(57)【要約】【課題】  時間波形歪みがなく、かつ、高速ＯＴＤＭ信号の多重分離が簡便な高速光伝送を実現する。【解決手段】  時間軸上の光パルス波形をそのパルスの周波数スペクトルの形状（包絡線）に変換する光フーリエ変換装置２は、光パルスの送信側において、光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号の時間領域パルス列を、時分割チャネルに対応する波長チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に、少なくとも１フレームを一括して変換する。変換されたＷＤＭ信号スペクトル列を光ファイバ３に入射し、受信側において、光ファイバ３中を伝搬したＷＤＭ信号スペクトル列をＷＤＭ光分岐回路４により各波長チャネルに分波する。スペクトル形状をそのパルスの時間軸上の光パルス波形に変換する光逆フーリエ変換装置２’は、各波長チャネルに対してそれぞれ、分波されたスペクトル列を波長チャネルに対応した時分割チャネルの時間信号波形に変換する。【選択図】  図１
2005223369.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、光フーリエ変換装置に入力される光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号の時間領域パルス列を、各時分割チャネルに対応した波長チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に、複数の時分割チャネルを含むフレームを一括して変換し、
変換されたＷＤＭ信号スペクトル列を光ファイバに伝搬させ、
光ファイバ中を伝搬したＷＤＭ信号スペクトル列をＷＤＭ光分岐回路により各時分割チャネルに対応した各波長チャネルに分波し、
ＷＤＭ光分岐回路により分波された各波長チャネルに対応して設けられ、スペクトル形状をそのパルスの時間軸上の光パルス波形に変換するための、時分割チャネル数の複数の光逆フーリエ変換装置を用いて、分波された各波長チャネルのスペクトルを、その波長チャネルに対応した時分割チャネルの時間信号波形に変換し、
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スペクトルの形状が保存されることから、受信側の各光逆フーリエ変換装置の出力で、送信側における時間信号を多重分離して再生するためのＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法において、
光フーリエ変換のための駆動周波数は、光時分割多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Ｒの信号に基づいてＮ倍の多重化により得られるＯＴＤＭ信号の繰り返し周波数ＮＲに対して、多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Ｒであることを特徴とするＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法において、
多重化数Ｎで光時分割多重化された、１フレームにＮビット又はＮチャネルを有するＯＴＤＭ信号パルス列を、Ｎビット又はＮチャネルを一括してフーリエ変換することにより、ＯＴＤＭ信号パルス列の各時分割チャネルに対応した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／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項４】
請求項１に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法において、
繰り返し周波数Ｒの信号に基づいて多重化数Ｎで光時分割多重化された伝送速度ＮＲのＯＴＤＭ信号パルス列を、ＷＤＭ光分岐回路及び繰り返し周波数Ｒで動作する光逆フーリエ変換装置によって多重分離することを特徴とするＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項５】
請求項１に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法において、
光フーリエ変換装置及び光逆フーリエ変換装置は、光パルスに群速度分散を与えるための分散要素と、線形チャープを与えるための位相変調器とをそれぞれ備え、
受信側における光逆フーリエ変換装置の分散要素の群速度分散、及び、位相変調器のチャープ率の各符号は、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／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項６】
請求項１に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法において、
前記光フーリエ変換装置及び／又は前記光逆フーリエ変換装置は、光パルスに群速度分散を与えるための分散要素と、線形チャープを与えるための位相変調器とをそれぞれ備え、
位相変調器のチャープ率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／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項７】
請求項１に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ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／ＷＤＭ伝送方法。
【請求項８】
光時分割多重化された光パルス列を出力する光時分割多重（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出力され、光ファイバを伝搬した光パルス列を分波するＷＤＭ光分岐回路と、
前記ＷＤＭ光分岐回路により分波された各波長チャネルに対応して設けられ、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、１フレームに含まれる時分割チャネル数の複数の光逆フーリエ変換装置と
を備え、
前記光フーリエ変換装置は、前記ＯＴＤＭ信号送信器からのＯＴＤＭ信号の時間領域パルス列を、各時分割チャネルに対応した波長チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に、複数の時分割チャネルを含むフレームを一括して変換して、変換されたＷＤＭ信号スペクトル列を光ファイバ中に伝搬させ、
前記ＷＤＭ光分岐回路は、前記光ファイバ中を伝搬したＷＤＭ信号スペクトル列を、各時分割チャネルに対応した各波長チャネルに分波し、
前記光逆フーリエ変換装置は、分波された各波長チャネルのスペクトルを、その波長チャネルに対応した時分割チャネルの時間信号波形に変換し、
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スペクトルの形状が保存されることから、受信側の各前記光逆フーリエ変換装置の出力で、送信側における時間信号を多重分離して再生するためのＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置。
【請求項９】
請求項８に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置において、
前記光フーリエ変換装置による光フーリエ変換のための駆動周波数は、
光時分割多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Ｒの信号に基づいてＮ倍の多重化により得られるＯＴＤＭ信号の繰り返し周波数ＮＲに対して、多重化前の光パルス列の繰り返し周波数Ｒであることを特徴とするＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置において、
前記光フーリエ変換装置は、
多重化数Ｎで光時分割多重化された、１フレームにＮビット又はＮチャネルを有するＯＴＤＭ信号パルス列を、Ｎビット又はＮチャネルを一括して光フーリエ変換することにより、ＯＴＤＭ信号パルス列の各時分割チャネルに対応した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／ＷＤＭ伝送装置。
【請求項１１】
請求項８に記載のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置において、
前記光逆フーリエ変換装置は、繰り返し周波数Ｒの信号に基づいて多重化数Ｎで光時分割多重化されたＯＴＤＭ信号の伝送速度ＮＲに対して、繰り返し周波数Ｒで動作し、
伝送速度ＮＲのＯＴＤＭ信号パルス列を、前記ＷＤＭ光分岐回路及び周波数Ｒで動作する前記光逆フーリエ変換装置によって多重分離することを特徴とするＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＴＤＭ（光時分割多重、optical  time  division  multiplexing）／ＷＤＭ（波長分割多重、wavelength  division  multiplexing）伝送方法及び装置に係り、特に、光時分割多重（ＯＴＤＭ）伝送において、伝送速度を高速化したときに課題とな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し、かつ、伝送速度より低速な信号処理技術で高速ＯＴＤＭ信号の多重分離を実現する新たなＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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た超高速ＯＴＤＭ伝送の実現には、波長分散や偏波分散などの光ファイバの線形効果による信号波形歪みの低減、ならびに伝送後の超高速信号の多重分離が重要な課題となる。超高速ＯＴＤＭ伝送としては、これまでに１６０Ｇｂｉｔ／ｓ−４８０ｋｍ、６４０Ｇｂｉｔ／ｓ−１００ｋｍ、１．２８Ｔｂｉｔ／ｓ−７０ｋｍといった実験結果が報告されている（例えば、非特許文献１、２、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二次および三次分散がほぼゼロになるよう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。
【０００３】
一方、１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速ＯＴＤＭ信号光の多重分離は電気的な信号処理速度の限界を超えるため、応答時間が極めて速い光ファイバ中の非線形光学効果を利用する方法が検討されている。具体的には、多重分離に用いる制御光のタイミングを基本繰り返し周波数の信号光に同期させて、制御光と信号光の間の四光波混合成分を用いる方法、あるいは制御光との相互位相変調によって信号光をスイッチングする方法などがある。このような手法により、光ファイバ中の四光波混合や非線形光ループミラーにおける相互位相変調を用いて、５００Ｇｂｉｔ／ｓや６４０Ｇｂｉｔ／ｓＯＴＤＭ信号光の１０Ｇｂｉｔ／ｓへの多重分離に成功している（例えば、非特許文献４、５参照）。
【０００４】
これらの方法では制御光に同期した１チャネルの信号光しか多重分離されないが、１つの多重分離装置で全てのチャネルを一括して多重分離する方法として、波長が線形にチャープした基本繰り返し周波数の制御光とＯＴＤＭ信号光との間の相互位相変調を用いたＯＴＤＭ多重分離技術が提案されている（例えば、非特許文献６を参照）。この方法では、該ＯＴＤＭ信号光のパルス列の時間位置で該制御光の線形チャープが相互位相変調により局所的にキャンセルされるため、該ＯＴＤＭ信号の各ビットがそれぞれ該制御光のスペクトルの異なる中心波長（ＷＤＭ信号）に転写され、その結果として波長領域で各スペクトルを光フィルタで切り出すことにより一括多重分離を行なうことができる。
【０００５】
また、複数の波長分割多重化（ＷＤＭ）光信号が、分散器としての光学的フーリエ変換素子に入力され、光学的フーリエ変換素子は波長全体にわたって各チャネルの情報ビットを分散してＷＤＭ分散光信号を搬送し、信号強度の劣化及び拡散を抑える方法及び装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
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（参考文献１：特願２００３−２３９７３「光伝送方法および光伝送装置」）、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（参考文献２：特願２００３−１０９７０８「光パルス圧縮器および光関数発生器、光パルス圧縮方法および光関数発生方法」）、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（参考文献３：特願２００３−１８１９６４「ＯＴＤＭ伝送方法及び装置」）、光パルスの時間波形をその周波数スペクトルの形状（包絡線）に、及び／又は光パルスの周波数スペクトルの形状をその時間波形に変換する光フーリエ変換装置及び方法（参考文献４：特願２００４−４６４「光フーリエ変換装置及び方法」）について出願している。なお、これら出願の内容は、参照により本明細書に組み込むことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１４５０８号公報
【非特許文献１】J.L.Auge,  M.Cavallari,  M.Jones,  P.Kean,  D.Watley,  and  A.Hadjifotiou,  “Single  channel  160Gb/s  OTDM  propagation  over  480km  of  standard  fiber  using  a  40GHz  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640Gbit/s  ＯＴＤＭ信号の100km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1.28Tbit/s-70kmフェムト秒パルスＯＴＤＭ伝送」、信学論(B)、Vol.J84-B,  pp.1587-1597,  2001.
【非特許文献４】T.Morioka,  H.Takara,  S.Kawanishi,  T.Kitoh,  and  M.Saruwatari,  “Error-free  500Gbit/s  all-optical  demultiplexing  using  low-noise,  low-jitter  supercontinuum  short  pulses,”  Electron.  Lett.  Vol.32,  pp.833-834,  1996.
【非特許文献５】山本貴司、吉田英二、中沢正隆、「超高速非線形ループミラーによるサブテラビットTDM光信号の多重分離」、信学論(C-I)、Vol.J82-C-I,  pp.109-116,  1999.
【非特許文献６】K.Uchiyama,  S.Kawanishi,  and  M.Saruwatari,  “Multiple-channel  output  all-optical  OTDM  demultiplexer  using  XPM-induced  chirp  compensation  (MOXIC),”  Electron.  Lett.  Vol.34,  pp.575-576,  1998.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超短パルスを用いたＯＴＤＭ伝送においては、伝送ファイバ全体の二次および三次分散を正確に補償しても、伝送路に残留するさらに高次の分散によって波形が歪む。また、分散値が温度など環境の影響によってわずかでも変動することにより、パルスの伝送特性が大きく変化する。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伝送信号の偏波状態がランダムに変化することからパルス広がり（偏波モード分散）が発生してしまう。したがって分散値の変動や偏波モード分散に対するシステムの許容度を十分確保するためには、高次分散を含めた分散値の適応等化技術や偏波モード分散補償技術が不可欠である。しかし、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。
【０００９】
また、上に述べたＯＴＤＭ高速多重分離に用いられる光ファイバの非線形光学効果は一般に変換効率が低いため、高品質な多重分離を行なうにはファイバ長を十分長くとり大きな四光波混合成分や位相変化量を得る必要がある。しかしファイバ長を長くすると制御光と信号光との間のウォークオフが大きくなり、ウォークオフ時間がＯＴＤＭ信号のビット間隔と同程度になると正確な多重分離が困難になる。したがって非線形光学効果の高効率化と制御光−信号光の正確なタイミング制御との間にはトレードオフが存在する。ここで、ウォークオフとは、制御光と信号光の波長における群速度の違いによって、両者の間に生じる群遅延のことを指す。
【００１０】
また、特許文献１に記載の方法等は、単に入力したＷＤＭ信号を分散して伝搬させるものであり、光時分割多重信号（ＯＴＤＭ信号）の伝送及び多重分離を対象としたものではない。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑み、時間波形歪みのない高速伝送が可能なＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、本来時間領域で行なう高速ＯＴＤＭ信号の多重分離を多波長光分岐フィルタなどの簡便なＷＤＭ光分岐回路を用いて行なうことができるＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、高速な光システムを安価な光装置で実現することも目的のひとつである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで本発明ではこれらの課題を同時に解決するために、光ファイバ中のあらゆる線形歪み効果によって時間的に波形歪みが発生してもスペクトル形状（波形）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超短パルス伝送およびＯＴＤＭ多重分離技術に積極的に応用する。すなわち本発明のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置では、光ファイバ伝送路の送信側でＯＴＤＭ信号のＮビットのパルス列をまず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、光ファイバ伝送路を伝送させる。そして伝送後には受信側でＷＤＭスペクトル列を各波長に分離し、チャネルごとに光逆フーリエ変換を施す。これにより送信側におけるＯＴＤＭ多重化前の各チャネルの時間領域パルス列を受信側の各出力で完全に再生することができる。
【００１３】
本発明の特徴のひとつは、時間軸上の光パルス波形をそのパルスのもつスペクトル波形（包絡線）に変換する光フーリエ変換装置を用いる光伝送方法及び装置において、該光フーリエ変換装置を送信部において用いて光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号の時間領域パルス列を波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に変換した後、光ファイバ中を伝搬せしめ、受信端で該ＷＤＭ信号スペクトル列をＷＤＭ光分岐回路により各チャネルに分波し、分波されたスペクトルを光逆フーリエ変換装置を用いてチャネルごとに時間信号波形に変換することにより、伝送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スペクトルの波形（包絡線）が保存されることから、送信側における時間信号を受信側の各出力で完全に再生するＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置である。
【００１４】
また、本発明は、上記のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置において、ＯＴＤＭ多重化前の基本繰り返し周波数Ｒの信号からＮ倍の多重化により得られる繰り返し周波数ＮＲのＯＴＤＭ信号に対して、光フーリエ変換の駆動周波数に基本繰り返し周波数Ｒを用いることを特徴のひとつとする。
【００１５】
また、本発明は、上記のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置において、ＮをＯＴＤＭ多重化数とすると、ＯＴＤＭ信号パルス列が光フーリエ変換によってＮチャネルのＷＤＭ信号スペクトル列に変換されることを特徴のひとつとする。
【００１６】
また、本発明は、上記のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置において、伝送速度ＮＲのＯＴＤＭ信号の多重分離を、ＷＤＭ光分岐回路ならびに基本繰り返し周波数Ｒで動作する光逆フーリエ変換装置によって実現することも特徴のひとつである。
【００１７】
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、光フーリエ変換装置に入力される光時分割多重（ＯＴＤＭ）信号の時間領域パルス列を、各時分割チャネルに対応した波長チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に、複数の時分割チャネルを含むフレームを一括して変換し、
変換されたＷＤＭ信号スペクトル列を光ファイバに伝搬させ、
光ファイバ中を伝搬したＷＤＭ信号スペクトル列をＷＤＭ光分岐回路により各時分割チャネルに対応した各波長チャネルに分波し、
前記ＷＤＭ光分岐回路により分波された各波長チャネルに対応して設けられ、スペクトル形状をそのパルスの時間軸上の光パルス波形に変換するための、時分割チャネル数の複数の光逆フーリエ変換装置を用いて、分波された各波長チャネルのスペクトルを、その波長チャネルに対応した時分割チャネルの時間信号波形に変換し、
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スペクトルの形状が保存されることから、受信側の各光逆フーリエ変換装置の出力で、送信側における時間信号を多重分離して再生するためのＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法が提供される。
【００１８】
本発明の第２の解決手段によると、
光時分割多重化された光パルス列を出力する光時分割多重（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出力され、光ファイバを伝搬した光パルス列を分波するＷＤＭ光分岐回路と、
前記ＷＤＭ光分岐回路により分波された各波長チャネルに対応して設けられ、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、１フレームに含まれる時分割チャネル数の複数の光逆フーリエ変換装置と
を備え、
前記光フーリエ変換装置は、前記ＯＴＤＭ信号送信器からのＯＴＤＭ信号の時間領域パルス列を、各時分割チャネルに対応した波長チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）信号スペクトル列に、複数の時分割チャネルを含むフレームを一括して変換して、変換されたＷＤＭ信号スペクトル列を光ファイバ中に伝搬させ、
前記ＷＤＭ光分岐回路は、前記光ファイバ中を伝搬したＷＤＭ信号スペクトル列を、各時分割チャネルに対応した各波長チャネルに分波し、
前記光逆フーリエ変換装置は、分波された各波長チャネルのスペクトルを、その波長チャネルに対応した時分割チャネルの時間信号波形に変換し、
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スペクトルの形状が保存されることから、受信側の各前記光逆フーリエ変換装置の出力で、送信側における時間信号を多重分離して再生するためのＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光フーリエ変換によってあらかじめＯＴＤＭ信号パルス列の時間波形をＷＤＭ信号の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受信端において光逆フーリエ変換によって伝送信号のスペクトルからもとのＯＴＤＭ信号を再生することができる。したがって本発明のＯＴＤＭ／ＷＤＭ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（又はほとんど完全に）克服することができる。これにより、波長分散の正確な制御や偏波モード分散の補償を必要としない理想的な無歪み波形伝送が可能となるため、高速ＯＴＤＭ伝送の伝送速度のさらなる向上ならびに伝送距離の延長を図ることができ、実用的・経済的な光ファイバ通信を実現することができる。
【００２０】
さらに本発明のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置では、受信信号のスペクトルの分波と光逆フーリエ変換によって等価的にＯＴＤＭ信号の一括多重分離を実現することができる。このため従来大きな課題であった非線形光学効果の高効率化や制御光と信号光との間のタイミング制御を必要としない高効率かつ実用的なＯＴＤＭ多重分離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】
【００２１】
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。
１．ＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送システム
図１は、ＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送システムの構成図である。ＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送システムは、ＯＴＤＭ信号送信器１と、光フーリエ変換装置２と、光逆フーリエ変換装置２’と、光ファイバ伝送路３と、ＷＤＭ光分岐回路４と、受光器５とを備える。なお、光逆フーリエ変換装置２’及び受光器５は、ＷＤＭ光分岐回路４により光が分岐される数に応じた適宜の数を備えることができる。ここで、光フーリエ変換装置２は、例えばＯＴＤＭ信号をＷＤＭ信号に変換するための装置であり、光逆フーリエ変換装置２’は、例えばＷＤＭ信号をＯＴＤＭ信号に戻す（又はスペクトルを時間波形に戻す）ための装置である。なお、光フーリエ変換装置２及び光逆フーリエ変換装置２’は、後述する第２の実施の形態に係る光フーリエ変換装置２０及び光逆フーリエ変換装置２０’でもよい。
【００２２】
図２は、ＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方式の動作の概要を示す説明図である。図２（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図１中Ａ〜Ｅの各点における時間波形とそのスペクトルの概略を示している。以下、図１及び図２を参照して、本実施の形態の動作の概要を説明する。
【００２３】
まずＯＴＤＭ信号送信器１から出力されるＯＴＤＭ信号（図２（ａ））を光フーリエ変換装置２中へ入射する。光フーリエ変換装置２はパルスの時間波形を波長軸上の信号へ変換するものである（図２（ｂ））。ＯＴＤＭ信号送信器１から送信されるＯＴＤＭ信号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。後述するように、ＯＴＤＭ信号を構成するＮ個（１フレーム）のパルス時間波形を一括してフーリエ変換することによって、光フーリエ変換装置２の出力で中心波長の異なるＮ個のスペクトルが得られる。ここで、Ｎは、ＯＴＤＭ多重化数又は時分割チャネル数とすることができる。すなわち光フーリエ変換装置２によってＮチャネル（時分割チャネル）のＯＴＤＭ信号系列（図２（ａ））がＮチャネル（波長チャネル）のＷＤＭスペクトル系列（図２（ｂ））に変換される。
【００２４】
光フーリエ変換装置２から出力されたＷＤＭ信号は光ファイバ伝送路３に入射される。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。ここで、光ファイバ伝送路３にあらゆる線形歪み効果が存在しても波長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形状は伝送によって不変であることから、該光ファイバ伝送路３を伝搬した後の該ＷＤＭ信号（図２（ｃ））のスペクトルの形状は伝送前のＷＤＭ信号（図２（ｂ））のスペクトル形状と等しいことに注意する。
【００２５】
図２（ｃ）のＷＤＭ信号は、ＷＤＭ光分岐回路４によって各波長チャネルに分波される。該ＷＤＭ光分岐回路４には例えば単純に多波長光分岐フィルタを用いることができる。図２（ｄ）は、ＷＤＭ光分岐回路４によりＮ個の波長チャネルに多重分離されたスペクトルの一つを示している。分波された各スペクトル成分は波長チャネルごとに光逆フーリエ変換装置２’に入力される。
【００２６】
光逆フーリエ変換装置２’は波長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。例えば、チャネルごとに設置されたＮ個の該光逆フーリエ変換装置２’によって、ＯＴＤＭ信号送信器１から送信されるＯＴＤＭ信号の伝送速度に対して、速度が１／Ｎの低速な時間領域パルス列（すなわち多重分離されたパルス列）が各出力で再現される（図２（ｅ））。ここで伝送後ＷＤＭ多重分離前のスペクトル形状（図２（ｃ）下段）が伝送前（図２（ｂ）下段）と等しいことから、ＷＤＭ多重分離後光逆フーリエ変換装置２’の各出力（図２（ｅ））では、送信側におけるＯＴＤＭ多重化前の各チャネルのパルス時間波形（図２（ａ）のパルス列を構成する各パルス）が完全に再生されている。
【００２７】
光逆フーリエ変換装置２’によって再生された低速光パルスの時間波形は受光器５によって電気信号に変換される。受光器５はパルスの包絡線のみを検出するので、光ファイバ伝送路３における線形効果による位相変化は一切問題とならない。
【００２８】
このように、本実施の形態のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方式では、光ファイバ伝送路３にあらゆる線形歪み効果が存在しても伝送データを受信側で完全に再生することが可能であるということがポイントのひとつである。また本来時間領域で行なう高速ＯＴＤＭ信号の多重分離を光フィルタなどの安価なＷＤＭ光分岐回路４を用いて波長領域で容易に実現できるということもポイントのひとつである。
【００２９】
２．ＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送装置の第１の実施の形態
図３に、ＯＴＤＭ信号送信器１および光フーリエ変換装置２の第１の実施の形態の構成図を示す。図３のＯＴＤＭ信号送信器１は、光パルス光源１１と、クロック信号源１２と、光変調器１３と、ＯＴＤＭ多重化装置１４と、データ入力端子１５を有する。
【００３０】
光パルス光源１１はクロック信号源１２から供給される波長で動作する基本繰り返し周波数Ｒ［Ｈｚ］の光パルス光源である。クロック信号源１２は、周波数Ｒ［Ｈｚ］のクロック信号を発生し、例えば、光パルス光源１１、光変調器１３、ＯＴＤＭ多重化装置１４、及び、光フーリエ変換装置２の位相シフタ２５にクロックを出力する。光変調器１３は、光パルス光源１１からの該光パルス列を、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光変調器であり、クロック信号源１２から供給されるクロックで駆動される。ＯＴＤＭ多重化装置１４は、伝送速度Ｒ［ｂｉｔ／ｓ］の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倍にする（多重化数Ｎで光時分割多重化する）装置であり、クロック信号源１２から供給されるクロックで駆動される。例えば、ＯＴＤＭ多重化装置１４には、光変調器１３によりデータ変調されたＮチャネルの光パルス信号列が入力される。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。
【００３１】
図１０は、変調器１３の構成例を示す図である。変調器１３は、送信データをバッファして光パルスを送信データに従い変調する、時分割チャネル分の複数の変調素子（回路）１３−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を備える。多重化数Ｎ＝４の場合、変調器１３は、データ入力端子１５からチャネル１〜４の４チャネルの送信データを入力し、入力されたデータに従い、伝送速度Ｒで４チャネルの光パルス信号列に変調する。
【００３２】
図８は、ＯＴＤＭ信号送信器による時分割多重化の例を示す図である。ここでは、一例として４チャネルを多重化する場合（Ｎ＝４）について説明する。
【００３３】
光変調器１３により変調されたチャネル１（ｃｈ．１）〜チャネル４（ｃｈ．４）の４チャネルの信号のデータ（光パルス列）は、ＯＴＤＭ多重化装置１４に入力される。ＯＴＤＭ多重化装置１４は、図示のように、１フレーム内に各チャネルのデータを１ビットずつ含むように時分割多重化する。ＯＴＤＭ多重化装置１４の出力は、光フーリエ変換装置２の入力端子２１に入力され、後述のようなＮビットを有する１フレーム（この例ではＮ＝４ビット）が一括してフーリエ変換されて、ｃｈ．１〜ｃｈ．４に対応した４チャネルのＷＤＭ信号スペクトル系列に変換される。
【００３４】
図３の光フーリエ変換装置２は、入力端子２１と、光サーキュレータ２３および２３’と、位相シフタ２５と、分散要素２６と、位相変調器２７と、出力端子２８と、電気増幅器２９とを有する。
【００３５】
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。
【００３６】
位相変調器２７はＯＴＤＭ信号パルス列の基本繰り返し周波数Ｒ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から供給される基本繰り返し周波数Ｒの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を位相シフタ２５および電気増幅器２９を介して位相変調器２７の駆動回路に接続する。このように、本実施の形態では位相変調器２７の駆動周波数を、例えばＯＴＤＭ信号パルス列の繰り返し周波数の１／Ｎ倍（Ｎ：ＯＴＤＭ多重化数）に選ぶ。なお、１／Ｎ倍に選ぶ以外にも、１／ｎ（ｎ：多重化数Ｎ以外の任意の整数）としてもよい。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等を電気増幅器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。
【００３７】
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。
【００３８】
ここで位相シフタ２５は位相変調がパルス列に最適に同期して印加されるように機能する。例えば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２５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。（参考文献１：特願２００３−２３９７３「光伝送方法および光伝送装置」、参考文献２：特願２００３−１０９７０８「光パルス圧縮器および光関数発生器、光パルス圧縮方法および光関数発生方法」参照）。また、電気増幅器２９は、位相シフタ２５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。
【００３９】
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。
【００４０】
図９は、光フーリエ変換装置２によりＯＴＤＭ信号からＷＤＭ信号へ変換する説明図である。
例えば、４チャネルのＯＴＤＭ信号に対して、１フレーム（４ビット）を一括して光フーリエ変換する場合について説明する。このとき、位相変調器２７に印加される位相変調特性は、４個のＯＴＤＭ信号パルスを含む時間幅になる（図９（ａ））。なお、図中、「０」のデータに対応するパルスは、便宜上小さなパルスで表しているが、パルスがなくてもよい。
【００４１】
図９（ｂ）に、各フレームに対応する時間における周波数スペクトルを模式的に示す。光フーリエ変換装置２の出力は、ＯＴＤＭ信号の時分割チャネルｃｈ．１〜４に対応した波長チャネルを有するスペクトル列になる。例えば、図９（ａ）のＯＴＤＭ信号のフレーム１を光フーリエ変換すると、フレーム１の各チャネルのパルスに対応したスペクトルが現れる。次に、ＯＴＤＭ信号のフレーム２を光フーリエ変換すると、フレーム２に相当する時間では、図示のようにフレーム２に含まれる各パルスに対応したスペクトルが現れる。ここで、フレーム１、２、３・・・の各時分割チャネルに対応する波長チャネルのスペクトルは、同じ波長に現れる。受光側ではＷＤＭ光分岐回路４によりスペクトルを各波長チャネルに分離することができる。
【００４２】
なお、図２及び図９の時間波形は、横軸が時間軸（右方向が＋）であり、例えば図２（ａ）及び図９（ａ）の光パルス波形は、左側のパルスから順に光フーリエ変換装置２に入力される。変換されたＷＤＭスペクトル系列の各波長チャネルは、ＯＴＤＭ信号系列の各時分割チャネルに対応している。
【００４３】
図５に、波長軸上のスペクトル形状を時間波形（パルス）に変換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。光逆フーリエ変換装置２’は、入力端子２１と、光カップラ２２と、光サーキュレータ２３および２３’と、クロック信号再生回路２４と、位相シフタ２５と、分散要素２６と、位相変調器２７と、出力端子２８と、電気増幅器２９とを有する。図３と同符号の装置・手段はそれぞれ、上述と同様の構成・機能を用いることができ、詳細な説明を省略する。図５に示す光逆フーリエ変換装置２’は図３に示す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、位相シフタ２５および電気増幅器２９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。
【００４４】
クロック信号再生回路２４は、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の回路である。すなわち、入力した該信号パルス列の一部を光カップラ２２により分岐してクロック信号再生回路２４に入力し、この回路によりクロック信号（正弦波信号）を抽出し、得られたクロック周波数で該位相変調器２７を駆動する。電気増幅器２９は位相変調器２７の駆動用である。なお、クロック信号再生回路２４が入力する信号パルス列は、ＷＤＭ光分岐回路４により各波長チャネル（例えばＮ個のチャネル）に分波されたひとつのチャネルの信号パルス列であり、これにより得られるクロック周波数は、例えばＯＴＤＭ信号の繰り返し周波数の１／Ｎである。すなわち、伝送速度ＮＲのＯＴＤＭ信号に対して、光逆フーリエ変換装置２’は繰り返し周波数Ｒで動作する。
【００４５】
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２６の分散量Ｄ’の符号を、光フーリエ変換装置２に用いた分散要素２６の分散量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２’における位相変調器２７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２７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。なお、位相変調器２７のチャープは、例えば位相変調器２７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（例えば、参考文献３：特願２００３−１８１９６４「ＯＴＤＭ伝送方法及び装置」参照）。
【００４６】
（動作原理）
次に、図３中の光フーリエ変換装置２によってパルスの時間波形が周波数軸上の信号へ変換される原理を説明する。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
【００４７】
【数１】
2005223369.tif 000003
【００４８】
で関係づけられている。該ＯＴＤＭ信号が光フーリエ変換装置２の入力端子２１から入射し、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
【００４９】
【数２】
2005223369.tif 000004
【００５０】
となる。ここでＤは分散要素２６の分散量であり、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。
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
【００５１】
【数３】
2005223369.tif 000005
【００５２】
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。
【００５３】
【数４】
2005223369.tif 000006
【００５４】
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。
【００５５】
【数５】
2005223369.tif 000007
【００５６】
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
【００５７】
【数６】
2005223369.tif 000008
【００５８】
と表される。ここで
【００５９】
【数７】
2005223369.tif 000009
【００６０】
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。
【００６１】
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、式（６）より、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。
【００６２】
ここで本発明の重要なポイントのひとつとして、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は任意の整数）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では中心波長の異なるｎ個のスペクトルが得られる点に注意する。本実施の形態では、例えば整数ｎはＯＴＤＭ多重化数Ｎで与えられることとし、光フーリエ変換装置２における位相変調器２７は上述のようにＯＴＤＭ信号の基本繰り返し周波数Ｒで動作している。
【００６３】
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（すなわち波長間隔Δλ＝（λ２／２πｃ）Δω＝（λ２／２πｃＤ）Δｔ）のＮ個のスペクトル列となる（ｃは光速）。このようにして光フーリエ変換によってＮチャネルの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。
【００６４】
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。  ここで、図１のＡにおけるＮ個のパルスを有するＯＴＤＭ信号の時間波形（図２（ａ））を
【００６５】
【数８】
2005223369.tif 000010
【００６６】
とおく。ここで
【００６７】
【数９】
2005223369.tif 000011
【００６８】
は位相変調特性のピークから時間Ｔｉだけ離れた位置に中心をもつパルスである（ｉ＝１〜Ｎ、以下同じ）。また、ｕｉ（ｔ）は各光時分割チャネルに対応するパルスである。このとき光フーリエ変換装置２の出力（図１のＢにおける信号、図２（ｂ））の時間波形は
【００６９】
【数１０】
2005223369.tif 000012
【００７０】
で与えられ、その周波数スペクトルは
【００７１】
【数１１】
2005223369.tif 000013
【００７２】
となる。ここで、ωｉは、ｕｉ（ｔ）が位相変調特性のピークからＴｉだけ離れた位置にピークを持つことによる周波数のずれを表し、Ｖｉ(ω)は次式のように表すこともできる。
【００７３】
【数１２】
2005223369.tif 000014
【００７４】
また、これはｕ（ｔ−Ｔｉ）を光フーリエ変換したものを表し、次式のように表すこともできる。
【００７５】
【数１３】
2005223369.tif 000015
【００７６】
光ファイバ伝送路３を伝搬した後のＷＤＭ信号（図１のＣにおける信号、図２（ｃ））は、
Ｑ（ω）＝Ｑ１（ω）＋Ｑ２（ω）＋・・・＋ＱＮ（ω）
で与えられる。
【００７７】
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をφ（ω）とする。光ファイバ伝送路３により伝送されたＮチャネルのＷＤＭ信号のｉ番目のチャネルのスペクトル（すなわち図１のＤｉにおける信号のスペクトル、図２（ｄ）に相当）Ｑｉ（ω）は伝送前の該チャネルのスペクトルＶｉ（ω）と
【００７８】
【数１４】
2005223369.tif 000016
【００７９】
で関係づけられる。
【００８０】
また、時間信号は例えば、
ｑ（ｔ）＝ｑ１（ｔ）＋ｑ２（ｔ）＋・・・＋ｑＮ（ｔ）
と表すことができる。ここで、ｑｉ（ｔ）は、Ｑｉ（ω）に対応する時間信号である。時間信号は、光ファイバ伝送路３により波形歪みを受けており、ｑｉ（ｔ）（ｉ＝１〜Ｎ）は互いに重なり合うことがある。
【００８１】
つぎに、光逆フーリエ変換装置２’によって周波数軸上のスペクトル形状が時間波形へ変換される原理を説明する。
【００８２】
ＷＤＭ信号は、ＷＤＭ光分岐回路４によって各波長チャネルに分岐され、ｉ番目のチャネルに対応した光逆フーリエ変換装置２’にＱｉ（ω）（図１のＤの信号、図２（ｄ））が入力される。また、光逆フーリエ変換装置２’の出力（図１のＥｉ、図２（ｅ））における時間波形ｒｉ（ｔ）は、分散要素Ｄ’＝−Ｄ、チャ−プ率Ｋ’＝−Ｋとして、式（５）、（１３）、（１４）から、
【００８３】
【数１５】
2005223369.tif 000017
【００８４】
と表される。したがって光逆フーリエ変換されたｉ番目のチャネルの信号の時間波形ｒｉ（ｔ）は、ｒｉ（ｔ）∝ｕｉ（ｔ）となり、位相変化φ（−ｔ／Ｄ）を除いて光ファイバ伝送路３における時間歪みが完全に除去されたｉ番目の信号（図１のＥｉにおける信号、図２（ｅ））が受光器５で得られる。
【００８５】
上述のように、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波長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。受光器５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。
【００８６】
３．ＯＴＤＭ伝送装置の第２の実施の形態
なお図３中の光フーリエ変換装置２及び図５中の光逆フーリエ変換装置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（参考文献２参照）。
【００８７】
図４に、ＯＴＤＭ信号送信器１および光フーリエ変換装置の第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。
【００８８】
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’、位相シフタ２５、分散要素２６、位相変調器２７、出力端子２８、電気増幅器２９及び光遅延素子３０を備える。光フーリエ変換装置２０は、図３の光フーリエ変換装置２における分散要素２６と位相変調器２７を入れ替えたものであり、図３と同符号のものは上述と同様であり、その説明を省略する。
【００８９】
この場合にはポート２３ｂから該位相変調器２７に入射するパルス列に対しては、クロック信号源１２から位相シフタ２５および電気増幅器２９を介して供給されるクロック信号に従って該位相変調器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から該位相変調器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。
【００９０】
入力端子２１を介して入力された光パルス（ＯＴＤＭ信号）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、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。
【００９１】
図６は、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。この光逆フーリエ変換装置２０’は、図５中の光逆フーリエ変換装置２’において分散要素２６と位相変調器２７を入れ替え、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により再生されたクロック信号が、位相シフタ２５、電気増幅器２９を介して位相変調器２７に供給されている。なお、図５と同符号の装置・手段は、それぞれ同様の構成・機能を有する。
【００９２】
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。
【００９３】
つぎに、第２の実施の形態におけるＯＴＤＭ伝送の動作の概要を、図１、図４及び図６を用いて説明する。
【００９４】
（動作原理）
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）が光フーリエ変換装置２０の入力端子２１から入射し、光サーキュレータ２３のポート２３ａ、２３ｂを介して位相変調器２７を通過して位相変調を受けた後の時間信号ｕ−（ｔ）は
【００９５】
【数１６】
2005223369.tif 000018
【００９６】
で与えられる。このパルスが光サーキュレータ２３’のポート２３’ｂ、２３’ａを介して分散要素２６を通過した後のパルス波形ｕ＋（ｔ）はｕ−（ｔ）を用いて、
【００９７】
【数１７】
2005223369.tif 000019
【００９８】
と表される。式（１６）より式（１７）は入力パルス波形ｕ（ｔ）を用いて
【００９９】
【数１８】
2005223369.tif 000020
【０１００】
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（１８）は
【０１０１】
【数１９】
2005223369.tif 000021
【０１０２】
と書くことができる。ただしＵ（ω）［ω＝ｔ／Ｄ］はｕ（ｔ）のスペクトル（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によって上述の位相変調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
【０１０３】
【数２０】
2005223369.tif 000022
【０１０４】
は、光サーキュレータ２３のポート２３b、２３cおよび出力端子２８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）は式（６）と同様にして、
【０１０５】
【数２１】
2005223369.tif 000023
となる。
【０１０６】
よって、第１の実施の形態と同様の時間波形及びスペクトルを得ることができる。得られた信号列を光ファイバ伝送路３を通過させ、第１の実施の形態と同様に波長分離し、光逆フーリエ変換すれば、光ファイバ伝送路３における時間歪みが除去された信号が各受光器５で受光できる。なお、ｉチャネルに対応するＯＴＤＭ信号の時間波形、光フーリエ変換装置２の出力の時間波形及びスペクトル、光ファイバ伝送路３通過後の時間波形及びスペクトルは、上述の第１の実施の形態と同様に、それぞれｕｉ（ｔ）、ｖｉ（ｔ）、Ｖｉ（ω）、ｑｉ（ｔ）、Ｑｉ（ω）と書くことができる。
【０１０７】
つぎに、第２の実施の形態における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、ＷＤＭ光分岐回路４によって分岐されたｉ番目のチャネルのスペクトルをＱｉ（ω）、光逆フーリエ変換装置２０’の出力の時間波形をｒｉ（ｔ）、スペクトルをＲｉ（ω）とする。Ｑｉ（ω）は光ファイバ伝送路３を伝送前のｉチャネルの信号スペクトルＶｉ（ω）と
【０１０８】
【数２２】
2005223369.tif 000024
【０１０９】
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。
【０１１０】
分散要素Ｄ’＝−Ｄ、チャ−プ率Ｋ’＝−Ｋとして、位相変調器２７、分散要素２６を通過し、さらに位相変調器２７を通過した信号（出力端子２８における信号）は、式（２０）と同様にして、
【０１１１】
【数２３】
2005223369.tif 000025
【０１１２】
と表される。さらに、式（２１）を代入して、
【０１１３】
【数２４】
2005223369.tif 000026
【０１１４】
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ｒｉ（ｔ）は、ｒｉ（ｔ）∝ｕｉ（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。
【０１１５】
なお、光フーリエ変換装置と光逆フーリエ変換装置の組み合わせは、上述の実施の形態に示す組み合わせ以外にも、例えば、光フーリエ変換装置２と光逆フーリエ変換装置２０’、光フーリエ変換装置２０と光逆フーリエ変換装置２’など適宜の組み合わせとすることもできる。
【０１１６】
４．数値計算例
図７に、本発明の実施の形態に基づくＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送方法及び装置の数値計算例を示す。光ファイバ伝送路３には二次分散−１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、三次分散０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、非線形係数ｎ２＝２．３×１０−２０ｍ２／Ｗ、実効コア断面積Ａｅｆｆ＝５０μｍ２、損失０．２ｄＢ／ｋｍを有する光ファイバを用い、光増幅器を５０ｋｍ間隔に挿入している。増幅器で発生する自然放出雑音はここでは考慮していない。また該光ファイバ伝送路３の受信側には、ＷＤＭ光分岐回路４の前に、伝送路全体の平均分散が０．０１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになるよう分散値１６．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍをもつ適切な長さの光ファイバを挿入し該光ファイバ伝送路３の累積分散を補償している。伝送前のＯＴＤＭ信号の伝送速度は１６０Ｇｂｉｔ／ｓで、各ビットは、ピークパワー１．６４ｍＷ、パルス幅ＴＦＷＨＭ＝２．５ｐｓのガウス型パルスｕ（ｔ）＝Ａｅｘｐ（−ｔ２／２Ｔ０２）、Ｔ０＝ＴＦＷＨＭ／１．６６５である。
【０１１７】
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２７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１６０ＧＨｚの１／４倍（４０ＧＨｚ）としている。すなわち４ビットを一ブロック（１フレーム）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＝９．９５ｐｓ２としている。したがって位相変調器２７のチャープ率の大きさはＫ＝１／Ｄ＝０．１ｐｓ−２に設定する。このときビット間隔Δｔ＝６．２５ｐｓの４ビットパルス列はチャネル間隔０．８ｎｍ（Δｆ＝１００ＧＨｚ）の４チャネルＷＤＭスペクトル列に変換される。また、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＝−９．９５ｐｓ２である。
【０１１８】
図７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、ＯＴＤＭ信号送信器１で生成され光フーリエ変換装置２に入力するＯＴＤＭ信号の時間波形、該光フーリエ変換装置２から出力される信号のスペクトルを示している。また図７（ａ）においてグラフ上部の細線は位相変調器２７の位相変調特性を表している。ＯＴＤＭ信号が４ビットを時間ブロック単位として４チャネルのＷＤＭ信号（４×４０Ｇｂｉｔ／ｓに相当）に変換されていることがわかる。
【０１１９】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示している３２ブロックの時間波形をブロック毎に一括して光フーリエ変換した例である。ここで、図７（ａ）の各ブロックの中のｉ番目の信号は図７（ｂ）のチャネルｉ（Ｃｈ．ｉ）に現れていることに注意する。１ブロックごとに信号のスペクトルを見ると図２（ｂ）の下段にあるような変換前のＯＴＤＭ信号の時間波形に対応したスペクトルが得られるが、３２ブロック全体の信号に対するスペクトルは各ブロックのビットパターンに応じて図７（ｂ）のような複雑なスペクトルとなる。すなわち、光フーリエ変換後のスペクトルには、ＯＴＤＭ信号のビットパターンが反映されることを示している。各ブロックのｉ番目の信号はチャネルｉの中心周波数に現れるが、ブロック毎の時間のずれにより図示のように中心周波数から広がったスペクトルになっている。
【０１２０】
図７（ｃ）は光ファイバ伝送路３を５００ｋｍ伝搬後ＷＤＭ光分岐回路４によってチャネル２に相当する波長を分波し光逆フーリエ変換により４０Ｇｂｉｔ／ｓにＯＴＤＭ多重分離された時間信号波形を示している。この結果から、光ファイバ伝送路３における線形波形歪みが補償された４０Ｇｂｉｔ／ｓの信号（各ブロックのｉ番目のパルス列）が受信側で再生され、超高速ＯＴＤＭ信号の無歪み伝送ならびに多重分離が同時に実現できていることがわかる。変換後のパルスの強度にわずかな差が見られるが、これはフーリエ変換の有効時間幅から伝送後のデータがはみ出た場合に発生するものである。また、振幅の小さい雑音的なものがはみ出したことによる残留成分である。なお本実施形態と同じ条件で従来のＯＴＤＭ伝送を行なった場合には伝送距離は約１００ｋｍとなり、本方式に比べて最大伝送距離が大幅に短い。このことからも本発明の有用性が大きいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
光パルスを用いた超短パルス伝送およびＯＴＤＭ多重分離技術として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明のＯＴＤＭ／ＷＤＭ伝送システムの実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１中のＡ〜Ｅの各部分における光パルスの時間波形およびスペクトルの概略を示す図である。
【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の構成の一例（第１の実施の形態）を示す模式図である。
【図４】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（第２の実施の形態）を示す模式図である。
【図５】図１中の光逆フーリエ変換装置２’の構成の一例（第１の実施の形態）を示す模式図である。
【図６】図１中の光逆フーリエ変換装置２’の構成の他の例（第２の実施の形態）を示す模式図である。
【図７】図１中の光フーリエ変換装置２の入力におけるＯＴＤＭ信号の時間波形（ａ）、該フーリエ変換装置の出力における信号のスペクトル（ｂ）、ならびに図１中の光ファイバ伝送路３を５００ｋｍ伝搬しＷＤＭ多重分離装置４および光フーリエ変換装置２’を通過後の信号時間波形（ｃ）を示す図である。
【図８】ＯＴＤＭ信号送信器による時分割多重化の例を示す図。
【図９】ＯＴＤＭ信号からＷＤＭ信号へ変換する説明図。
【図１０】変調器１３の構成例を示す図。
【符号の説明】
【０１２３】
１  ＯＴＤＭ信号送信器
２  光フーリエ変換装置
２’  光逆フーリエ変換装置
３  光ファイバ伝送路
４  ＷＤＭ光分岐回路
５  受光器
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
１５  データ入力端子
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  位相シフタ
２６  分散要素
２７  位相変調器
２８  出力端子
２９  電気増幅器
３０  光遅延素子
【図１】
2005223369.tif 000027
【図２】
2005223369.tif 000028
【図３】
2005223369.tif 000029
【図４】
2005223369.tif 000030
【図５】
2005223369.tif 000031
【図６】
2005223369.tif 000032
【図７】
2005223369.tif 000033
【図８】
2005223369.tif 000034
【図９】
2005223369.tif 000035
【図１０】
2005223369.tif 000036