説明

光受信器

【課題】DQPSK変調された光信号を復調する光受信器において、1ビット遅延回路を空間光学系で構成し、差動出力光の光路長差が無く、かつ同じ方向に出力可能であり、さらに空間光学系の大きさを小型化した光受信器を提供する。
【解決手段】第1の干渉計(主として第1ビームスプリッター)の周囲に、差動出力光の出射方向を同じにし、光路長の差をゼロにする第1の光路補正手段を設け、次に、第1の干渉計(第1の光路補正手段を含む)の周囲に第2の干渉計(主として第2ビームスプリッター)を配置する。さらに、第2の干渉計の周囲に、差動出力光の出射方向を同じにし、光路長の差をゼロにする第2の光路補正手段を設ける。また、第2の干渉計においては、第1の干渉計に組み込まれた第1ビームスプリッターで2つに分岐した光波を、第2の干渉計を構成する第2ビームスプリッターで合波し干渉させ、差動出力光を発生させるよう構成している。

【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、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号を復調する光受信器に関する。
【背景技術】
【0002】
通信トラフィックの増大に伴い、高速・大容量化が求められる次世代長距離大容量光通信システムでは、多値変復調符号化技術の導入が検討されている。その代表的なものの一つに差動四相位相偏移変調(DQPSK変調,Differential Quadrature Phase Shift keying)方式がある。この方式では、従来の2値強度変調(OOK)方式と比べ、信号帯域が狭く、周波数利用効率の向上や伝送距離の拡大が実現できるほか、高感度化も期待できる。
【0003】
DQPSK変調された光信号を復調するには、1ビット遅延回路が不可欠である。空間光学系で構成する場合には、例えば、1つのビームスプリッターと2つの反射プリズムを用いた干渉光学系が基本となっている。
【0004】
特許文献1や図1及び2に示すように、ビームスプリッター1に光信号を入力光(S)として入射して2つの光波(S1,S2)に分岐する。各分岐光は、反射プリズム2及び3を用いて、再度、ビームスプリッター1に戻されるが、その間に、2つの分岐光(S1及びS2)の間に、1ビット分の遅延を発生させ、2つの分岐光をビームスプリッター1で合波し干渉させる。干渉光の出力は、出力光1(S3)と出力光2(S4)とが発生し、2つの出力光は互いに逆相状態となっている。
【0005】
図1に示すように、ビームスプリッター1から出力される出力光1及び2は、出射方向が垂直となっている。一方、この2つの差動出力光を受信するにはバランス型受光素子(バランス型PD)が利用されており、精度の高い検出を可能にするには、バランス型PDを構成する2つの受光素子(PD)の性能を同じにすることが必要であり、受光素子を近接して配置することが好ましい。
【0006】
図1の遅延回路では、出力光1及び2が互いに遠く離れるため、バランス型PDを配置することが困難となる。これに対し、図2に示すように、2つの出力光を同じ方向に出射させることにより、2つの受光素子を近接配置することが可能となる。しかしながら、出力光1及び2を同じ方向に出力するには、さらに反射手段4を使用する必要がある。しかも、出力された出力光1及び2の間には、光路間の距離差Lに対応するスキューが発生する。
【0007】
光ファイバ出力を利用した復調器デバイスの場合には、ファイバ長を調整することで距離差Lを解消することが可能である。しかしながら、図3に示すような、遅延干渉計である空間光学系10と光/電気変換器(バランス型PD)11や増幅器(TIA)12を一体化した受信モジュールを作製する場合には、距離差Lを解消するためには、例えば、図2の出力光1(S3)の光路の途中に、遅延用の空間光学系や高屈折率部品を挿入することが必要となり、構成が複雑化するという問題がある。
【0008】
図1又は図2では、差動位相偏移変調(DPSK変調)方式にも使用される1つの1ビット遅延回路について説明したが、DQPSK変調方式の場合には、もう1つの1ビット遅延回路が必要となり、空間光学系で構成する場合には、より複雑な構成となり、装置も大型化する。
【0009】
空間光学系に替わり、特許文献2や図4に示すような、基板20に光導波路21,22を形成した光回路(PLC,Planar Lightwave Circuit)を採用することも行われている。PLCを用いた1ビット遅延回路では、任意の形状の導波路が形成できるため、空間光学系のような距離差が発生しない上、差動出力光を近接して出射することも容易となる。なお、図4では、光カプラー24で2つに光波を分け、次の光カプラー25で1ビット遅延回路用に2つの光波に分岐してPLCに導入している。そして、PLCから出射する光波を光カプラー26で合波し、差動出力光をバランス型PD27に導出している。符号23は、1ビット遅延回路の位相を調整するための位相調整素子である。
【0010】
しかしながら、PLCを用いた1ビット遅延回路では、PLC自体が有する各種の問題を併せ持つことになる。例えば、偏波や波長に依存して導波路長が変化する偏波依存性や波長依存性をPLCは有している。また、光回路に光結合するにはスポット径変換が必要となり、過剰損や結合損が大きくなる。さらに温度変化によって特性が大きく変化するなどの問題を生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開2007−151026号公報
【特許文献2】特表2004−516743号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
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、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、1ビット遅延回路を光信号の伝搬損失や偏波依存性等の少ない空間光学系で構成し、差動出力光の光路長差が無く、かつ同じ方向に出力可能であり、さらに当該空間光学系の大きさを小型化した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】
【0013】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、光信号をI成分用とQ成分用に対応する二つの光波A及びBに分岐する分岐手段と、1つの第1ビームスプリッター(BS1)と2つの第1折り返し反射手段(M11,M12)により構成される第1の干渉計であり、該第1の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1)により該光波Aを2つの光波A1及びA2に分岐し、該第1ビームスプリッター(BS1)と該第1折り返し反射手段(M11,M12)により前記2つの光波A1及びA2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光aと逆相出力光a’を発生し、該第1ビームスプリッター(BS1)の周囲に配置され、該出力光aと該逆相出力光a’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第1の光路補正手段と、該第1の干渉計と該第1の光路補正手段の周囲に配置される第2ビームスプリッター(BS2)と2つの第2折り返し反射手段(M21,M22)により構成される第2の干渉計であり、第2の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1)により該光波Bを2つの光波B1及びB2に分岐し、該第1及び第2ビームスプリッター(BS1,BS2)と該第2折り返し反射手段(M21,M22)により前記2つの光波B1及びB2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光bと逆相出力光b’を発生し、該第2ビームスプリッター(BS2)の周囲に配置され、該出力光bと該逆相出力光b’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第2の光路補正手段とを有することを特徴とする。
【0014】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光受信器において、該第1折り返し反射手段(M11又はM12)と該第2折り返し反射手段(M21又はM22)とが、一体化されている部分を有することを特徴とする。
【0015】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の光受信器において、略正方形の外形を有する該第1ビームスプリッター(BS1)と、略L字型の外形を有する該第1の光路補正手段と、略L字型の外形を有する該第2ビームスプリッター(BS2)とが一体化され、平面形状が略正方形となるよう構成されていることを特徴とする。
【0016】
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の光受信器において、該分岐手段、該第1ビームスプリッター(BS1)、該第1の光路補正手段、該第2ビームスプリッター(BS2)及び該第2の光路補正手段とが一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
請求項1に係る発明により、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、光信号をI成分用とQ成分用に対応する二つの光波A及びBに分岐する分岐手段と、1つの第1ビームスプリッター(BS1)と2つの第1折り返し反射手段(M11,M12)により構成される第1の干渉計であり、該第1の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1)により該光波Aを2つの光波A1及びA2に分岐し、該第1ビームスプリッター(BS1)と該第1折り返し反射手段(M11,M12)により前記2つの光波A1及びA2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光aと逆相出力光a’を発生し、該第1ビームスプリッター(BS1)の周囲に配置され、該出力光aと該逆相出力光a’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第1の光路補正手段と、該第1の干渉計と該第1の光路補正手段の周囲に配置される第2ビームスプリッター(BS2)と2つの第2折り返し反射手段(M21,M22)により構成される第2の干渉計であり、第2の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1)により該光波Bを2つの光波B1及びB2に分岐し、該第1及び第2ビームスプリッター(BS1,BS2)と該第2折り返し反射手段(M21,M22)により前記2つの光波B1及びB2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光bと逆相出力光b’を発生し、該第2ビームスプリッター(BS2)の周囲に配置され、該出力光bと該逆相出力光b’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第2の光路補正手段とを有するため、差動出力光(aとa’、又はbとb’)の光路長差が無く、かつ同じ方向に出力可能であり、また、第1の干渉計、第1の光路補正手段、第2の干渉計、及び第2の光路補正手段を各々の周囲に順次配置することで平面状で一体化することが可能であり、しかも第2の干渉計では、第1の干渉計を構成する第1ビームスプリッターの一部を兼用するため、空間光学系の大きさを小型化することが可能となる。
【0018】
請求項2に係る発明により、第1折り返し反射手段(M11又はM12)と第2折り返し反射手段(M21又はM22)とが、一体化されている部分を有するため、空間光学系を小型化できると共に、第1及び第2折り返し反射手段に関する位置調整を簡素化することが可能となる。
【0019】
請求項3に係る発明により、略正方形の外形を有する該第1ビームスプリッター(BS1)と、略L字型の外形を有する該第1の光路補正手段と、略L字型の外形を有する該第2ビームスプリッター(BS2)とが一体化され、平面形状が略正方形となるよう構成されているため、空間光学系を小型化することが可能となる。
【0020】
請求項4に係る発明により、分岐手段、第1ビームスプリッター(BS1)、第1の光路補正手段、第2ビームスプリッター(BS2)及び第2の光路補正手段とが一体化されているため、空間光学系を小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】空間光学系で構成した1ビット遅延回路の例を説明する図である。
【図2】図1の1ビット遅延回路に、さらに差動出力光の出力方向を同じ方向にした場合の例を説明する図である。
【図3】遅延干渉計、バランス型PD、及び増幅器を一体化した受信モジュールを説明する図である。
【図4】光回路(PLC)で構成される1ビット遅延回路を用いた光受信器の例を説明する図である。
【図5】本発明の光受信器に係る基本的な構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の光受信器に係る空間光学系の一例を説明する図である。
【図7】図6の空間光学系における光路のみを抽出した図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
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。
本発明の光受信器の1ビット遅延回路の基本的な構成を、図5に示す。
1ビット遅延回路の基本的な考え方として、まず、第1の干渉計(主として第1ビームスプリッター)の周囲に、差動出力光の出射方向を同じにし、光路長の差をゼロにする第1の光路補正手段を設ける。次に、第1の干渉計(第1の光路補正手段を含む)の周囲に第2の干渉計(主として第2ビームスプリッター)を配置する。さらに、第2の干渉計の周囲に、差動出力光の出射方向を同じにし、光路長の差をゼロにする第2の光路補正手段を設ける。
【0023】
本発明の光受信器の特徴は、第2の干渉計において、第1の干渉計と協働して一つの干渉光学系を構成していることである。つまり、第1の干渉計に組み込まれた第1ビームスプリッターで2つに分岐した光波を、第2の干渉計を構成する第2ビームスプリッターで合波し干渉させ、差動出力光を発生させるよう構成している。
【0024】
また、本発明の光受信器では、図5に示すように、第1の干渉計の周囲の少なくとも一部に第1の光路補正手段を配置しているが、原理的には、第2の干渉計の周囲に配置することも可能である。ただし、この場合には、差動出力光の互いの距離が離れ過ぎることが危惧されるため、差動出力光を発生させた直後に光路補正手段を配置することが、より好ましい。
【0025】
図6に示す具体例を用いて、本発明の光受信器について、さらに詳細に説明する。
本発明は、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、光信号をI成分用とQ成分用に対応する二つの光波A及びBに分岐する分岐手段(P1)と、1つの第1ビームスプリッター(BS1,符号30参照)と2つの第1折り返し反射手段(M11,M12,符号32,34参照)により構成される第1の干渉計であり、該第1の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1,特にハーフミラーm2)により該光波Aを2つの光波A1及びA2に分岐し、該第1ビームスプリッター(BS1)と該第1折り返し反射手段(M11,M12,符号32,34参照)により前記2つの光波A1及びA2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光aと逆相出力光a’を発生し、該第1ビームスプリッター(BS1)の周囲に配置され、該出力光aと該逆相出力光a’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第1の光路補正手段(P2)と、該第1の干渉計と該第1の光路補正手段の周囲に配置される第2ビームスプリッター(BS2,符号31参照)と2つの第2折り返し反射手段(M21,M22,符号33,35参照)により構成される第2の干渉計であり、第2の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1,特にハーフミラーm2)により該光波Bを2つの光波B1及びB2に分岐し、該第1及び第2ビームスプリッター(BS1,BS2)と該第2折り返し反射手段(M21,M22)により前記2つの光波B1及びB2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光bと逆相出力光b’を発生し、該第2ビームスプリッター(BS2)の周囲に配置され、該出力光bと該逆相出力光b’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第2の光路補正手段(P3)とを有することを特徴とする。
【0026】
分岐手段(P1)では、ハーフミラーm1で光波Bを発生すると共に第1の干渉計に導入している。また、全反射ミラーM1で光波Aを第1の干渉計に導入している。分岐される光波A及びBは、I(In-phase)信号とQ(Quadrature)信号に対応しているが、いずれの光波をどの信号に対応させるかは、必要に応じて選択可能である。このような分岐手段は、プリズムを加工して構成することが可能である。
【0027】
第1及び第2の折り返し反射手段は、図6の符号32〜35のように、プリズムを加工して各々の折り返し反射手段を形成することが可能であるが、例えば、第1折り返し反射手段32と第2折り返し反射手段33とを一つのプリズムを加工して構成することも可能である。また、図6に示すように、第1及び第2の折り返し反射手段を一体化することで、2つの光学部品の位置調整を一つの操作で行うことができる。
【0028】
第1の光路補正手段(P2)は、3つの全反射ミラー(M2〜M4)で構成される。図6に示すように、プリズムを加工して略L字状に形成し、第1の干渉計(特に、第1ビームスプリッター30)の周囲に配置する。第1の光路補正手段は、第1ビームスプリッター30に接して配置したり、一体化させることが可能である。また、図6のように、第1の光路補正手段の大きさを、第1ビームスプリッター30の2辺を覆うように設定するだけでなく、3つの全反射ミラーを配置した領域の大きさとし、図5のように、第1の干渉計の一つの1角を中心に局所的に覆うよう構成することも可能である。さらに、第1の光路補正手段は、3つの全反射ミラーに限らずそれ以上の反射ミラーを使用して構成することも可能であることは言うまでもない。
【0029】
第2の光路補正手段(P3)は、3つの全反射ミラー(M5〜M7)で構成される。基本的に、第1の光路補正手段と構成は同じであり、略L字状の形状に形成される。第2の光路補正手段は、第2ビームスプリッター31の周囲に配置されるため、図6の分岐手段(P1)ように、第2ビームスプリッター31の周囲に配置される他の光学部品との干渉を避けるような形状に設定される。
【0030】
図6に示すように、本発明の光受信器では、略正方形の外形を有する該第1ビームスプリッター(BS1,符号30)と、略L字型の外形を有する該第1の光路補正手段(P2)と、略L字型の外形を有する該第2ビームスプリッター(BS2,符号31)とが一体化され、平面形状が略正方形となるよう構成することができる。この構成により、2つの1ビット遅延回路を1つにまとめ、小型化することが可能となる。しかも、厚み方向(図面に垂直な方向)に光波を折り曲げる必要が無く、2次元の光路で全体の光学系を構成できるため、空間光学系の厚みも薄くすることが可能となる。
【0031】
さらに、図6に示すように、分岐手段(P1)、第1ビームスプリッター(BS1,符号30)、第1の光路補正手段(P2)、第2ビームスプリッター(BS2,符号31)及び第2の光路補正手段(P3)とを一体化させることも可能である。このように構成することで、空間光学系をよりコンパクトに構成することが可能となる。
【0032】
第1の干渉計から出力される差動出力光(a,a’)と第2の干渉計から出力される差動出力光(b,b’)は、各々、図3又は4に示すようなバランス型受光素子に導入され、I成分信号やQ成分信号が生成される。
【0033】
図6に示す空間光学系の光路のみを抽出した図面が、図7である。光波A及びBの光路差に着目すると、光波Aは、距離d1の2倍と距離d3の2倍、そして距離d5だけ、光波Bより多くの距離を進んでいる。光波Bは、距離d2の2倍と距離d4、そして距離d6だけ、光波Aより多くの距離を進んでいる。
【0034】
光波Aと光波Bとの光路長を等しくするには、次式を満足する必要がある。
d1×2+d3×2+d5=d2×2+d4+d6 ・・・・・(1)
ここで、第1ビームスプリッターのハーフミラーm2の角度が45度であることから、d1=d2が成立し、さらに、差動出力光(aとa’,bとb’)における互いの出力光の距離(d5×2,d6×2)はバランス型受光素子を構成する2つの受光素子の距離と同じであるため、d5=d6と設定できる。これらの条件を上記式(1)に代入すると、以下の条件式に変形できる。
d3×2=d4 ・・・・・(2)
【0035】
上記式(2)は、例えば、反射プリズム32と33(又は34と35)の形状を調整することで、容易に達成できることが分かる
【産業上の利用可能性】
【0036】
以上説明したように、本発明によれば、DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、1ビット遅延回路を光信号の伝搬損失や偏波依存性等の少ない空間光学系で構成し、差動出力光の光路長差が無く、かつ同じ方向に出力可能であり、さらに当該空間光学系の大きさを小型化した光受信器を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【0037】
30 第1ビームスプリッター
31 第2ビームスプリッター
32〜35 反射プリズム
P1 分岐手段
P2 第1の光路補正手段
P3 第2の光路補正手段
m1〜m3 ハーフミラー
M1〜M7 全反射ミラー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
DQPSK変調された光信号を多レベルの位相変調信号に復調する光受信器において、
光信号をI成分用とQ成分用に対応する二つの光波A及びBに分岐する分岐手段と、
1つの第1ビームスプリッター(BS1)と2つの第1折り返し反射手段(M11,M12)により構成される第1の干渉計であり、該第1の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1)により該光波Aを2つの光波A1及びA2に分岐し、該第1ビームスプリッター(BS1)と該第1折り返し反射手段(M11,M12)により前記2つの光波A1及びA2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光aと逆相出力光a’を発生し、
該第1ビームスプリッター(BS1)の周囲に配置され、該出力光aと該逆相出力光a’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第1の光路補正手段と、
該第1の干渉計と該第1の光路補正手段の周囲に配置される第2ビームスプリッター(BS2)と2つの第2折り返し反射手段(M21,M22)により構成される第2の干渉計であり、第2の干渉計では、該第1ビームスプリッター(BS1)により該光波Bを2つの光波B1及びB2に分岐し、該第1及び第2ビームスプリッター(BS1,BS2)と該第2折り返し反射手段(M21,M22)により前記2つの光波B1及びB2の間に1ビット分の遅延を発生させて合波し、干渉させて出力光bと逆相出力光b’を発生し、
該第2ビームスプリッター(BS2)の周囲に配置され、該出力光bと該逆相出力光b’との出射方向を同一方向とすると共に両者の光路長を調整する第2の光路補正手段とを有す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、該第1折り返し反射手段(M11又はM12)と該第2折り返し反射手段(M21又はM22)とが、一体化されている部分を有す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、略正方形の外形を有する該第1ビームスプリッター(BS1)と、略L字型の外形を有する該第1の光路補正手段と、略L字型の外形を有する該第2ビームスプリッター(BS2)とが一体化され、平面形状が略正方形とな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、該分岐手段、該第1ビームスプリッター(BS1)、該第1の光路補正手段、該第2ビームスプリッター(BS2)及び該第2の光路補正手段とが一体化されている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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【公開番号】特開2013−78034(P2013−78034A)
【公開日】平成25年4月25日(2013.4.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−217486(P2011−217486)
【出願日】平成23年9月30日(2011.9.30)
【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)】