JP2000299525A - 光送信器および光通信システム - Google Patents
光送信器および光通信システムInfo
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/501—Structural aspects
- H04B10/503—Laser transmitters
- H04B10/504—Laser transmitters using direct modulation
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B10/50—Transmitters
- H04B10/501—Structural aspects
- H04B10/503—Laser transmitters
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制
するとともに高パワーの信号光を出力することができる
光送信器、および、この光送信器を用いた光通信システ
ムを提供する。 【解決手段】 変調信号源１１は、２０ｋＨｚ以下の周
波数ｆｍの変調信号を電気信号として出力する。半導体
レーザ光源１２は、変調信号源１１から出力された周波
数ｆｍの変調信号により駆動され、その変調信号に応じ
て振幅変調されたレーザ光を出力する。信号源１３は、
送信すべき信号を電気信号として出力する。外部変調器
１４は、半導体レーザ光源１２から出力されたレーザ光
を、信号源１３から出力された電気信号に基づいて振幅
変調し、その振幅変調されたレーザ光を信号光として出
力する。光増幅器１５は、外部変調器１４から出力され
た信号光を光増幅して、その光増幅された信号光を光伝
送路２０へ出力する。
するとともに高パワーの信号光を出力することができる
光送信器、および、この光送信器を用いた光通信システ
ムを提供する。 【解決手段】 変調信号源１１は、２０ｋＨｚ以下の周
波数ｆｍの変調信号を電気信号として出力する。半導体
レーザ光源１２は、変調信号源１１から出力された周波
数ｆｍの変調信号により駆動され、その変調信号に応じ
て振幅変調されたレーザ光を出力する。信号源１３は、
送信すべき信号を電気信号として出力する。外部変調器
１４は、半導体レーザ光源１２から出力されたレーザ光
を、信号源１３から出力された電気信号に基づいて振幅
変調し、その振幅変調されたレーザ光を信号光として出
力する。光増幅器１５は、外部変調器１４から出力され
た信号光を光増幅して、その光増幅された信号光を光伝
送路２０へ出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号光を送出する
光送信器、および、この光送信器を用いた光通信システ
ムに関するものである。
光送信器、および、この光送信器を用いた光通信システ
ムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムは、信号光を出力する光
送信器と、その信号光を伝送する光ファイバ等の光伝送
路と、この光伝送路により伝送された信号光を受信する
光受信器とを備えて構成される。光伝送路を伝送する信
号光のパワーが大きいと、その光伝送路において非線形
光学現象が生じ、これに因り信号光の波形が劣化し、光
受信器において受信誤りが生じ易くなる。それ故、非線
形光学現象の発生を抑圧して、信号光の波形劣化を防止
することが重要である。
送信器と、その信号光を伝送する光ファイバ等の光伝送
路と、この光伝送路により伝送された信号光を受信する
光受信器とを備えて構成される。光伝送路を伝送する信
号光のパワーが大きいと、その光伝送路において非線形
光学現象が生じ、これに因り信号光の波形が劣化し、光
受信器において受信誤りが生じ易くなる。それ故、非線
形光学現象の発生を抑圧して、信号光の波形劣化を防止
することが重要である。
【０００３】光ファイバ中の非線形光学現象には種々の
ものがあり、その１つが誘導ブリルアン散乱（stimulat
ed Brillouin scattering、以下では「ＳＢＳ」と言
う）である。例えば、文献１「Y. K. Park, et al., "A
5 Gb/s Repeaterless Transmission System Using Erb
ium-Doped Fiber Amplifiers", IEEE Photon. Technol.
Lett., Vol.5, No.1, pp.79-82 (1993)」には、ＳＢＳ
発現と伝送特性劣化との関係を実験によって検証した結
果が記載されている。
ものがあり、その１つが誘導ブリルアン散乱（stimulat
ed Brillouin scattering、以下では「ＳＢＳ」と言
う）である。例えば、文献１「Y. K. Park, et al., "A
5 Gb/s Repeaterless Transmission System Using Erb
ium-Doped Fiber Amplifiers", IEEE Photon. Technol.
Lett., Vol.5, No.1, pp.79-82 (1993)」には、ＳＢＳ
発現と伝送特性劣化との関係を実験によって検証した結
果が記載されている。
【０００４】このＳＢＳの発生を抑圧する技術は、例え
ば、文献２「S. K. Korotky, et al., "Efficient Phas
e Modulation Scheme for Suppressing Stimulated Bri
llouin Scattering", IOOC'95, WD2-1 (1995)」、文献
３「D. A. Fishman, et al.,"Degradations Due to Sti
mulated Brillouin Scattering in Multigigabit Inten
sity-Modulated Fiber-Optic System", J. Lightwave T
echnol., Vol.11, No.11, pp.1721-1728 (1993)」、文
献４「T. Sugie, et al., "Transmission Limitations
of CPFSK Coherent Lightwave Systems Due to Stimula
ted Brillouin Scattering in Optical Fiber", J. Lig
htwave Technol., Vol.9, No.9, pp.1145-1155 (199
1)」、および、文献５「L. Eskildsen, et al., "Stimu
lated Brillouin scattering suppression with low re
sidual AM using a novel temperature wavelength-dit
hered DFB laser diode", Electron. Lett., Vol.32, N
o.15,pp.1387-1388 (1996)」などに記載されている。
ば、文献２「S. K. Korotky, et al., "Efficient Phas
e Modulation Scheme for Suppressing Stimulated Bri
llouin Scattering", IOOC'95, WD2-1 (1995)」、文献
３「D. A. Fishman, et al.,"Degradations Due to Sti
mulated Brillouin Scattering in Multigigabit Inten
sity-Modulated Fiber-Optic System", J. Lightwave T
echnol., Vol.11, No.11, pp.1721-1728 (1993)」、文
献４「T. Sugie, et al., "Transmission Limitations
of CPFSK Coherent Lightwave Systems Due to Stimula
ted Brillouin Scattering in Optical Fiber", J. Lig
htwave Technol., Vol.9, No.9, pp.1145-1155 (199
1)」、および、文献５「L. Eskildsen, et al., "Stimu
lated Brillouin scattering suppression with low re
sidual AM using a novel temperature wavelength-dit
hered DFB laser diode", Electron. Lett., Vol.32, N
o.15,pp.1387-1388 (1996)」などに記載されている。
【０００５】これらの文献に記載されたＳＢＳ抑圧技術
は、光源である半導体レーザ光源から出力されるレーザ
光に位相変調または周波数変調することが基本となって
いる。この位相変調または周波数変調されたレーザ光に
高速の信号を重畳したものを信号光として、この信号光
を光伝送路に伝送させることになる。特に、上記文献５
に記載されたＳＢＳ抑圧技術は、位相変調をかけること
によりＳＢＳを抑圧しようとするものであるが、この位
相変調の際に同時に生じる振幅変調をできる限り小さく
するために、半導体レーザ光源に特殊な構造を設けて、
この半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の振幅変
調を充分に低減したものである。
は、光源である半導体レーザ光源から出力されるレーザ
光に位相変調または周波数変調することが基本となって
いる。この位相変調または周波数変調されたレーザ光に
高速の信号を重畳したものを信号光として、この信号光
を光伝送路に伝送させることになる。特に、上記文献５
に記載されたＳＢＳ抑圧技術は、位相変調をかけること
によりＳＢＳを抑圧しようとするものであるが、この位
相変調の際に同時に生じる振幅変調をできる限り小さく
するために、半導体レーザ光源に特殊な構造を設けて、
この半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の振幅変
調を充分に低減したものである。
【０００６】従来のＳＢＳ抑圧技術における光送信器
は、図２に示すように、周波数ｆｍの変調信号を出力す
る変調信号源１と、この変調信号に基づいて位相変調ま
たは周波数変調されたレーザ光を出力する半導体レーザ
光源２と、送信すべき信号を出力する信号源３と、半導
体レーザ光源２から出力されたレーザ光を信号源３から
出力された信号に基づいて振幅変調しその振幅変調され
たレーザ光を信号光として出力する外部変調器４と、こ
の外部変調器４から出力された信号光を光増幅して出力
する光増幅器５とを備えて構成されている。
は、図２に示すように、周波数ｆｍの変調信号を出力す
る変調信号源１と、この変調信号に基づいて位相変調ま
たは周波数変調されたレーザ光を出力する半導体レーザ
光源２と、送信すべき信号を出力する信号源３と、半導
体レーザ光源２から出力されたレーザ光を信号源３から
出力された信号に基づいて振幅変調しその振幅変調され
たレーザ光を信号光として出力する外部変調器４と、こ
の外部変調器４から出力された信号光を光増幅して出力
する光増幅器５とを備えて構成されている。
【０００７】半導体レーザ光源２は、変調信号源１によ
って変調されたバイアス電圧すなわち駆動電流に従って
活性層の屈折率が変化し位相変調または周波数変調を受
けるが、同時に振幅変調も伴うことになる。図３に示す
ように、振幅変調の周期は、位相変調または周波数変調
と同様に１／ｆｍである。図３において、半導体レーザ
光源２から出力されるレーザ光の平均パワーをＰ1で示
し、そのレーザ光の変調振幅をａ1で示している。変調
度はａ1／Ｐ1である。
って変調されたバイアス電圧すなわち駆動電流に従って
活性層の屈折率が変化し位相変調または周波数変調を受
けるが、同時に振幅変調も伴うことになる。図３に示す
ように、振幅変調の周期は、位相変調または周波数変調
と同様に１／ｆｍである。図３において、半導体レーザ
光源２から出力されるレーザ光の平均パワーをＰ1で示
し、そのレーザ光の変調振幅をａ1で示している。変調
度はａ1／Ｐ1である。
【０００８】もし、駆動電流により直接変調されなけれ
ば、半導体レーザ光源２から出力されるレーザ光のスペ
クトルは、図４（ａ）に示すように中心周波数ｆ0を含
む狭帯域のものである。しかし、直接変調されることに
より、半導体レーザ光源２内の導波層の屈折率が変化し
てチャーピングが起こることから、半導体レーザ光源２
から出力されるレーザ光のスペクトルは、図４（ｂ）に
示すように中心周波数ｆ0を含む広帯域のものとなる。
そして、このレーザ光のスペクトル幅の拡大により、Ｓ
ＢＳの発現の抑制が可能となる。
ば、半導体レーザ光源２から出力されるレーザ光のスペ
クトルは、図４（ａ）に示すように中心周波数ｆ0を含
む狭帯域のものである。しかし、直接変調されることに
より、半導体レーザ光源２内の導波層の屈折率が変化し
てチャーピングが起こることから、半導体レーザ光源２
から出力されるレーザ光のスペクトルは、図４（ｂ）に
示すように中心周波数ｆ0を含む広帯域のものとなる。
そして、このレーザ光のスペクトル幅の拡大により、Ｓ
ＢＳの発現の抑制が可能となる。
【０００９】また、半導体レーザ光源２から出力される
レーザ光のパワーは小さく、また、外部変調器４から出
力される信号光のパワーも小さいことから、この信号光
は光増幅器５により光増幅されて、その光増幅された信
号光が光伝送路６に送出される。光増幅器５から出力さ
れる信号光は、図５に示すように、半導体レーザ光源２
から出力されたレーザ光の平均パワーＰ1より大きい平
均パワーＰ2であって、変調振幅がａ2であり、変調度が
ａ2／Ｐ2である。なお、図５に示す波形では、信号源３
による変調成分が省略されている。
レーザ光のパワーは小さく、また、外部変調器４から出
力される信号光のパワーも小さいことから、この信号光
は光増幅器５により光増幅されて、その光増幅された信
号光が光伝送路６に送出される。光増幅器５から出力さ
れる信号光は、図５に示すように、半導体レーザ光源２
から出力されたレーザ光の平均パワーＰ1より大きい平
均パワーＰ2であって、変調振幅がａ2であり、変調度が
ａ2／Ｐ2である。なお、図５に示す波形では、信号源３
による変調成分が省略されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の光送信器
の光増幅器５から伝送路６へ送出される信号光は、平均
パワーがＰ2で変調振幅がａ2の振幅変調されたものであ
り、最大パワーＰmaxがＰ2＋ａ2となる。もし、この最
大パワーＰmaxが或る閾値より大きいと、光伝送路６に
おいて非線形光学現象（四光波混合、自己位相変調な
ど）が発生し、図６に示すように、長距離を伝送した後
では光伝送路６の分散の影響に因り信号光の波形劣化が
顕著になる。したがって、時間軸に対して周期１／ｆｍ
で波形劣化が大きい領域と小さい領域とが交互に現れる
ことになる。
の光増幅器５から伝送路６へ送出される信号光は、平均
パワーがＰ2で変調振幅がａ2の振幅変調されたものであ
り、最大パワーＰmaxがＰ2＋ａ2となる。もし、この最
大パワーＰmaxが或る閾値より大きいと、光伝送路６に
おいて非線形光学現象（四光波混合、自己位相変調な
ど）が発生し、図６に示すように、長距離を伝送した後
では光伝送路６の分散の影響に因り信号光の波形劣化が
顕著になる。したがって、時間軸に対して周期１／ｆｍ
で波形劣化が大きい領域と小さい領域とが交互に現れる
ことになる。
【００１１】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現
を抑制するとともに高パワーの信号光を出力することが
できる光送信器、および、この光送信器を用いた光通信
システムを提供することを目的とする。
れたものであり、非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現
を抑制するとともに高パワーの信号光を出力することが
できる光送信器、および、この光送信器を用いた光通信
システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光送信器
は、(1) 所定周波数の変調信号を電気信号として出力す
る変調信号源と、(2) 変調信号源から出力された変調信
号により駆動され、変調信号に応じて変調されたレーザ
光を出力する半導体レーザ光源と、(3) 送信すべき信号
を電気信号として出力する信号源と、(4) 半導体レーザ
光源から出力されたレーザ光を、信号源から出力された
電気信号に基づいて振幅変調し、その振幅変調されたレ
ーザ光を信号光として出力する外部変調器と、(5) 外部
変調器から出力された信号光を光増幅して出力する光増
幅器とを備えることを特徴とする。そして、光増幅器に
入力したレーザ光の所定周波数の振幅変調の変調度に対
して、光増幅器から出力された信号光の所定周波数の振
幅変調の変調度の比が６０％以下であることを特徴とす
る。このとき、上記所定周波数は２０ｋＨｚ以下である
のが好適である。或いは、上記所定周波数が２０ｋＨｚ
以下であって、光増幅器から出力された信号光の所定周
波数の振幅変調の変調度が１０％以下であることを特徴
とする。
は、(1) 所定周波数の変調信号を電気信号として出力す
る変調信号源と、(2) 変調信号源から出力された変調信
号により駆動され、変調信号に応じて変調されたレーザ
光を出力する半導体レーザ光源と、(3) 送信すべき信号
を電気信号として出力する信号源と、(4) 半導体レーザ
光源から出力されたレーザ光を、信号源から出力された
電気信号に基づいて振幅変調し、その振幅変調されたレ
ーザ光を信号光として出力する外部変調器と、(5) 外部
変調器から出力された信号光を光増幅して出力する光増
幅器とを備えることを特徴とする。そして、光増幅器に
入力したレーザ光の所定周波数の振幅変調の変調度に対
して、光増幅器から出力された信号光の所定周波数の振
幅変調の変調度の比が６０％以下であることを特徴とす
る。このとき、上記所定周波数は２０ｋＨｚ以下である
のが好適である。或いは、上記所定周波数が２０ｋＨｚ
以下であって、光増幅器から出力された信号光の所定周
波数の振幅変調の変調度が１０％以下であることを特徴
とする。
【００１３】この光送信器によれば、半導体レーザ光源
から出力されるレーザ光は、所定周波数（好適には２０
ｋＨｚ以下）の変調信号で振幅変調されたものである。
このレーザ光は外部変調器において信号成分が重畳され
て信号光となり、この信号光は、光増幅器により光増幅
されて出力される。そして、光増幅器に入力したレーザ
光の所定周波数の振幅変調の変調度に対して、光増幅器
から出力された信号光の所定周波数の振幅変調の変調度
の比が６０％以下であることにより、或いは、光増幅器
から出力された信号光の所定周波数の振幅変調の変調度
が１０％以下であることにより、光送信器の後段に接続
される光伝送路における非線形光学現象（特にＳＢＳ）
の発現を抑制することができ、高パワーの信号光を出力
することができる。
から出力されるレーザ光は、所定周波数（好適には２０
ｋＨｚ以下）の変調信号で振幅変調されたものである。
このレーザ光は外部変調器において信号成分が重畳され
て信号光となり、この信号光は、光増幅器により光増幅
されて出力される。そして、光増幅器に入力したレーザ
光の所定周波数の振幅変調の変調度に対して、光増幅器
から出力された信号光の所定周波数の振幅変調の変調度
の比が６０％以下であることにより、或いは、光増幅器
から出力された信号光の所定周波数の振幅変調の変調度
が１０％以下であることにより、光送信器の後段に接続
される光伝送路における非線形光学現象（特にＳＢＳ）
の発現を抑制することができ、高パワーの信号光を出力
することができる。
【００１４】特に、光増幅器はエルビウム添加光ファイ
バ増幅器であることを特徴とする。この場合には、光増
幅器の増幅用光ファイバにおける反転分布の応答特性が
比較的低速であるので、本発明を適用するのに好適であ
る。
バ増幅器であることを特徴とする。この場合には、光増
幅器の増幅用光ファイバにおける反転分布の応答特性が
比較的低速であるので、本発明を適用するのに好適であ
る。
【００１５】本発明に係る光通信システムは、信号光を
出力する上記の光送信器と、この光送信器から出力され
た信号光を伝送する光伝送路と、この光伝送路により伝
送された信号光を受信する光受信器とを備えることを特
徴とする。この光通信システムによれば、光送信器から
出力された信号光は、光伝送路を経て光受信器に到達し
受信される。上記の光送信器を採用したことにより、光
伝送路における非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を
抑制することができ、高パワーの信号光を伝送すること
ができるので、光受信器における受信誤りが低減され
る。
出力する上記の光送信器と、この光送信器から出力され
た信号光を伝送する光伝送路と、この光伝送路により伝
送された信号光を受信する光受信器とを備えることを特
徴とする。この光通信システムによれば、光送信器から
出力された信号光は、光伝送路を経て光受信器に到達し
受信される。上記の光送信器を採用したことにより、光
伝送路における非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を
抑制することができ、高パワーの信号光を伝送すること
ができるので、光受信器における受信誤りが低減され
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
【００１７】先ず、本発明を想到するに到った経緯につ
いて説明する。信号光が光増幅器に入力したとき、その
入力した信号光の変調波形（変調信号源１による周波数
ｆｍの変調成分）に対する光増幅器の応答は、信号光入
力時の光増幅器のレーザ媒質における反転分布（利得係
数）の時間的な振る舞いに帰着される。光増幅器のレー
ザ媒質における反転分布の応答速度は、 τeff＝τ／(１＋Ｉ／Ｉs＋Ｉp／Ｉpth) なる式で表されるレーザ媒質の実効的な上準位の寿命τ
effにより支配される。ここで、τは光が存在しないと
きの上準位の寿命であり、Ｉは入力信号光の強度であ
り、Ｉsは飽和強度であり、Ｉpは励起光強度であり、Ｉ
pthは光増幅器のレーザ媒質が透明になる閾値励起光強
度である。
いて説明する。信号光が光増幅器に入力したとき、その
入力した信号光の変調波形（変調信号源１による周波数
ｆｍの変調成分）に対する光増幅器の応答は、信号光入
力時の光増幅器のレーザ媒質における反転分布（利得係
数）の時間的な振る舞いに帰着される。光増幅器のレー
ザ媒質における反転分布の応答速度は、 τeff＝τ／(１＋Ｉ／Ｉs＋Ｉp／Ｉpth) なる式で表されるレーザ媒質の実効的な上準位の寿命τ
effにより支配される。ここで、τは光が存在しないと
きの上準位の寿命であり、Ｉは入力信号光の強度であ
り、Ｉsは飽和強度であり、Ｉpは励起光強度であり、Ｉ
pthは光増幅器のレーザ媒質が透明になる閾値励起光強
度である。
【００１８】光増幅器５に入力する信号光の振幅変調
（変調信号源１による変調成分）の周波数ｆｍが低い場
合、すなわち、振幅変調の周期１／ｆｍが実効的な上準
位の寿命τeffより長い場合には、光増幅器５における
反転分布（利得係数）は入力信号光の強度の変化に追随
することができる。その結果、光増幅器５から出力され
る信号光は、図７（ａ）に示すように、変調度が低下
し、或いは、変調振幅が略零となって連続光となり得
る。
（変調信号源１による変調成分）の周波数ｆｍが低い場
合、すなわち、振幅変調の周期１／ｆｍが実効的な上準
位の寿命τeffより長い場合には、光増幅器５における
反転分布（利得係数）は入力信号光の強度の変化に追随
することができる。その結果、光増幅器５から出力され
る信号光は、図７（ａ）に示すように、変調度が低下
し、或いは、変調振幅が略零となって連続光となり得
る。
【００１９】一方、光増幅器５に入力する信号光の振幅
変調（変調信号源１による変調成分）の周波数ｆｍが高
い場合、すなわち、振幅変調の周期１／ｆｍが実効的な
上準位の寿命τeffより短い場合には、光増幅器５にお
ける反転分布（利得係数）は入力信号光の強度の変化に
追随することができなくなる。すなわち、光増幅器５
は、入力信号光の平均強度に応じて略一定の利得係数を
有することになる。その結果、図７（ｂ）に示すよう
に、光増幅器５から出力される信号光の変調度は、光増
幅器５に入力する信号光の変調度と比べて殆ど変わらな
いことになる。
変調（変調信号源１による変調成分）の周波数ｆｍが高
い場合、すなわち、振幅変調の周期１／ｆｍが実効的な
上準位の寿命τeffより短い場合には、光増幅器５にお
ける反転分布（利得係数）は入力信号光の強度の変化に
追随することができなくなる。すなわち、光増幅器５
は、入力信号光の平均強度に応じて略一定の利得係数を
有することになる。その結果、図７（ｂ）に示すよう
に、光増幅器５から出力される信号光の変調度は、光増
幅器５に入力する信号光の変調度と比べて殆ど変わらな
いことになる。
【００２０】なお、図７（ａ）および（ｂ）それぞれに
示す波形では、信号源３による変調成分が省略されてい
る。
示す波形では、信号源３による変調成分が省略されてい
る。
【００２１】また、実効的な上準位の寿命τeffの式か
ら判るように、入力信号光強度Ｉが飽和強度Ｉsより充
分に小さい場合には、入力信号光強度Ｉの変化は、実効
的な上準位の寿命τeffの値に寄与することは殆ど無い
ので、無視することができ、問題とはならない。しか
し、入力信号光強度Ｉが飽和強度Ｉsと同程度またはこ
れ以上である場合、すなわち、飽和領域付近で光増幅器
５を動作させる場合には、入力信号光強度Ｉの変化は、
実効的な上準位の寿命τeffの値に大きく寄与するの
で、問題となる。ＳＢＳが問題となる光通信システムで
は、通常、飽和領域付近で光増幅器５を動作させるので
問題となる。
ら判るように、入力信号光強度Ｉが飽和強度Ｉsより充
分に小さい場合には、入力信号光強度Ｉの変化は、実効
的な上準位の寿命τeffの値に寄与することは殆ど無い
ので、無視することができ、問題とはならない。しか
し、入力信号光強度Ｉが飽和強度Ｉsと同程度またはこ
れ以上である場合、すなわち、飽和領域付近で光増幅器
５を動作させる場合には、入力信号光強度Ｉの変化は、
実効的な上準位の寿命τeffの値に大きく寄与するの
で、問題となる。ＳＢＳが問題となる光通信システムで
は、通常、飽和領域付近で光増幅器５を動作させるので
問題となる。
【００２２】以上に述べたことを実験により確認した。
図８は、半導体レーザ光源２から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を２０％としたと
きのスペクトルを説明する図であり、同図（ａ）は、光
増幅器５に入力するレーザ光のスペクトルを示し、同図
（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光のスペクト
ルを示す。この図から判るように、光増幅器５から出力
された信号光では、変調周波数ｆｍに対応するサイドバ
ンド成分が消失している。また、図９は、半導体レーザ
光源２から出力されるレーザ光の変調周波数ｆｍを７ｋ
Ｈｚおよび２０ｋＨｚとし変調度を２０％としたときの
スペクトルを説明する図であり、同図（ａ）は、光増幅
器５に入力するレーザ光のスペクトルを示し、同図
（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光のスペクト
ルを示す。この図から判るように、光増幅器５から出力
された信号光では、変調周波数７ｋＨｚの成分が消失し
ているが、変調周波数２０ｋＨｚの成分が透過してい
る。
図８は、半導体レーザ光源２から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を２０％としたと
きのスペクトルを説明する図であり、同図（ａ）は、光
増幅器５に入力するレーザ光のスペクトルを示し、同図
（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光のスペクト
ルを示す。この図から判るように、光増幅器５から出力
された信号光では、変調周波数ｆｍに対応するサイドバ
ンド成分が消失している。また、図９は、半導体レーザ
光源２から出力されるレーザ光の変調周波数ｆｍを７ｋ
Ｈｚおよび２０ｋＨｚとし変調度を２０％としたときの
スペクトルを説明する図であり、同図（ａ）は、光増幅
器５に入力するレーザ光のスペクトルを示し、同図
（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光のスペクト
ルを示す。この図から判るように、光増幅器５から出力
された信号光では、変調周波数７ｋＨｚの成分が消失し
ているが、変調周波数２０ｋＨｚの成分が透過してい
る。
【００２３】図１０は、半導体レーザ光源２から出力さ
れるレーザ光の変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を
１０％としたときの波形を説明する図であり、同図
（ａ）は、光増幅器５に入力するレーザ光の波形を示
し、同図（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光の
波形を示す。また、図１１は、半導体レーザ光源２から
出力されるレーザ光の変調周波数ｆｍを４０ｋＨｚとし
変調度を１０％としたときの波形を説明する図であり、
同図（ａ）は、光増幅器５に入力するレーザ光の波形を
示し、同図（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光
の波形を示す。これらの図から判るように、変調周波数
ｆｍが１ｋＨｚであるときには、光増幅器５から出力さ
れる信号光の変調度は低下している。これに対して、変
調周波数ｆｍが４０ｋＨｚであるときには、光増幅器５
から出力される信号光の変調度は、光増幅器５に入力す
るレーザ光の変調度と殆ど変わらない。
れるレーザ光の変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を
１０％としたときの波形を説明する図であり、同図
（ａ）は、光増幅器５に入力するレーザ光の波形を示
し、同図（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光の
波形を示す。また、図１１は、半導体レーザ光源２から
出力されるレーザ光の変調周波数ｆｍを４０ｋＨｚとし
変調度を１０％としたときの波形を説明する図であり、
同図（ａ）は、光増幅器５に入力するレーザ光の波形を
示し、同図（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光
の波形を示す。これらの図から判るように、変調周波数
ｆｍが１ｋＨｚであるときには、光増幅器５から出力さ
れる信号光の変調度は低下している。これに対して、変
調周波数ｆｍが４０ｋＨｚであるときには、光増幅器５
から出力される信号光の変調度は、光増幅器５に入力す
るレーザ光の変調度と殆ど変わらない。
【００２４】図１２は、変調周波数ｆｍと変調度残留量
との関係を示すグラフである。ここで変調度残留量と
は、光増幅器５に入力したレーザ光の周波数ｆｍの振幅
変調の変調度に対する、光増幅器５から出力された信号
光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度の比である。このグ
ラフから判るように、変調周波数ｆｍが小さいほど、変
調度残留度も小さくなる。変調周波数ｆｍが２０ｋＨｚ
以下で変調度残留度は６０％以下となり、変調周波数ｆ
ｍが１０ｋＨｚ以下で変調度残留度は３０％以下とな
り、変調周波数ｆｍが５ｋＨｚ以下で変調度残留度は１
５％以下となる。
との関係を示すグラフである。ここで変調度残留量と
は、光増幅器５に入力したレーザ光の周波数ｆｍの振幅
変調の変調度に対する、光増幅器５から出力された信号
光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度の比である。このグ
ラフから判るように、変調周波数ｆｍが小さいほど、変
調度残留度も小さくなる。変調周波数ｆｍが２０ｋＨｚ
以下で変調度残留度は６０％以下となり、変調周波数ｆ
ｍが１０ｋＨｚ以下で変調度残留度は３０％以下とな
り、変調周波数ｆｍが５ｋＨｚ以下で変調度残留度は１
５％以下となる。
【００２５】図１３は、光増幅器５から伝送路６に信号
光を入射させた場合の入射パワーと反射パワーとの関係
を示す図である。伝送路６は長さ２０ｋｍのシングルモ
ード光ファイバであり、ここでは高速の信号成分はかけ
ていない。また、変調周波数ｆｍを０（変調なし）、１
ｋＨｚおよび５ｋＨｚそれぞれとし、変調度を１０％と
した。このグラフから判るように、変調周波数ｆｍが大
きいほどＳＢＳは起こり難くなっている。
光を入射させた場合の入射パワーと反射パワーとの関係
を示す図である。伝送路６は長さ２０ｋｍのシングルモ
ード光ファイバであり、ここでは高速の信号成分はかけ
ていない。また、変調周波数ｆｍを０（変調なし）、１
ｋＨｚおよび５ｋＨｚそれぞれとし、変調度を１０％と
した。このグラフから判るように、変調周波数ｆｍが大
きいほどＳＢＳは起こり難くなっている。
【００２６】以上より、ＳＢＳの発現を抑制しつつ、正
規の信号成分以外の振幅変調成分（変調信号源１による
変調成分）が低減された信号光を光増幅器５から出力す
る為には、変調信号源１によるレーザ光の変調周波数ｆ
ｍを、レーザ媒質の実効的な上準位の寿命τeffの逆数
より小さくすればよい。また、ＳＢＳ抑圧効果を大きく
する為には、変調信号源１によるレーザ光の変調周波数
ｆｍが大きくすればよい。以上のように、変調信号源１
によるレーザ光の振幅変調の変調周波数ｆｍとして適切
な帯域があることが判った。本発明は以上のような考察
および知見に基づいてなされたものである。
規の信号成分以外の振幅変調成分（変調信号源１による
変調成分）が低減された信号光を光増幅器５から出力す
る為には、変調信号源１によるレーザ光の変調周波数ｆ
ｍを、レーザ媒質の実効的な上準位の寿命τeffの逆数
より小さくすればよい。また、ＳＢＳ抑圧効果を大きく
する為には、変調信号源１によるレーザ光の変調周波数
ｆｍが大きくすればよい。以上のように、変調信号源１
によるレーザ光の振幅変調の変調周波数ｆｍとして適切
な帯域があることが判った。本発明は以上のような考察
および知見に基づいてなされたものである。
【００２７】次に、本実施形態に係る光送信器および光
通信システムの概略構成について説明する。図１は、本
実施形態に係る光送信器および光通信システムの概略構
成図である。本実施形態に係る光通信システムは、光送
信器１０、光伝送路２０および光受信器３０を備えて構
成されている。また、本実施形態に係る光送信器１０
は、変調信号源１１、半導体レーザ光源１２、信号源１
３、外部変調器１４および光増幅器１５を備えて構成さ
れている。
通信システムの概略構成について説明する。図１は、本
実施形態に係る光送信器および光通信システムの概略構
成図である。本実施形態に係る光通信システムは、光送
信器１０、光伝送路２０および光受信器３０を備えて構
成されている。また、本実施形態に係る光送信器１０
は、変調信号源１１、半導体レーザ光源１２、信号源１
３、外部変調器１４および光増幅器１５を備えて構成さ
れている。
【００２８】変調信号源１１は、２０ｋＨｚ以下の周波
数ｆｍの変調信号を電気信号として出力する。半導体レ
ーザ光源１２は、変調信号源１１から出力された周波数
ｆｍの変調信号により駆動され、その変調信号に応じて
位相変調や周波数変調に加え振幅変調されたレーザ光を
出力する。このレーザ光の波長は、例えば１．５５μｍ
帯であるのが好適である。信号源１３は、送信すべき信
号を電気信号として出力する。外部変調器１４は、半導
体レーザ光源１２から出力されたレーザ光を、信号源１
３から出力された電気信号に基づいて振幅変調し、その
振幅変調されたレーザ光を信号光として出力する。
数ｆｍの変調信号を電気信号として出力する。半導体レ
ーザ光源１２は、変調信号源１１から出力された周波数
ｆｍの変調信号により駆動され、その変調信号に応じて
位相変調や周波数変調に加え振幅変調されたレーザ光を
出力する。このレーザ光の波長は、例えば１．５５μｍ
帯であるのが好適である。信号源１３は、送信すべき信
号を電気信号として出力する。外部変調器１４は、半導
体レーザ光源１２から出力されたレーザ光を、信号源１
３から出力された電気信号に基づいて振幅変調し、その
振幅変調されたレーザ光を信号光として出力する。
【００２９】光増幅器１５は、外部変調器１４から出力
された信号光を光増幅して、その光増幅された信号光を
光伝送路２０へ出力する。特に、光増幅器１５は、Ｅｒ
元素等がコア領域に添加された増幅用光ファイバと、こ
の増幅用光ファイバに所定波長の励起光を供給する励起
手段とを有するエルビウム添加光ファイバ増幅器である
のが好適である。光増幅器１５がエルビウム添加光ファ
イバ増幅器である場合には、増幅用光ファイバにおける
反転分布の応答特性が比較的低速であるので、本発明を
適用するのに好適である。
された信号光を光増幅して、その光増幅された信号光を
光伝送路２０へ出力する。特に、光増幅器１５は、Ｅｒ
元素等がコア領域に添加された増幅用光ファイバと、こ
の増幅用光ファイバに所定波長の励起光を供給する励起
手段とを有するエルビウム添加光ファイバ増幅器である
のが好適である。光増幅器１５がエルビウム添加光ファ
イバ増幅器である場合には、増幅用光ファイバにおける
反転分布の応答特性が比較的低速であるので、本発明を
適用するのに好適である。
【００３０】ここで、光増幅器１５から出力された信号
光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度が１０％以下となる
よう調整されている。或いは、光増幅器１５に入力した
レーザ光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度に対して、光
増幅器１５から出力された信号光の周波数ｆｍの振幅変
調の変調度の比が６０％以下となるよう調整されてい
る。
光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度が１０％以下となる
よう調整されている。或いは、光増幅器１５に入力した
レーザ光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度に対して、光
増幅器１５から出力された信号光の周波数ｆｍの振幅変
調の変調度の比が６０％以下となるよう調整されてい
る。
【００３１】そして、光送信器１０の光増幅器１５から
出力された信号光は、光伝送路２０を伝送して光受信器
３０に到達する。光受信器３０は、この到達した信号光
を受信する。このように構成することにより、光送信器
１０から送出され光伝送路２０を経て光受信器３０に到
達する信号光は、Ｇｂｓ以上の伝送の場合であっても、
ＳＢＳの発現が抑圧されたものとなり、良好な信号波形
が維持される。
出力された信号光は、光伝送路２０を伝送して光受信器
３０に到達する。光受信器３０は、この到達した信号光
を受信する。このように構成することにより、光送信器
１０から送出され光伝送路２０を経て光受信器３０に到
達する信号光は、Ｇｂｓ以上の伝送の場合であっても、
ＳＢＳの発現が抑圧されたものとなり、良好な信号波形
が維持される。
【００３２】また、従来の場合には、光送信器１０から
光伝送路２０に入射する信号光のパワーが７ｄＢｍ以上
である場合には、光伝送路２０における非線形光学現象
の発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、このよ
うな場合であっても、ＳＢＳの発現が抑圧されたものと
なり、良好な信号波形が維持される。また、従来の場合
には、光伝送路２０である光ファイバの非線形屈折率を
ｎ2とし実効断面積をＡeffとしたときに、光伝送路２０
の入射端におけるｎ2／Ａeffの値が６×１０- 10／Ｗ以
上である場合にも、光伝送路２０における非線形光学現
象の発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、この
ような場合であっても、ＳＢＳの発現が抑圧されたもの
となり、良好な信号波形が維持される。
光伝送路２０に入射する信号光のパワーが７ｄＢｍ以上
である場合には、光伝送路２０における非線形光学現象
の発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、このよ
うな場合であっても、ＳＢＳの発現が抑圧されたものと
なり、良好な信号波形が維持される。また、従来の場合
には、光伝送路２０である光ファイバの非線形屈折率を
ｎ2とし実効断面積をＡeffとしたときに、光伝送路２０
の入射端におけるｎ2／Ａeffの値が６×１０- 10／Ｗ以
上である場合にも、光伝送路２０における非線形光学現
象の発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、この
ような場合であっても、ＳＢＳの発現が抑圧されたもの
となり、良好な信号波形が維持される。
【００３３】次に、本実施形態に係る光通信システムの
実施例について説明する。本実施例では、光伝送路２０
は、光送信器１０の後段に接続された長さ２００ｋｍの
シングルモード光ファイバまたは長さ２００ｋｍの分散
シフト光ファイバで構成された。また、光送信器１０か
ら光伝送路２０に入射する信号光のパワーを＋１５ｄＢ
ｍとした。そして、光受信器３０に到達する信号光のパ
ワーペナルティを評価した。その結果、変調周波数ｆｍ
が２０ｋＨｚ以下であれば、何れの光ファイバにおいて
も、パワーペナルティが１ｄＢ以下となり、伝送特性が
劣化しないことが確認された。光増幅器１５出力時の変
調度が１０％以下であれば、パワー変動が非線形光学現
象に因る波形劣化と関係しないことが判った。また、変
調度残留度が６０％以下であるような変調周波数ｆｍの
範囲であれば、ＳＢＳ発現を回避することができる程度
まで変調度を大きくしたとしても、低周波変調に因る強
度の差に伴う非線形光学現象の発現に差が生じることな
く、パワーペナルティの増大につながらないことが確認
された。
実施例について説明する。本実施例では、光伝送路２０
は、光送信器１０の後段に接続された長さ２００ｋｍの
シングルモード光ファイバまたは長さ２００ｋｍの分散
シフト光ファイバで構成された。また、光送信器１０か
ら光伝送路２０に入射する信号光のパワーを＋１５ｄＢ
ｍとした。そして、光受信器３０に到達する信号光のパ
ワーペナルティを評価した。その結果、変調周波数ｆｍ
が２０ｋＨｚ以下であれば、何れの光ファイバにおいて
も、パワーペナルティが１ｄＢ以下となり、伝送特性が
劣化しないことが確認された。光増幅器１５出力時の変
調度が１０％以下であれば、パワー変動が非線形光学現
象に因る波形劣化と関係しないことが判った。また、変
調度残留度が６０％以下であるような変調周波数ｆｍの
範囲であれば、ＳＢＳ発現を回避することができる程度
まで変調度を大きくしたとしても、低周波変調に因る強
度の差に伴う非線形光学現象の発現に差が生じることな
く、パワーペナルティの増大につながらないことが確認
された。
【００３４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る光送信器によれば、所定周波数の変調信号（好適に
は２０ｋＨｚ以下）で変調されたレーザ光が半導体レー
ザ光源から出力され、このレーザ光が外部変調器におい
て信号成分が重畳されて信号光となり、この信号光が光
増幅器により光増幅されて出力される。そして、光増幅
器に入力したレーザ光の所定周波数の振幅変調の変調度
に対して、光増幅器から出力された信号光の所定周波数
の振幅変調の変調度の比が６０％以下であることによ
り、或いは、光増幅器から出力された信号光の所定周波
数の振幅変調の変調度が１０％以下であることにより、
光送信器の後段に接続される光伝送路における非線形光
学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制することができ、高
パワーの信号光を出力することができる。
係る光送信器によれば、所定周波数の変調信号（好適に
は２０ｋＨｚ以下）で変調されたレーザ光が半導体レー
ザ光源から出力され、このレーザ光が外部変調器におい
て信号成分が重畳されて信号光となり、この信号光が光
増幅器により光増幅されて出力される。そして、光増幅
器に入力したレーザ光の所定周波数の振幅変調の変調度
に対して、光増幅器から出力された信号光の所定周波数
の振幅変調の変調度の比が６０％以下であることによ
り、或いは、光増幅器から出力された信号光の所定周波
数の振幅変調の変調度が１０％以下であることにより、
光送信器の後段に接続される光伝送路における非線形光
学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制することができ、高
パワーの信号光を出力することができる。
【００３５】また、本発明に係る光通信システムによれ
ば、上記の光送信器を採用したことにより、光伝送路に
おける非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制する
ことができ、高パワーの信号光を伝送することができる
ので、光受信器における受信誤りが低減される。
ば、上記の光送信器を採用したことにより、光伝送路に
おける非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制する
ことができ、高パワーの信号光を伝送することができる
ので、光受信器における受信誤りが低減される。
【図１】本実施形態に係る光送信器および光通信システ
ムの概略構成図である。
ムの概略構成図である。
【図２】従来の光送信器の構成図である。
【図３】従来の光送信器における半導体レーザ光源から
出力される信号光の波形を説明する図である。
出力される信号光の波形を説明する図である。
【図４】従来の光送信器における半導体レーザ光源から
出力される信号光のスペクトルを説明する図である。
出力される信号光のスペクトルを説明する図である。
【図５】従来の光送信器における光増幅器から出力され
る信号光の波形を説明する図である。
る信号光の波形を説明する図である。
【図６】従来の光送信器から出力され長距離伝送した後
の信号光の波形を説明する図である。
の信号光の波形を説明する図である。
【図７】光増幅器の入力信号光および出力信号光それぞ
れの変調度を説明する図である。
れの変調度を説明する図である。
【図８】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の変
調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を２０％としたとき
のスペクトルを説明する図である。
調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を２０％としたとき
のスペクトルを説明する図である。
【図９】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の変
調周波数ｆｍを７ｋＨｚおよび２０ｋＨｚとし変調度を
２０％としたときのスペクトルを説明する図である。
調周波数ｆｍを７ｋＨｚおよび２０ｋＨｚとし変調度を
２０％としたときのスペクトルを説明する図である。
【図１０】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を１０％としたと
きの波形を説明する図である。
変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を１０％としたと
きの波形を説明する図である。
【図１１】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを４０ｋＨｚとし変調度を１０％とした
ときの波形を説明する図である。
変調周波数ｆｍを４０ｋＨｚとし変調度を１０％とした
ときの波形を説明する図である。
【図１２】変調周波数ｆｍと変調度残留量との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１３】光増幅器から伝送路に信号光を入射させた場
合の入射パワーと反射パワーとの関係を示す図である。
合の入射パワーと反射パワーとの関係を示す図である。
１０…光送信器、１１…変調信号源、１２…半導体レー
ザ光源、１３…信号源、１４…外部変調器、１５…光増
幅器、２０…光伝送路、３０…光受信器。
ザ光源、１３…信号源、１４…外部変調器、１５…光増
幅器、２０…光伝送路、３０…光受信器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06
Claims (5)
- 【請求項１】 所定周波数の変調信号を電気信号として
出力する変調信号源と、 前記変調信号源から出力された前記変調信号により駆動
され、前記変調信号に応じて変調されたレーザ光を出力
する半導体レーザ光源と、 送信すべき信号を電気信号として出力する信号源と、 前記半導体レーザ光源から出力された前記レーザ光を、
前記信号源から出力された前記電気信号に基づいて振幅
変調し、その振幅変調された前記レーザ光を信号光とし
て出力する外部変調器と、 前記外部変調器から出力された前記信号光を光増幅して
出力する光増幅器とを備え、 前記光増幅器に入力した前記レーザ光の前記所定周波数
の振幅変調の変調度に対して、前記光増幅器から出力さ
れた前記信号光の前記所定周波数の振幅変調の変調度の
比が６０％以下であることを特徴とする光送信器。 - 【請求項２】 前記所定周波数は２０ｋＨｚ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の光送信器。 - 【請求項３】 ２０ｋＨｚ以下の所定周波数の変調信号
を電気信号として出力する変調信号源と、 前記変調信号源から出力された前記変調信号により駆動
され、前記変調信号に応じて変調されたレーザ光を出力
する半導体レーザ光源と、 送信すべき信号を電気信号として出力する信号源と、 前記半導体レーザ光源から出力された前記レーザ光を、
前記信号源から出力された前記電気信号に基づいて振幅
変調し、その振幅変調された前記レーザ光を信号光とし
て出力する外部変調器と、 前記外部変調器から出力された前記信号光を光増幅して
出力する光増幅器とを備え、 前記光増幅器から出力された前記信号光の前記所定周波
数の振幅変調の変調度が１０％以下であることを特徴と
する光送信器。 - 【請求項４】 前記光増幅器はエルビウム添加光ファイ
バ増幅器であることを特徴とする請求項１または３に記
載の光送信器。 - 【請求項５】 信号光を出力する請求項１または３に記
載の光送信器と、前記光送信器から出力された前記信号
光を伝送する光伝送路と、前記光伝送路により伝送され
た前記信号光を受信する光受信器とを備えることを特徴
とする光通信システム。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11105449A JP2000299525A (ja) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | 光送信器および光通信システム |
| CA002372080A CA2372080A1 (en) | 1999-04-13 | 2000-02-23 | Optical transmitter and optical transmission system comprising the same |
| AU26896/00A AU2689600A (en) | 1999-04-13 | 2000-02-23 | Optical transmitter and optical transmission system comprising the same |
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