JP2000049703A

JP2000049703A - 光２ｒ回路

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Publication number: JP2000049703A
Application number: JP10219170A
Authority: JP
Inventors: Akira Hirano; 章平野; Mikio Yoneyama; 幹夫米山; Naofumi Shimizu; 直文清水; Yoshiaki Yamabayashi; 由明山林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2000-02-18
Anticipated expiration: 2018-08-03
Also published as: JP3472151B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リタイミング手段を含まない簡単な構成で、
超高速信号光の波形歪みや雑音を抑圧し、伝送距離およ
び伝送容量の拡大を可能にする。【解決手段】零分散波長が入力信号光波長に等しい
か、またはやや短波長側にずれた値を有する光ファイバ
に、入力信号光および補助光を入力して四光波混合過程
を誘起する。このような光ファイバでは、入力信号光パ
ワーがある閾値以上になったときに四光波混合光パワー
が急激に大きくなり、その反動で光ファイバ内の入力信
号光パワーが低下し、出力信号光パワーが一定値にクラ
ンプされる。この光リミッタ動作により、入力光信号の
「１」レベルの雑音を抑圧する。そして、このように波
形整形された光信号を電気信号に変換し、さらにこの電
気信号で所定の波長の無変調光を変調することにより、
光電変換器および光変調器の動作速度の限界までの超高
速光信号の再生を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超高速光信号の波
形歪みや雑音を抑圧する光２Ｒ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光伝送システムでは、その伝送媒体であ
る光ファイバのもつ波長分散や、伝送路中に設置された
光増幅器から発生する増幅された自然放出光（ＡＳＥ
光）による干渉雑音等により、光信号の波形および信号
対雑音比が劣化し、最大伝送距離や伝送容量を制限する
要因になっている。従来は、このような光信号の波形歪
みや雑音を抑圧するために光再生中継回路が用いられて
いた。この光再生中継回路は、増幅、識別再生、リタイ
ミングの３Ｒ機能を有している。

【０００３】図１０は、光再生中継回路の構成例を示
す。入力信号光は、光増幅器８１でその光パワーが増幅
され、受光器８２に入力されて電気信号に変換される。
この電気信号は増幅器８３で所定のレベルまで増幅さ
れ、分岐してタイミング抽出回路８４および識別回路８
５に入力される。タイミング抽出回路８４では、狭帯域
フィルタ等を用いて電気信号からクロック成分を抽出す
る。識別回路８５では、タイミング抽出回路８４で抽出
されたクロックにより与えられるタイミングに基づいて
ディジタル信号の識別を行うことにより、波形歪みや雑
音を抑圧する。このようにして波形整形された電気信号
は、駆動回路８６で所定のレベルまで増幅され、光変調
器８７に変調信号として与えられる。光変調器８７は、
この電気信号により光源８８から出力される無変調光を
変調し、光信号の再生を行う。この再生信号光は、光増
幅器８９で次の伝送に必要な光パワーまで増幅され、伝
送用光ファイバに送出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光再生中継回路
において、超高速光信号の識別再生を行うには、超高速
で動作する非常に高価な識別回路、タイミング抽出回
路、増幅器等の電子回路が必要となり、高コスト要因の
一つになっていた。また、タイミング抽出回路８４は、
ある一定のクロック周波数成分しか抽出できないために
ビットレートが固定され、異なるビットレートの信号を
扱う場合には再構成する必要があり、同様に高コスト要
因の一つになっていた。

【０００５】ところで、光増幅器（線形中継器（１
Ｒ））を介して中継伝送する超高速光伝送システムにお
いて、その伝送距離は主に光増幅器の雑音による信号対
雑音比の劣化により制限され、タイミングジッタの増加
による伝送特性の劣化はわずかである。このような場合
には、光信号の波形歪みや雑音の抑圧（波形整形）のた
めにタイミング抽出回路８４を用いたリタイミング処理
を必ずしも必要としない。すなわち、この場合の光再生
中継回路としては、上記３Ｒ機能のうち、増幅および識
別再生の２Ｒ機能が特に必要な機能と言える。

【０００６】本発明は、リタイミング手段を含まない簡
単かつ安価な構成で、超高速光信号の波形歪みや雑音を
抑圧し、伝送距離および伝送容量の拡大を可能にする光
２Ｒ回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光２Ｒ回路は、
零分散波長が入力信号光波長に等しいか、またはやや短
波長側にずれた値を有する光ファイバに、入力信号光お
よび補助光を入力して四光波混合過程を誘起する。この
ような光ファイバでは、入力信号光パワーがある閾値以
上になったときに四光波混合光パワーが急激に大きくな
り、その反動で光ファイバ内の入力信号光パワーが低下
し、出力信号光パワーが一定値にクランプされる。この
光リミッタ動作により、入力光信号の「１」レベルの雑
音が抑圧される。

【０００８】このように光信号の段階で波形整形を行っ
た上で、この光信号を電気信号に変換し、さらにこの電
気信号で所定の波長の無変調光を変調することにより、
光電変換器および光変調器の動作速度の限界までの超高
速光信号の再生を行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の光２Ｒ回路の第１の実施形態を示す。

【００１０】光増幅器１１で増幅された入力信号光と、
補助光源１２から出力された補助光（連続光）は、光合
波器１３で合波して光ファイバ１４に入力される。光フ
ァイバ１４の出力光は光フィルタ１５を介して入力信号
光成分が分離され、さらに光電変換器１６で電気信号に
変換され、光強度変調器１７に変調信号として与えられ
る。光強度変調器１７は、この電気信号により補助光源
１８から出力される無変調光を変調し、再生された光信
号を出力する。

【００１１】光増幅器１１は、エルビウム添加光ファイ
バ型増幅器または半導体光増幅器を用い、入力信号光パ
ワーを光ファイバ１４で四光波混合が十分に起こる程度
まで増幅する。この増幅する光パワーは、四光波混合を
担う光ファイバ１４の有効断面積、零分散波長、波長分
散スロープ、長さにより決定される。入力信号光および
補助光を合波する光合波器１３は、ファイバ融着型光カ
プラ、またはレンズおよびプリズムにより構成される空
間結合系を用いる。

【００１２】光ファイバ１４の零分散波長は、入力信号
光の波長よりもやや短波長側にずれたものを用いる。光
フィルタ１５は、光ファイバ１４を通過してきた入力信
号光成分および補助光成分、光ファイバ１４で四光波混
合過程により発生した四光波混合光成分のうち、入力信
号光成分のみを通過させるものであり、誘電体多層膜フ
ィルタ、グレーティングを用いた反射型の光フィルタ、
帯域反射（透過）型のファイバグレーティング、アレイ
導波路回折格子型光フィルタ等を用いる。補助光源１８
および光強度変調器１７は、集積化したものを用いても
よい。

【００１３】以下、本実施形態において、入力信号光の
波形歪みおよび雑音が抑圧される動作について、図２〜
５を参照して説明する。光ファイバ１４の零分散波長
は、図２に示すように入力信号光の波長よりもやや短波
長側に設定され、入力信号光波長と補助光波長との間に
も所定の波長差が設定される。なお、図２では補助光波
長を入力信号光波長の長波長側に設定しているが、入力
信号光波長の短波長側であってもよい。

【００１４】このような波長配置では、入力信号光の光
パワーに応じた光カー効果により、高い光パワーを入力
したときの四光波混合の位相整合条件が変化し、光ファ
イバ１４の零分散波長が信号光波長に一致しているとき
よりも四光波混合が起こりやすくなる。すなわち、図３
に示すように、入力信号光パワーがある閾値を越えると
急激に四光波混合におけるパラメトリック利得が増大
し、四光波混合光パワーが急激に成長する。一方、入力
信号光の光パワーは、パラメトリック利得により四光波
混合光成分が得た光パワーにほぼ等しい分だけ減少し、
出力信号光パワーが飽和状態となる。

【００１５】このように、光ファイバ１４の零分散波長
を入力信号光波長よりも短波長側に設定すると、入力信
号光パワーに応じた光カー効果の影響が大きく現れ、入
力信号光パワーに対する出力信号光パワーは、図４の
ようにある入力信号光パワーを閾値として飽和特性（リ
ミッタ特性）を示す。

【００１６】なお、入力信号光パワーに対する出力信号
光パワーは、四光波混合が起こらない場合には、図４
に示すようにほぼ線形の依存性を示す。また、四光波混
合光を発生させるために通常用いられる光ファイバの零
分散波長と入力信号光波長を一致させた場合には、入力
信号光パワーに応じた光カー効果の影響は小さく、図４
に示すように逆２乗の依存性を示す。

【００１７】本発明の光２Ｒ回路は、光ファイバ１４の
四光波混合過程によるリミッタ特性と、光強度変調器１
７の非線形な変調特性を組み合わせたものであり、その
波形再生効果について図５を参照して説明する。図５
(1) に示すリミッタ特性（図４と同様）により、入力
信号光の「１」レベルの雑音が抑圧される。この「１」
レベルの雑音が抑圧された光信号を光電変換器１６に入
力し、電気信号に変換する。そして、この「１」レベル
の雑音が抑圧された電気信号で光強度変調器１７を駆動
し、補助光源１８から出力される無変調光を変調する。
このとき、図５(2) に示す光強度変調器１７の非線形な
変調特性の効果が加わる。

【００１８】その結果、光２Ｒ回路としての入出力特性
は、図５(3) に示すように「０」および「１」レベルに
対してリミッタ特性を実現することができる。これによ
り、伝送路を伝搬し、光増幅器で増幅された際に付加さ
れた「１」および「０」レベルの雑音を抑圧することが
できる。図６は、自然放出光雑音が重畳された信号光を
本発明の光２Ｒ回路を用いて波形再生したときの様子を
示す。

【００１９】（第２の実施形態）図７は、本発明の光リ
ミッタ回路の第２の実施形態を示す。入力信号光は、光
増幅器１１、偏波制御器２１−１を介して光合波器１３
に入力される。一方、補助光源１２から出力される補助
光（連続光）は、偏波制御器２１−２を介して光合波器
１３に入力される。光合波器１３で合波された入力信号
光および補助光は、偏光子２２を介して光ファイバ１４
に入力される。光ファイバ１４の出力光は光フィルタ１
５に入力され、入力信号光成分のみが出力される。光増
幅器１１、補助光源１２、光合波器１３、光ファイバ１
４、光フィルタ１５、光電変換器１６、光強度変調器１
７および補助光源１８は、第１の実施形態と同様であ
る。

【００２０】偏波制御器２１−１は、増幅された入力信
号光の光パワーが偏光子２２の出力端で最大になるよう
に、その偏波状態を調整する。偏波制御器２１−２は、
補助光源１２から出力された補助光の光パワーが偏光子
２２の出力端で所定のレベルになるように、その偏波状
態を調整する。これにより、補助光の光パワーを調整で
きるとともに、入力信号光と補助光の偏波状態を一致さ
せて光ファイバ１４に入力させることができ、入力信号
光の偏波状態に依存しない常に安定した動作を実現する
ことができる。

【００２１】（第３の実施形態）図８は、本発明の光リ
ミッタ回路の第３の実施形態を示す。入力信号光は、光
増幅器１１、自動偏波制御器３１を介して偏波保持型光
合波器３２に入力される。一方、偏波保持出力型補助光
源３３から出力される補助光（連続光）は、偏波保持型
光ファイバ３４を介して偏波保持型光合波器３２に入力
される。偏波保持型光合波器３２で合波された入力信号
光および補助光は光ファイバ１４に入力され、さらに光
フィルタ１５を介して入力信号光成分のみが出力され
る。光増幅器１１、光ファイバ１４、光フィルタ１５、
光電変換器１６、光強度変調器１７および補助光源１８
は、第１の実施形態と同様である。

【００２２】自動偏波制御器３１は、増幅された入力信
号光がその出力端で常に直線偏波になるように偏波状態
を調整する。したがって、偏波保持型光合波器３２に入
力される入力信号光および補助光の偏波状態が常に同一
になるように調整することができるので、入力信号光の
偏波状態が変動しても、光ファイバ１４に入力される合
波光の偏波状態は常に一定となる。これにより、入力信
号光の偏波状態に依存しない常に安定した動作を実現す
ることができる。

【００２３】以上説明した第１〜第３の実施形態の光２
Ｒ回路において、光ファイバ１４の零分散波長と入力信
号光波長の波長差を変化させることにより、信号光成分
が飽和する入力信号光パワーの閾値、および入出力特性
の形を変化させることができる。

【００２４】なお、光ファイバ１４の零分散波長と入力
信号光との波長差を調整するには、零分散波長の異なる
光ファイバを用いるか、図９に示すように温度制御器４
１を用い、光ファイバ１４の温度を制御して零分散波長
を変化させればよい。石英を主原料とする光ファイバの
零分散波長は、約0.03ｎｍ／Ｋ程度の温度依存性を有す
る。なお、図９に示す第４の実施形態は、第１の実施形
態の構成に温度制御器４１を付加したものであるが、第
２の実施形態および第３実施例にも同様に適用すること
ができる。

【００２５】ここで、温度制御により光ファイバ１４の
零分散波長を短波長側にずらして零分散波長と入力信号
光波長の波長差を大きくすると、信号光成分が飽和する
入力信号光パワーの閾値が高めに設定され、信号光成分
が飽和する形が急峻になる。逆に、零分散波長を長波長
側にずらして零分散波長と入力信号光波長の波長差を小
さくすると、信号光成分が飽和する入力信号光パワーの
閾値が低めに設定され、信号光成分が飽和する形がなだ
らかになる。このように、光ファイバ１４の温度制御に
より、連続的にリミッタ特性を微調整することができ
る。

【００２６】また、補助光パワーを変化させることによ
り、信号光成分が飽和する形を微調整することができ
る。例えば、補助光パワーを大きくすると、信号光成分
が飽和する入力信号光パワーの閾値が低めに設定され
る。なお、補助光パワーを調整するには、第２の実施形
態では偏波制御器２１−２で偏波状態を調整するか、出
力光パワーを制御できる補助光源１２または偏波保持出
力型補助光源３３を用いればよい。

【００２７】また、入力信号光と補助光の波長差は、接
近させるほど信号光成分が飽和する入力信号光パワーの
閾値を低くすることができる。ただし、光ファイバ１４
の後段に配置される光フィルタ１５で分離できる波長差
が限界となるが、光フィルタ１５として、例えばアレイ
導波路回折格子型光フィルタを用いることにより入力信
号光と補助光の波長差をかなり小さく設定することがで
きる。なお、入力信号光と補助光の波長差を可変調整す
る際には、補助光源１２または偏波保持出力型補助光源
３３として、ＤＦＢレーザまたは外部共振器型の波長可
変レーザを用いて補助光波長を可変させればよい。

【００２８】また、光電変換器１６と光強度変調器１７
との間に増幅器を配置し、光強度変調器１７のバイアス
電圧や駆動振幅を調整することにより、図５(2) に示す
変調特性を雑音抑圧に適した非線形をもつように制御す
ることができる。すなわち、波形再生における「０」、
「１」レベルの雑音抑圧効果を微調整することができ
る。また、光強度変調器１７の駆動振幅やバイアス電圧
を調整することにより、出力信号光のアイダイアグラム
におけるクロスポイントを調整することも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光２Ｒ回
路は、従来の電気回路を使った光再生中継回路よりも簡
単で安価な構成により、高速動作が可能であり、超高速
光信号の波形歪みおよび雑音を十分に抑圧することがで
きる。

【００３０】また、本発明の光２Ｒ回路は、光再生中継
回路のようにリタイミング処理を行う構成ではないの
で、様々のビットレートの光信号に対して適用すること
が可能であり、汎用性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光２Ｒ回路の第１の実施形態を示す
図。

【図２】光ファイバの零分散波長、入力信号光波長、補
助光波長の関係を示す図。

【図３】入力信号光パワーと四光波混合光パワーの関係
を示す図。

【図４】入力信号光パワーと出力信号光パワーの関係を
示す図。

【図５】本発明の光２Ｒ回路の総合的な動作を説明する
図。

【図６】本発明の光２Ｒ回路による波形再生効果を示す
図。

【図７】本発明の光リミッタ回路の第２の実施形態を示
す図。

【図８】本発明の光リミッタ回路の第３の実施形態を示
す図。

【図９】本発明の光リミッタ回路の第４の実施形態を示
す図。

【図１０】光再生中継回路の構成例を示す図。

【符号の説明】

１１光増幅器１２補助光源１３光合波器１４光ファイバ１５光フィルタ１６光電変換器１７光強度変調器１８補助光源２１偏波制御器２２偏光子３１自動偏波制御器３２偏波保持型光合波器３３偏波保持出力型補助光源３４偏波保持型光ファイバ４１温度制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水直文東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者山林由明東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 5K002 AA06 BA02 CA01 CA02 CA05 CA08 CA11 CA13 CA14 CA16 FA01 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号光波長に近接した波長の補助光
を発生する第１の補助光源と、入力信号光および前記補助光を合波する光合波器と、零分散波長が前記入力信号光波長に等しいかまたはやや
短波長側にずれた値を有し、前記光合波器で合波された
入力信号光および補助光を入力して四光波混合過程を誘
起する光ファイバと、前記光ファイバから出力される前記入力信号光、前記補
助光、前記四光波混合過程により発生する四光波混合光
を入力し、信号光成分のみを出力する光フィルタと、前記光フィルタから出力される信号光を電気信号に変換
する光電変換器と、所定の波長の無変調光を出力する第２の補助光源と、前記光電変換器から出力される電気信号により前記無変
調光を変調して再生された光信号を出力する光強度変調
器とを備えたことを特徴とする光２Ｒ回路。
【請求項２】光ファイバで四光波混合過程により信号
光成分の飽和が起こる光パワーまで入力信号光を増幅し
て光合波器に入力する光増幅器を備えたことを特徴とす
る請求項１に記載の光２Ｒ回路。
【請求項３】入力信号光および補助光の偏波状態が一
致するように制御する偏波制御手段を備えたことを特徴
とする請求項１に記載の光２Ｒ回路。
【請求項４】入力信号光の偏波状態を直線偏波に制御
する偏波制御器を備え、第１の補助光源は、前記偏波制御器で制御される直線偏
波と同じ偏波状態の補助光を出力する偏波保持出力型と
し、光合波器は、同じ直線偏波の入力信号光と補助光を合波
する偏波保持型とすることを特徴とする請求項１に記載
の光２Ｒ回路。
【請求項５】光ファイバの温度を制御して零分散波長
を可変させる手段を備えたことを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の光２Ｒ回路。
【請求項６】第１の補助光源は、出力する補助光の波
長または光パワーの少なくとも一方を可変させる手段を
備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の光２Ｒ回路。
【請求項７】光強度変調器を駆動する電気信号の振幅
を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の光２Ｒ回路。
【請求項８】光強度変調器の駆動基準電圧を調整する
バイアス電圧制御回路を備えたことを特徴とする請求項
１〜４のいずれかに記載の光２Ｒ回路。