JP2004023383A - 光送信装置および光伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】装置構成を複雑化することなく、波長多重された光変調信号光を一括して２モードビート信号で変調し、また、ＳＮＲを向上させる。
【解決手段】光信号発生部１０は、入力されるベースバンド信号に応じて光変調信号（ＮＲＺ信号）を生成する。２モードビートパルス励起部１１は、データ信号に同期した伝送速度Ｂの半分の縦モード間隔を持つ２モードビートパルス信号を、波長変換部１３を励起するのに十分な出力を持って出力する。合波部１２は、被変換信号光と２モードビートパルス励起光とを合波し、波長変換部１３に入力する。波長変換部１３では、コヒーレントな相互作用により、被変換信号ＮＲＺ信号光を、２モードビートパルス励起光の個々の縦モード（Ｍ１，Ｍ２）により独立に波長変換する。
【選択図】 図１
【解決手段】光信号発生部１０は、入力されるベースバンド信号に応じて光変調信号（ＮＲＺ信号）を生成する。２モードビートパルス励起部１１は、データ信号に同期した伝送速度Ｂの半分の縦モード間隔を持つ２モードビートパルス信号を、波長変換部１３を励起するのに十分な出力を持って出力する。合波部１２は、被変換信号光と２モードビートパルス励起光とを合波し、波長変換部１３に入力する。波長変換部１３では、コヒーレントな相互作用により、被変換信号ＮＲＺ信号光を、２モードビートパルス励起光の個々の縦モード（Ｍ１，Ｍ２）により独立に波長変換する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ等の伝送媒体が有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用によって生じる伝送品質の劣化を最小限に抑える光送信装置および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送システムにおける高密度波長多重伝送において、２モードビートパルスを用いたＲＺ符号は、光非線形効果による劣化に強い伝送符号として、文献１（Ｙ． Ｍｉｙａｍｏｔｏ ｅｔａ１．Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＯＡＡ）９９，ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ ｐａｐｅｒ ＰＤＰ４，１９９９）でキャリア抑圧ＲＺ符号（ＣＳ−ＲＺ）符号として提案されている。
【０００３】
本方式では、図９に示すように、２モードビートパルス信号部２として用いるマッハツェンダ変調器（ＭＺ１）に周波数ｆＯの単一縦モード信号を入力し、伝送速度Ｂの半分の周波数Ｂ／２で駆動する。このときのマッハツェンダ変調器のバイアス点は、無変調時に透過率が零になる点にバイアスしておく。マッハツェンダ変調器の周波数逓倍特性と光位相変調特性とにより、図１０（ａ）に示す単一縦モード信号は、図１０（ｂ）に示したような周波数ｆＯを中心とするビート周波数Ｂの２モードビートパルス信号に変換される。
【０００４】
２モードビートパルス信号は、その２つの縦モードが互いにモード同期しているため、伝送速度Ｂに周波数同期したパルス列となる。２モードビートパルス列信号は、図９に示す２段目のデータ変調部３として用いるマッハツェンダ変調器（ＭＺ２）において、伝送速度ＢのＮＲＺ符号で変調され、ＣＳ−ＲＺ強度変調信号に変換される。この変調スペクトルは、通常のＲＺ符号より帯域圧縮が可能であるため、波長多重伝送を行なう場合、高密度化することが可能である。
【０００５】
また、波長多重された周波数コムを一括発生する方法としては、文献２（Ｔａｋａｒａ ｅｔ ａ１．，“Ｏｖｅｒ １０００ ｃｈａｎｎｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｉｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ １２．５ ＧＨｚ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｆｏｒ ＤＷＤＭ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，”ｉｎ Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇ． ｏｆ ＥＣＯＣ２０００， ｐａｐｅｒ ３．１）に記述されているような光非線形効果を用いたスーパーコンテニウム（ＳＣ）光源がある。本方式では、繰り返し周波数ｆ０の短パルス列を非線形媒質に入力し、縦モード間隔がｆ０（一定）の広帯域な周波数コムを発生させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の２モードビートパルスを用いた変調方式では、波長多重システムを考えた場合、各波長に、データ変調を行う変調手段（データ変調部３）とは別に、２モードビートパルスを発生させるための変調手段（２モードビートパルス信号部２）が必要であった。ゆえに、光変調器が２段必要となることから、挿入損失が増えるため、変換されたＲＺ変調信号光のＳＮＲを確保するためには、ＣＷ光源であるＣＷ光信号発生部１には高い出力パワーが必要であった。また、部品点数が増加するため、装置構成が複雑になるという問題があった。また、データ伝送速度の高速化が進むと、データ信号に周波数同期した２モードビートパルスの発生が難しくなってくる。例えば、文献１の方式では、ビート周波数Ｂの２モードビートパルスを発生するために、伝送速度Ｂの半分の周波数のベースバンドクロック信号が必要となる。
【０００７】
また、従来技術を用いた周波数コムを一括発生する方式では、非線形媒質に入力する短パルス列の繰り返し周波数に等しい縦モード間隔でしか配置することができないという課題があった。また、縦モード間隔を広げると、スーパーコンテニウムを発生させるために必要な短パルス信号の繰り返し周波数が上がり、１つのパルスエネルギが減るため、短パルス信号のＳＣ発生媒質への平均パワーを上げてピークパワーを上げる必要がある。しかしながら、通常のスーパーコンテニウム発生媒質は、光ファイバを用いており、光ファイバの持つ誘導ブリルアン散乱により、短パルス信号パワーを入射することが難しくなるという課題があった。このため、縦モード間隔を広げることに対して限界があった。
【０００８】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、装置構成を複雑化することなく、波長多重された光変調信号光を一括して２モードビート信号で変調することができ、また、ＳＮＲを向上させることができる光送信装置および光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光送信装置において、一波長もしくは波長多重された伝送速度Ｂの光変調信号を発生させる光信号発生手段と、コヒーレント過程を用いて光信号発生手段から出力された光信号を一括して波長変換する波長変換手段と、ビート周波数がｎ×Ｂ／２（ｎは自然数）であり、かつ、光変調信号に周波数同期し、かつ、互いにモード同期している２モードビートパルスによって前記波長変換手段を励起する励起手段と、前記光信号発生手段から出力される光信号と、前記励起手段から出力される２モードビートパルス励起光とを入力として、必要に応じて両信号光の偏向状態を揃えて合波し、かつ、変換された２モードビート信号の各モードの値が等しくなるように２モードビートパルス励起光の各縦モード強度を調節し、前記波長変換手段に入力する合波手段と、前記２モードビートパルス励起光によって波長変換されたＲＺ光変調信号を取り出す波長変換フィルタ手段とを具備し、前記光信号発生手段からの光信号を符号変換し、ビート周波数がｎ×Ｂ（ｎは自然数）の２モードビートＲＺ光変調信号を発生することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の光送信装置において、前記波長変換手段は、非線形光学効果を有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の発明では、請求項２記載の光送信装置において、前記波長変換手段は、２次光非線形媒質のカスケーディング効果、または３次の非線形効果である４光波混合を用いた波長変換過程を光変調符号変換に用いることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の発明では、請求項１ないし３のいずれかに記載の光送信装置において、前記光信号発生手段は、一定周波数間隔に配置され、波長多重された縦モード光源からなり、前記波長変換手段は、一括波長変換を行うことにより波長多重された２モードビートパルス列を一括発生させることを特徴とする。
【００１３】
また、上述した問題点を解決するために、請求項５記載の発明では、２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光伝送システムにおいて、一波長もしくは波長多重された伝送速度Ｂの光変調信号を発生させる光信号発生手段と、コヒーレント過程を用いて光信号発生手段から出力された光信号を一括して波長変換する波長変換手段と、ビート周波数がｎ×Ｂ／２（ｎは自然数）であり、かつ、光変調信号に周波数同期し、かつ、互いにモード同期している２モードビートパルスによって前記波長変換手段を励起する励起手段と、前記光信号発生手段から出力される光信号と、前記励起手段から出力される２モードビートパルス励起光とを入力として、必要に応じて両信号光に偏向状態を揃えて合波し、かつ、変換された２モードビート信号の各モードの値が等しくなるように２モードビートパルス励起光の各縦モード強度を調節し、前記波長変換手段に入力する合波手段と、前記２モードビートパルス励起光によって波長変換されたＲＺ光変調信号を取り出す波長変換フィルタ手段とからなり、前記光信号発生手段からの光信号を符号変換し、ビート周波数がｎ×Ｂ（ｎは自然数）の２モードビートＲＺ光変調信号を発生する光送信装置を具備することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、伝送速度の１／４のビート周波数の２モードビート信号励起手段と波長変換手段を用いることで、波長多重された光変調信号光を一括して、２モードビート信号で変調することが可能である。したがって、波長毎に２モードビート信号を発生する手段が不要となる。また、伝送速度Ｂの１／４のビート周波数の２モードビートパルスで波長変換手段を励起することにより、伝送速度Ｂのビート周波数２モードビートパルスが変調されたＲＺ信号光を発生させることが可能である。このため、２モードビートパルス発生過程の高速化が容易である。また、２モードビートパルスを用いた一括波長変換手段により、従来困難であった広帯域な２モードビートパルスの周波数コム信号を一括発生することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、本第１実施形態の動作を説明するための概念図である。図１において、光信号発生部１０では、ベースバンドデジタル信号が入力され、該ベースバンド信号に応じて光変調信号が出力される。このとき光変調方式は、強度変調方式（ＮＲＺ，ＲＺ、Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ）、位相変調方式（ＰＳＫ，ＱＰＳｋ）、あるいは周波数変調方式（ＦＳＫ）でもよい。ここでは、簡単のために、シングルチャネルの伝送速度ＢのＮＲＺ強度変調方式を考える。そのＮＲＺ信号の光キャリア周波数をｆ１とすると、光変調スペクトルは、図２に示すように、約ｆ１±Ｂの範囲に広がる光変調スペクトルとなる。このＮＲＺ信号は、合波部１２の入力ポートＰ１に入力される。
【００１６】
一方、図１に示す２モードビートパルス励起部１１では、データ信号に同期した伝送速度Ｂの半分の縦モード間隔を持つ２モードビートパルス信号が、波長変換部を励起するのに十分な出力を持って出力される。該２モードビートパルス信号の光変調スペクトルは、光周波数ｆｐを中心とし、ｆｐ±Ｂ／４の光周波数において、互いにモード同期している、強度の等しい２つの縦モードから構成されている。このため、時間軸上では繰り返し周波数Ｂ／２のパルス列を形成し、隣り合うパルスの光位相が交互に反転する。２モードビートパルス信号の中心光周波数ｆｐは、一般には被変換信号光ｆ１と異なる周波数に設定される。ｆ１とｆｐの周波数配置に関しては、後述する波長変換部１３が十分波長変換可能な帯域に設定する。また、後述する波長変換部１３の波長変換特性が偏波依存性を持つ場合には、変換光と励起光との偏向方向を揃えて合波する。
【００１７】
図１に示す合波部１２は、被変換信号光と２モードビートパルス励起光とを合波し、波長変換部１３に入力する。波長変換部１３では、コヒーレントな相互作用により、被変換信号ＮＲＺ信号光が、２モードビートパルス励起光の個々の縦モード（Ｍ１，Ｍ２）により独立に波長変換される。例えば、３次光非線形効果である４光波混合を用いてもよいし、文献３（Ｏ．Ｔａｄａｎａｇａ ｅｔ ａ１．，“Ａ １ ＴＨｚ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｅｄ ＬｉＮｂＯ３ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，”Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ＯＦＣ２００２，ｐａｐｅｒ ＴｈＤＤ１）に例示された２次光非線形効果のカスケーディング効果を用いた波長変換過程を用いてもよい。ここで、被変換信号ＮＲＺ周波数スペクトル成分は、励起信号光の２つの縦モード信号により、周波数間隔Ｂで各々変換される。
【００１８】
したがって、変換されたＮＲＺ信号のキャリア周波数は、図２に示すように、各々、光周波数ｆ１’±Ｂ／２となり、伝送速度Ｂに等しい周波数間隔だけ離れた２つのＮＲＺ信号光（Ｍ１’，Ｍ２’）に変換される。このため、周波数軸で、互いの側帯波が重なることになる。
【００１９】
２モードビートパルス励起光源の個々の縦モードＭ１とＭ２は、互いにモード同期しているため、２つの縦モード励起信号により各々変換された２つのＮＲＺ波長変換信号光（Ｍ１’，Ｍ２’）も互いにモード同期している。このため、波長変換された２つのＮＲＺ信号は、ビート周波数ＢのＲＺ符号を形成する。すなわち、波長変換光信号は、伝送速度Ｂの２モードビートパルス変調符号（すなわち、ＣＳ−ＲＺ符号）に変換される。
【００２０】
ここで、伝送速度ＢのＲＺ波長変換信号光を発生させるのに必要な、２モードビートパルス励起部１１の構成要素に対する動作周波数の要求条件を考える。２モードビートパルス励起光のビート周波数としては、本発明の特徴から、図２に示すように、半分のビート周波数Ｂ／２でよい。ビート周波数Ｂ／２の２モードビートパルス信号の発生源として、図９に示すように対称電極マッハツェンダ（ＭＺ）変調器を用いた場合には、ＭＺ変調器の逓倍動作を用いることにより、該ＭＺ変調器を駆動するのに必要なクロック信号の周波数はＢ／４でよい。
【００２１】
一方、図９に示すＭＺ変調器を用いた２モードビートパルス信号部２を用いた従来技術では、伝送速度ＢのＣＳ−ＲＺ信号を発生させるためには、駆動に必要なクロック信号周波数がＢ／２必要となる。この結果、本発明のコビーレントな波長変換過程の周波数逓倍機能を光変調符号変換に用いることにより、２モードビートパルス発生の２倍の高速化が可能であることが分かる。
【００２２】
Ｂ．第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。また、図４は、図３に示す波長変換部として２次光非線形媒質のカスケーディング効果を用いた場合の構成例を示すブロック図であり、図５は、図４に示す構成の動作を説明するための概念図である。
【００２３】
第１実施形態と異なる点は、後述する光フィルタ２５が２モードビート波長変換光、または、後述する波長変換部２４内で生じる２モードビート励起光のどちらか一方をモニタし、波長変換部２４において生成される２モードビート波長変換光の２つのモードの光パワーを等しく制御して安定化させるところにある。
【００２４】
ここで、光信号発生部２０は、データ発生同期部２１から出力される伝送速度Ｂの電気データ信号により光変調を行ない、伝送速度Ｂの光データ信号を発生する。データ発生同期部２１からは、入力光データ信号に同期した周波数ｎＢ／２（ｎは自然数）の分周クロック電気信号が出力され、２モードビートパルス励起部２２に入力される。２モードビートパルス励起部２２では、ビート周波数Ｂのモード同期された２モードビートパルス光信号を発生し、合波部２３からの出力パワーが波長変換部２４を励起するのに十分なパワーとなるよう合波部２３に入力される。
【００２５】
合波部２３では、光データ信号と２モードビートパルス励起光信号とが合波され、波長変換部２４に出力される。波長変換部２４では、入力光データ信号が波長変換され、ビート周波数Ｂの２モードビートパルスでＲＺ強度変調された伝送速度Ｂの波長変換光信号光が出力される。光フィルタ２５では、変換されずに波長変換部２４を透過した入力光データ信号および２モードビートパルス励起光信号が遮断され、ＲＺ波長変換光信号光が取り出される。また、光フィルタ２５は、同時に、波長変換部２４を透過し、遮断された２モードビートパルス励起光信号の一部を分岐して出力する。
【００２６】
２モードビート制御器２６では、ＲＺ波長変換光信号光の一部、または波長変換部２４を透過し、遮断された２モードビートパルス励起光信号の一部に含まれる２つのモードのパワーを別々に測定し、２つのモードパワーの差を誤差信号として検出する。該誤差信号を２モードビートパルス励起部２２に戻すことにより、ＲＺ波長変換光信号光に含まれる２つのモードパワーが等しくなるように、２モードビートパルス信号に含まれる２つの縦モードのパワーをモード同期したまま、独立に制御して出力する。
【００２７】
このような構成をとることにより、ＲＺ波長変換光信号光の２モード信号のバランスを等しく安定化することが可能となる。
【００２８】
２次光非線形媒質のカスケーディング効果を示すデバイスとして、ＬｉＮｂＯ３導波路と周期的分極反転を用いた擬似位相整合（ＱＰＭ）非線形デバイス（ＱＰＭ−ＬＮ）とを用いた構成例を図４に示す。
【００２９】
伝送速度Ｂと等しい周波数のクロック源４０から、同期クロック信号が出力され、データ信号源４１と分周器４２とに入力され、両者は周波数同期している。データ信号源４１から出力された信号は、変調器４３に入力される。変調器４３では、ＬＤ４４からの単一縦モード光信号を伝送速度Ｂで変調する。変調フォーマットは強度変調、位相変調、周波数変調のいずれも可能である。変調器４３から出力された光データ信号は、偏波保持波長多重カプラ４５に入力される。
【００３０】
一方、クロッ源４０からの同期クロック信号は、１／４分周器４２でクロック周波数Ｂ／４の分周クロック信号に分周される。分周クロック信号は、差動ドライブ回路４６でクロック周波数Ｂ／４の差動分周出力信号に変換され、プッシュプル動作のマッハツェンダ（ＭＺ）変調器４７に入力される。文献１と同様に、ＭＺ変調器４７は、透過率が零になるようにバイアスされて、クロック周波数Ｂ／４の差動分周出力信号で駆動される。この動作条件により、ＭＺ変調器４７は、ビート周波数Ｂ／２の２モードビートパルスを発生する。図５に示すように、各々のモードをＭ１、Ｍ２とする。２モードビートパルス励起光は、モードイコライザ４８に入力される。
【００３１】
モードイコライザ４８は、２モードビートパルス励起光の個々のモードの光周波数で互いに異なる損失を持ち、各モードにおける透過損失を独立に可変できる機能を有する。２つのモードのパワー比は、比較制御部５４から入力される誤差信号により決定される。モードイコライザ４８からの出力は、ＱＰＭ−ＬＮ波長変換器５１を駆動するのに十分なパワーまで光増幅器５０で増幅された後、偏波保持波長カプラ４５で信号光と所定の偏波状態で合波され、ＱＰＭ−ＬＮ波長変換器５１に入力される。
【００３２】
ここで、２モードビートパルス励起光波長を、例えば光通信システムに重要な１．５５μｍ帯に選ぶ。適切に反転分極周期が設計されたＱＰＭ−ＬＮ波長変換器５１の結晶内部では、２モードビート励起光の縦モードＭ１，Ｍ２に対応して、約０．７７μｍ帯に２つの縦モードＭ１’、Ｍ２’の第２次高調波（ＳＨＧ光）が図５に示すように発生する。このとき、ＳＨＧは、コヒーレントな波長変換過程であるため、ＳＨＧ光は、個々のモードＭ１’、Ｍ２’がモード同期したビート周波数Ｂの２モードビートパルスとなる。すなわち、入力２モードビート励起光のビート周波数Ｂ／２の２倍のビート周波数Ｂの新たな２モードビート励起光がＱＰＭ−ＬＮ結晶内部で発生する。ここで、このＳＨＧ光を内部ＳＨＧ２モードビート励起光と呼ぶ。
【００３３】
内部ＳＨＧ２モードビート励起光は、縦モードＭ１’，Ｍ２’によるパラメトリック光増幅過程を経て、図５の信号光を各々Ｍ１“、Ｍ２”の２つのモードの変調信号光に波長変換する。Ｍ１“、Ｍ２”は、モード同期した２つの縦モードＭ１’，Ｍ２’により変換されているため、互いにモード同期しており、かつ周波数差が伝送速度Ｂに等しく、同じデータ信号で変調されている。このため、伝送速度ＢのＲＺ強度変調された２モードビートパルス変調光信号となる。
【００３４】
ＱＰＭ−ＬＮ波長変換素子からは、入力データ信号光、２モードビート励起光、内部ＳＨＧ２モードビート励起光、および波長変換２モードビートパルス変調光信号が出力され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２に入力される。バンドパスフィルタ５２では、所望の波長変換２モードビートパルス変調光信号を切り出し、その他の光を遮断する。バンドパスフィルタ５２の出力は、分岐モニタで一部分岐された後に、光伝送路に出力される。
【００３５】
バンドパスフィルタ５２で遮断された内部ＳＨＧ２モードビート励起光は、バンドパスフィルタ５２の遮断ポートから取り出され、モードスプリッタ５３でＭ１“、Ｍ２”の個々の縦モードが分離される。例えば、ＦＳＲがＢに等しい２入力２出力のＭＺ型干渉フィルタを用いてもよい。分離された縦モードＭ１“、Ｍ２”は、比較制御部５４で受信され、両者の縦モードパワーの差が検出される。この差を誤差信号としてモードイコライザ４８に帰還することにより、２つのモードパワーが等しい安定した波長変換２モードビートパルス変調光信号が発生できる。
【００３６】
Ｃ．第３実施形態
図６は、本発明の第３実施形態による光変調符号変換動作を説明するための概念図である。なお、本第３実施形態の光変調符号変換装置の構成は基本的に図１に示すものと同じであるので説明を省略する。
【００３７】
本第３実施形態が前述した第１実施形態（図２）と異なる点は、光信号発生部の出力信号が波長多重信号であり、波長多重信号の光変調符号を一括変換できる点にある。ここでは、キャリア周波数ｆｎ（ｎは自然数）を持つ単一縦モード光信号が、互いに異なるベースバンドデジタル信号で変調されている場合を考える。キャリア周波数は、等間隔に波長多重されていてもよいし、不等間隔に波長多重されていてもよい。光変調方式としては、強度変調方式（ＮＲＺ，ＲＺ、Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ）、位相変調方式（ＰＳＫ，ＱＰＳＫ）、あるいは周波数変調方式（ＦＳＫ）であってもよい。ここで、一例として、伝送速度ＢのＮＲＺ強度変調方式を考え、各チャネルは周波数同期されているものとする。この場合の波長多重光信号スペクトルは、各キャリア周波数ｆｎを中心にｆｎ±Ｂ（ｎは自然数）の範囲に各々広がる。この波長多重信号は、図１の合波部１２の入力ポートＰ１に入力される。
【００３８】
一方、図１に示す２モードビートパルス励起部１１では、データ信号に同期したビート周波数Ｂ／２の（伝送速度Ｂの半分の縦モード間隔）２モードビートパルス信号が、波長変換部１３を励起するのに十分な出力をもって出力され、合波部１２に入力される。この２モードビートパルス信号の光変調スペクトルは、光周波数ｆｐを中心とするｆｐ±Ｂ／４の光周波数において、互いにモード同期している強度の等しい２つの縦モードから構成されている。２モードビートパルス信号の中心光周波数ｆｐは、一般には被変換波長多重信号光ｆｎ（ｎは自然数）と異なる周波数に設定される。ｆｎとｆｐの周波数配置に関しては、用いる波長変換部１３が十分波長変換可能な帯域に設定する。また、波長変換部１３の波長変換特性が偏波依存性を持つ場合には、変換光と励起光の偏向方向を揃えて合波する。
【００３９】
図１に示す合波部１２の出力ポートは、波長変換部１３の入力ポートに接続され、被変換波長多重信号光と２モードビートパルス励起光とが波長変換部１３に入力される。波長変換部１３では、縮退四光波混合に代表されるコヒーレントな波長変換作用により、被変換波長多重信号光が、２モードビートパルス励起光の個々の縦モードにより変換され、図３に示すような波長多重されたＣＳ−ＲＺ強度変調信号に一括変換される。この時、キャリア周波数ｆｎを持つチャネルの被変換光信号は、キャリア周波数ｆｎ’を持つチャネルの波長変換光信号に変換される。ここで、被変換光信号と波長変換光信号のキャリア周波数ｆｎ，ｆｎ’と、２モードビートパルス励起信号光の中心周波数ｆｐとの間には、以下のような関係が成り立つ。
【００４０】
ｆｎ＋ｆｎ’＝２ｆｐ（ｎは自然数）
【００４１】
以上、本第３実施形態によれば、波長多重された信号の光変調符号を一括して実現することが可能である。
【００４２】
ここで、本発明の技術と従来技術とで、波長多重信号の符号変換を行う場合について比較する。波長多重チャンネル数をｍ（チャネル）とした場合、図９に示した従来技術では、各チャネルに２つの変調器が必要であるため、波長多重システム全体では２ｍ個の変調器が必要である。本発明では、１つの波長変換部１３、１つの２モードビートパルス励起部１１、１つの合波部１２を用いるものの、各チャネルにはｍ個の変調器で済むため、部品点数を全体で減らすことが可能である。また、波長変換部１３は、文献３に示された技術等を用いることで利得を得られる場合がある。このため、従来技術のような符号変換過程における損失を相殺できるばかりでなく、波長多重信号を一括増幅し、同時に変調符号変換することが可能となる。したがって、ＳＮＲの劣化を低減することが可能である。波長変換部１３としてＱＰＭ−ＬＮを用いてもよい。
【００４３】
Ｄ．第４実施形態
図７は、本発明の第４実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。また、図８は、本第４実施形態による光変調符号変換装置の動作を説明するための概念図である。
【００４４】
本第４実施形態は、波長多重されたのビート周波数Ｂ（Ｂは伝送速度）の２モードビートパルス変換信号を発生するために、マルチキャリア光源として縦モード間隔が一定のスーパーコンテニウム（ＳＣ）光源を用いた点が異なる。図７では、スーパーコンテニウムなどのマルチキャリア発生光源６０から、縦モード間隔ｆＷＤＭの波長多重キャリア信号が一括発生され、出力される。図７では、波長多重キャリア信号として、縦モード間隔ｆＷＤＭのｎ個の縦モードを考えた。この波長多重キャリア信号は、図７の合波部６２の入力ポートＰ１に入力される。
【００４５】
２モードビートパルス励起部６１では、図２、図６での動作と同様に、ビート周波数Ｂ／２の２モードビートパルス励起光が発生される。２モードビートパルス励起光は、この所定のパワーで図７に示す合波部６２の入力ポートＰ２に入力される。図８に２モードビートパルス励起光の信号スペクトルを示す。図６と同様、中心周波数ｆｐを中心として、ｆｐ±Ｂ／４に２つの縦モード成分を持つ。
【００４６】
コヒーレント波長変換増幅部６３では、コヒーレントな波長変換プロセスを用いて波長多重キャリア信号が波長変換される。図８に示すように、ビート周波数Ｂの２モードビートパルス波長多重信号が一括して発生できる。ここで、波長多重キャリア信号入力の各キャリア周波数ｆｎ（ｎは自然数）と、２モードビートパルス波長多重信号の中心周波数ｆｎ’（ｎは自然数）は、２モードビートパルス励起光の中心周波数ｆｐを用いて以下の関係を持つ。
【００４７】
ｆｎ＋ｆｎ’＝２ｆｐ
【００４８】
波長変換された２モードビートパルス波長多重信号は、図７に示すＷＤＭ分離フィルタ６４に入力され、各ポートに２モードビートパルス信号が分離される。ここで、ＷＤＭ分離フィルタ６４の周波数間隔は、ｆＷＤＭに等しく、パスバンド中心周波数はｆｎ’に等しく、パスバンド帯域はビート周波数Ｂの２モードビートパルスを通過させることができるように設定する。
【００４９】
ＷＤＭ分離フィルタ６４からの出力は、それぞれのチャンネルで変調部ＭＯＤｎ（ｎは自然数）６５において伝送速度Ｂでデータ変調され、ＲＺ変調信号に変換される。ＲＺ変調信号は、再び、ＷＤＭ合波フィルタ６６に入力され、波長多重されたＲＺ変調信号として光送信器から出力される。
【００５０】
本第４実施形態によれば、図８に示すように、不等間隔な縦モード波長多重信号スペクトルを発生することができる。この結果、２モードビートパルス信号のビート周波数と、波長多重間隔を独立に設定可能な、波長多垂２モードビートパルス信号とを一括発生することが可能となる。これは、従来のスーパーコンテニウム光源を用いたマルチキャリア光源では不可能であった。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長多重信号の２モードビートパルスを用いた光変調符号への一括変換が可能どなる。またそのチャンネル伝送速度の高速化が可能となる。波長変換における増幅作用を用いることで、変換過程での損失を容易に補償することが可能となる。また、スーパーコンテニウム光源などのマルチキャリア光源と組み合わせることにより、従来不可能であった縦モード間隔とビート周波数が独立に制御可能な高速２モードビートパルス信号の波長多重信号一括発生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態の動作を説明するための概念図である。
【図３】本発明の第２実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す波長変換部として２次光非線形媒質のカスケーディング効果を用いた場合の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す構成の動作を説明するための概念図である。
【図６】本発明の第３実施形態による光変調符号変換動作を説明するための概念図である。
【図７】本発明の第４実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本第４実施形態による光変調符号変換装置の動作を説明するための概念図である。
【図９】従来技術による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来技術の動作を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０ 光信号発生部（光信号発生手段）
１１ ２モードビートパルス励起部（励起手段）
１２ 合波部（同期手段、合波手段）
１３ 波長変換部（波長変換手段）
１４ 光フィルタ（波長変換フィルタ手段）
２０ 光信号発生部（光信号発生手段）
２１ データ発生同期部
２２ ２モードビートパルス励起部（励起手段）
２３ 合波部（同期手段、合波手段）
２４ 波長変換部（波長変換手段）
２５ 光フィルタ（波長変換フィルタ手段）
２６ ２モード制御器
６０ マルチキャリア発生光源（光信号発生手段）
６１ ２モードビートパルス励起部（励起手段）
６２ 合波部（同期手段、合波手段）
６３ コヒーレント波長変換増幅部（波長変換手段）
６４，６６ ＷＤＭ分離フィルタ（波長変換フィルタ手段）
６５ 変調部（波長変換フィルタ手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ等の伝送媒体が有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用によって生じる伝送品質の劣化を最小限に抑える光送信装置および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送システムにおける高密度波長多重伝送において、２モードビートパルスを用いたＲＺ符号は、光非線形効果による劣化に強い伝送符号として、文献１（Ｙ． Ｍｉｙａｍｏｔｏ ｅｔａ１．Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＯＡＡ）９９，ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ ｐａｐｅｒ ＰＤＰ４，１９９９）でキャリア抑圧ＲＺ符号（ＣＳ−ＲＺ）符号として提案されている。
【０００３】
本方式では、図９に示すように、２モードビートパルス信号部２として用いるマッハツェンダ変調器（ＭＺ１）に周波数ｆＯの単一縦モード信号を入力し、伝送速度Ｂの半分の周波数Ｂ／２で駆動する。このときのマッハツェンダ変調器のバイアス点は、無変調時に透過率が零になる点にバイアスしておく。マッハツェンダ変調器の周波数逓倍特性と光位相変調特性とにより、図１０（ａ）に示す単一縦モード信号は、図１０（ｂ）に示したような周波数ｆＯを中心とするビート周波数Ｂの２モードビートパルス信号に変換される。
【０００４】
２モードビートパルス信号は、その２つの縦モードが互いにモード同期しているため、伝送速度Ｂに周波数同期したパルス列となる。２モードビートパルス列信号は、図９に示す２段目のデータ変調部３として用いるマッハツェンダ変調器（ＭＺ２）において、伝送速度ＢのＮＲＺ符号で変調され、ＣＳ−ＲＺ強度変調信号に変換される。この変調スペクトルは、通常のＲＺ符号より帯域圧縮が可能であるため、波長多重伝送を行なう場合、高密度化することが可能である。
【０００５】
また、波長多重された周波数コムを一括発生する方法としては、文献２（Ｔａｋａｒａ ｅｔ ａ１．，“Ｏｖｅｒ １０００ ｃｈａｎｎｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｉｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ １２．５ ＧＨｚ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｆｏｒ ＤＷＤＭ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ，”ｉｎ Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇ． ｏｆ ＥＣＯＣ２０００， ｐａｐｅｒ ３．１）に記述されているような光非線形効果を用いたスーパーコンテニウム（ＳＣ）光源がある。本方式では、繰り返し周波数ｆ０の短パルス列を非線形媒質に入力し、縦モード間隔がｆ０（一定）の広帯域な周波数コムを発生させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の２モードビートパルスを用いた変調方式では、波長多重システムを考えた場合、各波長に、データ変調を行う変調手段（データ変調部３）とは別に、２モードビートパルスを発生させるための変調手段（２モードビートパルス信号部２）が必要であった。ゆえに、光変調器が２段必要となることから、挿入損失が増えるため、変換されたＲＺ変調信号光のＳＮＲを確保するためには、ＣＷ光源であるＣＷ光信号発生部１には高い出力パワーが必要であった。また、部品点数が増加するため、装置構成が複雑になるという問題があった。また、データ伝送速度の高速化が進むと、データ信号に周波数同期した２モードビートパルスの発生が難しくなってくる。例えば、文献１の方式では、ビート周波数Ｂの２モードビートパルスを発生するために、伝送速度Ｂの半分の周波数のベースバンドクロック信号が必要となる。
【０００７】
また、従来技術を用いた周波数コムを一括発生する方式では、非線形媒質に入力する短パルス列の繰り返し周波数に等しい縦モード間隔でしか配置することができないという課題があった。また、縦モード間隔を広げると、スーパーコンテニウムを発生させるために必要な短パルス信号の繰り返し周波数が上がり、１つのパルスエネルギが減るため、短パルス信号のＳＣ発生媒質への平均パワーを上げてピークパワーを上げる必要がある。しかしながら、通常のスーパーコンテニウム発生媒質は、光ファイバを用いており、光ファイバの持つ誘導ブリルアン散乱により、短パルス信号パワーを入射することが難しくなるという課題があった。このため、縦モード間隔を広げることに対して限界があった。
【０００８】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、装置構成を複雑化することなく、波長多重された光変調信号光を一括して２モードビート信号で変調することができ、また、ＳＮＲを向上させることができる光送信装置および光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光送信装置において、一波長もしくは波長多重された伝送速度Ｂの光変調信号を発生させる光信号発生手段と、コヒーレント過程を用いて光信号発生手段から出力された光信号を一括して波長変換する波長変換手段と、ビート周波数がｎ×Ｂ／２（ｎは自然数）であり、かつ、光変調信号に周波数同期し、かつ、互いにモード同期している２モードビートパルスによって前記波長変換手段を励起する励起手段と、前記光信号発生手段から出力される光信号と、前記励起手段から出力される２モードビートパルス励起光とを入力として、必要に応じて両信号光の偏向状態を揃えて合波し、かつ、変換された２モードビート信号の各モードの値が等しくなるように２モードビートパルス励起光の各縦モード強度を調節し、前記波長変換手段に入力する合波手段と、前記２モードビートパルス励起光によって波長変換されたＲＺ光変調信号を取り出す波長変換フィルタ手段とを具備し、前記光信号発生手段からの光信号を符号変換し、ビート周波数がｎ×Ｂ（ｎは自然数）の２モードビートＲＺ光変調信号を発生することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の光送信装置において、前記波長変換手段は、非線形光学効果を有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載の発明では、請求項２記載の光送信装置において、前記波長変換手段は、２次光非線形媒質のカスケーディング効果、または３次の非線形効果である４光波混合を用いた波長変換過程を光変調符号変換に用いることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載の発明では、請求項１ないし３のいずれかに記載の光送信装置において、前記光信号発生手段は、一定周波数間隔に配置され、波長多重された縦モード光源からなり、前記波長変換手段は、一括波長変換を行うことにより波長多重された２モードビートパルス列を一括発生させることを特徴とする。
【００１３】
また、上述した問題点を解決するために、請求項５記載の発明では、２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光伝送システムにおいて、一波長もしくは波長多重された伝送速度Ｂの光変調信号を発生させる光信号発生手段と、コヒーレント過程を用いて光信号発生手段から出力された光信号を一括して波長変換する波長変換手段と、ビート周波数がｎ×Ｂ／２（ｎは自然数）であり、かつ、光変調信号に周波数同期し、かつ、互いにモード同期している２モードビートパルスによって前記波長変換手段を励起する励起手段と、前記光信号発生手段から出力される光信号と、前記励起手段から出力される２モードビートパルス励起光とを入力として、必要に応じて両信号光に偏向状態を揃えて合波し、かつ、変換された２モードビート信号の各モードの値が等しくなるように２モードビートパルス励起光の各縦モード強度を調節し、前記波長変換手段に入力する合波手段と、前記２モードビートパルス励起光によって波長変換されたＲＺ光変調信号を取り出す波長変換フィルタ手段とからなり、前記光信号発生手段からの光信号を符号変換し、ビート周波数がｎ×Ｂ（ｎは自然数）の２モードビートＲＺ光変調信号を発生する光送信装置を具備することを特徴とする。
【００１４】
この発明では、伝送速度の１／４のビート周波数の２モードビート信号励起手段と波長変換手段を用いることで、波長多重された光変調信号光を一括して、２モードビート信号で変調することが可能である。したがって、波長毎に２モードビート信号を発生する手段が不要となる。また、伝送速度Ｂの１／４のビート周波数の２モードビートパルスで波長変換手段を励起することにより、伝送速度Ｂのビート周波数２モードビートパルスが変調されたＲＺ信号光を発生させることが可能である。このため、２モードビートパルス発生過程の高速化が容易である。また、２モードビートパルスを用いた一括波長変換手段により、従来困難であった広帯域な２モードビートパルスの周波数コム信号を一括発生することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、本第１実施形態の動作を説明するための概念図である。図１において、光信号発生部１０では、ベースバンドデジタル信号が入力され、該ベースバンド信号に応じて光変調信号が出力される。このとき光変調方式は、強度変調方式（ＮＲＺ，ＲＺ、Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ）、位相変調方式（ＰＳＫ，ＱＰＳｋ）、あるいは周波数変調方式（ＦＳＫ）でもよい。ここでは、簡単のために、シングルチャネルの伝送速度ＢのＮＲＺ強度変調方式を考える。そのＮＲＺ信号の光キャリア周波数をｆ１とすると、光変調スペクトルは、図２に示すように、約ｆ１±Ｂの範囲に広がる光変調スペクトルとなる。このＮＲＺ信号は、合波部１２の入力ポートＰ１に入力される。
【００１６】
一方、図１に示す２モードビートパルス励起部１１では、データ信号に同期した伝送速度Ｂの半分の縦モード間隔を持つ２モードビートパルス信号が、波長変換部を励起するのに十分な出力を持って出力される。該２モードビートパルス信号の光変調スペクトルは、光周波数ｆｐを中心とし、ｆｐ±Ｂ／４の光周波数において、互いにモード同期している、強度の等しい２つの縦モードから構成されている。このため、時間軸上では繰り返し周波数Ｂ／２のパルス列を形成し、隣り合うパルスの光位相が交互に反転する。２モードビートパルス信号の中心光周波数ｆｐは、一般には被変換信号光ｆ１と異なる周波数に設定される。ｆ１とｆｐの周波数配置に関しては、後述する波長変換部１３が十分波長変換可能な帯域に設定する。また、後述する波長変換部１３の波長変換特性が偏波依存性を持つ場合には、変換光と励起光との偏向方向を揃えて合波する。
【００１７】
図１に示す合波部１２は、被変換信号光と２モードビートパルス励起光とを合波し、波長変換部１３に入力する。波長変換部１３では、コヒーレントな相互作用により、被変換信号ＮＲＺ信号光が、２モードビートパルス励起光の個々の縦モード（Ｍ１，Ｍ２）により独立に波長変換される。例えば、３次光非線形効果である４光波混合を用いてもよいし、文献３（Ｏ．Ｔａｄａｎａｇａ ｅｔ ａ１．，“Ａ １ ＴＨｚ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｑｕａｓｉ−ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｅｄ ＬｉＮｂＯ３ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，”Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．ＯＦＣ２００２，ｐａｐｅｒ ＴｈＤＤ１）に例示された２次光非線形効果のカスケーディング効果を用いた波長変換過程を用いてもよい。ここで、被変換信号ＮＲＺ周波数スペクトル成分は、励起信号光の２つの縦モード信号により、周波数間隔Ｂで各々変換される。
【００１８】
したがって、変換されたＮＲＺ信号のキャリア周波数は、図２に示すように、各々、光周波数ｆ１’±Ｂ／２となり、伝送速度Ｂに等しい周波数間隔だけ離れた２つのＮＲＺ信号光（Ｍ１’，Ｍ２’）に変換される。このため、周波数軸で、互いの側帯波が重なることになる。
【００１９】
２モードビートパルス励起光源の個々の縦モードＭ１とＭ２は、互いにモード同期しているため、２つの縦モード励起信号により各々変換された２つのＮＲＺ波長変換信号光（Ｍ１’，Ｍ２’）も互いにモード同期している。このため、波長変換された２つのＮＲＺ信号は、ビート周波数ＢのＲＺ符号を形成する。すなわち、波長変換光信号は、伝送速度Ｂの２モードビートパルス変調符号（すなわち、ＣＳ−ＲＺ符号）に変換される。
【００２０】
ここで、伝送速度ＢのＲＺ波長変換信号光を発生させるのに必要な、２モードビートパルス励起部１１の構成要素に対する動作周波数の要求条件を考える。２モードビートパルス励起光のビート周波数としては、本発明の特徴から、図２に示すように、半分のビート周波数Ｂ／２でよい。ビート周波数Ｂ／２の２モードビートパルス信号の発生源として、図９に示すように対称電極マッハツェンダ（ＭＺ）変調器を用いた場合には、ＭＺ変調器の逓倍動作を用いることにより、該ＭＺ変調器を駆動するのに必要なクロック信号の周波数はＢ／４でよい。
【００２１】
一方、図９に示すＭＺ変調器を用いた２モードビートパルス信号部２を用いた従来技術では、伝送速度ＢのＣＳ−ＲＺ信号を発生させるためには、駆動に必要なクロック信号周波数がＢ／２必要となる。この結果、本発明のコビーレントな波長変換過程の周波数逓倍機能を光変調符号変換に用いることにより、２モードビートパルス発生の２倍の高速化が可能であることが分かる。
【００２２】
Ｂ．第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。また、図４は、図３に示す波長変換部として２次光非線形媒質のカスケーディング効果を用いた場合の構成例を示すブロック図であり、図５は、図４に示す構成の動作を説明するための概念図である。
【００２３】
第１実施形態と異なる点は、後述する光フィルタ２５が２モードビート波長変換光、または、後述する波長変換部２４内で生じる２モードビート励起光のどちらか一方をモニタし、波長変換部２４において生成される２モードビート波長変換光の２つのモードの光パワーを等しく制御して安定化させるところにある。
【００２４】
ここで、光信号発生部２０は、データ発生同期部２１から出力される伝送速度Ｂの電気データ信号により光変調を行ない、伝送速度Ｂの光データ信号を発生する。データ発生同期部２１からは、入力光データ信号に同期した周波数ｎＢ／２（ｎは自然数）の分周クロック電気信号が出力され、２モードビートパルス励起部２２に入力される。２モードビートパルス励起部２２では、ビート周波数Ｂのモード同期された２モードビートパルス光信号を発生し、合波部２３からの出力パワーが波長変換部２４を励起するのに十分なパワーとなるよう合波部２３に入力される。
【００２５】
合波部２３では、光データ信号と２モードビートパルス励起光信号とが合波され、波長変換部２４に出力される。波長変換部２４では、入力光データ信号が波長変換され、ビート周波数Ｂの２モードビートパルスでＲＺ強度変調された伝送速度Ｂの波長変換光信号光が出力される。光フィルタ２５では、変換されずに波長変換部２４を透過した入力光データ信号および２モードビートパルス励起光信号が遮断され、ＲＺ波長変換光信号光が取り出される。また、光フィルタ２５は、同時に、波長変換部２４を透過し、遮断された２モードビートパルス励起光信号の一部を分岐して出力する。
【００２６】
２モードビート制御器２６では、ＲＺ波長変換光信号光の一部、または波長変換部２４を透過し、遮断された２モードビートパルス励起光信号の一部に含まれる２つのモードのパワーを別々に測定し、２つのモードパワーの差を誤差信号として検出する。該誤差信号を２モードビートパルス励起部２２に戻すことにより、ＲＺ波長変換光信号光に含まれる２つのモードパワーが等しくなるように、２モードビートパルス信号に含まれる２つの縦モードのパワーをモード同期したまま、独立に制御して出力する。
【００２７】
このような構成をとることにより、ＲＺ波長変換光信号光の２モード信号のバランスを等しく安定化することが可能となる。
【００２８】
２次光非線形媒質のカスケーディング効果を示すデバイスとして、ＬｉＮｂＯ３導波路と周期的分極反転を用いた擬似位相整合（ＱＰＭ）非線形デバイス（ＱＰＭ−ＬＮ）とを用いた構成例を図４に示す。
【００２９】
伝送速度Ｂと等しい周波数のクロック源４０から、同期クロック信号が出力され、データ信号源４１と分周器４２とに入力され、両者は周波数同期している。データ信号源４１から出力された信号は、変調器４３に入力される。変調器４３では、ＬＤ４４からの単一縦モード光信号を伝送速度Ｂで変調する。変調フォーマットは強度変調、位相変調、周波数変調のいずれも可能である。変調器４３から出力された光データ信号は、偏波保持波長多重カプラ４５に入力される。
【００３０】
一方、クロッ源４０からの同期クロック信号は、１／４分周器４２でクロック周波数Ｂ／４の分周クロック信号に分周される。分周クロック信号は、差動ドライブ回路４６でクロック周波数Ｂ／４の差動分周出力信号に変換され、プッシュプル動作のマッハツェンダ（ＭＺ）変調器４７に入力される。文献１と同様に、ＭＺ変調器４７は、透過率が零になるようにバイアスされて、クロック周波数Ｂ／４の差動分周出力信号で駆動される。この動作条件により、ＭＺ変調器４７は、ビート周波数Ｂ／２の２モードビートパルスを発生する。図５に示すように、各々のモードをＭ１、Ｍ２とする。２モードビートパルス励起光は、モードイコライザ４８に入力される。
【００３１】
モードイコライザ４８は、２モードビートパルス励起光の個々のモードの光周波数で互いに異なる損失を持ち、各モードにおける透過損失を独立に可変できる機能を有する。２つのモードのパワー比は、比較制御部５４から入力される誤差信号により決定される。モードイコライザ４８からの出力は、ＱＰＭ−ＬＮ波長変換器５１を駆動するのに十分なパワーまで光増幅器５０で増幅された後、偏波保持波長カプラ４５で信号光と所定の偏波状態で合波され、ＱＰＭ−ＬＮ波長変換器５１に入力される。
【００３２】
ここで、２モードビートパルス励起光波長を、例えば光通信システムに重要な１．５５μｍ帯に選ぶ。適切に反転分極周期が設計されたＱＰＭ−ＬＮ波長変換器５１の結晶内部では、２モードビート励起光の縦モードＭ１，Ｍ２に対応して、約０．７７μｍ帯に２つの縦モードＭ１’、Ｍ２’の第２次高調波（ＳＨＧ光）が図５に示すように発生する。このとき、ＳＨＧは、コヒーレントな波長変換過程であるため、ＳＨＧ光は、個々のモードＭ１’、Ｍ２’がモード同期したビート周波数Ｂの２モードビートパルスとなる。すなわち、入力２モードビート励起光のビート周波数Ｂ／２の２倍のビート周波数Ｂの新たな２モードビート励起光がＱＰＭ−ＬＮ結晶内部で発生する。ここで、このＳＨＧ光を内部ＳＨＧ２モードビート励起光と呼ぶ。
【００３３】
内部ＳＨＧ２モードビート励起光は、縦モードＭ１’，Ｍ２’によるパラメトリック光増幅過程を経て、図５の信号光を各々Ｍ１“、Ｍ２”の２つのモードの変調信号光に波長変換する。Ｍ１“、Ｍ２”は、モード同期した２つの縦モードＭ１’，Ｍ２’により変換されているため、互いにモード同期しており、かつ周波数差が伝送速度Ｂに等しく、同じデータ信号で変調されている。このため、伝送速度ＢのＲＺ強度変調された２モードビートパルス変調光信号となる。
【００３４】
ＱＰＭ−ＬＮ波長変換素子からは、入力データ信号光、２モードビート励起光、内部ＳＨＧ２モードビート励起光、および波長変換２モードビートパルス変調光信号が出力され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２に入力される。バンドパスフィルタ５２では、所望の波長変換２モードビートパルス変調光信号を切り出し、その他の光を遮断する。バンドパスフィルタ５２の出力は、分岐モニタで一部分岐された後に、光伝送路に出力される。
【００３５】
バンドパスフィルタ５２で遮断された内部ＳＨＧ２モードビート励起光は、バンドパスフィルタ５２の遮断ポートから取り出され、モードスプリッタ５３でＭ１“、Ｍ２”の個々の縦モードが分離される。例えば、ＦＳＲがＢに等しい２入力２出力のＭＺ型干渉フィルタを用いてもよい。分離された縦モードＭ１“、Ｍ２”は、比較制御部５４で受信され、両者の縦モードパワーの差が検出される。この差を誤差信号としてモードイコライザ４８に帰還することにより、２つのモードパワーが等しい安定した波長変換２モードビートパルス変調光信号が発生できる。
【００３６】
Ｃ．第３実施形態
図６は、本発明の第３実施形態による光変調符号変換動作を説明するための概念図である。なお、本第３実施形態の光変調符号変換装置の構成は基本的に図１に示すものと同じであるので説明を省略する。
【００３７】
本第３実施形態が前述した第１実施形態（図２）と異なる点は、光信号発生部の出力信号が波長多重信号であり、波長多重信号の光変調符号を一括変換できる点にある。ここでは、キャリア周波数ｆｎ（ｎは自然数）を持つ単一縦モード光信号が、互いに異なるベースバンドデジタル信号で変調されている場合を考える。キャリア周波数は、等間隔に波長多重されていてもよいし、不等間隔に波長多重されていてもよい。光変調方式としては、強度変調方式（ＮＲＺ，ＲＺ、Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ）、位相変調方式（ＰＳＫ，ＱＰＳＫ）、あるいは周波数変調方式（ＦＳＫ）であってもよい。ここで、一例として、伝送速度ＢのＮＲＺ強度変調方式を考え、各チャネルは周波数同期されているものとする。この場合の波長多重光信号スペクトルは、各キャリア周波数ｆｎを中心にｆｎ±Ｂ（ｎは自然数）の範囲に各々広がる。この波長多重信号は、図１の合波部１２の入力ポートＰ１に入力される。
【００３８】
一方、図１に示す２モードビートパルス励起部１１では、データ信号に同期したビート周波数Ｂ／２の（伝送速度Ｂの半分の縦モード間隔）２モードビートパルス信号が、波長変換部１３を励起するのに十分な出力をもって出力され、合波部１２に入力される。この２モードビートパルス信号の光変調スペクトルは、光周波数ｆｐを中心とするｆｐ±Ｂ／４の光周波数において、互いにモード同期している強度の等しい２つの縦モードから構成されている。２モードビートパルス信号の中心光周波数ｆｐは、一般には被変換波長多重信号光ｆｎ（ｎは自然数）と異なる周波数に設定される。ｆｎとｆｐの周波数配置に関しては、用いる波長変換部１３が十分波長変換可能な帯域に設定する。また、波長変換部１３の波長変換特性が偏波依存性を持つ場合には、変換光と励起光の偏向方向を揃えて合波する。
【００３９】
図１に示す合波部１２の出力ポートは、波長変換部１３の入力ポートに接続され、被変換波長多重信号光と２モードビートパルス励起光とが波長変換部１３に入力される。波長変換部１３では、縮退四光波混合に代表されるコヒーレントな波長変換作用により、被変換波長多重信号光が、２モードビートパルス励起光の個々の縦モードにより変換され、図３に示すような波長多重されたＣＳ−ＲＺ強度変調信号に一括変換される。この時、キャリア周波数ｆｎを持つチャネルの被変換光信号は、キャリア周波数ｆｎ’を持つチャネルの波長変換光信号に変換される。ここで、被変換光信号と波長変換光信号のキャリア周波数ｆｎ，ｆｎ’と、２モードビートパルス励起信号光の中心周波数ｆｐとの間には、以下のような関係が成り立つ。
【００４０】
ｆｎ＋ｆｎ’＝２ｆｐ（ｎは自然数）
【００４１】
以上、本第３実施形態によれば、波長多重された信号の光変調符号を一括して実現することが可能である。
【００４２】
ここで、本発明の技術と従来技術とで、波長多重信号の符号変換を行う場合について比較する。波長多重チャンネル数をｍ（チャネル）とした場合、図９に示した従来技術では、各チャネルに２つの変調器が必要であるため、波長多重システム全体では２ｍ個の変調器が必要である。本発明では、１つの波長変換部１３、１つの２モードビートパルス励起部１１、１つの合波部１２を用いるものの、各チャネルにはｍ個の変調器で済むため、部品点数を全体で減らすことが可能である。また、波長変換部１３は、文献３に示された技術等を用いることで利得を得られる場合がある。このため、従来技術のような符号変換過程における損失を相殺できるばかりでなく、波長多重信号を一括増幅し、同時に変調符号変換することが可能となる。したがって、ＳＮＲの劣化を低減することが可能である。波長変換部１３としてＱＰＭ−ＬＮを用いてもよい。
【００４３】
Ｄ．第４実施形態
図７は、本発明の第４実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。また、図８は、本第４実施形態による光変調符号変換装置の動作を説明するための概念図である。
【００４４】
本第４実施形態は、波長多重されたのビート周波数Ｂ（Ｂは伝送速度）の２モードビートパルス変換信号を発生するために、マルチキャリア光源として縦モード間隔が一定のスーパーコンテニウム（ＳＣ）光源を用いた点が異なる。図７では、スーパーコンテニウムなどのマルチキャリア発生光源６０から、縦モード間隔ｆＷＤＭの波長多重キャリア信号が一括発生され、出力される。図７では、波長多重キャリア信号として、縦モード間隔ｆＷＤＭのｎ個の縦モードを考えた。この波長多重キャリア信号は、図７の合波部６２の入力ポートＰ１に入力される。
【００４５】
２モードビートパルス励起部６１では、図２、図６での動作と同様に、ビート周波数Ｂ／２の２モードビートパルス励起光が発生される。２モードビートパルス励起光は、この所定のパワーで図７に示す合波部６２の入力ポートＰ２に入力される。図８に２モードビートパルス励起光の信号スペクトルを示す。図６と同様、中心周波数ｆｐを中心として、ｆｐ±Ｂ／４に２つの縦モード成分を持つ。
【００４６】
コヒーレント波長変換増幅部６３では、コヒーレントな波長変換プロセスを用いて波長多重キャリア信号が波長変換される。図８に示すように、ビート周波数Ｂの２モードビートパルス波長多重信号が一括して発生できる。ここで、波長多重キャリア信号入力の各キャリア周波数ｆｎ（ｎは自然数）と、２モードビートパルス波長多重信号の中心周波数ｆｎ’（ｎは自然数）は、２モードビートパルス励起光の中心周波数ｆｐを用いて以下の関係を持つ。
【００４７】
ｆｎ＋ｆｎ’＝２ｆｐ
【００４８】
波長変換された２モードビートパルス波長多重信号は、図７に示すＷＤＭ分離フィルタ６４に入力され、各ポートに２モードビートパルス信号が分離される。ここで、ＷＤＭ分離フィルタ６４の周波数間隔は、ｆＷＤＭに等しく、パスバンド中心周波数はｆｎ’に等しく、パスバンド帯域はビート周波数Ｂの２モードビートパルスを通過させることができるように設定する。
【００４９】
ＷＤＭ分離フィルタ６４からの出力は、それぞれのチャンネルで変調部ＭＯＤｎ（ｎは自然数）６５において伝送速度Ｂでデータ変調され、ＲＺ変調信号に変換される。ＲＺ変調信号は、再び、ＷＤＭ合波フィルタ６６に入力され、波長多重されたＲＺ変調信号として光送信器から出力される。
【００５０】
本第４実施形態によれば、図８に示すように、不等間隔な縦モード波長多重信号スペクトルを発生することができる。この結果、２モードビートパルス信号のビート周波数と、波長多重間隔を独立に設定可能な、波長多垂２モードビートパルス信号とを一括発生することが可能となる。これは、従来のスーパーコンテニウム光源を用いたマルチキャリア光源では不可能であった。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長多重信号の２モードビートパルスを用いた光変調符号への一括変換が可能どなる。またそのチャンネル伝送速度の高速化が可能となる。波長変換における増幅作用を用いることで、変換過程での損失を容易に補償することが可能となる。また、スーパーコンテニウム光源などのマルチキャリア光源と組み合わせることにより、従来不可能であった縦モード間隔とビート周波数が独立に制御可能な高速２モードビートパルス信号の波長多重信号一括発生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態の動作を説明するための概念図である。
【図３】本発明の第２実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す波長変換部として２次光非線形媒質のカスケーディング効果を用いた場合の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す構成の動作を説明するための概念図である。
【図６】本発明の第３実施形態による光変調符号変換動作を説明するための概念図である。
【図７】本発明の第４実施形態による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本第４実施形態による光変調符号変換装置の動作を説明するための概念図である。
【図９】従来技術による光変調符号変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来技術の動作を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０ 光信号発生部（光信号発生手段）
１１ ２モードビートパルス励起部（励起手段）
１２ 合波部（同期手段、合波手段）
１３ 波長変換部（波長変換手段）
１４ 光フィルタ（波長変換フィルタ手段）
２０ 光信号発生部（光信号発生手段）
２１ データ発生同期部
２２ ２モードビートパルス励起部（励起手段）
２３ 合波部（同期手段、合波手段）
２４ 波長変換部（波長変換手段）
２５ 光フィルタ（波長変換フィルタ手段）
２６ ２モード制御器
６０ マルチキャリア発生光源（光信号発生手段）
６１ ２モードビートパルス励起部（励起手段）
６２ 合波部（同期手段、合波手段）
６３ コヒーレント波長変換増幅部（波長変換手段）
６４，６６ ＷＤＭ分離フィルタ（波長変換フィルタ手段）
６５ 変調部（波長変換フィルタ手段）
Claims (7)
- ２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光送信装置において、
一波長もしくは波長多重された伝送速度Ｂの光変調信号を発生させる光信号発生手段と、
コヒーレント過程を用いて光信号発生手段から出力された光信号を一括して波長変換する波長変換手段と、
ビート周波数がｎ×Ｂ／２（ｎは自然数）であり、かつ、光変調信号に周波数同期し、かつ、互いにモード同期している２モードビートパルスによって前記波長変換手段を励起する励起手段と、
前記光信号発生手段から出力される光信号と、前記励起手段から出力される２モードビートパルス励起光とを入力として、必要に応じて両信号光の偏向状態を揃えて合波し、かつ、変換された２モードビート信号の各モードの値が等しくなるように２モードビートパルス励起光の各縦モード強度を調節し、前記波長変換手段に入力する合波手段と、
前記２モードビートパルス励起光によって波長変換されたＲＺ光変調信号を取り出す波長変換フィルタ手段とを具備し、
前記光信号発生手段からの光信号を符号変換し、ビート周波数がｎ×Ｂ（ｎは自然数）の２モードビートＲＺ光変調信号を発生することを特徴とする光送信装置。 - 前記波長変換手段は、非線形光学効果を有することを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
- 前記波長変換手段は、２次光非線形媒質のカスケーディング効果、または３次の非線形効果である４光波混合を用いた波長変換過程を光変調符号変換に用いることを特徴とする請求項２記載の光送信装置。
- 前記光信号発生手段は、一定周波数間隔に配置され、波長多重された縦モード光源からなり、
前記波長変換手段は、一括波長変換を行うことにより波長多重された２モードビートパルス列を一括発生させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光送信装置。 - ２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光伝送システムにおいて、
一波長もしくは波長多重された伝送速度Ｂの光変調信号を発生させる光信号発生手段と、
コヒーレント過程を用いて光信号発生手段から出力された光信号を一括して波長変換する波長変換手段と、
ビート周波数がｎ×Ｂ／２（ｎは自然数）であり、かつ、光変調信号に周波数同期し、かつ、互いにモード同期している２モードビートパルスによって前記波長変換手段を励起する励起手段と、
前記光信号発生手段から出力される光信号と、前記励起手段から出力される２モードビートパルス励起光とを入力として、必要に応じて両信号光に偏向状態を揃えて合波し、かつ、変換された２モードビート信号の各モードの値が等しくなるように２モードビートパルス励起光の各縦モード強度を調節し、前記波長変換手段に入力する合波手段と、
前記２モードビートパルス励起光によって波長変換されたＲＺ光変調信号を取り出す波長変換フィルタ手段とからなり、
前記光信号発生手段からの光信号を符号変換し、ビート周波数がｎ×Ｂ（ｎは自然数）の２モードビートＲＺ光変調信号を発生する光送信装置を具備することを特徴とする光伝送システム。 - ２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光送信装置において、
前記光信号発生手段と前記励起手段との周波数同期をとる同期手段を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光送信装置。 - ２モードビート信号を用いたＲＺパルス変調信号を用いる光伝送システムにおいて、
前記光信号発生手段と前記励起手段との周波数同期をとる同期手段を具備することを特徴とする請求項５に記載の光伝送システム。
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