JP2842940B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 概要 光通信システムに関し、 光増幅器を利得飽和状態で使用したとしても消光比劣
化等の問題が生じにくい光通信システムの提供を目的と
し、 光強度の和がほぼ一定な異なる波長の強度変調光を発
生する信号光発生装置と、上記強度変調光を伝送する光
伝送路と、該光伝送路の上記信号光発生装置側又は途中
に設けられた単一又は複数の光増幅器と、上記光伝送路
により伝送された強度変調光を波長分離する分波器と、
該分波器により波長分離された強度変調光を光−電気変
換する受光器とを備えて構成する。

産業上の利用分野 本発明は光通信システムに関し、更に詳しくは光増幅
器を備えた強度変調／直接検波方式の光通信システムに
関する。

近年、光通信システムの高性能化を図るために、光信
号を電気信号に変換することなく直接増幅する光増幅器
を、光通信システムに導入することが提案されている。
しかし、光増幅器は、入力光強度が過剰であると利得飽
和を生じることがあり、これにより、消光比劣化及び伝
送波形の劣化等の問題が生じる。特に複数の光増幅器を
用いて多段中継器を行うと、上記問題が累積して符号誤
り率が増大することになる。このため、光増幅器を備え
た光通信システムにおいては、上記問題に対処すること
が要求される。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題 従来、光増幅器は、入力光の強度に比例した強度の光
が出力する線形システムとしての使用法が検討されてお
り、光増幅器を利得飽和状態で使用したときに生じる問
題については考慮されていないのが現状である。光増幅
器を利得飽和状態で使用すると、利得飽和状態における
利得は利得飽和状態でないときの利得よりも小さいの
で、特に強度変調方式が適用されている場合に、マーク
時の利得とスペース時の利得の差に起因して、消光比が
劣化することとなる。また、光増幅器のキャリア寿命
（反転分布寿命）が、１タイムスロットと同程度のビッ
トレートで光増幅器を使用すると、利得の変動速度が信
号のパターンの変化に追従することができなくなり、信
号のマーク、スペースの繰り返しパターンに応じてマー
ク信号における利得が変動することになる。このような
利得変動が生じると、波形劣化が生じる。特に、複数の
光増幅器を用いて多段中継を行う場合、上述の消光比の
劣化や波形劣化が累積して、符号誤り率が著しく増大す
ることになる。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、
光増幅器を利得飽和状態で使用したとしても消光比劣化
等の問題が生じにくい光通信システムの提供を目的とし
ている。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の原理ブロック図である。

本発明の光通信システムは、光強度の和がほぼ一定な
異なる波長の強度変調光を発生する信号光発生装置１
と、上記強度変調光を伝送する光伝送路２と、光伝送路
２の上記信号光発生装置１側又は途中に設けられた単一
又は複数の光増幅器３と、光伝送路２により伝送された
強度変調光を波長分離する分離器４と、分波器４により
波長分離された強度変調光を光−電気変換する受光器５
とを備え構成される。

作用 第２図は変調波形の例を示す図であり、（ａ）は変調
信号の符号形式がNRZの場合、（ｂ）は変調信号の符号
形式がRZの場合についてのものである。第２図（ａ）、
（ｂ）において、上段に示された波形は、信号光発生装
置１から出力される一方の強度変調光（以下その波長を
λ_１とし、「信号光Ａ」と称する。）の強度の時間変化
を表し、中段に示された波形は、信号光発生装置１から
出力される他方の強度変調光（以下その波長をλ_２（≠
λ_１）とし、「信号光Ｂ」と称する。）の強度の時間変
化を表し、下段は信号光Ａ及び信号光Ｂの強度の和がほ
ぼ一定であることを表している。図示された例では、NR
Zの場合及びRZの場合共に信号光Ａと信号光Ｂは互いに
反転させたもので且つ振幅が等しくなっており、その結
果、信号光Ａの強度と信号光Ｂの強度の和は経時的にほ
ぼ一定になっている。従って、光増幅器３に入力する光
の強度は経時的に一定となり、光増幅器を利得飽和状態
で使用したとしても、消光比劣化、波形劣化等の問題が
生じにくい。尚、受信側においては、分波器４により信
号光Ａと信号光Ｂを分離（分波）するので、この分波さ
れた信号光の両方あるいは一方を受光器により光−電気
変換することによって、送信情報を再生することができ
る。

実 施 例 以下、本発明の実施例を説明する。

第３図は本発明の第１実施例を示す光通信システムの
ブロック図である。1Aは信号光発生装置、２は信号光発
生装置1Aからの信号光（強度変調光）を伝送する光ファ
イバからなる光伝送路、３は信号光発生装置1Aの直下流
側の光伝送路２又は光伝送路２の途中にこの実施例では
複数設けられた光増幅器、12は伝送された信号光を受信
する光受信機である。光増幅器３は、信号光発生装置1A
の直下流側に設けられている場合にはポストアンプとし
て使用され、光伝送路２の途中に設けられている場合に
は中継器として使用される。

信号光発生装置1Aにおいて、14は波長λ_１で定常発振
する半導体レーザ、16はλ_１とは異なる波長λ_２で同じ
く定常発振する半導体レーザであり、これらの半導体レ
ーザ14,16からの光はマッハツェンダ型光変調器等の外
部変調器18,20によりそれぞれ強度変調される。強度変
調された光は、合波器24で合波されて光伝送路２に送出
される。外部変調器18,20は、変調信号が入力されるＤ
フリップフロップ回路22により駆動されており、これに
より第２図に示されたような変調波形が得られている。

光受信機12において、４は波長λ_１の光を透過し波長
λ_２の光を透過しない分波器であり、この分波器４を透
過した波長λ_１の光は、フォトダイオード等からなる受
光器５により電気信号に変換されて出力される。

26は信号光発生装置1Aの直下流側の光伝送路２に設け
られた分岐器であり、この分岐器26で分岐された光はAP
C回路28に入力する。APC回路28において、30は入力した
光を波長λ_１の光と波長λ_２の光に分離する分波器であ
り、分波され光はそれぞれ受光器32,34により電気信号
に変換される。36は受光器32,34の出力信号が入力する
光出力制御回路であり、この回路は、受光器32,34の平
均受光レベルが一定になるようにそれぞれ半導体レーザ
14,16のバイアス電流を制御する。

この実施例では、外部変調器18,20をＤフリップフロ
ップ回路22で駆動することにより、光伝送路２に送出さ
れる波長λ₁,λ_２の信号光の光強度の和がほぼ一定にな
るようにしているので、光増幅器３が利得飽和状態で使
用されているとしても、消光比の劣化や波形劣化が生じ
にくい。光増幅器３が半導体レーザ型の光増幅器である
場合、比較的小さな光入力レベルでも利得飽和状態にな
り易いので、このような場合に発明の効果が顕著であ
る。また、この実施例のように光増幅器を多段に接続し
ている場合、光増幅器を利得飽和状態で使用しているこ
とに起因する消光比の劣化や波形劣化が著しくなるの
で、このような場合に発明の効果が顕著である。

この実施例では、信号光発生装置１の平均光出力強度
が一定になるように制御するAPC回路28が設けられてい
るので、光増幅器に入力する光強度レベルがほぼ一定に
保たれ、光増幅器の安定した動作を確保することが容易
である。

第４図は本発明の第２実施例を示す光通信システムの
ブロック図である。この実施例は光受信機12′の構成に
特徴を有している。即ち、この実施例では、伝送されて
きた信号光を波長λ_１の信号光と波長λ_２の信号光とに
分離する分波器４′を用い、分波された光をそれぞれ受
光器5A,5Bで光−電気変換した後、受光器5A,5Bの出力信
号を差動増幅器38により差動増幅するようにしている。

この構成によると、光受信機12′の出力信号の振幅が
前実施例と比較して倍になるので、受信感度を3dB増大
させることができる。この効果を概念的に第５図に示
す。一方の信号光と他方の信号光は互いに反転している
ので、受光器5A,5Bの出力信号を差動増幅することによ
って、出力振幅が倍増することを概念的に示したグラフ
である。

以下に説明する第３乃至第５実施例はいずれも信号光
発生装置の構成が第１及び第２実施例と異なる。第３乃
至第５実施例においては、光受信機12が採用されている
が、差動増幅器を備えた光受信機12′を採用してもよ
い。また、APC回路を採用していないが、第１実施例と
同じようにAPC回路を備えていてもよい。

第６図は本発明の第３実施例を示す光通信システムの
ブロック図である。この実施例の信号光発生装置1Bにお
いては、コストの低減を目的として、高コストな半導体
レーザを１つだけ用いている。即ち、単一の半導体レー
ザ40の出力光を２分岐してそれぞれ外部変調器42,44に
より強度変調し、一方の強度変調光については周波数シ
フタ48により周波数（波長）シフトを施して、周波数シ
フトされた強度変調光と周波数シフトされていない強度
変調光とを合波器50で合波して光伝送路２に送出してい
る。外部変調器42,44は変調信号が入力されるＤフリッ
プフロップ回路46により駆動される。周波数シフタ48と
してはAOMを用いることができる。この構成によって
も、外部変調器42,44から出力される強度変調光は互い
に反転しているので、光伝送路２に送出する信号光の強
度を一定にして、光増幅器を利得飽和状態で使用した場
合の不都合を解消することができる。また、単一の半導
体レーザで足りるので、信号光発生装置を低コスト化す
ることができる。

第７図は本発明の第４実施例を示す光通信システムの
ブロック図である。この実施例では、外部変調器を用い
ることなしに、変調信号が入力されるＤフリップフロッ
プ回路56により半導体レーザ52,54を直接変調すること
によって、これらの半導体レーザ52,54の出力として、
光強度の和がほぼ一定な異なる波長の強度変調光を得る
ようにしている。これらの強度変調光は合波器58により
合波されて光伝送路２に送出される。半導体レーザ52,5
4を異なる波長で発振させるためには、半導体レーザ52,
54として同一タイプのものを用いると共にこれらに異な
るバイアス電流を与えるか、あるいは半導体レーザ52,5
4として異なるタイプの半導体レーザを用いるとよい。
この実施例においても、光伝送路２に送出される信号光
の強度は一定になるので、光増幅器を利得飽和状態で使
用した場合の不都合が解消される。また、外部変調器が
不要になるので、信号光発生装置の構成が簡略化され
る。

第８図は本発明の第５実施例を示す光通信システムの
ブロック図である。この例では、異なる波長（λ₁,
λ_２）で定常発振している半導体レーザ60,62の出力光
を合波器64で合波してマッハツェンダ型光変調器63を通
して光伝送路２に送出するようにしている。この場合、
マッハツェンダ型光変調器68における波長λ_１の光に対
する入出力特性と波長λ_２の光に対する入出力特性と
が、第９図に示すように、互いに半波長だけシフトした
ような関係になるように、マッハツェンダ型光変調器68
の光路パラメータ等を設定しておく。こうしておくと、
マッハツェンダ型光変調器68の入力に変調信号を与えた
ときに、互いに反転した波形の波長λ₁,λ_２の信号光を
得ることができるので、これまでの実施例と同じような
作用を介して、光増幅器を利得飽和状態で使用した場合
の不都合を解消することができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によると、光増幅器を利
得飽和状態で使用したとしても消光比劣化等の問題が生
じにくい光通信システムの提供が可能になるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明における変調波形の例を示す図、 第３図及び第４図はそれぞれ本発明の第１及び第２実施
例を示す光通信システムのブロック図、 第５図は本発明の第２実施例における効果の説明図、 第６図乃至第８図はそれぞれ本発明の第３乃至第５実施
例を示す光通信システムのブロック図、 第９図は本発明の第５実施例におけるマッハツェンダ型
光変調器の入出力特性を示す図である。 １……信号光発生装置、 ２……光伝送路、 ３……光増幅器、 ４……分波器、 ５……受光器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光強度の和がほぼ一定な異なる波長の強度
   変調光を発生する信号光発生装置（１）と、 上記強度変調光を伝送する光伝送路（２）と、 該光伝送路（２）の上記信号光発生装置（１）側又は途
   中に設けられた単一又は複数の光増幅器（３）と、 上記光伝送路（２）により伝送された強度変調光を波長
   分離する分波器（４）と、 該分波器（４）により波長分離された強度変調光を光−
   電気変換する受光器（５）とを備えたことを特徴とする
   光通信システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光通信システムにおい
   て、 上記受光器は上記分波器により波長分離された強度変調
   光毎にそれぞれ備えられており、 加えて、該受光器（5A,5B）の出力を作動増幅する差動
   増幅器（38）が備えられていることを特徴とする光通信
   システム。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の光通信システムに
   おいて、 上記信号光発生装置（１）の平均光出力強度が一定にな
   るように上記信号光発生装置（１）を制御するAPC回路
   （28）が備えられていることを特徴とする光通信システ
   ム。