JPH04117036A

JPH04117036A - 光送信装置

Info

Publication number: JPH04117036A
Application number: JP2232218A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Saito; 齋藤　朝樹
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-17
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JP2705291B2

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、光通信等に用いられる光送信装置に関するも
のである。

（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
せて強度変調信号光を得て、該強度変調信号光を伝送路
である光ファイバを伝送し、ＰＩＮダイオード等の光電
変換素子を用いた光受信器で受信する強度変調−直接検
波光通信装置が生に用いられている。この光通信装置で
は、光ファイバの損失が最低となる波長帯である１、５
μｍ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、伝送後に大き
な品質劣化を生じることが知られているＣＭ。

５ｈｉｋａｄａ　ｅｔ　ａｌ、、　−Ｌｏｎｇ−ｄｉｓ
ｔａｎｃｅ　Ｇｔｇａｂｆｔ−ＲａｎｇｅＯｐｔｉｃａ
ｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｌｓｓｉｏｎ　Ｅｘｐｅ
ｒｉｍｅｎｔｓ　Ｅｇｐ！ｏｙｉｎｇ　ＤＦＢ−ＬＤ　
ｓ　ａｎｄ　ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤ’ｓ″ＩＥＥＥ、　
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｖａｖｅ　Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ、　Ｖｏｗ、　ＬＴ−５，Ｎｏ、１０ｐｐ
、　１４８１１−１４９７）。

また、光の周波数、位相、振幅に情報をのせ、受信側で
局部発振光とのビートを求めて該ビートから情報を得る
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
影響かないから、強度変調−直接検波光通信装置に比較
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、Ｔａｋａｃｈｉｏ　ｅｔ　ａｔ、、Ｃｈｒｏ
ｉａＬｉｃ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｅｑｕａｌｉｚａ
ｔｊｏｎ　ｉｎ　ａｎ　８　Ｇｂ／ｓ　２０２　ｋｌＩ
ＣＰＦＳＫ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｘｐｅｒｉ
ｌｌｅｎｔ−１７ｔｈ　Ｃｏｎｒｅｒｅｎｅｅ　ｏｎ　
１ｔｅｇｒａｔｅｄ　０ｐｔｆｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉ
ｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏ■ｕｎｉｃａｔｔｏｎ、　Ｐ
ｏ５ｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅ　Ｐａｐｅｒｓ　２０　ＰＤ
Ａ−１３）。

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となってきている（Ｓ、Ｙａ
ｉａｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ、、　−５１６ｋｍ　２．５
　Ｇｂ／ｓ　０ｐｔｌｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｔｒａｎｓ
ｍｉｓｓｉｏｎ　ＥＸＩ）ｅｒｉｌｌｅｎｔ　ｕｓｉｎ
ｇ　ｔ。

Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａ５ｅｒ　Ａａ＋ｐｌ
ｉｒｉｅｒｓ　ａｎｄ　ＭｅａｓｕｒｅＩｌａｎｔ　ｏ
ｆ　ＪＬｔｔｅｒ　Ａｃｃｕｍｕｌａｔｌｏｎ−１７ｔ
ｈ　ＣｏｎｒｃｒｃｎｃｅＯｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
　０ｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ
　Ｃｏｍｆｆ１ｕｎｉｃａｔｉｏｎ、　Ｐｏ５ｔ−ｄｅ
ａｄｌｆｎｅ　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の２つて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
影響を大きく受けて光ファイバの損失制限を受ける前に
分散による制限を先に受ける。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
よって損失の制限を補償できるが、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
数が異なると伝搬に必要な時間が異なることに起因する
。このため、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、Ｌ、Ｓμ−帯零分散ファイバで１．５μ
磨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）は伝搬速度が速く、長波長側成分
（周波数の低い信号成分）は伝搬速度が遅い。このため
、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して、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して、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
設定して、波形歪を低減し、伝送可能距離を延ばした報
告がある（Ｎ。

Ｈｅｎｍ１　ｅｔ　ａｌ、、　−Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｄｉ
ｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉｇｉｇａｂｉｔ　Ｔ
ｒａｎｓＩＩｉｓｓｉｏｎ　ｗｉｔｈ　　Ｎｏｒｓａｌ
　　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｆｉｂｅｒ　　ａｔ　　１．５
ｕｍ　　Ｗｅｖｅｌｅｎｇｔｈ−０ｐｔｉｃａｌ　Ｆｉ
ｂｅｒ　Ｃｏ５ｇ＋ｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ　’９０Ｐｏｏｓｔ−ｄｅａｃｆｌｉｎｅ　Ｐ
ａｐｅｒｓ　ＰＤ−８）　ｏ　この分散補償法はブリチ
ャーブ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、伝送可能距離が２０１Ｃ
１１であったものを、５０ｋｍに拡大できる。

（発明が解決しようとする課題）上述のプリチャーブ法を用いた光伝送装置における伝送
可能距離は、理論的からも、通常の外部変調方式を用い
た伝送可能距離の２，５倍程度であり、長い伝送距離を
得る程に分散を十分に補償していなかった。

そこで本発明は、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を目的とする
。

（課題を解決するための手段）前述の課題を解決するために本発明か提供する第１の光
送信装置は、第１および第２の信号源と、半導体レーザ
光源と、前記第１および第２の信号源に同期して前記半
導体レーザ光源の注入電流を変調する変調信号を出力す
る変調信号源と、前記半導体レーザ光源の出力光を第１
および第２の分岐光に分岐する光分岐器と、該光分岐器
で分岐された第１および第２の分岐光間に時間差を与え
る光遅延手段と、該光遅延手段で時間差が与えられた前
記第１および第２の分岐先を前記第１および第２の信号
源から出力される第１および第２の信号でそれぞれ強度
変調する第１および第２の外部変調器と、該第１および
第２の外部変調器の出力光を偏光多重して伝送路に送出
する偏光多重器とを有することを特徴とする。

さらに本発明か提供する第２の光送信装置は、第１およ
び第２の信号源と、第１および第２の半導体レーザ光源
と、前記第１および第２の信号源に同期して前記第１お
よび第２の半導体レーザ光源の注入電流を変調する変調
信号をそれぞれ出力する第１および第２の変調信号源と
、前記第１および第２の半導体レーザ光源のそれぞれの
出力光を前記第１および第２の信号源から出力される第
１および第２の信号でそれぞれ強度変調する第１および
第２の外部変調器と、該第１および第２の外部変調器の
出力光に時間差を与えて偏光多重して伝送路に送出する
偏光多重器とを有することを特徴とする。

（作用）ブリチャーブ法においては、１つのパルスのパルス幅を
１タイムスロツト以上に拡げ、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
できる。しかしながら、１パルスのパルス幅を１タイム
スロツト以上にすると、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。本発明は
、送ｆＪ信号光を２つの系列に分け、各系列の１タイム
スロツトを、分ける前の元の送信信号の１タイムスロツ
トより長（した状態で最適な光周波数変化状態に設定し
、その後に各系列を加え合わせるものである。例えば、
１つの送信信号を２系列に分けると、各系列の１タイム
スロツトは２倍の長さまでにできるが、その２倍のタイ
ムスロットの中でパルス幅を拡げ、光周波数変化を加え
た後再び加え合わせれば良い。さらに、送信部において
偏光多重を行なうから、理論的には損失のない光多重が
可能であり、大出力の光送信出力か実現できる。

（実施例）次に、実施例を挙げて本発明を説明する。

第１図は本発明の第１の光送信装置の一実施例の構成図
である。第１図において、まず光送信器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、５　ＧＨｚのクロック周波数で正弦波
を発生するクロック発生器８から出力されたクロック信
号２０１が可変減衰器９および可変遅延器１１を通過し
て生じた周波数変調信号２０２と直流バイアス電流が加
算器６で足し合わされて印加される。このバイアス電流
は直流バイアス源４から供給される。半導体レーザ光源
１からは周波数変調信号２０２で周波数変調された出力
光１０１が出力される。この周波数変調された出力光１
０１は、光カブラ１９で２つの分岐光１０３，１０４に
分けられる。信号源１３．１４は、クロック発生器８と
同期してそれぞれ５　Ｇｂ／ｓのＲＺ信号２０４，２０
５を発生する。

２つに分岐された一方の分岐光１０３は、パルス幅可変
回路１５がＲＺ信号２０４を入力して生成した強度変調
信号２０６によりＬｉＮｂ０．の外部変調器１７で強度
変調される。また、他方の分岐光１０４は、光遅延器２
０で分岐光１０３に対して時間遅延され、遅延光１０５
となる。この遅延光１０５は、パルス幅可変回路１６が
ＲＺ信号２０５を人力して生成した強度変調信号２０７
によりＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　ＯＭの外部変調器１８で強度変
調される。その結果、強度変調信号光１０６．１０７が
得られる。この強度変調信号光１０６と強度変調信号光
１０７とは、偏光多重器２１を用いて偏光多重され、偏
光多重送信信号光１０８が得られる。偏光多重送信信号
光１０８は、１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファ
イバ３を伝送した後、受信信号光１０９となって光受信
器３２て検出される。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を用いており
、受信信号光１０９を電気信号に変換した後に電気増幅
器２３で増幅して情報信号を得ている。

次に、この光送信３１の主要な部分の動作について説明
する。第２図にクロック信号と信号光の位相関係をタイ
ミングチャートで示す。強度変調信号２０６，２０７は
、それらの位相差が１／２タイムスロツトとなり、パル
スのパルス幅が元のパルス幅の２倍になる様にそれぞれ
パルス幅可変回路１５．１６によって制御される。外部
変調器１７．１８の出力光である強度変調信号光１０６
゜１０７において、マーク信号の立ち上かり部で光周波
数は低く、立ち下がり部で光周波数は高（なるように、
可変遅延器１１を用いて半導体レーザ光源１への周波数
変調信号２０２と強度変調信号２０６．２０７との位相
差を調整した。また、偏光多重により損失の無い光多重
か可能であるから、＋２ｄＢ■の光送信パワーか実現さ
れる。伝送実験において、従来のブリチャーブ法を用い
た場合、１０　Ｇｂ／ｓのとき伝送可能距離は約５０ｋ
ｍであったのに対し、本実施例で伝送した場合、１１０
０ｋ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長距離の伝送が実現できる。

本発明の第１の光送信装置には、この他にも様々な変形
例がある。光源としては、１゜５μ層帯の光源に限るこ
となく１．３μ−帯でもその他の波長でも良い。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
めに、光増幅器を用いても良い。外部変調器としては、
Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３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５　
Ｇｂ／ｓに限ることなく、２　Ｇｂ／ｓまたは１０Ｇｂ
／ｓとすることもできる。半導体レーザ光源の出力光を
周波数変調する波形としては、正弦波に限ることなく砺
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１．３μ■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。

第３図は本発明の第２の光送信装置の一実施例の構成図
である。第３図において、光送信器３１の構成を説明す
る。１．５μ■帯で単一縦モード発振する２個の半導体
レーザ光源１，２には、それぞれ５　ＧＨｚのクロック
周波数で正弦波を発生するクロック発生器８から出力さ
れたクロック信号２０１が可変減衰器９と可変遅延器１
１および可変減衰器１０と可変遅延器１２をそれぞれ通
過して生じた周波数変調信号２０２，２０３と直流バイ
アス電流とがそれぞれ加算器６，７で足し合わされて印
加される。このバイアス電流はそれぞれ直流バイアス源
４，５から供給される。半導体レーザ光源１．２からは
、周波数変調信号２０２，２０３で周波数変調された出
力光１０１，１０２がそれぞれ出力される。信号源１３
．１４はクロック発生器８と同期してそれぞれ５　Ｇｂ
／ｓのＲＺ信号２０４．２０５を発生する。周波数変調
された出力光１０１．１０２は、パルス幅可変回路１５
゜１６がＲＺ信号２０４，２０５を入力して生成した強
度変調信号２０６，２０７によりＬｉＮｂＯ３の外部変
調器１７．１８でそれぞれ強度変調される。その結果、
強度変調信号光１０６，１０７が得られる。この強度変
調信号光１０６，１０７は、偏光多重器２１を用いて時
分割偏光多重され、偏光多重送信信号光１０８が得られ
る。偏光多重送信信号光１０８は、１．３μ■帯に零分
散波長を有する光ファイバ３を伝送した後、受信信号光
１０９となって光受信器３２で検出される。光受信器３
２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を用いてえおり、受信信号光１（’）９を電気
信号に変換した後に電気増幅器２３で増幅して情報信号
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
説明する。第４図にクロック信号と信号光の位相関係を
タイミングチャートで示す。強度変調信号２０６，２０
７は、それらの位相差か１／２タイムスロツトとなり、
パルスのパルス幅か元のパルス幅の２倍になる様にそれ
ぞれパルス幅可変回路１５．１６によって制御される。

外部変調器１７．１８の出力光である強度変調信号光１
０６．１０７において、マーク信号の立ち上かり部で光
周波数は低く、立ち下がり部で光周波数は窩くなるよう
に、可変遅延器１１．１２を用いて半導体レーザ光源１
，２への周波数変調信号２０２．２０３と強度変調信号
２０６．２０７との位相差をそれぞれ調整した。また、
偏光多重により損失の無い光多重が可能であるから、＋
２ｄＢｍの光送信パワーが実現される。伝送実験におい
て、従来のブリチャーブ法を用いた場合、１０Ｇｂ／ｓ
のとき伝送可能距離は約５０に＋ｏであったのに対し、
本実施例で伝送した場合、１００）ｏＩ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
な長距離の伝送が実現できる。

本発明の第２の光送信装置には、この他にも様々な変形
例がある。光源としては、１．５μ−帯の光源に限るこ
となく１．３μ■帯でもその他の波長でも良い。外部変
調器としては、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ！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。また、ビットレ
ートは５　Ｇｂ／ｓに限ることなく、２　Ｇｂ／ｓまた
は１０Ｇｂ／ｓとすることもできる。

半導体レーザ光源の出力光を周波数変調する波形として
は、正弦波に限ることなく側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。伝送路の先ファイバの零分散波長も１．３μｌ
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）以上に説明した様に、本発明によれば、伝送路の分散の
影響の大きい高速・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。さらに、偏光多重することにより送
信部での損失を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の光送信装置の一実施例の構成図
、第２図は第１図の実施例の動作時の各部の状態を示し
たタイミングチャート図、第３図は本発明の第２の光送
信装置の一実施例の構成図、第４図は第３図の実施例の
動作時の各部の状態を示したタイミングチャート図であ
る。１．２・・・半導体レーザ光源、３・・・光ファイバ４
．５・・・直流バイアス源、６，７・・・加算器、８・
・・クロック発生器、９，１０・・・可変減衰器、１１
゜１２・・・可変遅延器、１３．１４・・・信号源、１
５゜１６・・・パルス幅可変回路、１７．１８・・・外
部変調器、１９・・・光カブラ、２０・・・光遅延器、
２１・・・偏光多重器、２２・・・アバランシェ・フォ
ト・ダイオード、２３・・・電気増幅器、３１・・・光
送信器、３２・・・先受信器、１０１，１０２・・・出
力光、１０３゜１０４・・・分岐光、１０５・・・遅延
光、１０６，１０７・・・強度変調信号光、１０８・・
・偏光多重送信信号光、１０９・・・受信信号光、２０
１・・・クロック信号、２０２．２０３・・・周波数変
調信号、２０４，２０５・・・ＲＺ倍信号２０６，２０
７・・・強度変調信号。代理人　弁理士　本　庄　伸　介１０１、出力光１０３　分岐光１０５：遅延光１０６．１０７　　強度変講信号光１０８　儒光多重送儒信号光１０９　受信信号光２０１　クロック１号２０２、周ａ数変ｍ（型骨２α４，２０５：償号源の出力信号２０６．２αＬ強度変講信号第２図１０１、１０２　：出力光１０６，１０７：強度変調信号光１０８　偏光多重送信信号光１０９゛受信信号光２０２．２０３２０４．２０５２０６．２０７クロノク信号周波数変調信号信号源の出力信号強度変調信号

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１および第２の信号源と、半導体レーザ光源と
、前記第１および第２の信号源に同期して前記半導体レ
ーザ光源の注入電流を変調する変調信号を出力する変調
信号源と、前記半導体レーザ光源の出力光を第１および
第２の分岐光に分岐する光分岐器と、該光分岐器で分岐
された第１および第２の分岐光間に時間差を与える光遅
延手段と、該光遅延手段で時間差が与えられた前記第１
および第２の分岐光を前記第１および第２の信号源から
出力される第１および第２の信号でそれぞれ強度変調す
る第１および第２の外部変調器と、該第１および第２の
外部変調器の出力光を偏光多重して伝送路に送出する偏
光多重器とを有することを特徴とする光送信装置。
（２）第１および第２の信号源と、第１および第２の半
導体レーザ光源と、前記第１および第２の信号源に同期
して前記第１および第２の半導体レーザ光源の注入電流
を変調する変調信号をそれぞれ出力する第１および第２
の変調信号源と、前記第１および第２の半導体レーザ光
源のそれぞれの出力光を前記第１および第２の信号源か
ら出力される第１および第２の信号でそれぞれ強度変調
する第１および第２の外部変調器と、該第１および第２
の外部変調器の出力光に時間差を与えて偏光多重して伝
送路に送出する偏光多重器とを有することを特徴とする
光送信装置。