(57)【要約】【課題】波長多重（ＷＤＭ）方式の光信号選択デバイスに関し、光フィルタの中心周波数と光信号の光搬送波の周波数がずれても１ビット光信号のエンベロープの変化を抑え、かつ周波数が正にずれても負にずれても同じエンベロープの変化となるようにして、通信の品質の劣化を抑える。【解決手段】光信号の入力端と出力端の間に、光フィルタと経路長を可変にする手段を有する光波形等化器を具備し光波形等化モジュールを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の入力端と出力端の間に、光フィルタと、経路長を可変にする手段を有する光波形等化器を具備することを特徴とする光波形等化モジュール。
【請求項２】
光搬送波の周波数において、上記出力端の波形に応じて上記入力端と出力端における信号が同相、逆相または９０度異なるように上記光波形等化器の経路長を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光波形等化モジュール。
【請求項３】
上記光波形等化器の経路長が、光搬送波の１周期の１００００倍以内であることを特徴とする請求項１または２記載の光波形等化モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長多重（ＷＤＭ）方式の光伝送装置に関し、１ビット信号が光フィルタを介した処理を受ける際に、光搬送波や光フィルタの作成誤差や特性のドリフトによりフィルタを通過した信号が受ける劣化を抑制する光波形等化の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長多重方式（ＷＤＭ）システムにおいて、各チャネルの光信号を選択したり、また各チャネルにおいて１ビット光信号を生成、検波する為に光フィルタが用いられる。通常この光フィルタは使用する光搬送波の周波数あるいは波長において性能が出るように設計、製作されている。
【０００３】
従来の光伝送装置においては、製作誤差や温度ドリフトなど何らかの望ましくない要因で光搬送波の周波数と光フィルタの中心周波数がずれる場合、１ビット光信号のエンベロープが変形し、復調した信号によるアイパターンが変形して通信品質が劣化する。さらに中心周波数に対して正にずれる場合と負にずれる場合ではエンベロープの変化が逆になり、このためアイパターンの変化幅も大きかった。
【０００４】
従来この望ましくない現象は知られているがその原因は正確には知られていない。そのため、根本的な対策法も知られていない。従来はデバイスや装置に高精度、高安定な物を採用し、また信号処理も波形の変形に対しマージンを持たせた設計のものを使用していた。
【特許文献１】特開２００３−３４４６４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、光フィルタの中心周波数と光信号の光搬送波の周波数がずれても１ビット光信号のエンベロープの変化を抑え、かつ周波数が正にずれても負にずれても同じエンベロープの変化となるようにして、通信の品質の劣化を抑えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、光信号の入力端と出力端の間に、光フィルタと経路長を可変にする手段を有する光波形等化器を具備して光波形等化モジュールを構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、光搬送波の周波数において、上記出力端の波形に応じて上記入力端と出力端における信号が同相あるいは逆相あるいは９０度異なるように、上記光波形等化器の経路長を制御するようにしたことを特徴とする。さらに、好ましくは上記経路長が光搬送波の１周期の１００００倍以内であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、光信号の光搬送波の周波数において光フィルタの透過位相を補正して光搬送波の周波数と光フィルタの中心周波数がずれても光出力信号のエンベロープの変化が最少かつ正にずれても負にずれても同じエンベロープの変化をするようにする。その為に、光搬送波の周波数における光フィルタの特性の残留リアクタンス成分がなくなるように光波形等化器による位相補正を加える。このようにして通信の品質の劣化を抑えることができる。
【０００９】
したがって、本発明の光波形等化モジュールによれば、波長多重（ＷＤＭ）方式の光選択機能部あるいは光信号の発生部および検波部において、光信号、光デバイスの特性のドリフトによる各チャネルでの１ビット光信号のエンベロープの変化が抑えられ、品質の高い通信システムとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく以下、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００１１】
図１に本発明の実施形態を示す。光信号は入力端であるファイバ１より結合レンズ３を介して光フィルタ５に入力される。光フィルタ５はSiO2 などの低屈折材料とTa2O2などの高屈折率材料をガラス基板上に多層化した光学薄膜フィルタであり、WDMのシステムに定められている選択特性を有するものとするが、AWG（Arrayed Waveguide Grating）など他の同じ機能のデバイスでも良い。
【００１２】
光フィルタ５を出た光信号は光波形等化板６を通る。光波形等化板６は屈折率が１よりも大きい光学材料の板であり、前記光学薄膜フィルタのガラス基板と同じ材料の板を使用できる。光波形等化板６の平行度、平面度は前記光学薄膜フィルタのガラス基板と同程度とする。光信号は、さらに出力端の結合レンズ４を介してファイバ２より出力される。入力端と出力端のファイバはスペーサ８，９によりケース１０に固定されている。
【００１３】
光波形等化板６は回転可能な回転台座７に固定され、また回転台座７は光軸から外れたところに位置するばね２１および調整ねじ２０によってケース１０に押し付けて固定され、調整ねじ２０の回転によって光波形等化板６の角度を可変とすることができ、これらの部材によって光波形等化器を構成している。
【００１４】
図２は主要部の拡大図である。光フィルタ５の入力端面５aを入力基準面とする。光フィルタ５に入射した光信号は光フィルタ５を通過し、光軸１３に対し傾いた厚さｄの光波形等化板６に入射され、透過して出力側の結合レンズ４、光ファイバ２を介して出力される。
【００１５】
図３は光フィルタ５の入力端面５ａと出力端面５ｂでの１ビット光信号の時間軸上の波形を示す。図３（ａ）は入力端面５ａでの１ビット光信号を示す。ピークに対してエンベロープが対称の形になっているものとする。１ビット光信号の光搬送波の周波数において光フィルタ５の特性が出るように設計製作されているものとする。
【００１６】
そして光フィルタ５の出力端５ｂから出力される１ビット光信号は図３（ｃ）のようにエンベロープのピークを中心にほぼ対称が保たれた形となるよう設計されているものとする。理想的な特性は、光搬送波の周波数が透過振幅特性のピークの周波数となり、光フィルタ５の入力端面５aと出力端面５ｂにおいては透過の位相は同相あるいは逆相となっている。
【００１７】
今温度ドリフトや製造誤差など何らかの原因で光搬送波の周波数と光フィルタの中心周波数がずれるものとする。この場合、フィルタが正確に理想的な設計値通りにできていれば出力される１ビット光信号の波形はほぼ図３（ｃ）のままで波形の対称性は保たれる。
【００１８】
しかし、フィルタ構成部材の寸法や定数誤差があり特性がずれることもある。通常の光フィルタは透過振幅特性が目的の特性となるように作られるため、特性を出す為に調整を行うとき透過振幅特性のみに着目した理論的には必ずしも根拠が明確でない調整を行うことがある。そしてその場合、透過振幅特性は目標値以内の値になっても、透過位相は理想値からずれる。すなわち、光フィルタの入力端面５aと出力端面５ｂでの光搬送波の位相が同相あるいは逆相からずれる。
【００１９】
この状態でも、透過振幅特性の中心周波数と１ビット光信号の光搬送波の周波数が一致していれば、光フィルタ出力端での波形の対称性は図３（ｃ）のようにほぼ確保される。しかし、光フィルタの透過位相がずれている場合、フィルタの透過振幅特性の中心周波数と光搬送波の周波数がずれた場合、出力される１ビット光信号のエンベロープはピークに対して対称性が崩れる。図３の例では、たとえばフィルタの透過振幅特性の中心周波数が１ビット光信号の光搬送波の周波数よりも正にずれた時が、図３（ｂ）に示す非対称形の波形になるものとすると、負にずれた時はこれとは反対の図３（ｄ）に示す非対称形の波形になる。
【００２０】
その結果、１ビット光信号のエンベロープを検波したアイパターンの形が非対称形になり通信品質は劣化する。またその非対称性はフィルタの透過振幅特性の中心周波数と光搬送波の周波数が正にずれる時と負にずれる時は反対の変化をするので、その両方の変化波形をカバーする補正手段が必要になる。
【００２１】
これを定量的に示す。図４にこの装置の等価なブロックを示す。光フィルタ５の入力端面５ａにおける入力信号をｓ（ｔ）、光波形等化板の出力端面６aにおける出力信号をｇ（ｔ）、光フィルタ５と光波形等化板６を合わせた系のインパルスレスポンスをｈ（ｔ）とする。ｓ（ｔ）、ｈ（ｔ）、ｇ（ｔ）は帯域通過信号であり、このままでは扱いにくいので、それぞれ周波数軸上で正の成分のみ０Hzの周りにシフトして等価低域通過型に変換して扱うものとする。そしてその成分をそれそれぞれ時間領域でｓL(t)、ｈL(t)、ｇL(t)と表すものとする。
【００２２】
すると出力ｇL(t)は数１に示すように入力信号ｓL(t)と光フィルタのインパルスレスポンスｈL(t)の畳み込み積分となり、その絶対値｜ｇL(t)｜が出力信号のエンベロープとなる。
【数１】
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【００２３】
理想的に設計製作された光フィルタの周波数領域での特性は図５に示すように光搬送波の周波数±ｆ０の周りで対称であり、光搬送波の周波数において透過特性の正の周波数の成分１６および負の周波数の成分１７の位相は０度あるいは１８０度である。図の例は０度である。従って周波数軸上で周波数が正の成分１６のみ０Hzにシフトして等価低域通過型に変換してもその特性は維持され、図６の１８に示すように０Hzの周りで対称であり、透過特性の位相は０度あるいは１８０度となる。
【００２４】
いま製造誤差などで光フィルタの中心周波数における位相がこの値からずれるものとする。この場合、周波数領域での等価低域通過型特性HL(f)も図６の１９に示すように位相が０度あるいは１８０度からずれて信号のスペクトラムが存在する帯域にわたりほぼ一定の位相回転のオフセットθがかかる。これにともない時間領域の特性ｈL(t)は複素数のｈL(t)・（ｃｏｓθ＋ｊｓｉｎθ）となる。
【００２５】
数１で出力信号のエンベロープを計算すると、光搬送波の周波数と光フィルタ５の中心周波数が合っていれば、図４に示す入力波形ｓ（ｔ）のエンベロープが対称であれば出力信号ｇ（ｔ）のエンベロープも対称形を保つことが示される。しかし、さらにこの条件で、光搬送波の周波数が光フィルタの中心周波数から正負に±Δｆずれた場合数２に示されるように等価な信号はｓL(t)・Exp(±ｊ２πΔｆｔ)として表され、同様に数１の畳み込み積分で出力信号のエンベロープを求めると、オフセット位相の正負また中心周波数のズレの正負に応じて数３、数４および図３（ｂ）（ｄ）に示すように非対称形となることが示される。
【数２】
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【００２６】
【数３】
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【００２７】
【数４】
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【００２８】
この非対称性は、光フィルタの中心周波数における透過特性の位相が０度あるいは１８０度からθだけずれていることに起因する。実際に、θ＝０として、信号をｓL(t)・Exp(±ｊ２πΔｆｔ)として数１の畳み込み積分で出力信号のエンベロープを求めると、入力信号エンベロープが対称であれば、出力では対称性は保持されることが示される。同様のことが透過位相が±９０度の時も成立することが示される。
【００２９】
以上より１ビット光信号のエンベロープが非対称となる原因と、光フィルタの透過特性の位相を補正するとエンベロープの非対称性を抑えられることが示された。
【００３０】
この目的のため光波形等化器を用いる。説明を容易にするために図１、図２に示す光フィルタの入力面５ａは光軸１３に垂直であるものとする。光フィルタ５に垂直に入射した光信号は光フィルタ５を通過し、光軸に対し、垂線がα１だけ傾いた厚さｄの光波形等化板６に入射される。
【００３１】
この時、光波形等化板６の屈折率をｎeとすると光波形等化板６内の光軸は垂線１４に対しｓｉｎ（α１）＝ｎe・sin（α２）の関係で示されるα２傾いた状態となる。従って光波形等化板６内の経路長はｄ／cos（α２）となる。
【００３２】
回転台座７に固定されている光波形等化板６の傾きを、調整ねじ２０を調整して変化させると、それに伴い光路長も可変にできる。いま光フィルタ５の透過位相にオフセットがあれば、光波形透過板６の光路長を調整して光フィルタ５と光波形等化板６を合わせた透過特性の位相を光搬送波の周波数において０度あるいは１８０度に合わせることができる。
【００３３】
たとえば、光搬送波の周波数を２００THｚ、信号の伝送速度を４０Gbpsとすると比帯域幅は４０×２／２００×１０３＝４×１０−４（０．０４％）となる。一周期の１００００倍以内で伝播時間の光路長を調整して透過位相の補正を行えば、この帯域内で最大３６０×４×１０−４＝０．１４度以内の偏差でほぼ一定の位相のオフセットをかけることができる。その結果、光フィルタ５と光波形等化板６を合わせた透過特性の位相を光搬送波の周波数において０度又は１８０度あるいは±９０度に合わせることができる。
【００３４】
また、本発明では、上記光波形等化器の経路長が、光搬送波の１周期の１００００倍以内であることが好ましい。
【００３５】
この結果、光搬送波の周波数と光フィルタの中心周波数がずれても入力される１ビット光信号のエンベロープの対称性は保持される。以上より、Ｄ−ＷＤＭの波長選択デバイスを使用しても、良好な通信品質が確保できる。
【実施例１】
【００３６】
数値計算によるシミュレーションの結果を図７，８に示す。４０Gbpsシステムに通過帯域幅８０GHｚの４次のベッセルフィルタに応用した例である。
【００３７】
図８は、比較例として波形等化を行わない場合の特性を示している。図８においては光搬波の周波数において入力端と出力端における光信号の位相が１０度ずれている。しかし、光フィルタの中心周波数は光搬送波の周波数と一致しており、透過振幅特性は対称になっている。このときの光出力波形のエンベロープが図８（ｃ）である。次に何らかの理由で光搬送波の周波数が光フィルタの中心周波数から下４０GHｚにずれたときのエンベロープは図８（ａ）となり、また反対に上に４０GHｚずれたときのエンベロープは図８（ｃ）となり、互いに逆の形の変形をする。
【００３８】
これに対し、本発明の経路長を調整した光波形等化モジュールでは、同様の条件で、光搬送波の周波数が光フィルタの中心周波数からずれても図７（ａ）、（ｂ）（ｃ）に示すようにエンベロープは変化せず対称な形が保持されていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の光波形等化モジュールは、ＤＷＤＭの光伝送システム内の、複数の光信号を合成分波するために波形選択フィルタを使用するアドドロップモジュールや、MUX-DEMUXに、光信号波形を劣化させない波長選択デバイスとして使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の光波形等化モジュールを示す図である。
【図２】図１の主要部を示す拡大図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は光信号の波形を示す図である。
【図４】本発明の光波形等化モジュールと等価なブロックを示す図である。
【図５】理想的な光フィルタの特性を示す図である。
【図６】位相オフセットのかかった等価低域通過型フィルタの特性を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光波形等化モジュールにおける光信号波形を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は比較例の光信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１、２  光ファイバー
３、４  結合レンズ
５  光フィルタ
５ａ  入力端面
５ｂ  出力端面
６  光波形等化板
６ｂ  出力端面
７  回転台座
１０  ケース
１３、１４  光軸
２０  調整ねじ
２１  ばね
【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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