JPS5913434A - 光ヘテロダイン検波方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光ヘテロダイン検波、または光ホモク゛イン
検波の光通信システムや光情報処理システム等ｆこ力け
る光合波、検波方法に関する。

光ヘテロゲイン検波、光ホモゲイン検波方式の特長は、
従来の光検波方式に比べて１０〜１０１’１倍も光受信
感度が高くできる点に有るＯこのため例えばつしファイ
バ通信においては長中継間隔伝送が可能ｉこなる方式と
して、また光情報処理においては各種光センサーの超高
感度化が可能になる方式として注目されている。

この方式においては、先受（Ｉ　Ｌｍ　ｌこおいて信号
光と同一波長かまたはわずかに波長のずれた局部発振光
を用意し、この局部発振光と（ｆｆ号光を合波させる必
要がある。そしてこの合波の際、合波の効嘉を下げない
ためζこは両光ビームの偏波方向、ビーム径、伝搬方向
等の一致が必須である。しかしＱ′ｊに光ファイバ通（
Ｐ！（こおいては、一定方向、直線偏光の信号光を光フ
ァイバに入射させても、光フ後では出射した信号光の偏
波方向は不定でしかも時間的ｌこ変動し、かつまた楕円
偏光化してしまう。

従ってこのままでは信号光と局部発振光の偏波方向を一
致させることができず合波効率は低下し、かつ変動して
いた。

この問題を解決するため従来から２つの方法が考えられ
て来た。ひとつは光ファイバｌこ偏波面保存性を持たｌ
−る方法である。これは例えば光７１イパのコアやクラ
ッドの断面形状を１１円化すること等ζこ上り、一定偏
波方向の直線偏波光がその直線潤波状轢を保存したまま
伝搬できるようにすること等で達成できると考えられて
いる。しかし今の所光ファイバの長さ数ｋｍでは偏波面
が保存されることが確認されているが、実用化が考えら
れているＲ　１１１＜　ｍ以上の長さでも保存されるか
どうかは確認されていない。また光フアイバ同志の接続
時に１％円化したコアやクラッドの長袖、帽軸の方向を
正しく合わせないと偏波面が十分には保存されないので
、光フアイバ敷設時の接続工事ｆこかなりの困難が伴う
等の問題があった。

もう１つの方法は、電気光学効果を有する結晶板等を複
数個使用し、光ファイバを出射した信号光の偏波状態を
制御して、直線偏光でしかもその偏波方向が局部発振光
の偏波方向１こ一致するよう変換する方法である。しか
しこの方法では偏波状光のレベルが小さいために、その
偏波状態を検知するのにかなり高感度の検出器を必要と
する等の数々の問題点がある。

従って本発明の目的はこのような欠点を除き、信号光の
偏波状態（こよらず安定な検波特性が得られ、しかも装
置の構成が簡単ζこなる光ヘテロダイン検波方法を提供
することｆこある。

本発明の光ヘデログイン検波方法は、信号光と局部発振
光とを合波して合波光を生成する過程と晃前記合波光を
電気信号Ｉこ変換する過程と、前記電気信号を処理して
所定の信号を得る過程とを含む光ヘアロダイン検波方法
において、前記（Ｆ１号光を偏波面が互いに直交する第
１　第２の光ビームに分離し、この第１の光ビームを第
１の局部発振光と合波させ、第２の光ビームを、第２の
局部発振光と合波させて各々Ｍ　１　、第２の合波光を
生成する過程を具備している点に／Ｉ？徴がある。

本発明においては、光ファイバを伝搬して出射した偏波
方向が不定でしかも直線偏波ではない信号光を、まず偏
光分熱素子に入射させる。そうすると信号光は互いＩこ
直交する偏波面を有し、しかも［Ｋ９　ｍ　）ｆの第１
、第２のｆｆｅビームＩこ２分される。

この場合８ｇｌ、第２の光ビームそれぞれの光強度は不
安定でしかも大きく変動しているが、それぞれの光強度
の和は信号光の）′ｔ、強度（こほぼ等しく安定してい
る。また第１１第２の光ビームそれぞれの開披方向およ
び直線偏光性も安定している０そこで本発明では次に偏
波方向が定まり直線偏光性も安定したこれら第ｔ、第２
の光ビームそれぞれ１こついて局部発Ｊ辰光との合波、
および光受光素子（こ入射させての１気筒号−＼の変換
を別々１こ行なわせている。こうして得られた第１、第
２の電気信号はｉ１％Ｆ４２の光ビームそれぞれの光強
度が不安定でしかも大きく変動しているのに対応して同
様に不安定で変動している。しかし第１、第２の電気信
号の直流乃至電圧の和は、第１、第２の光ビームの光強
度の和がそうであったよう（こ、安定している。そこで
第１１第２の電気信号を加え合わせる等の信号処理を行
なえば、安定した信号出力が得られる０特（こ第１、第
２０而気信号の伝相を調整して加え合わせれば雑音成分
が電力相加であるのＩこ対し信号成分は電圧相加される
ので８７Ｎも改善され、その結果偏波面側１ｌｌ（ＩＩ
こ関係した損失の発生を等何重に零（こできる。

本発明を具現するには局部発振光光源、合波部、受光部
等を２組用意すれば良い程度であり、偏波面保存性の光
ファイバや偏波面制御装置ｉ！を用意するの（こ比べは
るかに装置が簡単ｌこなる。本発明の方法は低損失で、
しかも信号光の制波状す１こよらず検波特性が安定な光
ヘテロゲイン検波ができる。

次Ｊこ図面を用いて本発明について詳しく説明する。

第１図は本発明を具現する装ｒの構成図である。

光フｙ−ｆバ１を出射した信号光２は偏光分離素子３Ｉ
こ入射し、それぞれ互いに直交する偏波面を有する第１
％第２の光ビーム４．５に分離される。

第１、第２の光ビーム４．５はそれぞれ第１１第２の光
合波器６．７へ導かれ、ここで第１、第２の局部発振光
光源８．９から出射した第１１第２の局部発振光１０．
１１とそれぞれ合波される０合波された第１、第２の合
波光１２．１３はそれぞれ第１、第２の受光部１４．１
５に入射し、第１％第２の電気信号１６．１７１こ変換
される。第１１第２の電気信号１６．１７はそれぞれ信
号光２と第１１第２の局部発振光１０，１１０周波数差
に対応した周波数をキャリア周波数さして有する電気信
号（中間周波出力）である。このＭＩ、ｆｍ２の電気信
号１６．１７は第１、第２の検波回路１８．１９で検波
され第１、第２のベースバント信号２０．２１に変換さ
れる。

第１．第２のベースバンド信号２０．２１は第１゜第２
の遅延線２２．２３によって位相が調整された後合成器
２４で合成されて安定した信号出力２５１こなる。

偏光分離素子３としてはプリズムに多層膜を蒸着したも
のを使用した。第１、第２の光合波器６．７は透過率約
７０％、反射率約３（１％のミ５−２６を用い、第１、
第２の光ビーム４．５、第１１第２の局部発振光１０．
１１を４５°の角度で入射させて使用した。第１１＠２
の受光部１４．１５は高速フォトダイオード、前置増幅
器等で構成されている。

第ｘ、Ｋｃ２の検波回路１８．１９としては信号光２が
振幅変調されているので、包絡線検波回路を用いた。第
１．第２の検波回路１８．１９、第１．第２の遅延線２
２．２３、合成器２４等は通常のマイクロ波通信装置等
で使用されているものを用いた。

なお、第１、第２の光と一ム４．５が第１．第２の電気
信号１６．１７Ｊこ変換されるまでに受ける各種損失や
第１％第２の局部発振光１０．１１の出力等はほぼ同程
度になるようにした。

光ファイバｌとしては長さ１０ｋｍの単一モードファイ
バを用いた。光ファイバ１への入射信号光（図示せず）
は偏波方向が一定の直線偏光であったにもかかわらず、
信号光２は約５係程偵円偏光化し箋その偏波方向は光フ
ァイバｌの曲げ、ねじり、温度変化稗ｌこより大きく変
化した。これに従って第１、第２の光ビーム４．５の強
度や第１１第２の電気信号１６，１７の強度、Ｃ／Ｎも
大きく変化した。しかし、合成器２４の出力である信号
出力２５は信号強度、Ｃ／Ｎともに安定したものが得ら
れた。

第２図は本発明を具現するための装置の第２の例の構成
図である。第２の実施例が第１の実施例と異なる点は第
１１第２の受光部１４．１５以後の信号の処理方法なの
で、その点についてのみ説明する。第２の実施例では第
１％第２の受光部１４．１５からの第１、第２の電気信
号１６．１７の強度を比較回路２７で検出し、切換部２
８を動かして第１、第２の電気信号１６．１７の内強度
の大きな万のみ検波回路２９ζこ送出しでいる。

第１の実施例で説明したように、第１、第２の光ビーム
４．５の光強度の和は信号光２の光強度４こばば等しい
０これは第１ｓｔｇ２の光ビーム４．５の内−万は常番
こ信号光２の光強度の約）イ以上の強さであることを示
している。また信号光２０偏波方向等は光ファイバ１の
曲げ、ねじり温度等によって大きく変化するが、時間的
「こは比較的ゆっくりした変動である。従って第２の実
施例の場合、最大３ｄＢのレベル変動はあるが、自動利
得制御回路等を用いれば信号出力２５０安定化は十分可
能である。また第１１第２の電気信号１６．１７の変動
が時間的（こは比較的ゆっくりしているので、比較回路
２７、切換部２８も十分変動Ｉこ追随できる。

従って第２の実施例においても第１の実施例と同様、比
較的簡単な構成で、安定な信号出力を得ることができる
。

本発明を具現するための装置としては以上の実施例の他
にもさまざまな変化が可能である。偏光分離素子３とし
ては光学結晶を用いた例えばロシ璽ンプリズｌ、等であ
っても良い。第１、第２の合波器６．７としてはミラー
２６を利用したものの他にも近接導波路を用いたもの等
さまざまなものが使用可能である。実施例では２台のｙ
Ｊ部発振光光源８．９を使用したが、１台の光源からの
出力光を２分して第１１第２の局部発振光として使用し
たり、特に半導体レーザを使用する場合は光共振器の両
側に出射する光出力をそれぞれ第１１第１の局部発振光
として使用する等のことも可能である。検波回路１８．
１９．２９はイ言号の変調形式によって種類が異なる。

例えば光振幅変調であれば包絡線検波回路、光周波数変
調であれば周波数弁別回路、光位相変調であれば遅延検
波回路等である。

第１の実施例では第１．第２の電気信号１６．１７を合
成した後検波しても良い。また第２の実施例では第１、
第２の電気信号１６．１７を検波した後信号レベルの比
較、切換を行なっても良い。

上記の災施例では、光ファイバｌへの入射信号光は直線
偏光のものを使用したが、円偏光、籟日偏光等任意の偏
光状態で良い。実際光ファイバｌの長さが２０〜５０　
ｋｍと長尺の場合、入射信号光が直線偏光でも、信号光
２は本り円偏光や円偏光等へと大きく変化する。しかし
このような場合でも本発明の光ヘテロダイン検波方法は
良好に作動する。従って入射信号光の偏光状態が任意で
も同様に良好ｌこ作動する。なお、本発明は第１、第２
の局部発振光１０．１１の周波数を信号光２の周波数と
等しくしたホモゲイン検波方式ｆこも同様ｆこ適用でき
る。

第１、第２の電気信号１６．１７のＳ／Ｎが異なるよう
な場合、合成器２４での合成比率を変えても良い。例え
ばＳ／Ｎが小さな方の信号の比率を小さくすれば、信号
出力２５の８／Ｎは同じ比率で合成した時より大きくで
きる。なお逆に第１、第２の局部発振光１Ｏ１１１の出
力を変えて、第１、第２の電気信号１６．１７のＳ／Ｎ
をある程度調整する事も可能で、例えばそれぞれのＳ／
Ｎがほぼ等しくなるようにし、合成比率をｌ：ｌにする
等のことが考えらオする。

図である。

なお図にふいて、１・・・・・・光７１イパ、２・・・
・・・信号光、３・・・・・・偏光分離素子、４．５・
・・・・・第１１第２の光ビーム、６．７・・・・・・
第１、第２の光合波器、８．９・・・・−・第１、第２
の局部発振）℃光Ｈｓ　Ｉｎ。

１１・・・・・・第１、第２の局部発振光、１２．１３
°°°・°。

第１％第２の合波光、　１４．１５・・・・・・第１％
第２の受光部、１６．１７・・・・・・第１、第２の電
気信号、２４・・・・・・合成器、２７・・・・・・比
較回路、２８・・・・・・切換部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 信号光と局部発振光とを合波して合波光を生成する過程
   と、前記合波光を電気信号ｌこ変換する過程と、前記電
   気信号を処理して所定の信号を得る過程とを含む光ヘテ
   ロダイン検波方法において、前記信号光を偏波面が互い
   に直交する第１、第２の光ビームに分離し、この第１の
   光ビームを第１の局部発振光と合波させ、第２の光ビー
   ムを、第２の局部発振光と合波させて各々第１、第２の
   合波光を生成する過程を具備していることを特徴とする
   光ヘテロダイン検波方法。