JP2005039554A

JP2005039554A - 光信号伝送方法および装置

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Publication number: JP2005039554A
Application number: JP2003274896A
Authority: JP
Inventors: Ippei Shake; 一平社家; Atsushi Taniguchi; 篤谷口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】偏波分散による波形劣化の影響を低減する光信号伝送方法および装置を提供すること。
【解決手段】光信号伝送装置である波形劣化低減装置１０６は、波長分散補償部１０１、スペクトル拡大手段である位相変調部１０２、およびチャープ付与手段であるチャープ補償部１０３などを含む。伝送路１１１での波長分散を補償する波長分散補償部１０１を用い、位相変調部１０２において、光パルスの強度変化に対応するように周期電気信号が印加されて位相変調を与える。位相変化は光周波数シフトを引き起こすため、光パルス列のスペクトル形状が変化する。ここで、光スペクトルの成分のうち、光パルスの前半と後半とで逆の光周波数シフトを引き起こすように位相変調を印加する。これにより光スペクトルがチャープを持つと同時にスペクトル幅が拡大され、チャープ補償部を用いることで光パルス幅を圧縮できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを介して光信号を伝送する光信号伝送方法および装置に関し、特に、伝送路である光ファイバ中における偏波分散の影響を低減する光信号伝送方法および装置に関する。

光伝送では、伝送路の偏波分散による波形劣化の影響が問題となる。光ファイバ等の光伝送路を伝送中に光信号の偏波が割れ、各偏波の伝播速度が異なることによって生じる波形劣化が、特に伝送データのビットレートの向上につれて顕在化してくる。すなわち、伝送する光信号ビットレートが大きくなると光パルス幅が狭くなるため、同じ偏波の分散量であっても波形の分離度が大きくなる上、光パルスが１ビットとして利用するタイムスロットが狭くなり、偏波分散により分離した成分が隣接タイムスロットまで影響し、隣接パルス間のクロストークが大きくなる。

従来では、これを補償するために光波処理を用いることがしばしばなされている。たとえば、偏波コントローラを用いて光信号の偏波を伝搬途中および受信前に制御する方法（例えば、特許文献１）、偏波を分離してそれぞれ異なる遅延を与えて合波する方法（例えば、特許文献２）、それらの組み合わせ（特許文献３）などがある。

本発明の目的は、上記した偏波分散による波形劣化の影響を低減する技術を提供することである。

特開平７−２２１７０５号公報特開平７−１７７０８８号公報特開２０００−４９７０４号公報

しかしながら、従来の偏波コントローラを用いて光信号の偏波を伝搬途中および受信前に制御する方法は、すべての偏波コントローラを制御するアルゴリズムが複雑になること、および制御の基準となる正確な偏波モニタが困難であるといった問題がある。

また、偏波を分離してそれぞれ異なる遅延を与えて合波する方法は、偏波分散によるパルス分離が複雑であるために単純な偏波分離では補償するのが難しいことなどの問題がある。

本発明の目的は、上記した偏波分散による波形劣化の影響を低減する光信号伝送方法および装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の光信号伝送装置は、光信号を伝送する第１の光伝送路に接続され、第１の光伝送路から入射する光信号をスペクトル拡大するスペクトル拡大手段と、光信号を伝送する第２の光伝送路に接続され、スペクトル拡大された光信号に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮し、圧縮された光信号を生成して第２の光伝送路に出力するチャープ付与手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号伝送装置において、スペクトル拡大手段は、第１の光伝送路から入射する光信号のビットレートの整数倍の周期を有する所定の周期電気信号を発生する周期電気信号発生手段を含み、周期電気信号発生手段により発生した所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光信号伝送装置において、スペクトル拡大手段は、接続された第１の光伝送路から入射する光信号より周期電気信号の抽出を行う周期電気信号抽出手段を含み、周期電気信号抽出手段により抽出された所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の光信号伝送装置において、スペクトル拡大手段は、所定の周期電気信号をシフトさせて、付加される位相変調のタイミングを調整する位相シフタをさらに含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２、３または４に記載の光信号伝送装置において、スペクトル拡大手段は、光パルス列の最大強度の近傍において所定の周期電気信号の強度が最大または最小となるようにタイミングを調整し、光パルス列の１タイムスロットの前半と後半で逆の周波数シフトを引き起こすことによって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の光信号伝送装置において、チャープ付与手段は、スペクトル拡大された光パルス列のスペクトルを整形して第２の光伝送路に出力するスペクトル整形手段を含むことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の光信号伝送装置において、スペクトル拡大手段は、光信号をスペクトル拡大する前に、第１の光伝送路から入射する光信号の伝送路を伝送される間に生じた波長分散劣化を補償する波長分散補償手段を含むことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、スペクトル拡大手段と、チャープ付与手段とを備え、光信号を伝送する第１の光伝送路からスペクトル拡大手段に光信号が入射し、チャープ付与手段から第２の光伝送路へ光信号を出力する光信号伝送装置によって光信号を伝送する光信号伝送方法において、スペクトル拡大手段が、第１の光伝送路から入射する光信号をスペクトル拡大するスペクトル拡大ステップと、チャープ付与手段が、スペクトル拡大された光信号に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮して圧縮された光信号を生成するチャープ付与ステップとを備えたことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光信号伝送方法において、スペクトル拡大ステップは、第１の光伝送路から入射する光信号のビットレートの整数倍の周期を有する所定の周期電気信号を発生する周期電気信号発生手段により発生した該所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の光信号伝送方法において、スペクトル拡大ステップは、第１の光伝送路から入射する光信号より周期電気信号の抽出を行う周期電気信号抽出手段により抽出された所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の光信号伝送方法において、スペクトル拡大ステップは、スペクトル拡大手段に含まれる位相シフタが所定の周期電気信号をシフトさせて、付加される位相変調のタイミングを調整することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項９または１０に記載の光信号伝送方法において、スペクトル拡大ステップは、スペクトル拡大手段に含まれる入射タイミング調整手段が第１の光伝送から入射する光信号の入射タイミングを調整して、付加される位相変調のタイミングを調整することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項９ないし１２のいずれかに記載の光信号伝送方法において、スペクトル拡大ステップは、光パルス列の最大強度の近傍において所定の周期電気信号の強度が最大または最小となるようにタイミングを調整し、光パルス列の１タイムスロットの前半と後半で逆の周波数シフトを引き起こすことによって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項８ないし１３のいずれかに記載の光信号伝送方法において、チャープ付与ステップは、チャープ付与手段に含まれるスペクトル整形手段がスペクトル拡大された光パルス列のスペクトルを整形して、第２の光伝送路に出力することを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項８ないし１４のいずれかに記載の光信号伝送方法において、スペクトル拡大ステップは、光信号をスペクトル拡大する前に、スペクトル拡大手段に含まれる波長分散補償手段が第１の光伝送路から入射する光信号の伝送路を伝送される間に生じた波長分散劣化を補償することを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項８ないし１５のいずれかに記載の光信号伝送方法において、光伝送路に前記光信号伝送装置が複数接続された場合、両端に位置する光信号伝送装置の一方に入射する光信号と、他の一方から出力する光信号との所定の要因によるパルス広がりが、光信号の１タイムスロットを超えないように複数の光信号伝送装置の数および設置間隔を決定することを特徴とする。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示す模式図である。光周波数と時間の関係を表すグラフを上段に、光強度と時間の関係を表すグラフを中段に示している。図１において、第１の光伝送路である伝送路１１１を伝送された光信号には、伝送路１１１の偏波分散の影響を受けて波形劣化が生じている。ここで、波形劣化によるパルス広がりは隣接タイムスロットに影響を及ぼさない程度であるとする。

図１において、パルス波形は分離した成分が分かるように重ね合わせた形で模式的に示しており、光信号伝送装置である波形劣化低減装置１０６は、波長分散補償部１０１、スペクトル拡大手段である位相変調部１０２、およびチャープ付与手段であるチャープ補償部１０３などを含む。また、本実施例では伝送路１１１での波長分散を補償する波長分散補償部１０１を用いている。スペクトル拡大部は位相変調部１０２とし、位相変調部１０２において、光パルスの強度変化に対応するように周期電気信号が印加されて位相変調を与える。位相変化は光周波数シフトを引き起こすため、光パルス列のスペクトル形状が変化する。ここで、光スペクトルの成分のうち、光パルスの前半と後半とで逆の光周波数シフトを引き起こすように位相変調を印加する。これにより光スペクトルがチャープを持つと同時にスペクトル幅が拡大される。図１では光パルスの前半（時間軸の小さい方）に負の周波数シフト、後半（時間軸の大きい方）に正の周波数シフトを引き起こすような位相変調を印加している場合であるが、周波数シフトの符号は逆でもよい。

また、本実施形態では、光パルスの強度ピークと、位相変調に用いている周期電気信号のピーク（周波数シフトの符号が変わる時間位置）が一致する場合であるが、必ずしも一致する必要は無く、光スペクトル幅が拡大されてチャープを持つように変化すればよい。そのタイミングは位相シフタ１０５で調整するが、図１は位相シフタ１０５が位相変調部１０２と周期電気信号発生手段であるクロック発生部１０４の間に配置される場合を示している。以上のように位相変調部１０２によってスペクトル拡大したが、まだチャープを持っているため、そのチャープ符号とは逆の符号のチャープを与えるようなチャープ補償部１０３を用いることで光パルス幅を圧縮できる。

すると、偏波分散によりタイムスロットに広がっていた光信号パルス全体が圧縮されるため、偏波分散によるパルス分離も圧縮される。クロック発生部１０４は周期電気信号を発生するシンセサイザや電気パルス発生器などを用いることができる。

周期電気信号としては、本実施形態では正弦波とした。位相変調部１０２におけるスペクトル拡大とチャープ付与においてもっとも望ましい周期電気信号は２次曲線パルスであるが、光パルスに重なる部分が２次曲線に近似できればよく、正弦波のほかに、三角波、ガウシアン（Raised-cosine 、hyperbolic-secant ）などの曲線のパルス列である周期電気信号を用いることもできる。位相変調部１０２にはＬｉＮｂＯ_３光位相変調器などを用いることができる。

また、チャープ補償部１０３には光ファイバやチャープファイバグレーティングなどを用いることができ、他には、波長分散補償に用いられる種々のデバイスを使用することもできる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示す模式図である。光周波数と時間の関係を表すグラフを上段に、光強度と時間の関係を表すグラフを中段に示している。図２において、伝送路１１１を伝送された光信号には、伝送路の偏波分散の影響を受けて波形劣化が生じている。ここで、波形劣化によるパルス広がりは隣接タイムスロットに影響を及ぼさない程度であるとする。パルス波形は分離した成分が分かるように重ね合わせた形で模式的に示している。

また、図１では伝送路１１１での波長分散を補償する波長分散補償部１０１を用いた場合を示している。スペクトル拡大部は位相変調部１０２とし、位相変調部１０２において、光パルスの強度変化に対応するように周期電気信号を印加して位相変調を与える。位相変化は光周波数シフトを引き起こすため、光パルス列のスペクトル形状が変化する。ここで、光スペクトルの成分のうち、光パルスの前半と後半とで逆の光周波数シフトを引き起こすように位相変調を印加することができ、それにより光スペクトルがチャープを持つと同時にスペクトル幅が拡大される。図１は、光パルスの前半（時間軸の小さい方）に負の周波数シフト、後半（時間軸の大きい方）に正の周波数シフトを引き起こすような位相変調を印加している場合を示すが、周波数シフトの符号は逆でもよい。

また、本実施形態では、光パルスの強度ピークと、位相変調に用いている周期電気信号のピーク（周波数シフトの符号が変わる時間位置）が一致するが、必ずしも一致する必要はなく、本発明に従って、光スペクトル幅が拡大されてチャープを持つように変化すればよい。

そのタイミングは位相シフタで調整するが、図１は位相シフタ１０５が位相変調部１０２とクロック発生部１０４の間に配置される場合を示している。以上のように位相変調部１０２によってスペクトル拡大したが、まだチャープを持っているため、そのチャープ符号とは逆の符号のチャープを与えるようなチャープ補償部１０３を用いることで光パルス幅を圧縮できる。すると、偏波分散によりタイムスロットに広がっていた光信号パルス全体が圧縮されるため、偏波分散によるパルス分離も圧縮される。

次に、スペクトル整形部２０１として光バンドパスフィルタなどを用いてスペクトルを整形する。ここで、偏波分散によるパルス分離の大きさは圧縮されたままパルス幅を適当に広げるように、光バンドパスフィルタ形状、帯域、中心周波数を調節することができる。１タイムスロット内程度の偏波分散による波形劣化は低減されたことになる。

クロック発生部１０４は、周期電気信号を発生するシンセサイザや電気パルス発生器などを用いることができる。周期電気信号としては、図１では正弦波とした。位相変調部１０２におけるスペクトル拡大とチャープ付与においてもっとも望ましい周期電気信号は２次曲線パルスであるが、光パルスに重なる部分が２次曲線に近似できればよく、正弦波のほかに、三角波、ガウシアン（Raised-cosine 、hyperbolic-secant ）などの曲線のパルス列である周期電気信号を用いることもできる。

位相変調部１０２にはＬｉＮｂＯ_３光位相変調器などを用いることができる。また、チャープ補償部１０３には光ファイバやチャープファイバグレーティングなどを用いることができ、その他、波長分散補償に用いられる種々のデバイスを使用することもできる。スペクトル整形部２０１には光バンドパスフィルタなどを用いることができる。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示している。本実施形態では、第１および第２の実施形態の波形劣化低減装置を主要な構成部品とする中継器３０２と受信器３０３を用いた伝送システムを対象とする。本実施例では、光受信器３０３における波形劣化低減装置から出力される光パルス波形が最適になるように、各光中継器３０２の波形劣化低減装置の位相変調度や位相変調タイミング、光バンドパスフィルタ帯域などの設計を行う。

具体的には、伝送路における光信号の所定の要因（２次の波長分散以外の要因）によるパルス広がりが、光信号の１タイムスロットを越えないように各光中継器３０２において調整される。

本発明の第１の実施形態を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。本発明の第２の実施形態を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。本発明の第３の実施形態を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１０１波長分散補償部
１０２位相変調部
１０３チャープ補償部
１０４クロック発生部
１０５位相シフタ
１０６波形劣化低減装置
１１１、１１２伝送路
２０１スペクトル整形部
３０１光送信器
３０２光中継器
３０３光受信器

Claims

光信号を伝送する第１の光伝送路に接続され、該第１の光伝送路から入射する光信号をスペクトル拡大するスペクトル拡大手段と、
光信号を伝送する第２の光伝送路に接続され、当該スペクトル拡大された光信号に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮し、圧縮された光信号を生成して前記第２の光伝送路に出力するチャープ付与手段と
を備えたことを特徴とする光信号伝送装置。
前記スペクトル拡大手段は、前記第１の光伝送路から入射する光信号のビットレートの整数倍の周期を有する所定の周期電気信号を発生する周期電気信号発生手段を含み、該周期電気信号発生手段により発生した所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項１に記載の光信号伝送装置。
前記スペクトル拡大手段は、前記接続された第１の光伝送路から入射する光信号より周期電気信号の抽出を行う周期電気信号抽出手段を含み、該周期電気信号抽出手段により抽出された所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項１に記載の光信号伝送装置。
前記スペクトル拡大手段は、前記所定の周期電気信号をシフトさせて、前記付加される位相変調のタイミングを調整する位相シフタをさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載の光信号伝送装置。
前記スペクトル拡大手段は、前記光パルス列の最大強度の近傍において前記所定の周期電気信号の強度が最大または最小となるようにタイミングを調整し、該光パルス列の１タイムスロットの前半と後半で逆の周波数シフトを引き起こすことによって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項２、３または４に記載の光信号伝送装置。
前記チャープ付与手段は、前記スペクトル拡大された光パルス列のスペクトルを整形して前記第２の光伝送路に出力するスペクトル整形手段を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光信号伝送装置。
前記スペクトル拡大手段は、前記光信号をスペクトル拡大する前に、前記第１の光伝送路から入射する光信号の該伝送路を伝送される間に生じた波長分散劣化を補償する波長分散補償手段を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光信号伝送装置。
スペクトル拡大手段と、チャープ付与手段とを備え、光信号を伝送する第１の光伝送路から該スペクトル拡大手段に光信号が入射し、該チャープ付与手段から第２の光伝送路へ光信号を出力する光信号伝送装置によって光信号を伝送する光信号伝送方法において、
前記スペクトル拡大手段が、前記第１の光伝送路から入射する光信号をスペクトル拡大するスペクトル拡大ステップと、
前記チャープ付与手段が、当該スペクトル拡大された光信号に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮して圧縮された光信号を生成するチャープ付与ステップと
を備えたことを特徴とする光信号伝送方法。
前記スペクトル拡大ステップは、前記第１の光伝送路から入射する光信号のビットレートの整数倍の周期を有する所定の周期電気信号を発生する周期電気信号発生手段により発生した該所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項８に記載の光信号伝送方法。
前記スペクトル拡大ステップは、前記第１の光伝送路から入射する光信号より周期電気信号の抽出を行う周期電気信号抽出手段により抽出された該所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項８に記載の光信号伝送方法。
前記スペクトル拡大ステップは、前記スペクトル拡大手段に含まれる位相シフタが前記所定の周期電気信号をシフトさせて、前記付加される位相変調のタイミングを調整することを特徴とする請求項９または１０に記載の光信号伝送方法。
前記スペクトル拡大ステップは、前記スペクトル拡大手段に含まれる入射タイミング調整手段が前記第１の光伝送から入射する光信号の入射タイミングを調整して、前記付加される位相変調のタイミングを調整することを特徴とする請求項９または１０に記載の光信号伝送方法。
前記スペクトル拡大ステップは、前記光パルス列の最大強度の近傍において前記所定の周期電気信号の強度が最大または最小となるようにタイミングを調整し、該光パルス列の１タイムスロットの前半と後半で逆の周波数シフトを引き起こすことによって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の光信号伝送方法。
前記チャープ付与ステップは、前記チャープ付与手段に含まれるスペクトル整形手段が前記スペクトル拡大された光パルス列のスペクトルを整形して、前記第２の光伝送路に出力することを特徴とする請求項８ないし１３のいずれかに記載の光信号伝送方法。
前記スペクトル拡大ステップは、前記光信号をスペクトル拡大する前に、前記スペクトル拡大手段に含まれる波長分散補償手段が前記第１の光伝送路から入射する光信号の該伝送路を伝送される間に生じた波長分散劣化を補償することを特徴とする請求項８ないし１４のいずれかに記載の光信号伝送方法。
前記光伝送路に前記光信号伝送装置が複数接続された場合、両端に位置する前記光信号伝送装置の一方に入射する光信号と、他の一方から出力する光信号との所定の要因によるパルス広がりが、該光信号の１タイムスロットを超えないように前記複数の光信号伝送装置の数および設置間隔を決定することを特徴とする請求項８ないし１５のいずれかに記載の光信号伝送方法。