JP4000315B2 - 光信号の変調及びフィルタ処理 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、一般に光通信システムに関連し、特に光信号の変調及びフィルタ処理に関連する。
【背景技術】
【0002】
光通信システムでは、光信号は光ファイバに沿って情報を伝送する。送信機は、様々な技法を用いて光キャリアを変調することで、それらの光信号を生成する。あるシステムでは、送信機は、送信にノンリターントゥゼロ(NRZ)変調を使用する。しかしながら、長距離伝送に適した高ビットレートでは、NRZ変調の伝送は、非線形性によって生じる劣化に非常に敏感である。従って、高ビットレートの場合に、システムは、光ファイバにて非線形性に対する耐性の高いキャリア抑制のリターントゥゼロ(CS−RZ)変調を使用するかもしれない。
【0003】
しかしながら、CS−RZ変調は、非線形な影響に対してNRZ変調よりも高い耐性を達成するが、CS−RZ変調の伝送は、NRZ変調の伝送に比較して、減少した分散(dispersion)耐性の弊害を被ってしまう。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明によれば、上記手法に関連する欠点や問題点を実質的に除去又は軽減する、光信号の変調及びフィルタリング手法が提供される。
【0005】
本発明の一態様によれば、光変調器は、クロック変調された光信号を生成するために、光キャリア信号を受信し、クロック信号により前記光キャリア信号を変調する第1変調器を含む。また、光変調器は、前記第1変調器に接続された光フィルタも含む。光フィルタは、第1変調器から受信した前記クロック変調された光信号の残留キャリア成分を抑圧する。光変調器は、更に、キャリア抑制フィルタに接続される第2変調器を含む。第2変調器は、前記フィルタ処理された光信号をノンリターントゥゼロデータ信号により変調する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
本発明の実施例は様々な技術的な利点を与える。これらの技術は、光ファイバにおける非線形性に対する高い耐性を維持しつつ、光変調器が、伝送される信号の分散耐性を増やすことを可能にする。即ち、光変調器は、高データレート信号の長距離伝送の用途によく適している。更に、これらの変調及びフィルタリング法は、比較的低品質の素子を使用することを許容する。従って、従来の変調とは異なり、本発明による変調器は、優れた分散耐性を達成しつつ、高価でない素子を利用することができる。従って、これらの変調器は、パフォーマンスの向上及びコストの減少の双方を達成することができる。
【0007】
本発明に関する他の技術的な利点は、添付図面、明細書及び特許請求の範囲により当業者に一層明確になるであろう。更に、上記では特定の利点が列挙されたが、様々な実施例は、列挙された利点の全部又は一部を含んでもよいし、含まなくてもよい。
【0008】
本発明及びその利点に関する更なる理解のために、添付図面と共に以下の説明が参照される。
【実施例】
【0009】
図1は、全体的に10で示される光通信システムを示し、光通信システムは、光ファイバ14の複数の区間を経て受信機16に接続される送信モジュール12を含む。送信モジュール12は、光キャリア信号を生成する光ソース18と、光ファイバ14にて伝送するための信号を変調する光変調器20とを含む。一般に、送信モジュール12は光ファイバ14上で情報を通信するための光信号を生成し、その通信は、複数の光変調器20(各光変調器20は受信した光キャリアをクロック信号で変調する)を通じて光ソース18により生成された光キャリアを伝送すること、残留キャリア成分を抑圧するためにそのクロック変調済み光信号をフィルタ処理すること、及びフィルタリングされた光信号をノンリターントゥゼロデータ信号で変調することで行なわれる。
【0010】
送信モジュール12は、光ファイバ14上で光信号を生成及び伝送するための、任意の適切な論理部を含む、ハードウエアの任意の適切な集合及び配列を表現する。比較的簡潔な例にて図示されているが、システム10は、光ファイバで情報を通信する任意の適切な要素を有する送信モジュールであり得る。例えば、この例に示されるように、送信モジュール12は、複数の光ソース18及び光モジュール20を含んでもよく、様々な波長で光ファイバ14にて複数の光信号を送信するために、これらの要素からの信号がマルチプレクサ26により共に多重化されてもよい。従って、送信モジュール12は、光情報信号を生成するために及び受信機16により受信される光ファイバ14におけるこれらの信号を送信するために適切な手法を利用する。
【0011】
受信機16は、光ファイバ14上で受信される光信号を受信し、分離し及びデコードする任意の適切な論理部を含む、ハードウエアの任意の適切な組合せ及び配列を表現する。図示の例では、受信機16は、様々な受信した光信号を波長に従って分離し、その分離された信号をデコーダ30に分配するデマルチプレクサ28を含む。しかしながら、送信モジュール12の例示のように、システム10は、光信号を受信及び処理するハードウエア及び関連論理部の任意の適切な組合せ及び配列を含む受信機16とすることができる。図示の例では、受信機16は、光ファイバ14の複数の区間により送信モジュール12にリンクしている。光信号の長距離伝送を促進するために、光増幅器22は光ファイバ14の区間の間に挿入される。増幅器22は、ラマン増幅器のような、離散的な及び/又はインライン(直列式)増幅器としてもよい。いずれにせよ、これらの光増幅器22は、光ファイバ14に沿って伝搬する1以上の光信号の強度を増やし又は増幅する。
【0012】
特定の実施例によれば、送信モジュール12は、通信品質に不利な影響を及ぼし得る比較的高いデータレートで光ファイバ14に沿って情報を伝送する。これらの高データレートシステムでは、送信モジュール12は、チャネル当たり10ギガビット毎秒以上のデータレートで情報を伝送するかもしれない(アプリケーションによってはチャネル当たり40ギガビット毎秒に直ぐに至る又は超える)。これらの通信の周波数は、一般に、1570nm乃至1610nm程度の範囲又は1530nm乃至1560nm程度の範囲である。しかしながら、開示される変調手法は、高データレート用途に特に有利であり、これらの手法は、事実上任意の光通信システムに利益をもたらすであろう。
【0013】
光信号が光ファイバ14に沿って伝搬する場合に、それらは分散による弊害を受け、その分散は典型的には光ファイバ14の長さが増えるにつれて増加する。分散は、光ファイバ14に沿って伝搬する光の様々な周波数に関して異なる速度で生じる。パルス情報は一般に複数の周波数におけるエネルギで表現されるので、パルス情報は光ファイバ14に沿って伝搬するにつれて拡散し、受信機16で受信される信号を劣化させる。光信号における分散の影響を最小化するために、送信モジュール12及び受信機16の間の光リンクは、複数の分散補償部24を含む。補償部24は、伝搬する光信号中の光の様々な周波数を調整することで、信号の劣化を最小化しようとする。しかしながら、補償部24は、適用される分散量で制限される。更に、信号がファイバ14に沿って伝搬するにつれて、分散は累積して行く。従って、各補償部24で「見逃した」僅かな誤差又は分散が蓄積され、伝送に関する顕著な劣化を招く可能性がある。
【0014】
従って、送信モジュール12及び受信機16間の光リンクの特性は、受信機によりデコードするのに充分な情報を配信するための送信モジュールからの信号の品質に影響を及ぼす。一般に、送信モジュール12により生成される一層高い「品質」の光信号は、より長い長さの光ファイバ14及びより多くの増幅に耐えることができる。しかしながら、送信モジュール12及び受信機16の間のリンクが、介在する素子を含むか否かによらず、非線形性及び分散性に対する光信号耐性を備えることが望ましい。光変調器20を用いて、送信モジュール12は、光ファイバ14における非線形性及び分散性の双方に耐える光信号を生成する。
【0015】
図2は、送信モジュール12の構成例を示すブロック図である。図示の例では、送信モジュール12は、光ソース18と、クロック信号生成部40と、ノンリターントゥゼロ(NRZ)データ信号生成部42と、光変調器20とを有し、光変調器は変調器44,46及びフィルタ48を含む。一般に、送信モジュール12は、光ファイバ14における非線形性及び分散に耐え得る光信号を生成するために光変調器20を用いて、光信号で情報を通信する。より具体的には、光変調器20は、分散耐性出力を与えるために光キャリアの多段処理を提供する。
【0016】
光ソース18は、所定の周波数で光キャリアを生成することの可能なレーザのような装置を表す。光ソース18は、生成した光キャリア信号を光変調器に与える。光変調器20は、光情報信号を生成するために、データ信号を含む1以上の信号と共に光キャリアを変調する。そして、送信モジュール12は、受信機16に情報を送信するために、光ファイバ14上で光情報信号を通信する。しかしながら、光ファイバ14上での光情報信号の送信の前に、送信モジュール12は、更に、光変調器20からの光情報信号をフィルタ処理し、多重化し、又は修正してもよい。
【0017】
クロック信号生成部40は、光変調器20によって光キャリアで変調するために正弦波状のクロック信号を生成する。図示の例では、生成部40によって生成されたクロック信号は、指定された周波数の実質的に正弦波状の電気信号である。クロック信号の周波数は、システム10内の他の素子及び/又は信号の性質に関連していてもよい。例えば、クロック信号に関する周波数は、ソース18により生成された光キャリアの周波数、NRZ生成部42によって生成された信号の周波数、及び/又はシステム10内の様々な素子及び伝送経路の特性に依存してもよい。図示の例によれば、クロック信号生成部40は、通信のデータレートの周波数の1/2の正弦波状クロック信号を生成する。NRZ生成部42は、光情報信号の生成にて光変調器20により使用するノンリターントゥゼロデータ信号を生成する。NRZ生成部42は指定された周波数でこの信号を生成する。NRZ生成部42で生成されたデータ信号の特性は適切に変化させられてもよい。
【0018】
図示の例では、光変調器20は、変調器44,46及びフィルタ48を含む。変調器44,46の各々は、電気信号及び/又は他の光信号で受信した光信号を変調する適切な素子を表現する。特定の実施例によれば、変調器44,46は、マッハツェンダ(Mach −Zehnder)干渉計のような干渉計を用いて実現される。フィルタ48は、光信号の様々な成分を抑圧する適切な単独又は複数の素子を表現する。図示の例では、フィルタ48は、受信した光信号のキャリア周波数のエネルギを抑圧する。即ち、フィルタ48は、光ソース18により生成された光キャリア信号のキャリア周波数のエネルギを排除するように調整される。特定の実施例では、フィルタ48は、キャリア周波数を抑圧するように適切に構成されたアーム長を有する、ファイバブラッグ格子を用いて又はマッハツェンダ干渉計と共に実現されてもよい。
【0019】
動作時にあっては、光変調器20は、光ソース18から光キャリア信号を受信し、光情報信号を生成するためにそのキャリア信号を処理する。より具体的には、光変調器20は光キャリア信号、生成部40からのクロック信号、及びNRZ生成部42からのデータ信号を受信し、光ファイバ14にて送信モジュール12から情報を通信するための光情報信号を生成する。光変調器20内では、変調器44は、光ソース18により生成された光キャリア信号を受信し、その光キャリア信号を生成部40からのクロック信号で変調する。これは、クロック変調された光信号を生成する。変調器44の動作は、消散(extinction)率を含む多くの様々なパラメータによって特徴付けられる。デシベルで測定される素子の消散率は、最適なバイアス条件を記述し、利用可能な送信電力がどの程度効率的に変調電力に変換されるかを記述する。図示の例によれば、消散率は、オフ状態の出力電力と変調のオン状態における出力電力との比率の測定値を与える。精度よく且つ再現性よく消散率を正確に測定することは困難であるかもしれない。しかしながら、より高いコスト、より高い精度の素子を使用することで、高い消散率が達成されるかもしれないことが、概ね理解されるであろう。特定の実施例では、15dBより低い消散率のような、変調器44の比較的低い所与の消散率の下で、光変調器20は分散耐性信号を与える。
【0020】
フィルタ48は、変調器44からクロック変調信号を受信し、フィルタ処理済みの光信号を生成するためにクロック変調済み光信号の残留搬送波成分を抑圧する。例えば、フィルタ48は、光ソース18により生成される信号のキャリア周波数又はその近辺を中心とするストップバンド帯域幅を備えていてもよい。効率的に動作するために、フィルタのストップバンドの幅は、クロック変調光信号における周波数パルスに悪影響を与えることなしにキャリア周波数における残留キャリア成分を抑圧するように合わせられるべきである。特定の実施例によれば、40GHzより少ないストップバンド帯域幅は、フィルタ48で受信される光信号のキャリア周波数のエネルギを抑圧するのに効果的であるかもしれない。フィルタ48のストップバンド帯域幅を合わせることに加えて、フィルタ48のように使用するように選択される素子は、充分な拒絶(rejection)率を与えるように合わせられるべきである。デシベルで測定される拒絶率は、フィルタ48のストップバンド内で抑圧されるエネルギとフィルタ48を通じて流れることの可能なエネルギとの比率を示す。一般に、高い拒絶率を有するフィルタは、低い拒絶率を有する光フィルタよりも高価で高精度な素子を必要とする。特定の実施例によれば、フィルタ48は少なくとも10dBの拒絶率を与える。しかしながら、ゼロdBより多くの拒絶率を有するフィルタを用いることで、約30dB以上の拒絶率を有するフィルタを利用して実現される最多の利益が実現される。
【0021】
変調器46は、フィルタ48からフィルタ済み光信号を受信し、この信号をNRZ生成部42から受信したデータ信号と共に変調する。その結果は、光ファイバ14に沿って受信機16に至る送信用の光情報信号になる。送信モジュール12により実行される変調及びフィルタリングに起因して、この光情報信号は、従来の変調器によって生成される光信号に比較して、光ファイバ14における分散性及び非線形性に対して高い耐性を備えることができる。加うるに、光変調器20により実行されたフィルタリングは、様々な素子に対するパフォーマンスの許容範囲を増やす。従って、システム10は、向上したパフォーマンスを維持しつつ、従来の変調器よりも低コストの素子を利用して光変調器20を実現する。図示の例及び上記の説明は特定の素子を含む送信モジュールに関する特定の例に着目していたが、システム10は、クロック信号及びデータ信号と共に光キャリアを変調し、残留キャリア素子を抑圧するために光信号をフィルタリングする素子の任意の適切な組合せ及び配置を有する送信モジュールであり得る。即ち、例えば、光変調器20は特定の配列で結合された素子と共に図示されているが、付加的な及び/又は別の素子が使用されてもよく、光信号のフィルタ処理が光キャリアのクロック信号による変調後に生じる限り、それらの素子は適切に配置されることが可能である。
【0022】
図3A及び3Bは、従来のキャリア抑圧されたリターントゥゼロ(CS−RZ)光変調と比較した場合の、光変調器20を用いて生成された光情報信号の増進した分散性耐性を示すグラフである。図3Aは、従来の光変調器の構成を用いて変調された光信号に関する、残留分散に対するQ値を描いている。より具体的には、グラフ60は、25dBの固定された光信号雑音比にて色分散の変化量を加えることによって、分散の関数として43ギガビット毎秒のCS−RZ信号のQ値をプロットしている。分散は、プラス又はマイナス16ps/nm/kmの分散係数を有するファイバ長を修正することによって変化させる。グラフ60に関し、従来の光変調器は、43ギガビット毎秒のNRZデータ信号及び21.5GHzの正弦波状クロック信号の入力を有することが想定される。従来の光変調器内のNRZ変調器の消散率は、12デシベルに固定され、その従来の光変調器内のクロック変調器の消散率は、10,15,20及び25デシベルの値で変化させられる。グラフ60は、消散率が低くなるにつれて消散耐性が急速に減少することを示す。特定の実施例によれば、システムは、16デシベルより多くのQ値に対応する残留分散値の範囲のような、特定の分散耐性に設計される。そのようなシステムでは、10デシベルの消散率のクロックモジュールを利用して送信される信号の分散耐性は、25デシベルの消散率の所与のクロック変調器の下で約3分の1の分散耐性になる。従って、従来の光変調器の分散耐性は、その変調器内の素子の品質に大きく依存し、適合する素子を用意する費用を上昇させる虞がある。
【0023】
図3Bは、グラフ62を用いて、光変調器20により生成される光情報信号の分散耐性を示す。グラフ62に関し、従来の光変調器に関するグラフ60に使用されたのと同様な信号入力が、その分散耐性を示すために使用されている。即ち、光変調器20により生成される信号の分散耐性は、43ギガビット毎秒のNRZデータ信号及び21.5ギガヘルツの正弦波状のクロック信号の入力によって作図されている。加うるに、従来の変調器の作図と同様に、グラフ62は、様々な消散率における変調器44の所与のパフォーマンスの下での光信号の分散耐性を示す。グラフ62に関し、25ギガヘルツのストップバンド及び20デシベルの拒絶率を有するファイバブラッグ格子(FBG)が想定される。光変調器20により生成される光情報信号は、従来のシステムよりも消散率への依存性が少ないので、これは、変調器44,46を実現するための素子を選択する際に大きな柔軟性を与える。グラフ62は、光変調器20によって生成された光情報信号の分散耐性が、消散率に事実上依存していないことを示す。従って、光変調器20は、同等な又はそれ以上のパフォーマンス特性を維持しつつ従来の変調器よりも低品質で低コストの素子を潜在的に含んでいてもよい。上述のグラフは特定の入力及び特定の値に基づく光変調器20のパフォーマンスを示すが、システム10は、任意の適切な信号を取り扱う光変調器20であって、光情報信号の分散耐性を増やすために適切な消散率、拒絶率及び他の構成を与える光変調器20とすることが可能である。従って、上述のグラフは光変調器20の特定の例に関する動作の例を示すにすぎない。
【0024】
図4は光情報信号を生成するために光キャリアを変調及びフィルタ処理する方法を示すフローチャートであり、その信号は、特定の実施例により、光ファイバ14における分散性及び非線形性に対する耐性を有する。光変調器20は、ステップ70にて光ソース18から光キャリア信号を受信する。ステップ72において、光変調器20は、受信した光キャリア信号をクロック信号で変調する。例えば、変調器44を用いて、光変調器20は、クロック信号生成部40により生成されたクロック信号により、受信した光キャリア信号を変調してもよい。これは、多くの場合に、受信したキャリア信号のキャリア周波数に残留成分を有するクロック変調された光信号を生成する。そして、ステップ74において、光変調器は、残留キャリア成分を除去するためにクロック変調済み光信号をフィルタ処理する。例えば、フィルタ48を用いて、光変調器20は光キャリア信号の周波数近辺のエネルギを抑圧してもよい。ステップ76において、光変調器20はNRZデータ信号を用いてフィルタ処理された信号を変調する。例えば、変調器46を用いて、光変調器20は、NRZ生成部42によって生成されたNRZデータ信号と共に、フィルタ48によって生成されたフィルタ処理済み信号を変調してもよい。これは、光ファイバ14における分散性及び非線形性に対する耐性を有する光情報信号を生成する。
【0025】
上記のフローチャートは動作方法例を示すに過ぎず、システム10は、クロック信号及びNRZデータ信号により光キャリアを変調し、残留キャリア成分を除去するためにその変調された信号をフィルタ処理する任意の適切な技術及び素子を用いる光変調器20であり得る。従って、フローチャート中の多くのステップは、同時に及び/又は図示されたものとは異なる順序で行なわれてもよい。加うるに、光変調器20は、その方法が適切である限り、更なるステップを有する、より少ないステップを有する及び/又は異なるステップを有する方法を利用してもよい。
【0026】
本発明は幾つかの実施例により説明されてきたが、数々の変更や修正が当業者に示唆されるであろうし、本発明は、特許請求の範囲の範疇にそのような変更や修正を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の一実施例による光変調器を備えた送信モジュールを有する光通信システムを示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例による図1の送信モジュールの機能要素例を示すブロック図である。
【図3A】光変調器を利用することによる、従来手法との比較における分散耐性の増加を示すグラフである。
【図3B】光変調器を利用することによる、従来手法との比較における分散耐性の増加を示すグラフである。
【図4】本発明の一実施例による光変調器を用いて光信号を変調及びフィルタ処理する方法を示すフローチャートである。
Claims (19)
- クロック変調された光信号を生成するために、光キャリア信号を受信し、クロック信号により前記光キャリア信号をCS−RZ方式で変調するよう動作する第1変調器;
前記第1変調器に接続され、フィルタ処理された光信号を生成するために前記第1変調器の出力信号中に残留している残留キャリア成分を抑圧するよう動作する光フィルタ;及び
前記光フィルタに接続され、前記フィルタ処理された光信号をノンリターントゥゼロデータ信号により変調するよう動作する第2変調器;
を備えることを特徴とする光変調器。 - 前記第1変調器及び前記第2変調器の各々が、マッハツェンダ干渉計より成る
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 光フィルタが、ファイバブラッグ格子より成る
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 前記光フィルタが、マッハツェンダ干渉計より成る
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 光フィルタが、10dBより大きな拒絶率を有し、前記拒絶率は光フィルタのストップバンド内で抑圧されるエネルギとフィルタを通過するエネルギとの比率を表す
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 前記光フィルタが、50GHzより少ないストップバンド帯域幅を有する
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 前記残留キャリア成分が、前記光信号のキャリア周波数におけるエネルギより成る
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 前記第1変調器の消散率が25dBより小さい場合に、前記残留キャリア成分の抑圧が、前記光変調器の出力に関する分散耐性を与える
ことを特徴とする請求項1記載の光変調器。 - 光キャリア信号を受信するステップ;
クロック変調された光信号を生成するためにクロック信号により前記光キャリア信号をCS−RZ方式で変調するステップ;
フィルタ処理された光信号を生成するために、前記光信号中に残留している残留キャリア成分を抑圧するステップ;及び
ノンリターントゥゼロデータ信号により、前記フィルタ処理された光信号を変調するステップ;
より成ることを特徴とする多段光変調方法。 - クロック信号により前記光キャリア信号を変調するステップが、マッハツェンダ干渉計を用いて前記光キャリア信号を変調するステップより成る
ことを特徴とする請求項9記載の方法。 - 前記残留キャリア成分を抑圧するステップが、ファイバブラッグ格子を用いて、前記クロック変調された光信号をフィルタ処理するステップより成る
ことを特徴とする請求項9記載の方法。 - 前記ファイバブラッグ格子が、10dBより大きな拒絶率を有し、前記拒絶率はフィルタのストップバンド内で抑圧されるエネルギとフィルタを通過するエネルギとの比率を表す
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記ファイバブラッグ格子が、50GHzより少ないサブバンド帯域幅を有する
ことを特徴とする請求項11記載の方法。 - 前記残留キャリア成分が、前記光信号のキャリア周波数におけるエネルギより成る
ことを特徴とする請求項9記載の方法。 - 光キャリア信号を受信する手段;
クロック変調された光信号を生成するためにクロック信号により前記光キャリア信号をCS−RZ方式で変調する手段;
フィルタ処理された光信号を生成するために、前記光信号中に残留している残留キャリア成分を抑圧する手段;及び
ノンリターントゥゼロデータ信号により、前記フィルタ処理された光信号を変調する手段;
を備えることを特徴とする光変調器。 - 残留キャリア成分を抑圧する手段が、10dBより大きな拒絶率を有し、前記拒絶率はフィルタのストップバンド内で抑圧されるエネルギとフィルタを通過するエネルギとの比率を表す
ことを特徴とする請求項15記載の光変調器。 - 残留キャリア成分を抑圧する手段が、50GHzより少ないサブバンド帯域幅を有する
ことを特徴とする請求項15記載の光変調器。 - 前記残留キャリア成分が、前記光信号のキャリア周波数におけるエネルギより成る
ことを特徴とする請求項15記載の光変調器。 - クロック信号により前記光キャリア信号を変調する手段の消散率が25dBより小さい場合に、前記残留キャリア成分の抑圧が、前記光変調器の出力に関する分散耐性を与える
ことを特徴とする請求項15記載の光変調器。
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