JPH0715386A - 光ハイブリッド装置と偏光独立コヒーレント光波検出装置 - Google Patents

光ハイブリッド装置と偏光独立コヒーレント光波検出装置

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JPH0715386A
JPH0715386A JP3061088A JP6108891A JPH0715386A JP H0715386 A JPH0715386 A JP H0715386A JP 3061088 A JP3061088 A JP 3061088A JP 6108891 A JP6108891 A JP 6108891A JP H0715386 A JPH0715386 A JP H0715386A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 真に偏光独立で最少数の検出要素のみしか必
要としないコヒーレント光波検出システムを提供するこ
と。 【構成】 単一の偏光ビーム分割器と一組３個の偏光維
持光カプラ（１つの入力と２つの出力）を有する光ハイ
ブリッド装置を利用する偏光独立コヒーレント光波検出
装置が開示される。局部発振器の偏光状態が一定の値に
留まるように、この偏光状態の制御によって、伝送され
たデータ信号の偏光独立回復は達成してもよい。位相独
立性は、対をなす位相ダイバーシティ光ハイブリッド装
置で対をなす出力偏光維持光カプラを置換することによ
って与えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、偏光独立コヒーレント
光波検出装置に関し、特に、局部発振器の偏光状態のみ
が伝送された光信号から情報を回復するために知る必要
があるコヒーレント検出装置に関する。この装置は、偏
光独立動作を提供するために単一の偏光ビーム分割器の
みを利用する。
【０００２】
【従来の技術】光波検出システムは文献に広く記載され
ている。この光波検出システムは、ほぼ理想的な検出感
度、並びに、無線周波数で得られる選択度に類似した選
択度を提供する。ヘテロダイン／ホモダイン技術を使用
するコヒーレント光波システムでは、局部発振器の偏光
状態は、データの正確な回復を達成するために、入力伝
送信号の偏光状態に整合されなければならない。偏光整
合からのずれがあると、コヒーレント光波システムの性
能は劣化する。
【０００３】偏光整合の問題に対する１つの解決方法
は、受信データ信号の偏光状態の変動にも拘らず、この
光波検出システムの正しい動作を保証する偏光ダイバー
シティ受信装置の利用である。一般的に、偏光ダイバー
シティ装置は、これら両方の信号を既知の直交偏光状態
に分割し、そして、別々に各々の直交成分を操作するよ
うに機能する。
【０００４】数種の偏光ダイバーシティ方法が提案さ
れ、そして、示された。この１つの従来技術の方法は、
単一のビーム分割体と３つ一組の光カプラを有する光ハ
イブリッド装置を利用して必要な直交信号成分を提供す
ることである。この装置の説明は、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＥＣＯＣ８８、Ｓｅｐｔｅｍｂｅ
ｒ １９８７， ページ１５１〜１５３に記載されてい
るＭ．Ｓｈｅｂｕｔａｎｉ他による「Ｐｏｒａｌｉｚａ
ｔｉｏｎ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｂａ
ｌａｎｃｅｄ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｌａ
ｔｉｏｎ」なる名称の論文に記載されている。
【０００５】この論文の装置では、偏光分離の後にメッ
セージ信号成分は、３ｄＢファイバカプラの局部発振器
で混合される。局部発振器信号は、３ｄＢカプラにより
等分割され、各局部発振器信号成分の偏光状態は、偏光
調整器を用いて操作されて、その対を成すメッセージ信
号成分の偏光状態に整合するようにされる。しかし、各
信号の偏光状態は、ドリフトを受けるので、この偏光調
整器は、最適なシステム性能を保証するために連続的に
監視されなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する問題点は、真に偏光独立で最少数の検出要素のみし
か必要としないコヒーレント光波検出システムを提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、偏光独立コ
ヒーレント光波検出装置、特に、伝送された光信号から
情報を回復するために局部発振器の偏光状態のみを知る
だけでよいコヒーレント検出装置に関する本発明により
解決される。このコヒーレント検出装置は、偏光独立操
作を提供するために単一の偏光ビーム分割器のみを利用
する。
【０００８】本発明の一実施例によれば、コヒーレント
光波検出装置は、光ハイブリッド装置を利用する。この
光ハイブリッド装置は、単一の偏光ビーム分割器と、一
組３個の偏光維持光カプラ（分割用の入力カプラと一組
の結合用の出力カプラ）を有している。光ハイブリッド
装置からの一組４個の出力（第１の偏光状態の２つの出
力及び直交偏光状態の２つの出力）は、続いて入力とし
て受信器に加えられ、この受信器は、この光波信号を電
気信号に変換し、そして、この電気信号を復調してデー
タを回復する。
【０００９】光ハイブリッド装置の動作では、受信メッ
セージ信号は、入力として偏光ビーム分割器に加えられ
て一対の直交成分を形成する。局部発振器信号は、入力
として入力カプラ／分割器に加えられ、そこで、入力カ
プラは、出力として（パワーに関し）ほぼ等しい一対の
局部発振器成分を提供する。各信号からの成分は、一対
の出力カプラ／結合器の１つに入力として加えられる。
【００１０】この一対の出力カプラは、かくして、出力
ハイブリッド装置からの出力として各偏光状態あたり２
つの信号よりなる一組４個の混合信号（受信メッセージ
信号と局部発振器信号の両方を含む）を提供する。本発
明によれば、偏光ビーム分割器と一組の偏光維持カプラ
を相互接続する光導波部は、最適なシステム性能を提供
するために偏光維持導波部であることが好ましい。
【００１１】別の実施例では、本発明の光ハイブリッド
装置は、どんな付加的な要素をも必要とせずに一対のメ
ッセージ信号を同時に処理する。特に、このメッセージ
信号は偏光ビーム分割器の直交入力ポートに加えられ
る。偏光ビーム分割器出力点において生じる成分どうし
の間の直交性により比較的混信の少ないシステムが得ら
れる。そして、（異なる周波数で動作する）一対の局部
発振器が使用されて、その別々のデータ信号を復調及び
回復する。
【００１２】さらに他の実施例によれば、光ハイブリッ
ド装置は、偏光及び位相ダイバーシティの両方を提供す
るように偏光してもよい。位相ダイバーシティにより、
０°と１８０°の相対位相をもつ第１対の出力と、９０
°と２７０°の相対位相をもつ第２対の出力を提供する
ことによって、より広い線幅レーザーの使用が可能とす
る。
【００１３】本発明のこの特定実施例の光ハイブリッド
装置は、各偏光状態に１個ずつ合計２つのこの位相ダイ
バーシティ装置を利用している。従って、この光ハイブ
リッド装置からの出力は、８個の別々の光信号、すなわ
ち、各偏光状態ごとに４個づつの光信号からなる。
【００１４】本発明の利点は、局部発振器の偏光状態を
固定することによって、単一の偏光ビーム分割器のみの
使用でよく、従来技術の装置に比較して性能が改善され
るということである。
【００１５】本発明の１つの特定実施例では、光ハイブ
リッド装置は、形状をモノリシックにして、偏光ビーム
分割器と一組の偏光維持光カプラを光基板の一部として
形成し、種々の装置を互いに結合するために利用される
偏光維持集積光導波部どうしを相互接続してもよい。
【００１６】本発明の他の実施例では、光ハイブリッド
装置は、別々の装置を使用して形成され、偏光維持光フ
ァイバを、この別々の装置どうしを接続するために使用
しても良い。
【００１７】本発明の他の利点は、添付図面に関し以下
の説明に記載されている。
【００１８】
【実施例】次に図面では、同一の数字は幾つかの図面に
わたり同一の要素を示す。
【００１９】受信メッセージ信号の偏光状態には不感応
で、かつ、これとは独立のコヒーレント光波検出システ
ム１０が図１に示してある。図１では、このコヒーレン
ト光検出システム１０は、入力光信号を受信する光ハイ
ブリッド装置１１と、この光ハイブリッド装置１１の出
力を回復データ信号の電気信号に変換する受信器１３を
有している。特に、光ハイブリッド装置１１は、受信光
波メッセージ信号ＥS（ｔ）と、局部発振器光波信号Ｅ
LO（ｔ）を一対の入力として受信する。
【００２０】メッセージ信号ＥS（ｔ）は、本明細書で
は、次のものとして表現できるＤＰＳＫ信号であると仮
定する：
【数３】 ここで、Ｍ（ｔ）は、論理「１」の場合＋１または論理
「０」の場合−１のいずれかの値を持つＤＰＳＫ変調信
号を表す。値ωsは搬送周波数として定義され、そし
て、θS（ｔ）はこの搬送波に関連した位相雑音であ
る。
【００２１】同様に、局部発振器信号ＥLO（ｔ）は、次
のごとく表現することができる：
【数４】 ここで、ωLOは搬送周波数であり、θLO（ｔ）は搬送波
に関連する位相雑音である。
【００２２】図１において、メッセージ信号ＥS（ｔ）
は、偏光ビーム分割器１２に入力としてまず加えられ、
この偏光ビーム分割器１２は、信号ＥS（ｔ）を一対の
直交成分に分割するように機能する。偏光ビーム分割器
１２は、偏光ビーム分割体、ファイバ偏光器または要求
された偏光分割機能を提供することができるどんな他の
装置を有するものであってもよい。記載の便宜上、直交
成分どうしは、「垂直」（「Ｖ」）成分ＥV（ｔ）およ
び「水平」（「Ｈ」）成分ＥH（ｔ）と呼ぶことにす
る。
【００２３】偏光ビームの分割を行うとき、メッセージ
信号ＥS（ｔ）のパワーＰSは次の式により表される直行
成分に分割される：
【数５】 ここで、ｐ2は、「水平」の偏光したメッセージ信号ＥS
（ｔ）の一部を表し、量（１−ｐ2）は「垂直」偏光の
信号ＥS（ｔ）の一部を表す。
【００２４】量「ｐ」は未知であり、そして、多くの場
合、時間の関数として変化する。偏光ビーム分割器１２
からの出力は、次のごとく表現することができる：
【数６】 ここで、φ1とφ2は、偏光ビーム分割器１２の偏光軸に
関して測定された入力信号ＥS（ｔ）の偏光成分の位相
に依存する。
【００２５】偏光維持導波部の第１部分１４には、成分
ＥH（ｔ）が結合され、そして、ハイブリッド装置１１
を介して第１の偏光維持カプラ１６内に伝ぱんする。同
様にして、成分ＥV（ｔ）は、偏光維持導波部の第２部
分１８内に結合されて第２の偏光維持カプラ２０に入力
として供給される。
【００２６】なお、本明細書に記載される用語「偏光維
持導波部」は、偏光光ファイバ、或いは、偏光維持集積
導波部を含むとする。この後者は、光基板内に集積導波
部を組み込むモノリシック構造として光ハイブリッド装
置１１が形成される時に利用される。
【００２７】図１に示すように、局部発振器信号Ｅ
LO（ｔ）は、光ハイブリッド装置１１の第３の偏光維持
カプラ２２に入力として加えられる。光ハイブリッド装
置１１は、信号ＥLO（ｔ）を比較的等しいパワー成分に
分割するように機能する。局部発振器の偏光状態は、既
知であり（そして、時間の関数として一定である）の
で、第３の偏光維持カプラ２２は、２つの出力ブランチ
の間で局部発振器のパワーＰLOを等しく分割するように
設計してもよい。
【００２８】従って、第３の偏光維持カプラ２２からの
局部発振器出力信号は、次のごとく表現することができ
る：
【数７】
【００２９】図１を見ると、局部発振器成分Ｅ
LO1（ｔ）は、続いて、第１偏光維持カプラ１６に第２
の入力として結合された偏光維持導波部の部分２４内に
放射される。同様にして、局部発振器成分ＥLO2（ｔ）
は、第２の偏光維持カプラ２０に第２の入力として結合
された偏光維持導波部の部分２６内に放射される。
【００３０】本発明の原理によれば、偏光維持導波部１
４、１８、２４、２６は、これらへの入力が同一偏光状
態のものとなり、従って、それらが、それぞれの偏光維
持カプラ内を移動する時に結合されるように第１と第２
の偏光維持カプラ１６と２０内に加えられる。例えば、
局部発振器は線形偏光され、そして、メッセージ信号Ｅ
S（ｔ）の「水平」偏光成分ＥH（ｔ）と一線に並ぶよう
に偏光維持導波部の部分２４と２６内に放射される。
【００３１】従って、第１の偏光維持カプラ１６内のＥ
LO1（ｔ）とＥH（ｔ）の組み合わせにより、何ら調整の
必要なしに、それらの和が提供される。第１の偏光維持
カプラ１６からの出力は、かくして、次のごとく表現さ
れる：
【数８】 ここで、αHとβHは、ハイブリッド要素１６により導入
された位相変位と定義される。
【００３２】上記のことと対照的に、第２の偏光維持カ
プラ２０に加えられるメッセージ信号の成分ＥV（ｔ）
は、調整が行わなければ、成分ＥLO2（ｔ）と直行す
る。従って、これら２つの信号は、適切に組み合わされ
ることはない。従って、本発明のによれば、偏光維持導
波部の部分１８（または部分２６）は、第２の偏光維持
カプラ２０への入力における９０°の回転に影響を与え
るように変更される。
【００３３】この回転により成分ＥV（ｔ）は、局部発
振器成分ＥLO2（ｔ）と一線に並ぶことが保証される。
偏光維持導波部の部分１８と２６が、偏光維持光ファイ
バから作られると、この回転は第２の偏光維持カプラ２
０への入力点において適当なファイバを９０°だけ物理
的に回転するだけで容易に達成してもよい。第１の偏光
維持カプラ１６の場合のように、第２の偏光維持カプラ
２０からの出力ＥV1（ｔ）とＥV2（ｔ）は、次のごとく
表現することができる：
【数９】 ここで、αvとβvは、ハイブリッド要素２０により導入
される位相変位として定義される。
【００３４】成分「ｐ」と「１−ｐ2」とが上記の式に
存在することは、これらの出力信号に偏光依存性が残っ
ているということを示す。従って、第１と第２の偏光維
持カプラ１６と２０の出力において、これらの信号は、
２対の出力の間に直交性を維持するように偏光維持導波
部内に放出される。
【００３５】図１には、信号ＥH1（ｔ）が偏光維持導波
部２７へ放出され、信号ＥH2（ｔ）が偏光維持導波部２
８に放出され、信号ＥV1（ｔ）が偏光維持導波部２９に
放出され、そして、最後に、信号ＥV2（ｔ）が偏光維持
導波部３０に放出されるということが示してある。図１
に示したように、導波部２６〜３０は光ハイブリッド装
置１１の出力を形成する。
【００３６】光ハイブリッド装置１１からの出力は、そ
の後、受信器１３に入力として加えられ、受信器１３
は、まず、光／電気変換を行い、続いて、この電気信号
を復調してこの電気信号から伝送されたメッセージ信号
を回復する。
【００３７】図１において、信号ＥHI（ｔ）とＥ
H2（ｔ）は、第１の平衡受信器３２に入力として加えら
れ、この第１の平衡受信器は、光信号をその電気信号に
変換するよう機能する。特に、信号ＥHI（ｔ）は入力と
して第１のフォトダイオード３４に入力として加えら
れ、そして、信号ＥH2（ｔ）は第２のフォトダイオード
３６に入力として加えられる。この光電流出力は、次
に、増幅器３８で結合されて第１の平衡受信器３２の出
力としてｉH（ｔ）と示した光電流を提供する。
【００３８】同様に、信号ＥV1（ｔ）とＥV2（ｔ）は入
力として第２の平衡受信器４０に加えられる。この第２
の平衡受信器４０は、一対のフォトダイオード４２、４
４と増幅器４６を有し、第２の平衡受信器４０は、ｉV
（ｔ）と示した第２の光電流を出力として発生する。一
般に、光電流ｉH（ｔ）とｉV（ｔ）は、次のごとく表現
することができる：
【数１０】 ここで、Ｃは既知の定数ηｅ／ｈωと定義される。
【００３９】上記の式を参照して、以下の式を示すこと
ができる：
【数１１】 ここでφ（ｔ）＝θLO（ｔ）−θS（ｔ）であり、ωIF
はωLO−ωSとして定義される中間周波数である。ＥH1 2
（ｔ）からＥH2 2（ｔ）を引き算すると、光電流ｉ
H（ｔ）に関して解くことになり、次の関係が得られ
る：
【数１２】 これは、ＤＣの項のＰLO／４とＰS／２が相殺されるか
らである。
【００４０】同様にして、次の式を示すことができる：
【数１３】 両方の光電流ｉH（ｔ）とｉV（ｔ）は、依然として、
「ｐ」の項を含み、そして、それ自体偏光依存性と考え
られる。この偏光依存性は、以下に詳しく述べるように
信号二乗動作を利用して除去することができる。
【００４１】図１において、光電流ｉH（ｔ）は、入力
として第１の二乗装置５０に加えられ、光電流ｉ
V（ｔ）は入力として第２の二乗装置５２に加えられ
る。第１の二乗装置５０は（この実施例では、遅延復調
器）は、電流ｉH（ｔ）を第１と第２の成分に分割し、
続いて、一方の成分を他方の成分に対して時間τだけ遅
延させるように機能する。この遅延は図１に第１の二乗
装置５０におけるループとして示してある。
【００４２】信号ｉH（ｔ）とｉH（ｔ−τ）は、次に乗
算器５４により乗算されて第１の二乗出力電流ｉH２
（ｔ）を形成する。このｉH２（ｔ）は、次式で表現さ
れる：
【数１４】 ここで、△φは、量φ（ｔ）−φ（ｔ−τ）として定義
される。
【００４３】同様にして、光電流ｉV（ｔ）は入力とし
て乗算器５６を有する二乗装置５２に加えれらて第２の
二乗出力電流ｉV 2（ｔ）を形成する。ここで、
【数１５】 本発明によれば、各二乗装置５０、５２の遅延τは、実
質的に同一であるものとする。
【００４４】二乗出力電流ｉH 2（ｔ）とｉV 2（ｔ）は一
対のバンドパスフィルタ５８、６０によりフィルタされ
て望ましくない高調波成分を除去する。このフィルタさ
れた信号「ｉH 2」（ｔ）と「ｉV 2」（ｔ）は、次に加算
手段６２において電気的に加算されて検出システム１０
から回復された出力メッセージ信号Ｒ（ｔ）を提供す
る。特に、
【数１６】 ここで、偏光依存性成分「ｐ」と「１−ｐ2」は、二乗
動作のために回復されたメッセージ信号Ｒ（ｔ）から除
去されている。
【００４５】図１に示したコヒーレント光波検出システ
ムは、上述のように、何ら付加的な要素を必要とせずに
一対の別々の入力信号を回復するために使用してもよ。
図示のように、第２の入力信号Ｅ´S（ｔ）は、偏光ビ
ーム分割器１２からの出力成分が元の信号ＥS（ｔ）に
直交するよう偏光ビーム分割器１２に加えられる。
【００４６】すなわち、導波部１４に沿って移動する両
方の信号の成分は直交し、そして、同様に、導波部１８
に沿って移動する成分も直交する。好都合にも、偏光維
持導波部の性質は、同一状態の直交偏光が両方とも混信
が最小で案内されるようなものである。
【００４７】（ωLO以外の周波数の）別の局部発振器Ｅ
´LO（ｔ）は、第３の偏光維持カプラ２２の残りの入力
点に加えられてＥ´S（ｔ）と混合され、上記と同一の
種類の混合信号を提供する。従って、同一のハイブリッ
ド装置１１と受信器１３を利用して、第２のメッセージ
信号を加えることにより、図１にＲ´（ｔ）として示し
た第２のデータ信号が回復される。
【００４８】上記のように、本発明の技術は、偏光と位
相ダイバーシティの両方を提供することが望まれる用途
に拡張してもよい。図２は、これらの機能を提供するこ
とができる特定の検出装置１００を示す。位相ダイバー
シティは、上記のように、レーザー源の狭い線幅の制限
を解除するに特に役立つ。
【００４９】特に、光ハイブリッド装置は、０゜と１８
０゜の相対的な位相差を持つ第１の対と、９０゜と２７
０゜の相対的位相差を持つ第２の対とを備えた一組４個
の光信号を形成するために使用してもよい。光ハイブリ
ッド装置１１への入力点におけるどの位相変化も、かく
して、上記の偏光ダイバーシティ計算に似た一組の出力
信号に対して行われる加算動作により打ち消される。
【００５０】例示的な位相ダイバーシティ装置の完全な
説明は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．７， Ｎｏ．５， Ｍ
ａｙ１９８９，ページ７９４〜７９８に見えるＤ．Ｈｏ
ｆｆｍａｎｎ外による「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔ
ｉｃｓ ＥｉｇｈｔーＰｏｒｔ ９０゜ Ｈｙｂｒｉｄ
ｏｎ ＬｉＮｂＯ3」なる題名の論文に見られよう。
【００５１】また図２を見ると、コヒーレント検出装置
１００は、偏光独立出力および位相独立出力を提供する
ことができる光ハイブリッド装置１１０と２つの別々の
受信ユニット１３２と１３４を有する受信器１３０を備
えていることが分かる。動作において、受信メッセージ
信号ＥS（ｔ）は、入力として偏光ビーム分割器１２に
加えられ、この偏光ビーム分割器１２は、対を成す直交
出力信号ＥH（ｔ）とＥV（ｔ）を提供する。
【００５２】ここで信号ＥH（ｔ）は、偏光維持ファイ
バの第１の部分１４に沿って伝ぱんし、信号ＥV（ｔ）
は、偏光維持ファイバの第２の部分１８に沿って伝ぱん
する。線形偏光の局部発振器信号ＥLO（ｔ）は、偏光維
持カプラ２２によって光パワーの点で等しく分割されて
第１と第２の成分ＥLO1（ｔ）とＥLO2（ｔ）になる。こ
の成分ＥLO1（ｔ）は、偏光維持ファイバの部分２４に
沿って伝ぱんし、成分ＥLO2（ｔ）は、偏光維持ファイ
バの部分２６に沿って伝ぱんする。
【００５３】今まで記載した光ハイブリッド装置１１０
の部分は、図１に関連して上に述べたものと同一であ
る。しかし、図１の光ハイブリッド装置１１の第１の偏
光維持カプラ１６と第２の偏光維持カプラ２０は、本発
明のこの位相独立実施例に従って第１の位相ダイバーシ
ティハイブリッド装置１６０、第２の位相ダイバーシテ
ィハイブリッド装置２００によってそれぞれ置き換えら
れている。
【００５４】一般的に、位相ダイバーシティハイブリッ
ド装置１６０は、４個の別々の偏光維持カプラと位相変
位手段を有している。特に、信号成分ＥH（ｔ）は、入
力として第１のカプラ１６２に加えられる。この第１の
カプラ１６２は、ＥH１（ｔ）を２つの別々の信号に分
割するように機能する。ここで、第１のカプラ１６２
は、前述の偏光維持カプラと同じ方法で機能する。同様
に、局部発振器成分ＥLO１（ｔ）は入力として第２のカ
プラ１６４に加えられ、この第２のカプラ１６４は、成
分ＥLO１（ｔ）を２つの別々の信号に分割するように機
能する。
【００５５】この実施例の位相ダイバーシティの態様に
よれば、第一のカプラ１６２と第２のカプラ１６４から
の４つの出力は、互いに位相遅延されて、その２つのメ
ッセージ信号の間に９０°の位相差、及び、同様に、そ
の２つの局部発振器信号の間に９０°の位相変位が存在
するようにされる。第１の位相シフタ１６６は、第１の
カプラ１６２からの第１の出力に結合されるものとして
示してあり、第２の位相シフタ１６８は、第２のカプラ
１６４からの第２の出力に結合されるものとして示して
ある。
【００５６】この位相遅延のメッセージ信号は、次に、
第３のカプラ１７０で非遅延局部発振器信号と組み合わ
される。第３のカプラ１７２からの２つの出力は、１８
０°の相対位相差を持つ一対の信号となる。すなわち、
位相ハイブリッド装置１６０のポートＡＨとＢＨに現れ
る信号は線形偏光される（すなわち、余弦項を含む）。
同様にして、残りのメッセージ信号成分は第４のカプラ
で位相遅延された局部発振器信号と混合される。
【００５７】ポートＣＨとＤＨに表れる第４のカプラ１
７２からの一対の出力も１８０°の位相差を持つが、円
偏光され（すなわち、正弦項のみを有する）。この第４
のカプラ１７２からの一対の出力は、ポートＡＨとＢＨ
における出力とは直交する。
【００５８】従って、ポートＢＨ、ＣＨ、ＤＨからの出
力は、ポートＡＨからの出力に関して１８０゜、９０
゜、２７０°の位相関係を持つものとして定義すること
ができる。本発明によれば、ハイブリッド装置１６０の
４つのポートＡＨ、ＢＨ、ＣＨ、ＤＨからの一組４個の
出力は、図２において「水平」偏光と定義した同一偏光
のものである。
【００５９】この一組４個の出力は、次に、受信器１３
０の第１の平衡受信器ユニット１３２に入力として加え
られてもよい。受信器１３２は、図１の受信器１３と設
計が類似している。受信器ユニット１３２からの出力
は、かくして、入力信号の位相とは独立した電流Ｉ
H（ｔ）である。
【００６０】残りの直交偏光の成分は、位相ダイバーシ
ティハイブリッド装置２００で発生させてもよい。この
位相ダイバーシティハイブリッド装置２００は、上記の
位相ダイバーシティハイブリッド装置１６０と形及び機
能が同一である。従って、位相ダイバーシティハイブリ
ッド装置２００の出力は、成分ＥV（ｔ）とＥLO2（ｔ）
を混合する一組４個の信号であり、ポートＢＶ、ＣＶと
ＤＶの信号は、ポートＡＶからの出力に対し１８０°、
９０゜、２７０゜の位相差をそれぞれ有する。
【００６１】これらの４個の「垂直」出力は、次に、上
に定義した受信器ユニット１３２と同一の第２の平衡受
信器ユニット１３４に入力として加えられる。第２の平
衡受信器ユニット１３４は、かくして、入力信号の位相
とは独立の電流ＩV（ｔ）を出力として発生する。第１
図の構成の場合、回復されたメッセージ信号Ｒ（ｔ）
は、加算器１４０で、受信器ユニット１３２と１３４そ
れぞれからの出力電流ＩH（ｔ）とＩV（ｔ）を組み合わ
せることによって図２の検出装置１００で形成される。
上記のように、加算器１４０の加算では、回復したメッ
セージ信号から偏光依存項が除去される。
【００６２】図３は、図２で示した装置で利用してもよ
い別の位相ダイバーシティハイブリッド装置１６００を
示す。基本的には、この位相ダイバーシティハイブリッ
ド装置１６０のカプラ１６２は、この実施例では、４５
°の回転子１６１０と偏光ビーム分割器１６２０で置換
されている。図３に示すように、回転子１６１０は、成
分ＥH（ｔ）に対し４５°の回転を与えるように偏光維
持ファイバ１４と位相ダイバーシティハイブリッド装置
１６００との間に位置決めされている。
【００６３】回転により、偏光ビーム分割器１６２０
は、次に、信号ＥH（ｔ）をほぼ等しい成分に分割する
ことができ、これらの成分は、位相シフタ１６６とカプ
ラ１７０、１７２を介して、上記のように、伝ぱんす
る。同様にして、成分ＥV（ｔ）は、第２の４５°の回
転子を介して伝ぱんされ、この回転された信号は、第２
の偏光ビーム分割器に入力として提供されてもよい。信
号ＥV（ｔ）の回転により、かくして、偏光ビーム分割
器１６２０からの出力として比較的等しいパワーの一対
の信号が提供される。
【００６４】なお、上記の実施例には本発明の範囲内に
入ると考えられる幾つかの変形例が存在する。とくに、
本発明の他の実施例は、図１と図２の平衡受信器の構成
で使用される対をなすフォトダイオードの代わりに、単
一のフォトダイオード受信器を有する別の復調装置を使
用してもよい。
【００６５】さらに、本発明は、システムを利用するＤ
ＰＳＫ変調に限定されない。それは、ＦＳＫ（周波数シ
フトキーイング）変調またはＡＳＫ（振幅シフトキーイ
ング）変調を含むが、これに限定されない別の通信方法
が、本発明の光ハイブリッド装置で利用することもでき
るからである。特に、ＦＳＫ通信の利用により、次の形
をした受信メッセージ信号ＥS（ｔ）が得られる：
【数１７】 ここで、第１の論理値に対しては△ω＝０であり、この
値は、第２の論理値に対しては定数に固定される。
【００６６】或いはまた、ＡＳＫの使用により次の形の
受信メッセージ信号ＥS（ｔ）が得られる：
【数１８】 ここで、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。
【００６７】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
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照符号は、発明の容易なる理解のためで、その技術的範
囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、真
に偏光独立で最少数の検出要素のみしか必要とせず、混
信が少なく、従来例に比較して性能が改善されたコヒー
レント光波検出システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って形成された光ハイブリッド装置
を利用する偏光独立コヒーレント光波検出装置を示す。
【図２】本発明に従って形成された偏光位相独立光ハイ
ブリッド装置を利用する他の偏光独立コヒーレント光波
検出装置を示す。
【図３】図２に示した装置で使用することができる光ハ
イブリッド装置の別の位相ダイバーシティ部分を示す。
【符号の説明】
１０ コヒーレント光波検出システム １１ 光ハイブリッド装置 １２ 偏光ビーム分割器 １３ 受信器 １４ 偏光維持導波部の第１の部分 １６ 第１の偏光維持カプラ １８ 偏光維持導波部の第２の部分 ２０ 第２の偏光維持カプラ ２２ 第３の偏光維持カプラ ２４、２６ 偏光維持導波部の部分 ２７、２８、２９、３０ 偏光維持導波部 ３２ 第１の平衡受信器 ３４ 第１のフォトダイオード ３６ 第２フォトダイオード ４２、４４ フォトダイオード ４６ 増幅器 ５０ 第１の二乗装置 ５２ 第２の二乗装置 ５４、５６ 乗算器 ５８、６０ バンドパスフィルタ １００ 検出装置 １１０ 光ハイブリッド装置 １３０ 受信器 １３２、１３４ 平衡受信器ユニット １４０ 加算器 １６０、２００ 位相ダイバーシティハイブリッド装置 １６４ 第２のカプラ １６６ 第１の位相シフタ １７０ 第３のカプラ １７２ 第４のカプラ ２００ 位相ダイバーシティハイブリッド装置 １６００ 位相ダイバーシティハイブリッド装置 １６１０ 回転子 １６２０ 偏光ビーム分割器 ＥS（ｔ） メッセージ信号 ＥLO（ｔ） 局部発信器信号。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力される光波メッセージ信号を、第１
    と第２の偏光状態の第１（ＥH（−１））と第２（Ｅ
    V（＋））の直交成分にそれぞれ分割する偏光分割手段
    （１２）を有する、コヒーレント光波検出システムにお
    ける、偏光独立信号を回復する光ハイブリッド装置にお
    いて、 既知の周波数の局部発振器信号をほぼ等しいパワーの第
    １（ＥLO1（ｔ））と第２の（ＥLO2（ｔ））の成分に分
    割する手段（２２）と、 第１のメッセージ信号成分と局部発振器信号成分が両方
    とも第１の偏光状態のものとなるように第１のメッセー
    ジ信号成分と局部発振器信号成分を混合し、第１の偏光
    状態の一対の組み合わせ信号（ＥH1（ｔ），Ｅ
    H2（ｔ））を出力として提供する第１の組み合わせ手段
    （１６）と、 第２のメッセージ信号成分と局部発振器信号成分の両方
    が第２の偏光状態のものとなるように第１のメッセージ
    信号成分と局部発振器信号成分を混合し、第２の偏光状
    態の一対の組み合わせ信号（ＥV1（ｔ），ＥV2（ｔ））
    を出力として提供する第２の組み合わせ手段（２０）と
    を有し、第１の組み合わせ手段と第２の組み合わせ手段
    の出力が光ハイブリッド回路の出力を形成することを特
    徴とする光ハイブリッド装置。
  2. 【請求項２】 偏光分割手段が、偏光ビーム分割体を有
    することを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 偏光分割手段が、ファイバ偏光器を有す
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 局部発振器信号の分割手段が、偏光維持
    カプラを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 第１と第２の組み合わせ手段が、一対の
    偏光維持カプラを有することを特徴とする請求項１記載
    の装置。
  6. 【請求項６】 偏光維持カプラが、ファイバカプラであ
    ることを特徴とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 偏光分割手段が、さらに、第１と第２の
    偏光状態のそれぞれの第１と第２の直交成分に第２のメ
    ッセージ信号を分割するために第２の入力された光波メ
    ッセージ信号（Ｅ´S（ｔ））に対し感応性があり、第
    １と第２の組み合わせ手段への同一の信号通路に沿って
    同様な偏光状態の直交成分が伝ぱんするように、第１と
    第２のメッセージ信号の成分が偏光分割手段から出力さ
    れ、 局部発振器信号を分割する手段が、第１と第２の組み合
    わせ手段の第２のメッセージ信号と混合されるよう、第
    １の局部発振器信号とは異なった周波数の第２の局部発
    振器信号（Ｅ´LO（ｔ））に対し感応することを特徴と
    する請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 光ハイブリッド装置が、さらに位相依存
    性を提供することができ、第１と第２の組み合わせ手段
    が、各々一組の別々の出力として１８０°位相が分離さ
    れ、線形偏光された第１の対の信号と、１８０°位相分
    離されて円偏光された第２の対の信号を形成することが
    できる位相ダイバーシテイ手段（１６０，２００）を有
    することを特徴とする請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】 各位相ダイバシーテイ組み合わせ手段
    が、 関連するメッセージ信号成分に応答してこれに関連した
    第１と第２の信号を別々の出力として提供する第１の偏
    光維持カプラ（１６２）と、 関連する局部発振器信号成分に応答してそれに関連する
    第１と第２の信号を別々の出力として提供する第２の偏
    光維持カプラ（１６４）と、 第１のカプラの１方の出力をその残りの出力に対し９０
    °の位相回転を行う第１の位相調整手段（１６６）と、 第２のカプラの１方の出力をその残りの出力に対し９０
    °位相回転を行う第２の位相調整手段（１６８）と、 第１の位相調整手段からの出力と非遅延局部発振器信号
    に応答して１８０°だけ位相が離された関連偏光状態の
    第１の対の信号を一対の出力として提供する第３の偏光
    維持カプラ（１７０）と、 第２の位相調整手段からの出力と非遅延メツセージ信号
    に応答して１８０°だけ位相が離され、かつ、第３の偏
    光維持カプラからの出力に関して９０°だけ位相が変移
    した関連偏光状態の一対の信号を出力として提供する第
    ４の偏光維持カプラ（１７２）とを有することを特徴と
    する請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 各位相ダイバーシテイ組み合わせ手段
    が、 関連するメッセージ信号成分の４５°の回転を行う回転
    手段（１６１０）と、 回転手段の出力に結合されて各々比較的等しいパワーを
    有する一対のメッセージ信号出力を提供する偏光ビーム
    分割手段（１６２０）と、 関連する局部発振器成分を受信するように結合されて各
    部分が比較的等しいパワーよりなる関連する局部発振器
    成分の別々の部分を一対の出力として提供する第１の組
    み合わせ手段（１６４）と、 一方の偏光ビーム分割出力の位相を残りの偏光ビーム分
    割出力に関して９０°遅らせる第１の位相調整手段（１
    ６６）と、 第１の組み合わせ手段からの一方の出力の位相を残りの
    出力に関して９０°遅らせる第２の位相調整手段（１６
    ８）と、 この位相の遅らされたメッセージ成分と非遅延局部発振
    器成分を受信するように結合されて位相が１８０°だけ
    離された一対の信号を第１の出力として提供する第２の
    組み合わせ手段（１７０）と、 位相遅延の局部発振器成分と非遅延メッセージ成分を受
    信するように結合されて、位相が１８０だけ離され、か
    つ、第２の組み合わせ手段からの出力に関して９０°だ
    け位相が変移された一対の信号を第２の出力として提供
    する第３の組み合わせ手段（例えば１７２）とを有する
    ことを特徴とする請求項８記載の装置。
  11. 【請求項１１】 受信メッセージ信号（ＥS（ｔ））か
    らデータ信号（Ｒ（ｔ））を受信することができる偏光
    独立コヒーレント光波検出装置において、 光ハイブリッド装置を有し、このハイブリッド装置が、 受信したメッセージ信号に応答して第１の（Ｅ
    H（ｔ））と第２の（ＥV（ｔ））の直交成分にメッセー
    ジ信号を分割する偏光分割手段（例えば１２）を有す
    る、受信メッセージ信号（ＥS（ｔ））からデータ信号
    （Ｒ（ｔ））を受信することができる偏光独立コヒーレ
    ント光波検出装置において、 光ハイブリッド装置が、さらに、 既知の偏光状態の局部発生光波信号に応答して比較的等
    しいパワーの第１（ＥLO1（ｔ））と第２の（Ｅ
    LO2（ｔ））の局部成分を発生する第１の偏光維持組み
    合わせ手段（２２）と、 受信されたメッセージ信号（ＥH（ｔ））と局部発生光
    波信号（ＥLO1（ｔ））の両方の第１の成分を受信する
    よう結合され、各々が、第１のメッセージ信号と第１の
    局部信号の両方の部分を含む第１の信号（ＥH1（ｔ））
    と第２の信号（ＥH2（ｔ））を出力として提供する第２
    の偏光維持組み合わせ手段（１６）と、 受信されたメッセージ信号（ＥV（ｔ））と局部発生光
    波信号（ＥLO2（ｔ））の両方の第２の成分を受信する
    ように結合されて、各々が、第２のメッセージ信号と第
    ２の局部信号の両方の部分を含む第１の信号（Ｅ
    V1（ｔ））と第２の信号（ＥV2（ｔ））を出力として提
    供する第３の偏光維持組み合わせ手段（２０）とを有
    し、 検出装置が、さらに、 光ハイブリッド装置の第２と第３の偏光維持組み合わせ
    手段からの光波出力信号に応答して、この光波出力信号
    をその電気信号に変換し、かつ、回復されたデータ信号
    を出力として提供するためにこの電気信号を組み合わせ
    る受信器（１３）を有することを特徴とする偏光独立コ
    ヒーレント光波検出装置。
  12. 【請求項１２】 受信器が、第２の偏光維持組み合わせ
    手段からの出力に応答してその電気信号を出力として提
    供する第１の変換手段（３２）と、 第３の偏光維持組み合わせ手段からの出力に応答してそ
    の電気信号を出力として提供する第２の変換手段（４
    ０）と、 第１と第２の変換手段からの電気出力に応答して各信号
    を二乗し、かつ、回復されるデータ信号（Ｒ（ｔ））を
    検出装置の出力として形成するようにその二乗した信号
    どうしを加算する復調手段（１５８，６０，６２）とを
    有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 受信器の第１の変換手段が、 平衡受信器を有し、この平衡受信器が、 第２の偏光維持組み合わせ手段から第１の出力成分を受
    信してそれに関連した第１の光電流を出力として提供す
    る第１のフォトダイオード（３４）と、 第２の偏光維持組み合わせ手段から第２の出力成分を受
    信してそれに関連した第２の光電流を出力として提供す
    る第２のフォトダイオード（３６）と、 第１と第２の光電流に応答してこれらの差を表す第１の
    光電流（ｉH（ｔ））を出力として提供する増幅手段
    （３８）とを有し、 受信器の第２の変換手段が、 平衡受信器を有し、この平衡受信器が、 第２の偏光維持組み合わせ手段から第１の出力成分を受
    信してそれに関連した第１の光電流を出力として提供す
    る第１のフォトダイオード（４２）と、 第２の偏光維持組み合わせ手段から第２の出力成分を受
    信してそれに関連した第２の光電流を出力として提供す
    る第２のフォトダイオード（４４）と、 第１と第２の光電流に応答してこれらの差を表す第１の
    光電流（ｉH（ｔ））を出力として提供する増幅手段
    （４６）とを有することを特徴とする請求項１２記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】 受信器が、さらに、 第１の変換手段からの出力に応答して第１の差光電流の
    二乗信号（ｉH 2（ｔ））を発生する第１の二乗手段（５
    ０）と、 第２の変換手段からの出力に応答して第２の差光電流の
    二乗信号（ｉV2（ｔ））を発生する第２の二乗手段（５
    ２）と、 第１と第２の二乗手段からの出力を加算して、回復され
    たデータ信号（Ｒ（ｔ））を光波受信器の出力として提
    供する加算手段（６２）とを有することを特徴とする請
    求項１２記載の装置。
  15. 【請求項１５】 第１の二乗手段が、第１の遅延復調器
    （５４）を有し、 第２の二乗手段が第２の遅延復調器（５６）を有するこ
    とを特徴とする請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 第１の遅延復調器が、 第１の変換手段からの第１の差光電流に応答して第１の
    遅延光電流（ｉH（ｔ−τ））を発生する第１の遅延線
    と、 第１の差光電流と第１の遅延光電流の両方に応答して第
    １の光電流の二乗信号（ｉH 2（ｔ））となる乗算出積力
    を提供する第１の乗算器とを有し、 第２の遅延復調器が、 第２の変換手段からの第２の差光電流に応答して第２の
    遅延光電流（ｉH（ｔ−τ））を発生する第１の遅延線
    と、 第２の差光電流と第２の遅延光電流の両方に応答して第
    ２の光電流の二乗信号（ｉV 2（ｔ））となる乗算積出力
    を提供する第２の乗算器とを有することを特徴とする請
    求項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 受信器が、 第１の二乗手段と加算手段の間に配置された第１のバン
    ドパスフィルタと、 第２の二乗手段と加算手段の間に配置された第２のバン
    ドパスフィルタとを有することを特徴とする請求項１４
    記載の装置。
  18. 【請求項１８】 光ハイブリッド装置が、偏光ビーム分
    割手段と第１の偏光維持組み合わせ手段を第２と第３の
    偏光維持組み合わせ手段と相互接続するために利用され
    る集積偏光維持光導波部を有するモノリシック構造とし
    て形成されていることを特徴とする請求項１１記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】 光ハイブリッド装置が、偏光ビーム分
    割手段と第１の偏光維持組み合わせ手段を第２と第３の
    偏光維持組み合わせ手段と相互接続するために利用され
    る偏光維持光ファイバを有する別々の要素を備えたこと
    を特徴とする請求項１１記載の装置。
  20. 【請求項２０】 受信メッセージ信号が、 【数１】 の形のＤＰＳＫ変調信号であり、 局部発生光波発信信号が、 【数２】 の形を有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
  21. 【請求項２１】 第１と第２の偏光維持組み合わせ手段
    が、一対の偏光維持ファイバカプラを有することを特徴
    とする請求項１１記載の装置。
  22. 【請求項２２】 光ハイブリッド装置が、さらに、位相
    依存性を提供することができ、第１と第２の偏光維持組
    み合わせ手段が、各々、１８０°位相が離され、かつ、
    線形に偏光された第１の一対の信号と、１８０°位相が
    離され、かつ、円偏光された第２の対の信号を一組の別
    々の出力として形成することができる位相ダイバーシテ
    イ手段を有することを特徴とする請求項１１記載の装
    置。
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