JP3299101B2 - 波長多重光通信装置 - Google Patents

波長多重光通信装置

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JP3299101B2 JP34768295A JP34768295A JP3299101B2 JP 3299101 B2 JP3299101 B2 JP 3299101B2 JP 34768295 A JP34768295 A JP 34768295A JP 34768295 A JP34768295 A JP 34768295A JP 3299101 B2 JP3299101 B2 JP 3299101B2
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    • H04B10/25Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2513Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
    • H04B10/2525Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using dispersion-compensating fibres
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04J14/00Optical multiplex systems
    • H04J14/02Wavelength-division multiplex systems

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  • Optical Communication System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ通信装置
に関し、特に複数の波長を多重して伝送をおこなう波長
多重通信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、光ファイバ通信システムは、光フ
ァイバの有する低損失性や広帯域性を生かして、長距離
大容量通信等に広く用いられている。現在、伝送容量を
拡大する目的で、時分割多重信号の高速化と波長多重技
術が広く研究されている。
【0003】時分割多重信号の高速化の点では、現用シ
ステムである、NRZ(Non-Return-to-Zero)パル
ス伝送システムで、20Gb/s(ギガビット/秒)の
速度に達している。
【0004】一方で、波長多重技術(WDM;waveleng
th division multiplexing)に関しては、光増幅器の最
適設計や複数の光の間での非線形光学効果による波形歪
み等の研究が盛んに行われており、これらの技術を総合
して、8波以上の多波長光ファイバ伝送実験の報告が多
数なされている。
【0005】特に、最近では、17波の20Gb/s信
号を多重して伝送した実験が報告される(例えば文献
(R.W.Tkachその他、“ONE-THIRD TERABIT/s TRANSMISS
ION THROUGH 150 km OF DISPERSION-MANAGED FIBER”、
European Conference On Optical Communication,
ECOC'94、Postdeadline Papers、p.45)参照)
など、超大容量伝送を目指した研究成果が数多く報告さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ通信システ
ムでは、光ファイバの波長分散(以下単に「分散」とも
略記する)による波長歪みに伴う伝送品質劣化が問題と
なり、この影響は信号速度が増加するにつれて一層深刻
なものとなる。
【0007】例えば伝送速度が20Gb/sになると、
伝送後の感度劣化を1dBとする最大分散量は150p
s/nm程度となる。このため、伝送速度が20Gb/
sのような高速信号を長距離にわたって伝送させるに
は、分散補償技術が必要とされる。
【0008】分散補償技術の従来技術としては、例えば
分散補償ファイバや光トランスバーサルフィルタ等があ
げられる。
【0009】ところで、光ファイバの分散値は光の波長
に依存する。標準的な通常分散ファイバでは、波長が1
nm増加するに従い分散値は0.07ps/nm−km
増加する。
【0010】この光ファイバの分散の波長依存性のた
め、複数の波長を用いる波長多重通信システムにおいて
は、各波長の分散値が異なる値となる。例えば、最長波
長と最短波長との差が20nmである場合、100km
の光ファイバを伝送させた後における最長波長と最短波
長での分散値の差は、140ps/nmとなる。
【0011】この場合、たとえ、前記した分散補償技術
により、最長波長又は最短波長の一方の分散を補償して
も、他方において大きな残留分散(もしくは過剰補償)
が生じて波長の劣化を引き起こすことになる。
【0012】従って、多重される全ての波長の劣化量を
小さく抑えた伝送が困難となる。このように、分散の波
長依存性は高速信号を波長多重して伝送する場合、大き
な制限要因となる。
【0013】この分散の波長依存性による劣化を回避す
るためには、例えば多重される波長毎に個別に分散補償
を行えばよい。しかしながら、現在のところ、分散補償
デバイスは高価であり、分散補償デバイスを波長毎に複
数備えることは価格を高騰させることになり、システム
コストの点で好ましくない。
【0014】また、多波長を一括して分散補償するデバ
イスとして、伝送路光ファイバの分散値波長依存性と逆
特性をもつ分散補償ファイバの研究が行われているが、
構造が複雑であるため、コストや量産性の点が今後の課
題とされている。
【0015】従って、本発明は、上記問題点に鑑みて為
されたものであって、波長多重光ファイバ通信システム
において、伝送路分散の波長依存性による波形歪みが原
因となる波長領域の制限及び/又は最大伝送距離の制限
を簡易な構成で回避することを可能とする波長多重光フ
ァイバ通信装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、異なる波長を有する複数の光源と、前記
複数の光源からの光の強度をそれぞれ伝送すべき信号で
変調する複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段か
らの光を合波する波長多重装置と、前記波長多重装置か
らの波長多重光を伝送する光ファイバと、前記光ファイ
バから出力される波長多重光を波長毎に分離してそれぞ
れ受信する光受信器と、を備えてなる波長多重光ファイ
バ通信装置において、前記複数の光変調手段で光の強度
を変調すると同時に生じる光の位相変調の変調の大きさ
を前記光変調手段毎に異なるようにしたことを特徴とす
る波長多重光ファイバ通信装置を提供する。
【0017】本発明においては、好ましくは、前記複数
の光源の波長の値と、前記光源の各波長における前記光
ファイバの波長分散値が既知とされた波長多重光ファイ
バ通信装置において、前記光ファイバの分散値が負とな
る波長の光源に対しては光の強度が増加する際に光の位
相が増加するように前記光源に対応する前記光変調手段
をそれぞれ制御し、前記光ファイバの分散値が正となる
波長の光源に対しては光の強度が増加する際に光の位相
が減少するように前記光源に対応する前記光変調手段を
それぞれ制御することを特徴とする。
【0018】
【作用】本発明の原理・作用を以下に詳細に説明する。
光変調器においては、光の強度変化と同時に光の位相変
化が生じる。この光の位相変化の成分を以下「チャー
プ」という。
【0019】チャープを受けた信号光が分散のある伝送
路を伝搬する場合、チャープと分散による波形圧縮/広
がりが生じる。この結果、チャープの大きさによって伝
送後の波形や符号誤り率の劣化量も変化する。チャープ
の大きさは、次式(1)で与えられるαパラメータ
(「チャープ量」ともいう)を用いて規定される。
【0020】α=dΦ/(2IdI) …(1)
【0021】上式(1)において、Iは光の強度、dI
は光の強度変化量、dΦは光の位相変化量である。
【0022】図2は、1波の20Gb/s信号を通常分
散ファイバ100km伝送させ、分散補償ファイバによ
って分散補償をした場合において、アイ開口度をα=−
0.6(図中曲線10)、α=0.0(図中曲線1
1)、α=+0.6(図中曲線12)に対して計算した
結果をグラフとして示した図である。図2において、横
軸は、伝送に用いた光の波長を伝送路の零分散波長から
のずれの量(単位nm)で示し、縦軸はアイ開口度(ア
イパタンの開口度)をデシベル(dB)表示で示してい
る(通常「アイ開口ペナルティ」という)。なお、アイ
開口ペナルティ量の大なほど伝送後のアイパタンの開口
は小(波形歪み大)とされる。
【0023】図2を参照して、αパラメータが−0.6
の場合(光の強度が増大する際、光の位相が減少)、ア
イ開口ペナルティーが小さい領域は零分散波長よりも長
波長側に偏る。この場合、伝送路の残留分散量が正の値
であり、分散とチャープによって波形が圧縮され良好な
アイ開口が得られる。
【0024】一方、αパラメータが+0.6の場合(光
の強度が増大する際、光の位相が増加)では、アイ開口
ペナルティーが小さい領域が短波長側にかたよる。
【0025】このように、チャープによってアイ開口度
が小さい領域は異なる。
【0026】本発明は、その原理において、このチャー
プによるアイ開口ペナルティー特性の違いを利用したも
のである。すなわち、本発明は、各波長に対する伝送路
の分散値に対して最も波形劣化が少なくなる位相変化
(チャープ)が送出光として出力されるように、光変調
器における光の位相変調量を定める動作点を複数の光変
調器について個別に制御する。
【0027】まず、システムで用いる各信号波長、伝送
路の零分散波長、および図2の特性曲線から、各波長に
おいてアイ開口ペナルティーの小さくなるαパラメータ
の値を選択する。そして、それぞれの波長において選択
されたαパラメータの値が得られるように光変調器の動
作状態を設定する。
【0028】このようにして得られた波長多重信号の光
ファイバ伝送後のアイ開口ペナルティーは、図2の曲線
13のようになる。すなわち、図2に特性曲線10〜1
2で示した単一のαパラメータで複数の光変調器の全て
を動作させる場合に比べて、アイ開口ペナルティーの小
さい領域は大幅に拡大される。
【0029】また、使用する波長範囲を所定の値に限る
と、各波長において伝送できる距離を選択するαパラメ
ータによって個別に拡大することが可能とされ、波長多
重通信システム全体として伝送できる最大距離は延長さ
れる。
【0030】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に説明する。
【0031】
【実施形態1】図1に、本発明の第1の実施形態の構成
を示す。図1を参照して、本実施形態に係る波長多重光
ファイバ通信装置は、複数の異なる波長を有する光源1
〜1″と、これらの光源1〜1″からの光の強度を信号
源2〜2″からのデータ信号でそれぞれ変調するための
複数の光強度変調器3〜3″と、複数の光変調器3〜
3″からの光を合波するための波長多重装置4と、波長
多重装置4からの多重波長光を伝送する光ファイバ5
と、伝送路光ファイバ5からの光を波長毎に分離して各
々受信するための波長多重光受信器6と、を備えてい
る。
【0032】光変調器3としては、αパラメータの値を
自由に設定できるプッシュプル駆動(プッシュプル電極
を備えた駆動方式)のマッハツェンダ型光変調器(Mach
-Zehnder Modulator)が最も好適とされる。マッハツェ
ンダ型光変調器は、周知の如く、マッハツェンダ干渉計
を光導波路化したもので(例えばLiNbO3等からな
る)、入力光は入力Y分岐で等分され位相推移部(電極
のある部分)で各導波路中を独立に伝搬し出力Y分岐部
で再び合波されて出射される。なお、プッシュプル駆動
のマッハツェンダ型光変調器においては、電圧が印加さ
れる2つの導波路(アーム)における反射率(refracti
ve index)が反対方向に変化される。
【0033】一方、単電極駆動(例えば2つの電極の一
方を接地)のマッハツェンダ型光変調器でも、図4に示
す、2つの動作点101、102(最大振幅の中点)に
て互いに符号の異なるαパラメータの値を設定すること
ができるため、適用可能である。図4は、単電極駆動の
マッハツェンダ型光変調器の入力電圧Vと光出力強度I
の関係(伝達関数)を示すもので、例えばI=Iico
2(πV/(2Vpai)+φ)の関係で与えられる。但
し、Iiは入力光信号強度、Vpaiは変調器をオンからオ
フにするのに要する電圧、φは2つの導波路間の位相不
平衡量を示している。
【0034】伝送路の光ファイバ5は、零分散波長およ
び分散値の波長依存性が既知であればファイバの種類は
特に問わないが、波長多重伝送時の四光波混合を回避す
るために分散値の高い通常分散ファイバと分散補償ファ
イバの組み合わせを選択することが好ましい。
【0035】ここで、本実施形態における、各波長に対
する光変調器の動作点の選択の仕方を説明する。
【0036】まず、予め波長多重信号を全て同一のαパ
ラメータの値でチャープ(位相変化)させ、伝送後の特
性を評価する。この評価方法としては、数値シミュレー
ションまたは実際の伝送路を用いた伝送実験等が用いら
れる。
【0037】図3に、数値シミュレーションによって得
られた、3mm間隔の8波多重信号を100kmの通常
分散光ファイバを伝送させた後のアイ開口度、α=−
0.6(図中曲線20)、α=0.0(図中曲線2
1)、α=+0.6(図中曲線22)について示す。図
3に示した曲線から、前記「作用」にて説明した手順に
より、各波長に対するαパラメータの値を選択する。
【0038】ここでは、光変調器3として単電極のマッ
ハツェンダ型光変調器を用いると仮定し、選択できるα
パラメータの値は、α=+0.6または−0.6のいず
れかとした。
【0039】それぞれ最適なαパラメータを設定した波
長多重光の伝送後のアイ開口ペナルティー特性は、図3
中に曲線23にて示すものとなった。すなわち、本実施
形態においては、広い波長範囲で伝送劣化を小さく抑え
ることができた。
【0040】ところで、本実施形態のように、光変調器
3にマッハツェンダ型光変調器を用いる場合には、生じ
させたいαパラメータの値の符号(正負の極性)によっ
て異なる動作点(図4の101、102)で変調を行う
が、これら2つの動作点では入力電気信号の論理(ハイ
レベル、ローレベル)と、光信号の論理(オン、オフ)
が、図5に示すように反対の関係になる。すなわち、図
5を参照して、αパラメータが正の場合には入力電圧の
ハイ/ローレベルに対応して光信号がオン/オフする
が、αパラメータが負の場合には入力電圧のハイ/ロー
レベルと光信号のオン/オフの関係は反転している。
【0041】従って、αパラメータの符号を反転させる
ために動作点を変更すると、受信符号の論理が反転して
しまい、正しい情報の伝送を行うことができない。
【0042】そこで、αパラメータの符号に応じて電気
信号の論理を反転させる機能を送信器もしくは受信器に
備える必要がある。
【0043】
【実施形態2】図6は、本発明の第2の実施形態の構成
を示す図である。本実施形態は、上記した、αパラメー
タの符号に応じて電気信号の論理を反転させる機能を送
信器側に備えたものである。
【0044】信号源2からの電気信号は排他的論理和回
路(EX−OR)31の第2の入力ポート33に入力さ
れ、排他的論理和回路31の第1の入力ポート32には
信号の論理反転のための制御電圧源(外部の電圧源)か
らの制御電圧34を入力する。
【0045】制御電圧34が排他的論理和回路31にお
ける“0”レベルの場合、信号源2からの電気信号の信
号論理は反転せずそのまま光変調器3を駆動するが、制
御電圧34が“1”レベルの場合、信号源2からの電気
信号の信号論理は反転されて光変調器3を駆動する。こ
れによりαパラメータの符号に応じて制御電圧34を設
定すれば、送受信器端でαパラメータの設定値にかかわ
らず、正しい符号論理で伝送を行うことが可能になる。
【0046】また、図1に示した、前記第1の実施形態
の変形として、光変調器3に半導体製の電界吸収型光変
調器(Electro Absorption変調器、以下「EA変調器」
と略記する)を用いることも可能である。
【0047】半導体EA変調器は、図8に示すような消
光特性をもつ変調器であるが、変調器の駆動波形の動作
中心点(以下「バイアス点」という)を。図8の121
〜123のように変えれば、αパラメータの値が変化す
る。
【0048】最近では、EA変調器で負のαパラメータ
の値を実現し、長距離にわたる通常分散ファイバを伝送
させることに成功した例が報告される(例えば、文献
(J.A.J.Fells, et.al.、“Transmission beyo
nd the dispersion limit using a negative chirp ele
ctroabsorption modlator”、Electronics Letters、
Vol.30、No.14、p.1168、1994)参照)など、EA変
調器で利用できるαパラメータの可変範囲は正から負に
わたっている。
【0049】これを利用して、各波長ごとに変調器のバ
イアス点を設定すれば、前記第1の実施形態において光
変調器3としてマッハツェンダ変調器を用いた場合と同
様の作用効果を得ることができる。
【0050】さらに、EA変調器の場合、バイアス点に
よって電気信号と光信号の論理が変わるということがな
いので、図6を参照して説明した、排他的論理和回路3
1と制御電圧34による論理反転回路を必要としない。
【0051】しかし、EA変調器の場合、可変できるα
パラメータの値の範囲はマッハツェンダ変調器と比べて
狭いため、伝送に用いることのできる波長範囲が狭くな
る。
【0052】また、バイアス点を変えると送信波長も変
わってしまうため、伝送品質が劣化するおそれがある。
【0053】このように、EA変調器において動作点に
よってαパラメータの値を制御する場合、マッハツェン
ダ変調器を用いる場合に比べて、本発明の作用効果を十
分に得ることは難しくなる。
【0054】
【実施形態3】図7は、本発明の第3の実施形態の構成
を示す図である。本実施形態は、上記したEA変調器等
の光強度変調器に続いて光位相変調器を接続し、チャー
プをあとから与えることによりαパラメータの値を制御
するように構成してなるものである。
【0055】信号源2からの変調信号は2分岐され、一
方は光変調器3を駆動して光源1からの光を強度変調
し、もう一方は排他的論理和回路31、及びドライバ3
6を通った後に光位相変調器35を駆動して光変調器3
からの強度変調光を位相変調する。
【0056】その際、光位相変調器35における位相変
化量はドライバ36の出力振幅で制御される。また、位
相変化の向きは排他的論理和回路31の動作状態によっ
て決定される。
【0057】排他的論理和回路31の第1の入力ポート
32には信号源2から分岐したもう一方の信号が入力さ
れ、第2の入力ポート33には制御電圧源からの制御電
圧34が入力される。
【0058】制御電圧34が“0”レベルであると、信
号源2からの電気信号の信号論理は保たれるので位相変
調はαパラメータを増加させる向きに働き、制御電圧3
4が“1”レベルであると、信号源2からの電気信号の
信号論理が反転するため、位相変調はαを減少させる向
きに働く。
【0059】この制御電圧信号34とドライバ36の振
幅によって、各波長に対して最適なαパラメータの値が
設定される。
【0060】さらに、光変調器3で施される強度変調成
分と光位相変調器35で施される位相変調成分は、ドラ
イバ36に続く可変遅延回路37により2つの成分の位
相合せが行われる。これにより、αパラメータを自由に
変えることのできないEA変調器等のような光変調器に
対しても、本発明を適用することができる。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速時分割多重信号を波長多重して伝送するシステムに
おいて、所定の距離を伝送させる場合での伝送後の劣化
量を全波長に渡って低く抑えることができ、使用可能な
波長範囲を拡大することができる。また、使用する波長
範囲を所定の値に限った場合では、伝送可能な最大距離
を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の構成を説明する図であ
る。
【図2】送出光のαの値を−0.6、0.0、+0.6
とした場合での通常分散ファイバ100km伝送後のア
イ開口ペナルティーの計算結果を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態における、通常分散ファイ
バ100km伝送後のアイ開口ペナルティーの計算結果
を示す図である。
【図4】単電極駆動マッハツェンダ型光変調器の2つの
動作点と、対応するαの値を説明するたための図であ
る。
【図5】単電極駆動マッハツェンダ型光変調器の2つの
動作点で光を変調した場合における電気信号波形と光信
号波形の対応を示すための図である。
【図6】本発明の第2の実施形態を説明するための図で
ある。
【図7】本発明の第3の実施形態を説明する図である。
【図8】半導体電界吸収型光変調器の消光特性、および
異なる複数のバイアス点での変調の様子を示したもので
ある。
【符号の説明】
1 光源 2 データ信号源 3 光強度変調器 4 波長多重装置 5 伝送路光ファイバ 6 波長多重光受信器 10 光ファイバ伝送後のアイ開口ペナルティー特性
(α=−0.6) 11 光ファイバ伝送後のアイ開口ペナルティー特性
(α=0.0) 12 光ファイバ伝送後のアイ開口ペナルティー特性
(α=+0.6) 13 光ファイバ伝送後のアイ開口ペナルティー特性
(各波長で最適αを選択後) 20 8波多重信号の光ファイバ伝送後のアイ開口ペナ
ルティー特性(α=−0.6) 21 8波多重信号の光ファイバ伝送後のアイ開口ペナ
ルティー特性(α=0.0) 22 8波多重信号の光ファイバ伝送後のアイ開口ペナ
ルティー特性(α=+0.6) 23 8波多重信号の光ファイバ伝送後のアイ開口ペナ
ルティー特性(各波長で最適αを選択後) 31 排他的論理和回路 32 排他的論理和回路の第1の入力ポート 33 排他的論理和回路の第2の入力ポート 34 信号論理を制御する外部電圧 35 光位相変調器 36 ドライバ増幅器 37 可変遅延器 100 マッハツェンダ光変調器の動作曲線 101 マッハツェンダ光変調器の第1の動作点(α>
0) 102 マッハツェンダ光変調器の第2の動作点(α<
0) 110 光変調器への入力電気波形 111 α>0となる動作点でのマッハツェンダ変調器
出力光波形 112 光変調器への入力電気波形 113 α<0となる動作点でのマッハツェンダ変調器
出力光波形 120 EA変調器の消光特性曲線 121 第1のバイアス点 122 第2のバイアス点 123 第3のバイアス点 124 変調電気信号波形
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/142 10/18 H04J 1/00 14/00 14/02 (56)参考文献 特開 平5−289125(JP,A) 特開 平2−269309(JP,A) 特開 昭62−18131(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】異なる波長を有する複数の光源と、 前記複数の光源からの光の強度をそれぞれ伝送すべき信
    号で変調する複数の光変調手段と、 前記複数の光変調手段からの光を合波する波長多重装置
    と、 前記波長多重装置からの波長多重光を伝送する光ファイ
    バと、 前記光ファイバから出力される波長多重光を波長毎に分
    離してそれぞれ受信する光受信器と、 を備えてなる波長多重光ファイバ通信装置において、 前記複数の光変調手段で光の強度を変調すると同時に生
    じる光の位相変調の変調の大きさを前記光変調手段毎に
    異なるようにしたことを特徴とする波長多重光ファイバ
    通信装置。
  2. 【請求項2】前記複数の光源の波長の値と、前記光源の
    各波長における前記光ファイバの波長分散値が既知とさ
    れた請求項1記載の波長多重光ファイバ通信装置におい
    て、 前記光ファイバの分散値が負となる波長の光源に対して
    は光の強度が増加する際に光の位相が増加するように前
    記光源に対応する前記光変調手段をそれぞれ制御し、 前記光ファイバの分散値が正となる波長の光源に対して
    は光の強度が増加する際に光の位相が減少するように前
    記光源に対応する前記光変調手段をそれぞれ制御するこ
    とを特徴とする波長多重光ファイバ通信装置。
  3. 【請求項3】光の強度が変化する際に光の位相を変化さ
    せる前記光変調手段が、マッハツェンダ型光変調器を含
    むことを特徴とする請求項1記載の波長多重光ファイバ
    通信装置。
  4. 【請求項4】光の強度が変化する際に光の位相を変化さ
    せる前記光変調手段が、半導体電界吸収型光変調器を含
    むことを特徴とする請求項1記載の波長多重光ファイバ
    通信装置。
  5. 【請求項5】各波長で伝送される信号を外部信号によっ
    て論理反転する回路手段を備えたことを特徴とする請求
    項1記載の波長多重光ファイバ通信装置。
  6. 【請求項6】異なる波長を有する複数の光源と、 前記複数の光源からの光の強度をそれぞれ伝送すべき信
    号で変調する複数の光変調手段と、 前記複数の光変調手段からの光を合波する波長多重装置
    と、 前記波長多重装置からの波長多重光を伝送する光ファイ
    バと、 前記光ファイバから出力される波長多重光を波長毎に分
    離してそれぞれ受信する光受信器と、 を備えてなる波長多重光ファイバ通信装置において、 前記複数の光変調手段は、各波長に対する伝送路の分散
    値に対して最も波形劣化が少なくなる位相変化(チャー
    プ)が送出光として出力されるように、光の位相変調量
    を定める動作点を個別に制御するように構成されたこと
    を特徴とする波長多重光ファイバ通信装置。
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