特許 7306652 光送信装置及び光通信システム

(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】

(24)【登録日】2023-07-03

(45)【発行日】2023-07-11

(54)【発明の名称】光送信装置及び光通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/548 20130101AFI20230704BHJP

   H04B 10/61 20130101ALI20230704BHJP

【ＦＩ】

H04B10/548

H04B10/61

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019184056

(22)【出願日】2019-10-04

(65)【公開番号】P2021061507

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-03-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(74)【代理人】

【識別番号】100170667

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 浩次

(72)【発明者】

【氏名】石村 昇太

(72)【発明者】

【氏名】種村 拓夫

(72)【発明者】

【氏名】福井 太一郎

(72)【発明者】

【氏名】田之村 亮汰

【審査官】浦口 幸宏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０３８６５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１０－５２１８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４５９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０２０８０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－００４２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３３４７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１４８３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９８７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０３１７８６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１連続光を第１電気信号で位相変調することで第１変調光を出力する第１位相変調手段と、
第２連続光を第２電気信号で位相変調することで第２変調光を出力する第２位相変調手段と、
前記第１変調光と前記第２変調光とが偏波多重された偏波多重光を出力する出力手段と、を備え、
前記第１位相変調手段は、前記第１電気信号の振幅に応じて、前記第１連続光の位相のみを変化させて前記第１変調光を出力するマッハツェンダ変調器であり、
前記第２位相変調手段は、前記第２電気信号の振幅に応じて、前記第２連続光の位相のみを変化させて前記第２変調光を出力するマッハツェンダ変調器であり、
前記第１変調光及び第２変調光の振幅は、シンボル間の遷移時においても一定であることを特徴とする光送信装置。

【請求項2】

前記第１連続光及び前記第２連続光の偏波面は、互いに直交することを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の光送信装置と、光受信装置と、を含む光通信システムであって、
前記光受信装置は、
前記光送信装置からの前記偏波多重光を第１偏波の第１信号光と前記第１偏波と直交する第２偏波の第２信号光に偏波分離する分離手段と、
前記第１偏波の成分を有する第１局所光及び前記第２偏波の成分を有する第２局所光を生成する生成手段と、
前記第１信号光と、前記第１局所光とを干渉させた第１干渉光を出力する第１干渉手段と、
前記第１信号光と、前記第１局所光の位相をπ／２だけシフトさせた光とを干渉させた第２干渉光を出力する第２干渉手段と、
前記第２信号光と、前記第２局所光とを干渉させた第３干渉光を出力する第３干渉手段と、
前記第２信号光と、前記第２局所光の位相をπ／２だけシフトさせた光とを干渉させた第４干渉光を出力する第４干渉手段と、
前記第１干渉光の光電変換を行う第１光電変換手段と、
前記第２干渉光の光電変換を行う第２光電変換手段と、
前記第３干渉光の光電変換を行う第３光電変換手段と、
前記第４干渉光の光電変換を行う第４光電変換手段と、
を備えていることを特徴とする光通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コヒーレント光検波を行う光通信システム及び当該光通信システムの光送信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

通信容量の増大に対応するためにコヒーレント光検波技術及び偏波多重技術が利用されている。通常、偏波多重された信号光（以下、偏波多重光）のコヒーレント光検波には、４つのバランス型光検出器、つまり、８つのフォトダイオード（以下、ＰＤ）が使用される。非特許文献１は、偏波多重光のコヒーレント光検波に使用するＰＤを４つに削減するための構成を開示している。また、非特許文献２及び３は、信号光間のビートにより生じる雑音をデジタル処理で除去する構成を開示している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Ｓｅｂ Ｊ．Ｓａｖｏｒｙ，"Ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ", Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ １６，８０４－８１７,２００８年

【文献】Ｗｅｉ－Ｒｅｎ Ｐｅｎｇ，ｅｔ ａｌ．，"Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｄｉｒｅｃｔ－Ｄｅｔｅｃｔｅｄ ＯＦＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ａ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇａｐ ａｎｄ ａｎ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ"，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２７，５７２３－５７３５，２００９年

【文献】Ｚｈｅ Ｌｉ，ｅｔ ａｌ．，"ＳＳＢＩ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｋｒａｍｅｒｓ-Ｋｒｏｎｉｇ Ｓｃｈｅｍｅ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｓｉｄｅｂａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔ－Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ－Ｂａｓｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ"，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．３５，１８８７－１８９３，２０１７年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バランス型光検出器は、２つのＰＤにより信号光間のビートによる雑音を相殺して出力するが、非特許文献１の構成では、バランス型光検出器に代えて１つのＰＤを使用するため、信号光間のビートによる雑音が出力される。非特許文献１では、局所光の振幅（強度）を信号光の振幅よりも強くすることで、信号光間のビートによる雑音が相対的に無視できる様になるとしているが、局所光の振幅にも上限があり、かつ、信号光についても前置増幅によりその振幅を強くする場合があるため、信号光間のビートによる雑音が無視できない場合が生じ得る。

【0005】

また、信号光間のビートによる雑音を抑制するために非特許文献２及び３に記載の技術を適用することも考えられるが、デジタル信号処理の処理負荷が重く、高速伝送においては現実的ではない。また、信号光間のビートによる雑音を抑制するためのデジタル信号処理回路が追加で必要となる。

【0006】

本発明は、光受信装置において信号光間のビートを除去できる様にする光送信装置及光通信システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によると、光送信装置は、第１連続光を第１電気信号で位相変調することで第１変調光を出力する第１位相変調手段と、第２連続光を第２電気信号で位相変調することで第２変調光を出力する第２位相変調手段と、前記第１変調光と前記第２変調光とが偏波多重された偏波多重光を出力する出力手段と、を備え、前記第１位相変調手段は、前記第１電気信号の振幅に応じて、前記第１連続光の位相のみを変化させて前記第１変調光を出力するマッハツェンダ変調器であり、前記第２位相変調手段は、前記第２電気信号の振幅に応じて、前記第２連続光の位相のみを変化させて前記第２変調光を出力するマッハツェンダ変調器であり、前記第１変調光及び第２変調光の振幅は、シンボル間の遷移時においても一定であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、光受信装置において光信号間のビートを除去できる様にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】光受信装置の構成図。

【図2】一実施形態による光送信装置の構成図。

【図3】一実施形態による光位相変調の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、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うち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。

【0011】

図１は、非特許文献１に記載された光受信装置の構成図である。光受信装置は、送信側において第１偏波の信号光と、第１偏波とは直交する第２偏波の信号光とを偏波多重して生成された偏波多重光を受信する。偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０は、受信する偏波多重光のＸ偏波成分とＹ偏波成分とを分離し、それぞれ、Ｘ偏波の信号光（以下、信号光Ｘ）と、Ｘ偏波と直交するＹ偏波の信号光（以下、信号光Ｙ）とを出力する。なお、受信側におけるＸ偏波及びＹ偏波の方向は、送信側における第１偏波及び第２偏波の方向とは独立している。つまり、信号光Ｘ及びＹは、それぞれ、第１偏波の信号光と第２偏波の信号光の両方の成分を含み得る。

【0012】

分岐部２１は、信号光Ｘを２分岐し、信号光Ｘを合波部２３及び２４に出力する。分岐部２２は、信号光Ｙを２分岐し、信号光Ｙを合波部２５及び２６に出力する。光源４０は、連続光（局所光）を生成して分岐部４１に出力する。なお、局所光の偏波面は、Ｘ偏波及びＹ偏波とは異なる様に調整される。つまり、局所光が、Ｘ偏波の成分とＹ偏波の成分の両方を有する様に局所光の偏波面は調整される。例えば、局所光のＸ偏波の成分とＹ偏波の成分の振幅を等しくするため、局所光の偏波面は、Ｘ偏波及びＹ偏波それぞれに対して４５度となるように調整される。分岐部４１は、局所光を４分岐し、その内の２つを、位相器４２及び４３に出力する。位相器４２及び４３は、それぞれ、局所光の位相をπ／２だけシフトさせ、位相シフト後の局所光を出力する。

【0013】

合波部２３は、局所光と信号光Ｘを干渉させ、干渉光をＰＤ２７に出力する。合波部２４は、位相シフト後の局所光と信号光Ｘを干渉させ、干渉光をＰＤ２８に出力する。合波部２５は、局所光と信号光Ｙを干渉させ、干渉光をＰＤ２９に出力する。合波部２６は、位相シフト後の局所光と信号光Ｙを干渉させ、干渉光をＰＤ３０に出力する。

【0014】

ＰＤ２７～３０は、それぞれ、入力される干渉光の光電変換を行って電気信号を出力する。ＰＤ２７に入力される干渉光に含まれる局所光と、ＰＤ２８に入力される干渉光に含まれる局所光の位相はπ／２だけ異なるため、ＰＤ２７が出力する電気信号を信号光Ｘの実数成分（ＸＩ）とすると、ＰＤ２８が出力する電気信号は信号光Ｘの虚数成分（ＸＱ）になる。同様に、ＰＤ２９が出力する電気信号を信号光Ｙの実数成分（ＹＩ）とすると、ＰＤ３０が出力する電気信号は信号光Ｙの虚数成分（ＹＱ）になる。ＰＤ２７～ＰＤ３０それぞれが出力する電気信号を、後段のＭＩＭＯ処理部で処理することで、光受信装置は、第１偏波の信号光と第２偏波の信号光それぞれで搬送された情報の復調を行うことができる。

【0015】

従来の様なバランス型光検出器を使用する光受信装置においては、図１のＰＤ２７～３０が、それぞれ、２つのＰＤを有するバランス型光検出器に置き換えられる。バランス型光検出器の各ＰＤは、それぞれ、信号光の二乗成分（信号光間のビート成分）と、局所光の二乗成分（局所光間のビート成分）と、信号光と局所光の積成分（局所光と信号光のビート成分）と、を含む電気信号を出力するが、２つのＰＤが出力する電気信号の差をとるため、信号光間のビート成分及び局所光間のビート成分は相殺され、復調に必要な信号光と局所光のビート成分のみが出力される。しかしながら、図１の光受信装置においては、バランス型光検出器を１つのＰＤに置換するため、ＰＤ２７～３０が出力する電気信号は、復調に必要な信号光と局所光のビート成分に加えて、雑音となる信号光間のビート成分及び局所光間のビート成分を含むことになる。

【0016】

ここで、局所光の強度は、光受信装置において一定に制御でき、この場合、局所光間のビート成分は直流成分となり、光受信装置は、局所光間のビート成分を容易に除去できる。しかしながら、信号光の振幅が時間により変化する場合、信号光間のビート成分は直流成分にはならず復調に影響を及ぼし得る。このため、本実施形態では、光送信装置において信号光の振幅を一定とすることで、信号光間のビート成分を直流成分として、これにより、光受信装置において信号光間のビート成分を除去可能にする。

【0017】

図２は、本実施形態による光送信装置の構成図である。光源１０は、連続光を生成してＰＢＳ１１に出力する。ＰＢＳ１１は、連続光を偏波分離し、Ｘ偏波の連続光を光位相変調器１２に入力し、Ｘ偏波とは直交するＹ偏波の連続光を光位相変調器１３に入力する。なお、Ｘ偏波の連続光とＹ偏波の連続光の振幅を等しくするため、光源１０が生成する連続光の偏波面は、Ｘ偏波及びＹ偏波それぞれに対して４５度となる様に調整される。

【0018】

光位相変調器１２は、Ｘ偏波の連続光を送信する情報に対応する電気信号で位相変調してＸ偏波の変調光を出力する。同様に、光位相変調器１３は、Ｙ偏波の連続光を送信する情報に対応する電気信号で位相変調してＹ偏波の変調光を出力する。偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）１４は、Ｘ偏波の変調光とＹ偏波の変調光とを偏波多重し、偏波多重光を光伝送路に出力する。

【0019】

光位相変調器１２及び１３は、例えば、マッハツェンダ変調器であり、通過する連続光の位相を電気信号の振幅に応じて調整する。図３は、光位相変調器１２及び１３による位相変調の説明図である。図３に示す様に、光位相変調器１２及び１３は、連続光５０の振幅を一定としたまま、その位相のみを変化させる。つまり、光位相変調器１２及び１３が出力する変調光を複素平面で表示すると、図３の点線の円上のみを移動する。従来の様に、ＩＱ変調器を使用して位相変調を行う場合、シンボル間の遷移時、振幅は変化するが、本実施形態による光位相変調器１２及び１３は、シンボル間の遷移時においても変調光の振幅を一定にするため、光受信装置のＰＤ２７～３０が出力する電気信号に含まれる信号光間のビート成分は直流成分となり、光受信装置は、局所光間及び信号光間のビート成分を容易に除去して偏波多重光の復調を行うことができる。

【0020】

なお、本実施形態の光送信装置は、光源１０が生成する局所光を偏波分離してＸ偏波とＹ偏波の連続光を生成していたが偏波多重する方法はこれに限定されない。例えば、光源１０が生成する局所光を等振幅に２分岐して、それぞれ、光位相変調器により位相変調し、２つの位相変調器の一方の位相変調器が出力する変調光を、半波長板等でその偏波面を９０度回転させて合波する構成であっても良い。また、光源１０が生成する局所光を等振幅に２分岐して、半波長板等で一方の局所光の偏波面を９０度回転させることにより、偏波面が互いに直交する２つの局所光を生成する構成であっても良い。

【0021】

また、本発明によると、図２に示す光送信装置と、図１に示す光受信装置と、を含む光通信システムが提供される。上述した様に、光送信装置は、信号光の振幅を一定にするため、図１に示す、コヒーレント光検波のために４つのＰＤのみを使用する光受信装置を使用しても、信号光間のビート成分による雑音を容易に除去して精度良く復調することができる。

【0022】

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】

【0023】

１０：光源、１１：光ビームスプリッタ、１２、１３：光位相変調器、１４：光ビームコンバイナ

【図1】

【図2】

【図3】