(57)【要約】【課題】  クロストークを低減する。【解決手段】  光強度変調器１６ａ，１６ｂはそれぞれデータＤ１，Ｄ２を搬送する光パルス信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂは、光パルス信号Ｓ１，Ｓ２に、信号帯域内で変動し且つ互いに異なる非線形群遅延を与える。光合波器２０は、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの出力光を合波する。光分波器４２は、光ファイバ伝送路３０から入力する光を２分割し、一方を非線形群遅延デコーダ４４ａに、他方を非線形群遅延デコーダ４４ｂに供給する。デコーダ４４ａ，４４ｂはそれぞれ、光パルス信号Ｓ１、Ｓ２の歪みを解消する。フォトダイオード４６ａ，４６ｂはデコーダ４４ａ，４４ｂの出力光を電気信号に変換し、データ復調器４８ａ，４８ｂはフォトダイオード４６ａ，４６ｂの出力電気信号からデータＤ１，Ｄ２を復調する。【選択図】  図１
2006287635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信装置において、信号帯域内で変動する非線形群遅延特性の群遅延を信号光に与え、
光受信装置において、受信信号光に当該非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与える
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項２】
当該非線形群遅延特性の変動周波数が、当該信号帯域の帯域幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光伝送方法。
【請求項３】
第１のデータを搬送する第１の信号光を生成し、
第２のデータを搬送する第２の信号光を生成し、
当該第１の信号光にその信号帯域内で変動する第１の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第１の歪み信号光を生成し、
当該第２の信号光にその信号帯域内で変動する非線形群遅延特性であって、当該第１の非線形群遅延特性とは第２の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第２の歪み信号光を生成し、
当該第１及び第２の歪み信号光を合波して合波光を光伝送路に出力し、
当該光伝送路からの光を第１及び第２の成分光に分割し、
当該第１の成分光に当該第１の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第１の歪み低減信号光を生成し、
当該第１の歪み低減信号光を第１の電気信号に変換し、
当該第１の電気信号から第１のデータを復調し、
当該第２の成分光に当該第２の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第２の歪み低減信号光を生成し、
当該第２の歪み低減信号光を第２の電気信号に変換し、
当該第２の電気信号から第２のデータを復調する
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項４】
当該第１及び第２の非線形群遅延特性の変動周波数が、当該信号帯域の帯域幅よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の光伝送方法。
【請求項５】
第１のデータを搬送する第１の信号光を生成する第１の信号光発生装置と、
第２のデータを搬送する第２の信号光を生成する第２の信号光発生装置と、
当該第１の信号光にその信号帯域内で変動する第１の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第１の歪み信号光を生成する第１の非線形群遅延エンコーダと、
当該第２の信号光にその信号帯域内で変動する第２の非線形群遅延特性であって、当該第１の非線形群遅延特性とは異なる第２の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第２の歪み信号光を生成する第２の非線形群遅延エンコーダと、
当該第１及び第２の歪み信号光を合波して合波光を光伝送路に出力する光合波器と、
当該光伝送路からの光を第１及び第２の成分光に分割する光分波器と、
当該第１の成分光に当該第１の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第１の歪み低減信号光を生成する第１の非線形群遅延デコーダと、
当該第１の歪み低減信号光を第１の電気信号に変換する第１の光電変換器と、
当該第１の電気信号から第１のデータを復調する第１のデータ復調器と、
当該第２の成分光に当該第２の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第２の歪み低減信号光を生成する第２の非線形群遅延デコーダと、
当該第２の歪み低減信号光を第２の電気信号に変換する第２の光電変換器と、
当該第２の電気信号から第２のデータを復調する第２のデータ復調器
とを具備することを特徴とする光伝送システム。
【請求項６】
当該第１及び第２の非線形群遅延特性の変動周波数が、当該信号帯域の帯域幅よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の光伝送システム。
【請求項７】
当該第１の非線形群遅延エンコーダが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項５に記載の光伝送システム。
【請求項８】
当該第１の非線形群遅延デコーダが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項７に記載の光伝送システム。
【請求項９】
当該第１及び第２の非線形群遅延エンコーダのそれぞれが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項５に記載の光伝送システム。
【請求項１０】
当該第１及び第２の非線形群遅延デコーダのそれぞれが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項９に記載の光伝送システム。
【請求項１１】
第１のデータを搬送する第１の信号光を生成する第１の信号光発生装置と、
当該第１の信号光にその信号帯域内で変動する第１の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第１の歪み信号光を生成する第１の非線形群遅延エンコーダ
とを具備することを特徴とする光送信装置。
【請求項１２】
当該第１の非線形群遅延特性の変動周波数が、当該信号帯域の帯域幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の光送信装置。
【請求項１３】
当該第１の非線形群遅延エンコーダが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光送信装置。
【請求項１４】
更に、
第２のデータを搬送する第２の信号光を生成する第２の信号光発生装置と、
当該第２の信号光にその信号帯域内で変動する第２の非線形群遅延特性であって、当該第１の非線形群遅延特性とは第２の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第２の歪み信号光を生成する第２の非線形群遅延エンコーダと、
当該第１及び第２の歪み信号光を合波する光合波器
とを具備することを特徴とする請求項１１に記載の光送信装置。
【請求項１５】
当該第１及び第２の非線形群遅延特性の変動周波数が、当該信号帯域の帯域幅よりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載の光送信装置。
【請求項１６】
当該第１及び第２の非線形群遅延エンコーダのそれぞれが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項１４に記載の光送信装置。
【請求項１７】
波長分散分割多重で信号を伝送する光伝送システムにおける光受信装置であって、
当該光伝送路からの信号光に信号帯域内で変動する非線形群遅延特性の群遅延を与えることにより当該信号光の歪みを低減する非線形群遅延デコーダと、
当該非線形群遅延デコーダの出力信号光を電気信号に変換する光電変換器と、
当該電気信号からデータを復調するデータ復調器
とを具備することを特徴とする光受信装置。
【請求項１８】
当該非線形群遅延特性の変動周波数が、当該信号帯域の帯域幅よりも小さいことを特徴とする請求項１７に記載の光受信装置。
【請求項１９】
当該非線形群遅延デコーダが、非線形群遅延特性を変更可能な非線形群遅延光素子からなることを特徴とする請求項１７に記載の光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光分散分割多重に利用可能な光伝送方法及びシステム、光送信装置並びに光受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送路では、その群遅延の波長依存性によりパルス波形が歪む。通常は、この波形歪みを解消する為に、光受信装置には、光ファイバ伝送路の累積波長分散を相殺する波長分散を与える分散補償装置を配置する。光ファイバ伝送路上で累積波長分散値が過剰に大きくならないように、光送信装置で予め、光ファイバ伝送路の波長分散値とは逆符号の波長分散を付与することもある。
【０００３】
このような分散補償光伝送システムを利用して、複数の信号光を多重伝送できる。即ち、波長分散により信号光を多重する光分散分割多重伝送方式が特許文献１に記載されている。その多重伝送システムでは、光送信装置は、複数の光信号に光信号間で異なる波長分散を付与した上で、多重し、多重信号光を光ファイバ伝送路に出力する。光受信装置は、光ファイバ伝送路から入力した多重信号光をパワー分割し、各分割光に受信を希望する信号に応じた波長分散値を付与する。光受信装置で各分割光に付与する波長分散値は、受信を希望する信号光の累積波長分散値を実質的にゼロにする波長分散値、例えば、光送信装置で付加された波長分散値に光ファイバ伝送路の累積波長分散値を加算した値である。これにより、希望の信号光については、波長分散が残存しないので、光パルス波形が回復される。希望の信号光以外の信号光については、波長分散が残存し、光強度の最大値も小さいので、単にノイズと見做すことができるほどにパルスが広がる。
【０００４】
特許文献１には、所望の波長分散値を付加する装置として、光ファイバ及び光ファイバグレーティングが例示されている。
【０００５】
このような波長分散を利用する多重伝送に波長分割多重を併用することも可能である。その場合、光送信装置、光受信装置及びこれらの両方で波長分散を付加する単位は、信号光毎でも、隣接する波長の複数の信号光からなるチャネル毎でもよい。
【特許文献１】特開平１１−２１５１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載される分散付加回路に使用される光素子は、光ファイバ又は光ファイバグレーティングであり、信号光に与える波長分散値の差が小さく、光信号間でクロストークが生じやすい。
【０００７】
例えば、光パルスを弁別できない程の残留波長分散値は、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調信号に対して約１０００ｐｓ／ｎｍ以上である。即ち、光受信端局間で、１０００ｐｓ／ｎｍ以上、波長分散量を相違させる必要がある。この波長分散量は、シングルモード光ファイバでは、約６０ｋｍの長さに相当し、現実的では無い。波長分散値の大きな他の光デバイスを使用したとしても、受信端局の大型化は避けえないし、多重チャネル数を増加するのも難しい。
【０００８】
また、異なる受信者に向けた信号光が受信装置に入力する場合、悪意のある受信者は、付与する波長分散値をスイープすることで、他の受信者に宛てられた信号を受信できてしまう。
【０００９】
そこで、クロストークに強く、解読しにくく、又はユーザ数の増加に容易に対応できる波長分散多重システムが望まれる。
【００１０】
本発明は、このような要望を満たす光伝送方法及びシステム、光送信装置並びに光受信装置を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光伝送方法の一例では、光送信装置において、信号帯域内で変動する非線形群遅延特性の群遅延を信号光に与え、光受信装置において、受信信号光に当該非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る光伝送方法の別例では、第１のデータを搬送する第１の信号光を生成する。第２のデータを搬送する第２の信号光を生成する。当該第１の信号光にその信号帯域内で変動する第１の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第１の歪み信号光を生成する。当該第２の信号光にその信号帯域内で変動する非線形群遅延特性であって、当該第１の非線形群遅延特性とは第２の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第２の歪み信号光を生成する。当該第１及び第２の歪み信号光を合波して合波光を光伝送路に出力する。当該光伝送路からの光を第１及び第２の成分光に分割する。当該第１の成分光に当該第１の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第１の歪み低減信号光を生成する。当該第１の歪み低減信号光を第１の電気信号に変換する。当該第１の電気信号から第１のデータを復調する。当該第２の成分光に当該第２の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第２の歪み低減信号光を生成する。当該第２の歪み低減信号光を第２の電気信号に変換する。そして、当該第２の電気信号から第２のデータを復調する。
【００１３】
本発明に係る光伝送システムは、第１のデータを搬送する第１の信号光を生成する第１の信号光発生装置と、第２のデータを搬送する第２の信号光を生成する第２の信号光発生装置と、当該第１の信号光にその信号帯域内で変動する第１の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第１の歪み信号光を生成する第１の非線形群遅延エンコーダと、当該第２の信号光にその信号帯域内で変動する第２の非線形群遅延特性であって、当該第１の非線形群遅延特性とは異なる第２の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第２の歪み信号光を生成する第２の非線形群遅延エンコーダと、当該第１及び第２の歪み信号光を合波して合波光を光伝送路に出力する光合波器と、当該光伝送路からの光を第１及び第２の成分光に分割する光分波器と、当該第１の成分光に当該第１の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第１の歪み低減信号光を生成する第１の非線形群遅延デコーダと、当該第１の歪み低減信号光を第１の電気信号に変換する第１の光電変換器と、当該第１の電気信号から第１のデータを復調する第１のデータ復調器と、当該第２の成分光に当該第２の非線形群遅延特性の群遅延を低減する波長分散を与えて第２の歪み低減信号光を生成する第２の非線形群遅延デコーダと、当該第２の歪み低減信号光を第２の電気信号に変換する第２の光電変換器と、当該第２の電気信号から第２のデータを復調する第２のデータ復調器とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る光送信装置は、第１のデータを搬送する第１の信号光を生成する第１の信号光発生装置と、当該第１の信号光にその信号帯域内で変動する第１の非線形群遅延特性の群遅延を与えて第１の歪み信号光を生成する第１の非線形群遅延エンコーダとを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る光受信装置は、波長分散分割多重で信号を伝送する光伝送システムにおける光受信装置であって、当該光伝送路からの信号光に信号帯域内で変動する非線形群遅延特性の群遅延を与えることにより当該信号光の歪みを低減する非線形群遅延デコーダと、当該非線形群遅延デコーダの出力信号光を電気信号に変換する光電変換器と、当該電気信号からデータを復調するデータ復調器とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単なる群遅延値の大小でなく、信号光に正の傾斜の群遅延と負の傾斜の群遅延を与えるので、より少ないクロストークでより多くのチャネルを設定できる。即ち、より多くの信号光を収容できるようになる。非線形群遅延エンコーダ又はデコーダをプログラマブルにすることで、ネットワークの変更にも柔軟に対応できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。光送信装置１０は、光源であるレーザダイオード１２を具備する。光分波器１４は、レーザダイオード１２の出力レーザ光を２分割し、一方を光強度変調器１６ａに、他方を光強度変調器１６ｂに供給する。光強度変調器１６ａは、光分波器１４からのレーザ光の強度をデータＤ１に従って変調し、データＤ１を搬送する光パルス信号Ｓ１を非線形群遅延エンコーダ１８ａに出力する。同様に、光強度変調器１６ｂは、光分波器１４からのレーザ光の強度をデータＤ２に従って変調し、データＤ２を搬送する光パルス信号Ｓ２を非線形群遅延エンコーダ１８ａに出力する。
【００１９】
非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂは、光パルス信号Ｓ１，Ｓ２に互いに異なる非線形群遅延を与える光素子からなる。従来の光分散分割多重伝送方式では、光パルス信号にそのバンド内で一定の群遅延を与えていたが、本実施例の非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂは、光パルス信号Ｓ１，Ｓ２のバンド内で周期的に変動する群遅延を光パルス信号Ｓ１，Ｓ２に与える。非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂは、いわば、光パルス信号Ｓ１，Ｓ２のパルス波形を劣化させた歪み信号光を生成する。非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの構造と必要な群遅延特性については、後述する。
【００２０】
光合波器２０は、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの出力光を合波する。光合波器２０による合波光は、光送信装置１０の出力光であり、光ファイバ伝送路３０に印加され、光ファイバ伝送路３０を伝搬して、光受信装置４０に入射する。
【００２１】
光受信装置４０では、光分波器４２が、光ファイバ伝送路３０から入力する光を２分割し、一方を非線形群遅延デコーダ４４ａに、他方を非線形群遅延デコーダ４４ｂに供給する。非線形群遅延デコーダ４４ａは、非線形群遅延エンコーダ１８ａにより光パルス信号Ｓ１に与えられた非線形群遅延を相殺する非線形群遅延特性を具備する。また、非線形群遅延デコーダ４４ｂは、非線形群遅延エンコーダ１８ｂにより光パルス信号Ｓ２に与えられた非線形群遅延を相殺する非線形群遅延特性を具備する。これにより、光ファイバ伝送路３０での波形歪みを無視すると、非線形群遅延デコーダ４４ａは光パルス信号光Ｓ１を復元し、非線形群遅延デコーダ４４ｂは光パルス信号光Ｓ２を復元する。
【００２２】
フォトダイオード４６ａは、非線形群遅延デコーダ４４ａの出力光を電気信号に変換し、データ復調器４８ａは、フォトダイオード４６ａの出力電気信号からデータＤ１を復調する。同様に、フォトダイオード４６ｂは、非線形群遅延デコーダ４４ｂの出力光を電気信号に変換し、データ復調器４８ｂは、フォトダイオード４６ｂの出力電気信号からデータＤ２を復調する。
【００２３】
光パルス信号のバンド内で周期的に変動する群遅延特性は、リング共振器により実現できる。即ち、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂ及び非線形群遅延デコーダ４４ａ，４４ｂとして、単一のリング共振器、又は、シリアルに接続された複数のリング共振器を採用することで、本実施例に必要な非線形群遅延特性を得ることができる。
【００２４】
非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂ又は非線形群遅延デコーダ４４ａ，４４ｂとして使用可能な非線形群遅延光学素子を説明する。図２は、単一のリング共振器から非線形群遅延光学素子の一例の平面図を示し、図３は、図２のＡ−Ａ線から見た断面図を示す。
【００２５】
基板５０上にマッハツェンダ干渉計５２を配置してある。マッハツェンダ干渉計５２は、２入力・２出力の２つの光合分波器５４，５６と、光合分波器５４の２つの出力ポートと、光合分波器５６の２つの入力ポート間をそれぞれ接続する２つのアーム５８，６０を具備する。光合分波器５４の一方の入力ポートに入力導波路６２が接続し、光合分波器５６の一方の出力ポートに出力導波路６４が接続する。光合分波器５６の他方の出力ポートが、導波路６６を介して光合分波器５４の他方の入力ポートに接続する。
【００２６】
結局、図示するリング共振器は、入力導波路６２、アーム６０及び出力導波路６４からなる主導波路に対し、導波路６６及びアーム５８からなるリング導波路が近接配置され、当該リング導波路は、主導波路に光合分波器５４，５６の２箇所で光結合する構成になっている。
【００２７】
アーム６０上に位相シフタとしての薄膜ヒータ６８を配置し、電圧制御器７０が、薄膜ヒータ６８に電圧を印加する。薄膜ヒータ６８により、アーム６０の光路長を調節し、その結果、導波路６２，６４と導波路６６との間の光結合率を調節できる。また、導波路６６上には薄膜ヒータ７２を配置してあり、電圧制御器７４が、薄膜ヒータ７２に電圧を印加する。薄膜ヒータ７２により、アーム６６の光路長、即ちリング導波路の光路長を調節できる。薄膜ヒータ６８，７２による光路長と結合効率の調節により、周期的な群遅延特性の共振周波数、周期及び群遅延量を調節可能である。
【００２８】
図２及び図３に示すようなリング共振器の群遅延特性は、下記式
τ（ω）＝Ｔ（１−Ｋ２）／｛１＋Ｋ２−２Ｋｃｏｓ（ωＴ−φ）｝
但し、
Ｋ＝（１−κ）１／２
κ＝０．５＋０．５ｃｏｓθ
で与えられる。ωは光周波数、Ｔは上述のリング導波路を信号光が１周するのに要する時間、φは薄膜ヒータ７２による位相シフト量（相対値）である。自由スペクトル領域ＦＳＲ（Free Spectral Region）は１／Ｔで表される。θは薄膜ヒータ６８による位相シフト量（相対値）である。κはマッハツェンダ干渉計５２の結合率を示す。
【００２９】
図２に示すような構成のリング共振器をシリアルに複数接続することで、より複雑な群遅延特性を得ることができる。図４は、シリアル接続された３つのリング共振器からなる非線形群遅延光学素子の構成例を示す。直線状の入出力導波路８０に沿って３つのリング共振器８２，８４，８６が配置される。各リング共振器８２，８４，８６のリング導波路８２ｂ，８４ｂ，８６ｂが、マッハツェンダ干渉計５２と同様の構成のマッハツェンダ干渉計型光結合器８２ａ，８４ａ，８６ａを介して入出力導波路８０に光結合する。
【００３０】
リング導波路８２ｂ，８４ｂ，８６ｂ上には、光位相シフタ８２ｃ，８４ｃ，８６ｃが配置される。光位相シフタ８２ｃ，８４ｃ，８６ｃの光位相シフト量φ１，φ２，φ３をお互いに異なる値とすることで、リング共振器８２，８４，８６の共振周波数をずらすことができる。光結合器８２ａ，８４ａ，８６ａの結合係数を調節することで、各リング共振器８２，８４，８６における群遅延量を調節できる。
【００３１】
入出力導波路８０の信号光入力側が入力導波路８０ａとなり、信号光出力側が出力導波路８０ｂとなる。
【００３２】
図４に示す非線形群遅延光学素子のトータルの群遅延特性は、個々のリング共振器の群遅延特性の和に等しい。個々のリング共振器の共振周波数をずらすことで、高次の群遅延特性を得ることができる。
【００３３】
図５は、光強度変調器１６ａ，１６ｂから出力されるパルス信号光のパワースペクトルと、図４に示す構成の非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの群遅延特性を示す。横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、光強度変調器１６ａ，１６ｂから出力されるパルス信号光の光強度と、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの相対群遅延を示す。上段に、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂのトータルの群遅延特性を示し、中段には、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂを構成する個々のリング共振気８２，８４，８６の群遅延特性を示し、下段に信号光のパワースペクトルを示す。
【００３４】
ここで、信号光は、中心波長が１５５０ｎｍ、ビットレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓ、パルス幅が３０ｐｓのＲＺ変調光である。非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂを構成する３つのリング共振器８２，８４，８６の位相シフト量は、それぞれ、０，π／２（ｒａｄ）及びπ（ｒａｄ）とし、光結合器８２ａ，８４ａ，８６ａの光結合率は何れも０．８５であるとした。リング共振器８２，８４，８６のＦＳＲは互いに等しいが、その共振周波数は僅かにずらしてある。
【００３５】
図５に示す計算例では、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂのＦＳＲは８ＧＨｚであり、信号光のビットレート１０Ｇｂｉｔ／ｓの４／５倍になっている。得られる群遅延は、ピークツーピークで約２５０ｐｓである。Ａ（Ｇｂｉｔ／ｓ）の光信号の帯域を４×Ａ（ＧＨｚ）と定義すると、１０Ｇｂｉｔ／ｓの信号光の帯域は４０ＧＨｚである。従って、信号帯域内に、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの群遅延特性の正の傾斜部分と負の傾斜部分、より具体的には複数の周期が入っている。
【００３６】
データＤ１，Ｄ２間のクロストークを低減するには、エンコーダ１６ａ，１６ｂで信号光Ｓ１，Ｓ２に与える群遅延特性をより複雑な形状にするのが好ましい。
【００３７】
本実施例では、信号帯域内で変動する複雑な形状の非線形群遅延を与えることができる。受信側では、送信側で付与された非線形群遅延を平坦化するような非線形群遅延を与えない限り、信号を受信するのは不可能又は困難になる。
【００３８】
現実的には、デコーダ４４ａ，４４ｂは、エンコーダ１６ａ，１６ｂにより与えられる非線形群遅延の変動幅を小さくする程度でよい。例えば、エンコーダ１６ａ，１６ｂが、３つのリング共振器８２，８４，８６からなり、図５の上段に示すような非線形群遅延特性を示す場合、対応するデコーダ４４ａ，４４ｂは、図５の上段に示す非線形群遅延特性の山で谷となり、谷で山となる同じ周期の非線形群遅延特性を示すもの、例えば、単一のリング共振器からなるものであればよい。この組み合わせでは、デコーダ後の群遅延特性が平坦に近づく。光信号波形の劣化は、群遅延の波長微分の大きさに依存するので、デコーダ後の群遅延特性が平坦に近づけば、光信号の劣化も少ない。
【００３９】
図６は、エンコーダが図５の上段に示す非線形群遅延特性を具備し、且つ、デコーダが単一のリング共振器からなる場合で、エンコーダの群遅延特性の谷とデコーダの群遅延特性の山が一致するときの、エンコーダ及びデコーダの群遅延特性と、これらの合成の群遅延特性を示す。同時に、最下段に信号光のパワースペクトルを図示してある。横軸は波長を示し、縦軸は、相対群遅延及び光強度を示す。最上段が、エンコーダとデコーダの合成の群遅延特性を示し、２段目がエンコーダの群遅延特性を示し、３段目がデコーダの群遅延特性を示す。エンコーダとデコーダの合成群遅延特性の変動幅が、図６に示す程度に小さくなると、受信装置が、信号を受信できる。
【００４０】
図７は、エンコーダが図５の上段に示す非線形群遅延特性を具備し、且つ、デコーダが単一のリング共振器からなる場合で、エンコーダの群遅延特性の山とデコーダの群遅延特性の山が少しずれているときの、エンコーダ及びデコーダの群遅延特性と、これらの合成の群遅延特性を示す。横軸は波長を示し、縦軸は、相対群遅延を示す。最上段が、エンコーダとデコーダの合成の群遅延特性を示し、２段目がエンコーダの群遅延特性を示し、３段目がデコーダの群遅延特性を示す。エンコーダとデコーダの合成の群遅延特性の変動幅が、図６の場合に比べて大きく、且つまた、エンコーダの群遅延特性に比べても大きくなっている。このケースでは、デコード後でも、波形劣化が大きく、信号を受信できない。
【００４１】
本実施例では、群遅延量以外に、共振周波数及び周期（又はＦＳＲ）がパラメータとして加わるので、群遅延量のみを異ならせる従来例に比べ、解読が困難になり、クロストークを低減でき、収容ユーザ数を増やしやすくなる。
【００４２】
図２及び図４に示す非線形群遅延光学素子では、リング導波路上の位相シフタ７２，８２ｃ，８４ｃ，８６ｃを調節することで、共振周波数を調整できる。即ち、送信前に信号光に付与する非線形群遅延特性をチューニングできる。この非線形群遅延特性を容易に変更できる機能を使うことで、送信装置では、容易に信号光の宛先を変更することができ、受信装置では、受信する信号光を容易に変更できる。即ち、ネットワーク構成の変化に柔軟に対応できるようになる。
【００４３】
非線形群遅延エンコーダを構成するリング共振器の数と、非線形群遅延デコーダを構成するリング共振器の数は、同じでも異なっても良い。リング共振器数は４以上であってもよい。また、リング共振器の可変光結合器の結合率は、意図しないチャンネルの光信号をノイズと見なせるほどの群遅延の傾斜を与えられる結合効率であればよく、０より大きく１より小さい範囲の任意の値をとることができる。また、複数のリング共振器をシリアルに接続する構成で、異なるＦＳＲを具備するリング共振器を使用しても良いし、同じＦＳＲを有する場合でも、共振周波数を等間隔に配置する必要もない。
【００４４】
本実施例は、ＲＺ光伝送とＮＲＺ光伝送の何れにも適用可能である。図８は、ＮＲＺ光伝送の場合の特性図を示す。光信号は、中心波長１５４９．８４１ｎｍ、ビットレート１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ変調信号光である。非線形群遅延エンコーダを3リング共振器、非線形群遅延デコーダを1リング共振器とし、リング共振器のＦＳＲを２５ＧＨｚとした。エンコーダ及びデコーダの群遅延のピーク・ツ−・ピークの値は約８０ｐｓとした。最上段にエンコーダとデコーダの合成群遅延特性を示し、中段にエンコーダ及びデコーダの群遅延特性を示し、最下段に信号光の光パワースペクトルを示す。横軸は波長を示し、縦軸は、エンコーダ及びデコーダの相対群遅延と、光スペクトルの光強度を示す。この例では、信号帯域は１０（ＧＨｚ）×４＝４０ＧＨｚである。エンコーダ及びデコーダのＦＳＲは信号帯域より小さく、信号帯域内で、エンコーダの群遅延が変動している。
【００４５】
図８に示す群遅延特性のエンコーダ及びデコーダの組み合わせでは、エンコーダの群遅延特性の谷に、デコーダの群遅延特性の山が合っており、トータルの群遅延特性のピーク・ツー・ピーク値が十分に小さく、波長微分も小さい。デコード後の信号光の劣化は許容値以内であり、信号を受信可能であった。
【００４６】
図９は、図８と同じ信号光、同じ群遅延特性のエンコーダ及びデコーダを使用しつつ、エンコーダの群遅延特性の山のそばにデコーダの群遅延特性の山が位置する場合の特性図を示す。最上段にエンコーダとデコーダの合成群遅延特性を示し、中段にエンコーダ及びデコーダの群遅延特性を示し、最下段に信号光の光パワースペクトルを示す。横軸は波長を示し、縦軸は、エンコーダ及びデコーダの相対群遅延と、光スペクトルの光強度を示す。
【００４７】
図９に示す群遅延特性のエンコーダ及びデコーダの組み合わせでは、エンコーダの群遅延特性の山にデコーダの群遅延特性の山がほぼ合っているので、トータルの群遅延特性の変動が大きくなり、ピーク・ツー・ピーク値は約１００ｐｓである。デコード後の信号光の劣化が許容範囲を超えることとなり、信号を受信できない。
【００４８】
例えば、非線形群遅延エンコーダ１８ａに対して、非線形群遅延デコーダ４４ａの群遅延特性を図８に示す特性とし、非線形群遅延デコーダ４４ｂの群遅延特性を図９に示す特性とすることで、データ復調器４８ａは、データＤ１を復調でき、データ４８ｂは、データＤ１を復調できない。データ復調器４８ｂにとって、デコーダ４４ｂから出力される信号光Ｓ１の成分は、ノイズ光となる。
【００４９】
図１０は、図８及び図９の場合の、受信光強度とビットエラーレート（ＢＥＲ）との関係を示す。横軸は、受信光強度を示し、例えば、ＢＥＲの対数値を示す。エンコード前の特性は、いわば、光強度変調器１６ａの出力信号光のＢＥＲ値を示す。エンコード後の特性は、エンコーダ１８ａの出力信号光のＢＥＲ値を示す。対応するデコード後の特性は、図８に示すエンコーダとデコーダの組み合わせに対するデコード後の信号光のＢＥＲ値を示す。対応しないデコード後の特性は、図９に示すエンコーダとデコーダの組み合わせに対するデコード後の信号光のＢＥＲ値を示す。図１０から、エンコーダとデコーダの周期的な群遅延特性を適切に組み合わせることで、波長分散多重伝送される信号光を分離できることが分かる。
【００５０】
エンコード前の信号光は、受信光強度の増加に対し、図面内で線形にＢＥＲが低下する「エラーフリー動作」を示すのに対し、エンコード後の信号光は、同じ受信光強度ではＢＥＲが著しく悪化しており、また受信光強度の増加に対してＢＥＲの良化が鈍い。エンコーダに対応するデコーダを使用する場合、パワーペナルティが約３ｄＢあるものの、ＢＥＲは、エラーフリー動作を示すので、波形が回復していることが分かる。群遅延の波長微分の値が大きくなるような、エンコーダに対応しないデコーダを使用する場合には、デコード後であっても、信号が大幅に劣化していることが分かる。これにより、所望のデコーダを有する光受信装置にデータを伝達することが可能となる。
【００５１】
図１０は、動作の一例を示すものであり、素子や動作条件の最適化により、受信ペナルティをゼロ（もとの送信信号と同じ品質）に戻すことも可能である。
【実施例２】
【００５２】
図１１は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。この実施例では、１つの光送信装置から複数の光受信装置に、波長分割多重を利用して、互いに異なる信号を伝送できる。
【００５３】
光送信装置１１０は、光源であるレーザダイオード１１２を具備する。光分波器１１４は、レーザダイオード１１２の出力レーザ光を４分割し、各分割光を光強度変調器１１６ａ〜１１６ｄに供給する。各光強度変調器１１６ａ〜１１６ｄは、光分波器１１４からのレーザ光の強度をデータＤ１〜Ｄ４に従って変調し、データＤ１〜Ｄ４を搬送する光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４を非線形群遅延エンコーダ１１８ａ〜１１８ｄに出力する。
【００５４】
非線形群遅延エンコーダ１１８ａ〜１１８ｄは非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂと同様の非線形群遅延光素子からなり、光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のバンド内で周期的に変動する互いに異なる非線形群遅延を光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４に与える。
【００５５】
光合波器１２０は、非線形群遅延エンコーダ１１８ａ〜１１８ｄの出力光を合波する。光合波器１２０による合波光は、光送信装置１１０の出力光であり、光ファイバ伝送路１３０に印加される。
【００５６】
光分波器１４０は、光ファイバ伝送路３０を伝搬した信号光を４つに分割し、各分割光を光受信装置１４２ａ〜１４２ｄに供給する。
【００５７】
各光受信装置１４２ａ〜１４２ｄは、非線形群遅延デコーダ１４４ａ〜１４４ｂ、フォトダイオード１４６ａ〜１４６ｄ及びデータ復調器１４８ａ〜１４８ｄからなる。非線形群遅延デコーダ１４４ａ〜１４４ｂは、それぞれ非線形群遅延エンコーダ１１８ａ〜１１８ｄにより信号光に与えられる群遅延を相殺又は減少するような非線形群遅延特性を具備する。例えば、非線形群遅延デコーダ１４４ａは、非線形群遅延エンコーダ１１８ａにより光パルス信号Ｓ１に与えられた非線形群遅延を相殺する非線形群遅延特性を具備し、非線形群遅延デコーダ１４４ｂは、非線形群遅延エンコーダ１１８ｂにより光パルス信号Ｓ２に与えられた非線形群遅延を相殺する非線形群遅延特性を具備する。
【００５８】
フォトダイオード１４６ａ〜１４６ｄは、非線形群遅延デコーダ１４４ａ〜１４４ｄの出力光を電気信号に変換し、データ復調器１４８ａ〜１４８ｄは、フォトダイオード１４６ａ〜１４６ｄの出力電気信号からデータＤ１〜Ｄ４を復調する。
【００５９】
このようにして、図１１に示す実施例では、光送信装置１１０は、異なる場所に位置する光受信装置１４２ａ〜１４２ｄにそれぞれデータＤ１〜Ｄ４を送信することができる。非線形群遅延エンコーダと非線形群遅延デコーダの群遅延特性が互いに対応する場合にのみ、データを受信できるので、非線形群遅延エンコーダ１１８ａ〜１１８ｄと非線形群遅延デコーダ１４４ａ〜１４４ｄの群遅延特性を適切に選択することで、光受信装置１４２ａ〜１４２ｄが、それぞれデータＤ１〜Ｄ４のみを選択的に受信できる状況を設定できる。
【実施例３】
【００６０】
図１２は、本発明の第３実施例の概略構成ブロック図を示す。この実施例では、複数の光送信装置と複数の光受信装置間に、波長分割多重を利用して複数のチャネルを設定できる。
【００６１】
各光送信装置２１０ａ〜２１０ｄは、レーザダイオード２１２ａ〜２１２ｄ、光強度変調器２１６ａ〜２１６ｄ、及び非線形群遅延エンコーダ２１８ａ〜２１８ｄを具備する。光強度変調器２１６ａ〜２１６ｄはそれぞれ、レーザダイオード２１２ａ〜２１２ｄからのレーザ光の強度をデータＤ１〜Ｄ４に従って変調し、データＤ１〜Ｄ４を搬送する光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４を非線形群遅延エンコーダ２１８ａ〜２１８ｄに出力する。
【００６２】
非線形群遅延エンコーダ２１８ａ〜２１８ｄは、非線形群遅延エンコーダ１１８ａ〜１１８ｄと同様に、光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４のバンド内で周期的に変動する互いに異なる非線形群遅延を光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４に与える。非線形群遅延エンコーダ２１８ａ〜２１８ｄの出力光が、光送信装置２１０ａ〜２１０ｄの出力信号光となり、光合波器２２０に供給される。
【００６３】
光合波器２２０は、光送信装置２１０ａ〜２１０ｄの出力信号光を合波する。光合波器２２０による合波光は、光ファイバ伝送路２３０を伝搬し、光分波器２４０で４つに分割される。光分波器２４０による各分割光は、光受信装置２４２ａ〜２４２ｄに入射する。
【００６４】
光受信装置２４２ａ〜２４２ｄの構成と機能は、図１１に示す実施例の光受信装置１４２ａ〜１４２ｄの構成と機能と同じである。各光受信装置２４２ａ〜２４２ｄは、非線形群遅延デコーダ２４４ａ〜２４４ｂ、フォトダイオード２４６ａ〜２４６ｄ及びデータ復調器２４８ａ〜２４８ｄからなる。非線形群遅延デコーダ２４４ａ〜２４４ｂは、それぞれ非線形群遅延エンコーダ２１８ａ〜２１８ｄにより信号光に与えられる群遅延を相殺又は減少するような非線形群遅延特性を具備する。
【００６５】
フォトダイオード２４６ａ〜２４６ｄは、非線形群遅延デコーダ２４４ａ〜２４４ｄの出力光を電気信号に変換し、データ復調器２４８ａ〜２４８ｄは、フォトダイオード２４６ａ〜２４６ｄの出力電気信号からデータＤ１〜Ｄ４を復調する。
【００６６】
非線形群遅延エンコーダ２１８ａ〜２１８ｄとして、その非線形群遅延特性を容易に変更できる光素子、例えば、上述した１又は複数のリング共振器からなる光素子を採用することで、光送信装置２１０ａ〜２１０ｄは、光信号の宛先を容易に変更することができる。また、逆に、非線形群遅延デコーダ２４４ａ〜２４４ｄとして、その非線形群遅延特性を容易に変更できる光素子、例えば、上述した１又は複数のリング共振器からなる光素子を採用することで、光受信装置２４２ａ〜２４２ｄは、受信する光信号を容易に変更できる。本実施例では、このような特徴により、ネットワーク構成の変更に柔軟に対応できる。
【００６７】
非線形群遅延光素子として使用するリング共振器の可変光結合器の結合率は、意図しないチャンネルの光信号をノイズと見なせるほどの群遅延の傾斜を与えられる結合効率であればよく、０より大きく１より小さい範囲の任意の値をとることができる。また、複数のリング共振器をシリアルに接続する構成で、異なるＦＳＲを具備するリング共振器を使用しても良いし、同じＦＳＲを有する場合でも、共振周波数を等間隔に配置する必要もない。
（その他の非線形群遅延光素子）
【００６８】
リング共振器の代わりに、ファブリペロー型光共振器を用いても良い。図１３は、ファブリペロー型光共振器の概略構成図を示す。定板３１０上に、ｘ％反射器３１２を固定し、反射器３１２に平行な１００％反射器３１４を微動台３１６を介して定板３１０に置く。ｘは０より大きく、１００より小さい。微動台３１６により、反射器３１２，３１４間の距離Ｌを調節する。この構成は、共振器長が２Ｌのファブリペロー共振器となる。リング共振器のリング導波路の光路長が２Ｌに対応し、リング共振器の位相シフタが、反射鏡３１２，３１４の間隔を調節する微動台３１６に対応し、可変光結合器の結合率が、x%反射鏡３１２の透過率（１００−ｘ）（％）に対応する。図１３に図示したファブリペロー共振器の入出力特性は、図２に図示したリング共振器のそれと等価である。従って、図１３に示す構成のファブリペロー型光共振器も、バンド内で変動する非線形群遅延特性を実現できる。
【００６９】
また、光波を２つに分岐し、再度干渉させる方式であるマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を使っても、同様な非線形群遅延特性を実現できる。図１４は、２つの非対称ＭＺＩを使う非線形群遅延光学素子の概略構成ブロック図を示す。例えば、アーム間に光路長差ΔＬを有する非対称ＭＺＩ４１０と、アーム間に光路長差−ΔＬを有する非対称ＭＺＩ４１２との間に、光路長の異なる２つの光路４１４ａ，４１４ｂを有する非対称光遅延器４１４を配置する。非対称ＭＺＩ４１０の光路長差ΔＬにより生ずる位相差Δφは、
Δφ＝２πｎΔＬ／λ
である。但し、ｎは実効屈折率、λは光波の波長である。これにより、Δφが0又はπとなる波長λが交互に存在する。従って、波長により、非対称光遅延器４１４の光路４１４ａ，４１４ｂを伝搬する光波の割合が変化する。非対称ＭＺＩ４１２は、非対称ＭＺＩ４１０と反対の構造になっているので、光路４１４ａ，４１４ｂからの光を合波して、出力ポートから出力する。これにより、波長に対して周期的に群遅延が増減する群遅延特性を得ることができる。
【００７０】
共振周波数において群遅延が極大となる（上に凸）非線形群遅延特性を説明したが、共振周波数において群遅延が極小（下に凸）となる非線形群遅延特性を利用することも可能である。従ってまた、エンコーダとして上に凸の群遅延特性を用い、デコーダとして下に凸の群遅延特性を用いても、またその逆の関係を用いても良い。
【００７１】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。
【図２】非線形群遅延光学素子の一例の平面図を示す。
【図３】図２のＡ−Ａ線から見た断面図を示す。
【図４】はシリアル接続された３つのリング共振器からなる非線形群遅延光学素子の構成例を示す。
【図５】は光強度変調器１６ａ，１６ｂから出力されるパルス信号光のパワースペクトルと、非線形群遅延エンコーダ１８ａ，１８ｂの群遅延特性を示す。
【図６】エンコーダの群遅延特性の山とデコーダの群遅延特性の谷が合うときの、エンコーダ及びデコーダの群遅延特性と、これらの合成の群遅延特性を示す。
【図７】エンコーダの群遅延特性の山とデコーダの群遅延特性の山が少しずれているときの、エンコーダ及びデコーダの群遅延特性と、これらの合成の群遅延特性を示す。
【図８】ＮＲＺ光伝送の場合の特性図を示す。
【図９】エンコーダの群遅延特性の山のそばにデコーダの群遅延特性の山が位置する場合の特性図を示す。
【図１０】図８及び図９の場合の、受信光強度とビットエラーレート（ＢＥＲ）との関係を示す。
【図１１】本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。
【図１２】本発明の第３実施例の概略構成ブロック図を示す。
【図１３】ファブリペロー型光共振器からなる非線形群遅延光学素子の概略構成図を示す。
【図１４】２つの非対称ＭＺＩを使う非線形群遅延光学素子の概略構成ブロック図を示す。
【符号の説明】
【００７３】
１０：光送信装置
１２：レーザダイオード
１４：光分波器
１６ａ，１６ｂ：光強度変調器
１８ａ，１８ｂ：非線形群遅延エンコーダ
２０：光合波器
３０：光ファイバ伝送路
４０：光受信装置
４２：光分波器
４４ａ，４４ｂ：非線形群遅延デコーダ
４６ａ，４６ｂ：フォトダイオード
４８ａ，４８ｂ：データ復調器
５０：基板
５２：マッハツェンダ干渉計
５４，５６：光合分波器
５８，６０：アーム
６２：入力導波路
６４：出力導波路
６６：導波路
６８：薄膜ヒータ
７０：電圧制御器
７２：薄膜ヒータ
７４：電圧制御器
８０：入出力導波路
８２，８４，８６：リング共振器
８２ａ，８４ａ，８６ａ：マッハツェンダ干渉計型光結合器
８２ｂ，８４ｂ，８６ｂ：リング導波路
８２ｃ，８４ｃ，８６ｃ：位相シフタ
１１０：光送信装置
１１２：レーザダイオード
１１４：光分波器
１１６ａ〜１１６ｄ：光強度変調器
１１８ａ〜１１８ｄ：非線形群遅延エンコーダ
１２０：光合波器
１３０：光ファイバ伝送路
１４０：光分波器
１４２ａ〜１４２ｄ：光受信装置
１４４ａ〜１４４ｄ：非線形群遅延デコーダ
１４６ａ〜１４６ｂ：フォトダイオード
１４８ａ〜１４８ｄ：データ復調器
２１０ａ〜２１０ｄ：光送信装置
２１２ａ〜２１２ｄ：レーザダイオード
２１６ａ〜２１６ｄ：光強度変調器
２１８ａ〜２１８ｄ：非線形群遅延エンコーダ
２２０：光合波器
２３０：光ファイバ伝送路
２４０：光分波器
２４２ａ〜２４２ｄ：光受信装置
２４４ａ〜２４４ｄ：非線形群遅延デコーダ
２４６ａ〜２４６ｂ：フォトダイオード
２４８ａ〜２４８ｄ：データ復調器
３１０：定板
３１２：ｘ％反射器
３１４：１００％反射器
３１６：微動台
４１０，４１２：非対称ＭＺＩ
４１４：非対称光遅延器
４１４ａ，４１４ｂ：光路長の異なる光路
【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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