(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続光を発生する光源と、
高周波信号を発生する高周波信号発生器と、
第１のデータ信号およびこの第１のデータ信号の極性を反転させた第２のデータ信号に、それぞれ前記高周波信号を重畳する高周波信号重畳手段と、
前記光源から送出される連続光を２分岐し、それぞれの分岐光を前記高周波信号の重畳された第１および第２のデータ信号により別々に位相変化させたのち合成出力する外部変調手段と、
この外部変調手段の出力光を、互いに伝播速度の異なる２つの偏波モードで伝送し、偏波モード間の遅延時間差により前記位相変調を偏波変調に変換する位相／偏波変調変換手段とを具備し、
前記高周波信号発生器は、前記データ信号のビットレートの整数倍の周波数で、前記外部変調器の出力光にピーク・トゥ・ピークで２．４０５ラジアン程度の位相変化量の得られる振幅の高周波信号を発生するものとし、
前記位相／偏波変調変換手段は、前記２つの偏波モード間の伝播遅延差が前記高周波信号の周期の１／２相当となる伝送路長を有するものとしたことを特徴とする光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器を用いて信号光を増幅しつつ長距離の光伝送を行う光ファイバ伝送システムにおいて使用される光送信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大陸間を結ぶ光海底ケーブルシステムなどを例とする超長距離光ファイバ伝送システムにあっては、高性能の光送信器が求められる。特に、近年ではディジタルの送信信号に応じて信号光に強度変調を施す伝送方式が主流であるため、波長チャープをできる限り抑圧した光送信器が求められている。このようなニーズに応じて、近年ではニオブ酸リチウムマッハ・ツェンダ強度変調器を使用し、連続光に外部変調を施すことにより波長チャープを最小限に抑圧している。
【０００３】
ところで、伝送距離が長くなると信号光の劣化の度合いも大きくなるので、伝送路中に複数の光増幅器を設置し、信号光を増幅しつつ伝送する必要が有る。このような超長距離光ファイバ伝送システムにあっては、光増幅器における偏波依存ロス（ＰＤＬ）や偏波・ホール・バーニング（ＰＨＢ）による信号劣化を最小限に留める必要が有るので、光送信器において出力光の偏波状態を高速にスクランブルするようにしている。
【０００４】
この種の光送信器の従来の構成を図３に示す。この光送信器は、光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）１を連続発振させ、送出されるレーザ光をマッハ・ツェンダ強度変調器（ＭＺ強度変調器）２に導き送信データ信号に応じて強度変調を施す。そののち強度変調光に対して４５度偏波回転を施したのち、位相変調器３により伝送ビットレートまたはその整数倍の周波数で伝送光に偏波スクランブルをかけるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記構成の光送信器は、二つの光変調器を直列に繋ぐ構成のため信号光の挿入損失が大きく、出力光のＳ／Ｎ比が大きく劣化するという不具合を有していた。
【０００６】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、信号光の挿入損失を少なくし、これによりＳ／Ｎ比の改善を図った光送信器を提供することに有る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、連続光を発生する光源と、高周波信号を発生する高周波信号発生器と、第１のデータ信号およびこの第１のデータ信号の極性を反転させた第２のデータ信号にそれぞれ前記高周波信号を重畳する高周波信号重畳手段と、前記光源から送出される連続光を２分岐し、それぞれの分岐光を前記高周波信号の重畳された第１および第２のデータ信号により別々に位相変化させたのち合成出力する外部変調手段と、この外部変調手段の出力光を、互いに伝播速度の異なる２つの偏波モードで伝送し、偏波モード間の遅延時間差により前記位相変調を偏波変調に変換する位相／偏波変調変換手段とを具備するようにしたものである。
【０００８】
このような手段を講じることにより、外部変調手段から送出される信号光には、第１のデータ信号に応じて強度変調が施されるに加え、高周波信号に応じた位相変調が施されることになる。そして、この位相変調のかかった信号光を位相／偏波変調変換手段に通すことにより、位相変調が偏波変調に変換される。これにより送信信号光には、強度変調に加えて偏波スクランブルをかけることが可能となる。
【０００９】
外部変調手段としては、前記連続光を２分岐し、これらの分岐光が通過する光導波路にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極から前記高周波信号の重畳された第１および第２のデータ信号をそれぞれ取り込み、これらのデータ信号により前記分岐光をそれぞれ別々に位相変化させたのち合成出力する二電極型マッハ・ツェンダ光変調器を使用することができる。
【００１０】
また前記位相／偏波変調変換手段としては、互いに伝播速度の異なる２つの偏波モードを有する複屈折率ファイバを使用することができる。
【００１１】
また好ましくは、前記高周波信号発生器に、前記データ信号のビットレートの整数倍の周波数で、前記外部変調器の出力光にピーク・トゥ・ピークで２．４０５ラジアン程度の位相変化量の得られる振幅の高周波信号を発生させ、前記位相／偏波変調変換手段に、前記２つの偏波モード間の伝播遅延差が前記高周波信号の周期の１／２相当となる伝送路長を設けるようにすると良い。
【００１２】
すなわち、一つのマッハ・ツェンダ型光変調器からの変調光を複屈折率ファイバを伝播させることにより、強度変調および偏波スクランブルをかけることができるので、従来のように強度変調用、また偏波スクランブル用として光変調器を別個に設ける必要が無い。この結果、信号光の挿入損失を低減し、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑圧することが可能となる。また、光デバイスの数を削減できることから、構成の軽量化、小型化に寄与できるし、また低コスト化を促すことも可能となる。
【００１３】
【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を詳細に説明する。
図１は、本発明に係わる光送信器の構成を示すブロック図である。この光送信器は、二電極マッハ・ツェンダ（ＭＺ）変調器５を備え、レーザダイオード（ＬＤ）１から送出される連続光をデータ信号（ＤＡＴＡ）に応じて変調し、さらに偏波保持ファイバ６を介して出力するものである。
【００１４】
すなわち二電極ＭＺ変調器５は、入力された信号光を内部で２分岐し、個別の光導波路に導く。そして、各光導波路に設けられた電極（符号付さず）に信号を加えることにより各分岐光に位相変化を生じさせ、これを利用して強度変調を行うものである。
【００１５】
二電極ＭＺ変調器５の各電極には、それぞれデータ信号（ＤＡＴＡ）、またはこのデータ信号の極性を反転した信号（ＤＡＴＡ￣）が与えられ、これによりレーザダイオード１からの連続光にはデータ信号に応じた強度変調が印加されることになる。
【００１６】
さらにこの光送信器は、高周波発振器４を備えている。この高周波発振器４は、データ信号のビットレートまたはその整数倍の周波数の高周波信号を発生するもので、その高周波信号出力は、それぞれ加算器７，８によりデータ信号（ＤＡＴＡ）および極性反転信号（ＤＡＴＡ￣）に重畳される。この結果、二電極ＭＺ変調器５から送出される強度変調光には、高周波信号に応じた位相変調が加えられることになる。
【００１７】
図２に、偏波保持ファイバ６の構成を示す。この偏波保持ファイバ６はＰＡＮＤＡファイバ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing Fiber）として知られているもので、応力付与部によりコアに応力を与えるようにしたものである。この構造によれば、光弾性効果によりｘ軸方向とｙ軸方向の屈折率が異なり、コアを伝搬する偏波モードの伝搬定数を異ならせることができる。このような作用から、この種のファイバは複屈折率ファイバとも称される。
【００１８】
上記構成においては、二電極ＭＺ変調器５の各々の電極に互いに極性が反転した関係にある、言い換えれば相補（逆相）関係にあるデータ信号を与えているので、レーザダイオード１からの連続光には強度変調がかけられ、しかもチャーピングの無い変調光を得られる。同時に、二電極ＭＺ変調器５の各々の電極に与えられる信号に同相の高周波信号を印加していることから、結果として上記強度変調光には、高周波信号による位相変調がかかることになる。
【００１９】
このようにして、強度変調かつ位相変調のかかった信号光が生成され、この信号光は偏波保持ファイバ６に入射される。その際、偏波保持ファイバ６の持つ２つの偏波モードに、上記信号光をそれぞれ１：１の割合で結合させるようにする。
【００２０】
以下、数式を用いて偏波保持ファイバ６における作用を説明する。
まず、偏波保持ファイバ６の光出力ベクトルは、以下の式（１）で表される。
【００２１】
【数１】
0003792948.tif 000002
【００２２】
ここで、φおよびωはそれぞれ位相変調の位相変位および角周波数を表し、また±θと±δは、それぞれ偏波保持ファイバ６における偏波モード間の伝送遅延差と光位相差である。
【００２３】
これをもとに、偏波のｘ成分およびｙ成分の相関の程度を測るため、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）なる量を求める。準備として、コヒーレンシ行列Ｊを求める。コヒーレンシ行列Ｊは、定義から次の式（２）で表される。
【００２４】
【数２】
0003792948.tif 000003
【００２５】
ここに、＜＞は時間平均を示す。（１）を（２）に代入すると、次の式（３）を得る。
【００２６】
【数３】
0003792948.tif 000004
【００２７】
この行列の非対角成分Ｊ01，Ｊ10の時間平均を求めると、次の式（４），（５）を得る。
【００２８】
【数４】
0003792948.tif 000005
【００２９】
ここに、Ｊ0はベッセル関数を示す。
これより、偏光度ＤＯＰは、次式（６）で表される。
【００３０】
【数５】
0003792948.tif 000006
【００３１】
式（６）から、Ｊ0（２φｓｉｎθ）＝０を成立させることによりＤＯＰを０とすることができ、完全な偏波スクランブルのかかった変調光を得ることができる。すなわち２つの方向の偏波成分の相関をほぼ０とすることができ、偏波依存性の無い伝送信号光を生成することができる。これにより光伝送路に複数段の光増幅器が設置されていたとしても、ＰＤＬやＰＨＢによる影響を抑圧しつつ高品質の光伝送を行うことが可能となる。
【００３２】
Ｊ0（２φｓｉｎθ）＝０とするには、例えば偏波保持ファイバ６の偏波モード間の伝送遅延差θを位相変調の周期の１／２（θ＝π／２）とし、位相変調のピーク・トゥ・ピーク振幅２φ＝２．４０５ｒａｄとすることで実現される。
【００３３】
このように本実施形態では、連続光を出力するレーザダイオード１の出力側に、二電極ＭＺ変調器５を接続する。この二電極ＭＺ変調器５の一方の電極に、データ信号と高周波発振器４からの高周波信号とを混合した信号を印加するとともに、他方の電極に、データ信号の反転と高周波発振器４からの高周波信号とを混合した信号を印加する。これにより強度変調かつ位相変調された信号光を生成し、この信号光を偏波保持ファイバ６に導くことで偏波スクランブルをかけるようにしている。
【００３４】
すなわち、強度変調および位相変調を施した信号光を生成し、この信号光を複屈折率性を持つ偏波保持ファイバ６中に伝播させることにより、位相変調を偏波変調に変換することが可能となる。その際、位相変調の周波数と振幅、および偏波保持ファイバ６の複屈折率特性と長さを適切に設定することにより、光ファイバ増幅器を使用する超長距離光ファイバ伝送システムにおいて最適な、偏光度がゼロの伝送信号光を生成することが可能となる。
【００３５】
上記実施形態における効果を実証するため、図１の構成において実験を行った。図４は、その結果を示すアイパターンである。この実験では、２．４８８Ｇｂｐｓの擬似ランダム・データ・パターンを用い、位相変調の周期をビットレートの２倍の４．９７６ＧＨｚとした。また位相変調のピーク・トゥ・ピーク位相変位を２．４０５ｒａｄとし、偏波保持ファイバ６としてＰＡＮＤＡファイバを使用した。ここで、偏波モード間の伝播遅延差を位相変調周期の１／２とすべく、ＰＡＮＤＡファイバの長さを５５ｍとした。
【００３６】
図４（ａ）に伝送前のアイパターン、図４（ｂ）に伝送後のアイパターンを示す。これにより判るように、劣化のほとんど無い良好なアイパターンを得られた。具体的には、この実験の結果、偏波保持ファイバ６出力光の偏光度は５％以下となり、良好な偏波スクランブル光を得ることができた。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、信号光を伝播させる素子としては、二電極マッハ・ツェンダ（ＭＺ）変調器５と偏波保持ファイバ６のみで、強度変調かつ偏波スクランブルのかかった伝送光を得ることができる。これにより強度変調用、偏波変調用として個別に光変調器を設ける必要が無くなり、デバイスの数を減らすことができる。このことから信号光の挿入損失を最小限に抑えることができ、Ｓ／Ｎ比の高い伝送信号光を生成することが可能となるとともに、構成の軽量化、小型化を図れ、ひいては低コスト化を促すことも可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、連続光を一つの二電極型マッハ・ツェンダ光変調器と複屈折率ファイバとを介することで強度変調かつ偏波スクランブルの施された信号光を得ることが可能となるので、信号光の挿入損失の低減を図れ、その結果、信号伝送に係わるＳ／Ｎ比の劣化を最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる光送信器の実施の形態を示すブロック図。
【図２】  図１の光偏波保持ファイバ６の構成例を示す図。
【図３】  従来の光送信器の構成を示すブロック図。
【図４】  図１の構成における実験結果のアイパターンを示す図。
【符号の説明】
１…レーザダイオード（ＬＤ）
２…単電極型マッハ・ツェンダ強度変調器（ＭＺ変調器）
３…位相変調器
４…高周波発振器
５…二電極マッハ・ツェンダ（ＭＺ）変調器
６…偏波保持ファイバ
７，８…加算器
【図１】
0003792948.tif 000007
【図２】
0003792948.tif 000008
【図３】
0003792948.tif 000009
【図４】
0003792948.tif 000010