JP4028463B2 - 光送信装置および光送受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣＳ−ＲＺ(Duobinary Carrier-Suppressed Return-to-Zero)信号を簡易に生成し、情報伝送を行う光送信装置および光送受信装置に関するものである。

ＤＣＳ−ＲＺ信号は、狭帯域ＲＺ信号の一つであり、符号間干渉が少なく、ＸＰＭ耐性が高い事から超高速長距離ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplex)伝送への適用が検討されている。この符号は光デュオバイナリ信号にさらにＣＳ−ＲＺ変調を加えたものであり、従来、光デュオバイナリ変調用、およびＣＳ−ＲＺ変調用の２個の光変調器を用いて符号を生成していた。しかし、ＤＣＳ−ＲＺ信号の生成にはカスケード接続された２個のプッシュプル型ＭＺ変調器を、同期した駆動信号で動作させる必要があり、送信機が大規模化する難点があった。また、超高速光伝送に使用する光変調器は高価である事から送信機のコストが上昇する欠点があった。さらに、それらの光変調器は４−７Ｖ程度の大振幅の駆動電圧を必要とし、また、駆動電圧波形がそのまま送信光波形に反映して伝送特性に影響を与えるため、送信回路の調整を困難にしていた。
なお、従来の光送信装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。
特開2002-77059号公報

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＤＣＳ−ＲＺ信号を生成して情報通信を行う光送信装置であって、装置を従来のものより簡単かつ安価に構成することができる光送信装置を提供することにある。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、定常光を発生する光源と、入出力端子Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有し、端子Ｐから入射された前記光源からの光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｒおよび端子Ｓから出力し、端子Ｒから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力し、端子Ｓから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力する光結合器と、進行波型の光位相変調器であって、光入力ポートが前記光結合器の端子Ｒと、光出力ポートが前記光結合器の端子Ｓと、それぞれ等しい長さの光ファイバで結ばれている光位相変調器とを具備し、前記光位相変調器の電極に送信データを印加した時、前記光結合器の端子Ｑから前記送信データに対応するＤＣＳ−ＲＺ信号を出力することを特徴とする光送信装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光送信装置において、前記送信データが”１”の場合には、１ビット前の出力ビット信号を反転した信号を前記光位相変調器へ出力し、送信データが”０”の場合には１ビット前の出力ビット信号と同じビット信号を前記光位相変調器へ出力する符号変換回路を設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、ＤＣＳ−ＲＺ信号を送信する送信手段と、前記送信手段から送信されたＤＣＳ−ＲＺ信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバを介して前記送信手段から送信されたＤＣＳ−ＲＺ信号を受信する受信手段とから構成される光送受信装置であって、前記送信手段は、定常光を発生する光源と、入出力端子Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有し、端子Ｐから入射された前記光源からの光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｒおよび端子Ｓから出力し、端子Ｒから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力し、端子Ｓから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力する光結合器と、進行波型の光位相変調器であって、光入力ポートが前記光結合器の端子Ｒと、光出力ポートが前記光結合器の端子Ｓと、それぞれ等しい長さの光ファイバで結ばれている光位相変調器と、を具備し、前記光結合器の端子Ｑから前記送信データに対応するＤＣＳ−ＲＺ信号を出力し、前記受信手段は、受信光強度に応じて”１”または”０”の２値信号を出力する光−電気変換回路と、前記光−電気変換回路の出力が”１”の場合には、１ビット前の出力ビット信号を反転した信号を出力し、前記光−電気変換回路の出力が”０”の場合には１ビット前の出力ビット信号と同じビット信号を出力する符号変換回路と、を具備することを特徴とする光送受信装置である。

この発明によれば、光ループミラーまたはマッハツェンダ干渉計を用いることにより、光位相変調器１個のみでＤＣＳ−ＲＺ信号を生成することができ、これにより、装置を従来のものより簡単かつ安価に構成することができる効果がある。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態による光送信装置の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は定常光を発生するＣＷ光源（半導体レーザ）である。２は３ｄＢカプラ（光結合器）であり、入出力端子Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを持ち、端子Ｐから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子ＲおよびＳから出力し、端子Ｒから入射した光を同様に端子ＰおよびＱから出力し、端子Ｓから入射した光を同様に端子ＰおよびＱから出力する。３は進行波型の光位相変調器であり、送信データＸが”０”の時は「０」、送信データＸが”１”の時は「２π」の位相変化を順方向の入力光に与える（図４参照）。この光位相変調器３は、その光入力ポートが上記３ｄＢカプラ２の端子Ｒと、光出力ポートが３ｄＢカプラの端子Ｓと、それぞれ等しい長さの光ファイバで結ばれている。この光位相変調器３に、アンプ４を介して送信データＸが加えられる。この送信データＸのビットレートをB(bit/sec）とする。

上述した光送信装置は、２つの機能ブロックから構成されている。１つは光ループミラーである。ＣＷ光源１の出力光は３ｄＢカプラ２によってＵおよびＶに分けられる（図１参照）。この際、モード結合理論によりＶの位相はＵに対してπ／２だけ遅れる。Ｕ，Ｖは光位相変調器３を通過して再び３ｄＢカプラ２に入射するが、この際、端子Ｑから出力されるＵに対し、端子Ｑから出力されるＶの位相は再びπ／２だけ遅れる。すなわち、もし、ＵおよびＶが光位相変調器３で全く位相変化を受けていない場合、干渉し合うＵとＶの位相差がπとなり、端子Ｑから出力される光強度は０となる。よって、もし光位相変調器３においてＵおよびＶに異なる位相変化を与えることができれば、その位相変化の差に応じて端子Ｑの出力は図２のように変化する。なお、図２にいて横軸は光位相変調器３によりＵおよびＶに与えられる位相変化の差（Ｕ−Ｖ）である。

１個の光位相変調器３と１系統の変調信号によりこの位相差を生成する機能ブロックが、３入力位相変調器である。進行波型の位相変調器３において変調信号と光信号が逆方向に進む場合、位相不整合によりデュオバイナリフィルタ型のフィルタリング特性が得られる（特許文献1参照）。特許文献１においては進行波型の光強度変調器に逆方向から光を入射する事で、光デュオバイナリ信号を生成している。今、進行波型の光位相変調器３に両方向からＵ,Ｖを入力した場合、そのレスポンスは図３のようになり、Ｕ,Ｖに位相差を生じることが可能となる。Ｕには通常のＮＲＺ変調、Ｖにはデュオバイナリ型の位相変調がかかり、出力端子ＱにＤＣＳ−ＲＺ信号を得ることができる。

図４に、光ループミラーによるＤＣＳ−ＲＺ信号生成のタイミング図を示す。アンプ４から出力される駆動信号Ｗ（＝データＸ）が図３の特性に従ってＵおよびＶに位相変化を起こす。ＵおよびＶは３ｄＢカプラ２の端子Ｒおよび端子Ｓに入射するが、この時、図２の特性に従ってＱに現れる光の強度および位相が変化することでＤＣＳ−ＲＺ信号が生成される。

次に、この発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。図５において、１１は定常光を発生するＣＷ光源、１２はＣＷ光源の出力光を入力とし、ビットレートＢで位相変調を行う光位相変調器である。この光位相変調器１２は送信データＸが”０”の時は「０」、送信データＸが”１”の時は「π」の位相変化を入力光に与える（図６参照）。１３は送信データＸを増幅して光位相変調器１２へ出力するアンプである。また、１４は光カプラ、１５は光遅延器、１６は光カプラであり、これらによってマッハツェンダ干渉計１７が構成されている。光カプラ１４は光位相変調器１２の出力をＵおよびＶに分け出力する。この場合、Ｖの位相はＵに対してπ／２だけ遅れる。そして、Ｖは光遅延器１５によって１／（２＊Ｂ）だけ遅延されて光カプラ１６の端子Ｑに入射され、また、Ｕは直接光カプラ１６の端子Ｐに入射され、これにより、光カプラの端子ＲからＤＣＳ−ＲＺ信号が出力される。図６に上述した光送信装置の動作タイミング図を示す。

図７はこの発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図であり、この図において、図１の各部と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。前述した第１の実施形態においては、確かにＤＣＳ−ＲＺ信号が生成されるものの、光信号はそのままでは変調電気信号と一致しない。これを一致させるようにしたものがこの第３の実施形態である。すなわち、この実施形態が第１の実施形態と異なる点は、符号変換回路２０が設けられている点である。この符号変換回路２０は送信データが第１の入力端に入力されるイクスクルーシブオア回路２１と、このイクスクルーシブオア回路２１の出力を１ビット遅延させてイクスクルーシブオア回路２１の第２入力端へ出力する遅延回路２２とから構成されている。そして、この符号変換回路２０は、送信データＸが”１”の場合には、遅延回路２２の出力（１ビット前のビット信号）を反転して出力し、”０”の場合には遅延回路２２の出力をそのまま出力する。この符号変換回路２０の出力がアンプ４を介して光位相変調器３へ出力される。図８にこの第３の実施形態の動作タイミング図を示す。この図から、送信データＸと端子Ｑの光強度とが一致していることが分かる。

また、この第３の実施形態においては、３ｄＢカプラ２から出力され、光ファイバを伝送された光信号を受信する光−電気変換器２３および受信回路２４が設けられており、光送受信回路として構成されている。ここで、受信回路２４は、受信光が「あり」の場合に受信情報を”１”とし、受信光が「なし」の場合に受信情報を”０”として出力する。

図１３は、図７に示す構成によって実験的にＤＣＳ−ＲＺ信号を生成した際の光波形である。また、図１４は図１３の光スペクトルである。また、図１５および図１６は符号変換を確認した波形であり、図１５は光位相変調器３の駆動波形を示し（図８（Ｗ）参照）、図１６は３ｄＢカプラ２の端子Ｑの出力波形を示している（図８のintensity of Ｑ参照）。

図９はこの発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図であり、この図において、前述した第２の実施形態（図５）の各部と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この実施形態も、第２の実施形態では一致していなかった送信データＸと送信される光信号とを一致させるようにしたもので、第３の実施形態（図７）と同様に、送信データＸを変換する符号変換回路２０を設け、この符号変換回路２０の出力をアンプ４へ出力するようになっている。符号変換回路２０の構成は図７のものと同一である。また、この実施形態においては、図７のものと同一構成の光−電気変換器２３および受信回路２４が設けられており、光送受信回路として構成されている。図１０に動作タイミング図を示す。

図１１はこの発明の第５の実施形態の構成を示すブロック図であり、この図において、第３の実施形態（図７）の各部に対応する部分には同一の符号を付しその説明を省略する。この図に示す実施形態が第３の実施形態と異なる点は、送信データ側に設けられていた符号変換回路２０が除かれ、代わりに、受信側の光−電気変換器２３と受信回路２４との間に設けられている点である。図１２はこの発明の第６の実施形態の構成を示すブロック図であり、この図において、第４の実施形態（図９）の各部に対応する部分には同一の符号を付しその説明を省略する。この図に示す実施形態が第４の実施形態と異なる点は、送信データ側に設けられていた符号変換回路２０が除かれ、代わりに、受信側の光−電気変換器２３と受信回路２４との間に設けられている点である。これら第５、第６の実施形態によっても、送信データＸと受信信号とを一致させることができる。

この発明の第１の実施形態による光送信装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態における光ループミラーの動作を説明するための図である。 同実施形態における３入力光位相変調器３の動作を説明するための図である。 同実施形態の動作を説明するためのタイミング図である。 この発明の第２の実施形態による光送信装置の構成を示すブロック図である。 同第２の実施形態の動作を説明するためのタイミング図である。 この発明の第３の実施形態による光受送信装置の構成を示すブロック図である。 同第３の実施形態の動作を説明するためのタイミング図である。 この発明の第４の実施形態による光送信装置の構成を示すブロック図である。 同第４の実施形態の動作を説明するためのタイミング図である。 この発明の第５の実施形態による光送信装置の構成を示すブロック図である。 この発明の第６の実施形態による光送信装置の構成を示すブロック図である。 この発明の第３の実施形態の構成によって実験的にＤＣＳ−ＲＺ信号を生成した際の光波形図である。 図１３の光スペクトルである。 この発明の第３の実施形態の構成によって実験的にＤＣＳ−ＲＺ信号を生成した際の光位相変調器３の駆動波形を示す図である。 この発明の第３の実施形態の構成によって実験的にＤＣＳ−ＲＺ信号を生成した際の３ｄＢカプラ２の端子Ｑの出力波形を示しず図である。

符号の説明

１、１１…ＣＷ光源
２…３ｄＢカプラ
３、１２…光位相変調器
４、１３…アンプ
１４、１６…光カプラ
１５…光遅延器
１７…マッハツェンダ干渉計
２０…符号変換回路
２１…イクスクルーシブオア回路
２２…遅延回路
２３…光−電気変換器
２４…受信回路

Claims (3)

1. 定常光を発生する光源と、
   入出力端子Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有し、端子Ｐから入射された前記光源からの光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｒおよび端子Ｓから出力し、端子Ｒから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力し、端子Ｓから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力する光結合器と、
   進行波型の光位相変調器であって、光入力ポートが前記光結合器の端子Ｒと、光出力ポートが前記光結合器の端子Ｓと、それぞれ等しい長さの光ファイバで結ばれている光位相変調器と、
   を具備し、前記光位相変調器の電極に送信データを印加した時、前記光結合器の端子Ｑから前記送信データに対応するＤＣＳ−ＲＺ信号を出力することを特徴とする光送信装置。
2. 前記送信データが”１”の場合には、１ビット前の出力ビット信号を反転した信号を前記光位相変調器へ出力し、送信データが”０”の場合には１ビット前の出力ビット信号と同じビット信号を前記光位相変調器へ出力する符号変換回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
3. ＤＣＳ−ＲＺ信号を送信する送信手段と、前記送信手段から送信されたＤＣＳ−ＲＺ信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバを介して前記送信手段から送信されたＤＣＳ−ＲＺ信号を受信する受信手段とから構成される光送受信装置であって、
   前記送信手段は、
   定常光を発生する光源と、
   入出力端子Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを有し、端子Ｐから入射された前記光源からの光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｒおよび端子Ｓから出力し、端子Ｒから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力し、端子Ｓから入射した光を等しい光強度を持つ２つの光に分岐して端子Ｐおよび端子Ｑから出力する光結合器と、
   進行波型の光位相変調器であって、光入力ポートが前記光結合器の端子Ｒと、光出力ポートが前記光結合器の端子Ｓと、それぞれ等しい長さの光ファイバで結ばれている光位相変調器と、
   を具備し、前記光結合器の端子Ｑから前記送信データに対応するＤＣＳ−ＲＺ信号を出力し、
   前記受信手段は、
   受信光強度に応じて”１”または”０”の２値信号を出力する光−電気変換回路と、
   前記光−電気変換回路の出力が”１”の場合には、１ビット前の出力ビット信号を反転した信号を出力し、前記光−電気変換回路の出力が”０”の場合には１ビット前の出力ビット信号と同じビット信号を出力する符号変換回路と、
   を具備することを特徴とする光送受信装置。

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