JP2012137583A

JP2012137583A - 偏波多重光変調器

Info

Publication number: JP2012137583A
Application number: JP2010289270A
Authority: JP
Inventors: Jun Endo; 潤遠藤; Takashi Saida; 隆志才田; Kuninori Hattori; 邦典服部; Mikio Yoneyama; 幹夫米山; Shinji Mino; 真司美野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19

Abstract

【課題】制御回路による装置の複雑化や製造方法に依存した高コスト化を抑制し、低損失かつ温度に対する安定性の高い偏波インターリーブ機構を実現することができる偏波多重光変調器を提供する。
【解決手段】光変調信号を偏波多重し偏波多重信号光を出力する偏波多重光変調器と、前記偏波多重信号光を伝送する第一の光伝送路と、前記第一の光伝送路から出力される前記偏波多重信号光に含まれる各偏波ごとに等価光路長を異ならせて各偏波間の伝搬遅延時間差を調整する機能を有する着脱可能な偏波インターリーブ機構と、前記偏波インターリーブ機構から出力される前記偏波多重信号光を伝送する第二の光伝送路とにより構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏波多重多値位相偏移光変調器の偏波多重光信号の伝送特性を改善する偏波インターリーブ構成技術に関する。

インターネットの普及による通信量の増大に伴い、基幹系ネットーワークの大容量化、伝送設備の高効率化が求められている。データの伝送能力を上げる手段の一つとして、四値位相偏移変調（ＱＰＳＫ）という方式がある。ＱＰＳＫとは、搬送波の４つの位相変化を４値の情報に対応させて送信する変調方式である。一回の変調（１シンボル）により、２ｂｉｔのデータを送信するもので、多くの移動体通信の変調方式として採用されている。

ＱＰＳＫの応用として、光搬送波を所定のシンボルレートで位相変調する光位相変調方式が、海底系などの長距離伝送で実用化されているが、近年、その光変調信号を偏波多重することで、従来の単一偏波による光位相変調の２倍のビットレートを得ることが可能な偏波多重四値位相変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ）が試行されている。

図５は、第一の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置の構成を示したブロック図である。
図５に示すように、第一の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置は、所定の単一波長で発振する光源（半導体光レーザ）０１と、所定のシンボルレートを有するデータ信号ｓ₁，ｓ₂により光源０１の発振光を変調し、互いに直交するＸ偏波、Ｙ偏波によって多重された偏波多重信号光を送信する偏波多重光変調器００、その偏波多重信号光の伝送特性情報を得るための偏波多重信号受光部１５と遅延制御部１６及び遅延部１７から構成される。

通常の偏波多重では、Ｘ偏波とＹ偏波のパルスタイミングは揃っている（偏波アライン）が、伝送路内の非線形雑音による伝送品質の劣化を防ぐため、第一の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置においては、各偏波のパルスタイミングを遅延制御部１６とデータ入力段に設けた遅延部１７によって互いに所定時間シフトさせて送信する（ビットインターリーブ）方式が採用されている。

図６は、第二の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置の構成を示したブロック図である。
図６に示すように、第二の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置は、偏波多重光変調器００内のＸ偏波又はＹ偏波いずれか一方に対応する光伝送路上に、固定の光遅延線路１８を設けることにより、Ｘ−Ｙ偏波間に伝搬遅延時間差を生じさせて、偏波インターリーブを実現している。

特開２００９−２０４７５３号公報

しかしながら、第一の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置において、所定時間のシフトを実現するためには、上述したように偏波多重信号光の伝送品質をモニタする機構や遅延制御機構が必要となり装置が複雑化する可能性がある。

さらに、光伝送路上の非線形効果の影響を小さくするため、図７に示すように偏波多重光位相変調器の前段にＲＺパルス強度変調器１８を挿入するビットアライン方式が採られている。この構成を基本として、ビットインターリーブを実現するために、第一の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置のようにデータ信号入力段の遅延部でパルスタイミングをずらすと、ＲＺパルス強度変調器を駆動するクロック信号ｃ単体では、Ｘ，Ｙ偏波の各光位相変調信号と個別に同期をとることが困難である。

ＲＺパルス強度変調を施すビットインターリーブ方式では、図８に示すように、Ｘ，Ｙ各偏波に対応する変調信号光の光伝送路上に、各々ＲＺパルス強度変調器１９，２０を設け、ＲＺパルス強度変調器１９，２０を各々クロック信号ｃ₁，ｃ₂により駆動することにより敢えて実現することが可能である。しかし、部品や筺体サイズが増加し、製造工程が複雑化するため実用上は好ましくない。

また、第二の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置における偏波インターリーブ方式では、Ｘ，Ｙ両偏波に対応する光遅延導波路と、Ｘ，Ｙ両偏波の遅延を精密に制御する機構が必要であるため、製造方法によっては高コスト化を招く可能性がある。

以上のことから、本発明は、制御回路による装置の複雑化や製造方法に依存した高コスト化を抑制し、低損失かつ温度に対する安定性の高い偏波インターリーブ機構を実現することができる偏波多重光変調器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る偏波多重光変調器は、
光変調信号を偏波多重し偏波多重信号光を出力する偏波多重光変調器と、
前記偏波多重信号光を伝送する第一の光伝送路と、
前記第一の光伝送路から出力される前記偏波多重信号光に含まれる各偏波ごとに等価光路長を異ならせて各偏波間の伝搬遅延時間差を調整する機能を有する着脱可能な偏波インターリーブ機構と、
前記偏波インターリーブ機構から出力される前記偏波多重信号光を伝送する第二の光伝送路と
により構成される
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る偏波多重光変調器は、第１の発明に係る偏波多重光変調器において、
前記偏波インターリーブ機構として、入射する前記偏波多重信号光に含まれる各偏波に対応した屈折率を有する光伝送手段を用いる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る偏波多重光変調器は、第２の発明に係る偏波多重光変調器において、
前記光伝送手段として、二つの偏波間に伝搬遅延時間差を生じさせる偏波保持ファイバを用いる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る偏波多重光変調器は、第１の発明に係る偏波多重光変調器において、
前記偏波インターリーブ機構は、
前記偏波多重信号光を互いに直交する第一の偏波と第二の偏波とに分離する偏波分離器と、
前記偏波分離器において分離した前記第一の偏波に所定の伝搬遅延を生じさせるための光遅延手段と、
前記偏波分離器において分離した前記第二の偏波を伝送する第三の光伝送路と、
前記光遅延手段を透過した前記第一の偏波と前記第一の光伝送路を透過した前記第二の偏波を合波して出力する光合波器と、
前記光合波器の出力光を伝送する第四の光伝送路と
により構成される
ことを特徴とする。

本発明によれば、制御回路による装置の複雑化や製造方法に依存した高コスト化を抑制し、低損失かつ温度に対する安定性の高い偏波インターリーブ機構を実現することができる偏波多重光変調器を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係る偏波多重光変調器の構成を示したブロック図である。本発明の第２の実施例に係る偏波多重光変調器の構成を示したブロック図である。本発明の第２の実施例に係る偏波多重光変調器における偏波保持ファイバによる直交偏波間のずれを示した模式図である。本発明の第２の実施例に係る偏波多重光変調器における偏波保持ファイバ長Ｌと直交偏波間の伝搬遅延時間差Δtの関係を示した図である。第一の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置の構成を示したブロック図である。第二の従来のインターリーブ型偏波多重光変調装置の構成を示したブロック図である。ＲＺパルス強度変調器を用いたビットアライン偏波多重光変調装置の第一の構成例を示したブロック図である。ＲＺパルス強度変調器を用いたビットアライン偏波多重光変調装置の第二の構成例を示したブロック図である。

以下、本発明に係る偏波多重光変調器を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る偏波多重光変調器においては、上述したような制御回路による装置の複雑化や製造方法に依存した高コスト化を抑制するため、偏波多重光変調器筺体外部の出力光伝送路上に、互いに直交する偏波間に伝搬遅延時間差を生じさせる手段を設けた。

また、本発明に係る偏波多重光変調器においては、特に、簡素に構成できるものとして、偏波保持ファイバ等の複屈折率を有する着脱可能な光伝送手段を挿入し、互いに直交する偏波間に伝搬遅延時間差を生じさせることにより、低損失かつ温度に対する安定性の高い偏波インターリーブ機構を実現した。

以下、本発明に係る偏波多重光変調器の第１の実施例について説明する。
図１は、本実施例に係る偏波多重光変調器の構成を示したブロック図である。
図１に示すように、本実施例に係る偏波多重光変調器は、光源０１、光分波器０３、光変調器０４，０５、波長板０６、光伝送路０２，０８，０９，１３、偏波合波器０７，光遅延線路１１、偏波分離器１２、光合波器１４から構成される。

光源０１は、所定の波長で出力する半導体レーザーダイオード（ＬＤ）が用いられる。光源０１からの出力光は、偏波面を保持しつつ光分波器０３により搬送波ａ，ｂに分波し、それぞれ光変調器０４，０５に入力される。光変調器０４，０５は、例えば、電気光学材料としてＬｉＮｂＯ₃を用いたマハツェンダ型光変調器（ＬＮ変調器）を用いる。

搬送波aは、所定のシンボルレートを有するデータ信号ＸＩ，ＸＱにより位相変調され、光変調信号Ｘとして出力される。同様に、搬送波ｂは、所定のシンボルレートを有するデータ信号ＹＩ，ＹＱにより位相変調され、光変調信号Ｙとして出力される。

光変調信号Ｙは、波長板０６により、偏光面が９０度回転される。光変調信号Ｘと光変調信号Ｙは互いに直交した状態で、偏波合波器０７に入力され、偏波多重光信号Ｓとして光伝送路０８を介して出力される。ここで、互いに直交している光変調信号Ｘ，ＹをＸ偏波、Ｙ偏波とする。なお、光伝送路０８を透過した時点でＸ偏波とＹ偏波のパルスタイミングは揃っているものとする。

光伝送路０８から出力される偏波多重光信号Ｓは、偏波分離器１２により、Ｘ偏波は光伝送路１３へ入力され、Ｙ偏波は光遅延線路１１に入力される。光遅延線路１１の長さは、Ｘ偏波とＹ偏波の伝送遅延差が所定の値になるように調整する。なお、光遅延線路１１は、一般的に知られている平面光波回路などで構成すればよい。

光伝送路１３を透過したＸ偏波と光遅延線路１１を透過したＹ偏波は、光合波器１４で合波し、インターリーブされたＸ，Ｙ偏波は、光伝送路０９を経て送信される。なお、本実施例においては、例として、Ｘ，Ｙ偏波に分波する場合を例として説明したが、３以上の偏波に分波する構成をとることも可能である。

以上説明したように、本実施例に係る偏波多重光変調器によれば、変調器筺体外部に光遅延線路を設置することにより、低損失で信頼性の高い偏波インターリーブ機構を実現することができる偏波多重光変調器を提供することができる。

以下、本発明に係る偏波多重光変調器の第２の実施例について説明する。
図２は、本実施例に係る偏波多重光変調器の構成を示したブロック図である。
図２に示すように、本実施例に係る偏波多重光変調器は、光源０１、光分波器０３、光変調器０４，０５、波長板０６、光伝送路０２，０８，０９、偏波合波器０７，偏波保持ファイバ１０から構成される。

光源０１は、所定の波長で出力する半導体レーザーダイオード（ＬＤ）が用いられる。光源０１からの出力光は、偏波面を保持しつつ光分波器０３により搬送波ａ，ｂに分波し、それぞれ光変調器０４，０５に入力される。光変調器０４，０５は、例えば、電気光学材料としてＬｉＮｂＯ３を用いたマハツェンダ型光変調器（ＬＮ変調器）を用いる。

光伝送路０８から出力される偏波多重光信号Ｓは、偏波保持ファイバ１０に入力される。偏波保持ファイバ１０には、コアに非軸対称な応力を与える構造に応じてＰＡＮＤＡ型、Ｂｏｗ−ｔｉｅ型、Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｊａｃｋｅｔ型などがあるが、いずれの偏波保持ファイバ１０も、応力を与える部分とコアとが一直線に並ぶ軸をＳｌｏｗ軸、Ｓｌｏｗ軸と直交する軸をＦａｓｔ軸という。

図３は、本実施例に係る偏波多重光変調器における偏波保持ファイバ１０による直交偏波間のずれを示した模式図である。
図３に示すように、偏波保持ファイバ１０は、Ｆａｓｔ軸（ｘ軸）とＳｌｏｗ軸（ｙ軸）とで屈折率が異なるため、直交する偏波間では偏波面が両軸に対してどのような関係になるかにより伝搬速度が異なる。このため、図３中にｌで示すように、偏波保持ファイバ１０の複屈折による直交偏波間の伝搬速度のずれが生じる。

図４は、本実施例に係る偏波多重光変調器における偏波保持ファイバ長Ｌと直交偏波間の伝搬遅延時間差Δtの関係を示した図である。
Ｘ偏波の偏波面の方向に対する屈折率をｎｘ、Ｙ偏波の偏波面の方向に対する屈折率をｎｙ、光伝送路０８の屈折率をｎ０、偏波保持ファイバ長をＬとする。屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎ０が、偏波多重光信号Ｓの進行方向に対しては均一であるとすると、偏波保持ファイバ１０による伝搬遅延は、屈折率とファイバ長の積で表される等価光路長を真空中の光の伝播速度ｃで割ったものとなる。

このため、Ｘ偏波に対しては、「（ｎｘ−ｎ０）・Ｌ／ｃ」、Ｙ偏波に対しては、「（ｎｙ−ｎ０）・Ｌ／ｃ」と表すことができる。したがって、図４に示すように、Ｘ−Ｙ偏波間の伝搬遅延時間差Δtは、「｜ｎｙ−ｎｘ｜・Ｌ／ｃ」となる。

例えば、｜ｎｙ−ｎｘ｜=２．５×１０^-4，Ｌ＝３０ｍとすれば、Ｘ−Ｙ偏波間の遅延差は、２５ｐｓが得られる（シンボルレート１０Ｇｂａｕ／ｓで０．５ｂｉｔ相当）。偏波保持ファイバ１０の損失は、０．００４〜０．１ｄＢ／ｍであり、低損失で簡易な構成により偏波インターリーブを実現できる。

インターリーブされたＸ，Ｙ偏波は、光伝送路０９を経て送信される。また、偏波保持ファイバ１０の替わりに、複屈折性及び同等の損失特性を有する光伝送路を用いても構わない。また、偏波保持ファイバ１０のＳｌｏｗ軸、Ｆａｓｔ軸が偏波面に含まれるようにＸ，Ｙ偏波と偏波保持ファイバ１０とを合わせた方がＸ−Ｙ偏波間の伝搬遅延時間差Δt
を計算しやすく、さらに、最大の屈折率差が得られるため、最大の伝搬遅延時間差Δtを
得ることができる。

なお、偏波保持ファイバ１０のＳｌｏｗ軸、Ｆａｓｔ軸が偏波面に含まれるようにＸ，Ｙ偏波と偏波保持ファイバ１０とを合わせた構成とした場合、伝搬遅延時間差Δtを小さ
くする方向に微調整したい場合には、偏波保持ファイバ１０の長さを変更しなくても、偏波保持ファイバ１０を軸方向に回転させて、Ｓｌｏｗ軸、Ｆａｓｔ軸に対してＸ，Ｙ偏波の偏波面とをずらすだけで調整することが可能である。

なお、本実施例においては、例として、Ｘ，Ｙ偏波に分波する場合を例として説明したが、３以上の偏波に分波する構成をとることも可能である。また、３以上の偏波に分波する場合、入射する偏波多重信号光Ｓに含まれる各偏波に対応した屈折率を有する偏波保持ファイバ１０を用いることにより対応することが可能である。

以上説明したように、本実施例に係る偏波多重光変調器によれば、変調器筺体外部に着脱可能な偏波保持ファイバを設置することにより、装置の複雑化や製造方法に依存した高コスト化を抑制し、低損失かつ温度に対する安定性の高い偏波インターリーブ機構を実現することができる偏波多重光変調器を提供することができる。

本発明は、例えば、偏波多重多値位相偏移光変調器の偏波多重光信号の伝送特性を改善する偏波インターリーブ構成技術に利用することが可能である。

００偏波多重光変調器
０１光源
０２，０８，０９，１３光伝送路
０３光分波器
０４，０５光変調器
０６波長板
０７偏波合波器
１０偏波保持ファイバ
１１，１８光遅延線路
１２偏波分波器
１４光合波器
１５偏波多重信号受光部
１６遅延制御部
１７遅延部
１８，１９，２０ＲＺパルス強度変調器

Claims

光変調信号を偏波多重し偏波多重信号光を出力する偏波多重光変調器と、
前記偏波多重信号光を伝送する第一の光伝送路と、
前記第一の光伝送路から出力される前記偏波多重信号光に含まれる各偏波ごとに等価光路長を異ならせて各偏波間の伝搬遅延時間差を調整する機能を有する着脱可能な偏波インターリーブ機構と、
前記偏波インターリーブ機構から出力される前記偏波多重信号光を伝送する第二の光伝送路と
により構成される
ことを特徴とする偏波多重光変調器。
前記偏波インターリーブ機構として、入射する前記偏波多重信号光に含まれる各偏波に対応した屈折率を有する光伝送手段を用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波多重光変調器。
前記光伝送手段として、二つの偏波間に伝搬遅延時間差を生じさせる偏波保持ファイバを用いる
ことを特徴とする請求項２に記載の偏波多重光変調器。
前記偏波インターリーブ機構は、
前記偏波多重信号光を互いに直交する第一の偏波と第二の偏波とに分離する偏波分離器と、
前記偏波分離器において分離した前記第一の偏波に所定の伝搬遅延を生じさせるための光遅延手段と、
前記偏波分離器において分離した前記第二の偏波を伝送する第三の光伝送路と、
前記光遅延手段を透過した前記第一の偏波と前記第一の光伝送路を透過した前記第二の偏波を合波して出力する光合波器と、
前記光合波器の出力光を伝送する第四の光伝送路と
により構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波多重光変調器。