JP3666741B2 - 相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法及び動作条件検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法および動作条件検出方法に関し、相互位相変調型全光波長変換器において、半導体光増幅器の駆動電流及び動作光パワー（入力信号光パワーと出力連続光パワー）の最適動作条件を設定したり最適動作条件を検出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信ネットワークの大容量化のため、近年、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信方式の開発が進んでいる。例えば、一本の光ファイバで異なる３２波長の信号伝送が可能であり、この場合、総伝送容量を信号ビットレートの３２倍にすることができる。このようなＷＤＭネットワークの構築に用いられる光ファイバの種類が異なると、そこで使用される波長群も異なる。例えば、一般的なシングルモードファイバで用いられる波長群は波長間隔が等間隔であるが、分散シフトファイバでは波長間の干渉による信号波形の劣化を回避するため、波長間隔を不等間隔としている。このため、異なるＷＤＭネットワーク間の相互接続の接続ポイントにおいて、一方のネットワークで用いる波長群から、他方のネットワークで用いる波長群への波長変換が必須となる。
【０００３】
光電変換することなく信号光を光のまま波長変換する全光波長変換器の変換方式として次のような方式がある。
（１）相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）
（２）相互利得変調（ＸＧＭ：Cross Gain Modulation)
（３）四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）
【０００４】
上記波長変換方式の内、四光波混合は高速応答が可能であるが変換効率が低い。相互利得変調は出力消光比がゲイン変動すなわちキャリア変動そのものであるため、伝送時にチャーピングによる波形歪みが生じやすい。一方、相互位相変調方式は、３〜４ｄＢという比較的小さいゲイン変動で高出力消光比が得られ、また、そのため伝送時の波形ひずみが抑制されるといった長所を有する。
【０００５】
上記相互位相変調型の波長変換器の動作原理について、図１のハイブリッド集積型回路を例にとり説明する。尚、同様の構成で半導体光増幅器と受動、または能動導波路が同一基板上に一体的に集積されたモノリシック集積型においても同様の原理で動作する。
【０００６】
図１において、１は連続光（ＣＷ）入力用のポート、２は出力用のポート、３は信号光入力用のポート、４，５，６は光合分波器、７，８はアーム導波路に介装された半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier:ＳＯＡ）、９は光フィルタ、１０は平面光波回路（ＰＬＣ）プラットフォ−ムである。
【０００７】
図１においては、半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier:ＳＯＡ）７，８を、平面光波回路（ＰＬＣ）プラットフォ−ム１０上に搭載しマッハツェンダ型の光干渉回路を構成している。波長λc のＣＷ光（連続光）はポート１から入力し、第一の光合分波器４で２分岐され、２本のアーム導波路に入射する。アーム導波路に入ったＣＷ光は各々半導体光増幅器７，８に入力する。半導体光増幅器７，８からの出力光は第二の光合分波器５によって合波され干渉出力光がポート２から出力される。
【０００８】
一方、波長λs の信号光がポート３から入力し、光合分波器６を介して片側の半導体増幅器７（ＳＯＡｍｏｄ）へ入射する。すると半導体光増幅器７の飽和現象によってキャリア密度が減少し、これによって屈折率変化が生じ、半導体光増幅器７を通過するＣＷ光の位相変調を引き起こす。これが、他方の半導体光増幅器８（ＳＯＡｐｃ）を通過し位相変調を受けなかったＣＷ光と干渉することによって、ポート２から光フィルタ９を通り出力される波長λc の光の強度変調となる。この結果、入力信号光の波長λs がＣＷ光の波長λc に乗り移り波長変換が行われる。この時、信号光入射側の半導体光増幅器７をＳＯＡｍｏｄ、その駆動電流をＩｍｏｄ、他方の半導体光増幅器８をＳＯＡｐｃとし、その駆動電流をＩｐｃとする。
【０００９】
図１に示すように、一般的に相互位相変調型光波長変換回路は少なくとも２個のＳＯＡを有し、入力信号光パワーＰs-inに対して、入力ＣＷ光パワーＰc-in、Ｉｍｏｄ、Ｉｐｃの３つの動作パラメータを持つ。通常、伝送ビットレート１０Ｇｂ／ｓ程度の場合、信号光入射側の半導体光増幅器の駆動電流Ｉｍｏｄを２００ｍＡ程度の高注入一定値とし、残り２個の動作パラメータ、ＩｐｃとＰc-inを次のように決定する。
【００１０】
図２（ａ）はＩｍｏｄ一定のとき、反転出力モードの場合のＩｐｃの変化に対するＣＷ光出力Ｐc-out の変化を示す。信号光未入射時（実線）、Ｉｐｃの増加に対しＰc-out は極大と極小を繰り返しながらその出力振幅は増加する。ＩｐｃがＩｍｏｄにほぼ等しい点で振幅は最大となり最大出力が得られる。この点を動作点ａ（Ｉｐｃ＝ａ）とする。このような状態に信号光を入射するとＰc-out 曲線は徐々にシフトして、ある入力パワーＰs-in（ｓ）の時に点線で示した曲線へと変化する。このときＩｐｃ＝ａにおけるＰc-out は最小値Ｐc-out （ｍｉｎ）となる。
【００１１】
図２（ｂ）に、Ｉｐｃ＝ａにおける、入力信号光パワーＰs-inに対するＰc-out の変化を示す。Ｐs-inの増加に伴いＰc-out が最大値から最小値へと変化し、動作点ａにおいて最大出力消光比ＥＲ（ｍａｘ）が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記波長変換器は実用上次のような課題がある。図３に一括波長変換装置の構成例を示す。波長多重された信号光がポート３１から波長合分波器３２に入射し分波された各波長の信号光は波長変換器列３３に入力し、各々波長変換され、再び波長合分波器３４に入射し合波された信号光がポート３５に出力する。これによって波長群λ１〜λｎから波長群λ１′〜λｎ′へ一括波長変換が行われる。
【００１３】
このように、一括波長変換を行う場合、使用波長の数だけ波長変換器を多チャネル化する必要が生じる。このため１チャネルあたりの消費電力の低減、すなわち半導体光増幅器への注入電流の低減が望まれる。また、低コスト化の観点からＣＷ光源はいくつかの一括波長変換装置で共有化されることが望ましく、このため１チャネルあたりに入射するＣＷ光パワーは減少する。当然のことながら、波長変換回路に入射する信号光パワーも伝送中及びノード内部での損失のために減少する。つまり、多チャネル化に伴い、波長変換器の低消費電力化及び必要動作光パワーの低減の両方が実用上重要な課題となる。
【００１４】
しかし、従来の動作点ａにおいてＩｍｏｄを減少させると、次のような問題が生じる。図４は固定パタン信号（″１連続″、″０連続″、″１０連続″、の繰り返し）入力時においてパタン効果がない場合（ａ）と有る場合（ｂ）の出力固定パタンとその時のアイパタンを模式的に示したものである。
【００１５】
Ｉｍｏｄが十分に高い場合（Ｉｍｏｄが２００ｍＡ程度以上）、（ａ）のようなパタン効果のない良好な出力波形が観測される。このとき、″１連続″信号と″０連続″信号の低周波入力に対する出力振幅Ａと、″１０連続″信号に対する高周波応答振幅Ｂとの比がアイ開口度Ｂ／Ａとしてアイパタンに現れる。
【００１６】
波長変換出力の場合、Ｉｍｏｄが減少するとキャリア寿命が大きくなり、″１０連続″のような高周波入力に追随しなくなる。その結果、出力振幅Ｂは出力振幅Ａより小さくなり、出力アイパタンのアイ開口度が劣化する（図４（ｂ））。このようなアイ開口度の劣化分は符号誤り率の測定においてパワーペナルティとして観測される。
【００１７】
これを解消するには通常Ｉｍｏｄを増加しなくてはならず、通常２００ｍＡ近くまで上昇させる必要があり、その結果、Ｉｐｃも含めた総電流量は３００〜４００ｍＡと大きな値となる。このため、動作点ａにおいてはＳＯＡへの低注入電流動作の実現が容易ではなかった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、出力信号光のアイ開口度と位相調整用電流Ｉｐｃの関係に着目し、パタン効果のない出力信号光を実現するためにＩｐｃを最大出力消光比が得られる動作点ａから最大出力アイ開口度が得られる動作点（ｂとする）へ移行する。その移行過程として、アイ開口をモニタしながら、
（１）Ｐs-inは一定で、ある刻み幅でＩｐｃをＩｐｃ＝ａから減少させると同時に入力ＣＷ光パワーＰc-inを減少させる。もしくは、
（２）Ｐc-inは一定で、ある刻み幅でＩｐｃをＩｐｃ＝ａから減少させると同時に入力信号光パワーＰs-inを増加させる、のいずれかの過程を、アイ開口が最大になるまで繰り返し、最適動作点を検出する。
【００１９】
また、一度設定された最適動作条件に対して、入力信号光と同波長の出力信号光パワーＰs-out を測定する。入力動作光パワー（Ｐc-in、Ｐs-in）の変化が生じる場合はこのＰs-out を保持するように、動作光パワーのどちらか一方の増加・減少に対して、他方を増加・減少させる。
【００２０】
更に、最小動作光パワーを検出するために動作光パワーをある刻み幅で低減する過程において、前記のＰs-out 一定条件と共に、そのアイ開口度の保持も確認し、Ｐs-out が一定でもアイ開口度が劣化した際には、その入力動作光パワー条件より高い光パワーを最小動作光パワーとして検出する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図５に、出力アイ開口度と出力パワーのＩｐｃ依存性を示す。ＩｍｏｄとＰs-inは一定とする。図５で、Ｉｐｃ＝ａのとき、出力パワーは最大になるが十分なアイ開口が得られていないのに対し、Ｉｐｃをａから減少させると出力パワーは減少するがアイ開口の最大となる動作点ｂ（Ｉｐｃ＝ｂ）が存在することが分かる。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態として、図６を参照しつつ、この動作点ａからｂへの移行手順について具体的に説明する。図６はＩｍｏｄとＩｐｃの電流設定手順を示すフローチャートである。また本発明の第２の実施の形態として、図７を参照しつつ、図６で設定された入力条件に対し、動作光パワー（Ｐs-in、Ｐc-in）を減少させ、最小動作光パワーＰs-in（ｍｉｎ），Ｐc-in（ｍｉｎ）を検出する手順を示す。
【００２３】
まず、図６を基に、電流条件設定手順から説明する。但し、入力波長条件は一定とする。(1) 〜(6) の操作は図２の動作状態を説明するものである。
【００２４】
まず、
(1)ＣＷ光を０ｄＢｍ程度入力し、
(2)任意のＩｍｏｄを入力する。但し、入力光に対してＳＯＡチップ利得を十分生じる電流値とする。
(3)Ｉｐｃを入力し、Ｐc-out を測定する。
(4)Ｐc-out が最大になるまでＩｐｃを増加する。Ｉｐｃ＝Ｉｐｃ（ｍａｘ）となった時点で、
(5)Ｐs-in（ＣＷ）を入力してＰc-out を測定する。ここでＩｐｃ（ｍａｘ）は、前述の動作点ａ（Ｉｐｃ＝ａ）である。
(6)Ｐc-out （ｍｉｎ）を検出したら、
(7)次にＰs-in（ｓｉｇ）を入力する。Ｐs-in（ｓｉｇ）は、ＣＷ光をＥＡ変調器（Electro Absorption modulator）等を用いて変調して生成する。ＥＡ変調器への入力電気信号はＰＧ（Pattern Generator)の正弦波信号（１０Ｇｂ／ｓランダム信号相当には５ＧＨｚ）で構わない。この時の最適Ｐs-in（ｓｉｇ）平均パワーは、Ｐc-out （ｍａｘ）からＰc-out （ｍｉｎ）の変化に必要な入力光パワーＰs-in（ｓ）の半分になるよう設定する。
【００２５】
(8)として出力振幅比Ｂ／Ａ（図４参照）を測定し、Ｂ／Ａが０．９以上であれば、Ｉｍｏｄが減少するよう(2) に戻る。この操作は、Ｉｍｏｄを動作可能な最小限の電流値とするためである。(8) で出力振幅比Ｂ／Ａが０．９より小さければ、
(9)Ｉｐｃを下げ、
(10)((5) →(6) →(7))を繰り返す。
【００２６】
(11) でＢ／Ａが最大になり、且つ(12)その値が０．９以上であれば、その時のＩｐｃをＩｐｃ（ｏｐｔ）とし、その他の動作パラメータＩｍｏｄ、Ｐs-in、Ｐc-inを抽出する。ここでＩｐｃ（ｏｐｔ）は前述のＩｐｃの動作点ｂである。(11)ではＢ／Ａが最大になるまでＩｐｃを減少させる。また、(12)でＢ／Ａが０．９以下であればＩｍｏｄが増加するよう(2) に戻る。この操作は、Ｉｐｃ＝Ｉｐｃ（ｏｐｔ）においても出力アイパタンのパタン効果が十分に抑制されない場合（つまり(12)でＢ／Ａ＜０．９の場合）、Ｉｍｏｄを上げ、ＳＯＡのキャリア寿命を小さくし、応答速度を向上させる必要があるためである。Ｉｍｏｄは、(8) と(12)のフィードバック操作によって最小値となる。
【００２７】
また、処理(10)に代わり、(10)′でもよい。(10)′では(5) 〜(7) で抽出した最適Ｐs-in（ＣＷ or signal）は一定のまま、Ｐc-inを下げながらＰc-out （ＣＷ or signal）を測定する。処理(10)と(10)′が等価であることは、補助図(10)を用いて説明できる。
【００２８】
補助図(10)に、入力信号光パワーＰs-inに対する最適ＣＷ光パワーを、Ｉｐｃをパラメータとして示す。実線はＩｐｃ＝Ｉｐｃ（ｍａｘ）、点線はＩｐｃ＝Ｉｐｃ（ｏｐｔ）のときである。Ｉｐｃ（ｍａｘ）からＩｐｃ（ｏｐｔ）への移行する過程として、Ｐc-inを一定にしてＰs-inを増加させる（処理(10)）、Ｐs-inを一定にしてＰc-inを減少させる（処理(10)′）の２通り有ることがわかる。
【００２９】
図６のフローチャートにおいては、Ｉｍｏｄを最小の電流値で用いるためにＩｐｃ（ｏｐｔ）を最適化する。Ｐs-inとＰc-inについては、補助図(10)に示すように組み合わせが幾つも存在するため、所望の動作光パワーで用いる場合には次の図７（ａ）のフローチャートに示す手順が必要となる。
【００３０】
図７（ａ）において、まず、▲１▼準備として図６の電流条件設定手順で抽出された１つの最適動作条件（Ｉｐｃ、Ｉｍｏｄ、Ｐs-in（ｓｉｇ）、Ｐc-in）に対し、▲２▼Ｐs-out （ｓｉｇ）（入力信号光と同波長の出力信号光パワー）を測定し、これをＣとする。以下、Ｐs-inは変調信号光Ｐs-in（ｓｉｇ）を示す。
【００３１】
▲３▼と▲４▼では、図６の挿入図(10)に示すＰc-inとＰs-inの増減関係に従い、Ｐc-inを下げ（またはＰs-inを下げ）、次にＰs-inを下げる（またはＰc-inを下げる）。このとき、▲５▼Ｐs-out （ｓｉｇ）をモニタし、▲６▼Ｐs-out （ｓｉｇ）＜Ｃであれば、処理▲４▼に戻る。▲７▼Ｐs-out （ｓｉｇ）＝Ｃ、且つ、パタン効果によってアイ開口が劣化していない場合、（例えば０．８以上）処理▲３▼に戻る。
【００３２】
動作光パワーをある刻み幅（例えばＰs-inは０．５ｄＢ程度、Ｐc-inは０．１ｄＢ程度）で減少させていったとき、ｎ番目の動作光パワーＰs-in（ｎ）の時に▲７▼においてアイ開口が劣化し始めた時点でループから出、▲８▼最小動作光パワーＰs-in（ｍｉｎ）＝Ｐs-in（ｎ- １）、Ｐc-in（ｍｉｎ）＝Ｐc-in（ｎ- １）となる。
【００３３】
本フローチャートの補助図を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）ではＰc-inをパラメータに、横軸のＰs-inの変化に対し、縦軸にＰs-out を示す。Ｐc-inの増加に伴い、同じＰs-out を得るために必要なＰs-inは増加することがわかる。Ｐs-out 一定の線上においてＰc-inとＰs-inは最適組み合わせとなる。▲３▼及び▲４▼の処理は、Ｐs-out 一定の線上のいずれかから始まり、動作光パワーを下げていく順序としては、図中の矢印で示すように２通りの道筋が存在する。
【００３４】
図８に本発明の手順に従い動作条件の最適化を行ったときの動作点ａ及びｂにおける出力アイパタンを示す。動作点ａにおいてはアイ開口が十分でないのに対し、動作点ｂではアイ開口度０．９以上の良好な出力が得られた。
【００３５】
また、図９に動作光パワーＰs-inを減少させていった時のパワーペナルティの変化を、ＩｐｃがＩｐｃ（ｍａｘ）（図中、動作点ａ）とＩｐｃ（ｏｐｔ）（図中、動作点ｂ）の各々の場合に示す。動作光パワー−６ｄＢｍ以下において動作点（ａ）ではパワーペナルティが１ｄＢ以下にならないのに対し、動作点（ｂ）ではＰs-in＝−１０ｄＢｍまでパワーペナルティ＝０．５ｄＢ程度を保持している。この時、Ｐc-inは−１０ｄＢｍ、総電流量は２１５ｍＡと低いものであった。
【００３６】
このように、本発明の動作条件の最適化手順に従い、多チャネル化に適した低消費電力駆動、低パワー動作が可能な位相変調型波長変換動作を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明では、まず、信号光非入射側の半導体光増幅器の駆動電流値Ｉｐｃを、出力消光比が最大となる動作点から出力アイ開口度が最大となる動作点へ移行する過程において、Ｉｐｃを下げると共に入力信号光パワーを増加、もしくは、入力ＣＷ光パワーを減少させる手順をふみながら出力アイ開口を測定し、Ｉｐｃの最適化を行う手順を示している。これによって、もう一方の信号光入力側の半導体光増幅器の電流値Ｉｍｏｄを最小に設定することが可能であり、このため、全消費電力の低減を実現できる。
【００３８】
また、上記最適動作条件において、入力信号光と同波長の出力信号光パワーＰs-out(sig)を測定し、これを保持するように、動作光パワー（ＣＷ光パワー、信号光パワー）の増減の調整を行うことで所望の動作光パワーに設定することができる。最小動作光パワーを検出する際には、動作光パワーを減少させつつ上記調整を行い、Ｐs-out(sig)の波形劣化（アイ開口やＱ値で確認）が生じるまで動作光パワーを低減するという手順によって、最小動作光パワーを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】相互位相変調型（ＸＰＭ）光波長変換回路を示す構成図である。
【図２】従来の動作点決定手法を示す説明図である。
【図３】多チャネルのＸＰＭ回路を用いた一括光波長変換装置を示す構成図である。
【図４】パタン効果の有無による出力波形を示す模式図である。
【図５】出力パワーとアイ開口度のＩｐｃ依存性を示した模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における電流条件設定手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態における、最小動作光パワー検出手順を示す説明図であり、（ａ）はフローチャート、（ｂ）は補助図である。
【図８】本発明の実施結果であるアイパターンを示す説明図である。
【図９】本発明の実施結果を示した説明図である。
【符号の説明】
１，２，３ ポート
４，５，６ 光合分波器
７，８ 半導体光増幅器
９ 光フィルタ
１０ 平面光波回路
３１ ポート
３２ 波長合分波器
３３ 波長変換器列
３４ 波長合分波器
３５ ポート
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法および動作条件検出方法に関し、相互位相変調型全光波長変換器において、半導体光増幅器の駆動電流及び動作光パワー（入力信号光パワーと出力連続光パワー）の最適動作条件を設定したり最適動作条件を検出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信ネットワークの大容量化のため、近年、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信方式の開発が進んでいる。例えば、一本の光ファイバで異なる３２波長の信号伝送が可能であり、この場合、総伝送容量を信号ビットレートの３２倍にすることができる。このようなＷＤＭネットワークの構築に用いられる光ファイバの種類が異なると、そこで使用される波長群も異なる。例えば、一般的なシングルモードファイバで用いられる波長群は波長間隔が等間隔であるが、分散シフトファイバでは波長間の干渉による信号波形の劣化を回避するため、波長間隔を不等間隔としている。このため、異なるＷＤＭネットワーク間の相互接続の接続ポイントにおいて、一方のネットワークで用いる波長群から、他方のネットワークで用いる波長群への波長変換が必須となる。
【０００３】
光電変換することなく信号光を光のまま波長変換する全光波長変換器の変換方式として次のような方式がある。
（１）相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）
（２）相互利得変調（ＸＧＭ：Cross Gain Modulation)
（３）四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）
【０００４】
上記波長変換方式の内、四光波混合は高速応答が可能であるが変換効率が低い。相互利得変調は出力消光比がゲイン変動すなわちキャリア変動そのものであるため、伝送時にチャーピングによる波形歪みが生じやすい。一方、相互位相変調方式は、３〜４ｄＢという比較的小さいゲイン変動で高出力消光比が得られ、また、そのため伝送時の波形ひずみが抑制されるといった長所を有する。
【０００５】
上記相互位相変調型の波長変換器の動作原理について、図１のハイブリッド集積型回路を例にとり説明する。尚、同様の構成で半導体光増幅器と受動、または能動導波路が同一基板上に一体的に集積されたモノリシック集積型においても同様の原理で動作する。
【０００６】
図１において、１は連続光（ＣＷ）入力用のポート、２は出力用のポート、３は信号光入力用のポート、４，５，６は光合分波器、７，８はアーム導波路に介装された半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier:ＳＯＡ）、９は光フィルタ、１０は平面光波回路（ＰＬＣ）プラットフォ−ムである。
【０００７】
図１においては、半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier:ＳＯＡ）７，８を、平面光波回路（ＰＬＣ）プラットフォ−ム１０上に搭載しマッハツェンダ型の光干渉回路を構成している。波長λc のＣＷ光（連続光）はポート１から入力し、第一の光合分波器４で２分岐され、２本のアーム導波路に入射する。アーム導波路に入ったＣＷ光は各々半導体光増幅器７，８に入力する。半導体光増幅器７，８からの出力光は第二の光合分波器５によって合波され干渉出力光がポート２から出力される。
【０００８】
一方、波長λs の信号光がポート３から入力し、光合分波器６を介して片側の半導体増幅器７（ＳＯＡｍｏｄ）へ入射する。すると半導体光増幅器７の飽和現象によってキャリア密度が減少し、これによって屈折率変化が生じ、半導体光増幅器７を通過するＣＷ光の位相変調を引き起こす。これが、他方の半導体光増幅器８（ＳＯＡｐｃ）を通過し位相変調を受けなかったＣＷ光と干渉することによって、ポート２から光フィルタ９を通り出力される波長λc の光の強度変調となる。この結果、入力信号光の波長λs がＣＷ光の波長λc に乗り移り波長変換が行われる。この時、信号光入射側の半導体光増幅器７をＳＯＡｍｏｄ、その駆動電流をＩｍｏｄ、他方の半導体光増幅器８をＳＯＡｐｃとし、その駆動電流をＩｐｃとする。
【０００９】
図１に示すように、一般的に相互位相変調型光波長変換回路は少なくとも２個のＳＯＡを有し、入力信号光パワーＰs-inに対して、入力ＣＷ光パワーＰc-in、Ｉｍｏｄ、Ｉｐｃの３つの動作パラメータを持つ。通常、伝送ビットレート１０Ｇｂ／ｓ程度の場合、信号光入射側の半導体光増幅器の駆動電流Ｉｍｏｄを２００ｍＡ程度の高注入一定値とし、残り２個の動作パラメータ、ＩｐｃとＰc-inを次のように決定する。
【００１０】
図２（ａ）はＩｍｏｄ一定のとき、反転出力モードの場合のＩｐｃの変化に対するＣＷ光出力Ｐc-out の変化を示す。信号光未入射時（実線）、Ｉｐｃの増加に対しＰc-out は極大と極小を繰り返しながらその出力振幅は増加する。ＩｐｃがＩｍｏｄにほぼ等しい点で振幅は最大となり最大出力が得られる。この点を動作点ａ（Ｉｐｃ＝ａ）とする。このような状態に信号光を入射するとＰc-out 曲線は徐々にシフトして、ある入力パワーＰs-in（ｓ）の時に点線で示した曲線へと変化する。このときＩｐｃ＝ａにおけるＰc-out は最小値Ｐc-out （ｍｉｎ）となる。
【００１１】
図２（ｂ）に、Ｉｐｃ＝ａにおける、入力信号光パワーＰs-inに対するＰc-out の変化を示す。Ｐs-inの増加に伴いＰc-out が最大値から最小値へと変化し、動作点ａにおいて最大出力消光比ＥＲ（ｍａｘ）が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記波長変換器は実用上次のような課題がある。図３に一括波長変換装置の構成例を示す。波長多重された信号光がポート３１から波長合分波器３２に入射し分波された各波長の信号光は波長変換器列３３に入力し、各々波長変換され、再び波長合分波器３４に入射し合波された信号光がポート３５に出力する。これによって波長群λ１〜λｎから波長群λ１′〜λｎ′へ一括波長変換が行われる。
【００１３】
このように、一括波長変換を行う場合、使用波長の数だけ波長変換器を多チャネル化する必要が生じる。このため１チャネルあたりの消費電力の低減、すなわち半導体光増幅器への注入電流の低減が望まれる。また、低コスト化の観点からＣＷ光源はいくつかの一括波長変換装置で共有化されることが望ましく、このため１チャネルあたりに入射するＣＷ光パワーは減少する。当然のことながら、波長変換回路に入射する信号光パワーも伝送中及びノード内部での損失のために減少する。つまり、多チャネル化に伴い、波長変換器の低消費電力化及び必要動作光パワーの低減の両方が実用上重要な課題となる。
【００１４】
しかし、従来の動作点ａにおいてＩｍｏｄを減少させると、次のような問題が生じる。図４は固定パタン信号（″１連続″、″０連続″、″１０連続″、の繰り返し）入力時においてパタン効果がない場合（ａ）と有る場合（ｂ）の出力固定パタンとその時のアイパタンを模式的に示したものである。
【００１５】
Ｉｍｏｄが十分に高い場合（Ｉｍｏｄが２００ｍＡ程度以上）、（ａ）のようなパタン効果のない良好な出力波形が観測される。このとき、″１連続″信号と″０連続″信号の低周波入力に対する出力振幅Ａと、″１０連続″信号に対する高周波応答振幅Ｂとの比がアイ開口度Ｂ／Ａとしてアイパタンに現れる。
【００１６】
波長変換出力の場合、Ｉｍｏｄが減少するとキャリア寿命が大きくなり、″１０連続″のような高周波入力に追随しなくなる。その結果、出力振幅Ｂは出力振幅Ａより小さくなり、出力アイパタンのアイ開口度が劣化する（図４（ｂ））。このようなアイ開口度の劣化分は符号誤り率の測定においてパワーペナルティとして観測される。
【００１７】
これを解消するには通常Ｉｍｏｄを増加しなくてはならず、通常２００ｍＡ近くまで上昇させる必要があり、その結果、Ｉｐｃも含めた総電流量は３００〜４００ｍＡと大きな値となる。このため、動作点ａにおいてはＳＯＡへの低注入電流動作の実現が容易ではなかった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、出力信号光のアイ開口度と位相調整用電流Ｉｐｃの関係に着目し、パタン効果のない出力信号光を実現するためにＩｐｃを最大出力消光比が得られる動作点ａから最大出力アイ開口度が得られる動作点（ｂとする）へ移行する。その移行過程として、アイ開口をモニタしながら、
（１）Ｐs-inは一定で、ある刻み幅でＩｐｃをＩｐｃ＝ａから減少させると同時に入力ＣＷ光パワーＰc-inを減少させる。もしくは、
（２）Ｐc-inは一定で、ある刻み幅でＩｐｃをＩｐｃ＝ａから減少させると同時に入力信号光パワーＰs-inを増加させる、のいずれかの過程を、アイ開口が最大になるまで繰り返し、最適動作点を検出する。
【００１９】
また、一度設定された最適動作条件に対して、入力信号光と同波長の出力信号光パワーＰs-out を測定する。入力動作光パワー（Ｐc-in、Ｐs-in）の変化が生じる場合はこのＰs-out を保持するように、動作光パワーのどちらか一方の増加・減少に対して、他方を増加・減少させる。
【００２０】
更に、最小動作光パワーを検出するために動作光パワーをある刻み幅で低減する過程において、前記のＰs-out 一定条件と共に、そのアイ開口度の保持も確認し、Ｐs-out が一定でもアイ開口度が劣化した際には、その入力動作光パワー条件より高い光パワーを最小動作光パワーとして検出する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図５に、出力アイ開口度と出力パワーのＩｐｃ依存性を示す。ＩｍｏｄとＰs-inは一定とする。図５で、Ｉｐｃ＝ａのとき、出力パワーは最大になるが十分なアイ開口が得られていないのに対し、Ｉｐｃをａから減少させると出力パワーは減少するがアイ開口の最大となる動作点ｂ（Ｉｐｃ＝ｂ）が存在することが分かる。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態として、図６を参照しつつ、この動作点ａからｂへの移行手順について具体的に説明する。図６はＩｍｏｄとＩｐｃの電流設定手順を示すフローチャートである。また本発明の第２の実施の形態として、図７を参照しつつ、図６で設定された入力条件に対し、動作光パワー（Ｐs-in、Ｐc-in）を減少させ、最小動作光パワーＰs-in（ｍｉｎ），Ｐc-in（ｍｉｎ）を検出する手順を示す。
【００２３】
まず、図６を基に、電流条件設定手順から説明する。但し、入力波長条件は一定とする。(1) 〜(6) の操作は図２の動作状態を説明するものである。
【００２４】
まず、
(1)ＣＷ光を０ｄＢｍ程度入力し、
(2)任意のＩｍｏｄを入力する。但し、入力光に対してＳＯＡチップ利得を十分生じる電流値とする。
(3)Ｉｐｃを入力し、Ｐc-out を測定する。
(4)Ｐc-out が最大になるまでＩｐｃを増加する。Ｉｐｃ＝Ｉｐｃ（ｍａｘ）となった時点で、
(5)Ｐs-in（ＣＷ）を入力してＰc-out を測定する。ここでＩｐｃ（ｍａｘ）は、前述の動作点ａ（Ｉｐｃ＝ａ）である。
(6)Ｐc-out （ｍｉｎ）を検出したら、
(7)次にＰs-in（ｓｉｇ）を入力する。Ｐs-in（ｓｉｇ）は、ＣＷ光をＥＡ変調器（Electro Absorption modulator）等を用いて変調して生成する。ＥＡ変調器への入力電気信号はＰＧ（Pattern Generator)の正弦波信号（１０Ｇｂ／ｓランダム信号相当には５ＧＨｚ）で構わない。この時の最適Ｐs-in（ｓｉｇ）平均パワーは、Ｐc-out （ｍａｘ）からＰc-out （ｍｉｎ）の変化に必要な入力光パワーＰs-in（ｓ）の半分になるよう設定する。
【００２５】
(8)として出力振幅比Ｂ／Ａ（図４参照）を測定し、Ｂ／Ａが０．９以上であれば、Ｉｍｏｄが減少するよう(2) に戻る。この操作は、Ｉｍｏｄを動作可能な最小限の電流値とするためである。(8) で出力振幅比Ｂ／Ａが０．９より小さければ、
(9)Ｉｐｃを下げ、
(10)((5) →(6) →(7))を繰り返す。
【００２６】
(11) でＢ／Ａが最大になり、且つ(12)その値が０．９以上であれば、その時のＩｐｃをＩｐｃ（ｏｐｔ）とし、その他の動作パラメータＩｍｏｄ、Ｐs-in、Ｐc-inを抽出する。ここでＩｐｃ（ｏｐｔ）は前述のＩｐｃの動作点ｂである。(11)ではＢ／Ａが最大になるまでＩｐｃを減少させる。また、(12)でＢ／Ａが０．９以下であればＩｍｏｄが増加するよう(2) に戻る。この操作は、Ｉｐｃ＝Ｉｐｃ（ｏｐｔ）においても出力アイパタンのパタン効果が十分に抑制されない場合（つまり(12)でＢ／Ａ＜０．９の場合）、Ｉｍｏｄを上げ、ＳＯＡのキャリア寿命を小さくし、応答速度を向上させる必要があるためである。Ｉｍｏｄは、(8) と(12)のフィードバック操作によって最小値となる。
【００２７】
また、処理(10)に代わり、(10)′でもよい。(10)′では(5) 〜(7) で抽出した最適Ｐs-in（ＣＷ or signal）は一定のまま、Ｐc-inを下げながらＰc-out （ＣＷ or signal）を測定する。処理(10)と(10)′が等価であることは、補助図(10)を用いて説明できる。
【００２８】
補助図(10)に、入力信号光パワーＰs-inに対する最適ＣＷ光パワーを、Ｉｐｃをパラメータとして示す。実線はＩｐｃ＝Ｉｐｃ（ｍａｘ）、点線はＩｐｃ＝Ｉｐｃ（ｏｐｔ）のときである。Ｉｐｃ（ｍａｘ）からＩｐｃ（ｏｐｔ）への移行する過程として、Ｐc-inを一定にしてＰs-inを増加させる（処理(10)）、Ｐs-inを一定にしてＰc-inを減少させる（処理(10)′）の２通り有ることがわかる。
【００２９】
図６のフローチャートにおいては、Ｉｍｏｄを最小の電流値で用いるためにＩｐｃ（ｏｐｔ）を最適化する。Ｐs-inとＰc-inについては、補助図(10)に示すように組み合わせが幾つも存在するため、所望の動作光パワーで用いる場合には次の図７（ａ）のフローチャートに示す手順が必要となる。
【００３０】
図７（ａ）において、まず、▲１▼準備として図６の電流条件設定手順で抽出された１つの最適動作条件（Ｉｐｃ、Ｉｍｏｄ、Ｐs-in（ｓｉｇ）、Ｐc-in）に対し、▲２▼Ｐs-out （ｓｉｇ）（入力信号光と同波長の出力信号光パワー）を測定し、これをＣとする。以下、Ｐs-inは変調信号光Ｐs-in（ｓｉｇ）を示す。
【００３１】
▲３▼と▲４▼では、図６の挿入図(10)に示すＰc-inとＰs-inの増減関係に従い、Ｐc-inを下げ（またはＰs-inを下げ）、次にＰs-inを下げる（またはＰc-inを下げる）。このとき、▲５▼Ｐs-out （ｓｉｇ）をモニタし、▲６▼Ｐs-out （ｓｉｇ）＜Ｃであれば、処理▲４▼に戻る。▲７▼Ｐs-out （ｓｉｇ）＝Ｃ、且つ、パタン効果によってアイ開口が劣化していない場合、（例えば０．８以上）処理▲３▼に戻る。
【００３２】
動作光パワーをある刻み幅（例えばＰs-inは０．５ｄＢ程度、Ｐc-inは０．１ｄＢ程度）で減少させていったとき、ｎ番目の動作光パワーＰs-in（ｎ）の時に▲７▼においてアイ開口が劣化し始めた時点でループから出、▲８▼最小動作光パワーＰs-in（ｍｉｎ）＝Ｐs-in（ｎ- １）、Ｐc-in（ｍｉｎ）＝Ｐc-in（ｎ- １）となる。
【００３３】
本フローチャートの補助図を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）ではＰc-inをパラメータに、横軸のＰs-inの変化に対し、縦軸にＰs-out を示す。Ｐc-inの増加に伴い、同じＰs-out を得るために必要なＰs-inは増加することがわかる。Ｐs-out 一定の線上においてＰc-inとＰs-inは最適組み合わせとなる。▲３▼及び▲４▼の処理は、Ｐs-out 一定の線上のいずれかから始まり、動作光パワーを下げていく順序としては、図中の矢印で示すように２通りの道筋が存在する。
【００３４】
図８に本発明の手順に従い動作条件の最適化を行ったときの動作点ａ及びｂにおける出力アイパタンを示す。動作点ａにおいてはアイ開口が十分でないのに対し、動作点ｂではアイ開口度０．９以上の良好な出力が得られた。
【００３５】
また、図９に動作光パワーＰs-inを減少させていった時のパワーペナルティの変化を、ＩｐｃがＩｐｃ（ｍａｘ）（図中、動作点ａ）とＩｐｃ（ｏｐｔ）（図中、動作点ｂ）の各々の場合に示す。動作光パワー−６ｄＢｍ以下において動作点（ａ）ではパワーペナルティが１ｄＢ以下にならないのに対し、動作点（ｂ）ではＰs-in＝−１０ｄＢｍまでパワーペナルティ＝０．５ｄＢ程度を保持している。この時、Ｐc-inは−１０ｄＢｍ、総電流量は２１５ｍＡと低いものであった。
【００３６】
このように、本発明の動作条件の最適化手順に従い、多チャネル化に適した低消費電力駆動、低パワー動作が可能な位相変調型波長変換動作を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明では、まず、信号光非入射側の半導体光増幅器の駆動電流値Ｉｐｃを、出力消光比が最大となる動作点から出力アイ開口度が最大となる動作点へ移行する過程において、Ｉｐｃを下げると共に入力信号光パワーを増加、もしくは、入力ＣＷ光パワーを減少させる手順をふみながら出力アイ開口を測定し、Ｉｐｃの最適化を行う手順を示している。これによって、もう一方の信号光入力側の半導体光増幅器の電流値Ｉｍｏｄを最小に設定することが可能であり、このため、全消費電力の低減を実現できる。
【００３８】
また、上記最適動作条件において、入力信号光と同波長の出力信号光パワーＰs-out(sig)を測定し、これを保持するように、動作光パワー（ＣＷ光パワー、信号光パワー）の増減の調整を行うことで所望の動作光パワーに設定することができる。最小動作光パワーを検出する際には、動作光パワーを減少させつつ上記調整を行い、Ｐs-out(sig)の波形劣化（アイ開口やＱ値で確認）が生じるまで動作光パワーを低減するという手順によって、最小動作光パワーを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】相互位相変調型（ＸＰＭ）光波長変換回路を示す構成図である。
【図２】従来の動作点決定手法を示す説明図である。
【図３】多チャネルのＸＰＭ回路を用いた一括光波長変換装置を示す構成図である。
【図４】パタン効果の有無による出力波形を示す模式図である。
【図５】出力パワーとアイ開口度のＩｐｃ依存性を示した模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における電流条件設定手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施の形態における、最小動作光パワー検出手順を示す説明図であり、（ａ）はフローチャート、（ｂ）は補助図である。
【図８】本発明の実施結果であるアイパターンを示す説明図である。
【図９】本発明の実施結果を示した説明図である。
【符号の説明】
１，２，３ ポート
４，５，６ 光合分波器
７，８ 半導体光増幅器
９ 光フィルタ
１０ 平面光波回路
３１ ポート
３２ 波長合分波器
３３ 波長変換器列
３４ 波長合分波器
３５ ポート
Claims (3)
- ２つの半導体光増幅器を有し、入力信号光の波長を入力連続光の波長に変換して出力信号光とする相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法であって、
前記２つの半導体光増幅器のうち入力信号光非入射側の半導体光増幅器の駆動電流の値を減少させると共に、入力信号光のパワーを増加、もしくは、入力連続光のパワーを減少させることにより、入力信号光非入射側の半導体光増幅器の駆動電流の値を、出力消光比が最大となる動作条件から出力アイ開口が最大となる動作条件へ移行することを特徴とする相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法。 - ２つの半導体光増幅器を有し、入力信号光の波長を入力連続光の波長に変換して出力信号光とする相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法であって、
前記２つの半導体光増幅器のうち入力信号光非入射側の半導体光増幅器の駆動電流の値を減少させると共に、入力信号光のパワーを増加、もしくは、入力連続光のパワーを減少させることにより、入力信号光非入射側の半導体光増幅器の駆動電流の値を、出力消光比が最大となる動作条件から出力アイ開口が最大となる動作条件へ移行させ、
更に、前記出力アイ開口が最大となる動作条件下で、入力信号光と同波長の出力信号光のパワーを測定し、入力信号光と同波長の出力信号光のパワーが常に一定に保持されるように、入力信号光のパワーと入力連続光のパワーのどちらか一方が減少した場合に、他方を減少させることにより入力信号光のパワー及び入力連続光のパワーを設定することを特徴とする相互位相変調型全光波長変換器の動作条件設定方法。 - ２つの半導体光増幅器を有し、入力信号光の波長を入力連続光の波長に変換して出力信号光とする相互位相変調型全光波長変換器の動作条件検出方法であって、
入力信号光と同波長の出力信号光のパワーを常に一定に保持すると共に、入力信号光と同波長の出力信号光の波形の保持を確認し、この出力信号光の波形が劣化するまで請求項２の動作を繰り返すことにより、前記出力アイ開口が最大となる条件下での入力信号光の最小パワー及び入力連続光の最小パワーを検出することを特徴とする相互位相変調型全光波長変換器の動作条件検出方法。
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