JP2011166249A

JP2011166249A - 光送信器

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Publication number: JP2011166249A
Application number: JP2010023786A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Shirasawa; 太志白澤; Atsunobu Ota; 篤伸太田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】電気デバイスの負荷を小さくし、高速ビットレートの光伝送を行うことができ、さらに経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる光送信器を提供することを目的にする。
【解決手段】前記DQPSK光変調器を少なくとも2つ設け、一方の前記DQPSK光変調器からの出力を入力する2分の1波長板と、この2分の1波長板からの出力と他方の前記DQPSK光変調器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記DQPSK光変調器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部とを設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送に使う光送信器に関し、特に偏波多重方式を用いて差動四位相偏移変調(Differential Quadrature Phase-ShiftKeying：以下DQPSKという)信号光を伝送する光通信システムのための光送信器に関するものである。

近年、従来の10Gbps伝送システムに代わり、40Gbps以上の光伝送システム構築が求められている。そこで、40Gbit/sを超える高速な光信号を長距離伝送する方式として、雑音耐力に優れ、波長分散および偏波分散から受ける信号波形の歪みに強く、従来と同等以上の伝送能力の確保を目的としたDQPSK光変調方式が知られている。近年、伝送容量の増大が加速しているため、将来は100Gbit/sを超える光送受信器が必要である。また、DQPSK光変調方式では2組の差動位相変調器を備えるDQPSK変調器が用いられる。現在、偏波多重することにより、電気デバイスに負荷をかけない光送信器が検討されている。

図6に、従来の光送信器の構成例を示したブロック図を示す。

図6で、DQPSK光変調器1には、2系統に分岐された光導波路が形成され、これらの各光導波路にはマッハツェンダ（MZ；Mach-Zehnder）変調器（以下、MZ変調器という）がそれぞれ並列接続されている。ここで、並列接続されているMZ変調器をMZ11IとMZ11Qとする。

光源2がDQPSK光変調器1の光導波路の一端と接続されている。この光導波路が2系統に分岐されて、それぞれがMZ11I、MZ11Qを介し、さらにMZ11Qの出力側と位相シフト部12が接続されている。また、DQPSKプリコーダ3がアンプ4I、4Qを介して、DQPSK光変調器の2系統に分岐された光導波路にそれぞれ差動接続されている。

DQPSKプリコーダ3は、DQPSK受信器で受信されたデータが所望のデータになるように送信器に入力されたデータをプリコード化する。このプリコード化された信号がアンプ4I、4Qを介して、DQPSK光変調器1に入力される。DQPSK変調器1は、光源2から出力される連続光に対して、DQPSKプリコーダ3から出力されるプリコード化されたデータ信号で光位相変調を行う。MZ11I、MZ11Qから出力されるそれぞれのデータは、前ビットとの光位相差が0°および180°の状態、が割り当てられている。また、MZ11では、位相シフト部12によって光位相を90°シフトさせている。すなわち、位相シフト部12からの出力は90°および270°の2つの位相状態が割り当てられている。MZ11I、MZ11QそれぞれのMZ変調器で位相変調されたデータがDQPSK変調器1で合波干渉されDQPSK光信号として生成される。ここで、位相状態は4状態、すなわち45°、135°、225°、315°が存在する。

特許文献1ではDQPSK編波多重方式について、簡略な構成で小型化が可能であり、低消費電力かつ低コストの光受信装置の提案が行われている。

特開2009-182888号公報

しかしながら、このような光送信器には、次のような課題があった。現在商用化されている40Gbit/sのDQPSK変調方式において、1組の差動位相変調器では20Gbit/sのデータを取り扱っている。そのため、100Gbit/sのDQPSK変調方式を実現するには、1組の差動位相変調器で50Gbit/sのデータを取り扱う必要があり、使用する電気デバイスに多大な負荷を与えるという問題がある。

また、使用する電気デバイスに多大な負荷を与えることにより、装置を実現するためには、多大な負荷に見合った費用がかかるという問題がある。

さらに、データの送信速度が高速になるに従い、光送信波形の伝送品質を保つことがより困難であるという問題がある。

本発明の目的は、DQPSK光変調器を複数設け、DQPSK光変調器の出力側に2分の1波長板と、偏光ビームコンバイナと、光変調器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部を設けることにより、DQPSK信号を直交偏波多重して、電気デバイスの負荷を小さくし、高速ビットレートの光伝送を行うことができ、さらに経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる光送信器を実現することにある。

このような課題を解決するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
位相変調を行うDQPSK光変調器を備えた光送信器において、
前記DQPSK光変調器を少なくとも2つ設け、
一方の前記DQPSK光変調器からの出力を入力する2分の1波長板と、
この2分の1波長板からの出力と他方の前記DQPSK光変調器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、
この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記DQPSK光変調器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と
を設けたことを特徴とする。

請求項2記載の発明は、
連続光に対してプリコード化された信号で位相変調を行う位相変調送信器を少なくとも2つ設け、
一方の前記位相変調送信器からの出力を入力する2分の1波長板と、
この2分の1波長板からの出力と他方の前記位相変調送信器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、
この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記位相変調送信器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と
を設けたことを特徴とする。

請求項3記載の発明は、
連続光に対してエンコード化された信号で強度変調を行う強度変調送信器を少なくとも2つ設け、
一方の前記強度変調送信器からの出力を入力する2分の1波長板と、
この2分の1波長板からの出力と他方の前記強度変調送信器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、
この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記強度変調送信器の強度変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と
を設け強度変調することを特徴とする。

本発明によれば、DQPSK光変調器の出力側に2分の1波長板と、偏光ビームコンバイナと、光変調器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部を設けることにより、伝送ビットレートの半分のビットレートで処理できるため電気デバイスの負荷を大幅に軽減でき、スキュー調整などのタイミングを緩和でき、経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる。

本発明の一実施例を示した構成図である。光送信器動作確認時のシミュレーションブロックの一例を示すブロック図である。本発明の他の実施例の構成図である。本発明の他の実施例の構成図である。偏波多重受信器の構成の一例を示す構成図である。従来の光送信器の構成例を示したブロック図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の光送信器の一実施例を示す構成図である。なお、図6と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

従来ではDQPSK光変調器1が1つ設けられていたのに対して、本発明ではDQPSK光変調器1a、1bが2つ並列に設けられている。また、本発明では、一方のDQPSK光変調器1aからの出力を入力する2分の1波長板20と、この2分の1波長板20からの出力とともに他方のDQPSK光変調器1bからの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナ21(Polarization Beam Combiner：以下PBC21という)と、このPBC21からの出力により、DQPSK光変調器1a、1bそれぞれの位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部22が設けられている。

DQPSK光変調器1a、1bには、2系統に分岐された光導波路が形成され、これらの各光導波路にはMZ変調器がそれぞれ接続されている。ここで、接続されているMZ変調器をMZ11Ia、MZ11QaとMZ11Ib、MZ11Qbとする。

光源2がDQPSK光変調器1aおよびDQPSK光変調器1bの光導波路の一端とそれぞれ接続されている。それぞれの光導波路が2系統に分岐されている。DQPSK光変調器1aでは、光導波路がMZ11Ia、MZ11Qaの2系統に分岐されている。さらに、MZ11Qaの出力側と位相シフト部12aが接続されている。DQPSK光変調器1bもDQPSK光変調器1aと同様である。DQPSK光変調器1bは、光導波路がMZ11Ib、MZ11Qbの2系統に分岐されている。さらに、MZ11Qbの出力側と位相シフト部12bが接続されている。

また、DQPSKプリコーダ3aがアンプ4Ia、4Qaを介して、DQPSK光変調器1aの2系統に分岐された光導波路にそれぞれ接続されている。また、DQPSKプリコーダ3bがアンプ4Ib、4Qbを介して、DQPSK光変調器1bの2系統に分岐された光導波路にそれぞれ接続されている。

DQPSKプリコーダ3aは、DQPSK受信器で受信されたデータが所定のデータになるように送信器に入力されたデータをプリコード化する。このプリコード化された信号がアンプ4Ia、4Qaで増幅されて、DQPSK光変調器1aに入力される。DQPSK変調器1aは、光源2から出力される連続光に対して、DQPSKプリコーダ3aから出力されるプリコード化された信号で光位相変調を行う。MZ11Ia、MZ11Qaから出力されるそれぞれのデータは、前ビットとの光位相差が0°および180°の状態が割り当てられている。また、MZ11Qaでは、位相シフト部12aによって光位相を90°シフトさせている。すなわち、位相シフト部12aからの出力は90°および270°の2つの位相状態が割り当てられている。MZ11Ia、MZ11QaそれぞれのMZ変調器で位相変調されたデータがDQPSK変調器1で合波干渉されDQPSK光信号として生成される。ここで、位相状態は4状態、すなわち45°、135°、225°、315°が存在する。DQPSK光変調器1bもDQPSK光変調器1aと同様の動作を行うため、DQPSK光変調器1bの説明は省略する。

ここで、光の偏光状態とは光電界の振動方向を示し、電界成分が入射面に対して横向きの場合、TE(Transverse Electric)偏光、以下TE偏光といい、磁界成分が入射面に対し横向きの場合、TM(Transverse Magnetic)偏光、以下TM偏光という。

図1では、DQPSK変調器1a、1bからの光出力は、DQPSK変調器1a、1bの構造的な要因によりTE偏光状態で出力される。また、2分の1波長板20は、DQPSK変調器1aから出力されたTE偏光に対して、偏波面を45°に設定し、DQPSK変調器1aからのTE偏光を入射すると、このTE偏光を保持したまま偏波面を90°回転することができる。

PBC21は、複屈折結晶を組み合わせた素子である。また、PBC21には、一方のDQPSK光変調器1aからの出力に対して設けられた2分の1波長板20からの出力、すなわち偏波面を90°回転されたTM偏光と、他方のDQPSK光変調器1bからの出力、すなわちTE偏光とが入力され、直交偏波多重が行われる。つまり、PBC21に入力される光の偏向方向を合わせて、PBC21にTM偏光とTE偏光を入射することで光の偏波多重を行うことができ、偏波多重光を出力することができる。

電圧制御部22は、PBC21で直交偏波多重が行われた信号のバイアス電圧を自動制御するバイアス電圧のフィードバック手段である。PBC21からの偏波多重光が電圧制御部22に入力され、バイアス電圧のフィードバック制御が行われることにより、調整された光調整出力波形がDPSK光変調器1aから出力される。フィードバック制御により、DPSK光変調器1aに印加するバイアス電圧について自動制御ができ、経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる。

DQPSK光変調器1a、1bと、2分の1波長板20と、PBC21などの基本的な光学素子と、電圧制御部22で光送信器を構成することができる。

また、DQPSKプリコーダ3a、3bと、アンプ4Ia、4Qa、4Ib、4Qbと、DQPSK光変調器1a、1bを備え、一方のDQPSK光変調器1aの出力に対して2分の1波長板20を設けることにより、出力偏向状態を90°回転させ、この2分の1波長板20の出力側と、DQPSK光変調器1bの出力側とにPBC21を設け設けたことにより直交偏波多重を行うことができる。直交偏波多重を行うことができることにより、伝送ビットレートの半分のビットレートで処理でき、電気デバイスの負荷を大幅に軽減することができる。また、PBC21で直交偏波多重を行うことで、偏波多重光を出力できる。

さらに、処理するビットレートが伝送ビットレートよりも低くすることができることにより、スキュー調整などのタイミング調整制度を緩和することができる。

図2は本発明の光送信器動作確認時のシミュレーションブロックの一例を示すブロック図である。なお、図1と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

PBC21aによって、直交偏波多重された信号は、PBS21bによって偏波が直行する2つの直線成分に分離される。この分離されたそれぞれの信号は、1bit分の光ファイバ23aから23dによる時間遅延と、位相シフト部24aから24dによる光位相遅延とを通過することにより、位相変調信号から強度変調信号に変換される。

強度変調された信号が、差動入力を有するフォトディテクター25aから25dに入力されて、光から電気の信号に変換される。このフォトディテクター25aから25dの出力は、アンプ26aから26dに入力されると適切な振幅にされ、この適切に振幅された電気信号がデータバッファ27aから27dに入力されるとデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、MUX28A、28BおよびDEMUX29A、29Bに入力されると、ビットレートが任意の速度にされ、この任意の速度にされたデジタル信号がエラー検出器30に入力されると、ビット誤り率が測定される。

図3は、本発明の他の実施例の構成図である。

図1と異なる点は、DQPSK光変調器1aを設けるかわりに、位相変調送信器31aを設けた点である。同様に、図1におけるDQPSK光変調器1bを設けるかわりに、位相変調送信器31bを設けた点である。図3は、図1と同様の動作をするため、説明は省略する。

図1では、位相変調方式がDQPSKについてのみ対応していたのに対し、図3ではDQPSK光変調器1a、1bを設けるかわりに、位相変調送信器31a、31bを設けたことにより、DQPSK以外の位相変調方式にも対応することができる。たとえば、差動位相偏移変調方式(Differential Phase Shift Keying:以下DPSKという)や位相偏移変調方式(Phase Shift Keying:以下PSKという)にも対応できる。

ここで、位相変調送信器31a、31bは、光源2から出力される連続光に対して、プリコーダ3a-1、3b-1から出力されるプリコード化された信号で光位相変調を行う。

ここで、DPSKとは一つ前に伝送されてきた正弦波の位相を伝送されてくる毎に0°を基準として位相を判別する方法である。また、PSKとは、デジタル値をアナログ信号に変換する変調方式のひとつであり、位相のずれた複数の波の組み合わせで情報を表現する方式である。

位相変調送信器31aの出力側を2分の1波長板32の入力側に接続する。この2分の1波長板32の出力側をPBC33に接続する。位相変調送信器31bの出力側をPBC33に接続する。この接続により、直交偏波多重を行う回路を構成できる。直交偏波多重を行うことができることにより、伝送ビットレートの半分のビットレートで処理でき、電気デバイスの負荷を大幅に軽減することができる。さらに、スキュー調整などのタイミング調整制度を緩和することができる。

また、PBC33の出力側を電圧制御部34に接続する。電圧制御部34は、PBC33からの出力により、位相変調送信器31a、31bそれぞれに印加するバイアス電圧を制御している。電圧制御部34は、電圧制御部22と同様に、PBC33で直交偏波多重が行われた信号のバイアス電圧を自動制御するバイアス電圧のフィードバック手段である。PBC33からの偏波多重光が電圧制御部34に入力され、バイアス電圧のフィードバック制御が行われることにより、調整された光調整出力波形が位相変調送信器31a、31bそれぞれから出力される。フィードバック制御により位相変調送信器31a、31bそれぞれに印加するバイアス電圧について自動制御ができ、経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる。

図4は、本発明の他の実施例の構成図である。

図1と異なる点は、図1は位相変調送信器であったのに対して、図4は強度変調送信器である点である。

図1と異なる点は、光源2とアンプ4Ia、4QaとDQPSK光変調器1aを設けるかわりに、強度変調送信器41aを設けた点である。同様に、図1における光源2とアンプ4Ib、4QbとDQPSK光変調器1bを設けるかわりに、強度変調送信器41bを設けた点である。図4は、図1と同様の動作をするため、説明は省略する。

図1では、位相変調を行っていたのに対し、図4では光源2とアンプ4Ia、4QaとDQPSK光変調器1aを設けるかわりに、強度変調送信器41aを設けたことにより、強度変調方式にも対応することができる。たとえば、強度変調送信器には、オンオフキーイング(ON OFF keying:以下OOKという)などがある。

ここで、強度変調送信器41a、41bは、光源2から出力される連続光に対して、エンコーダ5a、5bから出力されるエンコード化された信号で強度変調を行う。

ここで、オンオフキーイングとは、光のオン/オフによりデジタルデータを表す変調方式の一種であり、強度変調の最も単純な形成である。

強度変調送信器41aの出力側を2分の1波長板32の入力側に接続する。この2分の1波長板32の出力側をPBC33に接続する。強度変調送信器41bの出力側をPBC33に接続する。この接続により、直交偏波多重を行う回路を構成ができる。直交偏波多重を行うことができることにより、伝送ビットレートの半分のビットレートで処理でき、電気デバイスの負荷を大幅に軽減することができる。さらに、スキュー調整などのタイミング調整制度を緩和することができる。

また、PBC33の出力側を電圧制御部34に接続する。電圧制御部34は、PBC33からの出力により、強度変調送信器41a、41bそれぞれに印加するバイアス電圧を制御している。電圧制御部34は、電圧制御部22と同様に、PBC33で直交偏波多重が行われた信号のバイアス電圧を自動制御するバイアス電圧のフィードバック手段である。PBC33からの偏波多重光が電圧制御部34に入力され、バイアス電圧のフィードバック制御が行われることにより、調整された光調整出力波形が強度変調送信器41a、41bそれぞれから出力される。フィードバック制御により強度変調送信器41a、41bそれぞれに印加するバイアス電圧について自動制御ができ、経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる。

図5は、偏波多重受信器の構成の一例を示す構成図である。

図5は、図3の偏波多重送信器から信号を受信する偏波多重受信器である。図3の偏波多重送信器のPBC33から出力された信号がPBC35に入力される。図4では、PBS35を設けることにより、入力された信号が2種類の直線偏波に分離され、それぞれの強度および位相変調受信器36a、36bに入力される。

たとえば、強度変調受信器はOOK、位相変調送信器はPSKが挙げられる。

なお、本発明は、ビットレートが1つのMZ変調器に対して28Gbit/sを想定しており、すなわち、図2のシステム全体では、4倍の112Gbit/sの伝送を想定している。また、シミュレーションを行った結果、エラーがないことが確認できている。

以上説明したように、本発明によれば、DQPSKプリコーダ、アンプおよび2つのDQPSK光変調器を備え、一方のDQPSK光変調器の出力に対して2分の1波長板を設けることにより、出力偏向状態を90°回転させ、この2分の1波長板の出力側と、他方のDQPSK光変調器の出力側とにPBCを設け設けたことにより直交偏波多重を行うことができる。

直交偏波多重を行うことができることにより、伝送ビットレートの半分のビットレートで処理でき、電気デバイスの負荷を大幅に軽減することができる。さらに、スキュー調整などのタイミングを緩和することができる。

また、電圧制御部は、PBCで直交偏波多重が行われた信号のバイアス電圧を自動制御するバイアス電圧のフィードバック手段であり、このフィードバック制御により、DPSK光変調器、あるいは位相変調送信器、あるいは強度変調送信器それぞれに印加するバイアス電圧について自動制御ができるため、経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる。

このため、光DQPSK信号を直交偏波多重して、電気デバイスの付加を小さくし、高速ビットレート、たとえばビットレートが100Gbit/sを超える光伝送を行うことができ、さらに経年変動や環境変動などによる光送信波形の伝送品質の劣化を防ぐことができる光送信器を実現できる。

1a、1b DQPSK光変調器
20、32 2分の1波長板
21、21a、21b、33 偏光ビームコンバイナ
22、34 電圧制御部
31a、31b 強度および位相変調送信器
41a、41b 強度変調送信器

Claims

位相変調を行うDQPSK光変調器を備えた光送信器において、
前記DQPSK光変調器を少なくとも2つ設け、
一方の前記DQPSK光変調器からの出力を入力する2分の1波長板と、
この2分の1波長板からの出力と他方の前記DQPSK光変調器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、
この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記DQPSK光変調器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と
を設けたことを特徴とする光送信器。
連続光に対してプリコード化された信号で位相変調を行う位相変調送信器を少なくとも2つ設け、
一方の前記位相変調送信器からの出力を入力する2分の1波長板と、
この2分の1波長板からの出力と他方の前記位相変調送信器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、
この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記位相変調送信器の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と
を設けたことを特徴とする光送信器。
連続光に対してエンコード化された信号で強度変調を行う強度変調送信器を少なくとも2つ設け、
一方の前記強度変調送信器からの出力を入力する2分の1波長板と、
この2分の1波長板からの出力と他方の前記強度変調送信器からの出力とを入力し、直交偏波多重を行う偏光ビームコンバイナと、
この偏光ビームコンバイナからの出力により、前記強度変調送信器の強度変調部に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御部と
を設け強度変調することを特徴とする光送信器。