JP4423372B2 - 多波長信号発生装置，及び多波長光の発生方法 - Google Patents

多波長信号発生装置，及び多波長光の発生方法 Download PDF

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Description

本発明は，多波長信号発生装置及び多波長光の発生方法に関する。
多波長信号発生装置は，波長多重伝送システム用光源や計測用基準光源などの用途がある。このため，様々な形式の多波長信号発生装置が提案されている。具体的な多波長信号発生装置として，多数の半導体レーザ（LD）を集積化したもの，ファイバの非線形性を利用したスーパーコンティニューム光源，ファイバリングを用いたモードロックレーザ，及びファブリペロー光変調器を用いた光コム発生器が知られている。
モードロックレーザ及びファブリペロー光変調器は，各波長成分の位相関係が確定しており，波長間隔が精度良く一定である。しかしながら，これらを用いた多波長信号発生装置は，光路を安定にする必要があり，装置が複雑になる。また，スーパーコンティニューム光源もモードロックレーザを用いるため，モードロックレーザと同様の問題がある。
光コム発生器を多波長信号発生装置として用いる場合は，波長成分の位相関係が確定している必要がない。そこで，ファブリペロー光変調器ではなく，光SSB変調器を用いた光コム発生器が開発された（下記非特許文献１,及び下記非特許文献２参照）。
図４に，光SSB変調器を用いた従来の光コム発生器（以下単に「光コム発生器」ともいう。）の基本構成を示す。図４に示されるように，光コム発生器(100)は，光SSB変調器(101),光SSB変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，光入力ポート(103)，及び光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成される。なお、光SSB変調器は、変調信号の周波数分（fm）だけシフトした出力光を得ることができる光変調器である。以下、光コム発生器の基本動作を説明する。
光コム発生器の入力ポート(104)に入力光(106)を入力する。入力光は、単一モードの連続光（f0）である。すると、光SSB変調器(101)により入力光の周波数がシフトする（f0+fm）。周波数がシフトした光成分(107)は，ループを周回し，入力ポートに入力される新たな光と合わさる（f0,f0+fm）。これらの光は、光SSB変調器(101)へと導かれ、両成分とも周波数がシフトする（f0+fm,f0+2fm）。これらの工程を繰り返すことで、多数のスペクトル成分を有する光（光コム）を得ることができる。光コム発生器は，波長成分の位相関係が不定であるが，波長間隔が精度良く一定であり，光路の安定に制御する必要に乏しいため簡便な装置でよいという利点がある。
このように，光コム発生器では，ループ内に複数の波長成分が含まれることとなる。そこで，ループ内での光の干渉を防ぐために，入力光として変調されない単一光が用いられていた。
このような光コム発生器で生成した多波長光を用いて，波長多重伝送システム用デバイスを検査する場合，光コム発生器からの多波長光を一括して変調し，信号を載せて検査していた（例えば，L. D. Garrett, A. H. Gnauck, Member, IEEE, F. Forghieri, V. Gusmeroli, and D. Scarano, “16X10 Gb/s WDM Transmission Over 840-km SMF Using Eleven Broad-Band Chirped Fiber Gratings", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 11, NO. 4, APRIL 1999の図２）。このような多波長光を用いて波長多重伝送システム用デバイスを検査した場合，結局は光位相などが同じ光を用いて検査したことになるので，必ずしも適切に検査したことにはならない。また，Hiro Suzuki, Jun-Ichi Kani, Hiroji Masuda, Noboru Takachio, Katsumi Iwatsuki, Yasuhiko Tada, and Masatoyo Sumida, "1-Tb/s (100 10 Gb/s) Super-Dense WDM Transmission with 25-GHz Channel Spacing in the Zero-Dispersion Region Employing Distributed Raman Amplification Technology" IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 12, NO. 7, JULY 2000 の図１では，偶数番目及び奇数番目の波長成分を束ねた後で，時間差を持った信号を用いて強度変調し，このような光を用いて波長多重システムに関する実験を行っている。この例でも，隣り合うチャネル間では，変調パターンが異なっているものの，２つおきに同じパターンを持っている。したがって，先の例と同様適切に検査したことにはならない。そこで，簡便な装置により，より多くの変調を含む多波長信号源が望まれた。
T. Kawanishi, S. Oikawa, K. Higuma and M. Izutsu, "Electraically Tunable Delay Line Using an Optical Single-Side-Band Modulator" IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 14, No. 10, 1454-1456 (2002) 川西哲也 井筒雅之 "SSB変調光ループを用いた光コム発生と可変光ディレイライン"信学技報（Technical Report of IEICE）2004-04, pp. 13-18 (2004)
本発明は，上記した従来の光コム発生器を用い，より多くの情報をもった光を発生できる多波長信号発生装置，及びそのような光源を用いた多波長光の発生方法を提供することを目的とする。
本発明は，波長成分ごとに異なる情報を持った多波長光源を提供することを別の目的とする。本発明は，波長成分ごとに異なる情報を持ち，波長多重通信システム用デバイスの検査に用いられる多波長光源を提供することを別の目的とする。
本発明者らは，入力光に位相変調，強度変調，又は周波数変調などの情報を持たせた場合でも，光コム発生器内での光の干渉を抑えることができ，しかも従来に比べ多くの情報を伝達できるという知見に基づき，本発明を完成するに至った。すなわち，上記の課題は，以下の発明により解決できる。
［１］ 上記課題の少なくともひとつを解決するため，本発明の多波長信号発生装置は，単一波長の入力光と当該入力光から所定周波数ずつ ずれた光群を得るための光コム発生器と，前記光コム発生器に順次入力する光を調整する光調整部とを有する多波長信号発生装置であって，前記光コム発生器は，光SSB変調器(101), 前記光SSB変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，前記光源からの光が入力する光入力ポート(103)，及び光を出力する光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成され，前記光調整部は，前記光コム発生器に順次入力する光ごとに位相を変調することで入力光に位相変調情報を持たせるための位相変調器を具備する，多波長信号発生装置である。
従来の光コム発生器には，変調されない単一光のみが入力されていた。しかし，本発明のように位相，強度，周波数を変調した光を入力した場合，より多くの情報を伝達でき，しかも光が互いに干渉し合わないことがわかった。すなわち，本発明によれば，従来の光コム発生器を用いた多波長信号発生装置に比べ，より多くの情報をもった周波数が異なる多数の光を得ることができることとなる。
［２］ 本発明の多波長信号発生装置の別の好ましい態様は，単一波長の入力光と当該入力光から所定周波数ずつ ずれた光群を得るための光コム発生器と，前記光コム発生器に順次入力する光を調整する光調整部とを有する多波長信号発生装置であって，前記光コム発生器は，光SSB変調器(101),前記光SSB変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，前記光源からの光が入力する光入力ポート(103)，及び光を出力する光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成され，前記光調整部は，前記光コム発生器に順次入力する光ごとに周波数を変調することで入力光に周波数変調情報を持たせるための周波数変調器を具備する，多波長信号発生装置である。
［３］本発明の多波長信号発生装置の別の好ましい態様は，上記[1]又は[2]に記載の多波長信号発生装置を用いた波長多重光通信システムである。
［４］ 上記課題の少なくともひとつを解決するため，本発明の多波長光の発生方法は，光調整部が，単一波長の光に位相変調情報，又は周波数変調情報を持たせるため，光の位相，又は周波数のいずれかひとつ以上を変調する工程と，前記変調情報を持った光が，光入力ポート(103)に入力する工程と，前記光が，光ファイバループ(105)を経て，光SSB変調器(101)に入力する工程と，前記光SSB変調器が，前記入力光の周波数より変調信号の周波数分だけシフトした光単側波帯信号を出力する工程と，アンプ(102)が，前記光SSB変調器(101)の出力光の光強度を高める工程と，前記光アンプ(102)からの出力光が，光ファイバループ(105)を経て，前記光入力ポート(103)に到達する工程と，前記光アンプ(102)からの出力光と，前記光調整部からの光が，前記光入力ポート(103)にて合波される工程と，を繰り返すことにより，光周波数が順次ずれた光の集合である光コムを得る多波長光の発生方法である。
［５］ 本発明の多波長光の発生方法の好ましい態様は，上記[4]に記載の多波長光の発生方法により得た多波長光を用いた波長多重光通信方法である。
本発明によれば，波長多重光通信システムなどに利用できる多波長光を得ることができる多波長信号発生装置を提供できる。
本発明によれば，波長成分ごとに異なる情報（位相情報，強度情報など）を持った多波長光源を提供することができる。また。本発明によれば，波長成分ごとに異なる情報を持ち，波長多重通信システム用デバイスの検査に用いられる多波長光源を提供できる。本発明によれば，光コムを形成する各光成分ごとに変調を行って，光コム（多波長光）を形成できる。このようにして形成した多波長光は，それぞれの波長の光ごとに異なる変調を持つこととなるので，波長多重システムに用いられるデバイスの検査などに好適に用いることができる。
（１．多波長信号発生装置の具現例）
図１に本発明の多波長信号発生装置の基本構成を示す概略図を示す。図１に示されるように、本発明の多波長信号発生装置は、光コム発生器(100)と光調整部(106)とを具備する。以下、本発明の多波長信号発生装置の構成要素について説明する。
（１．１．光コム発生器）
光コム発生器(100)は，入力光と当該入力光から所定周波数ずつ ずれた光群を得るため装置である。図１に示されるように，本発明の前記光コム発生器は，光SSB変調器(101)と,光アンプ(102)と，光入力ポート(103)と，光出力ポート(104)とを具備する。なお，光コム発生器の動作については，従来技術において説明したと同様である。
（１．１．１．光SSB変調器）
光SSB変調器は、変調信号の周波数（fm）分だけシフトした出力光を得ることができる光変調器である（S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi and M. Izutsu, "Single Side-Band Modulation Performance of a LiNbO3 Integrated Modulator Consisting of Four-Phase Modulator Wavegate," IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 13, 364-366 (2001)、「下津臣一、井筒雅之，"次世代通信のためのLiNbO3光ＳＳＢ変調器"，光アライアンス， 2000.7. pp. 27-30」）。なお、光ＳＳＢ変調器の動作は、たとえば、「川西哲也、井筒雅之、"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"、信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)」、「日隈ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．」などに詳しく報告されている。
光SSB変調器によって変調される周波数の値として，1GHz〜50GHzがあげられ，具体的には10GHz,12.5GHz,及び25GHzがあげられる。
（１．１．２．光アンプ）
光アンプ(102)は，光SSB変調器での変換ロスを補償するための装置である。光アンプとして，公知の光アンプを用いることができる。光SSB変調器によって減衰した光を元の強度に戻すことが好ましい。また,光SSB変調器に入力される前の光強度を高めるように設置されていてもよい。
（１．１．３．光入力ポート・光出力ポート）
光入力ポート(103)は，光源からの光が入力するポートである。一方，光出力ポート(104)は，光を出力するポートである。光入力ポート及び光出力ポートは，公知の光ポートを用いることができ，具体的には公知のサーキュレータを用いることができる。
（１．２．光調整部）
光調整部は，光コム発生器に入力される光を調整するための装置である。本発明の光調整部は，位相変調，強度変調又は周波数変調するための位相変調器，強度変調器又は周波数変調器を具備する。これにより，光に情報をのせた状態で，光コム発生器に光を入力でき，より情報の多い出力を得ることができる。このように，入力光自体を変調することで，例えば波長ごとに情報をのせることができ，さらには各波長成分間の干渉によって出力スペクトルが変動する事態を防止できる。なお，位相変調器，強度変調器及び周波数変調器として，それぞれ公知の位相変調器，強度変調器及び周波数変調器を用いることができる。
光調整部は，光源と，位相変調器，強度変調器又は周波数変調器を具備するものがあげられる。光源の好ましい態様は，擬似ランダム信号を出力するものである。擬似ランダム信号は，特開平5-45250号公報，特開平7-218353号公報，及び特開2003-50410号公報などに記載されたものを用いることができる。擬似ランダム信号を用いれば，様々な特性を有する信号を発生できる。このため，擬似ランダム信号を光源として用いた多波長光源は，特に波長多重システムなどの光通信に用いられるデバイスの検査などに好適に用いることができる。光源の好ましい別の態様は，周期性を持って配列された光信号を出力するものである。周期性を持って配列された光信号として，パルス信号があげられる。
（２．光波長多重通信システム）
本発明の波長多重通信システムは，上記した本発明の多波長信号発生装置を含むシステムである。すなわち，本発明の波長多重通信システムは，上記した本発明の多波長信号発生装置を光源とする他は，公知の波長多重通信システムにおける構成を採用することができる。
（３．ミリ波通信システム）
本発明のミリ波通信システムは，上記した本発明の多波長信号発生装置を含むシステムである。具体的には，本発明の多波長信号発生装置と，光検出器(PD)と，アンテナとを含むものがあげられる。光検出器(PD)は,多波長信号発生装置からの光を検出し電気信号に変換するための装置である。また，アンテナは，光検出器(PD)が変換した電気信号を放射するための装置である。
（４．動作例）
以下では，本発明の多波長信号発生装置の動作例を説明する。図２は，各工程における光の状態を示す概念図である。図２Ａは，始めの光が入力した状態を示す。図２Ｂは，光SSB変調器の出力光の状態を示す。図２Ｃは，SSB変調光と新たな光とが合波した状態を示す。図２Ｄは，３順目の合波状態を示す。図２Ｅは，入力光から派生した光コムの概念図である。まず，光調整部が，光（f1）の位相，強度，及び周波数のいずれかひとつ以上を調整する。調整された光が，光入力ポート(103)に入力する（図２Ａ）。この光が，光ファイバループ(105)を経て，光SSB変調器(101)に入力する。すると,光SSB変調器が，入力光の周波数より変調信号の周波数分だけシフトした光単側波帯信号を出力する（f1+fm）（図２Ｂ）。光アンプ(102)が，光SSB変調器の出力光の光強度を高め，光変調により弱まった光強度を補償する。なお,光アンプは,光SSB変調器の前におかれていても良い。光アンプ(102)からの出力光が，光ファイバループ(105)を経て，光入力ポート(103)に到達する。光アンプ(102)からの出力光（f1+fm）と，光調整部からの光（f1）が，光入力ポート(103)にて合波される（f1,f1+fm）（図２Ｃ）。なお，この際の入力光（f1）は，第1順目の入力光と同様であってもよいし，第１順目の入力光とは異なる変調（変調の種類や大きさなど）を受けたものであっても良い。これらの工程をもう一度繰り返すと，第3チャネルを含む波長多重光（f1,f1+fm,f1+fm+2fm）を得ることができる（図２Ｄ）。これらの工程を繰り返すことにより，光周波数が順次ずれた光の集合である光コム（図２Ｅ）を得ることができる。このようにして得られた，波長多重光を用いれば，光多重通信を容易に行うことができる。
以下，試験例を説明する。図３は，試験例において用いた多波長信号発生装置の概略図である。入力光は波長1550nmの光であり，それぞれ強度1mWであった。また，光SSB変調器に供給した電気信号の周波数は，10GHzであった。フッ化物EDFを用いた光アンプをループ内に設けて，光SSB変調器での波長変換に伴う光損失を補償した。波長間隔は，10GHzに対して0.08nmであった。図３に示した多波長信号発生装置を用いて，120回以上の周回を行い，それぞれの入力光について約10nmの範囲に渡る光コムを得た。なお，図３中，TLSは,変調可能な光源（Tunable Laser Source）を意味する。PCは,偏光調整器（Polarization Controller）を意味する。Circは,サーキュレータ(Circulator)を意味する。T-FBGは，変調可能なファイバブラッググレーティングを意味する。SSBは,SSB変調器を意味する。Coupは，カプラ（Coupler）を意味する。SMFは,シングルモードファイバを意味する。OSAは,光スペクトル分析器（Optical Spectrum Analyzer）を意味する。
本発明の多波長信号発生装置は，光波長多重通信に用いられる光アンプなどの検査用光源などとして用いることができる。また，本発明の多波長信号発生装置は，光波長多重通信システムの光源として利用できる。
図１は，本発明の多波長信号発生装置の基本構成を示す概略図である。 図２は，各工程における光の状態を示す概念図である。図２Ａは，始めの光が入力した状態を示す。図２Ｂは，光SSB変調器の出力光の状態を示す。図２Ｃは，SSB変調光と新たな光とが合波した状態を示す。図２Ｄは，３順目の合波状態を示す。図２Ｅは，入力光f1から派生した光コムの概念図である。 図３は，実施例１において用いた多波長信号発生装置の概略図である。 図４は，従来の光コム発生器の基本構成を示す概略図である。
符号の説明
100 光コム発生
101 光SSB変調器
102 光アンプ
103 光入力ポート
104 光出力ポート
105 光ファイバループ
106 光調整部


Claims (5)

  1. 単一波長の入力光と当該入力光から所定周波数ずつ
    ずれた光群を得るための光コム発生器と，前記光コム発生器に順次入力する光を調整する光調整部とを有する多波長信号発生装置であって，
    前記光コム発生器は，
    光SSB変調器(101),
    前記光SSB変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，
    前記光源からの光が入力する光入力ポート(103)，及び
    光を出力する光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成され，
    前記光調整部は，前記光コム発生器に順次入力する前記単一波長の入力光ごとに位相を変調することで入力光に位相変調情報を持たせるための位相変調器を具備する，
    多波長信号発生装置。
  2. 単一波長の入力光と当該入力光から所定周波数ずつ ずれた光群を得るための光コム発生器と，前記光コム発生器に順次入力する光を調整する光調整部とを有する多波長信号発生装置であって，
    前記光コム発生器は，
    光SSB変調器(101),
    前記光SSB変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，
    前記光源からの光が入力する光入力ポート(103)，及び
    光を出力する光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成され，
    前記光調整部は，前記光コム発生器に順次入力する前記単一波長の入力光ごとに周波数を変調することで入力光に周波数変調情報を持たせるための周波数変調器を具備する，
    多波長信号発生装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の多波長信号発生装置を用いた波長多重光通信システム。
  4. 光調整部が，単一波長の光に位相変調情報，又は周波数変調情報を持たせるため，光の位相又は周波数のいずれかひとつ以上を変調する工程と，
    前記変調情報を持った光が，光入力ポート(103)に入力する工程と，
    前記光が，光ファイバループ(105)を経て，光SSB変調器(101)に入力する工程と，
    前記光SSB変調器が，前記入力光の周波数より変調信号の周波数分だけシフトした光単側波帯信号を出力する工程と，
    光アンプ(102)が，前記光SSB変調器(101)の出力光の光強度を高める工程と，
    前記光アンプ(102)からの出力光が，光ファイバループ(105)を経て，前記光入力ポート(103)に到達する工程と，
    前記光アンプ(102)からの出力光と，前記光調整部からの光が，前記光入力ポート(103)にて合波される工程と，
    を繰り返すことにより，光周波数が順次ずれた光の集合である光コムを得る
    多波長光の発生方法。
  5. 請求項４に記載の多波長光の発生方法により得た多波長光を用いた波長多重光通信方法。
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