JP2718770B2 - 両方向性コヒーレント光伝送システム用トランシーバ - Google Patents

両方向性コヒーレント光伝送システム用トランシーバ

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JP2718770B2 JP1206602A JP20660289A JP2718770B2 JP 2718770 B2 JP2718770 B2 JP 2718770B2 JP 1206602 A JP1206602 A JP 1206602A JP 20660289 A JP20660289 A JP 20660289A JP 2718770 B2 JP2718770 B2 JP 2718770B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、信号搬送波を放射するレーザと、変調器
およびヘテロダインまたはホモダイン検波器と、復調器
とを具備する、光ファイバリンクを有する両方向性コヒ
ーレント光伝送システム用トランシーバに関する。
［従来技術］ 光通信技術においては、コヒーレントな光学的ヘテロ
ダインおよびホモダイン検波技術がそのようなシステム
の非常に高い伝送容量のために研究および開発の現在の
主要なテーマである（例えばFernmelde−Ingenieur,No.
2,1985年１〜38頁参照）。そこに記載されている方法は
200−THz範囲の光搬送波周波数を使用する放送システム
で普通に使用されている。特にその第３図に示されたよ
うにコヒーレントなヘテロダインおよびホモダイン検波
システムにおいて有用な情報を伝送する光信号は連続波
局部発振器レーザの出力ビームと結合される。ヘテロダ
イン検波技術においてはこれは中間周波数信号を生成
し、それから有用な情報が電気的復調により高感度で再
生できる。同様な装置は別の文献（Br.Telecom.Techno
l.J.,Vol.4,No.4,1986年10月16〜22頁、特に第４図）に
も記載されている。
多くの放送通信技術では、例えば広帯域ISDNの加入者
レベルにおいて両方向性の光伝送が望ましい。コヒーレ
ントな光伝送システムでは加入者端において各トランシ
ーバが２個の安定で狭帯域の単一モードレーザを備える
こと、すなわち変調されることができ、狭帯域で周波数
制御されることができる局部発振器レーザを備えること
を必要とする。換言すれば、もしも通常の技術が光伝送
に適用されるならば、送信／受信装置は送信局部発振器
レーザとヘテロダインおよびホモダイン検波用の局部発
振器レーザとを必要とする。コヒーレントな単一または
多重チャンネルシステムにおいて各チャンネルで別々に
送信および受信を可能にするために両方のレーザは狭い
ライン幅を必要とし、それは使用される検出技術、例え
ばヘテロダイン検波における中間周波数制御に対する複
素周波数制御ループ、特定の光基準チャンネルにおける
認識システム、光フィードバックを阻止するための出力
の前の光アイソレータ等にしたがつて0.1乃至50MHzの範
囲にある。そのため両方の単一モードレーザは狭帯域
で、周波数安定性があり、同調可能でなければならな
い。送信レーザはまたRF変調されることができ、1Gb/s
以上のビツト速度で動作できなければならない外部変調
装置を具備していなければならない。
したがつて関連する制御系および部品を備えた２個の
狭帯域で、周波数安定性がある単一モードレーザを含む
コヒーレントな送信／受信装置は非常に複雑で高価なも
のである。
［発明の解決すべき課題］ それ故この発明の目的は、部品数がもつと少なく、コ
ンパクトな設計であり、低いコストで製造することがで
きて、しかも同じ性能、能力を有する上記の種類に両方
向性のコヒーレントな光伝送システム用のトランシーバ
を提供することである。
［課題解決のための手段および作用］ この目的は、伝送媒体としての単一の光導波体と、信
号搬送波を放射するレーザと、変調器と、コヒーレント
な光ヘテロダイン検波器と、復調器とを具備し、レーザ
はまた同じトランシーバのコヒーレントな光ヘテロダイ
ン検波器用の発振器放射線を放射するために使用されて
いる両方向性のコヒーレント光伝送システム用トランシ
ーバにおいて、レーザの第１のビーム部分を遠隔トラン
シーバから来る信号波の方向でコヒーレントな光ヘテロ
ダイン検波器に結合する第１の結合器と、レーザの第２
のビーム部分を遠隔トランシーバから来る信号波の方向
と反対の方向で光導波体中に結合する第２の光結合器
と、レーザによって放射されるビームの少なくとも一部
の通路中に配置されている周波数シフト素子とを具備し
ていることを特徴とするトランシーバによって達成され
る。
この発明においては、上記のような構成によって、狭
帯域で周波数安定性の高いレーザをただ１個使用するだ
けのトランシーバが可能になる。そのレーザは２つの目
的、すなわち送信用のレーザおよび受信における局部発
振器レーザとして同時に使用することができる。したが
って、両方向性のコヒーレントな光伝送システム用のト
ランシーバのためのコンパクトで廉価な構成が得られ
る。
さらに、上記のように周波数シフト素子を設けること
によって任意の周波数のチャンネルに対して単一のレー
ザを使用することが可能になり、送信周波数と局部発振
周波数が異なる場合にも別個のレーザを使用する必要が
ない。したがってとくに多チャンネル光伝送システムに
おいて有効である。このようなトランシーバは例えば広
帯域ISDN加入者区域及びローカルネットワークで使用す
るのに適している。
文献（Electron.Lett.,Vol.22,No.10,1986年556〜558
頁）には、単一モード光ファイバ中を伝送される信号搬
送波が反対方向で定められた周波数距離にある狭帯域の
ポンピング光を送ることによつてどのように増幅される
ことができるかが記載されている。狭帯域の光搬送波の
約50倍の光増幅は数ミリワットの比較的低い光ポンピン
グパワーによつて30kmの長さの単一モード光ファイバに
おいて達成された。これは現在使用されている光ファイ
バの損失が0.2dB/kmであることから、伝送距離が100km
以上に増加されることを意味する。
さらにコンパクトで、簡単なトランシーバの構成は、
請求項２記載のようにレーザを遠隔トランシーバから光
導波体に入来する信号波を光学的に増幅するために使用
することによって得られる。
この発明のさらに詳細な内容は添付図面を参照した以
下の実施例の説明により明白になるであろう。
［実施例］ 第１図および第２図は両方向コヒーレント光伝送シス
テム用のトランシーバの２つの実施例11および11′を示
している。これらのトランシーバ11および11′は単一光
ファイバリンク12,12′上で情報を送信および受信する
のに適している。それらは直接この発明に関係する素子
のみを示している。すなわちこのようなトランシーバで
は当然具備している変調装置も、復調装置も、電気光学
的および光電気的トランスデューサその他の部品も示さ
れていない。
第１図のトランシーバ11はコヒーレントなヘテロダイ
ンまたはホモダイン検波装置13を備え、それは光ファイ
バリンク12上の周波数fsの信号搬送波14を受信する。信
号搬送波14は通常の方法で変調された好ましくは同一の
トランシーバ（図示せず）から来るメッセージを搬送し
ている。搬送波は振幅変調、周波数変調、位相変調等の
任意の通常の変調技術を使用して変調されることができ
る。トランシーバ11はさらに２個の出力17,18を有する
モジユール16を備えている。一方の出力17は信号搬送波
14がヘテロダインまたはホモダイン検波装置13に入る前
方で第１の光ファイバ導波体または光ファイバ結合器
（FK）19を通って入来する信号搬送波14の方向に光ファ
イバリンク12と結合され、第２の出力18は第２の光ファ
イバ結合器20を通って入来する信号搬送波14の方向とは
反対の方向に光ファイバリンク12と結合される。モジユ
ール16の入力21は光導波体22によつてコヒーレントなヘ
テロダインまたはホモダイン検波装置13の出力に接続さ
れている。
モジユール16は狭帯域レーザ（Ｌ）26を備え、それは
２つの出口方向に基本周波数f0の放射を行う。レーザ26
は例えばバイラテラル放射レーザダイオードで構成され
ている。基本周波数f0のビームの一方は第２の周波数シ
フタ（FS2）27を通過し、そこにおいて周波数はf2にシ
フトされ、それは例えば基本周波数f0よりも低い周波数
である。基本周波数f0の他方のビームは第１の周波数シ
フタ（FS1）28を通過し、そこにおいて周波数はf1にシ
フトされ、それは例えば基本周波数f0よりも高い周波数
である。この周波数シフトされた他方のビームは外部変
調装置29を通過して第２の光ファイバ結合器20に送られ
る。各周波数シフタ27,28は集積光学変調装置で構成す
ることができる。導波体22はヘテロダインまたはホモダ
イン検波装置13の出力に接続され、レーザ26に結合され
ている。
第２図のトランシーバ11′は第１図のトランシーバ11
とそのモジユール16′の構成が異なっている。すなわち
トランシーバ11′もまたコヒーレントなヘテロダインま
たはホモダイン検波装置13′を有しており、それは光フ
ァイバリンク12′上で周波数fsの変調された信号搬送波
14を受け、２個の光ファイバ結合器19′および20′は第
１図の光ファイバ結合器19および20と同様に、それぞれ
モジユール18′の第１の出力17′および第２の出力18′
に接続されている。第１図と同様に光導波体22′はヘテ
ロダインまたはホモダイン検波装置13′とモジユール1
6′とを接続している。
第２図のモジユール16′もまた狭帯域のレーザ26′を
有しているが、このレーザ26′は１方向のみに基本周波
数f0の放射を行う。光アイソレータ（OI）32がレーザ2
6′とビーム分割器（FK）31との間に挿入されている。
ビーム分割器31はレーザ26′による放射を基本周波数f0
の第１のビーム部分と第２のビーム部分とに分割する。
第１図の実施例と同様に２つのビーム部分はそれぞれ周
波数シフタ27′,28′を通過し、その出力は周波数f2，f
1の周波数シフトされたビーム部分を出力する。ビーム
部分の一方f2は光ファイバ結合器19′に導かれ、周波数
f1の他方のビーム部分は外部変調装置29′を通って光フ
ァイバ結合器20′に導かれる。レーザ26′の入力はヘテ
ロダインまたはホモダイン検波装置13′からの光導波体
に接続されている。
この発明によればモジユール16,16′またはレーザ26,
26′は多機能的にトランシーバ11,11′において使用さ
れている。
第２の周波数シフタ27,27′からの周波数f2のビーム
部分は、光ファイバ結合器19,19′を介してヘテロダイ
ンまたはホモダイン検波装置13,13′に周波数fsの信号
搬送波の方向に供給される。第３図（Ａ（および（Ｂ）
はそれより下にレーザ26,26′からのビーム部分の周波
数f2が位置している特定周波数、例えば周波数fsのコヒ
ーレントな光伝送チャンネルを示している。すなわち周
波数f2のビーム部分によつて、レーザ26,26′はそれで
なければ別個の部品が必要である局部発振器として動作
する。
第２に、遠隔のトランシーバから来る信号搬送波fsの
方向と反対の方向に光ファイバリンク12,12′に結合さ
れている周波数f1の他方のビーム部分によつて、レーザ
26,26′は受信端から信号を送信するように動作する。
周波数f1のこの他方のビーム部分は通常の方法で外部変
調装置29,29′においてメッセージによつて変調される
ことができる。
もしもモジユール16,16′中のレーザ26,26′が上記の
ように送信機発振器レーザ（SO）および局部発振器ザ
（LO）の両方として使用されるならば、第３図（Ｂ）に
示すように周波数f2は１つのチャンネルの周波数fsより
も低く、周波数f1は他のチャンネルの周波数fiよりも低
い。レーザ26,26′により放射される基本周波数f0は２
つのビーム部分の周波数f1とf2の間に位置している。ヘ
テロダイン検波システムにおいてはこのような二重目的
のレーザのモジユール16,16′のフィードバック導電体2
2,22′による周波数制御は中間周波数制御ZFまたはその
他の通常の方法によつて行われ、第１のビーム部分の周
波数f1は信号搬送波の周波数fsに関して（または定めら
れた基準周波数に対して）安定化される。位相シフトさ
れたビーム部分の周波数f1とf2はそれぞれ周波数シフタ
28および27または28′および27′中の周波数f0の電気的
変調によつて生成されるから、例えば次の式により電気
光学的変調装置として構成される。
ΔfFS2＝／f2−f0／ ΔfFS1＝／f1−f0／ 一方のビーム部分の周波数f2は自動的にレーザの基本
周波数f0および他方のビーム部分の周波数f1を決定す
る。基本周波数f0からの周波数f1，f2の電気的導出によ
り、これらの周波数f1，f2はコヒーレントな光伝送シス
テムの任意の光チャンネルの周波数fiに位置させること
ができ、この周波数fiはそれぞれ周波数シフタ28および
27または28′および27′の変調帯域幅内にある。
第３に、モジユール16,16′中にあるレーザ26,26′は
光ファイバリンク12,12′中の基本周波数fsの信号搬送
波を増幅するために周波数f1のビーム部分によつて使用
されることができる。それは単一モード光ファイバによ
つて構成され、信号搬送波と反対の方向に周波数f1の狭
帯域ポンピング光を送り、次のように基本周波数fsから
の定められた周波数偏差を有することによつて達成され
る。
ΔfB＝f1−fs ここで、ΔfBはブリローイン周波数シフトと呼ばれ、
例えば1.5 5μｍの光波長において11.2GHzの大きさであ
る（ΔfBは光の波長に依存している）。
もしもモジユール16,16′が上記の３つの機能の第１
と第３のものを実行するような構成で動作されるのであ
れば、すなわち、局部発振器レーザとして動作し、同時
に光ファイバブリローイン増幅器として動作するのであ
れば、第３図（Ｃ）に示された周波数形態が得られる。
中間周波数によつて、 ZF2＝f2−fs 周波数fsの信号搬送波における信号は復調される。同
時に周波数fsの信号搬送波は後進波刺激ブリローイン散
乱を使用することによつて増幅された周波数f1のポンピ
ング波またはビーム部分によつて光学的に増幅される。
ΔfB＝（f1−f0）＋（f0−f2）−（fs−f2） ΔfB＝ΔfFS1＋ΔfFS2−ZF2 ここで ΔfB＝ブリローイン周波数シフト （波長1.51μｍにおいて11.2GHz） ZF2＝光ヘテロダイン検波中の中間周波数 ΔfFS1,2＝f0に対する周波数シフト ΔfBは比較的大きいから、周波数シフタの高周波制限
のためにΔfFS1とΔfFS2とが異なる符号をとることが必
要である。増幅される信号のほうが長い波長を有してい
るから（ストークスシフト）、周波数f1のポンピング波
は信号搬送波の周波数fsおよびレーザ26,26′の基本放
射周波数f0に対して高い周波数の側に位置されなければ
ならない。
またモジユール16,16′を上記の３つの機能の全てを
同時に実行するように、すなわち送信機発振器レーザ、
局部発振器レーザ、および光ファイバブリローイン増幅
器として動作させることも可能である。これは例えば周
波数f1のビーム部分を再びビーム分割器によつて分割す
ることによつて行われる。しかしながら周波数f1のビー
ム部分は周波数f1の信号搬送波の送信と、遠隔トランシ
ーバから来る周波数fsの信号搬送波の光学的増幅とに交
互に使用されることが好ましい。このようにして３つの
機能を有するレーザモジユール16,16′が得られる。
トランシーバ11,11の少なくともいくつかはハイブリ
ッド形態で与えられ、光導波体で相互に連結されている
（図示せず）。またトランシーバ11,11′の光導波体を
含む少なくともいくつかの部品を電子光学的基体上にモ
ノリシック集積形態で相互に結合することも可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は両方向性のコヒーレントな光伝送
システム用のこの発明の２つの実施例の概略図である。
第３図は周波数の関係を示す説明図である。 13…検波装置、19,20…光ファイバ結合器、26…レー
ザ、27,28…周波数シフタ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】伝送媒体としての単一の光導波体と、基本
    周波数のビームを放射するレーザと、変調器と、コヒー
    レントな光ヘテロダイン検波器と、復調器とを具備して
    いる両方向性のコヒーレント光伝送システム用トランシ
    ーバにおいて、 レーザの第１のビーム部分を、遠隔トランシーバから来
    る信号波の方向と同じ方向でコヒーレントな光ヘテロダ
    イン検波器に結合する第１の光結合器と、 レーザの第２のビーム部分を、変調器を通して、遠隔ト
    ランシーバから来る信号波の方向と反対の方向で光導波
    体中に結合する第２の光結合器と、 レーザによって放射されるビーム部分の少なくとも第２
    のビーム部分の通路中に配置されている周波数シフト素
    子とを具備していることを特徴とするトランシーバ。
  2. 【請求項２】レーザはまた遠隔トランシーバから光導波
    体に入来する信号波が光学的に増幅されるように、周波
    数シフト素子によって、周波数がシフトされている特許
    請求の範囲第１項記載のトランシーバ。
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