JP2004309541A

JP2004309541A - 光差動信号伝送方式及び方法

Info

Publication number: JP2004309541A
Application number: JP2003098999A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsuzuki; 健都築; Toshio Ito; 敏夫伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】ＳＮ比や信号の波形歪み等による伝送信号の劣化に対して受信性能を向上させる光差動信号伝送方式を提供する。
【解決手段】２つの入力ポート１のそれぞれに波長の異なる入力光を入力ように構成したマッハツェンダ変調器３０と、このマッハツェンダ変調器３０の１つの光出力ポート５より得るそれぞれ反転して多重化された２つの光出力信号を伝送するファイバ伝送線路３１と、このファイバ伝送線路３１で伝送した前記光出力信号を入力して波長毎に分離することにより差動信号を得る光フィルタ３２とを有する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる光信号伝送方式及び方法に関し、特に差動信号を発生させて伝送するための光変調器の構造及び光による差動信号を用いた伝送方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光変調器等の導波型光制御デバイスは高速光通信システム、光情報処理システムのキーエレメントの一つである。光通信システムにおいて、高速、長距離伝送を行うとき、光の変調方法はチャーピングによる伝送信号の劣化を避けるため、レーザの直接変調ではなく、外部変調器が用いられる。外部変調器は半導体の電界吸収効果を利用したＥＡ変調器や、ＬｉＮｂＯ_３等を用いたマッハツェンダ変調器が代表として挙げられるが、より高速、長距離伝送のためにはＥＡ変調器よりもチャープが小さく、チャープの制御も可能なマッハツェンダ変調器が用いられている。
【０００３】
このような従来技術に係るＥＡ変調器としては下記に記載した特許文献１が、またＬｉＮｂＯ_３としては特許文献２がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１７３２１８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１３３１５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光通信において高速、長距離伝送を行うためには信号のＳＮ比が問題となる。ＳＮ比が劣化すると受信時の誤り率が増加し信号伝送ができなくなるため、ＳＮ比が劣化する前にファイバアンプ等で信号を増幅し、劣化を抑えることが必要である。しかし、ファイバアンプ等による増幅ではＳＮ比の増加は防げるものの、改善することはできない。このためＳＮ比劣化に対する根本的な改善が必要とされている。
【０００６】
一方、電気信号による通信システムでは、差動信号による伝送が広く用いられている。差動インターフェースの導入により、信号の高速化や、システム電源の低電力化等が実現できている。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、光通信システムにおいてＳＮ比や信号の波形歪み等による伝送信号の劣化に対して受信性能を向上させ、信号の高速化やシステム電源の低電力化を実現するための光差動信号伝送方式及び方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明の特徴は次の通りである。
【０００９】
１）２つの光入力ポートと、
この光入力ポートからの入力光を２つに分割し、且つ互いの位相がπ／２ずれた光を出力する第１の２×２３ｄＢカプラと、
この第１の２×２３ｄＢカプラの出力光を印加電圧信号に基づき位相変調を行う位相変調導波路と、
この位相変調導波路で所定の位相変調がなされた出力信号光を入力するとともに、この入力光を２つに分割し、且つ互いの位相がπ／２ずれた光を出力する第２の２×２３ｄＢカプラと、
この第２の２×２３ｄＢカプラからの出力信号光を出力する少なくとも１つの光出力ポートとを有することを特徴とするマッハツェンダ変調器。
かかるマッハツェンダ変調器においては、その２つの入力ポートのそれぞれに波長の異なる入力光を入力し、マッハツェンダ変調器により変調することで一つの光出力ポートよりそれぞれ反転した２つの信号を波長多重させる。
【００１０】
２）上記１）に記載するマッハツェンダ変調器において、
第１及び第２の２×２３ｄＢカプラは、２×２ＭＭＩカプラで形成したことを特徴とするマッハツェンダ変調器。
このように３ｄＢカプラにＭＭＩカプラを用いることによって従来広く用いられている方向性結合器に較べて小型で、分岐比の正確な、作製トレランスが大きい３ｄＢカプラを実現することができる。
これによってオン／オフ比の大きい光信号の作成が可能となるとともに、マッハツェンダ変調器の２つの入力ポートのそれぞれに波長の異なる光を入力し、マッハツェンダ変調器により変調することで２つの光出力ポートよりそれぞれ反転した２つの信号光を波長多重させる際、２つの信号光強度をほぼ等しくすることができる。
【００１１】
３）前記２つの入力ポートのそれぞれに波長の異なる入力光を入力するように構成した上記１）又は２）に記載するマッハツェンダ変調器と、
このマッハツェンダ変調器の１つの光出力ポートより得るそれぞれ反転して波長多重化された２つの光出力信号を伝送するファイバ伝送線路と、
このファイバ伝送線路で伝送した前記光出力信号を入力して波長毎に分離することにより差動信号を得る光フィルタとを有する光差動信号伝送方式。
かかる光差動信号伝送方式においては、前記マッハツェンダ変調器で多重化した光出力信号を光ファイバ伝送線路で伝送した後、光フィルタにより波長毎に前記光出力信号を分離し、差動信号を検出する。すなわち、シングルエンド信号で「０」と「１」の信号を伝送している従来技術とは、差動信号での光伝送信号であるという点が異なる。
【００１２】
従来技術において、光通信に用いられてきた手段は、シングルエンド信号で「０」と「１」の信号を伝送しているため、ＳＮ比の劣化や、信号波形の歪み等による伝送信号の劣化に対して受信性能が悪くなるという点が問題であった。一方、本発明によるマッハツェンダ変調器を用いた光伝送方式では、光信号による差動信号伝送を行っている。したがって、ＳＮ比劣化や波形歪み等による伝送信号の劣化に強い光通信システムの構築が可能であるとともに、信号の高速化やシステム電源の低電力化を行うことができる。
【００１３】
４）上記１）又は２）に記載するマッハツェンダ変調器の２つの入力ポートのそれぞれに波長の異なる光を入力するとともにこのマッハツェンダ変調器により変調することで、１つの光出力ポートよりそれぞれ反転した２つの光出力信号を波長多重させて出力し、さらにこの光出力信号を光ファイバを用いて伝送した後、光フィルタにより波長毎に分離して差動信号を得る光差動信号伝送方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダ変調器の一例を示す概観図である。同図に示すように、光入力ポート１ａ介して入力されて第１の２×２ＭＭＩカプラ２を通過した光は、位相変調導波路３へ互いに位相がπ／２ずれて分配される。位相変調導波路３から第２の２×２ＭＭＩカプラ４へ入力した光は、２本の位相変調導波路３の位相長が等しいか、又は２ｎπ異なればｃｒｏｓｓポートである光出力ポート５ｂから出力され、位相長が（２ｎ＋１）π異なればｂａｒポートである光出力ポート５ａから出力される。なお、図中、６は信号電圧を印加する電極である。
【００１６】
上述の如く位相変調導波路３で変調を行うと、図２に示すように、２つの出力ポート５ａ、５ｂからはそれぞれ反転した変調光が出力される。すなわち、図２中、１０は入力光、１１はｂａｒポートである光出力ポート５ａからの出力信号光、１２はｃｒｏｓｓポートである光出力ポート５ｂからの出力信号光、１３は電極６に対する印加電圧信号である。
【００１７】
図１に示すマッハツェンダ変調器において、第１の２×２ＭＭＩカプラ２に、図２の場合とは異なるもう一方の入力ポート１ｂから光を入力すると、光出力ポート５ａ、５ｂでは出力される変調光が、図２の場合に対し反転される。その様子を図３に示す。
【００１８】
さらに、２つの入力ポート１ａ、１ｂより波長λ_１と、λ_２の光を光入力ポート１のそれぞれ別のポートから入力すると、各光出力ポート５ａ、５ｂからそれぞれ反転した波長の異なる２つの光が多重化されて出力される。その様子を図４に示す。かくして、当該マッハツェンダ変調器により波長多重された差動信号を一本のファイバに出力することが可能になる。
【００１９】
なお、図４中、２０は光入力ポート１ａへの入力光（波長λ_１）、２１は光入力ポート１ｂへの入力光（波長λ_２）、２２は光出力ポート５ａからの入力光２１の変調出力信号光（波長λ_２）、２３は光出力ポート５ａからの入力光２０の変調出力信号光（波長λ_１）、２４は光出力ポート５ｂからの入力光２０の変調出力信号光（波長λ_１）、２５は光出力ポート５ｂからの入力光２１の変調出力信号光（波長λ_２）、２６は印加電圧信号である。
【００２０】
上記実施の形態においては、２×２カプラとして第１及び第２の２×２ＭＭＩカプラ２、４を用いたが、これは一般に２×２３ｄＢカプラであれば、特に２×２ＭＭＩカプラ２、４に限定する必要はない。
【００２１】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る光差動信号伝送方式を示す模式図である。同図に示すように、マッハツェンダ変調器３０で作られた差動信号は、ファイバ伝送線路３１を伝送した後、受信側で光フィルタ３２によって波長毎に分離される。分離された光は互いに反転した差動信号であるため、フォトダイオード３３によって受信した光はそのまま電気的な差動信号として処理することができる。すなわち、差動信号である電気信号３４を得る。そして、この結果、電気信号での差動信号伝送と同様に、光信号伝送においてもＳＮ比劣化や波形歪み等による伝送信号の劣化に強い差動信号伝送が可能になるとともに、信号の高速化やシステム電源の低電圧化を行うことができる。
【００２２】
なお、図１に示すマッハツェンダ変調器において、変調器を構成する材料に広く用いられているＬｉＮｂＯ_３ではなく、半導体を用いても良い。この場合、半導体のハイメサ導波路構造を採用すると、文献『Ｙ．Ｓｉｂａｔａｅｔａｌ．「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃａｓｃａｄａｂｉｌｉｔｙｏｆａｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ３ｄＢｃｏｕｐｌｅｒ」ＩＥＥＰｒｏｃ．−Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｖｏｌ．１４９ｎｏ．５／６．ｐｐ．２１７−２２１．２００２．』等に示されるように極めて低損失、且つ分配比の正確なＭＭＩカプラを作製することが可能である。また、ＬｉＮｂＯ_３を用いるよりもはるかに小型で低電圧駆動が可能な変調器を作製することが可能となる。例えば、ＬｉＮｂＯ_３変調器の位相変調部の長さが２０〜３０ｍｍであるのに対し、半導体変調器では３ｍｍ程度にまで小型化でき、動作電圧もＬｉＮｂＯ_３の５Ｖ程度に対し、２Ｖ程度まで低減できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明したように、本発明によれば、光信号による差動信号伝送を行っているので、ＳＮ比劣化や波形歪み等による伝送信号の劣化に強い光通信システムの構築が可能であるとともに、信号の高速化やシステム電源の低電圧化を行うことができるという効果を奏する。ちなみに、
従来技術に係る光通信では、シングルエンド信号で「０」と「１」の信号を伝送しているので、ＳＮ比劣化や信号の波形歪み等による伝送信号の劣化に対して受信性能が悪くなるという問題を生起していた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマッハツェンダ変調器を示す概観図である。
【図２】図１に示すマッハツェンダ変調器における光変調の様子を説明するための説明図である。
【図３】図１に示すマッハツェンダ変調器における光変調（図２とは異なる入力ポートから光を入力した場合）の様子を説明するための説明図である。
【図４】図１に示すマッハツェンダ変調器における光変調（２つの入力ポートから相互に異なる波長の２つの光を入力した場合）の様子を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光差動信号伝送方式を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ光入力ポート
２２×２ＭＭＩカプラ、
３位相変調導波路、
４２×２ＭＭＩカプラ、
５ａ、５ｂ光出力ポート
６電極
１０入力光
１１出力信号光（ｂａｒポート）
１２出力信号光（ｃｒｏｓｓポート）
１３印加信号電圧
２０入力光（波長λ_１）
２１入力光（波長λ_２）
２２、２５変調出力信号光（波長λ_２）
２３、２４変調出力信号光（波長λ_１）
２６印加電圧信号
３０（本発明に係る）マッハツェンダ変調器
３１ファイバ伝送線路
３２光フィルタ
３３フォトダイオード
３４受信電気信号

Claims

２つの光入力ポートと、
この光入力ポートからの入力光を２つに分割し、且つ互いの位相がπ／２ずれた光を出力する第１の２×２３ｄＢカプラと、
この第１の２×２３ｄＢカプラの出力光を印加電圧信号に基づき位相変調を行う位相変調導波路と、
この位相変調導波路で所定の位相変調がなされた出力信号光を入力するとともに、この入力光を２つに分割し、且つ互いの位相がπ／２ずれた光を出力する第２の２×２３ｄＢカプラと、
この第２の２×２３ｄＢカプラからの出力信号光を出力する少なくとも１つの光出力ポートとを有することを特徴とするマッハツェンダ変調器。
請求項１に記載するマッハツェンダ変調器において、
第１及び第２の２×２３ｄＢカプラは、２×２ＭＭＩカプラで形成したことを特徴とするマッハツェンダ変調器。
前記２つの入力ポートのそれぞれに波長の異なる入力光を入力するように構成した請求項１又は請求項２に記載するマッハツェンダ変調器と、
このマッハツェンダ変調器の１つの光出力ポートより得るそれぞれ反転して波長多重化された２つの光出力信号を伝送するファイバ伝送線路と、
このファイバ伝送線路で伝送した前記光出力信号を入力して波長毎に分離することにより差動信号を得る光フィルタとを有することを特徴とする光差動信号伝送方式
請求項１又は請求項２に記載するマッハツェンダ変調器の２つの入力ポートのそれぞれに波長の異なる光を入力するとともにこのマッハツェンダ変調器により変調することで、１つの光出力ポートよりそれぞれ反転した２つの光出力信号を波長多重させて出力し、さらにこの光出力信号を光ファイバを用いて伝送した後、光フィルタにより波長毎に分離して差動信号を得ることを特徴とする光差動信号伝送方法。