JP2006276095A

JP2006276095A - Ｏｏｋ／ｐｓｋ変換装置

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Publication number: JP2006276095A
Application number: JP2005090482A
Authority: JP
Inventors: Kousuke Nishimura; 公佐西村; Masashi Usami; 正士宇佐見
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP4617955B2

Abstract

【課題】
簡単な構成でＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換する。
【解決手段】
光強度変調器１２は、ＯＯＫ信号光を出力する。波長変換型論理反転器２２は、ＯＯＫ信号光の光パルス部分をスペースに、スペースを光パルス部分にそれぞれ反転した光強度パターンを具備する論理反転データ光を生成する。ＯＯＫ信号光と論理反転データ光を互いに逆方向で半導体光増幅素子３８に入射し、且つ、光源３４からのプローブ光を半導体光増幅素子３８に入射する。半導体光増幅素子３８は、ＯＯＫ信号光と論理反転データ光とでは相対的にπの位相差がある位相シフトをプローブ光に与える。
【選択図】
図１

Description

本発明は、ＯＯＫ（On-Off Keying）信号光をＰＳＫ（Phase Shift Keying）信号光に変換する装置に関する。

従来、光ファイバ伝送では、光パルスの有無により信号を伝送するＯＯＫ信号光が使用されてきた。しかし、ＯＯＫ信号光は、光スペクトルが広がり、波長分散及び偏波モード分散の影響を受けやすくなり、これらにより、ビットレートの高速化が困難である。

ＰＳＫは、ＯＯＫに比べ、光スペクトルが広がらないので、上述の弊害が無い又は少ない。即ち、ＰＳＫは、ＯＯＫに比べ、周波数利用効率が良い。ＰＳＫの１種であるＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）信号光は、１ビット遅延干渉計により、容易にＯＯＫ信号光に変換できるという利点がある。ＤＰＳＫ信号光を発生する装置構成が、特許文献１乃至４に記載されている。なお、特許文献２は特許文献１に対応し、特許文献４は特許文献３に対応する。
特開２００３−０８７２０１公報米国特許出願公開２００３／２１２１号公報特開２００２−０６４５７４公報米国特許第６８２６３７１号公報

既存のＤＰＳＫ信号光を発生する装置構成は、電気信号であるデータ信号を事前に符号化回路で符号化し、当該符号化回路の出力信号で光位相変調器を駆動している。その符号化回路が複雑な構成であるだけでなく、符号化回路の追従速度が、最終的なＰＳＫ信号光のビットレートを決定する。即ち、ＰＳＫ信号光のビットレートが符号化回路の動作速度により制限される。

直接、ＰＳＫ信号を生成するよりも、ＯＯＫ信号光を生成し、そのＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光変換する装置構成の方が，高速動作を得やすいと考えられる。

そこで、本発明は、ＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換するＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置を提示することを目的とする。

本発明に係るＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置は、ＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換する装置であって、当該ＯＯＫ信号光から、当該ＯＯＫ信号光の反転論理値を示す光強度パターンを具備する論理反転データ光を生成する論理反転器と、プローブ光を発生するプローブ光源と、当該ＯＯＫ信号光と、当該論理反転器から出力される当該論理反転データ光とが互いに逆方向に入射し、当該プローブ光源から出力される当該プローブ光が、当該ＯＯＫ信号光及び当該論理反転データ光の一方と同方向で入射する光位相変調器であって、当該ＯＯＫ信号光と当該論理反転データ光とで相対的にπの位相差のある光位相シフトを当該プローブ光に与える光位相変調器とを具備することを特徴とする。

本発明に係るＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置は、ＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換する装置であって、当該ＯＯＫ信号光から、当該ＯＯＫ信号光と同じ論理値を示す光強度パターンを具備する論理保持データ光と、当該ＯＯＫ信号光の反転論理値を示す光強度パターンを具備する論理反転データ光を出力する論理保持光・論理反転光生成装置と、ＣＷプローブ光を発生するプローブ光源と、当該論理保持光・論理反転光生成装置から出力される当該論理保持データ光と当該論理反転データ光が互いに逆方向に入射し、当該プローブ光源から出力される当該プローブ光が、当該論理保持データ光及び当該論理反転データ光の一方と同方向で入射する光位相変調器であって、当該論理保持データ光と当該論理反転データ光とで相対的にπの位相差のある光位相シフトを当該プローブ光に与える光位相変調器とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、全光でＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換できる。光の状態でＯＯＫ形式からＰＳＫ形式に変換できるので、高速の信号光にも適用可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。レーザダイオード（ＬＤ）１０は、波長λ１の連続（ＣＷ）レーザ光を発生する。光強度変調器１２は、レーザダイオード１０の出力レーザ光をデータＤに従って光強度変調し、ＮＲＺ形式のＯＯＫ信号光を出力する。ＯＯＫ／ＰＳＫ変換器１４は、光強度変調器１２から出力されるＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光、例えば、ＯＯＫ信号光のパルス部分に対して相対光位相を０に、スペース部分に対して相対光位相をπにしたＰＳＫ信号光に変換する。

ＯＯＫ／ＰＳＫ変換器１４の構成と機能を詳細に説明する。光分波器２０は、光強度変調器１２の出力光を２分割し、一方を波長変換型論理反転器２２に印加する。波長変換型論理反転器２２は、波長λ１の信号光の論理を反転、即ち、マーク部分をスペースに、スペース部分をマーク部分に変換すると共に、キャリア波長を波長λ１から別の波長λ３に変換する。

波長変換型論理反転器２２では、レーザダイオード２４が、波長λ１とは異なる波長λ３の連続（ＣＷ）レーザ光を出力する。レーザダイオード２４の出力する波長λ３のレーザ光は、後述する半導体光増幅素子（ＳＯＡ）２８の相互利得変調に対するプローブ光として作用する。光合波器２６は、レーザダイオード２４から出力される波長λ３のプローブ光と、光分波器２０からの波長λ１のＯＯＫ信号光を合波し、合波光を半導体光増幅素子２８に印加する。半導体光増幅素子２８は、波長λ１の信号光による相互利得変調効果により、波長λ３のプローブ光の強度を変調する。ここでは、半導体光増幅素子２８が、波長λ１の信号光のマーク部分で、波長λ３のプローブ光に対する利得を低下させ、波長λ１の信号光のスペース部分で、波長λ３のプローブ光に高い利得を与えるように、波長λ１，λ３及びこれらの光強度が予め設定されている。

半導体光増幅素子２８の出力光は、半導体光増幅素子２８で増幅された波長λ１のＯＯＫ信号光と、半導体光増幅素子２８で強度変調された波長λ３のプローブ光とからなる。光フィルタ３０は、半導体光増幅素子２８の出力光から波長λ３の光成分のみを透過する。光フィルタ３０の出力光は、光強度変調器１２から出力される波長λ１のＯＯＫ信号光の、論理を反転し、且つキャリア波長をλ１からλ３に変換した信号光、即ち、論理反転データ光になっている。

光フィルタ３０の出力光、即ち、波長反転データ光は、可変減衰器３６を介して光合波器３２に印加される。可変減衰器３６は、光フィルタ３０から出力される論理反転光の光強度を調節されるために設けられるのであり、調節後は一定減衰値に設定される。レーザダイオード３４は、波長λ１、λ３とは異なる波長λ２の連続レーザ光を出力する。レーザダイオード３４の出力する連続レーザ光は、後述する半導体光増幅素子３８での相互位相変調に対するプローブ光として作用する。光合波器３２は、光フィルタ３０の出力光と、レーザダイオード３４から出力される波長λ２のプローブ光を合波する。

光分波器２０の他方の出力光、即ち、波長λ１の論理保持データ光は、タイミング調節用の光遅延回路４０及び光カップラ４２を介して、半導体光増幅素子３８の、波長λ２のプローブ光及び波長λ３の論理反転データ光とは逆の端面に入射する。即ち、半導体光増幅素子３８内で、波長λ２のプローブ光及び波長λ３の論理反転データ光と、波長λ１の論理保持データ光とは、互いに逆方向に伝搬する。波長λ３の論理反転データ光と、波長λ１の論理保持データ光とが、同じビットタイミングで半導体光増幅素子３８に入射するように、光遅延回路４０の遅延時間が予め設定される。

半導体光増幅素子に互いに異なる波長のプローブ光と制御光を同方向で入射する場合と、逆方向に入射する場合とは、制御光の光強度が同じであっても、プローブ光の受ける位相シフト量が異なる。位相シフト量の差をπにすることも可能である。図３は、制御パルスの入射によるプローブ光の光強度変化波形を示す。図３で、横軸は、時間を示し、縦軸はプローブ光の光強度を示す。制御パルスの入射により、プローブ光の光強度がＩ_０からΔＩ_０だけ減少し、所定の緩和時間で元の光強度Ｉ_０に復帰する。図４は、半導体光増幅素子に波長λ１の制御光と波長λ２のプローブ光とが同方向で入射した場合と、逆方向で入射した場合とで、プロー光が受ける位相シフト量の変化を示す。図４で、横軸は、光強度の減衰率ΔＩ_０／Ｉ_０を示し、縦軸は光位相の変化量Δφ_０を示す。図４中に示した破線付近では、同じ光強度の減衰率ΔＩ_０／Ｉ_０であっても、逆方向入射の場合の光位相シフト量が、同方向入射の場合のそれよりも、概略π程度大きい。この光位相シフト量の差がπになるように、プローブ光、論理保持データ光及び論理反転データ光の波長及び光強度を設定することにより、ＰＳＫ信号光を生成できる。

波長λ２を透過する光フィルタ４４が、半導体光増幅素子３８の出力光から波長λ２のＰＳＫ信号光を抽出する。光フィルタ４４の出力光は、例えば、光伝送路に出力される。

図４は、ＮＲＺ形式のＯＯＫ信号光に対する、論理保持データ光（波長λ１）、論理反転データ光（波長λ３）、及び半導体光増幅素子３８から出力されるプローブ光（波長λ２）のタイミング図を示す。図４（ａ）は論理保持データ光の波形を示し、同（ｂ）は論理反転データ光の波形を示し、同（ｃ）は、半導体光増幅素子３８から出力されるプローブ光の波形を示す。横軸は時間を示し、縦軸は光強度を示す。半導体光増幅素子３８から出力される波長λ２のプローブ光（図４（ｃ））には、光位相のシフト量を付記してある。波長λ２のプローブ光の光位相は、論理保持データ光（図４（ａ））の光パルス部分によりφだけシフトし、論理反転データ光（図４（ｂ））の光パルス部分（論理保持データ光のスペース部分に対応する。）によりφ＋πだけシフトされる。結局、ＳＯＡ３８から出力される波長λ２のプローブ光の相対位相は、論理保持データ光の光パルス部分に対して０になり、スペース部分に対してπになる。

図１に示す実施例では、論理反転データ光（波長λ３）をプローブ光と同方向でＳＯＡ３８に入射し、論理保持データ光（波長λ１）をプローブ光と逆方向でＳＯＡ３８に入射したが、この逆であっても、同様の作用効果を得ることができる。

また、図1に示す実施例では、ＮＲＺ形式のＯＯＫ信号光の場合を示したが、波長変換型論理反転器のプローブ光及びＯＯＫ／ＰＳＫ変換器のプローブ光をそれぞれ発生するレーザダイオード２４，３４を、光分波器２０で分岐されたＯＯＫ信号光をさらに分岐し、電気的又は光学的手段でクロックを抽出し、抽出したクロックに従ってＲＺパルスを発生する光源に置換することで、容易にＲＺ形式のＯＯＫ信号光に対応することが可能である。

図５は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。

レーザダイオード（ＬＤ）１１０は、波長λ１の連続（ＣＷ）レーザ光を発生する。光強度変調器１１２は、レーザダイオード１１０の出力レーザ光をデータＤに従って光強度変調し、ＮＲＺ形式のＯＯＫ信号光を出力する。ＯＯＫ／ＰＳＫ変換器１１４は、光強度変調器１１２から出力されるＯＯＫ信号光をＰＳＫ形式に変換し、ＰＳＫ信号光を出力する。

ＯＯＫ／ＰＳＫ変換器１１４の構成と機能を詳細に説明する。論理保持・論理反転信号光生成器１１６は、光強度変調器１１２から出力されるＯＯＫ信号光から同論理値を示す光強度パターンを具備する論理保持データ光、即ち、光パルス部分とスペース部分が同じ配置の光強度パターンを具備する論理保持データ光と、ＯＯＫ信号光の反転論理値を示す光強度パターンを示す論理反転データ光、即ち、光パルス部分とスペース部分が反転してした光強度パターンを具備する論理反転データ光を生成する。論理保持・論理反転信号光生成器１１６は、２つのアーム上に半導体光増幅素子を配置したマッハツェンダ干渉計からなり、この機能自体は、公知である。

具体的には、レーザダイオード１１８が、プローブ光と呼ばれる波長λ３の連続（ＣＷ）レーザ光を出力する。波長λ３は、波長λ１とは異なる。光分波器１２０は、レーザダイオード１１８から出力されるプローブ光を２分割し、一方を光合波器１２２に、他方を半導体光増幅素子１２６に印加する。光合波器１２２は、光分波器１２０からの波長λ３のプローブ光に光強度変調器１１２からのＯＯＫ信号光を合波し、合波光を半導体光増幅素子１２４に印加する。半導体光増幅素子１２４は、波長λ３のプローブ光を増幅するとともに、相互位相変調効果により、波長λ１のＯＯＫ信号光の光パルス部分とスペース部分とでπだけ異なる光位相シフトを波長λ３のプローブ光に与える。

他方、半導体光増幅素子１２６は、光分波１２０からの波長λ３のプローブ光を一定の利得で増幅する。半導体光増幅素子１２６におけるプローブ光の光位相シフト量は、例えば、半導体光増幅素子１２４によるＯＯＫ信号光のマーク部分でのプローブ光の光位相シフト量と等しくなるように、半導体光増幅素子１２４及び／又は同１２６が調節される。

光合分波器１２８は、半導体光増幅素子１２４，１２６の出力光を合波及び分波する。後段の光フィルタ１３０，１３２で波長λ３のプローブ光のみを抽出するので、光合分波器１２８は、半導体光増幅素子１２４から出力される位相変調された波長λ３のプローブ光と、半導体光増幅素子１２６から出力される波長λ３のプローブ光を合波及び分離し、光強度変調器１１２から出力されるＯＯＫ信号光と同一論理値の光強度パターンを具備する論理保持データ光１１６ａと、反転論理値を示す光強度パターンを具備する論理反転データ光１１６ｂとを出力するように、合分波特性を設定されている。このような作用自体は、周知であり、これら２つの出力は、いわゆる、コンストラクティブ出力とデストラクティブ出力である。

光フィルタ１３０から出力される波長λ３の論理保持データ光は、光合波器１３４に印加される。レーザダイオード１３６は、波長λ３とは異なる波長λ２の連続（ＣＷ）レーザ光を発生する。波長λ２は、波長λ１と等しくても良い。レーザダイオード１３６の出力レーザ光は、後述する半導体光増幅素子１３８において、論理保持データ光及び論理反転データ光により位相変調されるレーザ光であり、慣例に従いこれをプローブ光と呼ぶ。光合波器１３４は、光フィルタ１３０の出力光とレーザダイオード１３６の出力光を合波し、その合波光を半導体光増幅素子１３８に印加する。半導体光増幅素子１３８は、図１に示す実施例の半導体光増幅素子３８と同様の機能を果たす。

また、光フィルタ１３２から出力される波長λ３の論理反転データ光は、光パワー調節用の可変減衰器１４０、時間調節用の光遅延回路１４２及び光カップラ１４４を介して、半導体光増幅素子１３８の、論理保持データ光の入射端面とは逆の端面に入射する。即ち、半導体光増幅素子１３８内で、波長λ３の論理反転データ光は、波長λ２のプローブ光及び波長λ３の論理保持データ光とは逆方向に伝搬する。波長λ３の論理反転データ光と、波長λ３の論理保持データ光とが同じビットタイミングで半導体光増幅素子１３８に入射するように、光遅延回路１４２の遅延時間が予め設定される。

半導体光増幅素子３８における光位相変調作用と同様に、半導体光増幅素子１３８もまた、波長λ３の論理反転データ光と波長λ３の論理保持データ光に従い、波長λ２のプローブ光の光位相をシフトする。このとき、論理保持データ光の光パルス部分とスペース部分での光位相シフト量の差がπになるように、可変減衰器１４０の減衰量、及び、波長λ２のプローブ光の光強度が調節される。これにより、データＤを搬送するＰＳＫ信号光が生成される。

波長λ２を透過する光フィルタ１４６は、半導体光増幅素子１３８で位相変調された波長λ２のプローブ光、即ちＰＳＫ信号光を抽出する。光フィルタ１４６の出力光は、例えば、光伝送路に出力される。

光送信装置に組み込む用途を説明したが、上述した実施例のＯＯＫ／ＰＳＫ変換器は、ＰＳＫ信号光を必要とするその他の箇所にも利用可能であることは明らかである。全光で処理できるので、電気回路の制限レートによる制約を受けず、高速のＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換可能である。

図１に示す実施例では、論理反転データ光（波長λ３）をプローブ光と逆方向で半導体光増幅素子１３８に入射し、論理保持データ光（波長λ３）をプローブ光と同方向で半導体光増幅素子１３８に入射したが、この逆であっても、同様の作用効果を得ることができる。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。半導体光増幅素子３８にのけるプローブ光の波形変化例である。同方向入射と逆方向入射で、半導体光増幅素子における光強度減衰量と光位相シフト量の変化を示す図である。論理保持データ光、論理反転データ光及び半導体光増幅素子３８からのプローブ光出力の波形例であり、（ａ）は論理保持データ光の波形を示し、（ｂ）は論理反転データ光の波形を示し、半導体光増幅素子３８からのプローブ光出力の波形を示す。本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。

符号の説明

１０：レーザダイオード
１２：光強度変調器
１４：ＯＯＫ／ＰＳＫ変換器
２０：光分波器
２２：波長変換型論理反転器
２４：レーザダイオード
２６：光合波器
２８：半導体光増幅素子（ＳＯＡ）
３０：光フィルタ
３２：光合波器
３４：レーザダイオード
３６：可変減衰器
３８：半導体光増幅素子（ＳＯＡ）
４０：光遅延回路
４２：光カップラ
４４：光フィルタ
１１０：レーザダイオード（ＬＤ）
１１２：光強度変調器
１１４：ＯＯＫ／ＰＳＫ変換器
１１６：論理保持・論理反転信号光生成器
１１６ａ：論理保持データ光
１１６ｂ：論理反転データ光
１１８：レーザダイオード
１２０：光分波器
１２２：光合波器
１２４，１２６：半導体光増幅素子（ＳＯＡ）
１２８：光合分波器
１３０，１３２：光フィルタ
１３４：光合波器
１３６：レーザダイオード
１３８：半導体光増幅素子（ＳＯＡ）
１４０：可変減衰器
１４２：光遅延回路
１４４：光カップラ
１４６：光フィルタ

Claims

ＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換する装置であって、
当該ＯＯＫ信号光から、当該ＯＯＫ信号光の反転論理値を示す光強度パターンを具備する論理反転データ光を生成する論理反転器（２２）と、
プローブ光を発生するプローブ光源（３４）と、
当該ＯＯＫ信号光と、当該論理反転器から出力される当該論理反転データ光とが互いに逆方向に入射し、当該プローブ光源から出力される当該プローブ光が、当該ＯＯＫ信号光及び当該論理反転データ光の一方と同方向で入射する光位相変調器であって、当該ＯＯＫ信号光と当該論理反転データ光とで相対的にπの位相差のある光位相シフトを当該プローブ光に与える光位相変調器（３８）
とを具備することを特徴とするＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置。
更に、当該ＯＯＫ信号光と、当該論理反転器から出力される当該論理反転データ光とが実質的に同じビットタイミングで当該光位相変調器（３８）に入射するように、当該ＯＯＫ信号光を遅延する光遅延回路（４０）を具備することを特徴とする請求項１に記載のＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置。
当該光位相変調器が、半導体光増幅素子（３８）からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置。
ＯＯＫ信号光をＰＳＫ信号光に変換する装置であって、
当該ＯＯＫ信号光から、当該ＯＯＫ信号光と同じ論理値を示す光強度パターンを具備する論理保持データ光と、当該ＯＯＫ信号光の反転論理値を示す光強度パターンを具備する論理反転データ光を出力する論理保持光・論理反転光生成装置（１１６）と、
ＣＷプローブ光を発生するプローブ光源（１３６）と、
当該論理保持光・論理反転光生成装置（１１６）から出力される当該論理保持データ光と当該論理反転データ光が互いに逆方向に入射し、当該プローブ光源から出力される当該プローブ光が、当該論理保持データ光及び当該論理反転データ光の一方と同方向で入射する光位相変調器であって、当該論理保持データ光と当該論理反転データ光とで相対的にπの位相差のある光位相シフトを当該プローブ光に与える光位相変調器（１３８）
とを具備することを特徴とするＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置。
当該光位相変調器が、半導体光増幅素子からなることを特徴とする請求項４に記載のＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置。
論理保持光・論理反転光生成装置（１１６）が、
第２のＣＷプローブ光を発生する第２のプローブ光源（１１８）と、
当該第２のＣＷプローブ光を第１プローブ成分と第２プローブ成分に２分割する光分波器（１２０）と、
当該第１プローブ成分及び当該ＯＯＫ信号光が入射する第１の光位相変調素子（１２４）と、
当該第２プローブ成分が入射する第２の光位相変調素子（１２６）と、
当該第１及び第２の光位相変調素子の出力光を合分波し、当該論理保持データ光及び当該論理反転データ光を出力する合分波器（１２８）
とを具備することを特徴とする請求項４又は５に記載のＯＯＫ／ＰＳＫ変換装置。