JP2005269648A - 偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デュオバイナリー変調方式を使用した光デュオバイナリー伝送装置を提供する。
【解決手段】 入力されたバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、コーディングされたバイナリーデータ信号を３レベル信号に変換するローパスフィルターと、光を生成する光源と、３レベル信号に従って、光源から出力された光の偏光を変調する偏光変調器と、所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光通信システムのための光伝送装置に関し、特に、偏光変調器を使用した光デュオバイナリー伝送装置に関する。

デュオバイナリー変調方式においては、光信号の強度に従って情報を示し、‘０’ビットで信号の位相が反転する。デュオバイナリー信号は、既存のＯＯＫ(on-off keying)変調信号の光スペクトル幅より狭い光スペクトル幅を有している。このように、デュオバイナリー信号は、高密度波長分割多重方式(dense wavelength-division multiplexing；ＤＷＤＭ)の光伝送システムで、チャンネル間隔を狭くすることが可能という有利な点を有する。また、デュオバイナリー信号は、光ファイバーの分散に対する耐性が強い。したがって、ＯＯＫを使用した場合に比べて、光ファイバの分散を補償することなく、２〜３倍遠くへ光信号を伝送することができる。また、このデュオバイナリー信号は、キャリアトーン(carrier tone)成分を有しないので、誘導ブリュアン散乱(stimulated Brillouin scattering；ＳＢＳ)に対して弾力的である。

図１は、従来の光デュオバイナリー送信器１０の構成を示す図である。図１に示すように、光デュオバイナリー送信器１０は、プリコーダ１１、変調器ドライバー１２及び１３、ローパスフィルター１４及び１５、ＣＷ(continuous wave；連続波)光源１６、及びマッハツェンダ光変調器(Mach-Zehnder optical modulator)１７を含む。

まず、バイナリー(binary)入力データは、プリコーダ１１によってコーディングされる。コーディングされたバイナリーデータは、変調器ドライバー１２及び１３によって増幅された後に、ローパスフィルター１４及び１５に印加される。ここで、ローパスフィルター１４及び１５の帯域幅が、バイナリーデータの伝送速度の１／４を示す３ｄＢである場合（例えば、バイナリーデータの伝送速度が１０Ｇｂｐｓであれば、伝送速度が２．５ＧＨｚである場合）には、ローパスフィルター１４及び１５を通過したバイナリー信号は、帯域幅の制限によって３レベル信号に変換される。ローパスフィルター１４及び１５は、理想的にはコサイン二乗(cosine^２)フィルターであるが、ベッセルトムソンフィルター(Bessel-Thomson filter)を使用して置き換えることもできる。一方、ＣＷ光源１１から出力された連続波(Continuous Wave)光は、３レベル信号に従って駆動されるマッハツェンダ光変調器１７によって光デュオバイナリー信号に変換される。

しかしながら、従来の光デュオバイナリー送信器は、上下対称な構造を有するので、マッハツェンダ光変調器１７に印加される２つの電気信号は、同一の特性を有しなければならない。それゆえ、２個の同一の変調器ドライバーとローパスフィルターを必要とする。

また、マッハツェンダ光変調器を使用するので、バイアス電圧の変化に敏感となる。それゆえ、光送信器の温度変化によりマッハツェンダ変調器のバイアス電圧が変化すると、システムの性能が劣化するという問題点がある。

図２は、従来の光デュオバイナリー送信器２０の構成を示す。図２に示すように、光デュオバイナリー送信器２０は、プリコーダ２１、変調器ドライバー２２、ＣＷ光源２３、位相変調器２４、及び光学フィルター２５を含む。

バイナリー入力データは、プリコーダ２１によってコーディングされ、コーディングされたバイナリーデータは、変調器ドライバー２２によって増幅されて位相変調器２４の駆動信号として印加される。ＣＷ光源２３から出力した連続波光は、位相変調器２４によって、変調器の駆動信号に従って位相変調される。この位相変調された光信号は、バイナリー信号の伝送速度のほぼ７０％に相当する帯域幅を有する光学フィルター２５を通じて、光デュオバイナリー信号に変換される。光学フィルター２５は、バイナリー信号の伝送速度が１０Ｇｂｐｓである場合に、７ＧＨｚの帯域幅を有する。

光デュオバイナリー送信器２０で発生した光デュオバイナリー信号は、図１に示した光送信器によって発生した光デュオバイナリー信号に比べて、光ファイバーの分散に対する耐性は弱いが、光デュオバイナリー送信器２０は、図１に示した光送信器の対称構造に関する問題と、マッハツェンダ光変調器のバイアス位置に対する依存性とを解決することができる。

しかしながら、光デュオバイナリー送信器２０は、狭い通過帯域及び分散特性に優れた光学フィルター２５を要求する。

したがって、上述した従来の技術で発生する問題を克服することができる光デュオバイナリー伝送装置を提供する必要がある。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、偏光変調器のバイアス位置に無関係に、電気素子の対称構造を必要とすることなく、光デュオバイナリー信号の信頼性を向上することができる偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、狭帯域光学フィルターを使用することなく、光伝送装置の製造コストを低減することができる偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置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、本発明の一の実施形態による偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置は、入力されたバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、コーディングされたバイナリーデータ信号を３レベル信号に変換するローパスフィルターと、光を生成する光源と、３レベル信号に従って、光源から出力した光を偏光変調する偏光変調器と、所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器と、を含んで構成されることを特徴とする。

望ましくは、偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置は、このコーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器をさらに含むことを特徴とする。

さらに望ましくは、偏光器は、電気信号‘１’が光信号に変換された場合の光信号の偏光に対して、直交する偏光軸を有することを特徴とする。

本発明による偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置は、マッハツェンダ光変調器を使用しないので、マッハツェンダ光変調器を使用する際に必要な２つの信号の対称構造を必要としない。また、狭帯域光学フィルターを使用しないので、光伝送装置の製造コストを低減することができる。そして、本発明による光デュオバイナリー伝送装置の信頼性を向上することができるという長所がある。

以下、本発明による好適な一実施形態について添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。

図３は、本発明の第１の実施形態に従う偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置の構成を示す図である。

図３を参照すると、本実施形態の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置１００は、入力されたＮＲＺバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダ１１０と、コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器１２０と、増幅されたバイナリーデータ信号の帯域幅を制限して３レベル信号に変換する電気的ローパスフィルター（ＬＰＦ）１３０と、連続波光を生成する光源１４０と、３レベル信号に従って連続波光を偏光変調する偏光変調器１５０と、偏光変調された光信号のうち所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器１６０を含んで構成される。

プリコーダ１１０は、入力されたＮＲＺバイナリーデータ信号をコーディングし、１ビット遅延素子(１ bit delayer)と排他的論理和(exclusive-ＯＲ)論理素子を使用して実現することができる。

駆動増幅器１２０は、コーディングされたバイナリーデータ信号を、偏光変調器１５０を駆動できるように増幅する。

ローパスフィルター１３０が、バイナリーデータ信号の伝送速度の１／４を示す３ｄＢの帯域幅を有する場合(例えば、バイナリーデータの伝送速度が１０Ｇｂｐｓの場合の、２．５ＧＨｚの伝送速度)には、ローパスフィルター１３０を通過したバイナリー信号は、帯域幅の制限によって３レベル信号に変換される。このようなローパスフィルター１３０は、理想的には、コサイン自乗(cosine^２)フィルターであるが、ベッセルトムソンフィルター(Bessel-Thomson filter)を使用しても実現可能である。

光源１４０は、連続波光を生成し、半導体レーザー(ＬＤ)を使用して実現することができる。

偏光変調器１５０は、３レベル信号に従って光源１４０が生成した連続波光を偏光変調する。

偏光器１６０は、偏光変調器１５０の出力端に接続され、偏光変調された光信号のうち、所定の偏光方向の光信号のみを透過する。

上記構成を有する本実施形態に従う偏光変調器１５０を用いた光デュオバイナリー伝送装置１００の動作は、下記の通りである。

図４の(ａ)〜(ｅ)は、ノードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥでの信号形態の例を示すグラフである。

図４は、“０１０１１０００１１１０１０１０１”データ列を入力信号とした場合のバイナリーデータ信号(図４の(ａ))は、プリコーダ１１０により図４の(ｂ)に示す信号にコーディングされた後に、駆動増幅器１２０を通して電気的ローパスフィルター１３０に印加される。ローパスフィルター１３０に印加されたバイナリー信号は、図４の(ｃ)に示す３レベル信号に変換された後に、偏光変調器１５０に駆動信号として印加される。このとき、偏光変調器１５０に印加される３レベル信号は、ピーク・ツウ・ピーク(peak-to-peak)強度を有し、これによって、偏光変調器１５０は、偏光を直角に変調する。３レベル信号の強度は、通常、Ｖπとして表される。すなわち、偏光変調器１５０に印加される電気信号の強度はＶπである。

一方、光源１４０によって生成された連続波光は、偏光変調器１５０に入力し、３レベル信号が印加される偏光変調器１５０によって偏光変調される(図４の(ｄ))。３レベル信号の強度を‘０’、‘１’、及び‘２’として表す場合には、電気信号‘０’、‘１’、及び‘２’は、光信号に変換され、図４の(ｄ)に示すように、‘０’は、ｙ-偏光を有する光信号を示し、‘１’は、左旋円偏光(left-hand circular polarization)を示し、‘２'は、ｘ-偏光を有する光信号を示すこととなる。偏光変調器１５０によって偏光変調された光信号は、偏光器１６０に印加される。

偏光器１６０は、電気信号‘１’が光信号に変換されたときに有する光信号の左旋円偏光に対して、直交する偏光軸を有する。図４の(ｄ)に示す例において、信号‘１’が左旋円偏光を有するので、偏光器１６０の偏光軸は、右旋円偏光(right-hand circular polarization)である。偏光変調器１５０によって変調された光信号が、上記偏光軸を有する偏光器１６０を通過すると、光信号は、図４の(ｅ)に示すように、光デュオバイナリー信号として生成される。これは、電気信号‘１’によって生成された光信号は、偏光器１６０を通過できないので、‘０’ビットを発生させ、そして、電気信号‘０’及び‘２’によって生成された光信号は、偏光器１６０を通過しつつ‘１’ビットを生成するからである。ここで、電気信号‘０’及び‘２’は、同一の‘１’ビットを生成するが、‘１’ビットの位相は、それぞれπ／４及び−π／４であるので、デュオバイナリー信号と類似する特性を有する。‘１’ビット信号の位相は、偏光変調器１５０に印加される信号の強度に従って変化する。偏光変調器１５０に印加される信号の強度が高いほど、‘１’ビット信号の位相は‘０’に近づく。反対に、偏光変調器１５０に印加される信号の強度が低いほど、信号の位相は、π／２及び−π／２に近づく。‘１’ビット信号の位相θは、下記式１の通りである。

この式において、‘Ｖ’は、偏光変調器に印加される３レベル信号のピーク・ツウ・ピーク強度を示す。従って、偏光変調器に印加される信号の強度が低い場合には、デュオバイナリー信号として同一の特性を有する信号、すなわち、‘１’ビット信号の位相が反転した特性を得ることができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に従う偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置２００の構成を示す。

図５に示すように、本実施形態の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置２００は、入力されたＮＲＺバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダ２１０と、コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器２２０と、増幅されたバイナリーデータ信号の帯域幅を制限して３レベル信号に変換する電気的ローパスフィルター（ＬＰＦ）２３０と、連続波光を生成する光源２４０と、光源２４０によって生成された連続波光のうち、その偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第１の偏光器２５０と、３レベル信号に従って第１の偏光器２５０から出力された信号の位相を変調する偏光依存位相変調器２６０と、第１の偏光器２５０の偏光軸に直角な偏光軸を有し、位相変調された光信号のうち、その偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第２の偏光器２７０とを含んで構成される。

本実施形態の構成は、図３に示した偏光変調器１５０を、４５°の偏光軸を有する第１の偏光器２５０、及び偏光依存性を有する位相変調器２６０に置き換えて実現する場合であり、その他の構成は、図３と同様である。上述したように、偏光依存性を有する位相変調器（polarization-dependent phase modulator）２６０の入力端及び出力端で、互いに直交する方向(例えば、偏光軸が４５°及び１３５°である場合)の偏光軸を有する２個の偏光器２５０及び２７０を配置することによって、光デュオバイナリー伝送装置を小型にすることができる。

図６の(ａ)〜(ｆ)は、ノード（ａ）〜（ｆ）での信号形態の例を示すグラフである。

図６は、“０１０１１０００１１１０１０１０１”データ列を入力信号とした場合(図６の(ａ))の、出力される光デュオバイナリー信号（図６の（ｆ））を示す図である。図４に示す本発明の第１の実施形態の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置１００と同様の光デュオバイナリー信号が生成されることがわかる。

以上の本発明の詳細な説明では具体例に則して説明したが、本発明の範囲を外れない限り多様な変形が可能なことはもちろんである。したがって、本発明の範囲は、説明した具体例に限定して解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。

従来の光デュオバイナリー送信器の構成を示す図である。 従来の光デュオバイナリー送信器の他の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に従う偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置の構成を示す図である。 図３のノードＡ〜Ｅでの信号形態をそれぞれ示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に従う偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置の構成を示す図である。 図５のノード（ａ）〜（ｆ）での信号形態をそれぞれ示すグラフである。

符号の説明

１００：偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置
１１０：プリコーダ
１２０：駆動増幅器
１３０：ローパスフィルター
１４０：光源
１５０：偏光変調器
１６０：偏光器

Claims (12)

1. 入力したバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、
   前記コーディングされたバイナリーデータ信号を３レベル信号に変換するローパスフィルターと、
   光を生成する光源と、
   前記３レベル信号に従って、前記光源から出力した光を偏光変調する偏光変調器と、
   所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器と、
   を有することを特徴とする偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
2. 前記コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器をさらに有することを特徴とする請求項１記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
3. 前記ローパスフィルターは、
   前記バイナリーデータ信号の伝送速度の１／４に相当する３ｄＢの帯域幅を有することを特徴とする請求項１記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
4. 前記偏光変調器に印加する３レベル信号は、ピーク・ツウ・ピーク(peak-to-peak)信号であり、前記光源から出力した光を直角に偏光変調することが可能に増幅されることを特徴とする請求項１記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
5. 前記偏光変調器に印加する３レベル信号の強度は、Ｖπであることを特徴とする請求項４記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
6. 前記偏光器は、電気信号‘１’を光信号に変換した場合の光信号の偏光に対して、直交する偏光軸を有することを特徴とする請求項１記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
7. 前記光源は、連続波光を出力するＣＷレーザーであることを特徴とする請求項１記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
8. 入力したバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、
   前記コーディングされたバイナリーデータ信号を３レベル信号に変換する電気的ローパスフィルターと、
   光を生成する光源と、
   第１の偏光軸を有し、前記光源が出力した光のうち、前記第１の偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第１の偏光器と、
   前記３レベル信号に従って、前記第１の偏光器から出力した光信号の位相を変調する偏光依存位相変調器と、
   前記第１の偏光器の偏光軸に直交する第２の偏光軸を有し、前記位相変調された光信号のうち、前記第２の偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第２の偏光器と、
   を有することを特徴とする偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
9. 前記コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器をさらに有することを特徴とする請求項８記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
10. 前記電気的ローパスフィルターは、前記バイナリーデータ信号の伝送速度の１／４に相当する３ｄＢの帯域幅を有することを特徴とする請求項８記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
11. 前記第１の偏光器は、４５°の偏光軸を有することを特徴とする請求項８記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
12. 前記光源は、連続波光を出力するＣＷレーザーであることを特徴とする請求項８記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。

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