JP5760581B2 - 多波長光源 - Google Patents
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Description
従来の受信方式では、光強度のON/OFFを2値信号に割り当てて直接検波する(OOK;On-Off Keying)。これに対して、デジタルコヒーレント受信方式では、光強度と位相情報をコヒーレント受信システムにより抽出し、抽出された光強度と位相の情報をアナログ/デジタル変換器(ADC)により量子化することで、デジタル信号処理回路にて復調を行う。
図1(a)の多波長光源においては、光SSB(Single Side-Band)変調装置10、光増幅器11、12、光フィルタ13、光合波器(光カプラ)14、光分波器(光カプラ)16からなる光周回部に、レーザダイオード15からの中心周波数 f0の連続光を入力する。光SSB変調装置10の光SSB変調器には、駆動信号として、周波数Δfの周期波と、これをπ/2だけ移相した周期波とが入力される。
図2には、横軸を生成キャリア数、縦軸を各キャリアのOSNRとして、生成キャリア数の増大と共に、各キャリアのOSNRがどのように変化するかを示したグラフである。生成キャリア数が1の場合には、キャリアのOSNRは、50dB以上あるが、生成キャリア数が8となると、各キャリアのOSNRは、40dBまで落ちている。更に、生成キャリア数が9、10と増えると、更に、各キャリアのOSNRが下がることが示されている。
図2にもあるように、従来の多波長光源では、各キャリアのOSNRの問題から、1つの光源で生成できる波長数は、せいぜい8個程度である。したがって、数十波や数百波を多重するような光通信システムでは、図3に示すように、図1のような多波長光源を多数設ける必要が生じる。しかし、このようにすると、光源の数が増加し、通信システムとしてのコストも大きくなってしまう。
図4において、図1と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図5において、図4と同じ構成要素には同じ参照符号を付す。
種光源発生部20より光周波数f0,f3,f8の光を出力する。なお、この種光源発生部20からの連続光を種光と呼ぶ。光スペクトル成形器22をf1,f4-f6,f9-f10が透過するように設定することにより、光周波数f1-f2,f4-f7, f9-f11 の多波長光を得ることができる。すなわち、光スペクトル生成器22は、光周波数f1、f4-f6、f9-f10のみを透過させる。光周波数f0の連続光が光周波数シフトされて光周波数f1の連続光となり、これが、さらに光周波数シフトされて光周波数f2の連続光となる。光周波数f2は、光スペクトル成形器22を透過できないので、光周波数f3は出力されない。同様に、種光源発生部20からの光周波数f3の連続光からは、光周波数f4−f7の連続光が生成される。光周波数f7の連続光が光スペクトル生成器22を透過できないので、光周波数f8は、出力されない。種光源発生部20からの光周波数f8の連続光からは、光周波数f9−f11の連続光が生成される。光周波数f11の連続光は、光スペクトル生成器22を透過できないので、これ以上の周波数の光は生成されない。
なお、上記の例では、光周波数シフタ10は、高周波側に光周波数をシフトする変調部構成を示したが、低周波側に光周波数をシフトする構成でも構わない。
G. Baxter, et al., “Highly programmable Wavelength Selective Switch
based on Liquid Crystal on Silicon switching elements,” OFC2006, OTuF2, 2006
また、波長プロセッサについては以下の文献を参照されたい。
Y. Sakurai, et al., “LCOS-Based 4x4 Wavelength Cross-Connect Switch For Flexible Channel Management in ROADMs,” OFC2011, OTuM4, 2011
また、光周波数シフタ/光SSB変調器については、以下の文献を参照されたい。
M. Izutsu, S. Shikama, and T. Sueta, “Integrated optical SSB modulator/frequency shifter,” IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-17, pp.2225-2227, Nov. 1981
B. Desormiere, C. Maerfeld, and J. Desbois, “An integrated optic frequency translator for microwave lightwave systems,” J. Lightwave Technol., vol. 8, pp. 506-513, Apr. 1990.
K. Shibuya, S. Hisatake, and T. Kobayashi, “10-GHz-Order High-Efficiency Electrooptic Frequency Shifter Using Slant-Periodic Domain Inversion,” Photon. Technol. Lett, vol. 16, pp. 1939-1941, Aug. 2004.
図6は、光増幅器の出力を徐々に立ち上げる場合の制御フローチャートである。
まず、ステップS10において、信号生成制御部がネットワーク制御装置(不図示)から、キャリア数、キャリア周波数配置、キャリア周波数間隔に関する情報を受信する。ステップS11において、信号生成制御部が、受信した情報に基づいて、光スペクトル成形器の減衰量、光周波数シフタの周波数シフト量、及び、種光源発生部の種光の数、種光の波長等を設定する。ステップS12において、種光を光周回部に入力し、ステップS13において、光周回部内の光増幅器の出力を徐々に増加させ、決められた出力値で停止させる。ここで、ステップS13の光増幅器の出力を徐々に増加させるのは、急に強い光強度の連続光が出力されると、本実施形態の多波長光源に接続される、後段の装置において高強度のサージが発生し、装置を故障させてしまう可能性があるからである。
ステップS15において、信号生成制御部がネットワーク制御装置(不図示)からキャリア数、キャリア周波数配置、キャリア周波数間隔に関する情報を受信する。ステップS16において、信号生成制御部が、受信した情報に基づいて、光スペクトル成形器の減衰量、光周波数シフタの周波数シフト量、及び、種光源発生部の種光の数、それらの波長を設定する。ステップS17において、光周回部内の光増幅器を予め設定された設定値の利得で動作させる。ステップS18において、種光の出力パワーを徐々に増加させ、予め設定された設定値で停止する。ここでも、本実施形態の多波長光源の後段の装置内でサージが発生しないように、種光の出力パワーを徐々に増加させる。
ステップS20において、信号生成制御部がネットワーク制御装置(不図示)からキャリア数、キャリア周波数位置、キャリア周波数間隔に関する情報を受信する。ステップS21において、信号生成制御部は、受信した情報に基づいて、光周波数シフタの周波数シフト量、及び、種光源発生部の種光の数、それらの波長を設定する。ステップS22において、信号生成制御部は、受信した情報、及び、後述の式(26)、(27)に基づいて、光スペクトル成形器の減衰量を設定する。ステップS23において、種光を光周回部に入力し、ステップS24において、光周回部内の光増幅器の出力を徐々に増加させ、決められた出力値で停止させる。ここでも、光増幅器の出力を徐々に増加させ、後段の装置におけるサージの発生を防止する。
ステップS30において、信号生成制御部がネットワーク制御装置(不図示)からキャリア数、キャリア周波数配置、キャリア周波数間隔に関する情報を受信する。ステップS31において、信号生成制御部は、受信した情報に基づいて、光周波数シフタの周波数シフト量、及び、種光源発生部の種光の数、それらの波長を設定する。ステップS32において、受信した情報、及び、後述の式(26)、(27)に基づいて、光スペクトル成形器の減衰量を設定する。ステップS33において、光周回部内の光増幅器を設定値で動作させ、ステップS34において、種光の出力パワーを徐々に増加させ、設定値で停止する。ここでも、後段の装置においてサージが起こらないように、種光の出力パワーを徐々に増加する。
ここでは、図8、9の式(26)、(27)を導出する。図10は、Pin1_fx、Pin2_fx、P0が、多波長光源内のどの部分の光強度であるか、及び、どの部分の光カプラ1、2の損失であるかを示している。
FinalOSNR1=OSNRLOOP1=P0α1/(NF(f1)1hf1Δf)・(1)
Pf1=P0α1G(f1)α2・・・(2)
FinalOSNR2=(OSNRLOOP1 −1+OSNRLOOP2 −1)−1・・・(3)
Pf2=P0α1G(f1)1α3ATTf1G(f1)2α4G(f2)1α2・・・(4)
ここでOSNRLOOP1は以下の式で表される。
OSNRLOOP1=((Pin1_f2/(NF(f2)1hf2Δf))−1+
(Pin2_f1/(NF(f1)2hf1Δf))−1)−1・・・(5)
ここで、
Pin2_f1=P0α1G(f1)1α3ATTf1・・・(6):周波数f1を持った光の光増幅器2への入力パワー
Pin1_f2=P0α1G(f1)1α3ATTf1G(f1)2α4・・・(7):周波数f2を持った光の光増幅器1への入力パワー
NF(f)k:光増幅器kの周波数fにおける雑音指数
h:プランク定数
Δf:測定帯域幅
G(fj)k:光増幅器kの周波数fjにおける利得
ATTfj:光スペクトル成形器の周波数fjにおける減衰量
α1:光カプラ1(図10の(2)−>(1)の方向)の損失+光SSB変調器挿入損失+変調損失
α2:光カプラ2(図10の(1)−>(2)の方向)の損失
α3:光カプラ2(図10の(1)−>(3)の方向)の損失
α4:光カプラ1(図10の(3)−>(1)の方向)の損失+光SSB変調器挿入損失+変調損失
である。
・光周波数f1
FinalOSNR1=OSNRLOOP1=P0α1/(NF(f1)1hf1Δf)・・(8)
Pf1=P0α1G(f1)1α2・・・(9)
・光周波数 f2, f3, f4 …
PfN=G(fN)1α2Pin1_fN N=1,2,3・・・ ・・・(24)
多波長光源で生成される各波長光の出力パワーが一定となる条件は、式 (9), (11)より
図11において、図4と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
光源30は、周波数グリッド上で、発生したい周波数f5に対し、周波数f0から見てf5−f0=Δfsだけ周波数が低い周波数f−5の光を光周回部37に入力する。光周回部37は、図11の光周回部21と同様な構成となっており、光カプラ31、34、光周波数シフタ32、光増幅器33、36、光スペクトル成形器35からなっている。光周波数シフタ32でΔfs(=f0-f−5)の光周波数シフトを発生させる。光スペクトル成形器35ではf0のみを透過させるように設定する。以上により、出力として、周波数同期した周波数f0とf5の種光が生成される。光源30の発生周波数、光スペクトル成形器35の透過周波数、光周波数シフタの周波数シフト量は、信号生成制御部からの信号によって制御される。
図14において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図15において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
すなわち、モニタした複数の生成キャリアのトータルパワーをもとめ、その値を生成したキャリアの総数で割り、ターゲットパワー(Ptarget)とする。
ΔATTk[dB]=PMON_k[dB]−Ptarget[dB]
ATTnext_k[dB]=ATTnow_k[dB]+ΔATTk[dB]
ΔATTk:Ptargetと各キャリアのパワーモニタ値PMON_kとの差分ターゲットパワー
ATTnow_k:周波数kにおける減衰量の現在値
ATTnext_k:周波数kにおける減衰量の更新値
ステップS40において、信号生成制御部がネットワーク制御装置(不図示)からキャリア数、キャリア周波数配置、キャリア周波数間隔に関する情報を受信する。ステップS41において、信号生成制御部は、受信した情報に基づいて、光スペクトル成形器の減衰量、光周波数シフタの周波数シフト量、及び、種光源発生部の種光の数、それらの波長を設定する。ステップS42において、種光を光周回部に入力する。ステップS43において、光周回部内の光増幅器の出力を徐々に増加させ、決められた出力値で停止させる。
図17において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図18においては、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図19において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
・栖原 敏明, “半導体レーザーの基礎”, 共立出版株式会社, pp. 230-233.
・S. Kobayashi and T. Kimura, “Injection Locking in AIGaAs Semiconductor Laser,” IEEE J. Quantum Electron. QE-17, 681 (1981).
光位相同期回路を用いる方法では、Master laserとSlave laserの周波数差および位相差信号とローカルオシレータの周波数および位相差比較を行い、その差が0になるようにフィードバックをかける。
・M.Prevedelli, T.Freegarde and T.W.H¨ansch,“Phase Locking of grating-tuned diode lasers”,Appl. Phys. B. 60, S241 (1995)
図20において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図21において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図22において、図11と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。
図22の場合、1入力2出力光スペクトル成形器は、周波数f3の光を出力ポート1, 2のどちらにも出力する必要がある。そのため、3ポート出力の光スペクトル成形器80のポート2から周波数f3の光を出力するようにし、これを光分波器82で分波し、光合波器81、83に入力するようにする。
ポート1: f4-f6, f9-f10
ポート2: f3
ポート3: f2
そして、光合波器81で、周波数f3-f6、f9-f10の光を合波して、出力ポート1に出力し、光合波器83で、周波数f2、f3の光を合波して、出力ポート2に出力するようにする。
図24では、種光源発生部は、複数の波長(周波数)固定の光源LD0-LDN、および、光合波器85からなり、信号生成制御部からの情報を元に光源LD0-LDNをON/OFFしたり、出力パワーの制御を行なう。
本実施形態の多波長光源100を用いた光送信器では、多波長光源100から出力される多波長光を、分波器104で、各波長の光に分波し、各波長ごとに設けられた変調器101−1〜101−nで変調する。変調器101−1〜101−nからの信号光は、各波長ごとに設けられる光減衰器102−1〜102−nにおいて、光強度が調整され、合波器103において合波されて、波長多重光として、出力される。
本実施形態の多波長光源を用いた光送信器105から送信された光信号は、中継器106において、3R処理されて、転送される。アド・ドロップ装置107では、所定の波長の信号光が、送受信器110にドロップされると共に、送受信器110からの所定の波長の信号光が中継器106からの信号光とアドされる。アド・ドロップ装置107からの出力は、中継器108を介して、受信器109によって受信される。
(付記1)
入力された光の周波数を、設定された周波数幅だけシフトする光周波数シフタと、
複数の異なる周波数の光を該光周波数シフタに入力させる種光源発生部と、
該光周波数シフタの出力を該光周波数シフタの入力側に周回させる周回路と、
該光周波数シフタの出力する各周波数の光について個別に減衰量を設定可能で、光スペクトル成形器と、
キャリア数、キャリア配置、キャリア周波数間隔の少なくとも一つに基づいて、該種光源発生部の出力周波数と、該光スペクトル成形器の減衰量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする多波長光源。
(付記2)
前記制御部は、種光源発生部からの光の出力パワーを制御することを特徴とする付記1に記載の多波長光源。
(付記3)
前記制御部は、光周波数シフタの前記周波数幅を制御することを特徴とする付記1に記載の多波長光源。
(付記4)
キャリア数、キャリア配置、キャリア周波数間隔の少なくとも一つに基づいて、更に前記種光源発生部の出力する各光の出力パワーまたは前記光周波数シフタの周波数幅を制御することを特徴とする付記1に記載の多波長光源。
(付記5)
前記種光源発生部は、複数の異なる周波数の光を出力し、該複数の異なる周波数の光は、互いに周波数同期していることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記6)
前記多波長光源は、出力する複数の周波数の光が互いに周波数同期していることを特徴とする付記5に記載の多波長光源。
(付記7)
前記光スペクトル成形器は、種光との周波数差の絶対値が大きくなるに伴い減衰量が大きくなることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記8)
前記光周波数シフタからの出力光を入力とするように、第2の光スペクトル成形器が設けられ、
該第2の光スペクトル成形器は、複数の周波数の光のパワーが略均一になるように、各周波数の光の減衰量を制御することを特徴とする付記7に記載の多波長光源。
(付記9)
前記光スペクトル成形器は、前記周回路に設けられ、前記光周波数シフタの出力を入力とし、出力を該光周波数シフタへの入力とすることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記10)
前記周波数シフタからの出力光を入力とする位置に、各周波数の光のパワーを検出するパワーモニタを備え、
前記制御部は、該パワーモニタにおいて検出された各周波数の光のパワーに基づいて、各周波数のパワーが略均一となるように、前記光スペクトル減衰器の減衰量を制御することを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記11)
複数の周波数の光を出力する種光源発生部と、
該光源の出力を各周波数の光に分波する周波数選択スイッチと、
付記1の光周波数シフタ、光スペクトル成形器及び周回路からなる、該周波数選択スイッチからの光を受信する複数のユニットとを備え、
該複数のユニットのそれぞれの光周波数シフタは、互いに異なる周波数幅で入力光の周波数をシフトすることを特徴とする多波長光源。
(付記12)
前記種光源発生部は、
入力された光の周波数を、設定された周波数幅だけシフトする第2の光周波数シフタと、
単一の周波数の光を該第2の光周波数シフタに入力させる光源と、
該第2の光周波数シフタの出力を該第2の光周波数シフタの入力側に周回する第2の周回路と、
該第2の光周波数シフタが出力する各周波数の光について個別に減衰量を設定可能で、設定された周波数の光のみを透過させる、該第2の周回路に設けられた第2の光スペクトル成形器と、
を備え、
周波数同期した複数の周波数の光を発生することを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記13)
前記周回路を伝搬する複数の周波数の光を複数のグループに分割し、各グループの光について光増幅器と光スペクトル成形器を設けることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記14)
前記種光源発生部は、異なる周波数の光を出力する複数のレーザダイオードを含み、
該複数のレーザダイオード間について、発振光の位相同期が取られることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記15)
前記光周波数シフタは、
入力された光の周波数を、設定された周波数幅だけ高周波数にシフトする第1の光周波数シフトユニットと、
入力された光の周波数を、設定された周波数幅だけ低周波数にシフトする第2の光周波数シフトユニットと、
を備え、
前記光スペクトル成形器は、各周波数の光の減衰量を調整すると共に、各周波数の光を該第1の光周波数シフトユニットと、該第2の光周波数ユニットに振り分けることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記16)
前記種光源発生部は、
異なる周波数の光を出力する複数のレーザダイオードと、
該複数のレーザダイオードから出力される光を合波する光合波器と、
を備えることを特徴とする付記1または付記4に記載の多波長光源。
(付記17)
前記複数のレーザダイオードには、それぞれ光減衰器が設けられることを特徴とする付記16に記載の多波長光源。
(付記18)
前記レーザダイオードは、出力周波数が可変であることを特徴とする付記16または17に記載の多波長光源。
(付記19)
付記1に記載の波長光源を備えた光送信器。
(付記20)
付記17に記載の光送信器を備えた光通信システム。
11、12、33、36、57−1、57−2、11−1、11−2、12−1、12−2 光増幅器
13、63 光フィルタ
14、16、31、34、40、62 光カプラ
15、30、60−1、60−2 光源(LD)
20、20a 種光源発生部
21、21−1〜21−3、21a、21b、37 光周回部
22、35、70、80、95 光スペクトル生成器
23 信号生成制御部
41、82 光分波器
42−1〜42−9 パワーモニタ
43 出力パワー情報収集部
50 周波数選択スイッチ
55 多出力ポート光スペクトル成形器
56 多入力ポート光スペクトル成形器
61、81、83 光合波器
64 位相同期部
75 1入力2出力光スペクトル成形器
85、87、90、92 光合波器
86−1〜86−M+1、91−1〜91−K+1 光減衰器
Claims (15)
- 入力された光の周波数を、設定された周波数幅だけシフトする光周波数シフタと、
複数の異なる周波数の光を該光周波数シフタに入力させる種光源発生部と、
該光周波数シフタの出力を該光周波数シフタの入力側に周回させる周回路と、
該光周波数シフタの出力する各周波数の光について個別に減衰量を設定可能である光スペクトル成形器と、
キャリア数、キャリア配置、キャリア周波数間隔の少なくとも一つに基づいて、該種光源発生部の出力周波数と、該光スペクトル成形器の減衰量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする多波長光源。 - 前記制御部は、種光源発生部からの光の出力パワーを制御することを特徴とする請求項1に記載の多波長光源。
- 前記制御部は、光周波数シフタの前記周波数幅を制御することを特徴とする請求項1に記載の多波長光源。
- キャリア数、キャリア配置、キャリア周波数間隔の少なくとも一つに基づいて、更に前記種光源発生部の出力する各光の出力パワーまたは前記光周波数シフタの周波数幅を制御することを特徴とする請求項1に記載の多波長光源。
- 前記種光源発生部は、複数の異なる周波数の光を出力し、該複数の異なる周波数の光は、互いに周波数同期していることを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。
- 前記光スペクトル成形器は、種光との周波数差の絶対値が大きくなるに伴い減衰量が大きくなることを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。
- 前記光スペクトル成形器は、前記周回路に設けられ、前記光周波数シフタの出力を入力とし、出力を該光周波数シフタへの入力とすることを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。
- 前記周波数シフタからの出力光を入力とする位置に、各周波数の光のパワーを検出するパワーモニタを備え、
前記制御部は、該パワーモニタにおいて検出された各周波数の光のパワーに基づいて、各周波数のパワーが略均一となるように、前記光スペクトル減衰器の減衰量を制御することを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。 - 複数の周波数の光を出力する種光源発生部と、
該光源の出力を各周波数の光に分波する周波数選択スイッチと、
請求項1の光周波数シフタ、光スペクトル成形器及び周回路からなる、該周波数選択スイッチからの光を受信する複数のユニットとを備え、
該複数のユニットのそれぞれの光周波数シフタは、互いに異なる周波数幅で入力光の周波数をシフトすることを特徴とする多波長光源。 - 前記種光源発生部は、
入力された光の周波数を、設定された周波数幅だけシフトする第2の光周波数シフタと、
単一の周波数の光を該第2の光周波数シフタに入力させる光源と、
該第2の光周波数シフタの出力を該第2の光周波数シフタの入力側に周回する第2の周回路と、
該第2の光周波数シフタが出力する各周波数の光について個別に減衰量を設定可能で、設定された周波数の光のみを透過させる、該第2の周回路に設けられた第2の光スペクトル成形器と、
を備え、
周波数同期した複数の周波数の光を発生することを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。 - 前記周回路を伝搬する複数の周波数の光を複数のグループに分割し、各グループの光について光増幅器と光スペクトル成形器を設けることを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。
- 前記種光源発生部は、異なる周波数の光を出力する複数のレーザダイオードを含み、
該複数のレーザダイオード間について、発振光の位相同期が取られることを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。 - 前記種光源発生部は、
異なる周波数の光を出力する複数のレーザダイオードと、
該複数のレーザダイオードから出力される光を合波する光合波器と、
を備えることを特徴とする請求項1または請求項4に記載の多波長光源。 - 請求項1に記載の波長光源を備えた光送信器。
- 請求項14に記載の光送信器を備えた光通信システム。
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