(57)【要約】【課題】信号光の伝送品質を良好に保つことができる光伝送システムを提供する。【解決手段】光伝送システム１は、光送信部１０、光伝送路２０および光受信部３０を備える。光送信部１０は、送信器１１，１２および合波器１３を含む。送信器１１は、周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光Ｓ１を出力する。送信器１２は、周波数ω２の第２伝送信号で強度変調した波長λ２の第２信号光Ｓ２を出力する。合波器１３は、送信器１１，１２から出力された信号光Ｓ１，Ｓ２を多重化して光伝送路３０へ出力する。ただし、「ω１＜ω２」、「λ１≠λ２」である。光伝送路２０は、光送信部から出力された信号光Ｓ１，Ｓ２を伝送する。光受信部３０は、光伝送路２０により伝送されて来て到達した信号光Ｓ１，Ｓ２を１つの受光部で受光して、第１伝送信号および第２伝送信号を出力する。【選択図】図１
2010154223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光と、周波数ω２（ただし、ω１＜ω２）の第２伝送信号で強度変調した波長λ２（ただし、λ１≠λ２）の第２信号光とを、多重化して出力する光送信部と、
前記光送信部から出力された前記第１信号光および前記第２信号光を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路により伝送されて来て到達した前記第１信号光および前記第２信号光を１つの受光部で受光して、前記第１伝送信号および前記第２伝送信号を出力する光受信部と、
を備え、
前記光送信部から出力される前記第１信号光のパワーをＰ１（真数）とし、前記光送信部から出力される前記第２信号光のパワーをＰ２（真数）としたときに、
【数１】
2010154223.tif 000015
なる関係を満たすことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記光送信部から前記光受信部までの最大伝送距離をＬ［ｋｍ］とし、前記光送信部から出力される前記第１信号光のパワーをＰ１［Ｗ］としたときに、
【数２】
2010154223.tif 000016
なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記第１信号光の波長λ１と前記第２信号光の波長λ２との差が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記光送信部から出力される前記第１信号光のパワーＰ１が１０ｍＷ以上２５.２ｍＷ以下であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記光送信部から出力される前記第２信号光のパワーＰ２が１ｍＷ以上４ｍＷ以下であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記第１伝送信号がＡＭ-ＶＳＢ，ＱＡＭ，ＯＦＤＭおよびＱＰＳＫのうちの何れかの変調方式の信号であることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信部から送出された信号光を光伝送路により伝送して光受信部により受信する光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ: Wavelength DivisionMultiplexing）の技術を用いて複数の映像信号を伝送する光伝送システムが知られている。この光伝送システムでは、周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光と、周波数ω２の第２伝送信号で強度変調した波長λ２の第２信号光とは、光送信部により多重化されて光伝送路へ出力され、光伝送路により光受信部まで伝送される。そして、光伝送路により伝送された第１信号光および第２信号光は光受信部により受光されて、第１伝送信号および第２伝送信号が光受信部から出力される。ただし、「ω１≠ω２」、「λ１≠λ２」である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようなＷＤＭ光伝送システムにおいて、光伝送路による伝送の際に複数の信号光の間にクロストークが生じる。このクロストークにより、光受信部に到達する波長λ１の第１信号光は、第１伝送信号で強度変調された本来の信号成分を含むだけでなく、第２伝送信号で強度変調された雑音成分を含むことになる。このことから、この光伝送システムにおける信号光の伝送品質は悪くなる。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、信号光の伝送品質を良好に保つことができる光伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光伝送システムは、(1) 周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光と、周波数ω２（ただし、ω１＜ω２）の第２伝送信号で強度変調した波長λ２（ただし、λ１≠λ２）の第２信号光とを、多重化して出力する光送信部と、(2)光送信部から出力された第１信号光および第２信号光を伝送する光伝送路と、(3) 光伝送路により伝送されて来て到達した第１信号光および第２信号光を１つの受光部で受光して、第１伝送信号および第２伝送信号を出力する光受信部と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光伝送システムは、光送信部から出力される第１信号光のパワーをＰ１（真数）とし、光送信部から出力される第２信号光のパワーをＰ２（真数）としたときに、下記（１）式の関係を満たすことを特徴とする。
【０００６】
【数１】
2010154223.tif 000003
【０００７】
この光伝送システムでは、周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光と、周波数ω２の第２伝送信号で強度変調した波長λ２の第２信号光とが、光送信部から多重化されて光伝送路へ出力される。ただし、「ω１＜ω２」、「λ１≠λ２」である。光伝送路により伝送されて来て光受信部に到達した第１信号光および第２信号光は、１つの受光部で受光されて、第１伝送信号および第２伝送信号が出力される。このような光伝送システムにおいて、上記（１）式の関係が満たされていることにより、信号光の伝送品質が良好に保たれ得る。
【０００８】
本発明に係る光伝送システムは、光送信部から光受信部までの最大伝送距離をＬ［ｋｍ］とし、光送信部から出力される第１信号光のパワーをＰ１［Ｗ］としたときに、下記（２）式のなる関係を満たすのが好適である。
【０００９】
【数２】
2010154223.tif 000004
【００１０】
第１信号光の波長λ１と第２信号光の波長λ２との差が１０ｎｍ以下であるのが好適である。光送信部から出力される第１信号光のパワーＰ１が１０ｍＷ以上２５.２ｍＷ以下であるのが好適である。光送信部から出力される第２信号光のパワーＰ２が１ｍＷ以上４ｍＷ以下であるのが好適である。また、第１伝送信号がＡＭ-ＶＳＢ，ＱＡＭ，ＯＦＤＭおよびＱＰＳＫのうちの何れかの変調方式の信号であるのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光伝送システムは、信号光の伝送品質を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る光伝送システム１の構成図である。この図に示される光伝送システム１は、光送信部１０、光伝送路２０および光受信部３０を備える。また、光送信部１０は、送信器１１，１２および合波器１３を含む。
【００１４】
送信器１１は、周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光Ｓ１を出力する。送信器１２は、周波数ω２の第２伝送信号で強度変調した波長λ２の第２信号光Ｓ２を出力する。合波器１３は、送信器１１，１２から出力された信号光Ｓ１，Ｓ２を多重化して光伝送路３０へ出力する。ただし、「ω１＜ω２」、「λ１≠λ２」である。
【００１５】
光伝送路２０は、光送信部から出力された信号光Ｓ１，Ｓ２を伝送する。そして、光受信部３０は、光伝送路２０により伝送されて来て到達した信号光Ｓ１，Ｓ２を１つの受光部で受光して、第１伝送信号および第２伝送信号を出力する。
【００１６】
ところで、伝送信号で強度変調した信号光を出力する送信器１１，１２として、外部変調型送信器および直接変調型送信器の何れかが用いられる。外部変調型送信器は、線形性に優れた外部変調型の強度変調器を使用することで、低歪み光伝送を実現することができる。また、外部変調型送信器は、外部変調型の位相変調器により信号光に対して位相変調を施したり、信号光源にディザリングを施したりすることにより、光伝送路において生じる誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ: Stimulated Brillouin Scattering）や、多重反射による光干渉の影響を改善することが可能である。
【００１７】
図２は、外部変調型送信器から出力される信号光の強度変調周波数の配置を示す図である。本来的に伝送すべき伝送信号は、ＤＣから８００ＭＨｚ付近までの周波数を有する。ＳＢＳ抑圧用の位相変調信号やディザリング用に数ＧＨｚ帯のＲＦ信号が用いられる。理想的な位相変調器を用いた場合、変調に使用した位相変調信号は、強度変調のスペクトル上には存在しないが、通常は位相変調器が残留強度変調成分を持つため、図２のように周波数軸上にトーン信号スペクトルが表示される。例えば、このような送信器に伝送信号としてＢＳ信号やＣＳ信号を入力する場合、２ＧＨｚ付近のトーン信号と伝送信号との間でビート雑音が発生するために、歪み特性が劣化してしまい、所望の伝送特性を得ることができなくなる。
【００１８】
一方、レーザ光源を駆動する際に強度変調を行う直接変調型送信器は、レーザ光源が有するチャープ特性により歪み特性が決まってしまうという制限が生じる。この歪み特性は、入力する伝送信号のチャネル数、変調度および変調周波数によっても変化する。
【００１９】
したがって、低周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光Ｓ１を出力する送信器１１として低歪み特性の外部変調型送信器を用い、高周波数ω２の第２伝送信号で強度変調した波長λ２の第２信号光Ｓ２を出力する送信器１２として直接変調型送信器を用いることで、広帯域の伝送が可能となって好ましい。また、このようにすることにより、比較的ひずみの大きい光伝送路や光増幅器を使用しても光伝送システムを構築することが可能である。比較的ひずみに弱い低周波側の信号光の伝搬用に、低ひずみ特性の外部変調型送信器を用いることができるので、ひずみ特性のよくない伝送路（波長分散や偏波モード分散の大きい伝送路）や、利得傾斜が０.１ｄＢ／ｋｍを超えるような光増幅器を使用することも可能である。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る光伝送システム１における強度変調周波数の配置を示す図である。同図（ａ）は、送信器１１から出力される波長λ１の第１信号光Ｓ１の強度変調周波数の配置を示す。同図（ｂ）は、送信器１２から出力される波長λ２の第２信号光Ｓ２の強度変調周波数の配置を示す。同図（ｃ）は、光受信部３０に入力される波長λ１の第１信号光Ｓ１の強度変調周波数の配置を示す。同図（ｄ）は、光受信部３０に入力される波長λ２の第２信号光Ｓ２の強度変調周波数の配置を示す。また、同図（ｅ）は、光受信部３０に入力される信号光Ｓ１，Ｓ２の強度変調周波数の配置を示す。
【００２１】
これら同図（ａ）〜（ｄ）に示されるように、外部変調型の送信器１１は、低周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光Ｓ１を出力する。直接変調型の送信器１２は、高周波数ω２の第２伝送信号で強度変調した波長λ２の第２信号光Ｓ２を出力する。しかし、この場合には、光受信部３０において２波長の信号光をニ乗検波により同時に受光するために、１波信号光伝送では問題にならない以下の事象に注意する必要がある。すなわち、光伝送路２０において、信号光パワーが高い場合に、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）によるパワー遷移，相互位相変調（ＸＰＭ）および光カー効果（ＯＫＥ）などの非線形光学現象が生じ、結果として、一方の信号光の強度変調の周波数成分が他方の信号光へ乗り移る現象が発生し、雑音が重畳される（同図（ｃ），（ｄ））。
【００２２】
光受信部３０において、波長λ１の第１信号光Ｓ１と波長λ２の第２信号光Ｓ２とを分波した後に、各々の信号光を受光部により受光し検波する場合には、Ｓ／Ｎ比よく第１伝送信号および第２伝送信号を得ることができる。しかし、光受信部３０において波長λ１の第１信号光Ｓ１と波長λ２の第２信号光Ｓ２とを１つの受光部により受光して検波する場合（同図（ｅ））には、第１伝送信号および第２伝送信号それぞれの強度変調周波数に雑音が重畳されているので、Ｓ／Ｎ比よく第１伝送信号および第２伝送信号を得ることができない。
【００２３】
本実施形態に係る光伝送システム１は、２波長の信号光の間のパワーの関係およびクロストークの関係を明らかにした上で、上記のような問題を解決することができるものであり、Ｓ／Ｎ比よく第１伝送信号および第２伝送信号を得ることができる。すなわち、本実施形態では、光送信部１０から出力される第１信号光のパワーをＰ１（真数）とし、光送信部１０から出力される第２信号光のパワーをＰ２（真数）としたときに、下記（３）式の関係が満たされる。また、光送信部１０から光受信部３０までの最大伝送距離をＬ［ｋｍ］とし、光送信部１０から出力される第１信号光のパワーをＰ１［Ｗ］としたときに、下記（４）式の関係が満たされるのが好適である。
【００２４】
【数３】
2010154223.tif 000005
【００２５】
【数４】
2010154223.tif 000006
【００２６】
また、第１信号光Ｓ１の波長λ１と第２信号光Ｓ２の波長λ２との差が１０ｎｍ以下であるのが好適である。光送信部１０から出力される第１信号光Ｓ１のパワーＰ１が１０ｍＷ以上２５.２ｍＷ以下であるのが好適である。光送信部１０から出力される第２信号光Ｓ２のパワーＰ２が１ｍＷ以上４ｍＷ以下であるのが好適である。また、第１伝送信号がＡＭ-ＶＳＢ，ＱＡＭ，ＯＦＤＭおよびＱＰＳＫのうちの何れかの変調方式の信号であるのが好適である。
【００２７】
以下では本実施形態について更に詳細に説明する。先ず、二乗検波時の妨害波周波数成分について、波長λ１の信号光Ｓ１の強度変調の周波数ω１成分が波長λ２の信号光Ｓ２へ乗り移る場合のみを考えて、以下の２つの周波数成分のみの場合の検出電流を調査する。
下記（５）式は、周波数ω１の第１伝送信号で強度変調した波長λ１の第１信号光Ｓ１の電界成分ｅ１を表す。下記（６）式は、信号光Ｓ１の強度変調の周波数ω１成分が乗り移った波長λ２の第２信号光Ｓ２の電界成分ｅ２を表す。
【００２８】
【数５】
2010154223.tif 000007
【００２９】
【数６】
2010154223.tif 000008
【００３０】
上記（５）式および（６）式それぞれに現れるパラメータは以下のとおりである。Ｐ１は、第１信号光Ｓ１の光パワーである。Ｐ２は、第２信号光Ｓ２の光パワーである。ｍ１は、第１信号光Ｓ１の強度変調の光変調度である。ｍ１’は、第１信号光Ｓ１から第２信号光Ｓ２に乗り移った強度変調成分の光変調度である。ω１は、第１信号光Ｓ１の中心角周波数である。φ１は、第１信号光Ｓ１の強度変調の位相である。φ１’は、第２信号光Ｓ２の強度変調の位相である。ωｃ１は、第１信号光Ｓ１の光角周波数である。ωｃ２は、第２信号光Ｓ２の光角周波数である。φｃ１は、第１信号光Ｓ１の位相である。φｃ２は、第２信号光Ｓ２の位相である。
【００３１】
光受信部３０における二乗検波時の検出電流Ｉは下記（７）式で与えられる。この（７）式より、実際に二乗検波時に同一周波数ω１に落ち込む成分は、下記（８）式および（９）式で表される２つとなる。
【００３２】
【数７】
2010154223.tif 000009
【００３３】
【数８】
2010154223.tif 000010
【００３４】
【数９】
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【００３５】
（８）式はもともと伝送する第１伝送信号を示しており、（９）式はクロストークにより第２信号光に乗り移った雑音成分を示している。（９）式は（８）式に対して位相が異なっているため、単に妨害波として作用してしまうこととなる。（８）式および（９）式を比較すると、検出電流強度の比は「Ｐ２ｍ１’／Ｐ１ｍ１」となる。電界成分Ｅ１，Ｅ２（Ｐ１＝Ｅ１２，Ｐ２＝Ｅ２２）で考えると、下記（１０）式で表される。
【００３６】
【数１０】
2010154223.tif 000012
【００３７】
したがって、求めたい所望の信号成分に対する妨害波の比であるＤＵＲ［ｄＢ］は、下記（１１）式で与えられる。
【００３８】
【数１１】
2010154223.tif 000013
【００３９】
同一周波数成分に落ち込んでくる妨害波の一つとして、ＣＴＢなどがよく知られている。今回の妨害波成分も、信号成分とは位相成分がランダムにずれている、ＤＵＲが劣化をしていると、映像主観評価の上ではＣＴＢと同じように画面が白っぽくなる。したがって、ＤＵＲはー６０ｄＢ以下であるのが望ましい。仮に、RIN transferが−４０ｄＢであれば、「Ｐ２／Ｐ１」は０.１以下であることが望ましい。
【００４０】
図４は、光受信部３０に入力される第２信号光Ｓ２のパワーＰ２と、第１信号光Ｓ１の強度変調成分におけるＣＮＲとの関係を示す図である。光受信部３０に入力される第１信号光Ｓ１のパワーＰ１を−３ｄＢｍとした。この結果を見てわかるように、第２信号光Ｓ２のパワーＰ２が第１信号光Ｓ１のパワーＰ１に対して１０ｄＢ程度小さければ、元の信号のＣＮＲ劣化には影響しないことを確認できる。
【００４１】
図５は、光受信部３０に入力される第２信号光Ｓ２のパワーＰ２とＣＮＲとの関係を示す図である。ここでは、第２信号光Ｓ２をＢＳ信号とした。この結果をみてもわかるように、少なくともチャネルあたりの変調度ｍ２が４％以上であれば、ＣＮＲが１６ｄＢ以上となる入力信号光パワーは−１４ｄＢｍ以上となることが確認できる。
【００４２】
高周波側の第２信号光Ｓ２を出力する送信器１２としては、位相変調などを用いない直接変調型送信器を使用する。この場合、信号光の線幅は、レーザ光源のディザなどを施さない限り、それほど拡がらず、ＳＢＳ閾値もそれほど高くならない。通常のＤＦＢレーザのＳＢＳ閾値は、長さ２０ｋｍのシングルモード光ファイバで５〜６ｄＢｍ程度である。したがって、高周波側の第２信号光Ｓ２は、光伝送路２０への入力光パワーをなるべく低くして、変調度を高くすることが望ましい。
【００４３】
次に、RIN transferについて理論検討を行った結果について説明する。図６は、各非線形光学現象に因るRIN transferおよび全体のRIN transferそれぞれの強度変調周波数依存性を示すグラフである。ここでは、伝送距離を３０ｋｍとし、低周波側の第１信号光の波長λ１を１５５５ｎｍとし、高周波側の第２信号光の波長λ２を１５５０ｎｍおよび１５６０ｎｍとし、光伝送路２０への入力光パワーを１４ｄＢｍとした。この結果より、今回のような波長配置においては、ＳＲＳやＸＰＭと比べて、むしろＯＫＥの方が影響が大きいことが確認できる。また、低周波側の方がRINtransferの量が大きいことも確認できる。
【００４４】
図７は、RIN transferの強度変調周波数依存性を示すグラフである。同図（ａ）では、低周波側の第１信号光Ｓ１と高周波側の第２信号光Ｓ２との波長間隔を各値としている。また、同図（ｂ）では、信号光入力パワーを各値としている。この図から判るように、波長間隔が広がると、ＳＲＳの効果が大きくなるため、低周波側でのRIN transferの量が大きくなる。一方、低周波側の第１信号光の入力パワーＰ１とRIN transferとは比例関係にある。
【００４５】
図８は、RIN transferの伝送路長依存性を示すグラフである。ここでは、光伝送路２０への信号光入力パワーを１２ｄＢｍとした。観測周波数は、通常の映像伝送で用いられる周波数の下限として９０ＭＨｚとした。この結果を見てわかるように、今回の理論計算結果から、波長間隔を変化させた場合における最悪値は、伝送距離Ｌと第１信号光のパワーＰ１と用いて近似的に下記（１２）式で表すことが可能である。
【００４６】
【数１２】
2010154223.tif 000014
【００４７】
RIN transferが−３５ｄＢ以下であれば、入力する信号光パワーの関係を調整することで、ＤＵＲを抑圧することも可能であるため、Ｆ[Ｌ，Ｐ１]は−３５ｄＢ以下であることが望ましいこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る光伝送システム１の構成図である。
【図２】外部変調型送信器から出力される信号光の強度変調周波数の配置を示す図である。
【図３】本実施形態に係る光伝送システム１における強度変調周波数の配置を示す図である。
【図４】光受信部３０に入力される第２信号光Ｓ２のパワーＰ２と、第１信号光Ｓ１の強度変調成分におけるＣＮＲとの関係を示す図である。
【図５】光受信部３０に入力される第２信号光Ｓ２のパワーＰ２とＣＮＲとの関係を示す図である。
【図６】各非線形光学現象に因るRIN transferおよび全体のRINtransferそれぞれの強度変調周波数依存性を示すグラフである。
【図７】RIN transferの強度変調周波数依存性を示すグラフである。
【図８】RIN transferの伝送路長依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１…光伝送システム、１０…光送信部、１１，１２…送信器、１３…合波器、２０…光伝送路、３０…光受信部。
【図１】
2010154223.tif 000017
【図２】
2010154223.tif 000018
【図３】
2010154223.tif 000019
【図４】
2010154223.tif 000020
【図５】
2010154223.tif 000021
【図６】
2010154223.tif 000022
【図７】
2010154223.tif 000023
【図８】
2010154223.tif 000024