JPH11109428A - 波長多重光信号送信装置 - Google Patents

波長多重光信号送信装置

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JPH11109428A
JPH11109428A JP9269855A JP26985597A JPH11109428A JP H11109428 A JPH11109428 A JP H11109428A JP 9269855 A JP9269855 A JP 9269855A JP 26985597 A JP26985597 A JP 26985597A JP H11109428 A JPH11109428 A JP H11109428A
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祥雅 片桐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モード同期半導体レーザを多波長光源として
利用し得る波長多重光信号送信装置を提供すること。 【解決手段】 モード同期半導体レーザ12からの各発
振モードの連続単色光を、AWG15によりモード(光
周波数)毎に分波し、各光周波数シフタ26により不等
間隔となるように個別に光周波数変換することにより、
4光波混合に伴うクロストークを抑圧する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多数の波長の異な
る光を用いる波長多重光信号送信装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図1は従来の波長多重光信号送信装置の
一例を示すもので、波長基準1により光周波数が精密に
制御された複数の光周波数可変光信号送信機2から、個
別の光周波数キャリアν1〜νnを有する変調光信号が
それぞれ出力され、これらが合波器3で合波される如く
なっている。なお、合波器3としては1×N結合器でも
良いが、アレイ導波路格子フィルタ(以下、AWGと記
す。)が望ましい。
【0003】このような個別に波長(光周波数)を制御
できる波長多重光信号送信装置では、波長間隔を不等間
隔にも等間隔にもすることができるので、ファイバの零
分散波長や波長帯域を任意に設定して伝送システムを構
築することが可能である。
【0004】しかしながら、各送信機2は個別に波長制
御機構を必要とするため、小形化したり、一体化するこ
とが難しく、その結果、装置全体が大規模になるばかり
でなく、保守管理にかかるコストも甚大となり、このよ
うなハードウェアの構成は、より狭い波長間隔で多くの
チャンネルを備えた波長分割多重(WDM)伝送システ
ムを構築する上で大きな負担になるという問題があっ
た。
【0005】図2は従来の波長多重光信号送信装置の他
の例、ここでは単一の素子から多くの連続光(CW光)
を利用できるモード同期半導体レーザを用いた例を示
す。図中、11は基準光源、12はモード同期半導体レ
ーザ、13は電気発振器、14はアイソレータ、15は
AWG、16は複数のファイバループ、17は複数のパ
ターンジェネレータ、18は複数の変調器である。
【0006】モード同期半導体レーザ12は、各発振モ
ードに対応した、各波長が繰返し周波数に等しい波長間
隔毎に等間隔に配列された多数の連続単色光(多波長
光)を発生する。これらの多波長光はフリーランニング
ではゆらいでいるが、基準光源1からの基準光を用いた
注入同期及び電気発振器13からの変調信号電流を用い
た強制モード同期動作により、全てのモードの絶対波長
をロックすることが可能である(H.Yasaka et al.,“Mu
ltiwavelength light source with precise frequency
spacing using mode-locked semiconductor laser and
arrayed waveguide grating filter”OFC '96 F
B2参照)。
【0007】このように等間隔に配列された多波長光
は、AWG15により光周波数(波長)毎に分波され、
各ファイバループ16、パターンジェネレータ17及び
変調器18により個別にデータコーディングされた後、
再びAWGフィルタ15に結合され、合波される。
【0008】WDMチャネル間スペーシングは、データ
の帯域によりクロストークのないように選定させるが、
通常は100GHz間隔が推奨されている。安定化可能
な波長間隔は現時点では50GHz程度であるが、今
後、超高速素子の開発によりサブTHz(テラヘルツ)
までの拡張が見込まれており、この推奨を将来的に満足
することは容易と考えられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光周波
数軸上で等間隔に配列された多波長光は、波長帯が伝送
ファイバの零分散波長近辺にあると4光波混合(FW
M)によるクロストークを発生させるという問題があっ
た(FWM:伝送ファイバの非線形効果によりν1とν
2が相互作用してν1−ν2毎に新たな光を発生させる
現象。ファイバ中を伝播する時に位相ずれが少ない零分
散波長領域で顕著に現われる。WDM伝送では、等間隔
に光周波数キャリアを設定すると、このFWMによりク
ロストークが発生し、伝送品質を著しく劣化させ
る。)。
【0010】モード同期半導体レーザによる多波長光は
位相も同期しているので、個別光源の場合に比べて、特
にFWMを発生させ易い。このため、零分散波長を含む
広い帯域で波長多重により長スパン、大容量光伝送シス
テムを実現しようとする場合、前記のようなモード同期
半導体レーザをそのまま多波長光源として利用すること
は困難であった。
【0011】本発明の目的は、モード同期半導体レーザ
を多波長光源として利用し得る波長多重光信号送信装置
を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、モード同期半導体レーザの各発振モー
ドの連続単色光を個別に光位相変移する手段を設けたこ
とを特徴とする。
【0013】ファイバ中でのFWM発生効率は非線形シ
ュレッジンガー方程式により光強度の増大とともに急速
に増大する。このため、FWMを抑圧するには、時間軸
上でモード同期パルスを崩壊させる必要がある。
【0014】モード同期パルスの場の成分は、一般に
【数1】 と表すことができる。ここで、Fは繰返し周波数、ψは
定数である。ρはモード分布を表す係数でパルス波形に
依存する。
【0015】パルスを崩壊させる方法として最も簡易な
方法は、光のキャリア周波数を不等間隔とする方法であ
る。
【0016】マッハツェンダ型位相変調器において、両
アームを位相差πで逆方向に同時に変調することによ
り、容易に光周波数を変換する(変移させる)ことがで
きる。即ち、片方のアームの変調光を
【数2】 とし、他方を
【数3】 として高次の項を無視すると、変調器通過後の光の場の
成分は、主に
【数4】 となる。これは、変調周波数だけ光周波数がシンセサイ
ザの精度で変換されたことを意味する。
【0017】全ての発振モードに対して個別にこの変換
を行うことにより、光周波数を厳密に不等間隔に設定す
ることが可能である。このように配列した光を用いた波
長多重伝送では、等間隔に配列したものよりも零分散波
長の近傍で大幅にパワーペナルティを改善することが可
能である。
【0018】また、変調器の変調パワーに余裕のある場
合には、ベッセルの第一零点となる変調振幅J0 (δ)
=0での位相変調によりキャリア成分を消去することが
可能である。この場合、両側に変調振幅間隔で側波帯が
広帯域に亘って発生するので、送信チャネルの帯域幅に
よっては変調周波数が制限を受ける。
【0019】また、キャリア成分が存在していても、各
モードの間で完全に相関がないようにすることによりパ
ルスを崩壊することも可能であり、位相変移をカオス的
に行うことにより実現できる。図3(a) は各モードが同
期したパルスを表しているが、図3(b) は位相のDC成
分を完全にランダムに設定した場合の時間波形であり、
パルス波形が大きく崩壊していることがわかる。ここ
で、これらのグラフは繰返し周波数100GHz、モー
ド数5として計算したものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
【0021】
【実施の形態1】図4は請求項1及び2に対応する本発
明の第1の実施の形態、ここではマッハツェンダ型光周
波数シフタを用いた形態を示すもので、図中、図2と同
一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、11は基準
光源、12はモード同期半導体レーザ、13は電気発振
器、14,21はアイソレータ、15,22はAWG、
17は複数のパターンジェネレータ、18は複数の変調
器、23は光増幅器、24は光フィルタ、25は光変調
器、26は複数の光周波数シフタである。
【0022】前記構成において、基準光源11からの基
準光は光増幅器23で増幅され、光フィルタ24で該光
増幅器23における自然放出光(ASE)が除去され、
変調器25で変調された後、モード同期半導体レーザ1
2に注入同期される。変調器25はEA変調器またはL
N(ニオブ酸リチウム)強度変調器からなり、変調周波
数はモード同期パルスの繰返し周波数に等しいか、もし
くはその整数倍とする。このような光注入により絶対波
長と繰返し周波数が同時に安定化される。なお、変調器
25とモード同期半導体レーザ12との間に偏波制御器
を挿入して注入効率を高めることが望ましい。
【0023】モード同期半導体レーザ12から出力され
る多波長光よりなるパルスはAWG15によりモード
(光周波数)毎に分波され、各光周波数シフタ26によ
り不等間隔となるように個別に光周波数変換される。
【0024】図5は個々の光周波数シフタ26の詳細を
示すもので、マッハツェンダ型位相変調器261、(電
気の)符号反転器262、(電気の)180度位相シフ
タ263及び光周波数変換用の電気発振器264からな
っている。マッハツェンダ型位相変調器31の分岐比
1:1と、180度位相シフタ263の位相差πとを精
密に調整することにより、キャリア周波数を完全に除去
して光周波数を変換することが可能である(現状の実験
ではキャリアの消滅比は30dB程度)。ここで、この
光周波数シフト量は各WDMチャネルの帯域内とする。
【0025】光周波数シフトされた光信号は各パターン
ジェネレータ17及び変調器18によりデータコーディ
ングされた後、別のAWG22により合波され、1本の
光ファイバに導入される。
【0026】
【実施の形態2】図6は請求項1及び3に対応する本発
明の第2の実施の形態、ここでは位相変調により光のキ
ャリア成分を除去する形態を示すもので、図中、図2、
4と同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、11
は基準光源、12はモード同期半導体レーザ、13は電
気発振器、14,21はアイソレータ、15はAWG、
16は複数のファイバループ、17は複数のパターンジ
ェネレータ、18は複数の変調器、23は光増幅器、2
4は光フィルタ、31は複数の電気発振器、32は複数
の位相変調器である。
【0027】前記構成において、基準光源11からの基
準光は光増幅器23で増幅され、光フィルタ24で該光
増幅器23における自然放出光(ASE)が除去された
後、モード同期半導体レーザ12に注入され、これによ
って絶対波長の安定化が図られ、電気発振器13からの
変調信号電流に基づく強制モード同期動作によって繰返
し周波数が安定化される。
【0028】モード同期半導体レーザ12から出力され
る多波長光よりなるパルスはAWG15によりモード
(光周波数)毎に分波され、各パターンジェネレータ1
7及び変調器18でデータコーディングされた後、電気
発振器31及び位相変調器32によりキャリア成分が消
えるように位相変調される。ここで、位相変調器32に
は大振幅変調が可能な共鳴型LN発振器を利用すること
ができる。
【0029】光のキャリア成分がとり除かれた光信号は
AWG15にループバックされて合波され、1本の光フ
ァイバに導入される。
【0030】
【実施の形態3】図7は請求項1及び4に対応する本発
明の第3の実施の形態、ここではモード同期パルスの各
位相のバイアス成分をカオス的に擾乱することによりパ
ルス波形を崩壊させる形態を示すもので、図中、図6と
同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、11は基
準光源、12はモード同期半導体レーザ、13は電気発
振器、14,21はアイソレータ、15はAWG、16
は複数のファイバループ、17は複数のパターンジェネ
レータ、18は複数の変調器、23は光増幅器、24は
光フィルタ、41は複数のカオス発生源、42は複数の
光移相器である。
【0031】前記構成において、モード同期半導体レー
ザ12における多波長光の発生、データコーディング及
びループバックトポロジーについては第2の実施の形態
の場合と同じである。ここでは位相変調用の電気発振器
に代えて、時間的な相関がない独立な各カオス発生源4
1により各光移相器42の位相変位量を定めることによ
ってパルス波形を崩壊させる。このような光移相器42
としてはLN位相変調器が利用できる。
【0032】カオスは計算機等によりソフト的に発生す
ることが可能であり、それを電気信号に変換して利用す
ることができる。なお、時間の相関成分が残留しない雑
音源をカオス発生源として利用することも可能である。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モード同期半導体レーザを多波長光源として利用するこ
とが可能となり、構成が簡単で小形化でき、保守や管理
の手間も少なくて済む波長多重光信号送信装置を実現で
き、大容量伝送装置を大幅に低コスト化することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の波長多重光信号送信装置の一例を示す構
成図
【図2】従来の波長多重光信号送信装置の他の例を示す
構成図
【図3】ランダム(カオス的な)位相のバイアスにより
パルス波形が崩壊するようすを示す図
【図4】本発明の波長多重光信号送信装置の第1の実施
の形態を示す構成図
【図5】図4中の光周波数シフタの詳細を示す構成図
【図6】本発明の波長多重光信号送信装置の第2の実施
の形態を示す構成図
【図7】本発明の波長多重光信号送信装置の第3の実施
の形態を示す構成図
【符号の説明】 11…基準光源、12…モード同期半導体レーザ、13
…電気発振器、14,21…アイソレータ、15,22
…AWG、16…複数のファイバループ、17…複数の
パターンジェネレータ、18…複数の変調器、23…光
増幅器、24…光フィルタ、25…光変調器、26…複
数の光周波数シフタ、31…複数の電気発振器、32…
複数の位相変調器、41…複数のカオス源、42…複数
の光移相器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04J 14/00 H04B 9/00 E 14/02 L H04B 10/152 10/142 10/04 10/06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モード同期半導体レーザからの各発振モ
    ードの連続単色光を分波し、外部変調器によりデータコ
    ーディングした後、再び合波する波長多重光信号送信装
    置において、 各発振モードの連続単色光を個別に光位相変移する光位
    相変移手段を、外部変調器の前もしくは後に設けたこと
    を特徴とする波長多重光信号送信装置。
  2. 【請求項2】 キャリア成分を持たない光周波数にシフ
    トする光位相変移手段を用いたことを特徴とする請求項
    1記載の波長多重光信号送信装置。
  3. 【請求項3】 キャリア成分を消去するように位相変調
    する光位相変移手段を用いたことを特徴とする請求項1
    記載の波長多重光信号送信装置。
  4. 【請求項4】 カオス的に位相変調する光位相変移手段
    を用いたことを特徴とする請求項1記載の波長多重光信
    号送信装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001133818A (ja) * 1999-11-02 2001-05-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 分布光増幅システムおよび分布光増幅方法
JP2007300496A (ja) * 2006-05-01 2007-11-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長分割多重伝送における光送信器、光中継器、光伝送システムおよび光送信方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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