(57)【要約】【課題】コヒーレント光受信器において、光信号と局発光との周波数差が大きく生じても、周波数変動を検出することができ、局発光の周波数を制御することができる自動周波数制御回路を提供する。【解決手段】自動周波数制御回路において、第一周波数弁別器は、光送信器から入力した光信号から変換された第一電気信号に基づいて第一電気信号の周波数に対応する第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力する。第二周波数弁別器は、光信号から変換された第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて第二電気信号の周波数に対応する第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力する。電圧検出器は、第一出力電圧に基づいてスイッチを制御し、第一出力電圧及び第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、局発光源が出力する局発光の周波数を、光信号と同一周波数、または、光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。【選択図】図１
2016192626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信器から入力した光信号から電気信号に変換された第一電気信号に基づいて前記第一電気信号の周波数と、周波数と出力電圧との対応関係を示す第一対応関係とに基づいて、第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力する第一周波数弁別器と、
前記光信号から電気信号に変換された前記第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて前記第二電気信号の周波数と、前記第一対応関係における周波数よりも広い周波数範囲の周波数と前記第一対応関係における出力電圧と同一の出力電圧範囲の出力電圧との対応関係を示す第二対応関係とに基づいて、第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力する第二周波数弁別器と、
前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の少なくとも一方に基づいて、スイッチを制御し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、前記局発光源が出力する局発光の周波数を、前記光信号と同一周波数、または、前記光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する電圧検出器と、
を備える自動周波数制御回路。
【請求項２】
前記第一周波数弁別器は、前記第一電気信号の標準周波数として想定される周波数を前記第一周波数弁別器の検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の前記第一電気信号を入力した場合に基準電圧を出力し、前記中心周波数よりも低周波数の前記第一電気信号を入力する際に、前記第一電気信号が低周波数になるにつれて前記基準電圧から第一の単調減少する出力電圧を出力し、前記中心周波数よりも高周波数の前記第一電気信号を入力する際に、前記第一電気信号が高周波数になるにつれて前記基準電圧から第一の単調増加する出力電圧を出力し、
前記第二周波数弁別器は、前記中心周波数を前記第二周波数弁別器の検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の前記第二電気信号を入力した場合に前記基準電圧を出力し、前記中心周波数よりも低周波数の前記第二電気信号を入力する際に、前記第二電気信号が低周波数になるにつれて前記基準電圧から前記第一の単調増加よりも緩やかに第二の単調増加する出力電圧を出力し、前記中心周波数よりも高周波数の前記第二電気信号を入力する際に、前記第二電気信号が高周波数になるにつれて前記基準電圧から前記第一の単調減少よりも緩やかに第二の単調減少する出力電圧を出力する、
請求項１に記載の自動周波数制御回路。
【請求項３】
前記第一周波数弁別器は、前記第一電気信号の標準周波数として想定される周波数を前記第一周波数弁別器の検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の前記第一電気信号を入力した場合に基準電圧を出力し、前記中心周波数よりも低周波数の前記第一電気信号を入力する際に、前記第一電気信号が低周波数になるにつれて前記基準電圧から第一の単調増加する出力電圧を出力し、前記中心周波数よりも高周波数の前記第一電気信号を入力する際に、前記第一電気信号が高周波数になるにつれて前記基準電圧から第一の単調減少する出力電圧を出力し、
前記第二周波数弁別器は、前記中心周波数を前記第二周波数弁別器の検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の前記第二電気信号を入力した場合に前記基準電圧を出力し、前記中心周波数よりも低周波数の前記第二電気信号を入力する際に、前記第二電気信号が低周波数になるにつれて前記基準電圧から前記第一の単調減少よりも緩やかに第二の単調減少する出力電圧を出力し、前記中心周波数よりも高周波数の前記第二電気信号を入力する際に、前記第二電気信号が高周波数になるにつれて前記基準電圧から前記第一の単調増加よりも緩やかに第二の単調増加する出力電圧を出力する、
請求項１に記載の自動周波数制御回路。
【請求項４】
所望の発振周波数の発信信号を生成し出力する発振器と、
前記発振器が出力する発信信号と前記第二電気信号とに基づいて、前記第二電気信号とは異なる周波数の電気信号を生成し、前記第二電気信号の代わりに前記第二周波数弁別器に出力する電気ミキサと、
を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載の自動周波数制御回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の自動周波数制御回路と、
前記自動周波数制御回路による制御に基づいて、光送信器から入力した光信号の復調に適した周波数の局発光を出力する局発光源と、
を備える光受信器。
【請求項６】
光送信器から入力した光信号から電気信号に変換された第一電気信号に基づいて前記第一電気信号の周波数と、周波数と出力電圧との対応関係を示す第一対応関係とに基づいて、第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力し、
前記光信号から電気信号に変換された前記第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて前記第二電気信号の周波数と、前記第一対応関係における周波数よりも広い周波数範囲の周波数と前記第一対応関係における出力電圧と同一の出力電圧範囲の出力電圧との対応関係を示す第二対応関係とに基づいて、第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力し、
前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の少なくとも一方に基づいて、スイッチを制御し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、前記局発光源が出力する局発光の周波数を、前記光信号と同一周波数、または、前記光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する、制御方法。
【請求項７】
コンピュータを、
光送信器から入力した光信号から電気信号に変換された第一電気信号に基づいて前記第一電気信号の周波数と、周波数と出力電圧との対応関係を示す第一対応関係とに基づいて、第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力する第一周波数弁別手段、
前記光信号から電気信号に変換された前記第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて前記第二電気信号の周波数と、前記第一対応関係における周波数よりも広い周波数範囲の周波数と前記第一対応関係における出力電圧と同一の出力電圧範囲の出力電圧との対応関係を示す第二対応関係とに基づいて、第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力する第二周波数弁別手段、
前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の少なくとも一方に基づいて、スイッチを制御し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、前記局発光源が出力する局発光の周波数を、前記光信号と同一周波数、または、前記光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する電圧検出手段、
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動周波数制御回路、光受信器、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレントな光は、長距離通信に使用されることがある。
特許文献１には、関連する技術として、コヒーレントな光の１つであるレーザ光を用いた通信に関する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１６９１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コヒーレントな光を用いる通信システムの受信器では、入力した光信号と、自装置内に備えられた発光源（以下、「局発光源」）が出力する局発光とを混合し、混合した光に基づいて光信号を復調することがある。このとき、入力した光信号と局発光とのそれぞれの周波数が安定していることが望ましく、入力した光信号と局発光との周波数差が、受信器で復調可能な周波数範囲内にあることが必要である。
しかしながら、通信システムの送信器と受信器が相対的に移動する、例えば、衛星間、または、衛星と地上間での空間光伝送方式を用いる通信においてコヒーレントな光を用いる場合、送信器から送信される光信号の周波数がドップラー効果によって変動する。そのため、受信器が入力した光信号と局発光との周波数差が生じ、受信器において局発光源が出力する局発光の周波数を安定させることができず、入力した光信号の復調が困難となり、光信号を復調できなくなる可能性がある。
【０００５】
そこでこの発明は、上記の課題を解決することのできる自動周波数制御回路、光受信器、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、光送信器から入力した光信号から電気信号に変換された第一電気信号に基づいて前記第一電気信号の周波数と、周波数と出力電圧との対応関係を示す第一対応関係とに基づいて、第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力する第一周波数弁別器と、前記光信号から電気信号に変換された前記第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて前記第二電気信号の周波数と、前記第一対応関係における周波数よりも広い周波数範囲の周波数と前記第一対応関係における出力電圧と同一の出力電圧範囲の出力電圧との対応関係を示す第二対応関係とに基づいて、第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力する第二周波数弁別器と、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の少なくとも一方に基づいて、スイッチを制御し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、前記局発光源が出力する局発光の周波数を、前記光信号と同一周波数、または、前記光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する電圧検出器と、を備える自動周波数制御回路である。
【０００７】
また、本発明は、上述の自動周波数制御回路と、前記自動周波数制御回路による制御に基づいて、光送信器から入力した光信号の復調に適した周波数の局発光を出力する局発光源と、を備える光受信器
【０００８】
また、本発明は、光送信器から入力した光信号から電気信号に変換された第一電気信号に基づいて前記第一電気信号の周波数と、周波数と出力電圧との対応関係を示す第一対応関係とに基づいて、第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力し、前記光信号から電気信号に変換された前記第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて前記第二電気信号の周波数と、前記第一対応関係における周波数よりも広い周波数範囲の周波数と前記第一対応関係における出力電圧と同一の出力電圧範囲の出力電圧との対応関係を示す第二対応関係とに基づいて、第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の少なくとも一方に基づいて、スイッチを制御し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、前記局発光源が出力する局発光の周波数を、前記光信号と同一周波数、または、前記光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する、制御方法である。
【０００９】
また、本発明は、コンピュータを、光送信器から入力した光信号から電気信号に変換された第一電気信号に基づいて前記第一電気信号の周波数と、周波数と出力電圧との対応関係を示す第一対応関係とに基づいて、第一出力電圧を生成し、生成した第一出力電圧を出力する第一周波数弁別手段、前記光信号から電気信号に変換された前記第一電気信号と同一周波数の第二電気信号に基づいて前記第二電気信号の周波数と、前記第一対応関係における周波数よりも広い周波数範囲の周波数と前記第一対応関係における出力電圧と同一の出力電圧範囲の出力電圧との対応関係を示す第二対応関係とに基づいて、第二出力電圧を生成し、生成した第二出力電圧を出力する第二周波数弁別手段、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の少なくとも一方に基づいて、スイッチを制御し、前記第一出力電圧及び前記第二出力電圧の何れか一方を局発光源に出力し、前記局発光源が出力する局発光の周波数を、前記光信号と同一周波数、または、前記光信号の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する電圧検出手段、として機能させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の自動周波数制御回路の処理により、コヒーレント光受信器において、光信号と局発光との周波数差が大きく生じても、周波数変動を検出することができ、局発光の周波数を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一の実施形態によるコヒーレント光受信器の構成を示す図である。
【図２】本実施形態による第一周波数弁別器及び第二周波数弁別器の周波数特性を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態によるコヒーレント光受信器の構成を示す図である。
【図４】本発明の第三の実施形態によるコヒーレント光受信器の構成を示す図である。
【図５】本実施形態による第一周波数弁別器及び第二周波数弁別器の周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の自動周波数制御回路の最小構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態によるコヒーレント光受信器の構成を示す図である。
本実施形態によるコヒーレント光受信器１は、局発光源１０３と、光ミキサ１０４と、第一バランスト受信部１０６ａと、第二バランスト受信部１０６ｂと、第一復調器１０８ａと、第二復調器１０８ｂと、自動周波数制御回路（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下「ＡＦＣ回路」）１１５と、を備える。
【００１３】
ＡＦＣ回路１１５は、第一周波数弁別器１１０ａと、第二周波数弁別器１１０ｂと、差動アンプ１１１と、ループフィルタ１１２と、電圧検出器１１３と、スイッチ１１４と、を備える。
【００１４】
局発光源１０３の出力は、光ミキサ１０４の２つの入力のうちの１つに接続される。
光ミキサ１０４の４つの出力のうちの１つは、第一バランスト受信部１０６ａの２つの入力のうちの１つに接続される。光ミキサ１０４の４つの出力のうちの別の１つは、第一バランスト受信部１０６ａの２つの入力のうちの別の１つに接続される。光ミキサ１０４の４つの出力のうちの別の１つは、第二バランスト受信部１０６ｂの２つの入力のうちの１つに接続される。光ミキサ１０４の４つの出力のうちの別の１つは、第二バランスト受信部１０６ｂの２つの入力のうちの別の１つに接続される。
【００１５】
第一バランスト受信部１０６ａの出力は、第一復調器１０８ａの入力と、第一周波数弁別器１１０ａの入力に接続される。
第二バランスト受信部１０６ｂの出力は、第二復調器１０８ｂの入力と、第二周波数弁別器１１０ｂの入力に接続される。
【００１６】
第一周波数弁別器１１０ａの２つの出力のうちの１つは、電圧検出器１１３の２つの入力のうちの１つに接続される。第一周波数弁別器１１０ａの２つの出力のうちの別の１つは、スイッチ１１４の３つの入力のうちの１つに接続される。
【００１７】
第二周波数弁別器１１０ｂの２つの出力のうちの１つは、電圧検出器１１３の２つの入力のうちの別の１つに接続される。第二周波数弁別器１１０ｂの２つの出力のうちの別の１つは、スイッチ１１４の３つの入力のうちの別の１つに接続される。
【００１８】
電圧検出器１１３の出力は、スイッチ１１４の３つの入力のうち制御信号を入力するための入力に接続される。
スイッチ１１４の出力は、差動アンプ１１１の２つの入力のうちの１つに接続される。
【００１９】
差動アンプ１１１の２つの入力のうちの別の１つは、基準電圧発生源の出力に接続される。
差動アンプ１１１に出力は、ループフィルタ１１２の入力に接続される。
ループフィルタ１１２の出力は、局発光源１０３の入力に接続される。
【００２０】
次に、本実施形態によるコヒーレント光受信器１の動作について説明する。
光ミキサ１０４は、光送信器から送信され、空間を伝播した光信号１０１と、ループフィルタ１１２の出力電圧に基づいて局発光源１０３から出力された局発光１０２とを入力する。例えば、コヒーレント光受信器１がヘテロダイン受信器の場合、局発光源１０３は、入力した光信号１０１に対して、光ミキサ１０４が出力する周波数が固定となるよう所定のオフセット周波数を持たせた局発光を出力する。光ミキサ１０４は、入力した光信号１０１と、入力した局発光１０２とのコヒーレント検波により、周波数が固定の中間周波数の第一ビート信号光１０５ａ及び第二ビート信号光１０５ｂとを生成する。
また、例えば、コヒーレント光受信器１がホモダイン受信器の場合、局発光源１０３は光信号１０１に含まれる搬送波と同一周波数の局発光を出力する。光ミキサ１０４は、入力した光信号１０１と、入力した局発光１０２とでホモダイン検波して、第一ビート信号光１０５ａ及び第二ビート信号光１０５ｂとを生成する。光ミキサ１０４は、光信号１０１に搬送波が含まれる場合、局発光源１０３は搬送波と同一周波数の局発光を出力し、光信号１０１から局発光１０２の信号を減じて情報信号を出力する。なお、第一ビート信号光１０５ａと、第二ビート信号光１０５ｂとは、同一周波数の信号光である。光ミキサ１０４は、生成した第一ビート信号光１０５ａを第一バランスト受信部１０６ａに出力する。また、光ミキサ１０４は、生成した第二ビート信号光１０５ｂを第二バランスト受信部１０６ｂに出力する。
【００２１】
第一バランスト受信部１０６ａは、光ミキサ１０４から第一ビート信号光１０５ａを入力する。第一バランスト受信部１０６ａは、入力した第一ビート信号光１０５ａを第一ビート信号光１０５ａの周波数に対応した周波数を有する第一電気信号１０７ａに変換する。第一バランスト受信部１０６ａは、第一電気信号１０７ａを第一復調器１０８ａと第一周波数弁別器１１０ａとに出力する。
【００２２】
第二バランスト受信部１０６ｂは、光ミキサ１０４から第二ビート信号光１０５ｂを入力する。第二バランスト受信部１０６ｂは、入力した第二ビート信号光１０５ｂを第二ビート信号光１０５ｂの周波数に対応した周波数を有する第二電気信号１０７ｂに変換する。第二バランスト受信部１０６ｂは、第二電気信号１０７ｂを第二復調器１０８ｂと第二周波数弁別器１１０ｂとに出力する。
【００２３】
第一復調器１０８ａは、第一バランスト受信部１０６ａから第一電気信号１０７ａを入力する。第一復調器１０８ａは、入力した第一電気信号１０７ａを復調し、復調した第一復調信号１０９ａを出力する。なお、第一復調器１０８ａは、光送信器がコヒーレント光受信器１に送信する光信号１０１を生成する際に用いた周波数変調方式に対応する周波数復調方式を用いて光信号１０１を復調する。
【００２４】
第二復調器１０８ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから第二電気信号１０７ｂを入力する。第二復調器１０８ｂは、入力した第二電気信号１０７ｂを復調し、復調した第二復調信号１０９ｂを出力する。なお、第二復調器１０８ｂは、光送信器がコヒーレント光受信器１に送信する光信号１０１を生成する際に用いた周波数変調方式に対応する周波数復調方式を用いて光信号１０１を復調する。
【００２５】
第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから第一電気信号１０７ａを入力する。第一周波数弁別器１１０ａは、自身が有する周波数特性（第一対応関係）に基づいて、入力した第一電気信号１０７ａの周波数に対応する第一出力電圧１１６ａを生成する。なお、ここでの周波数特性とは、第一周波数弁別器１１０ａが入力する第一電気信号１０７ａの周波数と、第一周波数弁別器１１０ａが第一電気信号１０７ａを入力したときに出力する出力電圧との関係を示す特性である。第一周波数弁別器１１０ａは、生成した第一出力電圧１１６ａを電圧検出器１１３とスイッチ１１４とに出力する。
【００２６】
第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから第二電気信号１０７ｂを入力する。第二周波数弁別器１１０ｂは、自身が有する周波数特性（第二対応関係）に基づいて、入力した第二電気信号１０７ｂの周波数に対応する第二出力電圧１１６ｂを生成する。なお、ここでの周波数特性とは、第二周波数弁別器１１０ｂが入力する第二電気信号１０７ｂの周波数と、第二周波数弁別器１１０ｂが第二電気信号１０７ｂを入力したときに出力する出力電圧との関係を示す特性である。第二周波数弁別器１１０ｂは、生成した第二出力電圧１１６ｂを電圧検出器１１３とスイッチ１１４とに出力する。
【００２７】
ここで、本実施形態による第一周波数弁別器１１０ａの周波数特性と第二周波数弁別器１１０ｂの周波数特性について説明する。
図２は、本実施形態による第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂの周波数特性を示す図である。
図２において、縦軸は第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれが出力する出力電圧を示している。また、横軸は第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれが入力する電気信号の周波数を示している。
【００２８】
第一周波数弁別器１１０ａは、図２において実線で示される周波数特性（ａ）を有する。この場合、第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから周波数ｆｃの第一電気信号１０７ａを入力したとき、基準電圧（図２ではゼロボルト）の第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから周波数（２／３）ｆｃの第一電気信号１０７ａを入力したとき、最小電圧の第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから周波数（４／３）ｆｃの第一電気信号１０７ａを入力したとき、最大電圧の第一出力電圧１１６ａを出力する。
ただし、第一周波数弁別器１１０ａは、図２に示すように、第一電気信号１０７ａの周波数が（２／３）ｆｃ変化する間に出力電圧を最小電圧から最大電圧まで（出力電圧範囲）変化させ、第一電気信号１０７ａの周波数が（４／３）ｆｃ変化する度にその出力電圧を繰り返す第一出力電圧１１６ａを出力する。この場合、第一出力電圧１１６ａの１つの値に対応する周波数が複数存在するため、第一出力電圧１１６ａの１つの値に対して１つの周波数を特定できるよう周波数範囲を限定する必要がある。例えば、第一周波数弁別器１１０ａは、ゼロボルトの第一出力電圧１１６ａに対応する周波数ｆｃを第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲の中心として、最小電圧から最大電圧まで変化する（２／３）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの間の周波数範囲Ａを第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲に限定する場合、第一周波数弁別器１１０ａは、周波数範囲Ａの第一電気信号１０７ａのみを通過させる帯域通過フィルタを備えればよい。
【００２９】
また、第二周波数弁別器１１０ｂは、図２において破線で示される周波数特性（ｂ）を有する。この場合、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから周波数ｆｃの第二電気信号１０７ｂを入力したとき、ゼロボルトの第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂからゼロヘルツの周波数の第二電気信号１０７ｂを入力したとき、最大電圧の第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから周波数２ｆｃの第二電気信号１０７ｂを入力したとき、最小電圧の第二出力電圧１１６ｂを出力する。
ただし、第二周波数弁別器１１０ｂは、図２に示すように、第二電気信号１０７ｂの周波数が２ｆｃ変化する間に出力電圧を最小電圧から最大電圧まで変化させ、第二電気信号１０７ｂの周波数が４ｆｃ変化する度にその出力電圧を繰り返す第二出力電圧１１６ｂを出力する。この場合、第二出力電圧１１６ｂの１つの値に対応する周波数が複数存在するため、第二出力電圧１１６ｂの１つの値に対して１つの周波数を特定できるよう周波数範囲を限定する必要がある。例えば、第二周波数弁別器１１０ｂは、ゼロボルトの第二出力電圧１１６ｂに対応する周波数ｆｃを第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲の中心として、最大電圧から最小電圧まで変化するゼロ〜２ｆｃの間の周波数範囲Ｂを第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲に限定する場合、第二周波数弁別器１１０ｂは、周波数範囲Ｂの第二電気信号１０７ｂのみを通過させる帯域通過フィルタを備えればよい。なお、光信号１０１の周波数の変動が小さく第二電気信号１０７ｂの周波数の変動がゼロ〜２ｆｃの間に収まることがわかっている場合には、帯域通過フィルタを備える必要はない。
【００３０】
このような場合、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａが第一出力電圧１１６ａを出力する場合に、第一電気信号１０７ａの周波数が第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲にあると判定することができる。電圧検出器１１３は、スイッチ１１４を制御し、第一出力電圧１１６ａを局発光源１０３に出力し、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数を、光信号１０１と同一周波数、または、光信号１０１の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。また、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａの出力が無信号である場合に、第一電気信号１０７ａの周波数が第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲にないと判定することができる。電圧検出器１１３は、スイッチ１１４を制御し、第二出力電圧１１６ｂを局発光源１０３に出力し、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数を、光信号１０１と同一周波数、または、光信号１０１の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。
【００３１】
また、第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれは、帯域通過フィルタを備えなくてもよい。
このような場合、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａが出力する第一出力電圧１１６ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂが出力する第二出力電圧１１６ｂの組み合わせに基づいて、第一電気信号１０７ａの周波数及び第二電気信号１０７ｂの周波数を特定するものであってよい。例えば、第一周波数弁別器１１０ａは、周波数（４／３）ｆｃの前後で同一の第一出力電圧１１６ａを出力する。第二出力電圧１１６ｂは、同一の第一出力電圧１１６ａを出力する異なる周波数のそれぞれに対して、異なる電圧の出力電圧を出力する。そこで、電圧検出器１１３は、第一出力電圧１１６ａに対応する周波数を特定すると共に、第二出力電圧１１６ｂに対応する周波数を特定し、それぞれ特定した周波数のうち一致する周波数を最終的に特定する周波数としてもよい。ただし、第一周波数弁別器１１０ａは、周波数２ｆｃの前後で同一の第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、周波数２ｆｃの前後で同一の第二出力電圧１１６ｂを出力する。そのため、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二出力電圧１１６ｂの１つの値に対して１つの周波数を特定できるよう、周波数範囲Ｂの第二電気信号１０７ｂのみを通過させる帯域通過フィルタなどを備える必要がある。
【００３２】
第一周波数弁別器１１０ａは、第一電気信号１０７ａの標準周波数として想定される周波数を第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の第一電気信号１０７ａを入力した場合にゼロボルトの第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、中心周波数よりも低周波数の第一電気信号１０７ａを入力する際に、第一電気信号１０７ａが低周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調減少する第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、中心周波数よりも高周波数の第一電気信号１０７ａを入力する際に、第一電気信号１０７ａが高周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調増加する第一出力電圧１１６ａを出力する。
また、第二周波数弁別器１１０ｂは、第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲の中心周波数を第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の第二電気信号１０７ｂを入力した場合にゼロボルトの第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、中心周波数よりも低周波数の第二電気信号１０７ｂを入力する際に、第二電気信号１０７ｂが低周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調増加よりも緩やかに第二の単調増加する第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、中心周波数よりも高周波数の第二電気信号１０７ｂを入力する際に、第二電気信号１０７ｂが高周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調減少よりも緩やかに第二の単調減少する第二出力電圧１１６ｂを出力する。
【００３３】
または、第一周波数弁別器１１０ａは、第一電気信号１０７ａの標準周波数として想定される周波数を第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の第一電気信号１０７ａを入力した場合にゼロボルトの第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、中心周波数よりも低周波数の第一電気信号１０７ａを入力する際に、第一電気信号１０７ａが低周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調増加する第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、中心周波数よりも高周波数の第一電気信号１０７ａを入力する際に、第一電気信号１０７ａが高周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調減少する第一出力電圧１１６ａを出力する。
また、第二周波数弁別器１１０ｂは、第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲の中心周波数を第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲の中心周波数とし、当該中心周波数の第二電気信号１０７ｂを入力した場合にゼロボルトの第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、中心周波数よりも低周波数の第二電気信号１０７ｂを入力する際に、第二電気信号１０７ｂが低周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調減少よりも緩やかに第二の単調減少する第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、中心周波数よりも高周波数の第二電気信号１０７ｂを入力する際に、第二電気信号１０７ｂが高周波数になるにつれてゼロボルトから第一の単調増加よりも緩やかに第二の単調増加する第二出力電圧１１６ｂを出力する。
【００３４】
なお、第一周波数弁別器１１０ａが有する周波数特性と、第二周波数弁別器１１０ｂが有する周波数特性は、入れ替わってもよい。
【００３５】
上述のように、第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれが図２に示す周波数特性を有するよう設定された場合、第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲は（２／３）ｆｃと第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲である２ｆｃの３分の１と狭いが、第一周波数弁別器１１０ａの周波数変位に対する出力電圧、すなわち、検出感度は第二周波数弁別器１１０ｂの検出感度の３倍高い。また、第二周波数弁別器１１０ｂの検出感度は第一周波数弁別器１１０ａの検出感度の３分の１と低いが、第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲は第一周波数弁別器１１０ａの３倍広い。
【００３６】
電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａが出力する第一出力電圧１１６ａに基づいてスイッチ１１４を制御する。そして、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂの何れか一方をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続する。
【００３７】
例えば、第一周波数弁別器１１０ａが検出可能周波数範囲の第一電気信号１０７ａのみを通過させる帯域通過フィルタを備え、第一周波数弁別器１１０ａから第一出力電圧１１６ａを入力した場合に、電圧検出器１１３は、スイッチ１１４を制御して、第一周波数弁別器１１０ａの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続する。また、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａが検出可能な周波数範囲の第一電気信号１０７ａのみを通過させる帯域通過フィルタを備え、第一周波数弁別器１１０ａから第一出力電圧１１６ａを入力しない（無線号）で、かつ、第二出力電圧１１６ｂが無信号と異なる電圧（例えば、無線号がゼロボルトである場合、ゼロボルト以外の電圧）の場合に、電圧検出器１１３は、スイッチ１１４を制御して、第二周波数弁別器１１０ｂの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続する。なお、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａが検出可能な周波数範囲の第一電気信号１０７ａのみを通過させる帯域通過フィルタを備え、無信号の代わりに出力電圧の最小値から最大値までの電圧とは異なる第一出力電圧１１６ａを入力するものであってよい。そして、電圧検出器１１３は、出力電圧の最小値から最大値までの電圧とは異なる第一出力電圧１１６ａを入力した場合に、スイッチ１１４を制御して、第二周波数弁別器１１０ｂの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続するものであってよい。
【００３８】
また、例えば、第一周波数弁別器１１０ａが検出可能な周波数範囲の第一電気信号１０７ａのみを通過させる帯域通過フィルタを備えず、第一周波数弁別器１１０ａから第一出力電圧１１６ａを入力した場合には、電圧検出器１１３は、第二周波数弁別器１１０ｂから第二出力電圧１１６ｂを入力する。電圧検出器１１３は、入力した第一出力電圧１１６ａと第二出力電圧１１６ｂとに基づいて、第一出力電圧１１６ａ及び第二出力電圧１１６ｂの周波数を特定する。そして、電圧検出器１１３は、特定した周波数が第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲にある場合、スイッチ１１４を制御して、第一周波数弁別器１１０ａの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続する。また、電圧検出器１１３は、特定した周波数が第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲にない場合、スイッチ１１４を制御して、第二周波数弁別器１１０ｂの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続する。
【００３９】
具体的には、電圧検出器１１３は、第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａを検出しており、第一周波数弁別器１１０ａと第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれが図２に示す周波数特性を有する場合、第一出力電圧１１６ａが示す光信号１０１の周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの間のときには、スイッチ１１４が第一周波数弁別器１１０ａを選択し、第一周波数弁別器１１０ａの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続するよう制御している。そして、ドップラー効果などの原因で光信号１０１の周波数が変動を起こして局発光１０２との周波数差が生じるまたは大きくなるなどし、第一電気信号１０７ａの周波数が変動し、第二周波数弁別器１１０ｂの出力電圧が（２／３）ｆｃでの電圧値よりも大きい場合、または、（４／３）ｆｃでの電圧値よりも小さい場合に、電圧検出器１１３は、スイッチ１１４が第二周波数弁別器１１０ｂを選択し、第二周波数弁別器１１０ｂの出力をスイッチ１１４を介して差動アンプ１１１に接続するよう制御している。
なお、第一周波数弁別器１１０ａと第二周波数弁別器１１０ｂとでは、入力する電気信号の周波数に対する出力電圧の極性が逆であるため、第一周波数弁別器１１０ａと第二周波数弁別器１１０ｂのどちらか一方の出力電圧を反転させて同相にして、スイッチ１１４へ出力する必要がある。
【００４０】
スイッチ１１４は、電圧検出器１１３による制御に基づいて、第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂの何れか一方を差動アンプ１１１に接続する。
【００４１】
差動アンプ１１１は、電圧検出器１１３による制御に基づいて接続された第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂの第二出力電圧１１６ｂの何れか一方と、予め定められた基準電圧（例えば、ゼロボルト＝グラウンドレベル）とを入力する。差動アンプ１１１は、入力した第一出力電圧１１６ａ及び第二出力電圧１１６ｂの何れか一方と、入力した基準電圧との差電圧を増幅してループフィルタ１１２に出力する。
【００４２】
ループフィルタ１１２は、差動アンプ１１１が増幅した差電圧を入力する。ループフィルタ１１２は、入力した差電圧を平滑化する。ループフィルタ１１２は、平滑化した差電圧を局発光源１０３に出力する。
【００４３】
局発光源１０３は、ループフィルタ１１２から平滑化された差電圧を入力する。局発光源１０３は、入力した差電圧を局発光１０２の周波数を制御可能な物理量に変換する機能部を有する。例えば、局発光源１０３は、入力した差電圧をその差電圧に対応する電流に変換する電圧電流変換部を備える。また、局発光源１０３は、入力した差電圧をその差電圧に対応する熱に変換する電圧熱変換部を備える。
局発光源１０３は、ループフィルタ１１２から入力した差電圧を局発光１０２の周波数を制御可能な物理量に変換し、変換した物理量に応じた周波数を有する局発光１０２を出力する。このとき、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数は、第一復調器１０８ａ及び第二復調器１０８ｂが光信号１０１を復調できる周波数になるよう、例えば、光信号１０１の周波数と同一、または、光信号１０１の周波数と一定のオフセットを有する周波数に制御される。
【００４４】
上述のように、ＡＦＣ回路１１５では、光信号１０１の周波数変動が小さく、第一バランスト受信部１０６ａの出力する第一電気信号１０７ａ及び第二バランスト受信部１０６ｂの出力する第二電気信号１０７ｂの周波数変動が小さい場合には、検出可能な周波数範囲は狭いが検出感度の高い第一周波数弁別器１１０ａを使用する。また、ＡＦＣ回路１１５では、光信号１０１の周波数変動が大きく、第一バランスト受信部１０６ａの出力する第一電気信号１０７ａ及び第二バランスト受信部１０６ｂの出力する第二電気信号１０７ｂの周波数変動が大きい場合には、第二周波数弁別器１１０ｂを使用する。局発光源１０３は、第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂの第二出力電圧１１６ｂの何れか一方に基づく電圧を入力する。局発光源１０３は、入力した電圧を局発光１０２の周波数を制御可能な物理量に変換する。局発光源１０３は、変換した物理量に応じた周波数を有する局発光１０２を出力する。このとき、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数は、第一復調器１０８ａ及び第二復調器１０８ｂが光信号１０１を復調できる周波数になるよう、例えば、光信号１０１の周波数と同一、または、光信号１０１の周波数と一定のオフセットを有する周波数に制御される。
【００４５】
以上、本発明の第一の実施形態によるコヒーレント光受信器１について説明した。上述のコヒーレント光受信器１が備えるＡＦＣ回路１１５において、第一周波数弁別器１１０ａは、光送信器から入力した光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａに基づいて第一電気信号１０７ａの周波数に対応する第一出力電圧１１６ａを生成し、生成した第一出力電圧１１６ａを出力する。第二周波数弁別器１１０ｂは、光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａと同一周波数の第二電気信号１０７ｂに基づいて第二電気信号１０７ｂの周波数に対応する第二出力電圧１１６ｂを生成し、生成した第二出力電圧１１６ｂを出力する。電圧検出器１１３は、第一出力電圧１１６ａに基づいて、スイッチ１１４を制御し、第一出力電圧１１６ａ及び第二出力電圧１１６ｂの何れか一方を局発光源１０３に出力し、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数を、光信号１０１と同一周波数、または、光信号１０１の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。
こうすることで、光信号１０１の周波数が変動を起こして局発光１０２との周波数差が生じた場合、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲では、電圧検出器１１３は、検出感度が高い第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第一周波数弁別器１１０ａの検出感度が高いため、高精度で微細な局発光１０２の周波数の制御を行うことが可能となる。
また、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲を超え、第一周波数弁別器１１０ａでは第一電気信号１０７ａを検出することができなくなった場合、電圧検出器１１３は、検出可能な周波数範囲が広い第二周波数弁別器１１０ｂをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲が広いため、コヒーレント光受信器１において、光信号１０１と局発光１０２との周波数差が大きく生じても、周波数変動を検出することができる。その結果、確実に引き込み制御を行うことができ、局発光１０２の周波数の制御を行うことができる。
【００４６】
ＡＦＣ回路１１５は、特に、コヒーレント光通信方式による衛星間、または、衛星と地上間での空間光伝送におけるコヒーレント光受信器１において、光送信器から送出される光信号１０１の周波数変動に追従して、コヒーレント光受信器１内の局発光源１０３から出力される局発光１０２の周波数を制御する際に有効であり、局発光１０２の周波数を高感度で高精度に制御することが可能な第一周波数弁別器１１０ａと、光信号１０１の周波数変動に対して広範囲に引き込み（検出）して、安定した局発光１０２の周波数を制御できる第二周波数弁別器１１０ｂとを備えることにより、ドップラー効果等による、広範囲での周波数変動に対しても、高感度で安定した局発光源１０３の自動周波数制御を行うことが可能となる。
【００４７】
＜第二の実施形態＞
図３は、本発明の第二の実施形態によるコヒーレント光受信器の構成を示す図である。
本実施形態によるコヒーレント光受信器１は、第一の実施形態によるコヒーレント光受信器１と同様、局発光源１０３と、光ミキサ１０４と、第一バランスト受信部１０６ａと、第二バランスト受信部１０６ｂと、第一復調器１０８ａと、第二復調器１０８ｂと、ＡＦＣ回路１１５と、を備える。
【００４８】
ＡＦＣ回路１１５は、第一周波数弁別器１１０ａと、第二周波数弁別器１１０ｂと、差動アンプ１１１と、ループフィルタ１１２と、電圧検出器１１３と、スイッチ１１４と、を備える。
【００４９】
第一バランスト受信部１０６ａの出力は、第一復調器１０８ａの入力と、第一周波数弁別器１１０ａの入力と、第二周波数弁別器１１０ｂの入力に接続される。
第二バランスト受信部１０６ｂの出力は、第二復調器１０８ｂの入力に接続される。
【００５０】
第一バランスト受信部１０６ａは、光ミキサ１０４から第一ビート信号光１０５ａを入力する。第一バランスト受信部１０６ａは、入力した第一ビート信号光１０５ａを第一電気信号１０７ａに変換する。第一バランスト受信部１０６ａは、第一電気信号１０７ａを第一復調器１０８ａと、第一周波数弁別器１１０ａと、第二周波数弁別器１１０ｂとに出力する。
【００５１】
第二バランスト受信部１０６ｂは、光ミキサ１０４から第二ビート信号光１０５ｂを入力する。第二バランスト受信部１０６ｂは、入力した第二ビート信号光１０５ｂを第二電気信号１０７ｂに変換する。第二バランスト受信部１０６ｂは、第二電気信号１０７ｂを第二復調器１０８ｂに出力する。
【００５２】
第二周波数弁別器１１０ｂは、第一バランスト受信部１０６ａから第一電気信号１０７ａを入力する。第二周波数弁別器１１０ｂは、自身が有する周波数特性に基づいて、入力した第一電気信号１０７ａの周波数に対応する第二出力電圧１１６ｂを生成する。第二周波数弁別器１１０ｂは、生成した第二出力電圧１１６ｂを電圧検出器１１３とスイッチ１１４とに出力する。
【００５３】
上述のように、本実施形態によるコヒーレント光受信器１では、第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれは、第一バランスト受信部１０６ａが出力する第一電気信号１０７ａを入力する。本実施形態によるコヒーレント光受信器１が光送信器から受信する光信号１０１は、空間伝送路においてその光偏波がランダムであるため、第一バランスト受信部１０６ａの出力に現れる第一電気信号１０７ａ、及び、第二バランスト受信部１０６ｂの出力に現れる第二電気信号１０７ｂのそれぞれもランダムとなる。そのため局発光１０２の周波数を制御するための検出としては、第一電気信号１０７ａ及び第二電気信号１０７ｂの何れか一方で十分である。したがって、第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれは、第一バランスト受信部１０６ａが出力する第一電気信号１０７ａの代わりに、第二バランスト受信部１０６ｂが出力する第二電気信号１０７ｂを入力するものであってもよい。
本実施形態によるコヒーレント光受信器１は、上述の点を除いて第一の実施形態によるコヒーレント光受信器１と同様である。
【００５４】
以上、本発明の第二の実施形態によるコヒーレント光受信器１について説明した。上述のコヒーレント光受信器１が備えるＡＦＣ回路１１５において、第一周波数弁別器１１０ａは、光送信器から入力した光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａに基づいて第一電気信号１０７ａの周波数に対応する第一出力電圧１１６ａを生成し、生成した第一出力電圧１１６ａを出力する。第二周波数弁別器１１０ｂは、光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａと同一周波数の第二電気信号１０７ｂに基づいて第二電気信号１０７ｂの周波数に対応する第二出力電圧１１６ｂを生成し、生成した第二出力電圧１１６ｂを出力する。電圧検出器１１３は、第一出力電圧１１６ａに基づいて、スイッチ１１４を制御し、第一出力電圧１１６ａ及び第二出力電圧１１６ｂの何れか一方を局発光源１０３に出力し、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数を、光信号１０１と同一周波数、または、光信号１０１の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。
こうすることで、光信号１０１の周波数が変動を起こして局発光１０２との周波数差が生じた場合、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲では、電圧検出器１１３は、検出感度が高い第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第一周波数弁別器１１０ａの検出感度が高いため、高精度で微細な局発光１０２の周波数の制御を行うことが可能となる。
また、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲を超え、第一周波数弁別器１１０ａでは第一電気信号１０７ａを検出することができなくなった場合、電圧検出器１１３は、検出可能な周波数範囲が広い第二周波数弁別器１１０ｂをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲が広いため、コヒーレント光受信器１において、光信号１０１と局発光１０２との周波数差が大きく生じても、周波数変動を検出することができる。その結果、確実に引き込み制御を行うことができ、局発光１０２の周波数の制御を行うことができる。
【００５５】
＜第三の実施形態＞
図４は、本発明の第三の実施形態によるコヒーレント光受信器の構成を示す図である。
本実施形態によるコヒーレント光受信器１は、第一の実施形態によるコヒーレント光受信器１と同様、局発光源１０３と、光ミキサ１０４と、第一バランスト受信部１０６ａと、第二バランスト受信部１０６ｂと、第一復調器１０８ａと、第二復調器１０８ｂと、ＡＦＣ回路１１５と、を備える。また、本実施形態によるコヒーレント光受信器１は、更に、発振器１１７と、電気ミキサ１１８と、を備える。
【００５６】
第二バランスト受信部１０６ｂの出力は、第二復調器１０８ｂの入力と、電気ミキサ１１８の２つの入力のうちの１つに接続される。
発振器１１７の出力は、電気ミキサ１１８の２つの入力のうちの別の１つに接続される。
電気ミキサ１１８の出力は、第二周波数弁別器１１０ｂの入力に接続される。
【００５７】
第二バランスト受信部１０６ｂは、光ミキサ１０４から第二ビート信号光１０５ｂを入力する。第二バランスト受信部１０６ｂは、入力した第二ビート信号光１０５ｂを第二電気信号１０７ｂに変換する。第二バランスト受信部１０６ｂは、第二電気信号１０７ｂを第二復調器１０８ｂと、電気ミキサ１１８とに出力する。
【００５８】
発振器１１７は、発振信号１１９を生成し、生成した発振信号１１９を電気ミキサ１１８に出力する。
電気ミキサ１１８は、第二バランスト受信部１０６ｂから第二電気信号１０７ｂを入力する。また、電気ミキサ１１８は、発振器１１７から発振信号１１９を入力する。電気ミキサ１１８は、入力した第二電気信号１０７ｂと発振信号１１９との和と差の周波数の信号を生成し、生成した信号を第二周波数弁別器１１０ｂに出力する。
【００５９】
図５は、本実施形態による第一周波数弁別器１１０ａの周波数特性と第二周波数弁別器１１０ｂの周波数特性を示す図である。
図５において、縦軸は第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれが出力する出力電圧を示している。また、横軸は第一周波数弁別器１１０ａ及び第二周波数弁別器１１０ｂのそれぞれが入力する電気信号の周波数を示している。
【００６０】
第一周波数弁別器１１０ａは、図５において実線で示される周波数特性（ａ）を有する。なお、図５における周波数特性（ａ）は、図２で示した周波数特性（ａ）と同様である。この場合、第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから周波数ｆｃの第一電気信号１０７ａを入力したとき、ゼロボルトの第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから周波数（２／３）ｆｃの第一電気信号１０７ａを入力したとき、最小電圧の第一出力電圧１１６ａを出力する。また、第一周波数弁別器１１０ａは、第一バランスト受信部１０６ａから周波数（４／３）ｆｃの第一電気信号１０７ａを入力したとき、最大電圧の第一出力電圧１１６ａを出力する。
【００６１】
また、第二周波数弁別器１１０ｂは、図５において実線で示される周波数特性（ｃ）を有する。この場合、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから周波数（５／３）ｆｃの第二電気信号１０７ｂを入力したとき、ゼロボルトの第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから周波数ゼロの第二電気信号１０７ｂを入力したとき、最大電圧の第二出力電圧１１６ｂを出力する。また、第二周波数弁別器１１０ｂは、第二バランスト受信部１０６ｂから周波数（１０／３）ｆｃの第二電気信号１０７ｂを入力したとき、最小電圧の第二出力電圧１１６ｂを出力する。
したがって、第二周波数弁別器１１０ｂで検出できる周波数範囲は０〜（１０／３）ｆｃの間の（１０／３）ｆｃとなり、図２で示した周波数特性（ｂ）を有する第二周波数弁別器１１０ｂで検出できる周波数範囲よりも更に広い。
【００６２】
しかしながら、図５に示す周波数特性（ｃ）を有する第二周波数弁別器１１０ｂの場合、第二出力電圧１１６ｂがゼロ（検出可能な周波数範囲の中心）となる周波数は（５／３）ｆｃとなり、図５で示す周波数特性のままでは、コヒーレント光受信器１において、第一周波数弁別器１１０ａと第二周波数弁別器１１０ｂとを組み合わせて第一電気信号１０７ａ及び第二電気信号１０７ｂを検出し、局発光１０２の周波数の制御を行うことができない。
【００６３】
そこで、電気ミキサ１１８は、第二電気信号１０７ｂに発振器１１７が出力する発振信号１１９を混合して、第二周波数弁別器１１０ｂに出力する。発振器１１７の発振周波数ｆｏｓｃが（２／３）ｆｃに設定されている場合、電気ミキサ１１８が第二周波数弁別器１１０ｂに出力する信号は、第二電気信号１０７ｂの周波数が（２／３）ｆｃだけシフトする。これより、図５に示す周波数特性（ｃ）を有する第二周波数弁別器１１０ｂが出力する第二出力電圧１１６ｂがゼロとなる周波数、すなわち、中間周波数を（２／３）ｆｃ上昇させることが可能となる。
このようにして、電気ミキサ１１８は、第二周波数弁別器１１０ｂが入力する第二電気信号１０７ｂの周波数をシフトして、第一周波数弁別器１１０ａの検出可能な周波数範囲の中心周波数と第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲の中心周波数が同一周波数であり、当該中心周波数を跨いで変化する第一出力電圧１１６ａと第二出力電圧１１６ｂの極性が異なる（すなわち、逆となる）場合と同様の信号周波数に変更している。
なお、第一周波数弁別器１１０ａが有する周波数特性と、第二周波数弁別器１１０ｂが有する周波数特性は、入れ替わってもよい。
【００６４】
以上、本発明の第三の実施形態によるコヒーレント光受信器１について説明した。上述のコヒーレント光受信器１が備えるＡＦＣ回路１１５において、第一周波数弁別器１１０ａは、光送信器から入力した光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａに基づいて第一電気信号１０７ａの周波数に対応する第一出力電圧１１６ａを生成し、生成した第一出力電圧１１６ａを出力する。第二周波数弁別器１１０ｂは、光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａと同一周波数の第二電気信号１０７ｂに基づいて第二電気信号１０７ｂの周波数に対応する第二出力電圧１１６ｂを生成し、生成した第二出力電圧１１６ｂを出力する。電圧検出器１１３は、第一出力電圧１１６ａに基づいて、スイッチ１１４を制御し、第一出力電圧１１６ａ及び第二出力電圧１１６ｂの何れか一方を局発光源１０３に出力し、局発光源１０３が出力する局発光１０２の周波数を、光信号１０１と同一周波数、または、光信号１０１の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。
こうすることで、光信号１０１の周波数が変動を起こして局発光１０２との周波数差が生じた場合、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲では、電圧検出器１１３は、検出感度が高い第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第一周波数弁別器１１０ａの検出感度が高いため、高精度で微細な局発光１０２の周波数の制御を行うことが可能となる。
こうすることで、光信号１０１の周波数が変動を起こして局発光１０２との周波数差が生じた場合、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲では、電圧検出器１１３は、検出感度が高い第一周波数弁別器１１０ａの第一出力電圧１１６ａをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第一周波数弁別器１１０ａの検出感度が高いため、高精度で微細な局発光１０２の周波数の制御を行うことが可能となる。
また、第一電気信号１０７ａの中間周波数が（３／２）ｆｃ〜（４／３）ｆｃの範囲を超え、第一周波数弁別器１１０ａでは第一電気信号１０７ａを検出することができなくなった場合、電圧検出器１１３は、検出可能な周波数範囲が広い第二周波数弁別器１１０ｂをスイッチ１１４に接続する制御を行う。この場合、第二周波数弁別器１１０ｂの検出可能な周波数範囲が広いため、コヒーレント光受信器１において、光信号１０１と局発光１０２との周波数差が大きく生じても、周波数変動を検出することができる。その結果、確実に引き込み制御を行うことができ、局発光１０２の周波数の制御を行うことができる。
【００６５】
また、電気ミキサ１１８は、第二電気信号１０７ｂに発振器１１７が出力する発振信号１１９を混合して、第二周波数弁別器１１０ｂに出力する。発振器１１７の発振周波数ｆｏｓｃが（２／３）ｆｃに設定されている場合、電気ミキサ１１８が第二周波数弁別器１１０ｂに出力する信号は、第二電気信号１０７ｂの周波数が（２／３）ｆｃだけシフトする。これより、第二周波数弁別器１１０ｂが出力する第二出力電圧１１６ｂがゼロとなる周波数、すなわち、中間周波数を（２／３）ｆｃ上昇させることが可能となる。
こうすることで、第二周波数弁別器１１０ｂが出力する第二電気信号１０７ｂの周波数を補正することができる。その結果、コヒーレント光受信器１において、第一周波数弁別器１１０ａと第二周波数弁別器１１０ｂとを組み合わせて第一電気信号１０７ａ及び第二電気信号１０７ｂを検出し、局発光１０２の周波数の制御を行うことができる。
【００６６】
図６は、本発明の自動周波数制御回路１１５（ＡＦＣ回路）の最小構成を示す図である。
本発明の自動周波数制御回路１１５は、図６に示すように、少なくとも第一周波数弁別器１１０ａと、第二周波数弁別器１１０ｂと、電圧検出器１１３と、を備える。
【００６７】
第一周波数弁別器１１０ａは、光送信器から入力した光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａに基づいて第一電気信号１０７ａの周波数に対応する第一出力電圧１１６ａを生成し、生成した第一出力電圧１１６ａを出力する。
【００６８】
第二周波数弁別器１１０ｂは、光信号１０１から電気信号に変換された第一電気信号１０７ａと同一周波数の第二電気信号１０７ｂに基づいて第二電気信号１０７ｂの周波数に対応する第二出力電圧１１６ｂを生成し、生成した第二出力電圧１１６ｂを出力する。
【００６９】
電圧検出器１１３は、第一出力電圧１１６ａに基づいて、スイッチを制御し、第一出力電圧１１６ａ及び第二出力電圧１１６ｂの何れか一方を局発光源に出力し、局発光源が出力する局発光の周波数を、光信号１０１と同一周波数、または、光信号１０１の周波数に対して所定のオフセットを有する周波数に制御する。
【００７０】
なお、本発明の実施形態におけるＡＦＣ回路１１５は記憶部を備えてよい。ＡＦＣ回路１１５が備える記憶部は、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、ＡＦＣ回路１１５が備える記憶部は、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
【００７１】
なお本発明の実施形態について説明したが、上述のＡＦＣ回路１１５は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記憶部に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記憶部とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・コヒーレント光受信器
１０３・・・局発光源
１０４・・・光ミキサ
１０６ａ・・・第一バランスト受信部
１０６ｂ・・・第二バランスト受信部
１０８ａ・・・第一復調器
１０８ｂ・・・第二復調器
１１０ａ・・・第一周波数弁別器
１１０ｂ・・・第二周波数弁別器
１１１・・・差動アンプ
１１２・・・ループフィルタ
１１３・・・電圧検出器
１１４・・・スイッチ
１１５・・・自動周波数制御回路（ＡＦＣ回路）
１１７・・・発振器
１１８・・・電気ミキサ
【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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