(57)【要約】【課題】本発明は、複雑な光回路の設計をすることなく、複数の高価な光部品を使用することなく、安価な直接変調半導体レーザを特定の繰り返し周期を有する電気信号で変調することにより、簡易、かつ、低コストな構成で、光スペクトルが平坦化された光符号多重用の多波長光を発生する光符号多重用多波長光源を提供することを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するため、本発明に係る光符号多重用多波長光源は、多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の複数の光で構成される多波長光の隣接する波長間の周波数間隔に対応する周期の電気信号を出力する信号発生器と、
変調可能な周波数が前記周期以上、かつ、発振波長シフトが前記周期と前記多波長光を構成する複数の光の本数とを乗じた値以上であり、複数の波長チップを波長領域又は光周波数領域の符号に応じて前記多波長光を構成する複数の光の強度差又は位相差の少なくともいずれか一方で符号化するための前記多波長光を出力する直接変調半導体レーザと、を備え、前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下である光符号多重用多波長光源。
【請求項２】
前記多波長光を構成する複数の光の少なくとも１つを同期させる注入同期光を前記直接変調半導体レーザに注入同期するマスターレーザをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光符号多重用多波長光源。
【請求項３】
前記信号発生器の前記電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号の少なくともいずれか一方とを混合する混合器をさらに備え、
前記混合器が混合した前記電気信号で前記直接変調半導体レーザを変調することを特徴とする請求項１又は２に記載の光符号多重用多波長光源。
【請求項４】
前記直接変調半導体レーザが出力する前記多波長光を前記周波数間隔に相当する周期の電気信号で強度変調する強度変調器と、
前記強度変調器及び前記直接変調半導体レーザの変調する位相を調整する位相調整器と、をさらに備え、
前記強度変調器で強度変調された前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光符号多重用多波長光源。
【請求項５】
前記信号発生器の前記電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号の少なくともいずれか一方とを混合する混合器をさらに備え、
前記混合器が混合した前記電気信号で前記強度変調器を変調することを特徴とする請求項４に記載の光符号多重用多波長光源。
【請求項６】
前記信号発生器が出力する前記電気信号の強度が略０の時に、前記伝送用データ信号の符号の値を切り替えることを特徴とする請求項３又は５に記載の光符号多重用多波長光源。
【請求項７】
符号化処理を行なう符号器又は復号化処理を行なう復号器の少なくとも一方を通過して前記符号器により符号化された後或いは前記符号器による符号化と前記復号器による復号化とをされた後の前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光符号多重用多波長光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の技術分野に関し、特に、所定の周波数間隔の多波長光を発生する光符号多重用多波長光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長領域あるいは光周波数領域の符号に応じて複数の波長チップあるいは光周波数チップの光強度差または位相差の少なくともいずれか一方で符号化した符号化光で通信を行なう光符号多重通信では、複数の波長チップとして符号化するための平坦な多波長光を出力する多波長光源が必要である。
【０００３】
従来、光通信において平坦な光スペクトルを有する多波長光一括発生法として、非線形光ファイバの透過によるスーパコンティニューム（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）発生により得られた平坦化連続光スペクトルを用いる方法や、モード同期レーザにより得られた光パルスの繰り返し周波数間隔で周波数軸上に並んだ光スペクトルを用いる方法や、種光源からの光とその変調による変調サイドバンド発生により得られた変調周波数間隔で周波数軸上に並んだ光スペクトルを用いる方法がある。最後の例として、例えば、非特許文献１で開示される方法がある。非特許文献１で開示される方法では、３ｄＢ以下の光スペクトルの平坦度が実現されている。
【非特許文献１】Ｍ．Ｆｕｊｉｗａｒａ  ｅｔ  ａｌ，“Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  １２．５  ＧＨｚ  ｓｐａｃｅｄ  ２５６  ｃｈａｎｎｅｌｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ  ｈｙｂｒｉｄ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．９６７−９６８，Ｊｕｌ．２００１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、スーパコンティニューム発生を用いた多波長光一括発生法においては、非線形光ファイバの製作は容易でなく、時間とコストが掛かる問題があった。モード同期レーザを用いた多波長光一括発生においては、平坦な光スペクトルを実現するために、光短パルスをデューティ比とそれに応じた光フィルタの透過特性の設計が困難であり、かつ、高価であるという問題があった。変調サイドバンド発生を用いた多波長光一括発生法においては、位相変調器と強度変調器の複数の変調器を組み合わせて用いているため、コストが高いという問題があった。
【０００５】
本発明は、複雑な光回路の設計をすることなく、また、複数の高価な光部品を使用することなく、安価な直接変調半導体レーザを特定の繰り返し周期を有する電気信号で変調することにより、簡易、かつ、低コストな構成で、光スペクトルが平坦化された光符号多重用の多波長光を発生する光符号多重用多波長光源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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る光符号多重用多波長光源は、多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることを特徴とする。
【０００７】
具体的には、本発明に係る光符号多重用多波長光源は、異なる波長の複数の光で構成される多波長光の隣接する波長間の周波数間隔に対応する周期の電気信号を出力する信号発生器と、変調可能な周波数が前記周期以上、かつ、発振波長シフトが前記周期と前記多波長光を構成する複数の光の本数とを乗じた値以上であり、複数の波長チップを波長領域又は光周波数領域の符号に応じて前記多波長光を構成する複数の光の強度差又は位相差の少なくともいずれか一方で符号化するための前記多波長光を出力する直接変調半導体レーザと、を備え、前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることを特徴とする。
【０００８】
上記の光符号多重用多波長光源は、複雑な光回路の設計をすることなく、また、複数の高価な光部品を使用することなく、安価な直接変調半導体レーザを特定の繰り返し周期を有する電気信号で変調することにより、簡易、かつ、低コストな構成で、光スペクトルが平坦化された光符号多重用の多波長光を発生することができる。
【０００９】
本発明に係る光符号多重用多波長光源では、前記多波長光を構成する複数の光の少なくとも１つを同期させる注入同期光を前記直接変調半導体レーザに注入同期するマスターレーザをさらに備えることが好ましい。
【００１０】
上記の光符号多重用多波長光源は、注入同期により出力する前記多波長光の波長安定化を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る光符号多重用多波長光源では、前記信号発生器の前記電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号の少なくともいずれか一方とを混合する混合器をさらに備え、前記混合器が混合した前記電気信号で前記直接変調半導体レーザを変調することが好ましい。
【００１２】
上記の光符号多重用多波長光源は、伝送用データ信号又は時間領域の符号或いはそれら両方で変調するための外部変調器を別途準備する必要がない。
【００１３】
本発明に係る光符号多重用多波長光源では、前記直接変調半導体レーザが出力する前記多波長光を前記周波数間隔に相当する周期の電気信号で強度変調する強度変調器と、前記強度変調器及び前記直接変調半導体レーザの変調する位相を調整する位相調整器と、をさらに備え、前記強度変調器で強度変調された前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることが好ましい。
【００１４】
上記の光符号多重用多波長光源は、強度変調と周波数変調とを同一の素子で実現することが可能で、従来技術に比べて部品数が少ないままで、自由度が高く調整が容易である利点を有する。
【００１５】
本発明に係る光符号多重用多波長光源では、前記信号発生器の前記電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号の少なくともいずれか一方とを混合する混合器をさらに備え、前記混合器が混合した前記電気信号で前記強度変調器を変調することが好ましい。
【００１６】
上記の光符号多重用多波長光源は、伝送用データ信号又は時間領域の符号或いはそれら両方で変調するための外部変調器を別途準備する必要がない。
【００１７】
本発明に係る光符号多重用多波長光源では、前記信号発生器が出力する前記電気信号の強度が略０の時に、前記伝送用データ信号の符号の値を切り替えることが好ましい。
【００１８】
上記の光符号多重用多波長光源は、高調波による雑音を低減することができる。
【００１９】
本発明に係る光符号多重用多波長光源では、光源で出力した後に符号化処理を行なう符号器又は復号化処理を行なう復号器の少なくとも一方を通過して前記符号器により符号化された後或いは前記符号器による符号化と前記復号器による復号化とをされた後の前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることが好ましい。
【００２０】
上記の光符号多重用多波長光源は、前記多波長光を構成する複数の光の強度差及び前記多波長光の信号対雑音比に関する要求条件を緩和することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、複雑な光回路の設計をすることなく、また、複数の高価な光部品を使用することなく、安価な直接変調半導体レーザを特定の繰り返し周期を有する電気信号で変調することにより、簡易、かつ、低コストな構成で、光スペクトルが平坦化された光符号多重用の多波長光を発生する光符号多重用多波長光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、同一部材及び同一部位には同一符号を付した。
【００２３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の基本原理について、図１を参照して説明する。第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、異なる波長の複数の光で構成される多波長光の隣接する波長間の周波数間隔に対応する周期の電気信号を出力する信号発生器と、変調可能な周波数が前記周期以上、かつ、発振波長シフトが前記周期と前記多波長光を構成する複数の光の本数とを乗じた値以上であり、複数の波長チップを波長領域又は光周波数領域の符号に応じて前記多波長光を構成する複数の光の強度差又は位相差の少なくともいずれか一方で符号化するための前記多波長光を出力する直接変調半導体レーザと、を備え、前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下である。図１の光符号多重用多波長光源１００は、信号発生器としての繰返し周期発生器１１０及び直接変調半導体レーザ１２０を備える。
【００２４】
直接変調半導体レーザ１２０は、繰返し周期発生器１１０の電気信号の出力により、発振光周波数変動幅が多波長光を構成する複数の光の本数と周波数間隔とを乗じた値以上、かつ、多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下となる発振閾値以上の平均電流と変調度で直接変調される。直接変調の際、直接変調半導体レーザ１２０の出力強度と発振光周波数とが同時に変調される。直接変調による発振光周波数変調は、下記数１で示される（例えば、非特許文献２を参照。）。ここで、αはαパラメータ、「‘」は時間微分、ｔは時間、εは利得抑制係数及びτｐは光子寿命である。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
【非特許文献２】生島他著「１０Ｇｂｐｓ直接変調用１．５５μｍＤＦＢ‐ＬＤにおける波長チャープのバイアス電流依存性の検討」２００２年信学会ソサエティ大会Ｂ‐１０‐５２
【００２７】
ここで、多波長光の信号対雑音比の所定の値は、例えば、所定の符号誤り率が１０−９であるとすれば、その実現のために２１．６ｄＢが必要となる。また、多波長光の信号対雑音比の所定の値は、符号器、復号器及び伝送路で多波長光の信号対雑音比が１０ｄＢ劣化するのであれば、その劣化を見込んだ３１．６ｄＢが必要となる。
【００２８】
多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値は、例えば、符号器及び復号器が強度差を補正する機能を備えていればその補正機能で許容される強度差まで、符号間干渉に対する許容度が高ければ３ｄＢ、十分な強度差として１ｄＢとなる。符号間干渉に対する許容度が低い例は、非特許文献３で示される。
【００２９】
【非特許文献３】Ｊｅｎ−Ｆａ  Ｈｕａｎｇ他「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ  ｆｏｒ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｆｌａｔｎｅｓｓ  ｔｏ  Ｒｅｄｕｃｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ａｃｃｅｓｓ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＣＤＭＡ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｄｅｒ／Ｄｅｃｏｄｅｒｅｓ（ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２２，ＮＯ．３，ｐｐ．７３９−７４５  ＭＡＲＣＨ  ２００４
【００３０】
周波数変動を示す数１の前半は、ダイナミックチャープに関する項であり、変調度が大きい時に支配的となり、数１の後半は、断熱チャープに関する項で平均電流に対する変調度が小さい場合に支配的となる。正弦波による小信号変調を例にすると明らかなように、ダイナミックチャープは、変調信号に対してπ／２位相がずれ、断熱チャープは、変調信号と同位相となる。従って、平均電流に対する変調電流の大きさを大きくするにつれて、強度変調に対する周波数変調の位相が変化する。また、正弦波変調でも変調度を大きくしていくと、変調光の出力する時間幅が次第に細くなり、光周波数変化が単調増加又は減少するガウシアンパルス、さらには、スーパーガウシアンパルスに近似する（例えば、非特許文献４を参照。）。
【００３１】
【非特許文献４】アグラワール著「非線形ファイバー光学」原書第２版吉岡書店、１９９７年、ｐｐ７８−７９
【００３２】
このパルス幅の狭窄化に伴い、実効的な強度変調の変調周波数が上昇し、緩和振動周波数に近づく。緩和振動周波数付近で、強度変調と周波数変調の位相関係がπ回転することが知られている（例えば、非特許文献５を参照。）。
【００３３】
【非特許文献５】応用物理学会編「半導体レーザの基礎」オーム社、ｐ．５０
【００３４】
従って、平均電流と変調電流を制御することで、強度変調と周波数変調の位相を調整することができる。次に、強度変調と周波数変調の位相調整により、多波長光間の強度差を低減できることを、小信号変調の光スペクトルの下記数２を用いて示す（例えば、非特許文献６を参照。）。ここで、Ｊｎはｎ次ベッセル関数、δはδ関数、ｍは強度変調指数、ｆ０は無変調時の角周波数、ｆｍは変調角周波数、βは周波数変調指数（ここで、β＝ΔＦ／ｆｍ）、ΔＦは最大角周波数偏移及びΦは伝達関数の位相遅れであり、平均電流と変調周波数の関数である。
【００３５】
【非特許文献６】Ｈ．Ｏｌｅｓｅｎ，ｅｔ  ａｌ，“Ａ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｆｉｅｌｄｓ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒａ”，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．ＱＥ−１８，ｎｏ．１２，ｐｐ２０６９−２０８０，１９８２
【００３６】
【数２】
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【００３７】
ベッセル関数の特性から、少なくともｎｆｍがβ以上となるｎの値に相当するサイドバンドとキャリアからなる多波長光が生成される。非特許文献６によれば、パラメータβとΦは、それぞれ１から１０及び０から−π／２の値を取る。これらの値を用いて、位相関係の偏光による平坦度の変化の例を図２に示す。図２には、Φ＝０の場合を一点鎖線、Φ＝−π／４の場合を破線及びΦ＝−π／２の場合を実線で示す。図２より、ｍ＝１及びΦ＝−π／２で、強度差が最小の２．４５ｄＢとなることがわかる。図２では、小信号変調の近似値を用いたので、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源が前提とする大信号変調には直接当てはまらないが、位相調整により多波長光の強度差を低減できる傾向が示されている。図２で示されるように、数２に従えば、強度変調と周波数変調の位相差が略π／２となることが好ましい。
【００３８】
なお、図１の直接変調半導体レーザ１２０及び直接変調半導体レーザ１２０を変調する電気信号と所定の位相関係で同期して変調する強度変調器（不図示）を縦列して接続し、直接変調半導体レーザ１２０の出力光を強度変調することにより、直接変調半導体レーザ１２０における強度変調と周波数変調の位相差と変調度の設定の自由度を向上させることができる。この自由度の向上により、出力光スペクトルの平坦化と広帯域化の両立が容易となる。
【００３９】
また、繰返し周期発生器１１０の電気信号と、繰返し周期発生器１１０の繰り返し周期以下の伝送速度の伝送用データ信号とを混合するミキサー又はコンバイナからなる混合器（不図示）を直接変調半導体レーザ１２０又は強度変調器のいずれか一方又は両方の電気信号の入力の前段に備えることで、多波長光一括発生とデータ変調又は時間領域の符号化或いはこれら両方とを同時に行なうことができる。データ変調と時間領域の符号化を行なうときは、両方を単一の混合器に入力してもよいし、混合器をカスケードに接続して入力しても良い。多波長光の異なる波長の光同士の位相があっている場合は、繰返し周期発生器１１０の電気信号の周期が伝送用データ信号又は時間領域の符号の周期より小さくても良い。異なる場合は、繰返し周期発生器１１０の電気信号の周期が伝送用データ信号又は時間領域の符号の周期よりも十分大きくなることが好ましい。特に、整数倍であれば、位相のずれによる強度変化を平均化することができるのでより好ましい。なお、この場合、高調波の発生を抑えるために、繰返し周期発生器１１０の電気信号の出力が略０の時に伝送用データ信号の符号の値を切り替えるように位相を合わせる位相調整器（不図示）を備えることが好ましい。
【００４０】
第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第１形態を図３に示す。図３の光符号多重用多波長光源１００は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、光符号のチップの波長に対応する波長で出力光を出力するように発振閾値以上の平均電流を印加する直流電源１３０、温度を調整する温度調整器（不図示）、及び、直流電源１３０の直流成分と繰返し周期発生器１１０の変調成分とをそれぞれ混合して直接変調半導体レーザ１２０に印加するバイアスティ１４０を備える。ここで、繰返し周期発生器１１０が所定の直流成分と変調成分を出力できる場合には、直流電源１３０、バイアスティ１４０及び繰返し周期発生器１１０を、図１に示すように、繰返し周期発生器１１０に置き換えることができる。直接変調半導体レーザ１２０は、電気信号により多波長光の隣接する波長間隔に相当する周波数に直接電気信号で変調でき、変調に伴う所定のチャープが出力光に発生するレーザであればよいので、外部共振器付レーザであっても良い。繰返し周期発生器１１０の変調成分により、直接変調半導体レーザ１２０は、強度変調される。直接変調半導体レーザ１２０は、強度変調と共に、屈折率の変化を介して周波数変調される。直接変調半導体レーザ１２０からは、強度変調と周波数変調を受けた多波長光が出力される。
【００４１】
ここで、周波数変調に関わる発振光周波数変調は、数１の前半がダイナミックチャープの項で通常強度変調と位相が異なる。数１の後半が断熱チャープの項であり、強度変調と同位相である。変調度を大きくする程、断熱チャープの影響に対するダイナミックチャープの影響が著しくなる。さらに、変調度を上げて逆バイアスありとすると、実効的な強度変調のパルスが狭くなり、実効的な変調周波数の増加となり、緩和振動周波数に近づくことで非線形な影響が大きくなる。上述のように、直接変調半導体レーザ１２０に印加する直流成分と変調成分の設定により、強度変調及び周波数変調の変調度と位相差を調整し、従来例と同様に、出力光スペクトルを平坦化することができる。図４に、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の光スペクトルの例を示す。非特許文献１で開示される技術と同様に、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源で図４に示すように強度差が３ｄＢ以下に抑えることができる。図４では、９本の多波長光の強度差が２．７ｄＢである。なお、平均電流と変調度は多波長光を構成する各波長の光の強度差が所定の値以下となるだけでなく、多波長光の信号対雑音比が所定の値以下となるように設定する。
【００４２】
第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第２形態を図５に示す。図５の光符号多重用多波長光源１００の動作確認を行ったときの構成である。光符号多重用多波長光源１００は、繰返し周期発生器１１０及び直接変調半導体レーザ１２０を備える。さらに図５には、データ変調用の強度変調器１５０、マッハツエンダー干渉計１６０、パターン発生器１７０、偏光制御器１８０、偏光合波素子１８５、光増幅器１９０、電気フィルタ２００、差動光検出器２０５及びオシロスコープ２１０を示した。
【００４３】
図５の光符号多重用多波長光源１００で図４に示す強度差が３ｄＢ以下の９本の多波長光を用いた場合において、図６（ａ）に符号長が８の「１０１０１０１０」の符号に対する符号光を示し、図６（ｂ）に符号長が８の「１１００１１００」の符号に対応する符号光を示す。
【００４４】
また、図７に、符号「１０１０１０１０」に対応する復号器で復号した後のアイパターンを示す。図７（ａ）は、復号器の符号に対応する符号光を受信した場合であり、図７（ｂ）は、復号器の符号と異なる符号光を受信した場合であり、図７（ｃ）は、復号器の符号に対応する符号光及び復号器の符号と異なる符号光の両方を同時に受信した場合である。図７（ｂ）に示すように、対応しない符号光を受信した場合は信号出力がない。一方、図７（ｃ）では、復号器の符号と異なる符号光が存在しても復号器の符号に対応する符号光を復号できる。従って、図７に示されるように、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、光符号多重が可能である。以上のように、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、従来の強度変調器と位相変調器を組み合わせた変調サイドバンドによる多波長光一括発生法と比べて、複雑な光回路の設計をすることなく、複数の高価な光部品を使用することなく、簡易、かつ、低コストな構成で、光スペクトルが平坦化された光符号多重用の多波長光を発生することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る光符号多重用多波長光源について、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源と異なる点を中心に説明する。第２実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、前記多波長光を構成する複数の光の少なくとも１つを同期させる注入同期光を前記直接変調半導体レーザに注入同期するマスターレーザをさらに備えることが好ましい。図８に、第２実施形態に係る光符号多重用多波長光源を示す。図８の光符号多重用多波長光源１０１は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、直流電源１３０、バイアスティ１４０、マスター光を出力するマスターレーザ２２０及び直接変調半導体レーザ１２０の入出力ポートに接続され、マスター光を直接変調半導体レーザ１２０に注入しつつ光を出力するためのサーキュレータ
２３０を備える。ここで、マスター光の波長と強度は、直接変調半導体レーザ１２０の多波長光を構成する複数の光の少なくとも１つを同期させる注入同期光である。また、直接変調半導体レーザ１２０に光を入出力できればよいので、サーキュレータ
２３０は、カプラ（不図示）と置き換えても良い。
【００４６】
光符号多重用多波長光源１０１は、注入同期により出力する多波長光の波長安定化を図ることができる。さらに、強度が弱い波長の光に注入同期することで当該波長周辺の波長の光の強度を高め、平坦化が向上する効果がある。また、注入同期光により、誘導放出が促され、自然放出による確率的な発振までのタイミングの揺らぎを縮小することができるので、タイミングジッタの向上が期待できる。特に、マスター光を、センター局等から与えられるタイミングに応じて変調した変調光とする場合、マスター光の入力タイミングに発振タイミングを引き込むことが可能であるので、所定のタイミングに同期した出力光とすることも可能である。また、発振閾値を電気信号の直流成分と変調成分の和以下とし、マスター光又は他の光の注入により発振するように調整した上で、マスター光又は他の光を伝送用データ信号に従って変調しておけば、注入光によるデータ変調も可能である。
【００４７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源について、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源と異なる点を中心に説明する。第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、前記直接変調半導体レーザが出力する前記多波長光を前記周波数間隔に相当する周期の電気信号で強度変調する強度変調器と、前記強度変調器及び前記直接変調半導体レーザの変調する位相を調整する位相調整器と、をさらに備え、前記強度変調器で強度変調された前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることが好ましい。図９に、第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源を示す。図９の光符号多重用多波長光源１０２は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、直流電源１３０、バイアスティ１４０、強度変調器１５０、分岐器２４０、位相調整器２５０、増幅器２６０を備える。光符号多重用多波長光源１０２は、繰返し周期発生器１１０の電気信号を分岐器２４０により分岐し、一方を直接変調半導体レーザ１２０に入力し、他方を位相調整器２５０及び増幅器２６０の組を介して強度変調器１５０に入力する。ここで、位相調整器２５０及び増幅器２６０の組は、直接変調半導体レーザ１２０の側に挿入してもよく、直接変調半導体レーザ１２０の側と強度変調器１５０の側の双方に挿入しても良い（不図示）。また、繰返し周期発生器１１０及び分岐器２４０の組を、互いに同期した複数の繰返し周期発生器１１０に置き換えても良い（不図示）。直接変調半導体レーザ１２０の出力光は、強度変調器１５０を介して外部に出力される。ここで、位相調整器２５０は、直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０とを接続する光路の距離及び繰返し周期発生器１１０からの直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０までの遅延を考慮して位相を調整する。増幅器２６０は、直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０のそれぞれにとって適正な強度の電気信号となるように調整する。光符号多重用多波長光源１０２は、強度変調と周波数変調とを同一の素子で実現可能であり、自由度が高く調整が容易である利点を有する。
なお、光符号多重用多波長光源１０２は、増幅器２６０を減衰器（不図示）に置き換えても良い。
【００４８】
まず、光符号多重用多波長光源１０２の調整の自由度を、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源と比較して説明する。小信号変調の場合、直接変調半導体レーザ１２０の出力電界は、下記数３で示される。さらに、強度変調器１５０を経由した後の出力電界は、下記数４で示される。数３及び数４において、ｍ１は直接変調半導体レーザ１２０の変調強度，ｍ２は強度変調器１５０の変調強度、β１は直接変調半導体レーザ１２０の周波数変調指数、β２は強度変調器１５０の周波数変調指数及びγは直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０の変調の位相差である。
【００４９】
【数３】
2008145797.tif 000005
【００５０】
【数４】
2008145797.tif 000006
【００５１】
数４で示されるように、直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０の位相差γの調整により、強度変調と周波数変調の位相差を直接変調半導体レーザ１２０の変調度から独立させて調整することができる。従って、光符号多重用多波長光源１０２は、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源と比べて、調整がより容易な効果がある。
【００５２】
図１０に、第３実施形態における直接変調半導体レーザの出力スペクトル及び強度変調器の出力スペクトルの例を示す。図１０に示されるように、第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、強度差３ｄＢ以下の光が５本から７本に増加していることがわかる。第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、強度変調器を備えることで、直接変調半導体レーザが出力する多波長光の波長の平坦度が少なくても、波長が平坦化された多波長光を出力することができる。
【００５３】
次に、第３実施形態における多波長光の波長の平坦化について説明する。大信号変調では、正弦波変調であっても、パルスの始まりから終わりにかけて光周波数が単調に減少又は増加するガウシアンパルスと近似できる。光周波数が単調変化しているので、強度分布が大きい光周波数部分、すなわち、中心周波数の近傍の光強度を強度変調器で減少させることで、その強度を平坦化することができる。これと類似するものとして、モード同期レーザ等のチャープしていないパルス光源、光源の出力光をチャープさせるための分散媒質及び、分散媒質を経由した出力光を強度変調する強度変調器から構成される光源がある。前記の構成の光源と比べて、第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、パルスをチャープさせるための分散媒質が不要であるので、小型化が可能である。さらに、第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、直接変調半導体レーザ及び強度変調器を組み合わせて、ＥＡ‐ＤＦＢ‐ＬＤのように一体化することも可能である。
【００５４】
第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、モード同期レーザに比べて安価な直接変調半導体レーザと単一の強度変調器を備えるので、安価、かつ、少ない構成部品で構成できる利点がある。なお、第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、直接変調半導体レーザと強度変調器との間或いは強度変調器の出力の側にサーキュレータ及びマスターレーザを備え、第２実施形態に係る光符号多重用多波長光源と同様にマスター光を注入しても良い。
【００５５】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源について、第１実施形態及び第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源と異なる点を中心に説明する。第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、前記信号発生器の前記電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号の少なくともいずれか一方とを混合する混合器をさらに備え、前記混合器が混合した前記電気信号で前記直接変調半導体レーザを変調することが好ましい。第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第１形態を図１１に示す。図１１の光符号多重用多波長光源１０３は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、直流電源１３０、バイアスティ１４０、及び、繰返し周期発生器１１０の電気信号と伝送用データ信号とを混合する混合器２７０を備える。或いは、第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、前記信号発生器の前記電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号の少なくともいずれか一方とを混合する混合器をさらに備え、前記混合器が混合した前記電気信号で前記強度変調器を変調することが好ましい。第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第２形態を図１２に示す。図１２の光符号多重用多波長光源１０３は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、直流電源１３０、バイアスティ１４０、強度変調器１５０、分岐器２４０、位相調整器２５０、増幅器２６０、及び、混合器２７０を備える。混合器２７０は、混合した信号を直接変調半導体レーザ１２０、強度変調器１５０又はバイアスティ１４０に出力する。混合器２７０は、電力和、電流和や電圧和を出力するコンバイナであっても良く、ミキサーでも良い。混合器２７０をコンバイナとする場合、伝送用データ信号の符号の値が０の場合でも両電気信号を乗じた出力電気信号の平均値が略０とならないので、伝送用データ信号に対する消光比が小さい場合に適用できる。混合器２７０をミキサーとする場合、伝送用データ信号の符号の値が０又は１のいずれかの時に両電気信号を乗じた出力電気信号の平均値が略０となるようにすれば、伝送用データ信号に対する消光比を大きくすることができる。混合器２７０は、位相調整器２５０及び増幅器２６０の後段に配置されているが、位相調整器２５０と増幅器２６０の間、或いは、位相調整器２５０及び増幅器２６０の前段に配置されても良い。位相調整器２５０及び増幅器２６０は、直接変調半導体レーザ１２０の側に配置されても良く、直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０の分岐する箇所に配置されても良い。また、混合器２７０は、時間領域で符号化を行なう場合は、伝送用データ信号の代わりに、時間領域の符号化を混合しても良い。この場合、時間領域の符号化を行なうための変調器や符号器を用いることなく、符号化を行なうことができる利点がある。時間領域の符号化と伝送用データ信号での変調との両方を同時に行っても良い。
【００５６】
第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、前記信号発生器が出力する前記電気信号の強度が略０の時に、前記伝送用データ信号の符号の値を切り替えることが好ましい。高調波による雑音を減少させるために、繰返し周期発生器１１０の出力が略０となる時に、伝送用データ信号の符号の値、例えば、０と１とを切り替えるタイミングが来るように位相調整器２５０を調整することが好ましい。この場合、伝送用データ信号の伝送速度と繰返し周期発生器１１０の周期が自然倍数の関係にあれば、上記のタイミングが外れる回数が減少するのでより好ましい。
【００５７】
光符号多重用多波長光源１０３は、伝送用データ信号又は時間領域の符号或いはそれら両方で変調するための外部変調器を別途準備する必要がなくなる。なお、第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、直接変調半導体レーザと強度変調器との間或いは強度変調器の出力の側にサーキュレータ及びマスターレーザを備え、第２実施形態に係る光符号多重用多波長光源と同様にマスター光を注入しても良い。
【００５８】
図１４，図１５に、それぞれ図１１，図１２に対応する光符号多重用多波長光源を示す。図１４の光符号多重用多波長光源１０３は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、直流電源１３０、バイアスティ１４０、マスター光を出力するマスターレーザ２２０、直接変調半導体レーザ１２０の入出力ポートに接続され、マスター光を直接変調半導体レーザ１２０に注入し出力するためのサーキュレータ２３０、及び、繰返し周期発生器１１０の電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号化を行なう信号或いはこれら両方を混合した信号とを混合する混合器２７０を備える。
【００５９】
図１５の光符号多重用多波長光源１０３は、繰返し周期発生器１１０、直接変調半導体レーザ１２０、直流電源１３０、バイアスティ１４０、強度変調器１５０、マスター光を出力するマスターレーザ２２０、直接変調半導体レーザ１２０の入出力ポートと強度変調器１５０の入力ポートに接続され、マスター光を直接変調半導体レーザ１２０に注入し多波長光を強度変調器１５０に出力するためのサーキュレータ２３０、分岐器２４０、位相調整器２５０、増幅器２６０、及び、繰返し周期発生器１１０の電気信号と伝送用データ信号又は時間領域の符号化を行なう信号或いはこれら両方を混合した信号とを混合する混合器２７０を備える。
【００６０】
ここで、マスター光の強度と波長は、直接変調半導体レーザ１２０の多波長光を構成する複数の光の少なくとも１つに同期させる注入同期光である。注入同期及び注入同期光の調整と効果は、第２実施形態に光符号多重用多波長光源と同様である。なお、図１５では、直接変調半導体レーザ１２０と強度変調器１５０との間にマスター光を直接変調半導体レーザ１２０に注入し出力光を出力するためのサーキュレータ２３０を挿入しているが、強度変調器１５０によるマスター光に対する変調の影響を考慮した条件で注入同期すれば、強度変調器１５０の出力に配置しても良い。
【００６１】
（第５実施形態）
第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源について、第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源と異なる点を中心に説明する。第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、多波長光を構成する複数の光の強度差と多波長光の信号対雑音比に関する条件が緩和されている。第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、符号化処理を行なう符号器又は復号化処理を行なう復号器の少なくとも一方を通過して前記符号器により符号化された後或いは前記符号器による符号化と前記復号器による復号化とをされた後の前記多波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、前記多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であることが好ましい。第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、多波長光が光符号多重で用いる符号器又は復号器の少なくとも一方を通過することを利用する。符号器又は復号器の少なくとも一方を通過した後に波長光の信号対雑音比が所定の値以上、かつ、多波長光を構成する複数の光の強度差が所定の値以下であれば良い。第１実施形態から第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源では、符号器での符号化の際に遮断される波長の光についても平坦化が要求されるが、第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、符号器で遮断される波長の光の遮断前の光の強度が大きすぎる又は小さすぎる場合でも、符号化の障害とならない限り波長の平坦化が要求されない。第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、符号器及び復号器の特性を考慮しているので、符号で伝送しない波長の光を所定の信号対雑音比の調整の対象から除外しても良い。従って、その波長が出力されない調整値であっても良い。
【００６２】
図１３に、符号器を通過した多波長光の信号対雑音比が改善した例を示す。図１３（ａ）に示すように、強度が最小の光と雑音成分との強度差が９．７ｄＢしかない。一方、図１３（ｂ）に示すように、符号器を通過した後では、雑音成分が符号器により除去され、強度が最小の光と雑音成分との強度差が１６．３ｄＢまで拡大している。このように、第５実施形態に係る光符号多重用多波長光源は、符号器又は符号器と復号器の組を通過した際の符号器又は符号器と復号器の組による光の阻止特性を考慮することで、多波長光の信号対雑音比の要求条件を緩和することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る光符号多重用多波長光源は、光ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信網の光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の基本原理を説明する図である。
【図２】位相関係の偏光による平坦度の変化の例を示すグラフである。
【図３】第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第１形態を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の光スペクトルの例を示すグラフである。
【図５】第１実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第２形態を示す図である。
【図６】光符号の例を示すグラフである。
【図７】符号「１０１０１０１０」に対応する復号器で復号した後のアイパターンを示す画像である。
【図８】第２実施形態に係る光符号多重用多波長光源を示す図である。
【図９】、第３実施形態に係る光符号多重用多波長光源を示す図である。
【図１０】第３実施形態における直接変調半導体レーザの出力スペクトル及び強度変調器の出力スペクトルの例を示すグラフである。
【図１１】第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第１形態を示す図である。
【図１２】第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第２形態を示す図である。
【図１３】符号器を通過した多波長光の信号対雑音比が改善した例を示すグラフである。
【図１４】第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第３形態を示す図である。
【図１５】第４実施形態に係る光符号多重用多波長光源の第４形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００，１０１，１０２，１０３：光符号多重用多波長光源
１１０：繰返し周期発生器
１２０：直接変調半導体レーザ
１３０：直流電源
１４０：バイアスティ
１５０：強度変調器
１６０：マッハツエンダー干渉計
１７０：パターン発生器
１８０：偏光制御器
１８５：偏光合波素子
１９０：光増幅器
２００：電気フィルタ
２０５：差動光検出器
２１０：オシロスコープ
２２０：マスターレーザ
２３０：サーキュレータ
２４０：分岐器
２５０：位相調整器
２６０：増幅器
２７０：混合器
【図１】
2008145797.tif 000007
【図２】
2008145797.tif 000008
【図３】
2008145797.tif 000009
【図４】
2008145797.tif 000010
【図５】
2008145797.tif 000011
【図６】
2008145797.tif 000012
【図７】
2008145797.tif 000013
【図８】
2008145797.tif 000014
【図９】
2008145797.tif 000015
【図１０】
2008145797.tif 000016
【図１１】
2008145797.tif 000017
【図１２】
2008145797.tif 000018
【図１３】
2008145797.tif 000019
【図１４】
2008145797.tif 000020
【図１５】
2008145797.tif 000021