JPWO2014020804A1

JPWO2014020804A1 - 偏波多重光送信機及び動作制御方法

Info

Publication number: JPWO2014020804A1
Application number: JP2014527953A
Authority: JP
Inventors: 喜久稲田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: CN104509004B; WO2014020804A1; US9419744B2; JP5850159B2; EP2882118B1; EP2882118A4; CN104509004A; US20150229433A1; EP2882118A1

Abstract

本発明による偏波多重光送信機は、ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周手段（２１）と、前記分周されたクロック信号を用いて光信号を位相変調する位相変調手段（８）と、前記位相変調された光信号を２分岐する分岐手段（２）と、前記２分岐された光信号の一方を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する遅延手段（１０）と、前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重手段（５）とを含む。これにより、更なる信号品質の改善を図ることができる偏波多重光送信機を得られる。

Description

本発明は偏波多重光送信機及び動作制御方法に関し、特に波長が同一の２つの光信号を互いに直交する偏波状態で合成して送信する偏波多重光送信機に関する。

光ファイバ伝送システムにおいて、偏波直交する光を利用して信号を伝送する偏波多重方式を用いると、１ファイバあたりの伝送容量を２倍にすることが可能である。最近では、光トランシーバの受信部にデジタル信号処理技術を導入することで、偏波多重信号を効率よく分離することも可能となっており、偏波多重方式が広く使用されるようになっている。

しかしながら、偏波多重信号は、直交する偏波信号からの非線形効果（偏波間相互位相変調：偏波間ＸＰＭ）の影響を受けることが知られている。また、同一波長での偏波多重信号は、光ファイバ中を同じ速さで伝播するだけでなく、波長分散を受けた際に似た波形変化を生じることから、偏波間ＸＰＭの影響が累積しやすく、伝送距離に応じて信号品質劣化が大きく生じる課題がある。このため、偏波多重信号を長距離に渡って良好な伝送品質で伝送させるためには、伝送中に生じる波形歪みを補償、緩和する技術が重要である。

ここで、特許文献１には、偏波多重方式を用いる光信号伝送システムの送信機において、２つの光信号（偏波成分）に非対称なチャープを付加することにより、該２つの光信号を位相変調した後、それらを互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成することが記載されている。

特許文献１記載の技術では、偏波多重信号が伝送路ファイバ中の波長分散を受けた際、非対称チャープを付加した偏波成分の一方では時間波形が分散を受ける（時間波形が広がる）のに対して、他方では時間波形が圧縮する（パルス圧縮する）という振る舞いになる。これにより、偏波多重信号が光ファイバ中を伝播する際に、ある時間スロットに着目してみると、互いに直交する偏波間では異なる波形変化（分散か圧縮か）を示すことになり、偏波間で相関の低い波形変化となり、偏波間のＸＰＭの影響を緩和することが可能となる。

国際公開第２０１０／０２６８９４号

このように、特許文献１記載の技術では、偏波間のＸＰＭの影響を緩和することが可能となるので、信号品質を改善することができる。しかし、偏波多重方式では、偏波間ＸＰＭの影響だけでなく、光ファイバ中の非線形光学効果の１つである自己位相変調（ＳＰＭ）と波長分散の複合効果による波形歪みを補償、緩和する技術も重要である。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、更なる信号品質の改善を図ることができる偏波多重光送信機及び動作制御方法を提供することにある。

本発明による偏波多重光送信機は、ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周手段と、前記分周されたクロック信号を用いて光信号を位相変調する位相変調手段と、前記位相変調された光信号を２分岐する分岐手段と、前記２分岐された光信号の一方を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する遅延手段と、前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重手段とを含む。

本発明による偏波多重光送信機は、ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周手段と、前記分周されたクロック信号を用いて波長が同一の２つの光信号をそれぞれ位相変調すると共に一方の光信号を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する位相変調及び遅延手段と、前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重手段とを含む。

本発明による動作制御方法は、偏波多重光送信機の動作制御方法であって、ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周ステップと、前記分周されたクロック信号を用いて光信号を位相変調する位相変調ステップと、前記位相変調された光信号を２分岐する分岐ステップと、前記２分岐された光信号の一方を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する遅延ステップと、前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重ステップとを含む。

本発明による動作制御方法は、偏波多重光送信機の動作制御方法であって、ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周ステップと、前記分周されたクロック信号を用いて波長が同一の２つの光信号をそれぞれ位相変調すると共に一方の光信号を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する位相変調及び遅延ステップと、前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重ステップとを含む。

本発明によれば、更なる信号品質の改善を図ることができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。図１の構成における偏波多重光信号の生成過程における変調状態の遷移を説明するための図である。図１の構成における偏波多重光信号の生成過程における変調状態の遷移を説明するための図である。図１の構成における偏波多重光信号の生成過程における変調状態の遷移を説明するための図である。図１の偏波多重光送信機の光出力の例を示す図である。本発明の第２の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。図６の構成における偏波多重光信号の生成過程における変調状態の遷移を説明するための図である。図６の構成における偏波多重光信号の生成過程における変調状態の遷移を説明するための図である。図６の偏波多重光送信機の光出力の例を示す図である。本発明の第３の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。本発明の第４の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。本発明の第５の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。本発明の第６の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。本発明の第７の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。本発明の第８の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。本発明の第９の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図である。図１において、本発明の第１の実施の形態による偏波多重光送信機は、信号源であるレーザダイオード（ＬＤ）１と、クロック信号９の周波数を半分にするための分周回路２１と、分周回路２１により分周されたクロック信号を用いて位相変調を行う位相変調器８と、光信号を分岐するための光カプラ２と、光カプラ２で分岐した一方の光に遅延を加える遅延回路１０と、光カプラ２で分岐した光にデータ変調を行うＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調器３及び４と、ＰＳＫ変調後の光を直交偏波状態で多重するための偏波ビームコンバイナ５とを含む。

ＬＤ１から出力された光は、分周回路２１により分周されたクロック信号により駆動される光位相変調器８により位相変調が施される。ここで、クロック信号９の周波数はデータ変調と同じレート（Ｂａｕｄｒａｔｅ）と同じであり、このクロック信号９が分周回路２１により１／２分周されて光位相変調器８に出力される。その後、光カプラ２により位相変調光は２分岐され、その内の一方に対して、データ信号６を用いてＰＳＫ変調器３によりデータ変調が行われる。他方の光は、遅延回路１０によりＢａｕｄｒａｔｅの１周期分（クロック信号９の１周期分）の時間だけ遅延を与えられた後、データ信号７を用いてＰＳＫ変調器４によりデータ変調が行われる。

ここで、遅延回路１０により遅延が与えられる理由は、光カプラ２の出力である２つの位相変調光の位相を反転させるためであり、本構成では位相変調はクロック信号９の半分の周波数で行われるので、遅延回路１０の遅延量はＢａｕｄｒａｔｅの１周期分（クロック信号９の１周期分）としている。ＰＳＫ変調器３及び４の出力光は、偏波ビームコンバイナ５により直交した偏波状態に偏波多重されて、偏波多重光変調信号が生成される。

本実施形態における偏波多重光変調信号の生成過程における変調状態の遷移を図２〜図４を用いて説明する。この例においては、光強度は常に時間方向に一定であるため、光の位相状態に注目して説明する。ＬＤ１の出力直後は、光の位相は一定である（状態Ａ）。１／２分周されたクロック信号９及び位相変調器８により、光の位相は、状態Ｂのような１／２分周されたクロック信号９に同期した位相状態となる。光カプラ２により光を２分岐した直後は、各々の光（Ｘ偏波、Ｙ偏波）は、状態Ｃのように同じ位相状態の光である。

その後、Ｙ偏波側の光のみ遅延回路１０によりＢａｕｄｒａｔｅの１周期分だけ遅延が加えられると、状態ＤのようにＸ偏波側の光とは位相が反転した位相変調光となる。その後、各々の位相変調光に対してＰＳＫ変調器３及び４によりデータ変調が行われると、状態ＥのようなＰＳＫ光変調信号となる。

Ｘ偏波、Ｙ偏波の光信号はそれぞれデータ信号６及び７に応じた異なるデータ変調を受けたＰＳＫ変調信号となるが、図４の状態Ｅや図５に示すように、同一の時間スロットで光の位相変化カーブを比較すると、Ｘ偏波とＹ偏波で位相カーブが反転している。なお、図５は図１の偏波多重光送信機の光出力の例を示す図である。

このように、本発明の第１の実施の形態では、Ｘ偏波とＹ偏波間で異なる極性の位相変調が重畳されている（ここでいう極性は、位相変調波形（位相カーブ）が上に凸になっているか、下に凸になっているかを意味する）、すなわち、Ｘ偏波とＹ偏波間で極性が反転している。これに加えて、本発明の第１の実施の形態では、図５に示すように、更に、同一偏波内の隣接するビット間で位相の極性が反転している（ビット毎に凹凸が交互に現れる）。

位相変調波形（位相カーブ）が上に凸になっているか、下に凸になっているかで、この偏波多重信号が伝送路ファイバ中の波長分散を受けた際に異なる波形変化（分散か圧縮か）を示す。つまり、偏波多重信号が波長分散を受けた際、一方の極性の位相変調が重畳された信号（ビット）は時間波形が分散を受ける（時間波形が広がる）のに対して、他方の極性の位相変調が重畳された信号（ビット）では時間波形が圧縮する（パルス圧縮する）という振る舞いになる。

これにより、偏波多重信号が光ファイバ中を伝播する際に、ある時間スロットに着目してみると、Ｘ／Ｙ偏波間では異なる波形変化（分散か圧縮か）を示すことになり、偏波間で相関の低い波形変化となり、偏波間のＸＰＭの影響を緩和することが可能となる。

さらに、同一偏波内の隣接するビットスロット間で位相変調の極性を反転させているため、光ファイバ伝播中に、隣接するビット間でも異なる波形変化（分散・圧縮という意味では逆の波形変化）を示すことになる。これにより、光ファイバ中の非線形光学効果の１つである自己位相変調（ＳＰＭ）と波長分散の複合効果による波形歪みを抑圧することが可能になり、伝送後の信号品質を改善することが可能となる。

以上の本発明の第１の実施の形態についての理解を助けるために、次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１と同等部分は同一符号にて示している。図６に示すように、本発明の第２の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１の分周回路２１を備えず、光位相変調器８によりＢａｕｄｒａｔｅと同じ周波数で位相変調を行う点で、本発明の第１の実施の形態と相違する。また、本発明の第２の実施の形態では、遅延回路１０の遅延量はＢａｕｄｒａｔｅの半周期分（クロック信号９の半周期分）である。

本発明の第２の実施の形態における偏波多重光変調信号の生成過程における変調状態の遷移を図７及び図８を用いて説明する。この例においては、光強度は常に時間方向に一定であるため、光の位相状態に注目して説明する。ＬＤ１の出力直後は、光の位相は一定である（状態Ａ）。クロック信号９及び位相変調器８により、光の位相は、状態Ｂのようなクロック信号９に同期した位相状態となる。光カプラ２により光を２分岐した直後は、各々の光（Ｘ偏波、Ｙ偏波）は、状態Ｃのように同じ位相状態の光である。

その後、Ｙ偏波側の光のみ遅延回路１０によりＢａｕｄｒａｔｅの半周期分だけ遅延が加えられると、状態ＤのようにＸ偏波側の光とは位相が反転した位相変調光となる。その後、各々の位相変調光に対してＰＳＫ変調器３及び４によりデータ変調が行われると、状態ＥのようなＰＳＫ光変調信号となる。

Ｘ偏波、Ｙ偏波の光信号はそれぞれデータ信号６及び７に応じた異なるデータ変調を受けたＰＳＫ変調信号となるが、図８の状態Ｅや図９に示すように、同一の時間スロットで光の位相変化カーブを比較すると、Ｘ偏波とＹ偏波で位相カーブが反転している。なお、図９は図６の偏波多重光送信機の光出力の例を示す図である。

このように、本発明の第２の実施の形態では、Ｘ偏波とＹ偏波間で異なる極性の位相変調が重畳されている、すなわちＸ偏波とＹ偏波間で極性が反転しているので、光ファイバ伝送中に波長分散を受けた場合、偏波間で異なる波形変化状態を実現することが可能であり、これにより、偏波間で波形変化の相関が低い状態を実現することができ、偏波間のＸＰＭの影響を緩和することが可能となる。一方、本発明の第１の実施の形態と異なり、本発明の第２の実施の形態では、図５に示すような同一偏波内の隣接するビット間で位相の極性が反転する（ビット毎に凹凸が交互に現れる）という状態は、図９に示すように発生しない。

図１０は本発明の第３の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１と同等部分は同一符号にて示している。図１０に示すように、本発明の第３の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１の構成に対して遅延回路の配置を変更し、データ信号７とＰＳＫ変調器４の間に遅延回路１１を配置した構成である。なお、遅延回路１１の遅延量はＢａｕｄｒａｔｅの１周期分（クロック信号９の１周期分）である。このような構成の本発明の第３の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。

図１１は本発明の第４の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１と同等部分は同一符号にて示している。図１１に示すように、本発明の第４の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１の構成に対して位相変調器の配置を変更した構成である。クロック信号９を分周回路２１により半分の周波数に分周した後、クロック分配器１４によりクロック信号は２分岐され、光カプラ２の後段に配置された位相変調器１２及び１３に供給される。クロック分配器１４と位相変調器１３の間には遅延回路１５が配置されており、遅延回路１５の遅延量はＢａｕｄｒａｔｅの１周期分（クロック信号９の１周期分）である。

したがって、位相変調器１２は、クロック分配器１４からのクロック信号を用いて入力光に対して位相変調を行い、位相変調器１３は、遅延回路１５により遅延されたクロック信号を用いて入力光に対して位相変調を行うことになる。このような構成の本発明の第４の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。なお、図１１の構成において、光カプラ２と位相変調器１２及び１３の間にＰＳＫ変調器３及び４を配置するようにしてもよい。

図１２は本発明の第５の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１１と同等部分は同一符号にて示している。図１２に示すように、本発明の第５の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１１の構成に対して遅延回路の配置を変更し、位相変調器１３とＰＳＫ変調器４の間に遅延回路１０を配置した構成である。なお、遅延回路１０の遅延量はＢａｕｄｒａｔｅの１周期分（クロック信号９の１周期分）である。このような構成の本発明の第５の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。

図１３は本発明の第６の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１１と同等部分は同一符号にて示している。図１３に示すように、本発明の第６の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１１の構成に対して遅延回路の配置を変更し、データ信号７とＰＳＫ変調器４の間に遅延回路１１を配置した構成である。なお、遅延回路１１の遅延量はＢａｕｄｒａｔｅの１周期分（クロック信号９の１周期分）である。このような構成の本発明の第６の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。

図１４は本発明の第７の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１と同等部分は同一符号にて示している。図１４に示すように、本発明の第７の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１の構成に対して、更にクロック信号９による振幅変調（ＡＭ変調）を追加する構成であり、クロック分配器１４とＡＭ変調器１６及び１７が追加されている。クロック分配器１４は、クロック信号９を分周回路２１とＡＭ変調器１６及び１７に供給する。

ＡＭ変調器１６は、クロック分配器１４からのクロック信号を用いて入力光に対して振幅変調を行い、ＡＭ変調器１７は、遅延回路１０により遅延された入力光に対してクロック分配器１４からのクロック信号を用いて振幅変調を行なう。このような構成の本発明の第７の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。なお、図１４の構成において、ＰＳＫ変調器３及び４と偏波ビームコンバイナ５の間にＡＭ変調器１６及び１７を配置するようにしてもよい。

図１５は本発明の第８の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１１と同等部分は同一符号にて示している。図１５に示すように、本発明の第８の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１１の構成に対して、ＬＤ１と光カプラ２の間にＡＭ変調器１８を追加した構成である。なお、図１１と異なり、図１５では位相変調器１２及び１３がＰＳＫ変調器３及び４と偏波ビームコンバイナ５の間に配置されているが、図１１と同様に光カプラ２とＰＳＫ変調器３及び４の間に配置するようにしてもよいことは勿論である。

クロック分配器２２は、クロック信号９を分周回路２１とＡＭ変調器１８に供給する。ＡＭ変調器１８は、クロック分配器２２からのクロック信号９を用いて入力光に対して振幅変調を行う。このような構成の本発明の第８の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。

図１６は本発明の第９の実施の形態による偏波多重光送信機の構成を示す図であり、図１５と同等部分は同一符号にて示している。図１６に示すように、本発明の第９の実施の形態による偏波多重光送信機は、図１５の構成に対して遅延回路の配置を変更し、ＰＳＫ変調器４と位相変調器１３との間に遅延回路１０を配置した構成である。このような構成の本発明の第９の実施の形態によっても、本発明の第１の実施の形態と同等の効果を奏することができることは勿論である。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、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、２０１２年８月１日に出願された日本出願特願２０１２−１７０６９７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。

１ＬＤ
２光カプラ
３，４ＰＳＫ変調器
５偏波ビームコンバイナ
６，７データ信号
８，１２，１３位相変調器
９クロック信号
１０，１１，１５遅延回路
１４，２２クロック分配器
１６，１７，１８ＡＭ変調器
２１分周回路

Claims

ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周手段と、
前記分周されたクロック信号を用いて光信号を位相変調する位相変調手段と、
前記位相変調された光信号を２分岐する分岐手段と、
前記２分岐された光信号の一方を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する遅延手段と、
前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重手段とを含む偏波多重光送信機。
前記分周手段は、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号を１／２分周し、
前記遅延手段は、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号の１周期分だけ前記一方の光信号を前記他方に対して遅延させる請求項１記載の偏波多重光送信機。
ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周手段と、
前記分周されたクロック信号を用いて波長が同一の２つの光信号をそれぞれ位相変調すると共に一方の光信号を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する位相変調及び遅延手段と、
前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重手段とを含む偏波多重光送信機。
前記位相変調及び遅延手段は、前記分周されたクロック信号を２分岐する分岐手段と、前記２分岐されたクロック信号の一方を他方に対して遅延させる遅延手段とを含み、前記一方のクロック信号を用いて前記一方の光信号を位相変調し、前記他方のクロック信号を用いて前記他方の光信号を位相変調することにより、前記互いに位相が反転した光信号を生成する請求項３記載の偏波多重光送信機。
前記分周手段は、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号を１／２分周し、
前記位相変調及び遅延手段は、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号の１周期分だけ前記一方の光信号を前記他方に対して遅延させる請求項３または４記載の偏波多重光送信機。
ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周ステップと、
前記分周されたクロック信号を用いて光信号を位相変調する位相変調ステップと、
前記位相変調された光信号を２分岐する分岐ステップと、
前記２分岐された光信号の一方を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する遅延ステップと、
前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重ステップとを含む偏波多重光送信機の動作制御方法。
前記分周ステップは、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号を１／２分周し、
前記遅延ステップは、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号の１周期分だけ前記一方の光信号を前記他方に対して遅延させる請求項６記載の動作制御方法。
ボーレートの周波数を有するクロック信号を分周する分周ステップと、
前記分周されたクロック信号を用いて波長が同一の２つの光信号をそれぞれ位相変調すると共に一方の光信号を他方に対して遅延させて互いに位相が反転した光信号を生成する位相変調及び遅延ステップと、
前記生成された光信号を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する偏波多重ステップとを含む偏波多重光送信機の動作制御方法。
前記位相変調及び遅延ステップは、前記分周されたクロック信号を２分岐する分岐ステップと、前記２分岐されたクロック信号の一方を他方に対して遅延させる遅延ステップとを含み、前記一方のクロック信号を用いて前記一方の光信号を位相変調し、前記他方のクロック信号を用いて前記他方の光信号を位相変調することにより、前記互いに位相が反転した光信号を生成する請求項８記載の動作制御方法。
前記分周ステップは、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号を１／２分周し、
前記位相変調及び遅延ステップは、前記ボーレートの周波数を有するクロック信号の１周期分だけ前記一方の光信号を前記他方に対して遅延させる請求項８または９記載の動作制御方法。