JPH08240825A - 光受信器 - Google Patents

光受信器

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JPH08240825A
JPH08240825A JP7045284A JP4528495A JPH08240825A JP H08240825 A JPH08240825 A JP H08240825A JP 7045284 A JP7045284 A JP 7045284A JP 4528495 A JP4528495 A JP 4528495A JP H08240825 A JPH08240825 A JP H08240825A
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JP
Japan
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light
signal
optical receiver
optical
local
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Pending
Application number
JP7045284A
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English (en)
Inventor
Fumihiko Ito
文彦 伊藤
Hiroshi Miyao
浩 宮尾
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号が被る分散量に変化が生じた場合でも柔
軟に対応できるように回路定数の変更等によって分散量
の調整が可能な分散補償機能を有する光受信器を提供す
る。 【構成】 同期局発光発振器5から発生する局発光を変
調手段6で変調し、この変調によって生じた各周波数成
分の光を局発光分離手段7でそれぞれ空間的に分離し、
光信号と局発光をフォトダイオードアレイ10に同時に
入射して、それらの干渉パターンを電気信号に変換し、
該干渉パターンと所望の関数との空間的な相関を乗算器
2から出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有限時間長を有する時
間的に変調された光信号を受信する光受信器に関し、更
に詳しくは、光通信システムにおける光受信器であり、
特に分散補償機能を有する光受信器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光受信器における分散補償には次
に説明するような方法があった。
【0003】第1の方法は、逆分散ファイバ等の所望の
逆分散特性を有する光回路を受信器の前に配置する方法
である。この方法は光領域での分散補償であり、高速な
信号を取り扱うことができるが、分散補償量の変更は困
難であり、複数の波長が通信に使用された場合などは適
用が困難になる。
【0004】第2の方法は、ヘテロダイン検波された信
号をマイクロストリップ線路の分散によって補償する方
法である。この方法では、電気段での分散補償が可能で
あるが、分散量の調整は不可能である。
【0005】また、分散補償の機能はないが、本発明に
関連の深い手法として干渉的な手法を利用した従来の光
受信器について図2を参照して以下に説明する。
【0006】図2において、受光素子アレイ11は複数
の受光素子11a〜11dからなる。また、12は前記
受光素子アレイで検出された光電流の差を取る引き算
器、13は電流の自乗を計算する1入力1出力の乗算
器、14は足し算器、15は一定強度の局発光を発生す
るレーザ、16は光振幅変調器、17は回折格子等によ
る局発光分離手段、18はレンズである。
【0007】従来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。
【0008】
【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。
【0009】
【数2】 である。
【0010】一方、局発光は振幅変調器6によって周期
1/Tでディジタル変調されて多周波数の局発光とな
り、その後局発光分離手段7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。
【0011】
【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2の構成で振幅変調器6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 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。
【0012】図2のx軸上にある受光素子アレイには、
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。
【0013】
【数4】 で与えられる。ただしθs は信号光の入射角度、θo
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。
【0014】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。
【0015】
【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、
【数6】
【数7】 となる。式(12)によれば、光電流の空間分布I
(x)は、信号光の時間波形関数aを空間的な包絡線と
して有している。従って、この空間パターンから信号光
の時間波形を決定することができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上述した図2に示す従
来の光受信器では、光ファイバの分散等によって歪んだ
波形を有する信号光の受信法については何ら開示してい
ない。
【0017】また、前記第1の方法では、分散補償量の
変更は困難であり、複数の波長が通信に使用された場合
などは適用が困難になるという問題がある。
【0018】更に、第2の方法では、電気段での分散補
償が可能であるが、分散量の調整は不可能であるという
問題がある。
【0019】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、信号が被る分散量に変化が生
じた場合でも柔軟に対応できるように回路定数の変更等
によって分散量の調整が可能な分散補償機能を有する光
受信器を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光受信器は、有限時間長を有する時間的に
変調された光信号を受信する光受信器であって、前記局
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、該変調手段による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、前記光信号と局発光を同時に入射し、それらの
干渉パターンを電気信号に変換する受光手段と、前記干
渉パターンと所望の関数との空間的な相関を出力する乗
算手段とを有することを要旨とする。
【0021】また、本発明の光受信器は、前記受信手段
が複数の受光素子を配列した受光素子アレイを有するこ
とを要旨とする。
【0022】更に、本発明の光受信器は、前記受光素子
アレイを構成する前記複数の受光素子がλ/4θの間隔
で配列され、ここでθは光信号の入射角であり、λは光
信号の波長であることを要旨とする。
【0023】本発明の光受信器は、前記所望の関数が検
出予定信号のスペクトルであり、該スペクトルは光信号
と局発光を入力して求めるものであることを要旨とす
る。
【0024】
【作用】本発明の光受信器では、局発光発生手段から発
生する局発光を変調し、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、光信号と局発光
を受光手段に同時に入射して、それらの干渉パターンを
電気信号に変換し、該干渉パターンと所望の関数との空
間的な相関を出力する。
【0025】また、本発明の光受信器では、複数の受光
素子を配列した受光素子アレイで受光手段が構成されて
いる。
【0026】更に、本発明の光受信器では、受光素子ア
レイを構成する複数の受光素子がλ/4θの間隔で配列
されている。
【0027】本発明の光受信器では、前記所望の関数は
検出予定信号のスペクトルであり、該スペクトルは光信
号と局発光を入力して求める。
【0028】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0029】図1は、本発明の一実施例に係る光受信器
の構成を示す図である。同図において、10は受光手段
を構成する複数のフォトダイオード1からなるフォトダ
イオードアレイ、2は2入力1出力の乗算器、3は各乗
算器2からの出力を加算する足し算器、4はしきい値回
路、5は位相同期ループによって制御され信号光の搬送
波と位相同期した局発光を発生する同期局発光発振器、
6は上記局発光を変調する変調手段、7は変調された局
発光の周波数を分離する局発光分離手段、8はレンズで
ある。
【0030】図1に示す光受信器の動作を説明するにあ
たり、図4に示されたような信号波形を受信する場合を
考える。即ち、2種類の信号光の電界振幅α(t)exp
[j2πft+φs ]とβ(t)exp [j2πft+φ
s ]は各々単一のパルスであり、それらは一定時間だけ
離れていて時間的な重なりはない。即ち、
【数8】 が成り立つ。また両パルスとも考慮する光セル長Tより
も短い。これらの信号はフーリエ級数を用いて以下のよ
うに表わすことができる。
【0031】
【数9】 を得る。
【0032】これらの光信号が光ファイバのような分散
媒体を通過するとその信号波形は変形する。分散媒体通
過後の波形をαD (t),βD (t)とすると、
【数10】 を意味する。ただしkは光ファイバ中の光の伝搬定数、
ωは光の角周波数である。
【0033】さて、本実施例の動作の第1は、式(1
5)で表わされる信号光と式(4)の局発光とを同時に
フォトダイオードアレイ10に入射し、空間的な干渉パ
ターンを観測することであって、この点は従来の技術に
同じである。各々の信号に対する光電流の空間分布Iα
(x),Iβ(x)は、従来技術と同様に、
【数11】 と計算される。ただし従来技術の式(12)で出現した
信号光と局発光の位相差φs −φR は、本実施例では同
期局発光発振器5の位相同期機能によって零に固定され
るものとした。
【0034】次に、フォトダイオードアレイ10の配置
を説明する。フォトダイオードアレイ10は、式(1
6)の干渉パターンの極大と極小の位置に間隔λ/4θ
で複数のフォトダイオード1で配置される。即ち、各フ
ォトダイオード1の位置は、x=0,λ/4θ,λ/2
θ,3λ/4θ…,nλ/4θである。なお、λは光信
号の波長であり、θはその入射角である。
【0035】フォトダイオード1に流れる式(16)の
光電流は、乗算器2の一方の入力端子に入る。乗算器2
の他方の入力端子には、受信する信号光によって形成さ
れる干渉パターンの交流成分と相似な入力が与えられ
る。即ち、αD (t)を受信する場合、乗算器2への他
方の入力はフォトダイオードの位置に依存して、 Iα(nλ/4θ)−Io である。
【0036】また、乗算器2の他方の入力端子への入力
は、次のような方法でも求めることができる。即ち、受
信する信号光によって形成される干渉パターンを実際に
測定すればよい。このためには、受信する信号光と局発
光のみを同時に入射して、その時各フォトダイオード1
に生じた電流in を測定する。そして、全フォトダイオ
ードの電流の平均値i′を求め、in −i′に比例する
量を記憶し、乗算器の他方の入力端子への入力とすれば
よい。
【0037】乗算器の出力は0≦x≦λ/Δθの範囲で
和算される。その結果、信号αD (t)が入ったときの
足し算器3の出力は、
【数12】 即ち、信号光のエネルギに比例した出力を得る。
【0038】次に、信号αD (t)の受信用に乗算器2
の入力が設定された場合に、信号βD (t)が入射した
場合は、足し算器3の出力は、
【数13】 最後に式(13−a)を使った。つまり、信号α
D (t)の受信用に乗算器2の入力が設定された場合
に、信号βD (t)が入射した場合は、足し算器3の出
力は零となる。また、信号αD (t)の受信用に乗算器
2の入力が設定された場合に、信号αD (t)とβ
D (t)が同時に入射した場合は、演算の線形性から足
し算器3の出力は式(17)に等しいことは容易にわか
る。
【0039】以上のことから、信号αD (t)の受信用
に乗算器の入力が設定された場合、信号は分散によって
歪みを受けているにもかかわらず、隣接の信号β
D (t)の影響を全く受けることなく信号αD (t)の
受信が可能である。両信号αD (t),βD (t)の関
係は逆転させることも勿論可能である。即ち、信号βD
(t)の受信用に乗算器の入力が設定された場合、隣接
の信号αD (t)の影響を全く受けることなく信号βD
(t)を受信することができる。以上のことを更に一般
的な言い方で記述すると、元来送信側において相関が零
であった2つの信号は、たとえそれらが分散によって歪
みを受け強度的に重なりを生じた場合であっても、本実
施例によれば、お互いの影響を受けることなく各々の信
号を正確に受信可能である。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
局発光発生手段から発生する局発光を変調し、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、光信号と局発光を受光手段に同時に入射して、そ
れらの干渉パターンを電気信号に変換し、該干渉パター
ンと所望の関数との空間的な相関を出力するので、電気
回路によって受信する光信号の分散を補償することがで
きるため、分散の影響を受けることなく、光信号の受信
が可能である。また、従来の分散補償技術と異なり、通
信に使用される波長に切り替わった場合等のような送信
波長の変化等によって信号の被る分散量が変化した場合
でも、乗算器への一方の入力を変更することによって対
応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光受信器の構成を示す
図である。
【図2】従来の光受信器の構成を示す図である。
【図3】信号光と局発光の入射方向を示す図である。
【図4】図1の実施例の光受信器が受信する信号波形を
示す図である。
【符号の説明】 1 フォトダイオード 2 乗算器 3 足し算器 4 しきい値回路 5 同期局発光発振器 6 変調手段 7 局発光分離手段 8 レンズ 10 フォトダイオードアレイ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有限時間長を有する時間的に変調された
    光信号を受信する光受信器であって、前記局発光を発生
    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、該変調手段による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、前
    記光信号と局発光を同時に入射し、それらの干渉パター
    ンを電気信号に変換する受光手段と、前記干渉パターン
    と所望の関数との空間的な相関を出力する乗算手段とを
    有することを特徴とする光受信器。
  2. 【請求項2】 前記受信手段は、複数の受光素子を配列
    した受光素子アレイを有することを特徴とする請求項1
    記載の光受信器。
  3. 【請求項3】 前記受光素子アレイを構成する前記複数
    の受光素子は、λ/4θの間隔で配列され、ここでθは
    光信号の入射角であり、λは光信号の波長であることを
    特徴とする請求項2記載の光受信器。
  4. 【請求項4】 前記所望の関数は、検出予定信号のスペ
    クトルであり、該スペクトルは光信号と局発光を入力し
    て求めるものであることを特徴とする請求項1記載の光
    受信器。
JP7045284A 1995-03-06 1995-03-06 光受信器 Pending JPH08240825A (ja)

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JP (1) JPH08240825A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013200213A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Fuji Heavy Ind Ltd 発光位置特定システム
JP2017175326A (ja) * 2016-03-23 2017-09-28 日本電気株式会社 デジタルコヒーレント受信装置、光空間通信システム及びそのドップラーシフト捕捉方法
WO2018168597A1 (ja) * 2017-03-17 2018-09-20 国立研究開発法人情報通信研究機構 高速フォトディテクターアレー

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US10911153B2 (en) 2017-03-17 2021-02-02 National Institute Of Information And Communications Technology High-speed photodetector array

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