(57)【要約】【課題】実質的に分散に依存しないＯＴＤＭ無歪み伝送を実現するＯＴＤＭ伝送方法及び装置を提供する。【解決手段】ＯＴＤＭ信号送信器１からの時分割多重されたＯＴＤＭ信号は、光フーリエ変換装置２中へ入射する。ここで光パルスがチャープのないフーリエ変換限界パルスであれば光フーリエ変換を最も正確に実行できる。光フーリエ変換装置２は、パルスの時間波形を周波数軸上の信号へ変換し、一方、光逆フーリエ変換装置２’は、周波数軸上のスペクトル形状を時間波形（パルス）に変換するものである。光ファイバ伝送路３は、任意の分散および偏波モード分散を有する伝送線路である。これらの分散量は時間的な変動を伴ってもよい。ＯＴＤＭ信号受信器４は、伝送信号を光領域で低速光信号に多重分離した後、チャネルごとに光パルスを受光し、これを電気信号に変換する。【選択図】        図１
2005020319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置を用いて、光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号パルス列を波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列を受信し、周波数スペクトル形状をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、光ファイバ伝送路を伝送後のＷＤＭ信号スペクトル列をＯＴＤＭ信号パルス列に変換することにより、伝送前のＯＴＤＭ信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
前記光フーリエ変換装置は、ＯＴＤＭ信号パルス列の伝送速度の１／Ｎ倍（ただし、Ｎは任意の整数）の繰り返し周波数によって駆動する位相変調器と、群速度分散を与えるための分散要素とを備え、
ＮチャネルのＯＴＤＭ信号パルス列をＮチャネルのＷＤＭ信号スペクトル列に変換することを特徴とするＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
ＯＴＤＭ信号パルス列への多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Ｒに対して、ｎ倍の多重化により繰り返し周波数ｎＲのＯＴＤＭ信号パルス列を用いる場合、光フーリエ変換のための駆動周波数として多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Ｒを用いることを特徴とするＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項４】
請求項１に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
光フーリエ変換の有効時間幅を入力光パルス列の時間幅に比べて十分大きくすることによって、伝送光信号の分散及び／又は偏波モード分散に対する許容度を大きくすることを特徴とするＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項５】
請求項１に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
受信側における光逆フーリエ変換装置の分散要素および位相変調器の符号は、送信側の光フーリエ変換装置のそれらと完全に反転したものを用いることを特徴とするＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項６】
請求項１に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
前記光逆フーリエ変換装置は、光パルス列に同期して各光パルスに位相変調を印加するための位相変調器と、群速度分散を与えるための分散要素とを備え、
受信したＷＤＭ信号パルス列のチャネル間隔に基づいてクロック信号を抽出し、得られたクロック信号により位相変調器を駆動するＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項７】
請求項７に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
前記光逆フーリエ変換装置は、隣接する周波数チャネルの周波数差に相当するビート信号に基づき、クロック信号を再生し、クロック信号の周波数の１／Ｎの繰り返し周波数で前記位相変調器を駆動するＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項８】
請求項１に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
ＯＴＤＭ信号パルス列としてフーリエ変換限界のパルスを用いることを特徴とするＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項９】
請求項１に記載のＯＴＤＭ伝送方法において、
前記光フーリエ変換装置は、位相変調器と分散要素とを備え、
前記位相変調器の位相変調のチャープ率Ｋと分散要素の群速度分散ＤとがＫ＝１／Ｄの関係を満たすことを特徴とするＯＴＤＭ伝送方法。
【請求項１０】
光時分割多重化された光パルスを送信する光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号送信器と、
前記ＯＴＤＭ信号送信器から出力されたＯＴＤＭ信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と、
前記光フーリエ変換装置から光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝搬した後の光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するＯＴＤＭ信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置を用いて、ＯＴＤＭ信号パルス列をＷＤＭ信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ伝送路に入射し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後のＷＤＭ信号スペクトル列を前記光逆フーリエ変換装置を用いてＯＴＤＭ信号パルス列に変換することにより、伝送前のＯＴＤＭ信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
前記光フーリエ変換装置は、
前記分散要素が、ＯＴＤＭ信号パルス列に群速度分散を与え、
前記位相変調器が、ＯＴＤＭ信号パルス列の伝送速度の１／Ｎ倍（ただし、Ｎは任意の整数）の繰り返し周波数によって駆動し、前記分散要素から出力された光パルスに線形チャープを与え、
前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスを入力して再度群速度分散を与え、残留チャープを補償することを特徴とするＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
前記光フーリエ変換装置は、
前記位相変調器が、ＯＴＤＭ信号パルス列の伝送速度の１／Ｎ倍（ただし、Ｎは任意の整数）の繰り返し周波数によって駆動し、ＯＴＤＭ信号パルス列に線形チャープを与え、
前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスに群速度分散を与え、
前記位相変調器が、前記分散要素から出力された光パルスを入力して再度線形チャープを与え、残留チャープを補償することを特徴とするＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
前記光逆フーリエ変換装置は、
前記分散要素が、受信した光パルス列に群速度分散を与え、
前記位相変調器が、受信した光パルス列から再生されたクロック周波数の１／Ｎ（ただし、Ｎは任意の整数）で駆動され、前記分散要素から出力された光パルスに線形チャープを与え、
前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスを入力して再度群速度分散を与え、残留チャープを補償することを特徴とするＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
前記光逆フーリエ変換装置は、
前記位相変調器が、受信した光パルス列から再生されたクロック周波数１／Ｎ（ただし、Ｎは任意の整数）で駆動され、受信した光パルスに線形チャープを与え、
前記分散要素が、前記位相変調器から出力された光パルスに群速度分散を与え、
前記位相変調器が、前記分散要素から出力された光パルスを入力して再度線形チャープを与え、残留チャープを補償することを特徴とするＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
前記ＯＴＤＭ信号送信器は
繰り返し周波数Ｒを発生する信号源と、
前記信号源の出力で駆動され、繰り返し周波数Ｒの光パルスを送信データに従い伝送速度Ｒの光パルス信号列に変調する光変調器と、
前記光変調器からの伝送速度Ｒの光パルス列を伝送速度ｎＲに多重化する多重化部と
を備え、前記光フーリエ変換装置の位相変調器の駆動周波数として前記信号源からの繰り返し周波数Ｒを用いるＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
前記光フーリエ変換装置は、ＯＴＤＭ信号パルス列の伝送速度の１／Ｎ倍の繰り返し周波数を得るための、ＯＴＤＭ信号パルス列のクロック信号周波数を１／Ｎ倍に分周する回路をさらに備えたＯＴＤＭ伝送装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載のＯＴＤＭ伝送装置において、
受信側における光逆フーリエ変換装置の分散要素および位相変調器の符号は、送信側の光フーリエ変換装置のそれらと完全に反転したものを用いることを特徴とするＯＴＤＭ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、光時分割多重（ＯＴＤＭ、ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｉｍｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方法及び装置に係り、特に、ＯＴＤＭ伝送において、伝送速度を高速化したときに問題となり得る光ファイバ伝送路の分散および偏波モード分散による信号の時間波形歪みを完全に（又はほとんど完全に）除去することを可能にする新たなＯＴＤＭ伝送方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信において、１本の伝送ファイバに収容する信号チャネル数を増やし回線の有効利用を図る多重化技術として、時分割多重（ＴＤＭ）と波長分割多重（ＷＤＭ）とが用いられている。電気の処理速度を超えた光伝送を実現するために、光パルスを各チャネルに分けてその多重化される前のパルス列の基本繰り返し周波数においてあらかじめデータ変調を行ない、再び各チャネルを光領域で時間多重する方法は、特に光時分割多重（ＯＴＤＭ）と呼ばれている。
【０００３】
伝送速度が、例えば、４０  Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速ＯＴＤＭ伝送においては、従来の伝送方式に比べてパルス間隔が大幅に狭くなるため、信号光としてパルス幅が数ピコ秒からサブピコ秒の超短パルスを用いる必要がある。このような超短パルスを用いたＯＴＤＭ伝送の実現にあたっては、波長分散や偏波分散をはじめとする光ファイバの線形効果による信号波形歪みの低減が重要な課題となる。
【０００４】
超高速ＯＴＤＭ伝送としては、これまでに１６０  Ｇｂｉｔ／ｓ−４８０  ｋｍ、６４０  Ｇｂｉｔ／ｓ−１００  ｋｍ、１．２８  Ｔｂｉｔ／ｓ−７０  ｋｍといった実験結果が報告されている（非特許文献１〜３参照）。これらの実験では、分散補償ファイバや分散スロープ補償ファイバを用い伝送ファイバ全体の分散値および分散スロープを極めて正確に制御することによって伝送信号の時間波形歪みを抑えている。
【０００５】
また、本発明者は、任意の分散ならびに偏波モード分散、タイミングジッタを有する光ファイバに伝送される信号の波形歪みをフーリエ変換により同時にかつ完全に補償する新たな光伝送方法および光伝送装置（特許文献１）、及び、超高速光通信ならびに光計測などに用いられる超短パルス技術において、パルス光源から出力された光パルスの時間幅を任意の比率で圧縮するとともに、さらには任意のパルス波形を得ることができる光パルス圧縮器および光関数発生器（特許文献２）について出願している。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｊ．  Ｌ．  Ａｕｇｅ，  Ｍ．  Ｃａｖａｌｌａｒｉ，  Ｍ．  Ｊｏｎｅｓ，  Ｐ．  Ｋｅａｎ，  Ｄ．  Ｗａｔｌｅｙ，  ａｎｄ  Ａ．  Ｈａｄｊｉｆｏｔｉｏｕ，  ”Ｓｉｎｇｌｅ  ｃｈａｎｎｅｌ  １６０  Ｇｂ／ｓ  ＯＴＤＭ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ４８０  ｋｍ  ｏｆ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｉｂｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ４０  ＧＨｚ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｐｕｌｓｅ  ｓｏｕｒｃｅ，”  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＯＦＣ）  ２００２，  Ｐａｐｅｒ  ＴｕＡ３．
【非特許文献２】
山本貴司、吉田英二、田村公一、中沢正隆、「フェムト秒パルスを用いた６４０  Ｇｂｉｔ／ｓ  ＯＴＤＭ信号の１００  ｋｍ伝送」、信学論（Ｃ）、Ｖｏｌ．  Ｊ８３−Ｂ，  ｐｐ．  ６２５−６３３，  ２０００．
【非特許文献３】
山本貴司、田村公一、中沢正隆、「位相変調器による３次、４次分散同時補償を用いた１．２８  Ｔｂｉｔ／ｓ−７０  ｋｍフェムト秒パルスＯＴＤＭ伝送」、信学論（Ｂ）、Ｖｏｌ．  Ｊ８４−Ｂ，  ｐｐ．  １５８７−１５９７，  ２００１．
【特許文献１】
特願２００３−２３９７３
【特許文献２】
特願２００３−１０９７０８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような超高速ＯＴＤＭ伝送においては超短パルスが用いられるため、伝送ファイバの分散に対する伝送システムの許容度がもともと小さく、分散値のわずかな変動によってパルスの伝送特性に大きな影響が出てくる。さらに超短パルス伝送においては、振動や温度変化などの外乱によって誘起される伝送信号の偏波状態のランダムな変化から生じるパルス広がり（偏波モード分散）の影響を考慮に入れなければならない。したがって分散値の変動や偏波モード分散に対するトレランスを十分確保するためには、分散の適応等化技術や偏波モード分散補償技術が必要とされている。このような分散補償技術は未だ実用化されるまでに至っていない。
【０００８】
そこで本発明では、上述の課題を解決するために、光ファイバ中の線形効果によって時間波形歪みが発生してもスペクトル形状は完全に保存されるという性質、ならびに光フーリエ変換によってＯＴＤＭ信号とＷＤＭ信号を相互に一括変換できるという性質を、ＯＴＤＭ信号伝送技術に積極的に応用する。すなわち、光ファイバ伝送路の送信側でＯＴＤＭ信号のＮビットを一括して光フーリエ変換することによってＮ個のＷＤＭ信号スペクトル列に変換しておき、受信側で伝送信号のスペクトル形状を光逆フーリエ変換によって時間波形に変換することで線形歪みのないもとの信号波形を完全に再生することができる。
本発明は、以上の点に鑑み、実質的に分散に依存しないＯＴＤＭ無歪み伝送を実現するＯＴＤＭ伝送方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の解決手段によると
時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトル波形又は包絡線に変換するための光フーリエ変換装置を用いて、光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号パルス列を波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ中に伝搬し、
光ファイバ中に伝搬された光パルス列を受信し、周波数スペクトル波形又は包絡線をそのパルスのもつ時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置を用いて、光ファイバを伝送後のＷＤＭ信号スペクトル列をＯＴＤＭ信号パルス列に変換することにより、伝送前のＯＴＤＭ信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのＯＴＤＭ伝送方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２の解決手段によると、
送信光パルスを多重化する光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号送信器と、
前記ＯＴＤＭ信号送信器から出力されたＯＴＤＭ信号パルス列に対して、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつ周波数スペクトルの形状に変換するための光フーリエ変換装置と
光ファイバ伝送路を伝搬した光パルス列に対して、光パルスのもつ周波数スペクトルの形状を時間軸上の光パルス波形に変換するための光逆フーリエ変換装置と、
前記光逆フーリエ変換装置から出力された光パルス列を低速光信号に多重分離しチャネルごとに受光するＯＴＤＭ信号受信器と
を備え、
前記光フーリエ変換装置を用いて、ＯＴＤＭ信号パルス列を波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に変換し、
変換された光パルス列を光ファイバ中に伝搬し、
光ファイバ伝送路に入射され光ファイバ伝送路を伝送後のＷＤＭ信号スペクトル列を前記光逆フーリエ変換装置を用いてＯＴＤＭ信号パルス列に変換することにより、伝送前のＯＴＤＭ信号パルス列の時間波形を再生し、
伝送された光パルスが光ファイバ伝送路中でいかなる線形時間歪みを受けても周波数スペクトルの形状が保存されることから、無歪み伝送を実現するためのＯＴＤＭ伝送装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
１．ＯＴＤＭ伝送システム
図１は、本実施の形態のＯＴＤＭ伝送システムの構成図である。ＯＴＤＭ伝送システムは、ＯＴＤＭ信号送信器１、光フーリエ変換装置２（２０）、光逆フーリエ変換装置２’（２０’）、光ファイバ伝送路３、ＯＴＤＭ信号受信器４を備える。
まず、ＯＴＤＭ信号送信器１からの時分割多重されたＯＴＤＭ信号は、光フーリエ変換装置２中へ入射する。ここで光パルスがチャープのないフーリエ変換限界パルスであれば後述する光フーリエ変換を最も正確に実行できる。ここで、フーリエ変換限界パルスとは、トランスフォームリミットなパルスとも呼ばれ、時間波形に対して一切過不足のないスペクトル幅を有するパルスであり、例えばガウス型パルスの場合には、時間パルス幅Δτとそのスペクトル幅Δνの積はΔνΔτ≒０．４４１を満たしている。光フーリエ変換装置２は、パルスの時間波形を周波数軸上の信号へ変換し、一方、光逆フーリエ変換装置２’は、周波数軸上のスペクトル形状を時間波形（パルス）に変換するものである。光ファイバ伝送路３は、任意の分散および偏波モード分散を有する伝送線路である。これらの分散量は時間的な変動を伴ってもよい。ＯＴＤＭ信号受信器４は、伝送信号を光領域で低速光信号に多重分離した後、チャネルごとに光パルスを受光し、これを電気信号に変換する。ＯＴＤＭ信号受信器４において多重分離に用いるクロックは、例えば、光逆フーリエ変換装置２’（２０’）が伝送信号から抽出したものを用いたり、独立にクロック信号源を設けること等、適宜の手段を用いることができる。
【００１３】
なお、以下に光フーリエ変換装置と光逆フーリエ変換装置の第１及び第２の実施の形態を説明するが、両装置を第１の実施の形態又は第２の実施の形態を用いてもよいし、一方に第１の実施の形態、他方に第２の実施の形態を用いるようにしてもよい。
【００１４】
２．ＯＴＤＭ伝送装置の第１の実施の形態
ここで、図２に、ＯＴＤＭ信号送信器１および光フーリエ変換装置２の第１実施の形態の構成図を示す。
図２のＯＴＤＭ信号送信器１は、光パルス光源１１、クロック信号源１２、光変調器１３、ＯＴＤＭ多重化装置１４、データ入力端子１５を備える。光パルス光源１１は、クロック信号源１２から供給される周波数Ｒ  ［Ｈｚ］で動作する。光変調器１３は、クロック信号源１２から供給されるクロックで駆動され、基本繰り返し周波数Ｒ  ［Ｈｚ］の光パルス列をデータ入力端子１５から入力される送信データに従い伝送速度Ｒ  ［ｂｉｔ／ｓ］の光パルス信号列にデータ変調する。ＯＴＤＭ多重化装置１４は、クロック信号源１２から供給されるクロックで駆動され、基本繰り返し周波数Ｒでｎチャネルの光パルス信号列を時分割多重化し伝送速度をｎ倍にし、ＯＴＤＭ信号パルス列の繰り返し周波数（伝送速度ｎＲ［ｂｉｔ／ｓ］）で出力する。なお同図で、実線および破線はそれぞれ光パルスおよび電気信号の経路を表している。
【００１５】
図２の光フーリエ変換装置２は、入力端子２１、光サーキュレータ２３および２３’、電気増幅器２５、分散要素２６、位相変調器２７、出力端子２８、逓倍器もしくは分周器２９を備える。
位相変調器２７としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３などの電気光学効果を用いた位相変調器が好適に用いられる。位相変調器２７は、あるいはＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）やＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などにおける位相変調効果を用いてもよい。位相変調器２７には一般に偏波依存性のあるものが多いが、無偏波形の光デバイスあるいは偏波ダイバーシティーによる方法を採用して無偏波化を図ってもよい。なお、位相シフタ及び光遅延ファイバを設けて、その際位相変調が光パルスに最適に同期して印加されるように機能するようにしてもよい。もし変調のタイミングが温度などによりずれる場合には、位相シフタが自動的に位相シフト量を調整し、最適な変調を印加する技術を用いることができる。また、電気増幅器を設けて、位相シフタの出力により位相変調器２７を駆動するための駆動信号を出力するようにしてもよい。分散要素２６としては、例えば、１．３μｍの波長帯域付近に零分散領域が存在する群速度分散特性を有するような単一モード光ファイバあるいは回折格子対、ファイバブラッググレーティング等を用いることができる。
【００１６】
入力端子２１には光サーキュレータ２３のポート２３ａが接続される。光サーキュレータ２３のポート２３ａには、ポート２３ｂ、分散要素２６および光サーキュレータ２３’のポート２３’ｂを介してポート２３’ａが接続される。光サーキュレータ２３’のポート２３’ａとポート２３’ｃとは位相変調器２７を介してループ状に接続される。光サーキュレータ２３のポート２３ｂはポート２３ｃを介して出力端子２８に接続される。位相変調器２７は、ＯＴＤＭ信号パルス列に同期した位相変調をパルスに印加するために、ＯＴＤＭ信号送信器１中のクロック信号源１２から供給されるクロックを駆動周波数として用いる。すなわちクロック信号源１２を電気増幅器２５を介して位相変調器２７の駆動回路に接続する（特許文献１及び２参照）。後述するように、本実施の形態では位相変調器２７の駆動周波数を、一般にＯＴＤＭ信号パルス列の繰り返し周波数の１／Ｎ倍（Ｎ：整数）に選ぶ。Ｎ＝ｎ（時間多重数）でもよい。このためには、必要に応じて、適切な逓倍器もしくは分周器２９を電気増幅器２５と位相変調器２７との間に挿入したり省略したりすればよい。
【００１７】
図４に、光逆フーリエ変換を実行する光逆フーリエ変換装置２’の第１の実施の形態の構成図を示す。図４は、入力端子２１、光カップラ２２、光サーキュレータ２３および２３’、クロック信号再生器２４、電気増幅器２５、分散要素２６、位相変調器２７、出力端子２８、逓倍器もしくは分周器２９を備える。図２と同符号の構成要素はそれぞれ、同様の構成・機能を有する。これは図２の光フーリエ変換装置２において、入力端子２１に光カップラ２２を接続し、一方の出力を光サーキュレータ２３のポート２３ａに、もう一方の出力をクロック信号再生回路２４および電気増幅器２５を介して位相変調器２７の駆動回路に接続したものである。なお同図で、実線および破線はそれぞれ光パルスおよび電気信号の経路を表している。
【００１８】
送信側で用いた光フーリエ変換に対応する光逆フーリエ変換は、光逆フーリエ変換装置２’の分散要素Ｄ’の符号が、光フーリエ変換装置２に用いた分散要素Ｄと逆符号となるように（Ｄ’＝−Ｄに）分散量を選ぶことで実現できる。このとき光逆フーリエ変換装置２’における位相変調器のチャープＫ’の符号も、光フーリエ変換装置２に用いた位相変調器のチャープＫと逆符号となるように（すなわちＫ’＝−Ｋに）選ぶ。位相変調器のチャープは位相変調器に印加する電圧の位相を反転することによって逆符号にすることができる。
【００１９】
また、光逆フーリエ変換装置２’の位相変調器２７において、信号パルス列に同期した位相変調をパルスに印加するために、光カップラ２２、クロック信号再生回路２４、及び電気増幅器２５により、この信号パルス列からクロック信号を抽出し、得られたクロック周波数で位相変調器２７を駆動する必要がある。もとのＯＴＤＭ信号パルス列は送信端でＷＤＭ信号に変換されているので、ＷＤＭ信号からは直接クロック信号を抽出することはできない。しかしＷＤＭ信号のチャネル間隔ΔωともとのＯＴＤＭ信号のビット間隔ΔｔはΔω＝ＫΔｔの関係にあるので、Δωからクロック信号を再生することができる。
【００２０】
図５に、クロック信号再生回路２４の構成図を示す。同図で、実線および破線はそれぞれ光パルスおよび電気信号の経路を表している。クロック信号再生回路２４は、波長フィルタ３１、光検出器３２、および分周器３３を備える。まず２つの隣接する周波数チャネルを波長フィルタ３１によって切り出し、２つのチャネルの周波数差Δωに相当するビート信号を光検出器３２に入射し電気信号に変換する。これを１／Ｋ倍の分周器２３に通すことよって、ビット間隔Δｔに相当するクロック信号を再生することができる。
【００２１】
次に、このＯＴＤＭ伝送方式の動作の概要を図１、図２および図４を用いて説明する。
まず、光フーリエ変換装置２の動作について説明する。
ＯＴＤＭ信号送信器１によって生成されたＯＴＤＭ信号をｕ（ｔ）、その周波数スペクトルをＵ（ω）とする。時間信号ｕ（ｔ）とその周波数スペクトルＵ（ω）は
【００２２】
【数１】
2005020319.tif 000003
で関係づけられている。
【００２３】
まず、このようなＯＴＤＭ信号を図２の光フーリエ変換装置２の入力端子２１に入射する。光サーキュレータ２３のポート２３ａ、２３ｂを介して分散要素２６を通過した後の信号の時間波形ｕ−（ｔ）は
【数２】
2005020319.tif 000004
となる。ここでＤは分散要素２６の分散量であり、分散要素２６が、二次分散ｋ”、長さＬの光ファイバで構成されているとするとＤ＝ｋ”Ｌである。すなわちこの作用により、次の光フーリエ変換によって生じる位相の時間的変化（チャープ）をあらかじめ補償しておく。
【００２４】
次に光サーキュレータ２３’のポート２３’ｂ、２３’ａを介して位相変調器２７を通過した後の信号の時間波形ｕ＋（ｔ）は
【数３】
2005020319.tif 000005
と表される。ここでＫは位相変調器２７のチャープ率である。さらに光サーキュレータ２３’のポート２３’ｃ、２３’ｂを介して再び分散要素２６を通過し光サーキュレータ２３のポート２３ｂ、２３ｃを介して出力端子２８で得られる信号の時間波形ｖ（ｔ）は次式で与えられる。
【００２５】
【数４】
2005020319.tif 000006
ここで位相変調器２７のチャープ率をＫ＝１／Ｄに選ぶと次式を得る。
【００２６】
【数５】
2005020319.tif 000007
したがって、光フーリエ変換装置２を通った後の出力端子２８における信号の時間波形ｖ（ｔ）は、式（５）からわかるように入力端子２１におけるもとのＯＴＤＭ信号のスペクトル形状Ｕ（ｔ／Ｄ）に対応している。このとき出力端子２８における信号の周波数スペクトルＶ（ω）は式（５）より
【００２７】
【数６】
2005020319.tif 000008
と表される。ここで
【００２８】
【数７】
2005020319.tif 000009
を用いた。ただし、δ（Ω）はデルタ関数で、Ω＝０のときに１、それ以外のときに０の値をとる関数である。
【００２９】
したがって、出力端子２８における信号の周波数スペクトルＶ（ω）は、入力端子２１におけるもとのＯＴＤＭ信号の時間波形ｕ（−Ｄω）に対応している。このようにして光フーリエ変換された信号ｖ（ｔ）を光ファイバ伝送路３に入射し伝搬させる。なおここで光ファイバ伝送路３への入力信号ｖ（ｔ）∝Ｕ（ｔ／Ｄ）の時間幅が分散量Ｄの大きさを変えることによって制御できることに注意する。例えばＤを２倍にすることでｖ（ｔ）の時間幅を２倍にすることができる。
【００３０】
ここで、図１１に、光フーリエ変換装置の入出力における時間波形とその周波数スペクトルの説明図を示す。本発明及び本実施の形態の重要なポイントのひとつは、位相変調器２７の駆動周波数をＯＴＤＭ信号パルス列の繰り返し周波数の１／Ｎ倍（Ｎ：整数）に選び、光フーリエ変換装置２によってＮ個のパルス時間波形を一括してフーリエ変換すると、出力端子２８では中心周波数の異なるＮ個のスペクトルが得られる点である。すなわち、もとのＯＴＤＭ信号ｕ（ｔ）のパルス間隔をΔｔ（伝送速度Ｂ＝１／Δｔ）とすると、Ｎ個のパルス列の光フーリエ変換に必要な位相変調器２７の駆動周波数はｆｍ＝１／（ＮΔｔ）で与えられ、光フーリエ変換された信号のスペクトルＶ（ω）は、Ｖ（ω）∝ｕ（−Ｄω）（式（６））より周波数間隔Δω＝Δｔ／ＤのＮ個のスペクトル列となる。このようにして光フーリエ変換によってＮ個のＯＴＤＭ信号系列はＮチャネルのＷＤＭスペクトル系列に変換される。このとき出力端子２８における時間信号波形ｖ（ｔ）は、式（５）よりもとのＯＴＤＭ信号のスペクトル形状Ｕ（ｔ／Ｄ）で与えられる。Ｎ個のパルス列（パルス間隔Δｔ）の周波数スペクトルはｆ０＝１／Δｔとその整数倍の周波数にピークをもつ形状であるので、ｖ（ｔ）はｔ０＝Ｄ（２πｆ０）＝２πＤ／Δｔとその整数倍の時間位置にピークをもつ波形で与えられる。このようにＯＴＤＭ信号パルス列の繰り返し周波数の１／Ｎ倍の低速な位相変調器によって光フーリエ変換を実現できるということは、本伝送方式の実現を容易にするうえで極めて有用な特徴である。
【００３１】
光ファイバ伝送路３中を伝搬する光パルスは、該光ファイバ伝送路の有する分散ならびに偏波モード分散によって複雑な線形波形歪みを受ける。特に超高速ＯＴＤＭ伝送においては超短パルスが光信号に用いられるため、分散や偏波モード分散といった線形効果による信号波形の歪みが伝送性能を決定する。しかし光ファイバの線形効果は周波数軸上では伝送信号のスペクトルの位相変化を生じるだけであり、スペクトルの包絡線形状（スペクトル波形）は一切変形されない。したがって該光ファイバ伝送路に入射する前にＯＴＤＭ信号の時間波形を光フーリエ変換装置２によって、この光フーリエ変換装置２の出力信号の周波数スペクトル形状に変換しておき、その出力信号を伝送信号として光ファイバ伝送路３中を伝搬させることで、光ファイバ伝送路３の任意の地点で周波数スペクトルから光逆フーリエ変換装置２’による光逆フーリエ変換によってもとの信号時間波形を正確に再現することができる。ＯＴＤＭ信号受信器４に含まれる光検出器ではパルスの包絡線のみを検出するので、線形効果による位相変化は一切問題とならない。
【００３２】
つぎに、光逆フーリエ変換装置２’の動作について説明する。
光ファイバ伝送路３から伝送されたＷＤＭ信号のスペクトルをＱ（ω）、光逆フーリエ変換装置２’の出力の時間波形をｒ（ｔ）、周波数スペクトルをＲ（ω）とする。Ｑ（ω）は光ファイバ伝送路３を伝送前の信号スペクトルＶ（ω）と
【００３３】
【数８】
2005020319.tif 000010
で関係づけられる。ここでφ（ω）は光ファイバ伝送路３の線形効果によって伝送信号のスペクトルに生じる位相変化である。
分散要素Ｄ’＝−Ｄ、チャ−プ率Ｋ’＝−Ｋとして、式（５）から、
【００３４】
【数９】
2005020319.tif 000011
と表される。さらに、式（６）を代入して、
【００３５】
【数１０】
2005020319.tif 000012
を得る。したがって光逆フーリエ変換された信号の時間波形ｗ（ｔ）は、ｗ（ｔ）∝ｕ（ｔ）となり、位相変化φ（−ｔ／Ｄ）を除いて光ファイバ伝送路３による時間歪みを完全に除去することができる。
【００３６】
図６に、光パルスの時間波形及び周波数スペクトルの説明図を示す。この図はこれまでに説明したＯＴＤＭ伝送方式の原理をまとめたものである。図中（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図１中の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける信号の時間波形と周波数スペクトルに対応している。ＯＴＤＭ信号送信器１によって発生したＯＴＤＭ信号パルス列（図６（ａ））は光フーリエ変換装置２によってＷＤＭ信号（図６（ｂ））に変換され、光ファイバ伝送路３に入射する。光ファイバ伝送路３で線形歪みを受けた伝送信号（図６（ｃ））が受信側で光フーリエ変換装置２’を通過すると、光ファイバ伝送路３中の伝搬で位相変化を除いてスペクトル形状が保存されている（図６（ｂ）および（ｃ））ことから、もとのＯＴＤＭ信号パルス列（包絡線）が完全に再現される（図６（ｄ））。
【００３７】
なお、Ｎ個のパルス列の光フーリエ変換を行なっている場合、光ファイバ伝送路３中のパルス伝搬において時間波形の歪みあるいは広がりが時間ブロックＮΔｔを超えると、隣接する時間ブロックの信号と重なってしまい逆フーリエ変換によってもとの信号を再現できない。このような問題を解決するにはブロック長Ｎを大きくするか、上で述べたように光フーリエ変換に用いる分散量Ｄを大きくすることで光フーリエ変換後の信号波形ｖ（ｔ）の時間幅を大きくし線形効果による波形歪みをできるだけ小さく抑える必要がある。光フーリエ変換後の全スペクトル帯域幅はブロック数をＮとすると〜ＮΔｔ／２πＤで与えられるので、Ｎの最大値は光増幅器の利得平坦帯域幅によって決まる。ここで、光増幅器は、光ファイバ伝送路３中のものを含め、本方式で用いられる光増幅器全てについてのものである。
【００３８】
図７は、光フーリエ変換をより正確に実行するためにＯＴＤＭ信号系列の各時間ブロックの両端に設ける空白ビット（ガード）の設定例を示す図である。以上の説明では、光フーリエ変換に用いる位相変調器の変調特性は、式（３）のように放物型であると仮定した。しかし通常の正弦波変調特性を有する位相変調器を用いるときには、位相変調特性が放物型から外れる領域に位置するビットの光パルスに対して光フーリエ変換を正確に実行することができない可能性がある。その場合は、図７に示すように、各ブロックの両端に空白のビットを加え黒く示したガードを設けておくことにより、光フーリエ変換を正確に実行することができる。
【００３９】
３．ＯＴＤＭ伝送装置の第２の実施の形態
図２中の光フーリエ変換装置２において、分散要素２６と位相変調器２７を入れ替えることによっても同様の光フーリエ変換を実現することができる（特許文献２参照）。
図３に、ＯＴＤＭ信号送信器１及び光フーリエ変換装置２０の第２の実施の形態の構成図を示す。ＯＴＤＭ信号送信器１は、前述の第１の実施の形態と同様である。
【００４０】
光フーリエ変換装置２０は、入力端子２１、光サーキュレータ２３および２３’、電気増幅器２５、分散要素２６、位相変調器２７、出力端子２８、逓倍器もしくは分周器２９及び光遅延素子３０を備える。この場合には、ポート２３ｂから位相変調器２７に入射するパルス列に対しては、クロック信号源１２から電気増幅器２５および逓倍器もしくは分周器２９を介して供給されるクロック信号に従って位相変調器２７を駆動し、ＯＴＤＭ信号系列のパルスのピークが位相変調特性のタイミングに同期するよう位相変調を該パルスに印加する。それと同時に、ポート２３’ｂから位相変調器２７に入射するパルス列に対してもパルスのピークが位相変調特性のタイミングに同期するよう、分散要素２６の後に光遅延素子３０を挿入し適切な時間遅延を与えておく。
【００４１】
入力された光パルスは光サーキュレータ２３のポート２３ａからポート２３ｂを介して位相変調器２７に入力され、光パルス列から再生されたクロック信号に従ったタイミングで駆動する位相変調器２７によって光パルスに線形チャープが与えられる。すなわち該光パルスの各時間位置に異なる周波数シフトが割り当てられる。チャープを受けた該光パルスは光サーキュレータ２３のポート２３’ｂおよび２３’ａを介して分散要素２６を通過する。このとき該光パルスの時間波形には上記周波数シフトに応じた時間遅延が与えられ、時間軸上で異なる周波数成分が分別される。第１の実施の形態と同様に、位相変調器２７のチャープ率Ｋに対して分散要素２６の分散量ＤをＤ＝１／Ｋに選ぶことによって、時間波形ｕ（ｔ）のフーリエ変換像Ｕ（ω）が時間軸上で生成される。
【００４２】
図１２は、光逆フーリエ変換装置の第２実施の形態の構成図である。この光逆フーリエ変換装置２０’は、図１中の光フーリエ変換装置Ｆにおいて分散要素２６と位相変調器２７を入れ替え、さらに光サーキュレータ２３’のポート２３’ａとポート２３’ｃを結ぶループにおいて分散要素２６のあとに光遅延素子３０を挿入したものである。位相変調器２７には図４と同様、光カップラ２２からクロック信号抽出回路２４および電気増幅器２５を介して再生されたクロック信号が駆動回路に供給されている。なお、図４と同符号の構成要素は、それぞれ同様の構成・機能を有する。
送信側で用いた光フーリエ変換に対応する光逆フーリエ変換は、光逆フーリエ変換装置２０’の分散要素Ｄ’の符号を、光フーリエ変換装置２０に用いた分散要素Ｄと逆符号となるように（Ｄ’＝−Ｄに）選ぶことで実現できる。このとき光逆フーリエ変換装置２０’における位相変調器のチャープＫ’の符号も、光フーリエ変換装置２０に用いた位相変調器のチャープＫと逆符号となるように（すなわちＫ’＝−Ｋに）選ぶ。
【００４３】
つぎに、このＯＴＤＭ伝送方式の動作の概要を、図１、図３及び図１２を用いて説明する。
まず、光フーリエ変換装置２０の動作について説明する。
ＯＴＤＭ信号送信器１によって生成されたＯＴＤＭ信号ｕ（ｔ）と出力パルス波形ｖ（ｔ）の関係は以下のようにして求められる。ｕ（ｔ）が位相変調器２７によって位相変調を受けた後の時間信号ｕ−（ｔ）は式（２）と同様
【００４４】
【数１１】
2005020319.tif 000013
で与えられる。このパルスが位相変調器２７の後に置かれた分散要素２６を通過した後のパルス波形ｕ＋（ｔ）はｕ−（ｔ）を用いて、
【００４５】
【数１２】
2005020319.tif 000014
と表される。式（２５）より式（２６）は入力パルス波形ｕ（ｔ）を用いて
【００４６】
【数１３】
2005020319.tif 000015
と表される。ここで分散要素２６の分散量ＤをＤ＝１／Ｋに選ぶと、式（２７）は
【００４７】
【数１４】
2005020319.tif 000016
と書くことができる。ただしＵ（ω）  ［ω＝ｔ／Ｄ］  はｕ（ｔ）のフーリエ変換（式（１））である。上式における残留チャープｅｘｐ（−ｉＫｔ２／２）は、位相変調器２７によって上と同じ大きさの位相変調ｅｘｐ（ｉＫｔ２／２）を再度印加することで取り除くことができる。パルス列は再び位相変調器２７に入射するため予め光遅延素子３０によって適当な時間遅延を与えられる。遅延量はパルスのピークが位相変調器２７の位相変調特性のタイミングと同期するように設定する。このようにして残留チャープが完全に補償された光パルス
【００４８】
【数１５】
2005020319.tif 000017
は、光サーキュレータ２３のポート２３ｂ、２３ｃおよび光出力端子１０を介して外部に出力される。
このとき出力端子２８における信号の周波数スペクトルＶ（ω）は上式より、
【００４９】
【数１６】
2005020319.tif 000018
となる。
【００５０】
つぎに、光逆フーリエ変換装置２０’の動作について説明する。
光ファイバ伝送路３から伝送されたＷＤＭ信号のスペクトルをＱ（ω）、光逆フーリエ変換装置２０’の出力の時間波形をｒ（ｔ）、周波数スペクトルをＲ（ω）とする。Ｑ（ω）は光ファイバ伝送路３を伝送前の信号スペクトルＶ（ω）と
【００５１】
【数１７】
2005020319.tif 000019
で関係づけられる。ここでφ（ω）は光ファイバ伝送路３の線形効果によって伝送信号のスペクトルに生じる位相変化である。
分散要素Ｄ’＝−Ｄ、チャ−プ率Ｋ’＝−Ｋとして、式（５）から、
【００５２】
【数１８】
2005020319.tif 000020
と表される。さらに、式（６）を代入して、
【００５３】
【数１９】
2005020319.tif 000021
を得る。したがって光逆フーリエ変換された信号の時間波形ｗ（ｔ）は、ｗ（ｔ）∝ｕ（ｔ）となり、位相変化φ（−ｔ／Ｄ）を除いて光ファイバ伝送路３による時間歪みを完全に除去することができる。
【００５４】
４．有効性
図８〜１０に、本発明の実施の形態に基づくＯＴＤＭ伝送方式の有効性を確認するために行なった数値計算の結果の説明図を示す。
ここでは、一例として、光ファイバ伝送路３には二次分散−１．２  ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ  （β２＝１．５３  ｐｓ２／ｋｍ）、三次分散０．０７  ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、非線形係数ｎ２＝２．３ｘ１０−２０  ｍ２／Ｗ，  実効コア断面積Ａｅｆｆ＝５０  μｍ２、損失０．２  ｄＢ／ｋｍを有する光ファイバを用いている。また該伝送路において光増幅器を５０  ｋｍ間隔に挿入している。伝送前の入力信号はガウス型パルスｕ（ｔ）＝Ａｅｘｐ（−ｔ２／２Ｔ０２），  Ｔ０＝ＴＦＷＨＭ／１．６６５で構成される、伝送速度４０  Ｇｂｉｔ／ｓの１２８ビット擬似ランダム系列のＯＴＤＭ信号である。各ビットの信号ピークパワーは０．４  ｍＷ、パルス幅はＴＦＷＨＭ＝１２．５  ｐｓである。光フーリエ変換装置２および光逆フーリエ変換装置２’における位相変調器１７は理想的な二乗位相変調特性を有するとし、駆動周波数はＯＴＤＭのクロック周波数４０  ＧＨｚの１／６４倍（すなわち６２５  ＭＨｚ）としている。すなわち６４ビットを一ブロックとして一括して光フーリエ変換している。また光フーリエ変換装置２における分散要素１７の分散量はＤ＝３９５  ｐｓ２としている。このときビット間隔Δｔ＝２５  ｐｓの６４ビットパルス列はチャネル間隔Δｆ＝１０  ＧＨｚ、帯域幅６４０  ＧＨｚ  （５．１  ｎｍ）のスペクトル列に変換されている。このように時間ブロック長Ｎを大きくとり変調幅を広げ、また光フーリエ変換に用いる分散量Ｄを大きくすることで、波形歪みをできるだけ小さく抑えることができる。なおこのとき光逆フーリエ変換装置２’における分散要素の分散量はＤ’＝−Ｄ＝−３９５  ｐｓ２である。さらに、各時間ブロックの両端にはガードとしてそれぞれ４ビット分の空白ビットを設けている。
【００５５】
図８は、光フーリエ変換装置２の入出力におけるＯＴＤＭ信号の時間波形とその周波数スペクトルを示している。図８（ａ）および（ｂ）はそれぞれＯＴＤＭ信号送信器１から発生しフーリエ変換装置２に入力されるＯＴＤＭ信号の時間波形ｕ（ｔ）ならびに周波数スペクトルＵ（ω）を、図８（ｃ）および（ｄ）はそれぞれフーリエ変換装置２によって光フーリエ変換されたＯＴＤＭ信号の時間波形ｖ（ｔ）ならびに周波数スペクトルＶ（ω）を示している。図８（ａ）および（ｃ）において点線は位相変調器２７の位相変調の周期を表している。
【００５６】
例えば、図８（ａ）において−１６００〜０ｐｓの領域にあるパルス列、ならびに０〜１６００ｐｓの領域にあるパルス列がそれぞれ６４ビットのブロックに対応している。これらの図から、ＯＴＤＭ信号が光フーリエ変換装置２によって６４ビットを時間ブロック単位として６４チャネルのＷＤＭ信号に変換され、同時にもとのＯＴＤＭ信号のスペクトルが光フーリエ変換後時間軸上に再生されていることがわかる。なお、図８（ａ）における各パルスの振幅のわずかな揺らぎは、デューティー比が５０  ％と高いため隣接ビットのパルスの裾野がオーバーラップしていることによるものである。また、図８（ｃ）の２つの時間波形は図８（ａ）における各ブロックの時間波形のスペクトル形状に対応しているので、図８（ｃ）において見られる２つの波形の差異は、図８（ａ）における各ブロックのビットパターンの依存性を反映している。図８（ｄ）における周波数スペクトルＶ（ω）のパターンは２つの振幅の集まりであるが、これらは同図（ａ）における２つのブロックの時間波形をそのまま重畳して得られたものである。この周波数スペクトルは実際には時間的に変動する周波数スペクトルとして観測される。
【００５７】
図９（ａ）および（ｂ）はそれぞれ２５０  ｋｍの光ファイバ伝送路３を伝搬した後の伝送信号の時間波形ならびに周波数スペクトルを、図９（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ光逆フーリエ変換された伝送信号の時間波形ならびに周波数スペクトルを示している。
ＷＤＭ信号に変換され異なったスペクトルを有する１つの時間波形がファイバ中を伝搬することによりパルス内群遅延が生じるために、時間軸上で分離される。これが図９（ａ）に見られる信号波形歪みとして現れる。伝送前の２つの時間波形（図８（ｃ））は光ファイバ伝送路３の分散による波形歪みの結果２５０  ｋｍ伝搬後互いに干渉し始めるのに対し、伝送前のスペクトル形状（図８（ｄ））は２５０  ｋｍ伝搬後も保存されている。その結果、光逆フーリエ変換装置２’によって伝送信号をＯＴＤＭ信号に逆変換することで、入力におけるＯＴＤＭ信号パルス列が時間軸上で正確に再生できていることがわかる。その様子を図９（ｃ）に示す。なお図９（ｃ）において、再生されたパルス列がもとの入力パルス列（図８（ａ））よりも大きな振幅揺らぎを有しているのは、例えば、光ファイバ伝送路３のもつ非線形性（四光波混合）によってＷＤＭスペクトル形状が変化することに起因する。実際に、伝送前のＷＤＭスペクトル（図８（ｄ））と伝送後のＷＤＭスペクトル（図９（ｂ））を比較すると、例えば、光ファイバ伝送路３において発生するＷＤＭチャネル間の非線形クロストークにより、スペクトル形状がわずかに変化していることがわかる。
【００５８】
図１０は、図１中の光ファイバ伝送路３を伝搬する伝送信号のＱ値を計算した結果ならびに該光ファイバ伝送路を５００ｋｍ伝搬し光フーリエ変換装置２’を通過した後の信号波形のアイパターンを示す図である。図１０（ａ）は光ファイバ伝送路３中を伝搬した伝送信号に受信端で１回だけ光逆フーリエ変換を施した後の信号波形に対するＱ値を計算したものである。ただし、受信距離は５０ｋｍごとに増やしている。Ｑ値とは受信信号のアイパターンの信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を表し、伝送システムのビット誤り率と一対一の関係にあるためシステムの性能評価の指標として用いられる。一方同図（ｂ）は該光ファイバ伝送路を５００ｋｍ伝送後、１回だけ光逆フーリエ変換を施した信号の時間波形に対するアイパターンを示している。同図（ａ）で実線は該光ファイバ伝送路中に挿入された光増幅器から発生する自然放出雑音を考慮し計算を行なった結果を、破線は自然放出雑音を加えずに計算を行なった結果をそれぞれ表している。前者で光増幅器の雑音指数はＮＦ＝５  ｄＢとしている。両者を比較して、５００ｋｍまでの距離ではＱ値の劣化は光増幅器の自然放出雑音のみによるものであり、該伝送路の線形効果はＱ値の劣化要因とはなっていないことがわかる。これは本伝送方式によって実質的に分散フリーな無歪み伝送が実現できていることを明確に示している。なお図９（ａ）の結果では既に２５０ｋｍ伝搬後の時点で波形歪みが隣りの時間ブロックに及んでいたが、図１０で５００ｋｍ伝搬後も高いＱ値が維持されているのは、異なるＷＤＭチャネルどうしの干渉が光逆フーリエ変換に実質的に影響を及ぼさないからである。５５０ｋｍ以降伝送品質が急激に劣化するのは、群速度が最も大きい両端のＷＤＭチャネルが時間軸上でフーリエ変換の有効時間幅に相当する時間だけ移動し、その結果隣りのブロックの時間スロットに誤って光逆フーリエ変換されてしまうことによる。
【００５９】
以上の結果から、本実施形態では分散補償ファイバによる伝送ファイバの線形効果の補償を介さずに４０  Ｇｂｉｔ／ｓ  ＯＴＤＭ信号パルス列を５００ｋｍにわたって伝搬できている。光フーリエ変換を用いないときの伝送距離は５０ｋｍに制限される（該伝送ファイバの分散距離すなわちパルス幅が√２倍となる距離ｚｄ＝Ｔ０２／β２は３７ｋｍである）。本実施例では伝送距離は二次分散の累積による波形歪みで制限されていたので、受信端で分散補償ファイバにより伝送ファイバの累積二次分散を補償することで伝送距離を大幅に伸ばすことができる。ただしこの場合、増幅器雑音によるＳ／Ｎの劣化と非線形効果によるスペクトルの形状歪みによって伝送距離が制限される。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、光フーリエ変換によってＯＴＤＭ信号パルス列の時間波形をＷＤＭ信号の周波数スペクトル形状に変換しておくことで、伝送ファイバの線形効果により伝送信号に波形歪みが生じても光逆フーリエ変換によって伝送信号の周波数スペクトルからもとのＯＴＤＭ信号を常に再生することができる。したがって本ＯＴＤＭ伝送方式を用いることで、光ファイバ伝送路の伝搬特性に依存せず信号の正確な伝送が可能となり、超高速ＯＴＤＭ伝送の実現にあたって大きな障害となっていた線形波形歪みによる信号劣化を完全に克服することができる。また、本発明のＯＴＤＭ伝送方式を用いることで、光伝送システムのさらなる高速化、長距離化、低価格化を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＯＴＤＭ伝送方式の実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１中のＯＴＤＭ信号送信器１および光フーリエ変換装置２の構成の一例を示す模式図である。
【図３】図１中のＯＴＤＭ信号送信器１および光フーリエ変換装置２の構成の他の一例を示す模式図である。
【図４】図１中の光逆フーリエ変換装置２’の第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図５】図４中のクロック信号再生回路の構成を示す模式図である。
【図６】図１中の光伝送路のＡ〜Ｄの各部分における光パルスの時間波形および周波数スペクトルの概略を示す図である。
【図７】光フーリエ変換をより正確に実行するためにＯＴＤＭ信号系列の各時間ブロックの両端に設ける空白ビット（ガード）の設定例を示す図である。
【図８】図１中の光フーリエ変換装置２の入出力におけるＯＴＤＭ信号の時間波形とその周波数スペクトルを示す図である。
【図９】図１中の光ファイバ伝送路３を２５０ｋｍ伝搬した後の伝送信号波形および光フーリエ変換装置２’を通過後の信号波形を示す図である。
【図１０】図１中の光ファイバ伝送路３を伝搬する伝送信号のＱ値を計算した結果ならびに該光ファイバ伝送路を５００ｋｍ伝搬し光フーリエ変換装置２’を通過した後の信号波形のアイパターンを示す図である。
【図１１】光フーリエ変換装置の入出力における時間波形とその周波数スペクトルの説明図である。
【図１２】図１中の光逆フーリエ変換装置の第２の実施の形態の構成図である。
【符号の説明】
１  ＯＴＤＭ信号送信器
２、２０  光フーリエ変換装置
２’、２０’  光逆フーリエ変換装置
３  光ファイバ伝送路
４  ＯＴＤＭ信号受信器
１１  光パルス光源
１２  クロック信号源
１３  光変調器
１４  ＯＴＤＭ多重化装置
２１  入力端子
２２  光カップラ
２３、２３’  光サーキュレータ
２４  クロック信号再生回路
２５  電気増幅器
２６  分散要素
２７  位相変調器
２８  出力端子
２９  逓倍器もしくは分周器
３０  光遅延素子
３１  波長フィルタ
３２  光検出器
３３  分周器
【図１】
2005020319.tif 000022
【図２】
2005020319.tif 000023
【図３】
2005020319.tif 000024
【図４】
2005020319.tif 000025
【図５】
2005020319.tif 000026
【図６】
2005020319.tif 000027
【図７】
2005020319.tif 000028
【図８】
2005020319.tif 000029
【図９】
2005020319.tif 000030
【図１０】
2005020319.tif 000031
【図１１】
2005020319.tif 000032
【図１２】
2005020319.tif 000033