WO2012102358A1 - 偏波多重光受信装置および偏波多重光受信方法 - Google Patents

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岡本　健志
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Definitions

  • the present invention relates to a polarization multiplexed light receiving apparatus and a polarization multiplexed light receiving method for receiving a polarization multiplexed optical signal, and more particularly to polarization multiplexing for compensating for optical intensity mismatch between polarization multiplexed optical signals.
  • the present invention relates to an optical receiver and a polarization multiplexed optical reception method.
  • a polarization multiplexing technique that doubles the amount of information per wavelength by putting different information on two orthogonal polarizations in an optical fiber has been put into practical use.
  • the polarization multiplexing technique is disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, for example.
  • PDL Polyization Dependent Loss
  • Patent Document 1 discloses that a polarization multiplexed optical signal is incident on a polarization beam splitter via a polarization controller that controls the polarization state of the optical signal, and two polarization lights orthogonal to each other in the polarization beam splitter.
  • a polarization multiplexed optical receiver that demultiplexes a signal and outputs the signal is disclosed. This polarization multiplexed optical receiver reduces the optical intensity mismatch between the polarization optical signals in the optical transmission path by feedback controlling the polarization controller so that the sum of the intensity of each polarization optical signal is maximized. .
  • FIG. 4 shows a block configuration diagram of the polarization diversity receiver of Patent Document 2.
  • the polarization diversity receiver 900 electrically converts the polarization mixed light output from the optical mixer 910 by the optical detection circuits 921 and 922, and monitors the levels of the currents by the monitors 931 and 932.
  • variable gain amplification circuits 961 and 962 amplify the first and second polarization mixed light so that the levels of the respective currents are the same, thereby shifting the input distribution between the first and second polarization mixed light. , Compensated in a feed forward format.
  • JP 2010-178091 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-013988
  • Patent Literature 1 controls the polarization state of an optical signal by feedback-controlling the polarization controller so that the sum of the intensities of the demultiplexed polarization signals is maximized.
  • the PDL can be relaxed, it is difficult to improve the polarization state of the optical signal to a desired level when the PDL at the time of incidence is large.
  • the gain width of this type of amplifier is usually about 10 dB. If the degree of intensity mismatch is large, sufficient compensation is difficult.
  • An object of the present invention is to provide a polarization multiplexed light receiving apparatus and a polarization multiplexed light receiving method capable of receiving.
  • a polarization multiplexed optical receiver includes a semiconductor optical element for adjusting the TE mode and TM mode optical signal intensity of a polarization multiplexed optical signal, and a polarization multiplexed optical signal as TE. Between a TE mode optical signal and a TM mode optical signal whose optical signal intensity is adjusted by a semiconductor element and is demultiplexed by a polarization beam splitter. And a control circuit that feedback-controls the semiconductor element so that the calculated light intensity ratio becomes a desired value.
  • a polarization multiplexed light receiving method adjusts the TE mode and TM mode optical signal intensities of polarization multiplexed optical signals using semiconductor optical elements, respectively,
  • the signal is demultiplexed into a TE mode optical signal and a TM mode optical signal, a light intensity ratio between the TE mode optical signal and the TM mode optical signal whose optical signal intensity is adjusted by the semiconductor element is calculated, and the calculated light intensity ratio
  • the semiconductor element is feedback controlled so that becomes a desired value.
  • the polarization multiplexed light receiving apparatus and polarization multiplexed light receiving method according to the present invention improve the optical intensity mismatch between the polarized light signals accumulated in the optical transmission line of the light receiving system with high accuracy and high quality.
  • a polarized optical signal can be received.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of a polarization multiplexed light receiving apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. It is a block block diagram of the polarization multiplexing optical receiver 10B which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a block block diagram of the polarization multiplexing optical receiver which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a block diagram of the semiconductor optical amplifier 200 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 10 is a block configuration diagram of a polarization diversity receiver 900 of Patent Document 2.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of a polarization multiplexed light receiving apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. It is a block block diagram of the polarization multiplexing optical receiver 10B which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a block block diagram of the polarization multiplexing optical receiver which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a block diagram of
  • FIG. 1 shows a block diagram of a polarization multiplexed light receiving apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 1A is a block diagram of the polarization multiplexed light receiving apparatus 10 when there is one semiconductor element
  • FIG. 1B is a block diagram of the polarization multiplexed light receiving apparatus 10B when there are two semiconductor elements.
  • the polarization multiplexed light receiving apparatus 10 includes a semiconductor element 20, a polarization beam splitter 30, and a control circuit 40.
  • the polarization multiplexed light receiving apparatus 10B includes a first semiconductor element 20B, a second semiconductor element 20C, a polarization beam splitter 30B, and a control circuit 40B.
  • the semiconductor elements 20, 20 ⁇ / b> B, and 20 ⁇ / b> C preferentially adjust the light intensity of one of the two polarization (hereinafter referred to as “TE mode” and “TM mode”) optical signals of the polarization multiplexed optical signal.
  • the polarization beam splitters 30 and 30B demultiplex the polarization multiplexed optical signal into a TE mode optical signal and a TM mode optical signal and output them.
  • TE mode the two polarization
  • the optical intensity of one mode optical signal of the polarization multiplexed optical signal input to the polarization multiplexed optical receiving apparatus 10 is preferentially adjusted by the semiconductor element 20.
  • the polarization multiplexed optical signal in which the light intensity of one mode signal is adjusted is input to the polarization beam splitter 30, demultiplexed into a TE mode optical signal and a TM mode optical signal, and input to the control circuit 40.
  • the polarization multiplexed optical signal input to the polarization multiplexed optical receiver 10B is demultiplexed into a TE mode optical signal and a TM mode optical signal by the polarization beam splitter 30B.
  • the TE mode optical signal is adjusted in light intensity in the semiconductor element 20B and input to the control circuit 40B.
  • the light intensity of the TM mode optical signal is adjusted in the semiconductor element 20C and input to the control circuit 40B.
  • the control circuits 40 and 40B have two polarized optical signals (TE mode optical signal and TM mode optical signal) whose light intensity is adjusted by the semiconductor elements 20, 20B and 20C and demultiplexed by the polarization beam splitters 30 and 30B. Enter.
  • the control circuits 40 and 40B calculate the light intensity ratio between the two input polarization optical signals, and feedback control the semiconductor elements 20, 20B and 20C so that the calculated light intensity ratio becomes a desired value.
  • the control circuits 40 and 40B convert the two polarized light signals into electric signals and process them digitally.
  • the control circuits 40 and 40B calculate an applied current for setting the light intensity ratio to a desired value to calculate the semiconductor elements 20, 20B, and 20C. Output to.
  • the control circuits 40 and 40B calculate an applied current that increases the gain of the TE mode and output it to the semiconductor elements 20 and 20B, the light intensity of the TE mode optical signal increases.
  • the control circuits 40 and 40B output an applied current for increasing the gain of the TM mode to the semiconductor elements 20 and 20C, the light intensity of the TM mode optical signal is increased.
  • the control circuits 40 and 40B have the light intensity adjusted by the semiconductor elements 20, 20B, and 20C, and the polarization beam splitters 30 and 30B.
  • the light intensity ratio of the two polarized optical signals that have been demultiplexed is calculated, and the semiconductor elements 20, 20B, and 20C are feedback controlled based on the calculated light intensity ratio.
  • the semiconductor elements 20, 20B, and 20C are feedback controlled based on the calculated light intensity ratio.
  • the polarization multiplexed optical receivers 10 and 10B according to the present embodiment since the semiconductor elements 20, 20B, and 20C adjust the light intensity in the state of the polarization optical signal, the intensity is adjusted in the state of the electric signal. As compared with the above, the adjustment can be performed with high accuracy. Therefore, the polarization multiplexed optical receivers 10 and 10B according to the present embodiment improve the optical intensity mismatch between the polarized optical signals accumulated in the optical transmission line of the optical receiving system with high accuracy, and provide a high quality bias. A wave signal can be received. (Second Embodiment) A second embodiment will be described.
  • optical amplifiers inserted into the optical transmission line include rare earth doped fiber amplifiers, Raman amplifiers, semiconductor optical amplifiers, and the like typified by EDFAs (erbium-doped optical fiber amplifiers).
  • a semiconductor optical amplifier is applied as a semiconductor element that compensates for optical intensity mismatch between polarized light signals.
  • polarization dependency occurs. This is because the optical confinement rate (") in the optical waveguide inside the semiconductor optical amplifier is different for each orthogonal polarization, and the optical amplification factor of the quantum well used as the light emitting material of the semiconductor optical amplifier is orthogonal. It is different for each polarization.
  • the polarization multiplexed light receiving apparatus 100 includes a semiconductor optical amplifier 200, a polarization beam splitter 300, a first light receiving element 400, a second light receiving element 500, a digital signal processing circuit 600, and a feedback circuit 700.
  • the semiconductor optical amplifier 200 has polarization dependency in the optical amplification factor, and preferentially amplifies either the TE mode optical signal or the TM mode optical signal.
  • the semiconductor optical amplifier 200 includes a TE mode optical signal and a TM mode optical signal of the polarization multiplexed optical signal input to the polarization multiplexed optical receiver 100 based on a control signal input from a feedback circuit 700 described later. Either one of them is preferentially amplified.
  • the semiconductor optical amplifier it is conceivable that the waveform of the output signal deteriorates when a high output signal is input or when the gain is saturated.
  • the polarization multiplexed optical signal input to the polarization multiplexed optical receiving apparatus generally has almost no need to consider waveform degradation due to gain saturation or the like because the light intensity is attenuated.
  • the polarization dependence of the semiconductor optical amplifier 200 can be realized by an optical element integration technique.
  • An example of a structure diagram of the semiconductor optical amplifier 200 according to this embodiment is shown in FIG. In FIG. 3, the semiconductor optical amplifier 200 includes a first semiconductor amplification unit 210, a second semiconductor amplification unit 220, a first upper electrode 230, a second upper electrode 240, a substrate 250, a lower electrode 260, and a resin layer 270. Is provided.
  • the first semiconductor amplification unit 210 and the second semiconductor amplification unit 220 have different TE mode gain and TM mode gain.
  • the first semiconductor amplifying unit 210 is more advantageous in the TE mode than the TM mode
  • the second semiconductor amplifying unit 220 is more in the TM mode than in the TE mode. Is an advantage.
  • the first semiconductor amplifying unit 210 and the second semiconductor amplifying unit 220 selectively grow two types of quantum wells with increased optical amplification factors for the respective polarization components in different regions on the upper surface of the substrate 250 ( Monolithic integration).
  • the first upper electrode 230 is disposed on the upper surface of the first semiconductor amplification unit 210 and supplies a drive current I1 to the first semiconductor amplification unit 210 based on a control signal input from a feedback circuit 700 described later.
  • the second upper electrode 240 is disposed on the upper surface of the second semiconductor amplification unit 220 and supplies a drive current I2 to the second semiconductor amplification unit 220 based on a control signal input from the feedback circuit 700.
  • a first semiconductor amplification unit 210 and a second semiconductor amplification unit 220 are formed on the upper surface of the substrate 250.
  • a lower electrode 260 that is a common electrode of the first semiconductor amplification unit 210 and the second semiconductor amplification unit 220 is disposed on the lower surface of the substrate 250.
  • the first semiconductor amplifier 210 is disposed between the first upper electrode 230 and the lower electrode 260
  • the second semiconductor amplifier 220 is disposed between the second upper electrode 240 and the lower electrode 260.
  • the resin layer 270 is disposed between the first semiconductor amplification unit 210 and the second semiconductor amplification unit 220 and electrically isolates the first semiconductor amplification unit 210 and the second semiconductor amplification unit 220.
  • the semiconductor optical amplifier 200 is not limited to the structure shown in FIG.
  • the semiconductor amplifiers 210 and 220 may be electrically separated by bonding the semiconductor amplifiers 210 and 220 and separating the first upper electrode 230 and the second upper electrode 240 from each other. it can.
  • a polarization beam splitter 300 demultiplexes a polarization multiplexed optical signal whose optical intensity between polarization optical signals is adjusted in the semiconductor optical amplifier 200 into two polarization components.
  • the polarization multiplexed optical signal input to the polarization beam splitter 300 is demultiplexed into TE mode and TM mode optical signals that are substantially orthogonal to each other.
  • the TE mode optical signal is output to the first light receiving element 400
  • the TM mode optical signal is output to the second light receiving element 500.
  • the first light receiving element 400 converts the TE mode optical signal output from the polarization beam splitter 300 into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the digital signal processing circuit 600 as the first electrical signal.
  • the second light receiving element 500 converts the TM mode optical signal output from the polarization beam splitter 300 into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the digital signal processing circuit 600 as a second electrical signal.
  • the digital signal processing circuit 600 removes dispersion and noise from the first and second electric signals output from the first light receiving element 400 and the second light receiving element 500 and performs predetermined processing. Furthermore, the digital signal processing circuit 600 calculates the intensity ratio between the first electric signal and the second electric signal after removing the dispersion and noise, and outputs the calculated intensity ratio to the feedback circuit 700. Based on the intensity ratio input from the digital signal processing circuit 600, the feedback circuit 700 calculates drive currents I1 and I2 for adjusting the optical intensity ratio between the TE mode optical signal and the TM mode optical signal to a desired value.
  • the feedback circuit 700 uses the light intensity of the TE mode optical signal and the TM mode optical signal based on the intensity ratio output from the digital signal processing circuit 600.
  • the drive currents I1 and I2 for adjusting the intensity ratio to a desired value are calculated, and the semiconductor optical amplifier 200 is feedback-controlled using the calculated drive currents I1 and I2.
  • the semiconductor optical amplifier 200 performs compensation at the optical signal stage, the semiconductor optical amplifier 200 can perform compensation with higher accuracy than the compensation at the electrical signal stage.
  • the polarization multiplexed light receiving apparatus 100 improves the optical intensity mismatch between the polarizations accumulated in the optical transmission line of the optical receiving system with high accuracy and receives a high-quality polarized optical signal. can do.
  • the semiconductor optical amplifier 200 is arranged at the subsequent stage of the polarization beam splitter 300, only the noise included in one polarization optical signal is amplified, so that the noise processing load of the digital signal processing circuit 600 increases.
  • the semiconductor optical amplifier 200 is arranged in front of the polarization beam splitter 300, noise is amplified and amplified at a desired ratio by demultiplexing after the light intensity ratio is adjusted to a desired value. Distributed.
  • the load of noise processing by the digital signal processing circuit 600 can be reduced, and the influence of noise included in the polarization multiplexed optical signal can be reduced.
  • the semiconductor optical amplifier 200 two regions having different TE mode gain and TM mode gain are integrated in one element by monolithic integration. In this case, the area occupied by the semiconductor optical amplifier 200 can be reduced. Further, by simultaneously driving the two regions, the semiconductor optical amplifier 200 can be made to function as an optical amplifier in front of the first light receiving element 400 and the second light receiving element 500. Instead of integrating two regions having different TE mode gains and TM mode gains in one element, for example, optical components that selectively amplify orthogonal polarization components can be integrated in a hybrid manner.
  • two elements that selectively amplify different polarization components that are orthogonal to each other can be used as the semiconductor optical amplifier 200 as they are.
  • two semiconductor optical elements that can selectively amplify different polarization components are prepared, and one of them is rotated by 90 degrees about the light propagation direction and connected.
  • a semiconductor optical variable attenuator can be applied in place of the semiconductor optical amplifier 200.
  • the optical signal of the polarization component having the larger optical intensity is selectively attenuated to compensate for the optical intensity mismatch between the two orthogonally polarized optical signals by the PDL.
  • the polarization multiplexed light receiving apparatus can be used for a medium and long distance light source for wavelength multiplexing communication used for a trunk line system and an access system.

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Abstract

光受信システムの光伝送路にて蓄積された偏波間の光強度不整合を高精度に改善し、品質の高い偏波光信号を受信することができる、偏波多重光受信装置および偏波多重光通信方法を提供する。　本発明に係る偏波多重光受信装置は、偏波多重光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの光信号強度をそれぞれ調整する半導体光素子と、偏波多重光信号をＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波する偏波ビームスプリッタと、半導体素子によって光信号強度が調整されると共に偏波ビームスプリッタによって分波された、ＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号間の光強度比を演算し、該演算した光強度比が所望の値になるように半導体素子をフィードバック制御する制御回路と、を備える。

Description

偏波多重光受信装置および偏波多重光受信方法
本発明は、偏波多重光信号を受信する偏波多重光受信装置および偏波多重光受信方法に関し、特に、偏波多重光信号の偏波光信号間の光強度不整合を補償する偏波多重光受信装置および偏波多重光受信方法に関する。
光ファイバ内で直交する２つの偏波にそれぞれ異なる情報を乗せることによって１波長あたりの情報量を２倍にする偏波多重技術が実用化されている。偏波多重技術は、例えば、非特許文献１、２に開示されている。
　偏波多重技術を適用する場合、光信号の各偏波の強度を揃える必要がある。しかし、光ネットワークシステムを構成する光部品にＰＤＬ（偏波依存損失：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｌｏｓｓ）が存在するため、偏波光信号ごとに異なる損失を受け、強度不整合が発生する。
　そこで、ＰＤＬに起因する偏波光信号間の光強度不整合を低減する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、偏波多重光信号を、光信号の偏波状態を制御する偏波コントローラを介して偏波ビームスプリッタに入射させ、偏波ビームスプリッタにおいて互いに直交する２つの偏波光信号に分波し、出力する偏波多重光受信器が開示されている。この偏波多重光受信器は、各偏波光信号の強度の和が最大となるように偏波コントローラをフィードバック制御することにより、光伝送経路中の偏波光信号間の光強度不整合を低減する。
　一方、ＰＤＬに起因する偏波光信号間の光強度不整合を低減する技術ではないが、第１偏波光信号および第２偏波光信号間の入力配分のずれを補償する偏波ダイバーシティ受信機が特許文献２に開示されている。特許文献２の偏波ダイバーシティ受信機のブロック構成図を図４に示す。
　図４において、偏波ダイバーシティ受信機９００は、光混合器９１０から出力された偏波混合光を光検波回路９２１、９２２により電気変換し、各電流のレベルをモニター９３１、９３２によりモニターする。そして、偏波分配ずれ比検出９４０および分配ずれ補償回路９５０が、モニター結果を用いて可変利得増幅回路９６１、９６２の利得を制御する。
　可変利得増幅回路９６１、９６２が、各電流のレベルが同じになるように第１および第２偏波混合光を増幅することにより、第１および第２偏波混合光間の入力配分のずれが、フィードフォーワード形式で補償される。
特開２０１０−１７８０９１号公報 特開平０６−０１３９８８号公報
Ｇ．Ｃｈａｒｌｅｔ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　１６．４Ｔｂｉｔ／ｓ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｖｅｒ　２，５５０ｋｍ　ｕｓｉｎｇ　ＰＤＭ　ＱＰＳＫ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｍａｔ　ａｎｄ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ"ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ＯＦＣ’０８　Ｐａｐｅｒ　ＰＤＰ３． Ｔ．Ｊ．Ｘｉａ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ　Ｎａｔｉｖｅ　ＩＰ　Ｄａｔａ　１００Ｇ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｒｅａｌ　Ｔｉｍｅ　ＤＳＰ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｖｅｒ　１５２０−ｋｍ　Ｆｉｅｌｄ　Ｄｅｐｌｏｙｅｄ　Ｆｉｂｅｒ"ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ＯＦＣ’１０　Ｐａｐｅｒ　ＰＤＰＤ４．
　特許文献１の技術は、分波した各偏波光信号の強度の和が最大となるように偏波コントローラをフィードバック制御し、光信号の偏波状態を制御する。この場合、ＰＤＬを緩和することはできるものの、入射時のＰＤＬが大きい場合は光信号の偏波状態を所望のレベルまで改善することは困難である。
　一方、特許文献２の技術において、各電流のレベルが同じになるように偏波混合光を増幅する場合、この種の増幅器のゲインの幅は通常１０ｄＢ程度であるため、やはり、偏波光信号間強度不整合の度合いが大きい場合は十分な補償が困難である。さらに、電気信号の変換では、デジタル波形は６~８ｂｉｔ程度の荒い量子化がなされるのが一般的であり、補償の精度に限界がある。
　従って、特許文献２の技術は、入力配分のずれを補償するための技術に適用することはできても、１０ｄＢを超える調整を行うことが必要な、ＰＤＬに起因する偏波光信号間の光強度不整合を低減するための技術に適用することは困難である。
　本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、光受信システムの光伝送路において、蓄積された偏波光信号間の光強度不整合を高精度に改善し、品質の高い偏波光信号を受信することができる、偏波多重光受信装置および偏波多重光受信方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明に係る偏波多重光受信装置は、偏波多重光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの光信号強度をそれぞれ調整する半導体光素子と、偏波多重光信号をＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波する偏波ビームスプリッタと、半導体素子によって光信号強度が調整されると共に偏波ビームスプリッタによって分波された、ＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号間の光強度比を演算し、該演算した光強度比が所望の値になるように半導体素子をフィードバック制御する制御回路と、を備える。
　上記目的を達成するために本発明に係る偏波多重光受信方法は、偏波多重光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの光信号強度を、それぞれ半導体光素子を用いて調整し、偏波多重光信号をＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波し、半導体素子によって光信号強度が調整されたＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号間の光強度比を演算し、演算した光強度比が所望の値になるように半導体素子をフィードバック制御する。
　本発明に係る偏波多重光受信装置および偏波多重光受信方法は、光受信システムの光伝送路にて蓄積された偏波光信号間の光強度不整合を高精度に改善し、品質の高い偏波光信号を受信することができる。
本発明の第１の実施形態に係る偏波多重光受信装置１０のブロック構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る偏波多重光受信装置１０Ｂのブロック構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る偏波多重光受信装置１００のブロック構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体光増幅器２００の構成図である。 特許文献２の偏波ダイバーシティ受信機９００のブロック構成図である。
　（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る偏波多重光受信装置のブロック構成図を図１に示す。図１Ａは、半導体素子が１つの場合の偏波多重光受信装置１０のブロック構成図、図１Ｂは半導体素子が２つの場合の偏波多重光受信装置１０Ｂのブロック構成図である。
　図１Ａにおいて、偏波多重光受信装置１０は、半導体素子２０、偏波ビームスプリッタ３０および制御回路４０を備える。図１Ｂにおいて、偏波多重光受信装置１０Ｂは、第１の半導体素子２０Ｂ、第２の半導体素子２０Ｃ、偏波ビームスプリッタ３０Ｂおよび制御回路４０Ｂを備える。
　半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃは、偏波多重光信号の２つの偏波（以下、ＴＥモードとＴＭモードと記載する。）光信号のどちらか一方の光強度を優先的に調整する。偏波ビームスプリッタ３０、３０Ｂは、偏波多重光信号をＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波し、出力する。
　図１Ａにおいて、偏波多重光受信装置１０に入力した偏波多重光信号は、半導体素子２０によって一方のモード光信号の光強度が優先的に調整される。一方のモード信号の光強度が調整された偏波多重光信号は、偏波ビームスプリッタ３０に入力してＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波され、制御回路４０に入力する。
　一方、図１Ｂにおいて、偏波多重光受信装置１０Ｂに入力した偏波多重光信号は、偏波ビームスプリッタ３０ＢによってＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波される。ＴＥモード光信号は半導体素子２０Ｂにおいて光強度が調整され、制御回路４０Ｂに入力する。一方、ＴＭモード光信号は半導体素子２０Ｃにおいて光強度が調整され、制御回路４０Ｂに入力する。
　制御回路４０、４０Ｂには、半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃによって光強度が調整され、偏波ビームスプリッタ３０、３０Ｂによって分波された２つの偏波光信号（ＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号）が入力する。
　制御回路４０、４０Ｂは、入力した２つの偏波光信号間の光強度比を演算し、演算した光強度比が所望の値になるように、半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃをフィードバック制御する。本実施形態において、制御回路４０、４０Ｂは、２つの偏波光信号をそれぞれ電気信号に変換し、デジタル的に処理する。
　ここで、半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃとして半導体光増幅器を適用する場合、制御回路４０、４０Ｂは、光強度比を所望の値にするための印加電流を演算して半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃへ出力する。制御回路４０、４０ＢがＴＥモードの利得を増加させる印加電流を演算して半導体素子２０、２０Ｂへ出力することにより、ＴＥモード光信号の光強度が増大する。一方、制御回路４０、４０ＢがＴＭモードの利得を増加させる印加電流を半導体素子２０、２０Ｃへ出力することにより、ＴＭモード光信号の光強度が増大する。
　以上のように、本実施形態に係る偏波多重光受信装置１０、１０Ｂは、制御回路４０、４０Ｂが、半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃによって光強度が調整され、偏波ビームスプリッタ３０、３０Ｂによって分波された２つの偏波光信号の光強度比を演算し、演算した光強度比に基づいて半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃをフィードバック制御する。この場合、偏波多重光信号において、一方の偏波光信号が著しく劣化していた場合でも、２つの偏波光信号の光強度が半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃにより調整され、偏波多重光信号の品質が改善される。
　また、本実施形態に係る偏波多重光受信装置１０、１０Ｂにおいて、半導体素子２０、２０Ｂ、２０Ｃが偏波光信号の状態で光強度を調整することから、電気信号の状態で強度を調整する場合と比較して、調整を高精度に行うことができる。
　従って、本実施形態に係る偏波多重光受信装置１０、１０Ｂは、光受信システムの光伝送路にて蓄積された偏波光信号間の光強度不整合を高精度に改善し、品質の高い偏波光信号を受信することができる。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態について説明する。光伝送路中に挿入される光増幅器としては、ＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ増幅器：ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）に代表される希土類添加ファイバ増幅器、ラマン増幅器、半導体光増幅器等がある。本実施形態では、偏波光信号間の光強度不整合を補償する半導体素子として、半導体光増幅器を適用する。
　半導体光増幅器は、構造を工夫せずに作製すると、偏波依存性が生じる。この原因として、半導体光増幅器内部の光導波路における光閉じ込め率（「）が直交する偏波毎に異なっていること、および、半導体光増幅器の発光材料として用いられる量子井戸の光増幅率が直交する偏波毎に異なっていること、が挙げられる。
　偏波依存性は偏波光信号間の光強度不整合を発生させることから、一般的に、偏波依存性の小さい光増幅器が光受信システムに配置される。これに対して、本実施形態では、偏波依存性を積極的に利用することにより、光信号に蓄積されている偏波光信号間の光強度不整合を補償する。
　本実施形態に係る偏波多重光受信装置のブロック構成図の一例を図２に示す。図２において、偏波多重光受信装置１００は、半導体光増幅器２００、偏波ビームスプリッタ３００、第１の受光素子４００、第２の受光素子５００、デジタル信号処理回路６００およびフィードバック回路７００を備える。
　半導体光増幅器２００は、光増幅率に偏波依存性があり、ＴＥモード光信号とＴＭモード光信号のどちらか一方を優先的に増幅する。本実施形態において、半導体光増幅器２００は、後述するフィードバック回路７００から入力する制御信号に基づいて、偏波多重光受信装置１００に入力した偏波多重光信号のＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号のどちらか一方を優先的に増幅する。
　なお、半導体光増幅器は、高出力の信号が入力した場合や利得が飽和した場合に、出力される信号の波形が劣化することが考えられる。しかし、偏波多重光受信装置に入力される偏波多重光信号は、一般的に、光強度が減衰していることから、利得飽和等による波形劣化を考慮する必要性はほとんどない。
　半導体光増幅器２００の偏波依存性は、光素子の集積技術により実現することができる。本実施形態に係る半導体光増幅器２００の構造図の一例を図３に示す。図３において、半導体光増幅器２００は、第１の半導体増幅部２１０、第２の半導体増幅部２２０、第１の上部電極２３０、第２の上部電極２４０、基板２５０、下部電極２６０および樹脂層２７０を備える。
　第１の半導体増幅部２１０と第２の半導体増幅部２２０とは、互いに異なるＴＥモード利得およびＴＭモード利得を有する。本実施形態において、第１の半導体増幅部２１０はＴＭモードの利得よりもＴＥモードの利得の方が優位であり、第２の半導体増幅部２２０はＴＥモードの利得よりもＴＭモードの利得の方が優位である。第１の半導体増幅部２１０および第２の半導体増幅部２２０は、それぞれの偏波成分に対する光増幅率を大きくした２種類の量子井戸を、基板２５０上面の別々の領域に選択的に結晶成長（モノリシック集積）させることによって形成した。
　第１の上部電極２３０は第１の半導体増幅部２１０の上面に配置され、後述のフィードバック回路７００から入力された制御信号に基づき、第１の半導体増幅部２１０へ駆動電流Ｉ１を供給する。一方、第２の上部電極２４０は第２の半導体増幅部２２０の上面に配置され、フィードバック回路７００から入力された制御信号に基づき、第２の半導体増幅部２２０へ駆動電流Ｉ２を供給する。
　基板２５０の上面に第１の半導体増幅部２１０と第２の半導体増幅部２２０とが形成される。また、基板２５０の下面には、第１の半導体増幅部２１０および第２の半導体増幅部２２０の共通の電極である下部電極２６０が配置されている。第１の上部電極２３０と下部電極２６０との間に第１の半導体増幅部２１０が配置され、第２の上部電極２４０と下部電極２６０との間に第２の半導体増幅部２２０が配置される。
　樹脂層２７０は、第１の半導体増幅部２１０と第２の半導体増幅部２２０との間に配置され、第１の半導体増幅部２１０と第２の半導体増幅部２２０とを電気的に分離する。
　なお、半導体光増幅器２００は、図３に示した構造に限定されない。例えば、半導体光増幅器２００において、半導体増幅部２１０、２２０を接合させ、第１の上部電極２３０および第２の上部電極２４０を離すことにより、半導体増幅部２１０、２２０を電気的に分離することもできる。
　図２の説明に戻る。図２において、偏波ビームスプリッタ３００は、半導体光増幅器２００において偏波光信号間の光強度が調整された偏波多重光信号を、２つの偏波成分に分波する。本実施形態において、偏波ビームスプリッタ３００に入力した偏波多重光信号は、互いに実質的に直交するＴＥモードとＴＭモードの光信号に分波される。ＴＥモード光信号は第１の受光素子４００に出力され、ＴＭモード光信号は第２の受光素子５００へ出力される。
　第１の受光素子４００は、偏波ビームスプリッタ３００から出力されたＴＥモード光信号を電気信号に変換し、第１の電気信号としてデジタル信号処理回路６００へ出力する。第２の受光素子５００は、偏波ビームスプリッタ３００から出力されたＴＭモード光信号を電気信号に変換し、第２の電気信号としてデジタル信号処理回路６００へ出力する。
　デジタル信号処理回路６００は、第１の受光素子４００および第２の受光素子５００から出力された第１および第２の電気信号から、分散や雑音を取り除き、所定の処理を施す。さらに、デジタル信号処理回路６００は、分散や雑音を取り除いた後の第１の電気信号と第２の電気信号との強度比を演算し、フィードバック回路７００へ出力する。
　フィードバック回路７００は、デジタル信号処理回路６００から入力した強度比に基づいて、ＴＥモード光信号とＴＭモード光信号との光強度比を所望の値に調整するための駆動電流Ｉ１、Ｉ２を演算し、制御信号として半導体光増幅器２００へ出力する。
　フィードバック回路７００が第１の半導体増幅部２１０へ供給する駆動電流Ｉ１を増加させる制御信号を出力することにより、光信号のＴＥモードの光強度が増大する。一方、フィードバック回路７００が第２の半導体増幅部２２０へ供給する駆動電流Ｉ２を増加させた制御信号を出力することにより、光信号のＴＭモードの光強度が増大する。
　以上のように、本実施形態に係る偏波多重光受信装置１００において、フィードバック回路７００は、デジタル信号処理回路６００から出力された強度比に基づいてＴＥモード光信号とＴＭモード光信号との光強度比を所望の値に調整する駆動電流Ｉ１、Ｉ２を演算し、演算した駆動電流Ｉ１、Ｉ２を用いて半導体光増幅器２００をフィードバック制御する。この場合、一方の偏波光信号が著しく劣化している時でも、劣化している偏波光信号が半導体光増幅器２００によって増幅され、偏波多重光信号の品質が改善される。半導体光増幅器２００は、光信号の段階で補償を行うことから、電気信号の段階での補償と比較して、高精度の補償を行うことができる。
　従って、本実施形態に係る偏波多重光受信装置１００は、光受信システムの光伝送路にて蓄積された偏波間の光強度不整合を高精度に改善し、品質の高い偏波光信号を受信することができる。
　ここで、半導体光増幅器２００を偏波ビームスプリッタ３００の後段に配置する場合、一方の偏波光信号に含まれる雑音のみが増幅されるため、デジタル信号処理回路６００の雑音処理の負荷が高くなる。これに対して半導体光増幅器２００を偏波ビームスプリッタ３００の前段に配置する場合、光強度比が所望の値になるように調整された後で分波することにより、雑音も所望比で増幅および分配される。この場合、デジタル信号処理回路６００による雑音処理の負荷を低減することができ、偏波多重光信号に含まれる雑音の影響を低減することができる。
　また、半導体光増幅器２００において、互いに異なるＴＥモード利得およびＴＭモード利得を有する２領域をモノリシック集積により１素子内に集積した。この場合、半導体光増幅器２００の占有面積を低減することができる。また、２領域を同時に駆動することにより、半導体光増幅器２００を第１の受光素子４００および第２の受光素子５００前段の光増幅器として機能させることもできる。
　なお、互いに異なるＴＥモード利得およびＴＭモード利得を有する２領域を１素子内に集積する代わりに、例えば、直交する偏波成分を選択的に増幅する光部品をハイブリッド集積することもできる。また、それぞれが直交する別々の偏波成分を選択的に増幅する２つの素子をそのまま半導体光増幅器２００として用いることもできる。この場合、それぞれ異なる偏波成分を選択的に増幅できる２つの半導体光素子を用意し、光伝搬方向を軸にして片方を９０度回転させて接続する。あるいは、量子井戸の構造を変更することにより、それぞれの偏波成分に対する光増幅率を大きくした２つの半導体光素子を用いることもできる。
　また、半導体光増幅器２００の代わりに半導体光可変減衰器を適用することもできる。半導体光可変減衰器を適用する場合、光強度が大きい方の偏波成分の光信号を選択的に減衰させて、ＰＤＬによる２つの直交する偏波光信号間の光強度不整合を補償する。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、これらは単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明は、要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。
　この出願は、２０１１年１月２４日に出願された日本出願特願２０１１−０１１８８８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
本発明に係る偏波多重光受信装置は、幹線系、アクセス系に使用される波長多重通信用の中長距離光源などに利用することができる。
　１０、１０Ｂ　偏波多重光受信装置
　２０、２０Ｂ、２０Ｃ　半導体素子
　３０、３０Ｂ　偏波ビームスプリッタ
　４０、４０Ｂ　制御回路
　１００　偏波多重光受信装置
　２００　半導体光増幅器
　２１０　第１の半導体増幅部
　２２０　第２の半導体増幅部
　２３０　第１の上部電極
　２４０　第２の上部電極
　２５０　基板
　２６０　下部電極
　２７０　樹脂層
　３００　偏波ビームスプリッタ
　４００　第１の受光素子
　５００　第２の受光素子
　６００　デジタル信号処理回路
　７００　フィードバック回路

Claims (8)

  1. 　偏波多重光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの光信号強度をそれぞれ調整する半導体光素子と、
    偏波多重光信号をＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波する偏波ビームスプリッタと、
    前記半導体素子によって光信号強度が調整されると共に前記偏波ビームスプリッタによって分波された、ＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号間の光強度比を演算し、該演算した光強度比が所望の値になるように前記半導体素子をフィードバック制御する制御回路と、
    を備える偏波多重光受信装置。
  2. 　前記半導体素子は、前記偏波ビームスプリッタの前段に配置される、請求項１記載の偏波多重光受信装置。
  3. 　２つの前記半導体素子を備え、
    前記２つの半導体素子は、前記偏波ビームスプリッタによって分波された後段にそれぞれ配置される、請求項１記載の偏波多重光受信装置。
  4. 　前記制御回路は、前記光強度比を所望の値に調整するための印加電流を演算して前記半導体素子へ出力することにより、前記半導体素子をフィードバック制御する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の偏波多重光受信装置。
  5. 　前記半導体素子は、
    ＴＭモードの利得よりもＴＥモードの利得の方が優位である第１の半導体増幅部と、
    ＴＥモードの利得よりもＴＭモードの利得の方が優位である第２の半導体増幅部と、
    前記印加電流に基づいて前記第１の半導体増幅部へ第１の電流を供給する第１の上部電極と、
    前記印加電流に基づいて前記第２の半導体増幅部へ第２の電流を供給する第２の上部電極と、
    第１の半導体増幅部および第２の半導体増幅部の共通の電極である下部電極と、
    を備える半導体光増幅器である、請求項４記載の偏波多重光受信装置。
  6. 　前記半導体素子は半導体光可変減衰器である、請求項１乃至４のいずれか１項記載の偏波多重光受信装置。
  7. 前記半導体素子によって光信号強度が調整されると共に前記偏波ビームスプリッタによって分波されたＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号を、それぞれ、電気信号に変換して出力する、第１の受光素子および第２の受光素子をさらに備え、
    前記制御回路は、前記第１の受光素子および第２の受光素子から出力された電気信号を用いて、前記光強度比を演算する、請求項１乃至６のいずれか１項記載の偏波多重光受信装置。
  8. 　偏波多重光信号のＴＥモードおよびＴＭモードの光信号強度を、それぞれ半導体光素子を用いて調整し、
    偏波多重光信号をＴＥモード光信号とＴＭモード光信号とに分波し、
    前記半導体素子によって光信号強度が調整されたＴＥモード光信号およびＴＭモード光信号間の光強度比を演算し、
    前記演算した光強度比が所望の値になるように前記半導体素子をフィードバック制御する、
    偏波多重光受信方法。
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