JP6468629B2 - Ｗｄｍコヒーレント伝送方式 - Google Patents
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Description
本発明は、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）技術を用いた多値コヒーレント伝送において、複数の送信用光源や光キャリア周波数のずれに対する補正機構を必要としない、システムの簡素化が可能なＷＤＭコヒーレント伝送方式に関するものである。
基幹光伝送網の大容量化に向けた取り組みとして、WDM伝送システムの高密度化が近年著しく進展している。また、光の位相や振幅を利用した直交振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）方式を用いた多値コヒーレント伝送技術の導入によるWDM伝送システムの周波数利用効率の拡大に、高い関心が寄せられている。例えば、３７０波の光キャリア信号に１２８値の多値信号を搬送させることにより、通常の単一モードファイバを用いて101.7 Tbit/sの大容量データを伝送できることが明らかにされている（例えば、非特許文献１参照）。
D. Qian, M. Huang, E. Ip, Y. Huang, Y. Shao, J. Hu, and T. Wang, "101.7-Tb/s (370×294-Gb/s) PDM-128QAM-OFDM transmission over 3×55-km SSMF using pilot-based phase noise mitigation", OFC2011, PDPB5
しかしながら、従来のＷＤＭコヒーレント伝送では、送信部で生成される光キャリア信号と受信部で生成される局発光信号とがそれぞれ異なる光周波数をもち、それらが独立に温度ドリフトなどにより変動する関係にある。そのため、ホモダイン受信回路内のデジタル信号処理によりそれらキャリア周波数のずれに対する補償を施す必要があり、このことがデジタル処理回路を複雑にしている。そのため、３２値以上の多値信号に対するＷＤＭコヒーレント伝送の殆どの報告において、デジタルオシロスコープで蓄積したデータを、時間をかけて復調解析するオフライン伝送の形式が用いられている。このように送信部および受信部に配置した各光源の間の周波数ずれが、リアルタイム受信の実現を大きく妨げている。
さらに、従来のＷＤＭコヒーレント伝送では、ＷＤＭの波長多重度に応じた台数の独立した光源を送信部に配置する必要があり、波長密度やチャンネル数が増すにつれ、それら光源の波長管理が大変になるといった問題がある。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、光キャリア周波数のずれに対する補正回路や送信部に多数の独立した光源を配置する必要のない、簡便な構成のＷＤＭコヒーレント伝送方式を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明に係るＷＤＭコヒーレント伝送方式は、波長分割多重技術を用いた多値ＷＤＭコヒーレント伝送方式であって、同一の光周波数を有する周波数安定化光コムをそれぞれ送信部と受信器とに独立に配置し、該周波数安定化光コムの各縦モード成分を各チャンネルの光キャリア信号あるいはそれに対応した局発光信号として利用し、同一の光周波数を有する前記周波数安定化光コムを前記送信器と前記受信部とに独立に配置することにより、ホモダイン受信回路内に光キャリア周波数のずれに対する補償機構が不要であり、前記周波数安定化光コムは、１オクターブ法を用いてマイクロ波の基準信号源に光周波数とその周波数間隔とを絶対安定化したものから成ることを特徴とする。
本発明に係るＷＤＭコヒーレント伝送方式において、該周波数安定化光コムを多チャンネル分の光キャリア信号源として利用することにより、送信部に複数台の光源を配置することも不要である。
本発明に係るＷＤＭコヒーレント伝送方式で、該周波数安定化光コムはGHz帯の広い周波数間隔を有し、DEMUX回路で縦モード成分を１本ずつ分岐して光キャリアあるいは局発光信号として利用してもよい。また、本発明に関するＷＤＭコヒーレント伝送方式で、前記周波数安定化光コムは、光周波数を分子吸収線へ安定化し、その周波数間隔をマイクロ波の基準信号源に安定化したものから成っていてもよい。
本発明によれば、光キャリア周波数のずれに対する補正回路や送信部に多数の独立した光源を配置する必要のない、簡便な構成のＷＤＭコヒーレント伝送方式を提供することができる。また、本発明のＷＤＭコヒーレント伝送方式を用いることにより、ホモダイン受信回路内のデジタル信号処理にかかる負荷が低減され、リアルタイムにデータを復調解析する受信回路を実現することが容易となる。さらに、１つの光コム信号源で多数チャンネル分の光キャリア信号を生成することができるため、システムの低コスト化ならびに波長管理の簡略化を図れる。
本発明の実施形態のＷＤＭコヒーレント伝送方式の一例を、図１に示す。図１に示すように、送信部において、光周波数および周波数間隔を絶対安定化した周波数安定化光コム信号源１から出力される光コムの各縦モード成分を、ＮチャンネルのＤＥＭＵＸ回路２を用いて波長分離する。そして、分離したＮチャンネルの縦モード成分（光キャリア信号）に、ＱＡＭ変調器３を介してＱＡＭデータを搬送させる。その後、ＮチャンネルのＭＵＸ回路４で波長分割多重し、ＷＤＭコヒーレント伝送信号を生成する。光伝伝送路５で配信した信号は、受信部においてＤＥＭＵＸ回路６を介し、復調の対象となるチャンネルデータを分岐した後に、ホモンダイン受信回路７にて復調される。また、受信部には送信部と同一の光周波数を有する周波数安定化光コム信号源１を配置する。そして、復調の対象となる信号のチャンネルに対応した該光コム信号の縦モード成分をもう１台のＤＥＭＵＸ回路６で分岐し、それを局発光信号としてホモダイン受信回路７へ入射する。
送信部のＤＥＭＵＸ回路２には、アレイ導波路回折格子が有効である。ＱＡＭ変調器３には、ＬｉＮｂＯ３や半導体を基盤とした複数のマッハツェンダ干渉計を有する光変調器を用いることができる。ＭＵＸ回路４には、アレイ導波路回折格子や奇数と偶数チャンネルを合波するインターリーブ回路を用いることができる。ここで、１つの光コム信号源よりＮチャンネル分のキャリア信号が生成できることより、送信部に複数台のＣＷ光源を配置することや、チャンネル間の波長を管理することが不要である。このように、簡便かつ安価に送信部を構成できることが特徴である。
光伝送路５は、任意の分散および偏波モード分散を有する各種光ファイバならびに中継アンプやラマンアンプといった光増幅器より構成される。
受信部のＤＥＭＵＸ回路６は、アレイ導波路回折格子を用いてＮチャンネル全てを波長分離する構成、もしくは奇数と偶数チャンネルを分離するインターリーブ回路や狭帯域なバンドパス光フィルタを用いて特定のチャンネルのみ抽出する構成としてよい。ホモダイン受信回路７は、９０度ハイブリッドモジュール、バランス型ＰＤ、Ａ／Ｄ変換回路、デジタル信号処理回路を組み合わせて構成される。複数のホモダイン受信回路７を配置して、同時に複数チャンネルの信号を復調する構成としてもよい。ここで、全てのチャンネル波長に対し、ホモダイン受信回路７へ入力される信号光ならびに局発光の周波数は同一であるため、デジタル信号処理回路内にキャリア周波数のずれに対する補償機構が不要であることが特徴である。
図２に、周波数安定化光コム信号源１の詳細な構成の一例を示す。光コム信号源１は、ＧＨｚ帯の高い繰り返し周波数の光パルスを出力するＧＨｚ帯モード同期レーザ１００と、そのレーザから出力される光コムの周波数間隔安定化機構１１０、光周波数安定化機構１２０、ならびにスペクトル拡大機構１３０より構成される。
ＧＨｚ帯モード同期レーザ１００としては、１．５μｍ帯で動作するエルビウム添加光ファイバ増幅器や半導体光増幅器を備え、モードロッカーとして光強度や光位相変調器を用いた能動モード同期レーザが有効である。
光コムの周波数間隔安定化機構１１０は、光カプラ１１１と、該カプラで分岐したレーザ出力パルス（光コム）の繰り返し周波数（周波数間隔）を検出するためのクロック抽出回路１１２と、抽出したクロック周波数とマイクロ波基準信号１１３との位相差を検出するためのダブルバランスミキサー１１４と、その位相差がゼロとなるようにＧＨｚ帯モード同期レーザ１００の繰り返し周波数を制御するための負帰還制御回路１１５より構成される。
光コムの光周波数安定化機構１２０は、光カプラ１２１と、該カプラで分岐したレーザ出力パルスのキャリアエンベロープオフセット周波数の検出回路１２２と、検出したキャリアエンベロープオフセット周波数とマイクロ波基準信号１２３との位相差を検出するためのダブルバランスミキサー１２４と、その位相差がゼロとなるようにＧＨｚ帯モード同期レーザ１００の光周波数を制御するための負帰還制御回路１２５より構成される。ここで、キャリアエンベロープオフセット周波数の検出には１オクターブ法が有効であり、後述するスペクトル拡大機構１３０の一部を併用してもよい。
光コムのスペクトル拡大機構１３０は、高出力光増幅器１３１、パルス圧縮回路１３２、ならびにパルス圧縮後の光コムのスペクトル形状を平坦にするためのスペクトル整形回路１３３より構成される。非線形光学効果を利用したパルス圧縮を実施する際に、光コムの周波数間隔が広いほど信号に高い平均電力が必要であるため、高出力光増幅器１３１には数Ｗオーダの高出力が可能なエルビウム添加光増幅器が有効である。パルス圧縮回路１３２には、高い非線形光学係数を有するシリコン細線導波路や、フォトニック結晶ファイバ、高Δ光ファイバを用いることができる。また、パルス圧縮後に平坦なスペクトル形状の光コムを生成するために、パルス圧縮に使用する光学素子の波長分散を正常分散値に設定することが有効である。スペクトル整形回路１３３には、液晶デバイスを用いたスペクトル形状が可変の光フィルタが有効である。
図３に、新たな周波数安定化光コム信号源１の構成を示す。図２と比較して、光周波数安定化機構１２０が異なっている。図３に示す周波数安定化光コム信号源１を構成する光周波数安定化機構１２０’は、光カプラ１２１と、該カプラで分岐したレーザ出力光より１本の縦モード成分を抽出する縦モード抽出回路１２６と、分子吸収線を利用した光周波数基準器１２７と、抽出した縦モード信号の中心周波数と分子吸収線とのずれ量がゼロとなるようにＧＨｚ帯モード同期レーザ１００の光周波数を制御するための負帰還制御回路１２８より構成される。光周波数基準器１２７として、１．５μｍ帯に複数の吸収線を有するアセチレン分子やシアン化水素分子を封じたガラスセルを用いることができる。
図４に、周波数安定化光コム信号源１の詳細な構成の他の一例を示す。光コム信号源１は、ＣＷレーザ１４０と、そのレーザ出力光の光周波数安定化機構１２０’と、ＣＷ光から光パルスを形成するパルス整形回路１５０と、得られた光パルス信号の光スペクトルを拡大するためのスペクトル拡大機構１３０とから構成される。ここで、光周波数安定化機構１２０’とスペクトル拡大機構１３０の動作原理は、図２あるいは図３に示す光コム信号源１内で使用するものと同一である。
ＣＷレーザ１４０としては、１．５μｍ帯で動作するエルビウム添加光ファイバ増幅器や半導体光増幅器を用いた単一モードレーザが有効である。
パルス整形回路１５０は、ＣＷ光の周りに複数本の光サイドバンドを生成するための光コム生成回路１５１と、生成した光サイドバンド（光コム）成分の位相を揃えるための分散性媒質１５２と、生成した光コムのスペクトル形状を整形するためのスペクトル整形回路１５３より構成される。光コム生成回路１５１としては、複数台の光強度あるいは位相変調器を組み合わせた構成が有効である。分散性媒質１５２としては、各種単一モード光ファイバや各種グレーティングを用いることができる。スペクトル整形回路１５３としては、誘電体多層膜やグレーティング、液晶デバイスを用いた光フィルタを用いることができる。
以上、詳細に説明したように、同一の光周波数を有する光コムを送信部と受信部とに独立に配置することにより、ＷＤＭコヒーレント伝送系におけるホモダイン受信回路内のデジタル信号処理にかかる負荷が低減され、リアルタイムにデータを復調解析する受信回路を実現することが容易となる。さらに、１つの光コム信号源で多数チャンネル分の光キャリア信号を生成することができるため、システムの低コスト化ならびに波長管理の簡略化を図れる。
１ 周波数安定化光コム信号源
２ ＤＥＭＵＸ回路（送信部）
３ ＱＡＭ変調器
４ ＭＵＸ回路
５ 光伝送路
６ ＤＥＭＵＸ回路（受信部）
７ ホモンダイン検波回路
１００ ＧＨｚ帯モード同期レーザ
１１０ 周波数間隔安定化機構
１１１ 光カプラ
１１２ クロック抽出回路
１１３ マイクロ波基準信号
１１４ ダブルバランスミキサー
１１５ 負帰還制御回路
１２０，１２０’ 光周波数安定化機構
１２１ 光カプラ
１２２ キャリアエンベロープオフセット周波数検出回路
１２３ マイクロ波基準信号
１２４ ダブルバランスミキサー
１２５ 負帰還制御回路
１２６ 縦モード抽出回路
１２７ 光周波数基準器
１２８ 負帰還制御回路
１３０ スペクトル拡大機構
１３１ 高出力光増幅器
１３２ パルス圧縮回路
１３３ スペクトル整形回路
１４０ ＣＷレーザ
１５０ パルス整形回路
１５１ 光コム生成回路
１５２ 分散性媒質
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Claims (1)
- 波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）技術を用いた多値ＷＤＭコヒーレント伝送方式であって、同一の光周波数を有する周波数安定化光コムを送信器と受信器とに独立に配置し、該周波数安定化光コムの各縦モード成分を各チャンネルの光キャリア信号あるいはそれに対応した局発光信号として利用し、
同一の光周波数を有する前記周波数安定化光コムを前記送信器と前記受信部とに独立に配置することにより、ホモダイン受信回路内に光キャリア周波数のずれに対する補償機構が不要であり、
前記周波数安定化光コムは、１オクターブ法を用いてマイクロ波の基準信号源に光周波数とその周波数間隔とを絶対安定化したものから成ることを
特徴とするＷＤＭコヒーレント伝送方式。
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|---|---|---|---|
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