JP2003143077A - 光伝送システムおよびそれに用いる光信号変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユーザ側装置から局側装置へ伝送する上り信
号として、局側装置から送信された一定強度の下りＣＷ
光を変調して折り返す双方向の光伝送システムにおい
て、低消費電力で伝送距離の増大を図る。 【解決手段】 第１の伝送装置（局内装置）から第２の
伝送装置（ユーザ側ＯＮＵ）に光ファイバ伝送路を介し
て一定強度の下りＣＷ光を伝送し、第２の伝送装置でこ
の下りＣＷ光を位相変調した上り光信号を生成して第１
の伝送装置に折り返す。第１の伝送装置では、下りＣＷ
光と受信した上り光信号を合波して干渉させることによ
り、位相変調された上り光信号の位相変動を強度変動と
して検出復調し、第２の伝送装置からの上り信号の伝送
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にアクセス系で
使用される光伝送システムにおいて、ユーザ側装置から
局側装置へ伝送する上り光信号として、局側装置から送
信された一定強度の下りＣＷ光を変調して折り返す構成
の光伝送システムおよびそれに用いる光信号変調装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信では、送信光源として一般
にレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）が広く用いられている。これらの光源からの出力光
を電気信号によって変調する場合、ＬＤやＬＥＤへの注
入電流を変化させて出力光強度を直接変調する直接変調
方式や、ＬＤからの出力光を一定強度のＣＷ光とし、こ
れを別途用意した外部変調器で強度変調または位相変調
する外部変調方式が用いられてきた。

【０００３】一般に、ＬＤやＬＥＤについては、その出
力光を単一モード光ファイバ等のコア径の小さい光ファ
イバに入力する際に、微小な光学系を用いた精密なアラ
イメントが必要になっている。しかも、その調整の自動
化が困難なために手作業で行われることが多い。それに
より、光送信モジュールは高額となり、特にアクセス系
など１回線ごとに光源が必要となる通信システムでは、
通信コストを押し上げる要因になっている。

【０００４】また、ＬＤの直接変調方式や外部変調方式
は高速な変調が可能であるが、ＬＤの駆動電流が大きい
ために消費電力が高く、さらに周辺温度で変調特性や発
振波長が変動しやすい。そのため、安定した変調動作が
必要な場合や、特に波長多重伝送方式（ＷＤＭ）に用い
る場合など波長安定性が必要とされる場合には、ペルチ
ェ素子などの温度調整手段を用いて光源や外部変調器の
温度を一定に保つ必要があり、装置の複雑化や消費電力
の増大が避けられなかった。

【０００５】アクセス系では、上位局間の中継ネットワ
ークのように複数の回線を１本の光ファイバ上に多重す
ることができず、光ファイバ回線を１ユーザが占有する
ことになるので、光ファイバ線路のコストが通信コスト
の大きな割合を占める。そのため、双方向の光通信を行
う場合には、上り下りに１本ずつの光ファイバを用いて
通信する２芯双方向通信方式よりも、１本の光ファイバ
で双方向の通信を多重する１芯双方向通信方式の方がコ
スト面で有利になる。この１芯双方向通信方式では、従
来は時分割多重方式（ピンポン伝送方式）またはＷＤＭ
が用いられる。しかし、時分割多重方式は、片方向の伝
送容量が実質的に伝送路容量の半分になる問題があっ
た。また、ＷＤＭは、ユーザ側の光回線終端装置（ＯＮ
Ｕ）内に双方向の波長を多重分離するフィルタが必要と
なり、また上り用に特定波長を出力する光源も必要なこ
とから、ＯＮＵが複雑化および高価になる問題があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の問題に対処すべ
くアクセス系において、局側に設置したＣＷ光源から上
り信号用のＣＷ光を下り方向に伝送し、ユーザ側のＯＮ
Ｕでこの下りＣＷ光を上り信号で変調して折り返すこと
により、上り方向の光信号伝送を実現する手段が提案さ
れている。その中の一つとして、電界吸収型や半導体増
幅器型の半導体光変調器や、マッハツェンダ型（ＭＺ
型）の光変調器を用いて下りＣＷ光を強度変調し、上り
光信号を生成する方式が提案されている。しかし、半導
体光変調器については、ＬＤモジュールと同等の精密な
アライメントが要求され、特に半導体増幅器型について
は駆動電流も大きく、コスト増や消費電力の増加が問題
になっている。また、ＭＺ型光変調器は、変調器内のド
リフトによるバイアス条件の変動を補償するための付加
装置が必要となり、また構造上変調モジュールの小型化
に限界があり、装置の複雑化および大型化が避けられな
かった。

【０００７】一方、局側から送信したＣＷ光が変調され
て折り返されるために、上り信号を局側で受信する際に
は、アクセス区間の光ファイバ線路の損失の２倍の損失
が加わることになる。したがって、光信号強度はかなり
減衰しており、所要ＳＮ比を得るための伝送距離の制限
が厳しくなる問題もあった。

【０００８】本発明は、ユーザ側装置から局側装置へ伝
送する上り信号として、局側装置から送信された一定強
度の下りＣＷ光を変調して折り返す双方向の光伝送シス
テムにおいて、低消費電力で伝送距離の増大を図ること
ができる光伝送システムおよびそれに用いる光信号変調
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光伝送システム
は、第１の伝送装置（局内装置）から第２の伝送装置
（ユーザ側ＯＮＵ）に光ファイバ伝送路を介して一定強
度の下りＣＷ光を伝送し、第２の伝送装置でこの下りＣ
Ｗ光を位相変調した上り光信号を生成して第１の伝送装
置に折り返す。第１の伝送装置では、下りＣＷ光と受信
した上り光信号を合波して干渉させることにより、位相
変調された上り光信号の位相変動を強度変動として検出
復調し、第２の伝送装置からの上り信号の伝送を行う。

【００１０】ここで、合波する下りＣＷ光または上り光
信号の光強度を減衰する可変光減衰手段を備える。ま
た、合波する下りＣＷ光または上り光信号の偏波状態を
調整する偏波調整手段を備え、合波する下りＣＷ光また
は上り光信号の位相状態を調整する位相調整手段を備
え、２つの光の干渉が最も強く起こるように設定する。

【００１１】また、第１の伝送装置の光合波手段は、２
つの出力ポートに下りＣＷ光と上り光信号の干渉光を相
補出力する構成であり、受光回路は、相補出力される干
渉光を２つの受光素子で光電気変換し、その電気信号の
差分を出力する構成としてもよい。

【００１２】また、第２の伝送装置の光折り返し手段
は、光位相変調手段から出力される変調光を反射し、そ
の変調光を再度光位相変調手段で位相変調して光ファイ
バ伝送路に折り返す構成としてもよい。

【００１３】また、光ファイバ伝送路として、下りＣＷ
光を伝送する第１の光ファイバ伝送路と、上り光信号を
伝送する第２の光ファイバ伝送路を備え、光折り返し手
段は、第１の光ファイバ伝送路からの下りＣＷ光を光位
相変調手段に入力し、光位相変調手段から出力される変
調光を第２の光ファイバ伝送路に送出する構成としても
よい。

【００１４】本発明の光信号変調装置は、光ファイバ伝
送路を介して伝送された下りＣＷ光の位相を送信信号に
より変調する光位相変調手段と、光位相変調手段から出
力される変調光を反射し、反射させた変調光を再度光位
相変調手段で位相変調して上り光信号として光ファイバ
伝送路に折り返す反射手段とを備える。

【００１５】また、光ファイバ伝送路からの下りＣＷ光
を２分岐する分岐手段と、分岐手段の分岐ポートをリン
グ接続して下りＣＷ光を右回りおよび左回りに伝送する
光導波路と、光導波路に挿入され、透過する下りＣＷ光
の位相を送信信号により変調する光位相変調手段とを備
え、光位相変調手段で位相変調された右回りおよび左回
りの光信号を分岐手段で合流して上り光信号として光フ
ァイバ伝送路に折り返す構成としてもよい。また、上り
光信号を所定の偏波状態に設定する偏波調整手段を光導
波路に挿入してもよい。

【００１６】また、光位相変調手段と反射手段との間
に、通過する光の偏波を45度回転する偏波回転手段を備
え、偏波回転手段を往復する光の偏波を90度回転させる
構成としてもよい。また、光位相変調手段は、光軸が90
度ずれて配置される２つの光位相変調手段を用いた構成
としてもよい。

【００１７】また、光ファイバ伝送路と光位相変調手段
との間に、光ファイバ伝送路の一端から出力される下り
ＣＷ光を反射手段上に焦点を結ぶように集光し、その反
射光を光ファイバ伝送路に結合する光学レンズを備えて
もよい。

【００１８】また、反射手段は、光位相変調手段から出
力される変調光を反射し、反射させた変調光を再度光位
相変調手段で位相変調して上り光信号として光ファイバ
伝送路に折り返すとともに、下りＣＷ光と異なる波長の
下り光信号を透過する波長選択型反射手段であり、波長
選択型反射手段を透過した下り光信号を受光する受光回
路を備えてもよい。

【００１９】また、光ファイバ伝送路からの下りＣＷ光
を２分岐し、その一方の下りＣＷ光を光位相変調手段に
入力するとともに、上り光信号を２分岐し、その一方を
光ファイバ伝送路に折り返す光分岐手段と、光分岐手段
で分岐された他方の下りＣＷ光および上り光信号とを合
波し、その干渉光を出力する光合波手段と、光合波手段
から出力される干渉光を光電気変換したモニタ信号を出
力する変調光モニタ回路とを備えてもよい。ここで、光
位相変調手段でディジタルベースバンド信号を変調する
場合に、光合波手段に入力される下りＣＷ光の位相と上
り光信号の位相が同位相のときにモニタ信号レベルが最
小となり、下りＣＷ光の位相と上り光信号の位相がπず
れるときにモニタ信号レベルが最大になるように、光位
相変調手段の変調条件を制御する変調条件調整回路を備
えてもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】（光伝送システムの第１の実施形
態：請求項１，６）図１は、本発明の光伝送システムの
第１の実施形態を示す。図において、本実施形態の光伝
送システムは、通常通信事業者などの局舎内に置かれア
クセス回線の終端、集線等を行う局内装置１０と、通常
ユーザ宅内に置かれた光回線終端装置（ＯＮＵ）内の機
能である光信号変調装置２０から構成される。局内装置
１０と光信号変調装置２０は光ファイバ伝送路３０を介
して接続される。なお、本発明の光伝送システムは、局
内装置１０に複数の光信号変調装置２０がスター接続さ
れ、複数の光信号変調器２０で局内装置１０の光源を共
有する構成にも適用可能であるが、以下の実施形態の説
明では１対１の構成により説明する。

【００２１】局内装置１０は、一定強度のＣＷ光を出力
する光源１１と、光源１１と光ファイバ伝送路３０とを
接続する光導波路１２−１に挿入されるアイソレータ１
３および２×２光カプラ１４と、２×２光カプラ１４に
光導波路１２−２，１２−３を介して接続される２×１
光カプラ１５と、光カプラ１５の出力光を受光する受光
回路１６により構成される。光源１１としては、レーザ
ダイオード（ＬＤ）、固体レーザ、ファイバリングレー
ザなどのコヒーレンスのよい光源を使用する。光導波路
１２−１には２×２光カプラ１４のポートＡとポートＣ
が接続され、光導波路１２−２は２×２光カプラ１４の
ポートＢに接続され、光導波路１２−３は２×２光カプ
ラ１４のポートＤに接続される。

【００２２】光信号変調装置２０は、光ファイバ伝送路
３０を介して伝送されたＣＷ光を変調信号により位相変
調する位相変調器２１と、位相変調器２１の透過光が光
ファイバ伝送路３０に再び入射されるように角度を調整
して固定される反射板２２により構成される。位相変調
器２１は、変調信号に応じた電圧を電極に印加すること
により内部に屈折率変動を生じさせ、これに応じて透過
光を位相変調する素子であり、例えばＬiＮbＯ₃ などの
電気光学効果を有する結晶材料等を用いて実現される。
この位相変調器は形状に対する制限が特に厳しくないの
で精密なアライメントを必要とせず、また平面導波路構
造などによる小型化および集積化も容易である。また、
一般に位相変調器２１自体に流れる電流は微小であるこ
とから、消費電力を低く抑えることができる。

【００２３】以上の構成による光伝送システムの動作に
ついて説明する。光源１１から出力されるＣＷ光は、ア
イソレータ１３を介して２×２光カプラ１４のポートＡ
に入力され、ポートＣおよびポートＤに２分岐される。
ポートＣから出力されたＣＷ光は、光ファイバ伝送路３
０を介してユーザ側ＯＮＵ内の光信号変調装置２０に伝
送される。光信号変調装置２０に入力されたＣＷ光は、
位相変調器２１で変調信号による位相変調を受けて反射
板２２で反射し、上り光信号として光ファイバ伝送路３
０に折り返される。

【００２４】光ファイバ伝送路３０を介して伝送された
上り光信号は、局内装置１０の２×２光カプラ１４のポ
ートＣに入力され、ポートＡおよびポートＢに２分岐さ
れる。ポートＡから出力される上り光信号はアイソレー
タ１３で阻止される。ポートＢから出力される上り光信
号は、光導波路１２−２を介して２×１光カプラ１５の
一方のポートに入力される。また、ポートＤに分岐され
た光源１１からのＣＷ光は、光導波路１２−３を介して
２×１光カプラ１５の他方のポートに入力される。２×
１光カプラ１５内では、位相変調された上り光信号とＣ
Ｗ光が合波され、受光回路１６に入力される。

【００２５】ここで、上り光信号とＣＷ光は、もともと
が同じ光源１１からのコヒーレンスが良好な光であるの
で２×１光カプラ１５内で干渉し、２つの光の位相差に
応じた強度変動が生じる。この干渉後の出力光を受光回
路１６で光電気変換して増幅することにより、位相変調
された上り光信号を電気信号として復調することができ
る。

【００２６】（光伝送システムの第２の実施形態：請求
項１，２，３，４，６）図２は、本発明の光伝送システ
ムの第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１
の実施形態における局内装置１０の構成にあり、ユーザ
側ＯＮＵ内の光信号変調装置２０は第１の実施形態と同
様である。

【００２７】局内装置１０は、一定強度のＣＷ光を出力
する光源１１と、光源１１と光ファイバ伝送路３０とを
接続する光導波路１２−１に挿入される１×２光カプラ
１７および光サーキュレータ１８と、１×２光カプラ１
７および光サーキュレータ１８に光導波路１２−２，１
２−３を介して接続される２×１光カプラ１５と、光カ
プラ１５の出力光を受光する受光回路１６と、さらに光
導波路１２−２に挿入される可変アッテネータ４１、偏
波調整器４２および位相調整器４３により構成される。
偏波調整器４２は、例えば対象とする光信号を任意の角
度で回転可能な１／２波長板および１／４波長板に順次
透過させる方法により実現可能である。位相調整器４３
は、光信号変調装置２０に用いた位相変調器２１と同様
の構成で、印加電圧を位相調整用に加減することにより
実現可能である。

【００２８】光源１１から出力されるＣＷ光は、１×２
光カプラ１７で２つのポートに２分岐される。その一方
のＣＷ光は、光サーキュレータ１８のポートＡから入力
してポートＢに出力され、光ファイバ伝送路３０を介し
てユーザ側ＯＮＵ内の光信号変調装置２０に伝送され
る。第１の実施形態と同様に光信号変調装置２０でＣＷ
光を位相変調して折り返された上り光信号は、局内装置
１０の光サーキュレータ１８のポートＢから入力してポ
ートＣに出力され、光導波路１２−３を介して２×１光
カプラ１５の一方のポートに入力される。また、１×２
光カプラ１７で分岐された他方のＣＷ光は、光導波路１
２−２に挿入された可変アッテネータ４１、偏波調整器
４２および位相調整器４３を介して２×１光カプラ１５
の他方のポートに入力される。２×１光カプラ１５内で
は、位相変調された上り光信号とＣＷ光が合波され、受
光回路１６に入力される。受光回路１６では、第１の実
施形態と同様に、干渉後の出力光を光電気変換して増幅
することにより、位相変調された上り光信号を電気信号
として復調することができる。

【００２９】本実施形態の構成では、光サーキュレータ
１８を用いることにより、光源１１への戻り光を阻止す
るアイソレータが不要となる。また、可変アッテネータ
４１では、ＣＷ光の強度を所定値まで減衰させることに
より、受光回路１６のダイナミックレンジの要求条件を
緩和することができる。偏波調整器４２では、ＣＷ光の
偏波状態を調整することにより、最も干渉効率のよい偏
波状態で干渉させることが可能となる。位相調整器４３
では、ＣＷ光と上り光信号との位相差を調整することに
より消光比の最も大きな状態に設定できるので、上り光
信号の受信感度を最適化することができる。

【００３０】なお、可変アッテネータ４１、偏波調整器
４２および位相調整器４３は互いに独立したものであ
り、必ずしも３つを同時に備える必要はない。また、そ
れらを光導波路１２−３側に挿入してもよい。

【００３１】（光伝送システムの第３の実施形態：請求
項１，２，３，４，７）図３は、本発明の光伝送システ
ムの第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第２
の実施形態におけるユーザ側ＯＮＵ内の光信号変調装置
２０を反射型から透過型に変更し、下りの光ファイバ伝
送路３０−１と上りの光ファイバ伝送路３０−２を分離
し、局内装置１０内の光サーキュレータ１８を不要とし
たところにある。

【００３２】局内装置１０は、一定強度のＣＷ光を出力
する光源１１と、光源１１と下りの光ファイバ伝送路３
０−１とを接続する光導波路１２−１に挿入される１×
２光カプラ１７と、１×２光カプラ１７および上りの光
ファイバ伝送路３０−２に光導波路１２−２，１２−３
を介して接続される２×１光カプラ１５と、光カプラ１
５の出力光を受光する受光回路１６と、さらに光導波路
１２−２に挿入される可変アッテネータ４１、偏波調整
器４２および位相調整器４３により構成される。

【００３３】光信号変調装置２０は、下りの光ファイバ
伝送路３０−１を介して伝送されたＣＷ光を変調信号に
より位相変調する位相変調器２１を備え、位相変調器２
１の透過光を上りの光ファイバ伝送路３０−２に接続す
る構成である。

【００３４】光源１１から出力されるＣＷ光は、１×２
光カプラ１７で２つのポートに２分岐される。その一方
のＣＷ光は、下りの光ファイバ伝送路３０−１を介して
ユーザ側ＯＮＵ内の光信号変調装置２０に伝送される。
光信号変調装置２０に入力されたＣＷ光は、位相変調器
２１で変調信号による位相変調を受けて透過し、上り光
信号として上りの光ファイバ伝送路３０−２に送出され
る。光ファイバ伝送路３０−２を伝送された上り光信号
は、局内装置１０の光導波路１２−３を介して２×１光
カプラ１５の一方のポートに入力される。また、１×２
光カプラ１７で分岐された他方のＣＷ光は、光導波路１
２−２に挿入された可変アッテネータ４１、偏波調整器
４２および位相調整器４３を介して２×１光カプラ１５
の他方のポートに入力される。２×１光カプラ１５内で
は、位相変調された上り光信号とＣＷ光が合波され、受
光回路１６に入力される。受光回路１６では、第２の実
施形態と同様に、干渉後の出力光を光電気変換して増幅
することにより、位相変調された上り光信号を電気信号
として復調することができる。

【００３５】本実施形態では、第２の実施形態における
光サーキュレータ１８が不要になるとともに、光信号変
調装置２０における反射板２２が不要となり、構成が簡
単になる。ただし、アクセス区間の光ファイバ伝送路は
上りと下りの２本必要になるが、下りのＣＷ光の一部が
下りの光ファイバ伝送路３０−１のどこかで反射した場
合でも、上り光信号に妨害を与えることがないので、上
り信号の高品質な伝送が可能となる。

【００３６】（光伝送システムの第４の実施形態：請求
項１，５）図４は、本発明の光伝送システムの第４の実
施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態に
おける局内装置１０の構成にあり、ユーザ側ＯＮＵ内の
光信号変調装置２０は第１の実施形態と同様である。

【００３７】局内装置１０は、一定強度のＣＷ光を出力
する光源１１と、光源１１と光ファイバ伝送路３０とを
接続する光導波路１２−１に挿入される２×２光カプラ
１４−１および光サーキュレータ１８と、２×２光カプ
ラ１４−１および光サーキュレータ１８に光導波路１２
−２，１２−３を介して接続される２×２光カプラ１４
−２と、２×２光カプラ１４−２の２つのポートの出力
光を受光する差動型受光回路４４と、さらに光導波路１
２−２に挿入される位相調整器４３および光導波路１２
−３に挿入される偏波調整器４２により構成される。

【００３８】ここで、２×２光カプラ１４−１，１４−
２と、光導波路１２−２と、光導波路１２−１および光
導波路１２−３の一部と、位相調整器４３により、ＭＺ
干渉計型光導波回路４７が構成される。これらは、同一
の光導波路基板上に集積することができ、石英またはＬ
iＮbＯ₃ の平面導波路回路により実現される。

【００３９】光源１１から出力されるＣＷ光は、２×２
光カプラ１４−１で２つのポートに２分岐される。その
一方のＣＷ光は、光導波路１２−１を介して光サーキュ
レータ１８のポートＡから入力してポートＢに出力さ
れ、光ファイバ伝送路３０を介してユーザ側ＯＮＵ内の
光信号変調装置２０に伝送される。第１の実施形態と同
様に光信号変調装置２０でＣＷ光を位相変調して折り返
された上り光信号は、局内装置１０の光サーキュレータ
１８のポートＢから入力してポートＣに出力され、光導
波路１２−３および偏波調整器４２を介して２×２光カ
プラ１４−２の一方のポートに入力される。また、２×
２光カプラ１４−１で分岐された他方のＣＷ光は、光導
波路１２−２および位相調整器４３を介して２×２光カ
プラ１４−２の他方のポートに入力される。

【００４０】２×２光カプラ１４−２内では、位相変調
された上り光信号とＣＷ光が合波され、その２つの出力
ポートから干渉光強度の反転した２つの光が取り出さ
れ、差動型受光回路４４に入力される。差動型受光回路
４４では、２×２光カプラ１４−２の２つの出力ポート
に取り出される相補出力を２つの受光素子４５−１，４
５−２で光電気変換し、その出力電気信号の差分を差動
増幅回路４６で増幅する。これにより、位相変調の復調
により生じた強度変動成分が倍増されるとともに、それ
以外に光伝送の過程で付加的に生じた光強度の変動や雑
音成分が相殺され、信号対雑音比（ＳＮＲ）のよい高感
度な受光、復調が可能となる。

【００４１】なお、偏波調整器４２および位相調整器４
３の機能は、第２の実施形態に示したものと同じであ
る。また、第３の実施形態のように、ユーザ側ＯＮＵ内
の光信号変調装置２０を反射型から透過型に変更し、下
りの光ファイバ伝送路３０−１と上りの光ファイバ伝送
路３０−２を分離し、局内装置１０内の光サーキュレー
タ１８を不要とする構成としてもよい。

【００４２】（光信号変調装置の第１の実施形態：請求
項８）本発明の光信号変調装置の第１の実施形態は、図
１，２，４に示す光伝送システムの実施形態の中で説明
した反射型の構成である。

【００４３】（光信号変調装置の第２の実施形態：請求
項９，１０）図５は、本発明の光信号変調装置の第２の
実施形態を示す。本実施形態の光信号変調装置は、光フ
ァイバ伝送路３０からのＣＷ光を位相変調して上り光信
号として折り返す構成であり、図１，２，４に示す実施
形態と同様の反射型に分類されるものである。

【００４４】図において、光信号変調装置２０は、光フ
ァイバ伝送路３０を介して伝送されたＣＷ光を２つの出
力ポートに分岐する１×２光カプラ（または２×２光カ
プラ）２３と、この２つの出力ポートをリング状に接続
する光導波路２４と、光導波路２４に挿入される位相変
調器２１および偏波調整器４２により構成される。位相
変調器２１は、変調信号により各方向のＣＷ光を位相変
調して透過する。

【００４５】ここで、リング状の光導波路２４に分岐さ
れた右回りのＣＷ光と左回りのＣＷ光は、それぞれ位相
変調器２１で等しい位相変調を受けて１周して１×２光
カプラ２３に入力する。このとき、各方向別の光の経路
長は等しく位相が等しいので、合流して光ファイバ伝送
路３０に折り返される。なお、１×２光カプラ２３に代
えて２×２光カプラを用いても、ＣＷ光を入力した同じ
入力ポートから位相変調された上り光信号を出力させる
ことができる。

【００４６】本実施形態の光信号変調装置２０は、反射
板が必要なく、その他の構成要素はすべて平面光導波路
で構成可能であるので、変調装置全体を平面光導波路上
に集積化して小型化することが可能となる。

【００４７】また、偏波制御器４２は必要に応じて配置
されるものであるが、配置した場合には上り光信号を任
意の偏波状態で折り返すことができる。これにより、例
えば光ファイバ伝送路３０に偏波保持光ファイバを用
い、下りＣＷ光を直線偏波とし、上り光信号をこれと直
交する直線偏波に制御して折り返す構成をとることがで
きる。この場合には、例えば光コネクタの反射面等で下
りＣＷ光の一部が反射したとしても、反射光と上り光信
号との偏波が直交しているためにこれらの干渉が抑えら
れ、反射光耐力の高い光伝送システムを構成することが
できる。ただし、位相変調器２１としては偏波無依存型
のものを用いる必要がある。

【００４８】（光信号変調装置の第３の実施形態：請求
項１１）図６は、本発明の光信号変調装置の第３の実施
形態を示す。本実施形態の光信号変調装置は、図１，
２，４に示す反射型の構成において、入射光信号の偏波
状態に依存しない位相変調効果を得るための構成例であ
る。

【００４９】図において、光信号変調装置２０は、光フ
ァイバ伝送路３０を介して伝送されたＣＷ光を変調信号
により位相変調する位相変調器２１と、偏波回転子２５
と、位相変調器２１および偏波回転子２５の透過光が光
ファイバ伝送路３０に再び入射されるように角度を調整
して固定される反射板２２により構成される。

【００５０】ここで、偏波回転子２５は、ファラデー回
転子と磁界印加用の磁石から構成され、ファラデー効果
により位相変調器２１の出力光を透過するときにその偏
波状態を45度回転し、反射板２２の反射光が逆向きに透
過するときには同じ方向に45度回転し、往復することに
よって偏波状態が90度回転するように設定される。すな
わち、ＣＷ光の偏波状態が90度回転して折り返される。
これにより、位相変調器２１に複屈折等の入射光偏波依
存性があった場合でも、入射光と反射光でこの偏波依存
性が打ち消され、ＣＷ光の偏波状態に依存しない位相変
調を行うことができる。

【００５１】また、入射するＣＷ光の光源としてレーザ
ダイオードを用いると、その偏波状態は通常直線偏波に
近く、本実施形態の光信号変調装置２０から折り返され
る上り光信号はこれと直交する直線偏波に近い状態にな
る。したがって、第３の実施形態と同様に、例えば光コ
ネクタの反射面等で下りＣＷ光の一部が反射したとして
も、反射光と上り光信号との偏波が直交しているために
これらの干渉が抑えられ、高品質な伝送が可能となる。

【００５２】本実施形態では、位相変調器２１、偏波回
転子２５、反射板２２を光学系のアライメント調整を行
った上で一体化したモジュールとすることで、小型で低
消費電力の光信号変調装置を構成することができる。

【００５３】（光信号変調装置の第４の実施形態：請求
項１２）図７は、本発明の光信号変調装置の第４の実施
形態を示す。本実施形態の光信号変調装置は、第３の実
施形態と同様に入射光信号の偏波状態に依存しない位相
変調効果を得るための構成例である。

【００５４】図において、光信号変調装置２０は、光フ
ァイバ伝送路３０を介して伝送されたＣＷ光を変調信号
により位相変調する位相変調器２１−１，２１−２と、
位相変調器２１−１，２１−２の透過光が光ファイバ伝
送路３０に再び入射されるように角度を調整して固定さ
れる反射板２２により構成される。

【００５５】ここで、位相変調器２１−１および位相変
調器２１−２は、機能、性能、大きさ等は同一である
が、位相変調器２１−２は位相変調器２１−１に対し
て、入射光の光軸に垂直な面内で90度回転した状態に設
定される。これにより、位相変調器２１−１，２１−２
に複屈折等の入射光偏波依存性があった場合でも、光軸
が90度ずれた位相変調器２１−１，２１−２を通過する
ことによりその効果が相殺され、結果としてＣＷ光の偏
波状態に依存しない位相変調を行うことができる。

【００５６】（光信号変調装置の第５の実施形態：請求
項１３）図８は、本発明の光信号変調装置の第５の実施
形態を示す。本実施形態の光信号変調装置は、光ファイ
バ伝送路３０からのＣＷ光を位相変調して上り光信号と
して折り返す構成であり、図１，２，４に示す実施形態
と基本的には同様のものである。また、図６，７および
以下に示す実施形態にも同様に適用可能である。

【００５７】本実施形態の特徴は、図１，２，４に示す
実施形態における光ファイバ伝送路３０と位相変調器２
１との間に、光ファイバ伝送路３０から入射されるＣＷ
光が位相変調器２１（図６の実施形態では位相変調器２
１および偏波回転子２５、図７の実施形態では位相変調
器２１−１，２１−２）を透過した後に反射板２２上の
一点に焦点を結ぶような光学レンズ２６を配置したとこ
ろにある。なお、図中破線は光線軌跡を示す。反射板２
２はこの光を全反射するが、反射光が再び位相変調器２
１および光学レンズ２６を介して光ファイバ伝送路３０
に入射するように、反射板２２の角度を調整および固定
する。

【００５８】（光信号変調装置の第６の実施形態：請求
項１４）図９は、本発明の光信号変調装置の第６の実施
形態を示す。本実施形態の光信号変調装置は、局内装置
１０から光信号変調装置２０へ上り光信号用のＣＷ光と
下り光信号を波長多重して伝送し、ＣＷ光を位相変調し
て折り返すとともに下り光信号を受光する受光回路付き
の構成例を示す。

【００５９】本実施形態の光信号変調装置２０は、図
１，２，４に示す実施形態のものと基本的には同様であ
が、反射板２２に代えて波長選択型反射板２７を用い、
下り光信号に対する受光回路５０を備える。ＣＷ光（上
り光信号）の波長をλ１、下り光信号の波長をλ２とす
ると、波長選択型反射板２７は波長λ１の光信号を全反
射し、波長λ２の下り光信号を透過して受光回路５０に
受光させる構成である。このような波長選択型反射板２
７は、例えば屈折率の異なる誘電体薄膜を多層に積層し
た誘電体多層膜フィルタなどにより実現される。

【００６０】これにより、波長λ２の下り光信号は受光
回路５１で光電気変換され、増幅して下り信号として出
力される。なお、下り光信号は強度変調信号とすること
により、位相変調器２１を通過して位相変調を受けても
復調の妨げにはならない。

【００６１】本実施形態では、位相変調器２１、波長選
択型反射板２７、受光回路５０を光学系のアライメント
調整を行った上で一体化したモジュールとすることで、
下り光信号の受信が可能な双方向伝送用の光信号変調装
置を小型な構成で実現することができる。このモジュー
ル構成例を図９(2) に示す。図９(2) において、平面光
回路２８上には、位相変調器２１と、波長選択型反射板
２７と、受光回路５０の受光素子５１が、光導波路２９
を介して光学的に結合するように配置される。また、位
相変調器２１の電極が平面光回路２８上に引き出され、
変調信号が印加される。

【００６２】（光信号変調装置の第７の実施形態：請求
項１５，１６）図１０は、本発明の光信号変調装置の第
７の実施形態を示す。本実施形態の光信変調回路１０
は、ＣＷ光を位相変調して折り返す上り光信号をモニタ
し、変調条件をフィードバック制御するモニタ回路付き
の構成例を示す。

【００６３】図において、光信号変調装置は、第１の実
施形態における位相変調器２１および反射板２２に加え
て、光ファイバ伝送路３０と位相変調器２１とを接続す
る光導波路５２−１に挿入される２×２光カプラ５３
と、２×２光カプラ５３に光導波路５２−２，５２−３
を介して接続される２×１光カプラ５４と、光カプラ５
４の出力光を受光する変調光モニタ回路５５と、そのモ
ニタ出力に応じて位相変調器２１の印加電圧を制御する
変調条件調整回路５６により構成される。光導波路５２
−１には２×２光カプラ５３のポートＡとポートＣが接
続され、光導波路５２−２は２×２光カプラ５３のポー
トＢに接続され、光導波路５２−３は２×２光カプラ５
３のポートＤに接続される。

【００６４】光信号変調装置２０に入力されたＣＷ光
は、２×２光カプラ５３のポートＡに入力され、ポート
ＣおよびポートＤに２分岐される。ポートＣから出力さ
れたＣＷ光は位相変調器２１に入力され、位相変調器２
１で変調信号による位相変調を受けて反射板２２で反射
し、上り光信号として折り返される。この上り光信号
は、２×２光カプラ５３のポートＣに入力され、ポート
ＡおよびポートＢに２分岐される。ポートＡから出力さ
れる上り光信号は、光ファイバ伝送路３０に折り返され
て局内装置１０へ伝送される。ポートＢから出力される
上り光信号は、光導波路５２−２を介して２×１光カプ
ラ５４の一方のポートに入力される。また、ポートＤに
分岐されたＣＷ光は、光導波路５２−３を介して２×１
光カプラ５４の他方のポートに入力される。２×１光カ
プラ５４内では、位相変調された上り光信号とＣＷ光が
合波され、２つの光の位相差に応じた強度変動が生じ
る。変調光モニタ回路５５は、この干渉光を入力して光
電気変換して増幅することにより、位相変調された上り
光信号に対応する変調光モニタ信号を出力する。

【００６５】一方、位相変調器２１は変調信号により変
調されるが、その駆動条件を変調光モニタ信号に応じて
変調条件調整回路５６で制御することにより、常に最適
な変調状態で位相変調器２１を動作させることができ
る。

【００６６】なお、ディジタルベースバンド信号を変調
する場合には、２×１光カプラ５４に入力されるＣＷ光
の位相と上り光信号の位相が同位相のときに変調光モニ
タ回路５５の出力が最小（０レベル、スペース）とな
り、ＣＷ光の位相と上り光信号の位相がちょうどπだけ
ずれるときに変調光モニタ回路５５の出力が最大（１レ
ベル、マーク）となるように、変調条件調整回路５６で
制御することにより、最も消光比のよい変調状態が実現
する。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光伝送シ
ステムは、第１の伝送装置から第２の伝送装置に伝送さ
れた下りＣＷ光を位相変調し、上り光信号として第１の
伝送装置に折り返し、第１の伝送装置で下りＣＷ光と受
信した上り光信号を合波し、干渉させてその強度変化を
検出することにより、第２の伝送装置からの上り信号の
伝送を行うことができる。これにより、第２の伝送装置
（ＯＮＵ）側に光源を必要としない簡単な構成で、上り
信号の高品質かつ長距離伝送が可能となる。また、ＣＷ
光を発生する第１の伝送装置の光源は、複数の第２の伝
送装置（ＯＮＵ）で共用することが容易になるので、１
伝送装置当たりの光源のコストが低減し、システムとし
ての経済性を向上させることができる。

【００６８】また、第１の伝送装置側で下りＣＷ光と上
り光信号を合波する際に、その干渉光の相補出力の差分
をとることにより、ＳＮＲの良好な高感度な受信復調が
可能となる。また、第２の伝送装置側で下りＣＷ光の偏
波と上り光信号の偏波を変えることにより、上り光信号
への不要な干渉波の影響を回避して高品質な伝送が可能
となる。

【００６９】また、第２の伝送装置の光位相変調手段に
入射光偏波依存性がある場合でも、偏波回転手段などを
用いることにより、入射光信号の偏波状態に依存しない
位相変調効果を得ることができる。さらに、下りＣＷ光
の偏波と上り光信号の偏波を直交させることもでき、下
りＣＷ光からの干渉を抑えることができる。

【００７０】本発明の光信号変調装置は、精密なアライ
メントが不要なため経済性が高く、小型化および集積化
が容易で、低消費電力のものを実現することができる。
また、上り下りの双方向波長多重伝送や、上り信号の変
調状態のモニタリングにも容易に対応することができ
る。この光信号変調装置を本発明の光伝送システムに用
いることにより、経済的かつ高品質なシステムを構築す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光伝送システムの第１の実施形態を示
すブロック図。

【図２】本発明の光伝送システムの第２の実施形態を示
すブロック図。

【図３】本発明の光伝送システムの第３の実施形態を示
すブロック図。

【図４】本発明の光伝送システムの第４の実施形態を示
すブロック図。

【図５】本発明の光信号変調装置の第２の実施形態を示
すブロック図。

【図６】本発明の光信号変調装置の第３の実施形態を示
すブロック図。

【図７】本発明の光信号変調装置の第４の実施形態を示
すブロック図。

【図８】本発明の光信号変調装置の第５の実施形態を示
すブロック図。

【図９】本発明の光信号変調装置の第６の実施形態を示
すブロック図。

【図１０】本発明の光信号変調装置の第７の実施形態を
示すブロック図。

【符号の説明】

１０ 局内装置 １１ 光源 １２ 光導波路 １３ アイソレータ １４ ２×２光カプラ １５ ２×１光カプラ １６ 受光回路 １７ １×２光カプラ １８ 光サーキュレータ ２０ 光信号変調装置 ２１ 位相変調器 ２２ 反射板 ２３ １×２光カプラ ２４ 光導波路 ２５ 偏波回転子 ２６ 光学レンズ ２７ 波長選択型反射板 ２８ 平面光回路 ２９ 光導波路 ３０ 光ファイバ伝送路 ４１ 可変アッテネータ ４２ 偏波調整器 ４３ 位相調整器 ４４ 差動型受光回路 ４５ 受光素子 ４６ 差動増幅回路 ４７ ＭＺ干渉計型光導波回路 ５０ 受光回路 ５１ 受光素子 ５２ 光導波路 ５３ ２×２光カプラ ５４ ２×１光カプラ ５５ 変調光モニタ回路 ５６ 変調条件調整回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/152

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の伝送装置から第２の伝送装置に光
   ファイバ伝送路を介して一定強度の下りＣＷ光を伝送
   し、第２の伝送装置で下りＣＷ光を変調し、上り光信号
   として前記光ファイバ伝送路を介して前記第１の伝送装
   置に折り返す構成の光伝送システムにおいて、 前記第１の伝送装置は、 前記下りＣＷ光としてコヒーレンスの高い光を出力する
   レーザ光源と、 前記レーザ光源から出力された下りＣＷ光を２分岐し、
   その一方の下りＣＷ光を前記光ファイバ伝送路に送出す
   る光分岐手段と、 前記光分岐手段で分岐された他方の下りＣＷ光と、前記
   光ファイバ伝送路を介して伝送された前記上り光信号と
   を合波し、その干渉光を出力する光合波手段と、 前記光合波手段から出力される干渉光を光電気変換し、
   前記上り光信号を復調した電気信号を出力する受光回路
   とを備え、 前記第２の伝送装置は、 前記光ファイバ伝送路を介して伝送された前記下りＣＷ
   光の位相を送信信号により変調する光位相変調手段と、 前記光位相変調手段で位相変調された光信号を上り光信
   号として前記光ファイバ伝送路に折り返す光折り返し手
   段とを備えたことを特徴とする光伝送システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光伝送システムにおい
   て、 前記第１の伝送装置は、前記光合波手段に入力する下り
   ＣＷ光または上り光信号の光強度を減衰する可変光減衰
   手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光伝送システムにおい
   て、 前記第１の伝送装置は、前記光合波手段に入力する下り
   ＣＷ光または上り光信号の偏波状態を調整する偏波調整
   手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光伝送システムにおい
   て、 前記第１の伝送装置は、前記光合波手段に入力する下り
   ＣＷ光または上り光信号の位相状態を調整する位相調整
   手段を備えたことを特徴とする光伝送システム。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の光伝送システムにおい
   て、 前記第１の伝送装置の光合波手段は、２つの出力ポート
   に前記下りＣＷ光と前記上り光信号の干渉光を相補出力
   する構成であり、 前記受光回路は、相補出力される干渉光を２つの受光素
   子で光電気変換し、その電気信号の差分を出力する構成
   であることを特徴とする光伝送システム。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の光伝送システムにおい
   て、 前記第２の伝送装置の光折り返し手段は、前記光位相変
   調手段から出力される変調光を反射し、その変調光を再
   度前記光位相変調手段で位相変調して前記光ファイバ伝
   送路に折り返す構成であることを特徴とする光伝送シス
   テム。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の光伝送システムにおい
   て、 前記光ファイバ伝送路として、前記下りＣＷ光を伝送す
   る第１の光ファイバ伝送路と、前記上り光信号を伝送す
   る第２の光ファイバ伝送路を備え、 前記光折り返し手段は、前記第１の光ファイバ伝送路か
   らの前記下りＣＷ光を前記光位相変調手段に入力し、前
   記光位相変調手段から出力される変調光を前記第２の光
   ファイバ伝送路に送出する構成であることを特徴とする
   光伝送システム。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の光伝送システムの第２
   の伝送装置において、 前記光ファイバ伝送路を介して伝送された前記下りＣＷ
   光の位相を送信信号により変調する光位相変調手段と、 前記光位相変調手段から出力される変調光を反射し、反
   射させた変調光を再度前記光位相変調手段で位相変調し
   て上り光信号として前記光ファイバ伝送路に折り返す反
   射手段とを備えたことを特徴とする光信号変調装置。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の光伝送システムの第２
   の伝送装置において、 前記光ファイバ伝送路からの下りＣＷ光を２分岐する分
   岐手段と、 前記分岐手段の分岐ポートをリング接続して前記下りＣ
   Ｗ光を右回りおよび左回りに伝送する光導波路と、 前記光導波路に挿入され、透過する下りＣＷ光の位相を
   送信信号により変調する光位相変調手段とを備え、 前記光位相変調手段で位相変調された右回りおよび左回
   りの光信号を前記分岐手段で合流して上り光信号として
   前記光ファイバ伝送路に折り返す構成であることを特徴
   とする光信号変調装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の光信号変調装置にお
    いて、 前記光導波路に挿入され、前記上り光信号を所定の偏波
    状態に設定する偏波調整手段を備えたことを特徴とする
    光伝送システム。
11. 【請求項１１】 請求項８に記載の光信号変調装置にお
    いて、 前記光位相変調手段と前記反射手段との間に、通過する
    光の偏波を45度回転する偏波回転手段を備え、前記偏波
    回転手段を往復する光の偏波を90度回転させる構成であ
    ることを特徴とする光信号変調装置。
12. 【請求項１２】 請求項８に記載の光信号変調装置にお
    いて、 前記光位相変調手段は、光軸が90度ずれて配置される２
    つの光位相変調手段を用いた構成であることを特徴とす
    る光信号変調装置。
13. 【請求項１３】 請求項８に記載の光信号変調装置にお
    いて、 前記光ファイバ伝送路と前記光位相変調手段との間に、
    前記光ファイバ伝送路の一端から出力される下りＣＷ光
    を前記反射手段上に焦点を結ぶように集光し、その反射
    光を前記光ファイバ伝送路に結合する光学レンズを備え
    たことを特徴とする光信号変調装置。
14. 【請求項１４】 請求項８に記載の光信号変調装置にお
    いて、 前記反射手段は、前記光位相変調手段から出力される変
    調光を反射し、反射させた変調光を再度前記光位相変調
    手段で位相変調して上り光信号として前記光ファイバ伝
    送路に折り返すとともに、前記下りＣＷ光と異なる波長
    の下り光信号を透過する波長選択型反射手段であり、 前記波長選択型反射手段を透過した下り光信号を受光す
    る受光回路を備えたことを特徴とする光信号変調装置。
15. 【請求項１５】 請求項８に記載の光信号変調装置にお
    いて、 前記光ファイバ伝送路からの下りＣＷ光を２分岐し、そ
    の一方の下りＣＷ光を前記光位相変調手段に入力すると
    ともに、前記上り光信号を２分岐し、その一方を前記光
    ファイバ伝送路に折り返す光分岐手段と、 前記光分岐手段で分岐された他方の下りＣＷ光および上
    り光信号とを合波し、その干渉光を出力する光合波手段
    と、 前記光合波手段から出力される干渉光を光電気変換した
    モニタ信号を出力する変調光モニタ回路とを備えたこと
    を特徴とする光信号変調装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の光信号変調装置に
    おいて、 前記光位相変調手段でディジタルベースバンド信号を変
    調する場合に、前記光合波手段に入力される下りＣＷ光
    の位相と上り光信号の位相が同位相のときに前記モニタ
    信号レベルが最小となり、下りＣＷ光の位相と上り光信
    号の位相がπずれるときに前記モニタ信号レベルが最大
    になるように、前記光位相変調手段の変調条件を制御す
    る変調条件調整回路を備えたことを特徴とする光信号変
    調装置。