偏波ダイバーシティ光学系装置、復調器及び送受信機
【課題】偏波ダイバーシティ検出において、出力される干渉光に含まれる漏れ光を低減する。
【解決手段】偏波ダイバーシティ光学系装置は、局発光（Ｌ０）をｐ偏光成分である第１分離光（Ｌ１１）及びｓ偏光成分である第２分離光（Ｌ１２）に分離すると共に、信号光（Ｓ０）をｐ偏光成分である第３分離光（Ｓ１１）及びｓ偏光成分である第４分離光（Ｓ１２）に分離する偏光分離部（１１１）と、偏光分離部（１１１）で分離された第１分離光（Ｌ１１）を、第３分離光（Ｓ１１）及び第４分離光（Ｓ１２）のいずれか一方と合波し、第２分離光（Ｌ１２）を第３分離光（Ｓ１１）及び第４分離光（Ｓ１２）のいずれか他方と合波する光合波部（１１１）と、を備える。
【解決手段】偏波ダイバーシティ光学系装置は、局発光（Ｌ０）をｐ偏光成分である第１分離光（Ｌ１１）及びｓ偏光成分である第２分離光（Ｌ１２）に分離すると共に、信号光（Ｓ０）をｐ偏光成分である第３分離光（Ｓ１１）及びｓ偏光成分である第４分離光（Ｓ１２）に分離する偏光分離部（１１１）と、偏光分離部（１１１）で分離された第１分離光（Ｌ１１）を、第３分離光（Ｓ１１）及び第４分離光（Ｓ１２）のいずれか一方と合波し、第２分離光（Ｌ１２）を第３分離光（Ｓ１１）及び第４分離光（Ｓ１２）のいずれか他方と合波する光合波部（１１１）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波ダイバーシティ光学系装置、復調器及び送受信機に関し、より詳しくは、コヒーレント光通信システムにおける偏波ダイバーシティ光学系装置、復調器及び送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のネットワークの大容量化の要求に伴い、コヒーレント光通信が注目されている。これは情報を光の位相や周波数に重畳して送信し、受信機側に備えられた局部発振器からの光（以下、「局発光」という。）と干渉させることにより信号を復調する通信方式である。
【０００３】
コヒーレント通信方式において、光ファイバを伝搬してきた信号光は偏光方向が変動しているため、局発光と信号光の干渉効率が低下し、受信感度が時間的に変動してしまうという課題がある。これを解決する手段として、偏波ダイバーシティ検出方式がある。これは、任意の偏光状態となった信号光を２つの直交する偏光成分に分離し、それぞれに偏光方向を合わせた局発光を重ね合わせて干渉光を生成し、安定した受信感度を実現するという方法である。
【０００４】
特許文献１には、偏波ダイバーシティ検出を実施する方法として、信号光と局発光を偏光分離し、同じ偏光成分同士をハーフビームスプリッタ等を用いて合波することにより、干渉光を生成するというものが開示されている。
【０００５】
特許文献２は、信号光と参照光を偏光分離すると同時に直交する偏光成分同士を合波した後、偏光子等を用いて偏光方向を一致させ、干渉光を生成するものを開示している。
【０００６】
特許文献３は、光９０度ハイブリッドを用いて合成光から干渉光を生成し、位相ダイバーシティ検出を行うことについて開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２５１８２７号公報
【特許文献２】特開平１−２０９４３１号公報
【特許文献３】特開２００８−９２４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９は、特許文献２に開示された信号光と参照光を偏光分離すると同時に、直交する偏光成分同士を合波する偏波ダイバーシティ光学系装置９００について説明するための図である。任意の偏光状態の信号光Ｓ０（ｐ偏光成分Ｓ０ｐ、ｓ偏光成分Ｓ０ｓ）と４５度の直線偏光の局発光Ｌ０（ｐ偏光成分Ｌ０ｐ、ｓ偏光成分Ｌ０ｓ）は偏光ビームスプリッタ９３０へ入射し、各々の光のｐ偏光成分Ｓ０ｐ及びＬ０ｐは透過し、ｓ偏光成分Ｓ０ｓ及びＬ０ｓは反射される。この際、信号光のｓ偏光成分Ｓ０ｓとｐ偏光成分Ｌ０ｐとが合波されＣ９１となり、信号光のｐ偏光成分Ｓ０ｐと局発光のｓ偏光成分Ｌ０ｓとが合波され合成光Ｃ９２となる。生成された合成光Ｃ９１及びＣ９２は干渉光生成部９４０及び９５０により干渉光Ｉ９１〜Ｉ９８となり出力される。
【０００９】
ここで、偏光ビームスプリッタ９３０等の偏光分離素子は不完全であることから、本来全て反射すべきｓ偏光の一部が透過、あるいは全て透過すべきｐ偏光成分の一部が反射することにより、漏れ光が生じている。漏れ光は信号光と干渉することにより、出力信号の誤差となり、信号を正確に復調できなくなる恐れがある。
【００１０】
本発明は上述の事情を鑑みてされたものであり、偏波ダイバーシティ検出において、出力される干渉光に含まれる漏れ光を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置は、第１のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分の第１分離光及び第２分離光に分離すると共に、第２のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分である第３分離光及び第４分離光に分離する偏光分離部と、前記第１分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光のいずれか一方と合波させ、前記第２分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光いずれか他方と合波させる光合波部を備え、前記光合波部は偏光分離機能を有している、偏波ダイバーシティ光学系装置である。
【００１２】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記第１〜第４分離光のうち、いずれか２つの分離光の偏光を９０度回転する、λ／２板等の偏光回転手段を更に備えることができる。
【００１３】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか一方は、局部発振器から発振された局部発振光であり、前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか他方は、情報が重畳された信号光である、とすることができる。
【００１４】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記偏光分離部及び前記光合波部は、１つの合成光生成部により実現され、前記合成光生成部は、一つの偏光ビームスプリッタを有している、とすることができる。
【００１５】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記偏光分離部は、ビームディスプレイサであり、前記光合波部は、偏光ビームスプリッタである、とすることができる。
【００１６】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記偏光分離部及び前記光合波部は、それぞれ異なるビームディスプレイサである、とすることができる。
【００１７】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、合波された光を干渉光に変換する干渉光生成部を更に備えることができる。
【００１８】
本発明の復調器は、上述したいずれかの偏波ダイバーシティ光学系装置と、前記偏波ダイバーシティ光学系装置から出射された光を検出して電気信号を出力する光検出器と、を備える復調器である。
【００１９】
本発明の光送受信機は、送信部と受信部を備える光送受信機であって、前記受信部は、上述の復調器を有し、前記送信部は、コヒーレント光に信号を重畳させる位相変調部を有する、ことを特徴とする光送受信機である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、発生する漏れ光をより小さくすることができるため、出力信号の誤差が小さくなり、信号を正確に復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図２】図１の偏波ダイバーシティ光学系装置の合成光生成部をより詳細に示す図である。
【図３】図１の偏波ダイバーシティ光学系装置の光９０度ハイブリッドをより詳細に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る光通信用の復調器について概略的に示す図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る光通信用の送受信機について概略的に示す図である。
【図９】従来の偏波ダイバーシティ光学系装置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置１００を概略的に示す図である。この図１に示すように、偏波ダイバーシティ光学系装置１００は、外部の局部発振器から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ１１及びＣ１２を出力する合成光生成部１１０と、合成光Ｃ１１から干渉光Ｉ１１〜Ｉ１４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ１２から干渉光Ｉ１５〜Ｉ１８を生成する光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００２４】
図２には、合成光生成部１１０がより詳細に示されている。図２に示されるように、合成光生成部１１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離及び分離された光の合成を行う偏光ビームスプリッタ１１１と、分離された光の偏光を９０°回転させるλ／２板１１５と、偏光ビームスプリッタ１１１に光を入射させるために光を反射させるプリズム１１２、１１３、１１４、１１６及び１１７と、を備えている。
【００２５】
図３には、光９０度ハイブリッド１３０がより詳細に示されている。図３に示されるように、干渉光を生成する光９０度ハイブリッド１３０は、入射した光を強度１：１で分岐させる無偏光ビームスプリッタ１３１と、偏光を４５°回転させるλ／２板１３２及び１３５と、９０度の位相差を生じさせるλ／４板１３４と、偏光ビームスプリッタ１３３及び１３６により構成されている。なお、光９０度ハイブリッド１４０も同様の構成であるため、説明を省略する。
【００２６】
図２に戻り、合成光生成部１１０における光の経路について詳細に説明する。光ファイバを伝搬し、任意の偏光状態となっている信号光Ｓ０は、プリズム１１７で反射された後、偏光ビームスプリッタ１１１で偏光分離され、分岐信号光Ｓ１１及びＳ１２が生成される。分岐信号光Ｓ１１は、プリズム１１４で反射した後、再び、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。分岐信号光Ｓ１２は、λ／２板１１５（進相軸方向はｓ偏光に対して４５度）を通過し偏光が９０度回転され、分岐信号光Ｓ１３とされた後、プリズム１１６で反射され、再び、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。
【００２７】
一方、４５度の直線偏光となっている局発光Ｌ０はプリズム１１２で反射されたのち偏光ビームスプリッタ１１１で偏光分離され、分岐局発光Ｌ１１及びＬ１２が生成される。分岐局発光Ｌ１１はプリズム１１６で反射した後、λ／２板１１５を通過し偏光が９０度回転され、分岐局発光Ｌ１３とされ、再び、偏光ビームスプリッタ１１１へ入射する。分岐局発光Ｌ１２は、プリズム１１３で反射した後、再び、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１１１に入射した分岐信号光Ｓ１３と分岐局発光Ｌ１２は偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、合成光Ｃ１１が生成される。同様に分岐信号光Ｓ１１と分岐局発光Ｌ１３は偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、合成光Ｃ１２が生成される。合成光Ｃ１１及びＣ１２はそれぞれ干渉光生成手段である光９０度ハイブリッド１３０及び１４０へ入射する。
【００２９】
図３を用い、光９０度ハイブリッド１３０における光の経路について詳細に説明する。光９０度ハイブリッド１３０へ入射した合成光Ｃ１１は無偏光ビームスプリッタ１３１によって強度比１対１で分岐され、２つの分岐合成光が生成される。一方の分岐合成光はλ／２板１３２（進相軸方向はｓ偏光に対して２２．５度）によって偏光を４５度回転され、第１分岐合成光Ｃ１６とされた後、偏光ビームスプリッタ１３３で偏光分離されることにより、第１分岐合成光Ｃ１６に含まれている信号光と局発光の偏光方向が一致させられ、干渉光Ｉ１１及びＩ１２が生成される。
【００３０】
これらの干渉光Ｉ１１及びＩ１２を検出器で検出し、検出された２つの干渉光の強度差に比例する信号を出力させることにより、位相ダイバーシティ検出における、信号光のｓ偏光成分に対する第１の出力信号（Ｉ信号）を取得することができる。
【００３１】
また、他方の分岐合成光はまずλ／４板１３４（進相軸方向はｓ偏光方向に平行）によって、この分岐合成光に含まれている信号光と局発光の間に９０度の位相差を与えられ、次に、その後、λ／２板１３５（進相軸方向はｓ偏光に対して２２．５度）によって偏光を４５度回転され、第２分岐合成光Ｃ１７とされる。その後、偏光ビームスプリッタ１３６によって偏光分離されることにより、第２分岐合成光Ｃ１７に含まれている信号光と局発光の偏光方向が一致させられ、干渉光Ｉ１３及びＩ１４が生成される。
【００３２】
これらの干渉光を検出器で検出し、検出された２つの干渉光の強度差に比例する信号を出力させることにより、信号光のｓ偏光成分に対する位相ダイバーシティ検出における、第２の出力信号(Ｑ信号)を取得することができる。
【００３３】
同様にして光９０度ハイブリッド１４０によっても干渉光Ｉ１５〜Ｉ１８が生成され、これらの干渉光を検出することにより、信号光のｐ偏光成分に対するＩ信号及びＱ信号を取得することができる。
【００３４】
以下、偏波ダイバーシティ光学系装置１００の機能について式を用いて詳しく説明する。信号光Ｓ０と局発光Ｌ０の電場をそれぞれ次のようなベクトルで表すこととする。
【００３５】
【数１】
【００３６】
上記式（１）及び（２）の各々のベクトルの成分はそれぞれ電場のｐ偏光成分，ｓ偏光成分を表している。ここで、偏光ビームスプリッタ１１１の不完全性を考慮し、偏光ビームスプリッタ１１１に電場振幅Ｅｓを持つｓ偏光の光が入射したときには、δＥｓの電場を持つ光が透過して漏れ光となり、同様に電場振幅Ｅｐを持つｐ偏光の光が入射したときにはδＥｐの電場を持つ光が反射して漏れ光となるとする。すなわち、δは偏光ビームスプリッタの不完全性によって生じる漏れ光の大きさを表すパラメータである。一般的な偏光ビームスプリッタの消光比は３０ｄＢ程度で、これに対応するδの値は０．０３程度である。この仮定のもとで、偏光ビームスプリッタ１１１によって偏光分離された直後の分岐信号光Ｓ１１及びＳ１２及び分岐局発光Ｌ１１及びＬ１２の電場はそれぞれ近似的に式（３）〜式（６）のように表わすことができる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
λ／２板１１５はｐ偏光成分とｓ偏光成分を入れ替える作用を持つので、λ／２板１１５通過直後の分岐信号光Ｓ１３と分岐局発光Ｌ１３の電場はそれぞれ式（７）及び（８）のようになる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
分岐信号光Ｓ１１及びＳ１３と分岐局発光Ｌ１２及びＬ１３は偏光ビームスプリッタ１１１を透過、あるいは反射する際に、各々に含まれる不要光の電場がδ倍されるため、偏光ビームスプリッタ１１１から出射された直後のこれらの光の電場はそれぞれ式（９）〜（１２）のようになる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
従って、合成光Ｃ１１及びＣ１２の電場はそれぞれ式（１３）及び（１４）のように表される。
【００４３】
【数５】
【００４４】
合成光Ｃ１１及びＣ１２は、それぞれ同じ機能を持つ光９０度ハイブリッド１３０及び１４０に入射する。次に、光９０度ハイブリッド１３０における、合成光Ｃ１１から干渉光Ｉ１１〜Ｉ１４が生成される過程ついて説明する。無偏光ビームスプリッタ１３１は合成光Ｃ１１を強度比１対１で分岐するので、分岐合成光の電場はどちらも合成光Ｃ１１の電場の１／√２倍となる。また、λ／２板１３２及び１３５とλ／４板１３４の作用はそれぞれ行列（１５）及び（１６）によって表される。
【００４５】
【数６】
【００４６】
したがって、偏光ビームスプリッタ１３３及び１３６へ入射する分岐合成光Ｃ１６及びＣ１７の電場はそれぞれ下式（１７）及び（１８）により表される。
【００４７】
【数７】
【００４８】
これらの電場を持つ分岐合成光Ｃ１６及びＣ１７が偏光分離されることにより、干渉光Ｉ１１〜Ｉ１４が生成されるので、これらの干渉光の電場はそれぞれ以下のように表わされる。
【００４９】
【数８】
【００５０】
δを含む項が漏れ光の電場を表しており、漏れ光の電場の振幅はδ２のオーダーとなっている。ここで、比較のために図９に示す従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００で生成される干渉光Ｉ９１〜Ｉ９４の電場を求める。偏光分離と合波が同時に行われるため、生成される合成光Ｃ９１の電場は、式（３）と式（６）の和で与えられ、式（２３）で表される。
【００５１】
【数９】
【００５２】
干渉光生成部９４０として光９０度ハイブリッド１３０を用いた場合について、合成光から生成される干渉光Ｉ９１〜Ｉ９４の電場を同様の計算により求めると、それぞれ式（２４）〜（２７）のようになる。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
δを含む項が漏れ光の電場を表しており、漏れ光の電場の振幅はδの１次オーダーとなっている。つまり、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００で生成される干渉光に含まれる漏れ光の電場の大きさは、従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００の場合のδ倍となっている。
【００５５】
したがって、本実施形態においては、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光分離した後、偏光ビームスプリッタ１１１で合波しているため、漏れ光を減少させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態は干渉光生成手段として４つの干渉光を生成する光９０度ハイブリッドを用いたが、生成される干渉光が４つ未満や５つ以上の場合であっても、本発明の機能は有効である。
【００５７】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置２００を概略的に示す図である。この図４に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系装置２００は、外部の局部発振部から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ２１及びＣ２２を出力する合成光生成部２１０と、合成光Ｃ２１から干渉光Ｉ２１〜Ｉ２４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ２２から干渉光Ｉ２５〜Ｉ２８を生成する、光９０度ハイブリッド１３０と同一の光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００５８】
ここで、合成光生成部２１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離を行うビームディスプレイサ２１１と、分離された光の偏光を９０°回転させるλ／２板２１２と、分離された光の合成を行う偏光ビームスプリッタ２１４と、偏光ビームスプリッタ２１４に光を入射させるために光を反射させるプリズム２１３と、を備えている。なお、光９０度ハイブリッド１３０及び１４０の構成は、第１実施形態のものと同一であるため、説明を省略する。
【００５９】
信号光Ｓ０と局発光Ｌ０をビームディスプレイサ２１１を用いて偏光分離し、分岐局発光Ｌ２１及びＬ２２の偏光方向をλ／２板２１２（進相軸方向はｓ偏光に対して４５度）を用いて、それぞれ９０度回転させ分岐局発光Ｌ２３及びＬ２４とした後、偏光ビームスプリッタ２１４により、分岐信号光Ｓ２１と分岐局発光Ｌ２３とが合波され、合成光Ｃ２１になると共に、分岐信号光Ｓ２２と分岐局発光Ｌ２４とが合波され、合成光Ｃ２２となる。光９０度ハイブリッド１３０及び１４０での光の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同じく、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光分離した後、偏光ビームスプリッタ２１４で合波しているため、漏れ光を減少させることができる。
【００６１】
一般に、ビームディスプレイサを用いて偏光分離した場合に発生する漏れ光の電場の振幅は、偏光ビームスプリッタを用いる場合の０．１倍程度であるため、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置２００は、第１実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００よりも漏れ光を小さくすることができる。
【００６２】
また、本実施形態では信号光Ｓ０と局発光Ｌ０の偏光分離を同一のディスプレイサで行っているため、分岐信号光Ｓ２１とＳ２２の光軸間の距離と、分岐局発光Ｌ２１とＬ２２の光軸間の距離は等しい。さらにビームディスプレイサで分岐されたｓ偏光成分とｐ偏光成分は平行に出射されることから、例えば分岐信号光Ｓ２１と分岐局発光Ｌ２３の光軸を合わせた時点で、分岐信号光Ｓ２２と分岐局発光Ｌ２４の光軸は自動的に一致する。
【００６３】
すなわち、２つの合成光Ｃ２１及びＣ２２を生成する際に、必要となる光軸合わせの調整箇所は１箇所だけである。なお、信号光Ｓ０の偏光分離と局発光Ｌ０の偏光分離を異なるビームディスプレイサで行う場合に、１箇所の光軸調整で２つの合成光Ｃ２１及びＣ２２を生成するには、光の伝搬方向の厚さが高い精度で等しいビームディスプレイサを用いる必要がある。
【００６４】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置３００を概略的に示す図である。この図５に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系装置３００は、外部の局部発振器から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ３１及びＣ３２を出力する合成光生成部３１０と、合成光Ｃ３１から干渉光Ｉ３１〜Ｉ３４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ３２から干渉光Ｉ３５〜Ｉ３８を生成する、光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００６５】
ここで、合成光生成部３１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離を行うビームディスプレイサ３１１と、分離された光の偏光を９０°回転させるλ／２板３１２及び３１３と、分離された光の合成を行うビームディスプレイサ３１４と、光を反射させるためのプリズム３１５と、を備えている。なお、光９０度ハイブリッド１３０及び１４０の構成は、第１実施形態のものと同一であるため、説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の合成光生成部３１０では、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０をビームディスプレイサ３１１を用いて偏光分離し、分岐信号光Ｓ３２及び分岐局発光Ｌ３１の偏光方向をλ／２板３１２と３１３を用いて、９０度回転させて分岐信号光Ｓ３３及び分岐局発光Ｌ３３とした後、分岐信号光Ｓ３３と分岐局発光Ｌ３２及び分岐信号光Ｓ３１と分岐局発光Ｌ３３を、ビームディスプレイサ３１４で合波する構成としている。光９０度ハイブリッド１３０及び１４０での光の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６７】
したがって、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置３００では、漏れ光の生じにくいビームディスプレイサを偏光分離と合波の両方に用いているため、第１実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００よりも漏れ光を小さくすることができる。さらに、第２実施形態の場合と同様に、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０の偏光分離を同一のビームディスプレイサで行っているため、合成光Ｌ１１及びＬ２１を生成するにあたり必要となる光軸合わせの調整は１箇所のみでよい。
【００６８】
［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置４００を概略的に示す図である。この図６に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系装置４００は、外部の局部発振器から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ４１及びＣ４２を出力する合成光生成部４１０と、合成光Ｃ４１から干渉光Ｉ４１〜Ｉ４４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ４２から干渉光Ｉ４５〜Ｉ４８を生成する、光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００６９】
ここで、合成光生成部４１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離を行う偏光ビームスプリッタ４１１と、分離された光の合波を行う偏光ビームスプリッタ４１４及び４１５と、光を反射させるためのプリズム４１２及び４１３と、を備えている。なお、光９０度ハイブリッド１３０及び１４０の構成は、第１実施形態のものと同一であるため、説明を省略する。
【００７０】
本実施形態の合成光生成部４１０では、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光ビームスプリッタ４１１を用いて偏光分離し、分岐信号光Ｓ４１と分岐局発光Ｌ４２を偏光ビームスプリッタ４１４で、分岐信号光Ｓ４２と分岐局発光Ｌ４１を偏光ビームスプリッタ４１５で合波する構成としている。光９０度ハイブリッド１３０及び１４０での光の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７１】
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同じく、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光分離した後、偏光ビームスプリッタ４１４及び４１５で合波しているため、漏れ光を減少させることができる。なお、本実施形態では、分離された光の偏光を回転させずに合波しているため、λ／２板等の偏光回転手段は不要である。
【００７２】
［第５実施形態］
図７は、本発明の第５実施形態に係る光通信用の復調器５００について概略的に示す図である。この図７に示されるように、復調器５００は、第１実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置１００と、光ファイバーを伝搬してきた光を出射するコリメータ５０５と、局部発振器５１０と、偏波ダイバーシティ光学系装置１００から出射された干渉光Ｉ１１〜Ｉ１８のそれぞれを検出する光検出器５２１〜５２８と、干渉光の強度差に比例する出力信号を出力するトランスインピーダンスアンプ５３１〜５３４と、から構成されている。
【００７３】
コリメータ５０５より出射された信号光Ｓ０及び局部発振器５１０より出射された局発光Ｌ０は、偏波ダイバーシティ光学系装置１００に入射し、干渉光Ｉ１１〜Ｉ１８が生成される。干渉光Ｉ１１〜Ｉ１８は光検出器５２１〜５２８で検出され、それぞれの干渉光の強度差に比例する出力信号ＥＩ１、ＥＱ１、ＥＩ２及びＥＱ２がトランスインピーダンスアンプ５３１〜５３４より出力される。
【００７４】
ここで、式を用いて説明すると、干渉光Ｉ１１及びＩ１２の強度差に比例した電気信号が信号光のｓ偏光成分に対するＩ信号、干渉光Ｉ１３及びＩ１４の強度差に比例した電気信号が信号光のｓ偏光成分に対するＱ信号となり、これらは近似的にそれぞれ以下の式（２８）及び（２９）のように表わされる。
【００７５】
【数１１】
【００７６】
ここで、θs及びθpはそれぞれＥｓ及びＥｐの位相、θＬはＥＬの位相、ηは検出される光の強度から電圧への変換効率である。また、出力信号のＤＣ成分はＡＣカップリングにより消失させることとした。漏れ光によって生じる出力信号の誤差をΔＩs，ΔＱsとすると、これらはＩs、Ｑsと各々のδ＝０のときの値Ｉｓ０，Ｑｓ０との差で与えられるので、以下の式（３０）及び（３１）のようになる。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
ここで、比較のために図９に示す従来の干渉計を使用した場合の出力信号の誤差ΔＩs’及びΔＱs’を、式（２４）〜（２７）で与えられる干渉光の電場をもとに計算すると、式（３２）及び（３３）のようになる。
【００７９】
【数１３】
【００８０】
式（３０）〜（３３）から明らかなように、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００を採用することにより、漏れ光によって生じる出力信号の誤差をδ倍小さくすることができる。
【００８１】
次に、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いた復調器５００で位相変調信号を復調する際に、出力信号の誤差によって生じる復調信号の誤差を見積もる。局発光Ｌ０の位相を基準にした信号光のｓ偏光成分の位相は、δ＝０の場合はａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）という演算により求められるが、δ≠０のときには真の値からずれ、位相誤差Δθが生じてしまう。Δθは以下の式（３４）のように表わされる。
【００８２】
【数１４】
【００８３】
式（３４）をΔＩｓ、ΔＱｓに関して一次まで展開し、式（２８）〜（３１）を用いて整理すると式（３５）のようになる。
【００８４】
【数１５】
【００８５】
一方、図９の従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００を用いた復調器において生じる位相誤差Δθｓ’を式（３２）及び（３３）から同様の計算により求めると式（３６）のようになる。
【００８６】
【数１６】
【００８７】
上述の式（３５）及び（３６）より、δ＝０．０３、｜Ｅｐ｜／｜ＥＬ｜＝０．５のとき、従来の位相誤差Δθｓ’は、最大で約０．８６度であるのに対し、本実施形態の位相誤差Δθｓは、最大で約０．０２６度であり、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いた場合に生じる位相誤差は従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００の場合よりも小さくなっている。
【００８８】
したがって、本実施形態の復調器５００では、偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いているため、従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００を用いた場合よりも漏れ光によって生じる出力信号の誤差が小さく、正確に位相変調信号を復調することが可能である。なお、ここでは位相変調信号の復調について説明したが、振幅変調信号、周波数変調信号や直交振幅変調信号の復調も可能である。
【００８９】
［第６実施形態］
図８は、本発明の第６実施形態に係る光通信用の送受信機６００について概略的に示す図である。図８に示されるように、送受信機６００は、送信部６１０と受信部６２０とから構成されている。送信部６１０は、制御部６９０から受信した送信すべきデータＤ６１を変調する信号処理部６１２と、信号処理部６１２が出力したデータを増幅する増幅器６１３及び６１４と、光源６１５と、光源６１５から出射された光を増幅器６１３及び６１４で増幅されたデータで変調する位相変調部６１６と、を備えている。
【００９０】
受信部６２０は、第４実施形態に係る復調器５００と、復調器５００から出力された信号をデータ信号に変換する信号処理部６２２と、により構成されている。
【００９１】
送信部６１０では、信号処理部６１２に入力されたデータ信号Ｄ６１が２つに分離され、分離された２つのデータ変調信号が生成される。これらのデータ変調信号はそれぞれ増幅器６１３及び６１４で増幅された後、位相変調部６１６に出力される。光源６１５から出射された光は位相変調部６１６に入射し、位相変調部６１６は入射された光を、増幅器６１３及び６１４から出力された２つのデータ変調信号で変調し、非変調光Ｓ１１０を出力する。
【００９２】
受信部６２０では、光ファイバを伝搬してきた信号光が、第５実施形態の復調器５００へ入射し、そこで４つの出力信号ＥＩ１、ＥＱ１、ＥＩ２及びＥＱ２が生成される。４つの出力信号ＥＩ１、ＥＱ１、ＥＩ２及びＥＱ２は信号処理部６２２に入力され、そこでデータ信号Ｄ６２が復元される。
【００９３】
したがって、本実施形態の送受信機６００では、第５実施形態に係る復調器５００と同様に、偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いているため、従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００を用いた場合よりも漏れ光によって生じる出力信号の誤差が小さく、正確に信号を復調することが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００ 偏波ダイバーシティ光学系装置、１１０ 合成光生成部、１１１ 偏光ビームスプリッタ、１１２ プリズム、１１３ プリズム、１１４ プリズム、１１５ λ／２板、１１６ プリズム、１１７ プリズム、１３０ 光９０度ハイブリッド、１３１ 無偏光ビームスプリッタ、１３２ λ／２板、１３３ 偏光ビームスプリッタ、１３４ λ／４板、１３５ λ／２板、１３６ 偏光ビームスプリッタ、１４０ 光９０度ハイブリッド、９００ 偏波ダイバーシティ光学系装置、９３０ 偏光ビームスプリッタ、９４０ 干渉光生成部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波ダイバーシティ光学系装置、復調器及び送受信機に関し、より詳しくは、コヒーレント光通信システムにおける偏波ダイバーシティ光学系装置、復調器及び送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のネットワークの大容量化の要求に伴い、コヒーレント光通信が注目されている。これは情報を光の位相や周波数に重畳して送信し、受信機側に備えられた局部発振器からの光（以下、「局発光」という。）と干渉させることにより信号を復調する通信方式である。
【０００３】
コヒーレント通信方式において、光ファイバを伝搬してきた信号光は偏光方向が変動しているため、局発光と信号光の干渉効率が低下し、受信感度が時間的に変動してしまうという課題がある。これを解決する手段として、偏波ダイバーシティ検出方式がある。これは、任意の偏光状態となった信号光を２つの直交する偏光成分に分離し、それぞれに偏光方向を合わせた局発光を重ね合わせて干渉光を生成し、安定した受信感度を実現するという方法である。
【０００４】
特許文献１には、偏波ダイバーシティ検出を実施する方法として、信号光と局発光を偏光分離し、同じ偏光成分同士をハーフビームスプリッタ等を用いて合波することにより、干渉光を生成するというものが開示されている。
【０００５】
特許文献２は、信号光と参照光を偏光分離すると同時に直交する偏光成分同士を合波した後、偏光子等を用いて偏光方向を一致させ、干渉光を生成するものを開示している。
【０００６】
特許文献３は、光９０度ハイブリッドを用いて合成光から干渉光を生成し、位相ダイバーシティ検出を行うことについて開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２５１８２７号公報
【特許文献２】特開平１−２０９４３１号公報
【特許文献３】特開２００８−９２４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図９は、特許文献２に開示された信号光と参照光を偏光分離すると同時に、直交する偏光成分同士を合波する偏波ダイバーシティ光学系装置９００について説明するための図である。任意の偏光状態の信号光Ｓ０（ｐ偏光成分Ｓ０ｐ、ｓ偏光成分Ｓ０ｓ）と４５度の直線偏光の局発光Ｌ０（ｐ偏光成分Ｌ０ｐ、ｓ偏光成分Ｌ０ｓ）は偏光ビームスプリッタ９３０へ入射し、各々の光のｐ偏光成分Ｓ０ｐ及びＬ０ｐは透過し、ｓ偏光成分Ｓ０ｓ及びＬ０ｓは反射される。この際、信号光のｓ偏光成分Ｓ０ｓとｐ偏光成分Ｌ０ｐとが合波されＣ９１となり、信号光のｐ偏光成分Ｓ０ｐと局発光のｓ偏光成分Ｌ０ｓとが合波され合成光Ｃ９２となる。生成された合成光Ｃ９１及びＣ９２は干渉光生成部９４０及び９５０により干渉光Ｉ９１〜Ｉ９８となり出力される。
【０００９】
ここで、偏光ビームスプリッタ９３０等の偏光分離素子は不完全であることから、本来全て反射すべきｓ偏光の一部が透過、あるいは全て透過すべきｐ偏光成分の一部が反射することにより、漏れ光が生じている。漏れ光は信号光と干渉することにより、出力信号の誤差となり、信号を正確に復調できなくなる恐れがある。
【００１０】
本発明は上述の事情を鑑みてされたものであり、偏波ダイバーシティ検出において、出力される干渉光に含まれる漏れ光を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置は、第１のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分の第１分離光及び第２分離光に分離すると共に、第２のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分である第３分離光及び第４分離光に分離する偏光分離部と、前記第１分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光のいずれか一方と合波させ、前記第２分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光いずれか他方と合波させる光合波部を備え、前記光合波部は偏光分離機能を有している、偏波ダイバーシティ光学系装置である。
【００１２】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記第１〜第４分離光のうち、いずれか２つの分離光の偏光を９０度回転する、λ／２板等の偏光回転手段を更に備えることができる。
【００１３】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか一方は、局部発振器から発振された局部発振光であり、前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか他方は、情報が重畳された信号光である、とすることができる。
【００１４】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記偏光分離部及び前記光合波部は、１つの合成光生成部により実現され、前記合成光生成部は、一つの偏光ビームスプリッタを有している、とすることができる。
【００１５】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記偏光分離部は、ビームディスプレイサであり、前記光合波部は、偏光ビームスプリッタである、とすることができる。
【００１６】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、前記偏光分離部及び前記光合波部は、それぞれ異なるビームディスプレイサである、とすることができる。
【００１７】
また、本発明の偏波ダイバーシティ光学系装置において、合波された光を干渉光に変換する干渉光生成部を更に備えることができる。
【００１８】
本発明の復調器は、上述したいずれかの偏波ダイバーシティ光学系装置と、前記偏波ダイバーシティ光学系装置から出射された光を検出して電気信号を出力する光検出器と、を備える復調器である。
【００１９】
本発明の光送受信機は、送信部と受信部を備える光送受信機であって、前記受信部は、上述の復調器を有し、前記送信部は、コヒーレント光に信号を重畳させる位相変調部を有する、ことを特徴とする光送受信機である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、発生する漏れ光をより小さくすることができるため、出力信号の誤差が小さくなり、信号を正確に復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図２】図１の偏波ダイバーシティ光学系装置の合成光生成部をより詳細に示す図である。
【図３】図１の偏波ダイバーシティ光学系装置の光９０度ハイブリッドをより詳細に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る光通信用の復調器について概略的に示す図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る光通信用の送受信機について概略的に示す図である。
【図９】従来の偏波ダイバーシティ光学系装置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置１００を概略的に示す図である。この図１に示すように、偏波ダイバーシティ光学系装置１００は、外部の局部発振器から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ１１及びＣ１２を出力する合成光生成部１１０と、合成光Ｃ１１から干渉光Ｉ１１〜Ｉ１４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ１２から干渉光Ｉ１５〜Ｉ１８を生成する光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００２４】
図２には、合成光生成部１１０がより詳細に示されている。図２に示されるように、合成光生成部１１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離及び分離された光の合成を行う偏光ビームスプリッタ１１１と、分離された光の偏光を９０°回転させるλ／２板１１５と、偏光ビームスプリッタ１１１に光を入射させるために光を反射させるプリズム１１２、１１３、１１４、１１６及び１１７と、を備えている。
【００２５】
図３には、光９０度ハイブリッド１３０がより詳細に示されている。図３に示されるように、干渉光を生成する光９０度ハイブリッド１３０は、入射した光を強度１：１で分岐させる無偏光ビームスプリッタ１３１と、偏光を４５°回転させるλ／２板１３２及び１３５と、９０度の位相差を生じさせるλ／４板１３４と、偏光ビームスプリッタ１３３及び１３６により構成されている。なお、光９０度ハイブリッド１４０も同様の構成であるため、説明を省略する。
【００２６】
図２に戻り、合成光生成部１１０における光の経路について詳細に説明する。光ファイバを伝搬し、任意の偏光状態となっている信号光Ｓ０は、プリズム１１７で反射された後、偏光ビームスプリッタ１１１で偏光分離され、分岐信号光Ｓ１１及びＳ１２が生成される。分岐信号光Ｓ１１は、プリズム１１４で反射した後、再び、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。分岐信号光Ｓ１２は、λ／２板１１５（進相軸方向はｓ偏光に対して４５度）を通過し偏光が９０度回転され、分岐信号光Ｓ１３とされた後、プリズム１１６で反射され、再び、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。
【００２７】
一方、４５度の直線偏光となっている局発光Ｌ０はプリズム１１２で反射されたのち偏光ビームスプリッタ１１１で偏光分離され、分岐局発光Ｌ１１及びＬ１２が生成される。分岐局発光Ｌ１１はプリズム１１６で反射した後、λ／２板１１５を通過し偏光が９０度回転され、分岐局発光Ｌ１３とされ、再び、偏光ビームスプリッタ１１１へ入射する。分岐局発光Ｌ１２は、プリズム１１３で反射した後、再び、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１１１に入射した分岐信号光Ｓ１３と分岐局発光Ｌ１２は偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、合成光Ｃ１１が生成される。同様に分岐信号光Ｓ１１と分岐局発光Ｌ１３は偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、合成光Ｃ１２が生成される。合成光Ｃ１１及びＣ１２はそれぞれ干渉光生成手段である光９０度ハイブリッド１３０及び１４０へ入射する。
【００２９】
図３を用い、光９０度ハイブリッド１３０における光の経路について詳細に説明する。光９０度ハイブリッド１３０へ入射した合成光Ｃ１１は無偏光ビームスプリッタ１３１によって強度比１対１で分岐され、２つの分岐合成光が生成される。一方の分岐合成光はλ／２板１３２（進相軸方向はｓ偏光に対して２２．５度）によって偏光を４５度回転され、第１分岐合成光Ｃ１６とされた後、偏光ビームスプリッタ１３３で偏光分離されることにより、第１分岐合成光Ｃ１６に含まれている信号光と局発光の偏光方向が一致させられ、干渉光Ｉ１１及びＩ１２が生成される。
【００３０】
これらの干渉光Ｉ１１及びＩ１２を検出器で検出し、検出された２つの干渉光の強度差に比例する信号を出力させることにより、位相ダイバーシティ検出における、信号光のｓ偏光成分に対する第１の出力信号（Ｉ信号）を取得することができる。
【００３１】
また、他方の分岐合成光はまずλ／４板１３４（進相軸方向はｓ偏光方向に平行）によって、この分岐合成光に含まれている信号光と局発光の間に９０度の位相差を与えられ、次に、その後、λ／２板１３５（進相軸方向はｓ偏光に対して２２．５度）によって偏光を４５度回転され、第２分岐合成光Ｃ１７とされる。その後、偏光ビームスプリッタ１３６によって偏光分離されることにより、第２分岐合成光Ｃ１７に含まれている信号光と局発光の偏光方向が一致させられ、干渉光Ｉ１３及びＩ１４が生成される。
【００３２】
これらの干渉光を検出器で検出し、検出された２つの干渉光の強度差に比例する信号を出力させることにより、信号光のｓ偏光成分に対する位相ダイバーシティ検出における、第２の出力信号(Ｑ信号)を取得することができる。
【００３３】
同様にして光９０度ハイブリッド１４０によっても干渉光Ｉ１５〜Ｉ１８が生成され、これらの干渉光を検出することにより、信号光のｐ偏光成分に対するＩ信号及びＱ信号を取得することができる。
【００３４】
以下、偏波ダイバーシティ光学系装置１００の機能について式を用いて詳しく説明する。信号光Ｓ０と局発光Ｌ０の電場をそれぞれ次のようなベクトルで表すこととする。
【００３５】
【数１】
【００３６】
上記式（１）及び（２）の各々のベクトルの成分はそれぞれ電場のｐ偏光成分，ｓ偏光成分を表している。ここで、偏光ビームスプリッタ１１１の不完全性を考慮し、偏光ビームスプリッタ１１１に電場振幅Ｅｓを持つｓ偏光の光が入射したときには、δＥｓの電場を持つ光が透過して漏れ光となり、同様に電場振幅Ｅｐを持つｐ偏光の光が入射したときにはδＥｐの電場を持つ光が反射して漏れ光となるとする。すなわち、δは偏光ビームスプリッタの不完全性によって生じる漏れ光の大きさを表すパラメータである。一般的な偏光ビームスプリッタの消光比は３０ｄＢ程度で、これに対応するδの値は０．０３程度である。この仮定のもとで、偏光ビームスプリッタ１１１によって偏光分離された直後の分岐信号光Ｓ１１及びＳ１２及び分岐局発光Ｌ１１及びＬ１２の電場はそれぞれ近似的に式（３）〜式（６）のように表わすことができる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
λ／２板１１５はｐ偏光成分とｓ偏光成分を入れ替える作用を持つので、λ／２板１１５通過直後の分岐信号光Ｓ１３と分岐局発光Ｌ１３の電場はそれぞれ式（７）及び（８）のようになる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
分岐信号光Ｓ１１及びＳ１３と分岐局発光Ｌ１２及びＬ１３は偏光ビームスプリッタ１１１を透過、あるいは反射する際に、各々に含まれる不要光の電場がδ倍されるため、偏光ビームスプリッタ１１１から出射された直後のこれらの光の電場はそれぞれ式（９）〜（１２）のようになる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
従って、合成光Ｃ１１及びＣ１２の電場はそれぞれ式（１３）及び（１４）のように表される。
【００４３】
【数５】
【００４４】
合成光Ｃ１１及びＣ１２は、それぞれ同じ機能を持つ光９０度ハイブリッド１３０及び１４０に入射する。次に、光９０度ハイブリッド１３０における、合成光Ｃ１１から干渉光Ｉ１１〜Ｉ１４が生成される過程ついて説明する。無偏光ビームスプリッタ１３１は合成光Ｃ１１を強度比１対１で分岐するので、分岐合成光の電場はどちらも合成光Ｃ１１の電場の１／√２倍となる。また、λ／２板１３２及び１３５とλ／４板１３４の作用はそれぞれ行列（１５）及び（１６）によって表される。
【００４５】
【数６】
【００４６】
したがって、偏光ビームスプリッタ１３３及び１３６へ入射する分岐合成光Ｃ１６及びＣ１７の電場はそれぞれ下式（１７）及び（１８）により表される。
【００４７】
【数７】
【００４８】
これらの電場を持つ分岐合成光Ｃ１６及びＣ１７が偏光分離されることにより、干渉光Ｉ１１〜Ｉ１４が生成されるので、これらの干渉光の電場はそれぞれ以下のように表わされる。
【００４９】
【数８】
【００５０】
δを含む項が漏れ光の電場を表しており、漏れ光の電場の振幅はδ２のオーダーとなっている。ここで、比較のために図９に示す従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００で生成される干渉光Ｉ９１〜Ｉ９４の電場を求める。偏光分離と合波が同時に行われるため、生成される合成光Ｃ９１の電場は、式（３）と式（６）の和で与えられ、式（２３）で表される。
【００５１】
【数９】
【００５２】
干渉光生成部９４０として光９０度ハイブリッド１３０を用いた場合について、合成光から生成される干渉光Ｉ９１〜Ｉ９４の電場を同様の計算により求めると、それぞれ式（２４）〜（２７）のようになる。
【００５３】
【数１０】
【００５４】
δを含む項が漏れ光の電場を表しており、漏れ光の電場の振幅はδの１次オーダーとなっている。つまり、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００で生成される干渉光に含まれる漏れ光の電場の大きさは、従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００の場合のδ倍となっている。
【００５５】
したがって、本実施形態においては、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光分離した後、偏光ビームスプリッタ１１１で合波しているため、漏れ光を減少させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態は干渉光生成手段として４つの干渉光を生成する光９０度ハイブリッドを用いたが、生成される干渉光が４つ未満や５つ以上の場合であっても、本発明の機能は有効である。
【００５７】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置２００を概略的に示す図である。この図４に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系装置２００は、外部の局部発振部から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ２１及びＣ２２を出力する合成光生成部２１０と、合成光Ｃ２１から干渉光Ｉ２１〜Ｉ２４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ２２から干渉光Ｉ２５〜Ｉ２８を生成する、光９０度ハイブリッド１３０と同一の光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００５８】
ここで、合成光生成部２１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離を行うビームディスプレイサ２１１と、分離された光の偏光を９０°回転させるλ／２板２１２と、分離された光の合成を行う偏光ビームスプリッタ２１４と、偏光ビームスプリッタ２１４に光を入射させるために光を反射させるプリズム２１３と、を備えている。なお、光９０度ハイブリッド１３０及び１４０の構成は、第１実施形態のものと同一であるため、説明を省略する。
【００５９】
信号光Ｓ０と局発光Ｌ０をビームディスプレイサ２１１を用いて偏光分離し、分岐局発光Ｌ２１及びＬ２２の偏光方向をλ／２板２１２（進相軸方向はｓ偏光に対して４５度）を用いて、それぞれ９０度回転させ分岐局発光Ｌ２３及びＬ２４とした後、偏光ビームスプリッタ２１４により、分岐信号光Ｓ２１と分岐局発光Ｌ２３とが合波され、合成光Ｃ２１になると共に、分岐信号光Ｓ２２と分岐局発光Ｌ２４とが合波され、合成光Ｃ２２となる。光９０度ハイブリッド１３０及び１４０での光の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同じく、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光分離した後、偏光ビームスプリッタ２１４で合波しているため、漏れ光を減少させることができる。
【００６１】
一般に、ビームディスプレイサを用いて偏光分離した場合に発生する漏れ光の電場の振幅は、偏光ビームスプリッタを用いる場合の０．１倍程度であるため、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置２００は、第１実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００よりも漏れ光を小さくすることができる。
【００６２】
また、本実施形態では信号光Ｓ０と局発光Ｌ０の偏光分離を同一のディスプレイサで行っているため、分岐信号光Ｓ２１とＳ２２の光軸間の距離と、分岐局発光Ｌ２１とＬ２２の光軸間の距離は等しい。さらにビームディスプレイサで分岐されたｓ偏光成分とｐ偏光成分は平行に出射されることから、例えば分岐信号光Ｓ２１と分岐局発光Ｌ２３の光軸を合わせた時点で、分岐信号光Ｓ２２と分岐局発光Ｌ２４の光軸は自動的に一致する。
【００６３】
すなわち、２つの合成光Ｃ２１及びＣ２２を生成する際に、必要となる光軸合わせの調整箇所は１箇所だけである。なお、信号光Ｓ０の偏光分離と局発光Ｌ０の偏光分離を異なるビームディスプレイサで行う場合に、１箇所の光軸調整で２つの合成光Ｃ２１及びＣ２２を生成するには、光の伝搬方向の厚さが高い精度で等しいビームディスプレイサを用いる必要がある。
【００６４】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置３００を概略的に示す図である。この図５に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系装置３００は、外部の局部発振器から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ３１及びＣ３２を出力する合成光生成部３１０と、合成光Ｃ３１から干渉光Ｉ３１〜Ｉ３４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ３２から干渉光Ｉ３５〜Ｉ３８を生成する、光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００６５】
ここで、合成光生成部３１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離を行うビームディスプレイサ３１１と、分離された光の偏光を９０°回転させるλ／２板３１２及び３１３と、分離された光の合成を行うビームディスプレイサ３１４と、光を反射させるためのプリズム３１５と、を備えている。なお、光９０度ハイブリッド１３０及び１４０の構成は、第１実施形態のものと同一であるため、説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の合成光生成部３１０では、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０をビームディスプレイサ３１１を用いて偏光分離し、分岐信号光Ｓ３２及び分岐局発光Ｌ３１の偏光方向をλ／２板３１２と３１３を用いて、９０度回転させて分岐信号光Ｓ３３及び分岐局発光Ｌ３３とした後、分岐信号光Ｓ３３と分岐局発光Ｌ３２及び分岐信号光Ｓ３１と分岐局発光Ｌ３３を、ビームディスプレイサ３１４で合波する構成としている。光９０度ハイブリッド１３０及び１４０での光の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６７】
したがって、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置３００では、漏れ光の生じにくいビームディスプレイサを偏光分離と合波の両方に用いているため、第１実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００よりも漏れ光を小さくすることができる。さらに、第２実施形態の場合と同様に、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０の偏光分離を同一のビームディスプレイサで行っているため、合成光Ｌ１１及びＬ２１を生成するにあたり必要となる光軸合わせの調整は１箇所のみでよい。
【００６８】
［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置４００を概略的に示す図である。この図６に示されるように、偏波ダイバーシティ光学系装置４００は、外部の局部発振器から出射された局発光Ｌ０、及び信号が重畳された信号光Ｓ０から合成光Ｃ４１及びＣ４２を出力する合成光生成部４１０と、合成光Ｃ４１から干渉光Ｉ４１〜Ｉ４４を生成する光９０度ハイブリッド１３０と、合成光Ｃ４２から干渉光Ｉ４５〜Ｉ４８を生成する、光９０度ハイブリッド１４０と、から構成されている。
【００６９】
ここで、合成光生成部４１０は、局発光Ｌ０及び信号光Ｓ０の分離を行う偏光ビームスプリッタ４１１と、分離された光の合波を行う偏光ビームスプリッタ４１４及び４１５と、光を反射させるためのプリズム４１２及び４１３と、を備えている。なお、光９０度ハイブリッド１３０及び１４０の構成は、第１実施形態のものと同一であるため、説明を省略する。
【００７０】
本実施形態の合成光生成部４１０では、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光ビームスプリッタ４１１を用いて偏光分離し、分岐信号光Ｓ４１と分岐局発光Ｌ４２を偏光ビームスプリッタ４１４で、分岐信号光Ｓ４２と分岐局発光Ｌ４１を偏光ビームスプリッタ４１５で合波する構成としている。光９０度ハイブリッド１３０及び１４０での光の処理は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７１】
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同じく、信号光Ｓ０と局発光Ｌ０を偏光分離した後、偏光ビームスプリッタ４１４及び４１５で合波しているため、漏れ光を減少させることができる。なお、本実施形態では、分離された光の偏光を回転させずに合波しているため、λ／２板等の偏光回転手段は不要である。
【００７２】
［第５実施形態］
図７は、本発明の第５実施形態に係る光通信用の復調器５００について概略的に示す図である。この図７に示されるように、復調器５００は、第１実施形態に係る偏波ダイバーシティ光学系装置１００と、光ファイバーを伝搬してきた光を出射するコリメータ５０５と、局部発振器５１０と、偏波ダイバーシティ光学系装置１００から出射された干渉光Ｉ１１〜Ｉ１８のそれぞれを検出する光検出器５２１〜５２８と、干渉光の強度差に比例する出力信号を出力するトランスインピーダンスアンプ５３１〜５３４と、から構成されている。
【００７３】
コリメータ５０５より出射された信号光Ｓ０及び局部発振器５１０より出射された局発光Ｌ０は、偏波ダイバーシティ光学系装置１００に入射し、干渉光Ｉ１１〜Ｉ１８が生成される。干渉光Ｉ１１〜Ｉ１８は光検出器５２１〜５２８で検出され、それぞれの干渉光の強度差に比例する出力信号ＥＩ１、ＥＱ１、ＥＩ２及びＥＱ２がトランスインピーダンスアンプ５３１〜５３４より出力される。
【００７４】
ここで、式を用いて説明すると、干渉光Ｉ１１及びＩ１２の強度差に比例した電気信号が信号光のｓ偏光成分に対するＩ信号、干渉光Ｉ１３及びＩ１４の強度差に比例した電気信号が信号光のｓ偏光成分に対するＱ信号となり、これらは近似的にそれぞれ以下の式（２８）及び（２９）のように表わされる。
【００７５】
【数１１】
【００７６】
ここで、θs及びθpはそれぞれＥｓ及びＥｐの位相、θＬはＥＬの位相、ηは検出される光の強度から電圧への変換効率である。また、出力信号のＤＣ成分はＡＣカップリングにより消失させることとした。漏れ光によって生じる出力信号の誤差をΔＩs，ΔＱsとすると、これらはＩs、Ｑsと各々のδ＝０のときの値Ｉｓ０，Ｑｓ０との差で与えられるので、以下の式（３０）及び（３１）のようになる。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
ここで、比較のために図９に示す従来の干渉計を使用した場合の出力信号の誤差ΔＩs’及びΔＱs’を、式（２４）〜（２７）で与えられる干渉光の電場をもとに計算すると、式（３２）及び（３３）のようになる。
【００７９】
【数１３】
【００８０】
式（３０）〜（３３）から明らかなように、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００を採用することにより、漏れ光によって生じる出力信号の誤差をδ倍小さくすることができる。
【００８１】
次に、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いた復調器５００で位相変調信号を復調する際に、出力信号の誤差によって生じる復調信号の誤差を見積もる。局発光Ｌ０の位相を基準にした信号光のｓ偏光成分の位相は、δ＝０の場合はａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）という演算により求められるが、δ≠０のときには真の値からずれ、位相誤差Δθが生じてしまう。Δθは以下の式（３４）のように表わされる。
【００８２】
【数１４】
【００８３】
式（３４）をΔＩｓ、ΔＱｓに関して一次まで展開し、式（２８）〜（３１）を用いて整理すると式（３５）のようになる。
【００８４】
【数１５】
【００８５】
一方、図９の従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００を用いた復調器において生じる位相誤差Δθｓ’を式（３２）及び（３３）から同様の計算により求めると式（３６）のようになる。
【００８６】
【数１６】
【００８７】
上述の式（３５）及び（３６）より、δ＝０．０３、｜Ｅｐ｜／｜ＥＬ｜＝０．５のとき、従来の位相誤差Δθｓ’は、最大で約０．８６度であるのに対し、本実施形態の位相誤差Δθｓは、最大で約０．０２６度であり、本実施形態の偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いた場合に生じる位相誤差は従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００の場合よりも小さくなっている。
【００８８】
したがって、本実施形態の復調器５００では、偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いているため、従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００を用いた場合よりも漏れ光によって生じる出力信号の誤差が小さく、正確に位相変調信号を復調することが可能である。なお、ここでは位相変調信号の復調について説明したが、振幅変調信号、周波数変調信号や直交振幅変調信号の復調も可能である。
【００８９】
［第６実施形態］
図８は、本発明の第６実施形態に係る光通信用の送受信機６００について概略的に示す図である。図８に示されるように、送受信機６００は、送信部６１０と受信部６２０とから構成されている。送信部６１０は、制御部６９０から受信した送信すべきデータＤ６１を変調する信号処理部６１２と、信号処理部６１２が出力したデータを増幅する増幅器６１３及び６１４と、光源６１５と、光源６１５から出射された光を増幅器６１３及び６１４で増幅されたデータで変調する位相変調部６１６と、を備えている。
【００９０】
受信部６２０は、第４実施形態に係る復調器５００と、復調器５００から出力された信号をデータ信号に変換する信号処理部６２２と、により構成されている。
【００９１】
送信部６１０では、信号処理部６１２に入力されたデータ信号Ｄ６１が２つに分離され、分離された２つのデータ変調信号が生成される。これらのデータ変調信号はそれぞれ増幅器６１３及び６１４で増幅された後、位相変調部６１６に出力される。光源６１５から出射された光は位相変調部６１６に入射し、位相変調部６１６は入射された光を、増幅器６１３及び６１４から出力された２つのデータ変調信号で変調し、非変調光Ｓ１１０を出力する。
【００９２】
受信部６２０では、光ファイバを伝搬してきた信号光が、第５実施形態の復調器５００へ入射し、そこで４つの出力信号ＥＩ１、ＥＱ１、ＥＩ２及びＥＱ２が生成される。４つの出力信号ＥＩ１、ＥＱ１、ＥＩ２及びＥＱ２は信号処理部６２２に入力され、そこでデータ信号Ｄ６２が復元される。
【００９３】
したがって、本実施形態の送受信機６００では、第５実施形態に係る復調器５００と同様に、偏波ダイバーシティ光学系装置１００を用いているため、従来の偏波ダイバーシティ光学系装置９００を用いた場合よりも漏れ光によって生じる出力信号の誤差が小さく、正確に信号を復調することが可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００ 偏波ダイバーシティ光学系装置、１１０ 合成光生成部、１１１ 偏光ビームスプリッタ、１１２ プリズム、１１３ プリズム、１１４ プリズム、１１５ λ／２板、１１６ プリズム、１１７ プリズム、１３０ 光９０度ハイブリッド、１３１ 無偏光ビームスプリッタ、１３２ λ／２板、１３３ 偏光ビームスプリッタ、１３４ λ／４板、１３５ λ／２板、１３６ 偏光ビームスプリッタ、１４０ 光９０度ハイブリッド、９００ 偏波ダイバーシティ光学系装置、９３０ 偏光ビームスプリッタ、９４０ 干渉光生成部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分の第１分離光及び第２分離光に分離すると共に、第２のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分である第３分離光及び第４分離光に分離する偏光分離部と、
前記第１分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光のいずれか一方と合波させ、前記第２分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光いずれか他方と合波させる光合波部を備え、
前記光合波部は偏光分離機能を有する、ことを特徴とする偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項２】
前記第１〜第４分離光のうち、いずれか２つの分離光の偏光を９０度回転させる偏光回転手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項３】
前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか一方は、局部発振器から発振された局部発振光であり、
前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか他方は、情報が重畳された信号光である、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項４】
前記偏光分離部及び前記光合波部は、１つの合成光生成部により実現され、
前記合成光生成部は、一つの偏光ビームスプリッタを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項５】
前記偏光分離部は、ビームディスプレイサであり、
前記光合波部は、偏光ビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項６】
前記偏光分離部及び前記光合波部は、それぞれ異なるビームディスプレイサである、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項７】
合波された光を干渉光に変換する干渉光生成部を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置と、
前記偏波ダイバーシティ光学系装置から出射された光を検出して電気信号を出力する光検出器と、を備える復調器。
【請求項９】
送信部と受信部を備える光送受信機であって、
前記受信部は、請求項８に記載の復調器を有し、
前記送信部は、コヒーレント光に信号を重畳させる位相変調部を有する、ことを特徴とする光送受信機。
【請求項１】
第１のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分の第１分離光及び第２分離光に分離すると共に、第２のコヒーレント光を互いに直交する２つの偏光成分である第３分離光及び第４分離光に分離する偏光分離部と、
前記第１分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光のいずれか一方と合波させ、前記第２分離光を、前記第３分離光及び前記第４分離光いずれか他方と合波させる光合波部を備え、
前記光合波部は偏光分離機能を有する、ことを特徴とする偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項２】
前記第１〜第４分離光のうち、いずれか２つの分離光の偏光を９０度回転させる偏光回転手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項３】
前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか一方は、局部発振器から発振された局部発振光であり、
前記第１のコヒーレント光及び前記第２のコヒーレント光のいずれか他方は、情報が重畳された信号光である、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項４】
前記偏光分離部及び前記光合波部は、１つの合成光生成部により実現され、
前記合成光生成部は、一つの偏光ビームスプリッタを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項５】
前記偏光分離部は、ビームディスプレイサであり、
前記光合波部は、偏光ビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項６】
前記偏光分離部及び前記光合波部は、それぞれ異なるビームディスプレイサである、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項７】
合波された光を干渉光に変換する干渉光生成部を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の偏波ダイバーシティ光学系装置と、
前記偏波ダイバーシティ光学系装置から出射された光を検出して電気信号を出力する光検出器と、を備える復調器。
【請求項９】
送信部と受信部を備える光送受信機であって、
前記受信部は、請求項８に記載の復調器を有し、
前記送信部は、コヒーレント光に信号を重畳させる位相変調部を有する、ことを特徴とする光送受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２１４１６（Ｐ２０１１−２２１４１６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２６７３（Ｐ２０１０−９２６７３）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
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