(57)【要約】【課題】光干渉キャンセラにおいて、ある２つの子局からの送信光の波長が近づいても偏波が直交しているとビート雑音が発生しない。【解決手段】２つの検出系統のうちの１つに偏波依存性損失素子を配置することで、子局からの光信号に含まれる２つの送信光の波長が近づいた際に、それらの偏波が直交していてもビート雑音が検出できる。【選択図】　図１
2004015139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１及び第２の系統に分岐された光信号のうち、第１の光信号を第１の電気信号に変換する第１の光電変換器と、
前記第２の光信号の経路に配置された偏波依存性損失素子と、
前記偏波依存性損失素子から出力された第２の光信号を第２の電気信号に変換する第２の光電変換器と、
前記第１及び第２の電気信号のうち少なくとも一方に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出器とを有するビート雑音検出装置。
【請求項２】
少なくとも第１、第２及び第３の系統に分岐された光信号のうち、第１の光信号の経路に配置された第１の偏波依存性損失素子と、
前記第２の光信号の経路に配置され、偏光軸の実効的な方向が前記第１の偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向と９０度の整数倍を除く角度差を持つ第２の偏波依存性損失素子と、
前記第１、第２の偏波依存性損失素子から出力された第１、第２の光信号をそれぞれ第１、第２の電気信号に変換する第１、第２の光電変換器と、
前記第３の光信号を第３の電気信号に変換する第３の光電変換器と、
前記第１、第２及び第３の電気信号のうちの少なくとも一つに含まれるビート雑音成分を検出するビート検出器とを有するビート雑音検出装置。
【請求項３】
前記第１および第２の偏波依存性損失素子はそれぞれ第１、第２の偏光子であり、前記第１の偏光子の偏光軸の実効的な方向が前記第２の偏光子の偏光軸の実効的な方向と３０度以上６０度以下の角度差であるか、
あるいは、
ポアンカレ球上で前記各々の偏光軸に実効的に対応する点の、前記ポアンカレ球の中心に対してなす角度が６０度以上１２０度以下であることを特徴とする請求項２記載のビート雑音検出装置。
【請求項４】
前記第３の光信号が前記第３の光電変換器に入力する前に通過する第３の偏波依存性損失素子を有し、前記第３の偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向は第１、第２の偏波依存性損失素子のいずれの偏光軸の実効的な方向とも異なっていることを特徴とする請求項２記載のビート雑音検出装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３において、
前記第３の光電変換器の代わりに、
外部において前記第３の光信号を光電変換して得られた第４の電気信号の入力を受ける端子を有し、
前記ビート検出器は、
第３の電気信号の代わりに第４の電気信号を用いることを特徴とするビート雑音検出装置。
【請求項６】
光信号が入力する偏光軸の実効的な方向が可変である軸可変偏波依存性損失素子と、
前記軸可変偏波依存性損失素子から出力された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記軸可変偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向を変化させる制御部と、前記電気信号に含まれるビート雑音を検出するビート検出部とを有するビート雑音検出装置。
【請求項７】
前記偏波依存性損失素子は偏光軸の実効的な方向が可変である軸可変偏波依存性損失素子であり、
さらに、前記軸可変偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向を変化させる制御部を備えることを特徴とする請求項１記載のビート雑音検出装置。
【請求項８】
入力された光信号の偏波を変換する可変偏波変換素子と、
前記可変偏波変換素子から出力された光信号の経路に配置された偏波依存性損失素子と、
前記偏波依存性損失素子から出力された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器の出力信号に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出器とを有するビート雑音検出装置。
【請求項９】
請求項１において、
さらに、前記第２の光信号の偏波を変換する可変偏波変換素子を有し、
前記偏波依存性損失素子には、前記可変偏波変換素子から出力された第２の光信号を入力することを特徴とするビート雑音検出装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項９において、
前記第１の光電変換器の代わりに、
外部において前記第１の光信号を光電変換して得られた第３の電気信号の入力を受ける端子を有し、
前記ビート検出器は、
第１の電気信号の代わりに第３の電気信号を用いることを特徴とするビート雑音検出装置。
【請求項１１】
複数の子局と光ファイバで接続されたサブキャリア多重アクセスシステムの親局にあたる通信装置であって、
子局から送信された光信号を少なくとも第１及び第２の系統の光信号に分岐させる分岐手段と、
前記第１の光信号の経路に配置された偏波依存性損失素子と、
前記偏波依存性損失素子から出力された第１の光信号を第１の電気信号に変換する光電変換器と、
前記第２の光信号を第２の電気信号に変換して信号成分を抽出する光受信手段と、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号のうちの少なくとも一方に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出部とを備える通信装置。
【請求項１２】
前記偏波依存性損失素子は偏光軸の実効的な方向が可変である軸可変偏波依存性損失素子であり、
さらに、前記軸可変偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向を変化させる制御部を備えることを特徴とする請求項１１記載の通信装置。
【請求項１３】
前記第１の光信号の偏波を変換する可変偏波変換素子を有し、
前記偏波依存性損失素子には、前記可変偏波変換素子から出力された第１の光信号を入力することを特徴とする請求項１１記載の通信装置。
【請求項１４】
複数の子局と光ファイバーで接続されたサブキャリア多重アクセスシステムの親局にあたる通信装置であって、
子局から送信された光信号を少なくとも第１、第２及び第３の系統の光信号に分岐させる分岐手段と、
前記第１の光信号の経路に配置された第１の偏波依存性損失素子と、
前記第２の光信号の経路に配置され、偏光軸の実効的な方向が第１の偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向と９０度の整数倍を除く角度差を持つ第２の偏波依存性損失素子と、
前記偏波依存性損失素子から出力された第１、第２の光信号をそれぞれ第１、第２の電気信号に変換する光電変換器と、
前記第３の光信号を第３の電気信号に変換して信号成分を抽出する光受信手段と、
前記第１、第２、第３の電気信号のうちの少なくとも一つに含まれるビート雑音成分を検出するビート検出部とを備える通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパッシブ光ネットワーク（ＰＯＮ）を使用したサブキャリア多重アクセス（ＳＣＭＡ）システムにおいて、複数の子局からの光信号の干渉によるビート雑音が信号へ及ぼす影響を抑制するために用いるビート雑音検出装置及びビート雑音の影響を抑圧した通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＯＮを利用したＳＣＭＡシステムでは、複数の子局が各々異なる波長の光（送信光）に異なるサブキャリアの信号を乗せて送信する。これらの送信光はＰＯＮで合流した後、親局が複数の子局からの光信号を分離することなく一括して受信し、光電変換した後に信号を分離する。そのため、複数の子局それぞれの送信光同士の干渉によって生じる雑音（ビート雑音）の周波数帯が、信号の周波数帯と重なると信号の良好な受信が困難になる。
【０００３】
そこで、複数の子局からの送信光の波長をビート雑音が信号に影響を及ぼさないように離し、これを保持する方法が開発され、例えば、光干渉キャンセラ（瀬戸他、「セルフヒーリング路車間通信用ＲＯＦシステム（２）−光干渉キャンセラによる光多重−」２００１年電子情報通信学会通信ソサエティ大会、Ｂ−１０−５９）が提案されている。
【０００４】
この方法では、複数の子局の送信光の波長は予めビート雑音が信号に影響を及ぼさないように離しておき、温度変化などで波長間隔が変動する場合があるが、受信側、すなわち親局側では送信光が発生させるビート雑音の有無を検出し、ビート雑音が検出された場合はこれを解析し、送信光の波長が近づき過ぎている旨を子局に通知して、送信光の波長を離すように指示するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この方法では、親局において送信光を光電変換して得られた電気信号の中に含まれるビート雑音を検出して送信光の波長の制御を行う。
【０００６】
ビート雑音は２つの送信光が干渉して発生するが、一方で２つの送信光の干渉は偏波が直交に近づくにつれて小さくなり、完全に直交していると干渉しなくなる。そのため、２つ送信光の偏波が直交に近づくにつれてビート雑音自体が小さくなって検出が困難になり、完全に直交するとビート雑音自体が発生しなくなる。
【０００７】
しかし、複数の子局から送信される送信光の偏波は温度等の条件によって時々刻々とランダムに変化するため、ある時刻において２つの送信光の偏波が直交であったとしても別の時刻には直交であるとは限らない。
【０００８】
従って、２つの送信光の波長が接近していても偏波が直交している間はビート雑音が発生しないために波長の接近を検知することができず、波長が非常に接近してから突然偏波が直交しなくなってビート雑音が信号に対して影響を及ぼしてしまう可能性がある。
【０００９】
そこで本発明では、より確実にビート雑音を検出することのできる装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のビート雑音検出装置は、少なくとも第１及び第２の系統に分岐された光信号のうち、第１の光信号を第１の電気信号に変換する第１の光電変換器と、前記第２の光信号の経路に配置された偏波依存性損失素子と、前記偏波依存性損失素子から出力された第２の光信号を第２の電気信号に変換する第２の光電変換器と、前記第１及び第２の電気信号に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出器とを有する。
【００１１】
本発明のビート雑音検出装置は、少なくとも第１、第２及び第３の系統に分岐された光信号のうち、第１の光信号の経路に配置された第１の偏波依存性損失素子と、前記第２の光信号の経路に配置され、偏光軸の実効的な方向が前記第１の偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向と９０度の整数（０を含む）倍を除く角度差を持つ第２の偏波依存性損失素子と、前記第１、第２の偏波依存性損失素子から出力された第１、第２の光信号をそれぞれ第１、第２の電気信号に変換する第１、第２の光電変換器と、前記第３の光信号を第３の電気信号に変換する第３の光電変換器と、前記第１、第２及び第３の電気信号に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出器とを有する。
【００１２】
また、本発明のビート雑音検出装置は、前記第１および第２の偏波依存性損失素子はそれぞれ第１、第２の偏光子であり、前記第１の偏光子の偏光軸の実効的な方向が前記第２の偏光子の偏光軸の実効的な方向と３０度以上６０度以下の角度差であるか、あるいは、ポアンカレ球上で前記各々の偏光軸に実効的に対応する点の、前記ポアンカレ球の中心に対してなす角度が６０度以上１２０度以下であることを特徴としても良い。
【００１３】
また、本発明のビート雑音検出装置は、前記第３の光信号が前記第３の光電変換器に入力する前に通過する第３の偏波依存性損失素子を有し、前記第３の偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向は第１、第２の偏波依存性損失素子のいずれの偏光軸の実効的な方向とも異なっていることを特徴としても良い。
【００１４】
また、本発明のビート雑音検出装置は、前記第３の光電変換器の代わりに、外部において前記第３の光信号を光電変換して得られた第４の電気信号の入力を受ける端子を有し、前記ビート検出器は、第３の電気信号の代わりに第４の電気信号を用いることを特徴としても良い。
【００１５】
本発明のビート雑音検出装置は、光信号が入力する偏光軸の実効的な方向が可変である軸可変偏波依存性損失素子と、前記軸可変偏波依存性損失素子から出力された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記軸可変偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向を変化させる制御部と、前記電気信号に含まれるビート雑音を検出するビート検出部とを有する。
【００１６】
また、本発明のビート雑音検出装置は、前記偏波依存性損失素子は偏光軸の実効的な方向が可変である軸可変偏波依存性損失素子であり、さらに、前記軸可変偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向を変化させる制御部を備えることを特徴としても良い。
【００１７】
本発明のビート雑音検出装置は、入力された光信号の偏波を変換する可変偏波変換素子と、前記可変偏波変換素子から出力された光信号の経路に配置された偏波依存性損失素子と、前記偏波依存性損失素子から出力された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記光電変換器の出力信号に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出器とを有する。
【００１８】
また、本発明のビート雑音検出装置は、さらに、前記第２の光信号の偏波を変換する可変偏波変換素子を有し、前記偏波依存性損失素子には、前記可変偏波変換素子から出力された第２の光信号を入力することを特徴としても良い。
【００１９】
また、本発明のビート雑音検出装置は、前記第１の光電変換器の代わりに、外部において前記第１の光信号を光電変換して得られた第３の電気信号の入力を受ける端子を有し、前記ビート検出器は、第１の電気信号の代わりに第３の電気信号を用いることを特徴としても良い。
【００２０】
本発明の通信装置は、複数の子局と光ファイバで接続されたサブキャリア多重アクセスシステムの親局にあたる通信装置であって、子局から送信された光信号を少なくとも第１及び第２の系統の光信号に分岐させる分岐手段と、前記第１の光信号の経路に配置された偏波依存性損失素子と、前記偏波依存性損失素子から出力された第１の光信号を第１の電気信号に変換する光電変換器と、前記第２の光信号を第２の電気信号に変換して信号成分を抽出する光受信手段と、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出部とを備える。
【００２１】
また、本発明の通信装置は、前記偏波依存性損失素子は偏光軸の実効的な方向が可変である軸可変偏波依存性損失素子であり、さらに、前記軸可変偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向を変化させる制御部を備えることを特徴としても良い。
【００２２】
また、本発明の通信装置は、前記第１の光信号の偏波を変換する可変偏波変換素子を有し、前記偏波依存性損失素子には、前記可変偏波変換素子から出力された第１の光信号を入力することを特徴としても良い。
【００２３】
本発明の通信装置は、複数の子局と光ファイバーで接続されたサブキャリア多重アクセスシステムの親局にあたる通信装置であって、子局から送信された光信号を少なくとも第１、第２及び第３の系統の光信号に分岐させる分岐手段と、前記第１の光信号の経路に配置された第１の偏波依存性損失素子と、前記第２の光信号の経路に配置され、偏光軸の実効的な方向が第１の偏波依存性損失素子の偏光軸の実効的な方向と９０度の整数倍を除く角度差を持つ第２の偏波依存性損失素子と、前記偏波依存性損失素子から出力された第１、第２の光信号をそれぞれ第１、第２の電気信号に変換する光電変換器と、前記第３の光信号を第３の電気信号に変換して信号成分を抽出する光受信手段と、前記第１、第２、第３の電気信号に含まれるビート雑音成分を検出するビート検出部とを備える。
【００２４】
一般に、波長の近づいた２つの送信光の偏波が互いに直交していても、これを適切な軸をもつ偏波依存性損失素子を通過させることにより干渉する状態にすることができる。尚、３つ以上の送信光の波長が近づいて干渉を起こす場合でも、「２つの送信光の組」が複数あるとみなせるので、干渉は２つの送信光によって起こると考えて差し支えない。
【００２５】
図３は偏波依存性損失素子として偏光子を用いた例である。以下、説明を簡単にするため、偏波依存性損失素子として偏光子を用いるものとして説明する。２つの送信光のうちの一方の偏波が第１の送信光の偏波１０１で表されるような直線偏波で、他方の送信光の偏波が第２の送信光の偏波１０２で表されるような直線偏波であって、これらは互いに直交している。これら２つの送信光を含む光信号を偏光軸１００を持つ偏光子を通すと、２つの送信光の偏波の射影にあたる成分がそれぞれ偏光子を通過する。通過した成分は偏光軸１００と同じ方向の偏波となり、これらは干渉を起こすのでビート雑音を検出できる。
【００２６】
波長の近づいた２つの送信光の偏波のうちの一方が偏光軸と直交している場合には、その送信光の偏波の射影成分は０になるため、偏光子を通しても２つの送信光は干渉を起こさない。しかし、現実の光通信システムでは、送信光はそれぞれが光ファイバーを伝播する際にランダムな偏波変換を受けるため、受信側に到達時の各送信光の偏波はランダムなものであり、波長の近づいた２つの送信光の偏波が直交していることはまれである。また、偶然直交していたとしても、その２つの送信光のいずれか一方の偏波が偏光軸と完全に一致することもまれである。従って、完全な信頼性を求めないならば、本願第１の発明の構成のように２つの系統と少なくとも１つの偏光子で、従来例に挙げた偏光子を含まない１系統のみの構成よりは、十分に高い効果を上げることができる。
【００２７】
上述のように、１つの固定された軸を持つ偏光子では、任意の偏波状態にある２つの送信光を必ず干渉を起こさせるようにすることは不可能である。干渉が基本的に２つの送信光から起こることを考慮すると、確実にビート雑音を検出するには、最低でも３つの系統と２つの偏光子を備えれば良いことがわかる。
【００２８】
なぜならば、２つの系統のみでは、一方が第１の系統の第１の偏光子の偏光軸と直交し、他方が第２の系統の第２の偏光子の偏光軸と直交する２つの送信光を含む光信号の場合、第１、第２いずれの偏光子を通過した光信号も干渉を起こさないからである。そのために第３の系統が必要であるが、この系統は第１の偏光子の偏光軸と第２の偏光子の偏光軸とが直交していない限り偏光子を備える必要は無い。なぜならば、２つの偏光子が直交していない場合、２つの偏光子それぞれに直交する２つの送信光の偏波もまた直交しないため、偏光子が無くても干渉するからである。もちろん、偏光子を設けても構わない。
【００２９】
以上の説明から、第１の偏光子の偏光軸の方向と第２の偏光子の偏光軸の方向が同じであっては、完全な信頼性は得られないことは明白である。
【００３０】
尚、偏光軸及び偏波が「同じ」、「直交」、「９０度の整数倍」とは、空間の絶対的な方向についてではなく、入射する光信号の偏波を固定してみた場合、すなわち実効的に「同じ」「直交」「９０度の整数倍」である。例えば、第１の偏光子の偏光軸がｘ軸方向で、第２の偏光子の偏光軸がｙ軸方向の場合、空間的には「直交」であるが、第２の偏光子の前に例えばｘ軸に対して４５度の角度に軸を持つ１／２波長板を備えた場合は、第１の偏光子と第２の偏光子は入射する光信号の偏波を固定して見た場合に（実効的に）「同一」の軸を持っているといえる。このように２つの偏光子の偏光軸の空間的な方向は、光信号が分岐されてから偏光子に到達するまでに受ける偏波変換を考慮に入れて決定する必要がある。
【００３１】
２つの送信光の波長が近づいているとき、これら３つの系統の光信号それぞれを光電変換して得られた電気信号のいずれかには必ずビート雑音成分が含まれている。ビート雑音検出器内では、これらの電気信号の各々から、あるいはこれらを適宜選択・合成したものからビート雑音の有無を検出する。このような構成をとることによって、波長の近づいたいかなる偏波の２つの送信光を含む光信号からも、確実にビート雑音を検出することができる。
【００３２】
上述のように確実にビート雑音を検出するためには２つの偏光子と３つの系統が必要である。使用する偏光子の偏光軸の実効的な方向は波長の近づいた２つの光の偏波が任意に変動しても極力大きいビート雑音が検出可能であることが望ましい。特に望ましいのは、偏波の変動に伴って３つの系統で検出されるビート雑音の強度が変動するが、トータルのビート雑音強度の変動範囲の最小値が極力大きいことが望ましい。
【００３３】
偏光子を２つ用いる場合、トータルのビート雑音強度の最小値が最大になるのは、第１の偏光子の実効的な方向が第２の偏光子の実効的な方向と４５度の角度差を持つ場合である。これは以下のように説明できる。
【００３４】
第３の系統には偏光子を挿入しないが、この状態は波長の近づいた２つの送信光のうちの一方を完全に透過する仮想的な偏光子が挿入されているとみなすことができる。他方の光がその仮想的な偏光子を透過できる量でビート雑音の量が決定する。一方の送信光は仮想的な偏光子を常に全透過するため、結果として発生するビート雑音の平均量は、本物の偏光子が挿入されている他の２つの系統より大きい。
【００３５】
従って、偏波が変動した場合にトータルのビート雑音量が最小となるのは第３の光電変換器で得られるビート雑音が０になっている場合、すなわち、２つの送信光の偏波が直交している場合である。このとき、２つの光の一方の偏波が第１の偏光子の軸と完全に直交している場合は、第１の偏光子を透過した光も干渉を起こさない。すなわち、第３の系統及び第１の系統で得られる電気信号から全くビート雑音が検出されない偏波状態が存在する。
【００３６】
このようなときに第２の系統で検出されるビート雑音ができるだけ大きくなるようにするには、その偏光子の偏光軸が２つの送信光の偏波の丁度中間にあれば良い。２つの送信光の偏波のうちの一方は第１の偏光子の偏光軸と直交した偏波であり、他方の送信光の偏波はこれと直交した、すなわち、第１の偏光子の偏光軸と同じ方向の偏波である。従って、その中間は第１の偏光子の偏光軸の実効的な方向から４５度の方向である。従って、第１の偏光子の偏光軸の実効的な方向が、第２の偏光子の偏光軸の実効的な方向と４５度の角度差を持つことが最も良い。
【００３７】
また、ビート雑音が最小値４５度の時のおおよそ半分の強度（−３ｄｂ）になる角度は第１の偏光子の偏光軸の実効的な方向から３０度及び６０度であるので、本願では第１の偏光子の偏光軸の実効的な方向が、第２の偏光子の偏光軸の実効的な方向と３０度以上６０度以下の角度差であれば良いとした。
【００３８】
このような角度差にすることで、検出されるビート雑音の最小値を偏波が変動しても極力大きくすることが可能となる。
【００３９】
上述のように、第３の系統には偏光子が入っていなくても良い。本願のビート雑音検出装置をＰＯＮを用いたＳＣＭＡシステムの親局に設置する場合、親局には光信号を受信して電気信号に変換するためのデータ用の光受信器が必ず備えられている。データ用の光受信器は光信号がいかなる偏波であっても受信できなければならないため、通常は光受信器の前に偏光子を挿入しない。
【００４０】
このようなシステムでビート雑音を検出するのは、２つの送信光の波長が近づいたのを検出して離すように制御することで、ビート雑音がデータ信号周波数に重なることを防止するためであるから、ビート雑音がデータ信号周波数より高い周波数帯にあるうちに検出しておくことが望ましい。
【００４１】
一般に、ＳＣＭＡに用いるデータ用光受信器は、データ信号周波数で十分な特性を持っている。データ信号周波数を外れたとたんに急激に利得などの特性が劣化することは通常はなく、より高い周波数では徐々に特性が劣化していく。子局の波長の変動は遅いため、ビート雑音は秒オーダの十分に長い時間の間に検出できればよい。従って、データのように高いＳ／Ｎ比を必要としない。そこで本願では、親局のデータ用光受信器を第３の光電変換器の代わりに用いることができるように外部からの入力端子を設けてある。
【００４２】
このようにすることで、第３の光電変換器のために必要なスペースや部品が節約できるほか、光の分岐数を減らすことが可能となる。
【００４３】
第１、第２の系統に加えて第３の系統にも偏光子を挿入する場合は、その軸は第１、第２いずれの偏光子の偏光軸の実効的な方向とも異なっていることが望ましい。さらに、第１、第２、第３の偏光子の偏光軸の実効的な方向をそれぞれ可能な限り離しておくと、他の系統でビート雑音が微弱になる偏波状態でも残りの系統のビート雑音が大きくなるので安定して検出できるようになる。
【００４４】
ここまでは、複数系統に分岐させた光信号それぞれに対して実効的に異なる偏光軸を持つ偏光子を通してから電気信号に変換してビート雑音を検出していたが、その代わりに偏光軸の実効的な方向を変化させることのできる偏光子を用い、偏光軸の実効的な方向を時間的に変化させても同等な効果を得ることができる。
【００４５】
具体的には、軸可変偏光子に光信号を入力し、その出力を光電変換器で電気信号に変換し、ビート検出器にてビート雑音を検出する。軸可変偏光子の偏光軸の実効的な方向を時間的に変化させると、波長が近づいている２つの送信光の偏波に対応してビート雑音の大きさが変化する。ある瞬間に、偏光軸の実効的な方向と２つの送信光の偏波との組み合わせによってビート雑音が全く発生しなくても、偏光軸の実効的な方向が時間的に変化することでビート雑音は発生するようになる。
【００４６】
偏光軸の実効的な方向を変化させるパターンとしては、偏光軸の実効的な方向を一方向に連続的に回転させるパターンや、偏光軸の実効的な方向が１８０度の振幅で往復するように変調するパターンや、上述の３系統に分岐させて検出する場合に相当するできるだけ離れた３つの異なる方向に切り替えるパターンが考えられる。
【００４７】
ここでは偏光子の偏光軸の実効的な方向を時間的に変化させているため、光電変換後ビート雑音を検出する際には、時間的な平均化処理あるいはサンプリング処理を行う必要がある。
【００４８】
軸可変偏光子の構成としては、偏光軸の方向が固定された偏光子（通常の偏光子）をモータ等で回転させる構成のもののほかに、偏光子に入力される光信号の偏波を可変偏波変換器で変化させて、偏光子の偏光軸の実効的な方向を回転させる構成のものでも良い。可変偏波変換器として、電気的に偏波を変換できるものを用いた構成の軸可変偏光子は機械的構成を含まないので、ビート検出装置全体の耐久性を維持できる。
【００４９】
このようにすることで、光信号の偏波がどのような状態であっても波長が接近した２つの送信光によるビート雑音を確実に検出することができる。また、偏光子を挿入する系統が１つで良く、光電変換器の数も減らせるので構成をコンパクトにできるという利点がある。
【００５０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るビート雑音検出装置及びこれを組み込んだ通信装置を利用した通信システムの概要である。
【００５１】
本通信システムはＰＯＮを使用したＳＣＭＡシステムで、複数の子局９と親局８とを光ファイバ２−２で接続したものである。各子局９から送信される波長の異なる複数の送信光は分岐結合器１１を介して混合された光信号として親局８に送信される。光信号は分配器３−２で光受信器１０と、ビート雑音検出装置１に分配される。光受信器１０に分配された光信号は光電変換されて電気信号になり各子局からの信号が抽出される。また、電気信号の一部は光受信器１０内で分岐されて出力され、高域通過フィルタ１４を介してビート雑音検出装置に送られる。一方、ビート雑音検出装置１に分配された光信号は、光信号に含まれるビート雑音の検出を行う。
【００５２】
本実施形態のビート雑音検出装置（以下、本装置）は、本通信システムにおける親局８に組み込んで子局９から送信される信号からビート雑音を検出して、親局８が子局９の送信光の波長制御を行うための情報を提供するものである。
【００５３】
本装置は、複数の子局９からの送信光が混合された光信号を入力する光ファイバ２−１と、その出力光に偏波依存性損失素子損失を与える第１の偏波依存性損失素子４−１と、第１の偏波依存性損失素子４−１からの出力光を光電変換して電気信号を出力する第１の光電変換器５−１と、光電変換して得られる電気信号および、親局８の持つ高域通過フィルタ１４からの出力信号からビート雑音を検出するビート検出器６と、ビート雑音の検出結果を出力する結果出力端子１５とを有する。
【００５４】
偏波依存性損失素子は、第１、第２の２つの直交する偏光軸を持ち、２つの偏光軸それぞれに対応する偏波に対して損失が異なる光学素子で、入力した光の第１の偏光軸に対応する偏波と第２の偏光軸に対応する偏波との成分比を変化させる偏波変換を発生させる。偏光子は偏波依存性損失素子の一種で、一方の偏光軸に対応する偏波に対する損失が無限大のものである。本実施形態では説明を簡単にするため、第１の偏波依存性損失素子４−１は偏光子であるものとするが、一般の偏波依存性損失素子を用いても良い。
【００５５】
ビート雑音検出装置１に光ファイバ２−１より子局からの光信号が入力される。光信号は第１の偏波依存性損失素子４−１を介して第１の光電変換器５−１に入力されて電気信号に変換される。
【００５６】
高域通過フィルタ１４出力信号と合わせて、これら２つの電気信号はビート検出器６に入力され、２つ電気信号を電力合成して得られる電気信号を用いてビート雑音の有無及び内容の検出を行い、結果出力端子１５を介して結果を出力する。
【００５７】
尚、ビート検出器６においては、電力合成以外の手法として２つの電気信号のうち、ビート雑音成分が大きい方を選択して利用するという手法を用いても良い。この場合、一方を利用している間にビート雑音成分の変動により、他方のビート雑音成分の方が大きくなった場合に切り替えるようにすると良い。
【００５８】
光信号を光電変換して得られる電気信号は、典型的（２つの送信光の波長が近づいており、かつ、２つの送信光の偏波が直交していない場合）には図２に示すような周波数スペクトルを有しており、低周波側にデータ信号が、高周波側にビート雑音が現れるので、高域通過フィルタの類を用いることでビート雑音に相当する高周波成分を検出することが可能である。
【００５９】
以下、光ファイバ２−１より２つの子局からの第１、第２の送信光が入力された場合の動作について、偏波の方向で場合分けして説明する。尚、説明を簡単にするため、光信号に含まれる２つの送信光はともに直線偏波であるとする。
【００６０】
第１の送信光の偏波の方向と第２の送信光の偏波の方向が直交していない場合は、第１の送信光と第２の送信光とは干渉を起こしている。従って、２つの偏波のなす角度が９０度から十分離れていれば、前述の光受信器１０に入力された光信号を光電変換して得られる電気信号には検出可能な程度の強度のビート雑音が含まれるので、ビート雑音が検出可能である。
【００６１】
一方、第１の送信光の偏波の方向と第２の送信光の偏波の方向が直交若しくは２つの偏波のなす角度が９０度に近い場合は、第１の送信光と第２の送信光とは干渉を起こしていないか若しくは干渉の程度が微弱である。従って、前述の光受信器１０に入力された光信号を光電変換して得られる電気信号にはビート雑音が含まれていないか、あるいは含まれるビート雑音が微弱であるため、検出が困難である。
【００６２】
第１系統に分岐された第１、第２の送信光は第１の偏波依存性損失素子４−１によって偏波変換を受ける。本実施形態では第１の偏波依存性損失素子４−１は偏光子であるので、図３に示すように、第１の送信光１０１、第２の送信光１０２は、ともに偏光軸１００方向の成分のみの偏波を持つ光に変換される。その結果、第１の偏波依存性損失素子４−１から出力された光信号では、第１の送信光と第２の送信光は同一偏波になって強い干渉を起こし、これを光電変換器５−１で光電変換して得られる電気信号に含まれるビート雑音も強くなるため、検出が容易となる。
【００６３】
以上は直線偏波の場合についてであるが、一般の偏波についても同様に直交している場合は光受信器に入力された光信号からビート雑音を検出することができる。
【００６４】
尚、本実施形態では第１の偏波依存性損失素子４−１に偏光子を用いたが、一般の偏波依存性損失素子の場合でも同様である。このことを図４を用いて説明する。
【００６５】
図４はポアンカレ球と呼ばれ、偏波の状態を表す球である。ポアンカレ球の球面上には様々な偏波がマッピングされていて、光の偏波の状態はポアンカレ球の球面上の１点として表すことができる。例えば、ポアンカレ球の赤道４０１の円周上のあらゆる点は直線偏波であり、北極４０２、南極４０３の点は円偏波である。また、点Ａと点Ｂのように、ポアンカレ球において原点Ｏに対して点対称な位置にある２点で表される２つの偏波は直交する。
【００６６】
偏光子の偏光軸もポアンカレ球上の１点として表される。偏光子を通った光は偏光軸を表す点で表される偏波になる。例えば、点Ａで表される偏波を持つ光が点Ｐ２で表される偏光軸を持つ偏光子を通ると、出力された光の偏波は点Ｐ２になる。すなわち、ポアンカレ球面上で点Ａから点Ｐ２に変換される。点Ｂについても同様に変換後の偏波は点Ｐ２で表される。
【００６７】
一般の偏波依存性損失素子は２つの直交する偏光軸を持ち、これらは例えば点Ｐ１と点Ｐ２のようにポアンカレ球上で原点Ｏに対して点対称な２点で表される。一般の偏波依存性損失素子では、ポアンカレ球面上で損失の小さい方の偏光軸を表す点に近づくように変換される。例えば点Ｐ１が損失の大きい偏光軸で点Ｐ２が損失の小さい偏光軸である場合、点Ａで表される偏光を持つ光は、点Ｐ２に近づくように変換されて点Ｃで表される偏波を持つ。点Ｂについても同様に、点Ｐ２に近づくように変換されて点Ｄで表される偏波を持つようになる。
【００６８】
その結果、変換前は点Ａと点Ｂは原点Ｏに対して点対称であり２つの偏波は直交していたが、点Ｃと点Ｄは原点Ｏに対して点対称でないので２つの偏波は直交しなくなる。すなわち、第１、第２の送信光の偏波の方向が直交している場合、偏波依存性損失素子４−１が一般の偏波依存性損失素子であっても、光ファイバ２−１に分岐されて偏波依存性損失素子４−１を通ることで偏波は直交でなくなり、ビート雑音は容易に検出できるようになる。
【００６９】
以上本実施形態によれば、２つの送信光の偏波が直交していてもビート雑音を検出することが可能であり、従来より確実にビート雑音を検出できる。
【００７０】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明第２の実施形態について説明する。図５は本発明第２の実施形態のビート雑音検出装置である。構成の概略は第１の実施形態のビート雑音検出装置と類似するので、異なる部分を中心に説明する。
【００７１】
本装置は、複数の波長の光が混合した光信号を入力する光ファイバ２−１と、光信号を３系統に分配する分配器３−１と、分配器３−１からの第１の出力光に偏波依存性損失を与える第１の偏波依存性損失素子４−１と、第１の偏波依存性損失素子４−１からの出力光を光電変換して電気信号を出力する第１の光電変換器５−１と、分配器３−１からの第２の出力光に偏波依存性損失を与える第２の偏波依存性損失素子４−２と、第２の偏波依存性損失素子４−２からの出力光を光電変換して電気信号を出力する第１の光電変換器５−２と、分配器３−１からの第３の出力光を光電変換して電気信号を出力する第３の光電変換器５−２と、光電変換して得られる３つの電気信号からビート雑音を検出するビート検出器６と、ビート雑音の検出結果を出力する結果出力端子１５とを有する。
【００７２】
本実施形態では第１乃至第３系統に分岐させた光信号のうち第１、第２系統の光信号は偏波依存性損失素子を介してから光電変換するので、２つの偏波依存性損失素子の偏光軸間に角度をつける（０度及び９０度以外の角度）ことで、第１の実施形態では検出が難しい、２つの送信光の偏波の方向が直交していてかつ一方の送信光の偏波の方向が偏光軸と直交している場合でも、ビート雑音を検出することができる。すなわち、いかなる偏波状態であってもビート雑音が検出可能である。
【００７３】
ただし、第１及び第２の偏波依存性損失素子の偏光軸の方向の相対関係によって、検出できるビート雑音の（それぞれの光強度が一定であると仮定した場合の）最小値が異なる。極端な例を挙げれば、第１及び第２の偏波依存性損失素子の軸の差がポアンカレ球上で１度しか無ければその最小値は非常に小さいため、ビート雑音の確実な検出は困難である。従って、２つの偏波依存性損失素子の軸の差はできるだけビート雑音の最小値が大きくなるように設定することが望ましい。
【００７４】
第１及び第２の偏波依存性損失素子として偏光子を用いる場合は、２つの偏光軸の角度が４５度となるように設定するのが望ましい。ここでいう４５度とは、２つの偏光子に入力される光信号の偏波が同一である場合の空間的な角度である。この「４５度」をポアンカレ球上で表すと９０度となる。
【００７５】
尚、第１及び第２系統に分岐された光信号に、偏波依存性損失素子に到達するまでに異なる偏波変換が起こる場合は、ビート雑音の最小値が最大になるのは偏光子の偏光軸の差が空間的に４５度とは限らない。このような場合は偏波変換の効果を含めて「実効的に４５度」となるように空間的な角度を設定することになる。
【００７６】
図６は、２つの偏光子の偏光軸の角度差の２倍（これは、ポアンカレ球上の位相差に相当する）と、第１の光電変換器と第２の光電変換器で検出されるビート雑音の合計パワーの最小値の関係を示したグラフである。縦軸は、ビート雑音を発生させる２つの光のうち一方の偏波を任意に変動させ、他方はそれに常に直交している場合のビート雑音合計パワーの最小値の変動の相対値を示し、横軸は２つの偏光子の偏光軸の角度差の２倍である。
【００７７】
図６を見ると９０度（偏光子の偏光軸角度差で４５度）で最大となっている。従って、ポアンカレ球上で９０度が最も良いことが分かる。また、ポアンカレ球上で９０度の時の強度の半分、すなわち−３ｄｂになるのは６０度（偏光子の偏光軸角度差で３０度）と１２０度（偏光子の偏光軸角度差で６０度）であるので、厳密に４５度でなくても、ポアンカレ球上で６０度から１２０度の位相差を持つ（偏光子の偏光軸角度差が３０度から６０度）ように２つの偏光子をセットしておけば良いと考える。
【００７８】
尚、本実施形態では第１及び第２系統に分岐された光信号にのみ偏光子を通しているが、第３系統に分岐された光信号も偏光子を通すようにしても良い。この場合は３つの偏光子の偏光軸角度が互いに６０度（ポアンカレ球上の角度で１２０度）間隔となるようにしておくとビート雑音の最小値が最大になる。
【００７９】
以上、本実施形態では、光信号を３つ以上の系統に分岐し、そのうち２つ以上の系統に偏光軸の実効的な方向が異なる偏光子を通しているので、第１の実施形態では検出が難しい、２つの子局からの送信光の偏波の方向が直交していてかつ送信光の偏波の方向が偏光軸と直交している場合でも、ビート雑音を検出することができる。すなわち、いかなる偏波状態であってもビート雑音が検出可能である。
【００８０】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明第３の実施形態について説明する。図７は本発明第２の実施形態のビート雑音検出装置及びこれを組み込んだ親局である。構成の概略は第１及び第２の実施形態のビート雑音検出装置と類似するので、異なる部分を中心に説明する。
【００８１】
本実施形態のビート雑音検出装置は第２の実施形態における第３の光電変換器の代用として、光受信器１０を使用した構造となっている。
【００８２】
図２に示したようにビート雑音は信号に比べて高周波成分であるので、光受信器１０で光電変換して得られる電気信号に対して高域通過フィルタ１４を通すことでビート雑音成分を抽出することができる。抽出されたビート雑音成分はビート検出器６に入力され、ビート検出器６において第１の光電変換器５−１、第２の光電変換器５−２からの電気信号と電力合成されてビート雑音の検出が行われる。
【００８３】
以上本実施形態によれば、第２の実施形態ではビート検出装置内で３個の光電変換器を使用していたが、これを２個に減らすことができるので装置をコンパクトにでき、かつ、装置の製作費用も節減できる。
【００８４】
（第４の実施形態）
以下、図面を参照して本発明第４の実施形態について説明する。図８は本発明第４の実施形態のビート雑音検出装置及びこれを組み込んだ親局である。構成の概略は第１乃至第３の実施形態のビート雑音検出装置と類似するので、異なる部分を中心に説明する。
【００８５】
本実施形態のビート雑音検出装置は、第１の実施形態で偏波依存性損失素子の代わりに偏光軸の実効的な方向が可変な軸可変偏波依存性損失素子１７を用いた点が異なる。軸可変偏波依存性損失素子１７は、制御部１９からの信号により偏光軸の方向を変化させる。
【００８６】
軸可変偏波依存性損失素子１７は、例えば図９（ａ）のような通常の（固定軸の）偏波依存性損失素子１７−１をモータ１７−２で機械的に回転させるようなものが考えられる。
【００８７】
制御部１９は軸可変偏波依存性損失素子１７に制御信号を送って、偏光軸の実効的な方向を一定時間毎に４５度ずつ変化させる。尚、制御部１９が送信する制御信号は、このパターンに限らず、例えば偏光軸を連続的に回転させたり、一定時間毎に６０度ずつ変化させたり、あるいは、一定の区間（例えば０度〜１８０度）を往復させたりしても良い。要するに、ポアンカレ球上で原点を中心に点対称でない２点を含むように偏光軸の実効的な方向を変化させれば良い。
【００８８】
本実施形態では、軸可変偏波依存性損失素子１７の偏光軸の実効的な方向の時間変化に伴い、ビート雑音量も時間変化する。そのため、ビート検出部６ではビート雑音を安定して検出するためにビート雑音を時間平均して求めるものとする。
【００８９】
尚、ビート検出部６から一定時間毎に制御部１９にビート雑音の強度を通知し、制御部１９はビート雑音が所定の強度以下の場合は軸可変偏波依存性損失素子１７の偏光軸を一定速度で回転させ、所定の強度を上回った場合は軸可変偏波依存性損失素子１７の偏光軸を回転させてビート雑音が最も大きく検出される角度を探索し、追従するような制御を行うと一層良い。
【００９０】
尚、高域通過フィルタ１４を経由した親局８の光受信器１０からビート検出器６への電気信号入力は必須ではないが、確実にビート雑音を検出するには、光受信器１０の電気信号を利用しない場合は軸可変偏波依存性損失素子１７の偏光軸の実効的な方向は少なくとも３方向必要であるが、光受信器１０の電気信号を利用することで２方向で済むという利点がある。
【００９１】
また、本実施形態では軸可変偏波依存性損失素子１７を用いたが、図１０のように制御部１９によって軸の向きを制御可能な可変偏波変換器１７−３を通した入力光を第１の偏波依存性損失素子４−１に入力させる構成でも良い。
【００９２】
図９（ｂ）のように通常の偏波依存性損失素子１７−１と可変偏波変換器１７−３とを組み合わせることによって実効的に偏光軸を回転させることができる。可変偏波変換器１７−３と偏波依存性損失素子１７−１を組み合わせる場合は、光信号を可変偏波変換器１７−３で偏波変換してから偏波依存性損失素子１７−１に入力する。可変偏波変換器１７−３を通すことで、偏波依存性損失素子１７−１を空間的に回転させたのと同様な効果が得られる。
【００９３】
可変偏波変換器１７−３としては、例えば異方性結晶をモータで回転させるものがあるが、これ以外の、ファラデー素子にかける磁場の大きさ及び方向を制御して偏波の回転量を変化させることのできるものや、あるいはボッケルス効果を有する結晶に様々な方向から電場をかけて実効的な軸の方向や軸間の位相差を制御するようなものを用いれば、機械的な可動機構を含まないので装置の信頼性（耐久性）の低下を回避できる。本実施形態では、軸可変偏波依存性損失素子１７として、ファラデー素子を用いた可変偏波変換器と偏光子を組み合わせたものを用いる。
【００９４】
以上、本実施形態によればビート雑音検出専用の光電変換器が一つだけで済むため、装置がさらにコンパクトになり、かつ、装置の製作費用も節減できる。
【００９５】
【発明の効果】
以上本発明によれば、光信号を偏波依存性損失素子を用いてポアンカレ球上で原点を中心に点対称でない２点を含む偏波状態に変換してからビート雑音を検出するため、光信号に含まれる２つの送信光の波長が近づいたときに、確実にビート雑音を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るビート雑音検出装置の概略構成図。
【図２】ビート雑音成分と信号成分とのスペクトル例。
【図３】直交する直線偏波が偏光子によって同一偏波に変換される図。
【図４】ポアンカレ球による偏波状態の説明図。
【図５】第２の実施形態に係るビート雑音検出装置の概略構成図。
【図６】偏光子の角度差とビート雑音の最小値との関係。
【図７】第３の実施形態に係るビート雑音検出装置の概略構成図。
【図８】第４の実施形態に係るビート雑音検出装置の概略構成図。
【図９】第４の実施形態における軸可変偏波依存性損失素子の概略構成図。
【図１０】第４の実施形態に係るビート雑音検出装置の変形例を表す概略構成図。
【符号の説明】
１　ビート検出装置
２−１、２−２　光ファイバ
３−１、３−２、１６　分配器
４−１、４−２、１７−１　偏波依存性損失素子
５−１、５−２、５−３　光電変換器
６　ビート検出器
８　親局
９　子局
１０　光受信器
１１　分岐結合器
１２　信号出力端子
１４　高域通過フィルタ
１５　結果出力端子
１７　軸可変偏波依存性損失素子
１７−２　モータ
１７−３　可変偏波変換器
１９　制御部
【図１】
2004015139.tif 000003
【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】
2004015139.tif 000008
【図７】
2004015139.tif 000009
【図８】
2004015139.tif 000010
【図９】
2004015139.tif 000011
【図１０】
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