(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長成分を有するコヒーレントな多波長光を発生する多波長光源と、
前記多波長光を各波長に分離する分波器と、
前記分波器で分離された各波長のコヒーレント光を送信信号により変調する光変調器と、
前記光変調器で変調された各変調信号光を合波してコヒーレント多波長信号を出力する合波器と
を備えたコヒーレント多波長信号発生装置において、
前記多波長光源は、単一の中心波長を有する光を発生する光源と、その出力光を所定の周期信号により強度変調または位相変調して多波長光を発生させる光変調器とを備え、
前記多波長光源から出力される多波長光の相対強度雑音をＲＩＮ[dB/Hz] を測定し、前記分波器でスペクトルスライスされたｉ番目の波長成分（ｉ番目の変調器入力）の光強度をＰi を推定または前記分波器の出力から測定し、自然放出に対する誘導放出確率比をγ[dB]、誘導放出光強度をＰLAS [dBm] 、自然放出光強度をＰSE[dBm] 、自然放出光帯域をＢＷSE[Hz]とすると、前記ｉ番目の波長成分の光強度Ｐi の相対強度雑音ＲＩＮ(i) が、    ＲＩＮ(i) ＝ＲＩＮ＋10log10(Ｐi／ΣＰi)
ＲＩＮ＝−γ−10log10ＢＷSE＋３
γ＝10log10(ＰLAS／ＰSE)
で示される設計値になるように、前記周期信号の電圧または前記光変調器のバイアス電圧の少なくとも一方を調整し、前記多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御する制御回路を備えた
ことを特徴とするコヒーレント多波長信号発生装置。
【請求項２】
複数の波長成分を有するコヒーレントな多波長光を発生する多波長光源と、
前記多波長光を各波長に分離する分波器と、
前記分波器で分離された各波長のコヒーレント光を送信信号により変調する光変調器と、
前記光変調器で変調された各変調信号光を合波してコヒーレント多波長信号を出力する合波器と
を備えたコヒーレント多波長信号発生装置において、
前記多波長光源は、単一の中心波長を有する光を発生する光源と、その出力光を所定の周期信号により強度変調または位相変調して多波長光を発生させる光変調器とを備え、
前記多波長光源から出力される多波長光の相対強度雑音をＲＩＮ[dB/Hz] を測定し、前記分波器でスペクトルスライスされたｉ番目の波長成分（ｉ番目の変調器入力）の光強度をＰi を推定または前記分波器の出力から測定し、自然放出に対する誘導放出確率比をγ[dB]、誘導放出光強度をＰLAS [dBm] 、自然放出光強度をＰSE[dBm] 、自然放出光帯域をＢＷSE[Hz]とすると、前記ｉ番目の波長成分の光強度Ｐi の相対強度雑音ＲＩＮ(i) が、    ＲＩＮ(i) ＝ＲＩＮ＋10log10(Ｐi／ΣＰi)
ＲＩＮ＝−γ−10log10ＢＷSE＋３
γ＝10log10(ＰLAS／ＰSE)
で示される設計値になるように、前記周期信号の電圧または前記光変調器のバイアス電圧の少なくとも一方を調整するとともに、前記周期信号の位相を制御し、前記多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御する制御回路を備えた
ことを特徴とするコヒーレント多波長信号発生装置。
【請求項３】
複数の波長成分を有するコヒーレントな多波長光を発生する多波長光源と、
前記多波長光を各波長に分離する分波器と、
前記分波器で分離された各波長のコヒーレント光を送信信号により変調する光変調器と、
前記光変調器で変調された各変調信号光を合波してコヒーレント多波長信号を出力する合波器と
を備えたコヒーレント多波長信号発生装置において、
前記多波長光源は、単一の中心波長を有する光を発生する光源と、その出力光を所定の周期信号により強度変調または位相変調して多波長光を発生させる光変調器とを備え、
前記多波長光源から出力される多波長光の相対強度雑音をＲＩＮ[dB/Hz] を測定し、前記分波器でスペクトルスライスされたｉ番目の波長成分（ｉ番目の変調器入力）の光強度をＰi を推定または前記分波器の出力から測定し、自然放出に対する誘導放出確率比をγ[dB]、誘導放出光強度をＰLAS [dBm] 、自然放出光強度をＰSE[dBm] 、自然放出光帯域をＢＷSE[Hz]とすると、前記ｉ番目の波長成分の光強度Ｐi の相対強度雑音ＲＩＮ(i) が、    ＲＩＮ(i) ＝ＲＩＮ＋10log10(Ｐi／ΣＰi)
ＲＩＮ＝−γ−10log10ＢＷSE＋３
γ＝10log10(ＰLAS／ＰSE)
で示される設計値になるように、前記周期信号の電圧または前記光変調器のバイアス電圧の少なくとも一方を調整するとともに、前記周期信号周波数の逓倍数を制御し、前記多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御する制御回路を備えた
ことを特徴とするコヒーレント多波長信号発生装置。
【請求項４】
前記多波長光源から出力された前記多波長光を増幅して前記分波器に入力する光増幅器を含む請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコヒーレント多波長信号発生装置において、
前記制御回路は、前記光増幅器の利得をｇ、光増幅帯域をＢＷAMP [Hz]、横モード総数をｍ、反転分布パラメータをｎsp、前記多波長光源の中心光周波数をν[Hz]としたときに、前記分波器でスペクトルスライスされたｉ番目の波長成分（ｉ番目の変調器入力）の相対強度雑音ＲＩＮ(i) が、
ＲＩＮ(i) ＝ＲＩＮ＋10log10(Ｐi／ΣＰi)
ＲＩＮ＝−γ−10log10ＢＷSE＋３
γ＝10log10〔ｇＰLAS／｛ｇＰSE(ＢＷSE／ＢＷAMP)＋ｈν
・（ｇ−１)ｎsp・ｍ・ＢＷAMP｝〕
で示される設計値になるように、前記多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御する構成である
ことを特徴とするコヒーレント多波長信号発生装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコヒーレント多波長信号発生装置において、
前記制御回路は、受信器の帯域をＢe [Hz]、受信器前段の分波器の分波帯域をＢo [Hz]、信号のマーク率をＭ、ｉ番目の変調器出力の信号光強度をＰ(i)[dBm]、この変調器出力の誘導放出光強度をＰc(i) [dBm]、この変調器出力の自然放出光強度をＰs(i) [dBm]、前記受信器における等価的電流をＩeq[A] 、信号成分のショット雑音をＮs 、信号成分と自然放出光のビート雑音をＮs-sp、自然放出光間のビート雑音をＮsp-sp 、前記受信器の熱雑音をＮthとすると、前記変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲが、
ＳＮＲ＝Ｓ／（Ｎs＋Ｎs-sp＋Ｎsp-sp＋Ｎth）
Ｐs(i)＝ＲＩＮ(i)＋10log10Ｂe＋Ｐc(i)＋10log10Ｍ
Ｓ＝((ｅη／ｈν)Ｐc(i))2
Ｎs＝２ｅ((ｅη／ｈν)Ｐ(i))Ｂe
Ｎs-sp＝４(ｅη／ｈν)2Ｐc(i)Ｐs(i)Ｂe／Ｂo
Ｎth＝Ｉeq2 Ｂe
（ただし、Ｓ，Ｎs，Ｎs-spにおけるＰ(i)，Ｐc(i)，Ｐs(i)は
リニア表記、単位はＷ）
で示される設計値になるように、前記多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御する構成である
ことを特徴とするコヒーレント多波長信号発生装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のコヒーレント多波長信号発生装置において、
前記制御回路は、受信器の帯域をＢe [Hz]、受信器前段の分波器の分波帯域をＢo [Hz]、信号のマーク率をＭ、ｉ番目の変調器出力の信号光強度をＰ(i)[dBm]、この変調器出力の誘導放出光強度をＰc(i) [dBm]、この変調器出力の自然放出光強度をＰs(i)[dBm] 、前記受信器における等価的電流をＩeq[A] 、前記合波器におけるｊ番目のポートからｉ番目のポートに漏れ込む割合をＸＴ(j) 、前記合波器におけるクロストーク信号光強度をＰx (i)[dBm]、信号成分のショット雑音をＮs 、信号成分と自然放出光のビート雑音をＮs-sp、信号成分とクロストーク信号光のビート雑音をＮs-x 、自然放出光間のビート雑音をＮsp-sp 、クロストーク信号光と自然放出光のビート雑音をＮx-sp、前記受信器の熱雑音をＮthとすると、前記変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲが、
ＳＮＲ＝Ｓ／（Ｎs＋Ｎs-sp＋Ｎx-sp＋Ｎsp-sp＋Ｎs-x＋Ｎth）
Ｐs(i)＝ＲＩＮ(i)＋10log10Ｂe ＋Ｐc(i)＋10log10Ｍ
Ｐx(i)＝ΣＰ(j)・ＸＴ(j)
Ｓ＝((ｅη／ｈν)Ｐc(i))2
Ｎs＝２ｅ((ｅη／ｈν)Ｐ(i))Ｂe
Ｎs-sp＝４(ｅη／ｈν)2Ｐc(i)Ｐs(i)Ｂe／Ｂo
Ｎx-sp＝４(ｅη／ｈν)2Ｐx(i)Ｐs(i)Ｂe／Ｂo
Ｎs-x ＝ (ｅη／ｈν)2Ｐc(i)Ｐx(i)
Ｎth＝Ｉeq2 Ｂe
（ただし、Ｓ，Ｎs ，Ｎs-sp，Ｎx-sp，Ｎs-x におけるＰ(i) ，Ｐc(i)，
Ｐs(i)はリニア表記、単位はＷ）
で示される設計値になるように、前記多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御する構成である
ことを特徴とするコヒーレント多波長信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多波長光源から出力されるコヒーレントな多波長光をスペクトルスライスし、複数の光変調器で各波長のコヒーレント光を変調し、波長多重して出力するコヒーレント多波長信号発生装置に関する。特に、光変調器の入出力の雑音特性が設計値になるように、多波長光源から出力される多波長光の光スペクトル形状を制御するコヒーレント多波長信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は、従来の波長多重伝送システムの構成例を示す。図において、光送信部５０は、伝送仕様（例えばＩＴＵ−Ｔ  Ｇ.692勧告）により規定されたそれぞれ異なる波長を有する半導体レーザ（例えば分布帰還型レーザ：ＤＦＢ−ＬＤ）５１−１〜５１−ｎと、各半導体レーザの出力光を送信信号により変調する光変調器５２−１〜５２−ｎと、各変調信号光を合波して波長多重信号光を出力する合波器５３と、光増幅器５４により構成される。伝送路光ファイバ６０を介して光送信部５０に接続される光受信部７０は、伝送された波長多重信号光を増幅する光増幅器７１と、波長多重信号光を各波長の信号光に分波する分波器７２と、各波長の信号光をそれぞれ受信する受信器７３−１〜７３−ｎにより構成される。
【０００３】
ここで、半導体レーザは、温度変化および注入電流変化により発振波長シフトが生じ、また経時変化に伴って発振波長が変化する性質を有することから、伝送仕様上の波長精度を維持するには波長安定化回路が必要になる。この波長安定化は、個々の半導体レーザに対して実施する必要があるので、波長多重数の増加および波長多重間隔の高密度化に伴い、波長安定化回路の装置全体に占める割合が増加することになる。
【０００４】
このような複数の半導体レーザを用いる構成に対して、平坦な光スペクトルを有する多波長光を分波器でフィルタリング（スペクトルスライス）して複数の波長の光を生成する方法がある。この多波長光を発生する光源としては、光ファイバ増幅器から出力される増幅された自然放出光（ＡＳＥ光）を利用するものや、繰り返し短光パルスを利用するものがある。しかし、ＡＳＥ光をスペクトルスライスした光はインコヒーレント光であり、高密度・多波長の波長多重伝送には不向きである。
【０００５】
一方、繰り返し短光パルスを利用する場合には、スペクトルスライス後の各波長チャネルのパワーレベル偏差を解消するために、例えば非線形光ファイバ透過によるスーパーコンティニウム発生により広帯域スペクトル発生に伴う光スペクトル平坦化を行う手法や、逆特性をもつ光フィルタを用いたパワーレベル偏差抑制により光スペクトル平坦化を行う手法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スーパーコンティニウム発生に伴う平坦化では、用いる非線形光ファイバは、与えられた種パルスのスペクトルが広帯域かつ平坦になるように、分散プロファイルとファイバ長が設計される。そのため、得られる光スペクトル形状はその非線形光ファイバの特性で決まり、各モードのパワーレベル偏差を動的に制御することができなかった。また、逆特性をもつ光フィルタによる平坦化では、光フィルタ透過後の光スペクトル形状がその光フィルタのもつ透過特性によって決定され、同様に各モードのパワーレベル偏差を動的に制御することができなかった。
【０００７】
これに対して、単一の中心波長を有する光を特定の繰り返し周期を有する電気信号で変調し、光スペクトルが平坦化された多波長光を発生させることができるとともに、光スペクトル形状（各モードのパワーレベル偏差）を制御することができる多波長光源（光スペクトル平坦化方法及び光スペクトル平坦化装置（特願２０００−２０７４７５）、多波長一括発生装置（特願２０００−２０７４９４）、以下「先願」という。）が出願されている。
【０００８】
本発明は、先願の多波長光源を用いて多波長光を発生させ、多波長光の光スペクトル形状の制御が可能な構成において、従来の半導体レーザを用いた光送信部に求める性能仕様との整合を図る設計が可能なコヒーレント多波長信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のコヒーレント多波長信号発生装置は、多波長光をスペクトルスライスして得られた各波長のコヒーレント光を変調する光変調器入力の相対強度雑音ＲＩＮまたは光変調器出力の信号雑音比ＳＮＲについて、伝送システム（光ファイバ品種、距離、中継段数）のパラメータから要請される所定のＲＩＮまたはＳＮＲが得られるように、多波長光の光スペクトル形状を制御することを特徴とする。
【００１０】
多波長光源は、単一の中心波長を有する光を発生する光源と、その出力光を所定の周期信号により強度変調または位相変調して多波長光を発生させる光変調器とを備え、周期信号の電圧または光変調器のバイアス電圧を調整し、発生する多波長光の光スペクトル形状を制御する構成である（請求項１）。
【００１１】
また、多波長光源は、周期信号の位相を制御して発生する多波長光の光スペクトル形状を制御する構成である（請求項２）。また、多波長光源は、周期信号周波数の逓倍数を制御して発生する多波長光の光スペクトル形状を制御する構成である（請求項３）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のコヒーレント多波長信号発生装置の第１の実施形態を示す。図において、コヒーレント多波長信号発生装置は、先願の多波長光源１１と、多波長光を各波長にスペクトルスライスする分波器１２と、各スペクトルスライス光を送信信号により変調する光変調器５２−１〜５２−ｎと、各変調信号光を合波してコヒーレント多波長信号を出力する合波器５３と、光増幅器５４と、多波長光源１１から出力される多波長光の一部を分岐する光カプラ１３と、分岐した多波長光を入力し、光変調器入力の相対強度雑音ＲＩＮまたは光変調器出力の信号雑音比ＳＮＲが設計値になるように、多波長光源１１の光スペクトル形状制御を行う制御回路１４により構成される。
【００１３】
図２は、本発明のコヒーレント多波長信号発生装置の第２の実施形態を示す。本実施形態のコヒーレント多波長信号発生装置は、第１の実施形態の構成における多波長光源１１と分波器１２との間に、多波長光を増幅する光増幅器１５を備え、増幅された多波長光の一部を制御回路１４に導く構成になっている。
【００１４】
図３は、本発明のコヒーレント多波長信号発生装置を用いた波長多重伝送システムの構成例を示す。図において、伝送路光ファイバ６０を介してコヒーレント多波長信号発生装置１０に接続される光受信部７０は、伝送された波長多重信号光を増幅する光増幅器７１と、波長多重信号光を各波長の信号光に分波する分波器７２と、各波長の信号光をそれぞれ受信する受信器７３−１〜７３−ｎにより構成される。
【００１５】
図４は、多波長光源１１の第１の構成例を示す。図において、多波長光源１１は、単一の中心波長を有する光を発生する光源２１と、光源２１の出力光を振幅変調または位相変調を行う複数の光変調器２２−１，２２−２を有する光変調部２３と、所定の周期信号を発生する周期信号発生器２４と、所定の周期信号電圧を調整して各光変調器２２−１〜２２−２に印加するパワー調整部２５−１〜２５−２と、各光変調器２２−１〜２２−２にパワー調整されたバイアス電圧を印加するパワー可変直流電源２６−１〜２６−２から構成される。なお、光変調部２３は、例えばマッハツェンダ強度変調器を用いて分岐されたパスで位相変調を行い、全体として振幅変調動作させる構成としてもよい。
【００１６】
光変調部２３の光変調器２２−１では、光源１１の出力光（連続光）の時間波形の振幅または位相を変調することにより、その出力光の離散光スペクトルの各モードの位相に一定の相関を与える（図５(a))。さらに、光変調器２２−２では、その変調波の振幅または位相を変調することにより、離散光スペクトルを周波数軸上で上下側波帯に偏移させる（図５(b))。ここで、周波数偏移量を調節することにより、離散光スペクトルが重なって各モードのパワーレベル偏差を一定に制御することができる（図５(c))。
【００１７】
図６は、光変調部２３として強度変調器と位相変調器を用いた場合の光スペクトル形状制御例を示す。図６(a),(b),(c) は、ＬiＮbＯ3 マッハツェンダ強度変調器の印加電圧（Ｖπ電圧換算）を変化させた場合のスペクトル例であり、図６(d),(e),(f) は、位相変調器の印加電圧（Ｖπ電圧換算）を変化させた場合のスペクトル例であり、図６(g),(h),(i) は、両変調器をそれぞれの印加電圧ごとに組み合わせたときの多波長光の光スペクトル例である。この多波長光の光スペクトルには、コヒーレント光である複数のキャリア４１と、広帯域に広がった自然放出光４２が存在する。
【００１８】
図７は、光増幅器で増幅した多波長光の光スペクトルを模式的に示す。多波長光の光スペクトルには、コヒーレント光である複数のキャリア４１と、広帯域に広がった自然放出光４２と、光増幅器で発生した自然放出光（増幅された自然放出光：ＡＳＥ光）４３が存在する。
【００１９】
この光スペクトル形状を変化させるための制御パラメータは、強度変調器および位相変調器の変調指数（周期信号電圧）および強度変調器のバイアス電圧となる。すなわち、パワー調整部２５−１〜２５−２およびパワー可変直流電源２６−１〜２６−２に制御信号を入力し、周期信号電圧やバイアス電圧を調整することにより、所定の光スペクトル形状が得られるように制御することができる。
【００２０】
図８は、多波長光源１１の第２の構成例を示す。本構成は、第１の構成例のパワー調整部２５−１〜２５−２の前段に、位相調整器２７や逓倍器２８を配置したものである。この位相調整器２７で光変調器２２−１，２２−２に印加する周期信号の位相差を調整し、逓倍器２８で周期信号周波数の逓倍数を制御することにより、所定の光スペクトル形状が得られるように制御することができる。
【００２１】
図９は、周期信号の位相調整による光スペクトル形状の制御例を示す。図９(a),(b),(c) は、それぞれ位相差を０，＋Ｘ，−Ｘに設定した場合の光スペクトル形状である。
【００２２】
図１０は、周期信号の周波数逓倍による光スペクトル形状の制御例を示す。図１０(a),(b),(c) は、それぞれ逓倍数を１，２，３に設定した場合の光スペクトル形状である。
【００２３】
図１１は、多波長光源１１の第３の構成例を示す。本構成は、第１の構成例の光変調部２３として電界吸収型強度変調器２９を用いたものである。この電界吸収型強度変調器の印加電圧に対する吸収係数（透過率）の指数関数的な特性を利用し、周期信号電圧に対して矩形の出力光強度を示し、かつバイアス点を変化させることによりデューティ比を変化させ、光スペクトル形状を変化させることができる。
【００２４】
図１２は、電界吸収型強度変調器を用いた場合の多波長光の光スペクトルを模式的に示す。多波長光の光スペクトルには、コヒーレント光である複数のキャリア４１と、広帯域に広がった自然放出光４２が存在する。
【００２５】
図１３は、多波長光源１１の第４の構成例を示す。図において、多波長光源１１は、パルス光源３１と、パルス光源３１の出力パルス光のスペクトル形状を制御するスペクトル形状制御手段３２から構成される。スペクトル形状制御手段３２では、パルス光の周波数領域でのスペクトル形状（パルス幅、チャープ量に関係）を、例えば分散減少ファイバを用いた断熱圧縮などのパルス圧縮により所定のスペクトル形状に制御する。この場合の制御パラメータは、図１４に示すように、分散減少ファイバの入力側の分散値Ｄ0 と出力側の分散値Ｄ1 によって決まる圧縮率となる。
【００２６】
図１５は、多波長光のコヒーレント成分の光スペクトルと分波器１２の透過特性との関係を示す。図において、レベル１は多波長光のコヒーレント成分であり、レベル２、レベル３の２倍が波長チャネル間隔に等しいビート周波数の雑音分となる。したがって、分波器１２の透過帯域幅を多波長光の波長チャネル間隔に比べて十分に小さくすることにより、所望波長成分を切り出す際に隣接チャネルからの漏れ込みを抑圧することができる。これにより、多波長光がパルス光のような場合でも、連続光を出力することができる。
【００２７】
以下、多波長光の光スペクトル形状を制御する構成において、従来の半導体レーザを用いた光送信部に求める性能仕様との整合を図るための設計について説明する。
【００２８】
（変調器入力の相対強度雑音ＲＩＮ(i) を設計する例）
図１６は、半導体レーザの誘導放出光と自然放出光の関係を示す。半導体レーザは、閾値以下までは注入電流（固体レーザなどであれば励起光強度）の増加に伴って光出力強度は緩やかに変化し、閾値において誘導放出する状態となり、光出力は急激に増加する。自然放出光はインコヒーレント光であり、閾値における光出力強度ＰSEとして与えられ、誘導放出光はコヒーレント光であり、注入電流に応じて光出力強度ＰLAS で与えられる。
【００２９】
ここで、自然放出に対する誘導放出確率比γは、
γ＝10log10(ＰLAS／ＰSE)
で定義される。
【００３０】
一方、自然放出光帯域をＢＷSE[Hz]、分波器によるスペクトルスライス前の相対強度雑音ＲＩＮ[dB/Hz] 、分波器でスペクトルスライスされたｉ番目の波長成分の光強度をＰi とすると、その相対強度雑音ＲＩＮ(i) は、
ＲＩＮ(i) ＝ＲＩＮ＋10log10(Ｐi／ΣＰi)
ＲＩＮ＝−γ−10log10ＢＷSE＋３
と表される。
【００３１】
図１の制御回路１４は、多波長光の相対強度雑音ＲＩＮを測定し、分波器１２でスペクトルスライスされたｉ番目の出力光強度をＰi を推定することにより、ｉ番目の波長成分の相対強度雑音ＲＩＮ(i) を算定する。そして、各波長成分の相対強度雑音ＲＩＮ(i) が設計値なるように、多波長光源１１のパワー調整部２５、パワー可変直流電源２６、位相調整器２７、逓倍器２８などを制御する。
【００３２】
また、分波器１２のｉ番目の出力光強度Ｐi は、光変調器５２−１〜５２−ｎの入力パワーモニタ機能により測定されたものを制御回路１４に入力するようにしてもよい。また、制御回路１４は、分波器１２でスペクトルスライスされた各波長成分の相対強度雑音ＲＩＮ(i) を直接測定するようにしてもよい。
【００３３】
また、図２の制御回路１４には、光増幅器１５で増幅された多波長光が入力される。この多波長光には、図７に示すように、光増幅器１５で発生した自然放出光（増幅された自然放出光：ＡＳＥ光）４３が存在する。
【００３４】
ここで、光増幅器１５の利得をｇ、光増幅帯域をＢＷAMP [Hz]、横モードの総数をｍ、反転分布パラメータをｎsp、多波長光源１１の中心光周波数をν[Hz]とすると、自然放出に対する誘導放出確率比γは、
γ＝10log10〔ｇＰLAS／｛ｇＰSE(ＢＷSE／ＢＷAMP)＋ｈν(ｇ−１)ｎsp   ・ｍ・ＢＷAMP｝〕
と表される。
【００３５】
（変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲを設計する例１）
図１または図２に示すコヒーレント多波長信号発生装置において、図３に示す波長多重伝送システムの受信器７３の帯域をＢe [Hz]、分波器７２の分波帯域をＢo [Hz]、信号のマーク率をＭ、ｉ番目の変調器出力の信号光強度をＰ(i)[dBm]、この変調器出力の誘導放出光強度をＰc(i) [dBm]、この変調器出力の自然放出光強度をＰs(i)[dBm] 、受信器における等価的電流をＩeq[A] 、信号成分のショット雑音をＮs 、信号成分と自然放出光のビート雑音をＮs-sp、自然放出光間のビート雑音をＮsp-sp 、受信器の熱雑音をＮthとすると、変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲは、
ＳＮＲ＝Ｓ／（Ｎs＋Ｎs-sp＋Ｎsp-sp＋Ｎth）
Ｐs(i)＝ＲＩＮ(i)＋10log10Ｂe＋Ｐc(i)＋10log10Ｍ
Ｓ＝((ｅη／ｈν)Ｐc(i))2
Ｎs＝２ｅ((ｅη／ｈν)Ｐ(i))Ｂe
Ｎs-sp＝４(ｅη／ｈν)2Ｐc(i)Ｐs(i)Ｂe／Ｂo
Ｎth＝Ｉeq2 Ｂe
と表される。ただし、Ｓ，Ｎs ，Ｎs-spにおけるＰ(i) ，Ｐc(i)，Ｐs(i)はリニア表記、単位はＷである。
【００３６】
コヒーレント多波長信号発生装置の制御回路１４は、変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲが上式に従うように、多波長光源１１のパワー調整部２５、パワー可変直流電源２６、位相調整器２７、逓倍器２８などを制御する。
【００３７】
（変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲを設計する例２）
図１または図２に示すコヒーレント多波長信号発生装置において、図３に示す波長多重伝送システムの受信器７３の帯域をＢe [Hz]、分波器７２の分波帯域をＢo [Hz]、信号のマーク率をＭ、ｉ番目の変調器出力の信号光強度をＰ(i)[dBm]、この変調器出力の誘導放出光強度をＰc(i) [dBm]、この変調器出力の自然放出光強度をＰs(i) [dBm]、受信器における等価的電流をＩeq[A] 、合波器におけるｊ番目のポートからｉ番目のポートに漏れ込む割合をＸＴ(j) 、合波器におけるクロストーク信号光強度をＰx(i)[dBm] 、信号成分のショット雑音をＮs 、信号成分と自然放出光のビート雑音をＮs-sp、信号成分とクロストーク信号光のビート雑音をＮs-x 、自然放出光間のビート雑音をＮsp-sp 、クロストーク信号光と自然放出光のビート雑音をＮx-sp、受信器の熱雑音をＮthとすると、変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲは、
ＳＮＲ＝Ｓ／（Ｎs＋Ｎs-sp＋Ｎx-sp＋Ｎsp-sp＋Ｎs-x＋Ｎth）
Ｐs(i)＝ＲＩＮ(i)＋10log10Ｂe ＋Ｐc(i)＋10log10Ｍ
Ｐx(i)＝ΣＰ(j)・ＸＴ(j)
Ｓ＝((ｅη／ｈν)Ｐc(i))2
Ｎs＝２ｅ((ｅη／ｈν)Ｐ(i))Ｂe
Ｎs-sp＝４(ｅη／ｈν)2Ｐc(i)Ｐs(i)Ｂe／Ｂo
Ｎx-sp＝４(ｅη／ｈν)2Ｐx(i)Ｐs(i)Ｂe／Ｂo
Ｎs-x ＝ (ｅη／ｈν)2Ｐc(i)Ｐx(i)
Ｎth＝Ｉeq2 Ｂe
と表される。ただし、Ｓ，Ｎs ，Ｎs-sp，Ｎx-sp，Ｎs-x におけるＰ(i) ，Ｐc (i) ，Ｐs (i) はリニア表記、単位はＷである。
【００３８】
コヒーレント多波長信号発生装置の制御回路１４は、変調器出力の信号対雑音比ＳＮＲが上式に従うように、多波長光源１１のパワー調整部２５、パワー可変直流電源２６、位相調整器２７、逓倍器２８などを制御する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコヒーレント多波長信号発生装置は、多波長光源を構成する光変調器に印加する周期信号の電圧またはバイアス電圧を調整し、発生する多波長光の光スペクトル形状を制御する構成により、多波長光をスペクトルスライスして得られた各波長のコヒーレント光を変調する光変調器入力の相対強度雑音ＲＩＮまたは光変調器出力の信号雑音比ＳＮＲを定量的に設計することができる。
【００４０】
また、多波長光源を構成する光変調器に印加する周期信号の位相または周波数の逓倍数を制御して発生する多波長光の光スペクトル形状を制御する構成においても同様である。
【００４１】
これにより、従来の半導体レーザを用いた光送信部に求める性能仕様との整合を図ることができるコヒーレント多波長信号発生装置を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコヒーレント多波長信号発生装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明のコヒーレント多波長信号発生装置の第２の実施形態を示す図。
【図３】本発明のコヒーレント多波長信号発生装置を用いた波長多重伝送システムの構成例を示す図。
【図４】多波長光源１１の第１の構成例を示す図。
【図５】多波長光源１１における多波長光発生原理を説明する図。
【図６】光変調部２３として強度変調器と位相変調器を用いた場合の光スペクトル形状制御例を示す図。
【図７】光増幅器で増幅した多波長光の光スペクトルを示す図。
【図８】多波長光源１１の第２の構成例を示す図。
【図９】周期信号の位相調整による光スペクトル形状の制御例を示す図。
【図１０】周期信号の周波数逓倍による光スペクトル形状の制御例を示す図。
【図１１】多波長光源１１の第３の構成例を示す図。
【図１２】電界吸収型強度変調器を用いた場合の多波長光の光スペクトルを示す図。
【図１３】多波長光源１１の第４の構成例を示す図。
【図１４】分散減少ファイバによる断熱圧縮の原理を説明する図。
【図１５】多波長光のコヒーレント成分の光スペクトルと分波器１２の透過特性との関係を説明する図。
【図１６】半導体レーザの誘導放出光と自然放出光の関係を説明する図。
【図１７】従来の波長多重伝送システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
１０  コヒーレント多波長信号発生装置
１１  多波長光源
１２  分波器
１３  光カプラ
１４  制御回路
１５  光増幅器
２１  光源
２２  光変調器
２３  光変調部
２４  周期信号発生器
２５  パワー調整部
２６  パワー可変直流電源
２７  位相調整器
２８  逓倍器
２９  電界吸収型強度変調器
３１  パルス光源
３２  スペクトル形状制御手段
５０  光送信部
５１  半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）
５２  光変調器
５３  合波器
５４  光増幅器
６０  伝送路光ファイバ
７０  光受信部
７１  光増幅器
７２  分波器
７３  受信器
【図１】
0003694638.tif 000002
【図２】
0003694638.tif 000003
【図３】
0003694638.tif 000004
【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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