JPH01503031A - コヒーレント光学系のための送信器およびトランシーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コヒーレント光学系のための送信器およびトランシーバこの発明はコヒーレント 光学系、特にコヒーレント光学光信号の送信および受信を必要とするどのような 光学系も伝送媒体を通して信号が劣化することに伴う問題に対処する必要がある 。信号受信を改良する幾っがの方法が知られ、ている。例えば、特にヘテロダイ ンあるいはホモダイン技術を使用する光受信器を有するコヒーレント光学系が標 準直接強度方式よりかなりの改良を示すことが認められている。従来、このよう なコヒーレント光学系では受信器で強い基準信号を到来する被変調信号と混合す ることが必要である。一般に、この基準信号は受信器内で二次レーザ、すなわち 局部発信器により提供される。加えて、ホモダイン受信の場合にはこの基準信号 は到来被変調信号と正確に位相が同期していなければならない。１個のレーザを 送信に、もう１つのレーザを局部発信器に使用する場合、この位相同期を達成す ることに伴う困難は苛酷なものとなる。

公開されたＥＰＯ特許出願ＥＰ１６８１９２Ａ２には、被変調信号と基準信号の 両方を提供するために単一のレーザ送信器を使用するコヒーレント送信方式が開 示されている。両信号は直交偏波で送信される。受信器では、基準信号は分離さ れ、独立して増幅されてコヒーレント検波器を駆動する。この方式の問題は伝送 媒体（例えば、光ファイバー）での複屈折であり、これにより両信号の移相に依 存する偏りが生じる可能性がある。

この発明の目的は信号劣化の問題を相殺するよう光増幅器を動作させる新規な方 法を提供することである。

この発明の他の目的は上述した困難を回避し、あるいは少なくとも軽減する新規 で改良された光トランシーバのトポロジーを提供することである。

この発明の第１の面によれば、コヒーレント光学系に使用するための光送信器は 、被変調情報信号を発生する変調手段と増幅された非変調の基準信号を供給する 光増幅器とに結合される単一の光源および被変調情報信号と非ｍｌ調の基準信号 とを混合する結合手段を具備する。

この発明による送信器は、コヒーレント光学系で１つを送信器として、他を局部 発信器として使用する２個の独立した光源に対する必要性を回避する。源信号の 非変調部分を選択的に増幅することによりこの発明のトラシーバは、遠隔の受信 器で被変調信号の復調に必要な強い基準信号をそれ自身が含む出力信号を供給す ることができる。さらに、基準信号と被変調信号が同じ源から導出されるのでホ モダイン受信器での位相同期の問題は克服される。

この発明の第２の面によれば、コヒーレント光学系で使用する先トランシーバは 、この発明の第１の面による光送信器を具備する。前記光増幅器は両方向性の光 増幅を行うよう構成され、一方の方向については送信基準信号を、他方の方向に ついては受信情報信号と受信基準信号とを増幅する。受信器は光増幅器に結合さ れ、遠隔の送信器がらの被変調信号と非変調基準信号とを含み光増幅器により増 幅された入力信号を受信するコヒーレント検波受信器を具備している。

光増幅器を送受信に使用すると受信器のみに使用される前置増幅器の必要がなく なり、このため初期のトランシーバに比べ装置の総数および複雑さが一層減少す ることになる。

増幅器は進行波増幅器か他の実質的非共振増幅器であることが望ましい。また光 が増幅器の増幅媒体を各方向に一度進行することが望ましい。

光学系の入力信号と出力信号が共に別々の増幅器を使用せずに増幅できるところ の送信器により送信され、受信器により受信される波長は、必ずしも必要ではな いが異ならせても良い。増幅器が入力振幅に従って光を線形に増幅するように駆 動される限り、一方の経路がらの光はもう一方からの光とほとんど干渉しない。

各経路からの光は独立して増幅されるので、別々の経路からの光入力は同時に増 幅することができる。従って、この方法は二重光学系に特に適している。

この発明の第２の面での好ましい実施例においては、光送信器は、源信号を発生 する光源と、入力信号を受信する光受信器と、入力信号と源信号の第１の部分と を増幅する両方向性光増幅器と、源信号の第２の部分を信号変調する変調手段と 、増幅された入力信号を受信器に結合し、源がらの源信号の第１の部分を増幅器 に結合し、そして源信号の第２の部分を変調手段に結合する第１の光結合手段と 、源信号の変調された第２の部分と増幅された第１の部分とを混合して出力信号 となすともに入力信号を増幅器に結合する第２の光結合手段とを具備する。

トランシーバは、源信号の第２の部分の波長をシフトさせる波長シフト手段を設 けることによりヘテロダイン動作を行わせるよう構成することができる。この場 合、混合出力信号は基準信号としての源信号の増幅された第１の部分と波長がシ フトされ、変調された第２の部分とを含むことになる。

第１の結合手段が方向性結合器と光アイソレータを具備していると、信号が源に 帰還結合することが防止できて都合が良い。

同様に、第２の結合手段もまた方向性結合器と光アイソレータとを具備している と、入力信号が変調手段に結合することを防止できて都合が良い。

光源はレーザを具備し、狭い線幅の単一のコヒーレント源信号を供給するのが好 ましい。

また光源は同調可能で送信の際チャンネルを選択できるようにすることが好まし い。

同様に、受信器がフィルタ手段を具備すると、例えば、入力信号が複数のチャン ネルを有する場合、局部的なチャンネル選択ができて都合が良い。

例えば、トランシーバが光学系を形成する多くのノードの一つである場合には、 源と受信器が同調できるようになっていると、どのトランシーバも別の受動的光 ネットワークを介して他のトランシーバと通信することが可能になろう。

この発明を実施例によりまた添付図面を参照して説明する。添付図面において、 第１図はこの発明の第２の面で使用されるような両方向性光増幅器の動作を示す 図、 第２図はこの発明の第１の面における送信器の一実施例を示す図、 Ｎ３図はこの発明の第２の面におけるトランシーバの一実施例を示す図、そして 第４図はこの発明のＮ２の面におけるトランシーバの他の実施例を示す図である 。

第１図には、光学的に両方向の動作が可能な進行波光増幅器１が２つの光伝送路 ２．３の間に接続されているところが示されている。波長λ１、λ２をそ、れぞ れ有する２つの光信号４．６が伝送路２．３に沿って光学的に反対方向で増幅器 １に注入される。これらの信号４．６は増幅器で増幅されて最初に増幅器に注入 されたときの光路とは光学的に対向する光路に沿って増幅信号５．７として現わ れる。

（これら信号は図示の都合のみのために第１図で偏向しているように示しである 。）増幅が実質的に線形となるよう制御されながら、これら信号は、たとへ同時 に存在しているときにも独立に増幅される。また波長λ１、λ２が異なるもので あることは必要ない。

図示の進行波増幅器１は、信号が増幅器を通してただ１つの光路を作り、また光 学的に対向する出力点と入力点とが各信号に対してはっきりと限定されているの で、適切に両方向動作に適合する。しかしながら、他の増幅器は、増幅が実質的 に線形であり、信号が増幅後光路間を伝達するという要件を満たす限りこの方法 による使用に同じ程度に適切であるということが理解されよう。

上述した方法による光増幅器の動作が、第３図および第４図を参照して説明する ように、光トランシーバのトポロジーの改良を容品にする。

第２図はこの発明によるホモダインコヒーレント光送信器のトポロジーを概略的 に示している。

第２図の送信器２２は同調可能な送信レーザ源１０を具備している。方向性結合 器１２がレーザ１０を両方向性光増幅器１３と変調器１４とに結合する。

増幅器１３と変調器１４はさらに第２の方向性結合器１５を介して送信器の入力 ／出力ポートＡ％Ｂに結合される。

送信器の動作を説明すると、レーザ１０が波長λ１で光出力を発生するように同 調される。この光は方向性結合器１２により分割され、一部は変調器１４に残り は増幅器１３を通過する。

変調器１４はこの例においては斯界で知られたａ類の感傷光性のブレーナ導波管 装置であり、したがって変調器に入る光が確実に適当な偏りを持つようにするこ とが必要である。このため偏光制御装置１８がレーザ１０の出力に設けられる。

偏光制御装置１８の位置は限定的なものではない。例えば、変調器１４の直前に 設置しても何等差し支えることはなく、この場合にはもう一つの偏光制御装置を 変調器の後に設けて増幅基準信号に対して正しい偏光方位を得ることが必要とな ろう。変調器１４は通過する光に所望の変調を課し、この被変調光を第２の方向 性結合器１５に送る。

レーザ１０からの光の残りは変調を受けない。しかしながら、この光は第２の方 向性結合器１５に送られる前に増幅器１３において増幅される。この結合器１５ は被変調光信号と増幅はされたが非変調の光信号とを混合する。この混合信号は Ｉ１０ボートＡ、Ｂのいずれか一方あるいは両方を介して適当な光通信ネットワ ークに出力される。

出力信号は、したがって、情報を担持する変調部と非変調であり、自動的に位相 同期しれた増幅部とを含むことになる。このように、出力信号は遠隔の受信器で 変調部を復調する際に使用されるそれ自身の強いホモダイン基準信号を含む。こ のため、遠隔の受信器で基準信号を発生する専用の局部発信器用のレーザが不要 になる。

第３図には、第２図の送信器に結合器１２の自由端に結合された光検波器を含む 受信器１１が追加された、この発明の第２の面によるトランシーバが示されてい る。

第３図のトランシーバの受信機能を考察すると、１１０ポー）Ａ、Ｈのいずれか または両方を介して到来する、λ１と必ずしも同じではない波長λ２の入力信号 は第２の方向性結合器１５により両方向性増幅器１３に結合される。

光アイソレータ１６は入力信号が変調器１４に結合されるのを防止する。増幅器 １３は増幅入力信号を第１の方向性結合器１２を介して受信器１１に導く。第２ の光アイソレータ１７はこの信号がレーザ１０に結合されるのを防止する。受信 器１１は波長選択の微調整を可能にする狭帯域の光フィルタ１９を具備している 。

ある事情では、ホモダイントランシーバよりむしろヘテロダイントランシーバを 使用する方が望ましい場合がある。

ヘテロゲイン方式はレーザの線幅の不完全さや位相雑音のような妨害に対してよ り許容的であり得る。

ヘテロダイントランシーバとしての実施例が第４図に示されている。構成要素は 第３図のそれらと対応するので、１つを追加しただけで同じ番号が使用される。

この実施例では、波長シフタ２０が変調器１４の前に挿入される。この波長シフ タ２０は波長シフト量Δλ１の形でヘテロゲイン方式に必要な中間周波数差を導 入する。このため、図示のように出力信号は波長λ１の増幅された非変調の基準 信号とシフトされた波長λ１＋Δλ１の被変調信号とを含む。

同様に、遠隔のトランシーバからの入力信号は波長λ２の基準信号と波長λ２＋ Δλ２の被変調信号を有する。この実施例では、受信器１が、従来のへテロダイ ン方式の場合のように、混合入力信号から導出される中間周波数信号を適切に復 調することが理解されよう。

すでに述べた素子数や複雑さの減少に加えて、上述の光トランシーバは割当ての 電力利得にかなりの利益を提供する。代表的割当ては次の通りである。

両方向性増幅器の利得−送信　＋１５ｄＢ両方向性増幅器の利得−受信　＋１５ ｄＢそして、出力ＡまたはＢのみを使用すると、追加結合器の損失　−６ｄＢ 過剰受信器チユーナ損失（例えばフェブリペロ）　１ｄＢ 過剰変調器損失　−１ｄＢ 追加アイソレータ損失　−２ｄＢ これは、単一の増幅器を組み入れた従来のコヒーレント方式と比較すると、増幅 器の両方向動作により約２０ｄＢの利得を意味する。

従って、従来のホモダイン方式と比較した正味の追加電力割当ては２０ｄＢの領 域にある。ホモダイン技術自身は、採用される技術に依存するが、理論的に標準 直接強度検出方式より約２０ｄＢ改善する能力があるが、理想的方式でない場合 には約１０ｄＢが実行可能な数値である。しかしながら、この例においては、短 距離のネットワークの性能を提供するのは信号の二重作用と送信と局部発信器の 同調能力を合せ持つ基準発信器との組合わせである。同じ構成のヘテロダイン方 式の変更も可能である。

べ　べ　く　ロ 国際調査報告 一一一堵〜１＾−崗峠・轡−ＰＣτ／ＧＢ　８Ｂ／ＧＯ２９Ｇ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．被変調情報信号を発生する変調手段と増幅された非変調の基準信号を供給す る光増幅器とに結合される単一の光源および被変調情報信号と増幅された非変調 の基準信号とを混合する結合手段を具備するコヒーレント光学系に使用するため の光送信器。
2. ２．光源からの信号の波長を、変調手段による変調の前にシフトする波長シフト 手段を具備する請求の範囲第１項記載の光送信器。
3. ３．光源がレーザと源信号を調整する手段とを具備する請求の範囲第１項及び第 ２項のいずれかに記載の光送信器。
4. ４．一方の方向については送信基準信号を、他方の方向については受信情報信号 と受信基準信号とを増幅するよう前記光増幅器が両方向性の光増幅を行うよう構 成されている前記の請求の範囲のいずれかに記載の光送信器と、光増幅器に結合 され、遠隔の送信器からの被変調信号と非変調基準信号とを含み光増幅器により 増幅された入力信号を受信するコヒーレント検波受信器を具備する受信器とを具 備するコヒーレント光学系で使用する光トランシーバ。
5. ５．信号が源に帰還結合することを防止するために、第１の結合手段が方向性結 合器と光アイソレータを具備する請求の範囲第４項記載の光トランシーバ。
6. ６．入力信号が変調手段に結合することを防止するために、第２の結合手段が方 向性結合器と光アイソレータを具備する請求の範囲第４項及び第５項のいずれか に記載の光トランシーバ。
7. ７．受信器が複数の入力信号の中から１つの入力信号を選択するためのフィルタ 手段を具備する請求の範囲第４項乃至第６項のいずれかに記載の光トランシーバ 。
8. ８．第２図を参照して記述した光送信器。
9. ９．第３図と第４図のいずれかを参照して記述した光トランシーバ。