JP2010147532A - Ｗｄｍ光の伝送方法およびｗｄｍ光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＤＭ光の各波長の光信号が伝送路上で帯域制限を受けても良好な伝送特性を実現できるＷＤＭ光の伝送方法およびＷＤＭ光伝送システムを提供する。
【解決手段】本ＷＤＭ光伝送システムは、伝送路２０を伝搬するＷＤＭ光の各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分をスペクトル補正用光フィルタ５０により選択的に減衰させることにより、各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の強度を相対的に増加させた状態で、当該ＷＤＭ光の伝送を行う。これにより、伝送路２０上の帯域制限デバイス３０をＷＤＭ光が通過して各波長の光信号のスペクトル幅が制限されても、側波帯成分の減衰に起因した伝送特性の劣化が軽減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送路上で帯域制限を受ける波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）光を良好な特性で伝送するための方法およびＷＤＭ光伝送システムに関する。

近年、インターネットの普及に伴う急激な通信トラフィックの増大に対応するため、ＷＤＭ光伝送システムでは光信号の高ビットレート化と波長チャンネルの高密度化とによる伝送容量の拡大が強く求められている。また、波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch：ＷＳＳ）などを利用して、例えば図１３に示すようにコアネットワークとメトロ網またはアクセス網とをシームレスに接続し、光信号を波長毎に柔軟に管理する全光ネットワークの構築も進められている。（例えば、下記の非特許文献１，２参照）。

一般的に、ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号の波長帯域幅（スペクトル幅）は、各々のビットレート（変調周波数）に比例する。このため、各波長の光信号のビットレートが高くなる程各々のスペクトル幅が広くなり、該各光信号を高密度に波長多重することが難しくなる。また、上記図１３に示したような光ネットワークでは、伝送路上の各ノード等に配置されたフィルタ機能を有する光デバイスにより光信号のスペクトル幅が制限されて伝送特性の劣化が生じる。上記フィルタ機能を有する光デバイス（以下、帯域制限デバイスと呼ぶ）としては、例えば、各波長の光信号を合波してＷＤＭ光を生成する合波器（ＭＵＸ）、ＷＤＭ光を各波長の光信号に分波する分波器（ＤＥＭＵＸ）、光アドドロップまたは光クロスコネクトの処理に用いられる光スイッチなどが挙げられる。

上記のような帯域制限デバイスの影響を軽減してより高密度なＷＤＭ光の伝送を実現可能にするための従来技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されているようなパーシャルＤＰＳＫ（Partial Differential Phase Shift Keying：ＰＤＰＳＫ）方式が提案されている。このＰＤＰＳＫ方式は、ＤＰＳＫ変調された光信号が送受信される光伝送システムの受信部において、遅延干渉計の遅延量を１ビット時間よりも短く設定することにより、伝送路上に存在する帯域制限デバイスを通過した光信号の特性劣化を抑圧する技術である。このようなＰＤＰＳＫ方式を採用することにより、４０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）の光信号を５０ギガヘルツ（ＧＨｚ）間隔で波長多重したＷＤＭ光の伝送が実現可能になるという報告がなされている（例えば、下記の非特許文献３参照）。

米国特許出願公開第２００７／０１９６１１０号明細書 Glenn Baxter et al., "Highly Programmable Wavelength Selective Switch Based on Liquid Crystal on Silicon Switching Elements", Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2006, OTuF2 Steven Frisken, "Advances in Liquid Crystal on Silicon Wavelength Selective Switching", Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2007, OWV4 B. Mikkelsen et al., "Partial DPSK with excellent filter tolerance and OSNR sensitivity", Electronics Letters, 2006, Vol.42, No.23

しかしながら、上記のようなＰＤＰＳＫ方式を採用したＷＤＭ光伝送システムであっても、伝送路上の帯域制限デバイスによる光信号のスペクトル幅の制限がより厳しくなった場合、伝送特性の劣化は避けられないという課題がある。以下、この課題について詳しく説明する。

図１４は、４０Ｇｂ／ｓのＤＰＳＫ変調された光信号の一般的なスペクトルを示している。このようにＤＰＳＫ光信号のスペクトルは、搬送波（レーザ光源からの出力光）の周波数（波長）を中心として高周波側および低周波側に側波帯を有しており、ここで例示した４０Ｇｂ／ｓの場合、トータルで１００ＧＨｚ以上の帯域幅を持つことになる。ＷＤＭ光は、上記のような光信号が中心波長を異ならせて複数多重化されたものとなる。該ＷＤＭ光の伝送では、各波長の光信号が４０Ｇｂ／ｓのような高ビットレートになっても、１００ＧＨｚ間隔や５０ＧＨｚ間隔といった高密度波長多重による信号伝送が一般的となりつつある。このような高速かつ高密度なＷＤＭ光の伝送を行う場合、伝送路上に配置された帯域制限デバイスにおいて、各波長の光信号の側波帯成分がそれぞれ削られてしまい、伝送特性に劣化が生じるという問題がある。

具体的に、上記図１４に示した４０Ｇｂ／ｓのＤＰＳＫ光信号が、例えば図１５に示すような４０ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅を有する１次ガウス型フィルタ（バンドパスフィルタ）を通過した場合、当該光信号のスペクトルは図１６に示すような形状となる。図１６より明らかなように、バンドパスフィルタを通過することによって光信号の側波帯成分が減衰し、スペクトル形状が大幅に変わることが分かる。前述した伝送路上の帯域制限デバイスは、上記の例におけるバンドパスフィルタに相当する。

ここで、上記のような光信号の側波帯成分の減衰が伝送特性に与える影響について、前述のＰＤＰＳＫ方式を採用した場合のシミュレーション結果を用いて詳しく説明する。

図１７は、ＰＤＰＳＫ方式を採用したＷＤＭ光伝送システムに関するシミュレーションにおける計算モデルの概略を示した図である。この計算モデルでは、光送信部１１０内のＰＲＢＳ回路１１１で発生する擬似ランダムビット列（Pseudo Random Bit Stream）がＤＰＳＫプリコーダ１１２に与えられることでＤＰＳＫ方式に対応したデータ信号が生成され、該データ信号に従ってドライバ回路（ＤＲＶ）１１３で生成した変調信号によりＬＮ変調器（ＭＯＤ）１１４が駆動される。これにより、レーザ光源（ＬＤ）１１５から出力される搬送波が位相変調されて、ＤＰＳＫ光信号が伝送路１２０に送信される。伝送路１２０上には、ＤＰＳＫ光信号の信号対雑音比（Optical Signal to Noise Ratio：ＯＳＮＲ）を制御するための光減衰器（ＡＴＴ）１３１および光アンプ１３２と、ＤＰＳＫ光信号のスペクトル幅を制限するバンドパスフィルタ（１次ガウス型フィルタ）１３３とが配置されており、該バンドパスフィルタ１３３を通過したＤＰＳＫ光信号が光受信部１４０で受信される。光受信部１４０では、遅延干渉計１４１およびバランス型受信器１４２によりＤＰＳＫ光信号の復調処理が行われ、当該受信信号のビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）の測定がＢＥＲ測定器１４３により行われる。上記遅延干渉計１４１における遅延時間は、ここでは１ビット時間の６５％に対応する１６．２５ピコ秒（ｐｓ）に設定され、ＰＤＰＳＫ方式に対応している。

図１８は、図１７の計算モデルにおいて、バンドパスフィルタ１３３の３ｄＢ帯域幅を３７ＧＨｚ，２６ＧＨｚおよび２１ＧＨｚとした場合のＯＳＮＲとＢＥＲの関係を示している。ただし、ＯＳＮＲは分解能０．５ｎｍで測定した値であり、光送信部１１０および光受信部１４０の帯域は適切に設定されているものとする。図１８のグラフより、バンドパスフィルタ１３３の３ｄＢ帯域幅が３７ＧＨｚとある程度広いときには、ＯＳＮＲの増大（改善）と伴にＢＥＲの値も顕著に低下している。一方、バンドパスフィルタ１３３の３ｄＢ帯域幅が２６ＧＨｚ，２１ＧＨｚと狭くなると、ＯＳＮＲが増大してもＢＥＲの値はそれ程低下しなくなる。つまり、ＰＤＰＳＫ方式を採用した場合であっても、バンドパスフィルタ１３３の帯域幅が狭くなる程、ＢＥＲが劣化することが分かる。

したがって、伝送路上に狭帯域幅の帯域制限デバイスが配置されている場合、または、伝送路上に多数の帯域制限デバイスが配置されており、それら帯域制限デバイスのトータルのフィルタ特性の帯域幅が狭くなる場合には、ＰＤＰＳＫ方式を採用したとしても、上記帯域制限デバイスによる側波帯成分の減衰に起因した伝送特性の劣化を有効に抑えることが難しくなる。このような側波帯成分の減衰に起因した問題点は、光信号の変調方式がＤＰＳＫの場合だけに限られるものではなく、ＤＰＳＫ以外の他の位相変調方式や、ＮＲＺ（Non Return to Zero）やＲＺ（Return to Zero）などの強度変調方式にも共通するものである。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、ＷＤＭ光の各波長の光信号が伝送路上で帯域制限を受けて側波帯成分が減衰されても良好な伝送特性を実現できるようにするためのＷＤＭ光の伝送方法およびＷＤＭ光伝送システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明によるＷＤＭ光伝送システムの一態様は、波長の異なる複数の光信号を含むＷＤＭ光が伝搬する伝送路と、該伝送路上に配置された少なくとも１つの帯域制限デバイスと、を備え、前記ＷＤＭ光が前記帯域制限デバイスを通過する際に各波長の光信号のスペクトル幅が制限されるＷＤＭ光伝送システムであって、前記ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分を選択的に減衰させることが可能な透過波長特性を有するスペクトル補正用光フィルタを備え、前記ＷＤＭ光の各波長の光信号が前記スペクトル補正用光フィルタを通過することにより、該各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度を増加させるスペクトル補正が行われるようにしたものである。

上記のようなＷＤＭ光伝送システムでは、ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分をスペクトル補正用光フィルタにより選択的に減衰させて、各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の強度を相対的に増加させた状態で、当該ＷＤＭ光の伝送が行われる。これにより、伝送路上の帯域制限デバイスにおける各光信号に対する帯域制限が厳しくなっても、側波帯成分の減衰に起因した伝送特性の劣化を軽減することができため、高ビットレートかつ高波長密度なＷＤＭ光をエラーの少ない良好な特性で伝送することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明によるＷＤＭ光伝送システムの一実施形態の構成を示す図である。
図１において、本実施形態のＷＤＭ光伝送システムは、例えば、波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ光を送信する光送信装置１０と、該光送信装置１０からのＷＤＭ光が伝搬する伝送路２０と、該伝送路２０上の各ノード等において各波長の光信号のスペクトル幅を制限する帯域制限デバイス３０と、伝送路２０を伝送されたＷＤＭ光を受信する光受信装置４０と、光送信装置１０の出力端付近に位置する伝送路２０上に配置され、ＷＤＭ光の各波長の光信号について各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分を選択的に減衰させるスペクトル補正用光フィルタ５０と、を備える。

光送信装置１０は、複数の送信器（ＴＸ）１１および合波器１２を有し、各送信器１１から出力される波長の異なる光信号を合波器１２で波長多重して伝送路２０に出力する。各送信器１１から出力される光信号の中心波長（周波数）は、例えば１００ＧＨｚ間隔や５０ＧＨｚ間隔などのような非常に狭い波長間隔に対応した所要のグリッド上に配置されている。また、各光信号のスペクトルは、各々の変調方式およびビットレートに対応した形状（スペクトル幅）を有している。例えば、４０Ｇｂ／ｓのＤＰＳＫ変調された光信号の場合には、上述の図１４に示したようなスペクトル形状となる。合波器１２は、各波長の光信号にそれぞれ対応した透過帯域を有しており、各々の帯域幅が光信号のスペクトル幅よりも狭い場合には、各光信号を合波する際に各々のスペクトル幅を制限することになるので、帯域制限デバイスの一つとなり得る。

伝送路２０上の帯域制限デバイス３０は、例えば、伝送路２０上の所要のノードにおいて、ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号に対する分散補償等の処理を各々の波長毎に行う場合に使用される分波器および合波器や、ＷＤＭ光に対して光アドドロップまたは光クロスコネクトの処理を行う場合に使用される光スイッチなどが該当する。このような帯域制限デバイス３０は、ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号にそれぞれ対応した透過帯域の幅が光信号のスペクトル幅よりも狭くなっており、所要の処理を行う際に各光信号のスペクトル幅を制限する。例えば、４０Ｇｂ／ｓのＤＰＳＫ変調された光信号が帯域制限デバイス３０で処理された場合、処理後の光信号は、上述の図１６に示したような側波帯成分が減衰されたスペクトル形状となる。上記のような帯域制限デバイス３０は、伝送路２０上に一つだけでなく複数存在する可能性がある。伝送路２０上に複数の帯域制限デバイス３０が配置されている場合、伝送路２０を伝搬して光受信装置４０に到達するＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号は、複数の帯域制限デバイス３０のトータルのフィルタ特性に応じて、各々のスペクトル幅が制限されることになる。

光受信装置４０は、分波器４１および複数の受信器（ＲＸ）４２を有し、伝送路２０からのＷＤＭ光を分波器４１で各波長の光信号に分波し、各々に対応した受信器４２において光信号の受信処理を行う。分波器４１は、各波長の光信号にそれぞれ対応した透過帯域を有しており、各々の帯域幅が光信号のスペクトル幅よりも狭い場合には、ＷＤＭ光を分波する際に各光信号のスペクトル幅を制限することになるので、帯域制限デバイスの一つとなり得る。各受信器４２は、光信号のビットレートおよび変調方式に対応した一般的な受信処理を実行する。

スペクトル補正用光フィルタ５０は、光送信装置１０から伝送路２０に送信されるＷＤＭ光に含まれる各光信号の波長間隔に対応した周期で透過率が変化するフィルタ特性（透過波長特性）を備えている。この周期的なフィルタ特性は、透過率が極小になる損失ピークの中心波長と、ＷＤＭ光の各光信号の中心波長とが実質的に一致するように最適化されている。上記のようなスペクトル補正用光フィルタ５０としては、例えば、エタロン（ファブリ・ペロー共振器）のような周期フィルタを用いることもできる。また例えば、ファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ）や、アレイ導波路格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）、音響光学可変フィルタ（Acousto-Optic Tunable Filter：ＡＯＴＦ）などを利用して上記エタロンと同等の機能を実現することも可能である。

具体的に、エタロンを用いたスペクトル補正用光フィルタ５０の構成例を図２に示す。この構成例では、ＷＤＭ光に対して透明な平板５１の対向する平行平面に、反射率Ｒを有する部分反射膜５２Ａ，５２Ｂをそれぞれ成膜することによりエタロンが形成されている。このエタロンを用いたスペクトル補正用光フィルタ５０には、ＷＤＭ光が一方の部分反射膜５２Ａ側から平板５１内に入射され、該入射光が部分反射膜５２Ａ，５２Ｂ間で多重反射される際にその一部が他方の部分反射膜５２Ｂ側から平板５１外に出射される。これにより、部分反射膜５２Ａ，５２Ｂ間の距離（平板５１の厚さ）ｄおよび平板５１の屈折率ｎに応じて透過率（または損失）が周期的に変化する波長特性が実現される。

このエタロンの周期的なフィルタ特性は、部分反射膜５２Ａに対して光が垂直に入射される場合、隣り合う透過（損失）ピークの周波数間隔を示すフリースペクトラルレンジ（Free Spectral Range：ＦＳＲ）が次の（１）式で表される。

また、上記フィルタ特性は、部分反射膜５２Ａ，５２Ｂの反射率Ｒが大きくなる程、周期的に繰り返される各透過（損失）ピークの振幅が大きくなる。１つのピークの半値全幅（Full Width at Half Maximum：ＦＷＨＭ）に対するＦＳＲの比によってピークの鋭さを表したフィネス（Finess)は、部分反射膜５２Ａ，５２Ｂの反射率Ｒを用いると、次の（２）式に示すような関係となる。

図３は、上記エタロンの周期的なフィルタ特性（周波数に対する透過率の関係）を部分反射膜５２Ａ，５２Ｂの反射率Ｒに応じて示した一例である。このように部分反射膜５２Ａ，５２Ｂの反射率Ｒが相対的に大きくなると、透過ピークが鋭くなり、フィネスの値が大きくなる。

上記のようなエタロンの周期的なフィルタ特性を利用してスペクトル補正用光フィルタ５０を実現するためには、ＷＤＭ光の各光信号の中心波長とエタロンの損失ピークの中心波長とが実質的に一致するように、エタロンの平板５１の厚さｄおよび屈折率ｎを最適設計しておくと共に、帯域制限デバイス３０により各光信号が受ける帯域制限の度合に応じてエタロンの部分反射膜５２Ａ，５２Ｂの反射率Ｒを最適設計しておけばよい。

次に、本実施形態のＷＤＭ光伝送システムにおける動作について説明する。
上記のような構成のＷＤＭ光伝送システムでは、光送信装置１０の各送信器１１から出力される光信号が合波器１２で合波されてＷＤＭ光が生成され、該ＷＤＭ光が伝送路２０に出力される。伝送路２０に送信されたＷＤＭ光は、ここでは先ずスペクトル補正用光フィルタ５０に与えられる。スペクトル補正用光フィルタ５０では、その周期的なフィルタ特性に従って、ＷＤＭ光に含まれる各光信号の中心波長およびその近傍に対応したスペクトル成分が選択的に減衰される。これにより、スペクトル補正用光フィルタ５０を通過したＷＤＭ光は、各波長の光信号のスペクトルにおける側波帯成分がスペクトル補正用光フィルタ５０を通過する前に比べて強調されるようになる。つまり、ＷＤＭ光がスペクトル補正用光フィルタ５０を通過することにより、各波長の光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度が増加することになる。

例えば、スペクトル補正用光フィルタ５０に入力されるＷＤＭ光が上述の図１４に示したような４０Ｇｂ／ｓのＤＰＳＫ変調された光信号を含む場合、該光信号のスペクトルは、スペクトル補正用光フィルタ５０を通過することにより、図４の太線に示すような形状に変化する。この図４の例では、スペクトル補正用光フィルタ５０の透過率の周波数特性が細線で示されており、光信号の中心周波数ｆｃにおいて透過率が極小になるピーク（損失ピーク）が存在している。この損失ピークの半値全幅をＷとすると、該半値全幅Ｗは、光信号のビットレートに対応した周波数ｆｍよりも広く、かつ、ｆｍの２倍よりも狭くなる（ｆｍ＜Ｗ＜２・ｆｍ）ようにするのが好ましい。すなわち、スペクトル補正用光フィルタ５０に入力されるＤＰＳＫ光信号のスペクトル（破線）は、中心周波数ｆｃにおいて光パワーが最大になり、該最大ピークから高周波側および低周波側にｆｍだけ離れた周波数ｆｃ±ｆｍにおいて光パワーが極大になるピーク（側波帯ピーク）が存在している。このような光信号のスペクトルにおける側波帯成分を効果的に強調するためには、上記２つの側波帯ピーク周辺の周波数成分を強調するのがよい。これを考慮すると、スペクトル補正用光フィルタ５０の損失ピークの半値全幅をｆｍ＜Ｗ＜２・ｆｍの範囲として、上記２つの側波帯ピークの間のスペクトル成分を選択的に減衰させるようにするのが有効である。

また、光信号の中心周波数ｆｃに対応したスペクトル補正用光フィルタ５０の損失ピークの深さに関しては、当該光信号が伝送路２０上の帯域制限デバイス３０によって受ける帯域制限が厳しくなる程、損失ピークを深くして側波帯成分の相対的な強調度合が大きくなるようにする。なお、損失ピークの深さの最適化は、前述したようにエタロンを用いてスペクトル補正用光フィルタ５０を実現した場合、部分反射膜５２Ａ，５２Ｂの反射率Ｒを調整して行われる。また、光送信装置１０の合波器１２または光受信装置４０の分波器４１においても光信号が帯域制限を受ける場合には、その影響を伝送路２０上の帯域制限デバイス３０による帯域制限に含めて、損失ピークの深さを決めるようにするのがよい。

上記のようなスペクトル補正用光フィルタ５０を通過したＷＤＭ光は、伝送路２０上に配置された帯域制限デバイス３０を通過する際に帯域制限を受けながら光受信装置４０まで伝送されることになるが、各波長の光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度が、スペクトル補正用光フィルタ５０により事前に増加されているので、帯域制限デバイス３０での側波帯成分の減衰に対する耐力が大きくなる。光受信装置４０に到達したＷＤＭ光は、分波器４１で各波長の光信号に分波された後、各々に対応した受信器４２で受信処理される。

各受信器４２での光信号の受信特性は、該光信号のスペクトルの側波帯成分が帯域制限デバイス３０により減衰されていても、中心波長近傍のスペクトル成分に対する側波帯成分の割合の変化が、スペクトル補正用光フィルタ５０を設けていない従来のシステム構成に比べて抑えられているので、良好なものとなる。

上記のようなスペクトル補正用光フィルタ５０による伝送特性の改善効果について、パーシャルＤＰＳＫ（ＰＤＰＳＫ）方式を採用した場合のシミュレーション結果を用いて具体的に説明する。

図５は、本実施形態に関するシミュレーションにおける計算モデルの概略を示した図である。なお、上述の図１７に示した従来システムに関するシミュレーションの計算モデルと同じ部分には同一の符号を付してここでの説明を省略することにする。

図５に示す計算モデルが上述した図１７の場合と異なる点は、光送信部１１０および光受信部１４０の間を接続する伝送路１２０上に、上記スペクトル補正用光フィルタ５０に相当するエタロン１５０が挿入されている点である。この計算モデルでは、図１における、光送信装置１０内の任意の送信器１１が光送信部１１０に相当し、光信号の伝搬経路上に存在する帯域制限デバイス（具体的には、光送信装置１０内の合波器１２、伝送路２０上の帯域制限デバイス３０、光受信装置４０内の分波器４１）がバンドパスフィルタ（１次ガウス型フィルタ）１３３に相当し、光受信装置４０内の任意の受信器４２が光受信部１４０に相当している。

図６は、図５の計算モデルにおいて、バンドパスフィルタ１３３の３ｄＢ帯域幅を２６ＧＨｚとした場合に、エタロン１５０のフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）と反射率を変化させたときのＱ値の計算結果を示したものである。ただし、ここではＯＳＮＲを１８ｄＢ（分解能０．５ｎｍ）とし、エタロン１５０のフィルタ特性としては透過率（損失）だけでなく分散（位相）の周波数特性も考慮して計算を行っている。

図６の計算結果より、エタロン１５０のＦＳＲと反射率を適切に選択することにより、反射率が０のときに相当するエタロン１５０を設けていない場合と比較して、３ｄＢ程度のＱ値改善が実現できることが分かる。例えば、エタロン１５０のＦＳＲとして５０ＧＨｚを選択した場合（ＦＳＲ５０）に注目すると、エタロン１５０の平行平面での反射率を３０％付近にすることでＱ値が約１６ｄＢになる。反射率を０％としたときのＱ値が約１３ｄＢであるので、最適化されたエタロン１５０の挿入によってＱ値は約３ｄＢ改善している。

図７は、図５の計算モデルにおいて、バンドパスフィルタ１３３の３ｄＢ帯域幅を２６ＧＨｚとした場合のＯＳＮＲとＢＥＲの関係を示しており、図中の実線がエタロン１５０のＦＳＲを５０ＧＨｚ、反射率を３０％とした場合の計算結果、破線がエタロン１５０の反射率を０％とした場合（光信号のスペクトル補正を行わなかった場合）の計算結果である。図７の計算結果より、ＰＤＰＳＫ方式を採用したシステムにおいて、最適化されたエタロン１５０を用いて光信号のスペクトル補正を行うことにより、バンドパスフィルタ１３３の帯域幅が狭くなっても、ＯＳＮＲの増大（改善）と伴にＢＥＲの値も顕著に低下するようになり、スペクトル補正を行わなかった場合と比べるとＢＥＲが大幅に改善し、良好な伝送特性を実現できるようになることが分かる。

図８は、図５の計算モデルにおいて、エタロン１５０のＦＳＲを５０ＧＨｚ、反射率を３０％として、バンドパスフィルタ１３３の３ｄＢ帯域幅を３７ＧＨｚ，２６ＧＨｚおよび２１ＧＨｚと変化させた場合のＯＳＮＲとＢＥＲの関係を求めた計算結果である。上述した図１８との比較から明らかなように、最適化されたエタロン１５０を用いて光信号のスペクトル補正を行うことにより、バンドパスフィルタ１３３の３通りの帯域幅の全てにおいてＢＥＲの改善が可能になっている。

上記のように本実施形態のＷＤＭ光伝送システムによれば、ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分をスペクトル補正用光フィルタ５０により選択的に減衰させて、各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の強度を相対的に増加させた状態で、当該ＷＤＭ光の伝送を行うようにしたことによって、帯域制限デバイス３０における各光信号に対する帯域制限が厳しくなったとしても、側波帯成分の減衰に起因した伝送特性の劣化を軽減することができる。これにより、高ビットレートかつ高波長密度なＷＤＭ光の伝送をエラーの少ない良好な伝送特性により実現することが可能になる。

なお、上記実施形態では、スペクトル補正用光フィルタ５０が光送信装置１０の出力端付近の伝送路２０上に配置される一例を示したが、伝送路２０上の任意の位置にスペクトル補正用光フィルタ５０を配置しても上記実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、伝送路２０上の任意の複数の場所（例えば、伝送路２０上に複数の帯域制限デバイスが存在する場合、各々の帯域制限デバイスに対応した場所など）にスペクトル補正用光フィルタを配置し、各波長の光信号に対するスペクトル補正を光送信装置１０および光受信装置４０の間で分散させて行うようにすることも可能である。

さらに、周期的なフィルタ特性を有するスペクトル補正用光フィルタ５０を用いて、ＷＤＭ光の各波長の光信号に対するスペクトル補正を一括して行う構成例について説明したが、例えば図９に示すように、光送信装置１０内の複数の送信器１１−１〜１１−Ｎの各出力端にスペクトル補正用光フィルタ５０−１〜５０−Ｎをそれぞれ設け、各波長の光信号に対するスペクトル補正を個別に行うようにしてもよい。この場合、各スペクトル補正用光フィルタ５０−１〜５０−Ｎのフィルタ特性は、各送信器１１−１〜１１−Ｎから出力される光信号の中心波長（周波数）に一致した単一の損失ピークを有していればよいので、上述したエタロン等の周期フィルタに加えて、周期性のないノッチフィルタを利用することも可能になる。これと同様にして、例えば図１０に示すように、光受信装置４０内の各波長に対応した受信器４２−１〜４２−Ｎの入力端にスペクトル補正用光フィルタ５０−１〜５０−Ｎをそれぞれ設けるようにしてもよい。

また、上記図１０の構成例のように、受信端において波長毎にスペクトル補正を行うようにした場合には、各スペクトル補正用光フィルタ５０−１〜５０−Ｎとしてフィルタ特性が可変なものを適用し、各受信器４２−１〜４２−Ｎで得られる誤り率などの伝送特性に関する情報に基づいて、対応するスペクトル補正用光フィルタのフィルタ特性を制御回路（ＣＯＮＴ）４３−１〜４３−Ｎによりフィードバック制御するようにしてもよい。

図１１は、可変のフィルタ特性を有するスペクトル補正用光フィルタの構成例を示している。この例では、上述の図２に示したエタロンの部分反射膜５２Ａ，５２Ｂに代えて、反射率に分布を持たせた部分反射膜５３Ａ，５３Ｂが平板５１の平行平面に形成されている。このエタロンは、図示を省略したアクチュエータ等により、その配置が反射率の分布方向に制御される。これにより、部分反射膜５３Ａに対して略垂直に入射される光信号の位置が制御され、該入射位置に応じて反射率が切り替わり、エタロンのフィルタ特性（フィネス）が変化するようになる。

上記のようにフィルタ特性を可変にしたエタロンの配置が、受信器４２−１〜４２−Ｎからの誤り率などの情報に基づいて制御回路４３−１〜４３−Ｎによりフィードバック制御されることによって、例えば、帯域制限デバイス３０のフィルタ特性の時間的変動などにより光信号が受ける帯域制限の状態が変化するような場合にも、該変化に追随して最適なスペクトル補正を行うことが可能になる。このようなスペクトル補正用光フィルタのフィルタ特性の可変制御は、上述の図１３に示したような光ネットワークに本発明が適用され、伝送経路の切り替えが行われることで光信号が通過する帯域制限デバイスの数が変化するような場合に非常に有効である。

さらに、スペクトル補正用光フィルタのフィルタ特性の制御に関連して、本発明では、スペクトル補正用光フィルタにおける損失ピークの中心波長が、該スペクトル補正用光フィルタに入力される光信号の中心波長に一致していることが重要になる。この点に着目すると、例えば図１２に示すように、スペクトル補正用光フィルタ５０からの出力光の一部を分岐器６１で分岐して当該光パワーを受光器６２で検出し、その検出パワーが最小になるように、制御回路（ＣＯＮＴ）６３によりスペクトル補正用光フィルタ５０の温度等を制御してフィルタ特性を最適化するようにしてもよい。スペクトル補正用光フィルタ５０の損失ピークの中心波長と光信号の中心波長とにズレが生じていると、受光器６２で検出される光パワーが増加するので、受光器６２での検出パワーを最小にする制御を行うことにより、損失ピークの中心波長と光信号の中心波長とが常時一致するようになる。これにより、光信号のスペクトル補正をより高い精度で行うことができ、該光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度を確実に増加させることが可能になる。

以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 波長の異なる複数の光信号を含むＷＤＭ光が伝搬する伝送路上に少なくとも１つの帯域制限デバイスが配置され、前記ＷＤＭ光が前記帯域制限デバイスを通過する際に各波長の光信号のスペクトル幅が制限されるＷＤＭ光伝送システムにおけるＷＤＭ光の伝送方法であって、
前記ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分を選択的に減衰させることにより、該各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度を増加させるスペクトル補正を行うことを特徴とするＷＤＭ光の伝送方法。

（付記２） 波長の異なる複数の光信号を含むＷＤＭ光が伝搬する伝送路と、該伝送路上に配置された少なくとも１つの帯域制限デバイスと、を備え、前記ＷＤＭ光が前記帯域制限デバイスを通過する際に各波長の光信号のスペクトル幅が制限されるＷＤＭ光伝送システムであって、
前記ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分を選択的に減衰させることが可能な透過波長特性を有するスペクトル補正用光フィルタを備え、
前記ＷＤＭ光の各波長の光信号が前記スペクトル補正用光フィルタを通過することにより、該各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度を増加させるスペクトル補正が行われることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記３） 付記２に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記スペクトル補正用光フィルタは、前記各光信号の中心波長にそれぞれ一致した波長で透過率が極小になる複数の損失ピークが存在する透過波長特性を有することを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記４） 付記３に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記スペクトル補正用光フィルタは、前記各損失ピークの半値全幅が、前記各光信号のビットレートに対応した周波数よりも広く、かつ、該周波数の２倍よりも狭いことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記５） 付記３または４に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記ＷＤＭ光は、前記各光信号が所定の波長間隔で配置されており、
前記スペクトル補正用光フィルタは、前記伝送路上に、前記ＷＤＭ光の波長間隔に対応した周期で透過率が変化する周期フィルタを配置して構成されることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記６） 付記５に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記周期フィルタは、エタロンであることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記７） 付記３または４に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
出力波長が互いに異なる複数の送信器および該各送信器から出力される光信号を合波する合波器を有する光送信装置を備え、
前記スペクトル補正用光フィルタは、前記光送信装置内の各送信器の出力端にそれぞれ設けられ、各波長の光信号に対するスペクトル補正を個別に行うことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記８） 付記３または４に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記伝送路を伝送されてきたＷＤＭ光を各波長の光信号に分波する分波器および該分波器から出力される各波長の光信号を受信処理する複数の受信器を有する光受信装置を備え、
前記スペクトル補正用光フィルタは、前記光受信装置内の各受信器の入力端にそれぞれ設けられ、各波長の光信号に対するスペクトル補正を個別に行うことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記９） 付記８に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記スペクトル補正用光フィルタは、透過波長特性が可変であり、
前記各受信器で得られる伝送特性に関する情報に基づいて、前記スペクトル補正用光フィルタの透過波長特性を制御する制御部を備えたことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記１０） 付記２〜８のいずれか１つに記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記スペクトル補正用光フィルタは、透過波長特性が可変であり、
前記スペクトル補正用光フィルタからの出力光のパワーを検出するパワー検出部と、
前記パワー検出部での検出パワーが最小になるように前記スペクトル補正用光フィルタの透過波長特性を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記１１） 付記２〜１０のいずれか１つに記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記伝送路上に前記帯域制限デバイスが複数配置されているとき、
前記スペクトル補正用光フィルタは、前記各帯域制限デバイスにそれぞれ対応させて前記伝送路上に複数設けられることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

（付記１２） 付記２〜１１のいずれか１つに記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
前記帯域制限デバイスは、前記各波長の光信号を合波する合波器、前記ＷＤＭ光を分波する分波器、および、光アドドロップまたは光クロスコネクトの処理に用いられる光スイッチのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。

本発明によるＷＤＭ光伝送システムの一実施形態の構成を示す図である。 上記実施形態におけるスペクトル補正用光フィルタの構成例を示す図である。 エタロンのフィルタ特性を説明する図である。 上記実施形態においてスペクトル補正用光フィルタを通過した光信号のスペクトルの一例を示す図である。 上記実施形態に関するシミュレーションにおける計算モデルの概略を示した図である。 図５の計算モデルにおいてエタロンのＦＳＲと反射率を変化させてＱ値を計算した結果を示す図である。 図５の計算モデルにおけるＯＳＮＲとＢＥＲの関係を計算した結果を示す図である。 図５の計算モデルにおけるＯＳＮＲとＢＥＲの関係をエタロンのＦＳＲを変化させて計算した結果を示す図である。 上記実施形態に関連し、スペクトル補正用光フィルタを光送信装置内に設けた場合の構成例を示す図である。 上記実施形態に関連し、スペクトル補正用光フィルタを光受信装置内に設けた場合の構成例を示す図である。 可変のフィルタ特性を有するスペクトル補正用光フィルタの構成例を示す図である。 スペクトル補正用光フィルタのフィルタ特性の制御に関する応用例を示す図である。 全光ネットワークの一例を示す図である。 ４０Ｇｂ／ｓのＤＰＳＫ光信号のスペクトルを示す図である。 ４０ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅を有するバンドパスフィルタの特性を示す図である。 図１５のバンドパスフィルタを通過したＤＰＳＫ光信号のスペクトルを示す図である。 ＰＤＰＳＫ方式を採用したＷＤＭ光伝送システムに関するシミュレーションにおける計算モデルの概略を示した図である。 図１７の計算モデルにおいて、バンドパスフィルタの３ｄＢ帯域幅を変化させてＯＳＮＲとＢＥＲの関係を計算した結果を示す図である。

符号の説明

１０…光送信装置
１１…送信器
１２…合波器
２０…伝送路
３０…帯域制限デバイス
４０…光受信装置
４１…分波器
４２…受信器
４３，６３…制御回路
５０…スペクトル補正用光フィルタ
５１…平板
５２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３Ｂ…部分反射膜
６１…分岐器
６２…受光器

Claims (10)

1. 波長の異なる複数の光信号を含むＷＤＭ光が伝搬する伝送路上に少なくとも１つの帯域制限デバイスが配置され、前記ＷＤＭ光が前記帯域制限デバイスを通過する際に各波長の光信号のスペクトル幅が制限されるＷＤＭ光伝送システムにおけるＷＤＭ光の伝送方法であって、
   前記ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分を選択的に減衰させることにより、該各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度を増加させるスペクトル補正を行うことを特徴とするＷＤＭ光の伝送方法。
2. 波長の異なる複数の光信号を含むＷＤＭ光が伝搬する伝送路と、該伝送路上に配置された少なくとも１つの帯域制限デバイスと、を備え、前記ＷＤＭ光が前記帯域制限デバイスを通過する際に各波長の光信号のスペクトル幅が制限されるＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記ＷＤＭ光に含まれる各波長の光信号について、各々の中心波長およびその近傍のスペクトル成分を選択的に減衰させることが可能な透過波長特性を有するスペクトル補正用光フィルタを備え、
   前記ＷＤＭ光の各波長の光信号が前記スペクトル補正用光フィルタを通過することにより、該各光信号のスペクトルにおける側波帯成分の相対的な強度を増加させるスペクトル補正が行われることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
3. 請求項２に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記スペクトル補正用光フィルタは、前記各光信号の中心波長にそれぞれ一致した波長で透過率が極小になる複数の損失ピークが存在する透過波長特性を有することを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
4. 請求項３に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記スペクトル補正用光フィルタは、前記各損失ピークの半値全幅が、前記各光信号のビットレートに対応した周波数よりも広く、かつ、該周波数の２倍よりも狭いことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
5. 請求項３または４に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記ＷＤＭ光は、前記各光信号が所定の波長間隔で配置されており、
   前記スペクトル補正用光フィルタは、前記伝送路上に、前記ＷＤＭ光の波長間隔に対応した周期で透過率が変化する周期フィルタを配置して構成されることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
6. 請求項５に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記周期フィルタは、エタロンであることを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
7. 請求項３または４に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   出力波長が互いに異なる複数の送信器および該各送信器から出力される光信号を合波する合波器を有する光送信装置を備え、
   前記スペクトル補正用光フィルタは、前記光送信装置内の各送信器の出力端にそれぞれ設けられ、各波長の光信号に対するスペクトル補正を個別に行うことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
8. 請求項３または４に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記伝送路を伝送されてきたＷＤＭ光を各波長の光信号に分波する分波器および該分波器から出力される各波長の光信号を受信処理する複数の受信器を有する光受信装置を備え、
   前記スペクトル補正用光フィルタは、前記光受信装置内の各受信器の入力端にそれぞれ設けられ、各波長の光信号に対するスペクトル補正を個別に行うことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
9. 請求項８に記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
   前記スペクトル補正用光フィルタは、透過波長特性が可変であり、
   前記各受信器で得られる伝送特性に関する情報に基づいて、前記スペクトル補正用光フィルタの透過波長特性を制御する制御部を備えたことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
10. 請求項２〜８のいずれか１つに記載のＷＤＭ光伝送システムであって、
    前記スペクトル補正用光フィルタは、透過波長特性が可変であり、
    前記スペクトル補正用光フィルタからの出力光のパワーを検出するパワー検出部と、
    前記パワー検出部での検出パワーが最小になるように前記スペクトル補正用光フィルタの透過波長特性を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。