JPH04232928A - ヘテロダイン検出のための光混合器およびその方法 - Google Patents

ヘテロダイン検出のための光混合器およびその方法

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JPH04232928A
JPH04232928A JP3143547A JP14354791A JPH04232928A JP H04232928 A JPH04232928 A JP H04232928A JP 3143547 A JP3143547 A JP 3143547A JP 14354791 A JP14354791 A JP 14354791A JP H04232928 A JPH04232928 A JP H04232928A
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JP
Japan
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polarization
signal
optical
local oscillator
beam splitter
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JP3143547A
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Inventor
Timothy A Large
ティモスィー・アンドルー・ラージ
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Nortel Networks Ltd
Original Assignee
Northern Telecom 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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はヘテロダイン検出のため
の光混合器と受信器および方法に、および特に受信され
た送信信号の偏光状態（ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｐｏｌａｒ
ｉｚａｔｉｏｎ　）と送信信号がそれによってヘテロダ
インされる局部発振器信号の偏光状態との間の差に敏感
でないものを形成することに関する。
【０００２】
【従来の技術】このような検出の形成は、　Ｌ．Ｄ．Ｔ
ｚｅｎｇ等による“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｓ
ｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｒｅｃｅｉｖｅ
ｒ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｄｏｕｂｌｅ　ｂａｌａｎｃｅｄ
　ｏｐｔｉｃａｌ　ｈｙｂｒｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ”，Ｔ
Ｕ　１２，Ｐｒｏｃ．ＯＦＣ　’８８　Ｔｕｅｓｄａｙ
　Ａｆｔｅｒｎｏｏｎ／３２、から公知である。　Ｔｚ
ｅｎｇ等の光混合器は、単一の偏光に敏感でない３ｄｂ
ファイバカプラと、２つの偏光分解ビームスプリッタと
、２つの偏光制御装置とを使用して、２つの均衡した対
の検出器によって検出するための４つの光出力を提供す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な目的は、
構成要素の総数を減らされた偏光に敏感でないヘテロダ
イン光混合器、受信器或いはその方法を得ることである
。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によって、遠隔位
置から受信された第１の光周波数の送信信号をヘテロダ
イン検出するための光混合器を提供する。その混合器は
第１の光周波数とは異なった第２の光周波数の局部発振
器信号を使用し、そして１対の入力ポートと１対の出力
ポートとを備えた偏光分解ビームスプリッタを具備し、
その出力ポートはそれぞれ１対の複屈折要素に光結合さ
れており、ここで各複屈折要素の複屈折は、その要素に
入る偏光分解ビームスプリッタの入力ポートの内の一方
へと送り出された送信信号の構成要素とその要素に入る
ビームスプリッタのもう一方の入力ポートへと送り出さ
れた局部発振器信号の構成要素とがほぼ整合する複数の
偏光状態を伴ってその要素から現れるような複屈折であ
る。
【０００５】本発明はまた遠隔位置から受信された第１
の光周波数の送信信号と第１の光周波数とは異なった第
２の周波数の局部発振器信号とを混合するために適合さ
せられた偏光に敏感でないヘテロダイン光受信器をも提
供し、その受信器は送信信号および局部発振器信号それ
ぞれに対する印加のための２つの入力ポートとおよび２
つの出力ポートとを有する偏光分解ビームスプリッタを
具備し、且つ両方の入力ポートのそれぞれに対する信号
の印加に応じて２つの出力ポートに別々に現れる信号に
よってそれぞれ支配される複数の偏光状態である１対の
直交関係にある複数の複数の主偏光状態を有しており、
ここで偏光分解ビームスプリッタの２つの出力ポートは
２つの複屈折要素を介して２つの光検出器にそれぞれ結
合され、各複屈折要素の方向付けはポアンカレ球上のそ
の固有軸の表示が偏光分解ビームスプリッタの複数の主
偏光状態を示す点を通過する球の軸に対してほぼ直交す
るような方向であり、そして各複屈折要素の長さは送信
信号および局部発振器信号がほぼ整合する複数の偏光状
態を伴ってその要素から現れるような長さである。本発
明はさらに、遠隔位置から受信された第１の光周波数の
送信信号がその中で第１の光周波数とは異なった第２の
周波数の局部発振器信号によってヘテロダインされる光
ヘテロダイン検出方法を提供し、ここで送信信号および
局部発振器信号は２つの入力ポートと２つの出力ポート
とを有する偏光分解ビームスプリッタに印加されており
、そして両方の入力ポートに対する信号の印加に応じて
２つの出力ポートに別々に現れる信号によってそれぞれ
支配された複数の偏光状態である１対の直交関係にある
複数の主偏光状態を有し、ここで送信信号が入力ポート
の内の一方に印加される一方で局部発振器信号はその局
部発振器信号を２つの出力ポートの間にほぼ等しく分割
する偏光状態と共に他方の入力ポートに印加され、そし
て各出力ポートから現れた結果として生じる直交するよ
うに偏光された送信信号および局部発振器信号の構成要
素は連結された複屈折要素を介してその出力ポートに連
結された光検出器に供給され、各複屈折要素の方向付け
はポアンカレ球上のその固有軸の表示が偏光分解ビーム
スプリッタの複数の主偏光状態を示す点を通過する球の
軸に対してほぼ直交するような方向であり、そして各複
屈折要素の長さはその複屈折要素に入る直交するように
偏光された送信信号および局部発振器信号の構成要素が
ほぼ整合する複数の偏光状態を伴ってその要素から現れ
るような長さである。
【０００６】本発明は、偏光に敏感でないヘテロダイン
光混合がいかにして２つの複屈折要素とただ１つのビー
ムスプリッタとを使用して達成され得るかを開示してい
る。そのビームスプリッタは偏光分解（ｐｏｒａｌｉｚ
ａｔｉｏｎ　ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ）するような種類のも
のである。
【０００７】
【実施例】図１を参照すると、偏光分解ビームスプリッ
タ１０が２つの入力ポート１１，１２　と２つの出力ポ
ート１３，１４　とを有しており、その入力ポート１１
はコヒーレントで検出されるべき送信信号を遠隔位置か
ら受信するために接続されている。入力ポート１２は偏
光状態調整器１６を介してレーザ１５からの局部発振器
信号を受信するために接続される。ビームスプリッタ１
０は両方の入力ポートに印加されたいかなる光をも、そ
れぞれ出力ポート１３および１４を介してビームスプリ
ッタから出ている２つの直交するように偏光された構成
要素に分解する。これらの２つの偏光状態はビームスプ
リッタの主偏光状態である。ビームスプリッタ１０はテ
ーパ溶融光ファイバ（ｔａｐｅｒｅｄ　ｆｕｓｅｄ　ｏ
ｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ）ビームスプリッタであるの
が都合良く、通常は偏光性の高い複屈折ファイバから構
成される。標準的な円形で対称形の単一モード光ファイ
バの１つ或いはそれより多いループによって構成され得
る偏光調整器は、レーザ１５からの光パワーが２つの出
力ポート１３と１４との間でほぼ等しく分割されるよう
に調整される。
【０００８】出力ポート１３に現れる局部発振構成要素
は出力ポート１４に現れる局部発振構成要素に対して直
交するように偏光され、そして同様に２つの送信構成要
素は互いに対して直交するように偏光される。これは偏
光分解ビームスプリッタの基本機能である。加えて、出
力ポート１３に現れる局部発振構成要素はこの出力ポー
トにおいて現れる送信に対して直交するように偏光され
る。これは、２つの構成要素が相対する入力ポートへと
送り出される信号から導出されるからである。同様の理
由から、ポート１４に現れる局部発振および送信構成要
素は直交するように偏光される。出力ポート１３および
１４はそれぞれ整合された１対の光検出器１５および１
６に光結合されているが、直交するように偏光された構
成要素は干渉しないので単純な直接的接続をする点はな
い。各場合において、対になったそれらをほぼ同じ偏光
状態にするための局部発振および送信の構成要素の複数
の偏光状態の差分調整（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ａ
ｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　）を提供することは必要である。 これらの差分調整はそれらの出力ポート１３および１４
を複屈折要素１９および２０を介してそれらの各自のフ
ォトダイオード１７および１８に接続することによって
為される。
【０００９】図２のポアンカレ球上で、すべてのあり得
る直線偏光された状態の軌跡はＨＱＶおよびＰを通る赤
道の大円によって所与され、一方左回りにおよび回りに
円偏光された状態は２つの極ＬおよびＲによってそれぞ
れ示される。複屈折要素を通るその経路において光の偏
光状態は、その複屈折要素の固有状態を通過する球の軸
の周りの回転としてポアンカレ球上に示されている１つ
の行程に展開される。固有状態は、偏光状態を変えるこ
となく要素を通して伝送される２つの直交するように偏
光された状態である。いかなる特別な複屈折要素をも通
って伝播するいかなる所定の波長の光も、一方の固有状
態に一致したその偏光状態と共にその要素を通して伝播
するその波長の光と他方の固有状態に一致したその偏光
状態と共に伝播するその波長の光との間にその要素によ
って導入された位相差に等しい。それ故に回転は、要素
の厚さ（長さ）に、その複屈折の強さに、そしてその光
の波長に依存する。厚さ‘ｄ’の単軸要素の場合には、
その要素の光パスの長さは複数の主偏光状態（固有状態
）の一方の光に対してｎＥ　ｄであり、他方の光に対し
てはｎＯ　ｄである。したがって光パスの差は（ｎＥ　
−ｎＯ　）ｄであり、光位相差は２π（ｎＥ　−ｎＯ　
）ｄ／λである。通常の単軸結晶の場合は（ｎＥ　−ｎ
Ｏ　）がわずかに弱く波長に依存し、それ故に通常の操
作波長範囲にわたってこの波長への依存は重要であるに
はあまりにも小さく、その結果位相差およびそれ故にポ
アンカレ球上の回転は事実上波長に反比例する。
【００１０】偏光分解ビームスプリッタ１０の２つの複
数の主偏光状態は直交するように偏光された直線偏光状
態である。これら２つの複数の主偏光状態は図２のポア
ンカレ球上の点ＰおよびＱによって示されることができ
るが、これに限定されんない。もし複屈折要素１９およ
び２０が点ＰおよびＱに対応する複数の偏光状態を同じ
偏光状態を有する位置に対して展開させることができる
ならば、それらの要素の固有軸はＬＶＲおよびＨを含む
平面内に位置せねばならないのでその展開はＰおよびＱ
を通る大円の周囲で起こることは明白である。直線複屈
折である複屈折要素の（すなわち、それらの複数の固有
状態の偏光状態が複数の直線偏光状態である）場合に、
固有状態はそれ故に点ＨおよびＶに対応せねばならない
。これらの要素は高い複屈折偏光を保持するファイバの
長さによって都合良く構成され得る。もしビームスプリ
ッタ１０もまた偏光保持ファイバから作られるならば、
ビームスプリッタの複数の主偏光状態と偏屈折要素を構
成するファイバの長さの固有状態との間の適切に関連し
た方向付けは、ビームスプリッタの出力ポートのファイ
バの対応する平面に対し４５゜で複屈折要素ファイバの
主偏光平面と共に複屈折要素ファイバをビームスプリッ
タ１０の各出力ポートに結合することによって得られる
。光がビームスプリッタ１０の一方の出力ポートからそ
の連結された直線複屈折要素へと送り出されるとき、局
部発振構成要素および送信構成要素の複数の偏光状態の
両者はＰＬＱおよびＲを通る同じ大円の周囲で展開され
る。２つの構成要素の複数の偏光状態は直径方向で向か
い合った点ＰおよびＱでスタートするが、波長のわずか
な差の結果として２つの展開の速度がわずかに異なり、
一方が結局他方に追い付く結果それらは同じステップに
なる。まさにどのくらいの長さの高い複屈折のファイバ
が必要とされてこの‘追い付き’効果が生成されるのか
は、ファイバの複屈折の強さと局部発振および送信の波
長と周波数との間の関係とに依存する。
【００１１】高い複屈折のファイバの複屈折の強さはそ
のうなりの長さによってしばしば表されており、ここで
うなりの長さはファイバの２つの主平面内に光を伝播す
るための１波長の光パスの差を提供するファイバの長さ
である。複屈折の強さは通常の単軸結晶と同様波長依存
の同じ形を示し、それ故に特定のファイバのうなりの長
さＢは波長λに比例する。すなわちＢ＝ｋλであり、こ
こでｋはそのファイバの複屈折の強さを特徴付ける比例
定数である。
【００１２】局部発振および送信構成要素の複数の偏光
状態は、局部発振構成要素に対するうなりの長さの数ｘ
が送信構成要素に対するそれとうなりの長さの１／２　
だけ異なるときに互いに同じステップになるであろう。 （ｘは整数である必要はなく、一般にそうではないであ
ろう。）もし物理的長さｄのファイバの中に周波数Ｆ１
　および波長λ１　でｘうなり長さがＢ１　があり、そ
して同様のファイバの中に周波数Ｆ２　および波長λ２
　で（ｘ＋１／２　）うなり長さＢ２　があるならば、
ｄ＝ｘＢ１　＝ｘｋλ１　＝ｘｋｃ／ｆ１　、およびｄ
＝（ｘ＋１／２　）Ｂ２　＝（ｘ＋１／２　）ｋλ２　
＝（ｘ＋１／２　）ｋｃ／ｆ２　であり、ここでｃは光
の速度である。
【００１３】それ故に、 （ｆ１　−ｆ２　）＝ｘｋｃ／ｄ−（ｘ＋１／２　）ｋ
ｃ／ｄ、および ｄ＝ｋｃ／２（ｆ１　−ｆ２　）である。
【００１４】したがって　１．５ｕｍの波長で約１ｍｍ
のうなり長さを持つファイバに対して、局部発振および
送信を運ぶためのファイバの必要とされる長さは１０Ｇ
Ｈｚ　の周波数で分離され同じ偏光状態に対して約　１
００ｍである。
【００１５】図１の要素１９および２０に対する直線複
屈折を示す要素の使用の代わりとして、ポアンカレ球の
ＬおよびＲ極によって示される固有状態内にあり円形複
屈折（光学活性）を示す要素を原則的に使用することが
できることが図２のポアンカレ球から明白である。円形
複屈折は例えば標準的な円形対称形単一モードファイバ
内でそれをねじることによって導入され得る。いかなる
特定の組の環境内でもこのタイプの複屈折の使用の実用
性は、十分な波長依存性につながる十分に短いうなり長
さを得ることに依存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光混合器、局部発振器および１対の検出器のブ
ロック図。
【図２】ポアンカレ球の線図。
【符号の説明】 １０…偏光分解ビームスプリッタ、　１１，１２…入力
ポート、　１３，１４…出力ポート、１６…調整器、　
１７，１８…フォトダイオード、　１９，２０…複屈折
要素。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　遠隔位置から受信された第１の光周波
    数の送信信号をヘテロダイン検出するための光混合器で
    あり、その混合器は第１の光周波数とは異なった第２の
    光周波数の局部発振器信号を使用し、そして１対の入力
    ポートと１対の出力ポートとを備えた偏光分解ビームス
    プリッタを具備し、その出力ポートはそれぞれ１対の複
    屈折要素に光結合されており、ここで各複屈折要素の複
    屈折は、その要素に入る偏光分解ビームスプリッタの入
    力ポートの内の一方へと送り出された送信信号の構成要
    素とその要素に入るビームスプリッタのもう一方の入力
    ポートへと送り出された局部発振器信号の構成要素とが
    ほぼ整合する複数の偏光状態を伴ってその要素から現れ
    るような複屈折である光混合器。
  2. 【請求項２】　　遠隔位置から受信された第１の光周波
    数の送信信号をヘテロダイン検出するための光混合器で
    あり、その混合器は第１の光周波数とは異なった第２の
    光周波数の局部発振器信号を使用し、送信信号および局
    部発振器信号それぞれに対する印加のための入力ポート
    の対とおよび出力ポートの対とを有し、且つ両方の入力
    ポートのそれぞれに対する信号の印加に応じて２つの出
    力ポートに別々に現れる信号によってそれぞれ支配され
    る複数の偏光状態である１対の直交関係にある複数の主
    偏光状態を有しており、ここで２つの出力ポートは各複
    屈折要素に光結合され、各複屈折要素の方向付けはポア
    ンカレ球上のその固有軸の表示が偏光分解ビームスプリ
    ッタの複数の主偏光状態を示す点を通過する球の軸に対
    してほぼ直交するような方向にあり、そして各複屈折要
    素の長さは送信および局部発振器信号がほぼ整合する複
    数の偏光状態を伴ってその要素から現れるような長さで
    ある光混合器。
  3. 【請求項３】　　偏光分解ビームスプリッタがテーパ溶
    融光ファイバビームスプリッタである請求項２記載の光
    混合器。
  4. 【請求項４】　　ビームスプリッタが偏光保持光ファイ
    バから構成される請求項３記載の光混合器。
  5. 【請求項５】　　各複屈折要素が光ファイバによって構
    成される請求項３記載の光混合器。
  6. 【請求項６】　　各複屈折要素が直線複屈折偏光保持光
    ファイバから構成される請求項５記載の光混合器。
  7. 【請求項７】　　遠隔位置から受信された第１の光周波
    数の送信信号と第１の光周波数とは異なった第２の周波
    数の局部発振器信号とを混合するために適合させられた
    偏光に敏感でないヘテロダイン光受信器であり、その受
    信器は送信信号および局部発振器信号それぞれに対する
    印加のための２つの入力ポートとおよび２つの出力ポー
    トとを有し、且つ両方の入力ポートのそれぞれに対する
    信号の印加に応じて２つの出力ポートに別々に現れる信
    号によってそれぞれ支配される複数の偏光状態である１
    対の直交関係にある複数の主偏光状態を有しており、こ
    こで偏光分解ビームスプリッタの２つの出力ポートは２
    つの複屈折要素を介して２つの光検出器にそれぞれ結合
    され、各複屈折要素の方向付けはポアンカレ球上のその
    固有軸の表示が偏光分解ビームスプリッタの複数の主偏
    光状態を示す点を通過する球の軸に対してほぼ直交する
    ような方向にあり、そして各複屈折要素の長さは送信信
    号および局部発振器信号がほぼ整合する複数の偏光状態
    を伴ってその要素から現れるような長さである光受信器
    。
  8. 【請求項８】　　偏光分解ビームスプリッタがテーパ溶
    融光ファイバビームスプリッタである請求項７記載の光
    受信器。
  9. 【請求項９】　　ビームスプリッタが偏光保持光ファイ
    バから構成される請求項８記載の光受信器。
  10. 【請求項１０】　　各複屈折要素が光ファイバである請
    求項８記載の光受信器。
  11. 【請求項１１】　　各複屈折要素が直線複屈折偏光保持
    光ファイバである請求項１０記載の光受信器。
  12. 【請求項１２】　　遠隔位置から受信された第１の光周
    波数の送信信号がその中で第１の光周波数とは異なった
    第２の周波数の局部発振器信号によってヘテロダインさ
    れる光ヘテロダイン検出方法であり、ここで送信信号お
    よび局部発振器信号は２つの入力ポートと２つの出力ポ
    ートとを有する偏光分解ビームスプリッタに印加されて
    おり、そして両方の入力ポートに対する信号の印加に応
    じて２つの出力ポートに別々に現れる信号によってそれ
    ぞれ支配された複数の偏光状態である１対の直交関係に
    ある複数の主偏光状態を有し、ここで送信信号が入力ポ
    ートの内の一方に印加される一方で局部発振器信号はそ
    の局部発振器信号を２つの出力ポートの間にほぼ等しく
    分割する偏光状態と共に他方の入力ポートに印加され、
    そして各出力ポートから現れた結果として生じる直交す
    るように偏光された送信信号および局部発振器信号の構
    成要素は連結された複屈折要素を介してその出力ポート
    に連結された光検出器に供給され、各複屈折要素の方向
    付けはポアンカレ球上のその固有軸の表示が偏光分解ビ
    ームスプリッタの複数の主偏光状態を示す点を通過する
    球の軸に対してほぼ直交するような方向であり、そして
    各複屈折要素の長さはその複屈折要素に入る直交するよ
    うに偏光された送信信号および局部発振器信号の構成要
    素がほぼ整合する複数の偏光状態を伴ってその要素から
    現れるような長さである方法。
  13. 【請求項１３】　　送信信号および局部発振器信号がテ
    ーパ溶融光ファイバビームスプリッタである偏光分解ビ
    ームスプリッタに印加される請求項１２記載の光ヘテロ
    ダイン検出方法。
  14. 【請求項１４】　　送信および局部発振器信号が偏光保
    持光ファイバから構成される偏光分解ビームスプリッタ
    に印加される請求項１２記載の光ヘテロダイン検出方法
    。
  15. 【請求項１５】　　ビームスプリッタの出力ポートから
    現れる送信信号および局部発振器信号の直交するように
    偏光された構成要素が、光ファイバである複屈折要素を
    介してそれらの連結された光検出器に供給される請求項
    １３記載の光ヘテロダイン検出方法。
  16. 【請求項１６】　　ビームスプリッタの出力ポートから
    現れる送信信号および局部発振器信号の直交するように
    偏光された構成要素が、直線複屈折偏光保持光ファイバ
    である各複屈折要素を介してそれらの連結された光検出
    器に供給される請求項１３記載の光ヘテロダイン検出方
    法。
JP3143547A 1990-06-14 1991-06-14 ヘテロダイン検出のための光混合器およびその方法 Pending JPH04232928A (ja)

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GB9013263:0 1990-06-14
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JPH04232928A true JPH04232928A (ja) 1992-08-21

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ID=10677600

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3143547A Pending JPH04232928A (ja) 1990-06-14 1991-06-14 ヘテロダイン検出のための光混合器およびその方法

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