(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された遅延量に基づき、遅延時間を調整した電気クロック信号を出力する第１の遅延機能部と、
前記第１の遅延機能部からの電気クロック信号に応じて、入力された光信号をＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）変調するＲＺ変調器と、
前記ＲＺ変調器の後段に設けられ、入力された送信データに応じて、前記ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号を位相変調するデータ変調器と、
設定された遅延量に基づき、遅延時間を調整した電気クロック信号を出力する第２の遅延機能部と、
前記データ変調器の後段に設けられ、前記第２の遅延機能部からの電気クロック信号に応じて、前記データ変調器により位相変調された光信号を交番偏波変調する偏波変調器と、
前記偏波変調器からの光信号を分岐する光カプラと、
前記光カプラにより分岐された光信号の強度を電気信号に変換するモニタ部と、
前記モニタ部からの電気信号のピーク値を計測する検波部と、
前記電気信号のピーク値に基づいて、前記第２の遅延機能部での遅延量を調整する制御器と、
を備えたことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
前記光カプラからの光信号を４５度の偏波と−４５度の偏波に分離し、当該４５度の偏波を前記モニタ部に出力する偏波ビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光送信機。
【請求項３】
前記データ変調器は、入力された送信データを用いて、前記ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号をＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光送信機。
【請求項４】
前記データ変調器は、入力された送信データを用いて、前記ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号をＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光送信機。
【請求項５】
交番偏波ＲＺ位相変調光信号を送信する光送信機と、前記光送信機からの交番偏波ＲＺ位相変調光信号を受信する光受信機とを備えた光通信システムにおいて、
前記光送信機は、
設定された遅延量に基づき、遅延時間を調整した電気クロック信号を出力する第１の遅延機能部と、
前記第１の遅延機能部からの電気クロック信号に応じて、入力された光信号をＲＺ変調するＲＺ変調器と、
前記ＲＺ変調器の後段に設けられ、入力された送信データに応じて、前記ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号を位相変調するデータ変調器と、
設定された遅延量に基づき、遅延時間を調整した電気クロック信号を出力する第２の遅延機能部と、
前記データ変調器の後段に設けられ、前記第２の遅延機能部からの電気クロック信号に応じて、前記データ変調器により位相変調された光信号を交番偏波変調する偏波変調器と、
前記偏波変調器からの光信号を分岐する光カプラと、
前記光カプラにより分岐された光信号の強度を電気信号に変換するモニタ部と、
前記モニタ部からの電気信号のピーク値を計測する検波部と、
前記電気信号のピーク値に基づいて、前記第２の遅延機能部での遅延量を調整する制御器とを備えた
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項６】
前記光送信機は、
前記光カプラからの光信号を４５度の偏波と−４５度の偏波に分離し、当該４５度の偏波を前記モニタ部に出力する偏波ビームスプリッタをさらに備えた
ことを特徴とする請求項５記載の光通信システム。
【請求項７】
前記データ変調器は、入力された送信データを用いて、前記ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号をＤＰＳＫ変調する
ことを特徴とする請求項５または請求項６記載の光通信システム。
【請求項８】
前記データ変調器は、入力された送信データを用いて、前記ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号をＤＱＰＳＫ変調する
ことを特徴とする請求項５または請求項６記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、長距離高速光通信システム用の光送信機、光受信機、およびこれらを備えた光通信システムに関するものである
【背景技術】
【０００２】
近年、通信需要の高まりを受けて、中継器を用いた海底ケ−ブル光通信システムや大陸横断陸上光通信システムに対して、大容量化の要求が高まっている。これに対して、波長多重数を増加することで光通信システムを大容量化することができるが、これだけでは限界が見え始めている。このような背景から、近年、伝送速度を１０Ｇｂ／ｓから４０Ｇｂ／ｓに向上する要求が高まっている。
【０００３】
一方、長距離伝送において顕在化する、伝送性能の劣化要因が知られている。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で発生する自然放出（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音、非線形効果や分散などがある。また、偏波モ−ド分散（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）も伝送性能を劣化させうる。さらに、波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信システムにおいては、チャネル間クロストークも問題となり得る。
【０００４】
伝送速度の向上に伴い、上記の要因による性能劣化がますます顕著になることが知られている。例えば、高速化に伴い、ＡＳＥ雑音の影響が増大する。そこで、送信光の光強度を増加して、ＡＳＥ雑音への耐性を維持する方法が取られている。しかしながら、送信光の光強度を増加し過ぎれば、非線形効果が顕在化するため、むしろ伝送特性が低下してしまう。さらに、チャネル間クロストークも光強度の増加により増大する。すなわち、伝送速度の向上に伴い、ＡＳＥ雑音と非線形効果への対処を両立することは困難である。また、分散やＰＭＤの影響は、伝送速度の２乗に比例して増大する。 
【０００５】
特に、従来の強度変調方式において、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓの場合では、上記の性能劣化が著しく、長距離光伝送を実現することは困難であった。そこで、この問題を解決するため、様々な変調方式の光伝送システムが考案されてきた。その一つの方式として、交番偏波変調ＲＺ−ＤＱＰＳＫ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式がある（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、ＤＱＰＳＫ方式とは、前後のタイムスロット間の位相差が０，π／２，π，３π／２である光信号を送受信する位相変調方式であり、これにより、１シンボルあたり２ビットの情報を送受信できる。また、ＲＺとは、各タイムスロットの光信号をＲＺパルスに整形する変調方式である。また、交番偏波変調とは、光信号の偏波状態を、タイムスロットごとに、Ａ，Ｂ，Ａ，Ｂ，．．．と２つの偏波状態を繰り返す方式である。特に、偏波状態ＡとＢとして、それぞれ直交させた直線偏波状態を用いることが多い。
【０００７】
さらに、特許文献１に開示される光通信システムでは、可変遅延器を用いて、各変調器（ＲＺ変調器、ＤＱＰＳＫ変調器および偏波変調器）を同期させて、スキューを調整することによって、性能の確保を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５２９８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、特許文献１に開示される光通信システムでは、可変遅延器を用いることによって、各変調器を同期することができる。一方で、可変遅延器を用いて同期を行った際の遅延時間差（変調器が動作する時間と、変調器に光信号が入力される時間との差）は、温度に依存する。しかしながら、特許文献１に開示される光通信システムでは、温度については考慮されておらず、広い温度範囲で動作させることは困難であり、また、精度よく同期できないため、良好な伝送特性が得られないという課題があった。
また、ＰＭＤがある場合には、送信機から送信された交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の時間波形にジッタが発生し、また、交番した信号間が重なってしまい、良好な伝送特性が得られないという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、広い温度範囲で動作させ、精度よく同期を行うことで、また、信号のジッタや隣接するビット間の信号干渉を抑えることで、良好な伝送性能を安定的に実現することが可能な光送信機、光受信機および光通信システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る光通信システムの光送信機は、設定された遅延量に基づき、遅延時間を調整した電気クロック信号を出力する第１の遅延機能部と、第１の遅延機能部からの電気クロック信号に応じて、入力された光信号をＲＺ変調するＲＺ変調器と、ＲＺ変調器の後段に設けられ、入力された送信データに応じて、ＲＺ変調器によりＲＺ変調された光信号を位相変調するデータ変調器と、設定された遅延量に基づき、遅延時間を調整した電気クロック信号を出力する第２の遅延機能部と、データ変調器の後段に設けられ、第２の遅延機能部からの電気クロック信号に応じて、データ変調器により位相変調された光信号を交番偏波変調する偏波変調器と、偏波変調器からの光信号を分岐する光カプラと、光カプラにより分岐された光信号の強度を電気信号に変換するモニタ部と、モニタ部からの電気信号のピーク値を計測する検波部と、電気信号のピーク値に基づいて、第２の遅延機能部での遅延量を調整する制御器とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、上記のように構成したので、広い温度範囲で動作させることができ、精度よく同期を行うことができ、また、信号のジッタや隣接するビット間の信号干渉を抑えることができ、良好な伝送性能を安定的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光通信システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるＲＺ変調器とＤＱＰＳＫ変調器を接続する光ファイバの遅延時間を示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態１におけるＤＱＰＳＫ変調器とＲＺ変調器の間の遅延時間差を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態１における偏波変調器とＤＱＰＳＫ変調器の間の遅延時間差を示すグラフである。
【図５】従来の光通信システムの構成を示す図である。
【図６】従来のＤＱＰＳＫ変調器とＲＺ変調器の間の遅延時間差を示すグラフである。
【図７】従来の偏波変調器とＤＱＰＳＫ変調器の間の遅延時間差を示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態１におけるＤＱＰＳＫ変調器とＲＺ変調器の間の遅延時間差の計算誤差を示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態１における偏波変調器とＤＱＰＳＫ変調器の間の遅延時間差の計算誤差を示すグラフである。
【図１０】従来のＤＱＰＳＫ変調器とＲＺ変調器の間の遅延時間差の計算誤差を示すグラフである。
【図１１】従来の偏波変調器とＤＱＰＳＫ変調器の間の遅延時間差の計算誤差を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る光通信システムの構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２におけるモニタ部の出力を示すグラフである。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る光通信システムの別の構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す光通信システムの検波部の出力を示すグラフである。
【図１６】この発明の実施の形態２に係る光通信システムのさらに別の構成を示す図である。
【図１７】図１６に示す光通信システムの偏波ビームスプリッタの出力（遅延時間が最適な場合）を示すグラフである。
【図１８】図１６に示す光通信システムの偏波ビームスプリッタの出力（遅延時間が半位相ずれた場合）を示すグラフである。
【図１９】図１６に示す光通信システムの検波部の出力を示すグラフである。
【図２０】この発明の実施の形態３に係る光通信システムの構成を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態３における交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の時間波形（ＰＭＤがない場合）を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態３における交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の時間波形（ＰＭＤがある場合）を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態３における偏波モード分散補償部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお以下の実施の形態では、交番偏波変調ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式を用いた長距離高速光通信システムについて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光通信システム１の構成を示す図である。
この光通信システム１は、図１に示すように、光信号（交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光信号）を送信する光送信機２と、光送信機２からの光信号を伝送する伝送路３と、伝送路３を介して光送信機２からの光信号を受信する光受信機４とから構成されている。
【００１６】
光送信機２は、光源（ＬＤ）２０１、ＭＵＸ機能部２０２、可変遅延機能部（第１の遅延機能部）２０３、ＲＺ変調駆動部２０４、ＲＺ変調器２０５、プリコード（Ｐｒｅｃ）機能部２０６、ＤＱＰＳＫ変調器駆動部２０７、ＤＱＰＳＫ変調器（データ変調器）２０８、可変遅延機能部（第２の遅延機能部）２０９、偏波変調駆動部２１０、偏波（ＰｏＭ）変調器２１１、温度計測部２１２および制御器２１３ａから構成されている。なお、光送信機２において、光信号が入出力される機能部間は光ファイバ（二重線部分）により接続され、電気信号が入出力される機能部間は電気経路（一重線部分）により接続されている。
ここで、各変調器は、ＲＺ変調器２０５、ＤＱＰＳＫ変調器２０８、偏波変調器２１１の順に配置されている。
【００１７】
光源２０１は、ＣＷ光を発光するものである。この光源２０１により発光されたＣＷ光はＲＺ変調器２０５に出力される。
【００１８】
ＭＵＸ機能部２０２は、電気クロック信号または送信データ信号を生成するものである。このＭＵＸ機能部２０２は、ＲＺ変調器２０５にてＣＷ光をＲＺ変調させるため、電気クロック信号ＣＬＫ１を生成する。このＭＵＸ機能部２０２により生成された電気クロック信号ＣＬＫ１は可変遅延機能部２０３に出力される。
また、ＭＵＸ機能部２０２は、プリコード機能部２０６からの送信データｄｉ（ｉ=１〜ｍ）を束ねて、ＩチャネルとＱチャネルの２本の送信データ信号ＴＩ，ＴＱを生成する。このＭＵＸ機能部２０２により生成された送信データ信号ＴＩ，ＴＱはＤＱＰＳＫ変調器駆動部２０７に出力される。
また、ＭＵＸ機能部２０２は、偏波変調器２１１にてＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光を交番偏波変調させるため、電気クロック信号ＣＬＫ２を生成する。なお、電気クロック信号ＣＬＫ２は、偏波変調器２１１に交番偏波変調を実施させるため、シンボルレートの半分の速度を有する。このＭＵＸ機能部２０２により生成された電気クロック信号ＣＬＫ２は可変遅延機能部２０９に出力される。
【００１９】
可変遅延機能部２０３は、制御器２１３ａにより設定された可変遅延量に基づいて、ＭＵＸ機能部２０２からの電気クロック信号ＣＬＫ１の遅延時間を調整するものである。この可変遅延機能部２０３により遅延時間が調整された電気クロック信号ＣＬＫ１はＲＺ変調駆動部２０４に出力される。
【００２０】
ＲＺ変調駆動部２０４は、可変遅延機能部２０３からの電気クロック信号ＣＬＫ１を増幅するものである。このＲＺ変調駆動部２０４により増幅された電気クロック信号ＣＬＫ１はＲＺ変調器２０５に出力される。
【００２１】
ＲＺ変調器２０５は、ＲＺ変調駆動部２０４からの電気クロック信号ＣＬＫ１に応じて、光源２０１からのＣＷ光をＲＺ変調して、ＲＺ変調光を生成するものである。このＲＺ変調器２０５により生成されたＲＺ変調光はＤＱＰＳＫ変調器２０８に出力される。
【００２２】
プリコード機能部２０６は、ＤＱＰＳＫ変調器２０８にてＲＺ変調光をＤＱＰＳＫ変調させるため、ビットレートの１／ｍの速度を有するｍ本の送信デ−タ信号ｄｉ（ｉ=１〜ｍ）に対して２ビット遅延ＤＱＰＳＫプリコード処理を実施するものである。このプリコード機能部２０６により２ビット遅延ＤＱＰＳＫプリコード処理が実施された送信データ信号ｄｉはＭＵＸ機能部２０２に出力される。
【００２３】
ＤＱＰＳＫ変調器駆動部２０７は、ＭＵＸ機能部２０２からの送信データ信号ＴＩ，ＴＱをそれぞれ増幅するものである。このＤＱＰＳＫ変調器駆動部２０７により増幅された送信データＴＩ，ＴＱはＤＱＰＳＫ変調器２０８に出力され、ＤＱＰＳＫ変調器２０８を駆動する。
【００２４】
ＤＱＰＳＫ変調器２０８は、ＤＱＰＳＫ変調器駆動部２０７からの送信データＴＩ，ＴＱに応じて、ＲＺ変調器２０５からのＲＺ変調光をＤＱＰＳＫ変調して、シンボルレートを有するＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光を生成するものである。このＤＱＰＳＫ変調器２０８により生成されたＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は偏波変調器２１１に出力される。
【００２５】
可変遅延機能部２０９は、制御器２１３ａにより設定された可変遅延量に基づいて、ＭＵＸ機能部２０２からの電気クロック信号ＣＬＫ２の遅延時間を調整するものである。この可変遅延機能部２０９により遅延時間が調整された電気クロック信号ＣＬＫ２は偏波変調駆動部２１０に出力される。
【００２６】
偏波変調駆動部２１０は、可変遅延機能部２０９からの電気クロック信号ＣＬＫ２を増幅するものである。この偏波変調駆動部２１０により増幅された電気クロック信号ＣＬＫ２は偏波変調器２１１に出力される。
【００２７】
偏波変調器２１１は、偏波変調駆動部２１０からの電気クロック信号ＣＬＫ２に応じて、ＤＱＰＳＫ変調器２０８からのＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光を交番偏波変調して、交番偏波変調ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光を生成するものである。この偏波変調器２１１により生成された交番偏波変調ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は伝送路３を介して光受信機４に送信される。
【００２８】
温度計測部２１２は、ＲＺ変調器２０５とＤＱＰＳＫ変調器２０８を接続する光ファイバ２１４、およびＤＱＰＳＫ変調器２０８と偏波変調器２１１を接続する光ファイバ２１５の温度を計測するものである。温度計測部２１２では、例えば温度モニタＩＣやサーミスタを用い、温度に対応する電圧信号を計測する。この温度計測部２１２により計測された温度に対応する電圧信号は制御器２１３ａに出力される。
【００２９】
制御器２１３ａは、温度計測部２１２からの電圧信号に基づいて、可変遅延機能部２０３，２０９の可変遅延量を調整するものである。この制御器２１３ａは、電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、変換されたデジタル信号に基づいて、可変遅延機能部２０３，２０９の可変遅延量を計算するマイクロコンピュータとから構成されている。ここで、マイクロコンピュータは、デジタル信号に基づいて、ＤＱＰＳＫ変調器２０８が動作する時間と、ＲＺ変調光がＤＱＰＳＫ変調器２０８に入力される時間との差を計算して、可変遅延機能部２０３に対する最適な可変遅延量を計算する。同様に、デジタル信号に基づいて、偏波変調器２１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器２１１に入力される時間との差を計算して、可変遅延機能部２０９に対する最適な可変遅延量を計算する。この制御器２１３ａにより計算された可変遅延量を示す信号は可変遅延機能部２０３，２０９にそれぞれ出力される。
【００３０】
光受信機４は、２ビット遅延干渉部（２ｂｉｔＯＤＩ）４０１、クアッド光検出部（ＱＰＤ）４０２およびＤＭＵＸ機能部４０３から構成されている。なお、光受信機４において、光信号が入出力される機能部間は光ファイバ（二重線部分）により接続され、電気信号が入出力される機能部間は電気経路（一重線部分）により接続されている。
【００３１】
２ビット遅延干渉部４０１は、光送信機２からの光信号（交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光信号）を４本の光強度信号Ｏｒｉに分離するものである。この２ビット遅延干渉部４０１は、光信号を２分岐する分岐部と、２分岐された光信号をそれぞれ干渉させる、２本の導波路を有する非対称マッハツェンダ干渉部とから構成されている。２本の導波路には、２シンボル分の光路長差が設けられている。したがって、非対称マッハツェンダ干渉部において、タイムスロットが２シンボル分離れた光信号同士を干渉させることができ、光信号の送信位相情報に応じた光強度信号Ｏｒｉを出力することができる。この２ビット遅延干渉部４０１により分離された４本の光強度信号Ｏｒｉはクアッド光検出部４０２に出力される。
【００３２】
クアッド光検出部４０２は、２ビット遅延干渉部４０１からの４本の光強度信号Ｏｒｉをシンボルレートを有する電気信号Ｅｒ１、Ｅｒ２に変換するものである。このクアッド光検出部４０２により変換された電気信号Ｅｒ１，Ｅｒ２はＤＭＵＸ機能部４０３に出力される。
【００３３】
ＤＭＵＸ機能部４０３は、クアッド光検出部４０２からの電気信号Ｅｒ１，Ｅｒ２を整形して、ビットレートと同じ速度を有する受信電気信号ｒを再生した後、ビットレートの１／ｎの速度を有するｎ本の受信電気信号Ｒを得るものである。
【００３４】
次に、上記のように構成された送信機２において、ＲＺ変調器２０５とＤＱＰＳＫ変調器２０８を接続する光ファイバ２１４の遅延時間について図２を用いて説明する。なお、図２に示す横軸の左端と右端は、それぞれ使用温度範囲の最小値と最大値である。
光ファイバ２１４の遅延時間は、図２に示すように、温度の単調増加関数となることがわかる。また、ＭＵＸ機能部２０２から２本の送信データ信号ＴＩ，ＴＱが出力されてからＤＱＰＳＫ変調器２０８が動作するまでの遅延時間と、ＭＵＸ機能部２０２から電気クロック信号ＣＬＫ１が出力されてからＲＺ変調器２０５が動作するまでの遅延時間も、温度の変動に伴い変化するが、その程度は比較的小さい。
【００３５】
ここで、可変遅延機能部２０３の可変遅延量を一定にした場合、ＤＱＰＳＫ変調器２０８が動作する時間と、ＲＺ変調光がＤＱＰＳＫ変調器２０８に入力される時間との差は、図３に示す通りとなる。すなわち、当該遅延時間差は、温度の単調増加関数となり、直線で近似すると、その傾きはｍ２となる。
【００３６】
同様に、可変遅延機能部２０９の可変遅延量を一定にした場合、偏波変調器２１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器２１１に入力される時間との差は、図４に示す通りとなる。すなわち、当該遅延時間差は、温度の単調増加関数となり、直線で近似すると、その傾きはｍ４となる。
【００３７】
一方、従来の光通信システムでは、図５に示すように、各変調器は、ＤＱＰＳＫ変調器６０８、ＲＺ変調器６０５、偏波変調器６１１の順に配置されている。
図５のように各変調器が配置された従来の光通信システムにおいて、可変遅延機能部６０３の可変遅延量を一定にした場合、ＤＱＰＳＫ変調器６０８が動作する時間と、ＲＺ変調光がＤＱＰＳＫ変調器６０８に入力される時間との差は、図６に示す通りとなる。すなわち、当該遅延時間差は、温度の単調減少関数となり、直線で近似すると、その傾きは−ｍ２となる。
【００３８】
同様に、可変遅延機能部６０９の可変遅延量を一定にした場合、偏波変調器６１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器６１１に入力される時間との差は、図７に示す通りとなる。すなわち、当該遅延時間差は、温度の単調増加関数となり、直線で近似すると、その傾きはｍ２＋ｍ４となる。これは、光ファイバ６１４と光ファイバ６１５による遅延時間が、当該遅延時間差において支配的となるためである。このように、従来の光通信システムでは、傾きが高くなるため、遅延時間差の変化量が大きくなる。この場合、可変遅延機能部６０９の能力を超える恐れがある。
【００３９】
また、これらの遅延時間差は、伝送特性を劣化させる要因となるため、０であることが理想的である。そこで、温度計測部２１２で温度を計測し、制御器２１３ａで、温度の関数として上記遅延時間差を計算し、可変遅延機能部２０３，２０９の可変遅延量を調整している。ここで、制御器２１３ａでの計算において、近似関数の次数を高くすることで、近似精度を高められる傾向がある。しかし、近似関数の次数を高めた場合には、高い計算量を要するため、調整に要する時間が長くなる。そのため、一般には、線形関数で近似することが多い。この場合には、線形近似関数のパラメータである傾きと切片を、不揮発性メモリに保存し、温度計測部２１２により常に計測されている温度に基づいて、遅延時間差を計算する。その後、計算結果に基づいて、可変遅延機能部２０３，２０９の最適な可変遅延量に調整する。
【００４０】
ここで、実施の形態１に係る光通信システムにおいて、ＤＱＰＳＫ変調器２０８が動作する時間と、ＲＺ変調光がＤＱＰＳＫ変調器２０８に入力される時間との差の計算（予測）誤差は、図８に実線で示す通りとなる。なお、点線は計算値の０点である。図８に示すように、計算誤差は必ずしも０にはならず、０から乖離し、計算誤差の最大値はＤ２となる。
同様に、偏波変調器２１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器２１１に入力される時間との差の計算誤差は、図９に実線で示す通りとなる。図９に示すように、計算誤差の最大値はＤ４である。
【００４１】
一方、図５に示した従来の光通信システムおいて、ＤＱＰＳＫ変調器６０８が動作する時間と、ＲＺ変調光がＤＱＰＳＫ変調器６０８に入力される時間の差の計算誤差は、図１０に実線で示す通りとなる。図１０に示すように、計算誤差の最大値はＤ２となり、図８に示す実施の形態１に係る光通信システムの場合の計算誤差の最大値と一致する。
しかしながら、従来の光通信システムにおいて、偏波変調器６１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器６１１に入力される時間との差の計算誤差は、図１１に実線で示す通りとなる。この場合、図９に示す実施の形態１に係る光通信システムの場合とは異なり、計算誤差の最大値はＤ２＋Ｄ４となり、より高い値となる。すなわち、実運用時には、遅延時間が高くなるため、伝送特性がより顕著に劣化することとなる。
【００４２】
以上のように、この実施の形態１によれば、交番偏波変調ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調を用いた光送信機２において、各変調器を、ＲＺ変調器２０５、ＤＱＰＳＫ変調器２０８、偏波変調器２１１の順に配置するように構成したので、可変遅延機能部２０９を用いて、広い温度範囲で偏波変調器２１１の遅延時間を調整することができ、常に最適な偏波変調状態を維持することができる。また、遅延時間の温度変動量を抑えられるため、高精度に遅延時間を調整し、隣接するビット間での信号干渉を抑えることができるため、良好な伝送特性を維持することができる。
【００４３】
実施の形態２．
実施の形態１では、常に計測している温度に基づいて、遅延時間差を計算し、可変遅延機能部２０３，２０９の可変遅延量を調整するものについて示した。実施の形態２では、偏波変調器２１１の出力を常に計測して、この出力に基づいて、偏波変調器２１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器２１１に入力される時間との差を計測し、可変遅延機能部２０９の可変調整量を調整するものについて示す。
図１２はこの発明の実施の形態２に係る光通信システム１の構成を示す図である。
図１２に示す実施の形態２に係る光通信システム１は、図１に示す実施の形態１に係る光送信機２から、温度計測部２１２および制御器２１３ａを削除し、光カプラ２１６、モニタ部（ＰＤ）２１７および制御器２１３ｂを追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
光カプラ２１６は、偏波変調器２１１の後段に設けられ、偏波変調器２１１からの光信号（交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光信号）を２分岐するものである。なお、光カプラ２１６は、偏波依存損失を有している。この光カプラ２１６に２分岐された光信号のうち、一方の光信号は伝送路３を介して光受信機４に送信され、他方の光信号はモニタ部２１７に出力される。
【００４５】
モニタ部２１７は、光カプラ２１６からの光信号の強度を電流信号に変換するものである。このモニタ部２１７により、２分岐された光信号の強度の平均値を計測することができる。ここで、モニタ部２１７から出力される電流信号は、図１３に示す通りとなる。このモニタ部２１７により変換された電流信号は制御器２１３ｂに出力される。
【００４６】
制御器２１３ｂは、モニタ部２１７からの電流信号に基づいて、可変遅延機能部２０９の可変遅延量を調整するものである。この制御器２１３ｂは、電流信号を電圧信号に変換する低速のトランスインピーダンス回路と、変換された電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、変換されたデジタル信号に基づいて、可変遅延機能部２０９の可変遅延量を計算するマイクロコンピュータとから構成されている。ここで、マイクロコンピュータは、デジタル信号に基づいて、偏波変調器２１１が動作する時間と、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が偏波変調器２１１に入力される時間との差を計算し、可変遅延機能部２０９に対する最適な可変遅延量を計算する。この制御器２１３ｂにより計算された可変遅延量を示す信号は可変遅延機能部２０９に出力される。
なお、可変遅延機能部２０９は、制御器２１３ｂにより設定された可変遅延量に基づいて、ＭＵＸ機能部２０２からの電気クロック信号ＣＬＫ２の遅延時間を調整する。
【００４７】
ここで、光カプラ２１６は偏波依存損失を有するため、光カプラ２１６の出力は、偏波変調器２１１の遅延時間に依存して変化する。なお、偏光角度が０度のときに、光カプラ２１６の出力が最大になると仮定する。これは、光カプラ２１６が偏波保存型である場合に実現することができる。偏波変調器２１１がＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光に同期する場合、光カプラ２１６の出力は極小（図１３に示す最適点Ａ）となる。一方、偏波変調器２１１がＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光に半位相だけずれる場合、光カプラ２１６の出力は極大となる。このように、光カプラ２１６の偏波依存損失を利用し、光カプラ２１６の出力が極小となるように可変遅延機能部２０９の可変遅延量を調整することで、偏波変調器２１１の遅延時間を調整することができる。
【００４８】
次に、実施の形態２に係る光通信システムの別の構成を図１４に示す。図１２に示す実施の形態２に係る光通信システムとの相違点は、モニタ部２１７の後段に検波部（ＤＥＴ）２１８を設けた点である。
検波部２１８は、モニタ部２１７からの電流信号のピーク値を計測するものである。この検波部２１８は、例えばショットキーダイオードを用いた検波回路により構成されている。ここで、検波部２１８により計測されたピーク値は、図１５に示す通りとなり、図１３に示す平均値と比べて偏波変調器２１１の遅延時間の変化を高感度に計測することができる。そのため、偏波変調器２１１の遅延時間を安定して高精度に調整することができる。
【００４９】
また、実施の形態２による光通信システムのさらに別の形態を図１６に示す。図１４に示した光通信システムとの相違点は、モニタ部２１７の前段に偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１９を設けた点である。
偏波ビームスプリッタ２１９は、光カプラ２１６からの光信号を、４５度の偏波と−４５度の偏波に分離し、４５度の偏波をモニタ部２１７に出力するものである。ここで、偏波変調器２１１の遅延時間が最適な場合での偏波ビームスプリッタ２１９の出力の時間波形は、図１７に示す通りとなる。この場合、偏波ビームスプリッタ２１９が出力する時間パルスの後に、出力しない時間パルスが続き、これを繰り返す。
【００５０】
一方、偏波変調器２１１の遅延時間が半位相だけずれる場合での偏波ビームスプリッタ２１９の出力の時間波形は、図１８に示す通りとなる。この場合、偏波ビームスプリッタ２１９には、ピークが０度の光信号と、ピークが９０度の光信号が交互に入力される。したがって、偏波ビームスプリッタ２１９は、同じ強度の時間パルスを出力する。
このように、偏波ビームスプリッタ２１９により計測された偏波を用いて、検波部２１８により計測されたピーク値は、図１９に示す通りとなり、図１３，１５に示す平均値、ピーク値と比べて偏波変調器２１１の遅延時間の変化をさらに高感度に計測することができる。そのため、偏波変調器２１１の遅延時間をさらに安定して高感度に調整することができる。
【００５１】
以上のように、この実施の形態２によれば、偏波変調器２１１の出力光の一部を電流信号に変換して、この電流値が最小になるように調整するように構成したので、偏波変調器２１１を容易に同期させることができ、常に最適な偏波変調状態を維持することができる。また、モニタ部２１７の後段に検波部２１８を設けることで、偏波変調器２１１の遅延時間を安定して高精度に調整することができる。さらに、モニタ部２１７の前段に偏波ビームスプリッタ２１９を設けることで、偏波変調器２１１の遅延時間をさらに安定して高感度に調整することができる。
【００５２】
実施の形態３．
図２０はこの発明の実施の形態３に係る光通信システム１の構成を示す図である。
図２０に示す実施の形態２に係る光通信システム１は、図１に示す実施の形態１に係る光受信機４に偏波モード分散補償部（ＰＭＤＣ）４０４を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
まず、光受信機４が受信する交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の時間波形について説明する。
図２１は、偏波モード分散（ＰＭＤ）がない場合の理想的な交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光を示す時間波形である。交番偏ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は、ＰＭＤがない場合には、図２１に示すように、時間波形にジッタが少なく、また、交番した信号間での重なりが小さい。
【００５４】
一方、図２２は、ＰＭＤがある場合の交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の時間波形である。交番偏波ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は、ＰＭＤがある場合には、図２２に示すように、時間波形にジッタが発生し、また、交番した信号間が重なる。ジッタが発生するのは、伝送路３のＰＭＤに起因して、光信号の群遅延時間が偏波に依存するためである。また、交番した信号間の重なりが発生するのは、送信光の偏波状態が異なり、伝送路３のＰＭＤに起因して光信号の群遅延時間が変わるためである。
そこで、伝送路３のＰＭＤを補償するため、偏波モード分散補償部４０４を２ビット遅延干渉部４０１の前段に設ける。
【００５５】
図２３はこの発明の実施の形態３における偏波モード分散補償部４０４の構成を示す図である。
偏波モード分散補償部４０４は、偏波制御部４０４１、サーキュレータ４０４２、偏波分離部４０４３、光ファイバケーブル４０４４，４０４５および中心波長制御装置４０４６，４０４７から構成されている。
【００５６】
偏波制御部４０４１は、入力された光信号の偏波の回転角度を調整するものである。これにより、入力側の光ファイバケーブルを伝搬する光信号の偏波軸が、出力側の光ファイバケーブルの光軸に実質的に一致する。この偏波分離部４０４３により偏波の回転角度が調整された光信号はサーキュレータ４０４２に出力される。
【００５７】
サーキュレータ４０４２は、偏波制御部４０４１からの光信号を偏波分離部４０４３に出力し、偏波分離部４０４３からの光信号を２ビット遅延干渉部４０１に出力するものである。
【００５８】
偏波分離部４０４３は、サーキュレータ４０４２からの光信号をＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）波とＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）波とに分離するものである。この偏波分離部４０４３により分離された光信号は光ファイバケーブル４０４４，４０４５に出力される。また、光ファイバケーブル４０４４，４０４５からの反射波をサーキュレータ４０４２に出力する。
【００５９】
光ファイバケーブル４０４４，４０４５は、それぞれチャープグレーティングを有するファイバであり、偏波分離部４０４３からの光信号を反射することにより、ＴＭ波とＴＥ波の群遅延を補償するものである。この光ファイバケーブル４０４４，４０４５により反射された反射波は偏波分離部４０４３に出力される。
【００６０】
中心波長制御装置４０４６，４０４７は、各光ファイバケーブル４０４４，４０４５にそれぞれ設けられ、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を制御することにより光信号の偏波モード分散を補償するものである。
【００６１】
以上のように、この実施の形態３によれば、隣接するビット間での信号干渉とジッタ（ＰＭＤ起因）を抑える方法として、偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償部４０４を併用するように構成したので、信号のジッタや隣接するビット間の信号干渉を抑えることができ、高品質な電気信号を得ることができる。
【００６２】
なお、実施の形態３に係る光通信システムでは、送信機として、実施の形態１に示す温度に基づき可変調整量を制御する送信機２を適用した場合について示したが、実施の形態２に示す偏波変調器２１１の出力に基づき可変調整量を制御する光送信機２に対しても同様に適用可能である。
【００６３】
また、実施の形態１−３に係る光通信システムでは、データ変調部としてＤＱＰＳＫ変調器２０８を設けて、差動４値位相変調（ＤＱＰＳＫ変調）を行う場合について説明を行ったが、これに限るものではなく、データ変調部としてＤＰＳＫ変調器を設けて、差動２値位相変調（ＤＰＳＫ変調）を行う場合にも同様に適用可能である。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  光通信システム、２  光送信機、３  伝送路、４  光受信機、２０１  光源（ＬＤ）、２０２  ＭＵＸ機能部、２０３  可変遅延機能部（第１の遅延機能部）、２０４  ＲＺ変調駆動部、２０５  ＲＺ変調器、２０６  プリコード（Ｐｒｅｃ）機能部、２０７  ＤＱＰＳＫ変調器駆動部、２０８  ＤＱＰＳＫ変調器（データ変調器）、２０９  可変遅延機能部（第２の遅延機能部）、２１０  偏波変調駆動部、２１１  偏波（ＰｏＭ）変調器、２１２  温度計測部、２１３ａ，２１３ｂ  制御器、２１４，２１５  光ファイバ、２１６  光カプラ、２１７  モニタ部（ＰＤ）、２１８  検波部（ＤＥＴ）、２１９  偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、４０１  ２ビット遅延干渉部（２ｂｉｔＯＤＩ）、４０２  クアッド光検出部（ＱＰＤ）、４０３  ＤＭＵＸ機能部、４０４  偏波モード分散補償部（ＰＭＤＣ）、４０４１  偏波制御部、４０４２  サーキュレータ、４０４３  偏波分離部、４０４４，４０４５  光ファイバケーブル、４０４６，４０４７  中心波長制御装置。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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