專利名稱：相干光接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光傳輸系統(tǒng)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(tài)的相干光接收器類型的光接收器。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)40吉比特每秒(Gbit/s)或以上的超高速光傳輸系統(tǒng)，己 經(jīng)開發(fā)出了 RZ-DQPSK (歸零制四相差分移相鍵控)調(diào)制格式的收發(fā)器。 今后，仍希望進(jìn)一步提高RZ-DQPSK收發(fā)器的光噪聲免疫性，并希望例 如通過用強(qiáng)電信號處理來代替大型的光可變色散補(bǔ)償器以使其小型化。 作為對此進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的裝置，例如希望采用諸如零差類型、內(nèi)差類型或外 差類型的相干接收方法，并對此進(jìn)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(zhuǎn)換之后的電信號處理而 使對波長色散失真的補(bǔ)償能力顯著提高。
然而，在上述相干光接收系統(tǒng)中，存在的固有問題是，如果從包含 在光接收器中的本機(jī)振蕩器光源輸出的本機(jī)振蕩器光的偏振狀態(tài)與接收 的信號光的偏振狀態(tài)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(tài)由于光傳輸線路的狀態(tài)而連續(xù)地發(fā)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(guān)性的常規(guī)技術(shù)，例如，已經(jīng) 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(jìn)行控制以使連續(xù)地接收的信號光的偏振狀態(tài)與本機(jī)振蕩 器光的偏振狀態(tài)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(zhuǎn)換部都是雙份的。
(m)采用偏振復(fù)用光作為本機(jī)振蕩器光(該本機(jī)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(gè)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(zhuǎn)換后在頻域中進(jìn)行信號分離而針 對該偏振分量中的每一個(gè)執(zhí)行相干接收和檢測的方法。
然而，在上述這些常規(guī)技術(shù)中，存在的問題是難以實(shí)現(xiàn)小尺寸、偏
振無關(guān)并能夠接收諸如40 Gbit/s的極高速調(diào)制信號光的相干光接收器。
即，為了實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)上述方法(n)，兩倍以上尺寸的大規(guī)模光 接收前端電路是必須的，因此難以小型化。此外，為了實(shí)現(xiàn)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(jìn)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(jié)構(gòu)圖。在該常規(guī)
的相干光接收器中，在本機(jī)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(gè)被輸 入聲光調(diào)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(jié)果，例如如圖9中的原理圖所示，生成本機(jī)振 蕩器光A。，其中對于該本機(jī)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(fù)用。
從本機(jī)振蕩器光生成部101輸出的本機(jī)振蕩器光&。與具有光角頻
率化.的接收信號光&在復(fù)用器102中被組合，并隨后由光電檢測器103
接收并被轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)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(yīng)用于 各帶通濾波器(BPF) 104和105，與該頻率相對應(yīng)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(zhí)行所
需的信號處理而重新生成接收的數(shù)據(jù)data。
此時(shí)，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(yù)尸隨接收信號光的 偏振狀態(tài)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(jī)振蕩器光的光角頻率^進(jìn)行設(shè) 置從而中頻w,變?yōu)镺Hz的情況下，接收電路106的帶寬變?yōu)榻咏盘枎?br> 寬的3倍。
結(jié)果，在采用方法(III)的常規(guī)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(shí) 現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明關(guān)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(guān)的光接收器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種光接收器，其以相干接收方 式對信號光進(jìn)行接收處理，所述光接收器包括本機(jī)振蕩器光生成部， 其生成本機(jī)振蕩器光，該本機(jī)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(jī)振蕩器光生成部輸出的本
機(jī)振蕩器光進(jìn)行組合并輸出；光電轉(zhuǎn)換部，其將從合成部輸出的光轉(zhuǎn)換 為電信號；AD轉(zhuǎn)換部，其將光電轉(zhuǎn)換部輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 數(shù)字計(jì)算部，其利用AD轉(zhuǎn)換部輸出的數(shù)字信號執(zhí)行計(jì)算處理，以估計(jì) 包含在接收的信號光中的數(shù)據(jù)信息；以及數(shù)據(jù)識別部，其基于數(shù)字計(jì)算 部的計(jì)算結(jié)果執(zhí)行接收的數(shù)據(jù)的識別處理。
并且，本機(jī)振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光頻差被設(shè)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(jī)振蕩器光的光源譜線寬。
在上述結(jié)構(gòu)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(jī)振蕩器光從本機(jī)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(jīng)組合的光在光電轉(zhuǎn)換部中被轉(zhuǎn)換為電信號。結(jié)果， 分別生成了由于本機(jī)信號光和接收的信號光的各自正交偏振分量的頻差 而導(dǎo)致的中頻信號。通過將本機(jī)振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光 頻差設(shè)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(jī)振蕩器光的光源的譜線寬，各中頻信號的 電光譜的每一個(gè)都彼此交疊。然后，由AD轉(zhuǎn)換部將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號，并由數(shù)字計(jì)算部利用各數(shù)字信號執(zhí)行計(jì)算處理，從而估計(jì)包含 在接收信號光中的數(shù)據(jù)信息，并基于這些計(jì)算結(jié)果在數(shù)據(jù)識別部中執(zhí)行 接收的數(shù)據(jù)的識別處理。
根據(jù)本發(fā)明的上述相干光接收器，中頻信號被AD轉(zhuǎn)換并被執(zhí)行數(shù) 字信號處理，從而可以將本機(jī)振蕩器光的相正交的偏振分量之間的光角 頻率差設(shè)置得很小。結(jié)果，可以極大地減少光電轉(zhuǎn)換部等所需的帶寬， 并且能夠以小尺寸和簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相干接收，而因此諸如40 Gbit/s的 高數(shù)信號光不依賴于偏振狀態(tài)。


結(jié)合附圖，從以下對實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的其他目的、特征
和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的相干光接收器的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是示出了上述實(shí)施方式中的本機(jī)振蕩器光生成部的具體結(jié)構(gòu)示 例的框圖。
圖3是示出了上述實(shí)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(shí)施方式有關(guān)的本機(jī)振蕩器光生成部的另一結(jié)構(gòu) 的示例的框圖。
圖5是示出了與該實(shí)施方式有關(guān)的本機(jī)振蕩器光生成部的不同結(jié)構(gòu) 的示例的框圖。
圖6是示出了應(yīng)用該實(shí)施方式的相干光接收器的結(jié)構(gòu)的示例的框圖。
圖7是示出了應(yīng)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(guī)相干光接收器的結(jié)構(gòu)的示例的框圖。 圖9是示出了常規(guī)相干光接收器中的本機(jī)振蕩器光的正交偏振分量 的原理圖。
圖IO是示出了常規(guī)相干光接收器中的中頻信號的電光譜的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面是參照附圖對實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的描述。所有的附圖中相 同的附圖標(biāo)記表示相同或等效的部分。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的相干光接收器的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的框圖。
在圖1中，相干光接收器包括例如本機(jī)振蕩器光生成部ll、充當(dāng) 合成部的2x4光混合電路12、充當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部的差分光檢測器13和14、 充當(dāng)AD轉(zhuǎn)換部的AD轉(zhuǎn)換電路15和16、充當(dāng)數(shù)字計(jì)算部的數(shù)字計(jì)算電 路17和充當(dāng)數(shù)據(jù)識別部的識別電路18。
本機(jī)振蕩器光生成部11生成本機(jī)振蕩器光&。，在本機(jī)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(fù)用。本機(jī)振蕩器光&。的相正交的偏振分量之間的光角頻率差 W。預(yù)先被設(shè)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(fā)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(jī)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(jī)振蕩器光生成部11的具體結(jié)構(gòu)示例的框圖。本機(jī) 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(xué)衰減器(VOA) 25、偏振光束合成 器(PBC) 26、分光器27、監(jiān)控電路28和強(qiáng)度比控制電路29。
光源21生成恒定偏振狀態(tài)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(gè)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(shè)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(gè)作為輸入，并對 應(yīng)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(diào)制器或聲光調(diào)制器(AOM)、或者單邊帶 (SSB)調(diào)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(yīng)于小于信號帶寬兩倍并大于信 號光源的譜線寬和本機(jī)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(jī)振蕩器光生成部11內(nèi)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(shù)量級)大，則這 是有利的。因此在這種情況下頻率A/可以被設(shè)置為例如位于100 MHz至 lGHz的范圍內(nèi)。然而，本發(fā)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(qiáng)度衰減。VOA25的衰減量可以根據(jù)來自稍后描述的強(qiáng)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(fù)用的本機(jī)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(dǎo)、自由空間光學(xué)等的技術(shù)進(jìn)行光耦合，從
而保持上述各部分之間傳播的光的偏振狀態(tài)。
分光器27分出從PBC 26輸出的本機(jī)振蕩器光&。的一部分作為監(jiān)控
光，并將其輸出到監(jiān)控電路28。
監(jiān)控電路28使用來自分光器27的監(jiān)控光，并檢測包含在本機(jī)振蕩 器光^。中的光角頻率為A和^ + 0。的各偏振分量的強(qiáng)度(幅度)，并監(jiān)
控其比值。
強(qiáng)度比控制電路29根據(jù)監(jiān)控電路28的監(jiān)控結(jié)果和稍后描述的數(shù)字 計(jì)算電路17的計(jì)算結(jié)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(qiáng)度比控制電路29對VOA25 的控制的細(xì)節(jié)。
2x4光混合電路12 (圖1)是具有兩個(gè)輸入端口和四個(gè)輸出端口的 光學(xué)90度混合電路。從光發(fā)送器(圖中未示出)經(jīng)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(gè)，并 且從本機(jī)振蕩器光生成部11輸出的本機(jī)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(jī)振蕩器光&。相組
合，并輸出光學(xué)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(gè)輸出端口分別輸出的光的相位變?yōu)?度和180度，并且從位于 圖中下面的另一組的兩個(gè)輸出端口分別輸出的光的相位變?yōu)?0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(xué)相位分別為 0度和180度的各光，并執(zhí)行差分光電轉(zhuǎn)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(xué)相位分別為90度和 270度的各光，并執(zhí)行差分光電轉(zhuǎn)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(gè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其輸出到數(shù)字計(jì)算電路17。
數(shù)字計(jì)算電路17使用從AD轉(zhuǎn)換電路15和16輸出的數(shù)字信號，并
根據(jù)稍后詳細(xì)描述的算法執(zhí)行計(jì)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(shè)置在如前所述范圍內(nèi)的本機(jī)振蕩器光&。執(zhí)行 信號處理，以能夠相關(guān)地接收信號光&。
識別電路18基于數(shù)字計(jì)算電路17中的計(jì)算結(jié)果執(zhí)行接收的信號的 數(shù)字識別處理，并輸出表示結(jié)果的接收的數(shù)據(jù)信號DATA。
接著描述上述結(jié)構(gòu)的相干光接收器的操作。
首先詳細(xì)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(shù)據(jù)相對應(yīng)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(xué)相位波動，t表示時(shí)間，并且j表示虛數(shù)單位。
并且，例如用以下公式(2)所示的電場矢量^。(/)表示從本機(jī)振蕩 器光生成部11輸出的本機(jī)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(jī)振蕩器光的x偏振分量的幅度， A。j表示本機(jī)振蕩器光的y偏振分量的幅度，A。表示本機(jī)振蕩器光的平 均光角頻率，A^表示本機(jī)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(jī)振蕩器光的光學(xué)相位波動，并且-。表示本機(jī)振 蕩器光的初始相位。 上述接收信號光^和本機(jī)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(zhuǎn)換。并且，被AGC放大器放
大并被歸一化的復(fù)電流由下述公式(3)定義。復(fù)電流的實(shí)部I對應(yīng)于一
個(gè)差分光檢測器13的輸出，并且虛部Q對應(yīng)于另一個(gè)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(guān)系，其中
AGC放大器的增益為g (正數(shù))。<formula>formula see original document page 14</formula>"(4)
如果對接收信號的原始載波與本機(jī)振蕩器光之間的相對相位噪聲以
及頻率差進(jìn)行補(bǔ)償，通過查看從x偏振分量中產(chǎn)生的項(xiàng)，該補(bǔ)償后的復(fù)
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(bǔ)償進(jìn)行描述。從差分光檢測器13和14輸出的復(fù)電流 信號可能包括本機(jī)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(dǎo)致的偏振旋轉(zhuǎn)。因此需要對此進(jìn)行補(bǔ)償。作為與該補(bǔ)償有關(guān)的技 術(shù)，例如在文獻(xiàn)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(xiàn)中示出了在接收信號光是4值相移 鍵控(PSK)的情況下，計(jì)算接收的信號光和本機(jī)振蕩器光之間的相位差 e(f)的方法。通過對其進(jìn)行擴(kuò)展，在m值PSK的情況下，示出了能夠根 據(jù)以下公式(6)的關(guān)系近似地對相位差e(r)進(jìn)行計(jì)算。
m厶/ J—A' 、
攀士仏叫{(/ + /0>...(6)
因此，在本發(fā)明中，參考以上公式(6)的關(guān)系，根據(jù)以下公式(7) 分別計(jì)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(shí)，以上公式(7)中的積分時(shí)間"要充分大于本機(jī)振蕩器光的正
交偏振分量之間的頻率差的倒數(shù)(即，2;rMw)，并且充分小于接收的信
號光的平均頻率和本機(jī)振蕩器光平均頻率之間的頻率差的最大值的倒數(shù) (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(jù)以上公式(7)計(jì)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(shí)間T必須充分大于本機(jī)振蕩器光的正交 偏振分量之間的頻率差的倒數(shù)(即，2;r/Aw)。
利用根據(jù)以上公式(8 )的關(guān)系得到的 < 和 < 的比，以及上述公式(4)
中所示的關(guān)系《+《=1 ，可以計(jì)算出 < 和4的值。
從而，如果知道了4和4的值，則根據(jù)從各差分光檢測器13和14
輸出的當(dāng)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(yīng)的值(Aa)/ = 。=2;rA/)可以知道A紐的值，
因此可以根據(jù)以下公式(9)計(jì)算出信號向量^)的值，在公式(9)中， 根據(jù)公式(5)的關(guān)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(jì)算值，根據(jù)與接 收的信號光的調(diào)制格式相對應(yīng)的閾值對數(shù)據(jù)執(zhí)行識別處理，能夠重新生
成接收的信號數(shù)據(jù)。
然而，在以上公式(9)的關(guān)系中，由于其在以下公式(10)中所示 的條件下是發(fā)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(shí)數(shù)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(jù)上述公式(4)中所示的《+《=1，可知存在關(guān)系 0^4《1,且(^4^1。因此如果考慮到這一點(diǎn)，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(jì)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(jī)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(guān)系發(fā)散從而不能計(jì)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(jī)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(gè)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(gè)偏振分量(例如x偏振分量)被輸入VOA25，并被調(diào)節(jié)
強(qiáng)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(fù)用的本機(jī)振蕩器光 并且本機(jī)振蕩器光&。被發(fā)送到2x4光混合電路12，與此同時(shí)由分 光器27分出其一部分，并發(fā)送到監(jiān)控電路28。在監(jiān)控電路28中，對包 含在本機(jī)振蕩器光&。中的各偏振分量的強(qiáng)度(幅度)比進(jìn)行監(jiān)控，并將
監(jiān)控結(jié)果發(fā)送到強(qiáng)度比控制電路29。在依賴于監(jiān)控電路28的監(jiān)控結(jié)果和 數(shù)字計(jì)算電路17的計(jì)算結(jié)果，^和4的計(jì)算值接近上述公式(12)的條
件的情況下，強(qiáng)度比控制電路29改變VOA25的衰減值。結(jié)果，改變了 本機(jī)振蕩器光&。的正交偏振分量之間的強(qiáng)度比，并避免了公式(9)的
上述發(fā)散。
輸入到2x4光混合電路12的本機(jī)振蕩器光^。與光角頻率為w,的接 收信號光&組合，并且光學(xué)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(shí)，光學(xué)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(jīng)受光電轉(zhuǎn)換。結(jié)果，從差分光檢測器13和14 輸出具有由于包含在本機(jī)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(dǎo)致的中頻^的信 號、和具有由于包含在本機(jī)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(dǎo)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(shè)置為頻率差小于信號帶寬的兩倍并大于信號光源和本機(jī)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(jié)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(jī)振蕩器光的光角頻率A被設(shè)置得使頻 率W變得接近OHz時(shí)，所需的帶寬可以變窄為信號帶寬的相同數(shù)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(guī)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(fā)明中，根據(jù)上述工作原理通過對該中頻信號進(jìn)行數(shù)字信號處理可以實(shí) 現(xiàn)單獨(dú)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(zhuǎn)換電路15和16中被高速AD轉(zhuǎn)換，并且與中頻信號I和Q相對應(yīng)的
數(shù)字信號序列被輸入數(shù)字計(jì)算電路17。在數(shù)字計(jì)算電路17中，根據(jù)與上 述公式(1)和公式(9)相對應(yīng)的一系列算法執(zhí)行數(shù)字信號處理，并計(jì) 算信號向量^)的值。并且，如果在該計(jì)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(shù)字計(jì)算電路17將該信息發(fā)送到本機(jī)振 蕩器光生成部11內(nèi)的強(qiáng)度比控制電路29，并由強(qiáng)度比控制電路29對VOA 25進(jìn)行控制，結(jié)果可以避免本機(jī)振蕩器光^。的正交偏振分量之間的強(qiáng)度
比發(fā)生變化并且公式(9)發(fā)散從而無法計(jì)算信號向量^)的情況。
然后，當(dāng)數(shù)字計(jì)算電路17中的信號向量^)的計(jì)算值被發(fā)送到識別 電路18時(shí)，在識別電路18中，根據(jù)與接收的信號光的調(diào)制格式相對應(yīng) 的閾值，對信號向量的計(jì)算值對應(yīng)于哪一個(gè)數(shù)字信號執(zhí)行識別處理， 并將識別結(jié)果輸出，作為接收的數(shù)據(jù)DATA。
在上述方式中，根據(jù)本發(fā)明的光接收器，組合了接收信號的AD轉(zhuǎn) 換以及數(shù)字信號處理，并優(yōu)化了本機(jī)振蕩器光^。的正交偏振分量之間的 光角頻率差w。的設(shè)置。結(jié)果，與常規(guī)技術(shù)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(guān)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(guī)技術(shù) 的上述方法(I)和(II)相比，可以利用簡單結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)偏振無關(guān)的相千 接收。因此能夠提供小型光接收器。
在上述實(shí)施方式中，作為本機(jī)振蕩器光生成部11的具體結(jié)構(gòu)，(圖2) 示出了其中利用移頻器23將一個(gè)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(fā)明的本機(jī)振 蕩器光源的結(jié)構(gòu)并不限于此。例如，如圖4所示，可以在光源21和PBS 22之間設(shè)置偏振旋轉(zhuǎn)器30，來代替VOA25，并根據(jù)來自強(qiáng)度比控制電 路29的輸出信號控制偏振旋轉(zhuǎn)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(qiáng)度(幅度)比。
并且，如圖5所示，可以具有以下結(jié)構(gòu)其中來自光源21的輸出光 被施加到聲光偏振模式轉(zhuǎn)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(jī)振蕩器光&。，并針對其控制相正交的偏振分 量之間的強(qiáng)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(zhuǎn)換器31進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動電路32，
并且與來自強(qiáng)度比控制電路29的控制信號相對應(yīng)地控制從驅(qū)動電路32 輸出的驅(qū)動信號的功率。結(jié)果，從聲光偏振模式轉(zhuǎn)換器31輸出與圖2或 圖4中所示的上述結(jié)構(gòu)的示例的情況相類似的本機(jī)振蕩器光￡,。。對于聲
光偏振模式轉(zhuǎn)換器31，可以采用例如以下文獻(xiàn)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(zhuǎn)換器 31的本機(jī)振蕩器光生成部ll，進(jìn)一步簡化了結(jié)構(gòu)。因此能夠提供甚至更 小的光接收器。
并且，在上述實(shí)施方式中，給出了這樣的示例，在該示例中，在數(shù) 字計(jì)算電路17中根據(jù)與上述公式(1)至(9)相對應(yīng)的一系列算法執(zhí)行 數(shù)字信號處理。然而，本發(fā)明的進(jìn)行數(shù)字信號處理的算法并不限于上述 示例。與此相關(guān)，通過利用其他算法并執(zhí)行數(shù)字信號處理，如果不必考 慮公式(9)的上述發(fā)散條件，則還可以簡化用于改變本機(jī)振蕩器光的正 交偏振分量之間的強(qiáng)度比的結(jié)構(gòu)(例如在圖2的結(jié)構(gòu)中，VOA25、分光 器27、監(jiān)控電路28和強(qiáng)度比控制電路29)。
接著，作為上述光接收器的應(yīng)用示例，描述了其中本機(jī)振蕩器光源 中的光源與發(fā)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(jié)構(gòu)的框圖。在該相干光接收器 采用的結(jié)構(gòu)中，本機(jī)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(zhuǎn)換器31，并由分光器41將從本機(jī)振蕩器光生成部11的光源 21發(fā)送到聲光偏振模式轉(zhuǎn)換器31的光分出一部分。并且，由分光器41 分出的光被發(fā)送到根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)DATA工作的光學(xué)調(diào)制器42，并且在光 學(xué)調(diào)制器42中調(diào)制的信號光被發(fā)送到光傳輸線路50。分光器41和光學(xué) 調(diào)制器42以外的其他元件的結(jié)構(gòu)基本上與圖1和圖5中所示的上述結(jié)構(gòu) 相同。
在圖6中所示的上述結(jié)構(gòu)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(dǎo)器件。圖7是示出了上述PLC的示例的立體圖。在該P(yáng)LC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(dǎo)，在其上入射有 來自光源21的輸出光的光波導(dǎo)的路徑的中途形成分光器41。此外，連接 在分光器41的一個(gè)輸出端口和2x4光混合電路12的本機(jī)振蕩器光一側(cè) 上的輸入端口之間的光波導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了聲光偏振模式轉(zhuǎn) 換器31。并且在連接到分光器41的另一輸出端口的光波導(dǎo)上形成有對其 施加與傳輸數(shù)據(jù)相對應(yīng)的調(diào)制信號的行波類型電極，從而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)調(diào) 制器42。
在上述結(jié)構(gòu)的相干光接收器中，與前述實(shí)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(jī)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(xué)調(diào)制器42根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。 結(jié)果，生成用于發(fā)送到光傳輸線路50的信號光。
根據(jù)上述相干光接收器，通過一起使用本機(jī)振蕩器光的光源和發(fā)送 的信號光，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換器31、分光器41和光學(xué)調(diào)制器42的 PLC，可以實(shí)現(xiàn)極小尺寸的相干光接收器。
權(quán)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(jī)振蕩器光生成部，其生成本機(jī)振蕩器光，該本機(jī)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(jī)振蕩器光生成部輸出的本機(jī)振蕩器光進(jìn)行組合并輸出；光電轉(zhuǎn)換部，其將從所述合成部輸出的光轉(zhuǎn)換為電信號；AD轉(zhuǎn)換部，其將從所述光電轉(zhuǎn)換部輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)字計(jì)算部，其利用從所述AD轉(zhuǎn)換部輸出的數(shù)字信號執(zhí)行計(jì)算處理，以估計(jì)包含在所接收的信號光中的數(shù)據(jù)信息；以及數(shù)據(jù)識別部，其基于所述數(shù)字計(jì)算部的計(jì)算結(jié)果對接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行識別處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光接收器，其中所述本機(jī)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(jī)振蕩器光的光源譜線寬。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的相干光接收器，其中所述本機(jī)振蕩器光的一個(gè)偏振分量的光頻使得與所接收的信號光的頻差導(dǎo)致的中頻變得接近 0Hz。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的相干光接收器，其中在所述本機(jī)振蕩器光生成部中，所述相正交的偏振分量之間的強(qiáng)度比是可變的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的相干光接收器，其中所述本機(jī)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(gè)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(gè)的頻率進(jìn)行移動；可變光學(xué)衰減器，其對從所述偏振光束分離器輸出的另一個(gè)偏振分量的強(qiáng)度進(jìn)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(xué)衰減器輸出的光進(jìn)行偏振復(fù)用；監(jiān)控電路，其監(jiān)控所述偏振光束合成器所偏振復(fù)用的正交偏振分量之間的強(qiáng)度比；以及強(qiáng)度比控制電路，其根據(jù)所述監(jiān)控電路的監(jiān)控結(jié)果和所述數(shù)字計(jì)算 部的計(jì)算結(jié)果控制所述可變光學(xué)衰減器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的相干光接收器，其中所述本機(jī)振蕩器光生 成部包括光源；偏振旋轉(zhuǎn)器，其旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)器輸出的光分離為兩個(gè)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(gè)的頻率進(jìn)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(gè)偏振分量和所述移頻器的輸出的光進(jìn)行偏振復(fù)用；監(jiān)控電路，其監(jiān)控所述偏振光束合成器所偏振復(fù)用的正交偏振分量之間的強(qiáng)度比；以及強(qiáng)度比控制電路，其根據(jù)所述監(jiān)控電路的監(jiān)控結(jié)果和所述數(shù)字計(jì)算部的計(jì)算結(jié)果控制所述偏振旋轉(zhuǎn)器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的相干光接收器，其中所述本機(jī)振蕩器光生成部包括光源；聲光偏振模式轉(zhuǎn)換器，對其輸入來自所述光源的輸出光；驅(qū)動電路，其驅(qū)動所述聲光偏振模式轉(zhuǎn)換器；監(jiān)控電路，其監(jiān)控從所述聲光偏振模式轉(zhuǎn)換器輸出的正交偏振分量之間的強(qiáng)度比；以及強(qiáng)度比控制電路，其根據(jù)所述監(jiān)控電路的監(jiān)控結(jié)果和所述數(shù)字計(jì)算 部的計(jì)算結(jié)果控制從所述驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號的功率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光接收器，其中所接收的信號光是經(jīng) 多級移相鍵控的信號光。
9、 根據(jù)權(quán)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(gè)輸入端口和四個(gè)輸出端口的光學(xué)90度混合電路；所述光電轉(zhuǎn)換部具有兩個(gè)差分光檢測器； 并且所述AD轉(zhuǎn)換部具有分別對應(yīng)于所述差分光檢測器的兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換 電路。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相干光接收器，其中所述數(shù)字計(jì)算部以 來自所述兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換部中的一個(gè)的輸出信號作為復(fù)電流的實(shí)部，并且 來自另一個(gè)AD轉(zhuǎn)換部的輸出信號作為復(fù)電流的虛部來進(jìn)行處理，并計(jì) 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(diào)制部，其根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)對所述光分支部分出的所述第一相干光 進(jìn)行調(diào)制，并將其發(fā)送到外部；本機(jī)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(diào)制而生成的光，作為本機(jī)振蕩器光；合成部，其將接收的信號光和從所述本機(jī)振蕩器光生成部輸出的本 機(jī)偏振器光進(jìn)行組合，并將其輸出；光電轉(zhuǎn)換部，其將從所述合成部輸出的光轉(zhuǎn)換為電信號；以及數(shù)據(jù)識別部，其基于所述光電轉(zhuǎn)換部的輸出執(zhí)行所接收的數(shù)據(jù)的識 別處理。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的相干光接收器，其中所述本機(jī)振蕩器光生成部生成本機(jī)振蕩器光，該本機(jī)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(jìn)行調(diào)制而生成的，并且還設(shè)置有-AD轉(zhuǎn)換部，其將從所述光電轉(zhuǎn)換部輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及數(shù)字計(jì)算部，其利用從所述AD轉(zhuǎn)換部輸出的數(shù)字信號，執(zhí)行計(jì)算 處理以估計(jì)包含在所接收的信號光中的數(shù)據(jù)信息；并且所述數(shù)據(jù)識別部基于所述數(shù)字計(jì)算部的計(jì)算結(jié)果執(zhí)行所接收的 數(shù)據(jù)的識別處理。
13、 根據(jù)權(quán)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(dǎo)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(jī)振蕩器光相組合；AD轉(zhuǎn)換部，其將從所述合成部輸出的光轉(zhuǎn)換為電信號，并將所述電 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)字計(jì)算部，其利用從所述AD轉(zhuǎn)換部輸出的數(shù)字信號，執(zhí)行計(jì)算 處理以估計(jì)包含在所接收的信號光中的數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)識別部，其基于所述數(shù)字計(jì)算部的計(jì)算結(jié)果執(zhí)行對接收的數(shù)據(jù) 的識別處理。
全文摘要
本發(fā)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(jī)振蕩器光相組合，隨后在兩個(gè)差分光電檢測器中對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。然后在AD轉(zhuǎn)換電路中將該信號光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在數(shù)字計(jì)算電路中使用數(shù)字信號執(zhí)行計(jì)算處理，以估計(jì)接收的數(shù)據(jù)。此時(shí)，本機(jī)偏振器光的正交偏振分量之間的光頻差被設(shè)置為小于信號光帶寬的兩倍，并大于信號光源和本機(jī)振蕩器光源的譜線寬。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)能夠接收高速信號光的小型的與偏振無關(guān)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(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者星田剛司 申請人:富士通株式會社