JPS6397026A

JPS6397026A - 光通信方法及び装置

Info

Publication number: JPS6397026A
Application number: JP61242038A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Aoki; 青木　▲恭▼弘
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-10-14
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1988-04-27

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、光通信方法及び装置、特に、信号光を光直接
増幅した後に受信する光通信方法及びそれを実施するた
めの装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

近年、半導体レーザや光ファイバの特性の著しい向上に
伴い、伝送速度が２　Ｇｂ／ｓ以上で、かつ、伝送距離
が１１００ｋ以上というような高速、長距離光伝送が可
能になった。そして、さらに無中継伝送距離の伸長を目
ざして、高出力単一軸モード半導体レーザや零分散ファ
イバなどの研究開発が活発に行われている。

さて、この様な光通信において、従来量も一般的な方式
は、信号光を強度変調して伝送しその強変度化を検知す
る、いわゆる直接検波方式である。

この方式で、無中継伝送距離の伸長、即ち許容伝送路損
失の増大を図るためには、送信する信号光パワーレベル
を高くすることが考えられる。しかしながら、送信パワ
ーレベルを上げるには、高出力半導体レーザを大振幅変
調しなければならず、その為には大電力のドライブ回路
が必要であった。

また、半導体レーザを大振幅変調すると、その出力光に
は大きな周波数チャーピングが生ずる。その結果、光フ
ァイバを伝送させることによって分散による波形歪が生
じ、受信特性を劣化させるという問題があった。

一方、送信パワーレベルを上げるのではなく、受信可能
な信号光の受光レベルを下げることによって許容伝送路
損失の増大を図ることができる。

その方法として、光ヘテロゲイン・ホモダイン検波方式
が提案、実証されている。この方式では、信号光の振幅
９周波数あるいは位相に情報信号を乗せて送信させる。

そして、受信部°において信号光と同一あるいはわずか
に周波数の異なる局部発振光を信号光と合波し、両者の
差周波数に対応したビート信号を光検出器によって得、
このビート信号から情報信号を取り出す。この先ヘテロ
ゲイン・ホモダイン検波方式のうち、信号光の周波数に
情報信号を乗せるＦＳＸへテロダイン検波方式は、半導
体レーザの直接周波数変調を利用できることから、外部
変調器等を必要とする他のヘテロゲイン方式に比べて送
信パワーレベルを高くできるという特長がある。

しかしながら、−ｉに、この光ヘテロゲイン・ホモダイ
ン検波方式では、信号光と局部発振光の偏光状態を同一
にするために偏光制御素子が必要であり、また、受信回
路が極めて複雑で高価になるという欠点がある。さらに
、信号光源のスペクトル幅や周波数安定度に対する要求
が非常に厳しいという問題がある。

その他の受光レベルを下げる方法としては、強度変調さ
れて伝送された信号光を、光増幅器によって光直接増幅
した後に受信する方式が考えられている。しかしながら
、この方式においても、前述の光直接検波方式と同様の
理由によって、送信パワーレベルを上げることは難しか
った。

本発明の目的は、上述のような従来技術の欠点を除去し
、構成が簡単で、かつ、従来技術に比べて、許容伝送路
損失の増大ひいては無中継伝送距離の伸長が可能な光通
信方法及びそれを実施するための装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光通信方法は、光送信部において、情報信号に
よって２値周波数変調された信号光を送信し、光受信部
においては、前記２種の変調周波数成分のうちの一方の
成分のみを光直接増幅して受信することを特徴とする。

本発明の光通信装置は、信号光源とこの信号光源を情報
信号によって２値周波数変調するための手段とを含む光
送信器と、この光送信器から送信されてきた信号光の２
種の変調周波数成分のうちの一方の成分のみを光直接増
幅するレーザ増幅器とこのレーザ増幅器の出力光を受光
する光検出器とを含む光受信器によって構成されること
を特徴とする。

本発明の他の光通信装置は、信号光源とこの信号光源を
情報信号によって２値周波数変調するための手段とを含
む光送信器と、この光送信器からの信号光の２種の変調
周波数成分のうちの一方の成分のみを伝送媒体中で光直
接増幅するための励起光源と、増幅された信号光を励起
光と分離して取り出す手段と、励起光と分離された増幅
信号光を受光する光検出器とを含む光受信器によって構
成されることを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、光送信部においては２値周波数変調信号光
を送信し、光受信部においては信号光の２種の周波数成
分の一方を光直接増幅し、情報信号を信号光の振幅ある
いは強度として取り出している。

−Ｓに半導体レーザでは、発振しきい値以上にバイアス
電流を設定して微小に電流を変調すると、温度変動効果
、キャリア密度変動効果によって発振周波数を振ること
ができ、直接周波数変調を行うことができる。したがっ
て、半導体レーザのバイアス電流をそれが劣化しない範
囲でできる限り高くして直接周波数変調すれば、微小な
信号電流にもかかわらず、従来の強度変調を利用する方
式に比べて格段に送信パワーを高くすることができる。

一方、光受信部では、２値周波数変調信号光の一方の周
波数成分のみを光直接増幅しているので、光検出器に入
射される信号光は強度変調光となっている。その結果、
従来の光直接検波方式の受信回路がそのまま使え、光ヘ
テロゲイン・ホモダイン検波方式に比べて簡便なシステ
ムが構成できる。

ここで、信号光源のスペクトル幅や周波数安定度に関し
ては、信号光の２種の周波数成分の一方が光増幅利得帯
域内に含まれていれば良い。

また、本発明では、光直接増幅によって受光される信号
光パワーレベルを大きくしている。その結果、受信電気
回路の雑音の影響を相対的に減少させることができ、受
光レベルをショット雑音限界付近にまで引き下げられる
。

なお、この発明においては、信号光の２種の周波数成分
のうち光直接増幅しない成分が消光比の劣化を生ずる恐
れがある。しかしながら、一般に、光直接増幅の利得は
容易に２０ｄＢ以上の値が得られるので、消光比として
は２０ｄＢ以上の値が実現できる。この結果、消光比劣
化による受信特性の劣化は極めて小さくできる。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明の光通信方法及びそれを実
施するための装置について詳細に説明する。

第１図は本発明による第１の実施例の構成図、第２図は
第１の実施例の原理を説明するための周波数特性図、第
３図（ａ）、　　（ｂ）はそれぞれ第１の実施例におけ
る光送信部及び光受信部での信号光波形を示す図である
。

第１図において、光送信部の信号光源１は波長１．５５
ｕｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザ
、光ファイバ５はコア径が１１０Ａｔ、波長１．５５μ
ｓでの伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｎ＋、長さが２５０ｋ
ｍの単一モードシリカファイバ、光受信部のレーザ増幅
器６はＩｎＧａＡｓＰ／ｌｎＰファブリペロ型半導体レ
ーザ増幅器、光検出器７はＩ　ｎＧａＡｓのアバランシ
・フォトダイオード（ＡＰＤ）である。信号光源１には
、情報信号によって２値周波数変調するための信号を発
生する信号発生器２が接続され、信号光源１の出力側に
は光アイソレータ３１及びレンズ４１が設けられている
。光ファイバ５の出力端子とレーザ増幅器６との間には
、レンズ４２及び光アイソレータ３２が設けられている
。

この実施例において、分布帰還型半導体レーザ１は信号
発生器２からの２Ｇｂ／ｓパルス変調電流によってその
注入電流が微小に変調され、第３図（ａ）に示したよう
に情報信号の符号“１”及び“０”に対応する２値周波
数変調されている。ここで、バイアス電流は２１０ｍＡ
、パルス変調電流の振れ幅は１０ａ＋Ａであり、このと
きの周波数偏移量は１３ＧＨｚであった。この周波数変
調された信号光は、光アイソレータ３１を通過した後に
レンズ４１によって集光され単一モードの光ファイバ５
に結合されている。そして、光ファイバを伝搬後にレン
ズ４２及び光アイソレータ３２を経てファブリペロ半導
体レーザ増幅器６に入射されている。

第２図は、本実施例での、２値周波数変調信号光のスペ
クトル及び半導体レーザ増幅器６の利得の関係を示した
図である。ここで、情報信号の符号“１”の成分は周波
数がｆｌＢ、情報信号の符号“０”の成分は周波数がｆ
ｌの成分にそれぞれ対応している。また、ファブリペロ
型半導体レーザ増幅器６の１本の軸モードに相応する利
得帯域幅は、増幅度が３５ｄＢのときに、約６　ＧＨｚ
であった。

この図から明らかなように、本実施例では、信号光のｆ
、成分、即ち符号“１”の成分のみが増幅され、半導体
レーザ増幅器６の出力光として第３図（ｂ）の波形が得
られた。そして、この増幅信号光をｒｎＧａＡｓ−ＡＰ
Ｄで受光することによって情報信号を取り出している。

次に、この実施例での性能について説明する。

本実施例では、分布帰還型半導体レーザエから出射され
た信号光パワーは１５ｄＢｍ　（３６ｍＷ）であり、そ
のうち１０ｄＢｍを単一モード光ファイバ５に結合でき
た。この信号光は、前述のようにバイアス電流が２１０
ｍＡと高く、かつ、変調電流は１０ｍＡで小さいので、
その周波数歪は極めて小さく、それぞれｆ、及びｆ、の
周波数成分のスペクトル幅は約４ＧＨｚであった。その
結果、２５０ｋｍの単一モード光ファイバ伝送後におい
てもファイバ分散による波形歪はほとんどなかった。

一方、光受信部においては、光直接増幅によってＩｎＧ
ａＡｓ−ＡＰＤに入射される信号光パワーレベルを大き
くしているので、受信電気回路の雑音を低減できたこと
、及び上記のように分散による波形歪を極めて小さくで
きたことにより、符号誤り率１０−９を得るための受光
レベルを一４２ｄＢｍにできた。

したがって、この実施例では許容伝送路損失として５２
ｄＢの値が実現でき、伝送速度２Ｇｂ／ｓ、伝送距離２
５０ｋｍの場合にも、２ｄＢのマージンをとることがで
きた。

次に、第４図は本発明による第２の実施例の構成図、第
５図は第２の実施例での励起光と信号光との周波数の関
係を示す図である。

この実施例では、光フアイバ中の非線形効果の１つであ
る誘導ブリユアン効果を用いて、信号光を光フアイバ伝
搬中に増幅している。

誘導ブリユアン効果を用いて信号光を増幅するには、信
号光とともにその周波数よりもブリユアンシフト量だけ
周波数の大きな励起光を、信号光とは逆方向に伝搬する
ように光ファイバに入射させれば良い、ここで、ブリユ
アンシフト量は励起光の波長が１．５５μｍの場合、約
１１ＧＨ２である。

このブリユアン増幅の実効利得帯域幅Δνは、近似的に
、次式で与えられる。

Δシ＝ΔシＰ＋ΔνＢ　　　　　・・・・　（１）ただ
し、Δνデは励起光のスペクトル線幅、Δν。

は自然ブリユアン線幅であり、約１００ＭＨｚである。

この第２の実施例では、光送信部の励起光源９としては
、波長１．５５　μＩＩ＋帯のＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ
　Ｐ　／　Ｉ　ｎＰ分布帰還型半導体レーザ、光受信部
のファイバカップラ８としては、２本の短尺な単一モー
ド光ファイバを加熱、伸延して作成した、分岐比が１対
１の単一モード光ファイバカップラを用いている。そし
て、これを光ファイバ５と融着接続している。この接続
損失は０．２ｄＢ以下であった。励起光源９には励起光
を周波数変調するための変調電源１０が接続されており
、この変調電源とファイバカップラ８との間には光アイ
ソレータ３３が設けられている。また、ファイバカップ
ラ８の出力側には、レンズ４３及び光検出器７が設けら
れている。

送信部の構成は、第１の実施例の送信部と同一である。

なお、励起光源９及びファイバカップラ８以外の素子は
、第１の実施例と同じものを使用している。

この実施例においても、信号光源である分布帰還型半導
体レーザ１は、信号発生器２からのパルス変調電流によ
って２値周波数変調されている。

ただし、この場合には伝送速度は１００Ｍｂ／ｓ周波数
偏移量は５　ＧＨｚに設定した。この１００Ｍｂ／ｓの
２値周波数変調信号光は光アイソレニタ３１を通過した
後にレンズ４１によって集光され、単一モード光ファイ
バ５に結合されている。

この実施例では、励起光源である分布帰還型半導体レー
ザ９は変調電源１０からの直流電流に重畳された繰り返
しＩ　ＭＨｚの正弦波電流によって微小に周波数変調さ
れ、そのスペクトル幅が変えられるようにしている。こ
こでは、前述の１００Ｍｂ／ｓの信号光を増幅できる実
効ブリユアン利得帯域を実現するために、スペクトル幅
は約４００ＭＨｚにした。

このとき、実効ブリユアン利得帯域幅は、（１）式から
予測されるように５００ＭＨｚであった。ここで、フリ
ユアン増幅では、励起光と信号光が光フアイバ５中を逆
方向に伝搬するので、励起光をＩ　ＭＨｚ程度で変調し
ても、増幅信号光にはそれによる時間変動は生じなかっ
た。

本実施例では、励起光のファイバ入力は約１０ｍ＆Ｉで
あり、その周波数を第５図に示したように設定した。な
お、第５図は２値周波数変調信号光と励起光の周波数の
関係を示している。ここで、図中のｆ、は励起光の周波
数である。この結果、情報信号の符号“１”の成分に対
応する周波数ｆ１の成分を光フアイバ伝搬中に約４３ｄ
Ｂ増幅することができた。そして、この増幅信号光を光
検出器であるＩ　ｎＧａＡｓ−ＡＰＤ７で受光すること
によって情報信号を取り出すことができた。

この第２の実施例では、分布帰還型半導体レーザｌから
出射された信号光パワーは１５ｄＢｍであり、そのうち
１０ｄＢｍを単一モード光ファイバ５に結合できた。一
方、光受信部においては、このブリユアン増幅によって
符号誤り率１０−９を得るための受光レベルを一６１ｄ
Ｂｍにできた。したがって、第２の実施例での許容伝送
路損失として７１ｄＢの大きな値が実現できた。

以上、本発明による光通信方法及びそれを実施するため
の装置について実施例を用いて説明したが、本発明はこ
れら実施例に限られることなくいくつかの変形が考えら
れる。

例えば、信号光源１．励起光源９としては、ＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザを用いたが、他の材料の半導
体レーザ、あるいは外部鏡付半導体レーザ、固体レーザ
、ガスレーザなどの他種のレーザでもよい。また、２値
周波数変調の変調速度や周波数偏移量の値は、以上の実
施例に限られることなく任意でよいことは明らかである
。

さらにまた、光検出器７としては、他の材料のＡＰＤ、
フォトダイオード、光電子増倍管などの使用が可能であ
るし、伝送媒体としては他種のガラス光ファイバをはじ
め空間伝搬させることもできる。また、伝送媒体の非線
形効果としては、誘導ラマン散乱や誘導口光子混合をは
じめ光増幅に用いることができる限り、いかなる効果で
あってもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明による光通信方法及びそれを
実施するための装置では、２値周波数変調した信号光を
送信し、光受信部では、前記２種の変調周波数成分のう
ちの一方の成分のみを光直接増幅して、情報信号を信号
光の振幅あるいは強度として取り出している。その結果
、構成が簡単で、かつ、従来に比べて許容伝送路損失の
増大ひいては無中継伝送距離の伸長が可能な光通信方法
及びそれを実施するための装置が得られるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による第１の実施例の構成図、第２図
は、本発明の第１の実施例の原理を説明するための周波
数特性図、第３図は、本発明の第１の実施例における光送信部及び
光受信部での信号光波形を示す図、第４図は、本発明に
よる第２の実施例の構成図、第５図は、本発明の第２の
実施例における信号光と励起光との周波数の関係を示し
た図である。１・・・・・・信号光源２・・・・・・信号発生器３１、３２．３３・・光アイソレータ４１、４２．４３・・レンズ５・・・・・・光ファイバ６・・・・・・レーザ増幅器７・・・・・・光検出器８・・・・・・ファイバカップラ９・・・・・・励起光源１０・・・・・・変調電源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光送信部において、情報信号によって２値周波数
変調された信号光を送信し、光受信部においては、前記
２種の変調周波数成分のうちの一方の成分のみを光直接
増幅して受信することを特徴とする光通信方法。
（２）信号光源とこの信号光源を情報信号によって２値
周波数変調するための手段とを含む光送信器と、この光
送信器から送信されてきた信号光の２種の変調周波数成
分のうちの一方の成分のみを光直接増幅するレーザ増幅
器とこのレーザ増幅器の出力光を受光する光検出器とを
含む光受信器によって構成されることを特徴とする光通
信装置。
（３）信号光源とこの信号光源を情報信号によって２値
周波数変調するための手段とを含む光送信器と、この光
送信器からの信号光の２種の変調周波数成分のうちの一
方の成分のみを伝送媒体中で光直接増幅するための励起
光源と、増幅された信号光を励起光と分離して取り出す
手段と、励起光と分離された増幅信号光を受光する光検
出器とを含む光受信器によって構成されることを特徴と
する光通信装置。