(57)【要約】【課題】光変調器の入出力特性を線形に補正することを可能にする。【解決手段】ある消光特性を持つ光信号を出力する変調器と、変調器を駆動するための信号を出力する変調器ドライブ回路を有する光変調装置において、変調器の消光特性を線形の特性に変更するために、変調器ドライブ回路からの出力信号を所定の規則に従って変換するイコライザを有する。【選択図】図２
2012073475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある消光特性を持つ光信号を出力する変調器と、該変調器を駆動するための信号を出力する変調器ドライブ回路を有する光変調装置であって、
該変調器の消光特性を他の特性に変更するために、該変調器ドライブ回路からの出力信号を所定の規則に従って変換するイコライザを有することを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記イコライザは、該変調器が有する非線形の消光特性を線形に補正することを特徴とする請求項１の光変調装置。
【請求項３】
前記イコライザは、該変調器のαパラメートを調整するように、消光特性を補正することを特徴とする請求項１の光変調装置。
【請求項４】
前記イコライザは、該変調器のクロスポイントを上昇させるように、消光特性を補正することを特徴とする請求項１の光変調装置。
【請求項５】
前記変調器は直接変調用のレーザを有し、前記変調器ドライブ回路は該レーザを駆動するためのレーザドライブ回路であることを特徴とする請求項１の光変調装置。
【請求項６】
前記イコライザは、該レーザの低閾値化の補正、又は該レーザが持つキンクの補正を行うことを特徴とする請求項１の光変調装置。
【請求項７】
前記イコライザは、該変調器ドライブ回路から出力されるアナログ信号を２進のデジタルに変換する２進変換器と、該デジタル信号の上位の複数ビットと下位の複数ビットにより入力信号を出力信号に変換する補正テーブルを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項記載の光変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置に係り、特にＹｕｅｎ量子暗号に代表される光強度多値変調に用いられる光変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｙｕｅｎ量子暗号は光通信量子暗号通信とも呼ばれ、光の量子ゆらぎ（量子ショット雑音）を変調によって拡散させ、盗聴者によって光信号を正確に受信できなくする通信技術であり、共通鍵量子暗号へ適用することが提唱されている。この共通鍵量子暗号は、２値の送信データを搬送する２値の光信号を１つのセット（基底という）とし、この基底を複数Ｍ個用意し、何れの基底を使ってデータを送るかは暗号鍵に従う擬似乱数によって不規則に決める。現実的には光Ｍ値信号は量子ゆらぎによって識別ができないほど信号間距離が小さく設計されているため、結局、盗聴者は全く受信信号からデータ情報を読みとることができない。
【０００３】
正規の送受信者の光変復調器は、２値のＭ個の基底を共通の擬似乱数にしたがって切り換えて通信するため、正規の受信者は信号間距離の大きな２値の信号判定によってデータを読みとることができる。量子ゆらぎによるエラーは無視でき、正規の送受信者間では正確な通信が可能となる。Ｙｕｅｎ量子暗号を用いた通信の原理や送受信装置の構成については、例えば、本出願人による特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００４】
Ｙｕｅｎ−２０００暗号通信プロトコル（Ｙ−００と略す）による光通信量子暗号では光変調器の線形性が非常に重要である。線形性が確保されていないと各隣接信号間の光パワーの差が異なり、不正者による暗号解読の原因となる可能性がある。そのため、隣接信号間の光パワーの差が異ならないようにすることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０３９２７公報
【特許文献２】特開２０１０−１１４６６２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
長距離光通信で用いられる電界吸収型光変調器(Electromagnetic Absorption Mudulator)（以下、ＥＡ変調器と略す）は入出力特性が非線形であるため、光出力信号のクロスポイントをスペースレベルとマークレベルの中心に設定することは非常に困難であり、アイマスクの仕様を満たさないことがある。そこで、入出力特性を線形に補正してアイマスク仕様を満たすＥＡ変調器が望まされる。
【０００７】
また、ＥＡ変調器の伝送特性(ＢＥＲ、距離等)を決めるファクタであるαパラメータは素子毎にばらつきがあるため、出荷検査に合格させることが非常に難しいことがある。そこで、αパラメータの特性を任意に変化させることが可能な技術手段が望まされる。
【０００８】
また、直接変調方式でよく用いられるＤＦＢレーザのＩ−Ｌ特性は線形性であるが、キンクが存在するものもある。キンクのあるＤＦＢレーザは不良品として扱われたり、仮に製品に使用された場合でも波形歪が生じることがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、光変調器の入出力特性を線形に等価的に補正することが可能な光変調装置を得ることにある。
本発明はまた、ＥＡ変調器のαパラメータの特性を等価的に変化させることができる光変調装置を得ることにある。
本発明はまた、直接変調方式に用いられるレーザのキンクの補正や低閾値化の補正が可能な光変調装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光変調装置は、好ましくは、ある消光特性を持つ光信号を出力する変調器と、該変調器を駆動するための信号を出力する変調器ドライブ回路を有する光変調装置であって、該変調器の消光特性を等価的に他の特性に変更するために、該変調器ドライブ回路からの出力信号を所定の規則に従って変換するイコライザを有することを特徴とする光変調装置として構成される。
【００１１】
好ましい例では、上記光変調装置において、前記イコライザは、該変調器が有する非線形の消光特性を線形に補正する。
また、好ましくは、前記イコライザは、該変調器のαパラメータを調整するように、消光特性を補正するのと等価的な動きをする。
また、好ましくは、上記光変調装置において、前記イコライザは、該変調器のクロスポイントを上昇させるように、消光特性を補正する。
【００１２】
また、好ましい例では、上記光変調装置において、前記変調器は直接変調用のレーザを有し、前記変調器ドライブ回路は該レーザを駆動するためのレーザドライブ回路である。
また、好ましくは、上記光変調装置において、前記イコライザは、該レーザの閾値とキンクを等価的に補正を行う。
また、好ましくは、上記光変調装置において、前記イコライザは、該変調器ドライブ回路から出力されるアナログ信号を２進のデジタルに変換する２進変換器と、該デジタル信号の上位の複数ビットと下位の複数ビットにより入力信号を出力信号に変換する補正テーブルを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光変調器の入出力特性を線形に補正することが可能な光変調装置を得ることができる。また、ＥＡ変調器のαパラメータの特性を等価的に変化させることができる。また、直接変調方式に用いられるレーザのキンクや低閾値化の等価的な補正が可能な光変調装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１におけるＥＡ変調器の消光特性の実測値と線形補正の例を示す図。
【図２】実施例１における光変調装置の構成ブロックを示す図。
【図３】実施例１における消光特性の線形補償をするためのイコライザ入出力特性を示す図。
【図４】実施例１におけるαパラメータの実測値と線形補償後の例を示す図。
【図５】実施例１における変調器ドライバ回路２１の出力ＶEAを示す図。
【図６】実施例１におけるイコライザ２２の出力Ｖ’EAを示す図。
【図７】実施例１における線形補償の有無による光ファイバ伝送波形のシミュレーション比較例を示す図。
【図８】実施例１における線形補償の有無による伝送ペナルティの比較例を示す図。
【図９】実施例１におけるイコライザの構成例を示す図。
【図１０】実施例１におけるイコライザの他の構成例を示す図。
【図１１】実施例１の他の構成例におけるイコライザの補正テーブルの例を示す図。
【図１２】実施例１における線形補償前後のクロスポイントの相違のイメージを示す図。
【図１３】実施例１における線形補償前後の多値信号の様子を示す図。
【図１４】実施例１におけるαパラメータによるゼロチャープの変換の様子を示す図。
【図１５】実施例２における直接変調方式による光変調器で使用されるレーザの特性を示す図。
【図１６】実施例２における線形補償をするためのイコライザ入出力特性を示す図。
【図１７】実施例２における線形補償の有無による光ファイバ伝送波形のシミュレーション比較例を示す図。
【図１８】実施例２における光変調装置の構成ブロックを示す図。
【図１９】実施例２におけるイコライザの構成例を示す図。
【図２０】実施例２におけるイコライザの他の構成例を示す図。
【図２１】実施例２の他の構成例におけるイコライザの補正テーブルの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
[実施例１]ＥＡ光変調器の例
図１はＥＡ変調器の消光特性の実測値と補正の例を示す。横軸は電圧、縦軸は消光特性を示す。実測値の消光特性は非線形であるので、これを線形特性に等価的に補正する。
【００１６】
これを数式で説明すると、式１は消光特性の実測値の多項式近似式、式２は等価的に線形補償する消光特性の一次式を示す。この場合、式１を式２に変化させることで線形補償する。
【００１７】
【数１】
2012073475.tif 000003
【００１８】
【数２】
2012073475.tif 000004
【００１９】
図２は、非線形の消光特性を線形補償するための、光変調装置の構成例を示す。
光変調装置は、光変調器を駆動する電気信号を出力する変調器ドライブ回路２１と、線形補償のための機能を有するイコライザ２２と、レーザの出力（光信号の強度）を制御するＥＡ変調器２３を備えて構成される。従来の光変調装置が、変調器ドライブ回路とＥＡ変調器で構成されるのに対して、本実施例の光変調装置は、変調器ドライブ回路２１とＥＡ変調器２３の間にイコライザ２２を挿入して、ＶEAをＶ’EAに変換して、線形補償を実現する。ＶEA をＶ’EA に変換するのは、式１をニュートン法で解けばよい。
【００２０】
次に、イコライザ２２の構成例について説明する。
図９は、一実施例によるイコライザ２２の構成例を示す。
イコライザ２２は、式４を実現するものであり、ＥＡ変調器２３を多項式近似する。即ち、入力ＶEAは、複数（ｎ−１）の乗算器９２で係数b1〜bnと乗算され、その乗算結果を複数ｎ個の加算器９４で加算することで、出力Ｖ’EAが得られる。
【００２１】
図１０は他の例によるイコライザ２２の構成例を示す。
この例では、イコライザ２２は、アナログ入力ＶEAをデジタル２進（８ビット）に変換する２進変換器１０２と、上位４ビットと下位４ビットにより入力ＶEAを出力Ｖ’EAに変換する補正テーブル１０３により構成される。
この補正テーブルの例を図１１に示す。補正テーブルでは、アナログ入力を２進変換した下位４ビットと上位４ビットで一致した場所に格納されている値を出力Ｖ’EAする。例えば、上位４ビットが”８”、下位４ビットが”７”の場合、Ｖ’EA=-2.1Vの電圧をＥＡ変調器に印加することになる。
【００２２】
図３は消光特性の線形補償の例を示す。
この線形補償する場合、式３を用いる。
【００２３】
【数３】
2012073475.tif 000005
【００２４】
a5= -0.0106、a4= - 0.0776、a3= - 0.0987、a2=0.46、a1=1.3705、a0= 1.0311、A=0.25、B=1としたときの(式１)より求めたＶEA とＶ’EA の計算値である。
図３を多項式近似すると、b5= 0.0039、b4=0.0276、b3= 0.0789、b2=0.0965、b1=0.2707、b0= - 0.0063 となり、b5〜b0を係数とするイコライザが必要である。また、係数は書き換え可能である。
【００２５】
式４は、ＶEA をＶ’EA に変換する多項式を示す。
【００２６】
【数４】
2012073475.tif 000006
【００２７】
図４は、光ファイバを通して伝送した後のＢＥＲ(Bit Error Rate)を決定するαパラメータの実測値と線形補正した後の値を示す。αパラメータもＶEAに依存しているため、ＶEAをＶ’EAに変換すると、αパラメータも変化する。換言すれば、光ファイバを伝送した後のＢＥＲになるように ＡとＢの値を調節することが可能である。
図１４は、αパラメータで線形補償を行うことでゼロチャープに変換するイメージを示す。
【００２８】
次に、本実施例による線形補償あり（イコライザ２２有り）の光変調装置と、従来の光変調装置（線形補償なし(イコライザなし)について、その波形の変化、伝送ペナルティ変化をシミュレーションの例で比較して、線形補償の効果を述べる。
図５は、変調器ドライバ回路２１の出力ＶEAを示す。従来の光変調装置では、線形補償が無いので、この出力ＶEAがＥＡ変調器２３をドライブすることになる。
図６は、イコライザ２２の出力Ｖ’EAを示す。本実施例では、イコライザ２２により線形補償するので、この出力Ｖ’EAがＥＡ変調器２３をドライブする。
【００２９】
図７は、線形補償の有無による光ファイバのシミュレーション比較例を示す。
この例は１．３ｕｍで分散が０になるＳＳＭＦ（Standard single mode fiber)が０ｋｍと８０ｋｍについてのシミュレーション例である。線形補償なしのＢＴＢ(０ｋｍ)ではクロスポイントは低下し、８０ｋｍ伝送ではマーク側の符号間干渉が大きい。線形補償ありでは、ＢＴＢではクロスポイントは振幅中心で、８０ｋｍ伝送ではアイ開口が開いていることがわかる。図１２は、ＥＡ変調器２３における線形補償前後でのクロスポイントの相違のイメージを示す。
【００３０】
図８は、線形補償の有無による伝送ペナルティの比較例を示す。
線形補償無しの場合に比べて、線形補償ありの場合の伝送ペナルティ(０ｋｍの受信感度と光ファイバ伝送後の受信感度の差)は大幅に改善されていることがわかる。また、線形補償有りの場合は伝送後のＢＥＲを改善することもできる。
【００３１】
図１３は、Ｙ−００の信号は多値信号であり、一例として４値で説明する。線形補償前の入出力特性が非線形であった場合、入力の多値間隔が同じ(Ｄ=Ｅ=Ｆ)であっても出力の多値間隔は異なる(Ａ≠Ｂ≠Ｃ)。この場合、盗聴者は多値間隔が広い部分を重点的に攻撃することで暗号データを解読しようと試みる可能性があり、暗号解読のきっかけを作ってしまう。これを避けるために、入出力特性を線形補償することで出力の多値間隔を同じにすることができ(Ａ’=Ｂ’=Ｃ’)、暗号解読のきっかけを防ぐことが可能となるので、Ｙ−００における線形補償は有意義である。
【００３２】
本実施例によれば、ＥＡ変調器２３のドライブ信号を、変調器ドライブ回路２１の出力ＶEAを直接使用するのではなく、イコライザ２２を用いて変換したＶ’EAを使用することで、消光特性やαパラメータ、伝送ペナルティが改善することができる。ＳＳＭＦで長距離伝送を行うには、αパラメータを最適値にする必要があるが、本実施例により、最適αパラメータに変換可能であり、長距離伝送が可能となる。
【００３３】
[実施例２]直接変調方式による光変調器
図１５は、直接変調方式の光変調器で使用されるレーザの特性を示す。レーザ電流Ifに対する光パワーPfは、線形補償有りのような、線形で変化する特性が理想的である。しかし、実際には線形補償無しのように不連続(キンク)が発生する場合がある。そこで、不連続特性を線形補償ありの特性に補正することを実現する。
【００３４】
図１５の線形補償ありの特性は、式４で表される。図示の例で、線形補償ありはIth=20mA、C=0.15mW/mAの場合である。
【００３５】
式５は、図１５の線形補償なしの特性を表す。
式５はIｆをI’ｆに変換する多項式近似式を示す。
【００３６】
【数５】
2012073475.tif 000007
【００３７】
式６は、図１５の線形補償なしの特性を線形補償ありに変換する式を表す。
【００３８】
【数６】
2012073475.tif 000008
【００３９】
If をI’f に変換するのは、式６をニュートン法で解けばよい。式６を解くと、係数はc0=25.132、c1=−1.5021、c2=0.0347、c3=‐3e‐3、c4=‐5e‐7, c5=2e‐8、c6=‐8e‐11となる。
【００４０】
図１６は線形補償した特性を示す。
式６より求めたIf とI’f の計算値である。図１６を多項式近似すると、
d0=193.0、d1=−11.2、d2=0.335、d3=‐5.62e‐3、d4=5.39e‐5, d5=‐2.77e‐7、d6=5.93e‐10となる。
【００４１】
式７は、図１６で求めたd0〜d6を表現する式である。
【００４２】
【数７】
2012073475.tif 000009
【００４３】
式８は、Ifを求める近似式である。
式８はイコライザ１８２の特性を示す。レーザドライブ回路１８１の入力電流Ifをイコライザ１８２によりI’fに変換することで等価的に線形補償される。
【００４４】
【数８】
2012073475.tif 000010
【００４５】
図１７は、線形補償の有無による光ファイバのBack to back(ファイバ長=0km)の光波形のシミュレーションの比較例を示す。図示のように、線形補償なしの場合は波形劣化が大きいが、線形補償を行うことによりアイ開口が開く。このように、線形補償が非常に有効であることが確認できる。
【００４６】
図１８は、直接変調方式による光変調装置の構成を示す。
光変調装置は、レーザを駆動する電気信号を出力するレーザドライブ回路１８１と、線形補償のための機能を有するイコライザ１８２と、レーザの出力（光信号の強度）を制御する直接変調用レーザ１８３（以下単にレーザ１８３という）を備えて構成される。従来の光変調装置が、レーザドライブ回路と直接変調用レーザで構成されるのに対して、本実施例の光変調装置は、レーザドライブ回路１８１とレーザ１８３の間にイコライザ１８２を挿入して、IfをI’fに変換して、線形補償を実現する。
従来の光変調装置では、イコライザを有していないので、直接変調方式における低閾値化やキンク補償機能は実現できないが、本実施例によれば、イコライザ１８２の線形補償機能により、直接変調方式における低閾値化やキンク補償が可能となる。
【００４７】
図１９は、一実施例によるイコライザ１８２の構成例を示す。
イコライザ１９２は、式７を実現するものであり、レーザ１８３を多項式近似する。即ち、入力Ifは、複数（ｎ−１）の乗算器１９２で計数d1〜dn（１９３）と乗算され、その乗算結果を複数ｎ個の加算器１９４で加算することで、出力I’fが得られる。
【００４８】
図２０は他の例によるイコライザ１８２の構成例を示す。
この例では、イコライザ１８２は、アナログ入力Ifをデジタル２進（８ビット）に変換する２進変換器２０２と、上位４ビットと下位４ビットにより入力Ifを出力I’fに変換する補正テーブル２０３により構成される。
この補正テーブルの例を図２１に示す。補正テーブルでは、アナログ入力を２進変換した下位４ビットと上位４ビットで一致した場所に格納されている値を出力I’fする。例えば、上位４ビットが”８”、下位４ビットが”７”の場合、I’f=48.1mAの電流を直接変調用レーザに印加することとなる。
【００４９】
以上説明したように、上記実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）長距離伝送が困難なＥＡ変調器でも、ＶEAをＶ’EAに変換することで消光特性やαパラメータを変更して調整することができるので、長距離伝送が可能となる。
(２)光クロスポイントを上昇することができないＥＡ変調器でも消光特性を調整することができるので、光クロスポイントの上昇が可能となる。
(３)ＬＮ変調器のように、αパラメータがドライブ電圧ＶEAに依存しないゼロチャ―プの実現も期待できる。(ＬＮ変調器のαパラメータ範囲＝-1〜+1)
(４)Ｙ−００において、多値間隔が不均一の場合、多値間隔が広い箇所を重点的に攻撃され、短時間でデータを解読するショートカットの発見のきっかけを作ることとなる。多値間隔を均一にすることでショートカットの発見を防止することが可能となる。
(５)多値強度変調の光伝送システムにおいて、多値間隔が不均一であってその間隔に狭い箇所があると、そこで誤りが発生して全体の誤りを支配してしまうが、本実施例によれば、多値間隔を均一にできるので、誤り発生の偏りを防止でき、全体の誤り率を改善することができる。
(６)Ｙ−００にＥＡ変調器や直接変調方式の変調器を用いることが可能となるため、装置の小型化、ギガビットイーサのネットワークにも挿入することが可能となる。
(７)直接変調方式のレーザにキンクがある場合でも、レーザの低閾値化やキンクの補正をすることが可能となる。
(８)多値間隔を均一化することができるので、Ｙ−００以外の多値の強度変調装置にも適応可能である。
【符号の説明】
【００５０】
２１:変調器ドライブ回路  ２２: イコライザ  ２３：ＥＡ変調器  
１０２：２進変換器  １０３：補正テーブル
１８１：レーザドライブ回路  １８２：イコライザ  １８３：直接変調用レーザ。
【図１】
2012073475.tif 000011
【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】
2012073475.tif 000017
【図８】
2012073475.tif 000018
【図９】
2012073475.tif 000019
【図１０】
2012073475.tif 000020
【図１１】
2012073475.tif 000021
【図１２】
2012073475.tif 000022
【図１３】
2012073475.tif 000023
【図１４】
2012073475.tif 000024
【図１５】
2012073475.tif 000025
【図１６】
2012073475.tif 000026
【図１７】
2012073475.tif 000027
【図１８】
2012073475.tif 000028
【図１９】
2012073475.tif 000029
【図２０】
2012073475.tif 000030
【図２１】
2012073475.tif 000031