JPH0810849B2 - コヒ−レント検波を使用する光通信装置および方法 - Google Patents

コヒ−レント検波を使用する光通信装置および方法

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JPH0810849B2
JPH0810849B2 JP61306174A JP30617486A JPH0810849B2 JP H0810849 B2 JPH0810849 B2 JP H0810849B2 JP 61306174 A JP61306174 A JP 61306174A JP 30617486 A JP30617486 A JP 30617486A JP H0810849 B2 JPH0810849 B2 JP H0810849B2
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/61Coherent receivers
    • H04B10/64Heterodyne, i.e. coherent receivers where, after the opto-electronic conversion, an electrical signal at an intermediate frequency [fIF] is obtained

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光通信システムに関し、さらに詳しく述べれ
ば、複数個の端末装置間における高密度通信用の光通信
システムに関するものである。
(従来の技術) 光フアイバ通信システムでは、デイジタルおよびアナ
ログの両方法を用いて情報を送信することが知られてい
る。デイジタル・システムでは、発光ダイオードやレー
ザ・ダイオードのような光源はPINダイオードまたはア
バランシ・ホトダイオード(APD)のような、受光素子
に伝搬する光通路上に出されるパルス状光出力を持つベ
ース帯域の信号駆動電流によつて直接変調されるが、受
光素子はベース帯域の信号出力を回復させるように光エ
ネルギーを調節復調する。このようなシステムでは、帯
域幅は光源および受光素子、ならびに光通信路の帯域幅
によつて制限される。アナログ・システムでは、搬送波
源の出力は時間を変える方法で変調され、かつ復調のた
めに受光素子に伝搬される。最も簡単な配列では、光搬
送波はエンベローブ変調を受けて、非直線受光素子で直
接復調させる。波長または位相変調を含むような、一段
と複雑な配列では、情報内容を回復する一段と複雑な変
調および復調装置が要求される。
電磁波スペクトルの無線周波数部分では、受信装置に
伝搬する情報によつて源搬送波を変調するのが普通であ
る。受信信号の復調は、受信信号と混合される局部発振
信号を発生させる局部発信器を受信装置に具備すること
によつて行われる。局部発振器の出力の周波数は受信信
号の周波数と相殺されて、以後復調されるヘテロダイン
中間周波数を作つたり、受信信号と整合された周波数お
よび位相を持つ局部発振信号を作つたりして、同期ホモ
ダイン検波を行う。利用される検波の形にかかわらず、
受信装置における局部発振源は安定しかつ正確に同調可
能でなければならない。
正確で、同調可能な、極めて安定した局部発振源は無
線周波数帯では容易に得られるが、電磁波帯の光部分で
は対応する源が現在得られない。例えば、ガス・レーザ
はその固有の安定度および精度によつて可能性のある局
発振源の一種である。しかし、ガス・レーザは同調が容
易でなく、またその独自な所要電源、構造方法、および
コスト高によつて大規模通信システムの端末装置で局部
発振器として使用するには不向きである。ガス・レーザ
とは対照的に、レーザ・ダイオードはその駆動電流を変
えることによつて波長制御される。しかし、その出力は
必ずしも波長が安定せず、また作動電流、温度、および
ある程度までは作動寿命の関数として長期の周波数ドリ
フトを受ける。さらに、レーザ・ダイオードの出力周波
数は、出力における周波数帯が平均値の近くで時間と共
に変化するように、共振駆動内での縦モード・ジヤンピ
ングおよび光フイードバツクの結果として、短期の変動
を受ける。モード・ポツピングに起因する大きな周波数
偏移がない場合は、残留する短期「ジツタ」は普通10−
100MHzであり、分布反転レベル、屈折率、および温度の
変化の関数である。この短期ジツタが波長多重化システ
ムのチヤネル密度を制限するのは、フイルタまたはコヒ
ーレント検波用のチヤネル帯域幅がレーザ・ダイオード
の出力のスペクトル周波数分布より狭くなることができ
ず、さもなければ電力が検波装置に対して失われるから
である。
したがつて、光通路に発射したり検波目的で使用する
変調搬送波の発生を助けるために、端末装置で局部光源
を利用する光通信システムを開発する現在の努力は、い
ま入手できる装置によつて制限を受ける。
(発明の概要) 上記を考慮して、本発明は端末装置で局部発振器を使
用せずに光バス上の変調搬送波の高密度波長分析多重通
信を与える光通信システムおよび方法を提供し、さらに
光バス上の他の端末装置に送信する変調搬送波を作つた
り、ホモダインおよびヘテロダインの両方法による検波
を含む受信した被変調搬送波をコヒーレント検波したり
するのに使用される各端末装置で発生させる光エネルギ
ーを提供する。
本発明の1つの形では、通信システムは光フアイバ・
バスのような光通路によつて形成され、その中にある端
末装置は相互通信のためにバスに結合される。システム
・ワイドの基準搬送波源は、システムを通じて伝搬する
少なくとも1つの極めて安定したシステム・ワイドの搬
送波を導入するためにバスに結合される。システム内の
端末装置は、システム・ワイドの基準搬送波の一部を取
り出して、通信周波数まで周波数を偏移させ、さらにシ
ステム内の他の端末装置に伝搬する情報信号としてシス
テム・バスに導入するために周波数偏移された搬送波を
変調することによつて、相互に通信することができる。
システム内の端末装置は、もう1つの端末装置から情報
信号を受信するため、バスからの情報信号の一部を取り
出すとともにシステム・ワイドの基準搬送波源によつて
送信された基準搬送波の一部を取り出す。ヘテロダイン
検波を行うために、取り出した搬送波エネルギーは受信
端末装置において、受信した情報信号の周波数と相殺さ
れる周波数まで周波数偏移されて、受信した情報信号と
局部周波数偏移の基準搬送波との周波数差に事実上等し
いヘテロダイン中間周波数を発生させる。別法として、
取り出した搬送波エネルギーが周波数偏移されないよう
にすると、受信した情報信号とのヘテロダインによつて
基準搬送波からの情報信号の周波数偏移に等しい「中間
周波数」が発生される。合成された中間周波数信号は次
に処理されて、例えば在来のRF受信機において復調され
る。ホモダイン検波を達成するため、取り出したシステ
ム・ワイド基準搬送波は、受信端末装置において、ホモ
ダイン・ベース帯域出力を作るように受信情報信号の周
波数と事実上等しい周波数まで周波数偏移される。
好適な実施態様では、光システムには少なくとも1つ
の基準搬送波を運ぶ第1光フアイバと、情報信号を運ぶ
別の光フアイバ・バスとによつて形成される光通路が含
まれる。端末装置は基準搬送波バスと情報信号バスとの
間に結合されて、基準搬送波バスと情報信号バスとの間
に結合される制御可能な周波数偏移変調器、および周波
数偏移変調器と情報信号バスとの間に結合される検波器
を含んでいる。
光信号側波帯変調器としても知られる周波数偏移変調
器は、集積光装置、バルク光装置、または音響−光装置
の形をとることがあり、基準搬送波バスから基準搬送波
エネルギーの一部を受信し、取り出した基準搬送波エネ
ルギーの周波数を情報信号を供給するように被変調RF励
起に応じて通信周波数まで変形および変調し、また別法
として取り出した基準搬送波エネルギーの周波数を回復
した情報出力を供給したりヘテロダイン中間周波数を供
給したりするようにホモダイン検波により情報信号を直
接復調する検波器が使用し得る周波数まで変形する。周
波数偏移変調器により供給される情報信号は両側波帯の
形であることができたり、できれば、帯域フイルタを備
えて1つの側波帯および搬送波を抑制して単側波帯情報
信号を供給することができる。
基準搬送波バスおよび情報信号バスは1本のケーブル
内に組み込むことが望ましく、端末装置も同じアーキテ
イクチヤで構成され、したがつて基準搬送波および情報
信号用の伝搬通路の長さならびに信号伝搬時間は基準搬
送波源の位置から着信端末装置までのものに事実上等し
く、システム・ワイド搬送波源の短期周波数ジツタに起
因する悪影響が最小限に押えられる。伝搬通路の長さお
よび伝搬時間の等化はコヒーレント検波された信号の周
波数分布スペクトルを有効に狭くし、微小帯域幅信号の
チヤネル密度を増大させることができる。
システム・ワイド基準搬送波エネルギーおよび情報信
号用のそれぞれの光フアイバ・バスを使用するほかに、
1つの光フアイバ・コアを用いてシステム・ワイド基準
搬送波および情報信号の両方を伝搬させることができ
る。
各実施態様において、複数個の周波数間隔をおいた基
準搬送波は基準搬送波バスにより供給され、いろいろな
端末装置は利用できる基準搬送波の1つの同調する共振
構造物を含み、かくて多数の利用可能な通信チヤネルを
提供する複数個の周波数の異なる帯域が形成される。1
つの基準搬送波を用いて情報信号発生およびコヒーレン
ト検波の両方に必要なエネルギーが得られたり、基準搬
送波を用いて情報信号発生のエネルギーが得られ、また
第2基準搬送波を用いてコヒーレント検波に必要なエネ
ルギーが得られる。さらに基準搬送波は、情報信号発生
およびコヒーレント検波のために端末装置が使用する異
なる偏波状態で得られる。
したがつて本発明の主な目的は、少なくとも1つのシ
ステム・ワイド基準搬送波が変調情報信号を供給したり
各端末装置でコヒーレント復調を達成するように基準搬
送波を供給したりする際に、いろいろな端末装置によつ
て使用されるようにシステムを通じて伝搬される、改良
された光フアイバ通信システムおよび方法を提供する。
本発明の他の目的およびその利用性に関する追加の範囲
は、同様な部品が同様な参照文字によつて表わされる付
図と共に取られる、下記の詳細な説明から明白になると
思う。
(実施例) 本発明の光通信システムは、第1図および第2図の開
バス配列を含む多くの回路網トポロジーに使用される。
第1図において、参照文字10で表わされる光通信システ
ムは、光通路12に結合されて左から右に伝搬するように
通路12の上に1つ以上の固定周波数基準搬送波を導く基
準搬送波源14と、によつて形成されている。信号送信源
Tおよび複数個の加入者S0,S1,……Sn-1,Snが光通路
12に結合されているが、光通路12の一部および加入者の
1つは潜在的に多数の加入者が光通路12に結合できるこ
とを示すために点線で表わされる。第1図の光通信シス
テムのトポロジーは、送信源Tから多数の受信専用加入
者Snまで情報信号を配布する加入者配布方式に好適であ
る。
情報信号は、例えば、商業テレビジヨン、ラジオ、ビ
デオ、テキスト、コンピユータ・データなどのような、
商業分布回路網の加入者によつて普通使用される信号を
含むことができる。
第1図のシステム10は単向信号伝搬に好適であり、第
2図に示されかつ参照文字10′で一般に表わされる二重
光通信システムは各使用者は送受信の両能力を備えて両
向通信を行う場合に提供される。第2図において、第1
および第2光通路12aならびに12bはそれぞれの基準搬送
波源14aと14bとを備えている。複数個の端末装置TD0,T
D1,TD2,……TDn-1,Tnが通路12aと12bとの間に結合さ
れて、光通路12aを用いる第1方向に信号を送信した
り、光通路12bを用いる第2方向に信号を受信する。
第1図および第2図に例示されたシステムの光通路
は、光案内コアを持つ少なくとも1つの光フアイバによ
り、またさらに望ましいことは、複数個のコアを持つ第
3図に示されるような光フアイバによつて形成される。
第3図に示される通り、好適な光フアイバ16はクラツド
材料22によつて囲まれた第1および第2光案内コア18な
らびに20を有し、クラツド材料22の屈折率はコア18およ
び20の屈折率よりも小でありそれによつて各コア内に光
を導くことができる。コア18および20は、コア間のつか
の間の電界結合およびシステム基準搬送波と送信情報信
号との潜在的混変調を最小限に押えるだけ十分に分離さ
れている。光フアイバ16は、第3図の台形断面のような
非対称横断面を有して1つのコアを他のコアから区別す
るとともに、各コアに隣接する平面を有して横結合を容
易にすることが望ましい。
第1図および第2図の各光通信システムは、光エネル
ギーを光通路に向けるシステム・ワイド基準搬送波源を
使用する。代表的な光源14が第4図に概略図の形で示さ
れている。図示の通り、光エネルギー発生器24はその光
出力を、光バツフア26から適当な光増幅器28に向ける。
その最も基本の形において光発生器24は、普通0.8〜1.6
ミクロンの光スペクトルの所望部分で作動するガス・レ
ーザまたは半導体レーザ・ダイオードの形を取ることが
ある。光バツフア26は光エネルギー発生器への光フイー
ドバツクを減衰させて周波数を妨害する刺激を最小に押
える働きをして、中性密度フイルタ、磁気アイソレー
タ、またはアイソレータとして作動する音響−光変調器
の形をとることがある。光増幅器28が使用されるとき、
それは光エネルギーが光バツフア26を通つた後で光エネ
ルギーの電力利得をもたらし、光通信システムの所要電
力に合うだけの利用増加を作る。先天的に安定している
ガス・レーザの出力に従属される半導体レーザを使用す
る適当な光源は1985年10月3日出願の、「周波数基準を
使用する光通信システム」という名称の同じく出願人に
譲渡された米国特許出願第783436号に開示され、また光
エネルギーの電力レベルを増加させるのに適した光増幅
器は1985年4月30日出願の、「補助共振器」という名称
同じく出願人に譲渡された米国特許出願第729,647号に
開示されており、いずれの開示も本発明を実施するのに
必要な程度まで本明細書に包含されている。
使用される光エネルギー発生器の形式にかかわらず、
第5図に、グラフ表示されるような出力は比較的狭いス
ペクトル幅、すなわち短期および長期の周波数偏移が最
小の分布を持つことが望ましい。長期周波数偏移は、駆
動電力および作動温度ならびに環境その他のパラメータ
の有効な制御によつて制御することができる。短期ドリ
フト、すなわちジツターは例えばレーザ媒体またはレー
ザ共振空洞の屈折率の変化に起因するが、これは短い観
測周期にわたつて普通10−30MHzのスペクトル分布を表
わす。下記に詳しく説明するが、本発明は短期ジツタと
関連する問題を最小に押えるコヒーレント検波の際の有
効ライン幅を狭くするとともに、情報信号の増加した数
を光通路の与えられた制限帯域幅内で伝搬させる。第5
図の点線部分で示される通り、下記に説明されるような
基準搬送波源14を用いて複数個の固定周波数間隔をおい
た基準搬送波を得ることができる。
以下に説明される実施態様では、1個以上の固定周波
数間隔をおいた基準搬送波は、それぞれの基準搬送波お
よび情報信号バス(二重バス方式)により、または基準
搬送波と情報信号の両方を伝送する共通通信バス(単一
バス方式)によつて1個以上の周波数−特定情報信号と
共に伝搬される。以下に詳しく説明される通り、情報信
号は両側波帯(DSB)信号として伝搬され、この場合上
側波帯および下側波帯はいずれも完全情報内容を運び、
すなわち単側波帯信号として伝搬される。両側波帯信号
が二重バスまたは単一バス方式で伝搬される場合、下記
に指摘される通り、2つの側波帯と基準搬送波エネルギ
ーとの間の位相関係を保持して情報信号の検波の際のフ
エージングまたはゼロを回避することが望ましく、かか
るフエージングまたはゼロは位相関係が変化する結果と
して生じる。この目的で、位相保持帰還制御器が両側波
帯、単一バス方式の送信機位置に、また両側波帯、二重
バス方式の受信機位置に具備される。位相関係は例え
ば、両側波帯、単一バス方式の送信機位置または両側波
帯、二重バス方式の受信機位置で光通路の有効光長さを
熱制御することによつて制御することができる。一般
に、基準搬送波または各搬送波の全電力は個別送信され
る情報信号の全電力に比べて比較的高いことが望まし
く、その結果比較的強い基準搬送波および任意な1つの
情報信号によつて比較的有効なコヒーレント検波が達成
され、情報信号の漏話が最小に押えられる。
本発明による単向システムの1つの例が第6図に示さ
れており、全体として参照文字50によつて表わされてい
る。システム50は第1光エネルギー案内コアによつて形
成される基準搬送波バス52と、第2光エネルギー案内コ
アによつて形成される情報信号バス54とを持つ光通路を
含むが、両コアは第3図に示されかつ上記に説明された
通り単一フアイバ内に組み込まれることが望ましい。光
通路は、第6図の左に示されるような発信端末装置TD0
および右に示されるような着信端末装置TDdを含む光通
路に接続された端末装置TDnと共に延長された長さの開
バス方式として配列されている。第6図および本明細書
の以下において、発信および着信の端末装置の同様な構
成部品は同じ参照文字で表わされ、着信端末装置の参照
文字はさらにプライム(′)記号が付けられている。基
準搬送波バス52は、第4図について上述されたシステム
・ワイド基準搬送波源56からのシステム・ワイド基準搬
送波を受けて、システム50にあるいろいろな端末装置TD
nに基準搬送波を送るように設計されている。情報信号
バス54は、いろいろな発信端末装置TD0から着信端末装
置TDdまで情報信号を運ぶ機能を持つている。両向性す
なわち二重通信容器を得るために、第2光通路(図示さ
れていない)が第2図のトポロジーにしたがつて具備さ
れ、システム・ワイド基準搬送波および情報信号を第6
図に示される方向と反対の方向に送ることができる。
いろいろな端末装置TDnは同一構造であり、周波数偏
移変調器58およびコヒーレント検波器60を含む。結合リ
ンク62は横結合64を通して基準搬送波バス52に横方向に
結合され、基準搬送波エネルギーを横結合64を通して基
準搬送波バス52から取り出す働きをし、またそのエネル
ギーを周波数偏移変調器58に提供する。もう1つの光結
合リンク66が周波数偏移変調器58の出力からもう1つの
横結合68を経て情報信号バス54およびコヒーレント検波
器60の入力に結合される。ベース帯域情報信号または中
間周波数情報信号を表わすことがあるコヒーレント検波
器60の出力は、接続路70を経て増幅器72に、さらに信号
出力端子74に提供される。
周波数偏移変調器58は、変調器58を励起する働きをす
る被変調RF搬送波信号を受ける励起入力76を含む。周波
数偏移変調器58は、第7図に示されたバルク光装置およ
び第8図と第9図に示された集積光装置を含むいくつか
の形の1つをとることができる。
第7図に示される通り、バルク光変調器80は対向側面
に電極84および86が作られる適当に整合された電気光学
結晶82、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)によつて形
成されている。光は光結合リンク62から電気光学結晶82
に導かれ、電気光学結晶82を通つて光結合リンク66に進
み、横結合68を通つて情報信号バス54またはコヒーレン
ト検波器60に移る。電極84および86は励起エネルギー源
88に結合されるが、このエネルギー源は入力76で無線周
波搬送波を受信して被変調RF搬送波信号を電気光学変調
器80に供給する。変調器80は基準搬送波の周波数偏移を
行って別の周波数にするとともに、入力76に供給された
被変調RF搬送波にしたがつて偏移される信号の周波数偏
位および変調を作るように作動される。電気光学結晶82
は励起エネルギー源88からの励起信号に応動して、光結
合リンク66に入る前にRF搬送周波数の量によつて光エネ
ルギーの周波数偏移を作る。
第8図および第9図に示される通り、全体として参照
文字90で表わされる集積光変調器は、ニオブ酸リチウム
のような基板92を含み、その中に光案内チヤネル94(第
9図)が形成されている。光案内チヤネル94はチタンの
ような屈折率の変化する材料で基板92の適当な面積をド
ーピングすることによつて作ることができる。電極96お
よび98は例えば、光案内チヤネル94の対向する横方向の
縁に電着によつて作られる。光結合リンク62からの光エ
ネルギーは光案内チヤネル94に投射され、光結合リンク
66に提供されて、横結合68を経て情報信号バス54に移さ
れたりコヒーレント検波器60に提供される。第8図およ
び第9図の集積光変調器の作動は、被変調RF搬送波が電
極96および98に加えられて基準搬送周波数から偏移周波
数まで周波数偏移を作る点で、第7図のバルク光変調器
80の作動に似ている。第7図〜第9図の変調器は両側波
帯、すなわち2つの側波帯を作る形式の変調器であり、
各側波帯は変調する装置を励起する被変調RF搬送波の全
情報内容を含んでいる。さらに以下に説明される通り、
単側波帯変調器も使用され、ある応用には望ましいこと
がある。
電気光学周波数偏移および変調に関する追加の開示
は、マサチユーセツツ州レキシントン、マサチユーセツ
ツ技術協会、リンカーン研究所の、エル・ジヨンソン
(Johnson,L.)、アール・ベツカー(Becker,R.)らに
よる「集積光チヤネル−導波管周波数偏移装置」;カリ
フオルニア州、スタンフオード大学、エドワード・エル
・ギンズトン研究所のダブリユー・ピー・リスク(Ris
k,W.P.)ジー・エス・ヤングクイスト(Youngqist,W.
P.)らによる「音響光学複屈折フアイバ周波数偏移装
置」;および本明細書と共に出願された「波長多重の光
通信システムおよび方法」という名称の同じく出願人に
譲渡された米国特許出願(ケース第7064号)に見いだす
ことができ、これらの開示は本発明を実施するに要する
程度まで本明細書に包含されている。
コヒーレント検波器60は、PINホトダイオードのよう
な在来の受光素子、またはより大きな感度を必要とする
場合は、アバランシ増培を起こさせるように高い逆バイ
アス電圧で作動されるアバランシ・ホトダイオード(AP
D)の形をとることができる。
第6図にある始まりの端末装置のような、情報信号を
送信する働きをする端末装置TDnでは、基準搬送波バス5
2の中にある基準搬送波エネルギーの一部は、横結合64
を通して除去されかつ光結合リンク62に移される。なる
べく、基準搬送周波数バス52にあるエネルギーの微小部
分のみ、すなわち所望の情報信号を供給するだけのエネ
ルギーが取り出されることが望ましい。こうして、各発
信端末によつて基準搬送波バスに置かれた光負荷は最小
に押えられ、かくしてシステム内の他の端末装置に利用
できる基準搬送波エネルギーは最大となる。標準とし
て、基準搬送波エネルギーを横結合64から光結合リンク
62に移すには−20dBの減衰が用いられる。例えばリンク
により多くの加入者を置くようにするため、効率の低い
横結合64が所望される場合は、−40dBの減衰を持つ結合
およびイン・ライン光増幅器A1(点線で表示されてい
る)を用いて取り出した基準搬送波エネルギーに利得を
供給することができ、適当な増幅器は1985年4月30日出
願の、「補助共振器」という名称の、上記に包含されか
つ同じく出願人に譲渡された米国特許出願第729,647号
に開示されている。基準搬送波エネルギーは光結合リン
ク62から周波数偏移変調器58に導入される一方、周波数
偏移変調器58は入力76に加えられる変調RF搬送波によつ
て励起される。周波数偏移変調器58は、基準搬送波エネ
ルギーを、上下側波帯を含む移された周波数で両側波帯
信号を供給するように変調器58に加えられた被変調RF搬
送波入力周波数の量だけ基準搬送波から周波数偏移され
る情報信号周波数まで周波数を移す。周波数偏移変調器
58の出力は、光結合リンク66および横結合68を経て情報
信号バス54に提供されて、システム内の他の端末装置TD
nに伝搬する。横結合68は普通、エネルギーを移動させ
る際に−20dBの減衰を生じる。
第6図の右に示される着信端末装置TDdのような情報
信号を受信する働きとする端末装置TDnは、横結合64′
を経て基準搬送波バス52から基準搬送波エネルギーの一
部を取り出す。発信端末装置TD0の場合と同様に、着信
端末装置TDdは、基準搬送波バス52にある基準エネルギ
ーの微小部分、すなわち検波に達成するだけのエネルギ
ーのみを取り出し、かくてシステム内の他の端末装置が
使用するエネルギーの残りを最大にする。取り出したエ
ネルギーは、光結合リンク62′を経て周波数偏移変調器
58′に提供される。直接光ホモダイン検波では、周波数
偏移変調器58′は発信端末装置TD0の周波数偏移変調器5
8を励起するRFエネルギーの周波数に等しい周波数で入
力76′に加えられるRFエネルギーによつて励起されて、
着信端末装置TDdにおける基準搬送波エネルギーを、発
信端末装置TD0により情報信号バス54に提供される両側
波帯信号の移動周波数に等しい移動周波数まで周波数移
動させる。周波数偏移変調器58′の出力は、光結合リン
ク66′を経てコヒーレント検波器60′に提供される。さ
らに、発信端末装置TD0からの両側波帯情報信号は、情
報信号バス54から横結合68′を経て光結合リンク66′に
結合され、また同様に周波数移動された基準搬送波と共
にコヒーレント検波器60′に提供される。イン・ライン
光増幅器A2′(点線で示されている)を具備して、コヒ
ーレント検波器60′に提供される光エネルギーの検波前
利得を増加させることができる。着信端末装置TDdの周
波数偏移変調器58′によつて供給される周波数偏位され
た基準搬送波エネルギーの周波数が発信端末装置TD0
周波数偏移変調器58を励起する被変調RF搬送波エネルギ
ーの周波数に等しい場合、着信端末装置TDdのコヒーレ
ント検波器60′は回復された情報内容を表わす信号通路
70′に沿う出力を供給するように同期検波を行うことに
よつてホモダイン検波器として作動する。所望の場合、
着信端末装置TDdの周波数偏移変調器58′から供給され
る周波数偏移されたエネルギーは、基準搬送波エネルギ
ーを周波数移動するように制御されて、コヒーレント検
波器60′でヘテロダイン検波を達成させ、例えばRF受信
機(図示されていない)により以後処理される中間周波
数情報信号を表わす出力信号を信号通路70′に供給し
て、情報内容の回復を達成させることができる。最後
に、周波数偏移変調器58′は不活性化されるので、偏移
されない光搬送周波数は光信号エネルギーはコヒーレン
ト検波されるときに同等のRF電気信号を作る。
コヒーレント検波は、共振構造物を使わずに、他の情
報信号周波数に対して選択度を増しかつSN比を増して、
被変調信号の情報回復を可能にする。
コヒーレント検波、特にホモダイン検波を最適に達成
させるため、発信端末装置TD0からの基準搬送波エネル
ギーと着信端末装置TDdまで続く基準搬送波からのエネ
ルギーとの位相関係が保持されることが望ましい。この
目的で、発信端末装置TD0と着信端末装置TDdとの間の基
準搬送波および情報信号のエネルギーに関する通路長さ
の差したがつて伝搬時間の差は帰還回路(図示されてい
ない)によつて位相固定され、直角位相関係で生じるこ
とがあるコヒーレント信号の検波においてフエージング
またはゼロを除去することが望ましい。さらに第6図に
示される通り、発振端末装置TD0から着信端末装置TDd
での基準搬送波エネルギーの伝搬通路は、横結合64での
点P1と横結合64′での点P2との間にわたり、また被変調
情報信号の対応する伝搬通路は横結合68での点P3と横結
合68′での点P4との間にわたる。端末装置TDnは同様な
アーキテクチヤ構造であるので、横結合64で基準搬送波
バス52から除去され、周波数偏位されて変調され、そし
て横結合68′を経てコヒーレント検波器60′に伝搬する
ように横結合68から情報バス54に通される基準搬送波エ
ネルギーの一部の伝搬通路長さおよびそれに対応する伝
搬時間は、エネルギーが除去され、周波数偏移されて、
同期されたコヒーレント検波を達成させるコヒーレント
検波器60′まで光結合リンク66′に沿つて通される場合
に、横結合64を経て横結合64′まで伝搬される基準搬送
波エネルギーのその部分と事実上同じであると思われ
る。さらに詳しく述べれば、点P1,P3およびP4間の伝搬
通路は点P1,P2およびP4間の対応する伝搬通路に事実上
等しくすることができる。相対伝搬時間は事実上等しい
と思われるので、たとえシステム・ワイド基準搬送波源
56が短期のジツターを受けても、通路長さおよび伝搬時
間の等化により基準搬送波源から同じ着信点まで同じ周
波数エネルギーが到着するので、同期検波は可能であ
る。通路長さ等化および対応する伝搬時間遅延等化の1
つの結果は、基準搬送波源56のコヒーレント検波により
狭くなる実効皮相ライン幅であり、すなわち低速および
高速の両源の周波数ジツターならびに多重縦モード放射
は、情報信号として周波数偏移されかつ変調される基準
搬送波エネルギーの部分と、普通に観測されるライン幅
を作る源周波数の変動を許容するシステムを提供するホ
モダインまたはヘテロダイン検波のために周波数偏移さ
れる基準搬送波エネルギーの対応する部分との位相関係
に影響を及ぼさない。かくて、半導体レーザ源の実効ラ
イン幅が10〜30MHz(第5図)である場合、コヒーレン
ト検波システムにおける通路長さおよび伝搬遅延時間等
化の結果は、基準搬送波源で有効な減少されたレーザ・
ライン幅を提供する。下記の表は、コヒーレント検波の
際に観測された通路長さの差と実効ライン幅との関係を
示す。
上記から認められる通り、システム・ワイド基準搬送
波エネルギーから得られる被変調情報信号、および同じ
システム・ワイド基準搬送波エネルギーから得られる同
期検波信号の通路長さならびに伝搬時間遅延を等化させ
ることによつて狭くなる実効ライン幅について大きな利
益が得られる。
第6図に関する上述のシステムにおいて、システム・
ワイド基準搬送波エネルギーの一部は、横結合64から取
り出されて、被変調RF搬送入力に応じて変調する周波数
偏移変調器58に提供され、両側波帯信号が横結合68を経
て情報信号バス54に提供される。両側波帯変調が与えら
れた被変調RF搬送波入力に必要な帯域幅の倍加を生じる
のは、各側波帯に原ベース帯域変調信号の全情報内容を
含んでいるからである。第10図に示される通り、単側波
帯システムの実施態様が提供され、その場合両側波帯信
号の上側波帯または下側波帯の単側波帯のみが情報信号
バス54に提供され、かくてスペクトル効率が増加され
る。
第10図に示される通り、単側波帯端末装置TDnは上述
のものと同様な構造を有し、同様な部品には同様な参照
文字が指定されている。各単側波帯端末装置TDnはそれ
ぞれの横結合102および104を通して光結合リンク66と情
報信号バス54との間に結合される共振ループ100の形を
した共振空洞と、制御通路108に沿いかつ別の熱による
方法でコヒーレント検波器60の出力74からその制御入力
を受けたり熱移動通路Q1に沿い熱エネルギーの量を多か
れ少なかれ導くことによつて共振ループ100の共振特性
を制御したりする熱制御器106とを含んでいる。
共振ループ100は、光回路共振空洞を形成する屈折率
の変わる材料で基板内の選択された通路をドーピングす
ることによつて作られる分離フアイバ・ループまたは集
積光ループ空洞の形をとることがある。共振ループ100
は、共振ループの実効光長さの整数である波長で光エネ
ルギーを共振支持するであろう。以下に説明される通
り、共振ループ100の実効光長さは熱変更されて、異な
る組の波長での光エネルギーは共振支持されると思われ
るので、共振ループ100を好適な側波帯、例えば両側波
帯情報信号の上または下側波帯に同調させることがで
き、それによつて共振ループは側波帯の1つについて通
過帯域フイルタとして働くことができる一方、他の所望
されない側波帯を遮断したり少なくとも大幅に減衰させ
る。熱制御器106は増幅器72を通して供給されるコヒー
レント検波器60の出力74からその制御入力を受け、その
出力は上述の通りヘテロダイン検波の場合には被変調中
間周波数信号をまたはホモダイン検波の場合にはベース
帯域信号を供給することができる。
作動の際に、第10図の左に示される端末装置TD0のよ
うな発信端末装置は、基準搬送波バス52から横結合62に
システム・ワイド基準搬送波エネルギーを取り出し、取
り出したエネルギーを光結合リンク62を経て周波数偏移
変調58に伝搬する。被変調RF搬送波信号は入力76を経て
周波数偏移変調器58に提供され、この変調器58は周波数
移動されかつ変調された両側波帯情報信号を光結合リン
ク66に提供する。周波数移動されかつ変調された両側波
帯信号の一部は、横結合104を経て情報信号バス54に移
るように横結合102を経て共振ループ100に移される主部
分と共に、コヒーレント検波器60に提供される。コヒー
レント検波器60は、増幅器72を通り制御通路108に沿つ
て信号出力を熱制御器106に供給するが、熱制御器106は
光結合リンク66を経て提供された両側波帯信号の側波帯
の1つの周波数に共振ループ100を固定させるような方
法で、熱通路Q1に沿つて共振ループ100に供給される熱
エネルギーの量を変更する。共振ループ100の共振特性
は、両側波帯信号の側波帯の1つを含むその付近の波長
が横結合104を経て情報信号バス54に移すために優先的
に支持される一方、他の側波帯に対応する波長で光エネ
ルギーを抑制したり大幅に減衰させるように選択され
る。この方法では、単側波帯および原情報入力の全情報
内容を含む残りの変更されない搬送周波数成分は、横結
合104を経て情報信号バス54に移される。
第10図の右に示される端末装置TDdのような着信端末
装置は、基準搬送波を基準搬送波バス52からその横結合
64′に取り出すとともに、そのエネルギーを光結合リン
ク62′を経て周波数偏移変調器58′に提供するが、同変
調器58′は発信端末装置TD0の周波数偏移変調器58によ
つて作られる周波数移動に対応するように基準搬送波の
周波数を移動する入力76′におけるRFエネルギーによつ
て励起される。周波数移動された搬送波は、光結合リン
ク66′を経て着信端末装置TDdのコヒーレント検波器6
0′に供給される。
着信端末装置TDdの共振ループ100′は、情報信号バス
54から横結合104′に移された光エネルギーの選択され
た波長を共振支持するとともに、そのエネルギーを横結
合102′から光結合リンク66′に移して、コヒーレント
検波器60′の中で混合させる。共振ループ100′の共振
特性は単側波帯のみが通されるようなものであるから、
着信端末装置TDdのコヒーレント検波器60′は、コヒー
レント検波法を用いて達成される固有の選択度により、
受信した上下側波帯信号の信号強度の関数である振幅を
有する出力を供給する。熱制御器106′は、増幅器72′
を経てコヒーレント検波器60′によつて供給される制御
信号に応じて、熱通路Q1′に沿い共振空洞ループ100′
に供給される熱エネルギーの量を変更して、それを受信
情報信号の側波帯に同調させかつ側固定させる。
上記から認められる通り、第10図に示された単側波帯
端末構造物は、第9図の先行技術の両側波帯構造により
はるかにスペクトル使用を増大させる。さらに、送信機
と受信機のRF周波数偏移が異なるヘテロダイン検波の場
合は、両側波帯変調器の場合のように、コヒーレント検
波に使用される2つの受信側波帯成分の間で位相固定の
関係を作る必要がない。共振空洞ループの熱制御に関す
る追加の開示は、出願人の上記包含された米国特許出願
第783,436号に見いだされる。
第9図および第10図の両側波帯ならびに単側波帯シス
テムは、使用される光変調器に左右されかつそれによつ
て制限される究極の通信容量を持つている。光変調器が
例えば30GHz(ギガヘルツ)の最大帯域幅を有する場合
は、システムの帯域幅は同様に制限される。
第11図の周波数スペクトルのプロツトに示される通
り、第10図のシステムは周波数fc1,fc2,fc3,fcn-1
およびfcnで複数個のスペクトル間隔をおいた基準搬送
波を作るシステム・ワイド基準搬送波源を提供すること
によつて光スペクトルの隣接帯域を含むように拡大され
る。例えば、異なる出力周波数を持つ複数個のレーザ源
が使用されたり、モード固定の半導体レーザの異なる縦
モードが複数個のシステム・ワイド基準搬送波として使
用されることがある。多重搬送波基準源は、例えば第12
図および第13図に示されるような構造で作られる。第12
図において、多重搬送波基準源150は、第2図に関して
前に説明されかつレーザ源24、アイソレータ26、および
増幅器28を持つ単搬送源152を含み、fmが約30GHzであり
すなわち変調器により現在支持されている最高周波数で
ある場合に出力fc,(fc+fm),および(fc−fm)を供
給する励起源fmによつて励起される混合器154に単基準
搬送波出力fcを供給する。混合器154はニオブ酸リチウ
ム基板156とチタン・ドープ・チヤネル158とを含む集積
光デバイスの形をとることができ、励起源fmに接続する
ためチヤネル158の対向側に電極160および162が付着さ
れた別の方法で形成されている。認められる通り、第12
図の配列は多数のスペクトル間隔をおいた搬送波を基準
搬送波バス52に導入するように反復使用することができ
る。第13図の多重搬送波基準源164においては、周波数f
cの固定周波数光エネルギーは入力光フアイバ166を通
り、レンズ168を通つて、励起源fmに接続される変換器1
72を持つ音響−光セル170に供給される。音響−光セル1
70は源fmからの励起に応じて、源周波数fcを変調しかつ
コリメート・レンズ174および174′を経て出力光フアイ
バ176および176′へ出力を回折させる働きをするが、出
力周波数はfcおよび(fc+fm)である。
多重基準搬送波システムに用いるのに適した端末装置
は第14図に示されており、その中で全体として参照文字
200によつて表わされる。端末装置200は第10図に関する
上述のものと同様な構造であり、同様な部品は同様な参
照文字で表わされている。多重基準搬送波システムの各
端末装置200は、端末装置TDnによつて使用される利用可
能な基準搬送波の1つfc(第11図)を選択する、全体と
して参照文字202で表わされる基準搬送波チユーナを含
んでいる。各基準搬送波チユーナ202は、横結合206を経
て基準搬送波バス52に横結合されるとともに、もう1つ
の横結合208を経て光増幅器212の入力リンク210にも結
合される、共振ループ204の形をしていることが望まし
い共振空洞構造物を含む。光増幅器212の出力は、共振
ループ204の共振特性を制御するために熱通路Q2に沿つ
て熱エネルギーの量を多かれ少なかれ供給する熱制御器
216に出力の一部を供給するビーム・スプリツタ214また
は同等の装置に供給される。ビーム・スプリツタ214に
よつて熱制御器216に提供されない基準搬送波エネルギ
ーは、結合リンク218に沿つて周波数偏移変調器58に提
供される。基準搬送波チユーナ202は利用可能な基準搬
送波fc1,fc2,……fcn-1,fcnの内の選択された1つの
基準搬送波エネルギーの一部を取り出す働きをし、取り
出したエネルギーは光増幅器212に移されかつ増幅され
るように、共振ループ204の中で共振支持される。ビー
ム・スプリツタ214によつて供給されるエネルギーによ
つて、熱制御器216は熱通路に沿つて提供される熱エネ
ルギーの量を変えて、所望の基準搬送波fc(第11図)を
優先的に支持する共振ループ204の共振特性を変える。
取り出した基準搬送波エネルギーは、第10図の単側波帯
熱デバイスについて上述した方法で使用する周波数偏移
変調器58に向けられる。制御入力220は、利用可能な基
準搬送波の1つを選択する「帯域選択」として働く熱制
御器216に供給される。選択し得るなるべく隣接してい
ることが望ましい「帯域」を提供することによつて、利
用可能な光変調器の帯域幅制限は有効に克服されて、光
スペクトルの極めて大きな部分にわたる通信が可能とな
る。
上述の実施態様では、システム・ワイド基準搬送波は
基準搬送波バスにより別々に伝搬されるが、情報信号は
基準搬送波エネルギーの一部を取り出すことにより、取
り出して基準搬送波エネルギーの変調および周波数移動
を行うことにより、また別の情報バスに周波数移動され
た情報信号を導くことによつて作られる。コヒーレント
検波は、基準搬送波エネルギーの一部を基準搬送波バス
から別に取り出すとともに、取り出したエネルギーをホ
モダイン検波を行う情報信号の原周波数偏移の周波数に
等しい周波数まで、あるいは以後の処理のために中間周
波数出力を供給するヘテロダイン検波を行うオフセツト
周波数まで周波数偏移させることによつて、同様に達成
される。
着信端末装置での供給搬送周波数偏移は標準RF受信機
の能力を越える帯域幅を用いるシステムに好適である
が、着信端末装置での基準搬送波偏移は地方区域ネツト
ワークまたは加入者ループにおいて取り出すことができ
る。発振端末装置TD0は基準搬送波エネルギーの一部を
取り出して情報信号周波数への周波数偏移を作る。周波
数偏移されたエネルギーは同時に変調され、またRF基準
周波数偏移された被変調信号は着信端末装置TDdまで伝
搬するように情報信号バスに移される。着信端末装置TD
dで、情報信号は情報信号バスから取り出されて、コヒ
ーレント検波器に提供される。基準搬送波も着信端末装
置TDdによつて取り出され、かつヘテロダイン検波を行
う着信端末装置のコヒーレント検波器に直接提供され
る。基準搬送波と周波数偏移された信号との周波数差に
同調されるRF受信機を用いると、着信端末装置で機搬送
波エネルギーを周波数偏移させる必要がなくなるが、コ
ヒーレント検波は利用可能なAPDまたはPIN検波器または
RF受信機の帯域幅に制御される。
上述の実施態様では、通路長さとそれに対応する伝搬
時間遅延が、情報信号用のエネルギーを供給するのに用
いられる基準搬送波エネルギーの部分、および着信端末
装置でのコヒーレント検波における情報内容復調に要求
されるエネルギーの両方について同一であることが望ま
しい。基準搬送波および情報信号バスは平行通路として
作られ、また各端末装置は同様に作られているので、通
路長さおよび伝搬時間遅延は事実上同様な通路長さの結
果として等化される。ホモダイン検波が使用される場
合、すなわち基準搬送波エネルギーの周波数移動が発信
端末装置での変調および着信端末装置での復調について
同じである場合、情報回復が適度より低いことがあるの
は、基準搬送波バスおよび情報信号バスを形成する光フ
アイバの一方または両方に導かれる位相偏移のせいであ
り、これらの位相偏移はしばしばどんな構造通路長さの
差にも無関係であることが多い。
ホモダイン検波を最適化しかつ基準搬送波および情報
信号のエネルギーを別々に伝搬させる光フアイバ内に生
じる一様に小さな位相偏移と組み合わされる問題を回避
するために、全体として参照文字250で表わされる第15
図の通信システムは、システム・ワイド基準搬送波およ
び情報信号の両エネルギーを伝搬する単一通信バス252
を提供する。第15図に示される通り、通信システム250
はシステム・ワイド基準搬送波源254を持つ単コア光フ
アイバ通信バス252を含むが、源254は基準搬送波エネル
ギーを第15図の左から右に伝搬するようにバス252に結
合された、第4図に関して前に説明された形をとること
が望ましい。端末装置TDnは情報信号を送受信するよう
にバス252に結合されており、情報信号は、システム・
ワイド基準搬送波の方向と同じ方向に、すなわち第15図
の左から右に送信される。各端末装置TDnは第15図の発
信端末装置TD0によつて表わされる通り、横結合258また
は他の結合デバイスによりシステム・バス252に横結合
される光結合リンク256を含む。信号検波器260および26
2は光結合リンク256の対向するそれぞれの端に結合さ
れ、検波器260は左から右に伝搬される光エネルギーを
受けて出力264で情報信号を提供し、また検波器262は右
から左に伝搬される光エネルギーを受けて出力264およ
び266で情報信号を提供する。出力264および266での情
報信号の周波数次第で、RF受信機は信号情報の内容を回
復するのに用いられる。イン・ライン振幅偏移キーイン
グ変調器268は横結合258に隣接して通信バス252の中に
具備され、その遅延信号を受信する入力270を含んでい
る。変調器268は、入力270に供給される励起信号に応じ
てそれに通される光エネルギーの強さを変える形式のも
のである。一般に、変調作用は全光振幅の1%の範囲内
である。第15図の右に示されるような着信端末装置TDd
の構成部品は、発信端末装置TD0のものと同じであり、
各参照文字にはプライム記号(′)が付けられている。
作動の際に、第15図の左にある発信端末装置TD0の変
調器268は入力270に供給される変調信号によつて励起さ
れ、基準搬送波源254からの基準搬送波エネルギーを輝
度変調して第15図で左から右に伝搬される情報信号を供
給する働きとする。第15図の右にある着信端末装置TDd
では、被変調情報信号および基準搬送波エネルギーは横
タツプ258′を経て結合リンク256′およびコヒーレント
検波器260′に進められる。情報信号は次にコヒーレン
ト検波され、その結果生じる検出された情報は出力26
4′に提供される。
第15図のシステム250は単向性として説明されたが、
第2基準搬送波発生器254a(点線で示されている)の追
加により、コヒーレント検出器262および262′を用いる
両向通信が可能になると思われる。
所望の場合、両向システムを得るために、第16図に示
される通りシステム構造を変えることができる。第16図
に示される通り、基準搬送波は全体として参照文字282
によつて表わされる端末装置が使用する基準搬送波源25
4および254aにより、通信バス252に両向性として提供さ
れる。図示の通り、光結合リンク284および284aはそれ
ぞれの横結合286ならびに286aを経て通信バス252に結合
されるとともに、被変調RF搬送波を受ける入力290を持
つ共通周波数偏移変調器288に結合される。光結合リン
ク284および284aの対向端は、出力296および296aを持つ
それぞれのコヒーレント検波器294ならびに294aに接続
されている。
第1方向から、例えば第16図の右から左に伝搬される
通信信号を受信するために、基準搬送波源254aから左方
向に伝搬する基準搬送波は横結合286aを経て光結合リン
ク284aに、また周波数偏移変調器288に移動される。周
波数偏移変調器288はそのRF入力290に加えられるRFエネ
ルギによつて励起され、光結リンク284に沿つてコヒー
レント検波器294に提供される復調周波数まで周波数移
動をもたらす。さらにかつそれと同時に、右から左に走
行する情報信号は、横結合286を経て光結合リンク284に
移されるとともに、296で出力を供給するために検波が
行われるコヒーレント検波器294に提供される。上述の
通り、また周波数偏移変調器288が励起される周波数次
第で、コヒーレント検波器294から296に中間周波出力を
供給するヘテロダイン検波が起こつたり、ベース帯域信
号出力を供給するホモダイン検波が起こつたりする。
反対方向から、すなわち第16図の左から右に走行する
信号を受信するために、基準搬送波源254から右方向に
伝搬される基準搬送波は横結合286を経て光結リンク284
に移されるとともに、周波数偏移変調器288に提供され
る。周波数偏移変調器288のRFエネルギー入力は復調周
波数まで周波数移動させ、この周波数は光結合リンク28
4aを経てコヒーレント検波器294aに提供される。さらに
かつそれと同時に、右方向に伝搬する情報信号は通信バ
ス252から横結合286aを経て結合リンク284aに移される
とともに、その復調機能の結果として296aに中間周波数
またはベース帯域周波数の出力を供給するコヒーレント
検波器294aに提供される。
第15図および第16図に関して上記に説明されたシステ
ムは、被変調信号の上側波帯および下側波帯がいずれも
完全な情報内容を運ぶ両側波帯情報信号を供給する上述
の二重バス・システムに似た方法で作動する。スペクト
ルの利用および信号伝送密度を増加させかつ側波帯の位
相と基準搬送波との干渉を回避するために、単側波帯、
単一バス・システムが第17図、第18図および第19図の配
列にしたがつて使用される。
第17図に示される通り、単一バス、単側波帯システム
は全体として参照文字300で表わされ、基準搬送波およ
び情報信号の両エネルギーを運ぶ単向性通信バス302に
結合される発信端末装置TD0ならびに着信端末装置TDd
含んでいる。各端末装置は、横結合308を経て通信バス3
02に順次結合される光結合リンク306に結合される周波
数偏移変調器304を含んでいる。周波数偏移変調器304に
は入力310が具備されており、変調器を励起する被変調R
F搬送波を受ける。周波数偏移変調器304の出力は、光結
合リンク314を経てコヒーレント検波器316に供給される
が、これは順次、出力端子318に出力を供給する。共振
ループ320は、それぞれの横結合322および324を経て結
合リンク314と通信バス302との間に置かれる。
作動の際に、第17図の左に示される端末装置TD0のよ
うな発振端末装置は、横結合308を経て通信バス302から
基準搬送波エネルギーの一部を除去し、光結合リンク30
6を経て周波数偏移変調器304に提供する。周波数偏移変
調器304は入力310に提供される被変調RF搬送波エネルギ
ーによつて励起され、両側波帯変調された信号を光結合
リンク314に供給する。変調され、周波数偏移されたエ
ネルギーは横結合322を経て共振ループ320に移される。
共振ループ320の共振特性は、横結合322を経て提供され
た両側波帯抑制された搬送波エネルギーの1つの側波帯
のみを共振支持するように選択される。支持された側波
帯はそれが上側波帯であつても下側波帯であつても、横
結合324を経て通信バス302に移され、第17図の右方に伝
搬される。
第17図の右にある着信端末装置TDdによつて表わされ
るような、受信モードで作動する端末装置は、横結合30
8′を経て基準搬送波エネルギーの一部を除去するとと
もに、そのエネルギーを光結合リンク306′から周波数
偏移変調器304′に提供する働きをする。入力端子310′
から供給されるRFエネルギーは周波数偏移変調器304′
を励起して基準搬送波エネルギーを偏移周波数まで周波
移動させるが、このエネルギーは光結合リンク314′を
経てコヒーレント検波器316′に提供される。さらに、
横結合324′を経て移動されかつ共振ループ320′に共振
支持される単側波帯情報信号の一部は、横結合322′を
経て光結合リンク314′に移動され、コヒーレント検波
器316′に提供される。周波数偏移変調器304′により供
給される基準搬送波エネルギーの周波数移動次第で、出
力端子318′で利用可能なコヒーレント信号検波器316′
の出力は変調された中間周波信号またはベース帯域情報
であることができる。上記から認められる通り、単側波
帯配列を利用している第17図のシステムは、両側波帯を
使用するシステムよりも増加したスペクトルの使用を提
供するとともに、基準搬送波に関して横結合324でバス3
02に再挿入される被変調信号を位相固定する必要がな
い。
第17図の共振ループ320および320′によつて表わされ
る形の共振ループは単側波帯端末装置の共振構造物にと
つて好適であるが、他の共振構造物も適している。例え
ば第18図に示される通り、周波数偏移変調器304は概略
的に示される横結合328を経て通信バス302に結合される
光回路326の部分として構成される。光回路326は対向ミ
ラー332および334または同等の反射器と、中間透過媒体
336とを有するフアブリー・ペロー共振器330を含む。フ
アブリー・ペロー共振器330は、第17図の共振ループ構
造物320および320′に似た方法で選択された波長を優先
支持する。選択された波長は、入力端子310および312に
提供されるRF信号および情報信号に応じて周波数偏移変
調器304によつて発生される両側波帯変調された信号の
上側波帯または下側波帯を含むことがある。
両向性端末装置に単一共振構造物およびスイツチ可能
な変調器を使用する通信システムが第19図に示されてお
り、全体して参照文字350で表わされている。図示の通
り、システム350は第1基準搬送周波数f1で第1基準搬
送波源354から第1基準搬送波を左から右に、また第2
基準搬送周波数f2で第2基準搬送波源356から第2基準
搬送波を右から左に伝搬する開通信バス352を含む。各
端末装置は横結合360を経て通信バス352に結合されるル
ープ358を含み、そのループ358は共振し得るがその必要
はない。以下に説明される4端子入/出力結合変調器36
2は、ループ358に結合されるとともに、それぞれの出力
370aおよび372aを持つコヒーレント検波器370ならびに3
72にそれぞれ接続される光結合リンク364および366にも
結合される。結合変調器362は組合せ式の制御および励
起源feにより制御される。
第20図および第21図に示される通り、4端子入/出力
変調器362は、ニオブ酸リチウムのような電気光学材料
から組み立てられる基板400によつておのおの形成さ
れ、また例えばチタン・ドープ材で適当にドーピングす
ることによつて作られる隣り合つて隔離された光案内チ
ヤネル402および404と、チヤネル402および404に隣接し
て基板400の上に付着されたり別の方法で形成された電
極406,408および410とを含んでいる。制御可能な発振器
412が電極406、408、および410に接続され、チヤネル40
2および404の伝送特性を制御し、すなわち1つのチヤネ
ルを他から有効に隔離したりチヤネル402と404との間の
交差結合を可能にしかつ変調をもたらす、制御可能な励
起源feとして機能する。
送信器として作動するとき、第19図のシステム350の
発信端末装置TD0の結合変調器362は、通信バス352から
横結合360に基準搬送波エネルギーの一部を取り出すよ
うに制御され、その信号エネルギーはループ358に入り
かつ横結合360を経てシステム・バス352に再び入るよう
にその信号を周波数偏移し、変調するように制御される
周波数偏移変調器362を通る。変調器362からの両側波輝
度変調された信号の位相が基準搬送波と正しい位相関係
にあつて、バスに再に入つたときに振幅偏移キー信号を
作ることを保証するために、例えば熱制御ループ(第10
図)の形をとることができる帰還回路(図示されていな
い)を使用して、ループ358の光長さを制御しなければ
ならない。第19図の右に示される着信端末装置TDdのよ
うな、受信モードで作動するとき、システム・バス352
からの情報信号の一部は、横結合360′を経て共振ルー
プ358′に結合されるとともにコヒーレント検波器370′
または372′の一方もしくは他方に情報信号を提供する
チヤネル間の結合を可能にするように制御される周波数
偏移変調器362′に結合される。結合制御が静制御であ
るならば、受信信号の周波数は基準搬送波と発信端末装
置TD0からの情報信号との差に等しい。結合定数がRF搬
送波で変調されるならば、検波は差周波数で行われる。
単側波帯端末装置のもう1つの実施態様が第2図に示
され、全体として参照文字500で表わされる。図示の通
り、端末装置500は横結合506を経て組合せ情報および基
準搬送波バス506に結合されかつ被変調RF搬送波入力510
を持つ両側波帯変調器508ならびに被変調RF搬送波入力5
16を持つもう1つの両側波帯変調器514にも結合される
光結合リンク502を含む。両側波帯変調器508および514
はそれぞれ、結合リンク524ならびに526を経てコヒーレ
ント検波器520および522に結合されている。コヒーレン
ト検波器520および522はそれぞれの出力520aならびに52
2aを備えている。共振ループ528は、それぞれの横結合5
30および532を経て光結合リンク524と526との中間に結
合されている。一方向に送信する場合は、基準搬送波エ
ネルギーの一部は通信バス504から取り出されて適当な
変調器508あるいは514に提供される。取り出された基準
搬送波エネルギーは、両側波帯抑制搬送波信号を共振ル
ープ528に提供するように周波数移動されかつ変調され
る。側波帯の1つ、すなわち上側波帯または下側波帯
は、共振ループ528に結合されて他の励起されない変調
器を通され、横結合506を経て通信バス504に入る。受信
の場合は、基準搬送波エネルギーの一部は横結合506を
経て通信バスから取り出されかつ励起される変調器に提
供されて、周波数移動され検波器に提供される。同時に
情報信号は通信バス504から取り出され、未変調部分は
復調および信号回復のために検波器により使用される同
じ変調器に通される。
上述の実施態様では、周波数偏移変調器は主としてバ
ルクまたは集積光デバイスとして提供された。第23図、
第24図、第25図に示されるような音響−光デバイスを含
む端末装置TDnは、本発明による通信システムに用いる
のに同様に適している。音響−光ブラグ(Bragg)回折
変調器は単側波帯抑制搬送波出力を先天的に作ることに
注目しなければならない。第23図に示される通り、音響
−光周波数偏移変調器を含む端末装置は全体として参照
文字600で表されている。図示の通り、光結合リンク602
は、概略的に示されている結合606を経て組合せ情報信
号および基準搬送波通信バス604に結合されている。音
響−光セル608は音響光セル608と光結合リンク602との
間に音響回折光エネルギーを向けるように音響−光セル
608と光結合リンク602の端との間に置かれるレンズ610
および612と共に光結合リンク602の隔離された端の中間
に置かれている。出力端子618および620をそれぞれ持つ
コヒーレント検波器614ならびに616は、音響−光セル60
8の対向側に置かれて、レンズ612および610からそれぞ
れ音響−光セル608に送られる未回折光エネルギーを受
信する。変調器622は被変調RF搬送波入力626を持つ源62
4によつて励起され、音響−光セル608を駆動するととも
に変調および周波数移動を行う。
端末装置600が送信機として作動するときは、基準搬
送波エネルギー、例えば第23図の左から右に伝搬される
エネルギーは、結合606を経て光結合リンク602に移され
るとともにレンズ612を経て音響−光セル608に向けられ
る。RF源624は、レンズ612から供給される除去された基
準搬送波エネルギーを回折し、周波数移動し、そして変
調する音響−光セル608を励起する。回折された光は次
にレンズ610を通つて光結合602に進み、結合606を経て
通信バス604に沿つて伝搬する。
端末装置600が受信モードで作動しているとき、情報
信号、例えば第23図の左から右に伝搬される信号は、結
合606を経て光結合リンク602に結合され、かつレンズ61
2を経て音響−光セル608に向けられる。音響−光セル60
8を通る回折されない光は、上流の端末装置からのRF搬
送波と重ねられたRF信号との間のRF差周波数でコヒーレ
ント検波器614に達する情報信号を直接検波するのに用
いられる。コヒーレント検波器の出力は、RF受信器(図
示せれていない)に直接供給される被変調RFエネルギー
を表わす。
第24図の端末装置のアーキテクチヤは全体として参照
文字700で表わされ、上述のものと異なる点は、音響−
光セル708に光エネルギーを有効に向けて出入させるレ
ンズ704および706と共にバス部分702aならびに702bを形
成するように通信バス702が開かれている点である。光
タツプ・フアイバ710は横結合712を経てバス部分702aに
横結合され、かつ微小角度で音響−光セル708をて光を
向けるレンズ714を含んでいる。横結合712は、フアイバ
702からの光の微小部分だけを光タツプ・フアイバ710に
結合するように小さく作られるのが普通である。コヒー
レント検波器718は、レンズ714と共に整合されるレンズ
722を持つ結合フアイバ720を通してその光入力を受信す
る。音響−光セル708は変換器724を含み、被変調搬送波
入力728を含む源726によつて励起される。端末装置700
が送信モードで作動しているときは、基準搬送波エネル
ギーはバス部分702aから横結合712を経て光タツプ・フ
アイバ710に移されて、レンズ714を通り音響−光セル70
8に提供される。音響−光セル708は源726により励起さ
れて、周波数移動および変調を行つて、フアイバ710か
らの回折されたエネルギーをレンズ706に提供してバス
部分702bに伝搬させる。受信モードで作動しているとき
は、信号情報の一部は横結合712を経て光タツプ・フア
イバ710に移され、さらにそれは検波器718に達するよう
にレンズ722を介してフアイバ720に結合すべく音響−光
変調器708によつて回折されずに進む。音響−光セル708
は励起されて、基準搬送波エネルギーの周波数偏移を作
り、それによつてレンズ722に入りかつフアイバ720を経
てコヒーレント検波器718に入る搬送波の微小部分を回
折させる。
第24図の端末装置700の両向性型が第24a図に示され、
参照文字700′で表わされ、同様な部品は同様な参照文
字で表わされている。第24a図に示される通り、検波器7
18aは光タツプ・フアイバ710に結合され、光タツプ・フ
アイバ710aはその端に結合される検波器718と共に横結
合712aを経てバス部分702bに横結合されている。第24a
図の左から右に情報を送信するように作動しているとき
は、基準エネルギーはバス部分702aから横結合712を経
て光タツプ・フアイバ710に移されて、レンズ714から音
響−光セル708に移る。基準搬送波エネルギーは音響−
光セル708によつて周波数移動されかつ変調され、それ
と共に回折された単側波帯エネルギーはレンズ706を通
してバス部分702bに導入される。逆に、第24a図の右か
ら右に情報を送信する場合は、右から左に伝搬される基
準搬送波エネルギーは横結合712aを経て光結合タツプ71
0aに移され、レンズ722によつて音響−光セル708に提供
される。励起された音響−光セル708によつて供給され
た、変調され、周波数移動され、そして回折されたエネ
ルギーは次にレンズ704によつてバス部分702aに送られ
て伝搬を継続する。左から右へ伝搬される情報信号を受
信する場合、情報信号の一部は横結合712を経て光タツ
プ結合710に移されるとともにレンズ714および音響−光
セル708に移されて、レンズ722を経光タツプ・フアイバ
710aにさらに検波器718aに回折されずに進められる。逆
に、右から左へ伝搬される情報信号を受信する場合は、
情報信号の一部は横結合712aを経て光タツプ結合710a、
さらにレンズ722を経て音響−光セル708に移され、かつ
レンズ714を経て光タツプ・フイルタ710に、さらに検波
器718aに回折されずに進められる。
二重バス・システムに音響−光セルを利用する両向性
端末装置が第25図に示され、その中で全体として参照文
字750で表わされている。図示の通り、システムには基
準搬送波バス752と、情報信号バス754と、適当な源760
によつて励起される変換器758を持つ音響−光セル756を
含む端末装置750とがある。光結合リンク762は横結合76
4を経て基準搬送波がバス752に結合され、音響−光セル
756に光エネルギーを向けて出入させるレンズ566および
768を含んでいる。同様に、もう1つの光結合リンク770
は横結合722を経て情報信号バス754に結合され、音響−
光セル756に光エネルギーに向けたり受けたりするレン
ズ774および776を含んでいる。もう1つの光接続リンク
778は横結合780によつて光結合リンク762に接続される
とともにもう1つの横結合782によつて光結合リンク770
に接続され、そして光エネルギーをコヒーレント検波器
784に向ける。同様に、光結合リンク786は横結合788を
経て光結合リンク762に接続されるとともにもう1つの
横結合790を経て光結合リンク770に接続されて、光エネ
ルギーをコヒーレント検波器792に向ける。コヒーレン
ト検波器784および792はそれぞれ信号出力784aならびに
792aを備えている。
第1方向において、例えば左から右に、送信機として
作動しているとき、基準搬送波バス752で左から右に走
行する基準搬送波エネルギーの一部は、横結合764を経
て光結合リンク762に移され、ここでそれはレンズ768を
経て音響−光セル756に提供される。光エネルギーは音
響−光セル756により変調され、周波数移動され、回折
されて、レンズ744を経て光結合リンク770に送られ、そ
して横結合772を経て情報信号バス754で右方に移され
る。反対方向すなわち左方への伝搬方向で送信機として
作動しているときは、反対方向の基準搬送波エネルギー
の一部は横結合764を経て光結合リンク762に移され、そ
してレンズ766を経て音響−光セル756に提供され、ここ
で基準搬送波エネルギーは周波数移動され、変調され、
回折されてレンズ776に入り、そして光結合リンク776に
伝搬されて横結合772を経て情報信号バス754に左方向に
移る。
受信モードで作動しているとき、例えば、第25図の左
から右に伝搬された情報信号を受信するとき、右方向に
伝搬された情報信号は情報信号バス754から横結合772を
経て結合リンク770に、また横結合790を経て結合リンク
786に、さらにコヒーレント検波器792に移される。同時
に、右方向に伝搬された基準搬送波エネルギーの一部
は、基準搬送波バス752から横結合764、光結合リンク76
2、および結合788に移されて、コヒーレント検波器792
に提供される。コヒーレント検波器の出力は792aでRF受
信機に接続されて、情報内容を回復させる。逆に、第25
図の右から左に伝搬された情報信号を受信する場合は、
左方向に伝搬された情報信号の一部は横結合772を経て
結合リンク770に、また横結合782を経て結合リンク776
に、そしてコヒーレント検波器784に移される。同時
に、左方向に伝搬された基準搬送エネルギーの一部は基
準搬送波バス752から横結合764、光結合リンク762、お
よび横結合780に移されて、コヒーレント検波器784に提
供される。検波器の出力は784aでRF受信機に接続され
て、情報内容を回復する。
上述のいろいろな音響−光実施態様において、単側波
帯振幅変調が本発明を説明するために使用された。さら
に、第26図の二重バス位相変調システムおよび第27図の
単一バス位相変調システムによつて説明されるような位
相変調を含む他の変調法も適している。位相変調器が使
用される場合は、基準搬送波エネルギーと情報を運ぶエ
ネルギーとの間の位相関係を適切に保つ位相関係制御配
列が要求される。かくて、二重バス・システムでは、受
信機の場所に位相制御ループが所望され、また単一バス
・システムでは、送信機の場所に位相制御ループが所望
される。
第26図に示される通り、二重バス両側波帯位相変調シ
ステムは全体として参照文字800で表わされ、基準搬送
波バス802と情報信号バス804との間の結合された端末装
置TDnを含み、両バスは第26図の左から右にそれぞれの
光エネルギーを伝搬する。各端末装置は位相偏移変調器
806と、コヒーレント検波器808と、光結合リンク810と
を含み、光結合リンク810は横結合812を経て位相変調器
806およびコヒーレント検波器808を接続し、横結合812
は光結合リンク810と情報信号バス804との間に結合を作
る。もう1つの光結合リンク814は横結合816を経て位相
変調器806を基準搬送波バス802に結合する。位相変調器
806は、入力端子820で被変調RF搬送波入力を受けるRF変
調器818によつて励起される。コヒーレント検波器808の
出力は、出力端子824で被復調出力信号を供給するRF受
信機822に供給される。バス802で伝搬される基準搬送波
エネルギーと情報信号バス804で伝搬される情報信号と
の間の移動関係を制御するために、コヒーレント検波器
808の出力は低周波フイルタ826を経て、位相変調器806
を制御する出力を供給する光通路長さ制御器828にも供
給される。光通路長さ制御器828は、例えば熱通路長さ
制御器の形をとることができる。以下に説明される通
り、二重バス・システムの情報信号は受信機で基準搬送
波エネルギーと組み合わされるので、2つの信号の位相
制御はこれも以下に説明される通り、両側波帯、単一バ
ス・システムと違つて受信機の場所で供給される。
送信モードで作動しているときは、基準搬送波エネル
ギーの一部は基準搬送波バス802から除去されて、横結
合816を経て光結合リンク814に移され、そして位相変調
器806に提供される。RF変調器818は、情報信号にしたが
つて基準搬送波エネルギーの位相を変調する働きをし、
また入力820から供給されるRF搬送波にしたがつて周波
数移動をもたらし、そして位相変調された周波数移動信
号を横結合812から情報信号バスに提供する。
受信モードで作動しているときは、基準搬送エネルギ
ーは基準搬送波バス802から横結合816に除去されて、光
結合リンク814に沿つて位相偏移変調器806および光結合
リンク810を経てコヒーレント検波器808に伝搬される。
同時に、情報信号は情報バス804から横結合812を経てコ
ヒーレント検波器802に移される。コヒーレント検波器
の出力はRF受信機822に供給される。コヒーレント検波
器が正しく作動するように、基準搬送波エネルギーと情
報信号との間の位相関係は、組合せエネルギーがコヒー
レント検波器808で輝度変調された信号として現われる
ように保持されることが望ましい。したがつて、コヒー
レント検波器808の出力の一部は低周波フイルタに送ら
れて、光通路長さ制御器828に提供されるが、この制御
器はさらに所望の位相関係を制御する位相偏移変調器80
8を制御する。
単一バス両側波帯変調端末装置は第27図に概略表示さ
れ、全体として参照文字850によつて表わされている。
図示の通り、システムには、基準搬送波および情報エネ
ルギーを運ぶ通信バス852と、全体として858で示される
被変調RF搬送波源により駆動される両側波帯変調器856
に接続される位相偏位器854とがある。横結合860は通信
バス852にある基準搬送波エネルギーの一部を光結合リ
ンク862を経て両側波帯変調器856に移し、そして変調器
856および位相偏移器854を経てもう1つの光結合リンク
864に移す働きをし、光結合リンク864はもう1つの横結
合866に位相偏移されたエネルギーを提供して、通信バ
ス852内でエネルギーを往復させる。コヒーレント検波
器868は光結合リンク870を経て横結合866に結合されて
いる。コヒーレント検波器868の出力はRF受信機872に供
給されるとともに、低域フイルタ874、および位相偏移
器854に接続されかつそれを制御する通路長さ制御器876
にも供給される。情報信号は送信機で通信バス852に挿
入されるので、位相制御は受信の際に提供される第26図
の二重バス・システムと違つて送信機で提供される。
送信モードで作動しているときは、通信バス852から
の搬送波エネルギーの一部は横結合860を経て光結合リ
ンク862に移され、そして両側波帯変調器856に提供され
る。基準搬送波エネルギーは源858によつて供給される
被変調RF搬送波にしたがつて変調され、変調された出力
は位相偏移器854に供給されてエネルギーの位相偏移制
御が行われ、そして光結合リンク864および横結合866に
提供されて通信バス852内を情報信号として伝搬させ
る。同時に、リンク864を介する位相変調された信号の
一部および横結合866を介して光結合リンク870に結合さ
れる基準搬送波エネルギーの一部も、コヒーレント検波
器868に提供され、その共同検波は低域フイルタ874を経
て位相偏移器854を制御する働きをする通路長さ制御器8
76に出力を供給する。基準搬送波エネルギーに関して横
結合866で通信バス852に挿入される両側波帯変調された
信号の適正な制御によつて、位相偏移変調された信号は
任意な下流位置で直接検波される輝度変調された信号に
変換される。受信モードで作動しているときは、情報信
号の一部は基準搬送波エネルギーの一部と共に、または
別法として、横結合860、変調器856および位相偏移器85
4に移されてさらに光結合リンク864ならびに870を経て
コヒーレント検波器に送られる基準搬送波エネルギーの
一部と共に、横結合866を経てコヒーレント検波器868に
移される。
上述のいろいろな実施態様において、基準搬送波エネ
ルギーは情報信号を作るように変調されるエネルギーを
供給するために使用され、またコヒーレント検波を行う
のに用いられるエネルギーを供給するために使用され
た。本発明による通信システムは、情報信号を作るよう
に変調されるべきエネルギーを供給する第1固定周波数
基準搬送波と、情報信号のコヒーレント検波に用いられ
るエネルギーを供給する第2固定周波数基準搬送波とを
含む、複数個の基準搬送波を使用することができる。情
報信号用およびコヒーレント検波用にそれぞれの基準搬
送波を使用する二重バス通信システムが第28図に開示さ
れ、また異なる極性状態でそれぞれの基準搬送波エネル
ギー情報およびコヒーレント検波を使用する単一バス・
システムが第29図に示されている。
第28図に示される通り、それぞれ、情報信号としての
変調用エネルギーを供給しかつコヒーレント検波用エネ
ルギーを供給する第1および第2固定周波数基準搬送波
を用いる二重バス通信システムは全体として参照文字90
0で表わされ、発信端末装置TD0と着信端末装置TDdとを
含んでいる。システム900は、基準搬送波および情報信
号が左から右または右から左に送信できる点で両向性で
ある。第28図において、システムは左から右に基準搬送
波および情報信号を送信している場合を説明する目的で
提供されている。基準搬送波源902は、周波数W1およびW
2で第1ならびに第2固定周波数搬送波を発生させ、か
つ基準搬送波バス904に基準搬送波エネルギーを提供す
る。下記の通り帯域フイルタとして機能する共振ループ
906は、横結合908を経て基準搬送波バス904に結合され
ている。情報信号バス910はもう1つの横結合908aを経
て共振ループ906に結合されている。共振ループ906は基
準搬送波の1つの周波に、例えば周波数W2の基準搬送波
に同調されるので、周波数W2の基準搬送波エネルギーは
横結合908を経て共振ループ906および横結合908aに送ら
れ、そして情報信号バス910に沿つて伝搬される。周波
数W2以外の周波数の基準搬送波エネルギー、すなわち、
周波数W1の基準搬送波エネルギーは横結合908を通つて
基準搬送波バス904に沿つて進み続ける。
システム900は両向性であるので、同様な基準搬送波
発生器および共振ループ構造物(図示せれていない)が
システムの対向端に具備され、反対方法に伝搬する基準
搬送波を提供する。
第28図の左にある発信端末装置TD0のような各端末装
置は、横結合914を経て基準搬送波バス904に横結合され
るとともにその対向端で両側波帯変調器916および918に
接続される光結合リンク912を含んでいる。各両側波帯
変調器916および918は、着信端末装置TDdに伝搬すべき
情報内容を持つ被変調RF搬送波を受けるそれぞれの入力
916aならびに918aを含んでいる。もう1つの光結合リン
ク920は横結合922を経て情報信号バス910に結合される
が、光結合リンク920の第1部分920aは両側波帯変調器9
18に接続されるとともに横結合924を経てコヒーレント
検波器926に接続されている。光結合リンク920の第2部
分920bは両側波帯変調器916に接続されるとともに、横
結合928を経てもう1つのコヒーレント検波器930に接続
されている。コヒーレント検波器926および930は、検波
された信号を提供するそれぞれの出力926aならびに930a
を備えている。光結合リンク920aおよび920bは第28図で
相互に交差して示されているが、それらは相互に光学的
に独立している。
端末装置TD0のような端末装置が信号送信モードで機
能しているとき、基準搬送波バス904に沿つて伝搬され
る周波数W1の基準搬送波エネルギーの一部は、横結合91
4および光結合リンク912を経て両側波帯変調器918に移
されるが、周波数W1の基準搬送波エネルギーは入力918a
に提供された被変調RF搬送波の内容によつて変調され、
被変調RF搬送波は周波数Wrfを有している。両側波帯出
力は横結合924を過ぎて光結合リンク920aに沿いかつ横
結合922を経て伝搬され、そして着信端末装置TDdの方向
に情報信号バス910に入りそれに沿つて進む。
端末装置TDdのような端末装置が信号受信モードで機
能しているときは、情報信号バス910の中を伝搬される
周波数W2の基準搬送波エネルギーの一部は、横結合92
2′を経て光結合リンク920b′に、また横結合928′を経
てコヒーレント検波器930′に移される。同時に、発信
端末装置TD0からの情報信号も、横結合922′を経て光結
合リンク920′にさらに横結合928′に移されて、コヒー
レント検波器930′に提供され、ここでコヒーレント検
波が行われる。コヒーレント検波器930′の出力は端子9
30a′に提供される。
第28図のシステム900の代表的な周波数スペクトルが
第28a図に示されており、水平軸は周波数を、垂直軸は
相対エネルギーまたは強度を表わす。図示の通り、第1
および第2基準搬送波は前述のような周波数W1およびW2
の間隔をおいて伝搬されるが、基準搬送波W1は基準搬送
波バス904に沿つて伝搬されかつ情報信号バス910におい
て周波数(W1−Wrf)および(W1+Wrf)の情報信号を作
るように周波数Wrfの被変調RF搬送波による変調を受け
る。これらの信号が受信コヒーレント検波器に提供され
ると、それらは周波数W2の基準搬送波エネルギーと混合
されて、周波数(W2−W1+Wrf)および(W2−W1−Wrf
の情報信号を供給するが、これらの信号出力は周波数2W
rfだけ分離されている。コヒーレント検波を行うため
に、周波数W1の第1基準搬送波ではなく周波数W2の第2
基準搬送波が使用されるので、両側波帯信号および周波
数W2の基準搬送波の位相制御を保持する必要がなくな
る。第28a図の周波数スペクトルは、基準搬送波と情報
信号との間の相対信号強度をも量的に示し、すなわち基
準搬送波は相対的に弱い情報信号に比べて相対的に強
い。この相対信号強度差は、2個以上の情報信号間の漏
話の大きさを制御する一方で、相対的に強い基準搬送波
と相対的に弱い情報信号との間で有効なコヒーレント検
波を可能にすることが望ましい。
複数個の基準搬送波および対向偏波状態をも使用する
単一バス・システムは第29図に示されており、参照文字
950で表わされている。各端末装置は偏波保持結合956を
経て偏波保持通信バス954に結合される光回路952を含ん
でいる。通信バス954は基準搬送波および情報信号の両
エネルギーを運ぶ。コヒーレント検波器958は、偏波選
択結合960および光結合リンク962を経て光回路952に結
合されている。両側波帯変調器964は光回路952の中に置
かれ、電極968および970と境界を接する光伝送変調チヤ
ネル966を含む。入力972aを含む被変調RF信号源972は、
チヤネル966を経て伝搬される光エネルギーを変調する
電極968および970に接続される。さらに、偏波変換器97
4は1つの偏波状態から他の状態に、例えば水平状態か
ら垂直状態に、光エネルギーを変換する光回路内に置か
れる。基準搬送波源976は第1基準搬送波を第1周波数W
1で第1偏波モード(すなわち水平モード)に導き、第
2基準搬送波を第2周波数W2で第2偏波モード(すなわ
ち垂直モード)に導く。
各端末装置では、周波数W1で水平偏波された基準搬送
波エネルギーの一部、および周波数W2で垂直偏波された
基準搬送波エネルギーの一部は、偏波保持結合956を経
て光回路952に移される。偏波選択結合960は、水平偏波
された基準搬送波を垂直偏波された基準および信号搬送
波エネルギーから分離して、水平偏波された基準搬送波
エネルギーを変調器964に送る一方、垂直偏波された基
準搬送波と水平偏波された情報信号搬送波のエネルギー
を光結合リンク962の上で結合させる働きをする。水平
偏波された光はさらに、入力920aで被変調RF搬送波から
供給される入力にしたがつて変調する変調器964に進み
続ける。変調器964によつて供給される被変調エネルギ
ーは偏波変換器974に提供されて、ここでそれは垂直偏
波成分に変換されて、横結合956を経て通信バス954に移
され、そして垂直偏波された情報保持信号としてシステ
ム内の他の端末装置に伝搬される。受信モードで作動し
ているときは、周波数W2の垂直偏波された供給搬送波お
よび横結合956′からの垂直偏波された信号成分は、横
結合960′を経て、垂直偏波された情報信号および基準
搬送波エネルギーをコヒーレント検波器958′に直接提
供するように移動される。
異なる周波数の水平および垂直偏波された基準搬送波
エネルギーは、第30図ならびに第31図の基準搬送波発生
器を用いて通信バス956に導入することができる。両搬
送波はレーザ周波数ジツタを打消すように同じ源から作
られなければならない。第30図に示される通り、全体と
して参照文字976で表わされる基準源構造物は、光結合
路980に沿いレンズ982を経て通信バス956(第28図)に
組合せビーム出力を供給するビーム・スプリツタ978を
含む。第1偏波状態の光エネルギー、例えば垂直偏波さ
れた光は、光結合路984を経てビーム・スプリツタ978に
提供され、そして光結合リンク980に送られる。さら
に、もう1つの周波数の光エネルギーは、光結合路986
を経て半波板988に移されるが、その出力はビーム・ス
プリツタ978および光結合リンク980に供給される。
通信バス956に光エネルギーを供給する別の配列が第3
1図に示されており、全体として参照文字990で表わされ
ている。図示の通り、システムはフアイバ994およびフ
アイバ996から入力を受けて通信バス956(第29図)に出
力を供給する偏波選択結合992を含む。偏波変換器998が
光通路994に具備されている。
作動の際に、第1波長の偏波された基準搬送波エネル
ギーは光通路996に入つて偏波選択結合992に提供され、
また異なる周波数の偏波された光エネルギーは変換器99
8に提供されて、ここで偏波状態が変換され、変換され
た状態エネルギーは光通路994を経て偏波選択結果に提
供され、2つの出力が通信バス956に供給される。
(発明の効果) 本発明は、各端末装置で局部発振器を使用せずに光バ
スの変調された搬送波の高密度波長、分割多重通信を可
能にするとともに、光バスの他の端末装置への送信に用
いられたりホモダインおよびヘテロダインの両方法によ
るコヒーレント検波を含む受信した被変調搬送波のコヒ
ーレント検波に用いられる各端末装置で作られる光エネ
ルギーを供給する、通信システムを提供する。基準源か
ら検波器までの基準搬送波および情報信号の通路を等化
する多端子システムを得ることによつて、コヒーレント
検波はこまかい周波数分割多重を可能にする極めて狭い
ライン幅を作る。
かくて、上記から認められると思うが、本発明の結果
として極めて有効な光通信システムが提供され、それに
よつて端末装置は情報信号を送信し、また局部発振器を
使わずに情報信号のホモダインまたはヘテロダイン検波
を行うことができる。変形または変更もしくはその両方
が本発明から逸脱せずに説明された実施態様で行なわれ
ることを明白であると思われかつ初期通りである。した
がつて、前述の説明および付図は好適な実施態様のみの
説明であり、制限はなく、また本発明の真意および範囲
は特許請求の範囲について定められることが強調され
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による単向性開バス通信システムの概略
表示図、第2図は本発明による両向性開バス通信システ
ムの第1図に似た概略表示図、第3図は第1図および第
2図の回路網構造に用いるのに適した二重バス光フアイ
バ通路の部分斜視図、第4図は通信システムを通じて基
準搬送波を伝搬させる基準搬送波源の概略表示図、第5
図は電力を表わす垂直軸と周波数を表わす水平軸とを持
つ第4図の基準搬送波源のスペクトル分布の理想化され
たグラフ表示図、第6図は第3図の光通路を使用する本
発明による開バス光通信システムの一部の概略表示図、
第7図は両側波帯周波数偏移変調器の第1実施態様の概
略表示図、第8図は両側波帯周波数偏移変調器の第2実
施態様の概略表示図、第9図は第8図の線9−9に沿つ
て取られた第8図の周波数偏移変調器の横断面図、第10
図は単側波帯通信信号を用いる第6図と同様な光通信シ
ステムの部分概略図、第11図は電力を表わす垂直軸と周
波数を表わす水平軸とを持つ多重基準搬送波源のスペク
トル出力の概略表示図、第12図は第11図に示されるよう
な多重固定周波数の基準搬送波を供給するシステム・ワ
イド基準搬送波源および変調器の概略表示図、第13図は
複数個のシステム・ワイド固定周波数の基準搬送信号の
内の1つを供給する音響−光変調器の図、第14図は多重
システム基準搬送波を用いる単側波帯信号トポロジーを
使用する光通信システムの一部の概略図、第15図は情報
信号および基準搬送情報を運ぶ単一光フアイバ・バスを
用いる光通信システムの概略図、第16図は組合せの基準
搬送波および情報信号バスを用いる通信システム用のも
う1つの端末装置の構造図、第17図は第16図および第17
図に示されかつ単側波帯信号送信を利用する形の組合せ
の基準搬送波および情報信号バスと共に用いる端末装置
の図、第18図は第17図に示された端末構造物の変形の概
略図、第19図は多端子入/出力結合器および両向性通信
用の組合せシステム基準搬送波および情報信号バスを利
用する本発明による通信システムの概略図、第20図は第
19図のシステムに用いられる多端子入/出力結合器およ
び変調器の平面図、第21図は第20図の線21−21に沿つて
取られた第20図の多端子入/出力結合器および変調器の
横断面図、第22図は共振ループ構造物および組合せの基
準搬送波および情報信号バスを利用する両向性通信端末
の別な実施態様の図、第23図は本発明による光通信シス
テムに用いる音響−光変調器の概略図、第24図は音響−
光変調器を用いる単側波帯端末装置の概略図、第24a図
は第24図の端末装置の両向性単側波帯変形の概略図、第
25図は音響−光変調器を用いるもう1つの端末装置の概
略図、第26図は情報信号を位相変調または輝度変調する
端末装置の第1実施態様の概略図、第27図は情報信号を
位相変調または輝度変調する端末装置の第2実施態様の
概略図、第28図は情報信号を作る第1基準搬送波および
コヒーレント検波目的の第2基準搬送波を用いる二重バ
ス通信システムの概略図、第28a図は第28図の通信シス
テムの周波数スペクトルのグラフ表示図および情報信号
が作られてコヒーレント検波される方法の図、第29図は
情報を送信する反対に偏波された光を用いる通信システ
ムの概略図、第30図は第28図のシステムに反対に偏波さ
れた光を供給する装置の概略図、第31図は反対に偏波さ
れた光を供給するもう1つの装置の概略図である。 符号の説明: 10,10′……光通信システム;12,12a,12b……光通路;14,
14a,14b……基準搬送波源(光源);Sn……加入者;TDn
……端末装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/04 10/06 10/142 10/20 G02B 6/00 C

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光通信装置であって、 光エネルギーを伝搬させる光通路を形成する装置と、 光エネルギーを光通路に導いて1つの進行方向に伝搬さ
    せる、単一の高い周波数安定性を有する精度の高い光源
    から基本的に構成され、基準波長で前記光通路に光エネ
    ルギーを導く基準搬送波源を含む装置と、 1個の第1の端末装置と1個の第2の端末装置を少なく
    とも含み、 前記第1端末装置が、前記基準波長で前記光エネルギー
    の一部を引き出すように前記光通路に結合され、かつ、
    前記基準波長にコヒーレント関係にある搬送波長で周波
    数偏位された前記引き出された部分を含む光情報信号を
    供給するとともに前記光通路に前記情報信号を導く選択
    作動装置を備え、 前記第2端末装置が、前記基準波長で前記光エネルギー
    の少なくとも一部および前記光情報の少なくとも一部を
    引き出すように前記光通路に結合され、かつ、前記基準
    波長および前記情報信号の両方の前記引き出された部分
    を利用して前記情報信号に含まれる情報を検出する選択
    作動装置を備え、 前記光通路が、前記基準波長と前記情報信号との間でコ
    ヒーレンスを得るために前記第1端末装置と前記第2端
    末装置との間で前記基準波長及び前記情報信号の両方を
    伝送する伝搬時間を事実上等しくする装置を有する光通
    信装置であって、 それぞれ光通路に導入するための情報信号を供給する手
    段と通路を伝搬する情報信号の情報をコヒーレント的に
    検波する手段の両方を有する端末装置が複数前記光通路
    に結合されていることを特徴とする光通信装置。
  2. 【請求項2】前記基準波長は前記端末装置間で1つの通
    路に沿って伝送され、また前記情報信号は前記端末装置
    間でもう1つの通路に沿って伝送される、ことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の光通信装置。
  3. 【請求項3】複数個の前記第2端末装置を含むことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の光通
    信装置。
  4. 【請求項4】前記第1端末装置は前記基準波長および受
    信した情報信号を利用して第2端末装置から前記光通路
    で伝搬される情報信号によって運ばれる情報をコヒーレ
    ンス検波する装置をも含む、ことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載の光通信装
    置。
  5. 【請求項5】前記通路に光エネルギーを導く前記装置
    が、前記通路内を1つの方向に走行する第1基準波長と
    前記通路内を反対方向に走行する第2基準波長を導く装
    置であって、前記第1および第2端末装置が、前記各基
    準波長のエネルギーの一部を引き出すように前記光通路
    に結合され、かつおのおの他方の端末装置に向って走行
    する前記基準波長の1つから光情報信号を供給する装置
    と前記他方の端末装置から前記1つの端末装置に走行す
    る基準波長から前記他方の端末装置によって供給された
    情報信号をコヒーレント検波する装置とを含む、ことを
    特徴とする特許請求の範囲第4項記載の光通信装置。
  6. 【請求項6】前記端末装置のおのおのが、前記通路に結
    合されてそこに導かれた前記基準波長の光エネルギーの
    微小部分を除去し、それによって前記基準波長の十分な
    エネルギーが各端末装置を通過して基準信号または情報
    搬送信号として他の下流端末装置で利用できるようにさ
    れた数個の端末装置を含む、ことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記載の光通信装
    置。
  7. 【請求項7】前記第1端末装置は前記光エネルギーの引
    き出された部分の少なくとも一部の波長を偏移させ、か
    つ前記情報信号を作るように前記波長偏移されたエネル
    ギーを変調する、選択作動装置を含む、ことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載
    の光通信装置。
  8. 【請求項8】前記基準搬送波源を含む装置が、前記光通
    路に複数の基準波長で光エネルギーを導入すること特徴
    とする特許請求の範囲第1項から第7項のいずれかに記
    載の光通信装置。
  9. 【請求項9】前記情報を検出する選択作動装置は、前記
    のまたは複数あるときは選択された一個の基準波長で前
    記光通路内を伝搬される光エネルギーの一部を除去し、
    除去された光エネルギーの波長を情報信号の波長から基
    準量だけ相違する波長まで偏移させ、そして波長偏移さ
    れたエネルギーと情報信号とを組み合わせて中間周波情
    報信号を作ることによって情報信号のヘテロダイン検波
    を行う、ことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
    8項のいずれかに記載の光通信装置。
  10. 【請求項10】情報を検波する前記装置は、前記のまた
    は複数あるときは選択された1個の基準波長で前記光通
    路内を伝搬される光エネルギーの一部を除去し、除去さ
    れた光エネルギーの波長を情報信号の波長に事実上等し
    い波長まで偏移させ、そして波長偏移されたエネルギー
    を検波を行なう情報信号と組み合わせることによって、
    情報信号のホモダイン検波を行う、ことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項から第8項のいずれかに記載の光通
    信装置。
  11. 【請求項11】前記光通路は光エネルギーを第1および
    第2偏波モードで伝搬させるような構造の光導波管であ
    り、また前記第1端末装置は前記偏波モードの1つから
    光エネルギーの一部を除去して除去された光エネルギー
    を変調しかつ偏波偏移させて前記変調されかつ偏波偏移
    された信号を情報信号として前記偏波モードの他方に導
    くことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第10項の
    いずれかに記載の光通信装置。
  12. 【請求項12】光情報信号を供給する前記選択作動装置
    は、両側波帯信号を供給する装置と、前記信号を光フィ
    ルタにかけて単側波帯信号を供給する装置とを含む、こ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項から第11項のいず
    れかに記載の光通信装置。
  13. 【請求項13】前記信号をフィルタする前記装置は、前
    記端末装置を前記通路に結合して前記情報信号をそこに
    導くとともに、前記側波帯の1つだけを送信する構造の
    光共振器を含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第12
    項記載の光通信装置。
  14. 【請求項14】前記基準波長および前記情報は前記端末
    装置間で異なる通路に沿って少なくとも一部が送信さ
    れ、この通路が前記端末装置間で事実上等しい通路長を
    有して事実上等しい伝搬時間を供給することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項から第13項のいずれかに記載の
    光通信装置。
  15. 【請求項15】前記異なる通路の少なくとも1つの部分
    を熱変化させて前記事実上等しい通路長さを保持する装
    置をさらに含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第14
    項記載の光通信装置。
  16. 【請求項16】前記光通路を形成する装置が、基準波長
    で導入された光エネルギーを伝搬する第1の光バスと、
    情報信号を伝搬する第2の光バスとを備えることを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載の光通信装置。
  17. 【請求項17】情報信号を供給する前記装置は位相変調
    された情報信号を作る装置を含み、また前記光通信装置
    がさらに前記第1装置から前記第2装置まで前記基準波
    長と光情報信号との間の位相関係を保つ装置を含む、こ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項から第16項のいず
    れかに記載の光通信装置。
  18. 【請求項18】光エネルギーによる光通信方法であっ
    て、 光エネルギーを伝搬させる光通路を形成する段階と、 光エネルギーを光通路に導いて1つの進行方向に伝搬さ
    せる、単一の高い周波数安定性を有する精度の高い光源
    から基本的に構成された基準搬送波源を含む装置を用い
    て、基準波長で光搬送波エネルギーを光通路に導く段階
    と、 前記通路から基準波長の一部を引き出す段階と、 少なくともコヒーレント関連された、搬送波長で引き出
    されたエネルギーからなる情報信号を供給し、かつ前記
    情報信号を光通路に導く段階と、 情報信号のエネルギーおよび基準波長で伝搬されたエネ
    ルギーの一部を除去し、除去された基準エネルギーの波
    長を偏移された波長まで偏移させ、また情報信号の除去
    された部分と偏移された波長のエネルギーとを混合して
    検波を行なうことによって、光通路を伝搬される情報信
    号内の情報を検波する段階と、 前記基準波長と前記情報信号との伝搬時間を、前記情報
    信号の前記供給と前記情報の前記検波との間でそれぞれ
    の通路内で事実上等しく保持して、コヒーレント検波を
    得る段階と、 を含む光通信方法であって、 前記情報信号が、前記複数の端末装置のうち第1のもの
    によって光通路に導かれ、その第2のものによって検出
    され、 前記複数の端末装置のいずれもが、光通路に導くための
    情報信号を供給することができ、 前記複数の端末装置の他方のいずれもが、前記光通路を
    伝搬する情報信号から情報を検出することができること
    を特徴とする光通信方法。
  19. 【請求項19】前記基準波長が一方の光通路に沿って伝
    送され、情報信号が他方の光通路に沿って伝送されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第18項記載の光通信方
    法。
  20. 【請求項20】前記検波段階は除去されたエネルギーの
    基準波長を情報信号の波長に事実上等しい波長まで偏移
    させてホモダイン検波を行う段階をさらに含む、ことを
    特徴とする特許請求の範囲第18項または第19項に記載の
    光通信方法。
  21. 【請求項21】前記検波段階は除去されたエネルギーの
    基準波長を情報信号の波長から基準量だけ相違した波長
    まで偏移させてヘテロダイン検波を行う段階をさらに含
    む、ことを特徴とする特許請求の範囲第18項または第19
    項に記載の光通信方法。
  22. 【請求項22】前記光通路が、第1と第2の光バスを備
    え、前記光搬送波エネルギーが前記第1光バスに導か
    れ、前記情報信号が前記第2光バスに導かれることを特
    徴とする特許請求の範囲第18項から第21項のいずれかに
    記載の光通信方法。
  23. 【請求項23】前記光通信方法は、光通路にそれぞれの
    基準波長の複数個の光搬送波を導く段階をさらに含み、
    または検波段階は情報信号を検波する段階を含む、こと
    を特徴とする特許請求の範囲第18項から第22項のいずれ
    かに記載の光通信方法。
JP61306174A 1985-12-23 1986-12-22 コヒ−レント検波を使用する光通信装置および方法 Expired - Fee Related JPH0810849B2 (ja)

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