(57)【要約】【課題】偏光変復調方式において、タイミング抽出の精度を高めることにより、高品質な光伝送装置を提供する。【解決手段】光源１１と、偏光変調部１２と、偏光分離部１５と、受光部１６と、偏光状態検出部１７とを備え、偏光状態検出部１７により偏光状態を検出することによりタイミング信号を出力する。タイミング信号がより急峻なとなるので同期性能が向上し、高い光伝送品質を提供できる。【選択図】図１
2007053573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報信号に基づいて、第１から第Ｍ（Ｍ：３以上の自然数）の偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する光送信部と、
前記光送信部から出力された偏光変調信号から、第１から第Ｍの偏光状態の光を分離して出力する偏光分離部と、
前記偏光分離部に対応して接続され、第ｋ（ｋ：Ｍまでの自然数）の偏光状態の光を光電気変換し、第ｋの受信信号として出力する受光部を少なくとも１つ備え、
光分岐部から出力された偏光変調信号の偏光状態を検出し、タイミング信号を出力する偏光状態検出部と、
前記受光部から出力された受信信号を、前記偏光状態検出部から出力されたタイミング信号を基準に識別することにより、情報信号を再生する識別部を備えた偏光変調を用いた光伝送装置。
【請求項２】
情報信号に基づいて、第１と第２の偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する光送信部と、
前記光送信部から出力された偏光変調信号から、第１と第２の偏光状態の光を分離して出力する偏光分離部と、
前記偏光分離部に対応して接続され、第１または第２の偏光状態の光を光電気変換し、それぞれ第１または第２の受信信号として出力する受光部を少なくとも１つ備え、
光分岐部から出力された偏光変調信号の偏光状態を検出し、タイミング信号を出力する偏光状態検出部と、
前記受光部から出力された受信信号を、前記偏光状態検出部から出力されたタイミング信号を基準に識別することにより、情報信号を再生する識別部を備えた偏光変調を用いた光伝送装置。
【請求項３】
前記光送信部は、連続光を出力する光源と、
前記光源から出力された連続光を、情報信号に基づいて、外部変調方式により、第１から第Ｍの偏光状態の光に変調して、偏光変調信号として出力する偏光変調部で構成される、請求項１または２に記載の偏光変調を用いた光伝送装置。
【請求項４】
前記光送信部は、情報信号に基づいて、直接変調方式により、第１から第Ｍの偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する変調光源で構成される、請求項１または２に記載の偏光変調を用いた光伝送装置。
【請求項５】
前記光送信部は、前記第１と第２の偏光状態として、直交する直線偏光を用い、
前記偏光状態検出部は、前記偏光変調信号の円偏光状態を検出する円偏光検出部で構成される、請求項２に記載の偏光変調を用いた光伝送装置。
【請求項６】
前記光送信部は、前記第１と第２の偏光状態として、直交する円偏光の状態を用い、
前記偏光状態検出部は、前記偏光変調信号の直線偏光状態を検出する直線偏光検出部で構成される、請求項２に記載の偏光変調を用いた光伝送装置。
【請求項７】
前記円偏光検出部は、偏光変調信号の偏光方向に対して約４５度の傾きをなす偏光子により構成される、請求項５に記載の偏光変調を用いた光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の偏光状態をパラメータとして変調を行う、偏光変調を用いた光伝送装置において、同期のために設けられたタイミングパルス（クロック信号）の抽出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の偏光変調を用いた光伝送装置におけるクロック信号抽出方法としては、ＰＬＬ（位相同期ループ）回路などの電気回路を用いた方法や、情報（データ）信号を送信する偏光状態とは異なる偏光状態を用いてクロック信号（またはその分周信号）を独立して送信する方法があった。例えば、後者の方法の例としては、特許文献１を参照すべきである。図６は、ＰＬＬ回路などを用いた従来の光伝送装置を示すものである。図６の構成を説明する。従来の光伝送装置は、光源５１、偏光変調部５２、光伝送路５３、偏光分離部５４、第１の受光部５５ａ、第２の受光部５５ｂ、クロック抽出部５６、及び識別部５７で構成されている。
【０００３】
図６に示した従来の光伝送装置の全体の動作を説明する。光源５１は、連続光を出力する。偏光変調部５２は、光源５１から出力された連続光を、情報信号に基づいて、互いに異なる第１と第２の偏光状態の光に変調し、偏光変調信号として出力する。偏光分離部５４は、偏光変調部５２から出力され、光伝送路５３を経由してきた偏光変調信号から、第１と第２の偏光状態の光を分離して出力する。第１の受光部５５ａは、偏光分離部５４に対応して接続され、第１の偏光状態の光を光電気変換し、第１の受信信号として出力する。クロック抽出部５６は、第１の受光部から出力された第１の受信信号を検出し、タイミング信号として出力する。識別部５７は、第１の受光部５５ａから出力された受信信号を、クロック抽出部５６から出力されたタイミング信号を基準に識別することにより、情報信号を再生する。
【０００４】
図６において、クロック抽出部は光電気変換された受信信号よりＰＬＬ回路によってクロックを抽出していた。
【０００５】
図７は、従来の光伝送装置の信号の波形の一例を示す。図７（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、情報信号、偏光変調信号、及び受信信号の波形の一例を示す。ここでは、図７（ｂ）の矢印に示すように、直交する直線偏光状態を、情報信号の“０”と“１”に割り当てている。従来の光伝送装置では、図７（ｃ）の点線で示すような、所定の閾値を設け、受信信号が当該閾値となる瞬間を検出することにより、クロックを抽出していた。
【特許文献１】特開平１０−１９０５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来のＰＬＬ回路を用いた構成では、光電気変換後の電気信号からクロック信号を抽出しており、高精度で安定した回路や電源が必要という課題を有していた。また、前記従来のクロック信号を独立して送信する構成では、クロック専用に一部の偏光状態を占有してしまうため、偏光状態の利用効率を大幅に下げてしまうという課題を有していた。また、図７（ｄ）に示すように、偏光変調器のドリフトによって、信号レベルが変動してしまう環境では、中心レベルに対応すべき所望の閾値レベルも変動してしまい、クロック抽出がより困難となる。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、安定かつ簡素な光学部品を用いるとともに、情報信号以外には偏光状態を占有することなく、より急峻なタイミングパルスを生成することができる、偏光変調を用いた光伝送装置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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の偏光変調を用いた光伝送装置は、情報信号に基づいて、第１から第Ｍ（Ｍ：３以上の自然数）の偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する光送信部と、光送信部から出力された偏光変調信号から、第１から第Ｍの偏光状態の光を分離して出力する偏光分離部と、偏光分離部に対応して接続され、第ｋ（ｋ：Ｍまでの自然数）の偏光状態の光を光電気変換し、第ｋの受信信号として出力する受光部を少なくとも１つ備え、光分岐部から出力された偏光変調信号の偏光状態を検出し、タイミング信号を出力する偏光状態検出部と、受光部から出力された受信信号を、偏光状態検出部から出力されたタイミング信号を基準に識別することにより、情報信号を再生する識別部を備える。
【０００９】
また、情報信号に基づいて、第１と第２の偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する光送信部と、光送信部から出力された偏光変調信号から、第１と第２の偏光状態の光を分離して出力する偏光分離部と、偏光分離部に対応して接続され、第１または第２の偏光状態の光を光電気変換し、それぞれ第１または第２の受信信号として出力する受光部を少なくとも１つ備え、光分岐部から出力された偏光変調信号の偏光状態を検出し、タイミング信号を出力する偏光状態検出部と、受光部から出力された受信信号を、前記偏光状態検出部から出力されたタイミング信号を基準に識別することにより、情報信号を再生する識別部を備える。
【００１０】
例えば、光送信部は、連続光を出力する光源と、光源から出力された連続光を、情報信号に基づいて、外部変調方式により、第１から第Ｍの偏光状態の光に変調して、偏光変調信号として出力する偏光変調部で構成される。
【００１１】
例えば、光送信部は、情報信号に基づいて、直接変調方式により、第１から第Ｍの偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する変調光源で構成される。
【００１２】
例えば、光送信部は、第１と第２の偏光状態として、直交する直線偏光を用い、偏光状態検出部は、前記偏光変調信号の円偏光状態を検出する円偏光検出部で構成される。
【００１３】
例えば、前記光送信部は、前記第１と第２の偏光状態として、直交する円偏光の状態を用い、偏光状態検出部は、前記偏光変調信号の直線偏光状態を検出する直線偏光検出部で構成される。
【００１４】
例えば、円偏光検出部は、偏光変調信号の偏光方向に対して約４５度の傾きをなす偏光子により構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の偏光変調を用いた光伝送装置によれば、安定かつ簡素な光学部品を用いて、光処理によってクロック信号を抽出できるので、より急峻なクロック信号を生成することができ、高い同期性能、すなわち高い光伝送品質を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１：２値の直線偏光）
図１は、本発明の実施の形態１における偏光変調を用いた光伝送装置の構成を示すブロック図である。図１において、光伝送装置は、送信部１０a、光伝送路１３、及び受信部１０ｂで構成されている。送信部１０ａは、さらに、光源１１と偏光変調部１２で構成されている。受信部１０ｂは、さらに、光分岐部１４と、偏光分離部１５と、第１と第２の受光部１６ａと１６ｂ、偏光状態検出部１７、及び識別部１８で構成されている。
【００１８】
光送信部１０ａにおいて、光源１１は連続光を出力する。偏光変調部１２は、情報信号に基づいて、第１と第２の偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する。受信部１０ｂにおいて、光分岐部１４は、光伝送路１３を介して伝送された偏光変調信号を分岐して出力する。偏光分離部１５は、光分岐部１４から出力された偏光変調信号から、第１と第２の偏光状態の光を分離して出力する。第１の受光部１６ａは、偏光分離部１５に対応して接続され、第１の偏光状態の光を光電気変換し、第１の受信信号として出力する。第２の受光部の動作は、第１の受光部の動作に準ずる。偏光状態検出部１７は、光分岐部１４から出力された偏光変調信号の偏光状態を検出し、タイミング信号として出力する。識別部１８は、第１の受光部１６ａから出力された受信信号を、偏光状態検出部１７から出力されたタイミング信号（パルス）を基準に識別することにより、情報信号を再生する。
【００１９】
なお、図１は、外部変調方式に基づいた偏光変調を用いた光伝送装置の構成を示したが、図２に示すように、直接変調方式に基づいた偏光変調を用いた光伝送装置であってもよい。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図２において、変調光源２２は、情報信号に基づいて、直接変調方式により、第１と第２の偏光状態の光を発生し、偏光変調信号として出力する。つまり、偏光変調信号を発生する動作として、図２の変調光源２２は、図１の送信部１０ａとほぼ同様の役割を示すものである。
【００２０】
なお、本実施の形態において、第１と第２の受光部１６ａと１６ｂを設けたが、図５に示すように、どちらか一方としても良い。
【００２１】
つづいて、図３に示した光伝送装置の信号の様子を用いて、動作の説明をする。図３（ａ）から(ｄ)は、それぞれ、情報信号、偏光変調信号、タイミング信号、及び受信信号の一例を示す。ここで、直線型の矢印は、直線偏光を示し、円型の矢印は円偏光を示す。図３（ｂ）に示すように、偏光変調部１２または変調光源２２が出力する偏光変調信号は、情報信号の“０”と“１”に対応して、直交する直線偏光状態となるように変調を施す。紙面に対して垂直方向に光が進むとして、情報“０”の時は、上下向きの矢印に示した偏光状態に、情報“１”の時は左右向きの矢印に示した偏光状態に対応する。但し、図１の偏光変調部１２または図２の変調光源２２の性質として、直線偏光のまま、上下向きから左右向きに偏光状態を遷移することは難しく、円偏光を経由する。このような性質を有する偏光変調器の具体例として、導波路型偏光変調器がある。（偏光スクランブラとも呼ばれる。）その動作は、直線偏光を２分岐してそれぞれに光位相変調を施すことによって、位相差を生じさせ、それらを合波して出力することによって、任意の偏光状態の光を出力する。そこで、本発明において、偏光状態検出部１７は、図３（ｃ）が示すように、円偏光となる瞬間を検出すれば、タイミング信号として出力することができる。
【００２２】
具体的な円偏光の検出手段としては、偏光変調信号の偏光方向に対して約４５度の傾きをなす偏光子を用い、その光出力レベルが最大となる瞬間を検出すれば、円偏光を検出したことと等しくなる。
【００２３】
図３（ｅ）は、図３（ｂ）の偏光変調信号の偏光状態を表すために、ポアンカレ球を示す。ポアンカレ球において、赤道上にある座標は直線偏光を示し、北極に近づくほど右回りの円偏光状態に近づくことを意味する。逆に、南極に近づくほど左回りの円偏光常態に近づくことを意味する。図３（ｂ）で説明したように、偏光変調器はある直線偏光状態（赤道上のある地点Ａ）から、それと直交する直線偏光状態（Ａ地点の地球の真裏地点）に遷移するときに、円偏光（例、北極）を経由する。
【００２４】
以上で説明したように、偏光状態検出部１７は、図３（ｃ）が示すように、円偏光となる瞬間を検出すれば、従来方法のように受信信号レベルを検出することなく、タイミング信号として出力することができる。係る構成によれば、識別部１８は、円偏光検出部により出力されたタイミング信号を基準にして、受信信号を識別することによって、伝送されてきた情報信号を再生することができる。
【００２５】
なお、本発明にかかる偏光変調を用いた光伝送装置は、光ファイバなどの光伝送路を媒体とした光伝送装置に適用できることを説明してきたが、偏光変調器は液晶などの空間光変調器でもよく、光伝送路は自由空間でもよいので、光空間伝送にも応用してもよい。
【００２６】
なお、上記の説明では、直交する直線偏光の組み合わせとして、方位角θ＝０度とθ＝９０度の組み合わせを一例として説明したが、直交しさえすればどのような組み合わせでもかまわない。例えば、θ＝＋４５度とθ＝−４５度の組み合わせでもよい。ここで、方位角の定義は、図１の左下の注釈に記載した。
【００２７】
（実施の形態２：２値の円偏光）
図４は、本発明の実施の形態２の信号の様子を示した図である。光伝送装置の構成としては、実施の形態１と同様に、図１または図２の構成を用いることができる。実施の形態１では２つの直線偏光状態によって情報信号を伝送しているが、実施の形態２では２つの円偏光状態によって情報信号を伝送する点で異なる。
【００２８】
図４（ａ）から(ｄ)は、それぞれ、情報信号、偏光変調信号、タイミング信号、及び受信信号の一例を示す。図３と同様に、直線型の矢印は、直線偏光を示し、円型の矢印は円偏光を示す。図４（ｂ）に示すように、偏光変調部１２または変調光源２２が出力する偏光変調信号は、情報信号の“０”と“１”に対応して、直交する円偏光状態となるように変調を施す。紙面に対して垂直方向に光が進むとして、情報“０”の時は、右回りの円偏光状態に、情報“１”の時は左回りの円偏光状態に対応する。但し、図１の偏光変調部１２または図２の変調光源２２の一般的な性質として、円偏光のまま、右回りから左回りに偏光状態を遷移させることは難しく、必ず直線偏光を経由せざるを得ない。そこで、本発明では、偏光状態検出部１７は、図４（ｃ）が示すように、直線偏光となる瞬間を検出すれば、タイミング信号として出力することができる。
【００２９】
具体的な直線偏光の検出手段としては、偏光子を用い、その光出力レベルが最大となる瞬間を検出すれば、直線偏光を検出したことと等しくなる。
【００３０】
図４（ｅ）は、図４（ｂ）の偏光変調信号の偏光状態を表すために、ポアンカレ球を示す。図４（ｂ）で説明したように、偏光変調器は右回りの円偏光状態（北極）から、それと直交する円偏光状態（南極）に遷移するときに、必ず直線偏光状態（赤道上）を経由する。
【００３１】
以上で説明したように、偏光状態検出部１７は、図４（ｃ）が示すように、直線偏光となる瞬間を検出すれば、従来方法のように受信信号レベルを検出することなく、タイミング信号として出力することができる。係る構成によれば、識別部１８は、直線偏光検出部により出力されたタイミング信号を基準にして、受信信号を識別することによって、伝送されてきた情報信号を再生することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかる偏光変調を用いた光伝送装置は、光ファイバ通信において、高い同期性能を発揮する可能性を有し、光通信装置等として有用である。また液晶などの空間光変調器を用いれば、光空間伝送の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における偏光変調を用いた光伝送装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における偏光変調を用いた光伝送装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における光伝送装置の信号の様子を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２における光伝送装置の信号の様子を示す模式図
【図５】本発明の実施の形態１における偏光変調を用いた光伝送装置の構成図
【図６】従来の偏光変調を用いた光伝送装置の構成図
【図７】従来の偏光変調を用いた光伝送装置の信号の様子を示す模式図
【符号の説明】
【００３４】
１１    光源
１２    偏光変調部
１３    光伝送路
１４    光分岐部
１５    偏光分離部
１６    受光部
１７    偏光状態検出部
１８    識別部
２２    変調光源
【図１】
2007053573.tif 000003
【図２】
2007053573.tif 000004
【図３】
2007053573.tif 000005
【図４】
2007053573.tif 000006
【図５】
2007053573.tif 000007
【図６】
2007053573.tif 000008
【図７】
2007053573.tif 000009