JPS63200631A - 光ヘテロダイン検波光通信方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信方法、特に受信した信号光を光ヘテロ
ダイン検波して復調信号を取り出す光ヘテロダイン検波
光通信方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、光信号の受信側で光ヘテロダイン検波を用いる光
通信方法は、光直接検波を用いる光通信方法に比べて、
光受信感度を１０〜１００倍以上に高めることができる
という大きな特長があるため、長距離光通信幹線システ
ム等に有効な通信方法として期待されている。

この光ヘテロダイン検波を用いる光通信方法において、
例えば周波数情報を用いる周波数偏移変調（ＦＳＸ）、
すなわち光送信側での情報信号がマーク、スペースの２
値の場合、マークがマーク信号に、スペースがスペース
信号に周波数偏移変調された信号光を、受信側で光ヘテ
ロダイン検波して復調信号を取り出すＦＳＸ光ヘテロダ
イン検波光通信方法の場合、送信側の送信光源として半
導体レーザを用いれば直接周波数変調が可能になる。こ
の場合送信側では、外部変調器を用いる必要がないので
、その挿入損失を回避することができ、長距離伝送シス
テムを構成することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の光ヘテロダイン検波光通信方法において
、送信側の送信光源として半導体レーザを用いる場合に
は、そのスペクトル拡がりのためマーク・スペース信号
間の符号量干渉がおこり、伝送特性が劣化するという問
題がある。通常、このスペクトル拡がりの影響を回避す
るために送信側でＦＳＫ変調時の周波数偏移を大きくと
るということが行われている。例えば、昭和５９年度電
子通信学会総合全国大会２６１２の江村らによる文献”
ＤＦＢ−ＬＤを用いたＦＳＫ光ヘテロダイン単一フィル
タ検波方式の特性”に記載されている方法の場合、受信
側における中間周波信号の高周波成分はかなり高い周波
数を持つようになる。通常、光受信回路の雑音特性は周
波数が高くなるほど劣化する。従って送信側で周波数偏
移量を大きく取った場合、受信側では、光受信回路の高
周波域での雑音のため光受信感度の劣化が生じる。また
そのため、高速化に問題がある。

本発明の目的は、このような欠点を除去し、ＦＳＸ光ヘ
テロダイン検波光通信方式において、送信側の送信光源
に半導体レーザを用いてＦＳＸ変調時の周波数偏移量を
大きくとった場合でも、受信側において低い中間周波数
を用いて信号を受信でき、高い光受信感度や高速化が容
易な光ヘテロダイン検波光通信方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光送信側で情報信号により周波数偏移変調さ
れた信号光を送信し、光受信側で受信した信号光より復
調信号を得る光ヘテロダイン検波光通信方法において、 局部発振光の発振周波数を前記信号光の周波数帯域内に
設定し、前記信号光および前記局部発振光の偏光状態を
調整し、これら偏光状態を調整した信号光と局部発振光
とを合波し、この合波により得られる合波光を直交する
２つの直線偏光成分に分け、この２つの直線偏光成分を
それぞれ光ヘテロダイン検波して互いに９０°の位相差
を持つ２つの中間周波信号を形成し、これら２つの中間
周波信号を結合し、結合された前記中間周波信号を前記
信号光と前記局部発振光の周波数配置に基づいて２つの
信号に分け、これら２つの信号をそれぞれ復調し、この
復調された２つの信号を合成することにより復調信号を
得ることを特徴としている。

〔作用〕

本発明による光ヘテロダイン検波方法は、受信した信号
光より復調信号を得る過程の中で、信号光と局部発振光
との偏光状態を調整し、この偏光状態の調整された信号
光と局部発振光とを合波し、この合波された合波光を直
交する２つの直線偏光成分に分け、これら２つの直線偏
光成分をそれぞれ光ヘテロダイン検波し、この光ヘテロ
ダイン検波により得られる互いに９０°の位相差を持つ
２つの中間周波信号を結合し、結合された中間周波信号
を、信号光と局部発振光の周波数配置に基づいて２つの
信号に分けているが、これらの方法を実現するための手
段として、例えば、イメージリジェクション・ミクサを
用いている。

イメージリジェクション・ミクサについては、１９８６
年のエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、２２巻、１５号８２５〜８２
６ページのダーシー（Ｔ、Ｅ、ＤＡＲＣＩＦ）　とグラ
ンス（Ｂ、ＧＬＡＮＣＥ）による文献“オプチカル・ヘ
テロダイン・イメージリジェクション・ミクサ（ＯＰＴ
ＩＣＡＬ　ＨＥＴＥＲＯＤＹＮＥ　ＩＭ八へＥ−ＲＥＪ
ＥＣＴＩＯＮ　ＭＩＸＥＲ）　　”に詳しく説明されて
いる。

第２図はそのイメージリジェクション・ミクサの構成を
示した図である。イメージリジェクション・ミクサでは
、まず信号光３１局部発振光６のうちの一方が直線偏光
に他方が円偏光になるように、第１．第２の偏光制御器
４，７で偏光状態を調整する。この偏光状態が調整され
た光を、光合波器８で合波する。この合波光を、偏光ビ
ームスプリンタ９で直交する２つの直線偏光成分に分け
る。

このとき両方の偏光成分の光強度は、等しくなるように
調整しておく。ここで得られた２つの直交成分をそれぞ
れ第１．第２の光受信器１０．１１で光ヘテロダイン検
波すると、そこで得られる第１゜第２の中間周波信号２
Ｌ２２は、互いに９０°の位相差を持つようになる。

このときどちらの中間周波信号が９０°進むかは、信号
光３と局部発振光６の周波数配置に依存する。

例えば、信号光３の発振周波数が局部発振光６の発振周
波数より高いときに第１の中間周波信号２１のほうが第
２の中間周波信号２２より９０°進むようになっている
場合、信号光３を局部発振光６より低周波側にもってく
ると、逆に第２の中間周波信号２２のほうが第１の中間
周波信号２１に比べ９０°進むようになる。

さてここで、互いに位相が９０°異なる大きさが等しい
２つの中間周波信号を、９０°ハイブリツドの特性をも
つ３ｄＢカツプラ１２に入射した場合、３ｄＢカツプラ
１２から出力される出力信号は、２つある出力ポート２
３．２４のうちの一方のみから出力される。このとき２
つの出力ポート２３．２４のうちどちらの端子から信号
が出力されるかは、２つの入力された中間周波信号の位
相関係に依存している。

以上によりイメージリジェクション・ミクサでは、信号
光３と局部発振光６の周波数配置により、復調系の３ｄ
Ｂカツプラ１２のどちらの出力端子から信号が出力され
るかが変化することがわかる。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例を実現するための光通信装
置を示すブロック図である。本実施例で使用しているイ
メージリジェクション・ミクサは、第２図に示したイメ
ージリジェクション・ミクサを使用している。第１図に
おいて、送信側では単一軸モードで発振する信号光源１
の出力は、信号源２０からの信号で２値周波数変調され
る。周波数変調された信号光３は光ファイバ２を伝搬し
た後、受信側のイメージリジェクション・ミクサ１９に
印加される。

一方、受信側の局部発振光源５の発振周波数は、第３図
に示されているように、信号光の周波数帯域内であって
、マーク信号の発振周波数とスペース信号の発振周波数
の中間に設定されている。従って、マーク信号とスペー
ス信号は、局部発振光に対し対称に配置されている。ま
た、マーク信号とスペース信号の周波数偏移量は、ＩＧ
Ｈｚであるものとする。

イメージリジェクション・ミクサ１９内で、信号光３は
第１の偏光制御器４で偏光状態が制御され、局部発振光
源５からの出力である局部発振光６は、第２の偏光制御
器７で偏光状態が調整される。すなわち、信号光３９局
部発振光６のうちの一方が直線偏光に他方が円偏光にな
るように第１．第２の偏光制御器４．７で偏光状態が調
整されている。

この偏光状態を調整された光が、光合波器８で合波され
る。この合波光が、偏光ビームスプリッタ９で直交する
２つの直線偏光成分に分けられる。

このとき両方の偏光成分の光強度は等しくなるように調
整しておく。

以上のように、第１．第２の偏光制御器４，７によって
偏光状態を調整して、光合波器８と偏光ビームスプリン
タ９を合わせたものがオプティカル９０°ハイブリツド
の動作をするようにした。

直交する２つの直線偏光成分は、第１．第２の光受信器
１０．１１で別々に受信される。２つの直交成分がそれ
ぞれ第１．第２の光受信器１０．１１で光ヘテロダイン
検波されると、そこで得られる第１゜第２の中間周波信
号２１．２２は互いに９０°の位相差をもつようになる
。

さてここで、互いに位相が９０°異なる大きさが等しい
２つの中間周波信号２１．２２を、９０°ハイブリツド
の特性を持つ３ｄＢカツプラ１２に入力する。

ここで送信信号がマーク信号の場合には、３ｄＢカンプ
ラ１２から出力される出力信号は、第１の出力ポート２
３から出力され第１の増幅回路１３で増幅された後、第
１の検波回路１５で復調される。これに対し、送信信号
がスペース信号の場合には、３ｄＢカツプラ１２から出
力される出力信号は、第２の出力ポート２４から出力さ
れ第２の増幅回路１４で増幅された後、第２の検波回路
１６で復調される。

第１．第２の復調信号２５．２６を差動増幅器１７で差
動合成して最終的な復調信号１Ｂが得られる。

本実施例に用いられる光通信装置において、信号光源１
および局部発振光源５としては波長１．５５μｍの分布
帰還形半導体レーザを用いた。送信信号のビットレイト
は１００Ｍｂ／ｓ、２値周波数変調時の周波数偏移量は
ＩＧＨ２とした。光合波器８には２×２光フアイバカツ
プラを用いた。

受信側においては第１．第２の増幅回路１３．１４の帯
域は３００ＭＨ２〜７００ＭＨ２とし、マーク、スペー
ス両中間周波信号とも、それぞれの帯域の中心にくるよ
うに局部発振光源５の発振周波数を制御した。また第１
．第２の検波回路１５．１６には包絡線検波回路を用い
た。

本実施例では信号光源１および局部発振光源５両方を合
わせたスペクトル拡がりは、その半値幅で約５０ＭＨ２
と広かったが、送信側でＩ　Ｇ　Ｈｚと大きな周波数偏
移を採用したので、スペクトル拡がりの影響は全くあら
れれなかった。また、ＩＧＨ２と大きな周波数偏移量に
もかかわらず、受信側にイメージリジェクション・ミク
サを用いたために受信帯域を低周波に設定することがで
き、誤り率１０−ｑで一５６ｄＢｍと高い光受信感度が
得られた。この受信感度は通常のヘテロダイン検波系で
高周波領域を使用して受信した場合に比べ１ｄＢ以上高
い値であり、また直接検波系に対しては１０ｄＢ以上の
改善となっている。

次に、本発明の他の実施例について図面を参照して説明
する。

第４図は、本実施例に用いられる光通信装置のブロック
図である。本実施例で使用しているイメージリジェクシ
ョン・ミクサ１９は、第２図に示しているイメージリジ
ェクション・ミクサを使用している。第４図において、
送信側の信号源２０からの信号は４つの信号レベルをも
っており、信号光源１は１００Ｍｂ／ｓの情報で４値周
波数変調されている。周波数変調された信号光３は、光
ファイバ２を伝搬した後、受信側のイメージリジェクシ
ョン・ミクサ１９に印加される。

一方、受信側の局部発振光源５の発振周波数は、第５図
に示されているように信号光３の信号レベルｌ、２，３
．４に対して信号レベル２と信号レベル３との中間に配
置されている。信号レベル１と信号レベル２とは、局部
発振光に対して低周波側に配置され、信号レベル３と信
号レベル４とは、局部発振光に対して高周波側に配置さ
れている。

信号レベル１と信号レベル２の周波数偏移量は５００Ｍ
Ｈ２）信号レベル２と信号レベル３の周波数偏移量はＩ
ＧＨ２）信号レベル３と信号レベル４の周波数偏移量は
５００ＭＨ，である。そして、これら信号レベル１〜４
は、局部発振光に対して対称に配置されている。

イメージリジェクション・ミクサ１９内で、信号光３は
第１の偏光制御器４で偏光状態が制御されたのち光合波
器８に入射される。この光合波器８には、局部発振光源
５からの出力である局部発振光６を第２の偏光制御器７
で偏光状態を調整した光も入射され、信号光３および局
部発振光６が合波される。この合波光は偏光ビームスプ
リンタ９で直交する２つの直線偏光成分に分けられ、第
１゜第２の光受信器１０．１１で別々に受信されヘテロ
ダイン検波される。ここでは上述したように第１゜第２
の偏光制御器４，７によって偏光状態を調整して、光合
波器８と偏光ビームスプリッタ９を合わせたものがオプ
ティカル９０°ハイブリツドの動作をするようにしてい
る。第１．第２の光受信器１０．１１の出力は３ｄＢカ
ツプラ１２に入力される。

３ｄＢカツプラ１２から出力される出力信号は、信号光
３に対し局部発振光６が第５図のように配置されている
ので、信号レベル■および信号レベル２は３ｄＥカツプ
ラ１２の第１の出力ポート２３から出力され、その中間
周波中心周波数は、信号レベル１がＩＣｌ３、信号レベ
ル２が５００ＭＨ２となり、また、信号レベル３および
信号レベル４は３ｄＢカツプラ１２の第２の出力ポート
２４から出力され、その中間周波中心周波数は、信号レ
ベル３が５００ＭＨ２）信号レベル４がＩＣｌ３となる
。これら信号レベル１〜４は、第１および第２の増幅回
路１３および１４で増幅された後、それぞれの帯域に対
応した第１．第２．第３．第４の復調系３１，３２゜３
３．３４で個別に復調される。これらの復調系３１，３
２゜３３、３４は、帯域フィルタ、増幅回路、検波回路
により構成されており、それぞれの復調系３］　、３２
．３３゜３４からの出力は、デコーダ３５に入力され最
終的な復調信号１８が得られる。

本実施例においては４値の周波数変調を行っているので
信号の占める帯域が第５図に示したように２　Ｇ　Ｈｚ
以上に拡がっているが、イメージリジェクション・ミク
サを用いることにより、受信側で必要とされる帯域を１
．２ＧＨ’Ｚにおさえることができる。４値で信号を伝
送する場合、１００Ｍｂ／ｓの情報を伝送するためには
、信号光源１は５０Ｍｂ／ｓで変調すればよい。従って
受信帯域を狭くすることができ、受信感度を改善するこ
とができる。このため、−５８ｄＢｍという非常に微弱
な光で１００Ｍｂ／ｓの情報を復調することができた。

ここでは送信レベル一定のＦＳＫ変調を用いているので
、この受信感度の改善骨を伝送路に割りあてることが可
能であり、長距離伝送が実現できる。

本発明には以上の実施例の他にも様々な変形例が考えら
れる。たとえば第６図に示されるように局部発振光に対
し、信号光が非対称に配置されるように２つの光の周波
数を設定することも可能である。この場合、３ｄＢカツ
プラの第１の出力ポートから出力される信号の周波数域
と第２の出力ボートから出力される信号の周波数域が異
なるので、イメージバンドのもれごみの影響を小さくお
さえることができる。

また多値ＦＳＫ変調の場合、３ｄＢカツプラの第１．第
２の出力ポートからの出力を復調するのに周波数弁別検
波器を用いることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればＦＳＫ光ヘテロダ
イン検波光通信方式で、送信側の光源に半導体レーザを
用い、ＦＳＫ変調時の周波数偏移量を大きくとった場合
でも受信側に必要とされる帯域を狭くおさえることがで
きる。この結果受信側で低雑音で高い光受信感度を実現
することができ、また高速化が容易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を実現するための光通信装
置を示すブロック図、 第２図は、イメージリジェクション・ミクサのブロック
図、 第３図は、信号光と局部発振光との周波数配置を示す図
、 第４図は、本発明の他の実施例を実現するための光通信
装置を示すブロック図、 第５図、第６図は信号光と局部発振光との周波数配置を
示す図である。 ｌ・・・・・信号光源 ２・・・・・光ファイバ ３・・・・・信号光 ４・・・・・第１の偏光制御器 ５・・・・・局部発振光源 ６・・・・・局部発振光 ７・・・・・第２の偏光制御器 ８・・・・・光合波器 ９・・・・・偏光ビームスプリッタ １０・・・・・第１の光受信器 １１・・・・・第２の光受信器 １２・・・・・３ｄＢカンプラ １３・・・・・第１の増幅回路 １４・・・・・第２の増幅回路 １５・・・・・第１の検波回路 １６・・・・・第２の検波回路 １７・・・・・差動増幅器 １８・・・・・復調信号 １９・・・・・イメージリジェクション・ミクサ２０・
・・・・信号源 ２３・・・・・第１の出力ボート ２４・・・・・第２の出力ボート ２５・・・・・第１の復調信号 ２６・・・・・第２の復調信号 ３１．３２，３３．３４　　・・復調系３５・・・・・
デコーダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光送信側で情報信号により周波数偏移変調された
   信号光を送信し、光受信側で受信した信号光より復調信
   号を得る光ヘテロダイン検波光通信方法において、 局部発振光の発振周波数を前記信号光の周波数帯域内に
   設定し、前記信号光および前記局部発振光の偏光状態を
   調整し、これら偏光状態を調整した信号光と局部発振光
   とを合波し、この合波により得られる合波光を直交する
   ２つの直線偏光成分に分け、この２つの直線偏光成分を
   それぞれ光ヘテロダイン検波して互いに９０°の位相差
   を持つ２つの中間周波信号を形成し、これら２つの中間
   周波信号を結合し、結合された前記中間周波信号を前記
   信号光と前記局部発振光の周波数配置に基づいて２つの
   信号に分け、これら２つの信号をそれぞれ復調し、この
   復調された２つの信号を合成することにより復調信号を
   得ることを特徴とする光ヘテロダイン検波光通信方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の光ヘテロダイン検
   波光通信方法において、イメージリジェクション・ミク
   サを用い、前記信号光および前記局部発振光の偏光状態
   を調整し、これら偏光状態を調整した信号光と局部発振
   光とを合波し、この合波により得られる合波光を直交す
   る２つの直線偏光成分に分け、この２つの直線偏光成分
   をそれぞれ光ヘテロダイン検波して互いに９０°の位相
   差を持つ２つの中間周波信号を形成し、これら２つの中
   間周波信号を結合し、結合された前記中間周波信号を前
   記信号光と前記局部発振光の周波数配置に基づいて２つ
   の信号に分けることを特徴とする光ヘテロダイン検波光
   通信方法。