(57)【要約】【課題】外部変調器を用いる光送信回路において、変調器駆動回路の出力振幅が不十分で、十分なオン／オフ比が得られない光変調信号のオン／オフ比を改善する。【解決手段】２波長光源から出力される光周波数ｆ１  とｆ２（ｆ２−ｆ１  ＝Δｆ≠０）の連続光を外部変調器で電気信号（送信信号）により同時に強度変調し、その強度変調された光周波数ｆ１  とｆ２  の光変調信号を非線形媒質に入力して光周波数ｆ３（＝２ｆ２−ｆ１  ）の四光波混合光を発生させ、光フィルタを介して四光波混合光のみを選択して出力する構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数ｆ１  とｆ２  （ｆ２−ｆ１＝Δｆ≠０）の連続光を同時に出力する２波長光源と、
前記光周波数ｆ１  とｆ２  の連続光を入力し、外部から印加される電気信号により同時に強度変調する外部変調器と、
送信する電気信号を前記外部変調器に印加する変調器駆動回路と、
前記電気信号により強度変調された光周波数ｆ１  とｆ２  の光変調信号を入力して光周波数ｆ３（＝２ｆ２−ｆ１  ）の四光波混合光を発生させる非線形媒質と、
前記非線形媒質の出力光から前記光周波数ｆ３  の四光波混合光のみを選択して出力する光フィルタとを備えたことを特徴とする光送信回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記２波長光源は、光周波数ｆ１  とｆ２  の連続光をそれぞれ出力するレーザ光源と、その出力光を合波する光合波器により構成されたことを特徴とする光送信回路。
【請求項３】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記２波長光源は、光周波数ｆ１＋Δｆ／２  の連続光を出力するレーザ光源と、その出力光を周波数Δｆ／２のクロック信号で変調し、光周波数ｆ１  とｆ１  ＋Δｆ（＝ｆ２  ）の連続光を出力するマッハツェンダ型光変調器により構成されたことを特徴とする光送信回路。
【請求項４】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記外部変調器は、電界吸収型光変調器であることを特徴とする光送信回路。
【請求項５】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記非線形媒質は、光ファイバであることを特徴とする光送信回路。
【請求項６】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記非線形媒質は、半導体光増幅器であることを特徴とする光送信回路。
【請求項７】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記外部変調器は電界吸収型光変調器であり、前記非線形媒質は半導体光増幅器であり、それらが集積化された構成であることを特徴とする光送信回路。
【請求項８】
請求項１に記載の光送信回路において、
前記外部変調器を第１の外部変調器とし、その入力側または出力側に前記連続光または前記光変調信号を所定のクロック信号で変調してパルス化する第２の外部変調器を備えたことを特徴とする光送信回路。
【請求項９】
請求項８に記載の光送信回路において、
前記第１の外部変調器および前記第２の外部変調器はともに電界吸収型光変調器であり、それらが集積化された構成であることを特徴とする光送信回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速・波長多重光通信システムに用いる光送信回路に関する。特に、外部変調方式を用い、高品質な光変調信号を生成する光送信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光ファイバ通信システムは、波長多重伝送技術の進展で大容量化が加速しているが、並行して１波長当たりの信号速度の高速化も進んでいる。商用レベルでは１波長当たり１Ｇｂｉｔ／ｓ  が実現されており、すでに１波長当たり４０Ｇｂｉｔ／ｓ  が研究開発されている。１波長当たりの信号速度の向上は、周波数利用効率を比較的容易に向上できることから大容量化に有利と見られている。実際に、総容量３Ｔｂｉｔ／ｓ  を越えるような伝送実験の報告では、ほとんどが１波長当たり４０〜４３Ｇｂｉｔ／ｓ  の光送信回路を使用している。
【０００３】
このような超高速の光変調信号を生成する光送信回路には、外部変調器としてニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器（ＬＮ製ＭＺＭ）や、半導体の電界吸収効果を用いた電界吸収型光変調器が用いられる。このような外部変調器を用いた光送信回路は、直接変調方式に比べて生成される光変調信号のチャーピング等が小さいので、信号の高速化に伴って伝送路媒質の群速度分散によって引き起こされる波形劣化の影響を抑えることができ、伝送距離の長距離化に有利になっている。
【０００４】
ところで、外部変調器は、印加する電気信号の電圧が３〜６Ｖｐ−ｐ  と比較的高いために、広帯域な周波数特性をもつ高出力の変調器駆動回路が必要となる。また、変調器駆動回路に入力される電気信号の振幅は  ０．５〜１Ｖｐ−ｐ  と小さいために、利得も大きくなくてはならない。変調器駆動回路は、このような広帯域、高出力、高利得の３つの要件を満たす必要があり、４０Ｇｂｉｔ／ｓ  の光送信回路に用いる変調器駆動回路の実現は容易ではない。また、今後  １００Ｇｂｉｔ／ｓ  を越える光変調信号を生成する光送信回路を実現する場合には、対応する変調器駆動回路の実現が大きな課題になる。
【０００５】
一方、変調器駆動回路の出力が外部変調器の駆動に必要な電圧よりも小さい場合には、出力される光変調信号のオン／オフ比（消光比）として十分なものが得られない。光変調信号のオン／オフ比が十分でなければ、伝送可能な距離が短くなる。すなわち、外部変調器を用いることによる高速化と長距離化は、変調器駆動回路の性能によってトレードオフの関係になっていた。
【０００６】
この光変調信号のオン／オフ比を改善する方法として、光変調信号とＣＷ光を非線形媒質（分散シフトファイバ）に入力して四光波混合光を発生させ、その四光波混合光を伝送に使用する構成が提案されている（非特許文献１）。
【０００７】
【非特許文献１】
Ａ．Ａｒｇｙｒｉｓ  ｅｔ．ａｌ．，”Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ  ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｂｙ  ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ  ｍｉｘｉｎｇ  ｉｎ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ  ｆｉｂｒｅ”，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．３９，  ｎｏ．２，  ２３ｒｄ  Ｊａｎｕａｒｙ  ２００３
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
四光波混合光は、非線形媒質に信号光とポンプ光を同時に入力すると発生するが、信号光の強度の二乗に比例し、ポンプ光の強度に比例する性質を有する。非特許文献１に記載の構成において、光変調信号を信号光とし、ＣＷ光をポンプ光とすると、発生する四光波混合光の強度は光変調信号の強度の二乗に比例することになり、その範囲で光変調信号のオン／オフ比（消光比）を改善することができるが、それ以上の改善は困難である。
【０００９】
本発明は、外部変調器を用いる光送信回路において、変調器駆動回路の出力振幅が不十分で、十分なオン／オフ比が得られない光変調信号のオン／オフ比を大幅に改善することができる光送信回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光送信回路は、２波長光源から出力される光周波数ｆ１  とｆ２（ｆ２−ｆ１  ＝Δｆ≠０）の連続光を外部変調器で電気信号（送信信号）により同時に強度変調し、その強度変調された光周波数ｆ１  とｆ２  の光変調信号を非線形媒質に入力して光周波数ｆ３（＝２ｆ２−ｆ１  ）の四光波混合光を発生させ、光フィルタを介して四光波混合光のみを選択して出力する構成である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光送信回路の第１の実施形態を示す。図において、光送信回路は、光周波数ｆ１  とｆ２  （ｆ２−ｆ１＝Δｆ≠０）の連続光を同時に出力する２波長光源１と、この光周波数ｆ１  とｆ２  の連続光を入力して同時に強度変調する外部変調器２と、送信する電気信号を外部変調器２に印加する変調器駆動回路３と、電気信号により強度変調された光周波数ｆ１  とｆ２  の光変調信号を入力して光周波数ｆ３（＝２ｆ２−ｆ１  ）の四光波混合光を発生させる非線形媒質４と、光周波数ｆ３  の四光波混合光のみを選択して出力する光フィルタ５により構成される。
【００１２】
四光波混合光は、非線形媒質に信号光とポンプ光を同時に入力すると発生する極めて高速の非線形光学現象であり、信号光の強度の二乗に比例し、ポンプ光の強度に比例する。本発明は、同時に強度変調された２つの光変調信号の一方を信号光、他方をポンプ光として四光波混合光を発生させるものであるので、そのオン／オフ比（消光比）は光変調信号の三乗に比例することになる。すなわち、外部変調器２から出力される光周波数ｆ１  ，ｆ２  の各光変調信号のオン／オフ比が十分でない場合でも、図１のアイパターンの例で示すように、光周波数ｆ３  の四光波混合光を取り出すことによりオン／オフ比の大幅な改善（後述する図４の光出力特性によれば３ｄＢから９ｄＢへの改善）を図ることができる。
【００１３】
図２は、２波長光源１の構成例を示す。図２（１）  に示す２波長光源１は、光周波数ｆ１  とｆ２  の連続光をそれぞれ出力するレーザ光源１１，１２と、その出力光を合波する光合波器（例えば偏波保持光カプラ）１３により構成される。レーザ光源１１，１２は、ＤＦＢレーザまたは外部共振型のレーザであり、発振光周波数が安定化されているものとする。
【００１４】
図２（２）  に示す２波長光源１は、光周波数ｆ１＋Δｆ／２  の連続光を出力するレーザ光源１４と、その出力光を周波数Δｆ／２のクロック信号で変調するマッハツェンダ型光変調器１５により構成される。これは、ＣＳ−ＲＺ光源と呼ばれるものであり、光周波数差Δｆの光周波数ｆ１  とｆ２  の連続光を同時発生する。
【００１５】
光周波数ｆ１  とｆ２  の連続光を同時発生するこの他の２波長光源１としては、２ビートパルス発生するモードロックレーザや、スーパーコンティニウム光源や光周波数コム発生器の出力光から所定の２光周波数の連続光を選択出力する構成のものを用いることができる。
【００１６】
外部変調器２は、マッハツェンダ型光変調器または電界吸収型光変調器を用いることができる。
【００１７】
非線形媒質４は、光ファイバまたは半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いることができる。ただし、四光波混合光を効率より発生させ、かつ２つの光変調信号の伝播速度が同一であることが望ましいので、零分散光周波数が（ｆ１＋ｆ２）／２の近傍にあるものが望ましい。
【００１８】
なお、外部変調器２を電界吸収型光変調器で構成し、非線形媒質４を半導体光増幅器で構成することにより、それらを集積化することができる。さらに、図３に示すように、２波長光源１として２ビートパルス発生モードロックレーザを用いることにより、外部変調器２を構成する電界吸収型光変調器と、非線形媒質４を構成する半導体光増幅器の３つを集積化することができる。
【００１９】
外部変調器２にマッハツェンダ型光変調器を適用した場合の本発明の光送信回路の光出力特性を図４に示す。横軸は外部変調器への印加電圧をＶπ（最大光出力と最小光出力を与える外部変調器の印加電圧の差）で規格化している。縦軸は出力パワーの相対値を示す。消光比は、外部変調器の印加電圧に依存するが、印加電圧を０〜Ｖπ／２とすると、従来構成では消光比は３ｄＢとなるが、本発明構成では９ｄＢとなり、小さな印加電圧でも高い消光比が得られていることがわかる。
【００２０】
本発明の光送信回路の効果を確認する実験結果を図５に示す。実験系は、図１の構成において、非線形媒質４として長さ２０ｋｍの  Ｇ．６５３ファイバ（零分散波長：１５５１ｎｍ）を用い、光周波数ｆ１  ，ｆ２  に対応する光波長λ１  ，λ２  を１５５１．５ｎｍ、１５５０．７ｎｍとして光周波数差Δｆを約  １００ＧＨｚに設定した。外部変調器２にはマッハツェンダ型光変調器（Ｖπは  ４．４Ｖ）を用い、駆動信号は１０Ｇｂｉｔ／ｓ  、振幅はＶπ／２の  ２．２Ｖｐ−ｐ  とした。また、実験では観測に十分な四光波混合光を得るために、非線形媒質４の前段に光増幅器（ＥＤＦＡ）を配置して光変調信号を増幅した。
【００２１】
図５の実験結果は、外部変調器２のバイアス電圧を変えて消光比を測定した結果である。バイアス電圧をＶπ／４とすると、従来構成と本発明構成のそれぞれの理論値は３ｄＢ、９ｄＢとなり、実験値は２．７２ｄＢ、７．０７ｄＢとなり、本発明の効果を確認することができた。なお、本発明構成の実験値が理論的な消光比に比べて低い値になっているのは、実験で用いた光増幅器のＡＳＥ雑音の影響によるものと考えられる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の光送信回路の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、外部変調器２と非線形媒質４との間に外部変調器６を配置し、変調器駆動回路７を介して外部変調器６にクロック信号を印加し、外部変調器２から出力される光変調信号を強度変調するところにある。なお、外部変調器６は、外部変調器２の入力側に配置し、外部変調器２に入力する連続光をクロック信号で強度変調してもよい。これにより、外部変調器２から出力される光周波数ｆ１  ，ｆ２  の光変調信号をＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）  符号化することができる。
【００２３】
なお、外部変調器６は、外部変調器２と同様にマッハツェンダ型光変調器または電界吸収型光変調器を用いることができる。また、外部変調器２，６をともに電界吸収型光変調器で構成し、それらを集積化した構成としてもよい。さらに、図３に示すように、２波長光源１および非線形媒質４を含めて集積化することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光送信回路は、同時に強度変調された光周波数ｆ１  とｆ２  の光変調信号を非線形媒質に入力し、一方を信号光、他方をポンプ光として四光波混合光を発生させる構成である。この四光波混合光の強度は光変調信号の強度の三乗に比例するので、外部変調器の駆動電圧が低く非線形媒質に入力する光変調信号の消光比が十分でなくても、高い消光比の光変調信号（四光波混合光）に変換することができる。しかも四光波混合過程はテラビットクラスの光信号に対しても動作可能であるので、高速信号にも十分に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光送信回路の第１の実施形態を示す図。
【図２】２波長光源１の構成例を示す図。
【図３】本発明の光送信回路の集積化例を示す図。
【図４】本発明の光送信回路の光出力特性を示す図。
【図５】本発明の光送信回路の効果を確認する実験結果を示す図。
【図６】本発明の光送信回路の第２の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１  ２波長光源
２，６  外部変調器
３，７  変調器駆動回路
４  非線形媒質
５  光フィルタ
１１，１２，１４  レーザ光源
１３  光合波器
１５  マッハツェンダ型光変調器
【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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