JP5700965B2 - 光送信器、光送受信器および光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光送信器、光受信器、光送受信器および光伝送システムに関する。

光ファイバ通信により大容量通信を行うために、１波長当たりのビットレートの高速化が進められている。光ファイバには分散特性があり、シンボルレートの二乗に比例して伝送距離が制限されるため、例えば４０Ｇｂ／ｓを超えるような高速伝送ではシンボルレートの低減が重要となる。シンボルレートの低減は、占有帯域の狭窄化にも寄与し、また波長分割多重伝送における総伝送容量の増大にも寄与する。このため、下記非特許文献１，２に開示されているような偏波多重非同期検波方式によりシンボルレートを低減する伝送方式が検討されている。

下記非特許文献１に記載の方式では、直交する２偏波（Ｘ偏波とＹ偏波）に各々割り当てられた被変調信号を時間軸上で半シンボルずらして多重化する。この際、それぞれの被変調信号は差動位相変調（ＤＰＳＫ：Differential Phase−Shift Keying）された信号であり、パルスはＲＺ（Return-to-Zero）化されている。一方の偏波の識別点では、他方の偏波の光レベルがゼロになっており、理想的な条件下では相互に干渉が生じない。例えば４０Ｇｂ／ｓ伝送の場合、Ｘ偏波とＹ偏波にそれぞれこのような割り当てを行うことにより、各々の偏波では２０Ｇｂ／ｓの伝送となり、分散耐力の向上および占有帯域の狭窄化が期待できる。受信側は４０Ｇｂ／ｓ用のＤＰＳＫ光受信器を用いればよい。

上述の方式はＤＰ−ＤＰＳＫ（Dual-polarization ＤＰＳＫ）と呼ばれる。実際には、電気帯域制限やジッタの影響により、所望偏波の識別点において非所望偏波成分が完全にゼロとならず残留し、ＤＰＳＫ光受信器での受信時に干渉が生じる。そのため、光受信器側では光学的に偏波多重分離を行う方式がとられる。この方式は、偏波コントローラを偏波分離器の前段に配置し、偏波分離器により受信光が独立した２つの信号成分（Ｘ偏波成分とＹ偏波成分）に分離されるよう、偏波コントローラを常時制御する方式、すなわち光学的に偏波トラッキングを行う方式である。

下記非特許文献２に記載の方式では、送信側では、下記非特許文献１の方式に加え、Ｘ偏波成分の搬送波周波数とＹ偏波成分の搬送波周波数との間に、各偏波のビットレート（繰り返し周波数）の１／４に相当する周波数オフセットを与える。例えば４０Ｇｂ／ｓ伝送の場合、当該周波数オフセットは５ＧＨｚとなる。受信側では、光を二分岐して、分岐した光をそれぞれ２０Ｇｂ／ｓ用ＤＰＳＫ光受信器に入力する。このうち一方の２０Ｇｂ／ｓ用ＤＰＳＫ光受信器は、Ｘ偏波成分の受信のために用いられ、ＭＺ（Mach-Zehnder）型遅延干渉器の中心周波数をＸ偏波成分の搬送波周波数に一致させるよう制御が行われる。他方の２０Ｇｂ／ｓ用ＤＰＳＫ光受信器はＹ偏波成分の受信のために用いられ、ＭＺ型遅延干渉器の中心周波数をＹ偏波成分の搬送波周波数に一致させるよう制御が行われる。

このような周波数オフセットを与えると、繰り返し周波数の１／４の周波数は複素平面上における位相π／２に相当するため、各２０Ｇｂ／ｓ用ＤＰＳＫ光受信器では、非所望偏波成分は複素電界平面でも直交成分となり、所望偏波成分しか現れない。ただし、上述の非特許文献１の場合と同様に、非所望偏波成分が残留している可能性があり、これが信号光とＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）雑音とのビート雑音の原因となる。この残留した非所望偏波成分に起因するビート雑音は除去が難しく、ＲＺ化の方法や、電気帯域の設計により、所望偏波成分の識別点に、非所望偏波成分の光を残さないことが重要である。また、下記非特許文献２に記載の方式では、下記非特許文献１に記載の方式で実施する光学的な偏波トラッキングを行わずとも安定した受信特性が得られることも示されている。

また、下記特許文献３では、偏波多重する２つのＤＰＳＫ信号のうち、一方のＤＰＳＫ信号に対して、シンボルレートの半分の周波数で位相偏移がπ／２の周期的な位相変調を与えることで、直交する２偏波の搬送波周波数にオフセットを与えることなく偏波多重を行い、なおかつ、受信側で光学的な偏波トラッキングを行うことなく、偏波多重信号の分離が可能であることが示されている。

また、下記特許文献１では、狭スペクトル特性を有しながら、受信側のＭＺ型遅延干渉器の透過ピークを光キャリア周波数に一致させるために、π／４シフトさせた信号を２分岐し、分岐後の信号をそれぞれ位相変調し、一方の光信号の位相をπ／２ずらして合波する光位相変調回路が開示されている。

特開２００７−３１８４８３号公報

J．−X．Cai，O．V．Sinkin，C．R．Davidson，D．G．Foursa，A．J．Lucero，M．Nissov，A．N．Pilipetskii，W．W．Patterson，and Neal S．Bergano，"40 Gb／s Transmission Using Polarization Division Multiplexing(PDM) RZ-DBPSK with Automatic Polarization Tracking，"OFC／NFOEC2008，PDP4，2008． H．Zhang，J．−X．Cai，C．R．Davidson，B．Anderson，O．Sinkin，M．Nissov，and A．N．Pilipetskii，"Offset PDM RZ-DPSK for 40 Gb／s Long-Haul Transmission，"OFC／NFOEC2009，OThR2，2009． J．−X．Cai，C．R．Davidson，Y．Cai，A．N．Pilipetskii，and M．Nissov，"40 Gb／s Transmission Using a Hybrid PDM Technique"OFC／NFOEC2010，OTuD5，2010．

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術によれば、電気帯域制限やジッタの影響により、所望偏波の識別点において非所望偏波成分が完全にゼロとならず残留する。そのため、受信時に干渉が生じる、という問題があった。

また、非特許文献２に記載の技術では、Ｘ偏波成分の搬送波周波数とＹ偏波成分の搬送波周波数との間にオフセットを与える。そのため、Ｘ偏波とＹ偏波のそれぞれに光源が必要となり、合計２式の光源が必要であるという問題があった。また、２つの光源間に周波数オフセットを与える必要があるため、占有帯域幅が広がる、という問題があった。さらに、前記周波数オフセットが１／４から変動すると非所望偏波成分の残留が大きくなるため、前記周波数オフセットを一定に制御する必要がある、という問題があった。

また、非特許文献３に記載の技術では、ＤＰＳＫ信号にシンボルレートの半分の周波数で０〜π／２の周期的な位相偏移を与えた信号（π／２シフトＤＰＳＫ信号）を生成するために、ＭＺ型変調器と直線導波路型位相変調器を縦列接続している。そのため、直線導波路型位相変調器に特有のチャーピング、すなわち、複素平面上での信号点間遷移が直線的でなく曲線的になり、周波数スペクトルが広がる。帯域制限等による符号間干渉に弱い、という課題があった。

０〜π／２の周期的な位相偏移を与えた信号（π／２シフトＤＰＳＫ信号）を生成するために、ＭＺ型変調器と直線導波路型位相変調器を縦列接続している。そのため、直線導波路型位相変調器に特有のチャ―ピング、すなわち、複素平面上での信号点間遷移が直線的でなく曲線的になり、周波数スペクトルが広がる。帯域制限等による符号間干渉に弱い、という課題があった。

また、上記特許文献１に記載の技術では、光学的に偏波多重分離を行なっていない。そのため、光学的な偏波多重分離を行なう場合の受信側の干渉の低減については述べられていない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受信側で光学的な偏波分離のための偏波トラッキングを必要とせず、偏波多重信号分離後の信号に残留する干渉を低減し、送信側で複数の光源を必要とせず、直交する２偏波の搬送波周波数にオフセットを与えることなく、帯域制限等による符号間干渉への耐力に優れる偏波多重信号を生成することができる光送信器、光受信器、光送受信器および光伝送システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出射された光を、互いに直交する偏波である第１の光と第２の光とに分離する偏波分離部と、前記第１の光に対してＤＰＳＫ変調を施したＤＰＳＫ信号を生成するＤＰＳＫ変調部と、前記第２の光に対してＤＰＳＫ変調を施し、かつ信号点配置が同相軸上と直交軸上とに交互に配置されるように位相回転が与えられた変調であるπ／２シフトＤＰＳＫ変調を施したゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号を生成するゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ変調部と、前記ＤＰＳＫ信号と、前記ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号と、を偏波多重する偏波多重部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、受信側での干渉を低減し、送信側で複数の光源を必要とせず、直交する２偏波の搬送波周波数にオフセットを与えることなく帯域制限等の符号間干渉への耐力に優れる偏波多重信号を生成することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる光伝送システムの構成例を示す図である。 図２は、光伝送システムの詳細構成例を示す図である。 図３は、ＤＰＳＫ信号の信号点配置を示す図である。 図４は、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号（２相のＤＰＳＫ信号）の信号点配置を示す図である。 図５は、従来技術を用いた場合の信号点間遷移の模式図である。 図６は、本実施の形態の偏波多重方式を用いた場合の信号点間遷移の模式図である。 図７は、ＤＰＳＫ信号成分のΔＩ（ｔ）およびΔＱ（ｔ）を示す図である。 図８は、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号成分のΔＩ（ｔ）およびΔＱ（ｔ）を示す図である。 図９は、ＤＰＳＫ信号成分とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号成分を重ね合わせた信号成分の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる光送信器、光受信器、光送受信器および光伝送システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる光伝送システムの構成例を示す図である。本実施の形態の光伝送システムは、光送信器１と、伝送部（伝送手段）２と、光受信器３と、で構成される。光送信器１は、光源（ＬＤ）１１，光分岐部１２，ＤＰＳＫ送信部（ＤＰＳＫ−ＴＸ（Transmitter)）：ＤＰＳＫ変調部）１３，ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部（Zero chirp π／２ shifted ＤＰＳＫ−ＴＸ：ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ変調部）１４，偏波多重部１５を備える。また、光受信器３は、光分岐部３１，ＤＰＳＫ受信部（ＤＰＳＫ−ＲＸ（Receiver)）３２，ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ受信部（π／２ shifted ＤＰＳＫ−ＲＸ）３３で構成される。

本実施の形態では、光送信器１が、直交２偏波信号のうち片方に対してＤＰＳＫ変調を行ないＤＰＳＫ信号とし、他方に対してゼロチャープπ／２ＤＰＳＫ変調を行ないゼロチャープπ／２ＤＰＳＫ信号とする。そして、ＤＰＳＫ信号とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号との偏波多重化を行って送信する。これにより、１つの光源１１を用いて、非所望偏波成分の影響を低減した直交２偏波信号を生成できる。また、光受信器３では、受信した光信号を２つに分岐した後、一方の光信号に対しＤＰＳＫ復調を行ない、他方に対してゼロチャープπ／２ＤＰＳＫ復調を行なう。

図２は、本実施の形態の光伝送システムの詳細構成例を示す図である。図２に示した構成例では、光送信器１の光源（ＬＤ）１０１は、図１の光源１１に対応し、偏波分離器（ＰＢＳ）１０３が図１の光分岐部１２に対応し、偏波多重器（ＰＢＣ）１０８が図１の偏波多重部１５に対応する。また、ＭＺ型変調器（ＭＺＭ）１０４−１、遅延器（Ｄｅｌａｙ）１０５、減衰器（ＡＴＴ）１０６−１、並直列変換器（ＭＵＸ）１１２−１、ＤＰＳＫ符号化器（ＥＮＣ）１１３およびデータドライバ（ＤＲＶ）１１１−１および発振器（ＣＬＫ）１０９が、図１のＤＰＳＫ送信部１３を構成する。また、２並列型ＭＺ変調器（ＤＰ−ＭＺＭ）１０４−２、減衰器１０６−２、並直列変換器１１２−２、ゼロチャープπ／２ＤＰＳＫ符号化器１１４、データドライバ（２系統）１１１−２および発振器（ＣＬＫ）１０９が、図１のゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４を構成する。また、図１では、ＲＺパルスカーバ（ＲＺ）１０２，クロックドライバ（ＤＲＶ）１１０−１，遅延・損失制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１１５は、図示を省略している。

また、ＤＰＳＫ送信部１３およびゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４は、それぞれ光学部と電気部で構成される。ＤＰＳＫ送信部１３の光学部は、ＭＺＭ１０４−１、遅延器（Ｄｅｌａｙ）１０５および減衰器（ＡＴＴ）１０６−１で構成され、ＤＰＳＫ送信部１３の電気部は、並直列変換器（ＭＵＸ）１１２−１、ＤＰＳＫ符号化器（ＥＮＣ）１１３およびデータドライバ（ＤＲＶ）１１１−１および発信器（ＣＬＫ）１０９で構成される。また、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４の光学部は、ＤＰ−ＭＺＭ１０４−２および減衰器１０６−２で構成され、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４の電気部は、並直列変換器１１２−２、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４、データドライバ１１１−２および発振器（ＣＬＫ）１０９で構成される。

また、伝送部２は、光多重部２１と、光増幅器２２−１〜２２−（ｎ＋１）と、伝送路光ファイバ２３−１〜２３−ｎと、光分離部２４と、で構成される。なお、伝送部２の構成は、これに限らずどのような構成でもよい。

また、図２の構成例では、光受信器３の光分岐部（ＣＰＬ）３０１は、図１の光分岐部３１に対応し、また、遅延干渉計（ＭＺＤＩ）３０２−１、バランス型光子検出器（ＢＰＤ）３０３−１および直並列変換器（ＤＥＭＵＸ）３０４−１が、図１のＤＰＳＫ受信部３２を構成する。また、遅延干渉計３０２−２、バランス型光子検出器３０３−２および直並列変換器３０４−２が、図１のπ／２ＤＰＳＫ受信部３３を構成する。また、遅延長・光位相制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３０５については、図１では図示を省略している。

なお、図２では、長距離中継伝送を行い、またpoint−to−point伝送を行う場合を例示しているが、例えばＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add−Drop Multiplexer）システムに本実施の形態の光送信器１および光受信器３を適用することも可能である。この場合は、伝送部２が、光送信器１から出力される偏波多重化後の信号をリング状の光ファイバで伝送される波長多重信号に自装置が生成した偏波多重化信号を付加し、また波長多重信号から所望の波長の光信号を取り出し、取り出した光信号を光受信器３に入力する。なお、伝送路の方式に制約はなく、これら以外のどのような伝送路を用いてもよい。

つぎに、本実施の形態の偏波多重方式の概要を説明する。図３は、ＤＰＳＫ信号（２相のＤＰＳＫ信号）の信号点配置を示す図である。図４は、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号（２相のＤＰＳＫ信号）の信号点配置を示す図である。ＤＰＳＫ信号では、送信時の信号点配置は、図３に示すように２点であるが、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号では、図４に示すように、In-phase channel（Ｉ−ｃｈ）上の信号点とQuadrature-phase channel（Ｑ−ｃｈ）上の信号点とを、１シンボル置きに交互にとることになる。この信号点配置は、上述の非特許文献２および非特許文献３でも同様であるが、本発明ではゼロチャープ位相変調を用いるため、より高精度な配置が可能であり、信号点間遷移が直線的であり、狭帯域な周波数スペクトルをもつ。図５は非特許文献３による方法を用いたときの信号点間遷移の模式図であり、図６は本発明による方法を用いたときの信号点間遷移の模式図である。直線導波路型の位相変調にＲＺを組み合わせた非特許文献３の方法では信号点間遷移が非直線的であり、周波数スペクトルの広帯域化を招くが、本発明では、４つのＱＰＳＫ信号点のうち、２つを選択的にとるのみであるため、信号点間遷移は直線的であり、周波数スペクトルは広がらない。

受信側では、遅延干渉計３０２−１，３０２−２を用いて偏波ごとの信号を取り出すが、この際に設定する光位相をそれぞれ０，π／２とすればよい。これにより、信号を取り出す際、他方の偏波成分は直交関係にあるため、非所望偏波成分に起因する干渉を低減することができる。

つぎに、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の光送信器１は、図示しない外部から入力されたデータ系列に基づいて光信号を生成し、生成した光信号を伝送部へ出力する。伝送部２では、光送信器１から出力された光信号と、図示しないその他の光送信器から出力された光信号と、を多重して伝送し、また、光送信器１から出力された光信号を分離抽出して光受信器３へ出力する。図示しないその他送信部から入力された各光信号は、各々の宛先となる図示しない他の光受信器へ出力される。光受信器３は、伝送部２から入力された光信号に基づいて送信されたデータ系列を復元し、復元したデータ系列を図示しない外部へ出力する。

以下、光送信器１の各部の動作を説明する。並直列変換器１１２−１は、図示しない外部から入力された（低速・並列の）データ系列を並列・直列変換し、直列化したデータ系列をＤＰＳＫ符号化器１１３へ出力する。また、並直列変換器１１２−２は、図示しない外部から入力された（低速・並列の）データ系列を並列・直列変換し、直列化したデータ系列をゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４へ出力する。

発振器１０９は、所定の周波数のクロック信号を生成し、生成したクロック信号をデータドライバ１１１−１，１１１−２，ＤＰＳＫ符号化器１１３，ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４へそれぞれ出力する。クロックドライバ１１０−１は、発振器１０９から入力されたクロック信号を増幅し、増幅したクロック信号をＲＺパルスカーバ１０２に出力する。

ＤＰＳＫ符号化器１１３は、並直列変換器１１２−１から入力されたデータ系列をＤＰＳＫ符号化し、ＤＰＳＫ符号化後の電気信号を、発振器１０９から入力されるクロック信号に同期させてデータドライバ１１１−１へ出力する。ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４は、並直列変換器１１２−２から入力されたデータ系列に対して所定の符号化則に基づいた処理を行なった電気信号を、発振器１０９から入力されるクロック信号に同期させてデータドライバ１１１−２へ出力する。

データドライバ１１１−１は、ＤＰＳＫ符号化器１１３から入力された電気信号を増幅し、増幅した電気信号をＭＺＭ１０４−１へ出力する。データドライバ１１１−２では、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４から入力された２系統の電気信号を増幅し、増幅した２系統の電気信号をＤＰ−ＭＺＭ１０４−２へ出力する。

遅延・損失制御部１１５は、遅延器１０５における遅延量と減衰器１０６−１，１０６−２における損失量を制御する。遅延器１０５における遅延量については、例えば、シンボル周期の半周期分とするよう制御する。また、減衰器１０６−１，１０６−２における損失量は、例えば、ＤＰＳＫ送信部１３とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４との損失が揃うように制御する。すなわち、遅延・損失制御部１１５と、減衰器１０６−１，１０６−２と、は、ＤＰＳＫ送信部１３とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４とがそれぞれ生成する光信号のレベルの差を調整する光レベル調整部、を構成する。

光源１０１は、無変調光を生成して、ＲＺパルスカーバ１０２へ出力する。ＲＺパルスカーバ１０２は、光源１０１から入力された無変調光を、クロックドライバ１１０−１から入力されたクロック信号に基づいてＲＺ変調（ＲＺパルスに整形）し、変調した光信号を偏波分離器１０３へ出力する。偏波分離器１０３は、ＲＺパルスカーバ１０２から入力された光信号を直交する２偏波に分離し、分離した光信号の一方をＭＺＭ１０４−１へ出力し、他方をＤＰ−ＭＺＭ１０４−２へ出力する。

ＭＺＭ１０４−１は、偏波分離器１０３から入力された光信号を、データドライバ１１１−１から入力された電気信号に基づいて変調し、変調した光信号を遅延器１０５へ出力する。ＤＰ−ＭＺＭ１０４−２は、偏波分離器１０３から入力された光信号を、データドライバ１１１−２から入力された電気信号に基づいて変調し、変調した光信号を減衰器１０６−２へ出力する。

遅延器１０５は、ＭＺＭ１０４−１から入力された光信号に、遅延・損失調整部１１５から制御された遅延量を与え、遅延量を与えた光信号を減衰器１０６−１へ出力する。

減衰器１０６−１は、遅延器１０５から入力された光信号に、遅延・損失調整部１１５により制御された損失を与え、損失を与えられた光信号を偏波多重器１０８へ出力する。減衰器１０６−２は、ＤＰ−ＭＺＭ１０４−２から入力された光信号に、遅延・損失調整部１１５により制御された損失を与え、損失を与えられた光信号を偏波多重器１０８へ出力する。偏波多重器１０８は、減衰器１０６−１から入力された光信号と減衰器１０６−２から入力された光信号とを多重化し、多重化後の光信号を伝送部２へ出力する。

光源１０１には、例えば分布帰還（ＤＦＢ：Distributed Feedback）アレイ型の波長可変レーザを用い、１５５０ｎｍで発振するよう設定する。光源１０１の種類や光源１０１から射出する光の波長は、これに限定するものではない。

また、ＲＺパルスカーバ１０２が実施する変調としては、例えば、キャリア抑圧型ＲＺ（ＣＳＲＺ：Carrier-Suppressed ＲＺ），デューティ比５０％のＲＺ，デューティ比３３％のＲＺ等を用いることができるが、これらの方式に制限をされない。なお、ＲＺパルスカーバ１０２に入力するクロック信号は、ＲＺパルスカーバ１０２がＣＳＲＺ変調を行う場合には、プリスケーラによるクロック分周が必要となる。

また、偏波分離器１０３を偏波分離ではなく光パワー分岐とし、偏波多重器１０８の直前に偏波コントローラを配して直交偏波多重する構成も可能である。

また、ＲＺパルスカーバ１０２および遅延器１０５は、信号光−ＡＳＥビート雑音低減による受信特性の改善のために用いているが、ＲＺパルスカーバ１０２と遅延器１０５の片方または両方を除去した構成としてもよい。

ＭＺＭ１０４−１，ＤＰ−ＭＺＭ１０４−２として用いる変調器の種類としては、例えばＬｉＮｂＯ３変調器を用いればよいが、これに限定されない。

また、ＤＰＳＫ送信部１３とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４の内部の構成は、図２に示した構成例に限らず、さまざまな構成が考えられる。ＤＰＳＫ送信部１３では、ＭＺＭ１０４−１，遅延器１０５，減衰器１０６−１の順序は、図２に示した例に限らず、これら３つの順序はどのような順序としてもよい。ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４では、ＤＰ−ＭＺＭ１０４−２，減衰器１０６−２の順序は、図２に示した例に限らず、これら３つの順序はどのような順序としてもよい。

また、２つのＤＰ−ＭＺＭを集積化した偏波多重型変調器を利用することで、ＰＢＳ１０３，ＭＺＭ１０４−１，減衰器１０６−１，ＤＰ−ＭＺＭ１０４−２，減衰器１０６−２を一度で代用することも可能である。前記偏波多重型変調器をビットインタリーブ構成とすることで、遅延器１０５までを集積化して一度で代用することも可能である。

また、ＤＰＳＫ送信部１３が遅延器１０５を備える代わりに、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４が遅延器１０５を備えてもよい。その際には、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４のＭＺＭ１０４−１，減衰器１０６−２，遅延器１０５の順序は問わない。

また、減衰器１０６−１，１０６−２は、ＤＰＳＫ送信部１３とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４との光信号のレベル差の補償のために用いられており、ＤＰＳＫ送信部１３とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４との光信号のレベル差によっては、減衰器１０６−１，１０６−２の片方または両方を除去した構成としてもよい。

また、並直列変換器１１２−１の並列・直列変換機能をＤＰＳＫ符号化器１１３が有することし、並直列変換器１１２−１を備えないようにしてもよい。すなわち、並列・直列変換後にＤＰＳＫ符号化を行うことが本質ではなく、ＤＰＳＫ符号化後に並直列変換を行ってもよく、電気回路の構成方法に依存して柔軟な構成が可能である。ＤＰＳＫ符号化された直列の電気信号がＤＰＳＫ符号化器１１３からデータドライバ１１１−１へ出力されるような構成であればどのような構成でもよい。同様に、並直列変換器１１２−２の並列・直列変換機能をゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４が備えるようにしてもよい。

なお、位相変調器１０７が行う符号（論理）の反転と非反転の繰り返しは、例えば、クロック信号との排他的論理和をとることにより実現可能である。クロック信号がＬＯＷレベルのときにはＤＰＳＫ符号化された電気信号がそのまま出力され、クロック信号がＨｉｇｈレベルのときにはＤＰＳＫ符号化された電気信号が符号反転されて出力される。

また、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器１１４が上述の論理の反転と非反転の繰り返しを行わずに、通常のＤＰＳＫ符号化のみを行い、受信側で、検波後の電気信号に対して、図５や図６に例示した規則に従って論理の反転と非反転を繰り返す処理を行ってもよい。

なお、実用上は、発振器１０９から出力されるクロック信号を分配するための図示しない分配器や、タイミング調整のための図示しないクロックフェーズシフタを用いる必要があるが、本発明はこれらの使用または不使用に制限を課すものではない。

つぎに、伝送部２の動作を説明する。光多重部２１は、光送信器１と、図示しないその他の光送信器とから入力された光信号を多重し、光増幅器２２−１へ出力する。光多重部２１は、多重の際の多重方式として、例えば、波長分割多重方式や時分割多重方式等を用いることができる。波長分割多重方式では、光送信器１と図示しない多数の光送信器とから、それぞれ異なる波長の光が出力されるため、これらを一つの光としてまとめることにより多重を行う。なお、ここでは、波長多重方式を例に説明したが、多重化方式に制約はなく、どのような方式を用いてもよい。また、他の光送信器からの光信号と多重されずに、光送信器１から送信された光信号を、直接に光送信器３へ伝送されるような伝送部２であってもよい。

光増幅器２２−１は、入力された光を増幅し、伝送路光ファイバ２３−１へ出力する。伝送路光ファイバ２３−１は、入力された光信号を、例えば５０ｋｍ伝送し、伝送した光信号を光増幅器２２−２へ出力する。以降、２２−２〜２２−ｎによる増幅と伝送路光ファイバ２３−２〜２３−ｎによる増幅および伝送を繰り返し、伝送路光ファイバ２３−ｎから出力された光信号は、光増幅器２２−（ｎ＋１）で増幅された後に、光分離部２４へ入力される。

光分離部２４は、光増幅器２２−（ｎ＋１）から入力された光信号を分離する。光分離部２４が行う分離は、光多重部２１と逆の過程である。例えば光多重部２１が波長分割多重方式で多重した場合には、光分離部２４は、多数の波長が多重されたた光を一波長ごとの光信号に分離する。光分離部２４は、分離した光信号を、それぞれに対応する受信装置（光受信器３または図示しない他の光受信器）へ出力する。

光多重部２１および光分離部２４には、例えばＡＷＧ（Arrayed Wave Guide）を用いればよいが、これに限定されるものではない。また、光増幅器２２−１〜２２−（ｎ＋１）には、例えばエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）を用いればよいが、これに限定されるものではない。また、伝送路光ファイバ２３−１〜２３−ｎとしては、例えばＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２勧告の標準シングルモードファイバを用いればよいが、これに限定されるものではない。

つぎに、光受信器３の動作を説明する。光分岐部３０１は、伝送部２から入力された光信号を二分岐し、分岐した光の一方を遅延干渉計３０２−１へ出力し、他方を遅延干渉計（ＭＺＤＩ）３０２−２へ出力する。

遅延干渉計３０２−１は、光分岐部３０１から入力された光信号を遅延干渉させ（入力された光信号を遅延光と非遅延光とに分岐し、両者を遅延干渉させ）、干渉遅延後の光信号をバランス型光子検出器（ＢＰＤ）３０３−１へ出力する。遅延干渉計３０２−２は、光分岐部３０１から入力された光信号を遅延干渉させ、干渉遅延後の光信号をバランス型光子検出器３０３−２へ出力する。

バランス型光子検出器３０３−１は、遅延干渉計３０２−１から入力された光信号を検波して電気信号に変換し、この電気信号を直並列変換器（ＤＥＭＵＸ）３０４−１へ出力する。バランス型光子検出器３０３−２は、遅延干渉計３０２−２から入力された光信号を検波して電気信号に変換し、この電気信号を直並列変換器３０４−２へ出力する。

直並列変換器３０４−１は、遅延干渉計３０２−１から入力された（直列の）電気信号を直列・並列変換して低速の並列信号に展開し、図示しない外部へ出力する。直並列変換器３０４−２では、遅延干渉計３０２−２から入力された（直列の）電気信号を直列・並列変換して低速の並列信号に展開し、図示しない外部へ出力する。遅延長・光位相制御部３０５（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、遅延干渉計３０２−１，３０２−２の遅延長および光位相（遅延光と非遅延光との位相差）を制御する。

遅延干渉計３０２−１，３０２−２としては、Mach-Zehnder型のものを用いればよいが、これに限定されるものではない。

遅延長・光位相制御部３０５は、例えば、遅延長については遅延干渉計３０２−１、遅延干渉計３０２−２ともに１シンボル分として制御し、光位相については遅延干渉計３０２−１では０に、遅延干渉計３０２−２ではπ／２となるよう制御する。このように設定することにより、遅延干渉計３０２−１ではＤＰＳＫ信号を抽出することができ、遅延干渉計３０２−２ではゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号を抽出することができる。

このとき、光受信器３への入力光をｒ（ｔ）とし、バランス型光子検出器３０３−１から出力される電気信号をΔＩ（ｔ）とし、バランス型光子検出器３０３−２から出力される電気信号をΔＱ（ｔ）とすると、ΔＩ（ｔ）∝Ｒｅ｛ｒ（ｔ）ｒ^*（ｔ−Ｔ）｝となり、ΔＱ（ｔ）∝Ｉｍ｛ｒ（ｔ）ｒ^*（ｔ−Ｔ）｝となる。ただし、Ｔは１シンボル周期を表し、*は複素共役を表し、Ｒｅ｛｝は｛｝内の実数部を表し、Ｉｍ｛｝は｛｝内の虚数部を表す。

上記のΔＩ（ｔ）およびΔＱ（ｔ）の一例を図７，図８に示す。図７は、ＤＰＳＫ信号成分を示す図であり、図８はゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号成分を示す図である。ΔＩ（ｔ）とΔＱ（ｔ）は図７で示す点と図８で示す点とをベクトル的に重ね合わせた形となる。図９は、ＤＰＳＫ信号成分とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号成分を重ね合わせた信号成分の一例を示す図である。ＤＰＳＫ信号に用いる偏波とゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号に用いる偏波とは直交関係にあるため、遅延検波を行っても、基本的には相互の信号成分は干渉しない。したがって、ΔＩ（ｔ）とΔＱ（ｔ）とをそれぞれ２値判定することにより、符号判定が可能である。また、所望偏波の識別点での非所望偏波成分が基本的にはゼロとなるため、非所望偏波成分の残留誤差の影響が低減できる。

なお、光分岐部３０１、遅延干渉計３０２−１，３０２−２を一体とした受信モジュールを用いることも可能である。また、バランス型光子検出器３０３−１，３０３−２の代わりに、それぞれにバランス型でないシングル型の光子検出器を用いてもよい。

また、直並列変換器３０４−１，３０４−２はクロック再生も行う。この際、直並列変換器３０４−１と直並列変換器３０４−２とでは、クロックのタイミングがずれる場合がある。このタイミングずれは、光送信器１の構成に依存する。すなわち、遅延器１０５の有無や光送信器１での設定に依存する。この場合、直並列変換器３０４−１，３０４−２は、スキュー調整を行った後に外部へ並列信号を出力する必要がある。

なお、本実施の形態で説明した光送信器１と光受信器３としての両方の機能を有する光送受信器を構成し、光送受信器間で、伝送部２を経由して光信号の送受信を行なうようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、光送信器１が、ＤＰＳＫ送信部１３と、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４と、偏波多重部１５と、を備え、光源１１から射出された光を分岐した直交する２つの偏波を、それぞれＤＰＳＫ送信部１３，ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部１４が変調し、変調後の光信号を多重化して送信するようにした。そのため、受信側での偏波分離のための偏波トラッキングを不要とし、偏波分離の際の２偏波間の干渉を低減し、送信側で複数の光源を必要とせずまた直交する２偏波の搬送波周波数にオフセットを与えることなく符号間干渉耐力の高い偏波多重信号を生成可能な光送信器を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる光送信器、光受信器、光送受信器および光伝送システムは、偏波多重非同期検波方式を採用する光伝送システムに有用であり、特に、非所望偏波成分の残留による符号間干渉と受信側での偏波間の干渉の発生を低減する光伝送システムに適している。

１ 光送信器
２ 伝送部
３ 光受信器
１１，１０１ 光源（ＬＤ）
１２ 光分岐部
１３ ＤＰＳＫ送信部（ＤＰＳＫ−ＴＸ）
１４ ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ送信部（Ｚｅｒｏ Ｃｈｉｒｐ π／２ sifted ＤＰＳＫ−ＴＸ）
１５ 偏波多重部
２１ 光多重部
２２−１〜２２−（ｎ＋１） 光増幅器
２３−１〜２３−ｎ 伝送路光ファイバ
２４ 光分離部
３１，３０１ 光分岐部
３２ ＤＰＳＫ受信部（ＤＰＳＫ−ＲＸ）
３３ π／２シフトＤＰＳＫ受信部（π／２ shifted ＤＰＳＫ−ＲＸ）
１０２ ＲＺパルスカーバ（ＲＺ）
１０３ 偏波分離器（ＰＢＳ）
１０４−１ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器（ＭＺＭ）
１０４−２ 二並列Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器（ＤＰ−ＭＺＭ）
１０５ 遅延器（Ｄｅｌａｙ）
１０６−１，１０６−２ 減衰器（ＡＴＴ）
１０８ 偏波多重器（ＰＢＣ）
１０９ 発信器（ＣＬＫ）
１１０−１ クロックドライバ（ＤＲＶ）
１１１−１，１１１−２ データドライバ（ＤＲＶ）
１１２−１，１１２−２ 並直列変換器（ＭＵＸ）
１１３ ＤＰＳＫ符号化器（ＥＮＣ）
１１４ ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器（ＥＮＣ）
１１５ 遅延・損失制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
３０２−１，３０２−２ 遅延干渉計（ＭＺＤＩ）
３０３−１，３０３−２ バランス型光子検出器（ＢＰＤ）
３０４−１，３０４−２ 直並列変換器（ＤＥＭＵＸ）
３０５ 遅延長・光位相制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光を、互いに直交する偏波である第１の光と第２の光とに分離する偏波分離部と、
   前記第１の光に対してＤＰＳＫ変調を施したＤＰＳＫ信号を生成するＤＰＳＫ変調部と、
   前記第２の光に対してＤＰＳＫ変調を施し、かつ信号点配置が同相軸上と直交軸上とに交互に配置されるように位相回転が与えられた変調であるπ／２シフトＤＰＳＫ変調を施したゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号を生成するゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ変調部と、
   前記ＤＰＳＫ信号と、前記ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号と、を偏波多重する偏波多重部と、
   を備えることを特徴とする光送信器。
2. 前記光源から出射された光をＲＺパルスに整形するＲＺパルスカーバ、
   をさらに備え、
   前記偏波分離部は、前記ＲＺパルスカーバによりＲＺパルスに整形された光を、前記第１の光と前記第２の光とに分離する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
3. 前記ＤＰＳＫ信号と前記ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号との間に所定の時間差を与える遅延器、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信器。
4. 前記ＤＰＳＫ信号と前記ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ信号との間の光レベルの差を調整する光レベル調整部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光送信器。
5. 前記ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ変調部は、
   送信データ系列に基づいてＤＰＳＫ符号化し、さらに、ＱＰＳＫの４信号点のうち、位相差πの関係にある２点の組（ＯＤＤ，ＥＶＥＮ）を交互にとるよう符号化して、ゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化電気信号を生成するゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ符号化器と、
   前記ゼロチャープＤＰＳＫ符号化電気信号に基づいて、前記第２の光を変調するゼロチャープπ／２シフトＤＰＳＫ変調器と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光送信器。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光送信器と、
   前記光送信器以外の請求項１〜５のいずれか１つに記載の光送信器から送信された偏波多重信号を受信する光受信器と、
   を備えることを特徴とする光送受信器。
7. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光送信器と、
   光受信器と、
   複数の前記光送信器から送信された偏波多重信号を多重して多重化信号を生成し、前記多重化信号を伝送し、伝送後の多重化信号を分離し、分離後の光信号を前記光受信器へ入力する伝送部と、
   を備えることを特徴とする光伝送システム。

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