JP3769623B2

JP3769623B2 - 光多値伝送システム及び方法、光送信装置並びに多値信号光生成方法

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Publication number: JP3769623B2
Application number: JP2003390351A
Authority: JP
Inventors: 哲弥宮崎
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: US7483640B2; JP2005159389A; US20050111854A1

Description

本発明は、光多値伝送システム及び方法、光送信装置並びに多値信号光生成方法に関する。

光伝送システムの伝送容量を拡大する一方法として多値伝送が知られている（非特許文献１，２）。従来の多値光伝送システムでは、ＰＳＫ（Phase Shift keying）及びＤＰＳＫ（Differential Phase Shift keying）等の光位相変調と、光強度変調とを併用する多値変調を使用する。例えば、非特許文献１には、４値ＰＳＫ（Phase Shift keying）と２値ＡＳＫ（Amplitude shift keying）とを組み合わせた８値変復調方式が記載されている。
早瀬茂規、他「８値光変復調方式による３０Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送」、２００３年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、ｐ．４０１

しかし、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）は、変調の前に複雑な符号化処理（プリコーディング）を必要とする。また、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）の場合にはビットレートが２倍になるので、高速化に対応するのが難しい。

一方、光強度変調を位相変調と組み合わせで使用する場合、光強度がゼロになるビットスロットに対して位相変調を行えないという問題点がある。また、光強度変調では、３値以上の多値化が困難である。

本発明は、簡単な構成で多値伝送を実現する光多値伝送システム及び方法と、このシステムに適用され得る光送信装置並びに多値信号光生成方法を提示することを目的とする。

本発明に係る光多値伝送システムは、光送信装置から光伝送路を介して光受信装置に光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送システムである。当該光送信装置が、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する反転ＲＺ信号光発生装置と、当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器とを具備する。光受信装置が、当該光伝送路から入力する光を２分割する分波器と、当該分波器の一方の出力光を反転する反転装置と、当該反転装置により反転された信号光から当該第１のデータＤ１を検出する第１の検出器と、当該分波器の他方の出力光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換する変換装置と、当該変換装置の出力から当該第２のデータＤ２を検出する第２の検出器とを具備する。

反転ＲＺ信号光には、第１のデータＤ１のどの値に対しても光が存在するので、この反転ＲＺ信号光を位相変調することにより、第２のデータを伝送できる。簡単な構成で、強度変調と位相変調の併用する多値伝送を実現できる。

好ましくは、反転ＲＺ信号光発生装置が、第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を出力するＲＺパルス信号光発生装置と、当該ＲＺパルス信号光を反転ＲＺ形式に変換する反転ＲＺ変換装置とを具備する。これにより、簡単に反転ＲＺ信号光を生成できる。

好ましくは、ＲＺパルス信号光発生装置が、第１の波長λ１のレーザ光を発生するレーザ光源と、当該第１のレーザ光源の出力光を当該第１のデータＤ１で強度変調して、当該ＲＺパルス信号光を生成する光強度変調器とを具備することを特徴とする。これにより、第１のデータＤ１を搬送するＲＺパルス信号光を簡単に生成できる。

好ましくは、当該反転ＲＺ変換装置が、第２の波長λ２のレーザ光を出力する第１のＣＷ光源と、当該ＲＺパルス信号光と当該第１のＣＷ光源の出力光との相互作用により、当該ＲＺパルス信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第２の波長λ２の信号光を生成する第１の光演算素子とを具備することを特徴とする。これにより、ＲＺパルス信号光を反転ＲＺ形式に効率良く変換できる。

好ましくは、当該反転ＲＺ信号光発生装置が、第１の波長λ１のＣＷレーザ光を発生するＣＷ光源と、当該第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置と、当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い当該ＣＷ光源の出力光の強度を変調し、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する光強度変調器とを具備することを特徴とする。これにより、簡単な構成で、簡単に反転ＲＺ信号光を生成できる。

好ましくは、当該反転装置が、第３の波長λ３のレーザ光を出力する第２のＣＷ光源と、当該分波器の一方の出力信号光と当該第２のＣＷ光源の出力光との相互作用により、当該分波器の一方の出力信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第３の波長λ３の信号光を生成する第２の光演算素子とを具備することを特徴とする。これにより、簡単な構成で反転ＲＺ形式の信号光をＲＺ形式に変換できる。

好ましくは、変換装置が、１ビット遅延干渉計からなる。これにより、位相変調信号光を強度変調信号光に変換できる。好ましくは、第２の検出器が、１ビット遅延干渉計の２つの出力光をバランス受信するバランス受信器からなる。バランス受信により、第１のデータＤ１の強度変調による強度変動の影響を低減できる。

本発明に係る光多値伝送方法は、光伝送路を介して光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送方法である。第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成する。当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調する。位相変調されたＲＺパルス信号光を光伝送路に出力する。光伝送路から出力される光を分波器により２分割する。当該分波器の一方の出力信号光を反転装置により反転する。当該反転装置により反転された信号光から当該第１のデータを検出する。当該分波器の他方の出力信号光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換する。当該光強度変調信号から当該第２のデータＤ２を検出する。

この方法により、簡単な構成で、強度変調と位相変調の併用する多値伝送を実現できる。

好ましくは、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を生成するステップと、当該ＲＺパルス信号光を反転するステップとを具備する。これにより、位相変調可能な反転ＲＺ信号光を生成できる。

好ましくは、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を生成するステップと、当該反転ＲＺ形式の電気信号に従い、ＣＷレーザ光を強度変調するステップとを具備する。これにより、位相変調可能な反転ＲＺ信号光を生成できる。

本発明に係る光送信装置は、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する反転ＲＺ信号光発生装置と、当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器とを具備することを特徴とする。

好ましくは、当該反転ＲＺ信号光発生装置が、第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を出力するＲＺパルス信号光発生装置と、当該ＲＺパルス信号光を反転ＲＺ形式に変換する反転ＲＺ変換装置とを具備する。これにより、簡単に反転ＲＺ信号光を生成できる。

好ましくは、当該ＲＺパルス信号光発生装置が、第１の波長λ１のレーザ光を発生するレーザ光源と、当該第１のレーザ光源の出力光を当該第１のデータＤ１で強度変調して、当該ＲＺパルス信号光を生成する光強度変調器とを具備する。これにより、第１のデータＤ１を搬送するＲＺパルス信号光を簡単に生成できる。

好ましくは、当該反転ＲＺ変換装置が、第２の波長λ２のレーザ光を出力する第１のＣＷ光源と、当該ＲＺパルス信号光と当該第１のＣＷ光源の出力光との相互作用により、当該ＲＺパルス信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第２の波長λ２の信号光を生成する第１の光演算素子とを具備する。これにより、ＲＺパルス信号光を反転ＲＺ形式に効率良く変換できる。

好ましくは、当該反転ＲＺ信号光発生装置が、第１の波長λ１のＣＷレーザ光を発生するＣＷ光源と、当該第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置と、当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い当該ＣＷ光源の出力光の強度を変調し、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する光強度変調器とを具備する。これにより、簡単な構成で、簡単に反転ＲＺ信号光を生成できる。

本発明に係る多値信号光生成方法は、光強度と光位相で独立に情報を伝送する多値信号光を生成する方法であって、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成し、当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調することを特徴とする。

好ましくは、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を生成するステップと、当該ＲＺパルス信号光を反転するステップとを具備する。これにより、簡単に反転ＲＺ信号光を生成できる。

好ましくは、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を生成するステップと、当該反転ＲＺ形式の電気信号に従い、ＣＷレーザ光を強度変調するステップとを具備する。

本発明に係る光多値伝送システムは、光送信装置から光伝送路を介して光受信装置に光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送システムである。特徴的には、当該光送信装置が、レーザ光源と、第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置と、当該レーザ光源の出力光を当該第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器と、当該光位相変調器による位相変調光を、当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い強度変調する光強度変調器とを具備する。当該光受信装置が、当該光伝送路から入力する光を２分割する分波器と、当該分波器の一方の出力光を反転する反転装置と、当該反転装置により反転された信号光から当該第１のデータＤ１を検出する第１の検出器と、当該分波器の他方の出力光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換する変換装置と、当該変換装置の出力から当該第２のデータＤ２を検出する第２の検出器とを具備する。

第１のデータＤ１を反転ＲＺ形式の強度変調信号光として伝送するので、受信側では、強度変調で伝送される第１のデータＤ１と、位相変調で伝送される第２のデータＤ２を、互いに独立に受信できる。これにより、簡単な構成で、強度変調と位相変調の併用する多値伝送を実現できる。

好ましくは、当該反転装置が、光伝送路から入力する信号光とは異なる第２の波長λ３のレーザ光を出力するＣＷ光源と、当該分波器の一方の出力信号光と当該ＣＷ光源の出力光との相互作用により、当該分波器の一方の出力信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第２の波長λ３の信号光を生成する第２の光演算素子とを具備することを特徴とする。これにより、簡単な構成で反転ＲＺ形式の信号光をＲＺ形式に変換できる。

好ましくは、変換装置が、１ビット遅延干渉計からなる。これにより、位相変調信号光を強度変調信号光に変換できる。好ましくは、第２の検出器が、１ビット遅延干渉計の２つの出力光をバランス受信するバランス受信器からなる。バランス受信により、１ビット遅延干渉計の出力に含まれる第１のデータＤ１の強度変調成分を相殺できる。これにより、位相変調で伝送される第２のデータＤ２を精度良く検出できる。

本発明に係る光多値伝送方法は、光伝送路を介して光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送方法である。第１のデータＤ１を反転ＲＺ形式に変換する。レーザ光を第２のデータに従い位相変調して位相変調信号光を生成する。当該位相変調信号光を当該反転ＲＺ形式の第１のデータに従い強度変調する。位相変調及び強度変調された信号光を光伝送路に出力する。光伝送路から出力される光を分波器により２分割する。当該分波器の一方の出力信号光を反転装置により反転する。当該反転装置により反転された信号光から当該第１のデータＤ１を検出する。当該分波器の他方の出力信号光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換する。当該光強度変調信号から当該第２のデータＤ２を検出する。

本発明に係る光送信装置は、レーザ光源と、第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置と、当該レーザ光源の出力光を当該第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器と、当該光位相変調器による位相変調光を、当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い強度変調する光強度変調器とを具備することを特徴とする。

本発明に係る多値信号光生成方法は、光強度と光位相で独立に情報を伝送する多値信号光を生成する方法である。第１のデータＤ１を反転ＲＺ形式に変換する。レーザ光を第２のデータに従い位相変調して位相変調信号光を生成する。当該位相変調信号光を当該反転ＲＺ形式の第１のデータに従い強度変調する。

本発明によれば、簡単な構成で、強度変調と位相変調を併用する多値光伝送を実現できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図２は、本実施例の波形例を示す。

光送信装置１０は、強度変調及び位相変調による多値信号光を光伝送路１２に出力する。光伝送路１２を伝搬した多値信号光は、光受信装置１４に入力する。光受信装置１４は、強度変調で伝送されるデータＤ１と位相変調で伝送されるデータＤ２を個別に受信する。光伝送路１２としては、光ファイバのみの無中継光伝送路、光ファイバと光アンプとからなる光増幅伝送路、又は、分散補償装置を組み込んだ光ファイバ伝送路がありうる。

先ず、光送信装置１０の構成と動作を説明する。パルス光源２０は、同期信号発生装置２２からのクロックに従う周波数（例えば、１０ＧＨｚ）の、波長λ１のパルスレーザ光を発生する。レーザ光源２０の出力するパルスレーザ光のデューティ比は５０％以下であるのが好ましく、可能な範囲でパルス幅の狭いものであるのが好ましい。

レーザ光源２０は、例えば、パルスレーザ光を出力するレーザ素子、例えば、モードロックレーザからなる。代替構成として、レーザ光源２０は、連続（ＣＷ）レーザ光を出力するレーザダイオードと、このレーザダイオードの出力するＣＷレーザ光を同期信号発生装置２２からのクロックに従いパルス化する光強度変調器、例えば電気吸収（ＥＡ）型光変調器からなるものであってもよい。

パルス光源２０の出力するパルスレーザ光は、光強度変調器２４に印加される。光強度変調器２４は例えば、ＬｉＮｂＯ_３の結晶からなる。データ発生装置２６は、同期信号発生装置２２の出力に同期してデータＤ１を光強度変調器２４に印加する。光強度変調器２４は、データ発生装置２６からのデータＤ１に従い、パルス光源２０の出力パルスレーザ光をオン／オフ変調する。光強度変調器２４は、データＤ１を搬送するＲＺパルス信号光を出力する。図２の波形８０は、光強度変調器２４の出力波形例を示す。即ち、パルス光源２０、光強度変調器２４及びデータ発生装置２６からなる部分は、第１のデータＤ１を搬送するＲＺパルス信号光を生成する回路になる。データＤ１は、図２に示す例では、１，０，１，１，０，１の２進値列からなる。

光アンプ２８は、光強度変調器２４の出力光を光増幅する。光アンプ２８の出力光は、反転装置３０の光サーキュレータ３２のポートＡに印加される。反転装置３０は、データＤ１を搬送するＲＺパルス信号光の波形を反転する装置である。光サーキュレータ３２は、光アンプ２８からポートＡに入力した光をポートＢから半導体光増幅器（ＳＯＡ）３４に供給する。反転装置３０は波長λ１とは異なる波長λ２の連続レーザ光を出力するＣＷ光源３６を具備する。ＣＷ光源３６の出力光は半導体光増幅器３４を介して光サーキュレータ３２のポートＢに入力する。即ち、半導体光増幅器３４には、光アンプ２８の出力光、即ち、データＤ１を搬送する波長λ１のＲＺパルス信号光と、ＣＷ光源３６からの波長λ２のＣＷレーザ光が入力する。

ＳＯＡ３４の相互利得変調（ＸＧＭ）により、波長λ２のＣＷレーザ光に対する利得が、波長λ１のＲＺパルス信号光の光強度に応じて変動する。具体的には、波長λ１のＲＺパルス信号光の光パルスが存在する期間では、波長λ２に対する利得が低下し、光パルスが存在しない期間では、波長λ２に対する利得が増大する。この結果、ＳＯＡ３４から出力される波長λ２のレーザ光の波形は、波長λ１のＲＺパルス信号光の波形を反転した波形になる。ＳＯＡ３４から出力される波長λ２のレーザ光は、光サーキュレータ３２のポートＢに入力し、光サーキュレータ３２のポートＣから光位相変調器３８に供給される。図２の波形８２は、ＳＯＡ３４から出力される波長λ２のレーザ光の波形例、即ち、光サーキュレータ３２のポートＣから光位相変調器３８に供給される波長λ２のレーザ光の波形例を示す。反転装置３０の出力光は、図２に波形８２として示すように、２進値”０”の区間にも光が存在し、かつまた、２進値”１”の区間のほとんどにも光が存在するので、この光信号を位相変調することによりデータを伝送できる。

反転装置３０の出力信号光のように、２進値の一方の値、例えば”１”に対して、１ビットスロット内の一部に光の存在しない期間を配置し、２進値の他方の値、例えば、”０”に対して、１ビットスロット内を光で満たす形式又は信号を反転ＲＺ形式又は反転ＲＺ信号と呼ぶことにする。このような反転ＲＺ形式の光パルスの一例として、ダークソリトンが知られている。例えば、M. Nakazawa and K. Suzuki, "Generation of a pseudorandom dark solton train and its coherent detection by one-bit-shifting with a mach-Zehnder interferometer," Electronics letters 22^nd June 1995, Vol. 31, No. 13, pp. 1084-1085参照。

データ発生装置４０は第２のデータＤ２を発生し、データＤ２を光位相変調器３８に駆動信号として供給する。光位相変調器３８は、データＤ２に従い、反転装置３０の出力光、即ち光サーキュレータ３２のポートＣの出力光の光位相を０又はπに変調する。図２の波形８４は、光位相変調器３８の出力光の波形と光位相を示す。ここでは、光位相が、０，π，π，π，π，０に変調されている。図２に示す波形８４では、理解しやすいように、光位相変調器３８による位相変調を、データＤ１のビットスロットに同期して図示してあるが、光強度変調２４による強度変調と光位相変調器３８による位相変調は、同期していなくてもよい。波長λ２以外の光が光位相変調器３８に入射しないように、光サーキュレータ３２のポートＣと光位相変調器３８の間に、波長λ２の光を選択的に透過する光バンドパスフィルタを配置してもよい。

光位相変調器３８の出力光は、光送信装置１０の出力光として光伝送路１２に出力され、光伝送路１２を伝搬して光受信装置１４に入力する。

光受信装置１４の構成及び動作を説明する。分波器５０は、光伝送路１２からの信号光を２分割し、一方を反転装置５２の光サーキュレータ５４のポートＡに供給し、他方を１ビット遅延干渉計６６に供給する。強度変調で伝送されたデータＤ１が反転装置５２以降で復調され、位相変調で伝送されたデータＤ２が１ビット遅延干渉計６６以降で復調される。

反転装置５２は、基本的に、反転装置３０と同じ構成からなる。即ち、反転装置５２は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）５６及び、波長λ２とは異なる波長λ３のＣＷレーザ光を出力するＣＷ光源５８を具備する。波長λ３は、波長λ１と等しくてもよい。

光サーキュレータ５４は、分波器５０からポートＡに入力した光をポートＢからＳＯＡ５６に供給する。ＣＷ光源５８の出力光はＳＯＡ５６を介して光サーキュレータ５４のポートＢに入力する。即ち、ＳＯＡ５６には、強度及び位相を変調された波長λ２の信号光と、ＣＷ光源５８からの波長λ３のＣＷレーザ光が入力する。反転装置３０の作用と同様の作用により、反転装置５２は、分波器５０から出力される信号光の波形を反転する。すなわち，反転装置は、反転ＲＺ形式をＲＺ形式に戻す装置として機能する。

光アンプ６０は、反転装置５４の出力信号光を増幅する。光バンドパスフィルタ６２は、光アンプ６２の出力光から波長λ３の成分を抽出する。フォトダイオード６４は光バンドパスフィルタ６２の出力信号光を電気信号に変換する。フォトダイオード６４の出力電気信号は、データＤ１を搬送するＲＺ信号になっている。図２の波形８６は、フォトダイオード６４の出力信号の波形例を示す。

１ビット遅延干渉計６６は、分波器６８と、合分波器７２と、分波器６８と合分波器７２の間の２つのアームの一方に配置される１ビット光遅延素子７０とからなる周知の構成からなり、１ビット光遅延素子７０の遅延時間τは、光位相変調器３８による光位相変調の１ビット期間に相当する。このような１ビット遅延干渉計６６は、位相変調信号光を強度変調信号光又はＯＯＫ（On/Off keying）信号光に変換する装置として周知である。１ビット遅延干渉計６６は、位相変調信号の光位相が０からπ、又はπから０に遷移するときに光パルスを出力する。シリアルに接続した２つのフォトダイオード７４，７６により、１ビット遅延干渉計６６の出力信号光をバランス受信する。アンプ７８は、バランス受信された電気信号を増幅し、出力する。アンプ７８は好ましくは、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）アンプからなる。１ビット遅延干渉計６６の出力は、第１のデータＤ１を搬送する強度変調による強度変動を含むが、バランス受信とＡＰＣアンプを併用することで、データＤ１の伝送のための強度変調による強度変動を低減できる。

先に述べたように、強度変調と位相変調は、同じビットレートである必要がなく、また、同期している必要も無い。強度変調と位相変調のビットレートを異ならせることで、データＤ２の受信又は検出が、より容易になる。例えば、データＤ２の位相変調の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ、又は、データＤ１の強度変調の周波数成分を除去するバンド除去フィルタを、アンプ７８の後段に配置することで、容易に強度変調の影響を除去できる。

アンプ７８の出力信号は、復調されたデータＤ２を搬送するＲＺ信号になる。図２の波形８８は、復調されたデータＤ２の波形例を示す。アンプ７８の出力電気信号では、位相変調信号の光位相が０からπ、又はπから０に遷移するときにパルスが存在する。
位相変調にＤＱＰＳＫを使用する場合、光位相変調器３８とデータ発生装置４０との間にプリコーダを配置する必要がある。光受信装置１４には、プリコーダに対応するデコーダをアンプ７８の出力に配置する。

反転装置３０では、ＳＯＡ３４に信号光とＣＷ光を逆方向に入射しているが、ＳＯＡ３４に信号光とＣＷ光を同方向で入射しても、信号光の波形を反転できる。具体的には、光アンプ２８の出力信号光とＣＷ光源３６の出力光を３ｄＢ光カップラで合波し、両光をＳＯＡに同方向で入射する。そして、ＳＯＡの出力側に波長λ２の光バンドパスフィルタを配置して波長λ２の光のみを抽出し、光位相変調器３８に印加する。同方向入射の場合，光バンドパスフィルタが必要になるが、逆方向入射の場合よりも高速に動作する。

反転装置５２でも反転装置３０と同様に、ＳＯＡ５６に信号光とＣＷ光を同方向で入射してもよい。具体的には、分波器５０からの信号光とＣＷ光源５８の出力光を３ｄＢ光カップラで合波し、両光をＳＯＡに同方向で入射する。そして、ＳＯＡ５６の出力側に波長λ３の光バンドパスフィルタを配置して波長λ３の光のみを抽出し、光アンプ６０に印加する。

図１に示す実施例では、光強度変調器２４によりデータＤ１を搬送するＲＺ光パルス信号を生成し、そのＲＺ光パルス信号を反転装置３０により反転ＲＺ形式に変換した。電気段階で反転ＲＺ信号を生成し、その反転ＲＺ信号によりＣＷレーザ光の強度を２値変調する方法でも、同様に反転ＲＺ形式の光パルス信号を生成できる。図３は、そのように変更した光送信装置１１０の概略構成図を示す。図１に示す実施例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

光送信装置１１０の構成と動作を説明する。ＣＷ光源１２０は、波長λ１のＣＷレーザ光を発生する。ＣＷ光源１２０の出力するＣＷレーザ光は、光強度変調器１２２に印加される。データ発生装置１２４は、送信すべきデータＤ１をＮＲＺ（None-Return to Zero）形式で出力する。ＮＲＺ／ＲＺ変換回路１２６は、データ発生装置１２４の出力データをＲＺ形式に変換し、反転装置１２８は、変換回路１２６の出力をＲＺ形式から反転ＲＺ形式に変換する。ＮＲＺ／ＲＺ変換回路１２６と反転装置１２８の機能を１つの装置で実現してもよい。反転装置１２８の出力は、駆動信号又は変調信号として光強度変調器１２２に印加される。

光強度変調器１２２は、反転装置１２８の出力信号に従い、例えば２進値の”１”に対応するダークパルスのように、反転装置１２８の出力信号レベルが低いときには、ＣＷ光源１２０の出力光を遮断もしくは低透過率又は低利得で透過し、例えば、２進値の”０”に対応する期間のように、反転装置１２８の出力信号レベルが高いときには、ＣＷ光源１２０の出力光を高透過率又は高利得で透過する。このようにして、光強度変調器１２２は、いわば、反転ＲＺ形式の電気信号を反転ＲＺ形式の光信号に変換する。

光アンプ１３０は光強度変調器１２２の出力信号光を光増幅する。光アンプ１３０の出力は、光位相変調器１３８に印加される。データ発生装置１４０は第２のデータＤ２を発生し、データＤ２を光位相変調器１３８に駆動信号として供給する。光位相変調器１３８は、データＤ２に従い、光アンプ１３０の出力光、即ち光強度変調器１２２から出力される反転ＲＺ信号光の光位相を０又はπに変調する。光位相変調器１３８の出力光は、光送信装置１１０の出力光として光伝送路１２に出力される。

強度変調及び位相変調された信号光は、光伝送路１２を伝搬し、光受信装置１４に入力する。光受信装置１４の動作は、図１に示す実施例と同じであるので、説明を省略する。

図１及び図３に示す実施例では、光強度変調器の後段に光位相変調器を配置したが、その逆でも良い。図４はその変更実施例の概略構成ブロック図を示す。図１に示す実施例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。

光送信装置２１０の構成と動作を説明する。ＣＷ光源２２０は、波長λ１のＣＷレーザ光を発生する。ＣＷ光源２２０の出力するＣＷレーザ光は、光位相変調器２３８に印加される。データ発生装置１４０は第２のデータＤ２を発生し、そのデータＤ２を光位相変調器２３８に駆動信号として供給する。光位相変調器２３８は、データＤ２に従いＣＷ光源２２０の出力レーザ光の光位相を０又はπに変調する。光位相変調器２３８の出力光は、光アンプ２３０により増幅されて、光強度変調器２２２に印加される。

データ発生装置２２４は、送信すべきデータＤ１をＮＲＺ形式で出力する。ＮＲＺ／ＲＺ変換回路２２６は、データ発生装置２２４の出力データをＲＺ形式に変換し、反転装置２２８は、変換回路２２６の出力をＲＺ形式から反転ＲＺ形式に変換する。ＮＲＺ／ＲＺ変換回路２２６と反転装置２２８の機能を１つの装置で実現してもよい。反転装置２２８の出力は、駆動信号又は変調信号として光強度変調器２２２に印加される。

光強度変調器２２２は、反転装置２２８の出力信号に従い、例えば２進値の”１”に対応するダークパルスのように、反転装置２２８の出力信号レベルが低いときには、光アンプ２３０の出力光を遮断もしくは低透過率又は低利得で透過し、例えば、２進値の”０”に対応する期間のように、反転装置２２８の出力信号レベルが高いときには、光アンプ２３０の出力光を高透過率又は高利得で透過する。このようにして、光強度変調器２２２は、いわば、反転ＲＺ形式の電気信号を反転ＲＺ形式の光信号に変換する。光強度変調器２２２の出力光は、光送信装置２１０の出力光として光伝送路１２に出力される。

位相変調及び強度変調された信号光は、光伝送路１２を伝搬し、光受信装置１４に入力する。光受信装置１４の動作は、図１に示す実施例と同じであるので、説明を省略する。

図１、図３及び図４に示す実施例における各データ発生装置２６，４０，１２４，１４０，２２４，２４０は、データソース、外部のデータソースからのデータ信号の入力端子、外部データソースからのデータ信号を増幅するアンプ、及び外部データソースからのデータ信号の波形を生成する波形整形装置の何れであってもよい。

図１、図３及び図４に示す実施例における光強度変調に時分割多重を併用してもよいことは明らかである。同様に、図１、図３及び図４に示す実施例における位相変調に光位相多値変調、例えば、ＤＱＰＳＫを使用してもよいことも明らかである。ＤＱＰＳＫについては、例えば、C. Wree, et al. ,"Experimental Investigation of Receiver Sensitivity of RZ-DQPSK Modulation Format Using Balanced Detection," OFC 2003, Vol.2, ThE5, pp. 456-457に説明されている。

本発明の一実施例の概略構成図である。本実施例の波形例である。本発明の第２実施例の概略構成図である。本発明の第３実施例の概略構成図である。

符号の説明

１０：光送信装置
１２：光伝送路
１４：光受信装置
２０：パルス光源
２２：同期信号発生装置
２４：光強度変調器
２６：データ発生装置
２８：光アンプ
３０：反転装置
３２：光サーキュレータ
３４：半導体光増幅器（ＳＯＡ）
３６：ＣＷ光源
３８：光位相変調器
４０：データ発生装置
５０：分波器
５２：反転装置
５４：光サーキュレータ
５６：半導体光増幅器（ＳＯＡ）
５８：ＣＷ光源
６０：光アンプ
６２：光バンドパスフィルタ
６４：フォトダイオード
６６：１ビット遅延干渉計
６８：分波器
７０：光遅延素子
７２：光合分波器
７４，７６：フォトダイオード
７８：アンプ
１１０：光送信装置
１２０：ＣＷ光源
１２２：光強度変調器
１２４：データ発生装置
１２６：ＮＲＺ／ＲＺ変換回路
１２８：反転装置
１３０：光アンプ
１３８：光位相変調器
１４０：データ発生装置
２１０：光送信装置
２２０：ＣＷ光源
２２２：光強度変調器
２２４：データ発生装置
２２６：ＮＲＺ／ＲＺ変換回路
２２８：反転装置
２３０：光アンプ
２３８：光位相変調器
２４０：データ発生装置

Claims

光送信装置（１０、１１０）から光伝送路（１２）を介して光受信装置（１４）に光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送システムであって、
当該光送信装置（１０、１１０）が、
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する反転ＲＺ信号光発生装置（２０，２４，３０；１２０〜１２８）と、
当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器（３８）
とを具備し、
当該光受信装置（１４）が、
当該光伝送路（１２）から入力する光を２分割する分波器（５０）と、
当該分波器（５０）の一方の出力光を反転する反転装置（５２）と、
当該反転装置（５２）により反転された信号光から当該第１のデータＤ１を検出する第１の検出器（６４）と、
当該分波器（５０）の他方の出力光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換する変換装置（６６）と、
当該変換装置（６６）の出力から当該第２のデータＤ２を検出する第２の検出器（７４，７６）
とを具備することを特徴とする光多値伝送システム。
当該反転ＲＺ信号光発生装置が、
第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を出力するＲＺパルス信号光発生装置（２０，２４）と、
当該ＲＺパルス信号光を反転ＲＺ形式に変換する反転ＲＺ変換装置（３０）
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の光多値伝送システム。
当該ＲＺパルス信号光発生装置が、第１の波長λ１のレーザ光を発生するレーザ光源（２０）と、当該第１のレーザ光源（２０）の出力光を当該第１のデータＤ１で強度変調して、当該ＲＺパルス信号光を生成する光強度変調器（２４）とを具備することを特徴とする請求項２に記載の光多値伝送システム。
当該反転ＲＺ変換装置（３０）が、第２の波長λ２のレーザ光を出力する第１のＣＷ光源（３６）と、当該ＲＺパルス信号光と当該第１のＣＷ光源（３６）の出力光との相互作用により、当該ＲＺパルス信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第２の波長λ２の信号光を生成する第１の光演算素子（３４）とを具備することを特徴とする請求項２又は３に記載の光多値伝送システム。
当該反転ＲＺ信号光発生装置が、
第１の波長λ１のＣＷレーザ光を発生するＣＷ光源（１２０）と、
当該第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置（１２４，１２６，１２８）と、
当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い当該ＣＷ光源の出力光の強度を変調し、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する光強度変調器（１２２）
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の光多値伝送システム。
当該反転装置（５２）が、第３の波長λ３のレーザ光を出力する第２のＣＷ光源（５８）と、当該分波器（５０）の一方の出力信号光と当該第２のＣＷ光源（５８）の出力光との相互作用により、当該分波器（５０）の一方の出力信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第３の波長λ３の信号光を生成する第２の光演算素子（５６）とを具備することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光多値伝送システム。
当該変換装置が、１ビット遅延干渉計（６６）からなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光多値伝送システム。
当該第２の検出器が、当該１ビット遅延干渉計（６６）の２つの出力光をバランス受信するバランス受信器（７４，７６）からなることを特徴とする請求項７に記載の光多値伝送システム。
光伝送路（１２）を介して光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送方法であって、
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成し、
当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調し、
位相変調されたＲＺパルス信号光を光伝送路（１２）に出力し、
光伝送路（１２）から出力される光を分波器（５０）により２分割し、
当該分波器（５０）の一方の出力信号光を反転装置（５２）により反転し、
当該反転装置（５２）により反転された信号光から当該第１のデータを検出し、
当該分波器（５０）の他方の出力信号光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換し、
当該光強度変調信号から当該第２のデータＤ２を検出する
ことを特徴とする光多値伝送方法。
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、
第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を生成するステップと、
当該ＲＺパルス信号光を反転するステップ
とを具備することを特徴とする請求項９に記載の光多値伝送方法。
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、
第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を生成するステップと、
当該反転ＲＺ形式の電気信号に従い、ＣＷレーザ光を強度変調するステップ
とを具備することを特徴とする請求項９に記載の光多値伝送方法。
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する反転ＲＺ信号光発生装置（２０，２４，３０；１２０〜１２８）と、
当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器（３８）
とを具備することを特徴とする光送信装置。
当該反転ＲＺ信号光発生装置が、
第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を出力するＲＺパルス信号光発生装置（２０，２４）と、
当該ＲＺパルス信号光を反転ＲＺ形式に変換する反転ＲＺ変換装置（３０）
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載の光送信装置。
当該ＲＺパルス信号光発生装置が、
第１の波長λ１のレーザ光を発生するレーザ光源（２０）と、
当該第１のレーザ光源（２０）の出力光を当該第１のデータＤ１で強度変調して、当該ＲＺパルス信号光を生成する光強度変調器（２４）
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載の光送信装置。
当該反転ＲＺ変換装置（３０）が、
第２の波長λ２のレーザ光を出力する第１のＣＷ光源（３６）と、
当該ＲＺパルス信号光と当該第１のＣＷ光源（３６）の出力光との相互作用により、当該ＲＺパルス信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第２の波長λ２の信号光を生成する第１の光演算素子（３４）
とを具備することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光送信装置。
当該反転ＲＺ信号光発生装置が、
第１の波長λ１のＣＷレーザ光を発生するＣＷ光源（１２０）と、
当該第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置（１２４，１２６，１２８）と、
当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い当該ＣＷ光源の出力光の強度を変調し、第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を出力する光強度変調器（１２２）
とを具備することを特徴とする請求項１２に記載の光送信装置。
光強度と光位相で独立に情報を伝送する多値信号光を生成する方法であって、
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成し、
当該反転ＲＺ信号光を第２のデータＤ２に従い位相変調する
ことを特徴とする多値信号光生成方法。
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、
第１のデータＤ１で強度変調されたＲＺパルス信号光を生成するステップと、
当該ＲＺパルス信号光を反転するステップ
とを具備することを特徴とする請求項１７に記載の多値信号光生成方法。
第１のデータＤ１で強度変調された反転ＲＺ信号光を生成するステップが、
第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を生成するステップと、
当該反転ＲＺ形式の電気信号に従い、ＣＷレーザ光を強度変調するステップ
とを具備することを特徴とする請求項１７に記載の多値信号光生成方法。
光送信装置（２１０）から光伝送路（１２）を介して光受信装置（１４）に光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送システムであって、
当該光送信装置（２１０）が、
レーザ光源（２２０）と、
第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置（２２４，２２６，２２８）と、
当該レーザ光源（２２０）の出力光を当該第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器（２３８）と、
当該光位相変調器（２３８）による位相変調光を、当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い強度変調する光強度変調器（２２２）
とを具備し、
当該光受信装置（１４）が、
当該光伝送路（１２）から入力する光を２分割する分波器（５０）と、
当該分波器（５０）の一方の出力光を反転する反転装置（５２）と、
当該反転装置（５２）により反転された信号光から当該第１のデータＤ１を検出する第１の検出器（６４）と、
当該分波器（５０）の他方の出力光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換する変換装置（６６）と、
当該変換装置（６６）の出力から当該第２のデータＤ２を検出する第２の検出器（７４，７６）
とを具備することを特徴とする光多値伝送システム。
当該反転装置（５２）が、光伝送路（１２）から入力する信号光とは異なる第２の波長λ３のレーザ光を出力するＣＷ光源（５８）と、当該分波器（５０）の一方の出力信号光と当該ＣＷ光源（５８）の出力光との相互作用により、当該分波器（５０）の一方の出力信号光の波形を反転した波形に相当する波形を具備する第２の波長λ３の信号光を生成する第２の光演算素子（５６）とを具備することを特徴とする請求項２０に記載の光多値伝送システム。
当該変換装置が、１ビット遅延干渉計（６６）からなることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の光多値伝送システム。
当該第２の検出器が、当該１ビット遅延干渉計（６６）の２つの出力光をバランス受信するバランス受信器（７４，７６）からなることを特徴とする請求項２２に記載の光多値伝送システム。
光伝送路（１２）を介して光強度と光位相で独立に情報を伝送する光多値伝送方法であって、
第１のデータＤ１を反転ＲＺ形式に変換し、
レーザ光を第２のデータに従い位相変調して位相変調信号光を生成し、
当該位相変調信号光を当該反転ＲＺ形式の第１のデータに従い強度変調し、
位相変調及び強度変調された信号光を光伝送路（１２）に出力し、
光伝送路（１２）から出力される光を分波器（５０）により２分割し、
当該分波器（５０）の一方の出力信号光を反転装置（５２）により反転し、
当該反転装置（５２）により反転された信号光から当該第１のデータＤ１を検出し、
当該分波器（５０）の他方の出力信号光に含まれる位相変調信号を光強度変調信号に変換し、
当該光強度変調信号から当該第２のデータＤ２を検出する
ことを特徴とする光多値伝送方法。
レーザ光源（２２０）と、
第１のデータＤ１を示す反転ＲＺ形式の電気信号を出力する反転ＲＺデータ形成装置（２２４，２２６，２２８）と、
当該レーザ光源（２２０）の出力光を当該第２のデータＤ２に従い位相変調する光位相変調器（２３８）と、
当該光位相変調器（２３８）による位相変調光を、当該反転ＲＺデータ形成装置の出力電気信号に従い強度変調する光強度変調器（２２２）
とを具備することを特徴とする光送信装置。
光強度と光位相で独立に情報を伝送する多値信号光を生成する方法であって、
第１のデータＤ１を反転ＲＺ形式に変換し、
レーザ光を第２のデータに従い位相変調して位相変調信号光を生成し、
当該位相変調信号光を当該反転ＲＺ形式の第１のデータに従い強度変調する
ことを特徴とする多値信号光生成方法。