JP2005073257A - 多波長光送信器及びこれを用いた両方向波長分割多重システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 伝送距離及び伝送速度の安定性を備えた、波長分割多重システムに適用可能な安定した多波長光送信器を提供する。
【解決手段】 相互に異なる波長を有する複数のチャンネルを光信号に多重化して出力するための多波長光送信器であって、内部に受信された該当非干渉性光によって相互に異なる波長を有する複数の波長ロックされたチャンネルを生成するための複数のレーザー140と、前記複数のチャンネルを光信号に多重化するための多重化器/逆多重化器110と、多重化器/逆多重化器から出力された前記光信号を利得飽和状態で増幅するための半導体光増幅器150と、を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 相互に異なる波長を有する複数のチャンネルを光信号に多重化して出力するための多波長光送信器であって、内部に受信された該当非干渉性光によって相互に異なる波長を有する複数の波長ロックされたチャンネルを生成するための複数のレーザー140と、前記複数のチャンネルを光信号に多重化するための多重化器/逆多重化器110と、多重化器/逆多重化器から出力された前記光信号を利得飽和状態で増幅するための半導体光増幅器150と、を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、波長分割多重システムに関し、特に、複数の相互に異なる波長を有する光を出力することができる多波長光源を含む波長分割多重システムに関する。
波長分割多重方式の両方向受動型光加入者網(Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network;WDM−PON)は、中央基地局と、加入者装置側に隣接するように位置した地域基地局が単一の光ファイバを通じて連結し、複数の加入者装置のそれぞれを前記地域基地局に連結する二重網の構造が一般的である。また、このWDMは、それぞれの加入者装置ごとに相互に異なる固有の波長のチャンネルを割り当てることによって、中央基地局と複数の各加入者装置との間に超高速広帯域通信網を構築する方法である。
その結果、WDMは、各加入者に優れた保安性を提供し、網の拡張が容易である、というメリットを有している。
WDMでは、相互に異なる波長を有する複数のチャンネルを生成するための光源として、0分散フィードバックレーザーアレイ(Distributed Feedback Laser Array;DFBL)、多波長レーザー(Multi-Frequency Laser;MFL)、スペクトル分割方式の光源(Spectrum-Sliced Light Source)などを使用することができる。
前述したスペクトル分割方式の光源は、広波長帯域を有する光を生成して当該光を波長分割多重化器/逆多重化器で相互に異なる波長を有する複数のチャンネルに分割して出力するための光源である。ここで、多重化器/逆多重化器は、波長分割多重(Wavelength Division Multiplexer;WDM)フィルタ又は光導波路列格子(arrayed waveguide grating;AWG)などを含むことができる。従って、前述のスペクトル分割方式の光源は、相互に異なる波長を有する複数のチャンネルを出力することができるのみならず、波長安定化のための別途の波長安定化手段を備えなくてもよい。
スペクトル分割方式の光源としては、発光ダイオード(Light Emitting Diode)、超発光ダイオード(super luminescent diode)、多重モードのファブリー・ペローレーザー(Fabry-Perot Laser)、希土類添加光ファイバ増幅器、及び極超短光パルス光源(ultra-short pulse light source)などが使用され得る。
しかしながら、多重モードのファブリー・ペローレーザーは、安価の高出力素子であるが、その反面、使用できる波長帯域幅が狭く、使用可能なチャンネル数が大きく制限される問題がある。それ以外にも、前述したような希土類添加光ファイバ増幅器、発光ダイオードなどの光源は、広波長帯域を有する非干渉性の光を出力することによって分割可能なチャンネル数が、前述の多重モードのファブリー・ペローレーザーに比べて大きく増加し、一方、多重モードのファブリー・ペローレーザーのような高出力の光を出力することができない。
また、スペクトル分割方式は、広波長帯域を有する光を相互に異なる波長を有するそれぞれのチャンネルに分割して、当該分割されたチャンネルのそれぞれを高速に変調して伝送する場合に、各チャンネル間で発生する分割雑音(Mode Partition Noise)による雑音発生などによって、伝送距離及び伝送速度が制限される問題点がある。
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、伝送距離及び伝送速度の安定性を備えた、波長分割多重システムに適用可能な安定した多波長光送信器を提供することにある。
このような目的を達成するために、相互に異なる波長を有する複数のチャンネルを光信号に多重化して出力するための多波長光送信器であって、内部に受信された該当非干渉性光によって相互に異なる波長を有する複数の波長ロックされたチャンネルを生成するための複数のレーザーと、前記複数のチャンネルを光信号に多重化するための多重化器/逆多重化器と、該多重化器/逆多重化器から出力された前記光信号を利得飽和状態で増幅するための半導体光増幅器と、を備えることを特徴とする。
本発明においては、波長ロックされた複数のチャンネルが多重化された光信号を利得飽和状態の半導体光増幅器で増幅することによって、各チャンネルの分割によるモード分割雑音の補正がなされる。この結果、モード分割雑音による各チャンネルの損失が補償されることにより、伝送速度及び伝送距離の向上が図られる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
図1は、本発明の第1の実施形態による多波長光送信器の構成を示すブロック図である。図1を参照すると、多波長光送信器100は、複数のレーザー140と、多重化器/逆多重化器110と、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier;SOA)150と、広帯域光源(Broadband Light Source;BLS)120と、サーキュレータ130と、を備える。
BLS120は、広波長帯域を有する光を出力するための希土類添加光ファイバ増幅器または発光ダイオードなどを含むことができる。当該光は、多重化器/逆多重化器110で相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化された後に、レーザー140のそれぞれに入力される。
図2乃至図4は、図1に示したレーザーが波長ロックされたチャンネルを生成する動作を説明するためのグラフである。レーザー140のそれぞれは、その内部に入力された該当(対応)する非干渉性光によって波長ロックされたチャンネルを生成する。各レーザー140は、ファブリー・ペローレーザー(Fabry-Perot Laser)などを含むことができる。
図2を参照すると、前述したファブリー・ペローなどのレーザーは、すでに設定された波長帯域の相互に異なる波長を有するチャンネルλ−n〜λnを生成する共振特性を有する。
図3及び図4を参照すると、前述のファブリー・ペローレーザーは、複数のチャンネルλ-n〜λnのうちでその内部に入力された非干渉性光波λ0と一致する波長のチャンネルλ0をその外部に出力する波長ロック特性を示す。すなわち、前述したファブリー・ペローレーザーでは、波長ロックによって生成されたチャンネルλ0を中心としてその周辺のチャンネル強度が抑制され、その結果、従来のモード分割雑音及び光ファイバの色分散効果(Dispersion effect)などによる伝送性能の低下が防止される。
図5は、本発明との比較のための、従来技術による比較例として、多重モードのチャンネルの雑音特性を示すグラフであり、図6は、図1に示したレーザーで波長ロックによって生成されたチャンネルの雑音特性を示すグラフである。
図5及び図6を参照すると、従来のファブリー・ペローレーザーは、約−120〜−130dBm/Hzの範囲内の雑音を有し、一方、本発明を適用した波長ロックされたチャンネルは、約−100〜−110dBm/Hzの雑音を有することによって、雑音がさらに増加される。
さらに、前述したような波長ロックによって生成されたチャンネルλ0は、前記チャンネルの周辺に抑制されたチャンネル間の強度差異である隣接モード抑制率(Side Mode Suppression Ratio;SMSR)が高くなることによって、チャンネルの伝送性能の低下を防止する。また、多重化された光信号は、利得飽和状態のSOA150で増幅されることによって、各チャンネル間の強度差異による相対強度雑音(Relative Intensity Noise;RIN)も減少する。
多重化器/逆多重化器110は、レーザー140のそれぞれから受信された波長ロックされたチャンネルを光信号に多重化してサーキュレータ130に出力し、サーキュレータ130から受信された広波長帯域を有する光を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化して、該当(対応)するレーザー140に出力する。多重化器/逆多重化器110は、光導波路列格子などを使用することができる。
サーキュレータ130の3本のポートは、SOA150、多重化器/逆多重化器110、及びBLS120のそれぞれに連結される。サーキュレータ130は、多重化器/逆多重化器110から受信された前記多重化された光信号をSOA150に出力し、BLS120から受信された広波長帯域を有する光を多重化器/逆多重化器110に出力する。
図7は、図1に示したSOAの利得飽和領域に入力された多重化された光信号及びSOAで増幅された多重化された光信号の相対的強度雑音の変化を示すグラフであり、図8は、本発明と従来技術との比較例として、本発明のビットエラー率と従来のビットエラー率とを比較するためのグラフである。
図7を参照すると、SOA150は、サーキュレータ130から受信された多重化された光信号を増幅して出力し、前記多重化された光信号のパワーに従って増幅された光信号の強度が徐々に増加する一般領域と、前記受信された光信号に比べて増幅された光信号の増幅率が一般領域に比べて減少される利得飽和領域とに区分されることができる。
前述した利得飽和領域は、SOA150に入力される光信号のパワーが増加するほど、SOA150に供給された電荷の誘導放出で消耗される電荷量がSOA150に供給される電荷量の増加による現象である。
SOA150の利得飽和領域は、その内部に受信される光信号のパワーがSOA150が増幅することができる最大増幅容量に隣接したパワーになるようにするか、またはSOA150に印加される駆動電流を増加させることによって形成されることができる。
すなわち、本発明によれば、SOA150を利得飽和領域で動作させることによって、その内部に受信された波長ロックされた各チャンネルが多重化された光信号の相対的強度雑音(relative intensity noise)を最小化させる。
図8は、100mAの駆動電流が印加された利得飽和状態(1;▲)のSOA150と、200mAの駆動電流が印加された利得飽和状態(2;●)のSOA150と、従来の一般光源(3;■)のそれぞれで生成されたチャンネルのビット当たりエラー率(Bit Per Error Rate)を比較したグラフである。図8を参照すると、100mA及び200mAの駆動電流がそれぞれ印加された利得飽和状態のSOA150のチャンネルのビット当たりエラー率は、従来の一般光源の各チャンネルのビット当たりエラー率を超過する。すなわち、−34dBmの雑音で、 従来の光源から出力されたチャンネルは、6〜5のビット当たりエラー率を示す。一方、本発明は、200mAの駆動電流が印加された場合に、SOA150から出力されたチャンネルは、10〜9のビット当たりエラー率を示す。また、100mAの駆動電流が印加された場合にも、SOA150から出力されたチャンネルは、9〜8のビット当たりエラー率を示す。
図9は、本発明の第2の実施形態による多波長光送信器を含む両方向波長分割多重システムの構成を示すブロック図である。図9を参照すると、本実施形態の両方向波長分割多重システムは、下向光信号を出力して上向チャンネルを検出する中央基地局200と、それぞれの下向チャンネルを検出して上向チャンネルを出力する複数の加入者装置400と、中央基地局200と加入者装置400を中継する地域基地局300と、を含む。
中央基地局200は、下向光を出力する下向BLS240、上向光を出力する上向BLS250と、複数の下向チャンネルを下向光信号に多重化させるための多重化器/逆多重化器260と、サーキュレータ270と、第1の帯域通過フィルタ241と、第2の帯域通過フィルタ251と、逆多重化された上向チャンネルのそれぞれを検出するための複数の光検出器221及び222と、複数のレーザー211及び212と、SOA280と、複数の波長選択結合器231及び232とを含む。
下向BLS240は、広波長帯域を有する下向光を出力し、上向BLS250は、上向光を出力する。下向BLS240から出力される下向光としては、1550nmの波長帯域での相互に異なる波長を有する非干渉性光とし、これによって、中央基地局200が加入者装置400のそれぞれに伝送するための波長ロックされた下向チャンネルを出力することができるようにする。一方、上向BLS250から出力される上向光としては、1310nmの波長帯域での相互に異なる波長を有する非干渉性光とし、これによって、加入者装置400のそれぞれが中央基地局200に波長ロックされた上向チャンネルを出力することができるようにする。これら上向BLS240及び下向BLS250としては、希土類添加光ファイバ増幅器または発光ダイオードなどが使用可能である。
複数のレーザー211〜212のそれぞれは、その内部に受信された該当非干渉性光によって波長ロックされた下向チャンネルを生成して、多重化器/逆多重化器260に出力する。これらレーザー211〜212としては、ファブリー・ペローレーザーが使用可能である。
多重化器/逆多重化器260は、地域基地局300から受信された上向光信号を、相互に異なる波長を有する複数の上向チャンネルに逆多重化して出力する。また、多重化器/逆多重化器260は、複数のレーザー211〜212のそれぞれから受信された下向チャンネルを、下向光信号に多重化して出力する。ここで、下向光信号は、上記下向光の波長帯域と同一の波長帯域を使用し、また、多重化器/逆多重化器260としては、光導波路列格子などが使用可能である。さらに、多重化器/逆多重化器260は、前記下向光を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化して、複数の波長選択結合器231〜232のそれぞれに出力する。
複数の波長選択結合器231〜232は、それぞれ、多重化器/逆多重化器260から受信された前記上向光信号を該当(対応)する光検出器221〜222に出力し、逆多重化された前記非干渉性光のそれぞれを、該当(対応)するレーザー211〜212に出力する。また、複数の波長選択結合器231〜232は、それぞれ、該当(対応)するレーザー211〜212から受信された下向チャンネルを多重化器/逆多重化器260に出力する。
複数の光検出器221〜222の各々は、対応する波長選択結合器231〜232から受信された上向チャンネルのそれぞれを検出する。これら光検出器221〜222としては、フォトダイオードなどの受光素子が使用可能である。
SOA280は、その内部に受信された前記上向光信号及び下向光信号を利得飽和状態で増幅し、増幅後の上向光信号を多重化器/逆多重化器260に出力し、増幅後の下向光信号を地域基地局300に出力する。
サーキュレータ270は、多重化器/逆多重化器260とSOA280との間に配置されることによって、前記上向光信号及び下向光を多重化器/逆多重化器260に出力し、前記下向光信号及び上向光をSOA280に出力する。
第1の帯域通過フィルタ241は、下向BLS240とサーキュレータ270との間に配置されることによって、その内部に受信された上向光信号をサーキュレータ270に反射させ、前記下向光をサーキュレータ270に伝送させる。
第2の帯域通過フィルタ251は、上向BLS250とサーキュレータ270との間に配置されることによって、その内部に受信された下向光信号をサーキュレータ270に反射させ、前記上向光をサーキュレータ270に伝送させる。
地域基地局300は、中央基地局200から受信された上向光を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化し、前記下向光信号を相互に異なる波長を有する複数の下向チャンネルに逆多重化して、加入者装置400のそれぞれに出力する多重化器/逆多重化器324を含む。また、多重化器/逆多重化器324は、加入者装置400のそれぞれから受信された前記上向チャンネルを上向光信号に多重化して中央基地局200に出力する。光導波路列格子などは、多重化器/逆多重化器324として使用されることができる。
複数の加入者装置400のそれぞれは、該当(対応)する非干渉性光によって波長ロックされた上向チャンネルを出力するレーザー431と、地域基地局300から受信された該当(対応)する下向チャンネルを検出する光検出器421と、波長選択結合器411とを含む。
レーザー431は、ファブリー・ペローレーザーなどを含むことができ、光検出器421は、フォトダイオードなどの受光型素子を含むことができる。
波長選択結合器411は、レーザー431から受信された前記上向チャンネルを地域基地局300に出力し、地域基地局300から受信された前記下向チャンネルを光検出器421に出力する。また、波長選択結合器411は、地域基地局300から受信された該当(対応)する非干渉性光をレーザー431に出力する。
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲及び該範囲と均等なものにより定められるべきである。
100 多波長光送信器
140 レーザー
110 多重化器/逆多重化器
150 半導体光増幅器(SOA)
120 広帯域光源(BLS)
130 サーキュレータ
200 中央基地局
300 地域基地局
400 加入者装置
260 多重化器/逆多重化器
221〜222 光検出器
211〜212 レーザー
280 半導体光増幅器(SOA)
231〜232 波長選択結合器
140 レーザー
110 多重化器/逆多重化器
150 半導体光増幅器(SOA)
120 広帯域光源(BLS)
130 サーキュレータ
200 中央基地局
300 地域基地局
400 加入者装置
260 多重化器/逆多重化器
221〜222 光検出器
211〜212 レーザー
280 半導体光増幅器(SOA)
231〜232 波長選択結合器
Claims (20)
- 相互に異なる波長を有する複数のチャンネルを光信号に多重化して出力するための多波長光送信器であって、
内部に受信された該当非干渉性光によって相互に異なる波長を有する複数の波長ロックされたチャンネルを生成するための複数のレーザーと、
前記複数のチャンネルを光信号に多重化するための多重化器/逆多重化器と、
該多重化器/逆多重化器から出力された光信号を利得飽和状態で増幅するための半導体光増幅器と、
を備えることを特徴とする多波長光送信器。 - 相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光を含む広波長帯域を有する光を生成するための広帯域光源と、
前記多重化された光信号を前記半導体光増幅器に出力し、前記広帯域光源から出力された光を前記多重化器/逆多重化器に出力するためのサーキュレータとを備え、
前記多重化器/逆多重化器は、前記広帯域光源から出力された光を、相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化して、前記レーザーのそれぞれに出力する請求項1記載の多波長光送信器。 - 前記広帯域光源は、エルビウム添加光ファイバ増幅器を備える請求項2記載の多波長光送信器。
- 前記多重化器/逆多重化器は、光導波路列格子を備える請求項1記載の多波長光送信器。
- 前記レーザーは、それぞれの非干渉性光によって波長ロックされたチャンネルを生成するためのファブリー・ペローレーザーを備える請求項1記載の多波長光送信器。
- 下向チャンネルからなる下向光信号を出力し、上向チャンネルを受信するための中央基地局と、該当下向チャンネルを受信し、該当上向チャンネルを出力するための複数の加入者装置と、前記中央基地局と前記加入者装置とを中継するための地域基地局とを備える両方向波長分割多重システムであって、
前記中央基地局は、
上向光信号を上向チャンネルに逆多重化し、相互に異なる波長を有する複数の下向チャンネルを下向光信号に多重化する多重化器/逆多重化器と、
該多重化器/逆多重化器で逆多重化された前記上向チャンネルのそれぞれを検出する複数の光検出器と、
内部に受信された該当非干渉性光によって波長ロックされた下向チャンネルを生成して前記多重化器/逆多重化器に出力する複数のレーザーと、
内部に受信された前記上向光信号及び下向光信号を利得飽和状態で増幅して、前記上向光信号を前記多重化器/逆多重化器に出力し、前記下向光信号を前記地域基地局に出力するための半導体光増幅器と、
前記多重化器/逆多重化器から受信された該当上向チャンネルを該当の光検出器に出力し、該当非干渉性光を該当のレーザーに出力し、該当レーザーから受信された下向チャンネルを前記多重化器/逆多重化器に出力するための複数の波長選択結合器と、
を備えることを特徴とする両方向波長分割多重システム。 - 前記中央基地局は、
相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光を含む広波長帯域の下向光を出力する下向広帯域光源と、
相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光を含む広波長帯域の上向光を出力する上向広帯域光源と、
前記多重化器/逆多重化器と前記半導体光増幅器との間に配置されることによって、前記上向光信号及び下向光を前記多重化器/逆多重化器に出力し、前記下向光信号及び上向光を前記半導体光増幅器に出力するサーキュレータと、
前記下向広帯域光源と前記サーキュレータとの間に配置されることによって、その内部に受信された上向光信号を前記サーキュレータに反射させ、前記下向光を前記サーキュレータに透過させる第1の帯域通過フィルタと、
前記上向広帯域光源と前記サーキュレータとの間に配置されることによって、その内部に受信された下向光信号を前記サーキュレータに反射させ、前記上向光を前記サーキュレータに透過させる第2の帯域通過フィルタと、をさらに備え、
前記多重化器/逆多重化器は、前記下向光を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化して前記波長選択結合器のそれぞれに出力する請求項6記載の両方向波長分割多重システム。 - 前記下向広帯域光源は、1550nm波長帯域の自発放出光を出力するエルビウム添加光ファイバ増幅器を使用する請求項7記載の両方向波長分割多重システム。
- 前記上向広帯域光源は、1310nm波長帯域の自発放出光を出力するエルビウム添加光ファイバ増幅器を使用する請求項7記載の両方向波長分割多重システム。
- 前記レーザーは、ファブリー・ペローレーザーを使用する請求項6記載の両方向波長分割多重システム。
- 前記地域基地局は、
前記各加入者装置から受信された上向チャンネルを上向光信号に多重化して前記中央基地局に出力し、前記中央基地局から受信された前記上向光信号を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化して該当加入者装置に出力し、前記下向光信号は、複数の下向チャンネルに逆多重化して該当加入者装置に出力する多重化器/逆多重化器を備える請求項6記載の両方向波長分割多重システム。 - 前記地域基地局は、
前記上向光及び下向光信号を逆多重化して前記加入者装置のそれぞれに出力し、前記加入者装置から受信された相互に異なる波長を有する複数の上向チャンネルを上向光信号に多重化して前記中央基地局に出力するための多重化器/逆多重化器を備える請求項6記載の両方向波長分割多重システム。 - 前記地域基地局の多重化器/逆多重化器は、その内部に受信された前記上向光を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化し、前記下向光信号を複数の下向チャンネルに逆多重化して、前記下向チャンネル及び前記非干渉性光を前記加入者装置のそれぞれに出力するための光導波路列格子を備える請求項12記載の両方向波長分割多重システム。
- 前記各加入者装置は、
該当非干渉性光によって波長ロックされた上向チャンネルを出力するためのレーザーと、
該当下向チャンネルを検出するための光検出器と、
波長ロックされた前記上向チャンネルを前記地域基地局に出力し、前記地域基地局から受信された該当下向チャンネルを前記光検出器に出力し、前記非干渉性光を前記レーザーに出力するための波長選択結合器と、
を備える請求項6記載の両方向波長分割多重システム。 - 前記レーザーは、ファブリー・ペローレーザーを使用する請求項14記載の両方向波長分割多重システム。
- 受信された該当非干渉性光によって相互に異なる波長を有する複数の波長ロックされたチャンネルを生成するためのステップと、
前記チャンネルが多重化された光信号を出力するためのステップと、
多重化された前記光信号を受信するためのステップと、
前記受信された光信号を利得飽和状態で増幅するためのステップと、を備えることを特徴とする多重化方法。 - 相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光を含む広波長帯域を有する光を生成するためのステップと、
多重化された光信号を出力し、広帯域光源で生成された広波長帯域の光を相互に異なる波長を有する複数の非干渉性光に逆多重化して該当レーザーに出力するためのステップと、
を備える請求項16記載の多重化方法。 - 広波長帯域を有する光は、エルビウム添加光ファイバ増幅器を含む広帯域光源によって生成される請求項17記載の多重化方法。
- 前記多重化は、光導波路列格子を含む多重化器/逆多重化器によって遂行される請求項16記載の多重化方法。
- 該当非干渉性光によって波長ロックされたチャンネルは、ファブリーペローレーザーを含む複数のレーザーによって生成される請求項16記載の多重化方法。
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