JP3819912B2 - 光送信装置および光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、波長多重光通信システムとこのシステムに用いられる光送信装置に関する。特に本発明は、送信光信号のチャネル周波数間隔をビットレート周波数以下にまで狭め得る光送信装置と、この光送信装置を備える光通信システムに関する。

波長多重光伝送技術は、光通信システムの大容量化をもたらす技術として注目されている。近年では光信号の高速変調技術が進展しており、これにより波長多重信号の１波あたりの伝送速度も高まってきている。最近では従来の１０Ｇｂ／ｓクラスから４０Ｇｂ／ｓクラスのデータ速度が実現されようとしているが、データ速度が高まるにつれて１波あたりの占有光帯域は広がる。よって各波間でのクロストークを避けるために、信号光間の波長間隔を拡大するか、信号光の占有光帯域を狭くするかのいずれかの手法が一般に用いられる。

光通信システム全体での経済性を高めるには、一つの光増幅器でカバーできる光帯域内に波長多重光信号の全ての帯域を収容可能であることが望ましい。よって上記の２つの手法のうち、占有光帯域の狭い光信号を用いるという手法（後者の手法）が有効である。光信号の帯域を抑圧するには狭帯域の光バンドパスフィルタを用いれば良いが、光変調方式の如何により、帯域抑圧量（光フィルタの透過帯域幅）が実質的に決定される。このため変調方式の選択は大変重要なファクタである。

非特許文献１に、光キャリア抑圧（ＣＳ）−ＲＺ光信号を用いた高密度波長多重システムの一例が開示される。ＣＳ−ＲＺ光信号は、ビットレート周波数に相当する連続ＲＺパルス波にデータ変調を施すことにより生成される。非特許文献１にはこのＣＳ−ＲＺ光信号の帯域を光フィルタにより抑圧し、占有光帯域をコンパクト化した光信号をビットレート周波数相当のチャネル間隔で波長多重する技術が開示される。

非特許文献２には、反転ＲＺ光信号を用いることにより、ＣＳ−ＲＺ光信号よりも占有帯域幅の狭い光信号を得る技術が開示される。この文献に記載の技術によれば、ＣＳ−ＲＺ光信号に比べてほぼ６６％以下の占有光帯域を持つ反転ＲＺ光信号を得ることが可能である。
I. Morita, et al. 国際会議 European Conference on Optical Communications 2002, Post-deadline paper, PD4.7 小楠 ほか 電子情報通信学会技術研究報告 OCS2003-105

しかしながら、非特許文献１の技術では隣接パルス間で光位相関係の反転するＣＳ−ＲＺ光信号を用いている。このような信号を用いるとデータ１が連続する場合に受信側でのアイ開口度（消光比）が著しく小さくなり、受信感度が大きく劣化することが知られている。よって非特許文献１の技術においては、光フィルタによる帯域の抑圧量に原理的な制約が有る。

このような問題には、光フィルタの中心透過周波数と光信号のキャリア周波数とを離調させることにより対処できる可能性が有る。しかしながらこの手法によれば光信号の主要帯域が光フィルタの透過帯域外にずれ込むため、群遅延特性などに優れた、従って高価な光フィルタを採用せざるを得ない。

一方、非特許文献２の技術によれば、反転ＲＺ光信号を得るためにデータ信号に基づく差動信号対を生成してこの差動信号対により光変調器を駆動する必要がある。しかも差動信号対の信号レベルを光変調器の半波長に相当する電圧にまで上げる必要があり、駆動回路（ドライバ）の負担が大きい。すなわち非特許文献２の技術によっては、広帯域かつ高出力の光変調器ドライバをチャネルあたり２つ設ける必要があるために、省サイズ化および低コスト化などの課題が残る。

このように本技術分野には、透過帯域幅がビットレート周波数未満の光フィルタにより帯域抑圧を施しても、ＲＺパルスに１が連続する場合に１レベルの変動の少ない波形を得られるようにしたいというニーズがある。このようにできれば、安価な光フィルタを用いてもチャネル周波数間隔をビットレート周波数未満にまで狭めることができる可能性が有る。また本技術分野には、超高密度波長多重システムに適する狭帯域の光信号を、差動信号対を用いることなく発生できるようにしたいというニーズがある。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、狭帯域の光信号を、構成簡易にして低コストで生成可能な光送信装置および光通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数に同期する連続パルス光を生成するパルス光発生手段（例えば連続光ＲＺパルス源１０６）と、前記送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段（例えば変調器ドライバ１０７）と、前記駆動信号により駆動されて前記連続パルス光を位相変調し、この連続パルス光のパルス位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段（例えば位相変調器１０３）と、前記ビットレート周波数以下の半値全幅を有し前記位相変調光の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する狭帯域光フィルタ（例えば狭帯域光フィルタ１０５）とを具備し、この狭帯域光フィルタ内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉により反転ＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光送信装置が提供される。

このような手段を講じることにより、ビットレート周波数に同期する連続パルス光が生成される。この場合各光パルスの位相は揃った状態である。この連続パルス光は位相変調手段により、ＮＲＺＩデータ信号の各論理レベル（０，１）に応じて反転位相変調される。例えば論理レベル（０）においてはパルス位相は変化せず、論理レベル（１）においてはパルス位相が反転する。このような状態の位相変調パルスが狭帯域光フィルタに与えられると、パルス位相の反転する部分の光強度が打ち消され、狭帯域の光信号が生成される。この狭帯域光信号の波形は反転ＮＲＺ符号となる。

上記構成においては駆動信号の差動対が必要で無くなるので、位相変調手段を駆動する駆動信号生成手段の数は１つで良い。従って省サイズ化および低コスト化などの要求を満たすことが可能となり、構成簡易にして低コストで狭帯域の光信号を生成することが可能になる。

本発明によれば、狭帯域の光信号を、構成簡易にして低コストで生成可能な光送信装置および光通信システムを提供することができる。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係わる光送信装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図である。図１において、データ信号１０２はＮＲＺＩ符号により表現され、クロック信号に同期する。このクロック信号は連続光ＲＺパルス源１０６に与えられる。連続光ＲＺパルス源１０６は単一モード光を出力する半導体レーザおよび光強度変調器を備え、クロック信号により単一モード光を強度変調する。これによりデータ信号１０２のビットレート周波数相当のパルス繰り返し周波数を持つ、連続ＲＺパルス光１０１が生成される。連続ＲＺパルス光１０１は位相変調器１０３に入射される。

位相変調器１０３は、変調器ドライバ１０７によって駆動レベルにまで電力増幅されたデータ信号１０２により駆動され、連続ＲＺパルス光１０１を位相変調する。位相変調のタイミングを連続ＲＺパルス光１０１に同期させることにより、ＤＰＳＫ−ＲＺ光信号（差動位相シフトキーイング光信号）１０４が生成される。すなわち位相変調器１０３は、連続ＲＺパルス光１０１のパルス位相をＮＲＺＩ符号の論理レベルに対応して反転させる。

位相変調光１０４は狭帯域光フィルタ１０５に入力される。狭帯域光フィルタ１０５はビットレート周波数以下の半値全幅を有し、位相変調光１０４の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する。すなわち狭帯域光フィルタ１０５内で生じる位相遅延により位相変調光１０４のパルス幅は広がり、パルス間での重なりが生じる。隣接するパルス間の光位相が同相であれば、重なり合うパルス光は光干渉により強めあう。逆に隣接パルス間の光位相が逆相であれば、重なり合うパルス光は互いに打ち消しあう。これにより狭帯域の光信号が生成出力される。この狭帯域光信号は、データ信号１０２の論理を反転した反転ＮＲＺ符号となる。

図２は、図１の光送信装置における各信号波形を示す図である。図２において、連続光ＲＺパルス源１０６からの連続ＲＺパルス光１０１はクロック信号に同期して強度変調（ＡＭ変調）されており、互いに同じ位相（０で示す）の光パルスを持つ。データ信号１０２はＮＲＺＩ符号であり、これが位相変調器１０３に与えられることにより、例えば論理レベル（１）において光位相が反転（πで示す）される。

位相変調光１０４は連続ＲＺパルス光１０１と同様のパルス状波形を示すが、各パルスの光位相はデータ信号１０２に応じて変化する。この位相変調光１０４を狭帯域光フィルタ１０５に入力すると、反転ＮＲＺ信号が生成される。データ信号１０２の符号の切り替え時（すなわちパルスの立ち上がりおよび立ち下がり時）には光位相が大きく変化するため、光信号の帯域の広がる要因となる。そこで、連続ＲＺパルス光１０１とデータ信号１０２とのタイミングを調節し、位相変調のタイミングを連続ＲＺパルス光１０１に同期させることにより、データ信号１０２の符号切り替え時に連続パルス光１０１の光強度が最小となるようにできる。これにより位相変調による信号帯域の広がりを抑圧することができる。

図３は、既存の光送信装置の構成例を示す機能ブロック図である。この光送信装置はＣＳ−ＲＺ光信号を生成することにより光信号の狭帯域を図るものである。図３において、半導体レーザ９０１からの単一モード光は第一の光強度変調器９０２に与えられ、ビットレート周波数のハーフレートに相当するハーフレートクロック信号９０３により強度変調される。光強度変調器９０３の直流バイアスを調整すると、光キャリア周波数成分が抑圧され、ビットレート周波数分だけ離れた２つの側波帯成分のみが生成される。これにより、ビットレート周波数相当（フルレート）のＣＷ変調光信号が生成され、光強度変調器９０３からは連続ＲＺパルス波が出力される。この連続ＲＺパルス波に第２の光強度変調器９０４によりデータ変調を施すとＣＳ−ＲＺ光信号が生成される。

光強度変調器９０３から出力される連続ＲＺパルス波のパルス位相は、隣接パルスごとに互いに反転する。また光キャリア成分が抑圧されているため、光ファイバの非線形効果に強い。ＣＳ−ＲＺ光信号を用いれば、その帯域を光フィルタにより抑圧して占有光帯域のコンパクト化を図り、ビットレート周波数相当のチャネル間隔での波長多重伝送を実現することが可能である。光フィルタの透過中心周波数を光信号のキャリア周波数から離調することにより、帯域抑圧後の光信号の消光比を確保でき、チャネル間隔がビットレート周波数程度の狭い値であってもチャネル間クロストークの影響を低減することが可能である。

しかしながらＣＳ−ＲＺ光信号に光フィルタを併用する技術においては、光フィルタによる帯域抑圧量に限界がある。すなわち、連続ＲＺパルスの隣接パルス間の光位相関係が反転しているため、ＣＳ−ＲＺ光信号のうちデータ１が連続する箇所（ＲＺパルスが連続して発生するところ）においてもパルス間の位相が反転する。このような状態において光フィルタによる帯域抑圧を狭めていくと、ＲＺパルスのパルス幅が広がり、隣接パルス間で光信号の打ち消し合いが生じ、連続すべきデータ１のレベルが大きく変動することになる。よって受信側でアイ開口度（消光比）が著しく小さくなり、受信感度が大きく劣化する。

図４は、既存の光送信装置の他の構成例を示す機能ブロック図である。図４において、一つの光強度変調器１００１に差動ＮＲＺＩ信号対１００２が入力される。光強度変調器１００１の直流バイアス１００３は、差動対信号の符号切り替え時にのみ出力光強度が瞬時的に０になるように調整される。復元すべきＮＲＺ信号の論理レベルが１であるとき光強度が瞬時的に０となるため、光強度変調器１００１の出力光の論理は通常のＲＺ光信号を反転したもの、すなわち反転ＲＺ光信号となる。反転ＲＺ光信号のパルス幅はＣＳ−ＲＺ光信号よりも広く、符号切り替え時には光位相の状態が大きく変化するが、光強度も瞬時的に０になる。このことから光位相変化時の光周波数広がりが実質的に抑制されるため、反転ＲＺ光信号の占有光帯域は、ＣＳ−ＲＺ光信号の略６６％以下にすることができる。また反転ＲＺ光信号は、光強度が瞬時的に０となるところがデータ１に相当するため、光フィルタによる帯域抑圧によって光パルス幅が広がり、隣接パルス間の位相反転によって光強度が打ち消しあってもデータ１の識別には何ら支障が無い。

しかしながら図４の構成では、光変調器を駆動するための差動信号対が必要になる。また差動信号対の信号レベルを光強度変調器１００１の半波長電圧にまで高める必要が有る。つまり光強度変調器１００１を駆動する高出力かつ広帯域のドライバを、１つのチャネルあたり２つ設けることが必要になる。このため装置規模および寸法が大きくなりがちである。

これに対し第１の実施形態では、データ信号１０２に同期するクロック信号を連続光ＲＺパルス源１０６に与え、クロック信号に同期したパルス状の連続ＲＺパルス光１０１を生成する。この連続ＲＺパルス光１０１を位相変調器１０３に与え、データ信号１０２の論理レベルに応じて各パルス位相を反転変調し、ＤＰＳＫ−ＲＺ光信号１０４を生成する。そして、狭帯域光フィルタ１０５によりＤＰＳＫ−ＲＺ光信号１０４の帯域を抑圧して狭帯域光信号を生成するようにしている。このように、連続ＲＺパルス光にデータ信号による位相変調を施し、狭帯域光フィルタにより帯域抑圧を施すことでパルス間の光干渉を積極的に利用して、占有帯域幅の狭い反転ＮＲＺ光信号を生成するようにしている。

このような構成であるから、まず、連続光ＲＺパルス源１０６の構成を簡易化できる。すなわち既存の技術ではデータ変調用のドライバ回路により光信号を強度変調している。これに比べ第１の実施形態では、単純な連続ＲＺパルス光１０１生成するようにしているため、連続ＲＺパルス光１０１を生成するための変調器ドライバ回路に要求される帯域は、ビットレート近傍程度で良い。これによりデータ変調用のドライバ回路に比較すると低コスト化を促すことができる。また、差動信号対を用いる必要が無いので、データ変調用の広帯域なドライバ（変調器ドライバ１０７）を１つで済ませることができ、さらに位相変調器１０３の複雑な直流バイアス調整も不要になる。

以上をまとめると第１の実施形態によれば、ビットレート周波数未満の透過帯域幅を有する光フィルタにより帯域抑圧を施しても、１連続ＲＺパルスの入力時にも１レベルの変動の少ない波形が得られる。従って、光フィルタの中心透過周波数と光信号のキャリア周波数とを積極的に離調しなくても、チャネル周波数間隔がビットレート周波数未満であるような超高密度波長多重システムに適した光送信装置を提供することができる。これらのことから、狭帯域の光信号を構成簡易にして低コストで生成可能な光送信装置を提供することが可能となる。

［第２の実施形態］
図５は、本発明に係わる光送信装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。半導体レーザ２０６は単一モード光を発生する。この単一モード光は光強度変調器２０７により強度変調される。光強度変調器２０７は２電極型の光強度変調器であり、各電極にはビットレート周波数の半分のレート（ハーフレート）の差動クロック信号対が与えられる。これによりキャリアを抑圧され、かつ交番位相の連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１が生成される。また連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１のパルス繰り返し周波数は、データ信号２０２のビットレート周波数相当となる。この連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１は位相変調器２０３に入射される。

位相変調器２０３は、駆動レベルにまで電力増幅されたＮＲＺＩのデータ信号２０２により駆動され、連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１を位相変調する。位相変調のタイミングを連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１に同期させることにより、キャリアサプレスされたＤＰＳＫ−ＣＳＲＺ光信号２０４が生成される。すなわち位相変調器２０３は、ＮＲＺＩ符号の論理レベルに対応して、連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１のパルス位相を位相変調する。位相変調光２０４は狭帯域光フィルタ２０５に入力される。狭帯域光フィルタ１０５はビットレート周波数以下の半値全幅を有し、位相変調光２０４の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する。

図６は、図５の光送信装置における各信号波形を示す図である。光強度変調器２０７からの連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１の隣接パルス間の光位相は、常に反転する。なお連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１には両側波帯（Double Side Band）を生じるので、（ＤＳＢ−ＳＣ）と表記する。位相変調器２０３からの位相変調光２０４は、連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１と同様の位相変化を示す。すなわち位相変調光２０４の光位相は、データ信号２０２による位相変調と連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１の交番的な位相変化とを合わせて変化する。

データ信号２０２の符号切り替え時には光位相が大きく変化するため、光信号の帯域の広がる要因となる。そこで第２の実施形態においても連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１とデータ信号２０２とのタイミングを調節することにより、データ信号２０２の符号切り替え時に連続パルス光２０１の光強度が最小となるようにする。これにより位相変調による信号帯域の広がりが抑圧される。位相変調光２０４は狭帯域光フィルタ２０５に入力され、そのパルス幅は狭帯域光フィルタ２０５内で生じる位相遅延により広がって、パルス間での重なりが生じる。これにより発生するパルス間干渉により狭帯域の光信号が生成出力される。この狭帯域光信号は、データ信号２０２と同相のＮＲＺ符号となる。

このように本実施形態では、連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１を生成し、この連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１をデータ信号により位相変調器する。そして、この位相変調光の帯域を狭帯域光フィルタ２０５により抑圧することにより、占有帯域幅の狭いＮＲＺ光信号を生成するようにしている。従って帯域利用効率の高い光伝送が可能となる。

また連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１を生成するための変調器ドライバ回路に要求される帯域が、ビットレート周波数の半分相当値の近傍のみで良い。よってデータ変調用のドライバ回路に比較すると狭帯域で済み、低コスト化が可能である。またその結果、データ変調用のドライバは単一でよく、位相変調器２０３の直流バイアス調整も不要である。これらのことから第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態においては、図１の連続光ＲＺパルス源１０６の実施の形態につき詳しく説明する。
図７は、図１の連続光ＲＺパルス源１０６の第１の例を示す機能ブロック図である。図７において、半導体レーザ３０７から出力される連続光は、２電極型光強度変調器３０１により強度変調される。２電極型光強度変調器３０１の各電極にはハーフレートクロック信号３０２の差動対が印加され、これにより連続ＲＺパルス光１０１が生成される。このような構成によれば、クロック信号の周波数をハーフレートに出来、装置に要求される特性を緩和できる。またパルス幅の比較的狭い連続ＲＺパルス光を生成できる。

図８は、図１の連続光ＲＺパルス源１０６の第２の例を示す機能ブロック図である。図８においては、半導体レーザ３０７から出力される連続光は、フルレートクロック信号３０４により駆動される単電極型光強度変調器３０３に入力される。この構成によればほぼ正弦波状の連続ＲＺパルス光を得られる。

図９は、図１の連続光ＲＺパルス源１０６の第３の例を示す機能ブロック図である。図９においては、図８の光強度変調器３０３に印加される駆動信号の波形を、予め先鋭化するようにする。すなわち電気信号の連続ＲＺパルス信号３０５により、単電極光強度変調器３０６を駆動するようにする。この構成によれば、単電極光強度変調器３０６の直流バイアスレベルを調整することにより、連続ＲＺパルス光１０１のパルス幅を適宜調整することが可能になる。

図１０は、図７〜図９に示す連続光ＲＺパルス源１０６により生じる伝送光のアイパターンの変化を示す図である。図１０（ａ）は、図７の連続光ＲＺパルス源１０６を用いた場合の伝送光のアイパターンを示す。なお図１０においてビットレート周波数を４０Ｇｂ／ｓとし、狭帯域光フィルタ１０５に半値全幅３０ＧＨｚの２次ガウシアン型光フィルタを用いた。図１０（ａ）によれば、フィルタリングにより光信号の平均強度が半分以下となっていることが分かる。

図１０（ｂ）は、図８の連続光ＲＺパルス源１０６を用いた場合の伝送光のアイパターンを示し、図１０（ｃ）は図９の連続光ＲＺパルス源１０６を用いた場合の伝送光のアイパターンを示す。図１０（ｂ）においては、図１０（ａ）に比べて光信号の平均強度が高くなっている。これは、連続ＲＺパルス光１０１のパルス幅が広くなっていることによる。さらに図１０（ｃ）においては、最も高い平均強度を得られることが分かる。

図１０（ｃ）を実現する連続光ＲＺパルス源１０６（図９）には、４０ＧＨｚの電気連続ＲＺパルス３０５を用いた。また光強度変調器３０３への直流バイアスを調節し、光レベルで１と０が反転する変調を施すことにより連続ＲＺパルス光のパルス幅を広げるようにしている。連続ＲＺパルス光の幅を広げることにより、最も良いアイ開口を得られていることがわかる。

ただし光パルス幅を広げると、パルス間の谷の時間幅が狭くなるためにデータ信号の符号切り替えによる位相変化の影響が無視できなくなり、データの０レベル時の消光レベルが若干劣化する。そこで、電気連続ＲＺ信号のデューティ比は３０％以上にとることが好ましい。

第１の実施形態（図１）によれば、データ信号により各ＲＺ光パルスごとに位相変調を施し、光フィルタ１０５内での遅延によりパルス幅を増大させ、隣接光パルス間の光干渉を利用することによりデータ光信号を生成するようにしている。その際、位相変調された連続ＲＺパルス信号のパルス幅は、狭帯域光フィルタ１０５から出力される反転ＮＲＺ光信号の生成効率に影響を与える。

すなわち連続ＲＺパルス信号のパルス幅が細くなると、高調波成分も多く含まれるようになる。高調波成分の多い位相変調光の帯域を狭帯域光フィルタにより抑圧すると、出力光信号の平均光パワーが低下する虞がある。そこで、図８および図９に示すようにパルス幅を太くすることで高調波成分をより低減できるようになり、従って狭帯域光フィルタ１０５の出力平均光パワーの低下を抑止できる。このように第３の実施形態によれば、連続ＲＺパルス光のパルス幅を可能な限り広げることにより、反転ＮＲＺ信号の生成効率を高めることができる。

［第４の実施形態］
図１１は、本発明に係わる光送信装置の第３の実施形態を示す機能ブロック図である。第４の実施形態では、第２の実施形態と異なる手法により連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１を生成する。図１１において、半導体レーザ１１１をハーフレートクロック信号により駆動し、直接変調された強度変調光を得る。この強度変調光はキャリア抑圧フィルタ１１２によりキャリア成分を抑圧される。

キャリア抑圧フィルタ１１２は、ファイバグレーティング、マッハツェンダフィルタ、光インターリーバなどを組み合わせることにより、半導体レーザ１１１のキャリア周波数成分のみをドロップ可能な特性を持たせる。これによりキャリア抑圧フィルタ１１２の出力には、フルレートのクロック周波数分だけ周波数の異なる２本の側波帯成分が主に生成され、よって連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１が出射される。この連続ＣＳ−ＲＺパルス光２０１を位相変調器２０３および狭帯域光フィルタ２０５に入力して狭帯域光を得る。

半導体レーザを直接変調すると、ＬＮ型光強度変調器に比べて駆動変調信号の電力を一般に少なくできる。よってドライバ回路への電力負担・規模を少なくすることができる。なお半導体レーザを直接変調すると、強度変調だけでなく光周波数変調も生じる。よって強度変調による側波帯成分と周波数変調による側波帯成分とが同時に発生して光周波数軸上で重なり合う。光周波数の変調効率が大きい場合には、強度変調成分と周波数変調成分との干渉により２モードのうちの片モードが両成分間で打ち消しあい、ＣＳ−ＲＺパルスの消光比が劣化する虞がある。

図１２は、強度変調成分と周波数変調成分との干渉によりＣＳ−ＲＺパルスの消光比が劣化した状態を示す図である。図１２（ａ）のスペクトル分布の計測値は図１２（ｂ）に対応し、消光比が劣化していることが分かる。

これに対処するためには、半導体レーザ１１１の直流バイアス電流を下げるとともに、強度変調信号の最小レベルを可能な限り下げる（すなわち強度変調信号の消光比を高める）ようにする。これにより周波数変調成分に対する光強度変調成分の比率を高めることができ、消光比の劣化を防止できる。

直接変調時の半導体レーザ光の周波数偏移量は、半導体レーザ１１１に印加されるハーフレートクロック信号の振幅にほぼ比例する。これに対し半導体レーザ１１１の直流バイアス電流値をレーザ発振閾値近傍に設定すれば、ハーフレートクロック信号の一部が発振閾値を下回って単位時間あたりの発光時間が短くなり、強度変調成分の割合を高めることができる。
図１３は、図１２に比べて消光比が改善された状態を示す図である。図１３（ａ）のスペクトル分布の計測値は図１３（ｂ）に対応し、消光比が大幅に改善されていることが分かる。

このように本実施形態によれば、半導体レーザをハーフレートクロック信号により直接駆動して強度変調光を得るようにしているので、クロック信号の電力を通常のＬＮ型変調器を用いる場合に比べて低減でき、変調回路の負担（寸法、コスト）を低減可能となる。また半導体レーザの直接変調で問題となりうる周波数変調（光周波数チャ−プ）の問題も、半導体レーザの直流バイアスレベルを閾値近傍に調整することによって回避することができる。

［第５の実施形態］
図１４は、本発明に係わる光送信装置の第４の実施形態を示す機能ブロック図である。図１４において、半導体レーザ１４１からの連続光を位相変調器１４２により位相変調し、得られた光位相変調信号を狭帯域光フィルタ１０５により帯域抑圧して、狭帯域光信号が生成される。

ただし図１４においては、位相変調器１４２を駆動するデータ信号１４３の立ち上がり・立下り期間が十分短く、かつ、位相変調器１４２を駆動する変調器ドライバ１４４帯域がビットレート周波数以上であることが要請される。その理由を以下に説明する。図１４においては、位相変調器を駆動するデータ信号の符号が切り替わるときに光強度を最小とするような機構を設けていない、このため狭帯域光フィルタ１０５の出力において、データ信号の０レベルと１レベルとの光強度比が第１〜４の実施形態に比べて劣化する場合がある。

すなわちデータ信号が矩形のデジタル信号であっても、変調器ドライバ１４４の帯域が不十分である場合には駆動信号の波形の立ち上がり・立下り期間が延びる。よってデータ符号切り替え時の光位相変化（光周波数変化）が緩やかになると、狭帯域光フィルタ１０５において生成される強度変調信号の消光比が劣化する。

図１５および図１６は、データ符号切り替え時の光位相変化により消光比が変化することを説明するための図である。図１５（ａ）に示されるように、データ符号切り替え時の光位相変化が急峻であれば瞬時の光周波数変化が大きくなり、狭帯域光フィルタ１０５によってこれらの周波数変化成分を除去して光強度を十分に抑圧することができる（図１５（ｂ））。これに対し、図１６（ａ）に示すように光位相がなだらかに変化すると光周波数偏移量が低減するため、狭帯域光フィルタ１０５を透過する成分が残留する。よって図１６（ｂ）に示すように消光比が劣化する。

これを避けるため第５の実施形態では、変調器ドライバ１４４の動作帯域を、少なくともデータ信号のビットレート周波数以上とするようにする。また、データ信号の立ち上がり期間および立ち下がり期間を、１ビット相当期間の２５％以下とするようにする。

一方、第５の実施形態では次のようなメリットを得ることができる。すなわち第５の実施形態では連続ＲＺパルスを用いることなく、光位相変調された連続光を狭帯域光フィルタに入力することによって反転ＮＲＺ信号を生成するようにしている。従ってクロック信号による光強度変調器が不要となり、装置規模をさらに縮小することが可能である。しかも光位相変調器の直流バイアス制御が不要であるという利点も有る。

［第６の実施形態］
図１７は、本発明に係わる光通信システムの実施の形態を示す図である。図１５のシステムは複数の光送信装置（送信器１〜ｎ）を備え、各送信器の出力光は光合波器１００により波長多重される。この波長多重光は光分波器２００に達して分波され、複数の受信器１〜ｎに入射される。各送信器１〜ｎに第１〜第５の実施形態の光送信装置を適用すれば、チャネル周波数間隔がチャネルあたりの伝送信号のビットレート周波数以下であるような、超高密度波長多重伝送を実現することができる。

さらに、光合波器１００に一定の特性を持たせることで各送信器１〜ｎにおける狭帯域光フィルタを削減し、部品点数を減らすこともできる。つまり、狭帯域光フィルタ１０５，２０５の作用を光合波器１００により肩代わりさせることもできる。例えば４０Ｇｂ／ｓ信号を３７．５ＧＨｚ間隔で波長多重するには、狭帯域光フィルタに下記（１），（２）の光学特性を要請される。

（１）光周波数に対する透過率の変化が２次、または、３次のガウス型であること。
（２）透過曲線が２次の場合にはビットレート周波数の２５〜３５ＧＨｚの半値全幅をもつことが好ましい。３次の透過曲線では場合は２８〜３３ＧＨｚの半値全幅をもつことが好ましい。
（１）の透過特性は例えば光合分波器などを光フィルタとして用いることで実現され、図１５の構成に相当する。（２）の透過特性は例えば光インターリーバなどを光フィルタとして用いることで実現される。

図１８は、図１７の光通信システムに適用可能な送信器１〜ｎの構成を示す機能ブロック図である。図１８（ａ）は第１〜第３の実施形態における光送信装置に対応し（図１、図５、図７〜図９）、図１８（ｂ）は第４の実施形態における光送信装置に対応し（図１１）、図１８（ｃ）は第５の実施形態における光送信装置に対応する（図１４）。ただし、図１７においては光合波器１００により光フィルタの作用を実現しているため、図１８（ａ）〜（ｃ）のいずれにおいても光フィルタを省略できる。これにより装置構成をさらに簡略化できる。

図１９は、本発明に係わる光通信システムの他の実施の形態を示す図である。図１７のシステムは複数の送信器に接続される光合波器１〜４を備え、各光合波器１〜４の出力を光インタリーバＡ，Ｂにより合波し、さらに光インタリーバＡ，Ｂの出力を光インタリーバＣにより合波して共通の光伝送路に出力するものとなっている。

図１９においては、光周波数に対する透過率の関係が周期的に変化する光インターリーバのフィルタリング作用を利用できる。光フィルタリングによる帯域抑圧を施す前（変調器出力）の光スペクトルの広がりは比較的広いため、チャネル周波数間隔の３〜４倍以上離れたチャネル毎に合波するようにする。これは図１９のように光インターリーバを複数段用意することで実現でき、これにより隣接間チャネルクロストークの影響を低減できる。

図１９において、３７．５ＧＨｚ間隔に並んだ光信号を各光合波器１〜４につき１５０ＧＨｚ毎に合波し、光合波器１，３の出力を１５０ＧＨｚ／７５ＧＨｚの光インターリーバＡに入力する。この場合、光インターリーバの各チャネル信号に対する透過帯域幅は５０〜７５ＧＨｚ程度が望ましい。光合波器２，４についても同様に、その出力を１５０ＧＨｚ／７５ＧＨｚの光インターリーバＢにより合波する。さらに、光インタリーバＡ，Ｂの出力を７５ＧＨｚ／３７．５ＧＨｚの光インターリーバＣにより合波する。このように複数段の光インターリーバを用いることで、チャネル間クロストークの影響を十分に抑圧することができる。

図２０は、図１９のシステムにおける波長間の配列を示す模式図である。図２０において、各光合波器１〜４の出力においてはチャネル光間のクロストークは無いが、各チャネル光はビットレート周波数の３〜４倍程度の光スペクトル幅を持つ。よって光インタリーバＡ，Ｂのフィルタリング特性を利用してチャネル光のスペクトル幅を削減し、さらに光インタリーバＣにおいても各チャネル光の帯域を抑圧する。これにより光インタリーバＣから超高密度波長多重光を得ることができる。

このように本実施形態によれば、透過帯域幅の狭い光合分波器や、複数の光インターリーバを組み合わせることで、チャネル周波数間隔がビットレート周波数より狭い超高密度波長多重光伝送が可能となる。位相変調器出力での各光信号の占有帯域はビットレート周波数の３〜４倍以上広がるため、光インターリーバを用いる場合は光周波数−透過特性の周期が異なる複数のデバイスを組み合わせる必要がある。

なお本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係わる光送信装置の第１の実施形態を示す機能ブロック図。 図１の光送信装置における各信号波形を示す図。 既存の光送信装置の構成例を示す機能ブロック図。 既存の光送信装置の他の構成例を示す機能ブロック図。 本発明に係わる光送信装置の第２の実施形態を示す機能ブロック図。 図５の光送信装置における各信号波形を示す図。 図１の連続光ＲＺパルス源１０６の第１の例を示す機能ブロック図。 図１の連続光ＲＺパルス源１０６の第２の例を示す機能ブロック図。 図１の連続光ＲＺパルス源１０６の第３の例を示す機能ブロック図。 図７〜図９に示す連続光ＲＺパルス源１０６により生じる伝送光のアイパターンの変化を示す図。 本発明に係わる光送信装置の第３の実施形態を示す機能ブロック図。 強度変調成分と周波数変調成分との干渉によりＣＳ−ＲＺパルスの消光比が劣化した状態を示す図。 図１２に比べて消光比が改善された状態を示す図。 本発明に係わる光送信装置の第４の実施形態を示す機能ブロック図。 図１４においてデータ符号切り替え時の光位相変化が急峻である場合の消光比を示す図。 図１４においてデータ符号切り替え時の光位相変化がなだらかである場合の消光比を示す図。 本発明に係わる光通信システムの実施の形態を示す図。 図１７の光通信システムに適用可能な送信器１〜ｎの構成を示す機能ブロック図。 本発明に係わる光通信システムの他の実施の形態を示す図。 図１９のシステムにおける波長間の配列を示す模式図。

符号の説明

Ａ〜Ｃ…光インタリーバ、１〜４…光合波器、１００…光合波器、１０１…連続ＲＺパルス光、１０２…データ信号、１０３…位相変調器、１０４…位相変調光、１０５，２０５…狭帯域光フィルタ、１０６…連続光ＲＺパルス源、１０７…変調器ドライバ、１１１…半導体レーザ、１１２…キャリア抑圧フィルタ、１４１…半導体レーザ、１４２…位相変調器、１４４…変調器ドライバ、２００…光分波器、２０１…連続ＣＳ−ＲＺパルス光、２０３…位相変調器、２０４…位相変調光、２０５…狭帯域光フィルタ、２０６…半導体レーザ、２０７…光強度変調器、３０１…２電極型光強度変調器、３０３…単電極型光強度変調器、３０５…連続ＲＺパルス信号、３０６…単電極光強度変調器、３０７…半導体レーザ、９０１…半導体レーザ、９０２，９０４…光強度変調器、９０３…ハーフレートクロック信号、１００１…光強度変調器、１００２…ＮＲＺＩ信号対、１００３…直流バイアス

Claims (13)

1. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数に同期する連続パルス光を生成するパルス光発生手段と、
   前記送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号により駆動されて前記連続パルス光を位相変調し、この連続パルス光のパルス位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段と、
   前記ビットレート周波数以下の半値全幅を有し前記位相変調光の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する狭帯域光フィルタとを具備し、
   この狭帯域光フィルタ内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉により反転ＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光送信装置。
2. 前記パルス光発生手段は、
   連続光を発生するレーザ光源と、
   前記連続光を２分岐し、前記送信データ信号に同期するクロック信号に応じて各分岐光をそれぞれ個別に移相したのち合波する光強度変調器とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
3. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数に同期し、隣接パルスごとにパルス位相が互いに反転する交番位相パルス光を生成するパルス光発生手段と、
   前記送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号により駆動され、前記送信データ信号の論理レベルに対応して前記交番位相パルス光のパルス位相を位相変調して位相変調光を出力する位相変調手段と、
   前記ビットレート周波数以下の半値全幅を有し前記位相変調光の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する狭帯域光フィルタとを具備し、
   この狭帯域光フィルタ内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉によりＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光送信装置。
4. 前記パルス光発生手段は、
   連続光を発生するレーザ光源と、
   前記連続光を２分岐し、前記ビットレート周波数のハーフレートに相当するクロック信号の差動信号対に応じて各分岐光をそれぞれ個別に移相したのち合波する光強度変調器とを備えることを特徴とする請求項３に記載の光送信装置。
5. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数のハーフレートに相当するクロック信号に同期するタイミングで直接駆動され、連続パルス光を出力するレーザ光源と、
   前記連続パルス光の光キャリア成分を抑圧して連続光パルス光を生成するキャリア抑圧手段と、
   前記送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号により駆動されて前記連続パルス光を位相変調し、この連続パルス光のパルス位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段と、
   前記ビットレート周波数以下の半値全幅を有し前記位相変調光の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する狭帯域光フィルタとを具備し、
   この狭帯域光フィルタ内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉によりＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光送信装置。
6. 前記連続パルス光はＣＳ−ＲＺ（Carrier Suppressed - Return to Zero）光パルスであり、
   このＣＳ−ＲＺ光パルスの消光比を最大とすべく前記レーザ光源の直流バイアス値を調整したことを特徴とする請求項５に記載の光送信装置。
7. 連続光を発生するレーザ光源と、
   ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号により駆動され、前記連続光の位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段と、
   前記送信データ信号のビットレート周波数以下の半値全幅を有し前記位相変調光の帯域を制限して狭帯域光信号を生成する狭帯域光フィルタとを具備し、
   この狭帯域光フィルタ内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉により反転ＮＲＺ信号を生成出力し、
   前記駆動信号生成手段の動作帯域を前記ビットレート周波数以上とし、
   前記送信データ信号の立ち上がり期間および立ち下がり期間を、１ビット相当期間の２５％以下としたことを特徴とする光送信装置。
8. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数以下のチャネル周波数間隔で設けられる複数の光送信装置と、
   これらの複数の光送信装置から出力される光信号を合波して波長多重光を生成する光合波器とを具備し、
   前記光送信装置の各々は、
   前記ビットレート周波数に同期する連続パルス光を生成するパルス光発生手段と、
   自装置に係わる送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号により駆動されて前記連続パルス光を位相変調し、この連続パルス光のパルス位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段とを備え、
   前記光合波器は、
   前記複数の光送信装置からそれぞれ出力される前記位相変調光を前記ビットレート周波数以下の半値全幅のフィルタ特性により帯域制限したのち合成し、この光合波器内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉により反転ＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光通信システム。
9. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数以下のチャネル周波数間隔で設けられる複数の光送信装置と、
   これらの複数の光送信装置から出力される光信号を合波して波長多重光を生成する光合波器とを具備し、
   前記光送信装置の各々は、
   前記ビットレート周波数に同期し、隣接パルスごとにパルス位相が互いに反転する交番位相パルス光を生成するパルス光発生手段と、
   自装置に係わる送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   前記駆動信号により駆動され、前記送信データ信号の論理レベルに対応して前記交番位相パルス光のパルス位相を位相変調して位相変調光を出力する位相変調手段とを備え、
   前記光合波器は、
   前記複数の光送信装置からそれぞれ出力される前記位相変調光を前記ビットレート周波数以下の半値全幅のフィルタ特性により帯域制限したのち合成し、この光合波器内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉によりＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光通信システム。
10. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数以下のチャネル周波数間隔で設けられる複数の光送信装置と、
    これらの複数の光送信装置から出力される光信号を合波して波長多重光を生成する光合波器とを具備し、
    前記光送信装置の各々は、
    前記ビットレート周波数のハーフレートに相当するクロック信号に同期するタイミングで直接駆動され、連続パルス光を出力するレーザ光源と、
    前記連続パルス光の光キャリア成分を抑圧して連続光パルス光を生成するキャリア抑圧手段と、
    自装置に係わる送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
    前記駆動信号により駆動されて前記連続パルス光を位相変調し、この連続パルス光のパルス位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段とを備え、
    前記光合波器は、
    前記複数の光送信装置からそれぞれ出力される前記位相変調光を前記ビットレート周波数以下の半値全幅のフィルタ特性により帯域制限したのち合成し、この光合波器内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉によりＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光通信システム。
11. ＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted）符号により表現される送信データ信号のビットレート周波数以下のチャネル周波数間隔で設けられる複数の光送信装置と、
    これらの複数の光送信装置から出力される光信号を合波して波長多重光を生成する光合波器とを具備し、
    前記光送信装置の各々は、
    連続光を発生するレーザ光源と、
    自装置に係わる送信データ信号を電力増幅して駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
    前記駆動信号により駆動され、前記連続光の位相を前記送信データ信号の論理レベルに対応して反転させた位相変調光を出力する位相変調手段とを備え、
    前記駆動信号生成手段の動作帯域は前記ビットレート周波数以上であり、
    前記送信データ信号の立ち上がり期間および立ち下がり期間を、１ビット相当期間の２５％以下であり、
    前記光合波器は、
    前記複数の光送信装置からそれぞれ出力される前記位相変調光を前記ビットレート周波数以下の半値全幅のフィルタ特性により帯域制限したのち合成し、この光合波器内で生じるパルス光の位相遅延により当該パルス光のパルス幅を広げ、隣接する光パルス間での光干渉により反転ＮＲＺ信号を生成出力することを特徴とする光通信システム。
12. 請求項９乃至１１のいずれかに記載の光通信システムである複数のサブシステムと、
    前記複数のサブシステムごとの光合波器から出力される波長多重光を合波する光合波手段とを具備することを特徴とする光通信システム。
13. 前記光合波手段は、
    前記複数のサブシステムごとに設けられ各サブシステムの光合波器から出力される波長多重光を合波する複数の第１の光インタリーバと、
    これらの複数の第１の光インタリーバから出力される波長多重光を合波する第２の光インタリーバとを備え、
    前記複数の第１の光インタリーバおよび第２の光インタリーバの光周波数および透過特性の周期性は、それぞれ互いに異なることを特徴とする請求項１２に記載の光通信システム。

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