(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ内のレーリ散乱反射により伝送特性の劣化が起こり得る光ファイバ伝送システムにおいて使用される光送信器であって、注入電流により光発振周波数が変調される半導体レーザと、前記注入電流による前記半導体レーザの発振周波数偏移量が送信すべきデータの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で前記半導体レーザへの前記注入電流を変調する注入電流変調手段と、前記半導体レーザの出力光を前記送信すべきデータで強度変調する光強度変調手段と
を有することを特徴とする光送信器。
【請求項２】
光ファイバ内のレーリ散乱反射による伝送特性の劣化が起こり得る光ファイバ伝送システムにおいて使用される光送信器であって、注入電流により光発振周波数が変調されるとともに、送信すべきデータにより出力光が強度変調される半導体レーザと、前記注入電流による半導体レーザの発振周波数偏移量が前記送信すべきデータの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で前記半導体レーザへの前記注入電流を変調する注入電流変調手段とを有することを特徴とする光送信器。
【請求項３】
前記光ファイバ伝送システムは、ファイバ・ラマン増幅方式が使用される光ファイバ伝送システムであることを特徴とする請求項１または２記載の光送信器。
【請求項４】
前記光ファイバ伝送システムは、１本のファイバ上で同一波長の信号光を双方向伝送する光ファイバ伝送システムであることを特徴とする請求項１または２記載の光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに使用される光送信器に関し、特に光ファイバ内のレーリ散乱反射により伝送特性の劣化が起こり得る光ファイバ伝送システムにおいて使用される光送信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送システムにおいては、受信信号のレベル揺らぎを引き起こす要因としてレーリ散乱反射による干渉雑音が知られている。
【０００３】
レーリ散乱とは、光ファイバの屈折率揺らぎによって発生する光散乱現象である。光ファイバの屈折率が長手方向に揺らいでいると、微小な屈折率差により伝播光の一部が局所局所で散乱され反対方向に反射される。反射された光の一部はさらにレーリ散乱を受けて反射され、元の伝播方向へ伝播する。この結果、図７に示すように、光ファイバの受信端へは、元の主信号光とともに、レーリ散乱により局所局所で多重反射された光が到達することになる。レーリ散乱反射光は主信号光と同一波長であるので、受信端において両者は干渉し合う。その結果、両者の位相差に応じて受信光レベルに揺らぎが生じる。すなわち、干渉雑音が生じ、伝送特性が劣化する。
【０００４】
このようなレーリ散乱反射による伝送特性の劣化は、特にファイバ・ラマン増幅を用いた伝送系において顕著に現われる。光ファイバ内に高パワーのポンプ光を入力すると、誘導ラマン散乱という光非線形現象により、ポンプ光から約１００ｎｍ長波長側の信号光に対して増幅利得が生じることが知られている。この現象を利用して信号光の伝播損失を補償し、長距離伝送を実現しようというのがファイバ・ラマン増幅伝送方式である。誘導ラマン散乱による増幅利得は、信号の伝播方向に依らず、ポンプ光と同一方向および逆方向のいずれに対しても生じる。従って、図７において、レーリ散乱反射光も増幅利得を受けたうえで光受信器に達するので、ラマン増幅されていない系に比べて主信号光に対するパワー比が大きくなり、伝送特性劣化が顕著となる。
【０００５】
以上のようなレーリ散乱反射光による伝送特性劣化を抑える方法として、送信信号光に高速の位相変調を加える手法が文献：Ａ．Ｙａｒｉｖ，Ｈ．Ｂｌａｕｖｅｌｔ，ａｎｄ  Ｓｈｕ−Ｗｕ  Ｗｕ，”Ａ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｐｈａｓｅ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｎｏｉｓｅ  ｉｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌｉｎｋｓ  ｂｙ  Ｌａｒｇｅ  Ｉｎｄｅｘ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ，”Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．９７８−９８１，１９９２に提案されている。
【０００６】
図８は、上述した文献に記載されている方法でレーリ散乱反射により伝送特性の劣化を抑制する光送信器の構成を示す図である。同図に示す光送信器においては、光源８１からの定常光が、送信すべきデータ信号の印加された光強度変調器８３により強度変調され、更に周波数ｆｐ  のＲＦ信号の印加された光位相変調器８５により位相変調される。このＲＦ信号の周波数は、データ信号帯域よりも高い周波数とする。そして、受信側では、図８に示す光送信器から送信されてきた信号光を直接強度検波し、これにより強度変調されたデータ信号のみを受信するようになっている。
【０００７】
ここで受信器において、図８の光送信器から送出された主信号光とレーリ散乱反射光が重なり合って受信されたとする。干渉の結果、受信光レベルは主信号光とレーリ散乱反射光の位相差に応じて変動するが、信号光は周波数ｆｐ  で位相変調されているので、受信レベルはｆｐ  を中心周波数として変動することになる。
【０００８】
通常、受信系においては、余分な雑音成分を除去するために、データ信号帯域のみを透過させる電気フィルタが用いられている。ここで、周波数ｆｐ  は、データ信号帯域よりも高い周波数としているので、干渉による変動成分は電気フィルタにより平均化される。すなわち、信号揺らぎ成分は除去され、これによりレーリ散乱反射光による信号レベルの揺らぎを抑えることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図８に示した従来の光送信器の構成では、信号光の位相を変調するための光位相変調器８５を備える必要があるとともに、データ信号帯域よりも高いＲＦ周波数ｆｐ  で位相変調を加えるために高い周波数で動作する駆動回路も必要であり、非経済的であるという問題がある。
【００１０】
また、高周波数で位相変調を加えると、変調により光スペクトルが拡がり、この光スペクトルの拡がった信号光が波長分散のある光ファイバを伝播すると、分散により波形が歪むという現象が起こり、これにより伝送特性が劣化するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光位相変調器やデータ信号帯域より高い周波数で動作する駆動回路を必要とすることなく、簡単な構成で経済的にレーリ散乱反射光による伝送特性の劣化を低減し得る光送信器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、光ファイバ内のレーリ散乱反射により伝送特性の劣化が起こり得る光ファイバ伝送システムにおいて使用される光送信器であって、注入電流により光発振周波数が変調される半導体レーザと、前記注入電流による前記半導体レーザの発振周波数偏移量が送信すべきデータの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で前記半導体レーザへの前記注入電流を変調する注入電流変調手段と、前記半導体レーザの出力光を前記送信すべきデータで強度変調する光強度変調手段とを有することを要旨とする。
【００１３】
請求項１記載の本発明にあっては、注入電流により光発振周波数が変調される半導体レーザにおいて注入電流による半導体レーザの発振周波数偏移量が送信データの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で半導体レーザへの注入電流を変調するため、干渉雑音の多くの成分は受信系の電気フィルタにより除去され、これによりレーリ散乱反射により伝送特性の劣化を低減することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の本発明は、光ファイバ内のレーリ散乱反射による伝送特性の劣化が起こり得る光ファイバ伝送システムにおいて使用される光送信器であって、注入電流により光発振周波数が変調されるとともに、送信すべきデータにより出力光が強度変調される半導体レーザと、前記注入電流による半導体レーザの発振周波数偏移量が前記送信すべきデータの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で前記半導体レーザへの前記注入電流を変調する注入電流変調手段とを有することを要旨とする。
【００１５】
請求項２記載の本発明にあっては、注入電流により光発振周波数が変調される半導体レーザにおいて注入電流による半導体レーザの発振周波数偏移量が送信データの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で半導体レーザへの注入電流を変調するため、干渉雑音の多くの成分は受信系の電気フィルタにより除去され、これによりレーリ散乱反射により伝送特性の劣化を低減することができる。
【００１６】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記光ファイバ伝送システムが、ファイバ・ラマン増幅方式が使用される光ファイバ伝送システムであることを要旨とする。
【００１７】
請求項４記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記光ファイバ伝送システムが、１本のファイバ上で同一波長の信号光を双方向伝送する光ファイバ伝送システムであることを要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。同図に示す光送信器は、バイアス電流と変調信号である単一周波数信号からなる注入電流により光発振周波数が変調される半導体レーザ１を有する。具体的には、バイアス電流はインダクタンスを介して半導体レーザ１に印加され、単一周波数信号はコンデンサを介して半導体レーザ１に印加されている。
【００１９】
そして、この半導体レーザ１に対して注入電流の変調信号である周波数ｆｍ  の単一周波数信号が電流信号として印加され、この半導体レーザ１からの出力光が送信すべきデータ信号の印加された光強度変調器３によって強度変調され、この強度変調された出力光が送出されるようになっている。また、前記単一周波数信号は、注入電流による半導体レーザ１の発振周波数偏移量が送信データ信号の信号帯域よりも大きくなるように制御され、このように制御される単一周波数信号で半導体レーザ１への注入電流を変調するようになっている。すなわち、送信データの信号帯域Ｆｄ  に対して注入電流による半導体レーザ１の発振周波数偏移量ＦがＦ＞Ｆｄ  を満たすような単一周波数信号で半導体レーザ１への注入電流を変調するようになっている。
【００２０】
更に詳しくは、半導体レーザ１には印加電流である注入電流に応じて媒質の屈折率が変化し、これにより発振光周波数が変化するという性質がある。従って、図１に示すように単一周波数信号を半導体レーザ１に直接印加すると、半導体レーザ１の発振周波数が周波数ｆｍ  で変動することになる。これにより光送信器からは光周波数が周波数ｆｍ  で変調された信号光が送出され、ファイバ伝送路を経た後、光受信器に到達する。
【００２１】
ある時刻ｔに光受信器に到達する主信号光の光周波数Ｆｓｉｇ  は、
【数１】
Ｆｓｉｇ  ＝Ｆｏ  ＋（Ｆ／２）ｃｏｓ［２πｆｍ  ｔ］            …（１）
と表わすことができる。ここで、Ｆｏ  は半導体レーザの発振中心周波数、Ｆは半導体レーザの単一周波数信号による発振周波数変調の周波数偏移量である。
【００２２】
一方、同時刻に光受信器に到達するレーリ散乱反射光は、２重反射の分だけ長い光路を伝播しているので、差分の光路長差に相当する伝播遅延時間τだけ主信号光よりは早い時刻に光送信器から送出された光である。すなわち、同時刻ｔに光受信器に到達するレーリ散乱反射光の光周波数Ｆｒ  は、図２に示すように、
【数２】
Ｆｒ  ＝Ｆｏ  ＋（Ｆ／２）ｃｏｓ［２πｆｍ  （ｔ−τ）］      …（２）
と表わされる。
【００２３】
光受信器において、主信号光とレーリ散乱反射光が干渉して信号揺らぎを引き起こす。両者が同一光周波数である場合には、信号揺らぎはＤＣ成分（周波数０成分）を中心に生じるが、異なっている場合には、差周波数成分を中心として揺らぎが生じる。今の場合、差周波数は、
【数３】
0003602382.tif 000002
となり、信号揺らぎはこの周波数を中心に生じる。
【００２４】
差周波数ΔＦは、遅延時間τに依存する。図２では、１つのレーリ散乱反射光を例示してあるが、実際には各ポイントで反射する様々なレーリ散乱反射光が光受信器に到達する。各レーリ散乱反射光の遅延時間は各々異なる値であり、それに応じて主信号光との差周波数も異なることになる。従って、信号揺らぎの中心周波数はある範囲に分布することになる。この様子を見るために、式（３）において、２πｆｍ  τ＝±（１／８）π、±（２／８）π、±（３／８）π、±（４／８）π、±（５／８）π、±（６／８）π、±（７／８）π、±（８／８）πとして各々について差周波数ΔＦを計算し、それらを重ね描きしたものを図３に示す。差周波数の分布状況が示されており、レーリ散乱反射光による干渉雑音は、この周波数範囲にわたって生じることになる。
【００２５】
ところで、通常、受信系においては、余分な雑音成分を除去するために、データ信号帯域のみを透過させる電気フィルタが用いられている。これにより、フィルタ帯域外の雑音成分は除去される。ここで、光送信器の半導体レーザに加えられている周波数変調の周波数偏移量Ｆ（式（１），（２）参照）は、データ信号帯域より大きな値であるとする。すると、干渉雑音の多くの成分は、図３に示すように、受信系の電気フィルタにより除去されることになる。その結果、周波数変調を加えない場合に比べて、レーリ散乱反射光による伝送特性劣化を低減することができる。
【００２６】
以上説明した本実施形態においては、半導体レーザ１への直接電流変調により発振周波数を変調しているので、図８の従来技術のように光位相変調器を備える必要がない。また、印加する光周波数変調の変調周波数ｆｍ  は高周波数である必要はなく、従来技術のように高い周波数で動作する駆動回路も不要である。さらには、印加する光周波数変調が低周波でよいということは、信号光の瞬時の光スペクトルは必要以上に拡がらないということであり、光ファイバの波長分散による伝送劣化が生じにくいという効果につながる。
【００２７】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。同図に示す光送信器は、図１の実施形態において半導体レーザ１の出力光を強度変調するのにデータ信号の印加された光強度変調器３を用いていた代わりに、半導体レーザ１１に対して直接送信データ信号を印加し、これにより半導体レーザ１１の出力光を送信データ信号で強度変調するように構成した点が異なるものであり、その他の構成および作用は図１の実施形態と同じである。
【００２８】
図４に示す実施形態のように、送信データ信号により光強度を変調し、単一周波数信号により光周波数を変調することにより、図１の実施形態と同様に光ファイバ内のレーリ散乱反射による伝送特性の劣化を抑制することができる。
【００２９】
図５は、図１または図４に示した実施形態の光送信器を適用した光伝送システムの構成を示す図であり、この光伝送システムは、ファイバ・ラマン増幅を用いたものである。すなわち、本発明の光送信器は、ファイバ・ラマン増幅を用いた光ファイバ伝送系に特に有効なものである。
【００３０】
図５に示す光伝送システムでは、図１または図４に示した光送信器１３から出力される信号光は、光ファイバ１５を通って合波器１７に至り、ここでポンプ光源１９からの高パワーのポンプ光が光ファイバ１５に対して主信号光と逆方向に伝播される。また、この合波器１７を通過した信号光は光ファイバ２１を更に通って別の合波器２３に至り、ここで別のポンプ光源２５から高パワーのポンプ光が光ファイバ２１に対して信号光と逆方向に伝播される。そして、合波器２３を通過した信号光が光受信器２７で受信されるようになっている。
【００３１】
このような光伝送システムの構成により、誘導ラマン散乱という光非線形現象により信号光に対して増幅利得が生じることが知られている。この増幅作用により光ファイバの伝播損失が補償され、長距離にわたって信号光を伝送することが可能となっている。
【００３２】
そして、伝送距離が長くなると、それに伴いレーリ散乱光の発生点も多くなる。更に、発生したレーリ散乱光はラマン増幅を受けつつ、光受信器２７に達するので、光受信器２７におけるレーリ散乱反射光の影響はラマン増幅されていない系に比較して大きくなる。
【００３３】
しかしながら、上述したように、ファイバ・ラマン増幅を用いるもレーリ散乱光の発生点が多く、レーリ散乱反射光の影響の大きな光伝送システムに対して、本発明の図１または図４の実施形態の光送信器１３を使用することにより、レーリ散乱反射による受信特性の劣化を低減することができるのである。
【００３４】
図６は、本発明の光送信器が適用される波長多重光加入者システムの構成を示す図である。上述したように、本発明の光送信器は、図７または図５に示したような一方向伝送系において多重レーリ散乱反射が発生する場合に有効であるが、図６に示すような双方向伝送を行なう波長多重光加入者システムにも有効である。
【００３５】
図６に示す波長多重光加入者システムは、交換機が設けられている収容局３１と複数の加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃとの間を波長多重信号光で接続するシステムであるが、加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃの近傍に光分波器３５を設置するとともに、各加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃにそれぞれ固有の波長λａ，λｂ，λｃを割り当てている。そして、収容局３１と光分波器３５との間は、波長多重された信号光が１本の光ファイバで伝送され、光分波器３５と各加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃとの間は、光分波器３５により各々分波された波長信号光が伝送される。収容局３１と各加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃとの間は、固有波長の信号光を用いて双方向伝送が行なわれる。なお、このシステムは、収容局３１と各加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃを１対１で光ファイバ接続する場合に比較して、収容局３１から光分波器３５までの間を１本の光ファイバで接続しているので、光ファイバのコストを低減することができる。
【００３６】
このような波長多重光加入者システムにおいても、レーリ散乱が伝送特性を劣化させる要因となる。すなわち、この波長多重光加入者システムでは、同一波長を用いた双方向伝送により収容局３１と各加入者３３ａ，３３ｂ，３３ｃとの間の信号伝送を行なっている。従って、例えば収容局３１側の光受信器においては、加入者３３から収容局３１に送信された信号光とともに、図６において点線で示すように、収容局３１から加入者３３に送信された信号光のレーリ散乱光が受信されることになる。そして、両者は同一波長であり、そのままでは干渉雑音を誘起して受信特性を劣化させることになるが、このようなシステムの光送信器として図１または図４に示したような本発明の光送信器を使用することにより、上述したように受信系の電気フィルタで干渉雑音を除去し、受信特性の劣化を低減することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、注入電流により光発振周波数が変調される半導体レーザにおいて注入電流による半導体レーザの発振周波数偏移量が送信データの信号帯域よりも大きくなるような単一周波数信号で半導体レーザへの注入電流を変調するので、干渉雑音の多くの成分は受信系の電気フィルタにより除去され、これにより従来のように光位相変調器や高周波駆動回路を必要とすることなく、簡単な構成で効率的かつ経済的にレーリ散乱反射により伝送特性の劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【図２】図１に示した実施形態の光送信器を使用した光ファイバ伝送系におけるレーリ散乱反射を示す図である。
【図３】光受信器に入力される主信号光とレーリ散乱反射光との差周波数を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【図５】図１または図４に示した実施形態の光送信器を適用したファイバ・ラマン増幅を用いた光伝送システムの構成を示す図である。
【図６】本発明の光送信器が適用される波長多重光加入者システムの構成を示す図である。
【図７】光ファイバ伝送系におけるレーリ散乱反射を示す図である。
【図８】レーリ散乱反射光による伝送劣化を抑制する従来の光送信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１１  半導体レーザ
３  光強度変調器
１３  光送信器
１９，２５  ポンプ光源
２７  光受信器
【図１】
0003602382.tif 000003
【図２】
0003602382.tif 000004
【図３】
0003602382.tif 000005
【図４】
0003602382.tif 000006
【図５】
0003602382.tif 000007
【図６】
0003602382.tif 000008
【図７】
0003602382.tif 000009
【図８】
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