(57)【要約】【課題】 光ファイバの色分散に強いデュオバイナリ光送信機を提供する。【解決手段】  入力された２進データから２−レベルの第１の信号と第１の信号を反転させた波形を有する第２の信号を生成するための前符号化と、第１及び第２の信号によって入力された光を変調して差動位相偏移変調された光信号を生成するためのマッハツェンダ変調器と、差動位相偏移変調された光信号を第１及び第２の分岐信号に分割し、第２の分岐信号を遅延させ、第１の分岐信号と遅延された第２の分岐信号とを干渉させてデュオバイナリ光信号を生成するための遅延干渉計と、を有し、遅延時間は０．５〜０．８ビット時間に設定される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された２進データから２−レベルの第１の信号と前記第１の信号を反転させた波形を有する第２の信号を生成するための前符号化器と、
前記第１及び第２の信号によって入力された光を変調して、差動位相偏移変調された光信号を生成するためのマッハツェンダ変調器と、
前記差動位相偏移変調された光信号を、第１及び第２の分岐信号に分割し、前記第２の分岐信号を所定の遅延時間で遅延させ、前記第１の分岐信号と前記遅延された第２の分岐信号とを干渉させてデュオバイナリ光信号を生成するための遅延干渉計と、
を備え、
前記遅延時間は、０．５〜０．８ビット時間に設定される
ことを特徴とする色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項２】
前記２進データは、非ゼロ復帰２進データであることを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項３】
前記前符号化器は、
入力された２進データを２−レベル信号に前符号化し、前記前符号化した信号を、第１及び第２の分割信号に分割し、前記第２の分割信号を反転し、前記第１の分割信号を前記第１の信号として出力し、反転された前記第２の分割信号を前記第２の信号として出力することを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項４】
前記前符号化器から入力された前記第１の信号を増幅して前記マッハツェンダ変調器に入力させるための第１の増幅器と、
前記前符号化器から入力された前記第２の信号を増幅して前記マッハツェンダ変調器に入力させるための第２の増幅器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項５】
前記遅延干渉計は、
前記マッハツェンダ変調器から入力された差動位相偏移変調された光信号を前記第１及び前記第２の分岐信号に分割するための分割器と、
前記分割器から入力された前記第２の分岐信号を遅延させて出力するための遅延器と、
前記分割器から入力された前記第１の分岐信号と前記遅延器から入力された遅延された前記第２の分岐信号とを干渉させて得られた、前記デュオバイナリ光信号を出力するための結合器と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項６】
前記マッハツェンダ変調器に入力される光を生成するための光源をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項７】
前記光源は、連続波レーザーであることを特徴とする請求項６に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項８】
前記光源は、ＤＦＢレーザーであることを特徴とする請求項６に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項９】
前記マッハツェンダ変調器は、二重アームを有するＬｉＮｂＯ３変調器であることを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【請求項１０】
前記前符号化器は、
１ビット遅延素子と、排他論理和素子と、前記遅延素子及び前記排他論理和素子の出力を第１及び第２の分割信号に分割するための分割手段と、前記第２の分割信号を反転させるためのインバータとを備えることを特徴とする請求項１に記載の色分散に強いデュオバイナリ光送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機に関し、特に、マッハツェンダ変調器（Mach-Zehnder modulator）と遅延干渉計（delay interferometer）を用いてデュオバイナリ光信号（duobinary optical signal）を出力するためのデュオバイナリ光送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの変調方式は、伝送速度の増加と効率のよい情報伝送を実現するために様々に発展している。既存のOOK（on-off keying）変調方式は、光信号の広いスペクトル（spectrum）を有し、光ファイバの色分散（chromatic dispersion）による影響を容易に受けるという短所がある。これに比べて、デュオバイナリ（duobinary）変調方式は、光信号の狭いスペクトルを有し、光ファイバの色分散による影響をあまり受けないという利点がある。
【０００３】
図１は、一般的なデュオバイナリ光送信機を示す図である。光送信機は、パルスパターン生成器（pulse pattern generator: PPG）１１０、前符号化器（precoder）１２０、第１及び第２の低域フィルタ（low pass filter: LPF）１３０、１４０、第１及び第２の増幅器（amplifier: AMP）１５０、１６０、光源（light source: LS）１７０及びマッハツェンダ変調器（MZM）１８０を有する。 
【０００４】
パルスパターン生成器１１０は、２進データ（binary data）１１２を出力し、前符号化器は２進データ１１２を２−レベル信号に前符号化した第１信号１２２と、第１の信号１２２を反転させた波形を有する第２の信号１２４とを出力する。第１の低域フィルタ１３０は、第１の信号１２２を３−レベル信号に変換させた第３の信号１３２を出力し、第２の低域フィルタ１４０は第２の信号１２４を３−レベル信号に変換させた第４の信号１４２を出力する。第１の増幅器１５０は、第３の信号１３２を増幅して出力し、第２の増幅器１６０は、第４の信号１４２を増幅して出力する。光源１７０は、DFB（distributed feedback）レーザーであり、所定の波長を有する光１７２を出力し、マッハツェンダ変調器１８０は、増幅された第３の信号１５２及び増幅された第４の信号１６２によって、光源１７２から入力された光を変調して、２−レベルのデュオバイナリ光信号１８２を出力する。 
【０００５】
しかしながら、上述のような光送信機は、３−レベルの第３及び第４の信号を使用するために、第１及び第２の増幅器の非線形性により、マッハツェンダ変調器から出力される２−レベルデュオバイナリ光信号の品質が低下するという問題がある。 
【０００６】
これを克服するために、２−レベルの信号をマッハツェンダ変調器に印加して、２−レベルのデュオバイナリ光信号を生成する方法が提案されている。この方法に係る光送信機は、前符号化器から出力された２−レベルの信号を、マッハツェンダ変調器に印加して差動位相偏移（differential phase shift keying: DPSK）変調された光信号を生成し、光信号を１−ビット遅延干渉計に入力させて２−レベルのデュオバイナリ光信号を生成する。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような方法により生成したデュオバイナリ光信号は、光ファイバの色分散に非常に脆弱であることが知られている。
【０００８】
本発明は、上述の従来の問題を解決するために案出されたものであって、光ファイバの色分散に強いデュオバイナリ光送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題の解決のために、本発明の色分散に強いデュオバイナリ光送信機は、入力された２進データから２−レベルの第１の信号と第１の信号を反転させた波形を有する第２の信号を生成するための前符号化器と、第１及び第２の信号によって入力された光を変調して差動位相偏移変調された光信号を生成するためのマッハツェンダ変調器と、差動位相偏移変調された光信号を第１及び第２の分岐信号に分割して、第２の分岐信号を遅延させ、第１の分岐信号と遅延された第２の分岐信号とを干渉させてデュオバイナリ光信号を生成するための遅延干渉計とを有し、遅延時間は０．５〜０．８ビット時間に設定される。
【発明の効果】
【００１０】
上述のように、本発明のデュオバイナリ光送信機は、低域フィルタを使用せずに遅延干渉計の遅延時間を０．５〜０．８ビット時間に設定することによって、光ファイバの色分散に強い光送信機を実現している。本発明の光送信機を適用することにより光通信システムの実現費用が低減できるという利点がある。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明に関連した公知の機能や構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明確にすると判断された場合には、その詳細な説明を省略する。
【００１２】
図２は、本発明の好ましい実施形態のデュオバイナリ光送信機を示す図である。図１０乃至図１６は、デュオバイナリ光送信機の信号を示す図である。光送信機は、光源２４０、前符号化器２１０、第１及び第２の増幅器２２０、２３０、マッハツェンダ変調器２５０及び遅延干渉計（DI）３００を有する。
【００１３】
前符号化器２１０は、入力された非ゼロ復帰（non-return-to-zero: NRZ）２進データを前符号化し、前符号化した信号（または、２−レベル信号）を２分割し、分割した信号中の１つを反転させて、残りの分割信号（第１の信号）２１２と、反転された分割信号（第２の信号）２１４を出力する。前符号化器２１０は、１ビット（bit）遅延素子及び排他論理和（exclusive-OR）素子と、遅延素子及び排他論理和素子の出力を２分割するための分割手段（例えば、導線の並列連結）と、分割した２信号中の１つを反転させるためのインバータ（inverter）とを含むことができる。 
【００１４】
第１の増幅器２２０は、変調器ドライバ（modulator driver）であって、前符号化器２１０から入力された第１の信号２１２を増幅して出力し、第２の増幅器２３０は、変調器ドライバであって、前符号化器２１０から入力された第２の信号２１４を増幅して出力する。 
【００１５】
光源２４０は、所定の波長の光２４２を出力し、光源２４０には連続波レーザー（CW laser）、ＤＦＢレーザーなどを使用することができる。図１０は、光２４２を示す図である。光２４２は、時間に応じた出力変化が無いことが分かる。
【００１６】
マッハツェンダ変調器２５０は、増幅された第１の信号２２２及び増幅された第２の信号２３２によって、光源２４０から入力された光２４２を変調して得られた非ゼロ復帰−差動位相偏移変調（NRZ−DPSK）された光信号２５２を出力する。マッハツェンダ変調器２９０は、二重アーム（dual-arm）を有し、増幅された第１の信号２２２は、二重アーム中の１つに印加され、増幅された第２の信号２３２は、残りのアームに印加される。マッハツェンダ光変調器２５０には二重アーム（dual-arm）を有するＬｉＮｂＯ３変調器を使用することができる。図１１は、非ゼロ復帰-差動位相偏移変調された光信号２５２を示す図である。非ゼロ復帰-差動位相偏移変調された光信号２５２のパルス(pulse)の位相は、０位相とπ位相が交互的に繰り返されることが分かる。
【００１７】
遅延干渉計３００は、分割器（splitter）２６０、遅延器（delay）２７０及び結合器（coupler）２８０を含み、非ゼロ復帰−差動位相偏移変調された光信号２５２を、第１及び第２の分岐信号２６２、２６４に分割し、第２の分岐信号２６４を遅延させ、第１の分岐信号２６２と遅延された第２の分岐信号２７２とを干渉させて得られたデュオバイナリ光信号２８２を出力する。 
【００１８】
分割器２６０は、マッハツェンダ変調器２５０から入力された非ゼロ復帰−差動位相偏移変調された光信号２５２を、第１及び第２の分岐信号２６２、２６４に分割する。図１２は、第１の分岐信号２６２を示す図である。第１の分岐信号２６２の波形は、出力のみが減少するだけで、非ゼロ復帰-差動位相偏移変調された光信号２５２の波形と類似であり、第２の分岐信号２６４の波形は、第１の分岐信号２６２の波形と同一である。
【００１９】
遅延器２７０は、分割器２６０から入力された第２の分岐信号２６４を遅延させて出力し、遅延器２７０の遅延時間は、０．５〜０．８ビット時間に設定されることが望ましい。ここで、「ビット時間」とは、一つのビットが維持される時間のことをいう。
【００２０】
本実施形態で、遅延器２７０の遅延時間は０.７５ビット時間に設定される。図１３は、遅延された第２の分岐信号２６４を示す図である。遅延された第２の分岐信号２６４は、遅延される前の第２の分岐信号の波形が時間軸にそって移動した形態の波形を有することが分かる。ここで、１ビット時間は１００psである。 
【００２１】
結合器２８０は、分割器２６０から入力された第１の分岐信号２６２と、遅延器２７０から入力され遅延された第２の分岐信号２７２とを干渉させて得られた、デュオバイナリ光信号２８２を出力する。図１４Ａは、デュオバイナリ光信号２８２を示す図である。第１の分岐信号２６２の波形と遅延された第２の分岐信号２７２の波形のうち、位相が同一の部分は補強干渉が発生し、位相が異なる部分は相殺干渉が発生することによって、図示のようなデュオバイナリ光信号２８２が生成される。図１４Ｂは、デュオバイナリ光信号２８２をバック−トゥ−バック(back-to-back)でモニタリングしたアイダイヤグラム(eye diagram)を示した図である。
【００２２】
図１５Ａは、光送信機の遅延時間を０.５ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号を示した図であり、図１５Ｂは、光送信機の遅延時間を０.５ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示した図である。
【００２３】
図１６Ａは、光送信機の遅延時間を１.０ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号を示した図であり、図１６Ｂは、光送信機の遅延時間を１.０ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示した図である。
【００２４】
図１４乃至図１６を参考すると、光送信機の遅延時間を１.０ビット時間より小さくすれば、リップル(矢印で表示)が発生するようになることが分かる。
【００２５】
このようなリップルに対して詳細に説明すると、次のようである。
【００２６】
図３は、本実施形態の光送信機の遅延時間を０．８ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号を、バック−トゥ−バック（back-to-back）でモニタリングしたアイダイヤグラム（eye diagram）を示す図である。図のように、遅延器２７０の遅延時間を０．８ビット時間に設定した場合に、デュオバイナリ光信号は、バック−トゥ−バックで広いウィンドウ（window）（または、アイ）３１０を有し、ゼロレール（zero rail）３２０で周期的なリップル（ripple）３３０を有することが分かる。
【００２７】
デュオバイナリ光信号が、ゼロレール３２０で周期的なリップル３３０を有することによって、デュオバイナリ光信号の分散特性が向上することについて、実験結果を示して以下に説明する。 
【００２８】
図４は、本実施形態の光送信機の遅延時間を０．８ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号が、１６０km伝送された後にモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。図のように、バック−トゥ−バックの場合に比べて狭くはあるが、デュオバイナリ光信号のウィンドウ３４０が広く開いていることが分かる。 
【００２９】
図５は、本実施形態の光送信機の遅延時間を１ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号を、バック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。図のように、遅延器２７０の遅延時間を１ビット時間に設定した場合に、デュオバイナリ光信号は、バック−トゥ−バックで広いウィンドウ４１０を有するが、ゼロレール４２０で周期的なリップルは有しないことが分かる。 
【００３０】
図６は、本実施形態の光送信機の遅延時間を１ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号が、１６０km伝送された後にモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。図のように、遅延器２７０の遅延時間を０．８ビット時間に設定した場合に比べて、光ファイバの色分散によりデュオバイナリ光信号のウィンドウ４３０が、だいぶ狭くなったことが分かり、全体的な波形が酷く歪んでいることが分かる。 
【００３１】
図７は、本実施形態の光送信機の遅延時間による受信感度変化を示す図である。図７において、伝送距離は、光送信機から出力されるデュオバイナリ光信号を標準単一モード光ファイバ（standard single mode fiber）内に伝播させた距離を表し、Ｔは、１ビット時間に相当する遅延時間定数を表し、ｔは、遅延時間変数を表す。−２１〜−１６dBmの範囲で表現された等価線は、各々当該受信感度（receiver sensitivity）を表す。伝送距離が０kmの場合は、遅延時間が１．０Ｔの場合が、最も良好な受信感度を表し、伝送距離が増えるほど遅延時間が０．５Ｔ〜０．８Ｔの場合において最も良好な受信感度を表すことが分かる。 
【００３２】
図８は、本実施形態の光送信機の遅延時間を０．７Ｔにした場合と、１．０Ｔにした場合とを比較した図である。図のように、遅延器２７０の遅延時間を０．７Ｔに設定した場合には、１．０Ｔに設定した場合に比べて、光ファイバの色分散を補償する必要なしに、伝送距離を約２倍以上増加させることができることが分かる。即ち、遅延時間が１．０Ｔの場合は、約１００kmまで−１９dBm以下の受信感度が得られるが、遅延時間が０．７Ｔの場合は約２００kmまで−１９dBm以下の受信感度が得られる。
【００３３】
図９は、本実施形態の光送信機の最適の遅延時間の範囲を示す図面である。一般的な光通信システムでは、分散補償のための光中継器（optical repeater）間の距離を表すスパン（span）を８０kmに設定する場合が多い。図のように、光送信機の遅延時間を０．５Ｔ〜０．８Ｔに設定した場合に、光信号を２スパンで分散補償なしに伝送可能であることが分かる。即ち、光送信機を既存の８０kmスパンの光通信システムに適用するならば、光中継器の数を半分に減らすことができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一般的なデュオバイナリ光送信機を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態によるデュオバイナリ光送信機を示す図である。
【図３】本実施形態の光送信機の遅延時間を０．８ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。
【図４】本実施形態の光送信機の遅延時間を０．８ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号が１６０km伝送された後にモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。
【図５】本実施形態の光送信機の遅延時間を１ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。
【図６】本実施形態の光送信機の遅延時間を１ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号が１６０km伝送された後にモニタリングしたアイダイヤグラムを示す図である。
【図７】本実施形態の光送信機の遅延時間に係る受信感度変化を示す図である。
【図８】本実施形態の光送信機の遅延時間を０．７Ｔにした場合と１．０Ｔにした場合とを比較した図である。
【図９】本実施形態の光送信機の最適の遅延時間範囲を示す図である。
【図１０】本実施形態の光送信機の光源が出力する光を示す図である。
【図１１】本実施形態の光送信機の非ゼロ復帰-差動位相偏移変調された光信号を示す図である。
【図１２】本実施形態の光送信機の第１の分岐信号を示す図である。
【図１３】本実施形態の光送信機の遅延された第２の分岐信号を示す図である。
【図１４Ａ】本実施形態の光送信機のデュオバイナリ光信号を示す図である。
【図１４Ｂ】本実施形態の光送信機のデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示した図である。
【図１５Ａ】本実施形態の光送信機の遅延時間を０.５ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号を示した図である。
【図１５Ｂ】本実施形態の光送信機の遅延時間を０.５ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示した図である。
【図１６Ａ】本実施形態の光送信機の遅延時間を１．０ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号を示した図である。
【図１６Ｂ】本実施形態の光送信機の遅延時間を１．０ビット時間に設定した場合に得られるデュオバイナリ光信号をバック−トゥ−バックでモニタリングしたアイダイヤグラムを示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
２１０：前符号化器
２２０：第１の増幅器
２３０：第２の増幅器
２４０：光源
２５０：マッハツェンダ光変調器
２６０：分割器
２７０：遅延器
２８０：結合器
３００：遅延干渉計
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
2006106743.tif 000018
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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