JP2007201540A - 光信号送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無信号状態を含む光信号を波形の歪なく生成できる、バースト信号用の光信号送信装置を提供する。
【解決手段】光信号送信装置は、内部に光ゲートを有する光源（１０１）と、この光源からの光を、送信するデータ信号を含む電気信号によって変調する外部変調器（１０２）とを備える。光源は内部に光ゲート（１０８）を含み、この光ゲートは制御信号により光信号の透過・遮断を制御する。光ゲートの制御信号は上記電気信号とタイミングを合わせた信号であり、送信するデータの包絡線に相当する信号である。その電気信号は意味のあるデータの塊と塊との間に、データ信号と同程度の速度の信号を挿入して低周波信号成分を削除した信号である。
【選択図】図１

Description

本発明は、間欠的に生じる光信号を生成するための光信号送信装置に関し、特にバースト通信用の光信号送信装置に関する。

複数の光信号を異なる波長の光に乗せ、１本の光ファイバで伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大させることが可能であり、既に基幹系システムを中心に導入が進んでいる。さらに近年、光信号の波長を、伝送路容量の増大に適用するだけでなく、ネットワークの経路設定にも用いる波長ルーティングの開発や導入検討も進んでいる。

このような、波長情報を活用したフォトニックネットワークシステムにおいて、ネットワーク資源を無駄なく効率的に利用するためには、バースト通信と呼ばれる手法の適用が効果的である。

バースト通信では、送信するデータを宛先毎にまとめ、一連のデータの塊として送受信を行う。このバースト通信を、波長情報を活用したフォトニックネットワークに適用する場合、波長可変光源を内蔵する送信器を使用し、宛先毎にまとめられたデータを、適切な波長の信号として送出することになる。このようなバースト通信に対応せず、波長可変光源を使用しない旧来のフォトニックネットワークシステムでは、トラフィックが少ない経路に対しても全て固有の光源を割当てる必要があり、ネットワーク資源の利用効率が低くなってしまっていた。一方、バースト通信を適用すれば、トラフィックが比較的少ない経路で使用していた複数の送信器の代わりに、波長可変光源を内蔵する送信器を使用することができ、ネットワーク資源の利用効率を向上させられることとなる（非特許文献１）。

しかしながら、バースト通信に用いる信号の生成は容易ではない。図４に従来の典型的な高ビットレートな光信号送信装置の構成を示す。図４において、４０１は光源、４０２は外部変調器、４０３は電気のデータ信号を入力するデータ信号入力ポート、４０４はバイアス電源、４０５は外部変調器用ドライバ回路、および４０６は光信号出力ポートである。データ信号入力ポート４０３から入力された電気信号であるデータ信号は、外部変調器用ドライバ回路４０５に入力されて適切な所望の振幅に増幅され、この増幅されたデータ信号は、さらにバイアス電源４０４から外部変調器用ドライバ回路４０５に供給される直流電圧に応じて、適切な平均電圧の信号として外部変調器用ドライバ回路４０５から出力される。外部変調器用ドライバ回路４０５から出力された電気信号は外部変調器４０２に入力される。外部変調器４０２は、その入力された電気信号に応じて、光源４０１から入力された光信号を透過・遮断させ、光信号出力ポート４０６から出力させる。以上のようにして、一般的な高ビットレートな光信号が生成される。

だが、図４で説明したこの従来装置をバースト通信に用いる信号の生成に用いる場合、一連のデータの塊と、次の一連のデータの塊と塊の間に存在する無信号状態を生成することが困難である。その理由は、一般的な外部変調器用ドライバ回路４０５においては、故障を避けるために、電気のデータ信号源（データ信号入力ポート）４０３から入力されるデータ信号の低周波成分を遮断して増幅するためである。無信号状態を含むバースト通信に用いる信号は多くの低周波成分を含むため、バースト通信に用いる信号を電気のデータ信号入力ポート４０３から外部変調器用ドライバ回路４０５に入力しても、外部変調器４０２から出力される光信号は、波形が歪んでしまう。

以上のような理由で、従来技術による光信号送信装置を使用する場合に、バースト通信に用いる信号の生成は困難であるという解決すべき課題があった。

Chunming Qiao，"Labeled OPTICAL burst switching for IP-over-WDM integration"，IEEE Communications Magazine，vol．38，issue 9，p．104-114，Sep．2000．）

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バースト通信をフォトニックネットワークシステムへ適用するのに適した、無信号状態を含む光信号を波形の歪みなく生成することのできる、光信号送信装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明の信号送信装置は、第１の電気信号を外部から入力する第１の入力ポートと、前記第１の電気信号とタイミングが取れている第２の電気信号を外部から入力する第２の入力ポートであって、該第２の電気信号は意味あるデータの塊と塊の間に、データ信号速度と同程度の速度の信号を挿入して低周波の信号成分を削除した信号である、第２の入力ポートと、光信号を発生する光源であって、前記第１の電気信号によって該光信号の透過／遮断を切り換える光ゲートを内部に有する光源と、前記光源からの入力光信号の透過／遮断を前記第２の電気信号による入力電圧に応じて切り換える外部変調器と、前記外部変調器から出力される光信号を装置からの出力信号として外部に出力する出力ポートと、を具備することを特徴とする。

前記第１の電気信号は光信号送信装置から送信するデータの包絡線に相当する信号であるとすることができる。

また、前記光信号送信装置において、前記光源は、外部から入力される第３の電気信号によって、出力光の波長が制御される波長可変光源であってもよく、また、前記光ゲートは出力信号のレベルを調節する機能を併せ持っていてもよい。

さらに、前記光信号送受信装置において、前記光ゲートを含む前記光源は一体に集積されていても、前記光ゲートを含む前記光源と前記外部変調器とが一体に集積されていてもよい。

上記構成により、本発明によれば、特殊な装置を使用することなく、バースト通信をフォトニックネットワークシステムへ適用するのに適した、無信号状態を含む光信号を波形の歪みなく生成することのできる、光信号送信装置を実現できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１を参照して、本発明に係る光信号送信装置の第１の実施の形態を説明する。図１に示す光信号送信装置は、光信号を生成する光源１０１と、外部変調器１０２と、電気のデータ信号を入力するデータ信号入力ポート１０３と、バイアス電源１０４と、外部変調器用ドライバ回路１０５と、光信号を外部に出力する光信号出力ポート１０６と、光ゲート制御信号を入力する光ゲート制御信号入力ポート１０９とを含む。

光源１０１は、光信号を生成するレーザ１０７と、光ゲート制御信号によってレーザ１０７の出力光の透過／遮断を切り換える光ゲート１０８とを内部に有する。光ゲート１０８からの出力光は光源１０１の出力光として、外部変調器１０２に入力される。

データ信号入力ポート１０３から入力する電気のデータ信号は、以下で更に詳述するように、光ゲート制御信号とタイミングがとれている信号で有り、かつ意味あるデータの塊と塊の間に、データ信号速度と同程度の速度の信号を挿入して低周波の信号成分を削除した信号である。

データ信号入力ポート１０３から入力された電気信号であるデータ信号は、外部変調器用ドライバ回路１０５に入力されて適切な所望の振幅に増幅され、この増幅されたデータ信号は、さらにバイアス電源１０４から外部変調器用ドライバ回路１０５に供給される直流電圧に応じて、適切な平均電圧の電気信号として外部変調器用ドライバ回路１０５から出力される。外部変調器用ドライバ回路１０５から出力された適切な平均電圧の電気信号は外部変調器１０２に入力される。外部変調器１０２は、その入力電圧に応じて、光源１０１から入力された光信号を透過・遮断させ、光信号出力ポート１０６から出力させる。このように、外部変調器１０２は光源１０１からの入力光信号の透過／遮断を電気のデータ信号による入力電圧に応じて切り換える。

以上の構成において、光源１０１内部のレーザ１０７として、例えば半導体の分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを使用することができる。光ゲート１０８として、例えば半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用することができる。外部変調器１０２としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮＯ_３）結晶を用いた変調器や、半導体を用いた電界吸収型の変調器等を使用することができる。外部変調器用ドライバ回路１０５としては、例えば低周波成分の除去された信号を増幅する増幅部と、出力信号の平均電圧を調整するバイアス回路を組み合わせた回路を使用できる。ただし、これらは本実施形態の機能を実現するために使用可能な装置の一例に過ぎず、同様の機能を実現する他の装置を使用する場合も、本発明に含まれる。また、光源１０１の内部のレーザ１０７と、光ゲート１０８と、外部変調器１０２の一部または全ては、一体に集積されたデバイスであってもよい。

本実施形態において、電気のデータ信号入力ポート１０３から入力される信号は、送信するデータを含み、かつ低周波の信号成分が多くない信号とする。本来バースト通信に用いる信号のみでは、送信するデータである一連のデータの塊と塊の間に信号の無い状態が続くため、低周波の信号成分を多く含む。これに対し、本発明に係るデータ信号入力ポート１０３から入力される信号は、意味のあるデータである一連のデータの塊と塊の間に、データ信号速度と同程度の速度の、例えば１／０交番信号や、ランダム信号などを挿入することにより、低周波の信号成分を削減した信号である。

以上のようにして、低周波の信号成分の削除された電気信号は、外部変調器用ドライバ回路１０５において歪まずに増幅される。増幅され、適当な平均電圧に調整された外部変調路用ドライバ回路１０５からの出力信号は、外部変調器１０２に入力され、同時に外部変調器１０２に入力された光信号の透過・遮断を制御する。

一方、光ゲート制御信号入力ポート１０８から入力される光ゲート制御信号は、本光信号送信装置から送信するデータの包絡線に相当する信号とする。この光ゲート制御信号を、光源１０１の内部にある光ゲート１０８に入力することで、レーザ１０７から出力される光信号の透過・遮断を制御する。光ゲート１０８から出力された光信号は、外部変調器１０２に入力される。

電気のデータ信号入力ポート１０３から入力される信号と、光ゲート制御信号入力ポート１０８から入力される信号のタイミングを合わせることで、外部変調器１０２に外部変調器用ドライバ回路１０５から送信されるデータが入力されている間、光源１０１から光が外部変調器１０２に入力されるように、調整することができる。このとき、バースト通信に用いられる一連のデータを塊として生成した信号を外部変調器１０２から、すなわち光信号出力ポート１０６から得ることができる。

また、上記のタイミング合わせにより、電気のデータ信号入力ポート１０３から入力される信号成分において、意味のあるデータである一連のデータの塊と塊の間に挿入された、データ信号速度と同程度の速度の、例えば１／０交番信号や、ランダム信号などの信号成分による電圧信号が、外部変調器１０２に入力しているタイミングでは、光ゲート１０８からの光信号は必ず遮断されているので、光信号出力ポート１０６から意図しない光信号が出力することはない。

以上のように一般的な複数の装置（あるいは回路、部品）を組み合わせることで、特殊な装置（あるいは回路、部品）を使用することなく、バースト通信に用いる無信号状態を含む光信号を、波形の歪みなく生成することのできる、光信号送信装置を実現できる。

［第２の実施形態］
次に、図２を参照して、本発明に係る光信号送信装置の第２の実施の形態を説明する。図２に示す光信号送信装置は、図１におけるレーザ１０７の代わりに波長可変レーザ２０１を含み、かつ新たに波長可変レーザ制御装置２０２と、出力波長制御信号入力ポート２０３とを含む。その他の構成要素は、第１の実施形態と同じである。

以上の構成において、波長可変レーザ２０１として、例えば、半導体のＤＦＢレーザの素子温度を制御することによって出力波長を所望の波長に設定可能としたレーザや、複数の発光波長の異なるＤＦＢレーザの出力を光カプラで結合し、所望の出力波長で発光するＤＦＢレーザのみを駆動することで出力波長を所望の波長に設定可能としたレーザや、電流を注入することにより素子の屈折率を調整し、出力波長を所望の波長に設定可能とした多端子型の半導体レーザ等を使用できる。ただし、これらの波長可変レーザは、本実施形態の機能を実現するために使用可能な装置の一例に過ぎず、同様の機能を実現する他の装置の使用する場合も、本発明に含まれる。

本実施形態では、光源１０１内に波長可変レーザ２０１を内蔵する。波長可変レーザ２０１の出力波長は、出力波長制御信号入力ポート２０３から入力される信号に応じて、波長可変レーザ制御装置２０２によって制御され、所望の波長に定められるものとする。

上記以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、上記の波長可変レーザ２０１を使用することにより、バースト通信に用いられる一連のデータを塊として生成した信号を、一連のデータの塊ごとに異なる信号波長で出力することの可能な、光信号送信装置を得ることができる。

なお、特殊な装置を使用することなく、バースト通信に用いる無信号状態を含む光信号を、波形の歪みなく生成することのできる、光信号送信装置を実現できることは、第１の実施形態と同様である。

［第３の実施形態］
さらに、図３を参照して、本発明に係る光信号送信装置の第３の実施の形態を説明する。図３に示す光信号送信装置は、図２における構成部品の他に、新たに光ゲート制御装置３０１を含む。その他の構成要素は、第２の実施形態と同じである。

本実施形態では、波長可変レーザ２０１の出力レベルが、出力波長ごとにばらついている場合の対応策を示す。波長可変レーザ２０１の出力波長は、出力波長制御信号入力ポート２０３から入力される信号（出力波長制御信号）に応じて、波長可変レーザ制御装置２０２によって制御され、所望の波長に定められる。これと同時に、出力波長制御信号入力ポート２０３から入力される信号（出力波長制御信号）と、光ゲート制御信号入力ポート１０８から入力される信号（光ゲート制御信号）は、それぞれ光ゲート制御装置３０１に入力される。光ゲート制御装置３０１は、光ゲート制御信号入力ポート１０８から入力される信号に応じて光ゲート１０７の透過・遮断を制御し、かつ出力波長制御信号入力ポート２０３から入力される信号に応じて光ゲート１０７からの出力レベルを制御することで、所望の出力タイミング・出力レベルで光源１０１からの出力光を得る。

例えば、光ゲート１０８としてＳＯＡを利用する場合には、注入電流量で利得を制御するため、光ゲート制御装置３０１は、光ゲート制御信号入力ポート１０８から入力される信号に応じた時間の間、出力波長制御信号入力ポート２０３から入力される信号に応じた電流量を、光ゲート１０７に注入する。これにより、光ゲート１０７から所望の出力タイミング・出力レベルで出力光が得られる。

上記以外の構成は、第１、第２の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施形態では、以上のような光ゲート制御装置３０１を使用することにより、バースト通信に用いられる一連のデータを塊として生成した信号を、一連のデータの塊ごとに異なる信号波長で出力することが可能で、かつ出力レベルが均一である、光信号送信装置を得ることができる。

なお、特殊な装置を使用することなく、バースト通信に用いる無信号状態を含む光信号を、波形の歪みなく生成することのできる、光信号送信装置を実現できることは、第１、第２の実施形態と同様である。

［他の実施の形態］
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。

本発明の第１の実施形態である光信号送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態である光信号送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態である光信号送信装置の構成を示すブロック図である。 従来の光信号送信装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 光源
１０２ 外部変調器
１０３ 電気のデータ信号入力ポート
１０４ バイアス電源
１０５ 外部変調器用ドライバ回路
１０６ 光信号出力ポート
１０７ レーザ
１０８ 光ゲート
１０９ 光ゲート制御信号入力ポート
２０１ 波長可変レーザ
２０２ 波長可変レーザ制御装置
２０３ 出力波長制御信号入力ポート
３０１ 光ゲート制御装置
４０１ 光源
４０２ 外部変調器
４０３ 電気のデータ信号入力ポート
４０４ バイアス電源
４０５ 外部変調器用ドライバ回路
４０６ 光信号出力ポート

Claims (5)

1. 第１の電気信号を外部から入力する第１の入力ポートと、
   前記第１の電気信号とタイミングが取れている第２の電気信号を外部から入力する第２の入力ポートであって、該第２の電気信号は意味あるデータの塊と塊の間に、データ信号速度と同程度の速度の信号を挿入して低周波の信号成分を削除した信号である、第２の入力ポートと、
   光信号を発生する光源であって、前記第１の電気信号によって該光信号の透過／遮断を切り換える光ゲートを内部に有する光源と、
   前記光源からの入力光信号の透過／遮断を前記第２の電気信号による入力電圧に応じて切り換える外部変調器と、
   前記外部変調器から出力される光信号を装置からの出力信号として外部に出力する出力ポートと、
   を具備することを特徴とする光信号送信装置。
2. 前記第１の電気信号は光信号送信装置から送信するデータの包絡線に相当する信号であることを特徴とする請求項１に記載の光信号送信装置。
3. 前記光源は、外部から入力される第３の電気信号によって、出力光の波長が制御される波長可変光源であることを特徴とする請求項１または２に記載の光信号送信装置。
4. 前記光ゲートは、出力信号のレベルを調節する機能を併せ持つことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光信号送信装置。
5. 前記光ゲートを含む前記光源は一体に集積されているか、または前記光ゲートを含む前記光源と前記外部変調器とが一体に集積されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光信号送信装置。
   

Images