JP4818185B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力する光送信装置、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を受信してローカル光を用いたコヒーレント検波により前記ベースバンド信号を復調する光受信装置、および、これらの光送信装置と光受信装置で構成される光通信システムに関するものである。

複数波長の変調光信号を伝送する光通信システムにおいて、光受信装置で変調光信号を受信する際に、ローカル光信号を用いたコヒーレント検波により、光フィルタを用いずに高い波長選択性を実現する方法が提案されている（非特許文献１参照）。

一例として、図２０、図２１に、コヒーレント検波により複数波長の光信号から所望の波長チャネルの信号を抽出する従来の光通信システムを示す。図２０は、従来の光通信システムの光送信装置の構成例と、構成例の９ａ，９ｂにおける信号を示している。光送信装置４１は、多波長光源４３で、所定の波長間隔の多波長光信号（９ａ）を生成し、波長分波器４４で分波した後、光変調器４５で各波長チャネルに対応した送信データ信号により変調し、波長合波器４６で合波して多波長変調信号（９ｂ）を光受信装置に送信する。

図２１は、従来の光通信システムの光受信装置の構成例と、構成例の９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅにおける信号を示している。図２１を用いて、光受信装置４２における、複数波長の変調光信号からの所望の波長チャネルのデータ信号の抽出について説明する。光受信装置４２は、受信した光信号（９ｂ）を、光合波器４８において、単一スペクトル光源４７の光信号であるローカル光と合波し、合波した信号（９ｃ）を受光素子４９で受光することでコヒーレント検波を行って出力電気信号（９ｄ）を生成する。ここで、ローカル光の波長を、受信した光信号のうち所望の波長チャネルに近接するように設定することで、受光素子４９の後段におけるフィルタ５０で、所望の波長チャネルに含まれるデータ信号を有する電気信号だけを抽出することができ、このフィルタ５０の出力電気信号を復調器５１で復調することで所望の波長チャネルのデータ信号（９ｅ）を再生することができる。

さらに、ローカル光を出力する光源として波長可変光源を用いれば、抽出する波長チャネルを選択的に変えられるので、光送信装置から送信する光信号を、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送によりユーザ多重／サービス多重し、光受信装置においては、通過特性等が固定された波長フィルタを用いることなく、ＷＤＭ信号から必要に応じて所望の信号を抽出する柔軟な光通信システムを実現することができる。

また、ローカル光は必ずしも無変調の単一スペクトルの状態である必要はなく、非特許文献１に示されるように、ローカル光の波長が高速に変化していても、受信する変調光信号の変調成分（例えば振幅成分）に干渉しなければ、所望のデータを受信することが可能である。これにより、ローカル光を出力する光源を、光受信装置から光送信装置への上り方向のデータ送信の光源として共用することも可能である。

このように、光送信装置から複数波長の光信号を送信する光通信システムにおいて、光受信装置で、出力光信号の波長を任意に設定できる波長可変光源をローカル光として用いることで、光フィルタを用いることなく高い波長選択性を実現することが可能である。
成川聖、三条広明、桜井尚也、雲崎清美、今井崇雅"光ＦＤＭアクセスにおける直接変調を用いた送信／局発光源の共用化"２００５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１０−５７、（２００５）

上述した従来の光通信システムの場合は、単一スペクトルの光搬送波信号をローカル光に用いてコヒーレント検波することで、数多くの波長の光信号から所望の光信号だけを抽出する光チューナ機能を実現しているが、光送信装置側においては、チャネル数に応じた複数波長の光信号を発生させるため、数多くの光源、光変調器を設置する必要があり、構成が複雑で、波長チャネル数を増大してシステムを大容量化する際の拡張性に乏しい。

また、それぞれの光受信装置で受信できる信号の受信レートが、上述した複数波長の光信号の各波長チャネルあたりの伝送レートに限定されてしまうという課題を有している。この課題を解消し、受信レートを可変にする手段としては、第１に、それぞれの光受信装置において複数波長のローカル光を用いて、複数の波長チャネルの信号を同時に受信することが考えられるが、受信する波長チャネルの数に応じたローカル光源、復調回路が必要であり、光受信装置の構成が複雑になる。また第２に、光送信装置において、必要に応じて各波長チャネルの伝送レートを変化させる手段も考えられるが、この場合、それぞれの波長に対応して変調帯域が可変の送信回路を設置する必要があり、構成が複雑になる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光送信装置が、単一の光源と単一の光変調器を用いた簡易な構成で複数チャネルの光信号を一括して発生させ、また、光受信装置が、単一のローカル光源を用いた簡易な構成で複数のチャネルの光信号を一括して復調することで、拡張性に優れる光通信システムを提供することにある。

上述の目的を達成するため、第１の発明は、光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、前記光送信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記波長掃引型光源の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、前記光変調器の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、を備え、前記光受信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記複数波長の変調光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、前記光送信装置は、一定の繰り返し周波数でパルス光信号を出力するパルス光源と、前記パルス光源のパルス光信号に対し、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器と、前記光チャープ変調器の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、前記光変調器の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、を備え、前記光受信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記複数波長の変調光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、を備えることを特徴とする。

第３の発明は、光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、前記光送信装置は、入力するベースバンド信号のパルスに応じて出力光の電力を制御すると同時に、所定の繰り返し周波数で出力光信号の波長を掃引することが可能な高速周波数変調光源と、前記高速周波数変調光源の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、を備え、前記光受信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記複数波長の変調光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明〜第３の発明のいずれかの光通信システムであって、前記光送信装置は、前記分散媒質の出力光信号に対して、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器を備えることを特徴とする。

第５の発明は、光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、前記光送信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記波長掃引型光源の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、を備え、前記光受信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、前記分散媒質の出力光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、を備えることを特徴とする。

第６の発明は、光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、前記光送信装置は、一定の繰り返し周波数でパルス光信号を出力するパルス光源と、前記パルス光源のパルス光信号に対し、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器と、前記光チャープ変調器の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、を備え、前記光受信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、前記分散媒質の出力光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、を備えることを特徴とする。

第７の発明は、光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、前記光送信装置は、入力するベースバンド信号のパルスに応じて出力光の電力を制御すると同時に、所定の繰り返し周波数で出力光信号の波長を掃引することが可能な高速周波数変調光源を備え、前記光受信装置は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、前記複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、前記分散媒質の出力光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、を備えることを特徴とする。

第１〜７の発明によれば、光送信装置は、単一の光源（波長掃引型光源）と光変調器で複数チャネルの光信号を発生できるため、光部品点数が少なく、また、光受信装置において、単一の光源だけを用いて、受信する多波長の光信号のうち複数の波長チャネルの光信号を一括して受信することができるため、波長チャネル数を増大して光通信システムを大容量化する際のスケーラビリティに優れる。また、光受信装置の波長掃引型光源の波長掃引特性を調整することで、前記一括受信する波長チャネル数を変化させ、受信レートを可変にできる。

以上説明したように、本発明の光送信装置は、単一の光源の出力光信号を基に波長が掃引した光信号を発生させ、単一の光変調器を用いてベースバンド信号で変調することで、時間軸、波長軸に拡がりを有する複数チャネルの光信号を一括して発生させることができる。
また、本発明の光受信装置は、所定の繰り返し時間で任意の範囲で波長掃引されたローカル光を用いて、受信した複数波長の光信号をコヒーレント検波することで、単一の波長チャネルに限定せず、複数の波長チャネルの信号を一括して受信することが可能で、さらに、前記の波長掃引特性を調整することで、受信信号のレートを可変にできる。
以上の効果により、これらの光送信装置、光受信装置を用いることで、従来の技術に比べて拡張性に優れた光通信システムを提供することが可能である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの光送信装置の構成例と、構成例の１ａ，１ｂ,１ｄにおける信号と、分散媒質の分散特性を示している。光送信装置１は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数（周期）でスイープ（掃引）するスイープ光源（波長掃引型光源）１１と、スイープ光源１１の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器１２と、光変調器１２の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質１３とを備える。

第１の実施形態では、光送信装置１において、スイープ光源１１から出力された周期Ｔの波長スイープ光信号（１ａ）を、各波長チャネルの送信データを時間軸上で多重したデータ信号により光変調器１２で変調する。変調光信号（１ｂ）は、１ａのようなスペクトラムを有する波長スイープ信号光が光変調器１２によって短いパルス光に変調されることにより、信号光のスペクトラムが拡がることを表している。さらに、１ｃに示す分散特性を有する分散媒質１３を通過させることで、１ｄに示すように、データが時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）された光信号（ＯＴＤＭ信号：１ｂ）を、チャープ（シンボル長：Ｔ）した多波長変調信号（１ｄ）に変換した後、光受信装置に送信する。

周期Ｔの波長スイープ光信号（１ａ）は、例えば、図３に示すように、レーザの注入電流を変化させることで出力波長を制御する直接変調レーザ１９に、周期Ｔのランプ波形の注入電流を印加することで容易に生成でき、また、図４に示すように、レーザ（単一スペクトル光源）２０の出力を位相変調器２１に接続し、この位相変調器２１に周期Ｔのパラボラ型波形の電圧を入力することでも生成できる。さらに、図５に示すように、レーザ２３の一方の反射端に外部共振器２２を接続し、この外部共振器２２に制御信号を入力して外部共振器内の光導波路の屈折率を変化させる、もしくは、機械的回転により外部共振器と光路との間の角度を変化させることで、出力光信号の波長をスイープ（掃引）することも可能である。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの光受信装置の構成例と、構成例の１ｄ，１ｅ,１ｆ,１ｇにおける信号を示している。光受信装置２は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数でスイープ（掃引）するスイープ光源（波長掃引型光源）１４と、光送信装置１から送信された複数波長の変調光信号と、スイープ光源１４の出力光信号を合波する光合波器１５と、光合波器１５の出力光信号を受光する受光素子１６と、受光素子１６の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタ１７と、フィルタ１７の出力を復調して、ベースバンド信号を再生する復調器１８とを備える。

上述の光送信装置１から送信された複数波長の変調光信号（１ｄ）は、図２に示す光受信装置２で受信される。光受信装置２は、一定の繰り返し周波数で、出力光信号の波長をスイープさせるスイープ光源１４を備え、このスイープ光源１４の出力光をローカル光として用いる。すなわち、受信した複数波長の変調光信号（１ｄ）を、光合波器１５において、スイープ光源１４の出力光信号と合波し、１ｅに示す合波信号を、受光素子１６で受光することでコヒーレント検波を行う。受光素子１６の出力電気信号（１ｆ）を、所望の周波数帯域をフィルタ１７で選択的に抽出した後、復調器１８において、１ｇに示すように復調し、光送信装置１から送信されたデータの一部を再生する。

ここで、上述のスイープ光源のスイープ特性を調節することで、受信レートを可変できることを説明する。まず、タイムスロット１のようなスイープ光を出力する場合は、受信する光信号のうち隣接する波長チャネルのデータだけが、フィルタで抽出されるため、光受信装置の受信レートは、従来の技術と同様に、それぞれの波長チャネルの伝送レートに等しくなる。一方、タイムスロット２、３のようにスイープ光源の出力光信号の波長をスイープさせると、図のように、１つのタイムスロット内で複数の波長チャネルの信号を一括してフィルタで抽出できるため、光受信装置の受信レートは、それぞれの波長チャネルの伝送レートの逓倍にすることができる。このように、光受信装置において、光送信装置から送信される光信号の複数のチャネルに、その波長が横断するような波長スイープ光を用いることで、いわば波長多重（ＷＤＭ）された信号を一括して時間多重（ＴＤＭ）信号に変換することができ、また、スイープ光源のスイープ特性を調整することで、受信レートが可変になることが分かる。

このように、従来の技術では、各波長チャネルに対応してそれぞれ光送信回路、光受信回路が必要であるため、波長チャネル数が増加するに従って光送信回路、光受信回路の個数も増加し、光送信装置、光受信装置の構成が複雑かつ高価になるのに対し、本発明では、波長チャネル数の増加により、光送信装置、光受信装置のスイープ光源の波長スイープ範囲と、光送信装置の光変調器の広帯域化が必要ではあるが、部品点数は変わらない。このため、波長チャネルを増加することより総伝送レートを大容量化する際の光送信装置の構成の複雑化が、従来の技術に比べて緩やかで、スケーラビリティに優れると言える。

以上、図６に示すような、光送信装置１と光受信装置２とが１：１で接続されたシステムについて説明したが、図７に示すような、１つの光送信装置１が、光パワースプリッタ２４を介して複数の光受信装置２に接続された、いわゆるＰＯＮ（Passive Optical Network）型のシステムや、図８に示すような、１つの光送信装置１の出力光信号が、波長スプリッタ２５により、それぞれの波長に応じて複数の異なる光受信装置２に送信される、いわゆるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）−ＰＯＮ型のシステムへの適用も可能である。

また、図１では、光送信装置に設置された分散媒質により、データが時分割多重（ＴＤＭ）された光信号（ＯＴＤＭ信号：１ｂ）を、チャープした多波長変調信号（１ｄ）に変換した後、光受信装置に送信しているが、この分散媒質は、光送信装置に設置せず、光受信装置の光合波器の前段に設置しても良い。

この場合、光受信装置において、光送信装置から送信されたＯＴＤＭ信号（１ｂ）に対して上述の変換を行い、波長スイープ光を用いたコヒーレント検波を行うことで、前記ＯＴＤＭ信号のうち所望の単一もしくは複数のＯＴＤＭ時間スロットのデータだけを抽出（いわゆるＤＥＭＵＸ）して受信することができる。この光通信システムについて、図９を用いて説明する。

図９は、分散媒質を光送信装置ではなく光受信装置に設置したときの光送信装置と光受信装置の構成例と、構成例の８ａ，８ｂ,８ｃ,８ｄ,８ｅにおける信号を示している。光送信装置１は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数でスイープ（掃引）するスイープ光源（波長掃引型光源）１１と、スイープ光源１１の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器１２とを備え、光受信装置２は、出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数でスイープ（掃引）するスイープ光源（波長掃引型光源）１４と、光送信装置１から送信された複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質１３と、分散媒質１３の出力光信号と、スイープ光源１４の出力光信号を合波する光合波器１５と、光合波器１５の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子１６と、受光素子１６の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタ１７と、フィルタ１７の出力を復調して、ベースバンド信号を再生する復調器１８とを備える。

光送信装置１からは、周期Ｔの波長スイープ光信号を基にデータが時分割多重変調されたＯＴＤＭ信号（８ａ：図１の１ｂに相当）が送信される。ここで、図９の８ａに示すように、各時間チャネルのデータについて、それぞれＯＴＤＭ時間スロットｎ（ｎ＝１，２，３・・・）と表すこととする。光受信装置２では、受信した光信号（８ａ）を図１の１ｃと同等の分散特性を有する分散媒質１３に入力し、周期Ｔでそれぞれ波長がチャープした多波長変調信号８ｂ（図１の１ｄに相当）に変換する。図示のとおり、この過程で、前述の各ＯＴＤＭ時間スロットｎ（ｎ＝１，２，３・・・）は、それぞれ異なる波長の光信号に変換される。

この分散媒質１３の出力光信号８ｂについては、光合波器１５において、スイープ光源１４の出力光信号であるローカル光と合波し、８ｃに示す合波信号を、受光素子１６で受光することでコヒーレント検波を行う。受光素子１６の出力電気信号（８ｄ）を、所望の周波数帯域をフィルタ１７で選択的に抽出した後、復調器１８において、８ｅに示すように復調して、データを再生する。

ここで、まず、第１の周期（図において左の周期）に注目すると、受信する光信号（８ａ）のうちＯＴＤＭ時間スロット１のデータだけが、フィルタで抽出されるため、上述の「所望の単一のＯＴＤＭ時間スロットのＤＥＭＵＸ受信」が実現できることが分かる。一方、第２および第３の周期のようにスイープ光源の出力光信号の波長をスイープさせると、図示するように、受信する光信号８ａのうち、第２の周期ではＯＴＤＭ時間スロット１，２のデータ、また、第２の周期ではＯＴＤＭ時間スロット１，２，３のデータを一括してフィルタで抽出できるため、上述の「所望の複数のＯＴＤＭ時間スロットのＤＥＭＵＸ受信」を実現できることが分かる。

また、光送信装置−光受信装置間の光伝送路が上述の分散媒質と同等の分散特性を有する場合は、光送信装置ならびに光受信装置において分散媒質を用いることなく、光伝送路において上述の変換が行われるため、同様に、光送信装置から送信するＯＴＤＭ信号（８ａ）を、光受信装置においてＤＥＭＵＸ受信することが可能である。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの光送信装置の構成例と、構成例の２ａ，２ｃ，２ｄ，２ｆにおける信号と、光チャープ変調器のチャープ特性と、分散媒質の分散特性を示している。光送信装置１は、一定の繰り返し周波数でパルス光信号を出力するパルス光源２６と、パルス光源２６のパルス光信号に対し、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器２７と、光チャープ変調器２７の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器２８と、光変調器２８の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質２９とを備える。また、第２の実施形態に係る光通信システムの光受信装置の構成は、図２に示す第１の実施形態に係る光通信システムの光受信装置と同様である。

第２の実施形態では、光送信装置１において、パルス光源２６から出力された、一定の繰り返し周波数のパルス光信号（２ａ）を、２ｂに示すチャープ特性を有する光チャープ変調器２７により一定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる。この変調過程で得られた光信号（２ｃ）を、光変調器２８において、各波長チャネルの送信データを時間軸上で多重したデータ信号により変調して変調光信号（２ｄ）を生成し、さらに、２ｅに示す分散特性を有する分散媒質２９を通過させることで、２ｆに示すように、一定の繰り返し周波数で波長がチャープした多波長の変調光信号を生成し、光受信装置に送信する。

ここで、上述の光チャープ変調器２７は、例えば、図１１に示すように、位相変調器３０にパラボラ型波形の電圧を印加することで実現することができる。

図１０から分かるように、第２の実施形態の光送信装置で得られる送信光信号（２ｆ）は、第１の実施形態における送信光信号（１ｄ）と同様であるため、第１の実施形態と同様に、波長チャネルの増加による総伝送レートの大容量化の際には、光送信装置のパルス光の光スペクトルと、光チャープ変調器ならびに送信データを変調する光変調器と、光受信装置のスイープ光源の波長スイープ範囲の広帯域化は必要であるが、部品点数は変わらないため、従来の技術に比べてスケーラビリティに優れている。
なお、分散媒質２９は、図９に示す光通信システムと同様に、光送信装置１に設置せず、光受信装置２の光合波器の前段に設置しても良い。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの光送信装置の構成例と、構成例の３ａ,３ｃにおける信号と、分散媒質の分散特性を示している。光送信装置１は、入力するベースバンド信号のパルスに応じて出力光の電力を制御すると同時に、所定の繰り返し周波数で出力光信号の波長を掃引することが可能な高速周波数変調光源３１と、高速周波数変調光源３１の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質３２とを備える。また、第３の実施形態に係る光通信システムの光受信装置の構成は、図２に示す第１の実施形態に係る光通信システムの光受信装置と同様である。

第３の実施形態では、光送信装置１において、高速周波数変調光源３１を用いて、各波長チャネルの送信データを時間軸上で多重したデータ信号により、出力光信号の電力と波長を制御することで、３ａに示すような多波長変調信号（第１の実施形態における１ｂおよび第２の実施形態における２ｄと同様の光信号）を生成し、さらに、３ｂに示す分散特性を有する分散媒質３２を通過させることで、３ｃに示すように、一定の繰り返し周波数で波長がチャープした多波長の変調光信号を生成し、光受信装置に送信する。

このような高速周波数変調光源３１は、例えば、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型のレーザを用いて波長制御信号を高速に制御することで実現することができる。

図１２に示すように、第３の実施形態の光送信装置で得られる送信光信号３ｃは、第１の実施形態における送信光信号（１ｄ）および第２の実施形態における送信光信号（２ｆ）と同様であるため、第１および第２の実施形態と同じく、波長チャネルの増加による総伝送レートの大容量化の際には、光送信装置のパルス光の光スペクトルと、光チャープ変調器ならびに送信データを変調する光変調器と、光受信装置のスイープ光源の波長スイープ範囲の広帯域化は必要であるが、部品点数は変わらないため、従来の技術に比べてスケーラビリティに優れている。
なお、分散媒質３２は、図９に示す光通信システムと同様に、光送信装置１に設置せず、光受信装置２の光合波器の前段に設置しても良い。

（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る光通信システムの光送信装置の構成例と、構成例の４ａ,４ｃにおける信号と、チャープ変調器特性を示している。第１ないし第３の実施形態においては、それぞれ一定の繰り返し周波数で波長がチャープした複数波長の変調光信号（１ｄ，２ｆ，３ｃ）を送信しているが、図１３に示すように、第１ないし第３の実施形態における光送信装置３３の分散媒質から出力された光信号（４ａ＝１ｄ，２ｆ，３ｃ）に対し、４ｂに示すチャープ変調器特性を有する光チャープ変調器３４により一定の繰り返し周波数で波長をチャープさせることで、従来の技術における送信光信号（９ｂ）と同様、各波長チャネルの信号の波長がチャープしていない複数波長の変調光信号（４ｃ）を生成することも可能である。

（第５の実施形態）
また、図２に示す光受信装置は、図２０に示す従来の光送信装置と組み合わせてシステムを構成することも可能である。この際、光送信装置においてはチャネル数だけ光送信回路を設置する必要があるが、光受信装置においては、第１ないし第４の実施形態と同様に単一のローカル光源（スイープ光源）だけを用いて、受信した複数チャネルの光信号のうち所望の複数チャネルを一括して受信することが可能であり、また、スイープ光源のスイープ特性を調整することで、受信レートが可変になる。

ここで、図２０に示す多波長光源は、例えば、図１４に示すように、それぞれ異なる波長の光搬送波信号を出力する複数の単一スペクトル光源の出力を合波することで生成することができ、また、図１５、図１６に示すように、電気搬送波信号を入力し、この電気搬送波信号の周波数に等しい波長間隔を有する多波長光搬送波信号を出力するスーパーコンティニウム光源や、モード同期光源を用いて生成することもできる。

ここで、第１ないし第３の実施形態のように、光送信装置から一定の繰り返し周波数で波長がチャープした複数波長の変調光信号（１ｄ、２ｆ、３ｃ）を送信する場合と、第４および第５実施形態のように、各波長チャネルの信号の波長がチャープしていない複数波長の変調光信号（４ｃ，９ｂ）を送信する場合の、一括受信可能なチャネル数の違いについて、図１７を用いて説明する。図１７には、それぞれの波長チャネルの信号の波長がチャープしない場合と、一定の繰り返し周波数で波長がチャープする場合の、光受信装置での波長スイープ光を用いたコヒーレント検波による複数チャネル一括受信の様子を比較して示している。図から明らかなように、光受信装置でローカル光として用いる波長スイープ光のスイープ波長範囲が等しい場合でも、第１ないし第３の実施形態において、受信する光信号の波長チャープ特性と、ローカル光として用いる波長スイープ光の波長スイープ特性が逆極性の際に、より多くの波長チャネルの信号を受信することができるため、第４および第５の実施形態に比べて、一括受信可能なチャネル数を大きくできることが分かる。

（第６の実施形態）
第１ないし第５の実施形態においては、光受信装置における受光素子、フィルタ、復調器が、可変する受信レート範囲に対応する十分な帯域特性を有していることが前提とされているが、これらの光部品、電子部品が十分な帯域を有していない場合でも、受信レート可変の効果があることを図１８を用いて説明する。

図１８は、第１から第３の実施形態における光送信装置を想定しており、光受信装置は図２に示す構成と同じである。ここで、受光素子１６、フィルタ１７、復調器１８は、図に示すタイムスロットの繰り返し周波数に対応する帯域特性しか有していないと考える。光受信装置２は、光送信装置から送信された光信号（６ａ）を、光合波器１５において、波長スイープ光であるローカル光と合波し、合波した信号（６ｂ）を受光素子１６で受光することでコヒーレント検波を行う。各タイムスロットにおける信号の状態に応じて、受光素子１６から、それぞれ６ｃに示す電気信号を出力し、フィルタ１７で所望の周波数帯域を選択的に抽出した後、復調器１８において復調して６ｄに示す信号を出力する。

第１ないし第５の実施形態で想定していたように、光受信装置の光部品、電子部品が十分な帯域特性を有している場合、６ｄにおいて点線で示すように、複数波長チャネルに含まれていたデータが時間軸上に多重されて出力されるが、上述のようにタイムスロットの繰り返し周波数に対応した帯域特性しか有していない場合には、６ｄで実線で示すように、点線で示す波形が積分された波形が出力される。なお、実際には、積分された波形は立ち上がりと立ち下がりが鈍った波形になるが、ここでは簡略的に、この波形の鈍りを無視して示している。図から明らかなように、この場合の出力波形は、複数チャネルのデータ信号状態に応じて多値振幅信号になることが分かる。すなわち、光送信装置から、複数波長チャネル間の送信データを、多値振幅変調フォーマットで送信することで、光受信装置では、波長多重（ＷＤＭ）されたデータ信号を振幅軸に展開し、多値データ信号として再生できることを意味する。

このように、光受信装置の光部品、電子部品の帯域特性が十分でない場合でも、本発明の光通信システムにより、可変受信レートを実現できることが分かる。

（第７の実施形態）
以上の実施形態はいずれも、図６ないし図８に示すように、単一の光送信装置から単一もしくは複数の光受信装置に送信するシステムについて説明したが、図２に示す光受信装置は、図１９に示すように、複数の光送信装置からの光信号が波長多重（ＷＤＭ）されて単一の光受信装置に伝送されるシステムにも適用が可能である。この場合、光受信装置では７ａに示すように、受信したＷＤＭ信号（λ１，・・・，λＮ）に対して、波長がスイープしたローカル光を用いてコヒーレント検波することで、第４および第５の実施形態と同様に、受信した複数チャネルの光信号を一括して受信することが可能である。

本発明の第１の実施形態の光送信装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態の光受信装置を示す図である。 スイープ光源の構成例を示す図である。 スイープ光源の構成例を示す図である。 スイープ光源の構成例を示す図である。 本発明を適用する光通信システムのトポロジーを示す図である。 本発明を適用する光通信システムのトポロジーを示す図である。 本発明を適用する光通信システムのトポロジーを示す図である。 分散媒質を光受信装置に設置する構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の光送信装置を示す図である 光チャープ変調器の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の光送信装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態の光送信装置を示す図である。 第５の実施形態における光送信装置内の多波長光源の構成例を示す図である。 第５の実施形態における光送信装置内の多波長光源の構成例を示す図である。 第５の実施形態における光送信装置内の多波長光源の構成例を示す図である。 受信レート可変の原理を示す図である。 本発明の第６の実施形態の光受信装置を示す図である。 本発明の第７の実施形態の光通信システムを示す図である。 従来の光通信システムの光送信装置を示す図である。 従来の光通信システムの光受信装置を示す図である。

符号の説明

１,４１ 光送信装置
２,４２ 光受信装置
１１，１４ スイープ光源
１２，２８，４５ 光変調器
１３，２９，３２ 分散媒質
１５，４８ 光合波器
１６，４９ 受光素子
１７，５０ フィルタ
１８，５１ 復調器
１９ 直接変調レーザ
２０，２３ レーザ
２１，３０ 位相変調器
２２ 外部共振器
２４ パワースプリッタ
２５ 波長スプリッタ
２６ パルス光源
２７，３４ 光チャープ変調器
３１ 高速周波数変調光源
４３ 多波長光源
４４ 波長分波器
４６ 波長合波器
４７ 単一スペクトル光源

Claims (7)

1. 光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記波長掃引型光源の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、
   前記光変調器の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、
   を備え、
   前記光受信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記複数波長の変調光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、
   前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、
   前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、
   前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
2. 光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   一定の繰り返し周波数でパルス光信号を出力するパルス光源と、
   前記パルス光源のパルス光信号に対し、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器と、
   前記光チャープ変調器の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、
   前記光変調器の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、
   を備え、
   前記光受信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記複数波長の変調光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、
   前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、
   前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、
   前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
3. 光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   入力するベースバンド信号のパルスに応じて出力光の電力を制御すると同時に、所定の繰り返し周波数で出力光信号の波長を掃引することが可能な高速周波数変調光源と、
   前記高速周波数変調光源の出力光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、
   を備え、
   前記光受信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記複数波長の変調光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、
   前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、
   前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、
   前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、前記分散媒質の出力光信号に対して、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器を備えることを特徴とする光通信システム。
5. 光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記波長掃引型光源の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、
   を備え、
   前記光受信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、
   前記分散媒質の出力光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、
   前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、
   前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、
   前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
6. 光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   一定の繰り返し周波数でパルス光信号を出力するパルス光源と、
   前記パルス光源のパルス光信号に対し、所定の繰り返し周波数で波長をチャープさせる変調を施す光チャープ変調器と、
   前記光チャープ変調器の出力光信号をベースバンド信号で変調する光変調器と、
   を備え、
   前記光受信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、
   前記分散媒質の出力光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、
   前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、
   前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、
   前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
7. 光送信装置から、ベースバンド信号で変調された複数波長の変調光信号を出力し、光伝送路を介して光受信装置に送信し、光受信装置において前記変調光信号を受信して前記ベースバンド信号を復調する光通信システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   入力するベースバンド信号のパルスに応じて出力光の電力を制御すると同時に、所定の繰り返し周波数で出力光信号の波長を掃引することが可能な高速周波数変調光源を備え、
   前記光受信装置は、
   出力光信号の波長を、所定の繰り返し周波数で掃引する波長掃引型光源と、
   前記複数波長の変調光信号に対し、波長に応じて異なる遅延時間を与える分散媒質と、
   前記分散媒質の出力光信号と前記波長掃引型光源から出力された波長掃引光信号とを合波する光合波器と、
   前記光合波器の出力光信号を受光することによりコヒーレント検波を行う受光素子と、
   前記受光素子の出力電気信号のうち、所定の周波数帯域だけを選択的に通過させるフィルタと、
   前記フィルタの出力を復調して、前記ベースバンド信号を再生する復調器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。

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