JP6483279B2 - 空間分割多重化システム用偏光不感セルフホモダイン検出受信機 - Google Patents

Description

本発明は、コヒーレントなセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）用受信機に、そしてより詳しくは偏光不感ＳＤＨ受信機に関している。

空間分割多重化（ＳＤＭ）システムにおけるコヒ−レントなセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）は、一個の空間チャンネル内でパイロットトーン（ＰＴ）を、更に残りの空間チャンネル上で別箇の信号を送信することに基づいている。ＳＨＤは、ＰＴ及び信号が同じ光源から発生し、そして位相コヒーレントであることを要求している。空間分割多重化媒体を介しての伝送の後、局部発信（ＬＯ）としてＰＴを用いたコヒーレントなホモダイン検出を使用して、信号が受信される。信号及びＰＴが受信機入力において位相コヒーレントなので、光−電気変換の後検出された信号における元の光源からのレーザ位相ノイズの影響は打ち消される。その結果、ＳＨＤはローコストで広い線幅のレーザの使用を可能にし、そしてそれ故それはキャリア周波数オフセット推定又は補償を必要とせず、残差位相ノイズ補償だけを必要としている。デジタル受信機の場合、これは要求されたデジタル信号処理を大いに簡単化し、受信機のコスト及びエネルギ消費を低下させる。更に、ＳＨＤは、受信機において局部発信機として使用されるべき潜在的に高価なレーザを必要としない。ＳＨＤは、マルチコアファイバー、マルチモードファイバー、ハイブリッドマルチモード及びマルチコアファイバー、独立ファイバー又はマルチエレメントファイバーなどの既存の空間分割多重化媒体の任意の形態において使用することが可能である。

国際公開第２０１４／０３４１６５号パンフレット

Kazovsky, "Phase-and Polarization-Diversity Coherent Optical Techniques, " J. Lightwave Technol., vol. LT-7, no. 2, pp. 279-292, Feb. 1989

ＳＨＤは、偏光及び位相ダイバシティ受信機において、ＰＴを信号にミックスすることに依拠している。そのような受信機のための従来のアプローチは、イントラダイン検出システムにおいて使用される受信機に類似しており[e.g., Kazovsky, “Phase-and Polarization-Diversity Coherent Optical Techniques, ” J. Lightwave Technol., vol. LT-7, no. 2, pp. 279-292, Feb. 1989]、そして偏光ビームスプリッタを用いて、着信信号を２個の直交偏光成分に先ずスプリットすることに基づいている。各成分は、それを位相ダイバシティ受信機におけるＬＯにミックスした後、独立に検出される。ＬＯの偏光状態は、それが信号の直交偏光成分に均一にミックスできるようなやり方で、位置合わせされる。しかしながら、ＳＨＤ受信機においは、ＰＴがＬＯに置き換わって、そして未知で且つランダムに変化する偏光状態を有している。これは、空間分割多重化システムを介しての伝送並びに伝送路に沿った光学系に影響を与える環境条件の揺らぎの結果である。したがって、従来のＳＨＤ受信機は、信号の検出を可能にするために、受信機の偏光軸に対するＰＴの偏光の状態を位置合わせする機構を含まなければならない。これを達成するために、潜在的に高価な光学的な偏光トラッキング及び位置合わせ機構は、ＰＴの偏光の状態を位置合わせすることを必要としている。

本発明は、上述した課題を解決する２個の手段に関している。一つのアプローチにおいては、信号とパイロットトーンの双方の直交偏光成分が分離され、そしてパイロットトーンの偏光位置合わせ上の不整合が信号処理によって訂正できるようなやり方で、適切な重み又は係数に独立に再組み合わせされる。

他のアプローチにおいては、本発明は、偏光ビームスプリッタなどの偏光制約構成要素なしで、受信機を使用することを提案している。この受信機は、受信された信号に対して、偏光基準としてパイロットトーン自体を使用している。これは、着信するパイロットトーンに位置合わせされた基準の移動フレーム上で信号を観察することと等価である。それ故、信号はパイロットトーンの状態に関わらず、信号処理を用いて再構成できる。

この記載の目的のために、２個の光信号の受信機への着信を考察されたい。パイロットトーンに相当する非変調信号Ｒ０と、その直交偏光成分上に２個の情報信号を搬送する変調信号Ｒ１。両方の信号Ｒ０及びＲ１は、空間分割多重化伝送システムの送信機側において同じ光源から生ずる。

受信機は、偏光ビームスプリッタによって、信号Ｒ１を２個の直交偏光成分Ｒ１ｘ及びＲ１ｙに分離する。パイロットトーンＲ０も、偏光ビームスプリッタによって、２個の直交偏光成分Ｒ０ｘ及びＲ０ｙに分離される。成分Ｒ１ｘ及びＲ０ｘは、共に偏光され、そしてそれ故９０度ハイブリッドにおいて直接ミックスできる。結果的に得られる干渉信号は、２対の平衡フォトディテクタによって検出され、干渉信号Ｒｃの実部及び虚部に相当する電気信号を発生する。同様に、成分Ｒ１ｙ及びＲ０ｙは、共に偏光され、そしてその他の９０度ハイブリッドにおいてミックスすることができる。相当する干渉信号は、２対の平衡フォトディテクタによって検出され、干渉信号Ｒｆの実部及び虚部に相当する電気信号を発生する。

成分Ｒ１ｘも、９０度ハイブリッドにおいて成分Ｒ０ｙにミックスされる。このミックスを可能にするため、９０度偏光ロータを用いてＲ０ｙをＲ０ｘと同じ偏光に位置合わせする。１対の平衡したフォトディテクタは、結果的に得られる干渉信号を電気信号Ｒｄに変換する。最終的に、成分Ｒ１ｙは、Ｒ０ｘの偏光が９０度偏光ロータを使用してＲ１ｙに位置合わせされた後、９０度ハイブリッドにおいて成分Ｒ０ｘにミックスされる。１対の平衡したフォトディテクタは、結果的に得られる干渉信号を電気信号Ｒｅに変換する。４個の複素信号Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ及びＲｆの実数及び虚数成分は、信号プロセッサに送られ、それは複素電気信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する。これらはＲ１を発生するために最初に使用される情報信号に相当している。

パイロットトーンの偏光状態の変動に不感なセルフホモダイン検出偏光及び位相ダイバシティコヒーレント受信機用の第２の実施の形態。この場合、信号Ｒ１は２個の９０度ハイブリッドに、パイロットトーンＲ０とＲＯの直交バージョンにミックスされるように夫々送られる。後者の偏光は、９０度偏光ロータを用いて変更された。受信機のこの実施の形態は、信号Ｒ１又はパイロットトーンＲ０の偏光成分を限定又は制約するであろう如何なる成分も有していないことに着目されたい。代わりに、それは、パイロットトーンＲ０の偏光軸及びその直交方向に渡って信号Ｒ１のプロジェクションを検出すべく、９０度ハイブリッドを使用することに依拠する。これらの偏光方向は、受信機の機能を活動停止させることなく、自由に変化することが可能である。９０度ハイブリッドにおいて発生する干渉信号は、２対の平衡したフォトディテクタによって複素信号Ｒａ及びＲｂに変換される。２個の電気信号は、Ｒ１を発生すべく最初に使用される情報信号に相当する、信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する信号プロセッサに送られる。

従来技術の上述した限定に対処すべく、本発明は、パイロットト−ンの偏光状態の変動に不感である、セルフホモダイン検出偏光及び位相ダイバシティコヒーレント受信機のための２個の実施の形態を、一つの態様において、提供する。その他の実施の態様において、本発明は、パイロットトーンの偏光状態に関わらず、元の情報信号を再構成すべく上述した受信機と一緒に使用可能である信号処理構造を提供する。

図１は、第１の実施の形態のＳＤＨ受信機のブロックダイアグラムを示す。 図２は、第１のハイブリッド検出器のブロックダイアグラムを示す。 図３は、第２の実施の形態のＳＨＤ受信機のブロックダイアグラムを示す。 図４は、第３の実施の形態のＳＨＤ受信機のブロックダイアグラムを示す。 図５は、第１の実施の形態のＳＨＤ受信機において使用される信号プロセッサのブロックダイアグラムを示す。 図６は、第２及び第３の実施の形態のＳＨＤ受信機において使用される信号プロセッサのブロックダイアグラムを示す。 図７は、空間分割多重化装置を例示するブロックダイアグラムを示す。 図８は、マルチコアファイバを例示する概念図を示す。

本発明の第１の態様は、セルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機に関している。図１は、ＳＤＨ受信機のブロックダイアグラムを示す。図１に示すように、第１の実施の形態のＳＤＨ受信機は、第１の偏光ビームスプリッタ１１と、第２の偏光ビームスプリッタ１３と、第１のセパレ−タ１５と、第２のセパレ−タ１７と、第３のセパレ−タ１９と、第４のセパレ−タ２１と、第１の９０度偏光ロータ２３と、第２の９０度偏光ロータ２５と、第１のハイブリッド検出器３１と、第２のハイブリッド検出器３３と、第３のハイブリッド検出器３５と、第４のハイブリッド検出器３７と、信号プロセッサー３９を含んでいる。

第１の偏光ビームスプリッタ１１は、入力信号Ｒ１を入力信号の２個の直交偏光成分Ｒ１ｘ、Ｒ１ｙに分離する。偏光ビームスプリッタＰＢＳは周知の光学要素であり、それ故、第１の偏光ビームスプリッタ１１にＰＢＳを使用することが可能である。Ｒ１ｘの偏光面は、Ｒ１ｙのそれに垂直である。

第２の偏光ビームスプリッタ１３は、パイロットト−ンＲ０をパイロットト−ンの２個の直交成分Ｒ０ｘ、Ｒ０ｙに分離する。Ｒ０ｘの偏光面は、Ｒ０ｙのそれに垂直である。Ｒ１ｘの偏光面とＲ０ｙのそれとは、平行である。

第１のセパレ−タ１５は、入力信号Ｒ１ｘの直交した偏光成分の一つを２個の成分Ｒ１ｘ’に分離する。入力信号Ｒ１ｘの直交した偏光成分の一つは、第１の偏光ビームスプリッタ１１から出力される。第１のセパレ−タ１５は、信号Ｒ１ｘを２個の強度分離成分Ｒ１ｘ’に分離する。

第２のセパレ−タ１７は、入力信号Ｒ１ｙの他の直交した偏光成分を２個の成分Ｒ１ｙ’に分離する。入力信号Ｒ１ｙの直交した偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッタ１１から出力される。

第３のセパレ−タ１９は、パイロットト−ンの直交した偏光成分の一つＲ０ｘを２個の成分Ｒ０ｘ’に分離する。

第４のセパレ−タ２１は、パイロットトーンの他の直交した偏光成分Ｒ０ｙを２個の成分Ｒ０ｙ’に分離する。

第１の９０度偏光ロータ２３は、Ｒ０ｘ’の偏光をＲ１ｙ’のそれに位置合わせして、位置合わせされた成分Ｒ０ｘ”を得る。９０度偏光ロータは、９０度だけ偏光面を回転させる。入力信号Ｒ０ｘ’は、セパレータ１９から出力される。Ｒ０ｘ’の偏光面は、９０度だけ回転されてＲ１ｙ’のそれに位置合わせする。

第２の９０度偏光ロータ２５は、Ｒ０ｙ’の偏光をＲ１ｘ’のそれに位置合わせして、位置合わせされた成分Ｒ０ｙ”を得る。

第１のハイブリッド検出器３１は、成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｘ’を結合し、そしてＲｃの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒｃは、成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｘ’の干渉信号である。ハイブリッド検出器は、技術において周知であり、そして種々のタイプのハイブリッド検出器が存在する。種々のタイプのハイブリッド検出器を実施することが可能である。例えば、ＵＳ２００９０２１４２２４及びＵＳ７４２１２１０は、そのようなハイブリッド検出器を開示している。

図２は、第１のハイブリッド検出器のブロックダイアグラムを示している。図２において示されるように、第１のハイブリッド検出器は、９０度ハイブリッド４１と、平衡構成における第１の組のフォトディテクタ４３ａと、平衡構成における第２の組のフォトディテクタ４３ｂとを含んでいてもよい。
９０度ハイブリッド４１は、第１のスプリッタ５１と、第２のスプリッタ５３と、９０度移相器５５と、第１の２ｘ２カップラー５７と、第２の２ｘ２カップラー５９を含んでいる。
第１のスプリッタ５１は、Ｒ１ｘ’を２個の成分Ｒ１ｘ’ａ及びＲ１ｘ’ｂに分割する。
第２のスプリッタ５３は、Ｒ０ｘ’を２個の成分Ｒ０ｘ’ａ及びＲ０ｘ’ｂに分割する。
９０度移相器５５は、Ｒ１ｘ’ａの位相を９０度だけシフトして、位相がシフトされた信号Ｒ１ｘ’ａ’を得る。

第１の２ｘ２カップラー５７は、信号Ｒ０ｘ’ａ及び位相がシフトされた信号Ｒ１ｘ’ａ’を組み合わせて光信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂを発生する。光信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂは、夫々ｊＲ０ｘ’ａ＋ｊＲ１ｘ’ａ’及び−Ｒ０ｘ’ａ＋Ｒ１ｘ’ａ’に比例している。

第２の２ｘ２カップラー５９は、信号Ｒ１ｘ’ｂ及び信号Ｒ０ｘ’ｂを組み合わせて光信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂを発生する。光信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂは、夫々ｊＲ１ｘ’ｂ−Ｒ０ｘ’ｂ及び−Ｒ１ｘ’ｂ＋ｊＲ０ｘ’ｂに比例している。

第１の組の２個のフォトディテクタ４３ａは、電気信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂを検出して、第１の電気信号Ｒｃｒを出力する。Ｒｃｒは、Ｒｃの実部である。第１の電気信号Ｒｃｒは、光信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂの瞬時電力間の差によって生じ、Ｒ１ｘ’ａ’×Ｒ０ｘ’ａ^＊（＝（Ｒ１ｘ’ａ’）（Ｒ０ｘ’ａ^＊））の実部に比例している。Ｒ０ｘ’ａ^＊はＲ０ｘ’ａの複素数を意味している。

第２の組の２個のフォトディテクタ４３ｂは、信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂを検出して、そして第２の電気信号Ｒｃｉを出力する。第２の電気信号Ｒｃｉは、光信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂの瞬時電力間の差によって生じ、Ｒ１ｘ’ｂ×Ｒ０ｘ’ｂ^＊（＝（Ｒ１ｘ’ｂ）（Ｒ０ｘ’ｂ^＊））の虚部に比例している。ＲｃｉはＲｃの虚部である。

第２のハイブリッド検出器３３は、成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｙ”を結合し、そしてＲｄの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒｄは、成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｙ”の干渉信号である。第２のハイブリッド検出器３３は、第１のハイブリッド検出器３１に類似していてもよい。

第３のハイブリッド検出器３５は、成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｘ”を結合し、そしてＲｅの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒｅは、成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｘ”の干渉信号である。第３のハイブリッド検出器３５は、第１のハイブリッド検出器３１に類似していてもよい。

第４のハイブリッド検出器３７は、成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｙ’を結合し、そしてＲｆの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒｆは、成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｙ”の干渉信号である。第４のハイブリッド検出器３７は、第１のハイブリッド検出器３１に類似していてもよい。

信号プロセッサ３９は、Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ及びＲｆの実部及び虚部を受信して、そして複素信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する。Ｒｘ及びＲｙは、入力信号Ｒ１を発生すべく、使用される情報信号に相当している。

本発明の第２の実施の形態も、またセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機に関している。図３は、ＳＨＤ受信機のブロックダイアグラムを示している。図３に示すように、ＳＨＤ受信機は、第６のセパレータ６１と、第７のセパレータ６３と、第３の９０度偏光ロータ６５と、第５のハイブリッド検出器６７と、第６のハイブリッド検出器６９と、信号プロセッサ７１を含んでいる。
第６のセパレータ６１は、入力信号Ｒ１を２個の成分Ｒ１’に分離する。
第７のセパレータ６３は、パイロットトーンＲ０を２個の成分Ｒ０’に分離する。
第３の９０度偏光ロータ６５は、成分Ｒ０’の偏光を９０度だけ変更させ位置合わせされた成分Ｒ０”を得る。即ち、第３の９０度偏光ロータ６５は、成分Ｒ０’の偏光面を９０度だけ回転させる。

第５のハイブリッド検出器６７は、成分Ｒ１’及びＲ０’を結合し、そしてＲａの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒａは、成分Ｒ１’及びＲ０’の干渉信号である。

第６のハイブリッド検出器６９は、成分Ｒ１’及びＲ０”を結合し、そしてＲｂの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒｂは、成分Ｒ１’及びＲ０”の干渉信号である。

信号プロセッサー７１は、Ｒａ及びＲｂの実部及び虚部を受信し、そして虚数信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する。Ｒｘ及びＲｙは、入力信号Ｒ１を発生させるべく、使用される情報信号に相当している。

本発明の第３の実施の形態も、またセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機に関している。図４は、ＳＨＤ受信機のブロックダイアグラムを示している。

図４におけるＳＨＤ受信機は、図３に示されるそれに類似している。第３の実施の形態のＳＨＤ受信機は、第６のセパレータ６１と、第７のセパレータ６３と、第４の９０度偏光ロータ６５ｂと、第７のハイブリッド検出器６７ｂと、第８のハイブリッド検出器６９ｂと、信号プロセッサ７１ｂを含んでいる。
第６のセパレータ６１は、入力信号Ｒ１を２個の成分Ｒ１’に分離する。
第７のセパレータ６３は、パイロットトーンＲ０を２個の成分Ｒ０’に分離する。
第４の９０度偏光ロータ６５ｂは、成分Ｒ１’の偏光を９０度だけ変更させ，
位置合わせされた成分Ｒ１”を得る。

第７のハイブリッド検出器６７ｂは、成分Ｒ１’及びＲ０’を結合し、そしてＲａ’の実部及び虚部に相当する電気信号を出力する。Ｒａ’は、成分Ｒ１’及びＲ０’の干渉信号である。

第８のハイブリッド検出器６９ｂは、成分Ｒ１”及びＲ０’を結合し、そしてＲｂ’の実部及び虚部に相当する電気信号を出力し、Ｒｂ’は、成分Ｒ１”及びＲ０’の干渉信号である。

信号プロセッサー７１ｂは、Ｒａ’及びＲｂ’の実部及び虚部を受信し、そして虚数信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する。Ｒｘ及びＲｙは、入力信号Ｒ１を発生させるべく、使用される情報信号に相当している。

本発明の第２の態様は、信号プロセッサを用いて元の信号を再構成すべく使用される方法の実施の形態から構成される。

図５は、第１の実施の形態のＳＨＤ受信機において使用される信号プロセッサーのブロックダイアグラムを示している。図６は、第２及び第３の実施の形態のＳＨＤ受信機において使用される信号プロセッサーのブロックダイアグラムを示している。両方の信号プロセッサーは、複数のマルチプレクサー及び加算器、更に処理ユニット８１を含んでいる。信号プロセッサーは、ハードウエア又はハードウエア及びソフトウェアの組み合わせによって、実施されてもよい。

第１の実施の形態において使用されるプロセッサの場合、複素信号Ｒｃ， Ｒｄ， Ｒｅ及びＲｆは、入力として信号プロセッサに提供される。元の情報信号が、入力信号の線型結合として以下のように再構成できる

Ｒｘ＝Ａ１×Ｒｃ＋Ａ２×Ｒｄ＋Ａ３×Ｒｅ＋Ａ４×Ｒｆ
Ｒｙ＝Ｂ１×Ｒｃ＋Ｂ２×Ｒｄ＋Ｂ３×Ｒｅ＋Ｂ４×Ｒｆ（１）
ここで複素係数Ａ１．．．Ａ４及びＢ１．．．Ｂ４は、Ｒ０及びＲ１を送信すべく使用される空間チャンネルの伝送マトリクスに関するフィードフォード及び／又はフィードバック情報を用いて計算できる。処理ユニットは、信号Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ及びＲｆを入力として及び／又は出力Ｒｘ及びＲｙを取り込んで、係数Ａ１．．．Ａ４及びＢ１．．．Ｂ４を計算する。この最も単純化された形態において、これらの係数はスローに変化する複雑なスカラーであり、その場合、応用は単純な乗算によって行われる。しかしながら、より複雑なプロセッサーは、信号及びパイロットトーンの空間チャンネルのインパルス応答を考慮することが可能である。このような場合、係数は入力信号に適用されるべきインパルス応答になり、そして出力信号を再構成する。

第２の又は第３の実施の形態において使用される信号プロセッサによって使用される方法のための実施の形態は、信号Ｒａ及びＲｂが夫々パイロットトーンの偏光軸及びその直交偏光軸上への信号のプロジェクションに相当することを、考慮している。したがって、情報信号は以下のようにＲａ及びＲｂの線型結合により、再構成できる。
Ｒｘ＝Ｃ１×Ｒａ＋Ｃ２×Ｒｂ
Ｒｙ＝Ｄ１×Ｒａ＋Ｄ２×Ｒｂ（２）

ここで、Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１及びＤ２は、線型結合の複素係数である。以前のケースに類似して。この場合、係数は、パイロットトーンＲ０を送信すべく使用されるチャンネルマトリクス上へ、信号Ｒ１を送信すべく使用される空間チャンネルのチャンネルマトリクスのプロジェクションによって生ずる、組み合わされたチャンネルマトリクスに関連している。それらは、処理ユニットにおいて実施されるフィードバック又はフィードフォード機構を用いて推定できる。これらの係数は、スローに変化する複雑なスカラーであってもよく、その場合、応用は単純な乗算によって行われる。しかしながら、より複雑なプロセッサーは、信号及びパイロットトーンの空間チャンネルのインパルス応答を考慮することが可能である。このような場合、係数は入力信号に適用されるべきフィルターのインパルス応答になり、そして出力信号を再構成する。

図７は、空間分割多重化装置を例示するブロックダイアグラムを示している。空間分割多重化装置１１２は、複数のコアを有するマルチコアファイバー１１１を含んでいる。空間分割多重化装置１１２は、光データ信号を搬送するコア１１６として、マルチコアファイバー１１１内に含まれるコアの中で、セルフホモダイン検出用の特定のコア１１３以外のコアを使用している。ＳＨＤ受信機は、図７においてセルフホモダイン検出ユニット１１５として使用される。

図８は、マルチコアファイバーを例示する概念的なダイアグラムある。マルチコアファイバー１１１は、２個又はそれ以上のコアを有する光ファイバーである。マルチコアファイバーの一例として、センターコアとこのセンターコアの周囲に存在する１個又は複数のコアを有するマルチコアファイバー、又は２個又はそれ以上の矩形状のコアを有する矩形状のコアファイバーが存在している。マルチコアファイバー１１１において、コアは中心に必ずしも存在しなくともよい。例えば、２から４（又はそれ以上）のコアが対称的に配置されているマルチコアファイバーが採用可能である。各コアは、マルチコアファイバーにおける導波管としての機能を有している。隣接した導波管は、例えば、１マイクロメータ又はそれ以上から１００マイクロメータ又はそれ未満までの距離において存在している。導波管の間隔は、３マイクロメータ又はそれ以上から７０マイクロメータ又はそれ未満までであってもよく、５マイクロメータ又はそれ以上から７０マイクロメータ又はそれ未満までであってもよく、１０マイクロメータ又はそれ以上から６０マイクロメータであってもよく、２０マイクロメータ又はそれ以上から５０マイクロメータまでであってもよく、又は３０マイクロメータ又はそれ以上から４０マイクロメータ又はそれ未満までであってもよい。隣接した導波管の間の距離は、如何なる付加的なコアも存在しない部分（例えば、クラッド部）の距離を示している。

マルチコアファイバー１１１の例において、マルチコアファイバーは、センターコアと、このセンターコアの周囲に存在している複数のコアとを含んでいる。この場合、例えば、センターコアは、セルフホモダイン検出用コア１１３として使用することが可能である。なお、製造又は類似の便宜さを考察する場合、又は変化したコアを選択的に使用する場合、セルフホモダイン検出用コア１１３は、マルチコアファイバー１１１のセンターコアであることは可能ではない。

セルフホモダイン検出用コア１１３の直径Φ_ｓ及び通信用のコア１１６の直径Φ_ｃは、０．５≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦３の関係を有していてもよい。セルフホモダイン検出用コア１１３の直径Φ_ｓと通信用のコア１１６の直径Φ_ｃとの間の好ましい例は、１．０１≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦１．１５であってもよく、１．１≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦１．３であってもよく、１．２≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦３であってもよく、更に２≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦３であってもよい。複数の光学的なスペクトルを含む光周波数櫛形光ビームは、ファイバー内の非線型性により、１個又は複数の（例えば、２又はそれ以上から１０又はそれ未満、２又はそれ以上から６又はそれ未満、３又はそれ以上から６又はそれ未満、又は３又はそれ以上から５又はそれ未満）光スペクトル（周波数成分）を含む、参照光ビームを用いることによって、発生することも可能である。この光学的な周波数櫛形光ビームは、受信機側において、波長分割多重化（ＷＤＭ）の各チャンネルを復調するための参照光ビームとして使用することもできる。特に、本発明がこの応用のために使用される場合、セルフホモダイン検出用のコア１１３は、通信用のコア１１６よりも小さいことが好ましい。この場合、好ましい例においては、セルフホモダイン検出用のコア１１３の直径Φ_ｓと通信用のコア１１６の直径Φ_ｃとの間の関係は、０．７≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦０．９９であってもよく、０．７≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦０．９５であってもよく、そして０．９５≦Φ_ｓ／Φ_ｃ≦０．９９であってもよい。最適なコア直径は、入力光ビーム、ファイバー長さ、ファイバーの分散特性、更に必要なスペクトル数などの条件の考慮の下で設計可能である。

光源１２２からの光ビームは、適切に分波される。分波された光ビームの少なくとも１つは、例えば、セルフホモダイン検出のために、パイロットトーン（パイロット信号）として使用される。パイロットトーン又はパイロット信号は、セルフホモダイン検出期間における位相の基準として使用される信号である。周知の光源が、光源１２２として使用されてもよい。光源１２２の例として、光周波数櫛形発生器を含む光源が存在している。光周波数櫛形発生器を用いることによって、複数の波長信号を容易に発生することができる。パイロットトーンは、遅延ユニット（例えば、遅延回路）によって適切に遅延されてもよい。

通信用の光信号は、変調器１２３によって適切に変調されてもよい。変調器１２３の一例として、位相変調器が存在している。通信用の複数の信号は、信号ガイドユニット１１７によって夫々のコアにガイドされてもよい。光源１２２によって発生された各光ビームは、適切に変調されてもよい。

多重化ユニット１２１の一例として、空間分割多重化ユニット（ＳＤＭ ＭＵＸ）が存在している。空間分割多重化光信号１１１は、複数のパース又は複数のタイプの光信号が伝送ラインになる空間内に存在している場合、光信号を示している。空間分割多重化光通信の例は、ＪＰ１０−３３６１５２Ａ及びＪＰ２００９−２８４３８５Ａに開示されている。

空間分割多重化光信号１１１の一例は、ガウシアンモードにおける光信号、ラゲール・ガウシアンモードにおける光信号、べッセルビーム光信号、エルミート・ガウシアンモードにおける光信号、又はエアリーモードにおける光信号の何れか一つである。スイッチングデバイスを構成する光学素子などの構成要素は、適切に調節可能である。例えば、ガウシアンモードの光信号がモードコンバータ１１３から出力される場合、光信号は、第１の導波管１１７に照射される。次いで、例えば、ラゲール・ガウシアンモード（べッセルビーム光信号、エルミート・ガウシアンモードにおける光信号、又はエアリーモードにおける光信号が使用されてもよい。）の光信号がモードコンバータ１１３から出力される場合、光信号が第２の導波管１１８に照射される。モードの光信号は、例えばＪＰ４８７１３２６及びＪＰ２００３−１３９５１４Ａに開示されている。次に、空間分割多重化光信号のモードは、後で記載されるモード変換によって適切に変換される。

空間分割多重化光信号である、ラゲール・ガウシアンモードの光信号は、ビーム伝搬の中心軸から同心的である、リング状の強度分布を有するモードの光である。加えて、ガウシアンモードは、ビーム伝搬の中心軸における最大の強度を有するモードである。本発明において、ラゲール・ガウシアンモードの光信号については、完全にリング状の強度分布を有する理論的な光信号及びラゲール・ガウシアンモードの光信号であるように決定することが可能である程度に、リング状の強度分布を有する光信号が、ラゲール・ガウシアンモードの光信号に含まれる。この分析は、他のモードに同様に適用される。本発明は、空間分割多重化光信号を発生するための空間分割多重化光信号発生デバイスを含むことも可能であり、そして空間分割多重化光信号発生デバイスによって発生した空間分割多重化光信号を用いたデバイスであることも可能である。空間分割多重化光信号デバイスの一例として、ラゲール・ガウシアンモードの光信号を発生するためのラゲール・ガウシアンモード光信号発生デバイスを含むデバイスと、エルミート・ガウシアンモードの光信号を発生するためのエルミート・ガウシアンモード光信号発生デバイスを含むデバイスが採用されることが可能である。

ベッセルビーム光信号は、ラジアル軸におけるベッセル函数型の電場分布を有する光ビームを示している。ベッセルビーム光信号は、偏向を引き起こすことなく、略一定のビーム径において伝搬する。空間分割多重化光信号デバイスの一例として、ベッセルビーム光信号を発生するためのベッセルビーム光信号発生デバイスを含むデバイスが、採用されることが可能である。エアリーモードの光信号は、その強度分布がエアリー分布に関連している光信号である。エアリーリング状の光信号を出力するための装置は周知である。

多重化ユニット１２１において、セルフホモダイン検出用のパイロットトーンは、複数のコアの任意の一つであるセルフホモダイン検出用のコア１１３にガイドされる。多重化ユニット１２１の光学系は、例えば、パイロットトーンガイドユニット１１４としての機能を有している。

上述した好ましい態様において、空間分割多重化装置は、多重化ユニット１２１と、信号ガイドユニット１１７とを更に含むように構成されている。この多重化ユニット１２１は、通信及びパイロットトーンのためのデータ信号を多重化するための構成要素である。信号ガイドユニット１１７は、多重化ユニット１２１によって多重化された信号の中の通信用のデータ信号を通信用のコア１１６にガイドするための構成要素である。多重化ユニット１２１の光学系は、例えば、信号ガイドユニット１１７としての機能を有する。

マルチコアファイバー１１１を介して伝搬する信号は、例えば、セパレ―ションユニット１３１によって分離される。セパレ―ションユニット１３１の一例は、
空間分割逆多重化ユニット（ＳＤＭ ＤＥ−ＭＵＸ）である。セパレ―ションユニット１３１においては、パイロットトーンは、パイロットトーン用の光学路にガイドされる。次に、パイロットトーンは、セルフホモダイン検出ユニット１１５に到達する。他方、通信用のデータ信号も、セパレ―ションユニット１３１によって分離される。通信用のデータ信号は、セパレ―ションユニット１３１内の通信用の光学路にガイドされる。次に、通信用のデータ信号は、セルフホモダイン検出ユニット１１５に到達する。

セルフホモダイン検出ユニット１１５は、セルフホモダイン検出用のコア１１３から出力されるパイロットトーンを検出して、そしてセルフホモダイン検出を行うための構成要素である。即ち、セルフホモダイン検出ユニット１１５は、基準信号としてパイロットトーンを用いることによって、通信用のデータ信号を復調する。ホモダイン検出は、位相変調法に係る検出技法であり、ここで光キャリア波の周波数及び局部的に発信する光ビームの周波数が互いに等しい場合、信号が干渉によって抽出される。パイロットトーンを使ったセルフホモダイン検出技法は、周知である（例えば、Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, Technical Report. CS, Communication Method 107 (91), 17-22, 2007-06-08）。

本発明に係る空間分割多重化装置１１２は、マルチコアファイバーの各コアの光学路長（それ故、コア間の光学路長差）を正確に制御する。それ故、マルチコアファイバーの各コアの光学路長を調節する光学路長調節ユニットを含むように、送信側装置又は受信機側装置が構成されている実施の形態は、本発明の好ましい実施の形態である。光学路長調節ユニットは、例えば、マルチコアファイバーと他の光学的な構成要素との接続デバイス内に設置される。光学路長差の特定の値として、使用上レーザの性能によれば、各コアの光学路長差は、例えば、１０メータ又はそれ以下、好ましくは、１メータ又はそれ以下、好ましくは、３０センチメータ又はそれ以下、より好ましくは、３センチメータ又はそれ以下に設定される。各コアの光学路長差は、複数のコアの間で最も長い光学路長と最も短い光学路長との間の差を示している。例えば、光学路長調節ユニットは、予めマルチコアファイバーの各コアの光学路長差を測定することが可能であり、そして光学路長調節ユニットはレーザの性能に従って、各コアの光学路長を調節することが可能である。光学路長調節ユニットの一例は、光学的な遅延回路又は光ファイバーである。

安定した動作を実現するために、本発明に係る空間分割多重化装置１１２は各コアの光学路長差をモニターして、そして光学路長差に関する得られた情報に基づいて、光学路長調節ユニットによって調整される各コアの光学路長を制御する。光学路長差のための自動的な調節機構は、例えば、各コアの光学路長差を測定する光学路長調節ユニットと、光学路長測定ユニットによって測定された
各コアの光学路長差を受信する制御ユニットと、制御ユニットからのコマンドに応答して、各コアの光学路長差を調節する光学路長調節ユニットとを含むことが可能である。

複数のコアを有するマルチコアファイバーを含む空間分割多重化装置１１２を用いたセルフホモダイン検出方法がこれ以降説明される。空間分割多重化装置１１２の例は、上記で記載される空間分割多重化装置１１２の一つである。

この方法において、光源１２２からの光ビームは分波される。次に、セルフホモダイン検出用のパイロットトーンは、複数のコアの任意の一つであるセルフホモダイン検出用のコア１１３にガイドされる。他方、分波された光ビームは、多重化され、そして変調信号は光ビーム上に搬送される。パイロットトーン及び多重化された信号は、マルチコアファイバー内へ導入される。次に、パイロットトーン及び空間分割多重化信号は分離され、そして各信号はセルフホモダイン検出ユニット１１５にガイドされる。セルフホモダイン検出ユニット１１５は、セルフホモダイン検出用のコア１１３から出力されるパイロットトーンを検出し、そして基準信号としてのパイロットトーンを用いることによってセルフホモダイン検出を行う。本例において、受信機側又は送信機側は、セルフホモダイン検出用の参照光ビームから、光周波数櫛形光ビームを発生する。次に、各光周波数櫛形信号は、ＷＤＭ信号の各チャンネルを復調するための参照光ビームとして使用される。光周波数櫛形光ビーム発生デバイスは既に公知であるので、周知の光周波数櫛形信号発生デバイスは、参照光ビームを用いた光周波数櫛形光ビームを得るために、使用することが可能である。光周波数櫛形信号発生デバイスの例は、ＪＰ３９３７２３３、ＪＰ４４２３３７２、ＪＰ４７７１２１６、ＪＰ３４４４９５８又はＪＰ２０１１−２２１３６６Ａに開示されている。
光周波数櫛形発生器の一例は、光ファイバーループを含むように構成された光周波数櫛形発生器である。光ファイバーループは、光学的なシングルサイドバンド（ＳＳＢ）変調器と、そこを通って光源からの光が入力される光学的入力ポートと、光を出力する光学的出力ポートとを含むように構成されている。光周波数櫛形信号において、各周波数がシフトされる。それ故、各光周波数櫛形信号は、相当するＷＤＭのチャンネルを復調するための参照光ビームとして使用することができる。

Claims (4)

1. 入力信号Ｒ１を前記入力信号の２個の直交偏光成分Ｒ１ｘ，Ｒ１ｙに分離する第１の偏光ビームスプリッタ（１１）と、
   パイロットトーンＲ０を前記パイロットトーンの２個の直交偏光成分Ｒ０ｘ，Ｒ０ｙに分離する第２の偏光ビームスプリッタ（１３）と
   前記入力信号の前記直交偏光成分の一つＲ１ｘを２個の成分Ｒ１ｘ’に分離する第１のセパレータ（１５）と、
   前記入力信号の他の直交偏光成分の一つＲ１ｙを２個の成分Ｒ１ｙ’に分離する第２のセパレータ（１７）と、
   前記パイロットトーンの直交偏光成分の一つＲ０ｘを２個の成分Ｒ０ｘ’に分離する第３のセパレータ（１９）と、
   前記パイロットトーンの他の直交偏光成分の一つＲ０ｙを２個の成分Ｒ０ｙ’に分離する第４のセパレータ（２１）と、
   Ｒ０ｘ’の偏光をＲ１ｙ’のそれに位置合わせをして、位置合わせされた成分Ｒ０ｘ”を得る第１の９０度偏光ロータ（２３）と、
   Ｒ０ｙ’の偏光をＲ１ｘ’のそれに位置合わせをして、位置合わせされた成分Ｒ０ｙ”を得る第２の９０度偏光ロータ（２５）と、
   前記成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｘ’を結合し、Ｒｃの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第１のハイブリッド検出器（３１）であって、前記Ｒｃは前記成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｘ’の干渉信号であるものと、
   前記成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｙ”を結合し、Ｒｄの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第２のハイブリッド検出器（３３）であって、前記Ｒｄは前記成分Ｒ１ｘ’及びＲ０ｙ”の干渉信号であるものと、
   前記成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｘ”を結合し、Ｒｅの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第３のハイブリッド検出器（３５）であって、前記Ｒｅは前記成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｘ”の干渉信号であるものと、
   前記成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｙ’を結合し、Ｒｆの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第４のハイブリッド検出器（３７）であって、前記Ｒｆは前記成分Ｒ１ｙ’及びＲ０ｙ”の干渉信号であるものと、
   Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ及びＲｆの実部と虚部を受信して、複素信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する信号プロセッサー（３９）であって、前記Ｒｘ及びＲｙは、前記入力信号Ｒ１を発生すべく使用される情報信号に相当するもの、
   を含むセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機。
2. 前記第１のハイブリッド検出器（３１）は、９０度ハイブリッド４１と、平衡構成における第１の組の２個のフォトディテクタ（４３ａ）と、平衡構成における第２の組の２個のフォトディテクタ（４３ｂ）とを含み、
   前記９０度ハイブリッド４１は、
   Ｒ１ｘ’を２個の成分Ｒ１ｘ’ａ及びＲ１ｘ’ｂに分割する第１のスプリッタ（５１）と、
   Ｒ０ｘ’を２個の成分Ｒ０ｘ’ａ及びＲ０ｘ’ｂに分割する第２のスプリッタ（５３）と、
   Ｒ１ｘ’ａの位相を９０度だけシフトさせ、位相がシフトされた信号Ｒ１ｘ’ａ’を得る９０度移相器（５５）と、
   前記信号Ｒ０ｘ’ａ及び前記位相がシフトされた信号Ｒ１ｘ’ａ’を組み合わせて、夫々ｊＲ０ｘ’ａ＋ｊＲ１ｘ’ａ’及び−Ｒ０ｘ’ａ＋Ｒ１ｘ’ａ’に比例している、光信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂを発生する第１の２ｘ２カップラー（５７）と、
   前記信号Ｒ１ｘ’ｂ及び前記信号Ｒ０ｘ’ｂを組み合わせて、夫々ｊＲ１ｘ’ｂ−Ｒ０ｘ’ｂ及び−Ｒ１ｘ’ｂ＋ｊＲ０ｘ’ｂに比例している光信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂを発生する第２の２ｘ２カップラー（５９）と、
   前記第１の組の２個のフォトディテクタ４３ａは、前記電気信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂを検出して、そして第１の電気信号Ｒｃｒを出力し、Ｒｃｒは前記光信号Ｒ１ｘａ及びＲ１ｘｂの瞬時電力の間の差から生じ、Ｒ１ｘ’ａ’×Ｒ０ｘ’ａ^＊の実部に比例しており、
   前記第２の組の２個のフォトディテクタ４３ｂは、前記信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂを検出して、そして第２の電気信号Ｒｃｉを出力し、Ｒｃｉは前記光信号Ｒ０ｘａ及びＲ０ｘｂの瞬時電力の間の差から生じ、Ｒ１ｘ’ｂ×Ｒ０ｘ’ｂ^＊の虚部に比例しており、
   前記Ｒｃｒは前記Ｒｃの実部であり、前記ＲｃｉはＲｃの虚部である
   請求項１項に記載のセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機。
3. 入力信号Ｒ１を２個の成分Ｒ１’に分離する第６のセパレータ（６１）と、
   パイロットトーンＲ０を２個の成分Ｒ０’に分離する第７のセパレータ（６３）と、
   前記成分Ｒ０’の偏光を９０度だけ変更して位置合わせされた成分Ｒ０”を得る第３の９０度偏光ロータ（６５）と、
   前記成分Ｒ１’及びＲ０’を結合し、Ｒａの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第５のハイブリッド検出器（６７）であって、前記Ｒａは、前記成分Ｒ１’及びＲ０’の干渉信号であるものと、
   前記成分Ｒ１’及びＲ０”を結合し、Ｒｂの実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第６のハイブリッド検出器（６９）であって、前記Ｒｂは、前記成分Ｒ１’及びＲ０”の干渉信号であるものと、
   Ｒａ及びＲｂの前記実部及び虚部を受信し、複素信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する信号プロセッサー（７１）であって、前記Ｒｘ及びＲｙは、前記入力信号Ｒ１を発生すべく使用される情報信号に相当するもの、
   を含むセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機。
4. 入力信号Ｒ１を２個の成分Ｒ１’に分離する第６のセパレータ（６１）と
   パイロットトーンＲ０を２個の成分Ｒ０’に分離する第７のセパレータ（６３）と、
   前記成分Ｒ１’の偏光を９０度だけ変更して位置合わせされた成分Ｒ１”を得る、第４の９０度偏光ロータ（６５ｂ）と、
   前記成分Ｒ１’及びＲ０’を結合し、Ｒａ’の実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第７のハイブリッド検出器（６７ｂ）であって、前記Ｒａ’は、前記成分Ｒ１’及びＲ０’の干渉信号であるものと、
   前記成分Ｒ１”及びＲ０’を結合し、Ｒｂ’の実部及び虚部に相当する電気信号を出力する第８のハイブリッド検出器（６９ｂ）であって、前記Ｒｂ’は、前記成分Ｒ１”及びＲ０’の干渉信号であるものと、
   Ｒａ’及びＲｂ’の前記実部及び虚部を受信し、複素信号Ｒｘ及びＲｙを再構成する信号プロセッサー（７１ｂ）であるものと、前記Ｒｘ及びＲｙは、前記入力信号Ｒ１を発生すべく使用される情報信号に相当するもの、
   を含むセルフホモダイン検出（ＳＨＤ）受信機。
   
   

Images