(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した複数の光短パルス列をそれぞれコーディングして変調信号光として出力する複数の変調器と、
当該各変調器でコーディングされた複数の変調信号光を、遅延が与えられて１つの信号に光時分割多重された光位相関係（０−φ−π−φ）を持つ送信用の光時分割多重信号の一部を取り込んで２分岐し、一分岐信号と他分岐信号との間に、上記光時分割多重信号の１ビットに相当する位相差を与えた後に合波することで相対位相によって隣り合う２ビットの組で強度が変動する信号を作る第１干渉手段と、
当該第１干渉手段から出力された、隣り合う２ビット毎に同じ強度になる信号を合わせて周波数の低い波形の信号を光位相差制御用信号として抽出する低周波数抽出手段と、
上記複数の変調信号光をそれぞれ光時分割多重して２つにした多重途中の光時分割多重信号の一方を取り込んで２分岐し、一分岐信号と他分岐信号との間に、上記多重途中の光時分割多重信号の１ビットに相当する位相差を与えた後に合波する第２干渉手段と、
上記多重途中の光時分割多重信号の他方を取り込んで２分岐し、一分岐信号と他分岐信号との間に、上記多重途中の光時分割多重信号の１ビットに相当する位相差を与えた後に合波する第３干渉手段と、
上記各変調器及び上記第１乃至第３干渉手段にそれぞれ接続され、上記第２干渉手段及び第３干渉手段からの位相差制御用信号のうちの一方の強度の平均値が最大値となるように、もう一方の強度の平均値が最小値となるように上記各変調器を調整し、それぞれの光位相差が0とπになるよう調整すると共に、上記低周波数抽出手段で抽出した光位相差制御用信号が最大値となるように上記各変調器を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする光信号送信装置。
【請求項２】
上記第２干渉手段及び第３干渉手段が、上記各変調器から送信用の光時分割多重信号まで光時分割多重される間に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の光信号送信装置。
【請求項３】
上記各干渉手段が、光時分割多重信号の光強度を電気強度に変換する光／電気変換部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光時分割多重（Optical Time Division Multiplexing;OTDM)方式の符号間搬送波の位相差を制御する光位相差制御装置および光位相差制御方法並びに光信号送信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光位相差制御装置および光信号送信装置としては特許文献１〜３がある。
【０００３】
特許文献１、２に記載された発明では、光時分割多重（ＯＴＤＭ）など、ビット間の光位相差が不安定になる場合に、その検出、制御を、入力信号の一部を取り出し、干渉計を用いて行なっている。例えば、搬送波抑圧ＲＺ(CarrierSuppressedReturntoZero;ＣＳ−ＲＺ）信号を出力する場合は、出力信号の一部を取り出し、ＰＬＣ等で作製された１ビット遅延干渉計に入力された信号は、干渉計内で生じる光位相差が０の場合、隣り合うビットとの干渉が出力されるため、その出力光は消光する。また、ビット間の搬送波位相差がπからずれた場合は干渉したビットの信号は大きくなり、ビット間の搬送波位相差が０となった場合にもっとも強めあい最大値となる。このことより、ビット間の搬送波位相差がπから０に変化すると、本干渉出力の時間平均値は最小値から最大値へと変化する。この時間平均値をモニタし、光路差ヘフィードバックをかけることで、ビット間の搬送波位相差の制御が可能となる。
【０００４】
また、特許文献３に記載された発明は、搬送波の位相を用いて、送信光信号の４チャネル毎に、（０−０−０−π）等の識別子を付与し、受信時に、１ビット遅延させた信号と干渉させることで、識別子に同期したクロック信号を再生することを可能とするものである。
【特許文献１】特開２００４−２３５３７号公報
【特許文献２】特開２００５−６１７６号公報
【特許文献３】特開２００５−６１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３で説明されている送信信号は、特許文献１又は２の送信器を用いても実現することができる。しかしながら、特許文献１又は２の送信器を用いた場合、安定制御を行うことが難しいという課題がある。以下、この課題について説明する。
【０００６】
特許文献１又は２で示された従来構成の装置を、特許文献３で記載された（０−０−０−π）の光位相条件を生成する場合に適用すると、まず４系統の信号（ｘ  ｂｉｔ／ｓ）から、２倍のビットレート（２ｘ  ｂｉｔ／ｓ）を持つ２系統の信号を生成する。２系統の信号は上記特許文献２を用いて、それぞれ、光位相（０−π）、（０−０）の関係を保つように生成される。該２系統の信号はさらに多重されて、４倍のビットレート（４ｘ  ｂｉｔ／ｓ）を持つ１系統の信号が生成される。
【０００７】
前段の２系統の光位相が（０−π）、（０−０）に維持されているため、該２系続の信号の光位相差をφとすると、４ｘ  ｂｉｔ／ｓ信号の光位相関係は（０−φ−π−φ）となる。該４ｘ  ｂｉｔ／ｓ信号は、図２に示したように、上記特許文献２に記載された装置における干渉計内で、１ビット毎に光位相差（φ）、（π−φ）、（φ−π）、（−φ）で干渉する。
【０００８】
図２に示したように、φの増減に対して、（φ）と（−φ）とが同様の強度変化(1)をし、（π−φ）と（φ−π）とが同様の強度変化(2)をする。また、(1)と(2)はφの増減に対して、打ち消し合うように変化する。通常のデジタル送信信号では１と０の比率が等しいため、結果として得られる平均出力強度はφが変動しても、変化しない。すなわち、特許文献１又は２の従来技術では、特許文献３で示された送信信号の安定化を図ることできない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の光信号送信装置は、入力した複数の光短パルス列をそれぞれコーディングして変調信号光として出力する複数の変調器と、当該各変調器でコーディングされた複数の変調信号光を、遅延が与えられて１つの信号に光時分割多重された光位相関係（０−φ−π−φ）を持つ送信用の光時分割多重信号の一部を取り込んで２分岐し、一分岐信号と他分岐信号との間に、上記光時分割多重信号の１ビットに相当する位相差を与えた後に合波することで相対位相によって隣り合う２ビットの組で強度が変動する信号を作る第１干渉手段と、当該第１干渉手段から出力された、隣り合う２ビット毎に同じ強度になる信号を合わせて周波数の低い波形の信号を光位相差制御用信号として抽出する低周波数抽出手段と、上記複数の変調信号光をそれぞれ光時分割多重して２つにした多重途中の光時分割多重信号の一方を取り込んで２分岐し、一分岐信号と他分岐信号との間に、上記多重途中の光時分割多重信号の１ビットに相当する位相差を与えた後に合波する第２干渉手段と、上記多重途中の光時分割多重信号の他方を取り込んで２分岐し、一分岐信号と他分岐信号との間に、上記多重途中の光時分割多重信号の１ビットに相当する位相差を与えた後に合波する第３干渉手段と、上記各変調器及び上記第１乃至第３干渉手段にそれぞれ接続され、上記第２干渉手段及び第３干渉手段からの位相差制御用信号のうちの一方の強度の平均値が最大値となるように、もう一方の強度の平均値が最小値となるように上記各変調器を調整し、それぞれの光位相差が0とπになるよう調整すると共に、上記低周波数抽出手段で抽出した光位相差制御用信号が最大値となるように上記各変調器を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、上記制御手段が、光位相差が０になるように調整された上記第２干渉手段及び第３干渉手段からの光時分割多重信号のうちの一方の強度が最大値となるように、もう一方の強度が最小値となるように上記各変調器を調整すると共に、低周波数抽出手段で抽出した光位相差制御用信号が最大値となるように上記各変調器を調整して、光位相差を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
上記光位相差制御装置では、上記干渉手段で干渉波を成形し、この干渉波から上記低周波数抽出手段で抽出した、周波数の低い波形の信号を光位相差制御用信号として用いて、光位相差を制御することができる。
【００１４】
上記光信号送信装置では、上記制御手段が、光位相差が０になるように調整された上記第２干渉手段及び第３干渉手段からの光時分割多重信号のうちの一方の強度が最大値となるように、もう一方の強度が最小値となるように上記各変調器を調整すると共に、低周波数抽出手段で抽出した光位相差制御用信号が最大値となるように上記各変調器を調整して、光位相差を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光信号送信装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態では、ＣＳ−ＲＺ変調方式により変調した４つの変調信号光を、光時分割多重するＯＴＤＭ伝送方式を採用した、伝送速度が１６０Ｇｂｉｔ／ｓの光伝送を実現する光信号送信装置に適用した場合を例に説明する。
【００１７】
本発明の実施形態にかかる光信号送信装置の講成について、図１を参照して説明する。図１は本実施形態の光信号送信装置の全体構成図である。本実施形態の光信号送信装置は短パルス源と４系統（チャネル）の電気信号を入力し、これらを光時分割多重して、１系統の光信号を出力する装置である。
【００１８】
本実施形態の光信号送信装置は、光回路系と電気回路系とで構成されている。以下では、本実施形態の光信号送信装置の構成を、光回路系と電気回路系とに分けて説明する。
【００１９】
光回路系は、４つの変調器２０１、２０２、２０３、２０４、第１干渉計２０５、第２干渉計２０６、第３干渉計２０７、第１ｏ／ｅ２１７、第２ｏ／ｅ２０８及び第３ｏ／ｅ２０９で構成される。
【００２０】
なお、ここでは記載を省略しているが、光短パルス源、光スプリッタ及びカプラも備えている。光短パルス源は光短パルス列を生成して出力する。
【００２１】
光スプリッタは光路に適宜設けられて光短パルス源からの光短パルス列を分岐させる。即ち、光スプリッタは、光短パルス列を各変調器２０１、２０２、２０３、２０４に応じて４つに分岐させる。４つに分岐した光短パルス列は、互いの位相のずれを光路長の調整により設定値に調整する。カプラは、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４で変調された各変調信号光を、その位相のずれを光路長の調整により設定値に調整して、１／４ビットずつ遅延させて再結合させる。
【００２２】
各変調器２０１、２０２、２０３、２０４は、上記スプリッタで分岐された光短パルス列を取り込むと共に、それぞれ対応するバイアス印加回路(図示せず)からデータ信号である電気信号を取込み、各電気信号に基づいて入力した光短パルス列をコーディングして、それぞれ変調信号光として出力する。
【００２３】
各干渉計２０５、２０６、２０７は、上記変調信号光を光路差のある２つの光路に分岐させ、これらの間に光位相差を与えて再び結合させることで、干渉させる干渉手段である。第２干渉計２０６および第３干渉計２０７では、１つの光路はもう１つの光路に対して、時間遅延を与えられ、出力光信号のビットタイムスロットの半分、すなわち入力光短パルス列と比較するとビットタイムスロットの倍の時間だけ遅延して、再結合されるように構成されている。
【００２４】
また、第１干渉計２０５は、出力光信号のビットタイムスロット、すなわち入力光短パルス列と比較すると、ビットタイムスロットの４倍の時間遅延して再結合されるように構成されている。
【００２５】
本実施形態では、入力信号を４０Ｇｂｉｔ／ｓとし、出力信号を１６０Ｇｂｉｔ／ｓとするため、第１干渉計２０５内の遅延は６．２５ｐｓ、第２干渉計２０６および第３干渉計２０７内の遅延は１２．５ｐｓである。
【００２６】
一方、電気回路系は、低域通過フィルタ２１０、２１８、帯域通過フィルタ２１９、ＲＦ増幅器２１４、ピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂ、負荷抵抗２１５、２１６、ＤＣ増幅器２１２、演算器２１１及び温度コントローラ２２０で構成される。
【００２７】
低域通過フィルタ２１０、２１８は、遮断周波数以下の周波数の信号だけを通過させて平均強度信号を出力する。帯域通過フィルタ２１９は、特定周波数範囲の周波数の信号だけを通過させてピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂへの入力信号を出力する。ピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂは、入力信号のピーク値を検出する。ＲＦ増幅器２１４は、帯域通過フィルタ２１９から出力された信号を増幅してピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂに入力させる。負荷抵抗２１５、２１６は、ピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂにそれぞれ直列に接続されている。ＤＣ増幅器２１２は、負荷抵抗２１５、２１６に現れた電圧を増幅して演算器２１１に出力する。演算器２１１は、第２干渉計２０６及び第３干渉計２０７からの信号のうちの一方をその強度信号が最大値となるように、またもう一方の強度信号が最小値となるように、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度の設定値を計算する。さらに、演算器２１１は、第１干渉計２０５からの信号が最大値となるように、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度の設定値を計算する。温度コントローラ２２０は、上記演算器２１１で計算された４つの変調器２０１、２０２、２０３、２０４の設定値に合わせて、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の温度を設定する。
【００２８】
そして、上記第１干渉計２０５、第１ｏ／ｅ２１７、帯域通過フィルタ２１９、ＲＦ増幅器２１４、ピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂ、負荷抵抗２１５、２１６及びＤＣ増幅器２１２で光位相差制御装置が構成されている。また、第１ｏ／ｅ２１７、帯域通過フィルタ２１９、ＲＦ増幅器２１４、ピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂ、負荷抵抗２１５、２１６及びＤＣ増幅器２１２で低周波数抽出手段が構成されている。
【００２９】
［動作］
以上のように構成された光信号送信装置は次のように動作する。図２及び図３を用いて説明する。なお、本発明の光位相差制御方法は、上記構成の光位相差制御装置による動作部分であり、以下に述べる。
【００３０】
４０ＧＨｚの光短パルス列は各光スプリッタで４分岐され、４つの変調器２０１、２０２、２０３、２０４にそれぞれ入力される。該各変調器２０１、２０２、２０３、２０４では、４０Ｇｂｉｔ／ｓの電気信号により変調を受け、１、０のＡＳＫ(Amplitude Sift Keying)、４０Ｇｂｉｔ／ｓ信号にコーディングされる。各変調器２０１、２０２、２０３、２０４から出力された４系統の４０Ｇｂｉｔ／ｓの光信号は、１２．５ｐｓずつの遅延を与えられ、各カプラによって２系統の８０Ｇｂｉｔ／ｓ信号に多重され、さらに６．２５Ｐｓの遅延を与えられ、１系統１６０Ｇｂｉｔ／ｓ信号に多重される。
【００３１】
２系統の８０Ｇｂｉｔ／ｓ信号の一部はさらに分岐され、第２干渉計２０６及び第３干渉計２０７にそれぞれ入力される。第２干渉計２０６及び第３干渉計２０７で生じる光位相差は、０になるように調整されている。第２干渉計２０６及び第３干渉計２０７から出力された信号は、第２ｏ／ｅ２０８及び第３ｏ／ｅ２０９で電気信号に変換され、低域通過フィルタ２１０、２１８を通過し、平均強度信号として演算器２１１に入力される。
【００３２】
演算器２１１では、一方の強度信号が最大値、もう一方の強度信号が最小値となるように各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度の設定値を計算する。そして、演算器２１１は、この設定値に合わせて温度コントローラ２２０を制御して、４つの変調器２０１、２０２、２０３、２０４の温度を調整する。
【００３３】
さらに、上記２系統の８０Ｇｂｉｔ／ｓ信号が多重された１系統の１６０Ｇｂｉｔ／ｓ信号もその１部が分岐され、第１干渉計２０５に入力される。そして、１６０Ｇｂｉｔ／ｓ信号は、第１干渉計２０５で２つに分岐されて設定時間遅延されて再結合される。
【００３４】
この光位相の制御をしない場合、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの信号は、図３に示したように（０−φ−π−φ）の位相関係がある。この位相関係に対して、第１干渉計２０５で光位相の制御をすると、この第１干渉計２０５内では、１ビット毎に（φ）、（π−φ）、（φ−π）、（−φ）の光位相差で干渉する。この干渉による波形は、図示するように、第１干渉計２０５の出力信号の隣接する２ビットの組が、φの変動に対して同様の変動をすることを示す。この時、第１干渉計２０５の出力信号は、図示するように、２ビット毎に同じ強度になる。隣り合う２ビットの波形を合わせると、この波形で示される信号には４０ＧＨｚの成分を含む。本発明では、この４０ＧＨｚの成分を利用する。この成分を抽出するために、第１ｏ／ｅ２１７で光−電気変換した後、帯域通過フィルタ２１９を通し、その後、ＲＦ増幅器２１４で増幅されて２分岐され、ピーク検出器２１３Ａ、２１３Ｂに入力される。次いで、負荷抵抗２１５、２１６に現れた電圧を検出し、ＤＣ増幅器２１２で増幅して演算器２１１に出力する。
【００３５】
演算器２１１では、検出信号が最大値となるように、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度の設定値を計算する。この設定値に合わせて、４つの変調器２０１、２０２、２０３、２０４の温度を、温度コントローラ２２０を介して設定する。
【００３６】
１系統の１６０Ｇｂｉｔ／ｓ信号の１ビット遅延信号との干渉によって得られた干渉信号（図３の波形）は、上述したように、相対位相φによって２ビットの組で強度が変動する信号である。当該干渉信号はφが０の場合に３、４チャネルの強度が最大となる。一方、１、２チャネルは、干渉の結果、打ち消し合うパルスがあるため、強度が最小となる。また、φがπの場合には、３、４チャネルは最小となり、１、２チャネルは最大となる。φがπ／２の場合には、すべてのチャネルで、干渉状態は等しくなる。すなわち、４０ＧＨｚ成分は、φが０又はπの場合に最大となり、φがπ／２の場合に最小となる。
【００３７】
干渉信号に含まれる４０ＧＨｚ成分を計算した結果を図４に示す。この図から、φが０の場合に４０ＧＨｚの強度が強いことが明らかである。
【００３８】
そして、この４０ＧＨｚ成分の信号を基に、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度に再度フィードバックをかける。
【００３９】
［効果］
２系統の８０Ｇｂｉｔ／ｓ信号の光位相の調整をして、従来技術と同様に、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度にフィードバックをかけることで、１ビット期間ずつ間隔をおいたビット間の搬送波位相差を制御することができる。
【００４０】
さらに、１系統の１６０Ｇｂｉｔ／ｓ信号の１ビット遅延信号との干渉によって得られた干渉信号（図３の波形）の４０ＧＨｚ成分の信号を基に、各変調器２０１、２０２、２０３、２０４の駆動温度に再度フィードバックをかけることで、１ビット期間ずつ間隔をおいたビット間の搬送波位相差を制御することができるようになる。
【００４１】
［変形例］
上記実施形態では、例として４０Ｇｂｉｔ／ｓを４多重して１６０Ｇｂｉｔ／ｓを生成する場合を例に説明したが、他のビットレートでも用いることができる。この場合も、上記同様の作用、効果を奏する。
【００４２】
また、上記実施形態では、例としてＥＡ変調器にフィードバックをかける方式について説明したが、回路中にガラスブロック等の光路差を変更できる物質を挿入し、これを制御することもできる。光路差を変更できるコントローラを制御する制御手段を備えた光位相差制御装置の全てに適用することができる。
【００４３】
また、上記光路差を変更するために用いる制御対象としては、上記実施形態の熱に限らず、電圧等でもよい。また、調整する対象は、変調器２０１、２０２、２０３、２０４に限らず、ガラスブロック等の光路差を変更できる物質や、熱や電圧等の調整によって制御できる既存の全て部材である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る光信号送信装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】従来例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る第１干渉計の干渉信号の波形を示す模式図である。
【図４】干渉信号に含まれる４０ＧＨｚ成分を計算した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
２０１、２０２、２０３、２０４：変調器、２０５：第１干渉計、２０６：第２干渉計、２０７：第３干渉計、２０８：第２ｏ／ｅ、２０９：第３ｏ／ｅ、２１０、２１１：演算器、２１２：ＤＣ増幅器、２１３Ａ、２１３Ｂ：ピーク検出器、２１４：ＲＦ増幅器、２１５、２１６：負荷抵抗、２１７：第１ｏ／ｅ、２１８：低域通過フィルタ、２１９：帯域通過フィルタ、２２０：温度コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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