(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度変調を用いた光通信装置において、光送信器側は、レーザ光源、該レーザ光源から出力される光を伝送速度B sigの送信信号により強度変調して光信号を出力する外部光変調器、及び前記光信号を残留側波帯変調するための半値全幅  B filが０．３〜３．０B sigの範囲である光フィルタを備えると共に、前記光信号が時間とともにその周波数が増加し、パルス後端部に高周波成分が集まる場合には、前記半値全幅B filと、前記光フィルタの透過中心周波数ｆfilと、前記光信号の搬送波周波数ｆsigとの間で、０．５ B fil ＜ ｜ ｆsig − ｆfil ｜の関係が成り立つ範囲内で、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig よりも高い周波数帯に設定して主に上側波帯を透過させる構成とし、また前記光信号が時間と共にその周波数が減少し、パルス後端部に低周波成分が集まる場合には、前記関係が成り立つ範囲内で、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig をよりも低い周波数帯に設定して主に下側波帯を透過させる構成とすることを特徴とする光通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重光伝送システムに係わり、特に高密度多重に適した光通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光伝送は、送信側では情報をデジタル化して光変調し、伝送路である光ファイバにて伝送すると共に、受信側では当該光ファイバにて伝送されてきた光信号を電気信号に変換し、デジタル信号に戻して情報を復元するといったものであり、広い帯域を確保できると共に、高速伝送が可能で、大容量の情報を高品位に伝送できる通信システムである。
【０００３】
そして、光ファイバ増幅器の進歩に伴い、光伝送システムは研究開発が益々盛んに行われており、将来のマルチメデイア情報化時代を実現する大容量伝送方式として注目されている。
【０００４】
ところで、光伝送には、ＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）パルスを用いることが多いが、従来のＮＲＺパルスを用いた強度変調（IM-DD:Intensity-Modulation Direct-Detection）方式による光伝送システムにおいて、大容量伝送を実現するには、１チャンネル当りの伝送容量を上げることなく、光領域で複数のチャンネルの光信号を多重する波長多重光伝送システムが有力である。光領域である光ファイバの帯域は数千ＧＨｚにも及び、将来の大容量化の要求に対しても、相当数のチャンネルを多重することで対応できる。
【０００５】
さて、波長多重光伝送システムでは、クロストークによる干渉を抑圧するために、伝送する光信号の帯域の数倍以上の帯域を、隣接チャンネルとの間に開ける必要がある。光ファイバの帯域は前述した通り、非常に広帯域ではあるが、光ファイバ増幅器を中継器として用いて長距離光伝送を行う場合、光ファイバ増幅器の利得帯域が中継を繰り返すことにより狭くなるため、伝送可能な光ファイバの帯域が狭くなる。
【０００６】
このような場合、光ファイバの持つ広い帯域に反して多重することができるチャンネル数が大きく制限されるため、より高密度で波長多重することが望まれる。そのため、図１４（ｂ）に示される通常の両側波帯による光信号の周波数スペクトル分布及び図１４（ａ）に示される側波帯の一部を遮断する残留側波帯変調を用いた光信号の周波数スペクトル分布からわかるように、１チャンネル当たりの光信号帯域の広がりを抑えられる残留側波帯変調方式が高密度波長多重に適している。
【０００７】
無線通信分野をみてみると、無線通信での残留側波帯変調のためのフィルタは、文献「“Communication Systems(second edition)”，Simon Haykin著，John Wiley & Sons出版」によれば、伝達関数Ｈ（ｆ）は、
Ｈ（ｆ＋ｆsig ）＋Ｈ（ｆ−ｆsig ）＝２Ｈ（ｆsig ）＝一定 …（１）
を満足するもので、搬送波周波数ｆsig を中心に相補対称性を有するものが使われる。つまり（１）式の条件は、相補対称性を持つ半値全幅がＢfil のフィルタを用いた場合は、フィルタの透過中心周波数ｆfil を
｜ｆsig −ｆfil ｜＝０．５Ｂfil …（２）
の関係が成り立つように設定することになる。
【０００８】
一方、光通信分野において、残留側波帯変調を行なうための光フィルタを考えてみると、波長多重の際の隣接チャンネルからのクロストークを抑えるために、この光フィルタとしては、消光比を大きくとれるタイプを用いる必要がある。そして、消光比を大きくとれるタイプとしては誘電体多層膜、回折格子、及びファイブリーペロー・エタロンなどの光フィルタがあげられる。
【０００９】
しかしながら、これらはいずれも、残留側波帯変調に適した相補対称性の条件を満足することが困難であり、相補対称性の良い光フィルタが得られないために、波形歪みが生じる問題を抱える。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
光通信において、残留側波帯変調を行なうための光フィルタを考えてみると、波長多重の際の隣接チャンネルからのクロストークを抑えるために、この光フィルタとしては、消光比を大きくとれるタイプを用いる必要がある。
【００１１】
しかし、上述したように、残留側波帯変調で求められる相補対称性を持つ光フィルタは実現が難しい。また、より高密度の波長多重を実現するために、より狭帯域の光フィルタを挿入する場合においては、（２）式を満足する条件では波形歪みが大きくなる。そして、波形歪みは波形劣化を意味するから、通信の信頼性を確保する上で大きな障壁となり、長距離大容量の光通信を安定に実現する上で大きな問題である。そこで、これらの問題を解決する技術の開発が嘱望されている。
【００１２】
本発明の目的は、狭帯域の光フィルタを用いて、残留側波帯変調を行うにあたり、波形劣化を著しく低減する光通信装置を提供するものであり、長距離大容量の光通信を安定に実現することができるようにした光通信装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成する。すなわち、本発明は、強度変調を用いた光通信装置において、光送信器側は、光信号を残留側波帯変調するための光フィルタを備え、前記光信号が時間と共に周波数が増加し、パルス後端部に高周波成分が集まる場合は、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig よりも高い周波数帯に設定し、主に上側波帯を透過させる構成とし、また前記光信号が時間と共に周波数が減少し、パルス後端部に低周波成分が集まる場合は該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig をよりも低い周波数帯に設定し、主に下側波帯を透過させる構成とすることを特徴とする。
【００１４】
上記構成の光通信装置は、光フィルタの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig に対して、光信号において時間と共に周波数が増加し、パルス後端部に高周波成分が集まる場合には上側波帯側に、また時間と共に周波数が減少し、パルス後端部に低周波成分が集まる場合には下側波帯側に設定する。そのため、周波数チャープを持ち周波数スぺクトルに偏りがある光信号に対しても、残留側波帯変調が可能となり、光信号帯域の広がりを抑圧した光ＮＲＺパルスを発生することが可能となって、狭帯域の光フィルタを用いて、残留側波帯変調を行うにあたり、波形劣化を著しく低減する光通信装置を提供すると共に、長距離大容量の光通信を安定に実現することができる。
【００１５】
従って、狭帯域の光フィルタを用いて、残留側波帯変調を行うにあたり、波形劣化の少ない従って高品位の通信を可能にする光通信装置を提供できると共に、長距離大容量の光通信を安定に実現することができ、しかも、高密度に波長多重することが可能で多くのチャンネルを確保できるようになる光通信装置を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体例を図面を基づいて説明する。本発明で示す特性は数値シミュレーションにより求めたものである。
【００１７】
（第１の具体例）
第１の具体例は、強度変調を用いた光通信装置において、光送信器側に、半値全幅Ｂfil である光フィルタを備え、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil と該光信号の搬送波周波数ｆsig を０．５Ｂfil ＜｜ｆsig −ｆfil ｜の関係が成り立つ範囲で設定することにより、該光信号の一方の側波帯を遮断し、除去する該側波帯の一部を残す残留側波帯変調方式であることを特徴とするものであり、以下詳細を説明する。
【００１８】
図１は本第１の発明の第１の具体例を示す構成図である。図において、１は光送信器、２は半導体レーザ光源、３は外部光変調器、５は光ファイバ増幅器、６ａは光フィルタ、７は光ファイバである。
【００１９】
これらのうち、半導体レーザ光源２は、ＣＷ（Continuous-Wave）光１０１を出力するものであり、外部光変調器３はこのＣＷ光１０１を送信信号４により強度変調してＮＲＺパルス波形の光信号１０２を出力するものである。光ファイバ増幅器５はこの光信号１０２を増幅して出力するものであり、光フィルタ６ａはこの光ファイバ増幅器５によって増幅された光信号について光信号帯域の広がりを抑圧して出力するものであり、光ファイバ７は光通信システムの伝送路であって、光フィルタ６ａからの出力を伝送するものである。
【００２０】
光送信器１は、これら半導体レーザ光源２、外部光変調器３、光ファイバ増幅器５、光フィルタ６ａにて構成される。このような構成の光送信器１の作用を説明する。半導体レーザ光源２からはＣＷ光１０１が出力され、このＣＷ光１０１は外部光変調器３で送信信号４により強度変調されて、ＮＲＺパルス波形の光信号１０２となる。送信信号４の伝送速度をＢsig で表す。
【００２１】
ＮＲＺパルス波形の光信号１０２は光ファイバ増幅器５で増幅され、光フィルタ６ａにより光信号帯域の広がりを抑圧されて、光ファイバ７へ入力され伝送される。
【００２２】
ここで、本発明は光フィルタ６ａに特徴を有する。そして、本発明の具体例の説明において、光フィルタ６ａの透過特性の形状は、ガウス型、３次バターワース型及びエタロン型を対象として考えた。
【００２３】
従って、光フィルタ６ａについて次にその詳細に触れておく。まず、光信号１０２は周波数チャープのないＮＲＺパルス波形であり、伝送速度を１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）とすると、光信号１０２は図２の（ａ）に示される如きのアイパターンを持ち、図２の（ｂ）に示される如きの周波数スペクトルを持つ。
【００２４】
本発明で示すアイパターンは、光検出器であるフォトデテクタによる理想的な２乗検波の後、Ｂsig ×０．７５の遮断周波数を持つ低域フィルタを通したときのアイパターンである。
【００２５】
図からわかるように図２（ｂ）に示される周波数スペクトルは、両側波帯に信号成分を持っている。従来の光信号はこのような両側波帯のまま送信していたが、その場合、伝送に必要な帯域は２Ｂsig 程度必要となる。
【００２６】
本発明においては、伝送に必要な帯域を小さくするために、一方の側波帯を狭帯域な光フィルタ６ａにより緩やかに遮断することで残留側波帯変調を行うようにする。例えば、光フィルタ６ａの透過帯域幅を９．３７５ＧＨｚ（０．０７５ｎｍ）、透過特性の形状をガウス型とする。
【００２７】
光フィルタ６ａに入射する光信号１０２の搬送波周波数ｆsig と光フィルタ６ａの透過中心周波数ｆfil のデチューニング量Δｆ＝ｆfil −ｆsig に対する出射光信号１０３のアイパターン及び周波数スペクトルを、図３および図４に示す。
【００２８】
図３（ａ）はデチューニング量Δｆが０．０ＧＨｚの例であり、挿入する光フィルタ６ａの半値全幅Ｂfil が光信号の伝送速度Ｂsig に対して十分広帯域でない場合の例であって、図３（ａ）における［ａ−Ｉ］はアイパターン、図３（ａ）における［ａ−II］は周波数スペクトルを示している。図３（ａ）に示されるように、挿入する光フィルタ６ａの半値全幅Ｂfil が光信号の伝送速度Ｂsig に対して十分広帯域でない場合、特にＢfil ≦３Ｂsig の場合は、ｆsig ＝ｆfilと設定すると、両側波帯の高周波信号成分が大きく減衰するため、パターン効果が現れ、波形歪みを起こす。
【００２９】
図３（ｂ）はデチューニング量Δｆが３．１２５ＧＨｚの例であり、図３（ｂ）における［ｂ−Ｉ］はアイパターン、図３（ｂ）における［ｂ−II］は周波数スペクトルを示している。
【００３０】
また、図４（ａ）はデチューニング量Δｆが４．０ＧＨｚの例であり、図４（ａ）における［ａ−Ｉ］はアイパターン、図４（ａ）における［ａ−II］は周波数スペクトルを示している。
【００３１】
図４（ｂ）はデチューニング量Δｆが５．０ＧＨｚの例であり、図４（ｂ）における［ｂ−Ｉ］はアイパターン、図４（ｂ）における［ｂ−II］は周波数スペクトルを示している。
【００３２】
図３（ｂ）に示される前述の（２）式の条件が成り立つデチューニング量Δｆ＝３．１２５ＧＨｚ（０．０２５ｎｍ）の場合と、図４（ｃ）に示されるデチューニング量Δｆ＝４．０ＧＨｚ（０．０３２ｎｍ）の場合のアイパターンと周波数チャープを比較する。
【００３３】
図３（ｂ）においては、挿入した光フィルタの半値全幅Ｂfil が光信号帯域Ｂsig に比べて十分大きくないため、高周波信号成分が減衰し、パターン効果が残り波形歪みが大きく起きている。また、図４（ｃ）においては、パターン効果があるものの、高周波信号成分と低周波信号成分の釣り合いが保たれているため、アイパターンが図３（ａ），（ｂ）、図４（ｂ）に比べて開いているのがわかる。
【００３４】
しかし、図４（ｂ）に示されるように、あまり大きくｆfil をデチューニングすると、逆に低周波信号成分が減衰し、大きな波形劣化を引き起こす。そのため、最適なΔｆを選ぶ必要がある。この最適なΔｆには、光信号の伝送速度Ｂsigと光フィルタ６ａの半値全幅Ｂfil が大きく関与する。
【００３５】
図５に、光フィルタ６ａの透過特性の形状がガウス型 (gauss)、３次バターワース型(3rd butterworth) 及びエタロン型(fabry-perot) の場合での、光信号の伝送速度で正規化した透過帯域幅Ｂfil ／Ｂsig に対するデチューニング量Δｆ／Ｂsig とアイペナルティ（損失分）の関係を示す。本発明におけるアイペナルティは、１ビットのタイムスロットの２０％幅の識別時間帯に亙って得られるアイ開口幅と、この識別時間帯における平均“１”，“０”レベル差の比をデシベル［ｄＢ］で表した値である。なお、受信器端等での雑音は一切考慮していないため、このアイペナルティは受光パワー・ぺナルティを表している。
【００３６】
図５より、各光フィルタにおいて透過帯域幅Ｂfil ／Ｂsig に対する最適なデチュ−ニング量Δｆ／Ｂsig の大きさはほぼ等しいが、アイペナルティの大きさ及び変化率に違いがみられる。ガウス型及びエタロンのような遮断特性が周波数に対して緩やかに変化するタイプは、消光比が十分大きくなるまでに比較的広い帯域が含まれるため、光信号の周波数スペクトルが大きく遮断されることがなく、アイペナルティは緩やかに変化していく。
【００３７】
それに対し、３次バターワース型のような急峻な遮断特性をもつタイプは、それほど広くない帯域内において消光比が十分大きくなるため、最適なΔｆから小さくずれただけでも急激にアイペナルティが劣化する。また、ガウス型とバターワース型において、正規化した半値全幅Ｂfil ／Ｂsig を変化させたときの最適なデチューニング量Δｆ／Ｂsig を図６に示す。
【００３８】
図６から、Ｂfil ／Ｂsig ≦２．０においては、ガウス型とバターワース型の最適なデチューニング量Δｆ／Ｂsig はほぼ等しいが、Ｂfil ／Ｂsig ≧２．０においては、最適なΔｆ／Ｂsig に違いが現れることがわかる。これは光フィルタの透過特性における遮断周波数近辺の消光比の傾きの違いからくると考えられる。
【００３９】
前述の条件式（２）より、無線通信における残留側波帯変調での最適なデチューニング量Δｆは、Δｆ＝０．５Ｂsig であった。しかし、狭帯域の光フィルタを用いる場合、デチューニング量Δｆは図５及び図６よりΔｆ＞０．５Ｂsig に設定するのが有効であると考えられる。
【００４０】
また本具体例におけるガウス型及び３次バターワース型光フィルタにおいては、図６から正規化した光フィルタの半値全幅Ｂfil ／Ｂsig と最適なデチューニング量Δｆ／Ｂsig の関係は、近似して求めると、
Δｆ／Ｂsig ＝０．５７５Ｂfil ／Ｂsig −０．０２５ …（３）
となり、この関係が保たれているときに最適な結果を得ることがわかっている。また光信号に周波数チャープが含まれる場合は最適なΔｆは、上記の近似関係から周波数チャープの大きさに応じてばらつく。
【００４１】
以上、この具体例は、光通信装置は、強度変調を用いた光通信装置において、光送信器側に、半値全幅Ｂfil である光フィルタを備え、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil と該光信号の搬送波周波数ｆsig を
０．５Ｂfil ＜｜ｆsig −ｆfil ｜
の関係が成り立つ範囲で設定することにより、該光信号の一方の側波帯を遮断し、除去する該側波帯の一部を残す残留側波帯変調方式を用いることを特徴とするものであって、光送信器側において、光信号の搬送波周波数ｆsig と光フィルタの透過中心周波数ｆfil を所定の範囲でずらして設定することにより、光信号の一方の側波帯を遮断し、一部の側波帯を透過させる残留側波帯変調をすることで、光信号波形を歪ませずに光信号帯域の広がりを抑圧した光ＮＲＺパルスを発生することを可能にするものである。
【００４２】
ただし、本発明による残留側波帯変調は、狭帯域の光フィルタにより光信号帯域の広がりを抑圧するため、半値全幅Ｂfil は、狭すぎると信号帯域を大きく遮断して大きなアイペナルティを生じてしまうし、広すぎると片側の側波帯は２次高周波信号成分まで透過するため、光信号帯域の広がりの抑圧にならない。そのため、光フィルタ６ａの半値全幅Ｂfil は０．３〜３．０Ｂsig の範囲がより効果的である。
【００４３】
以上は、光信号の一方の側波帯を遮断し、一部の側波帯を透過させる残留側波帯変調をすることで、光信号波形を歪ませずに光信号帯域の広がりを抑圧した光ＮＲＺパルスを発生することを可能にした例を説明した。
【００４４】
周波数チャープを持ち周波数スペクトルに偏りがある光信号に対しても、残留側波帯変調を可能とし、光信号帯域の広がりを抑圧した光ＮＲＺパルスを発生することを可能とする例を次に、第２の具体例として説明する。
【００４５】
（第２の具体例）
この第２の具体例における光送信器１の構成は基本的には図１と同じであり、光送信器１、半導体レーザ光源２、外部光変調器３、光ファイバ増幅器５、光フィルタ６ａからなるものであるが、外部光変調器３において、変調されたＮＲＺパルスに周波数チャープが付加されるようにした点が唯一、第１の具体例と異なっている。
【００４６】
ここで、周波数チャープをパラメータＣで表す。パラメータＣは文献、“Residual Chirp in Integrated-Optic Modulators”by Anders at IEEE Photo. Tech. Lett., vol.4,no.1,1992、に記述されているチャープパラメータを引用した。
【００４７】
周波数チャープＣが正の場合は、時間と共に周波数が減少し、パルス後端部に低周波成分が集まる場合を指し、周波数チャープＣが負の場合は、時間と共に周波数が増加し、パルス後端部に高周波成分が集まる場合を指す。
【００４８】
図７は周波数チャープが存在するときの周波数スペクトルの違いを説明するための図であって、図７（ａ）は周波数チャープＣがないときのスペクトルの例を、また、図７の（ｃ）は周波数チャープＣが正の場合のスペクトルの例を、図７（ｂ）は周波数チャープＣが負の場合のスペクトルの例を示している。このとき、残留側波帯変調をするための光フィルタ６ａの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig に対して、周波数の高い帯域もしくは低い帯域に設定するかによって、アイペナルティの違いを生じる。
【００４９】
図８には、伝送速度Ｂsig ＝１０Ｇｂ／ｓ、光フィルタの半値全幅を９．３７５ＧＨｚ（０．０７５ｎｍ）の３次バターワース型として、周波数チャープが正のときと負のときのデチュ−ニング量Δｆ／Ｂsig とアイペナルティの関係を示す。
【００５０】
図８より、光信号に付加される周波数チャープが正の場合は、光フィルタの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig よりも低い周波数帯に設定する方がアイペナルティが小さいことがわかる。逆に光信号に付加される周波数チャープが負の場合は、光フィルタの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig よりも高い周波数帯に設定する方がアイペナルティが小さいことがわかる。
【００５１】
実際の光伝送システムであるレーザの直接変調方式及び外部光変調器を用いる方式において周波数チャープは光信号に付加されるため、光フィルタ６ａの透過中心周波数ｆfil のデチューニングの方向性は大きく伝送特性に影響を与えると考えられる。
【００５２】
以上、この具体例に係わる光通信装置は、光送信器側において、光フィルタを備え、この光フィルタにて光信号を残留側波帯変調するようにした場合に、該光信号が時間と共に周波数が増加しパルス後端部に高周波成分が集まる場合は、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig よりも高い周波数帯に設定し、主に上側波帯を透過させるようにし、また、該光信号が時間と共に周波数が減少し、パルス後端部に低周波成分が集まる場合は該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig をよりも低い周波数帯に設定し、主に下側波帯を透過させるようにしたことを特徴とするものである。
【００５３】
すなわち、この光通信装置では、光フィルタの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig に対して、光信号において時間と共に周波数が増加し、パルス後端部に高周波成分が集まる場合には光フィルタの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig よりも低い周波数帯に設定する方がアイペナルティが小さいことから上側波帯側に、また時間と共に周波数が減少し、パルス後端部に低周波成分が集まる場合には光フィルタの透過中心周波数ｆfil を光信号の搬送波周波数ｆsig よりも高い周波数帯に設定する方がアイペナルティが小さいことから下側波帯側に設定するようにした。そのため、周波数チャープを持ち周波数スぺクトルに偏りがある光信号に対しても、アイペナルティを抑えて、効率良く残留側波帯変調を適用でき、光信号帯域の広がりを抑圧した光ＮＲＺパルスを発生することを可能となるものである。
【００５４】
以上は、光送信器の例を説明した。次に残留側波帯変調された光信号を不必要な帯域を透過させることなく受信することを可能にする光受信器の例を説明する。
【００５５】
（第３の具体例）
第３の具体例は、光受信器入力端に挿入された光フィルタの透過中心周波数ｆfil と光信号の搬送波周波数ｆsig を所定の範囲内にずらして設定することにより、残留側波帯変調された光信号を不必要な帯域を透過させることなく受信することを可能とする例であり、以下、詳細を説明する。
【００５６】
図９は本第３の発明の第３の具体例を示す構成図である。図において、７は伝送路である光ファイバ、８は光受信器、５ｂは光ファイバ増幅器、６ｂは光フィルタ、９はフォトデテクター、１０は低域フィルタである。光受信器８は、光ファイバ増幅器５、光フィルタ６、フォトデテクター９、低域フィルタ１０から構成される。
【００５７】
これらのうち、光ファイバ増幅器５ｂは、光ファイバ７にて伝送されてきた受信光信号１０４を増幅して出力するためのものであり、光フィルタ６ｂは、この増幅されて出力された受信光信号の帯域を制限するためのものである。また、フォトデテクター９は光フィルタ６ｂを透過した光信号を検波して電気信号に変換するものであり、低域フィルタ１０はこの電気信号の低域成分を通過させて出力信号とするフィルタである。
【００５８】
このような構成の光受信器８において、送信側より光ファイバ７を介して伝送されてきた残留側波帯変調による受信光信号１０４は、光ファイバ増幅器５ｂにより増幅された後、光フィルタ６ｂで帯域を制限されてからフォトデテクター９で検波され、電気信号に変換される。この変換された電気信号は低域フィルタ１０を通されることにより得られた低域成分が受信信号１０５となる。
【００５９】
一般的に、光受信器においては光フィルタを備えているが、この光フィルタ６ｂの透過中心周波数ｆfil は、受信光信号１０４の搬送波周波数ｆsig に合わせるのが普通である。しかし、本発明による光送信器８側の光信号１０３の周波数スペクトルは、残留側波帯変調されているため、光信号の搬送波周波数ｆsig に対し左右非対称である。よって光受信器側での受信光信号１０４の周波数スペクトルも搬送波周波数ｆsig に対し左右非対称である。
【００６０】
そのため、光フィルタ６ｂが十分広帯域ではない場合、光信号１０４の搬送波周波数ｆsig と光フィルタ６ｂの透過中心周波数ｆfil を従来のように合わせてしまうと、不必要な帯域を透過させるだけでなく、必要な帯域を遮断することが考えられる。そのため、本発明においては、光受信器側に挿入する光フィルタ６ｂの透過中心周波数ｆfil を、光信号の搬送波周波数ｆsig からデチュ−ニングする必要がある。
【００６１】
伝送速度１０Ｇｂ／ｓにおいて、光送信器側で帯域幅１２．５ＧＨｚ（０．１ｎｍ）のガウス型光フィルタをΔｆ＝＋７．２５ＧＨｚにデチュ−ニングさせて残留側波帯変調した光信号を、光受信器側において帯域幅１２．５ＧＨｚのガウス型光フィルタを通過させた後に受信するとして、図１０の（ａ），（ｂ）および図１１の（ａ），（ｂ）に、上記の条件におけるデチュ−ニング量Δｆに対するアイパターンと周波数スペクトルの関係を示す。いずれも［ａ−Ｉ］および［ｂ−Ｉ］がアイパターンを、そして、［ａ−II］および［ｂ−II］が周波数スペクトルを示している。
【００６２】
図１０の（ａ）は、デチューニング量Δｆが“３．１２５ＧＨｚ”の例であり、図１０の（ｂ）は、デチューニング量Δｆが“０．０ＧＨｚ”の例であり、図１１の（ａ）はデチューニング量Δｆが“３．１２５ＧＨｚ”の例であり、図１１の（ｂ）はデチューニング量Δｆが“６．１２５ＧＨｚ”の例である。
【００６３】
図１０の（ａ），（ｂ），図１１の（ｂ）においてパターン効果が大きく現れ、アイパターンが歪んでいるのに対し（図１０の（ａ）の［ａ−Ｉ］、図１０の（ｂ），図１１の（ｂ）の［ｂ−Ｉ］参照）、図１１（ａ）のΔｆ＝＋３．１２５ＧＨｚにおいてはアイパターン（図１１（ａ）の［ａ−Ｉ］参照）がきれいに開いているのがわかる。
【００６４】
このように、光受信器側の光フィルタ６には、デチュ−ニングの方向性があり、また、帯域幅Ｂfil とΔｆとの関係も考慮して最適なデチュ−ニング量を選ぶ必要がある。
【００６５】
光送信側において用いた光フィルタ６ａをガウス型、バターワース型、ファブリーペロー型とした場合に、受信側では、光フィルタ６ｂの透過特性の形状がガウス型、３次バターワース型及びエタロン型とした場合における、正規化した光フィルタの半値全幅Ｂfil ／Ｂsig に対するデチュ−ニング量Δｆ／Ｂsig と、アイペナルティの関係を図１２に示す。
【００６６】
図１０、図１１及び図１２から、光受信器側の光フィルタ６ｂの透過中心周波数ｆfil を、受信対象の光信号１０４に対して、搬送波周波数ｆsig から主に透過されている側波帯側の周波数帯に合わせるようにした方がアイペナルティの劣化が小さいことがわかる。
【００６７】
光フィルタ６ｂとは別に、光受信器側に狭帯域の光フィルタをさらに持つ場合、光送信器側の当該狭帯域の光フィルタを含めた光伝送系全体の透過特性は、より狭帯域な光フィルタの透過特性に等しくなる。そこで、光受信側の光フィルタ６ｂの透過中心周波数ｆfil を、受信対象となる光信号の搬送波周波数ｆsig から主に遮断されている側波帯側の周波数帯に合わせるようにすると、光送信器側の光フィルタ６ａも含めて透過特性を考えた場合、透過帯域幅のより狭い光フィルタがｆfil 〜ｆsig で設定されていることになり、パターン効果が大きく現れてしまう。また、光受信器側の光フィルタ６ｂを光送信器側の光フィルタ６ａと同じ大きさでデチューニングさせると、より狭帯域の光フィルタを、同じデチューニング量で設定していることと等価になるため、図５の特性からもわかるようにアイペナルティの劣化は大きくなる。
【００６８】
そこで、光受信器側の光フィルタのデチューニング量は光送信器側の光フィルタのデチューニング量よりも小さく設定する。これは、より狭帯域の光フィルタをデチューニング量を小さくして挿入している場合と条件が等しいことになるため、アイペナルティが最小になるポイントが存在する。
【００６９】
本発明における具体例では、光受信器側において、光フィルタの帯域が０．３〜３．０Ｂsig の場合においては、Δｆ／Ｂsig の値はそれほどばらつかず、０．１５〜０．４０Ｂsig のデチューニング量をｆsig に対して主に透過している側波帯の周波数側に設定するようにすると、良いアイペナルティ特性が得られることがわかっている。
【００７０】
以上、第３の具体例に係わる光通信装置は、光送信器側において光信号の搬送波周波数と光フィルタの透過中心周波数をΔｆずらして残留側波帯変調された光信号を受信する光受信器側において、該光受信器入力端に光フィルタを備え、該光フィルタの透過中心周波数ｆfil を該光信号の搬送波周波数ｆsig に対して、該光信号が主に上側波帯信号である場合には
０．０＜ｆfil −ｆsig ＜｜Δｆ｜
の範囲に、該光信号が主に下側波帯信号である場合には
−｜Δｆ｜＜ｆfil −ｆsig ＜０．０
の範囲に設定するようにしたものであり、このように光受信器側において、光受信器入力端に挿入された光フィルタの透過中心周波数ｆfil と光信号の搬送波周波数ｆsig を所定の範囲内にずらして設定することにより、残留側波帯変調された光信号を、不必要な帯域を透過させることなく受信することが可能となって、波形劣化を著しく低減することができると共に、長距離大容量の光通信を安定に実現することができる。
【００７１】
以上はシングルチャンネルに対する例であったが、複数チャンネル分の光信号を多重化して伝送する場合には次のようにすれば良い。その例を第４の具体例として説明する。
【００７２】
（第４の具体例）
第４の具体例は、複数チャンネル分の光信号を多重化して伝送する場合の例であり、光送信器側は、各チャンネル別の入力ポートを有して当該入力ポートに入力される光信号を合波する光合波器を備え、送信する光信号はその搬送波周波数をチャンネル別に異なる波長とすると共に、これらの波長の異なる複数の光信号を該光合波器にて合成するにあたり、該光合波器の任意の１つ以上のポートにおいて、該ポートを透過する光信号の搬送波周波数ｆsig と該ポートの透過中心周波数ｆfil をずらして設定することにより、該ポートを透過する光信号を残留側波帯変調する構成とする共に、該ポート以外のポートを透過する光信号と合波して波長多重光信号を発生し、伝送に供する光信号とするようにし、また、光受信器側は、各チャンネル別の出力ポートを有すると共に、伝送されてきた残留側波帯変調された光信号をチャンネル別に分波し、対応するチャンネルの出力ポートに出力する光分波器を備え、且つ、該光分波器の任意の１つ以上のポートは、該ポートを透過する光信号の搬送波周波数ｆsig と該ポートの透過中心周波数ｆfil をずらして設定し、波長多重光信号を波長の異なる複数の光信号に分波することにより、同じシステムならばより多数の通信チャンネルを確保できるようにした例であり、以下、詳細を説明する。
【００７３】
図１３は第４の具体例を示す構成図である。図中、１１は波長多重光送信端局であり、Ｎチャンネル分の光送信器１２−１〜１２−Ｎ、光合波器１３および光ファイバ増幅器５ａからなる。Ｎチャンネル分の光送信器１２−１〜１２−Ｎそれぞれは、半導体レーザ光源と外部光変調器と光ファイバ増幅器からなる。各光送信器１２−１〜１２−Ｎは、それぞれの持つ半導体レーザ光源からＣＷ光を出力し、このＣＷ光を外部光変調器で送信信号により強度変調して、ＮＲＺパルス波形の光信号とし、これを光ファイバ増幅器で光増幅して出力するものである。
【００７４】
この波長多重光送信端局１１においては、Ｎチャンネル分の光送信器１２−１〜１２−Ｎからの光信号を光合波する光合波器１３で合波して波長多重光信号とし、この波長多重光信号を光ファイバ増幅器５ａを介して増幅した後、伝送路である光ファイバ７に送って受信側に伝送させる。
【００７５】
また、波長多重光受信端局１４は、光ファイバ増幅器５ｂ、光分波器１５、１〜Ｎの各チャンネル別の光受信器１６−１〜１６−Ｎからなる。上記の１〜Ｎの各チャンネルは、それぞれチャンネル別に搬送波周波数を異ならせており、ここでは第１チャンネルは、搬送波周波数ｆsig1、第２チャンネルは、搬送波周波数ｆsig2、〜第Ｎチャンネルは、搬送波周波数ｆsigNといった具合に割り当てて運用している。従って、光合波器１３には第１チャンネル用、第２チャンネル用、〜第Ｎチャンネル用の入力ポートがあり、各チャンネル別の送信器１２−１〜１２−Ｎは自チャンネル対応の入力ポートに入力させるべく接続する。また、光分波器１５には第１チャンネル用、第２チャンネル用、〜第Ｎチャンネル用の出力ポートがあり、各チャンネル別に分波した各チャンネル対応の光信号を、対応する出力ポートに出力することから、各チャンネル別の光受信器１６−１〜１６−Ｎは自チャンネル対応の出力ポートに接続する構成とする。
【００７６】
従って、波長多重光受信端局１４においては、光ファイバ７にて伝送されてきた波長多重光信号を、受信して光ファイバ増幅器５ｂで増幅した後、光分波する光分波器１５でそれぞれのチャンネルに分波して、それぞれチャンネル対応の各光受信器１６−１〜１６−Ｎで受信することができる構成となる。各光受信器１６−１〜１６−Ｎでは受信した光信号を増幅し、光フィルタを通した後、検波して電気信号に変換し、低域フィルタを通して必要な信号成分を抽出してそのチャンネルでの受信とするといった機能を有する。
【００７７】
次に図１３に示される光通信装置の動作について説明する。波長多重送信端局１１の光合分波器１３および、波長多重受信端局１４の光合分波器１５としては、主に回折格子を利用したリトロー型やＡＷＧ（Arrayed Wavelength Grating）型を用いるが、これらリトロー型やＡＷＧ型のものは、カプラー等の特性と違って、波長に対して帯域制限特性を持つ。
【００７８】
そこで、本システムでは、チャンネル別の各光送信器１２−１〜１２−Ｎから送信される光信号はその搬送波周波数ｆsig1〜ｆsigNを、光合波器１３の各チャンネル用のポートの透過中心周波数ｆsig1〜ｆsigNに対して、それぞれデチューニングして光合波器１３に入力するように予めセットする。そして、光合波器１３はこれらのチャンネル別の光信号を光合波することで波長多重光にし、出力するが、各チャンネルの光信号は、自己の対応する搬送波周波数ｆsig1〜ｆsigNに対して、それぞれデチューニングして光合波器１３に入力するようにしていることから、光合波器１３の出力光信号は、各チャンネルの光信号が一括して残留側波帯変調された波長多重光信号となる。
【００７９】
残留側波帯光信号の帯域は、通常の両側波帯光信号の帯域よりも狭いことから、波長多重にあたり、より高密度で多重することが可能となる。ゆえに、より多くの通信チャンネルを確保できる通信システムとなる。
【００８０】
図１４（ａ）に残留側波帯変調された光信号の波長多重時の周波数スペクトル分布を示す。比較のために従来例である通常の両側波帯変調による波長多重光信号の周波数スぺクトル分布を図１４（ｂ）に示す。
【００８１】
従来例の光信号は、搬送波周波数ｆsig を中心に左右対称に信号成分を持つ周波数スぺクトルが分布しているが、本発明の光信号は、片側の周波数スペクトルをゆるやかに遮断し、一部を残すことで、信号成分をおとさずにほぼ片側に集中した周波数スぺクトルを持つ。故に本発明による光信号は、従来の周波数スペクトル分布と比べて全体の周波数スペクトル分布の広がりが狭くなり、本発明の光信号を適用した波長多重光伝送システムにおいては、チャンネルをより高密度で多重して送信することができ、より高密度に多重できることから、同じ周波数対域内により多数のチャンネルを、多重することが可能になる。
【００８２】
もちろん、波長多重光受信端局１４においても、伝送されてきた波長多重光信号の各チャンネルの搬送波周波数ｆsig1〜ｆsigNと光分波器１６の透過中心周波数ｆsig1〜ｆsigNをデチューニングすることで、一括して波長多重された残留側波帯光信号を必要な帯域だけを透過させて分波することが可能となる。
【００８３】
しかも、光送信端局１１における光合分波器１３と、光受信端局１４における光合分波器１５のデチューニング量は光合分波器１３，１５の透過特性もガウス型、または３次バターワース型と近似できるため、第４の具体例における波長多重光伝送システムにおいても、本発明の第１、２及び３の具体例と同様の設定で良いことになる。
【００８４】
この本発明の第４の具体例である波長多重光伝送システムは、各チャンネル毎に光フィルタを挿入する必要がなく、波長多重のために必要な光合分波器を用いるだけで一括して残留側波帯変調、合波、分波を行うことができて、より高密度な波長多重を可能にする。
【００８５】
このように、第４の具体例は、前記第１〜３の具体例における光通信装置を光信号多重化を図ったものであり、光送信器側に挿入する光フィルタを光合波器とし、また、光受信器側に挿入する光フィルタを光分波器としたものである。また、光送信器側において、光合波器を備え、波長の異なる複数の光信号を該光合波器に挿入し、該光合波器の任意の１つ以上のポートにおいて、該ポートを透過する光信号の搬送波周波数ｆsig と該ポートの透過中心周波数ｆfil をずらして設定し、該ポートを透過する光信号を残留側波帯変調し、該ポート以外のポートを透過する光信号と合波して波長多重光信号を発生し、伝送するようにしたことを特徴とするものである。
【００８６】
また、光受信器側において、光分波器を備え、残留側波帯変調された光信号を含む波長多重光信号を該光分波器に挿入し、該光分波器の任意の１つ以上のポートにおいて、該ポートを透過する光信号の搬送波周波数ｆsig と該ポートの透過中心周波数ｆfil をずらして設定し、波長多重光信号を波長の異なる複数の光信号に分波することを特徴とするものである。
【００８７】
この光通信装置では、光送信器側において、光合波器の帯域制限特性を利用して、複数のチャンネルの光信号を一括して、残留側波帯変調し合波して波長多重光信号を発生することを可能とし、また光受信器側においては、光分波器の帯域制限特性を利用して、波長多重された残留側波帯変調による複数の光信号を必要な帯域だけを透過させて、一括して分岐することを可能とする。
【００８８】
この光通信装置では、各チャンネルの光信号は残留側波帯変調より光信号帯域の広がりは抑圧されるため隣接チャンネルとの間隔を狭くすることができる。故に、本方式によれば、従来の波長多重光伝送システムと同じ装置規模で更に一層高密度に波長多重することが可能となり、より多くのチャンネルを確保できるようになる。
【００８９】
以上、種々の具体例を説明したが、本発明はこの具体例に限定されるものでなく、種々変形して実施可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、狭帯域の光フィルタを用いた場合においても、光送信器側で光信号帯域の広がりを抑圧する残留側波帯変調された光信号を発生でき、また、光受信器側で残留側波帯変調された光信号を不必要な帯域を遮断して受信できる光通信装置を提供することが可能となり、長距離大容量伝送として期待される高密度波長多重光伝送を実現できる。
【００９１】
さらにまた、本発明によれば、狭帯域の光フィルタを用いた場合においても、光送信器側で光信号帯域の広がりを抑圧する残留側波帯変調された光信号を発生でき、また、光受信器側で残留側波帯変調された光信号を必要な帯域のみを透過して受信できる光通信装置を提供することが可能となる。さらに、波長多重伝送システムに本発明を適用した際、新たにコンポーネントと追加することなく、光合波器および光分波器において、複数チャンネルを一括して残留側波帯変調する、また残留側波帯変調された光信号を一括して必要な帯域のみを透過させて分波させることを可能とし、長距離大容量伝送として期待される高密度波長多重光伝送を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の具体例の概略的な構成をを示したブロック図。
【図２】光信号のアイパターンと周波数スペクトルを示した図。
【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の具体例によるデチューニング量に対する送信光信号のアイパターンと周波数スペクトルの関係を示した図。
【図４】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の具体例によるデチューニング量に対する送信光信号のアイパターンと周波数スペクトルの関係を示した図。
【図５】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の具体例におけるデチューニング量とアイペナルティの関係を光フィルタの各透過特性に対して示した図。
【図６】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の具体例における光フィルタと帯域幅とデチューニング量の設定範囲の関係を示した図。
【図７】本発明を説明するための図であって、周波数チャープが存在するときの周波数スペクトルを示した図。
【図８】本発明を説明するための図であって、周波数チャープが存在する場合のデチューニング量とアイペナルティの関係を光フィルタの各透過特性に対して示した図。
【図９】本発明を説明するための図であって、本発明の第３の具体例の概略的な構成をを示したブロック図。
【図１０】本発明を説明するための図であって、本発明の第３の具体例におけるデチューニング量に対する受信光信号のアイパターンと周波数スペクトルを示した図。
【図１１】本発明を説明するための図であって、本発明の第３の具体例におけるデチューニング量に対する受信光信号のアイパターンと周波数スペクトルを示した図。
【図１２】本発明を説明するための図であって、本発明の第３の具体例におけるデチューニング量とアイペナルティの関係を光フィルタの各透過特性に対して示した図。
【図１３】本発明を説明するための図であって、本発明の第４の具体例の概略的な構成を示したブロック図。
【図１４】本発明を説明するための図であって、本発明の第４の具体例における波長多重光信号の周波数スペクトル分布並びに、比較のための従来例における波長多重光信号の周波数スペクトル分布とを示した図。
【符号の説明】
１…光送信器
２…半導体レーザ光源
３…外部光変調器
４…送信信号
５ａ，５ｂ…光ファイバ増幅器
６ａ，６ｂ…光フィルタ
７…光ファイバ
８…光受信器
９…フォトデテクター
１０…低域フィルタ
１１…波長多重光送信端局
１２−１〜Ｎ…ＷＤＭ用光送信器
１３…光合波器
１４…波長多重光受信端局
１５…光分波器
１６−１〜Ｎ…ＷＤＭ用光受信器
１０１…ＣＷ光
１０２…ＮＲＺパルス光信号
１０３…送信光信号
１０４…受信光信号
１０５…受信信号
【図１】
0003721132.tif 000002
【図２】
0003721132.tif 000003
【図３】
0003721132.tif 000004
【図４】
0003721132.tif 000005
【図５】
0003721132.tif 000006
【図６】
0003721132.tif 000007
【図７】
0003721132.tif 000008
【図８】
0003721132.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003721132.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003721132.tif 000013
【図１３】
0003721132.tif 000014
【図１４】
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