(57)【要約】【課題】光受信器において偏波依存性のないコヒーレント検波を行える光通信システムおよび変調光信号の生成方法を提供する。【解決手段】光送信器は、所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を出力する波長スイープ光源１１と、各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を出力する変調信号発生器１７と、波長スイープ光源１１の出力光信号を変調信号で変調する光変調器１３と、変調された光信号を２つに分岐する光分岐器１３と、分岐された２つの光信号の時間差が所定の繰り返し周波数の逆数の半値になるように、分岐された一方の光信号に対して時間遅延を与える光遅延器１４と、分岐された２つの光信号の偏波方向が互いに直交するように、分岐された他方の光信号の偏波状態を制御する偏波調整器１５と、分岐された２つの光信号を合波し、送出する光合波器１６を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数波長チャネルの変調光信号を出力する光送信器と、該光送信器から光伝送路を介して送信された光信号のうち所定の波長チャネルの光信号を抽出して受信する光受信器からなる光通信システムであって、
前記の光送信器は、
所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を出力する波長スイープ光源と、
各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を出力する変調信号発生器と、
前記波長スイープ光源から出力された光信号を前記変調信号で変調する光変調器と、
変調された前記光信号を２つに分岐する光分岐器と、
前記光分岐器で分岐された２つの光信号の時間差が所定の繰り返し周波数の逆数の半値になるように、分岐された一方の光信号に対して時間遅延を与える光遅延器と、
前記光分岐器で分岐された２つの光信号の偏波方向が互いに直交するように、分岐された他方の光信号の偏波状態を制御する偏波調整器と、
前記時間遅延を与えられ、偏波状態を制御された２つの光信号を合波し、光伝送路に送出する光合波器を備える、
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
複数波長チャネルの変調光信号を出力する光送信器と、該光送信器から光伝送路を介して送信された光信号のうち所定の波長チャネルの光信号を抽出して受信する光受信器からなる光通信システムであって、
前記光送信器は、
所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を出力する波長スイープ光源と、
各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を出力する変調信号発生器と、
前記波長スイープ光源から出力された光信号を前記変調信号で変調する光変調器と、
変調された前記光信号の偏波状態を、所定の互いに直交した偏波面に対して４５度の角度差を有する直線偏波状態になるように制御する偏波調整器と、
直線偏波状態になった、互いに直交した偏波成分を有する光信号に対して、前記所定の繰り返し周波数の逆数の半値の群遅延時間差を生じさせ、光伝送路に送出する偏波分散発生器を備える、
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項３】
前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、直接変調型の半導体レーザに、所定の繰り返し周期のランプ波形の電流を印加することで生成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、分布反射型レーザの位相調整領域に所定の繰り返し周期を有するランプ波形状の信号を印加することで生成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、単一スペクトルのレーザの出力を位相変調器に接続し、前記位相変調器に所定の繰り返し周期のパラボラ型波形の電圧を入力することで生成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、レーザの一方の反射端に外部共振器を接続し、前記外部共振器に制御信号を入力して外部共振器内の光導波路の屈折率を変化させる、もしくは、機械的回転により外部共振器と光路との間の角度を変化させることで生成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項７】
前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、所定の繰り返し周期、所定の波長帯域のパルス光を生成し、波長に比例した遅延時間を与える群遅延特性を有する分散媒質を通過させることで生成される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
【請求項８】
所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を生成するステップと、
各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を生成するステップと、
出力された前記光信号を前記変調信号で変調するステップと、
変調された前記光信号を２つに分岐するステップと、
分岐された２つの光信号の時間差が所定の繰り返し周波数の逆数の半値になるように、分岐された一方の光信号に対して時間遅延を与えるステップと、
分岐された２つの光信号の偏波方向が互いに直交するように、分岐された他方の光信号の偏波状態を制御するステップと、
前記時間遅延を与えられ、偏波状態を制御された２つの光信号を合波するステップを含む、
ことを特徴とする変調光信号の生成方法。
【請求項９】
所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を生成するステップと、
各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を生成するステップと、
出力された前記光信号を前記変調信号で変調するステップと、
変調された前記光信号の偏波状態を、所定の互いに直交した偏波面に対して４５度の角度差を有する直線偏波状態になるように制御するステップと、
直線偏波状態になった、互いに直交した偏波成分を有する光信号に対して、前記所定の繰り返し周波数の逆数の半値の群遅延時間差を生じさせるステップを含む、
ことを特徴とする変調光信号の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数波長チャネルの変調光信号を伝送する光通信システムおよび複数波長チャネルの変調光信号を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術を用いて複数の波長の変調光信号を生成する方法について、図７を用いて説明する。この方法は、主に、単一の光伝送路に複数の波長の光信号を多重して伝送し、伝送容量の拡大や、サービスラインナップ、加入者収容数の向上を実現する、いわゆる波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）システムや、周波数多重（ＦＤＭ：Frequency Division Multiplexing）システムと呼ばれる光通信システムに適用することが想定される。
【０００３】
光送信器では、一定の繰り返し周期（１／Ｂ）で所定の波長範囲（Ｎ×Ｂ）が掃引される波長スイープ光を生成する。生成法としては、例えば、図７に示すように、波長掃引信号発生器２３が生成するランプ波形の信号電流を、波長掃引信号振幅調整器２４で適宜電流振幅を調整した後、半導体レーザ光源２１の電極に直接印加する構成が考えられる。ここで、前記の周期１／Ｂは、各波長チャネルのシンボル長に一致するよう設定する。この波長スイープ光に対し、光変調器２２において変調信号発生器２５の各波長チャネルの送信データを時間軸多重した信号で変調を施すことで、全てのチャネルの波長帯域がそれぞれ対応する送信データで変調される。これにより、複数波長の変調光信号が一括で生成される。波長スイープ光は、光変調器１２において変調信号発生器１７の出力信号で変調される。光受信器では、光ヘテロダイン検波に用いるローカル光の波長を、選択受信したい波長チャネル（図７ではチャネル１）の近傍に設定し、受光器２８から出力される中間周波数信号を復調することで、この波長チャネルのデータを再生する（非特許文献１参照）。
【０００４】
通常、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）システムや、周波数多重（ＦＤＭ：Frequency Division Multiplexing）システムでは、波長数に応じた光源、光変調器を用意し、さらにそれぞれの光源の波長を予め定められた波長配置に設定する必要があるため、光送信器の構成が複雑になる。一方、従来技術によれば、上述のように単一の光源と光変調器で複数波長の変調光信号を一括で生成できるため、光送信器の構成を簡素にできる。
【非特許文献１】谷口友宏，成川聖，桜井尚也，木村秀明，坪川信，“光ＦＤＭアクセスシステムにおける波長スイープ光を用いた共用型光送信器の提案”，電子情報通信学会２００７年ソサエティ大会講演論文集，２００７年８月２９日，Ｂ−１０−６４，第２５８頁
【非特許文献２】谷口友宏，桜井尚也，木村秀明，坪川信，“波長スイープ光ＦＤＭシステムにおける隣接チャネル干渉抑圧のための送信光スペクトル成形”，電子情報通信学会２００８年総合大会講演論文集，社団法人電子情報通信学会２００８年３月５日発行，Ｂ−１０−５７，第３４０頁
【非特許文献３】松尾慎治，硴塚孝明，瀬川徹，藤原直樹，柴田泰夫，八坂洋，鈴木博之，“周波数変調型ＳＳＧ−ＤＢＲレーザと波長フィルタを用いた送信素子”，電子情報通信学会２００７年ソサイエティ大会講演論文集，社団法人電子情報通信学会２００７年８月２９日発行，Ｃ−４−１４，第２２０頁
【非特許文献４】L.-S.Yan, C.Yeh, G.Yang, L.Lin, Z.Chen, Y.Q.Shi, and X.Steve Yao, ”Fast digitally variable differential group delay module using polarization switching,” Optical Fiber Communication Conference and Exhibit(OFC), 2002, FA5
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術において、光受信器でコヒーレント検波を行う場合には、光伝送路を介して受信する信号光と、光受信器内に設置されるローカル光源からの出力光との偏波状態を一致させる必要がある。このためには通常、受信側で偏波追尾機能を設けて、常に２つの光信号の偏波状態を一致させるよう信号光、ローカル光のいずれかの偏波状態を制御するか、偏波ダイバーシティ型の受信回路を構成することになるが、いずれの方法を用いても光受信器の構成が複雑になってしまう。
【０００６】
本発明は、このような背景に行われたものであって、コヒーレント検波を適用する際の上述の偏波依存性の課題を、簡素な構成の光受信器で解決できる光通信システムおよび変調光信号の生成方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の光通信システムは、複数波長チャネルの変調光信号を出力する光送信器と、該光送信器から光伝送路を介して送信された光信号のうち所定の波長チャネルの光信号を抽出して受信する光受信器からなる光通信システムであって、前記の光送信器が、所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を出力する波長スイープ光源と、各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を出力する変調信号発生器と、前記波長スイープ光源から出力された光信号を前記変調信号で変調する光変調器と、変調された前記光信号を２つに分岐する光分岐器と、前記光分岐器で分岐された２つの光信号の時間差が所定の繰り返し周波数の逆数の半値になるように、分岐された一方の光信号に対して時間遅延を与える光遅延器と、前記光分岐器で分岐された２つの光信号の偏波方向が互いに直交するように、分岐された他方の光信号の偏波状態を制御する偏波調整器と、前記時間遅延を与えられ、偏波状態を制御された２つの光信号を合波し、光伝送路に送出する光合波器を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の光通信システムは、複数波長チャネルの変調光信号を出力する光送信器と、該光送信器から光伝送路を介して送信された光信号のうち所定の波長チャネルの光信号を抽出して受信する光受信器からなる光通信システムであって、前記光送信器が、所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を出力する波長スイープ光源と、各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を出力する変調信号発生器と、前記波長スイープ光源から出力された光信号を前記変調信号で変調する光変調器と、変調された前記光信号の偏波状態を、所定の互いに直交した偏波面に対して４５度の角度差を有する直線偏波状態になるように制御する偏波調整器と、直線偏波状態になった、互いに直交した偏波成分を有する光信号に対して、前記所定の繰り返し周波数の逆数の半値の群遅延時間差を生じさせ、光伝送路に送出する偏波分散発生器を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、直接変調型の半導体レーザに、所定の繰り返し周期のランプ波形の電流を印加することで生成されることが好ましい。また、前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、分布反射型レーザの位相調整領域に所定の繰り返し周期を有するランプ波形状の信号を印加することで生成されることが好ましい。また、前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、単一スペクトルのレーザの出力を位相変調器に接続し、前記位相変調器に所定の繰り返し周期のパラボラ型波形の電圧を入力することで生成されることが好ましい。また、前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、レーザの一方の反射端に外部共振器を接続し、前記外部共振器に制御信号を入力して外部共振器内の光導波路の屈折率を変化させる、もしくは、機械的回転により外部共振器と光路との間の角度を変化させることで生成されることが好ましい。また、前記所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号は、所定の繰り返し周期、所定の波長帯域のパルス光を生成し、波長に比例した遅延時間を与える群遅延特性を有する分散媒質を通過させることで生成されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の変調光信号の生成方法は、所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を生成するステップと、各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を生成するステップと、出力された前記光信号を前記変調信号で変調するステップと、変調された前記光信号を２つに分岐するステップと、分岐された２つの光信号の時間差が所定の繰り返し周波数の逆数の半値になるように、分岐された一方の光信号に対して時間遅延を与えるステップと、分岐された２つの光信号の偏波方向が互いに直交するように、分岐された他方の光信号の偏波状態を制御するステップと、前記時間遅延を与えられ、偏波状態を制御された２つの光信号を合波するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の変調光信号の生成方法は、所定の繰り返し周波数で所定の波長範囲を掃引する光信号を生成するステップと、各波長チャネルのデータを時間軸上で多重して得られる変調信号を生成するステップと、出力された前記光信号を前記変調信号で変調するステップと、変調された前記光信号の偏波状態を、所定の互いに直交した偏波面に対して４５度の角度差を有する直線偏波状態になるように制御するステップと、直線偏波状態になった、互いに直交した偏波成分を有する光信号に対して、前記所定の繰り返し周波数の逆数の半値の群遅延時間差を生じさせるステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の光通信システムは、単一の光源と光変調器を用い、前記の光源に波長掃引信号を印加して周波数変調することで、簡素な光送信器構成で複数波長の光信号を生成することができ、さらに、生成した複数波長光信号を所定の時間差を付与して直交偏波合成するという簡素な構成で、コヒーレント検波を用いる光受信器において、偏波変動に不感応な受信を実現できるため、経済的なシステム構成で大きなロスバジェットを確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の光通信システムは、複数波長チャネルの変調光信号を出力する光送信器と、光送信器から光伝送路を介して送信された光信号のうち所定の波長チャネルの光信号を抽出して受信する光受信器により構成される。本発明の光通信システムの第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における光送信器の構成を示している。光送信器は、光部品として、波長スイープ光源１１、光変調器１２、光分岐器１３、光遅延器１４、偏波調整器１５および光合波器１６を有している。波長スイープ光源１１からは、所定の繰り返し周期（１／Ｂ：各波長チャネルのシンボル長に等しい）で所定の波長範囲を掃引する光信号を出力する波長スイープ光が生成され、波長スイープ光は、光変調器１２において変調信号発生器１７から出力された変調信号で変調される。波長スイープ光は、図２に示すように、レーザの注入電流を変化させることで出力波長を制御する直接変調型の半導体レーザに、周期１／Ｂのランプ波形の電流を印加することで容易に生成できる。例えば、レーザ光源に、単一スペクトルの光信号を生成する分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack）レーザを用い、レーザの発振波長が印加電流に応じて変化するチャープ現象を用いて波長スイープ光を生成する方法が考えられる。これにより、数ＧＨｚ程度の繰り返し周期で、数１０ＧＨｚの波長スイープ範囲を得ることができる。また、この場合、波長スイープと同時に強度変動も生じてしまうため、必要に応じて、レーザ光源の後段において利得飽和領域で動作させた半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）などを用いて、上記の強度変動成分を抑圧することも有用である（非特許文献２参照）。
【００１４】
また、より高速かつ広帯域な波長スイープ光を生成するために、分布反射型（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）レーザの位相調整領域に所定の繰り返し周期（１／Ｂ：各波長チャネルのシンボル長に等しい）を有するランプ波形状の信号（波長掃引信号）を印加する方法も考えられる（非特許文献３参照）。
【００１５】
上記の方法に加えて、単一スペクトルのレーザ光源の出力を位相変調器に接続し、この位相変調器に周期１／Ｂのパラボラ型波形の信号電圧を入力することでも波長スイープ光は生成できる。さらに、レーザの一方の反射端に外部共振器を接続し、この外部共振器に制御信号を入力して外部共振器内の光導波路の屈折率を変化させる、もしくは、機械的回転により外部共振器と光路との間の角度を変化させることで、出力光信号の波長をスイープさせることも可能である。また、図３に示すような、パルス光源を用いた構成も考えられる。この構成では、繰返し周期１／Ｂ、波長帯域Ｎ×Ｂのパルス光を生成し、図示するような波長に比例した遅延時間を与える群遅延特性を有する分散媒質を通過させることで、上記の波長スイープ光を生成することができる。
【００１６】
また、ここで用いる変調信号は、図４に示すように、各波長チャネルの送信データ（Ｂ［ｂ／ｓ］）を時間軸上で多重して得られるデータ信号（Ｂ×Ｎ［ｂ／ｓ］）である。このようにして生成された変調光信号は、光分岐器１３により２つの出力に分岐され、それぞれ光遅延器１４、偏波調整器１５に入力され、これら２つの光信号が相互の時間差が１／２Ｂで、偏波が互いに直交した状態になるよう調整された後、光合波器１６で合波され、光伝送路に送出される。この構成により、図１に示すように、複数波長の光信号であり、各波長チャネルにおいてそれぞれ、１シンボル内（シンボル長１／Ｂ）に偏波が直交した同一ビット情報を含む状態で送信することができる。なお、図１では、偏波調整器１５を、光遅延器１４と異なる側に設置したが、光遅延器１４の側に設置するようにしてもよい。また、両方の側に偏波調整器１５を設置して、２つの光信号の偏波が互いに直交した状態になるように調整してもよい。
【００１７】
光受信器では、図７に示すような構成により、ローカル光源２６のローカル光の波長を所望の波長チャネル近傍に設定し、光合波器２７でローカル光と信号光を合波することで、前記所望の波長チャネルのデータを再生するが、この際に特にローカル光の偏波を制御しなくとも、上記のように信号光を同一ビットが直交偏波した状態で受信するため、受光器２８から出力される中間周波数信号の電力は、シンボル長１／Ｂにおける時間平均で一定値になる。よって、復調器２９の出力に設置するローパスフィルタ３０の通過特性を適切に設定して、シンボル長１／Ｂ内の電力変動を抑圧することで、信号光の偏波状態に依存せずにデータを再生することが可能である。
このように、本発明では、送信側で、言わば、時間軸上で偏波ダイバーシティ処理を行うことで、光受信器で特に複雑な部品を用いることなく偏波無依存のコヒーレント検波による受信を行うことができる。
【００１８】
（第２の実施形態）
本発明の光通信システムの第２の実施形態について、図５を用いて説明する。第２の実施形態では、光送信器および光受信器の構成は、第１の実施形態と同様のものであるが、図５に示すように、光分岐器１３、光遅延器１４、偏波調整器１５および光合波器１６から構成される部分に代えて、縦続して接続した偏波調整器１８と偏波分散発生器１９を用いる点に特徴がある。
【００１９】
偏波分散発生器１９は、互いに直交した偏波成分を有する光信号に対して、１／２Ｂの群遅延時間差を生じさせる分散特性を有している。このような特性を有する部品としては、偏波保持ファイバ（ＰＡＮＤＡ：Polarization-maintaining and Absorption reducing）や、ＤＧＤ（Differential Group Delay，群遅延時間差）発生器などが挙げられる（非特許文献４参照）。
【００２０】
偏波調整器１８は、光変調器１２の出力光信号の偏波状態を、偏波分散発生器１９において１／２Ｂの群遅延時間差が発生する互いに直交した偏波面に対して４５度の角度差を有する直線偏波状態になるように制御する。これにより、図５に示すように、偏波分散発生器１９の出力において、第１の実施形態同様に、各波長チャネルにおいてそれぞれ１シンボル内（シンボル長１／Ｂ）に偏波が直交した同一ビット情報を含む複数波長の光信号を送信することができるため、光受信器で特に複雑な部品を用いることなく偏波無依存のコヒーレント検波による受信を行うことができる。
【００２１】
上述のような実施形態が適用される光通信システムの構成例としては、例えば、図６に示すように、光送信器からの光信号がそれぞれ１芯の光伝送路を介して複数の光受信器に接続されたシングルスター（ＳＳ）方式や、光伝送路途中に設置された光分岐器を介して、光伝送路の一部を共有しつつ複数の光受信器が接続されたパッシブオプティカルネットワーク（ＰＯＮ）方式が考えられる。また、光伝送路途中にＷＤＭフィルタを設置し、波長によって異なる経路で光信号が伝送されるＷＤＭ−ＰＯＮ方式も考えられる。この場合、光フィルタは、１つの出力ポート毎に１波ずつ分波するもの、もしくは、複数波長（波長群）単位で分波するものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態における光送信器の構成を示す図である。
【図２】波長スイープ光源の構成例を示す図である。
【図３】パルス光源を用いた波長スイープ光の生成例を示す図である。
【図４】本発明における変調信号を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における光受信器の構成を示す図である。
【図６】光通信システムの構成例を示す図である。
【図７】従来技術の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１  波長スイープ光源
１２，２２  光変調器
１３  光分岐器
１４  光遅延器
１５，１８  偏波調整器
１６  光合波器
１７，２５  変調信号発生器
１９  偏波分散発生器
２１  レーザ光源
２３  波長掃引信号発生器
２４  波長掃引信号振幅調整器
２６  ローカル光源
２７  光合波器
２８  受光器
２９  復調器
３０  ローパスフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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