JP2014078834A - 光伝送システム、光伝送装置の調整方法、および光伝送装置の調整プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で周波数間隔を調整することができる光伝送システム、光伝送装置の検査方法、および光伝送装置の検査プログラムを提供する。
【解決手段】 光伝送システムは、それぞれ異なる周波数の光信号を出力する複数の送信器と、前記光信号のうち少なくとも２つの光信号の各々に、当該２つの光信号よりも狭い周波数幅を有する参照信号を、中心周波数の間隔が当該２つの光信号の中心周波数の間隔よりも狭い間隔となるようび付加する処理部と、前記複数の送信器が出力する光信号を合波する合波器と、前記合波器による合波によって前記参照信号間で発生するビート信号を抽出する抽出部と、前記抽出部の抽出結果に応じて前記２つの光信号の周波数間隔を調整する調整部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本件は、光伝送システム、光伝送装置の調整方法、および光伝送装置の調整プログラムに関する。

特許文献１は、周波数間隔（波長間隔）の調整方法として、隣接するチャネルのレーザからの出力光を合波することによって発生するビート信号から周波数補正量を算出する技術を開示している。

特開２００３−６０５７８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、隣接チャネル間の帯域よりも広い帯域の受光器が必要となる。また、チャネル数に応じてモニタ用の受光器数が増加してしまう。

本件は上記課題に鑑みなされたものであり、簡易な構成で周波数間隔を調整することができる光伝送システム、光伝送装置の調整方法、および光伝送装置の調整プログラムを提供することを目的とする。

明細書開示の光伝送システムは、それぞれ異なる周波数の光信号を出力する複数の送信器と、前記光信号のうち少なくとも２つの光信号の各々に、当該２つの光信号よりも狭い周波数幅を有する参照信号を、中心周波数の間隔が当該２つの光信号の中心周波数の間隔よりも狭い間隔となるように付加する処理部と、前記複数の送信器が出力する光信号を合波する合波器と、前記合波器による合波によって前記参照信号間で発生するビート信号を抽出する抽出部と、前記抽出部の抽出結果に応じて前記２つの光信号の周波数間隔を調整する調整部と、を備える。

明細書開示の光伝送システム、光伝送装置の調整方法、および光伝送装置の調整プログラムによれば、簡易な構成で周波数間隔を調整することができる。

（ａ）は実施例１に係る光伝送システムの要部ブロック図であり、（ｂ）は送信器の詳細ブロック図である。 （ａ）はパイロットトーンが付加された信号の光スペクトラムの一例であり、（ｂ）は受光器が出力する電気信号に含まれる差周波成分の一例である。 （ａ）〜（ｄ）は、シミュレーション結果を表す図である。 １チャネル〜Ｎチャネルの光信号を表す図である。 光伝送システムの動作を表すフローチャートである。 送信器へのフィードバックを表す図である。 チャネル数が３以上である場合のビート信号を表す図である。 （ａ）〜（ｄ）はシミュレーション結果を表す図である。 （ａ）および（ｂ）はシミュレーション結果を表す図である。 互いに隣接する２チャネルに対してのみパイロットトーンを付加した図である。 フローチャートの一例である。 実施例２に係る光伝送システムａの要部ブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）はシミュレーション結果を表す図である。 光伝送システムの他の例の要部ブロック図である。 ハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る光伝送システム１００の要部ブロック図である。図１（ｂ）は、後述する送信器の詳細ブロック図である。光伝送システム１００は、一例として、波長分割多重（ＷＤＭ）方式の伝送システムであり、Ｎチャネルの光信号を合波して伝送する。各チャネルの光信号は、それぞれ異なる周波数を有している。１チャネル〜Ｎチャネルは、例えば、周波数の高い順、または周波数の低い順に設定されている。したがって、隣り合うチャネルにおいて、周波数が隣り合っている。本実施例においては、一例として、１チャネル〜Ｎチャネルは、周波数の低い順に設定されている。

図１（ａ）を参照して、光伝送システム１００は、Ｎ個の送信器１０（Ｔｘ１〜ＴｘＮ）、合波器２０、中継器３０、受信器４０、受光器５０、周波数間隔抽出部６０などを備える。周波数間隔抽出部６０は、フィルタ６１およびＲＦ検出回路６２を備える。Ｎ個の送信器１０および合波器２０が光伝送装置として機能する。図１（ｂ）を参照して、送信器１０は、光源制御部１１、光源１２、分岐器１３、ＩＱ変調器１４ａ，１４ｂ、処理部１５、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）１６ａ，１６ｂおよび合波器１７を備える。

光源制御部１１は、光源１２の出力光強度および出力周波数（出力波長）を制御する。光源１２は、半導体レーザなどのように、特定の波長に周波数ピークを有する光信号を出力する装置であり、光源制御部１１の指示に従い、チャネルに応じて異なる周波数の光信号を出力する。分岐器１３は、光源１２からの光信号を、互いに直交するＸ偏波とＹ偏波とに分岐する分岐手段であり、例えば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polalization Beam Splitter）である。

分岐器１３から出力されたＸ偏波はＩＱ変調器１４ａに入力され、分岐器１３から出力されたＹ偏波はＩＱ変調器１４ｂに入力される。ＤＡＣ１６ａは、処理部１５の駆動信号をＩ（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ）成分およびＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）成分のアナログ信号に変換し、ＩＱ変調器１４ａに入力する。ＤＡＣ１６ｂは、処理部１５の駆動信号をＩ成分およびＱ成分のアナログ信号に変換し、ＩＱ変調器１４ｂに入力する。

ＩＱ変調器１４ａは、ＤＡＣ１６ａからのアナログ信号に応じて光変調を行う変調器であり、第１変調信号を出力する。ＩＱ変調器１４ｂは、ＤＡＣ１６ｂからのアナログ信号に応じて光変調を行う変調器であり、第２変調信号を出力する。第１変調信号はＸ偏波を利用して伝送され、第２変調信号はＹ偏波を利用して伝送される。合波器１７は、各偏波を偏波多重する装置であり、一例として偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ：Polalization Beam Combiner）である。合波器１７は、第１変調信号および第２変調信号を偏波多重し、各チャネルの光信号として出力する。

各送信器１０から出力される光信号は、合波器２０によって合波され、中継器３０を経由して受信器４０によって受信される。以上の過程を経て、各送信器１０によって出力される光信号が伝送される。合波器２０から出力される光信号の一部は、受光器５０によって受光される。受光器５０は、フォトダイオードなどの受光素子を含み、受光する光信号を光電変換によって電気信号に変換し、周波数間隔抽出部６０に出力する。周波数間隔抽出部６０は、受光器５０から入力される電気信号に応じて各送信器１０から出力される光信号の周波数間隔（波長間隔）を抽出し、その結果をフィードバック信号として各送信器１０に送る。各送信器１０の光源制御部１１は、周波数間隔抽出部６０からのフィードバック信号に応じて、各チャネルの周波数間隔（波長間隔）を調整する。すなわち、光源制御部１１は、周波数間隔を調整する調整部としても機能する。

なお、各送信器１０の周波数間隔の調整は、光源制御部１１および処理部１５のいずれが行ってもよい。具体的には、光源制御部１１が光源１２の出力周波数を補正してもよく、処理部１５がＩＱ変調器１４ａ，１４ｂから出力される光信号の搬送波周波数を制御することによって出力周波数を補正してもよい。

続いて、周波数間隔抽出部６０による周波数間隔の抽出の詳細について説明する。処理部１５は、自身が備わる送信器１０が出力する光信号の中心周波数から隣接するチャネルの周波数側に所定間隔（Δｆ_{ｐｉｌｏｔ}）離れた周波数においてパイロットトーンを参照信号として付加する。パイロットトーンは、単一周波数光であり、無変調の連続光である。低周波数側および高周波数側の両方に隣接チャネルが設けられている場合には、処理部１５は、自身が備わる送信器１０が出力する光信号の中心周波数から±Δｆ_{ｐｉｌｏｔ}離れた周波数においてパイロットトーンを付加する。ここで、中心周波数とは、光信号のピーク強度における周波数、光信号の周波数幅の中心の周波数などである。

図２（ａ）は、パイロットトーンが付加された信号の光スペクトラムの一例である。隣接するチャネルのパイロットトーンを重ね合わせることによって、パイロットトーンの周波数の差（Δｆ）の周波数を持つビート信号が発生する。図２（ａ）の例では、Δｆは、信号＃１の高周波側のパイロットトーンの周波数と、信号＃２の低周波側のパイロットトーンの周波数との差である。このビート信号は、受光器５０が出力する電気信号において、パイロットトーン間の差周波成分として現れる。

図２（ｂ）は、受光器５０が出力する電気信号に含まれる差周波成分の一例である。この差周波成分が、チャネル間の周波数間隔の情報を持つフィードバック信号として送信器１０に送られる。それにより、各送信器１０の出力波長が補正される。なお、図２（ｂ）のΔｆ以外のスペクトルは、信号＃１の低周波側のパイロットトーンと信号＃２の高周波側のパイロットトーンとの差周波成分等の、他の差周波成分である。

ここで、ビート信号発生の原理について説明する。２つの光波の電界をそれぞれ下記式（１）、（２）のように表す。下記式（１）、（２）において、「ｔ」は時間であり、Ｅ_ｉは電界振幅であり、ω_ｉは角周波数であり、θ_ｉは位相である（ｉ＝１，２）。
Ｅ_１（ｔ）＝Ｅ_１×ｃｏｓ（ω_１ｔ＋θ_１） （１）
Ｅ_２（ｔ）＝Ｅ_２×ｃｏｓ（ω_２ｔ＋θ_２） （２）

これら２つの光波を重ねあわせた際のパワーをＰとすると、下記式（３）の関係が得られる。なお、＜＞は時間平均を表す。下記式（３）によれば、パワーＰは、２つの周波数の差周波成分（ビート成分）を持つことになる。
Ｐ＝＜｜Ｅ_１（ｔ）＋Ｅ_２（ｔ）｜＞^２ ＝ ＜Ｅ_１（ｔ）^２＋２Ｅ_１（ｔ）Ｅ_２（ｔ）＋Ｅ_２（ｔ）^２＞ ＝ （Ｅ_１ ^２＋Ｅ_２ ^２）／２＋２Ｅ_１Ｅ_２ｃｏｓ{（ω_１−ω_２）ｔ＋（θ_１−θ_２）} （３）

なお、フォトディテクタなどの受光器の出力光電流は、入力光強度に比例する。周波数の異なる２つの光を受光器に入力した場合に受光器から出力される光電流Ｉ_ＰＤは、下記式（４）のように表される。なお、「η」は受光器の受光感度であり、入力光パワーと光電流との比例定数である。
Ｉ_ＰＤ ＝ ηＰ （４）

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、シミュレーション結果を表す図である。図３（ａ）は、シミュレーションに用いた装置構成を表す図である。図３（ａ）を参照して、送信器Ｔｘ１、送信器Ｔｘ２、合波器２００および受光器３００を用いた。送信器Ｔｘ１の出力周波数は送信器Ｔｘ２の出力周波数よりも低く、両者の間隔は５０ＧＨｚである。送信器Ｔｘ１および送信器Ｔｘ２が出力する光信号は合波器２００で合波され、受光器３００で受光される。

図３（ｂ）は、送信器Ｔｘ２が出力する光信号にパイロットトーンを付加した信号の光スペクトラムである。図３（ｂ）を参照して、中心周波数に対して±２０ＧＨｚの周波数においてパイロットトーンが付加されている。図３（ｃ）は、合波器２００が出力する信号の光スペクトラムである。図３（ｃ）を参照して、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの周波数差は、１０ＧＨｚとなる。

図３（ｄ）は、受光器３００が出力する電気信号を表す図である。図３（ｄ）を参照して、各パイロットトーン間の周波数差を示す箇所に差周波成分としてスペクトルが現れる。例えば、１０ＧＨｚの周波数においてスペクトルが現れている。このスペクトルは、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの差周波成分である。この差周波成分の周波数を調整することによって、送信器Ｔｘ１の光信号と送信器Ｔｘ２の光信号との周波数間隔を調整することができる。

ここで、Ｎチャネルの光信号およびパイロットトーンの記号について定義する。図４は、１チャネル〜Ｎチャネルの光信号を表す図である。図４では、一例として、１チャネル〜Ｎチャネルは、周波数の小さい方から順に設定されている。各チャネルの光信号を順に、Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓ_Ｎとする。光信号Ｓ_ｉの中心周波数をｆ_ｃｉとし、低周波側および高周波側のそれぞれのパイロットトーンの周波数を、ｆ_ｐＬｉ，ｆ_ｐＨｉとする。「ｉ」は、１≦ｉ≦Ｎを満たす整数である。また、中心周波数とパイロットトーンの周波数との差をΔｆ_ｐＬｉ，Δｆ_ｐＨｉとする。この場合、Δｆ_ｐＬｉ＝ｆ_ｃｉ−ｆ_ｐＬｉおよびΔｆ_ｐＨｉ＝−ｆ_ｃｉ＋ｆ_ｐＨｉの関係が得られる。

光信号Ｓ_ｉの中心周波数と光信号Ｓ_ｉ＋１の中心周波数との差をΔｆ_{ｃｉ，ｉ＋１}とする。光信号Ｓ_ｉの高周波側のパイロットトーンと光信号Ｓ_ｉ＋１の低周波側のパイロットトーンとの周波数差をΔｆ_{ｐｉ，ｉ＋１}とする。この場合、Δｆ_{ｃｉ，ｉ＋１}＝Δｆ_{ｐｉ，ｉ＋１}＋Δｆ_ｐｉ＋Δｆ_ｐｉ＋１の関係が得られる。すなわち、中心周波数の差Δｆ_{ｃｉ，ｉ＋１}は、Δｆ_{ｐｉ，ｉ＋１}から一意に定まる。以上のことから、隣接するチャネルのパイロットトーン間の周波数差を調整することによって、隣接するチャネルの中心周波数の間隔を調整することができる。

続いて、各光信号の周波数間隔の調整の詳細について説明する。まず、チャネル数が２である場合について説明する。図５は、光伝送システム１００の動作を表すフローチャートである。図６は、送信器１０へのフィードバックを表す図である。一例として、送信器Ｔｘ１の出力周波数を基準として送信器Ｔｘ２の出力周波数を変化させる手順について説明する。

送信器Ｔｘ１および送信器Ｔｘ２において、処理部１５は、図２（ａ）のパイロットトーンを付加する（ステップＳ１）。それにより、受光器５０が出力する電気信号に、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの周波数差Δｆ_ｐ１，２において、差周波成分が現れる。この周波数差Δｆ_ｐ１，２の所望の値をΔｆ_{ｐｉｄｅａｌ}とする。

周波数差Δｆ_ｐ１，２の差周波成分は、フィルタ６１を透過し、ＲＦ検出回路６２によって検出される（ステップＳ２）。フィルタ６１は、Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}に中心周波数を持つバンドパスフィルタである。フィルタ６１は、中心周波数からの変位が大きくなるに従って透過率が減少する透過バンドを有する。なお、Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}＝０の場合には、フィルタ６１として、バンドパスフィルタではなくローパスフィルタまたはハイパスフィルタを用いる。また、ＲＦ検出回路６２の代わりにＤＣ検出回路を用いればよい。

次に、光源制御部１１は、送信器Ｔｘ２から出力される光信号の周波数を掃引する（ステップＳ３）。処理部１５は、周波数差Δｆ_ｐ１，２の差周波成分のパワーが最大となった場合の周波数差Δｆ_ｐ１，２が所望値Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}として検出する（ステップＳ４）。処理部１５は、周波数差Δｆ_ｐ１，２を所望値Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}に調整する（ステップＳ５）。このような過程を経て、送信器Ｔｘ１の光信号と送信器Ｔｘ２の光信号との周波数間隔を調整することができる。なお、バンドパスフィルタの代わりにノッチフィルタを用いる場合には、周波数差Δｆ_ｐ１，２の差周波成分のパワーが最小となった場合の周波数差Δｆ_ｐ１，２が所望値Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}となる。

本実施例によれば、送信器Ｔｘ１が出力する光信号の中心周波数よりも高周波側および送信器Ｔｘ２が出力する光信号の中心周波数よりも低周波側にパイロットトーンが付加されている。この場合、各パイロットトーンの中心周波数同士の間隔が上記２つの光信号の中心周波数同士の間隔よりも狭くなる。それにより、ビート信号の抽出に際して、上記２つの光信号間の帯域よりも広い帯域の受光器を用いなくてもよい。その結果、コストを抑制することができる。また、合波器２０の出力する光信号から上記ビート信号を抽出することができるため、各チャネルに対応して受光器を設ける必要がない。それにより、コストを抑制することができるとともに、装置を小型化することができる。

なお、本実施例においては、送信器Ｔｘ１が出力する光信号の中心周波数よりも高周波側および送信器Ｔｘ２が出力する光信号の中心周波数よりも低周波側にパイロットトーンが付加されているが、それに限られない。例えば、送信器Ｔｘ１が出力する光信号の中心周波数にパイロットトーンを付加し、送信器Ｔｘ２が出力する光信号の中心周波数よりも低周波側にパイロットトーンを付加してもよい。この場合においても、パイロットトーンの中心周波数の間隔が上記２つの光信号の中心周波数の間隔よりも狭くなる。あるいは、送信器Ｔｘ１が出力する光信号の中心周波数よりも低周波側にパイロットトーンを付加しても、送信器Ｔｘ２が出力する光信号の中心周波数よりも低周波側に大きくずらしてパイロットトーンを付加すればよい。

ここで、パイロットトーンの周波数の好ましい設定値について説明する。光信号Ｓ_ｉおよび光信号Ｓ_ｉ＋１を例として取り上げる。２つのパイロットトーンが発生する条件として、下記式（４）が成立することが好ましい。
Δｆ_{ｐｉｌｏｔ}＞０ （４）

次に、パイロットトーンの周波数の大小関係が逆転しない（ｆ_ｐＨｉ＜ｆ_{ｐＬｉ＋１}とならない）ことが好ましいため、下記式（５）が成立することが好ましい。なお、所望の周波数差をΔｆ_{ｃｉ，ｉ＋１，ｉｄｅａｌ}とし、光源１２で発生することが想定される最大の周波数揺らぎをｆ_{ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ}とする。
Δｆ_{ｐｉｌｏｔ}＜Δｆ_{ｃｉ，ｉ＋１，ｉｄｅａｌ}／２−ｆ_{ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ} （５）

次に、送信器１０の帯域ｆ_{ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｉ}を考慮すると、下記式（６）が成立することが好ましい。また、ビート信号の周波数を受光器５０の帯域ｆ_{ＰＤｂａｎｄｗｉｄｔｈ}以内であることが好ましいため、下記式（７）が成立することが好ましい。
Δｆ_{ｐｉｌｏｔ}＜ｆ_{ｂａｎｄｗｉｄｔｈ} （６）
Δｆ_{ｐｉ，ｉ＋１}＜ｆ_{ＰＤｂａｎｄｗｉｄｔｈ} （７）

（変形例１）
続いて、チャネル数が３以上である場合の各光信号の周波数間隔の調整について説明する。チャネル数が３以上になると、互いに近い周波数を持つビート信号が複数発生する。具体的には、図７を参照して、光信号Ｓ_ｉ−１の高周波側のパイロット信号と光信号Ｓ_ｉの低周波側のパイロット信号との周波数差Δｆ_{ｐｉ−１，ｉ}と、光信号Ｓ_ｉの高周波側のパイロット信号と光信号Ｓ_ｉ＋１の低周波側のパイロット信号との周波数差Δｆ_{ｐｉ，ｉ＋１}とが近い値となる。この場合、受光器５０が出力する電気信号の所望値Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}付近に複数の差周波成分が現れる。その結果、周波数間隔の調整が困難になる。

図８（ａ）〜図９（ｂ）は、シミュレーション結果を表す図である。図８（ａ）は、シミュレーションに用いた装置構成を表す図である。図８（ａ）を参照して、送信器Ｔｘ１、送信器Ｔｘ２、送信器Ｔｘ３、合波器２００および受光器３００を用いた。出力周波数は、低い方から送信器Ｔｘ１、送信器Ｔｘ２、送信器Ｔｘ３の順に設定されている。隣接する送信器間の出力周波数の間隔は５０ＧＨｚである。送信器Ｔｘ１〜送信器Ｔｘ３が出力する光信号は合波器２００で合波され、受光器３００で受光される。

図８（ｂ）は、送信器Ｔｘ３の光信号にパイロットトーンを付加した信号の光スペクトラムである。図８（ｂ）を参照して、中心周波数に対して±２０ＧＨｚの周波数においてパイロットトーンが付加されている。図８（ｃ）は、合波器２００が出力する信号の光スペクトラムである。図８（ｃ）を参照して、送信器Ｔｘ１の低周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の高周波側のパイロットトーンとの周波数差および送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ３の高周波側のパイロットトーンとの周波数差は１０ＧＨｚとなる。

図８（ｄ）は、受光器３００が出力する電気信号を表す図である。図８（ｄ）を参照して、各パイロットトーン間の周波数差を示す箇所に差周波成分としてスペクトルが現れる。例えば、１０ＧＨｚの周波数においてスペクトルが現れている。このスペクトルは、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの差周波成分および送信器Ｔｘ２の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ３の低周波側のパイロットトーンとの差周波成分である。

図９（ａ）は、送信器Ｔｘ２の出力周波数の中心周波数を＋５００ＭＨｚ変位させた場合のスペクトラムである。図９（ａ）を参照して、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの周波数差は９．５ＧＨｚとなり、送信器Ｔｘ２の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ３の低周波側のパイロットトーンとの周波数差は１０．５ＧＨｚとなる。図９（ｂ）は、この場合に受光器３００が出力する電気信号を表す図である。図９（ｂ）を参照して、１０ＧＨｚ付近に、複数のスペクトルが現れている。これは、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの周波数差と、送信器Ｔｘ２の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ３の低周波側のパイロットトーンとの周波数差とが近い値となっているからである。

そこで、本変形例１においては、図１０を参照して、周波数間隔の調整の対象となる互いに隣接する２チャネルに対してのみパイロットトーンを付加することによって、図５および図６と同じ手順で周波数間隔の調整を行うことができる。例えば、光信号Ｓ_ｉの高周波側および光信号Ｓ_ｉ＋１の低周波側のみパイロットトーンを付加した上で光信号Ｓ_ｉと光信号Ｓ_ｉ＋１との周波数間隔を調整した後に、光信号Ｓ_ｉ＋１および光信号Ｓ_ｉ＋２にパイロットトーンを付加して光信号Ｓ_ｉ＋１と光信号Ｓ_ｉ＋２との周波数間隔を調整してもよい。

図１１は、この場合に実行されるフローチャートの一例である。図１１を参照して、処理部１５は、変数「ｎ」に「ｉ」を代入する（ステップＳ１１）。「ｉ」は、出力周波数について信頼性の高いチャネル番号である。次に、処理部１５は、光信号Ｓ_ｎと光信号Ｓ_ｎ＋１との間の周波数間隔を調整する（ステップＳ１２）。周波数間隔の調整は、図５の手順により行われる。なお、ステップＳ１２においては、光信号Ｓ_ｎの周波数を固定し、光信号Ｓ_ｎ＋１の周波数を掃引する。

次に、処理部１５は、変数「ｎ」を１だけ増加させる（ステップＳ１３）。次に、処理部１５は、変数「ｎ」がＮ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ１２から再度実行される。ステップＳ１４において「Ｎｏ」と判定された場合、処理部１５は、変数「ｎ」に「ｉ」を代入する（ステップＳ１５）。次に、処理部１５は、光信号Ｓ_ｎと光信号Ｓ_ｎ−１との間の周波数間隔を調整する（ステップＳ１６）。周波数間隔の調整は、図５の手順により行われる。なお、ステップＳ１６においては、光信号Ｓ_ｎの周波数を固定し、光信号Ｓ_ｎ−１の周波数を掃引する。

次に、処理部１５は、変数「ｎ」を１だけ減少させる（ステップＳ１７）。次に、処理部１５は、変数「ｎ」が１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ１６から再度実行される。ステップＳ１８において「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１１から再度実行される。

なお、本変形例では、光信号Ｓｉを基準として低周波側および高周波側のチャネルとの周波数間隔を順に調整したが、それに限られない。例えば、チャネル１から順に高周波側のチャネルとの周波数間隔を調整してもよく、チャネルＮから順に低周波側のチャネルとの周波数間隔を調整してもよい。

本変形例においても、各パイロットトーンの中心周波数同士の間隔が２つの光信号の中心周波数同士の間隔よりも狭くなる。それにより、ビート信号の抽出に際して、上記２つの光信号間の帯域よりも広い帯域の受光器を用いなくてもよい。また、合波器２０の出力する光信号から上記ビート信号を抽出することができるため、各チャネルに対応して受光器を設ける必要がない。

なお、半導体レーザなどの光源の出力周波数は、温度変化、経年劣化などに起因して変動するおそれがある。しかしながら、この場合の周波数変動のオーダーは、秒以上であり、場合によっては数時間から数年のオーダーである。各送信器１０の周波数調整に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを用いれば、ミリ秒以下の精度で同期が可能である。また、ビート信号の検出も、ミリ秒以下のビデオ帯域幅（ｖｉｄｅｏ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）で実現可能である。したがって、図１１のフローチャートのように、各周波数間隔を順次調整した場合に、温度変化、経年劣化などに起因する周波数変動に追従可能である。

（変形例２）
変形例１では、周波数間隔の調整の対象となる２つの隣接するチャネルにのみパイロットトーンを付加したが、他のチャネルの光信号にパイロットトーンを付加してもよい。この場合、対象とするチャネルと隣接する低周波側のチャネルとの間の周波数間隔を調整する場合に、低周波側の他のチャネルの周波数を同時に掃引する。対象とするチャネルと隣接する高周波側のチャネルとの間の周波数間隔を調整する場合に、高周波側の他のチャネルの周波数を同時に掃引する。具体的には、光信号Ｓ_ｉと光信号Ｓ_ｉ＋１との周波数間隔を調整する場合に、光信号Ｓ_ｉ＋１の周波数を掃引する際に同時に光信号Ｓ_ｋ（ｋ＝ｉ＋２，ｉ＋３，…，Ｎ）の周波数を同期掃引する。また、光信号Ｓ_ｉと光信号Ｓ_ｉ−１との周波数間隔を調整する場合に、光信号Ｓ_ｉ−１の周波数を掃引する際に同時に光信号Ｓ_ｍ（ｍ＝１，２，…，ｉ−１）の周波数を同期掃引する。この場合、基準チャネルと隣接するチャネルとの間の差周波成分のパワーのみが変化するため、基準チャネルと隣接するチャネルとの周波数差を所望値Δｆ_{ｐｉｄｅａｌ}に調整することができる。

例えば、図１１のフローチャートのステップＳ１２において、光信号Ｓ_ｎ＋１の周波数を掃引する際に、同時に光信号Ｓ_ｋ（ｋ＝ｎ＋２，ｎ＋３，…，Ｎ）の周波数を同期掃引すればよい。また、図１１のフローチャートのステップＳ１６において、光信号Ｓ_ｎ−１の周波数を掃引する際に、同時に光信号Ｓ_ｍ（ｍ＝１，２，…，ｎ−１）の周波数を同期掃引すればよい。

ところで、パイロットトーン間で偏波が直交する場合、ビート信号が発生しなくなる。そこで、実施例２においては、信号処理によって偏波を周期的に変化させることによって、ビート信号を発生させる。図１２は、実施例２に係る光伝送システム１００ａの要部ブロック図である。光伝送システム１００ａが図１の光伝送システム１００と異なる点は、各送信器１０と合波器２０との間に偏波制御部７０が設けられている点、および、周波数間隔抽出部６０に平均化回路６３が備わっている点である。偏波制御部７０は、送信器１０が出力する光信号に偏波回転を付加する。平均化回路６３は、ＲＦ検出回路６２の出力を平均化する。平均化回路６３の平均化時定数τは、例えばτ＞２π／ωである。偏波を周期的に変化させることによって、ビート信号を発生させることができる。

ところで、パイロットトーン間で偏波が直交する場合、ビート信号が発生しなくなる。そこで、実施例２においては、信号処理によって偏波を周期的に変化させることによって、ビート信号を発生させる。図１２は、実施例２に係る光伝送システム１００ａの要部ブロック図である。光伝送システム１００ａが図１の光伝送システム１００と異なる点は、各送信器１０と合波器２０との間に偏波制御部７０が設けられている点、および、周波数間隔抽出部６０に平均化回路６３が備わっている点である。偏波制御部７０は、送信器１０が出力する光信号に偏波回転を付加する。周波数間隔の調整の対象となる2つのチャネルの光信号のうち、一方の光信号の偏波を角周波数ωで周期的に変化させることによって、ビート信号を発生させることができる。平均化回路６３は、ＲＦ検出回路６２の出力を平均化する。平均化回路６３の平均化時定数τは、例えばτ＞２π／ωである。また、平均化回路の代わりに同期検波回路を用い角周波数ωで同期検波を行うことによって、ビート信号を検出することも可能である。

周波数間隔の調整の対象となる2つのチャネルの光信号のうち、一方の光信号の偏波を角周波数ωで周期的に変化させることを考えたが、次に複数のチャネルの偏波を異なる各周波数で変化させる場合を考える。第ｎ番目のチャネルの光信号Ｓ_ｎに与える偏波回転の角周波数をω_ｎとすると、隣接する光信号Ｓ_ｉと光信号Ｓ_ｉ＋１との間に発生するビート信号のＲＦパワーは｜ω_ｉ-ω_ｉ＋１｜の成分を持つ。この場合、同期検波回路は｜ω_ｉ-ω_ｉ＋１｜の角周波数に同期することにより、光信号Ｓ_ｉと光信号Ｓ_ｉ＋１との間のビート信号のＲＦパワーを検出することができる。ここで、隣接チャネル間の偏波回転速度の差｜ω_ｎ-ω_ｎ＋１｜が全てのｎについて独立になるように各信号に与える偏波回転の角周波数ω_ｎを設定すると、各光信号間で発生したビート信号のＲＦパワーは独立の周波数成分を持つことになる。以上より、複数チャネルが存在する場合の周波数間隔調整チャネルの切り替えは、同期検波回路の同期周波数を変更することにより可能となる。さらに、この場合には変形例２で示した周波数の同時掃引は不要となる。

図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、シミュレーション結果を表す図である。用いた装置構成は、図３（ａ）と同様である。図１３（ａ）は、合波器２００が出力する信号の光スペクトラムである。図１３（ａ）を参照して、送信器Ｔｘ１の高周波側のパイロットトーンと送信器Ｔｘ２の低周波側のパイロットトーンとの周波数差は、１０ＧＨｚとなる。

図１３（ｂ）は、送信器Ｔｘ１の出力光のパイロットトーンの偏波と送信器Ｔｘ２の出力光のパイロットトーンの偏波との角度が０度である場合に受光器３００が出力する電気信号を表す図である。図１３（ｂ）を参照して、１０ＧＨｚの周波数においてスペクトルが現れている。図１３（ｃ）は、送信器Ｔｘ１の出力光のパイロットトーンの偏波と送信器Ｔｘ２の出力光のパイロットトーンの偏波との角度が４５度である場合に受光器３００が出力する電気信号を表す図である。図１３（ｃ）を参照して、１０ＧＨｚの周波数においてスペクトルが現れている。図１３（ｄ）は、送信器Ｔｘ１の出力光のパイロットトーンの偏波と送信器Ｔｘ２の出力光のパイロットトーンの偏波との角度が９０度（直交）である場合に受光器３００が出力する電気信号を表す図である。図１３（ｄ）を参照して、ビート信号が発生していない。以上のことから、偏波の回転角度を周期的に変化させることによって、ビート信号を発生させることができる。

なお、偏波を連続的に変化させながら制御する代わりに、事前に偏波を回転させてＲＦ検出回路６２の出力が最大となった角度に偏波を固定した上で、周波数掃引を行ってもよい。また、平均化回路６３の代わりに、偏波回転の周波数２πωに対応する成分を抽出するために、中心周波数２πωのバンドパスフィルタを用いてもよい。

また、偏波制御部７０の代わりに、処理部１５が偏波を回転させてもよい。または、偏波制御部７０の代わりに、偏波保持ファイバを用いてもよい。具体的には、各送信器１０の合波器１７から合波器２０までの少なくとも一部を偏波保持ファイバで接続してもよい。図１４は、この場合の光伝送システム１００ｂの要部ブロック図である。光伝送システム１００ｂが図１の光伝送システム１００と異なる点は、各送信器１０と合波器２０との間が偏波保持ファイバ８０によって接続されている点である。各偏波保持ファイバ８０は、パイロットトーン間で偏波が直交しないように設定されている。

上記各実施例において、参照信号としてパイロットトーンが付加されているが、それに限られない。各チャネルの光信号よりも狭い周波数幅を有する信号であれば、当該信号を、周波数が隣り合う光信号の中心周波数の間隔よりも狭い間隔で当該光信号のそれぞれに参照信号として付加することができる。

上記各実施例の光源制御部１１および処理部１５は、専用の回路などによって構成されていてもよいが、プログラムを実行する処理装置によって実現されてもよい。図１５は、光源制御部１１および処理部１５がプログラムを実行する処理装置によって構成される場合のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１５を参照して、処理部１５は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。ＣＰＵ１０１が所定のプログラムを実行することによって、光伝送システム１００内に光源制御部１１および処理部１５が実現される。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 送信器
１１ 光源制御部
１２ 光源
１３ 分岐器
１４ ＩＱ変調器
１５ 処理部
１６ デジタル／アナログコンバータ
１７ 合波器
２０ 合波器
３０ 中継器
４０ 受信器
５０ 受光器
６０ 周波数間隔抽出部
６１ フィルタ
６２ ＲＦ検出回路
１００ 光伝送システム

Claims (10)

1. それぞれ異なる周波数の光信号を出力する複数の送信器と、
   前記光信号のうち少なくとも２つの光信号の各々に、当該２つの光信号よりも狭い周波数幅を有する参照信号を、中心周波数の間隔が当該２つの光信号の中心周波数の間隔よりも狭い間隔となるように付加する処理部と、
   前記複数の送信器が出力する光信号を合波する合波器と、
   前記合波器による合波によって前記参照信号間で発生するビート信号を抽出する抽出部と、
   前記抽出部の抽出結果に応じて前記２つの光信号の周波数間隔を調整する調整部と、を備えることを特徴とする光伝送システム。
2. 前記調整部は、前記２つの光信号の一方に対して他方の周波数を相対的に掃引することによって、前記２つの光信号の所望の周波数間隔を求め、前記２つの光信号の周波数間隔を前記所望の周波数間隔に調整することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
3. 前記送信器は、３つ以上設けられ、
   前記処理部は、前記調整部が周波数間隔を調整する対象の２つの光信号以外の光信号に対して、前記参照信号の付加を行わないことを特徴とする請求項１または２記載の光伝送システム。
4. 前記送信器は、３つ以上設けられ、
   前記処理部は、前記調整部が周波数間隔を調整する対象の２つの光信号以外の光信号に対しても前記参照信号を付加し、
   前記調整部は、前記掃引の際に、前記２つの光信号以外の光信号に対しても、前記他方の周波数と同期させて周波数を掃引することを特徴とする請求項２記載の光伝送システム。
5. 前記参照信号間の偏波角度を周期的に変化させる偏波制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
6. 前記送信器は、３つ以上設けられ、
   前記処理部は、周波数が隣接する各２つの光信号に前記参照信号を付加し、
   前記各２つの光信号に付加された参照信号の偏波回転の各周波数差が互いに異なる値となるように偏波回転を与える偏波制御部が備わり、
   前記抽出部は、いずれかの各周波数差に同期することによって当該各周波数差の参照信号間で発生するビート信号を抽出することを特徴とする請求項１または２記載の光伝送システム。
7. 前記２つの光信号を出力する送信器と前記合波器とは、偏波保持ファイバによって接続され、
   前記偏波保持ファイバは、前記参照信号間の偏波角度を９０度以外の角度に保持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
8. 前記参照信号は、パイロットトーンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
9. それぞれ異なる周波数の光信号を出力する複数の送信器と、前記複数の送信器が出力する光信号を合波する合波器と、を備える光伝送装置において、
   前記光信号のうち少なくとも２つの光信号の各々に、当該２つの光信号よりも狭い周波数幅を有する参照信号を、中心周波数の間隔が当該２つの光信号の中心周波数の間隔よりも狭い間隔となるように付加する処理ステップと、
   前記合波器による合波によって前記参照信号間で発生するビート信号を抽出する抽出ステップと、
   前記抽出ステップの抽出結果に応じて前記２つの光信号の周波数間隔を調整する調整ステップと、を含むことを特徴とする光伝送装置の調整方法。
10. それぞれ異なる周波数の光信号を出力する複数の送信器と、前記複数の送信器が出力する光信号を合波する合波器と、を備える光伝送装置において、
    コンピュータに、
    前記光信号のうち少なくとも２つの光信号の各々に、当該２つの光信号よりも狭い周波数幅を有する参照信号を、中心周波数の間隔が当該２つの光信号の中心周波数の間隔よりも狭い間隔となるように付加する処理ステップと、
    前記合波器による合波によって前記参照信号間で発生するビート信号を抽出する抽出ステップと、
    前記抽出ステップの抽出結果に応じて前記２つの光信号の周波数間隔を調整する調整ステップと、を実行させることを特徴とする光伝送装置の調整プログラム。

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