JPH02287444A - Quantum state control device, optical receiver and optical communication device - Google Patents

Quantum state control device, optical receiver and optical communication device

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JPH02287444A
JPH02287444A JP1107673A JP10767389A JPH02287444A JP H02287444 A JPH02287444 A JP H02287444A JP 1107673 A JP1107673 A JP 1107673A JP 10767389 A JP10767389 A JP 10767389A JP H02287444 A JPH02287444 A JP H02287444A
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JP
Japan
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optical
light
signal
quantum state
state control
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Application number
JP1107673A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Hirota
修 広田
Hideaki Tsushima
英明 対馬
Minoru Maeda
稔 前田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明はコヒーレント光通信の受信感度及びビット誤り
率の大幅な改善を目的とした受信量子状態制御装置、光
受信装置および光通信装置に関する。
The present invention relates to a receiving quantum state control device, an optical receiving device, and an optical communication device that aim to significantly improve the receiving sensitivity and bit error rate of coherent optical communications.

【従来の技術】[Conventional technology]

コヒーレント光通信系の信号対雑音比は信号光の量子雑
音、光受信装置の局発光雑音、暗電流。 回路熱雑音によってその限界が決まる。現在、このよう
な系の信号対雑音比は信号光の量子雑音に基づく限界ま
で実現されるようになっている。第2図に従来のコヒー
レント光通信系の構成例を示す。同図において、1は光
通信装置であり、コヒーレント状態の信号光を出力する
。2は信号光を伝送する通信用伝送路であり、3は光ホ
モダイン検波装置である。詳細は文献「光通信理論とそ
の応用」第6章、森北出版、1988に解説されている
(以下文献1と略記)。近年、さらに信号対雑音比を改
善するために光の量子状態を制御し信号光の量子雑音を
小さくする物理現象の応用が提案されている。この応用
にはスクイズド状態(あるいは2光子コヒーレント状態
)生成技術と呼ばれている技術が使用される(文献、フ
イズカル・レビュー、ニー、ボリューム13.ナンバー
6(1976年)第2226頁から第2243頁(Ph
ysical Review A 13  No、6 
 June1976、pp、2226−2243))。 ここでスクイズド状態とは、光の直交するふたつの振幅
成分が異なる量子雑音を有する状態である。これに対し
て、従来からコヒーレント光通信に用いられている光は
、コヒーレント状態と呼ばれ、ふたつの振幅成分は同じ
量子雑音を有する。 現在、この量子状態制御の応用法は第3図に示すように
光送信装置において信号光の量子状態を制御する方法が
提案されている。同図において、4はスクイズド状態の
信号光を出力する光送信装置である。2および3は第2
図と同じである。信号光の2つの直交する振幅成分に対
する量子雑音はコヒーレント状態の時、共に−(規格化
電力)ただし、Zはスクイズドパラメータ。この結果、
送信光の量子状態がコヒーレント状態の場合(−船釣な
コヒーレント光通信)、系の信号対雑音比の理論値は4
〈n〉となる。一方、スクイズド状態で量子雑音の小さ
い方を情報信号とした場合の信号対雑音比は4(n)(
(n)+1)となる。 ただし、<n>はパルス信号光のもつ平均光子数である
0以上より信号光をスクイズド状態にすることによって
信号対雑音比を大幅に改善することができる。詳細につ
いては文献1.第2章において述べられている。 上記量子状態の制御の応用技術では通信用伝送路にエネ
ルギーの損失が発生すれば信号光のスククイズド状態が
破壊され、信号対雑音比は劣化し、量子状態制御の利点
が全くなくなるため実際の通信系の適用に重大な難点が
生ずる。この現象の詳―は文献1.第2章に述べられて
いる。 [発明が解決しようとする課題] コヒーレント光通信の特性改善を目的とした従来の量子
状態制御技術は通信用伝送路のエネルギー損失によって
その利点が全くなくなる。 本発明の目的は上記エネルギー損失による量子状態制御
の利点の劣化に関する問題を解決し、従来のコヒーレン
ト光通信系よりはるかに高い信号対雑音特性を得る光受
信装置を実現することにある。 本発明の他の目的は、上記装置にて用いる量子状態制御
装置を実現することにある。 本発明の他の目的は、上記装置を用いた光通信装置を実
現することにある。
The signal-to-noise ratio of a coherent optical communication system is determined by the quantum noise of the signal light, the local light noise of the optical receiver, and the dark current. Its limits are determined by circuit thermal noise. Currently, the signal-to-noise ratio of such systems has been reached to the limit based on the quantum noise of the signal light. FIG. 2 shows an example of the configuration of a conventional coherent optical communication system. In the figure, reference numeral 1 denotes an optical communication device, which outputs signal light in a coherent state. 2 is a communication transmission line for transmitting signal light, and 3 is an optical homodyne detection device. Details are explained in the document "Optical Communication Theory and Its Applications", Chapter 6, Morikita Publishing, 1988 (hereinafter abbreviated as Document 1). In recent years, in order to further improve the signal-to-noise ratio, applications of physical phenomena that control the quantum state of light and reduce the quantum noise of signal light have been proposed. For this application, a technology called squeezed state (or two-photon coherent state) generation technology is used (Literature, Fiscal Review, Ni, Volume 13. Number 6 (1976), pp. 2226 to 2243). (Ph
ysical Review A 13 No. 6
June 1976, pp, 2226-2243)). Here, the squeezed state is a state in which two orthogonal amplitude components of light have different quantum noises. In contrast, light conventionally used in coherent optical communications is called a coherent state, and the two amplitude components have the same quantum noise. Currently, as an applied method of quantum state control, a method has been proposed in which the quantum state of signal light is controlled in an optical transmitter as shown in FIG. In the figure, reference numeral 4 denotes an optical transmitter that outputs signal light in a squeezed state. 2 and 3 are the second
Same as the figure. When the quantum noise for two orthogonal amplitude components of the signal light is in a coherent state, they are both -(normalized power), where Z is a squeezed parameter. As a result,
If the quantum state of the transmitted light is a coherent state (-coherent optical communication), the theoretical value of the signal-to-noise ratio of the system is 4.
It becomes <n>. On the other hand, when the information signal is the one with smaller quantum noise in the squeezed state, the signal-to-noise ratio is 4(n) (
(n)+1). However, <n> is greater than or equal to 0, which is the average number of photons of the pulse signal light, and by putting the signal light in a squeezed state, the signal-to-noise ratio can be significantly improved. For details, see Reference 1. It is described in Chapter 2. In the application technology of quantum state control mentioned above, if energy loss occurs in the communication transmission line, the squeezed state of the signal light will be destroyed, the signal-to-noise ratio will deteriorate, and the advantage of quantum state control will be completely lost, so it is difficult to use in actual communication. Significant difficulties arise in the application of the system. Details of this phenomenon can be found in Reference 1. It is described in Chapter 2. [Problems to be Solved by the Invention] Conventional quantum state control technology aimed at improving the characteristics of coherent optical communication loses its advantages due to energy loss in the communication transmission line. An object of the present invention is to solve the problem of the deterioration of the advantages of quantum state control due to energy loss, and to realize an optical receiver that obtains much higher signal-to-noise characteristics than conventional coherent optical communication systems. Another object of the present invention is to realize a quantum state control device used in the above device. Another object of the present invention is to realize an optical communication device using the above device.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

上記目的の光受信装置は、信号光を第1および第2分岐
光に分岐する光分岐回路と、該第2分岐光により注入同
期をかけられるポンピング用レーザと、該ポンピング用
レーザからの出力光の周波数を2倍にする2倍高調波発
生器と、該2倍高調波発生器からの出力光によりボンピ
ングされ、且つ、該第1分岐光の量子状態をスクイズド
状態に変換して出力する装置(スクイザ−)と、該スク
イザ−からの出力光をホモダイン検波する′光ホモダイ
ン検波装置とを設けることにより達成される。 上記他の目的の量子状態制御装置は、信号光を第1およ
び第2分岐光に分岐する光分岐回路と、該第2分岐光に
より注入同期をかけられるポンピング用レーザと、該ポ
ンピング用レーザからの出力光の周波数を2倍にする2
倍高調波発生器と、該2倍高調波発生器からの出力光に
よりポンピングされ、且つ、該第1分岐光の量子状態を
スクイズド状態に変換して出力する装置(スクイザ−)
とを設けることにより達成される。 上記他の目的の光通信装置は、光送信装置と通信用伝送
路と上記光受信装置とを設けることにより達成される。
The optical receiver for the above purpose includes an optical branching circuit that branches a signal light into first and second branched lights, a pumping laser that is injection-locked by the second branched light, and an output light from the pumping laser. a double harmonic generator that doubles the frequency of the second harmonic, and a device that is bombed by the output light from the double harmonic generator and that converts the quantum state of the first branched light into a squeezed state and outputs the same. This is achieved by providing a (squeezer) and an optical homodyne detection device for homodyne detecting the output light from the squeezer. The quantum state control device for the other purpose described above includes an optical branching circuit that branches a signal light into first and second branched lights, a pumping laser that is injection-locked by the second branched light, and a pumping laser that separates the signal light into first and second branched lights. Double the frequency of the output light of 2
A double harmonic generator and a device (squeezer) that is pumped by the output light from the double harmonic generator and converts the quantum state of the first branched light into a squeezed state and outputs the same.
This is achieved by providing The optical communication device for the other purpose described above is achieved by providing an optical transmitter, a communication transmission line, and the optical receiver.

【作用】 本発明は受信量子状態制御装置の動作の新しい発見に基
づいている。 光送信装置用光源からの出力光はコヒーレント状態をも
ち、信号は光波の位相に対する2値PSK (位相シフ
トキーイング)とする。ただし、情報1とOに対し、P
SK信号の位相はOoと90°とする。すなわち、光信
号は光のコサイン成分の振NXcとサイン成分の振1t
liiXsに対応する。 このコヒーレント状態の光がエネルギー損失のある通信
用伝送路を伝搬する時その出力の量子状態はまたコヒー
レント状態となる。ここでただちに検波すれば信号対雑
音比は4(nR)となる。ただしくnR>は通信用伝送
路出力における1光パルス当りの光子数である。この信
号対雑音比は通常ショット雑音限界と呼ばれる。 本発明では通信用伝送路から出力するコヒーレント光を
光分岐回路によって2つのビームに分岐し、一つはスク
イザ−の信号光入力端へ、他はスクイザ−のポンピング
光源であるボンピングレーザの−・端へ注入する。スク
イザ−は入射光のコサイン成分あるいはサイン成分をス
クイズ(一方を増幅し他方を減衰)する装置である。も
しポンピング光の位相がOoであればスクイザによって
光のコサイン成分の信号と量子雑音はG倍に増幅され、
サイン成分は−に減衰される。情報信号であるコサイン
成分の信号対雑音比はスクイザ−人力のそれと等しく4
<nn>となる。ただし信号と雑音の関係は第4図に示
すようになる。同図において、直交座標の横軸は信号光
の電界のコサイン成分の振幅をまた縦軸はサイン成分の
振幅を表わしている。ERはスクイザ−人力光のコサイ
ン成分の電界振幅であり、J<nR>に等しい。 一方、ポンピング光の位相が180″′(7c)でビュ
ー、ニー、ボリューム38.ナンバー9(1988)第
4696から第4711頁(Physical Rev
iew A 38 、 No、 9 、 Nov。 1988、pp、4696−4711))。従って、本
発明の量子状態制御装置では、第8図に示す入力光に対
して、第5図に示す信号光を出力する。 上記の特性を利用してコヒーレント光通信のビット誤り
特性を大幅に改善する我々の装置の動作原理を以下に示
す。 送信光は Er cos(ωst+φ5)=Xc cos ωst
+Xs sin ω5t変調信号は位相φS=Oラジア
ンと−ラジアンの2値PSKである。この時、対応する
送信光の振幅はそれぞれXcとXsであり、その絶対値
は共に振幅ETに等しい。ωSは送信号の角周波数であ
る。 通信用伝送路出力の信号光は J KET cos(ωs t+φ5)EERCo5(
(11st+φs)    (2)ザーの入力端に入力
される。他方は発振周波数ωSのスクイザ−をポンピン
グするレーザに注入同期信号として注入される。この注
入同期′系は倍周波数は2ωSが必要である。そこで信
号光に注入同期されたボンピング用レーザの出力は2倍
高調波発生器で周波数が2ωSに、また、位相は2φS
に変換される。ポンピング用レーザの出力電力を十分大
きくすれば高調波もまたスクイザ−をポンピングするに
十分な電力が得られる。 となり、信号と雑音との関係は第8図のようになる。た
だしJKは伝送路の透過度であり、JKET=ERが成
り立つ。光分岐回路によって一方はVηERCO8(ω
st+φs)、他方はv/1−ηE*cos(ωst+
φS)に分岐される。但しVηは分岐の割合を表わして
おり、oくηく1カ成り立つ。v’qEn成分は信号光
としてスクイ時、それはπとなる。したがってスクイザ
−の入力端に入射された信号成分は、信号がφs=0の
時、信号及び量子雑音は ただし、GSはスクイザ−のスクイズ度である。 また、XC,、、、およびΔX 2Cl a u t 
+は、スクイザ−から出射された信号光のコサイン成分
の振幅および量子雑音の分散である。同様に、Xs(。 45.およびΔX ” S + a u t lは信号
光のサイン成分の振幅および量子雑音の分散である。 一方、φS=−の時、 この様子は、第5図のように表わされる。光ホモダイン
受信機の局発光の位相をOと設定すれば、この受信機は
信号光のコサイン成分(X c (。5.)およびΔX
 ” c +。、))のみの検出器となる。(文献1、
第6章)。 光ホモダイン検波された信号出力に対する(H号判定法
は、送信信号が1(φS=Oに対応)とO(φS=π/
2に対応)の時で雑音分布の特性が第6図のようになる
ので、この図で示すような2つのしきい値+XTHと−
XT)lとを用いる。すなわち検波出力が士XT)l内
であれば信号0と判定し、それ以外は1と判定する。こ
の時の誤り確率Peは ■ 但し、 erfcは誤差補間数を表わす、ここでXT)
Iの選定は受信光子数ηER”を固定した時、2xvo
−exp [−2r+E+/] = erfc [74
Eu”]の解とする。ただし上式の右辺は従来の光PS
Kシステムの誤り確率特性である。この時、式(7)%
式% 以上より、Gsを十分大きくすることによって従来の光
PSKシステムより極めて高信頼度のシステムが得られ
る。第7図には、従来の光P・SKホモダイン検波に対
する本発明の相対誤り率Hの理論値を示す。パラメータ
は、ER2: (ny+) = 9およびGS、。、=
5270とした。同図は。 K = Gs/ Gs+t+++を1よりも大きくする
ことにより、従来よりも誤り率を改善できる(H<1)
ことを示している。 以上をまとめると、本発明の効果は以下の通りである。 ■ 信号光の強度およびビットレートを従来のコヒーレ
ント光通信系と同じにすると、従来よりも受信信号の符
号誤り率を低くすることができる。 ■ ビットレートおよび受信信号の符号誤り牢番従来と
同じにすると、受信感度が改善されるので、通信用伝送
路に許容される損失を多くできる。即ち、伝送距離を長
くできる。 ■ 受信信号の符号誤り率および信号光の強度Pe (
l l O) g。 Gs−+ ω を従来と同じにすると、ビットレートを従来よりも高く
できる。 ■ ビットレートおよび受信信号の符号誤り率を従来と
同じにすると、信号光を複数に分岐でき、複数の光受信
装置あるいは光検出装置が同時に信号光を受信すること
ができる。
OPERATION The present invention is based on new discoveries in the operation of receiver quantum state controllers. The output light from the light source for the optical transmitter has a coherent state, and the signal is binary PSK (phase shift keying) for the phase of the light wave. However, for information 1 and O, P
The phase of the SK signal is assumed to be 90° with respect to Oo. In other words, the optical signal has the amplitude NXc of the cosine component of the light and the amplitude 1t of the sine component of the light.
Compatible with liiXs. When this coherent state light propagates through a communication transmission line with energy loss, its output quantum state also becomes a coherent state. If the signal is detected immediately, the signal-to-noise ratio will be 4 (nR). Here, nR> is the number of photons per optical pulse in the communication transmission line output. This signal-to-noise ratio is commonly referred to as the shot noise limit. In the present invention, coherent light output from a communication transmission line is split into two beams by an optical branching circuit, one beam is sent to the signal light input end of the squeezer, and the other beam is sent to the pumping laser which is the pumping light source of the squeezer.・Inject to the edge. A squeezer is a device that squeezes the cosine component or sine component of incident light (amplifying one and attenuating the other). If the phase of the pumping light is Oo, the cosine component signal and quantum noise of the light are amplified by a factor of G by the squeezer,
The sine component is attenuated to -. The signal-to-noise ratio of the cosine component, which is the information signal, is equal to that of the manual squeezer, which is 4.
<nn>. However, the relationship between signal and noise is as shown in FIG. In the figure, the horizontal axis of the orthogonal coordinates represents the amplitude of the cosine component of the electric field of the signal light, and the vertical axis represents the amplitude of the sine component. ER is the electric field amplitude of the cosine component of the squeezer-human power light, and is equal to J<nR>. On the other hand, when the phase of the pumping light is 180'' (7c), the view, knee, volume 38. Number 9 (1988) pages 4696 to 4711 (Physical Rev.
iew A 38, No. 9, Nov. 1988, pp. 4696-4711)). Therefore, the quantum state control device of the present invention outputs the signal light shown in FIG. 5 in response to the input light shown in FIG. The operating principle of our device, which uses the above characteristics to significantly improve the bit error characteristics of coherent optical communications, is described below. The transmitted light is Er cos(ωst+φ5)=Xc cos ωst
The +Xs sin ω5t modulation signal is a binary PSK with phases φS=O radians and -radians. At this time, the amplitudes of the corresponding transmitted lights are Xc and Xs, respectively, and their absolute values are both equal to the amplitude ET. ωS is the angular frequency of the transmitted signal. The signal light output from the communication transmission line is J KET cos(ωs t+φ5) EERCo5(
(11st+φs) (2) Input to the input end of the sensor. The other signal is injected as an injection locking signal into a laser pumping a squeezer having an oscillation frequency ωS. This injection-locked system requires a frequency double of 2ωS. Therefore, the output of the bombing laser injection-locked to the signal light is generated by a double harmonic generator with a frequency of 2ωS and a phase of 2φS.
is converted to If the output power of the pumping laser is made sufficiently large, the harmonics will also have sufficient power to pump the squeezer. Therefore, the relationship between signal and noise is as shown in FIG. However, JK is the transparency of the transmission path, and JKET=ER holds true. One side is VηERCO8(ω
st+φs), and the other is v/1−ηE*cos(ωst+
φS). However, Vη represents the rate of branching, and 0×η holds true. When the v'qEn component is used as a signal light, it becomes π. Therefore, when the signal component input to the input end of the squeezer is φs=0, the signal and quantum noise are as follows. GS is the degree of squeezing of the squeezer. Also, XC, , , and ΔX 2Cl a ut
+ is the amplitude of the cosine component of the signal light emitted from the squeezer and the dispersion of quantum noise. Similarly, It is expressed as
” c +., )). (Reference 1,
Chapter 6). The H-number determination method for optical homodyne-detected signal output is based on the transmission signal being 1 (corresponding to φS=O) and O (φS=π/
2), the characteristics of the noise distribution become as shown in Figure 6, so the two thresholds +XTH and - as shown in this figure are used.
XT) l. That is, if the detected output is within the range of +XT)l, the signal is determined to be 0, otherwise it is determined to be 1. The error probability Pe at this time is ■ However, erfc represents the number of error interpolations, where XT)
The selection of I is 2xvo when the number of received photons ηER is fixed.
-exp [-2r+E+/] = erfc [74
Eu”].However, the right side of the above equation is the conventional optical PS
This is the error probability characteristic of the K system. At this time, formula (7)%
Equation % From the above, by making Gs sufficiently large, a system with much higher reliability than the conventional optical PSK system can be obtained. FIG. 7 shows the theoretical value of the relative error rate H of the present invention with respect to conventional optical P/SK homodyne detection. The parameters are ER2: (ny+) = 9 and GS,. ,=
5270. The same figure. By increasing K = Gs/Gs+t+++ to greater than 1, the error rate can be improved compared to the conventional method (H<1)
It is shown that. To summarize the above, the effects of the present invention are as follows. (2) If the intensity and bit rate of the signal light are made the same as in the conventional coherent optical communication system, the bit error rate of the received signal can be lowered than in the conventional system. ■ If the bit rate and code error rate of the received signal are kept the same as before, the receiving sensitivity will be improved, so the loss allowed in the communication transmission path can be increased. That is, the transmission distance can be increased. ■ Bit error rate of received signal and intensity of signal light Pe (
l l O) g. By keeping Gs-+ω the same as before, the bit rate can be made higher than before. (2) If the bit rate and code error rate of the received signal are kept the same as before, the signal light can be branched into multiple parts, and multiple optical receivers or photodetectors can receive the signal light at the same time.

【実施例1 以下、本発明の光受信装置、量子状態制御装置および光
通信装置の1実施例を第1図により説明する。1は光送
信装置である。5は光源であり、例えば分布帰還型(D
FB)半導体レーザ、分布ブラッグ反射型(DBR)半
導体レーザ、外部共振器付半導体レーザおよびガスレー
ザ等の単一周波数で発振するレーザにより実現すること
ができる。6は光変調器であり、送信信号7により邸動
される。PSK変調された信号光を得る場合、6は位相
変調器であり、例えば、市販のリチウム・ナイオベイト
(LiNb○、)を用いた変調器により実現できる。こ
のとき6は、5から出力するコヒーレント状態の光に位
相0ラジアンと一うジアワ ンによるPSK変調を施す。 2は信号光を伝送する通信用伝送路であって、例えば光
ファイバにより実現することができる。 2は空間であってもよい。 8は本発明の量子状態制御装置である。 9は通信用伝送路出力光を2波に分岐する光分岐回路で
ある。9は例えば市販の光カプラやハーフミラ−等で実
現することができる。10は9から出力された信号光を
コヒーレント状態からスクイズド状態に変換する装置(
スクイザ−)である(電力増幅率G)。スクイザ−10
は例えば縮退パラメトリック増幅や縮退4波混合等を利
用して実現されており、その実施例の詳細については、
前者については、フィジカル・レビュー・レター第57
巻、ナンバー20.第2520〜第2523頁、198
6年(P hys 、 Review 。 Lett、、 Vol、57 、 No、20. pp
、2520〜pp、2523.1986)において、ま
た後者については、サイエンス、第18巻、ナンバー7
゜第48頁〜第58頁、1988年(日経サイエン入社
)において論じられている。 11はスクイザ−をポンピングするための高励起で自励
発振しているレーザである。11は9から出力された信
号光により注入同期がかけられる。 12は光の2倍高調波発生器であり、11の出力光の周
波数を2倍にする。12は、光学的に非線形な特性を有
する物質を用いて実現することができる。12の出力は
スクイザ−10のポンピング光源として用いられる。こ
のとき、11の出力光の位相φSも同様に2倍される。 送信信号が1′1”である場合(φS=Oラジアン)、
12からの出力光の位相は0ラジアン、一方、送信信号
が“O”である場合(φS=π/2ラジアン)、12か
らの出力光の位相はπラジアンとなる。従って、送信信
号が′1′″の場合、スクイザ−は信号光のコサイン成
分に対して増幅を行い、一方、II Ojfiの場合、
サイン成分に対して増幅を行う。この結果、装置8は、
コヒーレント状態の信号光(第8図)をスクイズド状態
の信号光(第5図)に変換して出力することができる。 スクイザ−10から出力された信号光は量子状態制御装
置8の出力となる。 3は光ホモダイン検波装置である。8から出力された信
号光は光カプラ等の光合波器13により局発光源14か
ら出力された局発光と合波される。 14は、光源5と同様の単一周波数レーザにより実現す
ることができる。ここで、信号光と局発光とは、それぞ
れの偏波状態と位相とが略一致した状態で合波される。 15は光検波器であり、送信信号に略等しい受信信号1
6を復元して出力する。 15は少なくともフォト・ダイオード(PD)を用いて
実現できる。15は増幅器、フィルタ等通常の光受信装
置に含まれる回路を含んでいてもよい。 17は本発明の光受信装置であり、少なくとも8と3と
から構成される0本発明の光通信装置は、1.2および
17とから少なくとも構成される。 本実施例によれば、【作用】の項で記述した効果を有す
る量子状態制御装置、光受信装置および光通信装置を簡
易な構成で実現できるという効果を得る。 [発明の効果1 本発明の量子状態制御装置によれば、受信光のビット誤
り率特性を改善できるという効果を得る。 本発明の光受信装置および光通信装置によれば、内蔵さ
れる量子状態制御装置が受信光のビット誤り率特性を改
善できるので、以下の効果を得る。 ■ 信号光の強度およびビットレートを従来のコヒーレ
ント光通信系と同じにすると、従来よりも受信信号の符
号誤り率を低くすることができる。 ■ ビットレートおよび受信信号の符号誤り率を従来と
同じにすると受信感度が改善されるので、通信用伝送路
に許容される損失を従来よりも多くできる。即ち、伝送
距離を長くできる。 ■ 受信信号の符号誤り率および信号光の強度を従来と
同じにすると、ビットレートを従来よりも高くできる。 ■ ビットレートおよび受信信号の符号誤り率を従来と
同じにすると、信号光を複数に分岐でき、複数の先受装
置あるいは光検出装置が同時に信号光を受信することが
できる。
Embodiment 1 Hereinafter, one embodiment of an optical receiving device, a quantum state control device, and an optical communication device of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is an optical transmitter. 5 is a light source, for example, a distributed feedback type (D
FB) It can be realized by a laser that oscillates at a single frequency, such as a semiconductor laser, a distributed Bragg reflection type (DBR) semiconductor laser, a semiconductor laser with an external cavity, and a gas laser. Reference numeral 6 denotes an optical modulator, which is operated by a transmission signal 7. When obtaining PSK-modulated signal light, 6 is a phase modulator, which can be realized, for example, by a modulator using commercially available lithium niobate (LiNb○). At this time, 6 applies PSK modulation to the coherent state light outputted from 5 using a phase of 0 radian and a zia-one. Reference numeral 2 denotes a communication transmission line for transmitting signal light, which can be realized by, for example, an optical fiber. 2 may be a space. 8 is a quantum state control device of the present invention. Reference numeral 9 denotes an optical branching circuit that branches the communication transmission line output light into two waves. 9 can be realized by, for example, a commercially available optical coupler or half mirror. 10 is a device (
(squeezer) (power amplification factor G). squeezer-10
For example, this is realized using degenerate parametric amplification, degenerate four-wave mixing, etc. For details of the examples, see
Regarding the former, Physical Review Letter No. 57
Volume, number 20. Pages 2520-2523, 198
6 years (Phys, Review. Lett,, Vol, 57, No, 20. pp
, 2520-pp, 2523.1986), and the latter in Science, Volume 18, Number 7.
Discussed in ゜pages 48-58, 1988 (joined Nikkei Science). Reference numeral 11 denotes a highly excited, self-oscillating laser for pumping the squeezer. 11 is injection-locked by the signal light output from 9. 12 is an optical double harmonic generator, which doubles the frequency of the output light of 11; 12 can be realized using a material having optically nonlinear characteristics. The output of 12 is used as a pumping light source for the squeezer 10. At this time, the phase φS of the output light of No. 11 is also doubled. When the transmitted signal is 1′1” (φS=O radian),
The phase of the output light from 12 is 0 radian, while when the transmission signal is "O" (φS=π/2 radian), the phase of the output light from 12 is π radian. Therefore, when the transmitted signal is '1', the squeezer amplifies the cosine component of the signal light, while in the case of II Ojfi,
Amplify the sine component. As a result, the device 8
Signal light in a coherent state (FIG. 8) can be converted into signal light in a squeezed state (FIG. 5) and output. The signal light output from the squeezer 10 becomes the output of the quantum state control device 8. 3 is an optical homodyne detection device. The signal light output from the local light source 14 is multiplexed with the local light output from the local light source 14 by an optical multiplexer 13 such as an optical coupler. 14 can be realized by a single frequency laser similar to light source 5. Here, the signal light and the local light are combined in a state in which their respective polarization states and phases substantially match. 15 is a photodetector, which receives a received signal 1 that is approximately equal to the transmitted signal.
6 is restored and output. 15 can be realized using at least a photo diode (PD). 15 may include circuits included in a normal optical receiving device such as an amplifier and a filter. Reference numeral 17 denotes an optical receiving device of the present invention, and the optical communication device of the present invention is composed of at least 8 and 3. The optical communication device of the present invention is composed of at least 1.2 and 17. According to this embodiment, it is possible to realize a quantum state control device, an optical receiving device, and an optical communication device having the effects described in the [Operation] section with a simple configuration. [Effect of the Invention 1] According to the quantum state control device of the present invention, it is possible to improve the bit error rate characteristics of received light. According to the optical receiving device and the optical communication device of the present invention, since the built-in quantum state control device can improve the bit error rate characteristics of received light, the following effects can be obtained. (2) If the intensity and bit rate of the signal light are made the same as in the conventional coherent optical communication system, the bit error rate of the received signal can be lowered than in the conventional system. ■ If the bit rate and code error rate of the received signal are kept the same as before, the reception sensitivity will be improved, so the loss allowed in the communication transmission path can be greater than before. That is, the transmission distance can be increased. ■ By keeping the bit error rate of the received signal and the intensity of the signal light the same as before, the bit rate can be made higher than before. (2) If the bit rate and code error rate of the received signal are kept the same as before, the signal light can be branched into multiple parts, and multiple pre-receiving devices or photodetectors can receive the signal light at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は従来のコ
ヒーレント光通信系の構成図、第3図は従来の量子状態
制御の応用法を示す図、第4図はスクイザ−入出力光の
信号と雑音の関係を示す図、第5図は本発明の量子状態
制御装置から出力される光の信号と雑音の関係を示す図
、第6図は雑音分布の特性図、第7図は従来の光PSK
ホモダイン検波に対する本発明の相対誤り率を示す図で
あり、第8図は本発明の量子状態制御装置に久方する光
の信号と雑音の関係を示す図である。 1・・・光送信装置、2・・・通信用伝送路、3・・・
光ホモダイン検波装置、4・・・スクイズド状態の信号
光を出力する光送信装置、5・・・光源、6・・・光変
調器、7・・・送信信号、8・・・量子状態制御装置、
9・・・光分岐回路、10・・・スクイザ−11・・・
ポンピング用レーザ、12・・・光の2倍高調波発生器
、13・・・光合波器、14・・局発光源、15・・・
光検波器、16・・・受信信号、17・・・本発明の光
受信装置。
Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of a conventional coherent optical communication system, Fig. 3 is a diagram showing a conventional application method of quantum state control, and Fig. 4 is a diagram of a squeezer. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between input and output optical signals and noise; FIG. 5 is a diagram showing the relationship between optical signals and noise output from the quantum state control device of the present invention; FIG. Figure 7 shows conventional optical PSK
FIG. 8 is a diagram showing the relative error rate of the present invention with respect to homodyne detection, and FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the optical signal and noise that are present in the quantum state control device of the present invention. 1... Optical transmitter, 2... Communication transmission line, 3...
Optical homodyne detection device, 4... Optical transmission device that outputs signal light in a squeezed state, 5... Light source, 6... Optical modulator, 7... Transmission signal, 8... Quantum state control device ,
9... Optical branch circuit, 10... Squeezer-11...
Pumping laser, 12... Optical double harmonic generator, 13... Optical multiplexer, 14... Local light source, 15...
Optical detector, 16... Received signal, 17... Optical receiver of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、信号光を第1および第2分岐光に分岐する光分岐回
路と、該第2分岐光により注入同期されるポンピング用
レーザと、該ポンピング用レーザからの出力光の周波数
を2倍にする2倍高調波発生器と、該2倍高調波発生器
からの出力光によりポンピングされ、且つ、該第1分岐
光の量子状態をスクイズド状態に変換して出力するスク
イザーとから構成されることを特徴とする量子状態制御
装置。 2、請求項1記載の量子状態制御装置と、該量子状態制
御装置から出力されるスクイズド状態の光をホモダイン
検波する光ホモダイン検波装置とから構成されることを
特徴とする光受信装置。 3、光送信装置と通信用伝送路と請求項2記載の光受信
装置とから構成されることを特徴とする光通信装置。
[Claims] 1. An optical branching circuit that branches a signal light into first and second branched lights, a pumping laser that is injection-locked by the second branched light, and an output light from the pumping laser. a double harmonic generator that doubles the frequency; and a squeezer that is pumped by the output light from the double harmonic generator and that converts the quantum state of the first branched light into a squeezed state and outputs the squeezed state. A quantum state control device comprising: 2. An optical receiver comprising the quantum state control device according to claim 1 and an optical homodyne detection device for homodyne detecting the squeezed state light output from the quantum state control device. 3. An optical communication device comprising an optical transmitter, a communication transmission line, and the optical receiver according to claim 2.
JP1107673A 1988-09-30 1989-04-28 Quantum state control device, optical receiver and optical communication device Pending JPH02287444A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH088827A (en) * 1994-06-15 1996-01-12 Tamagawa Gakuen Optical communication method and device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH088827A (en) * 1994-06-15 1996-01-12 Tamagawa Gakuen Optical communication method and device

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