(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数多重された複数の光波の中から１つの光波を選択受信する際にコヒーレント光検波が必要となる程度に光分波が困難な狭い光周波数間隔Ｆで多重された光信号を生成する光周波数多重装置であって、
単一の光源から多波長化により光分波が可能な等周波数間隔Λの多波長光を発生させる第１多波長化手段と、
多波長化された等周波数間隔Λの多波長光をＮ（Ｎは２以上の整数）個の各光波に分波する第１分波手段と、
分波されたＮ個の各光波のそれぞれに多波長化を行って光分波が可能な等周波数間隔λ（λ≠Λ、Λの整数倍とλの整数倍の差又は和がＦの整数倍の関係がある）の多波長光を各々生成する第２多波長化手段と、
多波長化を施して得られた等周波数間隔λの多波長光をＭ（Ｍは２以上の整数）個ずつの各光波にそれぞれ分波する第２分波手段と、
分波された最大Ｎ×Ｍ個の各光波のうちそれぞれ所要の波長を有する複数の光波を送信信号で変調する変調手段と、
変調によって得られた光変調波信号を合成してそれぞれの光波が前記光周波数間隔Ｆで交互に光波多重された光信号を生成する光信号生成手段と、
を備えたことを特徴とする光周波数多重装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の変動によって隣接する光変調波間の妨害が問題となるような高密度な光周波数多重光伝送システムにおいて、二重の多波長化技術を駆使することで、送信用光源の数を減らし、光周波数間隔制御を不要にした光周波数多重装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
本発明は、光周波数分割多重（以下単に「光周波数多重」とする）により複数の信号が伝送される光伝送システムで、複数の光波の中から１つの光波を選択受信する際にコヒーレント光検波を必要とする程度に光分波が困難な狭い周波数間隔Ｆで光波が光周波数多重される場合において、単一光源から光周波数間隔∧の光側波帯もしくはそれに類する多波長の光波（以下、この光側波帯あるいは多波長光波を発生させるために施す光位相変調などの操作を「多波長化」といい、多波長化された光源を「多波長光源」とする）を発生させて分波し、それぞれの光波から別の多波長化により光周波数間隔λの光側波帯を発生させて分波し、それぞれの光波を送信対象となる電気信号で変調した後、全ての光変調波信号を合成するようにしたもので、周波数間隔Λとλを適切に選ぶことにより、光フィルタや光分波器では分離の困難である狭く、かつ等しい光周波数間隔の光変調波信号を、光周波数間隔制御を用いることなく配列した光信号を生成するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、図３に示すような光周波数多重を用いた信号分配システムが知られている。
【０００４】
この信号分配システムでは、光送信機（第１光送信機１０１-1〜第ｋ光送信機１０１-k）のそれぞれが光合成分配器１０２に接続される一方、光受信機（第１光受信機１０３-1〜第ｎ光受信機１０３-n）のそれぞれも光合成分配器１０２に接続される構成となっている。各光送信機１０１は、光源と外部光変調器とを備え、光源光を送信信号で変調して光信号を生成して光合成分配器１０２に出力する。また、各光受信機１０３は光波選択器と受光器とを備え、光合成分配器１０２から供給される光信号のうち所望の光信号を選択して受光し、受信信号を再生する。
【０００５】
上記信号分配システムにおいて、波長多重方式を採用した場合には、各光受信機１０３で希望の光波を選択する前記光波選択器としてチューナブル光フィルタが用いられる。この波長多重方式では、波長間隔が広いので、厳しい波長管理は要求されない。これに対し、上記信号分配システムにおいて、局発光源を用いたコヒーレント受信方式を採用した場合には、波長多重よりも狭い波長、つまり、光周波数間隔で配列した光波を選択受信できる。但し、この場合には、光波間で妨害が発生しないようにするため、各光送信機１０１の光周波数の厳しい管理が必要である。
【０００６】
光送信機の光周波数を管理する一手法として、図４に示すように、送信光源の光周波数を絶対光周波数標準（アセチレンガスなど）等を基準に個別に制御する方法が既知である（例えば、Electron.Lett.,Vol.25,No.9,pp.574-576(1989)）。
【０００７】
図４に示すように、この従来例は、それぞれ波長λ1〜λkの光波を生成する半導体レーザ１１１-1〜１１１-kと、これらの半導体レーザ１１１-1〜１１１-kの駆動制御及び光周波数制御を実行する各別のドライバ及び光周波数制御器１１２-1〜１１２-kと、半導体レーザ１１１-1〜１１１-kで発光された波長λ1〜λkの各レーザ光をそれぞれ入力して光を生成する光周波数標準装置１１３-1〜１１３-kと、半導体レーザ１１１-1〜１１１-kから出力される波長λ1〜λkの光波を入力して所定の送信信号で変調する外部変調器１１４-1〜１１４-kと、各外部変調器１１４-1〜１１４-kから出力される光変調波信号を合成した光信号を光伝送系へ出力する光合波器１１５とを備えている。そして、光に基づき半導体レーザ１１１-1〜１１１-kを制御して波長λ1〜λkの光波を生成し、これら波長λ1〜λkの光波を所定の送信信号で変調して光変調波信号を生成した後、これら光変調波信号を合成した光信号を生成して光伝送系へ出力する。
【０００８】
しかしながら、この方法は、各波長毎に光源となる半導体レーザが必要であり、また、各光源に対し光周波数標準装置１１３と光周波数制御器１１２とによる光周波数制御を必要とし、装置構成が複雑で大掛かりになるという欠点を有している。
【０００９】
一方、一つの光源から周波数間隔の等しい複数の光波を発生させる多波長光源の技術も知られている。この技術は、モードロックレーザ（例えば、K．Sato，K．Wakita,I.Kotaka,I.Kondo,and M.Yamamoto,“Monolithic strained−InGaAsP multiple-quantum-well lasers with integrated electroabsorption modulators for active mode locking,”Appl.Phys.Lett.,Vol.65,No.1,pp.1-3(1994)）あるいは光周波数コム発生器（例えば，M.Kourogi,K.Nakagawa,and M.ohtsu,“Wide-span optical frequency comb generator for accurate optical frequency differency measurement,”IEEE J.Quantum Electron.,Vol.29,No.10,pp.2693−2701(1993))により実現されている。
【００１０】
これらのモードロックレーザあるいは光周波数コム発生器によって得られる多波長光を分波して、それぞれの光波を送信信号で変調した後に合波することにより、ひとつの光源から複数の信号を送出でき、かつ周波数間隔制御を不要とすることができる。
【００１１】
例えば、モードロックレーザを使用した例としては、図５に示すように、基準レーザ１２１の注入同期により固有の発振光周波数が基準レーザ１２１に同調した状態にあるモードロックレーザ１２２の出力光（光側波帯信号）をアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１２３により５０ＧＨｚ間隔の１６波に分波して、各波長λ1〜λ16毎に設けられたＬＮ光強度変調器１２４-1〜１２４-16で変調して送出する伝送実験が行われている（八坂洋、手島光啓、三条広明、吉国裕三、“光波ネットワーク用基準波長・等光周波数間隔多波長光源、”１９９７年電子情報通信学会総合大会ＳＣ−４−３）。
【００１２】
また、１つの多波長光源の光波を各送信点に分配し、それぞれの送信点で異なる波長を抜き出して送信信号で変調した後に合波する方法も提案されている（岩下克、石田修、高知尾昇、“波長多重技術を用いた光波ネットワーク、”電子情報通信学会光通信システム研究会ＯＣＳ９５−３３（１９９５））。
【００１３】
しかしながら、１段階の多波長光源を利用した場合、送信信号で外部変調を施せるように１光波の抽出が必要であるが、上記の方法では光分波器の選択度よりも狭い周波数間隔で光波を配列することはできない。
【００１４】
周波数利用効率を倍にする試みとして、２つの光源を用意し、等しい周波数間隔で多波長化し、２つの多波長光源の出力波長が多重後にインタリーブするように配列する報告がある（R.Monnard,A.K.Srivastava,C.R.Doerr,R.-J.Essiambre,C.H.Joyner,L.W.Stulz,M.Zirngibl,Y．Sun,J.W.Sulhoff,J.L.Zyskind,and C.Wolf,“Demonstration of A 16×10Gb/s Long-Haul Transmission with 50-GHz Channel Spacing Using Two Multifrequency Lasers,”ECOC'98,20-24 September 1998,Madrid,Spain, pp.193-194))。
【００１５】
しかしながら、この方法でも、２組の多波長光源の周波数間隔を制御しなければならないという欠点がある。
【００１６】
周波数間隔制御が不要で、かつ、光分波器を用いずに変調した光波を配列する方式として、副搬送波多重伝送技術（例えば、R.Olshansky,V.A.Lanzisera,and P.M.HiIl,“ Subcarrier multiplexed lightwave systems for broadband distribution,”J.Lightwave.Technol.,Vol.7,No.9,pp.1329-1342(1989))が利用できる。
【００１７】
図６に示す従来例では、光周波数ｆOのレーザ光源１３１の出力光を光変調器１３２により周波数ｆl及びｆ2の正弦波電気信号を多重した変調信号で光変調するとともに生成された変調側波帯の片側を利用するようにしている。正弦波に電気信号による変調を施しておけば、光側波帯をそのまま光周波数多重された光変調波とみなすことができる。この例として、電気段で変調されたＱＰＳＫ変調波２波を周波数多重した信号で光位相変調した信号波を局発光とヘテロダイン同期検波を施した事例（例えば、P.M.Hill,and R.Olshansky,“8Gb/s Subcarrier multiplexed coherent lightwave system,”IEEE Photon.Technol.Lett.,Vol.3,No.8,pp.764-766(1991))がある。
【００１８】
しかしながら、光源または外部光変調器の変調帯域による制限のため広波長域の光周波数多重ができないことや、変調ひずみの発生を抑える必要から光変調度の大きさに制限があるため、光周波数や光波エネルギーの利用効率が悪い欠点がある。
【００１９】
さらに、複数の光波を用いて光周波数多重を拡張する場合、図６に示すように、片側の光側波帯（例えば、上側波帯）のみを光フィルタ等で抜出して利用する必要があるので、限られた周波数帯域の中で信号多重数を増やすと急峻な分波特性を有する光フィルタを新たに必要とする。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上述した各従来技術では、厳しい周波数制御を必要としたり、多数の光源を必要としたり、あるいは、光周波数や光波エネルギーの利用効率が悪いなどといった不具合を有しており、本発明と類似する公知技術は存在しない。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑み、光周波数間隔制御を用いることなく、コヒーレント光伝送で期待されるような分波が困難な狭い周波数間隔で、光変調波信号を配列することを可能とする光周波数多重光伝送装置を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、光周波数多重された複数の光波の中から１つの光波を選択受信する際にコヒーレント光検波が必要となる程度に光分波が困難な狭い光周波数間隔Ｆで多重された光信号を生成する光周波数多重装置であって、単一の光源から多波長化により光分波が可能な等周波数間隔Λの多波長光を発生させる第１多波長化手段と、多波長化された等周波数間隔Λの多波長光をＮ（Ｎは２以上の整数）個の各光波に分波する第１分波手段と、分波されたＮ個の各光波のそれぞれに多波長化を行って光分波が可能な等周波数間隔λ（λ≠Λ、Λの整数倍とλの整数倍の差又は和がＦの整数倍の関係がある）の多波長光を各々生成する第２多波長化手段と、多波長化を施して得られた等周波数間隔λの多波長光をＭ（Ｍは２以上の整数）個ずつの各光波にそれぞれ分波する第２分波手段と、分波された最大Ｎ×Ｍ個の各光波のうちそれぞれ所要の波長を有する複数の光波を送信信号で変調する変調手段と、変調によって得られた光変調波信号を合成してそれぞれの光波が前記光周波数間隔Ｆで交互に光波多重された光信号を生成する光信号生成手段とを備えたことを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、単一光源に対して多波長化と分波を２重に行って、送信したい電気信号で変調した後に合成することにより、光周波数間隔制御を用いることなく、コヒーレント光伝送で期待されるような分波が困難な狭い周波数間隔で光変調波信号を配列する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による光周波数多重装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００２５】
この光周波数多重装置は、多波長光源１と、第１光分波器２と、多波長化装置３（３-1，３-2，…，３-k）と、第２光分波器４（４-1，４-2，…，４-k）と、光変調器５（５-11，５-12，…，５-km）と、光合波器６（６-1，６-2，…，６-k）と、合分配器７とを備えている。また、多波長化装置３と、第２光分波器４と、光変調器５と、光合波器６とはこれらを一式として全部でｋ式が設けられており、これらは各送信点毎に配設されているものとする。そして、光周波数多重により複数の信号を伝送する光伝送システムで、光波多重された複数の光波の中から1つの光波を選択受信する時にコヒーレント光検波が必要となる程度に光分波が困難な狭い周波数間隔Fで光波が多重される場合において、単一の光源から多波長化により発生させた等周波数間隔Λの光側波帯を第１光分波器２で分波し、それぞれの抜出した光波に対して多波長化装置３によって追加の多波長化を施し、得られた等周波数間隔λ（λ≠Λ）の光側波帯を第２光分波器４で分波し、送信したい電気信号を変調する光搬送波として利用することにより、すべての光変調波信号を合成したときにそれぞれの光側波帯が光周波数間隔Ｆで交互に光波多重されるように適切な周波数間隔∧及びλで二重の多波長化を施すようにしている。
【００２６】
多波長光源１は、モードロックレーザで構成され、周波数間隔Λ＝７０ＧＨｚの多波長光λ1，λ2，…，λkを生成し、この多波長光を光ファイバを介して第１分波器２に出力する。
【００２７】
第１光分波器２は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）で構成され、多波長光源１から光ファイバを介して供給される多波長光（λ1，λ2，…，λk）を波長λ1、波長λ2、波長λkの光波にそれぞれ分波して各別の多波長化装置３（３-1，３-2，…，３-k）に供給する。
【００２８】
多波長化装置３は、それぞれ光周波数コム発生器で構成され、多波長化装置３-1は、波長λ1を中心として、その前後に周波数間隔がλ＝２５ＧＨｚである多波長化された多波長光を生成し、多波長化装置３-kは波長λkを中心として、その前後に周波数間隔がλ＝２５ＧＨｚである多波長化された多波長光を生成する。多波長化された各多波長光は、各別に設けられた第２分波器４（４-1，４-2，…，４-k）に供給される。
【００２９】
各第２光分波器４は、第１光分波器２と同様、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧで構成され、第２光分波器４-1は、多波長化装置３-1で多波長化された光波を周波数間隔λの光波に分波して各分波別に設けられた光変調器５-11，…，５-1mに出力する。また、第２光分波器４-2は、多波長化装置３-2で多波長化された光波を周波数間隔λの光波に分波して各分波別に設けられた光変調器５-21，…，５-2mに出力する。さらに、第２光分波器４-kは、多波長化装置３-kで多波長化された光波を周波数間隔λの光波に分波して各分波別に設けられた光変調器５-k1，…，５-kmに出力する。
【００３０】
光変調器５-11，…，５-1mは、第２光分波器４-1から供給される波長λ1を中心とした各光波を入力するとともに電気信号で変調して光変調波信号を生成するもので、生成された光変調波信号は光合波器６-1に供給される。また、光変調器５-21，…，５-2mは、第２光分波器４-2から供給される波長λ2を中心とした各光波を入力するとともに電気信号で変調して光変調波信号を生成するもので、生成された光変調波信号は光合波器６-2に供給される。さらに、光変調器５-k1，…，５-kmは、第２光分波器４-kから供給される波長λkを中心とした各光波を入力するとともに電気信号で変調して光変調波信号を生成するもので、生成された光変調波信号は光合波器６-kに供給される。
【００３１】
各光合波器６-1は、各光変調器５-11，…，５-1mから供給される各光変調波信号を入力して合成し、その合成光信号を合分配器７に出力する。また、光合波器６-2は、各光変調器５-21，…，５-2mから供給される各光変調波信号を入力して合成し、その合成光信号を合分配器７に出力する。さらに、光合波器６-kは、各光変調器５-k1，…，５-kmから供給される各光変調波信号を入力して合成し、その合成光信号を合分配器７に出力する。
【００３２】
合分配器７は、各合波器６-1，６-2，…，６-kから供給される合成光信号を全て多重し、多重された光信号を光ネットワークに出力する。なお、この合分配器７に代えてこれを合波器と分配器とで構成することもできる。
【００３３】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
【００３４】
多波長光源１では、周波数間隔∧、波長λ1，λ2，…，λkの光波が生成され、この多波長光源１の各出力光波は第１光分波器２に供給される。第１光分波器２では、多波長光（λ1，λ2，…，λk）が波長λ1、波長λ2、波長λkの光波にそれぞれ分波されて各別の多波長化装置３に供給される。
【００３５】
多波長化装置３では、再度の多波長化が実行される。このとき波長λ1の光波から周波数間隔λで発生した波長λxの光波は、波長λ2の光波から同様に発生した波長λyの光波との位置関係が合分配器７の出力時に、図２（ｄ）に示すスペクトルのように隣り合い、周波数間隔Ｆで配列される。これは、多波長化装置３の各出力のプロファイルが重なり合うことを利用している。同様に波長λ3から発生した波長λzの光波は、さらに波長λyの光波に周波数間隔Ｆで隣接する。このため、各光波は光フィルタで分波可能でありながら、光周波数多重後はより狭い光周波数間隔で多重される。
【００３６】
この実施の形態では、前述したように、初段の多波長光源１をモードロックレーザ、２段目の多波長化装置３を光周波数コム発生器を使用するものとして、以下に具体例を挙げて説明する。
【００３７】
第１光分波器２及び第２光分波器４をＡＷＧで構成した場合、現在のＡＷＧ技術を考慮して２段目の周波数間隔λを２５ＧＨｚとする。例えば、図２に示すように、初段の周波数間隔Λを７０ＧＨｚとした場合、光波の重なり合わせを考慮して２段目の多波長化装置３で発生させる光波数は最大１４波ずつとすることができる。ここで、周波数間隔∧及びλは第１、第２光分波器２、４により分波可能な光周波数間隔である。図２は、初段を３波として示した例である。分波された波長λx、λy及びλzの各光波は、第２光分波器４により分波できない光周波数間隔Ｆ（＝５ＧＨｚ）で隣接多重されるのである。
【００３８】
なお、この場合、初段を３２波（約１７ｎｍの範囲）まで出力できるとすると、最終段で最大４４８波の光波を周波数間隔５ＧＨｚに各波長を管理した状態で使用できる。これらの光波は、ハイビジョン１チャンネル相当、１．４８５Ｇｂｐｓの伝送速度を持つ光ＤＢＰＳＫ波を光周波数多重する光搬送波に適用できる（前田幹夫ほか「位相ダイバーシティ方式ＤＰＳＫコヒーレント光伝送実験」、電子情報通信学会光通信システム研究会、ＯＣＳ９６−１２６、１９９７）。
【００３９】
ところで、上記実施形態ではλ＜Λの場合について説明したが、λ＞Λの場合についても同様の目的を達成できることは明らかである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光周波数間隔制御を用いることなく、コヒーレント光伝送で期待されるような分波が困難な狭い周波数間隔で、光変調波信号を配列することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光周波数多重装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態で生成される光波の配列例を示す説明図である。
【図３】従来から知られている光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図４】従来の光周波数多重装置の一例を示すブロック図である。
【図５】モードロックレーザを用いて多波長光源を実現する従来例の光周波数多重装置を示すブロック図である。
【図６】副搬送波多重伝送技術を用いた光周波数多重装置の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  多波長光源
２  第１光分波器
３（３-1〜３-k）  多波長化装置
４（４-1〜４-k）  第２光分波器
５（５-11〜５-km）  光変調器
６（６-1〜６-k）  光合波器
７  合分配器
【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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