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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024113976
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】光受信装置
(51)【国際特許分類】
H04B 10/66 20130101AFI20240816BHJP
H04B 10/112 20130101ALI20240816BHJP
H04J 14/06 20060101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
H04B10/66
H04B10/112
H04J14/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023019298
(22)【出願日】2023-02-10
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「空間並列チャネル伝送に向けた垂直入射型ナノハイブリッド光変調器・受信器の研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000208891
【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003281
【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石村 昇太
(72)【発明者】
【氏名】高橋 英憲
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AA52
5K102AD15
5K102AH02
5K102AL23
5K102PH22
5K102PH24
5K102PH25
5K102PH31
5K102PH49
(57)【要約】
【課題】光受信装置の方向を信号光の方向に調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調できる様にする。
【解決手段】光受信装置は、第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した信号光を少なくとも第１信号光と第２信号光とに分岐する分岐手段と、前記第１信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第２信号光のストークスパラメータＳ２の値と、に基づき前記変調光を復調する復調手段と、を備えている。
【選択図】図２
【解決手段】光受信装置は、第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した信号光を少なくとも第１信号光と第２信号光とに分岐する分岐手段と、前記第１信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第２信号光のストークスパラメータＳ２の値と、に基づき前記変調光を復調する復調手段と、を備えている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した信号光を少なくとも第１信号光と第２信号光とに分岐する分岐手段と、
前記第１信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第２信号光のストークスパラメータＳ２の値と、に基づき前記変調光を復調する復調手段と、
を備えている、光受信装置。
前記第１信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第２信号光のストークスパラメータＳ２の値と、に基づき前記変調光を復調する復調手段と、
を備えている、光受信装置。
【請求項2】
前記復調手段は、
前記第１信号光が入力される第１検出手段と、
半波長板を介して前記第２信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、それぞれ、
入力される光を第１直線偏波の第１光と前記第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の第２光に分離する分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する出力手段と、
を備え、
前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度である、請求項１に記載の光受信装置。
前記第１信号光が入力される第１検出手段と、
半波長板を介して前記第２信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、それぞれ、
入力される光を第１直線偏波の第１光と前記第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の第２光に分離する分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する出力手段と、
を備え、
前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度である、請求項１に記載の光受信装置。
【請求項3】
第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した第１信号光を、第１直線偏波の前記変調光と前記第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の前記連続光とを偏波多重した第２信号光に変換する変換手段と、
前記第２信号光を、少なくとも第３信号光と第４信号光とに分岐する分岐手段と、
前記第３信号光のストークスパラメータＳ２の値と、前記第４信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記変調光を復調する復調手段と、
を備えている、光受信装置。
前記第２信号光を、少なくとも第３信号光と第４信号光とに分岐する分岐手段と、
前記第３信号光のストークスパラメータＳ２の値と、前記第４信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記変調光を復調する復調手段と、
を備えている、光受信装置。
【請求項4】
前記復調手段は、
半波長板を介して前記第３信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第４信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、それぞれ、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する出力手段と、
を備え、
前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度であり、
前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項３に記載の光受信装置。
半波長板を介して前記第３信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第４信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、それぞれ、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する出力手段と、
を備え、
前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度であり、
前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項３に記載の光受信装置。
【請求項5】
第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した第１信号光を、第１直線偏波の前記変調光と前記第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の前記連続光とを偏波多重した第２信号光に変換する変換手段と、
前記第２信号光を、少なくとも第３信号光と第４信号光とに分岐する分岐手段と、
前記第３信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第４信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記変調光を復調する復調手段と、
を備えている、光受信装置。
前記第２信号光を、少なくとも第３信号光と第４信号光とに分岐する分岐手段と、
前記第３信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第４信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記変調光を復調する復調手段と、
を備えている、光受信装置。
【請求項6】
前記復調手段は、
前記第３信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第４信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第１光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第２光に分離する第１分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第３光と前記第２直線偏波の第４光に分離する分離手段と、
前記第３光を光電変換した信号と前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第２出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項５に記載の光受信装置。
前記第３信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第４信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第１光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第２光に分離する第１分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第３光と前記第２直線偏波の第４光に分離する分離手段と、
前記第３光を光電変換した信号と前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第２出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項５に記載の光受信装置。
【請求項7】
第１円偏波の第１変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の第２変調光とを偏波多重した第１信号光を、第１直線偏波の前記第１変調光と前記第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の前記第２変調光とを偏波多重した第２信号光に変換する変換手段と、
連続光を生成する光源と、
前記第２信号光と前記連続光とに基づき、前記第１直線偏波の前記第１変調光と前記第２直線偏波の前記連続光とを偏波多重した第３信号光と、前記第１直線偏波の前記連続光と前記第２直線偏波の前記第２変調光とを偏波多重した第４信号光と、を生成する生成手段と、
前記第３信号光を、少なくとも第５信号光と第６信号光とに分岐する第１分岐手段と、
前記第５信号光のストークスパラメータＳ１又はＳ２の値と、前記第６信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記第１変調光を復調する第１復調手段と、
前記第４信号光を、少なくとも第７信号光と第８信号光とに分岐する第２分岐手段と、
前記第７信号光のストークスパラメータＳ１又はＳ２の値と、前記第８信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記第２変調光を復調する第２復調手段と、
を備えている、光受信装置。
連続光を生成する光源と、
前記第２信号光と前記連続光とに基づき、前記第１直線偏波の前記第１変調光と前記第２直線偏波の前記連続光とを偏波多重した第３信号光と、前記第１直線偏波の前記連続光と前記第２直線偏波の前記第２変調光とを偏波多重した第４信号光と、を生成する生成手段と、
前記第３信号光を、少なくとも第５信号光と第６信号光とに分岐する第１分岐手段と、
前記第５信号光のストークスパラメータＳ１又はＳ２の値と、前記第６信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記第１変調光を復調する第１復調手段と、
前記第４信号光を、少なくとも第７信号光と第８信号光とに分岐する第２分岐手段と、
前記第７信号光のストークスパラメータＳ１又はＳ２の値と、前記第８信号光のストークスパラメータＳ３の値と、に基づき、前記第２変調光を復調する第２復調手段と、
を備えている、光受信装置。
【請求項8】
前記生成手段は、偏波ビームスプリッタである、請求項７に記載の光受信装置。
【請求項9】
前記第１復調手段は、
半波長板を介して前記第５信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第６信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、それぞれ、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第１分離手段と、
前記第１分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第１分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第１検出手段の前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度であり、
前記第２検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項７に記載の光受信装置。
半波長板を介して前記第５信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第６信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段は、それぞれ、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第１分離手段と、
前記第１分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第１分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第１検出手段の前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度であり、
前記第２検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項７に記載の光受信装置。
【請求項10】
前記第１復調手段は、
前記第５信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第６信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第３光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第４光に分離する第１分離手段と、
前記第１分離手段が分離した前記第３光を光電変換した信号と前記第１分離手段が分離した前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第２分離手段と、
前記第２分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第２分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第２出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記第２検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項７に記載の光受信装置。
前記第５信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第６信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第３光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第４光に分離する第１分離手段と、
前記第１分離手段が分離した前記第３光を光電変換した信号と前記第１分離手段が分離した前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第２分離手段と、
前記第２分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第２分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第２出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記第２検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項７に記載の光受信装置。
【請求項11】
前記第２復調手段は、
半波長板を介して前記第７信号光が入力される第３検出手段と、
１／４波長板を介して前記第８信号光が入力される第４検出手段と、
を備え、
前記第３検出手段及び前記第４検出手段は、それぞれ、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第３分離手段と、
前記第３分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第３分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第３出力手段と、
を備え、
前記第３検出手段の前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度であり、
前記第４検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項９又は１０に記載の光受信装置。
半波長板を介して前記第７信号光が入力される第３検出手段と、
１／４波長板を介して前記第８信号光が入力される第４検出手段と、
を備え、
前記第３検出手段及び前記第４検出手段は、それぞれ、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第３分離手段と、
前記第３分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第３分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第３出力手段と、
を備え、
前記第３検出手段の前記半波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度であり、
前記第４検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項９又は１０に記載の光受信装置。
【請求項12】
前記第２復調手段は、
前記第７信号光が入力される第３検出手段と、
１／４波長板を介して前記第８信号光が入力される第４検出手段と、
を備え、
前記第３検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第３光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第４光に分離する第３分離手段と、
前記第３分離手段が分離した前記第３光を光電変換した信号と前記第３分離手段が分離した前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第３出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第４分離手段と、
前記第４分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第４分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第４出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記第２検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項９又は１０に記載の光受信装置。
前記第７信号光が入力される第３検出手段と、
１／４波長板を介して前記第８信号光が入力される第４検出手段と、
を備え、
前記第３検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第３光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第４光に分離する第３分離手段と、
前記第３分離手段が分離した前記第３光を光電変換した信号と前記第３分離手段が分離した前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第３出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第１光と前記第２直線偏波の第２光に分離する第４分離手段と、
前記第４分離手段が分離した前記第１光を光電変換した信号と前記第４分離手段が分離した前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第４出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記第２検出手段の前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度である、請求項９又は１０に記載の光受信装置。
【請求項13】
前記変換手段は、１／４波長板である、請求項３から８のいずれか１項に記載の光受信装置。
【請求項14】
第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した第１信号光を、第１直線偏波の前記変調光と前記第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の前記連続光とを偏波多重した第２信号光に変換する変換手段と、
前記第２信号光を、少なくとも第３信号光と第４信号光とに分岐する分岐手段と、
前記変調光を復調する復調手段と、
を備え、
前記復調手段は、
前記第３信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第４信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第１光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第２光に分離する第１分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第３光と前記第２直線偏波の第４光に分離する分離手段と、
前記第３光を光電変換した信号と前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第２出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記復調手段は、前記第１出力手段の出力と、前記第２出力手段の出力と、に基づき前記変調光を復調する、光受信装置。
前記第２信号光を、少なくとも第３信号光と第４信号光とに分岐する分岐手段と、
前記変調光を復調する復調手段と、
を備え、
前記復調手段は、
前記第３信号光が入力される第１検出手段と、
１／４波長板を介して前記第４信号光が入力される第２検出手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
入力される光を第３直線偏波の第１光と前記第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の第２光に分離する第１分離手段と、
前記第１光を光電変換した信号と前記第２光を光電変換した信号との差分を出力する第１出力手段と、
を備え、
前記第２検出手段は、
入力される光を前記第１直線偏波の第３光と前記第２直線偏波の第４光に分離する分離手段と、
前記第３光を光電変換した信号と前記第４光を光電変換した信号との差分を出力する第２出力手段と、
を備え、
前記第１直線偏波の偏波面と前記第３直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記１／４波長板の遅軸と前記第１直線偏波の偏波面との角度は、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度であり、
前記復調手段は、前記第１出力手段の出力と、前記第２出力手段の出力と、に基づき前記変調光を復調する、光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
非特許文献１は、ストークスベクトル検波方式の光受信装置を用いた光通信システムを開示している。この光通信システムにおいて、光送信装置は、互いに直交する２つの直線偏波のうちの一方のＸ偏波の連続光（無変調光）と、他方のＹ偏波の変調光と、を合波することで信号光を生成する。そして、光送信装置は、光ファイバを介して、生成した信号光を光受信装置に送信する。光受信装置は、受信した信号光のストークスパラメータＳ２及びＳ３を求め、Ｓ２及びＳ３の値から光送信装置が送信した情報を復調する。
【0003】
また、非特許文献２は、光ファイバを用いることなく、信号光を空間伝送する空間光通信システムを開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Ｑｉａｎ Ｈｕ，ｅｔ ａｌ．，"Ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｈｏｒｔ ｒｅａｃｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．３，ｐｐ．３２４５－３２５９，２０１５年
【非特許文献2】Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａ，ｅｔ ａｌ．，"Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ １４Ｔｂ／ｓ Ｍｕｌｔｉ－Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｓｉｎｇｌｅ－Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒｅｃｅｉｖｅ ＦＳＯ Ｓｙｓｔｅｍ Ｗｉｔｈ Ｃｌａｓｓ １ Ｅｙｅ－Ｓａｆｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ"，ｉｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．５，ｐｐ．１４９４－１５０１，２０２２年３月１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図７（Ａ）は、非特許文献１が開示する光受信装置の説明図である。信号光は、カップラ１で第１信号光、第２信号光及び第３信号光に３分岐される。第１信号光、第２信号光及び第３信号光は、それぞれ、第１パス、第２パス及び第３パスに出力される。第１パスに出力された第１信号光は、直接、検出器５に入力される。第２パスに出力された第２信号光は、半波長板（ＨＷＰ）２を介して検出器５に入力される。第３パスに出力された第３信号光は、１／４波長板（ＱＷＰ）３を介して検出器５に入力される。
【0006】
図７（Ｂ）は、検出器５の構成図である。偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５１は、入力される光を、第１直線偏波の第１光と、第１直線偏波とは直交する第２直線偏波の第２光とに偏波分離する。第１光は、フォトダイオード（ＰＤ）５２に入力され、第２光は、ＰＤ５３に入力される。ＰＤ５２及びＰＤ５３は、入力される光の光電変換を行って電気信号を出力する。減算部５４は、ＰＤ５２からの電気信号とＰＤ５３からの電気信号との差分を出力する。ＰＤ５２、ＰＤ５３及び減算部５４は、所謂、バランスドＰＤを構成している。
【0007】
以下の説明においては、検出器５のＰＢＳ５１が出力する第１直線偏波の電界方向（偏波面の方向）を"光受信装置の第１方向"と表記する。光受信装置のＨＷＰ２の遅軸は、光受信装置の第１方向に対して２２．５度の角度となる様に配置される。ＨＷＰ２の遅軸に対する角度がＸである直線偏波の光を入力すると、ＨＷＰ２は、その偏波面を角度２Ｘだけ回転させた直線偏波を出力する。光受信装置のＱＷＰ３の遅軸は、光受信装置の第１方向に対して４５度の角度となる様に配置される。ＱＷＰ３の遅軸に対する角度が４５度の直線偏波をＱＷＰ３に入力すると、ＱＷＰ３は、入力される直線偏波を円偏波に変換して出力する。なお、ＨＷＰ２及びＱＷＰ３の遅軸の角度は、上述した値に対して９０の整数倍を加えた値であっても良い。つまり、ＨＷＰ２の遅軸は、第１方向に対して、２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、又は、２９２．５度にし得る。同様に、ＱＷＰ３の遅軸は、第１方向に対して、４５度、１３５度、２２５度、又は、３１５度にし得る。
【0008】
図７（Ａ）に示す様に、第１パスの検出器５の出力は、ストークスパラメータＳ１を示す。また、上記の様にＨＷＰ２の遅軸を設定することで、第２パスの検出器５の出力は、ストークスパラメータＳ２を示す。さらに、上記の様にＱＷＰ３の遅軸を設定することで、第３パスの検出器５の出力は、ストークスパラメータＳ３を示す。
【0009】
例えば、信号光に含まれる連続光の偏波方向を、光受信装置の第１方向に対して９０度の整数倍に一致させる。つまり、連続光の偏波方向（電界方向）と、光受信装置の第１方向との角度を０、９０、１８０、２７０のいずれかにする。以下、この状態を"信号光の方向と光受信装置の方向が一致している"と表記する。以下では、基本的には、信号光に含まれる連続光の偏波方向を、光受信装置の第１方向に一致させたものとして説明する。この場合、連続光の電界成分をＥｘとして、変調光の電界成分をＥｙとすると、ストークスパラメータＳ１、Ｓ２及びＳ３は、それぞれ、以下の式で示す値になる。
Ｓ１＝｜Ｅｘ｜２－｜Ｅｙ｜２ （１）
Ｓ２＝２Ｒｅ（Ｅｘ×Ｅｙ＊） （２）
Ｓ３＝２Ｉｍ（Ｅｘ×Ｅｙ＊） （３）
なお、式（２）の"Ｒｅ（Ａ）"は、複素数Ａの実数部分を取り出す関数であり、式（３）の"Ｉｍ（Ａ）"は、複素数Ａの虚数部分を取り出す関数である。また、Ｅｙ＊は、Ｅｙの複素共役である。
Ｓ１＝｜Ｅｘ｜２－｜Ｅｙ｜２ （１）
Ｓ２＝２Ｒｅ（Ｅｘ×Ｅｙ＊） （２）
Ｓ３＝２Ｉｍ（Ｅｘ×Ｅｙ＊） （３）
なお、式（２）の"Ｒｅ（Ａ）"は、複素数Ａの実数部分を取り出す関数であり、式（３）の"Ｉｍ（Ａ）"は、複素数Ａの虚数部分を取り出す関数である。また、Ｅｙ＊は、Ｅｙの複素共役である。
【0010】
ストークスパラメータＳ２及びＳ３は、それぞれ、変調光と連続光のビート成分であり、光受信装置は、Ｓ２＋ｊＳ３の値を求めることで、光送信装置が送信した情報を復調することができる。信号光の方向と光受信装置の方向が一致している場合、ストークスパラメータＳ１は情報の復調に必要ではないため、図７の第１パスを省略できる。一方、信号光の方向と光受信装置の方向を一致させることが難しい場合、値の補正のためにストークスパラメータＳ１が必要となり、図７の第１パスを省略することはできない。
【0011】
例えば、空間光通信システム等、信号光の方向と光受信装置の方向を一致させることが難しい場合がある。この様な場合、光受信装置には、３つのストークスパラメータＳ１、Ｓ２及びＳ３を出力する３つのパスが必要となる。
【0012】
本開示は、光受信装置の方向を信号光の方向に調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調できる様にする技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本開示の一態様によると、光受信装置は、第１円偏波の変調光と前記第１円偏波とは直交する第２円偏波の連続光とを偏波多重した信号光を少なくとも第１信号光と第２信号光とに分岐する分岐手段と、前記第１信号光のストークスパラメータＳ１の値と、前記第２信号光のストークスパラメータＳ２の値と、に基づき前記変調光を復調する復調手段と、を備えている。
【発明の効果】
【0014】
本開示によると、光受信装置の方向を信号光の方向に調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】幾つかの実施形態による、光送信装置の構成図。
【図2】一実施形態による、光受信装置の構成図。
【図3】一実施形態による、光受信装置の構成図。
【図4】一実施形態による、光受信装置の構成図。
【図5】一実施形態による、光送信装置の構成図。
【図6】一実施形態による、光受信装置の構成図。
【図7】背景技術の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうちの二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【0017】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光送信装置の構成図である。光源１１は直線偏波の連続光を生成する。光源１１が生成した連続光は、偏波分離器１２で、Ｘ偏波の第１連続光と、Ｘ偏波とは直交するＹ偏波の第２連続光と、に分離される。なお、第１連続光と第２連続光の振幅が等しくなる様に、偏波分離器１２は、入力される連続光を分離する構成とし得る。偏波分離器１２が出力する第１連続光は、偏波多重器１４に入力される。一方、偏波分離器１２が出力する第２連続光は、変調器１３に入力される。変調器１３は、送信するデータで第２連続光を変調し、変調光を偏波多重器１４に出力する。偏波多重器１４は、Ｘ偏波の第１連続光と、Ｙ偏波の変調光と、を偏波多重した多重信号光を変換器１５に出力する。
図１は、本実施形態による光送信装置の構成図である。光源１１は直線偏波の連続光を生成する。光源１１が生成した連続光は、偏波分離器１２で、Ｘ偏波の第１連続光と、Ｘ偏波とは直交するＹ偏波の第２連続光と、に分離される。なお、第１連続光と第２連続光の振幅が等しくなる様に、偏波分離器１２は、入力される連続光を分離する構成とし得る。偏波分離器１２が出力する第１連続光は、偏波多重器１４に入力される。一方、偏波分離器１２が出力する第２連続光は、変調器１３に入力される。変調器１３は、送信するデータで第２連続光を変調し、変調光を偏波多重器１４に出力する。偏波多重器１４は、Ｘ偏波の第１連続光と、Ｙ偏波の変調光と、を偏波多重した多重信号光を変換器１５に出力する。
【0018】
変換器１５は、Ｘ偏波及びＹ偏波の光を、それぞれ、互いに直交する円偏波の光に変換する。一例として、変換器１５は、Ｘ偏波の光を右旋回偏波に変換し、Ｙ偏波の光を左旋回偏波に変換する。変換器１５は、例えば、ＱＷＰであり得る。変換器１５は、互いに直交する円偏波の連続光と変調光とを偏波多重した信号光を、例えば、空間を介して光受信装置に送信する。
【0019】
図２は、本実施形態による光受信装置の構成図である。光受信装置は、カップラ２１と、復調部２００と、を有する。カップラ２１は、光送信装置から受信する信号光を、少なくとも、第１信号光と第２信号光の２つの信号光に分岐して復調部２００に出力する分岐部である。復調部２００において、第１信号光は、直接、検出器５に入力される。一方、第２信号光は、ＨＷＰ２を介して検出器５に入力される。検出器５は、図７（Ｂ）と同様である。図２の光受信装置についても、検出器５のＰＢＳ５１が出力する偏波の方向に基づき第１方向が定義される。ＨＷＰ２の遅軸は、第１方向に対して２２．５度に設定される。つまり、図２の光受信装置は、図７に示す第１パスと第２パスを有するが第３パスを有さない。光受信装置は、第１パスの検出器５が出力するストークスパラメータＳ１の値と、第２パスの検出器５が出力するストークスパラメータＳ２の値と、に基づき光送信装置が送信した情報を復調する。
【0020】
以下、第１パスの検出器５及び第２パスの検出器５の出力に基づき光送信装置が送信した情報を復調できる理由について説明する。連続光の電界成分をＥｘとし、変調光の電界成分をＥｙとすると、連続光と変調光は互いに回転方向の異なる円偏波であるため、信号光は、以下のジョーンズベクトルで表される。
【0021】
【数1】
【0022】
したがって、図２の光受信装置の第１パスの検出器５の出力Ａは、式（１）におけるＥｘを（１／√２）（Ｅｘ＋Ｅｙ）とし、Ｅｙをｊ（１／√２）（Ｅｘ－Ｅｙ）としたものになる。したがって、第１パスの検出器５の出力Ａは、以下の式（４）の通りとなる。
【0023】
【数2】
【0024】
同様に、図２の光受信装置の第２パスの検出器５の出力Ｂは、式（２）におけるＥｘを（１／√２）（Ｅｘ＋Ｅｙ）とし、Ｅｙをｊ（１／√２）（Ｅｘ－Ｅｙ）としたものになる。したがって、第２パスの検出器５の出力Ｂは、以下の式（５）の通りとなる。
【0025】
【数3】
【0026】
式（５）及び式（６）に示す様に、第１パスの検出器５の出力Ａは、式（２）の値に対応し、第２パスの検出器５の出力Ｂは、式（３）の値に対応する。したがって、光受信装置２は、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。
【0027】
以上、本実施形態では、光受信装置の方向を信号光に対して調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。
【0028】
＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態の光送信装置の構成は第一実施形態と同様である。図３は、本実施形態による光受信装置の構成図である。
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態の光送信装置の構成は第一実施形態と同様である。図３は、本実施形態による光受信装置の構成図である。
【0029】
本実施形態による光受信装置は、ＱＷＰ２２と、カップラ２１と、復調部２０１と、を有する。復調部２０１は、図７（Ａ）に示す、ストークスパラメータＳ２の値を検出するための第２パスと、ストークスパラメータＳ３の値を検出するための第３パスと、を有する。第２パス及び第３パスに設けられるＨＷＢ２及びＱＷＰ３の遅軸の方向は、図７（Ａ）で説明した通りである。本実施形態の光受信装置も、検出器５のＰＢＳ５１が出力する偏波の方向に基づき第１方向が定義される。なお、光受信装置の第１方向は、復調部２０１の第１方向としても参照され得る。
【0030】
ＱＷＰ２２は、受信する円偏波の信号光を直線偏波に変換する。直線偏波の信号光は、互いに直交する直線偏波の連続光と変調光とを含む。ＱＷＰ２２は、その遅軸が第１方向に対して９０度の整数倍となる様に設けられる。言い換えると、ＱＷＰ２２は、円偏波の光が入力された場合、その旋回方向に応じて、第１直線偏波又は第２直線偏波の光をカップラ２１に出力する様に設けられる。よって、カップラ２１に入力される連続光の偏波の方向は、第１方向に対して９０度の整数倍となる。したがって、図７（Ａ）で説明した様に、第２パスの検出器５は、式（２）対応する値を出力し、第３パスの検出器５は、式（３）に対応する値を出力する。したがって、光受信装置２は、光受信装置の方向を信号光に対して調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。
【0031】
＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態の光送信装置の構成は第一実施形態と同様である。図４は、本実施形態による光受信装置の構成図である。
続いて、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態の光送信装置の構成は第一実施形態と同様である。図４は、本実施形態による光受信装置の構成図である。
【0032】
本実施形態による光受信装置は、ＱＷＰ２２と、カップラ２１と、復調部２０２と、を有する。復調部２０２は、図７（Ａ）に示す、ストークスパラメータＳ１の値を検出するための第１パスと、ストークスパラメータＳ３の値を検出するための第３パスと、を有する。本実施形態の光受信装置では、第３パスの検出器５のＰＢＳ５１が出力する偏波の方向に基づき第１方向が定義される。なお、光受信装置の第１方向は、復調部２０２の第１方向としても参照され得る。また、本実施形態では、第１パスを第３パスに対して４５度だけ回転させる。つまり、第１パスの検出器５のＰＢＳ５１が出力する第３直線偏波と、第３直線偏波とは直交する第４直線偏波の偏波面は、第３パスの検出器５のＰＢＳ５１が出力する第１直線偏波及び第２直線偏波の偏波面と４５度の角度を有する。
【0033】
ＱＷＰ２２は、第二実施形態と同様であり、円偏波を第１直線偏波又は第２直線偏波に変換する。第３パスは、第二実施形態と同様であり、第３パスの検出器５は、式（３）に対応する値を出力する。一方、本実施形態では、第１パスの検出器５１には、そのＰＢＳ５１が出力する２つの直線偏波に対して４５度だけ回転させた偏波の直線偏波の信号光が入力される。これは、第二実施形態における第２パスの検出器５に入力される信号光と同じである。よって、第１パスの検出器５は、式（２）に対応する値を出力する。したがって、光受信装置２は、光受信装置の方向を信号光に対して調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。
【0034】
なお、本実施形態の第１パスの検出器５は、第３パスの検出器に対して４５度だけ回転させて設けられる。このため、復調部２０２の全体として考えると、第１パスは、ストークスパラメータＳ１の値を検出するものではなく、ストークスパラメータＳ２の値を検出するものと見做すこともできる。言い換えると、本実施形態の第１パスは、第二実施形態の第２パスに設けられたＨＷＰ２を省略する代わりに、第二実施形態の第２パスの検出器５を４５度だけ回転させたものと見做すことができる。しかしながら、第１パスのみを見ると、ＨＷＰ２がもうけられていないため、本実施形態では、第１パスがストークスパラメータＳ１の値を検出するものとしている。なお、第１パスが検出するものが、ストークスパラメータＳ１であっても、ストークスパラメータＳ２であっても、２つのストークスパラメータ（Ｓ１又はＳ２と、Ｓ３）のみを使用して情報を復調することには変わりない。
【0035】
＜第四実施形態＞
続いて、第四実施形態について、第二実施形態及び第三実施形態との相違点を中心に説明する。図５は、本実施形態による光送信装置の構成図である。なお、以下では、図１に示す光送信装置との構成との相違点を中心に説明する。本実施形態では、偏波分離器１２が出力する第１連続光も変調器１３で変調する。したがって、光送信装置は、互いに直交する円偏波の変調光を偏波多重した信号光を光受信装置に送信する。
続いて、第四実施形態について、第二実施形態及び第三実施形態との相違点を中心に説明する。図５は、本実施形態による光送信装置の構成図である。なお、以下では、図１に示す光送信装置との構成との相違点を中心に説明する。本実施形態では、偏波分離器１２が出力する第１連続光も変調器１３で変調する。したがって、光送信装置は、互いに直交する円偏波の変調光を偏波多重した信号光を光受信装置に送信する。
【0036】
図６は、本実施形態による光受信装置の構成図である。本実施形態の光受信装置２は、光源２４と、ＱＷＰ２２と、ＰＢＳ２５と、２つのカップラ２１と、２つの復調部２０１を有する。本実施形態では、２つの復調部２０１の第１方向を一致させるものとする。しかしながら、一方の復調部２０１の第１方向と、他方の復調部２０１の第１方向との角度が９０度の整数倍であれば良い。
【0037】
ＱＷＰ２２は、第二実施形態と同様である。つまり、ＱＷＰ２２の遅軸は、光受信装置の第１方向に対して９０度の整数倍となる様に設けられる。したがって、ＱＷＰ２２は、第１直線偏波の変調光と第２直線偏波の変調光とを多重した偏波多重光をＰＢＳ２５に出力する。第１直線偏波の変調光と第２直線偏波の変調光の内の一方は、光送信装置におけるＸ偏波の変調光であり、他方は、光送信装置におけるＹ偏波の変調光である。光源２４は、無変調の連続光である局所光を生成してＰＢＳ２５に出力する。ＰＢＳ２５が第１直線偏波の変調光と第２直線偏波の局所光を偏波多重した信号光を生成して一方のカップラ２１に出力し、第２直線偏波の変調光と第１直線偏波の局所光を偏波多重した信号光を生成して他方のカップラ２１に出力する様に光源２４及びＰＢＳ２５は設けられる。したがって、第二実施形態で説明した様に、２つの復調部２０１は、それぞれ、光送信装置におけるＸ偏波の変調光と、Ｙ偏波の変調光との復調を行うことができる。
【0038】
なお、第三実施形態の構成を本実施形態に適用することもできる。この場合、図６の復調部２０１は、復調部２０２となる。また、２つの復調部の内の一方を第二実施形態の復調部２０１とし、他方を第三実施形態の復調部２０２とすることもできる。
【0039】
以上、本実施形態でも、光受信装置の方向を信号光に対して調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。また、本実施形態では、光通信システムの伝送容量を第一実施形態から第三実施形態の光通信システムより増加させることができる。
【0040】
以上の構成により、光受信装置の方向を信号光の方向に調整することなく、２つのストークスパラメータの値により情報を復調することができる。したがって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。
【0041】
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0042】
２１：カップラ、２：半波長板、５：検出器、２００：復調部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】