JP3515741B2 - 波長可変モード同期レーザ、波長変換装置、および、伝送システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報信号の波長
を変換する、波長可変モード同期レーザ、波長変換装
置、および伝送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】（第１の従来例）波長多重方式を利用す
る光通信網を実現するためには、光情報信号の波長を変
換する波長変換装置が重要であり、様々な研究が行われ
ている［文献１；Ｓ．Ｊ．Ｂ． Ｙｏｏ， Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ ］。波長変換を行う方法は、数多く存在するが、こ
こで主に説明するものは、伝送されてきた光の情報を波
長可変光源を用いて新たな波長の出力光に変換すること
に関するものである。

【０００３】このような波長変換装置において、ネット
ワーク管理システムが波長選択を行う方式と伝送された
光情報信号自身が波長選択を行う方式との２種類が存在
する。

【０００４】図３４および図３５は、各方式による波長
変換装置の一般的な構成を示す。

【０００５】図３４において、まず、光情報信号１５を
受信器１３に導くことによって、情報信号を復元する。
この情報信号で光変調器１２を駆動することにより、波
長可変光源１１の出力光を、波長変換された光情報信号
１６として出力することができる。

【０００６】波長可変光源１１の出力光の波長は、情報
処理回路１４を介してネットワーク管理システム１７か
ら送られる制御信号によって制御される。情報処理回路
１４は制御情報を処理して波長可変光源の波長を変化さ
せるために必要な電流、電圧などを出力する。

【０００７】図３５に示す波長変換装置の場合、制御信
号は、情報処理回路２４によって、伝送中の光情報信号
から直接復元している。すなわち、光情報信号２５は、
通信情報と制御情報との両方を有している。このように
情報信号に付加されている制御情報は、ヘッダ（ｈｅａ
ｄｅｒ）と呼ばれており、送信元はヘッダを用いてネッ
トワークの中継ノードに波長変換に関する情報を送信す
ることができる。

【０００８】なお、図３５における波長変換自体は、図
３４の波長変換装置と同じであり、受信器２３は受信器
１３と対応し、光変調器２２は光変調器１２が対応して
いる。

【０００９】（第２の従来例）従来の時間−波長マッピ
ングレーザは、共振器の繰り返し周波数を変化させるこ
とによって発振波長が可変される波長可変モード同期レ
ーザであり、構成が単純で、高速に波長可変が可能で、
また容易に波長選択が可能であるといういくつかの利点
がある。

【００１０】図３７は、上記レーザの一般的な発振特性
１５０を示す。

【００１１】図３７において、入力信号として複数のク
ロック信号のクロック周波数ｆi が存在し、クロック信
号がレーザに印加されることによって、繰り返し周波数
ｆiおよび波長λi でモード同期発振（パルス発振）が
実現される。

【００１２】この場合、発振波長とクロック周波数とは
一対一の関係が存在し、クロック信号のクロック周波数
ｆiを選択することによって、レーザの発振波長が選択
される。

【００１３】図２７は、時間−波長マッピングレーザの
構成例を示す（詳細な説明についは後述する）。

【００１４】図２７において、レーザの共振器1−1内の
波長マッピング遅延回路1−4は、伝搬遅延（すなわち＜
光路長）が波長により異なる回路のことであり、発振特
性を図３８に示す。

【００１５】図３８において、入力波長l_i がＮ波長存
在し、各波長に固有な光路長 ΔL_{op t}(l_i)とそれに対応
する伝搬遅延ΔT(l_i)が存在する。

【００１６】すなわち、時間―波長マッピング回路に波
長 l_i の光を入射した際、その光は長さΔL_opt(l_i)を伝
搬して出射され、ΔL_opt(l_i)に対応する伝搬遅延ΔT
(l_i)が与えられる。光路長とは、物理的の長さΔL(l_i)
と屈折率 n の積であり、 ΔL_{op t}(l_i) = nΔL(l_i)で表
せる。cが真空中の光速である場合、伝搬遅延と光路長
の関係をΔT(l_i)= ΔL_opt(l_i) / cで表せる。

【００１７】図２７において、波長マッピング遅延回路
1−4をレーザの共振器1−1に挿入した際、レーザの共振
器全体の光路長L_opt(l_i)とそれに対応する基本繰り返し
周期T(l_i)（基本繰り返し周波数f^(T) _i = 1 / T(l_i)）と
が波長により異なるようになる。

【００１８】光変調器1−3を基本繰り返し周期と一致す
る周期（すなわち、繰り返し周期T(l_i) / m、mは正数）
で変調することにより、その周期に対応する波長 l_i で
モード同期発振が実現される。

【００１９】他の波長は変調と一致していない周期で共
振器1−1内を伝搬するため、これらの波長の発振は抑圧
される。すなわち、時間−波長マッピングレーザの発振
波長は、光変調器1−3を駆動するクロック信号の周波数
を設定することによって選択できる。

【００２０】図２７に示すレーザの場合、駆動部1−15
により、駆動信号1−14が発生されている。駆動部で用
いらているクロック信号発生器1−8によりクロック信号
1−9が発生される。クロック信号発生器1−8から周波数
f₁, f₂, ..., f_Nのクロック信号を得ることが可能であ
るが、その内の一つがクロック信号選択部1−7により選
択されている。

【００２１】駆動信号1−14は、クロック信号1−9およ
びDCバイアス信号1−12からなっており、DCバイアス信
号1−12は光変調器1−3の動作点を設定するために必要
である。DCバイアス信号1−12はDCバイアス信号発生部1
−11により発生されており、DCバイアス信号のレベル調
整はDCバイアス信号調整部1−10により調整されてい
る。合成部1−13により、クロック信号1−9とDCバイア
ス信号1−12とが合成されている。

【００２２】（第３の従来例）光伝送は、標準の伝送速
度（例えば、STM1標準では155.52 Mbps）で行われてい
るため、繰り返しが固定で伝送速度と一致しているパル
ス光源または連続的な光を出力する光源（ｃｗ光源）が
用いられている。

【００２３】図２１（ａ）は、パルス光源を用いた従来
の伝送システムで伝送される伝送信号の例を示す。光パ
ルスとデータビットに一対一の対応性が存在する。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】（第１の従来例の課
題）まず、第１の従来例の課題について説明する。

【００２５】図３４と図３５の波長変換装置において、
波長を選択するために、情報処理回路１４又は２４が必
要となる。

【００２６】本回路に入力される信号は、出力波長の情
報を含む制御情報である。制御信号の形式は、例えばバ
イナリー符号であるが、波長可変光源１１又は２１の波
長を変化させるために必要な信号は、実際に使用されて
いる光源による。

【００２７】例えば、波長可変半導体レーザ(分布帰還
型半導体レーザ［文献２；Ｈ．Ｓｏｄａ，Ｙ．Ｋｏｔａ
ｋｉ，Ｈ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｓ．Ｙａｍａｋｏｓｈ
ｉ，ａｎｄＨ．Ｉｍａｉ，ＩＥＥＥＪ．Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．２３，ｐｐ．１３４３
−１３４８（１９９２）］、分布ブラッグ反射型半導体
レーザ［文献３；Ｋ．Ｋｏｎｄｏ，Ｍ．ｋｕｄｏ，Ｙａ
ｍａｋｏｓｈｉ，ａｎｄＫ．Ｗａｋａｏ，ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ， ｖｏｌ．２８，ｐｐ．１３４３−１３４８
（１９９２）］、サンプルグレーティング半導体レーザ
［文献４;Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ，Ｚ．Ｍ．ＣＨｕａ
ｎｇ，ａｎｄＬ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎ，ＩＥＥＥ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ，ｐｐ１８２４−１８３４，Ｊｕｎｅ（１９９
３））を使用した場合、素子に注入する電流および素子
の温度を変化させることによって、波長可変が実現され
ている。

【００２８】従って、情報処理回路は、所望の波長を得
るために必要な注入電流と電圧などを出力する必要があ
る。

【００２９】また、波長可変光源の他の例としては、多
数の異なる波長で発振する多波長光源［文献５；石川丈
二、近間輝美、特開平６−１８８５１７号公報、文献
６；Ｒ．Ｍｏｎｎａｒｄ，Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ，Ｃ．
Ｈ．Ｊｏｙｎｅｒ，Ｍ．Ｚｉｒｎｇｉｂｌｅ，ａｎｄ
Ｌ．Ｗ．Ａｔｕｌｚ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．９，
ｐｐ８１５−８１７，Ｊｕｎｅ（１９９７）］がある。

【００３０】このような光源は、多数の異なる波長の半
導体レーザをアレイにして実現されており、所望の波長
に対応するレーザ素子を発振させて波長選択が行われて
いる。

【００３１】この場合、情報処理回路は、適当なレーザ
を発振させるための注入電流などを出力する必要があ
る。

【００３２】このように情報処理回路が必要であること
は、波長変換装置を複雑にし、コストを増加させるとい
う問題を生じる。

【００３３】また、図１８のような波長変換装置の場
合、制御情報は伝送された光情報信号の一部であるた
め、高速にヘッダーを復元および処理する必要がある。
このようなヘッダー処理は、特別なＩＣ（論理回路）な
どを用いて実現されているが、このようなＩＣの製作
は、現状では困難である。

【００３４】（第２の従来例の課題）次に、第２の従来
例の課題について説明する。

【００３５】図２７において、従来の時間−波長マッピ
ングレーザは、波長マッピング遅延回路1−4として、波
長分散量が高い光ファイバ、又は、分布ブラッググレー
ティング（distributed Bragg grating (DBG)）を用い
ている。

【００３６】しかし、これら部材を用いたそれぞれの方
法には、以下に述べるような問題がある。

【００３７】まず、光ファイバを用いた場合、長さ当た
りの分散量が小さいため、波長による遅延の変化を十分
大きくするために長いファイバ（数１０ｍから数１００
ｍ）が必要になる。このため、レーザの共振器1−1を安
定にすることが困難である。また、波長可変速度が共振
器長に比例しているため、高速な波長可変が困難であ
る。

【００３８】分布ブラッググレーティング（ＤＢＧ）を
用いた場合、小型な構成が可能であるが、分布ブラッグ
グレーティングの反射帯域と物理的な長さが反比例して
いるため、任意の波長間隔および伝搬遅延差を得ること
が困難である。

【００３９】特に、狭い波長間隔（例えば５０GHz、１
００GHｚ間隔）を実現するためには１つの波長に対応す
るDBGの物理的な長さが5mm以上になるため、多くな波長
数を得るためにDBG全体が大変長くなるため設計が困難
である。

【００４０】さらに、各方法の場合、各波長に対応する
伝搬遅延量を独立に変化させることができないため、ク
ロック信号の周波数と発振波長の対応性を任意に変化さ
せることができないという問題点がある。

【００４１】（第３の従来例の課題）時間−波長マッピ
ングレーザの繰り返しが波長により変化するため、従来
の伝送システムでは繰り返しが伝送速度と一致する波長
のみでしか用いることができない。そのため繰り返しを
固定させておきながら発振波長を変化させる方法がいく
つか提案されている（K. Tamura and M. Nakazawa, Opt
ics Letters, Vol. 21,pp. 1984-1986 (1996). S. Li,
K. T. Chan, C. Lou, Electronics Letters, Vol. 34,
No. 12, p1234-1236 (1998). K. Chan and C. Shu, E
lectronics Letters, Vol. 36, No. 1, p42-43 (200
0).）。

【００４２】これらの提案では、共振器長を変化させる
こと、又は光変調器を２台利用するようなことなどが必
要であるため、レーザ構成の複雑化、コストの増加、お
よび性能の劣化というような問題が生じる。

【００４３】そこで、本発明の目的は、クロック信号と
対応する波長に依存しない任意の波長間隔で、かつ、各
波長が独立した伝搬遅延差を有する発振波長の出力信号
を生成し、クロック信号の周波数と発振波長の対応性を
任意に変化することが可能な波長可変モード同期レー
ザ、波長変換装置、および、伝送システムを提供するこ
とにある。

【００４４】また、本発明の他の目的は、時間−波長マ
ッピングモード同期レーザの繰り返し周波数を変化させ
ながら一定の伝送速度で伝送を行う、波長可変モード同
期レーザ、波長変換装置、および、伝送システムを提供
することにある。

【００４５】さらに、本発明の他の目的は、複雑な情報
処理回路を用いず簡単な回路構成で、光情報信号から制
御情報を容易に復元することが可能な、波長可変モード
同期レーザ、波長変換装置、および、伝送システムを提
供することにある。

【００４６】

【課題を解決するための手段】本発明は、波長可変モー
ド同期レーザであって、所定の波長に対応するクロック
信号が入力される共振器内に、前記クロック信号と対応
する波長に依存しない任意の波長間隔で、かつ、各波長
が独立した伝搬遅延差を有する発振波長の出力信号を生
成する信号生成手段を具えることによって、波長可変モ
ード同期レーザを構成する。

【００４７】ここで、前記信号生成手段は、アレイ導波
路グレーティングを有してもよい。

【００４８】前記アレイ導波路グレーティングは、前記
共振器の光路長を変化させてもよい。

【００４９】前記アレイ導波路グレーティングは、波長
数Nの各波長に対応する共振器の光路長を独立に変化さ
せてもよい。

【００５０】前記共振器内にN×Nのミラーアレイをさら
に具え、前記ミラーアレイの反射状態を調整することに
よって各波長に対応する共振器の光路長を変化させても
よい。

【００５１】前記共振器を複数個具え、光空間スイッチ
によって該複数の共振器の１つを選択してもよい。

【００５２】前記共振器の出力信号の繰り返し周波数を
ｆ_L としたとき、該繰り返し周波数は、ｆ_Lを中心とし
てΔｆ_Lのバンド幅（Δｆ_L≪ｆ_L）を有し、前記クロッ
ク信号に対応した伝送信号の伝送速度をＲとしたとき、 Ｒ≪ｆ_L の関係が得られ、前記伝送信号１ビットに対して複数の
パルスを対応させてもよい。

【００５３】本発明は、波長可変光源を用い、伝送信号
を新たな波長の出力信号に変換する波長変換装置であっ
て、前記波長可変光源として、前記波長可変モード同期
レーザを用い、前記波長可変光源から出力される前記出
力信号を変調することによって、前記伝送信号を新たな
波長の信号に変換することによって、波長変換装置を構
成する。

【００５４】ここで、前記波長可変光源から出力される
前記出力信号の波長は、前記伝送信号に含まれる制御情
報によって設定してもよい。

【００５５】前記制御情報は、前記クロック信号と同じ
周波数としてもよい。

【００５６】前記波長変換装置の出力端に、波長分離手
段を接続してもよい。

【００５７】本発明は、レーザの繰り返し周波数を変化
させながら一定の伝送速度で伝送するシステムであっ
て、送信側の装置は、前記波長可変モード同期レーザ
と、該波長可変モード同期レーザから、繰り返し周波数
が伝送速度よりも十分高く設定され、かつ、エンベロー
プ成分が伝送情報に対応した伝送用の出力信号を出力す
る出力手段とを具え、受信側の装置は、所定のカットオ
フ周波数によって前記出力信号のエンベロープ成分を抽
出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタによ
って抽出されたエンベロープ成分を識別して前記伝送情
報を復元する復元手段とを具えることによって、伝送シ
ステムを構成する。

【００５８】本発明は、レーザの繰り返し周波数を変化
させながら一定の伝送速度で伝送するシステムであっ
て、送信側の装置は、前記波長変換装置と、該波長変換
装置から、繰り返し周波数が伝送速度よりも十分高く設
定され、かつ、エンベロープ成分が伝送情報に対応した
伝送用の出力信号を出力する出力手段とを具え、受信側
の装置は、所定のカットオフ周波数によって前記出力信
号のエンベロープ成分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタによって抽出されたエンベロープ
成分を識別することによって前記伝送情報を復元する復
元手段とを具えることによって、伝送システムを構成す
る。

【００５９】ここで、前記所定のカットオフ周波数をｆ
_cut とし、前記伝送速度をＲとしたとき、前記伝送用の
出力信号を受信する際に、該カットオフ周波数ｆ_cut が R ＜ｆ_cut ＜ ｆ_min であるローパスフィルタを用いて光パルス列に対応する
成分を取り除いてもよい。

【００６０】前記波長可変モード同期レーザの出力側
に、多重度Ｋの光時間多重回路をさらに接続し、該波長
可変モード同期レーザの出力光は光時間多重回路の出力
光であり、該出力光のパルス列の平均繰り返し周波数が
Ｋｆ_L であり、該平均繰り返し周波数の最小周波数がＫ
ｆ_minとしてもよい。

【００６１】

【００６２】

【００６３】

【００６４】

【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【００７１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００７２】［第１の例］本発明の第１の実施の形態
を、図１〜図７に基づいて説明する。

【００７３】（波長変換装置の構成）まず、本装置の全
体構成について説明する。

【００７４】図１は、本発明に係る波長変換装置の構成
を示すものであり、伝送される光情報信号５８から波長
選択を行う場合の例である。

【００７５】本装置は、波長可変光源５０と、光情報信
号５８から情報信号を復元する受信器５５と、光情報信
号５８中のクロック信号ＣＫを抽出するクロック抽出回
路５６と、情報信号によって波長可変光源５０の出力光
を変調する光変調器５７とを具備している。

【００７６】波長可変光源５０は、リング型（ｒｉｎｇ
Ｃａｖｉｔｙ）のモード同期レーザの共振器として構
成され、波長はクロック信号ＣＫの周波数にマッピング
されている。この波長可変光源５０は、光変調器５１
と、光増幅器５２と、光方向性結合器５３と、波長マッ
ピング用遅延回路５４とを具備している。

【００７７】光変調器５１は、マッハツェンダー（Ｍａ
ｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型のＬｉＮｂＯ₃、変調器、電
界吸収型（ＥＡ）変調器、又は利得変調半導体光増幅器
により構成される。

【００７８】光増幅器５２は、半導体光増幅器又は希土
類添加導波路増幅器により構成される。

【００７９】光方向性結合器５３は、クロック信号ＣＫ
の周波数を変化させることによって波長が変化された出
力光Ｐを、共振器５０内から取り出すための装置であ
る。

【００８０】受信器５５は、伝送速度Ｒの電気受信器に
より構成される。

【００８１】クロック抽出回路５６は、クロック周波数
帯のＲＦフィルタおよびＲＦアンプの組み合わせによっ
て構成される。

【００８２】なお、波長マッピング用遅延回路５４の詳
細な構成については後述する。

【００８３】（波長変換装置の動作）次に、波長変換装
置の動作について説明する。

【００８４】伝送される光情報信号５８には、クロック
信号ＣＫがサブキャリヤとして多重化されている。この
光情報信号５８は、受信器５５およびクロック抽出回路
５６に入力される。

【００８５】受信器５５では、光情報信号５８を受信し
て情報信号を復元する。復元された情報信号は、光変調
器５７に入力される。

【００８６】クロック抽出回路５６は、光情報信号５８
中に多重化されたクロック信号ＣＫを抽出する。この抽
出されたモード同期用のクロック信号ＣＫは、波長可変
光源５０のリング型として構成された共振器内の光変調
器５１を駆動する。

【００８７】光変調器５１からは、変調された光信号が
出力され、この光信号は光増幅器５２によって増幅され
る。この増幅された光信号は、方向性結合器５３を介し
て、波長マッピング遅延回路５４に入力される。この遅
延回路５２では、入力された光信号に、波長によって異
なる伝搬遅延を与える。ここでは、その伝搬遅延の与え
られた光信号を遅延信号という。この遅延信号に基づい
てクロック信号ＣＫの周波数を変化させることによっ
て、波長可変光源５０の出力光Ｐの波長を変化させるこ
とができる。このようにして波長が変化された出力光Ｐ
は、光変調器５７に出力される。

【００８８】そして、光変調器５７において、復元され
た情報信号を用いてモード同期レーザの出力光を変調す
ることによって、波長変換された光情報信号５９を得る
ことができる。

【００８９】このように、簡単なクロック抽出回路５６
（電気フィルタおよび電気増幅器のみの構成）を使用し
て波長変換処理を実行できるため、従来の波長変換装置
が必要としていた複雑な情報処理回路を省略することが
できる。なお、このモード同期レーザの共振器は、リン
グ型（ｒｉｎｇ Ｃａｖｉｔｙ）として示されている
が、線形型（１ｉｎｅａｒ Ｃａｖｉｔｙ）の構成とし
ても同様な動作を実現できる。

【００９０】（モード同期発振の条件）次に、本レーザ
が安定してモード同期発振をする条件について考える。

【００９１】まず、一般的には、光変調器を駆動するク
ロック信号の繰り返し周波数（クロック周波数）ｆｃ
と、光が共振器内を伝搬する時間に対応する繰り返し周
波数ｆ _fとが一致した場合（ｆｃ＝ｆ_f）、安定なモード
同期発振が実現される。

【００９２】ｆｃは、電気発振器から発生されているた
め、自由に周波数の値を変化させることができる。ｆ_f
は、光がレーザの共振器内を１周伝搬する時間Ｔ_Lに対
応しているため、レーザの物理的な系により固定されて
いると考えられる。

【００９３】Ｔ_Lは、共振器長がＬである場合、 Ｔ_L＝ｎＬ／ｃ …（１） ただし、ｎ：屈折率 ｃ：光速 として表される。また、ｆ_fとＴ_Lとの関係は、 ｆ_f＝ｍ／Ｔ_L …（２） ただし、ｍ（整数）＞０ しかし、本発明で使用するモード同期レーザは、波長マ
ッピング・遅延回路を用いており、Ｌ（従って、Ｔ_L）
が発振波長λに依存しているため［Ｌ＝Ｌ（λ）、Ｔ_L
＝Ｔ_L（λ）］、ｆ_fもλに依存している。この場合、変
調器に、あるクロック周波数ｆｃを印加した際、 ｆｃ＝ｆ_f（λ） …（３） が満足される波長λで安定なモード同期発振が起こる。
他のλでは、前記の条件が満足されていないため、発振
が起きない。さらに、ｆｃを選択することにより、λを
選択することができると考えられる。

【００９４】（波長マッピング用遅延回路）ここで、波
長マッピング用遅延回路５４の設計について考える。

【００９５】まず、波長マッピング用遅延回路５４によ
り、レーザの共振器は波長に依存しない長さＬｏの部分
と、波長に依存している長さΔＬ（λ）の部分とからな
っていると考えられる（ΔＬ（λ）≪Ｌｏ）。この場
合、繰り返し周波数ｆ_fは、 ｆ_f ＝ｍｃ／（ｎＬ（λ）） ≒（ｍｃ／（ｎＬｏ））（１−ΔＬ（λ）／Ｌｏ） ≒ｆｏ−Δｆ（λ） …（４） ここで、ｎＬ（λ）／ｃは、伝搬遅延（秒）を表す。ま
た、ｆｏ＝ｍｃ／（ｎＬｏ）、Δｆ（λ）＝ｍｆｏ（Δ
Ｌ（λ）／Ｌｏ）である。

【００９６】式（４）において、例えば、ｎ＝１．５、
ｃ＝３×１０⁸ｍ／ｓ、ｍ＝２５０、Ｌｏ＝１０ｍであ
る場合、ｆｏ＝１０ＧＨｚである。Δｆ＝１ＭＨｚにす
るために、ΔＬ＝１ｍｍが必要となる。

【００９７】式（４）から、各波長λに対応する繰り返
し周波数ｆ_fを計算することができ、ある波長に対応す
る周波数ｆ_rのクロック信号（ｆｃ）で光変調を駆動す
ることによって、その波長を選択することができる。言
い替えると、式（４）の繰り返し周波数ｆ_fは伝搬遅延
ｎＬ（λ）／ｃに依存するものであり、この伝搬遅延に
基づいてクロック周波数を変化させることができる。

【００９８】（波長マッピング用遅延回路の構成例）次
に、波長マッピング用遅延回路５４の具体的な構成例に
ついて説明する。

【００９９】図２は、波長マッピング用遅延回路５４と
しての、不連続的にブラッグ反射波長が変化するＤＢＧ
（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎ
ｇ）の構成を示す。

【０１００】波長はブラッグ波長λ_k（λ₁〜λ₇）から
決まり、各ＢＧの位置によって遅延、すなわち繰り返し
周波数が決まる。

【０１０１】具体的には、波長マッピング用遅延回路５
４が７個の遅延素子５４ａから構成されている場合、グ
レーティングの波長をλ₁〜λ₇とし、グレーティングの
間の物理的な長さをΔＬ₁₂，ΔＬ₂₃，ΔＬ₃₄，ΔＬ₄₅，
ΔＬ₅₆，ΔＬ₆₇とすると、信号が該７個の遅延素子５４
ａに入力して反射され出力された段階での波長λ_kに与
える遅延量Ｔ_k（時間）は、

【０１０２】

【数１】 として表すことができる。ただし、λ₁に与える遅延量
Ｔ₁は、０とする。ｃは、光速である。

【０１０３】波長マッピング用遅延回路５４を用いたモ
ード同期レーザの波長可変特性は、不連続的になる。こ
の場合、ブラッグ波長の順番を任意に設定できるため、
任意の波長・遅延マッピング特性を実現することができ
る。従って、任意のクロック波長・周波数マッピング特
性を得ることができる。

【０１０４】図３は、図２のＤＢＧ５４を従属接続する
ことによって、図１の波長変換装置を構成した場合の例
を示す。

【０１０５】波長可変光源５０を構成するモード同期レ
ーザ共振器は、ＬｉＮｂＯ₃の光変調器ＬＮ１と、波長
１．５μｍ帯の半導体光増幅器ＳＡと、偏波依存型の光
サーキュレータ６２と、光ファイバブラッググレーティ
ング（ＦＢＧ）６３とからなっている。

【０１０６】９個の異なる反射波長のＦＢＧ６３を従属
接続して波長マッピング用遅延回路５４を構成すること
ができる。ＦＢＧ６３の反射波長は、波長１５４３ｎｍ
から１５５９ｎｍの間に波長間隔２ｎｍの波長グリッド
上に設定されている。

【０１０７】隣接ＦＢＧ６３間の遅延差は２００／９＝
２２．２２ｐｓであり、各ＦＢＧ６３の長さは２，２８
３ｍｍである。１０ＧＨｚ帯のクロック信号を使用した
場合、クロック信号ＣＫの周波数を増加させることによ
って、波長はλ₅−λ₉−λ₄−λ₈−λ₃−λ₇−λ₂−λ₆
−λ₁の順番を繰り返して変化する。ＤＢＧ６３の反射
波長は、連結的に長くなっていくように設定されている
（λ₁＜λ₂＜λ₃…）。

【０１０８】図３の動作について説明する。伝送された
光情報信号５８は、受光器ＰＤにより検出されることに
より、情報信号とクロック信号ＣＫが同時に復元され
る。これら復元された信号は、パワースピリッタＰＳ
（方向性結合器）により分岐され、ローパスフィルタ６
０とサブキャリアクロック抽出器６１に導かれる。ロー
パスフィルタ６０の出力信号は、光変調器ＬＮ２に導か
れる。サブキャリアクロック抽出器６１の出力信号は、
光変調器ＬＮ１（ＬｉＮｂＯ₃）に導かれる。

【０１０９】ここで、ローパスフィルタ６０は図１の受
信器５５に相当し、サブキャリアクロック抽出器６１は
図１のクロック抽出回路５６に相当する。光変調器Ｎ１
は図１の光変調器５１に相当し、半導体光増幅器ＳＡは
図１の光増幅器５２に相当する。また、光サーキュレー
タ６２と７個の遅延素子（ＤＢＧ）５４ａとは、波長マ
ッピング用遅延回路５４を構成している。

【０１１０】なお、図３の共振器を構成する素子の配列
は図１の配列とは異なっているが、物理的な作用しては
何ら問題はない。また、図３では、レーザ光を取り出す
手段として、図１の光方向性結合器５３を用いていない
が、これは、遅延素子５４ａによって進行する光を使用
しているためである。

【０１１１】そして、このようにしてクロック信号ＣＫ
の周波数を変化させることにより、波長が変化された波
長可変光源５０からの出力光Ｐは、光変調器ＬＮ２に導
かれる。この光変調器ＬＮ２では、ローパスフィルタ６
０からの出力信号に基づいて、出力光Ｐが変調され、こ
れにより、所望とする情報信号５９を得ることができ
る。なお、光変調器ＬＮ２は、図１の光変調器５７に相
当する。

【０１１２】（実験結果）図４と図５は、伝送速度２．
５ＧｂＰｓで行った波長変換の結果を示す。

【０１１３】入射光の波長は１５５０ｎｍである。図４
は、９波長に波長変換を行ったときの出力スペクトルで
ある。図５は、入射光（ＧＳＬＤ：ゲインスイッチレー
ザダイオード）と波長変換後の出射光の誤り率とを測定
した結果である。この図５により、良好な誤り率特性が
得られていることがわかる。

【０１１４】上述したように、波長可変レーザが波長マ
ッピング用遅延回路５４を用いたモード同期レーザによ
り構成されているので、共振器内の光変調器を駆動する
クロック信号の周波数を変化させることによって発振波
長がクロック周波数に一対一対応し、容易な波長選択が
可能になる。すなわち、図１において、光変調器５１を
クロック信号で駆動した際、光が共振器内を伝搬する時
間と変調の繰り返し時間が一致する波長でモード同期
（安定なパルス発振）が実現される。

【０１１５】各波長に固有な伝搬時間を生じさせるよう
に波長マッピング用遅延回路５４を設計した場合、周波
数ｆｉのクロック信号と一致する波長λｉは一つしか存
在しないようになり、他の波長のタイミングは、変調と
一致していないため発振が抑圧される。従って、波長選
択を容易に実現でき、従来の波長変換装置で複雑であっ
た波長選択回路を簡単化することができる。

【０１１６】（光強度）図６は、情報変調およびサブキ
ャリア変調されている光情報信号の強度−時間波形の例
を示す。このサブキャリヤから波長変換用のクロックを
抜き出すことができる。

【０１１７】従来の波長変換素子はＣＷ（ｃｏｎｔｉｎ
ｕｏｕｓ ｗａｖｅ）の波長可変光源を用いているた
め、強度−時間波形は、図６に示すような波形になる。

【０１１８】図１に示す波長変換装置は、伝送された光
情報信号５８からクロック信号ＣＫを直接復元するもの
である。この例では、伝送された光情報信号５８の強度
波形は、図７に示すようなものとなる。

【０１１９】クロック抽出回路５６により伝送された光
からクロック信号ＣＫが抽出されており、このクロック
信号ＣＫを用いてモード同期レーザを駆動することによ
って、波長選択を実現できる。クロック抽出回路５６
は、電気フィルタと電気増幅器から実現できるような簡
単な回路であり、従来の波長変換素子が必要とした複雑
な情報処理回路が不要である。従って、送信側から波長
選択の制御を容易に行うことが可能である。

【０１２０】［第２の例］次に、本発明の第２の実施の
形態を、図８に基づいて説明する。なお、前述した第１
の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符
号を付す。

【０１２１】図８は、波長選択を外部から行う場合の波
長変換装置の構成例である。

【０１２２】波長可変光源５０は、前述した図１と同様
な構成であり、光変調器５１と、光増幅器５２と、光方
向性結合器５３と、透過する光の波長によって固有な伝
搬遅延を与える波長マッピング用遅延回路５４とからな
っており、全体として、モード同期レーザ共振器を構成
している。

【０１２３】モード同期レーザの変調に用いるクロック
信号ＣＫは、装置内部に設けたクロック信号発生器又は
前述したように伝送された光情報信号５８から得ること
が可能である。

【０１２４】本例では、クロック信号発生器３６を使用
したときの構成であり、クロック信号ＣＫの周波数の制
御は、ネットワーク管理システム１７が行っている。ク
ロック信号発生器３６としては、電圧制御型の電気ＲＦ
発信器を使用できる。

【０１２５】そして、モード同期用のクロック信号ＣＫ
は、ネットワーク管理システム１７からクロック信号発
生器３６を介して光変調器５１に送られてくる。

【０１２６】発振波長は、クロック信号ＣＫの周波数に
対応（マッピング）している。すなわち、クロック信号
ＣＫの周波数を変化させることによって、波長選択が可
能となる。このクロック信号ＣＫの周波数を変化させる
ことによって、波長可変光源５０から出力される出力光
Ｐの波長を変化させることができる。

【０１２７】一方、伝送された光情報信号５８からの情
報信号は、受信器５５によって復元され、光変調器５７
に送られる。この復元された情報信号で光変調器５７を
駆動することによって、波長変換された光情報信号５９
に情報を乗せることができる。

【０１２８】ただし、情報の伝送速度がＲの場合、誤り
率が少ない通信を実現するためには、繰り返し周波数ｆ
ｉ≫Ｒ（２倍以上）にする必要がある。波長変換された
光情報信号５９には、情報の変調および周波数ｆｉのサ
ブキャリアクロックの変調が掛かっている。

【０１２９】この波長変換装置の制御情報は、クロック
信号ＣＫの周波数であるため、従来の波長変換装置が必
要とした情報処理回路が不要になるという利点がある。

【０１３０】［第３の例］次に、本発明の第３の実施の
形態を、図９および図１０に基づいて説明する。なお、
前述した第１の例および第２の例と同一部分について
は、その説明を省略し、同一符号を付す。

【０１３１】本例は、波長マッピング用遅延回路５４を
実現するための他の構成例を示す。

【０１３２】ここでは、図９に示すように、波長マッピ
ング用遅延回路５４として、アレイ導波路グレーティン
グ（ＡＷＧ）８０を用いて構成したものである。

【０１３３】ＡＷＧ８０は、入力端および出力端８１
と、スターカプラ８２と、アレイ導波路８３と、スター
カプラ８４と、出射面８５と、波長分離出射端８６と、
反射面８７とから構成される。

【０１３４】入射端８１に入射した光は、スターカプラ
８２によりアレイ導波路８３に入射される。アレイ導波
路８３の長さＬ（ｉ）は、 Ｌ（ｉ）＝Ｌ₀＋ΔＬ₁（ｉ−Ｎ／２） ＋ΔＬ₂（ｉ−Ｎ／２）² …(６) として定義することができる。ここで、ｉは、図９に示
されている導波路のラベルであり、Ｎが導波路の本数で
ある。

【０１３５】アレイ導波路８３から出力された光は、ス
ターカプラ８４の中で干渉し、出射端８５にはそれぞれ
異なった波長での光が出力される。従って、出射端８５
の終点に反射面８６を挿入した場合、その長さを変化さ
せることによって、異なった繰り返しに対応することが
できる。すなわち、任意な波長と遅延のマッピング特性
を得ることができる。

【０１３６】ΔＬ₁とΔＬ₂を最適な値にする方法とし
て、例えば、１．５μｍ帯で、波長数３２、波長間隔
０．８ｎｍのものを実現する例（材料は、ＳｉＯ₂）に
ついて説明する。

【０１３７】まず、回折次数ｍ＝ｎΔＬ₁／λ₀＝５９、
ΔＬ₁＝６３μｍ、ΔＬ₂＝０のＡＷＧ８０を設計する。
ここで、ｎ＝１．４５は実効屈折率であり、λ₀＝１５
５０ｎｍは中心波長である。Ｎは、例えば２００に設定
できる。

【０１３８】出射端の長さを設定することにより、所望
な遅延特性を得られる。ただし、本回路は、レーザ共振
器に挿入して、安定な発振を得るために、ＡＷＧ８０の
自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）を制限することが必要で
ある。ＦＳＲは、ＦＳＲ≒λ ₀／ｍから予測できる。

【０１３９】また、上記の例では、ΔＬ₂＝６／Ｎ＝
０．０３μｍに設定すると、ＦＳＲが十分制限され、安
定な発振を得られる。このような回路を用いた場合に
も、図１０に示すようにクロック周波数により、不連続
的な波長可変特性が得られる。

【０１４０】［第４の例］次に、本発明の第４の実施の
形態を、図１１および図１２に基づいて説明する。な
お、前述した第１の例〜第３の例と同一部分について
は、その説明を省略し、同一符号を付す。

【０１４１】本例は，波長マッピング用遅延回路５４を
実現するための他の構成例を示す。

【０１４２】波長マッピング用遅延回路５４として、伝
搬遅延が波長により増加又は減少する性質を有する波長
分散媒質を用いて構成したものである。ここでは、波長
分散値が極めて大きい波長分散媒質からなり、高い分散
値を持つ光ファイバ又は連続的なチャープ（波長による
伝搬遅延の変化）を持つブラッググレーティング（Ｂｒ
ａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＢＧ））によって構成する。

【０１４３】この場合、図１１に示すような連続的な波
長による伝搬遅延の変化が生じ、図１２に示すようにク
ロック周波数による波長の変化も連続的である。

【０１４４】波長分散値Ｄ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）と光路
長の変化に対応する有効の長さの変化ΔＬ_effの関係
は、 ΔＬ_eff＝ｃＤＬ_DΔλ／ｎ …（７） ただし、Δλ：波長間隔 Ｌ_D：波長分散媒質の長さ となる。

【０１４５】例えば、ΔＬ_eff＝１ｍｍをΔλ＝０．８
ｎｍで得るために、波長分散量｜ＤＬ_D｜＝６．２５ｐ
ｓ／ｎｍが必要になる。

【０１４６】［第５の例］次に、本発明の第５の実施の
形態を、図１３に基づいて説明する。なお、前述した第
１の例〜第４の例と同一部分については、その説明を省
略し、同一符号を付す。

【０１４７】前述した例で説明した波長マッピング用遅
延回路５４のマッピング特性は固定であり、固定した波
長とクロック周波数マッピング特性とを実現している。

【０１４８】本例は、図１および図８の波長変換装置に
用いられているモード同期レーザに、遅延量を可変でき
る遅延可変素子を挿入することによって、マッピング特
性をプログラマブル（可変できること）にするように構
成したものである。

【０１４９】図１３は、波長可変光源５０に、遅延可変
素子９２が挿入されているモード同期レーザの構成例を
示す。

【０１５０】遅延可変素子９２は、遅延量を可変できる
遅延線であり、移動式ステージ、ミラー、レンズ等から
構成される。

【０１５１】遅延可変素子９２は、図１の波長可変光源
５０内の光路上であれば、どの位置に挿入してもよい。
例えば、光変調器５１と光増幅器５２との間や、光方向
性結合器５３と波長マッピング遅延回路５４との間等の
光路上に挿入することができる。

【０１５２】この遅延可変素子９２を用いて共振器長を
変化させた場合、クロック周波数による波長可変特性
が、クロック周波数軸上で移動されることになる。

【０１５３】［第６の例］次に、本発明の第６の実施の
形態を、図１４に基づいて説明する。なお、前述した第
１の例〜第５の例と同一部分については、その説明を省
略し、同一符号を付す。

【０１５４】本例は、マッピング特性をプログラマブル
にするための他の回路構成例を示す。

【０１５５】図１４において、本回路は、入射端および
出射端１０１と、光空間スイッチ１０２と、その光空間
スイッチ１０２の出射端１０３と、この出射端１０３に
接続され、多数の異なる波長と遅延のマッピング特性を
持つ複数個の波長マッピング用遅延回路１０４とから構
成される。

【０１５６】波長マッピング用遅延回路１０４は、図１
の波長マッピング用遅延回路５４に対応する部分であ
る。光空間スイッチ１０２は、波長マッピング用遅延回
路１０４の切替制御を行うためのものである。

【０１５７】入射された光１０１は、光空間スイッチ１
０２により出射端１０３の１つに出射される。各出射端
１０３に異なるマッピング特性をもつ波長マッピング用
遅延回路１０４が接続されているため、空間スイッチ１
０２を用いて選択することにより、各波長マッピング用
遅延回路に対応するマッピング特性を得ることができ
る。

【０１５８】［第７の例］次に、本発明の第７の実施の
形態を、図１５に基づいて説明する。なお、前述した第
１の例〜第６の例と同一部分については、その説明を省
略し、同一符号を付す。

【０１５９】本例は、マッピング特性をプログラマブル
にするための他の構成例を示す。

【０１６０】図１５において、本回路は、前述したＡＷ
Ｇ８０をマイクロ・オプトメカニカル・システム（ＭＥ
ＭＳ）と組み合わせて構成される。

【０１６１】本回路は、入射端および出射端１１１と、
ＡＷＧ８０と、レンズ１１３と、マイクロ・オプトメカ
ニカル・システム（ＭＥＭＳ）を用いて実現したプログ
ラマブルな反射面アレイ（ミラーアレイ）１１４とから
構成される。８６は、ＡＷＧ８０の波長分離出力端であ
る。

【０１６２】ＭＥＭＳのミラーは、機械的に角度又は位
置が調整される超小型なミラーであり、角度又は位置の
制御が電気的に行われている。ＭＥＭＳのミラーおよび
ＡＷＧ８０から構成されている可変減衰器は、プログラ
マブルな波長マッピング用遅延回路を実現できる。

【０１６３】本回路において、光は入射端１１１を介し
てＡＷＧ８０に導かれる。ＡＷＧ８０の構成は、前述し
た例と同じであるが、ＡＷＧ８０の出射端８６を全て同
等の長さに設定し、各出射端８６から出力される光が空
間を伝搬する場合、レンズ１１３を用いて平行ビームに
変換する。出力される光が光導波路を伝搬する場合、レ
ンズは不要である。

【０１６４】出力された光は、ＭＥＭＳの反射面アレイ
１１４に入射される。波長数がＭの場合、Ｍ×ＫのＭＥ
ＭＳの反射面アレイ１１４を使用し、ＫはＭより大きな
整数とする。

【０１６５】各ミラーの反射にＯＮ（黒い箱）又はＯＦ
Ｆの２つの状態のみが存在すると考え、ＯＦＦの場合に
は光が透過する。選択されているミラーの位置により、
遅延量が設定される。

【０１６６】ミラーによって反射された光は、ＡＷＧ８
０を逆方向に伝搬し、出射端１１１から出力される。

【０１６７】このように各波長に対応するミラー列のミ
ラーを自由に選択することができるため、任意な波長お
よび遅延のマッピング特性を得ることができる。

【０１６８】［第８の例］次に、本発明の第８の実施の
形態を、図１６に基づいて説明する。なお、前述した第
１の例〜第７の例と同一部分については、その説明を省
略し、同一符号を付す。

【０１６９】（波長ルータ）本例は、波長変換装置の出
力に波長分離・合波光回路を挿入した波長ルータの構成
例を示す。

【０１７０】図１６は、波長ルータの構成例を示す。本
回路は、図１又は図８と同様な構成の波長変換装置１２
１と、１×Ｋの波長分離光回路１２２と、波長分離光回
路１２２の入射端１２３と、波長分離光回路１２２のＫ
本の出射端１２４とから構成される。なお、これら各部
品としては、例えば、ＡＷＧ、バルクの回折格子、又は
誘電体多層膜フィルタ等を用いて作製することができ
る。

【０１７１】波長変換素子１２１によって波長変換され
た光は、波長分離光回路１２２に入射される。波長分離
光回路は、１本の入射端１２３と、Ｎ本の出射端１２４
とがある素子であり、入射された波長によって出射端１
２４が選択される。

【０１７２】このようにクロック信号の周波数を選択す
ることによって、伝送路の切替を行うことができる。

【０１７３】［第９の例］次に、本発明の第９の実施の
形態を、図１７〜図２６に基づいて説明する。なお、前
述した各例と同一の部分についてはその説明を省略し、
同一符号を付す。

【０１７４】時間−波長マッピングモード同期レーザ
は、入力信号であるクロック信号をレーザに印加して、
繰り返し周波数ｆi を変化させることによって、発振波
長が可変される光源である。

【０１７５】図１７は、時間−波長マッピングモード同
期レーザの構成例を示す。

【０１７６】図１７において、時間−波長マッピングモ
ード同期レーザ２０１は、クロック信号を生成するクロ
ック信号生成部１９０と、共振器２１０とから構成され
る。共振器２１０は、光増幅器２１１、光変調器２１
２、波長マッピング遅延回路２１３、およびレーザ光を
出力信号として取り出す出力部２１４とからなってい
る。

【０１７７】図１８は、図１７に対応するものであり、
反射面２１５を用いたリニア型共振器の構成例を示す。

【０１７８】図１８において、波長マッピング遅延回路
２１３は、伝搬遅延（又は光路長）が波長（λ₁，λ
₂ ，…，λ_N）により異なる回路のことであり、レーザ
の共振器２１０に挿入した場合、共振器長が波長により
異なる。

【０１７９】（システム構成）本伝送システムは、図１
９に示す送信部２００と、図２０に示す受信部３００と
によって構成される。

【０１８０】（送信部）図１９は、図１７の時間−波長
マッピングモード同期レーザ２０１の共振器２１０を備
えた送信部２００の構成を示す。

【０１８１】図１９の送信部２００において、時間−波
長マッピングモード同期レーザ２０１の出力信号が光変
調器２５０に入力され、伝送速度Ｒのデータ信号によっ
て変調される。

【０１８２】時間−波長マッピングモード同期レーザ２
０１の繰り返し周波数は、発振波長によって変化する
が、ここでは繰り返し周波数の範囲がｆ_L を中心とし
て、Δｆ_L のバンド幅（Δｆ_L ≪ｆ_L ）であるとす
る。

【０１８３】また、本発明では、光変調器２５０に印加
されるデータ信号の伝送速度がＲであり、Ｒ＜ｆ_L であ
るように設定されていることが重要な点である。

【０１８４】この場合、時間−波長マッピングモード同
期レーザ２０１の繰り返し周波数ｆ _L と伝送速度Ｒと
は一致していないが、データは低速に変化するエンベロ
ープとして変調されており、時間−波長マッピングモー
ド同期レーザ２０１から出力されたパルス列は、パルス
型のサブキャリアとして変調される。

【０１８５】ここで、送信部２００を詳細に説明する。

【０１８６】まず、時間−波長マッピングモード同期レ
ーザ２０１の構成について説明する。光増幅器２１１と
して、光半導体増幅器、希土類添加光ファイバ増幅器、
又は希土類添加光導波路増幅器を用いることができる。
光半導体増幅器は、その利得飽和時間が高速であるた
め、高速な波長可変光源の実現に適している。

【０１８７】波長マッピング遅延回路２１３として、分
布ブラッググレーティング、アレイ導波路、又は波長分
散媒質からなる遅延回路を用いることができる。

【０１８８】光変調器２１２として、電界吸収型変調器
またはリシウムナイオベートマッハジェンダ型（ＬＮＭ
Ｚ）変調器を用いることができる。

【０１８９】ただし、変調周波数が１ＧＨｚ以下である
領域では、光半導体増幅器を光変調器２１２として用い
ることができ（注入電流を変調する）、この場合、光増
幅器２１１と光変調器２１２とが一体化される利点があ
る。

【０１９０】また、本伝送システムのレーザ系をリング
型又はリニア型にすることができる。この場合にも、モ
ード同期用のクロック信号を発生する手段が必要であ
る。

【０１９１】（システム動作）データ変調のフォーマッ
トには複数の符号方式が可能であるが、本例では、バイ
ナリデジタル変調が用いられているものとする。データ
変調用の光変調器は、前述した時間−波長マッピングモ
ード同期レーザ２０１の光変調器２１２と同じものを用
いることができる。

【０１９２】システムを設計した際、予め最大の伝送速
度Ｒ_Max を決定し、時間−波長マッピングモード同期レ
ーザ２０１を駆動するクロック信号の最低周波数ｆ_Min
＝ｆ _L−Δｆ_L／２をＲ_Maxよりも高く設定する。

【０１９３】理想的なシステムでは、ｆ_Min ＞Ｒ_Max を
満足することがエラーフリーな通信を実現するために十
分な条件になるが、現状では、ｆ_Min ＞２〜４Ｒ_Max に
設定することが必要である。例えば、Ｒ_Max が２．５Ｇ
ｂｐｓである場合、ｆ_Min ＞５〜１０ＧＨｚとなる。

【０１９４】このように送信された伝送信号は、伝送路
を伝搬し、図２０に示す受信部３００で受信される。伝
送路とは、光ファイバ、空間、又は光通信ネットワーク
などのみではなく、波長ルーティングを利用したノード
のことも含む。

【０１９５】（受信部）図２０は、本通信システムにお
ける受信部３００の構成を示す。

【０１９６】図１９の送信部２００から伝送された光信
号がＯ／Ｅ変換器３０１によって電気信号に変換され
る。この変換された電気信号には、光信号と同様に、サ
ブキャリア変調成分とエンベロープ成分とが存在する。
そして、この電気信号は、ローパスフィルタ３０２に入
力される。

【０１９７】ローパスフィルタ３０２では、Ｒ_Max ＜ｆ
_cut ＜ｆ_Min の範囲内において−３ｄＢのカットオフ周
波数ｆ_cut を設定することによってサブキャリア変調
成分が取り除かれ、エンベロープ成分のみが劣化せずに
残されて透過する。そして、データ識別回路３０３にお
いて、そのエンベロープ成分を識別することによって伝
送データが復元される。

【０１９８】図２１（ａ）（ｂ）は、上記図１９および
図２０に示す通信システムにおける伝送信号の例を、従
来方式と比較して示す。ここでは、バイナリーのデジタ
ルデータに関するものであり、０１０１１０１０のパタ
ーンを示す。

【０１９９】図２１（ａ）において、従来方式の伝送信
号の場合、伝送速度Ｒ＝ｆ_L が満たされており、光パル
スとデータのビットとは１対１の対応性が存在する。

【０２００】図２１（ｂ）において、本発明による方式
の伝送信号の場合、１つのビットに複数のパルスが対応
している。１ビットに対応するパルスの数は整数である
必要はない。信号のエンベロープ成分が伝送データに対
応しており、エンベロープ成分を抽出することによって
データのパターンを復元できる。

【０２０１】すなわち、本発明による方式では、送信側
の装置において、入力される駆動用のクロック信号と対
応する波長に依存しない任意の波長間隔で、かつ、各波
長が独立した伝搬遅延差を有する発振波長の出力信号
（繰り返し周波数ｆ_L ）２４０が生成される。そして、
このようにして生成された出力信号２４０を、伝送速度
Ｒ（≪ｆ_L）のデータ信号２５５に基づいて光変調器２
５０（図１９参照）によって変調して伝送信号２６０を
作成して伝送を行う。

【０２０２】一方、受信側の装置では、その伝送信号２
６０を所定のカットオフ周波数ｆ_{cu t} を有するローパス
フィルタ２０２に通過させることによって所望のエンベ
ロープ成分のみを抽出することによってデータのパター
ンを復元する。

【０２０３】上述したように、本発明では、時間−波長
マッピングモード同期レーザ２０１の繰り返し周波数ｆ
_L を伝送速度Ｒよりも十分高く設定して、伝送信号２６
０のエンベロープ成分に伝送情報を付加し、その後、エ
ンベロープ成分を復元することによって、伝送情報を受
信することができ、これにより、レーザの繰り返し周波
数ｆ_L と伝送速度Ｒとを一致させることが不要となる。

【０２０４】（システム設計例）次に、本伝送システム
の設計例を、図２２〜図２６に基づいて説明する。

【０２０５】（送信部）図２２は、ネットワーク管理シ
ステム１６０と接続された時間−波長マッピングモード
同期レーザ２０１の構成例を示す。

【０２０６】時間−波長マッピングモード同期レーザ２
０１は、図２３に示す９波長のファイバブラッググレー
ティング２７０を用いる。なお、図２２中の番号は、図
１７に対応させるものとする。

【０２０７】ネットワーク管理システムにおいて、周波
数調整部１７０によって所望の周波数の調整がなされた
後、周波数設定器１８０によって電気シンセサイザ１９
０から出力されるクロック信号の周波数が設定され、時
間−波長マッピングレーザ２０１のクロック信号発生部
１９０に入力される。

【０２０８】クロック信号発生部１９０は、電気シンセ
サイザによって波長選択用のクロック信号が発生され
る。この場合、電気シンセサイザの周波数を設定するこ
とによって、レーザの波長が選択される。その発生した
クロック信号は、光変調器２１２に入力される。

【０２０９】光変調器２１２は、帯域１０GHｚのリチウ
ムナイオベートマッハジェンダー（ＬＮＭＺ）型であ
る。光増幅器２１１は、半導体光増幅器である。本レー
ザの系はリング型であるため、共振器２１３内には、光
サーキュレータ２８０と、９波長の光ファイバ分布ブラ
ッググレーティング２７０とが用いられている。これら
光サーキュレータ２８０と光ファイバ分布ブラッググレ
ーティング２７０とから波長マッピング遅延回路が構成
される。

【０２１０】この光ファイバ分布ファイバブラッググレ
ーティング２７０を透過した光が、レーザの出力光、す
なわち出力信号２４０となる。

【０２１１】図２３は、光ファイバ分布ブラッググレー
ティングの構成例を示す。

【０２１２】波長範囲１５４３−１５５９ｎｍの間に波
長間隔２ｎｍの分布ブラッググレーティングが波長が増
加する順序で配列されている。

【０２１３】図２４は、本レーザが９波長で発振してい
るスペクトルの例を示す。本例では、レーザの繰り返し
周波数ｆ_L は、１０ＧＨｚとする。

【０２１４】（受信部）図２５は、受信部の構成例を示
す。なお、図２５中の番号は、図２０に対応させるもの
とする。

【０２１５】図２５（ａ）において、Ｏ／Ｅ変換器３０
１は、帯域２５ＧＨｚのフォトディテクタからなる。こ
のフォトディテクタの出力は、帯域１０ＧＨｚの電気増
幅器３０５により増幅される。この電気増幅器３０５の
出力をローパスフィルタ３０２としてのｆ_cut ＜３ＧＨ
ｚの４次ベッセルフィルタに透過させることによって、
データ信号のエンベロープ成分を復元できる。

【０２１６】図２５（ｂ）および（ｃ）の波形は、ロー
パスフィルタ３０２によってエンベロープ成分が復元さ
れる前後の波形を示す。

【０２１７】図２６は、波長１５５３ｎｍ、１５５５ｎ
ｍ、１５５９ｎｍで、長さ１００ｋｍの光ファイバ内で
伝送実験を行った結果を示す。このグラフから、エラー
フリーな動作を示していることがわかる。なお、図２６
中、横軸が受信電力（ｄＢｍ）、縦軸がＢＥＲ値を示
す。

【０２１８】［第１０の例］次に、本発明の第１０の実
施の形態を、図２７〜図３０に基づいて説明する。

【０２１９】（時間−波長マッピングモード同期レー
ザ）図２７は、時間−波長マッピングモード同期レーザ
の構成例を示す。

【０２２０】図２７において、時間−波長マッピングモ
ード同期レーザは、駆動部1−15と、共振器1−1とから
構成される。

【０２２１】（共振器）共振器1−1の構成について説明
する。

【０２２２】共振器1−1は、光増幅器1−2と、光変調器
1−3と、波長マッピング遅延回路1−4と、光をレーザか
ら取り出す出力部1−5とからなっている。

【０２２３】光増幅器1−2としては、例えば半導体光増
幅器又は希土類添加ガラス導波路を用いることができ
る。半導体光増幅器の場合、利得飽和時間が高速である
ため高速な波長可変が可能になる。

【０２２４】光変調器1−3としては、例えばリチウムナ
イオベートマッハツェンダー型（lithium−niobate Mac
h−Zehnder (LNMZ)）変調器又は電界吸収型（electro−
absorption (EA)）変調器を用いることができる。

【０２２５】また、繰り返し周波数が低い領域（例え
ば、５ＧＨｚ以下）では、半導体光増幅器の注入電流を
変調することによって、光変調器1−3を実現できる。こ
の場合、光増幅器1−2と光変調器1−3とが一体化される
利点がある。

【０２２６】出力部1−5としては、例えば光方向性結合
器又は共振器1−2内で用いられる反射面から透過される
光を用いることができる。

【０２２７】(駆動部)駆動部1−15の構成について説明
する。

【０２２８】クロック信号選択部1−7およびクロック信
号発生器1−8として、例えば電気ＲＦ発振器を用いるこ
とができる。共振器1−1内に用いられている部品を接続
するためには光導波路を用いることができる。

【０２２９】光導波路とは、例えば光ファイバ、ガラス
基板上の導波路、又は半導体基板上の導波路のことであ
り、ガラス又は半導体基板を用いた場合、集積化した時
間−波長マッピングレーザを容易に実現できる。

【０２３０】（波長マッピング遅延回路）図２８は、Ｎ
波長のアレイ導波路グレーティング波長分離多重器（以
下、AWGという）2−0を用いた波長マッピング遅延回路1
−4の構成例を示す。

【０２３１】入力導波路2−2に入射された光2−1は、ス
ターカプラ2−3により、導波路のアレイ2−4に入射され
る。導波路のアレイ2−4はM本の導波路から構成されて
おり、導波路一本の長さがL_iであって隣接する導波路 i
および j の間に長さの差 dL_ij が存在する。

【０２３２】導波路のアレイ2−4の出力側にはスターカ
プラ2−5があり、スターカプラ2−5の中で導波路のアレ
イから出射された光が干渉し、空間的に分散される。ス
ターカプラ2−5の出力側には、N本の導波路2−6があ
り、空間的な波長分散により導波路 k に波長 l_k が入
射される。

【０２３３】Ｎ本の導波路2−6から波長分離された光2
−7が出射され、これにより、各波長の光に異なる伝搬
遅延D_i 2−8が与えられる。このようにして遅延された
それぞれの波長の光が波長多重部2−9により多重され、
出力端から出力光2−10が出力されることによって、波
長マッピング遅延回路1−4が実現される。

【０２３４】（他の波長マッピング遅延回路）図２９又
は図３０は、AWG 2−0を用いた波長マッピング遅延回路
1−4の構成例を示す。

【０２３５】図２９の構成では、Ｎ本の導波路3−6の終
端部分に反射面（ミラー）3−7が挿入されている。Ｎ本
の導波路3−6に入射された光はミラーにより反射され、
AWG2−0を逆方向に伝搬する。入力導波路3−2から入力
光3−1と逆方向に伝搬した方向で、出力光3−8が出力さ
れる。

【０２３６】Ｎ本の導波路3−6それぞれの長さdL_Iに差
を与えることによって、各波長に異なる伝搬遅延D_i = 2
ndL_i/cが与えられ（ｎが屈折率、ｃが光速）、波長マッ
ピング遅延回路1−4が実現される。これにより、異なる
伝搬遅延を与えることができる。

【０２３７】図３０は、伝搬遅延を与える方法の他の構
成例を示す。

【０２３８】図３０の構成ではAWG として、AWG 4−2と
AWG4−4とが２台用いられている。AWG 4−2により、入
力光4−1がＮ本の導波路4−3に波長分離される。波長分
離された光は、AWG4−4により波長多重され、出力4−5
が出力される。

【０２３９】Ｎ本の導波路4−3それぞれの長さdL_Iに差
を与えることによって、各波長に異なる伝搬遅延D_i = n
dL_I／cが与えられ、波長マッピング遅延回路1−4が実現
される。

【０２４０】（設計例）ここで、時間−波長マッピング
レーザを正常に動作させるための設計方法を、図２７に
基づいて説明する。

【０２４１】図２７において、まず、波長l_iによる共振
器全体の光路長を L_opt(l_i) で表せる。共振器1−1の光
路長とは、共振器1−1を構成する各部分の物理的な長さ
L_aおよび屈折率n_aの積n_aL_aを積分した長さを意味して
おり、dL_iにより波長依存性が実現されている。

【０２４２】レーザの基本繰り返し周波数f(l_i)とL
_opt(l_i)の関係をf(l_i) = c ／ L_opt(l_i)で表すことがで
き、ここでcは光速を示している。光変調器1−3を周波
数f(l_i)またはf(l_i)の正数ｍ倍のクロック信号で変調し
た際、レーザにモード同期が掛かり波長l_i、繰り返し周
波数ｆ(l_i)の光パルス列が発生し、出力部1−5により出
力される。mが高調波次数であり、m = 1の場合が基本モ
ード同期、m ＞ 1の場合が高調波モード同期である。

【０２４３】L_opt(l_i)の設計において、クロック信号周
波数f_iに対して、複数の波長で同時発振が起きられない
ように設定する必要がある。同時発振を避けるための設
計条件の１つをここで述べる。

【０２４４】まず、AWG 2−0の波長特性が波長領域で周
期的に繰り返されることを考慮する。波長特性の繰り返
し周期がAWG 2−0の自由スペクトル範囲（free spectra
l range (FSR)）であり、FSR〜l₀／Pで表せる。ここでP
がAWG 2−0の回折次数であり、dL_ijが一定（すなわちi,
jに依存しなくてdLで表せる）である場合、P = ndL／l₀
で表せる。ｎは屈折率である。

【０２４５】異なる波長帯の同時発振を抑圧する１つの
方法は、FSRをレーザに用いられている光増幅器の増幅
帯域より広く設定することである。この場合、レーザの
利得帯域内に存在する波長帯のみで発振が起きる。

【０２４６】さらに、別の１つの方法は、dL_ijをチャー
ピングさせる方法である（C.R.Doerr, M.Zirngibl, C.
H.Joyner, IEEE Photon. Technol. Lett., vol.8, pp.5
00-502, April 1996）。チャーピングとは、dL_ijが一定
ではなく、iによりdL_ijが序々に増加または減少するこ
とを意味している。

【０２４７】この場合、AWG 2−0が低損失で動作する波
長帯が1つしか存在しなくなるようにでき、隣接する波
長帯の損失を大きくすることができる。損失が大きい波
長帯ではレーザ発振が起きなくなり、異なる波長帯の同
時発振を抑圧できる。

【０２４８】続いて、同じ波長帯の中で複数の波長が同
時発振できないように設計する方法を述べる。

【０２４９】まず、L_opt(l_i) ≠ L_opt(l_j) (i ≠ j)が1
つの必要な条件である。すなわち、各波長に対応する共
振器長が異なることが必要であり、dL_i ≠ dL_j (i ≠
j)になるように波長マッピング遅延回路1−4を設計する
ことにより実現できる。

【０２５０】ただし、この条件のみでは異なる高調波次
数で複数な波長が同時発振する可能性がある。このよう
な同時発振を避けるためには、まずL_opt(l_i)の最短値が
L_opt(min)、最長値がL_opt(max)であると考える。

【０２５１】L_opt(min)とL_opt(max)に対応する基本繰り
返し周波数がf(min) = c ／ L_opt(min)とf(max) = c／
L_opt(max)であり、L_opt(min) ＜ L_opt(max)であるためf
(min) > f(max)である。レーザを高調波次数m₀でモード
同期動作をさせた場合、(m₀+1) f(max) ＞ m₀f(min) お
よび(m₀−1) f(min)＜ m₀ f(max)の条件を同時に満足さ
せることによって、異なる高調波次数で同時発振が起き
なくなる。

【０２５２】例えば、中心繰り返し周波数10 GHzで高調
波次数m = 10で動作するレーザを石英ガラス基板上に設
計する例について考える。

【０２５３】中心繰り返し周波数に対応する周期が100
psであり、真空中で長さ3 cmの伝搬距離に対応する。m
= 10であることから共振器を一周伝搬する真空中の距離
がm× 3 = 30 cmであることが分かる。石英ガラスの屈
折率1−45を考慮した場合、真空中の距離30 cmは約20.6
9 cmの物理的な長さに対応する。

【０２５４】さらに、リニア型共振器を用いることを仮
定した場合、光が共振器 1−1を往復するためレーザの
物理的な長さが半分になる（10.34 cm）。このようなレ
ーザには、図３０に示す波長マッピング遅延回路 1−4
を用いることが適していると考えられる。

【０２５５】続いて、波長マッピング遅延回路 1−4
は、真空中の長さ30 cmを中心として共振器 1−1の光路
長を±dL変化させると考える。

【０２５６】この場合、L_opt(max) = 30 cm + dLであ
り、L_opt(min) = 30 cm − dLである。上記で述べた条
件により、11／ L_opt(max) ＞ 10／ L_opt(min) および1
0／ L_{o pt}(max) ＞9／ L_opt(min)を満足する必要があ
り、dL ＜ 30／ 21 = 1.43 cmになる。

【０２５７】dLは真空中の長さであるため、石英ガラス
上の物理的な長さが9.9 mmであり、リニア型共振器の場
合4.9 mmである。図３０に示す波長マッピング遅延回路
1−4を用いた場合、dL_iを4.9 mm未満にしておく必要が
あることを意味している。

【０２５８】（可変式伝搬遅延：その１）図３２は、可
変式な伝搬遅延を与える方法の１例を示す。

【０２５９】本構成は、前述した図２９の構成とほぼ同
じであるが、ここでは、メカニカルに反射条件を調整で
きる小型のミラーのN×Nのアレイ5−7（MEMS）をN本の
導波路5−6の出力側で用いている。

【０２６０】１本の導波路5−6の出力側にミラーがN個
並んでおり、各ミラーに光を反射する又は透過する２つ
の状態が存在する。１本の導波路5−6に対応するN個の
ミラーの内の１個を反射する状態に設定した場合、その
導波路5−6から出力された光が反射され、導波路5−6に
戻される。

【０２６１】戻された光はAWG 5−0を逆方向に伝搬し、
入出力用導波路から出力される。反射するミラーを選択
することによって伝搬遅延量D_iを調整することができ、
波長l_iとD_iの対応性が可変式になる。

【０２６２】例えば、図３２に示すミラーアレイ5−7に
おいて、黒のミラーが反射状態に設定されており、白の
ミラーが透過状態に設定されている。反射状態に設定す
るミラーの位置により、長さdL_iが設定されることが分
かる。波長l_iとD_iの対応性を可変式にすることによっ
て、クロック信号の周波数f_iと波長l_iの対応性が可変式
になる。

【０２６３】（可変式伝搬遅延：その２）図３３は、可
変式な伝搬遅延を与える方法の他の構成例を示す。

【０２６４】図３３において、図２９又は図３０に示す
複数の波長マッピング遅延回路1−9を備えており、光空
間スイッチ４００を用いてその内の１つの波長マッピン
グ遅延回路1−4を選択する。

【０２６５】それぞれの波長マッピング遅延回路1−4の
特性が異なると考える。選択された波長マッピング遅延
回路1−4による発振特性を得られ、クロック信号の周波
数f_iと波長l_iとの対応性が可変式になる。

【０２６６】石英導波路7−0にエルビウムを添加して波
長1.48μｍまたは0.98μｍの光で励起し、さらにInGaAs
Pの半導体光増幅器を用いることによって、光通信に重
要な1.55 mm帯で発振するレーザを実現することができ
る。

【０２６７】［第１１の例］次に、本発明の第１１の実
施の形態を、図３１に基づいて説明する。

【０２６８】本例では、半導体基板上に集積化したレー
ザの構成例について説明する。

【０２６９】図３１において、レーザの共振器7−12は
リニア型であり、前述した図２９又は図３０に示した波
長マッピング遅延回路 1−4を用いることができる。共
振器7−12の全体が、半導体基板上に集積されている。

【０２７０】光変調器7−2として、電界吸収型光変調器
を用いる。光増幅器7−3として半導体光増幅器を用い
る。

【０２７１】ただし、変調周波数の領域が低い場合（例
えば５GHz以下）、半導体光増幅器の注入電流を変調す
ることによって、光変調器7−2を実現できる。この場
合、光変調器7−2と光増幅器7−3が同一構成になる。

【０２７２】光変調器7−2の駆動信号7−11は、駆動部7
−10により発生される。駆動部7−10において、駆動信
号発生器は、周波数が可変式なRF発振器およびDC電源を
用いている。駆動信号7−11には、周波数f_iのクロック
信号およびDCバイアス信号が含まれる。

【０２７３】出力光7−9は、共振器7−12の片側を終端
するミラー7−1を透過した光から得ている。共振器7−1
2のもう片側は反射部7−8により終端されており、反射
部7−8は固定のミラーまたはMEMSのミラーアレイである
と考えられる。InGaAsP系の基板を用いることによっ
て、光通信に重要な 1.55 mm波長帯で発振するレーザを
実現できる。

【０２７４】［第１２の例］次に、本発明の第１２の実
施の形態を、図３２〜図３３に基づいて説明する。

【０２７５】ここでは、石英ガラス基板上に集積化した
レーザの例について説明する。基本的な構成は、前述し
た第１１の実施の形態と同じであるため、図３１を用い
て説明する。

【０２７６】図３１において、共振器7−12の全体が石
英ガラス板の上に集積されている。光変調器7−2とし
て、電界吸収変調器又はLNMZ変調器を用いることがで
き、ハイブリッド構造により基板上に乗せる。

【０２７７】光増幅器7−3としては、半導体光増幅器を
用いることができ、ハイブリッド構造により基板上に乗
せる。

【０２７８】変調周波数の領域が低い場合（例えば５GH
z以下）、半導体光増幅器の注入電流を変調することに
よって、光変調器7−2を実現できる。この場合、光変調
器7−2と光増幅器7−3とは同一構成になる。

【０２７９】さらに、光増幅器7−3として、石英導波路
7−0を希土類添加することができる。この部分を励起す
ることによって、光増幅器7−3を実現できる。

【０２８０】光変調器7−2の駆動信号7−11は、駆動部7
−10により発生される。駆動信号発生器は、周波数が可
変式なRF発振器およびDC電源を用いており、駆動信号7
−11には周波数f_iのクロック信号およびDCバイアス信号
が含まれていると考えられる。

【０２８１】出力光7−9は、共振器7−12の片側を終端
するミラー7−1を透過した光から得ている。共振器7−1
2のもう片側には反射部7−8により終端されており、反
射部7−8として固定のミラー（図２９参照）又は図３２
に示すMEMSのミラーアレイを用いることができる。

【０２８２】［第１３の例］次に、本発明の第１３の実
施の形態を、図３４に基づいて説明する。

【０２８３】本例は、送信部に用いられている光源とし
て、時間−波長マッピングレーザを構成する共振器1−1
の出力端に、光時間多重回路6−11からなる光源をさら
に接続した場合の例である。

【０２８４】なお、共振器1−1を含む時間−波長マッピ
ングレーザの構成は、前述した第１０の実施の形態で説
明した図２７の構成と同一であるため、ここでの説明は
省略する。

【０２８５】以下、光時間多重回路6−11の構成例につ
いて説明する。

【０２８６】時間−波長マッピングレーザの共振器１−
1の繰り返し周波数がｆ_i（繰り返し周期T_i = 1／ｆ_i）
であり、該レーザの出力光が光時間多重回路6−11に入
力されている。

【０２８７】光時間多重回路6−11を実現する方法はさ
まざま存在するが、ここで示す例は光方向性結合器およ
び光導波路を用いる。入力された光パルス列は、1× K
の光方向性結合器6−7によりＫ本の導波路6−8に分離さ
れる。それぞれの導波路の長さが異なり、長さに対応す
る伝搬遅延が kT_c ／ Ｋである。

【０２８８】ここで、整数ｋは、0≦ k＜ Kを満足し、
導波路6−8の内の１本に対応するラベルである。また、
T_cは中心繰り返し周期である。

【０２８９】遅延された光パルス列それぞれがＫ×１の
光方向性結合器6−9により合成されることによって、平
均繰り返し周波数Kｆ_iの光パルス列6−10が出力され
る。この場合、T_cが固定であるがT_iが変化するため、T_i
= T_cのみの場合に光時間多重回路により繰り返し周波
数が正数倍になる。このため、繰り返し周波数の平均値
で考える必要がある。

【０２９０】図３４に示す構成により、時間−波長マッ
ピングレーザの共振器１−11の繰り返し周波数と同程度
又はその周波数より高い伝送速度の伝送が可能になる。

【０２９１】最大な伝送速度R_max に対して、光源の平
均繰り返し周波数がＫｆ_i ≫ R_maxを満足するように設
定し、光伝送信号を受信した際、カットオフ周波数 f
_cut がR_{m ax} ＜ f_cut ＜ Ｋf_iを満足するローパスフィル
タを用いることにより、伝送が実現できる。

【０２９２】ただし、最大な多重度ｍに制限があり、時
間―波長マッピングレーザの繰り返し周期が T_i = 1／f
_i、パルス幅がＴ_pである場合、Ｋ ＜ T_I／T_pを満足さ
せる必要がある。

【０２９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の波長に対応するクロック信号が入力される共振器
内に、該クロック信号と対応する波長に依存しない任意
の波長間隔で、かつ、各波長が独立した伝搬遅延差を有
する発振波長の出力信号を生成するアレイ導波路グレー
ティング等の信号生成手段を設けたので、波長を異なる
導波に分離し、各波長に与える伝搬遅延を独立に設定す
ることができ、これにより、狭い波長間隔で数多くの波
長で動作する波長マッピング遅延回路および時間−波長
マッピングモード同期レーザを作製することができる。

【０２９４】また、本発明によれば、上記信号生成手段
を設けたので、各波長に対応する共振器長を独立に調整
することが可能となり、モード同期周波数と発振波長と
の対応性を可変式にし、任意のモード同期周波数と発振
波長との組み合わせが可能な送受信伝送システムを得る
ことができる。

【０２９５】また、本発明によれば、伝送信号を伝送情
報および所望の波長に対応するクロック信号と同じ周波
数の制御信号から生成し、制御信号を抽出して時間−波
長マッピングモード同期レーザを駆動するクロック信号
として用いることによって、複雑の情報処理回路を不要
とする波長変換装置を得ることができる。

【０２９６】また、本発明によれば、時間−波長マッピ
ングモード同期レーザを用いた送信装置または波長変換
装置から出力される光パルス列の繰り返し周波数fを伝
送速度Ｒより十分高く設定し（ｆ≫Ｒ）、伝送信号のエ
ンベロープ成分を伝送情報に対応させ、受信装置ではロ
ーパスフィルタを用いてエンベロープ成分を抽出し、エ
ンベロープ成分を識別することによって伝送情報を復元
する伝送システムを用いることによって、時間−波長マ
ッピングモード同期レーザから出力される光パルス列の
繰り返しを変化させながら一定の伝送速度で動作する伝
送システムを得ることができる。

【０２９７】

【０２９８】

【０２９９】

【０３００】

【０３０１】

【０３０２】

【０３０３】

【０３０４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である波長変換装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】従属接続された分布ブラッググレーティングの
構成を示す構成図である。

【図３】図２の分布ブラッググレーティングを用いて構
成された波長変換装置の実験系の構成を示すブロック図
である。

【図４】出力スペクトルおよびサブキャリアクロック信
号の周波数による波長可変特性（不連続的に変化するマ
ッピング特性）を示す特性図である。

【図５】伝送された光情報信号と波長変換された光情報
信号の誤り率測定の結果を示す特性図である。

【図６】サブキャリヤ変調されたバイナリー振幅符号の
光信号を示す特性図である。

【図７】通常のバイナリー振幅符号の光信号を示す特性
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態である波長変換装置
の構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態である、不連続的に
変化するマッピング特性をもつＡＷＧの構成を示すブロ
ック図である。

【図１０】クロック周波数による波長可変特性（不連続
的に変化するマッピング特性）を示す特性図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態である、波長分散
媒質の波長マッピング用遅延回路の連続的に変化するマ
ッピング特性（すなわち、波長により連続的に変化する
遅延特性）を示す特性図である。

【図１２】波長分散媒質の波長マッピング用遅延回路の
マッピング特性（すなわち、クロック周波数により連続
的に変化する出力波長）を示す特性図である。

【図１３】本発明の第５の実施の形態であるプログラマ
ブルな波長変換装置の構成例を示すブロック図である。

【図１４】本発明の第６の実施の形態である空間スイッ
チを用いたプログラマブルな波長変換装置の構成例を示
すブロック図である。

【図１５】本発明の第７の実施の形態であるマイクロオ
プトメカニカルシステムのミラーを用いたプログラマブ
ルな波長変換装置の構成例を示すブロック図である。

【図１６】本発明の第８の実施の形態である波長変換装
置およびルータの構成例を示すブロック図である。

【図１７】本発明の第９の実施の形態である、時間−波
長マッピングモード同期レーザの構成例を示すブロック
図である。

【図１８】図１７に対応するものであり、反射面を用い
たリニア型共振器の構成を示すブロック図である。

【図１９】本発明に係る伝送システムにおける送信部の
構成を示すブロック図である。

【図２０】図１９の送信部に対応した受信部の構成を示
すブロック図である。

【図２１】本発明による伝送方式を従来の伝送方式と比
較して示す説明図である。

【図２２】図１７のレーザに対応した伝送システムの送
信部の設計例を示すブロック図である。

【図２３】分布ブラッググレーティングの設定例を示す
説明図である。

【図２４】９波長で発振しているスペクトルの例を示す
説明図である。

【図２５】（ａ）は伝送システムの受信部の設計例を示
すブロック図、（ｂ）および（ｃ）はローパス処理前後
の波形を示す説明図である。

【図２６】光ファイバ内での伝送実験例を示す特性図で
ある。

【図２７】本発明の第１０の実施の形態である、時間−
波長マッピングモード同期レーザの構成例を示すブロッ
ク図である。

【図２８】波長マッピング遅延回路の構成例を示すブロ
ック図である。

【図２９】異なる伝搬遅延を与える他の波長マッピング
遅延回路の構成例を示すブロック図である。

【図３０】異なる伝搬遅延を与える他の波長マッピング
遅延回路の構成例を示すブロック図である。

【図３１】本発明の第１１の実施の形態である、時間−
波長マッピングモード同期レーザの構成例を示すブロッ
ク図である。

【図３２】本発明の第１２の実施の形態である、可変式
伝搬遅延を付与する時間−波長マッピングモード同期レ
ーザの構成例を示すブロック図である。

【図３３】他の可変式伝搬遅延を付与する時間−波長マ
ッピングモード同期レーザの構成例を示すブロック図で
ある。

【図３４】本発明の第１３の実施の形態である、光時間
多重回路を備えた時間−波長マッピングモード同期レー
ザの構成例を示すブロック図である。

【図３５】従来の波長変換装置の構成例を示すブロック
図である。

【図３６】従来の他の波長変換装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【図３７】従来の時間−波長マッピングモード同期レー
ザの発振特性を示す説明図である。

【図３８】従来の波長マッピング遅延回路の発振特性を
示す説明図である。

【符号の説明】

１−１ 共振器 １−２ 光増幅器 １−３ 光変調器 １−４ 波長マッピング遅延回路 １−５ 出力部 １−６ 出力光 １−７ クロック信号選択部 １−８ クロック信号発生器 ６−７ 光方向性結合器 ６−８ 導波路 ６−９ 光方向性結合器 ６−１０ 光パルス列 ６−１１ 光時間多重回路 ５０ 波長変換装置 ５１ 光変調器 ５２ 光増幅器 ５３ 光方向性結合器 ５４ 波長マッピング遅延回路 ５５ 受信器 ５６ クロック抽出回路 ５７ 光変調器 ５９ 光情報信号 １９０ クロック信号発生部 ２００ 送信部 ２０１ 時間−波長マッピングモード同期レーザ ２１０ 共振器 ２１１ 光増幅器 ２１２ 光変調器 ２１３ 波長マッピング遅延回路 ２１４ 出力部 ２１５ ミラー ２４０ 出力信号 ２５０ 光り変調器 ２６０ 伝送信号 ２７０ 分布ブラッググレーティング ２８０ 光りサーキュレータ ３００ 受信部 ３０１ Ｏ／Ｅ変換器 ３０２ ローパスフィルタ ３０３ データ識別回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/152 Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 (56)参考文献 特開 平10−65249（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195519（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−74240（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−252482（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−15062（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 G02F 2/02 H04B 10/04

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長可変モード同期レーザであって、 所定の波長に対応するクロック信号が入力される共振器
   内に、 前記クロック信号と対応する波長に依存しない任意の波
   長間隔で、かつ、各波長が独立した伝搬遅延差を有する
   発振波長の出力信号を生成する信号生成手段を具えたこ
   とを特徴とする波長可変モード同期レーザ。
2. 【請求項２】 前記信号生成手段は、 アレイ導波路グレーティングを有することを特徴とする
   請求項１記載の波長可変モード同期レーザ。
3. 【請求項３】 前記アレイ導波路グレーティングは、前
   記共振器の光路長を変化させることを特徴とする請求項
   １又は２記載の波長可変モード同期レーザ。
4. 【請求項４】 前記アレイ導波路グレーティングは、波
   長数Nの各波長に対応する共振器の光路長を独立に変化
   させることを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変
   モード同期レーザ。
5. 【請求項５】 前記共振器内にN×Nのミラーアレイをさ
   らに具え、 前記ミラーアレイの反射状態を調整することによって各
   波長に対応する共振器の光路長を変化させることを特徴
   とする請求項４記載の波長可変モード同期レーザ。
6. 【請求項６】 前記共振器を複数個具え、光空間スイッ
   チによって該複数の共振器の１つが選択されることを特
   徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の波長可変
   モード同期レーザ。
7. 【請求項７】 前記共振器の出力信号の繰り返し周波数
   をｆ_Lとしたとき、該繰り返し周波数は、ｆ_Lを中心とし
   てΔｆ_Lのバンド幅（Δｆ_L≪ｆ_L）を有し、 前記クロック信号に対応した伝送信号の伝送速度をＲと
   したとき、 Ｒ≪ｆ_L の関係が得られ、 前記伝送信号１ビットに対して複数のパルスを対応させ
   たことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載
   の波長可変モード同期レーザ。
8. 【請求項８】 波長可変光源を用い、伝送信号を新たな
   波長の出力信号に変換する波長変換装置であって、 前記波長可変光源として、請求項１ないし７のいずれか
   に記載の波長可変モード同期レーザを用い、 前記波長可変光源から出力される前記出力信号を変調す
   ることによって、前記伝送信号を新たな波長の信号に変
   換することを特徴とする波長変換装置。
9. 【請求項９】 前記波長可変光源から出力される前記出
   力信号の波長は、前記伝送信号に含まれる制御情報によ
   って設定されることを特徴とする請求項８記載の波長変
   換装置。
10. 【請求項１０】 前記制御情報は、前記クロック信号と
    同じ周波数であることを特徴とする請求項９記載の波長
    変換装置。
11. 【請求項１１】 請求項８ないし１０のいずれかに記載
    の波長変換装置の出力端に、波長分離手段を接続したこ
    とを特徴とする波長ルータ。
12. 【請求項１２】 レーザの繰り返し周波数を変化させな
    がら一定の伝送速度で伝送するシステムであって、 送信側の装置は、 請求項１ないし７のいずれかに記載の波長可変モード同
    期レーザと、 前記波長可変モード同期レーザから、繰り返し周波数が
    伝送速度よりも十分高く設定され、かつ、エンベロープ
    成分が伝送情報に対応した伝送用の出力信号を出力する
    出力手段とを具え、 受信側の装置は、 所定のカットオフ周波数によって前記出力信号のエンベ
    ロープ成分を抽出するローパスフィルタと、 前記ローパスフィルタによって抽出されたエンベロープ
    成分を識別して前記伝送情報を復元する復元手段とを具
    えたことを特徴とする伝送システム。
13. 【請求項１３】 レーザの繰り返し周波数を変化させな
    がら一定の伝送速度で伝送するシステムであって、 送信側の装置は、 請求項８ないし１０のいずれかに記載の波長変換装置
    と、 前記波長変換装置から、繰り返し周波数が伝送速度より
    も十分高く設定され、かつ、エンベロープ成分が伝送情
    報に対応した伝送用の出力信号を出力する出力手段とを
    具え、 受信側の装置は、 所定のカットオフ周波数によって前記出力信号のエンベ
    ロープ成分を抽出するローパスフィルタと、 前記ローパスフィルタによって抽出されたエンベロープ
    成分を識別することによって前記伝送情報を復元する復
    元手段とを具えたことを特徴とする伝送システム。
14. 【請求項１４】 前記所定のカットオフ周波数をｆ_cut
    とし、前記伝送速度をＲとしたとき、 前記伝送用の出力信号を受信する際に、該カットオフ周
    波数ｆ_cut が R ＜ｆ_cut ＜ ｆ_min であるローパスフィルタを用いて光パルス列に対応する
    成分を取り除くことを特徴とする請求項１２又は１３記
    載の伝送システム。
15. 【請求項１５】 前記波長可変モード同期レーザの出力
    側に、多重度Ｋの光時間多重回路をさらに接続し、 該波長可変モード同期レーザの出力光は光時間多重回路
    の出力光であり、 該出力光のパルス列の平均繰り返し周波数がＫｆ_L であ
    り、 該平均繰り返し周波数の最小周波数がＫｆ_minであるこ
    とを特徴とする請求項１４記載の伝送システム。