JPWO2013005623A1 - Rz光変調器及びrz光変調方法 - Google Patents
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Abstract
Description
コヒーレント光伝送技術において、特に、DP−QPSKは、直交する偏波の光信号をそれぞれ異なる信号でQPSK変調することで、波長の利用効率を2倍に高めることが可能である。このため、DP−QPSKを用いた大容量光通信システムの実現に向けた検討が行われている。なお、DP−QPSKはdual polarization−quadrature phase shift keying(偏波多重4位相変移変調)の略称である。
近年では、コヒーレント光伝送技術を大陸間の海底光伝送システムに応用することが検討され始めている。海底光伝送システムで用いられる信号には、中継器の多段接続によるOSNR(optical signal to noise ratio)の悪化に対する耐力が要求される。このため、海底光伝送システムでは、陸上光伝送システムで広く使われているNRZ(non return to zero)符号の他にRZ(return to zero)符号も使われている。そして、コヒーレント伝送技術をRZ符号伝送システムに適用することにより、送信器のOSNRの改善が期待される。
RZ符号を用いたコヒーレント光伝送システムにおいては、CW(continuous wave)光源が出力する光がRZ変調器に入力され、RZパルス列が生成される。CW光からRZパルス列を生成するRZ変調器は、RZカーバと呼ばれる。RZカーバで生成されたRZパルス列は、DP−QPSK変調器に入力される。DP−QPSK変調器に入力されたRZパルス列は2分岐されてそれぞれ異なるデータでQPSK変調される。QPSK変調された2個のRZパルス列は、互いに偏波が直交するように合波されて、伝送路に送信される。
本願発明に関連して、特許文献1は、クロックで振幅変調された光信号を分岐し、それぞれに異なるデータで位相変調を行った後に偏波合成する位相変調通信システムを開示している。また、特許文献2は、光位相変調器と光強度変調器とが直列に接続された光送信装置を開示している。
一般に、CW光源はTE(transverse electric)発振モードでのみ発振し、典型的なCW光源ではTE/TM(transverse magnetic)比(偏波消光比)は30dB以上となる。そして、NRZ符号を用いた光伝送システムでは、CW光源とDP−QPSK変調器との間は、途中に接続点が設けられることなく偏波保存光ファイバで接続される。従って、NRZ符号を用いた光伝送システムでは、CW光源から出力される光が、高い偏波消光比を保ったままDP−QPSK変調器に入力される。
しかし、RZ符号を用いるためにCW光源とDP−QPSK変調器との間にRZカーバのような部品を挿入すると、偏波保存光ファイバに接続点が生じる。偏波保存光ファイバの接続時にはコア中心の軸に加えて光ファイバの偏光軸を一致させる必要がある。しかしながら、これらの軸を一致させることは難しく、軸合わせの不完全さにより偏波消光比が劣化する。例えば、偏波消光比が30dB程度のCW光源とDP−QPSK変調器との間にRZカーバ等の部品を挿入すると、DP−QPSK変調器に入力されるRZパルス列の偏波消光比が10dB程度にまで劣化する場合がある。
一方、DP−QPSK変調器は、一般に光導波路デバイスとして作成される。また、DP−QPSK変調器は、TEまたはTMのどちらか一方の直線偏波光が入力されるものとして設計されることが多い。そのため、CW光源からDP−QPSK変調器に入力される光が充分な偏波消光比を有している場合にのみ、DP−QPSK変調器から出力される送信信号のOSNRが確保される。
しかし、RZ符号をDP−QPSK変調するためにRZカーバをCW光源とDP−QPSK変調器との間に配置すると、DP−QPSK変調器へ入力される光の偏波消光比が劣化する。このため、RZ符号を用いた光伝送システムにDP−QPSK変調方式を適用しようとすると、送信信号のOSNRが劣化する恐れがある。
特許文献1は、一般的な位相変調通信システムを開示しているものの、RZカーバを用いることにより光信号の偏波消光比が劣化するという課題を解決する技術を開示していない。また、特許文献2はRZ符号で光位相変調を行う構成を開示しているが、特許文献2に記載された光強度変調器によっても光位相変調器に入力される光信号の偏波消光比は劣化する。そして、特許文献2は、偏波消光比の劣化という課題を解決するための構成について開示していない。
すなわち、特許文献1及び2のいずれも、RZ符号を用いた光伝送システムにDP−QPSK変調方式を適用すると、偏波消光比劣化により送信信号のOSNRが劣化する恐れがあるという課題を解決するための手段を記載していない。
本発明の目的は、RZ符号を用いた光伝送システムにおいて、変調された送信信号の品質を向上させるための技術を提供することにある。
本発明のRZ変調方法は、RZ符号の光パルス列を出力し、光パルス列の偏波消光比を高め、ポラライザから出力された光パルス列を変調して出力する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態の光送信器の構成を示す図である。図1に示す光送信器1は、CW光源2、RZカーバ3、ポラライザ4及びDP−QPSK変調器5を備える。ポラライザ4は、RZカーバ3とDP−QPSK変調器5との間に配置される。そして、CW光源2、RZカーバ3、ポラライザ4及びDP−QPSK変調器5のそれぞれの間は、偏波保存ファイバで接続されている。
CW光源2は、送信信号の搬送波となるCW光を発振して、RZカーバ3へ出力する。CW光源2が出力する光の偏波消光比は、例えば30dB程度である。RZカーバ3は、入力されたCW光をRZ符号のパルス列に変換する。たとえば、CW光を位相変調のボーレート(1秒間に行われる変調回数)に等しい速度のクロックで振幅変調することにより、CW光からRZパルス列を生成することができる。ここで、RZカーバ3を通過することにより、RZパルスの偏波消光比が10dB程度に悪化する。
RZカーバ3で生成されたRZパルス列は、ポラライザ4を通過してDP−QPSK変調器5に入力される。ポラライザ4は、入力された偏波消光比が10dB以下の光を、偏波消光比が高い直線偏波光として出力する。ポラライザ4は、偏光子とも呼ばれる偏波調整のために用いられる光学部品である。第1の実施形態では、ポラライザ4を透過したRZパルス列は、20dB以上の偏波消光比でDP−QPSK変調器5に入力される。従って、ポラライザ4の出力の偏波方向を、DP−QPSK変調器5のとの結合に適した方向に設定することで、DP−QPSK変調器5を消光比が高いRZパルス列によって動作させることができる。例えば、入射光の電界が基板と平行な方向にあるという条件でDP−QPSK変調器5が設計されている場合には、ポラライザ4から出力されてDP−QPSK変調器5に入力される光の偏光が、DP−QPSK変調器5の基板と平行な方向となるようにすればよい。なお、入力された光の偏波消光比を高めて出力する偏波調整用の部品であれば、ポラライザ以外の部品を使用してもよい。
DP−QPSK変調器5は、QPSK変調器を2個並列に接続して構成される、光導波路デバイスである。PBS51は、入力された光を偏波が直交する2つの光X、Yに分離する。以下、PBS51で分離されたそれぞれの偏波の光を「X偏波光」及び「Y偏波光」と呼ぶ。
X偏波光及びY偏波光は、制御回路57から出力されて電極部58、59に印加されるデータ55、56によってそれぞれQPSK変調される。
なお、ポラライザ4が出力する光の偏波方向を、PBS51から出力されるX偏波光とY偏波光との強度が等しくなるように設定することで、光送信器1から出力されるX偏波光とY偏波光との強度差を小さくすることができる。X偏波光とY偏波光との強度差を小さくすることで、X偏波光とY偏波光との間に生じる偏波損失差(Polarization dependent loss)を小さくすることができ、伝送品質の差を低減できる。
X偏波光及びY偏波光は、それぞれがI(inphase)信号及びQ(quadrature)信号としてQPSK変調を受ける。図1においては、I信号として変調される光信号をX−I及びY−Iで示し、Q信号として変調される光信号をX−Q及びY−Qで示している。
X−I信号及びX−Q信号はデータ55でQPSK変調される。また、Y−I信号及びY−Q信号はデータ56でQPSK変調される。なお、データ55及びデータ56には、電極部58及び電極部59を駆動するためのバイアス電圧が制御回路57によって重畳されている。
QPSK変調されたX偏波光及びY偏波光は、PBC(Polarization Beam Combiner)52で偏波合成されてDP−QPSK変調信号として送信される。
図2〜図5は、DP−QPSK変調器5における各部の変調信号のコンスタレーションを示す図である。
図2は、I軸上でPSK変調を行ったX−I信号の、変調直後のコンスタレーションを示す(図1のA点)。図3は、Q軸上でPSK変調を行ったX−Q信号の、変調直後のコンスタレーションを示す(図1のB点)。X−Q信号は、位相器53によってX−I信号に対してπ/2の位相回転を受ける。図2及び図3で示したコンスタレーションを持つ信号は、さらにそれぞれπ/4の位相回転を受けて、C点で合流される。図4は、X−I信号及びX−Q信号が合流された信号の、コンスタレーションを示す(図1のC点)。その結果、C点におけるX偏波光の変調信号は図4に示すようなコンスタレーションを持つ。
図2〜図4で示したコンスタレーションは、図1におけるY偏波光でも同様である。その結果、PBC52で偏波合成された光のコンスタレーションは図5のようになる。
図2及び図3のコンスタレーションで示されるPSK変調のビットレートがそれぞれ25Gbpsであるとすると、図4のコンスタレーションで示されるQPSK信号のビットレートは50Gbpsであり、さらに、X偏波光とY偏波光とを偏波合成することで、光送信器1は100Gbpsのビットレートを実現する。
なお、DP−QPSK変調器の基本的な構成及び動作はよく知られているので、より詳細な説明は省略する。なお、第1の実施形態ではDP−QPSK変調器5は全体が光導波路で構成されるものとして説明した。しかし、同様の機能を実現するように、複数の光部品を光ファイバで接続してDP−QPSK変調器5を構成してもよい。
以上説明した第1の実施形態の光送信器1は、DP−QPSK変調器5の入力部にポラライザ4を配置したことにより、DP−QPSK変調器5に入力されるRZパルスの偏波消光比の劣化を抑制することができる。その結果、光送信器1は、消光比の高い、RZ符号を用いたDP−QPSK信号を出力することが可能となる。すなわち、第1の実施形態の光送信器1は、RZ符号を用いた光伝送システムにおいて、送信信号の品質を向上させるという効果を奏する。
さらに、第1の実施形態の変形例として、RZカーバと、偏波調整器と、光変調器と、のみを備えるRZ光変調器が考えられる。
このような構成を備えるRZ光変調器において、RZカーバはRZパルス列を生成する。偏波調整器はRZカーバから出力された光を直線偏波として出力する。さらに、光変調器は偏波調整器から出力されたRZパルス列を変調して出力する。なお、第1の実施形態の変形例において、光変調器は、DP−QPSK変調器に限られない。また、偏波調整器として、ポラライザを用いてもよい。
このような第1の実施形態の変形例のRZ光変調器においては、偏波調整器を用いることで、消光比の高いRZパルス列が光変調器に入力される。その結果、光変調器は、消光比の高い変調信号を出力することができる。従って、第1の実施形態の変形例であるRZ光変調器も、RZ符号を用いた光伝送システムにおいて、送信信号の品質を向上させるという効果を奏する。
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態の光変調器の構成を示す図である。図6に示す光送信器10は、図1に示した光送信器1と比較して、ポラライザ4に代えて可変ポラライザ41を備える。そして、CW光源2、RZカーバ3、可変ポラライザ41及びDP−QPSK変調器6のそれぞれの間は、偏波保存ファイバで接続されている。
可変ポラライザ41は、外部からの制御信号によって、可変ポラライザ41から出力される直線偏波光の偏波面を回転させる。例えば、可変ポラライザ41としては1/2波長板を用いることができる。直線偏波光を透過させる1/2波長板を制御信号によって回転させることで、直線偏波光の偏波面を回転させることができる。あるいは、可変ポラライザ41を、直列に接続された2枚の1/4波長板に順に直線偏波光を透過させるように構成してもよい。1/4波長板を用いる構成では、入力側の1/4波長板は直線偏波光を円偏波光に変換し、出力側の1/4波長板はその円偏波光を直線偏波光として出力する。そして、出力側の1/4波長板を制御信号によって回転させることで、出力側の1/4波長板が出力する直線偏波光の偏波面を回転させることができる。CW光源2及びRZカーバ3の機能は第1の実施形態図と同様であるので、これらの説明は省略する。
光送信器10は、DP−QPSK変調器6の内部にモニタ用PD(photo diode)61及び62を備えている。モニタ用PD61及び62は、変調後のX偏波光及びY偏波光の一部を分岐した光をそれぞれ受信し、受信した光の強度に比例したモニタ電流を出力する。
一般に、QPSK変調器では、I信号とQ信号との位相差をπ/2に維持する必要がある。このため、変調後の光をモニタし、光変調器の電極部に印加するバイアス電圧にフィードバックするABC(automatic bias control)制御が行われている。ABC制御によって、変調されたI信号とQ信号との位相差がπ/2に維持される。QPSK変調器のABC制御についてはよく知られており、本願発明の構成とは直接関連しないので詳細な説明は省略する。また、PD61、62及び制御回路63以外のDP−QPSK変調器6の構成要素の動作は、第1の実施形態のDP−QPSK変調器5と同様である。
光送信器10は、RZカーバ3とDP−QPSK変調器6の間に可変ポラライザ41を配置することでRZパルス列の偏波消光比を改善している。その結果、光送信器10は、第1の実施形態の光送信器と同様に、消光比の高い、RZ符号を用いたDP−QPSK信号を出力することが可能となる。
ここで、DP−QPSK変調器に入力された光の偏波消光比が低い場合には、光強度をモニタするモニタ用PD61、62の出力電流のSNRが悪化し、X、Y両偏波のそれぞれのQPSK変調器に対して精度の高いABC制御を行うことができなくなる場合がある。しかしながら、光送信器10は、可変ポラライザ41を備えることにより、偏波消光比の劣化によるモニタ電流のSNRの悪化を抑制できるので、ABC制御の精度を高めることができるという効果もある。
さらに、可変ポラライザ41は、RZカーバの出力の偏波面を、モニタPD61及び62が出力するモニタ電流に基づいて回転させることができる。そして、光送信器10は、可変ポラライザ41が出力する光の偏波面を回転させることで、PBS51で分岐されるX偏波光とY偏波光との強度を変化させることが可能である。
第1の実施形態において述べたように、X偏波光の強度とY偏波光の強度とに偏波損失差(Polarization dependent loss)が発生していると、偏波合成されたX偏波光の信号とY偏波光の信号との間で伝送品質に差が生ずる恐れがある。そこで、モニタPD61のモニタ電流とモニタPD62のモニタ電流が等しくなるように可変ポラライザ41の偏波面を回転させることで、変調後のX偏波光の強度とY偏波光の強度とが等しくなるように制御することができる。その結果、光送信器10は、環境条件の変動等によりDP−QPSK変調器内部の損失が変化した場合でも、PBC52に入力されるX偏波光の強度とY偏波光との強度が一致するように制御することができる。
このように、第2の実施形態の光送信器10も、RZ符号を用いた光伝送システムにおいて、送信信号の品質を向上させるという効果を奏する。
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態の光送信器20の構成を示す図である。図7に示す光送信器20は、CW光源2、RZカーバ3、ポラライザ4及びDP−QPSK変調器7を備える。CW光源2、RZカーバ3、ポラライザ4及びDP−QPSK変調器7のそれぞれの間は、偏波保存ファイバで接続されている。
光送信器20におけるCW光源2、RZカーバ3及びポラライザ4の構成及び動作は第1の実施形態の光送信器1と同様であるので、それぞれの説明は省略する。
DP−QPSK変調器7は、第1の実施形態のDP−QPSK変調器5と比較して、Y分岐71及び偏波回転器72を備える点で相違する。Y分岐71は、入力されたRZパルス列を単純に2つの光路に分岐する。DP−QPSK変調器7は、Y分岐71で光を分岐し、PBC52で偏波合成する直前に偏波回転器72を用いてX偏波光の偏波をY偏波光と直交するようにπ/2回転させる。ここで、偏波回転器72として、例えばX偏波光をπ/2回転させる角度で1/2波長板をX偏波光の光路上に挿入してもよい。そして、PBC52は、X偏波光とY偏波光とを偏波合成して、DP−QPSK変調信号を生成する。DP−QPSK変調器7において、Y分岐71及び偏波回転器72以外の構成要素の動作は、第1の実施形態のDP−QPSK変調器5と同様である。
このような構成を備えるDP−QPSK変調器7を備えた光送信器20においても、ポラライザ4によって、DP−QPSK変調器7には高い消光比を持つRZパルスが入力される。DP−QPSK変調器7は、偏波消光比が高いRZパルスを用いて、2分岐した信号にそれぞれQPSK変調を行う。そして、QPSK変調されたX偏波光の偏波を回転させてPBC52でY偏波光と偏波多重する。その結果、光送信器20は、消光比の高い、RZ符号を用いたDP−QPSK信号を出力することが可能となる。
このように、第3の実施形態の光送信器20も、RZ符号を用いた光伝送システムにおいて、送信信号の品質を向上させるという効果を奏する。
なお、第3の実施形態においても、DP−QPSK変調器7の構成は光導波路に限定されない。同様の機能を実現するように、複数の光部品を光ファイバで接続してDP−QPSK変調器7を構成してもよい。また、偏波回転器72の実現手段は1/2波長板に限られず、例えば光導波路を用いた偏波回転器を使用してもよい。
DP−QPSK変調器7においては、偏波回転器72の前後で偏波面がπ/2回転する。光導波路の特性は偏波に依存して大きく変化するため、光導波路の途中で偏波回転器72により光信号の偏波面を回転させると、所定の光変調器の性能が得られない場合がある。このため、例えば、電極部58、59及びY分岐71を光導波路で作製し、偏波回転器72及びPBC52を個別の部品としてもよい。そして、偏波回転器72及びPBC52と電極部58、59とを偏波保存ファイバで接続してDP−QPSK変調器7を構成してもよい。
また、第1〜第3の実施形態では光変調器の変調方式はQPSKであるとしたが、変調方式はQPSKに限定されない。例えば、変調方式はQAM(quadrature amplitude modulation)であってもよい。
以上、第1〜第3の実施形態を参照して本願発明の実施形態を説明した。しかし、本願発明が適用可能な形態は上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細説明には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、2011年7月1日に出願された日本出願特願2011−147562を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
2 CW光源
3 RZカーバ
4 ポラライザ
5、6、7 DP−QPSK変調器
41 可変ポラライザ
51 PBS
52 PBC
53 位相器
55、56 データ
58、59 電極部
61、62 PD
57、63 制御回路
71 Y分岐
72 位相回転器
Claims (7)
- RZ(return to zero)符号の光パルス列を出力するRZカーバと、
前記RZカーバから出力された光パルス列の偏波消光比を高めて出力する偏波調整手段と、
前記偏波調整手段から出力された前記光パルス列を変調して出力する光変調手段と、
を備えるRZ光変調器。 - 前記光変調手段は、変調された前記光パルスを偏波多重した光信号を出力する、請求項1に記載されたRZ光変調器。
- 前記変調された光の偏波毎の光強度を出力するモニタ手段と、
前記偏波調整部が出力する前記RZ符号光パルス列の前記光変調器に対する偏波角を前記モニタ手段の出力に基づいて制御する制御手段と、
をさらに備える、請求項2に記載されたRZ光変調器。 - 前記光変調手段はQPSK(differential quadrature phase shift keying)変調器またはQAM(quadrature amplitude modulation)変調器である、請求項1乃至3のいずれかに記載されたRZ光変調器。
- 前記偏波調整手段はポラライザである、請求項1乃至4のいずれかに記載されたRZ光変調器。
- RZ符号の光パルス列を出力し、
前記光パルス列の偏波消光比を高め、
偏波消光比が高められた前記光パルス列を変調して出力する、
RZ光変調方法。 - ポラライザによって前記偏波消光比を高める、請求項6に記載されたRZ光変調方法。
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