JP3545673B2 - 光通信装置、光送信器および光受信器 - Google Patents
光通信装置、光送信器および光受信器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ等の伝送媒体が有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用によって生じる伝送品質の劣化を最小限に抑える光通信装置に関する。また、この光通信装置を構成する光送信器および光受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号伝送では、その伝送媒体である光ファイバが有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用による波形劣化が引き起こす伝送品質の劣化が問題となる。これは、光ファイバのもつ群速度分散が、光信号のもつ帯域幅に作用することによりその光パルス波形が崩れ、隣接タイムスロットとの間で干渉することにより起こる。
【０００３】
この群速度分散による劣化を抑圧するために、例えば図１６に示す光通信装置を用いた光デュオバイナリ伝送方式が提案されている（特開平９−２３６７８１号公報）。
【０００４】
図１６において、２値のデータ信号（バイナリ信号）は、符号変換回路７１に入力されて３値のデュオバイナリ信号に変換される。このデュオバイナリ信号は２分岐してその一方が反転回路７２で位相反転され、振幅調整回路７３−１，７３−２で帯域制限され、透過率が最小にバイアスされた二電極型のマッハツェンダ型光強度変調器７４をプッシュプル駆動する。連続光光源７５から出力される連続光は、この互いに位相が反転したデュオバイナリ信号に応じて強度変調され、光デュオバイナリ信号に変換されて光伝送媒体３に送出される。光伝送媒体３を介して伝送された光デュオバイナリ信号は、光検波回路８１で直接検波され、その検波信号を識別回路８２で識別再生し、反転回路８３で位相反転することにより２値のデータ信号が復元される。
【０００５】
このような光デュオバイナリ伝送方式では、光ファイバの波長分散に対して高い耐力が得られることが報告されている（Ｋ．Ｙｏｎｅｎａｇａ ｅｔ ａｌ．， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３１， ｐｐ．３０２−３０４， １９９５） 。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来構成では、光ファイバ伝送路への入射光パワーを増大させると分散耐力が減少する問題があった。図１７は、光デュオバイナリ伝送方式と、一般的なＮＲＺおよびＲＺ符号形式を用いた伝送方式の分散耐力の計算機シミュレーション結果を示す。ここでは、いずれも局所分散が＋２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバ １００ｋｍを光増幅器１台を介して２スパン伝送させた際のアイ開口劣化１ｄＢの等高線を示す。なお、後述する本発明を用いた場合の分散耐力についても合わせて示している。
【０００７】
図１７において、入射光パワーが０ｄＢｍでは、ＮＲＺ符号形式はＲＺ符号形式に比べて約２倍の分散耐力を有し、光デュオバイナリ伝送方式はＮＲＺ符号形式に比べて約４倍の分散耐力を有し、それぞれのもつ帯域幅から予測される通りの分散耐力を示している。また、このときの最適分散値はほぼ０ｐｓ／ｎｍ である。
【０００８】
しかし、光ファイバ伝送路への入射光パワーを増大させると、光デュオバイナリ伝送方式の分散耐力は減少し、特に低光パワー領域で最適点であった総分散が０ｐｓ／ｎｍ の近傍において著しく劣化する。そして、入射光パワーが５ｄＢｍを越えた辺りで、アイ開口劣化が１ｄＢを超過する。
【０００９】
一方、ＮＲＺ・ＲＺ符号形式では、最適分散値が入射光パワーを増大させるにつれて正分散側にシフトし、低光パワー（０ｄＢｍ）において最適点であった０ｐｓ／ｎｍ は分散耐力マージンの端になり、分散耐力マージンは入射光パワーをさらに増大させると急激になくなる。これは、光ファイバ中の非線形光学効果により光信号に付加的に周波数チャープが加わるためである。また、分散耐力自体も、光デュオバイナリ伝送方式に比べて１／４から１／８と非常に小さいので、システム設計が厳しくなり、システム導入時の最適化も困難となる。
【００１０】
このように、光デュオバイナリ伝送方式、ＮＲＺ・ＲＺ符号形式を用いた伝送方式では、広い入射光パワー範囲において分散耐力の最適点が変動する。これは、光伝送システムの設計を複雑にし、迅速な導入および安定運用を妨げる要因になる。すなわち、光伝送システムの設計では、入射光パワーに依存して変動する最適分散値を考慮する必要が生じ、設計が複雑になる。
【００１１】
また、光伝送システムの導入時には、光ファイバ伝送路の分散値を分散測定器により測定し、最適となる分散値（一般的には０ｐｓ／ｎｍ 、送信信号をチャープさせていれば多少ずれる）に設定してシステムを立ち上げることになる。この分散値の測定では、光ファイバの分散値の情報しか得られないので、伝送方式ごとに異なる上記の最適分散値のずれに追随させることは困難である。言い換えれば、従来方式では使用できる入射光パワーのダイナミックレンジが小さい。したがって、従来方式を用いた光伝送システムでは、ビットレートや伝送距離を制限する要因となる。
【００１２】
また、光デュオバイナリ伝送方式、ＮＲＺ・ＲＺ符号形式を用いた伝送方式のいずれにおいても、入射光パワーを増大させる際に分散耐力が急激に劣化する。これは、光伝送システムの安定運用に支障をきたす問題である。
【００１３】
本発明は、広い入射光パワー範囲において高い分散耐力を安定に保ち、光伝送システムの設計を容易にし、光伝送システムの導入を迅速化し、安定運用を実現する光通信装置およびそれを構成する光送信器ならびに光受信器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信装置は、光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段と、光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてＲＺ化し、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光変調手段から構成される光送信器と、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を伝送する光伝送媒体と、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を入力し、そのスペクトル成分中の２つの光デュオバイナリ成分を分割して出力する帯域分割手段と、２つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段から構成される光受信器とを備える。
【００１５】
これにより、光ファイバ等の光伝送媒体を伝送するキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号はＲＺパルスの形をとり、光ファイバ中の非線形光学効果による波形劣化を最小限に抑えることができる。また、光受信器の帯域分割手段では、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分を分割し、それぞれ個別に抽出して受信するので、ほぼ半分の光デュオバイナリ信号に近い帯域成分が光伝送媒体の波長分散の影響を受ける。したがって、光伝送媒体の波長分散による波形劣化をほぼ１／４に抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光通信装置（光送信器、光受信器）の第１の実施形態を示す。
【００１７】
図において、本発明の光通信装置は、光デュオバイナリ信号をキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光送信器１と、光伝送媒体３を介して伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を帯域分割して受信する光受信器２により構成される。
【００１８】
光送信器１は、従来と同様の光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段７０と、生成された光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてＲＺ化し、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換する光変調手段１０により構成される。
【００１９】
光伝送媒体３には、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、または １．３μｍ帯のシングルモードファイバなどの石英系光ファイバが用いられる。なお、光ファイバ増幅器（光中継器）を含んでもよい。
【００２０】
光受信器２は、伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号のスペクトル成分中の２つの光デュオバイナリ成分を分離する帯域分割手段２０と、２つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段８０により構成される。帯域分割手段２０には、誘電体多層膜等で構成される光帯域通過型フィルタ、光ファイバまたは光導波路上に形成されたマッハツェンダ干渉計型の光フィルタ、アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）などを用いることができる。光受信手段８０は、図１６に示すような光検波回路８１、識別回路８３、反転回路８３からなり、帯域分割された光デュオバイナリ成分を光電変換、識別再生、位相反転することにより、元の２値のデータ信号を復元する。なお、反転回路８３は、光送信器１の光デュオバイナリ信号生成手段７０の符号変換回路の構成により不要な場合もある。
【００２１】
図２は、光送信器１の構成例を示す。ただし、図２（ａ） は光送信器１の第１の構成例、図２（ｂ） は後述する光送信器１の第２の構成例を示す。図２（ａ） において、光デュオバイナリ信号生成手段７０は、符号変換回路７１、位相反転回路７２、振幅調整回路７３−１，７３−２、二電極型のマッハツェンダ型光変調器７４、連続光光源７５からなり、従来構成と同様に入力された２値のデータ信号（バイナリ信号）を符号変換回路７１で３値のデュオバイナリ信号に変換し、さらにマッハツェンダ型光変調器７４をプッシュプル駆動することにより光デュオバイナリ信号を生成する。光変調手段１０は、二電極型のマッハツェンダ型光変調器１１からなり、光デュオバイナリ信号生成手段７０で生成された光デュオバイナリ信号のビットレートの半分の周波数のクロック信号（例えば正弦波）ＣＬＫでプッシュプル駆動することにより、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する。
【００２２】
以下、図３，４を参照して、本実施形態の動作について説明する。光デュオバイナリ信号生成手段７０により、通常のＮＲＺ符号に比較して約半分の帯域をもつ光デュオバイナリ信号が生成される。計算機シミュレーションにより得られた光波形（アイパターン）と、そのときの光スペクトルを図３（ａ） に示す。
【００２３】
この光デュオバイナリ信号を光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）に入力し、同期したクロック信号（ＣＬＫ）でプッシュプル駆動して変調することにより、キャリア抑圧されたＲＺ信号（キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号）に変換される。このとき、駆動点を無変調時の透過率が最小の電圧とし、駆動するクロック信号の周波数を前段で生成された光デュオバイナリ信号のビットレートの半分とする。また、駆動振幅は、マッハツェンダ型光変調器１１のＶπの１〜３倍とする。このように駆動されるマッハツェンダ型光変調器１１は、交番位相ＲＺ化する機能を備えたゲート特性をもつ。この様子を図４に模式的に示す。
【００２４】
図４（ａ） は前段の光デュオバイナリ信号生成手段７０から出力される光デュオバイナリ信号であり、この光デュオバイナリ信号の位相に合わせて、図４（ｂ） に示すようにマッハツェンダ型光変調器１１のプッシュプル駆動のゲート位相を設定する。この操作により、図４（ｃ） に示すビット間位相差をもつＲＺ信号が得られる。これがキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の波形である。
【００２５】
ここで、マッハツェンダ型光変調器１１は、入力光デュオバイナリ信号のビットレートの半分の周波数のクロック信号でプッシュプル駆動されるが、この光変調器の折り返し特性により、得られるＲＺパルスは繰り返し周波数が入力光デュオバイナリ信号のビットレートに一致する。このときに得られる光波形（アイパターン）と光スペクトルを図３（ｂ） に示す。これは、マッハツェンダ型光変調器１１の駆動電圧を、その変調器のもつＶπのちょうど２倍の振幅（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ） の正弦波とした場合のものである。デューティ比が約２／３の光パルスに変換されている。このように光デュオバイナリ信号をＲＺ化することにより、光伝送媒体３中での非線形光学効果に対して強い耐性を得ることができる。また、この光スペクトルはキャリア成分が抑圧され、かつ２つの光デュオバイナリ成分により構成されている。
【００２６】
光伝送媒体３を伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は、光受信器２の帯域分割手段２０に入力され、上記の２つの光デュオバイナリ成分の一方が選択される。このときに得られる光波形（アイパターン）と光スペクトルを図３（ｃ） に示す。この帯域分割により、光波形はほぼＮＲＺ信号と同等となる。このような処理により、光ファイバの群速度分散による波形劣化を、伝送後の２つの光デュオバイナリ成分の一方のみに対するものに限定することができる。この効果により、図１７に示したように高い入射光パワーに対して、広い分散耐力と、最適分散値が全分散値で零の近傍に維持される非線形光学効果に対する高い耐力とを両立することができる。なお、仮に伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を帯域分割せずに受信すると、光ファイバの群速度分散の影響を２つのデュオバイナリ成分全体の帯域として受けてしまうので、分散耐力が劣化する。
【００２７】
（光送信器１の第２の構成例）
図１に示す光送信器１は、図２（ｂ） に示すように、連続光光源７５から出力される連続光を先に交番位相ＲＺ化を行う光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）に入力し、その出力光を光デュオバイナリ信号に変換するマッハツェンダ型光変調器７４に入力する構成としてもよい。すなわち、前段のマッハツェンダ型光変調器１１をクロック信号（ＣＬＫ）でプッシュプル駆動し、後段のマッハツェンダ型光変調器７４を振幅調整回路７３−１，７３−２から出力されるデュオバイナリ信号でプッシュプル駆動する。
【００２８】
なお、この構成の場合には、連続光光源７５と光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）に代えて、２モード発振モードロックレーザを用いることができる。これにより、構成部品数も少なくなり、より簡単な光送信器１を構成することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の光通信装置（光送信器）の第２の実施形態を示す。本実施形態の光送信器および光受信器の構成は、ともに図１に示す第１の実施形態と同様であるが、光送信器１の光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）を駆動するクロック信号（ＣＬＫ）の周波数が異なる。
【００３０】
第１の実施形態では、光変調手段１０を構成するマッハツェンダ型光変調器１１を駆動するクロック信号（ＣＬＫ）の周波数は、光デュオバイナリ信号生成手段７０で生成される光デュオバイナリ信号のビットレートの半分とした。これにより生成されるキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分の周波数差は、図６（ａ） に示すように光デュオバイナリ信号のビットレートをＮｂｉｔ／ｓ としたときにＮＨｚとなる。
【００３１】
一般的には、光デュオバイナリ信号のビットレートをＮｂｉｔ／ｓ としたときに、マッハツェンダ型光変調器１１をプッシュプル駆動するクロック信号の周波数はｍＮ／２Ｈｚ（ｍは正の整数）としてもよい。第２の実施形態は、光デュオバイナリ信号のビットレートと同じ周波数のクロック信号（ｍ＝２）でマッハツェンダ型光変調器１１をプッシュプル駆動する場合を示す。これにより、図６（ｂ） に示すように、生成されるキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分の周波数差は、第１の実施形態に対して２倍（２ＮＨｚ）にすることができる。したがって、光受信器２の帯域分割手段２０で各光デュオバイナリ成分を抽出する際に、光フィルタの中心周波数および透過幅に対するマージンが大きくなり、安定動作が容易になる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の光通信装置（光受信器）の第３の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００３３】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分を受信する光受信手段８０ａを備えたことを特徴とする。光受信手段８０ａは、２つの光検波回路８１−１，８１−２、加算回路８４、識別回路８２、反転回路８３により構成される。２つの光検波回路８１−１，８１−２は、例えばＰＩＮ型のフォトダイオードを用い、同じ出力極性をもつ。この電気信号を加算回路８４で加算して識別回路８２に入力する構成である。
【００３４】
本実施形態の動作について図８を参照して説明する。光送信器１から送信されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は、光伝送媒体３を介して光受信器２に受信され、帯域分割手段２０で２つの光デュオバイナリ成分に分割され、それぞれ分離して出力される。２つの光デュオバイナリ成分は、光検波回路８１−１，８１−２でそれぞれ独立に電気信号に変換される。ここで、光検波回路８１−１，８１−２の出力振幅をそれぞれＶ１，Ｖ２ とする。加算回路８４では、２つの電気信号を加算することにより、加算信号の振幅はＶ１ ＋Ｖ２ となって大きくすることができる。これにより、識別回路８２への入力振幅が大きくなり、動作マージンが大きくなって安定した動作を実現することができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の光通信装置（光受信器）の第４の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００３６】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分を受信する光受信手段８０ｂを備えたことを特徴とする。光受信手段８０ｂは、２つの光検波回路８１−１，８１−２、減算回路８５、識別回路８２、反転回路８３により構成される。２つの光検波回路８１−１，８１−２は、例えばＰＩＮ型のフォトダイオードを用い、異なる出力極性をもつ。この電気信号を減算回路８５で減算して識別回路８２に入力する構成である。
【００３７】
ここで、図１０を参照して本実施形態の動作について説明する。光送信器１から送信されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は、光伝送媒体３を介して光受信器２に受信され、帯域分割手段２０で２つの光デュオバイナリ成分に分割され、それぞれ分離して出力される。２つの光デュオバイナリ成分は、光検波回路８１−１，８１−２でそれぞれ独立に電気信号に変換される。ここで、光検波回路８１−１，８１−２の出力振幅をそれぞれＶ１，Ｖ２ とする。ただし、２つの電気信号の極性は逆であり、一方が正極性（光が入射したときにプラスの電位）、他方が負極性（光が入射したときにマイナスの電位）となる。減算回路８５では、２つの電気信号を減算することにより、減算信号の振幅はＶ１ −Ｖ２ となって大きくすることができる。これにより、識別回路８２への入力振幅が大きくなり、動作マージンが大きくなって安定した動作を実現することができる。
【００３８】
（第５の実施形態）
図１１は、本発明の光通信装置（光受信器）の第５の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００３９】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分を並列に受信する光受信手段８０−１，８０−２を備え、一方を現用系、他方を予備系として用いることを特徴とする。各光受信手段８０−１，８０−２は、それぞれ光検波回路、識別回路、反転回路により構成される。
【００４０】
本実施形態の各光受信手段の動作は、第１の実施形態の光受信器２と同様である。帯域分割手段２０で帯域分割された２つの光デュオバイナリ成分を各光受信手段８０−１，８０−２でそれぞれ受信することにより、一方が故障した場合でも他方の光受信手段により受信を継続することができ、システムの安定性および信頼性を高めることができる。
【００４１】
（第６の実施形態）
図１２は、本発明の光通信装置（光受信器）の第６の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００４２】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分をモニタして帯域分割手段２０を制御することを特徴とする。帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分は、それぞれ光分岐手段２１−１，２１−２でその一部を分岐し、光パワーモニタ回路２２−１，２２−２で光パワーを測定して制御回路２３に入力する。制御回路２３は、２つの光パワーの和が最大で、かつその差が最小となるように帯域分割手段２０を制御する構成である。帯域分割手段２０は、光ファイバまたは光導波路上に形成されたマッハツェンダ干渉計型の光フィルタを用いる。光分岐手段２１−１，２１−２は、光ファイバ型カプラまたは部分反射型ミラーを用いた光ビームスプリッタなどを用いる。光パワーモニタ回路２２−１，２２−２は、光電変換回路等を用いた光パワーを測定する手段である。
【００４３】
なお、光受信手段８０ｃは、第１の実施形態のように帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分の一方のみを受信する構成、第３および第４の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、加減算して識別する構成、第５の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、現用系および予備系として利用する構成のいずれでもよい。
【００４４】
また、帯域分割手段２０としてアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）を用いた場合には、帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分の光パワーの和が最大となるように帯域分割手段２０を制御する構成となる。これは、ＡＷＧが分波する周波数間隔（グリッド間隔）が固定となるので、２つの光デュオバイナリ成分の光パワーの差が最小となるように制御することが不可能だからである。したがって、ＡＷＧとして、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号のビットレートに一致したグリッグ間隔のものを用いた場合には、２つの光デュオバイナリ成分の一方のみの光パワーをモニタし、その値が最大となるように制御してもよい。
【００４５】
（第７の実施形態）
図１３は、本発明の光通信装置の第７の実施形態を示す。本実施形態は、以上示した本発明の光送信器１および光受信器２を伝送波長ごとに複数組備え、複数の波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を波長多重伝送する構成を特徴とする。これにより、伝送容量を増大させることができる。
【００４６】
光送信器１−１〜１−ｎは、それぞれ光デュオバイナリ信号生成手段７０および光変調手段１０により構成され、それぞれ異なる波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する。各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は光合波手段４で合波され、光伝送媒体３を介して伝送されて光分波手段５で各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に分波され、それぞれ対応する光受信器２−１〜２−ｎに受信される。光受信器２−１〜２−ｎは、帯域分割手段２０および光受信手段８０ｃにより構成される。
【００４７】
光受信手段８０ｃは、第１の実施形態のように帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分の一方のみを受信する構成、第３および第４の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、加減算して識別する構成、第５の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、現用系および予備系として利用する構成のいずれでもよい。
【００４８】
（第８の実施形態）
図１４は、本発明の光通信装置（光送信器）の第８の実施形態を示す。本実施形態の光送信器１には、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する際に発生した余分な高調波成分を抑圧する光帯域制限手段１２を備えたことを特徴とする。光受信器２は、以上示した各実施形態のいずれかの構成をとる。
【００４９】
本実施形態の効果について図１５を参照して説明する。光送信器１の光変調手段１０では、図１５（ａ） に示すようにキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する際に高調波成分が発生する。光帯域制限手段１２の透過帯域として、図１５（ｂ） に示すようなキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の帯域幅に合わせたものを用いることにより、図１５（ｃ） に示すように高調波成分を効果的に抑圧することができる。これにより、波長多重の際の帯域利用効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、第７の実施形態の波長多重伝送システムでは、光合波手段４としてアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）を用い、その透過帯域幅を本実施形態の光帯域制限手段１２と同等に設定することにより、各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を一括して抑圧することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光通信装置では、光ファイバ等の光伝送媒体を伝送するキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号はＲＺパルスの形をとり、光ファイバ中の非線形光学効果による波形劣化を最小限に抑えることができる。
【００５２】
また、光受信器の帯域分割手段で、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分を分割し、それぞれ個別に抽出して受信することにより、ほぼ半分の光デュオバイナリ信号に近い帯域成分が光伝送媒体の波長分散の影響を受ける。したがって、光伝送媒体の波長分散による波形劣化をほぼ１／４に抑えることができる。
【００５３】
また、図１７に示すように、本発明により実用レベルの入射光パワーにおいて、最も広い分散耐力と、光パワーの変動に対して最適値が変動しない特徴を合わせもつシステムを構成することができる。すなわち、本発明の光通信装置（光送信器および光受信器）は、光伝送媒体の非線形光学効果および波長分散の相互作用による伝送品質の劣化に対して強く特性をもつことができる。これにより、従来の光デュオバイナリ、ＮＲＺ、ＲＺ等の信号方式を用いた光通信装置に比べて、より長距離かつ大容量、さらに信頼性の高い光伝送システムを迅速に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図。
【図２】光送信器１の構成例を示す図。
【図３】第１の実施形態の動作を説明する図。
【図４】キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の生成原理を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図。
【図６】第１の実施形態と第２の実施形態の効果の違いを説明する図。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図。
【図８】第３の実施形態の動作を説明する図。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図。
【図１０】第４の実施形態の動作を説明する図。
【図１１】本発明の第５の実施形態を示す図。
【図１２】本発明の第６の実施形態を示す図。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示す図。
【図１４】本発明の第８の実施形態を示す図。
【図１５】第８の実施形態の効果を説明する図。
【図１６】光デュオバイナリ伝送方式を用いた従来の光通信装置の構成を示す図。
【図１７】分散耐力の計算機シミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
１ 光送信器
２ 光受信器
３ 光伝送媒体
４ 光合波手段
５ 光分波手段
１０ 光変調手段
１１ マッハツェンダ型光変調器
１２ 光帯域制限手段
２０ 帯域分割手段
２１ 光分岐手段
２２ 光パワーモニタ回路
２３ 制御回路
７０ 光デュオバイナリ信号生成手段
７１ 符号変換回路
７２ 反転回路
７３ 振幅調整回路
７４ マッハツェンダ型光変調器
７５ 連続光光源
８０ 光受信手段
８１ 光検波回路
８２ 識別回路
８３ 反転回路
８４ 加算回路
８５ 減算回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ等の伝送媒体が有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用によって生じる伝送品質の劣化を最小限に抑える光通信装置に関する。また、この光通信装置を構成する光送信器および光受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号伝送では、その伝送媒体である光ファイバが有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用による波形劣化が引き起こす伝送品質の劣化が問題となる。これは、光ファイバのもつ群速度分散が、光信号のもつ帯域幅に作用することによりその光パルス波形が崩れ、隣接タイムスロットとの間で干渉することにより起こる。
【０００３】
この群速度分散による劣化を抑圧するために、例えば図１６に示す光通信装置を用いた光デュオバイナリ伝送方式が提案されている（特開平９−２３６７８１号公報）。
【０００４】
図１６において、２値のデータ信号（バイナリ信号）は、符号変換回路７１に入力されて３値のデュオバイナリ信号に変換される。このデュオバイナリ信号は２分岐してその一方が反転回路７２で位相反転され、振幅調整回路７３−１，７３−２で帯域制限され、透過率が最小にバイアスされた二電極型のマッハツェンダ型光強度変調器７４をプッシュプル駆動する。連続光光源７５から出力される連続光は、この互いに位相が反転したデュオバイナリ信号に応じて強度変調され、光デュオバイナリ信号に変換されて光伝送媒体３に送出される。光伝送媒体３を介して伝送された光デュオバイナリ信号は、光検波回路８１で直接検波され、その検波信号を識別回路８２で識別再生し、反転回路８３で位相反転することにより２値のデータ信号が復元される。
【０００５】
このような光デュオバイナリ伝送方式では、光ファイバの波長分散に対して高い耐力が得られることが報告されている（Ｋ．Ｙｏｎｅｎａｇａ ｅｔ ａｌ．， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３１， ｐｐ．３０２−３０４， １９９５） 。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来構成では、光ファイバ伝送路への入射光パワーを増大させると分散耐力が減少する問題があった。図１７は、光デュオバイナリ伝送方式と、一般的なＮＲＺおよびＲＺ符号形式を用いた伝送方式の分散耐力の計算機シミュレーション結果を示す。ここでは、いずれも局所分散が＋２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバ １００ｋｍを光増幅器１台を介して２スパン伝送させた際のアイ開口劣化１ｄＢの等高線を示す。なお、後述する本発明を用いた場合の分散耐力についても合わせて示している。
【０００７】
図１７において、入射光パワーが０ｄＢｍでは、ＮＲＺ符号形式はＲＺ符号形式に比べて約２倍の分散耐力を有し、光デュオバイナリ伝送方式はＮＲＺ符号形式に比べて約４倍の分散耐力を有し、それぞれのもつ帯域幅から予測される通りの分散耐力を示している。また、このときの最適分散値はほぼ０ｐｓ／ｎｍ である。
【０００８】
しかし、光ファイバ伝送路への入射光パワーを増大させると、光デュオバイナリ伝送方式の分散耐力は減少し、特に低光パワー領域で最適点であった総分散が０ｐｓ／ｎｍ の近傍において著しく劣化する。そして、入射光パワーが５ｄＢｍを越えた辺りで、アイ開口劣化が１ｄＢを超過する。
【０００９】
一方、ＮＲＺ・ＲＺ符号形式では、最適分散値が入射光パワーを増大させるにつれて正分散側にシフトし、低光パワー（０ｄＢｍ）において最適点であった０ｐｓ／ｎｍ は分散耐力マージンの端になり、分散耐力マージンは入射光パワーをさらに増大させると急激になくなる。これは、光ファイバ中の非線形光学効果により光信号に付加的に周波数チャープが加わるためである。また、分散耐力自体も、光デュオバイナリ伝送方式に比べて１／４から１／８と非常に小さいので、システム設計が厳しくなり、システム導入時の最適化も困難となる。
【００１０】
このように、光デュオバイナリ伝送方式、ＮＲＺ・ＲＺ符号形式を用いた伝送方式では、広い入射光パワー範囲において分散耐力の最適点が変動する。これは、光伝送システムの設計を複雑にし、迅速な導入および安定運用を妨げる要因になる。すなわち、光伝送システムの設計では、入射光パワーに依存して変動する最適分散値を考慮する必要が生じ、設計が複雑になる。
【００１１】
また、光伝送システムの導入時には、光ファイバ伝送路の分散値を分散測定器により測定し、最適となる分散値（一般的には０ｐｓ／ｎｍ 、送信信号をチャープさせていれば多少ずれる）に設定してシステムを立ち上げることになる。この分散値の測定では、光ファイバの分散値の情報しか得られないので、伝送方式ごとに異なる上記の最適分散値のずれに追随させることは困難である。言い換えれば、従来方式では使用できる入射光パワーのダイナミックレンジが小さい。したがって、従来方式を用いた光伝送システムでは、ビットレートや伝送距離を制限する要因となる。
【００１２】
また、光デュオバイナリ伝送方式、ＮＲＺ・ＲＺ符号形式を用いた伝送方式のいずれにおいても、入射光パワーを増大させる際に分散耐力が急激に劣化する。これは、光伝送システムの安定運用に支障をきたす問題である。
【００１３】
本発明は、広い入射光パワー範囲において高い分散耐力を安定に保ち、光伝送システムの設計を容易にし、光伝送システムの導入を迅速化し、安定運用を実現する光通信装置およびそれを構成する光送信器ならびに光受信器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信装置は、光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段と、光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてＲＺ化し、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光変調手段から構成される光送信器と、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を伝送する光伝送媒体と、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を入力し、そのスペクトル成分中の２つの光デュオバイナリ成分を分割して出力する帯域分割手段と、２つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段から構成される光受信器とを備える。
【００１５】
これにより、光ファイバ等の光伝送媒体を伝送するキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号はＲＺパルスの形をとり、光ファイバ中の非線形光学効果による波形劣化を最小限に抑えることができる。また、光受信器の帯域分割手段では、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分を分割し、それぞれ個別に抽出して受信するので、ほぼ半分の光デュオバイナリ信号に近い帯域成分が光伝送媒体の波長分散の影響を受ける。したがって、光伝送媒体の波長分散による波形劣化をほぼ１／４に抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光通信装置（光送信器、光受信器）の第１の実施形態を示す。
【００１７】
図において、本発明の光通信装置は、光デュオバイナリ信号をキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光送信器１と、光伝送媒体３を介して伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を帯域分割して受信する光受信器２により構成される。
【００１８】
光送信器１は、従来と同様の光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段７０と、生成された光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてＲＺ化し、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換する光変調手段１０により構成される。
【００１９】
光伝送媒体３には、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、または １．３μｍ帯のシングルモードファイバなどの石英系光ファイバが用いられる。なお、光ファイバ増幅器（光中継器）を含んでもよい。
【００２０】
光受信器２は、伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号のスペクトル成分中の２つの光デュオバイナリ成分を分離する帯域分割手段２０と、２つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段８０により構成される。帯域分割手段２０には、誘電体多層膜等で構成される光帯域通過型フィルタ、光ファイバまたは光導波路上に形成されたマッハツェンダ干渉計型の光フィルタ、アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）などを用いることができる。光受信手段８０は、図１６に示すような光検波回路８１、識別回路８３、反転回路８３からなり、帯域分割された光デュオバイナリ成分を光電変換、識別再生、位相反転することにより、元の２値のデータ信号を復元する。なお、反転回路８３は、光送信器１の光デュオバイナリ信号生成手段７０の符号変換回路の構成により不要な場合もある。
【００２１】
図２は、光送信器１の構成例を示す。ただし、図２（ａ） は光送信器１の第１の構成例、図２（ｂ） は後述する光送信器１の第２の構成例を示す。図２（ａ） において、光デュオバイナリ信号生成手段７０は、符号変換回路７１、位相反転回路７２、振幅調整回路７３−１，７３−２、二電極型のマッハツェンダ型光変調器７４、連続光光源７５からなり、従来構成と同様に入力された２値のデータ信号（バイナリ信号）を符号変換回路７１で３値のデュオバイナリ信号に変換し、さらにマッハツェンダ型光変調器７４をプッシュプル駆動することにより光デュオバイナリ信号を生成する。光変調手段１０は、二電極型のマッハツェンダ型光変調器１１からなり、光デュオバイナリ信号生成手段７０で生成された光デュオバイナリ信号のビットレートの半分の周波数のクロック信号（例えば正弦波）ＣＬＫでプッシュプル駆動することにより、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する。
【００２２】
以下、図３，４を参照して、本実施形態の動作について説明する。光デュオバイナリ信号生成手段７０により、通常のＮＲＺ符号に比較して約半分の帯域をもつ光デュオバイナリ信号が生成される。計算機シミュレーションにより得られた光波形（アイパターン）と、そのときの光スペクトルを図３（ａ） に示す。
【００２３】
この光デュオバイナリ信号を光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）に入力し、同期したクロック信号（ＣＬＫ）でプッシュプル駆動して変調することにより、キャリア抑圧されたＲＺ信号（キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号）に変換される。このとき、駆動点を無変調時の透過率が最小の電圧とし、駆動するクロック信号の周波数を前段で生成された光デュオバイナリ信号のビットレートの半分とする。また、駆動振幅は、マッハツェンダ型光変調器１１のＶπの１〜３倍とする。このように駆動されるマッハツェンダ型光変調器１１は、交番位相ＲＺ化する機能を備えたゲート特性をもつ。この様子を図４に模式的に示す。
【００２４】
図４（ａ） は前段の光デュオバイナリ信号生成手段７０から出力される光デュオバイナリ信号であり、この光デュオバイナリ信号の位相に合わせて、図４（ｂ） に示すようにマッハツェンダ型光変調器１１のプッシュプル駆動のゲート位相を設定する。この操作により、図４（ｃ） に示すビット間位相差をもつＲＺ信号が得られる。これがキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の波形である。
【００２５】
ここで、マッハツェンダ型光変調器１１は、入力光デュオバイナリ信号のビットレートの半分の周波数のクロック信号でプッシュプル駆動されるが、この光変調器の折り返し特性により、得られるＲＺパルスは繰り返し周波数が入力光デュオバイナリ信号のビットレートに一致する。このときに得られる光波形（アイパターン）と光スペクトルを図３（ｂ） に示す。これは、マッハツェンダ型光変調器１１の駆動電圧を、その変調器のもつＶπのちょうど２倍の振幅（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ） の正弦波とした場合のものである。デューティ比が約２／３の光パルスに変換されている。このように光デュオバイナリ信号をＲＺ化することにより、光伝送媒体３中での非線形光学効果に対して強い耐性を得ることができる。また、この光スペクトルはキャリア成分が抑圧され、かつ２つの光デュオバイナリ成分により構成されている。
【００２６】
光伝送媒体３を伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は、光受信器２の帯域分割手段２０に入力され、上記の２つの光デュオバイナリ成分の一方が選択される。このときに得られる光波形（アイパターン）と光スペクトルを図３（ｃ） に示す。この帯域分割により、光波形はほぼＮＲＺ信号と同等となる。このような処理により、光ファイバの群速度分散による波形劣化を、伝送後の２つの光デュオバイナリ成分の一方のみに対するものに限定することができる。この効果により、図１７に示したように高い入射光パワーに対して、広い分散耐力と、最適分散値が全分散値で零の近傍に維持される非線形光学効果に対する高い耐力とを両立することができる。なお、仮に伝送されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を帯域分割せずに受信すると、光ファイバの群速度分散の影響を２つのデュオバイナリ成分全体の帯域として受けてしまうので、分散耐力が劣化する。
【００２７】
（光送信器１の第２の構成例）
図１に示す光送信器１は、図２（ｂ） に示すように、連続光光源７５から出力される連続光を先に交番位相ＲＺ化を行う光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）に入力し、その出力光を光デュオバイナリ信号に変換するマッハツェンダ型光変調器７４に入力する構成としてもよい。すなわち、前段のマッハツェンダ型光変調器１１をクロック信号（ＣＬＫ）でプッシュプル駆動し、後段のマッハツェンダ型光変調器７４を振幅調整回路７３−１，７３−２から出力されるデュオバイナリ信号でプッシュプル駆動する。
【００２８】
なお、この構成の場合には、連続光光源７５と光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）に代えて、２モード発振モードロックレーザを用いることができる。これにより、構成部品数も少なくなり、より簡単な光送信器１を構成することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の光通信装置（光送信器）の第２の実施形態を示す。本実施形態の光送信器および光受信器の構成は、ともに図１に示す第１の実施形態と同様であるが、光送信器１の光変調手段１０（マッハツェンダ型光変調器１１）を駆動するクロック信号（ＣＬＫ）の周波数が異なる。
【００３０】
第１の実施形態では、光変調手段１０を構成するマッハツェンダ型光変調器１１を駆動するクロック信号（ＣＬＫ）の周波数は、光デュオバイナリ信号生成手段７０で生成される光デュオバイナリ信号のビットレートの半分とした。これにより生成されるキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分の周波数差は、図６（ａ） に示すように光デュオバイナリ信号のビットレートをＮｂｉｔ／ｓ としたときにＮＨｚとなる。
【００３１】
一般的には、光デュオバイナリ信号のビットレートをＮｂｉｔ／ｓ としたときに、マッハツェンダ型光変調器１１をプッシュプル駆動するクロック信号の周波数はｍＮ／２Ｈｚ（ｍは正の整数）としてもよい。第２の実施形態は、光デュオバイナリ信号のビットレートと同じ周波数のクロック信号（ｍ＝２）でマッハツェンダ型光変調器１１をプッシュプル駆動する場合を示す。これにより、図６（ｂ） に示すように、生成されるキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分の周波数差は、第１の実施形態に対して２倍（２ＮＨｚ）にすることができる。したがって、光受信器２の帯域分割手段２０で各光デュオバイナリ成分を抽出する際に、光フィルタの中心周波数および透過幅に対するマージンが大きくなり、安定動作が容易になる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の光通信装置（光受信器）の第３の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００３３】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分を受信する光受信手段８０ａを備えたことを特徴とする。光受信手段８０ａは、２つの光検波回路８１−１，８１−２、加算回路８４、識別回路８２、反転回路８３により構成される。２つの光検波回路８１−１，８１−２は、例えばＰＩＮ型のフォトダイオードを用い、同じ出力極性をもつ。この電気信号を加算回路８４で加算して識別回路８２に入力する構成である。
【００３４】
本実施形態の動作について図８を参照して説明する。光送信器１から送信されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は、光伝送媒体３を介して光受信器２に受信され、帯域分割手段２０で２つの光デュオバイナリ成分に分割され、それぞれ分離して出力される。２つの光デュオバイナリ成分は、光検波回路８１−１，８１−２でそれぞれ独立に電気信号に変換される。ここで、光検波回路８１−１，８１−２の出力振幅をそれぞれＶ１，Ｖ２ とする。加算回路８４では、２つの電気信号を加算することにより、加算信号の振幅はＶ１ ＋Ｖ２ となって大きくすることができる。これにより、識別回路８２への入力振幅が大きくなり、動作マージンが大きくなって安定した動作を実現することができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の光通信装置（光受信器）の第４の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００３６】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分を受信する光受信手段８０ｂを備えたことを特徴とする。光受信手段８０ｂは、２つの光検波回路８１−１，８１−２、減算回路８５、識別回路８２、反転回路８３により構成される。２つの光検波回路８１−１，８１−２は、例えばＰＩＮ型のフォトダイオードを用い、異なる出力極性をもつ。この電気信号を減算回路８５で減算して識別回路８２に入力する構成である。
【００３７】
ここで、図１０を参照して本実施形態の動作について説明する。光送信器１から送信されたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は、光伝送媒体３を介して光受信器２に受信され、帯域分割手段２０で２つの光デュオバイナリ成分に分割され、それぞれ分離して出力される。２つの光デュオバイナリ成分は、光検波回路８１−１，８１−２でそれぞれ独立に電気信号に変換される。ここで、光検波回路８１−１，８１−２の出力振幅をそれぞれＶ１，Ｖ２ とする。ただし、２つの電気信号の極性は逆であり、一方が正極性（光が入射したときにプラスの電位）、他方が負極性（光が入射したときにマイナスの電位）となる。減算回路８５では、２つの電気信号を減算することにより、減算信号の振幅はＶ１ −Ｖ２ となって大きくすることができる。これにより、識別回路８２への入力振幅が大きくなり、動作マージンが大きくなって安定した動作を実現することができる。
【００３８】
（第５の実施形態）
図１１は、本発明の光通信装置（光受信器）の第５の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００３９】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分を並列に受信する光受信手段８０−１，８０−２を備え、一方を現用系、他方を予備系として用いることを特徴とする。各光受信手段８０−１，８０−２は、それぞれ光検波回路、識別回路、反転回路により構成される。
【００４０】
本実施形態の各光受信手段の動作は、第１の実施形態の光受信器２と同様である。帯域分割手段２０で帯域分割された２つの光デュオバイナリ成分を各光受信手段８０−１，８０−２でそれぞれ受信することにより、一方が故障した場合でも他方の光受信手段により受信を継続することができ、システムの安定性および信頼性を高めることができる。
【００４１】
（第６の実施形態）
図１２は、本発明の光通信装置（光受信器）の第６の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【００４２】
本実施形態の光受信器２は、帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分をモニタして帯域分割手段２０を制御することを特徴とする。帯域分割手段２０で帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分は、それぞれ光分岐手段２１−１，２１−２でその一部を分岐し、光パワーモニタ回路２２−１，２２−２で光パワーを測定して制御回路２３に入力する。制御回路２３は、２つの光パワーの和が最大で、かつその差が最小となるように帯域分割手段２０を制御する構成である。帯域分割手段２０は、光ファイバまたは光導波路上に形成されたマッハツェンダ干渉計型の光フィルタを用いる。光分岐手段２１−１，２１−２は、光ファイバ型カプラまたは部分反射型ミラーを用いた光ビームスプリッタなどを用いる。光パワーモニタ回路２２−１，２２−２は、光電変換回路等を用いた光パワーを測定する手段である。
【００４３】
なお、光受信手段８０ｃは、第１の実施形態のように帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分の一方のみを受信する構成、第３および第４の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、加減算して識別する構成、第５の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、現用系および予備系として利用する構成のいずれでもよい。
【００４４】
また、帯域分割手段２０としてアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）を用いた場合には、帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分の光パワーの和が最大となるように帯域分割手段２０を制御する構成となる。これは、ＡＷＧが分波する周波数間隔（グリッド間隔）が固定となるので、２つの光デュオバイナリ成分の光パワーの差が最小となるように制御することが不可能だからである。したがって、ＡＷＧとして、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号のビットレートに一致したグリッグ間隔のものを用いた場合には、２つの光デュオバイナリ成分の一方のみの光パワーをモニタし、その値が最大となるように制御してもよい。
【００４５】
（第７の実施形態）
図１３は、本発明の光通信装置の第７の実施形態を示す。本実施形態は、以上示した本発明の光送信器１および光受信器２を伝送波長ごとに複数組備え、複数の波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を波長多重伝送する構成を特徴とする。これにより、伝送容量を増大させることができる。
【００４６】
光送信器１−１〜１−ｎは、それぞれ光デュオバイナリ信号生成手段７０および光変調手段１０により構成され、それぞれ異なる波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する。各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号は光合波手段４で合波され、光伝送媒体３を介して伝送されて光分波手段５で各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に分波され、それぞれ対応する光受信器２−１〜２−ｎに受信される。光受信器２−１〜２−ｎは、帯域分割手段２０および光受信手段８０ｃにより構成される。
【００４７】
光受信手段８０ｃは、第１の実施形態のように帯域分割した２つの光デュオバイナリ成分の一方のみを受信する構成、第３および第４の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、加減算して識別する構成、第５の実施形態のように２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、現用系および予備系として利用する構成のいずれでもよい。
【００４８】
（第８の実施形態）
図１４は、本発明の光通信装置（光送信器）の第８の実施形態を示す。本実施形態の光送信器１には、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する際に発生した余分な高調波成分を抑圧する光帯域制限手段１２を備えたことを特徴とする。光受信器２は、以上示した各実施形態のいずれかの構成をとる。
【００４９】
本実施形態の効果について図１５を参照して説明する。光送信器１の光変調手段１０では、図１５（ａ） に示すようにキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する際に高調波成分が発生する。光帯域制限手段１２の透過帯域として、図１５（ｂ） に示すようなキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の帯域幅に合わせたものを用いることにより、図１５（ｃ） に示すように高調波成分を効果的に抑圧することができる。これにより、波長多重の際の帯域利用効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、第７の実施形態の波長多重伝送システムでは、光合波手段４としてアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）を用い、その透過帯域幅を本実施形態の光帯域制限手段１２と同等に設定することにより、各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を一括して抑圧することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光通信装置では、光ファイバ等の光伝送媒体を伝送するキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号はＲＺパルスの形をとり、光ファイバ中の非線形光学効果による波形劣化を最小限に抑えることができる。
【００５２】
また、光受信器の帯域分割手段で、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の２つの光デュオバイナリ成分を分割し、それぞれ個別に抽出して受信することにより、ほぼ半分の光デュオバイナリ信号に近い帯域成分が光伝送媒体の波長分散の影響を受ける。したがって、光伝送媒体の波長分散による波形劣化をほぼ１／４に抑えることができる。
【００５３】
また、図１７に示すように、本発明により実用レベルの入射光パワーにおいて、最も広い分散耐力と、光パワーの変動に対して最適値が変動しない特徴を合わせもつシステムを構成することができる。すなわち、本発明の光通信装置（光送信器および光受信器）は、光伝送媒体の非線形光学効果および波長分散の相互作用による伝送品質の劣化に対して強く特性をもつことができる。これにより、従来の光デュオバイナリ、ＮＲＺ、ＲＺ等の信号方式を用いた光通信装置に比べて、より長距離かつ大容量、さらに信頼性の高い光伝送システムを迅速に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図。
【図２】光送信器１の構成例を示す図。
【図３】第１の実施形態の動作を説明する図。
【図４】キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の生成原理を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図。
【図６】第１の実施形態と第２の実施形態の効果の違いを説明する図。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図。
【図８】第３の実施形態の動作を説明する図。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図。
【図１０】第４の実施形態の動作を説明する図。
【図１１】本発明の第５の実施形態を示す図。
【図１２】本発明の第６の実施形態を示す図。
【図１３】本発明の第７の実施形態を示す図。
【図１４】本発明の第８の実施形態を示す図。
【図１５】第８の実施形態の効果を説明する図。
【図１６】光デュオバイナリ伝送方式を用いた従来の光通信装置の構成を示す図。
【図１７】分散耐力の計算機シミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
１ 光送信器
２ 光受信器
３ 光伝送媒体
４ 光合波手段
５ 光分波手段
１０ 光変調手段
１１ マッハツェンダ型光変調器
１２ 光帯域制限手段
２０ 帯域分割手段
２１ 光分岐手段
２２ 光パワーモニタ回路
２３ 制御回路
７０ 光デュオバイナリ信号生成手段
７１ 符号変換回路
７２ 反転回路
７３ 振幅調整回路
７４ マッハツェンダ型光変調器
７５ 連続光光源
８０ 光受信手段
８１ 光検波回路
８２ 識別回路
８３ 反転回路
８４ 加算回路
８５ 減算回路
Claims (10)
- 光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段と、前記光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてＲＺ化し、キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光変調手段から構成される光送信器と、
前記キャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を入力し、そのスペクトル成分中の２つの光デュオバイナリ成分を分割して出力する帯域分割手段と、前記２つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段から構成される光受信器と
を備えたことを特徴とする光通信装置。 - 互いに異なる送信波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を生成する複数の請求項１に記載の光送信器と、
前記複数の波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を合波して送信する光合波手段と、
前記光合波手段から送信された複数の波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号を入力し、各波長に分波する光分波手段と、
各波長のキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号をそれぞれ受信する複数の請求項１に記載の光受信器と
を備えたことを特徴とする光通信装置。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光送信器において、
前記光変調手段は、前記光デュオバイナリ信号のビットレートをＮbit/s としたときに、前記光デュオバイナリ信号に周波数ｍＮ／２Hz（ｍは正の整数）で交番した位相差を加え、繰り返し周波数ｍＮHzのＲＺパルスとしたキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号に変換する構成である
ことを特徴とする光送信器。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光送信器において、
前記光変調手段から出力されるキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を抑圧する光帯域制限手段を備えた
ことを特徴とする光送信器。 - 請求項２に記載の光通信装置において、
前記光合波手段は、前記光変調手段から出力されるキャリア抑圧ＲＺ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を抑圧する光帯域制限手段の機能を含む構成である
ことを特徴とする光通信装置。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光受信器において、
前記光受信手段は、同一の出力極性をもつ光電変換手段で前記２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、その電気信号を加算して識別再生する構成である
ことを特徴とする光受信器。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光受信器において、
前記光受信手段は、互いに異なる出力極性をもつ光電変換手段で前記２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、その電気信号を減算して識別再生する構成である
ことを特徴とする光受信器。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光受信器において、
前記光受信手段は、前記２つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ個別に受信する構成であり、そのうちの一方を冗長系とする
ことを特徴とする光受信器。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光受信器において、
前記光受信手段は、前記２つの光デュオバイナリ成分の一方の光パワーをモニタし、その光パワーが最大になるように前記帯域分割手段を制御する構成である
ことを特徴とする光受信器。 - 請求項１または請求項２に記載の光通信装置の光受信器において、
前記光受信手段は、前記２つの光デュオバイナリ成分の各光パワーをモニタし、その２つの光パワーの和が最大で、かつその差が最小または０となるように前記帯域分割手段を制御する構成である
ことを特徴とする光受信器。
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