特許 6199995 コヒーレント検出スキームのための光局部発振器信号の生成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6199995

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】コヒーレント検出スキームのための光局部発振器信号の生成

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/63 20130101AFI20170911BHJP

   H04B 10/075 20130101ALI20170911BHJP

   G02F 2/00 20060101ALI20170911BHJP

【ＦＩ】

   H04B10/63

   H04B10/075

   G02F2/00

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-553754(P2015-553754)

(86)(22)【出願日】2014年1月8日

(65)【公表番号】特表2016-506208(P2016-506208A)

(43)【公表日】2016年2月25日

(86)【国際出願番号】US2014010575

(87)【国際公開番号】WO2014113246

(87)【国際公開日】20140724

【審査請求日】2015年9月15日

(31)【優先権主張番号】13/743,654

(32)【優先日】2013年1月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】391030332

【氏名又は名称】アルカテル−ルーセント

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120363

【弁理士】

【氏名又は名称】久保田 智樹

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(72)【発明者】

【氏名】金田 紀章

【審査官】 金子 秀彦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７７７９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１３５９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９９６４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／６３

Ｇ０２Ｆ ２／００

Ｈ０４Ｂ １０／０７５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の混合光信号を生成するために光入力信号と光局部発振器「ＯＬＯ」信号とを光学的に混合するように構成された光ハイブリッドと、
前記複数の混合光信号の第１のサブセットを第１の電気アナログ信号（例えば、１２０_Ｉｙ）へと変換するように構成された第１の光電変換器と、
前記複数の混合光信号の第２のサブセットを第２の電気アナログ信号（例えば、１２０_Ｑｙ）へと変換するように構成された第２の光電変換器と、
第１の電気デジタル信号（例えば、１２８_Ｉｙ）を生成するために前記第１の電気アナログ信号をスライスするように構成された第１のスライサ回路と、
第２の電気デジタル信号（例えば、１２８_Ｑｙ）を生成するために前記第２の電気アナログ信号をスライスするように構成された第２のスライサ回路と、
前記ＯＬＯ信号と、前記光入力信号の搬送波との間の位相差についての電気的尺度であって、前記電気的尺度は、前記第１の電気アナログ信号と、前記第１の電気デジタル信号と、前記第２の電気アナログ信号と、前記第２の電気デジタル信号とを使用して生成される、電気的尺度を生成するように構成された位相検出器と
を備えている装置。

【請求項2】

前記第１の電気デジタル信号と、前記第２の電気デジタル信号とから前記光入力信号によって搬送されるデータを回復するように構成されたデコーダと、
光ビームを生成するように構成されたレーザと、
被変調光ビームを生成するために前記光ビームを光学的に変調するように構成された光ＩＱ変調器であって、前記装置は、前記被変調光ビームを使用して、前記ＯＬＯ信号を生成するように構成されている、光ＩＱ変調器と、
前記ＯＬＯ信号を生成するように前記被変調光ビームにフィルタをかけるように構成された光フィルタと、
前記電気的尺度を使用して、前記光ＩＱ変調器を駆動するように構成された位相ロック・ループと
をさらに備えている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記位相検出器は、
第１の乗算された電気信号を生成するために前記第１の電気アナログ信号と前記第１の電気デジタル信号とを乗算するように構成された第１の信号乗算器と、
第２の乗算された電気信号を生成するために前記第２の電気アナログ信号と前記第２の電気デジタル信号とを乗算するように構成された第２の信号乗算器と、
前記電気的尺度を生成するために前記第１の乗算された電気信号から前記第２の乗算された電気信号を減算するように構成された信号加算器と
を備えている、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記位相ロック・ループは、
フィルタがかけられた尺度を生成するために前記電気的尺度にロー・パス・フィルタをかけるように構成された電気ループ・フィルタと、
前記フィルタがかけられた尺度を使用して、前記光ＩＱ変調器を駆動するように構成された電気電圧制御発振器と
を備えている、請求項２に記載の装置。

【請求項5】

前記電気電圧制御発振器は、
前記フィルタがかけられた尺度を使用して、第１の電気無線周波数信号を生成し、また
前記フィルタがかけられた尺度を使用して、第２の電気無線周波数信号を生成するように
構成されており、
前記第１の電気無線周波数信号と第２の電気無線周波数信号とは、前記フィルタがかけられた尺度に比例した共通の無線周波数を有しており、また前記第１の電気無線周波数信号と、前記第２の電気無線周波数信号との間にはおよそ９０度の固定された位相オフセットが存在しており、また
前記位相ロック・ループは、前記第１の電気無線周波数信号と第２の電気無線周波数信号とを使用して、前記光ＩＱ変調器を駆動するように構成されている、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記光ＩＱ変調器は、ネストされたマッハ・ツェンダー変調器を備えている、請求項４に記載の装置。

【請求項7】

光偏波分割多重化信号を、第１の偏波を有する第１の光成分と、前記第１の偏波に直交した第２の偏波を有する第２の光成分とへと逆多重化するように構成された光偏波デマルチプレクサをさらに備えており、前記光入力信号は、前記第１の光成分と第２の光成分とのうちの一方である、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記第１の電気アナログ信号と、前記第２の電気アナログ信号とを使用して、前記光偏波デマルチプレクサのための１つまたは複数の制御信号を生成するように構成された制御装置をさらに備えている、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

被変調光ビームを生成するためにコヒーレント光ビームを光学的に変調するように構成された光ＩＱ変調器であって、装置は、前記被変調光ビームを使用して、前記ＯＬＯ信号を生成するように構成されている、光ＩＱ変調器と、
前記ＯＬＯ信号を使用して、前記光入力信号に対して光ホモダイン検出を適用するように構成された光電気回路と、
を備え、
前記装置は、前記電気的尺度を使用して、前記光ＩＱ変調器を駆動するように構成されている、
請求項１に記載の装置。

【請求項10】

フィルタがかけられた尺度を生成するために前記電気的尺度にロー・パス・フィルタをかけるように構成された電気ループ・フィルタと、
前記フィルタがかけられた尺度を使用して、前記光ＩＱ変調器を駆動するように構成された電気電圧制御発振器であって、前記光ＩＱ変調器は、さらに、キャリア抑制変調と、サイドバンド抑制変調とのうちの少なくとも一方を使用して、前記コヒーレント光ビームを光学的に変調するように構成されている、電気電圧制御発振器と、
前記ＯＬＯ信号を生成するように前記被変調光ビームにフィルタをかけるように構成された光フィルタとをさらに備えており、
前記光フィルタは、前記被変調光ビームの第１の変調サイドバンドを通過させるように構成されており、また
前記ＯＬＯ信号は、前記光フィルタを通過した前記第１の変調サイドバンドの光を含んでいる、請求項９に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願の主題は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、本出願と同じ日付に出願され、また「ＯＰＴＩＣＡＬ ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＤＥＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ ＦＯＲ Ａ ＣＯＨＥＲＥＮＴ−ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＣＨＥＭＥ」という名称の、Ｎｏｒｉａｋｉ Ｋａｎｅｄａによる米国特許出願第１３／７４３，６７７号、代理人整理番号８１１１８４−ＵＳ−ＮＰの主題に関連する。

【0002】

本開示は、光通信機器に関し、より詳細には、排他的ではないが、被変調光信号のコヒーレント検出に関する。

【背景技術】

【0003】

本節は、本発明者のより良い理解を促すことができる態様について述べるものである。したがって、本節の記述は、この観点から読まれるべきであり、また何が先行技術の中にあるか、または何が先行技術の中にないかについての承認として理解されるべきではない。

【0004】

コヒーレント検出は、それが、直交位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）や直交振幅変調（ＱＡＭ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの進化型変調フォーマットと互換性があるので、例えば、光伝送システムにおいて使用されており、これらの進化型変調フォーマットにより、対応するシステムは、比較的高いスペクトル効率、例えば１ビット／ｓ／Ｈｚよりも高いスペクトル効率を達成することができるようになる。偏波多重化の使用は、ビット・レートとスペクトル効率とをおよそ２倍にさらに増大させるのに役に立つ。しかしながら、この特定の送信フォーマットの主要な課題は、高速かつ正確な偏波トラッキングが必要となり、またホモダイン検出の場合には、光局部発振器信号の位相とキャリア周波数とのロッキングが必要となることである。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

光レシーバに対して適用される光入力信号の光ホモダイン検出のための光局部発振器（ＯＬＯ：ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｃａｌ−ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）信号を生成するように構成された光ＩＱ変調器を有する光レシーバの様々な実施形態が、本明細書において開示される。光レシーバは、（ｉ）ＯＬＯ信号と、光入力信号の搬送波との間の位相差についての電気的尺度（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅ）を生成するように構成された位相検出器と、（ｉｉ）その電気的尺度を使用して、光ＩＱ変調器を駆動するように構成された位相ロック・ループとをさらに有している。一実施形態においては、位相検出器は、ホモダイン検出された信号のＩ成分と、Ｑ成分との両方を使用して、また光レシーバが、Ｍ−ＱＡＭ変調フォーマットと互換性があることを可能にする方法で、電気的尺度を生成するように構成されている。

【0006】

一実施形態によれば、複数の混合光信号を生成するために光入力信号とＯＬＯ信号とを光学的に混合するように構成された光ハイブリッドと、複数の混合光信号の第１のサブセットを第１の電気アナログ信号（例えば、１２０_Ｉｙ）へと変換するように構成された第１の光電変換器（ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、複数の混合光信号の第２のサブセットを第２の電気アナログ信号（例えば、１２０_Ｑｙ）へと変換するように構成された第２の光電変換器と、第１の電気デジタル信号（例えば、１２８_Ｉｙ）を生成するために第１の電気アナログ信号をスライスするように構成された第１のスライサ回路と、第２の電気デジタル信号（例えば、１２８_Ｑｙ）を生成するために第２の電気アナログ信号をスライスするように構成された第２のスライサ回路と、ＯＬＯ信号と、光入力信号の搬送波との間の位相差についての電気的尺度であって、前記電気的尺度は、第１の電気アナログ信号と、第１の電気デジタル信号と、第２の電気アナログ信号と、第２の電気デジタル信号とを使用して生成される、電気的尺度を生成するように構成された位相検出器とを備えている装置が、提供されている。

【0007】

上記の装置のいくつかの実施形態においては、装置は、第１の電気デジタル信号と第２の電気デジタル信号とから光入力信号によって搬送されるデータを回復するように構成されたデコーダをさらに備えている。

【0008】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、装置は、ＯＬＯ信号を光入力信号の搬送波に対して位相ロックするために前記電気的尺度を使用するように構成されている。

【0009】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、前記電気的尺度は、以下の量に比例しており、すなわち、Ｉ’_ｙＱ_ｙ−Ｑ’_ｙＩ_ｙであり、式中で、Ｉ’_ｙと、Ｑ_ｙと、Ｑ’_ｙと、Ｉ_ｙとは、それぞれ、第１の電気デジタル信号と、第２の電気アナログ信号と、第２の電気デジタル信号と、第１の電気アナログ信号との大きさである。

【0010】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、位相検出器は、第１の乗算された電気信号を生成するために第１の電気アナログ信号と第１の電気デジタル信号とを乗算するように構成された第１の信号乗算器と、第２の乗算された電気信号を生成するために第２の電気アナログ信号と第２の電気デジタル信号とを乗算するように構成された第２の信号乗算器と、電気的尺度を生成するために第１の乗算された電気信号から第２の乗算された電気信号を減算するように構成された信号加算器とを備えている。

【0011】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、光ビームを生成するように構成されたレーザと、被変調光ビームを生成するために前記光ビームを光学的に変調するように構成された光ＩＱ変調器とをさらに備えており、そこでは、本装置は、前記被変調光ビームを使用して、ＯＬＯ信号を生成するように構成されている。

【0012】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、光ＩＱ変調器は、キャリア抑制変調と、サイドバンド抑制変調とを使用して、光ビームを光学的に変調するように構成されている。

【0013】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、ＯＬＯ信号を生成するように被変調光ビームにフィルタをかけるように構成された光フィルタをさらに備えている。

【0014】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、光フィルタは、被変調光ビームの第１の変調サイドバンドを通過させるように構成されており、またＯＬＯ信号は、光フィルタを通過した第１の変調サイドバンドの光を含んでいる。

【0015】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、光フィルタは、さらに、被変調光ビームの搬送波と、第２の変調サイドバンドとをブロックするように構成されている。

【0016】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、電気的尺度を使用して、光ＩＱ変調器を駆動するように構成された位相ロック・ループをさらに備えている。

【0017】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、位相ロック・ループは、フィルタがかけられた尺度を生成するために電気的尺度にフィルタをかけるように構成された電気ループ・フィルタと、フィルタがかけられた尺度を使用して、光ＩＱ変調器を駆動するように構成された電気電圧制御発振器とを備えている。

【0018】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、電気電圧制御発振器は、フィルタがかけられた尺度を使用して、第１の電気無線周波数信号を生成し、またフィルタがかけられた尺度を使用して、第２の電気無線周波数信号を生成するように構成されており、そこでは、第１の電気無線周波数信号と、第２の電気無線周波数信号とは、フィルタがかけられた尺度に比例した共通の無線周波数を有しており、また第１の電気無線周波数信号と、第２の電気無線周波数信号との間にはおよそ９０度の固定された位相オフセットが存在している。位相ロック・ループは、第１の電気無線周波数信号と、第２の電気無線周波数信号とを使用して、光ＩＱ変調器を駆動するように構成されている。

【0019】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、ＩＱ変調器は、ネストされたマッハ・ツェンダー変調器を備えている。

【0020】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、光偏波分割多重化信号を、第１の偏波を有する第１の光成分と、第１の偏波に直交した第２の偏波を有する第２の光成分とへと逆多重化するように構成された光偏波デマルチプレクサをさらに備えており、そこでは、光入力信号は、前記第１の光成分と第２の光成分とのうちの一方である。

【0021】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、第１の電気アナログ信号と、第２の電気アナログ信号とを使用して、光偏波デマルチプレクサのための１つまたは複数の制御信号を生成するように構成された制御装置をさらに備えている。

【0022】

別の実施形態によれば、被変調光ビームを生成するためにコヒーレント光ビームを光学的に変調するように構成された光ＩＱ変調器であって、装置は、前記被変調光ビームを使用して、ＯＬＯ信号を生成するように構成されている、光ＩＱ変調器と、ＯＬＯ信号を使用して、光入力信号に対して光ホモダイン検出を適用するように構成された光電気回路と、ＯＬＯ信号と、光入力信号の搬送波との間の位相差についての電気的尺度を生成するように構成された位相検出器であって、装置は、電気的尺度を使用して、光ＩＱ変調器を駆動するように構成されている、位相検出器とを備えている装置が、提供されている。

【0023】

上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、フィルタがかけられた尺度を生成するために電気的尺度にフィルタをかけるように構成された電気ループ・フィルタと、フィルタがかけられた尺度を使用して、光ＩＱ変調器を駆動するように構成された電気電圧制御発振器とをさらに備えている。

【0024】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、光ＩＱ変調器は、さらに、キャリア抑制変調と、サイドバンド抑制変調とのうちの少なくとも一方を使用して、コヒーレント光ビームを光学的に変調するように構成されている。

【0025】

任意の上記の装置のいくつかの実施形態においては、本装置は、ＯＬＯ信号を生成するように被変調光ビームにフィルタをかけるように構成された光フィルタをさらに備えており、そこでは、光フィルタは、被変調光ビームの第１の変調サイドバンドを通過させるように構成されており、またＯＬＯ信号は、光フィルタを通過した第１の変調サイドバンドの光を含んでいる。

【0026】

本発明の様々な実施形態は、以下の詳細な説明と添付の図面とからより完全に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本開示の一実施形態によるコヒーレント・レシーバのブロック図である。

【図2】本開示の一実施形態による、図１に示されるコヒーレント・レシーバの中で使用され得る光偏波デマルチプレクサのブロック図である。

【図3A】本開示の一実施形態による、図１に示されるコヒーレント・レシーバの中で使用され得る偏波制御装置のブロック図である。

【図3B】本開示の一実施形態による、図１に示されるコヒーレント・レシーバの中で使用され得る偏波制御装置のブロック図である。

【図4】本開示の一実施形態による、図１に示されるコヒーレント・レシーバの中で使用され得る位相検出器のブロック図である。

【図5】本開示の一実施形態による、図１に示されるコヒーレント・レシーバの中で使用され得る光源のブロック図である。

【図6】本開示の一実施形態による、図２に示される光偏波デマルチプレクサの中で使用され得るＩＱ変調器のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、本開示の一実施形態によるコヒーレント・レシーバ１００のブロック図を示すものである。レシーバ１００は、例えば、リモート・トランスミッタ（図１には明示的に示されていない）から偏波分割多重化（ＰＤＭ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ−ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）光入力信号１０２を受信し、また、例えば、以下でさらに説明されるように、その信号によって搬送されるデータを回復するために、受信信号を処理するように構成されている。次いで、レシーバ１００は、出力データ・ストリーム１９８ｘおよび１９８ｙを経由して、対象とするデータの宛先に対して回復されたデータを向ける。代替的な一実施形態においては、レシーバ１００は、データ・ストリーム１９８ｘおよび１９８ｙを対応する単一の出力データ・ストリームへと結合するように構成されたマルチプレクサ（図１には明示的に示されていない）を含むことができる。

【0029】

一実施形態においては、光入力信号１０２は、光ファイバ（図１には明示的に示されてはいない）を経由して、レシーバ１００に対して配信される。光ファイバの異なるセクションは、一般的に、信号１０２の元の（例えば、独立して変調された）ＰＤＭ成分と必ずしも揃えられていない異なる偏波の主要な状態（ＰＳＰ：ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ）を有している。この不揃いは、ＰＤＭ成分のおのおのが、一般的に、ＰＳＰのおのおのの上で、非ゼロ投影を有するようにさせ、これは、ＰＤＭ成分を混合させ、また光信号の偏波状態を変更する。加えて、光ファイバのＰＳＰは、例えば、ファイバの長さに沿った変化する物理状態に起因して、時間とともに変動する傾向がある。この時間的な変化は、光入力信号１０２の偏波状態が、同様に時間とともに変動するようにさせる。

【0030】

光偏波デマルチプレクサ（Ｄ−ＭＵＸ）１０６は、かなりの程度まで、光ファイバによって光入力信号１０２に対して課される偏波回転を取り消すのに役に立つ。より具体的には、偏波Ｄ−ＭＵＸ１０６は、光信号１０８ｘと１０８ｙとのおのおのが、他のＰＤＭ成分からのクロストークが実際にはできるだけ少なくして、リモート・トランスミッタにおいて生成される元のＰＤＭ成分のうちのそれぞれ１つを表すようにさせるようにして、光信号１０８ｘと、１０８ｙとへと光入力信号１０２を逆多重化するように構成されている。偏波Ｄ−ＭＵＸ１０６の構成は、制御装置１２２によって生成される多成分制御信号１０４を経由して制御可能である。制御信号１０４を動的に変化させることにより、制御装置１２２は、光ファイバにおける偏波回転変化を適切に追跡するように偏波Ｄ−ＭＵＸ１０６を構成することができ、それによって、レシーバ１００が、例えば、電気デジタル・ドメインにおける比較的複雑な偏波逆多重化処理についての必要性なしに、比較的直接的な方法で光信号１０８ｘおよび１０８ｙを検出し、また復号することを可能にしている。

【0031】

一実施形態においては、制御装置１２２は、例えば、図２および３を参照して、以下でより詳細に説明されるように、ブラインド偏波等化スキーム（ｂｌｉｎｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）を使用して、制御信号１０４を生成する。このスキームの１つの有益な特徴は、それが、位相検出器１４０と、ループ・フィルタ１４４と、光局部発振器（ＯＬＯ）光源１４８とを備えているレシーバの光位相ロック・ループにおいて実装される位相と周波数とのロッキングとは独立しており、またそれらに依存してはいないことである。様々な実施形態においては、偏波Ｄ−ＭＵＸ１０６は、単一タップ光等化器（例えば、図２を参照）またはマルチ・タップ光等化器として実施される可能性がある。偏波Ｄ−ＭＵＸ１０６における追加のタップを使用して、例えば、光偏波逆多重化に加えて、何らかの光分散補償処理（例えば、偏波モード分散補償）を実施することができる。

【0032】

光信号１０８ｘと、１０８ｙとのうちのおのおのは、光ハイブリッド１１０ｘと、１１０ｙとのうちの対応する一方に対して適用される。光ハイブリッド１１０は、（ｉ）ＳおよびＲとラベル付けされる２つの入力ポートと、（ｉｉ）１から４とラベル付けされる４つの出力ポートを有する。入力ポートＳは、光信号１０８ｘ／１０８ｙのうちの対応する一方を受信するように構成されている。入力ポートＲは、ＯＬＯ光源１４８によって生成される光基準（例えば、ＯＬＯ）信号１５０のそれぞれの一部分（例えば、減衰されたコピー）を受信するように構成されている。ＯＬＯ信号１５０は、例えば、図４および５を参照して、以下でより詳細に説明されるように、光入力信号１０２の搬送波に対して位相ロックされ、また周波数ロックされて、レシーバ１００における信号１０８ｘ／１０８ｙのホモダイン検出を可能にしている。

【0033】

一実施形態においては、光ハイブリッド１１０は、例えば、従来の３−ｄＢの電力スプリッタ（図１に明示的に示されてはいない）を使用して、ポートＳと、Ｒとにおいて受信される信号のおのおのを、２つの（減衰された）コピーへと分割する。次いで、約９０度（π／２ラジアン）の相対的な位相シフトは、例えば、位相シフタ（図１に明示的に示されてはいない）を使用して、ポートＳにおいて受信される信号の１つのコピーと、ポートＲにおいて受信される信号の１つのコピーとに適用される。次いで、様々の信号のコピーは、互いに光学的に混合され、また結果として生じる４つの混合信号は、それぞれ出力ポート１〜４へと向けられる。レシーバ１００において光ハイブリッド１１０を実装するために使用され得る例示の光ハイブリッドは、例えば、それらの両方が、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００７／０２９７８０６号および第２０１１／００３８６３１号の中で説明される。

【0034】

光ハイブリッド１１０ｘおよび１１０ｙによって生成される８つの混合信号は、光電（Ｏ／Ｅ：ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器１１６_１〜１１６_４のアレイに対して向けられる。一実施形態においては、各Ｏ／Ｅ変換器１１６は、差動構成の形で直列に接続された１対の光検出器（例えば、図１の中には明示的に示されていないフォトダイオード）を備えており、各光検出器は、対応する光ハイブリッド１１０の対応する出力ポートから受信される混合信号のうちの対応する１つの混合信号を受信するように構成されている。各対の光検出器によって生成される電気出力信号は、オプションとして、電気信号１２０_Ｉｘ、１２０_Ｑｘ、１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙのうちの対応する１つの電気信号を生成するように増幅される。

【0035】

一実施形態においては、Ｏ／Ｅ変換器１１６_１〜１１６_４のサンプリング・レートは、クロック回復回路１３０によって生成されるクロック信号（ＣＬＫ）によって制御される。一実施形態においては、クロック回復回路１３０は、クロック信号に光入力信号１０２の偏波当たりのシンボル・レートに等しい周波数を有するようにさせるようにして、クロック信号ＣＬＫを生成する。レシーバ１００においてクロック回復回路１３０として使用され得るクロック回復回路の代表的な例は、例えば、米国特許第８，２９０，１０７号、第８，１９０，０３２号、第７，８０５，０８３号、および第７，２０９，６６６号の中で開示され、これらの米国特許のすべては、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。

【0036】

信号表記法が意味しているように、電気信号１２０_Ｉｘと１２０_Ｑｘとは、光信号１０８ｘについてのそれぞれ同相（Ｉ）成分と、直交（Ｑ）成分とを表している。同様に、電気信号１２０_Ｉｙと１２０_Ｑｙとは、光信号１０８ｙについてのそれぞれＩ成分と、Ｑ成分とを表している。電気信号のコピー１２０_Ｉｘ、１２０_Ｑｘ、１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙが、制御装置１２２に対して供給され、この制御装置は、それらを使用して、制御信号１０４を生成する。電気信号のコピー１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙはまた、位相検出器１４０に対して供給され、この位相検出器は、それらを使用して、光入力信号１０２の搬送波に対するＯＬＯ信号１５０についての位相および周波数のロッキングを可能にする。

【0037】

電気信号１２０_Ｉｘ、１２０_Ｑｘ、１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙのおのおのは、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）スライサ回路１２４_１〜１２４_４のうちの対応する１つのアナログ・デジタル・スライサ回路においてデジタル形式へと変換される。Ａ／Ｄスライサ回路１２４_１〜１２４_４によって生成されるデジタル信号１２８_Ｉｘ、１２８_Ｑｘ、１２８_Ｉｙ、および１２８_Ｑｙは、次いで、デコーダ１３６_１と１３６_２とによって従来のやり方で復号されて、データ・ストリーム１９８ｘと１９８ｙとを生成する。信号１０２の生成のために、トランスミッタにおいて使用されるコンステレーション・タイプと、順方向エラー訂正（ＦＥＣ：ｆｏｒｗａｒｄ−ｅｒｒｏｒ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）符号化（もしあれば）とに応じて、デコーダ１３６_１と１３６_２とは、例えば、それらの間の通信経路１３８を使用して、それらの復号化オペレーションを調整するように構成されていることもある。例えば、「ＦＯＲＷＡＲＤ ＥＲＲＯＲ ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ ＦＯＲ ＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第１３／５３７，１３１号は、信号１０２の生成において使用される場合に、レシーバ１００において経路１３８の使用を促すことになる４次元のＰＤＭコンステレーションと、様々なＦＥＣ符号化スキームとを開示している。（この米国特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。）他方、トランスミッタが、別個の、また独立した通信チャネルとして各偏波を取り扱うことによって、信号１０２を生成するときに、通信経路１３８は、レシーバ１００において省略され、またはディスエーブルにされる可能性がある。

【0038】

図１に示される実施形態においては、クロック回復回路１３０は、デジタル信号１２８_Ｉｘに基づいて、クロック信号ＣＬＫを生成するように構成されている。代替的な一実施形態においては、クロック回復回路１３０は、デジタル信号１２８_Ｑｘ、１２８_Ｉｙ、および１２８_Ｑｙのうちのどれかに基づいて、またはデジタル信号１２８_Ｉｘ、１２８_Ｑｘ、１２８_Ｉｙ、および１２８_Ｑｙの任意の適切な組合せに基づいてクロック信号ＣＬＫを生成するように構成されている可能性がある。

【0039】

図１に示される実施形態においては、デジタル信号のコピー１２８_Ｉｙと１２８_Ｑｙとは、位相検出器１４０に対して供給され、この位相検出器は、電気信号１２０_Ｉｙと１２０_Ｑｙと一緒に、それらを使用して、光入力信号１０２の搬送波に対するＯＬＯ信号１５０の位相および周波数のロッキングを可能にする。より具体的には、位相検出器１４０によって生成される電気位相エラー信号１４２は、ＯＬＯ信号１５０と、光入力信号１０２の搬送波との間の位相差に比例した電圧を有する。ループ・フィルタ１４４は、連続した時間において、位相エラー信号１４２を積分し、またロー・パス・フィルタをかけて、ＬＯＬ光源１４８のための駆動信号１４６を生成する。一般に、ループ・フィルタ１４４の周波数特性は、レシーバの光位相ロック・ループの全体的な動的時間応答特性を決定する。例えば、より狭い帯域幅のループ・フィルタ１４４は、一般に、より正確な位相ロック、例えば、より小さな位相エラーを可能にする。しかしながら、より高い精度は、よりゆっくりした時間応答と、より狭い取込範囲とを犠牲にして生じる。

【0040】

代替的な一実施形態においては、位相検出器１４０は、信号１２８_Ｉｙ、１２８_Ｑｙ、１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙの代わりに、それぞれ信号のコピー１２８_Ｉｘ、１２８_Ｑｘ、１２０_Ｉｘ、および１２０_Ｑｘを使用するように構成されている可能性がある。

【0041】

図２は、本開示の一実施形態による、光偏波Ｄ−ＭＵＸ１０６（図１）として使用され得る光偏波Ｄ−ＭＵＸ２００のブロック図を示すものである。例証の目的のために、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００は、図２において、（ｉ）光入力信号１０２を受信し、（ｉｉ）光信号１０８ｘおよび１０８ｙを生成し、また（ｉｉｉ）１０４_１〜１０４_４とラベル付けされる信号成分を有する制御信号１０４を受信するように構成されているように示される。図３を参照して以下でさらに説明されるように、１０４_１〜１０４_４とラベル付けされる信号成分のおのおのは、それ自体、多成分信号とすることができる。

【0042】

光入力信号１０２は、２０４ｘおよび１０４ｙとラベル付けされる２つの直交した偏波成分へとこの信号を分割するように構成された偏波ビーム・スプリッタ２０２に対して加えられる。偏波ビーム・スプリッタ２０２の配向は、固定され、また偏波Ｄ−ＭＵＸ２００の主要偏波軸（ｘおよびｙ）を規定する。上記に示されるように、光ファイバにおける偏波回転は、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００の主要な偏波軸に関する光入力信号１０２のＰＤＭ成分の配向が、時間とともに変動するようにさせる。結果として、光信号２０４ｘおよび２０４ｙのおのおのは、一般に、光入力信号１０２の両方のＰＤＭ成分からの寄与を有する。しかしながら、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００において実装される光信号処理は、（ｉ）光信号１０８ｘが、光入力信号の第２のＰＤＭ成分に対応する比較的少量の（例えば、実用的な目的では、無視可能な）光を有する光入力信号１０２の第１のＰＤＭ成分に対応する光を主として搬送するようにさせ、また（ｉｉ）光信号１０８ｙが、光入力信号の第１のＰＤＭ成分に対応する比較的少量の光を有する光入力信号の第２のＰＤＭ成分に対応する光を主として搬送するようにさせる。光信号１０８ｘおよび１０８ｙのこれらの特性は、例えば、それらが、これらの信号の後続についての復号化が、比較的簡単であること、および対応する信号処理回路が、比較的安価であることを可能にするので、有益である。

【0043】

偏波Ｄ−ＭＵＸ２００における光信号処理は、図２に示されるように、バタフライ構成の形で配列された４つの光ＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２、を使用して実施される。より具体的には、ＩＱ変調器２２０_１１と、２２０_２１とのうちのおのおのは、偏波維持カプラ（ＰＭＣ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｒ）２１０_１によって生成される光信号２０４ｘの減衰されたコピーを受信するように構成されている。同様に、ＩＱ変調器２２０_１２と、２２０_２２とのうちのおのおのは、偏波維持カプラ２１０_２によって生成される光信号２０４ｙの減衰されたコピーを受信するように構成されている。ＩＱ変調器２２０_１１と、２２０_１２とによって生成される出力信号は、偏波維持カプラ２１０_３において結合されて、光信号１０８ｘを生成する。ＩＱ変調器２２０_２１と、２２０_２２とによって生成される出力信号は、同様にして、偏波維持カプラ２１０_４において結合されて、光信号１０８ｙを生成する。

【0044】

一実施形態においては、光ＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２のうちのおのおのは、日本の富士通オプティカル・コンポーネンツ株式会社から部品番号ＦＴＭ７９６７ＥＱＡとして市販されているマッハ・ツェンダー変調器を使用して、実装される可能性がある。代替的な一実施形態においては、適切なＩｎＰ−ベースのマッハ・ツェンダー変調器が、同様にして使用される可能性がある。さらに別の代替的な実施形態においては、光ＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２のうちのおのおのは、図６に示されるＩＱ変調器を使用して実装される可能性がある。

【0045】

各偏波維持カプラ２１０は、実質的に信号の偏波状態を変更することなしに、対応する２つの光学的に結合されたポートの間で光信号をルーティングすることができる３ポート・デバイスである。光伝搬方向に応じて、偏波維持カプラ２１０は、光スプリッタとして、または光結合器として動作することができる。例えば、偏波維持カプラ２１０_１と、２１０_２とのうちのおのおのは、光スプリッタとして、動作する。対照的に、偏波維持カプラ２１０_３と、２１０_４とのうちのおのおのは、光結合器として、動作する。光偏波Ｄ−ＭＵＸ２００において、偏波維持カプラ２１０を実装するために使用され得る代表的な偏波維持カプラは、例えば、米国特許第６，４６３，１９５号と、第６，５０４，９６１号と、第７，２０３，３９７号と、第７，３７３，０２８号との中で開示されており、これらの米国特許のすべては、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。

【0046】

光ＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２のうちのおのおのは、制御信号１０４_１〜１０４_４のうちの対応する１つの制御信号を使用して、それぞれの光入力信号２１２を変調するように構成されており、その結果、ＩＱ変調器によって生成される結果として生じる光出力信号２２２は、式（１）、すなわち、
Ｓ_ｏｕｔ＝Ｈ_ｌｍＳ_ｉｎ （１）
によって記述され、式中で、Ｓ_ｏｕｔは、光出力信号であり、Ｓ_ｉｎは、光入力信号であり、またＨ_ｌｍは、ＩＱ変調器２２０_ｌｍ（ｌ＝１，２；ｍ＝１，２）の伝達関数である。一般に、Ｓ_ｏｕｔと、Ｓ_ｉｎと、Ｈ_ｌｍとのうちのおのおのは、複素数値によって表される。一実施形態においては、制御装置１２２は、制御信号１０４_１〜１０４_４を生成して、ＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２が、式（２ａ）〜（２ｉ）、すなわち、
Ｈ_ｌｍ≡Γ_ｌｍ＋ｊΦ_ｌｍ （２ａ）
Γ_１１［ｋ］＝Γ_１１［ｋ−１］＋βＩ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｂ）
Φ_１１［ｋ］＝Φ_１１［ｋ−１］＋βＱ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｃ）
Γ_１２［ｋ］＝Γ_１２［ｋ−１］＋βＩ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｄ）
Φ_１２［ｋ］＝Φ_１２［ｋ−１］＋βＱ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｅ）
Γ_２１［ｋ］＝Γ_２１［ｋ−１］＋βＩ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｆ）
Φ_２１［ｋ］＝Φ_２１［ｋ−１］＋βＱ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｇ）
Γ_２２［ｋ］＝Γ_２２［ｋ−１］＋βＩ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｈ）
Φ_２２［ｋ］＝Φ_２２［ｋ−１］＋βＱ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２） （２ｉ）
によって説明される伝達関数を有するようにさせ、式中で、Γ_ｌｍと、Φ_ｌｍとは、それぞれ伝達関数Ｈ_ｌｍの実数部と、虚数部とであり（式（２ａ）において規定されるように）、ｋは、タイム・スロット・インデックスであり、βは、エラー重み付け係数であり、Ｉ_ｘ、Ｑ_ｘ、Ｉ_ｙ、およびＱ_ｙは、電気信号１２０_Ｉｘ、１２０_Ｑｘ、１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙの大きさであり（図１を参照）、またＲは、信号１０２について生成するためにトランスミッタによって使用されているコンステレーションにおける平均の振幅を表すパラメータである。式（２ａ）〜（２ｉ）のおのおのは、制御装置１２２が、電気信号１２０_Ｉｘ、１２０_Ｑｘ、１２０_Ｉｙ、および１２０_Ｑｙの大きさと、以前の（すなわち、（ｋ−１）番目のタイム・スロットにおける伝達関数Ｈ_ｌｍの値とに基づいて、ｋ番目のタイム・スロットについての伝達関数Ｈ_ｌｍの値を決定することを可能にする再帰的な式であることに注意すべきである。さらに、式（２ｂ）〜（２ｉ）のおのおのの右辺の第２項は、信号１０２の偏波の現在の状態と、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００の主要な偏波軸の配向との間の不揃いの尺度を提供することにも注意すべきである。

【0047】

動作するコンステレーションが、位相シフト・キーイング（ＰＳＫ：ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）コンステレーションであるときに、すべてのコンステレーション・ポイントは、コンステレーションの起源（例えば、対応する複素平面の起源）に中心を置く円の上に位置している。この場合には、パラメータＲは、この円の半径を表す。動作するコンステレーションが、直交振幅変調（ＱＡＭ）コンステレーションであるときに、異なるコンステレーション・ポイントは、異なる振幅を有することができ、これは、コンステレーションの起源からのそれらのそれぞれの異なる距離によって明らかにされる。この場合には、パラメータＲは、例えば、式（３）を、すなわち、

【0048】

【数1】

を使用して、算出される可能性があり、式中で、Ｍは、ＱＡＭコンステレーションにおけるコンステレーション・ポイントの数であり、αは、トランスミッタと、レシーバとの間の信号の増幅／減衰を反映するスケーリング係数であり、またｒ_ｉは、ＱＡＭコンステレーションにおけるｉ番目のコンステレーション・ポイントの正規化された振幅である。式（３）はまた、すべてのｒ_ｉ値が、同じであるＰＳＫコンステレーションについて有効であることに注意すべきである。

【0049】

ＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２が、構成され、その結果、光伝送リンクにおいて、入力信号１０２に対して課される偏波回転は、完全に反転され、また信号１０８ｘと、１０８ｙとは、それぞれ、入力信号の「純粋な」第１のＰＤＭ成分と、第２のＰＤＭ成分とを表すことを次に仮定する。その場合には、パラメータＲが規定されるそのやり方に起因して（例えば、式（３）を参照）、式（２ｂ）〜（２ｉ）における第２の項のおのおのの時間平均は、ゼロであり、またそれらのそれぞれの伝達関数（Ｈ_ｌｍ）によって明らかにされるＩＱ変調器２２０_１１、２２０_２１、２２０_１２、および２２０_２２の構成は、実質的に時間とともに不変のままに留まる。しかしながら、光伝送リンクにおいて、入力信号１０２に対して課される偏波回転が、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００において完全に反転されないときには、式（２ｂ）〜（２ｉ）における第２の項は、ゼロへと平均化することはなく、それによって、制御装置１２２に、伝達関数Ｈ_ｌｍを適切に調整するようにさせる。次いで、この調整は、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００に、偏波回転をより正確に取り消し、また時間とともにその変化を追跡するようにさせる。

【0050】

エラー重み付け係数βは、その値が、比較的小さく設定されて、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００によるスムーズな偏波回転トラッキングを保証する、経験的パラメータである。例えば、エラー重み付け係数βの比較的小さな値は、入力信号１０２が、Ｍ−ＱＡＭ信号であるときに、十分な時間の平均化が、適切な偏波回転トラッキングのために起こることを可能にする。エラー重み付け係数βの比較的小さな値はまた、偏波Ｄ−ＭＵＸ２００が、バースト・エラーに対して過剰反応しないことを可能にしており、これは、全体的な偏波Ｄ−ＭＵＸ構成の比較的ゆっくりした、また漸進的な調整を保証する。

【0051】

図３Ａ〜３Ｂは、本開示の一実施形態による、制御装置１２２（図１）として使用され得る制御装置３００のブロック図を示すものである。より具体的には、図３Ａは、制御装置３００の全体的なブロック図を示すものである。図３Ｂは、フィルタ３９０のブロック図を示すものであり、このフィルタの８つの例（コピー）が、図３Ａに示される回路の中で使用される。制御装置３００は、様々なアナログ回路をそのビルディング・ブロックとして使用して、実装した電気制御装置である。制御装置３００が、１６−ＱＡＭや３２−ＱＡＭなどの比較的低ビットのＱＡＭフォーマットの下で動作するように構成されたレシーバ１００の中で使用されるときに、制御装置の中で使用されるアナログ回路に対する線形性要件は、あまり差し迫ったものではない。例えば、制御装置３００は、比較的小さな線形ダイナミック・レンジを有するアナログ回路を使用して、実装される可能性がある。

【0052】

制御装置３００は、すべてが、図３Ａに示されるように相互に接続された信号発生器３０６と、５つの二乗回路３１０_１〜３１０_５と、２つの３入力信号加算器３２０_１〜３２０_２と、８つのアナログ信号乗算器３３０と、８つのフィルタ３９０_１〜３９０_８とを備えている。各フィルタ３９０は、すべてが図３Ｂに示されるように相互に接続された信号発生器３２６と、アナログ信号乗算器３３０と、遅延要素（Ｚ^−１）３５０と、２入力信号加算器３７０とを備えている。

【0053】

信号発生器３０６は、パラメータＲ（式（３）を参照）の値を記憶するレジスタ（図３Ａには明示的に示されず）を有する。信号発生器３０６によって生成される出力信号３０８は、レジスタに記憶されたパラメータ値に比例した大きさを有する電気アナログ信号である。

【0054】

二乗回路３１０_ｉは、受信された入力信号の大きさの二乗に比例している出力信号３１２_ｉを生成するように構成されており、ここで、ｉ＝１、２、．．．、５である。図３Ａに示されるように、二乗回路３１０_１〜３１０_５によって受信される入力信号は、それぞれ、電気信号１２０_Ｉｘと、１２０_Ｑｘと、３０８と、１２０_Ｉｙと、１２０_Ｑｙとである。

【0055】

信号加算器３２０_１は、信号３１２_１と、３１２_２とを加算し、またその合計から信号３１２_３を減算するように構成されている。信号加算器３２０_１によって生成される結果として生じる信号は、信号３２２_１である。

【0056】

信号加算器３２０_２は、同様にして、信号３１２_４と、３１２_５とを加算し、またその合計から信号３１２_３を減算するように構成されている。信号加算器３２０_２によって生成される結果として生じる信号は、信号３２２_２である。

【0057】

８つのアナログ信号乗算器３３０は、スケーリング・ファクタとして信号１２０_Ｉｘと、１２０_Ｑｘと、１２０_Ｉｙと、１２０_Ｑｙとを使用して、信号３２２_１と、３２２_２とを様々にスケーリングするように構成されている。８つのアナログ信号乗算器３３０によって生成される結果として生じるスケーリングされた信号は、信号３３４_１〜３３４_８である。信号３３４_１〜３３４_８の大きさは、以下の量に、すなわち、
信号３３４_１： Ｉ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；
信号３３４_２： Ｑ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；
信号３３４_３： Ｉ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；
信号３３４_４： Ｑ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｘ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｘ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；
信号３３４_５： Ｉ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；
信号３３４_６： Ｑ_ｘ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；
信号３３４_７： Ｉ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２）；および
信号３３４_８： Ｑ_ｙ［ｋ］（（Ｉ_ｙ［ｋ］）^２＋（Ｑ_ｙ［ｋ］）^２−Ｒ^２）
に比例している。

【0058】

フィルタ３９０_１〜３９０_８は、それぞれ、式（２ｂ）〜（２ｉ）に対応する信号処理を実装するように構成されている。より具体的には、フィルタ３９０_ｉにおける信号発生器３２６と、アナログ信号乗算器３３０とは、スケーリング・ファクタとしてエラー重み付け係数βを使用して、信号３３４_ｉをスケーリングするように構成されている。次いで、結果として生じるスケーリングされた信号３６８は、出力信号３９２_ｉの再帰的なアップデートのために使用され、遅延要素３５０は、前記再帰的なアップデートのための適切な時間遅延を提供している。結果として、フィルタ３９０_１〜３９０_８によって生成される出力信号３９０_１〜３９０_８は、それぞれ、Γ_１１［ｋ］と、Φ_１１［ｋ］と、Γ_１２［ｋ］と、Φ_１２［ｋ］と、Γ_２１［ｋ］と、Φ_２１［ｋ］と、Γ_２２［ｋ］と、Φ_２２［ｋ］とに比例している（さらに、式（２ｂ）〜（２ｉ）を参照されたい）。

【0059】

信号３９０_１と、３９０_２とは、制御信号１０４_１（図２）のための、それぞれ、Ｉ成分と、Ｑ成分とを提供する。信号３９０_３と、３９０_４とは、制御信号１０４_２（図２）のための、それぞれ、Ｉ成分と、Ｑ成分とを提供する。信号３９０_５と、３９０_６とは、制御信号１０４_３（図２）のための、それぞれ、Ｉ成分と、Ｑ成分とを提供する。信号３９０_７と、３９０_８とは、制御信号１０４_４（図２）のための、それぞれ、Ｉ成分と、Ｑ成分とを提供する。

【0060】

図４は、本開示の一実施形態による、位相検出器１４０（図１）として使用され得る位相検出器４００のブロック図を示すものである。例証の目的のために、位相検出器４００は、（ｉ）電気信号１２０_Ｉｙおよび１２０_Ｑｙと、デジタル信号１２８_Ｉｙおよび１２８_Ｑｙとを受信し、また（ｉｉ）位相エラー信号１４２を生成するように構成されているように、図４の中で、示される。位相検出器４００のための他の信号構成もまた、可能である。例えば、位相検出器４００は、代わりに、信号１２８_Ｉｙと、１２８_Ｑｙと、１２０_Ｉｙと、１２０_Ｑｙとの代わりに、それぞれ、信号１２８_Ｉｘと、１２８_Ｑｘと、１２０_Ｉｘと、１２０_Ｑｘとを使用するように構成されている可能性がある。

【0061】

位相検出器４００は、式（４）、すなわち、
ε＝Ｉ’_ｙＱ_ｙ−Ｑ’_ｙＩ_ｙ （４）
によって表される信号処理オペレーションを実装するように構成された乗算器４０２および４０４と、加算器４１０とを備えており、式中で、εは、位相エラー信号１４２の大きさであり、またＩ’_ｙと、Ｑ_ｙと、Ｑ’_ｙと、Ｉ_ｙとは、それぞれ、電気信号１２８_Ｉｙと、１２０_Ｑｙと、１２８_Ｑｙと、１２０_Ｉｙとの大きさである（図１を参照）。式（４）は、複素数値の以下の特性に基づいており、すなわち、第１の複素数値と、第２の複素数値とが、同じ引き数を有するときに、第１の複素数値と、第２の複素数値の複素共役との積は、実数である。式（４）の右辺は、受信シンボル（電気信号１２０_Ｉｙと１２０_Ｑｙとによって表されるような）と、受信シンボルがＡ／Ｄスライサ回路１２４_３〜１２４_４によって処理された後にマッピングされる相手のコンステレーション・ポイントとの積の虚数部を表す（前記コンステレーション・シンボルが、デジタル信号１２８_Ｉｙおよび１２８_Ｑｙによって表されて）。位相ロック・エラーが、比較的小さいときに、εの値は、受信シンボルの引き数と、対応するコンステレーション・ポイントとの間の差におよそ比例している。それゆえに、図４に示されるような位相検出器４００によって生成される位相エラー信号１４２は、ＯＬＯ信号１５０と、光入力信号１０２の搬送波との間の位相ロック・エラーの尺度を提供する（さらに図１を参照されたい）。ＯＬＯ信号１５０と、光入力信号１０２の搬送波との間の位相ロックを達成するために、次いで、レシーバ１００は、εの絶対値を最小にする傾向があるようにして、位相検出器４００によって生成される位相エラー信号１４２を使用して、ＯＬＯ光源１４８を駆動することができる。

【0062】

一実施形態においては、乗算器４０２と、４０４とのうちのおのおのは、ギルバート・セルを使用して実装される可能性がある。代替的な一実施形態においては、乗算器４０２と、４０４とのうちのおのおのは、ＸＯＲゲートを使用して実装される可能性がある。

【0063】

図５は、本開示の一実施形態による、ＯＬＯ光源１４８（図１）として使用され得る光源５００のブロック図を示すものである。例証の目的のために、光源５００は、フィルタがかけられた位相エラー信号１４６を受信し、またＯＬＯ信号１５０を生成するように構成されているように、図５の中で、示される。

【0064】

光源５００は、光ＩＱ変調器５０６に光学的に結合されたレーザ（例えば、レーザ・ダイオード）５０２を備えている。レーザ５０２によって生成される１つの光ビーム５０４は、公称的に、光入力信号１０２の搬送波と同じ周波数（波長）を有している。しかしながら、例えば、光ビーム５０４における有限の線幅に起因した位相雑音は、一般に、光ビーム５０４と、光入力信号１０２の搬送波との間の非ゼロの周波数および位相のオフセットを引き起こす。光ＩＱ変調器５０６は、周波数および位相のオフセットを取り除き、また必要な位相ロックを達成するようにするために、光ビーム５０４を変調するように構成されている。次いで、ＩＱ変調器５０６によって生成される被変調光信号５０８は、光フィルタ５１０を使用して、フィルタがかけられて、ＯＬＯ信号１５０を生成する。一実施形態においては、光ＩＱ変調器５０６は、日本の富士通オプティカル・コンポーネンツ株式会社によって製造される上記で述べられたモデルＦＴＭ７９６７ＥＱＡなどのマッハ・ツェンダー変調器を使用して実装される可能性がある。代替的な一実施形態においては、光ＩＱ変調器５０６は、図６に示されるＩＱ変調器を使用して実装される可能性がある。

【0065】

光ＩＱ変調器５０６のための電気駆動信号５１２_１と５１２_２とは、電圧制御発振器（ＶＣＯ：ｖｏｌｔａｇｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）５２０と、増幅器５１６_１および５１６_２とを使用して、生成される。電圧制御発振器５２０は、電気ＲＦ信号５１８_１と、５１８_２とを生成するように構成された電子回路であり、その結果、（ｉ）これらの２つのＲＦ信号は、例えば、位相検出器４００によって生成される位相エラー信号１４２にフィルタをかけることにより、ループ・フィルタ１４４によって生成される、フィルタがかけられた位相エラー信号１４６の大きさ（例えば、準ｄｃ電圧）に比例した同じ周波数を有しており、また（ｉｉ）これら２つのＲＦ信号の間には、およそ９０度の固定された位相オフセットが存在している。増幅器５１０_１と、５１０_２とは、電気ＲＦ信号５１６_１と、５１６_２とを適切に増幅し、またバイアスをかけるように構成されており、それによって光ＩＱ変調器５０６に、光ビーム５０４に対してサイドバンド抑制変調と、キャリア抑制変調とを適用するようにさせるようにして、電気駆動信号５０８_１と、５０８_２とを生成している。結果として、ＩＱ変調器５０６によって生成される被変調光信号５０８の光エネルギーのほとんどが、単一の変調サイドバンドの中に含まれる。光フィルタ５１０は、残りのキャリアと、他の比較的弱い被変調サイドバンドとを除去し、またはブロックしながら、この比較的強い変調サイドバンドを通過させる。次いで、光フィルタ５１０の出力は、レシーバ１００の中でＯＬＯ信号１５０として使用される可能性がある（図１）。

【0066】

いくつかの実施形態においては、光フィルタ５１０は、オプションであり、また光源５００から取り除かれる可能性がある。

【0067】

図６は、本開示の一実施形態による、変調器２２０（図２）として使用され得るＩＱ変調器６００のブロック図を示すものである。光偏波Ｄ−ＭＵＸ２００（図２）における変調器２２０_ｉとして使用されるときに、ＩＱ変調器６００は、（ｉ）光入力信号として、光信号２１２_ｉを受信し、（ｉｉ）光出力信号２２２_ｉを生成し、また（ｉｉｉ）制御信号１０４_ｉを使用して駆動されるように構成されている。

【0068】

ＩＱ変調器６００は、ネストされたマッハ・ツェンダー変調器（ＭＺＭ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）６１０を備えている。本明細書において使用される場合、用語「ネストされた（ｎｅｓｔｅｄ）」は、マッハ・ツェンダー変調器６１０のＭＺＭアーム６１２_１と、６１２_２とのうちのおのおのが、それ自体、構成部分として、それぞれ従来のマッハ・ツェンダー変調器を含んでいることを意味している。より具体的には、ＭＺＭアーム６１２_１は、従来のマッハ・ツェンダー変調器６１６_１を含んでおり、またＭＺＭアーム６１２_２は、従来のマッハ・ツェンダー変調器６１６_２を含んでいる。マッハ・ツェンダー変調器６１６_１と、６１６_２とのうちのおのおのは、図６の中で、矩形として示されており、変調器のアームは、図６を読むことをより簡単にするために、明示的に示されてはいない。

【0069】

マッハ・ツェンダー変調器６１６_１は、制御信号１０４_ｉのＩ−成分を使用して、駆動される。例えば、制御装置３００（図３）によって生成される信号３９０_１と、３９０_３と、３９０_５と、３９０_７とのうちのおのおのは、対応する制御信号１０４_ｉのＩ−成分である。

【0070】

マッハ・ツェンダー変調器６１６_２は、制御信号１０４_ｉのＱ−成分を使用して、同様にして、駆動される。例えば、制御装置３００（図３）によって生成される信号３９０_２と、３９０_４と、３９０_６と、３９０_８とのうちのおのおのは、対応する制御信号１０４_ｉのＱ−成分である。

【0071】

増幅器６０４_１と、６０４_２とは、マッハ・ツェンダー変調器６１６_１と、６１６_２とのための、それぞれ、電気駆動信号６０６_１と、６０６_２とを生成するように、制御信号１０４_ｉの、それぞれ、Ｉ−成分と、Ｑ−成分とに対して、ｄｃバイアスを適切に増幅し、また適用するように構成されている。

【0072】

ＭＺＭアーム６１２_２は、そのＭＺＭアームを通して伝搬する光信号に対して約９０度の位相シフトを適用するように構成された固定された位相シフタ６２０をさらに含んでいる。この位相シフトにより、ＭＺＭアーム６１２_１と、６１２_２とは、ＩＱ変調器６００の、それぞれ、Ｉ−変調アームと、Ｑ−変調アームとして動作することができるようになる。

【0073】

ＭＺＭアーム６１２_１と、６１２_２とのうちのおのおのは、オプションの構成可能な位相シフタ６１８_１と、６１８_２とのうちのそれぞれ一方をさらに含むように例証的に示されている。これらの位相シフタを使用して、例えば、ＭＺＭアーム６１２_１と、６１２_２との間の可能性のある望ましくない位相アンバランスについて補償することができる。そのようなアンバランスが、ＩＱ変調器６００の中に存在していない場合、そのときには位相シフタ６１８_１と、６１８_２とのうちのおのおのは、ゼロ（例えば、接地）バイアス電位を受け取るように構成されている可能性がある。

【0074】

本発明は、実例となる実施形態を参照して説明されているが、この説明は、限定的な意味で解釈されることを意図してはいない。

【0075】

説明された実施形態の様々な修正形態、ならびに本発明が関連する当業者には明らかである本発明の他の実施形態は、添付の特許請求の範囲において表されるような本発明の原理および範囲の内部にあるように見なされる。

【0076】

明示的にそれ以外の方法で述べられていない限り、おのおのの数値と範囲とは、言葉「約（ａｂｏｕｔ）」または「近似的に（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」が、値または範囲についての値に先行しているかのように、近似的であるように解釈されるべきである。

【0077】

特許請求の範囲における図番号および／または図参照ラベルの使用は、検討中に特許請求の範囲の解釈を容易にするために特許請求される主題についての１つまたは複数の可能性のある実施形態を識別することを意図している。そのような使用は、使用された図番号および／または図参照ラベルによって示される実施形態だけにこれらの特許請求の範囲についての範囲を必ずしも限定するように解釈されるべきであるとは限らない。

【0078】

本発明の性質を説明するために説明され、また例証されているそれらの部分の詳細と、材料と、配列とにおける様々な変更は、以下の特許請求の範囲において表されるような本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって行われ得ることが、さらに理解されるであろう。

【0079】

「１つの実施形態」または「一実施形態」に対する本明細書における言及は、実施形態に関連して説明される特定の機能、構造、または特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態の中に含まれ得ることを意味している。本明細書における様々な場所における「一実施形態において」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態について言及しているものとは限らず、また別個のまたは代替的な実施形態が、必ずしも他の実施形態と相互に排他的であるとも限らない。同じことが、用語「実装形態」に対しても当てはまる。

【0080】

また、この説明の目的のために、用語「結合する」、「結合している」、「結合される」、「接続する」、「接続している」、または「接続される」は、エネルギーが、２つ以上の要素の間で伝達されることが、許可され、また１つまたは複数の追加の要素の介在が、必要とはされないが、企図される、当技術分野において知られ、または後で開発される任意の方法のことを指す。逆に、用語「直接に結合される」、「直接に接続される」などは、そのような追加の要素の不在を意味している。

【0081】

説明および図面は、単に、本発明の原理を例証しているにすぎない。それゆえに、当業者なら、本明細書において明示的に説明されても、または示されてもいないが、本発明の原理を具現化し、またその趣旨および範囲の内部に含まれる様々な構成を工夫することができるようになることが、理解されるであろう。さらに、本明細書において列挙されるすべての例は、主として、当技術分野を推進するために本発明者によって寄与される本発明の原理と、概念とを理解する際に、読者を支援する教育上の目的のためにすぎないことを明示的に意図しており、またそのように具体的に列挙された例および状態だけに限定することのないように解釈されるべきである。さらに、本発明の実施形態を列挙する本明細書におけるすべての陳述、ならびにその特定の例は、その同等形態を包含することを意図している。

【0082】

図面において示される様々な要素の機能は、「プロセッサ」としてラベル付けされる任意の機能ブロックを含めて、専用のハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通して提供されることもある。プロセッサによって提供されるときに、それらの機能は、単一の専用プロセッサにより、単一の共用プロセッサにより、またはそれらのうちのいくつかが共用され得る複数の個別のプロセッサにより提供されることもある。さらに、用語「プロセッサ」または「制御装置」の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアだけのことを排他的に指すように解釈されるべきではなく、また限定することなしに、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ハードウェアと、ネットワーク・プロセッサと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）と、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）と、ソフトウェアを記憶するためのリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）と、不揮発性ストレージとを暗黙のうちに含むことができる。他のハードウェアが、従来のもの、および／またはカスタムもまた、含まれることもある。同様に、図面の中に示されるどのようなスイッチも、概念的なものにすぎない。それらの機能は、プログラム・ロジックのオペレーションを通して、専用のロジックを通して、プログラム制御と専用のロジックとの相互作用を通して、または手動的にさえも、実行されることもあり、特定の技法は、文脈からより具体的に理解されるように、実装者によって選択可能である。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】