JPH08316909A

JPH08316909A - 光伝送システム、光送信モジュール、及び光変調器の駆動方法

Info

Publication number: JPH08316909A
Application number: JP7117456A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Suzuki; 信夫鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1996-11-29
Also published as: DE19619780A1; US5663823A

Abstract

(57)【要約】【目的】波長分散の大きな光ファイバを用いて１０Ｇ
ｂ／ｓ以上の二値デジタルＮＲＺ高速信号を長距離伝送
することができ、かつ分散補償を行うにしても従来より
補償量を小さくしてコストやパワー・ペナルティの増大
を抑制することができる光伝送システムを提供する。【構成】二値デジタルＮＲＺ電気信号を光変調器４に
印加することで光強度を変調して信号光を送信する光送
信装置１００と、光送信装置１００から出力された信号
光を伝える波長分散のある光ファイバ１０１と、光ファ
イバ１０１を伝搬してきた光信号を受信して電気信号に
戻す光受信装置１０２とを備えた光伝送システムにおい
て、光変調器出力が高いレベルから低いレベルに遷移す
るタイミングを光変調器出力が低いレベルから高いレベ
ルに遷移するタイミングよりも１タイムスロットの１５
％以上遅くなるように駆動波形を変形して、光変調器４
を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、総分散が大きな光ファ
イバを使って高速変調された信号光を伝送する光伝送シ
ステム，光送信モジュール，及び光変調器の駆動方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、分散シフト・ファイバ，高速光変
調器，エルビウム・ドープ光ファイバ増幅器などのオプ
トエレクトロニクス技術の発展により、波長１．５５μ
ｍ帯において超高速信号を長距離の光ファイバ伝送する
ことが可能になっている。しかしながら、非分散シフト
・ファイバが既に敷設されてしまった地域では、光ファ
イバの波長分散制限のため、波長チャープの小さな外部
変調器を用いても１０Ｇｂ／ｓ以上の高速信号は長距離
伝送することができず、今後の情報量の増大に応じてコ
スト・エフェクティブに伝送容量を拡大することが困難
になっている。

【０００３】文献（P.S.Henry, IEEE J.Quantum Electr
onics, vol.QE-21, pp.1862-1879,Dec., 1985）によれ
ば、変調レートがＢの二値デジタルＮＲＺ（non-return
-to-zero）信号の場合、波長チャープが全くなかったと
仮定しても変調そのものに伴うスペクトル広がりがある
ため、波長λで波長分散Ｄの光ファイバを伝送できる限
界距離Ｌは、Ｌ≦ｃ／（２Ｄλ² Ｂ² ）となる。ここでｃは光速である。例えば、エルビウム・
ドープ光ファイバ増幅器が使える波長１．５５μｍで１
５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の波長分散を持つ非分散シフト
・ファイバを用いて１０Ｇｂ／ｓの伝送を行う場合、適
切な分散補償を行わないと４０ｋｍ前後しか伝送するこ
とができないことになる。

【０００４】外部変調器を用いても、実際の光変調には
波長チャープが伴う。変調時の位相変化と強度変化の比
を表す量としてαパラメータが使われる。電界吸収型半
導体光変調器などの場合は電圧に依存してαパラメータ
が大きく変化するが、光ファイバ伝送特性から等価的な
αパラメータを定義することができる。αパラメータが
０〜−１の範囲にあると適度なパルス圧縮がかかるので
伝送限界距離は若干伸びる（A.H.Gnauck et al., IEEE
Photonics Technology Letters, vol.3, pp.916-918, O
ct., 1991 ）。しかし、１０Ｇｂ／ｓではα＝０の場合
と比較した伝送距離の改善は１０ｋｍ程度にすぎない。

【０００５】また、電界吸収型半導体光変調器の場合、
等価的なαパラメータは＋０．５〜＋２の値をとること
が多く、α＝０の場合と比べて伝送可能距離が短くなっ
てしまう。最近、電界吸収型半導体光変調器においても
使用波長と励起子吸収波長を従来より近付けることでα
＜０が実現できることが報告されているが（J.A.J.Fell
s et al., Electron. Letters, vol.30, pp.1168-1169,
July, 1994 ）、この方法では消光比の低下や挿入損失
の増加を伴うため期待されるほどには伝送距離は改善さ
れない。

【０００６】このような波長分散による伝送距離制限を
打破するために、様々な分散補償技術が提案されてい
る。しかし、多くの分散補償技術は複雑でコストがかか
り、光パワーの損失も増える。一番簡単な方法は、逆の
大きな波長分散ファイバを接続して分散を補償する方法
である。この目的で、波長分散が−７０ｐｓ／ｋｍ／ｎ
ｍ程度の分散補償ファイバの開発が進められている。し
かしながら、この方法でも光ファイバ長が実際の伝送距
離より２５％程度増加してしまう。その損失増を補うた
めには光ファイバ増幅器の利得を大きくする必要があ
り、この結果雑音の増加などでパワー・ペナルティも大
きくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、波長分
散の大きな光ファイバを用いて１０Ｇｂ／ｓ以上の二値
デジタルＮＲＺ高速信号を長距離伝送することは困難で
あった。分散補償を行えば伝送距離が延ばせるが、これ
にはコストやペナルティの増加が伴った。

【０００８】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、波長分散の大きな光
ファイバを用いて１０Ｇｂ／ｓ以上の二値デジタルＮＲ
Ｚ高速信号を長距離伝送することができ、かつ分散補償
を行うにしても従来より補償量を小さくしてコストやパ
ワー・ペナルティ等の増大を抑制することができる光伝
送システム、光送信モジュール、及び光変調器の駆動方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の光伝送システムでは、光送信装置において光
変調器出力が高いレベルから低いレベルに遷移するタイ
ミングを光変調器出力が低いレベルから高いレベルに遷
移するタイミングよりも遅らせるようにしている。

【００１０】タイミングを遅らせる範囲は、１タイムス
ロットの１５％以上であるのが望ましい。特に伝送距離
を最大にするためには、光変調器出力が高いレベルから
低いレベルに遷移するタイミングを光変調器出力が低い
レベルから高いレベルに遷移するタイミングよりも１タ
イムスロットの２０％から４０％遅くなるようにするの
が好ましい。

【００１１】本発明の光伝送システムでは、送信される
光信号のビットレートをＢ［ｂｉｔ／ｓ］とするとき、
光受信装置の等化帯域が０．８Ｂ［Ｈｚ］から１．３Ｂ
［Ｈｚ］の範囲にあることが好ましい。また、光変調器
の実効的なαパラメータは−１から０の範囲にあること
が好ましい。

【００１２】上記課題を解決するための本発明の別の光
伝送システムは、光変調器出力が高いレベルから低いレ
ベルに遷移するタイミングを光変調器出力が低いレベル
から高いレベルに遷移するタイミングより遅延させるレ
ベル遷移タイミング調整回路が光送信装置内に設けられ
ていることを特徴とするものである。

【００１３】上記レベル遷移タイミング調整回路のレベ
ル遷移タイミングの遅延量は、少なくとも１タイムスロ
ットの１５％〜４０％を含む範囲で調整できることが好
ましい。

【００１４】この光伝送システムの一つの望ましい実施
形態は、前記光受信装置に受信等化後識別前の電気信号
の“Ｈ”レベルの分散幅と“Ｌ”レベルの分散幅を測定
する手段を有しており、上記レベル遷移タイミング調整
回路が光受信装置から送られてくる二つのレベルの分散
幅の測定結果に基づいて変調器出力の遷移タイミングを
調整するものである。

【００１５】その望ましい調整方法は、前記二つのレベ
ルの分散幅がほぼ等しくなるように遷移タイミングの制
御を行うというものである。上記課題を解決するための
本発明の光送信モジュールは、“Ｈ”レベルと“Ｌ”レ
ベルのタイムスロット長さがほぼ均等な電気信号が入力
された時、光出力が高いレベルから低いレベルに遷移す
るタイミングが光出力が低いレベルから高いレベルに遷
移するタイミングより１タイムスロットの１５％以上遅
れるように駆動パルス波形を変形する回路が駆動回路に
付加されているものである。

【００１６】本発明の光送信モジュールには、前記光出
力が高いレベルから低いレベルに遷移するタイミングと
光出力が低いレベルから高いレベルに遷移するタイミン
グ差を電気的に制御するための制御入力端子が設けられ
ていることが望ましい。

【００１７】上記の目的を達成するための本発明の光変
調器の駆動方法は、消光比が１０ｄＢ以上とれるように
光変調器の使用波長、バイアス電圧、及び変調電圧振幅
が設定されており、かつ光出力が高いレベルから低いレ
ベルに遷移するタイミングが光出力が低いレベルから高
いレベルに遷移するタイミングより１タイムスロットの
１５％以上遅れるように変調電気信号波形を変形して光
変調器を駆動することを特徴とするものである。

【００１８】特に伝送距離を最大にするためには、遅延
量は１タイムスロットの２０％から４０％の範囲にある
ことが好ましい。本発明の光変調器の駆動方法において
は、光ファイバ伝送時の等価的なαパラメータが０から
−１の間か＋２から＋３．５の間のいずれかになるよう
に使用波長、バイアス電圧、及び変調電圧振幅が設定さ
れていることが好ましい。

【００１９】

【作用】本発明では、光変調器出力が高いレベルから低
いレベルに遷移するタイミングを、光変調器出力が低い
レベルから高いレベルに遷移するタイミングよりも遅ら
せて変調を行うことを特徴とするが、これによる作用を
以下に説明する。

【００２０】ここでは、光パワーが大きい方のレベルを
“１”、小さい方のレベルを“０”と記すことにする。
変調により光スペクトルにサイドバンドが生じるため、
仮にα＝０であったとしても光ファイバ伝送時の波長分
散の影響によるパルス波形変化は免れない。特に、光パ
ワー変化のある過渡領域付近のスペクトルが広がってい
るから、過渡領域から波形変形が生じる。即ち、“０”
スロット側へ裾が広がり、“１”レベル側も鈍ってく
る。それぞれ、特に影響が大きいのは、連続した“１”
レベルの中に一つだけ“０”スロットがある場合（“１
…１０１…１”）と、連続した“０”レベルの中に一つ
だけ“１”スロットがある場合（“０…０１０…０”）
である。

【００２１】しかしながら、この二つの場合の影響の大
きさは均等ではなく、伝送距離を制限しているは後者の
ケースである。過渡状態中でもピーク付近の光パワーの
方が裾の方の光パワーより強いから、波長分散の影響で
伝送と共にシフトしていくエネルギの大きさも大きい。
この結果、波長分散のあるファイバを伝わって変形した
信号を受信・等価した後、電気信号波形を観測すると、
“１”レベルの広がりの方が“０”レベルよりずっと広
くなっている。

【００２２】本発明の骨子は、“０１”或いは“１０”
と変化するパターンがあるときに、“０”から“１”に
変化するタイミングを早めるか、“１”から“０”に変
化するタイミングを遅らせるか、その両方を行うかによ
り、“０”スロットに隣接する“１”スロットの時間が
長めになるように光の変調を行い、波長分散による
“０”スロットに隣接した“１”スロットのレベル低下
を抑えることにある。このようにすると、“１”スロッ
トに隣接した“０”スロットの伝送後のレベルが上昇し
受信等化波形の“０”レベルの広がりは悪化するが、伝
送距離を制限している“１”レベルの広がりは小さくな
る。

【００２３】受信等化後の“０”レベルの広がりと
“１”レベルの広がりがほぼ等しくなるあたりでアイマ
スクとの整合が最も良くなる。伝送距離や光変調器の特
性などにも影響されるが、光出力が“１”から“０”に
遷移するタイミングが“０”から“１”に遷移するタイ
ミングより１タイムスロットの１５％以上遅れるように
したとき、受信等化波形のレベル広がりの非対称性が顕
著に改善され、伝送距離が伸びる。特に、遅れが２０％
から４０％の範囲に入るようにしたときに、伝送限界距
離を最大にすることが可能となる。

【００２４】なお、本発明の光伝送システムでは、従来
技術の光伝送システムと比べて受信装置の受信等化帯域
に対する制限が厳しくなる。送信光信号のビットレート
をＢ［ｂｉｔ／ｓ］とするとき、光受信装置の等化帯域
が０．８Ｂ［Ｈｚ］から１．３Ｂ［Ｈｚ］の範囲にある
と伝送距離は大きく改善されるが、この範囲を外れると
伝送距離は急激に悪化する。また、光変調器の実効的な
αパラメータが−１から０の範囲にあると、適度なパル
ス圧縮がかかるので好ましい。これは従来技術と共通で
あるが、本発明においては特に伝送距離の改善効果が大
きくできる。その理由については後で述べる。

【００２５】複数のノード間で接続を切り替えながら光
信号伝送を行う光ネットワークなど、光伝送の条件が大
きく変化するような光伝送システムの場合、伝送条件に
拘らず受信等化後識別前の電気信号の“０”レベルの広
がりと“１”レベルの広がりをアイマスクとの整合が最
も良くなるように調整できるように、遅延量を可変にし
ておく必要がある。特に、受信等化後の“０”レベルの
広がりと“１”レベルの広がりが所定の比になるように
遷移タイミング制御を行うことで、伝送条件の変化によ
らず最適の受信状態を実現することができる。一般的に
は、受信等化後の“０”レベルの分散と“１”レベルの
分散がほぼ等しくなるあたりでアイマスクとの整合が最
も良くなり、最適受信状態が実現される。

【００２６】このような駆動波形の変形は、光送信装置
のボード上の回路で行っても、光送信モジュールで行っ
ても良い。従来のクロックに同期した駆動回路を内蔵し
た光送信モジュールでは、外部で駆動波形を変形しても
モジュール内部で元の波形に整形されてしまう。従っ
て、モジュール外部で過渡タイミングをずらす場合は、
クロックに拘らず過渡タイミングずれを光変調器まで伝
えられるように回路上の工夫をしておく必要がある。モ
ジュール内部で駆動波形の変形を行う場合には、“０
１”と“１０”の過渡タイミングずれを制御するための
入力端子を設けることで、個々の伝送システムの状況に
合わせた最適調整が可能となる。上記のようなネットワ
ーク応用だけでなく、温度変動などで分散特性が変動す
る場合についても、受信等化波形の“０”レベルと
“１”レベルの広がりの違いを光受信装置から光送信装
置に帰還することで、常に最適状態に保つことができ
る。

【００２７】本発明においても、αパラメータを負の小
さな値にしたときに最も伝送距離が延びるのは変わらな
い。しかし、電界吸収型半導体光変調器を用いた場合、
等価的なαパラメータを小さくするのは困難である。即
ち、使用波長を励起子吸収波長に近付けるか、ロスの大
きな電圧範囲で使用しなければならず、いずれにしろ消
光比の低下や損失の増大によるペナルティ増大を伴う。
本発明によれば、単純にαパラメータを小さな負の値に
制御するよりも伝送距離は大きく延びる。

【００２８】α＝０〜−１の光変調器を用いて“０１
０”パターンを従来の駆動方法で変調して異常分散を有
する光伝送路を伝搬させた場合を考える。最初は波長チ
ャープと異常分散によるパルス圧縮効果が得られるの
で、ある距離まではα＝０の場合よりピークのなまり方
が小さいが、それ以上の距離では波長チャープ成分のエ
ネルギがパルス・ピークの反対側に移動するため、再び
パルスのなまり方が大きくなってしまう。本発明の光変
調器の駆動方法でα＝０〜−１の光変調器を駆動した場
合は、“０１０”パターンの伝送時パルス・パターン幅
が従来の駆動方法より広くなっているので、波長チャー
プ成分のエネルギがパルス・ピーク位置に達するまでの
距離は長くなる。即ち、本発明の光変調器の駆動方法に
よれば、パルス圧縮効果が従来の伝送限界距離より遠く
まで持続するので、α＝０〜−１の光変調器を用いたこ
とによる伝送距離の改善度は従来技術の光変調器の駆動
方法を用いた場合と比べて大幅に増大することになる。

【００２９】先に述べた本発明が受信装置の受信等化帯
域に特に敏感な理由は、本発明でパルス圧縮効果を有効
に利用していることによる。即ち、受信等化帯域が狭過
ぎると十分なパルス圧縮効果が得られない。逆に受信等
化帯域が広過ぎると、パルス圧縮効果による余分なピー
クを発生することになるためである。

【００３０】αパラメータが＋１から＋１．５の範囲に
あるとき、波長チャープと異常分散によるパルス広がり
が生じて伝送距離は最悪となる。この場合、“１”スロ
ットに隣接する“０”スロットのレベル上昇が最も大き
くなり、符号間干渉がひどくなる。しかし、αがさらに
大きくなって＋２．５程度になると、´０´レベル全体
の幅は広がるものの、“１”に隣接した“０”レベルの
レベル上昇が抑えられるため、再び伝送距離が延びる。
即ち、波長チャープと分散でシフトするエネルギが特定
の識別点に集中せず全体に広がるため、識別点における
レベル広がりが抑制されるわけである。本発明は伝送後
の“０”レベル広がりに余裕があることを前提としてい
るので、α＝０〜−１で最も効果がありが、α〜＋２〜
＋３．５でも十分に大きな効果を得ることができる。な
お、いずれの場合も“０”レベルの広がりを抑えるため
に、消光比は十分に大きい（≧１０ｄＢ）必要がある。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる光
伝送システムの構成を模式的に示す図である。本実施例
の光伝送システムは、光送信装置１００、非分散シフト
光ファイバ１０１（波長分散１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）、
及び光受信装置１０２から構成されている。なお、制御
・監視系なども必要であるが、簡単のため図では省いて
いる。

【００３２】光送信装置１００の主要な構成要素は、信
号前処理部１、遷移タイミング制御回路２、駆動回路
３、光変調器集積化光源モジュール４などである。前処
理部１では、入力信号を光ファイバ伝送に適した形態に
なるよう多重化や符号処理を行い、１０Ｇｂ／ｓの二値
ＮＲＺ信号を遷移タイミング制御回路２に出力する。遷
移タイミング制御回路２では、変調光出力の“０”から
“１”へのタイミングと“１”から“０”への遷移タイ
ミングが標準タイムスロットに対して所定時間ずれるよ
うに、駆動波形の遷移タイミングが調整される。遷移タ
イミング制御回路２の出力は、通常の高速高出力増幅回
路とバイアス調整回路からなる駆動回路３で“１”状態
の電圧と“０”状態の電圧が所定の値になるように加工
され、光変調器集積化光源モジュール４へ入力される。
駆動波形の遷移タイミングは駆動回路３を通っても殆ど
変化しない。

【００３３】光変調器集積化光源モジュール４の内部に
は、単一モード半導体レーザ５と電界吸収型光変調器６
がモノリシック集積化された半導体素子７、駆動電気信
号の終端抵抗８、温度検出素子９、ペルチエ冷却器１
０、レーザ出力モニタ用フォトダイオード１１、光アイ
ソレータやレンズなどの出力光学系１２などが内蔵され
ており、ファイバ・ピグ・テール１３から変調された光
が出力される。外部に設けられた温度制御回路１４やレ
ーザ出力安定回路１５により出力波長や出力光パワーは
安定化されている。

【００３４】電界吸収型変調器６は２０ＧＨｚ以上の帯
域を有しており、ストリップラインと終端抵抗８により
整合が取られているため、１０Ｇｂ／ｓの駆動信号に十
分に追従する。遷移タイミング制御回路２で駆動波形が
加工された結果、信号光の遷移タイミングが標準タイム
スロットに対して所定時間ずれて出力される。光変調器
６の入出力特性は非線形なので駆動波形と変調光波形で
波形や遷移タイミングは若干ずれる。

【００３５】光変調器集積化光源モジュール４から出力
された光信号は、ブースター光増幅器１６で増幅された
後、光ファイバ１０１に送り出され、光受信装置１０２
で受信される。本実施例の光受信装置１０２は、従来技
術の光受信装置と特に変わりはないが、その受信等化帯
域は１０ＧＨｚに設定されている。

【００３６】図２と図３は、それぞれ遷移タイミング制
御回路２の内部構成例とその動作を説明する図である。
遷移タイミング制御回路２の中には、信号を台形波に変
形する回路２１、高速コンパレータ２２、及びコンパレ
ータ２２のしきい値を制御する回路２３が含まれてい
る。高速コンパレータ２２のしきい値を調整することに
より、“０１”と“１０”遷移タイミングをΔｔずらす
ことができる。このコンパレータ出力を駆動回路３で増
幅して光変調器６に印加すると、図３（ｄ）にような
“０１”と“１０”の遷移タイミングがΔＴシフトした
光出力波形が得られる。光変調器６の非線形応答等のた
め、ΔｔとΔＴは若干ずれる。

【００３７】この実施例で使われている光変調器は、図
４のような電圧特性を有する量子井戸のＱＣＳＥ（quan
tum confined Stark effect)を利用した電界吸収型半導
体変調器である。図４から分かるように、小信号αパラ
メータはバイアスが深いときに負になる。“１”に相当
する印加電圧を１．５Ｖ、“０”に相当する印加電圧を
４．５Ｖとすることで、消光比を１５ｄＢ以上とり、か
つ１０Ｇｂ／ｓ長距離伝送における等価的なαパラメー
タを負の小さな値（−０．２〜−０．５）に設定するこ
とができる。

【００３８】図５は、本発明の第１の実施例の光伝送シ
ステム（ａ）と従来技術の光伝送システム（ｂ）を用い
た１０Ｇｂ／ｓ非分散シフト光ファイバ（波長分散１７
ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）伝送における、各点の等化アイパタ
ーンを模式的に示す図である。従来技術の光送信装置
は、図１の光送信装置から遷移タイミング制御回路２を
除き、前処理部１と駆動回路３を直結した構成を有す
る。下のパターンが光送信装置出力のパターン（ａ１，
ｂ１）、中央のパターンが７５ｋｍ伝送・受信後の等化
パターン（ａ２，ｂ２）、上のパターンが１００ｋｍ伝
送・受信後の等化パターン（ａ３，ｂ３）である。

【００３９】本実施例の光送信装置出力では“０１”遷
移のタイミングを１９ｐｓ早め、“１０”遷移のタイミ
ングを１９ｐｓ遅らせるように制御している。ここで、
遷移のタイミングはｃｗの“１”レベルと“０”レベル
の丁度中間の光パワーになる時点で定義するものとす
る。“１０”遷移のタイミングは“０１”遷移のタイミ
ングより１タイムスロット（１００ｐｓ）の３８％遅ら
されていることになる。非分散シフト光ファイバ伝送後
のアイパターンを比較すると、従来の光伝送システムを
用いた場合に“１”レベルの広がりが大きいのに対し
て、本実施例の光伝送システムを用いた場合は“０”レ
ベルの広がりが大きくなるものの、“１”レベルの広が
りが小さくなっており、そのバランスが改善されている
ことが分かる。

【００４０】図６は、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号を波長
分散１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの光ファイバで伝送した際の
受信等化後のアイ開口の大きさを示す図である。実線ａ
は本実施例の光伝送システムによる光伝送の結果、破線
ｂは従来の光伝送システムによる光伝送の結果を示す。
それぞれ、Ｘ印はトレースがアイマスクをはみ出した点
である。本実施例の光伝送システムを用いると、短距離
伝送のアイ開口は若干劣るが、長距離伝送後のアイ開口
は大幅に改善される。アイマスク判定による伝送可能距
離は５２．５ｋｍから９５ｋｍ以上に改善されている。
アイ開口の大きさの改善がそれほど大きくない割に伝送
可能距離が約２倍も伸びるのは、アイパターンの
“１”，“０”対称性が改善され，アイマスクとの整合
が良くなるためである。

【００４１】なお、この例では伝送距離６５〜８５ｋｍ
で一旦アイマスクからトレースがはみ出しているが、そ
れ以上の距離で再びアイマスクに収まるようになってい
る。６５〜８５ｋｍでアイマスクからトレースがはみ出
す原因は、“１”レベルのエネルギーがパルス圧縮で過
剰になるため、この範囲の伝送距離で“０”に隣接する
“１”のレベル、特に“０１０”パターンの“１”レベ
ルが高くなりすぎるからである。さらに大きな分散を経
験すると、ピークの反対側に波長チャープ成分のエネル
ギーがシフトしてパルス幅が広がるため、再びアイマス
クにトレースが収まるようになる。伝送距離が７５ｋｍ
程度の場合は、遷移タイミング・シフト量を１タイムス
ロットの１５％以上にすることで、アイマスクに収まる
波形にすることができる。このように、最適なシフト量
は、伝送距離（総分散）によって異なる。また、パター
ンによっても最適シフト量は若干変動する。

【００４２】図７は、遷移タイミング・シフト量と伝送
限界距離との関係を示す図である。“０１“と”１０”
の遷移タイミング・シフト量の差Δｔが２０ｐｓ（標準
タイムスロットの２０％）〜４０ｐｓの範囲で伝送限界
距離が最大になっている。

【００４３】図８は、遷移タイミング・シフト量をパラ
メータとした、伝送限界距離の受信等化帯域依存性を示
す図である。遷移タイミング・シフト量が負のとき（−
１２％）は“０１０”パターンのピークが低くなるの
で、伝送距離は伸びない。受信帯域を広げてパルスの急
峻さを強調すると伝送距離は若干改善されるが、その改
善度は低い。遷移タイミング・シフト量が正で＋１０％
程度（図の例は＋８％）になると伝送距離は改善され、
その受信帯域依存性は小さくなる。さらに、本発明のよ
うに遷移タイミング・シフト量を＋１５％から＋４０％
にしたとき（図では１８％，２８％，及び３８％の場合
を示す）には、受信帯域をビットレートＢと同程度にし
たときのみ、さらに伝送距離が大きく改善される。受信
帯域を広げ過ぎると過剰なパルス圧縮による振動的成分
が強調されるため、伝送距離は急速に低下する。さらに
遷移タイミング・シフト量を大きくすると、パルスの裾
が“０”レベルを押し上げ、伝送距離は急激に低下す
る。

【００４４】このように、本発明では伝送限界距離は受
信等化帯域に非常に敏感になる。遷移タイミング・シフ
ト量を＋２０〜４０％として伝送距離を最大にするため
には、受信等化帯域をビットレートの０．８倍〜１．３
倍の範囲に設定する必要がある。（実施例２）次に、本発明の第２の実施例に係わる光伝
送システムについて説明する。

【００４５】この光伝送システムは、図９に示すよう
な、アド・ドロップ・マルチプレクシングを行うノード
３０を光ファイバ・ループ３１で結合した波長多重ネッ
トワークに用いられる。ノード３０は、光送信装置３
２、光送信装置３２から送り出された光を光ファイバ・
ループ３１に結合する光合波器３３、光受信装置３４、
所定波長の光のみを光受信装置に分岐する光分波器３５
などからなる。所定間隔毎に光増幅器３６も挿入されて
いる。光伝送装置の構成は第１の実施例とほぼ同じであ
るが、半導体レーザ光源として波長可変レーザが用いら
れており、また遷移タイミング制御回路は遷移タイミン
グ・シフト量がタイムスロットの０％から４０％の範囲
で可変できるようになっている。

【００４６】送信ノード３０ａの光送信装置３２は、宛
先となる受信ノード３０ｂに割り当てられた波長λb を
選択し、変調信号光を光ファイバ・ループ３１に送り出
す。受信ノード３０ｂでは、波長λb の光のみを光受信
装置３４で受信する。ノード３０ｂへの送信が終了した
ら、次にノード３０ｃに伝送を行うものとすると、光送
信装置は波長をλb からλc に切り替えて送信を行う。
なお、この実施例では宛先となるノード毎に波長が決め
られているが、受信側にも波長選択機能を持たせれば、
よりフレキシブルで利用効率の高いネットワークを構成
することができる。

【００４７】このようなネットワークでは、送・受信ノ
ードの組み合わせ毎に伝送距離と波長が変化する。第１
の実施例で説明したように、最適な遷移タイミング・シ
フト量は総分散、即ち伝送距離や波長によって異なる。
第２の実施例では、送・受信ノードの組み合わせ毎に光
送信装置３２が遷移タイミング・シフト量を制御できる
構成となっている。

【００４８】具体的には、信号伝送開始に先だってテス
ト・パターンを送信し、受信ノード３０ｂの光受信装置
３４において受信等化波形の“１”レベルと“０”レベ
ルの広がりをモニタし、その結果を送信ノード３０ａの
光送信装置３２にフィードバックし、光送信装置３２
は、モニタされた受信等化信号の“１”レベルと“０”
レベルの広がりがほぼ等しくなるように遷移タイミング
のシフト量を制御する。もちろん、宛先ノード毎に（若
しくは波長毎に）一度データを取っておけば、二度目か
らの伝送では一々テストパターンで調整する必要はな
く、蓄積されたデータに従ってシフト量を調整すれば良
い。もちろん、経時変化や信号パターンの傾向変化に対
する自動調整を時々刻々行わせることも可能である。（実施例３）次に、本発明の第３の実施例に係わる光送
信モジュールについて説明する。

【００４９】１０Ｇｂ／ｓ程度の高速信号ではインピー
ダンス整合の問題があるので、モジュール内部に駆動回
路を内蔵し、整形・増幅された駆動回路出力の光変調器
までの伝送距離をできるだけ短くすることが望ましい。
ところが、従来の波形整形回路はクロック同期型であ
り、遷移タイミング・シフト機能は有していなかった。

【００５０】図１０は、第３の実施例である光送信モジ
ュールの構成を示す図である。この光送信モジュールに
は、遷移タイミング・シフト機能を有する光変調器駆動
用ＩＣ４１が内蔵されている。このＩＣの入力段のバッ
ファアンプ４２では、クロック同期型の波形整形を行
う。このバッファアンプ４２は、立上がり時間と立ち下
がり時間が共に６０ｐｓの台形状に近い波形を出力す
る。この出力は高速コンパレータ４３に入力される。コ
ンパレータ４３は、制御端子４４を介してしきい値を外
部から電圧制御できるようになっており、遷移タイミン
グを所定の値だけシフトした矩形に近い駆動波形を出力
する。

【００５１】バッファアンプ４２出力のリンギングやジ
ッタは十分に抑制されており、±２０ｐｓの範囲（“０
１”と“１０”の遷移タイミング時間差に換算すれば標
準タイムスロットの４０％相当）で安定な遷移タイミン
グ・シフトが可能である。駆動能力の大きな出力増幅器
４５は、コンパレータ４３の出力を増幅すると共に、所
定のＤＣバイアス電圧を重畳し、光変調器６を駆動す
る。その他のモジュール内部の構成は、第１の実施例の
光送信装置で使われた光送信モジュール４の構成とほぼ
同じであるので、説明を省略する。

【００５２】この実施例の作用、効果は、第１の実施例
や第２の実施例と殆ど同じである。制御端子４４に加え
る電圧により遷移タイミング・シフト量を可変できるの
で、使われるシステムにより最適調整が可能であり、汎
用性が高い。（実施例４）次に、本発明の第４の実施例に係わる光変
調器の駆動方法について説明する。

【００５３】本実施例では、光の強度変調にＬｉＮｂＯ
₃ マッハ・ツェンダ型光変調器が用いられている。マッ
ハ・ツェンダ型光変調器では、よく知られているよう
に、二つの分岐のバイアス電圧や変調電圧の設定により
αパラメータの値を制御することができる。二つの分岐
の電極には差動型の変調信号を印加するが、光出力の
“０１”遷移タイミングと“１０”遷移タイミングを図
５（ａ１）と同様に３８ｐｓずらすように、それぞれの
分岐の駆動波形が同期して変形される。これは、例えば
図１のような回路において、コンパレータ出力を電圧出
力の異なる二つの駆動回路に入力することで実現され
る。消光比は２０ｄＢ以上である。この場合も、αパラ
メータが−１．０〜−０．５の間か＋３．０付近になる
ようにバイアスを設定することで、１０Ｇｂ／ｓのＮＲ
Ｚ信号の分散補償なしの８５ｋｍ以上の非分散シフト・
ファイバ伝送が実現される。

【００５４】図１１と図１２は、αパラメータの違いに
よる１００ｋｍ伝送後のアイパターンとアイ開口の違い
を示す図である。ここで、太線はトレースがアイマスク
内部に収まる範囲、細線はトレースがアイマスクをはみ
出す領域を示す。αパラメータが−１．０〜−０．５で
は９５ｋｍの伝送が可能である。αパラメータが＋１の
あたりで符号間干渉が最大になり、伝送距離は５２．５
ｋｍ程度と短くなる。αが＋２．５を越えるとレベル広
がりの影響が遠く離れた時間帯にまで広がるため、再び
符号間干渉が小さくなり、８０ｋｍ以上（α＝＋３では
９０ｋｍ近く）の伝送が可能となる。但し、αをあまり
大きくし過ぎると再びトレースは太ってしまう。αパラ
メータが大きい方の最適点は、システム構成にも依存す
るが、概ね＋２．５〜＋３．５付近にある。

【００５５】本発明の光変調器の駆動方法においては、
αパラメータを大きな値にしたために“０”レベル全体
の広がりが多少増えたとしても、変調波形を変形したこ
とによる“０”レベルの広がりに埋もれて影響は現れな
い。むしろ、スロット境界部の“１”レベルのふくらみ
抑制の効果がきいて、伝送距離を大幅に延ばすことがで
きる。これに対して従来技術の光変調器の駆動方法で
は、図１３に示すようにα≧＋２．５としても伝送距離
はそれほど改善されない。

【００５６】なお、前提として、消光比はある程度大き
く取れている必要がある。また、立上がり時間、立ち下
がり時間は短い方が好ましい。遷移タイミングをシフト
させるための回路は、図２や図１０の例に限定されるも
のではない。図１４に変形例を示す。図１４（ａ）は、
前の例と同様に台形波を作る回路２１があり、これをク
ランプ回路１２２でクランプした後、増幅器１２３で所
定振幅になるように増幅するものである。クランプレベ
ルと台形波の遷移時間の設定により、遷移タイミング遅
延時間を調整することができる。図１４（ｂ）の回路
は、入力波形の正負の微分波形を取り出す回路１２４、
この一方の分岐に入れられた遅延回路１２５、及びこの
微分波形でトリガがかけられるＳＲフリップ・フロップ
１２６からなる。遅延回路１２５の遅延量を調整するこ
とで、遷移タイミングを制御することができる。

【００５７】さらに高速の伝送、長距離の伝送を行うた
めには分散補償の併用が必須となるが、その場合でも本
発明の光伝送装置、光伝送モジュール、ないしは光変調
器の駆動方法によれば、分散補償量の低減が計れ、また
補償量の誤差許容範囲も大幅に改善される。また、伝送
品質最適化のための調整自由度を増やすことになる。従
って、光増幅器の過剰な利得とそれに起因する雑音を低
減でき、コスト増やペナルティ増が抑えられた高品質の
信号伝送が実現できる。

【００５８】もちろん、もっと低ビットレート、短距離
の伝送にも応用できる。ビットレートＢや分散Ｄが異な
る場合の分散制限伝送限界距離Ｌは、よく知られている
スケール則（ＤＬＢ² ≦ｃ／（２λ² ）＝一定）により
推算できる。例えば、１０Ｇｂ／ｓにおいて分散補償な
しに１００ｋｍ伝送可能になったとすれば、２．５Ｇｂ
／ｓにおいては１６００ｋｍ程度の伝送が可能になるこ
とになる。

【００５９】細かな構成や使用方法などは上記の実施例
に限定されるものではなく、様々に変形、応用が可能で
ある。例えば、フランツ・ケルディッシュ効果を用いた
電界吸収型光変調器、ワニエ・シュタルク光変調器など
の異なる種類の光変調器を用いても、全く同様な効果が
得られる。また、αパラメータを調整するためには、直
列に挿入された位相変調器を併用してもよいし、光源と
なる半導体レーザに直接変調を行ってプリチャープをか
けてもよい。光ファイバや進行波型半導体レーザ増幅器
中の四光波混合を利用してスペクトル反転を行えば、信
号光のαパラメータの符号を反転させることも可能であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、複雑
な分散補償を行わなくても、簡単な回路を付加するだけ
で高速長距離の非分散シフト・ファイバ伝送を実現する
ことができる。また、分散補償を行う場合でも、補償量
を小さくしてペナルティやコストの増大を抑えることが
でき、補償量の許容範囲も広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる光伝送システムの構成を
模式的に示す図。

【図２】第１の実施例の光伝送システムの光送信装置の
遷移タイミング制御回路の内部構成例を示す図。

【図３】図２の遷移タイミング制御回路の動作を示す
図。

【図４】第１の実施例で用いられる光変調器の特性の印
加電圧依存性を示す図。

【図５】第１の実施例の光伝送システム（ａ）と従来技
術の光伝送システム（ｂ）を用いた１０Ｇｂ／ｓ非分散
シフト光ファイバ伝送の受信等化アイパターンを比較す
る図。

【図６】第１の実施例の光伝送システム（実線）と従来
技術の光伝送システム（破線）による１０Ｇｂ／ｓ光フ
ァイバ伝送、受信等化後のアイ開口の大きさを比較する
図。

【図７】第１の実施例の光伝送システムにおける、遷移
タイミング・シフト量と伝送限界距離の関係を示す図。

【図８】第１の実施例の光伝送システムにおける受信等
化帯域と伝送限界距離の関係を、遷移タイミング・シフ
ト量をパラメータとして示す図。

【図９】第２の実施例に係わる光伝送システムが使われ
る波長多重ネットワークの構成を模式的に示す図。

【図１０】第３の実施例に係わる光送信モジュールの構
成を模式的に示す図。

【図１１】第４の実施例の光変調器の駆動方法により光
ファイバ伝送を行った場合の、等価的αパラメータによ
るアイパターンの違いを説明する図。

【図１２】第４の実施例の光変調器の駆動方法により光
ファイバ伝送を行った場合の、等価的αパラメータによ
るアイ開口の違いを比較する図。

【図１３】従来技術の光変調器の駆動方法により光ファ
イバ伝送を行った場合の、等価的αパラメータによるア
イ開口の違いを比較する図。

【図１４】遷移タイミング・シフト回路のいくつかの変
形例を説明する図。

【符号の説明】

２…遷移タイミング制御回路６…光変調器２２、４３…コンパレータ３０…ノード３２，１００…光送信装置３４，１０２…光受信装置４４…制御端子１０１…光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/06 Ｈ０４Ｌ 25/02 ３０３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二値デジタルＮＲＺ電気信号を光変調器に
印加することにより光強度を変調して信号光を送信する
光送信装置と、この光送信装置から出力された信号光を
伝える波長分散のある光伝送路と、この光伝送路を伝搬
してきた光信号を受信して電気信号に戻す光受信装置と
を備えた光伝送システムにおいて、前記光送信装置は、光変調器出力が高いレベルから低い
レベルに遷移するタイミングを光変調器出力が低いレベ
ルから高いレベルに遷移するタイミングよりも遅らせて
変調を行うことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】前記光送信装置は、光変調器出力が高いレ
ベルから低いレベルに遷移するタイミングを光変調器出
力が低いレベルから高いレベルに遷移するタイミングよ
りも１タイムスロットの１５％以上遅くなるように変調
を行うことを特徴とする請求項１記載の光伝送システ
ム。
【請求項３】前記光送信装置は、光変調器出力が高いレ
ベルから低いレベルに遷移するタイミングを光変調器出
力が低いレベルから高いレベルに遷移するタイミングよ
りも１タイムスロットの２０％から４０％の範囲で遅延
させるように変調を行うことを特徴とする請求項１記載
の光伝送システム。
【請求項４】送信される光信号のビットレートをＢ［ｂ
ｉｔ／ｓ］とするとき、前記光受信装置の等化帯域が
０．８Ｂ［Ｈｚ］から１．３Ｂ［Ｈｚ］の範囲にあるこ
とを特徴とする請求項３記載の光伝送システム。
【請求項５】前記光変調器の実効的なαパラメータの値
が−１から０の間にあることを特徴とする請求項１記載
の光伝送システム。
【請求項６】二値デジタルＮＲＺ電気信号を光変調器に
印加することにより光強度を変調して信号光を送信する
光送信装置と、この光送信装置から出力された信号光を
伝える波長分散のある光伝送路と、この光伝送路を伝搬
してきた光信号を受信して電気信号に戻す光受信装置と
を備えた光伝送システムにおいて、前記光送信装置には、光変調器出力が高いレベルから低
いレベルに遷移するタイミングを光変調器出力が低いレ
ベルから高いレベルに遷移するタイミングよりも遅延さ
せるためのレベル遷移タイミング調整回路が設けられて
いることを特徴とする光伝送システム。
【請求項７】前記レベル遷移タイミング調整回路は、少
なくとも１タイムスロットの１５％〜４０％を含む範囲
でそのレベル遷移タイミングの遅延量が調整できること
を特徴とする請求項６記載の光伝送システム。
【請求項８】前記光受信装置は受信等化後識別前の電気
信号の“Ｈ”レベルの分散幅と“Ｌ”レベルの分散幅を
測定する手段を有しており、前記光送信装置は光受信装
置から送られてくる前記二つのレベルの分散幅の測定結
果に従って、光変調器出力が高いレベルから低いレベル
に遷移するタイミングの光変調器出力が低いレベルから
高いレベルに遷移するタイミングに対する遅延量を調整
することを特徴とする請求項６記載の光伝送システム。
【請求項９】前記光送信装置は、前記光受信装置の受信
等化後識別前の電気信号の“Ｈ”レベルの分散幅と
“Ｌ”レベルの分散幅がほぼ等しくなるように、光変調
器出力が高いレベルから低いレベルに遷移するタイミン
グと光変調器出力が低いレベルから高いレベルに遷移す
るタイミングを調整することを特徴とする請求項８記載
の光伝送システム。
【請求項１０】光変調器とその駆動回路を内蔵し、入力
された高速二値デジタルＮＲＺ電気信号に応じて強度変
調された光を出力する光送信モジュールにおいて、 “Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルのタイムスロット長さがほ
ぼ均等な電気信号が入力された時、光出力が高いレベル
から低いレベルに遷移するタイミングが光出力が低いレ
ベルから高いレベルに遷移するタイミングより１タイム
スロットの１５％以上遅れるように駆動パルス波形を変
形する回路が駆動回路に付加されていることを特徴とす
る光送信モジュール。
【請求項１１】前記光出力が高いレベルから低いレベル
に遷移するタイミングと光出力が低いレベルから高いレ
ベルに遷移するタイミング差を電気的に制御するための
制御入力端子が設けられていることを特徴とする請求項
１０記載の光送信モジュール。
【請求項１２】二値デジタルＮＲＺ電気信号で出力光強
度を変調する光変調器の駆動方法において、消光比が１０ｄＢ以上とれるように光変調器の使用波
長，バイアス電圧，及び変調電圧振幅が設定されてお
り、かつ光出力が高いレベルから低いレベルに遷移する
タイミングが光出力が低いレベルから高いレベルに遷移
するタイミングより１タイムスロットの１５％以上遅れ
るように、変調電気信号波形を変形して光変調器を駆動
することを特徴とする光変調器の駆動方法。
【請求項１３】光出力が高いレベルから低いレベルに遷
移するタイミングが光出力が低いレベルから高いレベル
に遷移するタイミングより１タイムスロットの２０％か
ら４０％の範囲で遅延するように、変調電気信号波形を
変形して光変調器を駆動することを特徴とする請求項１
２記載の光変調器の駆動方法。
【請求項１４】光ファイバ伝送時の等価的なαパラメー
タが０から−１の間になるように、使用波長，バイアス
電圧，及び変調電圧振幅が設定されていることを特徴と
する請求項１２記載の光変調器の駆動方法。
【請求項１５】光ファイバ伝送時の等価的なαパラメー
タが＋２から＋３．５の間になるように、使用波長，バ
イアス電圧，及び変調電圧振幅が設定されていることを
特徴とする請求項１２記載の光変調器の駆動方法。