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JP2705293B2 - 光送信装置 - Google Patents
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JP2705293B2 - 光送信装置 - Google Patents

光送信装置

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JP2705293B2
JP2705293B2 JP2234993A JP23499390A JP2705293B2 JP 2705293 B2 JP2705293 B2 JP 2705293B2 JP 2234993 A JP2234993 A JP 2234993A JP 23499390 A JP23499390 A JP 23499390A JP 2705293 B2 JP2705293 B2 JP 2705293B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信等に用いられる光送信装置に関す
る。
(従来の技術) 光通信においては、半導体レーザへの注入電流を変化
させることによって光の強度変調信号を得、該強度変調
信号を伝送路である光ファイバを介して伝送し、PINダ
イオード等の光電変換素子を用いた光受信器でその強度
変調信号を受信する強度変調−直接検波通信装置が主に
用いられている。この通信装置では光ファイバの損失が
最小となる波長帯である1.5μm帯伝送において、ギガ
ビット以上の伝送速度で通信を行うと、光ファイバの分
散の影響を受け、伝送後にきな品質劣化を生じることが
知られている(M.Shikada et al.,“Long−distance Gi
gabit−Range Optical Fiber Transmission Experiment
s Employing DFB−LD's and In GaAs−APD's"IEEE,Jour
nal of Lightwave Technology,Vol.LT−5,No.10,pp.148
8−1497)。
また、光の周波数、位相、振幅に情報をのせ、受信側
で局発光とのビートを受信して情報を得る光ヘテロダイ
ン通信装置では、半導体レーザを直接変調した際に生じ
るチャーピングによるスペクトル拡がりの影響がないか
ら、強度変調−直接検波通信装置に比較して光ファイバ
の分散の影響は小さい。しかし、超高速・長距離伝送に
おいては劣化が起こることも報告されている(N.Takach
io et al.,“Chromatic Dispersion Equalization in a
n 8 Gb/s 202 km CPFSK Transmission Experiment"17 t
h Conference on Integrated Optics and Optical Fibe
r Communication,Post−deadline Papers 20 PDA−1
3)。
一方、近年光増幅器の研究が行われ、光増幅器による
直接増幅中継系の検討も盛んになってきている(S.Yama
moto et al.,“516km 2.4 Gb/s Optical Fiber Transmi
ssion Experiment using 10 Semiconductor Laser Ampl
ifiers and Measurement of Jitter Accumulation"17 t
h Conferece on Integrated Optics and Optical Fiber
Communication,post−deadline Papers 20 PDA−
9)。このような直接増幅中継系では、損失を補償して
伝送可能距離を延長することができるから、超長距離の
伝送の可能性が期待されている。
このように、信号光は、光ファイバにおいて、パワー
損失を受けるとともに分散の影響で波形歪を生じる。こ
のパワー損失と分散の影響とで光通信の伝送可能距離は
制限される。数ギガビット以上の高速伝送では、信号光
に変調による大きなスペクトル拡がりが存在し、分散の
影響が大きくなり、光ファイバの損失制限を受ける前に
分散の制限を受ける。また、光増幅器を増幅中継器とし
て用いるような超長距離伝送では、光増幅器によって損
失の制限が補償されるから、分散の影響によって伝送距
離が制限される。
光ファイバの分散は、光ファイバに入力された光の周
波数に応じて伝搬に必要な時間が異なることに起因す
る。よって、信号光に変調によるスペクトル拡がりが存
在すると、このスペクトル拡がりにより伝送後に波形が
歪む。例えば、1.3μm帯零分散ファイバで1.5μm帯の
光を伝送する場合、信号光内の短波長側成分(周波数の
高い信号成分)の伝搬速度は速く、長波長側成分(周波
数の低い信号成分)の伝搬速度は遅い。よって、伝送後
には周波数の高い信号がパルスの前方に集中し、周波数
の低い信号がパルスの後方に集中する。その結果、伝送
後のパルスには波形歪が生じて、マーク、スペースの符
号判別が不可能となる。
このような分散による波形歪を補償する方法として、
半導体レーザの出力光に適切な周波数変調を施し、外部
変調器でその周波数変調光を強度変調することによって
送信信号の1パルスの前方が低周波となり後方が高周波
となるように設定するものがあり、該方法による波形歪
の低減および伝送可能距離の延長が既に報告されている
(N.Henmi et al.,“A Novel Dispersion Compensation
Technique for Multigigabit Transmission with Norm
al Optical Fiber at 1.5um Wavelength"Optical Fiber
Communication Conference '90,Post−deadline Paper
s PD−8)。この分散補償法はプリチャープ法と呼ばれ
ているが、この方法により、10Gb/sの伝送システムにお
いて、伝送可能距離を20kmから50kmに拡大することがで
きる。
(発明が解決しようとする課題) 上述のプリチャープ法においては、1つのパルスのパ
ルス幅を1タイムスロット以上に拡げ、そのパルス内で
適切に光周波数を変化させると、理論的には伝送距離を
一層拡大することができる。しかしながら、1パルスの
パルス幅を1タイムスロット以上にすると、隣のパルス
と重なる部分の光周波数の変化を適切に設定することは
できない。
よって上述のプリチャープ法を用いた伝送可能距離
は、理論的に制限され、通常の外部変調方式を用いた伝
送可能距離の2.5倍程度である。
本発明の目的は、補償できる分散劣化量をさらに拡大
することができる光送信装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明の光送信装置は、クロック信号を生成するクロ
ック信号源と、1個の半導体レーザ光源と、前記半導体
レーザ光源の注入電流にバイアスを与える直流バイアス
源と、前記直流バイアス源の出力と前記クロック信号を
加算しその出力を前記半導体レーザの注入電流に印加す
る加算器と、前記加算器に入力されるクロック信号の振
幅及び位相をそれぞれ調節する可変減衰器及び可変遅延
器と、前記クロック信号源の出力のクロック信号に同期
し互いに独立な送信信号をそれぞれ生成するn個(nは
3以上の正の整数)の送信信号源と、前記n個の送信信
号源の出力のパルス幅をそれぞれ設定するn個のパルス
幅変調器と、前記半導体レーザ光源の出力光をn個の経
路に分岐する光分岐器と、前記n個のパルス幅変調器の
出力信号を用いて前記n個の分岐出力光を強度変調した
強度変調光をそれぞれ生成するn個の外部変調器と、前
記n個の強度変調光間に時間差を与える光遅延手段と、
前記n個の外部変調器からそれぞれ出力されるn個の強
度変調光を合波し伝送路に送出する光合波器とを含み、
前記光遅延手段は、前記光分岐器と前記外部変調器との
間に設けられて前記n個の分岐出力光相互間に時間差を
与える手段か、又は前記外部変調器と前記光合波器との
間に設けられて前記n個の強度変調光間に時間差を与え
る手段かの少なくとも一方を備え、前記n個の強度変調
光の各パルス内の前半部の光周波数を低く後半部は高く
なるように前記可変遅延器を用いて前記加算器に入力さ
れるクロック信号の位相を調節し、また前記半導体レー
ザ光源の出力光の光周波数変位量を調節するために前記
可変減衰器を用いて前記加算器に入力されるクロック信
号の振幅を調節することを特徴とする。
(作用) 本発明では、以下の特徴を有する。1タイムスロット
内で最適な光周波数変化状態に設定された送信信号光
を、複数(n個)の系に分け、各時系列の1タイムスロ
ットの範囲内のパルス幅で強度変調される。この時、例
えば伝送路が異常分散光ファイバならば、パルスの前半
部で光周波数が低くなり、後半部で光周波数が高くなる
ように設定される。その後、各時系列の信号光に適切な
遅延差を与え、加え合わされる。このn個の時系列信号
が加え合わされた信号光は、伝送路を伝播することによ
り、パルス幅圧縮が施され、伝送後には多重されたタイ
ムスロット(多重前の1タイムスロットの1/n)におい
て、十分なアイ開口が得られる。
(実施例) 第1図は本発明の光送信装置の一実施例を示す構成図
である。本実施例では、互いに独立しかつクロック同期
した信号源が2個であり、送信信号光が2多重の場合を
示す。
第1図においてまず光送信装置31の構成を説明する。
1.5μm帯で単一縦モード発振する半導体レーザ光源1
には、周波数変調信号202と直流バイアス電流とが加算
器4で足し合わせて印加される。周波数変調信号202
は、5GHzのクロック周波数で正弦波を発生するクロック
発生器5からのクロック信号201を可変減衰器6および
可変遅延器7で処理することによって得られる。これに
対し、直流バイアス電流は直流バイアス源3から供給さ
れる。半導体レーザ光源1は周波数変調信号202で周波
数変調された光101を出力する。このとき、出力光101
は、半導体レーザ光源1の注入電流の変調のため、強度
変調と周波数変調が同時に施される。本発明では周波数
変調効果を利用するため、所望の周波数変調を得るとき
の注入電流の変調度は小さく、その結果、強度変調度は
小さい。また強度変調分は、外部変調器12,13によって
施される強度変調と同期するため、問題とならない。出
力光101は光カプラ19で2つの分岐光102,103に分けられ
る。2つの信号源8,9はクロック発生器5と同期し5Gb/s
のRZ信号203,204にそれぞれ独立に発生する。RZ信号203
はパルス幅可変回路10を経て強度変調信号205としてLiN
bO3の外部変調器12に与えられる。RZ信号204は、RZ信号
203と同様に、パルス幅可変回路11を経て強度変調信号2
06としてLiNbO3の外部変調器13に与えられる。
一方の分岐光102は、強度変調信号205を用いて外部変
調器12で強度変調される。また、他方の分岐光103は、
光遅延回路21で分岐光102に対して一定の時間だけ遅延
され、遅延光104になる。この遅延光104は、強度変調信
号206を用いてLiNbO3の外部変調器13で強度変調され
る。その結果、送信信号光105,106が得られる。この送
信信号光105と送信信号光106とは光カプラ20で時間多重
され、合波送信信号光107が得られる。合波送信信号光1
07は、1.3μm帯に零分散波長を有する光ファイバ2で
伝送された後、受信信号光108となる。受信信号光108は
光受信器32で検出される。光受信器32では、光電変換素
子としてアバランシェフォトダイオード22を用い、受信
信号光108から変換された電気信号を電気増幅器23で増
幅して信号を得ている。
次にこの光送信装置31の主要な部分の動作について更
に詳しく説明する。第2図にクロック信号と信号光との
位相関係をタイミングチャートで示す。
強度変調信号205と強度変調信号206との位相去は1/2
タイムスロットとし、パルスのパルス幅はパルス幅可変
回路10,11を用いて、1タイムスロットの範囲で任意に
設定される。この場合、1タイムスロット内で可能な限
りパルス幅が拡げられている。可変遅延器7を用いて周
波数変調信号202と強度変調信号205,206との位相差を調
整することによって、各送信信号105,106はマーク信号
の立ち上がり部で光周波数が低くなりかつ立ち下がり部
で光周波数が高くなるように設定される。その結果、従
来のプリチャープ法を用いた場合、10Gb/sのとき伝送可
能距離は約50kmであったのに対し、本装置で伝送した場
合、100km伝送後にも波形歪の小さい受信波形が得ら
れ、符号誤りの生じない良好な伝送を実現することがで
きた。
本発明にはこの他にも様々な変形例がある。光源とし
ては1.5μm帯の光源に限ることなく1.3μm帯でもその
他の波長でも良い。時間多重の数も2個に限ることなく
3個でもまたそれ以上でも良い。光源の出力光を分岐す
ることによる光強度の損失を補償するため、光増幅器を
用いても良い。外部変調器としてはLiNbO3の変調器の代
わりに半導体の外部変調器を用いてもよい。光遅延を行
なう場所として、分岐器と外部変調器の間の代わりに外
部変調器と合波器の間でもまた両方でも良い。また、ビ
ットレートは5Gb/sに限ることなく2Gb/sでも10Gb/sとす
ることもできる。半導体レーザを周波数変調する波形と
しては、正弦波に限ることなく鋸波でも三角波でもよ
い。伝送路は途中に光増幅器を増幅中継器として含む伝
送路でも良い。伝送路の光ファイバの零分散波長も1.3
μm帯に限ることはない。また受信器の構成も直接検波
に限ることなく、ヘテロダイン検波を用いることもでき
る。
(発明の効果) 本発明によれば、伝送路の分散の影響が大きい高速・
長距離伝送においても、分散の影響を低減あるいは補償
した伝送を可能とする光送信装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光送信装置の一実施例を示す構成図、
第2図は動作時における各信号と各信号光との位相関係
を示すタイミングチャートである。 1……半導体レーザ光源、2……光ファイバ、3……直
流バイアス源、4……加算器、5……クロック発生器、
6……可変減衰器、7……可変遅延器、8,9……信号
源、10,11……パルス幅可変回路、12,13……外部変調
器、19,20……光カプラ、21……光遅延器、22……アバ
ランシェ・フォト・ダイオード、23……電気増幅器、31
……光送信装置、32……光受信器。
───────────────────────────────────────────────────── 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 10/142 10/18 H04J 14/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロック信号を生成するクロック信号源
    と、1個の半導体レーザ光源と、前記半導体レーザ光源
    の注入電流にバイアスを与える直流バイアス源と、前記
    直流バイアス源の出力と前記クロック信号を加算しその
    出力を前記半導体レーザの注入電流に印加する加算器
    と、前記加算器に入力されるクロック信号の振幅及び位
    相をそれぞれ調節する可変減衰器及び可変遅延器と、前
    記クロック信号源の出力のクロック信号に同期し互いに
    独立な送信信号をそれぞれ生成するn個(nは3以上の
    正の整数)の送信信号源と、前記n個の送信信号源の出
    力のパルス幅をそれぞれ設定するn個のパルス幅変換器
    と、前記半導体レーザ光源の出力光をn個の経路に分岐
    する光分岐器と、前記n個のパルス幅変換器の出力信号
    を用いて前記n個の分岐出力光を強度変調した強度変調
    光をそれぞれ生成するn個の外部変調器と、前記n個の
    強度変調光間に時間差を与える光遅延手段と、前記n個
    の外部変調器からそれぞれ出力されるn個の強度変調光
    を合波し伝送路に送出する光合波器とを含み、前記光遅
    延手段は、前記光分岐器と前記外部変調器との間に設け
    られて前記n個の分岐出力光相互間に時間差を与える手
    段か、又は前記外部変調器と前記光合波器との間に設け
    られて前記n個の強度変調光間に時間差を与える手段か
    の少なくとも一方を備え、前記n個の強度変調光の各パ
    ルス内の前半部の光周波数を低く後半部は高くなるよう
    に前記可変遅延器を用いて前記加算器に入力されるクロ
    ック信号の位相を調節し、また前記半導体レーザ光源の
    出力光の光周波数変位量を調節するために前記可変減衰
    器を用いて前記加算器に入力されるクロック信号の振幅
    を調節することを特徴とする光送信装置。
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