專利名稱：相干光接收器的制作方法
技術領域：
本發明涉及在光傳輸系統中使用的光接收器，更具體地說，涉及不 依賴于信號光的偏振狀態的相干光接收器類型的光接收器。
背景技術：
為了實現40吉比特每秒(Gbit/s)或以上的超高速光傳輸系統，己 經開發出了 RZ-DQPSK (歸零制四相差分移相鍵控)調制格式的收發器。 今后，仍希望進一步提高RZ-DQPSK收發器的光噪聲免疫性，并希望例 如通過用強電信號處理來代替大型的光可變色散補償器以使其小型化。 作為對此進行實現的裝置，例如希望采用諸如零差類型、內差類型或外 差類型的相干接收方法，并對此進行了研究(例如參見F.Derr, "Coherent optical QPSK Intradyne system: Concept and digital receiver realization", Journal of Lightwave Technology. Vol. 10， No. 9, p.1290-1296,September 1992)。通過采用相干類型的接收器，光噪聲免疫性提高了大約3dB，并 且與延遲直接檢測相比，可以看到，由于光電轉換之后的電信號處理而 使對波長色散失真的補償能力顯著提高。
然而，在上述相干光接收系統中，存在的固有問題是，如果從包含 在光接收器中的本機振蕩器光源輸出的本機振蕩器光的偏振狀態與接收 的信號光的偏振狀態正交，則其不能被接收。在光傳輸路徑上傳播的接 收信號光的偏振狀態由于光傳輸線路的狀態而連續地發生變化。因此解 決以上問題的方案是非常重要的。
作為用于克服相干光接收器的偏振相關性的常規技術，例如，已經 知道了下面將示出的方法(例如，參見L. G. Kazovsky， "Phase- and Polarization-deversity coherent optical techniques", Journal of Lightwave Technology, Vol. 7， No. 2, p. 279-292,February 1989,和A. D. Kersey等人白勺"New polarisation-insensitive detection technique for coherent optical fibre heterodyne communications", Electronics Letters, Vol. 23, p. 924-926, Aug. 27, 1987)。
(I) 采用不間斷跟蹤自動偏振控制器的方法，該不間斷跟蹤自動偏 振控制器能夠進行控制以使連續地接收的信號光的偏振狀態與本機振蕩 器光的偏振狀態彼此接近。
(II) 釆用偏振分集光接收前端的方法，在該偏振分集光接收前端中， 混相電路和光電轉換部都是雙份的。
(m)采用偏振復用光作為本機振蕩器光(該本機振蕩器光具有相 互正交的偏振分量并且該偏振分量中的一個的光頻被移頻成大約為信號 帶寬的兩倍或更多倍)并通過在光電轉換后在頻域中進行信號分離而針 對該偏振分量中的每一個執行相干接收和檢測的方法。
然而，在上述這些常規技術中，存在的問題是難以實現小尺寸、偏
振無關并能夠接收諸如40 Gbit/s的極高速調制信號光的相干光接收器。
即，為了實現上述方法(I)，不間斷跟蹤自動偏振控制器是必須的，因此
難以小型化。并且，為了實現上述方法(n)，兩倍以上尺寸的大規模光 接收前端電路是必須的，因此難以小型化。此外，為了實現上述方法(m)， 具有相對于信號帶寬三倍以上的寬帶光接收帶的電路是必須的，因此難 以對高比特率的信號光進行處理。
這里具體描述上述方法(m)的問題。
圖8是示出了采用方法(m)的相干光接收器的結構圖。在該常規
的相干光接收器中，在本機振蕩器光生成部101中，從光源111輸出的 光角頻率為A的光通過光隔離器112被施加到偏振光束分離器(PBS)
113，并被分離為相正交的偏振分量。然后，所述偏振分量中的一個被輸 入聲光調制器(AOM)114，并且光角頻率被移頻w。。具有光角頻率w,+w。
的偏振分量和被PBS 113分離出的另一偏振分量隨后在偏振光束合成器 (PBC) 115中被合并。結果，例如如圖9中的原理圖所示，生成本機振 蕩器光A。，其中對于該本機振蕩器光A。，光角頻率^的偏振分量(圖 中的￡力)分量)和與之正交的光角頻率& +的偏振分量(圖中的^(0分 量)被偏振復用。
從本機振蕩器光生成部101輸出的本機振蕩器光&。與具有光角頻
率化.的接收信號光&在復用器102中被組合，并隨后由光電檢測器103
接收并被轉換為電信號。該電信號包括中頻為w,的信號分量4和中頻為 w, +叫的信號分量^ ，其中所述中頻a是由包含在本機振蕩器光&。中的 光角頻率a的偏振分量與接收信號光^的頻差引起的，所述中頻^ +叫 是由包含在本機振蕩器光^。中的光角頻率^ + w。的偏振分量與接收信 號光^的頻差引起的。因此，通過將光電檢測器103的輸出信號應用于 各帶通濾波器(BPF) 104和105，與該頻率相對應地分離出了各中頻信 號^和^。然后，通過將各中頻信號^和4輸入接收電路106并執行所
需的信號處理而重新生成接收的數據data。
此時，輸入接收電路106的中頻信號4和^具有例如如圖10的示意 圖所示的電光譜。更具體地說，中頻信號4的譜寬大約是以頻率w,為中 心的信號帶寬的兩倍，并且中頻信號4的譜寬大約是以頻率w, + "。為中心 的信號帶寬的兩倍。并且，中頻信號4和4的功率差A尸隨接收信號光的 偏振狀態等而變化。因此，在圖10的示例中，接收電路106的帶寬必須 是信號帶寬的4倍或四倍以上。在對本機振蕩器光的光角頻率^進行設 置從而中頻w,變為OHz的情況下，接收電路106的帶寬變為接近信號帶
寬的3倍。
結果，在采用方法(III)的常規相干光接收器中，具有相對于諸如 40 Gbit/s的信號光的信號帶寬三倍或三倍以上(即120 GHz帶寬以上) 寬帶的電路是必須的，并且對于40 Gbit/s及以上的信號光，這是極難實 現的。
發明內容
本發明關注上述問題，并且目的是提供能夠利用相干接收方法接收 高速信號光的小型的與偏振無關的光接收器。
為了實現上述目的，本發明提供了一種光接收器，其以相干接收方 式對信號光進行接收處理，所述光接收器包括本機振蕩器光生成部， 其生成本機振蕩器光，該本機振蕩器光具有光頻彼此不同的相正交的偏 振分量；合成部，其對接收的信號光和從本機振蕩器光生成部輸出的本
機振蕩器光進行組合并輸出；光電轉換部，其將從合成部輸出的光轉換 為電信號；AD轉換部，其將光電轉換部輸出的電信號轉換為數字信號； 數字計算部，其利用AD轉換部輸出的數字信號執行計算處理，以估計 包含在接收的信號光中的數據信息；以及數據識別部，其基于數字計算 部的計算結果執行接收的數據的識別處理。
并且，本機振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光頻差被設置為小 于接收的信號光的帶寬的兩倍，并大于接收的信號光的光源譜線寬和本 機振蕩器光的光源譜線寬。
在上述結構的相干光接收器中，具有光頻彼此不同的相正交的偏振 分量的本機振蕩器光從本機振蕩器光生成部輸出到合成部，并與接收的 信號光組合，并且經組合的光在光電轉換部中被轉換為電信號。結果， 分別生成了由于本機信號光和接收的信號光的各自正交偏振分量的頻差 而導致的中頻信號。通過將本機振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光 頻差設置為小于接收的信號光帶寬的兩倍，并大于生成接收的信號光的 原始光源的譜線寬和生成本機振蕩器光的光源的譜線寬，各中頻信號的 電光譜的每一個都彼此交疊。然后，由AD轉換部將中頻信號轉換為數 字信號，并由數字計算部利用各數字信號執行計算處理，從而估計包含 在接收信號光中的數據信息，并基于這些計算結果在數據識別部中執行 接收的數據的識別處理。
根據本發明的上述相干光接收器，中頻信號被AD轉換并被執行數 字信號處理，從而可以將本機振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光角 頻率差設置得很小。結果，可以極大地減少光電轉換部等所需的帶寬， 并且能夠以小尺寸和簡單的結構進行相干接收，而因此諸如40 Gbit/s的 高數信號光不依賴于偏振狀態。
結合附圖，從以下對實施方式的描述中，本發明的其他目的、特征
和優點將變得清楚。
圖1是示出了根據本發明的相干光接收器的實施方式的結構的框圖。
圖2是示出了上述實施方式中的本機振蕩器光生成部的具體結構示 例的框圖。
圖3是示出了上述實施方式中的中頻信號的電光譜的示意圖。 圖4是示出了與該實施方式有關的本機振蕩器光生成部的另一結構 的示例的框圖。
圖5是示出了與該實施方式有關的本機振蕩器光生成部的不同結構 的示例的框圖。
圖6是示出了應用該實施方式的相干光接收器的結構的示例的框圖。
圖7是示出了應用于圖6的相干光接收器的PLC電路的示例的立體圖。
圖8是示出了常規相干光接收器的結構的示例的框圖。 圖9是示出了常規相干光接收器中的本機振蕩器光的正交偏振分量 的原理圖。
圖IO是示出了常規相干光接收器中的中頻信號的電光譜的示意圖。
具體實施例方式
下面是參照附圖對實施本發明的最佳模式的描述。所有的附圖中相 同的附圖標記表示相同或等效的部分。
圖1是示出了根據本發明的相干光接收器的實施方式的結構的框圖。
在圖1中，相干光接收器包括例如本機振蕩器光生成部ll、充當 合成部的2x4光混合電路12、充當光電轉換部的差分光檢測器13和14、 充當AD轉換部的AD轉換電路15和16、充當數字計算部的數字計算電 路17和充當數據識別部的識別電路18。
本機振蕩器光生成部11生成本機振蕩器光&。，在本機振蕩器光&。中，光角頻率為^的偏振分量和與之正交的光角頻率為A + W。的偏振分 量被偏振復用。本機振蕩器光&。的相正交的偏振分量之間的光角頻率差 W。預先被設置為小于由光接收器接收的信號光&的帶寬的兩倍，并大于 被用于在光發射器(圖中未示出)中生成信號光^的原始光源的譜線寬 (最大值一半的全寬)和被用于生成本機振蕩器光&。的原始光源的譜線
寬(最大值一半的全寬)。
圖2是示出了本機振蕩器光生成部11的具體結構示例的框圖。本機 振蕩器光生成部11具有例如光源21、偏振光束分離器(PBS) 22、移
頻器(FS) 23、振蕩器24、可變光學衰減器(VOA) 25、偏振光束合成 器(PBC) 26、分光器27、監控電路28和強度比控制電路29。
光源21生成恒定偏振狀態的光(例如光角頻率為A的線性偏振)。 光源21的譜線寬(最大值一半的全寬)例如為大約100kHz至10MHz。
PBS 22將來自光源21的輸出光分離為兩個相互正交的偏振分量。 在從光源21輸出的光是線性偏振光的情況下，該輸出的光被輸入PBS 22 從而其偏振方向變成與PBS 22的光軸成大約45度。并且，可以在光源 21和PBS22之間設置光隔離器(圖中未示出)。
移頻器23接收從PBS 22輸出的偏振分量中的一個作為輸入，并對 應于來自振蕩器24的輸出信號，將該輸入光的光角頻率移位w。。對于移
頻器23，可以采用通用FM調制器或聲光調制器(AOM)、或者單邊帶 (SSB)調制器等。
振蕩器24工作在震蕩頻率A/ (-叫/2;r)，并將震蕩信號輸出到移頻
器23的控制終端，其中該震蕩頻率A/對應于小于信號帶寬兩倍并大于信 號光源的譜線寬和本機振蕩器光源的譜線寬的光角頻率w。。為了給出頻 率A/的具體例子，由于在接收信號光五,是40 Gbit/s的DQPSK信號的情 況下，信號帶寬變成大約20 GHz，如果頻率A/小于40 GHz (即該信號 帶寬的兩倍)并且比上述本機振蕩器光生成部11內的光源21的譜寬 100 kHz至10 MHz (信號光源的譜寬也基本上是相同數量級)大，則這 是有利的。因此在這種情況下頻率A/可以被設置為例如位于100 MHz至 lGHz的范圍內。然而，本發明并不具體限于上述情況。
VOA 25將從PBS 22輸出的另一偏振分量作為輸入，并將該輸入光 的強度衰減。VOA25的衰減量可以根據來自稍后描述的強度比控制電路 29的輸出信號來可變地控制。
PBC 26將從移頻器23輸出的光角頻率為^ + w。的偏振分量以及從 VOA25輸出的光角頻率為^的偏振分量作為輸入，并生成其中各偏振分 量被偏振復用的本機振蕩器光^。。
在上述各光源21、 PBS 22、移頻器23、 VOA25和PBC 26之間利
用諸如偏振保持光纖、光波導、自由空間光學等的技術進行光耦合，從
而保持上述各部分之間傳播的光的偏振狀態。
分光器27分出從PBC 26輸出的本機振蕩器光&。的一部分作為監控
光，并將其輸出到監控電路28。
監控電路28使用來自分光器27的監控光，并檢測包含在本機振蕩 器光^。中的光角頻率為A和^ + 0。的各偏振分量的強度(幅度)，并監
控其比值。
強度比控制電路29根據監控電路28的監控結果和稍后描述的數字 計算電路17的計算結果，生成用于改變VOA25的衰減量的控制信號， 并將該控制信號輸出到VOA25。稍后描述強度比控制電路29對VOA25 的控制的細節。
2x4光混合電路12 (圖1)是具有兩個輸入端口和四個輸出端口的 光學90度混合電路。從光發送器(圖中未示出)經由光傳輸線路等輸入 光接收器的光角頻率^的接收信號光^被輸入到輸入端口中的一個，并 且從本機振蕩器光生成部11輸出的本機振蕩器光^。被輸入另一輸入端 口。 2x4光混合電路12將輸入的接收信號光&和本機振蕩器光&。相組
合，并輸出光學相位彼此相差卯度的兩組光。這里從位于圖l中上面一 組的兩個輸出端口分別輸出的光的相位變為0度和180度，并且從位于 圖中下面的另一組的兩個輸出端口分別輸出的光的相位變為90度和 270度。
差分光檢測器13接收從2x4光混合電路12輸出的光學相位分別為 0度和180度的各光，并執行差分光電轉換檢測(平衡檢測)。并且，差
分光檢測器14接收從2x4光混合電路12輸出的光學相位分別為90度和 270度的各光，并執行差分光電轉換檢測。由差分光檢測器13和14檢測 到的接收信號中的每一個都被自動增益控制(AGC)放大器(圖中未示 出)等放大(歸一化)。
AD轉換電路15和16將分別從差分光檢測器13和14輸出的模擬接 收信號轉換為數字信號，并將其輸出到數字計算電路17。
數字計算電路17使用從AD轉換電路15和16輸出的數字信號，并
根據稍后詳細描述的算法執行計算處理，從而利用其中相正交的偏振分 量之間的光角頻率w。被設置在如前所述范圍內的本機振蕩器光&。執行 信號處理，以能夠相關地接收信號光&。
識別電路18基于數字計算電路17中的計算結果執行接收的信號的 數字識別處理，并輸出表示結果的接收的數據信號DATA。
接著描述上述結構的相干光接收器的操作。
首先詳細描述光接收器的工作原理。例如用以下公式(1)所示的電 場矢量A(O表示由光接收器接收的信號光A。<formula>formula see original document page 13</formula>(1)
在上述公式(1)中，^)表示與接收的信號光的數據相對應的信號 矢量，e,(,)表示x方向的單位矢量，s(O表示y方向的單位矢量，4表示 接收的信號光的x偏振分量的幅度，^表示接收的信號光的y偏振分量 的幅度，"表示接收的信號光的平均角頻率(=叫)，-W表示接收的信號 光的光學相位波動，t表示時間，并且j表示虛數單位。
并且，例如用以下公式(2)所示的電場矢量^。(/)表示從本機振蕩 器光生成部11輸出的本機振蕩器光&。。
<formula>formula see original document page 13</formula>(2)
在上述公式(2)中，^。—i表示本機振蕩器光的x偏振分量的幅度， A。j表示本機振蕩器光的y偏振分量的幅度，A。表示本機振蕩器光的平 均光角頻率，A^表示本機振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光角頻率 差(=叫)，A。(0表示本機振蕩器光的光學相位波動，并且-。表示本機振 蕩器光的初始相位。 上述接收信號光^和本機振蕩器光^。被2x4光混合電路12組合，
并隨后在差分光檢測器13和14中被光電轉換。并且，被AGC放大器放
大并被歸一化的復電流由下述公式(3)定義。復電流的實部I對應于一
個差分光檢測器13的輸出，并且虛部Q對應于另一個差分光檢測器14
的輸出。
<formula>formula see original document page 14</formula>.(3)
在上述公式(3)中，x偏振分量的相位差由《W表示，并且y偏振 分量的相位差由&(0表示。并且4和4滿足以下公式(4)的關系，其中
AGC放大器的增益為g (正數)。<formula>formula see original document page 14</formula>"(4)
如果對接收信號的原始載波與本機振蕩器光之間的相對相位噪聲以
及頻率差進行補償，通過查看從x偏振分量中產生的項，該補償后的復
電流/ + /2'由以下公式(5)表示。 /■ + /2' = K.e-頭
<formula>formula see original document page 14</formula>..(5)
這里對上述補償進行描述。從差分光檢測器13和14輸出的復電流 信號可能包括本機振蕩器光和信號光的載波之間的頻率偏差，和/或由于 相移導致的偏振旋轉。因此需要對此進行補償。作為與該補償有關的技 術，例如在文獻D-S. Ly-Gagnon等，"Unrepeated 210-km transmission with coherent detection and digital signal processing of 20-Gb/s QPSK signal", OFC 2005， OtuL4.中的方法中，該文獻中示出了在接收信號光是4值相移 鍵控(PSK)的情況下，計算接收的信號光和本機振蕩器光之間的相位差 e(f)的方法。通過對其進行擴展，在m值PSK的情況下，示出了能夠根 據以下公式(6)的關系近似地對相位差e(r)進行計算。
m厶/ J—A' 、
攀士仏叫{(/ + /0>...(6)
因此，在本發明中，參考以上公式(6)的關系，根據以下公式(7) 分別計算出對包含在上述公式(3)中的x偏振分量的相位差《(,)以及y 偏振分量的相位差《,(0的近似。
m厶/
此時，以上公式(7)中的積分時間"要充分大于本機振蕩器光的正
交偏振分量之間的頻率差的倒數(即，2;rMw)，并且充分小于接收的信
號光的平均頻率和本機振蕩器光平均頻率之間的頻率差的最大值的倒數 (即，1/max(k。-aI/2;t))。在接收的信號光為DQPSK格式的情況下，
m的值為4。
如果根據以上公式(7)計算出了《(0和^(0各自的近似值，則可以 從以下公式(8)近似得到包含在上述公式(3)中的4和^的比
式力；="I e力"'V + y幼I必f J e,(')(/ + y.01 ^…(8) 其中，以上公式(8)中的積分時間T必須充分大于本機振蕩器光的正交 偏振分量之間的頻率差的倒數(即，2;r/Aw)。
利用根據以上公式(8 )的關系得到的 < 和 < 的比，以及上述公式(4)
中所示的關系《+《=1 ，可以計算出 < 和4的值。
從而，如果知道了4和4的值，則根據從各差分光檢測器13和14
輸出的當前值可以知道上述公式(5)中/'和2'各自的值。并且，由于從 與振蕩器24的頻率A/相對應的值(Aa)/ = 。=2;rA/)可以知道A紐的值，
因此可以根據以下公式(9)計算出信號向量^)的值，在公式(9)中， 根據公式(5)的關系求得^)，并且分母被有理化。
<formula>formula see original document page 15</formula>
因此，通過在識別電路18中基于信號向量^)的計算值，根據與接 收的信號光的調制格式相對應的閾值對數據執行識別處理，能夠重新生
成接收的信號數據。
然而，在以上公式(9)的關系中，由于其在以下公式(10)中所示 的條件下是發散的，因此需要采取措施避免這種條件。
<formula>complex formula see original document page 16</formula>
公式(10)有實數解的條件由以下公式(11)表示 2仏 <formula>complex formula see original document page 16</formula>
這里，根據上述公式(4)中所示的《+《=1，可知存在關系 0^4《1,且(^4^1。因此如果考慮到這一點，僅在以下公式(12)的情
況下才滿足以上公式(11)的條件。
4";=f…(12)
因此，在利用上述公式(4)和公式(8)計算出的^和4的值接近
公式(12)的條件的情況下，可以例如通過改變本機振蕩器光的x偏振 分量的幅度4d和y偏振分量的幅度A。j的比，避免上述公式(9)的
關系發散從而不能計算信號向量W)的情況。
接著，將基于上述工作原理描述光接收器的具體操作。 在光接收器中，在本機振蕩器光生成部11中，從光源21輸出的光
角頻率為^的光被施加給PBS22，并被分為相正交的偏振分量。然后其
中一個偏振分量(例如y偏振分量)被輸入移頻器23,且光角頻率被移位 w。，并且另一個偏振分量(例如x偏振分量)被輸入VOA25，并被調節
強度(幅度)。
接著，從移頻器23輸出的光角頻率為^ + 。的偏振分量和從VOA25
輸出的光角頻率為&的偏振分量被輸入PBC 26，并生成相正交的偏振分 量(相正交的偏振分量的光角頻率差為w。)被偏振復用的本機振蕩器光 并且本機振蕩器光&。被發送到2x4光混合電路12，與此同時由分 光器27分出其一部分，并發送到監控電路28。在監控電路28中，對包 含在本機振蕩器光&。中的各偏振分量的強度(幅度)比進行監控，并將
監控結果發送到強度比控制電路29。在依賴于監控電路28的監控結果和 數字計算電路17的計算結果，^和4的計算值接近上述公式(12)的條
件的情況下，強度比控制電路29改變VOA25的衰減值。結果，改變了 本機振蕩器光&。的正交偏振分量之間的強度比，并避免了公式(9)的
上述發散。
輸入到2x4光混合電路12的本機振蕩器光^。與光角頻率為w,的接 收信號光&組合，并且光學相位為0度和180度的各光束被輸出到差分 光檢測器13。與此同時，光學相位為90度和270度的各光束被輸出到差 分光檢測器14。在差分光檢測器13和14中，來自2x4光混合電路12 的輸出光束以差分方式經受光電轉換。結果，從差分光檢測器13和14 輸出具有由于包含在本機振蕩器光A。中的光角頻率為a的偏振分量(x 偏振分量)與接收的信號光￡,的x偏振分量的頻差而導致的中頻^的信 號、和具有由于包含在本機振蕩器光^。中的光角頻率為A + w。的偏振分 量(y偏振分量)與接收信號光&的y偏振分量的頻差而導致的中頻W +叫
的信號Q。
圖3是示出了上述中頻信號的電譜的示意圖。在這種方式中，中頻 信號被設置為頻率差小于信號帶寬的兩倍并大于信號光源和本機振蕩器 光的譜線寬。因此，在頻率軸上各頻譜與另一頻譜交疊。結果，考慮到 差分光檢測器13和14所需的帶寬和位于距離差分光檢測器13和14后 級的電路，在圖3的示例中，如果其大約是信號帶寬的兩倍就足夠了。 這里，盡管在圖中未示出，在本機振蕩器光的光角頻率A被設置得使頻 率W變得接近OHz時，所需的帶寬可以變窄為信號帶寬的相同數量級。 在上述中頻信號的頻譜交疊的條件下，在圖8中所示的上述常規相干光 接收器的情況下，不能利用帶通濾波器將該中頻信號分離。然而，在本 發明中，根據上述工作原理通過對該中頻信號進行數字信號處理可以實 現單獨分離。
更具體地說，從差分光檢測器13和14輸出的中頻信號I和Q在AD 轉換電路15和16中被高速AD轉換，并且與中頻信號I和Q相對應的
數字信號序列被輸入數字計算電路17。在數字計算電路17中，根據與上 述公式(1)和公式(9)相對應的一系列算法執行數字信號處理，并計 算信號向量^)的值。并且，如果在該計算步驟中獲得的4和4的各值變
得接近公式(12)的條件，則從數字計算電路17將該信息發送到本機振 蕩器光生成部11內的強度比控制電路29，并由強度比控制電路29對VOA 25進行控制，結果可以避免本機振蕩器光^。的正交偏振分量之間的強度
比發生變化并且公式(9)發散從而無法計算信號向量^)的情況。
然后，當數字計算電路17中的信號向量^)的計算值被發送到識別 電路18時，在識別電路18中，根據與接收的信號光的調制格式相對應 的閾值，對信號向量的計算值對應于哪一個數字信號執行識別處理， 并將識別結果輸出，作為接收的數據DATA。
在上述方式中，根據本發明的光接收器，組合了接收信號的AD轉 換以及數字信號處理，并優化了本機振蕩器光^。的正交偏振分量之間的 光角頻率差w。的設置。結果，與常規技術的上述方法(III)相比，可以 顯著減少差分光檢測器13和14所需的帶寬。因此在與偏振條件無關的 情況下可以相干地接收例如40 Gbit/s的高速信號光。并且，與常規技術 的上述方法(I)和(II)相比，可以利用簡單結構實現偏振無關的相千 接收。因此能夠提供小型光接收器。
在上述實施方式中，作為本機振蕩器光生成部11的具體結構，(圖2) 示出了其中利用移頻器23將一個偏振分量的光角頻率移位"。，并利用
VOA25控制正交偏振分量之間的幅度比的示例。然而，本發明的本機振 蕩器光源的結構并不限于此。例如，如圖4所示，可以在光源21和PBS 22之間設置偏振旋轉器30，來代替VOA25，并根據來自強度比控制電 路29的輸出信號控制偏振旋轉器30，從而改變由PBS 22分離出的相正 交的偏振分量之間的強度(幅度)比。
并且，如圖5所示，可以具有以下結構其中來自光源21的輸出光 被施加到聲光偏振模式轉換器31，從而生成包含光角頻率為w,'和A + w。 的相正交的偏振分量的本機振蕩器光&。，并針對其控制相正交的偏振分 量之間的強度比。在這種情況下，來自振蕩器24(其振蕩工作在頻率A/)
的輸出信號被施加到對聲光偏振模式轉換器31進行驅動的驅動電路32，
并且與來自強度比控制電路29的控制信號相對應地控制從驅動電路32 輸出的驅動信號的功率。結果，從聲光偏振模式轉換器31輸出與圖2或 圖4中所示的上述結構的示例的情況相類似的本機振蕩器光￡,。。對于聲
光偏振模式轉換器31，可以采用例如以下文獻中公幵的這種聲光偏振模 式爭專換器David A. Smith等，"Integrated-optic acoustically-tunable filters for WDM networks", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 8， No. 6, August 1990。通過利用其中采用上述聲光偏振模式轉換器 31的本機振蕩器光生成部ll，進一步簡化了結構。因此能夠提供甚至更 小的光接收器。
并且，在上述實施方式中，給出了這樣的示例，在該示例中，在數 字計算電路17中根據與上述公式(1)至(9)相對應的一系列算法執行 數字信號處理。然而，本發明的進行數字信號處理的算法并不限于上述 示例。與此相關，通過利用其他算法并執行數字信號處理，如果不必考 慮公式(9)的上述發散條件，則還可以簡化用于改變本機振蕩器光的正 交偏振分量之間的強度比的結構(例如在圖2的結構中，VOA25、分光 器27、監控電路28和強度比控制電路29)。
接著，作為上述光接收器的應用示例，描述了其中本機振蕩器光源 中的光源與發送端的信號光源一樣使用的裝置(相干光接收器)。
圖6是示出了上述相干光接收器的結構的框圖。在該相干光接收器 采用的結構中，本機振蕩器光生成部11例如使用上述圖5中所示的聲光 偏振模式轉換器31，并由分光器41將從本機振蕩器光生成部11的光源 21發送到聲光偏振模式轉換器31的光分出一部分。并且，由分光器41 分出的光被發送到根據發送數據DATA工作的光學調制器42，并且在光 學調制器42中調制的信號光被發送到光傳輸線路50。分光器41和光學 調制器42以外的其他元件的結構基本上與圖1和圖5中所示的上述結構 相同。
在圖6中所示的上述結構中，由虛線包圍的部分40可以是平面光波 電路(PLC)，該平面光波電路(PLC)的一部分或全部集成為光波導器件。圖7是示出了上述PLC的示例的立體圖。在該PLC中，以所需的圖 案在例如鈮酸鋰(LiNb03: LN)等的基底上形成光波導，在其上入射有 來自光源21的輸出光的光波導的路徑的中途形成分光器41。此外，連接 在分光器41的一個輸出端口和2x4光混合電路12的本機振蕩器光一側 上的輸入端口之間的光波導兩端的附近形成有生成表面聲波(SAW)的 叉指換能器(IDT) 31A和SAW吸收器31B，并實現了聲光偏振模式轉 換器31。并且在連接到分光器41的另一輸出端口的光波導上形成有對其 施加與傳輸數據相對應的調制信號的行波類型電極，從而實現了光學調 制器42。
在上述結構的相干光接收器中，與前述實施方式的情況一樣，在光 傳輸線路50上傳播并輸入到PLC的信號光輸入端口的接收信號光并不依 賴于偏振條件，并且被相干接收，本機振蕩器光生成的光源21的輸出光 的一部分由分光器41分出，并由光學調制器42根據傳輸數據進行調制。 結果，生成用于發送到光傳輸線路50的信號光。
根據上述相干光接收器，通過一起使用本機振蕩器光的光源和發送 的信號光，可以實現結構的簡化和小型化。此外，通過采用其中集成有2x4 光混合電路12、聲光偏振模式轉換器31、分光器41和光學調制器42的 PLC，可以實現極小尺寸的相干光接收器。
權利要求
1、一種相干光接收器，其通過相干接收方式處理接收的信號光，所述相干光接收器包括本機振蕩器光生成部，其生成本機振蕩器光，該本機振蕩器光具有光頻彼此不同的、相正交的偏振分量；合成部，其對接收的信號光和從所述本機振蕩器光生成部輸出的本機振蕩器光進行組合并輸出；光電轉換部，其將從所述合成部輸出的光轉換為電信號；AD轉換部，其將從所述光電轉換部輸出的電信號轉換為數字信號；數字計算部，其利用從所述AD轉換部輸出的數字信號執行計算處理，以估計包含在所接收的信號光中的數據信息；以及數據識別部，其基于所述數字計算部的計算結果對接收的數據執行識別處理。
2、 根據權利要求1所述的相干光接收器，其中所述本機振蕩器光的 相正交的偏振分量之間的光頻差小于所接收的信號光的帶寬的兩倍，并大于所接收的信號光的光源譜線寬和所述本機振蕩器光的光源譜線寬。
3、 根據權利要求2所述的相干光接收器，其中所述本機振蕩器光的一個偏振分量的光頻使得與所接收的信號光的頻差導致的中頻變得接近 0Hz。
4、 根據權利要求l所述的相干光接收器，其中在所述本機振蕩器光生成部中，所述相正交的偏振分量之間的強度比是可變的。
5、 根據權利要求4所述的相干光接收器，其中所述本機振蕩器光生 成部包括光源；偏振光束分離器，其將來自所述光源的輸出光分離為兩個相互正交的偏振分量；移頻器，其對從所述偏振光束分離器輸出的偏振分量中的一個的頻率進行移動；可變光學衰減器，其對從所述偏振光束分離器輸出的另一個偏振分量的強度進行衰減；偏振光束合成器，其對所述移頻器輸出的光和所述可變光學衰減器輸出的光進行偏振復用；監控電路，其監控所述偏振光束合成器所偏振復用的正交偏振分量之間的強度比；以及強度比控制電路，其根據所述監控電路的監控結果和所述數字計算 部的計算結果控制所述可變光學衰減器。
6、 根據權利要求4所述的相干光接收器，其中所述本機振蕩器光生 成部包括光源；偏振旋轉器，其旋轉從所述光源輸出的光的偏振方向； 偏振光束分離器，其將所述偏振旋轉器輸出的光分離為兩個相互正 交的偏振分量；移頻器，其對從所述偏振光束分離器輸出的偏振分量中的一個的頻率進行移動；偏振光束合成器，其對從所述偏振光束分離器輸出的另一個偏振分量和所述移頻器的輸出的光進行偏振復用；監控電路，其監控所述偏振光束合成器所偏振復用的正交偏振分量之間的強度比；以及強度比控制電路，其根據所述監控電路的監控結果和所述數字計算部的計算結果控制所述偏振旋轉器。
7、 根據權利要求4所述的相干光接收器，其中所述本機振蕩器光生成部包括光源；聲光偏振模式轉換器，對其輸入來自所述光源的輸出光；驅動電路，其驅動所述聲光偏振模式轉換器；監控電路，其監控從所述聲光偏振模式轉換器輸出的正交偏振分量之間的強度比；以及強度比控制電路，其根據所述監控電路的監控結果和所述數字計算 部的計算結果控制從所述驅動電路輸出的驅動信號的功率。
8、 根據權利要求1所述的相干光接收器，其中所接收的信號光是經 多級移相鍵控的信號光。
9、 根據權利要求1所述的相干光接收器，其中所述合成部是具有兩個輸入端口和四個輸出端口的光學90度混合電路；所述光電轉換部具有兩個差分光檢測器； 并且所述AD轉換部具有分別對應于所述差分光檢測器的兩個AD轉換 電路。
10、 根據權利要求9所述的相干光接收器，其中所述數字計算部以 來自所述兩個AD轉換部中的一個的輸出信號作為復電流的實部，并且 來自另一個AD轉換部的輸出信號作為復電流的虛部來進行處理，并計 算所接收的信號光的信號電平。
11、 一種裝置，所述裝置包括 相干光源；光分支部，其將從所述相干光源輸出的光分為第一相干光和第二相 干光；光調制部，其根據傳輸數據對所述光分支部分出的所述第一相干光 進行調制，并將其發送到外部；本機振蕩器光生成部，其輸出由所述分支部所分出的所述第二相干 光或基于對所述第二相干光的調制而生成的光，作為本機振蕩器光；合成部，其將接收的信號光和從所述本機振蕩器光生成部輸出的本 機偏振器光進行組合，并將其輸出；光電轉換部，其將從所述合成部輸出的光轉換為電信號；以及數據識別部，其基于所述光電轉換部的輸出執行所接收的數據的識 別處理。
12、 根據權利要求ll所述的相干光接收器，其中所述本機振蕩器光生成部生成本機振蕩器光，該本機振蕩器光具有 光頻彼此不同的相正交的偏振分量，所述正交的偏振分量是通過對所述 第二相干光進行調制而生成的，并且還設置有-AD轉換部，其將從所述光電轉換部輸出的電信號轉換為數字信號；以及數字計算部，其利用從所述AD轉換部輸出的數字信號，執行計算 處理以估計包含在所接收的信號光中的數據信息；并且所述數據識別部基于所述數字計算部的計算結果執行所接收的 數據的識別處理。
13、 根據權利要求ll所述的相干光接收器，其中至少所述合成部和所述光分支部被集成為光波導器件。
14、 一種相干光接收器，其通過相干接收方式處理信號光，所述相干光接收器包括合成部，其將接收的信號光和具有光頻彼此不同的相正交的偏振分 量的本機振蕩器光相組合；AD轉換部，其將從所述合成部輸出的光轉換為電信號，并將所述電 信號轉換為數字信號；數字計算部，其利用從所述AD轉換部輸出的數字信號，執行計算 處理以估計包含在所接收的信號光中的數據信息；數據識別部，其基于所述數字計算部的計算結果執行對接收的數據 的識別處理。
全文摘要
本發明公開了一種相干光接收器。該相干光接收器在光混合電路中將接收的信號光與具有光頻彼此不同的相正交的偏振分量的本機振蕩器光相組合，隨后在兩個差分光電檢測器中對其進行光電轉換。然后在AD轉換電路中將該信號光轉換為數字信號，并在數字計算電路中使用數字信號執行計算處理，以估計接收的數據。此時，本機偏振器光的正交偏振分量之間的光頻差被設置為小于信號光帶寬的兩倍，并大于信號光源和本機振蕩器光源的譜線寬。結果，可以實現能夠接收高速信號光的小型的與偏振無關的相干光接收器。
文檔編號H04B10/148GK101207444SQ20071018194
公開日2008年6月25日 申請日期2007年10月17日 優先權日2006年12月15日
發明者星田剛司 申請人:富士通株式會社