(57)【要約】  【課題】差分４位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式に従う信号光を安定に復調することのできる小型で低コストの光受信器を提供する。  【解決手段】本発明の光受信器は、入力されるＤＱＰＳＫ信号光をＰＡＮＤＡ型ファイバ１２に４５°直線偏光入射させることにより、ＤＱＰＳＫ信号光の直交する偏光成分間に１シンボル分に対応した遅延時間差を発生させ、その信号光をハーフミラー１５で２分岐して第１、２経路に送り、一方の経路に設けた１／４波長板１７により各経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を与える。そして、第１、２経路を伝搬した各光を偏光分離部１６Ａ，１６Ｂでそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離し、各々の偏光成分を受信部１８，１９でそれぞれ受信してＤＱＰＳＫ信号光の同相成分および直交成分を復調する。  【選択図】図１
2006211538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光に変換して出力する偏光変換部と、
前記偏光変換部で直線偏光に変換された信号光が固有軸に対して偏光面を４５°傾けて入射され、前記固有軸に平行な方向に沿って伝搬する偏光成分と前記固有軸に垂直な方向に沿って伝搬する偏光成分との間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能な複屈折光学媒質と、
前記複屈折光学媒質を通過した光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送る分岐部と、
前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる複屈折量差発生部と、
前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、前記複屈折量差発生部によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光を直交する２つの偏光成分に分離する第１偏光分離部と、
前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、前記複屈折量差発生部によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光を直交する２つの偏光成分に分離する第２偏光分離部と、
前記第１偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調した電気信号を出力する第１受信部と、
前記第２偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調した電気信号を出力する第２受信部と、を備えて構成されたことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
請求項１に記載の光受信器であって、
前記偏光変換部は、入力される差分４位相偏移変調された信号光の偏光状態の変化に追随して、該信号光を前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光に自動的に変換する自動偏光制御器を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項３】
請求項１に記載の光受信器であって、
前記偏光変換部は、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、入力ポートに与えられる前記差分４位相偏移変調された信号光を前記光学軸に平行な直線偏光および前記光学軸に垂直な直線偏光に分離して対応する２つの出力ポートからそれぞれ出力する偏光分離器と、３つのポートを有し、第１ポートに入力される光を偏光状態を保持したまま第２ポートに一方向に伝達するとともに、第２ポートに入力される光を偏光状態を保持したまま第３ポートに一方向に伝達する第１および第２光サーキュレータと、を備え、前記第１光サーキュレータの第１ポートが前記偏光分離器の一方の出力ポートに接続され、前記第１光サーキュレータの第２のポートが前記複屈折光学媒質の一端に接続され、前記第２光サーキュレータの第１ポートが前記偏光分離器の他方の出力ポートに接続され、前記第２光サーキュレータの第２のポートが前記複屈折光学媒質の他端に接続され、
前記分岐部は、前記第１光サーキュレータの第３ポートから出力される光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送る第１ハーフミラーと、前記第２光サーキュレータの第３ポートから出力される光を２つに分岐して一方を第３経路に送り、他方を第４経路に送る第２ハーフミラーと、を備え、
前記複屈折量差発生部は、前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる第１複屈折量差発生器と、前記第３経路を伝搬する光および前記第４経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる第２複屈折量差発生器と、を備え、
前記第１偏光分離部は、前記第１複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光と、前記第２複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第３経路を伝搬する光とをそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離し、
前記第２偏光分離部は、前記第１複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光と、前記第２複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第４経路を伝搬する光とをそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する、ことを特徴とする光受信器。
【請求項４】
請求項１に記載の光受信器であって、
前記複屈折量差発生部は、前記第１経路上および前記第２経路上のいずれか一方に１／４波長板を設けたことを特徴とする光受信器。
【請求項５】
請求項１に記載の光受信器であって、
前記複屈折光学媒質で発生する遅延時間差の、光の電界振動周期の整数倍からのずれを補正する遅延時間差補正部を備えたことを特徴とする光受信器。
【請求項６】
差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光および円偏光のいずれかに変換して出力する偏光変換部と、
前記偏光変換部で偏光状態の変換された信号光を２つに分岐する分岐部、該分岐部で分岐された一方の光が伝搬する第１アーム、該第１アームとは異なる光路長を持ち、前記分岐部で分岐された他方の光が伝搬する第２アーム、並びに、前記第１アームおよび第２アームを通過した各光を合波して干渉させた後に２つに分岐する合分波部を形成したマッハツェンダ型の光導波路を有し、前記第１アームおよび前記第２アームをそれぞれ伝搬する各光の間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能であり、かつ、前記第１アームおよび前記第２アームの一方が複屈折を有することで当該アームを伝搬する光のＴＥモード成分およびＴＭモード成分に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させることが可能な遅延干渉部と、
前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有し、前記合分波部で２分岐された一方の光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する第１偏光分離部と、
前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有し、前記合分波部で２分岐された他方の光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する第２偏光分離部と、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調した電気信号を出力する第１受信部と、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の他方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調した電気信号を出力する第２受信部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光受信器。
【請求項７】
請求項６に記載の光受信器であって、
前記偏光変換部は、入力される差分４位相偏移変調された信号光の偏光状態の変化に追随して、該信号光を前記遅延干渉部の複屈折軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光に自動的に変換する自動偏光制御器を備えたことを特徴とする光受信器。（７）
【請求項８】
請求項６に記載の光受信器であって、
前記遅延干渉部、前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部を同一の基板上に形成した平面光波回路を備えたことを特徴とする光受信回路。
【請求項９】
差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信方法であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光に変換し、
該直線偏光に変換された信号光の偏光面を複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾けて入射し、前記固有軸に平行な方向に沿って伝搬する偏光成分と前記固有軸に垂直な方向に沿って伝搬する偏光成分との間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させ、
前記複屈折光学媒質を通過した光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送り、
前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させ、
該相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光を、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有する第１偏光分離部に与えて直交する２つの偏光成分に分離し、
前記相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光を、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有する第２偏光分離部に与えて直交する２つの偏光成分に分離し、
前記第１偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調し、
前記第２偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調する、ことを特徴とする光受信方法。
【請求項１０】
差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信方法であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光および円偏光のいずれかに変換し、
該偏光状態の変換された信号光をマッハツェンダ型の光導波路を有する遅延干渉部に与えることにより、該遅延干渉部の光路長が異なる第１アームおよび第２アームをそれぞれ伝搬する光の間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させ、かつ、複屈折を有する一方のアームを伝搬する光のＴＥモード成分およびＴＭモード成分に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させ、
前記遅延干渉部から出力される相補２出力光を、前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有する第１偏光分離部および第２偏光分離部にそれぞれ与えてＴＥモード光およびＴＭモード光に分離し、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調し、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の他方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調する、ことを特徴とする光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器および光受信方法に関し、特に、動作が安定で小型の光受信器を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、４０Ｇｂ／ｓ以上の高ビットレート光伝送を可能にする技術として、例えば、差分位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying：ＤＰＳＫ）または差分４位相偏移変調（Differential Quadrature Phase Shift Keying：ＤＱＰＳＫ）などの光変調方式が注目されている。ＤＱＰＳＫ方式は、一般的な非ゼロ復帰（Non-Return-to-Zero：ＮＲＺ）変調やＣＳ−ＲＺ変調方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式などの公知の光変調方式と比較して、長距離伝送、高密度多重／大容量および設計性・使い勝手などの点で優れた特性を有している。なお、本明細書中におけるＤＱＰＳＫ方式は、ＤＱＰＳＫ信号をゼロ復帰（Return-to-Zero：ＲＺ）パルス化したＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式や、キャリア抑圧（Carrier-Suppressed：ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式を含むものとする。
【０００３】
ここで、ＤＱＰＳＫ方式を適用した光送信器および光受信器について簡単に説明する。
ＤＱＰＳＫ方式を適用した光送信器としては、例えば図４に示すような基本構成を備えたものが知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。この光送信器では、光源１０１から出射される連続光が２つに分岐され、一方の分岐光が位相変調器（ＰＭ）１０２に与えられ、他方の分岐光が位相変調器（ＰＭ）１０３および移相器１０４に与えられる。各位相変調器１０２，１０３は、異なるデータ信号ｕｋ，ｖｋをプレコーダ（積分器）１０５で処理して生成した変調信号Ｉｋ，Ｑｋに従ってそれぞれ独立に駆動され、各々の入力光の位相を選択的に０またはπ[rad]だけ変化させる。位相変調器１０２側の光路を伝搬した光に対して、位相変調器１０３側の光路を伝搬した光は移相器１０４によりπ／２の位相差が与えられているため、位相変調器１０２側の光路の出力光は光源１０１からの光を０またはπの位相偏移によって変調された光信号となり、位相変調器１０３側の光路の出力光は光源１０１からの光をπ／２または３π／２の位相偏移によって変調された光信号となる。そして、各光路の出力光が合波されることにより、位相がπ／４，３π／４，５π／４および７π／４の４つの値で変化するＤＱＰＳＫ信号光が生成される。このＤＱＰＳＫ信号光のビットレートは、プレコーダ１０５で処理されるデータ信号ｕｋ，ｖｋのビットレートの２倍となるので、例えば４０Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫ信号光を送信するためには、２０Ｇｂ／ｓのデータ信号を用いて各位相変調器１０２，１０３を駆動すればよいことになる。
【０００４】
なお、プレコーダ１０５の構成は、次の数１に示す論理式に対応するものとなっている。
【０００５】
【数１】
2006211538.tif 000003
【０００６】
上記の論理式において、Ｉｋ，Ｑｋ，ｖｋ，ｕｋとは、図４に模式的に示したプレコーダ内の各場所でのｋ番目のクロックタイミングにおける信号の論理値（１または０）であり、添え字ｋ−１は、一クロック前の論理値を示す。この関係を実現するために、図４の構成例ではＩｋ，Ｑｋが１シンボル時間遅延τを介してプレコーダ内でフィードバックされる。  また、例えば図５の構成例に示すように、上記のＤＱＰＳＫ信号光を、データ信号に同期した５０％のデューティ比を有するクロック信号ＣＬＫによって駆動される強度変調器１０６に与えてＲＺパルス化することにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光が生成され、さらに、クロック信号ＣＬＫのデューティ比を６６％等とすることで、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光が生成される。ＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光の強度と位相は、例えば図６に示すような関係となる。
【０００７】
ＤＱＰＳＫ信号光を復調する従来の光受信器としては、例えば図７に示すような構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この光受信器では、入力されるＤＱＰＳＫ信号光が２つに分岐され、各分岐光が遅延干渉計２０１，２０２にそれぞれ与えられる。各遅延干渉計２０１，２０２は、例えばシリカ基板上やインジウム燐基板上などに形成したマッハツェンダ型光導波路の２本のアームの光路長を相違させることにより、各アームを伝搬する光の間に、変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能な構成となっている。また、遅延干渉計２０１の干渉動作点は一方のアーム上に形成した移相部２０３によりπ／４とされ、遅延干渉計２０２の干渉動作点は一方のアーム上に形成した移相部２０４により−π／４とされている。遅延干渉計２０１の出力段カプラから出力される相補２出力は、一対の光検出器および増幅器から構成される差動受信回路２０５によって受信され、ＤＱＰＳＫ信号光の同相（in-phase）成分を復調した電気信号Ｉが生成される。また、これと同様にして、遅延干渉計２０２の出力段カプラから出力される相補２出力も、一対の光検出器および増幅器から構成される差動受信回路２０６で受信され、ＤＱＰＳＫ信号光の直交（quadrature）成分を復調した電気信号Ｑが生成される。
【０００８】
また、上記従来の光受信器に用いられる遅延干渉計は、光導波路型の構成以外にも、例えば光ファイバ融着カプラの組み合わせによる構成なども知られている。さらに、ＤＱＰＳＫ信号光の復調を目的としたものとは異なるが、光周波数偏移変調（Frequency Shift Keying：ＦＳＫ）方式または光位相偏移変調（Phase Shift Keying：ＰＳＫ）方式の信号光を復調する際に、偏光保存ファイバの２つの固有軸間の伝搬遅延時間差を利用してマッハツェンダ型の遅延干渉計を構成したものもある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【特許文献２】特開平５−２６８１５９号公報
【非特許文献１】A. H. Gnauck et al., "Spectrally Efficient (0.8 b/s/Hz) 1-Tb/s (25 x 42.7 Gb/s) RZ-DQPSK Transmission Over 28 100-km SSMF Spans With 7 Optical Add/Drops", ECOC2004, PD.4.4.1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の図７に示したような従来構成の光受信器については、長い光路長を有する遅延干渉計が２系統必要になるため、光受信器のサイズが大きくなってしまうという課題がある。具体的に、例えば４０Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫ信号光を復調するためには、２０Ｇｂ／ｓのデータ信号の１シンボル分に対応した約５０ｐｓの遅延時間差を遅延干渉計で発生させることになり、各アーム間に約１５ｍｍの光路長差を設けることが必要になる。このような遅延干渉計をシリカ基板上等に形成した光導波路により実現する場合、面積の大きな光導波路基板を２つ並べて配置しなければならず、光受信器の大型化が避けられない。また、従来構成の光受信器では、一方の遅延干渉計の動作点（位相差）をπ／４に、他方の遅延干渉計の動作点を−π／４にそれぞれ精密にあわせることが必要であるため、各々の遅延干渉計内および互いの遅延干渉計の間で光位相を高い精度で制御する技術が要求されるという課題もある。
【００１０】
上記のような課題に対して、例えば、２つの遅延干渉計を１つの平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）チップに集積して小型化を図った場合には、大面積ＰＬＣチップ内で温度分布等が発生し、各遅延干渉計における遅延時間や干渉動作点が所要値からずれてしまう可能性がある。これを回避するには高精度の温度設計や実装技術が必要になるため、光受信器の小型化および低コスト化の障害となるおそれがある。
【００１１】
なお、前述した偏光保存ファイバを利用する遅延干渉計の構成は、上記の課題を解決するための１つの有効な手段になり得るが、従来の提案はＦＳＫ方式またはＰＳＫ方式に対応した１系統の遅延干渉計にとどまり、上記のような２系統の遅延干渉計を必要とする従来構成に起因したＤＱＰＳＫ方式に特有の課題までを考慮した具体的な構成の提案はこれまでなかった。
【００１２】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、差分４位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式に従う信号光を安定に復調することのできる小型で低コストの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】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器について、偏光変換部と、複屈折光学媒質と、分岐部と、複屈折量差発生部と、第１および第２偏光分離部と、第１および第２受信部と、を備えて構成される。前記偏光変換部は、入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光に変換して出力する。前記複屈折光学媒質は、前記偏光変換部で直線偏光に変換された信号光が固有軸に対して偏光面を４５°傾けて入射され、前記固有軸に平行な方向に沿って伝搬する偏光成分と前記固有軸に垂直な方向に沿って伝搬する偏光成分との間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能である。前記分岐部は、前記複屈折光学媒質を通過した光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送る。複屈折量差発生部は、前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる。前記第１偏光分離部は、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、前記複屈折量差発生部によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光を直交する２つの偏光成分に分離する。前記第２偏光分離部は、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、前記複屈折量差発生部によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光を直交する２つの偏光成分に分離する。前記第１受信部は、前記第１偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調した電気信号を出力する。前記第２受信部は、前記第２偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調した電気信号を出力する。
【００１４】
上記のような構成の光受信器では、偏光変換部で直線偏光に変換されたＤＱＰＳＫ信号光が、その偏光面を固有軸に対して４５°傾けた状態で複屈折光学媒質に入射され、該複屈折光学媒質によりＤＱＰＳＫ信号光の直交する偏光成分間に１シンボル分に対応した遅延時間差が与えられる。そして、遅延時間差の与えられた信号光が分岐部で２分岐されて第１および第２経路に送られ、複屈折量差発生部により各経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差が与えられる。第１および第２経路を伝搬した各光は、第１および第２偏光分離部でそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離された後に、第１および第２受信部でそれぞれ受信されて、ＤＱＰＳＫ信号光の同相成分および直交成分を復調した電気信号が第１および第２受信部からそれぞれ出力されるようになる。
【００１５】
また、本発明の他の態様は、差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器について、偏光変換部と、遅延干渉部と、第１および第２偏光分離部と、第１および第２受信部と、を備えて構成される。前記偏光変換部は、入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光および円偏光のいずれかに変換して出力する。前記遅延干渉部は、前記偏光変換部で偏光状態の変換された信号光を２つに分岐する分岐部、該分岐部で分岐された一方の光が伝搬する第１アーム、該第１アームとは異なる光路長を持ち、前記分岐部で分岐された他方の光が伝搬する第２アーム、並びに、前記第１アームおよび第２アームを通過した各光を合波して干渉させた後に２つに分岐する合分波部を形成したマッハツェンダ型の光導波路を有し、前記第１アームおよび前記第２アームをそれぞれ伝搬する各光の間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能であり、かつ、前記第１アームおよび前記第２アームの一方が複屈折を有することで当該アームを伝搬する光のＴＥモード成分およびＴＭモード成分に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させることが可能である。前記第１偏光分離部は、前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有し、前記合分波部で２分岐された一方の光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する。前記第２偏光分離部は、前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有し、前記合分波部で２分岐された他方の光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する。前記第１受信部は、前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調した電気信号を出力する。前記第２受信部は、前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の他方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調した電気信号を出力する。
【００１６】
上記のような構成の光受信器では、偏光変換部で直線偏光および円偏光のいずれかに変換されたＤＱＰＳＫ信号光が、その偏光面を複屈折軸に対して４５°傾けた状態で遅延干渉部に入射される。遅延干渉部では、ＤＱＰＳＫ信号光が２分岐されて第１および第２アームに送られることで、各々のアームを伝搬する光の間に１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差が発生するとともに、複屈折を有する片方のアームを伝搬する光のＴＥモード成分およびＴＭモード成分に対してπ／２の相対的な複屈折量差が発生する。そして、各アームを通過した光は一旦合波された後に２つに分岐され、第１および第２偏光分離部でそれぞれＴＥモード光およびＴＭモード光に分離された後、同じモード光同士が第１および第２受信部で受信されて、ＤＱＰＳＫ信号光の同相成分および直交成分を復調した電気信号が第１および第２受信部からそれぞれ出力されるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
上記のような本発明の光受信器によれば、従来構成において２系統の遅延干渉計を必要としていたＤＱＰＳＫ信号光の処理が共通の複屈折光学媒質若しくは遅延干渉計によって実現されるため、光位相の制御を容易に行うことでき、温度変化に対しても安定に動作する小型の光受信器を低コストで提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の第１実施形態による光受信器の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の光受信器は、例えば、偏光変換部としての自動偏光制御器（ＡＰＣ）１１と、複屈折光学媒質としてのＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption reducing）型ファイバ１２と、遅延時間差補正部としての光位相変調器１３と、コリメートレンズ１４Ａ〜１４Ｅと、分岐部としてのハーフミラー（ＨＭ）１５と、第１および第２偏光分離部としての偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６Ａ，１６Ｂと、複屈折量差発生部としての１／４波長板（λ／４）１７と、第１および第２受信部としての差動受信回路１８，１９と、を備えて構成される。
【００１９】
自動偏光制御器１１は、本光受信器に接続される光伝送路を介して伝送されてきたＤＱＰＳＫ信号光が入力ポートに与えられ、そのＤＱＰＳＫ信号光の偏光状態を任意に変化させることが可能である。この自動偏光制御器１１は、ここでは出力ポートに接続されるＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光が出力されるように、入力ポートに与えられるＤＱＰＳＫ信号光の偏光状態を内部でモニタしてその偏光状態を自動的に制御する。
【００２０】
なお、ここでは本光受信器に対してＤＱＰＳＫ信号光が入力される場合について説明するが、本発明の光受信器は、ＤＱＰＳＫ信号光をＲＺパルス化したＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光や、ＤＱＰＳＫ信号をキャリア抑圧ＲＺパルス化したＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光を受信することも可能である。
ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２は、光ファイバ中を伝搬する光の偏光状態を保持する機能を有した複屈折光学媒質の一種であり、コアに加わる応力に異方性を持たせることで応力複屈折を大きくした光ファイバである。このＰＡＮＤＡ型ファイバ１２は、直交する固有軸間の伝搬遅延時間差（Differential Group Delay：ＤＧＤ）がＤＱＰＳＫ信号光の１シンボル分に一致するように、その長さが調整されている。ＤＱＰＳＫ信号光の１シンボルの周期は、例えばビットレートが４３Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫ信号光の場合には４６．５ｐｓとなる。ただし、本発明におけるＤＱＰＳＫ信号光のビットレートが上記の一例に限定されることを意味するものではない。また、ここではＰＡＮＤＡ型ファイバを用いる構成例を示したが、ＰＡＮＤＡ型ファイバ以外の公知の複屈折光学媒質を使用することも可能である。
【００２１】
光位相変調器１３は、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２上の任意の位置に挿入され、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の直交する固有軸の一方に平行な偏光成分の位相を制御信号Ｃに応じて調整することで、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２で実際に発生するＤＧＤの、光の電界振動周期の整数倍からのずれを補正するものである。この光位相変調器１３の動作を制御する制御信号Ｃは、例えば、各差動受信回路１８，１９の出力信号などを基に判断したＤＱＰＳＫ信号光の受信状態に応じて生成される。なお、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２で発生するＤＧＤが所望の精度を満たしている場合には、光位相変調器１３を省略することも可能である。
【００２２】
コリメートレンズ１４Ａは、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の一端近傍に配置され、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２から出射される信号光を平行光に変換する。このコリメートレンズ１４Ｂで平行光に変換された信号光は、進行方向に対して略４５°傾けて配置されたハーフミラー１５に入射し、ハーフミラー１５を透過した光が偏光ビームスプリッタ１６Ａに送られ、ハーフミラー１５で反射された光が１／４波長板１７に送られる。
【００２３】
偏光ビームスプリッタ１６Ａは、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、ハーフミラー１５を透過した光を直交する２つの偏光成分に分離する。偏光ビームスプリッタ１６Ａで分離された一方の偏光成分は、コリメートレンズ１４Ｂで集光されて後述する差動受信回路１８の一方の光検出器１８Ａに送られ、他方の偏光成分は、コリメートレンズ１４Ｃで集光されて差動受信回路１８の他方の光検出器１８Ｂに送られる。
【００２４】
１／４波長板１７は、ハーフミラー１５で反射された光の互いに直交する偏光成分間にπ／２の位相差を与えて偏光ビームスプリッタ１６Ｂに出力する。例えば、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光が１／４波長板１７に入射すると、偏光ビームスプリッタ１６Ｂには右回り円偏光が入射するようになる。偏光ビームスプリッタ１６Ｂは、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、１／４波長板１７を通過した光を直交する２つの偏光成分に分離する。偏光ビームスプリッタ１６Ｂで分離された一方の偏光成分は、コリメートレンズ１４Ｄで集光されて後述する差動受信回路１９の一方の光検出器１９Ａに送られ、他方の偏光成分は、コリメートレンズ１４Ｅで集光されて差動受信回路１９の他方の光検出器１９Ｂに送られる。
【００２５】
差動受信回路１８は、例えば、直列に接続された２つの光検出器１８Ａ，１８Ｂと、光検出器１８Ａ，１８Ｂの接続点に繋げられた増幅器１８Ｃと、を有し、コリメートレンズ１４Ｂ，１４Ｃを介して送られてくる各光を光検出器１８Ａ，１８Ｂでそれぞれ受光して、ＤＱＰＳＫ信号光の同相（in-phase）成分を復調した電気信号Ｉを増幅器１８Ｃから出力する。また、差動受信回路１９も上記差動受信回路１９と同様に光検出器１９Ａ，１９Ｂおよび増幅器１８Ｃを有し、コリメートレンズ１４Ｄ，１４Ｅを介して送られてくる各光を光検出器１９Ａ，１９Ｂでそれぞれ受光して、ＤＱＰＳＫ信号光の直交（quadrature）成分を復調した電気信号Ｑを増幅器１９Ｃから出力する。
【００２６】
なお、各差動受信回路１８，１９から出力される電気信号Ｉ，Ｑは、ここでは図示を省略したが例えばクロック・データ再生（clock data recovery：ＣＤＲ）回路などの一般的な信号処理回路に与えられて受信データの識別処理が行われる。また、ここでは一対の光検出器における受光パワーの差分を求めてＤＱＰＳＫ信号光の復調を行うようにしたが、一対の光検出器の片方の受光パワーを基にＤＱＰＳＫ信号光を復調することも可能である。
【００２７】
上記のような構成の光受信器では、１本のＰＡＮＤＡ型ファイバ１２によりＤＱＰＳＫ信号光の直交する偏光成分間に１シンボル分に対応した遅延時間差が与えられた後、その信号光をハーフミラー１５で２分岐した光の一方に対して１／４波長板１７によりπ／２の相対的な複屈折量差が与えられるため、従来構成（図７）において２系統の遅延干渉計を必要としていたＤＱＰＳＫ信号光の処理を基本的に共通化することができるようになる。これにより、光位相の調整を要する箇所が光位相変調器１３の１箇所のみになるので光位相の制御を容易に行うことが可能になるとともに、温度変化に対しても安定なものになる。また、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２を用いた偏光成分間の干渉は、干渉させるべき２つの偏光成分の伝搬する光路を空間的に同一とすることができるため、設計および製造のトレランスを比較的大きくとることが可能になる。さらに、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２自体は比較的小さく巻装することができ、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２および差動受信回路１８，１９間の光学系もコンパクトな空間光学系となるため、従来構成と比べて小型かつ低コストの光受信器を実現することが可能になる。
【００２８】
なお、上記の第１実施形態では、ハーフミラー１５で２分岐された光の一方が伝搬する光路上に１／４波長板１７を設けてπ／２の複屈折量差を発生させるようにしたが、例えば、ハーフミラー１５で２分岐された各光が伝搬する各々の光路上に１／８波長板等をそれぞれ設けてπ／２の複屈折量差を発生させるようにしてもよい。また、ここでは、１／４波長板１７により固定の複屈折量差を発生させるようにしたが、動作環境の変動等による変化を補償するために、１／４波長板１７で与える複屈折量差に可変機能を持たせるなどの応用も可能である。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、光受信器に入力されるＤＱＰＳＫ信号光がＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して４５°傾いた直線偏光となるように、入力光の偏光状態を自動偏光制御器１１で制御する構成例を示したが、一般に光伝送路等を伝搬して光受信器に到達する信号光の偏光状態は任意に高速変化するため、その偏光状態の変化に追随して自動偏光制御器１１を高速動作させなければならないという課題がある。そこで、第２実施形態は、自動偏光制御器１１を用いることなく任意の偏光状態のＤＱＰＳＫ信号光を受信できるようにした、いわゆる偏波ダイバーシティ方式の応用例について説明する。
【００３０】
図２は、第２実施形態による光受信器の構成を示すブロック図である。
図２において、本実施形態の光受信器は、上記第１実施形態の構成について、自動偏光制御器１１に代えて偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１および２つの光サーキュレータ２２，２３を設けるとともに、コリメートレンズ２４、ハーフミラー（ＨＭ）２５および１／４波長板（λ／４）２７を付加したものである。なお、上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ２１は、本光受信器に接続される光伝送路を介して伝送されてきたＤＱＰＳＫ信号光が入力ポートに与えられ、そのＤＱＰＳＫ信号光を直交する２つの偏光成分に分離して各光サーキュレータ２２，２３にそれぞれ出力する。
各光サーキュレータ２２，２３は、それぞれ、３つのポートを有し、第１ポートに入力される光をその偏光状態を保持したまま第２ポートへ一方向に伝達するとともに、第２ポートに入力される光をその偏光状態を保持したまま第３ポートへ一方向に伝達する特性を備える。光サーキュレータ２２は、第１ポートが偏光ビームスプリッタ２１の一方の出力ポートに接続され、第２ポートがＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の一端に接続され、第３ポートから出射される光がコリメートレンズ２４に導かれるように配置されている。また、光サーキュレータ２３は、第１ポートが偏光ビームスプリッタ２１の他方の出力ポートに接続され、第２ポートがＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の他端に接続され、第３ポートから出射される光がコリメートレンズ１４Ａに導かれるように配置されている。
【００３２】
上記のような偏光ビームスプリッタ２１、光サーキュレータ２２，２３およびＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の接続関係において、偏光ビームスプリッタ２１の一方の出力ポートから出力される偏光成分は、光サーキュレータ２２の第１ポートから第２ポートを順に通過し、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して偏光方向が４５°傾いた状態でＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の一端に与えられる。そして、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２内および光位相変調器１３を通ってＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の他端に達した光は、光サーキュレータ２３の第２ポートから第３ポートを順に通過して、コリメートレンズ１４Ａに送られる。また、偏光ビームスプリッタ２１の他方の出力ポートから出力される偏光成分は、光サーキュレータ２３の第１ポートから第２ポートを順に通過し、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の固有軸に対して偏光方向が１３５°傾いた状態でＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の他端に与えられる。そして、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２内および光位相変調器１３を通ってＰＡＮＤＡ型ファイバ１２の一端に達した光は、光サーキュレータ２２の第２ポートから第３ポートを順に通過して、コリメートレンズ２４に送られる。
【００３３】
コリメートレンズ１４Ａで平行光に変換された光は、前述した第１実施形態の場合と同様にして、ハーフミラー１５を透過した光が偏光ビームスプリッタ１６Ａに送られ、ハーフミラー１５で反射された光が１／４波長板１７に送られる。偏光ビームスプリッタ１６Ａでは、ハーフミラー１５からの光が直交する２つの偏光成分に分離され、偏光ビームスプリッタ１６Ａを透過した偏光成分がコリメートレンズ１４Ｂで集光されて差動受信回路１８の光検出器１８Ａに送られ、偏光ビームスプリッタ１６Ａで反射された偏光成分がコリメートレンズ１４Ｃで集光されて差動受信回路１８の光検出器１８Ｂに送られる。また、ハーフミラー１５から１／４波長板１７に送られた光は、１／４波長板１７でπ／２の複屈折量差が与えられた後に偏光ビームスプリッタ１６Ｂで直交する２つの偏光成分に分離され、偏光ビームスプリッタ１６Ｂを透過した偏光成分がコリメートレンズ１４Ｄで集光されて差動受信回路１９の光検出器１９Ａに送られ、偏光ビームスプリッタ１６Ｂで反射された偏光成分がコリメートレンズ１４Ｅで集光されて差動受信回路１９の光検出器１９Ｂに送られる。
【００３４】
一方、コリメートレンズ２４で平行光に変換された光は、進行方向に対して略４５°傾けて配置されたハーフミラー２５に入射し、ハーフミラー２５を透過した光が１／４波長板２７に送られ、ハーフミラー２５で反射された光が偏光ビームスプリッタ１６Ａに送られる。ハーフミラー２５から１／４波長板２７に送られた光は、１／４波長板２７でπ／２の複屈折量差が与えられた後に、偏光ビームスプリッタ１６Ｂで直交する２つの偏光成分に分離され、偏光ビームスプリッタ１６Ｂを透過した偏光成分がコリメートレンズ１４Ｅで集光されて差動受信回路１９の光検出器１９Ｂに送られ、偏光ビームスプリッタ１６Ｂで反射された偏光成分がコリメートレンズ１４Ｄで集光されて差動受信回路１９の光検出器１９Ａに送られる。このとき、１／４波長板１７から偏光ビームスプリッタ１６Ｂを透過してコリメートレンズ１４Ｄで集光される偏光成分と、１／４波長板２７から偏光ビームスプリッタ１６Ｂで反射されてコリメートレンズ１４Ｄで集光される偏光成分とは、各々の偏光方向が直交しているため互いに干渉することなく光検出器１９Ａで受光される。これと同様に、１／４波長板１７から偏光ビームスプリッタ１６Ｂで反射されてコリメートレンズ１４Ｅで集光される偏光成分と、１／４波長板２７から偏光ビームスプリッタ１６Ｂを透過してコリメートレンズ１４Ｅで集光される偏光成分とについても、各々の偏光方向が直交しているため互いに干渉することなく光検出器１９Ｂで受光される。
【００３５】
また、ハーフミラー２５から偏光ビームスプリッタ１６Ａに送られた光は、偏光ビームスプリッタ１６Ａで直交する２つの偏光成分に分離され、偏光ビームスプリッタ１６Ａを透過した偏光成分がコリメートレンズ１４Ｃで集光されて差動受信回路１８の光検出器１８Ｃに送られ、偏光ビームスプリッタ１６Ａで反射された偏光成分がコリメートレンズ１４Ｂで集光されて差動受信回路１８の光検出器１８Ａに送られる。このとき、ハーフミラー１５から偏光ビームスプリッタ１６Ａを透過してコリメートレンズ１４Ｂで集光される偏光成分と、ハーフミラー２５から偏光ビームスプリッタ１６Ａで反射されてコリメートレンズ１４Ｂで集光される偏光成分とは、各々の偏光方向が直交しているため互いに干渉することなく光検出器１８Ａで受光される。これと同様に、ハーフミラー１５から偏光ビームスプリッタ１６Ａで反射されてコリメートレンズ１４Ｃで集光される偏光成分と、ハーフミラー２５から偏光ビームスプリッタ１６Ａを透過してコリメートレンズ１４Ｃで集光される偏光成分とについても、各々の偏光方向が直交しているため互いに干渉することなく光検出器１８Ｂで受光される。
【００３６】
差動受信回路１８では、各光検出器１８Ａ，１８Ｂで受光される各々の偏光成分のパワーの変化を基にＤＱＰＳＫ信号光の同相成分を復調した電気信号Ｉが増幅器１８Ｃから出力される。また、差動受信回路１９でも、各光検出器１９Ａ，１９Ｂで受光される各々の偏光成分のパワーの変化を基にＤＱＰＳＫ信号光の直交成分を復調した電気信号Ｑが増幅器１９Ｃから出力される。
【００３７】
上記のように第２実施形態の光受信器によれば、任意の偏光状態で入力されるＤＱＰＳＫ信号光を偏光ビームスプリッタ２１で直交する偏光成分に分離し、光サーキュレータ２２，２３を利用して１本のＰＡＮＤＡ型ファイバ１２内を互いに逆方向に伝搬させることで、各々の偏光成分間に同一の遅延時間差を発生させることができる。そして、ＰＡＮＤＡ型ファイバ１２を通過した各偏光成分を、光部品を対称的に配置した光学系に与えることで上述した第１実施形態の場合と同様にしてＤＱＰＳＫ信号光の同相成分および直交成分を復調した電気信号Ｉ，Ｑが得られるようになる。これにより、ＤＱＰＳＫ信号光を復調する偏波ダイバーシティ方式の光受信器を簡略な構成によって容易に実現することが可能になる。
【００３８】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図３は、第３実施形態の光受信器の構成を示すブロックである。
図３において、本実施形態の光受信器は、例えば、偏光変換部としての自動偏光制御器（ＡＰＣ）３１と、同一基板上に１つの遅延干渉部３５および２つの偏光分離部３６Ａ，３６Ｂを形成した平面光波回路（ＰＬＣ）３２と、第１および第２受信部としての差動受信回路３３，３４と、を備える。
【００３９】
自動偏光制御器３１は、上述した第１実施形態における自動偏光制御器１１と同様に、本光受信器に入力されるＤＱＰＳＫ信号光の偏光状態を任意に変化させることが可能である。この自動偏光制御器３１は、ここでは後述する遅延干渉部３５の下側のアーム３５Ｃの複屈折軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光が出力されるように、入力ポートに与えられるＤＱＰＳＫ信号光の偏光状態を内部でモニタしてその偏光状態を自動的に制御する。
【００４０】
遅延干渉部３５は、分岐部としての入力側光カプラ３５Ａ、２本のアーム３５Ｂ，３５Ｃおよび合分波部としての出力側光カプラ３５Ｄを有するマッハツェンダ型の光導波路からなる。この遅延干渉部３５は、各アーム３５Ｂ，３５Ｃの光路長を相違させることにより、各々を伝搬する光の間にＤＱＰＳＫ信号光の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させる。ここでは、例えば図で上側のアーム３５Ｂの全長を下側のアーム３５Ｃよりも長くすることにより、偏光状態に依存しない遅延線を用いて上記の遅延時間差を発生させるようにしている。また、遅延干渉部３５は、下側のアーム３５Ｃについて、その断面構造または基板への添加物などを他の部分と相違させることにより１／４波長板（λ／４）に相当する複屈折を有する光導波路を形成し、入力側光カプラ３５Ａで２分岐された一方の光のＴＥモードおよびＴＭモード間にπ／２の複屈折量差を与えることが可能な構成となっている。上記のような構造を有する上側および下側の各アーム３５Ｂ，３５Ｃを伝搬した光は、出力側光カプラ３５Ｄで一旦合波された後に２つに分岐され、相補の関係を有する出力光の一方が偏光分離部３６Ａに送られ、他方が偏光分離部３６Ｂに送られる。
【００４１】
各偏光分離部３６Ａ，３６Ｂは、遅延干渉部３５の下側のアーム３５Ｃの複屈折軸と平行（または垂直）な光学軸を有し、遅延干渉部３５から送られてくる各光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する。各偏光分離部３６Ａ，３６Ｂで分離された各ＴＥモード光は、平面光波回路３２の基板端面まで伸長した出力導波路をそれぞれ伝搬し、各々の出力導波路の端面近傍に配置された差動受信回路３３に向けて出射される。また、各偏光分離部３６Ａ，３６Ｂで分離された各ＴＭモード光も、平面光波回路３２の基板端面まで伸長した出力導波路をそれぞれ伝搬し、各々の出力導波路の端面近傍に配置された差動受信回路３４に向けて出射される。なお、平面光波回路３２は、制御信号Ｃ’に応じて基板の温度等を調整することにより、回路内の光位相制御を行うことができるものとする。
【００４２】
差動受信回路３３は、例えば、光検出器３３Ａ，３３Ｂおよび増幅器３３Ｃを有し、各偏光分離部３６Ａ，３６Ｂで分離されたＴＥモード光を光検出器３３Ａ，３３Ｂでそれぞれ受光して、ＤＱＰＳＫ信号光の同相成分を復調した電気信号Ｉを増幅器３３Ｃから出力する。また、差動受信回路３４も上記差動受信回路３３と同様に光検出器３４Ａ，３４Ｂおよび増幅器３４Ｃを有し、各偏光分離部３６Ａ，３６Ｂで分離されたＴＭモード光を光検出器３４Ａ，３４Ｂでそれぞれ受光して、ＤＱＰＳＫ信号光の直交成分を復調した電気信号Ｑを増幅器３４Ｃから出力する。なお、各差動受信回路３３，３４から出力される電気信号Ｉ，Ｑは、ここでは図示を省略したが例えばクロック・データ再生（clock data recovery：ＣＤＲ）回路などの一般的な信号処理回路に与えられて受信データの識別処理が行われる。
【００４３】
上記のような構成の光受信器では、光伝送路から送られてくるＤＱＰＳＫ信号光が自動偏光制御器３１に入力されて偏光状態が制御され、複屈折軸に対して４５°傾いた直線偏光の状態で平面光波回路３２に入射される。なお、ここでは入力されるＤＱＰＳＫ信号光の偏光状態を自動偏光制御器３１により直線偏光にする場合について説明するが、ＤＱＰＳＫ信号光の偏光状態を自動偏光制御器３１により円偏光にしても、直線偏光の場合と同様の動作となる。
【００４４】
ここで、平面光波回路３２の光導波路のＴＥモードに平行な単位ベクトルをベクトルｅｘ、ＴＭモードに平行な単位ベクトルをベクトルｅｙとすると、自動偏光制御器３１から平面光波回路３２に入射した直後の光電界は、次の数２に示す関係式に従って表すことができる。
【００４５】
【数２】
2006211538.tif 000004
【００４６】
ここで、ベクトルＥＡ（ｔ）は入射直後の光電界、ωは光の角周波数、ｊは虚数単位、φ（ｔ）は光送信器において変調された位相成分である。
平面光波回路３２に入射されたＤＱＰＳＫ信号光は、遅延干渉部３５の入力側光カプラ３５Ａで２つに分岐される。具体的に、ここでは入力側光カプラ３５Ａの一例として、次の数３に示す伝達行列ＴＣＰＬを有する５０：５０の方向性結合器を想定し、遅延干渉部３５の動作を説明する。
【００４７】
【数３】
2006211538.tif 000005
【００４８】
入力側光カプラ３５Ａで分岐された直後の、各アーム３５Ｂ，３５Ｃの入り口における光電界は、次の数４に示す関係式によって表される。
【００４９】
【数４】
2006211538.tif 000006
【００５０】
ここで、ベクトルＥＡＲＭ１−ＩＮ（ｔ）は上側のアーム３５Ｂの入り口における光電界、ベクトルＥＡＲＭ２−ＩＮ（ｔ）は下側のアーム３５Ｃの入り口における光電界である。
上側のアーム３５Ｂを伝搬する光には時間遅延Ｔが発生し、下側のアーム３５Ｃを伝搬する光にはＴＥモードに対して−π／４、ＴＭモードに対してπ／４の位相差がそれぞれ生じる。よって、出力側光カプラ３５Ｄの入り口直前での光電界は、次の数５に示すような関係となる。
【００５１】
【数５】
2006211538.tif 000007
【００５２】
ここで、ベクトルＥＡＲＭ１−ＯＵＴ（ｔ）は上側のアーム３５Ｂに繋がる出力側光カプラ３５Ｄの入り口直前における光電界、ベクトルＥＡＲＭ２−ＯＵＴ（ｔ）は下側のアーム３５Ｃに繋がる出力側光カプラ３５Ｄの入り口直前における光電界である。
出力側光カプラ３５Ｄでは、各アーム３５Ｂ，３５Ｃからの光が合分波されるため、出力側光カプラ３５Ｄの各出力ポートから出力される光の電界は、次の数６に示すような関係となる。
【００５３】
【数６】
2006211538.tif 000008
【００５４】
ここで、ベクトルＥＵ−ＯＵＴ（ｔ）は出力側光カプラ３５Ｄの上側の出力ポートから出力された直後の光電界、ベクトルＥＬ−ＯＵＴ（ｔ）は出力側光カプラ３５Ｄの下側の出力ポートから出力された直後の光電界である。
出力側光カプラ３５Ｄの上側の出力ポートから出力される光は、偏光分離部３６Ａに与えられて、次の数７に示すＴＥモード光（ベクトルＥＵ−ＴＥ（ｔ））およびＴＭモード光（ベクトルＥＵ−ＴＭ（ｔ））に分離される。
【００５５】
【数７】
2006211538.tif 000009
【００５６】
上記の偏光分離部３６Ａで分離されたＴＥモード光は差動受信部３３の光検出器３３Ａで受光され、ＴＭモード光は差動受信部３４の光検出器３４Ａで受光される。各光検出器３３Ａ，３４Ａで発生する光電流ＩＵ−ＴＥ（ｔ），ＩＵ−ＴＭ（ｔ）は、次の数８に示す関係式で表される。
【００５７】
【数８】
2006211538.tif 000010
【００５８】
ここで、Δφ（ｔ）は１符号前との位相差であり、理想的な場合は０，π／２，πおよび３π／２のうちのいずれかの値（または、それらに２πの整数倍を足した値）となる。
上記と同様にして、出力側光カプラ３５Ｄの下側の出力ポートから出力される光は、偏光分離部３６ＢでＴＥモード光およびＴＭモード光に分離され、ＴＥモード光は差動受信部３３の光検出器３３Ｂで受光され、ＴＭモード光は差動受信部３４の光検出器３４Ｂで受光される。各光検出器３３Ｂ，３４Ｂで発生する光電流ＩＬ−ＴＥ（ｔ），ＩＬ−ＴＭ（ｔ）は、次の数９に示す関係式で表される。
【００５９】
【数９】
2006211538.tif 000011
【００６０】
各差動受信部３３，３４では、ＤＱＰＳＫ信号光を復調するために、次の数１０に示すような各々の光検出器３３Ａ，３３Ｂおよび３４Ａ，３４Ｂの差電流ＩＩ（ｔ），ＩＱ（ｔ）が取得される。
【００６１】
【数１０】
2006211538.tif 000012
【００６２】
これにより、平面光波回路３２の温度制御などによってΦ＝０となるように調整しておくことで、次のような条件に従ってＤＱＰＳＫ信号光の同相成分および直交成分の復調がそれぞれ可能になる。
Δφ（ｔ）＝０の場合、ＩＩ（ｔ）＞０，ＩＱ（ｔ）＞０
Δφ（ｔ）＝π／２の場合、ＩＩ（ｔ）＜０，ＩＱ（ｔ）＞０
Δφ（ｔ）＝πの場合、ＩＩ（ｔ）＜０，ＩＱ（ｔ）＜０
Δφ（ｔ）＝３π／２の場合、ＩＩ（ｔ）＞０，ＩＱ（ｔ）＜０
上記のように第３実施形態の光受信器によれば、入力されるＤＱＰＳＫ信号光に対して、平面光波回路３２内に形成した１つの遅延干渉部３５により、偏光状態に依存しない遅延線を用いて１シンボル分に対応した遅延時間差が与えられると同時に、片方のアーム上でＴＥモードおよびＴＭモード間に位相差が与えられて干渉動作点がπ／２だけずらされるようになるため、従来構成（図７）において２系統の遅延干渉計を必要としていたＤＱＰＳＫ信号光の処理を共通化することができる。これにより、平面光波回路３２内において高い精度で光位相を制御する必要がなくなるとともに、温度変化に対しても安定に動作するようになる。また、平面光波回路３２のチップ面積も従来構成に比べて小さくなるため小型の光受信器を実現することが可能になる。
【００６３】
なお、上記の第３実施形態では、ＴＥモード成分を基にＤＱＰＳＫ信号光の同相成分を復調し、ＴＭモード成分を基にＤＱＰＳＫ信号光の直交成分を復調する一例を説明したが、その逆も可能である。また、遅延干渉部３５の片方のアームが複屈折を有するようにしてπ／２の複屈折量差を発生させる構成を示したが、例えば、遅延干渉部３５の片方のアームの途中に１／４波長板を挿入してπ／２の複屈折量差を発生させるようにしても構わない。
【００６４】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６５】
（付記１）差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光に変換して出力する偏光変換部と、
前記偏光変換部で直線偏光に変換された信号光が固有軸に対して偏光面を４５°傾けて入射され、前記固有軸に平行な方向に沿って伝搬する偏光成分と前記固有軸に垂直な方向に沿って伝搬する偏光成分との間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能な複屈折光学媒質と、
前記複屈折光学媒質を通過した光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送る分岐部と、
前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる複屈折量差発生部と、
前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、前記複屈折量差発生部によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光を直交する２つの偏光成分に分離する第１偏光分離部と、
前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、前記複屈折量差発生部によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光を直交する２つの偏光成分に分離する第２偏光分離部と、
前記第１偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調した電気信号を出力する第１受信部と、
前記第２偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調した電気信号を出力する第２受信部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光受信器。
【００６６】
（付記２）付記１に記載の光受信器であって、
前記偏光変換部は、入力される差分４位相偏移変調された信号光の偏光状態の変化に追随して、該信号光を前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光に自動的に変換する自動偏光制御器を備えたことを特徴とする光受信器。
【００６７】
（付記３）付記１に記載の光受信器であって、
前記偏光変換部は、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有し、入力ポートに与えられる前記差分４位相偏移変調された信号光を前記光学軸に平行な直線偏光および前記光学軸に垂直な直線偏光に分離して対応する２つの出力ポートからそれぞれ出力する偏光分離器と、３つのポートを有し、第１ポートに入力される光を偏光状態を保持したまま第２ポートに一方向に伝達するとともに、第２ポートに入力される光を偏光状態を保持したまま第３ポートに一方向に伝達する第１および第２光サーキュレータと、を備え、前記第１光サーキュレータの第１ポートが前記偏光分離器の一方の出力ポートに接続され、前記第１光サーキュレータの第２のポートが前記複屈折光学媒質の一端に接続され、前記第２光サーキュレータの第１ポートが前記偏光分離器の他方の出力ポートに接続され、前記第２光サーキュレータの第２のポートが前記複屈折光学媒質の他端に接続され、
前記分岐部は、前記第１光サーキュレータの第３ポートから出力される光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送る第１ハーフミラーと、前記第２光サーキュレータの第３ポートから出力される光を２つに分岐して一方を第３経路に送り、他方を第４経路に送る第２ハーフミラーと、を備え、
前記複屈折量差発生部は、前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる第１複屈折量差発生器と、前記第３経路を伝搬する光および前記第４経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させる第２複屈折量差発生器と、を備え、
前記第１偏光分離部は、前記第１複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光と、前記第２複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第３経路を伝搬する光とをそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離し、
前記第２偏光分離部は、前記第１複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光と、前記第２複屈折量差発生器によって相対的な複屈折量差の与えられた前記第４経路を伝搬する光とをそれぞれ直交する２つの偏光成分に分離する、ことを特徴とする光受信器。
【００６８】
（付記４）付記１に記載の光受信器であって、
前記複屈折量差発生部は、前記第１経路上および前記第２経路上のいずれか一方に１／４波長板を設けたことを特徴とする光受信器。
【００６９】
（付記５）付記１に記載の光受信器であって、
前記複屈折光学媒質で発生する遅延時間差の、光の電界振動周期の整数倍からのずれを補正する遅延時間差補正部を備えたことを特徴とする光受信器。
【００７０】
（付記６）付記１に記載の光受信器であって、
前記第１および第２受信部は、それぞれ、前記第１および第２偏光分離部で分離された各偏光成分を受光する一対の光検出器と、該各光検出器で検出される受光パワーの差分を演算する増幅器と、を有することを特徴とする光受信器。
【００７１】
（付記７）付記１に記載の光受信器であって、
前記差分４位相偏移変調された信号光は、ゼロ復帰パルス化されていることを特徴とする光受信器。
【００７２】
（付記８）付記１に記載の光受信器であって、
前記差分４位相偏移変調された信号光は、キャリア抑圧ゼロ復帰パルス化されていることを特徴とする光受信器。
【００７３】
（付記９）差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信器であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光および円偏光のいずれかに変換して出力する偏光変換部と、
前記偏光変換部で偏光状態の変換された信号光を２つに分岐する分岐部、該分岐部で分岐された一方の光が伝搬する第１アーム、該第１アームとは異なる光路長を持ち、前記分岐部で分岐された他方の光が伝搬する第２アーム、並びに、前記第１アームおよび第２アームを通過した各光を合波して干渉させた後に２つに分岐する合分波部を形成したマッハツェンダ型の光導波路を有し、前記第１アームおよび前記第２アームをそれぞれ伝搬する各光の間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させることが可能であり、かつ、前記第１アームおよび前記第２アームの一方が複屈折を有することで当該アームを伝搬する光のＴＥモード成分およびＴＭモード成分に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させることが可能な遅延干渉部と、
前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有し、前記合分波部で２分岐された一方の光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する第１偏光分離部と、
前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有し、前記合分波部で２分岐された他方の光をＴＥモード光およびＴＭモード光に分離する第２偏光分離部と、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調した電気信号を出力する第１受信部と、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の他方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調した電気信号を出力する第２受信部と、
を備えて構成されたことを特徴とする光受信器。
【００７４】
（付記１０）付記９に記載の光受信器であって、
前記偏光変換部は、入力される差分４位相偏移変調された信号光の偏光状態の変化に追随して、該信号光を前記遅延干渉部の複屈折軸に対して４５°傾いた偏光面を有する直線偏光に自動的に変換する自動偏光制御器を備えたことを特徴とする光受信器。
【００７５】
（付記１１）付記９に記載の光受信器であって、
前記遅延干渉部、前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部を同一の基板上に形成した平面光波回路を備えたことを特徴とする光受信回路。
【００７６】
（付記１２）付記１１に記載の光受信器であって、
前記平面光波回路は、前記基板の温度を調整することにより回路内の光位相を制御する機能を備えたことを特徴とする光受信器。
【００７７】
（付記１３）付記９に記載の光受信器であって、
前記遅延干渉部は、前記第１アームおよび前記第２アームの一方を複屈折とする代わりに、当該アームの途中に１／４波長板を挿入してπ／２の複屈折量差を発生させるようにしたことを特徴とする光受信器。
【００７８】
（付記１４）付記９に記載の光受信器であって、
前記第１受信部は、前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の一方を受光する一対の光検出器と、該各光検出器で検出される受光パワーの差分を演算する増幅器と、を有し、
前記第２受信部は、前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の他方を受光する一対の光検出器と、該各光検出器で検出される受光パワーの差分を演算する増幅器と、を有することを特徴とする光受信器。
【００７９】
（付記１５）付記９に記載の光受信器であって、
前記差分４位相偏移変調された信号光は、ゼロ復帰パルス化されていることを特徴とする光受信器。
【００８０】
（付記１６）付記９に記載の光受信器であって、
前記差分４位相偏移変調された信号光は、キャリア抑圧ゼロ復帰パルス化されていることを特徴とする光受信器。
【００８１】
（付記１７）差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信方法であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光に変換し、
該直線偏光に変換された信号光の偏光面を複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾けて入射し、前記固有軸に平行な方向に沿って伝搬する偏光成分と前記固有軸に垂直な方向に沿って伝搬する偏光成分との間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させ、
前記複屈折光学媒質を通過した光を２つに分岐して一方を第１経路に送り、他方を第２経路に送り、
前記第１経路を伝搬する光および前記第２経路を伝搬する光に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させ、
該相対的な複屈折量差の与えられた前記第１経路を伝搬する光を、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有する第１偏光分離部に与えて直交する２つの偏光成分に分離し、
前記相対的な複屈折量差の与えられた前記第２経路を伝搬する光を、前記複屈折光学媒質の固有軸に対して４５°傾いた光学軸を有する第２偏光分離部に与えて直交する２つの偏光成分に分離し、
前記第１偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調し、
前記第２偏光分離部で分離された偏光成分のうちの少なくとも一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調する、ことを特徴とする光受信方法。
【００８２】
（付記１８）差分４位相偏移変調された信号光を復調するための光受信方法であって、
入力される差分４位相偏移変調された信号光を直線偏光および円偏光のいずれかに変換し、
該偏光状態の変換された信号光をマッハツェンダ型の光導波路を有する遅延干渉部に与えることにより、該遅延干渉部の光路長が異なる第１アームおよび第２アームをそれぞれ伝搬する光の間に、差分４位相偏移変調された符号の１シンボル分に対応した相対的な遅延時間差を発生させ、かつ、複屈折を有する一方のアームを伝搬する光のＴＥモード成分およびＴＭモード成分に対してπ／２の相対的な複屈折量差を発生させ、
前記遅延干渉部から出力される相補２出力光を、前記遅延干渉部の複屈折軸に対して平行または垂直な光学軸を有する第１偏光分離部および第２偏光分離部にそれぞれ与えてＴＥモード光およびＴＭモード光に分離し、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の一方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の同相成分を復調し、
前記第１偏光分離部および前記第２偏光分離部でそれぞれ分離されたＴＥモード光およびＴＭモード光の他方を受光し、その受光パワーに基づいて前記差分４位相偏移変調された信号光の直交成分を復調する、ことを特徴とする光受信方法。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態による光受信器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態による光受信器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態による光受信器の構成を示すブロック図である。
【図４】ＤＱＰＳＫ方式を適用した光送信器の基本構成を示すブロック図である。
【図５】（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式を適用した光送信器の基本構成を示すブロック図である。
【図６】ＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光の強度と位相の関係を例示した図である。
【図７】ＤＱＰＳＫ信号光を復調する従来の光受信器の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１，３１…自動偏光制御器（ＡＰＣ）
１２…ＰＡＮＤＡ型ファイバ
１３…光位相変調器
１４Ａ〜１４Ｅ，２４…コリメートレンズ
１５，２５…ハーフミラー（ＨＭ）
１６Ａ，１６Ｂ，２１…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１７，２７…１／４波長板（λ／４）
１８，１９，３３，３４…差動受信回路
１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…光検出器
１８Ｃ，１９Ｃ，３３Ｃ，３４Ｃ…増幅器
２２，２３…光サーキュレータ
３２…平面光波回路
３５…遅延干渉部
３５Ａ…入力側光カプラ
３５Ｂ，３５Ｃ…アーム
３５Ｄ…出力側光カプラ
３６Ａ，３６Ｂ…偏光分離部
【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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