JP4912971B2 - 光送信装置及び光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は光送信装置及び光伝送システムに関し、特に、ケーブルテレビなどのように映像信号を非常に大きな光パワーで送信或いは伝送する光送信装置及び光伝送システムに関する。

アナログ映像信号を含む光伝送システムでは、十分なＣＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を確保するために、受信端における光パワーを高く保持する必要がある。したがって、局間伝送などの長距離伝送を行うためには、送信端において非常に大きな光パワーを光伝送路である光ファイバに入力する。

しかしながら、光ファイバ中での非線形現象である誘導ブリルアン散乱（以下ＳＢＳと略す：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が発生する。これにより、信号光の波形が劣化し、光受信器において受信誤りが生じ易くなる。すなわち、信号光の伝送距離が制限されてしまう。したがって、ＳＢＳのような非線形光学現象の発生を抑圧して、信号光の波形劣化を防止することが重要である。

ＳＢＳは光波長のスペクトル幅が狭いほど発生しやすい。そこで、ＳＢＳの発生を抑圧するためには、光源である半導体レーザ光源から出力されるレーザ光に位相変調または周波数変調を施し、光スペクトルを散乱する方式が用いられている。この方式においては、位相変調または周波数変調が施されたレーザ光に高速の信号光を重畳したものを、信号光として光伝送路に伝送させる。

従来のＳＢＳ抑圧技術における光送信器は、図５に示すように、周波数ｆｍの変調信号を出力する変調信号源１と、この変調信号に基づいて位相変調または周波数変調されたレーザ光を出力する半導体レーザ光源２と、送信すべき信号を出力する信号源３と、半導体レーザ光源２から出力されたレーザ光を信号源３から出力された信号に基づいて振幅変調して、その振幅変調されたレーザ光を信号光として出力する外部変調器４と、この外部変調器４から出力された信号光を光増幅して出力する光増幅器５とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２９９５２５号公報（第２−３頁、図２）

光源である半導体レーザ光源から出力されるレーザ光に位相変調または周波数変調を施すだけでは、光波長のスペクトル幅を十分に広げることができず、光信号の伝送距離を伸ばすことができない。光波長のスペクトル幅を広げるための新たな手法が求められている。

本発明の目的は、ＳＢＳによる反射戻り光の急増を抑え、大きな光パワーの光信号を長距離伝送可能な光送信装置及び光伝送システムを提供することにある。

本発明の光伝送システムは、光送信装置と、光送信装置から出力される光信号が入力されるシングルモード光ファイバから形成されて光信号の少なくとも９０ｋｍの長距離伝送を行う長距離光伝送路と、長距離光伝送路を伝送された光信号を受信してその光信号を電気信号へ変換する光／電気変換器とを備え、光送信装置が、１つの電気信号を少なくとも２つの電気信号に分配する電気分配器と、分配された電気信号のそれぞれを発光波長の異なる光信号に変換する電気／光変換器と、分配された電気信号の少なくともいずれか一方の位相を調節する第１位相調節器または電気／光変換器より変換された光信号の少なくともいずれか一方の位相を調整する第２位相調整器と、電気／光変換器より変換され、且つ位相が調整された光信号を合成する光合波器と、合成された光信号を増幅する光増幅器とから形成され、分配された少なくとも２つの電気信号を発光波長の異なる光信号に変換することにより、光信号の光エネルギーを少なくも２つの光波に分散させて長距離光伝送路のシングルモード光ファイバに入力される光信号のスペクトル幅を広げることを特徴とする。

本発明の一態様において、光伝送システムでは、光信号の光エネルギーを少なくも２つの光波に分散させることにより、少なくとも２倍の強度の光を伝送可能かつシングルモード光ファイバにおける光信号の長距離伝送が可能である。

本発明の他の一態様において、電気／光変換器は、レーザを用いた直接変調方式である。

本発明の他の一態様において、光ファイバにおける光信号の分散は、波長１５５０ｎｍにおいて、１６〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。

分配された２以上の電気信号を周波数の異なる２以上の光信号へ変換し、これらを合成して光伝送路へ入力することにより、光エネルギーを複数の光波に分散させることができ、ＳＢＳによる反射戻り光の急増が抑えられ、大きな光パワー（光強度）の光信号の伝送距離が伸びる。また、光ファイバの波長分散による複数の光信号の位相ズレを抑制することができる。

本発明の光送信装置及び光伝送システムによれば、ＳＢＳによる反射戻り光の急増を抑え、大きな光パワーの光信号を長距離伝送することができる。

次に、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す第１の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[第１の実施の形態]
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置および光伝送システムの詳細を説明する。

（光送信装置）
光送信装置は、１つの電気信号を少なくとも２つの電気信号に分配する分配器（電気分配器）１０と、分配された電気信号の少なくとも一方の電気信号の位相を調整する位相調整器１２（第１位相調節器）と、分配された電気信号のそれぞれを発光波長の異なる光信号へ変換する電気／光(Ｅ／Ｏ)変換器１４、１６と、Ｅ／Ｏ変換器１４、１６により変換された光信号の少なくとも一方の位相を調整する位相調整器１８（第２位相調節器）と、Ｅ／Ｏ変換器１４、１６より変換され、且つ位相が調整された光信号を合成する光合波器２０と、光合波器２０から伝送されてきた光信号を増幅する光増幅器２４とを備える。

図１の構成例において、位相調整器１２は、分配器１０により分配された２つの電気信号のうち１つの電気信号の位相を調整する。

Ｅ／Ｏ変換器１４は、位相調整器１２から出力される電気信号を波長１５３３.２６４ｎｍの光信号へ変換する。

Ｅ／Ｏ変換器１６は、分配器１０から出力される電気信号を波長１５３３.８０８ｎｍの光信号へ変換する。

位相調整器１８は、Ｅ／Ｏ変換器１４、１６により変換された２つの光信号の内、一方の光信号の位相を調整する。具体的に、位相調整器１８は、Ｅ／Ｏ変換器１４により変換された波長１５３３.２６４ｎｍの光信号の位相を調整する。

光合波器２０は、位相調整器１８から出力される光信号とＥ／Ｏ変換器１６から出力される光信号とを合成する。すなわち、光合波器２０は、発光波長の異なる光信号を合成する。

光合波器２０により合成された光信号は、遠方に配置された光受信装置（図示せず）内のＯ／Ｅ変換器２８へ送信される。このように、光送信装置は、入力された電気信号を光信号へ変換して光受信装置（図示せず）へ送信する。Ｏ／Ｅ変換器２８において、合成された光信号は元の電気信号に復調される。なお、Ｅ／Ｏ変換器１４、１６はレーザを用いた直接変調方式であることが望ましい。

分配器１０により分配された２つの電気信号は、それぞれ同軸ケーブル３０、３２によって、位相調整器１２及びＥ／Ｏ変換器１６へ伝送される。

位相調整器１８から出力される光信号は、シングルモード光ファイバ２２によって、光合波器２０へ伝送される。

光増幅器２４から出力される光信号は、シングルモード光ファイバ２６によって、光受信装置（図示せず）内のＯ／Ｅ変換器２８へ伝送される。シングルモード光ファイバ２６における光信号の分散は、波長１５５０ｎｍの光信号において、例えば約１６〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度であることが望ましい。

（光伝送システム）
本発明の第１の実施の形態に係る光伝送システムは、上記の光送信装置と、光送信装置から出力される光信号が入力されるシングルモード光ファイバ２６からなる長距離光伝送路と、長距離光伝送路を伝送された光信号を受信し、当該光信号を電気信号へ変換するＯ／Ｅ変換器（光／電気変換器）２８とを備える。

図１の構成例では、入力電気信号を電気的な分配器１０で２分配する場合を示したが、３分配以上であっても構わない。３分配については、変形例において説明する。また、２分配された電気信号の内、一方にのみ電気的な位相調整器１２を用いて位相を調整することにより、各々２台のＥ／Ｏ変換器１４、１６に入力する電気信号の位相を変えられるようにしたが、２つの電気的な位相調整器を配置して両方の電気信号に対して位相調整をそれぞれ行っても構わない。

長距離伝送のために光パワーが大きく、且つ光波長のスペクトル幅が狭い光信号を光ファイバに入力すると、ＳＢＳにより光信号が急激に減衰してしまう。そこで、分配された２以上の電気信号を周波数の異なる２以上の光信号へ変換してから、これらを合成してシングルモード光ファイバ２６へ入力する。これにより、シングルモード光ファイバ２６に入力される光信号のスペクトル幅を広げることができる（光エネルギーを２つ以上の光波に分散）。
よって、ＳＢＳによる反射戻り光の急増が抑えられ、大きな光パワー（光強度）の光信号の伝送が可能となり、伝送距離が伸びる。即ち、複数の光波に光エネルギーを分散させることにより、光の散乱しきい値が向上する。

（実験例）
図２は、図１のシングルモード光ファイバ２６のファイバ長に対する復調後の電気信号の出力（信号レベル）を示す。本実験において、分配器１０へ入力される電気信号の周波数は５４０ＭＨｚであり、シングルモード光ファイバ２６として、波長１５５０ｎｍの光信号において波長分散が１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのものを用いた。

また、シングルモード光ファイバ２６のファイバ長は９０ｋｍであり、光変調度は１０%であり、光増幅器２４の出力は＋１６ｄＢｍであり、Ｏ／Ｅ変換器２８に入力される光入力レベルを−３ｄＢｍとした。

また、位相調整器１２において片側の信号と比べ、０〜−１４０°の範囲で位相をずらした場合について、復調後の電気信号の信号レベルを測定した。図２に示すように、電気的な位相を調整することによって、信号劣化なく長距離光伝送ができることが確認できた。

図３は、光ファイバに入射されるファイバ結合入射光強度（ｍＷ）と伝送光強度（ｍＷ）との関係、及びファイバ結合入射光強度（ｍＷ）と反射光強度（ｍＷ）との関係を示す。

「ダブルレーザ(Ｔ)」は、入力される信号を２つの光信号に分散させた場合の光伝送強度（ｍＷ）を示し、「シングルレーザ(Ｔ)」は、入力される信号を分散させない場合の光伝送強度（ｍＷ）を示す。また、「ダブルレーザ(Ｂ)」は、入力される信号を２つの光信号に分散させた場合の反射光強度（ｍＷ）を示し、「シングルレーザ(Ｂ)」は、入力される信号を分散させない場合の反射光強度（ｍＷ）を示す。

図３に示すように、ダブルレーザの伝送光強度は、ファイバ結合入射光強度が増すほど、シングルレーザの伝送光強度よりも強くなる。また、反射光強度が急激に増加し始める入射光強度のしきい値は、シングルレーザよりもダブルレーザの方が高い。つまり、ダブルレーザの方がより強い強度の入射光を伝送することができる。

本発明の第１の実施の形態においては光エネルギーを２つの光波に分散させることにより、２倍の強度の光が伝送可能となり、長距離光伝送が実現される。

なお、第１の実施の形態では電気的な位相調整器１２により調整を行ったが、光による位相調整器１８で調整を行っても同様な効果が得られる。

（変形例）
図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光送信装置及び光伝送システムの構成を説明する。

（光送信装置）
変形例において、分配器（電気分配器）１０は、１つの電気信号を３つの電気信号に分配する。分配された３つの電気信号の内、２つの電気信号は、位相調整器１２及び位相調整器３６によってその位相が調整される。その後、３つの電気信号は、それぞれＥ／Ｏ変換器１４、１６、３４によって互いに発光波長の異なる３つの光信号へ変換される。

変換された３つの光信号のうちＥ／Ｏ変換器１４で変換された光信号は位相調整器１８によってその位相が調整される。そして、波長が異なる３つの光信号は光合波器２０によって合成され、合成された光信号は光増幅器２４によって増幅された後、遠方に配置された光受信装置（図示せず）内のＯ／Ｅ変換器２８へ送信される。

このように、光送信装置は、入力された電気信号を光信号へ変換して光受信装置（図示せず）へ送信する。Ｏ／Ｅ変換器２８において、合成された光信号は元の電気信号に復調される。

（光伝送システム）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光伝送システムは、上記の光送信装置と、光送信装置から出力される光信号が入力されるシングルモード光ファイバ２６から成る光伝送路と、光伝送路を伝送された光信号を受信し、当該光信号を電気信号へ変換するＯ／Ｅ変換器（光／電気変換器）２８とを備える。

３分配された電気信号の内、２つの電気信号は、位相調整器１２及び位相調整器３６によってその位相を調整することにより、各々３台のＥ／Ｏ変換器１４、１６、３４に入力する電気信号の位相を変えられるようにしたが、３つの電気的な位相調整器を配置して互いの電気信号に対して位相調整をそれぞれ行っても構わない。

分配器１０により分配された３つの電気信号は、それぞれ同軸ケーブル３０、３２、３８によって、位相調整器１２、３６及びＥ／Ｏ変換器１６へ伝送される。位相調整器１８から出力される光信号は、シングルモード光ファイバ２２によって、光合波器２０へ伝送される。光増幅器２４から出力される光信号は、シングルモード光ファイバ２６によって、光受信装置（図示せず）内のＯ／Ｅ変換器２８へ伝送される。

以上説明したように、分配された３つの電気信号を周波数の異なる３つの光信号へ変換してから、これらを合成してシングルモード光ファイバ２６へ入力する。これにより、シングルモード光ファイバ２６に入力される光信号のスペクトル幅をさらに広げることができる。

本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光伝送システムによれば、ＳＢＳによる反射戻り光の急増が抑えられ、大きな光パワー（光強度）の光信号の伝送が可能となり、伝送距離が伸びる。即ち、光波長のスペクトル波形を鈍らせてスペクトル幅を広げることにより、光の散乱しきい値が向上する。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は、第１の実施の形態、実験例及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

また、第１の実施の形態、及びその変形例に係る光送信装置及び光伝送システムにおいては、電気的な分配器１０において、２分配若しくは３分配する例について説明したが、入力電気信号をｎ分配（ｎは４以上の整数）し、互いに位相調整して光信号に変換後、光合波器により合成する構成とすることもできる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置及び光伝送システムの構成を示す模式的ブロック構成図。 図１のシングルモード光ファイバ２６のファイバ長に対する復調後の電気信号の出力を示すデータ表。 光ファイバに入射される光強度と伝送光強度との関係、及び光ファイバに入射される光強度と反射光強度との関係を示す特性図。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光送信装置及び光伝送システムの構成を示す模式的ブロック構成図。 従来技術に係わる光送信器の構成を示す模式的ブロック構成図。

１ 変調信号源
２ 半導体レーザ光源
３ 信号源
４ 外部変調器
５、２４ 光増幅器
１０ 分配器（電気分配器）
１２、１８、３６ 位相調整器
１４、１６、３４ 電気／光（Ｅ／Ｏ）変換器
２０ 光合波器
２２、２６ シングルモード光ファイバ（長距離光伝送路）
２８ 光／電気（Ｏ／Ｅ）変換器
３０、３２、３８ 同軸ケーブル

Claims (4)

1. 光送信装置と、前記光送信装置から出力される光信号が入力されるシングルモード光ファイバから形成されて前記光信号の少なくとも９０ｋｍの長距離伝送を行う長距離光伝送路と、前記長距離光伝送路を伝送された光信号を受信してその光信号を電気信号へ変換する光／電気変換器とを備え、
   前記光送信装置が、１つの電気信号を少なくとも２つの電気信号に分配する電気分配器と、分配された前記電気信号のそれぞれを発光波長の異なる光信号に変換する電気／光変換器と、分配された前記電気信号の少なくともいずれか一方の位相を調節する第１位相調節器または前記電気／光変換器より変換された光信号の少なくともいずれか一方の位相を調整する第２位相調整器と、前記電気／光変換器より変換され、且つ位相が調整された前記光信号を合成する光合波器と、合成された前記光信号を増幅する光増幅器とから形成され、
   分配された少なくとも２つの電気信号を発光波長の異なる光信号に変換することにより、前記光信号の光エネルギーを少なくも２つの光波に分散させて前記長距離光伝送路のシングルモード光ファイバに入力される光信号のスペクトル幅を広げることを特徴とする光伝送システム。
2. 前記光伝送システムでは、前記光信号の光エネルギーを少なくも２つの光波に分散させることにより、少なくとも２倍の強度の光を伝送可能かつ前記シングルモード光ファイバにおける前記光信号の長距離伝送が可能である請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記電気／光変換器は、レーザを用いた直接変調方式である請求項１または請求項２に記載の光伝送システム。
4. 前記光ファイバにおける光信号の分散は、波長１５５０ｎｍにおいて、１６〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである請求項１ないし請求項３いずれかに記載の光伝送システム。

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