(57)【要約】【課題】バッファ層を備えた変調器に比べて製造工程が簡単であり、製造原価が安いバッファ層を備えない変調器を利用して実現した経済的なデュオバイナリー光伝送装置を提供する。【解決手段】搬送波を出力する光源と、入力されるＮＲＺ(Non Return to Zero)電気信号を符号化するデュオバイナリー符号化装置と、符号化された信号を３-レベルの電気信号に変化させるローパスフィルタと、３-レベルの電気信号に従って搬送波の位相及び光強度を変調させて２-レベルの光デュオバイナリー信号を出力する光強度変調器とから構成され、光強度変調器は、基板と、基板に形成された光導波路と、光導波路に電界を印加するための電極を備えたＸ-カットの光強度変調器とを備える。 【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波を出力する光源と、
ＮＲＺ(Non Return-to-Zero)電気信号を符号化するデュオバイナリー符号化装置と、
前記符号化された信号を３-レベルの電気信号に変換するローパスフィルタと、
前記３-レベルの電気信号に基づいて前記搬送波の位相及び光強度を変調させて、２-レベルの光デュオバイナリー信号を出力する光強度変調器とを備え、
前記光強度変調器は、基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路に電界を印加するための電極とを備えるＸ-カット(cut)マッハツェンダー変調器であることを特徴とするデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項２】
前記光強度変調器は、
前記光導波路が前記電極の間隙に面して配置され、前記光導波路と前記電極との間にバッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器であることを特徴とする請求項１記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項３】
前記デュオバイナリー光伝送装置は、
前記光強度変調器を駆動するための前記符号化された信号を増幅する駆動増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項４】
前記デュオバイナリー光伝送装置は、
前記光強度変調器を駆動するための前記３-レベルの電気信号を増幅する駆動増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項５】
前記駆動増幅器の出力を調節することによって前記光デュオバイナリー信号の出力特性を調節することを特徴とする請求項３記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項６】
前記駆動増幅器の出力を調節することによって前記光デュオバイナリー信号の出力特性を調節することを特徴とする請求項４記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項７】
前記ローパスフィルタの帯域幅を調節することによって前記光デュオバイナリー信号の伝送特性を調節することを特徴とする請求項１記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項８】
搬送波を出力する光源と、
入力されるＮＲＺ電気信号を符号化するデュオバイナリー符号化装置と、
前記符号化された信号に基づいて前記搬送波の位相及び光強度を変調させる光強度変調器と、
前記光強度変調器から変調光信号を受信して所定の帯域に合うようにフィルタリングして光デュオバイナリー信号を出力する光バンドパスフィルタとを備え、
前記光強度変調器は、
基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路に電界を印加するための電極とを備えたＸ-カットマッハツェンダー変調器である
ことを特徴とするデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項９】
前記光強度変調器は、
前記光導波路が前記電極の間隙に面して配置され、前記光導波路と前記電極との間にバッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器であることを特徴とする請求項８記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項１０】
前記デュオバイナリー光伝送装置は、
前記光強度変調器を駆動するための前記符号化された信号を増幅する駆動増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項１１】
前記駆動増幅器の出力を調節することによって前記光デュオバイナリー信号の出力特性を調節することを特徴とする請求項１０記載のデュオバイナリー光伝送装置。
【請求項１２】
前記光バンドパスフィルタの帯域幅を調節することによって前記光デュオバイナリー信号の伝送特性を調節することを特徴とする請求項８記載のデュオバイナリー光伝送装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュオバイナリー(duobinary)光送信技術を利用したデュオバイナリー光伝送装置に関し、特に、バッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー干渉計型変調器を利用したデュオバイナリー光伝送装置に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来の高密度波長分割多重方式(Dense Wavelength Division Multiplexing；ＤＷＤＭ)の光伝送システムは、一本の光ファイバ内に相異なる波長を有する複数のチャンネルで構成された光信号を伝送することにより伝送効率を高めることができ、伝送速度に無関係に光信号を伝送することができるので、伝送量が増加している超高速インターネット網に幅広く使用されているシステムである。現在では、ＤＷＤＭを使用して１００個以上のチャンネルを一本の光ファイバを使用して伝送するシステムが常用化されており、一本の光ファイバに２００個以上の４０Ｇｂｐｓのチャンネルを同時に伝送して１０Ｔｂｐｓ以上の伝送速度を有するシステムに対する研究も活発に行われている。
【０００３】
そこで、最近では、光デュオバイナリ技術が、色分散(chromatic dispersion)による伝送距離の限界を克服できる光伝送技術として研究されている。デュオバイナリー伝送の主な長所は、伝送スペクトルを一般的なバイナリー伝送に比べ減少することが可能な点にある。分散制限システム（dispersion limited system）において、伝達距離は、伝送スペクトル帯域幅の自乗に反比例する。これは、伝送スペクトルが１／２に縮小されれば、伝達距離は４倍に増加することを意味する。
【０００４】
さらに、搬送波周波数がデュオバイナリー伝送スペクトル内で抑圧されるので、光ファイバ内で励起されたブリュアン散乱(Brillouin Scattering)によって引き起こされた光電力出力に対する制限を緩和させることができる。
【０００５】
図１は、従来のデュオバイナリー光伝送装置の一構成例を示す。これを参照して従来のデュオバイナリー光伝送装置について説明すれば、次の通りである。
【０００６】
図１に示すように、従来のデュオバイナリー光伝送装置は、２−レベルの電気的なパルス信号を生成するパルス信号発生器(pulse pattern generator：ＰＰＧ)１０と、２−レベルＮＲＺ電気信号を符号化するプリコーダ（Precoder）２０と、プリコーダ２０から出力される２−レベルのバイナリー信号を増幅して光変調器の駆動信号を出力する変調器駆動増幅器３０、３１と、増幅された２−レベルバイナリー信号を３−レベルの電気信号に変化させ、信号の帯域幅を減少させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）４０、４１と、搬送波を出力するレーザー光源(laser source)５０と、マッハツェンダー干渉型光強度変調器(Mach-Zehnder interference type light intensity modulator)６０とから構成される。
【０００７】
図１は、マッハツェンダー光強度変調器６０は、位相変調を利用した強度変調器として、Ｚ-カットの二重電極(dual arm)構造のマッハツェンダー干渉型光強度変調器を利用した場合を示す図である。図１において、Ｑバーは、Ｑの反転(inverter)信号を示し、３-レベルのデュオバイナリー信号が、マッハツェンダー干渉型光強度変調器６０の両方のアームに位置した駆動増幅器３０、３１及びローパスフィルタ４０、４１を通じて、マッハツェンダー干渉型光強度変調器６０の電極にそれぞれ入力される。
【０００８】
パルス信号発生器１０で生成された２-レベルのパルス信号はプリコーダ２０で符号化(encoding)され、駆動増幅器３０、３１によって変調器の駆動が可能な信号の大きさに増幅される。増幅された２-レベルのバイナリー信号は、ローパスフィルタ４０、４１にそれぞれ入力され、ローパスフィルタ４０、４１は、各々、この２-レベルバイナリー信号のクロック周波数(clock frequency)の約１／４に該当する帯域幅を有する。このような帯域幅の過度な制限によって、符号間の干渉が発生し、この符号間の干渉によって、この２-レベルバイナリー信号は、３-レベルのデュオバイナリー信号(3-level Duo-binary signal)に変換される。３-レベルデュオバイナリー信号は、マッハツェンダー型光強度変調器６０の駆動信号として利用され、レーザー光源５０から出力された搬送波は、マッハツェンダー型光強度変調器６０の駆動信号に基づいて位相及び光強度変調されて、２-レベルの光デュオバイナリー信号が出力される。
【０００９】
図２は、Ｚ-カットの二重電極(dual arm)構造のマッハツェンダー型光強度変調器の構造を示す断面図である。Ｚ-カットのマッハツェンダー型光強度変調器は、ＬｉＮｂＯ３基板１０１、光導波路１０２、及び電極１０３で構成され、また、光導波路１０２を通過する光波が電極１０３によって抵抗損(ohmic loss)を経験しないためのバッファ層１０４を含む。図２において、Ｘ、Ｚは、それぞれ軸方向を示し、図２は、結晶(crystal)をＺ軸方向にカットした(以下、Ｚ-カットと称する。)場合を示している。そして、矢印は、電界の方向を示す。
【００１０】
その動作は、次の通りである。入力された光は、光導波路１０２から２つの経路に分岐されてそれぞれ異なる経路を進行しつつ、電極１０３に印加される外部電界によって相互に異なる量の位相変調を受けるようになる。光導波路１０２の出力端で２つの光波の位相が同相であれば、干渉による強め合い(constructive interference)が発生して入力光パワーがほぼそのままに出力され、２つの光波の位相が逆位相であれば、干渉による弱め合い(destructive interference)が発生して光波が基板１０１に輻射されるので、出力光パワーは０になる。
【００１１】
しかしながら、従来技術は、駆動増幅器及びローパスフィルタが、それぞれ２つずつ使用されていたため、光伝送装置のコストを上昇させる要因となっていた。また、すべての部品(駆動増幅器、ローパスフィルタ、及びマッハツェンダー型光強度変調器など)が、両方のアームに関して対称である必要があり、また、利得、帯域幅、及び遅延時間などの特性が同一でなければならないので、非常に厳格な部品選定が必要であった。さらに、両方のアームの特性差異を減少させる追加の部品(例えば、遅延器)が必要となり、システムの製造コストを増大させる原因になっていた。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、バッファ層を備えた変調器に比べて製造工程が簡単であり、製造原価が安いバッファ層を備えない変調器を利用して実現した経済的なデュオバイナリー光伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の一実施の形態に従うデュオバイナリー光伝送装置は、搬送波を出力する光源と、ＮＲＺ電気信号を符号化するデュオバイナリー符号化装置と、当該符号化された信号を３-レベルの電気信号に変化させるローパスフィルタと、当該３-レベルの電気信号に従って当該搬送波の位相及び光強度を変調させて２-レベルの光デュオバイナリー信号を出力する光強度変調器とから構成され、当該光強度変調器は、基板と、当該基板に形成された光導波路と当該光導波路に電界を印加するための電極とを備えるＸ-カット光強度変調器であることを特徴とする。
【００１４】
望ましくは、当該Ｘ-カット光強度変調器は、当該光導波路と当該電極との間にバッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー干渉計変調器であることを特徴とする。
【００１５】
より望ましくは、当該デュオバイナリー光伝送装置は、変調器を駆動できるように当該符号化された信号を増幅する駆動増幅器をさらに備えることを特徴とする。 
【００１６】
本発明の他の実施の形態に従うデュオバイナリー光伝送装置は、搬送波を出力する光源と、入力されるＮＲＺ電気信号を符号化するデュオバイナリー符号化装置と、当該符号化された信号に従って当該搬送波の位相及び光強度を変調させる光強度変調器と、当該光強度変調器から変調光信号を受信して所定の帯域に合うようにフィルタリングして光デュオバイナリー信号を出力する光帯域通過フィルタとを備え、当該光強度変調器は、基板と、当該基板に形成された光導波路と、当該光導波路に電界を印加するための電極を備えたＸ-カットのマッハツェンダー変調器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、バッファ層を備えないＸ-カット光強度変調器を１０Ｇｂｐｓのデュオバイナリー光伝送装置に適用することによって、色分散に強いデュオバイナリー信号の長所をそのままに保持しつつ、送信装置の単価を格段に低減させることができる。また、電気的ローパスフィルタを使用せずに、Ｘ-カット光強度変調器及び光バンドパスフィルタを利用して、デュオバイナリー信号が有する相互位相特性を有するようにする。
【００１８】
従って、電気的なフィルタによる伝送品質の限界を克服し、高速及び高密度の波長分割多重化方式(ＷＤＭ)の光伝送システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態に従うデュオバイナリー光伝送装置３００の構成を示す図である。
図３を参照すると、本発明の一実施形態のデュオバイナリー光伝送装置３００は、２-レベルのＮＲＺデータ信号を生成する信号発生器３１０と、この２-レベルのＮＲＺデータ信号を符号化するデュオバイナリーエンコーダ（デュオバイナリー符号化装置）３２０と、この符号化された２-レベルのＮＲＺデータ信号を３-レベルの電気信号に変化させ、信号の帯域幅を減少させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３４０と、搬送波を出力するレーザー光源３５０と、光強度変調器３６０とから構成される。また、この符号化された信号を増幅して変調器を駆動できる駆動増幅器３３０を備える。 
【００２１】
信号発生器３１０は、２-レベルのＮＲＺデータ信号を発生し、電気的なパルス信号を生成するパルス信号発生器(pulse pattern generator；ＰＰＧ)にて実現することができる。
【００２２】
デュオバイナリーエンコーダ３２０は、この２-レベルのＮＲＺデータ信号を符号化するものであり、例えばプリコーダにて実現することができる。
【００２３】
駆動増幅器３３０は、符号化された信号を増幅して光強度変調器３６０を駆動する。また、駆動増幅器３３０の出力を調節することによって、光デュオバイナリー信号の出力を調節することができる。
【００２４】
ローパスフィルタ３４０は、符号化された２-レベルのＮＲＺデータ信号のクロック周波数(clock frequency)の約１／４に該当する帯域幅を有しており、このような帯域幅の過度な制限によって符号間の干渉が発生し、この符号間の干渉によってこの２-レベルのバイナリー信号は、３-レベルのデュオバイナリー信号(3-level Duo-binary signal)に変換される。 
【００２５】
レーザー光源３５０は、搬送波の生成／出力を行い、例えば、レーザーダイオード(ＬＤ)にて実現することができる。 
【００２６】
光強度変調器３６０は、位相変調を利用した強度変調器であり、例えば、バッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器にて実現することができる。 
図４は、本発明の一実施形態に適用されたＸ-カットマッハツェンダー変調器４００の構造を示す断面図である。Ｘ-カットのマッハツェンダー変調器は、ＬｉＮｂＯ３などの強誘電体基板４０１、光導波路４０２、及び電極４０３から構成される。図において、Ｘ、Ｚはそれぞれ軸方向を示している。また、図４は、結晶(crystal)をＸ軸方向にカットした(以下、Ｘ-カットと称する。)場合を示す図である。また、矢印は、電界の方向を示す。 
【００２７】
Ｘ-カットマッハツェンダー変調器４００と図２に示したＺ-カット変調器との一番大きい差異点は、光導波路４０２が電極４０３の間隙に面して配置され、バッファ層を備えない点である。バッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器４００は、電極の下に光導波路が位置するＺ-カット変調器よりも約３０％程度低いＶｐｈｉ ×Ｌ値を有するようになって、高い電気光学変換の効率を有する。ここで、Ｖｐｈｉは、半波(half-wave)電圧、Ｌは電極の長さを示す。高い電気光学変換効率によって、変調器の重要な因子である駆動電圧を小さくすることができ、また、チップの長さが短くなるため、１つのウエハーで生産されるチップの個数が増加して、生産量を向上することができる。しかしながら、光の速度と電気の速度とが異なるので、発生する速度不整合(velocity mismatching)によって帯域幅が制限されて、電極長さと帯域幅との積が約８ＧＨｚ ×ｃｍで制限される。このような帯域幅の制限によって、バッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器は、２．５Ｇｂｐｓのアプリケーションでのみ使用されてきた。バッファ層の有無に従うＸ-カット変調器の長・短所は、下記表１に示す通りである。 
【００２８】
【表１】
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【００２９】
バッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器が有するこのような帯域幅の制限の短所は、１０Ｇｂｐｓデュオバイナリー光伝送装置に適用される場合には、むしろ長所に変わるものである。実際に、バッファ層を備えないＸ-カットマッハツェンダー変調器は、約４ＧＨｚまでの帯域幅を容易に得ることができる。デュオバイナリー信号の場合に、大体に、動作速度の１／４に相当する帯域幅を有するローパスフィルタで信号をフィルタリングするので、変調器の帯域幅が制限されても、デュオバイナリー信号を、伝送品質または伝送特性が低下することなく伝送することができる。また、このローパスフィルタの帯域幅を少し増加させることによって、光デュオバイナリー信号の伝送特性等の品質を向上させることができる。例えば、４ＧＨｚ帯域幅の変調器が使用された場合に、ローパスフィルタの帯域幅が２．７ＧＨｚから３．４ＧＨｚに増加すれば、受信感度は、２．５dＢ程度改善する。
【００３０】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図３に示したデュオバイナリー光伝送装置の特性を示す。さらに詳細に説明すると、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図３及び図１に示したデュオバイナリー光伝送装置を使用して、１０Ｇｂｐｓの伝送速度で標準シングルモード光ファイバを通じて、伝送距離を１５０ｋｍにした場合の光信号のアイダイアグラム(eye-diagram)を示す。ここで、１５０ｋｍの伝送の後のアイダイアグラムの特性に差異はほぼないことが分かる。 
【００３１】
図６は、図３に示したデュオバイナリー光伝送装置を利用して、１０Ｇｂｐｓの伝送速度で標準シングルモード光ファイバを通じて、伝送距離を２００ｋｍにした場合の伝送特性６０１と、図１に示したデュオバイナリー光伝送装置を利用して、１０Ｇｂｐｓの伝送速度で標準シングルモード光ファイバを通じて、伝送距離を２００ｋｍにした場合の伝送特性６０２とを比較して示す図である。図６において、本発明の一実施形態及び従来技術によるデュオバイナリー信号６０１、６０２は、１５０ｋｍの伝送距離で最高の受信感度の特性を示し、２００ｋｍの伝送距離で、ほぼ−２３．５ｄＢｍの受信感度を有し、類似している特性を示すことが分かる。本実験で使用されたバッファ層を備えないＸ-カット変調器の帯域幅は、４ＧＨｚであり、バッファ層があるＺ-カット変調器の帯域幅は９ＧＨｚである。また、本実験は、長さが２３１−１の擬似ランダムビットシーケンス(pseudo random bit sequence；ＰＲＢＳ)を使用して実験を行った結果である。
【００３２】
図７は、本発明の他の実施の形態に従うデュオバイナリー光伝送装置７００の構成を示す。 
【００３３】
図７を参照すると、本発明の他の実施形態に従うデュオバイナリー光伝送装置７００は、２-レベルのＮＲＺデータ信号を生成する信号発生器７１０と、この２-レベルのＮＲＺデータ信号を符号化するデュオバイナリーエンコーダ７２０と、搬送波を出力するレーザー光源（ＬＤ）７４０と、光強度変調器７５０及び光バンドパスフィルタ(Optical Band Pass Filter；ＯＢＰＦ)７６０と、から構成される。また、この符号化された信号を増幅して変調器を駆動できる駆動増幅器７３０を備える。信号発生器７１０、デュオバイナリーエンコーダ７２０、駆動増幅器７３０、レーザー光源７４０、及び光強度変調器７５０は、図３に示した一実施の形態の構成と類似している。
【００３４】
本実施の形態の構成は、光強度変調器７５０の出力側に光バンドパスフィルタ７６０を備えることによって、光強度変調器を利用して光強度はもちろん、位相も変調させた後に、光デュオバイナリー信号を生成することができるようにしたものである。光バンドパスフィルタ７６０は、帯域幅がデータ伝送ビット率の０．７倍程度であり、光強度変調器７５０の出力信号は、光バンドパスフィルタ７６０を通過すれば、従来のデュオバイナリー送信器の構造で、電気的ローパスフィルタを通過する方式と同一の機能によってデュオバイナリー信号に変換される。本実施の形態では、光バンドパスフィルタ７６０の帯域幅がデータ伝送ビット率の０．７倍である場合を例に挙げたが、光バンドパスフィルタ７６０の帯域幅を調節することによって、光デュオバイナリー信号の伝送特性を調節することができる。この場合に、ローパスフィルタは不要であり、従って、３-レベル信号が発生しないので、ＰＲＢＳ長さに従う信号の特性低下が生じない。
【００３５】
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のデュオバイナリー光伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｚ-カットの二重電極構造のマッハツェンダー型光強度変調器の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に従うデュオバイナリー光伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に適用されたＸ-カットマッハツェンダー型光強度変調器の構造を示す断面図である。
【図５】図３及び図１のデュオバイナリー光伝送装置を利用して、１０Ｇｂｐｓの伝送速度で標準シングルモード光ファイバを通じて伝送距離を１５０ｋｍにした場合の光信号のアイダイアグラムを示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に従う図３のデュオバイナリー光伝送装置を利用して、１０Ｇｂｐｓの伝送速度で標準シングルモード光ファイバを通じて伝送距離を２００ｋｍにした場合の伝送特性を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施の形態に従うデュオバイナリー光伝送装置の構成を示すブロック図である。
【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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