JPH08125605A

JPH08125605A - 光信号送信装置とそれを用いた光通信システム

Info

Publication number: JPH08125605A
Application number: JP6260712A
Authority: JP
Inventors: Makoto Murakami; 誠村上; Masaki Amamiya; 正樹雨宮
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】自己位相変調効果による光信号波の劣化を低
減する、簡単な構成の光通信システムを提供することを
目的とする。【構成】送信器２１は、２値信号データに対応して強
度変調された信号光を生成する光強度変調回路２と、そ
の２値信号データを反転した反転２値信号に対応して強
度変調された反転信号光を生成する光強度変調回路５
と、信号光及び反転信号光を合波して該合波信号光を光
ファイバ伝送路８へ送出する光合波器７から構成され
る。【効果】信号光の自己位相変調効果を反転信号光の相
互位相変調効果によって相殺することができ、従来に比
べ信号波形劣化を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いる光信
号送信装置とそれを用いた光通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信システムにおいて簡便かつ
高速伝送に適したものとして図４に示すような光強度変
調、直接検波方式の光通信システムが用いられている。
この光強度変調、直接検波方式の光通信システムでは、
光ファイバ伝送路１０８へ送信される信号光が、光源１
０１からの連続光を光強度変調器１０２によって２値信
号源１０３の出力に対応させて光強度変調された強度変
調光信号として生成される。そして、この強度変調光信
号は、光ファイバ伝送路１０８を介し受光器１１１によ
って受信され、電気信号に変換される。ところで、伝送
路１０８に用いられる光ファイバでは、入射光電力また
は光ファイバ長の増大にともない、その非線形性が顕著
になることが知られている。特に、光増幅器を用いた中
継伝送システムにおいては、光信号が各中継器で増幅中
継されるため、この非線形性の影響を受けやすくなる
（例えば、Journal of Lightwave Technology, vol.LT-
10, No.8, Aug, pp1117-1126参照）。

【０００３】光ファイバ非線形性の影響の一つに、ファ
イバ屈折率の光強度依存性に起因する自己位相変調効果
がある。この自己位相変調効果は、図５に示すように、
光ファイバ内を伝搬する強度変調光信号の信号光強度変
化（図５(ａ)）に応じてキャリア周波数偏移あるいは位
相偏移を引き起こし（図５(ｂ)）、その強度変調光信号
のスペクトルを伝送帯域以上に拡げる作用をする。広帯
域に拡がった光信号は、帯域が拡がる前と比べ、ファイ
バ分散の影響をより強く受けるため、結果として、受信
信号波形の劣化を生じさせる。このように自己位相変調
効果は、強度変調、直接検波方式において主要な劣化要
因となる。このため、従来の強度変調、直接検波方式の
光通信システムでは、ファイバの分散値が零付近になる
信号光波長以外の波長を有する光信号を使用することが
できなかった。ただし、ファイバの分散値が零付近にな
る零分散波長付近の光信号であっても自己位相変調効果
と高次の分散による光信号波の劣化は、問題であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
自己位相変調効果による光信号波の劣化を低減する、簡
単な構成の光通信システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
２値信号データに対応して強度変調された第１の信号光
を生成する第１の光変調手段と、前記２値信号データを
反転して反転２値信号を出力する反転手段と、前記第１
の信号光の波長と異なる波長の光信号であって、前記反
転２値信号に対応して強度変調された光信号である第２
の信号光を生成する第２の光変調手段と、前記第１の信
号光及び第２の信号光を合波して該合波信号光を光ファ
イバ伝送路に送出する光合波手段を具備することを特徴
とする。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の光信号送信装置と、該光信号送信装置から送出され
た前記合波信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、該光
ファイバ伝送路を介して前記合波信号光を受け、前記合
波信号光から前記第１の信号光を分離して検出する分離
手段を有する光信号受信装置を具備することを特徴とす
る。

【０００７】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の光信号送信装置において、前記第１の信号光と前記
第２の信号光を、該両者の間の偏光状態を一定に保って
合波することを特徴とする。

【０００８】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載の光信号送信装置において、前記第１の信号光の波長
と前記第２の信号光の波長を、前記光ファイバ伝送路の
零分散波長に対して対称に配置することを特徴とする。

【０００９】また、請求項５記載の発明は、請求項２記
載の光通信システムにおいて、前記光信号受信装置は、
前記光ファイバ伝送路を介して受けた前記合波信号光か
ら分離された前記第１の信号光に対する前記光ファイバ
伝送路の波長分散の影響を補償する補償手段を具備する
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】光信号送信装置は、２値信号データに対応して
強度変調された第１の信号光と同時に、該２値信号デー
タの反転信号に対応して強度変調された第２の信号光を
光ファイバ伝送路に送信し、第１の信号光の強度変化に
よるファイバの屈折率変化（自己位相変調効果）を、第
２の信号光の強度変化が第１の信号光にもたらす周波数
偏移で相殺する。したがって、光ファイバ伝送路を伝搬
する第１の信号光の波形劣化を解消することができる。
一方、光信号受信装置は、分離手段を用い、合波信号光
から第１の信号光のみを分離して検出する。

【００１１】また、第１の信号光と第２の信号光の間の
偏光状態を一定に保って合波することによって、自己位
相変調効果に起因する位相偏移を相互位相変調効果に起
因する位相偏移で一定の条件で相殺することができるの
で、さらに信号光の波形劣化を低減することができる。

【００１２】また、第１の信号光の波長と第２の信号光
の波長を、光ファイバ伝送路の零分散波長に対して対称
に配置することによって、両者の群遅延を等しく保つこ
とができる。

【００１３】また、補償手段によって、光ファイバ伝送
路の波長分散を補償することにより、さらに波形劣化を
低減することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による一実施例
について説明する。図１は、本発明による光通信システ
ムの一実施例を示すブロック図である。この図に示す光
通信システムは、送信器２１と、送信器２１から送信さ
れた光信号を伝送する光ファイバ伝送路８と、光ファイ
バ伝送路８を介して光信号を受信する受信器２２から構
成されている。

【００１５】この図に示す送信器２１は、波長λ１の連
続光信号を出力する光源１と、２値信号を出力する信号
源３と、光源１から出力された連続光を信号源３から出
力された２値信号に対応して強度変調する光強度変調器
２と、波長λ１と異なる波長λ２の連続光信号を出力す
る光源４と、信号源３の出力を反転して２値信号を出力
する反転回路６と、光源４から出力された連続光を反転
回路６から出力された２値信号に対応して強度変調する
光強度変調器５と、光強度変調器２および５から出力さ
れた２つの光信号を合波して、光ファイバ伝送路８へ送
出する光合波器７から構成されている。

【００１６】このような構成によって送信器２１は、強
度変調器２によって光源１から出力された波長λ１の連
続光を２値信号源３の出力に対応したキャリア波長λ１
の強度変調光信号（以下、信号光と呼ぶ。）に変換する
とともに、光強度変調器５を用いて光源４から出力され
た波長λ２の連続光を反転回路６の出力信号に応じて光
強度変調することによって、キャリア波長λ２の強度変
調光信号（以下、反転信号光と呼ぶ。）を生成し、光合
波器７で光ファイバ伝送路８に結合する。

【００１７】一方、受信器２２は、波長λ１に近い帯域
の光フィルタ透過特性を持つ光フイルタ９（図３(ｂ)参
照。）と、光ファイバ伝送路８の光ファイバの分散値と
逆の分散値をもつ分散補償用光ファイバ１０と、光信号
を電気信号に変換する受光器１１を直列に接続すること
によって構成されている。

【００１８】このように構成された受信器２２におい
て、光ファイバ伝送路８を伝搬してきた信号光および反
転信号光は、光フィルタ９に導かれ、波長λ１の信号光
が波長λ２の反転信号光から分離され、波長λ１の信号
光のみが検出される。次いで、この波長λ１の信号光が
分散補償用光ファイバ１０へ入力され、分散補償用光フ
ァイバ１０において、信号光に対する光ファイバ伝送路
８の波長分散の影響が相殺される。そして、受光器１１
において、この第１の信号光が電気信号に変換される。

【００１９】次に、上述した送信器２１、光ファイバ伝
送路８および受信器２２からなる光通信システムにおけ
る、強度変調光信号の自己位相変調効果について説明す
る。まず、自己位相変調効果による周波数偏移に関して
説明する。上記光通信システムにおいて、波長λ１の信
号光の光強度が図２(ａ)に実線で示すように変化したと
する。この波長λ１の信号光自身の強度変化は、自己位
相変調効果によって、図２(ｂ)に実線で示すような周波
数偏移を起こす。一方、波長λ１の信号光を反転した図
２(ａ)に破線で示す波長λ２の反転信号光は、相互位相
変調効果によって、図２(ｂ)に破線で示すような周波数
偏移を起こす。この反転信号光の強度変化と相互位相変
調効果によって発生した周波数偏移は、信号光の強度変
化と自己位相変調効果によって生じた周波数偏移を相殺
するように変化する。

【００２０】したがって、結果として光ファイバ伝送路
８内を伝搬する信号光は、自己位相変調効果の影響を受
けなくなる。即ち、光ファイバ伝送路８内を伝搬する信
号光に過剰なスペクトル拡がりが生じなくなり、自己位
相変調効果による信号波形劣化が低減される（図２
(ｂ)）。

【００２１】次に、光合波器７へ入力される波長λ１の
信号光の電界をＥ１、波長λ２の反転信号光の電界をＥ
２として、自己位相変調効果による位相偏移について説
明する。信号光電界Ｅ１による自己位相変調効果および
反転信号光電界Ｅ２による相互位相変調効果に起因する
信号光の位相変化φは、次式によって表される。 φ＝ｋ₂Ｌ（｜Ｅ₁｜² ＋ａ｜Ｅ₂｜²）……………（１）ただし、Ｌはファイバ長、ｋ₂は非線形定数を表してい
る。また、ａは、信号光電界Ｅ１と反転信号光電界Ｅ２
間の偏光状態に依存する係数で、両者間の偏光角をθと
すると次式によって表され、２／３から２の間の値をと
る。ａ＝２（１＋sin²θ）／（２＋cos²θ）…………（２）

【００２２】（２）式から、sin²θ＝１／３すなわち偏
光角θが約±３５度のときに、ａ＝１となる。したがっ
て、信号光電界Ｅ１および反転信号光電界Ｅ２を、両者
の偏光角が３５度になるような一定の条件で、光合波器
７において合成することによって、信号光電界Ｅ１の自
己位相変調効果による位相偏移を、反転信号光電界Ｅ２
による相互位相変調効果による位相偏移によって打ち消
すことができる。

【００２３】なお、信号光の波長λ１および反転信号光
の波長λ２を、図３（ａ）に示すように、光ファイバ伝
送路８の零分散波長に対して対称に配置した場合、両者
の群遅延を等しくすることが可能となり、光ファイバ伝
送路８を伝搬中の両信号間の関係を一定に保つことがで
きる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、２値信号データに対応して強度変調された
第１の信号光を生成する第１の光変調手段と、その２値
信号データを反転して反転２値信号を出力する反転手段
と、第１の信号光の波長と異なる波長の光信号であっ
て、反転２値信号に対応して強度変調された光信号であ
る第２の信号光を生成する第２の光変調手段と、第１の
信号光及び第２の信号光を合波して該合波信号光を光フ
ァイバ伝送路に送出する光合波手段を設けたので、光フ
ァイバ伝送路を伝送する第１の信号光の自己位相変調効
果を第２の信号光の相互位相変調効果によって相殺する
ことができる。

【００２５】また、第１の信号光と第２の信号光の波長
が異なるため、合波信号光から第１の信号光を簡単に分
離することができる。この結果、従来に比べ信号波形劣
化を低減することができる光通信のシステムを容易に構
築することができる。また、請求項２記載の発明によれ
ば、請求項１記載の発明による光信号装置を用いた光通
信システムを構築することができる。これらによって、
信号光波長に対するファイバ分散値を必ずしも零付近に
する必要がなくなる。また、零分散波長付近における高
次分散と自己位相変調効果による波形劣化の低減に対し
ても有効である。したがって、特に光増幅中継システム
等において、高性能化と同時にファイバ分散値のばらつ
きに対する要求条件を大幅に緩和することが可能とな
り、低コスト化も図ることが可能であるという大きな効
果を奏する。

【００２６】また、請求項３記載の発明によれば、第１
の信号光と第２の信号光の間の偏光状態を一定に保って
合波するので、自己位相変調効果に起因する位相偏移を
相互位相変調効果に起因する位相偏移によって一定の条
件で相殺することができ、波形劣化を低減することがで
きる。

【００２７】また、請求項４記載の発明によれば、第１
の信号光の波長と第２の信号光の波長を、光ファイバ伝
送路の零分散波長に対して対称に配置するので、両者の
群遅延を等しく保つことができ、光ファイバ伝送路を伝
搬中の両光信号間の関係が一定に保たれるので、さらに
波形劣化の低減を図ることができる。

【００２８】また、請求項５記載の発明によれば、光信
号受信装置において、第１の信号光を分離した後、光フ
ァイバ伝送路の波長分散を補償する補償手段を具備する
ので、光ファイバ伝送路の波長分散を、補償手段によっ
て相殺し、波長分散による波形劣化を低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光通信システムの一実施例を示し
たブロック図である。

【図２】（ａ）横軸に時間、縦軸に光強度をとり、信号
光強度変化および反転信号光強度変化を表した波形図で
ある。（ｂ）横軸に図２（ａ）と共通の時間、縦軸に周波数偏
移をとり、信号光強度変化と自己位相変調効果による周
波数偏移および反転信号光強度変化と相互位相変調効果
による周波数偏移を表した波形図である。

【図３】横軸に光信号の波長、縦軸にパワー密度をと
り、（ａ）信号光および反転信号光の波長配置と光ファ
イバの群遅延特性、（ｂ）光フィルタ９の透過帯域特性
を示す特性図である。

【図４】従来の強度変調、直接検波方式による光通信シ
ステムの構成を示すブロック図。

【図５】（ａ）横軸に時間、縦軸に光強度をとり、信号
光強度変化を表した波形図である。（ｂ）横軸に図５（ａ）と共通の時間、縦軸に周波数偏
移量をとり、図５（ａ）に示す信号光強度変化の自己位
相変調効果による周波数偏移を表した波形図である。

【符号の説明】

２、５光強度変調器３信号源６反転回路７光合波器８光ファイバ伝送路９光フイルタ１０分散補償用光ファイバ２１送信器２２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 10/26 10/14 10/04 10/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２値信号データに対応して強度変調され
た第１の信号光を生成する第１の光変調手段と、前記２値信号データを反転して反転２値信号を出力する
反転手段と、前記第１の信号光の波長と異なる波長の光信号であっ
て、前記反転２値信号に対応して強度変調された光信号
である第２の信号光を生成する第２の光変調手段と、前記第１の信号光及び第２の信号光を合波して該合波信
号光を光ファイバ伝送路に送出する光合波手段を具備す
ることを特徴とする光信号送信装置。
【請求項２】請求項１記載の光信号送信装置と、該光信号送信装置から送出された前記合波信号光を伝送
する光ファイバ伝送路と、該光ファイバ伝送路を介して前記合波信号光を受け、前
記合波信号光から前記第１の信号光を分離して検出する
分離手段を有する光信号受信装置を具備することを特徴
とする光通信システム。
【請求項３】前記第１の信号光と前記第２の信号光
を、該両者の間の偏光状態を一定に保って合波すること
を特徴とする請求項１記載の光信号送信装置。
【請求項４】前記第１の信号光の波長と前記第２の信
号光の波長を、前記光ファイバ伝送路の零分散波長に対
して対称に配置することを特徴とする請求項１記載の光
信号送信装置。
【請求項５】前記光信号受信装置は、前記光ファイバ
伝送路を介して受けた前記合波信号光から分離された前
記第１の信号光に対する前記光ファイバ伝送路の波長分
散の影響を補償する補償手段を具備することを特徴とす
る請求項２記載の光通信システム。