JPH088827A - 光通信方法と装置 - Google Patents

光通信方法と装置

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JPH088827A
JPH088827A JP6156780A JP15678094A JPH088827A JP H088827 A JPH088827 A JP H088827A JP 6156780 A JP6156780 A JP 6156780A JP 15678094 A JP15678094 A JP 15678094A JP H088827 A JPH088827 A JP H088827A
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Osamu Hirota
修 広田
Koichi Yamazaki
浩一 山崎
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバーを利用した光通信において、誤
り率の点から非常に有利であるとされているスーパーホ
モダイン検波システムをスクイズド状態の信号光に対し
ても利用できるようにすることにより、実用可能な光通
信の信頼度を飛躍的に向上させること。 【構成】 送信側1において第1のスクイザー13によ
り形成したスクイズド状態の信号光を出力し、受信側3
においてこの信号光に送信側スクイザー13と逆特性の
第2のスクイザー31によりスクイズド処理を施してコ
ヒーレント状態の信号光に変態し、このコヒーレント状
態の信号光をスーパーホモダイン検波ユニット32によ
り処理して受信信号とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は光通信方法と装置に関
するものであり、さらに詳しくはスクイズド状態の信号
光を利用したものであって特に光ファイバーなどを用い
たローカルエリアネットワークに適した光通信技術の改
良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信とは通信の媒体として信号光を用
いるものであって、基本的には送信側において半導体レ
ーザーにより形成した信号光を、光ファイバーなどの伝
送路を介して受信側に伝送し、受信側においてはこの受
信した信号光を光ダイオードにより処理して最終的に解
読すべき受信信号とするものである。
【0003】光通信システムの能力は基本的には送信側
において発生される量子雑音により左右されるものであ
る。したがって光通信システムの信頼度(受信感度と符
号誤り率)を向上させるためには、理論的には送信側に
おいて量子雑音の制御をするのが望ましい。しかし送信
側で量子雑音の制御を行なっても、伝送中のエネルギー
損失により、受信側ではその制御の結果が元に戻ってし
まう。この理由から光通信システムにおける量子雑音の
制御は受信側において行なうのが一般的であり、かつ現
実的である。
【0004】ところで光通信システムとしては、送信側
において形成する信号光としてコヒーレント状態のもの
を用いる場合と、スクイズド状態のものを用いる場合と
があることは一般に知られている。コヒーレント状態の
信号光においては、光の直交する2個の振幅成分が等し
い量子雑音が含まれている。またスクイズド状態の信号
光においては、光の直交する2個の振幅成分が異なる量
子雑音が含まれている。なお本発明者らは先願である特
開平5−63648号において、コヒーレント状態の信
号光を用いた光通信システムの改良を提案している。
【0005】光の直交する二つの振幅成分の量子雑音エ
ネルギーの間にはハイゼンベルグの不確定性原理という
関係があり、両エネルギーの積は1/16以上になるも
のとされている。コヒーレント状態の信号光を用いた場
合には両エネルギーは等しくなり、共に1/4となる。
【0006】しかし、光の直交する二つの振幅成分の量
子雑音エネルギーはハイゼンベルグの不確定性原理に反
さない限りにおいては、両エネルギーを異なる値のもの
とすることができる。したがって、一方の振幅成分の量
子雑音エネルギーを1/4より小とし、もう一方を1/
4より大とすることができる。このような光の状態をス
クイズド状態と呼ぶ。そこで、スクイズド状態の信号光
を利用する場合には量子雑音エネルギーの小さい振幅成
分に情報を載せるように設計すれば、光通信システムの
信頼度を向上させることができる。すなわち光通信に用
いる信号光をスクイズド状態にすることにより信号対雑
音比(SN比)、すなわち信号電力に対する量子雑音電
力の比を大幅に改善することができるのである(文献
「光通信理論とその応用」1988年、森北出版刊参
照)。
【0007】一方受信側においては信号光を検波する必
要があるが、従来信号光の検波システムとしては、MI
TのKennedyによって提案されたスーパーホモダ
イン検波システムが秀れもの、すなわち符号誤り率、す
なわち全信号ビット数に対する誤りビット数のパーセン
トが小さいものとして知られている。このスーパーホモ
ダイン検波システムはコヒーレント状態の信号光に対し
て用いられるもので、原理的には局発光光源と、方向性
結合器からなる光合成器と、ダイオードからなる光検波
器とから構成されている。作用としては受信した信号光
と局発光とを光合成器によって干渉させて、いずれか一
方の光を真空状態(光子数ゼロの状態)にすることによ
り、受信感度を大幅に改善するものである(文献MIT
Res.Lab.Electron.Q.Rep.N
o.108,pp219〜225、1973年参照)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記したよう
に量子雑音の点からコヒーレント状態の信号光より有利
であるとされるスクイズド状態の信号光は、局発光との
干渉によって真空状態にすることができないのである。
すなわちスーパーホモダイン検波そのものは符号誤り率
の点からは非常に有利であるにも拘わらず、スクイズド
状態の信号光に対してはこれを利用することができない
という問題がある。
【0009】この発明の目的は、符号誤り率の点から非
常に有利であるとされているスーパーホモダイン検波シ
ステムを量子雑音の点から有利であるスクイズド状態の
信号光に対しても利用できるようにすることにより、実
用可能な光通信の信頼度を飛躍的に向上させることにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】送信側において第1のス
クイザーにより形成したスクイズド状態の信号光を出力
し、受信側においてこの信号光に送信側スクイザーと逆
特性の第2のスクイザーによりスクイズド処理を施して
コヒーレント状態の信号光に変換し、このコヒーレント
状態の信号光をスーパーホモダイン検波ユニットにより
処理して受信信号とするものである。
【0011】
【作用】第2のスクイザーにより処理されたスクイズド
状態の信号光は送信時のコヒーレント状態に戻り、つい
でスーパーホモダイン検波ユニットにより処理されて受
信信号とされる。
【0012】
【実施例】図1にこの発明の光通信装置の一例を模型的
に示す。送信装置1と受信機3とは通信用伝送路2によ
り光学的に接続されている。通信用伝送路2信号光を伝
送するものであり、最も一般的には光ファイバーにより
構成されるが、非常に短距離の場合には空間であっても
よい。
【0013】送信機装置1は光源11と光変調器12と
第1のスクイザー13とから構成されている。光源11
は例えば分布帰還型(DFB)半導体レーザー、分布ブ
ラッグ反射型(DBR)半導体レーザー、外部共振器付
半導体レーザーおよび単一周波数発振型レーザーなどが
用いられる。光変調器12は例えば市販のリチウム・ナ
イオベイト(LiNbO3)などからなる変調器が用い
られる。第1のスクイザー13は信号光をコヒーレント
状態からスクイズド状態に変換させるものである。
【0014】受信装置は第2のスクイザー31とスーパ
ーホモダイン検波ユニット32とから構成されている。
この第2のスクイザー31は送信側の第1のスクイザー
13に対して逆特性を有しており、信号光をスクイズド
状態からコヒーレント状態に変換させるものである。こ
れらのスクイザー13、31には例えば縮退パラメトリ
ック増幅過程(Physical Review Le
tter Vol.57,No.20,pp2520−
2523,1986年参照)や縮退四光波混合過程(日
経サイエンス刊、サイエンス、第18巻第7号、第48
〜58頁、1988年参照)などの動作を利用したもの
を用いることができる。
【0015】スーパーホモダイン検波ユニット32は局
発光光源321と光合波器322と光検波器323とか
ら構成されている。局発光光源321としては例えば送
信側の光源11と同じような単一周波数レーザーなどが
用いられる。光合波器322としては例えば市販の光カ
プラーやハーフミラーなどが用いられる。光検波器32
3としては例えばフォトダイオードなどが用いられる
が、増幅器やフィルターなどの通常の光受信装置に含ま
れる回路を含んでもよい。
【0016】スクイザー31によりコヒーレント状態と
された信号光S3と局発光S4とはそれぞれの偏波状態
が一致したものを用い、両者は光合波器232において
合波される。合波されて光検波器323に入力する信号
S5の振幅成分は信号光S3と局発光S4とで一致して
おり、その位相は情報1に対しては局発光S4と一致
し、情報0に対してはπラジアンずれた状態で合波され
る。光検波器323は検出した光子数を最終的に解読さ
れるべき受信信号S6として出力する。
【0017】この発明のシステムにおける信号光の状態
の変換の一例を図2〜図4に示す。図2に示すのは送信
側の光変調器12に入力される送信信号光S1であり、
図3に示すのは送信側の第1のスクイザー13により出
力される信号光S2であり、図4に示すのは第2のスク
イザー31により形成されてスーパーホモダイン検波ユ
ニット32に入力される信号光S3である。ここで第2
のスクイザー31はユニタリー性、すなわちSN比を保
存する特徴を有しているので、スクイズド状態の信号光
S2の特性はそのままコヒーレント状態の信号光S3に
おいて維持されるのである。
【0018】ついでスーパーホモダイン検波ユニット3
2における符号誤り率Peについて考察する。送信装置
1から出力される1信号光が有する送信信号の平均光子
数を〈n〉とすると、コヒーレント状態の信号光を用い
た場合の限界符号誤り率Peは次の式で表される。
【0019】
【数1】
【0020】またこの発明のごとく構成した場合の符号
誤り率Pe’は次の式で表される。
【0021】
【数2】
【0022】以上から明らかにPe>Pe’である。すな
わちこの発明によった場合にはコヒーレント状態の信号
光を用いた場合の限界符号誤り率より小さな符号誤り率
を達成することができるのである。なお図5に種々の場
合の符号誤り率を送信信号の平均光子数について示す。
図中曲線(A)は従来の光通信系の符号誤り率の限界
(ショット雑音限界)特性を示し、曲線(B)はスクイ
ズド状態の信号光を従来の光ホモダイン検波ユニットで
検波した場合の符号誤り率特性を示し、さらに曲線
(C)はこの発明によった場合の符号誤り率特性を示す
ものである。
【0023】
【発明の効果】このようにこの発明においては、スクイ
ズド状態信号光の低量子雑音特性とスーパーホモダイン
検波システムの低符号誤り率特性とを組合せた結果、信
号光の強度およびビットレートを従来の光通信系と同じ
にすると、従来の光通信系よりも受信信号の符号誤り率
を大幅に低くすることができるのである。また受信信号
の符号誤り率および信号光の強度を従来の光通信系と同
じにすると、ビットレートを従来の光通信系よりも大幅
に高くすることができるのである。いずれにしてもこの
発明によれば実用可能な光通信の信頼度を飛躍的に向上
させることができるのである。
【0024】なお冒頭に記載したようにこの発明のシス
テムは特に例えば光ファイバーなどを用いたローカルエ
リアネットワークに適したものである。現在得られる光
ファイバーを用いて短距離伝送をした場合には、最低損
失が0.2dB程度であり、5dB損失が許容される条
件下では25Km程度のネットワークにも効果的に応用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のシステムの基本構成を示す説明図で
ある。
【図2】該システムにおいて処理される信号光の特定段
階における状態を示す説明図である。
【図3】該システムにおいて処理される信号光の特定段
階における状態を示す説明図である。
【図4】該システムにおいて処理される信号光の特定段
階における状態を示す説明図である。
【図5】種々の条件下における符号誤り率を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 送信装置 11 光源 12 光変調器 13 第1のスクイザー 2 通信用伝送路 3 受信装置 31 第2のスクイザー 32 スーパーホモダイン検波ユニット 321 局発光光源 322 光合波器 323 光検波器 S1 送信信号 S6 受信信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/152 10/142 10/04 10/06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スクイズド状態の信号光を用いた光通信方
    式であって、送信側においてスクイズド状態の信号光を
    信号光伝送路に出力し、受信側においてこの信号光に送
    信側と逆特性のスクイズド処理を施してコヒーレント状
    態の信号光に変換し、このコヒーレント状態の信号光を
    スーパーホモダイン検波処理して受信信号とすることを
    特徴とする光通信方法。
  2. 【請求項2】信号光伝送路が光ファイバーであることを
    特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】スクイズド状態の信号光を用いた光通信型
    式であって、送信装置には第1のスクイザーが設けられ
    ており、信号光伝送路により送信装置に接続された受信
    装置には第1のスクイザーに対して逆特性を有する第2
    のスクイザーとその出力側に接続されたスーパーホモダ
    イン検波ユニットが設けられていることを特徴とする光
    通信装置。
  4. 【請求項4】信号光伝送路が光ファイバーであることを
    特徴とする請求項3に記載の装置。
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WO1999027341A1 (en) * 1997-11-21 1999-06-03 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing an optical transmission module and a bit error rate characteristic inspection system
CN106932767A (zh) * 2017-04-17 2017-07-07 浙江神州量子网络科技有限公司 基于压缩光的量子雷达以及雷达探测方法

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