(57)【要約】      （修正有）【課題】構造をより単純化でき、波長依存性の少ない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、各偏波に応じた多値位相変調信号を復調する光受信器において、信号光を各偏波に対応して２つの分離信号光Ｓ１，Ｓ２に分離し、２つの分離信号光を円偏光に変換し、局部発振光を２つの分離局部発振光Ｒ１，Ｒ２に分離し、円偏光に変換された分離信号光と分離局部発振光とを、偏波面が所定の角度を形成するように合波して、各分離信号光毎に２つの合成波信号Ｌ１〜Ｌ４を形成して出力する、合成波信号生成手段と、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、偏波分離素子からなるＩＱ出力手段とを備え、局部発振光の偏光方向は、偏波分離素子の偏光軸と所定の角度を有する。【選択図】図２
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【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、前記２つの分離信号光（Ｓ１，Ｓ２）を円偏光に変換し、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）と該分離局部発振光（Ｒ１）とを合波して合波光を生成し、前記分離信号光（Ｓ２）と該分離局部発振光（Ｒ２）とを合波して合波光を生成し、前記各合波光毎に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、偏波分離素子からなる空間光学系で構成されるＩＱ出力手段とを備え、
該局部発振光（Ｒ）の偏光方向は、該偏波分離素子の偏光軸と所定の角度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、該局部発振光（Ｒ）の偏光方向と該偏波分離素子の偏光軸とがなす所定の角度は４５度であ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。
【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、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization
Quadrature Phase Shift Keying）、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift
Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等に代表される直交する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】
本出願人は、特許文献１において、小型化が可能な光９０度ハイブリッドを用いた光受信器を提案した。光９０度ハイブリッドの構成を図１に示す。図１の光受信器の動作を説明すると、垂直偏波の局部発振光は、λ／４波長板に入力され円偏光に偏波変換され、その次のハーフミラーで分岐される。一方、信号光は、任意の偏波状態で偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）に入力され、垂直偏波と水平偏波に分離される。ＰＢＳによって得られた垂直偏波と水平偏波とは、各々λ／２波長板に入力され、斜め４５度直線偏波に変換される。斜め４５度直線偏波に変換された信号光は、それぞれ円偏波の局部発振光と合波され、その後ＰＢＳに入力されることで、位相差９０度を有するＩ信号及びＱ信号を得ている。
【０００４】
図１の光受信器では、局部発振光の入力側と信号光の入力側に、それぞれ異なる波長板を必要とし、このため、光受信器の構成が複雑化していた。また、波長板は波長依存性を有するため、多くの種類の波長板を使用することは光変調器の波長依存性を強め、光学特性の劣化に繋がっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、構造をより単純化でき、波長依存性の少ない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】
【０００７】
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、前記２つの分離信号光（Ｓ１，Ｓ２）を円偏光に変換し、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）と該分離局部発振光（Ｒ１）とを合波して合波光を生成し、前記分離信号光（Ｓ２）と該分離局部発振光（Ｒ２）とを合波して合波光を生成し、前記各合波光毎に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、偏波分離素子からなる空間光学系で構成されるＩＱ出力手段とを備え、該局部発振光（Ｒ）の偏光方向は、該偏波分離素子の偏光軸と所定の角度を有することを特徴とする。
【０００８】
（２）  上記（１）に記載の光受信器において、該局部発振光（Ｒ）の偏光方向と該偏波分離素子の偏光軸とがなす所定の角度は４５度であることを特徴とする。
【０００９】
（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。
【００１０】
（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】
【００１１】
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、前記２つの分離信号光（Ｓ１，Ｓ２）を円偏光に変換し、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）と該分離局部発振光（Ｒ１）とを合波して合波光を生成し、前記分離信号光（Ｓ２）と該分離局部発振光（Ｒ２）とを合波して合波光を生成し、前記各合波光毎に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、偏波分離素子からなる空間光学系で構成されるＩＱ出力手段とを備え、該局部発振光（Ｒ）の偏光方向は、該偏波分離素子の偏光軸と所定の角度を有することにより、波長板の数を削減でき、構造が単純化すると共に偏波依存性の少ない光受信器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】特許文献１に開示された光受信器の例を示す図である。
【図２】本発明の光受信器の概略を説明する図である。
【図３】本発明の光受信器で光路長調整板を使用する例を示す図である。
【図４】本発明の光受信器で光路長調整板を位置決め手段として使用する例を示す図である。
【図５】本発明の光受信器で結合ブロックを使用する例を示す図である。
【図６】本発明の光受信器で光路長調整板を最終段に配置した例を示す図である。
【図７】本発明の光受信器でＩＱ出力手段を複屈折材料で構成した例を示す図である。
【図８】本発明の光受信器で複屈折材料と光路長調整板を使用する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、前記２つの分離信号光（Ｓ１，Ｓ２）を円偏光に変換し、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）と該分離局部発振光（Ｒ１）とを合波して合波光を生成し、前記分離信号光（Ｓ２）と該分離局部発振光（Ｒ２）とを合波して合波光を生成し、前記各合波光毎に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、偏波分離素子からなる空間光学系で構成されるＩＱ出力手段とを備え、該局部発振光（Ｒ）の偏光方向は、該偏波分離素子の偏光軸と所定の角度を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のように、局部発振光を４５度直線偏光とし、信号光側の波長板をλ／２板からλ／４板にした場合、従来の光９０度ハイブリッドの光学系と比較し、局部発振光側のλ／４波長板を削除することが可能となる。その結果、光学系の構成を単純化でき、また波長依存性を有する波長板を減らすことができるため、光９０度ハイブリッドの波長依存性を抑制出来る。
【００１５】
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。
【００１６】
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、偏波（Ｓ１，Ｓ２）を円偏光とするためλ／４波長板を通過させる。λ／４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。
【００１７】
他方、局部発振光（Ｒ）は、信号光と同一波長（直線偏波，特に４５度直線偏光）であり、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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振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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、構造をより単純化でき、波長依存性の少ない光受信器を提供することが可能となる。
【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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