(57)【要約】【課題】  本発明は、光ファイバを用いて光信号を伝送する光送信システムの光送信装置に関し、ＤＷＤＭ（高密度波長多重伝送）方式による長距離伝送において、光信号の波形劣化を抑え、安定した高品質の通信が可能な光送信装置を提供することを目的とする。【解決手段】  光信号Ｓを伝送する光伝送路２０の一端に設けられ、光信号Ｓを出力して光伝送路２０の他端に伝送させる光送信装置１０ａであって、光信号Ｓの強度変調周波数ｆを発振するクロック発振器１４と、光信号Ｓの光キャリアを位相変調させる位相変調器１９と、を備え、位相変調器１９は、周波数ｆの第一正弦信号ｃ３に周波数ｆ／２の第二正弦信号ｃ４を加算させた加算信号ｃ５に基づいて光キャリアを周期的に位相変調させることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送する光伝送路の一端に設けられ、前記光信号を出力して前記光伝送路の他端に伝送させる光送信装置であって、
前記光信号の強度変調周波数ｆを発振する発振器と、
前記光信号の光キャリアを光位相変調させる位相変調器と、を備え、
前記位相変調器は、周波数ｆの第１正弦信号に周波数ｆ／２の第２正弦信号を加算させた加算信号に基づいて前記光キャリアを周期的に光位相変調させることを特徴とする光送信装置。
【請求項２】
前記第１正弦信号の振幅を調整する第１振幅調整器と、
前記第１正弦信号の位相を調整する第１位相器と、
前記第２正弦信号の振幅を調整する第２振幅調整器と、
前記第２正弦信号の位相を調整する第２位相器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
前記第２振幅調整器の増幅率は、第１振幅調整器の増幅率より大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて光信号を伝送する光送信システムの光送信装置に関し、特に、情報伝送の大容量化、高速化および長距離化を実現する光送信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光信号による情報伝達の長距離化における技術上の障害として、光伝送路である光ファイバにおける波長分散および非線形効果の複合効果による光信号の波形劣化が指摘されている。
波長分散は、光信号の光パルスは厳密に単一の波長でなく一定の幅を有し、波長に依存して伝搬速度が相違するため、連続する光パルスが互いに干渉し通信速度の高速化の制限要因となる現象である。
非線形効果は、これを示す現象として、単一波長光伝送における自己位相変調、光波長多重伝送における四光波混合および相互位相変調がある。何れの現象も、光信号が伝送するチャネルの隣接するチャネル間において干渉を生じさせ、伝送の大容量化を目的としたＤＷＤＭ（高密度波長分割多重）の制限要因となる。
【０００３】
自己位相変調は、光ファイバの屈折率が伝送する光信号の強度に応じて変化することにより光信号自身に光位相変調が起こり、光信号の立ち上がり部分の光周波数が光キャリア周波数よりも低く、光信号の立ち下り部分の周波数が高くなる現象である。
四光波混合および相互位相変調は、光ファイバ中を波長の異なる複数の光信号が伝播するときに、光信号間の相互作用により生じる現象である。この相互作用により、四光波混合では、それぞれの光信号の波長差に応じた光信号成分が新たに生成される現象が観測され、相互位相変調では、それぞれの光信号に光位相変調が生じる現象が観測される。
【０００４】
このような光ファイバの非線形効果と波長分散との複合効果による波形劣化を改善する従来の手段として以下に示す公知技術がある。まず、波長分散を抑圧する技術として、光ファイバの分散値を大きく設定するとともに、一定距離ごとに光ファイバと逆の分散値をもつ分散補償器を配置する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、光ファイバの非線形効果を抑圧する手段として、ＣＲＺ（Chirped Return to Zero）変調方式が提案されている（例えば特許文献1）。また、光信号の光スペクトルを狭窄化して波長分散を抑圧したりチャネル間の干渉を抑圧したりする光変調方式として、ＣＳ−ＲＺ（Carrier Suppressed Return to Zero）変調方式が提案されている。
【０００６】
図７は、従来の光変調方式であるＣＲＺ方式およびＣＳ−ＲＺ方式を説明する為に、従来の光送信装置１０ｃの構成を示したブロック図である。
ランダムデータ発生器１３´は、デジタル信号である「０」「１」信号をクロック発振器１４´の発振周波数ｆに基づき発生させるものである。
強度変調器１２´は、発生した前記「０」「１」信号に対応させて、光源１１´から出力されるＣＷ光（連続光）を強度変調させて、光パルスの列からなる光信号Ｓ´を形成させるものである。
【０００７】
位相変調器１９´は、光信号Ｓ´の光パルスを構成する光キャリアを光位相変調させる作用を有する。また、位相変調器１９´は、クロック発振器１４´の発振周波数ｆに基づいた正弦信号ｃ´により動作するため、光パルスには、一律の正弦波状の分布を有する光位相変調が付与される。なお、位相器１７´は、位相変調器１９´を動作させる正弦信号ｃ´の位相を変化させるもので、光パルスに与える光位相変調の分布に変化を与え、光ファイバを伝達する光信号Ｓ´の波形劣化の改善レベルを調整できるようになっている。
【０００８】
ここで、位相変調器１９´を動作させる正弦信号ｃ´の繰返し周波数をクロック発振器１４´の発振周波数ｆに一致させた場合は、ＣＲＺ変調方式となり、発振周波数ｆの二分の一（ｆ／２）に一致させた場合は、ＣＳ−ＲＺ変調方式となる。
【０００９】
【非特許文献１】前田英樹、他３名，「長距離光増幅中継伝送系における信号波形最適化」、電子情報通信学会技術研究報告、財団法人 電子情報通信学会，１９９７年１１月４日，Vol.97  No.357  OCS97−44
【特許文献１】特開平１１−２５２０１３号公報（段落００１５〜００３２、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、以上述べた光信号の波形劣化を改善する従来の手段には、以下に述べる問題があった。すなわち、分散補償器を配置する方法においては、光信号の中継間隔は、局舎間距離で決定されることから波長分散値は、中継区間ごとのにばらつきがあり、さらに気温変化による変動を伴う。このため、かかる経時変動に追従して、複数の地点において、分散補償量の最適化を行う必要があった。
【００１１】
そして、ＣＲＺ変調方式においては、光ファイバの非線形効果が抑圧されるものの、光スペクトルの広がりを抑圧するのには不十分である。よって、ＤＷＤＭ(高密度波長多重伝送方式)における長距離伝送に対し、ＣＲＺ変調方式を適用しても隣接するチャネルが干渉するクロストークの問題等に対し充分な解決策にならない。
ＣＳ−ＲＺ変調方式は、光信号の光スペクトルを狭窄化させる作用があるので、ＤＷＤＭにおける長距離伝送に対し、前記したクロストークの問題等を回避するのに有効である。しかし、ＣＳ−ＲＺ変調方式は、各光パルスに同期した光位相変調が施されないため、光ファイバの非線形現象を抑圧することは出来ない。従って、ＣＳ−ＲＺ変調方式は光信号の長距離伝送に伴う信号の品質低下に対し充分な解決策とならない。
【００１２】
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、ＤＷＤＭ（高密度波長多重伝送）方式による長距離伝送において、光信号の波形劣化を抑え、安定した高速で高品質の通信が可能な光送信装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、まず請求項１に記載の光送信装置は、光信号を伝送する光伝送路の一端に設けられ、前記光信号を出力して前記光伝送路の他端に伝送させる光送信装置において、発振器（発振周波数ｆ）と、位相変調器と、を備え、前記位相変調器は、周波数ｆの第１正弦信号に周波数ｆ／２の第２正弦信号を加算させた加算信号に基づいて前記光キャリアを周期的に光位相変調させることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、発振器の発振周波数ｆによりＣＷ光（連続光）は、強度変調され、光パルスの列からなる光信号が形成される。位相変調器は、周波数ｆの第１正弦信号と周波数ｆ／２の第２正弦信号とが加算してなる加算信号に基づいて光パルスにおける光キャリアを周期的に光位相変調させる。これにより、光信号は、光パルスの１個おきに光パルス前半部の光周波数が光キャリア周波数よりも高く、光パルス後半部の光周波数が光キャリア周波数よりも低くなるように光位相変調される。これに従い、光信号の光スペクトルが狭窄化され、光信号が光ファイバを伝送する際に生じる波長分散や非線形効果も抑圧される。すなわち、ＣＲＺ変調方式およびＣＳ−ＲＺ変調方式の双方の利点を兼ね備えた、新規の光変調方式が得られることとなる。
【００１５】
請求項２に記載の光送信装置は、請求項１に記載の光送信装置において、第１振幅調整器と、第１位相器と、第２振幅調整器と、第２位相器と、を有することを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、第１振幅調整器および第２振幅調整器はそれぞれ第１正弦信号および第２正弦信号の振幅を独立に調節する。第１位相器および第２位相器はそれぞれ第１正弦信号および第２正弦信号の位相を独立に調節する。これにより、加算信号は、構成成分である第１正弦信号および第２正弦信号の振幅比ならびに位相差を任意に設定できることとなる。よって、本発明を適用させる光通信システムにあわせて光送信装置を調節し最適化することが可能になる。
【００１７】
請求項３に記載の光送信装置は、請求項２に記載の光送信装置において、前記第２振幅調整器の増幅率は、第１振幅調整器の増幅率より大きく設定されていることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、発振周波数ｆにより光位相変調された位相変調度よりも、発振周波数ｆ／２により光位相変調された位相変調度の方が大きくなる。これにより、光スペクトル中心のキャリア成分が抑圧され、光スペクトルの狭窄化が促進される効果が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光送信装置により以下に示す優れた効果を奏する。
すなわち、光信号が光ファイバを伝送する際に、光パルスの波形劣化を引き起こすとして問題となる波長分散および非線形効果が抑圧され、さらに光スペクトルが狭窄化される。これにより、ＤＷＤＭ（高密度波長多重伝送）方式による長距離伝送において、高速で安定した高品質の通信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
（第一の実施形態）
図１乃至図６を参照して本発明における第一の実施形態について説明する。図１は第一の実施形態における光送信装置を含む光送信システムの基本構成を示すブロック図である。
【００２１】
光送信システム１Ａは、光信号Ｓを送信する光送信装置１０ａと、この光信号Ｓを伝送する光伝送路２０と、伝送された光信号Ｓを受信する光受信器３０ａとから構成される。
光送信装置１０ａは、光源１１、強度変調器１２、ランダムデータ発生器１３、クロック発振器（発振器）１４、１／２分周器１５、振幅調整器１６ａ，１６ｂ、位相器１７ａ，１７ｂ、加算器１８および位相変調器１９から構成される。
【００２２】
光源１１は、波長λ0（ここではλ0＝１５５０ｎｍとする）の光キャリアからなるＣＷ光（連続光）を出力するものである。
【００２３】
強度変調器１２は、ランダムデータ発生器１３により生成した「０」および「１」の信号に対応させて、光源１１から出力されるＣＷ光を強度変調させて光パルスの列からなる光信号Ｓを生成するものである。ここで、強度変調の変調方式は、隣接するパルスが連続しないようにパルスの終端を一旦ゼロに戻すＲＺ(Return to Zero)方式を採用する。
【００２４】
ランダムデータ発生器１３は、クロック発振器１４で発生するクロック信号ｃ１（周波数ｆ）に基づき、「１」，「０」のデジタル信号を発生させるものである。ここでは、クロック周波数ｆに対応してビットレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃとなるように「１」，「０」の信号がランダムに発生することとする。このように、クロック発振器１４の発振周波数ｆに対応して光信号Ｓの強度変調周波数が定められることとする。
【００２５】
１／２分周器１５は、クロック信号ｃ１のクロック周波数ｆが１／２倍に分周され、クロック信号ｃ１に位相同期された、クロック信号ｃ２（周波数ｆ／２）を出力するものである。
【００２６】
振幅調整器１６ａおよび位相器１７ａは、クロック信号ｃ１の周波数ｆに基づき振幅Ａで位相遅延φの第１正弦信号ｃ３（Ａｓｉｎ（２πｆｔ−φ））を生成するものである。
振幅調整器１６ｂおよび位相器１７ｂは、クロック信号ｃ２の周波数ｆ／２に基づき振幅Ｂで位相遅延θの第２正弦信号ｃ４（Ｂｓｉｎ（πｆｔ−θ））を生成するものである（ｔ：時間）。
加算器１８は、第１正弦信号ｃ３と第２正弦信号ｃ４とを加算した加算信号ｃ５を生成し位相変調器１９に付与するものである。
【００２７】
位相変調器１９は、強度変調器１２から入力された光信号Ｓの光キャリアを加算信号ｃ５に基づいて周期的に光位相変調させるものである。なお、加算信号ｃ５の変位に対応して光パルスを構成する光キャリアが光位相変調され、光位相変調の度合に対応して、光キャリアの周波数が変化することになる。
【００２８】
光伝送路２０は、図１に示すように、光ファイバ２１と、光増幅器２２とから構成される。
光ファイバ２１は、ここでは光送信装置１０ａと光受信器３０ａとの間隔、２００ｋｍ区間を施設されていることとし、１．３μｍ零分散波長のシングルモードフアイバ（ＳＭＦ）であることとする。
光増幅器２２は、光ファイバ２１の伝送損失により減衰した光信号Ｓを光増幅させるものである。光増幅器２２は、例えば、光信号Ｓの波長より約１００ｎｍ程短い波長である励起光を光信号Ｓに重畳させて増幅させる分布ラマン増幅器であったり、集中ラマン増幅器であったりする。
【００２９】
光受信器３０ａは、光送信装置１０ａから送信され、光伝送路２０により伝送された光信号Ｓを受信するものである。
【００３０】
次に、図１および図２に基づいて光送信装置１０ａの動作について説明する。図２は、光信号Ｓの光強度−光位相変調の関係を示す説明図で、（ａ）は、ＣＲＺ変調方式、（ｂ）は、ＣＳ−ＲＺ変調方式、（ｃ）は、本発明にかかる光変調方式を示すグラフである。
【００３１】
図２（ａ）は、図１において、位相遅延がφ＝０である第１正弦信号ｃ３のみを位相変調器１９に付与した場合を示すグラフである。この場合、光信号Ｓにおける光強度−光位相変調間の相対位相差は、図２（ａ）に示すように、光パルス前半部の光周波数がキャリア周波数よりも高く、光パルス後半部の光周波数が光キャリア周波数よりも低くなるＣＲＺ変調方式となる。
【００３２】
図２（ｂ）は、図１において、位相遅延がθ＝０である第２正弦信号ｃ４のみを位相変調器１９に付与した場合を示すグラフである。この場合、光信号Ｓの隣接する光パルス間の光キャリア位相が互いに反転（逆位相）されるＣＳ−ＲＺ変調方式となる。
【００３３】
図２（ｃ）は、図１において、振幅調整器１６ａ，１６ｂでＢ＝２Ａとなるように増幅率Ａおよび同Ｂが調整され、位相器１７ａ，１７ｂにおいて位相遅延がφ＝０,θ＝π／２である、第１正弦信号ｃ３および第２正弦信号ｃ４を加算して位相変調器１９に付与した場合を示すグラフである。この場合、光信号Ｓにおける光強度−光位相変調間の相対位相差は、光パルスが１個おきに光パルス前半部の光周波数が光キャリア周波数よりも高く、光パルス後半部の光周波数が光キャリア周波数よりも低くなるように光位相変調される新規の光変調方式となる。
【００３４】
なお、ここで、位相変調度ｍ＝π／４となるように増幅率Ａは、決定されることとする。これは、ＣＲＺ変調方式においては、位相変調度ｍ＝π／４の時、光ファイバの非線形効果による光パルスの波形劣化に対する抑制機能が最大限に発揮されることが実験的に明らかであることによる（特開平１１−２５２０１３号公報、図２等参照）。また、振幅調整器１６ｂの増幅率Ｂは、増幅率Ａより大きくなるように設定されている（ここでは二倍）。これは、クロック周波数ｆにより光位相変調された位相変調度よりも、クロック周波ｆ／２により光位相変調された位相変調度の方を大きくすることにより、光スペクトルの中心のキャリア成分が抑圧される効果が得られるためである。
【００３５】
以上のように本実施形態は本発明を説明するための一例であり、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。特に、加算信号ｃ５の形成過程における、増幅率Ａ，Ｂならびに位相遅延θ，φは、前記した値に限定されることなく、光信号Ｓの伝送が最も安定して高品質なものとなるように実験的に最適値が決定されてもよい。
【００３６】
（第二の実施形態）
次に図３を参照して本発明における第二の実施形態について説明する。図３は第二の実施形態における光送信装置を含む光波長多重送信システムの基本構成を示す構成図である。尚、図３において図１と同一又は相当する部分は同一符号で示し、詳細な説明を省略することとする。
【００３７】
光波長多重送信システム１Ｂは、光波長多重送信端局（光送信装置）１０ｂ、光伝送路２０および光波長多重受信端局３０ｂから構成される。光波長多重送信端局１０ｂは、光源１１ａ…１１ｄと、強度変調器１２ａ…１２ｄと、位相変調器１９ａ，１９ｂと、合波器４１ａ，４１ｂにより構成される。なお、図１に示すランダムデータ発生器１３、クロック発振器１４、１／２分周器１５、振幅調整器１６ａ，１６ｂ、位相器１７ａ，１７ｂおよび加算器１８は、各位相変調器１９ａ，１９ｂ毎に設置されているものとし記載は省略する。
【００３８】
ここで、光源１１ａ…１１ｄは、波長λ1 ，λ2，λ3 ，λ4 のＣＷ光を出力する。各波長は、波長λ0（＝１５５０ｎｍ）を中心に等間隔（波長間隔１ｎｍ）に設定される。ここで、λ1，λ2はλ0 より短波長、λ3，λ4 はλ0 より長波長とする。各波長のＣＷ光は、それぞれ強度変調器１２ａ…１２ｄで１０Ｇｂｉｔ／ｓ  ＲＺランダムパルス信号を用いて強度変調される。
【００３９】
そして、波長λ1，λ2の強度変調信号光は合波器４１ａで合波され、位相変調器１９ａで光位相変調される。波長λ3，λ4の強度変調信号光は合波器４１ｂで合波され、位相変調器１９ｂで光位相変調される。各位相変調器１９ａ，１９ｂで光位相変調された強度変調信号光は、合波器１７ｃで合波され多重波光信号Ｒとなる。
【００４０】
そして、合波器１７ｃから出力された多重波光信号Ｒは、光伝送路２０を通じて光波長多重受信端局３０ｂに送信される。
光波長多重受信端局３０ｂは、多重波光信号Ｒを各波長λ1 …λ4毎に分波する分波器３１と、各波長λ1 …λ4の信号光をそれぞれ受信する光受信器３３ａ…３３ｄとを含む構成を有している。
【００４１】
このようにして、多重波光信号Ｒは、波長毎に分波され、別個の光受信器で受信されることとなる。そして、受信された各光信号の光スペクトルは狭窄化されているのでクロストークの問題が軽減されており、伝送による波長分散や非線形効果の問題も回避されているので信号品質に優れた大容量の高速通信が可能となる。
【実施例】
【００４２】
次に、図４および図６を参照しつつ本発明の効果を確認した実施例について説明する。図４は、光受信器３０ａ（図１）で受信された光信号Ｓの光スペクトルを示すグラフである。ここで、図４（ａ）は、従来の変調方式であるＣＲＺ方式による場合である。図４（ｂ）は、従来の変調方式であるＣＳ−ＲＺ方式による場合である。図４（ｃ）は、本発明の光送信装置よる加算信号ｃ５に基づく新規の光変調方式による場合である。
【００４３】
受信された光信号Ｓの光スペクトルは、図４に示すように、中心となる光キャリアの波長がλ0である多数の離散的な線スペクトルの集合体として表わされる。ここで、各方式におけるスペクトル幅（１０ｄＢ幅）ｗa，ｗb，ｗcを検討してみると、図４（ｃ）に示すように、新規の変調方式によれば、スペクトル中心の光キャリアが抑圧され、ｗc＝約０．０４ｎｍとなる。よって、新規の光変調方式により、従来のＣＳ−ＲＺ方式（図４（ｂ）：ｗb＝約０．０４ｎｍ）と同等でかつＣＲＺ方式（図４（ａ）：ｗa＝約０．０９ｎｍ）より狭窄化された光スペクトルが実現されることが明白である。このような光スペクトルの狭窄化により、多重波伝送における、隣接チャネルの相互の干渉や波長分散が抑圧される効果を得る。
なお、１０ｄＢ幅とは、光スペクトルのピークトップ値から―１０ｄＢの強度におけるスペクトル幅で表わし、光スペクトルのシャープさを示す尺度である。
【００４４】
図６は、本発明の光送信装置よる新規の光変調方式により伝送された光信号および従来のＣＳ−ＲＺ方式により伝送された光信号のアイ開口劣化を計算器シミュレーションにより求めたグラフである。
アイ開口劣化とは図５（ａ）に示すように、送信信号（ランダム信号）のアイパターンのアイ開口ａと、図５（ｂ）の受信信号のアイパターンのアイ開口ｂとの比（−２０ｌｏｇ（ｂ／ａ））として定義される。そして、アイ開口劣化の数値が小さい程、光受信器３０ａ，３３ａ…（図１，図３）で受信される光信号Ｓの信号品質が高いことを示す。
【００４５】
図６より、本発明の光送信装置による新規の光変調方式では、従来方式のＣＳ−ＲＺよりもアイ開口劣化が小さい。これより、新規の光変調方式では、ファイバ伝送による非線形効果が抑圧され波形劣化の少ない品質の高い光信号の伝送が可能となることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第一の実施形態における光送信装置を含む光送信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、光信号の光強度−光位相変調の関係を示す説明図で、（ａ）は、ＣＲＺ方式，（ｂ）は、ＣＳ−ＲＺ方式，（ｃ）は、本発明による新規の光変調方式を示すグラフである。
【図３】本発明の第二の実施形態における光送信装置（光波長多重送信端局）を含む光波長多重送信システムの基本構成を示す構成図である。
【図４】受信された光信号の光スペクトルを示すグラフで、（ａ）は、従来の変調方式であるＣＲＺ方式による場合で、（ｂ）は、従来の変調方式であるＣＳ−ＲＺ方式による場合で、（ｃ）は、本発明の光送信装置よる新規の光変調方式による場合を示すグラフである。
【図５】アイ開口劣化を説明する図で、（ａ）は、送信信号のアイパターンを示し、（ｂ）は、受信信号のアイパターンを示すグラフである
【図６】本発明の光送信装置よる新規の変調方式により伝送された光信号および従来のＣＳ−ＲＺ方式により伝送された光信号のアイ開口劣化を計算器シミュレーションにより求めたグラフである。
【図７】従来の光送信装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ａ  光送信装置
１０ｂ  光波長多重送信端局（光送信装置）
１４    クロック発振器（発振器）
１６ａ  振幅調整器（第１振幅調整器）
１６ｂ  振幅調整器（第２振幅調整器）
１７ａ  位相器（第１位相器）
１７ｂ  位相器（第２位相器）
１９    位相変調器
２０    光伝送路
ｃ３    第１正弦信号
ｃ４    第２正弦信号
ｃ５    加算信号
Ｓ      光信号
Ｒ      多重波光信号（光信号）
【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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