JPH08163095A - Photodetector and optical receiver - Google Patents
Photodetector and optical receiverInfo
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- JPH08163095A JPH08163095A JP6298522A JP29852294A JPH08163095A JP H08163095 A JPH08163095 A JP H08163095A JP 6298522 A JP6298522 A JP 6298522A JP 29852294 A JP29852294 A JP 29852294A JP H08163095 A JPH08163095 A JP H08163095A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、空間的な光の干渉パタ
ーンを検出する光検出器および有限時間長をもつ時間的
に変調された光信号を受信する光受信装置に関し、特に
光の干渉計測並びに光通信の分野で応用可能な光検出器
および光受信装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photodetector for detecting a spatial interference pattern of light and an optical receiver for receiving a temporally modulated optical signal having a finite time length, and more particularly to optical interference. The present invention relates to a photodetector and a light receiving device applicable in the fields of measurement and optical communication.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の光受信装置は、例えば受信する光
信号を適当な局発光と干渉させ、それらの光の空間的な
干渉パターンを受光素子アレイによって受光し、隣接す
る受光素子間の差を検出する回路によって時系列光信号
のビット検出を行うものである。2. Description of the Related Art In a conventional optical receiving apparatus, for example, an optical signal to be received is interfered with an appropriate local light, a spatial interference pattern of the light is received by a light receiving element array, and a difference between adjacent light receiving elements is detected. Is a circuit for detecting bits of the time-series optical signal.
【０００３】図４（ａ）は、この種の従来の光受信装置
の構成を示す図である。図４（ａ）において、５１は局
発光を発生するレーザ、３は局発光を変調する変調手
段、１６は基準周波数信号発生器であって、該発生器１
６から出力される基準周波数信号が変調信号として前記
変調手段３に供給されている。また、１２は前記変調手
段３の変調によって生じた複数の周波数成分を空間的に
分離する周波数分離手段であり、この周波数分離手段１
２としては、図４（ｂ）にその構成を拡大して示すよう
に回折格子１３を使用している。なお、図４（ｂ）にお
いて１７，１８はレンズであり、１９は反射ミラーであ
る。FIG. 4A is a diagram showing the structure of a conventional optical receiving apparatus of this type. In FIG. 4A, 51 is a laser for generating local oscillation light, 3 is a modulating means for modulating local oscillation light, 16 is a reference frequency signal generator, and the generator 1
The reference frequency signal output from 6 is supplied to the modulation means 3 as a modulation signal. Further, 12 is a frequency separating means for spatially separating a plurality of frequency components generated by the modulation of the modulating means 3, and the frequency separating means 1
As No. 2, a diffraction grating 13 is used as shown in the enlarged view of FIG. In FIG. 4B, 17 and 18 are lenses, and 19 is a reflection mirror.
【０００４】更に、図４（ａ）において、７はレンズで
あり、１は干渉縞を観測する受光素子アレイであり、１
１は低域ろ過フィルタ、９は比較器、１０はしきい値回
路である。Further, in FIG. 4A, 7 is a lens, 1 is a light receiving element array for observing interference fringes, and 1 is
Reference numeral 1 is a low-pass filter, 9 is a comparator, and 10 is a threshold circuit.
【０００５】図４（ａ）において、干渉縞観測面（図４
（ａ）のｘ軸）で観測された光電流は、低域ろ過フィル
タ１１によって直流成分のみが取り出され、比較器９に
よって隣接する受光素子に流れた電流の差が取られる。
そして、比較器９の出力は、しきい値回路１０でしきい
値処理されて出力される。このような構成では、隣接受
光素子の電流差の空間分布が直接的に光信号の時間振幅
波形を反映するため、こうした構成によって振幅変調信
号を受信することができる。以下、その動作を詳しく説
明する。In FIG. 4A, the interference fringe observation surface (see FIG.
In the photocurrent observed on (x-axis of (a)), only the DC component is taken out by the low-pass filter 11, and the difference in the currents flowing to the adjacent light receiving elements is taken by the comparator 9.
The output of the comparator 9 is thresholded by the threshold circuit 10 and output. In such a configuration, the spatial distribution of the current difference between the adjacent light receiving elements directly reflects the time-amplitude waveform of the optical signal, so that the amplitude-modulated signal can be received by such a configuration. The operation will be described in detail below.
【０００６】図４（ａ）の光受信装置で受信される光信
号は、持続時間長Ｔが有限であり、かつ有限の帯域をも
つ光信号である。このような光信号Ｅs (t) はその継続
時間内（−Ｔ／２＜ｔ＜Ｔ／２）において以下の式で表
わされる。The optical signal received by the optical receiver shown in FIG. 4A is an optical signal having a finite duration T and a finite band. Such an optical signal E s (t) is represented by the following equation within its duration (−T / 2 <t <T / 2).
【０００７】[0007]
【数１】 Ｅs (t) ＝ａ(t) ｅｘｐ［ｊ２πｆｔ＋φs ］ （１） ａ(t) は光信号の電界振幅である。ｆは光信号の中心周
波数であり、φs は信号光の位相である。この光信号の
帯域が有限であり、かつ持続時間がＴであるとすると、
電界振幅ａ(t) を以下のようなフーリエ級数に展開する
ことができる。## EQU1 ## E s (t) = a (t) exp [j2πft + φ s ] (1) a (t) is the electric field amplitude of the optical signal. f is the center frequency of the optical signal, and φ s is the phase of the signal light. Given that the band of this optical signal is finite and the duration is T,
The electric field amplitude a (t) can be expanded into the following Fourier series.
【０００８】[0008]
【数２】 である。[Equation 2] Is.
【０００９】一方局発光は振幅変調器３によって周期１
／Ｔで変調されて多周波数の局発光となり、その後周波
数分離手段１２によって空間的に分離される。このとき
局発光の電界振幅を以下のように書くことができる。On the other hand, the local light is cycled by the amplitude modulator 3 in a cycle 1
Is modulated by / T to become multi-frequency local light, and then spatially separated by the frequency separating means 12. At this time, the electric field amplitude of local light can be written as follows.
【００１０】[0010]
【数３】 ただしｂn は各周波数の局発光の電界複素振幅であり、
図４の構成で振幅変調器３によって十分に短い短パルス
が発生される場合、もしくは局発光光源としてモードロ
ックレーザを用いた場合にはほぼ ｂn ＝ｂ （５） が成立する。またθn は局発光のｎ番目の周波数成分の
入射角であり、局発光と信号光の入射角を図３に示すよ
うに仮定している。またφR は局発光の位相である。(Equation 3) Where b n is the electric field complex amplitude of the local light of each frequency,
In the configuration of FIG. 4, when a sufficiently short pulse is generated by the amplitude modulator 3 or when a mode-locked laser is used as the local light source, almost b n = b (5) holds. Further, θ n is the incident angle of the nth frequency component of the local oscillation light, and the incident angles of the local oscillation light and the signal light are assumed as shown in FIG. Further, φ R is the phase of local light.
【００１１】図４（ａ）のｘ軸上にある受光素子アレイ
１には、その場所における信号光および局発光の電界振
幅の和の２乗に比例する光電流が流れる。各受光素子の
光電流は低域ろ過フィルタ１１によって低周波成分のみ
が抽出され、ｘ軸上の各点において以下の電流分布出力
Ｉ(x) を得る。In the light-receiving element array 1 on the x-axis of FIG. 4A, a photocurrent proportional to the square of the sum of the electric field amplitudes of the signal light and the local light at that location flows. Only the low frequency component of the photocurrent of each light receiving element is extracted by the low pass filter 11, and the following current distribution output I (x) is obtained at each point on the x axis.
【００１２】[0012]
【数４】 で与えられる。ただしθs は信号光の入射角度、θo は
局発光の中心周波数の入射角度、ｃは光速である。Δθ
は隣り合う局発光の入射角度差である。[Equation 4] Given in. Here, θ s is the incident angle of the signal light, θ o is the incident angle of the central frequency of local light, and c is the speed of light. Δθ
Is the difference in incident angle between adjacent local oscillators.
【００１３】ここでθs 、Δθおよびθo がすべて小さ
いと仮定すると以下の近似が成り立つ。Assuming that θ s , Δθ and θ o are all small, the following approximation holds.
【００１４】[0014]
【数５】 ただしθs −θo ＝２θとおいた。式（６）の右辺第１
項と第２項はｘに依存しない定数であるからこれをＩo
とおき、更に式（８）（９）を使うと式（６）は、(Equation 5) However, θ s −θ o = 2θ is set. First right side of equation (6)
Term and this because the second term is a constant that does not depend on x I o
Then, using equations (8) and (9), equation (6) becomes
【数６】 となる。(Equation 6) Becomes
【００１５】式（１２）の意味するところは、次の通り
である。受光素子アレイ上の電流分布Ｉ(x) は、直流成
分Ｉo を無視すれば、The meaning of the equation (12) is as follows. Current distribution I over the light receiving element array (x) is ignoring the DC component I o,
【数７】 は時間波形ａ(t) と同形の分布を表す。すなわち、観測
された電流分布Ｉ(x) は、単一周期の正弦波を時間波形
ａ(t) に従って変調したものである。従って、電流分布
の空間的な変動の振幅は、もとの光信号の時間的な振幅
変動をそのまま反映する。本発明の特徴は、光電流を検
出した後に、この電流分布の空間的な変動を検出し、結
果としてもとの光信号の振幅を観測することにある。(Equation 7) Represents a distribution having the same shape as the time waveform a (t). That is, the observed current distribution I (x) is a sine wave of a single period modulated according to the time waveform a (t). Therefore, the spatial variation amplitude of the current distribution directly reflects the temporal amplitude variation of the original optical signal. The feature of the present invention resides in that after detecting the photocurrent, the spatial variation of the current distribution is detected, and as a result, the amplitude of the original optical signal is observed.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光受信
装置においては、信号光と局発光の干渉によって得られ
る干渉縞は、その空間的な位相がこれら２光の相対的な
位相関係に依存して変化する。しかし、その縞の周期は
変わらない。平たく言えば、観測される干渉縞の最高強
度を与える場所と最低強度を与える場所（干渉縞の山と
谷）は、干渉する光どうしの相対的位相差に依存する。
信号光と局発光の位相関係は、光位相同期装置を用いな
い限りは無秩序に変化するために、それらの干渉縞の山
と谷の位置も無秩序に変化する。このようなケースで従
来の光受信装置を使おうとすると、次のような問題が生
じる。すなわち、２個の受光素子がちょうど干渉の山と
谷の位置に置かれた場合には、それらの光電流の差を検
出することによって干渉縞を検出することができる。し
かしながら、先に述べたように、干渉縞の山と谷の位置
はランダムに変化するため、干渉縞の山または谷の位置
が２つの受光素子の中間にきてしまうこともあり、その
ような場合には、実際には干渉縞が現われているにもか
かわらずそれを検出できないという事態が生じることに
なる。このような訳で、従来技術は干渉縞を正しく検出
できないことがあり、それを光通信等に適用する場合に
問題となる。In the above-mentioned conventional optical receiver, the interference fringes obtained by the interference between the signal light and the local light are such that the spatial phase thereof depends on the relative phase relationship between these two lights. And change. However, the period of the stripes does not change. To put it plainly, the place giving the highest intensity of the interference fringes and the place giving the lowest intensity (peaks and troughs of the interference fringes) depend on the relative phase difference between the interfering lights.
The phase relationship between the signal light and the local light changes in a chaotic manner unless an optical phase-locking device is used, so that the positions of the peaks and valleys of the interference fringes also change in a chaotic manner. If the conventional optical receiver is used in such a case, the following problems occur. That is, when the two light receiving elements are placed at the peak and trough positions of the interference, the interference fringes can be detected by detecting the difference between their photocurrents. However, as described above, since the positions of the crests and troughs of the interference fringes change randomly, the positions of the crests or troughs of the interference fringes may come to the middle of the two light receiving elements. In this case, although interference fringes actually appear, a situation occurs in which they cannot be detected. For this reason, the related art may not be able to correctly detect interference fringes, which poses a problem when applied to optical communication and the like.
【００１７】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、干渉縞の空間的位相がランダ
ムに変化する場合であっても、適確に検出することがで
きる光検出器および該光検出器を使用した光受信装置を
提供することにある。The present invention has been made in view of the above,
It is an object of the present invention to provide a photodetector and an optical receiving device using the photodetector, which can accurately detect even when the spatial phase of interference fringes randomly changes. It is in.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光検出器は、空間的な光の干渉パターンを
検出する光検出器であって、前記干渉パターンの周期の
半分の間隔で互いに離隔して配設された第１の一対の受
光素子と、該第１の一対の受光素子から出力される光電
流の差を算出する第１の減算手段と、該第１の減算手段
で算出された前記光電流の差の自乗または絶対値を出力
する第１の出力手段と、前記第１の一対の受光素子に対
して干渉縞の周期の１／４だけ離れた位置に配設される
とともに、前記干渉パターンの周期の半分の間隔で互い
に離隔して配設された第２の一対の受光素子と、該第２
の一対の受光素子から出力される光電流の差を算出する
第２の減算手段と、該第２の減算手段で算出された前記
光電流の差の自乗または絶対値を出力する第２の出力手
段と、前記第１および第２の出力手段からの各出力信号
を加算する加算手段とを有することを要旨とする。In order to achieve the above object, a photodetector of the present invention is a photodetector for detecting a spatial interference pattern of light, which has an interval of half the cycle of the interference pattern. And a first subtraction means for calculating a difference between photocurrents output from the first pair of light receiving elements, and the first subtraction means. The first output means for outputting the square or the absolute value of the difference between the photocurrents calculated in step 1 and the first pair of light receiving elements are arranged at a position separated by 1/4 of the cycle of the interference fringes. And a second pair of light-receiving elements that are spaced apart from each other by half the cycle of the interference pattern, and the second pair of light-receiving elements.
Second subtraction means for calculating the difference between the photocurrents output from the pair of light receiving elements, and a second output for outputting the square or the absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the second subtraction means. The gist is to have a means and an addition means for adding the output signals from the first and second output means.
【００１９】また、本発明の光受信装置は、有限時間長
をもつ時間的に変調された光信号を受信する光受信装置
であって、前記光信号に同期した局発光を発生する局発
光発生手段と、前記局発光を変調する変調手段と、該変
調手段の変調によって生じた各周波数成分の光をそれぞ
れ空間的に分離する局発光分離手段と、空間的な光の干
渉パターンを検出する光検出器であって、前記干渉パタ
ーンの周期の半分の間隔で互いに離隔して配設され、前
記信号光および前記局発光分離手段から出力される局発
光を受光する第１の一対の受光素子、該第１の一対の受
光素子から出力される光電流の差を算出する第１の減算
手段、該第１の減算手段で算出された前記光電流の差の
自乗または絶対値を出力する第１の出力手段、前記第１
の一対の受光素子に対して干渉縞の周期の１／４だけ離
れた位置に配設されるとともに、前記干渉パターンの周
期の半分の間隔で互いに離隔して配設され、前記信号光
および前記局発光分離手段から出力される局発光を受光
する第２の一対の受光素子、該第２の一対の受光素子か
ら出力される光電流の差を算出する第２の減算手段、該
第２の減算手段で算出された前記光電流の差の自乗また
は絶対値を出力する第２の出力手段、前記第１および第
２の出力手段からの各出力信号を加算する加算手段を具
備する光検出器とを有することを要旨とする。Further, the optical receiving device of the present invention is an optical receiving device for receiving a temporally modulated optical signal having a finite time length, wherein local light generation for generating local light in synchronization with the optical signal is performed. Means, modulating means for modulating the local light, local light separating means for spatially separating the light of each frequency component generated by the modulation of the modulating means, and light for detecting a spatial interference pattern of light A first pair of light-receiving elements, which are detectors and are spaced apart from each other by a half of the cycle of the interference pattern, and receive the signal light and the local light emitted from the local light separation means. First subtraction means for calculating a difference between photocurrents output from the first pair of light receiving elements, and first for outputting a square or an absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the first subtraction means. Output means, the first
Are arranged at positions apart from the pair of light receiving elements by 1/4 of the cycle of the interference fringes, and are separated from each other by half the cycle of the interference pattern. A second pair of light receiving elements for receiving the local light output from the local light separating means, a second subtracting means for calculating the difference between the photocurrents output from the second pair of light receiving elements, and the second Photodetector comprising second output means for outputting the squared or absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the subtraction means, and addition means for adding the respective output signals from the first and second output means. The point is to have and.
【００２０】[0020]
【作用】本発明の光検出器では、第１の一対の受光素子
から出力される光電流の差を算出し、この光電流の差の
自乗または絶対値を第１の出力手段から出力するととも
に、第２の一対の受光素子から出力される光電流の差を
算出し、この光電流の差の自乗または絶対値を第２の出
力手段から出力し、該第１および第２の出力手段からの
各出力信号を加算する。In the photodetector of the present invention, the difference between the photocurrents output from the first pair of light receiving elements is calculated, and the square or absolute value of this photocurrent difference is output from the first output means. , The difference between the photocurrents output from the second pair of light receiving elements is calculated, and the square or absolute value of the difference between the photocurrents is output from the second output means, and the first and second output means Add each output signal of.
【００２１】また、本発明の光受信装置では、光信号に
同期した局発光を発生し、該局発光を変調し、この変調
によって生じた各周波数成分の光をそれぞれ空間的に分
離し、信号光および前記局発光を第１および第２の一対
の受光素子で受光し、この第１の一対の受光素子から出
力される光電流の差を算出し、この光電流の差の自乗ま
たは絶対値を第１の出力手段から出力するとともに、第
２の一対の受光素子から出力される光電流の差を算出
し、この光電流の差の自乗または絶対値を第２の出力手
段から出力し、該第１および第２の出力手段からの各出
力信号を加算する。Further, in the optical receiver of the present invention, the local oscillation light synchronized with the optical signal is generated, the local oscillation light is modulated, and the light of each frequency component generated by this modulation is spatially separated to obtain a signal. The light and the local light are received by the first and second pair of light receiving elements, the difference between the photocurrents output from the first pair of light receiving elements is calculated, and the square or absolute value of the difference between the photocurrents is calculated. Is output from the first output means, the difference between the photocurrents output from the second pair of light receiving elements is calculated, and the square or absolute value of the difference between the photocurrents is output from the second output means. The respective output signals from the first and second output means are added.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２３】図１は、本発明の第１の実施例に係る光検
出器の構成を示す図である。同図において、１は受光素
子、２は受光素子１で検出された光電流の差を取る引き
算器、３１は電流の自乗を計算する掛け算器、４は足し
算器である。掛け算器３１に配置される部品は、例えば
ウィンドウコンパレータのように、電流の絶対値を出力
する回路も使用することができる。FIG. 1 is a view showing the arrangement of a photodetector according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a light receiving element, 2 is a subtracter for taking the difference between the photocurrents detected by the light receiving element 1, 31 is a multiplier for calculating the square of the current, and 4 is an adder. As the component arranged in the multiplier 31, a circuit that outputs the absolute value of the current, such as a window comparator, can be used.
【００２４】第１の実施例は信号光と局発光の間の干渉
の有無を検出する回路である。簡単のため、以下では参
照光も局発光もその持続時間がＴであり、かつ周波数が
ｆoであると仮定する。このような場合ならば、信号光
と局発光が同時に観測面に到着すれば干渉縞が現われ、
そうでない場合には干渉縞は観測されない。両光が同時
に到着した場合に観測される光電流の分布は次式で表わ
される。The first embodiment is a circuit for detecting the presence or absence of interference between signal light and local light. For simplicity, in the following it is its duration nor the local light reference beam T, and assume that the frequency is f o. In such a case, if signal light and local light arrive at the observation surface at the same time, interference fringes will appear,
If not, no interference fringes are observed. The distribution of the photocurrent observed when both lights arrive at the same time is expressed by the following equation.
【００２５】[0025]
【数８】 ここでＩ1 ，Ｉ2 はそれぞれ信号光、および局発光の全
エネルギであり、φ1 ，φ2 はそれらの位相である。ま
た、２θは信号光と局発光の入射角度差、ｃは光の速度
である。干渉縞の周期は(Equation 8) Here, I 1 and I 2 are the total energies of the signal light and the local light, respectively, and φ 1 and φ 2 are their phases. Further, 2θ is the incident angle difference between the signal light and the local light, and c is the speed of light. The period of the interference fringe is
【数９】 である。また、信号光のみが観測面に到着した場合、局
発光のみが到着した場合、もしくはどちらも到着しなか
った場合の光電流分布はそれぞれ Ｉ(x) ＝Ｉ1 （信号光のみ） （14） Ｉ(x) ＝Ｉ2 （局発光のみ） （15） Ｉ(x) ＝０ （両方なし） （16） となり、いずれも場所に依存しない均一な光電流分布と
なって干渉縞は現われない。本実施例の目的は、干渉縞
の有無を検出すること、すなわち式（１３）のケースと
式（１４），（１５），（１６）のケースを峻別するこ
とである。[Equation 9] Is. Also, the photocurrent distributions when only the signal light arrives at the observation surface, when only the local light arrives, or when neither arrives are I (x) = I 1 (signal light only) (14) I (x) = I 2 (local light only) (15) I (x) = 0 (no both) (16), and the interference fringes become uniform light current distribution does not depend either on site does not appear. The purpose of this embodiment is to detect the presence or absence of interference fringes, that is, to distinguish the case of Expression (13) from the cases of Expressions (14), (15), and (16).
【００２６】このために本実施例では２組の受光素子の
ペア、すなわち計４個の受光素子を用いる。Therefore, in this embodiment, two pairs of light receiving elements, that is, a total of four light receiving elements are used.
【００２７】図１において、受光素子１−１と１−３が
第１のペアであり、１−２と１−４がもう１つのペアで
ある。ペアの受光素子は、干渉縞の周期の半分だけ互い
に離れた位置に置かれる。つまりペアの受光素子の間隔
はIn FIG. 1, the light receiving elements 1-1 and 1-3 are the first pair, and 1-2 and 1-4 are the other pair. The pair of light receiving elements are placed at positions separated from each other by half the period of the interference fringes. In other words, the distance between the pair of light receiving elements is
【数１０】 である。また、もう一方の受光素子ペアは、第１の受光
素子ペアに対して干渉縞の周期の１／４だけシフトした
位置に置かれる。図１において受光素子１−１の位置座
標をｘ1 とすれば、１−２，１−３，１−４の位置座標
は、[Equation 10] Is. The other light receiving element pair is placed at a position shifted by 1/4 of the cycle of the interference fringes with respect to the first light receiving element pair. In FIG. 1, if the position coordinates of the light receiving element 1-1 are x 1 , the position coordinates of 1-2, 1-3, 1-4 are
【数１１】 である。各ペアの受光素子の光電流の差がまず引き算器
２によって計算され、次にそれが掛け算器３１によって
自乗される。最後に自乗された各ペアからの出力が足し
算器４で足しあわされる。光電流の差は、バランス型光
検出器と呼ばれる構成によって容易に実現できる。掛け
算器３１は複数のトランジスタの組み合わせによって実
現されたものが市販されている。足し算器４は、掛け算
器３１からの出力電流を合成する論理和回路を用いる等
の手段によって実現できる。[Equation 11] Is. The difference between the photocurrents of the light receiving elements of each pair is first calculated by the subtractor 2, and then it is squared by the multiplier 31. Finally, the outputs from each squared pair are added up by the adder 4. The difference in photocurrent can be easily realized by a configuration called a balanced photodetector. The multiplier 31 realized by a combination of a plurality of transistors is commercially available. The adder 4 can be realized by a means such as using an OR circuit that combines the output currents from the multiplier 31.
【００２８】本実施例の出力は以下のようになる。The output of this embodiment is as follows.
【００２９】[0029]
【数１２】 ＯＵＴ＝｛Ｉ（ｘ1 ）−Ｉ（ｘ3 ）｝2 ＋｛Ｉ（ｘ2 ）−Ｉ（ｘ4 ）｝2 （18） 信号光と局発光の両者が存在する場合は式（１３）を使
って、## EQU12 ## OUT = {I (x 1 ) −I (x 3 )} 2 + {I (x 2 ) −I (x 4 )} 2 (18) When both signal light and local light are present Using equation (13),
【数１３】 従って、本実施例の出力は、受光素子１−１の位置座標
ｘ1 にも、ランダムに変化する信号光と参照光の相対的
位相差φ1 −φ2 にも関係なく一定である。(Equation 13) Therefore, the output of this embodiment is constant regardless of the position coordinate x 1 of the light receiving element 1-1 and the relative phase difference φ 1 −φ 2 of the signal light and the reference light that change randomly.
【００３０】次に、信号光のみが観測面に到着した場
合、局発光のみが到着した場合、もしくはどちらも到着
しなかった場合の出力は、式（１４）〜（１６）のいず
れを使っても ＯＵＴ＝０ （20） となることがわかる。従って、ランダムに変化する信号
光と参照光の相対的位相差φ1 −φ2 に関係なく、干渉
縞の有無を検出することができる。Next, when only the signal light arrives at the observation surface, when only the local light arrives, or when neither arrives, the output is obtained by using any of the equations (14) to (16). It can be seen that also OUT = 0 (20). Therefore, it is possible to detect the presence or absence of interference fringes regardless of the relative phase difference φ 1 −φ 2 between the signal light and the reference light, which changes randomly.
【００３１】上述したように、本発明の光検出器では、
受光素子間の光電流の差を検出する点は従来技術と同等
であるが、以下の点が工夫されている。第１に、受光素
子の間隔を干渉縞の周期の半分に一致させるということ
である。第２に、複数の受光素子ペアを干渉縞の１／４
周期だけ離れた位置に配置することによって、位相が９
０度だけ異なる干渉縞を検出することである。これによ
って、干渉縞の位相がどのように変化しようとも、１／
４周期だけ離れた２つの受光素子ペアのどちらかによっ
て干渉縞が検出されることになり、誤動作は生じない。As described above, in the photodetector of the present invention,
The point of detecting the difference in photocurrent between the light receiving elements is the same as the conventional technique, but the following points have been devised. First, the distance between the light receiving elements is made equal to half the cycle of the interference fringes. Secondly, a plurality of pairs of light receiving elements are set to 1/4 of the interference fringes.
By arranging them at positions that are separated by the cycle,
This is to detect interference fringes that differ by 0 degree. As a result, no matter how the phase of the interference fringe changes, 1 /
The interference fringes are detected by either of the two light receiving element pairs that are separated by four cycles, and no malfunction occurs.
【００３２】図２は、本発明の第２の実施例に係る光受
信装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an optical receiving apparatus according to the second embodiment of the present invention.
【００３３】図２に示す光受信装置は、図１に示した第
１の実施例の光検出器を図４（ａ）に示した干渉を利用
した光受信装置に適用した応用の構成を示すものであ
る。図２において、５は一定強度の局発光を発生するレ
ーザ、６は光振幅変調器、７１は回折格子等によるスペ
クトル分解手段、８はレンズである。なお、５および６
の代わりに、光パルスを発生するモードロックレーザ等
も使用可能である。The optical receiver shown in FIG. 2 shows an application configuration in which the photodetector of the first embodiment shown in FIG. 1 is applied to the optical receiver utilizing the interference shown in FIG. 4A. It is a thing. In FIG. 2, 5 is a laser for generating local light of a constant intensity, 6 is an optical amplitude modulator, 71 is a spectrum resolving means such as a diffraction grating, and 8 is a lens. 5 and 6
Instead of, a mode-locked laser that generates a light pulse or the like can be used.
【００３４】第２の実施例において、前記第１の実施例
の光検出器を使用する場合には、受光素子１−１と１−
３もしくは受光素子１−２と１−４の間隔をIn the second embodiment, when the photodetector of the first embodiment is used, the light receiving elements 1-1 and 1-
3 or the distance between the light receiving elements 1-2 and 1-4
【数１４】 に等しくする。すなわちペア内の受光素子間隔を、信号
光と局発光の中心周波数成分によって得られる干渉縞周
期の半分に等しくする。受光素子１−１〜１−４の位置
が式（１７）のようであるとし、図２に置かれた第１の
実施例の光検出器１０の出力を計算する。ただし、この
とき次の仮定を使う。すなわち[Equation 14] Equal to. That is, the distance between the light receiving elements in the pair is set equal to half the period of the interference fringes obtained by the center frequency components of the signal light and the local light. Assuming that the positions of the light receiving elements 1-1 to 1-4 are as shown in Expression (17), the output of the photodetector 10 of the first embodiment placed in FIG. 2 is calculated. However, the following assumptions are used at this time. Ie
【数１５】 を仮定する。この仮定は、信号光の振幅がＴ・Δθ／４
θという時間内でほぼ一定である、つまり信号光の強度
変化はＴ・Δθ／４θ程度かそれ以下であるという仮定
に相当する。この場合、図２に置かれた第１の実施例の
光検出器１０の出力は、式（１２）を使い、第１の実施
例に示した計算とほぼ同様にして、(Equation 15) Suppose The assumption is that the amplitude of the signal light is T · Δθ / 4
This is equivalent to the assumption that θ is almost constant within a time period, that is, the intensity change of the signal light is about T · Δθ / 4θ or less. In this case, the output of the photodetector 10 of the first embodiment placed in FIG. 2 uses equation (12) and is similar to the calculation shown in the first embodiment,
【数１６】 と計算される。[Equation 16] Is calculated.
【００３５】上述したように、計算されたＯＵＴは、信
号光のある特定の時刻の振幅の２乗に比例する。従っ
て、第１の実施例の光検出器を図２のｘ軸上の適当な位
置に配置することによってある特定時刻の信号光の振幅
を知ることができるし、光検出器の位置をｘ軸上で動か
せば、別の時刻の振幅も知ることができる。また、光検
出器を複数同時に配置することで、異なる時刻の信号光
強度を知ることもできる。As described above, the calculated OUT is proportional to the square of the amplitude of the signal light at a specific time. Therefore, by arranging the photodetector of the first embodiment at an appropriate position on the x-axis of FIG. 2, it is possible to know the amplitude of the signal light at a certain specific time, and the position of the photodetector can be changed to the x-axis. If you move it up, you can see the amplitude at another time. Further, by arranging a plurality of photodetectors at the same time, it is possible to know the signal light intensity at different times.
【００３６】本実施例は信号光の時間変化がＴ・Δθ／
４θよりも速い場合には、正確な強度を知ることができ
ない。しかしこの値は干渉計の入射角を調整することに
よってほぼ任意に設定できるため、高速信号の観測に支
障はない。In this embodiment, the time change of the signal light is T.Δθ /
If it is faster than 4θ, the accurate intensity cannot be known. However, since this value can be set almost arbitrarily by adjusting the incident angle of the interferometer, it does not hinder the observation of high-speed signals.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ラ
ンダムに変化する信号光と参照光の相対的位相差φ1 −
φ2 に関係なく、干渉縞を検出することができる。本検
出器は、単独で信号光の検出に用いることができる。ま
た、干渉を利用した高速光受信器の受信回路に適用する
ことによって、高速光信号の検出回路として利用でき
る。As described above, according to the present invention, the relative phase difference φ 1-
Interference fringes can be detected regardless of φ 2 . This detector can be used alone to detect signal light. Further, by applying to a receiving circuit of a high-speed optical receiver using interference, it can be used as a detection circuit of a high-speed optical signal.
【図１】本発明の第１の実施例に係る光検出器の構成を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a photodetector according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例に係る光受信装置の構成
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical receiving device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】信号光と局発光の入射角度を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing incident angles of signal light and local light.
【図４】従来の光受信装置の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional optical receiver.
１ 受光素子 ２ 引き算器 ４ 足し算器 ５ レーザ ６ 光振幅変調器 ８ レンズ ３１ 掛け算器 ７１ スペクトル分解手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light receiving element 2 Subtractor 4 Adder 5 Laser 6 Optical amplitude modulator 8 Lens 31 Multiplier 71 Spectral decomposition means
Claims (2)
検出器であって、 前記干渉パターンの周期の半分の間隔で互いに離隔して
配設された第１の一対の受光素子と、 該第１の一対の受光素子から出力される光電流の差を算
出する第１の減算手段と、 該第１の減算手段で算出された前記光電流の差の自乗ま
たは絶対値を出力する第１の出力手段と、 前記第１の一対の受光素子に対して干渉縞の周期の１／
４だけ離れた位置に配設されるとともに、前記干渉パタ
ーンの周期の半分の間隔で互いに離隔して配設された第
２の一対の受光素子と、 該第２の一対の受光素子から出力される光電流の差を算
出する第２の減算手段と、 該第２の減算手段で算出された前記光電流の差の自乗ま
たは絶対値を出力する第２の出力手段と、 前記第１および第２の出力手段からの各出力信号を加算
する加算手段とを有することを特徴とする光検出器。1. A photodetector for detecting a spatial interference pattern of light, comprising a first pair of light-receiving elements arranged at a distance of half the cycle of the interference pattern. A first subtraction unit for calculating a difference between photocurrents output from the first pair of light receiving elements; and a first subtraction unit for outputting a square or an absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the first subtraction unit. Of the output means and 1 / of the period of the interference fringe with respect to the first pair of light receiving elements.
Outputs from the second pair of light receiving elements and the second pair of light receiving elements which are disposed at positions separated by 4 and are spaced apart from each other by half the cycle of the interference pattern. Second subtraction means for calculating a difference between photocurrents, second output means for outputting a square or an absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the second subtraction means, and the first and first And a summing means for summing each output signal from the two output means.
信号を受信する光受信装置であって、 前記光信号に同期した局発光を発生する局発光発生手段
と、 前記局発光を変調する変調手段と、 該変調手段の変調によって生じた各周波数成分の光をそ
れぞれ空間的に分離する局発光分離手段と、 空間的な光の干渉パターンを検出する光検出器であっ
て、前記干渉パターンの周期の半分の間隔で互いに離隔
して配設され、前記信号光および前記局発光分離手段か
ら出力される局発光を受光する第１の一対の受光素子、
該第１の一対の受光素子から出力される光電流の差を算
出する第１の減算手段、該第１の減算手段で算出された
前記光電流の差の自乗または絶対値を出力する第１の出
力手段、前記第１の一対の受光素子に対して干渉縞の周
期の１／４だけ離れた位置に配設されるとともに、前記
干渉パターンの周期の半分の間隔で互いに離隔して配設
され、前記信号光および前記局発光分離手段から出力さ
れる局発光を受光する第２の一対の受光素子、該第２の
一対の受光素子から出力される光電流の差を算出する第
２の減算手段、該第２の減算手段で算出された前記光電
流の差の自乗または絶対値を出力する第２の出力手段、
前記第１および第２の出力手段からの各出力信号を加算
する加算手段を具備する光検出器とを有することを特徴
とする光受信装置。2. An optical receiver for receiving a temporally modulated optical signal having a finite time length, comprising: local light generating means for generating local light synchronized with the optical signal; and modulating the local light. And a local light separation unit that spatially separates the light of each frequency component generated by the modulation of the modulation unit, and a photodetector that detects a spatial interference pattern of the light. A first pair of light receiving elements, which are arranged apart from each other by half the cycle of the pattern, and which receive the signal light and the local light emitted from the local light separating means,
First subtraction means for calculating a difference between photocurrents output from the first pair of light receiving elements, and first for outputting a square or an absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the first subtraction means. The output means is disposed at a position separated from the first pair of light receiving elements by ¼ of the cycle of the interference fringes, and is spaced apart from each other by half the cycle of the interference pattern. And a second pair of light receiving elements for receiving the signal light and the local light output from the local light separating means, and a second for calculating the difference between the photocurrents output from the second pair of light receiving elements. Subtraction means, second output means for outputting the square or absolute value of the difference between the photocurrents calculated by the second subtraction means,
An optical receiver comprising: a photodetector including an addition unit that adds the output signals from the first and second output units.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6298522A JPH08163095A (en) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | Photodetector and optical receiver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6298522A JPH08163095A (en) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | Photodetector and optical receiver |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08163095A true JPH08163095A (en) | 1996-06-21 |
Family
ID=17860824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6298522A Pending JPH08163095A (en) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | Photodetector and optical receiver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08163095A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7995433B2 (en) | 2007-05-30 | 2011-08-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical head apparatus and optical disc apparatus |
-
1994
- 1994-12-01 JP JP6298522A patent/JPH08163095A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7995433B2 (en) | 2007-05-30 | 2011-08-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical head apparatus and optical disc apparatus |
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