(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デュオバイナリ変調方式の光信号が入力され、分散値を変更することができる分散補償手段と、
前記分散補償手段から出力される前記光信号における特定の周波数成分であって、その強度が総分散量に対して総分散量零で極大となる周波数成分の強度を検出する強度検出手段と、
入力される光信号が光伝送中に非線形光学効果を生じない受信条件において、アイ開口度が所定量以上となる総波長分散量の範囲で、前記強度検出手段の出力が最大値となるように前記分散補償手段の前記分散値を調整する制御手段とを備えること
を特徴とする光受信局。
【請求項２】
光デュオバイナリ変調方式の光信号が入力され、分散値を変更することができる分散補償手段と、
前記分散補償手段から出力される前記光信号に固定の分散値で波長分散を補償する分散補償器と、
前記分散補償器から出力される前記光信号における特定の周波数成分であって、その強度が総分散量に対して総分散量零で極大となる周波数成分の強度を検出する強度検出手段と、
入力される光信号が光伝送中で非線形光学効果を生じる受信条件において、アイ開口度が所定量以上となる総波長分散量の範囲で、前記強度検出手段の出力が最大値となるように前記分散補償手段の前記分散値を調整する制御手段とを備えること
を特徴とする光受信局。
【請求項３】
光デュオバイナリ変調方式の光信号を生成する光送信局と、
生成された前記光信号を伝送する光伝送路と、
伝送された前記光信号を受信する、請求項１又は請求項２に記載の光受信局とを備えること
を特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デュオバイナリ変調方式を用いた光伝送システムにおいて、波長分散を補償する光受信局及び光通信システムに関する。更に、伝送路の総分散量を調整する分散補償方法に関する。
現在、将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、超長距離でかつ大容量の光通信装置が要求されている。現在の基幹系光通信においては、１０Ｇｂ／ｓの光伝送システムが実用化されているが、かかる要求を満たすべく、時分割多重方式において、４０Ｇｂ／ｓの光伝送システムが研究・開発されている。
【０００２】
【従来の技術】
無中継の光ファイバによる伝送最大距離は、減衰及び波長分散によって制限される。伝送距離を延長するためには、この減衰と波長分散とを補償する必要がある。減衰は、希土類元素添加光ファイバ増幅器などによって補償され、一方、波長分散は、光ファイバ中を伝搬する光信号が受ける分散値と反対符号の固定の分散特性を持つ分散補償器を光伝送路に挿入することによって補償されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、分散補償トレランスは、ビットレートの２乗に反比例するため、４０Ｇｂ／ｓでは１０Ｇｂ／ｓの分散補償トレランスに較べその１／１６になってしまう。従って、分散補償器の分散値を精密に調整する必要がある。
分散補償トレランスは、分散補償器で波長分散を補償する場合、或る伝送条件を満たすために許容される分散補償値の範囲の幅である。例えば、パワーペナルティ（伝送による光信号の受信感度劣化）を１ｄＢ以下に抑えるために許される分散補償値の範囲の幅である。
【０００４】
更に、光伝送路の波長分散は、温度変化等の経時変化によって変わる。この光伝送路の分散の変化量は、（光伝送路零分散波長の温度依存性）×（温度変化）×（分散スロープ）×（伝送距離）で与えられる。例えば、光伝送路が分散シフトファイバ、温度変化が−４０℃〜＋６０℃、そして、伝送距離が６００ｋｍとした場合では、０．０３ｎｍ／℃×１００℃×０．０８ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ ×６００ｋｍ＝１４４ｐｓ／ｎｍである。
【０００５】
これは、分散補償トレランスが広い光デュオバイナリ変調方式を光信号の変調方式に採用したとしても、無視できない値である。
なお、シミュレーションによれば、４０Ｇｂ／ｓの光デュオバイナリ変調方式の分散補償トレランスは、アイ開口ペナルティ１ｄＢ以下を伝送可能条件とした場合に、４００ｐｓ／ｎｍであり、既設の単一モード光ファイバ長に換算すると２２ｋｍ（４００ｐｓ／ｎｍ÷１８．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光デュオバイナリ変調方式の光信号において、伝送路の波長分散を精密に制御する光受信局、光通信システム及び分散制御方法を提供することにある。
そして、本発明の他の目的は、光デュオバイナリ変調方式の光信号において、経時変化する波長分散を精密に制御する光受信局、光通信システム及び分散制御方法を提供することにある。
【０００７】
なお、光デュオバイナリ変調方式及び変調器は、例えば、特開平０８−１３９６８１号公報や特表平０９−５０１２９６号公報に開示されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、以下の手段によって達成される。
【０００９】
即ち、本発明の第１の手段では、光受信局は、光デュオバイナリ変調方式の光信号が入力され、分散値を変更することができる分散補償手段と、この分散補償手段から出力される光信号における特定の周波数成分であって、その強度が総分散量に対して総分散量零で極大となる周波数成分の強度を検出する強度検出手段と、入力される光信号が光伝送中に非線形光学効果を生じない受信条件において、アイ開口度が所定量以上となる総波長分散量の範囲で、強度検出手段の出力が最大値となるように分散補償手段の分散値を調整する制御手段とを備えて構成される。
【００１１】
本発明の第２の手段では、光受信局は、光デュオバイナリ変調方式の光信号が入力され、分散値を変更することができる分散補償手段と、この分散補償手段から出力される光信号に固定の分散値で波長分散を補償する分散補償器と、分散補償器から出力される光信号における特定の周波数成分であって、その強度が総分散量に対して総分散量零で極大となる周波数成分の強度を検出する強度検出手段と、入力される光信号が光伝送中で非線形光学効果を生じる受信条件において、アイ開口度が所定量以上となる総波長分散量の範囲で、強度検出手段の出力が最大値となるように分散補償手段の分散値を調整する制御手段とを備えて構成される。
本発明の第３の手段では、光通信システムは、光デュオバイナリ変調方式の光信号を生成する光送信局と、生成された光信号を伝送する光伝送路と、伝送された光信号を受信する、第１の手段又は第２の手段の光受信局とを備えて構成される。
【００１２】
光信号の受信感度の評価は、その一方法として、アイパターンのアイ開口度によって評価することができる。総波長分散の変化に対するアイ開口度特性と波長分散の変化に対する特定の周波数成分の強度特性とは、一定の関係がある。
【００１３】
このため、このような光受信局、光通信システム及び分散補償方法では、総波長分散を直接検出することなく、検出容易な特定周波数成分の強度に応じて光伝送路の総分散量を可変の分散補償手段で制御するので、精密に総波長分散を制御することができる。そして、精密に総波長分散を制御するので、受信感度が最適化され、長距離伝送が可能となる。さらに、このような光受信局、光通信システム及び分散補償方法では、分散補償手段の分散値が可変であるので、経時変化にも対応することができる。
【００１４】
なお、更に好適な解決手段は、後述の発明の実施形態及び図面において記載される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態の構成）
第１の実施形態は、本発明にかかる光送信局、光通信システム及び分散制御方法の実施形態である。
図１は、第１の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図２は、第１の実施形態の光通信システムにおける光送信局の構成を示す図である。
【００１７】
図３は、第１の実施形態の光通信システムにおける光受信局の構成を示す図である。
図４は、可変分散補償器の一構成例を示す図である。
図５は、可変分散補償器における各セグメントへ与える電圧パターン及び各パターンに対する分散特性を示す図である。
【００１８】
図１（ａ）において、第１の実施形態の光通信システムは、光送信局１１、光伝送路１２及び光受信局１４を備えて構成される。
光送信局１１で生成された光デュオバイナリ変調方式で変調された光信号は、光伝送路１２に送出され、光伝送路１２で減衰及び波長分散を生じて、光受信局１４で受信処理される。
【００１９】
ここで、光送信局１１と光受信局１４との間の伝送距離が、長距離である場合には、図１（ｂ）に示すように、光伝送路１２の間に必要個数の中継局１３が設けられる。中継局１３は、光増幅器などを備えて構成され、この光デュオバイナリ信号を増幅中継する。光増幅器は、例えば、半導体光増幅器や希土類元素添加光ファイバ増幅器などがある。
【００２０】
次に、この光通信システムに適用される光送信局１１の構成について説明する。
図２において、光送信局１１は、ＮＲＺ生成器１０１、プリコーダ１０２、Ｄ−フリップフロップ（以下、「Ｄ−ＦＦ」と略記する。）１０３、アンプ１０４-a、１０４-b、低域通過フィルタ（以下、「ＬＰＦ」と略記する。）１０５-a、１０５-b、半導体レーザ（以下、「ＬＤ」と略記する。）１０６及びマッハツェンダ干渉計型光変調器（Mach-Zehnder interferometer type optical modulator、以下、「ＭＺ変調器」と略記する。）１０７を備えて構成される。
【００２１】
ＮＲＺ生成器は、光送信局１１から光受信局１４に伝送すべき情報に従うノン・リターン・ゼロ（non return to zero、以下、「ＮＲＺ」と略記する。）方式の２値の電気信号を生成する。
生成されたＮＲＺ信号は、プリコーダ１０２内のインバータ１１１に入力される。プリコーダ１０２は、インバータ１１１、排他的論理和回路（以下、「ＥＸＯＲ」と略記する。）１１２及び遅延回路１１３を備えて構成される。
【００２２】
インバータ１１１は、ＮＲＺ信号を反転する、即ち、真理値の「０」を「１」に、「１」を「０」に変更し、ＥＸＯＲ１１２の一方のポートに出力する。例えば、正論理では、ハイレベルの電圧レベルをローレベルの電圧レベルに、ローレベルの電圧レベルをハイレベルの電圧レベルに変更し、ＥＸＯＲ１１２の一方のポートに出力する。
【００２３】
ＥＸＯＲ１１２の出力は、遅延回路１１３及びＤ−ＦＦ１０３に入力される。遅延回路１１３は、入力を１ビットだけ遅らせて、ＥＸＯＲ１１２の他方のポートに出力する。
従って、ＥＸＯＲ１１２は、インバータ１１１の出力と遅延回路１１３の出力との排他的論理和を取り、出力することになる。
【００２４】
Ｄ−ＦＦ１０３は、入力された信号を１クロック遅らせて出力する。出力Ｑは、アンプ１０４-aで増幅された後に、ＬＰＦ１０５-aを介してＭＺ変調器１０７の一方の電極１１７-aに印加される。そして、出力Ｑの反転出力Ｑ（図２では、Ｑにオーバーラインで示す。）は、アンプ１０４-bで増幅された後に、ＬＰＦ１０５-bを介してＭＺ変調器１０７の他方の電極１１７-bに印加される。
【００２５】
これらプリコーダ１０２、Ｄ−ＦＦ１０３、アンプ１０４及びＬＰＦ１０５によって、２値のＮＲＺ信号は、３値のデュオバイナリ信号になる。
ＭＺ変調器１０７は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板に、チタン（Ｔｉ）を熱拡散させた光導波路１１６と電極１１７とを備えて形成される。この光導波路１１７は、途中で２つに分岐し、分岐した各光導波路１１６に各電極１１７が装荷され、再び合流する。
【００２６】
ＬＤ１０６は、光搬送波であるレーザ光を発振する。このレーザ光は、ＭＺ変調器１０７に入力され、前述の各電極１１７に印加されたデュオバイナリ信号に従い光強度変調されて、光デュオバイナリ信号となって光伝送路１２に出力される。
次に、この光通信システムに適用される光受信局１４の構成について説明する。
【００２７】
図３において、光受信局１４は、分散補償部２１、入力を２つに分岐するカプラ１２２、光受信部１２３、強度検出部２２及び制御部２３を備えて構成される。分散補償部２１は、光デュオバイナリ信号が入力され、波長分散を補償するための分散値を変更することができる。強度検出部２２は、光デュオバイナリ信号における特定の周波数成分の強度を検出する。制御部２３は、強度検出部２２の出力が所定の極値となるように分散補償部２１の分散値を調整する。
【００２８】
以下、より具体的に説明する。
光伝送路１２を伝送した光デュオバイナリ信号は、分散補償部２１内の可変分散補償器（以下、「ＶＤＣ」と略記する。）１２１に入力される。
ＶＤＣ１２１は、後述の制御による分散値で光デュオバイナリ信号の波長分散を補償し、カプラ１２２を介して、光受信部１２３及び強度検出部２２に出力する。
【００２９】
光受信部１２３は、光デュオバイナリ信号を受信・処理し、光送信局から伝送された情報を取り出す。光受信部１２３は、例えば、光デュオバイナリ信号を受光して光電変換し、光電変換された３値の電気信号を２個の識別器にそれぞれ出力して「１」「０」を識別し、各識別器の出力の排他的論理和を取ることで２値の電気信号に復調することができる。
【００３０】
一方、強度検出部２２は、ホトダイオード（以下、「ＰＤ」と略記する。）１２４、帯域通過フィルタ（以下、「ＢＰＦ」と略記する。）１２５、アンプ１２６及びパワーメータ１２７を備えて構成される。
強度検出部２２に入力された光デュオバイナリ信号は、ＰＤ１２４に受光され、光電変換される。変換された電気信号は、ＢＰＦ１２５で４０Ｇｂ／ｓの周波数成分だけが取り出される。ＢＰＦ１２５の出力は、アンプ１２６で所定のレベルに増幅され、パワーメータ１２７でそのパワー（強度）が検出される。
【００３１】
パワーメータ１２７の出力は、制御部２３内の中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」と略記する。）１２８に入力される。制御部２３は、ＣＰＵ１２８及びメモリ１２９を備える。
【００３２】
メモリ１２９は、後述される、ＶＤＣ１２１の電圧パターンと分散値との関係テーブル、及び、ＣＰＵ１２８を動作させるプログラムなどが予め格納され、プログラム実行中の各値などがその都度格納される。そして、メモリ１２９は、ＣＰＵ１２８の要求に応じて、関係テーブルなどを参照し、その結果をＣＰＵ１２８に出力する。
【００３３】
ＣＰＵ１２８は、マイクロプロセッサなどを備えて構成され、ＶＤＣ１２１の分散値を制御する信号を分散補償部２１内の駆動回路１３０に出力する。
分散補償部２１は、ＶＤＣ１２１及びそれを駆動する駆動回路１３０を備えて構成される。駆動回路１３０は、ＣＰＵ１２８から出力された信号に従った電圧パターンの電圧をＶＤＣ１２１に印加し、ＶＤＣ１２１の分散値を変更する。
【００３４】
次に、分散補償部２１の一構成例について説明する。
分散補償部２１は、ＶＤＣ１２１及び駆動回路１３０を備えて構成される。
ＶＤＣ１２１は、図４において、チャープドファイバグレーティング（chirped fiber Bragg grating ）１４１の２１個のセグメントの各々に圧電素子１４２がそれぞれ取り付けられて構成される。ＶＤＣ１２１は、これら各圧電素子１４２へ供給される印加電圧Ｖ1 〜Ｖ21として、図５（ａ）に示すように傾斜をつけて電圧が印加されると、チャープドファイバグレーティング１４１の長手方向に加わる圧力が変化し、図５（ａ）のＡ〜Ｄの電圧パターンに対して図５（ｂ）のように分散値（線の傾き）を変化させる。
【００３５】
ここで、図４、図５（ａ）、図５（ｂ）及び上述の説明は、M.M.Ohm et al.,"Tunable fiber grating dispersion using a piezoelectric stack",OFC '97 Technical Digest,WJ3,pp.155-156 からの抜粋である。なお、この他、簡易な装置として、分散補償部２１は、互いに分散補償量の異なる複数の分散補償ファイバ、光スイッチ及び光スイッチを制御する制御用ＣＰＵを備え、光スイッチで分散補償ファイバを選択することによって分散補償量を不連続に変更する構成がある。
【００３６】
さらに、可変分散補償器は、ファイバーグレーティングに温度傾斜を与えて分散値を変化させる方法（Sergio Brarcelos et al.,Characteristics of chirped fiber gratings for dispersion compensation,OFC'96 Technical Digest,WK12,pp.161-162 ）やＰＬＣ（planer lightwave circuit）に温度変化による位相変化を与えて分散値を変化させる方法（K.Takiguchi,et al.,Variable Group-Delay DispersionEqualizer Using Lattice-Form Programmable Optical Filter on Planer Lightwave Circuit,IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics,2,1996,pp.270-276）などがある。
【００３７】
（第１の実施形態の作用効果）
まず始めに、基本的な考え方について説明する。
図６は、非線形光学効果が光伝送中で生じていない場合における分散補償方法の説明図である。
図６の横軸は、ｐｓ／ｎｍ単位で表示した総波長分散であり、左縦軸は、強度であり、右縦軸は、アイ開口度である。強度は、絶対強度であり、アイ開口度は、アイパターンのアイにおける縦方向の最大の開きを基準に規格化した値である。
【００３８】
図６において、総分散波長の変化に対する特性曲線は、２つある。その下の実線は、光デュオバイナリ信号における４０ＧＨｚの周波数成分の強度特性を示す曲線である。そして、その上の実線は、アイ開口度特性を示す曲線である。
後述する図７乃至図９の表示も、図６と同様である。
図６におけるこれらの曲線は、平均光パワーが０ｄＢｍである入力光を単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）に入力させ、５０ｋｍ伝送させた場合のシミュレーション結果である。
【００３９】
図６に示すように、アイ開口度特性は、総波長分散０ｐｓ／ｎｍで極小値を持ち、その左右に極大値（図６では最大値でもある。）を持つ。一方、強度特性は、総波長分散０ｐｓ／ｎｍで極大値（図６では最大値でもある。）を持つ。これは、光信号がデュオバイナリ変調方式であること及び光信号の入力光パワーが非線形光学効果を生じさせるには充分でないレベルであることなどによる。
【００４０】
従って、受信感度劣化に関係するアイ開口度特性と光信号の特定の周波数成分の強度特性との間には、総波長分散を介して、図６に示すような一定の関係がある。
今、仮に受信条件がアイ開口度の極小値以下であるａ点で示すレベルである場合には、総波長分散Ｎは、ｎ1 ≦Ｎ≦ｎ9 の範囲にあればよい。このため、特定周波数成分の強度が常に最大値になるように波長分散を可変分散補償器で補償すれば、総波長分散は、０ｐｓ／ｎｍとなる。このとき、アイ開口度がａ点以上のレベルとなるから、受信条件は、満たされることになる。
【００４１】
また、仮に受信条件がアイ開口度の極小値より大きいｂ点で示すレベルである場合には、総波長分散Ｎは、ｎ2 ≦Ｎ≦ｎ4 、ｎ6 ≦Ｎ≦ｎ8 の範囲にあればよい。この場合には、特定周波数成分の強度を最大値に保つように可変分散補償器の波長分散を調整したのでは、アイ開口度は、ｂ点以下のレベルになってしまう。このため、上述と同様に、特定周波数成分の強度が最大値になるように可変分散補償器の波長分散を調整することによって受信条件を満たすようにするためには、固定の分散補償値である分散補償器を介することによって、特定周波数成分の強度が最大値になる総波長分散値をずらせばよい。
【００４２】
即ち、固定の分散補償器を介して特定周波数成分の強度を検出し、この検出結果の強度が常に最大値になるように波長分散を可変分散補償器で補償すれば、アイ開口度がｂ点以上のレベルとなるから、受信条件は、満たされることになる。ここで、固定の波長分散値は、ｎ6 〜ｎ8 （ｎ2 〜ｎ4 ）の範囲の値にすればよい。
【００４３】
特に、アイ開口度が最大値となる波長分散値、ｎ7 点（ｎ3 点）の波長分散値を持つ固定の分散補償器とすれば、アイ開口度が最大値となるから、受信条件は、最適化されることになる。
次に、入力光の光パワーが光伝送路中で非線形光学効果を光信号に生じさせるに足る大きさの場合について説明する。
【００４４】
図７は、非線形光学効果が光伝送中で生じる場合における分散補償方法の説明図である。
図７における２本の曲線は、平均光パワーが＋１５ｄＢｍである入力光を単一モード光ファイバに入力させ、５０ｋｍ伝送させた場合のシミュレーション結果である。
【００４５】
図７に示すように、アイ開口度特性は、総波長分散約３０ｐｓ／ｎｍで最大値を持ちその後も約３０〜１１０ｐｓ／ｎｍの範囲でなだらかに変化し、ほぼ最大レベルを保っている。一方、強度特性は、複数の極値を持つ。これは、光信号がデュオバイナリ変調方式であること及び光信号の入力光パワーが非線形光学効果を生じさせるに充分なレベルであることなどによる。
【００４６】
従って、受信感度劣化に関係するアイ開口度特性と光信号の特性の周波数成分の強度特性との間には、総波長分散を介して、図７に示すような一定の関係がある。
今、仮に受信条件がアイ開口度のｃ点で示すレベルである場合には、総波長分散Ｎは、ｍ1 ≦Ｎ≦ｍ4 の範囲にあればよい。一方、この範囲において、特定の周波数成分の強度は、ｍ2 で極小値を持ち、ｍ3 で極大値（図７では最大値でもある。）を持つ。このため、特定周波数成分の強度が常に極小値になるように波長分散を可変分散補償器で補償すれば、アイ開口度がｃ点以上のレベルとなるから、受信条件は、満たされることになる。あるいは、特定周波数成分の強度が常に最大値になるように波長分散を可変分散補償器で補償すれば、アイ開口度がｃ点以上のレベルとなるから、受信条件は、満たされることになる。
【００４７】
以上のように、種々の入力光の光パワーについて、予め総波長分散の変化に対する、特定の周波数成分の強度特性とアイ開口度特性を所定の光伝送路について測定又はシミュレーションによって求める。次に、目的の光通信システムにおける光信号の入力光パワー及び受信条件（アイ開口度の条件）に応じて、▲１▼乃至▲３▼の分散補償方法の中から選択して、波長分散を補償する。即ち、
▲１▼光信号における特定の周波数成分の強度を検出し、この検出された強度が常に極大値となるように光伝送路の総波長分散量を可変分散補償器で調整する。
【００４８】
特に、非線形光学効果を生じる入力光パワーでは、強度特性において複数の極大値が存在するので、受信条件を満たすアイ開口度を与える総波長分散範囲内における極大値を選択する。
▲２▼光信号における特定の周波数成分の強度を、固定の分散値である分散補償器を介して検出し、この検出された強度が常に極大値となるように光伝送路の総波長分散量を可変分散補償器で調整する。
【００４９】
特に、この固定の分散値は、受信感度を最良にする観点から、特定の周波数成分の強度が最大値となる総波長分散量とアイ開口度が最大値となる総波長分散量との差分の分散値に一致させることが好ましい。
▲３▼光信号における特定の周波数成分の強度を検出し、この検出された強度が常に極小値となるように光伝送路の総波長分散量を可変分散補償器で調整する。
【００５０】
特に、非線形光学効果を生じる入力光パワーでは、強度特性において複数の極小値が存在するので、受信条件を満たすアイ開口度を与える総波長分散範囲内における極小値を選択する。
ここで、特定の周波数成分は、光信号のビットレートに合わせる。例えば、本実施形態のように光デュオバイナリ変調方式信号のビットレートが４０Ｇｂ／ｓである場合には、この光デュオバイナリ変調方式信号における４０ＧＨｚの周波数成分である。
【００５１】
また、平均光パワーＰinが０ｄＢｍ、＋３ｄＢｍ、＋６ｄＢｍ、＋９ｄＢｍ、＋１２ｄＢｍ、＋１５ｄＢｍである入力光を単一モード光ファイバに入力させ、５０ｋｍ伝送させた場合のシミュレーション結果を図８及び図９に示す。この場合では、０ｄＢｍ、＋３ｄＢｍ及び＋６ｄＢｍは、非線形光学効果を生じさせるには充分ではない入力光パワーであり、＋９ｄＢｍ、＋１２ｄＢｍ及び＋１５ｄＢｍは、非線形光学効果を生じさせるに足る入力光パワーである。
【００５２】
図８及び図９において、アイ開口度が良好な範囲において、▲は、４０ＧＨｚ周波数成分の強度の極大値を示し、■は、４０ＧＨｚ周波数成分の強度の極小値を示す。△は、アイ開口度の最大値を示す。
次に、より具体的に本実施形態の作用効果について説明する。
最初に光信号の平均入力光パワーが＋３ｄＢｍでアイ開口度が０．７であって、▲１▼の分散補償方法の場合について説明する。
【００５３】
まず、この光送信局１１、光伝送路１２及び光受信局１４、必要に応じて中継局１３を備えて構成される光通信システムを設置する際に、設置者は、光送信局１１から送出される光信号の平均入力光パワー＋３ｄＢｍに設定する。
光送信局１１は、光デュオバイナリ信号を送出する。なお、特に、試験用の光デュオバイナリ信号を送出させるようにしてもよい。
【００５４】
送出されたこの光信号は、光伝送路１２を介して光受信局１４で受信される。光受信局１４の強度検出部２２は、４０ＧＨｚの周波数成分の強度を検出する。
ＣＰＵ１２８は、ＶＤＣ１２１の分散値を最小値から最大値まで第１の一定間隔で変化させ、この一定間隔毎に強度検出部２２の出力をそのときの分散値（電圧パターン）とともにメモリ１２９に格納する。この強度検出部２２の出力をＤ0 、Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 ・・・、Ｄj とする。
【００５５】
ＣＰＵ１２８は、メモリ１２９に格納したＤ0 、Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 ・・・、Ｄj の中から最大値を求める。これをＤmax0とする。
ＣＰＵ１２８は、この最大値を与える分散値（電圧パターン）をメモリ１２９から検索し、その分散値となるようにＤＶＣ１２１を調整する。ＣＰＵ１２８は、この最大値Ｄmax0をメモリ１２９に格納する。
【００５６】
ＣＰＵ１２８は、第１の一定間隔よりも小さい第２の一定間隔で更に、ＶＤＣ１２１の分散値を増加させる方向に変化させ、強度検出部２２の出力を取り込む。この出力をＤmax1とする。
ＣＰＵ１２８は、Ｄmax0とＤmax1とを比較する。
ＣＰＵ１２８は、比較の結果、Ｄmax1がＤmax0より大きい場合には、Ｄmax0をＤmax1に置き換えて、さらに、第２の一定間隔でＶＤＣ１２１の分散値を増加させる方向に変化させる。この操作をＤmax1がＤmax0より小さくなる場合まで繰り返すことによって、Ｄmax0が正の傾きの強度特性曲線上にある場合に、精密に最大値を検出することができる。さらに、光通信システムの運用（サービス）中においても、この操作を行うことにより経時変化に対応することができる。
【００５７】
一方、ＣＰＵ１２８は、比較の結果、Ｄmax1がＤmax0より小さい場合には、Ｄmax0をＤmax1に置き換えないで、さらに、Ｄmax0を与える電圧パターンに戻って、ここから第２の一定間隔でＶＤＣ１２１の分散値を減少させる方向に変化させる。そして、ＣＰＵ１２８は、強度検出部２２の出力を取り込む。この出力をＤmax2とする。
【００５８】
ＣＰＵ１２８は、Ｄmax0とＤmax2とを比較する。
ＣＰＵ１２８は、比較の結果、Ｄmax2がＤmax0より大きい場合には、Ｄmax0をＤmax2に置き換えて、さらに、第２の一定間隔でＶＤＣ１２１の分散値を減少させる方向に変化させる。この操作をＤmax2がＤmax0より小さくなる場合まで繰り返すことによって、Ｄmax0が負の傾きの強度特性曲線上にある場合に、精密に最大値を検出することができる。さらに、光通信システムの運用（サービス）中においても、この操作を行うことにより経時変化に対応することができる。
【００５９】
また、ＣＰＵ１２８は、第１及び第２の２個の間隔で最大値を検出することによって、早くしかも精密に最大値を検出することができる。
なお、上述では、光信号の入力光パワーが＋３ｄＢｍの場合について説明したが、０ｄＢｍ、＋６ｄＢｍ、＋９ｄＢｍ、＋１２ｄＢｍ及び＋１５ｄＢｍの場合など任意の入力光パワーについて、同様に補償することができる。ここで、＋９ｄＢｍ、＋１２ｄＢｍ及び＋１５ｄＢｍの場合のように、複数の極大値が存在する場合には、目的の極大値が総波長分散の変化範囲において何番目の極大値であるかを示すデータをメモリ１２９に格納しておき、ＣＰＵ１２８は、これを参照して目的の極大値を抽出することができるようにする。あるいは、ＶＤＣ１２１の分散可変範囲を制限し、総波長分散の変化範囲を目的の極大値だけを含む範囲内に制限して、ＣＰＵ１２８が目的の極大値を抽出することができるようにする。このようにＣＰＵ１２８が、複数の極大値の中から目的の極大値のみを抽出することができるようにする。
【００６０】
次に、光信号の平均入力光パワーが＋３ｄＢｍでアイ開口度が０．７であって、▲２▼の分散補償方法の場合について説明する。ここで、アイ開口度が例えば、０．８５などの場合では、▲１▼の分散補償方法では、補償することができないので、▲２▼の分散補償方法にすることになる。
まず、この場合の光受信局２４の構成について説明する。
【００６１】
図１０は、第１の実施形態の光通信システムにおける光受信局の一変形の構成を示す図である。
この光受信局２４は、図３に示す光受信局１４に対して、図１０に示すようにカプラ１２２とＰＤ１２４との間に固定の分散補償器（以下、「ＤＣ」と略記する。）１５１を設けることを除き図３と同様であるので、その説明を省略する。
【００６２】
また、このような光送信局１１、光伝送路１２、必要に応じて中継局１３、及び、光受信局２４を備える光通信システムの作用効果は、上述の▲１▼の場合と同様であるので、その説明を省略する。
ここで、ＤＣ１５１の分散値は、図８（ａ）の場合では約±９５ｐｓ／ｎｍ、図８（ｂ）の場合では約±９８ｐｓ／ｎｍ、図８（ｃ）の場合では約＋９５ｐｓ／ｎｍ及び約−９７ｐｓ／ｎｍに設定すると、常に強度を最大値に維持することで、総波長分散は、アイ開口度が最大値をとる場合に最適化される。
【００６３】
次に、光信号の平均入力光パワーが＋１２ｄＢｍでアイ開口度が０．８であって、▲３▼の分散補償方法の場合について説明する。なお、この場合には、▲１▼の分散補償方法でも分散補償が可能である。
まず、この光送信局１１、光伝送路１２及び光受信局１４、必要に応じて中継局１３を備えて構成される光通信システムを設置する際に、設置者は、光送信局１１から送出される光信号の平均入力光パワー＋１２ｄＢｍに設定する。
【００６４】
光送信局１１は、光デュオバイナリ信号を送出する。
送出されたこの光信号は、光伝送路１２を介して光受信局１４で受信される。光受信局１４の強度検出部２２は、４０ＧＨｚの周波数成分の強度を検出する。
ＣＰＵ１２８は、ＶＤＣ１２１の分散値を最小値から最大値まで第１の一定間隔で変化させ、この一定間隔毎に強度検出部２２の出力をそのときの分散値（電圧パターン）とともにメモリ１２９に格納する。この強度検出部２２の出力をＤ0 、Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 ・・・、Ｄj とする。
【００６５】
ＣＰＵ１２８は、メモリ１２９に格納したＤ0 、Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 ・・・、Ｄj の中から目的の極小値を求める。これをＤmin0とする。
ここで、複数の極小値が存在する場合には、目的の極小値が総波長分散の変化範囲において何番目の極小値であるかを示すデータをメモリ１２９に格納しておき、ＣＰＵ１２８は、これを参照して目的の極小値を抽出することができるようにする。あるいは、ＣＰＵ１２８は、最大値をまず検出してこれを基準にして目的の極小値を抽出するようにする。例えば、図９（ｂ）では、目的の極小値は、最大値に対して総波長分散が小さくなる方向における最初の極小値である。さらに、ＶＤＣ１２１の分散範囲を制限し、総波長分散の変化範囲を目的の極小値だけを含む範囲内に制限して、ＣＰＵ１２８が目的の極小値を抽出することができるようにする。このようにＣＰＵ１２８が、複数の極小値の中から目的の極小値のみを抽出することができるようにする。
【００６６】
ＣＰＵ１２８は、この極小値を与える分散値（電圧パターン）をメモリ１２９から検索し、その分散値となるようにＤＶＣ１２１を調整する。ＣＰＵ１２８は、この極小値Ｄmin0をメモリ１２９に格納する。
ＣＰＵ１２８は、第１の一定間隔よりも小さい第２の一定間隔で更に、ＶＤＣ１２１の分散値を増加させる方向に変化させ、強度検出部２２の出力を取り込む。この出力をＤmin1とする。
【００６７】
ＣＰＵ１２８は、Ｄmin0とＤmin1とを比較する。
ＣＰＵ１２８は、比較の結果、Ｄmin1がＤmin0より小さい場合には、Ｄmin0をＤmin1に置き換えて、さらに、第２の一定間隔でＶＤＣ１２１の分散値を増加させる方向に変化させる。この操作をＤmin1がＤmin0より大きくなる場合まで繰り返すことによって、Ｄmin0が負の傾きの強度特性曲線上にある場合に、精密に極小値を検出することができる。さらに、光通信システムの運用（サービス）中においても、この操作を行うことにより経時変化に対応することができる。
【００６８】
一方、ＣＰＵ１２８は、比較の結果、Ｄmin1がＤmin0より大きい場合には、Ｄmin0をＤminx1に置き換えないで、さらに、Ｄmin0を与える電圧パターンに戻って、ここから第２の一定間隔でＶＤＣ１２１の分散値を減少させる方向に変化させる。そして、ＣＰＵ１２８は、強度検出部２２の出力を取り込む。この出力をＤmin2とする。
【００６９】
ＣＰＵ１２８は、Ｄmin0とＤmin2とを比較する。
ＣＰＵ１２８は、比較の結果、Ｄmin2がＤmin0より大きい場合には、Ｄmin0をＤmin2に置き換えて、さらに、第２の一定間隔でＶＤＣ１２１の分散値を減少させる方向に変化させる。この操作をＤmin2がＤmin0より小さくなる場合まで繰り返すことによって、Ｄmin0が正の傾きの強度特性曲線上にある場合に、精密に最大値を検出することができる。さらに、光通信システムの運用（サービス）中においても、この操作を行うことにより経時変化に対応することができる。
【００７０】
なお、上述では、光信号の入力光パワーが＋１２ｄＢｍの場合について説明したが、＋９ｄＢｍ及び＋１５ｄＢｍの場合など非線形光学効果が生じる入力光パワーについて、同様に補償することができる。
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態は、本発明にかかる光送信局、光通信システム及び分散制御方法の実施形態である。第１の実施形態では、ＶＤＣ１２１の波長分散値を変更することによって総波長分散を最適化したが、第２の実施形態では、光デュオバイナリ信号の光搬送波の波長を変えることによって総波長分散を最適化する。
【００７１】
図１１は、第２の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
図１２は、第２の実施形態の光通信システムにおける光送信局の構成を示す図である。
図１３は、第２の実施形態の光通信システムにおける光受信局の構成を示す図である。
【００７２】
図１１（ａ）において、第２の実施形態の光通信システムは、光送信局４１、光伝送路１２及び光受信局４４を備えて構成される。
光送信局４１で生成された光デュオバイナリ信号は、光伝送路１２に送出され、光受信局４４で受信処理される。そして、光受信局４４から光送信局４１へ後述の制御信号を伝送する回線が設けられる。
【００７３】
ここで、光送信局４１と光受信局４４との間の伝送距離が、長距離である場合には、図１１（ｂ）に示すように、光伝送路１２の間に必要個数の中継局１３が設けられる。
第２の実施形態の光送信局４１は、図２に示す光送信局１１に対して、図１２に示すようにＬＤ１０６の代わりに波長可変レーザ（以下、「ｔ−ＬＤ」と略記する。）１６１を使用し、更にＬＤ制御回路１６２を備えることを除き、第１の実施形態と同様であるので、この相違部分を除きその説明を省略する。
【００７４】
ｔ−ＬＤ１６１は、発振波長を変更することができる半導体レーザである。例えば、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）波長可変レーザや分布反射型（ＤＦＢ）波長可変レーザ、外部回折格子による波長選択帰還型波長可変レーザ及び外部反射鏡による複合共振器型波長可変レーザなどがある。
ＬＤ制御回路１６２は、ｔ−ＬＤ１６１の発振波長を所定の波長に制御する制御信号を回線を通じて光受信局４４内のＣＰＵ１６８から受信する。ＬＤ制御回路１６２は、受信した制御信号が指示する波長となるようにｔ−ＬＤ１６１を制御する。この発振波長は、例えば、ＤＢＲ波長可変レーザやＤＦＢ波長可変レーザの場合では、ｔ−ＬＤ１６１の素子温度をペルチェ素子などによって変更することによって制御することができる。又、この発振波長は、ｔ−ＬＤ１６１の注入電流を変更することによって制御することができる。そして、この制御は、素子温度の調整及び注入電流の調整の双方を行ってもよい。
【００７５】
この光送信局４１は、所定の波長のレーザ光をｔ−ＬＤ１６１で発振させ、このレーザ光を、第１の実施形態で説明したように、ＭＺ変調器１０７に入力させて各電極１１７に印加されたデュオバイナリ信号に従って光強度変調させ、光デュオバイナリ信号として光伝送路１２に出力する。
一方、第２の実施形態の光受信局４４は、図３に示す光受信局１４に対して、図１３に示すように分散補償部２１及び制御部２３の代わりにそれぞれフィルタ部５１及び制御部５３を使用することを除き、第１の実施形態と同様であるので、この相違部分を除きその説明を省略する。
【００７６】
光伝送路１２を伝送した光デュオバイナリ信号は、フィルタ部５１内の可変フィルタ（以下、「ＶＦｉｌ」と略記する。）１６６に入力される。
ＶＦｉｌ１６６は、帯域通過フィルタであり、その通過波長帯域を変更することができる。この通過波長帯域は、ＣＰＵ１６８の制御により光デュオバイナリ信号の波長に一致させられる。
【００７７】
ＶＦｉｌから出力された光信号は、カプラ１２２を介して、光受信部１２３及び強度検出部２２に出力する。強度検出部２２の出力は、制御部５３内のＣＰＵ１６８に入力される。制御部２３は、ＣＰＵ１６８及びメモリ１６９を備える。
メモリ１６９は、ＶＦｉｌ１６１の通過波長帯域とその制御信号との関係テーブル、及び、ＣＰＵ１６８を動作させるプログラムなどが予め格納され、プログラム実行中の各値などがその都度格納される。そして、メモリ１６９は、ＣＰＵ１６８の要求に応じて、結果をＣＰＵ１６８に返す。
【００７８】
ＣＰＵ１６８は、マイクロプロセッサなどを備えて構成され、後述する制御により、ＶＦｉｌ１６６の通過波長帯域を制御する制御信号をフィルタ部５１内のＶＦｉｌ制御回路１６７に出力するとともに、光受信局４１内のｔ−ＬＤ１６１の発振波長を制御する信号をＬＤ制御回路１６２に出力する。
フィルタ部５１は、ＶＦｉｌ１６６及びそれを駆動するＶＦｉｌ制御回路１６７を備えて構成される。ＶＦｉｌ制御回路１６７は、ＣＰＵ１６８から出力された信号に従いＶＦｉｌ１６６の通過波長を変更する。
【００７９】
このように光受信局４４は、フィルタ部５１、入力を２つに分岐するカプラ１２２、光受信部１２３、強度検出部２２及び制御部５３を備えて構成される。
フィルタ部５１は、光デュオバイナリ信号が入力され、通過波長帯域を変更することができる。強度検出部２２は、光デュオバイナリ信号における特定の周波数成分の強度を検出する。制御部５３は、強度検出部２２の出力が所定の極値となるように光信号の波長を調整するとともに、調整されたこの波長にフィルタ部５１の通過波長帯域を一致させる。
【００８０】
なお、第２の実施形態では、ｔ−ＬＤ１６１の発振波長を調整する制御信号は、専用の物理回線によって光受信局４４から光送信局４１に送信していたが、これに限定されるものではない。例えば、光波長分割多重信号の場合には、その１波長の光信号を使用してもよい。又、ＳＤＨ（synchronous digital hierarchy ）のセクションオーバヘッド（section over head ）の未定義バイトを利用してもよい。セクションオーバヘッドは、ＳＤＨにおいて、保守情報、状態モニタなどのネットワークを運用する上で必要な情報を収容する部分である。
【００８１】
（第２の実施形態の作用効果）
このような光通信システムでは、第１の実施形態におけるＶＤＣ１２１の分散値の変更を光信号の波長の変更で実現しているだけである。このため、第２の実施形態の作用効果は、第１の実施形態と同様に説明することができるので、その説明を省略する。
【００８２】
ここで、波長の変化に対する、強度特性とアイ開口度特性との関係の例として、図８（ａ）の入力光パワーＰin＝０ｄＢｍ及び図９（ａ）の入力光パワーＰin＝＋９ｄＢｍにおける総波長分散を波長に変換した図を図１４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。なお、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）も同様に変換することができる。
【００８３】
この図１４からも分かるように、第２の実施形態においても上述の▲１▼乃至▲３▼の分散補償方法と同様な分散補償方法を適用することができるので、本発明によって光通信システムの総波長分散を最適化することができる。
一方、特定周波数成分の強度を固定の分散補償器を介して検出する場合の光受信局６４の構成について説明する。
【００８４】
図１５は、第２の実施形態の光通信システムにおける光受信局の一変形の構成を示す図である。
この光受信局６４は、図１３に示す光受信局４４に対して、図１５に示すようにカプラ１２２とＰＤ１２４との間にＤＣ１７１を設けることを除き図１３と同様であるので、その説明を省略する。そして、このような光受信局６４を図１１に示す光受信局４４の代わりに使用することによって、上述の▲２▼の波長分散補償方法を光信号の波長変更で実現することができる。
【００８５】
なお、第１及び第２の実施形態では、１波長の光デュオバイナリ信号の光通信システムについて説明したが、波長分割多重光通信システムにも適用可能である。即ち、異なる各波長成分を分離した後に、各波長成分毎に適用すればよい。
そして、第１及び第２の実施形態では、特定の周波数成分が４０ＧＨｚの場合について説明したが、強度特性とアイ開口度特性との間には一定の関係が成立するので、他の周波数成分についても本発明を適用し得る。
【００８６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明では、光デュオバイナリ変調方式の光信号において、伝送路の波長分散を精密に補償することができる。そして、本発明では、経時変化する波長分散も精密に補償することができる。このため、本発明にかかる光通信システムでは、伝送距離を長距離化することができる。さらに、本発明によって既設の１．３μｍ帯単一モード光ファイバによる光通信網を有効に活用し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光通信システムにおける光送信局の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光通信システムにおける光受信局の構成を示す図である。
【図４】可変分散補償器の一構成例を示す図である。
【図５】可変分散補償器における各セグメントへ与える電圧パターン及び各パターンに対する分散特性を示す図である。
【図６】非線形光学効果が光伝送中で生じていない場合における分散補償方法の説明図である。
【図７】非線形光学効果が光伝送中で生じる場合における分散補償方法の説明図である。
【図８】線形領域における総波長分散の変化に対する強度特性及びアイ開口度特性を示す図である。
【図９】非線形領域における総波長分散の変化に対する強度特性及びアイ開口度特性を示す図である。
【図１０】第１の実施形態の光通信システムにおける光受信局の一変形の構成を示す図である。
【図１１】第２の実施形態の光通信システムの構成を示す図である。
【図１２】第２の実施形態の光通信システムにおける光送信局の構成を示す図である。
【図１３】第２の実施形態の光通信システムにおける光受信局の構成を示す図である。
【図１４】波長の変化に対する強度特性及びアイ開口度特性。
【図１５】第２の実施形態の光通信システムにおける光受信局の一変形の構成を示す図である。
【符号の説明】
１１、４１  光送信局
１２  光伝送路
１４、２４、４４、６４  光受信局
２１  分散補償部
２２  強度検出部
２３、５３  制御部
５１  フィルタ部
１２１  可変分散補償器
１２４  ホトダイオード
１２５  帯域通過フィルタ
１２７  パワーメータ
１２８、１６８  中央処理装置
１５１、１７１  分散補償器
１６１  波長可変レーザ
１６６  可変フィルタ
【図１】
0003910003.tif 000002
【図２】
0003910003.tif 000003
【図３】
0003910003.tif 000004
【図４】
0003910003.tif 000005
【図５】
0003910003.tif 000006
【図６】
0003910003.tif 000007
【図７】
0003910003.tif 000008
【図８】
0003910003.tif 000009
【図９】
0003910003.tif 000010
【図１０】
0003910003.tif 000011
【図１１】
0003910003.tif 000012
【図１２】
0003910003.tif 000013
【図１３】
0003910003.tif 000014
【図１４】
0003910003.tif 000015
【図１５】
0003910003.tif 000016