JP2008066849A - 光送信機およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】データ信号により光位相変調を行いさらに、クロック信号に同期して光強度変調を加えて光信号を送信する光送信機において、該データ信号と該クロック信号との間の位相関係を、簡単な構成で、常に一定に保つようにする。
【解決手段】クロック信号ＣＫを外部から個別に供給するのではなく、データ信号Ｄ自体からそのクロック成分を抽出し、その抽出クロック成分をもとにして再生したクロック信号をもって、上記クロック信号ＣＫとする。そのために、クロック再生機能部２１を新たに導入するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信機、特に光信号に対して位相変調および強度変調を加えて受信側に送信する光送信機に関し、また、その光送信機の駆動方法に関する。

近年、次世代の４０Ｇｂｉｔ／ｓ（Ｇｂ／ｓ）光伝送システムの導入に対する要求が高まっており、しかも従前の１０Ｇｂ／ｓ光伝送システムと同等の伝送距離や周波数利用効率が併せて求められている。そのような要求に応え得る実現手段として、従来１０Ｇｂ／ｓ以下の光伝送システムに適用されてきたＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式に比べて、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）耐力や非線形性耐力に優れたＲＺ−ＤＰＳＫ（Return to Zero−Differential Phase Shift Keying）変調方式、あるいはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ（Carrier Suppressed−ＤＰＳＫ）変調方式の研究開発が活発になってきている。

さらには、上記の変調方式に加えて、高周波数利用効率の高い狭スペクトルという特長を有するＲＺ−ＤＱＰＳＫ（ＲＺ−Differential Quadrature Phase Shift Keying）変調方式といった、位相変調方式の研究開発も活発になっている。

図１４は、位相変調＋強度変調方式が優れていることを示す表であって、本表の右側の“ＲＺ−ＤＰＳＫ”および“ＲＺ−ＤＱＰＳＫ”変調方式がその優れた２方式の一般的特性を示し、本発明もこの２方式を採用する。これら２方式と対比させて、従来周知のＮＲＺ、Duo binaryおよびＣＳ−ＲＺの各変調方式の一般的特性を同時に示す。その一般的特性は、本表左端に記載した、「光雑音耐力」、「波長分散耐力」、「ＰＭＤ耐力」、「光学非線形耐力」、「ＯＡＤＭフィルタ通過耐力」、および「構成（サイズ／コスト）」、についてそれぞれ示す。特に本表右端のＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式はその特性が他の方式に比べて抜群に優れており、次世代光伝送システムの送信方式として注目されている。以下、このＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式に従う光送信機を代表例として説明するが、本発明の技術思想はこの変調方式の場合に限らず、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式や、ＣＳＲＺ変調方式と組み合わせたＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式ならびにＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式にそれぞれ従う各光送信機に対しても適用可能である（後述）。

図１５はＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式による光送信機の従来例を示す図である。本図において、従来例による光送信機１は、電気系からなる、送信データ処理部２、ＭＵＸ部（多重部）３およびドライバ部４と、光系からなる光変調部５とにより構成され、受信側に送信すべき例えば４０Ｇｂ／ｓのデータ信号は、２０ＧＨｚのクロック信号ＣＫと同期をとられながら、光変調部５にて光変調され、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ出力信号光ＯＵＴとして受信側ＲＸに伝送される。

上記送信データ処理部２は、受信側に送信すべき入力データＤｉｎを処理する３つの機能部分からなる。第１の機能部分は、入力データＤｉｎをＯＴＮ（Optical Transport Network）フレーム化するフレーマであり、第２の機能部分は、誤り訂正符号を入力データＤｉｎに付与するＦＥＣ（Forward Error Correction）エンコーダであり、第３の機能部分は、現在の符号とその１ビット前の符号との間の差情報を反映させた符号化処理を行うＤＱＰＳＫプリコーダである。

上記の各機能部分においては複雑なデータ処理を伴うことから、４０Ｇｂ／ｓの高ビットレートのままでは処理が難しく、２．５Ｇｂ／ｓの低ビットレートでパラレル処理を伴う。したがって、送信データ処理部２からは、２．５Ｇｂ／ｓ×１６（＝４０Ｇｂ／ｓ）のデータ信号が出力される。なおこの信号構成は、ＳＦＩ（SERDES Framer Interface）規格で定められている。

上記のパラレル処理された、２．５Ｇｂ／ｓ×１６本の信号線からのパラレルデータ信号は、ＭＵＸ部３をなす例えば１６：１ＭＵＸ（多重化器）１１において合波（多重化）される。したがってこの１６：１ＭＵＸ１１はシリアライザ（serializer）とも称される。

かくして１６：１ＭＵＸ１１により合波された４０Ｇｂ／ｓデータ信号Ｄはドライバ部４に入力される。このとき、そのデータ信号Ｄの１／２レートに相当する２０ＧＨｚのクロック信号ＣＫもまたドライバ部４に入力される。

このドライバ部４は、上記の４０Ｇｂ／ｓのデータ信号Ｄを、波形成形しながら各２０Ｇｂ／ｓのデータ信号に２分波する１：２ＤＥＭＵＸ（分離器）１２に入力される。この処理に用いるクロック信号は、上述した１６：１ＭＵＸ１１からの２０ＧＨｚのクロック信号ＣＫを分岐部（ディバイダ）１３により２分波して得たクロック信号を用いる。なおもう一方の２０ＧＨｚのクロック信号は位相シフタ１５に与えられる。

上記１：２ＤＥＭＵＸ１２において、上記クロック信号（２０ＧＨｚ）に同期しながら２分波された波形成形後の２０Ｇｂ／ｓデータ信号は、一対の増幅器１４および１４′にてそれぞれ増幅された後、第１の駆動信号として、光変調部５に入力される。上記位相シフタ１５からの上記クロック信号も、増幅器１６によって増幅された後、第２の駆動信号として同じく光変調部５に入力される。この位相シフタ１５は、変調器１８からの出力と、変調器１９への増幅器１６からの入力との間の位相差を最小にするものである。

この光変調器５は、図示するようにＣＷ光源１７と、光位相変調部分としてのＤＱＰＳＫ変調器１８と、光強度変調部分としてのＲＺ変調器１９とからなる。ＣＷ光源１７からの連続光はＤＱＰＳＫ変調器１８に入力されて、上記増幅器１４および１４′からの前記駆動信号（データ信号）によってＤＱＰＳＫ光変調が加えられる。このＤＱＰＳＫ光変調信号はＲＺ変調器１９に入力されて、上記増幅器１６からの前記駆動信号（クロック信号）により、ＲＺ光変調においてさらにパルス化され、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ出力信号光となって、光ファイバを介し、受信側ＲＸに送信される。なおＲＺ（ＣＳＲＺ）光変調は、出力信号光を連続光でなく交番信号（０と１が交互に切り替わる信号）光として、平均出力光パワーを下げるのに有益である。

上述した光送信機１に関連する公知技術としては、下記の〔特許文献１〕がある。この〔特許文献１〕も、上記と同様、光位相変調器と光強度変調器とを備えた光送信装置について記述する。

特開２００２−３５３８９６号公報

図１５に示した従来の光送信機１には２つの課題がある。下記の課題１および課題２である。
課題１は、図１５における、４０Ｇｂ／ｓデータ信号Ｄと２０ＧＨｚクロック信号ＣＫとの間の位相差（本図中の“ΔＤｄ−ｃｋ”参照、ｄはＤを表し、ｃｋはＣＫを表す）が、温度変動などに起因して、常に一定値以下に保つことが困難なことである。これは送信特性の劣化を招く。
課題２は、後述する図１７（図１５における関連部分のみ示す図）において、ＤＱＰＳＫ変調器１８からの出力信号と、ＲＺ変調器１９への駆動信号（クロック信号）との間の位相差すなわち“ΔＤｄｑｐ−ｒｚ”（ｄｑｐは、ＤＱＰＳＫを表し、ｒｚはＲＺを表す）が、温度変動や経時変化に起因して変化するため、これを常に一定値以下に保つように制御する必要があることである。

上記の課題１についてさらに詳しく述べると、前述のように、図１５のドライバ部４には１６：１ＭＵＸ１１からの４０Ｇｂ／ｓのデータ信号Ｄと２０ＧＨｚのクロック信号ＣＫが入力される。このような構成において、そのデータ信号Ｄとクロック信号ＣＫとの間の位相関係に、両信号間のずれによる位相差が生じると、１：２ＤＥＭＵＸ１２においてそのデータ信号Ｄを２分波しかつ波形成形する際にデータ識別の誤りが発生してしまう。これは送信特性の劣化をもたらすことになる。

従来例によれば、ドライバ部４に入力されるデータ信号Ｄと、クロック信号ＣＫとの間の位相関係が、１６：１ＭＵＸ１１を構成する回路等が有する温度特性によって、１ｐｓ／１０℃程度変化することが確かめられている。ここで図１６を参照して説明する。

図１６はデータ識別位相（アイパターン）マージンのビットレート依存性を、低ビットレートの場合（Ａ）と、高ビットレート（Ｂ）の場合についてそれぞれ示す図である。従来例によれば、上述のとおり、上記の位相関係が上記温度特性によって１ｐｓ／１０℃程度変化するが、従前の１０Ｇｂ／ｓといった低ビットレートの光伝送システムであれば、データ信号Ｄの１タイムスロットが“１００ｐｓ”程度であるから、温度変動による上述した１ｐｓ／１０℃程度といった変化は位相関係への影響が十分小さく、これを無視することができる（図１６の（Ａ）参照）。

ところが本発明の対象となる４０Ｇｂ／ｓといった高ビットレートの光伝送システムにおいては、データ信号Ｄの１タイムスロットが“２５ｐｓ”以下と小さくなり、温度変動による上記位相関係への影響は無視できなくなる（図１６の（Ｂ）参照）。

結局、４０Ｇｂ／ｓといった高ビットレートの光伝送システムにおいては、データ信号Ｄとクロック信号ＣＫとの間の位相差は、温度変動等に依存することなく、常に一定値以下に保持しておかなければならない。この保持のために例えばフィードバック手法を採用することが考えられるが、実際には高ビットレートの下でそのようなフィードバック構成を高精度に実現することは実際には困難である、という問題がある。

上記の課題２についても、図１７を参照して以下に詳しく述べる。図１７は本発明の課題２を説明するために図１５の一部のみを取り出して示す図である。

図１７を参照すると、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式においては、ＤＱＰＳＫ変調器１８とＲＺ変調器１９とを従属接続し、ＣＷ光源１７からの連続光を、データ信号Ｄによって位相変調し、さらにクロック信号ＣＫによって強度変調して生成された出力信号光を受信側に送信する。

この場合、ＲＺ変調器１９に入力する変調器１８からの光信号と、ＲＺ変調器１９を駆動する増幅器１６からのクロック信号との間の位相差すなわち“ΔＤｄｑｐ−ｒｚ”も、光送信機１の送信特性に影響を与える。この“ΔＤｄｑｐ−ｒｚ”は、ＤＱＰＳＫ（データ）系統のクロックの遅延ΔＤｄｑｐ・ｃｋと、ＲＺ（クロック）系統のクロックの遅延ΔＤｒｚ・ｃｋとの差に起因して、さらに詳しくは、このΔＤｄｑｐ・ｃｋはΔＤｄｑｐ・ｃｋ＋ΔＤｄ＋ΔＤｌｎ＋ｆｂと、ΔＤｒｚ・ｃｋとの差に起因して、生じる位相差である。なおΔＤｌｎ＋ｆｂにおけるｌｎは変調器１８の組成であるＬｉＮｂＯ₃を表し、ｆｂは変調器１８と変調器１９との間を結ぶ光ファイバＦＢを表している。つまり、
ΔＤｄｑｐ−ｒｚ＝（ΔＤｄｑｐ・ｃｋ＋ΔＤｄ＋ΔＤｌｎ＋ｆｂ）−ΔＤｒｚ・ｃｋ
である。このΔＤｄｑｐ−ｒｚは、いわゆるＱ（quality）値劣化量に深く関係する。これをグラフで表す。

図１８は、上記のΔＤｄｑｐ−ｒｚとＱ値劣化量との関係を示すグラフであり、その横軸には位相差ΔＤｄｑｐ−ｒｚ（ｐｓ）をとり、縦軸にはＱ値劣化量（ｄＢ）をとって示す。本グラフを参照すると、位相差ΔＤｄｑｐ−ｒｚの絶対値が大きくなると、Ｑ値劣化量が増大する。したがって、Ｑ値劣化量を常にあるスレッショルド以下に維持するためには、ΔＤｄｑｐ−ｒｚを常にある一定値以下に保持する必要がある。本グラフの例によれば、そのスレッショルドを０．２としたとき、ΔＤｄｑｐ−ｒｚは１２（＝６＋６）ｐｓ以下に保持する必要がある。

一方、温度変動や回路（１）の経時変化に起因して、該回路上での信号遅延も変化する。したがって上記ΔＤｄｑｐ−ｒｚも変化してしまう。このため、上記の温度変動や経時変化等による回路の状態変化が現れても、そのΔＤｄｑｐ−ｒｚを一定値以下に保持するように制御するための手段が必要となる。

従来例によるとその手段として、上記回路の温度をモニタし、モニタした回路の温度に応じて、クロック信号に対して位相シフトを行う位相シフタ１５の移相量を調整するという構成をとり、ΔＤｄｑｐ−ｒｚを例えば図１８の１２ｐｓ以内に常に入るようにしていた。

そしてそのために、各温度毎に最適な位相シフタ１５の移相量を予め実測しておいて、温度ｖｓ移相量の対応テーブルを作成して保有するフィードフォワード構成が必要であった。

しかし上記回路の経時変化や該回路を構成する各素子のバラツキ等までも考慮して上記対応テーブルを作成することはかなり難しく、結局、上記ΔＤｄｑｐ−ｒｚを長期間に亘って高精度に制御することは容易ではない、という問題がある。

したがって本発明は上記諸問題点に鑑み、（ｉ）データ信号とクロック信号との間の位相差を検出してこれを常に最小化していくといったフィードフォワード構成を採用することなく、また（ii）回路の温度変動や経時変化を考慮することなく、常にデータ信号とクロック信号との間の位相関係を常に最適に維持することのできる光送信機を提供することを目的とするものである。またその駆動方法を提供することを目的とするものである。

図１は本発明に係る光送信機の基本構成を示す図である。本図において、光送信機１は、位相変調機能部２１と、強度変調機能部２２と、クロック再生機能部２３とからなる。

位相変調機能部２１は、受信側ＲＸに送信すべきデータ信号Ｄを入力として、第１クロック信号ＣＫ１に同期して第１駆動手段３２により生成された第１駆動信号Ｄｒ１により、光位相変調手段３１を用いて連続光ＣＷを位相変調する。
強度変調機能部２２は、第２クロック信号ＣＫ２に同期して第２駆動手段３５により生成された第２駆動信号Ｄｒ２によって、上記の位相変調信号に対してさらに、光強度変調手段３４を用いて強度変調を加え受信側ＲＸに送信する。好ましくは第２クロックＣＫ２には遅延手段３６により遅延を加える。
クロック再生機能部２３は、位相変調機能部２１に入力されるデータ信号Ｄを、その入力の前段にて分岐手段３７により分岐し、その分岐データ信号からクロック抽出手段３８により抽出したクロック成分から、上記の第１クロック信号ＣＫ１および第２クロック信号ＣＫ２を分岐手段３９を介して生成する。

本発明の光送信機１によれば、
（ｉ）例えば１：２ＤＥＭＵＸ１２（図１５）を含む第１駆動手段３２に入力する第１クロック信号ＣＫ１は、クロック再生手段２３によってデータ信号Ｄ自体から抽出して作り出したものである。光強度変調機能部２２へ入力する第２クロック信号ＣＫ２も同様にそのデータ信号Ｄ自体から抽出して作り出したものである。

したがって、光送信機１を構成する回路等に温度変動や経時変化が生じてデータ信号Ｄの位相がずれたとしても、そのデータ信号から作り出したクロック信号（ＣＫ１，ＣＫ２）においても全く同じ位相ずれが同時に発生する。つまりデータ信号の位相特性とクロック信号の位相特性とは常に同期する。

このため、上記１：２ＤＥＭＵＸ１２でのクロック信号ＣＫ１がデータ識別位相マージン（図１６（Ｂ）参照）から外れることはあり得ず、出力信号光ＯＵＴの送信特性には劣化は生じない。

また、図１５に示すＭＵＸ部３とドライバ部４との間には従来、２０ＧＨｚの高速クロック信号を伝送するためのクロック伝送ラインを基板上に引き回す必要があって、回路設計上の１つの制約条件となっていたが、本発明によればかかるクロック伝送ラインが全く不要となり、回路設計上の自由度が増す、といった利点も得られる。
以上は既述した課題１に関係する。

（ii）図１に示す光強度変調手段３４に入力する第２駆動信号（クロック）Ｄｒ２と、光位相変調手段３１に入力する第１駆動信号（データ）Ｄｒ１との間の位相関係が一致するように、遅延手段３６を設けている。したがって図１７に示す位相差“ΔＤｄｑｐ−ｒｚ”は温度変動や経時変化に拘らず最小に維持される。ただし、図１７に示す前述した遅延“ΔＤｌｎ＋ｆｂ”（変調器１８と光ファイバＦＢによる遅延）は残ってしまう。

ところがその遅延“ΔＤｌｎ＋ｆｂ”が３ｐｓ ｐ−ｐ程度と小さく、図１８のグラフにおいて、上記“ΔＤｄｑｐ−ｒｚ”によって生じるＱ値劣化量は０．０５ｄＢ以下と極めて小さいものとなる。ただし、今後、位相変調器（１８）と強度変調器（１９）とを集積化してワンチップに収容するように構成できれば、上記ΔＤｌｎ＋ｆｂはさらに小さくなり、したがって、上記ΔＤｄｑｐ−ｒｚも必然的に小さくなる。
以上は既述した課題２に関係する。

かくして、本発明によれば、温度変動や経時変化を殆ど考慮することなく、長期間メンテナンスフリーで、光送信機１の送信特性を当初の最適状態に保つことができる。

ここで、本発明で提案する上述した「データ信号からのクロック信号の抽出」という概念について考察すると、光伝送システムの受信側（ＲＸ）においては一般に行われている。つまり受信したデータ信号からクロック信号を抽出し、この抽出したクロック信号を用いて原データの再生を行っている。

しかしながら本発明においては、受信側（ＲＸ）に送信すべき原データ信号からクロック信号を抽出し、この抽出したクロック信号を用いて受信側（ＲＸ）への送信データ信号を生成するようにした光送信機であり、このような構成を備えた光送信機は知られていない。

図２は図１に示す構成における駆動方法を表すフローチャートである。
この駆動方法は、受信側ＲＸに送信すべきデータ信号Ｄを入力として、第１クロック信号ＣＫ１に同期して生成された第１駆動信号Ｄｒ１により、連続光ＣＷを位相変調する位相変調機能部２１と、第２クロック信号ＣＫ２に同期して生成された第２駆動信号Ｄｒ１によって、上記の位相変調信号に対してさらに強度変調を加えて受信側ＲＸに送信する強度変調機能部２２と、を有する光送信機１の駆動方法であって、ステップＳ１１，Ｓ１２およびＳ１３を有してなる。

ステップＳ１１：位相変調機能部２１に入力されるデータ信号Ｄを、その入力の前段にて分岐する。
ステップＳ１２：ステップＳ１１により分岐したデータ信号Ｄからそのクロック成分を抽出する。
ステップＳ１３：ステップＳ１２により抽出した上記のクロック成分から上記の第１クロック信号ＣＫ１および第２クロック信号ＣＫ２を生成して、上記の位相変調機能部２１および強度変調機能部２２にそれぞれ入力する。

次に上記駆動方法により駆動される光送信機１のいくつかの実施例を説明する。
図３は本発明に係る光送信機１の第１実施例を示す図である。なお全図を通じて同様の構成要素には同一の参照番号または記号を付して示す。

図３の構成の大半は、図１５に示した従来の構成と同様であり、第１実施例として新たに導入された構成要素は、第１分岐部４１（図１の３７に相当）と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）部４２（図１の３８に相当）と、第２分岐部４３（図１の３９に相当）であるが、この第２分岐部４３は、図１５の分岐部１３と同等である。これらの構成要素は、図１のクロック再生機能部２３を構成する。また、光強度変調機能部２２側では、遅延部４５（図１の３６に相当）が導入される。なお、参照番号４７は第１増幅部であり、参照番号４８は第２増幅部であって、それぞれ図１５と同様、一対の増幅器１４，１４′および増幅器１６からなる。

かくして、位相変調としてのＤＱＰＳＫ変調方式を採用し、強度変調としてＲＺ変調方式を採用する上記第１実施例において、クロック再生機能部２３は、上述のとおり分岐データ信号を出力する第１分岐部４１と、この分岐データ信号からクロック成分を抽出するＰＬＬ部４２と、この抽出されたクロック成分を第１クロック信号ＣＫ１および第２クロック信号ＣＫ２に２分岐する第２分岐部４３と、を含んで構成する。

また第１実施例の位相変調機能部２１は、第１クロック信号ＣＫ１に同期して、データ信号Ｄに対して波形成形を行う波形成形部４４と、その波形成形信号を増幅して第１駆動信号Ｄｒ１を出力する第１増幅部４７と、を有してなる。

さらにまた第１実施例の強度変調機能部２２は、第２クロック信号ＣＫ２に一定の遅延を加える遅延部４５と、その遅延信号を増幅して第２駆動信号Ｄｒ２を出力する第２増幅部４８と、を有してなり、その遅延は、位相変調機能部２１においてデータ信号Ｄの入力から第１駆動信号Ｄｒ１の生成までの伝送遅延と等しく設定する。すなわち、図３における右側の遅延ΔＤｒｚ・ｃｋを、左側の遅延ΔＤｄと等しくする。第１駆動信号Ｄｒ１と第２駆動信号Ｄｒ２の各ライン上での伝送遅延差をほぼ零にするためである。

またＤＱＰＳＫ変調を行う第１実施例においては、さらに具体的には、次のように構成する。まずクロック再生機能部２３におけるＰＬＬ部４２は、前述したデータ信号Ｄの１／２のレートのクロック成分を抽出するように構成し、また位相変調機能部２１における波形成形部４４は、その１／２レートのクロック成分からなる第１クロック信号ＣＫ１に同期してデータ信号Ｄを一対のデータ信号（２０Ｇｂ／ｓデータ信号）に２分波する１：２分離器１２を含むと共に、第１増幅部４７については、その一対のデータ信号をそれぞれ増幅して一対の第１駆動信号Ｄｒ１を出力する一対の増幅器１４，１４′から構成する。なお、上記のＰＬＬ部４２については、後にその詳細例を示す（図８および図９参照）。

図４は本発明に係る光送信機１の第２実施例を示す図である。この第２実施例は、第１実施例におけるＤＱＰＳＫ変調器１８を、ＤＰＳＫ変調器５１に置き換えたものである。ＤＰＳＫ変調方式となったことから、波形成形部４４と第１増幅部４７が第１実施例の場合と異なり、また第１実施例でのＰＬＬ部４２はＰＬＬ部４２′に変更される。

すなわち、クロック再生機能部２３におけるＰＬＬ部４２′は、前述したデータ信号Ｄと同一のレートのクロック成分を抽出するように構成し、また位相変調機能部２１は、波形成形部４４を、その同一レートのクロック成分からなる第１クロック信号ＣＫ１に同期してデータ信号Ｄを波形成形した信号を生成するＦＦ部（Ｄ−ＦＦ）５２から構成すると共に、その波形成形信号を増幅して第１駆動信号Ｄｒ１を出力する増幅器１４と、を含んで構成する。

ここで上記のＦＦ部（Ｄ−ＦＦ）５２からなる波形成形部４４に対比させて、第１実施例（図３）における波形成形部４４である１：２ＤＥＭＵＸ（分離器）１２の構成を図５に示す。
図５において、波形成形部４４をなす１：２ＤＥＭＵＸ（分離器）１２は、２段のＦＦ部（Ｄ−ＦＦ）５２からなり、その一方にはデータ信号Ｄをそのまま入力し、その他方には遅延部４９を通してπだけ位相の遅れたデータ信号Ｄを入力する。各ＦＦ部をデータ信号Ｄの１／２のレートのクロック信号で駆動することによって、データ信号Ｄが２分波される。そして各ＦＦ部（Ｄ−ＦＦ）５２からの波形成形された各出力は一対の増幅器１４および１４′にそれぞれ入力される。

上述した第１および第２実施例において、それぞれの光強度変調手段（３４）に着目すると、いずれの実施例もＲＺ変調方式によるＲＺ変調器１９を用いている。このようなＲＺ変調器１９を採用する場合、図３（第１実施例）の強度変調機能部２２は、ＰＬＬ部４２からのデータ信号Ｄの１／２のレートのクロック成分からなる第２クロック信号ＣＫ２に一定の遅延を与える遅延部４５と、その遅延信号を増幅して第２駆動信号Ｄｒ２を出力する第２増幅部４８と、から構成する。その遅延は、１：２分離器１２と一対の増幅器１４，１４′とをデータ信号Ｄが通過するときの伝送遅延と等しく設定する（図中のΔＤｒｚ・ｃｋ＝ΔＤｄ参照）。

同様にＲＺ変調器１９を採用する場合、図４（第２実施例）の強度変調機能部２２は、ＰＬＬ部４２′からのデータ信号Ｄと同一のレートのクロック成分からなる第２クロック信号ＣＫ２に一定の遅延を与える遅延部４５と、その遅延信号を増幅して第２駆動信号Ｄｒ２を出力する第２増幅部４８と、から構成する。その遅延は、ＦＦ部（Ｄ−ＦＦ）５２と増幅器１４とをデータ信号Ｄが通過するときの伝送遅延と等しく設定する（図４中のΔＤｒｚ・ｃｋ＝ΔＤｄ参照）。

上述した第１および第２実施例（図３、図４）においては、光強度変調手段（３４）としてＲＺ変調器１９を採用した。しかし本発明はこれに限らず、他の光強度変調方式を用いることもできる。例えばＣＳＲＺ変調方式である。そのＣＳＲＺによる２つの実施例を図６および図７に示す。

図６は本発明に係る光送信機の第３実施例を示し、ＤＱＰＳＫ変調方式と組み合わせている。また
図７は本発明に係る光送信機の第４実施例を示し、ＤＰＳＫ変調方式と組み合わせている。

まず図６（第３実施例）を参照すると、その大半は図３の第１実施例と同様であるが、ＣＳＲＺ変調器６１を用いる第３実施例においては、分周部６２が光強度変調機能部２２内に導入される。

前述したＲＺ変調方式によるＲＺ変調器１９においては（図３、図４）、その第２駆動信号Ｄｒ２として、データ信号Ｄのビットレートと同一の周波数でかつ消光電圧の１倍の電圧振幅を有する信号を用いる。これに対し第３および第４実施例でのＣＳＲＺ変調方式によるＣＳＲＺ変調器６１においては（図６、図７）、第２駆動信号Ｄｒ２として、データ信号Ｄのビットレートの１／２の周波数でかつ消光電圧の２倍の電圧振幅を有する信号を用いる。

図７の第４実施例を参照すると、本第４実施例は、図４に示す第２実施例における光強度変調機能部２２を、上述の図６（第３実施例）に示す光強度変調機能部２２に置き換えたものとなる。

要するに、強度変調がＣＳＲＺ変調方式により行われる第４実施例において、強度変調機能部２２は、ＰＬＬ部４２′からのデータ信号Ｄと同一のレートのクロック成分からなる第２クロック信号ＣＫ２を１／２分周する分周部６２と、その１／２分周信号に一定の遅延を与える遅延部４５と、その遅延信号を増幅して第２駆動信号Ｄｒ２を出力する第２増幅部４８と、から構成する。その遅延は、ＦＦ部５２と増幅器１４とをデータ信号Ｄが通過するときの伝送遅延と等しく設定する。また第２増幅部４８は、強度変調の消光電圧の２倍の電圧を出力するようにする。

このため図６の第３実施例においては、上記の「１／２の周波数」を生成するために前述の分周部（１／２分周）６２を導入しており、２０ＧＨｚの第２クロック信号ＣＫ２を１０ＧＨｚへ１／２逓倍する。なお上記の消光電圧については後に図１２を参照して説明する。

要するに、強度変調がＣＳＲＺ変調方式により行われる第３実施例において、強度変調機能部２２は、ＰＬＬ部４２からのデータ信号Ｄの１／２のレートのクロック成分からなる第２クロック信号ＣＫ２を１／２分周する分周部６２と、その１／２分周信号に一定の遅延を与える遅延部４５と、その遅延信号を増幅して第２駆動信号Ｄｒ２を出力する第２増幅部４８と、から構成する。その遅延は、１：２分離器１２と一対の増幅器１４，１４′とをデータ信号Ｄが通過するときの伝送遅延と等しく設定する。また第２増幅部４８は、強度変調の消光電圧の２倍の電圧を出力するようにする。

図８は図３および図６におけるＰＬＬ部４２の具体例を示す図（その１）、
図９は同図（その２）である。
また、図１０は図４および図７に示すＰＬＬ部４２′の具体例を示す図である。

まず図８を参照すると、ＰＬＬ部４２は、図中左の４０Ｇｂ／ｓデータ信号Ｄを入力として、その１／２レートの２０ＧＨｚクロック信号を出力する。ＶＣＯ７３の出力は、他方において、周波数逓倍回路７４にて２倍の周波数に逓倍されて位相比較回路７１に戻され、ここでデータ信号Ｄと位相比較される。

その比較結果の位相差はループフィルタ７２を通してＶＣＯ７３に入力され、ＶＣＯ７３がその位相差を零にするようなフィードバック動作が行われる。したがって安定状態では、データ信号Ｄに完全に位相同期したＶＣＯ出力が得られる。

図９を参照すると、図８の位相比較回路７１を構成する公知の詳細例が示されている。

図１０に示すＰＬＬ部４２′は、４０Ｇｂ／ｓのデータ信号Ｄに位相同期した同じく４０ＧＨｚのクロック信号を出力するので、図８の周波数逓倍回路７４は不要であり、ＶＣＯ７３の分岐出力の周波数を１逓倍（スルー）して位相比較回路７１に戻すようにする。

最後に光変調部５に注目して、その中のＤＱＰＳＫ変調器１８と、ＲＺ変調器１９ならびにＣＳＲＺ変調器６１の既述の消光電圧について補足説明する。

図１１はＤＱＰＳＫ変調器１８の一構成例を示す図であり、入力された連続光ＣＷは一対の光導波路によって２分波され、ＬＮ光変調器８１および８２においてデータ信号Ｄにより変調される。これら変調器８１および８２には前述した一対の増幅器１４および１４′からの各２０Ｇｂ／ｓのデータ信号Ｄが入力される。

一方のＬＮ光変調器８２側にはπ／２シフタ８３が挿入されているので、ＬＮ光変調器８１側のデータ１−０が、位相座標軸上で０−πをとるのに対し、ＬＮ光変調器８２側では、データ１−０が１／２×π−３／４×πをとる。これらは合成されて次段の光強度変調器１９または６１に入力される。

図１２は消光電圧を説明するための図である。本図に示すとおり、ＬＮ変調器の変調曲線はｃｏｓ２乗の関数曲線となる。ここに既述の消光電圧は、本図中のＶπによって示され、その変調曲線の半周期に相当する電圧である。

また図１３は分岐部の一構成例を示す図である。分岐部としては種々の形態で実現できるが、最も一般的な構成は本図に示す、抵抗（Ｒ）を用いた２分配器である。

以上説明したように本発明によれば、きわめて簡単な構成でありながら、データ信号とクロック信号の位相関係を、温度変動や経時変化を気にすることなく長期に亘って、一定に保つことができ、良好な送信特性をメンテナンスフリーで維持可能となる。

以上詳述した本発明の実施態様は以下のとおりである。
（付記１）
受信側に送信すべきデータ信号を入力として、第１クロック信号に同期して生成された第１駆動信号により、連続光を位相変調する位相変調機能部と、
第２クロック信号に同期して生成された第２駆動信号によって、前記の位相変調信号に対してさらに強度変調を加えて前記受信側に送信する強度変調機能部と、
前記位相変調機能部に入力される前記データ信号を、その入力の前段にて分岐し、その分岐データ信号から抽出したクロック成分から、前記第１クロック信号および第２クロック信号を生成するクロック再生機能部と、からなることを特徴とする光送信機。

（付記２）
前記クロック再生機能部は、前記分岐データ信号を出力する第１分岐部と、該分岐データ信号から前記クロック成分を抽出するＰＬＬ部と、該抽出されたクロック成分を前記第１クロック信号および第２クロック信号に２分岐する第２分岐部と、を含んでなることを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記３）
前記位相変調機能部は、前記第１クロック信号に同期して、前記データ信号に対して波形成形を行う波形成形部と、その波形成形信号を増幅して前記第１駆動信号を出力する第１増幅部と、を有してなることを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記４）
前記強度変調機能部は、前記第２クロック信号に一定の遅延を加える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記位相変調機能部において前記データ信号の入力から前記第１駆動信号の生成までの伝送遅延と等しく設定することを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記５）
前記位相変調は、ＤＱＰＳＫ変調方式により行われることを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記６）
前記位相変調は、ＤＰＳＫ変調方式により行われることを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記７）
前記強度変調は、ＲＺ変調方式により行われることを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記８）
前記強度変調は、ＣＳＲＺ変調方式により行われることを特徴とする付記１記載の光送信機。

（付記９）
前記クロック再生機能部は、前記分岐データ信号から前記クロック成分を抽出するＰＬＬ部を含んでなり、前記位相変調機能部は、前記データ信号に対して波形成形を行う波形成形部と、その波形成形信号を増幅して前記第１駆動信号を出力する第１増幅部と、を含んでなり、かつ、前記位相変調がＤＱＰＳＫ変調方式により行われるとき、
前記クロック再生機能部における前記ＰＬＬ部は、前記データ信号の１／２のレートのクロック成分を抽出するように構成し、前記位相変調機能部における前記波形成形部は、該１／２レートのクロック成分からなる前記第１クロック信号に同期して前記データ信号を一対のデータ信号に２分波する１：２分離器を含むと共に、前記第１増幅部を、その一対のデータ信号をそれぞれ増幅して一対の前記第１駆動信号を出力する一対の増幅器から構成することを特徴とする付記２記載の光送信機。

（付記１０）
前記クロック再生機能部は、前記分岐信号から前記クロック成分を抽出するＰＬＬ部を含んでなり、前記位相変調機能部は、前記データ信号に対して波形成形を行う波形成形部を含んでなり、かつ、前記位相変調がＤＰＳＫ変調方式により行われるとき、
前記クロック再生機能部における前記ＰＬＬ部は、前記データ信号と同一のレートのクロック成分を抽出するように構成し、前記位相変調機能部は、前記波形成形部を、その同一レートのクロック成分からなる前記第１クロック信号に同期して前記データ信号を波形成形した信号を生成するＦＦ部から構成すると共に、その波形成形信号を増幅して前記第１駆動信号を出力する増幅器と、を含んで構成することを特徴とする付記２記載の光送信機。

（付記１１）
前記強度変調がＲＺ変調方式により行われるとき、前記強度変調機能部は、前記ＰＬＬ部からの前記データ信号の１／２のレートのクロック成分からなる前記第２クロック信号に一定の遅延を与える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記１：２分離器と前記一対の増幅器とを前記データ信号が通過するときの伝送遅延と等しく設定することを特徴とする付記９記載の光送信機。

（付記１２）
前記強度変調がＣＳＲＺ変調方式により行われるとき、前記強度変調機能部は、前記ＰＬＬ部からの前記データ信号の１／２のレートのクロック成分からなる前記第２クロック信号を１／２分周する分周部と、その１／２分周信号に一定の遅延を与える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記１：２分離器と前記一対の増幅器とを前記データ信号が通過するときの伝送遅延と等しく設定し、前記第２増幅部は、前記強度変調の消光電圧の２倍の電圧を出力することを特徴とする付記９記載の光送信機。

（付記１３）
前記強度変調がＲＺ変調方式により行われるとき、前記強度変調機能部は、前記ＰＬＬ部からの前記データ信号と同一のレートのクロック成分からなる前記第２クロック信号に一定の遅延を与える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記ＦＦ部と前記増幅器とを前記データ信号が通過するときの伝送遅延と等しく設定することを特徴とする付記１０記載の光送信機。

（付記１４）
前記強度変調がＣＳＲＺ変調方式により行われるとき、前記強度変調機能部は、前記ＰＬＬ部からの前記データ信号と同一のレートのクロック成分からなる前記第２クロック信号を１／２分周する分周部と、その１／２分周信号に一定の遅延を与える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記ＦＦ部と前記増幅器とを前記データ信号が通過するときの伝送遅延と等しく設定し、前記第２増幅部は、前記強度変調の消光電圧の２倍の電圧を出力することを特徴とする付記９記載の光送信機。

（付記１５）
前記位相変調機能部は光位相変調器を有し、前記強度変調機能部は光強度変調器を有し、該光位相変調器はＤＱＰＳＫ変調器またはＤＰＳＫ変調器であり、該光強度変調器はＲＺ変調器またはＣＳＲＺ変調器である付記１記載の光送信機。

（付記１６）
受信側に送信すべきデータ信号を入力として、第１クロック信号に同期して生成された第１駆動信号により、連続光を位相変調する位相変調機能部と、
第２クロック信号に同期して生成された第２駆動信号によって、前記の位相変調信号に対してさらに強度変調を加えて前記受信側に送信する強度変調機能部と、を有する光送信機の駆動方法であって、
前記位相変調機能部に入力される前記データ信号を、その入力の前段にて分岐する第１ステップと、
前記第１ステップにより分岐したデータ信号からそのクロック成分を抽出する第２ステップと、
前記第２ステップにより抽出した前記クロック成分から前記第１クロック信号および第２クロック信号を生成して、前記位相変調機能部および前記強度変調機能部にそれぞれ入力する第３ステップと、
を有することを特徴とする光送信機の駆動方法。

本発明に係る光送信機の基本構成を示す図である。 図１に示す構成における駆動方法を示す図である。 本発明に係る光送信機の第１実施例を示す図である。 本発明に係る光送信機の第２実施例を示す図である。 図３の波形成形部をなす１：２ＤＥＭＵＸの具体例を示す図である。 本発明に係る光送信機の第３実施例を示す図である。 本発明に係る光送信機の第４実施例を示す図である。 図３および図６におけるＰＬＬ部４２の具体例を示す図（その１）である。 図３および図６におけるＰＬＬ部４２の具体例を示す図（その２）である。 図４および図７におけるＰＬＬ部４２′の具体例を示す図である。 ＤＱＰＳＫ変調器１８の一構成例を示す図である。 消光電圧を説明するための図である。 分岐部の一構成例を示す図である。 位相変調＋強度変調が優れていることを示す表である。 ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式による光送信機の従来例を示す図である。 データ識別位相マージンを、低ビットレート（Ａ）と高ビットレート（Ｂ）について示す図である。 本発明の課題の１つを説明するために図１５の一部を取り出して示す図である。 ΔＤｄｑｐ−ｒｚとＱ値劣化量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光送信機
２ 送信データ処理部
３ ＭＵＸ部（多重部）
４ ドライバ部
５ 光変調部
１１ １６：１ＭＵＸ（多重化器）
１２ １：２ＤＥＭＵＸ（分離器）
１３ 分岐部（ディバイダ）
１４，１４′ 増幅器
１５ 位相シフタ
１６ 増幅器
１７ ＣＷ光源
１８ ＤＱＰＳＫ変調器
１９ ＲＺ変調器
２１ 光位相変調機能部
２２ 光強度変調機能部
２３ クロック再生機能部
４１ 第１分岐部
４２ ＰＬＬ部
４２′ ＰＬＬ部
４３ 第２分岐部
４４ 波形成形部
４５ 遅延部
４７ 第１増幅部
４８ 第２増幅部
４９ 遅延部
５１ ＤＰＳＫ変調器
５２ ＦＦ部
６１ ＣＳＲＺ変調器
６２ 分周部

Claims (9)

1. 受信側に送信すべきデータ信号を入力として、第１クロック信号に同期して生成された第１駆動信号により、連続光を位相変調する位相変調機能部と、
   第２クロック信号に同期して生成された第２駆動信号によって、前記の位相変調信号に対してさらに強度変調を加えて前記受信側に送信する強度変調機能部と、
   前記位相変調機能部に入力される前記データ信号を、その入力の前段にて分岐し、その分岐データ信号から抽出したクロック成分から、前記第１クロック信号および第２クロック信号を生成するクロック再生機能部と、からなることを特徴とする光送信機。
2. 前記クロック再生機能部は、前記分岐データ信号を出力する第１分岐部と、該分岐データ信号から前記クロック成分を抽出するＰＬＬ部と、該抽出されたクロック成分を前記第１クロック信号および第２クロック信号に２分岐する第２分岐部と、を含んでなることを特徴とする請求項１記載の光送信機。
3. 前記位相変調機能部は、前記第１クロック信号に同期して、前記データ信号に対して波形成形を行う波形成形部と、その波形成形信号を増幅して前記第１駆動信号を出力する第１増幅部と、を有してなることを特徴とする請求項１記載の光送信機。
4. 前記強度変調機能部は、前記第２クロック信号に一定の遅延を加える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記位相変調機能部において前記データ信号の入力から前記第１駆動信号の生成までの伝送遅延と等しく設定することを特徴とする請求項１記載の光送信機。
5. 前記クロック再生機能部は、前記分岐データ信号から前記クロック成分を抽出するＰＬＬ部を含んでなり、前記位相変調機能部は、前記データ信号に対して波形成形を行う波形成形部と、その波形成形信号を増幅して前記第１駆動信号を出力する第１増幅部と、を含んでなり、かつ、前記位相変調がＤＱＰＳＫ変調方式により行われるとき、
   前記クロック再生機能部における前記ＰＬＬ部は、前記データ信号の１／２のレートのクロック成分を抽出するように構成し、前記位相変調機能部における前記波形成形部は、該１／２レートのクロック成分からなる前記第１クロック信号に同期して前記データ信号を一対のデータ信号に２分波する１：２分離器を含むと共に、前記第１増幅部を、その一対のデータ信号をそれぞれ増幅して一対の前記第１駆動信号を出力する一対の増幅器から構成することを特徴とする請求項２記載の光送信機。
6. 前記クロック再生機能部は、前記分岐信号から前記クロック成分を抽出するＰＬＬ部を含んでなり、前記位相変調機能部は、前記データ信号に対して波形成形を行う波形成形部を含んでなり、かつ、前記位相変調がＤＰＳＫ変調方式により行われるとき、
   前記クロック再生機能部における前記ＰＬＬ部は、前記データ信号と同一のレートのクロック成分を抽出するように構成し、前記位相変調機能部は、前記波形成形部を、その同一レートのクロック成分からなる前記第１クロック信号に同期して前記データ信号を波形成形した信号を生成するＦＦ部から構成すると共に、その波形成形信号を増幅して前記第１駆動信号を出力する増幅器と、を含んで構成することを特徴とする請求項２記載の光送信機。
7. 前記強度変調がＲＺ変調方式により行われるとき、前記強度変調機能部は、前記ＰＬＬ部からの前記データ信号の１／２のレートのクロック成分からなる前記第２クロック信号に一定の遅延を与える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記１：２分離器と前記一対の増幅器とを前記データ信号が通過するときの伝送遅延と等しく設定することを特徴とする請求項５記載の光送信機。
8. 前記強度変調がＲＺ変調方式により行われるとき、前記強度変調機能部は、前記ＰＬＬ部からの前記同一レートのクロック成分からなる前記第２クロック信号に一定の遅延を与える遅延部と、その遅延信号を増幅して前記第２駆動信号を出力する第２増幅部と、を有してなり、該遅延は、前記ＦＦ部と前記一対の増幅器とを前記データ信号が通過するときの伝送遅延と等しく設定することを特徴とする請求項６記載の光送信機。
9. 受信側に送信すべきデータ信号を入力として、第１クロック信号に同期して生成された第１駆動信号により、連続光を位相変調する位相変調機能部と、
   第２クロック信号に同期して生成された第２駆動信号によって、前記の位相変調信号に対してさらに強度変調を加えて前記受信側に送信する強度変調機能部と、を有する光送信機の駆動方法であって、
   前記位相変調機能部に入力される前記データ信号を、その入力の前段にて分岐する第１ステップと、
   前記第１ステップにより分岐したデータ信号からそのクロック成分を抽出する第２ステップと、
   前記第２ステップにより抽出した前記クロック成分から前記第１クロック信号および第２クロック信号を生成して、前記位相変調機能部および前記強度変調機能部にそれぞれ入力する第３ステップと、
   を有することを特徴とする光送信機の駆動方法。

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