JP4249093B2

JP4249093B2 - Ｃｓ−ｒｚ出力波長変換装置

Info

Publication number: JP4249093B2
Application number: JP2004173082A
Authority: JP
Inventors: 里江子佐藤; 敏夫伊藤; 祐史赤津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005354422A

Description

本発明は、高密度波長多重長距離伝送に適した光伝送符号を使用する場合の高密度波長多重用波長変換技術に関し、特にＣＳ−ＲＺ出力波長変換装置に関する。

将来の超高速基幹光ネットワークに適用可能な符号化技術として、ＮＲＺ（Non return zero) 符号、ＲＺ（Return to zero）符号が一般に知られているが、その他にも、ＣＳ−ＲＺ（キャリア抑圧ＲＺ）符号、ＤＣＳ−ＲＺ（Duobinary ＣＳ−ＲＺ）符号といった狭光変調帯域幅で且つ光非線形光学効果トレランスのある帯域圧縮光変調方式の符号化技術の研究が進められている。これらの符号化技術は光パルス列発生過程において、光パルス列の位相をビット毎にπ反転させて帯域圧縮を行っている（非特許文献１)。ネットワークの環境によっては、波長だけでなく、通常のＲＺ符号やＮＲＺ符号から、上記のようなＣＳ−ＲＺ符号への変換、またはＣＳ−ＲＺ符号間での波長変換技術が必要になると考えられる。

従来例１として、図４に通常使用されている従来のＲＺ出力波長変換器の構成を示す。このＲＺ出力波長変換器は、光合分波器４０１、入力データ光からクロック光を再生するクロック再生器４０２、および差分位相変調型波長変換器４０３で構成される。ここで、光合分波器４０１に入力する入力信号光は、波長λ_１でＲＺ（return to zero) 符号とする。光合分波器４０１で２分岐された入力データ光の一方は波長変換器４０３へ他方はクロック再生器４０２へ入力する。クロック再生器４０２としては例えば、モード同期半導体レーザ（ＭＬＬＤ：mode-locked laser diode）が挙げられる（非特許文献２）。クロック再生器４０２によって再生したクロック光の波長をλ_２とする。波長変換器４０３にデータ光（λ_１）とクロック光（λ_２）が入力すると、波長変換器４０３で差分位相変調型の波長変換動作が行われ、クロック光（λ_２）はデータ光（λ_１）によって変調を受ける。これによって波長λ_２のＲＺ信号光が波長変換器４０３から出力される。

従来例２として、図５に従来のＣＳ−ＲＺ出力波長変換器の構成を示す。このＣＳ−ＲＺ出力波長変換器は、従来例１の図４の構成のものに位相変調器５０４が付加された構成のものである。従来例１のＲＺ出力波長変換器と同じく、光合分波器５０１で２分岐された入力データ光の一方は波長変換器５０３へ、他方はクロック再生器５０２へと入力する。図中の太線は光信号、細線は電気信号を意味する。クロック再生器５０２から抽出されたクロック光（周波数ｆ、波長λ_２）は、光合分波器５０１からのデータ光（波長λ_１）と共に波長変換器５０３へ入力し、従来例１と同じ波長変換動作が行なわれ、後段の位相変調器５０４で０−π反転の位相変調が施される。位相変調器５０４へはクロック再生器５０２からの電気クロック信号（周波数ｆ／２、振幅電圧２Ｖπ）で駆動される。これによって、ＲＺ信号光の位相をビット毎にπ反転したＣＳ−ＲＺ符号の波長変換信号光（波長λ_２）が、位相変調器５０４から出力される。

従来例３として、図６にＯＥ−ＥＯ型（光電気−電気光型）の従来のＣＳ−ＲＺ出力波長変換器の構成を示す。このＣＳ−ＲＺ出力波長変換器は、３Ｒ受信器６０１とＣＳ−ＲＺ送信系とを組み合わせた構成のものである。ＣＳ−ＲＺ符号の入力信号光（波長λ_１）は、３Ｒ受信器６０１に入力して電気データ信号と電気クロック信号に変換される。３Ｒ受信器６０１から出力した電気データ信号は変調器６０２へ、電気クロック信号は位相変調器６０３へ入力する。電気クロック信号の入力条件は従来例２と同様である。変調器６０２へはＣＷ光源６０４から波長λ_２の光も入射しており、変調器６０２で波長λ_２の光にデータ（電気データ信号）が印加され、従来例２と同様に、位相変調器６０３で０−π反転の位相変調が施される。

Y. Miyamoto et al, Electron. Lett., vol. 35, pp. 2041-2042, 1999.) Y. Hashimoto et al., OFC′02 technical digest WV-5 S.Uokamura et al.,OFC04 FD3,2004）

しかしながら、上述した従来例１ではＣＳ−ＲＺ符号が出力されない。一方、従来例２および３では、ＣＳ−ＲＺ符号で出力するために、従来例１と比べてもう１台、位相変調器が必要となって構成が複雑になる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成要素数を増やさずにＣＳ−ＲＺ符号出力ができるＣＳ−ＲＺ出力波長変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のＣＳ−ＲＺ出力波長変換装置は、位相変調器（ＣＳ−ＲＺ光パルス生成部）と強度変調器（データ印加部）を一体化した波長変換器を含み、その波長変換器の位相変化部は高速電気信号で駆動可能な非線形媒体を含む、ことを特徴とする。

すなわち、本発明のＣＳ−ＲＺ出力波長変換装置は、入力データ光を２分岐する光合分波器と、前記光合分波器で２分岐された一方の前記データ光を入力してクロック光とクロック電気信号とを発生するクロック再生器と、前記光合分波器で２分岐された他方の前記データ光と、前記クロック再生器から出力された前記クロック光及び前記クロック電気信号とを入力して、前記クロック光を前記データ光の入力によって位相変調させると同時に、前記クロック電気信号の入力によってさらに位相変調を受けさせる波長変換器とを有し、前記波長変換器が、第１〜第５の光カプラと光導波路で構成される光干渉計内に、光入射によって屈折率が変化するとともに電気信号で駆動可能な非線形媒体からなり、前記クロック電気信号によって駆動される第１と第２の位相変化部を有し、前記データ光と前記クロック光が前記光干渉計に入射し、前記第１の光カプラは前記データ光を２分岐し、前記第２の光カプラは前記クロック光を２分岐し、前記第１の光カプラの一方の出力ポートに遅延時間τの遅延部が接続され、前記第３の光カプラは前記遅延部から出力される前記データ光と前記第２の光カプラの一方の出力ポートから出力される前記クロック光とを合波して前記第１の位相変化部に入力し、前記第４の光カプラは前記第１の光カプラの他方の出力ポートから出力される前記データ光と前記第２の光カプラの他方の出力ポートから出力される前記クロック光とを合波して前記第２の位相変化部に入力し、前記第５の光カプラは前記第１の位相変化部の出力と前記第２の位相変化部の出力とを合波し、前記第１及び前記第２の位相変化部において前記データ光が前記クロック光に乗り移って前記データ光の波長を変換するとともに、前記クロック光は前記データ光により位相変調を受けた後に時間差τをもって前記第５の光カプラで合波される差分位相変調型波長変換器であり、前記クロック電気信号の周波数は前記クロック光の周波数の１／２であり、前記クロック電気信号の振幅電圧は２Ｖπであり、該Ｖπは前記位相変化部を通過する前記クロック光の位相がπ変化するのに必要な入力振幅電圧であることを特徴とする。

また、前記波長変換器は、波長λ_１の前記入力データ光と波長λ_２の前記クロック光とを入力すると、波長λ_２のＣＳ−ＲＺ符号の波長変換光が出力されることを特徴とすることができる。

本発明によれば、上記構成により、ＮＲＺ、ＲＺ、またはＣＳ−ＲＺの符号の波長λ_１の入力データ光に対して、出力が波長λ_２のＣＳ−ＲＺ符号となる波長変換装置を従来の構成要素数と変わらずに簡単な構成で実現できるという効果を奏する。

また、本発明によれば、位相変調器（ＣＳ−ＲＺ光パルス生成部）と強度変調器（データ印加部）を一体化したため、波長変換器と位相変調器の間の遅延調整箇所が不要となる効果も奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の一実施形態におけるＣＳ―ＲＺ出力波長変換装置の概略構成を示す。このＣＳ―ＲＺ出力波長変換装置は、光カプラ（光合分波器）１０１、クロック再生器１０２、およびＣＳ―ＲＺ波長変換器１０３から構成される。ＣＳ−ＲＺ符号の入力データ光（波長λ_１、伝送速度Ｂ（Ｇｂ／ｓ））は光カプラ１０１で２分岐され、一方はクロック再生器１０２へ、もう一方は波長変換器１０３へ入力する。クロック再生器１０２によって再生されたクロック光（周波数ｆ、波長λ_２）及び、クロック信号（電気）（周波数ｆ／２、振幅電圧２Ｖπ）は共に波長変換器１０３へ入力する。

波長変換器１０３へ波長λ_１のデータ光と波長λ_２のクロック光が入射すると、クロック光はデータ光によって変調を受けるため、データ光の波長はλ_１からλ_２へ変換される。このとき、波長変換器１０３内の位相変化部（後述の図２の２０３，２０４）を通過するクロック光に対してビット毎に位相がπ反転するように、それら位相変化部は周波数ｆ／２、振幅電圧２Ｖπで変調される。

図２に上記のＣＳ―ＲＺ波長変換器１０３の構成例を示す。図２に示すＣＳ―ＲＺ波長変換器１０３は、差分位相変調型波長変換器であり、基板２０１上に光導波路２０２と位相変化部２０３及び２０４とから成るマッハツェンダ型の光干渉計が構成されている。２０５〜２０９は光カプラである。

クロック再生器１０２からのクロック光をポート２１０から入射すると、このクロック光は、光カプラ２０６で２分岐され、位相変化部２０３，２０４を通り、光カプラ２０７で合波されてポート２１１に出力する。

一方、光カプラ１０１からのＣＳ−ＲＺデータ光をポート２１２から入射すると、このＣＳ−ＲＺデータ光は光カプラ２０５で２分岐され、片方は遅延部２１３を介してポート２１４，残りの片方はポート２１５へ各々入射し、更に、各々カプラ２０８，２０９を通り、位相変化部２０３，２０４へ入射する。

位相変化部２０３，２０４の調整器を各々２１６，２１７とする。調整器２１６，２１７には伝送速度Ｂ／２（ＧＨｚ）のクロック信号（電気）が印加される。位相変化部２０３，２０４としては、光入射によって屈折率が変化すると共に、高速電気信号で駆動可能な非線形媒体、例えば電界吸収型変調器（Electro-Absorption Modulator, EAM ）が挙げられる。位相変化部２０３，２０４に、図２に示すようなパルス状の光が入射すると、過飽和吸収効果によって屈折率が急峻に減少するが、再び元の状態へ戻るために、ある程度の緩和時間が必要となる。そのため、データ光を遅延時間τだけずらして位相変化部へ入射することによって、この遅い位相変化をキャンセルアウトすることができ、急峻に位相変化の窓が開くことになる。このタイミングで、データ光が存在するときだけ、クロック光の出力ポートはバーからクロス（ポート２１１）へ切り替えられるため、クロック光に変調がかかる。

ポート２１１の後段の波長フィルタ２１８において波長λ_２のデータ光のみを切り出して、ＣＳ−ＲＺデータ光（波長λ_２）が出力される。このとき、両方の位相変化部２０３，２０４は周波数ｆ／２、振幅電圧２Ｖπで変調される。

図３は上から、光カプラ１０１に入射する入力データ光、ポート２１０に入射する入力クロック光、各位相変化部２０３，２０４への入力クロック信号（電気）、および光フィルタ２１８からの出力データ光の波形変化を示す。

クロック再生器１０２において、伝送速度Ｂ（Ｇｂ／ｓ）のＣＳ−ＲＺデータ（１０１１）からクロック抽出を行い、抽出された伝送速度Ｂ（ＧＨｚ）のクロック光と、伝送速度Ｂ／２（ＧＨｚ）のクロック信号（電気）が、図２の波長変換器１０３へ入力することによって、波長λ_２のＣＳ−ＲＺデータ光が出力される。

本発明のＣＳ―ＲＺ出力波長変換装置では、入力光信号が通常のＲＺ信号の場合でも、出力がＣＳ−ＲＺになるのは言うまでもない。

また、４０Ｇｂ／ｓ級のＮＲＺ波長変換動作（非特許文献３）は、入力光信号がＮＲＺ符号の場合でも、図２に示すような差分位相変調型波長変換器１０３を用いて可能であるため、本発明のＣＳ―ＲＺ出力波長変換装置おいても、そのような入力光信号は適用可能と考えられる。

本発明で用いられる差分位相変調型波長変換器１０３としては、位相変化部２０３，２０４と光導波路２０２とが同一半導体基板２０１上に一体的に作り込まれたモノリシック型であっても、ＰＬＣ（Planar lightwave circuit：平面光波回路）上に半導体光増幅器が搭載された構成であるハイブリッド型であっても構わない。また、データ光とクロック光が互いに対向入射する構成であれば、同波長を用いてもよい。

本発明の一実施形態におけるＣＳ―ＲＺ出力波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。図１の差分位相変調型波長変換器の構成例を示すブロック図である。本発明のＣＳ―ＲＺ出力波長変換装置における入出力波形を示す波形図である。従来例１のＲＺ出力波長変換器の構成例を示すブロック図である。従来例２のＣＳ−ＲＺ出力波長変換器の構成例を示すブロック図である。従来例３のＣＳ−ＲＺ出力波長変換器の別の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０１光カプラ（光合分波器）
１０２クロック再生器
１０３ＣＳ―ＲＺ波長変換器
２０１基板
２０２光導波路
２０３，２０４位相変化部
２０５〜２０９光カプラ
２１０，２１１，２１２ポート
２１３遅延部
２１４，２１５ポート２１５
２１６，２１７調整器
２１８波長フィルタ
４０１、５０１、６０１光合分波器
４０２、５０２クロック再生器
４０３，５０３波長変換器
５０４、６０３位相変調器
６０１３Ｒ受信器
６０２変調器
６０４ＣＷ光源

Claims

入力データ光を２分岐する光合分波器と、
前記光合分波器で２分岐された一方の前記データ光を入力してクロック光とクロック電気信号とを発生するクロック再生器と、
前記光合分波器で２分岐された他方の前記データ光と、前記クロック再生器から出力された前記クロック光及び前記クロック電気信号とを入力して、前記クロック光を前記データ光の入力によって位相変調させると同時に、前記クロック電気信号の入力によってさらに位相変調を受けさせる波長変換器とを有し、
前記波長変換器が、
第１〜第５の光カプラと光導波路で構成される光干渉計内に、光入射によって屈折率が変化するとともに電気信号で駆動可能な非線形媒体からなり、前記クロック電気信号によって駆動される第１と第２の位相変化部を有し、
前記データ光と前記クロック光が前記光干渉計に入射し、前記第１の光カプラは前記データ光を２分岐し、前記第２の光カプラは前記クロック光を２分岐し、前記第１の光カプラの一方の出力ポートに遅延時間τの遅延部が接続され、前記第３の光カプラは前記遅延部から出力される前記データ光と前記第２の光カプラの一方の出力ポートから出力される前記クロック光とを合波して前記第１の位相変化部に入力し、前記第４の光カプラは前記第１の光カプラの他方の出力ポートから出力される前記データ光と前記第２の光カプラの他方の出力ポートから出力される前記クロック光とを合波して前記第２の位相変化部に入力し、前記第５の光カプラは前記第１の位相変化部の出力と前記第２の位相変化部の出力とを合波し、
前記第１及び前記第２の位相変化部において前記データ光が前記クロック光に乗り移って前記データ光の波長を変換するとともに、前記クロック光は前記データ光により位相変調を受けた後に時間差τをもって前記第５の光カプラで合波される差分位相変調型波長変換器であり、
前記クロック電気信号の周波数は前記クロック光の周波数の１／２であり、前記クロック電気信号の振幅電圧は２Ｖπであり、該Ｖπは前記位相変化部を通過する前記クロック光の位相がπ変化するのに必要な入力振幅電圧であることを特徴とするＣＳ−ＲＺ出力波長変換装置。
前記波長変換器は、波長λ_１の前記入力データ光と波長λ_２の前記クロック光とを入力すると、波長λ_２のＣＳ−ＲＺ符号の波長変換光が出力されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＣＳ−ＲＺ出力波長変換装置。