JP2005160065A

JP2005160065A - 差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム

Info

Publication number: JP2005160065A
Application number: JP2004327916A
Authority: JP
Inventors: Kun Kin; 薫金; Seong-Teak Hwang; 星澤黄
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US20050111851A1; EP1536578A2; EP1536578A3; EP1536578B1; KR100584433B1; DE602004005290T2; CN1621874A; KR20050050332A; CN100374910C; DE602004005290D1

Abstract

【課題】偏光変調された光信号を使用する偏光シフトキーイング方式の光伝送システムを提供する。
【解決手段】入力データを前符号化し、前符号化された信号を用いて、偏光変調光信号を生成及び出力する送信部と、光伝送のために送信部と光ファイバを介して接続した受信部とを含み、受信部は、送信部から入力した光信号を分割して第１及び第２の分割光信号を生成し、第２の分割光信号を遅延させた光信号を生成し、第１の分割光信号の一部を位相反転させた光信号を生成し、遅延した光信号の一部と前記第１の分割した光信号の残りの一部を干渉させて、強め合い干渉した光信号を生成し、遅延した光信号の残りの一部と位相反転した光信号を干渉させて、弱め合い干渉した光信号を生成する１−ビット遅延干渉計と、強め合い干渉した光信号と弱め合い干渉した光信号との差動信号を出力する均衡受信器とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送システムに関し、特に、偏光変調した光信号を使用する偏光シフトキーイング方式の光伝送システムに関する。

偏光シフトキーイング方式の光伝送システムは、既存のＯＯＫ(on-off keying)変調方式の光伝送システムに比べて、３ｄＢ程度の良好な受信感度を持ち、ビットパターン(bit pattern)に関わらずに信号の強度が一定であるため、光ファイバのカー非線形効果(Kerr nonlinear effect)の影響が少ないことが知られている。これらの長所は、長距離光伝送システムの伝送距離を伸ばしたり、この光伝送システムのマージン(margin)を確保したりすることに有利に働くものである。

例えば、特許文献１には、以下に示す偏光シフトキーイング方式の光伝送システムが開示されている。システムの送信部において、偏光変調器(polarization modulator)は、ＣＷ(continuous wave)光信号を、入力する電気信号に応じて、互いに垂直である２つの偏光モードを持つ光信号に変換する(すなわち、ＴＥ−ＴＭモード変換する)。こうして偏光変調された光信号は、光ファイバにより伝送されて受信部に入力する。受信部は、偏光調節器(polarization controller)、偏光分波器(polarization beam splitter：ＰＢＳ)、そして均衡受信器(balanced receiver)で構成される。偏光調節器は、受信部に入射した光信号を、偏光分波器の両アーム(arm)にそれぞれ、‘１’ビットと‘０’ビットとに分割して伝達する。一般に、この受信部に入力する光信号の偏光状態は、時間によって変化するので、偏光調節器については能動的な制御が要求される。

また、偏光分波器は、入力する光信号を偏光状態によって２つの成分に分割する機能を担う素子である。送信部において‘１’ビットと‘０’ビットとは、互いに直交する偏光モードを持っているため、‘１’ビットと‘０’ビットは偏光分波器で分割され、該当のアームにそれぞれ伝達される。均衡受信器は、この分割した‘１’ビットと‘０’ビットを受信して増減する役割を遂行する。この均衡受信器を通過すると、送信部から送られた電気信号と同じ電気信号が検出されることとなる。

しかしながら、上述の偏光シフトキーイング方式の光伝送システムは、受信部が複雑であるという問題点がある。特に、その偏光調節器は、たいてい動作速度が遅いか(特に、液晶の場合)、或いは、動作の際に高い電圧を要求する(特に、LiNbO₃タイプの場合)。しかも、偏光調節器は、能動的な制御を要求するため、制御の正確度によって受信部の性能が劣化するという問題もあった。
米国特許第５２５３３０９号明細書

本発明は、上述の従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、受信部の簡単な構成と安全性を保障しうる偏光シフトキーイング方式の光伝送システムを提供することにある。

上記の問題点を解決するため、本発明は、入力データを前符号化し、該前符号化された信号を用いて、偏光変調光信号を生成し、出力する送信部と、光伝送のために前記送信部と光ファイバを介して接続した受信部とを含む差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムであって、前記受信部は、前記送信部から入力した光信号を分割して第１及び第２の分割光信号を生成し、前記第２の分割光信号を遅延させて、遅延光信号を生成し、前記第１の分割光信号の一部を位相反転させて、位相反転光信号を生成し、前記遅延光信号の一部と前記第１の分割光信号の残りの一部を干渉させて、強め合い干渉された光信号を生成し、前記遅延光信号の残りの一部と前記位相反転光信号を干渉させて、弱め合い干渉された光信号を生成する１−ビット遅延干渉計と、前記強め合い干渉された光信号と前記弱め合い干渉された光信号との差動信号を出力する均衡受信器とを有する。

本発明の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムは、受信感度に優れているとともに光ファイバの非線形効果に強い偏光シフトキーイング方式を使用しながらも、１−ビット遅延干渉計と均衡受信器を使用して受信部を構成するため、別途の能動的な制御装置を備える必要がなく、結果として、長距離光伝送システムを低コストで実現することが可能となり、かつ、システムの性能を大幅に向上することが可能となる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、関連する公知機能や構成についての具体的な説明は、本発明の要旨を曖昧にすることを避けるために省略する。

図１は、本発明の好ましい第１の実施形態に従うＮＲＺ(non return−to−zero)差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムの構成を示す図である。この光伝送システム１００は、光ファイバ１５０を介して互いに接続する送信部(ＴＸ)１１０及び受信部(ＲＸ)１６０を有する。送信部１１０は、光源(light source：ＬＳ)１２０と、プリコーダ(precoder)１３０と、偏光変調器(polarization modulator)１４０とを有する。受信部１６０は、１−ビット遅延干渉計(1-bit delay interferometer)１７０と、均衡受信器(balanced receiver)２１０とを有する。

また、均衡受信器２１０は、第１及び第２の光検出器２１２，２１４と、差動増幅器(differential amplifier)２１６とを有する。第１及び第２の光検出器２１２，２１４はそれぞれ、一般的な光電変換素子であるフォトダイオード(photodiode：ＰＤ)を備える。差動増幅器２１６は、第１の光検出器２１２と接続した(−)入力端子、第２の光検出器２１４と接続した(＋)入力端子、及び出力端子を有する。

光源１２０は、ＣＷ(continuous wave：連続波)モードの光を出力し、一般的なＣＷレーザーダイオード(CW laser diode)をからなるものである。

プリコーダ１３０は、図２に示すように、入力したデータ(Ｓ１)を前符号化し、図３に示すように、前符号化された電気信号(Ｓ２)を生成する機能を担うものであって、１−ビット遅延器１３４とＥＸＯＲ回路(EXclusive−OR circuit)１３２とを有する。ここでは、具体的なプリコーダ１３０の構成を例示したが、このプリコーダ１３０は、前符号化機能を遂行しさえすれば各種の変形構成が可能であることはいうまでもない。例えば、２進カウンタと遅延器を使ってプリコーダを構成してもいいが、この２進カウンタは、入力したデータが、既に設定された値(‘０’または‘１’)を持つときに、入力されたクロック信号をカウントした後にその結果を出力する。図３に、入力されるデータ(Ｓ１)は、‘１０１０１００１１０００１１０’と例示されている。

偏光変調器１４０は、光源１２０から出力した光を、前符号化された電気信号(Ｓ２)を用いて偏光変調することによって、偏光変調光信号(Ｓ３)を出力する。このときに、偏光変調された‘１’ビットと‘０’ビットは、互いに直交する(９０゜の角度をなす)偏光モード(すなわち、ＴＥ及びＴＭモード)を有する。この偏光変調光信号(Ｓ３)において、前符号化された電気信号(Ｓ２)の‘１’ビットは、ＴＥモード成分のみを有し、‘０’ビットはＴＭモード成分のみを有する。

図４は、１−ビット遅延干渉計１７０の構成を示す図であり、図５は、受信部１６０内の位置別の信号(Ｓ４〜Ｓ９)を示す。以下、この受信部１６０について、図１、図４及び図５を参照して説明する。

１−ビット遅延干渉計１７０は、光分割器(beam splitter：ＢＳ)１８０、第１及び第２の遅延線(delay line)１９２，１９４、及び光結合器(optical coupler：ＯＣ)２００を有する。

光分割器１８０は、入力ポート１８２と、第１及び第２の出力ポート１８４，１８６とを有し、該入力ポート１８２は、光ファイバ１５０と接続する。光分割器１８０は、第入力ポート１８２に入力した、偏光変調光信号(Ｓ３)を、強度分割により第１及び第２の分割光信号を生成し、これらの光信号を第１及び第２の出力ポート１８４，１８６を介してそれぞれ出力する。

光結合器２００は、第１及び第２の入力ポート２０２，２０４と、第１及び第２の出力ポート２０６、２０８とを有し、第１の入力ポート２０２は、第１の遅延線１９２を介して光分割器１８０の第１の出力ポート１８４と接続し、第２の入力ポート２０４は、第２の遅延線１９４を介して光分割器１８０の第２の出力ポート１８６と接続する。第２の遅延線１９４は、第１の遅延線１９２よりも１ビットに相当する長さ分だけ長いために、前記第２の遅延線１９４を通過した第２の分割光信号(以下、‘遅延光信号’という。)(Ｓ４)は、第１の遅延線１９２を通過した第１の分割光信号(Ｓ３)よりも１ビットだけ遅れるようになる。

光結合器２００は、第１の入力ポート２０２に入力した第１の分割光信号(Ｓ３)の一部を他方へ（第２の分割光信号へ）分配し、位相反転させて位相反転光信号を生成する。
また、光結合器２００は、第２の入力ポート２０４に入力した遅延光信号(Ｓ４)の一部を他方へ（第１の分割光信号へ）分配し、第１の分割光信号(Ｓ３)の他の部分とを干渉させて、強め合い干渉（constructive interference）がなされた光信号(Ｓ５)を生成し、これを第１の出力ポート２０６を介して出力する。この強め合い干渉がなされた光信号(Ｓ５)においては、第１の分割光信号(Ｓ３)及び遅延光信号(Ｓ４)に対して、同一偏光及び同一位相を有するビットが、強め合い干渉がなされたビットとして出力され、一方、直交偏光及び同一位相を有するビットが、ＴＥモード軸に対して４５°傾いた偏光を持つビットとして出力される。

光結合器２００は、遅延光信号(Ｓ４)の他の部分と位相反転光信号とを干渉させて、弱め合い干渉（destructive interference）がなされた光信号(Ｓ６)を生成し、これを第２の出力ポート２０８を介して出力する。この弱め合い干渉がなされた光信号(Ｓ６)においては、第１の分割光信号(Ｓ３)及び遅延光信号(Ｓ４)に対して、同一偏光及び同一位相を有するビットが、弱め合い干渉をして消滅したビット(すなわち、‘０’ビット)として出力され、直交偏光及び同一位相を持つビットが、ＴＥモード軸に対して１３５°傾いた偏光を持つビットとして出力される。

第１の光検出器２１２は、光結合器２００の第１の出力ポート２０６と光学的に接続し、この第１の出力ポート２０６から入力した強め合い干渉がなされた光信号(Ｓ５)を光電変換して得られる第１の検出信号(Ｓ７)を出力する。

第２の光検出器２１４は、光結合器２００の第２の出力ポート２０８と光学的に接続し、該第２の出力ポート２０８から入力した弱め合い干渉がなされた光信号(Ｓ６)を光電変換して得られる第２の検出信号(Ｓ８)を出力する。

差動増幅器２１６は、(−)及び(＋)入力端子に、それぞれ入力した第１及び第２の検出信号(Ｓ７，Ｓ８)の差を表す差動信号(Ｓ９)を、その出力端子を介して出力する。図３及び図５を比較すると、受信部１６０から出力される差動信号(Ｓ９)が、送信部１１０から入力したデータ(Ｓ１)と同一であることがわかる。

図６は、本発明の好ましい第２の実施形態に従うＲＺ(return−to−zero)差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムの構成を示す図である。この光伝送システム３００は、図１に示した光伝送システム１００においてプリコーダ１３０が省かれ、ＲＺコーディングのための補助光変調器３４０が追加された点が、図１の光伝送システムの構成と相違する。

この光伝送システム３００は、光ファイバ３５０を介して接続した送信部３１０及び受信部３６０を有する。送信部３１０は、光源３２０と、データ及び光源３２０からのＣＷモード光を入力として受ける偏光変調器３３０と、補助光変調器３４０とを有する。また、受信部３６０は、１−ビット遅延干渉計３７０と、第１及び第２の光検出器３８２，３８４及び差動増幅器３８６を持つ均衡受信器３８０とを有する。

補助光変調器３４０は、入力したクロック信号またはクロックの半周波数信号を用いてクロック周波数に相当する光パルス列を発生する。偏光変調器３３０から入力する偏光変調された光信号は、この光パルス列にロードされて光ファイバ３５０を介して伝送される。

一般に、ＲＺ方式は、ＮＲＺ方式に比べて、およそ２ｄＢの受信感度改善効果があるので、光伝送システム３００の伝送距離を伸ばしたり、光伝送システム３００のマージンを確保したりすることができるという利点がある。

図７は、本発明の好ましい第３の実施形態に従うＲＺ(return−to−zero)差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムの構成を示す図である。この光伝送システム４００は、偏光変調器４４０と補助光変調器４３０の配置の順序を変えた点が、図６に示した光伝送システム３００の構成と相違する。この光伝送システム４００は、光ファイバ４５０を介して接続した送信部４１０及び受信部４６０を有する。送信部４１０は、光源４２０と、補助光変調器４３０と、データ及び補助光変調器４３０からの光パルスを入力として受ける偏光変調器４４０とを有する。また、受信部４６０は、１−ビット遅延干渉計４７０と、第１及び第２の光検出器４８２，４８４及び差動増幅器４８６を備える均衡受信器４８０とを有する。

光源４２０は、ＣＷモードの光を出力し、補助光変調器４３０は、入力したクロック信号またはクロックの半周波数信号を用いて、ＣＷモードの光からクロック周波数に相当する光パルス列を生成する。偏光変調器４４０は、入力したデータを用いて、前記光パルス列を偏光変調することによって、偏光変調光信号を生成し、この光変調された光信号は、光ファイバ４５０を介して伝送される。

本発明の第１の実施形態に従うＮＲＺ(non return-to-zero)差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムの構成を示す図である。図１に示すプリコーダの構成を示す図である。図１に示す送信部内の位置別信号を示す図である。図１に示す１−ビット遅延干渉計の構成を示す図である。図１に示す受信部内の位置別信号を示す図である。本発明の第２の実施形態に従うＲＺ差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムの構成を示す図である。本発明の第３の実施形態に従うＲＺ差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムの構成を表す図である。

符号の説明

１１０：送信部
１２０：光源
１３０：プリコーダ
１４０：偏光変調器
１５０：光ファイバ
１６０：受信部
１７０：１ビット遅延干渉計
２１０：均衡受信器
２１２：第１の光検出器
２１４：第２の光検出器
２１６：差動増幅器

Claims

入力データを前符号化し、該前符号化された信号を用いて、偏光変調光信号を生成し、出力する送信部と、光伝送のために前記送信部と光ファイバを介して接続する受信部と、を備える差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システムであって、
前記受信部は、
前記送信部から入力した光信号を分割して、第１及び第２の分割光信号を生成し、前記第２の分割光信号を遅延させて、遅延光信号を生成し、前記第１の分割光信号の一部分を分配し、位相反転させて、位相反転光信号を生成し、前記遅延光信号の一部分を分配し、前記第１の分割光信号の他の部分と干渉させて、強め合い干渉された光信号を生成し、前記遅延光信号の他の部分と前記位相反転光信号とを干渉させて、弱め合い干渉された光信号を生成する遅延干渉計と、
前記強め合い干渉された光信号と前記弱め合い干渉された光信号との差動信号を出力する均衡受信器と、
を有することを特徴とする差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記送信部は、
ＣＷモードの光を出力する光源と、
入力したデータを前符号化して、前符号化電気信号を生成するプリコーダと、
前記光源から出力した光を、前記前符号化電気信号を用いて偏光変調し、偏光変調光信号を出力する偏光変調器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記送信部は、
ＣＷモードの光を出力する光源と、
前記光源から出力した光を、入力したデータを用いて偏光変調し、偏光変調光信号を出力する偏光変調器と、
一定周波数の光パルスを生成し、前記偏光変調器から入力した前記偏光変調光信号を、前記光パルス列にロードし前記光ファイバを介して伝送する補助光変調器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記送信部は、
ＣＷモードの光を出力する光源と、
前記ＣＷモードの光から一定周波数の光パルスを生成する補助光変調器と、
前記光パルスを、入力されたデータを用いて偏光変調して偏光変調光信号を生成し、該偏光変調光信号を前記光ファイバを介して伝送する偏光変調器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記遅延干渉計は、１−ビット遅延干渉計であることを特徴とする請求項１に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記１−ビット遅延干渉計は、
前記光ファイバと光学的に接続した入力ポートに入力した前記偏光変調光信号を強度分割することによって、第１及び第２の分割光信号を生成し、該第１及び第２の分割光信号を、それぞれ第１及び第２の出力ポートに出力する光分割器を有することを特徴とする請求項５に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記１−ビット遅延干渉計は、
前記光分割器の前記第１及び第２の出力ポートに接続し、前記第２の分割光信号を、前記第１の分割光信号よりも１ビットだけ遅延させ、遅延光信号を生成する第１及び第２の遅延線をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記１−ビット遅延干渉計は、
強め合い干渉された光信号と弱め合い干渉された光信号を生成し、前記第１の分割光信号は、前記第１の遅延線と接続した入力ポートに入力し、前記強め合い及び弱め合い干渉された光信号を、第１及び第２の出力ポートに、それぞれ出力する光結合器をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記均衡受信器は、
前記光結合器の第１の出力ポートと光学的に接続し、前記強め合い干渉された光信号を光電変換して得られる第１の検出信号を出力する第１の光検出器を有することを特徴とする請求項８に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記均衡受信器は、
前記光結合器の第２の出力ポートと光学的に接続し、前記弱め合い干渉された光信号を光電変換して得られる第２の検出信号を出力する第２の光検出器を有することを特徴とする請求項９に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
前記均衡受信器は、
前記第１の光検出器と接続した(−)入力端子と、前記第２の光検出器と接続した(＋)入力端子と、出力端子と、を備え、前記(−)及び(＋)入力端子に入力した前記第１及び第２の検出信号の差を示す差動信号を、前記出力端子に出力する差動増幅器をさらに有するとを特徴とする請求項１０に記載の差動偏光シフトキーイング方式の光伝送システム。
入力データを前符号化し、前記前符号化された信号を用いて偏光変調された光信号を生成及び出力することを特徴とする送信器。
ＣＷモードの光を出力する光源と、
入力したデータを前符号化して、前符号化電気信号を生成するプリコーダと、
前記光源から出力した光を、前記前符号化電気信号を用いて偏光変調し、偏光変調光信号を出力する偏光変調器と、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の送信器。
ＣＷモードの光を出力する光源と、
前記光源から出力した光を、入力データを用いて偏光変調し、偏光変調光信号を出力する偏光変調器と、
一定周波数の光パルスを生成し、前記偏光変調器から入力した前記偏光変調光信号を、前記光パルス列にロードし、光ファイバを介して伝送する補助光変調器と、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の送信器。
ＣＷモードの光を出力する光源と、
前記ＣＷモードの光から一定周波数の光パルスを生成する補助変調器と、
前記光パルスを、入力したデータを用いて偏光変調して偏光変調光信号を生成し、前記偏光変調光信号を、光ファイバを介して伝送する偏光変調器と、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の送信器。
受信した光信号を分割して、第１及び第２の分割光信号を生成し、前記第２の分割光信号を遅延させて、遅延光信号を生成し、前記第１の分割光信号の一部分を分配し、位相反転させて、位相反転光信号を生成し、前記遅延光信号の一部分を分配し、前記第１の分割光信号の他の部分と干渉させて、強め合い干渉された光信号を生成し、前記遅延光信号の他の部分と前記位相反転光信号とを干渉させて、弱め合い干渉された光信号を生成する遅延干渉計と、
前記強め合い干渉された光信号と前記弱め合い干渉された光信号との差動信号を出力する均衡受信器と、
を有することを特徴とする受信器。
前記遅延干渉計は、１−ビット遅延干渉計であり、
光ファイバと光学的に接続した第１の入力ポートに入力した前記偏光変調光信号を強度分割することによって、第１及び第２の分割光信号を生成し、該第１及び第２の分割光信号を、第１及び第２の出力ポートに出力する光分割器を有することを特徴とする請求項１６に記載の受信器。
前記１−ビット遅延干渉計は、前記光分割器の前記第１及び第２の出力ポートと接続し、前記第２の分割光信号を、前記第１の分割光信号よりも１ビットだけ遅延させ、遅延光信号を生成する第１及び第２の遅延線をさらに有することを特徴とする請求項１７に記載の受信器。
前記１−ビット遅延干渉計は、
強め合い干渉された光信号と弱め合い干渉された光信号を生成し、前記第１の分割光信号は、前記第１の遅延線と接続した入力ポートに入力し、前記強め合い及び弱め合い干渉された光信号を、第１及び第２の出力ポートに、それぞれ出力する光結合器をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の受信器。
前記均衡受信器は、
前記光結合器の第１の出力ポートと光学的に接続し、前記強め合い干渉された光信号を光電変換して得られた、第１の検出信号を出力する第１の光検出器と、
前記光結合器の第２の出力ポートと光学的に接続し、前記弱め合い干渉された光信号を光電変換して得られた、第２の検出信号を出力する第２の光検出器と、
前記第１の光検出器と接続した(−)入力端子と、前記第２の光検出器と接続した(＋)入力端子と、出力端子と、を備え、前記(−)及び(＋)入力端子に入力した前記第１及び第２の検出信号の差を示す差動信号を、前記出力端子に出力する差動増幅器と、
を有することを特徴とする請求項１９に記載の受信器。