(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の整数）の光信号を発生する光送信器と、該光信号を合波する手段からなる光送信部と、
前記光送信部からの送信信号を入力するものであって、光路長差がｃ／（２ｎｃΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎｃは導波路の等価屈折率）の非対称マッハツェンダ型干渉素子と、
前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の出力信号から所望の波長を選択透過する波長フィルタ手段と、
波長フィルタ手段の後に接続し、波長フィルタの出力からビット単位で、１／（２Δｆ）［ｓ］からＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時間）までの間の時間の信号を取り出す時間ゲート手段と
からなる光受信部と、
前記変調素子に電気的に接続される、あるいは、前記光送信器と前記合波手段との間に設けられた、前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の入力における全ての波長信号のビット位相を一致させるためのビット位相調整手段と
を備えたことを特徴とする波長多重光伝送方式。
【請求項２】
前記ビット位相調整手段は、光送信器に電気的に接続され、前記光送信部における変調素子への電気的変調信号のビット位相を制御するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の波長多重光伝送方式。
【請求項３】
前記ビット位相調整手段は、前記光送信部から前記合波手段の間に配置された光伝送経路に設けられ、光信号の光路長を制御して光学的なビット位相を調整するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の波長多重光伝送方式。
【請求項４】
前記時間ゲート手段は光ゲートスイッチである
ことを特徴とする請求項１に記載の波長多重光伝送方式。
【請求項５】
前記時間ゲート手段は光受信部における電気ゲート回路である
ことを特徴とする請求項１に記載の波長多重光伝送方式。
【請求項６】
前記光送信部における合波のための手段が、光周波数間隔ΔｆのＮ波の光信号に関して、奇数番目の光信号を合波する第１の波長合波手段と、偶数番目の光信号を合波する第２の波長合波手段とからなる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長多重光伝送方式。
【請求項７】
前記非対称マッハツェンダ型素子は、位相シフタを内蔵する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長多重光伝送方式。
【請求項８】
前記位相シフタが、奇数番目又は偶数番目の何れかの信号光波長と前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の透過スペクトルのピークとが対応するように位相シフトを調整する
ことを特徴とする請求項７に記載の波長多重光伝送方式。
【請求項９】
変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の整数）の光信号を光送信器により発生し、該光信号を合波して送信し、
光送信器に電気的に接続し、あるいは、光送信器と合波手段の間に設けられたビット位相調整手段により、全波長の信号のビット位相が一致するようにビット位相の調整を行うとともに、その送信された信号を、光路長差がｃ／（２ｎｃΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎｃは導波路の等価屈折率）の非対称マッハツェンダ型干渉素子に入力し、
前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の出力から波長フィルタ手段を用いて所望の波長を選択した後、
その選択した信号から、ビット単位で、１／（２Δｆ）［ｓ］からＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時間）までの間の時間の信号を取り出して出力する
ことを特徴とする波長多重光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信分野における波長多重光伝送方式及び伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信の伝送容量を増大させるために、多数の波長を用いて信号を伝送する波長多重光伝送方式が用いられている。
【０００３】
図６は従来の波長多重光伝送方式の構成図である。送信部では、波長（＝光周波数）の異なる複数の光送信器１−１の信号を波長合波器１−３により合波する。合波された多数の光信号は、１つの光伝送媒体１−５を共用して伝送される。受信部では波長分波器１−８により、波長ごとに分波され、各波長の光信号は光受信器１−１０で受信される。以上のような構成で波長分割多重光伝送方式が実現されていた。
【０００４】
光の波長域の有効利用の点から、光の波長間隔を近接させる高密度な波長多重伝送が望まれる。光周波数間隔を△ｆ［Ｈｚ］、伝送速度をＢ［ｂｉｔ／ｓ］とするとＢ／△ｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］を帯域利用効率（Spectral Efficiency）という。両側帯波のＯＮ／ＯＦＦ変調方式の帯域利用効率の理論限界は１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］である。
【０００５】
従来の波長多重伝送方式では、受信部ではアレイ導波路型回折格子などの波長分波器を用いた波長選択フィルタで所望の信号光を取り出していた。しかしながら、高密度で多数の信号を伝送しようとすると、隣り合う波長の信号と重なり合うため、波長選択フィルタでは所望の信号の検出ができないという問題点があった。隣接周波数との干渉を防ぐため波長間隔を広げると帯域利用効率は低下し、従来の波長多重伝送方式では帯域利用効率は通常０．４［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］程度以下であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高密度で多数の信号を伝送しようとすると、隣り合う波長の信号が重なり合うため従来の波長多重伝送方式で用いる波長選択フィルタでは信号の分離ができないという問題点があった。一方、波長間隔を広げると従来の波長多重伝送方式は帯域利用効率が悪いという課題があった。本発明の目的は帯域利用効率が良い波長多重光伝送方式及び伝送方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長多重伝送方式は、変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の整数）の光信号を発生する光送信器と、該光信号を合波する手段からなる光送信部と、前記光送信部からの送信信号を入力するものであって、光路長差がｃ／（２ｎｃΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎｃは導波路の等価屈折率）の非対称マッハツェンダ型干渉素子と、前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の出力信号から所望の波長を選択透過する波長フィルタ手段と、波長フィルタ手段の後に接続し、波長フィルタの出力からビット単位で、１／（２Δｆ）［ｓ］からＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時間）までの間の時間の信号を取り出す時間ゲート手段とからなる光受信部と、前記変調素子に電気的に接続される、あるいは、前記光送信器と前記合波手段との間に設けられた、前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の入力における全ての波長信号のビット位相を一致させるためのビット位相調整手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明においては、前記ビット位相調整手段は、光送信器に電気的に接続され、前記光送信部における変調素子への電気的変調信号のビット位相を制御するものであることを特徴とする。前記ビット位相調整手段は、前記光送信部から前記合波手段の間に配置された光伝送経路に設けられ、光信号の光路長を制御して光学的なビット位相を調整するものである。前記時間ゲート手段は光ゲートスイッチであることを特徴とする。前記時間ゲート手段は光受信部における電気ゲート回路であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６の発明においては、前記光送信部における合波のための手段が、光周波数間隔ΔｆのＮ波の光信号に関して、奇数番目の光信号を合波する第１の波長合波手段と、偶数番目の光信号を合波する第２の波長合波手段とからなることを特徴とする。請求項７の発明においては、非対称マッハツェンダ型素子は、位相シフタを内蔵することを特徴とする。さらに、前記位相シフタが、奇数番目又は偶数番目の何れかの信号光波長と前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の透過スペクトルのピークとが対応するように位相シフトを調整することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の波長多重光伝送方法は、変調素子により光周波数間隔Δｆ［Ｈｚ］、変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］（但し、Ｂ／Δｆ≦１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］）で変調したＮ波（Ｎは２以上の整数）の光信号を光送信器により発生し、該光信号を合波して送信し、光送信器に電気的に接続し、あるいは、光送信器と合波手段の間に設けられたビット位相調整手段により、全波長の信号のビット位相が一致するようにビット位相の調整を行うとともに、その送信された信号を、光路長差がｃ／（２ｎｃΔｆ）（ここで、ｃは光速、ｎｃは導波路の等価屈折率）の非対称マッハツェンダ型干渉素子に入力し、前記非対称マッハツェンダ型干渉素子の出力から波長フィルタ手段を用いて所望の波長を選択した後、その選択した信号から、ビット単位で、１／（２Δｆ）［ｓ］からＴ［ｓ］（但し、Ｔは１ビットの時間）までの間の時間の信号を取り出して出力することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  図１に本発明の実施の形態を示す。
【００１２】
送信部において、光周波数間隔△ｆ［Ｈｚ］で並ぶＮ個（Ｎは２以上の整数、ただし参照符号の付け方を簡単にするため本実施の形態ではＮは偶数であるとする。）の光送信器１−１1〜１−１Nはそれぞれ波長λ1〜λNの光信号を変調速度Ｂ［ｂｉｔ／ｓ］で変調しており、帯域利用効率Ｂ／△ｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］が１以下且つ１に近い値になるように変調速度が設定されている。変調方式は、ＯＮ／ＯＦＦ変調方式であるとする。
【００１３】
光送信器１−１1〜１−１Nは電気的なビット位相調整手段１−２1〜１−２Nによって光送信器１−１1〜１−１Nにおける変調素子への電気的変調信号のビット位相を制御できるようになっており、ある一つのビットに注目して信号処理ができるように、受信部のマッハツェンダ型干渉素子１−６の入力端において全波長の信号のビット位相が一致するように電気的信号のビット位相を調整する。あるいは、ビット位相調整手段として、光送信器１−１1〜１−１Nと波長合波器１−３ａ，１−３ｂとの間に可変遅延導波路など光学的なビット位相調整手段を設け、光路長を調整して、受信部のマッハツェンダ型干渉素子１−６の入力端における全波長の信号のビット位相を一致させても良い。
【００１４】
本発明では、帯域利用効率Ｂ／△ｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］を１以下且つ１に近い値になるように設定しているので、信号帯域と同程度に波長間隔が狭くなる。そのため、送信部で従来例のような波長合波器を用いて合波すると、波長合波の際に信号成分が削られてしまう。したがって、それを避けるために、本実施の形態では、波長合波器を用いて合波する場合は、光周波数間隔２△ｆで並ぶ奇数チャンネルの複数の光信号（光信号波長λ1，λ3，λ5，…，λN-1の光信号）を光周波数間隔２△ｆの波長合波器１−３ａにより合波し、また偶数チャンネルの複数の光信号（光信号波長λ2，λ4，λ6，…，λNの光信号）を光周波数間隔２△ｆの別の波長合波器１−３ｂにより合波し、２つの波長合波器の出力を１：１カップラ１−４等により合波する。波長合波器１−３ａ，１−３ｂの光周波数間隔２△ｆは信号帯域より広いため、信号成分が削られて情報が失われることは無い。波長合波器１−３ａ，１−３ｂを用いず、多モード干渉型光素子などのＮ×１合波素子ないしは１：１カップラの多段接続などを用いて合波しても良い。
【００１５】
以上のようにして送信部において合波された波長多重信号は一つの光伝送媒体１−５を共用して伝送される。
【００１６】
波長多重信号は光伝送媒体１−５を伝送された後、受信部において、光路長差がｃ／（２ｎc△ｆ）（ここで、ｃは光速、ｎcは導波路の等価屈折率）の非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６に入力される。ここで、各信号は、一方の光路で時間１／（２△ｆ）だけ遅延されるとともに、他方の遅延されない信号と合波され、奇数チャンネル用の信号と偶数チャンネル用の信号に分岐される。このとき、奇数チャンネルと偶数チャンネルの何れかの信号光波長とマッハツェンダ型干渉素子１−６の透過スペクトルのピークを一致させるように、位相シフタ１−７を調整する。このとき、導波路の等価屈折率の波長依存性が小さいとすると、奇数チャンネル用の信号出力端子においては、全ての奇数チャンネルの信号光波長とマッハツェンダ型干渉素子１−６の透過スペクトルのピークが一致し、また、偶数チャンネル用の信号出力端子においては、全ての偶数チャンネル信号光波長とマッハツェンダ型干渉素子の１−６の透過スペクトルのピークが一致することになる。また、非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６が半導体、ガラス、誘電体等の光導波路で構成されている場合には、非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６の光路長差は温度依存性が有ることが知られている。非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６の光路長差に温度依存性が有る場合には、奇数チャンネル又は偶数チャンネルの何れかの信号光波長とマッハツェンダ型干渉素子１−６の透過スペクトルのピークを一致させるように、マッハツェンダ型干渉素子１−６の温度を制御しても良い。この場合は、位相シフタ１−７は不要である。さらに、マッハツェンダ型干渉素子１−６の寸法の製造精度が十分である場合には、奇数チャンネル又は偶数チャンネルの何れかの信号光波長とマッハツェンダ型干渉素子１−６の透過スペクトルのピークを一致させるように精密に光路長差を制御して位相シフタ１−７を不要としても良い。
【００１７】
奇数チャンネル用の信号は、光周波数間隔２△ｆの奇数チャンネル用の波長分波器１−８ａにより各波長に分離される。波長分波器１−８ａ（または波長分波器１−８ｂ）は、非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６の出力信号から所望の奇数チャンネル（または偶数チャンネル）の波長を選択透過する波長フィルタによって構成されている。奇数チャンネルだけについて考えると、波長分波器１−８ａの光周波数間隔２△ｆは信号帯域より広いため、所望の信号成分が削られて情報が失われることはなく、また、波長分波器１−８ａの特性により所望以外の奇数チャンネルの信号は取り除かれる。
【００１８】
さらに、出力された各端子から、光時間ゲートスイッチを用いた時間ゲート１−９1〜１−９Nによって、遅延の少ない方の信号を基準として１／（２△ｆ）〜Ｔ（但し、Ｔは１ビットの時間）の時間に於ける信号を取り出す。
【００１９】
非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６と時間ゲート１−９1，１−９3，…，１−９N-1によって、奇数チャンネルの出力において偶数チャンネルの信号成分は全て打ち消しあう（この動作の詳細は後ほど説明する。）。そのため、波長分波器１−８ａとの組み合わせにより、奇数チャンネルのただ一つの波長の信号のみが取り出される。
【００２０】
偶数チャンネル用光分波器１−８ｂに入力された信号も奇数チャンネルと同様にして、波長分離される。
【００２１】
各波長に分離された信号は、各波長λ1〜λNの光信号に対する光受信器１−１０1〜１−１０Nにより受信され、こうして高密度な波長多重光伝送が実現される。
【００２２】
図１では、時間ゲートとして光時間ゲートスイッチを用いているが、光時間ゲートスイッチとして、具体的には、電界吸収型変調器やマッハツェンダ型強度変調器をスイッチとして用いたものや非線形光学効果を用いた光スイッチなどが用いられる。あるいは、時間ゲートとしては、光受信回路で電気信号に変換した後、識別回路の識別タイミングを調整して、時間ゲートとして特定の時間の電圧を検出する方法など、電気的な時間ゲート回路も有りうる。
【００２３】
以下図２をもって、非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６と時間ゲート１−９1〜１−９Nの動作を説明する。ある一つのビットの信号に注目すると、図のように、非対称マッハツェンダ型干渉素子により遅延の無い信号（ａ）と遅延導波路により１／（２△ｆ）だけ遅延された信号（ｂ）は合波され、非対称マッハツェンダ型干渉素子の出力信号（ｃ）となる。図より、１／（２△ｆ）〜Ｔの時間部分のみが、そのビットの信号の干渉信号になっていることがわかる。したがって、幅Ｔ−１／（２△ｆ）の時間ゲートスイッチにより１／（２△ｆ）〜Ｔの時間の信号を取り出すことにより、そのビットの信号の干渉信号成分のみを取り出すことができる。
【００２４】
奇数チャンネル信号光波長とマッハツェンダ型干渉素子１−６の透過スペクトルのピークを一致させるように位相シフタ１−７を調整しているものとすると、奇数チャンネルの信号光波長は位相が一致し、強めあうように干渉している。一方、△ｆだけ離れた偶数チャンネルの信号光波長は光路長差ｃ／（２ｎc△ｆ）によってπだけ位相がずれるから、打ち消しあうように干渉する。したがって、干渉信号成分においては打ち消しあって、偶数チャンネル成分は現れない。
【００２５】
図３〜図５に本発明の実施の形態の構成を用いたシミュレーション結果を示す。波長間隔５ＧＨｚ、ビットレート５Ｇｂ／ｓ、チャンネル数Ｎ＝４とした。帯域利用効率は１となる。非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６の前（図３）、光ゲートスイッチ１−９1〜１−９4のいずれか１つの前（図４）、および光ゲートスイッチ１−９1〜１−９4のいずれか１つの後（図５）のアイダイアグラムを示す。光ゲートスイッチ１−９1〜１−９4の後において十分にアイダイアグラムが開いていることがわかる。
【００２６】
したがって、本発明により帯域利用効率の良い波長多重光伝送方式が実現できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明により、帯域利用効率の良い波長多重光伝送方式が実現できる。これにより、従来と同じ波長帯域幅で、より多くの波長数を有する波長多重伝送方式を実現でき、光通信の伝送容量の増大に貢献することができる。
【００２８】
また、帯域の狭い光伝送路は帯域の広い光伝送路に比べて安価に構築できるため、伝送路の構築コストが光伝送方式のコストの多くを占めるような光伝送方式においては、本発明によりコストの削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による波長多重光伝送方式の一実施の形態の構成を示すブロック図
【図２】図１の構成の動作を説明するための波形図
【図３】図１の構成によるシミュレーション結果を示すアイダイアグラム（非対称マッハツェンダ型干渉素子１−６の前）
【図４】図１の構成によるシミュレーション結果を示すアイダイアグラム（光ゲートスイッチ１−９1〜１−９4のいずれか１つの前）
【図５】図１の構成によるシミュレーション結果を示すアイダイアグラム（光ゲートスイッチ１−９1〜１−９4のいずれか１つの後）
【図６】従来の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
１−１1〜１−１N  光送信器
１−２1〜１−２N  ビット位相調整手段
１−３ａ，１−３ｂ  波形合波器
１−４  １：１カップラ
１−５  光伝送媒体
１−６  非対称マッハツェンダ型干渉素子
１−７  位相シフタ
１−８  波長分波器
１−９1〜１−９N  光時間ゲートスイッチ
１−１０1〜１−１０N  光受信器
【図１】
0003789783.tif 000002
【図２】
0003789783.tif 000003
【図３】
0003789783.tif 000004
【図４】
0003789783.tif 000005
【図５】
0003789783.tif 000006
【図６】
0003789783.tif 000007