(57)【要約】【課題】光ハイブリッドにおいて光受信装置内での実装密度を少なくすると共に、正確な位置決め調整を不要とすること。【解決手段】ファイバコリメータ２０，２１に夫々局部発振光と受信信号光とを入射する。受信信号光をビームスプリッタ２７に入射し、局部発振光をλ／４波長板２６、直角反射プリズム２８を介してビームスプリッタ２７に入射して空間的に合成された光を５０：５０に分岐する。この光を更に偏光ビームスプリッタ３０で水平、垂直の偏光成分に応じて分岐させ、直角反射プリズム２９で反射させて出力用の４つのファイバコリメータ２２〜２５に導く。これによりファイバコリメータを同一方向に配置できるようにしている。【選択図】図２
2010243575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号光を４つの相異なる位相の光信号に分離する光ハイブリッドであって、
受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、
直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、
前記局部発振光入力部から得られる直線偏光の光ビームを円偏光にするλ／４波長板と、
相異なる位相に分離した出力光を出射する４つの出力部と、
前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビームが互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、
前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、
前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して夫々入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち２つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち２つの他の出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、
前記受信信号光入力部、局部発振光入力部及び前記出力部を同一方向に配置したことを特徴とする光ハイブリッド。
【請求項２】
２つの直交偏波信号光で偏波多重された受信信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）を偏波状態で分離すると共に夫々相異なる４つの位相に分離することにより相異なる８つの光信号に分離する光ハイブリッドであって、
前記受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、
直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、
相異なる位相に分離した出力光を出射する８つの出力部と、
前記局部発振光をベースとなる面に対して相異なる高さを保ち平行に分離する第１の偏波分離ブロックと、
前記受信信号光をベースとなる面に対して夫々前記第１の偏波分離ブロックで分離された光ビームと夫々同一の高さを保ち、２つの直交偏波成分を有する平行な２本の光ビーム（Ｓｘ）及び（Ｓｙ）に分離する第２の偏波分離ブロックと、
前記第１の偏波分離ブロックから得られる直線偏光の２本の光ビームを夫々円偏光にするλ／４波長板と、
ベースとなる面に対して夫々同一の高さを有する前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビーム同士が互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、
前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、
前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち４つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち他の４つの出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、
前記受信信号光入力部、局部発振光入力部及び前記出力部を同一方向に配置したことを特徴とする光ハイブリッド。
【請求項３】
前記無偏光ビームスプリッタと前記偏光ビームスプリッタとは、互いに９０°の位置関係で配置されている請求項１又は２記載の光ハイブリッド。
【請求項４】
前記無偏光ビームスプリッタ及び前記偏光ビームスプリッタは、平板型である請求項３記載の光ハイブリッド。
【請求項５】
前記受信信号光入力部、局部発振光入力部及び前記出力部は、光ファイバの先端にコリメートレンズが付加されたファイバコリメータであって、互いに平行に配置される請求項１〜４のいずれか１項記載の光ハイブリッド。
【請求項６】
受信信号光を４つの相異なる位相の光信号に分離して電気信号に変換する光受信器であって、
受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、
直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、
前記局部発振光入力部に接続され直線偏光を円偏光にするλ／４波長板と、
相異なる位相に分離した出力光を受光して電気信号とする４つの受光素子と、
前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビームが互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、
前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、
前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記受光素子のうち２つの受光素子に導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記受光素子のうち他の２つの受光素子に導く第２の反射手段と、を具備し、
前記受信信号光入力部及び局部発振光入力部からの光ビーム及び受光素子への光ビームを平行となるように配置したことを特徴とする光受信器。
【請求項７】
２つの直交偏波信号光で偏波多重された受信信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）を偏波状態で分離すると共に夫々相異なる４つの位相に分離することにより相異なる８つの光信号に分離して電気信号に変換する光受信器であって、
前記受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、
直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、
相異なる位相に分離した出力光を出射する８つの受光素子と、
前記局部発振光をベースとなる面に対して相異なる高さを保ち平行に分離する第１の偏波分離ブロックと、
前記受信信号光をベースとなる面に対して夫々前記第１の偏波分離ブロックで分離された光ビームと夫々同一の高さを保ち、２つの直交偏波成分を有する平行な２本の光ビーム（Ｓｘ）及び（Ｓｙ）に分離する第２の偏波分離ブロックと、
前記第１の偏波分離ブロックから得られる直線偏光の２本の光ビームを夫々円偏光にするλ／４波長板と、
ベースとなる面に対して夫々同一の高さを有する前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビーム同士が互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、
前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、
前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち４つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち他の４つの出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、
前記受信信号光入力部、局部発振光入力部からの光ビーム及び受光素子への光ビームを平行となるように配置したことを特徴とする光受信器。
【請求項８】
受信信号光とその１ビット前の信号光との差分により受信信号光を４つの相異なる位相の光信号に分離して復調する差分型の光復調器であって、
受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、
前記受信信号光入力部の光ビームを分岐する第１の無偏光ビームスプリッタと、
前記第１の無偏光ビームスプリッタにより分岐された直線偏光の光ビームを円偏光にするλ／４波長板と、
受信信号光を４つの相異なる位相に分離した出力光を出射する４つの出力部と、
前記第１の無偏光ビームスプリッタで分岐され、前記λ／４波長板を通過しない光ビームと前記λ／４波長板を通過した光ビームとが互いに垂直の関係を保って入射され、入射した光を光合成して分岐する第２の無偏光ビームスプリッタと、
前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、
前記無偏光ビームスプリッタで分離された光が直接及び前記第１の反射手段を介して夫々入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち２つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち２つの他の出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、
前記受信信号光入力部及び前記出力部を同一方向に配置すると共に、前記第１の無偏光ビームスプリッタにより分岐された２つの受信信号光の光ビームが前記第２の無偏光ビームスプリッタに達するまでの相互の時間差が受信信号光のシンボルレートの逆数に相当するように分岐路を形成したことを特徴とする光復調器。
【請求項９】
２つの直交偏波信号光で偏波多重された受信信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）を偏波状態で分離すると共に、分離した受信信号光とその１ビット前の信号光との差分により受信信号光を８つの相異なる位相の光信号に分離して復調する差分型の光復調器であって、
前記受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、
相異なる位相に分離した出力光を出射する８つの出力部と、
前記受信信号光をベースとなる面に対して相異なる高さを保ち、２つの直交偏波成分を有する平行な２本の光ビーム（Ｓｘ）及び（Ｓｙ）に分離する偏波分離ブロックと、
前記偏波分離ブロックより分岐された直線偏光の２本の光ビームを夫々円偏光にするλ／４波長板と、
ベースとなる面に対して夫々同一の高さを有する前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した遅延受信信号光の光ビーム同士が互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、
前記受信信号光と遅延受信信号光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、
前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち４つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち他の４つの出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、
前記受信信号光入力部及び前記出力部を同一方向に配置すると共に、前記第１の無偏光ビームスプリッタにより分岐された２つの受信信号光の光ビームが前記第２の無偏光ビームスプリッタに達するまでの相互の時間差が受信信号光のシンボルレートの逆数に相当するように分岐路を形成したことを特徴とする光復調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコヒーレント光伝送方式に用いられる光ハイブリッド、光復調器及びこれを用いた光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては波長多重により高密度の多重化がなされているが、光信号自体はオンオフによって光信号の断続で信号を伝えるようにしている。これに加えて光信号の位相成分にも信号を伝送させるコヒーレント光通信方式は、高密度ビット伝送が可能な経済的な方式として注目されている。この方式における光受信器には、受信した光を位相成分に応じて分離する光ハイブリッドが用いられている。例えば特許文献１では、偏光ビーム分割器と偏光維持カップラを組み合わせた光ハイブリッドが示されており、この方式は光ファイバや平面光導波路構造で実現することができる。この方式では光の位相差が９０°の場合について示しているが、媒質に石英を用いており、材料のもつ熱特性のため位相差が温度変化に敏感に変化してしまうため、温度制御機構を備える必要があった。
【０００３】
そこで最近では受信信号光をデジタル演算処理し、信号の品質劣化を防ぐデジタルコヒーレント伝送技術が注目されている。非特許文献１では、図１に示すように９０°光ハイブリッドが提案されている。この光ハイブリッドは２入力４出力の光ハイブリッドであって、入力側にファイバコリメータ１，２、出力側にファイバコリメータ３，４，５，６を有している。尚ファイバコリメータは、光ファイバの先端にコリメートレンズを付加したものである。ここで受信信号光がファイバコリメータ１に加えられ、局部発振光がファイバコリメータ２に加えられる。受信信号光と局部発振光の空間での光軸は９０°の角度に配置されており、その交点位置にビームスプリッタ７が夫々の光軸に対して４５°の角度で設けられる。ここで受信信号光及び局部発振光は直線偏光状態とし、局部発振光のファイバコリメータ２の出力側には直線偏光を円偏光に変換するためのλ／４波長板８が設けられている。ビームスプリッタ７では受信信号光と局部発振光は５０：５０に夫々分岐され、受信信号光と局部発振光とが空間的に合成される。その後透過成分と反射成分が偏光ビームスプリッタ９及び１０に加えられる。偏光ビームスプリッタ９及び１０は立体型のビームスプリッタであり、入射光を水平偏光成分と垂直偏光成分とに分岐するものである。水平偏波成分はビームスプリッタ９及び１０を夫々透過してファイバコリメータ３及び５に結合される。又垂直偏波成分はビームスプリッタ９及び１０で夫々反射されてファイバコリメータ６及び４に結合される。このときファイバコリメータ３，４，５，６に結合する信号成分は、複素成分表示すれば、夫々Ｓ＋Ｌ，Ｓ−Ｌ，Ｓ＋ｊＬ，Ｓ−ｊＬで表される。尚Ｓは信号光、Ｌ局部発振光、ｊは虚数である。従ってコヒーレント光受信器ではＳ＋Ｌ成分，Ｓ−Ｌ成分と、Ｓ＋ｊＬ成分，Ｓ−ｊＬ成分の差動検知を行い、電気信号処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８６８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kikuchi et al., "Phase-Diversity Homodyne Detection Multilevel Optical Modulation With Digital carrier Phase Estimation", IEEE, Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.12, No.4, pp.563-570, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示す従来の光ハイブリッドでは、ファイバコリメータが入力用及び出力用として四方に配置されており、入出力用の光ファイバを同一方向に揃えて配置することができない。従って光ファイバの取りまわしの面積を大きくする必要があり、光受光器の内部での実装密度が低下するという欠点があった。又光の合成を行うビームスプリッタ７から結合用のファイバコリメータ３，４，５，６の間に立体型の偏光ビームスプリッタ９，１０を用いているため、光線がビームスプリッタの中央部分を通過しない場合には、ファイバコリメータまでの距離が４つの出力部の間でずれてしまい、光伝送品質が劣化する。従って正確に位置決めをしなければならないという欠点があった。更に２つの立体型偏光ビームスプリッタを用いているため、高価になるという欠点もあった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、入出力用光ファイバを揃えて一方向に配置できるよう構成し、精密な位置決めを行うことなく光伝送品質を劣化させることのない光ハイブリッド、光復調器及び光受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の光ハイブリッドは、受信信号光を４つの相異なる位相の光信号に分離する光ハイブリッドであって、受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、前記局部発振光入力部から得られる直線偏光の光ビームを円偏光にするλ／４波長板と、相異なる位相に分離した出力光を出射する４つの出力部と、前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビームが互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して夫々入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち２つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち２つの他の出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、前記受信信号光入力部、局部発振光入力部及び前記出力部を同一方向に配置したことを特徴とするものである。
【０００９】
この課題を解決するために、本発明の光ハイブリッドは、２つの直交偏波信号光で偏波多重された受信信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）を偏波状態で分離すると共に夫々相異なる４つの位相に分離することにより相異なる８つの光信号に分離する光ハイブリッドであって、前記受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、相異なる位相に分離した出力光を出射する８つの出力部と、前記局部発振光をベースとなる面に対して相異なる高さを保ち平行に分離する第１の偏波分離ブロックと、前記受信信号光をベースとなる面に対して夫々前記第１の偏波分離ブロックで分離された光ビームと夫々同一の高さを保ち、２つの直交偏波成分を有する平行な２本の光ビーム（Ｓｘ）及び（Ｓｙ）に分離する第２の偏波分離ブロックと、前記第１の偏波分離ブロックから得られる直線偏光の２本の光ビームを夫々円偏光にするλ／４波長板と、ベースとなる面に対して夫々同一の高さを有する前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビーム同士が互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち４つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち他の４つの出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、前記受信信号光入力部、局部発振光入力部及び前記出力部を同一方向に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで前記無偏光ビームスプリッタと前記偏光ビームスプリッタとは、互いに９０°の位置関係で配置されているようにしてもよい。
【００１１】
ここで前記無偏光ビームスプリッタ及び前記偏光ビームスプリッタは、平板型としてもよい。
【００１２】
ここで前記受信信号光入力部、局部発振光入力部及び前記出力部は、光ファイバの先端にコリメートレンズが付加されたファイバコリメータであって、互いに平行に配置されるようにしてもよい。
【００１３】
この課題を解決するために、本発明の光受信器は、受信信号光を４つの相異なる位相の光信号に分離して電気信号に変換する光受信器であって、受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、前記局部発振光入力部に接続され直線偏光を円偏光にするλ／４波長板と、相異なる位相に分離した出力光を受光して電気信号とする４つの受光素子と、前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビームが互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記受光素子のうち２つの受光素子に導く偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記受光素子のうち他の２つの受光素子に導く第２の反射手段と、を具備し、前記受信信号光入力部及び局部発振光入力部からの光ビーム及び受光素子への光ビームを平行となるように配置したことを特徴とするものである。
【００１４】
この課題を解決するために、本発明の光受信器は、２つの直交偏波信号光で偏波多重された受信信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）を偏波状態で分離すると共に夫々相異なる４つの位相に分離することにより相異なる８つの光信号に分離して電気信号に変換する光受信器であって、前記受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、直線偏光の局部発振光を入力して光ビームとする局部発振光入力部と、相異なる位相に分離した出力光を出射する８つの受光素子と、前記局部発振光をベースとなる面に対して相異なる高さを保ち平行に分離する第１の偏波分離ブロックと、前記受信信号光をベースとなる面に対して夫々前記第１の偏波分離ブロックで分離された光ビームと夫々同一の高さを保ち、２つの直交偏波成分を有する平行な２本の光ビーム（Ｓｘ）及び（Ｓｙ）に分離する第２の偏波分離ブロックと、前記第１の偏波分離ブロックから得られる直線偏光の２本の光ビームを夫々円偏光にするλ／４波長板と、ベースとなる面に対して夫々同一の高さを有する前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した局部発振光の光ビーム同士が互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち４つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち他の４つの出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、前記受信信号光入力部、局部発振光入力部からの光ビーム及び受光素子への光ビームを平行となるように配置したことを特徴とするものである。
【００１５】
この課題を解決するために、本発明の光復調器は、受信信号光とその１ビット前の信号光との差分により受信信号光を４つの相異なる位相の光信号に分離して復調する差分型の光復調器であって、受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、前記受信信号光入力部の光ビームを分岐する第１の無偏光ビームスプリッタと、前記第１の無偏光ビームスプリッタにより分岐された直線偏光の光ビームを円偏光にするλ／４波長板と、受信信号光を４つの相異なる位相に分離した出力光を出射する４つの出力部と、前記第１の無偏光ビームスプリッタで分岐され、前記λ／４波長板を通過しない光ビームと前記λ／４波長板を通過した光ビームとが互いに垂直の関係を保って入射され、入射した光を光合成して分岐する第２の無偏光ビームスプリッタと、前記受信信号光と局部発振光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、前記無偏光ビームスプリッタで分離された光が直接及び前記第１の反射手段を介して夫々入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち２つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち２つの他の出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、前記受信信号光入力部及び前記出力部を同一方向に配置すると共に、前記第１の無偏光ビームスプリッタにより分岐された２つの受信信号光の光ビームが前記第２の無偏光ビームスプリッタに達するまでの相互の時間差が受信信号光のシンボルレートの逆数に相当するように分岐路を形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
この課題を解決するために、本発明の光復調器は、２つの直交偏波信号光で偏波多重された受信信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）を偏波状態で分離すると共に、分離した受信信号光とその１ビット前の信号光との差分により受信信号光を８つの相異なる位相の光信号に分離して復調する差分型の光復調器であって、前記受信信号光を入力して光ビームとする受信信号光入力部と、相異なる位相に分離した出力光を出射する８つの出力部と、前記受信信号光をベースとなる面に対して相異なる高さを保ち、２つの直交偏波成分を有する平行な２本の光ビーム（Ｓｘ）及び（Ｓｙ）に分離する偏波分離ブロックと、前記偏波分離ブロックより分岐された直線偏光の２本の光ビームを夫々円偏光にするλ／４波長板と、ベースとなる面に対して夫々同一の高さを有する前記受信信号光及び前記λ／４波長板を通過した遅延受信信号光の光ビーム同士が互いに垂直の関係を保って同一位置に入射され、入射した光を分岐する無偏光ビームスプリッタと、前記受信信号光と遅延受信信号光のいずれか一方を反射して前記無偏光ビームスプリッタに入射すると共に、前記無偏光ビームスプリッタにより分岐された光を反射する第１の反射手段と、前記無偏光ビームスプリッタで分岐された光が直接及び前記第１の反射手段を介して入射され、偏光状態により水平偏波及び垂直偏波に分離すると共に、夫々の反射光を前記出力部のうち４つの出力部に導く偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを通過した夫々の光を反射して前記出力部のうち他の４つの出力部に導く第２の反射手段と、を具備し、前記受信信号光入力部及び前記出力部を同一方向に配置すると共に、前記第１の無偏光ビームスプリッタにより分岐された２つの受信信号光の光ビームが前記第２の無偏光ビームスプリッタに達するまでの相互の時間差が受信信号光のシンボルレートの逆数に相当するように分岐路を形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
このような特徴を有する本発明によれば、第１，第２の反射手段を用いているため、入出力部を同一の方向に揃えて配置することができ、光ファイバの取りまわしが容易となって実装面積を少なくすることができるという効果が得られる。又ビームスプリッタの透過光と反射光がいずれも１つの偏光ビームスプリッタに加えられるため、偏光ビームスプリッタが１つで済み、部品点数を少なくすることができる。又出力部の相対位置を変化させることがなければ正確な位置決めを不要とすることができ、調整作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は従来の光ハイブリッドの一例を示す図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施の形態による光ハイブリッドの構成を示す図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施の形態による光ハイブリッドの構成を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは第２の実施の形態によるＡ−Ａ線矢視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは第２の実施の形態によるＢ−Ｂ線矢視図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは第２の実施の形態によるＣ−Ｃ線矢視図である。
【図５Ａ】図５Ａは第２の実施の形態の変形例によるＡ−Ａ線矢視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは第２の実施の形態の変形例によるＢ−Ｂ線矢視図である。
【図６】図６は本発明の第３の実施の形態によるＤＱＰＳＫ光復調器の構成を示す図である。
【図７】図７は本発明の第４の実施の形態によるＤＱＰＳＫ光復調器の構成を示す図である。
【図８】図８は第４の実施の形態によるＡ−Ａ線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施の形態）
図２は本発明の第１の実施の形態による光ハイブリッドの構成図である。本実施の形態の光ハイブリッドは２入力、４出力の単一偏波用光ハイブリッドとし、ファイバコリメータが図中側方より平行に配置されている。ここでファイバコリメータ２０は局部発振光を導く偏波面保持型の光ファイバ（ＰＭＦ）にコリメートレンズが付加された局部発振光の入力部であり、ファイバコリメータ２１は受信信号光を導く光ファイバにコリメートレンズが付加された受信信号光入力部であって、これらは平行に配置されている。又これと平行に出力部となるファイバコリメータ２２，２３，２４，２５が等間隔で配置され、夫々光ファイバの先端にコリメータが設けられている。さて局部発振光の出射側には直線偏光を円偏光に変換するλ／４波長板２６が設けられる。又受信信号光のファイバコリメータ２１の光軸上には、平板型の無偏光ビームスプリッタ２７が受信信号光の光軸に対し４５°の角度で設けられている。図２の右側方部分には三角柱形状の直角反射プリズム２８，２９が設けられる。直角反射プリズム２８は２つの入射光である局部発振光と受信信号光の光軸に対して４５°の角度に配置された反射面を有する第１の反射手段である。ここで反射された反射光に対して４５°の角度、無偏光ビームスプリッタ２７に対しては９０°の角度で偏光ビームスプリッタ３０が配置される。偏光ビームスプリッタ３０は垂直偏波成分を反射し、水平偏波成分を透過させるスプリッタであって、平行平板型のビームスプリッタで構成されている。直角反射プリズム２９は偏光ビームスプリッタ３０を透過した光を反射する位置にその反射面が直角反射プリズム２８の反射面と９０°の角度となるよう配置され、反射光を出力側のファイバコリメータ２４，２５側に導く第２の反射手段である。ここでファイバコリメータ２３とファイバコリメータ２５の入射前の光軸上に光路長を調整するためのＡＲ（Anti-reflection）ブロック３１，３２が配置される。ＡＲブロック３１，３２は表裏面に無反射コーティングを施したガラスブロックであり、調整すべき光路長に応じてその厚さと屈折率が選択されている。ＡＲブロック３１はファイバコリメータ２２，２３に入射する光の光路長を一致させるものであり、ＡＲブロック３２はファイバコリメータ２４，２５に入射する光の光路長を一致させるものである。
【００２０】
次に本実施の形態の動作について説明する。ファイバコリメータ２０，２１の夫々の光ファイバより直線偏光状態の局部発振光及び受光信号光を光ハイブリッドに入射する。これらの入射光はコリメータを通じて直角反射プリズム側２８に向かう平行な光ビームとなる。受信信号光は無偏光のビームスプリッタ２７に入射し、内部を透過する。一方局部発振光はλ／４波長板２６によって円偏光に変換され、直角反射プリズム２８に入射する。そして図２に示すように下向き方向に反射され、無偏光ビームスプリッタ２７の受信信号光の出射部分と同一位置に入射する。そして受光信号光と局部発振光が空間的に合成され、反射面で５０：５０に分岐される。ビームスプリッタ２７に入射した光の一部は反射し、一部が透過する。受光信号の透過成分、局部発振光の反射成分は直角反射プリズム２８により反射されて偏光ビームスプリッタ３０に入射する。偏光ビームスプリッタ３０は入射した光を垂直偏光成分と水平偏光成分とに分岐する。偏光ビームスプリッタ３０で再び反射された成分はファイバコリメータ２２に入射する。又偏光ビームスプリッタ３０を透過した光は直角反射プリズム２９で反射されてファイバコリメータ２４に伝わる。受光信号の反射成分、局部発振光の透過成分は無偏光ビームスプリッタ２７から偏光ビームスプリッタ３０に入射する。偏光ビームスプリッタ３０は、垂直偏光成分を反射してＡＲブロック３１を介してファイバコリメータ２３に入射する。水平偏光成分は偏光ビームスプリッタ３０を透過し、直角反射プリズム２９で反射され、ＡＲブロック３２を介してファイバコリメータ２５に伝わる。ここで光ファイバ２４，２５、２２，２３に結合する信号成分は、複素成分表示すれば夫々Ｓ＋Ｌ、Ｓ−Ｌ、Ｓ＋ｊＬ、Ｓ−ｊＬで表される。
【００２１】
本実施の形態によれば、光ファイバの同一方向、図２の場合には図の左側に平行に入出力用の６本の光ファイバを配置することができ、高密度の実装が可能な光ハイブリッドとすることができる。図１の場合には２つの立体型偏光ビームスプリッタが必要となるが、本実施の形態では平板型のビームスプリッタ３０が１枚で足りる。平板型の偏光ビームスプリッタを用いた場合には表裏面の研磨で足りるため、立体型より低価格とすることができる。又ビームスプリッタ３０の位置が図中Ｘ軸方向又はＹ軸方向にわずかにずれたとしても、ファイバコリメータ２２と２３、ファイバコリメータ２４と２５の相対距離は変化しないので、位置ずれによる光伝送品質の劣化が生じない。例えばビームスプリッタ３０がＹ方向にずれたとき、ファイバコリメータ２２と２３の相対距離を保持しつつＹ方向にずらせればよく、ファイバコリメータ２４と２５の位置を変化させる必要はない。ビームスプリッタ３０がＸ方向にずれたときも同様である。そのため相対的な位置が保持されていれば精密な位置決めを不要とすることができ、製造工程を簡略化することができる。
【００２２】
尚この実施の形態において、各ファイバコリメータの先端にはフォトダイオード等の受光素子が設けられる。そして受光素子までの光路長を調整するためにＡＲブロック３１，３２を配置しているが、ＡＲブロックは必ずしも必要でない。即ち光ファイバ自体の長さを調整することによって受光素子の位置でＳ＋Ｌ，Ｓ−Ｌの光路長を一致させ、Ｓ＋ｊＬとＳ−ｊＬの光路長を一致させるようにしてもよい。又無偏光ビームスプリッタ及び偏光ビームスプリッタは立体型の無偏光ビームスプリッタや立体型の偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
【００２３】
ここで出力部のファイバコリメータ２２〜２５の先端に受光素子を配置して光受信器とすることができる。又ファイバコリメータに代えてその位置に直接４つの受光素子を配置して出射光を直接電気信号に変換することにより、光受信器とすることができる。この場合には受信モジュールと一体化できるため、光受信器内での実装密度を向上させることができる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態による光ハイブリッドについて図３，図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃは夫々図３のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線から見た矢視図である。この実施の形態は２入力８出力の偏波多重用の光ハイブリッドであり、偏波多重された受光信号光（Ｓｘ，Ｓｙ）の合成信号成分がファイバコリメータ４１より光ハイブリッドに入射される。又斜め４５°の偏波状態で直線偏波の局部発振光（ＥL0）がファイバコリメータ４０に入射される。又これと平行に出力部として８本のファイバコリメータが設けられる。図３ではファイバコリメータ４２〜４５は夫々２本のファイバコリメータが重なっている。例えばファイバコリメータ４５は実際には図４Ｃに示すようにファイバコリメータ４５ａ，４５ｂから成り立っており、ファイバコリメータ４５ａの真上にファイバコリメータ４５ｂが設けられる。他のファイバコリメータ４２，４３，４４についても同様である。又図３に示すλ／４波長板５２は実際には２枚のλ／４波長板が重なっており、図４Ａに示すようにλ／４波長板５２ｂの真上にλ／４波長板５２ａが設けられる。同様にλ／２板５３についても図４Ｂに示すように２枚のλ／２波長板から成り、λ／２波長板５３ｂの真上にλ／２波長板５３ａが設けられる。又平板型の無偏光ビームスプリッタ４６、平板型の偏光ビームスプリッタ４７、直角反射プリズム４８，４９，ＡＲブロック５４，５５については、前述した第１の実施の形態の無偏光ビームスプリッタ２７、偏光ビームスプリッタ３０、直角反射プリズム２８，２９及びＡＲブロック３１，３２と夫々同様に配置され同一の機能を達成しているので、詳細な説明を省略する。
【００２５】
この実施の形態では、ファイバコリメータ４０より出射する局部発振光の光軸上に第１の偏波分離ブロック５０を設ける。偏波分離ブロック５０は図４Ａに示すように、ベース上に設けられる立体型の偏光ビームスプリッタ５７及びその上部に設けられる直角反射プリズム５８によって構成され、局部発振光を偏波状態に応じてハッチングで示すベース面に対し相異なる高さを保ち、平行に上下２段に分離するものである。この上下の光軸上には夫々λ／４波長板５２ａ，５２ｂが図４Ａに示すように配置される。
【００２６】
又受光信号光の光軸上には，図３に示すように第２の偏波分離ブロック５１を設ける。偏波分離ブロック５１は図４Ｂに示すように立体型の偏光ビームスプリッタ６０と直角反射プリズム６１によって構成される。偏波分離ブロック５１は偏波状態に応じて入射光をＳｘ成分とＳｙ成分の２本の平行な光ビームに分離するものである。これらの光ビームはベースの面に平行であり、且つベース面に対し相異なる高さを持つ局部発振光と同一の高さを持ち、平行な光ビームとする。分離された信号光はλ／２板５３ａ，５３ｂに入射される。こうすれば上下に分離された状態で夫々斜め４５°の直線偏波状態に変換される。そして前述した第１の実施の形態と同様に、無偏光ビームスプリッタ４６で受信信号光と局部発振光とが空間的に合成され、５０：５０に分岐される。その後透過成分と反射成分が偏光ビームスプリッタ４７で水平偏光成分と垂直偏光成分に分岐される。水平偏波成分は偏波ビームスプリッタ４７を透過して直角反射プリズム４９で反射され、ファイバコリメータ４５及びファイバコリメータ４４に結合される。又垂直偏波成分は偏光ビームスプリッタ４７で反射してファイバコリメータ４２，４３に結合される。これらの動作は上下同様に起こり、夫々が上下の各４つのファイバコリメータに結合されることとなる。
【００２７】
これによって第１の実施の形態と同様に、一方向から入出射用の光ファイバを揃えて配置することができ、実装床面積は第１の実施の形態に示した単一偏波用の光ハイブリッドと同一となる。又第１の実施の形態と同様に、ビームスプリッタ４７の位置ずれによっては光伝送品質が劣化することがなくなる。
【００２８】
尚この実施の形態では偏波分離ブロック５０は偏光ビームスプリッタ５７と直角反射プリズム５８の組み合わせを用いているが、これに代えて図５Ａに示すように立体型の偏光ビームスプリッタ５７，６２を上下２段に積層してもよい。この場合には上部の偏光ビームスプリッタ６２は偏光ビームスプリッタ５７で反射された成分のみが入射するため、全て反射することとなってλ／４波長板５２ａに加わる。従って上段の消光比は図４Ａの場合に比べて２倍となるため、高い偏波分離特性を必要とする場合にこの構成とすることができる。
【００２９】
またこの実施の形態では偏波分離ブロック５１は偏光ビームスプリッタ６０と直角反射プリズム６１の組み合わせを用いているが、これに代えて図５Ｂに示すように立体型の偏光ビームスプリッタ６０，６３を上下２段に積層してもよい。この場合には上部の偏光ビームスプリッタ６３は偏光ビームスプリッタ６０で反射された成分のみが入射するため、全て反射することとなってλ／２波長板５３ａに加わる。この場合上段の消光比は図４Ｂの場合に比べて２倍となるため、高い偏波分離特性を必要とする場合にこの構成とすることができる。
【００３０】
更に本実施の形態では使用していないが、直角反射プリズム４８，４９，５８，６１の前後に偏光子を設けて消光比を高めることができる。
【００３１】
ここで出力部のファイバコリメータ４２〜４５の先端に受光素子を配置して光受信器とすることができる。又ファイバコリメータに代えてその位置に直接８つの受光素子を配置して出射光を直接電気信号に変換することにより、光受信器とすることができる。この場合には受信モジュールと一体化できるため、光受信器内での実装密度を向上させることができる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態による差分型のＤＱＰＳＫ光復調器の構成図である。本実施の形態のＤＱＰＳＫ光復調器は１入力、４出力の単一偏波用ＤＱＰＳＫ光復調器であり、５本のファイバコリメータ７０〜７４が図中側方より平行に配置されている。この実施の形態では直線偏波状態の受信信号光（Ｅｓ）はファイバコリメータ７０を介して入射される。受信信号光は平板型の無偏光ビームスプリッタ７５によって５０：５０に分岐される。反射された光信号はミラー７６で反射された後、λ／４波長板７７によって円偏光に変換され、直角反射プリズム８０によって反射される。分岐された透過光と反射光は夫々平板型の無偏光ビームスプリッタ７８に加わり、同一位置で空間的に合成され、更に５０：５０に分岐される。ここで受信信号光のうちビームスプリッタ７５で反射されλ／４波長板７７、直角反射プリズム８０で反射されて無偏光ビームスプリッタ７８に入射する光ビームを遅延受信信号光という。無偏光ビームスプリッタ７５から無偏光ビームスプリッタ７８までの間はマッハ・チェンダ干渉計をなしている。従って受信信号光に対する遅延受信信号光の光路長差に相当する縦モード間隔（Free spectral range）が伝送信号のシンボルレートに等しいように配置すると、１ビット前の受信信号光と干渉する条件が成立するため、ＤＱＰＳＫの光復調器として機能する。その他の構成は第１の実施の形態による光ハイブリッドと同様である。即ち無偏光ビームスプリッタ７８の透過成分と反射成分はいずれも偏光ビームスプリッタ７９に入射され、水平偏光成分と垂直偏光成分とに分岐される。水平偏光成分は偏光ビームスプリッタ７９を透過し、直角反射プリズム８１で反射されてファイバコリメータ７３，７４に結合される。又垂直偏光成分は偏光ビームスプリッタ７９で反射されてファイバコリメータ７１，７２に結合される。この実施の形態においても光路長のずれを補償するため、図６に示すようにＡＲブロック８２，８３を挿入しておいてもよい。ここでファイバコリメータ７３，７４，７１，７２に結合する出力信号は、π／４，３π／４，５π／４，７π／４の位相がある。この場合にも前述した各実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
ここで出力部のファイバコリメータ７１〜７４の先端に受光素子を配置して光受信器とすることができる。又ファイバコリメータに代えてその位置に直接４つの受光素子を配置して出射光を直接電気信号に変換することにより、光受信器とすることができる。この場合には受信モジュールと一体化できるため、光受信器内での実装密度を向上させることができる。
【００３４】
（第４の実施の形態）
前述した第３の実施の形態では、単一偏波型のＤＱＰＳＫ光復調器について説明しているが、第２の実施の形態に示したように、偏波多重用のＤＱＰＳＫ光復調器とすることができる。この実施の形態では、図７及び図８に示すようにファイバコリメータ７０の出力となる光軸上に偏波分離ブロック９０を設ける。この偏波分離ブロック９０は図８に示すように立体型の偏光ビームスプリッタ９２及び直角反射プリズム９３により構成され、入射光をベースの面に平行な上下２本の光ビームとするものである。この２本の光軸上には無偏光ビームスプリッタ７５が配置される。又この実施の形態では、上下の光軸上にλ／４波長板７７ａ，７７ｂが設けられ、ファイバコリメータ７１〜７４も上下２段に設けられる。これ以降の構成は第３の実施の形態と同様であり、同様の効果が得られる。
【００３５】
尚前述した各実施の形態では、第１，第２の反射手段として光を２つの入力部の方向を一致させるために直角反射プリズム２８，４８，８０を用いており、出力部の方向を一致させるために直角反射プリズム２９，４９，８１を用いているが、これらは入射光や出射光を反射させる機能があればよく、光軸に対して４５°の位置に配置されたミラーを用いることができる。
【００３６】
又第１の実施の形態においては、局部発振光を入射するファイバコリメータ２０とλ／４波長板２６の位置とファイバコリメータ２１の位置を逆にしてもよい。局部発振光を円偏光としてビームスプリッタ２７に直接入射するようにし、受信信号光を直角反射プリズム２８を介してビームスプリッタ２７に入射するように構成することができる。第２の実施の形態においても同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は偏光ビームスプリッタの部品点数を少なくすることができ、出力部の相対位置を変化させることがなければ正確な位置決めを不要とすることができるので、コヒーレント光伝送方式に用いられる光ハイブリッド、光復調器及びこれを用いた光受信器に好適である。
【符号の説明】
【００３８】
１，２，３，４，２０，２１，２２，２３，２４，２５，４０，４１，４２，４３，４４，４５，７０，７１，７２，７３，７４  ファイバコリメータ
４５ａ  下段用ファイバコリメータ
４５ｂ  上段用ファイバコリメータ
７  無偏光ビームスプリッタ
８，２６，５２，５２ａ，５２ｂ，７７，７７ａ，７７ｂ  λ／４波長板
９，１０，５７，６０，６２，６３，９２  立体型偏光ビームスプリッタ
２７，４６，７５，７８  平板型無偏光ビームスプリッタ
３０，４７，７９  平板型偏光ビームスプリッタ
５３，５３ａ，５３ｂ  λ／２板
２８，２９，４８，４９，５８，６１，８０，８１，９３  直角反射プリズム
３１，３２，５４，５５，８１，８２  ＡＲブロック
５０，５１，９０  偏波分離ブロック
７６  ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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