JP3302924B2 - 波長分散補償回路 - Google Patents
波長分散補償回路Info
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Description
(TDM)光通信における伝送路の波長分散を補償する
波長分散補償回路に関する。
M光通信システムでは、伝送路の波長分散の補償が重要
な課題の一つになっている。
す。図において、71は送信系、72は伝送用光ファイ
バ、73は光中継器、74は波長分散補償手段、75は
受信系である。送信系71で発生させた光信号(図中
A)は伝送用光ファイバ72に送信され、所定の距離ご
とに挿入された光中継器73で光増幅されながら受信系
75に伝送される。
2および光中継器73の波長分散により波形が劣化する
(図中B)。この光信号を直接受信すると、隣接光パル
ス間の干渉により信号読み取りに誤りが生じる。また、
光信号の速度が増加するほど、1タイムスロット(1ビ
ットの占める時間幅)が減少するので、波長分散による
伝送特性への影響は増大する。そこで、この伝送路(伝
送用光ファイバ72および光中継器73)の波長分散を
補償する波長分散補償手段74が用いられる。
逆の符号で絶対値が等しい分散値を有する光ファイバま
たは光ファイバグレーティングを用い、伝送路の波長分
散を補償していた(図中C)(参考文献1:小倉邦男,
「分散補償光ファイバーの最近の開発状況」,応用物
理,64,1,p.28,1995、参考文献2:J.Williams, "F
iber dispertion compensation using a chirped in-fi
ber Bragg grating", Electron. Lett., 30, 12, p.98
5, 1994) 。
段74では、分散補償量を光ファイバ長や光ファイバグ
レーティングのグレーティング間隔により調整できる。
しかし、一度作製したら分散補償量は固定である。した
がって、特定の伝送路の初期分散値の補償には適する
が、伝送路の交換や温度変化による分散値の変動には対
応できなかった。
償法としては、送信系の光源の波長を分散値変動に合わ
せて常に最適な伝送特性が得られるように制御する方法
がある。しかし、そのためには高価な波長可変光源が必
要となる。また、光バンドパスフィルタを含む光中継器
では、光信号波長の変化により光増幅中継後の光信号パ
ワーが変化する問題があった。
おいて、伝送路の波長分散の時間的な変動の補償を可能
とし、分散補償の許容量の拡大を図ることができる波長
分散補償回路を提供することを目的とする。
路は、光増幅媒質に注入する励起光または励起電流(励
起レベル)に応じて、その波長分散値が変化することを
利用する。一方、光信号を電気信号に変換してクロック
周波数成分を抽出し、クロック周波数成分電力Pc と電
気信号の全電力Pa の比(Pc/Pa)を求め、波長分散
補償制御に供する。すなわち、光信号の分散補償が最適
な場合にはPc/Paが最大になるので、Pc/Paが最大
になるように光増幅媒質に注入する励起光または励起電
流を制御する。これにより波長分散補償量が最適化され
る。
常に一定になるように制御する光増幅器を備えた場合に
は、上記のPa が常に一定になるので、Pc が最大にな
るように光増幅媒質に注入する励起光または励起電流を
制御してもよい。また、この場合には、電気信号のQ値
が最大になるように制御したり、ビット誤り率が最小に
なるように制御してもよい。
の制御について説明する。伝送路からの光信号を電気信
号に変換し、この電気信号を抽出したクロック信号とと
もにサンプリングオシロスコープのような電気信号処理
回路に入力すると、アイパタンが得られる。このアイパ
タンにおいて、信号振幅(例えば電圧値)をμ、2値伝
送の場合の「マーク」または「1」レベルの雑音の標準
偏差をσ1 、「スペース」または「0」レベルの雑音の
標準偏差をσ0 としたときに、Q値は、 Q=μ/(σ1+σ0) …(1) と定義される。ガウス型の雑音振幅分布を仮定すると、
誤り率の低い領域では誤り率PとQ値は、 P=(1/Q(2π)1/2) exp(−Q2/2) …(2) の関係があり、Q値を測定できれば伝送路のビット誤り
率を推定することができる。
度を示す値であり、光信号の信号対雑音比が高く、かつ
適切な分散補償が行われている場合にのみ、高いQ値が
得られる。したがって、Q値が最大になる(ビット誤り
率が最小になる)ように光増幅媒質に注入する励起光ま
たは励起電流を制御することにより、波長分散補償量を
最適化することができる。
2,3,4)図1は、本発明の波長分散補償回路の第1
の実施形態を示す。
増幅媒質に注入する励起光または励起電流を発生する励
起手段、31は光増幅媒質の出力光の一部を分岐する光
分岐器、32は分岐した光を電気信号に変換する受光
器、33は受光器から出力される電気信号から光信号の
クロック周波数成分を抽出し、そのクロック周波数成分
に応じて励起手段20を制御する電気信号処理部であ
る。
例を図2および図3に示す。図2は、光増幅媒質10と
してエルビウム(Er)やネオジム(Nd)等の希土類を添
加した希土類添加光ファイバ11を用い、励起手段20
として励起光を発生する励起光源21、励起光と信号光
を合波して希土類添加光ファイバ11に導く光合波器2
2、励起光源への注入電流を調整する電流源23を用い
た例である。図2(a),(b),(c) は、それぞれ前方励起、
後方励起、双方向励起を示す。電流源23からの注入電
流によって励起光パワーが調整され、さらに希土類添加
光ファイバ11における波長分散補償量が制御される。
幅器12を用い、励起手段20として半導体光増幅器1
2に注入する励起電流を発生する励起電流源24を用い
た例である。この半導体光増幅器12は、励起電流源2
4によって励起電流が調整され、波長分散補償量が制御
される。
は伝送路が有する波長分散の影響を受けて波形が劣化す
る(図7のB)。この劣化した光信号を光増幅媒質10
に入力する。このとき、励起手段20から光増幅媒質1
0に注入する励起光または励起電流を調整し、光増幅媒
質10の波長分散値を変化させ、波長分散補償量を調整
する。この光増幅媒質10の波長分散値の励起レベル依
存性について以下に説明する。
は、Kramers−Kronig(クラマース−クローニヒ)の関
係により、
変化量、δα(ω)は吸収係数(利得係数)の変化、P.V.
は積分の主値である。この式は、屈折率の変化量は、吸
収係数の変化(の波長依存性)に依存することを意味し
ている。例えば、図4(a) のように利得吸収特性をもつ
光増幅媒質の場合には、屈折率変化は図4(b) のように
なる。なお、実線は励起光パワーが大の場合であり、点
線は励起光パワーが小の場合である。この屈折率変化
は、群遅延時間差Tに相当するので、波長分散D(=d
T/dλ)は、図4(c) のような特性になる。
に、その吸収/放出断面積(室温における実測値)から
利得と屈折率変化を計算した例を図5に示す(L=1
m)(参考文献3:E.Desuirvier, "Study of the comp
lex atomic susceptivity of EDFA", JLT-8(10), p.151
7, 1990 、参考文献4:S.C.Fleming et al., "Measurm
ent and analysis of pump-dependent refractive inde
x and dispertion effects in Erbium-doped fiber amp
lifier", JQE-32(7), p.1113, 1996) 。なお、実線は、
利得が1になる場合の励起光パワーPthに対する励起光
パワーPの比が40の場合を示す。同様に、破線は20の場
合を示し、点線は10の場合を示す。
利得ピーク波長付近(1530nm)で最大となり、その値
はおよそδn/dλ= 0.1×10-6〔1/nm〕である。
励起による群速度分散の変化分は、利得変化量(δG)
が30dBの場合に、
り、エルビウム添加光ファイバの長さLを変えても、総
長の利得変化分が同じであれば屈折率変化は同一にな
る。また、実際の光ファイバでは、このKramers−Kro
nig の関係により決まる材料分散特性に構造分散や励起
による熱的な分散変化の効果も生じるので、分散量はよ
り大きく変化する。すなわち、光増幅媒質への励起レベ
ルを変化させることにより、光増幅媒質が有する波長分
散値を変化させることができ、可変の波長分散補償回路
を実現することができる。
償量は、次のようにして最適値に制御される。図1に示
すように、光増幅媒質10から出力された光は光分岐器
31で2分岐される。その一方の光を受光器32で電気
信号に変換し、電気信号処理部33に入力する。電気信
号処理部33では、電気信号から光信号のクロック周波
数成分を抽出し、クロック周波数成分電力Pc と電気信
号の全電力Pa の比(Pc/Pa)を求める。ここで、光
信号の分散補償が最適な場合にはPc/Paが最大になる
ので、Pc/Paが最大になるように励起手段20を制御
する。励起手段20では、上述のように光増幅媒質10
に注入する励起光または励起電流を制御し、波長分散補
償量を最適化する。
変換後の電気信号自体にクロック周波数成分を含むの
で、これを抽出する。一方、NRZ符号の光信号の場合
には、光電変換後の電気信号にクロック周波数成分がな
いので、光電変換後に非線形抽出回路を用いてクロック
周波数成分を抽出する。
導放出光(ASE)が出力されるので、光信号の信号対
雑音比が劣化する。この雑音成分の影響を低減するため
に、図1に示すように光増幅媒質10の後段に、光信号
の波長域のみを透過する光バンドパスフィルタ34を配
置してもよい。これにより、電力比Pc/Paの測定精度
を高めることができる。
6,7)第1の実施形態では、光増幅媒質10の利得を
変化させることにより、波長分散補償量を変化させてい
た。しかし、この場合には、波長分散補償回路の出力パ
ワーが一定にならず、波長分散補償量に応じて変化して
しまう。通常は、波長分散補償回路の後段に光出力一定
制御を行う光増幅器が配置されるので問題はないが、第
2の実施形態はこの光増幅器を波長分散補償回路内に含
むようにしたものである。
の実施形態を示す。本実施形態の構成は、図1に示す第
1の実施形態の構成において、光増幅媒質10と光分岐
器31との間に光増幅器35を配置したものであり、そ
の他の構成は第1の実施形態と同様である。この光増幅
器35は、光出力一定制御をかける一般的なものであ
る。このような構成により、光増幅媒質10の励起レベ
ル制御によって出力光信号のパワーが変化しても、常に
一定のパワーの光信号を出力することができる。
ーおよび光電変換した電気信号の全電力Pa も一定にな
る。したがって、電気信号処理部33では、第1の実施
形態のように電力比Pc/Paを求める必要はなく、単に
クロック周波数成分電力Pcのみをモニタし、それが最
大になるように励起手段20を制御すればよい。また、
クロック周波数成分電力Pc の代わりに、光信号や電気
信号のQ値やビット誤り率をモニタし、Q値が最大にな
るように制御したり、ビット誤り率が最小になるように
制御してもよい。
媒質の波長分散値の励起レベル依存性を利用することに
より、可変型の波長分散補償回路を実現することができ
る。この波長分散補償回路を用いることにより、伝送路
の波長分散の時間的な変動をリアルタイムで補償するこ
とができる。また、分散補償の許容量を拡大することが
できる。これにより、光通信システムの伝送特性の劣化
を小さくすることができるので、超高速TDM光通信に
も適用することが可能になる。
示すブロック図。
示す図。
例を示す図。
示す図。
具体例を示す図。
示すブロック図。
Claims (7)
- 【請求項1】 励起レベルに応じて波長分散が変化する
光増幅媒質と、 前記光増幅媒質の励起レベルを調整し、入力された光信
号の分散補償を行う制御手段とを備えたことを特徴とす
る波長分散補償回路。 - 【請求項2】 励起レベルに応じて波長分散が変化する
光増幅媒質と、 前記光増幅媒質を励起する励起光または励起電流を発生
する励起手段と、 前記光増幅媒質の出力光の一部を分岐する光分岐手段
と、 分岐した光を電気信号に変換する光電変換手段と、 前記電気信号からクロック周波数成分を抽出し、このク
ロック周波数成分電力Pc と前記電気信号の全電力Pa
の比(Pc/Pa)が最大になるように前記励起手段を制
御する電気信号処理部とを備えたことを特徴とする波長
分散補償回路。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の波長分
散補償回路において、 光増幅媒質として希土類添加光ファイバを用い、 制御手段または励起手段は、前記希土類添加光ファイバ
に入力する励起光のレベルを制御する構成であることを
特徴とする波長分散補償回路。 - 【請求項4】 請求項1または請求項2に記載の波長分
散補償回路において、 光増幅媒質として半導体光増幅器を用い、 制御手段または励起手段は、前記半導体光増幅器への注
入電流を制御する構成であることを特徴とする波長分散
補償回路。 - 【請求項5】 請求項1に記載の波長分散補償回路にお
いて、 光増幅媒質の後段に、出力パワーを一定に制御する光増
幅器を備えたことを特徴とする波長分散補償回路。 - 【請求項6】 請求項2に記載の波長分散補償回路にお
いて、 光増幅媒質(10)と光分岐手段(31)との間に、光
出力パワーを一定に制御する光増幅器(35)を備え、 電気信号処理部は、電気信号のクロック周波数成分電力
Pc が最大になるように励起手段を制御する構成である
ことを特徴とする波長分散補償回路。 - 【請求項7】 請求項2に記載の波長分散補償回路にお
いて、 光増幅媒質(10)と光分岐手段(31)との間に、光
出力パワーを一定に制御する光増幅器(35)を備え、 電気信号処理部は、光信号や電気信号のQ値が最大にな
るように、またはビット誤り率が最小になるように励起
手段を制御する構成であることを特徴とする波長分散補
償回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15607298A JP3302924B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 波長分散補償回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15607298A JP3302924B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 波長分散補償回路 |
Publications (2)
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JPH11355207A JPH11355207A (ja) | 1999-12-24 |
JP3302924B2 true JP3302924B2 (ja) | 2002-07-15 |
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JP (1) | JP3302924B2 (ja) |
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JP4818142B2 (ja) * | 2007-02-06 | 2011-11-16 | 富士通株式会社 | 光受信装置およびその制御方法、並びに、光伝送システム |
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- 1998-06-04 JP JP15607298A patent/JP3302924B2/ja not_active Expired - Fee Related
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