(57)【要約】光送信機（２）に、送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の光信号として生成する光信号生成手段（２０）と、該光信号生成手段にて生成された該複数種類の波長の光信号を波長多重して送信する波長多重手段（２１Ｄ）とを設けて、送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信することにより、ラマン増幅器や半導体光増幅器などの光増幅器で多波長一括増幅を行なう際に発生するチャンネル間クロストークを、光デバイスの性能や特性に依存しない方法で効果的に抑圧できるようにする。
2002035665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の光信号として生成する光信号生成手段（２０）と、
該光信号生成手段にて生成された該複数種類の波長の光信号を波長多重して送信する波長多重手段（２１Ｄ）とをそなえたことを特徴とする、光送信機。
【請求項２】
該光信号生成手段（２０）が、
該主信号と該反転信号とを同期した状態で出力するように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の光送信機。
【請求項３】
該光信号生成手段（２０）が、
電気信号としての該主信号を反転する反転回路（２１Ｅ）と、
或る波長の光信号を発生する第１の光源〔２１Ａ−（２ｋ−１）；ただし、ｋ＝１〜ｎ／２で、ｎは２以上の偶数〕と、
該第１の光源が発生する光信号の波長とは異なる波長の光信号を発生する第２の光源（２１Ａ−２ｋ）と、
該第１の光源〔２１Ａ−（２ｋ−１）〕からの光信号を該主信号にて変調する第１の変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１）〕と、
該第２の光源（２１Ａ−２ｋ）からの光信号を該反転回路（２１Ｅ）の出力にて変調する第２の変調器（２１Ｂ−２ｋ）とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の光送信機。
【請求項４】
該光信号生成手段（２０）が、
或る波長の光信号を発生する第１の光源〔２１Ａ−（２ｋ−１）〕と、
該第１の光源が発生する光信号の波長とは異なる波長の光信号を発生する第２の光源（２１Ａ−２ｋ）と、
上記の各光源〔２１Ａ−（２ｋ−１），２１Ａ−２ｋ〕からの光信号をそれぞれ電気信号としての同じ主信号にて変調する第１及び第２の変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〕と、
一方の変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１）〕から光信号としての該主信号が出力されるとともに他方の変調器（２１Ｂ−２ｋ）から光信号としての該反転信号が出力されるよう上記の各変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〕の変調状態を制御する変調状態制御回路（２１３）とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の光送信機。
【請求項５】
該光信号生成手段（２０）が、
光信号としての該主信号と光信号としての直流信号とを合波する光合波器（２１５）と、
該光合波器（２１５）の出力を入力とする半導体光増幅器（２１Ｆ−ｋ）とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項記載の光送信機。
【請求項６】
該第１の変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１）〕から該波長多重手段（２１Ｄ）までの光路長と該第２の変調器（２１Ｂ−２ｋ）から該波長多重手段（２１Ｄ）までの光路長とが同じであることを特徴とする、請求の範囲第３項又は第４項に記載の光送信機。
【請求項７】
該光信号生成手段（２０）が、
上記の各変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〕の出力レベルをそれぞれ調整する可変減衰器（２１Ｃ−ｉ；ただし、ｉ＝１〜ｎ）をそなえていることを特徴とする、請求の範囲第６項記載の光送信機。
【請求項８】
該光信号生成手段（２０）が、
上記の第１及び第２の変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〕の出力を結合する光結合器（２１Ｇ−ｋ）をそなえるとともに、
該第１の変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１）〕から該光結合器（２１Ｇ−ｋ）までの光路長と該第２の変調器（２１Ｂ−２ｋ）から該光結合器（２１Ｇ−ｋ）までの光路長とが同じであることを特徴とする、請求の範囲第３項又は第４項に記載の光送信機。
【請求項９】
該光信号生成手段（２０）が、該光結合器（２１Ｇ−ｋ）の出力レベルを調整する可変減衰器（２１Ｃ−ｋ）をそなえていることを特徴とする、請求の範囲第８項記載の光送信機。
【請求項１０】
該光信号生成手段（２０）が、
該主信号の伝送速度変換を行なう伝送速度変換部（２１６）と、
該主信号と該反転回路（２１Ｅ）の出力との組もしくは該伝送速度変換部（２１６）の出力のいずれか一方を選択して上記の各変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〕に入力する選択部（２１７，２１８）とをそなえていることを特徴とする、請求の範囲第３項記載の光送信機。
【請求項１１】
上記の各変調器〔２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〕が、２つのマッハツェンダ型光変調器の異なる出力ポートからの出力を合波するマッハツェンダ型光変調・合波器として構成されていることを特徴とする、請求の範囲第４項記載の光送信機。
【請求項１２】
該波長多重手段（２１Ｄ）が、該複数種類の波長を１チャンネル当たりの通過帯域として有する光合波器（２１Ｄ′）を用いて構成されていることを特徴とする、請求の範囲第５項又は第８項に記載の光送信機。
【請求項１３】
該光信号生成手段（２０）が、
該主信号と該反転信号との出力タイミングを制御するタイミング制御回路（２２２）をそなえていることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の光送信機。
【請求項１４】
該複数種類の波長が、隣接する波長であることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１３項のいずれか１項に記載の光送信機。
【請求項１５】
それぞれ異なる波長の光信号を発生する複数の光源（２１Ａ−ｉ）と、
該光源（２１Ａ−ｉ）毎に設けられ、それぞれ、該光源（２１Ａ−ｉ）からの光信号を送信すべき主信号にて変調する変調器（２１Ｂ−ｉ）と、
該変調器（２１Ｂ−ｉ）の出力を少なくとも隣接する２組の波長毎に結合する光結合器（２１Ｇ−ｋ）と、
該光結合器（２１Ｇ−ｋ）の出力レベルを調整する可変減衰器（２１Ｃ−ｋ）と、
該可変減衰器（２１Ｃ−ｋ）の出力を合波する光合波器（２１Ｄ′）とをそなえて構成されたことを特徴とする、光送信機。
【請求項１６】
送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信する光送信機（２）の出力を中継する光中継器（３）であって、
該主信号と該反転信号との波長分散を補償する分散補償器（３０４）をそなえたことを特徴とする、光中継器。
【請求項１７】
送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信する光送信機（２）の出力を受信する光受信機（４）であって、
該主信号及び該反転信号の品質監視をそれぞれ行なう品質監視部（４４Ｄ−ｋ）と、
該品質監視部（４４Ｄ−ｋ）での品質監視結果に応じて該主信号及び該反転信号のいずれか一方を受信信号として選択する選択部（４４Ｆ−ｋ）とをそなえて構成されたことを特徴とする、光受信機。
【請求項１８】
送信すべき主信号と、その反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信する光送信機（２）の出力を受信する光受信機（４）であって、
該波長多重光信号を該主信号と該反転信号とに分波する光分波器（４４Ａ）と、
該光分波器（４４Ａ）からの該主信号と該反転信号とを入力とする差動増幅器（４４Ｇ−ｋ）とをそなえて構成されたことを特徴とする、光受信磯。
【請求項１９】
送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の光信号にて送信することを特徴とする、光送信方法。
【請求項２０】
該主信号と該反転信号とを同期した状態で送信することを特徴とする、請求の範囲第１９項記載の光送信方法。
【請求項２１】
該複数種類の波長が、隣接する波長であることを特徴とする、請求の範囲第１９項又は第２０項に記載の光送信方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光送信機，光中継器及び光受信機並びに光送信方法に関し、特に、光ファイバ伝送路における光信号（波長多重光信号）の伝送損失を、光増幅器を用いて一括補償する波長多重光伝送システムに用いて好適な、光送信機，光中継器及び光受信機並びに光送信方法に関する。
背景技術
近年、インターネットの普及に伴い急伸する情報通信需要に対応するため、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの希土類添加光ファイバ増幅器を用いた波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）光伝送技術が実用化され、導入されつつある。しかし、これからのデータトラフィックを中心とする通信網に対応するためには、これまでを遙かに上回る広帯域な情報通信システムを低コストで提供する必要がある。
そこで、波長多重密度を高め、且つ、ファイバ型光増幅器の増幅波長帯域を拡大することによって波長多重数を増加させるとともに、中継間隔を長距離化することによりシステム全体のコストダウンを図ることが要求されている。また、光領域でスイッチングやルーティングを行なうフォトニックネットワークの実現にも期待が集まっている。
そのためには、光増幅器の低コスト化，小型化，低消費電力化が要求される。現在、光増幅器には、ＥＤＦＡをはじめとする希土類添加光ファイバ増幅器の他に、ラマン増幅器や半導体光増幅器などがある。これらの光増幅器の特徴を活かすことで、希土類添加光ファイバ増幅器を補完する役割を担い、上述したような要求を満たす光増幅器を実現することが期待されている。
例えば、光増幅器の増幅（利得）帯域の広帯域化を図る方法の１つとして、ラマン増幅器が注目されている。ＥＤＦＡをはじめとする希土類添加光ファイバ増幅器は、光ファイバ中に添加された希土類原子の準位間の遷移を利用して増幅を行なうため、光増幅を行なうことのできる帯域は添加原子の種類によって決まり、例えば、ＥＤＦＡの場合は約１５３０〜１６００ｎｍ（ナノメートル）に限られる。
これに対し、ラマン増幅器は、光ファイバ中で発生する「誘導ラマン散乱現象」を利用して増幅を行なうため、励起波長の長波長側（約１００ｎｍ）に利得ピークが生じるという増幅特性を有している。このため、励起光波長を選ぶことにより任意の波長帯で光増幅を行なうことができる。従って、ラマン増幅器とＥＤＦＡなどの希土類添加光ファイバ増幅器とを直列接続すれば利得帯域の広帯域化を図ることが可能になる。
なお、上記の「誘導ラマン散乱現象」とは、光ファイバにパワーの強い光を入力すると、入力光パワーの一部が光ファイバ中の格子振動に消費されることにより、入力光の一部が入力光の波長よりも長波長側の光（ストークス光あるいは自然ラマン散乱光と呼ばれる）に変換される「ラマン散乱現象」を利用したもので、上記ストークス光と同じ波長の光の存在により上記波長変換が顕著に起こることを利用している。
また、ラマン増幅では、複数種類の波長の励起光を使うことによりその重ね合わせの利得が得られるため、これを利用して利得帯域の広帯域化を図るという方法も提案されている（例えば、特開平１０−７３８５２号公報参照）。さらに、ラマン増幅では、増幅媒体として光ファイバ伝送路自体を使うので、分布定数的に光信号の増幅が行なわれる。従って、ラマン増幅では、集中定数的に増幅が行なわれる同利得の希土類添加光ファイバ増幅器を用いた場合よりも低雑音での増幅が可能である（参考文献：Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ発行）。
このため、例えば、特開平１０−２２９３１号公報に記載されているように、ラマン増幅器と、ＥＤＦＡなどの希土類添加光ファイバ増幅器とを組み合わせれば、光信号の伝送距離を伸ばすことができる。即ち、図２１に示すように、希土類添加光ファイバ１１１，この希土類添加光ファイバ１１１用の励起光源１１２及び合波カプラ１１３をそなえた希土類添加光ファイバ増幅器１１０と、ラマン増幅用の励起光源１２１およびその光出力を光ファイバ伝送路１０１に入力する合波カプラ１２２とをそなえた光中継器１００を、ＷＤＭ光伝送システムに設ける。なお、この図２１において、符号１０２は希土類添加光ファイバ増幅器１１０による増幅後の光出力を伝送する光ファイバ伝送路を表わす。
ここで、上記の励起光源１２１は、光ファイバ伝送路１０１において光信号波長でラマン増幅（誘導ラマン散乱現象）を起こさせるのに適した波長と、所定の利得を実現するだけの光出力レベルとを有する励起光を発生するもので、その励起光は、合波カプラ２２を通じて光ファイバ伝送路１０１（光信号の進行方向とは逆方向）へ伝送される。
これにより、光ファイバ伝送路１０１にて誘導ラマン散乱現象が生じて光ファイバ伝送路１０１を伝播する光信号（以下、信号光ともいう）がラマン増幅され、光中継器１００に入力される光信号が所定のレベルまで増幅される。従って、光中継器１００では、ラマン増幅を用いない場合と同じ光出力レベルを得るのに必要な希土類添加光ファイバ増幅器１１０の利得（中継利得）が減少する。この結果、希土類添加光ファイバ増幅器１１０の増幅利得に余裕ができて、その増幅による雑音影響が許容される範囲での光信号の伝送距離を伸ばすことができるのである。
従って、例えば図２２に示すように、複数の光中継器１００によりＷＤＭ光伝送システムを構成した場合、光送信機１３０から送信された光信号は、各光中継器１００で中継されながら光受信機１４０へ伝送される際、光ファイバ伝送路１０１（１０２）を通過する度にその光レベルが減少するが、実線２００に示すようにその都度ラマン増幅されるので、各光中継器１００への入力光レベルはラマン増幅を用いない場合（破線３００参照）に比して増大し、希土類添加光ファイバ増幅器１１０に必要な中継利得は減少する。なお、このとき、図２２中に示すように、自然放出光雑音もラマン増幅を用いない場合（破線５００参照）よりも抑制できる（実線４００参照）。
この結果、各光中継器１００間の中継距離を、ラマン増幅を用いない場合よりも拡大することができ、同じ伝送距離のＷＤＭ光伝送システムを構成するのに、より少ない光中継器数で済むことになり、低コストでのシステム構築が可能になる。
なお、フォトニックネットワークを実現するための光増幅器としては、希土類添加光ファイバ増幅器などのファイバ型光増幅器に比べて小型且つ低消費電力であるという利点をもつ半導体光増幅器が期待されている。この半導体光増幅器は、ＥＤＦＡなどのファイバ型光増幅器とは異なり高速なスイッチング特性をもつため、特に、光クロスコネクトにおける光ゲート素子としての応用が期待されている（参考文献：Ｓ．Ａｒａｋｉ，ｅｔ　ａｌ“Ａ　２．５６Ｔｂ／ｓ　Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ　Ｐａｃｋｅｔ／Ｃｅｌｌ−Ｂａｓｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ−Ｆａｂｒｉｃ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｏｒ”，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　ＥＣＯＣ’９８，ｖｏｌ．３　ｐ．１２７）。
また、半導体光増幅器は、半導体ベースであることから、石英系平面光回路とのハイブリッド集積化により、多チャンネルアレイモジュールとして実現することが可能であるという利点も有する。
以上のように、次世代の光増幅器として有力なラマン増幅器と半導体光増幅器であるが、いずれも、応答速度がＥＤＦＡなどのファイバ型光増幅器に比べて遙かに速いことに起因して波長（チャンネル）間クロストークが生じてしまうという、ファイバ型光増幅器では問題にならなかった課題が生じてきている。
例えば、ＥＤＦＡは、エルビウム原子の緩和時間が比較的遅く、ミリ秒オーダの応答速度をもつため、Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）オーダの変調光信号が入力された場合には、平均光強度しか感じることができず、光信号の波形が歪むことは無い。これに対し、ラマン増幅の基となる光ファイバ中の誘導ラマン散乱効果は、光ファイバ中を伝播する全波長の信号光の非線形相互作用であるため、応答速度がピコ秒（ｐｓ）程度と非常に早いことが知られている。
このため、入力光レベルが大きい利得飽和状態では、例えば図２３（Ａ），図２３（Ｂ）に模式的に示すように、強度変調された信号光Ｑ（波長λ１）を増幅する際にエネルギーを奪われる励起光Ｐ（波長λ０）の強度が追従して変調されてしまう（励起光Ｐに揺らぎが生じる）という現象が発生する。多波長一括増幅を行なう場合、この励起光Ｐの揺らぎが他の信号光の増幅度に変換されることにより波長（チャンネル）間クロストークが発生する。
例えば図２４（Ａ），図２４（Ｂ）に模式的に示すように、波長λ１の信号光Ｑ（ビットパターン＝１０１）と波長λ２の信号光Ｑ′（ビットパターン＝１１１）とを励起光Ｐ（波長λ０）により一括増幅すると、図２４（Ｃ）中に模式的に示すように、同じビット値（「１，１」）を一括増幅したときの励起光Ｐの強度（符号２０１参照）と、異なるビット値（１，０）を一括増幅したときの励起光Ｐの強度（符号２０２参照）とが異なることにより、励起光Ｐに揺らぎが生じる。
すると、この場合は、異なるビット値（１，０）を一括増幅したときの励起光Ｐの強度（符号２０２参照）が、増幅すべきビット値“１”の信号光Ｑ′の増幅度に変換されることにより、図２４（Ｃ）中に符号２０３で示すように、信号光Ｑ′の波形が元の波形から歪んでしまう。これが、「チャンネル間クロストーク」現象である。
ここで、ラマン増幅器の構成法には、例えば図２５（Ａ）に示すようにラマン励起光源１２１と合波器１２２とを光ファイバ伝送路１０３の前段に設けて信号光の伝播方向と同じ方向に励起光を入力する「前方向励起」、その逆に図２５（Ｂ）に示すようにラマン励起光源１２１と合波器１２２とを光ファイバ伝送路１０３の後段に設けて信号光の伝播方向とは逆方向に励起光を入力する「後方向励起」（図２１により上述したものもこの型である）、図２５（Ｃ）に示すようにこれらの「前方向励起」と「後方向励起」とを組み合わせた「双方向励起」の３種類がある。
これらのうち、「チャンネル間クロストーク」現象は、励起光入力（合波）点での信号光強度が強く、信号光と励起光が同一方向に伝播する「前方向励起」の構成をとった場合に顕著になることが知られている〔参考文献：ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（１９９９）Ｎｏ．８（枝川　登），“Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓ　ｔａｌｋ　ｉｎ　Ｒａｍａｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ”，ＯＦＣ’９４　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ（Ｆａｂｒｉｚｉｏ　Ｆｏｒｇｈｉｅｒｉ，ｅｔ　ａｌ）など〕。このため、「前方向励起」を採用した場合は「チャンネル間クロストーク」による波形劣化が伝送距離を制限する要因となる。
これに対し、信号光と励起光が逆方向に伝播する「後方向励起」では、「チャンネル間クロストーク」（以下、単に「クロストーク」ともいう）の影響は少ないが、信号光と励起光との合波点で励起光が強く信号光が弱い状態になるために自然ラマン散乱光が発生しやすく、雑音特性が劣るという短所がある。従って、ラマン増幅器を使って光中継器間隔を拡大するためには、何らかの方法で「クロストーク」の影響を抑圧し、「双方向励起」で両者の長所を最大限に活かすように最適化することが有効である。
なお、「クロストーク」による影響は、励起光の強度が信号光に比べて十分に大きければ小さくなるため、励起光強度を大きくすることによって回避することもできるが、これは半導体レーザなどの光デバイスの性能に依存し、現状では数百ｍＷ程度までの励起光出力強度が限界であり、波長数が多くなった場合には十分な光パワーを供給することが難しくなる。従って、何らかの方法で「クロストーク」を抑圧する必要がある。
ところで、このような「クロストーク」現象は、半導体光増幅器においても同様に起こることが知られている。即ち、半導体光増幅器は、半導体活性層へのキャリア注入によって生じる反転分布状態を利用して、入射光を誘導放出により増幅するデバイスであるため、活性層中のキャリア密度が入射光強度に依存して変化する。
このため、ラマン増幅器の場合と同様にキャリアの緩和時間が問題になるが、半導体光増幅器のキャリア緩和時間はサブナノ秒オーダであるため（参考文献：向井ら、「１．５μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ共振型レーザ増幅器」，信学論，Ｖｏｌ．Ｊ６９−Ｃ．Ｎｏ．４，ｐｐ　４２１−４３１（１９８６））、Ｇｂｐｓオーダの入力信号光を増幅する場合には、ラマン増幅器の場合と同程度の応答速度をもつことになる。
従って、例えば図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）に模式的に示すように、キャリア密度の変化が信号光の変化に追従する現象が発生してしまうために、利得飽和状態においては、出力光に入力信号光パターンに依存する波形歪み（「パターン効果」と呼ばれる）が発生してしまう。このため、半導体光増幅器で多波長一括増幅を行なう場合にも、「チャンネル間クロストーク」が発生する。この様子を図２７（Ａ）〜図２７（Ｅ）に模式的に示す。
即ち、変調された入力光「１」〔図２７（Ａ）参照〕と直流の入力光「２」〔図２７（Ｂ）参照〕とがそれぞれ半導体光増幅器に入力されたとすると、活性領域内の全光パワーの変動に応じてキャリア密度も変動〔図２７（Ｃ）参照〕し、これに伴って全チャンネルの増幅度が変調される。このため、出力光「１」には図２７（Ｄ）に示すように波形歪みが発生するとともに、出力光「２」には図２７（Ｅ）に示すように出力光「１」に依存したクロストークが発生する。
なお、この現象は、利得飽和時に発生するため、半導体光増幅器の飽和出力を増大させることにより回避できるが、これもラマン増幅器と同様、デバイス特性としての限界があるため、何らかの方法でクロストークを抑圧することが必要である。
本発明は、以上のような課題に鑑み創案されたもので、ラマン増幅器や半導体光増幅器などの光増幅器で多波長一括増幅を行なう際に発生するチャンネル間クロストークを、光デバイスの性能や特性に依存しない方法で効果的に抑圧できるようにすることを目的とする。
発明の開示
上記の目的を達成するために、本発明の光送信機は、送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の光信号として生成する光信号生成手段と、この光信号生成手段にて生成された上記複数種類の波長の光信号を波長多重して送信する波長多重手段とをそなえたことを特徴としている。
これにより、送信すべき主信号と、その反転信号とが複数種類の波長の波長多重光信号として送信されるので、これらの主信号とその反転信号との合計光パワーがほぼ一定となる。従って、これらの主信号とその反転信号とを励起光により一括増幅しても、従来のように励起光の強度が主信号波形に追従して変調されてしまう（励起光に揺らぎが生じる）現象を、光デバイス特性に依存することなく抑圧することができて、主信号間のクロストークを確実に抑圧することができる。
ここで、上記の主信号と反転信号とは、同期した状態で出力されるのが好ましく、このようにすれば、少なくとも、これら２つの光信号が同期状態を保ったまま波長多重されて送信されるので、送信端部分においてはその合計光パワーを常に一定にすることができる。従って、例えば、送信端部分で最大のラマン増幅効果が得られる「前方向励起」構成において、十分なクロストーク抑圧効果を得ることができる。
また、上記の光信号生成手段は、電気信号としての主信号を反転する反転回路と、或る波長の光信号を発生する第１の光源と、この第１の光源が発生する光信号の波長とは異なる波長の光信号を発生する第２の光源と、上記の第１の光源からの光信号を上記主信号にて変調する第１の変調器と、上記の第２の光源からの光信号を上記反転回路の出力にて変調する第２の変調器とをそなえて構成してもよい。
このようにすれば、送信すべき主信号を変調器に入力する前に電気信号の状態で反転し、反転した電気信号と反転前の電気信号とで、上記の各光源からの光信号をそれぞれ変調することによって、光信号としての主信号と反転信号とを得ることができる。従って、光信号の反転信号を得るにあたって、既存の光送信機の光部品に関しては何ら変更を加えることなく、電気回路のみの改良で済むので、極めて容易に本光送信機を実現することができる。
さらに、光信号としての主信号と反転信号とを得る別の態様としては、例えば、上記の光信号生成手段に、或る波長の光信号を発生する第１の光源と、この第１の光源が発生する光信号の波長とは異なる波長の光信号を発生する第２の光源と、これらの各光源からの光信号をそれぞれ電気信号としての同じ主信号にて変調する第１及び第２の変調器と、一方の変調器から光信号としての主信号が出力されるとともに他方の変調器から光信号としての反転信号が出力されるように上記の各変調器の変調状態を制御する変調状態制御回路とをそなえることが考えられる。
このようにすれば、上記の各変調器の変調状態を制御するだけで、光信号の主信号と反転信号とを得ることができる。従って、上記のように電気信号を反転するための反転回路が必要無く、低コスト化および小型化が可能である。また、電気信号のパスが異なる（反転回路を通るか通らないかなど）ことに起因する主信号と反転信号との間の遅延の発生を回避することもできる（つまり、光信号としての主信号と反転信号とをより同期した状態で得ることができる）。
また、光信号の主信号と反転信号とを得るさらなる別の態様としては、上記の光信号生成手段に、光信号としての主信号と直流信号とを合波する光合波器と、この光合波器の出力を入力とする半導体光増幅器とをそなえることが考えられる。
このようにすれば、前述したように半導体光増幅器がもともと有するクロストーク特性により、上記の直流信号の強度が主信号波形に追従して変調されることを利用して（つまり、半導体光増幅器を変調器として利用して）、光信号としての主信号とその反転信号とを得ることができる。
従って、この場合も、電気信号で信号を反転する必要が無く、変調器として機能する半導体光増幅器も１台で済むため、低コスト化および小型化が可能である。また、主信号と反転信号との間の遅延も発生しない。さらに、この場合は、入力光を電気信号に変換することなくそのまま入力として扱うことができるため、光源を使用せずに構成することも可能である。
なお、上記の第１の変調器から波長多重手段までの光路長と、上記の第２の変調器から波長多重手段までの光路長とは同じであってもよい。このようにすれば、上記の主信号とその反転信号との間の遅延差を生じさせずに波長多重することができるので、これらの２つの信号を確実に同期した状態で波長多重して送信することができ、クロストーク抑圧効果を最大限に発揮させることができる。
ここで、上記の光信号生成手段には、上記の各変調器の出力レベルをそれぞれ調整する可変減衰器が設けられていてもよい。このようにすれば、上記の主信号とその反転信号の各光レベル（パワー）を個々に調整することができ、主信号とその反転信号の合計パワーをクロストーク抑圧効果が最大限に発揮される最適な状態に制御することが可能である。
また、上記の光信号生成手段は、上記の第１及び第２の変調器の出力を結合する光結合器をそなえるとともに、上記の第１の変調器からこの光結合器までの光路長と、上記の第２の変調器からこの光結合器までの光路長とを同じ光路長にしてもよい。
このようにしても、上記の主信号とその反転信号との間に遅延差を生じさせずに結合することができるので、これらの２つの信号を確実に同期した状態で送信することができ、クロストーク抑圧効果を最大限に発揮させることができる。また、上記の変調器から光結合器までの光路長を短くすることができるため、主信号とその反転信号とを同期関係を保ったまま合波することが容易になり、設計も容易である。
そして、この場合は、上記の光結合器の出力レベルを調整する可変減衰器を設ければ、上記の各光変調器の出力レベルを個々に調整する場合に比して、少ない数の可変減衰器で、主信号とその反転信号の合計パワーをクロストーク抑圧効果が最大限に発揮される最適な状態に制御することが可能である。
なお、上記の波長多重手段は、上記複数種類の波長を１チャンネル当たりの通過帯域として有する光合波器を用いて構成してもよい。このようにすれば、複数種類の波長を含む光信号をさらに合波することが可能となる。
また、上記の光信号生成手段には、上記の主信号の伝送速度変換を行なう伝送速度変換部と、上記の主信号と反転回路の出力との組、もしくは、この伝送速度変換部の出力のいずれか一方を選択して上記の各変調器に入力する選択部とをそなえてもよい。
このようにすれば、例えば、分散が大きく信号波形の劣化が抑えにくいとか、非線形性が大きくて高速の信号を伝送することが難しいような場合には、上記の伝送速度変換により伝送速度を落とす方式を使い、長い伝送距離に対応する場合には、上記の反転信号を使ってクロストークを抑える方式を使うという具合に、様々な伝送路特性や顧客要求に応えられる付加価値の高い光送信機を提供することができる。
ところで、上記の各変調器は、２つのマッハツェンダ型光変調器の異なる出力ポート同士を合波するマッハツェンダ型光変調・合波器として構成されていてもよい。この場合は、前記の変調器を非常に簡単な構成で実現することができるとともに、１つの基板上に集積化して実現することが可能であり、本光送信機の低コスト化及び小型化に大きく寄与する。
また、上記の光信号生成手段は、上記の主信号とその反転信号の出力タイミングを制御するタイミング制御回路をそなえていてもよい。このようにすれば、上記の主信号とその反転信号との間の遅延差を、適宜、調整することができるので、必ずしも、上記の主信号とその反転信号とを同期した状態で送信したときにクロストーク抑圧効果が最大限に発揮されるとはいえない場合や、温度変化や経年変化に起因する上記遅延差の変化を調整することができ、常に、クロストーク抑圧効果を最大限に発揮させることができる。
さらに、本発明の光送信機は、それぞれ異なる波長の光信号を発生する複数の光源と、これらの光源毎に設けられ、それぞれ、各光源からの光信号を伝送すべき主信号にて変調する変調器と、これらの変調器の出力を少なくとも隣接する２組の波長毎に結合する光結合器と、その光結合器の出力レベルを調整する可変減衰器と、その可変減衰器の出力を合波する光合波器とをそなえて構成されたことを特徴としている。
つまり、上述の光送信機は、隣接波長の伝送損失の違いが軽微であることから、隣接波長の出力レベルを一括制御しても構わないことに着目して、上記の変調器毎に可変減衰器を設けずに、隣接波長同士を結合した後の出力レベルを可変減衰器により制御するようになっているのである。従って、必要な可変減衰器の数を節約することができ、この結果、可変減衰器を制御するための回路の縮小が可能になるため、総合的に低コスト化が可能となり、安定性も向上する。
また、本発明の光中継器は、送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信する光送信機の出力を中継するためのものであって、上記の主信号とその反転信号との波長分散を補償する分散補償器をそなえたことを特徴としている。
従って、本発明の光中継器によれば、光伝送路の波長分散特性のために伝送距離が伸びるに従って累積された波長の異なる主信号と反転信号との間の遅延差（分散）を、上記の分散補償器によって補償することができ、長距離伝送においても、上述したクロストーク抑圧効果を最大限に発揮させることが可能である。
さらに、本発明の光受信機は、送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信する光送信機の出力を受信するものであって、上記の主信号及び反転信号の品質監視をそれぞれ行なう品質監視部と、この品質監視部での品質監視結果に応じて上記の主信号及び反転信号のいずれか一方を受信信号として選択する選択部とをそなえて構成されたことを特徴としている。
従って、本発明の光受信機によれば、上記の品質監視部による品質監視結果に応じて例えばより品質の良い波長の光信号を現用として選択することができ、上述したクロストーク抑圧効果によってより良い伝送特性を保証できることに加えて、回線の冗長化に近い信頼性を得ることができる。
また、本発明の光受信機は、送信すべき主信号とその反転信号とを複数種類の波長の波長多重光信号として送信する光送信機の出力を受信するものであって、上記の波長多重光信号を上記の主信号と反転信号とに分波する光分波器と、この光分波器からの主信号と反転信号とを入力とする差動増幅器とをそなえて構成されたことを特徴としている。
従って、この光受信機によれば、差動増幅器により波長多重光信号（主信号及び反転信号）に加わった伝送路雑音の直流成分を相殺（キャンセル）することができるので、より良い信号対雑音比を実現することができ、より長い伝送距離に対応することが可能となる。
なお、上記の複数種類の波長としては、隣接する波長を使うようにしてもよい。このようにすれば、隣接しない波長を使う場合よりも、波長依存性の伝送損夫を有する光伝送路による影響が少なくなるので、例えば、複数種類の波長の光信号を１波長の光信号としてみなしてその送信パワーを一括制御することができ、光送信パワー制御の簡素化、ひいては、光送信機の小型化に大きく寄与する。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）一実施形態の説明
図１は本発明の一実施形態に係る波長多重（ＷＤＭ）光伝送システムの構成を示すブロック図で、この図１に示すＷＤＭ光伝送システム１は、送信局（光送信機）２と、この送信局２に光（ファイバ）伝送路５−１を介して接続された中継局（光中継器）３と、この中継局３に光（ファイバ）伝送路５−２を介して接続された受信局（光受信機）４とをそなえて構成されている。なお、この図１では、中継局３が１台の構成になっているが、勿論、伝送距離に応じて、複数台設けられる場合もあるし必要無い場合もある。
そして、この図１に示すように、その要部に着目すると、送信局２には、光合波部２１，ＥＤＦＡ２２，ラマン励起光源２３及び光合波器２４が設けられるとともに、中継局３には、ラマン励起光源３１，３４，光合波器３２，３５及びＥＤＦＡ３３が設けられ、さらに、受信局４には、ラマン励起光源４１，光合波器４２，ＥＤＦＡ４３及び光分波部４４が設けられている。
ここで、送信局２において、光合波部２１は、受信局４へ伝送すべきＷＤＭ信号を生成するためのものであり、ＥＤＦＡ（希土類添加光ファイバ増幅器）２２は、この光合波部２１からの所定波長帯（例えば、１．５５μｍ帯）のＷＤＭ信号を所定の増幅利得により増幅するためのもので、例えば図１２に示すように、ＥＤＦ（希土類添加光ファイバ）３０１，このＥＤＦ３０１のための励起光を発生する励起光源３０２及びこの励起光源３０２からの励起光をＥＤＦ３０１に入力するための光合波器３０３をそなえて構成されている。なお、後述するＥＤＦＡ３３，４３の構成も、この図１２に示すものと同様である。
また、ラマン励起光源２３は、光ファイバ伝送路５−１にてＥＤＦＡ２２と同じ波長帯でのラマン増幅を行なうのに適した波長の（前方向励起用の）励起光（以下、ラマン励起光ともいう）を発生するためのものであり、光合波器２４は、ＥＤＦＡ２２の出力とラマン励起光源２４からのラマン励起光とを合波して光ファイバ伝送路５−１へ出力するためのもので、例えば、アレイ導波路格子型フィルタを適用することで実現できる。
さらに、中継局３において、入力側のラマン励起光源３１は、光ファイバ伝送路５−１にてＥＤＦＡ２２と同じ波長帯でのラマン増幅を行なうのに適した波長の（後方向励起用の）ラマン励起光を発生するためのものであり、入力側の光合波器３２は、このラマン励起光源３１からのラマン励起光を光ファイバ伝送路５−１に入力するためのものであり、ＥＤＦＡ３３は、送信局２におけるＥＤＦＡ２２と同様のもので、この光合波器３２を通過してくる光ファイバ伝送路５−１からのＷＤＭ信号を所定の増幅利得により増幅するためのものである。
一方、出力側のラマン励起光源３４は、光ファイバ伝送路５−２にてＥＤＦＡ２２や３３と同じ波長帯でのラマン増幅を行なうのに適した波長の（前方向励起用の）ラマン励起光を発生するためのものであり、出力側の光合波器３５は、ＥＤＦＡ３３の出力とラマン励起光源３４からのラマン励起光とを合波して光ファイバ伝送路５−２へ出力するためのものである。
さらに、受信局４において、ラマン励起光源４１は、光ファイバ伝送路５−２にてＥＤＦＡ２２や３３と同じ波長帯でのラマン増幅を行なうのに適した波長の（後方向励起用の）ラマン励起光を発生するためのものであり、光合波器４２は、このラマン励起光源４１からのラマン励起光を光ファイバ伝送路５−２に入力するためのものである。
また、ＥＤＦＡ４３は、ＥＤＦＡ２２や３３と同様のもので、この光合波器４３を通過してくる光ファイバ伝送路５−２からのＷＤＭ信号を所定の増幅利得により増幅するためのものであり、光分波部４４は、ＥＤＦＡ４３の出力（ＷＤＭ信号）を波長多重されている波長毎に分波して各波長の光信号に対してそれぞれ所定の受信処理を行なうためのものである。
つまり、本実施形態のＷＤＭ光伝送システム１（以下、単に「システム１」と略記する場合もある）は、ＥＤＦＡ２２，３３，４３を用いた光中継伝送システムにおいて、前述した「双方向励起」によるラマン増幅を適用したハイブリッド構成になっているのである。
このような構成により、本システム１では、送信局２の光合波部２１で得られたＷＤＭ信号が、ＥＤＦＡ２２で共通増幅された後、ラマン励起光源２３からのラマン励起光と光合波器２４にて合波されて光ファイバ伝送路５−１へと送信される。
そして、中継局３においては、ＥＤＦＡ３３による増幅に加えて、ラマン励起光源３２，３４から光ファイバ伝送路５−１，５−２のそれぞれにラマン励起光を注入することにより、光ファイバ伝送路５−１，５−２を増幅媒体として用いた「双方向励起」のラマン増幅を行なう。なお、このときのラマン増幅は、ＥＤＦＡ２２や３３と同じ波長帯に利得をもつ条件で駆動される。
そして、受信局４においても同様にラマン励起光源４１からのラマン励起光を光ファイバ伝送路５−２に光合波器４２にて注入することで、光ファイバ伝送路５−２を伝送されてくるＷＤＭ信号のラマン増幅を行なう。その後、ラマン増幅されて受信されたＷＤＭ信号は、ＥＤＦＡ４３で前置増幅されてから、光分波部４４において分波されて受信される。
このようにして、送信局２から送信されたＷＤＭ信号は、光ファイバ伝送路５−１，５−２の伝送損失特性によりその光レベルが減少するが、光ファイバ伝送路５−１，５−２を増幅媒体として双方向からのラマン励起光によりラマン増幅されるので、中継局３，受信局４への入力光レベルはラマン増幅を用いない場合よりも大幅に（「前方向励起」及び「後方向励起」のいずれか一方のみを適用した場合よりも）増大する。
この結果、ＥＤＦＡ２２，３３，４３に必要な増幅利得を大幅に低減することができ、しかも、ラマン増幅は前述したように分布定数型の増幅であり低雑音特性に優れていることから、同じ光送信条件でのＷＤＭ信号の中継距離を大幅に拡大することが可能となる。
さて、ここで、上記のように「双方向励起」によるラマン増幅を行なう場合、即ち、「前方向励起」によるラマン増幅を行なう必要がある場合は、前述したように「チャンネル間クロストーク」が問題になる。
そこで、本実施形態では、光合波部２１を、例えば図２に示すように、波長λ１〜λｎ（ただし、ｎは２以上の偶数で、例えば、１６や３２，６４，１２８などである）毎の光源２１Ａ−１〜２１Ａ−ｎ，変調器（外部変調器）２１Ｂ−１〜２１Ｂ−ｎ及び可変減衰器２１Ｃ−１〜２１Ｃ−ｎと、光合波器２１Ｄとをそなえて構成するとともに、図３に示すように、隣接する２波長λ２ｋ−１，λ２ｋ（ただし、ｋ＝１〜ｎ／２）に対応する変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋの組毎に反転ゲート（反転回路）２１Ｅを設ける。
ここで、光源２１Ａ−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ、波長λｉの光信号を生成するためのもので、例えば半導体レーザなどによって構成される。なお、当然ながら波長λ１〜λｎはＥＤＦＡ２２や３３，４３の増幅波長帯に含まれる波長帯であり、例えば、１．５５μｍ帯である。また、本実施形態では、λ１を短波長側と仮定する。
次に、上記の外部変調器２１Ｂ−ｉは、それぞれ、対応する光源２１−ｉからの光信号（波長λｉ）を変調するものであるが、ここでは、図３に示すように、（第１の）外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）にて、（第１の）光源２１Ａ−（２ｋ−１）からの光信号（波長λ２ｋ−１）が送信すべき主信号（送信データ；電気信号）Ｑｋで変調され、（第２の）外部変調器２１Ｂ−２ｋにて、（第２の）光源２１Ａ−２ｋからの光信号（波長λ２ｋ）が反転ゲート２１Ｅで信号Ｑｋの波
2002035665.tif 000003
）で変調されるようになっている。なお、これらの外部変調器２１Ｂ−ｉには、後述するように例えば公知のマッハツェンダ型光変調器が適用される。
また、各可変減衰器２１Ｃ−ｉは、それぞれの減衰度が調整されることにより、対応する変調器２１Ｂ−ｉの出力レベルを個々に調整して光合波器２１Ｄへの光信号の入力レベルを調整するためのもので、具体的には、光合波器２１Ｄへの各光信号の入力レベルが一様になるようそれぞれの減衰度が調整される。さらに、光合波器（波長多重手段）２１Ｄは、これらの各可変減衰器２１Ｃ−ｉの出力を合波（ｎ波長多重）してＷＤＭ信号としてＥＤＦＡ２２へ出力（送信）するものである。
このような構成により、本光合波部２１では、まず、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）にて、光源２１Ａ−（２ｋ−１）からの光信号（波長λ２ｋ−１）が信号Ｑｋで変調され、外部変調器２１Ｂ−２ｋにて、光源２１Ａ−２ｋからの光信号（波長λ２ｋ）が反転信号Ｑｋバーで変調される。
この結果、例えば図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に模式的に示すように、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）からは、信号Ｑｋの情報をもつ光信号（波長λ２ｋ−１）が出力され、外部変調器２１Ｂ−２ｋからは、その信号Ｑｋのマーク（ビット値“１”）とスペース（ビット値“０”）とを反転した信号Ｑｋバーの情報をもつ光信号（波長λ２ｋ）が出力される。
そして、これらの各光信号ＱｋとＱｋバーは、それぞれ、対応する可変減衰器２１Ｃ−ｉにてその光レベルが全波長λ１〜λｎで一様になるよう調整されたのち、光合波器２１Ｄにて合波（ｎ波長多重）されてＷＤＭ信号としてＥＤＦＡ２２及び光合波器２４を通じて光ファイバ伝送路５−１へ出力される。
つまり、本実施形態の光合波部２１は、信号Ｑ１とその反転信号Ｑ１バーは波長λ１とλ２、信号Ｑ２とその反転信号Ｑ２バーは波長λ３とλ４といった具合に、同じ情報内容の信号Ｑｋ（Ｑｋバー）を送信するのに異なる２つの波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って送信するようになっているのである。即ち、上記の光源２１Ａ−ｉ，外部変調器２１Ｂ−ｉ及び可変減衰器２１Ｃ−ｉは、図２中に示すように、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを２種類の波長λ２ｋ−１，λ２ｋの光信号として生成するための光信号生成手段２０を構成していることになる。
これにより、これら２つの波長λ２ｋ−１，λ２ｋの光信号は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に模式的に示すように、光ファイバ伝送路５−１，５−２中を「前方向励起」用のラマン励起光Ｐ（波長λ０）とともに伝播することになるが、このとき、２つの波長λ２ｋ−１，λ２ｋの光信号がほぼ同期関係を保ったまま伝播するとすれば、図４（Ｃ）に模式的に示すように、それぞれの波長λ２ｋ−１，λ２ｋの光信号パワーの合計が常にほぼ一定となる。
この結果、図４（Ｃ）中に示すように、ラマン増幅時に信号Ｑｋ及びＱｋバーに消費されるラマン励起光Ｐのエネルギー量が一様になるので、ラマン励起光Ｐに対する変調効果が抑制されて、「前方向励起」において顕著に現われる「チャンネル間クロストーク」を効果的に抑圧することが可能となる。
ここで、ラマン増幅媒体となる光ファイバ伝送路５−１，５−２の波長分散による信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの位相ずれ（遅延差）について見積もってみる。光ファイバ伝送路５−１，５−２に、分散シフトファイバや非ゼロ分散シフトファイバを使った場合を想定すると、光ファイバ伝送路５−１，５−２は、１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の分散量をもつことになる。
従って、例えば、隣接チャンネル（波長）間隔を１ｎｍ、伝送距離を１００ｋｍ（キロメートル）と仮定すると、上記の分散による信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとのずれは１００ｐｓとなる。この遅延差は、１０Ｇｂｐｓの信号速度の１タイムスロット分、伝送路長にして約３ｃｍ（センチメートル）に相当する。
しかしながら、「前方向励起」によるラマン増幅効果が起こるのは、図１８（Ｄ）に模式的に示すように、送信端に近い部分が支配的であるため、少なくとも、送信端の部分では十分に同期関係が保たれ、有効にクロストークが抑圧されると考えられる。
ただし、上記の信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを合波するまでに上記１タイムスロット分、つまり、３ｃｍ以上の光路差があると送信端で既に同期関係が全くとれない状態になってしまうことになる。このため、少なくとも、本光合波部２では、上記の２つの信号Ｑｋ及びＱｋバーの組がそれぞれ互いに位相同期した状態で光合波器２１Ｄにて波長多重されるようにする必要がある。
そこで、本実施形態では、図２中に○印や△印を付して示すように、少なくとも、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）から光合波器２１Ｄまでの光路長Ｌ２ｋ−１と、外部変調器２１Ｂ−２ｋから光合波器２１Ｄまでの光路長Ｌ２ｋとが同じ光路長、即ち、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）及び外部変調器２１Ｂ−２ｋの組毎に、光合波器２１Ｄまでの光路長がそれぞれ同じとなるように、各外部変調器２１Ｂ−ｉから光合波器２１Ｄまでの光路長（配置）を設計する。なお、勿論、全ての外部変調器２１Ｂ−ｉと光合波器２１Ｄとの間の光路長を同じにしてもよい。
これにより、信号ＱｋとＱｋバーとの組を互いに位相同期した状態で光合波器２１Ｄにて合波して送信することができ、本光合波部２１（送信局２）の特性改善を図って、「チャンネル間クロストーク」の抑圧効果を最大限に発揮させることができる。
以上のように、本実施形態の送信局２によれば、送信すべき信号Ｑｋの波形を反転した信号Ｑｋバーを生成し、これらの信号Ｑｋと信号Ｑｋバーとを隣接する２つの波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って同期関係を保ったまま送信することにより、「前方向励起」によるラマン増幅時に顕著に発生する「チャンネル間クロストーク」を、光デバイスの性能や特性に依存することなく効果的に抑圧することができ、結果として、従来の２倍以上の長距離伝送が可能になる。
従って、同じ伝送距離であれば、システム１に必要とされる中継局数を従来よりも大幅に削減することができて、システム１のコストダウンを図ることができるし、同じ中継局数であれば、従来の２倍以上の長距離伝送が可能なシステム１を構築できることになる。
また、図３により上述したように、本実施形態では、送信すべき信号Ｑｋを反転ゲート２１Ｅにて電気信号のまま反転して反転信号Ｑｋバーを得、この反転信号Ｑｋバーで波長λ２ｋの光信号を変調することによって反転した光信号を得るので、反転した光信号を得るにあたって、既存の光送信機の基本構成や光部品に関しては何ら変更を加えることなく、電気回路のみの改良で済むので、容易に適用（実現）可能である。
さらに、外部変調器２１−ｉと光合波器２１Ｄとの間には、それぞれ、可変減衰器２１Ｃ−ｉが設けられているので、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーの各光レベル（パワー）を個々に調整することができ、これらの信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーの合計パワーを「チャンネル間クロストーク」の抑圧効果が最大限に発揮される最適な状態に制御することも可能である。
なお、本実施形態では、同じ情報内容の信号Ｑｋ（Ｑｋバー）に対して２つの波長λ２ｋ−１，λ２ｋを用いるため、必然的に、従来のように１つの信号に対して１波長を割り当てる場合に比して、波長帯域を半分しか使えないことになり、有益度が低くなるのではないのかという指摘があるかもしれない。以下、この点について考察する。
ＷＤＭ光伝送方式において一般に多重度を上げる方法としては、光増幅器の増幅帯域を広げることと波長間隔を小さくすることが挙げられる。波長間隔は、現状装置では、例えば１００ＧＨｚ（ギガヘルツ）間隔が主に採用されており、次世代新機種装置では、その半分の５０ＧＨｚ間隔やさらにその半分の２５ＧＨｚ間隔に設定するなど、多重度をさらに上げてゆく方向にあると考えられる。
そこで、上述のごとく同じ情報内容の信号Ｑｋ及びＱｋバーの送信に２波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使う本方式を採用して、「チャンネル間クロストーク」を抑圧して長距離伝送を実現しつつ、多重度を落とさないためには、この波長間隔をさらに狭める方法が考えられる。では、どこまで、波長間隔を狭めることができるのかという点について考えてみる。
波長間隔を狭くしていった場合、伝送特性を制限する要因は線形クロストークと非線形クロストークとに分けられる。このうち、線形クロストークについては合分波器の隣接チャンネルパワーの漏れ込み等によるものが考えられ、これについては本方式を採用する如何に関わらず発生する。
これに対し、非線形クロストークは、前述したラマン増幅によるものの他にも、自己位相変調効果（ＳＰＭ）、相互位相変調効果（ＸＰＭ），４光波混合（ＦＷＭ）によるものがある。ここで、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの間の波長間隔を限りなく狭くして、ほぼ１つの波長にこれらの２つの信号Ｑｋ，Ｑｋバーが載っているとみなしてそれぞれのパワーを合計すると限りなく直流に近いパワーが流れていることになる。このため、この１波長分とみなした信号から他チャンネルに影響するクロストークは直流に近いものとなるはずである。
従って、本方式を採用することにより、ＳＰＭ，ＸＰＭ，ＦＷＭなどの非線形クロストークも抑圧される方向に働くものと期待される。さらに、波長間隔が限りなく小さくなった場合には、波長分散による信号Ｑｋ，Ｑｋバー間の位相ずれもそれに比例して小さくなるため、クロストーク抑圧効果はさらに大きくなると期待される。
よって、複数波長にそれぞれ異なる信号を載せて送信する従来方式で波長多重度を高めるよりも、本方式のように、波長多重される全波長のうち信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとが隣接波長で交互に含まれる信号を多重化した方が、より低雑音で長距離伝送可能な光伝送システムを容易に実現できると期待される。
（Ｂ）反転信号生成方法の第１変形例の説明
なお、図３に示す回路（光信号生成手段２０）は、例えば図５に示す構成としてもよい。即ち、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）と外部変調器２１Ｂ−２ｋの組毎に、バイアス制御回路２１３を設けるとともに、反転ゲート２１Ｅは用いずに、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋのそれぞれには同じ電気信号の信号Ｑｋを入力する構成とする。
そして、バイアス制御回路２１３から、例えば図６に模式的に示すように、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋ〔信号Ｑｋの光導波路に設けられた電極（図示省略）〕に供給（印可）するバイアス電圧を制御することで、上記光導波路の光透過率を制御して、一方の外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）の出力ポートから信号Ｑｋ（実線５２参照）が出力されるとともに、他方の外部変調器２１Ｂ−２ｋの出力ポートから信号Ｑｋが反転して出力（破線５３参照）されるような状態で外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋを駆動する。
なお、図６において、実線５０は外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）に印可されるバイアス電圧、破線５１は外部変調器２１Ｂ−２ｋに印可されるバイアス電圧をそれぞれ表わす。
つまり、上記のバイアス制御回路２１３は、一方の外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）から光信号としての信号Ｑｋが出力されるとともに他方の外部変調器２１Ｂ−２ｋから光信号としての反転信号Ｑｋバーが出力されるように各外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋの変調状態を制御する変調状態制御回路として機能するのである。
これにより、この場合は、反転信号Ｑｋバーを得るのに、上述したように電気信号で反転する必要が無い（反転ゲート２１Ｅが必要無い）ため、低コストおよび小型化が可能である。また、電気信号のパスが異なる（反転ゲート２１Ｅを通るか通らないかなど）ことに起因する信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの間の遅延の発生を回避して、信号Ｑｋと反転信号Ｑｋバーとをより同期した状態で送信することができる。
（Ｃ）反転信号生成方法の第２変形例の説明
また、図３に示す回路（光信号生成手段２０）は、例えば図７に示す構成としてもよい。即ち、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋとして、２つのマッハツェンダ型光変調器を並列に並べて、同じ側の入力ポートに光源２１Ａ−（２ｋ−１），２１Ａ−２ｋからのそれぞれ異なる波長λ２ｋ−１，λ２ｋの光信号を入力し、それぞれの電極２１１，２１２に送信すべき信号（電気信号）Ｑを変調信号として供給する。なお、この図７には、代表例として、外部変調器２１Ｂ−１及び２１Ｂ−２（波長λ１および波長λ２）に着目した構成を示している。
これにより、出力ポートとしてそれぞれ反対（図７では外部変調器２１Ｂ−１の出力ポート「２」と外部変調器２１Ｂ−２の出力ポート「１」）のものを使えば、信号Ｑ１とその反転信号Ｑ１バーとが得られる。なお、マッハツェンダ型光変調器自体の動作については公知である。
また、図７中に破線で示すように、これらの２つの信号Ｑｋ及びＱｋバー（外部変調器２１Ｂ−１の出力ポート「２」と外部変調器２１Ｂ−２の出力ポート「１」）を光合波器２１３で合波する構成にすれば、外部変調器２１Ｂ−１，２１Ｂ−２と光合波器２１３とを一体化（マッハツェンダ型光変調・合波器として構成）して、１つの基板上に集積化することも可能である。
このように、外部変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）及び２１Ｂ−２ｋに、マッハツェンダ型光変調器を用いることにより、送信局２に必要とされる変調器２１−ｉを非常に簡単且つ小型で実現することができ、光合波部２１ひいては送信局２の大幅な小型化が可能である。また、光合波器２１３を用いることにより、信号Ｑｋと反転信号Ｑｋバーとの間の遅延差を最小にすることが可能であり、「チャンネル間クロストーク」の抑圧効果をより効果的に発揮させることができる。
（Ｄ）反転信号生成方法の第３変形例の説明
次に、上記の光信号生成手段２０において反転信号Ｑｋバーを得るには、例えば図８に示すように、半導体光増幅器２１Ｆ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を利用する方法も考えられる。即ち、半導体光増幅器２１Ｆ−ｋに、送信すべき信号で変調した光源２１Ａ−（２ｋ−１）からの波長λ２ｋ−１の信号と、もう１つの光源２１Ａ−２ｋからの波長λ２ｋの直流信号とを光合波器２１５で合波した上で入力する。
つまり、この場合の光源２１Ａ−（２ｋ−１）は、光信号としての信号Ｑｋを（直接変調方式により）生成する主信号生成回路として機能し、光源２１Ａ−２ｋは、光信号としての直流信号を生成する直流信号生成回路として機能する。
そして、半導体光増幅器２１Ｆ−ｋの利得を利得制御回路２１４によって制御して、半導体光増幅器２１Ｆ−ｋを利得飽和状態で動作させる。すると、前述した半導体光増幅器２１Ｆ−ｋのもつクロストーク特性により、波長λ２ｋの直流信号が変調される。このとき、この変調波が信号Ｑｋの反転波となるように半導体光増幅器２１Ｆ−ｋの利得を調整することで、反転信号Ｑｋバーを得ることができる。
つまり、半導体光増幅器２１Ｆ−ｋにより、上記の直流信号の強度が信号Ｑｋの波形に応じて変調されることを利用して（半導体光増幅器２１Ｆ−ｋを変調器として利用して）、光信号としての信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを得るのである。
従って、この場合も、電気信号で信号を反転する必要が無く、変調器として機能する半導体光増幅器も隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋの組毎にそれぞれ１台ずつで済むため、低コスト化および小型化が可能である。また、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの間の遅延も発生しない。
さらに、この場合は、入力光を電気信号に変換することなくそのまま入力として扱うことができるため、光源２１Ａ−ｉを使用せずに構成することも可能である。従って、例えば、光クロスコネクト装置や光ＡＤＭ（Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）などにおいて扱われる光信号をそのまま入力として扱うこともできる。
（Ｅ）光合波部２１の第１変形例の説明
次に、ここでは、図２に示した光合波部２１の第１変形例について説明する。
図２により上述した光合波部２１では、波長数ｎ分の可変減衰器２１Ｃ−ｉを設けているが、通常、光ファイバ伝送路５−１，５−２は波長依存性の伝送損失特性を有しているため、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを隣接する波長λ２ｋ−１，λ２ｋを用いて送信する場合には、その波長λ２ｋ−１，λ２ｋの違いによる光ファイバ伝送路５−１，５−２における伝送損失の違いは軽微であると考えられる。
つまり、隣接する波長λ２ｋ−１，λ２ｋであれば制御すべき伝送損失値も大きく異なるは無く、これらの隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋの光信号を一括して制御することによる特性の劣化は小さいものと考えられるため、光合波部２１では、必ずしも、隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋ毎に減衰度（光送信パワー）制御を行なう必要は無い。
そこで、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って送信する場合は、例えば図９に示すように、光信号生成手段２０において、変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）と変調器２１Ｂ−２ｋとの組毎に光結合器２１Ｇ−ｋを設けて、変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）の出力と変調器２１Ｂ−２ｋの出力とを出力直後に光結合器２１Ｇ−ｋにて結合する構成を採る。そして、可変減衰器２１Ｃ−ｋにおいては、２波長λ２ｋ−１，λ２ｋ分の光信号レベルを一括制御すればよい。
ただし、この場合（あるいは、図７や図８により上述した構成を適用した場合）は、１つの可変減衰器２１Ｃ−ｉの出力に、複数（２つ）の波長（チャンネル）λ２ｋ−１，λ２ｋ−１が含まれることになるので、例えば図１３に模式的に示すように、１チャンネル当たりの通過帯域に２波長λ２ｋ−１，λ２ｋ−１の光信号が含まれるように設計された、１チャンネル当たりの通過帯域が通常のものよりも広帯域な光合波器２１Ｄ′を用いる。これにより、複数の波長を含む光信号をさらに合波することが可能となる。
以上により、図２に示した構成に比して半分の数の可変減衰器２１Ｃ−ｋを設ければよく、その結果、可変減衰器２１Ｃ−ｋの制御の簡素化（つまり、光送信パワーの制御の簡素化）を図ることができる。従って、光合波部２１の大幅な小型化、ひいては、送信局２の大幅な小型化が可能である。
なお、この場合も、図９中に○印や△印を付して示すように、変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）から光結合器２１Ｇ−ｋまでの光路長Ｌ２ｋ−１′と、変調器２１Ｂ−２ｋから光結合器２１Ｇ−ｋまでの光路長Ｌ２ｋ′とが同じとなるように設計する。
これにより、この場合も、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの組を互いに位相同期した状態で光合波器２１Ｄにて合波して送信することができ、「チャンネル間クロストーク」の抑圧効果を最大限に発揮させることができる。特に、この場合は、同じ光路長にすべき変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋと光結合器２１Ｇ−ｋとの間の距離（光パス）が短くなるので、信号ＱｋとＱｋバーとを位相同期させやすく、設計も容易である。
なお、上記の構成は、例えば図１０に示すように、多重化する波長にそれぞれ別々の信号を載せて伝送する通常のＷＤＭ光伝送システムにおける送信局（光合波部２１′）に適用してもよい。
即ち、通常のＷＤＭ光伝送システムにいても、隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋでは伝送損失の違いは軽微であるため、光源２１Ａ−ｉからの光信号を、それぞれ、対応する変調器２１Ｂ−ｉにおいてそれぞれ異なる信号（送信データ）Ｑ１〜Ｑｎにより変調する構成の場合にも、変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）と変調器２１Ｂ−２ｋとの組毎に光結合器２１Ｇ−ｋを設けて、変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）の出力と変調器２１Ｂ−２ｋの出力とを光結合器２１Ｇ−ｋにて結合する構成を採る。
これにより、通常のＷＤＭ光伝送システムの送信局に適用される光合波部２１′においても、半分の数の可変減衰器２１Ｃ−ｋで、複数チャンネル（波長）の光送信パワーをチャンネル別ではなく隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋ毎に一括制御することができる。
従って、この場合も、可変減衰器２１Ｃ−ｋの台数が節約できるとともに、各可変減衰器２１Ｃ−ｋを制御する回路の縮小化を図ることができるため、総合的に光合波部２１′の低コスト化及び小型化が可能となり、その安定性も向上する。また、この場合も、変調器２１Ｂ−ｉから光合波器２１Ｄまでの光パスが短くなるため、隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋ同士の位相同期を保ったままで合波することが容易になる。
（Ｆ）光合波部２１の第２変形例の説明
図２（あるいは図９）により前述した光合波部２１（光信号生成手段２０）は、例えば図１１に示すような構成にしてもよい。
即ち、送信すべき信号Ｑｋをシリアル／パラレル変換してその信号速度（例えば、１０Ｇｂｐｓ）を１／２（５Ｇｂｐｓ）に落とすシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部２１６と、このＳ／Ｐ変換部２１６の出力（半分）と信号Ｑｋとのいずれか一方を選択して変調器２１Ｂ−（２ｋ−１）の変調信号として出力するセレクタ２１７と、Ｓ／Ｐ変換部２１６の出力（もう半分）と前記の反転ゲート２１Ｅの出力とのいずれか一方を選択して変調器２１Ｂ−２ｋの変調信号として出力するセレクタ２１８とを、隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋの組毎に複数設けても良い。
つまり、上記のＳ／Ｐ変換部２１６は、信号Ｑｋの伝送速度変換を行なう伝送速度変換部として機能し、セレクタ２１７，２１８は、信号Ｑｋと反転ゲート２１Ｅの出力との組もしくはＳ／Ｐ変換部２１６の出力のいずれか一方を選択して上記の各変調器２１Ｂ−（２ｋ−１），２１Ｂ−２ｋに入力する選択部として機能するのである。なお、上記の各セレクタ２１７，２１８は、例えば、外部設定などにより選択すべき信号の設定が行なわれる。
上述のごとく構成された光合波部２１では、要求される伝送帯域や光ファイバ伝送路５−１，５−２の条件に応じてセレクタ２１７，２１８の出力を切り替えることにより、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを１０Ｇｂｐｓのまま２種類の波長λ２ｋ−１，λ２ｋで送信する「クロストーク抑圧モード」と、信号Ｑｋのみを５Ｇｂｐｓに落として２種類の波長λ２ｋ−１，λ２ｋで送信する「速度変換モード」とを切り替えることができる。
これにより、光ファイバ伝送路５−１，５−２の分散が大きく波形の劣化が抑えにくいとか、非線形性が大きくて高速の信号を伝送することが難しいような場合には、後者の「速度変換モード」を用い、長い伝送距離（中継距離）に対応するためにラマン増幅を使用する場合には、前者の「クロストーク抑圧モード」を用いるといったように、様々な光伝送路の特性や当初導入した構成からアップグレードするといった顧客要求に応えられる付加価値の高い装置（送信局２）を提供することができる。
なお、送信局２の光合波部２１を上記の構成とした場合は、受信局４の光分波部４４においても、上記の「クロストーク抑圧モード」及び「速度変換モード」のいずれかを選択できる構成とする。その詳細については図１６により後述する。
（Ｇ）受信局４の光分波部４４の説明
次に、図１４は受信局４における光分波部４４の構成を示すブロック図であるが、この図１４に示す光合分波部４４は、光分波器４４Ａ，帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）４４Ｂ−１〜４４Ｂ−ｎ，光受信器４４Ｃ−１〜４４Ｃ−ｎ，特性監視部４４Ｄ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ／２），反転ゲート４４Ｅ−ｋ及びセレクタ（ＳＥＬ）４４Ｆ−ｋをそなえて構成されている。
ここで、上記の光分波器４４Ａは、ＥＤＦＡ４３により前置増幅された光ファイバ伝送路５−２からの光信号（ＷＤＭ信号）を各波長λ１〜λｎの光信号に分波するためのもので、例えば、アレイ導波路格子型フィルタが適用される。さらに、上記のＢＰＦ４４Ｂ−ｉは、それぞれ、波長λｉ成分の光信号のみを通過させて雑音成分などの不要成分を除去するためのものであり、上記の光受信器４４Ｃ−ｉは、それぞれ、対応するＢＰＦ４４Ｂ−ｉからの光信号についての受信処理（光電変換など）を施すためのものである。
また、上記の特性（品質）監視部４４Ｄ−ｋは、それぞれ、光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）で受信された波長λ２ｋ−１の電気信号（信号Ｑ）と光受信器４４Ｃ−２ｋで受信された波長λ２ｋの電気信号（信号Ｑの反転信号Ｑｋバー）の各特性〔波形や信号誤り率（ビットエラーレート）等〕を監視（モニタ）することにより各波長λ２ｋ−１，λ２ｋの信号品質を監視するためのものであり、反転ゲート４４Ｅ−ｋは、それぞれ、光受信器４４Ｃ−２ｋで受信された信号Ｑｋバーを反転して元の信号Ｑｋを得るためのものである。
そして、上記のセレクタ４４Ｆ−ｋは、それぞれ、光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）からの波長λ２ｋ−１の信号Ｑと、反転ゲート４４Ｅ−ｋからの波長λ２ｋの信号Ｑｋバーとのいずれか一方を選択するもので、本実施形態では、特性監視部４４Ｄ−ｋでの監視結果に応じた選択制御信号により、信号品質の良い方の信号を受信信号として選択するようになっている。
上述のごとく構成された本実施形態の光分波部４４では、分波４４ＡによりＥＤＦＡ４３からのＷＤＭ信号は、各波長λ１〜λｎの光信号に分波されたのち、ＢＰＦ４４Ｂ−ｉにてそれぞれの雑音成分などの不要成分が除去されて光受信器４４Ｃ−ｉで受信されて電気信号に変換される。
このとき、特性監視部４４Ｄ−ｋでは、それぞれ、光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）で受信された波長λ２ｋ−１の信号Ｑｋと光受信器４４Ｃ−２ｋで受信された波長λ２ｋの反転信号Ｑｋバーの各信号品質を、ビットエラーレートの計算などによって監視し、信号品質の良い方が選択されるようセレクタ４４Ｆ−ｋを制御する。
これにより、品質の良い波長λ２ｋ−１又はλ２ｋの信号が現用回線（チャンネル）の信号として選択されることになる。
このように、本実施形態の受信局４（光分波部４４）では、送信局２が複数の波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って同じ情報内容の信号を伝送していることを活かして、より良い信号品質で受信された方の信号を現用チャンネルの信号として選ぶので、より良い伝送特性を保証することができる。
また、送信局２においてたとえ一部の波長λｉ用の光源２１Ａ−ｉに故障などの異常が発生して、受信局４においてその一部の波長λｉの受信電力が低下してしまうような場合でも、対を成す他の波長によって正常な受信を行なうことができるので、回線（チャンネル）の２重化に近い安全性及び信頼性を得ることができる。
（Ｈ）光分波部４４の第１変形例の説明
次に、図１５は上記の光分波部４４の第１変形例を示すブロック図で、この図１５に示す光分波部４４は、図１４により上述したものと同様の光分波器４４Ａ，ＢＰＦ４４Ｂ−１〜４４Ｂ−ｎおよび光受信器４４Ｃ−１〜４４Ｃ−ｎをそなえるほか、差動増幅器４４Ｇ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ／２）をそなえて構成されている。
ここで、これらの差動増幅器４４Ｇ−ｋは、それぞれ、光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）からの電気信号（Ｑｋ）と光受信器４４Ｃ−２ｋからの電気信号（反転信号Ｑｋバー）とを入力とし、これらの差分を検出することで、電気信号の伝送路における同相ノイズ除去用の差動増幅器の原理と同様に、伝送路雑音の直流成分を相殺（キャンセル）しうるものである。
このような構成により、本光分波部４４では、光ファイバ伝送路５−１，５−２で発生するＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等の同相の雑音成分を差動増幅器４４Ｇ−ｋによりキャンセルすることができるため、より良い信号対雑音比を実現することができ、より長い中継距離に対応することが可能となる。
（Ｉ）光分波部４４の第２変形例の説明
図１６は上記の光分波部４４の第２変形例を示すブロック図で、この図１６に示す光分波部４４は、図１１により前述したように送信局２の光合波部２１に、「クロストーク抑圧モード」と「速度変換モード」との切り替え機能を付加した場合の受信側に相当し、上述したものとそれぞれ同様の光分波器４４Ａ，各波長λ１〜λｎ毎のＢＰＦ４４Ｂ−１〜４４Ｂ−ｎ，各波長λ１〜λｎ毎の光受信器４４Ｃ−１〜４４Ｃ−ｎをそなえるほか、反転波受信回路４４１，パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部４４２及びセレクタ４４３が、送信側の構成（図１１参照）に応じて設けられている。
ここで、上記の反転波受信回路４４１は、例えば、図１４により前述した特性監視部４４Ｄ−ｋ，反転ゲート４４Ｅ−ｋ及びセレクタ４４Ｆ−ｋを含む回路、あるいは、図１５により前述した差動増幅器４４Ｇ−ｋに相当する回路で、光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）の出力と光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）の出力とを入力として受けるようになっている。
従って、送信局２側が「クロストーク抑圧モード」に設定されていれば、本反転波受信回路４４１には、波長λ２ｋ−１で送られてきた信号Ｑｋと波長λ２ｋで送られてきた反転信号Ｑｋバーとが入力されることになり、「速度変換モード」が設定されていれば、送信局２側のＳ／Ｐ変換部２１６で速度変換されて（半分に落とされて）２波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って送信されてきた信号Ｑｋが入力されることになる。
また、Ｐ／Ｓ変換部４４２は、光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）の出力と光受信器４４Ｃ−（２ｋ−１）の出力とを入力として受けて、その入力信号についてＰ／Ｓ変換（速度変換）を施すためのもので、送信局２側のＳ／Ｐ変換部２１６による速度変換に応じた速度変換（送信側で半分に落とした場合は２倍）を行なうためのものである。
そして、セレクタ４４３は、送信局２側のモード設定に応じたモードが設定されて、その設定に従って上記の反転波受信回路４４１の出力とＰ／Ｓ変換部４４２の出力とのいずれか一方を選択するためのもので、例えば、「クロストーク抑圧モード」であれば反転波受信回路４４１の出力を選択し、「速度変換モード」であればＰ／Ｓ変換部４４２の出力を選択するようになっている。
上述のごとく構成された光分波部４４では、「クロストーク抑圧モード」においては、反転波受信回路４４１の出力が有効となり、波長λ２ｋ−１で送られてきた信号Ｑｋと波長λ２ｋで送られてきた反転信号Ｑｋバーとのうち信号品質の良い方あるいは差動増幅器４４Ｇ−ｋによる差分検出結果が出力され、「速度変換モード」においては、Ｐ／Ｓ変換部４４２の出力が有効となり、送信局２側で速度が落とされて（例えば、５Ｇｂｐｓ）２波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って送信されてきた信号Ｑｋがその速度を上げて（例えば、１０Ｇｂｐｓ）出力される。
このようにして、送信局２側でのモード設定に応じて動作することにより、送信側と同様に、様々な光伝送路の特性や当初導入した構成からアップグレードするといった顧客要求に応えられる付加価値の高い装置（受信局２）を提供することができる。
（Ｊ）その他
ところで、図１８（Ａ）に模式的に示すように多段の光増幅中継を行なう場合には、光ファイバ伝送路５のもつ波長分散特性のために、上記の信号Ｑｋと波長の異なる反転信号Ｑｋバーとの間には、図１８（Ｂ）に模式的に示すように、伝送（中継）距離が伸びるに従って遅延が累積されることになる。一方、「前方向励起」によるラマン増幅効果は図１８（Ｄ）により前述したように、送信局２および中継局３の出力直後（送信端）で最も大きく得られる。
従って、中継局３においても「チャンネル間クロストーク」を有効に抑圧するためには、中継局３でも信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの間の遅延を補償することが望ましい。そこで、例えば図１７に示すように、少なくとも、中継局２に、その前の光ファイバ伝送路５のもつ波長分散特性を補償するような分散値をもった分散補償器としての分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　Ｆｉｂｅｒ）３０４を設ける。なお、このＤＣＦ３０４は、入力光パワーに制限がある（入力光パワーが大き過ぎるとノイズ成分が大きくなる）ため、通常、ＥＤＦ３０１の前段に設けられる。
これにより、図１８（Ｃ）に模式的に示すように、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの間の遅延を中継局３の出力直後で小さくすることができる。この結果多段の光増幅中継を行なうシステム１においても、中継局３に、ＤＣＦ３０４を設けるだけで、伝送距離全体にわたって「チャンネル間クロストーク」の抑圧効果を有効に引き出すことが可能となる。
ただし、「ラマン増幅」は数ｋｍから数１０ｋｍなどという非常に長い距離の光ファイバ伝送路５自体を増幅媒体として用いるため、光ファイバ伝送路５の分散特性や損失特性によりクロストークの発生の仕方が異なり、必ずしも、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーを上述したごとく完全に同期した状態（遅延差がゼロの状態）で送信した場合に伝送特性が最良になるとは限らないかも知れない。
そこで、例えば図１９及び図７に模式的に示すように、光の反転信号Ｑｋバー（信号Ｑｋでもよい）の通るパス（誘電体光導波路など）に電極２２１を設け、この電極２２１に屈折率制御回路（タイミング制御回路）２２２から電圧を印可することで光の屈折率を制御して、反転信号Ｑｋバー（信号Ｑｋでもよい）の光路長を調整できるようにしても良い。
これにより、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの間の遅延差Δτ、即ち、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとの出力タイミングを、適宜に調整することができる。従って、システム運用開始後であっても、温度変化や経年変化に起因するものも含めて上記遅延差Δτを調節することにより、伝送特性を最適化することができ、常に、クロストーク抑圧効果を最大限に発揮させることができる。
なお、上述した実施形態では、隣接する２波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って同じ情報内容の信号Ｑｋ（Ｑｋバー）を送信することにより、クロストークを抑圧する場合について説明したが、３波長以上を使っても、上述した実施形態と同様にクロストーク抑圧効果を得ることができる。
例えば、３波長の場合を例にすると、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示すように、信号Ｑｋは波長λ２ｋ、反転信号Ｑｋバーは波長λ２ｋ−１と波長λ２ｋ＋１とを使ってそれぞれ信号Ｑｋの半分のレベル（パワー）で送信する。これにより、この場合も、隣接する３波長λ２ｋ−１，λ２ｋ，λ２ｋ＋１の各光信号を、同期関係を保ったまま波長多重して伝送すればその合計光パワーが一定になるので、ラマン励起光に対する変調効果が抑圧されて、クロストークを抑圧することができる。
さらに、上述した実施形態では、一貫して、「ラマン増幅」時のクロストークの抑圧について説明したが、半導体光増幅器を用いた場合も、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。
即ち、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを同期した状態で半導体光増幅器に入力すれば、各信号Ｑｋ，Ｑｋバーの合計パワーが一定になるので、半導体光増幅器における活性領域内のキャリア密度の変動が抑えられて、結果として、利得の変動および「パターン効果」による信号波形劣化も抑圧されて、クロストークを有効に抑圧することができるのである。
また、上記の反転信号Ｑｋバーは、必ずしも、信号Ｑｋの完全な反転波形になっていなくても良い。即ち、例えば、反転信号Ｑｋバーと信号Ｑｋとが多少異なる光パワーや波形ずれを有していたとしても、全体としてそれらの合計パワーはほぼ一定になるので、十分、クロストーク抑圧効果を得ることができるものと考えられる。
さらに、上述した実施形態では、光源２１Ａ−ｉからの光信号を信号ＱｋやＱｋバーで外部から変調する外部変調方式を採用しているが、光源２１Ａ−ｉに信号ＱｋやＱｋバーを直接入力して変調をかける直接変調方式を採用しても良い。
また、上述した実施形態では、本発明を、ＥＤＦＡ２２（３３，４３）とラマン増幅器（あるいは半導体光増幅器）とを組み合わせたハイブリッドシステムに適用した場合について説明したが、ラマン増幅器（あるいは半導体光増幅器）単体を用いたＷＤＭ光伝送システムに適用しても、上記と同様の作用効果が得られる。
さらに、上述した実施形態では、信号Ｑｋとその反転信号Ｑｋバーとを隣接する波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使って伝送しているが、必ずしも隣接波長λ２ｋ−１，λ２ｋを使わなくても良い場合もある。例えば、ラマン増幅器の代わりに半導体光増幅器を使う場合には、光信号が増幅を受ける活性領域が数百μｍ〜１ｍｍ程度であるため、光ファイバ伝送路５を増幅媒体として使う場合のような波長分散による遅延の影響はほとんど無いと考えられる。このため、半導体光増幅器を用いた場合には、必ずしも、隣接波長を使う必要は無く、利得帯域内の任意の波長を使用できると考えられる。
また、上述した実施形態では、ＷＤＭ光伝送システム１に、「双方向励起」のラマン増幅を適用した場合について説明したが、勿論、「前方向励起」のみを適用した場合にも、上記と同様の作用効果が得られる。また、上述した実施形態では、送信すべき全ての信号Ｑｋをその反転信号Ｑｋバーとの組で送信するようになっているが、一部の信号Ｑｋのみをその反転信号Ｑｋバーとの組で送信するようにしてもよい。
例えば、一部の信号Ｑｋのみをその反転信号Ｑｋバーとの組で送信するだけで、十分な信号品質で所定距離を伝送できるのなら、残りの信号Ｑｋについては反転信号Ｑｋバーを用いずに通常通りの送信を行なうようにしても良い。また、光伝送路や光増幅器の波長依存性の損失特性により他波長（チャンネル）にクロストークの影響を与えやすい光パワーをもつことになる波長については、反転信号Ｑｋバーとの組で送信し、それ以外の波長については反転信号Ｑｋバーを用いずに送信するようにしてもよい。
このようにすれば、光伝送路や光増幅器の波長依存性の損失特性により波長毎に光パワーのばらつきが生じても、それによるクロストークの影響を抑圧することができる。
そして、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、波長多重光伝送システムにおいて、「前方向励起」のラマン増幅を用いた場合に顕著に現われるチャンネル間クロストークを光デバイスの性能や特性に依存せずに効果的に抑圧することができるので、波長多重光信号を従来よりも低雑音で長距離伝送することが可能となり、その有用性は極めて高いものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施形態に係る波長多重（ＷＤＭ）光中継伝送システムの構成を示すブロック図である。
図２は図１に示す送信局における光合波部の構成を示すブロック図である。
図３は図２に示す光源及び変調器の部分に着目した構成を示すブロック図である。
図４（Ａ）は本実施形態に係るラマン励起光と送信すべき信号及びその反転信号とについての波長（チャンネル）配置例を示す模式図である。
図４（Ｂ）は本実施形態に係るラマン増幅前のラマン励起光，送信すべき信号及びその反転信号の波形例を示す模式図である。
図４（Ｃ）は本実施形態に係るラマン増幅後のラマン励起光，送信すべき信号及びその反転信号の波形例を示す模式図である。
図５は本実施形態に係る反転信号生成方法の第１変形例を説明するためのブロック図である。
図６は図５に示す変調器に対するバイアス制御方法を説明するための模式図である。
図７は本実施形態に係る反転信号生成方法の第２変形例を説明するためのブロック図である。
図８は本実施形態に係る反転信号生成方法の第３変形例を説明するためのブロック図である。
図９は図１及び図２に示す光合波部の第１変形例を示すブロック図である。
図１０は図９に示す光合波部が通常のＷＤＭ光伝送システムに適用できることを説明するためのブロック図である。
図１１は図１及び図２に示す光合波部の第２変形例を示すブロック図である。
図１２は図１に示すＥＤＦＡの構成を示すブロック図である。
図１３は図９（あるいは図１０）に示す光合波器の通過帯域特性例を示す模式図である。
図１４は図１に示す受信局における光分波部の構成を示すブロック図である。
図１５は図１に示す光分波部の第１変形例を示すブロック図である。
図１６は図１に示す光分波部の第２変形例を示すブロック図である。
図１７は図１に示すＥＤＦＡの変形例を示すブロック図である。
図１８（Ａ）は多段の光増幅中継を行なう場合のＷＤＭ光伝送システムを示すブロック図である。
図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）に示すシステムにおいてＤＣＦを設けない場合の送信信号とその反転信号との伝送距離に応じた遅延差を表わす模式図である。
図１８（Ｃ）は図１８（Ａ）に示すシステムにおいて中継局にＤＣＦを設けた場合の送信信号とその反転信号との伝送距離に応じた遅延差を表わす模式図である。
図１８（Ｄ）は図１８（Ａ）に示すシステムにおける「前方向励起」のラマン増幅による伝送距離に応じたラマン利得を表わす模式図である。
図１９は本実施形態に係る送信すべき信号とその反転信号との遅延差制御を説明するための模式図である。
図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）はいずれも本実施形態に係る送信すべき信号とその反転信号との送信に３波長を使う場合を説明するための模式図である。
図２１は従来のＥＤＦＡとラマン増幅器とを併用したＷＤＭ光伝送システムの一例を示すブロック図である。
図２２は従来のＥＤＦＡとラマン増幅器とを併用したＷＤＭ光伝送システムにおける中継利得及び自然放出光雑音を説明するための模式図である。
図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）はいずれもラマン増幅時のラマン励起光に対する変調効果を説明するための模式図である。
図２４（Ａ）はラマン励起光と送信すべき２つの信号との波長（チャンネル）配置例を示す模式図である。
図２４（Ｂ）は図２４（Ａ）に示すラマン励起光と送信すべき２つの信号光のラマン増幅前の波形例を示す模式図である。
図２４（Ｃ）は図２４（Ｂ）に示すラマン励起光と送信すべき２つの信号光のラマン増幅後の波形例を示す模式図である。
図２５（Ａ）は「前方向励起」のラマン増幅器構成を示すブロック図である。
図２５（Ｂ）は「後方向励起」のラマン増幅器構成を示すブロック図である。
図２５（Ｃ）は「双方向励起」のラマン増幅器構成を示すブロック図である。
図２６（Ａ）〜図２６（Ｃ）はいずれも半導体光増幅器の「パターン効果」を説明するための模式図である。
図２７（Ａ）〜図２７（Ｅ）はいずれも半導体光増幅器の「パターン効果」による「チャンネル間クロストーク」を説明するための模式図である。
【図１】
2002035665.tif 000004
【図２】
2002035665.tif 000005
【図３】
2002035665.tif 000006
【図４（Ａ）】
2002035665.tif 000007
【図４（Ｂ）】
2002035665.tif 000008
【図４（Ｃ）】
2002035665.tif 000009
【図５】
2002035665.tif 000010
【図６】
2002035665.tif 000011
【図７】
2002035665.tif 000012
【図８】
2002035665.tif 000013
【図９】
2002035665.tif 000014
【図１０】
2002035665.tif 000015
【図１１】
2002035665.tif 000016
【図１２】
2002035665.tif 000017
【図１３】
2002035665.tif 000018
【図１４】
2002035665.tif 000019
【図１５】
2002035665.tif 000020
【図１６】
2002035665.tif 000021
【図１７】
2002035665.tif 000022
【図１８（Ａ）】
2002035665.tif 000023
【図１８（Ｂ）】
2002035665.tif 000024
【図１８（Ｃ）】
2002035665.tif 000025
【図１８（Ｄ）】
2002035665.tif 000026
【図１９】
2002035665.tif 000027
【図２０（Ａ）】
2002035665.tif 000028
【図２０（Ｂ）】
2002035665.tif 000029
【図２１】
2002035665.tif 000030
【図２２】
2002035665.tif 000031
【図２３（Ａ）】
2002035665.tif 000032
【図２３（Ｂ）】
2002035665.tif 000033
【図２４（Ａ）】
2002035665.tif 000034
【図２４（Ｂ）】
2002035665.tif 000035
【図２４（Ｃ）】
2002035665.tif 000036
【図２５（Ａ）】
2002035665.tif 000037
【図２５（Ｂ）】
2002035665.tif 000038
【図２５（Ｃ）】
2002035665.tif 000039
【図２６（Ａ）】
2002035665.tif 000040
【図２６（Ｂ）】
2002035665.tif 000041
【図２６（Ｃ）】
2002035665.tif 000042
【図２７（Ａ）】
2002035665.tif 000043
【図２７（Ｂ）】
2002035665.tif 000044
【図２７（Ｃ）】
2002035665.tif 000045
【図２７（Ｄ）】
2002035665.tif 000046
【図２７（Ｅ）】
2002035665.tif 000047
【国際調査報告】
2002035665.tif 000048
2002035665.tif 000049
2002035665.tif 000050