処理部とを含む光ヘテロダイン検波装置。 ２ 処理部が信号合成部の合成出力を信号出力と
   する特許請求の範囲第１項記載の光ヘテロダイン
   検波装置。 ３ 処理部が信号合成部の合成出力により第１、
   第２の電気信号のうち信号強度の大きい方を選択
   する信号選択部を含む特許請求の範囲第１項記載
   の光ヘテロダイン検波装置。