JP2001183714A - 光波形整形装置 - Google Patents

光波形整形装置

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JP2001183714A
JP2001183714A JP36902299A JP36902299A JP2001183714A JP 2001183714 A JP2001183714 A JP 2001183714A JP 36902299 A JP36902299 A JP 36902299A JP 36902299 A JP36902299 A JP 36902299A JP 2001183714 A JP2001183714 A JP 2001183714A
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light
pulse
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signal
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Noboru Edakawa
登 枝川
Masatoshi Suzuki
正敏 鈴木
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KDDI Corp
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KDDI Corp
KDD Submarine Cable System Co Ltd
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29Repeaters
    • H04B10/291Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/299Signal waveform processing, e.g. reshaping or retiming

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  • Electromagnetism (AREA)
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速に動作する光リミッタ機能を簡易な構成
で実現する。 【解決手段】 光入力ポート10の入力光(波長λs)
は光サーキュレータ12のポートAに入力する。光サー
キュレータ12のポートBから出力される信号光(波長
λs)は、電気吸収型光変調器14の端面14aに入射
する。レーザ光源16は、信号光の波長λsとは異なる
波長λpのCW光を発生する。レーザ光源16の出力光
は電気吸収型光変調器14の別の端面14bに入射す
る。電気吸収型光変調器14は波長λsの信号を、パル
スピークの揃った波長λpの光に変換し、端面14aか
ら光サーキュレータ12のポートBに向けて出力する。
光サーキュレータ12は、電気吸収型光変調器14から
出力される波長λpの光パルスをポートCから可飽和吸
収体18に供給する。可飽和吸収体18は、入力光の消
光比を改善し、出力光ポート20から外部に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光波形整形装置に
関し、より具体的には、高速(例えば、10Gbps以
上)の光パルスのピーク値を一定値に規制可能な光波形
整形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信では、光パルスの有無で
信号を伝送する。入力時には一定であった光パルスのピ
ークが、種々の理由により一定でなくなる。これはパタ
ーン効果と呼ばれる。その波形例を図10に示す。図1
0(a)はピーク値が一定になった光パルス列を示し、
図10(b)はパターン効果によりパルスピーク値が不
揃いになった光パルス列を示す。このようなパターン効
果の原因は、自己位相変調効果、及び、隣接光パルス間
又は波長間の相互変調効果と、伝送用光ファイバの波長
分散との相乗作用である。パターン効果はまた、透過中
心波長がずれた狭帯域光フィルタ、又は、変調帯域が充
分に低域まで延びていない光変調器を使用した場合に
も、生じ得る。パターン効果はアイ開口の劣化につなが
り、符号誤り率を低下させる。
【0003】各光パルスのピーク部分を一定値に規制す
る光リミッタを適用することで、このようなパターン効
果を無くすことができる。この種の光リミッタとして
は、以下の構造のものが知られている。
【0004】特開平10−213821号公報には、同
一基盤上に形成された平行する2本の導波路において、
そのうちの一つの導波路に入力された光強度に応じて導
波路間の結合係数が変化することを利用し、光リミッテ
ィング機能を得る導波路型光リミッタが記載されてい
る。
【0005】特開平9−244075号公報には、光吸
収材料の吸収率を適切に選択することにり光リミッティ
ング機能を得る構成が記載されている。特開平9−24
4074号公報には、特開平9−244075号公報に
記載される光リミッタ素子の前段又は後段に光アンプを
配置する構成が記載され、特開平9−244073号公
報には、特開平9−244075号公報に記載される光
リミッタと特開平9−244074号公報に記載される
光リミッタを多段に接続する構成が記載されている。
【0006】特開平8−160367号公報には、合波
部において光が逆相で結合するよう設定されたマッハツ
エンダ干渉系において、分岐された一方の光路上に過飽
和吸収材料をおいた構成が記載されている。この構成で
は、マッハツエンダ干渉系に強い光が入射した場合に、
過飽和吸収材料の透過率が上昇し、その結果、逆相で合
波される量が増加するので、出力光パワーレベルをリミ
ットできる。
【0007】米国特許第5446573号公報には、光
源、クロック周波数を出力するマルチセクションレーザ
及び複数の位相変調機を含む非線形リング共振器を用い
た全光波形再生装置が記載されている。
【0008】米国特許第5798852号公報には、入
力光信号のクロック周波数と同じ周波数で変調された光
パルス列を、光信号と同時に全光ゲートに入力すること
により、光信号を波形整形する装置構成が記載されてい
る。
【0009】米国特許第5594583号公報及び米国
特許第5513030号公報には、電気吸収型光変調器
に、入力光信号のクロック周波数と同じ周波数で変調さ
れた電気信号を印加し、それにより入力された光信号を
強度変調する波形整形装置が記載されている。
【0010】米国特許第5828478号公報には、伝
送路中に配した強度変調器及び位相変調器と、長距離伝
送で累積する非線形光学効果を利用して光信号の波形を
整形する構成が記載されている。伝送システム全体で波
形整形機能を持つ点が他の技術と大きく異なる。
【0011】これらの他に、学術論文として、以下のも
のがある。すなわち、A.Hirano et a
l,”All-optical limiter ci
rcuit based on four-wave
mixing in optical fiber
s”, Electron Lett., 34, p
p1410−1411, 1998には、光ファイバの
4光子混合を用いた光リミッタが記載されている。Y.
Wang, J.,”Nonlinear opti
cal limiter and digital o
ptical switch by cascaded
nonlinear couplers: anal
ysis”, Lightwave Techno
l., 17, pp292−297, 1999.1
2.19には、非線形方向性結合器の多段接続を用いた
光リミッタが記載されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来例
は、実用上、問題を抱えている。すなわち、特開平10
−213821号公報及びY. Wang, J.の論
文に記載される構成は非線形効果により導波路の伝搬定
数を大きく変化させる必要があるので、効率が悪い。す
なわち、高い入力パワーが必要である。特開平9−24
4073号公報、特開平9−244074号公報及び特
開平9−244075号公報に記載の各構成では、偏光
依存性をなくすために複雑な光学系が必要になる。特開
平8−160367号公報に記載の構成では、干渉系の
波長依存性により動作波長範囲が制限されるので、利用
しにくい。
【0013】米国特許第5446573号公報及び米国
特許第5798852号公報に記載の構成では、構成が
非常に複雑であるだけでなく、非常に多くの光部品を必
要とする。米国特許第5594583号公報及び米国特
許第5513030号公報に記載の構成では、光変調器
により単純に一様に信号光を強度変調しているだけなの
で、リミッティング機能は殆ど期待できない。米国特許
第5828478号公報に記載の構成では、伝送システ
ム全体の特性で波形整形するので、非常に大がかりにな
る。
【0014】A. Hirano他の論文に記載の構成
では、4光子混合を使用するので、効率が悪い。また、
使用する光の変更状態を制御する必要があるので、構造
が複雑になる。
【0015】このように、従来知られた光リミッタ装置
又は波形整形装置のなかには、一連の光パルスのピーク
値を一定値に効率的に規制できる簡易な構成のものは存
在しない。高速応答性も不十分である。
【0016】本発明は、光パルスのピーク値を一定値に
規制できる簡易な構成の光波形整形装置を提示すること
を目的とする。
【0017】本発明はまた、10Gbpsを越えるよう
な高速の光パルスのピークを一定値に規制する光波形整
形装置を提示することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光波形整形
装置は、振幅一定のプローブ光を発生するプローブ光源
と、波長λsの入力信号光と当該プローブ光源から出力
されるプローブ光が入力し、当該入力信号光の信号を当
該プローブ光に転写する信号転写器と、当該信号転写器
の出力光の消光比を改善する消光比改善手段とからなる
ことを特徴とする。信号転写器により入力信号光の信号
を、振幅の揃ったプローブ光に転写し、その後、消光比
改善手段により消光比を改善する。これにより、信号転
写器では、入力信号光の信号を保持できる程度に、プロ
ーブ光の波形を変形すればよくなり、波形変形後のプロ
ーブ光の振幅を一定のままにできる。消光比改善手段に
よる消光比の改善で、信号品質が改善され、全体とし
て、良好な特性の光波形整形装置が得られる。
【0019】信号転写器は例えば、相互吸収飽和特性に
より、当該入力信号光の信号波形を当該プローブ光に転
写する波形転写器からなる。波形転写器は例えば、電気
吸収型光変調器からなる。これにより、10Gbps以
上の高速の入力信号光にも追従できる。
【0020】消光比改善手段は好ましくは可飽和吸収体
からなる。可飽和吸収体は例えば、所定DCバイアスを
印加される電気吸収型光変調器からなる。これにより、
10Gbps以上の高速の信号光でも、消光比を改善で
きる。
【0021】入力信号光を信号転写器に導くと共に、信
号転写器から出力される当該プローブ光を当該消光比改
善手段に供給する光サーキュレータを具備することで、
構造が簡単になる。
【0022】プローブ光源は好ましくは、当該入力信号
光のクロック周波数と同じ周波数の光パルスを発生する
パルス光源を具備する。これにより、出力光パルスの波
形品質も改善できる。
【0023】プローブ光源は更に、当該パルス光源から
出力される光パルスの位相を当該入力信号光に同期させ
る位相同期手段を具備する。位相同期手段は、例えば、
当該消光比改善手段の出力光に従って当該パルス光源の
パルス位相を調整する手段である。これにより、入力信
号光に一定以上のジッタがあっても、支障無く、入力信
号光の信号をプローブ光に変換できる。
【0024】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
【0025】図1は、本発明の第1実施例の概略構成ブ
ロック図を示す。本実施例の構成と動作を説明する。光
入力ポート10には、光伝送路などから、各光パルスの
ピーク値が不揃いになった光パルス列からなる信号光が
入力する。ここでは、信号光の波長をλsとする。光入
力ポート10の入力光(波長λs)は光サーキュレータ
12のポートAに入力する。光ポサーキュレータ12は
3つのポートA,B,Cを具備し、ポートAの入力光を
ポートBから出力し、ポートBの入力光をポートCから
出力する光素子である。
【0026】光サーキュレータ12のポートBから出力
される信号光(波長λs)は、電気吸収型光変調器14
の端面14aに入射する。レーザ光源16は、信号光の
波長λsとは異なる波長λpのCW光(プローブ光)を
発生する。レーザ光源16の出力光は電気吸収型光変調
器14の別の端面14bに入射する。電気吸収型光変調
器14には2Vの直流電圧が印加されている。電気吸収
型光変調器に異なる2つの波長の光を入力すると、電気
吸収型光変調器は、相互吸収飽和特性を示し、一方の波
長の光の波形を他方の波長の光に転写する。これはいわ
ゆる波長変換器としての機能であり、例えば、特開平1
0−78595号公報(又は、米国特許願第08/92
3349号)に詳細に説明されている。波長変換器とし
て使用する場合、充分な消光比を得る必要があることか
ら、電気吸収型光変調器に印加する直流電圧は約3Vと
高いが、本実施例では、この段階での高い消光比を必要
としないので、電気吸収型光変調器14に印加する電圧
は約2Vであり、波長変換器として機能させる場合より
も低い。
【0027】電気吸収型光変調器14により、端面14
aから光サーキュレータ12のポートBに向けて出力さ
れる波長λpの光は、波長λsの信号光のパルス波形に
相似したパルス波形を具備する。但し、電気吸収型光変
調器14に印加される直流電圧が低いので、電気吸収型
光変調器14から出力される波長λpの光パルスの消光
比は、低い。しかし、得られた波長λpの光パルス列の
各光パルスのピーク値は、レーザ光源16の出力光の強
度レベルに応じたものになっているので、一定である。
【0028】電気吸収型光変調器14から出力される波
長λpの光パルスは光サーキュレータ12のポートBに
入力し、そのポートCから可飽和吸収体18に供給され
る。可飽和吸収体18は、周知の通り、入力光の光強度
が大きくなると、飽和吸収により透過率が大きくなる素
子である。即ち、可飽和吸収体18の透過率は、光パル
ス間の低い強度部分では小さく、光パルスの存在する部
分で高くなる。これにより、消光比を改善できる。可飽
和吸収体18は、例えば、2Vの直流電圧を印加した電
気吸収型光変調器からなる。
【0029】可飽和吸収体18を透過した波長λpの光
パルス列は、入力ポート10に入力する波長λsの光パ
ルス列の振幅を一定に揃えたものになっており、目的の
出力光として光出力ポート20から後段の光回路に印加
される。
【0030】各光パルスのピーク値が不揃いになった光
パルス列で本実施例の作用を確認した。図2は、光入力
ポート10に入力する信号光の一波形例を示す。図3
は、電気吸収型光変調器14による波長変換光(変調器
14から光サーキュレータ12のポートBに入力する波
長λpの光)の光パルス波形を示す。図4は、図2に示
す入力光に対する本実施例の出力光の波形を示す。図
2、図3及び図4で、横軸は時間、縦軸は光強度をそれ
ぞれ示す。縦軸の1目盛りは20mVであり、横軸の1
目盛りは200psである。縦軸は、目的の信号光を受
光素子で受光し、その出力に一定のバイアス電圧を付加
して図示してある。
【0031】図2に示す入力信号光のQ値は16dBで
あり、これに対する出力光のQ値は19dBになった。
本実施例により3dB改善されたことになる。図3から
分かるように、低バイアス(本実施例では2V)の電気
吸収型光変調器14による波長変換では、消光比が悪
い。しかし、可飽和吸収体18により低強度部分を抑圧
することにより消光比を改善でき、図4に示すように、
全体としてピーク値の揃った光パルス列を得ることがで
きる。
【0032】参考のため、電気吸収型光変調器14のバ
イアス電圧を1V、3V及び4Vとしたときの、電気吸
収型光変調器14による波長変換光の波形をそれぞれ、
図5、図6及び図7に示す。図5、図6及び図7で、横
軸は時間、縦軸は光強度をそれぞれ示す。縦軸の1目盛
りは20mVであり、横軸の1目盛りは200psであ
る。縦軸は、目的の信号光を受光素子で受光し、その出
力に一定のバイアス電圧を付加して図示してある。
【0033】図5に示す波形では、各パルスのピーク値
が揃ってはいるもののパルスの高低差が小さくなりす
ぎ、可飽和吸収体18によっても十分なパルスピークを
得るのが困難になる。他方、図6に示す波形では、各光
パルスのピークが不揃いになり、図7に示す波形では更
に不揃いになる。これでは、当初の目的を達成できな
い。従って、本実施例の場合、電気吸収型光変調器14
のバイアス電圧は2V程度が適当であった。いうまでも
ないが、適切なバイアス電圧は、実際に使用する電気吸
収型光変調器の素子性能により左右される。
【0034】図8は、図4に示す出力波形の場合の、ア
イ開口パターンを示す。横軸が時間、縦軸が光強度をそ
れぞれ示す。縦軸の1目盛りは20mVであり、横軸の
1目盛りは50psである。縦軸は、目的の信号光を受
光素子で受光し、その出力に一定のバイアス電圧を付加
して図示してある。図8から分かるように、光パルスの
ピーク部分が一定値に抑圧されているので、その分、ア
イ開口が時間の前後に拡がっている。
【0035】上記実施例では、電気吸収光変調器14に
レーザ光源16からCW光を入力し、電気吸収光変調器
14が、CW光から光パルスを形成するので、形成され
た光パルス波形は入力光パルスの波形に相似したものと
なる。入力光パルスの波形は一般に劣化しているので、
得られた光パルスの波形も、対応して劣化したものとな
る。この問題は、レーザ光源16を入力光パルスに同期
したパルス光を発生するパルス光源とすることで解決で
きる。
【0036】図9は、パルス光源を使用する本発明の変
更実施例の概略構成ブロック図を示す。図1と同じ構成
要素には同じ符号を付してある。
【0037】図1に示す実施例に対する本実施例の変更
部分を説明する。レーザ光源30は波長λpのCWレー
ザ光を出力する。発振器32は、電圧制御発振器等から
なり、入力ポート10の入力光のパルス周波数とほぼ同
じ周波数で発振する。光パルス変調器34は、発振器3
2の出力クロックに従い、レーザ光源30の出力光をパ
ルス変調して、発振器32のクロック周波数の光パルス
列に形成する。ここで形成される光パルス列のパルス波
形は、例えば、長距離伝送前の光パルスと同程度の品質
のものでよい。光パルス変調器34の出力光が電気吸収
光変調器14の端面14bから電気吸収光変調器14に
供給される。
【0038】電気吸収光変調器14は、相互吸収飽和特
性により、光パルス変調器34から出力されるピーク値
の揃った一連の光パルスを、光サーキュレータ12のポ
ートBからの信号光でゲートする。電気吸収光変調器1
4から光サーキュレータ12のポートBに供給される波
長λpの光パルス列は、入力光ポート10の入力信号光
のビットパターンと同じビットパターンを具備する。勿
論、個々の光パルスはピーク値が揃い、そのパルス波形
は基本的に、光パルス変調器34により形成されたもの
と同程度になる。
【0039】光カップラ36は可飽和吸収体18の出力
光を分波し、受光素子38に供給する。受光素子38は
光カップラ36からの光を電気信号に変換する。バンド
パスフィルタ(BPF)40は、受光素子38の出力か
ら、信号周波数成分を抽出する。BPF40の通過周波
数帯は、信号周波数を大まかに包含するものでよい。位
相比較回路42はBPF40の出力パルスの位相と発振
器32の出力パルスの位相を比較し、その誤差信号を積
分回路44に出力する。積分回路44は位相比較回路4
2の出力を所定の時定数で平滑化し、位相制御信号とし
て発振器32に印加する。発振器32は、積分回路44
からの位相制御信号に従い、発振周波数及びその位相を
調整する。
【0040】このように、電気吸収型光変調器14のプ
ローブ光としてパルス光源を使用することにより、波形
成形機能を持たせることができる。そのパルス光源のパ
ルス位相を可飽和吸収帯18の出力、即ち、光リミット
結果により帰還制御するので、電気吸収型光変調器14
における同期ズレを防止できる。これらの結果、波長λ
pの出力信号光は、各光パルスのピークが揃っているだ
けでなく、出力信号光の各光パルス波形を、例えば、時
間的に急峻に変化するとかパルス幅の狭い、所望の良好
な特性のものにすることができる。
【0041】PLL方式で発振器32の位相を制御する
のに、可飽和吸収体18の出力光を使用したが、可飽和
吸収体18への入力光を利用しても良い。但し、その場
合には、消光比の低い光を使用することになるので、P
LLが不安低化しやすい。
【0042】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、高速の光パルス信号に追従して、
光パルスのピーク値を一定値に規制できる光リミッタ機
能を非常に簡単な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例の概略構成ブロック図で
ある。
【図2】 光入力ポート10に入力する信号光の一波形
例である。
【図3】 電気吸収型光変調器14による波長変換光の
光パルス波形である。
【図4】 図2に示す入力光に対する本実施例の出力光
の波形である。
【図5】 電気吸収型光変調器14のバイアス電圧を1
Vとしたときの、電気吸収型光変調器14による波長変
換光の波形である。
【図6】 電気吸収型光変調器14のバイアス電圧を3
Vとしたときの、電気吸収型光変調器14による波長変
換光の波形である。
【図7】 電気吸収型光変調器14のバイアス電圧を4
Vとしたときの、電気吸収型光変調器14による波長変
換光の波形である。
【図8】 図4に示す出力波形の場合の、アイ開口パタ
ーンである。
【図9】 本発明の変更実施例の概略構成ブロック図で
ある。
【図10】 パターン効果を説明する波形模式図であ
る。
【符号の説明】
10:光入力ポート 12:光サーキュレータ 14:電気吸収型光変調器 14a,14b:電気吸収型光変調器14の端面 16:レーザ光源 18:可飽和吸収体 20:光出力ポート 30:レーザ光源 32:発振器 34:光パルス変調器 36:光カップラ 38:受光素子 40:バンドパスフィルタ(BPF) 42:位相比較回路 44:積分回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正敏 埼玉県上福岡市大原二丁目1番15号株式会 社ケイディディ研究所内 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA13 CA24 HA13 KA18 KA20 2K002 AB12 BA02 HA30 5K002 BA02 CA09 CA14 DA07

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振幅一定のプローブ光を発生するプロー
    ブ光源と、 波長λsの入力信号光と当該プローブ光源から出力され
    るプローブ光が入力し、当該入力信号光の信号を当該プ
    ローブ光に転写する信号転写器と、 当該信号転写器の出力光の消光比を改善する消光比改善
    手段とからなることを特徴とする光波形整形装置。
  2. 【請求項2】 当該信号転写器が、相互吸収飽和特性に
    より、当該入力信号光の信号波形を当該プローブ光に転
    写する波形転写器からなる請求項1に記載の光波形整形
    装置。
  3. 【請求項3】 当該波形転写器が電気吸収型光変調器か
    らなる請求項2に記載の光波形整形装置。
  4. 【請求項4】 当該消光比改善手段が、可飽和吸収体か
    らなる請求項1に記載の光波形整形装置。
  5. 【請求項5】 当該可飽和吸収体が、所定DCバイアス
    を印加される電気吸収型光変調器からなる請求項4に記
    載の光波形整形装置。
  6. 【請求項6】 当該入力信号光を当該信号転写器に導く
    と共に、当該信号転写器から出力される当該プローブ光
    を当該消光比改善手段に供給する光サーキュレータを具
    備する請求項1に記載の光波形整形装置。
  7. 【請求項7】 当該プローブ光源は、当該入力信号光の
    クロック周波数と同じ周波数の光パルスを発生するパル
    ス光源を具備する請求項1に記載の光波形整形装置。
  8. 【請求項8】 当該プローブ光源は更に、当該パルス光
    源から出力される光パルスの位相を当該入力信号光に同
    期させる位相同期手段を具備する請求項7に記載の光波
    形整形装置。
  9. 【請求項9】 当該位相同期手段は、当該消光比改善手
    段の出力光に従って当該パルス光源のパルス位相を調整
    する手段である請求項8に記載の光波形整形装置。
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