JP5042054B2 - All-optical regenerative repeater - Google Patents

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Description

本発明は、全光再生中継装置に関する。   The present invention relates to an all-optical regenerative repeater.

近年の光ファイバ通信技術の進展はめざましく、従来から用いられてきた光信号の点滅にディジタル信号の“1”と“0”を対応させて送出する強度変調方式に加えて、ディジタル信号に対応して光の位相を変化させる位相変調方式が実用化の段階に入ってきた。   In recent years, the progress of optical fiber communication technology has been remarkable, and in addition to the intensity modulation system that sends the digital signal “1” and “0” corresponding to the blinking of the optical signal that has been used in the past, it supports the digital signal. The phase modulation system that changes the phase of light has entered the stage of practical application.

光位相変調方式によって変調された光の復調方法には様々な方法が検討されてきたが、これらのうち、光ホモダイン受信器を用いたものは、最も受信感度が優れているものであり、これまで様々な検討が行われてきた。本願は、光ホモダイン受信器のうち、主として、注入同期型レーザを用いたものに関する。   Various methods have been studied for demodulating light modulated by the optical phase modulation method. Among them, the one using an optical homodyne receiver has the highest reception sensitivity, and this Various studies have been conducted. The present application mainly relates to an optical homodyne receiver using an injection-locked laser.

従来の注入同期型レーザを用いた光ホモダイン受信器は、たとえば、非特許文献1に開示されている。図1は、注入同期型レーザを用いた光ホモダイン受信器の例を示すブロック図であり、非特許文献1の図1(Fig.1)に相当する。   A conventional optical homodyne receiver using an injection locked laser is disclosed in Non-Patent Document 1, for example. 1 is a block diagram showing an example of an optical homodyne receiver using an injection-locked laser, and corresponds to FIG. 1 (FIG. 1) of Non-Patent Document 1.

光位相変調され、光ファイバ伝送路(図示せず)を伝送した光信号は、入力端子1に入力される。該入力光信号は、光分岐器2によって、予め決められた比率で2つに分岐される。光分岐器2によって分岐された入力光信号のうち一方は、光180度ハイブリッド5の2つの入力端子のうちの一方の入力端子Aに入力される。また、光分岐器2によって分岐された入力光信号のうちのもう一方は、注入同期型レーザ3に入力される。注入同期型レーザ3は、半導体レーザあるいは光ファイバレーザによって構成されたものであり、一般にその出力光として、入力光の周波数、位相に同期したものが出力される。また、注入同期型レーザ3の特性を適切に設定しておくことにより、入力光の変調成分がほとんど除去され、入力光の搬送波成分のみが出力されるようにすることが可能である。注入同期型レーザ3の出力光は、光位相調整器4によって光位相を適当に調整され、光180度ハイブリッド5の他方の入力端子Bに入力される。   An optical signal that has been optically phase-modulated and transmitted through an optical fiber transmission line (not shown) is input to the input terminal 1. The input optical signal is branched into two by the optical branching device 2 at a predetermined ratio. One of the input optical signals branched by the optical splitter 2 is input to one input terminal A of the two input terminals of the optical 180-degree hybrid 5. The other of the input optical signals branched by the optical splitter 2 is input to the injection locked laser 3. The injection-locked laser 3 is constituted by a semiconductor laser or an optical fiber laser, and generally outputs light that is synchronized with the frequency and phase of the input light. In addition, by appropriately setting the characteristics of the injection-locked laser 3, it is possible to remove almost all the modulation component of the input light and output only the carrier component of the input light. The output light of the injection-locked laser 3 is appropriately adjusted in optical phase by the optical phase adjuster 4 and input to the other input terminal B of the optical 180-degree hybrid 5.

ここで、入力端子1に入力される光位相変調を施された光信号の電解Eを次のように表す。 Here, the electrolysis E i of the optical signal subjected to the optical phase modulation input to the input terminal 1 is expressed as follows.

=Ecos(ωt+θ+θ) (1)
ただし、Eは光信号の電界振幅、ωは光信号の角周波数、θは変調成分であり、2進位相変調方式においては、0またはπの値をとる。更にθは定数位相である。
E i = E 0 cos (ωt + θ m + θ i ) (1)
However, E 0 is the electric field amplitude of the optical signal, ω is the angular frequency of the optical signal, θ m is the modulation component, and takes a value of 0 or π in the binary phase modulation system. Furthermore, θ i is a constant phase.

また、光180度ハイブリッド5の一方の入力端子Aに入力される光信号は、次のように表される。   An optical signal input to one input terminal A of the optical 180-degree hybrid 5 is expressed as follows.

=Ecos(ωt+θ+θ) (2)
ただし、Eは光信号の電界振幅、θは定数位相である。
さらに、光180度ハイブリッド5の他方の入力端子Bに入力される光信号は、注入同期型レーザ3によって変調成分θが完全に除去されるとすれば、以下のようになる。
E U = E 1 cos (ωt + θ m + θ 1 ) (2)
However, E 1 is the electric field amplitude of the optical signal, theta 1 is a constant phase.
Further, the optical signal input to the other input terminal B of the light 180 degree hybrid 5, if a modulation component theta m by injection-locked laser 3 is completely removed, as follows.

=Ecos(ωt+θ) (3)
ただし、Eは光信号の電界振幅、θは定数位相である。
E L = E 2 cos (ωt + θ 2 ) (3)
However, E 2 is the electric field amplitude of the optical signal, and θ 2 is a constant phase.

したがって、受光器6−1の出力電流iは、(4)式に示すものとなる。 Therefore, the output current i 1 of the light receiver 6-1 is as shown in equation (4).

=Rcos(θ+θ−θ−π/2)
=Rsin(θ+θ−θ) (4)
また、受光器6−2の出力電流iは、(5)式に示すものとなる。
i 1 = R cos (θ m + θ 1 −θ 2 −π / 2)
= Rsin (θ m + θ 1 −θ 2 ) (4)
Further, the output current i 2 of the light receiver 6-2 is as shown in equation (5).

=Rcos(θ+θ−θ+π/2)
=−Rsin(θ+θ−θ) (5)
なお、ここで、Rは定数である。
i 2 = R cos (θ m + θ 1 −θ 2 + π / 2)
= −Rsin (θ m + θ 1 −θ 2 ) (5)
Here, R is a constant.

したがって、負荷抵抗器7−1、7−2および差動増幅器8の作用により、差動増幅器8の出力電圧vは(6)式のように表される。 Therefore, the output voltage v 0 of the differential amplifier 8 is expressed by the expression (6) by the action of the load resistors 7-1 and 7-2 and the differential amplifier 8.

∝sin(θ+θ−θ) (6)
θは、0またはπの値をとるので、θ−θ=π/2とすることにより、sin(θ+θ−θ)の値としては、±1をとり、正しく復調が行われることがわかる。
v 0 ∝sin (θ m + θ 1 −θ 2 ) (6)
Since θ m takes a value of 0 or π, by making θ 1 −θ 2 = π / 2, the value of sin (θ m + θ 1 −θ 2 ) is ± 1, and demodulation is performed correctly. You can see that it is done.

このように、図1に示す従来の光ホモダイン受信器によって、光ホモダイン検波により、位相変調された光信号を復調して、復調された電気信号を得ることができる。
「Analysisof a homodyne receiver using an injection-locked semiconductor laser」、 OlivierLidoyne他著、IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 9, No.5, 第659頁〜第665頁、1991年5月発行 「All-Optical 2R Regeneration of 40-Gb/s SignalImpaired by Intrachannel Four-Wave Mixing」、Y.Su他著、IEEE Photonics Technology Letters、 Vol. 15、No.2、2003、第350頁〜第352頁、2003年2月発行 「All-OpticalWavelength Conversion by Semiconductor Optical Amplifiers」、 T.Durhuus他著、IEEE Journal ofLightwave Technology、 Vol. 14、No.6、1996、第942頁〜第954頁、1996年6月発行 「All Optical ASK to DPSK Format ConversionUsing Cross-Phase Modulation in a Nonlinear Photonic Crystal Fiber」、S.H.Lee他著、CLEOPacific Rim 2005、paper CFJ2-5、1579頁〜1580頁、2005年発行
As described above, the conventional optical homodyne receiver shown in FIG. 1 can demodulate the phase-modulated optical signal by optical homodyne detection to obtain a demodulated electric signal.
"Analysis of a homodyne receiver using an injection-locked semiconductor laser", published by Oliver Lidoyne et al., IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 9, No.5, 659-665, May 1991 “All-Optical 2R Regeneration of 40-Gb / s SignalImpaired by Intrachannel Four-Wave Mixing” Su et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 15, No.2, 2003, pages 350-352, published in February 2003 “All-Optical Wavelength Conversion by Semiconductor Optical Amplifiers”, T.K. Durhuus et al., IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 14, No. 6, 1996, pages 942 to 954, published in June 1996. “All Optical ASK to DPSK Format Conversion Using Cross-Phase Modulation in a Nonlinear Photonic Crystal Fiber”, S.C. H. Lee et al., CLEOPacific Rim 2005, paper CFJ2-5, pages 1579 to 1580, published in 2005

光再生中継器は、伝送路から受信した光のノイズを除去し、増幅した上で、さらに伝送路に送出する。図2は、従来の光再生中継器の構成を示すブロック図である。図2に示す光再生中継器は、図1の光ホモダイン受信器に、再生された位相変調光信号を出力する機能を付加したものである。   The optical regenerative repeater removes noise from the light received from the transmission line, amplifies it, and then sends it to the transmission line. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical regenerative repeater. The optical regenerative repeater shown in FIG. 2 is obtained by adding a function of outputting a regenerated phase-modulated optical signal to the optical homodyne receiver of FIG.

なお、図2において、図1に示す光ホモダイン受信機の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付し、説明を省略する。差動増幅器8の出力である復調されたデータ信号は、再生中継回路10に入力される。再生中継回路10は、復調されたデータ信号の雑音、歪み、ジッタを抑圧する。したがって、再生中継回路10の出力電気信号は、振幅および位相の整ったデータ信号となる。   In FIG. 2, the same members as those of the optical homodyne receiver shown in FIG. The demodulated data signal that is the output of the differential amplifier 8 is input to the regenerative repeater circuit 10. The regenerative repeater circuit 10 suppresses noise, distortion, and jitter of the demodulated data signal. Therefore, the output electrical signal of the regenerative repeater circuit 10 is a data signal with a fixed amplitude and phase.

再生中継回路10によって再生された電気信号は、増幅器12によって所定の電圧に増幅された後、光位相変調器13の端子に印加される。光位相変調器13は、入力される電圧に応じて、入力光信号に位相変調をかけるものであり、入力光信号としては、レーザ発振器11の出力光信号が用いられる。したがって、出力端子14には増幅器12の出力電圧に応じて位相変調された光信号が出力される。   The electrical signal regenerated by the regenerative repeater circuit 10 is amplified to a predetermined voltage by the amplifier 12 and then applied to the terminal of the optical phase modulator 13. The optical phase modulator 13 applies phase modulation to the input optical signal according to the input voltage, and the output optical signal of the laser oscillator 11 is used as the input optical signal. Therefore, an optical signal phase-modulated according to the output voltage of the amplifier 12 is output to the output terminal 14.

上記説明から理解できるように、図2に示す従来の光再生中継器においては、入力端子1に入力された位相変調光信号の位相変調情報に対応した、再生された位相変調光信号が、出力端子14から出力される。一般に入力端子1から入力される位相変調光信号は、光ファイバと光増幅器により構成される光伝送路を伝送されるため、雑音や歪を伴うのが一般的であるが、図2に示す光再生中継器を用いれば、それらの影響を除去することが可能である。   As can be understood from the above description, in the conventional optical regenerative repeater shown in FIG. 2, the regenerated phase modulated optical signal corresponding to the phase modulation information of the phase modulated optical signal input to the input terminal 1 is output. Output from the terminal 14. In general, the phase-modulated optical signal input from the input terminal 1 is transmitted through an optical transmission line composed of an optical fiber and an optical amplifier, and therefore generally involves noise and distortion. If a regenerative repeater is used, it is possible to remove those influences.

しかしながら、従来の光再生中継器においては、上述したように、復調過程で受信した光信号を一旦電気信号に変換し、再生中継回路10で再生した後、再び位相変調光信号に変換している。一般に電気信号を用いた信号処理においては、その扱える周波数に上限があるため、図2に示すような光再生中継器の動作伝送速度は、おおよそ50Gbit/s程度に限られていた。しかるに、近年の技術革新によって100Gbit/sで動作するイーサネット(登録商標)に関する研究開発などが進展しており、近い将来には実用化されるものと期待されている。   However, in the conventional optical regenerative repeater, as described above, the optical signal received in the demodulation process is once converted into an electrical signal, regenerated by the regenerative repeater circuit 10, and then converted again into the phase modulated optical signal. . In general, in signal processing using an electric signal, there is an upper limit to the frequency that can be handled, so the operation transmission rate of the optical regenerative repeater as shown in FIG. 2 is limited to about 50 Gbit / s. However, research and development related to Ethernet (registered trademark) operating at 100 Gbit / s is progressing due to recent technological innovation, and it is expected to be put to practical use in the near future.

100Gbit/sで動作するイーサネット信号を伝送するには、一般的には100Gbit/s以上の伝送速度を有する変調が必要となる。しかしながら、図2の光再生中継器では、上述したように、このような高速な伝送速度における動作は望めないという問題点があった。   In order to transmit an Ethernet signal operating at 100 Gbit / s, modulation having a transmission rate of 100 Gbit / s or higher is generally required. However, the optical regenerative repeater of FIG. 2 has a problem that it cannot be expected to operate at such a high transmission rate as described above.

本発明は、電気信号への変換の無い、高速動作可能な全光再生中継装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an all-optical regenerative repeater capable of high-speed operation without conversion to an electrical signal.

本発明の目的は、伝送路中に配置され、当該伝送路からの位相変調光信号を受け入れ、当該位相変調光信号の雑音成分を除去して、伝送路に再度送出する全光再生中継装置であって、
前記受け入れた位相変調光信号を、予め定められた比率で分岐させる光分岐器と、
前記光分岐器から分岐した他方の位相変調光信号を受け入れ、当該位相変調光信号の変調成分を除去し、搬送波成分を含む光信号を出力する注入同期型レーザと、
前記注入同期型レーザから出力された光信号の位相を調整する光位相調整器と、
前記光分岐器から分岐した一方の位相変調光信号を第1の入力端子に受け入れるとともに、前記光位相調整器から出力された光信号を第2の入力端子に受け入れ、前記第1の入力端子にて受け入れた光信号の位相をπ/2だけ遅らせ、かつ、前記第2の入力端子にて受け入れた光信号をそのまま第1の出力端子から出力するとともに、前記第1の入力端子にて受け入れた信号をそのまま、かつ、前記第2の入力端子にて受け入れた光信号の位相をπ/2だけ遅らせて第2の出力端子から出力する光180度ハイブリッドと、
前記光180度ハイブリッドの前記第1の出力端子から出力される強度変調光信号の雑音および歪を除去する強度変調光用全光再生中継器と、
前記強度変調光用全光再生中継器から出力された光信号を受け入れ、当該受け入れた光信号の波長を変換し、波長の異なる光信号として出力する全光波長変換器と、
前記全光波長変換器から出力された強度変調光信号を受け入れ、当該強度変調光信号の強度に応じた位相変調光信号を発生する全光位相変調器と、を備えたことを特徴とする全光再生中継装置により達成される。
An object of the present invention is an all-optical regenerative repeater that is arranged in a transmission line, accepts a phase-modulated optical signal from the transmission line, removes a noise component of the phase-modulated optical signal, and sends it again to the transmission line. There,
An optical branching device for branching the received phase-modulated optical signal at a predetermined ratio;
An injection-locked laser that receives the other phase-modulated optical signal branched from the optical splitter, removes a modulation component of the phase-modulated optical signal, and outputs an optical signal including a carrier wave component;
An optical phase adjuster for adjusting the phase of the optical signal output from the injection-locked laser;
One phase-modulated optical signal branched from the optical splitter is received at a first input terminal, and an optical signal output from the optical phase adjuster is received at a second input terminal, and the first input terminal receives the optical signal. The phase of the received optical signal is delayed by π / 2, and the optical signal received at the second input terminal is output as it is from the first output terminal and received at the first input terminal. An optical 180-degree hybrid that outputs the signal from the second output terminal as it is and with the phase of the optical signal received at the second input terminal delayed by π / 2;
An all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light that removes noise and distortion of the intensity-modulated optical signal output from the first output terminal of the optical 180-degree hybrid;
An all-optical wavelength converter that receives an optical signal output from the all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light, converts the wavelength of the received optical signal, and outputs the optical signal as a different wavelength;
An all-optical phase modulator that receives the intensity-modulated optical signal output from the all-optical wavelength converter and generates a phase-modulated optical signal corresponding to the intensity of the intensity-modulated optical signal. This is achieved by an optical regenerative repeater.

好ましい実施態様においては、前記全光位相変調器が、
前記受け入れた強度変調光信号とは異なる波長の光信号を出力する信号用レーザと、
前記強度変調光信号と、前記信号用レーザから出力された光信号とを合波する光合波器と、
前記信号用レーザから出力された光信号に、前記強度変調光信号による光位相変調を受けさせる非線形光デバイスと、
前記光位相変調を受けた光信号のみを出力する光帯域通過フィルタと、を有する。
In a preferred embodiment, the all-optical phase modulator comprises:
A signal laser for outputting an optical signal having a wavelength different from that of the received intensity-modulated optical signal;
An optical multiplexer that combines the intensity-modulated optical signal and the optical signal output from the signal laser;
A nonlinear optical device for subjecting the optical signal output from the signal laser to optical phase modulation by the intensity-modulated optical signal;
An optical bandpass filter that outputs only the optical signal subjected to the optical phase modulation.

別の好ましい実施態様においては、前記光位相調整器から出力された光信号を受け入れ、受け入れた光信号を分岐させる第2の光分岐器を備え、
前記全光位相変調器が、
前記強度変調光信号と、前記第2の光分岐器から受け入れた光信号とを合波する光合波器と、
前記第2の光分岐器から受け入れた光信号に、前記強度変調光信号による光位相変調を受けさせる非線形光デバイスと、
前記光位相変調を受けた光信号のみを出力する光帯域通過フィルタと、を有する。
In another preferred embodiment, a second optical branching device for receiving the optical signal output from the optical phase adjuster and branching the received optical signal is provided.
The all-optical phase modulator comprises:
An optical multiplexer for combining the intensity-modulated optical signal and the optical signal received from the second optical splitter;
A non-linear optical device for subjecting the optical signal received from the second optical splitter to optical phase modulation by the intensity-modulated optical signal;
An optical bandpass filter that outputs only the optical signal subjected to the optical phase modulation.

また、別の好ましい実施態様においては、前記光180度ハイブリッドの前記第2の出力端子からの光信号を受け入れ、前記光180度ハイブリッドの前記第1の入力端子に入力される光信号と、前記第2の入力端子に入力される光信号の位相差をなくすように、前記第2の入力端子に入力される光信号の位相を補正する補正信号を生成する光位相安定化回路を備え、
前記光位相調整器が、前記光位相安定化回路からの出力を受け入れて、前記光180度ハイブリッドの前記第2の入力端子に入力される光信号の位相を変化させる。
In another preferred embodiment, an optical signal received from the second output terminal of the optical 180-degree hybrid is input to the first input terminal of the optical 180-degree hybrid; An optical phase stabilization circuit for generating a correction signal for correcting the phase of the optical signal input to the second input terminal so as to eliminate the phase difference of the optical signal input to the second input terminal;
The optical phase adjuster receives the output from the optical phase stabilization circuit, and changes the phase of the optical signal input to the second input terminal of the optical 180-degree hybrid.

より好ましい実施態様においては、前記光位相安定化回路が、
前記光180度ハイブリッドの第2の出力端子からの光信号を受け入れて、電気信号に変換する光受信器と、
前記位相変調光信号の伝送速度と比較して十分に低い周波数の電気信号を発生する発振器と、
前記光受信器からの出力信号と、前記発振器からの出力信号を乗算する乗算器と、
前記乗算器からの出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器からの出力信号から、所定の低域の周波数成分のみを通過させる低域濾波器と、
前記低域濾波器からの出力信号と、前記発振器からの出力信号とを加算する加算器と、を有する。
In a more preferred embodiment, the optical phase stabilization circuit is
An optical receiver for receiving an optical signal from the second output terminal of the optical 180-degree hybrid and converting it into an electrical signal;
An oscillator that generates an electrical signal having a sufficiently low frequency compared to the transmission speed of the phase-modulated optical signal;
A multiplier for multiplying the output signal from the optical receiver by the output signal from the oscillator;
An amplifier for amplifying the output signal from the multiplier;
A low-pass filter that passes only a predetermined low-frequency component from the output signal from the amplifier; and
An adder for adding the output signal from the low-pass filter and the output signal from the oscillator;

本発明によれば、電気信号への変換の無い、高速動作可能な全光再生中継装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide an all-optical regenerative repeater capable of high-speed operation without conversion to an electric signal.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図3は、本発明の第1の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。図3に示すように、本実施の形態にかかる全光再生中継装置15は、光分岐器2、注入同期型レーザ3、光位相調整器4、光180度ハイブリッド5、強度変調光用全光再生中継器20、光終端器22、全光波長変換器25、および、全光位相変調器21を備えている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the all-optical regenerative repeater 15 according to the present embodiment includes an optical splitter 2, an injection-locked laser 3, an optical phase adjuster 4, an optical 180-degree hybrid 5, and an all-optical light for intensity-modulated light. A regenerative repeater 20, an optical terminator 22, an all-optical wavelength converter 25, and an all-optical phase modulator 21 are provided.

図3に示すように、光位相変調され、光ファイバ伝送路(図示せず)を伝送された光信号は、入力端子1に入力される。入力光信号は、光分岐器2によって、予め決められた比率で2つに分岐される。光分岐器2によって分岐された入力光信号のうちの一方は、光180度ハイブリッド5の2つの入力端子のうちの一方の入力端子Aに入力される。また、光分岐器2によって分岐された入力光信号のうちのもう一方は、注入同期型レーザ3に入力される。   As shown in FIG. 3, an optical signal that has been optically phase-modulated and transmitted through an optical fiber transmission line (not shown) is input to the input terminal 1. The input optical signal is branched into two by the optical branching device 2 at a predetermined ratio. One of the input optical signals branched by the optical splitter 2 is input to one input terminal A of the two input terminals of the optical 180-degree hybrid 5. The other of the input optical signals branched by the optical splitter 2 is input to the injection locked laser 3.

図1に示したものと同様に、注入同期型レーザ3の出力光として、入力光の周波数、位相に同期したものが出力される。また、注入同期型レーザ3の特性を適切に設定しておくことにより、入力光の変調成分がほとんど除去され、入力光の搬送波線分のみが出力されるようにすることが可能である。注入同期型レーザ3の出力光は、光位相調整器4によって光位相を適当に調整され、光180度ハイブリッド5の他方の入力端子Bに入力される。   As in the case shown in FIG. 1, the output light of the injection-locked laser 3 is output in synchronization with the frequency and phase of the input light. In addition, by appropriately setting the characteristics of the injection-locked laser 3, it is possible to remove almost all of the modulation component of the input light and output only the carrier line segment of the input light. The output light of the injection-locked laser 3 is appropriately adjusted in optical phase by the optical phase adjuster 4 and input to the other input terminal B of the optical 180-degree hybrid 5.

入力端子に入力される光位相変調を施された光信号の電解Eを、従来技術の説明と同様に(1)式にて表す。 The electrolysis E i of the optical signal subjected to the optical phase modulation input to the input terminal is expressed by the equation (1) as in the description of the prior art.

=Ecos(ωt+θ+θ) (1)
光180度ハイブリッド5は、入力端子A、Bおよび出力端子C、Dを有し、光180度ハイブリッド5を通過した時の光の位相は、次のような位相シフトを受ける。
・入力端子Aに入力された光信号は、位相がπ/2だけ遅れて出力端子Cから出力される。
・入力端子Aに入力された光信号は、そのままの位相で出力端子Dから出力される。
・入力端子Bに入力された光信号は、そのままの移送で出力端子Cから出力される。
・入力端子Bに入力された光信号は、位相がπ/2だけ遅れて出力端子Dから出力される。
E i = E 0 cos (ωt + θ m + θ i ) (1)
The optical 180-degree hybrid 5 has input terminals A and B and output terminals C and D, and the phase of light when passing through the optical 180-degree hybrid 5 undergoes the following phase shift.
The optical signal input to the input terminal A is output from the output terminal C with a phase delay of π / 2.
The optical signal input to the input terminal A is output from the output terminal D with the same phase.
The optical signal input to the input terminal B is output from the output terminal C as it is.
The optical signal input to the input terminal B is output from the output terminal D with a phase delay of π / 2.

たとえば、本実施の形態において、光180度ハイブリッド5として、光ファイバカプラや半透過型ミラーなどを使用することができる。光180度ハイブリッド5にの入力端子Aに入力された光は、適当な分岐比で出力端子C、Dにそれぞれ出力され、同様に、入力端子Bに入力された光は、適当な分岐比で出力端子C、Dにそれぞれ出力される。本実施の形態において、分岐比は50パーセントである。   For example, in this embodiment, an optical fiber coupler, a transflective mirror, or the like can be used as the light 180-degree hybrid 5. The light input to the input terminal A of the 180-degree hybrid 5 is output to the output terminals C and D at an appropriate branch ratio, and similarly, the light input to the input terminal B is output at the appropriate branch ratio. Output to output terminals C and D, respectively. In the present embodiment, the branching ratio is 50 percent.

光180度ハイブリッド5の一方の入力端子Aに入力される光信号、および、光180度ハイブリッド5の他方の入力端子Bに入力される光信号は、それぞれ、(2)式および(3)式に示されるものとなる。   The optical signal input to one input terminal A of the optical 180-degree hybrid 5 and the optical signal input to the other input terminal B of the optical 180-degree hybrid 5 are respectively expressed by equations (2) and (3). It will be shown in

=Ecos(ωt+θ+θ) (2)
=Ecos(ωt+θ) (3)
本実施の形態において、光180度ハイブリッド5の他方の出力端子Dには光終端器22が接続され、当該他方の出力端子Dから出力された光は反射することなく終端する。光180度ハイブリッドの一方の出力端子Cからの出力光は、以下の(7)式で表される。
E U = E 1 cos (ωt + θ m + θ 1 ) (2)
E L = E 2 cos (ωt + θ 2 ) (3)
In the present embodiment, an optical terminator 22 is connected to the other output terminal D of the light 180-degree hybrid 5, and the light output from the other output terminal D is terminated without being reflected. The output light from one output terminal C of the light 180-degree hybrid is expressed by the following equation (7).

=Ecos(ωt+θ+θ−π/2)+Ecos(ωt+θ) (7)
=E≡Eとすると、(7)式は以下のように書き換えられる。
E 3 = E 1 cos (ωt + θ m + θ 1 −π / 2) + E 2 cos (ωt + θ 2 ) (7)
If E 1 = E 2 ≡E, the equation (7) can be rewritten as follows.

=Ecos(ωt+θ+θ−π/2)+Ecos(ωt+θ
=Esin(ωt+θ+θ)+Ecos(ωt+θ) (8)
ここで、θ=θ+π/2 (9)
となるように、θの値を、光位相調整器4により調整することにより、出力光の電界振幅Eは、(10)式のようになる。
E 3 = Ecos (ωt + θ m + θ 1 −π / 2) + Ecos (ωt + θ 2 )
= Esin (ωt + θ m + θ 1 ) + Ecos (ωt + θ 2 ) (8)
Here, θ 2 = θ 1 + π / 2 (9)
By adjusting the value of θ 2 by the optical phase adjuster 4 so that the electric field amplitude E 3 of the output light becomes as shown in equation (10).

=Esin(ωt+θ+θ)+Ecos(ωt+θ+π/2)
=Esin(ωt+θ+θ)−Esin(ωt+θ) (10)
θは、0またはπの値をとるから、上記(10)式は、(11a)式および(11b)式のように表される。
E 3 = Esin (ωt + θ m + θ 1 ) + Ecos (ωt + θ 1 + π / 2)
= Esin (ωt + θ m + θ 1 ) −Esin (ωt + θ 1 ) (10)
Since θ m takes a value of 0 or π, the above equation (10) is expressed as equations (11a) and (11b).

θ=0のとき、E=0 (11a)
θ=πのとき、E=−2Esin(ωt+θ) (11b)
したがって、θの値に応じて、光信号の有無が決定される。これは位相変調光信号が、光強度変調信号に変換されたことを示しており、位相変調光信号が電気信号に変換されずに、光のまま復調されたことに他ならない。
When θ m = 0, E 3 = 0 (11a)
When θ m = π, E 3 = −2Esin (ωt + θ 1 ) (11b)
Therefore, according to the value of theta m, the presence or absence of the optical signal is determined. This indicates that the phase-modulated optical signal has been converted into a light intensity-modulated signal. This is nothing but the phase-modulated optical signal is demodulated as it is without being converted into an electrical signal.

光レベルで復調された信号は、強度変調光用全光再生中継器20に入力される。強度変調光用全光再生中継器20は、入力された強度変調光の雑音、歪を除去する。図4は、強度変調光用全光再生中継器20の構成例を示すブロック図である。   The signal demodulated at the optical level is input to the all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light. The all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light removes noise and distortion of the input intensity-modulated light. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light.

なお、図4に示す強度変調光用全光再生中継器は、公知のものであり、たとえば、非特許文献2に提案されている。入力端子40に入力された、雑音や歪を伴った強度変調された光信号は、高出力光増幅器41により規定の電力まで増幅され、非線形光デバイス42に入力される。非線形光デバイス42においては、非線形光学効果により、入力された光信号のスペクトル幅が広げられる。該スペクトル幅が広げられた光信号を、光帯域通過フィルタ43を通過させることにより、入力光信号の雑音や歪が軽減されることが知られている。   Note that the all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light shown in FIG. 4 is a known one, and is proposed in Non-Patent Document 2, for example. The intensity-modulated optical signal with noise and distortion input to the input terminal 40 is amplified to a specified power by the high-power optical amplifier 41 and input to the nonlinear optical device 42. In the nonlinear optical device 42, the spectrum width of the input optical signal is widened by the nonlinear optical effect. It is known that noise and distortion of an input optical signal are reduced by passing the optical signal with the widened spectral width through the optical bandpass filter 43.

強度変調光用全光再生中継器20によって、雑音や歪が軽減された光信号は、全光波長変換器25に入力され、波長の異なる出力光として出力される。図5は、全光波長変換器25の構成例を示すブロック図である。図5の構成は公知のものであり、たとえば、非特許文献3に提案されている。   The optical signal whose noise and distortion are reduced by the all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light is input to the all-optical wavelength converter 25 and output as output light having a different wavelength. FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the all-optical wavelength converter 25. The configuration shown in FIG. 5 is known, and is proposed in Non-Patent Document 3, for example.

入力光信号は入力端子50に入力される。入力端子50から入力された光信号は、光送信器51から出力される入力光信号とは異なる波長の光信号と光合成器52で合波される。合波された光信号は、半導体光増幅器53に入力され、半導体光増幅器53の利得飽和現象によって、光送信器51の出力光信号が、入力端子50に入力された強度変調された光信号により、論理反転した強度変調を受ける。   The input optical signal is input to the input terminal 50. The optical signal input from the input terminal 50 is combined by the optical combiner 52 with an optical signal having a wavelength different from that of the input optical signal output from the optical transmitter 51. The combined optical signal is input to the semiconductor optical amplifier 53. Due to the gain saturation phenomenon of the semiconductor optical amplifier 53, the output optical signal of the optical transmitter 51 is converted into the intensity-modulated optical signal input to the input terminal 50. , Subjected to logic-inverted intensity modulation.

光フィルタ54は光送信器51の出力光波長と同一の波長成分のみを通過させるように設定されたもので、入力端子50に入力された光信号は通過することができない。すなわち、出力端子55には、入力端子50に入力された光信号を論理反転した変調情報を有する波長変換された強度変調光が出力される。ここで述べたように、全光波長変換器25においては、波長変換と同時に論理反転が生じるが、一般にデータ通信において論理反転が生じることはしばしばあり、論理反転されたことがわかっていれば、データの復調自体に何ら問題はない。一般に伝送路に送出される光信号によるデータにはヘッダが含まれ、当該ヘッダには決められたデータ列が含まれる。したがって、受信側において、当該決められたデータ列を参照することにより、論理反転の有無を知ることができる。   The optical filter 54 is set so as to pass only the same wavelength component as the output light wavelength of the optical transmitter 51, and the optical signal input to the input terminal 50 cannot pass. In other words, wavelength-converted intensity-modulated light having modulation information obtained by logically inverting the optical signal input to the input terminal 50 is output to the output terminal 55. As described herein, in the all-optical wavelength converter 25, logical inversion occurs simultaneously with wavelength conversion. Generally, however, logical inversion often occurs in data communication. There is no problem in data demodulation itself. In general, data by an optical signal sent to a transmission path includes a header, and the header includes a determined data string. Therefore, on the receiving side, the presence or absence of logic inversion can be known by referring to the determined data string.

全光波長変換器25によって波長変換された光信号は、全光位相変調器21に入力される。全光位相変調器21は、入力された強度変調光の強度に対応した位相変調光を発生するものであり、電気信号処理部分を有しないものである。図6は、全光位相変調器21の構成例を示すブロック図である。図6に示す全光位相変調器は公知のものであり、たとえば、非特許文献4に提案されている。   The optical signal wavelength-converted by the all-optical wavelength converter 25 is input to the all-optical phase modulator 21. The all-optical phase modulator 21 generates phase-modulated light corresponding to the intensity of input intensity-modulated light, and does not have an electric signal processing portion. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the all-optical phase modulator 21. The all-optical phase modulator shown in FIG. 6 is a known one, and is proposed in Non-Patent Document 4, for example.

図6において強度変調光信号は入力端子60に入力される。入力端子60に入力された強度変調光は、高出力光増幅器61により増幅され、入力端子に入力された強度変調光とは異なる波長を有する信号用レーザ62の出力光信号と、光合波器63により合波される。合波された2つの光信号は、非線形光デバイス64に入力される。   In FIG. 6, the intensity modulated optical signal is input to the input terminal 60. The intensity-modulated light input to the input terminal 60 is amplified by the high-power optical amplifier 61, the output optical signal of the signal laser 62 having a wavelength different from that of the intensity-modulated light input to the input terminal, and the optical multiplexer 63. Are combined. The two combined optical signals are input to the nonlinear optical device 64.

非線形光デバイス64においては、非線形光学効果(相互位相変調現象)により、信号用レーザ62から出力された光信号が、入力端子60から入力された強度変調光の変調データ信号により光位相変調を受ける。光帯域通過フィルタ65は、位相変調を受けた光信号の波長のみを通過させ、入力された強度変調光の波長は通過させないように設定されている。したがって、出力端子66には、光位相変調された光信号のみが出力される。かくして、図6に示す全光位相変調器を用いることにより、入力された強度変調光の変調データに応じた光位相変調信号が出力できることとなる。   In the nonlinear optical device 64, the optical signal output from the signal laser 62 is subjected to optical phase modulation by the modulated data signal of the intensity-modulated light input from the input terminal 60 due to the nonlinear optical effect (cross-phase modulation phenomenon). . The optical bandpass filter 65 is set so as to pass only the wavelength of the optical signal that has undergone phase modulation and not to pass the wavelength of the input intensity-modulated light. Therefore, only the optical signal subjected to optical phase modulation is output to the output terminal 66. Thus, by using the all-optical phase modulator shown in FIG. 6, an optical phase modulation signal corresponding to the modulation data of the input intensity modulated light can be output.

図3に示す、本実施の形態にかかる全光再生中継装置15によれば、入力端子1から入力された位相変調光信号は、光レベルで復調された後、強度変調光用全光再生中継器20によって雑音、歪が除去され、更に全光波長変換器25によって波長を変換された後、全光位相変調器21によって再び光位相変調された光となって出力端子23に導かれる。   According to the all-optical regenerative repeater 15 according to the present embodiment shown in FIG. 3, the phase-modulated optical signal input from the input terminal 1 is demodulated at the optical level and then all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light. The noise and distortion are removed by the optical device 20, and the wavelength is converted by the all-optical wavelength converter 25. Then, the light is optically phase-modulated again by the all-optical phase modulator 21 and guided to the output terminal 23.

ここで、入力端子1に入力される位相変調光信号の波長と出力端子23から出力される位相変調光信号の波長とを同一とするためには、全光波長変換器25によって、一旦光信号の波長を変換する必要がある。その理由は、全光位相変調器21では、図6に示すように、最終的に光位相変調されて出力される光は、信号用レーザ62から出力される光であり、これは入力端子60から入力される光の波長とは異なるものとする必要があるためである。すなわち、図3において、入力端子1に入力される位相変調光信号の波長と出力端子23から出力される位相変調光信号の波長を同一とするためには、図6における信号用レーザの波長を、図3において、入力端子1に入力される位相変調光信号の波長と同一にすればよい。   Here, in order to make the wavelength of the phase-modulated optical signal input to the input terminal 1 the same as the wavelength of the phase-modulated optical signal output from the output terminal 23, the optical signal is once converted by the all-optical wavelength converter 25. Needs to be converted. The reason is that in the all-optical phase modulator 21, as shown in FIG. 6, the light that is finally optically phase-modulated and output is the light that is output from the signal laser 62, and this is the input terminal 60. This is because it must be different from the wavelength of the light input from. That is, in FIG. 3, in order to make the wavelength of the phase modulation optical signal input to the input terminal 1 and the wavelength of the phase modulation optical signal output from the output terminal 23 the same, the wavelength of the signal laser in FIG. In FIG. 3, the wavelength of the phase-modulated optical signal input to the input terminal 1 may be the same.

上述した説明から理解できるように、図3において、入力端子1に入力される位相変調光信号の波長と出力端子23から出力される位相変調光信号の波長が同一でなくてもよい場合には、全光波長変換器25は必ずしも必要ではなく、強度変調光用全光再生中継器20の出力を、全光位相変調器21の入力に直結すればよい。   As can be understood from the above description, in FIG. 3, when the wavelength of the phase modulated optical signal input to the input terminal 1 and the wavelength of the phase modulated optical signal output from the output terminal 23 do not have to be the same. The all-optical wavelength converter 25 is not always necessary, and the output of the all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light may be directly connected to the input of the all-optical phase modulator 21.

本実施の形態によれば、電気信号への変化なしに、伝送路を介して伝送され、全光再生中継装置に入力された光信号の雑音、歪を除去し、増幅した上で、再度伝送路に送出することが可能となる。   According to this embodiment, the noise and distortion of the optical signal transmitted through the transmission line and input to the all-optical regenerative repeater are removed, amplified, and transmitted again without any change to an electrical signal. It can be sent to the road.

次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。図7において、図3に示す第1の実施の形態にかかる全光再生中継装置と同一の構成部分については同一の符号を付する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the second embodiment of the present invention. 7, the same components as those of the all-optical regenerative repeater according to the first embodiment shown in FIG.

図7に示すように、第2の実施の形態にかかる全光再生中継装置70は、光分岐器2、注入同期型レーザ3、光位相調整器4、光分岐器26、光180度ハイブリッド5、強度変調光用全光再生中継器20、光終端器22、全光波長変換器25、および、全光位相変調器27を備えている。   As shown in FIG. 7, the all-optical regenerative repeater 70 according to the second embodiment includes an optical splitter 2, an injection-locked laser 3, an optical phase adjuster 4, an optical splitter 26, and an optical 180-degree hybrid 5. And an all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light, an optical terminator 22, an all-optical wavelength converter 25, and an all-optical phase modulator 27.

第2の実施の形態にかかる全光再生中継装置70が、第1の実施の形態にかかる全光再生中継装置15と異なるところ以下の点である。第1の実施の形態においては、図6に示すように、全光位相変調器21の出力する光位相変調された光信号の元となる信号を発生させるために、信号用レーザ62を用いているが、第2の実施の形態においては、新たに信号用レーザ62を設けることなく、注入同期型レーザ3の出力光を光分岐器26により2つに分岐して、光分岐器26の一方の出力を、全光位相変調器27に入力することにより、第1の実施の形態にかかる信号用レーザ62の発生光と同等の役割をさせている。   The all-optical regenerative repeater 70 according to the second embodiment differs from the all-optical regenerative repeater 15 according to the first embodiment in the following points. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, a signal laser 62 is used to generate a signal that is a source of the optical phase-modulated optical signal output from the all-optical phase modulator 21. However, in the second embodiment, the output light of the injection-locked laser 3 is branched into two by the optical branching unit 26 without newly providing the signal laser 62, and one of the optical branching units 26. Is output to the all-optical phase modulator 27, thereby playing the same role as the light generated by the signal laser 62 according to the first embodiment.

図8は、第2の実施の形態にかかる光位相変調器27の構成を示すブロック図である。図8において、図6に示す第1の実施の形態にかかる光位相変調器21の構成部分と同一のものには同一の符号を付している。第2の実施の形態にかかる全光位相変調器27において、光位相変調されるもととなる光は、入力端子80から入力される。また、変調情報を有する強度変調された光信号は、入力端子60から入力される。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the optical phase modulator 27 according to the second embodiment. In FIG. 8, the same components as those of the optical phase modulator 21 according to the first embodiment shown in FIG. In the all-optical phase modulator 27 according to the second embodiment, light that is to be optically phase-modulated is input from the input terminal 80. An intensity-modulated optical signal having modulation information is input from the input terminal 60.

入力端子60から入力された光信号は、高出力光増幅器61によって増幅され、入力端子80から入力された光信号と光合波器63によって合波され、第1の実施の形態と同様に、非線形光デバイス64によって光位相変調される。   The optical signal input from the input terminal 60 is amplified by the high-power optical amplifier 61 and is combined with the optical signal input from the input terminal 80 by the optical multiplexer 63, and is nonlinear as in the first embodiment. Optical phase modulation is performed by the optical device 64.

次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。第1の実施の形態および第2の実施の形態において、光180度ハイブリッド5において合波される光信号の位相は、相互に変化しないものと考えている。しかしながら、周囲の温度変化、振動などの外部環境の変動によって、光180度ハイブリッド5で合波される2つの光信号の位相が絶えず変動する可能性がある。したがって、第3の実施の形態においては、これらの変動を補正する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment and the second embodiment, it is considered that the phases of the optical signals combined in the optical 180-degree hybrid 5 do not change each other. However, the phase of the two optical signals combined by the optical 180-degree hybrid 5 may constantly change due to changes in the external environment such as ambient temperature changes and vibrations. Therefore, in the third embodiment, these variations are corrected.

図9は、本発明の第3の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。第3の実施の形態にかかる全光再生中継装置90は、光分岐器2、注入同期型レーザ3、光位相変調器39、光180度ハイブリッド5、強度変調光用全光再生中継器20、全光波長変換器25、全光位相変調器21、および、光位相安定回路30を備えている。   FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the third embodiment of the present invention. The all-optical regenerative repeater 90 according to the third embodiment includes an optical splitter 2, an injection-locked laser 3, an optical phase modulator 39, an optical 180-degree hybrid 5, an all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light, An all-optical wavelength converter 25, an all-optical phase modulator 21, and an optical phase stabilizing circuit 30 are provided.

第3の実施の形態にかかる全光再生中継装置90が、第1の実施の形態にかかる全光再生中継装置15と異なるところは以下の点である。第1の実施の形態においては、図3に示すように、光180度ハイブリッド5の他方の出力端子Dからの出力は光終端器22に与えられ終端されているが、第3の実施の形態においては、光180度ハイブリッド5の他方の出力端子Dからの出力光を用いて、光位相安定回路30が、光位相変調器39における光信号の位相を補正する。   The all-optical regenerative repeater 90 according to the third embodiment is different from the all-optical regenerative repeater 15 according to the first embodiment in the following points. In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the output from the other output terminal D of the optical 180-degree hybrid 5 is given to the optical terminator 22 and terminated, but the third embodiment In, the optical phase stabilization circuit 30 corrects the phase of the optical signal in the optical phase modulator 39 using the output light from the other output terminal D of the optical 180-degree hybrid 5.

なお、第1の実施の形態および第2の実施の形態においては、注入同期型レーザ3からの出力光を受け入れる光位相調整器4が設けられ、その一方、第3の実施の形態においては、注入同期型レーザ3の光を受け入れる光位相変調器39が設けられている。前者は、固定位相シフタであり、その位相が固定である。その一方、後者は、後述するように、光位相安定化回路30の制御によって位相が変更可能である。しかしながら、実際には、光位相調整器4および光位相変調器39も、同一のデバイス(たとえば、ニオブ酸リチウムを用いた光位相変調器)により実現され、その差は、位相が固定であるか可変であるかに過ぎない。   In the first embodiment and the second embodiment, an optical phase adjuster 4 that receives the output light from the injection-locked laser 3 is provided, whereas in the third embodiment, An optical phase modulator 39 that receives the light of the injection-locked laser 3 is provided. The former is a fixed phase shifter whose phase is fixed. On the other hand, the latter can change the phase by the control of the optical phase stabilization circuit 30 as described later. However, actually, the optical phase adjuster 4 and the optical phase modulator 39 are also realized by the same device (for example, an optical phase modulator using lithium niobate), and the difference is that the phase is fixed. It is only variable.

図12において、横軸δは、図9における光分岐器2から光180度ハイブリッド5の一方の入力端子Aに達する第1の光経路と、注入同期型レーザ3および光位相変調器39を経て、光180度ハイブリッドの他方の入力端子Bに達する第2の経路との間の位相差である。また、図12において、縦軸Iは、図9における光180度ハイブリッド5の出力端子Cから出力され、強度変調光用全光再生中継器20に入力される光信号の強度である。なお、以下の説明においては、簡単のために、光180度ハイブリッド5においては既に説明したπ/2の位相シフトは生じないものとする。実際には、光180度ハイブリッド5においては上記π/2の位相シフトは生じるため、以下の説明においては、正しくは、位相シフトの値π/2を考慮する必要がある。そのためには、以下の説明において、第1の光経路の位相を−π/2だけずらせばよい。 In FIG. 12, the horizontal axis δ 0 represents the first optical path from the optical splitter 2 in FIG. 9 to one input terminal A of the optical 180-degree hybrid 5, the injection-locked laser 3, and the optical phase modulator 39. Then, the phase difference from the second path reaching the other input terminal B of the light 180-degree hybrid. In FIG. 12, the vertical axis I represents the intensity of the optical signal output from the output terminal C of the optical 180-degree hybrid 5 in FIG. 9 and input to the all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light. In the following description, for the sake of simplicity, it is assumed that the phase shift of π / 2 already described does not occur in the optical 180-degree hybrid 5. Actually, the phase shift of π / 2 occurs in the optical 180-degree hybrid 5, and therefore, in the following description, it is necessary to correctly consider the phase shift value π / 2. For this purpose, in the following description, the phase of the first optical path may be shifted by −π / 2.

図12に示すように、δ=0であれば、第1の光経路と第2の光経路との間の位相差は0となるので、光180度ハイブリッド5の出力では、第1の光経路を通過した光と第2の光経路を通過した光とが強めあい、強度Iは最大となる(図12におけるP点)。その一方、両者に±πだけ位相差が生じた場合には、I=0となる。一般に、第1の光経路と第2の光経路との間の位相変化により、その位相差が時々刻々変化する可能性があり、図12のP+点あるいはP−点に位置して出力光強度が減少することとなるため、これに絶えず追随して、図12におけるP点に戻すことが望ましい。 As shown in FIG. 12, if δ 0 = 0, the phase difference between the first optical path and the second optical path is 0. The light passing through the optical path and the light passing through the second optical path are strengthened, and the intensity I is maximized (point P in FIG. 12). On the other hand, when a phase difference of ± π occurs between the two, I = 0. Generally, the phase difference between the first optical path and the second optical path may change from time to time, and the output light intensity is located at the point P + or the point P- in FIG. Therefore, it is desirable to follow this constantly and return to the point P in FIG.

この目的のために、後述する光位相安定化回路30中の発振器31(図10参照)の出力により、第2の光経路の光位相に対して、微小な低周波変調をかける。   For this purpose, minute low-frequency modulation is applied to the optical phase of the second optical path by the output of an oscillator 31 (see FIG. 10) in the optical phase stabilization circuit 30 described later.

第1の実施の形態において述べたのと同様に考えると、光180度ハイブリッド5の他方の出力端子Dから出力される光電界は、次のように表わされる。   Considering the same as described in the first embodiment, the optical electric field output from the other output terminal D of the optical 180-degree hybrid 5 is expressed as follows.

=Ecos(ωt+θ+θ)+Ecos(ωt+θ−π/2)
=Ecos(ωt+θ+θ)+Esin(ωt+θ) (12)
ここで、(9)式から、
θ=θ+π/2 (13)
となるようにθは設定される。(13)式を(12)式に適用すれば、(14)式を得ることができる。
E 4 = Ecos (ωt + θ m + θ 1 ) + Ecos (ωt + θ 2 −π / 2)
= Ecos (ωt + θ m + θ 1 ) + Esin (ωt + θ 2 ) (12)
Here, from equation (9)
θ 2 = θ 1 + π / 2 (13)
Θ 2 is set so that Applying equation (13) to equation (12) yields equation (14).

=Ecos(ωt+θ+θ)+Esin(ωt+θ+π/2)
=Ecos(ωt+θ+θ)+Ecos(ωt+θ) (14)
図9の光位相安定化回路30についてより詳細に説明する。図10は、本発明の第3の実施の形態にかかる光位相安定化回路30の構成を示すブロック図である。図10に示すように、発振器31、乗算器32、光受信器33、増幅器34、低域濾波器35および加算器36を有している。
E 4 = Ecos (ωt + θ m + θ 1 ) + Esin (ωt + θ 1 + π / 2)
= Ecos (ωt + θ m + θ 1 ) + Ecos (ωt + θ 1 ) (14)
The optical phase stabilization circuit 30 in FIG. 9 will be described in more detail. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an optical phase stabilization circuit 30 according to the third exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, an oscillator 31, a multiplier 32, an optical receiver 33, an amplifier 34, a low-pass filter 35, and an adder 36 are provided.

発振器31は、位相変調光信号の伝送速度に比べて十分低い周波数の電気信号を発生させる。発振器31の発生周波数としては、一例として、数十kHz〜数百kHz程度の値が採用される。発振器31の出力は、加算器36を介して、光位相変調器39に入力される。これにより、図9において光分岐器9によって分岐された2つの光信号のうち、注入同期型レーザ3および光位相変調器39を通る経路(第2の光経路)を通過した光信号には、伝送速度で施されている光位相変調に加えて、発振器31の出力である低周波電気信号による微小な光位相変調が施される。この微小な位相変調を考慮すると、(14)式は、(15)式のように書き換えられる。   The oscillator 31 generates an electric signal having a frequency sufficiently lower than the transmission speed of the phase-modulated optical signal. As a generated frequency of the oscillator 31, for example, a value of about several tens kHz to several hundreds kHz is adopted. The output of the oscillator 31 is input to the optical phase modulator 39 via the adder 36. As a result, of the two optical signals branched by the optical splitter 9 in FIG. 9, the optical signal that has passed through the path (second optical path) passing through the injection-locked laser 3 and the optical phase modulator 39 is: In addition to optical phase modulation performed at the transmission speed, minute optical phase modulation is performed by a low-frequency electrical signal that is an output of the oscillator 31. In consideration of this minute phase modulation, the equation (14) can be rewritten as the equation (15).

ただし、δは、外部環境の変化により生じる第1の光経路(光分岐器2から光180度ハイブリッド5の一方の入力端子Aに達する経路)と第2の光経路の間の位相差を光位相変調器39に集約したもの、δ、ωは、それぞれ低周波電気信号の振幅、角周波数である。 However, δ 0 represents the phase difference between the first optical path (path reaching the one input terminal A of the optical 180-degree hybrid 5 from the optical splitter 2) and the second optical path caused by a change in the external environment. Δ and ω m collected in the optical phase modulator 39 are the amplitude and angular frequency of the low-frequency electric signal, respectively.

上記電界Eは、図10に示す光受信器33によって受信される。光受信器33の周波数帯域は、伝送速度に相当する周波数より十分に小さく、かつ低周波電気信号の周波数よりも十分に大きいものとする。すると光受信器33の出力電流iは、(16)式のように表わされる。 The field E 4 is received by the optical receiver 33 shown in FIG. 10. It is assumed that the frequency band of the optical receiver 33 is sufficiently smaller than the frequency corresponding to the transmission speed and sufficiently larger than the frequency of the low frequency electric signal. Then, the output current i of the optical receiver 33 is expressed as shown in Equation (16).

なお、光受信器33の周波数帯域を考慮して、伝送速度に相当する1ビット時間よりは十分に長く、低周波電気信号の周期よりは十分に短い時間にわたっての時間平均を表わす。つまり、(16)式において、右辺は、電界Eの絶対値の二乗の平均値である。時間平均は、データ信号による変調項に適用され、(15)式および(16)式より、以下の(17)式を得ることができる。 In consideration of the frequency band of the optical receiver 33, it represents a time average over a time sufficiently longer than one bit time corresponding to the transmission speed and sufficiently shorter than the period of the low-frequency electric signal. That is, in equation (16), the right side is the average value of the square of the absolute value of the electric field E 4. The time average is applied to the modulation term by the data signal, and the following equation (17) can be obtained from the equations (15) and (16).

ここで、θ=0のときには、(17)式より、(18)式に示すようになる。 Here, when θ m = 0, the equation (18) is obtained from the equation (17).

ここで、環境変動による位相ずれは十分に小さく、また低周波電気信号による変調も十分に微小である。すなわち、δが1より十分に小さく(δ≪1)かつδが1より十分小さい(δ≪1)であるとすると、(18)式は、(19)式のようになる。 Here, the phase shift due to environmental fluctuation is sufficiently small, and the modulation by the low-frequency electrical signal is also sufficiently small. That is, if δ 0 is sufficiently smaller than 1 (δ 0 << 1) and δ is sufficiently smaller than 1 (δ << 1), the equation (18) becomes the equation (19).

i∝−δδsinωt (19)
また、(17)式において、θ=πのときには、(20)式のようになる。
i∝−δ 0 δ sin ω m t (19)
In the equation (17), when θ m = π, the equation (20) is obtained.

i∝cos((δ+δsinωt)/2) (20)
結局、θ=0の場合と同様であるため、最終的に(19)式が得られることになる。
i∝cos 2 ((δ 0 + δ sin ω m t) / 2) (20)
Eventually, since it is the same as the case of θ m = 0, equation (19) is finally obtained.

図10において、乗算器32は発振器31の出力電気信号と、光受信器33の出力電気信号の積に比例した電気信号を出力する。したがって、その出力電圧voutは、(21)式のようになる。 In FIG. 10, the multiplier 32 outputs an electric signal proportional to the product of the output electric signal of the oscillator 31 and the output electric signal of the optical receiver 33. Therefore, the output voltage v out is as shown in equation (21).

out∝−(δδsinωt)sinω
=−(δδ/2)・(1−cos2ωt) (21)
乗算器32の出力は、増幅器34によって適宜増幅された後、角周波数ωよりも十分低い周波数成分のみを通過させる低域濾波器35を通過する。低域濾波器35を通過した信号vout2は、(21)式より、(22)式に示すようなものとなる。
v out ∝− (δ 0 δsin ω m t) sin ω m t
=-([Delta] 0 [ delta] / 2). (1-cos2 [omega] mt ) (21)
The output of the multiplier 32 is appropriately amplified by an amplifier 34 and then passes through a low-pass filter 35 that passes only a frequency component sufficiently lower than the angular frequency ω m . The signal v out2 that has passed through the low-pass filter 35 is as shown in equation (22) from equation (21).

out2=−G・(δδ/2) (22)
ここで、Gは、増幅器34の利得である。
v out2 = −G · (δ 0 δ / 2) (22)
Here, G is the gain of the amplifier 34.

(22)式から理解できるように、低域濾波器35の出力信号はδに比例した値で符号が反転している。したがって、(22)式で表わされる信号vout2を、加算器36を介して、光位相変調器28に印加することにより、δを「0」とするようにフィードバック制御がかかることになる。すなわち、外部環境変動によって図9における、第1の光経路と第2の光経路との間の位相差が変動しても、光位相安定化回路30の動作により、その変動が除去できることがわかる。 As can be understood from the equation (22), the output signal of the low-pass filter 35 has a value proportional to δ 0 and the sign is inverted. Therefore, by applying the signal v out2 represented by the equation (22) to the optical phase modulator 28 via the adder 36, feedback control is performed so that δ 0 becomes “0”. That is, even if the phase difference between the first optical path and the second optical path in FIG. 9 fluctuates due to external environmental fluctuations, it can be seen that the fluctuations can be removed by the operation of the optical phase stabilization circuit 30. .

以上述べたように、本発明の第3の実施の形態によれば、外部環境変動による第1の光経路と第2の光経路との位相差の変動に対しても、絶えずその変動を除去して安定な動作が可能な全光再生中継装置を提供することが可能となる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, even when the phase difference between the first optical path and the second optical path due to the external environment fluctuation is changed, the fluctuation is continuously removed. Thus, it is possible to provide an all-optical regenerative repeater capable of stable operation.

次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図11は、本発明の第4の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。図11に示すように、第4の実施の形態にかかる全光再生中継装置100は、光分岐器2、注入同期型レーザ3、光位相変調器39、光分岐器26、光180度ハイブリッド5、強度変調光用全光再生中継器20、全光波長変換器25、全光位相変調器27、および、光位相安定化回路30を備えている。光位相安定化回路30は、第3の実施の形態において示したものと同様である。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the all-optical regenerative repeater 100 according to the fourth embodiment includes an optical splitter 2, an injection-locked laser 3, an optical phase modulator 39, an optical splitter 26, and an optical 180-degree hybrid 5. , An all-optical regenerative repeater 20 for intensity-modulated light, an all-optical wavelength converter 25, an all-optical phase modulator 27, and an optical phase stabilization circuit 30. The optical phase stabilization circuit 30 is the same as that shown in the third embodiment.

第3の実施の形態において、全光位相変調器21は、図6に示すように、信号用レーザ62を備える。その一方、第4の実施の形態においては、全光位相変調器27は、図8に示すように、信号用レーザを用いない代わりに、注入同期型レーザ3の出力光を光分岐器26によって分岐した光信号を受け入れ、この光信号を用いている。   In the third embodiment, the all-optical phase modulator 21 includes a signal laser 62 as shown in FIG. On the other hand, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, the all-optical phase modulator 27 uses the optical splitter 26 to output the output light of the injection-locked laser 3 instead of using the signal laser. The branched optical signal is received and this optical signal is used.

第4の実施の形態にかかる全光再生中継装置100においては、第2の実施の形態と同様に、注入同期型レーザ3の出力光が、光分岐器26により2つに分岐され、光分岐器26の一方の出力が、全光位相変調器27に入力される。光位相変調器27においては、図8に示すように、入力端子60から入力された光信号は、高出力光増幅器61によって増幅され、入力端子80から入力された光信号と光合波器63によって合波され、非線形光デバイス64によって光位相変調される。   In the all-optical regenerative repeater 100 according to the fourth embodiment, similarly to the second embodiment, the output light of the injection-locked laser 3 is branched into two by the optical branching device 26, and the optical branching is performed. One output of the detector 26 is input to the all-optical phase modulator 27. In the optical phase modulator 27, as shown in FIG. 8, the optical signal input from the input terminal 60 is amplified by the high output optical amplifier 61, and the optical signal input from the input terminal 80 and the optical multiplexer 63. Combined and optical phase modulated by the nonlinear optical device 64.

また、第4の実施の形態にかかる全光再生中継装置100においては、第3の実施の形態と同様に、光180度ハイブリッド5の他方の出力端子Dからの出力光を用いて、光位相安定回路30が、光位相変調器39における光信号の位相を補正する。   Further, in the all-optical regenerative repeater 100 according to the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the optical phase is obtained using the output light from the other output terminal D of the optical 180-degree hybrid 5. The stabilization circuit 30 corrects the phase of the optical signal in the optical phase modulator 39.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

図1は、注入同期型レーザを用いた光ホモダイン受信器の例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of an optical homodyne receiver using an injection-locked laser. 図2は、従来の光再生中継器の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical regenerative repeater. 図3は、本発明の第1の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the first embodiment of the present invention. 図4は、強度変調光用全光再生中継器の構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of an all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light. 図5は、全光波長変換器の構成例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the all-optical wavelength converter. 図6は、全光位相変調器の構成例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the all-optical phase modulator. 図7は、本発明の第2の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the second embodiment of the present invention. 図8は、第2の実施の形態にかかる光位相変調器の構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of an optical phase modulator according to the second embodiment. 図9は、本発明の第3の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the third embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第3の実施の形態にかかる光位相安定化回路の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an optical phase stabilization circuit according to the third embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第4の実施の形態にかかる全光再生中継装置の構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the all-optical regenerative repeater according to the fourth embodiment of the present invention. 図12は、第1の光経路と第2の光経路との間の位相差およびそれらの合成光の強度を説明するグラフである。FIG. 12 is a graph illustrating the phase difference between the first optical path and the second optical path and the intensity of the combined light.

符号の説明Explanation of symbols

2 光分岐器
3 注入同期型レーザ
4 光位相調整器
5 光180度ハイブリッド
15 全光再生中継装置
20 強度変調光用全光再生中継器
21 全光位相変調器
22 光終端器
25 全光波長変換器
41 高出力光増幅器
42 非線形光デバイス
43 光帯域通過フィルタ
51 光送信器
52 光合成器
53 半導体光増幅器
54 光フィルタ
61 高出力光増幅器
62 信号用レーザ
63 光合波器
64 非線形光デバイス
65 光帯域通過フィルタ
2 optical splitter 3 injection-locked laser 4 optical phase adjuster 5 optical 180-degree hybrid 15 all-optical regenerative repeater 20 all-optical regenerative repeater 21 for intensity-modulated light 21 all-optical phase modulator 22 optical terminator 25 all-optical wavelength conversion 41 High-power optical amplifier 42 Non-linear optical device 43 Optical band-pass filter 51 Optical transmitter 52 Optical combiner 53 Semiconductor optical amplifier 54 Optical filter 61 High-power optical amplifier 62 Signal laser 63 Optical multiplexer 64 Non-linear optical device 65 Optical band-pass filter

Claims (3)

伝送路中に配置され、当該伝送路からの位相変調光信号を受け入れ、当該位相変調光信号の雑音成分を除去して、伝送路に再度送出する全光再生中継装置であって、
前記受け入れた位相変調光信号を、予め定められた比率で分岐させる光分岐器と、
前記光分岐器から分岐した他方の位相変調光信号を受け入れ、当該位相変調光信号の変調成分を除去し、搬送波成分を含む光信号を出力する注入同期型レーザと、
前記注入同期型レーザから出力された光信号の位相を調整する光位相調整器と、
前記光分岐器から分岐した一方の位相変調光信号を第1の入力端子に受け入れるとともに、前記光位相調整器から出力された光信号を第2の入力端子に受け入れ、前記第1の入力端子にて受け入れた光信号の位相をπ/2だけ遅らせて第1の出力端子から出力するとともに、前記第2の入力端子にて受け入れた光信号をそのまま第1の出力端子から出力、前記第1の入力端子にて受け入れた信号をそのまま第2の出力端子から出力するとともに、前記第2の入力端子にて受け入れた光信号の位相をπ/2だけ遅らせて第2の出力端子から出力する光180度ハイブリッドと、
前記光180度ハイブリッドの前記第1の出力端子から出力される強度変調光信号の雑音および歪を除去する強度変調光用全光再生中継器と、
前記強度変調光用全光再生中継器から出力された光信号を受け入れ、当該受け入れた光信号の波長を変換し、波長の異なる光信号として出力する全光波長変換器と、
前記全光波長変換器から出力された強度変調光信号を受け入れ、当該強度変調光信号の強度に応じた位相変調光信号を発生する全光位相変調器と、
前記光位相調整器から出力された光信号を受け入れ、受け入れた光信号を分岐させる第2の光分岐器を備え、
前記全光位相変調器が、
前記強度変調光信号と、前記第2の光分岐器から受け入れた光信号とを合波する光合波器と、
前記第2の光分岐器から受け入れた光信号に、前記強度変調光信号による光位相変調を受けさせる非線形光デバイスと、
前記光位相変調を受けた光信号のみを出力する光帯域通過フィルタと、を有する全光再生中継装置。
An all-optical regenerative repeater that is arranged in a transmission line, accepts a phase-modulated optical signal from the transmission line, removes a noise component of the phase-modulated optical signal, and sends it again to the transmission line,
An optical branching device for branching the received phase-modulated optical signal at a predetermined ratio;
An injection-locked laser that receives the other phase-modulated optical signal branched from the optical splitter, removes a modulation component of the phase-modulated optical signal, and outputs an optical signal including a carrier wave component;
An optical phase adjuster for adjusting the phase of the optical signal output from the injection-locked laser;
One phase-modulated optical signal branched from the optical splitter is received at a first input terminal, and an optical signal output from the optical phase adjuster is received at a second input terminal, and the first input terminal receives the optical signal. The phase of the received optical signal is delayed by π / 2 and output from the first output terminal, and the received optical signal at the second input terminal is output as it is from the first output terminal. The signal received at the input terminal is output as it is from the second output terminal, and the light output from the second output terminal is delayed by π / 2 by the phase of the optical signal received at the second input terminal. 180 degree hybrid,
An all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light that removes noise and distortion of the intensity-modulated optical signal output from the first output terminal of the optical 180-degree hybrid;
An all-optical wavelength converter that receives an optical signal output from the all-optical regenerative repeater for intensity-modulated light, converts the wavelength of the received optical signal, and outputs the optical signal as a different wavelength;
An all-optical phase modulator that receives the intensity-modulated optical signal output from the all-optical wavelength converter and generates a phase-modulated optical signal according to the intensity of the intensity-modulated optical signal;
A second optical branching unit that receives the optical signal output from the optical phase adjuster and branches the received optical signal;
The all-optical phase modulator comprises:
An optical multiplexer for combining the intensity-modulated optical signal and the optical signal received from the second optical splitter;
A non-linear optical device for subjecting the optical signal received from the second optical splitter to optical phase modulation by the intensity-modulated optical signal;
An all-optical regenerative repeater comprising: an optical bandpass filter that outputs only the optical signal subjected to the optical phase modulation .
前記光180度ハイブリッドの前記第2の出力端子からの光信号を受け入れ、前記光180度ハイブリッドの前記第1の入力端子に入力される光信号と、前記第2の入力端子に入力される光信号の位相差をなくすように、前記第2の入力端子に入力される光信号の位相を補正する補正信号を生成する光位相安定化回路を備え、
前記光位相調整器が、前記光位相安定化回路からの出力を受け入れて、前記光180度ハイブリッドの前記第2の入力端子に入力される光信号の位相を変化させることを特徴とする請求項に記載の全光再生中継装置。
An optical signal received from the second output terminal of the optical 180-degree hybrid, an optical signal input to the first input terminal of the optical 180-degree hybrid, and light input to the second input terminal An optical phase stabilization circuit for generating a correction signal for correcting the phase of the optical signal input to the second input terminal so as to eliminate the phase difference of the signal;
The optical phase adjuster receives an output from the optical phase stabilization circuit and changes the phase of an optical signal input to the second input terminal of the optical 180-degree hybrid. All optical regeneration repeater according to 1.
前記光位相安定化回路が、
前記光180度ハイブリッドの第2の出力端子からの光信号を受け入れて、電気信号に変換する光受信器と、
前記位相変調光信号の伝送速度と比較して十分に低い周波数の電気信号を発生する発振器と、
前記光受信器からの出力信号と、前記発振器からの出力信号を乗算する乗算器と、
前記乗算器からの出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器からの出力信号から、所定の低域の周波数成分のみを通過させる低域濾波器と、
前記低域濾波器からの出力信号と、前記発振器からの出力信号とを加算する加算器と、を有することを特徴とする請求項に記載の全光再生中継装置。
The optical phase stabilization circuit is
An optical receiver for receiving an optical signal from the second output terminal of the optical 180-degree hybrid and converting it into an electrical signal;
An oscillator that generates an electrical signal having a sufficiently low frequency compared to the transmission speed of the phase-modulated optical signal;
A multiplier for multiplying the output signal from the optical receiver by the output signal from the oscillator;
An amplifier for amplifying the output signal from the multiplier;
A low-pass filter that passes only a predetermined low-frequency component from the output signal from the amplifier; and
The all-optical regenerative repeater according to claim 2 , further comprising an adder that adds an output signal from the low-pass filter and an output signal from the oscillator.
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