JPS6123121A - 光ヘテロダイン受信方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信システムや光情報処理システム等に用い
られる光ヘテロダイン受信方法に関するものである。

（従来技術とその問題点） 一般に光ヘテロゲイン検波方式には従来の光直接検波方
式に比べ、受信感度を１０〜１００倍以上に高めること
ができるという大きな特長があるため、長距離光通信幹
線システムや各種高感度光センナに有効な光検波方式と
なっている。

この光検波方式において高い受信感度を実現するために
は、信号光と局部発振光の効率の良い合波が必要であシ
、そのためには、信号光と局部発振光両光の伝搬方向、
偏波状態、ビーム径等を一致させなければならない。と
ころが、光通信にお　　′いて長距離の光ファイバを伝
搬してきた信号光の偏波状態は、光ファイバに加わる様
々な擾乱の影響を受は時間的に変動し、また光センナの
場合も被測定物の状態によシ偏波状態が変動する。従っ
てこのままでれ安定で効率の良い合波を行なうことはで
きない。

こめ問題の解決方法として受信時に信号光の偏波状態を
モニタし、それにょ多信号光あるいは局部発振光の偏波
状態を制御して信号光と局部発振光の偏波状態の整合を
図るという方法が考えられ、偏波の制御方法としては例
えば次の文献に記載の方法が考えられている。大原他「
単一姿態光ファイバの出力偏波補償用光回路」昭和５５
年度電子通信学会総合全国大会論文集８７４．１９８０
年。しかし、一般＜ｉの方法では信号光をモニタするた
めに信号光の一部を分離しなければならず、その際に信
号光に損失が生じるという問題点がある。

また信号光と局部発振光を合波した合波光を偏光分離素
子に入射して互いに直交する偏波面を有する直線偏波の
第１．第２の光ビームに２分し、それぞれ別々の受光素
子に入射して電気信号に変換しその電気信号を処理１合
成するという偏波ダイパーシティ光受信も考えられてい
る。この方式で２つの受光素子から得られる電気信号を
等利得で合成する場合には、信号光の偏波状態によって
得られる復調信号のＳ／Ｎ比が変化し、最大３ｄＢのＳ
／Ｎ劣化があるという問題がある。また２つの電気信号
に、信号強度に比例した係数をかけて加え合わせればＳ
／Ｎの劣化はなくなるが回路構成が複雑になると伝う問
題点があった。（大越他「ヘテロゲイン／コヒーレント
型光ファイバ通信のための偏波ダイパーシティ光受信機
」電子通信学会通信方式研究会資料Ｃ３８３−２２，１
９８３年）（発明の目的） 本発明の目的は前記の問題点を除き、信号光の偏波状態
の制御とモニタ用の信号光成分の低減が同時に実現され
Ｓ／Ｎ劣化なく常に一定の感度で光ヘテロダイン受信を
行なうことのできる光ヘテロダイン受信方法を提供する
ことにある。

（発明の構成） 本発明の光ヘテロゲイン受信方法は、入力信号光と局部
発振光とを合波するプロセスと、合波光を偏波面が互い
に直交する２つの光ビームに分離するプロセスと、前記
各党ビームをそれぞれ電気信号に変換するプロセスと、
前記電気信号から復調信号出力を得るプロセスとを少な
くとも備え、さらに、前記２つの電気信号の位相差がｎ
＝（ｎ＝０　、１　、２、−・・）で、かつ、一方の電
気信号が最小又は最大となるように前記入力信号光の偏
波状態を制御するプロセスを具備している構成となって
いる。

（構成の詳細な説明） 本発明においてはまず入力信号光と局部発振光を光合波
部で合波し、その合波光を偏光分離素子で偏波面が互い
に直交する第１．第２の光ビームに分離する。ここで入
力信号光の偏波状態を制御し、入力信号光の大部分が偏
光分離素子によシ第１の光ビーム側へ進むようにする。

この場合、第１の光ビームの信号光と局部発振光の偏波
状態は一致しており、また信号光の＃１とんどがこの第
１の光ビームに含まれるのでこれを光ヘテロダイン検波
した出力からはほとんどＳ／Ｎ劣化なく、安定に復調信
号出力を得ることができる。本発明では信号光の偏波状
態の検出、制御を次のよう々手順で行なうことによシ第
１の光ビームへ信号光の大部分が進むようにする。ここ
では簡単のため局部発振光としては直線偏波の光を用い
、その偏光方向が偏光分離素子の固有軸と４５０の角度
をなしている場合を考える。この場合、局部発振光は偏
光分離素子によシ同位相あるいはπの位相差をもつ振幅
の等しい２つの直線偏光に分離される。ここでは、簡単
のために同位相の場合を考えることにする。偏光分離素
子では局部発振光と同時に信号光も直交する２つの直線
偏波に分けられるので、偏光分離素子で分離された２つ
の光ビームについてそれぞれヘテロダイン検波を行なう
ことができ、等しい中間周波数をもつ２つの中間周波信
号が得られる。この場合、前記したように２つの光ビー
ムの局部発振光成分の振幅および位相は等しいので、２
つの中間周波信号の振幅比および位相差は信号光の偏波
状態に対応している。そこで２つの中間周波信号の位相
差が零になるように信号光の偏波状態を制御すると信号
光は直線偏波になる。

さらに２つの中間周波信号のうち一方が零になるように
、信号光の偏波方向を制御することによ多信号光が偏光
分離素子で一方の光ビームにのみ分離されるようにする
ことができる。位相差の検出。

制御は２つの中間周波信号のうち一方にπ／２の位相シ
フトを与えたのち両者を掛は合わせ、その出力が零にな
るように信号光の位相を制御すればよい。また振幅は必
要とする光ビームからの中間周波信号が最大あるいはも
う一方の中間周波信号が最小になるように制御すればよ
く、その制御の方法としては、信号光の偏波方向を微小
に変調しその変化を検出し、検出信号の位相２周期から
制御信号を作成し信号光の偏波方向の制御を行なうとい
う方法等が考えられる。また局部発振光が直線偏波以外
の場合もその偏波状態がわかっていれば、偏光分離素子
で分離された第１．第２の光ビームの局部発オキ光成分
の位相差がわかるので、この位相差を考慮に入れて制御
を行なえばよい。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
第２の光検出器の出力について示した図である。入力信
号光１は位相補償素子２および偏光回転素子３構成され
る偏光制御素子に入射される。この偏光制御素子から出
力された信号光４は、局部発振器５から出射した局部発
振光６と光合波器７によって合波される。この合波出力
光８は偏光分離素子９によって互いは直交する２つの直
線偏波をもつ第１．第２の光ビーム１０．１１に分離さ
れ、それぞれ第１．第２の光検出器１２．１３でヘテロ
ダイン検波される。ここで局部発振光６としては、直線
偏波を用いその偏波方向は、偏光分離素子の固有軸と４
５０の角度を持つように調整しておいたので第１．第２
の光検出器１．２　、１３の出力の第１．第２の中間周
波信号１４．１５の位相差は信号光４の偏波状態に対応
した値をとる。すなわち信号光４が直線偏波をもつとき
には第１．第２の中間周波信号１４．１５の位相差は零
またはπに、また信号光４が円偏波をもつときには第１
゜第２の中間周波信号１４．１５の位相差はπ／２また
はユπになっている。信号光４が楕円偏波の場合には直
線偏波と円偏波の中間の値をとる。ここで第２の中間周
波信号１５に移相器１６でπ／２の位相シフトを与え、
その出力信号１７と第１の中間周波信号１４をミキサー
８によシ掛は合わせる。このミキサ１８からの平均出力
１９は信号光４が直線偏波の場合に零となシ、その他の
場合は信号光４の偏波状態に対応して正または負の値を
とる。そこでこの正または負の値に対応した制御信号２
１を駆動回路２０で発生させ、これによシ位相補償素子
２を制御して入力信号光１に適当な位相シフトを与える
ことによシ、信号光４の偏波状態を直線偏波にすること
ができる。また偏波の方向は次のようＫして制御される
。ここでは正弦波駆動回路２２で偏光回転素子３を駆動
し、信号光４の偏波の方向を第２図（ａｌに示すような
正弦波で変調しておく。その結果、第２の光検出器１３
のモニタ出力２３はその変調信号に対応して変化するが
、そのときの位相および周期は偏波方向によって第２図
（ｂ）　、　（ｅ）　、　（ｄ）に示すように変化する
Ｉ（第２図（ｂ）：偏波方向の＋側へのずれ；第２図（
ｃ）：所望偏波；第２図（ｄ）　？偏波方向の一側への
ずれ入そこでこの位相９周期を正弦波駆動回路のモニタ
出力２４と比較することによシ検出回路２５で検出し、
その検出出力２６で偏光回転素子３を制御することによ
シ、信号光の偏波方向を所望の方向に向けることができ
る。そこで第１の光検出器１２の出力信号２７を検波回
路２８で検波すれば高効率で復調信号出力２９を得るこ
とができる。

この実施例において位相補償素子２としてはバビネ・ソ
レイユケ相補償板を用いた。また偏光回転素子３として
はλ／２板を用い、その固有軸を回転させて偏波方向の
回転を行なった。局部発振器５としては半導体レーザ、
光合波器７としては透過率７０％９反射率３０％のミラ
ーを偏光分離素子９としてはロションプリズムを第１．
第２の光検出器１２．１３としてはフォトダイオードを
用いた。ミキサ１８としてはダブルバランスドミキサを
用い、この出力から制御信号２１を作シバビゾ ネｔレイユ位相補償板を制御して偏波状態を制御した。

またλ／２板の固有軸は正弦波駆動回路２２によｐ　Ｉ
ＫＨｚの周期で微小に変化させた。ここで、第２の光検
出器１３から得られるモニタ出力２３の位相関係を調ベ
モニタ出力２３が２ＫＨｚの周期で変化するようにλ／
２板の固有軸方向を調整することによシ、徐々に第２の
光検出器１３で得られる中間周波信号１５が小さくなシ
、第１の中間周波信号１４との比を１／　１００以下に
することができた。これによ多入力信号光１のほとんど
が第１の光ビーム１０のほうへ進み、このときその偏波
状態は局部発振光と一致しているので、第１の光検出器
１２の出力から常に高効率に復調信号を得ることができ
た。

第３図は本発明の第２の実施例のブロック図、第４図は
偏波方向に対するミキサ平均出力の符号を示した図であ
る。この実施例が第１の実施例と異なる点は信号光４の
偏波方向の検出方法である。

この実施例の場合には第１．第２の光検出器１２゜１３
からの出力３０．３１をミキサ３２で掛は合わせる。こ
のとき信号光の偏波方向が固有軸からどちら向きにずれ
ているかで第４図に示されるように、その平均出力が正
あるいは負の値をとるのでとのミキサ出力３３によ）偏
波方向の補正すべき方向を定めて制御を行なっている。

その他の構成は第１の実施例と同様である。この実施例
においても第１の実施例と同様筒１．第２の中間周波信
号１４．１５の比を常に１００以上にすることができ、
高効率の復調が実現できた。

本発明においては以上の実施例の他にもさまざまな変形
が可能である。例えば位相補償素子２および偏光回転素
子３としてはそれぞれλ４板。

λ／２　板の働きをするものであればよく、信号光の低
損失化を考え光ファイバに圧電素子で圧力を加えるもの
やリング状に光ファイバを巻いたファイバ形偏波面補償
器を利用する方法もある。また第１の実施例において、
偏波方向の検出は第２の光検出器１３の出力をモニタし
これを最小にするようにして行なったが、第１の光検出
器１２の出力をモニタしこれが最大になるように制御す
ることも可能である。

（発明の効果） 以上のように、本発明の光ヘテロダイン受信方法では信
号光の偏波状態が制御されるに従ってモニタ用の信号光
成分も減少するので、偏波制御が行なわれている状態で
は常に信号光と局部発振光が高効率で合波される。従っ
て本発明によって信号光の偏波状態が変動してもＳ／Ｎ
劣化のない光ヘテロゲイン受信方法を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図（
ａ）〜（ｄ）は第２の光検出器の出力について示した図
、第３図は本発明の第２の実施例のブロック図、第４図
は偏波方向に対するミキサ平均出力の符号を示した図で
ある。図において、１・・・入力信号光　　　　２・・
・位相補償素子３・・・偏光回転素子　　　５・・・局
部発振器７・・・光合波器　　　　　９・−・偏光分離
素子１２．１３−・光検出器　　１６・−移相器１８．
３２・・・ミキサ　　　２０−・駆動回路２２・・・正
弦波駆動回路　２５　・・・検出回路２８・・・検波回
路　　　　２９−・復調信号出力である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力信号光と局部発振光とを合波するプロセスと、合波
   光を偏波面が互いに直交する２つの光ビームに分離する
   プロセスと、前記各光ビームをそれぞれ電気信号に変換
   するプロセスと、前記電気信号のいずれか一方から復調
   信号出力を得るプロセスとを少なくとも備えている光ヘ
   テロダイン受信方法において、前記２つの電気信号の位
   相差がｎπ（ｎ＝０、１、２、・・・）で、かつ、いず
   れか一方の電気信号が最小又は最大となるように前記入
   力信号光の偏波状態を制御するプロセスを具備している
   ことを特徴とする光ヘテロダイン受信方法。