JPH04278737A - コヒーレント光受信器 - Google Patents
コヒーレント光受信器Info
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- JPH04278737A JPH04278737A JP3040283A JP4028391A JPH04278737A JP H04278737 A JPH04278737 A JP H04278737A JP 3040283 A JP3040283 A JP 3040283A JP 4028391 A JP4028391 A JP 4028391A JP H04278737 A JPH04278737 A JP H04278737A
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ヘテロダイン検波方
式を用いた光通信用ならびに光計測用のコヒーレント光
受信器に関するものである。
式を用いた光通信用ならびに光計測用のコヒーレント光
受信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来におけるコヒーレント光受信器αの
構成を図５に示す。同図中、１は局部発振光ＬＯ（以下
、「局発光」と称す）を発振するための半導体レーザ等
の局部発振光源（以下、「局発光源」と称す）、２は光
ファイバ等を伝搬してきた微弱な信号光Ｓと局発光源１
において発振された局発光ＬＯとを５０：５０の割合（
分岐比）で合分波するビームスプリッタや光ファイバカ
ップラ等の光合分波器、３および４はヘテロダイン検波
を行ない、光信号Ｓと局発光ＬＯのビート信号を得るた
めの受光器、５は受光器３および受光器４においてヘテ
ロダイン検波されたビート信号の合成出力Ｏを増幅する
初段電気増幅器である。
構成を図５に示す。同図中、１は局部発振光ＬＯ（以下
、「局発光」と称す）を発振するための半導体レーザ等
の局部発振光源（以下、「局発光源」と称す）、２は光
ファイバ等を伝搬してきた微弱な信号光Ｓと局発光源１
において発振された局発光ＬＯとを５０：５０の割合（
分岐比）で合分波するビームスプリッタや光ファイバカ
ップラ等の光合分波器、３および４はヘテロダイン検波
を行ない、光信号Ｓと局発光ＬＯのビート信号を得るた
めの受光器、５は受光器３および受光器４においてヘテ
ロダイン検波されたビート信号の合成出力Ｏを増幅する
初段電気増幅器である。
【０００３】次に動作について説明する。光ファイバ等
を伝搬して減衰した微弱な光信号Ｓは、光合分波器２に
おいて局発光ＬＯと、合波ならびに分波される。この合
波ならびに分波された微弱な信号光Ｓと局発光ＬＯは、
受光器３および受光器４において受光器の自乗特性によ
りヘテロダイン検波され、信号光Ｓと局発光ＬＯの光周
波数の差の周波数のビート信号（電気）が得られる。
を伝搬して減衰した微弱な光信号Ｓは、光合分波器２に
おいて局発光ＬＯと、合波ならびに分波される。この合
波ならびに分波された微弱な信号光Ｓと局発光ＬＯは、
受光器３および受光器４において受光器の自乗特性によ
りヘテロダイン検波され、信号光Ｓと局発光ＬＯの光周
波数の差の周波数のビート信号（電気）が得られる。
【０００４】次に従来例のコヒーレント光受信器におけ
る信号電力対雑音電力比について説明する。図５のコヒ
ーレント光受信器αにおいて、信号光Ｓは局発光ＬＯに
よってヘテロダイン検波され、中間周波数帯に変換され
る。ヘテロダイン検波後の中間周波数帯における信号電
力対雑音電力比（ＳＮ比）は一般的に次式（第１式）に
よって表わされる。
る信号電力対雑音電力比について説明する。図５のコヒ
ーレント光受信器αにおいて、信号光Ｓは局発光ＬＯに
よってヘテロダイン検波され、中間周波数帯に変換され
る。ヘテロダイン検波後の中間周波数帯における信号電
力対雑音電力比（ＳＮ比）は一般的に次式（第１式）に
よって表わされる。
【０００５】
【数１】
【０００６】第１式において信号成分Ｓ（分子）は信号
光パワーＰＳ と局発光パワーＰＬＯの積に比例するこ
とが分かる。一方雑音成分Ｎ（分母）については第１項
から順次局発光ＬＯによるショット雑音（以下、「局発
光ショット雑音」と称す）、信号光Ｓによるショット雑
音、受光素子の暗電流によるショット雑音および電気増
幅器回路雑音である。信号光Ｓによるショット雑音は信
号光Ｓが微弱であり、また受光器３，４の暗電流による
ショット雑音は受光器３，４の暗電流が非常に小さいた
め、これらについては問題とならない。
光パワーＰＳ と局発光パワーＰＬＯの積に比例するこ
とが分かる。一方雑音成分Ｎ（分母）については第１項
から順次局発光ＬＯによるショット雑音（以下、「局発
光ショット雑音」と称す）、信号光Ｓによるショット雑
音、受光素子の暗電流によるショット雑音および電気増
幅器回路雑音である。信号光Ｓによるショット雑音は信
号光Ｓが微弱であり、また受光器３，４の暗電流による
ショット雑音は受光器３，４の暗電流が非常に小さいた
め、これらについては問題とならない。
【０００７】図６は、縦軸は信号電力および雑音電力を
表し、横軸は局部発振光パワーＰＬＯを表し、局部発振
光パワーＰＬＯと受光感度との関係を示す。同図は、第
１式に高速伝送用の５０Ω負荷抵抗を使用した場合にお
いて、一般的な数値を代入して局発光パワーＰＬＯとＳ
Ｎ比の関係を示している。同図を見ると、局発光パワー
ＰＬＯが小さい時（約＋１０ｄＢｍ以下）はＳＮ比は電
気増幅器回路雑音によって制限されるが、局発光パワー
ＰＬＯを大きくする（約＋１０ｄＢｍ以上）とＳＮ比は
局発光ショット雑音に制限され、理想的なヘテロダイン
検波状態となることがわかる。この領域はヘテロダイン
検波方式の理論限界（ショット雑音限界と呼ばれる）で
ある。
表し、横軸は局部発振光パワーＰＬＯを表し、局部発振
光パワーＰＬＯと受光感度との関係を示す。同図は、第
１式に高速伝送用の５０Ω負荷抵抗を使用した場合にお
いて、一般的な数値を代入して局発光パワーＰＬＯとＳ
Ｎ比の関係を示している。同図を見ると、局発光パワー
ＰＬＯが小さい時（約＋１０ｄＢｍ以下）はＳＮ比は電
気増幅器回路雑音によって制限されるが、局発光パワー
ＰＬＯを大きくする（約＋１０ｄＢｍ以上）とＳＮ比は
局発光ショット雑音に制限され、理想的なヘテロダイン
検波状態となることがわかる。この領域はヘテロダイン
検波方式の理論限界（ショット雑音限界と呼ばれる）で
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】既述のようにコヒーレ
ント光受信器αにおいて局発光パワーＰＬＯが十分でな
い場合には、ＳＮ比すなわち受信感度は、局発光パワー
ＰＬＯによるショット雑音ではなく、主として電気増幅
器回路雑音によって制限され、優れた受信感度が得られ
ない欠点があった。このショット雑音限界を実現するた
めには、より大きな局発光パワーＰＬＯが必要である。 図６に示すように、ショット雑音限界を達成するための
局発光パワーＰＬＯは少なくとも約＋１０ｄＢｍ程度必
要であることは既述の通りである。
ント光受信器αにおいて局発光パワーＰＬＯが十分でな
い場合には、ＳＮ比すなわち受信感度は、局発光パワー
ＰＬＯによるショット雑音ではなく、主として電気増幅
器回路雑音によって制限され、優れた受信感度が得られ
ない欠点があった。このショット雑音限界を実現するた
めには、より大きな局発光パワーＰＬＯが必要である。 図６に示すように、ショット雑音限界を達成するための
局発光パワーＰＬＯは少なくとも約＋１０ｄＢｍ程度必
要であることは既述の通りである。
【０００９】現在、局発光源１には半導体レーザダイオ
ードが広く用いられているが、このような大電力を得る
ことは現状技術では困難であり、またこれに近い大電力
化を図ることが可能となったとしても局発用光源１の信
頼性が損なわれる可能性があり、局発光源１の大電力化
は容易ではない。一方初段電気増幅器５の低雑音化を行
なえばショット雑音限界を達成することは可能であるが
、特に広帯域な信号を伝送するためには初段電気増幅器
５の入力インピーダンスすなわち受光素子の負荷抵抗Ｒ
を低くすることが必要である。しかし、第１式の分母第
４項から得られるように、負荷抵抗Ｒを低くすることに
よって回路雑音が増加し、ＳＮ比が劣化してしまい、初
段電気増幅器５の低雑音化は容易ではない。こゝにおい
て本発明は、前記従来の課題を解決するのに有効適切な
コヒーレント光受信器を提供せんとするものである。
ードが広く用いられているが、このような大電力を得る
ことは現状技術では困難であり、またこれに近い大電力
化を図ることが可能となったとしても局発用光源１の信
頼性が損なわれる可能性があり、局発光源１の大電力化
は容易ではない。一方初段電気増幅器５の低雑音化を行
なえばショット雑音限界を達成することは可能であるが
、特に広帯域な信号を伝送するためには初段電気増幅器
５の入力インピーダンスすなわち受光素子の負荷抵抗Ｒ
を低くすることが必要である。しかし、第１式の分母第
４項から得られるように、負荷抵抗Ｒを低くすることに
よって回路雑音が増加し、ＳＮ比が劣化してしまい、初
段電気増幅器５の低雑音化は容易ではない。こゝにおい
て本発明は、前記従来の課題を解決するのに有効適切な
コヒーレント光受信器を提供せんとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。即ち、本発明の第１の特徴は、局部
発振光源と、該局部発振光源の出力を受けて増幅を行な
う光増幅器と、信号光と該光増幅器の出力とを受けて合
分波する光合分波器と、該合分波器の二つの出力をそれ
ぞれ受けて光信号を電気信号に変換する二つの受光器と
、該二つの受光器の出力を合成したのち、該合成された
電気信号を受けて増幅を行なう電気増幅器とを有して光
ヘテロダイン検波方式を用いてなるコヒーレント光受信
器である。
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。即ち、本発明の第１の特徴は、局部
発振光源と、該局部発振光源の出力を受けて増幅を行な
う光増幅器と、信号光と該光増幅器の出力とを受けて合
分波する光合分波器と、該合分波器の二つの出力をそれ
ぞれ受けて光信号を電気信号に変換する二つの受光器と
、該二つの受光器の出力を合成したのち、該合成された
電気信号を受けて増幅を行なう電気増幅器とを有して光
ヘテロダイン検波方式を用いてなるコヒーレント光受信
器である。
【００１１】本発明の第２の特徴は、前記第１の特徴に
おける前記信号光および前記光増幅器の出力とが、前記
光合分波器の中の合分波される点から、二つの異なった
光路を通じ、前記二つの受光器において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの、該二つの
信号経路における伝搬時間が等しくなってなるコヒーレ
ント光受信器である。
おける前記信号光および前記光増幅器の出力とが、前記
光合分波器の中の合分波される点から、二つの異なった
光路を通じ、前記二つの受光器において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの、該二つの
信号経路における伝搬時間が等しくなってなるコヒーレ
ント光受信器である。
【００１２】本発明の第３の特徴は、前記第１又は第２
の特徴における前記光合分波器と前記電気増幅器との間
に、前記信号光および前記光増幅器の出力とが、前記光
合分波器の中の合分波される点から、二つの異なった光
路を通じ、前記の二つの受光器において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの、該二つの
信号経路における伝搬時間が等しくなるように、該二つ
の信号経路のうちの片方あるいは両方の、光路の長さ、
あるいは電気線路の長さを微調整する手段を有してなる
コヒーレント光受信器である。
の特徴における前記光合分波器と前記電気増幅器との間
に、前記信号光および前記光増幅器の出力とが、前記光
合分波器の中の合分波される点から、二つの異なった光
路を通じ、前記の二つの受光器において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの、該二つの
信号経路における伝搬時間が等しくなるように、該二つ
の信号経路のうちの片方あるいは両方の、光路の長さ、
あるいは電気線路の長さを微調整する手段を有してなる
コヒーレント光受信器である。
【００１３】本発明の第４の特徴は、前記第１，２又は
３の特徴における前記信号光および前記光増幅器の出力
とが、前記光合分波器の中の合分波される点から、二つ
の異なった光路を通じ、前記の二つの受光器において電
気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点での
、該二つの信号経路における信号強度が等しくなってな
るコヒーレント光受信器である。
３の特徴における前記信号光および前記光増幅器の出力
とが、前記光合分波器の中の合分波される点から、二つ
の異なった光路を通じ、前記の二つの受光器において電
気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点での
、該二つの信号経路における信号強度が等しくなってな
るコヒーレント光受信器である。
【００１４】本発明の第５の特徴は、前記第１，２，３
又は４の特徴における前記信号光および前記光増幅器の
出力とが、前記光合分波器の中の合分波される点から、
二つの異なった光路を通じ、前記の二つの受光器におい
て電気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点
までの間において、該合成点での該二つの信号の信号強
度が等しくなるように、前記光合分波器の二つの出力光
路のうちの片方あるいは両方において、光伝搬強度を微
調整する手段、あるいは前記光合分波器の分岐比を微調
整する手段を有してなるコヒーレント光受信器である。
又は４の特徴における前記信号光および前記光増幅器の
出力とが、前記光合分波器の中の合分波される点から、
二つの異なった光路を通じ、前記の二つの受光器におい
て電気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点
までの間において、該合成点での該二つの信号の信号強
度が等しくなるように、前記光合分波器の二つの出力光
路のうちの片方あるいは両方において、光伝搬強度を微
調整する手段、あるいは前記光合分波器の分岐比を微調
整する手段を有してなるコヒーレント光受信器である。
【００１５】本発明の第６の特徴は、前記第１，２，３
，４又は５の特徴における前記光合分波器がビームスプ
リッタ、光ファイバカップラあるいは光導波路であるコ
ヒーレント光受信器である。
，４又は５の特徴における前記光合分波器がビームスプ
リッタ、光ファイバカップラあるいは光導波路であるコ
ヒーレント光受信器である。
【００１６】本発明の第７の特徴は、前記第１，２，３
，４，５又は６の特徴における前記光増幅器が、エルビ
ウムドープ光ファイバ等から構成される光ファイバ増幅
器と半導体レーザ増幅器とファイバラマン増幅器とファ
イバブリユアン増幅器のいずれかであるコヒーレント光
受信器である。
，４，５又は６の特徴における前記光増幅器が、エルビ
ウムドープ光ファイバ等から構成される光ファイバ増幅
器と半導体レーザ増幅器とファイバラマン増幅器とファ
イバブリユアン増幅器のいずれかであるコヒーレント光
受信器である。
【００１７】本発明の第８の特徴は、前記第１，２，３
，４，５，６又は７の特徴における前記局部発振光源、
光増幅器、光合分波器および二つの受光器が集積化等一
体化されていること、またはこれらの一部が一体化され
てなるコヒーレント光受信器である。
，４，５，６又は７の特徴における前記局部発振光源、
光増幅器、光合分波器および二つの受光器が集積化等一
体化されていること、またはこれらの一部が一体化され
てなるコヒーレント光受信器である。
【００１８】本発明の第９の特徴は、前記第１，２，３
，４，５，６，７又は８の特徴における局部発振光源と
、該局部発振光源の出力を受けて増幅を行なう光増幅器
と、信号光と該光増幅器の出力とを受けて合分波する光
合分波器と、該合分波器の二つの出力をそれぞれ受けて
光信号を電気信号に変換する二つの受光器と、該二つの
受光器の出力を合成したのち、該合成された電気信号を
受けて増幅を行なう電気増幅器とを有し、かつ前記信号
光および前記光増幅器の出力とが、前記光合分波器の中
の合分波される点から、二つの異なった光路を通じ、前
記二つの受光器において電気信号に変換され、電気線路
を通じて合成される点までの、該二つの信号経路におけ
る伝搬時間が等しく、かつ前記信号光および前記光増幅
器の出力とが、前記光合分波器の中の合分波される点か
ら、二つの異なった前記光路を通じ、前記二つの受光器
において前記電気信号に変換され、前記電気線路を通じ
て合成される点での、前記二つの信号経路における信号
強度を等しくして光ヘテロダイン検波方式を用いてなる
コヒーレント光受信器である。
，４，５，６，７又は８の特徴における局部発振光源と
、該局部発振光源の出力を受けて増幅を行なう光増幅器
と、信号光と該光増幅器の出力とを受けて合分波する光
合分波器と、該合分波器の二つの出力をそれぞれ受けて
光信号を電気信号に変換する二つの受光器と、該二つの
受光器の出力を合成したのち、該合成された電気信号を
受けて増幅を行なう電気増幅器とを有し、かつ前記信号
光および前記光増幅器の出力とが、前記光合分波器の中
の合分波される点から、二つの異なった光路を通じ、前
記二つの受光器において電気信号に変換され、電気線路
を通じて合成される点までの、該二つの信号経路におけ
る伝搬時間が等しく、かつ前記信号光および前記光増幅
器の出力とが、前記光合分波器の中の合分波される点か
ら、二つの異なった前記光路を通じ、前記二つの受光器
において前記電気信号に変換され、前記電気線路を通じ
て合成される点での、前記二つの信号経路における信号
強度を等しくして光ヘテロダイン検波方式を用いてなる
コヒーレント光受信器である。
【００１９】
【作用】本発明は、前記のような手段を講じ、局部発振
光源１と、局部発振光源１の出力を受けて増幅を行なう
光増幅器と、信号光Ｓと光増幅器の出力とを受けて合分
波する光合分波器２と、光合分波器２の二つの出力をそ
れぞれ受けて光信号を電気信号に変換する二つの受光器
３，４と、二つの受光器３，４の出力を合成したのち、
該合成された電気信号Ｏを受けて増幅を行なう電気増幅
器５とを有することにより、局発光ＬＯを光増幅器によ
って光増幅して、理想的なヘテロダイン検波であるショ
ット雑音限界を達成する。また、光合分波器２の中の合
分波される点から、二つの異なった光路を通じ、それぞ
れ異なった二つの受光器３，４において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの二つの信号
経路における伝搬時間および該合成点での信号強度を等
しくすることによって、局発光ＬＯを光増幅する光増幅
器から発生する自然放出光に関わる雑音を打ち消す。
光源１と、局部発振光源１の出力を受けて増幅を行なう
光増幅器と、信号光Ｓと光増幅器の出力とを受けて合分
波する光合分波器２と、光合分波器２の二つの出力をそ
れぞれ受けて光信号を電気信号に変換する二つの受光器
３，４と、二つの受光器３，４の出力を合成したのち、
該合成された電気信号Ｏを受けて増幅を行なう電気増幅
器５とを有することにより、局発光ＬＯを光増幅器によ
って光増幅して、理想的なヘテロダイン検波であるショ
ット雑音限界を達成する。また、光合分波器２の中の合
分波される点から、二つの異なった光路を通じ、それぞ
れ異なった二つの受光器３，４において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの二つの信号
経路における伝搬時間および該合成点での信号強度を等
しくすることによって、局発光ＬＯを光増幅する光増幅
器から発生する自然放出光に関わる雑音を打ち消す。
【００２０】
【実施例】（第１実施例）本発明のコヒーレント受信器
の第１実施例を図１について説明する。なお、同図にお
いて、図５の従来構成と同一回路素子には、同一番号を
付し、説明の重複は省く。図中、βは本実施例のコヒー
レント受信器、６は局発光ＬＯを十分な光パワーに増幅
するための光増幅器である。光増幅器６は、発明者の実
施ではエルビウムドープ光ファイバで構成される光ファ
イバ増幅器を使用した。しかしその他、半導体レーザ増
幅器、ファイバラマン増幅器あるいはファイバブリユア
ン増幅器等の光増幅器であれば何でも良い。光合分波器
は、発明者の実施ではビームスプリッタを使用した。し
かしその他、光ファイバカップラあるいは光導波路等の
光合分波器であれば何でも良い。
の第１実施例を図１について説明する。なお、同図にお
いて、図５の従来構成と同一回路素子には、同一番号を
付し、説明の重複は省く。図中、βは本実施例のコヒー
レント受信器、６は局発光ＬＯを十分な光パワーに増幅
するための光増幅器である。光増幅器６は、発明者の実
施ではエルビウムドープ光ファイバで構成される光ファ
イバ増幅器を使用した。しかしその他、半導体レーザ増
幅器、ファイバラマン増幅器あるいはファイバブリユア
ン増幅器等の光増幅器であれば何でも良い。光合分波器
は、発明者の実施ではビームスプリッタを使用した。し
かしその他、光ファイバカップラあるいは光導波路等の
光合分波器であれば何でも良い。
【００２１】また、信号光Ｓと光増幅器６の増幅局発光
ＬＯ′とが、光合分波器２の中の合分波される点から、
二つの異なった光路を通じ、二つの受光器３，４におい
て電気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点
までの、該二つの信号経路における伝搬時間が等しくな
っているように、信号経路の長さが整えられている。ま
た、信号光Ｓおよび光増幅器６の増幅局発光ＬＯ′とが
、光合分波器２の中で合分波され、二つの異なった光路
を通じ、前記の二つの受光器において電気信号に変換さ
れ、電気線路を通じて合成される点において、該二つの
電気信号の信号強度が等しくなるように、光合分波器２
の分岐比、該二つの信号経路の伝送損失等が整えられて
いる。
ＬＯ′とが、光合分波器２の中の合分波される点から、
二つの異なった光路を通じ、二つの受光器３，４におい
て電気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点
までの、該二つの信号経路における伝搬時間が等しくな
っているように、信号経路の長さが整えられている。ま
た、信号光Ｓおよび光増幅器６の増幅局発光ＬＯ′とが
、光合分波器２の中で合分波され、二つの異なった光路
を通じ、前記の二つの受光器において電気信号に変換さ
れ、電気線路を通じて合成される点において、該二つの
電気信号の信号強度が等しくなるように、光合分波器２
の分岐比、該二つの信号経路の伝送損失等が整えられて
いる。
【００２２】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様であるので、次にその動作について説明する。局発
光源１から出射された局発光ＬＯは、光増幅器６におい
て十分な光パワーに増幅される。光増幅器６の増幅局発
光ＬＯ′と信号光Ｓは、光合分波器２において合分波さ
れる。光合分波器２の二つの出力は、差動回路構成され
た２つの受光器３および４に結合される。光合分波器２
の合分波点から受光器３および受光器４の合成出力部ま
での間において、二つの異なる信号経路の伝搬時間およ
び信号強度がそれぞれ等しく設定されている。従って、
受光器３および受光器４には、それぞれ同振幅、逆位相
の信号電流が流れ、これらの合成出力Ｏには、それぞれ
の受光器３，４における振幅の２倍の信号電流が流れる
。 光増幅器６の利得を上げ、局発光パワーＰＬＯを増大さ
せることによって、図６のごとく検波信号成分は増加す
る。
態様であるので、次にその動作について説明する。局発
光源１から出射された局発光ＬＯは、光増幅器６におい
て十分な光パワーに増幅される。光増幅器６の増幅局発
光ＬＯ′と信号光Ｓは、光合分波器２において合分波さ
れる。光合分波器２の二つの出力は、差動回路構成され
た２つの受光器３および４に結合される。光合分波器２
の合分波点から受光器３および受光器４の合成出力部ま
での間において、二つの異なる信号経路の伝搬時間およ
び信号強度がそれぞれ等しく設定されている。従って、
受光器３および受光器４には、それぞれ同振幅、逆位相
の信号電流が流れ、これらの合成出力Ｏには、それぞれ
の受光器３，４における振幅の２倍の信号電流が流れる
。 光増幅器６の利得を上げ、局発光パワーＰＬＯを増大さ
せることによって、図６のごとく検波信号成分は増加す
る。
【００２３】こゝで、本発明における重要な着目点であ
る、光増幅器６から発せられる自然放出光雑音について
述べる。光増幅器６の出力は増幅利得を増加させること
によって、十分に増幅された局発光ＬＯ′と共に、自然
放出光雑音が増加してしまう。この自然放出光雑音は、
過大なパワーであり、光合分波器２を通じて受光器３お
よび受光器４に加わる。この受光器３および受光器４の
検波出力にはそれぞれ、自然放出光雑音によってショト
雑音、信号光−自然放出光雑音間のビート雑音、局発光
−自然放出光雑音間のビート雑音および自然放出光雑音
どうしのビート雑音が生じてしまう。特に局発光−自然
放出光雑音間のビート雑音は局発光ＬＯのパワーが大き
いため雑音量も非常に大きい。
る、光増幅器６から発せられる自然放出光雑音について
述べる。光増幅器６の出力は増幅利得を増加させること
によって、十分に増幅された局発光ＬＯ′と共に、自然
放出光雑音が増加してしまう。この自然放出光雑音は、
過大なパワーであり、光合分波器２を通じて受光器３お
よび受光器４に加わる。この受光器３および受光器４の
検波出力にはそれぞれ、自然放出光雑音によってショト
雑音、信号光−自然放出光雑音間のビート雑音、局発光
−自然放出光雑音間のビート雑音および自然放出光雑音
どうしのビート雑音が生じてしまう。特に局発光−自然
放出光雑音間のビート雑音は局発光ＬＯのパワーが大き
いため雑音量も非常に大きい。
【００２４】例えば１つの受光器でコヒーレント光受信
器βを構成した場合には、光増幅器６で局発光ＬＯを増
幅しても、前記の局発光−自然放出光雑音によるビート
雑音によって、光増幅器６を使用しない場合よりも受光
感度が劣化してしまう。しかし、本実施例のように２つ
の受光器３，４の出力を差動合成する構成にした場合は
、前記の自然放出光雑音によるほとんどのビート雑音は
除去でき、光増幅器６の利得を上げることによってショ
ット雑音限界を達成できる。
器βを構成した場合には、光増幅器６で局発光ＬＯを増
幅しても、前記の局発光−自然放出光雑音によるビート
雑音によって、光増幅器６を使用しない場合よりも受光
感度が劣化してしまう。しかし、本実施例のように２つ
の受光器３，４の出力を差動合成する構成にした場合は
、前記の自然放出光雑音によるほとんどのビート雑音は
除去でき、光増幅器６の利得を上げることによってショ
ット雑音限界を達成できる。
【００２５】以下、その動作の詳細について説明する。
光合分波器２から受光器３および受光器４の合成出力部
までの間において、二つの異なる信号経路の伝搬時間お
よび信号強度がそれぞれ等しく設定することによって、
受光器３および受光器４にはそれぞれ同振幅、逆位相の
信号光−自然放出光間のビート雑音による雑音電流が、
また同振幅、同位相の局発光−自然放出光間のビート雑
音および自然放出光間のビート雑音による雑音電流が現
われる。受光器３および受光器４は差動合成されるため
、同振幅、逆位相の信号光−自然放出光間のビート雑音
による雑音電流はそれぞれの受光器３，４の和の振幅が
初段電気増幅器５に加わる。一方、同振幅，同位相の局
発光−自然放出光間のビート雑音および自然放出光どう
しのビート雑音による雑音電流は差動回路により打ち消
され除去される。
までの間において、二つの異なる信号経路の伝搬時間お
よび信号強度がそれぞれ等しく設定することによって、
受光器３および受光器４にはそれぞれ同振幅、逆位相の
信号光−自然放出光間のビート雑音による雑音電流が、
また同振幅、同位相の局発光−自然放出光間のビート雑
音および自然放出光間のビート雑音による雑音電流が現
われる。受光器３および受光器４は差動合成されるため
、同振幅、逆位相の信号光−自然放出光間のビート雑音
による雑音電流はそれぞれの受光器３，４の和の振幅が
初段電気増幅器５に加わる。一方、同振幅，同位相の局
発光−自然放出光間のビート雑音および自然放出光どう
しのビート雑音による雑音電流は差動回路により打ち消
され除去される。
【００２６】自然放出光によるショト雑音は各受光器３
及び４において相関がないため差動回路で足し合わされ
、出力に現われるが微弱であるため問題とならない。 また信号光−自然放出光間のビート雑音による雑音電流
についても、受信される信号光パワーＰＳ が小さいた
め問題とならない。従って、光増幅器６の増幅利得を上
げ、局発光パワーＰＬＯを増大させることによって、局
発光ショット雑音限界を達成できる。
及び４において相関がないため差動回路で足し合わされ
、出力に現われるが微弱であるため問題とならない。 また信号光−自然放出光間のビート雑音による雑音電流
についても、受信される信号光パワーＰＳ が小さいた
め問題とならない。従って、光増幅器６の増幅利得を上
げ、局発光パワーＰＬＯを増大させることによって、局
発光ショット雑音限界を達成できる。
【００２７】次に、本発明のコヒーレント光受信器の有
効性について、本実施例のコヒーレント光受信器βを用
いた場合の、２． ５Ｇｂｉｔ／ｓ、ＣＰＦＳＫヘテロ
ダイン検波方式における受光感度と光増幅器６の光増幅
利得の依存性についての計算結果の例を図４に示す。計
算においては、光合分波器２の合分波点から２つの受光
器３，４の電気出力の合成点までの間の二つの異なる信
号経路の伝搬時間、および該合成点での二つの電気信号
の信号強度がそれぞれ等しく設定されているかを示す度
合い（「同相信号除去比」と称す）をパラメータとした
。 この同相信号除去比が大きい場合は、伝搬時間および信
号強度がそれぞれ等しく良好に設定されていることを示
している。計算において受光器３，４の合成出力の負荷
抵抗を５０Ωとした。また、局発用光源１から出射され
た局発光ＬＯ電力パワーは１ｍＷ（０ｄＢｍ）であると
した。
効性について、本実施例のコヒーレント光受信器βを用
いた場合の、２． ５Ｇｂｉｔ／ｓ、ＣＰＦＳＫヘテロ
ダイン検波方式における受光感度と光増幅器６の光増幅
利得の依存性についての計算結果の例を図４に示す。計
算においては、光合分波器２の合分波点から２つの受光
器３，４の電気出力の合成点までの間の二つの異なる信
号経路の伝搬時間、および該合成点での二つの電気信号
の信号強度がそれぞれ等しく設定されているかを示す度
合い（「同相信号除去比」と称す）をパラメータとした
。 この同相信号除去比が大きい場合は、伝搬時間および信
号強度がそれぞれ等しく良好に設定されていることを示
している。計算において受光器３，４の合成出力の負荷
抵抗を５０Ωとした。また、局発用光源１から出射され
た局発光ＬＯ電力パワーは１ｍＷ（０ｄＢｍ）であると
した。
【００２８】局発光用の光増幅器６を用いない場合すな
わち利得が０ｄＢの場合では、本実施例のコヒーレント
光受信器βは電気回路雑音制限で動作しており、本来達
成されるべきショット雑音限界には達していない。さて
、同相信号除去比が０ｄＢの場合には、局発光−自然放
出光間ビート雑音が抑圧されないため、光増幅器６の利
得を上げるに従い受光感度は劣化してしまうが、同相信
号除去比を高くするに従い、本発明の効果が現われ受光
感度が改善されていくことがわかる。特に約４０ｄＢ以
上になると、ショット雑音限界に近い受光感度が達成さ
れている。なお、同相信号除去比４０ｄＢを達成するた
めには、伝搬時間差を約１ｐｓ以下（光ファイバ長にし
て約０．２ｍｍ以下）、信号強度差を約０．１ｄＢ以下
にする必要がある。また、本実施例のコヒーレント光受
信器βは、偏波補償を行なうための偏波ダイバーシティ
系にも使用できることは、詳述するまでもない。
わち利得が０ｄＢの場合では、本実施例のコヒーレント
光受信器βは電気回路雑音制限で動作しており、本来達
成されるべきショット雑音限界には達していない。さて
、同相信号除去比が０ｄＢの場合には、局発光−自然放
出光間ビート雑音が抑圧されないため、光増幅器６の利
得を上げるに従い受光感度は劣化してしまうが、同相信
号除去比を高くするに従い、本発明の効果が現われ受光
感度が改善されていくことがわかる。特に約４０ｄＢ以
上になると、ショット雑音限界に近い受光感度が達成さ
れている。なお、同相信号除去比４０ｄＢを達成するた
めには、伝搬時間差を約１ｐｓ以下（光ファイバ長にし
て約０．２ｍｍ以下）、信号強度差を約０．１ｄＢ以下
にする必要がある。また、本実施例のコヒーレント光受
信器βは、偏波補償を行なうための偏波ダイバーシティ
系にも使用できることは、詳述するまでもない。
【００２９】（第２実施例）前記の光合分波器２から受
光器３および受光器４の合成出力部までの間において、
二つの異なる信号経路の伝搬時間および信号強度がそれ
ぞれ等しく設定されていることが、本発明の第２の特徴
であることは既述の通りである。本件を良好かつ能率的
に行なうための手段として、本発明の第２実施例を示す
。本発明の第２実施例を図２につき説明する。なお、本
実施例のコヒーレント光受信器において、前記第１実施
例の構成と同一回路素子には、同一番号を付し、説明の
重複は省く。
光器３および受光器４の合成出力部までの間において、
二つの異なる信号経路の伝搬時間および信号強度がそれ
ぞれ等しく設定されていることが、本発明の第２の特徴
であることは既述の通りである。本件を良好かつ能率的
に行なうための手段として、本発明の第２実施例を示す
。本発明の第２実施例を図２につき説明する。なお、本
実施例のコヒーレント光受信器において、前記第１実施
例の構成と同一回路素子には、同一番号を付し、説明の
重複は省く。
【００３０】図中、γは本実施例のコヒーレント光受信
器、７は光合分波器２から受光器３を通じ受光器４の検
波出力との合成部までの経路における伝搬時間を調整す
るための光位相変調器等の光位相調整器、８は光合分波
器２から受光器４を通じ受光器３の検波出力との合成部
までの経路における伝搬時間を調整するための光位相変
調器等の光位相調整器、９は光合分波器２から受光器３
を通じ受光器４の検波出力との合成部までの経路におけ
る伝搬強度を調整するための吸収型変調器等の光減衰器
、１０は光合分波器２から受光器４を通じ受光器３の検
波出力との合成部までの経路における伝搬強度を調整す
るための吸収型変調器等の光減衰器である。
器、７は光合分波器２から受光器３を通じ受光器４の検
波出力との合成部までの経路における伝搬時間を調整す
るための光位相変調器等の光位相調整器、８は光合分波
器２から受光器４を通じ受光器３の検波出力との合成部
までの経路における伝搬時間を調整するための光位相変
調器等の光位相調整器、９は光合分波器２から受光器３
を通じ受光器４の検波出力との合成部までの経路におけ
る伝搬強度を調整するための吸収型変調器等の光減衰器
、１０は光合分波器２から受光器４を通じ受光器３の検
波出力との合成部までの経路における伝搬強度を調整す
るための吸収型変調器等の光減衰器である。
【００３１】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様であって、次にその動作について説明する。前記の
同相信号除去比を良好にするためには、光合分波器２の
中の合分波される点から、二つの異なった光路を通じ、
それぞれ異なった二つの受光器において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの二つの信号
経路における伝搬時間および該合成点での伝搬強度を等
しく調整することによってなされる。従って光位相変調
器７および８を用いてお互いの伝搬時間を調整し、かつ
光減衰器９および１０を用いてお互いの伝搬強度を調整
することによって、前記の同相信号除去比を良好に改善
することが可能である。
態様であって、次にその動作について説明する。前記の
同相信号除去比を良好にするためには、光合分波器２の
中の合分波される点から、二つの異なった光路を通じ、
それぞれ異なった二つの受光器において電気信号に変換
され、電気線路を通じて合成される点までの二つの信号
経路における伝搬時間および該合成点での伝搬強度を等
しく調整することによってなされる。従って光位相変調
器７および８を用いてお互いの伝搬時間を調整し、かつ
光減衰器９および１０を用いてお互いの伝搬強度を調整
することによって、前記の同相信号除去比を良好に改善
することが可能である。
【００３２】また、図３のように既述の前記第１実施例
のコヒーレント光受信器βの必要な部品について基板１
１上に集積化を行なうことは、前記二つの経路の伝搬時
間および伝搬強度の誤差が改善され、非常に有効的であ
る。
のコヒーレント光受信器βの必要な部品について基板１
１上に集積化を行なうことは、前記二つの経路の伝搬時
間および伝搬強度の誤差が改善され、非常に有効的であ
る。
【００３３】
【発明の効果】本発明によって、コヒーレント光受信器
の大幅な高受信感度化が容易に実施できる。従って本発
明はヘテロダイン検波方式を用いた光通信システムにお
いては無中継区間の長距離化が、ヘテロダイン検波方式
を用いた光計測システムおいては高ダイナミックレンジ
化が図れるという特徴を有し、その効果は極めて大であ
る。
の大幅な高受信感度化が容易に実施できる。従って本発
明はヘテロダイン検波方式を用いた光通信システムにお
いては無中継区間の長距離化が、ヘテロダイン検波方式
を用いた光計測システムおいては高ダイナミックレンジ
化が図れるという特徴を有し、その効果は極めて大であ
る。
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２実施例を示すブロック構成図であ
る。
る。
【図３】本発明の第１実施例の構成素子を集積化したブ
ロック構成図である。
ロック構成図である。
【図４】本発明の第１実施例を用いた時の光増幅器利得
と受光感度の相関特性線図である。
と受光感度の相関特性線図である。
【図５】従来のコヒーレント光受信器のブロック構成図
である。
である。
【図６】局発光パワーとＳＮ比との相関特性線図である
。
。
α，β，γ…コヒーレント光受信器
１…局部発振光源
２…光合分波器
３，４…受光器
５…初段電気増幅器
６…光増幅器
７，８…光位相調整器
９，１０…光減衰器
ＬＯ…局発光
ＬＯ′…増幅局発光
Ｓ…信号光
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】局部発振光源と、該局部発振光源の出力を
受けて増幅を行なう光増幅器と、信号光と該光増幅器の
出力とを受けて合分波する光合分波器と、該合分波器の
二つの出力をそれぞれ受けて光信号を電気信号に変換す
る二つの受光器と、該二つの受光器の出力を合成したの
ち、該合成された電気信号を受けて増幅を行なう電気増
幅器とを有して光ヘテロダイン検波方式を用いたことを
特徴とするコヒーレント光受信器 【請求項２】前記信号光および前記光増幅器の出力とが
、前記光合分波器の中の合分波される点から、二つの異
なった光路を通じ、前記二つの受光器において電気信号
に変換され、電気線路を通じて合成される点までの、該
二つの信号経路における伝搬時間が等しくなっているこ
とを特徴とする請求項１記載のコヒーレント光受信器【
請求項３】前記光合分波器と前記電気増幅器との間に、
前記信号光および前記光増幅器の出力とが、前記光合分
波器の中の合分波される点から、二つの異なった光路を
通じ、前記の二つの受光器において電気信号に変換され
、電気線路を通じて合成される点までの、該二つの信号
経路における伝搬時間が等しくなるように、該二つの信
号経路のうちの片方あるいは両方の、光路の長さ、ある
いは電気線路の長さを微調整する手段を有することを特
徴とする請求項１又は２記載のコヒーレント光受信器 【請求項４】前記信号光および前記光増幅器の出力とが
、前記光合分波器の中の合分波される点から、二つの異
なった光路を通じ、前記の二つの受光器において電気信
号に変換され、電気線路を通じて合成される点での、該
二つの信号経路における信号強度が等しくなっているこ
とを特徴とする請求項１，２又は３記載のコヒーレント
光受信器 【請求項５】前記信号光および前記光増幅器の出力とが
、前記光合分波器の中の合分波される点から、二つの異
なった光路を通じ、前記の二つの受光器において電気信
号に変換され、電気線路を通じて合成される点までの間
において、該合成点での該二つの信号の信号強度が等し
くなるように、前記光合分波器の二つの出力光路のうち
の片方あるいは両方において、光伝搬強度を微調整する
手段、あるいは前記光合分波器の分岐比を微調整する手
段を有することを特徴とする請求項１，２，３又は４記
載のコヒーレント光受信器 【請求項６】前記光合分波器がビームスプリッタ、光フ
ァイバカップラあるいは光導波路であることを特徴とす
る請求項１，２，３，４又は５記載のコヒーレント光受
信器 【請求項７】前記光増幅器が、エルビウムドープ光ファ
イバ等から構成される光ファイバ増幅器と半導体レーザ
増幅器とファイバラマン増幅器とファイバブリユアン増
幅器のいずれかであることを特徴とする請求項１，２，
３，４，５又は６記載のコヒーレント光受信器【請求項
８】前記局部発振光源、光増幅器、光合分波器および二
つの受光器が集積化等一体化されていること、またはこ
れらの一部が一体化されていることを特徴とする請求項
１，２，３，４，５，６又は７記載のコヒーレント光受
信器 【請求項９】局部発振光源と、該局部発振光源の出力を
受けて増幅を行なう光増幅器と、信号光と該光増幅器の
出力とを受けて合分波する光合分波器と、該合分波器の
二つの出力をそれぞれ受けて光信号を電気信号に変換す
る二つの受光器と、該二つの受光器の出力を合成したの
ち、該合成された電気信号を受けて増幅を行なう電気増
幅器とを有し、かつ前記信号光および前記光増幅器の出
力とが、前記光合分波器の中の合分波される点から、二
つの異なった光路を通じ、前記二つの受光器において電
気信号に変換され、電気線路を通じて合成される点まで
の、該二つの信号経路における伝搬時間が等しく、かつ
前記信号光および前記光増幅器の出力とが、前記光合分
波器の中の合分波される点から、二つの異なった前記光
路を通じ、前記二つの受光器において前記電気信号に変
換され、前記電気線路を通じて合成される点での、前記
二つの信号経路における信号強度を等しくして光ヘテロ
ダイン検波方式を用いたことを特徴とするコヒーレント
光受信器
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040283A JPH04278737A (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | コヒーレント光受信器 |
| US08/369,992 US5463461A (en) | 1991-03-06 | 1995-01-09 | Coherent optical receiver having optically amplified local oscillator signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3040283A JPH04278737A (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | コヒーレント光受信器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04278737A true JPH04278737A (ja) | 1992-10-05 |
Family
ID=12576286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3040283A Pending JPH04278737A (ja) | 1991-03-06 | 1991-03-06 | コヒーレント光受信器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5463461A (ja) |
| JP (1) | JPH04278737A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008219765A (ja) * | 2007-03-07 | 2008-09-18 | Nec Corp | 光受信装置とバランス調整方法 |
| JP2013162137A (ja) * | 2012-02-01 | 2013-08-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | コヒーレント光受信装置及びコヒーレント光受信方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6629638B1 (en) | 1997-12-11 | 2003-10-07 | Ceyx Technologies | Electro-optic system controller and method of operation |
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