JPWO2007066756A1 - 光信号送信装置及び光信号伝送システム - Google Patents

Abstract

光ケーブルを使用した大容量のデータ伝送が、簡単な構成で良好に行えるようにすることを目的とする。レーザ光源と、レーザ光源の出力を変調する変調手段とを備え、変調手段の出力を光信号として送信させる光信号送信装置に適用する。変調手段は、所定の周波数間隔で離散的に存在し、ファイバ伝送路における波長分散変動で制限される帯域をそれぞれ持つ複数の変調信号でレーザ光源の出力を変調して、周波数間隔に対応した所定波長間隔で離散的に存在する光信号として送信させる。

Description

本発明は、光ファイバケーブルを使用して光信号を送信させる光信号送信装置、及びその光信号送信装置を使用して光信号の伝送を行う光信号伝送システムに関する。

従来、光ファイバケーブルを使用して２点間で大容量の光信号を伝送させる技術の１つとして、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）方式が実用化されている。このＷＤＭ方式は、波長の違う複数の光信号を合成して伝送させる技術である。このＷＤＭ方式を利用することで、光ファイバ上の情報伝送量を飛躍的に増大させることができる。

図４は、従来のＷＤＭ方式の送信構成例を示した図である。この例では、４つの波長を合成する処理構成例としてあり、４つの半導体レーザ１１，２１，３１，４１を用意する。そして、各半導体レーザ１１，２１，３１，４１では、それぞれ所定波長Δλだけ離れたλ１、λ２、λ３、λ４のレーザ光を出力させる。各半導体レーザ１１，２１，３１，４１の出力は、個別に変調器１２，２２，３２，４２に供給して、それぞれ別に変調信号で変調させる。

変調器１２に供給される変調信号としては、多数の送信データをマルチプレクサ１３で多重化した上で、駆動回路１４にその多重化された送信データを供給し、その供給された多重化送信データに基づいて、レーザ光を変調する変調信号を生成させ、その変調信号を変調器１２に供給し、レーザ光の変調処理を行う。

変調器２２，３２，４２についても図４に示すように、マルチプレクサ２３，３３，４３で送信データの多重化を行った上で、駆動回路２４，３４，４４で生成された変調信号を供給して、それぞれ個別に変調処理を行う。各変調器１２，２２，３２，４２で変調されたレーザ光は、合波器５０に供給して１つの光信号に合成し、その合成された光信号を光ファイバケーブル６０で、受信側に伝送する。

このように構成して、複数の波長の信号を合成して伝送させることで、従来の１本の光ファイバケーブルで１つの波長の光信号だけを伝送させる場合に比べて、波長数に対応して伝送容量を増やすことが出来、データの伝送容量や伝送速度を大幅に引き上げることができる。図４の例では、４波長を合成する場合を示したが、それ以上の波長を合成することも可能である。実用化されたＷＤＭ方式の伝送例としては、１０Ｇビット／秒あるいは４０Ｇビット／秒の信号を、それぞれ異なる波長の光信号を使用して処理して多重化することで、１６０Ｇビット／秒の伝送を実現したものがある。

日本国特許庁が公開した特開２００４−３６３９４８号公報には、ＷＤＭ方式で波長多重して伝送を行う例についての記載がある。

ところが、図４に示した構成例から判るように、ＷＤＭ方式の場合には、光源や変調器が、波長数に対応して複数必要であり、送信装置の構成が複雑化する問題があった。

ＷＤＭ方式とは別の光信号多重化方式としては、時間多重（ＴＤＭ：optical time division multiplexing）方式がある。このＴＤＭ方式の場合には、ＷＤＭ方式の如き複雑化を避けることができるが、ＴＤＭ方式の場合には、大きな技術的な課題があった。即ち、ＴＤＭ方式の場合には、受信した光信号を正確に分離するために、設計値と同じ時間間隔で光パルスが並んでいる必要がある。ところが実際には、温度変化や振動などで、光ファイバの光学的分散特性が変化し、時間間隔がずれてしまう場合が多々ある。そこで帯域の逆数で決まる遅延補正をおこなう必要がある。ＷＤＭ方式では、この様な場合は各波長間の間隔をあけることで、異なる波長を持つ信号間の分離が行え、たかだか４０Ｇｂｐｓ内での信号遅延のみを補正すれば復調可能であったが、ＴＤＭ方式では、１６０Ｇビット／秒の如き高速で大容量の伝送の中の微細な信号遅延を補正し復調することは困難であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光ケーブルを使用した大容量のデータ伝送が、簡単な構成で良好に行えるようにすることを目的とする。

第１の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源の出力を変調する変調手段とを備え、前記変調手段の出力を光信号として送信させる光信号送信装置において、前記変調手段は、ファイバ伝送路における波長分散変動で制限される帯域をそれぞれ持つ複数の変調信号を、所定の周波数間隔で離散的に合成することで、各変調信号間に分離可能な周波数間隙がある状態で前記レーザ光源の出力を変調して、前記周波数間隔に対応した所定波長間隔で離散的に存在する光信号として送信することを特徴とする光信号送信装置としたものである。

第２の発明は、第１の発明の光信号送信装置において、前記離散的に存在する複数の変調信号を構成するそれぞれの変調信号は、多数の送信データをマルチプレクサで合成したデータから生成された信号であることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明の光信号送信装置において、前記変調手段の出力は、他の光信号と合成させる合成手段を介さずに出力させることを特徴とする。

第４の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源の出力を変調する変調手段とを備え、前記変調手段の出力を光信号として送信させる光信号送信装置と、前記光信号送信装置の出力を受信する光信号受信装置で構成される光信号伝送システムにおいて、前記光信号送信装置の変調手段は、複数の変調信号を所定の周波数間隔で離散的に合成することで、各変調信号間に分離可能な周波数間隙がある状態で前記レーザ光源の出力を変調して、前記周波数間隔に対応した所定波長間隔で離散的に存在する光信号として伝送することで、一つのファイバ伝送路における波長分散変動の為の補償を、合成前の変調信号帯域による制限まで緩和することを特徴とする光信号伝送システムとしたものである。

第５の発明は、第４の発明の光信号伝送システムにおいて、前記光信号受信装置は、前記所定波長間隔で離散的に存在する全ての波長帯域の光信号の検出が可能な単一の検出手段を備えることを特徴とする。

第６の発明は、第４の発明の光信号伝送システムにおいて、前記光信号受信装置は、離散的に存在する各波長に分離した後で、波長分散補償を行うことを特徴とする。

本発明によると、所定の周波数間隔で離散的に存在する複数の変調信号でレーザ光源の出力を変調することで、１つの光源の出力を変調した信号であるのに、ＷＤＭ方式の変調信号と同等の、所定波長間隔で離散的に存在する光信号となり、高速大容量伝送が良好にできる。

本発明の一実施の形態による送信構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による送信波形例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による受信構成例を示すブロック図である。 従来のＷＤＭ信号の送信構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。本例においては、光ファイバケーブルで光信号を伝送する伝送システムに適用したものである。図１は本例の送信構成を示した図であり、その構成について説明すると、半導体レーザ１０１はレーザ光を出力して、そのレーザ光出力を変調器１０２に供給する。

変調器１０２では、駆動回路１０４から供給される変調信号でレーザ光を変調して、その変調されたレーザ光を、接続された光ファイバケーブル１０５に出力させ、その光ファイバケーブル１０５を使用して、受信側に伝送する。

駆動回路１０４に供給する変調信号を生成させる構成としては、図１に示すように、それぞれ多数の送信データが供給される複数（ここでは４つ）のマルチプレクサ１１１〜１１４を用意し、それぞれのマルチプレクサ１１１〜１１４で、送信データを多重化する。その多重化された送信データは、それぞれ空隙帯域入りマルチプレクサ１０３に供給して、１つのマルチプレクサの出力毎に、個別の周波数の帯域で変調する信号とする。図１の例では、４つのマルチプレクサ１１１〜１１４の出力を使用してあるので、４つの周波数の帯域が離散的に存在する変調信号とされる。それぞれの波長の帯域は、隣接する周波数の帯域との間である程度の間隔を開けてある。また、変調信号のそれぞれの波長の帯域は、ファイバ伝送路における波長分散変動で制限される帯域としてある。ファイバ伝送路は、図１の例ではファイバケーブル１０５に相当する。

このように空隙帯域入りマルチプレクサ１０３で生成された変調信号を駆動回路１０４に供給し、駆動回路１０４により変調器１０２を用いてレーザ光を変調することで、この送信装置から光ファイバケーブル１０５に出力される光信号は、例えば図２に示す波長スペクトルを持つようになる。即ち、波長を横軸、信号成分のレベルを縦軸で示すと、４つのマルチプレクサ１１１〜１１４の出力を使用した４つの周波数帯域ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の変調信号に対応した、４つの独立した波長帯域λ１，λ２，λ３，λ４に送信信号成分が存在する波長スペクトルとなっている。各波長帯域の帯域幅の一例を示すと、例えば図２に示すように、それぞれの波長帯域の帯域幅λａが１０Ｇｂｐｓの信号を送信可能な帯域幅する０．７オングストロームであり、波長間隔λbとして、２５ＧＨｚ間隔に相当する１．９オングストロームとしてあり、各信号帯域の間に、無変調帯域が形成される。このようにすることで、１０Ｇｂｐｓの信号が４波長存在することになり、４０Ｇｂｐｓの伝送が可能である。このような周波数構成とした場合には、変調器１０２そのものは、少なくとも単一で１００Ｇｂｐｓまで変調可能なものを使用する。このような光変調器は、進行波型電極構造をもつ電界吸収型(EA)光変調器により既に実現可能である。

次に、このように送信される光信号を受信する受信装置の構成例を、図３を参照して説明する。図３の受信構成について説明すると、光ファイバケーブル１０５で伝送された光信号を、分散補償器１３１で分散補償を行った後、１つの光検出器１３２で全ての波長帯域λ１，λ２，λ３，λ４で変調された信号を検出する。そして、その光検出器１３２の検出信号を、復号器１３３に供給して、多重化されて伝送されたデータを復号して、多重化された個別の伝送データを得る。

ここで、これらの受信構成で受信される光信号の例について説明すると、既に説明したように、送信側では図２に示すように、変調信号が波長的に離散的に存在する信号となっている。受信される信号としては、各信号帯域の間の無変調帯域があるために、各帯域の信号を分離できる。各帯域への分離後の光ファイバケーブルの分散特性による遅延補正は、各帯域幅の逆数で決まる誤差以下で充分である。従って分散補償器１３１は、この無変調帯域により補償精度は緩和され、温度の変化などによる微小な分散特性の変化まで補償する必要がない。従って、図３の受信構成で、各周波数帯域の信号を正しく受信して復号することができる。また、本復号は、微細な非線形歪みで帯域増大に制限を受ける場合でも、各帯域への分離が可能であることから、その制限を大幅に緩和する。

従って、ここまで説明した伝送構成とすることで、波長の多重数に比例して、それだけデータの伝送速度あるいは伝送容量を増加させることができる。しかも本例の場合には、図４に示した従来のＷＤＭ方式のような送信構成のように、多数の変調器などが必要なく、１つの光源で擬似的に多数の波長光源によって生成した波長多重光通信用光出力と同様の出力を得ることができ、簡単な構成で伝送速度あるいは伝送容量を増加させることができる。

なお、生成した光信号を更に多重化したい場合には、従来型の図４の変調器１２からの出力信号の代わりに図１の変調器１０２から出力される信号を入れても良い。一般的に合波器５０は、アレイ導波路型格子による合分波器を用いていることから、フィルタの役割も兼ねさせられる。このときは、従来のＷＤＭでの半導体レーザ１１，２１，３１，４１および変調器１２，２２，３２，４２は、半導体レーザ１９１及び変調器１０２で同等に置き換えられることから、同じ半導体レーザの数であって、図１におけるマルチプレクサの数で掛けた数だけ、その扱える帯域幅は増える。

なお、生成された光信号は、ＷＤＭ方式によって生成されたものと全く同じであり、復調は図3の受信構成ではなく、波長によって分離した後で複数の光検出器で検出するＷＤＭ方式を用いても良い。その場合は、光信号の状態で分離することから、分離後の波長分散特性をそれぞれの波長に合わせてより精密に行うことができる。

なお、上述した実施の形態で説明した離散的に存在する変調信号の数、その変調信号が存在する周波数や帯域などの値については一例を示したものであり、上述した値に限定されるものではない。

引用符号の説明

１０１…半導体レーザ、１０２…変調器、１０３…空隙帯域入りマルチプレクサ、１０４…駆動回路、１０５…光ファイバケーブル、１１１〜１１４…マルチプレクサ、１２１…分波器、１３１…分散補償器、１３２…光検出器、１３３…復号器

Claims (6)

1. レーザ光源と、前記レーザ光源の出力を変調する変調手段とを備え、前記変調手段の出力を光信号として送信させる光信号送信装置において、
   前記変調手段は、ファイバ伝送路における波長分散変動で制限される帯域をそれぞれ持つ複数の変調信号を、所定の周波数間隔で離散的に合成することで、各変調信号間に分離可能な周波数間隙がある状態で前記レーザ光源の出力を変調して、前記周波数間隔に対応した所定波長間隔で離散的に存在する光信号として送信することを特徴とする
   光信号送信装置。
2. 請求項１記載の光信号送信装置において、
   前記離散的に存在する複数の変調信号を構成するそれぞれの変調信号は、多数の送信データをマルチプレクサで合成したデータから生成された信号であることを特徴とする
   光信号送信装置。
3. 請求項１記載の光信号送信装置において、
   前記変調手段の出力は、他の光信号と合成させる合成手段を介さずに出力させることを特徴とする
   光信号送信装置。
4. レーザ光源と、前記レーザ光源の出力を変調する変調手段とを備え、前記変調手段の出力を光信号として送信させる光信号送信装置と、前記光信号送信装置の出力を受信する光信号受信装置で構成される光信号伝送システムにおいて、
   前記光信号送信装置の変調手段は、複数の変調信号を所定の周波数間隔で離散的に合成することで、各変調信号間に分離可能な周波数間隙がある状態で前記レーザ光源の出力を変調して、前記周波数間隔に対応した所定波長間隔で離散的に存在する光信号として伝送することで、一つのファイバ伝送路における波長分散変動の為の補償を、合成前の変調信号帯域による制限まで緩和することを特徴とする
   光信号伝送システム。
5. 請求項４記載の光信号伝送システムにおいて、
   前記光信号受信装置は、
   前記所定波長間隔で離散的に存在する全ての波長帯域の光信号の検出が可能な単一の検出手段を備えることを特徴とする
   光信号伝送システム。
6. 請求項４記載の光信号伝送システムにおいて、
   前記光信号受信装置は、
   離散的に存在する各波長に分離した後で、波長分散補償を行うことを特徴とする
   光信号伝送システム。
   

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