JP3025544B2 - 光通信システム - Google Patents

光通信システム

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JP3025544B2
JP3025544B2 JP3050456A JP5045691A JP3025544B2 JP 3025544 B2 JP3025544 B2 JP 3025544B2 JP 3050456 A JP3050456 A JP 3050456A JP 5045691 A JP5045691 A JP 5045691A JP 3025544 B2 JP3025544 B2 JP 3025544B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムに関す
るものであり、更に詳しくは、多数の信号を一本の光伝
送路を用いて多重化して伝送する多重化光通信システム
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信技術の高度化に伴い、一本
の光伝送路でより、多くの情報を伝送する方法が種々研
究され、実用化されている。例えば、光伝送路の利用を
時間的に分割し、各端末は、割り当てられた時間に信号
を圧縮して伝送する時分割多重方式や、各送信端末は異
なる波長の光を用いて信号を送信し受信端末は送信され
てきた光のうちから必要な波長の信号光を選択分波して
受信する波長分割多重方式などが、好適な多重方式とし
て実施されている。
【0003】更に通信路を大容量化し、通信距離を長距
離化する方法として、コヒーレント通信方式と呼ばれる
方法も実現されている。これは、従来の光通信で行なわ
れた様に光の強度の変調によって情報を伝送するのでは
なく、光を波として利用するもので、光周波数変調や光
位相変調等によって信号を伝送し、受信側では、近接し
た波長の局部発振光と干渉させるヘテロダイン法によっ
てこの信号を受信するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では次の様な問題があった。先ず、時分割多重光通
信方式においては、各送信端末にタイムスロットを割り
当てる為に通信の制御を行なう制御端末が必要となり、
また、この制御端末と各送信端末の間で複雑な通信制御
を行なう為、複雑でコストの高い回路を備えなければな
らない。更に、時分割多重方式においては、送信端末に
割り当てられたタイムスロットの中に情報を圧縮して送
信する為、送信端末の発生する情報のビットレートより
も送信するビットレートが高くならざるを得ない。例え
ば、100Mb/sの情報を発生する送信端末を10多
重するためには、ガードタイムを無視しても1Gb/s
の伝送速度で送信しなければならない。この様に高いビ
ットレートで送信することも、送信回路を複雑にし、コ
ストを増加させる原因となっている。
【0005】また、波長多重光通信方式においては、多
重数を多くとろうとすると波長間隔を接近させねばなら
ず、このため発振側の半導体レーザの発振スペクトルの
幅を狭くしたり温度に対する波長変動を抑圧したり、更
には、直接変調時のチャーピングによる波長変動を小さ
くする必要があり、そのためのコストが問題となる。逆
に、これらの問題に対する許容度を大きくする為に波長
間隔を大きくした場合、波長多重数が多く取れなくなる
という問題が出てくる。
【0006】コヒーレント通信方式においては、受信端
末側で局部発振光源として半導体レーザを用いるが、こ
の半導体レーザの発振波長は送信端末側での発振波長と
ほぼ完全に一致していなければならず、よって、温度変
化による波長変動を抑える為に、送・受信両端末におい
て厳密な温度制御を行なわなければならないという問題
がある。
【0007】よって、本発明の目的は、上記の課題に鑑
み、複雑な時分割制御装置や高ビットレート送信回路、
あるいは厳密な温度制御や厳しい波長変動の抑圧等を不
要にし、かつ多重度を大きく出来る構成を持った光通信
システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光通信システムでは、少なくとも1つの光源からの
光の一部を送信信号で変調し、残りないし他の一部を該
光源に割り当てられた固有の周波数を有する高周波信号
(送信信号をこの高周波信号で変調したものが十分復調
できる程に、送信信号の周波数領域から高い周波数方向
に離れている信号)で変調し、これらの変調信号光を合
流して伝送路に送出する手段を設けた光送信機と、前記
合流して伝送路に送出された変調信号光を電気信号に変
換した後に前記光源に割り当てられた固有の周波数と同
一の中心周波数を持った信号を検波、受信する手段を設
けた光受信機とを備えたことを特徴とする。
【0009】より具体的には、前記光送信機と光受信機
とを、夫々、複数備え、これら複数の光送信機と光受信
機が少なくとも1本の光伝送路を介して通信を行なった
り、前記光受信機に設けた検波、受信する手段は、複数
の光送信機の光源に割り当てられた固有の周波数に同
調、選択して受信する機能を有したり、前記送信信号で
変調する光と光源に割り当てられた固有の周波数を有す
る高周波信号で変調する光は、光源であるレーザの共振
器の両側に出力される光を、夫々、用いたり、前記光受
信機では、光検出器によって変調信号光を電気信号に変
換した後に、自端末が受信したい光送信機の光源に割り
当てられた高周波信号の周波数と実質的に同一の透過中
心周波数を持ったバンドパスフィルタによって上記電気
信号を濾波することによって所望の信号を受信したりす
る。
【0010】上記構成によれば、複雑な時分割制御装置
や高ビットレート送信回路が不要となることはもちろ
ん、受信端末側で局部発振光源などを用いないので厳密
な温度制御や厳しい波長変動の抑圧等も不必要となり、
それでありながら、多重度を大きく出来る。
【0011】
【実施例】図1及び図2は本発明の第1の実施例を示す
概略図であり、図1は送信側を示し図2は受信側を示
す。同図において、T1 、T2 、・・・、TN (以下、
まとめて指す場合にはTi と記し、他の符号についても
同じ示し方をする)は送信端末を、R1 、R2 、・・
・、RN は受信端末を示し、そして11 、12 、・・
・、1N は半導体レーザ、21 、22 、・・・、2N は
光分岐素子、311 、312 、・・・、3N1 、3N2
は外部光変調器、4は光合流素子、5は光検出器、61
、・・・、6N はバンドパスフィルタ、71 、・・
・、7N は検波回路、8は光ファイバ伝送路を示す。ま
た、分かり易くする為に、図1と図2では、光が伝搬す
る箇所を2重線と向きを示す矢印で、また電気が伝搬す
る箇所を矢印の付いた実線で示してある。
【0012】図1の半導体レーザ1i には、DFB(分
布帰還型)レーザのように縦単一モードで発振光のスペ
クトル線幅の細いものが好適に用いられる。光分岐素子
2i や光合流素子4にはファイバ融着型や導波型の光分
岐・合流器が用いられ、外部光変調器3I1 、3I2 に
は、A/O変調器(音響光学効果を利用するもの)やE
/O変調器(電気光学効果を利用するもの)の様な偏向
型光変調器や半導体の光吸収スペクトルの電界依存性を
利用した吸収型光変調器、あるいは2本に分岐した光の
伝搬位相差による干渉を利用した干渉型光変調器などが
好適に用いられる。更に、光検出器5には、入力光強度
と出力電流の間に非線形性を持ったpinフォトダイオ
ードやアバランシェフォトダイオードなどが適してい
る。また、光ファイバ伝送路8には、波長の違いによる
速度差の無い偏波保存無分散光ファイバ等が用いられ
る。
【0013】図1において、例えば送信端末T2 に設け
られた半導体レーザ12 から光が出力されると、この光
は分岐素子22 で2つに分岐され、一方には変調器32
1 によって送信信号S2 に応じた変調がなされる。もう
一方の光は、変調器322 によって、半導体レーザ12
に割り当てられた固有の周波数をもった高周波信号f2
によって変調される。同様に、N個の送信端末Ti にお
いて各々の端末に備えられた半導体レーザ1i からの光
は、夫々、2つに分岐され、一方が送信信号Si によっ
て、また他方が各端末の半導体レーザ1i に割り当てら
れた周波数を持った高周波信号fi によって変調され
る。これらの変調された信号は光合流素子4によって合
流され、光伝送路8を伝送されて光検出器5で電気信号
に変換される。
【0014】前述の様に、光検出器5は入力光強度と出
力電流の間に非線形性をもっており、通常それは2次関
数で近似できる。ここで入力光として時間的にA(t)
で強度変調された周波数ω1(波長)の光A(t)co
sω1tと、B(t)で変調された周波数ω2の光B
(t)cosω2tが同時に光検出器5に入射したとす
ると、その出力電流は、 I(t)={A(t)cosω1t+B(t)cosω2t}2 ={A(t)cosω1t}2 +{B(t)cosω2t}2 +2A(t)B(t)cosω1t・cosω2t ={A(t)cosω1t}2+{B(t)cosω2t}2 +A(t)B(t){cos(ω1−ω2)t+cos(ω1+ω2 )t} と書くことができる。
【0015】最後の式に含まれる項A(t)B(t)c
os(ω1−ω2)tは、2つの光のビート信号に対応す
るものであり、本発明ではこの項により表わされている
信号を好適に利用することにより、信号の検出を行なっ
ている。すなわち、光検出器5に入射する光は、前述の
様に、各送信端末Ti に設けられた半導体レーザ1i の
出力光が、送信信号Si と高周波信号fi によって夫々
変調されたものが多重化されて伝送されてきたものであ
る。これらの光は互いに上式で示したように光検出器5
の非線形性によって混合されビート信号を生ずる同一の
半導体レーザ1i 、例えば12 から出力されて伝送され
てきた2つの光に関しては、同一の光源からの光である
から上式でω1=ω2となるので、そのビート信号成分は
A(t)・B(t)即ち、S2 ・f2 で表わされる。こ
れは周波数f2 の高周波信号を送信信号S2 によって変
調した波形を表わす。同様にして、各送信端末T1 、T
2 、・・・、TN から伝送されてきた各々の光のビート
信号成分はS1 ・f1 、S2 ・f2 、・・・、SN ・f
N で表わされることになる。
【0016】一方、異なる半導体レーザからの2つの
光、例えば、送信信号S1 で変調されてきた半導体レー
ザ11 からの光と高周波信号f2 で変調されてきた半導
体レーザ12 からの光のビート信号成分は、これらの半
導体レーザの出力光の周波数差をω1−ω2=Δωとする
と、S1 ・f2 ・cos(Δω)であらわされる。異な
る半導体レーザからの光の周波数差Δω(波長差)は、
半導体レーザにモードロック等の特別な処理をしない限
り、実質的に電気回路によって実現されている周波数帯
域まで低下することは無いので、この信号S1 ・f2 ・
cos(Δω)は、電気信号として受信端末R2 へ伝達
されることはない。
【0017】従って、受信端末R1 、・・・、RN へ
は、前述した同一の半導体レーザからの光同志のビート
信号S1 ・f1 、S2・f2 、・・・、SN ・fN の混
合された電気信号のみが伝達され、各受信端末Ri で高
周波信号fi の中心周波数を持ったバンドパスフィルタ
6i により濾波することにより、S1 ・f1、S2 ・f2
、・・・、SN ・fN の信号は弁別することができ
る。
【0018】よって、各受信端末Ri では、周波数f1
、・・・、fN の高周波信号のうちの任意の一波を選
別、同調して受信する手段を設ければ、任意の送信端末
Ti からの信号を受信することが可能である。また、特
定の1端末からの信号を受信すればいい時には、周波数
f1 、・・・、fN の高周波信号のうちのどれか一波を
透過させるバンドパスフィルタ6i を用いれば良い。
【0019】このようにして、本実施例では、複数の送
信端末と複数の受信端末との間で1本の光伝送路8で多
重化した通信が可能となる。ここで、各々の半導体レー
ザの波長差は、前述の周波数差Δωに換算した時にΔω
が電気回路で受信できない程度に離れていれば良いの
で、大きな多重数を得ることができる。更に、同一の半
導体レーザからの光のビート信号を利用しているので厳
密な温度制御や発振波長の安定化も不要である。
【0020】図3と図4は、本発明の第2の実施例の概
略を示す図であり、図1及び図2と同一の部位を同一の
番号で示してある。通常、半導体レーザ1i は共振器を
備えており、レーザ光はこの共振器の両側へと出力され
る。従来、半導体レーザの出力は、この一方のみを利用
しており、他方は捨てられるか、あるいは出力強度を安
定化する為の参照光として用いられていたが、本実施例
は、この2つのレーザ出力の両方を伝送に利用するもの
である。例えば、送信端末T1 において半導体レーザ1
1 からその共振器の両側に出力された光は、一方が変調
器311 によって送信信号S1 で、またもう一方が変調
器312 によって周波数f1 の高周波信号で変調され
る。他の送信端末Ti でも、同様に、共振器両側に出力
された光が各々送信信号Si と高周波信号fi によって
変調され、光合流素子4で合流されて伝送される。
【0021】本実施例によれば、半導体レーザの2つの
出力の両方を利用するので第1の実施例に比べて送信光
強度を大きく取ることができ、より長距離の伝送が可能
となる。その他の点については、第1実施例と実質的に
同じである。
【0022】以上、第1及び第2の実施例を用いて本発
明の考え方を詳細を説明したが、本発明の適用はこれら
の実施例のみに限定される訳ではない。まず、光源や光
分岐・合流素子、変調器、光検出器などは、実施例中に
示したものだけでなく、同様の機能を有するものであれ
ば本発明に適用しうる。また、上記実施例中では、各光
受信端末において、バンドパスフィルタによって高周波
信号を濾波した後に検波する構成を示したが、これは、
例えば、ヘテロダイン受信方式の様に、通常の受信機に
用いられている受信方法であれば構成に制限はない。
【0023】更に、上記実施例において、光検出器が伝
送されてきた光を電気信号に変換した後に、各光受信端
末へ伝達する構成を示してあるが、例えば、伝送されて
きた光を光分岐素子によって各受信端末へ分配された光
信号を電気信号に変換する構成でもよい。光送信端末、
光伝送路、光受信端末のうちの少なくとも1つに光増幅
器を設けた構成としても、本発明の範囲を逸脱するもの
ではない。
【0024】また、上記実施例中では、複数の光送信端
末から送信された光が伝送路を一方向に伝搬し、複数の
光受信端末に伝達される光通信システムを挙げたが、光
伝送路の両側に送・受信端末を設けた双方向の光通信シ
ステムあるいはバス型等の光通信ネットワークにおいて
も本発明は有効に実施可能である。
【0025】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、各
光送信端末は、同一の光源からの光の一部を送信信号
で、残りないし他の一部をその光源に割り当てられた固
有の高周波信号で、夫々、変調した後に多重化して伝送
し、各光受信端末は前記同一の光源からの光のビート信
号を電気的に選択・同調、あるいは濾波して受信する構
成としているので、簡単な構成で多数の信号を多重化し
て伝送できる光通信システムの実現が可能となり、厳密
な温度制御や波長の安定化等も不要となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の光送信側の概略を示す図
である。
【図2】本発明の第1実施例の光受信側の概略を示す図
である。
【図3】本発明の第2実施例の光送信側の概略を示す図
である。
【図4】本発明の第2実施例の光受信側の概略を示す図
である。
【符号の説明】
T1 ,・・・,TN 送信端末 R1 ,・・・,RN 受信端末 11 〜1N 半導体レーザ 21 〜2N 光分岐素子 311 〜32N 外部光変調器 4 光合流素子 5 光検出器 61 〜6N バンドパスフィルタ 71 〜7N 検波回路 8 光ファイバ伝送路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04J 14/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの光源からの光の一部を
    送信信号で変調し、残りないし他の一部を該光源に割り
    当てられた固有の周波数を有する高周波信号で変調し、
    これらの変調信号光を合流して伝送路に送出する手段を
    設けた光送信機と、前記合流して伝送路に送出された変
    調信号光を電気信号に変換した後に前記光源に割り当て
    られた固有の周波数と同一の中心周波数を持った信号を
    検波、受信する手段を設けた光受信機とを備えたことを
    特徴とする光通信システム。
  2. 【請求項2】 前記光送信機と光受信機とを、夫々、複
    数備え、これら複数の光送信機と光受信機が少なくとも
    1本の光伝送路を介して通信を行なうことを特徴とする
    請求項1記載の光通信システム。
  3. 【請求項3】 前記光受信機に設けた検波、受信する手
    段は、複数の光送信機の光源に割り当てられた固有の周
    波数に同調、選択して受信する機能を有することを特徴
    とする請求項1又は2記載の光通信システム。
  4. 【請求項4】 前記送信信号で変調する光と光源に割り
    当てられた固有の周波数を有する高周波信号で変調する
    光は、光源であるレーザの共振器の両側に出力される光
    を、夫々、用いることを特徴とする請求項1、2又は3
    記載の光通信システム。
  5. 【請求項5】 前記光受信機では、光検出器によって変
    調信号光を電気信号に変換した後に、自端末が受信した
    い光送信機の光源に割り当てられた高周波信号の周波数
    と実質的に同一の透過中心周波数を持ったバンドパスフ
    ィルタによって上記電気信号を濾波することによって所
    望の信号を受信することを特徴とする請求項1、2、3
    又は4記載の光通信システム。
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