(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路の波長分散などによる波形広がりや歪みなどを自動的に等化する光自動等化器において、
第１の３ポート型光サーキュレータの第１ポートを入力ポートとし、第２の３ポート型光サーキュレータの第３ポートを出力ポートとし、第１の３ポート型光サーキュレータの第３ポートと第２の３ポート型光サーキュレータの第１ポートをカスケード接続し、第１の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに反射波長の長波長側から光を入射する第１のチャープファイバグレーティングを接続し、第２の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに反射波長の短波長側から光を入射する第２のチャープファイバグレーティングを接続するか、あるいは第１の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに前記第２のチャープファイバグレーティングを接続し、第２の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに前記第１のチャープファイバグレーティングを接続し、前記光ファイバ伝送路の群遅延プロファイルと逆の群遅延プロファイルを実現する可変分散等化器と、
前記可変分散等化器通過後の信号光を３つの経路に分岐し、第１の経路から信号光を出力するとともに、第２の経路には正の分散値を有する光ファイバを配置し、第３の経路には負の分散値を有する光ファイバを配置し、各光ファイバを通過した信号光のクロック信号レベルの差を検出し、その差が最小になるように前記可変分散等化器のチャープファイバグレーティング対の反射波長域を同一方向に等しく移動するチューニングにより波形広がり・歪みを細かく補正する手段と
を備えたことを特徴とする光自動等化器。
【請求項２】
光ファイバ伝送路の波長分散などによる波形広がりや歪みなどを自動的に等化する光自動等化器において、
４ポート型光サーキュレータの第１ポートを入力ポートとし、第４ポートを出力ポートとし、第２ポートに反射波長の長波長側から光を入射する第１のチャープファイバグレーティングを接続し、第３ポートに反射波長の短波長側から光を入射する第２のチャープファイバグレーティングを接続するか、あるいは第２ポートに前記第２のチャープファイバグレーティングを接続し、第３ポートに前記第１のチャープファイバグレーティングを接続し、前記光ファイバ伝送路の群遅延プロファイルと逆の群遅延プロファイルを実現する可変分散等化器と、
前記可変分散等化器通過後の信号光を３つの経路に分岐し、第１の経路から信号光を出力するとともに、第２の経路には正の分散値を有する光ファイバを配置し、第３の経路には負の分散値を有する光ファイバを配置し、各光ファイバを通過した信号光のクロック信号レベルの差を検出し、その差が最小になるように前記可変分散等化器のチャープファイバグレーティング対の反射波長域を同一方向に等しく移動するチューニングにより波形広がり・歪みを細かく補正する手段と
を備えたことを特徴とする光自動等化器。
【請求項３】
光ファイバ伝送路の波長分散などによる波形広がりや歪みなどを自動的に等化する光自動等化器において、
互いに異なる分散値をもつ複数の分散媒質と、その１つを選択して前記光ファイバ伝送路から入力する信号光を通過させる光スイッチとを有し、信号光の波形広がり・歪みを大まかに補正する粗動部と、
第１の３ポート型光サーキュレータの第１ポートを入力ポートとし、第２の３ポート型光サーキュレータの第３ポートを出力ポートとし、第１の３ポート型光サーキュレータの第３ポートと第２の３ポート型光サーキュレータの第１ポートをカスケード接続し、第１の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに反射波長の長波長側から光を入射する第１のチャープファイバグレーティングを接続し、第２の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに反射波長の短波長側から光を入射する第２のチャープファイバグレーティングを接続するか、あるいは第１の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに前記第２のチャープファイバグレーティングを接続し、第２の３ポート型光サーキュレータの第２ポートに前記第１のチャープファイバグレーティングを接続し、前記光ファイバ伝送路の群遅延プロファイルと逆の群遅延プロファイルを実現する可変分散等化器を有し、そのチャープファイバグレーティング対の反射波長域を同一方向に等しく移動するチューニングにより波形広がり・歪みを細かく補正する微動部とを備え、
前記粗動部は、前記分散媒質通過後の信号光を分岐し、帯域フィルタを介してクロック成分を抽出してクロック信号レベルを検出し、そのクロック信号レベルが最大になる分散値を有する分散媒質の１つを選択する構成であり、
前記微動部は、前記粗動部から出力される信号光を入力し、前記可変分散等化器通過後の信号光を３つの経路に分岐し、第１の経路から信号光を出力するとともに、第２の経路には正の分散値を有する光ファイバを配置し、第３の経路には負の分散値を有する光ファイバを配置し、各光ファイバを通過した信号光のクロック信号レベルの差を検出し、その差が最小になるように前記可変分散等化器をチューニングする構成である
ことを特徴とする光自動等化器。
【請求項４】
光ファイバ伝送路の波長分散などによる波形広がりや歪みなどを自動的に等化する光自動等化器において、
互いに異なる分散値をもつ複数の分散媒質と、その１つを選択して前記光ファイバ伝送路から入力する信号光を通過させる光スイッチとを有し、信号光の波形広がり・歪みを大まかに補正する粗動部と、
４ポート型光サーキュレータの第１ポートを入力ポートとし、第４ポートを出力ポートとし、第２ポートに反射波長の長波長側から光を入射する第１のチャープファイバグレーティングを接続し、第３ポートに反射波長の短波長側から光を入射する第２のチャープファイバグレーティングを接続するか、あるいは第２ポートに前記第２のチャープファイバグレーティングを接続し、第３ポートに前記第１のチャープファイバグレーティングを接続し、前記光ファイバ伝送路の群遅延プロファイルと逆の群遅延プロファイルを実現する可変分散等化器を有し、そのチャープファイバグレーティング対の反射波長域を同一方向に等しく移動するチューニングにより波形広がり・歪みを細かく補正する微動部とを備え、
前記粗動部は、前記分散媒質通過後の信号光を分岐し、帯域フィルタを介してクロック成分を抽出してクロック信号レベルを検出し、そのクロック信号レベルが最大になる分散値を有する分散媒質の１つを選択する構成であり、
前記微動部は、前記粗動部から出力される信号光を入力し、前記可変分散等化器通過後の信号光を３つの経路に分岐し、第１の経路から信号光を出力するとともに、第２の経路には正の分散値を有する光ファイバを配置し、第３の経路には負の分散値を有する光ファイバを配置し、各光ファイバを通過した信号光のクロック信号レベルの差を検出し、その差が最小になるように前記可変分散等化器をチューニングする構成である
ことを特徴とする光自動等化器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光自動等化器において、
前記可変分散等化器をチューニングする手段は、２つのチャープファイバグレーティングをピエゾ素子に固定してその伸縮量を制御する構成、またはヒータに固定してその温度勾配を制御する構成であることを特徴とする光自動等化器。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の光自動等化器において、
前記粗動部および前記微動部で分散等化された信号光を入力し、その信号光から抽出したクロック信号に同期した光変調によりパルス幅の狭化およびタイミングジッタの低減を行うタイミングジッタ補正部と、
前記信号光を基本ソリトンより大きなパワーに増幅し、さらに高非線形な分散媒質に入力して強度揺らぎをスペクトル広がりの揺らぎに変換し、光帯域フィルタを通過させて前記信号光の強度揺らぎを除去した信号光を出力する強度揺らぎ補正部と
を備えたことを特徴とする光自動等化器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速・大容量光通信システムの端局または中継局において、伝送特性の劣化要因となる波長分散または波形歪みを自動的に等化し、信号波形を整形する光自動等化器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送路の分散等化には、システム導入時に行うプリセット分散等化と、システム運用時に行う適応分散等化がある。
【０００３】
プリセット分散等化には、光源波長をチューニングすることにより光ファイバ伝送路の分散を等化する方式や、受信側で可変分散等化器を用いる方式がある。このプリセット分散等化時の光ファイバ分散値の検出方法としては、特殊な信号を用いる方法と、データ主信号そのものを用いる方法が提案されている。
【０００４】
特殊な信号を用いる方法には、モニタ信号の受信振幅から零分散波長を推定する方法（参考文献１：M.Tomizawa et al.,"Automatic Dispersion Equalization for Installing High Speed Optical Transmission Systems", J.Lightwave Technol., vol.16, no.2, p.184, 1998)や、位相シフトをモニタする方法（参考文献２：A.Sano et al.,"Adaptive dipersion equalization of 8-ps pulses in 400-km transmission line by monitoring relative phase shift between spacing-fixed WDM signals", Proc.OFC'99, WJ4, p.165, 1999) がある。また、データ主信号を用いる方法には、タイミング抽出回路からのクロック出力を分岐してモニタすることにより、最適動作点を検知する方法（参考文献３：大井  他、「波長可変レーザを用いた40Ｇbit/s 自動分散等化実験」、1998年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、B-10-96)がある。
【０００５】
可変分散等化器には、光スイッチにより複数の分散補償ファイバから最適な分散値を有するものを選択する方法（参考文献４：A.Sano et al.,"Automatic dispersion equalization by monitoring extracted clock power level in a 40-Gbit/s, 200-km transmission line", ECOC'96, TuD.3.5, 1996) や、ファイバグレーティングに張力を与える方法（参考文献５：T.Imai et al.,"Dispersion Tuning of a Linearly Chirped Fiber Bragg Grating without a Center Wavelength Shift by Applying a Strain Gradient", IEEE Photo. Technol. Lett., vol.10, no.6, p.845, 1998) または温度勾配を与える方法（参考文献６：D.Garthe et al.,"Adjustable dispersion equalizer for 10 and 20Ｇbit/s over distances up to 160km", Electron. Lett.,vol.30, no.25, p.2159, 1994) や、平面型導波路（ＰＬＣ）を用いる方法（参考文献７：K.Takiguchi et al.,"Dispersion Slope Equalizer for Dispersion Shifted Fiber Using a Lattice-Form Programmable Optical Filter on a Planar Lightwave Circuit", IEEE J.Lightwave Technol., vol.16, no.9, p.1647, 1998) などがある。
【０００６】
分散補償ファイバによる可変分散等化器は、分散可変範囲が広い利点があるが、分散値を連続的に変化させることができないので高精度な分散等化が困難である問題点がある。ファイバグレーティングによる可変分散等化器は、逆に連続的に分散値を変化させることができ、高精度な分散等化ができる利点があるが、分散値を大きくすると帯域が狭くなる問題点がある。また、平面型導波路による可変分散等化器は、高精度に分散値を設定できる利点があるが、狭帯域で挿入損失が大きく、また制御が難しい問題点がある。
【０００７】
適応分散等化には、連続的に光源波長を変化させる方法があるが、可変分散等化器を用いた方法はこれまでに提案されていない。適応分散等化時には、環境変化による分散値の増加・減少の変動方向を検知する方法が必要になる。これには、モニタ波長を設定する方法（参考文献１，２）や、光源波長を常時揺らすことによって検知する方法（参考文献３）があるが、これらは信号光波長が変化するとともに、特に前者はシステムが複雑になる問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、プリセット分散等化および適応分散等化方法において、光源波長をチューニングする方法では、送信側および受信側の双方に装置が必要になり装置が複雑かつ高コストになる問題がある。また、可変分散等化器を用いる方法では、受信側のみで対応でき、装置の簡略化および低コスト化が図れるが、これまでに有効な適応分散等化用の可変分散等化器はなかった。
【０００９】
また、光通信システムにおいて、更なる高速化を目的として信号パルスに波形整形を施す方法がある。特に、ソリトン伝送では「ソリトン制御」と呼ばれる手法が開発されており（参考文献８：H.Kubota et al.,"Soliton Transmission Control in Time and Frequency Domains", IEEE J.Quantum Electron., vol.29, no.7, p.303, 1993)、ソリトン波形の歪み、タイミングジッタの低減が可能になっている。例えば、同期変調を用いると、信号パルスのタイミングジッタを補正することができ、また光フィルタを用いるとソリトンパルスのエネルギーが安定化され、強度揺らぎを減らすことができる。しかし、この方法は光伝送路において提案されたものであり、光等化器の一素子としてエネルギーの安定化などに利用された例はない。
【００１０】
本発明は、プリセット分散等化機能と適応分散等化機能を兼ね備え、さらに信号のタイミングジッタと強度揺らぎの両方を同時に補正することができる高性能な光自動等化器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の光自動等化器の基本構成を示す。図において、本発明の光自動等化器は、分散等化部１と波形整形部４の２つの機能部から構成される。
【００１２】
分散等化部１は、複数の分散媒質を選択する可変分散等化器の分散可変範囲が広い利点を活かして大まかに分散等化を行う粗動部２と、２種類のチャープファイバグレーティングを組み合わせた可変分散等化器の分散値が連続可変でき、高精度な分散等化が可能な利点を活かして細かく分散等化を行う微動部３により構成される。この粗動部２と微動部３を組み合わせることにより、大きなダイナミックレンジの可変分散等化器を構成する。
【００１３】
粗動部２では、分散媒質通過後の信号光からクロック信号レベルを検出し、そのクロック信号レベルが最大になる分散値を有する分散媒質を選択する構成である。
【００１４】
微動部３では、可変分散等化器通過後の信号光を２つの経路に分岐し、一方の経路には正の分散値を有する光ファイバを配置し、他方の経路には負の分散値を有する光ファイバを配置し、各光ファイバを通過した信号光のクロック信号レベルの差を検出し、その差が最小になるように可変分散等化器をチューニングする構成である。また、クロック信号の高次成分同士を比較して２つの経路のクロック信号レベル差を検出してもよい。
【００１５】
微動部３の可変分散等化器のチューニング手段は、２つのチャープファイバグレーティングをピエゾ素子に固定してその伸縮量を制御する構成、またはヒータに固定してその温度勾配を制御する構成である。
【００１６】
このような微動部３では、可変分散等化器の等化領域を時間領域で連続的に制御することが可能であるので、環境温度による分散変動、摂動による波形歪みを等化することができる。
【００１７】
さらに、波形整形部４は、分散等化部１で分散等化された信号光を入力し、その信号光から抽出したクロック信号に同期した光変調によりパルス幅の狭化およびタイミングジッタの低減を行うタイミングジッタ補正部５と、信号光を基本ソリトンより大きなパワーに増幅し、さらに高非線形な分散媒質に入力して強度揺らぎをスペクトル広がりの揺らぎに変換し、光帯域フィルタを通過させて信号光の強度揺らぎを除去した信号光を出力する強度揺らぎ補正部６により構成される。
【００１８】
また、タイミングジッタ補正部５では、同期変調によりパルス幅が狭化されるので、偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）による波形広がりを抑圧することができる（参考文献９：A.Sahara et al.,"Ultra high speed soliton transmission in the presence of polarization mode dispersion using in-line synchronous modulation", Proc. OFC'99, WC3, p.38, 1999)。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（分散等化部１の粗動部２の構成例）
図２は、分散等化部１の粗動部２の構成例を示す。図において、粗動部２は、互いに異なる分散値をもつ複数の分散媒質２１−１〜２１−ｎを並列に配置し、入力側に接続した光スイッチ２２−１と出力側に接続した光スイッチ２２−２によりその１つを選択する構成である。クロック抽出回路２３は、光スイッチ２２−２の出力信号光の一部を光カプラ２４を介して入力し、クロック信号レベルを測定する。制御回路２５は、クロック抽出回路２３で測定されるクロック信号レベルが最大になる分散媒質を選択するように、光スイッチ２２−１，２２−２を切り替える。
【００２０】
（分散等化部１の微動部３の構成例）
図３は、分散等化部１の微動部３の構成例を示す。図において、微動部３は、２種類のチャープファイバグレーティングを組み合わせた可変分散等化器３１を用いた構成である。クロック信号レベル差検出回路３２は、可変分散等化器３１の出力信号光の一部を光カプラ３３−１，３３−２を介して入力し、後述する構成により２経路のクロック信号レベルの差を測定する。制御回路３４は、クロック信号レベル差検出回路３２で測定される２経路のクロック信号レベルの差が最小になるように可変分散等化器３１を制御する。
【００２１】
図４は、分散可変等化器３１の構成例を示す。図において、分散可変等化器３１は、反射波長の長波長側から光を入射する第１のチャープファイバグレーティング３１１と、短波長側から光を入射する第２のチャープファイバグレーティング３１２とを、図４(a) のようにカスケード接続された３ポート型光サーキュレータ３１３，３１４の各第２ポートに順不同に接続するか、図４(b) のように４ポート型光サーキュレータ３１５の第２ポートおよび第３ポートに順不同に接続して透過型フィルタを構成したものである。そして、チューニング手段により、各チャープファイバグレーティングの反射波長域を同一方向に等しく移動させる構成である。
【００２２】
図５は、チャープファイバグレーティングのチューニング手段の構成例を示す。図５(a) は、２つのチャープファイバグレーティング３１１，３１２をピエゾ素子３１６に接着固定し、このピエゾ素子３１６に電圧を印加して伸縮量を制御し、各チャープファイバグレーティングの反射波長域を同一方向にシフトさせる構成である。図５(b) は、２つのチャープファイバグレーティング３１１，３１２をヒータ３１７に接着固定し、このヒータ３１７に電流を流して温度勾配を制御し、各チャープファイバグレーティングの反射波長域を同一方向にシフトさせる構成である。図５(c) は、２つのチャープファイバグレーティング３１１，３１２の両側にピエゾ素子３１６−１，３１６−２の配置し、各チャープファイバグレーティングを両側から引っ張る構成により伸縮量を増大させる。
【００２３】
第１のチャープファイバグレーティング３１１の長手方向の反射波長の分布λ(z) は、グレーティング長をＬ、反射波長の最短波長をλS 、最長波長をλL 、Δλ＝λL −λS 、最短波長部分を原点として長手方向にとった座標軸の座標をｚとしたときに、
λ(z) ＝λS＋Δλ(ｚ／Ｌ)1/2                …(1)
で表される。
【００２４】
第２のチャープファイバグレーティング３１２の長手方向の反射波長の分布λ(z) は、同様に、
λ(z) ＝λS＋Δλ｛１−(１−ｚ／Ｌ)1/2｝    …(2)
で表される。
【００２５】
図６は、式(1) で表される第１のチャープファイバグレーティング３１１のモデルおよび群遅延特性を示す。なお、グレーティングのピッチは段階的に変化していくが、ここでは短波長側が細かく、長波長側が粗い状態で模式的に表している。図６(a) に示すように、チャープファイバグレーティングの長波長側から波長λの光を入射すると、図６(b) に示すような群遅延特性が得られる。この場合の群遅延量は、
ＤelayＡ(λ)＝−(τ0／Δλ2)(λ−λS)2＋τ0     …(3)
と表される。ただし、
Δλ＝λL−λS                              …(4)
τ0 ＝２ｎＬ／ｃ                            …(5)
であり、ｎはコアの有効屈折率、ｃは光速である。
【００２６】
図７は、式(2) で表される第２のチャープファイバグレーティング３１２のモデルおよび群遅延特性を示す。ただし、表記法は図６に示す第１のチャープファイバグレーティングと同様である。図７(a) に示すように、チャープファイバグレーティングの短波長側から波長λの光を入射すると、図７(b) に示すような群遅延特性が得られる。この場合の群遅延量は、
ＤelayＢ(λ)＝−(τ0／Δλ2)(λ−λL)2＋τ0     …(6)
と表される。
【００２７】
次に、３ポート型光サーキュレータ３１３，３１４または４ポート型光サーキュレータ３１５により結合する両チャープファイバグレーティング３１１，３１２の群遅延特性を足し合わせると、図８に示すような上に凸の２次曲線が得られる。この場合の群遅延量は、
【００２８】
【数１】
0003771755.tif 000002
【００２９】
と表される。また、式(7) を波長に関して微分して得られる波長分散関数は、
【００３０】
【数２】
0003771755.tif 000003
【００３１】
と表され、この波長分散特性は図９のようになる。ここに示す波長分散特性は、波長が長くなるにつれて波長分散が正から負へと線形に変化しており、図１０に示すような通常の分散シフトファイバの波長分散特性と逆になっている。なお、図９に示す波長分散の最大値は２τ0 ／Δλ、最小値は−２τ0 ／Δλであり、図１０におけるλ0 は零分散波長である。
【００３２】
ところで、図９に示す波長分散特性（等化領域の中心波長）は、図５に示すチューニング手段により各チャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域を同一方向に等しく移動させることにより、線形にチューニング可能である。このときの波長分散特性は、図１１に示すように平行移動する。
【００３３】
図１１(a) において、破線を初期特性として短波長側にΔλ／２だけチューニングしたときの特性を実線で示す。ある波長λsig に注目すると、λsig の波長分散は初期状態では０であるが、このチューニングによって波長分散は−２τ0 ／Δλと変化する。一方、図１１(b) において、破線を初期特性として長波長側にΔλ／２だけチューニングしたときの特性を実線で示すと、このチューニングによって波長λsig の波長分散は２τ0 ／Δλと変化する。
【００３４】
このように、各チャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域を同一方向に等しくチューニングすることにより、ある波長λsig に対する波長分散を−２τ0 ／Δλから２τ0 ／Δλまで変化させることができる。したがって、ある光伝送路に対して要求される波長λsig に対する分散補償量が−２τ0 ／Δλから２τ0 ／Δλまでの間にあれば、チャープファイバグレーティング３１１，３１２に対するチューニングにより分散補償が可能である。すなわち、図４に示すような透過型フィルタは、チャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域のチューニングにより、透過する光の波長分散が変化する可変分散等化器として動作することになる。
【００３５】
図１２は、微動部３のクロック信号レベル差検出回路３２の構成例を示す。クロック信号レベル差検出回路３２は、可変分散等化器３１を構成するチャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域の最適点を検知するための構成になっている。
【００３６】
図において、光カプラ３３−１で分岐した信号光は正の分散を有する光ファイバ３２１に入力され（経路１）、光カプラ３３−２で分岐した信号光は負の分散を有する光ファイバ３２２に入力される（経路２）。各経路の光ファイバを通過した信号光は、それぞれフォトダイオード（ＰＤ）３２３−１，３２３−２で電気信号に変換され、帯域フィルタ（ＢＰＦ）３２４−１，３２４−２を介してＲＦディテクタ３２５−１，３２５−２に入力し、クロック信号レベルが検出される。各経路のクロック信号レベルは差分器３２６で比較され、その差信号が制御回路３４に入力される。
【００３７】
ここで、微動部３が動作する前は高精度に分散等化が行われていないので、どちらかの経路のクロック信号レベルが大きくなる。その様子を図１３(a) に示す。ここで、制御回路３４は、各経路のクロック信号レベルが同じ値（差信号が最小）になるように、可変分散等化器３１を構成するチャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域をチューニングする。このとき、高次のクロック信号間の比較を行ってもよい。例えば、10Ｇbit/s の基本クロックの比較は10ＧHzで行うが、高次クロックの比較には20ＧHz、30ＧHzなどで行うことを意味する。このような方法により、微動部３の出力では、信号光のクロック信号レベルを最大にすることができ、高い精度のプリセット分散等化が可能となる。このときの状態を図１３(b) に示す。
【００３８】
（分散等化部１のプリセット分散等化時の動作）
以上示した分散等化部１の粗動部２および微動部３により、プリセット分散等化時の群遅延、波長分散の変化を図１４を参照して説明する。図１４(a) はプリセット等化前の状態を示す。分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の分散値Ｄおよび相対群遅延τg が信号波長λsig に対して、それぞれＤa およびτa になっている。図１４(b) は粗動部２による等化処理後の状態を示す。粗動部２で適当な分散媒質（ＤＣＦ）を選択することにより、信号波長λsig に対する分散値Ｄおよび相対群遅延τg が、それぞれＤb およびτb になる。図１４(c) は微動部３による等化処理後の状態を示す。微動部３の可変分散等化器３１の等化領域の中心波長を零分散波長λ0 と一致するように制御することにより、等化領域全体で分散量を０にでき、プリセット分散等化が行われる。
【００３９】
（分散等化部１の適応分散等化時の動作）
次に、システム運用時に行う適応分散等化について、図１５を参照して説明する。システム運用時には、歪みや温度変化などの環境変化により、光ファイバ伝送路（分散シフトファイバＤＳＦ）の零分散波長が変化する。この零分散波長の変化に追従するように、チャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域をチューニングすることにより、零分散波長と可変分散等化器３１の等化領域の中心波長を一致させることができる。これにより、分散変動を等化することができる。
【００４０】
ここで、この分散変動時に発生する分散値Ｄf を図１６に基づいて計算すると次のようになる。まず、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の群遅延特性を
τg(DSF)＝(1/2) Ｄ0(λ−λ0)2           …(9)
と表す。ここで、τg は群遅延、Ｄ0 は分散スロープ、λは波長、λ0 は零分散波長である。
【００４１】
一方、チャープファイバグレーティング３１１，３１２を用いた可変分散等化器３１の群遅延特性τg(NLCFG)は、
τg(NLCFG)＝−(1/2) Ｄ0(λ−λ0)2       …(10)
と表される。
【００４２】
ここで、環境変化により分散シフトファイバの零分散波長がΔλだけ長波長側に変化したとすると、分散シフトファイバの群遅延特性は、
τg(DSF)＝(1/2) Ｄ0｛λ−(λ0＋Δλ)｝2   …(11)
となる。この式(10)と式(11)の共通接線の接点ＡおよびＢの座標は、
Ａ（λ0 ，Ｄ0Δλ2／２）
Ｂ（λ0＋Δλ，−Ｄ0Δλ2／２）
となる。また、共通接線ＡＢの傾きは、
−(Ｄ0Δλ2／２＋Ｄ0Δλ2／２)／Δλ＝−Ｄ0Δλ    …(12)
と求められ、分散値Ｄf は直線ＡＢの傾きに等しいので
Ｄf ＝−Ｄ0Δλ          …(13)
となる。
【００４３】
よって、微動部３のクロック抽出回路３２で経路１，２を通る信号では、図１７に示すように、それぞれ異なる分散値の影響を受ける。この分散を等化するように零分散波長と可変分散等化器３１の等化領域の中心波長を一致させる。これにより、分散変動を等化することができる。
【００４４】
（波形整形部４のタイミングジッタ補正部５の構成例）
図１８は、波形整形部４のタイミングジッタ補正部５の構成例を示す。図において、タイミングジッタ補正部５は、光カプラ５１で分岐した信号光を電気信号に変換する光電変換回路５２と、電気信号からクロック信号を抽出するクロック抽出回路５３と、クロック信号に同期した変調信号を生成する変調信号位相調整回路５４と、この変調信号により入力信号光を同期変調する光変調器５５により構成される。
【００４５】
このような構成のタイミングジッタ補正部５に入力された信号光は、図１９に示すように、抽出したクロック信号に同期した変調により、時間領域で信号のパルス幅が強制的に狭くなり、タイミングジッタが抑圧される。また、同期変調により強制的にパルス幅を狭くできるので、ＰＭＤによる波形広がりを抑圧する機能もあり、高ビットレート伝送システムで問題となってくるＰＭＤによる波形広がりを補償し、伝送距離を拡張することができる。
【００４６】
（波形整形部４の強度揺らぎ補正部６の構成例）
図２０は、波形整形部４の強度揺らぎ補正部６の構成例を示す。図において、強度揺らぎ補正部６は、光増幅器６１と、高非線形分散シフトファイバ（ＤＳＦ）６２と、光帯域フィルタ（光ＢＰＦ）６３を順に接続した構成である。光増幅器６１で基本ソリトンより大きなパワーに増幅された入力信号光は、図２１に示すように強度揺らぎをもっている。これを高非線形ＤＳＦ６２に通すと、自己位相変調によって信号パルスの強度揺らぎはスペクトル広がりの揺らぎに変換される。このスペクトル広がりの揺らぎは、光ＢＰＦ６３を通すことにより除去される。これにより、入力信号光の強度揺らぎが補正される。
【００４７】
このような強度揺らぎ補正部６は、光ファイバを光等化器用素子として用い、ソリトンによる安定化の機能をソリトン伝送ではなく、エネルギー安定化素子として用いることが特徴である。
【００４８】
【実施例】
（分散等化部１の実施例）
図２２は、分散等化部１の実施例構成を示す。図において、分散等化部１の粗動部２の基本構成は図２に示すものであり、ここではクロック抽出回路２３の構成を具体的に示す。クロック抽出回路２３は、光カプラ２４で分岐した信号光をフォトダイオード（ＰＤ）２３１で電気信号に変換し、この電気信号を帯域フィルタ（ＢＰＦ）２３２を介してＲＦディテクタ２３３に入力し、クロック信号レベルを検出し、制御回路２５に入力する。分散等化部１の微動部３の基本構成は図３に示すものであり、可変分散等化器３１の構成は図４，５に示す通りであり、クロック抽出回路３２の構成は図１２に示す通りである。
【００４９】
（プリセット分散等化）
システム導入時におけるプリセット分散等化方法の実施例を示す。分散等化部１は、80ｋｍ間隔の線形中継器の部分に配置される。粗動部２の分散媒質２１−１〜２１−４には、分散補償ファイバと分散スロープ補償ファイバを用いる。分散スロープ補償ファイバを用いるのは、粗動部２での分散をフラットにするためである。分散補償ファイバの代わりに、線形チャープファイバグレーティングを用いてもよい。また、微動部３での可変分散等化器３１には、光ファイバ伝送路（分散シフトファイバ）の群遅延プロファイルと全く逆の群遅延プロファイルをもつものを用いる。ここで、分散媒質２１−１〜２１−４の分散値を信号光波長1550ｎｍにおいて−40ps/nm 〜＋40ps/nm とすると、粗動部２で大まかに分散補償することができるので、微動部３の分散値変動可変幅の20ps/nm を考慮し、−30ps/nm 、−10ps/nm 、＋10ps/nm 、＋30ps/nm の光ファイバを用いる。
【００５０】
微動部３の可変分散等化器３１の分散スロープは、式(8) から
Ｄ0 ＝−８ｎgＬ／(ｃΔλ2)      …(14)
となる。ここで、ｎg は群屈折率、Ｌはグレーティング長、ｃは真空中の光速、Δλは各チャープファイバグレーティングの帯域である。分散シフトファイバの分散スロープは0.07ps/km/nm2 であるので、80ｋｍの分散シフトファイバの分散スロープは5.6ps/nm2 となる。この分散スロープを補償する可変分散等化器３１の（Ｌ＝10ｍｍ）の帯域Δλを式(14)により計算すると、
0003771755.tif 000004
となる。
【００５１】
ところで、不要な群遅延リップルを低減させるために、この２つのチャープファイバグレーティングにアポディゼーションを行うと有効帯域は狭くなることが知られている（参考文献10：D.Pastor et al.,"Design of Apodised Linearly Chirped Fiber Grating for Dispersion Compensation", IEEE J.Lightwave Technol., vol.14, no.11, p.2581, 1996)。有効帯域が 8.4ｎｍから 6.7ｎｍに変化したとすると、分散値可変幅は約 38 ps/nm となる。分散値変化の余裕を考慮すると、−10ps/nm 〜＋10ps/nm を微動部３の分散値変動可能領域とする。
【００５２】
このとき、可変分散等化器３１のピエゾ素子３１６に電圧を印加し、１対のチャープファイバグレーティング（各グレーティング長は10ｍｍ）３１１，３１２を 0.3％伸ばすと、等化領域の中心波長を 3.5ｍｍ変化させることができる。
【００５３】
以上の構成において、システム導入時に、信号光のクロック信号レベルが最も大きくなるように、粗動部２の光スイッチ２２−１，２２−２を切り替え、分散媒質２１−１〜２１−４の１つを選択する。なお、クロック信号レベルが大きいほど、分散等化されパルス幅が狭くなる。
【００５４】
粗動部２で大まかな分散等化を行った後に、微動部３では正の分散（＋５ps/nm)を有する光ファイバ３２１の経路１と、負の分散（−５ps/nm)を有する光ファイバ３２２の経路２をそれぞれ通過した信号からクロック信号レベルを測定する。このとき、図１３に示すように、まだ高精度に分散等化が行われていないので、どちらかの経路のクロック信号レベルが大きくなる。そこで、各経路のクロック信号レベルが同じ値（誤差信号が最小）になるように、可変分散等化器３１を構成するチャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域をチューニングする。これにより、分散等化部１の出力信号光のクロック信号レベルを最も高くすることができ、高い精度をもつ分散等化が可能となる。
【００５５】
（適応分散等化）
次に、システム運用時における適応分散等化方法の実施例を示す。これは、分散等化部１の微動部３で行われる。プリセット等化と同様に、正の分散（＋５ps/nm)を有する光ファイバ３２１の経路１と、負の分散（−５ps/nm)を有する光ファイバ３２２の経路２をそれぞれ通過した信号からクロック信号レベルを測定する。システム運用時には、歪みや温度変化などの環境変化によって光ファイバ伝送路の零分散波長が変化し、図１７に示すように分散値Ｄf が発生する。この分散変動により、図１３に示すように、どちらかの経路のクロック信号レベルが大きくなる。このクロック信号レベルが同じ値になるように、可変分散等化器３１を構成するチャープファイバグレーティング３１１，３１２の反射波長域をチューニングする。これにより、等化領域の中心波長と零分散波長を一致させ、高い精度で分散変動を等化することができる。
【００５６】
（波形整形部４の実施例）
図２３は、波形整形部４の実施例構成を示す。図において、波形整形部４のタイミングジッタ補正部５の基本構成は図１８に示すものであり、ここでは各部の実施例構成を示す。光カプラ５１で分岐した信号光は、フォトダイオード（ＰＤ）５２１で電気信号に変換され、電気増幅器５２２−１、帯域フィルタ（ＢＰＦ）５２３、電気増幅器５２２−２を介してデバイダ５２４で２分岐される。デバイダ５２４で２分岐された一方の電気信号はＲＦディテクタ５３１に入力されてクロック信号が抽出され、他方の電気信号は位相シフタ５４１に入力される。制御回路５３２は、ＲＦディテクタ５３１で抽出されたクロック信号により位相シフタ５４１を制御し、クロック信号に同期した変調信号を生成する。位相シフタ５４１から出力される変調信号は電気増幅器５４２で増幅され、光変調器５５を駆動して入力信号光を変調する。これにより、時間領域で信号光のパルス幅を狭くでき、タイミングジッタを抑圧することができる。
【００５７】
波形整形部４の強度揺らぎ補正部６の構成は図２０に示す通りである。光増幅器６１で入力信号光を基本ソリトンより大きなパワー（1.6 基本ソリトンパワー）に増幅する。これを高非線形分散シフトファイバ６２（ＭＦＤ＝5.2 μｍ、Ｄ＝＋3.2ps/km/nm 、Ｌ＝1.3 Ｚ0 ）に通すと、自己位相変調により信号パルスの強度揺らぎはスペクトル広がりの揺らぎに変換される。このスペクトルが広がったパルスを光帯域フィルタ６３（帯域幅＝１ｎｍ）に通すことにより、スペクトル広がりが除去され、強度揺らぎを補正することができる。
【００５８】
（他の実施例）
可変分散等化器３１のチャープファイバグレーティングの反射波長域が広帯域であるので、その帯域内に複数のチャネルを割り当てることができる。このため、本発明の光自動等化器を波長分割多重（ＷＤＭ）伝送に適用することが可能である。例えは、中継間隔80ｋｍの分散シフトファイバ伝送路において、40Ｇbit/s のビットレートを４チャネル設定するものとする。各チャネルの割り当て波長は、1547.6、1549.2、1550.8、1552.4ｎｍとする。可変分散等化器３１の等化領域の中心波長を２ｎｍチューニング可能とし、帯域幅を11ｎｍ（アポディゼーションなし）とすると、式(14)からグレーティング長17.4ｍｍのチャープファイバグレーティングを用いればよいことがわかる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光自動等化器は、システム導入時に光ファイバ伝送路の波長分散をプリセット等化することができ、またシステム運用時には、環境変化による光伝送路の分散変動を自動的に適応等化することができる。
【００６０】
さらに、波形整形機能を付加することにより、信号パルスのタイミングジッタおよび強度揺らぎを補正し、パルス幅の狭化によりＰＭＤを抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光自動等化器の基本構成を示すブロック図。
【図２】分散等化部１の粗動部２の構成例を示すブロック図。
【図３】分散等化部１の微動部３の構成例を示すブロック図。
【図４】可変分散等化器３１の構成例を示す図。
【図５】チャープファイバグレーティングのチューニング手段の構成例を示す図。
【図６】式(1) で表されるチャープファイバグレーティング３１１のモデルおよび群遅延特性を示す図。
【図７】式(2) で表されるチャープファイバグレーティング３１２のモデルおよび群遅延特性を示す図。
【図８】チャープファイバグレーティング３１１，３１２の群遅延特性の和を示す図。
【図９】チャープファイバグレーティング３１１，３１２の波長分散特性の和を示す図。
【図１０】通常の光ファイバの波長分散特性を示す図。
【図１１】可変分散等化器３１の波長分散特性のチューニング例を示す図。
【図１２】微動部３のクロック信号レベル差検出回路３２の構成例を示すブロック図。
【図１３】微動部３における分散等化微動方法を説明する図。
【図１４】プリセット分散等化時の群遅延、波長分散の変化を示す図。
【図１５】環境変化による分散変動に対する適応等化を説明する図。
【図１６】分散変動により発生する分散値の計算方法を説明する図。
【図１７】微動部３のクロック信号レベル差検出回路３２の経路１，２を通る信号が影響を受ける分散値の分散変動による変化を説明する図。
【図１８】波形整形部４のタイミングジッタ補正部５の構成例を示すブロック図。
【図１９】タイミングジッタの抑圧方法を説明する図。
【図２０】波形整形部４の強度揺らぎ補正部６の構成例を示すブロック図。
【図２１】強度揺らぎの除去方法を説明する図。
【図２２】分散等化部１の実施例構成を示す図。
【図２３】波形整形部４の実施例構成を示す図。
【符号の説明】
１      分散等化部
２      粗動部
２１    分散媒質
２２    光スイッチ
２３    クロック抽出回路
２３１  フォトダイオード（ＰＤ）
２３２  帯域フィルタ（ＢＰＦ）
２３３  ＲＦディテクタ
２４    光カプラ
２５    制御回路
３      微動部
３１    可変分散等化器
３１１，３１２  チャープファイバグレーティング
３１３，３１４  ３ポート型光サーキュレータ
３１５          ４ポート型光サーキュレータ
３１６          ピエゾ素子
３１７          ヒータ
３２  クロック信号レベル差検出回路
３２１，３２２  光ファイバ
３２３          フォトダイオード（ＰＤ）
３２４          帯域フィルタ（ＢＰＦ）
３２５          ＲＦディテクタ
３２６          差分器
３３    光カプラ
３４    制御回路
４      波形整形部
５      タイミングジッタ補正部
５１    光カプラ
５２    光電変換回路
５２１  フォトダイオード（ＰＤ）
５２２  電気増幅器
５２３  帯域フィルタ（ＢＰＦ）
５２４  デバイダ
５３    クロック抽出回路
５３１  ＲＦディタクタ
５３２  制御回路
５４    変調信号位相調整回路
５４１  位相シフタ
５４２  電気増幅器
５５    光変調器
６      強度揺らぎ補正部
６１    光増幅器
６２    高非線形分散シフトファイバ（ＤＳＦ）
６３    光帯域フィルタ（光ＢＰＦ）
【図１】
0003771755.tif 000005
【図２】
0003771755.tif 000006
【図３】
0003771755.tif 000007
【図４】
0003771755.tif 000008
【図５】
0003771755.tif 000009
【図６】
0003771755.tif 000010
【図７】
0003771755.tif 000011
【図８】
0003771755.tif 000012
【図９】
0003771755.tif 000013
【図１０】
0003771755.tif 000014
【図１１】
0003771755.tif 000015
【図１２】
0003771755.tif 000016
【図１３】
0003771755.tif 000017
【図１４】
0003771755.tif 000018
【図１５】
0003771755.tif 000019
【図１６】
0003771755.tif 000020
【図１７】
0003771755.tif 000021
【図１８】
0003771755.tif 000022
【図１９】
0003771755.tif 000023
【図２０】
0003771755.tif 000024
【図２１】
0003771755.tif 000025
【図２２】
0003771755.tif 000026
【図２３】
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