JPS60242435A - 偏波ダイバ−シテイ光受信装置 - Google Patents

偏波ダイバ−シテイ光受信装置

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JPS60242435A
JPS60242435A JP59099124A JP9912484A JPS60242435A JP S60242435 A JPS60242435 A JP S60242435A JP 59099124 A JP59099124 A JP 59099124A JP 9912484 A JP9912484 A JP 9912484A JP S60242435 A JPS60242435 A JP S60242435A
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JP
Japan
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light
polarization
optical
signal
local oscillation
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JP59099124A
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English (en)
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Katsumi Emura
克己 江村
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/002Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light using optical mixing
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • 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
    • H04B10/614Coherent receivers comprising one or more polarization beam splitters, e.g. polarization multiplexed [PolMux] X-PSK coherent receivers, polarization diversity heterodyne coherent receivers

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Optical Communication System (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

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】 (産業上の利用分野) この発明は光へテロダイン検波、光ホモダイン検波を用
いる光通信システムや光計測システム等に用いられる偏
波ダイパーシティ光受信装置に関するものである。
(従来技術とその問題点) 一般に光ヘテロゲイン検波方式には、従来の光直接検波
方式に比べ受信感度を10〜100倍以上に高めること
ができるという大きな特長があるため、長距離光通信幹
線システムや各種高感度光センサに有効な光検波方式と
なっている。
この光検波方式において高い受信感度を実現するために
は、信号光と局部発振光の効率の良い合波が必要であり
、そのために信号光と局部発振光両光の伝搬方向、偏波
状態、ビーム径等を一致させなければならない。ここで
信号光と局部発振光両党の伝搬方向ビーム径の一致を低
損失で行なうには、光フアイバカップラの利用が有効で
あり、光合波器としての光フアイバカップラの利用が一
般的になっている。また偏波状態に関しては、光通信の
場合には、長い距離の光ファイバを伝搬してきた信号光
の偏波状態が光ファイバに加わる様様な擾乱の影響を受
け時間的に変動するし、!た光計測システムの場合も、
林測定物の状態にょ9信号光の偏波状態が変動するので
、信号光と局部発振光の偏波状態を常に一致させるため
の方策が必要となる。
この方策としては従来から次の3つの方法が考えられて
いる。
その1つけ信号の伝送路として偏波保存性の良いファイ
バを用いる方法であり、もう1つの方法は受信時に信号
光の偏波状態をモニタしそれにょジ信号光あるいは局部
発振光の偏波状態を制御し、信号光と局部発振光の偏波
整合を図ろうとするものである。残りのひとつが本発明
に関係する偏波ダイパーシティ光受信であジ、これは、
信号光と局部発振光を合波した合波光を偏光分離素子に
入射して互いに直交する偏波面を有する直線偏光の第1
.第2の光ビームに2分し、それぞれ別の受光素子に入
射して電気信号に変換し、その電気信号を処理、合成し
ようとするものである。この場合、偏光分離素子で分離
された第1.第2の光ビームの各信号光成分と局部発振
光成分は、直線偏光で偏波方向も一致している。
とこで第1.第2の光ビームの信号光成分の光強度の和
は、偏光分離素子に入射する前の信号光の光強度にほぼ
等しいので、受光部の電気信号への変換効率が一定であ
れば、電気信号の合成により一定の効率で光電変換を行
なうことができる。既に大越らが報告しているようにこ
の偏波ダイパーシティ光受信方式は電気系での合成方法
を工夫することによって偏波変動による劣化をなくすこ
とができ、また、偏波変動を追随して出方を最適化する
ための制御をすべて電気系で行なうので、応答速度も比
較的速くできる(大越、笠、菊池1ヘテロダイン/コヒ
一レント型光フアイバ通信のための偏波ダイパーシティ
党受信機“電子通信学会通信方式研究会資料C883−
22,1983)。
とこで信号光成分の電気信号への変換効率を一定に保つ
には、偏光分離素子で分離された第1゜第2の光ビーム
の局部発振光強度の比が常に一定値に安定している必要
がある。特にその強度比が1対1であれば第1.第2の
光ビームのそれぞれの信号光成分の電気信号への変換効
率が等しくなるので、電気系における信号処理が容易に
々る。
ここで、通常行なわれているように信号光と局部発振光
両光の伝搬方向、ビーム径の一致を低損失で行なうため
に、光フアイバカップラを光合波器として用いる場合を
考える。一般に、光ヘテロダイン検波に用いられる光フ
アイバカップラは通常の単一モードファイバにより構成
されるので、光フアイバカップラ内を伝搬する光の偏光
状態は光フアイバカップラに加わる外力や周囲温度変化
等の外乱の影響を受け時間的に大きく変動する。
従って局部発振光源から出射する局部発振光の偏光状態
が安定していても光フアイバカップラから出射する局部
発振光の偏光状態は様々な外乱の影響で不安定になる。
この局部発振光を偏光分離素子で第1.第2の光ビーム
に分離すると、第1゜第2の光ビームの局部発振光の強
度比は局部発振光に偏光状態の変化に対応して変動する
。従ってこの状態で偏波ダイパーシティ光受信を行なっ
ても信号光成分の電気信号への変換効率は第1.第2の
光ビームの局部発振光強度の変化に対応して変化してし
まうという問題があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、前述した欠点を除き、信号光成分の電
気信号への変換効率が一定に保たれる偏波ダイパーシテ
ィ光受信装置を提供することにある。
(発明の構成) 本発明の偏波ダイパーシティ光受信装置は、偏波状態の
安定している局部発振光と信号光とを合波する光合波部
と、この光合波部によって得られる合波光を偏波面が互
いに直交する第1.第2の光ビームに分離する偏光分離
素子と、これら第1゜第2の光ビームを受光してそれぞ
れ第1.第2の電気信号に変換する第1.第2の受光部
と、これら第1.第2の受光部の各電気信号から信号出
力を検出する処理部とを含む偏波ダイパーシティ光受信
装置であって、光合波部に元ファイバカップラを用い、
その光フアイバカップラの局部発振光入射端から合波光
出射端の間て、偏光保存ファイバを用い、局光発振光の
偏光方向と偏光保存ファイバの同有軸とが一致するよう
に配置し、かつ、偏光保存ファイバの同有軸と偏光分離
素子の偏光軸のなす角を45度にしたことに特徴がある
(構成の詳細な説明) 第1図は本発明において用いられる光フアイバカップラ
の構成を示した図、第2図は光フアイバカップラの合波
光出射端と偏光分離素子の固有軸の関係を示した図であ
る。
本発明において、光合波部には、第1図に示されるよう
な局部発振光入射端から合波光出射端までが偏光保存フ
ァイバ20で構成された光フアイバカップラ5を用いる
。この元ファイバカップラ5は、例えば、偏光保存ファ
イバ20と通常の単一モード光ファイバ21を平行に並
べて近接し加熱、融着、伸延することによシ得られる。
ここで一般に半導体レーザ等の出射光はほとんど直線偏
光とみなせるので、この直線偏光の偏光方向と光フアイ
バカップラに用いられている偏光保存ファイバの固有軸
が一致するようにして局部発振光2と光フアイバカップ
ラの結合を行なえば、局部発振光2は光フアイバカップ
ラ内で偏光保存ファイバの固有軸30に一致した直線偏
光を保ったまま、合波光出射端から出射する。(光フア
イバカップラにねじれ等の外乱が加わった場合には局部
発振光が若干楕円偏光になることはあるがその固有軸は
偏光保存ファイバの固有軸にほぼ一致している。)そこ
で第2図に示されるように偏光保存ファイバの固有軸3
0と偏光分離素子の偏光軸31のなす角が45゜になる
ように両者の位置関係を調整しておけば偏光分離素子か
ら出射される第1.第2のビームの局部発振光強度は1
対1に安定に保たれる。これによV第1.第2の光ビー
ムの信号光成分がそれぞれ別の受晃素子に入射して第1
、第2の電気信号に変換されるときの変換効率は一定値
に安定に保たれる。ここで得られた第1.第2の電気信
号を通常の偏波ダイパーシティ光受信で用いられる方法
で合成すれば信号光の偏波変動の影響を受けずに信号の
復調を行なうことができる。
(実施例) 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
第3図は本発明の実施例のブロック図である。
まず局部発振光源1から出射した直線偏光を持つ局部発
振光2は光ファイバカップラ50局部発振光入射端に用
いられている偏光保存ファイノ(20に結合される。こ
のとき偏光保存ファイバ20の固有軸と直線偏光の偏光
方向が一致するように偏光保存ファイバ20の角度が調
整されている。また単一モード光ファイバ3を伝搬して
きた信号光4は、単一モード光ファイバ21からなるも
うひとつの入射端から光フアイバカップラ5に結合され
、信号光4と局部発振光20合波が行なわれる。これに
よって得られた合波出力光6は、偏光分離素子7によっ
て互いに直交する直線偏波をもつ第1.第2の光ビーム
8・ 9に分離される。このとき、光フアイバカップラ
50合波光出射端における仰光保存ファイバ20の固有
軸と偏光分離素子7の偏光軸は45°の角度をなすよう
に調整されているので第1.第2の光ビーム8,9の局
部発振光成分の大きさは等しくしかも安定である。
これら第1.第2の光ビーム8・9はそれぞれ第1.第
2の受光部10.11でヘテロダイン検波され、第1.
第2の電気信号12.13に変換される。
これら第1.第2の電気信号12.13はともに局部発
振光2と信号光40周波数差に対応した周波数をキャリ
ア周波数として有する中間周波電気信号である。
これらの第1.第2の電気信号12.13は、第1゜第
2の遅延線14.15で位相が合わされた後合成器16
で合成される。この合成器16の出力中間周波信号17
は検波回路18で検波され、安定したベースバンド復調
信号19として出力される。
この実施例において、局部発振光源1としては半導体レ
ーザを用い、また偏光分離素子7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の受光部10・11は高速フォトダイオード
、前置増幅器、主増幅器等で構成し、検波回路18とし
ては信号光4が振幅変調光であったので包絡線検波回路
を用いた。合成器16としては第1゜第2の遅延線14
.15で位相が合わされた第1.第2の電気信号12・
13ヲそれぞの強度比に対応した比で振幅合成する。レ
シオスケアラ合成器を用いた。なお、第1.第2の遅延
線14,15、合成器16、検波回路18等は通常pマ
イクロ波通信装置で使用されているものを用いた。tた
本実施例で用いた光フアイバカップラ5はコア径10μ
mの真円コア、真円クラッドを持つ外径125声の通常
の単一モード光ファイバ21とコア径10μmの真円コ
ア、楕円クラッドを持つ外径125μmの応力付与形の
偏光保存ファイバ20を近接加熱融着、伸延して作られ
たものであり、偏光保存ファイバ20の両端を局部発振
光2の入射端および合波光出射端とし、単一モード光フ
ァイバの一方の端を信号光4の入射端とした。光フアイ
バカップラ5の局部発振光入射端および信号光入射端か
ら合波光出射端までの距離はともに1f′rlであジ特
に局部発振光2はその間で安定に直線偏光を維持した。
このような構成において、光フアイバカップラ5の周囲
温度を25℃±10℃の範囲にわたって変化させたが、
第1.第2の受光部10.11に入射する局部発振光成
分どうしの強度比は安定に1対1に保たれた。従って単
一モード光ファイバ3を伝搬してきた信号光4の偏波状
態は、単一モード光ファイバ3に加えられる外乱の影響
で大きく変化したがベースバンド復調信号19には、は
とんど%劣化および出力変動が観測されなかった。
本発明においては以上の実施例の他にもさまざまな変形
が可能である。たとえは局部発振光源1としては半導体
レーザの他に各種のレーザの使用が可能であるし、信号
光4は単一モード光ファイバ3を伝搬したものではなく
空間あるいは他の先導波路を伝搬したものでもよい。光
フアイバカップラ5は局部発振光入射側とともに信号光
入射側も偏光保存ファイバで構成してもよい。また光フ
アイバカップラ5に用いる単一モード光ファイバの固有
軸がある程度はつきりしていれば光フアイバカップラの
長さが短かいのでその範囲内ではその単一モード光ファ
イバを偏光保存ファイバ20とみなすことができる。偏
光分離素子7としては光学結晶を用いたローションプリ
ズム等であってもよい。検波回路18は信号の変調形式
によって適当なものが用いられ、例えば光振幅変調であ
れば包絡線検波回路、同期検波回路、光周波数変調であ
れば周波数弁別回路、ろ波器と包絡線検波回路の組合せ
、光位相変調であれば遅延検波回路、同期検波回路が用
いられる。
また、第1.第2の電気信号12.13の処理方法とし
ては様々なものが考えられる。たとえば第1゜第2の電
気信号12.13の合成比率を一定値に固定してもよい
し、第1.第2の電気信号12.13の強度を比較し、
強度の大きい方のみを検波するようにしてもよい。また
第1.第2の電気信号12.13をそれぞれ別に検波し
てベースバンド信号におとした後に両者の合成を行なう
ことも可能である。
また、第1.第2の電気信号12.13およびこれらの
電気信号12.13の位相を合わせて合成した合成信号
の3つのうちもっともAが高いものを選ぶ構成も可能で
ある。
(発明の効果) 本発明では光合波器として光フアイバカップ2を用い、
しかもその光フアイバカップラの局部発振光入射端から
合波光出射端までを偏光保存ファイバで構成している。
このため、偏波ダイパーシティ光受信時においても局部
発振光を互いに直交する偏光成分に強度比1対lで安定
に分離することができ、信号光成分の電気信号への変換
効率を一定に保つことができる。また光フアイバカッグ
ラの使用により、光合波時の信号光の損失を1dB程度
Kまで低減することができるので、他の光合波器を用い
る場合に比べ光合波部での損失を小さくできる。
以上のように本発明の偏波ダイパーシティ光受信装置を
用いれば、偏波変動による劣化がなく。
応答速度が比較的速く、損失が小さい光ヘテロダイン、
ホモダイン検波のための偏波ダイパーシティ光受信装置
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いられる光ファイバ力、プラの構成
を示した図、第2図は光フアイバカップラの合波光出射
端と偏光分離素子の固有軸の関係を示した図、第3図は
本発明の一実施例のブロック図である。 図において、 1・・・・・・・・局部発掘光源、2・・・・・・局部
発振光、3.21・・・・・・・・・単一モード光ファ
イバ% 4・・・・・・可信号光、5・・・・・・・・
・光フアイバカップラ、7・・・・・・・・・偏光分離
素子、 10.11・・・・・・・・・受光部、14.
15・・・・・・・・・遅延線、 16・・・・・団・
合成器、 18・・・・・・・・・検波回路、 20・
・・・・・・・・偏光保存ファイバ、である。 第1図 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 局部発振光用の光源と、信号光と前記光源から出射した
    偏波状態の安定している局部発振光とを合波する光合波
    部と前記光合波部によって得られる合波光を偏波面が互
    いに直交する第1.第2の光ビームに分離する偏光分離
    素子と、前記第1゜第2の光ビームを受光してそれぞれ
    第1.第2の電気信号に変換する第1.第2の受光部と
    、前記第1.第2の受光部の各電気信号から信号出力を
    検出する処理部とを含む偏波ダイパーシティ光受信装置
    であって、前記光合波部に光フアイバカップラを用い、
    前記光フアイバカップラの局部発振光入射端から合波光
    出射端までを偏光保存ファイバで構成し、さらに、前記
    局部発振光の偏光方向と偏光保存ファイバの固有軸とが
    一致するよう配置せしめ、かつ、偏光保存ファイバの固
    有軸と前記偏光分離素子の偏光軸のなす角度を45度に
    なるように配置したことを特徴とする偏波ダイパーシテ
    ィ光受信装置。
JP59099124A 1984-05-17 1984-05-17 偏波ダイバ−シテイ光受信装置 Pending JPS60242435A (ja)

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