(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＱＰＳＫ変調方式など、位相変化を変調信号として用いる通信方式に使用される光復調器であって、温度依存周波数シフトを抑制し、温度変化に対する耐性の高い光復調器を提供する。【解決手段】入力された差動位相偏移変調光信号ａを、分岐合波部ＢＳにて参照光信号ａ１と物体光信号ａ２とに分岐し、所定の光路長差を有する第１の光路及び第２の光路をそれぞれ伝播させ、分岐合波部にて合波することで、差動位相偏移変調光信号を復調する復調器において、分岐合波部と第１の反射部との間、及び分岐合波部と第２の反射部との間は、共に、同一材質又は略同一の熱膨張係数を有する材質で構成されるスペーサＳＰ１，ＳＰ２で光路長が調整され、第１の光路には、スペーサの熱膨張による第１の光路と第２の光路との間の遅延量の変化を相殺する第１の遅延量相殺部１を設けた。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された差動位相偏移変調光信号を、分岐合波部にて参照光信号と物体光信号とに分岐し、該参照光信号は、分岐後、第１の反射部で反射された後に該分岐合波部に再び入射する第１の光路を伝播し、該物体光信号は、分岐後、第２の反射部で反射された後に該分岐合波部に再び入射する第２の光路を伝播し、該第２の光路の光路長は、該第１の光路の光路長に対して、光信号の略１シンボル分に相当する遅延量を有するよう長く調整され、該分岐合波部に再び入射された該参照光信号と該物体光信号は合波され、合波された光信号に基づき、差動位相偏移変調光信号を復調する光復調器において、
該分岐合波部と該第１の反射部との間、及び該分岐合波部と該第２の反射部との間は、共に、同一材質又は略同一の熱膨張係数を有する材質で構成されるスペーサで光路長が調整され、
該第１の光路には、該スペーサの熱膨張による該第１の光路と該第２の光路との間の遅延量の変化を相殺する第１の遅延量相殺部を設けたことを特徴とする光復調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光復調器において、該第１の光路又は該第２の光路の一方に、可変の遅延量を与える可変遅延調整部を設け、他方に、該可変遅延調整部と同一材質又は略同一の対温度屈折率変化量を有する材質で構成される第２の遅延量相殺部を設けたことを特徴とする光復調器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光復調器において、該第１の遅延量相殺部は、光透過型であることを特徴とする光復調器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光復調器において、該分岐合波部は、単一の偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光復調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光復調器に関し、特に、ＤＱＰＳＫ変調方式など、位相変化を変調信号として使用する通信方式における光復調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信トラフィックの増大に伴い、高速・大容量化が求められる次世代長距離大容量光通信システムでは、多値変復調符号化技術の導入が検討されている。その代表的なものとして、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ変調，Differential Phase Shift keying）方式や差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ変調，Differential Quadrature Phase Shift keying）方式などがある。これらの方式では、従来の２値強度変調（ＯＯＫ）方式と比べ、信号帯域が狭く、周波数利用効率の向上や伝送距離の拡大が実現できるほか、高感度化も期待できる。
【０００３】
ＤＰＳＫ変調方式やＤＱＰＳＫ変調方式など、位相の差分を変調信号として使用する通信方式においては、光復調器における復調方法は、一般的に、物体光と参照光の合波により達成される。図１はＤＰＳＫ変調方式、図２はＤＱＰＳＫ変調方式における、各々の復調方式を示すブロックである。
【０００４】
本出願人は、特許文献１などにおいて、これらの光復調器を空間光学系で構成することを提案している。図３は、このような空間光学系の一部を示すマイケルソン干渉計の斜視図であり、図４は、図３の空間光学系の平面図を示している。
【０００５】
ビームスプリッタＢＳにより、信号光ａは、参照光ａ１と物体光ａ２に分岐し、参照光ａ１は、ブリズムミラーによる反射部Ｍ１で反射し、再度、ビームスプリッタＢＳに入射する。他方、物体光ａ２は、他の反射部Ｍ２で反射し、再度、ビームスプリッタＢＳに入射する。参照光ａ１の光路長と物体光ａ２の光路長とは、物体光ａ１の方が１シンボル（ｓｙｍｂｏｌ）分程度長くなるよう設定されている。
【０００６】
そして、ビームスプリッタＢＳに再入射した参照光ａ１と物体光ａ２は、互いに干渉し、復調光ａ’となって出力される。このように、ＤＰＳＫ変調方式やＤＱＰＳＫ変調方式は共に、ビームスプリッタにより物体光と参照光に分岐された光が、同じビームスプリッタにより合波するよう構成できる。そして、この時の物体光と参照光の位相差により、光の干渉状態がかわり、強度信号として出力される。
【０００７】
また、ＤＰＳＫ変調方式やＤＱＰＳＫ変調方式は、物体光と参照光の光路長差が１シンボル相当となるように設定されており、例えば２０Ｇｂｐｓの光信号を復調するためには、１５ｍｍ程度の光路長差が必要となる。
【０００８】
図３又は４に示すような、空間光学系を用いた干渉計では、物体光と参照光の光路長差は、ビームスプリッタＢＳと各反射部Ｍ１，Ｍ２との間に設けられた、エアギャップスペーサＳＰ１，ＳＰ２の長さにより決定される。
【０００９】
このため、光復調器の周囲環境の温度変化が発生した場合、エアギャップスペーサＳＰ１，ＳＰ２は熱膨張又は熱収縮する。しかも、各スペーサの伸び縮み量は、スペーサ毎の長さに比例するため、物体光と参照光の光路長差は温度によって変化する。その量は、１シンボル（ｓｙｍｂｏｌ）に対しては、ほとんど無視できる長さであるが、位相に対しては、無視できない長さとなる。
【００１０】
例えば、ＤＰＳＫ変調方式による光復調器を２０Ｇｂｐｓで駆動する場合には、エアギャップスペーサの材質にホウケイ酸クラウン光学ガラス（ＢＫ７）を使用すると、温度変化による位相変化量は約１．４ＧＨｚ／℃となる。これは、１℃の温度変化により、制御ポイントが１．４ＧＨｚシフトすることを意味している。この量を温度依存周波数シフト（ＴＤＦＳ，Temperature-dependent frequency shift）と呼び、光復調器の制御を困難にする要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特願２０１０−８２１８８号（出願日２０１０年３月３１日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、ＤＱＰＳＫ変調方式など、位相変化を変調信号として用いる通信方式に使用される光復調器であって、温度依存周波数シフトを抑制し、温度変化に対する耐性の高い光復調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、入力された差動位相偏移変調光信号を、分岐合波部にて参照光信号と物体光信号とに分岐し、該参照光信号は、分岐後、第１の反射部で反射された後に該分岐合波部に再び入射する第１の光路を伝播し、該物体光信号は、分岐後、第２の反射部で反射された後に該分岐合波部に再び入射する第２の光路を伝播し、該第２の光路の光路長は、該第１の光路の光路長に対して、光信号の略１シンボル分に相当する遅延量を有するよう長く調整され、該分岐合波部に再び入射された該参照光信号と該物体光信号は合波され、合波された光信号に基づき、差動位相偏移変調光信号を復調する光復調器において、該分岐合波部と該第１の反射部との間、及び該分岐合波部と該第２の反射部との間は、共に、同一材質又は略同一の熱膨張係数を有する材質で構成されるスペーサで光路長が調整され、該第１の光路には、該スペーサの熱膨張による該第１の光路と該第２の光路との間の遅延量の変化を相殺する第１の遅延量相殺部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光復調器において、該第１の光路又は該第２の光路の一方に、可変の遅延量を与える可変遅延調整部を設け、他方に、該可変遅延調整部と同一材質又は略同一の対温度屈折率変化量を有する材質で構成される第２の遅延量相殺部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の光復調器において、該第１の遅延量相殺部は、光透過型であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の光復調器において、該分岐合波部は、単一の偏光ビームスプリッタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明により、入力された差動位相偏移変調光信号を、分岐合波部にて参照光信号と物体光信号とに分岐し、該参照光信号は、分岐後、第１の反射部で反射された後に該分岐合波部に再び入射する第１の光路を伝播し、該物体光信号は、分岐後、第２の反射部で反射された後に該分岐合波部に再び入射する第２の光路を伝播し、該第２の光路の光路長は、該第１の光路の光路長に対して、光信号の略１シンボル分に相当する遅延量を有するよう長く調整され、該分岐合波部に再び入射された該参照光信号と該物体光信号は合波され、合波された光信号に基づき、差動位相偏移変調光信号を復調する光復調器において、該分岐合波部と該第１の反射部との間、及び該分岐合波部と該第２の反射部との間は、共に、同一材質又は略同一の熱膨張係数を有する材質で構成されるスペーサで光路長が調整され、該第１の光路には、該スペーサの熱膨張による該第１の光路と該第２の光路との間の遅延量の変化を相殺する第１の遅延量相殺部を設けるため、温度変化によるスペーサが熱膨張（熱収縮を含む）して、第１の光路と第２の光路との間に不要な遅延量変化が発生しても、第１の遅延量相殺部により、当該遅延量変化を相殺するよう働くため、結果として温度変化に伴う不要な遅延量変化の発生を抑制することが可能となり、温度変化に対する耐性の高い光復調器を提供することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明により、第１の光路又は第２の光路の一方に、可変の遅延量を与える可変遅延調整部を設け、他方に、該可変遅延調整部と同一材質又は略同一の対温度屈折率変化量を有する材質で構成される第２の遅延量相殺部を設けたことにより、第１の光路と第２の光路との間の必要な遅延量を常に最適に制御するため、可変遅延調整部が機能する。しかも、可変遅延調整部自体も環境温度の変化により熱膨張するため、第２の遅延量相殺部により、該可変遅延調整部の環境温度に伴う不要な遅延量変化を相殺することが可能となる。なお、可変遅延調整部が自分自身の遅延量変化も補償するよう制御することも可能であるが、その場合には補償量も大きくなる上、制御も複雑化する。上述した第２の遅延量相殺部を設けることで、環境温度変化に伴う可変遅延調整部自体の遅延量変化については、第２の遅延量相殺部で自動的に補償されるため、可変遅延調整部の補償量も少なく、制御も単純化することが可能となる。
【００１９】
請求項３に係る発明により、第１の遅延量相殺部は、光透過型であるため、第１の光路又は第２の光路のいずれかの光路中に配置するだけで、不要な遅延量変化を容易に相殺することが可能となる。
【００２０】
請求項４に係る発明により、分岐合波部は、単一の偏光ビームスプリッタであるため、空間光学系をよりコンパクトに構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明が適用されるＤＰＳＫ変調方式の復調方法を説明する概略図である。
【図２】本発明が適用されるＤＱＰＳＫ変調方式の復調方法を説明する概略図である。
【図３】光復調器の一部を空間光学系で構成した場合の斜視図である。
【図４】図３に示す空間光学系の平面図である。
【図５】本発明の光復調器の一例を説明する斜視図である。
【図６】図５に示す空間光学系の平面図である。
【図７】本発明の光復調器の他の例を説明する空間光学系の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の光復調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
図５は、本発明の光復調器の一例を示す空間光学系の斜視図であり、図６はその平面図である。
【００２３】
本発明の光復調器は、図５又は６に示すように、入力された差動位相偏移変調光信号ａを、分岐合波部ＢＳにて参照光信号ａ１と物体光信号ａ２とに分岐し、該参照光信号ａ１は、分岐後、第１の反射部Ｍ１で反射された後に該分岐合波部ＢＳに再び入射する第１の光路を伝播し、該物体光信号ａ２は、分岐後、第２の反射部Ｍ２で反射された後に該分岐合波部ＢＳに再び入射する第２の光路を伝播し、該第２の光路の光路長は、該第１の光路の光路長に対して、光信号の略１シンボル分に相当する遅延量を有するよう長く調整され、該分岐合波部に再び入射された該参照光信号と該物体光信号は合波され、合波された光信号に基づき、差動位相偏移変調光信号を復調する光復調器において、該分岐合波部と該第１の反射部との間、及び該分岐合波部と該第２の反射部との間は、共に、同一材質又は略同一の熱膨張係数を有する材質で構成されるスペーサＳＰ１，ＳＰ２で光路長が調整され、該第１の光路には、該スペーサの熱膨張による該第１の光路と該第２の光路との間の遅延量の変化を相殺する第１の遅延量相殺部１を設けたことを特徴とする。
【００２４】
分岐合波部としては、ビームスプリッタが利用可能であるが、参照光と物体光との間で偏波面が異なるよう調整したり、偏波無依存の光復調器などを構成する際には、偏光ビームスプリッタが好適に利用可能である。また、第１又は２の反射部Ｍ１，Ｍ２には、コーナープリズムを利用している。
【００２５】
ビームスプリッタＢＳと各反射部Ｍ１，Ｍ２との間の距離を設定するスペーサＳＰ１，ＳＰ２には、ホウケイ酸クラウン光学ガラス（ＢＫ７）などの光学部品を構成する材料と熱膨張差の少ない材料が好適に利用可能である。なお、本発明は、スペーサが構成する間隔の熱膨張（熱収縮を含む）に起因する温度依存周波数シフトを抑制することを目的としているが、当該スペーサに熱膨張が少ない材料を使用することが好ましいことは、言うまでもない。
【００２６】
長さの異なる２つのスペーサＳＰ１，ＳＰ２が存在するため、両者が環境温度変化によって熱膨張し、その結果、不要な遅延量変化が発生する。本発明の光復調器の特徴は、このような不要な遅延量変化を抑制するため、図５又は６に示すように、第１の光路である参照光ａ１側、つまり、長さの短いスペーサＳＰ１に第１の遅延量相殺部１を設けている。
【００２７】
第１の遅延量相殺部１としては、光透過型の材料で構成することが好ましい。光透過型である場合には、図５又は６に示すように、光路中に挿入することで、容易に第１の遅延量相殺部１を配置することができる。具体的な材料としては、スペーサを構成する材料よりも屈折率の温度依存性が大きな材料であり、光透過性のある、例えば、単結晶シリコンなどが利用可能である。
【００２８】
仮に、参考光ａ１と物体光ａ２との光路長差を１５ｍｍ程度とすると、スペーサＳＰ１及びＳＰ２との長さの差が、当該光路長差の半分７．５ｍｍ程度となる。スペーサをＢＫ７で構成し、第１の遅延量相殺部１を単結晶シリコンで構成する場合には、単結晶シリコンの厚みは、約０．３５ｍｍ程度あれば十分である。
【００２９】
次に、本発明の光復調器の他の実施例について、図７を用いて説明する。
本発明の光復調器は、第１の光路又は第２の光路の一方（図７では、物体光ａ２となる第２の光路）に、可変の遅延量を与える可変遅延調整部２を設け、他方に、該可変遅延調整部と同一材質又は略同一の対温度屈折率変化量を有する材質で構成される第２の遅延量相殺部３を設けている。
【００３０】
光復調器の実装時の各光路長のばらつきや、スペーサＳＰ１，ＳＰ２などの公差、さらには使用する波長特性等の影響を補正するため、第１の光路又は第２の光路のいずれかに、光路長（又は遅延量）を最適に制御するため可変遅延調整部２が設けられている。
【００３１】
可変遅延調整部２としては、屈折率に温度依存性がある材料が使用され、当該材料に加温又は冷却するヒーター／クーラーが取り付けられている。または、当該材料の近傍にヒーター／クーラーを配置し、当該材料を加熱又は冷却することも可能である。このようなヒーター／クーラーにより、可変遅延調整部の光学材料の温度を調整し、光路長を変化させ、復調ポイントを制御している。可変遅延調整部２の材料としては、単結晶シリコンが利用される。
【００３２】
図７の実施例の特徴は、可変遅延調整部２が配置された光路とは異なる光路（参照光ａ１である第１の光路）に第２の遅延量相殺部３を配置している。一般に、可変遅延調整部自体も環境温度の変化により熱膨張することにより、可変遅延調整部のみで遅延量変化を調整するには、補償量も大きくなる上、制御も複雑化する。このため、可変遅延調整部と同一材質又は略同一の対温度屈折率変化量を有する材質で構成される第２の遅延量相殺部３を別途配置している。このように、互いの光路上に同じ光学部品（可変遅延調整部と第２の遅延量相殺部）が配置されるため、環境温度の変化による、これらの光学部品の熱膨張の影響をキャンセルすることができる。
【００３３】
可変遅延調整部や第２の遅延量相殺部としては、例えば、約０．３５ｍｍの厚みの単結晶シリコン板を用いることができる。当然、上述した第１の遅延量相殺部と第２の遅延量相殺部を同じ材料で構成する際には、両者を一体的に構成し、例えば、０．７ｍｍ厚の単結晶シリコン板を配置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、ＤＱＰＳＫ変調方式など、位相変化を変調信号として用いる通信方式に使用される光復調器であって、温度依存周波数シフトを抑制し、温度変化に対する耐性の高い光復調器を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１の遅延量相殺部
２  可変遅延調整部
３  第２の遅延量相殺部
ＢＳ  ビームスプリッタ
Ｍ１，Ｍ２  反射部
ＳＰ１，ＳＰ２  スペーサ
【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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