(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重信号光の全チャネルを一括増幅する利得帯域を有する光増幅器と、
前記光増幅器で増幅された波長多重信号光を入力し、ファイバ長がソリトン周期より長く、平均の波長分散が異常分散になる特性を有する非線形光ファイバと、
前記非線形光ファイバを通過した波長多重信号光を入力し、各チャネルの光パルス信号の中心波長を含む離散的（周期的）な透過帯域を有し、各チャネルの光パルス信号を一括分波して再度合波する分波フィルタおよび合波フィルタと、
前記非線形光ファイバに入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーが基本ソリトンパワーより大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下になるように制御する光パワー制御手段とを備え、
前記波長多重信号光に重畳された強度雑音が、前記非線形光ファイバを通過することにより各チャネルごとにスペクトル幅の揺らぎに変換され、前記分波フィルタでそのスペクトル幅の揺らぎをフィルタリングすることにより、前記波長多重信号光の各チャネルの強度雑音を一括して除去する構成である光波形整形回路において、
前記非線形光ファイバは、複数本の異常分散光ファイバと複数本の正常分散光ファイバを交互に接続し、平均の分散スロープが小さく、平均の波長分散が異常分散を示し、１本の異常分散光ファイバと１本の正常分散光ファイバの長さの和がソリトン周期より十分に短く、かつ全体のファイバ長がソリトン周期より長くなるように構成された
ことを特徴とする光波形整形回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光波形整形回路において、
前記光パワー制御手段は、前記分波フィルタで分波された各チャネルの光パルス信号のパワーをモニタし、前記非線形光ファイバに入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを制御する構成である
ことを特徴とする光波形整形回路。
【請求項３】
請求項１に記載の光波形整形回路において、
前記光パワー制御手段は、前記非線形光ファイバの入力、または前記非線形光ファイバの出力、または前記合波フィルタの出力の波長多重信号光を入力して各チャネルの光パルス信号のパワーを検出する光スペクトラムアナライザを用い、前記非線形光ファイバに入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを制御する構成である
ことを特徴とする光波形整形回路。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の光波形整形回路において、
前記光パワー制御手段は、各チャネルの光パルス信号のパワーのモニタ結果に応じて、前記光増幅器の利得制御、および前記非線形光ファイバの入力段に設けた等化器で各チャネルの光パルス信号のピークパワーを平坦にする制御の少なくとも一方を行う構成である
ことを特徴とする光波形整形回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号光を一括して波形整形する光波形整形回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムでは、光ファイバ伝送路における減衰、光増幅器における自然放出光雑音の付加、光ファイバ伝送路の分散や光非線形効果による符号間干渉などの様々な要因により、伝送される光信号に波形劣化が生じる。そのため、光ファイバ伝送路には、光増幅器や波形再生を行う識別再生中継器が適当な間隔で配置される。
【０００３】
一方、近年の伝送容量増大の要求に応えるために、１本の光ファイバ伝送路で異なる波長を有する複数の光信号を伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）が積極的に利用されている。このような波長多重伝送システムにおいても、同様に光増幅器や識別再生中継器などが必要になっている。
【０００４】
図５は、波長多重伝送システムにおける従来の識別再生中継器の構成例を示す。図において、波長多重信号光は、光ファイバ伝送路５１および光増幅器５２を介して識別再生中継器５３に入力される。識別再生中継器５３は、光分波器５４、複数の識別再生回路５５、光合波器５６により構成される。識別再生中継器５３に入力する波長多重信号光は、光分波器５４で各チャネルの信号光に分波され、それぞれ対応する識別再生回路５５で識別再生され、さらに光合波器５６で合波して波長多重信号光として出力される。
【０００５】
この識別再生回路５５としては、光信号を電気信号に変換した後に電子回路により識別再生し、再度光信号に変換する方法が実用化されている。また、光信号を光信号のままで識別再生する方法が研究されており、例えば半導体光増幅器を組み込んだマッハツェンダ干渉計や、非線形ループミラーなどの光制御スイッチを用いる方法が知られている。
【０００６】
一方、光信号の強度揺らぎを低減する波形整形技術が提案されている（特開平１１−２８４２６１号公報）。この技術は、リタイミング機能は含まれていないが、簡単な構成で光信号の強度雑音を抑圧できる特徴を有している。この強度雑音抑圧原理について、図６を参照して説明する。
【０００７】
図６において、符号６１〜６４は光パルス信号の時間波形、符号６５〜６７は光パルス信号６２〜６４に対応するスペクトル波形を示す。強度雑音成分をもって入力される光パルス信号６１は、光増幅器７１で強度雑音成分を含んだまま増幅されて光パルス信号６２となる。この強度雑音成分を含む光パルス信号６２を異常分散光ファイバ７２に入射するが、そのとき入射ピークパワーを基本ソリトンパワーより大きくかつ基本ソリトンパワーの２倍以下に制御する。また、異常分散光ファイバ７２のファイバ長は、ソリトン周期より長くなるように設定される。
【０００８】
このようなソリトン周期より長い異常分散光ファイバ７２に光パルス信号を入射すると、光ファイバの非線形効果である自己位相変調によるチャーピングと分散によるチャーピングが逆方向になるので、両者が打ち消しあって基本ソリトンが発生する。ここでは、基本ソリトンパワーよりも大きなピークパワーの光パルス信号６２を入射するので、自己位相変調によるチャーピングの効果の方が大きくなり、光パルス信号６２はパルス圧縮されて光パルス信号６３となるとともに、スペクトル波形６６のようなスペクトル広がりを生じる。
【０００９】
このように、入力光パルス信号の強度揺らぎは、自己位相変調によりスペクトル幅の揺らぎに変換されるが、入射ピークパワーが基本ソリトンパワーに近いためにスペクトルの中心部分は基本ソリトンに近い形に収束する。したがって、バンドパスフィルタ７３の透過帯域をこのスペクトルの中心部分に設定することにより、光パルス信号６４およびそのスペクトル６７に示すように、スペクトル幅の揺らぎに変換された強度雑音成分を取り除くことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す構成は１波長の光信号を対象としたものである。すなわち、バンドパスフィルタ７３は１波長のみを切り取り、光パワー制御も全パワーをモニタする構成になっているために、このままの構成では波長多重信号光の各チャネルごとの波形整形への適用は不可能であった。
【００１１】
本発明は、波長多重伝送システムにおいて、波長多重信号光の伝送中に発生する各チャネルの強度雑音成分を一括して抑圧することができる光波形整形回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光波形整形回路は、波長多重信号光の全チャネルを一括増幅する利得帯域を有する光増幅器と、光増幅器で増幅された波長多重信号光を入力し、ファイバ長がソリトン周期より長く、平均の波長分散が異常分散になる特性を有する非線形光ファイバと、非線形光ファイバを通過した波長多重信号光を入力し、各チャネルの光パルス信号の中心波長を含む離散的（周期的）な透過帯域を有し、各チャネルの光パルス信号を一括分波して再度合波する分波フィルタおよび合波フィルタと、非線形光ファイバに入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーが基本ソリトンパワーより大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下になるように制御する光パワー制御手段とを備える。
ここで、非線形光ファイバは、複数本の異常分散光ファイバと複数本の正常分散光ファイバを交互に接続し、平均の分散スロープが小さく、平均の波長分散が異常分散を示し、１本の異常分散光ファイバと１本の正常分散光ファイバの長さの和がソリトン周期より十分に短く、かつ全体のファイバ長がソリトン周期より長くなるように構成されたことを特徴とする。
【００１３】
これにより、波長多重信号光に重畳された強度雑音が、非線形光ファイバを通過することにより各チャネルごとにスペクトル幅の揺らぎに変換され、分波フィルタでそのスペクトル幅の揺らぎをフィルタリングすることにより、波長多重信号光の各チャネルの強度雑音を一括して除去することができる。
【００１５】
光パワー制御手段は、分波フィルタで分波された各チャネルの光パルス信号のパワーをモニタし、非線形光ファイバに入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを制御する構成である。あるいは、非線形光ファイバの入力、または非線形光ファイバの出力、または合波フィルタの出力の波長多重信号光を入力して各チャネルの光パルス信号のパワーを検出する光スペクトラムアナライザを用い、非線形光ファイバに入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを制御する構成である。
【００１６】
また、光パワー制御手段は、各チャネルの光パルス信号のパワーのモニタ結果に応じて、光増幅器の利得制御、および非線形光ファイバの入力段に設けた等化器で各チャネルの光パルス信号のピークパワーを平坦にする制御の少なくとも一方を行う構成である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜光波形整形回路の構成例＞
図１は、本発明の光波形整形回路の実施形態を示す。図において、本実施形態の光波形整形回路は、光増幅器１１、非線形光ファイバ１２、分波フィルタ１３、合波フィルタ１４を縦続に接続し、さらに非線形光ファイバ１２への入力パワーを制御する光パワー制御手段１５を配置した構成である。なお、ここでは光パワー制御手段１５を１つの箱で表記しているが、詳しくは図３および図４に示すような複数の部品から構成される。
【００１８】
光増幅器１１は、波長多重信号光の全チャネルを一括増幅する利得帯域を有する。非線形光ファイバ１２は、ファイバ長がソリトン周期より長く、平均の波長分散が異常分散になる特性を有する。分波フィルタ１３および合波フィルタ１４は、各チャネルの光パルス信号の中心波長を含む離散的（周期的）な透過帯域を有し、１対で用いることにより、透過帯域が各チャネルの中心波長に対応するバンドパスフィルタを集合したものと等価な機能を果たす。このような分波フィルタ１３および合波フィルタ１４としては、例えばアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）を利用することができる。光パワー制御手段１５は、非線形光ファイバ１２に入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを基本ソリトンパワーより大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下に制御する。
【００１９】
ここで、符号１〜４は波長多重信号光の時間波形、符号５〜７は波長多重信号光２〜４に対応するスペクトル波形を示す。ただし、時間波形１〜４は、波長多重信号光のうちのある１チャネルの波形のみを示す。その他のチャネルの波形も１〜４と同様に変化する。
【００２０】
波長多重信号光１は、光増幅器１１および光パワー制御手段１５により、各チャネルの光パルス信号のピークパワーが基本ソリトンパワーより大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下になるように増幅される。増幅された波長多重信号光２（スペクトル波形５）は、ソリトン周期よりも長い非線形光ファイバ１２に入射されると、各チャネルの光パルス信号の強度揺らぎは、自己位相変調によりスペクトル幅の揺らぎに変換される。ただし、入射ピークパワーが基本ソリトンパワーに近いために、スペクトルの中心部分は基本ソリトンに近い形に収束し、波長多重信号光３（スペクトル波形６）となって分波フィルタ１３に入力する。
【００２１】
分波フィルタ１３は、各チャネルの光パルス信号の中心波長が透過帯域になっているので、波長多重信号光３（スペクトル波形６）のスペクトル幅の揺らぎを切り落とすことにより、各光パルス信号が当初持っていた強度揺らぎ（雑音）を取り除くことができる。強度雑音が除去された各チャネルの光パルス信号は、分波フィルタ１３と同様の合波フィルタ１４で合波することにより、波長多重信号光４（スペクトル波形７）に変換される。
【００２２】
＜非線形光ファイバ１２の構成例＞
図２は、非線形光ファイバ１２の構成例を示す。
図において、非線形光ファイバ１２は、ｎ本の異常分散光ファイバ２１−１〜２１−ｎと、ｎ本の正常分散光ファイバ２２−１〜２２−ｎを交互に接続し、平均の分散スロープが小さく、平均の波長分散が異常分散を示すように構成する。これにより、広い帯域で四光波混合の発生を抑え、かつ波長依存性の少ない波形整形が可能となる。
【００２３】
なお、各異常分散光ファイバ２１のファイバ長をｘＬ／ｎ、分散値をＤ1 、分散スロープをＳ1 とし、各正常分散光ファイバ２２のファイバ長を(１−ｘ)Ｌ／ｎ、分散値をＤ2 、分散スロープをＳ2 とすると、非線形光ファイバ１２のファイバ長はＬ、平均分散値Ｄavg はｘＤ1＋(１−ｘ)Ｄ2、平均分散スロープＳavg はｘＳ1＋(１−ｘ)Ｓ2と表される。ただし、ｎは整数、ｘは０＜ｘ＜１を満たす実数である。
【００２４】
具体的には、各異常分散光ファイバ２１として、波長1.55μｍ帯において分散値Ｄ1 が16ps/nm/km、分散スロープＳ1 が0.06ps/nm2/km の単一モード光ファイバと、各正常分散光ファイバ２２として、分散値Ｄ2 が−50ps/nm/km、分散スロープＳ1 が−0.24ps/nm2/km の分散シフトファイバを用い、それらを４：１の長さの比で交互に接続すると、平均分散値Ｄavg が2.8ps/nm/km 、平均分散スロープＳavg が０ps/nm2/km の非線形光ファイバ１２を構成することができる。なお、１本の異常分散光ファイバと１本の正常分散光ファイバの長さの和がソリトン周期より十分に短く、かつ全体でソリトン周期より長くなるように、それぞれｎ本の単一モード光ファイバおよび分散シフトファイバが用いられる。
【００２５】
＜光増幅器１１および光パワー制御手段１５の第１の構成例＞
図３は、光増幅器１１および光パワー制御手段１５の第１の構成例を示す。なお、ここでは波長多重信号光の多重チャネル数をｍとする。
【００２６】
図において、光増幅器１１は、エルビウム添加光ファイバ３１と、励起光を発生する励起光源３２と、波長多重信号光と励起光を合波してエルビウム添加光ファイバ３１に入射する光合波器３３と、入出力端に配置される光アイソレータ３４−１，３４−２とにより構成される。
【００２７】
光増幅器１１には、等化器４１を介して非線形光ファイバ１２が接続され、さらに分波フィルタ１３が接続される。分波フィルタ１３の各チャネル対応のポートには光カプラ４２−１〜４２−ｍが接続され、各チャネルの光パルス信号の一部が分岐して光検出器４３−１〜４３−ｍに入力され、それぞれ光パワーが測定される。各チャネルの光パワーは制御回路４４に入力され、それに応じて光増幅器１１の励起光源３２および等化器４１の少なくとも一方を制御し、非線形光ファイバ１２に入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを基本ソリトンパワーより大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下に設定する。
【００２８】
本発明の光パワー制御手段１５は、ここでは等化器４１、光カプラ４２−１〜４２−ｍ、光検出器４３−１〜４３−ｍ、制御回路４４により構成される。
【００２９】
制御回路４４は、励起光源３２の注入電流を制御することによりエルビウム添加光ファイバ３１における利得を制御する。ここで、波長多重信号光の各チャネルの光パルス信号のピークパワーがフラットにならない場合には、次の等化器４１で各チャネルの光パルス信号のピークパワーがフラットになるように制御する。なお、このようなエルビウム添加光ファイバ３１の利得補償に用いる等化器４１としては、例えばそれぞれ異なる波長特性を有する複数のファブリペローエタロンフィルタを組み合わせたものがすでに製品化されている。
【００３０】
＜光増幅器１１および光パワー制御手段１５の第２の構成例＞
図４は、光増幅器１１および光パワー制御手段１５の第２の構成例を示す。なお、光増幅器１１の構成は、図３に示すものと同様である。
【００３１】
図において、光増幅器１１には、等化器４１および光カプラ４５を介して非線形光ファイバ１２が接続され、さらに分波フィルタ１３および合波フィルタ１４が接続される。光カプラ４５は、非線形光ファイバ１２に入力する波長多重信号光の一部を分岐して光スペクトラムアナライザ４６に入力する。光スペクトラムアナライザ４６は、各チャネルの光パルス信号のパワーを測定して制御回路４４に通知する。制御回路４４は、それに応じて光増幅器１１の励起光源３２および等化器４１の少なくとも一方を制御し、非線形光ファイバ１２に入射する各チャネルの光パルス信号のピークパワーを基本ソリトンパワーより大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下に設定する。
【００３２】
本発明の光パワー制御手段１５は、ここでは等化器４１、光カプラ４５、光スペクトラムアナライザ４６、制御回路４４により構成される。なお、光カプラ４５は、非線形光ファイバ１２の出力側、あるいは合波フィルタ１４の出力側に配置してもよい。制御回路４４および等化器４１の構成および動作は、図３に示す第１の構成例のものと同様である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光波形整形回路は、識別再生回路を含まない簡単な構成で、波長多重信号光に重畳された強度雑音を、各チャネルごとにスペクトル幅の揺らぎに変換してフィルタリングすることにより、波長多重信号光の強度雑音を一括して除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波形整形回路の実施形態を示す図。
【図２】非線形光ファイバ１２の構成例を示す図。
【図３】光増幅器１１および光パワー制御手段１５の第１の構成例を示す図。
【図４】光増幅器１１および光パワー制御手段１５の第２の構成例を示す図。
【図５】波長多重伝送システムにおける従来の識別再生中継器の構成例を示す図。
【図６】光信号の強度揺らぎを低減する従来の波形整形技術を説明する図。
【符号の説明】
１１  光増幅器
１２  非線形光ファイバ
１３  分波フィルタ
１４  合波フィルタ
１５  光パワー制御手段
２１  異常分散光ファイバ
２２  正常分散光ファイバ
３１  エルビウム添加光ファイバ
３２  励起光源
３３  光合波器
３４  光アイソレータ
４１  等化器
４２  光カプラ
４３  光検出器
４４  制御回路
４５  光カプラ
４６  光スペクトラムアナライザ
【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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