(57)【要約】【課題】高い消光比、長距離伝送、および装置の小型化が可能な光送信方法および光送信装置を提供する。【解決手段】ベースバンド電気信号１１に従って変調された送信光信号１５を出力する光送信装置１０は、ベースバンド電気信号１１に従って直接変調されることで搬送波の周波数が変調された変調光信号１７を出力する半導体レーザ１３と、変調光信号１７の周波数変調成分を振幅変調信号に変換することで送信光信号１５を出力する非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４とを有する。半導体レーザ１３の動作条件は、一定の範囲の値に設定される。【選択図】  図１
2010171763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を出力する光送信装置において、
ベースバンド電気信号に従って直接変調されることで搬送波の周波数が変調された変調光信号を出力する半導体レーザと、
前記変調光信号の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して送信光信号を出力する光フィルタとを有し、
前記半導体レーザの線幅増大係数をα、前記半導体レーザを直接変調する駆動電流の振幅をΔＩ、前記半導体レーザの直流バイアス電流をＩb、前記半導体レーザの閾値電流をＩth、前記変調光信号のマーク光信号とスペース光信号との周波数差をΔｆ、光送信装置から出力された前記送信光信号を伝送する光ファイバの分散長をＬD、前記光ファイバの長さをＬ、前記光ファイバに入力される前の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ0、光ファイバ伝送後の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ1としたとき、前記半導体レーザの動作条件は、
【数１】
2010171763.tif 000019
を満たすことを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光送信装置において、
前記光フィルタは、非対称マッハツェンダ干渉計であることを特徴とする光送信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光送信装置において、
前記送信光信号の消光比をＥＲ、前記非対称マッハツェンダ干渉計へ入力される前記変調光信号の強度で規格化した前記送信光信号の出力の強度をＰ、前記変調光信号のスペクトル半値幅をＷ、前記送信光信号に含まれる残留側波帯の抑圧比をＳ、前記変調光信号のスペース光信号の光周波数ディチューニングをｆ0、前記変調光信号のスペクトル中心周波数の光周波数ディチューニングをｆcとしたとき、前記非対称マッハツェンダ干渉計のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲは、
【数２】
2010171763.tif 000020
を満たす値であることを特徴とする光送信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記送信光信号の消光比をＥＲ、前記光フィルタへ入力される前記変調光信号の強度で規格化した前記送信光信号の出力の強度をＰ、前記光フィルタのフリー・スペクトラル・レンジをＦＳＲとしたとき、前記変調光信号のスペース光信号の光周波数ディチューニングｆ0は、
【数３】
2010171763.tif 000021
を満たす値であることを特徴とする光送信装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記変調光信号のスペクトル半値幅をＷ、前記変調光信号のスペース光信号の光周波数ディチューニングをｆ0としたとき、前記変調光信号のスペクトル中心周波数の光周波数ディチューニングｆcは、
【数４】
2010171763.tif 000022
を満たす値であることを特徴とする光送信装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記ベースバンド電気信号のビットレートをＢとしたとき、前記変調光信号のスペクトル半値幅Ｗは、
【数５】
2010171763.tif 000023
を満たす値であることを特徴とする光送信装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記送信光信号に含まれる残留側波帯の抑圧比Ｓは、４０以上の値であることを特徴とする光送信装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記光フィルタを構成する非対称マッハツェンダ干渉計は、前記半導体レーザから出力された変調光信号を２分岐する第一の方向性結合器と、前記２分岐された光信号を導く互いに長さが異なる２本の光導波路と、この２本の光導波路によって導かれた各々の光信号を合波する第二の方向性結合器とから成ることを特徴とする光送信装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光送信装置において
前記非対称マッハツェンダ干渉計の透過特性のダイナミックレンジが２０ｄＢ以上となるように前記第一、第二の方向性結合器の分岐比が与えられていることを特徴とする光送信装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光送信装置において、
前記非対称マッハツェンダ干渉計のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲが前記２本の光導波路の長さの差で与えられていることを特徴とする光送信装置。
【請求項１１】
請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記光フィルタを構成する非対称マッハツェンダ干渉計は、平面光導波路回路により構成されていることを特徴とする光送信装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光送信装置において、
前記光フィルタは、前記半導体レーザとハイブリッド集積されていることを特徴とする光送信装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光送信装置と、
この光送信装置から出力された送信光信号を受信する光受信装置と、
前記光送信装置と光受信装置とを光学的に接続する光伝送路とを有することを特徴とする光通信システム。
【請求項１４】
ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を出力する光送信装置を用いる光送信方法において、
ベースバンド電気信号に従って半導体レーザを直接変調することで搬送波の周波数が変調された変調光信号を生成する変調手順と、
前記変調光信号を光フィルタへ入力させることで、前記変調光信号の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して送信光信号を生成する変換手順とを備え、
前記半導体レーザの線幅増大係数をα、前記半導体レーザを直接変調する駆動電流の振幅をΔＩ、前記半導体レーザの直流バイアス電流をＩb、前記半導体レーザの閾値電流をＩth、前記変調光信号のマーク光信号とスペース光信号との周波数差をΔｆ、光送信装置から出力された前記送信光信号を伝送する光ファイバの分散長をＬD、前記光ファイバの長さをＬ、前記光ファイバに入力される前の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ0、光ファイバ伝送後の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ1としたとき、前記半導体レーザの動作条件は、
【数６】
2010171763.tif 000024
を満たすことを特徴とする光送信方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光送信方法において、
前記光フィルタは、非対称マッハツェンダ干渉計であることを特徴とする光送信方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光送信方法において、
前記送信光信号の消光比をＥＲ、前記非対称マッハツェンダ干渉計へ入力される前記変調光信号の強度で規格化した前記送信光信号の出力の強度をＰ、前記変調光信号のスペクトル半値幅をＷ、前記送信光信号に含まれる残留側波帯の抑圧比をＳ、前記変調光信号のスペース光信号の光周波数ディチューニングをｆ0、前記変調光信号のスペクトル中心周波数の光周波数ディチューニングをｆcとしたとき、前記非対称マッハツェンダ干渉計のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲは、
【数７】
2010171763.tif 000025
を満たす値であることを特徴とする光送信方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光送信方法において、
前記送信光信号の消光比をＥＲ、前記光フィルタへ入力される前記変調光信号の強度で規格化した前記送信光信号の出力の強度をＰ、前記光フィルタのフリー・スペクトラル・レンジをＦＳＲとしたとき、前記変調光信号のスペース光信号の光周波数ディチューニングｆ0は、
【数８】
2010171763.tif 000026
を満たす値であることを特徴とする光送信方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の光送信方法において、
前記変調光信号のスペクトル半値幅をＷ、前記変調光信号のスペース光信号の光周波数ディチューニングをｆ0としたとき、前記変調光信号のスペクトル中心周波数の光周波数ディチューニングｆcは、
【数９】
2010171763.tif 000027
を満たす値であることを特徴とする光送信方法。
【請求項１９】
請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の光送信方法において、
前記ベースバンド電気信号のビットレートをＢとしたとき、前記変調光信号のスペクトル半値幅Ｗは、
【数１０】
2010171763.tif 000028
を満たす値であることを特徴とする光送信方法。
【請求項２０】
請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の光送信方法において、
前記送信光信号に含まれる残留側波帯の抑圧比Ｓは、４０以上の値であることを特徴とする光送信方法。
【請求項２１】
請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の光送信方法において、
前記光フィルタを構成する非対称マッハツェンダ干渉計は、前記半導体レーザから出力された変調光信号を２分岐する第一の方向性結合器と、前記２分岐された光信号を導く互いに長さが異なる２本の光導波路と、この２本の光導波路によって導かれた各々の光信号を合波する第二の方向性結合器とから成ることを特徴とする光送信方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の光送信方法において、
前記非対称マッハツェンダ干渉計の透過特性のダイナミックレンジが２０ｄＢ以上となるように前記第一、第二の方向性結合器の分岐比が与えられていることを特徴とする光送信方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の光送信方法において、
前記非対称マッハツェンダ干渉計のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲが前記２本の光導波路の長さの差で与えられていることを特徴とする光送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術に係り、特に高速大容量かつ長距離の光ファイバ通信を実現するための光送信装置、光通信システムおよび光送信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブロードバンド接続の普及に伴い、トラフィックの急速な増大とアクセス手段やサービスの多様化が進展しつつある。これに対応するため、光ファイバ通信網の整備、すなわち、大容量通信網へのアップグレードがすすめられている。このような光ファイバ通信網の整備において、光ファイバの敷設コストはその相当部分を占める。そのために敷設コストを抑制するには、既設の光ファイバ通信網をそのまま使用することが望ましい。また、大容量化のために伝送速度を上げた場合でも、高価な分散補償ファイバの使用は避けるべきである。
【０００３】
例えば、現在商用化されている都市間の光ファイバ通信網の大部分は、伝送速度が２．５Ｇｂ／ｓであり、標準シングルモ−ドファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber ）の伝送スパンが８０ｋｍ以下である。したがって、光ファイバ通信網の伝送速度を１０Ｇｂ／ｓにアップグレードするためには、分散耐力があり、かつ、分散補償ファイバなしでＳＭＦ８０ｋｍの伝送が可能となる伝送速度１０Ｇｂ／ｓの光送信装置を新たに実現する必要がある。
【０００４】
これまで、伝送速度１０Ｇｂ／ｓの光伝送技術としていくつかの方式が開発されている。たとえばニオブ酸リチウム（ＬＮ）光変調器を用いたデュオバイナリ伝送方式は、分散耐力に優れた方式の一つであるが、ＬＮ光変調器のサイズが数ｃｍ以上と大きく、駆動電力も大きい。このために、ＬＮ光変調器をＸＦＰ（10Gbps (X) Form-factor Pluggable）等の小型モジュールに組み込むことができず、またＬＮ光変調器が高価でもあることから、実用化が限られている。
【０００５】
小型かつ駆動電力が小さい光変調器として、半導体の電界光吸収効果を用いた半導体光変調器が開発されている。しかしながら、この半導体光変調器では、搬送波の周波数が時間的に変動するチャープ特性により、分散補償無しで伝送できる伝送距離はＳＭＦ４０ｋｍ程度が上限である。また、使用できる波長範囲が狭いことから、半導体光変調器を高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）に使用すると、素子の選別・調整コストが高価になるといった問題がある。
【０００６】
一方、半導体レーザを直接変調すれば、上述の半導体光変調器よりも小型でかつ駆動電力を小さくすることができ、外部変調器も不要であることから、小型で低価格の光変調器を実現することができる。しかしながら、半導体レーザの直接変調においては、過渡的な周波数チャープが大きいという問題があり、ファイバ分散によりＳＭＦ１０ｋｍ程度の伝送が限界であった。この過渡的な周波数チャープは、半導体レーザを大振幅で直接変調した場合に半導体レーザ内部のキャリア密度と光子密度とが過渡的に変動することに起因する。
【０００７】
この問題を解消するためには、半導体レーザを直流電流の印加により閾値の数倍に高バイアスして小信号変調すればよいが、半導体レーザを小信号変調すると、出力光信号の消光比が小さくなるため、長距離の光ファイバ伝送には使用できないという新たな問題が生じてしまう。
【０００８】
そこで、半導体レーザから出力される変調光信号が周波数変調されていることを利用し、消光比を改善する方式が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３および非特許文献１参照）。
【０００９】
図１５は光フィルタを用いた光送信装置の基本的構成を示すブロック図である。この光送信装置では、データ信号１に従った変調電流により半導体レーザ２を直接変調し、変調された光信号を光フィルタ３に通すことにより、光フィルタ３の透過特性のスロープを利用して消光比を改善する。
【００１０】
図１５に示したような構成による消光比の改善方式では、同時に光信号のスペクトル幅も半減するため、デュオバイナリ変調方式と同等の分散耐力を得ることができ、分散補償無しでＳＭＦ８０ｋｍ以上の伝送が実証されている（非特許文献１参照）。
【００１１】
非特許文献１に開示されているように、この方式においては伝送速度１０Ｇｂ／ｓにおける周波数変調量、すなわち、スペース（“０”）符号に対するマーク（“１”）符号の周波数シフトは、ファイバ分散との関係で４．５−５ＧＨｚが最適な値である。したがって、光信号として必要とされる消光比１０ｄＢ以上を得るためには、光フィルタのスロープを２ｄＢ／ＧＨｚ程度にしなければならない。非特許文献１では、誘電体多層膜によるエタロン共振型光フィルタにより光フィルタの透過特性を最適化し、透過特性の大きなスロープを得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公平８−１０８４８号公報
【特許文献２】特許第３７６８９４０号公報
【特許文献３】米国特許第６９６３６８５号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】アイ・トリプル・イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ誌、第１８巻、３８５−３８７頁（IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, pp.385-387）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、非特許文献１に開示されている誘電体多層膜によるエタロン共振型光フィルタは、サイズが大きいうえに、半導体レーザとの光軸合せが必要である。さらに、このエタロン共振型光フィルタを用いると、半導体レーザとの間に反射を防ぐための光アイソレータを挿入する必要がある。したがって、光送信装置の更なる小型化および低価格化には、より小型かつアイソレータ無しで半導体レーザとのハイブリッド集積化が可能な光フィルタが必要とされていた。
【００１５】
平面光導波路回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）上に構成された光フィルタは、小型であり、半導体レーザと導波路構造が類似することから、半導体レーザとのハイブリッド集積化により光軸合せが不要となる。さらに、誘電体多層膜によるエタロン共振型光フィルタと異なり反射光が無いため、半導体レーザと光フィルタとの間のアイソレータも不要である。
【００１６】
しかしながら、ＰＬＣでは、誘電体多層膜のように製造工程の工夫によるフィルタ透過特性の最適化を実現することはできない。また、ＰＬＣの大きさおよび制御の観点から、ＸＦＰ（10Gbps Small Form Factor Pluggable）等の小型トランシーバ・モジュールに搭載可能な光フィルタは、単一のリング共振器あるいは非対称マッハツェンダ干渉計に限られる。
【００１７】
例えば、伝送速度１０Ｇｂ／ｓ用のリング共振型光フィルタにおけるドロップ・ポートの透過特性のスロープは約１ｄＢ／ＧＨｚと小さな値となる。すなわち、単一のリング共振型光フィルタのドロップ・ポートを用いて消光比１０ｄＢ以上を得るためには、光信号の周波数変調量を１０ＧＨｚ程度としなければならない。光信号の周波数変調量を１０ＧＨｚ程度とする場合、周波数変調量が最適値の約２倍となり、スペース符号に対するマーク符号の周波数シフトが大きくなるために発生する周波数チャープがファイバ分散の影響を受け、分散補償ファイバなしで伝送可能な距離が著しく低減してしまうという問題が生ずる。
【００１８】
また、光信号のスペース符号に対するマーク符号の周波数シフトを５ＧＨｚとすると、消光比１０ｄＢを得るために振幅変調の効果を５ｄＢ分重畳する必要がある。そのためには、半導体レーザの直流バイアスを下げて、大信号変調に近い動作点で半導体レーザを直接変調する必要がある。このような大信号変調に近い直接変調では、上述したように過渡的な周波数チャープが大きくなってしまい、結果として長距離の光ファイバ伝送を実現することができなくなる。すなわち、単一のリング共振型光フィルタのドロップ・ポートを用いた方法では、消光比の改善と伝送距離の長距離化とを両立させることが困難であった。
【００１９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体レーザの動作条件を一定の範囲内に設定してＰＬＣからなる光フィルタと組み合わせることにより、消光比の向上および長距離伝送の両方を達成することができる光送信装置、光通信システムおよび光送信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】
【００２０】
本発明は、ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を出力する光送信装置において、ベースバンド電気信号に従って直接変調されることで搬送波の周波数が変調された変調光信号を出力する半導体レーザと、前記変調光信号の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して送信光信号を出力する光フィルタとを有し、前記半導体レーザの線幅増大係数をα、前記半導体レーザを直接変調する駆動電流の振幅をΔＩ、前記半導体レーザの直流バイアス電流をＩb、前記半導体レーザの閾値電流をＩth、前記変調光信号のマーク光信号とスペース光信号との周波数差をΔｆ、光送信装置から出力された前記送信光信号を伝送する光ファイバの分散長をＬD、前記光ファイバの長さをＬ、前記光ファイバに入力される前の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ0、光ファイバ伝送後の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ1としたとき、前記半導体レーザの動作条件は、
【数１】
2010171763.tif 000003
を満たすことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の光通信システムは、前記光送信装置と、この光送信装置から出力された送信光信号を受信する光受信装置と、前記光送信装置と光受信装置とを光学的に接続する光伝送路とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明は、ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を出力する光送信装置を用いる光送信方法において、ベースバンド電気信号に従って半導体レーザを直接変調することで搬送波の周波数が変調された変調光信号を生成する変調手順と、前記変調光信号を光フィルタへ入力させることで、前記変調光信号の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して送信光信号を生成する変換手順とを備え、前記半導体レーザの線幅増大係数をα、前記半導体レーザを直接変調する駆動電流の振幅をΔＩ、前記半導体レーザの直流バイアス電流をＩb、前記半導体レーザの閾値電流をＩth、前記変調光信号のマーク光信号とスペース光信号との周波数差をΔｆ、光送信装置から出力された前記送信光信号を伝送する光ファイバの分散長をＬD、前記光ファイバの長さをＬ、前記光ファイバに入力される前の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ0、光ファイバ伝送後の前記送信光信号の最小のパルス幅をＴ1としたとき、前記半導体レーザの動作条件は、
【数２】
2010171763.tif 000004
を満たすことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体レーザの動作条件を一定の範囲内に設定して光フィルタと組み合わせることにより、消光比の向上および高品質な長距離光ファイバ伝送の両方を同時に達成することができる。また、本発明では、光送信装置の小型化および低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態において使用される半導体レーザの光出力特性を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において使用される半導体レーザの変調特性を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置の動作原理を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態において使用される非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの概略的構造を示す模式的な平面図である。
【図６】半導体レーザが本発明の動作条件を満たしていない場合の変調光信号の振幅変調波形を示す図、および変調光信号の周波数変調波形を示す図である。
【図７】半導体レーザが本発明の動作条件を満たしていない場合の送信光信号のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、および８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における変調光信号の振幅変調波形を示す図、および変調光信号の周波数変調波形を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを５０ＧＨｚとした場合の送信光信号のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、および８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを５０ＧＨｚとした場合の変調光信号のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの透過特性との関係を示す図、および送信光信号のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの透過特性との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを２５ＧＨｚとした場合の送信光信号のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、および８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを２５ＧＨｚとした場合の変調光信号のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの透過特性との関係を示す図、および送信光信号のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの透過特性との関係を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを１５ＧＨｚとした場合の送信光信号のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、および８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを１５ＧＨｚとした場合の変調光信号のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの透過特性との関係を示す図、および送信光信号のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタの透過特性との関係を示す図である。
【図１５】光フィルタを用いた光送信装置の基本的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置を用いた光通信システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の光通信システムは、光送信装置１０と、光受信装置２０と、光ファイバ等の光伝送路３０とから構成される。光送信装置１０と光受信装置２０とは、光伝送路３０を通して通信可能である。
【００２６】
光送信装置１０は、駆動回路１２と、半導体レーザ１３と、非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４とを機能的構成要素として有する。ベースバンド電気信号１１は、駆動回路１２に入力される。駆動回路１２は、ベースバンド電気信号１１に応じた変調電流１６を生成する。半導体レーザ１３は、発振閾値より大きい直流バイアス電流に重畳された変調電流１６により直接変調される。このとき、半導体レーザ１３から出力される変調光信号１７は、半導体レーザ１３の活性層の非線形利得およびプラズマ振動の効果により周波数変調される。
【００２７】
半導体レーザ１３によって周波数変調された変調光信号１７は、非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４へ入力される。光フィルタ１４は、変調光信号１７の周波数変調成分を振幅変調光信号へ変換し、変換された振幅変調光が送信光信号１５として光伝送路３０へ送出される。
【００２８】
光送信装置１０から出力された送信光信号１５は、光伝送路３０を伝搬した後、光受信装置２０へ入力される。光受信装置２０は、光伝送路３０から光信号を受信し電気信号に変換する受光素子（不図示）と、この受光素子から出力された受信信号の処理を行う電子回路（不図示）とを有する。
【００２９】
次に、上述した光送信装置１０の構成による光送信方法について、図２乃至図４を用いて動作原理を説明する。
図２は半導体レーザ１３の駆動電流と出力される光強度との関係を示したものである。半導体レーザ１３の閾値電流の値はＩthである。直流バイアス回路（不図示）から閾値電流Ｉthよりも十分高い直流のバイアス電流Ｉbを半導体レーザ１３に印加し、さらにバイアス電流Ｉbに電流振幅ΔＩの駆動電気信号１３１を重畳することにより、半導体レーザ１３から光信号１３２が出力される。
【００３０】
図２では光信号１３２の光強度信号成分のみを示しているが、光信号１３２の周波数変調信号成分を示したのが図３（Ａ）、光信号１３２の強度変調信号成分を示したのが図３（Ｂ）である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示した波形は、半導体レーザ１３の緩和振動周波数よりもベースバンド電気信号１１のビットレートが十分に低い場合の波形である。光信号１３２の強度変調信号成分のｔrはパルス立上り時間、ｔfは強度変調信号成分の立下り時間である。また、光信号１３２の周波数変調信号成分は、スペース信号からマーク信号への周波数シフトと、スペース信号からマーク信号へ偏移した時に過渡的に生ずる過渡的周波数チャープとから成る。
【００３１】
周波数チャープを含むガウス波形は、次式（１）のように表される。この式（１）は、文献「Ｇ．Ｐ．アグラワール著、“非線形ファイバ光学”、吉岡書店、物理学叢書、７１−７７頁」に開示されている。
【００３２】
【数３】
2010171763.tif 000005
【００３３】
式（１）において、Ｔは光強度が１／ｅになる光パルス全幅、Ｃはチャープ・パラメータである。また、送信光信号１５を伝送する光ファイバ（光伝送路３０）の分散長ＬDは次式（２）のように表すことができる。
【００３４】
【数４】
2010171763.tif 000006
【００３５】
式（２）において、βは伝搬定数を搬送波周波数のまわりでテーラー展開することにより得られる２次の分散である。式（１）について光ファイバ中の光パルスの伝搬方程式を解くことにより、パルス幅Ｔ0の光パルスが長さＬの光ファイバの伝搬後にパルス幅Ｔ1以内に分散による拡がりを抑えるための条件式は、以下に示す式（３）のように計算される。
【００３６】
【数５】
2010171763.tif 000007
【００３７】
式（３）において、パルス幅Ｔ0およびパルス幅Ｔ1は、光パルスの半値全幅で定義されている。チャープパラメータＣと半導体レーザの過渡的周波数チャープΔｆtrとは、次式（４）の関係がある。この式（４）は、文献「Ｇ．Ｐ．アグラワール著、“非線形ファイバ光学”、吉岡書店、物理学叢書、７１−７７頁」、文献「アイ・トリプル・イー・ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー誌、第１４巻、８３９−８５０頁（IEEE Journal of Lightwave Technology, vol.14, pp.839-850）」、文献「アプライド・オプティクス誌、第２０巻、３５７３−３５７９頁（Applied Optics, vol.20, pp.3573-3579）」に開示されている。
【００３８】
【数６】
2010171763.tif 000008
【００３９】
式（４）において、Δｆは変調光信号のマーク光信号とスペース光信号の周波数差、Δｔは周波数がチャープする時間である。過渡的周波数チャープΔｆtrは、次式（５）で表される。この式（５）は、文献「アイ・トリプル・イー・ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー誌、第１４巻、８３９−８５０頁（IEEE Journal of Lightwave Technology, vol.14, pp.839-850）」に開示されている。
【００４０】
【数７】
2010171763.tif 000009
【００４１】
式（５）において、αは半導体レーザの線幅増大係数、Ｐは半導体レーザから出力される光信号の強度である。
本実施の形態は、光信号の強度変調と同時にかかる周波数変調と、光フィルタ透過特性のスロープとを利用し、スペース信号強度を抑圧してマーク信号のみを取り出す光変調方法に関するものである。
【００４２】
本実施の形態では、アップ・チャープとダウン・チャープの互いに反対方向のチャープのうち、光パルス立上りにおいてスペース信号からマーク信号へ偏移するアップ・チャープのみを考えればよい。その理由は、光パルス立下りのダウン・チャープは信号強度がゼロとなる方向へのチャープであり、伝送特性に支配的には効かないからである。
【００４３】
光ファイバの伝送特性は、ランダムに変調された光信号のうち最も周波数スペクトルが広い信号、すなわち、ベースバンド電気信号１１のビットレートの逆数の時間を半値全幅とする光パルスの伝搬特性で決まる。高速変調用に電極の寄生容量が低減された半導体レーザの場合、変調帯域は通常の動作条件で１０ＧＨｚ程度となる。すなわち、ベースバンド電気信号１１のビットレートが１０Ｇｂ／ｓの場合、半導体レーザの変調帯域はほぼビットレートと等しくなる。したがって、ベースバンド電気信号１１のビットレートと半導体レーザの変調帯域がほぼ等しい場合、周波数がチャープする時間と光パルス立上り時間はビットレートの逆数の時間で近似できる。
【００４４】
以上より、式（３）に式（４）および式（５）を代入して変形し、図２の関係を用いることにより、式（３）は次式（６）のようになる。
【００４５】
【数８】
2010171763.tif 000010
【００４６】
本実施の形態による光送信方法は、半導体レーザ１３の動作条件を上記の式（６）とすることにより、光信号の波形劣化の少ない高品質な長距離ファイバ伝送を可能とするものである。変調光信号の周波数変調成分を振幅変調成分へ変換する光フィルタ１４は、ＰＬＣで作ることができるリング共振器、あるいは非対称マッハツェンダ干渉計のいずれでもよい。
【００４７】
一方、伝送システムのＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication sector）等の規格を充足するためには、伝送距離に加えて光送信波形の消光比の改善が必要である。したがって、式（６）の条件に加えて、光フィルタ１４として非対称マッハツェンダ干渉計を用い、その構成を最適に設計する必要がある。以下、その設計について説明する。
【００４８】
図４において、一点破線で示す１４０は、本実施の形態で用いる非対称マッハツェンダ干渉計から構成される光フィルタ１４の透過特性である。図４の横軸は光周波数であり、縦軸は光強度を対数で表したものである。図４において、破線で示す１７０は変調光信号１７の光周波数スペクトル、実線で示す１５０は送信光信号１５の周波数スペクトルである。
【００４９】
図４に示した送信光信号１５のスペクトル１５０は、変調光信号１７のスペクトル１７０のうち低周波側の成分が光フィルタ１４の透過特性により抑圧されることにより形成される。図４に示すように、送信光信号１５のスペクトル１５０は、主信号１５１と残留側波帯１５２とから成る。主信号１５１は、ベースバンド電気信号１１の光ファイバ伝送に寄与するが、残留側波帯１５２は、光ファイバの分散の効果により伝送信号品質の劣化をもたらす。
【００５０】
したがって、伝送信号品質の劣化を抑えるためには、送信光信号１５の残留側波帯１５２を必要十分に抑圧する必要がある。図４中、抑圧比Ｓは残留側波帯１５２の光強度が最大となる光周波数における光フィルタ１４の透過率で与えられる。
【００５１】
図４に示した変調光信号１７の光周波数スペクトル１７０は、ベースバンド電気信号１１で最も短時間に変化する信号成分のフーリエ変換に、半導体レーザ１３のダイナミクスにより発生する周波数変調および周波数チャープの効果が重畳されたスペクトル形状となる。ここで、ベースバンド電気信号１１で最も短時間に変化する近接する３ビットの信号パターンは、“０１０”又は“１０１”であり、これらの信号パターンは各々１／８の確率で現れる。
【００５２】
半導体レーザ１３が小信号変調動作であり、半導体レーザ１３の非線形利得や寄生容量の効果による変調帯域がベースバンド電気信号１１のビットレートに近い場合、半導体レーザ１３の緩和振動周波数の波形は、ベースバンド電気信号１１のビットレートの逆数を半値幅とするガウス関数で近似することができる。例えばベースバンド電気信号１１のビットレートが１０Ｇｂ／ｓの場合、“０１０”の信号パターンに相当するパルス波形は、半値幅１００ピコ秒のガウス波形で近似することができ、フーリエ変換限界の場合は周波数スペクトルの形状もガウス関数となり、そのガウス関数の半値幅は４．４ＧＨｚである（文献「Ｇ．Ｐ．アグラワール著、非線形ファイバ光学、吉岡書店、物理学叢書、７１−７７頁」参照）。
【００５３】
変調光信号１７は周波数変調されるため、変調光信号１７のスペクトル半値幅Ｗはフーリエ変換限界の値よりも大きくなる。図４中に示したスペース（“０”）、マーク（“１”）は、この周波数変調を受けた半導体レーザ１３からの変調光信号１７のスペース（“０”）、マーク（“１”）に対応する光周波数の平均値である。
【００５４】
また、図４におけるｆ0は変調光信号１７のスペース（“０”）光信号の周波数と光フィルタ１４の透過率が最小となる周波数との差（ディチューニング）であり、ｆcは変調光信号１７のスペクトル中心周波数と光フィルタ１４の透過率が最小となる周波数との差（ディチューニング）である。また、消光比ＥＲは、変調光信号１７のスペース（“０”）、マーク（“１”）に対応する光周波数の平均値における光フィルタ１４の透過率で与えられる。
【００５５】
半導体レーザ１３から出力される変調光信号１７の周波数スペクトルＩ（ｆ）は、その形状がガウス関数で近似できる場合、次式（７）で表される。
【００５６】
【数９】
2010171763.tif 000011
【００５７】
式（７）において、Ｗは変調光信号１７のスペクトル半値幅である。また、非対称マッハツェンダ干渉計から構成される光フィルタ１４の透過特性Ｈ（ｆ）は、干渉計の損失が無視でき、干渉計を構成する分波器・合波器の分岐比が０．５の場合、次式（８）で表される。
【００５８】
【数１０】
2010171763.tif 000012
【００５９】
式（８）において、ＦＳＲは非対称マッハツェンダ干渉計のフリー・スペクトラル・レンジであり、透過率が最小となる周波数を原点としている。
式（２）においてｃｏｓｉｎｅ関数をｆ＝０近傍での冪乗展開で近似すると、光フィルタ１４から出力される残留側波帯のスペクトルＰs（ｆ）は、次式（９）によって表される。
【００６０】
【数１１】
2010171763.tif 000013
【００６１】
Ｐs（ｆ）が最大となる周波数を計算し、この周波数を冪乗展開で近似した非対称マッハツェンダ干渉計の透過特性Ｈ（ｆ）に代入することにより、非対称マッハツェンダ干渉計による残留側波帯の抑圧量が高品質な光信号のファイバ伝送に必要な抑圧比Ｓより大きくなる条件は、次式（１０）で表される。
【００６２】
【数１２】
2010171763.tif 000014
【００６３】
一方、図４から、変調光信号１７のスペース（“０”）光信号の周波数ｆ0とマーク（“１”）の変調光信号１７の周波数ｆ1について式（２）を計算することにより、消光比ＥＲと光出力Ｐを満たすための条件は次式（１１）で表される。
【００６４】
【数１３】
2010171763.tif 000015
【００６５】
ここで、光出力Ｐは、送信光信号１５の主信号１５１の光強度を、光フィルタ１４に入力した変調光信号１７の光強度で規格化した値である。
式（１０）および式（１１）より、高い光出力および消光比を得つつ残留側波帯を十分に抑えて高品質な光ファイバ伝送を実現するために光フィルタ１４が満たすべきＦＳＲの条件は、次式（１２）で表される。
【００６６】
【数１４】
2010171763.tif 000016
【００６７】
以上により、本実施の形態では、半導体レーザ１３の動作条件を一定の範囲内に設定して光フィルタ１４と組み合わせることにより、消光比の向上および高品質な長距離光ファイバ伝送の両方を達成することができる。また、本実施の形態では、光送信装置１０の小型化および低価格化が可能となる。
【００６８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の構成および効果をより具体的に説明するものである。本実施の形態の光送信装置を用いた光通信システムの構成は、図１に示したとおりである。ここでは、ビットレート１０Ｇｂ／ｓの２値のベースバンド電気信号１１によりコード化された送信光信号１７が、マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４から出力される。ベースバンド電気信号１１は、２値のＮＲＺ（Non Return Zero）信号である。本実施の形態においては、波長１．５ミクロン帯で伝送容量１０Ｇｂ／ｓの信号を光ファイバ伝送することができる。また、光伝送路３０には分散値１６ｐｓｅｃ／ｎｍ／ｋｍの標準シングルモード・ファイバを用い、長さは８０ｋｍで分散の補償は行っていない。
【００６９】
ビットレート１０Ｇｂ／ｓの２値のベースバンド電気信号１１は、駆動回路１２に入力される。駆動回路１２から出力される変調電流１６により、半導体レーザ１３は直接変調される。
半導体レーザ１３から出力される変調光信号１７の周波数変調成分は、マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４により振幅変調光へ変換され、送信光信号１５として出力される。このようにして送信光信号１５は、ビットレート１０Ｇｂ／ｓの２値のベースバンド電気信号１１によりコード化された信号となる。
【００７０】
半導体レーザ１３には、直流バイアス回路（不図示）により発振閾値より大きい直流電流が加えられている。この直流電流に重畳して印加される変調電流１６により、半導体レーザ１３は直接変調される。半導体レーザ１３としては、市販の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）、たとえば両端面が無反射コート処理されたλ／４シフト分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を使用することができる。このλ／４シフト分布帰還型半導体レーザ１３の共振器長は３００ミクロン、グレーティング結合定数κは７０００ｍ-1、活性層幅は２ミクロン、活性層厚は０．０５ミクロン、光閉じ込め係数は０．１、αパラメータは４、微分利得係数は６．５×１０-20ｍ2、非線形利得係数は４．５×１０-23ｍ3、共振器内部損失は３０００ｍ-1、閾値電流は１０ミリアンペアである。
【００７１】
ただし、半導体レーザ１３のこれらのパラメータ値は設計例の一つである。通常の多層の量子井戸あるいは歪量子井戸構造を活性層とした分布帰還型半導体レーザとして実現することのできる範囲内において、本実施の形態に示した値以外にも、光通信システムの仕様や光送信装置１０の特性に合わせて最適に設計することができる。なお、本実施の形態では、駆動回路１２の帯域は遮断周波数を１０ＧＨｚとしている。
【００７２】
図５は本実施の形態において使用される非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４の概略的構造を示す模式的な平面図である。非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４は、シリコン基板上に形成された酸化・窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層をコアとし、酸化シリコン（ＳｉＯ2）をクラッド層とした平面光導波路回路（ＰＬＣ）である。
【００７３】
光入力部１４１に入力された光信号は、第一の方向性結合器１４２により２分岐され、短い導波路１４３と長い導波路１４４に導かれる。短い導波路１４３と長い導波路１４４を各々導波した光信号は、第二の方向性結合器１４５により合波され、光出力部１４６より出力される。ここで、非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲは、短い導波路１４３と長い導波路１４４の光信号の伝播時間差の逆数で与えられる。
【００７４】
非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４は、誘電体多層膜から成る面入射型の光フィルタと異なり、原理的に反射光は光入力部１４１に戻ることがない。このため、半導体レーザ１３と光フィルタ１４との間の光アイソレータが不要となり、光送信装置の小型化および低価格化が可能となる。また、フリップ・チップ実装等の、シリコン基板上のＰＬＣと半導体レーザとの自動組立技術により、半導体レーザ１３とリング共振型光フィルタ１４のハイブリッド集積も可能である。
【００７５】
本実施の形態においては、光フィルタ１４のＦＳＲは１５乃至５０ＧＨｚ、第一の方向性結合器１４２および第二の方向性結合器１４５のパワー分岐比は０．５とし、導波路の伝播損失は無視している。
【００７６】
以下、具体的な計算結果に基づき本実施の形態の動作について説明する。ここでは、分布帰還型半導体レーザの動作を単一モードのレート方程式で近似し、スプリット・ステップ・フーリエ法により光ファイバ伝送特性を解析した計算結果を示す。また、本実施の形態により実現する光送信装置１０の仕様は、送信光信号１５の消光比を１０ｄＢ、ＳＭＦ伝送距離を８０ｋｍとする。
【００７７】
半導体レーザ１３は、消光比１０ｄＢを得るためにスペース符号時の搬送波周波数を光フィルタ１４の透過が最小となる周波数より１〜３ＧＨｚ程度高周波数側になるように直流バイアスされる。したがって、マーク符号時の搬送波周波数は、スペース符号時の搬送波周波数よりもマーク／スペースの周波数差Δｆの分だけ高周波側に位置することになるから、非対称マッハツェンダ干渉計から成る光フィルタ１４による分散補償の効果はほとんど無い。
【００７８】
まず、半導体レーザ１３の動作条件が式（６）を満たしていない場合について説明する。変調電流１６の電流振幅を２５ミリアンペア、直流バイアスをスペース符号時の電流値として３５ミリアンペアとした場合の変調光信号１７の振幅変調波形を図６（Ａ）に示し、変調光信号１７の周波数変調波形を図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）、図６（Ｂ）より、この場合の波形は緩和振動および過渡的周波数チャープを含む波形であることがわかる。また図６（Ｂ）より、マーク／スペースの周波数差Δｆは約７ＧＨｚであることがわかる。
【００７９】
これらの条件を用いて式（６）の左辺を計算すると、左辺の値は１．６となる。また、光ファイバの分散長ＬDは、上記の式（２）より１８０ｋｍと計算される。アイ開口が狭くなることによるペナルティを１−２ｄＢ程度として伝送によるパルス幅の拡がりを３０％まで許容すると、式（６）の右辺の値は０．８４１となる。すなわち、この動作条件では、式（１３）の不等式で与えられる条件は満たさない。
【００８０】
図７（Ａ）は光フィルタとして非対称マッハツェンダ干渉計を用いた場合の送信光信号１５のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、図７（Ｂ）は８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）によると、半導体レーザ１３の動作条件が式（６）を満たしていない場合、ファイバ伝送により光信号の波形が著しく劣化し、８０ｋｍ伝送は困難であることがわかる。
【００８１】
一方、本実施の形態においては、半導体レーザ１３の変調電流１６の電流振幅を１６ミリアンペアとし、半導体レーザ１３の直流バイアスをスペース符号時の電流値が８０ミリアンペアになるようにして、式（６）の条件を満たすように設定している。
【００８２】
図８（Ａ）は本実施の形態の変調光信号１７の振幅変調波形を示す図、図８（Ｂ）は同じく変調光信号１７の周波数変調波形を示す図である。図８（Ａ）、図８（Ｂ）より、非線形利得および駆動回路１２の帯域制限の効果により、緩和振動および過渡的周波数チャープがほとんど無い波形であることがわかる。また図８（Ｂ）より、マーク／スペースの周波数差Δｆは約４．４ＧＨｚであることがわかる。
【００８３】
これらの条件を用いて式（６）の左辺を計算すると、左辺の値は０．８０５となる。上述のように、式（６）の右辺の値は０．８４１であるから、本実施の形態における半導体レーザ１３の動作条件は式（６）の不等式で与えられる条件を充足している。
【００８４】
図９（Ａ）は本実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを５０ＧＨｚとした場合の送信光信号１５のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、図９（Ｂ）は８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。
また、図１０（Ａ）は本実施の形態において非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを５０ＧＨｚとした場合の変調光信号１７のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４の透過特性との関係を示す図、図１０（Ｂ）は送信光信号１５のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４の透過特性との関係を示す図である。
【００８５】
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）において、１００は光フィルタ１４の透過特性、１０１は変調光信号１７のスペクトル、１０２は送信光信号１５のスペクトルである。
図１０（Ａ）からわかるように、本実施の形態の動作条件では変調光信号１７のスペクトル１０１は半値幅５ＧＨｚのガウス関数で近似することができる。この半値幅Ｗは、半導体レーザ１３が緩和振動や過渡的チャープが無い条件で動作している場合、ビットレートＢとマーク／スペースの周波数差Δｆとの間で、式（１３）の範囲の値となる。
【００８６】
【数１５】
2010171763.tif 000017
【００８７】
半値幅Ｗの上限はマーク／スペースの周波数差Δｆがガウス関数の時間応答として与えられた場合の値であり、半値幅Ｗの下限はフーリエ変換限界である。本実施の形態の動作条件は式（１３）を満たしている。
【００８８】
また、本実施の形態では、５０ＧＨｚ程度のＦＳＲの値を用いれば、図１０（Ｂ）に示すように送信光信号１５のスペクトルの残留側波帯１５２を２５ｄＢ（抑圧比３２０に相当）以上低減することができる。その結果、図９（Ａ）、図９（Ｂ）からわかるようにバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）での消光比１０ｄＢを確保しつつ、８０ｋｍまでほぼペナルティのない高品質なファイバ伝送が可能である。
【００８９】
しかしながら、ＦＳＲを５０ＧＨｚとした場合、図１０（Ａ）からわかるように主信号１５１の成分も減衰を受ける。本実施の形態では、送信光信号１５の平均光パワーは約１．７ｍＷとなり、トランシーバ・モジュール等に組み立てた時の光学損失を考慮すると、実用上不十分である。送信光信号１５を高出力化するためには、ＦＳＲを小さくする必要があるが、ＦＳＲを小さくすると、同時に送信光信号１５のスペクトルの残留側波帯１５２の抑圧比も低下する。したがって、最適設計が必要である。
【００９０】
上述の式（１２）に、本実施の形態に対応するｆ0＝２．５ＧＨｚ、ｆc＝５ＧＨｚ、ＥＲ＝１０、Ｐ＝０．５、Ｓ＝３２、Ｗ＝５ＧＨｚを代入すると、次式（１４）が得られる。
５０ＧＨｚ＞ＦＳＲ＞２５ＧＨｚ                                ・・・（１４）
【００９１】
ここで、変調光信号のスペクトル中心周波数の光周波数ディチューニングｆcは、変調光信号１７のスペクトル半値幅Ｗとの関係より、式（１５）で与えられる。
【００９２】
【数１６】
2010171763.tif 000018
【００９３】
式（１４）から、高出力化のためにＦＳＲは２５ＧＨｚまで小さくすることができることがわかる。図１１（Ａ）は上述の設計指針に従って非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを２５ＧＨｚとした場合の送信光信号１５のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、図１１（Ｂ）は８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。図１２（Ａ）は非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを２５ＧＨｚとした場合の変調光信号１７のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４の透過特性との関係を示す図、図１２（Ｂ）は送信光信号１５のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４の透過特性との関係を示す図である。
【００９４】
この場合、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）からわかるように送信光信号１５のスペクトルの残留側波帯の抑圧比Ｓとして５９（１８ｄＢ）を得つつ、光フィルタ１４の透過損失を大幅に低減することができる。すなわち、送信光信号１５のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）の消光比として１０ｄＢを実現することができ、送信光信号１５の平均光パワーとして５．５ｍＷを実現することができ、そして８０ｋｍまでほぼペナルティのない高品質なファイバ伝送を実現することができる。
【００９５】
一方、図１３（Ａ）は式（１４）の条件を満たさず非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを１５ＧＨｚとした場合の送信光信号１５のバック・トゥー・バック（Ｂ２Ｂ）アイパターンを示す図、図１３（Ｂ）は８０ｋｍ伝送後のアイパターンを示す図である。図１４（Ａ）は非対称マッハツェンダ干渉計のＦＳＲを１５ＧＨｚとした場合の変調光信号１７のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４の透過特性との関係を示す図、図１４（Ｂ）は送信光信号１５のスペクトルと非対称マッハツェンダ干渉計からなる光フィルタ１４の透過特性との関係を示す図である。
【００９６】
式（１４）の条件を満たさない場合は、送信光信号１５のスペクトルの残留側波帯の抑圧が不十分となる。この場合、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）からわかるように残留側波帯の抑圧比Ｓは９．５（９．８ｄＢ）しか得られない。すなわち、送信光信号１５の平均光パワーを約８．９ｍＷまで改善することができるが、残留側波帯の抑圧が不十分であるため、伝送距離８０ｋｍにおいても著しい波形劣化を生じ、高品質な光信号のファイバ伝送は困難となる。
【００９７】
以上より、抑圧比Ｓとして４０（１６ｄＢ）以上としておけば、残留側波帯による信号品質の劣化の無い光ファイバ伝送が可能であると結論される。
なお、本実施の形態においてはベースバンド信号のビットレートを１０Ｇｂ／ｓとしたが、２．５Ｇｂ／ｓや４０Ｇｂ／ｓ等の他のビットレートの場合も本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、半導体レーザと非対称マッハツェンダ干渉計型光フィルタとを組み合わせた光送信装置一般に提供可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１０…光送信装置、１１…ベースバンド電気信号、１２…駆動回路、１３…半導体レーザ、１４…光フィルタ、２０…光受信装置、３０…光伝送路、１４１…光入力部、１４２…第一の方向性結合器、１４３…短い導波路、１４４…長い導波路、１４５…第二の方向性結合器、１４６…光出力部、１５１…主信号、１５２…残留側波帯。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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