(57)【要約】【課題】広い波長範囲において安定かつ簡易に局発光を再生し、デジタルコヒーレント方式と比べて大幅に消費電力を抑制する。【解決手段】コヒーレント受信器は、入力信号光を増幅する光増幅器１と、光増幅器１によって増幅された信号光を２つに分波する光分波器２と、光分波器２によって分波された一方の信号光から局発光を再生する局発光再生器３と、光分波器２によって分波された他方の信号光と局発光再生器３から出力された局発光とを合波する光合波器４と、光合波器４から出力された光を光電変換する受光器５とを備える。局発光再生器３は、光分波器２によって分波された一方の信号光の２倍の周波数の２次高調波を出力する光周波数逓倍器６と、２次高調波を１／２に分周して局発光を出力する光周波数分周器７とから構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調フォーマットが２値位相変調の入力信号光から信号を復調するコヒーレント受信器において、
入力信号光を２つに分波する光分波器と、
この光分波器によって分波された一方の信号光から局発光を再生する局発光再生器と、
前記光分波器によって分波された他方の信号光と前記局発光再生器から出力された局発光とを合波する光合波器と、
この光合波器から出力された光を光電変換する受光器とを備え、
前記局発光再生器は、前記光分波器によって分波された一方の信号光の２倍の周波数の２次高調波を出力する光周波数逓倍器と、この光周波数逓倍器から出力された２次高調波を１／２に分周して前記局発光を出力する光周波数分周器とから構成されることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項２】
請求項１記載のコヒーレント受信器において、
さらに、前記光分波器によって分波された他方の信号光と前記局発光再生器から出力された局発光との間の位相差を調整する位相シフタを備えることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項３】
請求項１または２記載のコヒーレント受信器において、
前記局発光再生器は、さらに、前記光周波数逓倍器と前記光周波数分周器との間に、前記光周波数逓倍器の出力光のうち前記２次高調波のみを透過させる高域透過フィルタを備えることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコヒーレント受信器において、
前記光分波器と前記光合波器とは、それぞれ光ファイバカプラであり、
前記光周波数逓倍器は、ＰＰＬＮによる２次高調波発生素子であり、
前記光周波数分周器は、ＰＰＬＮによる１／２次分周波発生素子であることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項５】
変調フォーマットが偏波多重４値位相変調の入力信号光から信号を復調するコヒーレント受信器において、
入力信号光をＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する偏波分波器と、
この偏波分波器から出力されたＴＭ偏波の信号光を２つに分波する第１の光分波器と、
前記偏波分波器から出力されたＴＥ偏波の信号光をＴＭ偏波の信号光に変換する偏波回転素子と、
この偏波回転素子から出力されたＴＭ偏波の信号光を２つに分波する第２の光分波器と、
前記第１の光分波器の後に２段直列に接続され、前記第１の光分波器によって分波された一方の信号光から局発光を再生する第１、第２の局発光再生器と、
前記第２の光分波器の後に２段直列に接続され、前記第２の光分波器によって分波された一方の信号光から局発光を再生する第３、第４の局発光再生器と、
前記第１の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第２の局発光再生器から出力された局発光とを合波する第１の光合波器と、
前記第２の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第４の局発光再生器から出力された局発光とを合波する第２の光合波器と、
前記第１の光合波器から出力された光を光電変換する第１の受光器と、
前記第２の光合波器から出力された光を光電変換する第２の受光器とを備え、
各局発光再生器は、入力された信号光の２倍の周波数の２次高調波を出力する光周波数逓倍器と、この光周波数逓倍器から出力された２次高調波を１／２に分周して出力する光周波数分周器とから構成されることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項６】
請求項５記載のコヒーレント受信器において、
さらに、前記第１の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第２の局発光再生器から出力された局発光との間の位相差を調整する第１の位相シフタと、
前記第２の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第４の局発光再生器から出力された局発光との間の位相差を調整する第２の位相シフタとを備えることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項７】
請求項５または６記載のコヒーレント受信器において、
各局発光再生器は、さらに、前記光周波数逓倍器と前記光周波数分周器との間に、前記光周波数逓倍器の出力光のうち前記２次高調波のみを透過させる高域透過フィルタを備えることを特徴とするコヒーレント受信器。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載のコヒーレント受信器において、
前記第１、第２の光分波器と前記第１、第２の光合波器とは、それぞれ光ファイバカプラであり、
前記光周波数逓倍器は、ＰＰＬＮによる２次高調波発生素子であり、
前記光周波数分周器は、ＰＰＬＮによる１／２次分周波発生素子であることを特徴とするコヒーレント受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用などに用いることができる光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光通信に用いられる検波方式としては、局発光を使用するホモダイン検波と、遅延干渉計を用いる遅延検波が利用されている。遅延検波は局発光を必用としないが、ホモダイン検波と比べ受信感度が３ｄＢ劣る。一方、ホモダイン検波では、局発光を再生することが難しく、現在、光電変換後に信号を高速で演算処理して局発光の周波数を推定し、データ信号を復調するデジタルコヒーレント方式が主流となっている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】菊池和朗，“コヒーレント光通信技術の最新動向と展望”，財団法人光産業技術振興協会，オプトニューズ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．４，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、デジタルコヒーレント方式では、演算に非常に大きな電力を要するという問題点があった。一方、デジタルコヒーレント方式が提案される以前に、レーザーへの光注入同期などにより局発光を再生する方法が提案されていたが、この方法では、広い波長範囲において安定かつ簡易に局発光を再生することが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、広い波長範囲において安定かつ簡易に局発光を再生することができ、デジタルコヒーレント方式と比べて大幅に消費電力を抑制することができるコヒーレント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】
【０００６】
本発明は、変調フォーマットが２値位相変調の入力信号光から信号を復調するコヒーレント受信器において、入力信号光を２つに分波する光分波器と、この光分波器によって分波された一方の信号光から局発光を再生する局発光再生器と、前記光分波器によって分波された他方の信号光と前記局発光再生器から出力された局発光とを合波する光合波器と、この光合波器から出力された光を光電変換する受光器とを備え、前記局発光再生器は、前記光分波器によって分波された一方の信号光の２倍の周波数の２次高調波を出力する光周波数逓倍器と、この光周波数逓倍器から出力された２次高調波を１／２に分周して前記局発光を出力する光周波数分周器とから構成されることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のコヒーレント受信器の１構成例は、さらに、前記光分波器によって分波された他方の信号光と前記局発光再生器から出力された局発光との間の位相差を調整する位相シフタを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のコヒーレント受信器の１構成例において、前記局発光再生器は、さらに、前記光周波数逓倍器と前記光周波数分周器との間に、前記光周波数逓倍器の出力光のうち前記２次高調波のみを透過させる高域透過フィルタを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のコヒーレント受信器の１構成例において、前記光分波器と前記光合波器とは、それぞれ光ファイバカプラであり、前記光周波数逓倍器は、ＰＰＬＮによる２次高調波発生素子であり、前記光周波数分周器は、ＰＰＬＮによる１／２次分周波発生素子であることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明は、変調フォーマットが偏波多重４値位相変調の入力信号光から信号を復調するコヒーレント受信器において、入力信号光をＴＥ偏波とＴＭ偏波に分離する偏波分波器と、この偏波分波器から出力されたＴＭ偏波の信号光を２つに分波する第１の光分波器と、前記偏波分波器から出力されたＴＥ偏波の信号光をＴＭ偏波の信号光に変換する偏波回転素子と、この偏波回転素子から出力されたＴＭ偏波の信号光を２つに分波する第２の光分波器と、前記第１の光分波器の後に２段直列に接続され、前記第１の光分波器によって分波された一方の信号光から局発光を再生する第１、第２の局発光再生器と、前記第２の光分波器の後に２段直列に接続され、前記第２の光分波器によって分波された一方の信号光から局発光を再生する第３、第４の局発光再生器と、前記第１の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第２の局発光再生器から出力された局発光とを合波する第１の光合波器と、前記第２の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第４の局発光再生器から出力された局発光とを合波する第２の光合波器と、前記第１の光合波器から出力された光を光電変換する第１の受光器と、前記第２の光合波器から出力された光を光電変換する第２の受光器とを備え、各局発光再生器は、入力された信号光の２倍の周波数の２次高調波を出力する光周波数逓倍器と、この光周波数逓倍器から出力された２次高調波を１／２に分周して出力する光周波数分周器とから構成されることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のコヒーレント受信器の１構成例は、さらに、前記第１の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第２の局発光再生器から出力された局発光との間の位相差を調整する第１の位相シフタと、前記第２の光分波器によって分波された他方の信号光と前記第４の局発光再生器から出力された局発光との間の位相差を調整する第２の位相シフタとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のコヒーレント受信器の１構成例において、各局発光再生器は、さらに、前記光周波数逓倍器と前記光周波数分周器との間に、前記光周波数逓倍器の出力光のうち前記２次高調波のみを透過させる高域透過フィルタを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のコヒーレント受信器の１構成例において、前記第１、第２の光分波器と前記第１、第２の光合波器とは、それぞれ光ファイバカプラであり、前記光周波数逓倍器は、ＰＰＬＮによる２次高調波発生素子であり、前記光周波数分周器は、ＰＰＬＮによる１／２次分周波発生素子であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光分波器と、局発光再生器と、光合波器と、受光器とを設け、局発光再生器を、光周波数逓倍器と、光周波数分周器とから構成することにより、広い波長範囲において安定かつ簡易に局発光を再生することができ、従来のデジタルコヒーレント方式のような演算処理を行う必要がないため、デジタルコヒーレント方式と比べて大幅に消費電力を抑制することができる。本発明では、分散量が大きな場合の分散量補償や、偏波多重された信号を分離するために光電変換後に演算処理を行う場合もあるが、キャリア推定を行う必要がないため処理速度が低く抑えられ、従来のデジタルコヒーレント方式よりも大幅に消費電力が抑制できる。
【００１１】
また、本発明では、偏波分波器と、第１、第２の光分波器と、偏波回転素子と、第１、第２、第３、第４の局発光再生器と、第１、第２の光合波器と、第１、第２の受光器とを設け、各局発光再生器を、光周波数逓倍器と、光周波数分周器とから構成することにより、広い波長範囲において安定かつ簡易に局発光を再生することができ、デジタルコヒーレント方式と比べて大幅に消費電力を抑制することができる。本発明では、分散量が大きな場合の分散量補償や、偏波多重された信号を分離するために光電変換後に演算処理を行う場合もあるが、キャリア推定を行う必要がないため処理速度が低く抑えられ、従来のデジタルコヒーレント方式よりも大幅に消費電力が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコヒーレント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の実施の形態に係るコヒーレント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の実施の形態に係るコヒーレント受信器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るコヒーレント受信器の構成を示すブロック図である。
本実施の形態のコヒーレント受信器は、光増幅器１と、光分波器２と、局発光再生器３と、光合波器４と、受光器５とを有する。局発光再生器３は、少なくとも一組の光周波数逓倍器６と、光周波数分周器７とからなる。
【００１４】
以下、本実施の形態のコヒーレント受信器の動作について説明する。光増幅器１は、入力信号光を増幅する。光分波器２は、光増幅器１によって増幅された信号光を２つに分波する。
光周波数逓倍器６は、光分波器２によって分波された一方の信号光の２倍の周波数の信号光（２次高調波）を出力する。入力信号光の変調フォーマットとして２値位相変調を考えた場合、光周波数逓倍器６によって生成された２次高調波においては、２値の位相が同じ位相となり、変調成分が除去される。
【００１５】
光周波数分周器７は、光周波数逓倍器６から出力された２次高調波を１／２に分周する。これにより、光周波数分周器７から出力される光の周波数は２次高調波の１／２の周波数となるので、入力信号光と同じ周波数で位相が変調されていない光、すなわち局発光が再生される。
【００１６】
光合波器４は、光分波器２によって分波された他方の信号光と光周波数分周器７から出力された局発光とを合波する。これにより、信号光と局発光との干渉が発生する。
フォトダイオード等の受光器５は、光合波器４から出力された光を光電変換し、電気信号を出力する。こうして、局発光を用いて信号を復調するホモダイン検波が行われる。
【００１７】
本実施の形態では、広い波長範囲において安定かつ簡易に局発光を再生することができ、従来のデジタルコヒーレント方式のような演算処理を行う必要がないため、デジタルコヒーレント方式と比べて大幅に消費電力を抑制することができる。
【００１８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係るコヒーレント受信器の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の形態の具体例を示しており、入力信号光の変調フォーマットとして２値位相変調を用いた例を示している。
【００１９】
本実施の形態のコヒーレント受信器は、光増幅器であるエルビウムドープファイバアンプ（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）１０と、光分波器である光ファイバカプラ１１と、局発光再生器１２と、位相シフタ１３と、光合波器である光ファイバカプラ１４と、受光器１５とを有する。局発光再生器１２は、光周波数逓倍器である２次高調波発生素子（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）１６と、高域透過フィルタ１７と、光周波数分周器である１／２次分周波発生素子１８とからなる。２次高調波発生素子１６としては、周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶（Periodically Poled Lithium Niobate：ＰＰＬＮ）による２次高調波発生素子を用い、同様に、１／２次分周波発生素子１８として、ＰＰＬＮによる１／２次分周波発生素子を用いている。
【００２０】
ＥＤＦＡ１０は、入力信号光を増幅する。光ファイバカプラ１１は、ＥＤＦＡ１０によって増幅された信号光を２つに分波する。
２次高調波発生素子１６は、光ファイバカプラ１１によって分波された一方の信号光の２倍の周波数の信号光（２次高調波）を出力する。
【００２１】
高域透過フィルタ１７は、２次高調波発生素子１６の出力光のうち２次高調波のみを透過させる。これにより、局発光の位相雑音を低減し、周波数純度を高めることができる。
１／２次分周波発生素子１８は、高域透過フィルタ１７から出力された２次高調波を１／２に分周して局発光を再生する。
【００２２】
受光器１５から出力される強度変調信号の符号毎のレベルを固定するため、位相シフタ１３は、光ファイバカプラ１１によって分波された他方の信号光と１／２次分周波発生素子１８から出力された局発光との間の位相差を調整する。具体的には、位相シフタ１３は、局発光再生器１２の遅延時間の分だけ、光ファイバカプラ１１からの信号光を遅延させる。
【００２３】
光ファイバカプラ１４は、位相シフタ１３から出力された信号光と１／２次分周波発生素子１８から出力された局発光とを合波する。
受光器１５は、光ファイバカプラ１４から出力された光を光電変換し、電気信号を出力する。こうして、本実施の形態では、変調フォーマットとして２値位相変調を用いた例において、第１の実施の形態で説明した効果を得ることができる。
【００２４】
なお、図示していないが、本実施の形態では予め偏波コントローラを用いるなどして、局発光再生器１２に入る信号光の偏波をＴＭ（Transverse Magnetic）偏波としている。
【００２５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係るコヒーレント受信器の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と異なる例を示しており、入力信号光の変調フォーマットとして偏波多重４値位相変調を用いた例を示している。
【００２６】
本実施の形態のコヒーレント受信器は、光増幅器であるＥＤＦＡ２０と、偏波分波器（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）２１と、光ファイバカプラ２２と、偏波回転素子２３と、光ファイバカプラ２４と、直列に接続された２つの局発光再生器２５，２６と、位相シフタ２７と、光ファイバカプラ２８と、受光器２９と、直列に接続された２つの局発光再生器３０，３１と、位相シフタ３２と、光ファイバカプラ３３と、受光器３４とを有する。各局発光再生器２５，２６，３０，３１の構成は、第２の実施の形態の局発光再生器１２と同じである。
【００２７】
ＥＤＦＡ２０は、入力信号光を増幅する。偏波多重を分離するため、偏波分波器２１は、ＥＤＦＡ２０によって増幅された信号光をＴＥ（Transverse Electric）偏波とＴＭ偏波に分離する。
光ファイバカプラ２２は、偏波分波器２１から出力されたＴＭ偏波の信号光を２つに分波する。偏波回転素子２３は、偏波分波器２１から出力されたＴＥ偏波の信号光をＴＭ偏波の信号光に変換する。光ファイバカプラ２４は、偏波回転素子２３から出力されたＴＭ偏波の信号光を２つに分波する。
【００２８】
各局発光再生器２５，２６，３０，３１の動作は、第２の実施の形態の局発光再生器１２と同じである。本実施の形態では、変調フォーマットが４値位相変調であるため、局発光再生を行うために局発光再生器を２段直列に接続したものを用いる。局発光再生器２５，２６は、光ファイバカプラ２２によって分波された一方の信号光から局発光を再生する。同様に、局発光再生器３０，３１は、光ファイバカプラ２４によって分波された一方の信号光から局発光を再生する。
【００２９】
位相シフタ２７は、光ファイバカプラ２２によって分波された他方の信号光と局発光再生器２６から出力された局発光との間の位相差を調整する。具体的には、位相シフタ２７は、局発光再生器２５の遅延時間と局発光再生器２６の遅延時間とを合わせた時間の分だけ、光ファイバカプラ２２からの信号光を遅延させる。
光ファイバカプラ２８は、位相シフタ２７から出力された信号光と局発光再生器２６から出力された局発光とを合波する。受光器２９は、光ファイバカプラ２８から出力された光を光電変換し、電気信号を出力する。これにより、ＴＭ偏波成分を復調することができる。
【００３０】
位相シフタ３２は、光ファイバカプラ２４によって分波された他方の信号光と局発光再生器３１から出力された局発光との間の位相差を調整する。具体的には、位相シフタ３２は、局発光再生器３０の遅延時間と局発光再生器３１の遅延時間とを合わせた時間の分だけ、光ファイバカプラ２４からの信号光を遅延させる。
光ファイバカプラ３３は、位相シフタ３２から出力された信号光と局発光再生器３１から出力された局発光とを合波する。受光器３４は、光ファイバカプラ３３から出力された光を光電変換し、電気信号を出力する。これにより、ＴＥ偏波成分を復調することができる。
【００３１】
こうして、本実施の形態では、変調フォーマットとして偏波多重４値位相変調を用いた例において、第１の実施の形態で説明した効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、局発光を用いて信号を復調するコヒーレント受信器に適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…光増幅器、２…光分波器、３，１２，２５，２６，３０，３１…局発光再生器、４…光合波器、５，１５，２９，３４…受光器、６…光周波数逓倍器、７…光周波数分周器、１０，２０…エルビウムドープファイバアンプ、１１，１４，２２，２４，２８，３３…光ファイバカプラ、１３，２７，３２…位相シフタ、１６…２次高調波発生素子、１７…高域透過フィルタ、１８…１／２次分周波発生素子、２１…偏波分波器、２３…偏波回転素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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