JP5215857B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
図4(A)は、多値信号の生成に用いられる10Gbit/sの2値電気波形のアイパターンを示している。このような単純なデジタル波形であっても、信号ビットレートが10Gbit/s以上になると、理想的な矩形波形を得ることが困難となり、デジタル波形の上、下2つのレベル、すなわち、マークとスペースが、符号間干渉(ISI)によって劣化し、図示したように、上下方向に或る程度の幅を持つのが一般的である。この結果、波形の中央部に位置したアイ開口の高さが減少し、受信感度や波長分散耐力の劣化に繋がることが知られている。
ここに示した2値光位相変調器130は、図9に示した直交4値位相変調器133と略同一の構造となっているが、π/2光位相シフタ131が設けられた光経路104−2には光変調器が存在していない。従って、光結合器109において、2値位相変調光107と無変調光108とが合成される。2値位相変調光107と無変調光108は、強度が同一ではなく、その振幅比が意図的に1:aに設定されている。
本発明の第2の目的は、光多値振幅・位相変調においても、符号間干渉の発生を抑圧することにある。
光多値振幅・位相変調には、光信号の位相点を同心円状、あるいは格子状に配置する手法が知られている。しかしながら、大きい多値数をもつ現実的な光波形の生成方法については、殆んど検討されていない。無線通信で使われているように、多値信号同士を最終段でベクトル合成する直交合成法を光波形生成に適用することも、理論上は可能である。しかしながら、光信号の変調に直交合成法を用いると、複雑な多値光変調器を含む干渉系を構成する必要があり、その小型化が困難になるという問題点がある。
複数の光経路から出力された光信号を同位相で合成したい時、位相ずれが発生すると、波形劣化の原因となるが、この問題は、実施例で詳述するように、合成された出力光における振幅変調成分が最大になるように、光信号の位相を自動制御することによって解消できる。
入力光経路102から供給された入力光101は、光分岐器103で第1光経路104−1、第2光経路104−2、第3光経路104−3に分岐される。これらの光経路のうち、第2光経路104−2と第3光経路104−3には、それぞれ単相MZ型の2値光位相変調器105−1、105−2が配置され、第1光経路104−1と第3光経路104−3には、それぞれ光位相調整器106−1、106−2が設けてられている。
図2(A)、(B)、(C)は、それぞれ無変調光108、2値位相変調光107−1、2値位相変調光107−2の位相点配置を示している。これらの光信号は、それぞれの光位相が互いに一致するように位相調整されている。基準位相をI軸とすると、無変調光108の位相点は、図2(A)に示すように座標(1,0)、2値位相変調光107−1の位相点は、図2(B)に示すように(−a,0)または(a,0)、2値位相変調光107−2の位相点は、図2(C)に示すように(−b,0)または(b,0)となる。従って、これら3つの光信号を合成(干渉)して得られる出力光111の位相点配置は、(1−a−b,0)、(1−a+b,0)、(1+a−b,0)、または(1+a+b,0)の4点となる。
実験系は、図1と同じように、光信号を3つに分岐した後に、第2、第3の光経路に、それぞれ単相MZ型光変調器を配置し、無変調光と、単相MZ型光変調器を通過した2つの2値位相変調光を再び光結合する構成となっている。これらの部品は、略同一長さの光ファイバで結合され、単相MZ型光変調器に印加するデータ信号のビットレートは、10Gbit/sとし、その振幅は、理想的な振幅値2Vπのおよそ90%としてある。また、干渉計で結合された3つの光経路には、それぞれ光アッテネータを挿入し、3つの光信号108、107−1、107−2の強度比を凡そ「1:−11.4dB:−16.5dB」とし、電界比で「1:0.26:0.15」とした。4値光信号の各レベルの強度比は、計算上では、L0:L1:L2:L3=1:2.2:3.53:5.66となる。
単相MZ型2値光位相変調器105の代わりに、従来技術として説明した両相MZ型2値位相変調器を適用してもよい。但し、後者は、2系統の互いに反転した2値電気デジタル信号を必要としているため、これらのデジタル信号間で振幅差が発生すると、前者に比較して、符号間干渉の抑制効果が低下する可能性がある。
しかしながら、このような符号反転は、受信側で検出できるため、例えば、受信器側の復号器に符号補正回路を設けることによって、符号反転を自動的に補正することができる。別の方法として、送信器側に、4値光振幅変調器100で生成した光信号から符号反転を検出する光検出器を設けておき、符号反転を送信側で修正するようにしてもよい。
光結合器109に接続される各光経路の長さが、例えば、環境温度の変化や経年変化によって変動すると、光結合器109から出力される光多値強度変調波形のアイ開口の大きさが変化し、伝送特性が劣化する。アイ開口が大きく変化すると、デジタル信号の論理値が反転し、信号伝送が不能となる可能性がある。この場合、各位相点が位相方向にも変化し、波形のチャープによる伝送劣化や、位相変調結果にも大きな劣化が生じる可能性がある。
最大値制御部145は、高周波検出器143で観測される1つの検出信号に基いて、2つの光位相調整器106−1、106−2を制御する必要があり、ここでは、変数iの値を判定して(ステップ1401)、2つ光位相調整器を時分割で制御している。
上記最大値制御によれば、例えば、各光経路での光位相が温度変化によって変化した場合でも、光強度変調成分が最大となるように光位相調整器106−1、106−2の状態が自動的に調整されるため、4値光強度変調波形の劣化を最小限に抑えられる。
8値振幅・位相変調光の位相点配置は、図16(D)に8つの黒丸で示すように、放射状2重の同心円配置(位相4値、振幅2値)となる。また、2値光振幅変調器153で位相ずれθがあった場合、内側円上と外側円上の2個の位相点が対になって、位相点配置は、図10(B)に示した元の4値位相変調の位相点を中心にθだけ回転し、図16(D)に白丸で示すような不完全な配置に遷移する。この遷移によって、内側円上と外側円上の位相点の距離が縮まり、振幅変調成分が小さくなる。
本実施例では、入力光101が、光分岐器103で第1光経路104−1と第2光経路104−2に分岐されている。第1、第2光経路104−1、104−2には、それぞれ単相MZ型2値光位相変調器(BPSK)105−1、105−2と、可変光減衰器140−1、140−2とが配置されている。第2光経路103−2には、更に、光位相調整器106が配置され、第1、第2光経路から出力される2値位相変調光107−1、107−2が、光結合器109で合成されている。また、光位相調整器106は、図13に示した第2実施例と同様、最大値制御部145によって、制御されている。
第1光経路の2値位相変調光107−1の位相点配置は、図2(B)と同一であり、第2光経路の2値変調光107−2の位相点配置は、図18(A)の黒丸のようになる。
ここで、振幅b<aと仮定すると、光信号107−1と107−2を合成して得られた光信号156の位相点は、座標(−a−b,0)、(−a+b,0)、(a−b,0)、(a+b,0)の4点となる。
DB(n)=D(n)+D(n−1)
である。
本実施例は、上述したように、光信号の位相点の一部を互いに重ね合わせ縮退させ、符号器によって適切な多値符号化を行うことによって、2のべき乗に限らない任意の多値数を持った光多値信号伝送にも適用できる。
図21の回路構成において、第2、第3光経路の光信号振幅比がb<a<0となるように可変減衰器140−1、140−2を調整すると、多値振幅・位相変調光156の位相点配置は、図23(A)に示すように、4値の振幅・位相変調光となる。これに第1光経路を通過した振幅1の無変調光108を加算すると、生成された出力光165の位相点配置は、図23(B)に示すように、4値の振幅変調光となる。
16QAM光送信器201は、半導体レーザ光源150と、4値振幅・位相変調器171と、直交4値位相変調器(QPSK)133−2とからなる。
4値振幅・位相変調器171に入力された無変調光151は、光分岐器103で第1、第2の光経路104−1、104−2に分岐される。第1光経路104−1に分岐した無変調光は、可変光減衰器140−1を通って、振幅1の無変調光108となって光結合器109に入力される。第2光経路104−2に分岐した無変調光は、直交4値位相変調器(QPSK)133−1で4値位相変調光に変換され、可変光減衰器140−1と光位相調整器106を通して、振幅aの4値位相変調光134となって、光結合器109に入力さる。
図24において、位相調整器106で入力光信号の位相をπ/2だけずらし、電界振幅をa=0.3程度に設定すると、4値位相変調光134の位相点配置は、図26(B)のようになる。4値位相変調光134を図26(A)に示す位相点配置をもつ無変調光108と干渉させると、光結合器109の出力光172の位相点配置は、図26(C)に示すようにI軸に沿ってシフトする。この出力光172に、直交4値位相変調器133−2で4値の直交位相変調を加えると、直交4値位相変調器133−2の出力光173の位相点配置は、図26(D)のようになり、図25(D)とは異なった位相点配置となる。
8値光振幅・位相変調器156の左半分は、図9に示した従来の直交位相変調器と類似しているが、本実施例では、2値光位相変調器(BPSK)105−1、105−2から出力された2値位相変調光107−1、107−2が、図28(A)に示すように、位相を意図的に一定値角度θだけずらして合成されている点が、従来例とは異なっている。この結果、出力光172は、振幅と位相の両方が変調された光信号となり、その位相点配置は、図28(B)に示すように、原点を中心とした菱形配置となる。
図24と同様、レーザ光源150から出力された無変調光151は、4値光振幅・位相変調器(MOD4)171に入力され、変調器171から出力された多値光信号182が、後続の直交4値位相変調器(QPSK)133に入力され、光出力経路110に多値光信号183が出力される。可変多値光送信器180は、CPU181と、可変符号器186を備えており、CPU181が、通信経路187を介して外部からの受けた指令に応じて、送信多値信号の位相点配置を変更する。
ここでは、CPU181は、図24に示した4値光振幅・位相変調器171の可変光減衰器141−2の設定を変更することによって、直交4値位相変調光の振幅aを変更している。a=0.5の場合、出力光183は、図30(A)に示す位相点配置をもった16QAM変調光となる。a=1.0に変更すると、出力光183は、例えば、図30(B)に示すように、一部の位相点が互いに重なって9つの位相点が格子状に配置された9QAM変調光となる。逆に、a=0にすると、4値光振幅・位相変調器171の出力182が無変調光となり、出力光183は、図30(C)に示す位相点配置をもった直交4値位相変調光となる。
光伝送装置190−1は、波長合波器192−1に接続された可変多値光送信器180−1〜180−3と、波長分波器195−2に接続された可変多値光受信器196−4〜196−6とを備え、光伝送装置190−2は、波長合波器192−2に接続された可変多値光送信器180−4〜180−6と、波長分波器195−1に接続された可変多値光受信器196−1〜196−3を備えている。波長合波器192−1と波長分波器195−1、波長合波器192−2と波長分波器195−2は、それぞれ上り下り2組の光ファイバ伝送路194−1〜194−2、および194−3〜194−4によって、対向接続されている。また各光ファイバ伝送路の途中には、光信号の損失を補償する光増幅器193−1〜193−4が配置されている。
制御部191は、全ての可変多値光送信器180の多値数を最小状態にして(ステップ301)、通信を開始する。その後、チャネル(可変多値光送信器180)を特定するためのパラメータiを初期値「1」に設定し、パラメータiの値がチャネル数N(図31ではN=3)を超えたか否かを判定する(302)。iの値がNを超えた場合は、このルーチンを終了する。
103:光分岐器、104:光経路、105:単相MZ型2値光位相変調器、
106:光位相調整器、107:2値位相変調光、108:無変調光、109:光結合器、110:出力光経路、111:4値振幅変調の印加された出力光、112:変調信号入力端子、113:バイアス端子、120:単相無チャープMZ型光変調器、130:2値光位相変調器、133:直交4値位相変調器、140:可変光減衰器、141:減衰量制御端子、142:光検出器、143:高周波検出器、144:A/D変換器、145:最大値制御回路、146:D/A変換器、150:半導体レーザ光源、151:無変調光、
152:直交4値位相変調(QPSK)光、153:本発明の2値光振幅変調器、
154:本発明の4値光振幅・位相変調器、155:本発明のデュオバイナリ変調器、
156、200:本発明の8値光振幅・位相変調器、201:本発明の16QAM光送信器、171:本発明の4値振幅・位相光変調器、180:本発明の可変多値光送信器、
190:本発明の光波長多重伝送装置、191:光波長多重端局制御部、
192:波長合波器、193:光増幅器、194:光ファイバ伝送路、195:波長分波器、196:可変多値光受信器、197:伝送品質抽出装置、、199:通信回線。
Claims (11)
- 入力光経路と、
上記入力光経路から入力された光信号をN本(Nは2以上の整数)の光経路に分岐する光分岐器と、
上記N本の光経路のうちのN−1本の光経路に配置された多値数KのM個(MはN−1以上の整数)の光位相変調器と、
上記N本の光経路の出力光を同一の偏波状態で互いに干渉させ、出力光信号として出力光経路に送出する光結合器とからなり、
上記光位相変調器を配置した光経路に出力される位相変調光の各信号点と、光位相変調器を持たない光経路の出力光を上記光結合器で同一位相、または±π/2以外の任意位相角で干渉させることによって、上記光出力経路に、KのM乗値以下の振幅値を持った振幅変調光、またはKのM乗値以下の位相点を持った振幅と位相の両方が変調された多値振幅・位相変調光を出力することを特徴とする光変調器。 - 入力光経路からの入力光をN本(Nは2以上の整数)の光経路に分岐し、これらの光経路からの出力光を互いに干渉させて、出力光経路に変調光信号を生成する光変調器であって、
上記N本の光経路のうちのN−1本の光経路に2値光位相変調器を有し、
上記2値光位相変調器を配置した光経路に出力される位相変調光の各信号点と、光位相変調器を持たない光経路の出力光を上記光結合器で同一位相、または±π/2以外の任意位相角で干渉させることによって、上記入力光経路に入力された光に2値以上の多値振幅変調、または振幅と位相の両方が変調された3値以上の多値振幅・位相変調を与えることを特徴とする光変調器。 - 前記N本の光経路の少なくとも2本に前記2値光位相変調器を有し、該2値光位相変調器の全てがマッハツェンダ型光位相変調器であることを特徴とする請求項2に記載の光変調器。
- 前記N本の光経路のうちの少なくとも1本に、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記出力光信号の振幅変調成分が最大となるように、前記光位相調整器を自動制御する位相制御部を備えたことを特徴とする請求項4に記載の光変調器。
- N>2の場合に、前記N本の光経路の少なくとも2本が前記光位相調整器を備え、前記位相制御部が、前記出力光信号の振幅変調成分が最大となるよう上記各光位相調整器を制御することを特徴とする請求項5に記載の光変調器。
- 1対の光経路から出力される光信号を第1の結合器で干渉させた後に、第2の結合器で更に別の光経路から出力される光信号と干渉させるように、前記N本の光経路が多段に配置された複数の結合器で結合されており、
前記光位相調整器が、上記1対の光経路の一方に配置された第1の光位相調整器と、上記別の光経路に配置された第2の光位相調整器とを含み、
前記位相制御部が、上記各光結合器から出力される光信号の振幅変調成分が最大となるように、上記第1の光位相調整器を上記第1の結合器の出力光に基づいて、上記第2の光位相調整器を上記第2の結合器の出力光に基いて個別に制御することを特徴とする請求項6に記載の光変調器。 - 前記光位相変調器が配置されたN−1本の光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を有し、
前記N本の光経路からの出力光を所定の振幅比で干渉させることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。 - 前記N本の光経路のうちの少なくとも1本が、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を備え、
少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を備えることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。 - 前記出力光経路に縦続接続して第2の光位相変調器を有し、該第2の光位相変調器から出力される変調光の多値数または位相点配置が、上記出力光経路に前記出力光信号として出力される振幅変調光または多値振幅位相変調光に応じて変化するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記光位相変調器が、符号間干渉を抑圧する機能をもつ波形歪抑圧型の2値位相変調器からなることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
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