WO2019021917A1 - 光受信機及びコヒーレント光受信方法 - Google Patents

光受信機及びコヒーレント光受信方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an optical receiver of a coherent optical communication system and a coherent optical reception method.
  • Coherent optical communication systems are used to cope with the increase in communication capacity.
  • the optical receiver of a coherent optical communication system includes four analog / digital conversions of two 90 ° optical hybrid circuits, four balanced receivers, and electrical signals output from the four balanced receivers. Demodulation is performed using a converter (ADC).
  • ADC converter
  • a balanced receiver outputs the difference of the electrical signal which two photodiode (PD) outputs. That is, a conventional optical receiver requires two 90 ° optical hybrid circuits, eight PDs, and four ADCs.
  • Non-Patent Document 1 discloses an optical receiver which can reduce the number of parts more than the above-described conventional optical receiver. According to Non-Patent Document 1, instead of two 90 ° optical hybrid circuits, two 3 ⁇ 3 couplers are used, thereby reducing the number of PDs and the number of ADCs to six and four, respectively. . Specifically, the optical receiver of Non-Patent Document 1 first converts three optical signals output by one 3 ⁇ 3 coupler into electrical signals by three PDs. Then, the optical receiver of Non-Patent Document 1 performs weighted addition / subtraction of the three electric signals output from the three PDs in an analog manner to output two electric signals, and these two electric signals are output as two electric signals. Converted to digital signal by ADC.
  • Non-Patent Document 1 requires complicated weighted addition and subtraction of three electric signals in the analog domain. For this reason, Non-Patent Document 1 also discloses another configuration that does not require complicated addition and subtraction in the analog domain. According to the other configuration, the optical receiver first converts three optical signals output from one 3 ⁇ 3 coupler into electrical signals by three PDs. Then, the three electrical signals output from the three PDs are converted into digital signals by the three ADCs, and then complex addition and subtraction are performed in the digital domain. That is, the alternative configuration uses two 3 ⁇ 3 couplers, six PDs, and six ADCs.
  • the present invention provides a technique for realizing coherent light reception with a configuration simpler than the conventional configuration.
  • the optical receiver multiplexes the local light of the first polarization and the signal light of the second polarization orthogonal to the first polarization, and outputs the first combined light.
  • First combining means first converting means for converting the first combined light into a first electric signal, polarization planes of 45 degrees with the polarization planes of the first polarization and the second polarization, respectively
  • a first polarization means for passing the component a second conversion means for converting the component of the first combined light passing through the first polarization means into a second electric signal, the first polarization or the second polarization
  • second polarization means for transmitting components of polarization planes at an angle of 45 degrees with respect to polarization planes of the first polarization and the second polarization, respectively.
  • a third conversion means for converting a component of the first combined light having passed through the first delay means and the second polarization means into a third electric signal; From the branching means for branching the first electric signal and outputting the fourth electric signal and the fifth electric signal, the first subtracting means for subtracting the fourth electric signal from the second electric signal, and from the third electric signal And second subtraction means for reducing the fifth electric signal.
  • coherent light reception can be realized with a simpler configuration than the conventional configuration.
  • FIG. 2 is a view showing a substitution form of the optical receiver of FIG.
  • FIG. 7 is a view showing another substitution form of the optical receiver of FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram of an optical receiver according to the present embodiment.
  • Signal light from the light transmitter is input to the polarization beam splitter 11.
  • the polarization beam splitter 11 performs polarization separation of the signal light, outputs the Y polarization component Sy of the signal light to the polarization beam splitter 13, and outputs the X polarization component Sx of the signal light to the polarization beam splitter 14.
  • the X polarization component Sx and the Y polarization component Sy of signal light will be referred to as signal light Sx and signal light Sy, respectively.
  • local light generated by a light source (not shown) is input to the polarization beam splitter 12.
  • the polarization beam splitter 12 performs polarization separation of local light, outputs the Y polarization component Ly of local light to the polarization beam splitter 14, and outputs the X polarization component Lx of local light to the polarization beam splitter 13.
  • the X polarization component Lx and the Y polarization component Ly of the local light will be referred to as the local light Lx and the local light Ly, respectively.
  • the polarization plane of the X polarization and the polarization plane of the Y polarization are orthogonal to each other.
  • the optical beam splitter 13 outputs an optical signal (multiplexed light) including the signal light Sy and the local light Lx to the 1 ⁇ 3 coupler 21, and the optical beam splitter 14 outputs an optical signal (combination of the signal light Sx and the local light Ly The wave light is output to the 1 ⁇ 3 coupler 22.
  • the 1 ⁇ 3 couplers 21 and 22 respectively branch the input optical signal into three with equal amplitude (equal power) and output the branched light signals.
  • One of the three optical signals output from the 1 ⁇ 3 coupler 21 is input to the PD 52.
  • the PD 52 outputs an electrical signal corresponding to the power of the input optical signal to the branching unit 61.
  • One of the three optical signals output by the 1 ⁇ 3 coupler 21 is input to the 45 ° polarizer 41.
  • the 45-degree polarizer 41 transmits only the component of the polarization plane (hereinafter referred to as the 45-degree component) having an angle of 45 degrees with respect to each of the polarization planes of X polarization and Y polarization.
  • the optical signal after passing through the 45 degree polarizer 41 is input to the PD 51. Therefore, the PD 51 outputs beat signals of the 45 degree component of the signal light Sy and the 45 degree component of the local light Lx as an electrical signal.
  • One of three optical signals output from the 1 ⁇ 3 coupler 21 is input to the 45 ° polarizer 42 after passing through the 1 ⁇ 4 wavelength plate 31.
  • the 1 ⁇ 4 wavelength plate 31 delays the light of Y polarization with respect to the light of X polarization by 1 ⁇ 4 wavelength, and outputs the light to the 45 ° polarizer 42.
  • the quarter wavelength plate 31 may be configured to delay the light of the X polarization with respect to the light of the Y polarization by a quarter wavelength.
  • the 45 degree polarizer 42 passes only the component (45 degree component) of the polarization plane having an angle of 45 degrees with respect to each of the polarization planes of the X polarization and the Y polarization.
  • the optical signal after passing through the 45 degree polarizer 42 is input to the PD 53. Therefore, the PD 53 outputs beat signals of the 45 degree component of the signal light Sy and the 45 degree component of the local light Lx as an electrical signal. However, the 45 ° component of the signal light Sy input to the PD 53 is delayed by the 1 ⁇ 4 wavelength by the 1 ⁇ 4 wavelength plate 31.
  • the electrical signal output from the PD 51 is input to the positive terminal of the subtractor 71, and the electrical signal output from the PD 53 is input to the positive terminal of the subtractor 72.
  • the electric signal output from the PD 52 is branched by the branch unit 61 and is input to the subtractor 71 and the minus terminal of the subtractor 72, respectively.
  • the amplitudes of the two electrical signals output from the branching unit 61 are half the amplitudes of the electrical signal output from the PD 52.
  • Each of the subtractor 71 and the subtractor 72 outputs an electrical signal obtained by subtracting the electrical signal input to the negative terminal from the electrical signal input to the positive terminal.
  • the electrical signals output from the subtractor 71 and the subtractor 72 are converted into digital signals by an ADC (not shown) and input to a processing circuit such as a DSP.
  • S 0
  • S 1
  • S 2 2 Re [Ex * Ey] (3)
  • S 3 2Im [Ex * Ey] (4)
  • Ex * is a conjugate complex number of Ex, and Re and Im mean that the real part and the imaginary part are taken out, respectively.
  • S 2 + jS 3 corresponds to the signal obtained by coherently detecting the signal light Sy, and the signal light Sy can be demodulated by S 2 + jS 3 .
  • S 0 2 S 1 2 + S 2 2 + S 3 2 (5)
  • An optical signal to be measured is branched into four with equal amplitude (equal power) and input to circuits 81 to 84 shown in FIG.
  • PD outputs a current I 0 corresponding to the received light amount of the entire branched light.
  • circuit 82 of FIG. 2 only the light component of the reference plane of polarization of the branched light extraction at 0 Dohen photons, PD outputs a current I 1 corresponding to the optical component.
  • the Stokes parameter can be obtained from the currents I 0 , I 1 , I 2 and I 3 by the following equation.
  • S 0 I 0 (6)
  • S 1 2 ⁇ I 1 -I 0 (7)
  • S 2 2 ⁇ I 2 -I 0 (8)
  • S 3 2 ⁇ I 3 -I 0 (9)
  • PD 52 in FIG. 1 corresponds to the circuit 81 in FIG. 2
  • 45 degree polarizers 41 and PD 51 in FIG. 1 correspond to the circuit 83 in FIG.
  • the degree polariser 42 and the PD 53 correspond to the circuit 84 of FIG. That is, the PD 52 in FIG. 1 outputs the current I 0 for combined light, the PD 51 outputs the current I 2 for combined light, and the PD 53 outputs the current I 3 for combined light.
  • the subtractor 71 since the subtractor 71 reduces the amplitude of half of the electrical signal (current I 0 ) output from the PD 52 from the electrical signal (current I 2 ) output from the PD 51, the electrical output from the subtractor 71 is output. signal will be one indicating S 2.
  • the subtractor 72 reduces the amplitude of half of the electric signal (current I 0 ) output from the PD 52 from the electric signal (current I 3 ) output from the PD 53, the electric signal output from the subtractor 72 It will be one indicating S 3. Therefore, the electrical signals output from the subtractor 71 and the subtractor 72 are converted into digital signals based on the optical signals output from the 1 ⁇ 3 coupler 21 and input to processing units (not shown). This electrical signal corresponds to the signal obtained by coherently detecting the Y polarization component of the signal light as described above. Similarly, electrical signals output from the two subtractors are converted into digital signals based on the optical signals output from the 1 ⁇ 3 coupler 22 and input to processing units (not shown).
  • the processing unit can demodulate the signal light based on the four electrical signals.
  • the number of PDs required for the optical receiver of this embodiment is six, the number of ADCs is four, and it is similar to the configuration described in Non-Patent Document 1. .
  • the optical receiver according to the present embodiment only subtraction processing of two electric signals in each subtractor 71 and 72 is performed in the analog domain, and complex addition and subtraction in the analog domain are required. do not do.
  • FIG. the three electrical signals output from the PD 51 to PD 53 are converted into digital signals by the three ADCs and input to the processing unit.
  • the value indicated by the digital signal based on the output of the PD 52 is referred to as a first digital value
  • the value indicated by the digital signal based on the output of the PD 51 is referred to as a second digital value
  • the value indicated by the digital signal based on the output of the PD 53 is referred to as a third Digital value.
  • the processing unit obtains a fourth digital value by multiplying the first digital value by a predetermined coefficient.
  • the predetermined coefficient is 0.5. Then, the processing section from the second digital value to obtain the S 2 by subtracting the fourth digital value from the third digital value, obtaining the S 3 by subtracting the fourth digital value.
  • the processing load of digital calculation in the processing unit is lighter than that of the other configuration of Non-Patent Document 1.
  • the polarization beam splitters 13 and 14 and the 1 ⁇ 3 optical couplers 21 and 22 in FIG. 1 can be replaced with 3 ⁇ 3 optical couplers 23 and 24 as shown in FIG.
  • the 3 ⁇ 3 optical coupler 23 multiplexes the input signal light Sy and the local light Lx, and further branches the multiplexed light into three and outputs it.
  • the 3 ⁇ 3 optical coupler 24 multiplexes the input signal light Sx and the local light Ly, and further branches the multiplexed light into three and outputs it.
  • the polarization beam splitter 11 performs polarization separation of signal light
  • the polarization beam splitter 12 performs polarization separation of local light
  • the polarization beam splitters 13 and 14 are orthogonal to each other.
  • the polarization signal light and local light were combined.
  • the polarizing beam splitters 11 to 14 can be replaced with the polarizing beam splitter 15.
  • the polarization beam splitter 15 shown in FIG. 4 deflects the X polarization component of the input light by 90 degrees and makes the Y polarization component go straight.
  • the polarization beam splitter 15 multiplexes the light obtained by multiplexing the signal light Sx and the local light Ly, and the signal light Sy and the local light Lx. Output light and respectively. Furthermore, it is also possible to use a MZI (Mach-Zehnder interferometer) type polarization beam splitter as the polarization beam splitter 15 in FIG. 4, in which case the incident directions of the local light and the signal light are orthogonal to each other. There is no need to adjust.
  • MZI Machine-Zehnder interferometer
  • the 1 ⁇ 3 couplers 21 and 22 respectively branch the input optical signal into three with equal amplitude (equal power) and output the same, and the branch unit 61 outputs the electric signal output from the PD 52. It is intended to output an electrical signal of half the amplitude.
  • the subtractor 71 subtracts the two input signals to output an electrical signal indicating S 2
  • the subtractor 72 subtracts the two input signals to perform S 3 .
  • An electrical signal can be output.
  • the power of the electrical signal output from the branching unit 61 is 1 ⁇ 4 of the power of the input electrical signal.
  • the branch unit 61 outputs an electric signal having an amplitude of 1 / ( ⁇ 2) of the electric signal output from the PD 52.
  • the subtractor 71 and the subtractor 72 to output an electrical signal indicative of S 2 and S 3 by performing subtraction of the two input signals, the subtracter 71 and the subtracter 72
  • the amplitude of the electrical signal input to the positive terminal should be twice that of the signal output from the branching unit 61. That is, the amplitude of the electric signal input to the positive terminals of the subtractor 71 and the subtractor 72 must be ⁇ 2 times the electric signal output from the PD 52.
  • the photodiode outputs an electrical signal having an amplitude proportional to the power of the input light.
  • the 1 ⁇ 3 couplers 21 and 22 may branch the input optical signal such that the power thereof becomes ⁇ 2: 1: ⁇ 2. That is, the 1 ⁇ 3 coupler 21 may output an optical signal of ⁇ 2 times the power of the optical signal output to the PD 52 to the 45 ° polarizer 51 and the 1 ⁇ 4 wavelength plate 31, respectively.
  • the 1 ⁇ 3 coupler 22 When the three electric signals output from the PD 51 to PD 53 are converted into digital signals by the three ADCs and processed, respectively, the above-described predetermined coefficient may be set to 1 / ⁇ 2.

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Abstract

光受信機は、第１偏波の局所光と、第１偏波とは直交する第２偏波の信号光を合波して第１合波光を出力する手段と、第１合波光を第１電気信号に変換する手段と、第１偏波及び第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第１偏光手段と、第１偏光手段を通過した第１合波光の成分を第２電気信号に変換する手段と、第１偏波又は第２偏波の光を１／４波長だけ遅延させる第１遅延手段と、第１偏波及び第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第２偏光手段と、第１遅延手段及び第２偏光手段を通過した第１合波光の成分を第３電気信号に変換する手段と、第１電気信号を分岐して、第４電気信号及び第５電気信号を出力する分岐手段と、第２電気信号から第４電気信号を減ずる手段と、第３電気信号から第５電気信号を減ずる手段と、を備えている。

Description

光受信機及びコヒーレント光受信方法
　本発明は、コヒーレント光通信システムの光受信機及びコヒーレント光受信方法に関する。
　通信容量の増大に対応するためコヒーレント光通信システムが利用されている。通常、コヒーレント光通信システムの光受信機は、２つの９０°光ハイブリッド回路と、４つのバランスドレシーバと、４つのバランスドレシーバが出力する電気信号のアナログ・デジタル変換を行う４つのアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、を使用して復調を行う。なお、バランスドレシーバは、２つのフォトダイオード（ＰＤ）が出力する電気信号の差分を出力するものである。つまり、従来の光受信機は、２つの９０°光ハイブリッド回路と、８つのＰＤと、４つのＡＤＣとを必要とする。
　非特許文献１は、上記、従来の光受信機より部品数を削減できる光受信機を開示している。非特許文献１によると、２つの９０°光ハイブリッド回路に代えて、２つの３×３カップラを使用し、これにより、ＰＤの数及びＡＤＣの数をそれぞれ６つ及び４つに削減している。具体的には、非特許文献１の光受信機は、１つの３×３カップラが出力する３つの光信号を、まず、３つのＰＤで電気信号に変換する。そして、非特許文献１の光受信機は、この３つのＰＤが出力する３つの電気信号の重み付き加減算をアナログ的に行って、２つの電気信号を出力し、この２つの電気信号を２つのＡＤＣでデジタル信号に変換している。
　非特許文献１の光受信機は、アナログ領域での３つの電気信号の複雑な重み付き加減算を必要とする。このため、非特許文献１は、アナログ領域での複雑な加減算を必要としない別の構成も開示している。当該別の構成によると、光受信機は、１つの３×３カップラが出力する３つの光信号を、まず、３つのＰＤで電気信号に変換する。そして、この３つのＰＤが出力する３つの電気信号を３つのＡＤＣでデジタル信号に変換し、その後、デジタル領域で複雑な加減算を行っている。つまり、当該別の構成では、２つの３×３カップラと、６つのＰＤと、６つのＡＤＣを使用する。
　本発明は、従来の構成より簡易な構成でコヒーレント光受信を実現する技術を提供するものである。
　本発明の一態様によると、光受信機は、第１偏波の局所光と、前記第１偏波とは直交する第２偏波の信号光を合波して第１合波光を出力する第１合波手段と、前記第１合波光を第１電気信号に変換する第１変換手段と、前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第１偏光手段と、前記第１偏光手段を通過した前記第１合波光の成分を第２電気信号に変換する第２変換手段と、前記第１偏波又は前記第２偏波の光を１／４波長だけ遅延させる第１遅延手段と、前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第２偏光手段と、前記第１遅延手段及び前記第２偏光手段を通過した前記第１合波光の成分を第３電気信号に変換する第３変換手段と、前記第１電気信号を分岐して、第４電気信号及び第５電気信号を出力する分岐手段と、前記第２電気信号から前記第４電気信号を減ずる第１減算手段と、前記第３電気信号から前記第５電気信号を減ずる第２減算手段と、を備えていることを特徴とする。
　本発明によると、従来の構成より簡易な構成でコヒーレント光受信を実現することができる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
一実施形態による光受信機の構成図。 ストークスパラメータ測定の説明図。 図１の光受信機の置換形態を示す図。 図１の光受信機の他の置換形態を示す図。
　以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
　図１は、本実施形態による光受信機の構成図である。光送信機からの信号光は、偏光ビームスプリッタ１１に入力される。偏光ビームスプリッタ１１は、信号光の偏波分離を行い、信号光のＹ偏波成分Ｓｙを偏光ビームスプリッタ１３に出力し、信号光のＸ偏波成分Ｓｘを偏光ビームスプリッタ１４に出力する。以下、信号光のＸ偏波成分Ｓｘ及びＹ偏波成分Ｓｙを、それぞれ、信号光Ｓｘ及び信号光Ｓｙと呼ぶものとする。一方、図示しない光源が生成する局所光は、偏光ビームスプリッタ１２に入力される。偏光ビームスプリッタ１２は、局所光の偏波分離を行い、局所光のＹ偏波成分Ｌｙを偏光ビームスプリッタ１４に出力し、局所光のＸ偏波成分Ｌｘを偏光ビームスプリッタ１３に出力する。以下、局所光のＸ偏波成分Ｌｘ及びＹ偏波成分Ｌｙを、それぞれ、局所光Ｌｘ及び局所光Ｌｙと呼ぶものとする。なお、Ｘ偏波の偏波面とＹ偏波の偏波面は互いに直交する。光ビームスプリッタ１３は、信号光Ｓｙ及び局所光Ｌｘを含む光信号（合波光）を１×３カップラ２１に出力し、光ビームスプリッタ１４は、信号光Ｓｘ及び局所光Ｌｙを含む光信号（合波光）を１×３カップラ２２に出力する。１×３カップラ２１及び２２は、それぞれ、入力される光信号を等振幅（等パワー）で３分岐して出力する。
　１×３カップラ２１及び２２が出力する３つの光信号に対するその後の処理は同様であるため、以下では、１×３カップラ２１が出力する３つの光信号に対する処理について説明する。１×３カップラ２１が出力する３つの光信号のうちの１つは、ＰＤ５２に入力される。ＰＤ５２は、入力される光信号のパワーに対応する電気信号を分岐部６１に出力する。１×３カップラ２１が出力する３つの光信号のうちの１つは、４５度偏光子４１に入力される。４５度偏光子４１は、Ｘ偏波及びＹ偏波の偏波面それぞれに対して４５度の角度を持った偏波面の成分（以下、４５度成分と呼ぶ。）のみを通過させる。４５度偏光子４１を通過後の光信号は、ＰＤ５１に入力される。したがって、ＰＤ５１は、信号光Ｓｙの４５度成分及び局所光Ｌｘの４５度成分のビート信号を電気信号として出力する。
　１×３カップラ２１が出力する３つの光信号のうちの１つは、１／４波長板３１を通過後、４５度偏光子４２に入力される。本実施形態において、１／４波長板３１は、Ｘ偏波の光に対してＹ偏波の光を１／４波長だけ遅延させて４５度偏光子４２に出力する。なお、１／４波長板３１は、Ｙ偏波の光に対してＸ偏波の光を１／４波長だけ遅延させるものであっても良い。４５度偏光子４２は、Ｘ偏波及びＹ偏波の偏波面それぞれに対して４５度の角度を持った偏波面の成分（４５度成分）のみを通過させる。４５度偏光子４２を通過後の光信号は、ＰＤ５３に入力される。したがって、ＰＤ５３は、信号光Ｓｙの４５度成分及び局所光Ｌｘの４５度成分のビート信号を電気信号として出力する。ただし、１／４波長板３１により、ＰＤ５３に入力される信号光Ｓｙの４５度成分は、１／４波長だけ遅延されている。
　ＰＤ５１が出力する電気信号は減算器７１のプラス端子に入力され、ＰＤ５３が出力する電気信号は減算器７２のプラス端子に入力される。ＰＤ５２が出力する電気信号は、分岐部６１で分岐され、それぞれ、減算器７１及び減算器７２のマイナス端子に入力される。なお、分岐部６１が出力する２つの電気信号の振幅は、ＰＤ５２が出力する電気信号の振幅の半分とする。減算器７１及び減算器７２は、それぞれ、プラス端子に入力される電気信号からマイナス端子に入力される電気信号を減じた電気信号を出力する。減算器７１及び減算器７２それぞれが出力する電気信号は、図示しないＡＤＣによりデジタル信号に変換されて、ＤＳＰ等の処理回路に入力される。
　続いて、図１の構成で復調できる理由について説明する。そのため、まず、１×３光カップラ２１が出力する信号光Ｓｙ及び局所光Ｌｘを含む合波光についてのストークスパラメータについて説明する。局所光Ｌｘを複素数Ｅｘで表し、信号光Ｓｙを複素数Ｅｙで表すと、合波光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、それぞれ、以下の式で表される。
Ｓ０＝｜Ｅｘ｜２＋｜Ｅｙ｜２　　　　（１）
Ｓ１＝｜Ｅｘ｜２－｜Ｅｙ｜２　　　　（２）
Ｓ２＝２Ｒｅ［Ｅｘ*Ｅｙ］　　　　　（３）
Ｓ３＝２Ｉｍ［Ｅｘ*Ｅｙ］　　　　　（４）
なお、式（３）及び（４）のＥｘ*は、Ｅｘの共役複素数であり、Ｒｅ及びＩｍは、それぞれ、実数部分及び虚数部分を取り出すことを意味している。式（３）及び（４）から明らかな様に、Ｓ２＋ｊＳ３は、信号光Ｓｙをコヒーレント検出して得た信号に対応し、Ｓ２＋ｊＳ３により信号光Ｓｙを復調できる。
　なお、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３には、以下の関係がある。
Ｓ０ ２＝Ｓ１ ２＋Ｓ２ ２＋Ｓ３ ２　　　　　（５）
　続いて、ストークスパラメータの測定について説明する。測定対象の光信号を等振幅（等パワー）で４分岐し、それぞれ、図２に示す回路８１～８４に入力する。図２の回路８１において、ＰＤは、分岐光の全体の受光量に対応する電流Ｉ０を出力する。図２の回路８２においては、分岐光の基準偏波面の光成分のみを０度偏光子で取り出し、ＰＤは、この光成分に対応する電流Ｉ１を出力する。図２の回路８３においては、基準偏波面に対して４５度の角度を有する偏波面の光成分を分岐光から取り出し、ＰＤは、この光成分に対応する電流Ｉ２を出力する。図２の回路８４においては、基準偏波面に対して９０度の角度の偏波面の光成分の位相を１／４波長だけ遅延させ、その後、基準偏波面に対して４５度の角度を有する偏波面の光成分を分岐光から取り出し、ＰＤは、この光成分に対応する電流Ｉ３を出力する。よく知られている様に、ストークスパラメータは、電流Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３から以下の式で求められる。
Ｓ０＝Ｉ０　　　　　　　　　　　　　（６）
Ｓ１＝２×Ｉ１－Ｉ０　　　　　　　　　（７）
Ｓ２＝２×Ｉ２－Ｉ０　　　　　　　　　（８）
Ｓ３＝２×Ｉ３－Ｉ０　　　　　　　　　（９）
　ここで、図１のＰＤ５２は、図２の回路８１に対応し、図１の４５度偏光子４１及びＰＤ５１は、図２の回路８３に対応し、図１の１／４波長板３１、４５度偏光子４２及びＰＤ５３は、図２の回路８４に対応する。つまり、図１のＰＤ５２は、合波光についての上記電流Ｉ０を出力し、ＰＤ５１は、合波光についての上記電流Ｉ２を出力し、ＰＤ５３は、合波光についての上記電流Ｉ３を出力する。
　したがって、ＰＤ５２が出力する電流Ｉ０と、ＰＤ５１が出力する電流Ｉ２と、ＰＤ５３が出力する電流をＩ３と、に基づき上記式（８）及び（９）よりＳ２及びＳ３を求めることができる。ここで、減算器７１は、ＰＤ５１が出力する電気信号（電流Ｉ２）から、ＰＤ５２が出力する電気信号（電流Ｉ０）の半分の振幅を減ずるものであるため、減算器７１が出力する電気信号はＳ２を示すものとなる。一方、減算器７２は、ＰＤ５３が出力する電気信号（電流Ｉ３）から、ＰＤ５２が出力する電気信号（電流Ｉ０）の半分の振幅を減ずるものであるため、減算器７２が出力する電気信号はＳ３を示すものとなる。したがって、１×３カップラ２１が出力する光信号に基づき減算器７１及び減算器７２が出力する電気信号を、それぞれ、デジタル信号に変換し、図示しない処理部に入力する。この電気信号は、上述した様に、信号光のＹ偏波成分をコヒーレント検出して得た信号に対応する。同様に、１×３カップラ２２が出力する光信号に基づき２つの減算器が出力する電気信号を、それぞれ、デジタル信号に変換し、図示しない処理部に入力する。１×３カップラ２２には、元の信号光のＸ偏波成分が入力されるため、この電気信号は、信号光のＸ偏波成分をコヒーレント検出して得た信号に対応する。したがって、処理部は、この４つの電気信号に基づき信号光を復調することができる。
　図１の構成から明らかな様に、本実施形態の光受信機に必要なＰＤの数は６つであり、ＡＤＣの数は４つであり、非特許文献１に記載の構成と同様である。しかしながら、本実施形態の光受信機においては、アナログ領域にて、各減算器７１及び７２での、２つの電気信号の単なる減算処理を行うのみであり、アナログ領域での複雑な加減算を必要としない。
　なお、非特許文献１の別の構成と同様に、アナログ領域での加減算をデジタル領域で行う様に変更することも可能である。その場合、ＰＤ５１～ＰＤ５３が出力する３つの電気信号を、それぞれ、３つのＡＤＣでデジタル信号に変換して処理部に入力する。ここで、ＰＤ５２の出力に基づくデジタル信号が示す値を第１デジタル値とし、ＰＤ５１の出力に基づくデジタル信号が示す値を第２デジタル値とし、ＰＤ５３の出力に基づくデジタル信号が示す値を第３デジタル値とする。処理部は、第１デジタル値に所定係数を乗じて第４デジタル値を求める。なお、所定係数は０．５である。そして、処理部は、第２デジタル値から、第４デジタル値を減じることでＳ２を求め、第３デジタル値から、第４デジタル値を減じることでＳ３を求める。この場合、非特許文献１の別の構成と同様に、ＰＤ及びＡＤＣをそれぞれ６つ使用するが、処理部でのデジタル演算の処理負荷は、非特許文献１の別の構成より軽くなる。
　なお、図１の偏光ビームスプリッタ１３及び１４と、１×３光カップラ２１及び２２を、図３に示す様に、３×３光カップラ２３及び２４に置換することもできる。３×３光カップラ２３は、入力される信号光Ｓｙ及び局所光Ｌｘを合波し、さらに、合波光を３つに分岐して出力する。同様に、３×３光カップラ２４は、入力される信号光Ｓｘ及び局所光Ｌｙを合波し、さらに、合波光を３つに分岐して出力する。
　さらに、図１の構成においては、偏光ビームスプリッタ１１が信号光の偏波分離を行い、偏光ビームスプリッタ１２が局所光の偏波分離を行い、偏光ビームスプリッタ１３及び１４は、それぞれ、互いに直交する偏波の信号光及び局所光を合波していた。しかしながら、図４に示す様に、偏光ビームスプリッタ１１～１４を、偏光ビームスプリッタ１５に置換することもできる。図４に示す偏光ビームスプリッタ１５は、入力される光のＸ偏波成分を９０度だけ偏向し、Ｙ偏波成分については直進させる。したがって、局所光と信号光の入射方向を９０度だけ異ならせることで、偏光ビームスプリッタ１５は、信号光Ｓｘと局所光Ｌｙを合波した光と、信号光Ｓｙと局所光Ｌｘを合波した光と、をそれぞれ出力する。さらに、図４の偏光ビームスプリッタ１５として、ＭＺＩ（マッハツエンダー干渉計）型の偏光ビームスプリッタを使用することも可能であり、この場合、局所光と信号光の入射方向が互いに直交する様に調整する必要はない。
　なお、上記実施形態において、１×３カップラ２１及び２２は、それぞれ、入力される光信号を等振幅（等パワー）で３分岐して出力し、分岐部６１は、ＰＤ５２が出力する電気信号の半分の振幅の電気信号を出力するものとした。この場合、減算器７１は、入力される２つの信号の減算を行うことでＳ２を示す電気信号を出力し、減算器７２は、入力される２つの信号の減算を行うことでＳ３を示す電気信号を出力することができる。しかしながら、分岐部６１が出力する電気信号の電力は、入力される電気信号の電力の１／４になる。以下では、信号対雑音比（ＳＮ比）の劣化を抑えるため、分岐部６１として、ＰＤ５２が出力する電気信号の半分の電力の電気信号を出力する分岐部を使用する場合について説明する。
　まず、この場合、分岐部６１は、ＰＤ５２が出力する電気信号の１／（√２）の振幅の電気信号を出力することになる。上述した様に、減算器７１及び減算器７２が、入力される２つの信号の減算を行うことでＳ２及びＳ３を示す電気信号を出力するためには、減算器７１及び減算器７２のプラス端子に入力される電気信号の振幅は、分岐部６１が出力する信号の２倍でなければならない。つまり、減算器７１及び減算器７２のプラス端子に入力される電気信号の振幅は、ＰＤ５２が出力する電気信号の√２倍でなければならない。ここで、フォトダイオードは、入力される光のパワーに比例した振幅の電気信号を出力する。したがって、この場合、１×３カップラ２１及び２２は、それぞれ、入力される光信号を、そのパワーが√２：１：√２となる様に分岐すれば良い。つまり、１×３カップラ２１は、ＰＤ５２に出力する光信号の√２倍の電力の光信号を、それぞれ、４５度偏光子５１及び１／４波長板３１に出力する様にすれば良い。１×３カップラ２２についても同様である。また、ＰＤ５１～ＰＤ５３が出力する３つの電気信号を、それぞれ、３つのＡＤＣでデジタル信号に変換して処理する場合、上述した所定係数を１／√２とすれば良い。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１７年７月２５日提出の日本国特許出願特願２０１７－１４３４１１を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (10)

  1. 　第１偏波の局所光と、前記第１偏波とは直交する第２偏波の信号光を合波して第１合波光を出力する第１合波手段と、
    　前記第１合波光を第１電気信号に変換する第１変換手段と、
    　前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第１偏光手段と、
    　前記第１偏光手段を通過した前記第１合波光の成分を第２電気信号に変換する第２変換手段と、
    　前記第１偏波又は前記第２偏波の光を１／４波長だけ遅延させる第１遅延手段と、
    　前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第２偏光手段と、
    　前記第１遅延手段及び前記第２偏光手段を通過した前記第１合波光の成分を第３電気信号に変換する第３変換手段と、
    　前記第１電気信号を分岐して、第４電気信号及び第５電気信号を出力する分岐手段と、
    　前記第２電気信号から前記第４電気信号を減ずる第１減算手段と、
    　前記第３電気信号から前記第５電気信号を減ずる第２減算手段と、
    を備えている、光受信機。
  2. 　前記第１合波手段は、同じ電力の前記第１合波光を、前記第１変換手段、前記第１偏光手段及び前記第１遅延手段それぞれに出力し、
    　前記分岐手段は、前記第１電気信号を分岐して、前記第１電気信号の半分の振幅の前記第４電気信号及び前記第５電気信号を出力する、請求項１に記載の光受信機。
  3. 　前記第１合波手段は、前記第１合波光を、前記第１変換手段、前記第１偏光手段及び前記第１遅延手段それぞれに出力し、
    　前記第１偏光手段及び前記第１遅延手段それぞれに出力される前記第１合波光の電力は、前記第１変換手段に出力される前記第１合波光の√２倍の電力であり、
    　前記分岐手段は、前記第１電気信号を分岐して、前記第１電気信号の半分の電力の前記第４電気信号及び前記第５電気信号を出力する、請求項１に記載の光受信機。
  4. 　前記第２偏波の局所光と、前記第１偏波の信号光を合波して第２合波光を出力する第２合波手段と、
    　前記第２合波光を第６電気信号に変換する第４変換手段と、
    　前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第３偏光手段と、
    　前記第３偏光手段を通過した前記第２合波光の成分を第７電気信号に変換する第５変換手段と、
    　前記第１偏波又は前記第２偏波の光を１／４波長だけ遅延させる第２遅延手段と、
    　前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第４偏光手段と、
    　前記第２遅延手段及び前記第４偏光手段を通過した前記第２合波光の成分を第８電気信号に変換する第６変換手段と、
    　前記第６電気信号を分岐して、第９電気信号及び第１０電気信号を出力する分岐手段と、
    　前記第７電気信号から前記第９電気信号を減ずる第３減算手段と、
    　前記第８電気信号から前記第１０電気信号を減ずる第４減算手段と、
    をさらに備えている、請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信機。
  5. 　光源が射出する光を偏波分離して前記第１偏波の局所光及び前記第２偏波の局所光を出力する第１分離手段と、
    　光伝送路から受信する光を偏波分離して前記第１偏波の信号光及び前記第２偏波の信号光を出力する第２分離手段と、
    をさらに備えている、請求項４に記載の光受信機。
  6. 　第１偏波の局所光と、前記第１偏波とは直交する第２偏波の信号光を合波して第１合波光を出力する第１合波手段と、
    　前記第１合波光を第１電気信号に変換する第１変換手段と、
    　前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第１偏光手段と、
    　前記第１偏光手段を通過した前記第１合波光の成分を第２電気信号に変換する第２変換手段と、
    　前記第１偏波又は前記第２偏波の光を１／４波長だけ遅延させる第１遅延手段と、
    　前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を通過させる第２偏光手段と、
    　前記第１遅延手段及び前記第２偏光手段を通過した前記第１合波光の成分を第３電気信号に変換する第３変換手段と、
    　前記第１電気信号をデジタル変換して第１デジタル値を出力する第１出力手段と、
    　前記第２電気信号をデジタル変換して第２デジタル値を出力する第２出力手段と、
    　前記第３電気信号をデジタル変換して第３デジタル値を出力する第３出力手段と、
    　前記第１デジタル値に所定係数を乗じて第４デジタル値を求め、前記第２デジタル値から前記第４デジタル値を減ずる処理と、前記第３デジタル値から前記第４デジタル値を減ずる処理を行う処理手段と、
    を備えている、光受信機。
  7. 　前記所定係数は０．５である、請求項６に記載の光受信機。
  8. 　前記所定係数は１／√２である、請求項６に記載の光受信機。
  9. 　第１偏波の局所光と、前記第１偏波とは直交する第２偏波の信号光を合波して第１合波光を出力することと、
    　前記第１合波光を第１電気信号に変換することと、
    　前記第１合波光から前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を取り出して第２電気信号に変換することと、
    　前記第１合波光に含まれる前記第１偏波の局所光又は前記第２偏波の信号光を１／４波長だけ遅延させた後、前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を取り出して第３電気信号に変換することと、
    　前記第１電気信号を分岐して、第４電気信号及び第５電気信号を生成することと、
    　前記第２電気信号から前記第４電気信号を減ずることと、
    　前記第３電気信号から前記第５電気信号を減ずることを、
    含む、コヒーレント光受信方法。
  10. 　第１偏波の局所光と、前記第１偏波とは直交する第２偏波の信号光を合波して第１合波光を出力することと、
    　前記第１合波光を第１電気信号に変換することと、
    　前記第１合波光から前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を取り出して第２電気信号に変換することと、
    　前記第１合波光に含まれる前記第１偏波の局所光又は前記第２偏波の信号光を１／４波長だけ遅延させた後、前記第１偏波及び前記第２偏波の偏波面それぞれと４５度の角度の偏波面の成分を取り出して第３電気信号に変換することと、
    　前記第１電気信号をデジタル変換して第１デジタル値を出力することと、
    　前記第２電気信号をデジタル変換して第２デジタル値を出力することと、
    　前記第３電気信号をデジタル変換して第３デジタル値を出力することと、
    　前記第１デジタル値に所定係数を乗じて第４デジタル値を求め、前記第２デジタル値から前記第４デジタル値を減ずる処理と、前記第３デジタル値から前記第４デジタル値を減ずる処理を行うことと、
    を含む、コヒーレント光受信方法。
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