JPS6239828A

JPS6239828A - 光ヘテロダイン検波装置

Info

Publication number: JPS6239828A
Application number: JP60179602A
Authority: JP
Inventors: Haruhito Shimizu; 清水　春仁
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-08-14
Filing date: 1985-08-14
Publication date: 1987-02-20

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）本発明は、光ヘテロダイン通信システムに利用される光
ヘテロダイン検波装置に関する。

（従来の技術）単一モードファイバを用いた光ヘテロダイン通信システ
ムにおいて、光ヘテロダイン検波を行う際、信号光の偏
光状態と局部発振光の偏光状態が一致していることが必
要である。ところが温度変化などの外乱により単一モー
ドファイバ伝搬後の信号光の偏光状態が変化するため、
ビート信号光強度が変動し、システムの信頼性の低下を
招き、さらには信号光検出が不能となることがある。そ
こで信頼性確保のために、信号光と局部発振光の偏光状
態を一致させる偏光制御機能を含んだ光ヘテロダイン検
波装置が必要となる。そして、この偏光制御機能として
、自動的に制御され、かつ長時間にわたり瞬断なく作動
するものが要求される。従来、このような偏光自動制御
装置については、例えば、ウルリッヒによりアプライド
・フイジクス、レターズ、３５巻、　１９７９年、８４
０ページから８４２ページに報告されているものがある
。これは、単−モードファイバの側面に電磁石により圧
力を印加して偏光制御を行う装置であり、単一モードフ
ァイバの伝搬光の偏光状態がある一定の方向に変化し続
けると電磁石に印加される電圧が増加または減少し続け
、ついには最大または最小の限界電圧に達して偏光制御
が不可能になるため電圧がある一定の値になると、自動
的に制御回路がリセットされるというものである。

（発明が解決しようとうする問題点）上述の偏光自動制御装置を光ヘテロダイン検波回路の前
段に挿入すると、制御回路がリセットされてから定常状
態になるまで安定した偏光制御が行われないので、安定
した光ヘテロダイン検波は行われない。場合によっては
システムが瞬断状態に陥ることもある。

本発明が解決しようとするのは、従来の偏光自動制御装
置を前段に挿入した光ヘテロゲイン検波装置では、長時
間にわたり瞬断無く安定に光ヘテロゲイン検波を行うこ
とができないという問題点である。

（問題点を解決するための手段）本発明は、入射光を２つに分岐する分岐比可変の第１の
光分岐器と、当該第１の光分岐器で分岐された各々の光
の偏光状態をそれぞれ制御する第１．第２の偏光制御回
路と、局部発振光源と、当該局部発振光源からの光を２
つに分岐する分岐比可変の第２の光分岐器と、前記偏光
制御回路で偏光状態を制御された光と前記第２の光分岐
器により分岐された光をそれぞれ合波する第１．第２の
光結合器と、当該第１の光結合器で合波された光を受け
る第１の光検出器と、第２の光結合器の出力光を検出す
る第２の光検出器と、当該第ｆ、第２の光検出器からの
出力信号を相加する混合回路とを少なくとも具備した構
成となっている。なお、ここでは偏光制御回路は偏光制
御素子とその駆動回路とから構成している。

（作用）第１図は本発明による光ヘテロダイン検波装置の原理・
作用を示すブロック図である。第１の光分岐器５０２に
入射した信号光は、第１の光分岐器５０２によって分岐
された後、それぞれ第１および第２の偏光制御回路５０
６Ａ、　５０６Ｂによりその偏光状態を局部発振光の偏
光状態に一致するように変換されて第１および第２の光
結合器５０７Ａ、　５０７Ｂに入射する。尚、ここで偏
光制御回路５０６Ａ（５０６Ｂ）は、偏光制御素子５０
４Ａ（５０４Ｂ）と偏光制御素子駆動回路５０５Ａ（５
０５Ｂ）とから構成しである。一方、局部発振光源５０
１において励振された局部発振光は、第２の光分岐器５
０３により分岐された後、それぞれ第１および第２の光
結合器５０７Ａ、　５０７Ｂに入射する。第１および第
２の光結合器において、それぞれ信号光と局部発振光が
合波されてビート信号光として第１および第２の光検出
器５０９Ａ、　５０９Ｂに出射される。これらのビート
信号光は、それぞれ第１および第２の光検出器５０９Ａ
。

５０９Ｂに検波された後、混合回路５１０において相加
される。この相加された信号が、本発明による光ヘテロ
ダイン検波装置における検波出力として混合回路５１０
から出力される。

なお、第１および第２の偏光制御回路５０６Ａ。

５０６Ｂは、偏光制御された出射光または、検波出力を
モニタするフィードバックか、入射偏光をモニタするフ
ィードフォワード制御を行う。

以上のような光ヘテロダイン検波により信号光を長時間
にわたり安定に検波するために第１および第２の光分岐
器５０２．５０３の分岐比と第１および第２の偏光制御
素子の駆動回路５０５Ａ、　５０５Ｂを制御部５０８に
よりいかに制御するかを以下に説明する。

一般に偏光は、偏光角θおよび互いに直交する２つのモ
ード間の位相差Φで表わされ、偏光状態は偏光角θおよ
び位相差Φのいずれに対しても周期２ｙｒｒａｄで変化
する。ここで、第１および第２の偏光制御素子５０４Ａ
、　５０４Ｂの駆動電圧を考え、それぞれをｖｌｌおよ
ヒＶ２１（ｌ＝１．２．−、　ｉ　；ｉは自然数）とす
る。今、ある時点で偏光角θｉ、位相差φｉの信号光が
第１の偏光制御回路５０６Ａにより偏光制御されている
とする。信号光の偏光角および位相差がそれぞれθｉ＋
Δθ、Φｉ＋ΔΦに変化すると、偏光角ｅｉおよび位相
差Φの変化ΔθおよびΔφに対応した変化ΔＶｕ（ｌ＝
１゜２、・・・、　ｉ　；ｉは自然数）だけ第１の偏光
制御素子５０４Ａ。

５０４Ｂの駆動電圧ｖ１１が変化する。そこで、入射偏
光の偏光角および位相差のいずれか一方または両方の大
きさが無限大に発散すると、第１の偏光制御素子５０４
Ａの駆動電圧ｖＩＩの大きさも無限大に発散する。以上
のことは第２の偏光制御素子５０４．Ｂについても同様
である。偏光の周期性を考えるとわかるように、ある一
定の偏光制御を実現し得る第１および第２の偏光制御素
子５０４Ａ、　５０４Ｂの駆動電圧Ｖ１１゜Ｖ２１（ｌ
＝＝１．、２．　＝−、ｉ　；ｉは自然数）は、理論」
二個光の偏光角または位相差を２ｎｒａｄだけ変化させ
るのに必要な最小の電圧値を間隔として無限に存在する
。ところが、実際は第１および第２の偏光制御素子駆動
回路５０５Ａ、　５０５Ｂの出力電圧の制約または、第
１および第２の偏光制御素子５０４Ａ、　５０４Ｂの耐
圧の制約から、ある一定の偏光状態の制御を実現し得る
駆動電圧Ｖｌｌ。

Ｖ２２は、それぞれ有限の値Ｖ１２ＴｎＸｎからＶｌｌ
ｍａＸおよび、Ｖ２１１ｎｌｎからＶ２１ｍａｘ（ｌ＝
１．２．−・−、ｉ　；ｉは自然数）までの範囲に存在
する。本発明による光ヘテロダイン検波装置における第
１および第２の偏光制御回路５０５Ａ。

５０５Ｂでは、後述するように、ある一定の偏光制御を
実現し得る第１および第２の偏光制御素子５０４Ａ。

５０４Ｂの駆動電圧Ｖ１１およびｖ２１のうちのそれぞ
れ異った２つの値を実現させる必要があるので、ｖ］ｌ
およびＶ２１はそれぞれ少くとも２個必要である。今、
制御部５０８によって、第１の光結合器５０７Ａおよび
第２の光結合器５０７Ｂへの出射光の分岐比が１：０で
あるように第１および第２の光分岐器５０２．５０３が
制御されている場合を考える。入力用導波路５００に入
射した任意の偏光状態の信号光は、第１の光分岐器５０
２を経て第１の偏光制御回路５０６Ａにより局部発振光
と同じ偏光状態に変換された後、第１の光結合器５０７
Ａに入射する。第１の光結合器５０７Ａにより信号光と
局部発振光は合波されビート信号光となる。このビート
信号光は第１の光検出器５０９Ａにより検波される。検
波信号は混合回路５１０に入力するが、第２の光検出器
５０９Ｂからの出力はゼロで゛あるので、入力した検波
信号はそのままの状態で混合回路５１０から出力される
。この出力が光ヘテロダイン検波装置としての出力であ
る。このとき、第１の偏光制御素子５０４Ａに印加され
ている駆動電圧Ｖ１１は、第１の偏光制御素子駆動回路
５０５Ａから制御部５０８にも出力されている。

さらに、制御部５０８は、第２の偏光制御素子５０４Ｂ
の駆動電圧■２１が■１１＊（ｌ＝　１．２．・・・ｉ
；ｉは自然数）となるように第２の偏光制御素子駆動回
路５０５Ｂを制御している。ここで、ＶＩｌ＊は信号光
に対する偏光制御を実現し得る第１の偏光制御素子５０
４Ａの駆動電圧ｖ１ｔにおいて、第１の偏光制御素子５
０４Ａの駆動電圧Ｖ１７と異なる複数の値のもののうち
のいずれかである。なお、上述のｖｌｌ＊の記述につい
ての説明において、第１の偏光制御素子５０４Ａに関す
る記述を第２の偏光制御素子５０４Ｂに関する記述に置
き換えて説明される電圧値をｖ２１＊とする。

信号光の偏光状態の変化により、第１の偏光制御素子５
０４Ａの駆動電圧ｖＩＩのうちで１つでもその値が■】
１ＩｎａＸ−Δ■（Δ■は正の電圧）以上になるか、ま
たはＶ１１ｎ’ｌｌｎ＋ΔＶ以下になると、制御部５０
８は、第１および第２の光分岐器５０２．５０３の第１
の光結合器５０７Ａ側および第２の光結合器５０７Ｂの
分岐比をに〇から（１−ｘ）：ｘ（０＜ｘ＜１）の状態
を経て０：１に連続的に変化させる。ところで、第２の
偏光制御素子５０４Ｂの駆動電圧ｖ２１１′！ｖｌｌ＊
に制御されているので、常に信号光の偏光状態を局部発
振光の偏光状態と一致させるように変換する状態にある
。したがって、第１の光分岐器５０２から信号光の一部
が第２の偏光制御回路５０６Ｂに入射した時点から信号
光は瞬断なく安定にその偏光状態が局部発振光の偏光状
態に一致するように変換される。第１および第２の光分
岐器５０２および５０３の分岐比が共に（１−ｘ）：ｘ
のときは、第１および第２の偏光制御素子駆動回路５０
５Ａ、　５０５Ｂと制御部５０８との間での入出力は行
われず、第１および第２の偏光制御回路５０６Ａ、　５
０６Ｂのそれぞれにおいて駆動電圧を独立に制御して偏
光制御を行う。第１および第２の偏光制御回路５０６Ａ
、　５０６Ｂによって偏光制御された２つの信号光は、
第２の光分岐器５０３によって分岐された２つの局部発
振光と、それぞれ第１および第２の光結合器５０７Ａ、
　５０７Ｂにおいて合波される。ここで第１および第２
の光分岐器５０２．５０３の分岐比は常に等しく制御し
ており、第１および第２の光結合器５０７Ａ、　５０７
Ｂにおいて合波される信号光と局部発振光との大きさの
割合は常に一定である。第１および回路５１０において
相加され、光ヘテロダイン検波装置の出力信号として出
力される。第１および第２の光分岐器５０２．５０３の
分岐比が０：１になると、第２の偏光制御回路５０６Ｂ
のみにより偏光制御が行われ、第２の光結合器５０７Ｂ
のみで信号光と局部発振光の合波が行われる。第１およ
び第２の光分岐器５０２．５０３の分岐比にかかわらず
、混合回路５１０において相加されて出力される検波信
号のレベルは一定であるので、信号光の光へテロダイン
検波の実行は、瞬断なくかつ出力レベルも一定の状態で
、偏光制御の実行が第１の偏光制御回路５０６Ａから第
２の偏光制御回路５０６Ｂに移行する。偏光制御の実行
が第１の偏光制御回路５０６Ａから第２の偏光制御回路
５０６Ｂに完全に移行した時点から、第２の偏光制御素
子５０４Ｂの駆動電圧Ｖ２Ｊが第２の偏光制御素子駆動
回路５０５Ｂから制御部５０８に出力され、第１の偏光
制御素子５０４Ａの駆動電圧ｖ１１はｖ２１＊に制御さ
れる。すなわち、第１および第２の偏光制御回路５０６
Ａ、　５０６Ｂの状態が以前と逆転した状態となる。以
後、信号光の偏光状態の変化に応じて、偏光制御の実行
を第１および第２の偏光制御回路５０６Ａ、　５０６Ｂ
ので交互に移行させ続けることにより、永久的に無瞬断
で安定な光ヘテロダイン検波を行うことができる。

なお、第１および第２の偏光制御回路５０６Ａ。

５０６Ｂからの出射光を合波した後光ヘテロダイン検波
を行うという方法では、原理的に上述の出射光の合波の
際に３ｄＢの損失を受けるという問題があるが、本発明
による光ヘテロダイン検波装置ではこのようなことはな
く、低挿入損失な装置が実現できる。

（実施例）以下に、本発明について、図面を用いて詳細に説明する
。

第２図は本発明の一実施例を示す光ヘテロダイン検波装
置の平面図である。ニオブ酸リチウム基板１００上にＴ
ｉを熱拡散させて、幅１０ｐｍのチャネル導波路１０１
が形成されている。このチャネル導波路１０１は、波長
１．５５ｐｍにおいて単一モードの導波路として働く。

さらに、真空蒸着法およびフォトリソグラフィ法を用い
てチャネル導波路１０１部分またはその付近にＣｒ−Ａ
ｌ電極を形成することにより、第１および第２の光分岐
器１０２．１０３、第１および第２の位相変調器１０４
Ａ、　１０４Ｂ、第１および第２のモード変換５１０５
Ａ、　１０５Ｂ、第１および第２の光結合１１０７Ａ。

１０７Ｂが構成されている。チャネル導波路１０１の第
１および第２の光分岐器１０２．１０３のそれぞれの入
力側にある導波路端面、第１および第２の光結合器１０
７Ａ。

１０７Ｂのそれぞれの出力側にある導波路端面には、そ
れぞれ入力用単一モードファイバ１０８、局部発振光源
であるアイソレータを内蔵したレーザ・ダイオード１０
９、第１および第２の光検出器であるアバランシ・フォ
トダイオードｌｌ０Ａ、　ｌｌ０Ｂが結合されている。

第１のアバランシ・フォトダイオード１１０Ａノ出力側
は位相制御回路１１６の入力側に接続されている。この
位相制御回路１１６は、第１および第２の光分岐器１０
２．１０３の出力側以後の光導波路および導線の長さな
どの非対称性によって生ずる２つの検波信号間の位相差
を補償するためのものである。位相制御回路１１６の出
力側および第２のアバランシ・フォトダイオード１１０
Ｂの出力側は、混合回路１１２の入力側に接続されてい
る。混合回路１１２の出力側は増幅器１１３の入力側に
接続されている。増幅器１１３の出力信号の一部は、第
１および第２の偏光制御素子駆動回路１１４Ａ、　１１
４Ｂおよび位相制御回路１１６に入力し、それぞれ第１
および第２の偏光制御回路の共通のフィードバックルー
プ（後述）、および位相制御回路１１６のフィードバッ
クループを構成している。位相制御回路１１６ではぐ混
合回路１１２からの出力が最大となるように位相制御を
行う。制御部１１５は第１および第２の偏光制御素子駆
動回路１１４Ａ、　１１４Ｂと、第１および第２の光分
岐器１０２．１０３の分岐比の制御を行う。入射偏光の
位相制御を行う第１および第２の位相変調器１０４Ａ、
　１０４Ｂと、入射偏光の偏光角制御を行う第１および
第２のモード変換器１０５Ａ、　１０５Ｂによりそれぞ
れ第１および第２の偏光制御素子１１１ａ。

１１１ｂが構成されている。さらに、第１および第２の
偏光制御素子１１１Ａ、　ＩＩＩＢと、第１および第２
の偏光制御素子駆動回路１１４Ａ、　１１４Ｂと、前述
した共通のフィードバックループによりそれぞれ第１お
よび第２の偏光制御回路が構成されている。偏光制御方
法は、増幅器１１３からの出力が最大となるようにする
フィードバック制御を行う。この偏光制御回路は第１図
に示した第１および第２の偏光制御回路５０６Ａ。

５０６Ｂに対応する。

以」二において第１および第２の光分岐器１０２゜１０
３は、ステップト・デルタベータ・リバーサル法を用い
た分布結合によるものである。第１の光分岐器１０２で
は、偏光依存性を持たない導波路構成となっている。第
１および第２の光分岐器１０２．１０３の導波路間隔は
３ｐｍであり、その全長は５ｍｍである。第１および第
２の位相変調器１０４Ａ、　１０４Ｂの電極は１４ｐｍ
であり、全長は１０ｍｍである。第１および第２のモー
ド変換器１０５Ａ、　１０５Ｂは、くし型構造の電極を
チャネル導波路１０１上に設けたものであり、全長は１
５ｍ、ｍである。第１および第２の光結合器１０７Ａ。

１０７Ｂは分布結合によるものであり、導波路間隔は３
ｐｍであり、その全長は５ｍｍである。第１および第２
の位相変調器１０４Ａ、　１０４．Ｂ、第１および第２
のモード変換器１０５Ａ、　１０５Ｂ　ノ駆動電圧をそ
れソ１Ｖｘｐ、　Ｖ２Ｐ。

ｖｌｍ、７２ｍトすルトｖ１．オよびＶ２ＰはＯｖから
３０Ｖまで□′、ｊ −イｉ）の値を、Ｖｉｍおよび７２ｍはＯＶから２０Ｖまでの値
をとることができる。また、第１および第２の位相変調
Ｂ１０４Ａ、　１０４Ｂにおいて入射偏光の位相差を２
ｙ＋ｒａｄ変化させるのに必要な駆動電圧は１２Ｖであ
る。第１および第２のモード変換器１０５Ａ、　１０５
Ｂにおいて入射偏光の偏光角を２ｒｒｒａｄ変化させる
のに必要な駆動電圧は９ｖである。第１および第２の位
相変調器１０４Ａ。

１０４Ｂは、その駆動電圧２８Ｖ以上または２■以下に
なると、第１および第２のモード変換器１０５Ａ、　１
０５Ｂはその駆動電圧が１８Ｖ以上または２Ｖ以下にな
ると、偏光制御の実行の移行が開始される。

次にこの先へテロダイン検波装置、特に偏光制御系の動
作について説明する。第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ
）、　（ｄ）。

（ｅ）はそれぞれ、各時刻における偏光制御を実現し得
る第１および第２の位相変調器１０４Ａ、　１ｏｒｎ、
第１および第２のモード変換器１０５Ａ、　１０５Ｂの
駆動電圧ｖ１．。

Ｖ２Ｐ、　Ｖｌｍ、　Ｖ２ｍ（黒丸（・）で示しである
）、第１および第２の光分岐器１０２．１０３からの第
１の偏光制御素子１１１Ａ側および第２の偏光制御素子
１１１Ｂ側への出力のである。ここでＰｌとＰ２の和は
１となるように定めである。また、各時刻における偏光
制御を実現し得る第１および第２の位相変調器１０４Ａ
、　１０４Ｂと、第１および第２のモード変換器１．０
５Ａ、　１０５Ｂの駆動電圧ＶＩＰ、　Ｖ２Ｐ、　Ｖｌ
ｍ、　Ｖ２ｍのうちで、実際の駆動電圧ｖ１．。

Ｖ２Ｔ）、　■１ｍ、　Ｖ２ｍはそれぞれ第３図（ａ）
、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）において実線で示しで
ある。さらに、ＶＩＴＩ＊、　Ｖ２Ｐ”、　Ｖｉｍ”。

ｖ２ｍ＊はそれぞれ第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）
、　（ｄ）において破線で示しである。ここでｖ１ｐ＊
はＶ　１ｐのうちで、Ｖｌｐが２つ存在するときはｖｌ
、と異なるものであり、Ｖｌｐが３つ存在するときは大
きさが中位のものである。Ｖ２Ｐ＊。

■１♂、Ｖ２ｍ＊についても同様である。時刻ｔｏにお
いて、Ｐ１＝、Ｐ２＝０であり、第１の偏光制御回路に
よって偏光制御が行われており、第１の位相変調器１０
４Ａおよび第１のモード変換器１０５Ａの駆動電圧■１
．。

■１ｒｎは第１の偏光制御素子駆動回路１１４Ａから制
御部１１５に出力されている。この時点での偏光制御を
実現し得る第１の位相変調器１０４Ａおよび第１のモー
ド変換器１０５Ａの駆動電圧Ｖ１ｐ、Ｖｘｍはそれぞれ
３個および２個存在し、そのうちでその大きさが大きい
方からいずれも２番目のものがＶＩＰ”、　Ｖｌ、ｍ＊
となっている。第２の位相変調器１０４Ｂおよび第２の
モード変換器１０５Ａノ駆動電圧Ｖ２ｐ、ｖ２ｍハ、そ
れぞれｖｌ、＊およびＶｌ、ｍ”となるように制御部１
１５によって制御されている。

時刻ｔ】において、第１の位相変調器１０４Ａの駆動電
圧Ｖｌｌ）は２８Ｖに達する。この時点から第１および
第２の光分岐器１０２．１０３からの第１の偏光制御素
子１１１Ａ側への出力の割合Ｐ１は減少し始め、逆に第
２の偏光制御素子１１１Ｂ側への出力の割合Ｐ２は減少
し始める。時刻ｔ２において、Ｐｌ、＝０．Ｐ２＝１と
なり偏光制御の実行は完全に第２の偏光制御回路に移行
する。

時刻ｔ１からｔ２の間では、第１および第２の位相変調
器１０４Ａ、　１０４Ｂおよび第１および第２のモード
変換器１０５Ａ、　１０５Ｂの駆動電圧Ｖ１ｐ、　Ｖ２
１）、　Ｖｌｍ、　Ｖ２ｍは、いずれも制御部１１５の
制御を受けずに、第１および第２の偏光制御回路におい
て独立にフィードバック制御されている。時刻ｔ２以後
、第２の位相変調器１０４Ｂおよび第２のモード変換器
１０５Ｂの駆動電圧Ｖ２Ｐ、　Ｖ２ｍは第２の偏光制御
素子駆動回路１１４Ｂから制御部１１５に出制御回路に
おいて独立にフィードバック制御されている。時刻慎以
後も以上のような第１および第２の偏光制御回路間にお
ける偏光制御の実行の移行を続ける。したがって、この
光ヘテロダイン検波装置への入射光の偏光状態の変化に
かかわらず常に安定な検波出力が混合回路５１０の出力
側から得られる。第４図は第１図に示した光ヘテロダイ
ン検波装置における制御部１１５の構成を示すブロック
図である。

なお、ここでは位相変調器およびモード変換器の駆動電
圧の入出力を行う回路およびこれらの駆動電圧とその限
界値との比較を行う回路をそれぞれｐゲート、ｍゲート
、およびｐ判別回路２ｍ判別回路と呼ぶことにする。破
線内が制御部１１５である。第１のｐゲート３０１Ａは
、第１および第２の偏光制御素子駆動回路１１４Ａ、　
１１４Ｂから第１および第２の位相変調１１０４Ａ、　
１０４Ｂ（第４図には示していない）の駆動電圧Ｖ１ｐ
、　Ｖ２ｐを入力し、その出力側はｖｌｐまたはＶ２Ｐ
を出力するか、またはハイインピーダンス状態にするか
のいずれかである。同様に第１のｍゲート力される。時
刻ｔ２における偏光制御を実現し得る第２の位相変調器
１０４Ｂおよび第２のモード変換器１０５Ｂの駆動電圧
Ｖ２Ｐ、　Ｖｓ＋ｍは、それぞれ３個および２個存在し
、そのうちでその大きさが大きい方から２番目および１
番目のものがＶＺＰ＊、　７２ｍ”となっている。第１
の位相変調器１０４Ａおよび第１のモード変換器１０５
Ａ（７）駆動電圧Ｖｔｐ、　Ｖｌｍ、　ｌ、ｔ、それぞ
れＶ２．＊およびｖ２ｍ＊となるように制御部１１５に
よって制御される。

時刻ｔ３において、第２のモード変換器１０５Ｂの駆動
電圧Ｖ２ｍは２ｖに達する。この時点から第１および第
２９光分岐器１０２．１０３からの第２の偏光制御素子
１１１Ｂ側への出力の割合Ｐ２は減少し始め、逆に第１
の偏光制御素子１１１Ａ側への出力の割合Ｐ１は増加し
始める。時刻しにおいて、Ｐ１＝１．Ｐ２＝Ｏとなり偏
光制御の実行は再び第１の偏光制御回路に移行する。時
刻ｔ３から時刻負の間では、第１および第２の位相変調
器１０４Ａ、　１０４Ｂおよび第１および第２のモード
変換器１０５Ａ、　１０５Ｂノ駆動電圧ＶＩＰ、　Ｖ２
Ｐ、　Ｖｌｍ、　７２ｍは、いずれも制御部１１５の制
御を受けずに第１および第２の偏光３０１Ａは、第１お
よび第２の偏光制御素子駆動回路１１４Ａ、　１１４Ｂ
カら第１および第２のモード変換器１０５Ａ。

１０５Ｂ（第３図には示していない）の駆動電圧Ｖ１ｍ
。

７２ｍを入力し、その出力側はｖｌｍまたは７２ｍを出
力するか、またはハイインピーダンス状態にするかのい
ずれかである。ｐ判別回路３０２Ａは、第１のｐゲー）
　３０１ＡからＶｌｐまたはＶ２Ｐが出力されていると
き、Ｖｎｐ　＞　２８ＶまたはＶｎｐ≦２Ｖ（ｎ＝１．
２）となるとトリガパルスを発生する。同様にｍ判別回
路３０２Ｂは、第１のｍゲート３０１ＢがらＶｌｍまた
は７２ｍが出力されているとき、Ｖｎｍ≧１８Ｖまたは
Ｖｎｍ＜２Ｖ（ｎ＝１．２）となるとトリガパルスを発
生する。Ｖｎｐ＊発生器３０３Ａは、第１のｐゲート３
０１ＡからＶｎｐが出力されているときＶｎｐに対応す
るＶｎｐ”（ｎ＝１．２）を発生し、第２のｐゲー）　
３０４Ａに出力する。同様にＶｎｍ”発生器３０３Ｂは
、第１のｍゲート３０１ＢがらＶｎｍが出力されている
ときＶｎｍに対応するＶｎｍ”（ｎ＝１．２）を発生′
し、第２のｍゲート３０４Ｂに出力する。第２のｐゲー
ト３０４Ａおよび第２のｍゲート３０４Ｂは、それぞれ
入力電圧Ｖ１ｎ”およびＶｉｍ”を第１の偏光制御素子
駆動回路１１４Ａへ出力する場合、第２の偏光制御素子
駆動回路１１４Ｂへ出力する場合、どちらの出力側もハ
イインピーダンス状態にする場合の３つの状態のいずれ
かをとる。ＯＲ回路３０５は、ｐ判別回路３０２Ａおよ
びｍ判別回路３０２Ｂからの出力信号を入力して、それ
らの論理和な出力する。光分岐器制御回路３０６は、Ｏ
Ｒ回路３０５からトリガパルスが入力すると、第１およ
び第２の光分岐器１０２．１０３の分岐比の変更を行い
、それが完了すると、トリガパルスを出力する。ゲート
制御回路３０７は、ＯＲ回路３０５からトリガパルスが
入力すると、第１のｐゲー）　３０１Ａおよび第１のｍ
ゲート３０１Ｂの出力をハイインピーダンス状態にし、
第２のｐゲー）　３０４Ａおよび第２のｍゲート３０４
Ｂのいずれの出力もハイインピーダンス状態にする。続
いてゲート制御回路３０７に第１および第２の光分岐器
１０２．１０３の分岐比の変更完了時に光分岐器制御回
路３０６からトリガパルスが入力すると、第１のｐゲー
ト３０１Ａ（第１のｍゲート３０１Ｂ）（以下括弧山同
志が対応している）において、ハイインピーダンス出力
し、出力がｖ２ｐ（７２ｍ）のときはｖｌｐ（ｖｌｍ）
を出力するように制御する。同時に第２のｐゲート３０
４Ａ（第２のｍゲート３０４Ｂ）において、ハイインピ
ーダンスになる前に入力電圧Ｖｎｐ＊（Ｖｎｍ＊）が第
１の偏光制御素子駆動回路１１４Ａへ出力されていた場
合は、第２の偏光制御素子駆動回路１１４Ｂへ出力し、
入力電圧Ｖｎｐ＊（Ｖｎｍ＊）が第２の偏光制御素子駆
動回路１１４Ｂへ出力されていた場合は、第１の偏光制
御素子駆動回路１１４Ａへ出力するように制御する。

次にこの制御部１１５の動作について説明する。第５図
は第３図に示した光ヘテロダイン検波装置の動作に対応
した、第１のｐゲー）　３０４Ａおよび第１のｍゲート
３０１Ｂの出力状態、第２のｐゲート３０４Ａおよび第
２のｍゲー）　３０４Ｂの出力状態、ｐ判別回路３０２
Ａのトリガパルス出力、ｍ判別回路３０２Ｂのトリガパ
ルス出力、ＯＲ回路３０５の出力、光分岐器制御回路３
０６のトリガパルス出力を表わしたものである。時刻ｔ
ｏからｔｌまでは、第１の偏光制御素子駆動回路１１４
Ａから入力した第１の位相変調器１０４Ａおよび第１の
モード変換器１０５Ａの駆動電圧Ｖ１ｐ、　Ｖｌｍが、
それぞれ第１のｐゲー）　３０１Ａおよび第１のｍゲー
ト３０１Ｂから出力されている。さらにＶｎｐ＊発生器
３０３ＡおよびＶｎｍ＊発生器３０３Ｂによって、それ
ぞれＶ１ｐ＊オよヒｖ１ｍ＊カ発生され、第２　（７）
　ｐグー１−３０４Ａおよび第２のｍゲー）　３０４Ｂ
がら第２の偏光制御素子駆動回路１１４Ｂに出力されて
いる。また、光分岐器制御回路３０６は、第１および第
２の光分岐器１０２．１０３における分岐比がＰ１＝Ｌ
Ｐ２＝０となるように制御している。時刻ｔ１において
ＶＩＰ　＝　２８Ｖとなり、ｐ判別回路３０２Ａより発
生したトリガパルスを受けて、ＯＲ回路３０５からトリ
ガパルスが光分岐器制御回路３０６およびゲート制御回
路３０７に入力する。そこで、第１および第２の光分岐
器における分岐比の変更が始まり、第１および第２のｐ
ゲート３０１Ａ、　３０４Ａおよび第１および第２のｍ
ゲート３０１Ｂ、　３０４Ｂの出力はすべてハイインピ
ーダンス状態にされる。

時刻ｔ２において、第１および第２の光分岐器１０２゜
１０３における分岐比がＰｌ、＝Ｏ，Ｐ２＝１となり、
分岐比回路３０７は、第１のｐゲー）　３０１Ａおよび
第１のｍゲー）　３０１Ｂは、それぞれＶ２Ｐおよび７
２ｍを出力し、第２のｐグー１−３０４Ａおよび第２の
ｍゲート３０４Ｂは、それぞれｖ２．＊およびＶｚｍ＊
を第１の偏制御素子駆動回路１１４Ａに出力するように
制御する。

時刻ｔ３において■２ｍ＝２■となり、ｍ判別回路３０
２Ｂより発生したトリガパルスを受けて、ＯＲ回路３０
５からトリガパルスが光分岐器制御回路３０６およびゲ
ート制御回路３０７に入力する。そこで、第１および第
２の光分岐器における分岐比の変更が始まり、第１およ
び第２のｐゲート３０１Ａ、　３０４．Ａおよび第１お
よび第２のｍゲート３０１Ｂ、　３０４Ｂの出力はすべ
てハイインピーダンス状態にされる。

時刻ｔ４において、第１および第２の光分岐器１０２゜
１０３における分岐比がＰ１＝１．Ｐ２＝Ｏとなり、分
岐比の変更が完了し、光分岐器制御回路３０７からトリ
ガパルスが出力される。これを受けて、ゲート制御回路
３０７は、第１のｐゲート３０１Ａおよび第１−のｍゲ
ー）　３０１Ｂは、それぞれｖｌｐおよびｖｌｍを出力
し、第２のｐゲート３０４Ａおよび第１のｍゲー）　３
０４Ｂは、それぞれｖｌｐ本およびｖ１ｍ＊を第２の偏
光制御素子駆動回路１１４Ｂに出力するように制御する
。以後、同様の動作を続ける。

なお、偏光制御の実行の移行に要する時間、すなわち時
刻ｔ１からｔ２および時刻ｔ３から−までの時間はｌｐ
ｓである。また、信号光に対する挿入損失５ｄＢで、ニ
オブ酸リチウム基板１００の形状は２０　Ｘ　３０ｍｍ
２であり、小型・低損失のものが得られた。

以上の光ヘテロダイン検波装置では、第１および第２の
光分岐器１０２．１０３にそれぞれ信号光および局部発
振光を入射させたが、この関係を逆にしてもよい。この
場合には、局部発振光の偏光状態が信号光の偏光状態と
一致するように、偏光制御を行う。制御方法としては、
信号光の偏光状態をモニタするフィードフォワード制御
か、検波出力をモニタするフィードバック制御を行う。

第１および第２の光分岐器１０２．１０３の分岐比、お
よび第１および第２の偏光制御回路の制御の方法は、上
述した方法と同様である。

２つの検波信号の位相差は、位相制御回路１１６により
電気的に補償したが、第１または第２の光結合器１０７
Ａ、　１０７Ｂの出射光の位相を制御することにより行
ってもよい。

基板はニオブ酸リチウムに限定されず、ＰＬＺＴやＧａ
Ａｓなど電気光学効果を有する材料であればよい。この
場合、それぞれ適当な方法によりチャネル導波路を形成
する。レーザ・ダイオード１０９の出射光は、チャネル
導波路端面に直接入射させないで、偏波面保存ファイバ
を間に介して入射させてもよい。導波路型の各素子は、
マイクロオプティクスで実現してもよい。たとえば、第
１および第２の光分岐器１０２．１０３は液晶スイッチ
、第１および第２の偏光制御素子１１１Ａ、　ＩＩＩＢ
は光ファイバに圧力を印加して偏光制御するものや電気
光学材料を用いたもの、第１および第２の光結合器１０
７Ａ、　１０７Ｂはテーパ状に融着したファイバ型結合
器などを用いてもよい。

（発明の効果）本発明による光ヘテロダイン検波装置では、任意の偏光
状態の信号光に対して、長時間にわたり瞬断無く安定に
かつ低損失で光ヘテロダイン検波を行うことができるた
め、信頼性の高い光ヘテロダイン通信を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ヘテロダイン検波装置の原理を
示すブロック図、第２図、第３図、第４図、第５図は、
それぞれ本発明の一実施例を示す光ヘテロダイン検波装
置の平面図、動作の一例を示すタイムチャート、制御部
のブロック図、制御部の動作の一例を示すタイムチャー
トである。図において、１００・・・ニオブ酸リチウム基板１０１・・・チャネル導波路１０２、１０３．５０２．５０３・・・光分岐器１０４
Ａ、　１０４Ｂ・・・位相変調器１０５Ａ、　１０５Ｂ
・・・モード変換器１０７Ａ、　１０７Ｂ、　５０７Ａ
、　５０７Ｂ・・・光結合器１０８・・・入力用単一モ
ードファイバ１０９・・・レーザダイオード１１０Ａ、　ｌｌ０Ｂ・・・アバランシ・フォトダイオ
ード１１１Ａ、　ＩＩＩＢ、　５０４Ａ、　５０４Ｂ・
・・偏光制御素子１１２、５１０・・・混合回路　　１
１３・・・増幅器１１４Ａ、　１１４Ｂ、　５０５Ａ、
　５０５Ｂ・・・偏光制御素子駆動回路１１５、５０８
・・・制御部　　　１１６・・・位相制御回路３０１Ａ
、　３０４Ａ、・ｐゲート　　３０１Ｂ、　３０４Ｂ・
ｍゲート３０２Ａ・・・ｐ判別回路　　　３０２Ｂ・・
・ｍ判別回路３０３Ａ−Ｖｎｐ”発生器　　３０３Ｂ−
Ｖｎｍ”発生器３０５・・・ＯＲ回路　　　　　３０６
・・・光分岐器制御回路３０７・・・ゲート制御回路　
５００・・・入力用導波路５０１・・・局部発振光源５０６Ａ、　５０６Ｂ・・・偏光制御回路５０９Ａ、　
５０９Ｂ・・・光検出器珊汐図Ｐ判別回子各３θ？Δのトリ〃ハ゛ノしスを力ｍ判別回
顕引３θ２Ｅ３の）−リ刀′ハルス泪方θＡ）但ｌ各３
ガの上刃光分り柑氷制蓚ｐ回２作３θ６の）−！、１７７”パルス謳力

Claims

【特許請求の範囲】

入射光を２つに分岐する分岐比可変の第１の光分岐器と
、当該第１の光分岐器で分岐された各々の光の偏光状態
をそれぞれ制御する第１、第２の偏光制御回路と、局部
発振光源と、当該局部発振光源からの光を２つに分岐す
る分岐比可変の第２の光分岐器と、前記偏光制御回路で
偏光状態を制御された光と前記第２の光分岐器により分
岐された光をそれぞれ合波する第１、第２の光結合器と
、当該第１の光結合器で合波された光を受ける第１の光
検出器と、第２の光結合器の出力光を検出する第２の光
検出器と、当該第１、第２の光検出器からの出力信号を
相加する混合回路とを少なくとも具備していることを特
徴とする光ヘテロダイン検波装置。