(57)【要約】２つの光経路を有する自由空間マイケルソン干渉計を含み、１×２カプラに接続される単一の光遅延干渉計を使用してＤＱＰＳＫ信号を復調する光復調器および付随の方法。２つの経路間にπ／２の位相差を生成する移相器がマイケルソン干渉計のアーム内に配置される。その結果得られる復調器は小型で信頼でき、望ましくない温度感受性を実質的に免れるように構成することができる。
2009511957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＱＰＳＫ信号を２つの光信号に分割するステップと、
前記２つの光信号の各々を共通ビーム・スプリッタの作用によって２つのサブ信号にさらに分割するステップと、
前記２つの光信号のうちの１つから分割された前記２つのサブ信号を２つの等しくない長さの光経路に沿って導くステップと、
前記サブ信号が前記等しくない長さの光経路を通り抜けた後で、前記２つのサブ信号の協調的干渉に由来する信号を検出するステップと、
前記サブ信号が前記等しくない長さの光経路を通り抜けた後で、前記２つのサブ信号の非協調的干渉に由来する信号を検出するステップと、
前記検出された協調的干渉信号および前記検出された非協調的干渉信号から前記ＤＱＰＳＫ信号のトリビュタリを決定するステップとを含むＤＱＰＳＫ光信号を復調する方法。
【請求項２】
干渉に先立ち所定の量だけ前記サブ信号の１つまたは複数の位相を偏移させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記決定するステップが、差動増幅器の作用によって、前記検出された協調的干渉信号と前記検出された非協調的干渉信号との間の差を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
２つの異なる光信号から生じ、しかし同じ経路を共有する２つのサブ信号間の前記偏移された位相差が実質的にπ／２に等しい、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
温度感受性波長板の使用によって経路長を調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記等しくない経路長が、前記ＤＱＰＳＫ信号の１ビット期間のうちに通り抜けられる長さに実質的に等しい量だけ長さにおいて等しくない、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ＢＲをＧｂ／ｓ単位のＤＱＰＳＫ信号ビット・レートとして、前記等しくない経路長が、約４００／ＢＲ  ｍｍよりも多く、かつ約８００／ＢＲ  ｍｍよりも少ない量だけ距離において等しくない、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
初期の光信号を２つの光信号に分割する第１の光カップラと、
前記２つの光信号の各々を、各々２つのサブ光信号に同時に分割し、前記サブ信号を２つの光経路に導く光ビーム・スプリッタと、
前記光ビーム・スプリッタから反射器に、および前記光ビーム・スプリッタに戻る光経路によって画定される第１の光経路と、
前記光ビーム・スプリッタから第２の反射器に、および前記光ビーム・スプリッタに戻る光経路によって画定され、前記第１の光経路よりも長い第２の光経路とを含む光復調器であって、
前記協調的干渉に由来する信号と前記非協調的干渉に由来する信号との間の大きさの差によって前記光信号のトリビュタリを決定することができるように協調的干渉および非協調的干渉を生じさせるために前記第１の光経路および前記第２の光経路からの反射光を組み合わせる光復調器。
【請求項９】
前記初期の光信号から分割される前記２つの光信号が光パワーにおいて実質的に等しい、請求項８に記載の光復調器。
【請求項１０】
前記２つの光信号から分割され、同じ経路に沿って通り抜けるサブ信号の各対が空間的に分離される、請求項８に記載の光復調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光通信の分野に関し、詳細には、差動四相位相偏移変調フォーマットを有する光信号を復調し受け取るための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ＤＱＰＳＫは、高い受信機感度、高いスペクトル効率（ＳＥ）、ならびに高いフィルタリングおよび分散の許容度の結果としてかなりの商業的関心を得ている有望な変調フォーマットである。特に興味のあることに、ＤＱＰＳＫはより高いスペクトル効率を達成するために振幅変調と組み合わせて使用することができる。
【０００３】
光ＤＱＰＳＫ伝送では、データは隣接するビット間の光位相差によって搬送される。ＤＱＰＳＫ伝送内に含まれるデータを検出するために、光復調器を使用して位相符号化信号は強度符号化信号に変換される。一般に、そのような光復調器は１対の光遅延干渉計（ＯＤＩ）から構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念ながら、そのように構成された最近の光復調器はかなり複雑であり、２つのＯＤＩの各々の２つのアーム間の絶対位相差の正確な制御、およびデータ回復回路より前の多数の光経路間の正確な長さ整合を必要とする。さらに、従来のＯＤＩはファイバに基づくかまたは平面導波路に基づいており、それらは温度の影響を受けやすく、したがって、特に高性能光伝送システムに使用された場合、正確な温度制御および安定化を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来技術を悩ます弱点を示すことなくＤＱＰＳＫ信号を復調する光復調器を付随する方法と共に開発した。より詳細には、本発明の光復調器および方法は、２つの光経路を有する自由空間マイケルソン干渉計を含み、１×２カプラに接続される単一の光遅延干渉計を使用する。２つの経路間にπ／２の位相差を生成する移相器がマイケルソン干渉計のアーム内に配置される。
【０００６】
この革新的な復調器構造（単一の自由空間マイケルソン干渉計からの）は、小型で信頼できる復調器をもたらし、望ましくない温度感受性を実質的に免れるように構成することができる。
本発明のより完全な理解は添付図面を参照することにより実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
最初に図１を参照して、一般化された従来技術の光ＤＱＰＳＫ復調器１００が示される。そのような従来技術の光復調器の場合、２ビット／シンボルを有する光ＤＱＰＳＫ信号１１０は、例えば、光増幅器１２０の作用によって増幅され、続いて光フィルタ１３０によってフィルタ処理され、次いで１×２光カプラ／スプリッタ１４０によって分割される。
【０００８】
ＤＱＰＳＫ信号は２つのトリビュタリを含むので、光カプラ１４０の１×２分割は、各々がそれぞれ遅延ループ１５５、１５６、および移相器１５７、１５８を含む２つの光遅延干渉計（ＯＤＩ）１５０、１５２に信号を供給することが必要である。（この例示的な説明では位相シフトが＋π／４および−π／４として示されていること留意されたい）。前記のように、これらの２つの位相シフトは正確に制御され維持されなければならない。より詳細には、４０Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫシステムでは、ＯＤＩの自由スペクトル域（ＦＳＲ）は約２０ＧＨｚである。不完全な位相シフトに起因する周波数不整合に対する許容度は±０．５ＧＨｚよりも少ないかまたはその程度である。さらに、ファイバ・ベースのＯＤＩまたは平面導波路ベースのＯＤＩは、通常、約１ＧＨｚ／℃の温度感受性を示し、したがって、ＯＤＩの温度は０．５℃よりも少ないかまたはその程度に制御され維持されなければならず、それは非常に厳しい要求である。
【０００９】
図１に示された従来技術の装置の説明を続けると、ＯＤＩ１５０、１５２から出力された光信号はバランス型検出器１６０、１６２によって受け取られ、その出力はクロックおよびデータ回復回路１７０、１７２に供給される。この時点で容易に理解できるように、従来技術の復調器１００の「ブランチ」の各々は、それぞれクロック・データ回復回路１７０、１７２によってＤＱＰＳＫ信号を含む２つのトリビュタリの抽出を可能にする。しかし、さらに前記のように、光カプラ１４０から始まり、２つのバランス型検出器１６０および１６２内に位置する４つの検出器で終わる４つの光経路は本質的に同じ長さを有しなければならない。さらに、バランス型検出器１６０とクロックおよびデータ回復回路１７０との間の電気的経路長は、他のバランス型検出器１６２とそれのそれぞれのクロックおよびデータ回復回路１７２との間の電気的経路長と本質的に等しくなくてはならない。より詳細には、４０Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫシステムでは、ビット期間は５０ｐｓである。したがって、等しくない経路長に起因する遅延不整合に対する許容度は、ビット期間のわずか約１０％、すなわち５ｐｓであり、それは光ファイバ長でわずか約１ｍｍに変換される。
【００１０】
前記のように、および容易に理解できるように、そのような従来技術の実施は温度の変化、および２つのＯＤＩ１５０と１５２との間に存在することがあるあらゆる温度変化に非常に影響されやすい。その結果、そのような温度制御および安定化を行うために、追加の性能モニタリングおよびフィードバック制御の構成要素が必要であり、それにより残念ながらそのような従来技術の実施に関して複雑さおよびコストが増加する。
【００１１】
次に、図２に移って、本出願の本発明の教示に従って構成されたＤＱＰＳＫ復調器２００の概略図が示される。図２から容易に気づくように、本発明の復調器２００は単一のＯＤＩ（ビーム・スプリッタ２２０ならびに２つの反射器（ミラー）２３０および２４０を含む自由空間マイケルソン干渉計に基づく）を使用し、反射器は信号光経路によって形成された面に実質的に垂直に配置される。この構成は２つの別個の光経路をもたらし、各光経路はそれぞれＬおよびＬ＋ΔＬの固有経路長を有する。経路長差ΔＬは、生じる遅延が信号の約１ビットの期間となるようなものである。４０Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫでは、ΔＬは自由空間で約１５ｍｍである。ＩＴＵ５０ＧＨｚチャネル・グリッド上にある多数の波長チャネルでＯＤＩを使用することができるように２５ＧＨｚのＦＳＲが使用される場合、ΔＬは自由空間で約１２ｍｍである。
【００１２】
Ｌの固有経路長を有する第１の光経路は光スプリッタ２２０と反射器２４０との間にそれらの経路を含む。Ｌ＋ΔＬの固有経路長を有する第２の光経路は光スプリッタ２２０と反射器２３０との間にそれらの経路を含む。さらに、図２に示されるように、光経路の１つ（この例では第２の光経路）は、π／２移相器２８０、および／または移相器２８０と有利に結合されるか、そうでなければ組み合わせることができるサーマル／アサーマル（ａｔｈｅｒｍａｌ）波長板２７０を含むことができる。
【００１３】
２ビット／シンボルを有する単一のＤＱＰＳＫ信号は、１×２光カプラ２１０（例えば３ｄＢカプラ）の作用によって２つの光信号（２１５、２１７）に分割される。光カプラ２１０は単一のＤＱＰＳＫ信号光を２つの別個の信号２１５、２１７に分割し、各々は実質的に等しいパワーを示す。これらの２つの分割された信号２１５、２１７は干渉計に導かれ、そこで一部が２つの光経路を通り抜ける。
【００１４】
より詳細には、分割された光信号２１５はビーム・スプリッタ２２０（ポイントＡ）に打ち当たり、さらに分割される。さらに分割された信号２１５の第１の部分は反射器２４０（ポイントＥ）に導かれ、そこでビーム・スプリッタ２２０（ポイントＣ）に反射して戻される。ビーム・スプリッタ２２０と反射器２４０との間の往復によって画定されたこの経路はＬの経路長を示す。
【００１５】
反射器（ミラー）２４０および２３０は本質的に１００％の反射率を有することが好ましいことに留意されたい。
【００１６】
さらに分割された信号２１５の第２の部分は別の反射器２３０（ポイントＧ）に導かれ、そこから光経路に沿ってビーム・スプリッタ２２０（ポイントＣ）に反射して戻される。ビーム・スプリッタ２２０と反射器２３０との間の往復によって画定されたこの第２の光経路はＬ＋ΔＬの経路長を示す。ポイントＣに打ち当たる際、２つの分割された信号は、互いに協調的および非協調的の両方で干渉する。一般性を失うことなく、協調的干渉成分はポイントＣから放出され、第１の検出器２５０に導かれるが、非協調的干渉成分はポイントＣから放出され、第２の検波器２６０に導かれる。次に、差動増幅ユニット２９０内に配置された差動増幅器によって得ることができる、検出器２５０および２６０によって受け取られた信号間の差を使用してオリジナルＤＱＰＳＫ信号の第１トリビュタリを回復する。
【００１７】
同様に、分割された光信号２１７はビーム・スプリッタ２２０（ポイントＢ）に打ち当たり、さらに分割される。さらに分割された信号２１７の第１の部分は反射器２４０（ポイントＦ）に導かれ、そこでビーム・スプリッタ２２０（ポイントＤ）に反射して戻される。この経路はＬの経路長を示す。
【００１８】
さらに分割された信号２１７の第２の部分は別のミラー２３０（ポイントＨ）に導かれ、そこから光経路に沿ってビーム・スプリッタ２２０（ポイントＤ）に反射して戻される。この第２の光経路はＬ＋ΔＬの経路長を示す。ポイントＤに打ち当たる際、２つの分割信号は、互いに協調的および非協調的の両方で干渉する。一般性を失うことなく、協調的干渉成分はポイントＤから放出され、第３の検出器２５５に導かれ、非協調的干渉成分はポイントＤから放出され、第４の検波器２６５に導かれる。次に、差動増幅ユニット２９０内の別の差動増幅器によって得ることができる、検出器２５５および２６５によって受け取られた信号間の差を使用してオリジナルＤＱＰＳＫ信号の第２トリビュタリを回復する。
【００１９】
光信号２１７によって通り抜けられ、Ｌ＋ΔＬの経路長を有する光経路に挿入されたπ／２移相器２８０がさらに図２に示される。このπ／２移相器２８０は、経路Ａ−Ｇ−Ｃと経路Ｂ−Ｈ−Ｄとの間にπ／２の光位相遅延を導入する。当業者は、そのような移相器が適切な透明な基板２７０またはミラー２３０に塗布された適切な薄膜被覆を適用することによって実現できることを直ちに認識されよう。移相器は、光信号２１５によって通り抜けられ、Ｌの経路長を有する光経路に挿入することもできる。信号中心周波数において、経路Ａ−Ｅ−Ｃと経路Ａ−Ｇ−Ｃとの間の＋π／４（または−π／４）位相シフト、および経路Ｂ−Ｆ−Ｄと経路Ｂ−Ｈ−Ｄとの間の−π／４（または＋π／４）位相シフトを確実なものにする正確な位相制御部は図２に示されていないことに留意されたい。
【００２０】
図２から、本発明のＤＱＰＳＫ復調器では、ビーム・スプリッタ、反射器／ミラー、およびそのように構成された光パッケージ全体が２つのトリビュタリによって共有されることが当業者には容易に明らかであろう。さらに、π／２移相器を使用すると、レーザ周波数および周囲温度の変化に本質的に無関係に２つのトリビュタリを互いに正確に位置調整することも確実になる。したがって、本発明の設計により、小型でさらに高い信頼性の復調器の構造が可能になる。
【００２１】
光源レーザ周波数が十分な精度で固定されるそれらの例では、本発明の復調器はアサーマルおよび受動的とすることができ、それによって、モニタリングおよびフィードバック制御なしでＤＱＰＳＫトリビュタリを受け取ることができる。ＯＤＩのアサーマル動作はアサーマル材料を使用して自由空間経路の長さを固定することによって達成することができ、したがって、温度安定化は必要でない。
【００２２】
あるいは、調節可能な復調器が望まれる場合（例えば、レーザ周波数ドリフトの追跡のため）、温度感受性波長板２７０を光経路に沿って挿入することができる。光信号２１７によって使用され、Ｌ＋ΔＬの経路長を有する光経路中に配置されたサーマル／アサーマル波長板２７０が図２に示される。設計および組立ての便宜のために、波長板２７０は移相器２８０と組み合わせることができる。
【００２３】
さらなる利点として、ビーム・スプリッタ２２０のサイズは光信号２１５、２１７のビーム・サイズより非常に大きくすることができるので、例えばファイバ結合型レンズ２５３、２５７、２６３、２６７を用いて４つの検出器をビーム・スプリッタ２２０に光学的に直接結合することができる。追加のファイバまたは他の結合機構を必要としないように整合された長さを有するファイバ接続を行うことができる。その結果、本出願の発明の教示に従って構成された復調器は低損失を示し、より小型の設計を可能にすると共に、同時に製造性および信頼性を増強する。
【００２４】
最後に、図２に関して、検出器出力は検出された協調的干渉信号と検出された非協調的干渉信号との間の差を得るために適切に差し引かれる。これは差動増幅ユニット２９０によって行われる。この結果は、クロックおよびデータ回復の後に、オリジナルＤＱＰＳＫ信号の２つのトリビュタリを回復する。
【００２５】
次に、図３に移って、本発明の方法の概要を示す流れ図が示される。図３のブロック３１０によって示されるように、ＤＱＰＳＫ信号は実質的に等しいパワーを示す２つの信号に分割される。次に、これらの２つの信号はマイケルソン干渉計に導入され、そこでそれらはビーム・スプリッタに打ち当たり、さらに各々２つのサブ信号に分割される（ブロック３２０）。
【００２６】
同じ等しいパワーの信号から分割されるサブ信号はマイケルソン干渉計内の２つの異なる経路を通り抜け、経路の各々は異なる長さを有する（ブロック３３０）。
【００２７】
２つのサブ信号の協調的干渉による光放出は第１の検出器に導かれ、２つのサブ信号の非協調的干渉による光放出は第２の検波器に送られる（ブロック３４０）。オリジナルＤＱＰＳＫ信号の１つのトリビュタリはこれらの２つの検出された信号間の差から決定される（ブロック３５０）。
【００２８】
この時点で、我々はいくつかの特定の例を使用して我々の発明を説明し記述したが、当業者は我々の教示がそのように限定されないことを認識されよう。したがって、我々の発明はここに添付された特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】復調用の２つの光遅延干渉計を有する一般化された従来技術のＤＱＰＳＫ受信機の概略図である。
【図２】本発明によるＤＱＰＳＫ復調器の概略図である。
【図３】本発明による発明の方法を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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