JP4750009B2

JP4750009B2 - 光受信器

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Publication number: JP4750009B2
Application number: JP2006349845A
Authority: JP
Inventors: 學吉野; 準基三鬼
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008160707A

Description

本発明は、光送信器で符号化した信号光を送受信する光ＣＤＭ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式の光通信システムに用いる光受信器に関する。

同一の光周波数帯を利用して非同期に通信する光通信システムとして、光符号多重システムがある。符号を適用した信号光同士は、符号の直交性により希望しない符号の信号光を除去することができる。しかし、符号を適用しない信号光の場合は、直交性がないため除去することができない。このような状況は、例えば、サービスを提供している既設の光ファイバを用いて既存のサービスに影響を与えずに、新たなサービスを追加する場合に発生する。この場合、符号を適用した信号光は、広い光周波数幅に拡散されることで、その符号化利得により、既存のサービスに影響を与えない弱い強度の信号光で通信する。既存のサービスに影響を与えない追加のサービスの信号光強度は、消光比８〜１２ｄＢと想定される既存のサービスと比較し、十分小さいことが要求される。

強度が高い既存のサービス用の信号光（以後、「既存のサービス用の信号光」を「妨害光」と記す。）に対する十分な符号化利得の確保は、光周波数幅の拡大を要するため、伝送路波長分散に起因する信号波形の劣化により制限される課題があった。さらに、受光器の飽和及び耐妨害性を高めるためのハードリミッタは、複雑な処理回路が必要になる課題があった。

このような課題を解決する手段として、例えば、特許文献１で開示される技術がある。この従来技術では、光符号多重で用いる光源の広い光周波数幅及び短い可干渉長、光符号多重で用いる光源の発光の継続する時間の短さ（狭いパルス幅）、又は、妨害光除去器の透過率の繰返し周期と符号器及び復号器の１符号分の光周波数幅の周期との倍数関係を利用する。妨害光除去器としては、例えば、下記３つ条件のうちのいずれかを満たす光路長差を有するマッハツェンダ（ＭＺＩ）干渉計を用いる。
（１）妨害光除去器の光路長差は、信号光の可干渉長以上で妨害光の可干渉長以下
（２）妨害光除去器の光路長差は、信号光が分岐後に合波した際に重ならない長さ
（３）妨害光除去器の光路長差は、復号器で復号対象としない符号で符号化されて復号の際に加減算により相殺される信号光で加算される部分と減算される部分とが均等となる長さ

これらの条件を満たす妨害光除去器は、両アームを伝送する妨害光同士を干渉させ、復号器に接続する出力から妨害光を除去するように調整する。上記（１），（２）では、信号光は、光路長差が可干渉長以上（条件（１））、分岐した信号光同士が重ならない（条件（２））のために干渉せずに、復号器に出力される。また、上記（３）では、信号光は、妨害光除去器で干渉しても良いが、希望する信号以外の信号光で加算される部分と減算される部分とが均衡な強度で干渉により除去されるので、妨害光除去器により符号間の直交性の崩れが発生せず、他の符号の干渉は増大しない。このようにして、符号間の干渉が劣化しない妨害光の除去が可能となる。
特開２００６−７４５５７号公報

しかし、従来技術では、妨害光が複数ある場合、妨害光同士の光周波数が、妨害光除去器で十分に除去可能な程度近接しているか、又は、妨害光除去器の透過率の繰返し周期の倍数に相当する間隔でないと除去できない課題があった。妨害光除去器を通過する前の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＩＮ））は、ＳＩＲ（ＩＮ）＝Ｉ_０／ΣＩ_ｉで表せる。また、理想的な妨害光除去器を通過した後の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＯＵＴ））は、ＳＩＲ（ＯＵＴ）＝（Ｉ_０／２）／Σ（Ｉ_ｉ／ＣＭＲ_ｉ）で表せる。ここで、妨害光除去器を通過する前の信号光の強度をＩ_０、ｉ番目の妨害光の強度をＩ_ｉ（ｉは１以上）、及び、妨害光除去器によるｉ番目の妨害光除去比をＣＭＲ_ｉとした。

このとき、従来の妨害光除去器では、妨害光の光周波数同士の関係によってＣＭＲ_ｉが小さくなるため、妨害光を十分に除去できない場合があった。例えば、強度が略等しい２段の妨害光同士の光周波数の差が妨害光除去器の周期の半分であると、ＳＩＲ（ＩＮ）＝Ｉ_０／｛Ｉ_１＋Ｉ_２｝＝Ｉ_０／｛２Ｉ_１｝となり、ＳＩＲ（ＯＵＴ）＝（Ｉ_０／２）／｛２Ｉ_１／２｝＝ＳＩＲ（ＩＮ）となり、妨害光除去器による信号光対妨害光強度比は改善しない課題があった。

また、従来の妨害光除去器を単純に縦列に接続することで、妨害光はそれぞれ除去できる。しかし、それぞれの妨害光除去器の光路長差が近接し、異なる光路を経由したパルス同士が重なるか若しくは光路長差の和が可干渉長以下となると、信号光も干渉する。干渉により妨害光除去器を通過して復号器に到達する信号光の強度Ｉ_０が小さくなり、妨害光除去器を通過した後の信号光対妨害光強度比ＳＩＲ（ＯＵＴ）が小さくなる課題があった。

本発明は、信号光自体の干渉を防止し、信号光が劣化しにくい光受信器を提供することを目的とする。

本発明者らは、妨害光除去器の光路長差、復号器の光路長差及びこれら光路長差の任意の組合せの差を、可干渉長又は信号光の発光が継続する時間（パルス幅）に信号光が進む距離又は信号光の可干渉長である長さ以上とすることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

具体的には、本発明に係る光受信器は、所定の光路長差を有する複数の光路を経由させ干渉により入力光に含まれる妨害光を除去して前記妨害光に対する信号光の強度比を向上させる妨害光除去器が直列にｎ（ｎは２以上の正整数。）段接続された光受信器において、ｉ段目（ｉはｎ以下の正整数。）の前記妨害光除去器の所定の光路長差Ｌ_ｉ、ｉ段目の前記妨害光除去器の所定の光路長差Ｌ_ｉとそれらの和の全組合せからなる集合Ｕ、前記集合Ｕの任意の異なる要素ｕ_ｉ，ｕ_ｊ、並びに、前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘとすると、前記集合Ｕの任意の異なる要素ｕ_ｉとｕ_ｊとの差は前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘ以上となり、前記集合Ｕは数１を満たすことを特徴とする。

上記の光受信器は、前記信号光自体の干渉を防止し、前記信号光を劣化しにくくすることができる。

本発明に係る光受信器では、前記信号光の１チップの光周波数幅又は前記妨害光の光周波数幅の少なくともいずれか一方は、前記光受信器のフリースペクトルレンジの半分未満となることが好ましい。

ここで、フリースペクトルレンジとは、前記信号光及び前記妨害光の透過損失が極小となる周波数間隔のことである。

上記の光受信器は、前記信号光の導通と前記妨害光の十分な除去を考慮することができる。

本発明に係る光受信器では、前記入力光を分岐させ所定の光路長差を有する複数の光路を経由させて合波する復号器が、前記妨害光除去器の出力に接続され、前記復号器の所定の光路長差Ｌ_ｎ＋１、前記妨害光除去器の所定の光路長差Ｌ_ｉと前記復号器の所定の光路長差Ｌ_ｎ＋１とそれらの和の全組合せからなる集合Ｕ’、前記集合Ｕ’の任意の異なる要素ｕ’_ｉ，ｕ’_ｊとすると、前記集合Ｕ’の任意の異なる要素ｕ’_ｉとｕ’_ｊとの差は前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘ以上となり、前記集合Ｕ’は数２を満たすことが好ましい。

上記の光受信器は、前記妨害光除去器と前記復号器に起因する干渉による意図しない前記信号光の劣化を避けることができる。

本発明に係る光受信器では、前記妨害光除去器は、前記所定の光路長差が、前記信号光の可干渉長以上、かつ、前記妨害光の可干渉長以下であることが好ましい。

上記の光受信器は、各段の前記妨害光除去器の光路長差及びその和からなる集合の要素間の任意の差が前記信号光の可干渉長以上なので、前記信号光自体の前記妨害光除去器における干渉を防止することができる。

本発明に係る光受信器では、前記妨害光除去器は、前記所定の光路長差が、前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離よりも長く、かつ、前記妨害光の発光が継続する時間に前記妨害光が進む距離よりも短いことが好ましい。

上記の光受信器は、各段の前記妨害光除去器の光路長差及びその和からなる集合の要素間の任意の差が前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離よりも長いために、前記妨害光除去器の出力する前記信号光同士が合波時に重ならないので、前記信号光自体の干渉を防止することができる。

本発明に係る光受信器では、前記復号器は、前記妨害光除去器の透過率の繰返し周期の倍数又は約数となる光周波数幅で符号化した前記信号光を復号し、前記入力光に含まれ、前記復号器が復号対象とする符号で符号化した前記信号光又は前記復号器で復号対象としない符号で符号化して復号の際に加減算により相殺される前記信号光の少なくとも一方の光周波数幅は、前記妨害光除去器の透過率の繰返し周期と前記復号器の１符号分の光周波数幅との最小公倍数以上であることが好ましい。

上記の光受信器は、前記妨害光を除去した前記信号光の信号伝送が可能となり、前記妨害光除去器により、復号対象としない符号で符号化した前記信号光が光周波数幅の条件を満たすとき、復号対象としない符号で符号化した前記信号光による干渉は増大せず、復号対象とする符号で符号化した前記信号光が光周波数幅の条件を満たすとき、復号対象とする符号で符号化した前記信号光の強度が変動せず、前記信号光が干渉する光路長差も選択可能となる。

本発明は、信号光自体の干渉を防止し、信号光が劣化しにくい光受信器を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一機器及び同一部材には同一符号を付した。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る光受信器は、所定の光路長差を有する複数の光路を経由させ干渉により入力光に含まれる妨害光を除去して前記妨害光に対する信号光の強度比を向上させる妨害光除去器が直列にｎ（ｎは２以上の正整数。）段接続された光受信器において、ｉ段目（ｉはｎ以下の正整数。）の前記妨害光除去器の光路長差Ｌ_ｉ、ｉ段目の前記妨害光除去器の光路長差Ｌ_ｉとそれらの和の全組合せからなる集合Ｕ、前記集合Ｕの任意の異なる要素ｕ_ｉ，ｕ_ｊ、並びに、前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離ｌｘとすると、前記集合Ｕの任意の異なる要素ｕ_ｉとｕ_ｊとの差は前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離ｌｘ以上となり、前記集合Ｕは数１を満たす。

第１実施形態に係る光受信器を適用する通信ネットワークにおいて、既存のサービスに新たなサービスを追加する場合を例に説明する。図１に、通信ネットワーク１００の構成図を示す。図１には、既存のサービス用の光源１１１及び既存のサービスのデータで変調する変調器１１２を備え、かつ、既存のサービス用の信号光（妨害光）を出力する送信器１１０と、追加するサービスのための短パルス光を出力する光源１０６及び追加するサービスのデータで変調する変調器１０７を備え、かつ、追加するサービス用の信号光を出力する光送信器１０５とを示した。ここで、光源１０６，１１１の外部で変調する変調器１０７，１１２を備える構成で説明したが、変調器１０７，１１２を用いずに光源１０６，１１１の出力強度を直接変調する直接変調光源を用いても良い。また、既存のサービス用の妨害光と追加するサービス用の信号光は、光分岐器１０２により合波され、伝送後に既存のサービス用の光受信器１２０と追加するサービス用の光受信器１１５に光分岐器１０４によって分岐される。ここで、伝送の前後で光分岐器１０２，１０４を備える構成で説明しているが、伝送路と２つの光分岐器１０２，１０４の組を置き換えて単一の光分岐器で合波及び分波する構成としても良い（不図示）。

受信側には、既存のサービスからの信号光を検波するための検波器１２１を備える既存のサービス用の光受信器１２０、及び、第１実施形態に係る光受信器であって追加するサービス用の光受信器１１５がある。追加するサービス用の光受信器１１５は、既存のサービスからの信号光を除去するための２段の妨害光除去器１１６ａ，１１６ｂ及び除去後の光を検波する検波器１１７を備える。２段の妨害光除去器１１６ａ，１１６ｂとしては、例えば、入力光を分岐し、所定の光路長差に調整した複数の分岐光を合波して、分岐光の光路長差での干渉で当該分岐光の出力強度又は光周波数に応じて出力光路を変更するマッハツェンダ干渉計を用いることができる。マッハツェンダ干渉計のある出力光路での光周波数に対する透過光の強度は櫛状になり、櫛状の歯にあたる部分の強度は正弦関数で表せる。なお、図１では２段の妨害光除去器１１６ａ，１１６ｂを示したが、妨害光除去器１１６は２段に限定されず、妨害光除去器１１６を３段以上としても良く（不図示）、以後においても同様である。

妨害光除去器１１６は、既存のサービスからの妨害光が透過しないようにその光周波数を調整することで、既存のサービスからの妨害光を除去する。第１実施形態に係る光受信器では、前記妨害光除去器は、前記所定の光路長差が、前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離よりも長く、かつ、前記妨害光の発光が継続する時間に前記妨害光が進む距離よりも短いことが好ましい。

ここで、信号光の発光が継続する時間について、２値信号の場合を例として説明する。信号光の発光が継続する時間としては、例えば、以下のものがある。
（１）信号光の１ビット分の時間内で信号光の発光が継続する時間
（２）１以上のパルスから１ビットの信号光が作られるときのパルスの発光が継続する時間
（３）波長符号又は光周波数符号の少なくともいずれか一方で符号化した信号光で、互いに干渉しうる１チップ分の信号光の発光が継続する時間
（４）波長符号又は光周波数符号の少なくともいずれか一方で符号化した信号光で、互いに干渉しうる１チップ分のパルスの発光が継続する時間（パルス幅）
（５）波長−時間符号又は光周波数−時間符号の少なくともいずれか一方で符号化した信号光で、互いに干渉しうる１チップ分の信号光の発光が継続する時間
（６）波長−時間符号又は光周波数−時間符号の少なくともいずれか一方で符号化した信号光で、互いに干渉しうる１チップ分のパルスの発光が継続する時間（パルス幅）
（７）波長−偏波符号又は光周波数−偏波符号の少なくともいずれか一方で符号化した信号光で、互いに干渉しうる１チップ分の信号光の発光が継続する時間
（８）波長−偏波符号又は光周波数−偏波符号の少なくともいずれか一方で符号化した信号光で、互いに干渉しうる１チップ分のパルスの発光が継続する時間（パルス幅）

妨害光除去器１１６の２光路の光路長差は、ＲＺ（ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）信号等の信号光の発光が継続する時間に信号光の進む距離以上である。すなわち、妨害光除去器１１６で分岐した信号光同士が合波した際に重ならない光路長差であり、ＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）信号が一般的な既存のサービス用の信号光（妨害光）の発光が継続する時間に妨害光が進む距離、又は、連続する光が妨害光除去器１１６で分岐した光同士が合波した際に少なくとも一部が重なる光路長差である。また、各段の妨害光除去器１１６の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差は、それぞれのマッハツェンダ干渉計で分岐した信号光の発光が継続する時間が重ならないように、信号光の発光が継続する時間に信号光が進む距離以上となっている。

妨害光除去器１１６の光路長差に関する式を以下に示す。妨害光除去器１１６が２段、すなわち、ｎ＝２の場合、妨害光除去器１１６の光路長差は、数３で表される。また、数３の∀｜ｕ_ｉ−ｕ_ｊ｜は数４で表される。

また、妨害光除去器１１６が３段、すなわち、ｎ＝３の場合、妨害光除去器１１６の光路長差は、数５で表される。また、数５の∀｜ｕ_ｉ−ｕ_ｊ｜は数６で表される。

妨害光除去器１１６が２段の場合の例として説明を続ける。入力光は、妨害光除去器１１６ａに入力され、２の妨害光のうちの一方を除去するように光路長差を調整することで妨害光の一方が除去される。入力光は、さらに、他方の妨害光を除去するように光路長差が調整された妨害光除去器１１６ｂに入力され、他方の妨害光が除去される。信号光は、妨害光除去器１１６ａ，１１６ｂそれぞれの光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差が信号光の発光が継続する時間に信号光が進む距離よりも長く、妨害光除去器１１６の出力パルス同士も合波時に重ならないので干渉せず、妨害光除去器１１６の各段でそれぞれ半分に分岐され、残った４分の１が追加のサービス用の光受信器１１５に入力される。このとき、妨害光除去器を通過する前の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＩＮ））は、ＳＩＲ（ＩＮ）＝Ｉ_０／ΣＩ_ｉで表せる。また、理想的な妨害光除去器を通過した後の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＯＵＴ））は、ＳＩＲ（ＯＵＴ）＝（Ｉ_０／２^ｎ）／Σ（Ｉ_ｉ／ＣＭＲ_ｉ）で表せる。ここで、妨害光除去器を通過する前の信号光の強度をＩ_０、ｉ番目の妨害光の強度をＩ_ｉ（ｉは１以上）、及び、妨害光除去器によるｉ番目の妨害光除去比をＣＭＲ_ｉとした。上記式で、妨害光除去器１１６は、それぞれ２の妨害光のうちの一方の妨害光を除去し、他方の妨害光を除去しないとしているが、他方の妨害光が除去される効果を考慮すれば、妨害光除去器を通過した後の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＯＵＴ））の値はより大きくなる。２の妨害光を同時に１段の妨害光除去器１１６で除去できる場合には、１段の妨害光除去器１１６で除去しても良い。ここで、妨害光除去器１１６を２段としたが、妨害光除去器を通過した後の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＯＵＴ））が要求される値の範囲内であれば、これ以上の段数であっても良い。

各段の妨害光除去器の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差の下限の目安について説明する。理想的なパルスでは、どこまでも裾野が広がり、光路長差及び光路長差の和からなる集合の要素の間の任意の差の下限の規定が困難である。そこで、信号光の重なりが無視できる程度の重なりをもって下限を規定することになる。図６を用いて、単純な例として、矩形波の場合で説明する。なお、図６には、干渉により出力方路から除かれた妨害光の重なる部分ｂを示した。１段の妨害光除去器１１６では、光路長差Ｌ_ｉの２光路に分岐した光が再合波する。再合波する際に信号光同士が重ならない部分は、理想的には均等に両方の出力光路から出力される。干渉により出力方路から除かれた信号光の重なる部分ａが全て一方の光路から出力すると想定すると、その一方の光路の出力の比率はＺ＋（１−Ｚ）／２、他方の光路の出力の比率は（１−Ｚ）／２となる。妨害光除去器１１６では、妨害光が復号器に出力する光路から除去するように設定するので、残留するパワーの比率は理想的に（１−Ｚ_Ｊ）／２となる。干渉により出力方路から除かれた信号光の重なる部分ａの出力光路は不明であり、（１−Ｚ_Ｓ）／２〜（１＋Ｚ_Ｓ）／２となる。従って、妨害光除去器が１段の場合、信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ）は、｛（１−Ｚ_Ｓ）／２｝／｛（１−Ｚ_Ｊ）／２｝以上｛（１＋Ｚ_Ｓ）／２｝／｛（１−Ｚ_Ｊ）／２｝以下となる。ここで、信号光の重なる比率をＺ_Ｓ、妨害光の重なる比率をＺ_Ｊとする。妨害光が重ならずに除去できない影響をＩ_ｉ／ＣＭＲ_ｉで表すと、信号光を構成する光が妨害光除去器１１６での分岐後再合波される際に一部が重なる場合、追加するサービス用の光受信器の復号器に対して、１段目の妨害光除去器が出力する信号光の強度の最低値Ｉ’_０は、Ｉ’_０＝Ｉ_０（１−Ｚ_Ｓ）／２と表される。よって、ｉ段目の妨害光除去器で重なる比率をＺ_Ｓｉとすると、妨害光除去器１１６を通過した後の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＯＵＴ））は、ＳＩＲ（ＯＵＴ）＝Ｉ_０｛１／２^ｎ−Σ（Ｚ_Ｓ／２^{（ｎ＋１−ｉ）}）｝／Σ（Ｉ_ｉ／ＣＭＲ_ｉ）で表せる。

次に、図７を用いて、パルスの場合で説明する。ガウシアンパルスであると想定すると、光路長差は、ガウシアンパルスの時間的広がりσの４倍以上に信号光が進む距離とすることが望ましい。ガウシアンパルスでは、中心から２σ離れたところから裾野のパワーは、０．０５である。分岐されたパルスのそれぞれ片側の裾野が全て重なった状態と近似すると、パルス同士が重なり互いに干渉しうるパワーとなるＺ_Ｓは、０．０５であり、１段目の妨害光除去器通過後の信号光の最悪値は、（１−Ｚ_Ｓ）／２＝０．４７５となる。パルス同士が重ならない場合に比べて、最悪、１段目の妨害光除去器を通過した後の信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ（ＯＵＴ））の分子は、５０％から４７．５％、すなわち、１／２０劣化する。

各段の妨害光除去器の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差の下限は、信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ）の劣化の許容範囲から決まるので、例えば、信号光強度に妨害光除去器全体での信号光同士の干渉による１／１０の劣化を許容するとすれば、重なる部分の比率の上限はおおむね１／２０であり、各段の妨害光除去器の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差の下限は妨害光除去器の各段で重なる部分の比率が１／２０以下となるガウシアンパルスの時間的広がりσの４倍に信号光が進む距離となる。

次に妨害光除去器の段数（ｎ）の上限について説明する。この上限の１つは、例えば、妨害光除去器を通過した信号光の強度が、受信感度を下回らないことから規定される。また、この上限のもう１つは、例えば、妨害光除去器で分岐及び再合波された後の干渉しうる信号光同士が、隣接する信号光の発光が継続する時間も含めて重ならないことから規定される。１Ｇｂｉｔ／ｓの２値伝送で信号光の発光が継続する時間が７００ｆｓであり、２分岐するタイプの妨害光除去器を７段備える場合、それぞれの光路長差は、最小の光路長差の２の倍数倍とすると、例えば、５０ｐｓ，２５ｐｓ、１２．５ｐｓ、６．２５ｐｓ，３．１２５ｐｓ，１．５６２５ｐｓ，０．７８１２５ｐｓとなる。すなわち、（信号光の１ビット分の時間）／２^ｎが信号光の発光の継続する時間以上を満たすｎの最大値が妨害光除去器の段数（ｎ）の上限となる。ここで、信号光の１ビット分の時間を用いるのは、信号光の隣接するビットと重なって干渉しないことによる。

信号光の導通と妨害光の十分な除去を考慮し、第１実施形態に係る光受信器では、前記信号光の１チップの光周波数幅（Δｆ_０）又は前記妨害光の光周波数幅（Δｆ_ｉ）の少なくともいずれか一方は、前記光受信器を構成する各妨害光除去器のフリースペクトルレンジの半分未満となることが好ましい。さらに、妨害光の光周波数幅は、光受信器のフリースペクトルレンジの半分より非常に小さいこと、例えば、１／１０未満となることがより好ましい。ここで、光周波数幅は、光源自体のスペクトル線幅や変調による光周波数幅の広がりを考慮することが好ましい。

以上示したように、第１実施形態に係る光受信器は、パルス幅の狭い追加するサービス用の信号光から妨害光を除去することができる。

第１実施形態に係る光受信器では、前記入力光を分岐させ所定の光路長差を有する複数の光路を経由させて合波する復号器が、前記妨害光除去器の出力に接続され、前記復号器の光路長差Ｌ_ｎ＋１、前記妨害光除去器の光路長差Ｌ_ｉと前記復号器の光路長差Ｌ_ｎ＋１とそれらの和の全組合せからなる集合Ｕ’、前記集合Ｕ’の任意の異なる要素ｕ’_ｉ，ｕ’_ｊとすると、前記集合Ｕ’の任意の異なる要素ｕ’_ｉとｕ’_ｊとの差は前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘ以上となり、前記集合Ｕ’は数２を満たすことが好ましい。

ここで、復号器（不図示）は、入力光を分岐させ所定の光路長差を有する複数の光路を経由させて合波する。この場合、各段の妨害光除去器及び復号器の光路長差、並びに、それらの任意の組合せの和からなる集合の要素間の差の最小値が、追加するサービス用の信号光の発光が継続する時間（パルス幅）に進む距離以上となる。この設定のために、第１実施形態に係る光受信器は、復号器を備える場合も、妨害光除去器及び復号器に起因する干渉による意図しない信号光の劣化を避けることができる。

図２に、妨害光除去器を２段備える形態の光受信器の図を示す。妨害光除去器１１６ａは、例えば、フリースペクトルレンジが２０ＧＨｚのマッハツェンダ干渉計である。妨害光除去器１１６ｂは、例えば、フリースペクトルレンジが４０ＧＨｚのマッハツェンダ干渉計である。また、復号器１１８は、例えば、フリースペクトルレンジが８０ＧＨｚのマッハツェンダ干渉計である。これら２段の妨害光除去器１１６ａ，１１６ｂ及び復号器１１８との光路長差、並びに、それらの任意の組合せの和からなる集合の要素間の長さの差の最小値は、光が５０ｐｓに進む距離である。

光源１０６は、例えば、モードロック半導体レーザ（ＭＬＬＤ）等の短パルス光源であり、パルス幅が上記の集合を構成する全要素間の長さの差の最小値よりも短い。例えば、パルスの周期が約１０ＧＨｚ（パルス間隔が約１００ｐｓ）、パルス幅が約１０ｐｓ、波長幅が約４ｎｍのパルスを出力するモードロック半導体レーザである。妨害光の光源１１１ａ，１１１ｂは、例えば、それぞれの波長が１５６０ｎｍと１５６１ｎｍで、光送信器から出力されるときの光周波数幅がおおよそ１ＧＨｚ以下の外部共振型の波長可変半導体レーザであり、それらの周波数間隔は、妨害光除去器１１６ａ，１１６ｂのフリースペクトルレンジである２０ＧＨｚ及び４０ＧＨｚの倍数以外となる。光源１０６及び光源１１１ａ，１１１ｂが出力する３つの光は、例えば、１Ｇｂｉｔ／ｓの擬似ランダムパターンで変調される。

図３（ａ）に妨害光除去器を通過する前の光スペクトル、図３（ｂ）に１段目の妨害光除去器を通過した後の光スペクトル、図３（ｃ）に２段目の妨害光除去器を通過した後の光スペクトルを示す。２段の妨害光除去器により、妨害光が順次除去されていることがわかる。

図４（ａ）に妨害光がない場合のアイパターン、図４（ｂ）に妨害光を除去した後のアイパターンを示す。データの位相とモードロック半導体レーザの位相が同期していないためにアイパターンに雑音があらわれているが、２段の妨害光除去器の適用により、図４（ａ）及び図４（ｂ）が同型であることから信号光のアイパターンが劣化していないことがわかる。

妨害光除去器として用いるマッハツェンダ干渉計としては、例えば、１光路の出力光路を有するものであっても良い。また、妨害光除去器としては、例えば、入力光を複数の光路に分岐させ互いに干渉させるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ，ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）、ファブリーペロー干渉計、リング付きマッハツェンダ干渉計がある。

光送信器は、光源、変調器、符号器を順に備えても良く、光源、符号器、変調器を順に備えても良い。出力光強度の周波数特性が、符号に応じた光源を直接変調するとすれば、光源が符号器及び変調器を兼ねても良い。また、光受信器は、妨害光除去器、復号器を順に備えても良く、妨害光除去器、復号器、検波器を順に備えても良い。

第１実施形態に係る光受信器は、追加するサービス用の信号光以外として、既存のサービス用の信号光を示したが、既存のサービス用の信号光ではなく、悪意のユーザによる妨害光を伝送路中に光分岐路等の手段で重畳された場合にも有効である。この場合、図５に示すように、既存のサービスを提供する光送信器及び光受信器が存在しない構成となる。なお、図５では、簡略して１個の妨害光除去器１１６のみを示した。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る光受信器では、前記妨害光除去器は、前記所定の光路長差が、前記信号光の可干渉長以上、かつ、前記妨害光の可干渉長以下であることが好ましい。

第２実施形態に係る光受信器と第１実施形態に係る光受信器との違いは、追加するサービス用の光源の特性及び妨害光除去器の光路長差の設定にある。第２実施形態では、第１実施形態で用いた関係式において、信号光の発光が継続する時間に進む距離ｌｘを信号光の可干渉長にかかわる長さｌｘに置き換える。第２実施形態に係る光受信器は、第１実施形態に係る光受信器と同様の構成であり、復号器を備えても良い。また、光源は、光周波数幅の広いインコヒーレント光源である。第２実施形態では、妨害光は、信号光に比べて光周波数幅が狭く、可干渉長が長い。そこで、妨害光除去器として、例えば、信号光の可干渉長以上で、妨害光の可干渉長以下の光路長差を有するマッハツェンダ干渉計を用いる。妨害光除去器は、両アームを伝送する妨害光同士を干渉させ、復号器に接続する出力から妨害光を除去するように調整する。さらに、妨害光除去器と復号器とを用いる場合、妨害光除去器及び復号器の光路長差、並びに、妨害光除去器及び復号器の光路長差の和からなる集合の要素間の任意の差が、追加するサービス用の信号光の可干渉長以上となる。この設定のため、複数の妨害光除去器と復号器を備える場合も、干渉による意図しない信号光の劣化を避けることができる。

第１実施形態と同様に、信号光の可干渉長にかかわる長さｌｘの下限を示す。干渉パワーは、光路長差にしたがって指数関数的に減少する。１／ｅ（ｅは約２．７１８）に減少する長さをコヒーレンス長さｌｃとする。第１実施形態と同様に、妨害光除去器を出力する信号光の干渉による減少を１／１０以下に抑えるためには、第１実施形態と同様の計算により妨害光除去器１段あたりの減少が１／２０となるコヒーレンス長さｌｃの２倍、２ｌｃとすれば良い。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る光受信器では、前記復号器は、前記妨害光除去器の透過率の繰返し周期の倍数又は約数となる光周波数幅で符号化した前記信号光を復号し、前記入力光に含まれ、前記復号器が復号対象とする符号で符号化した前記信号光又は前記復号器で復号対象としない符号で符号化して復号の際に加減算により相殺される前記信号光の少なくとも一方の光周波数幅は、前記妨害光除去器の透過率の繰返し周期と前記復号器の１符号分の光周波数幅との最小公倍数以上であることが好ましい。特に、最小公倍数以上の倍数として、復号器で復号を希望しない符号で符号された信号光の復号の際に加算される部分と減算される部分とが均等となる関係であることがより好ましい。

第３実施形態に係る光受信器と第１実施形態及び第２実施形態に係る光受信器との違いは、妨害光除去器の透過率の繰返し周期の倍数又は約数となる光周波数幅を復号する復号器を備え、復号器が復号対象とする光周波数幅、入力光に含まれる信号光で復号器が復号対象とする符号で符号化した信号光の光周波数、及び、復号器で復号対象としない符号で符号化して復号の際に加減算により相殺される信号光がある場合はその信号光の光周波数のそれぞれが、妨害光除去器の透過率の繰返し周期と復号器の１符号分の光周波数幅との最小公倍数以上となることにある。具体的には、妨害光除去器の透過率の繰返し周期は、以下のいずれかを満足する。
（１）妨害光除去器の透過率の繰返し周期が符号を構成するチップの光周波数幅の自然数分の１、かつ、符号化した信号光の光周波数幅が妨害光の光周波数以上
（２）信号光が複数の繰返し部分に分けることが可能な繰返し符号で符号化した場合、繰返し部分の光周波数幅が２ｍ倍（ｍは自然数）、かつ、複数の繰返し部分を含む信号光全体の光周波数が２^−ｋ（ｋは自然数）

上記（１）について、符号器及び復号器にマッハツェンダ干渉計を用いて、かつ、妨害光除去器の透過率の繰返し周期の光周波数が、光ＣＤＭ信号の符号を構成する光周波数チップ幅の略半分である光路長差を例に説明する。この例では、妨害光除去器は、光周波数チップ幅の半分の周期で両出力に交互に出力するマッハツェンダ干渉計の出力光路から妨害光を除去するように妨害光除去器の光路長差を変更しても、追加するサービス用の信号光と略同一強度の光が光受信器に入力される。このため、妨害光を除去した光ＣＤＭ信号の信号伝送が可能となる。また、上記（２）の条件を満たす妨害光除去器によっても同様の効果を得ることができる。

第３実施形態では、復号器で復号対象とせずに復号の際に相殺される符号の繰返し光周波数の周期と妨害光除去器の光周波数に対する透過率の繰返し周期も倍数の関係にあり、復号の際に加減算される復号対象としない符号で符号化した信号光がある場合、その信号光で加算される部分と減算される部分とが均等な強度で、妨害光除去器における干渉により除去されるので、符号間の直交性の崩れはなく、妨害光除去器により他符号による干渉は増大しない。このため、第３実施形態に係る光受信器は、第１実施形態及び第２実施形態に係る光受信器と異なり、信号光が干渉する光路長差を選択可能となる。さらに、第３実施形態に係る光受信器は、複数の妨害光除去器を備えており、妨害光除去器の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差の最小値が、追加するサービス用の信号光の発光が継続する時間に進む距離又は入力光に含まれる追加するサービス用の信号光の可干渉長の少なくともいずれか一方以上となる。この設定のために、複数の妨害光除去器と復号器を備える場合も、妨害光除去器と復号器の組合せによる干渉による意図しない光信号の劣化を避けることができる。

なお、第３実施形態で用いる光源は、復号を希望しない符号で符号化された信号光の復号の際に加算される部分と減算される部分が均等となりさえすれば、スペクトルが離散的であるモードロック半導体レーザ等の短パルス光源でも、スペクトルが連続的であるスーパールミネッセンスダイオード等のＡＳＥ光源であっても良い。

第３実施形態では、妨害光除去器と復号器の繰返し特性とその公倍数を選ぶことで、妨害光除去器が除去する光周波数を変更した際に、信号光の強度が変動しない。しかし、信号光の光周波数幅が妨害光除去器の光周波数の繰返し周期と復号器の符号長の公倍数でない場合は、除去する光周波数を変更した際に光周波数幅からはみ出た部分の信号光の強度が変動する問題がある。すなわち、公倍数であれば、復号対象としない符号で符号化した信号光による干渉は、増減せずに一定であり、復号対象とする符号で符号化した信号光の強度は、変動しない。一方、公倍数でなければ、復号対象としない符号で符号化した信号光では干渉が発生してその強度が変動し、復号対象とする符号で符号化した信号光では信号光対妨害光強度比（ＳＩＲ）が変動する。

本発明に係る光受信器は、光ＣＤＭ方式の光通信システムで利用することができる。

通信ネットワークの構成図である。妨害光除去器を２段備える形態の光受信器の図である。妨害光除去器を通過する前後の光スペクトルを示す図である。妨害光がない場合及び妨害光を除去した後のアイパターンを示す図である。既存のサービスを提供する光送信器及び光受信器が存在しない通信ネットワーク矩形波の場合における妨害光除去器の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差の下限の目安を説明する図である。ガウシアンパルスの場合における妨害光除去器の光路長差及びそれらの和からなる集合の要素間の任意の差の下限の目安を説明する図である。

符号の説明

１００通信ネットワーク
１０２，１０４光分岐器
１０５，１１０光送信器
１０６，１１１，１１１ａ，１１１ｂ光源
１０７，１１２変調器
１０８符号器
１１５，１２０光受信器
１１６，１１６ａ、１１６ｂ妨害光除去器
１１７，１２１検波器
１１８復号器
ａ干渉により出力方路に出力した信号光の重なる部分
ｂ干渉により出力方路から除かれた妨害光の重なる部分
Ｌｉ光路長差
Ｚｓ信号光の重なる部分の比率
Ｚｉ妨害光の重なる部分の比率

Claims

所定の光路長差を有する複数の光路を経由させ干渉により入力光に含まれる妨害光を除去して前記妨害光に対する信号光の強度比を向上させる妨害光除去器が直列にｎ（ｎは２以上の正整数。）段接続された光受信器において、
ｉ段目（ｉはｎ以下の正整数。）の前記妨害光除去器の所定の光路長差Ｌ_ｉ、ｉ段目の前記妨害光除去器の所定の光路長差Ｌ_ｉとそれらの和の全組合せからなる集合Ｕ、前記集合Ｕの任意の異なる要素ｕ_ｉ，ｕ_ｊ、並びに、前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘとすると、前記集合Ｕの任意の異なる要素ｕ_ｉとｕ_ｊとの差は前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘ以上となり、前記集合Ｕは数１を満たすことを特徴とする光受信器。
前記信号光の１チップの光周波数幅又は前記妨害光の光周波数幅の少なくともいずれか一方は、前記光受信器のフリースペクトルレンジの半分未満となることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記入力光を分岐させ所定の光路長差を有する複数の光路を経由させて合波する復号器が、前記妨害光除去器の出力に接続され、
前記復号器の所定の光路長差Ｌ_ｎ＋１、前記妨害光除去器の所定の光路長差Ｌ_ｉと前記復号器の所定の光路長差Ｌ_ｎ＋１とそれらの和の全組合せからなる集合Ｕ’、前記集合Ｕ’の任意の異なる要素ｕ’_ｉ，ｕ’_ｊとすると、前記集合Ｕ’の任意の異なる要素ｕ’_ｉとｕ’_ｊとの差は前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離又は前記信号光の可干渉長である長さｌｘ以上となり、前記集合Ｕ’は数２を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信器。
前記妨害光除去器は、前記所定の光路長差が、前記信号光の可干渉長以上、かつ、前記妨害光の可干渉長以下であることを特徴とする請求項1から３のいずれかに記載の光受信器。
前記妨害光除去器は、前記所定の光路長差が、前記信号光の発光が継続する時間に前記信号光が進む距離よりも長く、かつ、前記妨害光の発光が継続する時間に前記妨害光が進む距離よりも短いことを特徴とする請求項1から３のいずれかに記載の光受信器。
前記復号器は、前記妨害光除去器の透過率の繰返し周期の倍数又は約数となる光周波数幅で符号化した前記信号光を復号し、
前記入力光に含まれ、前記復号器が復号対象とする符号で符号化した前記信号光又は前記復号器で復号対象としない符号で符号化して復号の際に加減算により相殺される前記信号光の少なくとも一方の光周波数幅は、前記妨害光除去器の透過率の繰返し周期と前記復号器の１符号分の光周波数幅との最小公倍数以上であることを特徴とする請求項３に記載の光受信器。