JPH03141735A - 光伝送方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直接検波形のディジタル光伝送方式に関する。

特に、光直接増幅器を用いて光信号を電気信号に変換す
ることなく中継する光伝送方式に関する。

本発明は、光信号を直接増幅して中継する光伝送方式に
おいて、送信側では位相変調または周波数変調された光
信号を送信し、受信側ではその光信号を強度変調波に変
換してから検波することにより、送信される光強度を一
定とし、光直接増幅器による再生中継間隔を拡大するも
のである。

〔従来の技術〕

長距離光伝送方式では、光信号を長距離にわたり伝送さ
せるために、光伝送路上に再生中継器を設け、波形を再
生しながら伝送している。現在の長距離光伝送方式にお
ける再生中継間隔、すなわち再生中継器の間の距離は、
伝送光ファイバの分散と損失、および再生中継器の中継
利得により制限される。信号光波長と伝送光ファイバの
零分散波長とを一致させてファイバの分散による劣化を
最小限にすると、中継間隔はファイバ損失と中継器利得
により制限される。これにより、現状の中継間隔はおよ
そ１２０　ｋｍ程度となっている。

光強度変調（ＩＭ）　　・直接検波形ディジタル光伝送
方式の場合には、光直接増幅器を再生中継器の間に挿入
し、これを光増幅中継器として用いることが考えられて
いる。この構成により、再生中継間隔を拡張でき、光伝
送システムを経済化できる。試算によれば、伝送速度Ｉ
Ｇｂ／ｓ、送信機の光出力ｍＷの光強度変調・直接検波
伝送系において、利得２０ｄＢ、雑音指数６ｄＢの光増
幅器を光増幅中継器として用いれば、５０００ｋｍ以上
の再生中継間隔を実現できる。

光直接増幅器としては、半導体レーザ増幅器（ＳＬＡ）
や、希土類添加光フアイバレーザ増幅器（ＲＤＦＡ）が
有望である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、光増幅中継器を用いる場合の再生中継間隔は、
他の条件が同一ならば、伝送速度に逆比例して縮小する
。伝送速度を上昇させた場合においても同一の再生中継
間隔を維持するためには、送信光出力を伝送速度に比例
して増加させなければならない。例えば、伝送速度１０
Ｇｂ／ｓではｌ　Ｑ　ｍ　ＩＩＩ、１００Ｇｂ／ｓでは
１００ｍＷの送信光出力が必要となる。

また、光直接増幅器に共通する特性として、増幅器の光
出力が大きくなると利得が減少する利得飽和現象が知ら
れている。飽和利得の回復時間の逆数が基底信号帯域よ
り大きいと、光信号の履歴により利得が変化してしまう
。これは増幅器出力のパターン効果と呼ばれる。このパ
ターン効果は符号誤りを生じる原因となる。

半導体レーザ増幅器および希土類添加光フアイバレーザ
増幅器の３ｄＢ利得飽和出力値、すなわち十分に小さな
光出力における利得から利得が３ｄＢ減少するときの光
出力値は、それぞれ数ｍ１Ｉｌである。

また、利得回復時間はそれぞれｉｎｓ、　ｌＱｍｓ程度
である。したがって、伝送速度がＩ　Ｇｂ／ｓ以上、送
信光出力１０ｍ１’ｉ以上の光強度変調伝送方式では、
半導体レーザ増幅器を用いるとパターン効果が顕著に表
れる。また、希土類添加光フアイバレーザ増幅器を用い
た場合には、パターン効果は表れないが、マーク率変動
時の平均光出力のドリフトが生じる場合がある。

したがって、光直接増幅器の利得飽和によるパターン効
果、ドリフトその他を回避して再生中継間隔を拡張でき
る直接検波光伝送方式が必要となっている。

本発明は、以上の課題を解決し、再生中継間隔を飛躍的
に増大できる高速の光伝送方式を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光伝送方式は、送信側から位相変調または周波
数変調された光信号を送信し、受信側ではその光信号を
強度変調波に変換してから検波することを特徴とする。

位相変調を用いる場合の本発明の光伝送方式は、光送信
機が、二値電気信号の一方の値に対して直前のタイムス
ロットと同じ位相の光信号を出力し他方の値に対して実
質的に１８０度位相の異なる光信号を出力する光位相変
調手段を含み、光受信機が、入力光信号を二つに分岐す
る手段と、分岐された二つの光信号に１タイムスロット
分の遅延差を与える手段と、分岐された二つの光信号を
合波する手段とを含むことを特徴とする。

周波数変調を用いる場合の本発明の光伝送方式は、光送
信機が二値電気信号により周波数変調された光信号を出
力する光周波数変調手段を含み、光受信機は入力光信号
に対する透過率が光周波数により異なる周波数弁別手段
を含むことを特徴とする。

周波数弁別手段は光周波数に対して周期的な透過特性を
示す周期形フィルタを含むことが望ましい。すなわち、
入力光信号を二つに分岐する手段と、分岐された二つの
光信号に光路長差ΔＬを与える手段と、分岐された二つ
の光信号を合波する手段とを含むことが望ましい。入力
光信号が周波数ｆと周波数ｆ＋Δｆの成分を含むとき、
光路長差ΔＬは、 ΔＬ＝ｃ／［：２ＸΔｆ−ｎ］ であり、二つの光信号に対する光路長が、周波数ｆまた
はｆ＋Δｆの一方の光信号に対して合波光の強度が最大
、他方に対して最小となるように設定されていることが
望ましい。

〔作　用〕

光送信機は、光位相変調光または光周波数変調光により
、一定の光強度で信号を送信する。−定強度の光信号を
増幅することから、光増幅中継器のパターン効果やドリ
フトを回避できる。受信側では、位相変調波また−は周
波数変調波を強度変調波に変換して受光する。

位相変調波を強度変調波に変換するには、送信側で符号
変換を行い、例えば、マークのときには直前のタイムス
ロットと同じ位相、スペースのときには逆位相の光信号
を生成する。受信側では、受信光信号を二つに分岐し、
１タイムスロット分の遅延差を与えて合波する。遅延差
を与えても同じ位相であれば合波光が強められ、逆位相
であれば弱められる。この合波光を検波することにより
、送信側における符号変換前の符号が直接に得られる。

また、周波数変調波を強度変調波に変換するには、光周
波数により透過率の異なる光素子を用いる。

このようにして、利得飽和が顕著に生じるような先高出
力領域で光増幅中継器を用いても、パターン効果やドリ
フトを生じることなく安定に伝送できる。さらに、周波
数変調波や位相変調波をヘテロゲインまたはホモダイン
検波するために必要な偏波制御、光源の線幅制御、広帯
域電子回路などを必要とせずに、数１１００ｋ以上の再
生中継間隔を実現できる。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例光伝送装置を示すブロック構
成国である。

この光伝送装置は、入力端子ｌから入力された二値電気
信号を光信号に変換して伝送光ファイバ３に送信する光
送信機２と、この光送信機２が送信した光信号を直接増
幅して中継する光増幅中継器４と、この光増幅中継器４
を経由した光信号を受光して電気信号に変換して出力端
子６に出力する光受信機５とを備える。

ここで本実施例の特徴とするところは、光送信機２に、
二値電気信号の一方の値に対して直前のタイムスロット
と同じ位相の光信号を出力し他方の値に対して実質的に
１８０度位相の異なる光信号を出力する光位相変調手段
として符号変換回路２１および位相変調光発生回路２２
を備え、光受信機５に、入力光信号を二つに分岐する光
分岐素子５１と、分岐された二つの光信号に１タイムス
ロット分の遅延差を与える光遅延素子５２と、分岐され
た二つの光信号を合波する光合波素子５３とを備えたこ
とを特徴とする。光受信機５はさらに、光合波素子５３
による合波光を受光する受光素子５４を備える。

符号変換回路２１は、入力された二値電気信号に対して
二つの状態をとり、スペースが入力される毎にその状態
を反転させる。位相変調光発生回路２２は、符号変換回
路２１の出力状態によりそれぞれ１８０度異なる位相の
光信号を発生し、位相変調された光信号を出力する。し
たがって位相変調光発生回路２２の出力は、人力電気信
号がマークのときには位相が変化せず、スペースのとき
だけ位相が反転する。位相変調光発生回路２２の出力は
、伝送光ファイバ３に送信される。

送信された光信号は伝送光ファイバ３の損失により減衰
するが、適当な間隔で設置された光増幅中継器４により
、光送信機２の送出パワーと同程度のパワーに増幅され
る。

光増幅中継器４としては、光信号を電気信号に変換する
ことなく増幅する光直接増幅器を用いる。

光直接増幅器内の光強度が変動すると、利得飽和により
増幅器利得が変動する。しかし、本実施例のように光位
相変調を利用すると、光強度を一定とすることができ、
利得飽和によるバクーン効果やドリフトなどの弊害を回
避できる。

光受信機５では、入力光信号を分岐し、その−方を遅延
させてから合波する。合波後の光信号は、光送信機２に
おける符号変換前の電気信号と同一の光強度変調信号ど
なる。これを受光素子５４により直接検波する。これに
より、光送信機２への入力電気信号と同一パターンの電
気信号が得られる。

入力端子１に入力される送信人力、符号変換回路２１の
出力する変換信号、位相変調光発生回路２２の出力する
送信光位相および送信光強度、光合波素子５３に人力さ
れる光信号の位相、合波後の光強度および出力端子６に
出力される受信出力のようすを第３図に示す。

第２図は本発明第二実施例光伝送装置のブロック構成図
である。

この実施例の特徴とするところは、光送信機２に、二値
電気信号により周波数変調された光信号を出力する光周
波数変調手段として電気光変換回路２３を備え、光受信
機５に、入力光信号に対する透過率がその光周波数によ
り異なる周波数弁別手段として光分岐素子５１、光遅延
素子５５および光合波素子５３を備えたことにある。光
受信機５はさらに、光合波素子５３による合波光を受光
する受光素子５４を備える。

光送信機２は、電気光変換回路２３により、光強度一定
の位相変調光ではなく、光強度−定の光周波数変調光を
出力する。すなわち、人力される電気信号のマークとス
ペースとに対応して、それぞれ光周波数がｆとｆ＋Δｆ
　［Ｈｚ）の光強度一定の周波数変調光を出力する。

光送信機２の出力光信号は、第一実施例と同様に光増幅
中継され、光受信機５に人力される。

光受信機５には光分岐素子５１、光合波素子５３および
光遅延素子５５が設けられ、これらの素子が周期形フィ
ルタを構成する。この周期形光フィルタの透過特性は、
入力光の光周波数に対して正弦波状の周期性を示す。

ここで、光遅延素子５５による光路長差がΔＬであると
する。このとき、光合波素子５３の出力光強度は、波長
がΔＬの整数倍である光信号に対して最大となり、波長
がΔＬの〔奇数／２〕倍である光信号に対して最小とな
る。光合波素子５３の出力光強度が光周波数ｆに対して
最大、ｆ＋Δｆに対して最小となる条件は、 となる。ただし、Ｍ、Ｎはそれぞれ０以上の整数、ｎは
光路の屈折率、Ｃは光速である。この二つの式からｆと
△ｒの関係を求めると、 が得られる。

これを（１）式に代入すると、 となる。Ｍ、Ｎの値は任意に選択できるので、ここでは
Ｍ＝Ｎとする。これにより（４）式は、となる。

したがって、（３）式および（５）式が満たされるよう
に光周波数ｆ１Δｒおよび光遅延素子５５の遅延量ΔＬ
を設定することにより、周波数間隔Δｆだけ偏移した光
に対して、良好な消光比でｆまたはｆ＋Δｆ　ＣＨｚ〕
の光を弁別できる。さらに、光合波素子５３による合波
光を受光素子５４で直接検波することにより、光送信機
２への人力電気信号と同一パターンの電気信号が得られ
る。

第４図は第一実施例の具体的な例を示す。

第１図に示した位相変調光発生回路２２は、バイアス回
路２４、レーザ光源２５および光位相変調器２７により
構成される。符号変換回路２１の出力は、バッファ増幅
器２６を介して光位相変調器２７に供給される。光分岐
素子５１、光合波素子５３および光遅延素子５２は、光
遅延合波器５６により構成される。

レーザ光源２５としては、例えば分布帰還形半導体レー
ザを用いる。分布帰還形半導体レーザは、出力が数ＩＱ
ｍＷ以上のものが実現されている。光位相変調器２７と
しては、帯域１０ＧＨｚ以上のものが利用できる。

伝送光ファイバ３としては単一モード光ファイバが用い
られる。

光増幅中継器４としては、半導体レーザ増幅器または希
土類添加光フアイバレーザ増幅器を用いる。どちらも、
利得２０ｄＢ以上、雑音指数６ｄＢ以下のものが可能で
ある。

光遅延合波器５６としては、ファイバカプラおよびファ
イバ遅延線を用いた構成や、シリコンその他の基板に形
成した集積形光導波路を用いてもよい。伝送速度１０Ｇ
ｂ／ｓのとき、遅延差は時間にして１００ｐｓ　、屈折
率が１．５のときの長さで２ｃｍとする。

ファイバ形光遅延合波器を用いた場合には、ファイバに
希土類を添加したファイバ増幅器を用いることができ、
集積形光導波路を用いた場合には半導体光増幅器を一体
化することもできる。その場合には、最終段の光中継増
幅器を省略できる。

受光素子５４としては、ＰＩＮ形フォトダイオードや、
アバランシェフォトダイオードを用いることができる。

以上の構成において、伝送光ファイバ３の零分散波長と
レーザ光源２５の発振波長とを一致させた場合に、伝送
速度１０Ｇｂ／ｓ、光出力１０ｍＷとし、光増幅中継器
４の利得を２０ｄＢ、雑音指数を６ｄＢとすると、再生
中継間隔は４０００ｋｍ程度に拡大される。

第５図は第二実施例の具体例を示す。

第２図に示した電気光変換回路２３は、バイアス回路２
４、レーザ光源２５および入力コンデンサ２９により構
成される。入力端子１の電気信号は、入力コンデンサ２
９を介してバイアス回路２４からのバイアス電流に重畳
され、直接にレーザ光源２５に印加される。レーザ光源
２５としては分布帰還形半導体レーザが用いられ、注入
される電流の大きさにほぼ比例して発振周波数を変化さ
せる。したがって、この場合には外部変調器は必要とし
ない。分布帰還形半導体レーザを用いた場合には、電流
変化に対する周波数変化が５　Ｇ’Ｈｚ／ｍＡ程度とな
り、微小な電流変化で発振周波数を大きく変化させるこ
とができ、光強度変化はほとんど発生しない。

光増幅中継器４としては、半導体レーザ増幅器または希
土類添加光フアイバレーザ増幅器を用いる。どちらも、
利得２０ｄＢ以上、雑音指数６ｄＢ以下のものが可能で
ある。

光増幅中継器４としては、半導体レーザ増幅器またはエ
ルビウム添加光フアイバレーザ増幅器を用いる。

光受信機５の構成は第４図に示した例と同等であり、フ
ァイバ遅延線およびファイバカップラを用いた光遅延合
波器５７を用いた周波数変調・強度変調変換光回路によ
り、光周波数変調光を強度変調光に変換し、受光素子５
４で電気信号に変換する。

光遅延合波器５７としては、シリコン基板を用いた導波
形光集積回路を用いてもよい。また、光遅延合波器５７
内の光導波路にエルビウムその他の希土類元素を添加し
、光増幅機能をもたせることもできる。その場合には、
最終段の光増幅中継器を省略できる。

光遅延合波器５７により導入される光路長差としては、
伝送速度１００Ｇｂ／ｓ　、周波数偏移量２０ＧＨｚの
場合にｌＱｃｍとする。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の光伝送方式は、中継する光
信号の強度が実質的に一定となるので、光中継増幅器を
高出力領域で使用してもパターン効果やドリフトを生じ
させることがない。このため、安定の光信号を中継でき
、再生中継間隔を拡大できる効果がある。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第二実施例光伝送装置のプロッり構成図
。 第２図は本発明第二実施例光伝送装置のブロック構成図
。 第３図は第一実施例における各部の信号波形を示す図。 第４図は第一実施例の具体例を示すブロック構成図。 第５図は第二実施例の具体例を示すブロック構成図。 １・・・入力端子、２・・・光送信機、３・・・伝送光
ファイバ、４・・・光増幅中継器、５・・・光受信機、
６・・・出力端子、２１・・・符号変換回路、２２・・
・位相変調光発生回路、２３・・・電気光変換回路、２
４・・・バイアス回路、２５・・・レーザ光源、２６・
・・バッファ増幅器、２７・・・光位相変調器、２９・
・・入力コンデンサ、５１・・・光分岐素子、５２．５
５・・・光遅延素子、５３・・・光合波素子、５４・・
・受光素子、５６．５７・・・光遅延合波器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二値電気信号を光信号に変換して送信する光送信機
   と、 この光送信機が送信した光信号を直接増幅して中継する
   光増幅中継器と、 この光増幅中継器を経由した光信号を受光して電気信号
   に変換する光受信機と を備えた光伝送方式において、 上記光送信機は、上記二値電気信号の一方の値に対して
   直前のタイムスロットと同じ位相の光信号を出力し他方
   の値に対して実質的に１８０度位相の異なる光信号を出
   力する光位相変調手段を含み、上記光受信機は、入力光
   信号を二つに分岐する手段と、分岐された二つの光信号
   に１タイムスロット分の遅延差を与える手段と、分岐さ
   れた二つの光信号を合波する手段とを含む ことを特徴とする光伝送方式。 ２、二値電気信号を光信号に変換して送信する光送信機
   と、 この光送信機が送信した光信号を直接増幅して中継する
   光増幅中継器と、 この光増幅中継器を経由した光信号を受光して電気信号
   に変換する光受信機と を備えた光伝送方式において、 上記光送信機は上記二値電気信号により周波数変調され
   た光信号を出力する光周波数変調手段を含み、 上記光受信機は入力光信号に対する透過率がその光周波
   数により異なる周波数弁別手段を含むことを特徴とする
   光伝送方式。