(57)【要約】【課題】光ファイバ伝送路における波長分散の影響を低減し、かつ、短パルス伝送を可能にすること。【解決手段】送信側光信号伝送装置１０１は、チャープ光信号発生部１１１および位相変調部７１１を備え、受信側光信号伝送装置１０２は、線形チャープ付与部１２１および位相変調部７２１を備える。チャープ光信号発生部１１１における線形チャープが正のときは光パルスの前半に正の周波数シフトをもたらす位相変調をかけ、後半に負の周波数シフトをもたらす位相変調をかける。線形チャープが負のときは光パルスの前半に負の周波数シフトをもたらす位相変調をかけ、後半に正の周波数シフトをもたらす位相変調をかける。【選択図】        図７
2004343261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号を光信号に変換し、伝送路を介して送信し受信した光信号を変換して信号を出力する光伝送方法において、
前記入力された信号を変換してチャープ光信号を得る光信号生成ステップと、
該チャープ光信号をスペクトル圧縮して前記伝送路を介して送信する圧縮ステップと、
当該圧縮されたチャープ光信号を受信してスペクトル拡大する拡大ステップと、
当該拡大されたチャープ光信号に復元チャープを付与して前記信号を出力する出力ステップと
を備えたことを特徴とする光信号伝送方法。
【請求項２】
前記光信号生成ステップは、前記入力された信号を用いてチャープ光パルス列をデータ変調するか、または前記入力された信号を用いて光パルス列をデータ変調し生成チャープを付与するかのいずれかによって、前記チャープ光信号を得ることを特徴とする請求項１記載の光信号伝送方法。
【請求項３】
前記復元チャープは、前記拡大ステップにおいてスペクトル拡大されたチャープ光信号のチャープ符号と逆の符号であることを特徴とする請求項１または２記載の光信号伝送方法。
【請求項４】
前記圧縮ステップは、前記光信号生成ステップにより得たチャ−プ光信号を位相変調することによってスペクトル圧縮し、前記拡大ステップは、前記受信したチャープ光信号を位相変調することによってスペクトル拡大することを特徴とする請求項１、２または３に記載の光信号伝送方法。
【請求項５】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットに含むように構成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光信号伝送方法。
【請求項６】
前記圧縮ステップは、前記光信号生成ステップにより得たチャープ光信号の１ビットが含まれるタイムスロットにおいて、当該チャープ光信号のチャープ符号と同一の符号に周波数シフトした後、該チャープ符号と逆の符号に周波数シフトするような位相変調を与えることによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項４記載の光信号伝送方法。
【請求項７】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、前記圧縮ステップは、前記光信号生成ステップにより得たチャープ光パケット信号の２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットの範囲において、当該チャープ光パケット信号のチャープ符号と同一の符号に周波数シフトした後、該チャープ符号と逆の符号に周波数シフトするような位相変調を与えることによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項４記載の光信号伝送方法。
【請求項８】
前記位相変調は、前記チャープ光信号の強度が最大となる際の位相と、前記位相変調の周波数シフトの符号が変化する際の位相との位相差Ｔ（ｒａｄ）が
−π／２≦Ｔ≦π／２
を満たすように位相変調することを特徴とする請求項６または７記載の光信号伝送方法。
【請求項９】
前記チャープ光信号を遅延させることによって、前記位相変調のタイミングを調整する光遅延ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項６、７または８に記載の光信号伝送方法。
【請求項１０】
前記位相変調は、位相シフタを用いることによってタイミングを調整することを特徴とする請求項６、７または８に記載の光信号伝送方法。
【請求項１１】
前記位相シフタは、所定の周期電気信号を発生する電気信号発生器から供給された信号に位相シフトをかけることにより得られる位相変調電気信号を用いることによって、前記位相変調のタイミングを調整することを特徴とする請求項１０記載の光信号伝送方法。
【請求項１２】
前記位相変調をかける前の光信号の位相とかけた後の位相との差である位相変調度Φ（ｒａｄ）は、前記位相変調電気信号の時間ｔに関する関数をｇ（ｔ）とし、その位相変調によってチャープを変化させたときの時間ｔにおける光周波数シフトをΔｆ（ｔ）とすると、
【数１】
2004343261.tif 000003
を満たすことを特徴とする請求項９または１１記載の光信号伝送方法。
【請求項１３】
前記拡大ステップにおいてチャープ光信号からクロックを抽出する抽出ステップをさらに備え、前記電気信号発生器は当該抽出されたクロックを用いることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光信号伝送方法。
【請求項１４】
前記出力ステップにおいて出力された光信号をモニタして所定の情報を得るモニタステップをさらに備え、前記拡大ステップは当該得られた所定の情報に基づいて電気信号発生器を駆動することを特徴とする請求項１１または１２に記載の光信号伝送方法。
【請求項１５】
入力された信号を光信号に変換し、伝送路を介して送信し受信した光信号を変換して信号を出力する光伝送システムにおいて、
前記入力された信号を変換してチャープ光信号を得る光信号生成手段と、
該チャープ光信号をスペクトル圧縮して前記伝送路を介して送信する圧縮手段と、
当該圧縮されたチャープ光信号を受信してスペクトル拡大する拡大手段と、
当該拡大されたチャープ光信号に復元チャープを付与して復元信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項１６】
前記光信号生成手段は、前記入力された信号を用いてチャープ光パルス列をデータ変調するか、または前記入力された信号を用いて光パルス列をデータ変調し生成チャープを付与するかのいずれかによって、前記チャープ光信号を得ることを特徴とする請求項１５記載の光信号伝送システム。
【請求項１７】
前記復元チャープは、前記拡大手段においてスペクトル拡大されたチャープ光信号のチャープ符号と逆の符号であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の光信号伝送システム。
【請求項１８】
前記圧縮手段は、前記光信号生成手段により得たチャ−プ光信号を位相変調することによってスペクトル圧縮し、前記拡大手段は、前記受信したチャープ光信号を位相変調することによってスペクトル拡大することを特徴とする請求項１５、１６または１７に記載の光信号伝送システム。
【請求項１９】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットに含むように構成されたことを特徴とする請求項１５ないし１８のいずれかに記載の光信号伝送システム。
【請求項２０】
前記圧縮手段は、前記光信号生成手段により得たチャープ光信号の１ビットが含まれるタイムスロットにおいて、当該チャープ光信号のチャープ符号と同一の符号に周波数シフトした後、該チャープ符号と逆の符号に周波数シフトするような位相変調を与えることによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項１８記載の光信号伝送システム。
【請求項２１】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、前記圧縮手段は、前記光信号生成手段により得たチャープ光パケット信号の２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットの範囲において、当該チャープ光パケット信号のチャープ符号と同一の符号に周波数シフトした後、該チャープ符号と逆の符号に周波数シフトするような位相変調を与えることによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項１８記載の光信号伝送システム。
【請求項２２】
前記位相変調は、前記チャープ光信号の強度が最大となる際の位相と、前記位相変調の周波数シフトの符号が変化する際の位相との位相差Ｔ（ｒａｄ）が
−π／２≦Ｔ≦π／２
を満たすように位相変調することを特徴とする請求項２０または２１記載の光信号伝送システム。
【請求項２３】
前記チャープ光信号を遅延させることによって、前記位相変調のタイミングを調整する光遅延手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２０、２１または２２に記載の光信号伝送システム。
【請求項２４】
前記位相変調は、位相シフタを用いることによってタイミングを調整することを特徴とする請求項２０、２１または２２に記載の光信号伝送システム。
【請求項２５】
前記位相シフタは、所定の周期電気信号を発生する電気信号発生器から供給された信号に位相シフトをかけることにより得られる位相変調電気信号を用いることによって、前記位相変調のタイミングを調整することを特徴とする請求項２４記載の光信号伝送システム。
【請求項２６】
前記位相変調をかける前の光信号の位相とかけた後の位相との差である位相変調度Φ（ｒａｄ）は、前記位相変調電気信号の時間ｔに関する関数をｇ（ｔ）とし、その位相変調によってチャープを変化させたときの時間ｔにおける光周波数シフトをΔｆ（ｔ）とすると、
【数２】
2004343261.tif 000004
を満たすことを特徴とする請求項２３または２５記載の光信号伝送システム。
【請求項２７】
前記拡大手段においてチャープ光信号からクロックを抽出する抽出手段をさらに備え、前記電気信号発生器は当該抽出されたクロックを用いることを特徴とする請求項２５または２６に記載の光信号伝送システム。
【請求項２８】
前記出力手段において出力された光信号をモニタして所定の情報を得るモニタ手段をさらに備え、前記拡大手段は当該得られた所定の情報に基づいてスペクトル拡大することを特徴とする請求項２５または２６に記載の光信号伝送システム。
【請求項２９】
送信された光信号を変換して信号を出力するために、入力された信号を光信号に変換して、伝送路を介し送信する光伝送装置において、
前記入力された信号を変換してチャープ光信号を得る光信号生成手段と、
該チャープ光信号をスペクトル圧縮して前記伝送路を介して送信する圧縮手段と
を備えたことを特徴とする光信号伝送装置。
【請求項３０】
前記光信号生成手段は、前記入力された信号を用いてチャープ光パルス列をデータ変調するか、または前記入力された信号を用いて光パルス列をデータ変調し生成チャープを付与するかのいずれかによって、前記チャープ光信号を得ることを特徴とする請求項２９記載の光信号伝送装置。
【請求項３１】
前記圧縮手段は、前記光信号生成手段により得たチャ−プ光信号を位相変調することによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項２９または３０に記載の光信号伝送装置。
【請求項３２】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットに含むように構成されたことを特徴とする請求項２９、３０または３１記載の光信号伝送装置。
【請求項３３】
前記圧縮手段は、前記光信号生成手段により得たチャープ光信号の１ビットが含まれるタイムスロットにおいて、当該チャープ光信号のチャープ符号と同一の符号に周波数シフトした後、該チャープ符号と逆の符号に周波数シフトするような位相変調を与えることによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項３１記載の光信号伝送装置。
【請求項３４】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、前記圧縮手段は、前記光信号生成手段により得たチャープ光パケット信号の２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットの範囲において、当該チャープ光パケット信号のチャープ符号と同一の符号に周波数シフトした後、該チャープ符号と逆の符号に周波数シフトするような位相変調を与えることによってスペクトル圧縮することを特徴とする請求項３１記載の光信号伝送装置。
【請求項３５】
入力された信号を光信号に変換し伝送路を介して送信された光信号を受信した後、変換して信号を出力する光伝送装置において、
前記入力された信号を変換して圧縮されたチャープ光信号を前記伝送路を介して受信しスペクトル拡大する拡大手段と、
当該拡大されたチャープ光信号に復元チャープを付与してパルス幅を圧縮し復元信号を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする光信号伝送装置。
【請求項３６】
前記復元チャープは、前記拡大手段においてスペクトル拡大されたチャープ光信号のチャープ符号と逆の符号であることを特徴とする請求項３５記載の光信号伝送装置。
【請求項３７】
前記チャープ光信号がチャープ光パケット信号の場合、２以上の所定の数のビットを該所定の数よりも大きい数のビットに相当するタイムスロットに含むように構成されたことを特徴とする請求項３５または３６記載の光信号伝送装置。
【請求項３８】
前記拡大手段は、前記受信したチャープ光信号を位相変調することによってスペクトル拡大することを特徴とする請求項３５、３６または３７に記載の光信号伝送装置。
【請求項３９】
前記位相変調は、前記チャープ光信号の強度が最大となる際の位相と、前記位相変調の周波数シフトの符号が変化する際の位相との位相差Ｔ（ｒａｄ）が
−π／２≦Ｔ≦π／２
を満たすように位相変調することを特徴とする請求項３３または３４記載の光信号伝送装置。
【請求項４０】
前記チャープ光信号を遅延させることによって、前記位相変調のタイミングを調整する光遅延手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３３、３４、３８または３９に記載の光信号伝送装置。
【請求項４１】
前記位相変調は、位相シフタを用いることによってタイミングを調整することを特徴とする請求項３３、３４、３８または３９に記載の光信号伝送装置。
【請求項４２】
前記位相シフタは、所定の周期電気信号を発生する電気信号発生器から供給された信号に位相シフトをかけることにより得られる位相変調電気信号を用いることによって、前記位相変調のタイミングを調整することを特徴とする請求項４１記載の光信号伝送装置。
【請求項４３】
前記位相変調をかける前の光信号の位相とかけた後の位相との差である位相変調度Φ（ｒａｄ）は、前記位相変調電気信号の時間ｔに関する関数をｇ（ｔ）とし、その位相変調によってチャープを変化させたときの時間ｔにおける光周波数シフトをΔｆ（ｔ）とすると、
【数３】
2004343261.tif 000005
を満たすことを特徴とする請求項４０または４２記載の光信号伝送装置。
【請求項４４】
前記拡大手段においてチャープ光信号からクロックを抽出する抽出手段をさらに備え、
前記拡大手段は、所定の周期電気信号を発生する電気信号発生器から供給された信号に位相シフトをかけることにより得られる位相変調電気信号を用いることによって、前記位相変調のタイミングを調整する位相シフタを含み、前記電気信号発生器は当該抽出されたクロックを用いることを特徴とする請求項３８に記載の光信号伝送装置。
【請求項４５】
前記出力手段において出力された光信号をモニタして所定の情報を得るモニタ手段をさらに備え、
前記拡大手段は、所定の周期電気信号を発生する電気信号発生器から供給された信号に位相シフトをかけることにより得られる位相変調電気信号を用いることによって、前記位相変調のタイミングを調整する位相シフタを含み、当該得られた所定の情報に基づいて前記電気信号発生器を駆動することを特徴とする請求項３８に記載の光信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ伝送路を介して長距離および大容量の信号伝送を行う光通信方法、システムおよび装置に関し、より具体的には光ファイバ伝送路での波長分散および偏波分散による影響を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムは、入力電気信号を入力して光信号を送信し、光信号を受信して電気信号を出力する光伝送装置および光信号を伝送するための光ファイバ伝送路から構成される。一般に、光ファイバ伝送路は何らかの波長分散特性を持っており、光信号が伝送されるとその波長成分が分散して波形が劣化する。特に、高速光伝送では光信号の伝送ビットレートが大きくなるため、伝送路の波長分散による波形劣化の影響も大きくなる。すなわち、伝送する光信号の伝送ビットレートが大きくなると、１ビットとして利用する光パルスのパルス幅が小さくなることから、伝送に必要な光スペクトル幅が大きくなる。このため、伝送路における波長分散の影響を受け、波長分散による波形劣化が大きくなり伝送特性が劣化することとなる。
【０００３】
伝送特性の劣化は、ビット誤り率（ｂｉｔ  ｅｒｒｏｒ  ｒａｔｉｏ，  ＢＥＲ）やＱ値などで表すことができ、たとえば、１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ光信号がＢＥＲ＝１×１０−１２以下で伝送できるようにするための波長分散許容値Ｄ（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）（ｐｓ／ｎｍ）の目安は、−１０００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ＜  Ｄ  ＜１０００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度である。この波長分散許容値ＤはビットレートＢの二乗に反比例するため、光信号ビットレートが４０Ｇｂｉｔ／ｓ、１００Ｇｂｉｔ／ｓ、１６０Ｇｂｉｔ／ｓと大きくなるに伴いその値は急激に小さくなる。
【０００４】
また、ＲＺ光信号の場合は、ＮＲＺ光信号よりも必要とする光スペクトル幅が大きいため、ＤはＮＲＺ光信号の場合よりもさらに小さくなる。さらに、近年、光符号分割多重（ＣＤＭ）などで、光パルスのパルス幅が１タイムスロット（１ビットに必要な時間幅）とくらべて小さい短パルスを利用するようになっており、波長分散による波形劣化への対処が必要となっている。
【０００５】
以上のような波形劣化への対処のために、従来、分散補償技術を用いて波形劣化を回復する方法が主流であった。しかし、分散補償に用いる分散補償媒質が高価であることに加え、分散補償することによって生じる損失が無視できなかった。さらに以上の対処のためには、あらかじめ、使用する光ファイバ伝送路の波長分散特性を知っておく必要があった。
【０００６】
これを回避するため、分散補償媒質を用いる以外の方法としては、送信側だけに位相変調手段を用いて、位相変調によるチャープによって、伝送路分散補償を行う光パルス送信方法および装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、送信側だけに位相変調手段を用いて、位相変調によるチャープを調整することによって、伝送路分散補償を行う光伝送システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
さらに、主に４パルス以上の光パルス列に対して１周期の位相変調を施すことにより等価的に信号ビットレートを下げて分散耐性を向上させる光通信装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。これは、位相変調を空間光学系のレンズによる回析現象に相当すると仮定した結果、光パルス幅の広がりを光伝送路における周波数分散に相当すると見て、位相変調をかけることによってあたかも光パルスを集光するように周波数分散を減少させることができるとするものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６１−２１２１２５号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１１−２５２０１３号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開平１１−１１２４２５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術による送信側だけに位相変調手段を用いて、位相変調による線形チャープによって、伝送路分散補償を行う光パルス送信方法および装置は、伝送路分散の符号に応じてチャープの正負を変える必要があり、もともと分散耐性自体を向上させるものではないのでせいぜい２倍程度の分散耐性の向上しか期待できない。
【００１３】
また、送信側だけに位相変調手段を用いて、位相変調による線形チャープを調整することによって、伝送路分散補償を行う光伝送システムは、伝送路分散の符号に応じて、位相変調によって付与する線形チャープの正負と強度を変える必要があることに加え、ＮＲＺ信号のみにしか適用できない等の問題がある。
【００１４】
さらに、主に４パルス以上の光パルス列に対して１周期の位相変調を施すことにより等価的に信号ビットレートを下げて分散耐性を向上させる光通信装置は、主に４パルス以上の光パルス列に対して１周期の位相変調を施すことにより等価的に信号ビットレートを下げて分散耐性を向上させるものであり、単パルスへ適用することはできない。また、等価的に信号ビットレートを下げるという作用原理は、伝送路と逆の分散に相当するチャープを事前に付与することを意味しているとも考えられるが、その根拠および分散耐性は不明である。さらに、光パルス（列）に対して位相変調を施すタイミングに関して具体的に定められておらず、いずれのタイミングで位相変調を施すべきかが分からず、単に従来例と同一の構成をとったのみでは分散耐性の向上効果が認められない可能性があるという問題がある。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、光ファイバ伝送路を伝播中だけ光信号のスペクトル幅を狭めて、伝送後に元に戻すという手法を用いることにより、光ファイバ伝送路における波長分散等の影響を低減し、かつ、短パルス伝送を可能にすることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、図１、２に示すように入力された電気信号をチャープ光信号発生部により変調して線形チャープ光信号を発生させるか、または図３、４に示すように入力された電気信号を光信号発生部によって変調してチャープのない光信号を発生させ、線形チャープ付与部により線形チャープ（生成チャープ）を付与して線形チャープ光信号とする。生成された線形チャープ光信号はスペクトル圧縮部によりスペクトルを圧縮され、光ファイバ伝送路を介して伝送される。
【００１７】
スペクトル圧縮をせずに伝送した場合は、光ファイバ伝送路の波長分散の影響を受けて波長劣化が発生する。しかし、本発明では、伝送前にスペクトル圧縮を十分行うことにより、受信側の光伝送装置に到達しても大きな波長分散が起こらないため、波長劣化を回避することができる。
【００１８】
以上のように伝送された光信号は、受信した後スペクトル拡大部においてスペクトルが拡大され、拡大されたチャープ光信号に対応して、復元するためにチャープ（復元チャープ）を付与し元の信号が取り出される。以上の構成および光信号の様子を示すグラフを図１に示す。縦軸に光周波数、横軸に時間をとったグラフは光信号のチャープを、縦軸に光強度、横軸に時間をとったグラフは光信号パルス波形を示している。
【００１９】
ここで、本発明の線形チャープ光信号とは、図２０に示すように半値全幅δτ（ｓ）が、伝送ビットレートＢ（ｂｉｔ／ｓ）のとき、
δτ＜１／Ｂ
を満たしており、線形チャープ光信号の光周波数ｆ（ｔ）のｔにおける光周波数偏差（すなわち、光信号パルスの中心光周波数からのずれ）をΔｆ（ｔ）とすると、
Δｆ（ｔ）＝（ｄｆ／ｄｔ）・ｔ
を満たすチャープ信号をいう。したがって、スペクトル圧縮部では、｜Δｆ（ｔ）｜を減少させて（ｄｆ／ｄｔ）を変化させ、スペクトル拡大部では、（ｄｆ／ｄｔ）を変化させて｜Δｆ（ｔ）｜を増大させることができる。
なお、ＲＺ光信号の場合で説明したがＮＲＺ光信号においても同様である。
【００２０】
また、本発明のスペクトル圧縮およびスペクトル拡大は、以下のようなタイミングで行うことによって単パルスであっても確実に実施され、より波長分散の影響を受けにくくなる。すなわち、スペクトル圧縮部において、チャープ光信号発生部の線形チャープまたは線形チャープ付与部の線形チャープが正のときは、光信号の１ビット（１タイムスロット）の時間領域内で、はじめに正の周波数シフトをもたらす位相変調がかかった後に負の周波数シフトをもたらす位相変調がかかるように位相変調のタイミングを調整する。線形チャープが負のときは、光信号の１ビット（１タイムスロット）の時間領域内で、はじめに負の周波数シフトをもたらす位相変調がかけた後に正の周波数シフトをもたらす位相変調がかかるように位相変調のタイミングを調整する。
【００２１】
さらに、スペクトル拡大部においては、光信号の１ビット（１タイムスロット）の時間領域内で、図１、３に示すようにはじめに正の周波数シフトをもたらす位相変調がかけた後に負の周波数シフトをもたらす位相変調がかかるように位相変調のタイミングを調整した場合は、その後段の線形チャープ付与手段において正の線形チャープが付与され、図２、４に示すようにはじめに負の周波数シフトをもたらす位相変調がかけた後に正の周波数シフトをもたらす位相変調がかかるように位相変調のタイミングを調整した場合は、その後段の線形チャープ付与手段において負の線形チャープが付与される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図５は、本発明の第１実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。本実施形態の送信側光信号伝送装置１０１は、光信号発生部３１１、分散付与部５１１、およびスペクトル圧縮部１１２を備え、受信側光信号伝送装置１０２は、スペクトル拡大部１２２、分散付与部５２１を備える。送信側光信号伝送装置１０１の光信号発生部３１１は、通常のレーザ発信機等とすることができ、送信側のチャープ付与部に対応するのが分散付与部５１１である。分散付与部としては、所定の付与分散値ｄを有する光ファイバとすることができる。
【００２４】
また、受信側光信号伝送装置１０２の分散付与部５２１も所定の付与分散値ｄ’を有する光ファイバ等とすることができる。この光ファイバとしては、例えば光ファイバ（１．３ミクロン零分散光ファイバ、分散補償ファイバ）、チャープファイバグレーティングなどを用いることができる。スペクトル圧縮部１１２は、分散付与部５１１で分散されたチャープ光信号のスペクトル成分を圧縮して伝送路１３１に送信する。このため、光信号は、伝送路１３１上を伝送されるときは、周波数帯が非常に狭くなっているため伝送路１３１の周波数分散の影響をほとんど受けずに受信側光信号伝送装置１０２まで到達することができる。伝送路１３１は、通常の光ファイバ伝送路とすることができる。
【００２５】
拡大手段１２２は、伝送路１３１を伝送されてきた光信号を受信して、そのスペクトル成分を拡大する。スペクトルを拡大されたチャープ光信号は、これに対応する復元チャープを付与することによって、分散付与部５１１でチャープを付与された元の信号を得る。
【００２６】
ここで、１×１０−７以下のＢＥＲ値とするためには、送信側分散付与部５１１における付与分散値をｄ  （ｐｓ／ｎｍ）、受信側の分散付与部５２１における付与分散値をｄ’（ｐｓ／ｎｍ）とすると、例えば  Ｂ＝１０  Ｇｂｉｔ／ｓ、ｄｔ  ０＝４  ｐｓ  （０．０４／Ｂ）  のとき、１０≦  ｜ｄ｜  ≦５０、    １０  ≦  ｜ｄ’｜  ≦５０程度が好ましい。
【００２７】
図５を参照すると、送信側の分散付与部５１１はチャープが負になっているが、本実施形態では、スペクトル拡大部１２２において光信号に正のチャープを付与する設定となっているため、受信側の分散付与部５２１では負（ｄ’の符号が負）の分散を付与することによって、光信号のパルス幅が圧縮されて光信号の伝送が完了する。
【００２８】
図６は、本実施形態の別の例を示しており、この場合スペクトル拡大部１２２において光信号に負のチャープを付与する設定となっているため、受信側の分散付与部５２１では正（ｄ’の符号が正）の分散を付与することによって、光信号のパルス幅が圧縮されて光信号の伝送が完了する。
【００２９】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。本実施形態の送信側光信号伝送装置１０１は、チャープ光信号発生部１１１および位相変調部７１１を備え、受信側光信号伝送装置１０２は、線形チャープ付与部１２１および位相変調部７２１を備える。
【００３０】
チャープ光信号発生部１１１は、通常のレーザ発信機等とすることができ、送信側のチャープ付与部に対応するのが位相変調部７１１である。
【００３１】
位相変調部７１１は、屈折率制御を用いたデバイスによる位相変換器（「超高速光スイッチング技術（神谷・荒川共編）」培風館  参照）などを用いることができ、例えばＬｉＮｂＯ３を用いた位相変調器などがある。また、光ファイバ、非線形光学結晶または半導体などの非線形光学媒質中の光相互位相変調を用いることもできる。位相変調部７１１は、チャープ光信号発生部１１１において発生した線形チャープ光信号に所定の位相変調をかけるが、これは光信号のスペクトルを圧縮することと等価である。位相変調された線形チャープ光信号は伝送路１３１に送出される。
【００３２】
位相変調部７２１は、伝送路１３１を介して伝送された線形チャープ光信号を受信して所定の位相変調をかけた後、線形チャープ付与部１２１に光信号を送る。ここで、位相変調部７２１は、位相変調部７１１で用いられるのと同様の部材を用いることができる。
【００３３】
チャープ光信号発生部１１１における線形チャープが正のときは光パルスの前半に正の周波数シフトをもたらす位相変調をかけ、後半に負の周波数シフトをもたらす位相変調をかける。線形チャープが負のときは光パルスの前半に負の周波数シフトをもたらす位相変調をかけ、後半に正の周波数シフトをもたらす位相変調をかける。図７は線形チャープが負の場合で、周期電気信号が正弦波の場合に受信側の位相変調部７２１で付与するチャープが正の場合を示しており、後段の線形チャープ付与手段におけるチャープ符号は負である。
【００３４】
また、図８は線形チャープが負の場合で、周期電気信号が正弦波の場合に受信側の位相変調部７２１で付与するチャープが負の場合を示しており、後段の線形チャープ付与部におけるチャープ符号は正である。
【００３５】
ここで、｜ｄ｜または｜ｄ’｜の値が大きい場合Φは小さく設定し、｜ｄ｜または｜ｄ’｜の値が小さい場合Φは大きく設定する方がより好ましい。
【００３６】
さらに、図７〜１０に示す本実施形態の一例では、周期電気信号として正弦波を用いているが、これに限らず二次曲線パルス、ガウシアン、Ｒａｉｓｅｄ−ｃｏｓｉｎｅ、Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ−ｓｅｃａｎｔなどの曲線のパルス列を用いることができる。図１１に、周期電気信号として三角波を用いる構成を示す。
【００３７】
なお、図７に示す本実施例の一例では、チャープ光信号発生部１１１によってチャープ光信号を生成しているが、これに替えて図９、１０に参照するようにチャープのない光信号を発生する光信号発生部３１１によって発生した光信号に、線形チャープ付与部３１２において線形チャープを付与する構成とすることもできる。
【００３８】
次に、本実施形態による位相変調部７１１および７２１の詳細について図１５を用いて説明する。図１５に示すように、位相変調部７１１、７１２は、それぞれ電気信号発生器１５１１、１５２１、位相シフタ１５１２、１５２２および電気増幅器１５１３、１５２３を有している。電気信号発生器１５１１、１５２１は、位相変調をかけるための周期電気信号を発生し、発生した周期電気信号の位相は位相シフタ１５１２、１５２２によってシフトをかけられる。
【００３９】
電気信号発生器１５１１、１５２１により発生した周期電気信号は、それぞれ光信号パルスに対しスペクトル圧縮・拡大を実現するように、位相シフタ１５１２、１５２２によって位相変調タイミングの調節を行う。必要に応じて、位相変調電気信号の強度を調整するため電気増幅器１５１３、１５２３を用いる。これにより、位相変調部７１１において分散したチャープ光信号はスペクトル圧縮されるように位相変調され、位相変調部７２１においてスペクトル拡大するように位相変調されることにより、伝送路１３１の波長分散の影響を低減し、単パルスの伝送を可能になる。
【００４０】
さらに、本実施形態においては、チャープ光信号に同期した位相変調電気信号を発生させるため、図１６に示す本実施形態の一例にあるように電気信号発生器１５１１のクロック信号は、光信号発生部３１１と同一のクロック源から発生させるよう構成される。図１６に参照するように、この場合、受信側光信号伝送装置１０２では伝送路１３１から受信した光信号からクロック抽出器１６２１によってクロックを抽出する。電気信号発生器１５２１は、抽出したクロック信号により周期電気信号を発生させることによって、チャープ光信号に同期した位相変調電気信号を位相変調部７２１に供給する。
【００４１】
また、図１７に示す本実施形態の別の例においては、受信側光信号伝送装置１０２のクロック抽出器１７２１は、分散付与部５２１から出力された光信号からクロックを抽出するよう構成され、抽出されたクロック信号は電気信号発生器１５２１に供給される。
【００４２】
さらに、図１８に示す本実施形態の別の例においては、受信側光信号伝送装置１０２は信号モニタ１８２１を備え、分散付与部５２１からの出力信号をモニタして、モニタされる信号が最適になるよう位相シフタを制御して適切な位相変調電気信号を位相変調部７２１に供給する。
【００４３】
（第３実施形態）
図１２は、光信号のＮビット（Ｎは２以上の整数）に対して１周期の位相変調を施す場合の実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。本実施形態においては、送信側光伝送装置１０１は、光信号発生部３１１、線形チャープを付与するための分散付与部５１１およびスペクトル圧縮のための位相変調部７１１を備え、受信側光伝送装置１０２は、線形チャープを付与するための分散付与部５２１およびスペクトル拡大のための位相変調部７２１を備える。
【００４４】
ここで、本実施形態の光信号発生部３１１および分散付与部５１１に替えて、上述の第２実施形態と同様にチャープ光信号発生部を備えることもできる。図１２に示す本実施形態の一例において、受信側の位相変調部７２１で付与されるチャープが正の場合、その後段の分散付与部５２１では負のチャープが付与され、この場合、受信側で位相変調の１周期内のパルス列の時間順序が反転する。Ｎが４の場合（４ビットに対して１周期の位相変調を施している。本実施形態ではビットパターンは１０１１）、分散付与部５２１によって与えられる線形チャープ量は、光信号のスペクトル幅をδ  ｆ  （Ｈｚ）、位相変調電気信号の繰り返し周波数  をＢＣ（Ｈｚ）とすると、
線形チャープ＝｜ｄｆ／ｄｔ｜≦２  ｄ  ｆ    Ｂｃ  を満たす。また、光信号ビットレートがＢ（ｂｉｔ／ｓ）のとき、  Ｂｃ  ＜Ｂ／Ｎ  を満たすことが好ましく、たとえばＮが４のとき、４パルス分のタイムスロットを４／Ｂよりも広く設定して、分散付与部５１１、５１２により分散するパルス幅を十分広く取ることができるように構成することが好ましい。送信側の分散付与部５１１における付与分散値をｄ  （ｐｓ／ｎｍ）、受信側の分散付与部５２１における付与分散値をｄ  （ｐｓ／ｎｍ）とすると、例えば  Ｂ＝１６０  Ｇｂｉｔ／ｓ、δτ０＝１．８７５  ｐｓ  （０．３／Ｂ）  、ＢＣ  ＝１０  Ｇｂｉｔ／ｓ、Ｎ＝４のとき、  ２０  ≦  ｜ｄ｜  ≦４０、    ２０  ≦  ｜ｄ’｜  ≦４０  程度が好ましい。ただし、｜ｄ｜と｜ｄ’｜の値は厳密に一致する必要はない。
【００４５】
図１３に示す本実施例の別の例においては、受信側の位相変調部７２１で付与されるチャープが負であり、これに対応して後段の分散付与部５２１では正のチャープが付与される。
【００４６】
ここで、｜ｄ｜や｜ｄ’｜の値が大きい場合Φは小さく、  ｜ｄ｜や｜ｄ’｜の値が小さい場合Φは大きく設定する。また、ＢＣはＮの大きさにも依存し、Ｎ  ＢＣ≒（一定）が好ましい。位相変調電気信号は、  ＢＣの１タイムスロット（１／  ＢＣ）の前半と後半で逆の周波数シフトをもたらすような位相変調波形であればよく、理想的には２次曲線パルスがよいが、そのほかに、正弦波三角波、ガウシアン、Ｒａｉｓｅｄ−ｃｏｓｉｎｅ、ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ−ｓｅｃａｎｔなどの曲線のパルス列である周期電気信号を用いることができる。
【００４７】
なお、本実施形態において、Ｎ個のパルス列を時分割多重する場合、図１４に示すように、合波する前にそれぞれのパルスに線形チャープを付与した後、光合波部１４１１において合波を行う。図１４ではＮ＝４の場合を示している。
【００４８】
（第４実施形態）
図１９は、本発明の第４実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。本実施形態の送信側光信号伝送装置１０１は、分散付与部５１１、光遅延部１９１１および位相変調部７１１を備え、受信側光信号伝送装置１０２は、光遅延部１９２１、位相変調部７２１および分散付与部５２１を備える。
【００４９】
ここで、光遅延部１９１１、１９２１は、空間系の光波長制御による光遅延器、屈折率が石英系光ファイバとは異なるデバイスの長さを変えることによる光遅延器または光ファイバループなどを用いることができる。
【００５０】
本実施形態においては、第２実施形態において用いられた位相シフタ１５１２、１５２２に替えて光遅延部１９１１、１９１２を用いる。図１９においては、光遅延部１９１１は分散付与部５１１と位相変調部７１１との間に、光遅延部１９２１は、位相変調部７２１の前段に配置されているが、本実施形態においてはこれに限られることなく、光遅延部１９１１は送信側の位相変調部７１１の前段に少なくとも１つおよび送信側の位相変調部７１１と分散付与部５２１との間に少なくとも１つを用いれば目的が達成される。
【００５１】
また、位相変調電気信号の送信側と受信側とのタイミング調整は、第２実施形態で用いられる同一のクロック源１６１１の使用および受信側でのクロック抽出器１６２１、１７２１または信号モニタ１８２１を本実施形態においても同様に用いる。
【００５２】
【実施例】
図２１は、本発明の第１実施形態を用いた単パルス光信号伝送の実施例の結果を示すグラフである。この実施例で用いられる光信号は半値全幅４ｐｓのＲＺ光信号である。
【００５３】
図２１（ａ）は、本実施例で用いられる入力光信号（例えば、図５の光信号発生部３１１から出力される光信号）のアイパタン（送信信号波形）であり、これを本実施例の光信号伝送装置を用いて伝送した場合の受信側伝送装置から出力される光信号（例えば、図５の分散付与部５２１から出力される光信号）の波形と本発明を用いない光信号伝送装置用いて伝送され出力された光信号の波形とを比較することにより本発明の効果を確認する。
【００５４】
図２１（ｂ）は、本実施例の本発明を用いる光伝送装置から出力される光信号のアイパタンを示し、図２１（ｄ）は、その計算値を示す。図２１（ｃ）は、本発明を用いない光伝送装置から出力される光信号のアイパタンを示し、図２１（ｅ）は、その計算値を示す。ここで用いられる伝送路は、本発明を用いる場合も、用いない場合も同一の光伝送路を使用し、その全波長分散値Ｄは＋２４０ｐｓ／ｎｍである。図面により明らかなように実際の値は計算値にほぼ一致し、本発明を用いた光信号伝送装置では入力波形がほとんどそのまま出力されるのに対し、本発明を用いない光信号伝送装置では、波形劣化が著しく光信号を再生することは不可能である。
【００５５】
図２１（ｆ）〜図２１（ｉ）は同様に、Ｄが−２４０ｐｓ／ｎｍの場合のそれぞれのアイパタンを示すが、結果はＤが＋２４０ｐｓ／ｎｍの場合と同様である。
【００５６】
さらに、本実施例と同様の装置構成により分散トレランスを計算すると、位相変調強度を大きくすることによって全波長分散値Ｄが約±８００ｐｓ／ｎｍの伝送路まで、本発明を適用して良好な伝送結果を得ることができる。この場合、位相変調度は約２．７πｒａｄである。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、入力された信号を光信号に変換し、伝送路を介して送信し受信した光信号を変換して信号を出力する光伝送方法において、入力された信号を変換し、線形チャープ光信号をスペクトル圧縮して伝送路を介して送信する。次に受信した光信号をスペクトル拡大し、拡大された線形チャープ光信号に復元チャープを付与して光信号を変換した出力信号を得ることにより、光ファイバ伝送路における波長分散や編波分散の影響を低減し、かつ、短パルス伝送を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図２】本発明の原理を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図３】本発明の原理を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図４】本発明の原理を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図１３】本発明の第３実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示すグラフである。
【図１４】本発明の第３実施形態の時分割多重のための合波手法を説明するための概念図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の位相変調部の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の位相変調部の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第２実施形態の位相変調部の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第２実施形態の位相変調部の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第４実施形態を示すブロック図である。
【図２０】本発明の線形チャープ光信号を説明するための概念図である。
【図２１】本発明の実施例により伝送された光信号の実際の波形を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１０１  送信側光信号伝送装置
１０２  受信側光信号伝送装置
１１１  チャープ光信号発生部
１１２  スペクトル圧縮部
１２１  線形チャープ付与部
１２２  スペクトル拡大部
１３１  伝送路
３１１  光信号発生部
３１２  線形チャープ付与部
５１１、５２１  分散付与部
７１１、７２１  位相変調部
１４１１  光合波部
１５１１、１５２１  電気信号発生器
１５１２、１５２２  位相シフタ
１５１３、１５２３  電気増幅器
１６１１  クロック源
１６２１、１７２１  クロック抽出器
１８２１  信号モニタ
１９１１、１９２１  光遅延部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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