説明

光受信器

【課題】小型化が可能で、製造や部品の組立調整に係る作業負担を軽減することが可能な光受信器を提供する。
【解決手段】直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号が付与された信号光Sと、信号光と同一波長・直線偏波である局部発振光Rとを用いて、各偏波に応じた該多値位相変調信号を復調する光受信器において、該Sを各偏波に対応して2つの分離信号光S1,S2に分離し、該Rを2つの分離局部発振光R1,R2に分離し、前記S1,S2と該R1,R2とを、偏波面が所定の角度を形成するように合波して、各S1,S2毎に2つの合成波信号L1〜L4を形成して出力する、空間光学系で構成される合成波信号生成手段Aと、該L1〜L4から各偏波に対応するI信号及びQ信号を分離して出力する、空間光学系で構成されるIQ出力手段Bとを備え、該合成波信号生成手段に対して、該Sと該Rとは同じ側から入射し、該L1〜L4は反対側から出射する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光受信器に関し、特に、直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号を復調する光受信器に関する。
【背景技術】
【0002】
光通信技術の一つに、直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号を印加する通信方式が提案されている。このような信号光を復調するには、偏波間において90度位相差をもった光を偏光ビームスプリター(Polarizing Beam Splitter。PBS)にて偏波分離し、I信号(In-phase信号)とQ信号(Quadrature-phase信号)の光出力を得ることが行われている。
【0003】
光受信器の構成としては、光平面回路(PLC)やマイクロオプティクス(空間光学)を利用した方式が採用されている。PLCは、印刷配線で実現できるため、量産性に優れるが、偏波分離機能を付与するため、外部にPBS部品を設ける必要がある。さらに、回路の曲げによる偏波依存性が影響し、小型化が困難であった。
【0004】
他方、マイクロオプティクスで構成する場合は、同様の機能を満たすため、部品の要求仕様(外形公差やPBS/BSの膜仕様)を高いレベルで実現する必要があり、高コストであった。
【0005】
特許文献1には、図1に示すように、信号光Sと参照光Lを入射して、4つの光出力(S+L,S−L,S+jL及びS−jL)を得るための、ハーフミラーを用いた空間光学系が開示されている。特許文献1では、ハーフミラーを中心として、その周囲に、全反射ミラーや位相調整板を固定配置して、一体化した空間光学系を構成している。
【0006】
しかしながら、図1のような空間光学系では、I,Q信号に関連した4つの光出力が直角の角度関係で出力されるため、図1の出力光を受光する受光素子の配置が複雑化する原因となる。
【0007】
しかも、空間光学系を取り囲むように、信号光や参照光を入射するための光ファイバや受光素子が配置されるため、光受信器全体のサイズが大型化するという問題がある。
【0008】
さらに、図1のように、信号光Sや参照光Lの入射方向や4つの光出力の出射方向が、図面の縦方向や横方向と一致していないため、図1の空間光学系に対する光ファイバや受光素子の配置が複雑化すると共に、空間光学系内の光路調整作業も煩雑化する。また、特許文献1に開示されているように、信号光Sと光出力(S+jL)、又は参照光Lと(S+L)とを、同一光路として構成する場合には、入射光と出射光とを分離するため、別途、サーキュレータなどを配置する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許公開2007/0223932号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、小型化が可能であり、製造や部品の組立調整に係る作業負担を軽減することが可能な光受信器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような技術的特徴を有する。
(1) 直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号が付与された信号光(S)と、信号光と同一波長(直線偏波)である局部発振光(R)とを用いて、各偏波に応じた該多値位相変調信号を復調する光受信器において、該信号光(S)を各偏波に対応して2つの分離信号光(S1,S2)に分離し、該局部発振光(R)を2つの分離局部発振光(R1,R2)に分離し、前記分離信号光(S1,S2)と該分離局部発振光(R1,R2)とを、偏波面が所定の角度を形成するように合波して、各分離信号光(S1,S2)毎に2つの合成波信号(L1〜L4)を形成して出力する、空間光学系で構成される合成波信号生成手段と、該合成波信号(L1〜L4)から各偏波に対応するI信号及びQ信号を分離して出力する、空間光学系で構成されるIQ出力手段とを備え、該合成波信号生成手段に対して、該信号光(S)と該局部発振光(R)とは同じ側から入射し、該合成波信号(L1〜L4)は、該信号光(S)と該局部発振光(R)とが入射する側とは反対側から出射し、また、該IQ出力手段に対して、該合成波信号(L1〜L4)が入射する側とは反対側から該I信号及び該Q信号が出射するよう構成されていることを特徴とする。
【0012】
(2) 上記(1)に記載の光受信器において、該合成波信号生成手段と該IQ出力手段との間に、各合成波信号(L1〜L4)の光路長差を調整する光路長調整手段が配置されていることを特徴とする。
【0013】
(3) 上記(1)又は(2)に記載の光受信器において、該IQ出力手段の後段に、該IQ出力手段から出射するI信号又はQ信号に係る各信号光の光路長差を調整する光路長調整手段が配置されていることを特徴とする。
【0014】
(4) 上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光受信器において、該IQ出力手段は、偏光ビームスプリッタを用いてI信号及びQ信号に分離するよう構成されていることを特徴とする。
【0015】
(5) 上記(4)に記載の光受信器において、該IQ出力手段は、複数の光学部品を組み合わせて構成されると共に、全体が一つのブロック体として結合されていることを特徴とする。
【0016】
(6) 上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光受信器において、該IQ出力手段は、複屈折材料からなる単一の光学部品で構成されていることを特徴とする。
【0017】
(7) 上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の光受信器において、該合成波信号生成手段と該IQ出力手段とは、あるいは、該合成波信号生成手段と該IQ出力手段と該光路長調整手段とは、互いに密着して固定配置されていることを特徴とする。
【0018】
(8) 上記(7)に記載の光受信器において、該合成波信号生成手段を構成する光学部品と該IQ出力手段を構成する光学部品とは、線膨張係数が略等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本発明のように、直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号が付与された信号光(S)と、信号光と同一波長(直線偏波)である局部発振光(R)とを用いて、各偏波に応じた該多値位相変調信号を復調する光受信器において、該信号光(S)を各偏波に対応して2つの分離信号光(S1,S2)に分離し、該局部発振光(R)を2つの分離局部発振光(R1,R2)に分離し、前記分離信号光(S1,S2)と該分離局部発振光(R1,R2)とを、偏波面が所定の角度を形成するように合波して、各分離信号光(S1,S2)毎に2つの合成波信号(L1〜L4)を形成して出力する、空間光学系で構成される合成波信号生成手段と、該合成波信号(L1〜L4)から各偏波に対応するI信号及びQ信号を分離して出力する、空間光学系で構成されるIQ出力手段とを備え、該合成波信号生成手段に対して、該信号光(S)と該局部発振光(R)とは同じ側から入射し、該合成波信号(L1〜L4)は、該信号光(S)と該局部発振光(R)とが入射する側とは反対側から出射し、また、該IQ出力手段に対して、該合成波信号(L1〜L4)が入射する側とは反対側から該I信号及び該Q信号が出射するよう構成されていることにより、信号光等の入射する側と反対側から合成波信号やI信号及びQ信号を出力することができ、光受信器全体のサイズを小型化することが可能となる。さらに、光波の進行方向に対して上流側から、又は下流側から順次、光学部品を固定配置して組立てることができるため、光受信器の製造並びに組立調整を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】特許文献1に開示された空間光学系の概略を説明する図である。
【図2】本発明の光受信器の概略(実施例1)を説明する図である。
【図3】本発明の光受信器の概略(実施例2)を説明する図である。
【図4】本発明の光受信器の概略(実施例3)を説明する図である。
【図5】本発明の光受信器の概略(実施例4)を説明する図である。
【図6】本発明の光受信器の概略(実施例5)を説明する図である。
【図7】本発明の光受信器の概略(実施例6)を説明する図である。
【図8】本発明の光受信器の概略(実施例7)を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の光受信器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図2に示すように、直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号が付与された信号光(S)と、信号光と同一波長(直線偏波)である局部発振光(R)とを用いて、各偏波に応じた該多値位相変調信号を復調する光受信器において、該信号光(S)を各偏波に対応して2つの分離信号光(S1,S2)に分離し、該局部発振光(R)を2つの分離局部発振光(R1,R2)に分離し、前記分離信号光(S1,S2)と該分離局部発振光(R1,R2)とを、偏波面が所定の角度を形成するように合波して、各分離信号光(S1,S2)毎に2つの合成波信号(L1〜L4)を形成して出力する、空間光学系で構成される合成波信号生成手段(A)と、該合成波信号(L1〜L4)から各偏波に対応するI信号及びQ信号を分離して出力する、空間光学系で構成されるIQ出力手段(B)とを備え、該合成波信号生成手段に対して、該信号光(S)と該局部発振光(R)とは同じ側から入射し、該合成波信号(L1〜L4)は、該信号光(S)と該局部発振光(R)とが入射する側とは反対側から出射し、また、該IQ出力手段に対して、該合成波信号(L1〜L4)が入射する側とは反対側から該I信号及び該Q信号が出射するよう構成されていることを特徴とする。
【0022】
図2では、合成波信号生成手段(A)に対して、信号光(S)と局部発振光(R)を同じ側(図面の上側)から入射し、合成波信号(L1〜L4)を反対側(図面の下側)に出射している。さらに、IQ出力手段(B)に対して、合成波信号が入射する側(図面の上側)と反対側(図面の下側)からI信号とQ信号を出力している。これらの構成により、合成波信号生成手段やIQ出力手段から出射する光が必要以上に広がらず、光受信器のサイズを小型化することが可能となる。なお、図2では、信号光等の入射方向と、合成波信号やI信号及びQ信号の出射方向とが、互いに平行となるように構成されているが、本発明においては、必ずしも平行となる必要はなく、出力光が出力された後の光学系に合わせて適宜設計することができる。
【0023】
合成波信号生成手段では、まず、信号光(S)を偏光ビームスプリッター(PBS)で2つの偏波(S1,S2)に分離し、一方の偏波S2を全反射ミラーで他方の偏波S1と同じ方向に揃えている。次に、各偏波(S1,S2)の偏光角を揃えるためλ/2波長板を通過させる。λ/2波長板を通過した偏波(S1,S2)は、当該波長板の下側に配置された全反射ミラーで、図面の横方向に反射され、偏波S1は左方向に、偏波S2は右方向に導かれる。
【0024】
他方、局部発振光(R)は、信号光と同一波長(直線偏波)であり、その後、円偏光となるように、λ/4波長板を透過させ、最初に通過するハーフミラーで、下方向に向かう局部発振光と右方向に向かう局部発振光の2つに分離する。下方向に向かう局部発振光は、ハーフミラーにより、偏波面を調整された偏波S1と合波され、さらに、2つの合成波信号(L1,L2)を形成する。また、右方向に向かった局部発振光は、全反射ミラーで反射され下方向に向かい、ハーフミラーにより、偏波面を調整された偏波S2と合波され、さらに、2つの合成波信号(L3,L4)を形成する。
【0025】
図2の実施例では、IQ出力手段(B)は、偏光ビームスプリッタ(PBS)を用いてI信号及びQ信号に分離するよう構成されている。
【0026】
図2のような空間光学系を製造するには、偏光ビームスプリッタ(PBS)、ハーフミラー(BS)、全反射ミラー、波長板、さらに必要に応じて配置される、部品間の距離を調整するスペーサ部品を、BK7を基材として構成し、各光学部品を高精度に張り合わせる必要がある。
【0027】
本発明の光受信器では、C−BAND(1530nm-1565nm)、L−BAND(1565nm-1625nm)、もしくは両方の帯域において波長依存性の少ない光学膜(反射膜、ハーフミラー、偏光分離ミラーなど)を利用して空間光学系を形成することができる。しかも、BK7などのガラス部材で構成された、本発明に使用される空間光学系は、偏光依存性がある導波路素子で構成する場合と比べて、波長依存性や偏光依存性に優れた性能を発揮する。
【0028】
図3は、合成波信号生成手段(A)とIQ出力手段(B)との間に、各合成波信号(L1〜L4)の光路長差を調整する光路長調整手段(光路長調整板)を配置した実施例である。
【0029】
合成波信号生成手段(A)では、ハーフミラーで信号光と局部発信光を合波すると共に、2つの合成波信号(L1とL2,L3とL4)を生成しているが、合成波信号生成手段(A)から出力する時点で、2つの合成波信号に光路長差が発生している。この光路長差を補正するため、光路長調整手段(C)が設けられている。
【0030】
光路長調整手段(C)は、図3のように、合成波信号生成手段(A)に密着して固定配置するだけでなく、離間して配置することも可能である。ただし、図3のように、密着して配置することで、各光学部品の位置決めを、精度良く行うことが可能となり、光受信器の組立調整が容易になる。
【0031】
図3の実施例では、IQ出力手段(B)において、偏光ビームスプリッタ(PBS)でI信号及びQ信号に分離した後の光路長を同じにするため、平行四辺形の断面の全面反射ミラーと台形の透明な光学部品が、当該手段の後段部分に配置されている。図2に示すIQ出力手段は、図3のような光路長の調整が行われていないため、受光素子の配置位置を調整したり、別途、光路長調整手段をIQ出力手段の下流側に配置することが必要となる。
【0032】
図4の実施例は、合成波信号生成手段(A)と光路長調整手段(C)及びIQ出力手段(C)とを互いに密着して固定配置し、光受信器を構成する空間光学系全体を一体化したものである。これにより、光受信器を小型化することが可能になるだけでなく、各光学部品の位置決めも高精度かつ容易に行うことができる。図4の構成を採用することで、15×15mm程度の空間に、偏波分離機能を含んだ光受信器を形成することが可能となる。
【0033】
図5の実施例は、IQ出力手段(B)は、図面の左右に、2つのIQ出力のための光学系を備えているが、これらの部品を別々に位置調整することは煩雑であるため、両者の中間に結合ブロックを配置し、全体が一つのブロック体となるよう構成している。
【0034】
図6の実施例は、IQ出力手段(B)の下流側に、合成波信号生成手段で発生する各合成波信号の光路長差を補完する光路長調整板を配置したものである。このように、光路長調整板は、合成波信号生成手段(A)の下流側であれば、どの場所にも設けることは可能であるが、図6のように、IQ出力手段の下流側に配置する場合には、光出力される信号の数がより多くなるため、光路長調整板の部品点数が増加し、図3のものと比較して、調整が煩雑化する。
【0035】
図7に示すように、IQ出力手段は、複屈折材料で構成される単一の光学部品とすることが可能である。複屈折材料に入射した4つの合成波信号(L1〜L4)は、偏波分離され、図7に示すように、90度の位相関係をもったI信号とQ信号の出力光となる。複屈折材料の結晶軸方向は、偏波分離した光線の進行方向に合わせて、90度の位相関係で調整される。
【0036】
さらに、複屈折材料の光進行方向の長さを調整することで、I信号とQ信号の光出力間ピッチも調整することが可能となる。図7のように、IQ信号の平行光が得られ、その出力ピッチも自由に変更できることから、I信号とQ信号の光出力をまとめて受光素子などの光検出器に光結合することが可能となる。
【0037】
IQ出力手段から出力される各光波は、バランスド受光素子などの光検出器により、I信号及びQ信号に対応する電気信号に変換される。
【0038】
図7のように、IQ出力手段を複屈折材料による単一の光学部品で構成する場合には、図2〜6に示したように、PBSや全反射ミラーを組み合わせた光学部品を複数配置するものと比較し、部品点数を大幅に削減することができる。これにより、光受信器における製造コストの低減することができ、部品間の複雑な調整作業も省略できるため、光学特性の劣化を防ぐことができる。ただし、複屈折材料を用いる方が、図面の縦方向の長さが長くなり、図4のものと比較して、大型化することとなる。
【0039】
IQ出力手段を単一の光学部品で構成した場合には、IQ出力手段を位置決めの基準として利用することができ、図7に示すように、複屈折材料の上に、合成波信号生成手段を構成する複数の光学部品を固定配置することで、各光学部品を精度よく配置することが可能となる。
【0040】
合成波信号生成手段を構成する光学部品とIQ出力手段を構成する光学部品とは、線膨張係数を略等しく構成することが好ましい。これは、使用環境の温度変化に伴い、合成波信号生成手段とIQ出力手段との間での位置ずれが発生し、光学特性が劣化するなどの不具合が生じるのを抑制することが可能となる。当然、光路長調整手段についても同様である。
【0041】
具体的には、合成波信号生成手段を構成する光学部品は、主として光学ガラスBK7で構成することができる。また、IQ出力手段を複屈折材料で構成する場合には、YVO4が利用可能である。YVO4とBK7とは、線膨張係数がほぼ等しいため、使用環境の温度変化に伴う光学特性の劣化を抑制することが可能となる。
【0042】
図8に示すように、合成波信号生成手段とIQ出力手段との間に、光路長調整板などの光路長調整手段を配置し、各合成波信号の光路長(L1とL2との間の光路長差、又はL3とL4との間の光路長差)を調整し、各合成波信号間の光路長を一致させることができる。これは、図3の実施例で説明したように、ハーフミラーで各偏波と局部発振光が合波され、その後、平行光として複屈折材料に入射させるため、各合成波信号(L1〜L4)における光路長が異なるためである。このように、複屈折材料に入射する合成波信号の光路長差を調整することで、当該複屈折率材料から出射する光波を、直接、光検出器に入射させるだけで、適正なI信号やQ信号を容易に得ることができる。
【0043】
また、IQ出力手段の後段に第2の光路長調整手段を配置し、IQ出力手段から出力される(I−1,I−2)信号と(Q−1,Q−2)信号の光路長差を調整することも可能である。これにより、より適正なI信号やQ信号を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0044】
以上説明したように、本発明によれば、小型化が可能であり、製造や部品の組立調整に係る作業負担を軽減することが可能な光受信器を提供するこが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直交する2偏波に各々独立した多値位相変調信号が付与された信号光(S)と、信号光と同一波長(直線偏波)である局部発振光(R)とを用いて、各偏波に応じた該多値位相変調信号を復調する光受信器において、
該信号光(S)を各偏波に対応して2つの分離信号光(S1,S2)に分離し、該局部発振光(R)を2つの分離局部発振光(R1,R2)に分離し、前記分離信号光(S1,S2)と該分離局部発振光(R1,R2)とを、偏波面が所定の角度を形成するように合波して、各分離信号光(S1,S2)毎に2つの合成波信号(L1〜L4)を形成して出力する、空間光学系で構成される合成波信号生成手段と、
該合成波信号(L1〜L4)から各偏波に対応するI信号及びQ信号を分離して出力する、空間光学系で構成されるIQ出力手段とを備え、
該合成波信号生成手段に対して、該信号光(S)と該局部発振光(R)とは同じ側から入射し、該合成波信号(L1〜L4)は、該信号光(S)と該局部発振光(R)とが入射する側とは反対側から出射し、また、該IQ出力手段に対して、該合成波信号(L1〜L4)が入射する側とは反対側から該I信号及び該Q信号が出射するよう構成されていることを特徴とする光受信器。
【請求項2】
請求項1に記載の光受信器において、該合成波信号生成手段と該IQ出力手段との間に、各合成波信号(L1〜L4)の光路長差を調整する光路長調整手段が配置されていることを特徴とする光受信器。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の光受信器において、該IQ出力手段の後段に、該IQ出力手段から出射するI信号又はQ信号に係る各信号光の光路長差を調整する光路長調整手段が配置されていることを特徴とする光受信器。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の光受信器において、該IQ出力手段は、偏光ビームスプリッタを用いてI信号及びQ信号に分離するよう構成されていることを特徴とする光受信器。
【請求項5】
請求項4に記載の光受信器において、該IQ出力手段は、複数の光学部品を組み合わせて構成されると共に、全体が一つのブロック体として結合されていることを特徴とする光受信器。
【請求項6】
請求項1乃至3のいずれかに記載の光受信器において、該IQ出力手段は、複屈折材料からなる単一の光学部品で構成されていることを特徴とする光受信器。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれかに記載の光受信器において、該合成波信号生成手段と該IQ出力手段とは、あるいは、該合成波信号生成手段と該IQ出力手段と該光路長調整手段とは、互いに密着して固定配置されていることを特徴とする光受信器。
【請求項8】
請求項7に記載の光受信器において、該合成波信号生成手段を構成する光学部品と該IQ出力手段を構成する光学部品とは、線膨張係数が略等しいことを特徴とする光受信器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−182790(P2012−182790A)
【公開日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−26850(P2012−26850)
【出願日】平成24年2月10日(2012.2.10)
【出願人】(000183266)住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【出願人】(504243718)株式会社トリマティス (24)
【Fターム(参考)】