(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器において、
信号発生器と、
前記信号発生器の出力により直接周波数偏移変調された光信号を強度一定で出力する直接変調光源と、
前記光時分割多重信号と前記直接変調光源から出力された直接周波数偏移変調信号とを合波する光結合器と、
前記光結合器で合波された光時分割多重信号と直接周波数偏移変調信号を光ヘテロダイン受信して中間周波信号を出力する光検波器と、
前記光検波器から出力された中間周波信号のうち目的の信号に相当する中間周波信号を透過して多重分離する電気バンドパスフィルタと、
前記電気バンドパスフィルタで多重分離した信号を復調して前記目的の信号を出力する中間周波信号復調器と、
を備えることを特徴とする光受信器。
【請求項２】
光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器において、
連続光を出力する光源と、
信号発生器と、
前記信号発生器の出力により、前記光源から出力された連続光を強度一定で周波数偏移変調もしくは位相偏移変調する外部変調器と、
前記光時分割多重信号と前記外部変調器から出力された周波数偏移変調信号もしくは位相偏移変調信号とを合波する光結合器と、
前記光結合器で合波された光時分割多重信号と周波数偏移変調信号もしくは位相偏移変調信号を光ヘテロダイン受信して中間周波信号を出力する光検波器と、
前記光検波器から出力された中間周波信号のうち目的の信号に相当する中間周波信号を透過して多重分離する電気バンドパスフィルタと、
前記電気バンドパスフィルタで多重分離した信号を復調して前記目的の信号を出力する中間周波信号復調器と、
を備えることを特徴とする光受信器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光受信器において、
前記光検波器として差動受信型光検波器を用いることを特徴とする光受信器。
【請求項４】
光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器において、
前記光時分割多重信号を分岐する第１の光分岐器と、
信号発生器と、
前記信号発生器の出力により周波数偏移変調もしくは位相偏移変調された光信号を出力する変調光源と、
前記変調光源の出力光信号を分岐する第２の光分岐器と、
前記第２の光分岐器の出力光信号に光遅延を与える少なくとも１つの光遅延器と、
前記第２の光分岐器の出力光信号と、前記第１の光分岐器の出力光信号とを合波する第１の光結合器と、
前記光遅延器に対応して設けられ、前記光遅延器の出力光信号と、前記第１の光分岐器の出力光信号とを合波する少なくとも１つの第２の光結合器と、
前記第１および第２の光結合器に対応して設けられ、前記第１および第２の光結合器で合波された出力光信号を光ヘテロダイン受信して中間周波信号を出力する複数の光検波器と、
前記複数の光検波器に対応して設けられ、前記光検波器から出力された中間周波信号のうち目的の信号に相当する中間周波信号を透過して多重分離する複数の電気バンドパスフィルタと、
前記複数の電気バンドパスフィルタに対応して設けられ、前記電気バンドパスフィルタで多重分離した信号を復調して前記目的の信号を出力する複数の中間周波信号復調器と、
を備えることを特徴とする光受信器。
【請求項５】
請求項４に記載の光受信器において、
前記光検波器として差動受信型光検波器を用いることを特徴とする光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光時分割多重信号を多重分離する際に、光周波数領域で信号処理を行うことで、高速な多重分離動作を実現することが可能となる。このような多重分離動作を実現する方法として、図１に示すような光受信器の構成が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
図１に示すように、従来の光受信器１０１は、信号発生器１０２と、光受信器１０１の光信号入力部から入力される光時分割多重信号を信号発生器１０２の出力により位相変調する位相変調器１０３と、位相変調器１０３の出力のうち目的の信号チャネル成分のみを透過する光バンドパスフィルタ１０４と、信号を増幅する光増幅器１０５と、光増幅器１０５の出力を光電変換する光検波器１０６と、光検波器１０６の出力を復調し、目的の信号を出力する復調器１０７で構成される。
【０００４】
ここで、図１中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）における信号の時間波形と周波数成分（以下、スペクトル）の関係を図２に示している。光受信器１０１の光信号入力部から入力される光時分割多重信号の時間波形は、図２中の（ａ）であり、信号チャネルα，β，γ，δが多重されている。このとき、光時分割多重信号は、中心周波数ｆｓから変調速度ｆＢだけスペクトルが広がっている。また、信号発生器１０２と位相変調器１０３により、図２の（ｂ）に示すような、目的の信号チャネルαに位相変調の立ち上がりが重なるように、変調速度ｆＢの１／４の速度で光時分割信号を位相変調することで、光時分割多重信号に位相変動と同時に周波数変動が生じる。この結果、図２の（ｃ）に示すような、目的の信号チヤネルαがΔｆだけ高周波側にシフトした光信号が出力される。前記光信号のスペクトルのうち、信号チャネルαに相当するスペクトルのみを光バンドパスフィルタ１０４を用いて透過することにより、図２の（ｄ）に示すように、目的の信号チャネルαのみを多重分離することができ、多重分離した信号を光増幅器１０５、光検波器１０６、復調器１０７を用いて復調することができる。
【非特許文献１】五十嵐浩司、加藤一弘、菊地和朗著、“光周波数領域における信号処理を基本とする１６０Ｇｂｉｔ／ｓＯＴＤＭ用光受信器”、２００６年電子情報通信学会ソサイエティ大会Ｂ−１０−６５（２００６）、２００６年９月２２日、ｐ２５９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示した従来の光受信器では、光領域で光時分割多重信号を多重分離するため、電気領域で多重分離する場合に比べて、高速な光時分割多重信号を多重分離することが可能となる。しかし、この方式は、比較的高価な光部品を多く利用するため、経済的に光受信器を構成することが難しい。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光時分割多重信号受信時における多重分離を、光増幅器や位相変調器のような高価な光部品の数を削減して、経済的な構成により実現する光受信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による第１の態様は、光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器において、信号発生器と、前記信号発生器の出力により直接周波数偏移変調された光信号を強度一定で出力する直接変調光源と、前記光時分割多重信号と前記直接変調光源から出力された直接周波数偏移変調信号とを合波する光結合器と、前記光結合器で合波された光時分割多重信号と直接周波数偏移変調信号を光ヘテロダイン受信して中間周波信号を出力する光検波器と、前記光検波器から出力された中間周波信号のうち目的の信号に相当する中間周波信号を透過して多重分離する電気バンドパスフィルタと、前記電気バンドパスフィルタで多重分離した信号を復調して前記目的の信号を出力する中間周波信号復調器とを備えることを特徴とする。
これにより、周波数偏移変調光を局部発振光として用いた光ヘテロダイン受信によって、高速に伝送される光時分割多重信号の目的の信号チャネルのみを受信することができるため、光増幅器や位相変調器を含むような、高価でかつ複雑な構成の光受信装置を用いることなく多重分離することが可能となる。
【０００８】
本発明による第２の態様は、光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器において、連続光を出力する光源と、信号発生器と、前記信号発生器の出力により、前記光源から出力された連続光を強度一定で周波数偏移変調もしくは位相偏移変調する外部変調器と、前記光時分割多重信号と前記外部変調器から出力された周波数偏移変調信号もしくは位相偏移変調信号とを合波する光結合器と、前記光結合器で合波された光時分割多重信号と周波数偏移変調信号もしくは位相偏移変調信号を光ヘテロダイン受信して中間周波信号を出力する光検波器と、前記光検波器から出力された中間周波信号のうち目的の信号に相当する中間周波信号を透過して多重分離する電気バンドパスフィルタと、前記電気バンドパスフィルタで多重分離した信号を復調して前記目的の信号を出力する中間周波信号復調器とを備えることを特徴とする。
これにより、周波数偏移変調光もしくは位相偏移変調光を局部発振光として用いた光ヘテロダイン受信によって、高速に伝送される光時分割多重信号の目的の信号チャネルのみを光ヘテロダイン受信することができるため、光増幅器を含むような、高価でかつ複雑な構成の光受信装置を用いることなく多重分離することが可能となる。
【０００９】
本発明による第３の態様は、第１または第２の態様の光受信器において、光検波器として差動受信型光検波器を用いることを特徴とする。
これにより、第１または第２の態様の光受信器において、光ヘテロダイン検波を行った際に生じる光時分割多重信号のベースバンド成分を除去することが可能となり、より受信特性の高い光受信器を構成することが可能となる。
【００１０】
本発明による第４の態様は、光時分割多重信号を多重分離受信する光受信器において、前記光時分割多重信号を分岐する第１の光分岐器と、信号発生器と、前記信号発生器の出力により周波数偏移変調もしくは位相偏移変調された光信号を出力する変調光源と、前記変調光源の出力光信号を分岐する第２の光分岐器と、前記第２の光分岐器の出力光信号に光遅延を与える少なくとも１つの光遅延器と、前記第２の光分岐器の出力光信号と、前記第１の光分岐器の出力光信号とを合波する第１の光結合器と、前記光遅延器に対応して設けられ、前記光遅延器の出力光信号と、前記第１の光分岐器の出力光信号とを合波する少なくとも１つの第２の光結合器と、前記第１および第２の光結合器に対応して設けられ、前記第１および第２の光結合器で合波された出力光信号を光ヘテロダイン受信して中間周波信号を出力する複数の光検波器と、前記複数の光検波器に対応して設けられ、前記光検波器から出力された中間周波信号のうち目的の信号に相当する中間周波信号を透過して多重分離する複数の電気バンドパスフィルタと、前記複数の電気バンドパスフィルタに対応して設けられ、前記電気バンドパスフィルタで多重分離した信号を復調して前記目的の信号を出力する複数の中間周波信号復調器とを備えることを特徴とする。
これにより、複数の信号チャネルを同時に多重分離受信することができる。
【００１１】
本発明による第５の態様は、第４の態様の光受信器において、光検波器として差動受信型光検波器を用いることを特徴とする。
これにより、第４の態様の光受信器において、光ヘテロダイン検波を行った際に生じる光時分割多重信号のベースバンド成分を除去することが可能となり、より受信特性の高い光受信器を構成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、光時分割多重信号受信時において、局部発振光として周波数偏移変調光もしくは位相偏移変調光を用いた光ヘテロダイン受信を行うことで、高速な信号の多重分離を低速な光部品と電気部品のみを用いて行うことができるようになるので、その結果、経済的な構成で多重分離受信装置を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。第１の実施の形態に係る光受信器２０１は、図３に示すように、信号発生器２０２と、信号発生器２０２の出力により直接周波数偏移変調された光信号を出力する直接変調光源２０３と、光受信器２０１の光信号入力部から入力された光時分割多重信号と直接変調光源２０３から出力された光信号とを合波する光結合器２０４と、光結合器２０４で合波された光時分割多重信号と直接変調光源２０３から出力された光信号を光ヘテロダイン受信する光検波器２０５と、光検波器２０５の出力信号の一部の帯域を透過する電気バンドパスフィルタ２０６と、電気バンドパスフィルタ２０６の出力を復調し、目的の信号を出力する中間周波信号復調器２０７を備える。
【００１４】
このとき、信号発生器２０２は、例えば発振器と電気増幅器を用いて構成することが可能であり、中間周波信号復調器２０７は、例えば包絡線検波器と電気ローパスフィルタを用いて構成することが可能である。
【００１５】
ここで、図３中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）における信号の時間波形とスペクトルの関係の一例を図４に示している。光受信器２０１の光信号入力部から入力される光時分割多重信号の時間波形は、図４中の（ａ）であり、信号チャネルα，β，γ，δが多重されている。このとき、光時分割多重信号は、中心周波数ｆｓから変調速度ｆＢだけスペクトルが広がっている。また、信号発生器２０２と直接変調光源２０３により、図４の（ｂ）に示すような、中心周波数ｆＬＯかつ強度一定かつ変調速度ｆＢの１／４の速度で周波数が−Δｆ〜＋Δｆまで変動する局部発振光を出力する。次に、光時分割多重信号と局部発振光を光結合器２０４を用いて合波するが、このとき、光時分割多重信号の目的の信号チャネルαのピークと局部発振光の周波数変動が＋Δｆになるタイミングとを一致させるように合波する。その後、光検波器２０５より出力することにより、光ヘテロダイン受信を起こし、図４の（ｃ）に示すような、目的の信号チャネルαが中心周波数ｆｓ−ｆＬＯからΔｆだけ低周波側にシフトした中間周波信号が出力される。中間周波信号のスペクトルのうち、信号チャネルαに相当するスペクトルのみを電気バンドパスフィルタ２０６を用いて透過することにより、図４の（ｄ）に示すように、目的の信号チャネルαのみを多重分離することができ、多重分離した信号を中間周波信号復調器２０７を用いて復調することで目的の信号チャネルαを復調することができる。
【００１６】
なお、上述した構成において信号チャネルα以外の信号チャネルを受信する場合には、目的の信号チャネルのピークに、局部発振光源の周波数変動が＋Δｆとなるタイミングが一致するように光結合器２０４で合波すればよい。
【００１７】
また、図４に示す実施の形態において、電気バンドパスフィルタ２０６において、中間周波信号の中心周波数ｆｓ−ｆＬＯからΔｆだけ高周波側にシフトしたスペクトルを透過することで、信号チャネルγを受信することも可能であり、加えて、目的の信号チャネルのピークに、局部発振光源の周波数変動が−Δｆとなるタイミングが一致するように光結合器２０４で合波することで任意の信号チャネルを受信することができる。
【００１８】
このとき、電気バンドパスフィルタ２０６から出力する中間周波信号を無線信号として利用することも可能である。図４は、光時分割多重信号の中心周波数ｆｓがｆＬＯより高周波である場合を示しているが、逆に光時分割多重信号の中心周波数ｆｓがｆＬＯより低周波である場合にも同様に信号の多重分離動作が実現可能であることは言うまでもない。
【００１９】
第１の実施の形態のような構成とすることにより、高速に伝送される光時分割多重信号の多重分離動作を、信号速度に比べ比較的低周波な部品を用いて実現することが可能となる。また、光ヘテロダイン受信を用いて光電変換を行うことから、信号を増幅受信することが可能であり、図１に示す従来技術で必要であった光増幅器を用いる必要がない。さらに、光部品に比べ経済的な電気部品を多く用いて多重分離するため、光周波数領域で信号処理を行う必要が無く、経済的な受信器を構成することが可能となる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。第２の実施の形態に係る光受信器３０１は、図５に示すように、連続光を出力する光源３０２と、信号発生器３０３と、信号発生器３０３の出力により、光源３０２の出力する連続光を周波数偏移変調もしくは位相偏移変調する外部変調器３０４と、光受信器３０１の光信号入力部から入力される光時分割多重信号と外部変調器３０４から出力された周波数偏移変調信号もしくは位相偏移変調信号とを合波する光結合器３０５と、光結合器３０５で合波された光時分割多重信号と周波数偏移変調信号もしくは位相偏移変調信号を光ヘテロダイン受信する光検波器３０６と、光検波器３０６の出力信号の一部の帯域を透過する電気バンドパスフィルタ３０７と、電気バンドパスフィルタ３０７の出力を復調し、目的の信号を出力する中間周波信号復調器３０８を備える。
【００２１】
このとき、信号発生器３０３は、例えば発振器と電気増幅器を用いて構成することが可能であり、中間周波信号復調器３０８は、例えば包絡線検波器と電気ローパスフィルタを用いて構成することが可能である。
第２の実施の形態における動作原理は第１の実施の形態の場合と同様である。
【００２２】
第２の実施の形態のような構成とすることにより、高速に伝送される光時分割多重信号の多重分離動作を、信号速度に比べ比較的低周波な部品を用いて実現することが可能となる。さらに、光部品に比べ経済的な電気部品を多く用いて多重分離するため、光周波数領域で信号処理を行う必要が無く、経済的な受信器を構成することが可能となる。また、一般的に高速変調時において強度変調成分が生じることから、変調速度が制限される直接変調光源と比較し、光部品数が増加するものの、外部変調器を用いることで、さらに高速な信号の多重分離動作を実現することができる。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。第３の実施の形態に係る光受信器４０１は、図６に示すように、信号発生器４０２と、信号発生器４０２の出力により直接周波数偏移変調された光信号を出力する直接変調光源４０３と、光受信器４０１の光信号入力部から入力された光時分割多重信号と直接変調光源４０３から出力された光信号とを合波する光結合器４０４と、光結合器４０４で合波された光時分割多重信号と直接変調光源２０３から出力された光信号を光ヘテロダイン受信する差動受信型光検波器４０５と、差動受信型光検波器４０５の出力信号の一部の帯域を透過する電気バンドパスフィルタ４０６と、電気バンドパスフィルタ４０６の出力を復調し、目的の信号を出力する中間周波信号復調器４０７を備える。
【００２４】
このとき、信号発生器４０２は、例えば発振器と電気増幅器を用いて構成することが可能であり、中間周波信号復調器４０７は、例えば包絡線検波器と電気ローパスフィルタを用いて構成することが可能である。
第３の実施の形態における動作原理は第１の実施の形態の場合と同様である。
また、第２の実施の形態と同様、直接変調光源４０３の代わりに、連続光源と外部変調器を用いることも可能である。
【００２５】
第３の実施の形態のような構成とすることにより、高速に伝送される光時分割多重信号の多重分離動作を、信号速度に比べ比較的低周波な部品を用いて実現することが可能となる。さらに、光部品に比べ経済的な電気部品を多く用いて多重分離するため、光周波数領域で信号処理を行う必要が無く、経済的な受信器を構成することが可能となる。また、光へテロダイン受信時（光電変換時）に差動受信型光検波器を用いることで、光結合器４０４において信号を合波する際に生じる結合損失が無くなる上、光時分割多重信号の直接受信成分を相殺することから、受信特性を大きく改善することができ、かつ光検波後に生じる中間周波信号をより低周波側に寄せられることから、光検波器や電気部品の所望帯域を低減することが可能となるため、経済的な受信器構成に寄与することができる。
【００２６】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。第４の実施の形態に係る光受信器５０１は、図７に示すように、光受信器５０１の光信号入力部から入力される光時分割多重信号を分岐する光分岐器５０２と、信号発生器５０３と、信号発生器５０３の出力を用いて周波数偏移変調もしくは位相偏移変調された光信号を出力する変調光源５０４と、変調光源５０４の出力光信号を分岐する光分岐器５０５と、光分岐器５０５の出力光信号に光遅延を与える複数の光遅延器５０６−２〜５０６−４と、光分岐器５０２の出力光信号と光分岐器５０５の出力光信号とを合波する光結合器５０７−１と、光分岐器５０２の出力光信号と光遅延器５０６−２〜５０６−４のそれぞれの出力光信号とを合波する光結合器５０７−２〜５０７−４と、光結合器５０７−１〜５０７−４の出力を受信し、信号を復調する光受信部５０８−１〜５０８−４を備える。
【００２７】
このとき、信号発生器５０３は、例えば発振器と電気増幅器を用いて構成することが可能であり、変調光源５０４は、第１ないし第３の実施の形態のように、直接変調光源もしくは連続光源と外部変調器を用いて構成することが可能であり、光受信部５０８−１〜５０８−４は、第１ないし第３の実施の形態のように、光検波器と電気バンドパスフィルタと中間周波信号復調器もしくは差動受信型光検波器と電気バンドパスフィルタと中間周波復調器を用いて構成することが可能である。
【００２８】
このとき、基本的な動作原理は第１の実施の形態の場合と同様である。
光信号を受信する際に、複数の受信部に信号を分岐し、光遅延器５０６−２〜５０６−４を用いて受信したい信号チャネルに局部発振光の周波数変動のタイミングを一致させることで、複数の信号チャネルを同時に受信することが可能となる。
【００２９】
上述のように、本発明は、光時分割多重信号受信時における多重分離を、光領域と電気領域の信号処理を両方用いることで、光増幅器や位相変調器のような高価な光部品の数を削減して、経済的な構成により実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の光受信器の構成を示す図である。
【図２】従来の光受信器の内部で処理される信号の時間波形とスペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る光受信器の内部で処理される信号の時間波形とスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１  光受信器
１０２，２０２，３０３，４０２，５０３  信号発生器
１０３  位相変調器
１０４  光バンドパスフィルタ
１０５  光増幅器
１０６，２０５，３０６  光検波器
１０７  復調器
２０３，４０３  直接変調光源
２０４，３０５，４０４，５０７−１〜５０７−４  光結合器
２０６，３０７，４０６  電気バンドパスフィルタ
２０７，３０８，４０７  中間周波信号復調器
３０２  連続光源
３０４  外部変調器
４０５  差動受信型光検波器
５０２，５０５  光分岐器
５０４  変調光源
５０６−２〜５０６−４  光遅延器
５０８−１〜５０８−４  光受信部
【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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