(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された光信号を送信する光送信機およびこの光送信機から光ファイバを介して送信されてくる光信号を受信する光受信機を有する光データリンク装置であって、
前記光送信機は、広帯域ガウス光を発生する広帯域ガウス光源と、
該広帯域ガウス光源からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスするスペクトルスライス用光フィルタと、
該スペクトルスライス用光フィルタから出力されるスペクトルスライス光を増幅させる際に利得飽和状態で動作する半導体光増幅器と、
この利得飽和状態になった半導体光増幅器からの出力光を強度変調し符号化して送信する変調器とを有し、
前記光受信機は、前記光送信機から光ファイバを介して送信される光信号を
受信して電気信号に変換する変換手段と、
この変換された電気信号の高周波成分を前記半導体光増幅器の応答時間に相当する応答周波数以上の周波数を遮断して残留分配雑音を除去するフィルタ手段と、
この残留分配雑音が除去された信号を復調する復調手段とを有することを特徴とする光データリンク装置。
【請求項２】
前記スペクトルスライス用光フィルタは、波長可変光フィルタであることを特徴とする請求項１記載の光データリンク装置。
【請求項３】
光ファイバを伝送媒体としてノード間の高速データ転送を行う光データリンク装置に使用される光受信機であって、
広帯域ガウス光を発生する広帯域ガウス光源、該広帯域ガウス光源からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスするスペクトルスライス用光フィルタ、該スペクトルスライス用光フィルタから出力されるスペクトルスライス光を増幅する際に利得飽和状態で動作する半導体光増幅器、この利得飽和状態になった半導体光増幅器からの出力光を強度変調し符号化して送信する変調器を有する光送信機から光ファイバを介して送信される光信号を受信して電気信号に変換する変換手段と、
この変換された電気信号の高周波成分を前記半導体光増幅器の応答時間に相当する応答周波数以上の周波数を遮断して残留分配雑音を除去するフィルタ手段と、
この残留分配雑音が除去された信号を復調する復調手段と
を有することを特徴とする光受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調された光信号を送信する光送信機およびこの光送信機から光ファイバを介して送信されてくる光信号を受信する光受信機を有し、ノード間の高速転送を行う光データリンク装置およびその送信機と受信機に関し、特に波長設定が自由な広帯域ガウス光のスペクトルスライスを利用する光データリンク装置およびその送信機と受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メインフレームのダウンサイジングに伴い、分散環境をサポートする高速光データリンクへのニーズが高まっている。図７は、光データリンク装置の典型的な構成例を示す図である。図７に示す光データリンク装置では、送信機７１において半導体レーザ（ＬＤ）７２からの光信号を変調器７３からの変調信号により直接変調して得られる光信号を光ファイバ７４を介して伝送し、受信機７５においてフォトダイオード（ＰＤ）７６により直接検波して電気信号に変換し、この変換された電気信号を復調器７７で復調している。
【０００３】
また、図８は、波長多重技術に基づく光データリンク装置の構成例を示す図である。同図に示す光データリンク装置においては、複数の送信機８１ａ，８１ｂ，・・・８１ｎにおいて変調された単色光源から出力される波長λａ，λｂ，・・・λｎの光信号をそれぞれの光ファイバ８２に送信し、この光信号をスターカプラ８３を介して複数の受信機８４ａ，８４ｂ，・・・８４ｎにおいてフィルタを介してフォトダイオード（ＰＤ）で検波し、更に復調して受信するようになっている。
【０００４】
図８の構成は光ファイバ１本当りのデータ転送の容量を増大することを狙いとしている。網のトポロジは最も簡易なスター形を採用している。また、波長多重を実施するために、広帯域に渡る種々の波長の光を送信機毎に設定するために単色光源を使用している。このような単色光源としては、例えば波長が予め設定されたＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｂｒａｇｇ  ｇａｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ：ブラッグ回折格子が集積化された単一モードレーザ）や、広帯域ガウス光源の光フィルタによるスペクトルスライスを利用することができる。前者の光源は、波長数だけ送信機の種類を用意する必要があるため、単一種類で波長が任意に設定できる後者の送信機の方が低コスト化の観点で有利である。
【０００５】
広帯域ガウス光のスペクトルスライスは、統計に基づく分配雑音を本質的に有している。すなわち、観測時間のインターバルをＴとし、その時間内にフォトンをｍ個検出する確率をＰｍ  （Ｔ）とすると、次式に示すようにボーズ・アインシュタイン統計に従う分布を示す。
【０００６】
【数１】
0003597411.tif 000002
ここで、ｃは光速、ｈはプランク定数、νはフォトンの光周波数、Ｖは検出器の有効体積である。
【０００７】
十分長い観測時間では、一定の平均値を与えるものの短い観測時間Ｔでは広帯域に渡る白色的な平均値の揺らぎ、すなわち強度雑音を与える。このような強度雑音は伝送やトランジェントな事象を観測する時間領域の応用では許されない。
【０００８】
スペクトルスライスの分配雑音を抑圧するいくつかの方法が提案されているが、信号光をＤＳＦ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｓｈｉｆｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ：分散シフトファイバ）を通過させることにより４光波混合によりスペクトルを広げるのは１つの有効な方法である（Ｊ．Ｈ．Ｈａｎ，Ｊ．−Ｗ．Ｋｏ，ａｎｄ  Ｊ．−Ｓ．Ｌｅｅ，”０．１−ｎｍ  ｓｌｉｍ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ２．５−Ｇｂｉｔ／ｓ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ−ｓｌｉｃｅｄ  ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｂａｎｄｗｉｔｈｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ａｔ  ｔｈｅ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ，”ＯＦＣ’９８  ＷＤ６，１９９８参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した分配雑音を抑圧する従来の方法は、光ファイバを伝播する信号光の分配雑音の保有を許している。光ファイバを伝播する信号光は減衰に伴い急速に雑音対信号比（ＳＮ比）を劣化させるので、このような強度雑音は受信感度を著しく劣化させる要因となる。このため、送信電力が一定のもとでは伝送距離が制限されるという問題がある。
【００１０】
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、スペクトルスライスの分配雑音を低減することにより信号光の減衰によるＳＮ比の劣化を防止し、伝送距離を改善し得る光データリンク装置およびその送信機と受信機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の態様の本発明は、変調された光信号を送信する光送信機およびこの光送信機から光ファイバを介して送信されてくる光信号を受信する光受信機を有する光データリンク装置であって、前記光送信機が、広帯域ガウス光を発生する広帯域ガウス光源と、該広帯域ガウス光源からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスするスペクトルスライス用光フィルタと、該スペクトルスライス用光フィルタから出力されるスペクトルスライス光の入力により利得飽和状態になる光増幅器と、この利得飽和状態になった光増幅器からの出力光を強度変調し符号化して送信する変調器とを有し、前記光受信機が、前記光送信機から光ファイバを介して送信される光信号を受信して電気信号に変換する変換手段と、この変換された電気信号の高周波成分を前記光増幅器の応答時間に相当する応答周波数以下の遮断周波数で遮断して残留分配雑音を除去するフィルタ手段と、この残留分配雑音を除去された信号を復調する復調手段とを有することを要旨とする。
【００１２】
本発明にあっては、広帯域ガウス光源からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスし、このスペクトルスライス光を入力して利得飽和状態になる光増幅器を通過させて強度変調して符号化し、光ファイバを介して送信し、この送信された光信号を受信し、この受信信号の高周波成分を光増幅器の応答周波数以下の遮断周波数で遮断して残留分配雑音を除去して信号を復調するため、スペクトルスライスの分配雑音を低減でき、信号光の減衰によるＳＮ比の劣化を防止し、伝送距離を改善することができる。
【００１３】
また、第２の態様の本発明は、第１の態様の発明において、前記光増幅器が、半導体光増幅器であることを要旨とする。
【００１４】
更に、第３の態様の本発明は、第１の態様の発明において、前記スペクトルスライス用光フィルタが、波長可変光フィルタであることを要旨とする。
【００１５】
第４の態様の本発明は、光ファイバを伝送媒体としてノード間の高速データ転送を行う光データリンク装置に使用される光送信機であって、広帯域ガウス光を発生する広帯域ガウス光源と、該広帯域ガウス光源からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスするスペクトルスライス用光フィルタと、該スペクトルスライス用光フィルタから出力されるスペクトルスライス光の入力により利得飽和状態になる光増幅器と、この利得飽和状態になった光増幅器からの出力光を強度変調し符号化して送信する変調器とを有することを要旨とする。
【００１６】
本発明にあっては、広帯域ガウス光源からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスし、このスペクトルスライス光を入力して利得飽和状態になる光増幅器を通過させて強度変調して符号化し送信する。
【００１７】
また、第５の態様の本発明は、光ファイバを伝送媒体としてノード間の高速データ転送を行う光データリンク装置に使用される光受信機であって、光ファイバを介して送信される光信号を受信して電気信号に変換する変換手段と、この変換された電気信号の高周波成分を光増幅器の応答時間に相当する応答周波数以下の遮断周波数で遮断して残留分配雑音を除去するフィルタ手段と、この残留分配雑音を除去された信号を復調する復調手段とを有することを要旨とする。
【００１８】
本発明にあっては、光ファイバを介して送信された光信号を受信し、この受信信号の高周波成分を光増幅器の応答周波数以下の遮断周波数で遮断して残留分配雑音を除去して信号を復調する。
【００１９】
【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について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光データリンク装置の構成を示す図である。同図に示す光データリンク装置は、変調された光信号を送信する光送信機１およびこの光送信機１から光ファイバ３を介して送信されてくる光信号を受信する光受信機５から構成されている。
【００２０】
光送信機１は、自然放出光（ＡＳＥ）である広帯域ガウス光を発生する広帯域ガウス光源を構成するエルビウムドープファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと略称する）１１、このＥＤＦＡ１１からの広帯域ガウス光をスペクトルスライスする誘電体多層膜フィルタで構成されるスペクトルスライス用光フィルタ１３、該スペクトルスライス用光フィルタ１３から出力されるスペクトルスライス光が入力される更に別のＥＤＦＡ１５、このＥＤＦＡを介してスペクトルスライス光の入力により利得飽和状態になる光増幅器を構成する半導体光増幅器（以下、ＳＯＡと略称する）１７、およびこの利得飽和状態になったＳＯＡ１７からの出力光を強度変調し符号化して送信するドライバ２１と電界吸収型半導体変調器（以下、ＥＡＭと略称する）２３とからなる変調部１９から構成されている。なお、ＳＯＡ１７およびＥＡＭ２３はともに偏波無依存の特性を有することが望ましい。
【００２１】
また、光受信機５は、光送信機１から光ファイバ３を介して送信される光信号を受信して電気信号に変換するフォトダイオード（以下、ＰＤと略称する）５１、この変換された電気信号を増幅するＲＦ増幅器５３、およびこの増幅された電気信号の高周波成分をＳＯＡ１７の応答時間に相当する応答周波数以下の遮断周波数で遮断して残留分配雑音を除去する低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦと略称する）５７と、この残留分配雑音の除去された信号を復調する識別再生回路５９およびタイミング抽出回路６１とからなる復調部５５から構成されている。
【００２２】
このように構成される光データリンク装置において、光送信機１ではＥＤＦＡ１１の自然放出光（ＡＳＥ）を広帯域ガウス光源とし、スペクトルスライス用光フィルタ１３を利用し、ＳＯＡ１７の出力をＥＡＭ２３で変調して光信号を光ファイバ３に送出し、光受信機５ではＰＤ５１で光信号を直接検波した後、ＲＦ増幅器５３で信号増幅し、ＬＰＦ５７で高周波領域を遮断して残留分配雑音を除去し、タイミング抽出回路６１と識別再生回路５９によりデータ信号を復調している。
【００２３】
図２は、飽和利得を有するＳＯＡ１７の特性およびその入力信号と出力信号との関係を示す説明図である。同図から利得飽和により入力光の強度雑音が低減されていることがわかる。本実施形態では、このような利得飽和を光リミッタとして動作させている。なお、このような光増幅器の利得飽和は波形歪の原因であるとされていたため、従来は光増幅器を飽和状態で使用することはなかった。
【００２４】
図３は、広帯域ガウス光とこの広帯域ガウス光を飽和状態となったＳＯＡ１７を通過させた光とで光子計数確率分布関数を比較したグラフである。なお、この比較結果は、広帯域ガウス光を発生するものとしてＥＤＦＡ１１を使用し、飽和利得を有する光増幅器としてＳＯＡ１７を使用したものである。
【００２５】
完全な単一モードのスペクトルスライスは、理論的には式（１）に示すように、ボーズ・アインシュタイン分布（ＢＥＤ）を示す。但し、実験ではフィルタの通過帯域が有限（〜１ｎｍ）なので、グラフは次式で示すようにブロードな複合ポアソン（ＢＥＤとポアソン分布の中間）
【数２】
0003597411.tif 000003
となっている。一方、ＳＯＡを通過したスペクトルスライスは布幅の狭いポアソン分布を示しており、安定化されたことがわかる。
【００２６】
このような安定化が可能な周波数帯域は、光増幅器の応答周波数、すなわち応答時間に依存する。ＳＯＡでは、キャリアの応答速度により制限される。図４は、スペクトルスライスとＳＯＡ安定化後の光のパワー抑圧比（受信レベルは線形光増幅器で一定としている）で、本発明による分配雑音抑圧を定量的に表している。典型的なＳＯＡの応答周波数は数十ＧＨｚである。ここでは、１０ＧＨｚ以下の帯域で抑圧が示されている。但し、５ＧＨｚ近傍では抑圧がされていない。これは半導体レーザにおける緩和振動の影響である。これは、雑音抑圧の障害となりうるが、緩和振動により影響を受ける周波数帯域は狭いので、全雑音電力への影響は小さい。
【００２７】
以上説明したように、光増幅器で安定化される帯域は低周波数領域に制限されるため、強度変調により符号化された信号を復調する場合、広帯域の検波器で受信すると抑圧されていない高周波成分の雑音が信号ＳＮ比劣化の要因となる。このため、図５に示すように、光増幅器の応答周波数以上を遮断することにより、ＳＮ比の高い信号復調が可能となる。
【００２８】
図６は、本発明の他の実施形態に係る光データリンク装置の構成を示す図である。同図に示す光データリンク装置は、図１に示した実施形態において光送信機１のスペクトルスライス用光フィルタ１３の代わりに光フィルタとして波長可変光フィルタ１４を使用するとともに、また光受信機５のＰＤ５１の前に波長可変光フィルタ５０を設けている点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じである。
【００２９】
波長可変光フィルタ１４は、信号光の中心波長を決める機能を有するものであり、送信機毎に波長を変えることにより、波長多重方式に基づき多数の送信機からの光信号を一括して伝送することができる。また、ＰＤ５１の前に設けられた波長可変光フィルタ５０は波長多重された光信号から所望の送信機から発信された信号を光学的に選択するためのものである。
【００３０】
なお、波長可変光フィルタとしては、連続可変の、すなわち透過中心波長が連続可変の誘電体多層膜フィルタが利用できるとともに、音響光学効果を利用した連続可変光フィルタやエタロンフィルタを利用することができる。また、固定型フィルタと光切替スイッチを組み合わせて離散的な光フィルタも利用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広帯域ガウス光をスペクトルスライスし、このスペクトルスライス光を入力して利得飽和状態になる光増幅器を通過させて強度変調して符号化し、光ファイバを介して送信し、この送信された光信号を受信し、この受信信号の高周波成分を光増幅器の応答周波数以下の遮断周波数で遮断して残留分配雑音を除去して信号を復調するので、スペクトルスライスの分配雑音を低減でき、信号光の減衰によるＳＮ比の劣化を防止し、伝送距離を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光データリンク装置の構成を示す図である。
【図２】飽和利得を有するＳＯＡの特性およびその入力信号と出力信号との関係を示す説明図であり、飽和状態のＳＯＡにより分配雑音を低減する原理を示す説明図である。
【図３】分配雑音の抑圧前後の光子計数統計分布関数の比較を示すグラフである。
【図４】ＳＯＡによる分配雑音抑圧の周波数特性を示す図である。
【図５】受信機側で高周波帯域を遮断する効果を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る光データリンク装置の構成を示す図である。
【図７】光データリンク装置の典型的な構成例を示す図である。
【図８】波長多重技術に基づく光データリンク装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  光送信機
３  光ファイバ
５  光受信機
１１，１５  ＥＤＦＡ
１３  スペクトルスライス用光フィルタ
１４，５０  波長可変光フィルタ
１７  ＳＯＡ
１９  変調部
２１  ドライバ
２３  ＥＡＭ
５１  ＰＤ
５３  ＲＦ増幅器
５５  復調部
５７  ＬＰＦ
５９  識別再生回路
６１  タイミング抽出回路
【図１】
0003597411.tif 000004
【図２】
0003597411.tif 000005
【図３】
0003597411.tif 000006
【図４】
0003597411.tif 000007
【図５】
0003597411.tif 000008
【図６】
0003597411.tif 000009
【図７】
0003597411.tif 000010
【図８】
0003597411.tif 000011