(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光MUXステップと光DEMUXステップとを含み、
該光MUXステップは、光パルス列を、第１の光パルス列と光クロック信号としての第２の光パルス列とにその偏光方向が互いに直交するように分波する光パルス列分波ステップと、
前記第1の光パルス列をチャンネル数分に分割し、該分割された前記第１の光パルス列を電気パルス信号によって変調することによって光パルス信号を生成する、コーディングを実行するコーディングステップと、
チャンネルごとに該光パルス信号の遅延量を調整するステップと、
遅延量が調整された全ての光パルス信号を合波するステップと、
合波された該光パルス信号と前記第２の光パルス列とをその偏光方向が互いに直交するように合波する合波ステップとを含み、
前記光DEMUXステップは、前記光パルス信号と前記第２の光パルス列とが合波された光時分割多重信号を、その偏光方向が互いに直交する該光パルス信号と該第２の光パルス列とに分離する分波ステップと、
前記第２の光パルス列の強度を検出するステップと、
前記光パルス信号の強度を検出するステップと、
前記第２の光パルス列の強度が最小かつ前記光パルス信号の強度が最大となるように、前記光時分割多重信号を構成する前記第２の光パルス列と前記光パルス信号とのそれぞれの相対的な偏光方向を保ったまま双方の偏波方向を調整するステップと、
前記光パルス信号を構成する光パルスとクロック信号を構成する電気パルス信号とが時間軸上で合致した場合には透過させ、非合致の場合には遮断するという信号処理である、ゲーティング処理をするゲーティングステップとを含むこと
を特徴とする光時分割多重通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光時分割多重通信方法であって、
前記光パルス列分波ステップが、
偏光特性を有さない分波器によって第1の光パルス列と第2の光パルス列とに分波するステップと、
1/2波長板によって、前記第1の光パルス列の偏光方向と前記第2の光パルス列の偏光方向とが直交するように該第2の光パルス列の偏光方向を回転するステップとを含むこと
を特徴とする光時分割多重通信方法。
【請求項３】
光MUX部と光DEMUX部とを具え、
該光MUX部は、光パルス列をその偏光方向が互いに直交する第１の光パルス列及び光クロック信号としての第２の光パルス列の二つに分波する第1の偏光分波器と、
前記第1の光パルス列をチャンネル数分に分割する分波器と、該分割された第１の光パルス列が入力され、入力された該光パルス列を変調することによって電気パルス信号を光パルス信号に変換して生成するコーディング部と、
チャンネルごとに該光パルス信号の遅延量を調整する遅延微調器と、
遅延量が調整された全ての光パルス信号を合波する合波器と、
該コーディング部から出力される合波された該光パルス信号と前記第２の光パルス列とを合波する偏光合波器とを具えて構成され、
前記光DEMUX部は、前記光パルス信号と前記第２の光パルス列とが合波された光時分割多重信号をその偏光方向が互いに直交する該光パルス信号と該第２の光パルス列の二つに分波する第2の偏光分波器と、
前記第２の光パルス列の強度を検出する第1の光パワー検出器及び前記光パルス信号の強度を検出する第2の光パワー検出器と、
前記第２の光パルス列の強度が最小かつ前記光パルス信号の強度が最大となるように、前記光時分割多重信号を構成する前記第２の光パルス列と前記光パルス信号とのそれぞれの偏波方向を調整するために、前記第2の偏光分波器の前段に挿入された、前記第2の光パルス列と前記光パルス信号との相対的な偏光方向を保ったまま双方の偏光方向を調整する偏光調整器と、
該光パルス信号を構成する光パルスと、クロック信号を構成する電気パルス信号とが時間軸上で合致した場合には透過させ、非合致の場合には遮断するという信号処理である、ゲーティング処理をするゲーティング部とを具えて構成されることを特徴とする光時分割多重通信装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光時分割多重通信装置であって、
前記光パルス列をその偏光方向が互いに直交する前記第１の光パルス列及び前記第２の光パルス列の二つの光線束に分波する第1の偏光分波器が、前記光パルス列を第1の光パルス列と第2の光パルス列とに2分岐する偏光特性を有さない分波器と、前記第1の光パルス列の偏光方向と前記第2の光パルス列の偏光方向とが直交するように該第2の光パルス列の偏光方向を回転させる1/2波長板とが組み合わされて構成されていること
を特徴とする光時分割多重通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光時分割多重通信の分野で用いられる光時分割多重通信方法、特に光クロック信号の伝送方法及びその方法を実施するために用いて好適な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
時分割多重通信（OTDM: Optical time domain multiplex）とは、並列に光パルス信号（光パルス列を光変調して、電気パルス信号を光パルス信号に変換したもの）を生成（以後「コーディング」ともいう。）し、それを多重化（光MUX：Multiplex）して送信し、受信側で送信側とは逆操作である、ゲート信号によって光時分割多重信号から光パルス信号を分離（以後「ゲーティング）ともいう。）することにより、元の並列光パルス信号に戻す（光DEMUX：Demultiplex）方式を採る通信である。
【０００３】
光ファイバ通信において、光ファイバ通信網等の光通信資源を有効に利用できるようにするためには、通信速度をできる限り高める必要がある。ここで通信速度とは単位時間当たり何ビットの情報を送受信できるかを示す速度であり、ビットレートとも言う。したがって、OTDMは、光パルス信号を多重化することによって、このビットレートを高めて、情報を送受信できるように工夫された通信方法の一つであるといえる。
【０００４】
OTDMにおいて、コーディングあるいはゲーティングの際の時間基準となる信号をサブハーモニックベースレートクロック（以後単に「クロック」あるいは「基準クロック」ということもある。）信号と呼ぶ。受信側に設置される光DEMUX装置では、送信側でコーディングする際に時間基準として使われたクロック信号を再生し、これを用いてゲーティングされる。
【０００５】
したがって、光時分割多重された光パルス信号から、クロック信号を抽出する技術（以後単に「クロック信号再生」ということもある。）が必要であり、そのためクロック信号再生のための方法が数々検討されている。
【０００６】
クロック信号再生のための方法の一つとして、以下に説明する方法がある。まず、送信側であるOTDM送信器は、光パルス列を生成するモード同期半導体レーザとLiNbO3光変調器を具えて構成される。モード同期半導体レーザで生成された光パルス列は、チャンネル数分に分波されて、それぞれのチャンネル毎に設けられたLiNbO3光変調器に導入されてこのLiNbO3光変調器によってコーディングされて光パルス信号が生成される。このようにして生成されたチャンネル数分の光パルス信号は、合波されて、光時分割多重信号となり送信される。
【０００７】
以後、光パルス信号との表現は、光パルス列を光変調して2値デジタル電気信号である電気パルス信号を光パルス信号に変換して得られる、2値デジタル電気信号を反映した光パルス列を意味する場合のみに使用するものとする。一方、光パルス列との表現は、規則正しい一定の間隔（ビットレートに相当する周波数の逆数に相当する時間間隔）で光短パルスが並ぶ光パルス列を指すものとして用いる他、特に混乱が生じない範囲で、上述の光パルス信号の意味にも用いることもある。
【０００８】
受信側では、受信した光時分割多重信号である光パルス信号を二つに分波して（以後「タップする」ともいう。）、一方の分波光パルス信号を光電変換器で電気信号に変換する。この電気信号から電気クロック信号を抽出する。この電気クロック信号は、基準クロック信号の周波数のチャンネル数倍の周波数のRF(Radio Frequency)信号であるので、チャンネル数分の１に分周して、基準クロック信号の周波数に等しいRF信号を発生させる。そして、この基準クロック信号の周波数のRF信号で電界吸収型光変調器を駆動させて、上述した二つに分波されたもう一方の光時分割多重信号をゲーティングする（例えば、非特許文献１参照）。
【０００９】
光パルス列あるいは光パルス信号は、RZ（return to zero）信号と呼ばれ、光短パルスが時間軸上で並んだものであるので、これを光電変換して得られる電気パルス信号には、この光パルス列あるいは光パルス信号の周波数（ビットレート）に相当する周波数に等しい周波数を有するRF成分が含まれている。したがって、光パルス信号を電気パルス信号に変換した後、Ｑ値の高いバンドパスフィルタを通してフィルタリングした後、周波数分周して光DEMUXを実行するためのゲーティング信号を得て、このゲーティング信号によって上述した二つに分波されたもう一方の光時分割多重信号をゲーティングすることができる。
【００１０】
また、クロック信号の抽出手法においては、以下のような工夫がなされている。すなわち、受信した光時分割多重信号である光パルス信号と、電圧制御発振器に基づいてクロック光パルス発生器から発生される光クロック信号とを、非線形光学媒体の中で４光波混合を実現させて、この４光波混合で発生した光パルスを制御光として、光クロック信号の繰返し周波数を安定化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
また、光パルス信号に、偏光スクランブラーを用いてクロック周波数で偏光スクランブルを起こさせて、光ファイバを介して受信した光パルス信号の偏光成分から電場ベクトルの振動面の回転揺らぎの影響を受けずに光クロック信号を抽出し、この光クロック信号に同期した光パルス信号を再生する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
しかし、特許文献１に開示されている方法では、４光波混合を発生させるために必要となる位相整合条件等を吟味する必要があり、そのため、これらの条件に合致する波長分散特性を有する非線形光学媒体を製造する等の、難しい技術が必要である。また、特許文献２に開示されている方法では、偏光スクランブルのスクランブル周波数を十分に高速にすることができないという問題がある。また、偏光スクランブラーそのものが固有の偏光依存性を有するために、この偏光スクランブラーの有する偏光依存性を考慮した装置の設計が必要となり、そのため設計上の制約条件が多くこちらも難しい技術が必要である。
【００１３】
【特許文献１】
特開平8-65270号公報
【特許文献２】
特開平9-18422号公報
【非特許文献１】
D.D. Marcenac et al., “40 Gbit/s transmission over 406 km of NDSF using mid-span spectral inversion by four-wave-mixing in a 2mm long semiconductor optical amplifier”, Electronics Letters 8th May 1997, pp.879-880, Vol.33, No.10, 1997.
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１に開示されている光時分割多重伝送方法では、光ファイバを介して伝送された光パルス信号の強度が一瞬低くなりすぎて、再生された電気クロック信号による制御がこの瞬間にはずれた場合、再び電気クロック信号によって正常に制御される最先の光パルスは、光多重されたどのチャンネルのものであるかが不明となってしまう。
【００１５】
また、特許文献１及び特許文献２に開示されている光時分割多重伝送方法には、上述したように難しい技術が含まれている。
【００１６】
そこで、この発明の目的は、従来の光時分割多重信号から再生される電気クロック信号よりも、雑音成分が少ない電気クロック信号を再生することができ、かつ、光ファイバを介して伝送される光時分割多重信号である光パルス信号の電場ベクトルの振動面の回転揺らぎによる受信信号の劣化を防ぐことにある。これによって上述した非特許文献1、特許文献１及び特許文献２に開示された技術が有する問題点を解消した光時分割多重通信方法及び光時分割多重通信装置を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、この発明による光時分割多重通信方法は、光MUX（Multiplex）を実行する光MUXステップと光DEMUX（Demultiplex）を実行する光DEMUXステップとを含んでいる。
【００１８】
光MUXステップは、光パルス列の伝播姿態である光線束を第１の光パルス列及び光クロック信号とし機能する第２の光パルス列の二つの光線束とにその電場ベクトルの振動面（以後「偏光方向」ということもある。）が互いに直交するように分離する光パルス列分波ステップと、第１の光パルス列から光パルス信号を生成するコーディングを実行するコーディングステップと、コーディングされ光時分割多重された光パルス信号と上記光クロック信号とを合波する合波ステップとを含んでいる。
【００１９】
以後、第２の光パルス列を光クロック信号ということもある。また、誤解の生じない範囲で、光パルス列あるいは光パルス信号の伝播姿態である光線束という代わりに単に光パルス列あるいは光パルス信号ということもある。
【００２０】
光DEMUXステップは、光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号とが合波された光線束を、偏光方向が互いに直交する光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号との二つの光線束に分離する分波ステップと、この光時分割多重された光パルス信号をゲーティングするゲーティングステップとを含んでいる。
【００２１】
上述のこの発明に係る光時分割多重通信方法を実施するための光時分割多重通信装置は、光MUXを実行するステップを実現させるための光MUX 部(Multiplexer)と、光DEMUXを実行するステップを実現するための光DEMUX部 (Demultiplexer)とを含んでいる。
【００２２】
光MUX 部は、光パルス列の伝播姿態である光線束を第１の光パルス列及び光クロック信号の二つの光線束にその偏光方向が互いに直交するように分離する第1の偏光分波器と、この第１の光パルス列が入力され光パルス信号を生成するコーディング部と、このコーディング部から出力される光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号とを合波する偏光合波器とを具えている。
【００２３】
また、光DEMUX部は、光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号とが合波された光線束をその偏光方向が互いに直交する光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号の二つの光線束に分離する第2の偏光分波器と、この光パルス信号をゲーティングするゲーティング部とを具えている。
【００２４】
上述した光時分割多重通信方法及び光時分割多重通信装置によれば、偏光方向が互いに直交する光パルス信号と光クロック信号とを合波して送信する構成となっている。そして、光ファイバを介して受信された上記光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号とが合波された光線束を、再び受信側で、偏光方向が互いに直交する光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号との二つの光線束に分離する構成となっている。
【００２５】
この発明によれば、光時分割多重された光パルス信号とは偏光方向を異ならせることによって、光ファイバを介して独立に光クロック信号を送信することができる。したがって、光時分割多重信号に光クロック信号を潜在化させて送信し、受信側でこの光時分割多重信号から、電気クロック信号として再生する従来の方法と比べて、この発明によれば、光パルス信号と光クロック信号とを独立に処理できるので、再生される電気クロック信号の雑音成分は少なくすることができる。
【００２６】
また、この発明によれば、電気クロック信号を抽出する従来方法よりも、簡便な方法で電気クロック信号を抽出できる。
【００２７】
また、従来の光時分割多重通信技術においては、光時分割多重信号のビットレートが、電気素子の処理能力の限界である40ないし50 Gbit/s以上の周波数となると、光時分割多重信号から光クロック信号を抽出するためには特別な工夫を必要とした。
【００２８】
しかし、上述のこの発明によれば、光クロック信号が光時分割多重信号とは独立に送られるので、光時分割多重信号のビットレートが40ないし50 Gbit/s以上であっても、光クロック信号の周波数は、光時分割多重信号の周波数の多重されたチャンネル数分の一であるので、容易に光クロック信号から電気クロック信号を抽出できる。
【００２９】
また、光ファイバを介して伝送された光パルス信号の強度が一瞬低くなりすぎて、再生された電気クロック信号による制御が一瞬の間はずれた場合でも、再び電気クロック信号によって正常に制御される最先の光パルスは、光多重されたどのチャンネルのものであるかを容易に確定できる利点がある。
【００３０】
更に、この発明に係る光時分割多重通信方法の実施に当り、光DEMUXステップを、光パルス信号と光クロック信号とが合波された光線束の偏光状態を調整する偏光状態調整ステップを含む構成とするのが好適である。偏光状態調整ステップは、分波ステップにおいて、この光パルス信号とこの光クロック信号とが互いの光強度成分を含むことなく二つの光線束に分離するために光時分割多重信号の偏光状態を調整するステップである。このステップは、光パルス信号と光クロック信号とが合波された光時分割多重信号を、その偏光方向が互いに直交する光クロック信号と光パルス信号とに分離する分波ステップと、光クロック信号の強度を検出し、かつ、光パルス信号の強度を検出するステップと、光クロック信号の強度が最小かつ光パルス信号の強度が最大となるように、光時分割多重信号を構成する光パルス信号と光クロック信号とのそれぞれの偏波方向を調整するステップを具えることで実現される。ここで、光線束の偏光状態とは、特に光線束の電場ベクトルの振動面の方向を指す。
【００３１】
また、この発明に係る上述の光時分割多重通信方法の実施に当り、光DEMUX部が、この光時分割多重された光パルス信号とこの光時分割多重された光クロック信号とが合波された光線束の偏光状態を調整する偏光調整器、光クロック信号の強度を検出する第1の光パワー検出器、及び光パルス信号の強度を検出する第2の光パワー検出器を具えるのが好適である。偏光調整器は、光クロック信号の強度が最小かつ光パルス信号の強度が最大となるように、光時分割多重信号を構成する光パルス信号と光クロック信号とのそれぞれの偏波方向を調整する。すなわち、偏光調整器は、この光時分割多重された光パルス信号とこの光クロック信号とが合波された光線束を、この光時分割多重された光パルス信号の光線束とこの光クロック信号の光線束とが互いの光強度成分を含むことなく二つの光線束に分離するために、光時分割多重信号の偏光状態を調整するための素子である。
【００３２】
上述した光時分割多重通信方法、及び光時分割多重通信装置の好適例によれば、光時分割多重信号と光クロック信号とが合波され、光ファイバを介して伝送された光線束の偏光状態が揺らいでも、上述の偏光調整器によって、この合波された光線束の偏光状態を調整して、光時分割多重された光パルス信号の光線束と光クロック信号の光線束とが互いの光強度成分を含むことなく二つの光線束に分離できる。このことによって、光時分割多重信号をゲーティングする際に、各チャンネルの信号の劣化を防止できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図1から図9を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００３４】
以下に示す図において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。またこれら太線および細線に付された番号および記号は、それぞれ光信号あるいは電気信号を意味する。
【００３５】
図1に示すブロック構成図を参照して、この発明の実施の形態である光時分割多重通信方法と、光時分割多重通信装置の構成及びその各部の機能とを併せて説明する。
【００３６】
光時分割多重通信装置は、送信部10及び受信部20を具えている。以後、送信部10を、複数のチャンネルの信号を担う光パルス信号を合波する機能を有する部分を含むことから、光MUX部10と記述することもある。また、受信部20を、光ファイバ18を介して伝送された光時分割多重信号を個々のチャンネルの信号を担う光パルス信号に分波する機能を有する部分を含むことから、光DEMUX部20と記述することもある。
【００３７】
光MUX部10は、光パルス列11を偏光分離する第1の偏光分波器12、コーディング部14及び偏光合波器16を具えている。偏光合波器16は、コーディング部14から出力される光時分割多重された光パルス信号15と第1の偏光分波器12によって分波された光クロック信号13aとを合波して、光パルス信号（光時分割多重信号）17を生成する機能を有する。
【００３８】
光DEMUX部20は、光パルス信号15と光クロック信号13aとが合波され光ファイバ18を介して伝送された光時分割多重された光パルス信号（光時分割多重信号）19を偏光分波する第2の偏光分波器24、電気クロック信号抽出部26及びゲーティング部28を具えている。また、好ましくは、光DEMUX部20に偏光調整器22を加えて構成するのが良い。
【００３９】
実施の形態の説明においては、説明の便宜上、基準クロック信号の周波数を10 GHzとし、及び時間多重するチャンネル数を4チャンネルとして説明する。もちろん、この発明の光時分割多重通信方法及び光時分割多重通信装置においては、これ以外の周波数のクロック信号を用いてもよく、またこれ以外のチャンネル数でも適用できることは言うまでもない。
【００４０】
図1に示す光時分割多重通信装置において、例えばモード同期半導体レーザ（図示せず）によって繰返し周波数が10 GHzの光パルス列11を得て、この光パルス列11を第1の偏光分波器12によって、第1の光パルス列13bと第2の光パルス列13aとに分波する。ただし、分波された第1の光パルス列13bと第2の光パルス列13aの伝播姿態である光線束の偏光方向は、それぞれ互いに直交する方向になるように分波される（光パルス列分波ステップ）。
【００４１】
このためには、例えば、光パルス列11をｐ偏光成分とｓ偏光成分とを含む光線束として、偏光分波器12によって第1の光パルス列13bをｐ偏光に、一方第2の光パルス列13aをｓ偏光になるように偏光分離する構成とすればよい。
【００４２】
第1の光パルス列13bは、コーディング部14に入射して、複数チャンネルの光パルス信号に変換（コーディングステップ）された上で時間軸上で多重された時分割多重光パルス信号15となって、偏光合波器16に入射する。なお、第1の光パルス列をコーディング部14に入射して、複数チャンネルの電気パルス信号を光パルス信号に変換した上で時間多重された時分割多重光パルス信号15が生成される過程については、後述する。
【００４３】
一方、第2の光パルス列13aは、光クロック信号として使われるために、偏光合波器16において、時分割多重光パルス信号15と合波されて（合波ステップ）、光MUX部（送信部）10から光時分割多重信号17となって光ファイバ（伝送路）18を介して、光時分割多重信号19となり光DEMUX部（受信部）20に伝送される。
【００４４】
DEMUX部20によって受信された光時分割多重信号19は、偏光調整器22を介して第2の偏光分波器24に入射して光クロック信号25a及び時分割多重光パルス信号25bに偏光分波される（分波ステップ）。光クロック信号25aは、電気クロック信号抽出部26によって電気クロック信号26aとなる。この電気クロック信号26aは、ゲーティング部28に供給されて、時分割多重光パルス信号25bを光DEMUXする（ゲーティングステップ）。これによって、時分割多重光パルス信号25bは、2値光デジタル信号である各チャンネルの光パルス信号29a、29b、29c及び29dに分離される。光パルス信号29a、29b、29c及び29dは、光電変換（図示せず）されて、最終的な電気パルス信号として受信される。
【００４５】
上述の通り、光時分割多重通信装置において、第1の偏光分波器12によって光パルス分離ステップが実行され、コーディング部14によってコーディングステップが実行され、偏光合波器16によって合波ステップが実行され、第2の偏光分波器24によって分波ステップが実行され、ゲーティング部28によって、ゲーティングステップが実行される。
【００４６】
なお、詳細は後述するが、光時分割多重信号17が光ファイバ（伝送路）18を介して、光時分割多重信号19となって光DEMUX部（受信部）20に伝送される間、すなわち光時分割多重信号17の電場ベクトルの振動面が光ファイバ（伝送路）18を伝播している間に、その電場ベクトルの振動面が回転されて光時分割多重信号19となっているおそれがある。この回転角度は、光時分割多重通信を実行している時間内で、時間の経過と共に変化する性質がある。
【００４７】
そのために、光パルス信号である光時分割多重信号15と光クロック信号13aを担った光線束17を、光パルス信号15の光線束と光クロック信号13aの光線束とが互いの光強度成分を含むことなく二つの光線束に分離するには、DEMUX部20に光パルス信号15と光クロック信号13aとが合波された光線束の偏光状態を調整する偏光調整器22を設けておくことが好適である。この偏光調整器22によって、偏光状態調整ステップが実行される。このことにより、光時分割多重信号をゲーティングする際に、各チャンネルの信号の劣化を防止できる。
【００４８】
＜光MUX部（送信部）＞
図2を参照して、この発明の光時分割多重通信装置の光MUX部10について、説明する。光MUX部10は、第1の偏光分波器12、コーディング部14及び偏光合波器16を具えている。
【００４９】
繰返し周波数が10 GHzの光パルス列11が第1の偏光分波器12に入射して偏光分離されて光パルス列13a及び13bに偏光分波される。光パルス列13aは、繰返し周波数が10 GHzの光クロック信号（基準クロック信号）である。光パルス列13bは、分波器32によってチャンネル数分に分波される。分波器32の分波特性には偏光依存性がないこと（偏光非依存性であること）が望ましい。ここでは、4チャンネル光時分割多重通信を例に説明するので、光パルス列13bは、分波器32によって強度が等しい4つの光パルス列33a、33b、33c及び33dに分波される。
【００５０】
光パルス列33a、33b、33c及び33dは、それぞれ第1〜第4チャンネルの信号を担う。各チャンネルのコーディングは、それぞれ第1〜第4光変調器によって次のように行なわれ、その後再び合波器38で合波され、光時分割多重信号15となって偏光合波器16で光クロック信号13aと合波され、光時分割多重信号17として送信される。
【００５１】
光パルス列33aは、第1光変調器34aによってコーディングされる。第1チャンネルの情報が反映された2値デジタル電気信号が供給される第1光変調器34aによって、第1チャンネルの情報が反映された2値デジタル光パルス信号35aに変換される。以後説明の便宜のため、分波器32、光変調器34a及び合波器38からなる光路を第1光路と呼ぶ。
【００５２】
光パルス列33bは、第2光変調器34bによってコーディングされる。第2チャンネルの情報が反映された2値デジタル電気信号が供給される第2光変調器34bによって、第2チャンネルの情報が反映された2値デジタル光パルス信号35bに変換される。そして、光パルス信号35bは遅延微調器36bによって、光クロック信号（基準クロック信号）の光パルス間隔の1/4に相当する時間遅延が付加され、光パルス信号37bとなる。以後説明の便宜のため、分波器32、光変調器34b、遅延微調器36b及び合波器38からなる光路を第2光路と呼ぶ。
【００５３】
繰返し周波数が10 GHzの光パルス列の時間軸上での隣接する光パルス間隔は0.1nsであるので、付加される時間遅延量はこの値の1/4であるから、0.025nsとなる。この間に光が進む距離は7.5ｍｍであるから、例えば、平行平板ガラス等を光路長に挿入することにより、7.5ｍｍに相当する光路長を付加すれば良い。例えば厚みが5ｍｍである屈折率1.5の平行平板ガラスを、時間遅延の微調整したがって光路長の微調整用として第2光路中に挿入すれば良い。
【００５４】
光パルス列33cは第3光変調器34cによってコーディングされる。第3チャンネルの情報が反映された2値デジタル電気信号が供給される第3光変調器34cによって、第3チャンネルの情報が反映された2値デジタル光パルス信号35cに変換される。そして、光パルス信号35cは遅延微調器36cによって、光クロック信号の光パルス間隔の2/4に相当する時間遅延が付加され、光パルス信号37cとなる。これだけの時間遅延を付加するためには、上述したように、例えば厚みが10ｍｍである屈折率1.5の平行平板ガラスを光路中に挿入すれば良い。以後説明の便宜のため、分波器32、光変調器34c、遅延微調器36c及び合波器38からなる光路を第3光路と呼ぶ。
【００５５】
光パルス列33dは、第4光変調器34dによってコーディングされる。第4チャンネルの情報が反映された2値デジタル電気信号が供給される第4光変調器34dによって、第4チャンネルの情報が反映された2値デジタル光パルス信号35dに変換される。そして、光パルス信号35dは、遅延微調器36dによって、光クロック信号の光パルス間隔の3/4に相当する時間遅延が付加され、光パルス信号37dとなる。これだけの時間遅延を付加するためには、上述したように、例えば厚みが15ｍｍである屈折率1.5の平行平板ガラスを光路中に挿入すればよい。以後説明の便宜のため、分波器32、光変調器34d、遅延微調器36d及び合波器38からなる光路を第4光路と呼ぶ。
【００５６】
光パルス信号35a、37b、37c及び37dは、合波器38によって合波され（光MUX）、光時分割多重信号15となる。光時分割多重信号15は、偏光合波器16によって、光クロック信号13aと合波され光時分割多重信号17となり、光ファイバを介して受信側に送信される。光時分割多重信号17は、光時分割多重信号15と光クロック信号13aとが、その偏光方向が互いに直交するように、合波されて生成される。
【００５７】
ここで、光時分割多重通信装置の送信部の機能を説明するために、図3(A)、(B)、(C)及び(D)を参照して、上述した光時分割多重通信装置の送信部のそれぞれの箇所における、光パルス列あるいは光パルス信号等の時間軸に対する伝播姿態について説明する。
【００５８】
図3(A)、(B)、(C)及び(D)は、それぞれ光信号１、光信号2、光信号3、及び光信号4として、光時分割多重通信装置の各箇所における、光パルス列の偏光方向と光電場の強度との時間変化の様子を示す。ｐ軸及びｓ軸によって電場ベクトルの振動面の方向を示し、横軸として時間軸ｔ軸を示している。ｐ軸及びｓ軸は、偏光分波器あるいは偏光合波器の分波面あるいは合波面に対してｐ偏光方向の偏光成分を有する光パルス列の強度（光パルスの電場強度）を、またｓ偏光方向の偏光成分を有する光パルス列の強度をそれぞれ目盛ってある。
【００５９】
偏光分波器12によって、光パルス列13a及び光パルス列13bを、それぞれ、図3(B)及び(A)に示す光信号2及び光信号1で表されるように偏光分波する。すなわち光時分割多重信号に変換される光パルス列13bがｐ偏光、及び光クロック信号として機能することになる光パルス列13aがｓ偏光となるように、偏光分波器12で偏光分波される。
【００６０】
ここでは、説明の都合上、このように分波されるものとして説明するが、もちろん光パルス列13aが図3(A)の光信号１で表されるようにｐ偏光、及び光パルス列13bが図3(B)の光信号2で表されるようにｓ偏光となるように、偏光分波器12によって偏光分波してもよい。すなわちこの場合には、以下に説明する内容は、ｐ偏光とある部分をｓ偏光と、ｓ偏光とある部分をｐ偏光と逆に読み替えればよい。
【００６１】
光パルス列13a及び光パルス列13bは、繰返し周波数が10 GHzの光パルス列であるから、図3(B)及び(A)に示すように隣接する光パルス間隔Δtは、0.1nsである。また、光信号1及び光信号2の光パルス列の位相は同位相である。すなわち、光パルスb1と光パルスa1とが時間軸上で存在する位置、光パルスb2と光パルスa2とが時間軸上で存在する位置、及び光パルスb3と光パルスa3とが時間軸上で存在する位置は、それぞれ等しい。
【００６２】
この理由は次のとおりである。モード同期半導体レーザ等で生成される光パルス列の伝播姿態である光線束は直線偏光である。したがって、この光線束の振動面を偏光分波器の分波面に入射するこの光線束の入射面に対してｐ偏光あるいはｓ偏光となる振動面に対して傾けて入射させることによって、偏光分波されたｐ偏光パルス列とｓ偏光パルス列との光パルスの時間軸上での存在位置が等しくなるように分波することができる。すなわち、光線束の振動面を偏光分波器の分波面に入射するこの光線束の入射面に対してｐ偏光あるいはｓ偏光となる振動面に対して傾けて入射させることにより、この光線束をｐ偏光成分とｓ偏光成分とを含む光線束として偏光分波器に入射させたことになる。そして、偏光分波器によってｐ偏光の光線束とｓ偏光の光線束とに偏光分離する構成とすることができる。
【００６３】
ここで、モード同期半導体レーザ等で生成される光パルス列の伝播姿態である光線束の振動面とは、この光線束の電場ベクトルの先端が描く軌跡を含む平面を意味する。また、偏光分波器の分波面に入射するこの光線束の入射面に対してｐ偏光あるいはｓ偏光となる振動面とは、ｐ偏光あるいはｓ偏光の光線束の電場ベクトルの先端が描く軌跡を含む平面を意味する。
【００６４】
また、光パルス列13aと光パルス列13bとの強度比は、偏光分波器12に入射する光パルス列11の偏光分波器の分波面に対する電場ベクトルの振動面の方向に依存する。したがって、光パルス列13aと光パルス列13bとの強度比は、多重するチャンネル数等によって要請される最適の強度比となるように、光パルス列11の偏光分波器の分波面に対する電場ベクトルの振動面の方向を調整して、偏光分波器12に光パルス列11を入射させる必要がある。
【００６５】
第1〜第4光変調器によって変調され、第1〜第4チャンネルの信号をそれぞれに担う光パルス信号35a、37b、37c及び37dが合波器38で合波されて得られる光時分割多重信号15は、図3(C)に示すように光信号3で表される。図3(C)の光信号3において、光パルス信号35a、37b、37c及び37dに対応する光パルスをそれぞれ1、2、3及び4と番号を付して示してある。厳密には、1、2、3及び4と番号を付して示した位置は、第1〜第4チャンネルの各チャンネルの情報を担う光パルスが存在できる位置を示しており、第1〜第4チャンネルの信号によって、実際の光パルスが存在しない場合もあり得ることは、言うまでもない。以後、説明の便宜上、第1〜第4チャンネルの各チャンネルの情報を担う光パルスが存在できる位置を示すために、その位置に光パルスを存在させて説明する。
【００６６】
光パルス信号37bは、遅延微調器36bによって光パルス信号35aより光クロック信号の光パルス間隔0.1nsの1/4に相当する0.025ns位相が遅れている。また、光パルス信号37cは、遅延微調器36cによって光パルス信号35aより光クロック信号の光パルス間隔0.1nsの2/4に相当する0.05ns位相が遅れている。また、光パルス信号37dは、遅延微調器36dによって光パルス信号35aより光クロック信号の光パルス間隔0.1nsの3/4に相当する0.075ns位相が遅れている。
【００６７】
したがって、光パルス信号35a、37b、37c及び37dが合波器38で合波されて得られる光時分割多重信号15は、パルス間隔Δt'(=Δt/4) の光パルス列となる。すなわち、パルス間隔Δt'(=Δt/4) は上述したことから0.025nsであることになる。
【００６８】
偏光合波器16によって、光時分割多重信号15と光クロック信号13aとが合波されて得られる光時分割多重信号17は、図3(D)に示すように光信号4で表される。上述したことから、第1チャンネルの信号を担う光パルス信号の光パルスb1、b2及びb3は、図3(C)及び(D)に示すように光信号3及び4で表す1、2、3及び4と番号を付された光パルスのうち1番の番号を付された光パルスに対応する。すなわち、1番の番号を付された第1チャンネルの信号を担う光パルス信号の光パルスが時間軸上で存在する位置と同位置に光クロック信号の光パルスa1、a2及びa3が存在する。ただし、両光パルスの偏光方向は互いに直交している。
【００６９】
上述した、1番の番号を付された第1チャンネルの信号を担う光パルス信号の光パルスが時間軸上で存在する位置と同位置に光クロック信号の光パルスa1、a2及びa3が存在することから次のことが言える。すなわち、受信側においてゲーティングする際、光ファイバを介して伝送された光パルス信号の強度が一瞬低くなりすぎて、再生された電気クロック信号による制御が一瞬の間はずれた場合であっても、再び電気クロック信号によって正常に制御される最先の光パルスは、光多重されたどのチャンネルのものであるかを容易に確定できるという効果を有する。
【００７０】
以上説明したように、送信部（光MUX部）10からは、図3(D)の光信号4に示す光パルス列が受信側に向けて光ファイバを介して伝送される。すなわち、光時分割多重信号15と光クロック信号13aとは、それぞれｐ偏光及びｓ偏光といった別の伝播姿態によって、伝送されることになる。したがって両者の光パルスはその電場ベクトルの振動面が直交しているために、干渉等の相互作用は起こらない。
【００７１】
＜光MUXモジュール（その1）＞
図4を参照して、この発明の光MUXステップを実行する光MUX部として使われる光MUXモジュールの構成例（その1）を説明する。4チャンネル分の情報をMUXする機能を有する、クロック周波数（ここでは基準クロック信号の周波数である10 GHz）の4逓倍を実現する光MUXモジュールである。
【００７２】
この光MUXモジュールは、まず2逓倍を実現する2逓倍モジュールを2つ用いて構成される、クロック周波数の4逓倍を実現する4逓倍モジュールであることを説明する。
【００７３】
一つ目の2逓倍を実現する第1の2逓倍モジュール110は、分波器52で分波された光パルス列51bを第1光路を伝播する光パルス列57bと第3光路を伝播する光パルス列57aとに分波する分波器56と、第1光路と第3光路とをそれぞれ伝播した光パルス列65と69とを合波する合波器58と、第1光路中に第1光変調器64を具え、第3光路中に第3光変調器66と遅延微調器68とを具えている。
【００７４】
第1光路中および第3光路中には、ミラーによって構成される反射器62及び反射器60が挿入される。反射器62は、第1光変調器64から出力される光パルス信号65の光路を合波器58に向かう方向に変更するために挿入される。一方、反射器60は、分波器56から分波された光パルス信号57aの光路を光変調器66に向かう方向に変更するために挿入される。
【００７５】
二つ目の2逓倍を実現する第2の2逓倍モジュール112は、分波器52で分波された光パルス列51aを第2光路を伝播する光パルス列71bと第4光路を伝播する光パルス列71aとに分波する分波器70と第2光路と第4光路とをそれぞれ伝播した光パルス列75と83とを合波する合波器72と、第2光路中に第2光変調器78を具え、第4光路中に第4光変調器80と遅延微調器82とを具えて、構成される。
【００７６】
また、第2光路中および第4光路中には、ミラーによって構成される反射器74及び反射器76が挿入される。反射器74は、光変調器78から出力される光パルス信号75の光路を合波器72に向かう方向に変更するために挿入される。一方、反射器76は、分波器70を透過した光パルス信号71aの光路を光変調器80に向かう方向に変更するために挿入される。
【００７７】
二つ目の2逓倍モジュール112から出力される光時分割多重信号73は、繰返し周波数が10 GHzの光クロック信号の光パルス間隔の1/4の時間（0.025ns）に相当する時間遅延を遅延微調器84によって付加されて光時分割多重信号85となって合波器54に入射する。一方、一つ目の2逓倍モジュール110から出力される光時分割多重信号59も合波器54に入射し、上述の光時分割多重信号85と合波されて、光時分割多重信号55となる。
【００７８】
以上説明したことから、光時分割多重信号65、75、69及び83はそのビットレートが10 Gbit/sであることが分かる。また、光時分割多重信号59及び光時分割多重信号73は、そのビットレートが20 Gbit/sであることが分かる。また光時分割多重信号55は、そのビットレートが40 Gbit/sであることが分かる。
【００７９】
以上説明したように、4チャンネルの情報をMUXする機能を有する、クロック周波数の4逓倍を実現するモジュールは、一つ目の2逓倍を実現する2逓倍モジュール110及び二つ目の2逓倍を実現する2逓倍モジュール112を合わせることで構成される。
【００８０】
図5(A)ないし(H)を参照して、4チャンネルの情報をMUXする機能を有する、クロック周波数の4逓倍を実現するモジュール内での、光時分割多重信号の生成の過程を説明し、その機能を明らかにする。図5(A)ないし(H)において横軸は時間tを、縦軸は光パルス信号の強度（ｐ偏光の強度）を示している。
【００８１】
まず、図2において定義した第1ないし第4光路がこの図5(A)ないし(H)においてはどのように対応するかについて説明する。
【００８２】
第1光路については、次の通りである。図2に示す分波器32は、図4に示す第1光路においては、分波器52と分波器56とで構成される。光変調器34aは、光変調器64に対応する。合波器38は、合波器58と合波器54とで構成される。したがって、第1光路は、分波器52、分波器56、光変調器64、合波器58及び合波器54とによって構成されている。
【００８３】
第2光路については、次の通りである。図2に示す分波器32は、図4に示す第2光路においては、分波器52と分波器70とで構成される。光変調器34bは、光変調器78に対応する。遅延微調器36bは、遅延微調器84に対応する。合波器38は合波器72と合波器54とで構成される。したがって、第2光路は、分波器52、分波器70、光変調器78、合波器72、遅延微調器84及び合波器54とによって構成されている。
【００８４】
第3光路については、次の通りである。図2に示す分波器32は、図4に示す第3光路においては、分波器52と分波器56とで構成される。光変調器34cは、光変調器66に対応する。遅延微調器36cは、遅延微調器68に対応する。合波器38は、合波器58と合波器54とで構成される。したがって、第3光路は、分波器52、分波器56、光変調器66、遅延微調器68、合波器58及び合波器54とによって構成されている。
【００８５】
第4光路については、次の通りである。図2に示す分波器32は、図4に示す第4光路においては、分波器52と分波器70とで構成される。光変調器34dは、光変調器80に対応する。遅延微調器36dは、遅延微調器82と遅延微調器84とで構成される。合波器38は、合波器72と合波器54とで構成される。したがって、第4光路は、分波器52、分波器70、光変調器80、遅延微調器82、合波器72、遅延微調器84及び合波器54とによって構成されている。
【００８６】
図5(A)ないし図5(H)は、光パルス信号65、69、59、75、83、73、85及び55の光パルスが時間軸上で存在する位置関係の説明に供する図である。横軸は時間軸であり、縦軸は光強度を目盛ってある。横軸の時間軸の目盛りの原点は、光パルス信号65、69、59、75、83、73、85及び55の全てが通過する点、例えば、合波器54の合波面において、測定される時刻を基準に設定してある。すなわち、光パルス信号65、69、59、75、83、73、85及び55が合波器54の合波面において、それぞれ別々に切り分けて測定されたならば、光パルス信号65、69、59、75、83、73、85及び55の光パルス位置の関係が、図5(A)ないし図5(H)に示す位置関係をもって時間軸上に存在することを意味している。
【００８７】
図5(A)は、第1光路を伝播する第1チャンネルの光パルス信号65の光パルス1が時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。この光パルス信号65のビットレートは10 Gbit/sである。したがって、光パルス間隔Δtは、0.1nsに等しい。
【００８８】
図5(B)は、第3光路を伝播する第3チャンネルの光パルス信号69の光パルス3が時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。この光パルス信号69のビットレートは、10 Gbit/sである。したがって、光パルス間隔Δtは、0.1nsに等しい。また、第3光路中には、遅延微調器68が挿入されており、この遅延微調器68によって、0.05nsの時間遅延が付加されている。したがって、光パルス信号65の光パルス1が時間軸上で存在する位置と光パルス信号69の光パルス3が時間軸上で存在する位置とでは、合波器58の位置において観測すれば、Δt/2（＝0.05ns）だけずれて観測される。
【００８９】
図5(C)は、第1光路を伝播する第1チャンネルの光パルス信号65と第3光路を伝播する第3チャンネルの光パルス信号69とが、合波器58で合波されて生成された光時分割多重信号59の光パルスが時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。上述した図5(A)及び図5(B)に示してあるパルス列を合波したものであるから、光パルス信号65の光パルス1と光パルス信号69の光パルス3とが交互に、しかもパルス間隔Δt/2が0.05nsとなるように時間軸上で並んで存在する光パルス列となる。
【００９０】
図5(D)は、第2光路を伝播する第2チャンネルの光パルス信号75の光パルス2が時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。この光パルス信号75のビットレートは10 Gbit/sである。したがって、光パルス間隔Δtは、0.1nsに等しい。ただし、後述するように、第2光路を伝播する第2チャンネルの光パルス信号75は、第４チャンネルの光パルス信号83と合波された後、遅延微調器84によって0.025nsの時間遅延が付加される。
【００９１】
図5(E)は、第4光路を伝播する第4チャンネルの光パルス信号83の光パルス4が時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。この光パルス信号83のビットレートは10 Gbit/sである。したがって、光パルス間隔Δtは、0.1nsに等しい。また、第4光路中には、遅延微調器82が挿入されており、この遅延微調器82によって、0.05nsの時間遅延が付加されている。したがって、光パルス信号75の光パルス2が時間軸上で存在する位置と光パルス信号83の光パルス4が時間軸上で存在する位置とでは、合波器72の位置において観測すれば、Δt/2（＝0.05ns）だけずれて観測される。ただし、後述するように、第4光路を伝播する第4チャンネルの光パルス信号83は、第2チャンネルの光パルス信号75と合波された後、遅延微調器84によって、上述した0.05nsの時間遅延に更に0.025nsの時間遅延が付加され合計0.075nsの時間遅延が付加される。
【００９２】
図5(F)は、第2光路を伝播する第2チャンネルの光パルス信号75と第4光路を伝播する第4チャンネルの光パルス信号83とが、合波器72で合波されて生成された光時分割多重信号73の光パルスが時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。上述した図5(D)及び図5(E)に示してあるパルス列を合波したものであるから、光パルス信号75の光パルス2と光パルス信号83の光パルス4とが交互に、しかもパルス間隔Δt/2が0.05nsとなるように時間軸上で並んで存在する光パルス列となる。
【００９３】
図5(G)は、光パルス信号75と光パルス信号83とが、合波器72で合波されて生成された光時分割多重信号73の光パルスが遅延微調器84によって0.025nsの時間遅延が付加された光時分割多重信号85の光パルスが時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。時間遅延Δt/4＝0.025nsが付加されることにより、図5(F)に示した光時分割多重信号73の光パルスが時間軸上で存在する位置と光時分割多重信号85の光パルスが時間軸上で存在する位置とは、Δt/4＝0.025nsだけずれている。
【００９４】
図5(H)は、光時分割多重信号59と光時分割多重信号85とが合波器54によって合波されて生成された光時分割多重信号55の光パルスが時間軸上で存在する位置についての説明に供する図である。光時分割多重信号59は、第1光路を伝播する第1チャンネルの光パルス信号65と第3光路を伝播する第3チャンネルの光パルス信号69とが、合波器58で合波されて生成された光時分割多重信号である。光時分割多重信号85は、第2光路を伝播する第2チャンネルの光パルス信号75と第4光路を伝播する第4チャンネルの光パルス信号83とが合波器72で合波されて生成された光時分割多重信号73の光パルスが遅延微調器84によって0.025nsの時間遅延が付加された光時分割多重信号である。
【００９５】
光時分割多重信号85が遅延微調器84によってΔt/4＝0.025nsの時間遅延を付加されているために、光時分割多重信号59の光パルスの存在位置と、光時分割多重信号85の光パルス位置とはΔt/4＝0.025nsだけずれて合波されることになる。その結果、図5(H)に示すように、第1チャンネルの光パルス1、第2チャンネルの光パルス2、第3チャンネルの光パルス3及び第4チャンネルの光パルス4とが交互に、しかもパルス間隔Δt/4が0.025nsとなるように時間軸上で並んで存在する光パルス列となる。
【００９６】
以上説明したように、図4を参照して説明したこの発明の光MUXステップを実行する光MUX部として使われる光MUXモジュールの構成例（その1）によれば、4チャンネル分の情報をMUXする機能を有する光MUX部として機能することが分かる。
【００９７】
また、図2に示す光クロック信号13aが伝播する光路と、この図4に示す光クロック信号13aが伝播する光路との対応関係を説明する。偏光分波器12によって偏光分波して生成された光クロック信号13aは、反射器88によって偏光合波器16に向かう方向に光路変更されて、偏光合波器16に入射する。偏光合波器16において、第1チャンネルの光パルス信号、第2チャンネルの光パルス信号、第3チャンネルの光パルス信号及び、第4チャンネルの光パルス信号とが光時分割多重されて生成された光パルス信号55とこの光クロック信号13aとが合波される。光パルス信号55は、図3(C)に示す光信号3に対応する。光パルス信号55は、反射器86によって反射されてその光路を偏光合波器16に向かう方向に変更された光パルス信号15となって、偏光合波器16に入射される。
【００９８】
既に図2を参照して説明したように、光クロック信号13aの伝播姿態である光線束の偏光方向と光パルス信号15の伝播姿態である光線束の偏光方向とは直交している。
【００９９】
＜光MUXモジュール（その２）＞
図6を参照して、この発明の光MUXステップを実行する光MUX部として使われる光MUXモジュールの別の構成例を説明する。図4を参照して説明した光MUXモジュール（その1）と図6に示す光MUXモジュール（その２）との相違は、偏光分離して得られる光クロック信号の生成部分にある。このほかの部分すなわち光MUX部及びコーディング部については、図4を参照して説明した光MUXモジュール（その1）とその構成が同一であるので、この部分の説明は省略する。図6において、図4と同一の部分については、同一の符号を付してある。
【０１００】
以後、図4を参照して説明した光MUXモジュール（その1）を第1の光MUXモジュール、図6を参照して説明する光MUXモジュール（その2）を第2の光MUXモジュールと呼ぶ。
【０１０１】
第1の光MUXモジュールにおいては、偏光分波器12によって光パルス列11を、光時分割多重信号に変換される光パルス列13bと光クロック信号として機能することになる光パルス列13aとに分波する際、光パルス列13bがｐ偏光、及び光パルス列13aがｓ偏光となるように、偏光分波される構成としている。
【０１０２】
このことによって、両者の光パルスをその偏光方向が直交するように生成し、干渉等の相互作用が起こらないようにしている。そして光時分割多重された光パルス信号とは独立に、しかも光時分割多重された光パルス信号と光クロック信号の光パルスの時間軸上での存在位置に関して同位相の状態で光ファイバを介して送信することができるようにした。
【０１０３】
すなわち、第1の光MUXモジュールにおいては、光パルス列11を偏光分波する手段として偏光分波器12を用いた。しかし光パルス列11を偏光分波する手段としては、偏光分波器12を用いる他に通常の偏光特性を有さない分波器と1/2波長板とを組み合わせることによって、同様の機能を実現させることができる。偏光特性を有さない分波器92と1/2波長板90とを組み合わせ、光クロック信号を光パルス列11から分波生成する構成としたのが、第2の光MUXモジュールである。これにともない、第1の光MUXモジュールにおいて使われた偏光合波器16の代わりに偏光特性を有さない合波器96を用いる。図６において、第1の光MUXモジュールと第2の光MUXモジュールとの相違する箇所を、第1の2逓倍モジュール110及び第2の2逓倍モジュール112を示す破線で囲った四角形とは区別できる、一点破線の四角形で囲って示す。
【０１０４】
もちろん、図６においては、１/2波長板90を光クロック信号として機能することになる光パルス列（第2の光パルス列）13aの光路中に挿入する例を示しているが、第1の光パルス13bの光路（すなわち分波器92と分波器52との間）に挿入する構成としても良いことは明らかである。技術的には等価な構成であり、１/2波長板90をどちらに挿入するかは、単なる設計的事項にすぎない。
【０１０５】
このような構成とすることで、得られる利点は次の通りである。すなわち、光パルス列11を光時分割多重信号に変換される光パルス列13bと光クロック信号として機能することになる光パルス列13aとに分波する際に、光パルス列13bと光パルス列13aとの強度比を任意にしかも容易に設定できる点である。
【０１０６】
光パルス列13bは、複数のチャンネル分の1に更に分波されるために、偏光分波器12あるいは分波器92によって分波された直後に比べて、チャンネル数分の一にその光強度が減少する。すなわちチャンネル数を2nとした場合は、光強度は、1/2n倍となる。しかも、コーディングの過程で光変調器等の素子を通過するために更に光強度が減少する。実際の光時分割多重通信装置においては、このために各チャンネルに光増幅器を挿入して、光強度の減少分を補う措置がとられる。
【０１０７】
一方、光パルス列13aは光クロック信号として光時分割多重信号15と合波されるまで、光パルス列13bと比較して光強度が減少する要因が少ない。したがって、光パルス列11を光時分割多重信号に変換される光パルス列13bと光クロック信号として機能することになる光パルス列13aとに分波する際には、光パルス列13bの強度を光パルス列13aの強度に比べて大きくなるように分波することが望ましい。
【０１０８】
しかし、分波後の光線束の強度比である分波比が1対1とは異なる比率に分波できる偏光分波器を作ることは難しい。したがって偏光分波器12によって光パルス列13bの強度を光パルス列13aの強度に比べて大きくなるように分波することは一般に難しい。一方、偏光依存性を有さない分波器であれば分波比は容易に決められる。すなわち、第2の光MUXモジュールの構成とすれば、光パルス列13bの強度を光パルス列13aの強度に比べて大きくなるように分波できるように分波器92の分波比を設定し、1/2波長板90によって光クロック信号の電場ベクトル振動面の方向を、光時分割多重信号15と合波された後、光時分割多重信号15の電場ベクトル振動面の方向（光パルス列13a電場ベクトル振動面の方向）とが直交するように、調整することができる構成とすることができる。
【０１０９】
光パルス列13aの電場ベクトル振動面が1/2波長板90の進相軸の方向とΘの角度（図示せず）をなすように光パルス列13aを1/2波長板に入射させると、光パルス列13aの電場ベクトル振動面が2Θ回転されて出力される。進相軸とは、1/2波長板の中を最も早く進む直線偏光成分の電場ベクトルの振動方向を与える軸であり、1/2波長板の中を進む光線束の伝播方向と直交する。
【０１１０】
したがって、1/2波長板を光パルス列13aの伝播する光路に挿入し、1/2波長板を回転させることによって、光パルス列13aの電場ベクトル振動面の方向を任意の方向に回転させることができる。光パルス列13a及び光パルス列13bはいずれも直線偏光であるので、光パルス列13aと光時分割多重信号15とを合波させた後それぞれの電場ベクトルの振動方向が直交するように、光パルス列13aの電場ベクトル振動面の方向を1/2波長板を回転させることによって調整することができる。
【０１１１】
以上説明したように、分波器92及び1/2波長板90との組み合わせによって、光パルス列分波ステップを実行することができる。しかも、光パルス列13a及び光パルス列13bの光パルス強度比を任意に設定できるという利点がある。
【０１１２】
＜光DEMUX部（受信部）＞
図7を参照してこの発明の光時分割多重通信装置の光DEMUX部（受信部）20の構成及びそれらの機能について説明する。光DEMUX部20は、光時分割多重信号19を偏光分波する第2の偏光分波器24、電気クロック信号抽出部26及びゲーティング部28を具えて構成される。また、好ましくは、光DEMUX部20に偏光調整器22を加えて構成するのが良い。
【０１１３】
光時分割多重信号19は、光クロック信号と4チャンネル分の光パルス信号を時分割多重した光時分割多重信号とが合波されている。光時分割多重信号19の光パルスの偏光方向は互いに直交している。しかし、これらの振動面は、光クロック信号と光時分割多重信号19の光パルスの偏光方向とは互いに直交しているという条件を保ちつつ、光ファイバを伝播する間に回転し、しかも時間の経過にしたがってこの振動面の回転角は変動する。
【０１１４】
そこで、偏光調整器22を光時分割多重信号19が偏光分波器24に入射する手前の光路中に挿入し、上述した光時分割多重信号19の光パルスの電場ベクトルの振動面と光クロック信号の光パルスの電場ベクトルの振動面とを以下に述べる方法で調整する。偏光調整器22は、例えば、1/2波長板である。
【０１１５】
もちろん、光クロック信号と光時分割多重信号19の光パルスの電場ベクトルの振動面が、光ファイバを伝播する間に回転し、しかも時間の経過にしたがってこの振動面の回転角は変動することがないように、光時分割多重通信装置が構成できれば、この偏光調整器22は必要とされない。したがって、偏光調整器22は、この発明の光時分割多重通信方法を実現するための光時分割多重通信装置を構成するためには、必須の構成要素ではない。すなわち、偏光調整器22がなくとも、この発明の光時分割多重通信装置を構成できる。
【０１１６】
偏光調整器22を通過した光時分割多重信号23は、第2の偏光分波器24によって、光クロック信号25aと光時分割多重信号25bとに偏光分波される。光クロック信号25aは、第１の光カプラ210によって光クロック信号25aの一部を分波（以後「タッピング」するということもある。）され、第1の光パワー検出器214に送られる。このときタッピングする光エネルギーは、第1の光パワー検出器214によって光パワーの検出に支障が生じない程度に十分小さいことが望ましい。
【０１１７】
一方、光時分割多重信号25bは、第2の光カプラ212によって光時分割多重信号25bの一部がタッピングされ、第2の光パワー検出器216に送られる。第1の光パワー検出器214の出力電気信号215と第2の光パワー検出器216の出力電気信号217は、偏光調整器制御装置218に送られる。出力電気信号215及び217は、それぞれ第1及び第2の光パワー検出器が検出する光強度に比例した電圧あるいは電流信号である。
【０１１８】
偏光調整器制御装置218において、出力電気信号215と217が比較されて、出力電気信号215が最小かつ出力電気信号217が最大の値となるように、偏光調整器22に信号219を送り、偏光調整器22を構成している1/2波長板を回転する。偏光調整器22は、偏光調整器制御装置218からの信号219によって、それを構成している1/2波長板が回転するように構成されている。
【０１１９】
出力電気信号215が最小かつ出力電気信号217が最大の値となるように、光時分割多重信号23の電場ベクトルの振動面が調整されて、第2の偏光分波器24に入射すれば、光クロック信号25aには光時分割多重信号25bの電場成分が含まれずに偏光分波される。もし、光クロック信号25aには光時分割多重信号25bの電場成分が一部含まれれば、そのエネルギーに相当する出力電気信号が、出力電気信号215に加算されかつ出力電気信号217から減算されるからである。
【０１２０】
このように偏光調整器制御装置218からの信号219によって、1/2波長板が回転するように構成することによって、光時分割多重信号25bの電場成分が含まれない光クロック信号25aを分離することができる。ここで分離された光クロック信号25aのクロック周波数は、基準クロック周波数であることは明らかである。
【０１２１】
第2の偏光分波器24で分波された光クロック信号25aは、第1の光カプラ210を通過して光クロック信号25a'となって電気クロック信号抽出部26に入射して電気クロック信号26aに変換されて、ゲーティング部28に供給される。一方、第2の偏光分波器24で分波された光時分割多重信号25bは、第2の光カプラ212を通過して光時分割多重信号25b'となって、ゲーティング部28に供給される。
【０１２２】
図8を参照して、ゲーティング部28の構造及びその機能を説明する。光時分割多重信号25b'は、分波器220によって第1チャンネルないし第4チャンネルの信号を取り出すための光時分割多重信号220a、220b、220c及び220dに分波される。
【０１２３】
光時分割多重信号220aは、第21光変調器228によってゲーティングされ、第1チャンネルの光パルス信号29aが取り出される。光時分割多重信号220bは、遅延微調器222によって0.025nsの時間遅延が付加された後、第22光変調器230によって第2チャンネルの光パルス信号29bが取り出される。光時分割多重信号220cは、遅延微調器224によって0.05nsの時間遅延が付加された後、第23光変調器232によって第3チャンネルの光パルス信号29cが取り出される。光時分割多重信号220dは、遅延微調器226によって0.075nsの時間遅延が付加された後、第24光変調器234によって第4チャンネルの光パルス信号29dが取り出される。
【０１２４】
第21光変調器228、第22光変調器230、第23光変調器232及び第24光変調器234には、電気クロック信号抽出部26からそれぞれ、電気クロック信号26a1、26a2、26a3及び26a4が供給され、第1チャンネルの光パルス信号29a、第2チャンネルの光パルス信号29b、第3チャンネルの光パルス信号29c及び第4チャンネルの光パルス信号29dがゲーティングされる。
【０１２５】
図7において、電気クロック信号26aと示された信号線は、電気クロック信号26a1、26a2、26a3及び26a4を総称したものである。
【０１２６】
＜電界吸収型光変調器(EAM)モジュール＞
図9を参照して、上述した光変調器の構造について説明する。この光変調器は、電界吸収型光変調器（EAM: Electro-Absorption Modulator）によって構成される。もちろん光変調器としては、ここで説明するEAM変調器に限らず、LiNbO3を用いた光変調器等を利用することができる。
【０１２７】
光変調器（この光変調器の筐体を310とする。）は、EAM素子320、レンズ312a及び312b、高速の電気信号用に作られている電気コネクタ326、EAM素子320にバイアス電圧を印加するための直流電源318、及び直流電源318とEAM素子320とを結ぶ電気抵抗316を具えて構成される。また、EAM素子320には、電気ケーブル324及び電気コネクタ326を介して電気パルス信号供給装置322から電気パルス信号が供給される。電気パルス信号は、2値デジタル電気信号あるいはRF信号のいずれかである。以後、電気パルス信号が、2値デジタル電気信号あるいはRF信号のいずれでも成立する場合には、特に断らずに、単に電気パルス信号と表記する。
【０１２８】
電気コネクタ326及び電気ケーブル324は、高速電気信号用に設計されたものを用いる。例えば、電気ケーブル324は同軸ケーブルを、また電気コネクタ326には、Vコネクタ、KコネクタあるいはSMAコネクタ等が使われる。
【０１２９】
この発明の光時分割多重通信装置においては、電気パルス信号供給装置322の役割を果たすのは、光MUX側（送信側）の光変調器34a、34b、34c及び34dと、光DEMUX側（受信側）の光変調器228、230、232及び234とにそれぞれ電気パルス信号を供給する装置である。
【０１３０】
光MUX側（送信側）では、光変調器34a、34b、34c及び34dにコーディングするための2値デジタル電気信号を供給するための電気パルス信号供給装置（図示せず）が必要である。この送信側に設けられる電気パルス信号供給装置は、チャンネル毎に設置され、各チャンネルの情報を2値デジタル信号化された2値デジタル電気信号を、各チャンネルに割り当てられたそれぞれの光変調器228、230、232及び234に供給する。
【０１３１】
一方、光DEMUX側（受信側）では、光変調器228、230、232及び234にゲーティングするための2値デジタル電気信号を供給するための電気パルス信号供給装置（図示せず）が必要である。この受信側に設けられる電気パルス信号供給装置は、チャンネル毎に設置され、各チャンネルに対応する基準クロック信号（基準クロック信号の周波数の光パルス列として送られてきた信号を光電変換して得られた電気信号としての電気クロック信号である。）を、各チャンネルに割り当てられたそれぞれの光変調器228、230、232及び234に供給する。
【０１３２】
EAM素子320は、半導体素子であって、光導波路（図示せず）を具えている。この光導波路を伝播する光は、EAM素子320に印加される電圧によって、導波されたり導波されなかったりする。すなわち、この光導波路を伝播する光パルス列は、このEAM素子320に電気パルス信号供給装置322から供給される電気パルス信号によって光変調される。言い換えると、EAM素子320は、EAM素子320の光導波路を伝播する光のシャッターの役割を果たす。
【０１３３】
EAM素子320に印加される電圧は、バイアス電圧を加えるための直流電源318及び、電気ケーブル324及び電気コネクタ326を介して、電気パルス信号供給装置322から供給される。このうち、光パルス列を変調するために電気パルス信号を供給する電気パルス信号供給装置とEAM素子とは直流的にはコンデンサー（図示せず）によって切断されている。
【０１３４】
図9に示した光変調器は、光変調器の筐体310に光を透過する窓328a及び328bを具えており、例えば、この図9の左側から光パルス列314aが入射すると、この光パルス列は、EAM素子320の光導波路（図示せず）にレンズ312aによって集光されて入射される。
【０１３５】
送信側に設置される光変調器にあっては、EAM素子320の光導波路を導波した光パルス列は変調を受けて光パルス信号となって、EAM素子320の光導波路から出射してレンズ312bを介して、光変調器の窓328bから出射する。また、受信側に設置される光変調器にあっては、EAM素子320の光導波路を導波した光時分割多重信号はゲーティングされチャンネル毎の光パルス信号となって、EAM素子320の光導波路から出射してレンズ312bを介して、光変調器の窓328bから出射する。
【０１３６】
以上説明したように、この発明の光時分割多重通信装置の光MUX部10に設置される光変調器の場合には、電気パルス信号供給装置322から供給される電気信号が、この発明の各チャンネルの送信されるべき信号が2値デジタル電気信号に相当する。一方、光DEMUX部20に設置されるEAM変調器の場合には、電気パルス信号供給装置322から供給される電気パルス信号（RF信号）が、電気クロック信号26a1、26a2、26a3及び26a4に相当する。
【０１３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光時分割多重通信方法及び光時分割多重通信装置によれば、光クロック信号と光時分割多重された光パルス信号とは、互いに偏光方向が直交する光線束として合波され、送受信される。このことによって受信側では、従来の方法によって、電気クロック信号を抽出するよりも簡便な方法で電気クロック信号を抽出でき、再生される電気クロック信号の雑音成分は少なくできる。また、光ファイバを介して伝送された光パルス信号の強度が一瞬低くなりすぎて、再生された電気クロック信号による制御が一瞬の間はずれた場合であっても、再び電気クロック信号によって正常に制御される最先の光パルスは、光多重されたどのチャンネルのものであるかを容易に確定できる。また、光ファイバを介して伝送された光線束の偏光状態が揺らいでも、偏光調整器によって、光時分割多重信号の光線束と光クロック信号の光線束とが互いの光強度成分を含むことなく二つの光線束に分離できる。このことによって、光時分割多重信号をゲーティングする際に、各チャンネルの信号の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光時分割多重通信装置のブロック構成図である。
【図２】光時分割多重通信装置の送信部のブロック構成図である。
【図３】  (A)〜(D)は、光時分割多重通信装置の各部における光パルス列及び光パルス信号の様子の説明に供する図である。
【図４】光MUXモジュールのブロック構成図（その1）である。
【図５】  (A)〜(H)は、光MUXモジュール内で生成される光時分割多重パルス信号の生成過程の説明に供する図である。
【図６】光MUXモジュールのブロック構成図（その２）である。
【図７】光時分割多重通信装置の受信部のブロック構成図である。
【図８】光DEMUX部のブロック構成図である。
【図９】光変調器の概略図である。
【符号の説明】
10：光MUX部
12：第1の偏光分波器
14：コーディング部
16：偏光合波器
18：光ファイバ
20：光DEMUX部
22：偏光調整器
24：第2の偏光分波器
26：電気クロック信号抽出部
28：ゲーティング部
32、52、70、92、220：分波器
34a、64：第1光変調器
34b、78：第2光変調器
34c、66：第3光変調器
34d、80：第4光変調器
36b、36c、36d、68、82、84、222、224、226：遅延微調器
38、54、58、72、96：合波器
60、62、74、76、86、88：反射器
90：1/2波長板
110、112：2逓倍モジュール
210：第1の光カプラ
212：第2の光カプラ
214：第1の光パワー検出器
216：第2の光パワー検出器
218：偏光調整器制御装置
228：第21光変調器
230：第22光変調器
232：第23光変調器
234：第24光変調器
310：光変調器の筐体
312a、312b：レンズ
316：電気抵抗
318：直流電源
320：EAM素子
322：電気パルス信号供給装置
326：電気コネクタ
328a、328b：窓
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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