JP4590626B2 - 可変分散補償装置 - Google Patents

Description

この発明は、高速通信に用いる光信号を種々の地点間で長距離に渡って伝送する際に通信の障害となる伝送路の分散の影響を抑制する可変分散補償装置に関している。

インターネットや携帯電話のデータ通信システムでは従来の固定音声電話で用いられていた回線交換システムに代わって、パケット交換システムが用いられている。パケット交換システムヘにおいては交換機に到着する多数のパケットのタイミングを調整し、互いに衝突することのないように、それぞれの宛先にパケット信号を伝送することが必要である。特に、伝送に光ファイバを使った高速システムの場合、既存のパケット交換システムでは、光信号を一旦、電気信号に変換し、メモリーに保存する。宛先に応じて適切な光ファイバを選択し、所望のタイミングで再び電気信号から光信号に変換し、伝送する。しかし、この方法では電気信号を処理する部分の動作速度に限界があり、大容量かつ高速といった光信号の特長を活用しきれないという問題がある。

これに対し、光信号のままでタイミングおよび宛先の制御を実現しようという試みがある。現状では光信号を高速に記憶することが可能なランダムアクセスメモリは実現していないので、多数の長さの異なる光ファイバを使った遅延線（ファイバ内を光が通過する際の時間遅れを利用する）を切り替えてタイミングを制御し、バッファメモリを構成するという方法がとられている。この方法では光信号を電気信号に変換することなく制御できるので、数ギガビット毎秒以上の超高速光伝送にも対応可能である。しかし、多数の光ファイバを使った遅延線とそこでの損失を補償するための光アンプが必要となり、構成が複雑になるという欠点があった。

これについて、特許文献１には１つの光ファイバループ内に波長変換装置と損失補慣用の光アンプをもち、ループから光を出し入れするための帯域制限型光入出カポートを備える可変光遅延装置が記載されている。帯域制限型光入出カポートは２つのサーキュレータに挟まれた帯域制限光フィルタからなる。帯域制限光フィルタは、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で作られたものである。入力光は、光ポートを経てファイバループに入り、周回する。光信号は、光単側波帯（ＳＳＢ）変調器で波長変換され、１周回ごとに波長がシフトしながらループ内を周回し、波長が光入出力ポートの反射帯域外となったときに出力として取り出される。

また、特許文献１の可変光遅延装置では、入出カポートのＦＢＧの特性が可変光ディレイ全体の性能に大きな影響を与える。反射帯域内の光はＦＢＧで反射されてループに戻るが、ＦＢＧは分散特性を持つため、光が反射されるときの遅延時間は、光波長に依存して大きく変わる場合がある。

一般に、長距離高速伝送を行う場合、光ファイバ内での分散の影響により波形劣化が生じる。ファイバ内での分散の影響は外乱により変動するので、これに対応する可変技術の開発が進められている。さらに、パケット交換システムでは各光信号の発信点が異なるため、それぞれの伝搬距離が異なり、分散補償量もその都度大きく変化させる必要がある。

そこで、本発明では、例えば、ＦＢＧで発生する分散の影響を逆に利用する。ＦＢＧを可変なものとするとともに、光ＳＳＢ変調器により周回数を制御することにより、可変範囲が広く、かつ補償量の大きな可変分散補償装置を構成する。

本発明では、その透過特性あるいは反射特性を外部から変えることのできる可変ＦＢＧを用いるが、このような素子は、例えば非特許文献１に記載されており、その構造、製造方法、あるいは使用方法については既に知られている。
特開２００１−２０９０８２号公報 特開２００１−２６４８２５号公報 S.Matsumoto, et al., "Tunable dispersion equalizer with a divided thin film heater", Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, Technical Digest Series, Conference Edition, TuS4-1〜TuS4-3, March 20, 2001. （マツモト、他、「分割した薄膜ヒータを用いた可変分散補償器」）

この発明の課題は、可変範囲が広く、かつ補償量の大きな可変分散補償装置を構成することである。

この発明により、種々の地点間の種々の距離で行われる長距離高速通信において光信号を伝送する際に、通信の障害となる伝送路の分散の影響を、その通信地点間の情報をもとに抑制することができるようになり、より高速の光通信が可能になる。

この発明は、光信号を伝送する前に伝送路の波長分散を補償するか、受信した後に補償するかすることにより、伝送路の波長分散特性の影響を抑制する可変分散補償装置である。

このための可変分散補償装置を光信号の入力部と出力部とを備え、波長分散特性をもった分散素子と、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタとを、該入力部から出力部に至る光路上に設ける。所定の波長帯域の光信号については、上記分散素子から上記波長シフタの入力へ伝送され、上記波長シフタの出力から上記分散素子へ伝送されるという巡回光路を辿る。また、入力された光信号は、上記巡回光路を予め決められた回数巡回してから上記の出力部に至るようにする。上記分散素子は、上記光信号に随伴するアドレス信号を読取部で入力し該アドレス信号に応じて決められた制御信号を制御部から上記分散素子に出力して上記波長分散特性を調整可能なものであり、上記波長シフタによる波長シフト量を調整して巡回回数を決めるものである。

また、通信装置に使用する場合には、このための可変分散補償装置では、上記光信号は受信した光信号であり、上記アドレス信号は、送信元のアドレスを示すものであり、送信から受信までに受けた波長分散を補償するものである。

また、本発明の可変分散補償装置を、送信する光信号のあて先に関する情報をもとに送信する光信号に予め分散補償を行う装置とするには、上記光信号は送信する光信号であり、上記アドレス信号は、送信先のアドレスを示すものであり、送信から受信までに受ける波長分散を予め補償するものとする。

また、上記巡回回数は、上記アドレス信号をもとに決められた分散を実現するシフト量から決める。

また、光信号に与える上記分散は、分散素子のもつ分散特性の巡回回数の累積である。

また、本発明の可変分散補償装置について、光の入力部から出力部に至る光路に入力された上記光信号は、第１のサーキュレータ、分散素子、第２のサーキュレータを通り、第２のサーキュレータの出力が波長シフタの入力に伝送され、前記波長シフタの出力が第２のサーキュレータの入力に伝送されるループ状の光路を巡回して、第２のサーキュレータから、上記の分散素子、第１のサーキュレータ、を通って出力部に至る光路を辿る。上記の分散素子は、入力された光信号の波長と出力部に至る光信号の波長との間に反射帯域を有する分散素子である。

また、本発明の可変分散補償装置について、光の入力部から出力部に至る光路に入力された上記光信号は、第１のサーキュレータ、反射素子、を通り、ループ状の光路を巡回して、上記の反射素子、第１のサーキュレータ、を通って出力部に至る光路であり、上記の反射素子は、入力された光信号の波長と出力部に至る光信号の波長との間に反射帯域を有する反射素子であり、上記ループ状の光路は、第２のサーキュレータと波長シフタと分散素子とを結ぶ光路を含むものとする。

また、本発明の可変分散補償装置について、光の入力部から出力部に至る上記光路は、入力された光信号が巡回光路を通って出力部に至る光路であり、上記の巡回光路は、入力された上記光信号が第１のサーキュレータ、第１の反射手段、可変分散素子、波長シフタ、第２のサーキュレータ、第２の反射手段を順に辿り、第２の反射手段、第１の反射手段を介して第１のサーキュレータに戻る巡回光路であっても構成することができる。ここで、第１の反射手段は、入力された光信号を反射するが、波長シフトされた光は透過する反射手段であり、第２の反射手段は、予め決められた回数に渡り波長シフトされた後に出力部に至る光信号を反射するが、その回数に至らない光信号は透過する反射手段である。また、上記の巡回光路を巡回する光信号は、上記可変分散素子により波長分散を与えられた後、第２のサーキュレータから出力される。

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。先ず本発明の実施例を図１を用いて説明する。

図１は、受信した後に補償する可変分散補償装置１００を示すブロック図である。受信した光信号に随伴された情報をもとに受信した光信号の分散補償を行う装置であって、受信した光信号の入力部と出力部とを備えている。また、入力部と出力部の間に分散修正部１０１が設けられ、ここで波長分散の修正が行われる。この分散修正部１０１は、後に説明する分散修正部２０１で置き換えて動作させることもできる。

分散修正部１０１には、可変ＦＢＧ１４を用いたもので、波長分散特性をもった分散素子と、光ＳＳＢ変調器６を用いたもので入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタとが、該入力部から出力部に至る光路上に設けられている。このシフト量は、変調周波数の増減によって調整する。入力された光信号は、サーキュレータ２−１、可変ＦＢＧ１４、サーキュレータ２−２を通って上記の分散素子（可変ＦＢＧ１４）と上記の波長シフタ（光ＳＳＢ変調器６）とを含む光路に導入され、この光路を巡回してから上記の出力部に至り、出力される。ここで可変ＦＢＧ１４の反射特性は、入力信号（λ_in）と出力信号（λ_out）とは透過するが、その波長シフトの途中にある光信号は、反射するものである。分散素子としては、この条件を満たしながら、可変ＦＢＧ４の波長分散特性を変えることができるものを用いる。また、入力信号（λ_in）と出力信号（λ_out）とが入れ替わるような周波数関係の場合には、周波数シフトの増減が逆になる。

この際、光パケット信号におけるラベルなどの受信した光信号に随伴された情報を読取部２２で読み取る。この読取部での光信号は、分散補償がまだ行われていない信号であるので、この部分におけるデータ伝送率を低く設定しておくことが望ましい。読取部２２で読み取られた付加情報、特に、その光信号の発信地点を示す情報を制御部に送る。制御部においては、発信地点と予め用意したデータベースとを照合して、その発信地点に対応した波長分散補償値を検索し、可変ＦＢＧに設定した特性に照らし合わせて光信号が光路５を巡回する回数を決め、この値から高周波発信器９の発振周波数を決める。また、可変ＦＢＧは、その反射帯域あるいは、波長分散特性を変えることができる。入力された光信号に、要求される分散補償を行うためには、高周波発信器９の発振周波数と、可変ＦＢＧの反射帯域あるいは波長分散特性とを調整することが望ましい。

また、図２は、光信号を伝送する前に伝送路の波長分散を補償する可変分散補償装置２００を示すブロック図である。これは、送信する光信号のアドレス情報をもとに送信する光信号の分散補償を前もって行う装置であって、分散補償を前もって行う光信号の入力部と出力部とを備えている。また、入力部と出力部の間に分散修正部２０１が設けられ、ここで波長分散の修正が行われる。この分散修正部２０１は、上記の分散修正部１０１で置き換えて動作させることもできる。また、可変分散素子１５としては、透過型の可変分散素子を用いるが、図２に示すように、サーキュレータ２−３と反射型の可変ＦＢＧ１４とを用いたものでもよい。透過型の可変分散素子もＦＢＧを用いて構成することができる。

分散修正部２０１では、入力された光信号が、サーキュレータ２−１、ＦＢＧ４、サーキュレータ２−２を通って分散素子と上記の波長シフタとを含む光路に導入され、この光路を巡回してから上記の出力部に至り、出力される。ここで、ＦＢＧ４の反射特性は、図３（ａ）に示すものであり、光信号が上記の光路を巡回する回数を決めるひとつの要素となる。入力信号（λ_in）と出力信号（λ_out）とは透過するが、その波長シフトの途中にある光信号は、反射する必要がある。入力信号（λ_in）と出力信号（λ_out）とが入れ替わるような周波数関係の場合には、周波数シフトの増減が逆になる。また、光路５を巡回する光信号は、可変ＦＢＧ１４の分散特性を用いて波長分散の修正が行われ、光ＳＳＢ変調器６で波長シフトが行なわれ、必要に応じて増幅器７で増幅される。増幅された光信号は、サーキュレータ２−２と通ってＦＢＧ４に至るが、ＦＢＧ４を透過できる周波数になっていなければ、再び光路５を巡回する。ＦＢＧ４を透過できる周波数になっていれば、サーキュレータ２−１を通って出力される。

ここで、ＦＢＧ４の反射特性としては、図３（ａ）に示すように、ＦＢＧ４への入力信号（λ_in）から出力信号（λ_out）へ至るまでの中間の信号を反射する必要がある。また、図２に示すように、光ＳＳＢ変調器６の前に光信号が通過するように設けられた場合は、可変ＦＢＧ１４の反射特性は、図３（ｂ）に示すように、少なくとも、ＦＢＧ４への入力信号（λ_in）から、波長シフトに関して出力信号（λ_out）となる直前の信号までを反射する必要がある。出力信号（λ_out）を反射する特性であってもよい。もし、光ＳＳＢ変調器６の後に光信号が通過するように設けられた場合は、図３（ｃ）に示すように、少なくとも、ＦＢＧ４への入力信号（λ_in）の直後から、波長シフトに関して出力信号（λ_out）までを反射する必要がある。入力信号（λ_in）を反射する特性であってもよい。

ここで、可変ＦＢＧ１４には、例えば、非特許文献１で報告された可変分散補償器用のＦＢＧを用いることができる。しかし、本発明に適用できるものは、このＦＢＧに限る必要はなく、外部から制御できる波長分散特性と、上記の反射特性をもてばよいことは明らかである。

送信する光信号のアドレス情報をもとに送信する光信号の分散補償を前もって行うためには、レーザ発振と光変調を行なう発振部２５に供給する送信データ２６を制御部にも供給する。制御部では、予め用意したデータから、あて先情報に対応する補償すべき分散値を求め、この補償のために必要な光ＳＳＢ変調器に供給する変調信号の周波数を決める。この変調信号は、正弦波あるいは余弦波である。また、可変ＦＢＧの設定を行って、光信号が巡回ごとに受ける分散値を決める。この装置の運用に当たっては、巡回回数と分散値との最適な組み合わせを選択することが望ましい。

［参考例］
図１あるいは図２に示した可変分散補償装置では、出力される光信号の周波数は、入力時のものからシフトされている。このような周波数シフトがなるべく少ない方が望ましい場合がある。図４に示す構成では、分散修正部を２つに分けて、それぞれの周波数シフトが相殺する構成としている。ここで、可変ＦＢＧは、それぞれの分散修正部に設けてあるが、これは、一方のみに設けることもできる。また、それぞれの光ＳＳＢ変調器に印加する変調信号の周波数は、必ずしも同じである必要はない。

上記の図１あるいは図２の可変分散補償装置では、分散補償用に１つの可変ＦＢＧを用いているが、この代わりに一対の可変ＦＢＧを用いることができる。図５（ａ）に示す光回路は、分散修正部を狭い透過帯域を持った１対のＦＢＧを用いた光フィルタで構成した例である。図５（ｂ）に示すように、可変光フィルタＦＢＧａの特性は入力信号（λ_in）について透過であるが、それ以外では反射である。また、可変光フィルタＦＢＧｂの特性は出力信号（λ_out）について透過であるが、それ以外では反射である。このような光フィルタを用いて図５（ａ）の光回路を構成することにより、実質的に、図１の可変ＦＢＧ１４と同様の機能を果たすことができる。図６は、図５（ａ）の光回路を用いて構成した分散修正部１０１あるいは２０１に相当するもので、図１の分散修正部と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂを制御信号２４で制御する。この際可変ＦＢＧ１４は用いない。また、図６の構成を図２の分散修正部と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、ＦＢＧｂではなく、可変ＦＢＧ１４を制御信号２４で制御する。

しかし、図６の構成ではサーキュレータの使用に無駄があるので、これを整理すると図７に構成となる。これを図１の構成と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂを制御信号２４で制御する。この際可変ＦＢＧ１４は用いない。また、図７の構成を図２の構成と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂではなく、可変ＦＢＧ１４を制御信号２４で制御する。

上記の参考例に於いては狭い透過帯域を持った１対のＦＢＧを用いた光フィルタで構成した例を示したが、狭い反射帯域を持った１対のＦＢＧを用いた光フィルタで同様の機能を実現することができる。図８に示す光回路は、狭い反射帯域を持った１対のＦＢＧを用いた光フィルタで、分散修正部を構成した例である。図９（ａ）に示すように、可変光フィルタＦＢＧａの特性は入力信号（λ_in）について反射であるが、それ以外では透過である。また、図９（ｂ）に示すように、可変光フィルタＦＢＧｂの特性は出力信号（λ_out）について反射であるが、それ以外では透過である。また、図９（ｃ）に示すように、可変ＦＢＧの特性は、入射光あるいは出射光の間の周波数シフト光については、反射である。このような光フィルタを用いて図８の光回路を構成することにより、分散修正部１０１あるいは２０１に実質的に相当するものを得ることができる。図８のブロック図に示す分散修正部で、図１の分散修正部と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂを制御信号２４で制御する。この際、可変ＦＢＧ１４は用いない。また、図８の構成を図２の分散修正部と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂではなく、可変ＦＢＧ１４を制御信号２４で制御する。

しかし、図８の構成ではサーキュレータの使用に無駄があるので、これを整理すると図１０の構成となる。これを図１の分散修正部と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂを制御信号２４で制御する。この際可変ＦＢＧ１４は用いない。また、図７の構成を図２の分散修正部と同様の機能にするためには、ＦＢＧａ、あるいは、ＦＢＧｂではなく、可変ＦＢＧ１４を制御信号２４で制御する。

本発明の可変分散補償装置により、光信号を伝送する前に伝送路の波長分散を補償するか、受信した後に補償するかすることにより、伝送路の波長分散特性の影響を抑制することができ、高速通信が実現できる。波長分散の補償においては、送信地点と受信地点に応じてその補償値を予め最適な値を調べてデータベースとしておき、あて先、あるいは、発信元に応じて、その最適な補償値を用いるようにしたので、波長分散補償が容易に行えるようになり、送信地点や受信地点が変わっても、高い通信速度を維持することができる。

本発明の実施例１の構成を示すためのブロック図である。 本発明の実施例２の構成を示すためのブロック図である。 本発明の実施例１，２で用いるＦＢＧの特性を示すための特性図である。 参考例の構成を示すためのブロック図である。 参考例の構成を示すためのブロック図である。 参考例の構成を示すためのブロック図である。 参考例の構成を示すためのブロック図である。 本発明の実施例３の構成を示すためのブロック図である。 本発明の実施例３で用いるＦＢＧの特性を示すための特性図である。 本発明の実施例３の構成を示すためのブロック図である。

１ 光路
２、２−１、２−２、２−３ サーキュレータ
３ 光路
４、４−１、４−２，４−３ ＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング）
５ ループ光路
６ 光ＳＳＢ変調器
７ ＥＤＦＡ（エルビウムをドープしたファイバー型の増幅器）
８ バイアス電源
９ 高周波発振器
１０−１、１０−２、１０−３、１０−４ サーキュレータ
１４ 可変ＦＢＧ
１５ 可変分散素子
２０ 制御信号線
２１ 光カプラ
２２ 読取部
２３ 制御部
２４ 制御信号線
２５ 発振部
２６ 送信データ
１００、２００ 可変分散補償装置
１０１、２０１ 分散修正部

Claims (8)

1. 光信号の入力部と出力部とを備え、波長分散特性をもった分散素子と入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタとが、該入力部から出力部に至る光路上に設けられており、
   所定の波長帯域の光信号については、上記分散素子から上記波長シフタの入力へ伝送され、上記波長シフタの出力から上記分散素子へ伝送されるという巡回光路を辿るものであり、
   入力された光信号は、上記巡回光路を予め決められた回数巡回してから上記の出力部に至るもので、
   上記分散素子は、上記光信号に随伴するアドレス信号を読取部で入力し該アドレス信号に応じて決められた制御信号を制御部から上記分散素子に出力して上記波長分散特性を調整可能なものであり、
   上記波長シフタによる波長シフト量を調整して巡回回数を決めるものであることを特徴とする可変分散補償装置。
2. 上記光信号は受信した光信号であり、
   上記アドレス信号は、送信元のアドレスを示すものであり、
   送信から受信までに受けた波長分散を補償するものであることを特徴とする請求項１に記載の可変分散補償装置。
3. 上記光信号は送信する光信号であり、
   上記アドレス信号は、送信先のアドレスを示すものであり、
   送信から受信までに受ける波長分散を予め補償するものであることを特徴とする請求項１に記載の可変分散補償装置。
4. 上記巡回回数は、上記アドレス信号をもとに決められた分散を実現するシフト量から決められることを特徴とする請求項１、２あるいは３のいずれか１つに記載の可変分散補償装置。
5. 光信号に与える上記分散は、分散素子のもつ分散特性の巡回回数の累積であることを特徴とする請求項１、２あるいは３のいずれか１つに記載の可変分散補償装置。
6. 光の入力部から出力部に至る光路に入力された上記光信号は、
   第１のサーキュレータ、分散素子、第２のサーキュレータを通り、
   第２のサーキュレータの出力が波長シフタの入力に伝送され、前記波長シフタの出力が第２のサーキュレータの入力に伝送されるループ状の光路を巡回して、
   第２のサーキュレータから、上記の分散素子、第１のサーキュレータ、を通って出力部に至る光路を辿り、
   上記の分散素子は、入力された光信号の波長と出力部に至る光信号の波長との間に反射帯域を有する分散素子であることを特徴とする請求項１、２、３、４あるいは５のいずれか１つに記載の可変分散補償装置。
7. 光の入力部から出力部に至る光路に入力された上記光信号は、
   第１のサーキュレータ、反射素子、を通り、
   ループ状の光路を巡回して、
   上記の反射素子、第１のサーキュレータ、を通って出力部に至る光路を辿り、
   上記の反射素子は、入力された光信号の波長と出力部に至る光信号の波長との間に反射帯域を有する反射素子であり、
   上記ループ状の光路は、第２のサーキュレータと波長シフタと分散素子とを結ぶ光路を含むことを特徴とする請求項１、２、３、４あるいは５のいずれか１つに記載の可変分散補償装置。
8. 光の入力部から出力部に至る上記光路は、入力された光信号が巡回光路を通って出力部に至る光路であり、
   上記の巡回光路は、入力された上記光信号が第１のサーキュレータ、第１の反射手段、可変分散素子、波長シフタ、第２のサーキュレータ、第２の反射手段を順に辿り、第２の反射手段、第１の反射手段を介して第１のサーキュレータに戻る巡回光路であり、
   第１の反射手段は、入力された光信号を反射するが、波長シフトされた光は透過する反射手段であり、
   第２の反射手段は、予め決められた回数に渡り波長シフトされた後に出力部に至る光信号を反射するが、その回数に至らない光信号は透過する反射手段であり、
   上記の巡回光路を巡回する光信号は、上記可変分散素子により波長分散を与えられた後、第２のサーキュレータから出力されることを特徴とする請求項１に記載の可変分散補償装置。

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