JP2004254242A

JP2004254242A - 光送信機および光送信装置

Info

Publication number: JP2004254242A
Application number: JP2003044998A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kaneshiro; 馨金城; Kazuyuki Ishida; 和行石田; Takashi Mizuochi; 隆司水落
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】光ファイバを通信線路として用いる光伝送システムにおいて、さらなる長距離伝送および大容量伝送を実現すること。
【解決手段】Ｄａｔａ１に基づいて差動符号化信号を生成する差動符号化回路３と、差動符号化回路３から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）を行う第１の位相変調器５と、第１の位相変調器５の出力信号にビット同期させて強度変調を行う強度変調器６と、強度変調器６の出力信号にビット同期させて位相変調を行う第２の位相変調器７とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを通信線路として用いる光伝送システムに用いられる光送信機および光送信装置に関するものであり、特に、長距離伝送ならびに大容量伝送を行う光送信機および光送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、長距離光伝送システムでは１．５μｍ帯の光を直接増幅できるエルビウム添加ファイバ増幅器（以下「ＥＤＦＡ：ＥｒｕｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ」という。）を利用した光中継増幅伝送方式が主流となっている。さらに最近では、広帯域に増幅可能なＥＤＦＡの実現により波長多重伝送方式を用いた大容量伝送システムが実現されている。
【０００３】
さらなる大容量化と低コスト化が要求される昨今、これらの大容量化、低コスト化を実現するため、１チャネルあたりの伝送速度の増加および増幅帯域の有効利用（波長多重間隔の狭窄化）ならびに中継間隔の延伸化等が求められてきている。
【０００４】
しかしながら、伝送速度を増加させ、中継間隔を延伸化させることに伴い、受信端における光信号対雑音比には過大な要求が課せられることになる。
【０００５】
かかる状況の中で、従来と同じ光信号対雑音比でも受信感度を２倍向上させることが可能な変調方式として、差動位相シフトキーイング変調方式（以下「ＤＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ」変調方式という。）が注目を浴びている。
【０００６】
このＤＰＳＫ変調方式は、オン／オフの２値信号から生成される情報データ系列間の位相変化を差動符号化し、直流光を位相変調するものである。例えば、データ間の位相変化がない（すなわち、位相変化が０）場合には“オン”信号とし、パルス間で位相変化がある（すなわち、位相変化がπ）場合には、“オフ”信号とする差動符号化信号を生成する。特に、位相変調器を用いて、この差動符号化信号の“オン”、“オフ”に基づいて（０、π）の位相変調を施したものが、ＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）−ＤＰＳＫ変調方式である。
【０００７】
ＤＰＳＫ変調方式には、前述のＮＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式の他に、このＮＲＺ−ＤＳＰＫ信号をさらに強度変調を行い、ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号に変換するＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式もある（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００８】
これらのＤＰＳＫ変調方式では、ＤＰＳＫ信号から差動符号化信号を生成し、さらに、この差動符号化信号から元のデータ信号を復号する。ＤＰＳＫ変調方式では、１ビット遅延干渉計、２つのフォトディテクタ、識別器などを備えた自己遅延干渉検波器を用いて自己遅延検波と呼ばれる信号処理により、データ信号を抽出することがよく行われる。
【０００９】
この自己遅延干渉検波器では、１ビット遅延干渉計における干渉結果の位相に応じて、２つのフォトディテクタを切り換えて処理する。具体的には、１ビット遅延干渉計で検出された検出信号の位相差が“０”のときには、一方のフォトディテクタで検出信号を処理し、位相差が“π”のときには他方のフォトディテクタで検出信号を処理する。さらに、いずれか一方のフォトディテクタで処理された信号を反転出力とし、両者の検出信号を後段の識別器へ入力し、データ信号を抽出する。すなわち、この検波器では、干渉結果の位相に応じてそれぞれ異なるフォトディテクタで処理するようにしている。したがって、従来の変調方式であるオン／オフキーイング変調（２値振幅変調）方式に比べて、２倍の受信感度が得られるという特徴を有している。
【００１０】
このように、従来の光伝送システムに用いられてきたオン／オフキーイング変調方式に比べ２倍の受信感度が得られるＤＰＳＫ変調方式は、高速光通信において長距離伝送を実現する可能性を有する変調方式である。非特許文献１においては、このＤＰＳＫ変調方式を用いて５２００ｋｍの長距離伝送が達成されたことを報告している。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｂ．Ｚｈｕｅｔａｌ．、 “Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆ３．２Ｔｂ／ｓ（８０ｘ４２．７Ｇｂ／ｓ）ｏｖｅｒ５２００ｋｍｏｆＵｌｔｒａＷａｖｅｆｉｂｅｒｗｉｔｈ１００−ｋｍｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｍａｎａｇｅｄｓｐａｎｓｕｓｉｎｇＲＺ−ＤＰＳＫｆｏｒｍａｔ”、ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔｏｆＥＣＯＣ２００２、ｐａｐｅｒＰＤ．４．２、Ｓｅｐ．２００２．
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＤＰＳＫ変調方式を適用した光伝送システムにおいても、さらなる長距離伝送を実現するためには、さらに高い光信号対雑音比が要求される。単純な方法として、この高い光信号対雑音比を得るために、送信端から出力されるパワーを増加させることが考えられる。
【００１３】
送信端から出力される光パワーを増加させると、光中継伝送システムにおける光ファイバへの入射パワーが増加する。その結果、光ファイバ伝送特有の非線形効果の影響が無視できず、この非線形効果の影響により伝送波形歪みが発生して伝送特性の劣化を招来する。
【００１４】
この非線形効果の代表的なものとして、自己位相変調、相互位相変調、４光波混合などが挙げられるが、４光波混合と相互位相変調効果は波長多重伝送のときに引き起こされる現象である。
【００１５】
非線形の影響を受けるこれらの現象の中で、４光波混合に関しては、波長多重間隔が均一である場合には、光ファイバのゼロ分散波長からシフトした波長帯域を使用する手法が用いられ、光ファイバのゼロ分散波長の近傍で伝送させる場合には、波長多重間隔を不等間隔に配置するといった手法が用いられ、これらの手法を用いれば伝送品質の劣化を低減できることが知られている。
【００１６】
一方、相互位相変調は、２つの波長多重信号の一方の信号光の強度変化が他方の信号光の強度変化とともに作用することで光ファイバの非線形効果を介しわずかな屈折率変化を発生させる。このわずかな屈折率変化が光信号の群速度を変化させ位相変化をもたらす現象である。
【００１７】
また、自己位相変調は、光カー効果に起因して光ファイバの屈折率がわずかに変化し、このわずかな屈折率変化によって光信号の群速度が変化し、同時に、位相が変化することによって波形劣化が生ずる現象である。なお、この位相変化に伴う周波数の偏移量は、次式により与えられる。
【００１８】
【数１】

【００１９】
（１）式において、ωは角周波数、Ｌは伝送距離、λは波長、Ｅは電界強度、ｎ_２は屈折率をそれぞれ表している。
【００２０】
この光カー効果による屈折率変化は、（１）式より明らかなように、光信号の強度の増加に伴って増大するため、入力パワーの増加に伴い大きな波形劣化を招く。特に、相互位相変調の影響を被りやすい伝送システムにおいては、自己位相変調と相互位相変調との相乗効果により、信号の波形歪み量が増大するため、自己位相変調は、光ファイバ伝送システムにおいて大きな問題となる。
【００２１】
また、光ファイバ伝送路を通過する光信号（光パルス）は、自己位相変調によって光パルスの立ち上がりでは、光パルスの瞬時周波数は周波数が低い方にシフト（以下「レッドチャープ」という。）され、逆に、光パルスの立ち下がりでは光パルスの瞬時周波数は周波数が高い方にシフト（以下「ブルーチャープ」という。）される特徴を有している。詳細については後述するが、自己位相変調による臨時周波数の変化は、光ファイバ伝送路の分散特性の符号により伝播の振る舞い方が異なり、パルス形状を変化させる。
【００２２】
例えば、光パルスが正分散特性のファイバ内を伝送する場合には、この光パルスのパルス幅が圧縮され、逆に、負分散特性のファイバ内を伝送する場合には、パルス幅が拡張される。パルス幅が圧縮されると、パルスのピークパワーを増加させるため、前述した光カー効果による屈折率変化を増大させ、自己位相変調を拡大する方向に作用する。一方、パルス幅が拡張されると、隣接データ間における符号間干渉を拡大する方向に作用する。
【００２３】
このように光ファイバ内では、自己位相変調効果と光ファイバ伝送路の分散特性に起因するパルス幅の変化とが同時に発生し、これらの現象が複雑に相互作用しながら光パルスが伝送するため、長距離伝送後には劣悪な品質劣化が生じることになる。
【００２４】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光ファイバを通信線路として用いる光伝送システムに用いられる光送信機および光送信装置において、自己位相変調により発生する伝送特性劣化を低減し、さらなる長距離伝送および大容量伝送の実現する光送信機および光送信装置を提供することを目的とするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる光送信機にあっては、２値データ信号に基づいて差動符号化信号を生成する差動符号化回路と、前記差動符号化回路から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）を行う第１の位相変調器と、前記第１の位相変調器の出力信号にビット同期させて強度変調を行う強度変調器と、前記強度変調器の出力信号にビット同期させて位相変調を行う第２の位相変調器とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、差動符号化回路は、２値データ信号に基づいて差動符号化信号を生成し、第１の位相変調器は、差動符号化回路から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の位相シフトキーイングを行い、強度変調器は、第１の位相変調器の出力信号にビット同期させて強度変調を行い、第２の位相変調器は、強度変調器の出力信号にビット同期させて位相変調を行う。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる光送信機および光送信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２８】
実施の形態１．
本願発明は、ＤＰＳＫ信号を生成する送信機に位相変調器を具備することにより、光ファイバ伝送時に発生する自己位相変調による伝送品質劣化が低減されるように位相変調器に設定する初期位相および位相変調度の任意の設定を可能としたＤＰＳＫ変調方式を用いて長距離大容量伝送を実現するものである。本願発明者は、ＤＰＳＫ信号が生成される際に、位相変調器によって位相変調される信号の周波数偏移に着目し、この周波数偏移が生ずる現象を詳細に考察することにより、光ファイバ伝送時に生ずる自己位相変調の影響を低減させる手段を導き出すに至ったものである。そこで、本願発明の実施の形態を説明する前に、自己位相変調が生ずる理由や自己位相変調によって光送信パルスのパルス幅が変動することなどについて説明する。
【００２９】
図７は、差動符号化の原理を示す説明図である。同図において、上段に示す数字列は、位相変調される前の元情報データであり、中段に示す数字列は、元情報データ間の差分情報を符号化した差動符号化データである。また、下段に示す数字列は、差動符号化データにそれぞれ対応した対応位相変化を示したものである。
【００３０】
例えば、元情報データが図７に示す数字列であるとき、差動符号化データは、左端のデータ”０”（同図に示すｂ１）を基準にして、元情報データの左端のデータが”１” （同図に示すａ１）なので、このデータを反転させた”１”（同図に示すｂ２）を生成する。以下同様に、直前に生成された差動符号化データを基準にして、元情報データが”１”ならば反転データを生成し、”０”ならば非反転データを生成する。このようにして、同図中段に示す差動符号化データが生成される。なお、対応位相変化は、それぞれ、差動符号化データの”０”には”０”が対応し、差動符号化データの”１”には”π”が対応し、この対応位相変化に応じて位相変調が施された信号がＤＰＳＫ信号となる。
【００３１】
一方、ＤＰＳＫ信号を受信するためには、差動符号化されたＤＰＳＫ信号から元のデータ信号を復号する必要がある。ＤＰＳＫ信号の復号には、上述したような、自己遅延干渉検波器が用いられる。図８（ａ）は、自己遅延干検波器の一般的な構成を示す図である。また、図８（ｂ）は、この自己遅延干渉検波器の動作を説明するためのデータ列を示す図であり、図８（ｃ）は、自己遅延干渉検波器の識別器に入力される識別器入力データを示す図である。
【００３２】
図８（ａ）に示す自己遅延干渉検波器は、１ビットのディレイラインを備えた１ビット遅延干渉計５１、２つのフォトディテクタ５３ａ、５３ｂ、減算器５５、識別器５７などから構成される。いま、同図（ａ）に示すような、”０π００ππ０πππ０”の位相で位相変調された変調信号を搭載した送信信号が受信機に入力されると、１ビット遅延干渉計における干渉結果は”ππ０π０ππ００π”となる（同図（ｂ）の差動位相データ参照）。このとき、干渉結果の位相差が”０”のときには、フォトディテクタ５３ａで受信され、位相差が”π”のときには、フォトディテクタ５３ｂで受信される。フォトディテクタ５３ｂで受信された信号は、減算器５５でフォトディテクタ５３ａの出力と減算され、識別器５７へ入力され（同図（ｃ）の識別器入力データ参照）、元の情報データが復元される。ＤＰＳＫ信号は、隣接データ間の位相差情報が失われていなければ、この位相差情報から元の情報データを正しく再現することができる。
【００３３】
図９は、光パルスによる自己位相変調の現象を示す概念図である。上述したように、自己位相変調が発生したとき、光パルスの立ち上がり部（進行方向に向かう光パルスの前縁部）では、レッドチャープと呼ばれる光パルスの瞬時周波数が低い方にシフトされ、逆に、光パルスの立ち下がり部分（進行方向に向かう光パルスの後縁部）では、ブルーチャープと呼ばれる光パルスの瞬時周波数が高い方にシフトされる。
【００３４】
一方、自己位相変調による臨時周波数の変化が、光ファイバ伝送路の分散特性の符号により、パルス形状を変化させることについても上述してきた。図１０は、正分散ファイバにおける伝播パルスの振る舞いを示す概念図であり、図１１は、負分散ファイバにおける伝播パルスの振る舞いを示す概念図である。
【００３５】
図１０に示すように、正分散ファイバでは、パルスの立ち上がり部では位相速度が遅くなり、逆に、立ち下がり部では位相速度が速くなるため、パルス波形が圧縮される振る舞いを示す。このパルス圧縮はパルスのピークパワーを増加させるため、上述した光カー効果による屈折率変化を増大させ、自己位相変調を拡大する方向に作用することになる。
【００３６】
一方、図１１に示すように、負分散ファイバでは、パルスの立ち上がり部では位相速度が速くなり、パルスの立ち下がり部では位相速度が遅くなるため、パルス波形が広がる振る舞いを示す。そのため、自己位相変調によるパルス広がりの影響が強い場合には、隣接データ間における符号間干渉を拡大する方向に作用することになる。
【００３７】
このように、光ファイバを伝送する光パルスは、自己位相変調の影響を受け、正分散の光ファイバを伝送する際には、パルス波形が圧縮され、負分散の光ファイバを伝送する際には、パルス波形が拡張されるようになる。本願発明は、このパルス圧縮／拡張によるパルス歪みの影響を低減するように、以下に詳述するような位相変調の初期位相および変調度の制御によってパルス信号のパルス幅を制御するものである。
【００３８】
図１は、実施の形態１の光送信機の構成例を示した図である。この光送信機は、差動符号化回路３、レーザーダイオード４、第１の位相変調器５、強度変調器６、第２の位相変調器７、第１の移相器８ａ、第２の移相器８ｂ、第１のドライバ回路９ａ、第２のドライバ回路９ｂを備えている。同図において、差動符号化回路３は、入力端子１４から入力されたオン／オフ信号から形成される２値信号データであるＤａｔａ１をＤＰＳＫ変調用データに符号化する。レーザーダイオード４は、直流光を発生させる。第１の位相変調器５は、差動符号化回路３から出力された差動符号化信号に応じてレーザーダイオード４から出力された直流光を（０、π）に位相変調する。強度変調器６は、位相変調器５から出力されたＤＰＳＫ信号出力を入力端子１５から入力された伝送速度に対応する正弦波クロック信号であるＣｌｏｃｋ２に同期してＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号化する。第２の位相変調器７は、強度変調器６から出力されたＲＺ信号にビット同期して所望の初期位相ならびに位相変調の深さを設定する。第１のドライバ回路９ａは、強度変調器６に入力されるＣｌｏｃｋ２を所望の振幅値に増幅する、第２のドライバ回路９ｂは、は第２の位相変調器７に入力されるＣｌｏｃｋ２を所望の振幅値に増幅する。第１の移相器８ａ、Ｃｌｏｃｋ２と第１の位相変調器５の出力信号を同期させ、第２の移相器８ｂは、Ｃｌｏｃｋ２と強度変調器６の出力信号をビット同期させる。
【００３９】
つぎに、この実施の形態の動作について説明する。Ｄａｔａ１に基づいて差動符号化回路３において生成された差動符号化信号は、第１の位相変調器５に入力される。第１の位相変調器５では、入力された差動符号化信号に基づいて、レーザーダイオード４から出力された直流光を（０、π）で位相変調することによりＤＰＳＫ信号を生成する。強度変調器６では、入力されたＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号が第１のドライバ回路９ａにより所望の振幅レベルに増幅されたＣｌｏｃｋ２と同期して変調される強度変調によってＲＺ信号化され、ＲＺ−ＤＰＳＫ信号を出力する。このとき、第１の移相器８ａでは、強度変調器６に入力されたＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号とＣｌｏｃｋ２の位相とが整合するように位相調整されるものとする。ここで生成されたＲＺ−ＤＰＳＫ信号は、第２の位相変調器７に入力され、第２のドライバ回路９ｂで所望の振幅レベルに増幅されたＣｌｏｃｋ２と同期して位相変調が行われる。ここでも、第１の移相器８ａで行われたのと同様な位相の調整が行われる。すなわち、第２の移相器８ｂでは、強度変調器６から出力されたＲＺ−ＤＰＳＫ信号とＣｌｏｃｋ２の位相とが整合するように位相調整されるものとする。なお、第２の位相変調器７では、任意の初期位相および任意の変調度を設定することができる。
【００４０】
ここで、強度変調器６から出力される信号をＡ（０，ｔ）とし、この信号のパルス形状をガウス形状と仮定すると、次式で表される。
【００４１】
【数２】

【００４２】
（２）式において、Ａ_０は振幅、Ｔ_０は最大値の半値幅をそれぞれ表している。
【００４３】
また、（１）式で与えられたＲＺ信号波形を、第２の位相変調器７において位相変調を行った場合の信号波形Ｂ（０，ｔ）は、次式で与えられる。
【００４４】
【数３】

【００４５】
（３）式において、ｋ_Ｐは変調度、Ψ_ＣはＲＺ信号の初期位相、ｍ（ｔ）は位相変調信号である。また、この位相変調信号ｍ（ｔ）は次式で与えられる。
【００４６】
【数４】

【００４７】
（４）式において、φは位相変調信号の初期位相、ｆ_ｍは位相変調周波数、ω_ｍは位相変調角周波数である。
【００４８】
いま、（３）式に（２）式および（４）式を代入すると、第２の位相変調器７で位相変調された位相変調信号は、次式で表せる。
【００４９】
【数５】

【００５０】
図２（ａ）は、第２の位相変調器７から出力される信号波形の一例を示す図である。この信号波形は、最大値の半値幅がＴ_０／４で、振幅Ａ_０＝１のとき、（２）式で与えられるＤＰＳＫ変調信号に初期位相φ＝０、変調度ｋ_Ｐ＝πの位相変調を行った場合である。また、図２（ｂ）は、第２の位相変調器７でビット同期位相変調を行う前の差動データ位相差を示す図であり、図２（ｃ）は、第２の位相変調器７でビット同期位相変調を行った後の差動データ位相差を示す図である。
【００５１】
第２の位相変調器７では、Ｃｌｏｃｋ２とビット同期して位相変調が行われるため、ビットごとに同じ量の位相変調が施される。いま、ＤＳＰＫ信号データの位相が“０π００ππ０πππ０”のとき、初期位相０、変調度πのビット同期位相変調を行ったＤＰＳＫ信号の位相は、“π０ππ００π０００π”に変化する。
【００５２】
ところで、ＤＰＳＫ信号では、受信時に自己遅延検波出力の差動データ位相差からデータ信号を復号するため隣接データ間の位相差が非常に重要となる。しかしながら、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、第２の位相変調器７でビット同期位相変調を行う前とビット同期位相変調を行った後のデータ間の位相差である差動データ位相差を比較した場合、いずれの場合にも隣接データ間の位相差は“ππ０π０π００π”であり、ビット同期位相変調を行う前と行った後では隣接データ間の位相差は変化しない。なお、ここでの図示は省略しているが、どのような変調度に設定しても、隣接データ間の位相差は、ビット同期位相変調の前後において変化することはない。
【００５３】
したがって、第２の位相変調器７でビット同期位相変調が施されたＤＰＳＫ信号が送信された場合であっても、ビット同期位相変調を行う前後で隣接データ間の位相差が変化しない信号が受信機において受信されるので、正しいデータ信号を復号することができる。
【００５４】
つぎに、このビット同期位相変調を行った場合の効果について詳述する。図３（ａ）は、初期位相φ＝０、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および位相偏移量を示す図であり、図３（ｂ）は、初期位相φ＝０、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および周波数偏移量を示す図である。
【００５５】
図３（ａ）および（ｂ）に示す図は、時間領域の波形であることに注意すれば、同図（ｂ）に示すように、光電界の立ち上がり部では周波数偏移量がマイナス側に偏移しており、レッドチャープが生じていることが分かる。一方、光電界の立ち下がり部では周波数偏移量がプラス側に偏移しており、ブルーチャープが生じている。
【００５６】
一方、図４（ａ）は、初期位相φ＝π、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および位相偏移量を示す図であり、図４（ｂ）は、初期位相φ＝π、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および周波数偏移量を示す図である。初期位相をπだけ変化させた場合には、変化の前後でブルーチャープとレッドチャープの発生が逆転していることが分かる。すなわち、同図（ｂ）に示すように、光電界の立ち上がり部では周波数偏移量がプラス側に偏移してブルーチャープが生じ、光電界の立ち下がり部では周波数偏移量がマイナス側に偏移してレッドチャープが生じている。このように、第２の位相変調器７において任意の初期位相ならびに変調度を設定することによりパルス波形内のチャープを制御することができる。
【００５７】
なお、初期位相の制御とは別に、位相変調を行った場合には非線形な周波数変調がかけられるので、位相変調後の信号スペクトルは位相変調を行う前に比べて広がりを有することも考慮する必要がある。
【００５８】
ところで、光ファイバを伝送する光信号は、光ファイバの有する分散特性によって、パルス幅が変動する。したがって、光パルスのパルス幅を制御しようとする場合には、光ファイバの分散特性についても考慮しなければならない。
【００５９】
ここで、光ファイバ伝送特有の分散を表す波長分散係数をＤ［ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ］とするとき、このＤは、群遅延時間をτ、波長をλ、群速度をＶ_ｇとして、次式で与えられる。
【００６０】
【数６】

【００６１】
また、伝送波長の広がりを表す波長広がりδλは、波長をλ、信号の伝送速度をＢ、光の速度をＣとして、次式で表される。
【００６２】
【数７】

【００６３】
さらに、分散によるパルス広がりδｔは、Ｌは伝送距離をＬ、波長分散係数をＤ、信号占有帯域幅広がりをδλとして、次式で与えられる。
【００６４】
【数８】

【００６５】
伝送速度Ｂの増加によって信号の占有帯域幅が広くなるので、（８）式より、分散によるパルス広がりが、信号の占有帯域幅の増加に伴って増大することが分かる。
【００６６】
上述したように、第２の位相変調器７において位相変調が行われた光信号は、信号占有帯域幅が広くなるため光ファイバの分散の影響を受けやすくなる。また、光ファイバの分散には、ゼロ分散波長を境に符号の異なる分散値を有し、正分散と負分散では位相変化の向きが反転する。つまり、分散の符号によりパルスの立ち上がりと立ち下がりの位相変化が逆転する。
【００６７】
したがって、第２の位相変調器７において、分散により生ずる位相変化の向きと逆方向に位相変調を施した場合には、この位相変調は分散による位相変化を打ち消す方向に働き、逆に、分散により生じる位相変化の向きと同方向に位相変調を施した場合には、この位相変調は分散による位相変化を増長する方向に働くことになる。また、分散によるパルス広がりの影響は、この位相変調により占有帯域幅が広くなることでより速く発生するため、パルスのピークパワーの低下を促進する方向に寄与し、非線形効果の影響を小さくすることができる。
【００６８】
つまり、位相変調器７では送信パルスにあらかじめ任意のチャープ方向とチャープ量を施すことにより、任意の分散における分散の振る舞いを制御できるため、同時に発生する非線形効果の影響を軽減させることができ、光ファイバ伝送路中における非線形効果と分散との相互作用によるパルスの振る舞いを制御することができる。
【００６９】
光ファイバの任意の分散値において発生する自己位相変調による影響を打ち消すような適切な位相変調を施すことにより、自己位相変調によるパルス歪みを低減することができるため、ＤＰＳＫ変調信号の特徴を損なうことなく、従来のＤＰＳＫ変調方式と比較して伝送距離の延伸化が可能となる。
【００７０】
以上説明したように、この実施の形態の光送信機によれば、差動符号化回路は、２値データ信号に基づいて差動符号化信号を生成し、第１の位相変調器は、差動符号化回路から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の位相シフトキーイングを行い、強度変調器は、第１の位相変調器の出力信号にビット同期させて強度変調を行い、第２の位相変調器は、強度変調器の出力信号にビット同期させて位相変調を行い、光ファイバ伝送路の波長分散により生ずる位相変化を打ち消すように位相変調の初期位相および変調度を制御するようにしているので、自己位相変調により発生する伝送特性劣化を低減し、さらなる長距離伝送を実現することができる。
【００７１】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２の光送信機の構成例を示した図である。この光送信機は、図１に示す実施の形態１の送信機の強度変調器６を省略した構成で実現するものである。なお、その他の構成は実施の形態１と同一であり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００７２】
つぎに、この実施の形態の動作について説明する。Ｄａｔａ１に基づいて差動符号化回路３において生成された差動符号化信号は、第１の位相変調器５に入力される。第１の位相変調器５では、入力された差動符号化信号に基づいて、レーザーダイオード４から出力された直流光を（０、π）で位相変調することによりＤＰＳＫ信号を生成する。生成されたＤＰＳＫ信号はＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号となる。このＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号は、第２の位相変調器７に入力され、ドライバ回路９で所望の振幅レベルに増幅されたＣｌｏｃｋ２と同期して位相変調が行われる。なお、移相器８では、第１の位相変調器５から出力されたＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号とＣｌｏｃｋ２の位相とが整合するように位相調整されるものとする。なお、第２の位相変調器７では任意に初期位相および変調度を設定することができる。
【００７３】
この実施の形態では、実施の形態１と同様に最適な初期位相および変調量を設定することが可能な第２の位相変調器７を具備しているため、高い入射パワー時に発生する非線形効果と光ファイバの分散特性とによる相互作用によりもたらされる波形歪みが低減されるように位相変調を施すことが可能であり、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００７４】
また、このように位相変調器を備えたＮＲＺ−ＤＰＳＫ送信機を用いることにより、自己位相変調効果による波形歪みが低減できるため、ＤＰＳＫ信号の特徴を損なうことなく、従来のＤＰＳＫ変調方式と比較して伝送距離の延伸化が可能となる。
【００７５】
以上説明したように、この実施の形態の光送信機によれば、差動符号化回路は、２値データ信号に基づいて差動符号化信号を生成し、第１の位相変調器は、差動符号化回路から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の差動位相シフトキーイングを行い、第２の位相変調器は、第１の位相変調器の出力信号にビット同期させて位相変調を行い、光ファイバ伝送路の波長分散により生ずる位相変化を打ち消すように位相変調の初期位相および変調度を制御するようにしているので、自己位相変調により発生する伝送特性劣化を低減し、さらなる長距離伝送を実現するとともに、実装面積の縮小とコストの低下とを可能とする光送信機を実現することができる。
【００７６】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３の光送信装置の構成例を示した図である。この実施の形態は、異なる中心波長の直流光を発生する実施の形態１で構成した光送信機と、これらの複数の光送信機から出力される出力信号を合波する合波器とを備えた波長多重の光送信装置である。
【００７７】
図６において、送信部１２は、実施の形態１で示した複数の送信機１１−１、１１−２〜１１−Ｎで構成されており、各送信機は、直流光を発生するレーザーダイオードの発振波長をすべて異ならせている。なお、各送信機の内部の構成は、実施の形態１で示した構成と同様であり、同一部分には同一符号を付している。送信部１２のそれぞれの送信機１１−１、１１−２〜１１−Ｎから出力されるＤＳＰＫ信号は、合波器１３で多重化され、光ファイバ伝送路１６に送出される。
【００７８】
光ファイバを伝送する光信号は、光ファイバの分散特性の影響で異なる伝播の振る舞いを示すことになるが、この実施の形態の光送信装置によれば、各送信機単位で波長ごとに最適な位相変調を行うことができるので、ＤＰＳＫ信号の特徴を損なうことなく非線形効果による波形歪みを低減するとともに、光信号の波長多重化を実現することができ、伝送距離の延伸化と伝送信号の大容量化を実現することができる。
【００７９】
なお、この実施の形態では、送信部を構成する各送信機は実施の形態１で示した送信機からなる構成としたが、実施の形態２で示した送信機からなる構成としてもよく、この場合においても、送信機単位で送信波長ごとに最適な位相変調を行うことが可能であり、同様な効果を得ることができる。
【００８０】
以上説明したように、この実施の形態の光送信装置によれば、実施の形態１または実施の形態２で示した中心波長の異なる光信号を出力する光送信機と、これらの複数の光送信機から出力される出力信号を合波する合波器とを備えるように構成しているので、自己位相変調により発生する伝送特性劣化を低減し、さらなる長距離伝送と大容量伝送を実現することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、２値データ信号に基づいて生成された差動符号化信号に応じて（０、π）の位相シフトキーイングを行い、この位相シフトキーイングの出力信号にビット同期させて変調された強度変調信号を、さらにビット同期させて位相変調を行うようにしているので、自己位相変調により発生する伝送特性劣化を低減し、さらなる長距離伝送と大容量伝送を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の光送信機の構成例を示した図である。
【図２】（ａ）は、第２の位相変調器から出力される信号波形の一例を示す図であり、（ｂ）は、第２の位相変調器でビット同期位相変調を行う前の差動データ位相差を示す図であり、（ｃ）は、第２の位相変調器でビット同期位相変調を行った後の差動データ位相差を示す図である。
【図３】（ａ）は、初期位相φ＝０、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および位相偏移量を示す図であり、（ｂ）は、初期位相φ＝０、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および周波数偏移量を示す図である。
【図４】（ａ）は、初期位相φ＝π、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および位相偏移量を示す図であり、（ｂ）は、初期位相φ＝π、変調度ｋ_Ｐ＝πのときの、光電界波形および周波数偏移量を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２の光送信機の構成例を示した図である。
【図６】この発明の実施の形態３の光送信装置の構成例を示した図である。
【図７】差動符号化の原理を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、自己遅延干検波器の一般的な構成を示す図であり、（ｂ）は、この自己遅延干渉検波器の動作を説明するためのデータ列を示す図であり、（ｃ）は、自己遅延干渉検波器の識別器に入力される識別器入力データを示す図である。
【図９】光パルスによる自己位相変調の現象を示す概念図である。
【図１０】正分散ファイバにおける伝播パルスの振る舞いを示す概念図である。
【図１１】負分散ファイバにおける伝播パルスの振る舞いを示す概念図である。
【符号の説明】
１Ｄａｔａ、２Ｃｌｏｃｋ、３差動符号化回路、４レーザーダイオード、５第１の位相変調器、６強度変調器、７第２の位相変調器、８移相器、８ａ第１の移相器、８ｂ第２の移相器、９ドライバ回路、９ａ第１のドライバ回路、９ｂ第２のドライバ回路、１１−１，１１−２〜１１−Ｎ送信機、１２送信部、１３合波器、１４第１の入力端子、１５第２の入力端子、１６光伝送路、５１ビット遅延干渉計、５３ａ，５３ｂフォトディテクタ、５３ａ，５３ｂフォトディテクタ、５５減算器、５７識別器。

Claims

２値データ信号に基づいて差動符号化信号を生成する差動符号化回路と、
前記差動符号化回路から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）を行う第１の位相変調器と、
前記第１の位相変調器の出力信号にビット同期させて強度変調を行う強度変調器と、
前記強度変調器の出力信号にビット同期させて位相変調を行う第２の位相変調器と、
を備えたことを特徴とする光送信機。
前記強度変調器は、前記第１の位相変調器から出力されるＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）−ＤＰＳＫ信号をＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）−ＤＰＳＫ信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
２値データ信号に基づいて差動符号化信号を生成する差動符号化回路と、
前記差動符号化回路から出力された差動符号化信号に応じて（０、π）の差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）を行う第１の位相変調器と、
前記第１の位相変調器の出力信号にビット同期させて位相変調を行う第２の位相変調器と、
を備えたことを特徴とする光送信機。
前記第２の位相変調器は、光ファイバ伝送路中で発生する非線形効果の影響を低減するように位相変調の初期位相および変調度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光送信機。
中心波長の異なる光信号を出力する請求項１〜４に記載の光送信機と、これらの複数の光送信機から出力される出力信号を合波する合波器とを備えたことを特徴とする光送信装置。