JP3567763B2

JP3567763B2 - 光送信装置

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Publication number: JP3567763B2
Application number: JP31270698A
Authority: JP
Inventors: 正敏鈴木; 登枝川; 秀徳多賀; 周山本
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: US6459518B1; JP2000068940A; EP0964537A2; EP0964537A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信装置に関し、より具体的には、長距離光伝送システムの光送信器において信号光を予め位相及び偏波変調する光送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離光伝送システム、特に、長距離波長分割多重光伝送システムでは、伝送特性を改善するために信号光パルスを位相変調し、且つ、伝送系の偏光依存性を抑制するために偏波をスクランブルして伝送路に送出する必要があった。例えば、Ｆ．Ｈｅｉｓｍａｎｎ等，”ＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＳｃｒａｍｂｌｅｒｓｆｏｒＯｐｔｉｃａｌｌｙＡｍｐｌｉｆｉｅｄＬｏｎｇ−ＨａｕｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９９４、及び、Ｎ．Ｓ．Ｂｅｒｇａｎｏ等，”Ｂｉｔ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎａｎｄｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｐｔｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ”，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ４ｔｈＪａｎｕａｒｙ１９９６，ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１を参照されたい。
【０００３】
そのため、従来の光送信器では、光強度変調器又はデータ変調器がＣＷレーザ光を送信すべきデータに従って強度変調してＮＲＺパルス又はＲＺパルスにした後、偏波スクランブラにより位相と偏波を同時に変調していた。しかし、偏波スクランブラで達成できる位相変調量は、主軸の位相変位量と副軸の位相変位量の平均になるので、通常の位相変調器よりも高い電圧（約１．４倍）を必要とする。最適位相変調を与えるためには、位相変調器を偏波変調器とは別に設ける必要がある。
【０００４】
位相変調器及び偏波変調器又は偏波スクランブラには通常、リチウムニオブ酸ナトリウム（ＬｉＮｂＯ_３）の結晶が用いられるが、その使用方法が異なる。位相変調器として動作させる場合には、入射光の偏光をその結晶の最も変調効率の高い方向に合わせるが、偏波変調器又は偏波スクランブラとして動作させる場合には、最も変調効率の高い方向に対して４５度の方向に入射光の偏光を合わせる。偏波スクランブラとしては、光パルス内で偏波を回転させるが、副次的に位相も変調される。
【０００５】
光送信装置における位相変調及び偏波変調については、特開平８−１１１６６２号公報、特開平８−２３７２２４号公報、特開平８−２３７２２５号公報、特開平９−１９７３５４号公報、特開平９−２００１２８号公報、特開平９−２３３０２９号公報及び特開平１０−７５２１６号公報がある。特に、特開平８−１１１６６２号公報、特開平８−２３７２２４号公報、特開平８−２３７２２５号公報、及び特開平９−１９７３５４号公報に記載の発明は、残留偏光度を実質的にゼロにすることを提案するものであり、その他の公報に記載の発明も、その目的は基本的に同じである。なお、偏光度（ＤｅｇｒｅｅｏｄＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、一般に、全光パワーに対する偏光成分の光パワーの比で定義され、本明細書でも、この定義を採用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、位相変調器を別に設けると、データ変調器、位相変調器及び偏波変調器というように３つの変調器を用意する必要があり、装置が大型化すると共に、コストも上昇し、製造や調整の手間も増える。
【０００７】
位相変調と偏波変調を組み合わせる従来の光送信装置では、上述のように、残留偏光度又は平均偏光度がゼロになるように偏波をスクランブルする。しかし、その後の研究により、ＲＺ伝送の場合、残留偏光度をゼロにすることが必ずしも伝送特性の改善につながらないことが判明した。
【０００８】
本発明は、信号光の位相と偏波を効率的に変調できる光送信装置を提示することを目的とする。
【０００９】
本発明はまた、従来よりも安価且つ小型に製造できる光送信装置を提示することを目的とする。
【００１０】
本発明はまた、ＲＺ伝送においてより良い伝送特性を得られる光送信装置を提示することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、位相変調手段が、送信すべきデータに従ってパルス化された信号光を位相変調する。そして、位相変調手段の出力光を主軸に対して４５度の角度で複屈折材に入射する。
【００１２】
複屈折材が、入力する信号光の偏波をその位相に応じて変化させるので、実質的に、偏波スクランブルしたのと同じになる。変調効率が最大のところで位相変調手段を使用できるので、位相変調を効率化できる。偏波変調に駆動源を必要としないので、信頼性が高くなり、偏波変調も効率的に行なえる。従って、位相変調と偏波変調の両方を独立に効率化できると共に、信頼性の高い光送信装置を実現できる。
【００１３】
複屈折材は、例えば、偏波保持ファイバからなり、これを直接、位相変調手段の出力に接続しても、偏波回転素子を介して複屈折材料に接続する構成としても良い。
【００１４】
本発明ではまた、進行波型の位相変調器を使用し、当該位相変調器で位相変調された信号光を、偏波方向が主軸に対して４５度になるように回転して、再び位相変調手段に戻す。これにより、位相変調手段を位相変調と偏波変調の両方に共用でき、光送信装置を安価に実現できるようになり、その構成も簡略化できる。
【００１５】
位相及び偏波変調された信号光を取り出すには、例えば、光サーキュレータを用いればよい。これにより、位相変調前の信号光を位相変調手段に導くと共に、位相変調及び偏波変調されて当該位相変調手段から出力される信号光を外部に効率的に取り出すことが出きる。位相変調手段は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３の結晶からなる。
【００１６】
異なる波長の位相変調後の信号光を、偏波合成して複屈折材に入射することにより、多波長を同時に偏波変調することができる。波長分割多重された信号光を得るのに、複屈折材を節減できる。
【００１７】
隣接する波長の信号光の偏波方向が互いに直交するようにすることで、必要な複屈折媒質の数を削減でき、分散補償が必要な場合にも分散補償媒質の数を半減できる。これらは全体の小型化に寄与する。
【００１８】
本発明に係る光送信装置はまた、送信すべきデータに従ってＲＺパルス信号光を発生する信号光発生手段と、当該信号光発生手段から出力されるＲＺパルス信号光を、当該ＲＺパルス信号光に同期して位相変調する位相変調手段と、当該位相変調手段の出力光を偏波変調する偏波変調手段とからなり、当該偏波変調手段が複屈折材からなり、当該偏波変調手段の出力光における残留偏光度を非ゼロの有限値とする。これにより、ＲＺ光伝送方式で、残留偏光度を０にするような過剰な位相変調をしなくても、良好な伝送特性が得られる。偏波変調手段の出力光における残留偏光度は、好ましくは、２０％乃至７０％である。
【００１９】
本発明に係る光送信装置はまた、送信すべきデータを示す信号を出力するデータ出力手段と、当該データ出力手段の出力データに従ってＲＺパルス信号光を発生するＲＺ光源と、当該データ出力手段の出力データに実質的に同期するクロックの位相を調整する位相調整手段と、当該位相調整手段の出力に従い、当該ＲＺ光源の出力光を位相変調する位相変調手段と、当該位相変調手段の出力光の位相に応じて当該位相変調手段の出力光の偏波を変調する偏波変調手段とからなり、当該偏波変調手段が複屈折材からなることを特徴とする。
【００２０】
位相調整手段を設けたことにより、位相変調度とは独立に、偏波変調手段の偏波変調度、即ち、残留変調度を決定できるようになる。
【００２１】
偏波変調手段は例えば、複屈折材、又は、位相変調手段の出力光の偏波を制御する偏波制御手段と、当該偏波制御素子の出力光が主軸に対して所定角度で入射する複屈折材とからなる。
【００２２】
偏波変調手段の出力光における残留偏光度を非ゼロ、例えば、２０％乃至７０％とすることにより、ＲＺ光伝送で、過剰な位相変調無しに、良好な伝送特性が得られる。
【００２３】
位相変調手段の位相変調のタイミングを、入力するＲＺ光パルスのピークの前後で周波数偏移方向を反転するように設定する。これにより、位相変調度を最適化しつつ、適切な偏光変調を与えることが可能になる。
【００２４】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。１０は信号を搬送するレーザ光を発生するレーザ・ダイオードであり、連続レーザ発振している。レーザ・ダイオード１０の出力光は、光変調器１２に印加される。光変調器１２は、例えば、電気吸収型光変調器からなる。パルス駆動回路１４は、送信すべきデータ１６に従い光変調器１２を駆動する。例えば、光変調器１２は、駆動パルスの持続期間内では、レーザ・ダイオード１０の出力光を無損失又は低損失で透過し、駆動パルスの存在しない期間には、レーザ・ダイオード１０の出力光を吸収する。この逆でも良い。これにより、送信すべきデータ１６に応じたＮＲＺ又はＲＺの光パルスが形成される。
【００２６】
位相変調器１８は、位相変調器駆動回路２０により駆動されて、光変調器１２の出力光を位相変調する。位相変調器１８の入射光の偏波方向は、位相変調器１８の変調効率が最も高くなる方向に設定される。これにより、位相変調器１８の駆動電圧は低電圧で済む。位相変調器１８はＬｉＮｂＯ_３の結晶からなる。
【００２７】
位相変調器１８の出力光は、複屈折媒体２２に入射し、複屈折媒体２２を透過して光ファイバ伝送路に印加される。複屈折媒体２２の主軸は、位相変調器１８の出力光の偏波方向に対して４５度になるように配置される。複屈折媒体２２は、例えば、偏波モード分散が２０ｐｓの１０ｍの偏波保持ファイバからなる。複屈折媒体２２としては、偏波モード分散２０ｐｓのＬｉＮｂＯ_３導波路（偏波スクランブラをオフ状態としたものでよい。）を使用してもよい。位相変調されスペクトルの拡がった光パルスは、複屈折媒体２２を通過する間に、光パルス内で光の位相に応じて、偏波状態が円偏波、楕円偏波、直線偏波、楕円偏波及び円偏波というように変化する。従って、偏波をスクランブルされたのと同じ状態になり、光増幅中継系の偏波依存性（偏波ホール・バーニングなど）による伝送特性の劣化を緩和できる。
【００２８】
本実施例では、位相変調器１８をその変調効率が最大の状態で使用できるので、低い駆動電圧で済む。例えば、Ｆ．Ｈｅｉｓｍａｎｎ等の論文の式（４）で算出したところ、長距離伝送特性を決定する上で最も重要な最適位相変位量を、偏波スクランブラを単独で使用する場合に比べて、約７０％の駆動電圧で得られるので、実装しやすい。
【００２９】
複屈折媒体２２には、ＬｉＮｂＯ_３の結晶を使用してもよい。位相変調器１８に対して複屈折媒体２２となるＬｉＮｂＯ_３の結晶を物理的に４５度傾けて配置してもよいが、図２に示すように、位相変調器１８と複屈折媒体２２との間に、回転角４５度のファラデー回転子２４を配置しても良いことは明らかである。
【００３０】
図３は、本発明の第３実施例の概略構成ブロック図を示す。図１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００３１】
光変調器１２から出力される光パルスは、光サーキュレータ３０のポートＡに入力する。光サーキュレータ３０はポートＡの入力光をポートＢから出力し、ポートＢの入力光をポートＣから出力する光素子である。光サーキュレータ３０のポートＢからの出力光、即ち、光変調器１２の出力光は、ＬｉＮｂＯ_３の結晶からなる位相変調器３２の端面３２ａに入力する。位相変調器３２は、光サーキュレータ３０のポートＢからの出力光に対して最適変調効率となるように配置される。位相変調器駆動回路３４が位相変調器３２を駆動する。
【００３２】
位相変調器３２を透過し、その端面３２ｂから出力する光は、回転角２２．５度のファラデー回転子３６を透過し、全反射ミラー３８で全反射され、再びファラデー回転子３６を透過して位相変調器３２の端面３２ｂに入射する。ファラデー回転子３６を２回透過するので、結局、位相変調器３２の端面３２ｂから出力する光は、偏波面が４５回転して、端面３２ｂに再入射することになる。
【００３３】
ＬｉＮｂＯ_３の結晶に限らず、位相変調器は通常、進行波型であり、光と電気の進行方向が同じ時に、光の位相が変調される。従って、位相変調器３２では、端面３２ａから端面３２ｂに伝搬する際に、光は位相変調され、逆に、端面３２ｂから端面３２ａに進行する際には、位相変調されない、ファラデー回転子３６により、位相変調器３２の主軸に対して４５度傾斜して入射することになるので、端面３２ｂに入射する光に対しては、位相変調器３２は、図１の複屈折媒体２２と同様に動作し、端面３２ｂから端面３２ａに向かって伝搬する光の偏波状態を、その位相に応じて変化させる。
【００３４】
位相変調器３２の端面３２ａから出力する光は光サーキュレータ３０のポートＢに入力し、ポートＣから光ファイバ伝送路に出力される。
【００３５】
図３に示す実施例では、１つの位相変調器を往復に使用し、片方向の伝搬の際に位相変調器として機能させ、他方向の伝搬の際に偏波変調器として機能させるので、光サーキュレータ３０が必要になるものの、高価な結晶の使用を避けることができる。
【００３６】
図４は、波長分割多重信号光を出力する光送信装置に図１に示す実施例を適用した構成の概略構成ブロック図を示す。図４では、λ１〜λｎのｎ波長を使用する。各波長λ１〜λｎに対して、各波長λ１〜λｎでレーザ発振するレーザ・ダイオード４０、レーザ・ダイオード４０の出力光を送信すべきデータ＃１〜＃ｎでＲＺ変調するＲＺ変調器、ＲＺ変調器４２の出力光をデータ＃１〜＃ｎに同期して位相変調する位相変調器４４、位相変調器４４の出力光を偏波スクランブルするための複屈折媒体４６、及び各波長に応じて波長分散を予め付与する分散補償媒体４８が設けられている。レーザ・ダイオード４０とＲＺ変調器４２からなる部分を、ＤＦＢレーザと吸収型光変調器を集積した光源としてもよい。なお、損失補償用の光増幅器が、適宜の箇所に挿入されることがある。
【００３７】
レーザ・ダイオード４０、ＲＺ変調器４２、位相変調器４４及び複屈折媒体４６からなる部分は、図１に示す実施例と実施的に同じ構成からなり、その作用も同じである。分散補償媒体４８は、複屈折媒体４６から出力される信号光に、各波長に応じた波長分散を予め付与して、アレイ導波路格子からなる合波器５０に印加する。合波器５０は各波長λ１〜λｎの分散補償媒体４８からの信号光を波長分割多重して、光ファイバ伝送路に送出する。
【００３８】
波長間隔０．８ｎｍ、波長数１６（１５４４ｎｍ〜１５５６ｎｍ）、データ変調速度１０．６６Ｇｂ／ｓ、位相変調器４４の駆動周波数１０．６６ＧＨｚ、複屈折媒体４６を偏波モード分散２０ｐｓの１０ｍ偏波保持ファイバとして、９０００ｋｍ伝送実験を行なった。その結果、９０００ｋｍ伝送後の受信特性平均Ｑ値は、位相変調と偏波スクランブルを使用した場合の最適状態に比べて、同等乃至は少し悪い程度の結果が得られた。
【００３９】
図４に示す構成は、隣接する２波長について複屈折媒体を共用するように変更できる。その変更実施例の概略構成ブロック図を図５に示す。先ず、波長λ１及びλ２に対する部分の構成及び動作を説明する。レーザ・ダイオード６０−１は、波長λ１で連続レーザ発振し、レーザ・ダイオード６０−２は、波長λ２で連続レーザ発振する。ＲＺ変調器６２−１は、レーザ・ダイオード６０−１の出力光を送信すべきデータ＃１でＲＺ変調し、ＲＺ変調器６２−２は、レーザ・ダイオード６０−２の出力光を送信すべきデータ＃２でＲＺ変調する。位相変調器６４−１は、ＲＺ変調器６２−１の出力光をデータ＃１に同期して位相変調し、位相変調器６４−２は、ＲＺ変調器６２−２の出力光をデータ＃２に同期して位相変調する。
【００４０】
位相変調器６４−１，６４−の出力光は、互いに直交する偏波状態で、偏光ビーム・スプリッタ６６に入射し、ここで合波されて複屈折媒体６８に入射する。偏光ビーム・スプリッタ６６の合波出力側に偏光保持光ファイバを用いることにより、偏光ビーム・スプリッタ６６と複屈折媒体６８を一体モジュール化できる。複屈折媒体６８は、位相変調器６４−１，６４−２のどちらの出力光に対しても、その偏波方向が複屈折媒体６８の主軸に対して４５度になるように配置される。位相変調器６４−１，６４−２の出力光は、波長が異なるので、複屈折媒体６８上で互いに干渉することはなく、複屈折媒体６８は、図１に示す実施例で説明したように、位相変調器６４−１，６４−２の出力光を互いに独立に、その位相に応じて偏波状態を変更する。複屈折媒体６８を透過した光は、分散補償媒体７０に入射する。分散補償媒体７０の波長分散量は、波長λ１に対して必要な波長分散量と、波長λ２に対して必要な波長分散量の平均値に設定される。
【００４１】
分散補償媒体７０を透過した光は、波長分割多重素子としてのアレイ導波路格子７２に入力し、ここで、他の波長λ３〜λｎの信号光と波長分割多重されて、光ファイバ伝送路に送出される。
【００４２】
他の波長λ３〜λｎについても、λ１，λ２と全く同様の構成及び作用からなる。
【００４３】
図５に示す実施例では、図４に示す実施例の作用効果に加えて、ある波長に隣接する２波長のうち、少なくとも１波長の偏波がその波長の偏波と直交するので、伝送中の４光子混合による伝送特性劣化を緩和できる。分散補償媒質７０の数を半分にできるので、コンパクトな実装が可能になる。偏波ビーム・スプリッタ６６で偏波補合成する２波長で信号光パワーを独立に設定するには、例えば、位相変調器６４−１，６４−２と偏波ビーム・スプリッタ６６との間に別々の光増幅器を配置すればよい。
【００４４】
実際に９０００ｋｍ伝送させたところ、受信特性は、位相変調と偏波スクランブラを併用する従来と全く同じであった。
【００４５】
波長分散補償を必要としない、例えば数千ｋｍ程度の伝送には、波長分散補償が不要になるので、構成をより簡略化できる。図６は、その実施例の概略構成ブロック図を示す。但し、図６に示す実施例では、１６波長を多重化して送信すると仮定している。
【００４６】
１１０−１〜１１０−１６は、それぞれ波長λ１〜λ１６で連続レーザ発振するレーザ・ダイオードである。ＲＺ変調器１１２−１〜１１２−１６が、レーザ・ダイオード１１０−１〜１１０−１６の各出力光をＲＺ変調する。ＲＺ変調器１１２−１〜１１２−１６の出力光は、それぞれ位相変調器１１４−１〜１１４−１６に位相変調の最適条件で入力する。位相変調器１１４−１〜１１４−１６は位相変調器１８と同様に、各ＲＺ変調器１１２−１〜１１２−１６の出力光を位相変調する。
【００４７】
本実施例では、奇数番目の位相変調器１１４−１，１１４−３，・・・，１１４−１５の出力光と、偶数番目の位相変調器１１４−２，１１４−４，・・・，１１４−１６の出力光とが、別々のグループに纏められている。即ち、奇数番目の位相変調器１１４−１，１１４−３，・・・，１１４−１５の各出力光は、同じ偏波方向で偏波保持光カップラ１１６に入射し、ここで１つに合波される。同様に、偶数番目の位相変調器１１４−２，１１４−４，・・・，１１４−１６の各出力光は、同じ偏波方向で偏波保持光カップラ１１８に入射し、ここで１つに合波される。
【００４８】
偏波保持光カップラ１１６，１１８により合波された信号光は、互いに直交する偏波方向で偏波ビーム・スプリッタ１２０に入射し、偏波ビーム・スプリッタ１２０は、両入力光を偏波を保持して合波する。偏波ビーム・スプリッタ１２０の出力光は、複屈折媒体１２２に、その主軸に対して４５度回転した角度で入射する。各波長の信号光は、複屈折媒体１２２を透過する間に、図１に示す実施例の場合と同様に、偏波を変調される。複屈折媒体１２２を透過した光は、光ファイバ伝送路に出力される。
【００４９】
図６に示す実施例では、波長分割多重光で、互いに隣接する波長の信号光が異なる偏波方向になる、即ち、隣接チャンネルの偏波が直交しているので、伝送中の４光波混合の影響を最小にできる。
【００５０】
上記各実施例では、位相変調度に応じて偏光度が自動的に決定されてしまう。本来、位相変調と偏光度は独立に伝送特性に影響するので、これらを独立に決定又は調整できるのが望ましい。また、ＲＺ伝送の場合、偏光度は少なければよいというわけではなく、状況によっては有限値をとることが望ましいことが分かった。
【００５１】
以下に、位相変調度と偏光度を独立に決定し得る実施例を説明する。図７は、その実施例の概略構成ブロック図を示す。２１０は信号を搬送するレーザ光を発生するレーザ・ダイオードであり、連続レーザ発振している。レーザ・ダイオード２１０の出力光は、光変調器２１２に印加される。光変調器２１２は、例えば、電気吸収型光変調器からなる。データソース２１４は、クロック発生回路２１６からのクロックに応じて、送信すべきデータ２１４ａとクロック２１４ｂをＲＺ駆動回路２１８に供給する。ＲＺ駆動回路２１８は、データ・ソース２１４からのデータ２１４ａ及びクロック２１４ｂに従って光変調器２１２を駆動し、光変調器２１２にデータ２１４ａを搬送するＲＺ光パルスを形成させる。即ち、光変調器２１２の出力光は、送信すべきデータ２１４ａを搬送するＲＺ光パルスになっている。
【００５２】
光変調器２１２の出力光は、位相変調器２２０に印加される。クロック発生回路２１６の発生するクロックは、移相器２２２により位相を適当にシフトされて、位相変調器駆動回路２２６に印加される。位相変調器駆動回路２２６は、移相器２２２からのクロックに応じて、位相変調器２２０のための駆動信号（正弦波）を発生し、発生した駆動信号を振幅調整回路２２８に出力する。光変調器２１２から出力されるＲＺ光パルスの繰り返し周期をＴとすると、位相変調器駆動回路２２６は、角周波数２π／Ｔの正弦波を駆動信号として発生する。振幅調整器２２８は、位相変調器駆動回路２２６からの駆動信号の振幅を調整して位相変調器２２０に印加する。即ち、位相変調器２２０は、ＲＺ光パルスをそのビットに同期して位相変調する。
【００５３】
図８（ａ）は、光変調器２１２から出力されるＲＺ光パルスを示し、同（ｂ）は、位相変調器２２０における周波数偏移量の波形を示す。図８（ａ）の縦軸は光強度、横軸は時間を示し、同（ｂ）の縦軸は位相変調器２２０の位相変調による周波数偏移、横軸は時間をそれぞれ示す。位相変調器２２０における周波数偏移は、Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ）になっているが、勿論、−Ａｓｉｎ（２πｔ／Ｔ）であってもよい。周波数偏移の符号を＋（プラス）と−（マイナス）のどちらを選択するかは、伝送システムのパラメータにより決定される。通常は、システムゼロ分散の波長より長波長側では＋（プラス）、短波長側では−（マイナス）とするのが一般的であるが、受信器側における残留分散補償量によって、これとは反対の関係にすべきときがある。従って、周波数偏移符号は、伝送システムの信号波長及び残留分散によって決定され、好ましくは、敷設後に選択できるのが好ましい。振幅調整回路２２８が駆動信号の振幅を適正なレベルに調整することにより、図８（ｂ）に示すように、周波数偏移の振幅Ａを調整できる。
【００５４】
また、移相器２２２は、光変調器２１２から出力されるＲＺパルスのピークと、正弦波駆動信号の位相がゼロとなる点（ｔ＝０）とがほぼ一致するように、クロック発生回路２１６からのクロックの位相を調整する。即ち、移相器２２２の位相調整量は、ＲＺ光パルスのピークで位相変調器２２０の位相変調による周波数偏移の符号が反転するように調節される。
【００５５】
位相変調器２２０の出力光は、偏波制御素子２３０を介して複屈折媒体２３２に入射し、複屈折媒体２３２を透過して光ファイバ伝送路に入射する。複屈折媒体２３２の主軸は、位相変調器２２０の出力光の偏波方向に対して４５度になるように配置される。一般的に複屈折媒体２３２自体が偏波依存損失を具備する。偏波制御素子２３０は、複屈折媒体２３２の偏波依存損失を考慮して、各偏光軸で信号光パワーが均一になるように、信号光の偏波方向を調整することや、複屈折媒体２３２の各偏光軸へのパワー配分を変更又は調節するのに利用できる。勿論、当初から複屈折媒体２３２の入射光の偏波方向を、複屈折媒体２３２の出力の偏光度が所望値になるように予め調節し、その状態を維持する場合、偏波制御素子２３０は基本的には不要であるが、偏波制御素子２３０を設けることで、事後的な変化に対応しやすくなる。複屈折媒体２３２では、位相変調器２２０による周波数偏移に応じてＲＺパルス内で偏波が回転する。これにより、ＲＺ光パルスの偏光度が低下する。
【００５６】
その後の研究により、ＲＺ光パルスのピークと、位相変調器２２０の位相変調による周波数偏移の符号が反転するタイミングがずれると、複屈折媒体２３２による偏波スクランブル効果が低下し、残留偏光度が増加することが分かった。従って、本実施例では、移相器２２２の移相量を調節することで、残留偏光度を調節できるようにした。これは、位相変調度と残留偏光度を独立に制御できることを意味する。
【００５７】
図９は、位相変調しようとするＲＺ光パルスがガウス波形であると想定した場合に、そのＲＺ光パルスのピークと、位相変調器２２０の位相変調による周波数偏移の符号が反転するタイミングとのずれに対する残留偏光度の変化を計算した結果を示す。縦軸は残留偏光度、横軸はそのＲＺ光パルスのピークと、周波数偏移の符号反転タイミングとのオフセットをそれぞれ示す。ＲＺ光パルスのピークに周波数偏移の符号反転タイミングが一致しているときに、残留偏光度がゼロであったとしても、オフセットが増すに従い最大、０．６近くにまで残留偏光度が劣化していることが分かる。
【００５８】
ＲＺ光パルスが矩形パルスの場合、１つのＲＺ光パルス内で周波数偏移が１回転すれば、原理的に、偏波も光パルス内で１回転してその残留偏光度は０になる。しかし、一般的にＲＺ光パルスは矩形でなく、どちらかといえばガウス波形に近い。このようなガウス波形の場合で、残留偏光度をゼロにするには、位相変調器２２０による位相変調度を、伝送特性に最適な程度以上に深いものにしなければならない。しかし、位相変調度が深すぎると、逆に伝送特性が劣化する。
【００５９】
先に述べたように、従来、残留偏光度は低ければ低いほどよいと考えられてきた。しかし、実験の結果、ＲＺ伝送では、位相変調度を伝送特性に対して最適に設定した場合に、複屈折媒体のような偏波モード分散（ＰｏｌａｒａｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｅｒｓｉｏｎ）媒質により偏光度を実質的にゼロにしようとすると、過剰な偏波分散が必要になる。逆に、適当な大きさの偏波モード分散の複屈折媒体で偏波をスクランブルするためには、過剰な位相変調が必要になる。どちらの場合にも、図８（ｃ）に示すように、光パルス波形が広がり、場合によっては光パルスがスプリットしてしまう。これは伝送特性を劣化させ、伝送レートの向上を困難にする。
【００６０】
定性的には、ＲＺ伝送の場合、図１０に示すような傾向がある。横軸は残留偏光度、縦軸は伝送特性をそれぞれ示す。偏光度の低下により、偏光に依存する伝送特性悪化要因が低下又は減少し、これが伝送特性を改善する方向に作用する。他方、残留偏光度を低減するために、深い位相変調をかけたり、大きな偏波モード分散値の複屈折媒体を使用すると、光パルス波形が変形（通常は、拡大）し、これが伝送特性を悪化させる。従って、中間的な偏光度が望ましいことになる。
【００６１】
１０波長を多重化し、１０Ｇｂ／ｓで９０００ｋｍ伝送させて、その伝送特性を調べた。具体的には、９８０ｎｍ励起のＥＤＦＡ２１台と４５ｋｍスパンの分散シフトファイバ（１５５０ｎｍでの波長分散：約−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）１８組、分散補償ファイバ２組（１５５０ｎｍでの波長分散：約１８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）を用いて、全長９００ｋｍの周回伝送実験系を構成し、１０周後の伝送特性を評価した。周回伝送系のゼロ分散波長は１５５０ｎｍとした。信号波長として、１５４６ｎｍから１５５４ｎｍまでの間に波長間隔０．８ｎｍで１０波長配置した。１０波長を２分割し、５波長毎に一括して１０Ｇｂ／ｓでＲＺ変調した後に、変調度０．８πの１０ＧＨＺで位相変調を施した。ＲＺ光信号のパルス幅は約４０ｐｓとし、光パルスの中央で周波数偏移がゼロとなるように、位相変調器の移相量を設定した。残留分散値がゼロ分散波長より長波長側では約１００ｐｓ／ｎｍ、短波長側では、約−１００ｐｓ／ｎｍとなるように、端局側（送信局又は受信局）で分散補償を行った。
【００６２】
そして、データ変調されたＲＺ信号の位相変調による周波数偏移量を一定とし、複屈折媒体２３２としてＴｉＯ_２結晶を使用し、そのＴｉＯ_２結晶の長さを変えてＰＭＤ値を変化させて、伝送特性を測定した。測定結果を図１１に示す。ＰＭＤが２５ｐｓのとき、偏光度ＤＯＰが最小になった。ＰＭＤを２０ｐｓ、１５ｐｓ及び１０ｐｓと低下させると、伝送特性が向上した。更にＰＭＤを小さくすると、偏光度が大きくなり、伝送特性が劣化した。ＰＭＤが２０ｐｓ乃至１０ｐｓのときの残留偏光度は、約２０％乃至７０％であった。図１２は、偏光度とＰＭＤの関係を示す。縦軸は偏光度ＤＯＰ、横軸はＰＭＤの相対値及び絶対値をそれぞれ示す。
【００６３】
図７に示す実施例では、１つの光変調器２１２でＣＷ光からＲＺ光パルス列を形成したが、２つの光変調器を使用し、最初の光変調器でＣＷ光からＮＲＺ光パルスを形成し、第２の光変調器によりＮＲＺ光パルスからＲＺ光パルスを形成するようにしてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、位相変調を最適化した状態で、位相と偏波を変調できる。しかも、データに同期する駆動信号を偏波変調に使用しなくて済むので、安価で信頼性の高い光送信装置を実現できる。
【００６５】
本発明では、よりコンパクトな光送信装置を実現できる。隣接する波長の信号光の偏波方向が互いに直交するようにすることで、必要な複屈折媒質の数を削減でき、分散補償が必要な場合にも分散補償媒質の数を半減できる。これらは全体の小型化に寄与する。
【００６６】
また、位相変調と偏波変調を独立に設定でき、ＲＺ光伝送において良好な伝送特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位相・偏波変調器の第１実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】本発明に係る位相・偏波変調器の第２実施例の概略構成ブロック図である。
【図３】本発明に係る位相・偏波変調器の第３実施例の概略構成ブロック図である。
【図４】図１に示す位相・偏波変調器の実施例を使用する光送信器の概略構成ブロック図である。
【図５】図４に示す光送信器の実施例の変更構成の概略構成ブロック図である。
【図６】光送信器の別の実施例の概略構成ブロック図である。
【図７】本発明の追加実施例の概略構成ブロック図である。
【図８】図７に示す実施例の波形図であり、（ａ）は、ＲＺ光パルス波形、（ｂ）は位相変調器２２０における周波数偏移、（ｃ）は、複屈折媒体２３２による光パルス変形例をそれぞれ示す。
【図９】位相変調の遅延オフセットの偏光度との関係を示す図である。
【図１０】偏光度に対する伝送特性の劣化度の変化を定性的に示す図である。
【図１１】偏光度に対する伝送特性の劣化度の実測例である。
【図１２】図１１を測定した際の、偏光度とＰＭＤの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０：レーザ・ダイオード
１２：光変調器
１４：パルス駆動回路
１６：送信すべきデータ
１８：位相変調器
２０：位相変調器駆動回路
２２：複屈折媒体
２４；ファラデー回転子
３０：光サーキュレータ
３２：位相変調器
３２ａ，３２ｂ：位相変調器３２の端面
３４：位相変調器駆動回路
３６：ファラデー回転子
３８：全反射ミラー
４０：レーザ・ダイオード
４２：ＲＺ変調器
４４：位相変調器
４６：複屈折媒体
４８：分散補償媒体
５０：合波器
６０−１，６０−２：レーザ・ダイオード
６２−１，６２−２：ＲＺ変調器
６４−１，６４−２：位相変調器
６６：偏光ビーム・スプリッタ
６８：複屈折媒体
７０：分散補償媒体
７２：アレイ導波路格子
１１０−１〜１１０−１６：レーザ・ダイオード
１１２−１〜１１２−１６：ＲＺ変調器
１１４−１〜１１４−１６：位相変調器
１１６、１１８：偏波保持光カップラ
１２０：偏光ビーム・スプリッタ
１２２：複屈折媒体
２１０：レーザ・ダイオード
２１２：光変調器
２１４：データソース
２１４ａ：送信すべきデータ
２１４ｂ：クロック
２１６：クロック発生回路
２１８：ＲＺ駆動回路
２２０：位相変調器
２２２：移相器
２２６：位相変調器駆動回路
２２８：振幅調整回路
２３０：偏波制御素子
２３２：複屈折媒体

Claims

送信すべきデータに従ってパルス化された信号光を発生する信号光発生手段と、
当該信号光発生手段の出力光を位相変調する位相変調手段と、
複屈折材と、
当該位相変調手段の出力光の偏波方向を４５度回転して当該複屈折材に入射する偏波回転素子
とを具備することを特徴とする光送信装置。
当該複屈折材が偏波保持ファイバからなる請求項１に記載の光送信装置。
送信すべきデータに従ってパルス化された信号光を発生する信号光発生手段と、
当該信号光発生手段から出力される信号光を位相変調する進行波型の位相変調手段と、
当該位相変調手段により位相変調された信号光を全反射して当該位相変調手段に戻すと共に、偏波方向を当該位相変調手段の主軸に対して４５度の傾きに回転する反射及び偏波回転手段と、
当該反射及び偏波回転手段により反射されて当該位相変調手段を透過した光を外部に取り出す信号光取り出し手段
とからなることを特徴とする光送信装置。
当該反射及び偏波回転手段が、一方向で２２．５度、偏波方向を回転する偏波回転素子と、全反射ミラーとからなる請求項３に記載の光送信装置。
当該信号光取り出し手段が、当該信号発生手段と当該位相変調手段との間に配置された光サーキュレータからなる請求項３に記載の光送信装置。
当該位相変調手段が、ＬｉＮｂＯ_３の結晶からなる請求項３に記載の光送信装置。
送信すべき第１データに従ってパルス化された第１の波長の信号光を発生する第１信号光発生手段と、
当該第１信号光発生手段の出力光を位相変調する第１位相変調手段と、
送信すべき第２データに従ってパルス化された第２の波長の信号光を発生する第２信号光発生手段と、
当該第２信号光発生手段の出力光を位相変調する第２位相変調手段と、
当該第１位相変調手段及び当該第２位相変調手段の出力光を直交する偏波方向で合波する偏波合波手段と、
当該偏波合波手段の出力光が主軸に対して実質的に４５度の角度で入射するように配置された複屈折材
とからなることを特徴とする光送信装置。
更に、当該複屈折材の出力光に所定の波長分散を付与する波長分散媒質を具備する請求項７に記載の光送信装置。
更に、当該第１信号光発生手段、当該第１位相変調手段、当該第２信号光発生手段、当該第２位相変調手段、当該偏波合波手段、当該複屈折材及び当該波長分散媒質を、複数系統、具備し、各系統の当該波長分散媒質の出力光を波長多重する波長多重手段を具備する請求項８に記載の光送信装置。
当該各系統の当該第１信号光発生手段及び当該第２信号光発生手段の信号光の波長が全て異なる請求項９に記載の光送信装置。
送信すべきデータに従ってパルス化された、それぞれ異なる波長の信号光を発生する複数の信号光発生手段と、
当該複数の信号光発生手段の各出力光を位相変調する複数の位相変調手段と、
奇数番目の波長の、当該位相変調手段の出力光を同じ偏波方向で合波する第１の偏波保持光合波手段と、
偶数番目の波長の、当該位相変調手段の出力光を同じ偏波方向で合波する第２の偏波保持光合波手段と、
当該第１の偏波保持光合波手段の出力光と当該第２の偏波保持光合波手段の出力光を互いに直交する偏波方向で合波する第３の偏波保持合波手段と、
当該第３の偏波保持合波手段の出力光が主軸に対して４５度の角度で入射する複屈折材
とからなることを特徴とする光送信装置。
当該第１及び第２の偏波保持光合波手段が共に、偏波保持光カップラからなる請求項１１に記載の光送信装置。
当該第３の偏波保持光合波手段が、偏光ビーム・スプリッタからなる請求項１１に記載の光送信装置。
送信すべきデータに従ってＲＺパルス信号光を発生する信号光発生手段と、
当該信号光発生手段から出力されるＲＺパルス信号光を、当該ＲＺパルス信号光に同期して位相変調する位相変調手段と、
当該位相変調手段の出力光を偏波変調する偏波変調手段
とからなり、当該偏波変調手段が複屈折材からなり、当該偏波変調手段の出力光における残留偏光度が非ゼロの有限値であることを特徴とする光送信装置。
当該偏波変調手段の出力光における残留偏光度が２０％乃至７０％である請求項１４に記載の光送信装置。
当該位相変調手段は、入力するＲＺ光パルスのピークの前後で周波数偏移方向を反転する請求項１４に記載の光送信装置。
送信すべきデータを示す信号を出力するデータ出力手段と、
当該データ出力手段の出力データに従ってＲＺパルス信号光を発生するＲＺ光源と、
当該データ出力手段の出力データに実質的に同期するクロックの位相を調整する位相調整手段と、
当該位相調整手段の出力に従い、当該ＲＺ光源の出力光を位相変調する位相変調手段と、
当該位相変調手段の出力光の位相に応じて当該位相変調手段の出力光の偏波を変調する偏波変調手段
とからなり、当該偏波変調手段が複屈折材からなることを特徴とする光送信装置。
更に、当該位相変調手段の出力光の偏波を制御して、当該複屈折材にその主軸に対して所定角度で入射する偏波制御手段を具備する請求項１７に記載の光送信装置。
当該偏波変調手段の出力光における残留偏光度が非ゼロである請求項１７に記載の光送信装置。
当該偏波変調手段の出力光における残留偏光度が２０％乃至７０％である請求項１９に記載の光送信装置。
当該位相変調手段は、入力するＲＺ光パルスのピークの前後で周波数偏移方向を反転する請求項１７に記載の光送信装置。