(57)【要約】【課題】  偏光依存性を有する光変調器を利用する光通信システムにおいて、偏光方向が互いに垂直である２つの光を混合した直交モード光を光源に用いることにより光変調器の偏光依存性による光伝送の不安定性を除去する光通信技術を提供する。【解決手段】  本発明の光通信システムは、互いに直交して同一の波長を有し、相互非干渉的な性質を有する第１の単一モード光及び第２の単一モード光をそれぞれ生成する第１の光発生器１１１及び第２の光発生器１１２と、 前記第１の単一モード光と前記第２の単一モード光とを混合して直交モード光を出力する混合手段である３dBカプラー１２０と、前記直交モード光を光ファイバを介し受信して増幅・変調することにより、前記直交モード光の偏向の度合いにかかわらず一定に増幅された光信号を生成する光変調器である反射型半導体光増幅器３００とを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交して同一の波長を有し、相互非干渉的な性質を有する第１の単一モード光及び第２の単一モード光をそれぞれ生成する第１の光発生器及び第２の光発生器と、
前記第１の単一モード光と前記第２の単一モード光とを混合して直交モード光を出力する混合手段と、
前記直交モード光を光ファイバを介し受信して増幅・変調することにより、前記直交モード光の偏向の度合いにかかわらず一定に増幅された光信号を生成する光変調器と、を含むことを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記混合手段は３dBカプラーであることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項３】
前記混合手段は偏光ビーム分離器であることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
【請求項４】
互いに直交して同一の波長を有し、相互非干渉的な性質を有する第１の単一モード光及び第２の単一モード光を生成する第１の過程と、
前記第１の単一モード光と前記第２の単一モード光とを混合して直交モード光を生成する第２の過程と、
前記直交モード光を光ファイバを介して受信し、該受信された前記直交モード光を前記直交モード光の偏向の度合いにかかわらず一定に増幅・変調させて光信号を生成する第３の過程と、を含むことを特徴とする光通信方法。
【請求項５】
前記第２の過程は３dBカプラーを用いてなることを特徴とする請求項４記載の光通信方法。
【請求項６】
前記第２の過程は偏光ビーム分離器を用いてなることを特徴とする請求項４記載の光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光依存性を有する光変調器を用いる光通信システムにおいて、偏光方向が互いに垂直である２つの光を混合し光源として用いることにより、偏光依存性を有する光変調器の変調信号の増幅率のばらつきを除去することができる光通信システム及び光通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の偏光依存性を有する光変調器を用いる光通信システムを概略的に示している図である。反射型半導体光増幅器は参考文献、光通信に関するヨーロッパカンファレンスのN.Buldawoo,S.Mottet,F.le Gall,D.Siggogne,D, Meichenin,S.Chelle著「Semiconductor Laser Amplifier-reflector For The Future FTTH Applications」の２巻、p１９６で開示されているように、WDM-PON （波長分割多重化方式受動光ネットワーク）に有用に応用することができるので、偏光依存性を有する光変調器の一例として、反射型半導体光増幅器を利用する例を説明する。
【０００３】
一般の光通信システムには、光源１００、光サーキュレーター２００、反射型半導体光増幅器３００及び光ダイオード（ＰＤ）４００が含まれている。
光源１００内の光発生器１１０は一定の強度のCW(Continuous Wave :連続波)レーザ光λsを出力し、その代表的な例としてDFB-LD(Distributed Feedback Laser Diode:分布帰還型レーザダイオード)がこれに該当する。光発生器１１０からのレーザ光λs は、光サーキュレーター２００を経て反射型半導体光増幅器３００に入射する。反射型半導体光増幅器３００はレーザ光λs を受信し変調された光信号λm を発生させる。ここでλm の波長は入射されたレーザ光λs と同一の波長を有する。半導体光増幅器により変調された光信号λm は、光サーキュレーター２００を経て光ダイオード４００に入力された後、電気信号に変換される。
【０００４】
図２は、図１の反射型半導体光増幅器３００の動作原理を説明するための図である。光導波路３１０を介し入力された入射光λs は活性層導波路３２０に伝えられ、高反射コーティング膜３３０で反射されて再び光導波路３１０に出力される。ここで、入射光λs が光増幅器の活性導波路３３０に従い進行する間、入力される信号電流に従い入射光が増幅される。反射される出力光は信号電流を輻射することになるので、結果的に反射型半導体光増幅器はλs と波長が同一の上向き光信号λm に変換させる役割を果たす。
一方、活性層導波路３２０はエネルギーバンド間隔の大きい物質と小さい物質とが数十オングストロームの厚さで交互積層された量子井戸構造を有する(図３参照)。この場合、モーメンタム空間で利用可能な状態は平面的に分布され、エネルギーレベルに伴う状態分布が特定のエネルギーレベルに集中的に分布されているので光電変換効率を増加させることができる。しかし、量子井戸層は水平方向と垂直方向との構造が異なるので、励起した電子のモーメンタム方向の分布が方向性を有するため、量子井戸構造の半導体光増幅器に入射される光はその偏光方向に従い光電変換効率が異なることになる。すなわち、量子井戸構造の半導体光増幅器による光増幅利得は一般に、入射光の偏光方向に大きく依存することになる。
【０００５】
例えば、図４（ａ）に示されているように入射光が垂直偏光された場合は光増幅利得が２０dBである反面、図４（ｂ）に示されているように入射光が水平偏光された場合は光増幅利得が１０dBであるような差が発生し得る。
一方、光発生器１１０からのレーザ光λs は光子を複製して生成されるが、その過程で偏光特性まで複製するため偏光性を有することになる。従って、偏光性を有する単一モードレーザ光が光通信網に利用される場合、光ファイバ内で光ファイバの捻れ等に基づき、その偏光方向が偏向することがあり、このように偏向されたレーザ光が光増幅利得の偏光依存性の大きい反射型光増幅器３００に入力されて変調される場合は、変調された光信号は前述のように光増幅利得の差を有することになり、光伝送システムの不安定をもたらすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の技術の問題点に着眼し、本願発明は偏光依存性の大きい反射型光増幅器を用いても、偏光依存性による光伝送の不安定性を除去することができる光通信技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、互いに直交して同一の波長を有し相互非干渉的な性質を有する第１の単一モード光及び第２の単一モード光をそれぞれ生成する第１の光発生器及び第２の光発生器と、前記第１の単一モード光と前記第２の単一モード光とを混合して直交モード光を出力する混合手段と、前記直交モード光を光ファイバを介し受信して増幅・変調することにより、前記直交モード光の偏向の度合いにかかわらず一定に増幅された光信号を生成する光変調器と、を含むことを特徴とする光通信システムを提供する。
さらに、本発明は、互いに直交して同一の波長を有し相互非干渉的な性質を有する第１の単一モード光及び第２の単一モード光を生成する第１の過程と、前記第１の単一モード光と前記第２の単一モード光とを混合して直交モード光を生成する第２の過程と、前記直交モード光を光ファイバを介して受信し、該受信した前記直交モード光を前記直交モード光の偏向の度合いにかかわらず一定に増幅・変調させて光信号を生成する第３の過程と、を含むことを特徴とする光通信方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る光伝送方法及び装置を利用する場合、光伝送網に反射型半導体光増幅器のように偏光依存性を有する光変調器を利用しても、光変調器に入力される光の偏向の度合いにかかわらず一定に増幅された光信号を得ることができ、安定した光伝送が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４に示されている構成要素と同一の構成要素は、以下の図で同一の参照符号及び矢印を用いることにする。
図５は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。本願発明は図１に示した一般的な光通信システムの構成要素である光源１００の構成を改善した光伝送システムに関するものであり、図５はその例示的な実施の形態を示す図である。以下、一般的な光通信システムの構成要素（すなわち、光サーキュレーター２００、反射型半導体光増幅器３００及び光ダイオード４００）それぞれに対する具体的な説明は省略する。
【００１０】
本願発明に係る光源１００は、２つの光発生器である光発生器１１１及び光発生器１１２、並びに３dBカプラー１２０を含む。第１の光発生器１１１は、前述の光子複製過程を介し垂直方向に偏光された第１の単一モードレーザ光λv,s を発生させる。同様に、第２の光発生器１１２は水平方向に偏光された第２の単一モードレーザ光λh,s を発生させる。ここで、２つのレーザ光であるレーザ光λv,s 及びレーザ光λh,s は、互いに直交して同一の波長を有し相互非干渉的である。相互直交するレーザ光λv,s 及びλh,s は、それぞれ３dBカプラー１２０の２つの入力端１２１及び１２２に伝送されたあと２つの出力端１２３及び１２４に分岐されるが、このときレーザ光λv,s 及びレーザ光λh,s のそれぞれのパワーは半分になる。そして、カプラー１２０の出力端１２３から出力された第１の単一モードレーザ光λv,s 及び第２の単一モードレーザ光λh,s は、相互干渉しない状態で混合されて直交モードレーザ光λv+h,s を生成する。
【００１１】
このような直交モード上向き信号用光は、偏光依存性を有する反射型半導体光増幅器により変調及び増幅されても信号の安定性を確保することができるようにする。具体的に説明すると、次のとおりである。直交モードレーザ光λv+h,s は光ファイバを介して光サーキュレーター２００の第１のポート２０１に伝送される。そして、直交モードレーザ光λv+h,s は第２のポート２０２に出力され、光ファイバを経て反射型半導体光増幅器３００に伝送される。このとき、光ファイバを経由する直交モードレーザ光λv+h,s は、前述のように光ファイバの状態に従い、図６に示されているようにθrad ほど偏向される。このように偏向された直交モードレーザ光λv+h,s は、変調されるために反射型半導体光増幅器３００に伝送される。しかし、偏光依存性を有する反射型半導体光増幅器を介して変調された光信号が生成されるとしても、従来技術のような光増幅利得の非一定性は発生しない。
【００１２】
具体的な理由は図６及び図７を参照して説明する。先ず、図５の半導体光増幅器３００は図４の特性を有すると仮定し、さらに単一モードレーザ光λv,s 及びλh,s のパワーはＰであり、光線路損失をＬdBとし、光線路損失は偏光依存性がないと仮定する。もし上向き信号用直交モードレーザ光λv+h,s の偏光方向が維持されるとすれば、垂直及び水平に偏光された光が光増幅器３００に入射されるパワーはP/２・１０−Ｌ／１０  であり、電磁場の強度は（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  である。このとき、垂直偏光の光パワー利得は２０dBであり、電磁波の強度の利得は１０dBである。従って、上向き信号用直交モードレーザ光λv+h,s の垂直成分が光増幅器３００で変調された光波の強度は（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  ・１０１０/１０ であり、光パワーに換算すればP/２・１０−Ｌ／１０・１０２０/１０である。水平偏光の光パワーの利得は１０dBであり、電磁波の強度の利得は５dBである。上向き信号用直交モードレーザ光λv+h,s の水平成分が光増幅器３００で変調された光パワーはP/２・１０−Ｌ／１０・１０１０/１０である。従って、変調された光信号λv+h,mの水平成分と垂直成分の光パワーの合計はP/２・１０−Ｌ／１０・(１０１０/１０＋１０２０/１０）＝P/２・１０−Ｌ／１０  ・１１０となる。
【００１３】
もし、反射型半導体光増幅器３００まで到逹する間、上向き信号用直交モードレーザ光λv+h,s の偏光方向が、図６に示されているようにθrad ほど偏向されるのであれば、変調された光信号の光パワーは次のように求めることができる。偏向されなかったときの入射光λv+h,s の垂直成分の電磁場の強度が（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  であるので、図６の入射光のうちλv,s の垂直成分の電磁場の強度は（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  ・cosθであり、水平成分の電磁場の強度は（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  ・sinθである。同一の方法で求めれば、図６の入射光のうちλh,s の水平成分の電磁場の強度は（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  ・cosθであり、垂直成分の電磁場の強度は（P/２・１０−Ｌ／１０  ）１／２  ・sinθである。一方、垂直成分の光パワーの利得が２０dBで、水平成分の光パワーの利得が１０dBであるため、図６の入射光λv+h,s の全体垂直成分の増幅された光パワーはP/２・１０−Ｌ／１０  ・(sin２θ＋cos２θ)・１０２０/１０  ＝P/２・１０−Ｌ／１０  ・１０２０/１０  であり、入射光λv+h,s の全体水平成分の増幅された光パワーはP/２・１０−Ｌ／１０  ・(sin２θ＋cos２θ)・１０１０/１０  ＝P/２・１０−Ｌ／１０  ・１０１０/１０である。従って、入射光が任意の角度に偏向され光増幅器に入射されても、変調された光信号は一定の光パワーを有する。すなわち、偏光依存性の大きい反射型半導体光増幅器を用いても、光伝送システムは偏光方向に係わりなく一定の光パワー利得を有する。
【００１４】
図７は、本発明の第１の実施の形態をWDM-PON に利用した実施の形態を示す図である。波長が同一で互いに直交する単一モードレーザ光が３dBカプラーの２つの入力端にそれぞれ入力され、パワーが半分の状態で直交モードレーザ光に混合され、３dBカプラーの２つの出力端に出力される。直交モードレーザ光が上向き信号用光として用いられ、２つのWDMであるWDM５１０及びWDM５２０を介し直交モードレーザ光はそれぞれ波長分割多重化されて加入者局に伝送される。すなわち、光源１００から生成された直交モードレーザ光λi,v+h,s は、他の加入者のため生成された波長が異なる光とWDM５００で波長分割多重化される。その後、波長分割多重化された光Σλi,v+h,s は１xn光分岐器により分岐される。分岐された上向き信号用光Σλi,v+h,s は基地局の多数のOLT(Optical Line Terminals)のうち、例えばj番目のOLTであるOLT８００に移送される。その後、分岐された上向き信号用光Σλi,v+h,sは、光サーキュレーター２００の第１のポート２０１を経て、第２のポート２０２を介し加入者側のWDM５３０に伝送されて加入者別に光が分離され、分離された光λi,v+h,sが対応するi番目の加入者のONU(Optical Network Unit)７００に伝送される。上向き信号用光λi,v+h,sは ONU７００内の反射型半導体光増幅器３００に入射される。反射型半導体光増幅器３００で発生した上向き光信号λi,v+h,mは、上向き信号用光λi,v+h,s が伝送された光ファイバを介してWDM５３０に伝送され、WDM５３０により他の加入者たちの上向き光信号と波長分割多重化され、基地局のOLT８００に伝送される。波長分割多重化された上向き光信号Σλi,s+h,m は、OLT８００内の光サーキュレーター２００の第２のポート２０２に入射されて第３のポート２０３に出力される。出力された上向き光信号Σλi,v+h,m はWDM５４０で各加入者別に分離されたあと光ダイオード４００に伝送され、電気信号に変換される。
【００１５】
図８は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。光源１００には第１の実施の形態のように光発生器１１１及び光発生器１１２が設けられ、互いに直交する単一モードレーザ光が生成される。単一モードレーザ光λv,s 及びλh,s は偏光ビーム分離器(PBS:Polarization Beam Splitter)１３０の入力端１３１及び入力端１３２に入力され、偏光ビーム分離器１３０の出力端１３３に出力される。第１の実施の形態とは別に、λv+h,s は元来の光パワーを有するλv,s およびλh,s の混合光である。以後、λv+h,s が光サーキュレーター２００に出力され光増幅器で変調された後、光ダイオードで電気信号に変換される過程は第１の実施の形態の場合と同一なので詳細な説明は省略する。第２の実施の形態は、第１の実施形態と同様に、WDM-PON のような光通信網に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】反射型半導体光増幅器を利用する従来の光伝送システムを模式的に示す図である。
【図２】反射型半導体光増幅器の動作原理を示す図である。
【図３】量子井戸構造を有する反射型半導体光増幅器の活性層導波路を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、偏光方向が異なる２つの単一モード光を反射型半導体光増幅器に入射させた場合の光パワー増幅利得を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図６】θrad ほど偏向した直交モード光の水平及び垂直方向成分の大きさを示す図である。
【図７】第１の実施の形態をWDM-PON に利用した実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の第２実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１００   光源
１１１、１１２   光発生器
１２０   ３dBカプラー
１３０   偏光ビーム分離器
２００   光サーキュレーター
３００   反射型半導体光増幅器
３１０   光導波路
３２０   活性層導波路
３３０   高反射コーティング膜
４００   光ダイオード
５１０、５２０、５３０、５４０  WDM
６１０、６２０  光分岐器
７００   ONU
８００   OLT
【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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