JP3461121B2 - 光リミッタ回路 - Google Patents
光リミッタ回路Info
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トクラス)の光信号の波形歪みや雑音を抑圧する光リミ
ッタ回路に関する。
る光ファイバのもつ波長分散や、伝送路中に設置された
光増幅器から発生する自然放出光(ASE)による干渉
雑音等により、光信号の波形および信号対雑音比が劣化
し、最大伝送距離や伝送容量を制限する要因になってい
る。従来は、このような光信号の波形歪みや雑音を抑圧
するために光再生中継回路が用いられていた。
入力信号光は、光増幅器81でその光パワーが増幅さ
れ、受光器82に入力されて電気信号に変換される。こ
の電気信号は増幅器83で所定のレベルまで増幅され、
分岐してタイミング抽出回路84および識別回路85に
入力される。タイミング抽出回路84では、狭帯域フィ
ルタ等を用いてクロック成分を抽出する。識別回路85
では、タイミング抽出回路84で抽出されたクロックに
より与えられるタイミングに基づいてディジタル信号の
識別を行うことにより、波形歪みや雑音を抑圧する。こ
のようにして波形整形された電気信号は、駆動回路86
で所定のレベルまで増幅され、光変調器87に変調信号
として与えられる。光変調器87は、この電気信号によ
り光源88から出力される無変調光を変調し、光信号の
再生を行う。この再生信号光は、光増幅器89で次の伝
送に必要な光パワーまで増幅され、伝送用光ファイバに
送出される。
は、電気回路の応答速度限界により動作速度が制限され
るので、テラビットクラスの超高速信号光の識別再生に
用いることができなかった。また、タイミング抽出回路
84は、ある一定のクロック周波数成分しか抽出できな
いためにビットレートが固定され、異なるビットレート
の信号を扱う場合には再構成する必要があった。また、
従来の再生中継回路は部品点数も多く、高価であった。
超高速の光伝送システムにおいて、その伝送距離は主に
光増幅器の雑音による信号対雑音比の劣化により制限さ
れ、タイミングジッタの増加による伝送特性の劣化はわ
ずかである。したがって、光信号の波形歪みや雑音の抑
圧(波形整形)のためにタイミング抽出回路84を用い
たリタイミング処理は必ずしも必要ではない。
単な構成で、超高速信号光の波形歪みや雑音を抑圧し、
伝送距離および伝送容量の拡大を可能にする光リミッタ
回路を提供することを目的とする。
は、零分散波長が入力信号光波長よりも短波長側にずれ
た値を有する光ファイバに、入力信号光および補助光を
入力して四光波混合過程を誘起する。このような光ファ
イバでは、入力信号光パワーがある閾値以上になったと
きに四光波混合光パワーが急激に大きくなり、その反動
で光ファイバ内の入力信号光パワーが低下し、出力信号
光パワーが一定値にクランプされる。この光リミッタ動
作により、入力光信号の「1」レベルの雑音が抑圧され
る。
明の光リミッタ回路の第1の実施形態を示す。
12−1を介して光合波器13に入力される。一方、補
助光源14から出力される補助光(連続光)は、偏波制
御器12−2を介して光合波器13に入力される。光合
波器13で合波された入力信号光および補助光は、偏光
子15を介して光ファイバ16に入力される。光ファイ
バ16の出力光は光フィルタ17に入力され、入力信号
光成分のみが出力される。
バ型増幅器または半導体光増幅器を用い、入力信号光パ
ワーを光ファイバ16で四光波混合が十分に起こる程度
まで増幅する。この増幅する光パワーは、四光波混合を
担う光ファイバ16の有効断面積、零分散波長、波長分
散スロープ、長さにより決定される。偏波制御器12−
1は、増幅された入力信号光の光パワーが偏光子15の
出力端で最大になるように、その偏波状態を調整する。
偏波制御器12−2は、補助光源14から出力された補
助光の光パワーが偏光子15の出力端で所定のレベルに
なるように、その偏波状態を調整する。偏波状態が調整
された入力信号光および補助光を合波する光合波器13
は、ファイバ融着型光カプラ、またはレンズおよびプリ
ズムにより構成される空間結合系を用いる。
光の波長よりもやや短波長側にずれたものを用いる。光
フィルタ17は、光ファイバ16を通過してきた入力信
号光成分および補助光成分、光ファイバ16で四光波混
合過程により発生した四光波混合光成分のうち、入力信
号光成分のみを通過させるものであり、誘電体多層膜フ
ィルタ、グレーティングを用いた反射型の光フィルタ、
帯域反射(透過)型のファイバグレーティング等を用い
る。
波形歪みおよび雑音が抑圧される動作について、図2〜
5を参照して説明する。光ファイバ16の零分散波長
は、図2に示すように入力信号光の波長よりもやや短波
長側に設定され、入力信号光波長と補助光波長との間に
も所定の波長差が設定される。なお、図2では補助光波
長を入力信号光波長の長波長側に設定しているが、入力
信号光波長の短波長側であってもよい。
パワーに応じた光カー効果により、高い光パワーを入力
したときの四光波混合の位相整合条件が変化し、光ファ
イバ16の零分散波長が信号光波長に一致しているとき
よりも四光波混合が起こりやすくなる。すなわち、図3
に示すように、入力信号光パワーがある閾値を越えると
急激に四光波混合におけるパラメトリック利得が増大
し、四光波混合光パワーが急激に成長する。一方、入力
信号光の光パワーは、パラメトリック利得により四光波
混合光成分が得た光パワーにほぼ等しい分だけ減少し、
出力信号光パワーが飽和状態となる。
を入力信号光波長よりも短波長側に設定すると、入力信
号光パワーに応じた光カー効果の影響が大きく現れ、入
力信号光パワーに対する出力信号光パワーは、図4の
ようにある入力信号光パワーを閾値として飽和特性を示
す。これにより、入力信号光に対する光リミッタ回路と
して動作することになる。この効果を実験により確認し
た結果を図5に示す。入力信号光パワーに対して出力信
号光パワーをプロットすると、入力信号光パワーが40m
Wを越えた時点で明瞭に光リミッタ動作を確認できた。
光パワーは、四光波混合が起こらない場合には、図4
に示すようにほぼ線形の依存性を示す。また、四光波混
合光を発生させるために通常用いられる光ファイバの零
分散波長と入力信号光波長を一致させた場合には、入力
信号光パワーに応じた光カー効果の影響は小さく、図4
に示すように逆2乗の依存性を示す。
搬し、光増幅器で増幅された光信号の「1」レベルの雑
音について、図4および図5に示す光リミッタ動作に
より抑圧するものである。この光リミッタ動作のもとに
なる四光波混合過程は、非共鳴過程のために非常に高速
であり、テラビットクラスの光信号の波形整形にも十分
に適用可能である。図6は、実際に増幅された自然放出
光雑音を重畳した光信号に対して、本発明の光リミッタ
回路を用いて波形整形したときの効果を確認する実験結
果である。図6(a) は光リミッタ処理前の信号光波形、
図6(b) は光リミッタ処理後の信号光波形、図6(c) は
光リミッタ処理前の信号光ヒストグラム、図6(d) は光
リミッタ処理後の信号光ヒストグラムを示す。光リミッ
タ処理することにより雑音が抑圧され、「1」レベルの
分散値が小さくなっていることがわかる。
ミッタ回路の第2の実施形態を示す。入力信号光は、光
増幅器11、自動偏波制御器21を介して偏波保持型光
合波器22に入力される。一方、偏波保持出力型補助光
源23から出力される補助光(連続光)は、偏波保持型
光ファイバ24を介して偏波保持型光合波器22に入力
される。偏波保持型光合波器22で合波された入力信号
光および補助光は光ファイバ16に入力され、さらに光
フィルタ17を介して入力信号光成分のみが出力され
る。
ィルタ17は、第1の実施形態と同様である。自動偏波
制御器21は、増幅された入力信号光がその出力端で常
に直線偏波になるように偏波状態を調整する。したがっ
て、偏波保持型光合波器22に入力される入力信号光お
よび補助光の偏波状態が常に同一になるように調整する
ことができるので、入力信号光の偏波状態が変動して
も、光ファイバ16に入力される合波光の偏波状態は常
に一定となる。これにより、入力信号光の偏波状態に依
存しない常に安定した光リミッタ動作を実現することが
できる。
実施形態の光リミッタ回路において、光ファイバ16の
零分散波長と入力信号光波長の波長差を変化させること
により、信号光成分が飽和する入力信号光パワーの閾
値、および入出力特性の形を変化させることができる。
信号光との波長差を調整するには、零分散波長の異なる
光ファイバを用いるか、光ファイバ16の温度を制御し
て零分散波長を変化させればよい。例えば、温度制御に
より光ファイバ16の零分散波長を短波長側にずらして
零分散波長と入力信号光波長の波長差を大きくすると、
信号光成分が飽和する入力信号光パワーの閾値が高めに
設定され、信号光成分が飽和する形が急峻になる。逆
に、零分散波長を長波長側にずらして零分散波長と入力
信号光波長の波長差を小さくすると、信号光成分が飽和
する入力信号光パワーの閾値が低めに設定され、信号光
成分が飽和する形がなだらかになる。このように、光フ
ァイバ16の温度制御により、連続的にリミッタ特性を
微調整することができる。
り、信号光成分が飽和する形を微調整することができ
る。例えば、補助光パワーを大きくすると、信号光成分
が飽和する入力信号光パワーの閾値が低めに設定され
る。なお、補助光パワーを調整するには、第1の実施形
態では偏波制御器12−2で偏波状態を調整するか、出
力光パワーを制御できる補助光源14または偏波保持出
力型補助光源23を用いればよい。
近させるほど信号光成分が飽和する入力信号光パワーの
閾値を低くすることができる。ただし、光ファイバ16
の後段に配置される光フィルタ17で分離できる波長差
が限界となるが、光フィルタ17として、例えばアレイ
導波路回折格子型光フィルタを用いることにより入力信
号光と補助光の波長差をかなり小さく設定することがで
きる。なお、入力信号光と補助光の波長差を可変調整す
る際には、補助光源14または偏波保持出力型補助光源
23として、DFBレーザまたは外部共振器型の波長可
変レーザを用いて補助光波長を可変させればよい。
タ回路は、光リミッタ動作のもとになる四光波混合過程
が非常に高速であるために、テラビットクラスの光信号
の波形歪みおよび雑音の抑圧にも十分に適用可能であ
る。
中継回路のようにリタイミング処理を行う構成ではない
ので、様々のビットレートの光信号に対して適用するこ
とが可能であり、汎用性が高い。
数が少なく、非常に簡単かつ安価に構成することができ
る。
す図。
助光波長の関係を示す図。
を示す図。
示す図。
実験結果を示す図。
結果を示す図。
す図。
Claims (5)
- 【請求項1】 入力信号光波長に近接した波長の補助光
を発生する補助光源と、 入力信号光および前記補助光を合波する光合波器と、 零分散波長が前記入力信号光波長よりも短波長側にずれ
た値を有し、前記光合波器で合波された入力信号光およ
び補助光を入力して四光波混合過程を誘起する光ファイ
バと、 前記光ファイバで四光波混合過程により入力信号光の飽
和が起こる光パワーまで入力信号光を増幅して光合波器
に入力する光増幅器と、 前記光ファイバから出力される前記入力信号光、前記補
助光、前記四光波混合過程により発生する四光波混合光
を入力し、入力信号光のみを光パワーの飽和によって波
形整形された出力信号光として出力する光フィルタとを
備えたことを特徴とする光リミッタ回路。 - 【請求項2】 入力信号光および補助光の偏波状態が一
致するように制御する偏波制御手段を備えたことを特徴
とする請求項1に記載の光リミッタ回路。 - 【請求項3】 入力信号光の偏波状態を直線偏波に制御
する偏波制御器を備え、 補助光源は、前記偏波制御器で制御される直線偏波と同
じ偏波状態の補助光を出力する偏波保持出力型とし、 光合波器は、同じ直線偏波の入力信号光と補助光を合波
する偏波保持型とすることを特徴とする請求項1に記載
の光リミッタ回路。 - 【請求項4】 光ファイバの温度を制御して零分散波長
を可変させる手段を備えたことを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載の光リミッタ回路。 - 【請求項5】 補助光源は、出力する補助光の波長また
は光パワーの少なくとも一方を可変させる手段を備えた
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光リ
ミッタ回路。
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1998
- 1998-07-08 JP JP19293098A patent/JP3461121B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
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平野章 他,光ファイバ中の四光波混合を用いた全光リミッタ回路,1998年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集2,日本,社団法人 電子情報通信学会,1998年 9月 7日,B−10−153,p.475 |
平野章 他,光ファイバ中の縮退四光波混合を応用した光リミッタ回路,電子情報通信学会技術研究報告,日本,社団法人 電子情報通信学会,1998年10月30日,Vol.98, No.375,pp.37−42 |
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