JP2005269648A - 偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 デュオバイナリー変調方式を使用した光デュオバイナリー伝送装置を提供する。
【解決手段】 入力されたバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、コーディングされたバイナリーデータ信号を3レベル信号に変換するローパスフィルターと、光を生成する光源と、3レベル信号に従って、光源から出力された光の偏光を変調する偏光変調器と、所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器とを有する。
【選択図】 図3
【解決手段】 入力されたバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、コーディングされたバイナリーデータ信号を3レベル信号に変換するローパスフィルターと、光を生成する光源と、3レベル信号に従って、光源から出力された光の偏光を変調する偏光変調器と、所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器とを有する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、光通信システムのための光伝送装置に関し、特に、偏光変調器を使用した光デュオバイナリー伝送装置に関する。
デュオバイナリー変調方式においては、光信号の強度に従って情報を示し、‘0’ビットで信号の位相が反転する。デュオバイナリー信号は、既存のOOK(on-off keying)変調信号の光スペクトル幅より狭い光スペクトル幅を有している。このように、デュオバイナリー信号は、高密度波長分割多重方式(dense wavelength-division multiplexing;DWDM)の光伝送システムで、チャンネル間隔を狭くすることが可能という有利な点を有する。また、デュオバイナリー信号は、光ファイバーの分散に対する耐性が強い。したがって、OOKを使用した場合に比べて、光ファイバの分散を補償することなく、2〜3倍遠くへ光信号を伝送することができる。また、このデュオバイナリー信号は、キャリアトーン(carrier tone)成分を有しないので、誘導ブリュアン散乱(stimulated Brillouin scattering;SBS)に対して弾力的である。
図1は、従来の光デュオバイナリー送信器10の構成を示す図である。図1に示すように、光デュオバイナリー送信器10は、プリコーダ11、変調器ドライバー12及び13、ローパスフィルター14及び15、CW(continuous wave;連続波)光源16、及びマッハツェンダ光変調器(Mach-Zehnder optical modulator)17を含む。
まず、バイナリー(binary)入力データは、プリコーダ11によってコーディングされる。コーディングされたバイナリーデータは、変調器ドライバー12及び13によって増幅された後に、ローパスフィルター14及び15に印加される。ここで、ローパスフィルター14及び15の帯域幅が、バイナリーデータの伝送速度の1/4を示す3dBである場合(例えば、バイナリーデータの伝送速度が10Gbpsであれば、伝送速度が2.5GHzである場合)には、ローパスフィルター14及び15を通過したバイナリー信号は、帯域幅の制限によって3レベル信号に変換される。ローパスフィルター14及び15は、理想的にはコサイン二乗(cosine2)フィルターであるが、ベッセルトムソンフィルター(Bessel-Thomson filter)を使用して置き換えることもできる。一方、CW光源11から出力された連続波(Continuous Wave)光は、3レベル信号に従って駆動されるマッハツェンダ光変調器17によって光デュオバイナリー信号に変換される。
しかしながら、従来の光デュオバイナリー送信器は、上下対称な構造を有するので、マッハツェンダ光変調器17に印加される2つの電気信号は、同一の特性を有しなければならない。それゆえ、2個の同一の変調器ドライバーとローパスフィルターを必要とする。
また、マッハツェンダ光変調器を使用するので、バイアス電圧の変化に敏感となる。それゆえ、光送信器の温度変化によりマッハツェンダ変調器のバイアス電圧が変化すると、システムの性能が劣化するという問題点がある。
図2は、従来の光デュオバイナリー送信器20の構成を示す。図2に示すように、光デュオバイナリー送信器20は、プリコーダ21、変調器ドライバー22、CW光源23、位相変調器24、及び光学フィルター25を含む。
バイナリー入力データは、プリコーダ21によってコーディングされ、コーディングされたバイナリーデータは、変調器ドライバー22によって増幅されて位相変調器24の駆動信号として印加される。CW光源23から出力した連続波光は、位相変調器24によって、変調器の駆動信号に従って位相変調される。この位相変調された光信号は、バイナリー信号の伝送速度のほぼ70%に相当する帯域幅を有する光学フィルター25を通じて、光デュオバイナリー信号に変換される。光学フィルター25は、バイナリー信号の伝送速度が10Gbpsである場合に、7GHzの帯域幅を有する。
光デュオバイナリー送信器20で発生した光デュオバイナリー信号は、図1に示した光送信器によって発生した光デュオバイナリー信号に比べて、光ファイバーの分散に対する耐性は弱いが、光デュオバイナリー送信器20は、図1に示した光送信器の対称構造に関する問題と、マッハツェンダ光変調器のバイアス位置に対する依存性とを解決することができる。
しかしながら、光デュオバイナリー送信器20は、狭い通過帯域及び分散特性に優れた光学フィルター25を要求する。
したがって、上述した従来の技術で発生する問題を克服することができる光デュオバイナリー伝送装置を提供する必要がある。
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、偏光変調器のバイアス位置に無関係に、電気素子の対称構造を必要とすることなく、光デュオバイナリー信号の信頼性を向上することができる偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、狭帯域光学フィルターを使用することなく、光伝送装置の製造コストを低減することができる偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明の一の実施形態による偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置は、入力されたバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、コーディングされたバイナリーデータ信号を3レベル信号に変換するローパスフィルターと、光を生成する光源と、3レベル信号に従って、光源から出力した光を偏光変調する偏光変調器と、所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器と、を含んで構成されることを特徴とする。
望ましくは、偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置は、このコーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器をさらに含むことを特徴とする。
さらに望ましくは、偏光器は、電気信号‘1’が光信号に変換された場合の光信号の偏光に対して、直交する偏光軸を有することを特徴とする。
本発明による偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置は、マッハツェンダ光変調器を使用しないので、マッハツェンダ光変調器を使用する際に必要な2つの信号の対称構造を必要としない。また、狭帯域光学フィルターを使用しないので、光伝送装置の製造コストを低減することができる。そして、本発明による光デュオバイナリー伝送装置の信頼性を向上することができるという長所がある。
以下、本発明による好適な一実施形態について添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
図3は、本発明の第1の実施形態に従う偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置の構成を示す図である。
図3を参照すると、本実施形態の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置100は、入力されたNRZバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダ110と、コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器120と、増幅されたバイナリーデータ信号の帯域幅を制限して3レベル信号に変換する電気的ローパスフィルター(LPF)130と、連続波光を生成する光源140と、3レベル信号に従って連続波光を偏光変調する偏光変調器150と、偏光変調された光信号のうち所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器160を含んで構成される。
プリコーダ110は、入力されたNRZバイナリーデータ信号をコーディングし、1ビット遅延素子(1 bit delayer)と排他的論理和(exclusive-OR)論理素子を使用して実現することができる。
駆動増幅器120は、コーディングされたバイナリーデータ信号を、偏光変調器150を駆動できるように増幅する。
ローパスフィルター130が、バイナリーデータ信号の伝送速度の1/4を示す3dBの帯域幅を有する場合(例えば、バイナリーデータの伝送速度が10Gbpsの場合の、2.5GHzの伝送速度)には、ローパスフィルター130を通過したバイナリー信号は、帯域幅の制限によって3レベル信号に変換される。このようなローパスフィルター130は、理想的には、コサイン自乗(cosine2)フィルターであるが、ベッセルトムソンフィルター(Bessel-Thomson filter)を使用しても実現可能である。
光源140は、連続波光を生成し、半導体レーザー(LD)を使用して実現することができる。
偏光変調器150は、3レベル信号に従って光源140が生成した連続波光を偏光変調する。
偏光器160は、偏光変調器150の出力端に接続され、偏光変調された光信号のうち、所定の偏光方向の光信号のみを透過する。
上記構成を有する本実施形態に従う偏光変調器150を用いた光デュオバイナリー伝送装置100の動作は、下記の通りである。
図4の(a)〜(e)は、ノードA、B、C、D、及びEでの信号形態の例を示すグラフである。
図4は、“01011000111010101”データ列を入力信号とした場合のバイナリーデータ信号(図4の(a))は、プリコーダ110により図4の(b)に示す信号にコーディングされた後に、駆動増幅器120を通して電気的ローパスフィルター130に印加される。ローパスフィルター130に印加されたバイナリー信号は、図4の(c)に示す3レベル信号に変換された後に、偏光変調器150に駆動信号として印加される。このとき、偏光変調器150に印加される3レベル信号は、ピーク・ツウ・ピーク(peak-to-peak)強度を有し、これによって、偏光変調器150は、偏光を直角に変調する。3レベル信号の強度は、通常、Vπとして表される。すなわち、偏光変調器150に印加される電気信号の強度はVπである。
一方、光源140によって生成された連続波光は、偏光変調器150に入力し、3レベル信号が印加される偏光変調器150によって偏光変調される(図4の(d))。3レベル信号の強度を‘0’、‘1’、及び‘2’として表す場合には、電気信号‘0’、‘1’、及び‘2’は、光信号に変換され、図4の(d)に示すように、‘0’は、y-偏光を有する光信号を示し、‘1’は、左旋円偏光(left-hand circular polarization)を示し、‘2'は、x-偏光を有する光信号を示すこととなる。偏光変調器150によって偏光変調された光信号は、偏光器160に印加される。
偏光器160は、電気信号‘1’が光信号に変換されたときに有する光信号の左旋円偏光に対して、直交する偏光軸を有する。図4の(d)に示す例において、信号‘1’が左旋円偏光を有するので、偏光器160の偏光軸は、右旋円偏光(right-hand circular polarization)である。偏光変調器150によって変調された光信号が、上記偏光軸を有する偏光器160を通過すると、光信号は、図4の(e)に示すように、光デュオバイナリー信号として生成される。これは、電気信号‘1’によって生成された光信号は、偏光器160を通過できないので、‘0’ビットを発生させ、そして、電気信号‘0’及び‘2’によって生成された光信号は、偏光器160を通過しつつ‘1’ビットを生成するからである。ここで、電気信号‘0’及び‘2’は、同一の‘1’ビットを生成するが、‘1’ビットの位相は、それぞれπ/4及び−π/4であるので、デュオバイナリー信号と類似する特性を有する。‘1’ビット信号の位相は、偏光変調器150に印加される信号の強度に従って変化する。偏光変調器150に印加される信号の強度が高いほど、‘1’ビット信号の位相は‘0’に近づく。反対に、偏光変調器150に印加される信号の強度が低いほど、信号の位相は、π/2及び−π/2に近づく。‘1’ビット信号の位相θは、下記式1の通りである。
この式において、‘V’は、偏光変調器に印加される3レベル信号のピーク・ツウ・ピーク強度を示す。従って、偏光変調器に印加される信号の強度が低い場合には、デュオバイナリー信号として同一の特性を有する信号、すなわち、‘1’ビット信号の位相が反転した特性を得ることができる。
図5は、本発明の第2の実施形態に従う偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置200の構成を示す。
図5に示すように、本実施形態の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置200は、入力されたNRZバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダ210と、コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器220と、増幅されたバイナリーデータ信号の帯域幅を制限して3レベル信号に変換する電気的ローパスフィルター(LPF)230と、連続波光を生成する光源240と、光源240によって生成された連続波光のうち、その偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第1の偏光器250と、3レベル信号に従って第1の偏光器250から出力された信号の位相を変調する偏光依存位相変調器260と、第1の偏光器250の偏光軸に直角な偏光軸を有し、位相変調された光信号のうち、その偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第2の偏光器270とを含んで構成される。
本実施形態の構成は、図3に示した偏光変調器150を、45°の偏光軸を有する第1の偏光器250、及び偏光依存性を有する位相変調器260に置き換えて実現する場合であり、その他の構成は、図3と同様である。上述したように、偏光依存性を有する位相変調器(polarization-dependent phase modulator)260の入力端及び出力端で、互いに直交する方向(例えば、偏光軸が45°及び135°である場合)の偏光軸を有する2個の偏光器250及び270を配置することによって、光デュオバイナリー伝送装置を小型にすることができる。
図6の(a)〜(f)は、ノード(a)〜(f)での信号形態の例を示すグラフである。
図6は、“01011000111010101”データ列を入力信号とした場合(図6の(a))の、出力される光デュオバイナリー信号(図6の(f))を示す図である。図4に示す本発明の第1の実施形態の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置100と同様の光デュオバイナリー信号が生成されることがわかる。
以上の本発明の詳細な説明では具体例に則して説明したが、本発明の範囲を外れない限り多様な変形が可能なことはもちろんである。したがって、本発明の範囲は、説明した具体例に限定して解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものにより定められるべきである。
100:偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置
110:プリコーダ
120:駆動増幅器
130:ローパスフィルター
140:光源
150:偏光変調器
160:偏光器
110:プリコーダ
120:駆動増幅器
130:ローパスフィルター
140:光源
150:偏光変調器
160:偏光器
Claims (12)
- 入力したバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、
前記コーディングされたバイナリーデータ信号を3レベル信号に変換するローパスフィルターと、
光を生成する光源と、
前記3レベル信号に従って、前記光源から出力した光を偏光変調する偏光変調器と、
所定の偏光方向の光信号のみを透過する偏光器と、
を有することを特徴とする偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。 - 前記コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器をさらに有することを特徴とする請求項1記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記ローパスフィルターは、
前記バイナリーデータ信号の伝送速度の1/4に相当する3dBの帯域幅を有することを特徴とする請求項1記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。 - 前記偏光変調器に印加する3レベル信号は、ピーク・ツウ・ピーク(peak-to-peak)信号であり、前記光源から出力した光を直角に偏光変調することが可能に増幅されることを特徴とする請求項1記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記偏光変調器に印加する3レベル信号の強度は、Vπであることを特徴とする請求項4記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記偏光器は、電気信号‘1’を光信号に変換した場合の光信号の偏光に対して、直交する偏光軸を有することを特徴とする請求項1記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記光源は、連続波光を出力するCWレーザーであることを特徴とする請求項1記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 入力したバイナリーデータ信号をコーディングするプリコーダと、
前記コーディングされたバイナリーデータ信号を3レベル信号に変換する電気的ローパスフィルターと、
光を生成する光源と、
第1の偏光軸を有し、前記光源が出力した光のうち、前記第1の偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第1の偏光器と、
前記3レベル信号に従って、前記第1の偏光器から出力した光信号の位相を変調する偏光依存位相変調器と、
前記第1の偏光器の偏光軸に直交する第2の偏光軸を有し、前記位相変調された光信号のうち、前記第2の偏光軸に一致する偏光方向の光信号のみを透過する第2の偏光器と、
を有することを特徴とする偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。 - 前記コーディングされたバイナリーデータ信号を増幅する駆動増幅器をさらに有することを特徴とする請求項8記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記電気的ローパスフィルターは、前記バイナリーデータ信号の伝送速度の1/4に相当する3dBの帯域幅を有することを特徴とする請求項8記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記第1の偏光器は、45°の偏光軸を有することを特徴とする請求項8記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
- 前記光源は、連続波光を出力するCWレーザーであることを特徴とする請求項8記載の偏光変調器を用いた光デュオバイナリー伝送装置。
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