JP2001339366A - 波長符号分割多重光受信器 - Google Patents

波長符号分割多重光受信器

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JP2001339366A
JP2001339366A JP2000154230A JP2000154230A JP2001339366A JP 2001339366 A JP2001339366 A JP 2001339366A JP 2000154230 A JP2000154230 A JP 2000154230A JP 2000154230 A JP2000154230 A JP 2000154230A JP 2001339366 A JP2001339366 A JP 2001339366A
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optical
optical receiver
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JP2000154230A
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English (en)
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Junichi Kani
淳一 可児
Katsumi Iwatsuki
岩月  勝美
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化などによる受信特性の劣化を自動的
に補償する。 【解決手段】 差動回路Suからの出力電気信号(デー
タ)を平滑回路31aで平滑化し、その平滑化出力を微
分回路31bで微分し、その微分出力を固定電圧に加減
算回路31cで加算し、その出力をマッハツェンダー
(MZ)フィルタFrの屈折率制御手段32へ印加し
て、MZフィルタFrの光路21と22の実効光路長差
を制御し、常に微分出力がほぼゼロ付近になるようにす
る。制御手段32は熱光学効果又は電気光学効果を利用
して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、干渉性波長フィ
ルタに受信光信号を入力し、その出力同相光信号と逆相
光信号を第1、第2受光素子によりそれぞれ電気信号に
変換し、これら電気信号の差をとって受信電気信号を求
める波長符号分割多重光受信器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の波長符号分割多重光受信器を含む
波長符号分割多重光伝送システムに関しては例えば、J.
P.Elbersらの文献“Performance evaluation of a CDMA
system using broadband sources,”Proceedings of E
COC98,pp.341-342に詳述されている。尚、この文献で
は、同方式を「周波数符号分割多重」と称しているが、
同方式の特徴的なところは互いに相関の無い波長フィル
タをチャネル符号化・識別に用いるところであるから、
この明細書では、「波長符号分割多重」と称する。また
この種の波長符号分割多重伝送システムは、コヒーレン
ス多重伝送システムとも云われる。
【0003】以下図6を参照して波長符号分割多重伝送
システムの原理を簡単に説明する。送信側11におい
て、スペクトル線幅の広い光信号を出射する低コヒーレ
ンス光源(レーザ光源)LS1,…,LSNがそれぞれ
データ1,…,データNにより強度変調される。これら
光源LS1,…,LSNよりの強度変調された光信号は
それぞれ干渉性波長フィルタFt1,…,FtNへ入力
され、これら干渉性波長フィルタFt1,…,FtNの
透過波長周期が互いに一致しない値とされてあり、これ
ら干渉性波長フィルタFt1,…,FtNの透過光は光
合成器12により合成されて、例えば光ファイバ伝送路
13の一端に入射される。
【0004】受信側14においては光ファイバ伝送路1
3の他端よりの受信光信号は光分配器15によりN分配
されて干渉性波長フィルタFr1,…,FrNに入射さ
れる。干渉性波長フィルタFr1,…,FrNの各透過
波長周期は干渉性波長フィルタFt1,…,FtNの各
透過波長周期とそれぞれ等しいものとされている。干渉
性波長フィルタFr1,…,FrNの各同相光出力と逆
相光出力はそれぞれ受光素子PDp とPDn によりそれ
ぞれ電気信号に変換され、これら各組の受光素子PDp
とPDn の各電気信号は差動回路Su1,…,SuNで
差がとられて、それぞれ受信電気信号(データ)1,…
受信電気信号(データ)Nが得られる。つまりNチャネ
ルの通信路が構成される。
【0005】図6中の1つのチャネルについて見ると、
図7に示す構成となる。干渉性波長フィルタFt,Fr
として2出力光方向性結合器17と2入力光方向性結合
器18とを長さが異なる光路21,22で互いに接続し
た非等長マッハツェンダー型光フィルタを用いた場合で
ある。光路21,22の光路差は、光源LSの波長の光
の可干渉距離よりも大とされている。光方向性結合器1
7,18はそれぞれ3dB結合であり、例えば光源LS
からの強度変調された信号光は、フィルタFtの方向性
結合器17で光路21と22に等分配される。
【0006】送信側のフィルタFtの光路21−光ファ
イバ伝送路13−受信側のフィルタFrの光路22を通
った光信号と、フィルタFtの光路22−光ファイバ伝
送路13−フィルタFrの光路21を通った光信号と
は、その全通過光路長がほぼ一致しており、これら両光
信号は受信側フィルタFrの方向性結合器18で干渉す
る。一方フィルタFtの光路21−光ファイバ伝送路1
3−フィルタFrの光路21を通る光信号と、フィルタ
Ftの光路22−光ファイバ伝送路13−フィルタFr
の光路22を通る光信号とはその通過する全光路の長さ
の差がその光信号の可干渉距離より大きいため、フィル
タFrの光方向性結合器18で干渉が生じないで、同相
出力と、逆相出力とに2分される。同様に他のチャネル
の光信号の干渉成分も、同相出力と逆相出力とに2分さ
れる。これら不用光信号の成分は、差動回路Suで互い
に打消されて除去される。
【0007】フィルタFt,Frのそれぞれはその光路
21,22の差にもとづき、互いに強調し合う波長と、
互いに打消し合う波長とがあり、方向性結合器18の同
相出力光信号は、光源LSの波長特性が例えば図8Aに
示す場合、図8Bに示すような波長特性となり、周期的
に透過波長が生じる。この波長特性を、各チャネルのフ
ィルタFt,Frが他チャネルの波長特性と無相関にな
るようにすることにより、各チャネルの信号を多重化伝
送することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記波
長符号分割多重伝送システムにおいては、温度変化等の
要因によって、波長符号分割多重光受信器に含まれる干
渉性波長フィルタFrの透過特性が、送信器における干
渉性波長フィルタFtの透過特性からずれると、受信特
性が劣化するという問題がある。この発明の目的は、波
長符号分割多重伝送システムにおいて、温度変化等の要
因によって、受信特性が劣化するという問題を解決した
波長符号分割多重光受信器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明によれば波長符
号分割多重光受信器において、干渉性波長フィルタの干
渉条件を、受信電気信号の強度が最も大きくなるように
制御する手段が設けられる。干渉性波長フィルタとして
非等長マッハツェンダー型フィルタ(以下MZフィルタ
と記す)が用いられた場合MZフィルタの干渉条件の制
御はMZフィルタの屈折率を制御することにより行う。
この屈折率の制御は、熱を加えると屈折率が変化する熱
光学効果、または、電圧を印加すると屈折率が変化する
電気光学効果を利用して行われる。
【0010】上記干渉性波長フィルタとしてファブリー
ペロー型光フィルタが用いられた場合には、上記干渉条
件の制御はその光フィルタの一対の反射面間の間隔が制
御されて行われる。干渉条件を制御する制御信号は、受
信電気信号の強度が最も大きくなるような制御信号であ
り、この制御信号は、例えば、受信電気信号の最大値を
検出し、その最大値が最大になるように干渉条件を制御
する信号であり、あるいは、受信電気信号が平滑され、
その平滑出力が最大となるように干渉条件を制御させる
信号である。
【0011】さらに、本受信器を利用した波長符号分割
多重伝送システムにおいて、受信電気信号からそれが正
論理であるか負論理であるかの判定手段が設けられ、そ
の負論理であるとの判定出力により、干渉性波長フィル
タの干渉条件を、受信電気信号の論理が反転するように
制御する手段が設けられる。なお、この論理の正、負判
定を可能にするため、送信側で例えば送信フレームのヘ
ッダにその受信電気信号の論理を判定するためのデータ
を付加する。作用上記構成により、波長符号分割多重伝
送システムにおいて、温度変化等の要因によって劣化す
る光受信器の受信特性が補償される。
【0012】
【発明の実施の形態】図1にこの発明の第1実施例を示
し、図7と対応する部分に同一符号を付けてある。この
実施例は、図に示すように、干渉性波長フィルタFrと
してMZフィルタを用いた場合の波長符号分割多重光受
信器である。この実施例では差動回路Bsよりの受信電
気信号が分岐されて制御信号生成手段31に入力され、
制御信号生成手段31で生成された制御信号によりMZ
フィルタFrの屈折率制御手段32に供給されて、受信
電気信号のレベルが最大になるようにMZフィルタFr
の屈折率が制御される。
【0013】この実施例では制御信号生成手段31にお
いて、入力された受信電気信号が、例えば低域通過フィ
ルタよりなる平滑回路31aで平滑化され、その平滑回
路31aの出力が微分回路31bで微分され、その微分
出力が加減算回路31cで予め決めた一定電圧に対し、
加減算され、その加減算出力が制御信号として屈折率制
御手段32へ供給される。平滑回路31aの時定数は受
信電気信号を平滑化できる程度に、受信電気信号のデー
タビット周期より十分大きくされ、低域通過フィルタを
用いる場合は、現在通常のデータ通信に対し、例えば遮
断周波数が100Hz程度とされる。
【0014】この実施例では屈折率制御手段32とし
て、MZフィルタFrの温度を制御して熱光学効果によ
りMZフィルタFrの屈折率を制御するようにした場合
である。例えば図2Aに示すようにMZフィルタFrを
石英ガラス基板上に作成し、その一方の光路21の近く
にこれに沿ってヒータ34が形成され、あるいは図2B
に示すようにそのフィルタ形成面と反対の面(裏面)の
ほぼ全面にわたってヒータ34が形成される。
【0015】このヒータ34に微分回路31bの出力が
制御信号として供給される。MZフィルタFrの光路2
1と22の光路差が設計値通り、つまりずれがなけれ
ば、図5に示すように送信側の強度変調光信号24と、
同位相の強度変調光信号25がMZフィルタFrの方向
性結合器18の同相出力側に現われ、逆位相出力側には
信号光は現われない。よって差動回路Suの出力受信電
気信号は例えば図3中の曲線41に示すように送信デー
タと同一論理(正論理)の出力となる。前記光路差のず
れがnπ/2(1波長を2πとした時)の場合は、フィ
ルタFrの方向性結合器18の同相出力側と、逆相出力
側とに2等分された信号光がそれぞれ現われる。よって
差動回路Suの出力は互いに打消し合って、図3中の線
42に示すようにゼロとなる。一方前記光路差のずれが
nπになると、方向性結合器18の同相出力側の信号光
はゼロとなり、逆相出力側に送信側の強度変調光信号2
4と同位相の強度変調光信号26が現われる。従って差
動回路Suの出力受信電気信号は図3中の曲線43に示
すように送信データに対し、極性が反転した負の信号
(負論理)となる。
【0016】例えばMZフィルタFrの遅延側光路22
を、温度を変化させると、熱光学効果により屈折率が変
化し、光路22の実効長が変化する。このため方向性結
合器18における干渉条件が変化し、平滑回路31aの
出力電圧は図4に示すように変化する。つまり実効光路
長の変化に対し、平滑出力電圧は周期的に、正のピーク
値(最大値)と負のピーク値(最小値)の間を徐々に変
化する。実効光路長は、その光路に印加する温度に比例
する。また図2Bに示したようにフィルタ全体の温度を
変化させた場合でも、二つの光路21と22ではその物
理的光路長が異なっているため、実効的光路長の差が変
化することになり、この変化も図4に示したと同様に変
化する。
【0017】従って図1中の微分回路31bよりの制御
信号が図2A又は図2Bのヒータ34に供給されると、
例えば図4中の温度上昇における比較的急な箇所P1
は、微分回路31bの出力電圧が正の比較的大きな値と
なり、これが前記一定電圧と加算されてヒータ34に比
較的大きい電流が流れ、これに両光路21と22の実効
的光路長差が大きくなり、平滑出力電圧がその最大値P
2 に近づくと、微分回路31bの出力電圧はほぼゼロに
なり、ヒータ34を流れる電流はほぼ前記一定電圧で決
る値になる。この制御信号に対する光路21と22の実
効光路長の変化の時間遅れにより、平滑出力が最大値P
2 を通過して減少し出すと、微分回路31bの出力は負
の値となり、加減算回路31cの出力は一定電圧より減
少した制御信号がヒータ34へ供給され、ヒータ34を
流れる電流が減少し、温度が低下して実効光路長差が小
さくなり、平滑出力は最大値P2 に近づき、微分回路3
1bの出力がゼロに近づく。このような動作をして、平
滑出力はピーク値P2 中心に多少上下し、全体としては
ほぼ一定状態となる。つまり平滑回路31aの出力が最
大、従って受信電気信号の強度が最大になるように、M
ZフィルタFrの干渉条件が制御されることになる。
【0018】図1に示した実施例では、受信電気信号の
論理が反転した場合はそれを補正するようにした場合で
ある。先に図3を参照し説明したように、光路差のずれ
がnπの場合は、受信電気信号は負論理となってしま
い、前記温度制御による屈折率を変化させて光路長の差
を変化させる場合、図4における負のピーク値(最小
値)付近で安定してしまう場合がある。この問題を解決
するため、図1の実施例では差動回路Suからの受信電
気信号が分岐されて論理正負判定手段44にも供給され
る。論理正負判定手段44は受信電気信号の論理が正で
あるか、負であるかを判定する手段である。この判定を
可能にするため、送信側において例えばデータをフレー
ム構成として送り、そのフレームのヘッダ部分の予め決
めた位置に予め決めた論理識別用データ、例えば“10
1011”を挿入しておき、論理正負判定手段44で、
前記論理識別用データを検出しその検出した論理識別用
データが“101011”であれば、受信電気信号は正
論理“010100”であれば受信電気信号は負論理と
判定する。
【0019】論理正負判定手段44からの負論理と判定
した出力が論理反転信号生成手段45へ供給され、論理
反転信号生成手段45よりの論理反転信号がこの例では
屈折率制御手段32に供給されて、受信電気信号の論理
が反転するようにMZフィルタFrの干渉条件が制御さ
れる。つまりMZフィルタFrの光路21と22の実効
光路差をnπずらすようにする。前述したようにMZフ
ィルタFrの温度を制御して、屈折率を制御する場合
は、予め加熱温度に対する実効光路長差のずれ特性を測
定し、実効光路長差がnπずれる温度を求め、更に、こ
の温度変化を与えるに必要なヒータ34間に与える電圧
の変化値を求めておく。例えば温度を3℃上げるに必要
な電圧ΔVcを求めておき、負論理判定出力が入力され
ると、論理反転信号ΔVcを出力し、加減算回路31c
でΔVcを加算(又は減算)してヒータ34へ印加する
電圧を変化させる。これにより差動回路Suの出力受信
電気信号の論理が反転して正論理となる。
【0020】上述においては屈折率制御手段32として
熱光学効果を利用した温度制御手段を用いたが、電気光
学効果を利用したものでもよい。例えばリチウムナイオ
ベート基板にMZフィルタFrを形成し、図2Cに示す
ように一方の光路21を挟んで一対の電極46と47を
形成し、これら電極46と47間に制御信号生成手段3
1よりの制御信号を印加すればよい。この場合も電極4
6と47間に印加される電圧に応じて光路21の屈折率
が変化し、これに伴なって光路21と22の実効光路長
の差が変化して、平滑回路31aの平滑出力電圧が図4
に示した場合と同様な変化をすることは容易に理解され
よう。ただし同一実効光路長の差の変化を与える制御信
号の大きさは、温度制御による場合の制御信号の大きさ
とは異なるものとなる。
【0021】屈折率制御手段32として電気光学効果を
利用する場合も、フィルタFrの基板全体の屈折率を電
気光学効果により変化させるようにしてもよい。更に上
述では制御信号を受信電気信号を平滑して生成したが、
図5に示すように最大値検出手段31により受信電気信
号の最大値を検出し、この検出した最大値を最大値制御
手段31eへ供給し、最大値制御手段31eは受信電気
信号の最大値が最大になるような制御信号を生成して屈
折率制御手段32へ供給する。
【0022】最大値検出手段31dでは例えば、入力さ
れた受信電気信号をそのデータビットごとにそのほぼ中
心でサンプリングしてそのサンプル値をデジタル値に変
換し、その値がそれまで保持していた最大値より大きけ
ればその値を保持し、そのサンプル値と保持値より大き
くなったことを示す増加フラグとを最大値制御手段31
eへ供給する。最大値制御手段31eは入力されたサン
プル値に予め決めた所定値ΔVを加算した値をアナログ
信号に変換して制御信号として屈折率制御手段32へ供
給する。
【0023】最大値検出手段31dにおけるサンプル値
が、保持最大値より小さい場合で、サンプル値が所定値
以下の場合は、受信電気信号のビットがデータ“0”で
あるとみなして、最大値制御手段31eへ信号を供給し
ない。このような制御を繰返すと、光路21と22の実
効光路長差は理想値(設計値)に近づき、受信電気信号
のデータ“1”の振幅(強度)は最大になる。この状態
で最大値検出手段31dにはその時のデータ“1”の振
幅が最大値として保持される。この最大値が最初に検出
された時は、その最大値に対して、所定値ΔVを加算し
た制御信号により屈折率制御手段32が制御されるた
め、実効光路長差の理想値を通過して受信電気信号のデ
ータ“1”のサンプル値が、保持最大値より減少する。
そこでサンプル値が保持最大値より小であってもサンプ
ル値が所定レベル以上であれば、減少フラグを最大値制
御手段31eへ供給する。最大値制御手段31eは減少
フラグが入力されると、それまでの制御信号から所定値
ΔVを減少して制御信号として屈折率制御手段32へ供
給する。このような制御により、受信電気信号の最大
値、つまりデータ“1”の振幅(強度)がほぼ最大に保
持される。
【0024】この場合の屈折率制御手段32としては図
2A、図2Bに示した熱光学効果を利用したもの、ある
いは図2Cに示した電気光学効果を利用したものの何れ
でもよい。この図5に示した実施例においても、論理正
負判定手段44により、受信電気信号の論理が負論理の
場合はこれを検出して論理反転信号生成手段45により
反転制御信号を発生して屈折率制御手段32に印加し
て、受信電気信号を正論理にすることもできる。なお図
3に示したように、受信電気信号が正論理で正レベルと
なり、受信電気信号が負論理で負レベルとなる場合は図
1においては平滑回路31aの出力が正であるか負であ
るかを論理正負判定手段44で調べ、負であれば負論理
と判定した出力を論理反転信号生成手段45へ供給して
もよい。図5に示した実施例では、最大値検出手段31
dのサンプル値が正であるか負であるかを論理正負判定
手段44で調べ、負であれば負論理と判定した出力を論
理反転信号生成手段45へ供給してもよい。
【0025】上述においては干渉性波長フィルタFrと
してMZフィルタを使用したが、このMZフィルタに限
られるものでなく、他の干渉性波長フィルタを用いても
よい。例えば図2Dに示すように2枚の対向した反射面
51,52の一方の反射面51から受信光信号を入射
し、反射面51と52で反射された光との干渉光を、反
射面52から同相出力、反射面51から逆相出力をそれ
ぞれ得るようにし、一方の反射面52に圧電素子53を
取付け、圧電素子53の電極間に制御信号を印加して、
反射面51と52の間隔を制御して、干渉条件を制御す
るようにしてもよい。圧電素子を両反射面51,52に
取付けてもよい。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、この発明により、波
長符号分割多重伝送システムにおいて、温度変化等の要
因によって劣化する波長符号分割多重光受信器の受信特
性を自動的に補償することができ、常に最良に近い受信
特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。
【図2】干渉性波長フィルタの干渉条件を制御する手段
の各種例を示す図。
【図3】MZフィルタの光路長差のずれと、受信電気信
号の電圧波形の関係例を示す図。
【図4】MZフィルタの遅延側光路の実効長と図1中の
平滑回路31aの出力との関係例を示す図。
【図5】この発明の他の実施例を示す図。
【図6】波長符号分割多重伝送システムの構成例を示す
図。
【図7】波長符号分割多重伝送システムの1チャネルの
伝送原理を説明するための図。
【図8】Aは光源の波長特性の例を示す図、Bは干渉性
波長フィルタの波長特性の例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 2/00 H04J 13/00 A H01L 31/0232 H04J 13/00 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA06 BA01 CA04 DA03 DA17 EA05 EB05 EB27 FA04 2K002 AA02 AB18 BA06 BA13 CA02 CA03 DA08 EB15 GA06 GA10 HA02 HA11 5F088 BA10 BB01 JA13 5K002 AA03 BA02 BA04 BA05 CA11 DA01 FA01 5K022 EE01 EE11

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 干渉性波長フィルタに受信光信号が入力
    され、その干渉性波長フィルタから出力される同相光信
    号と逆相光信号とが第1受光素子と第2受光素子により
    それぞれ電気信号に変換され、これら第1受光素子、第
    2受光素子の各出力電気信号の差が差動手段から出力さ
    れて受信電気信号を得る波長符号分割多重送受信器にお
    いて、 上記受信電気信号から制御信号を生成する制御信号生成
    手段と、上記干渉性波長フィルタの干渉条件を制御する
    制御手段とよりなり、上記干渉性波長フィルタの干渉条
    件を、上記受信電気信号の強度が最も大きくなるように
    制御する調整手段を備えることを特徴とする波長符号分
    割多重光受信器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光受信器において、 上記干渉性波長フィルタはファブリーペロー型光フィル
    タであり、 上記制御手段は、上記光フィルタの1対の反射面の間隔
    を制御する手段であることを特徴とする波長符号分割多
    重光受信器。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光受信器において、 上記干渉性波長フィルタは、2出力の第1の方向性結合
    器と、2入力の第2の方向性結合器と、これら方向性結
    合器を接続する互いに長さを異にする2つの光路からな
    る非等長マッハツェンダー型光フィルタであり、 上記制御手段は、上記光フィルタの屈折率を制御する手
    段であることを特徴とする波長符号分割多重光受信器。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の光受信器において、 上記屈折率を制御する手段は、上記光フィルタに熱を加
    えて屈折率を制御する熱光学効果を利用した手段である
    ことを特徴とする波長符号分割多重光受信器。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の光受信器において、 上記屈折率を制御する手段は、上記干渉性波長フィルタ
    に電圧を印加して屈折率が制御する電気光学効果を利用
    した手段であることを特徴とする波長符号分割多重光受
    信器。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の光受信
    器において、 上記制御信号生成手段は上記受信電気信号の最大値を検
    出する手段と、上記最大値が最大となるように干渉条件
    を制御する制御信号を生成する手段とから構成されるこ
    とを特徴とする波長符号分割多重光受信器。
  7. 【請求項7】 請求項1〜5のいずれかに記載の光受信
    器において、 上記制御信号生成手段は上記受信電気信号を平滑する手
    段と、上記平滑出力が最大となるように上記干渉条件を
    制御する制御信号を生成する手段とから構成されること
    を特徴とする波長符号分割多重光受信器。
  8. 【請求項8】 請求項1〜6のいずれかに記載の光受信
    器において、 上記受信電気信号のビットが正論理か負論理か判定する
    手段と、その手段の負論理と判定した出力により、上記
    干渉性波長フィルタの干渉条件を、上記受信電気信号の
    論理が反転するように制御する手段を備えることを特徴
    とする波長符号分割多重光受信器。
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