JP6531314B2 - 光送受信装置及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光送受信装置及び通信システムに関する。

反射型半導体光増幅器を光源として用いる光送受信装置及び通信システムが、非特許文献１、２、３に開示されている。

非特許文献１では、フィールドでの実用システムにおいて光送受信装置の偏波依存性を解消する手段として、偏波依存性の無い半導体光増幅器を用いることが提唱されている。

非特許文献２では、偏波依存性を有する半導体光増幅器を光源に用いて光送受信装置を構成した場合、その偏波依存性のシステムへの影響を低減する手法として、ファラデー回転子とミラーを組み合わせて偏波の回転と反射を利用することで、実効的に偏波依存性の影響を無くす光波長多重通信システムが提案されている。

非特許文献３では、反射型半導体光増幅器が有する特徴の一つであるモジュレーション キャンセレーション ダイナミック レンジ（ＭＣＤＲ；Modulation Cancellation Dynamic Range）が約１３ｄＢの例が開示されている。

E. Wong, et al., JLT vol.25, No.1, p67, 2007 M. Presi and E. Ciaramella, OFC2011, OMP4 S. O’Duill, et al., ECOC2012, We.2.E.1

ここで、上記偏波依存性以外のその他の課題として、非特許文献１では、光源として用いる反射型半導体光増幅器の利得飽和により、出力される信号光の周波数特性がハイパス特性を示すことが報告されている。このようなハイパス特性は、信号光の相対強度雑音スペクトルにおいても同様な特性を示すことを我々は見出し、その高周波帯域では光変調された信号光のＳ／Ｎ比劣化が起こる要因となる場合があることが分かった。

また、反射型光半導体増幅器において、電流の注入を１つの電極で行うと、高速変調と高ＭＣＤＲ特性の両立が難しくなる場合がある。

上記課題に鑑みて、本発明は、例えば、所望のＭＣＤＲを確保するとともに、より信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システム、及び／または、所望のＭＣＤＲを確保するとともに、より高速変調可能な光波長多重通信システムを実現すること等を目的とする。

（１）本発明の通信システムは、反射型半導体光増幅器を含む終端側光送信器と、前記終端側光送信器からの出力光を反射する反射部と、前記終端側光送信器と伝送路を介して接続されるとともに、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信する端局側光受信器と、を含み、前記反射型半導体光増幅器は、前記反射部で反射された前記出力光を増幅するとともに、電気信号に応じて変調して出力する、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の通信システムにおいて、前記端局側光受信器は、前記出力光の相対強度雑音の周波数特性に基づいて、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信することを特徴とする。

（３）本発明の他の通信システムは、反射型半導体光増幅器と、送信信号の変調度を増大させるプリエンファシス部とを含む終端側光送信器と、前記終端側光送信器からの出力光を反射する反射部と、前記終端側光送信器と伝送路を介して接続される端局側光受信器と、を含み、前記反射型半導体光増幅器は、前記反射部で反射された前記出力光を増幅するとともに、前記変調度が増大された電気信号に応じて変調して出力する、ことを特徴とする。

（４）上記（３）に記載の通信システムにおいて、前記プリエンファシス部は、前記出力光の相対雑音強度の周波数特性に応じて、前記変調度を増大させることを特徴とする。

（５）上記（４）に記載の通信システムにおいて、前記端局側光受信器は、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信することを特徴とする。

（６）上記（５）に記載の通信システムにおいて、前記端局側光受信器は、前記プリエンファシス部による前記変調度の増大に基づいて、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信することを特徴とする。

（７）上記（３）乃至（６）に記載の通信システムにおいて、前記プリエンファシス部は、伝送レートの１／２程度までの変調周波数範囲において、前記変調度の増大をすることを特徴とする。

（８）本発明の他の通信システムは、反射型半導体光増幅器を含む終端側光送信器と、前記終端側光送信器からの出力光を反射する反射部と、前記終端側光送信器と伝送路を介して接続されるとともに、前記終端側光送信器からの出力光を受信する端局側光受信器と、を含み、前記反射型半導体光増幅器は、前記反射部で反射された前記出力光を増幅するとともに、電気信号に応じて変調して出力し、前記反射型半導体光増幅器の増幅器長は、５００乃至２０００μｍであることを特徴とする。

（９）上記（８）に記載の通信システムにおいて、前記反射型半導体光増幅器への注入電流は、１００乃至３００ｍＡであることを特徴とする。

（１０）上記（９）に記載の通信システムにおいて、前記反射型半導体光増幅器は、第１の電極と、第２の電極とを有し、前記第１及び第２の電極は互いに長さが異なり、独立して電流注入可能であることを特徴とする。

（１１）上記（１０）に記載の通信システムにおいて、前記第２の電極の前記出力光に沿った方向の長さは、前記第１の電極の長さよりも短く、前記第２の電極には、前記電気信号に応じて出力光を変調するための電流が注入される、ことを特徴とする。

（１２）上記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の通信システムにおいて、前記終端側光送信器は、更に、前記反射部で反射されて前記半導体光増幅器に戻ってくる出力光の遅延時間に応じて、前記電気信号を遅延させるとともに、極性を反転させる遅延減衰部を有し、前記反射型半導体光増幅器は、更に、前記遅延減衰部から出力される信号に基づいて、前記出力光を変調して出力することを特徴とする。

（１３）上記（１）乃至（１２）のいずれかに記載の通信システムは、前記終端側光送信器をそれぞれ含む複数の終端装置を含み、前記各終端装置に含まれる前記各終端側光送信器は、出力光の波長が互いに異なることを特徴とする。

（１４）上記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の通信システムは、前記端局側光受信器を複数含むとともに、複数の端局側光送信器を含む端局を有し、前記各端局側光送信器の出力光は、波長が互いに異なることを特徴とする。

（１５）上記（１）乃至（１４）に記載の終端側光送信器と、終端側光受信器と、を備える光送受信装置であることを特徴とする。

（１６）上記（１）乃至（１４）に記載の端局側光受信器と、端局側光送信器と、を備える光送受信装置であることを特徴とする。

（１７）上記（１６）に記載の光送受信装置において、前記反射部は、前記光送受信装置に含まれることを特徴とする。

（１８）上記（１７）に記載の光送受信装置において、前記光送受信装置内の前記反射部は、光増幅器と偏波回転反射部とで構成されることを特徴とする。

（１９）上記（１７）に記載の光送受信装置において、前記光送受信装置内の前記反射部は、反射型半導体光増幅器であることを特徴とする。

本発明の第１の実施形態における終端装置の光送受信装置の構成の概要を示す図である。 第１の実施形態における光波長多重通信システムの構成の概要を示す図である。 第１の実施形態における反射型半導体光増幅器への電流注入で発生する自然放出光スペクトルの一例を示す図である。 第１の実施形態における光増幅されたある特定チャネルの光スペクトルの一例を示す図である。 第１の実施形態における反射型半導体光増幅器より出力される信号光の相対強度雑音スペクトルと帯域を補正した端局側光受信器の受信特性の一例を示す図である。 第１の実施形態における端局側光受信器機の構成の一例を示す図である 本発明の第２の実施形態の概要を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態における終端側光送信器の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における終端側光送信器の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態における反射型半導体光増幅器の入力−出力特性について説明するための図である。 本発明の第４の実施形態における反射型半導体光増幅器のＭＣＤＲと利得の増幅器長依存性について説明するための図である 本発明の第５の実施形態にかかる反射型光増幅器について説明するための図である。 本発明の第６の実施形態における光波長多重通信システムの構成の概要を示す図である。 図１３における端局側光送受信装置１００１の構成の一例を示す。 本発明の第６の実施形態の変形例である端局側光送受信装置１００３の構成の概要を示す。 本発明の変形例について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態における反射型半導体光増幅器を光源として用いた光送信器と、信号光を受信する光受信器とを備えた光送受信装置、及びそれを用いた光波長多重通信システムの構成について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態における終端装置の光送受信装置の構成の概要を示す。図２は、本実施の形態における光波長多重通信システムの構成の概要を示す。なお、図１及び図２に示した構成の概要は一例であって、本実施の形態は図１及び図２に示す構成に限定されるものではない。

図１及び図２に示すように、本実施の形態における光波長多重通信システム１００は、主に、端局１０１、遠隔ノード１１２、終端装置１０３を有する。端局１０１と遠隔ノード１１２、及び、遠隔ノード１１２と終端装置１０３は、それぞれ光ファイバ２０４及び１０５で接続される。

終端装置１０３に含まれる終端側光送受信装置１０４は、終端側光送信器１０８、終端側光受信器１１０、ＷＤＭフィルタ１１１を有する。終端側光送信器１０８は、反射型半導体光増幅器１０６からの出力光を信号光の光源とし、上り信号１０７を送信する。一方、終端側光受信器１１０は、端局１０１から送信された特定の波長の下り信号１０９を受信する。また、上り信号１０７及び下り信号１０９は、ＷＤＭフィルタ１１１により分岐されている。なお、ＷＤＭフィルタ１１１に代えて、光サーキュレータを用いてもよい。

なお、本実施形態では、例えば、光源として偏波利得差が約３ｄＢの反射型半導体光増幅器１０６を用いる。半導体光増幅器１０６の活性（増幅）層は多重量子井戸構造でもよいし、バルク構造でも構わない。また、半導体光増幅器１０６は、例えば、一般的なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料であるＩｎＧａＡｓＰ系で構成する。なお、半導体光増幅器１０６は、ＩｎＡｌＧａＡｓ系から構成してもよい。

上記のように、光波長多重通信システム１００においては、終端装置１０３の接続数や伝送距離を拡張するために、終端装置１０３と端局１０１との伝送路間には遠隔ノード１１２を設置する。遠隔ノード１１２は、光合分波器１１３、光分岐カプラ１１４、及び、偏波回転反射部１１５を有する。光合分波器１１３は、端局１０１からの下り信号１０９を複数各々の終端装置１０３へ分波する。光分岐カプラ１１４は、反射型半導体光増幅器１０６からの出力光を分岐する。偏波回転反射部１１５は、光分岐カプラ１１４により分岐された出力光の偏波面を回転させ反射し終端装置１０３へ戻す。

また、図２に示すように、端局１０１に含まれる端局側光送受信装置器１０２は端局側光送信器２０１、端局側光受信器２０３、ＷＤＭフィルタ２０２を有する。端局側光送信器２０１は、下り信号１０９を生成し、例えば波長可変光源や直接変調型半導体レーザ等で構成される。端局側光受信器２０３は、終端装置１０３より送信される上り信号１０７を受信する。ＷＤＭフィルタ２０２は、上り信号１０７と下り信号１０９を分岐するために設けられており、光サーキュレータに置き換えても良い。

次に、本実施の形態における光波長多重通信システム１００の動作原理について説明する。

反射型半導体光増幅器１０６に電流注入を行うと自然放出光が発生する。当該発生した自然放出光は、例えば、図３に示すように、半値全幅の波長が約１５３０ｎｍから約１５６０ｎｍ程度まで拡がったブロードな発光スペクトルである。反射型半導体光増幅器１０６の前方端面から出力された自然放出光は、例えば、終端装置１０３から約１ｋｍ離れた遠隔ノード１１２に備えられた光合分波器１１３を通過する際、各々の複数の波長に分波される。なお、光合分波器１１３としては、例えば多層膜フィルタを用いて4〜８チャネルに合分波するケースや、アレイ型導波路を用いて周波数１００ＧＨｚ間隔（波長間隔０．８ｎｍ）で波長多重３２チャネルに合分波する方法等を用いる。

ある特定チャネルの波長に分波された光は、光分岐カプラ１１４を介して、偏波回転反射部１１５へと導かれる。そして、偏波回転反射部１１５で偏波が回転して反射する。反射した光は光合分波器１１３を介して、終端装置１０３に戻り、反射型半導体光増幅器１０６の出力光が出射された同一の前方端面に入力される。反射型半導体光増幅器１０６に入力された光は、反射型半導体光増幅器１０６内で後方端面に向かって光増幅されながら前進し、後方端面で反射された後、前方端面に向かって光増幅されながら後進し、再び出力光として前方端面より出力される。

反射型半導体光増幅器１０６の前方端面より出力された光は、再び、光合分波器１１３、光分岐カプラ１１４を介して、偏波回転反射部１１５で偏波が回転して反射され、再び光合分波器１１３を通って終端装置１０３の反射型半導体光増幅器１０６の前方端面に入力される。

このように、終端装置１０３と遠隔ノード１１２との間で、半導体光増幅器１０６の出力光の反射と増幅を繰り返すことによって、図３に示すような反射型半導体光増幅器１０６で発生した自然放出光スペクトルから、図４に示すようなある特定チャネル（特定波長）の光スペクトルを有する出力光が生成される。この状態で、反射型半導体光増幅器１０６に送信信号に応じた変調電流を重畳することにより、“１（オン）”レベル、“０（オフ）”レベルの信号光が生成され、当該生成された信号光が終端装置１０３から端局１０１へ上り信号１０７として送信される。

なお、上記においては、自然放出光が１５５０ｎｍ帯である反射型半導体光増幅器１０６について説明したが、その他の帯域、例えば１３００ｎｍ帯の半導体光増幅器１０６であってもよいことは言うまでもない。なお、１３００ｎｍ帯の反射型半導体光増幅器の場合には、特性面からＩｎＧａＡｓＰよりもＩｎＡｌＧａＡｓ材料系を用いる方が望ましい。

ここで、反射型半導体光増幅器１０６より出力された信号光には相対強度雑音（ＲＩＮ）が含まれる。相対強度雑音は光強度の揺らぎを平均光電力により正規化したもので、一般的なレーザ光源では信号帯域内でほぼ平坦な周波数特性を示す。しかしながら、反射型光増幅器１０６の相対強度雑音（ＲＩＮ）は、例えば、図５に示すように、周波数が高くなるに従い増加するようなハイパス特性を示すことを我々は見出した。このようなハイパス特性は、高周波雑音の影響により信号光のＳ／Ｎ比の劣化を引き起こし、アイ開口の波形品質に影響を及ぼす要因となる。よって、これを補償し改善していくことが重要である。

そこで、本実施形態では、端局１０１の端局側光受信器２０３に信号光に、例えば、図５の実線で示すような伝送レートの１／２程度以上の周波数帯域における受信を制限する受信帯域を持たせる。

具体的には、例えば、図６に示すように、本実施の形態における端局側光受信器２０３は、例えば、端局側受光器２０６と受信帯域を補正する受信帯域補正回路２０７を含むように構成する。当該受信帯域補正回路２０７により、光ファイバ２０４を介して送信され、端局側受光器２０６により取得された信号は、伝送帯域外の雑音を除去するように受信帯域を制限することができる。なお、受信帯域補正回路２０７は、例えば、フィルタ等により構成される。これにより、高周波数域の受信信号に含まれる伝送帯域外の雑音を抑圧することができる。

このように、本実施の形態においては、端局１０１の端局側光受信器２０３は、反射型半導体光増幅器１０６から出力され、端局１０１の端局側受信器２０３に入力される入力光の検波において、信号光が持つ周波数特性を制限して受信する。これにより、光波長多重通信システム１００の端局１０１における受信信号のＳ／Ｎ比の劣化を抑制することが可能となる。

本実施の形態によれば、信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システム１００等を実現することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、下記において第１の実施形態と同様である点については説明を省略する。

上記第１の実施形態と同様に、反射型光増幅器１０６の相対強度雑音（ＲＩＮ）は、図５に示すように、周波数が高くなるに従い増加するようなハイパス特性を示す。そして、反射型半導体光増幅器１０６より出力された信号光の相対強度雑音（ＲＩＮ）のハイパス特性の影響により、終端側光送信器１０８で光変調された信号光のＳ／Ｎ比が劣化する。

そこで、本実施の形態における終端側光送信器１０８においては、図７に示すように、信号光の変調特性を相対強度雑音（ＲＩＮ）の周波数特性に合わせて、伝送レートの１／２程度までの変調周波数範囲で、周波数の増加に従い変調度を増大させる（プリエンファシス処理を行う。これにより、端局側光受信器２０３と同様に終端側光送信器１０８側においても信号光のＳ／Ｎ比の劣化を抑制することが出来る。

更に、本実施形態においては、端局側光受信器２０３の受信特性について、高周波域の相対強度雑音をより減衰させ、終端側光送信器１０８のプリエンファシスによる周波数特性を帯域内で平坦に補正するよう、図中の破線に示すような受信特性とする。これにより、受信信号のＳ／Ｎ比の劣化を大幅に抑圧することが可能となり、高速変調時において、より良好で安定な伝送特性を得ることが出来る。

具体的には、本実施の形態においては、例えば、図８に示すように終端側光送信器１０８に、周波数特性に合わせて変調度を増大して送信するためのプリエンファシス回路１２１を設け、これにより送信信号の変調度を増大させて反射型光増幅器１０６で変調する。なお、プリエンファシス回路１２１は、例えば、所望の特性を持つフィルタや反射型光増幅器１０６の周波数特性により実現出来る。なお、終端側光受信器１１０は、下り信号１０９を受光する終端側受光器１２２を有する。

また、端局側光受信器２０３には、例えば、上記第１の実施形態と同様に、図６に示すように受信帯域補正回路２０７を設ける。ただし、当該受信帯域補正回路２０７は、上記第１の実施形態と異なり、図７に示すように、終端側光送信器１０８でプリエンファシスされた周波数特性を帯域内で平坦に補正するように受信帯域を補正する。なお、上記終端側光送信器１０８のプリエンファシス回路１２１や端局側光受信器２０３の受信帯域補正回路２０７の構成は一例であって、本実施の形態は、上記のようにプリエンファシス処理や受信帯域を補正することができる限り、上記に限定されるものではない。なお、光端局側送信器２０１は、変調信号を生成する端局側光変調器２０５を有する。

本実施の形態によれば、信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システム１００等を実現することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、下記において第１及び第２の実施形態と同様である点については説明を省略する。

本実施の形態においては、図９に示すように、例えば、上記第２の実施形態における終端側光送信器１０８に、更に、遅延減衰回路１２４を設ける。当該遅延減衰回路１２４は、反射型半導体光増幅器１０６を変調する電気信号について、反射部１１５から反射して戻ってくる信号光の遅延時間に応じて電気信号を遅延させ、極性を反転させた上で元の変調信号より小さい振幅で反射型半導体光増幅器１０６の変調信号に加算する。これにより、反射型半導体光増幅器１０６に戻る遅延した信号光のエコー成分を打ち消すことが出来る。なお、反射して戻ってくる信号光の遅延時間は反射点からのファイバ長により決定する。また、本実施の形態は、上記のように信号光のエコー成分を打ち消す構成を有する限り、上記に限られるものではない。具体的には、上記においては、プリエンファシス回路１２１に加えて遅延減衰回路１２４を設ける場合について説明したが、プリエンファシス回路１２１のみを設ける構成であってもよい。

本実施の形態によれば、信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システム１００等を実現することができる。また、本実施の形態によれば、反射型半導体光増幅器を光源とした信号光のＳ／Ｎ比劣化を大幅に抑圧することが可能となる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。なお、下記において第１乃至第３の実施形態と同様である点については説明を省略する。

図１０（ａ）は、本実施形態における反射型半導体光増幅器の入力−出力特性を示す。図１０（ｂ）は、比較例として反射型ではない従来の半導体光増幅器の入力−出力特性を示す。

図１０（ｂ）に示すように、従来の一般的な透過型の半導体光増幅器の入力−出力特性は、光増幅器の長さを幾ら長尺化しても出力平坦化効果を得ることが出来ない。

これに対し、図１０（ａ）に示すように、本実施の形態における反射型半導体光増幅器１０６では、第一端面から入力した光が第二端面で反射し増幅する過程において増幅器内で起こるクロスゲインサチュレーション効果によって出力平坦化効果を得ることが出来る。なお、反射型半導体光増幅器において、反射型半導体光増幅器１０６からの出力光が出射される端面が第一端面（前方端面）に相当し、入力光が反射される端面が第二端面（後方端面）に相当する。

本実施の形態における反射型半導体光増幅器１０６では、このように出力が平坦化する領域、即ち、偏波回転反射部１１５から戻ってきた信号光を打ち消すことが可能なＭＣＤＲを使って信号光の変調を行う。従って、このＭＣＤＲがより大きいほど安定した光波長多重通信システムを構築することが出来る。なお、本実施の形態における反射型半導体光増幅器は、例えば、上記第１乃至第３の実施の形態におけるいずれかの反射型半導体光増幅器１０６に相当する。

図１１（ａ）は、本実施の形態における反射型半導体光増幅器の入力光パワーと出力光パワーの関係を示す図である。図１１（ｂ）は、本実施の形態における反射型半導体光増幅器のＭＣＤＲと利得の増幅器長依存性を示す図である。なお、図１１（ｂ）においては、一例として、半導体光増幅器１０６に注入した電流は２００ｍＡ、第一端面、第二端面の反射率は、それぞれ無反射（＜０．１％）、高反射（９５％）とする。

図１１（ｂ）に示すように、ＭＣＤＲは半導体光増幅器１０６の増幅器長に応じて変化する特性を持っていることがわかる。この特性曲線は我々の鋭意検討により初めて見出された。増幅器長が７５０μｍ付近をピークに、ＭＣＤＲは増幅器長が短くなるにつれて小さくなる傾向がある。逆に７５０μｍより増幅器長が長くなった場合は、最初は急激にＭＣＤＲは小さくなるが、短くなる場合と比較して緩やかな減少へと変わっていく。さらに、点線で示した利得については、増幅器長が５００μｍより短く、もしくは２０００μｍより長い場合には、利得が減衰し始め一定では無くなるため、変調した信号光の伝送波形品質が低下する。

このため、本実施形態では、これら反射型半導体光増幅器の諸特性を鑑みて、第一端面と第二端面との間の長さ、即ち増幅器長を５００μｍ〜２０００μｍの範囲内とする。

これにより、利得を安定化した状態で、１５ｄＢ以上の安定動作に十分なＭＣＤＲを確保することが出来る。

なお、さらにより安定な光波長多重通信システムを構築したい場合には、そのＭＣＤＲをさらに大きくすれば良い。例えば、増幅器の長さを６００μｍ〜１２００μｍの範囲内にさらに制限する。これにより、実用上十分に大きな２０ｄＢ以上のＭＣＤＲを確保することが出来る。

ここで、第一、第二端面の反射率を変更しても、図１１（ｂ）に示した利得とＭＣＤＲの増幅器長依存性には大きな変化は見られなかった。これは、反射型増幅器の特性を支配する主要パラメータとしては、端面反射率よりも増幅器長が支配的であることを示唆している。

また、注入する電流を２００ｍＡよりも減少させていくと、利得が一定となる幅が減少し、ＭＣＤＲも小さくなっていく。逆に、注入電流を２００ｍＡよりも増加させていくと、増幅器は著しく発熱し特性が低下し始めると共に、低消費電力化の観点からも好ましくない。したがって、本実施の形態においては、例えば、注入電流を１００ｍＡ乃至３００ｍＡとすることが好ましい。

具体的には、例えば、本実施形態においては、反射型半導体増幅器１０６の利得が安定した状態で、より大きなＭＣＤＲを確保するために、増幅器長を１０００μｍとし、利得とＭＣＤＲの特性面及び低消費電力化の観点から、増幅器に注入する“１（オン）”レベル時の電流を２００ｍＡとし、“０（オフ）”レベル時の電流を１２０ｍＡとする。

本実施の形態によれば、所望のＭＣＤＲを確保するとともに、より高速変調可能な光波長多重通信システムを実現することができる。より具体的には、例えば、反射型半導体光増幅器の大きなＭＣＤＲを確保し、伝送速度５Ｇｂｐｓで安定に変調動作する光波長多重通信システム等を実現することができる。また、上記第１乃至第３の実施形態と組み合わせて用いることにより、より信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システムを実現することもできる。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。なお、下記において第１乃至４の実施形態と同様である点については説明を省略する。

本実施の形態においては、図１２に示すように、反射型半導体光増幅器１０６における信号光と略平行な一方の面に、第１の電極１１６及び第２の電極１１７を設けるとともに、他方の面に、裏面電極１１８を設ける。

具体的には、例えばある特定チャネルで光増幅された信号光を生成するために電流注入を行う第１の電極１１６と、その信号光を変調するための第２の電極１１７を上記のように反射型半導体光増幅器１０６の一方の面に形成する。ここで、例えば、第１の電極１１６の長さは約４００μｍ、第２の電極１１７の長さを約３００μｍとする。また、例えば、第１の電極１１６及び第２の電極１１７の長さを合わせた増幅器長は、図１１（ｂ）に示すようにＭＣＤＲがほぼ最大となる長さに設定する。より具体的には、例えば、反射型半導体増幅器長を７７５μｍとする。なお、反射型半導体光増幅器１０６に注入する送信信号の“１（オン）”レベル時の電流を２００ｍＡ、“０（オフ）”レベル時の電流を１２０ｍＡとする。なお、反射型半導体増幅器長とは、反射型半導体光増幅器１０６への出力光が出射される端面１１９（第一端面）と、入力光が反射される端面１２０（第二端面）との間の距離に相当する。

上記のように、本実施の形態においては、独立した２つの電極を備え、変調するための第２の電極１１７の長さを短くする。これにより、ある特定チャンネルで光増幅された信号光を更に高速変調することが可能となる。ＭＣＤＲ及び高利得を確保するための増幅器長は実質的に第一端面から第二端面との距離により決まるが、高速動作特性は変調電流を印加する第２の電極１１７の長さに依存する。第２電極１１７の長さが短い方が高速動作に有利となる。そのため、本実施の形態とすることで、ＭＣＤＲ及び利得特性への影響を抑制しつつ高速動作が可能となる。具体的には、例えば、伝送速度を５Ｇｂｐｓから１０Ｇｂｐｓに高速化した変調を実現することのできる反射型半導体光増幅器１０６を実現することができる。

なお、上記第１の電極１１６及び第２の電極１１７の長さと数は一例であって本実施の形態は上記に限られるものではない。例えば電流注入用として第１及び第２の電極を形成し、高速変調するための電流注入用として第３の電極を形成してもよい。

また、本実施形態では第１端面１１９側の第１の電極１１６に直流電流を印加し、第２端面１２０側の第２の電極１１７に変調信号を印加したが、第１の電極１１６に変調信号を印加し、第２の電極１１７に直流電流を印加しても構わない。さらに、上記実施形態では、一つの反射型半導体光増幅器１０６の電極を二つ分けることで、直流電流を印加する領域と変調信号を印加する領域を設けたが、この二つの領域は別体であって構わない。例えば、光増幅機能を備えた半導体増幅器を上り信号が出射される側から見て前段に設け、後段に半導体増幅器と光学的に接続された反射型半導体光増幅器を設けても構わない。このとき、前段の半導体増幅器の実効的に作用する領域の増幅器長と後段の反射型半導体光増幅器の増幅器長の合計の長さは、前述した反射型半導体光増幅器１０６の最適な増幅器長と同等することが好ましい。

本実施の形態によれば、より高速変調で安定に動作する光波長多重通信システムを実現することができる。また、上記第１乃至第４の実施形態と組み合わせて用いることにより、より信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システムを実現することもできる。より具体的には、例えば、伝送速度１０Ｇｂｐｓの高速変調で安定に動作する光波長多重通信システムを実現することができる。
[第６の実施形態]

次に、本発明の第６の実施形態を説明する。なお、下記において第１乃至５の実施形態と同様である点については説明を省略する。

図１３は、本発明の第６の実施形態における光波長多重通信システムの構成の概要を示す図である。本実施の形態においては、第１の実施形態で示した光分岐カプラ１１４及び偏波回転反射部１１５を遠隔ノード１１２内ではなく端局１０１内に設ける。ここで、すでに各家庭と基地局間などで光ファイバ等は敷設されている場合がある。この場合において、上記第１乃至第５の実施形態を適用するためには、その光ファイバで接続されている途中に、新たに光分岐カプラ及び偏波回転反射部を設置する必要が生じる。しかし、本実施の形態によれば、光分岐カプラ及び偏波回転反射部を端局内に設けるために、フィールドの光ファイバに手を加えずに、上記第１乃至第５の実施形態と同様の通信システムを構築することができる。

図１４は、図１３における端局側光送受信装置１００１の構成の一例を示す。本実施の形態においては、例えば、図１４に示すように、図２に示した端局側光送受信装置１０２と異なり、ＷＤＭフィルタ２０２と端局側光受信器２０３との間に、光分岐カプラ１１４を設置し、分岐後の経路に光増幅器１００２と偏波回転反射部１１５を設ける。また、図１４に示すように、遠隔ノード１１３付近には光分岐カプラ１１４及び偏波回転反射部１１５は設けられていない。

本実施形態の動作原理は第１の実施形態で説明した原理と同様で、反射型半導体光増幅器１０６より出射された光は、光ファイバを通り偏波回転反射部１１５で反射され、安定した光信号となる。偏波回転反射部１１５の前段に設けられた光増幅器１００２は、反射型半導体光増幅器１０６と偏波回転反射部１１５との間の距離が第１の実施形態と比べて長くなっているために、光ファイバ１０５等による光強度の損失を補償するために設けられている。より具体的には、例えば、光増幅器１００２は半導体光増幅器で構成され、半導体光増幅器に直流電流を印加することで通過する光を増幅する。なお、光強度の増幅が得られれば半導体光増幅器である必要はなく、ファイバアンプ等でも構わない。ただし、端局側光送受信装置１００１の小型化・低消費電力の観点より、半導体光増幅器を用いることが好ましい。

なお、本実施の形態は、次のような変形例として構成してもよい。図１５は、第６の実施形態の変形例である端局側光送受信装置１００３の構成の概要を示す。端局側光送受信装置１００１と異なる点は、光分岐カプラ１１４以降の構成である。本変形例においては、上記光増幅器１００２および偏波回転反射部１１５に代えて、偏波回転子１００４及び反射型半導体光増幅器１００５を用いる。本変形例の動作原理は、基本的には上記と同様で、反射型半導体光増幅器１００５が、光強度の損失分の増幅と終端側にある反射型半導体光増幅器１０６への光反射の両方の機能を有している。なお、前段に設けられた偏波回転子１００４は、必要に応じて設けらればよく、反射型半導体光増幅器１０６の偏波依存性が小さい（通信システムにとって影響とならない程度）場合には、不要となる。

本実施の形態によれば、より高速変調で安定に動作する光波長多重通信システムを実現することができる。また、上記第１乃至第６の実施形態と組み合わせて用いることにより、より信号光のＳ／Ｎ比を向上した光波長多重通信システムを実現することもできる。より具体的には、例えば、伝送速度１０Ｇｂｐｓの高速変調で安定に動作する光波長多重通信システムを実現することができる。

本発明は、上記第１乃至第６の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。具体的には、例えば、図１６に示すように、端局１０１に複数の端局側光送受信装置１０２を配置し、終端装置１０３を複数局とした光波長多重通信システム１００として構成してもよい。この場合、例えば、１つの端局１０１内に、波長多重伝送に対応した波長が異なる端局側光送受信装置１０２をチャネル別に増設する。また、上記第１乃至６５の実施形態は、互いに矛盾しない限り、組み合わせて用いてもよい。例えば、第４または第５の実施形態において、第１乃至３の実施形態を組み合わせて用いてもよい。なお、特許請求の範囲における通信システムは、例えば、上記光波長多重通信システム１００に相当し、特許請求の範囲における反射部は、例えば、上記偏波回転反射部１１５に相当する。

また、上記実施例では説明の便宜上「終端」、「端局」という表現を用いたが、本願発明は２点間（２か所間）の光通信であれば適用することができることは言うまでもない。

１００ 光波長多重通信システム、１０１ 端局、１０２、１００１、１００３ 端局側光送受信装置器、１０３ 終端装置、１０４ 終端側光送受信装置、１０５、２０４ 光ファイバ、１０６、１００５ 反射型半導体光増幅器、１０７ 上り信号、１０８ 終端側光送信器、２０１ 端局側光送信器、１０９ 下り信号、１１０ 終端側光受信器、２０３ 端局側光受信器、１１１ ＷＤＭフィルタ、１１２ 遠隔ノード、１１３ 光合分波器、１１４ 光分岐カプラ、１１５ 偏波回転反射部、１１６ 第１の電極、１１７ 第２の電極、１１８ 裏面電極、１１９ 第１端面、１２０ 第２端面、１２１ プリエンファシス回路、１２２ 終端側受光器、１２４ 遅延減衰回路、２０２ ＷＤＭフィルタ、２０５ 端局側光変調器、２０６ 端局側受光器、２０７ 受信帯域補正回路、１００２ 光増幅器、１００４ 偏波回転子。

Claims (11)

1. 反射型半導体光増幅器を含む終端側光送信器と、
   前記終端側光送信器からの出力光を反射する反射部と、
   前記終端側光送信器と伝送路を介して接続されるとともに、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信する端局側光受信器と、
   を含み、
   前記反射型半導体光増幅器は、前記反射部で反射された前記出力光を増幅するとともに、電気信号に応じて変調して出力し、
   前記終端側光送信器は、更に、前記反射部で反射されて前記反射型半導体光増幅器に戻ってくる出力光の遅延時間に応じて、前記電気信号を遅延させるとともに、極性を反転させる遅延減衰部を有し、
   前記反射型半導体光増幅器は、更に、前記遅延減衰部から出力される信号に基づいて、前記出力光を変調して出力することを特徴とする通信システム。
2. 前記端局側光受信器は、前記出力光の相対強度雑音の周波数特性に基づいて、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 反射型半導体光増幅器と、送信信号の変調度を増大させるプリエンファシス部とを含む終端側光送信器と、
   前記終端側光送信器からの出力光を反射する反射部と、
   前記終端側光送信器と伝送路を介して接続される端局側光受信器と、
   を含み、
   前記反射型半導体光増幅器は、前記反射部で反射された前記出力光を増幅するとともに、前記変調度が増大された電気信号に応じて変調して出力し、
   前記終端側光送信器は、更に、前記反射部で反射されて前記反射型半導体光増幅器に戻ってくる出力光の遅延時間に応じて、前記電気信号を遅延させるとともに、極性を反転させる遅延減衰部を有し、
   前記反射型半導体光増幅器は、更に、前記遅延減衰部から出力される信号に基づいて、前記出力光を変調して出力することを特徴とする通信システム。
4. 前記プリエンファシス部は、前記出力光の相対雑音強度の周波数特性に応じて、前記変調度を増大させることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記端局側光受信器は、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信することを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
6. 前記端局側光受信器は、前記プリエンファシス部による前記変調度の増大に基づいて、前記終端側光送信器からの出力光の周波数帯域を制限して受信することを特徴とする請求項５記載の通信システム。
7. 前記プリエンファシス部は、伝送レートの１／２程度までの変調周波数範囲において、前記変調度の増大をすることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の通信システム。
8. 反射型半導体光増幅器を含む終端側光送信器と、
   前記終端側光送信器からの出力光を反射する反射部と、
   前記終端側光送信器と伝送路を介して接続されるとともに、前記終端側光送信器からの出力光を受信する端局側光受信器と、
   を含み、
   前記反射型半導体光増幅器は、前記反射部で反射された前記出力光を増幅するとともに、電気信号に応じて変調して出力し、
   前記反射型半導体光増幅器の増幅器長は、５００乃至２０００μｍであり、
   前記終端側光送信器は、更に、前記反射部で反射されて前記反射型半導体光増幅器に戻ってくる出力光の遅延時間に応じて、前記電気信号を遅延させるとともに、極性を反転させる遅延減衰部を有し、
   前記反射型半導体光増幅器は、更に、前記遅延減衰部から出力される信号に基づいて、前記出力光を変調して出力することを特徴とする通信システム。
9. 前記反射型半導体光増幅器への注入電流は、１００乃至３００ｍＡであることを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記反射型半導体光増幅器は、第１の電極と、第２の電極とを有し、
    前記第１及び第２の電極は互いに長さが異なり、独立して電流注入可能であることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
11. 前記第２の電極の前記出力光に沿った方向の長さは、前記第１の電極の長さよりも短く、
    前記第２の電極には、前記電気信号に応じて出力光を変調するための電流が注入される、ことを特徴とする請求項１０記載の通信システム。

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