JP4687262B2 - 光送信システムおよび光送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システムにおける光送信システムおよび光送信方法に関し、特に、伝送符号に対応して位相差が異なる複数の光信号を多重することによって位相変調信号を生成する光送信システムおよび光送信方法に関する。

光送信システムでは、１つの伝送信号に対して１つの光源を設け、その出力を伝送信号によって駆動される光変調器等によって変調することによって光伝送信号を生成する。変調方式として様々の方式があるが、位相変調方式、特に非特許文献１に示されているようなＲＺ−ＤＰＳＫ（Return to Zero Differential Phase Shift Keying）変調方式は伝送特性を著しく改善することができるため非常に有望な変調方式である。ＲＺ−ＤＰＳＫ変調を行う場合に、一般に、ＬＮ変調器を用いて位相変調（データ変調）と強度変調（クロック変調）とが行われる。つまり、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調を行うにはＬＮ変調器が２つ必要になる。

"Transmission of 3.2 Tb/s（80x42.7 Gb/s） over 5200km of Ultrawave fiber with 100-km dispersion-managed spans using RZ-DPSK format " PD4.2, ECOC2002

しかしながら、上述したような従来の光送信システムには、以下に記載するような問題点がある。すなわち、光源からの光直流信号について強度変調と位相変調とを行うＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式の場合には、強度変調用と位相変調用のそれぞれの変調器およびその駆動電子回路を用意する必要があるため、光送信システムが大型化し、消費電力が大きくなる。

ＲＺ−ＤＰＳＫ方式を例にとって説明する。‘０’、‘１’からなる信号系列に、光位相の０、πを割り当てる符号化を行うときに、一般に、ＬＮ変調器が用いられる。ＬＮ変調器を駆動してＤＰＳＫ信号を発生するには、通常、半波長電圧の２倍に相当する１２〜１６Ｖ程度の大電圧振幅が必要である。伝送信号速度が高速になるほどこのような駆動振幅を実現するための電子回路の実現が困難になり、電子回路の実装サイズ、製作コストが上昇してしまう。また、大振幅の駆動電圧が必須になるため、駆動電子回路の消費電力が高くなってしまうという難点がある。

また、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式で位相変調を行う場合には、０、πのデータ符号変調を行うＬＮ変調器に加え、強度変調を行うためのＬＮ変調器をもう１つ直列に接続する必要がある。ＬＮ変調器は、その構成上、信号の進行方向に対して縦長の形状になり、現状では１０ｃｍ程度である。従って、ＬＮ変調器を単純に直列接続すると、２０ｃｍ程度の実装サイズが必要になる。そのような実装サイズは、システムの小型化に不利な制約を与えることになる。

また、ＬＮ変調器１つあたりの挿入損失が、大きい場合で１０ｄＢ程度に達する。よって、２つのＬＮ変調器を直列接続すれば、挿入損失は２倍の２０ｄＢになる。このことは、長距離伝送を行う際など、送出光強度を高くしたい場合には不利になる。大きな光損失を補うには、光増幅器を使用すればよい。しかし、光増幅器を追加した分だけシステムの製作コストは上昇し、実装サイズも大きくなってしまう。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、高品質な光伝送符号系列を、小型、低コスト、低消費電力で生成する光送信システムを実現することを目的とする。

なお、特許文献１に、本発明の構成と類似する光送信システムが記載されている。その光送信システムは、強度変調した光信号を複数用意し、時間多重することによって入力電気信号の速度以上の強度変調光信号を生成することを特徴としている。しかし、その発明は、電子回路の動作速度によって、生成可能な光信号速度が律速されてしまうことに鑑みた発明であって、電子回路の動作速度以上の光伝送信号を生成することを目的としている。すなわち、発明の目的および効果は、本発明の目的および効果とは異なる。

例えば、図６に示す構成において、光源７０１〜７０４の光出力を入力する強度変調器７１１〜７１４に、図７に示すような第１〜第４入力信号を与えることによって、入力信号の４倍の速度の光時間多重出力を生成することができる。図６には遅延器７２２〜７２４が示されているが、遅延器７２２〜７２４は、強度変調器７１１〜７１４の出力を時間同期して光多重するために配置されている。遅延器７２２〜７２４は、位相変調を行うために用いられていない。なぜならば、４つの入力信号は強度変調器７１１〜７１４に導かれている。伝送符号系列が‘０’、‘１’であるとすると、特許文献１に記載された発明では、この符号を光強度‘Ｐ１’、‘Ｐ２’で表す強度変調された光信号を生成している。ところが、以下に詳述するように、本発明では、伝送符号系列を光強度ではなく光位相によって表す位相変調された光信号を生成する。よって、入力信号の適用箇所は、強度変調器でなく相異なる位相差が付加された複数の光信号を選択する手段になる。また、本発明の目的は、特許文献１に記載された発明の目的とは異なり、伝送特性に優れた位相変調された光信号出力を生成可能な、小型、低消費電力の光送信システムおよび方式を実現することである。

さらに、特許文献１に記載された光送信システムにおいて、入力信号は、図７に示すような４系統の信号であり、出力はそれら４系統の信号を多重した信号に対応した光強度変調信号出力である。本発明では、入力信号は、１系統の信号であり、出力は、その信号に対応して位相変調された光信号である。従って、入力に対する出力信号が異なっている。

また、特許文献１に記載された光送信システムでは、図６に示したように、光合波器を用いる光多重化器７５０によって受動的に時間多重を行うが、本発明では、伝送すべき信号でセレクタを駆動して能動的に時間多重を行うことを特徴としている。従って、時間多重の方式も異なっている。

また、特許文献１に記載された光送信システムには以下に示すような問題点が残されている。すなわち、時間多重を行う際に、多重光間で干渉が発生すると、干渉雑音のために光送信システム出力の伝送特性が著しく劣化する。２つの光信号の多重を行う場合を例にする。光源から出力される光直流信号を２分岐し、一方（ＣＷ１）を、そのまま第１の変調器に入力して変調光（ＳＩＧ１）を得、他方（ＣＷ２）を、一定の光位相πを付加した後に第２の変調器に入力して変調光（ＳＩＧ２）を得て、ＳＩＧ１とＳＩＧ２とを光時間多重したとする。このとき、ＳＩＧ１とＳＩＧ２は同時に符号‘０’または‘１’にならないようにされているが、第１の変調器と第２の変調器との消光比が十分でない場合にはＳＩＧ１とＳＩＧ２の干渉による雑音が発生する。例えば、ある時刻でＳＩＧ１が符号‘０００’、ＳＩＧ２が符号‘１０１’であるとすると、理想的な光送信システム出力は符号‘０１０００１’になる。また、符号‘０’が理想的には光強度０、符号‘１’が光強度Ｐに割り当てられているとすると、理想的な光送信システムの出力光強度は‘０Ｐ０００Ｐ’になる。しかし、ＳＩＧ１とＳＩＧ２との間に干渉が発生すると、出力光強度は‘ＡＢＡＡＡＢ’（Ａ＞０、Ｂ＜Ｐ）となる。すると、出力光強度のオン／オフ比が低下するため、信号対雑音比が劣化して光信号受信時における符号誤り率が上昇してしまう。従って、高品質な光伝送信号を生成するには多重光間で干渉が生じないような構成であることが必須である。本発明では、特許文献１に記載された発明では解決することができない多重光間の干渉雑音問題も解決される。

また、特許文献２には、電気信号について位相変調する際に、１つの電気信号を分岐させ、一方を移相した後に双方の電気信号を結合することによって位相変調を実現する装置が記載されている。しかし、本発明では、特許文献２に記載された装置とは異なり、強度変調手段を用いた位相変調が行われている。そして、以下に説明するような構成にもとづいて、小型、低コスト、低消費電力を実現する。

特許文献２に記載された装置のように、電気領域で強度変調手段を用いた位相変調を行うように構成しても、そのような構成は、小型、低コスト、低消費電力に寄与しない。

特開２００５−６１７４号公報（段落００３０−００３７、図１） 特開２００１−２９８４９６号公報（段落００５８−００７０、図５）

上記目的を達成するために、本発明は、光送信システムにおいて、唯一つの光源の出力光を２分岐して２つの光信号の一部または全てを出力する分岐手段を含む光出力手段と、光出力手段からのそれぞれの光信号の位相を相異ならせるために、光信号（１つまたは複数の光信号）に位相遅延を付加する位相遅延付加手段と、入力信号に従って、位相が相異なる２つの光信号のいずれか一つを選択して出力する光信号選択手段と、分岐手段から出力された２つの光信号の偏光状態を、互いに直交する偏光状態に変換して、光信号選択手段によって時間多重される際に互いに干渉を起こさないようにする偏光調整手段とを備え、偏光調整手段は、分岐手段から出力された一方の光信号を通過させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを通過した光信号を反射するファラデー反射ミラーとを含み、ファラデー反射ミラーで反射された光信号を再び偏光ビームスプリッタを通過させることによって、分岐手段から出力された他方の光信号の偏光方向と直交する偏光成分に変換し、光信号選択手段が、光信号を時間多重することにより位相変調光信号を生成し、強度変調手段が、光出力手段に入力する光信号または光信号選択手段が生成した光信号を強度変調することを特徴とする。

分岐手段が、位相同期した２つの光信号を出力する構成であってもよい。

分岐手段から出力された２つの光信号の間で位相差πを付加することによりＤＰＳＫ符号変調された光信号を生成する位相変調手段を備えることによって、ＤＰＳＫ変調が実現される。

強度変調手段は、例えば、入力信号に同期したクロック信号によって強度変調された出力光を出力するように光源を制御する。

光信号選択手段が、２つの光信号のそれぞれを入力する２つの光ゲート素子と、各光ゲート素子の出力を多重する光合波器と、入力信号に従って２つの光ゲート素子のいずれか１つだけを開くゲート制御手段とを含む構成であってもよい。

光信号選択手段が、相異なる２つの偏光状態の光信号から入力信号に従っていずれか１つの偏光状態の光信号を選択する偏光状態選択手段を含み、偏光状態選択手段が、選択した光信号を時間多重することにより位相変調光信号を生成するように構成されていてもよい。

光出力手段と、位相遅延付加手段と、光信号選択手段とが集積化されていることが好ましい。

上記のように構成された本発明では、伝送符号毎に光源を設けるか、または同一の光源からの出力光を分岐して伝送符号数と同数の光直流信号を得、それぞれの光直流信号が位相差を有するようにし、位相差がついた光直流信号から、入力信号に従って唯一つの光直流信号を選択する。そのような構成によって、ＬＮ変調器を使用することなく位相変調と同等の動作を実現する。また、駆動電子回路も含めて低消費電力で駆動可能な強度変調素子を利用するか、または光源自身を直接強度変調することによって強度変調素子を省略すれば、小型、低コスト、低消費電力な光送信システムが実現される。

第１の効果は、光送信システムの小型化が可能なことである。その理由は、複数のＬＮ変調器を用いていないからである。また、光源、変調手段等を集積化することにより、システム全体のサイズを小さくすることができる。

第２の効果は、低消費電力化が可能なことである。その理由は、ＬＮ変調器を用いていないため、変調手段を駆動する電子回路の消費電力を低く抑えることができ、システム全体としての消費電力を低減することできるからである。

第３の効果は、製造コストを低くすることが可能なことである。その理由は、ＬＮ変調器を用いていないため、変調手段を駆動する際の電圧振幅を低くすることができ、高価な高出力の駆動電子回路を必要としなくなるためである。

第４の効果は、運用コストを低くすることが可能なことである。その理由は、システムのサイズが小さいため、設置場所の賃貸料が安くなり、また、消費電力が小さいため、電気料金を安く済ますことが可能なためである。

第５の効果は、出力光信号強度を大きくすることが可能なことである。その理由は、光損失の大きい変調手段を１つだけ使用すればよく、２つの変調手段を直列に接続して使用する必要のあった場合に比べて、光損失を半分にすることが可能なためである。

第６の効果は、実装設計が簡略になることである。その理由は、光源、変調手段等を集積化した場合に、それらを接続する光ファイバケーブルや、高周波用同軸線が不要になるため、光送信システム全体の高周波電気信号による電気的なクロストークが低減される。その結果、物理的な配線スペースやケーブル配置の自由度が上がるためである。

第７の効果は、高品質な伝送光信号を生成できることである。その理由は、相異なる符号に対応したそれぞれの光信号を時間多重する際に、それらの光信号の偏光状態を相異なるようにした場合に、互いに干渉することが無く、雑音が発生しないためである。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明による光送信システムにおける光信号送信装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す構成おいて、光源１００から出力される光直流信号（Ｇ）は分配器１０１に入力される。そして、分配器１０１によって２分岐され、一方の信号（Ｈ）はセレクタ１０４の入力部Ｄに、他方の信号（Ｉ）は遅延器１０５に入力される。遅延器１０５を通過した光直流信号はセレクタ１０４の入力部Ｅに入力される。ここで、遅延器１０５は、遅延制御装置１０６によって、セレクタ１０４への２つの入力光が常に一定の位相差を保つように制御される。セレクタ１０４は、電気信号である入力信号（データ入力）に従って、入力部Ｄまたは入力部Ｅに入力された光直流信号のうちの一方を選択して出力部Ｆから位相変調された光信号として出力する。

なお、信号（Ｈ）の位相と信号（Ｉ）とは揃っている。すなわち、両者は位相同期している。また、ここでは、唯一つの光源１００からの光を分配器１０１で分岐して複数の光信号（この例では、信号（Ｈ）および信号（Ｉ））を得る構成を例示するが、そのように構成することは必須のことではない。例えば、複数の光信号のそれぞれを出力する光源を個別に設けてもよい。また、必要な複数の光信号のうちの一部を得るために、一つの光源の出力光を分岐するようにしてもよい。

次に、上記のように構成された光信号送信装置の動作について説明する。図１に示す構成において、分配器１０１は、光源１００から出力される光直流信号（Ｇ）を２分岐し、一方の信号（Ｈ）をセレクタ１０４の入力部Ｄに、他方の信号（Ｉ）を遅延器１０５に出力する。遅延器１０５に入力された光直流信号には、遅延器１０５によって一定の位相差が与えられる。

例えば、セレクタの入力部Ｄに入力される光直流信号と、入力部Ｅに入力される光直流信号間に位相差φが与えられるように設定されているとする。この位相差φは、遅延制御装置１０６がセレクタ１０４に入力される２つの光直流信号の位相差を比較し、その差がφになるように遅延器１０５を制御することによって一定に保たれている。遅延器１０５が与える位相差を一定値φに保つには、遅延制御装置１０６内でセレクタ１０４に入力される光信号同士を干渉させ、その干渉光強度が所望の一定値になるよう制御すればよい。

また、セレクタ１０４には、伝送すべきデータ系列が電気信号によって与えられる。伝送符号‘１’をハイレベル、伝送符号‘０’をローレベルとする。従って、セレクタ１０４には、ハイレベルとローレベルの電圧振幅をもった二値の電気信号が入力される。セレクタ１０４は、この入力信号に従って、入力部Ｄおよび入力部Ｅに入力される２つの入力のうち、一方のみを選択して出力部Ｆから出力する。従って、セレクタ１０４の出力は、セレクタ１０４への入力信号に従って、入力部Ｄから入力される光位相０の光直流信号または入力部Ｅから入力される光位相φの光直流信号のどちらかになる。

例えば、セレクタ１０４が、入力信号（データ入力）がハイレベルのときに入力部Ｄからの入力、ローレベルのときに入力部Ｅからの入力を選択するようにしておくと、伝送符号系列‘１’に対して光位相φ、伝送符号系列‘０’に対して光位相０が割り当てられることになる。従って、セレクタ１０４から位相変調された光信号出力が得られる。

図２は、本発明による光送信システムの第１の実施例を示すブロック図である。第１の実施例では、伝送符号化方式としてＲＺ−ＤＰＳＫ方式を採用し、変調器として電界吸収型変調器（ＥＡＭ：Electric Absorption Modulator ）３０９が用いられている。図２に示す構成において、図１におけるセレクタ１０４に相当するセレクタ３０４は、入力部Ｄから信号を入力する光ゲートスイッチ３１０、入力部Ｅから信号を入力する光ゲートスイッチ３１１、および偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）３１２を含む。そして、入力信号に従って、光ゲートスイッチ３１０，３１１の出力のうちのいずれか一方の光信号を選択することによって入力信号の時間多重を行い、位相変調された光信号を生成する。

図２に示す構成では、図１に示された光源１００としてレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode ）３００、図１に示された分配器１０１として１：２のスプリッタ３０１、図１に示された遅延器１０５として位相差πを遅延させる光位相遅延器３０５が用いられている。光位相遅延器３０５は、温度制御によって、与える遅延量（位相差）を調整することができる。従って、図１に示された遅延制御装置１０６に相当する遅延制御装置（遅延調整器）３０６が、光位相遅延器３０５に内蔵された温度調節回路を制御することによって、光信号に与える位相差を制御することができる。

偏光コントローラ３２１は、セレクタ３０４の入力部Ｄへの入力光を、入力部Ｅへの入力光と同一の偏光状態になるように変換して遅延制御装置３０６に導く。セレクタ３０４に内蔵された光ゲートスイッチ３１０，３１１は、電圧を印加する／しないによってオン／オフの制御が可能なようになっている。プリコーダ３１３は、伝送信号受信時にＤＰＳＫ変調信号が復号可能となるようにプリコードを行う。ゲート制御手段としてのドライバ（光ゲートドライバ）３０７は、プリコーダ３１３からの入力を正転増幅および反転増幅して光ゲートスイッチ３１０，３１１を駆動する。光ゲートスイッチ３１０，３１１の出力は、２：１カプラ３１２によって合波されて出力される。ＥＡＭドライバ３０８は、入力信号速度と同じ速度のクロック信号を増幅する。ＥＡＭ３０９は、２：１カプラ３１２の出力光を、ＥＡＭドライバ３０８からのクロック信号によって強度変調し、光送信システムの最終的な光信号出力とする。

なお、少なくとも、ＬＤ３００、スプリッタ３０１、光位相遅延器３０５、遅延制御装置３０６およびセレクタ３０４は、１つの光集積回路に集積化されることが好ましい。さらには、ＥＡＭ３０９等も集積化されることが好ましい。集積化によって、システム全体のサイズを小さくすることができる上に、各部を接続する光ファイバケーブルや高周波用同軸線が不要になるため、高周波電気信号による電気的なクロストークが低減される。

次に、図２に示された光送信システムの動作について説明する。図２に示す構成では、スプリッタ３０１は、ＬＤ３００から出力されるｙ方向に直線偏光した光直流信号を１：１の割合で２分岐する。そして、一方の信号（Ｈ）を、偏光調整手段の一部をなす偏光ビームスプリッタ３０２に出力し、他方の信号（Ｉ）を光位相遅延器３０５に出力する。このときＰＢＳ３０２のＡ側に入力した光直流信号は、Ｂ側に出力される。そして、偏光調整手段の一部をなすファラデー反射ミラー３０３で反射され、その偏光状態がｘ方向の直線偏光に変化する。ファラデー反射ミラー３０３で反射された光直流信号は、ＰＢＳ３０２のＢ側に入力した後Ｃ側に出力され、セレクタ３０４の入力部Ｄに入力される。

一方、スプリッタ３０１の他方の信号（Ｉ）であるｙ方向に直線偏光した光直流信号には、光位相遅延器３０５で一定の位相差が与えられる。ここでは、セレクタの入力部Ｄに入力される光直流信号と、入力部Ｅに入力される光直流信号間に位相差πが与えられるように設定されているとする。位相差は、遅延制御装置３０６がセレクタ３０４に入力される２つの光直流信号の位相差を比較し、その差がπになるように光位相遅延器３０５の温度を制御することによって一定に保たれている。

偏光コントローラ３２１は、セレクタ３０４の入力部Ｄへの入力光を、入力部Ｅへの入力光と同一の偏光状態になるように変換して遅延制御装置３０６に導く。遅延器３０５において与えられる光位相差を一定値πに保つには、遅延制御装置３０６内で両者を干渉させ、その干渉光強度が最小になるよう制御すればよい。セレクタ３０４に内蔵された光ゲートスイッチ３１０，３１１は、電圧を印加する／しないによってオン／オフの制御が可能なようになっている。プリコーダ３１３は、伝送信号受信時にＤＰＳＫ変調信号が復号可能となるようにプリコードを行う。このようなプリコーダは広く知られた従来技術であり、例えば、文献（”DWDM 40G transmission over trans-Pacific distance （10,000km） using CSRZ-DPSK, enhanced FED and all-Raman amplified 100km UltraWave fiber spans”， Post-deadline paper presented by Dr. Fenghai Liu, Thusday, March 27, 2003 （Session PD18） at OFC 2003 ）に例が示されている。

ドライバ３０７は、図３に示すように、プリコーダ３１３からの入力を正転増幅および反転増幅して光ゲートスイッチ３１０，３１１を駆動する。ドライバ３０７の２つの出力は同時にハイレベルになったり、同時にローレベルとなることがない。なお、図３において、入力信号として‘０１０００１１０’が例示され、ドライバ３０７の出力が出力１および出力２として示されている。

従って、ローレベルを‘０’、ハイレベルを一定電圧Ｖとすれば、光ゲートスイッチ３１０，３１１は常にトグル動作し、入力部Ｄおよび入力部Ｅからの入力を同時にオンまたはオフすることがない。そのため、光合波器としての偏光ビームスプリッタ３１２によって合波されて出力部Ｆから出力されるセレクタ３０４の出力の光強度は常に一定値である。そして、光位相がプリコーダ３１３への入力信号（伝送符号系列）に応じて０またはπに変化することになる。光位相０を伝送符号系列‘０’、光位相πを伝送符号系列‘１’に割り当てれば、セレクタ３０４から出力される光信号における論理符号は、光信号の位相変化（光位相）と同様になる。

図４には、入力信号として‘０１０００１１０’が入力された場合の電気信号および光信号の一例が示されている。図４に示すように、セレクタ３０４の出力において、光信号の位相は入力信号に応じて変化するが、光強度は一定である。また、セレクタ３０４が出力する光信号において、論理符号は光信号の位相に対応している。

また、セレクタ３０４には、光位相０のｘ方向直線偏光と、光位相πのｙ方向直線偏光が入力される。よって、セレクタ３０４において入力部Ｄからの入力と入力部Ｅからの入力とが時間多重されるときに、互いに干渉を起こさないようにすることができる。

セレクタ３０４の出力光が、ＥＡＭ３０９によって、伝送信号速度（入力信号速度でもある。）と同じ速度のクロック信号によって強度変調される。セレクタ３０４からＥＡＭ３０９に入力される光信号は、位相変調された光強度一定の光信号であるから、ＥＡＭ３０９で強度変調されることによってＲＺ−ＤＰＳＫ変調された光信号が生成される。そして、ＥＡＭ３０９の出力が、光送信システムの最終的な光信号出力となる。

なお、ここでは、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式を例にとって説明したが、ＤＰＳＫ方式等、他の位相変調方式を用いてもよい。また、光位相遅延器３０５で与える光位相差はπに限ることはなく、π／２やπ／４であってもよい。また、所定の信号によって光の強度変調を行う強度変調手段は、入力信号速度に応じた速度のクロック信号によって光の強度変調を行うものに限られず、例えば、データパターンに応じて強度変調するようなものでもよい。

図５は、本発明による光送信システムの第２の実施例を示すブロック図である。図５に示す第２の実施例では、偏光スイッチ５０９を用い、偏光スイッチ５０９への入力信号に従って、ｘ方向あるいはｙ方向に直線偏光した光信号のいずれかが選択されることによって位相変調された光信号が生成される。

本実施例では、レーザドライバ５０８は、入力信号（データ入力）に同期したクロック信号を増幅する。光源としてのＬＤ５００は、レーザドライバ５０８から出力されるクロック信号によって強度変調された光（ｙ方向に直線偏光した光）を出力する。

ＬＤ５００からのｙ方向に直線偏光した光直流信号は、１：２のスプリッタ５０１に導かれる。光直流信号は、その後、１：２スプリッタ５０１の出力部ＨからＰＢＳ５０２に導かれ、出力部ＩからＰＢＳ５０４に導かれる。ＰＢＳ５０２のＡ側から入力されたｙ方向に直線偏光した光直流信号の偏光状態は、光位相遅延器５０５で位相差φが付加された後にファラデー反射ミラー５０３で反射されることによってｘ方向に変化する。そして、再び光位相遅延器５０５で位相差φが付加された後、ＰＢＳ５０２のＢ側に入力されてＣ側から出力される。そして、ＰＢＳ５０４のＤ側に入力され、Ｆ側から出力されて偏光スイッチ５０９に入力される。

一方、１：２スプリッタ５０１の出力部Ｉから出力されたｙ方向に直線偏光した光直流信号は、ＰＢＳ５０４のＥ側に入力されてＦ側から出力される。このとき、Ｄ側に入力されるｘ方向に直線偏光した光直流信号と偏光多重されるが、それらの偏光状態が直交しているために互いに干渉することがない。また、Ｅ側に入力される光直流信号の位相に対して、Ｄ側に入力される光直流信号は、位相が２φだけ遅れている。

プリコーダ５１３は、光送信システムへの入力信号が、受信される際に正しく復号できるように入力符号系列（データ入力）をプリコードする。プリコードされた入力信号は、ドライバ（偏光スイッチドライバ）５０７で増幅されて偏光スイッチ５０９を駆動する。偏光スイッチ５０９は、ドライバ５０７からの入力信号に従って、ｘ方向の直線偏光成分を通過させるか、ｙ方向の直線偏光成分を通過させるかを切り替える。

従って、偏光スイッチ５０９からの出力光信号は、光送信システムへの入力信号に追従して、光位相０のｘ方向の直線偏光か、光位相２φのｙ方向の直線偏光かに切り替わる。つまり、図５に示された構成によって、０／２φで位相変調された光信号を生成することができる。

遅延制御装置５０６は、干渉計５２０と遅延器制御電子回路５２６から構成される。干渉計５２０は、偏光ビームスプリッタ５２１、偏光コントローラ５２２および２：１合波器５２３で構成される。遅延器制御電子回路５２６は、光強度モニタ５２４と制御用電子回路５２５とで構成される。遅延制御装置５０６には偏光スイッチ５０９の出力光信号の一部が入力として与えられる。この入力光信号は、光位相０のｘ方向直線偏光と、光位相πのｙ方向直線偏光が時間多重された光信号である。

偏光ビームスプリッタ５２１により、ｙ方向直線偏光成分はＧ側からＨ側に出力され、ｘ方向直線偏光成分はＧ側からＩ側に出力される。Ｉ側に出力されたｘ方向直線偏光成分は、偏光コントローラ５２２で偏光状態がｙ方向直線偏光に変換される。２：１合波器５２３では、ｙ偏光ビームスプリッタ５２１のＨ側から出力されるｙ方向直線偏光と、偏光コントローラ５２２から出力されるｙ方向直線偏光が合波されて干渉を起こす。２：１合波器５２３の出力光強度は、ｙ方向直線偏光とｙ方向直線偏光の光位相２φによって変化し、２φがπの奇数倍のとき最小、πの偶数倍（０も含む）のとき最大になる。従って、０とπで位相変調された光信号（ＤＰＳＫ符号）を生成したい場合には、制御用電子回路５２５は、光強度モニタ５２４によって干渉計５２０の出力光強度をモニタし、干渉計５２０からの出力光強度が最小になるように、遅延器５０５をフィードバック制御すればよい。以上のようにして、偏光スイッチ５０９は、相異なる複数の偏光状態の光信号から入力信号に従っていずれか１つの偏光状態の光信号を選択し、選択した光信号を時間多重することにより位相変調光信号を生成することができる。

本発明による光送信システムにおける光信号送信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明による光送信システムの第１の実施例の構成を示すブロック図である。 光ゲートドライバの動作を説明するための説明図である。 電気信号および光信号の一例を示す説明図である。 本発明による光送信システムの第２の実施例の構成を示すブロック図である。 比較例としての光送信システムの構成を示すブロック図である。 図６に示す光送信システムにおける電気信号および光信号の一例を示す説明図である。

符号の説明

１０００ 光源
１００１ 分配器
１００４ セレクタ
１００５ 遅延器
１００６ 遅延制御装置
３００ レーザダイオード
３０１ １：２スプリッタ
３０２、３１２ 偏光ビームスプリッタ
３０３ ファラデー反射ミラー
３０４ セレクタ
３０５ 光位相遅延器
３０６ 遅延制御装置
３０７ 光ゲートドライバ
３０８ ＥＡＭドライバ
３０９ 電界吸収型変調器（ＥＡＭ）
３１０、３１１ 光ゲート
３１３ プリコーダ
３２１ 偏光コントローラ
５００ レーザダイオード
５０１ ２：１スプリッタ
５０２、５０４、５２１ 偏光ビームスプリッタ
５０３ ファラデー反射ミラー
５０５ 光位相遅延器
５０６ 遅延制御装置
５０７ 偏光スイッチドライバ
５０８ レーザドライバ
５０９ 偏光スイッチ
５１３ プリコーダ
５２０ 干渉計
５２２ 偏光コントローラ
５２３ ２：１合波器
５２４ 光強度モニタ
５２５ 制御用電子回路
５２６ 遅延器制御電子回路

Claims (12)

1. 光伝送システムで用いられ、所定の信号によって光の強度変調を行う強度変調手段を有する光送信システムであって、
   唯一つの光源の出力光を２分岐して２つの光信号の一部または全てを出力する分岐手段を含む光出力手段と、
   光出力手段からのそれぞれの光信号の位相を相異ならせるために、光信号に位相遅延を付加する位相遅延付加手段と、
   入力信号に従って、位相が相異なる２つの光信号のいずれか一つを選択して出力する光信号選択手段と、
   前記分岐手段から出力された２つの光信号の偏光状態を、互いに直交する偏光状態に変換して、前記光信号選択手段によって時間多重される際に互いに干渉を起こさないようにする偏光調整手段とを備え、
   前記偏光調整手段は、前記分岐手段から出力された一方の光信号を通過させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを通過した光信号を反射するファラデー反射ミラーとを含み、ファラデー反射ミラーで反射された光信号を再び偏光ビームスプリッタを通過させることによって、前記分岐手段から出力された他方の光信号の偏光方向と直交する偏光成分に変換し、
   前記光信号選択手段は、光信号を時間多重することにより位相変調光信号を生成し、
   前記強度変調手段は、前記光出力手段に入力する光信号または前記光信号選択手段が生成した光信号を強度変調する
   ことを特徴とする光送信システム。
2. 分岐手段は、位相同期した２つの光信号を出力する
   請求項１記載の光送信システム。
3. 分岐手段から出力された２つの光信号の間で位相差πを付加することによりＤＰＳＫ符号変調された光信号を生成する位相変調手段を備えた
   請求項１または請求項２記載の光送信システム。
4. 強度変調手段は、入力信号に同期したクロック信号によって強度変調された出力光を出力するように光源を制御する
   請求項３記載の光送信システム。
5. 光信号選択手段は、２つの光信号のそれぞれを入力する２つの光ゲート素子と、各光ゲート素子の出力を多重する光合波器と、入力信号に従って２つの光ゲート素子のいずれか１つだけを開くゲート制御手段とを含む
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光送信システム。
6. 光信号選択手段は、相異なる２つの偏光状態の光信号から入力信号に従っていずれか１つの偏光状態の光信号を選択する偏光状態選択手段を含み、偏光状態選択手段が、選択した光信号を時間多重することにより位相変調光信号を生成する
   請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の光送信システム。
7. 光出力手段と、位相遅延付加手段と、光信号選択手段とが集積化されている
   請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の光送信システム。
8. 所定の信号によって光の強度変調を行う強度変調手段を有する光送信システムにおける光送信方法であって、
   唯一つの光源の出力光を２分岐して２つの光信号の一部または全てを出力し、
   ２つの光信号の位相を相異ならせるために、光信号に位相遅延を付加し、
   分岐された２つの光信号の偏光状態を、互いに直交する偏光状態に変換して、光信号選択手段によって時間多重される際に互いに干渉を起こさないようにし、
   偏光状態を変換する際に、分岐された２つの光信号のうちの一方の光信号を偏光ビームスプリッタに通し、偏光ビームスプリッタを通過した光信号をファラデー反射ミラーで反射させ、ファラデー反射ミラーで反射された光信号を再び偏光ビームスプリッタに通すことによって、２つの光信号のうちの他方の光信号の偏光方向と直交する偏光成分に変換し、
   入力信号に従って、位相が相異なる２つのの光信号のいずれか一つを選択して時間多重することにより位相変調光信号を生成し、
   前記２つの光信号の基になる光信号、または生成された前記位相変調光信号を前記強度変調手段によって強度変調する
   ことを特徴とする光送信方法。
9. 唯一つの光源の出力光を分岐して位相同期した複数の光信号を得る
   請求項８記載の光送信方法。
10. ２分岐して得られた２つの光信号の間で位相差πを付加することによりＤＰＳＫ符号変調された光信号を生成する
    請求項８または請求項９記載の光送信方法。
11. 入力信号に同期したクロック信号によって強度変調された出力光を出力するように光源を制御する
    請求項１０記載の光送信方法。
12. 相異なる２つの偏光状態の光信号から入力信号に従っていずれか１つの偏光状態の光信号を選択することにより位相変調光信号を生成する
    請求項８から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の光送信方法。

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