JP7776121B2 - 送信器および多値伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、送信器および該送信器を用いた多値伝送方法に関する。

従来、光ソリトンを利用した光信号の伝送方法が知られている。理想的な光伝送路においては、光ソリトンは波形を変化させることなく長距離伝送する。そのため、光ソリトンを利用することにより光信号の長距離伝送が可能となる。なお、実際の光伝送路においては、長距離伝送に伴う光損失により光ソリトンの性質が失われることがある。非特許文献１および非特許文献２には、このような光ソリトンの長距離伝送において、光ソリトンの性質を失う前にエルビウム光ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ－Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＦＡ）により光ソリトンの出力を増幅させる技術が開示されている。

従来、光パルスの振幅あるいは位相などを多値変調し、１つの光パルスにつき多値の（１ビットより多い）デジタル情報を伝送する多値伝送方法についても知られている。このような多値伝送方法では、１つの光パルスを送信することで１ビットより多いデジタル情報を伝送することができるため、光通信の効率を向上させることができる。特に、光パルスの振幅を多値変調させる場合、受信器側を簡易な構成とすることができる。

中沢正隆 "光ソリトン通信", レーザー研究, 19巻 Supplement号, pp.237-240,1991. 鈴木和宣 他, "エルビウム光ファイバー増幅器を用いたソリトン通信", レーザー研究,20巻 8号, pp.662-672, 1992.

しかしながら、振幅多値変調による光通信において光ソリトンの振幅を変調させる場合、光ソリトンに対して変調により振幅が変化した光パルスは光ソリトンの条件を満たさなくなる。そのため、該光パルスを含む光信号を長距離伝送させると、該光パルスの波形は大きく歪んでしまう。すなわち、光ソリトンを利用した振幅多値変調による光通信を行う場合、単に光ソリトンの振幅を変調させるだけでは、安定した長距離伝送が実現しないという問題がある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る送信器は、レーザ光を生成するレーザ光生成部と、前記レーザ光を変調することにより光信号を生成する光信号生成部と、を備え、前記光信号は、データ信号のデータ値に対応する所定の振幅を有し、該所定の振幅に応じて１つのデータ値に対応するパルス幅が異なる、複数の光パルスを含む。

また、前記光信号生成部によって生成された前記光信号の強度を増幅することで、前記光信号に含まれる前記複数の光パルスを複数の光ソリトンに成形する増幅器をさらに備えてもよい。

また、前記複数の光ソリトンは、第１光ソリトンおよび第２光ソリトンを含み、前記第２光ソリトンの振幅は第１光ソリトンの振幅より小さく、前記第２光ソリトンのパルス幅は前記第１光ソリトンのパルス幅より大きくてもよい。

また、前記複数の光ソリトンのパルス幅は、前記所定の振幅に略反比例してもよい。

また、前記光信号生成部は、前記データ信号に従って、前記複数の光パルスの波形に対応する複数の電圧パルスを含む電気信号を発生させる任意波形発生器と、前記電気信号に従って、前記レーザ光生成部からの光を強度変調する強度変調器と、を備えてもよい。

また、前記光信号生成部は、前記複数の光パルスの波形に対応する複数の電圧パルスをそれぞれ発生させる複数の波形発生器と、前記複数の電圧パルスから前記データ信号に対応する電圧パルスを選択して電気信号を生成する信号選択器と、前記電気信号に従って、前記レーザ光生成部からの光を強度変調する強度変調器と、を備えてもよい。

また、前記光信号生成部は、前記複数の光パルスを生成する光パルス生成部と、前記複数の光パルスから前記データ信号に対応する光パルスを選択する光選択部と、を備えてもよい。

また、前記光パルス生成部は、前記レーザ光生成部からの光を強度変調して第１光ソリトンに対応するパルス幅を有する第１光パルスを生成する強度変調器と、前記第１光パルスを少なくとも第１光経路および第２光経路を含む複数の光経路に分割する分波器と、少なくとも前記第２光経路に設けられ、前記第１光パルスを前記第１光ソリトンと振幅およびパルス幅が異なる第２光ソリトンに対応するパルス幅を有する第２光パルスに変更する帯域制限部と、を備えてもよい。

また、前記光パルス生成部は、少なくとも前記第２光経路に設けられ、前記光選択部に入射する前記第１光パルスの振幅に対する前記光選択部に入射する前記第２光パルスの振幅の比率が、前記第１光ソリトンの振幅に対する前記第２光ソリトンの振幅の比率と略一致するように、前記第２光パルスの振幅を減衰する減衰器を備えてもよい。

また、前記光選択部は、前記複数の光経路にそれぞれ設けられる複数の光スイッチを備え、前記複数の光スイッチのうち、前記データ信号に対応する光パルスを伝送する光経路に設けられた光スイッチが、該光パルスを通過させることで、前記データ信号に対応する光パルスを選択してもよい。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る多値伝送方法は、データ信号の第１データ値に対応する第１振幅を有する第１光ソリトンを生成する第１光ソリトン生成ステップと、前記データ信号の第２データ値に対応する、前記第１振幅とは異なる第２振幅を有する第２光ソリトンであって、前記第１光ソリトンとパルス幅が異なる前記第２光ソリトンを生成する第２光ソリトン生成ステップと、前記第１光ソリトンおよび前記第２光ソリトンを含む光信号を送信する光信号送信ステップと、を含む。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る多値伝送方法は、データ信号の第１データ値に対応する第１振幅を有する第１光ソリトンと、前記データ信号の第２データ値に対応する、前記第１振幅とは異なる第２振幅を有する第２光ソリトンであって、前記第１光ソリトンとパルス幅が異なる前記第２光ソリトンと、を含む光信号を用いて通信を行う。

本発明の一態様によれば、振幅多値変調による光通信を行う場合においても安定した長距離伝送を実現することができる。

本発明の実施形態１に係る光通信システムの概略構成を示すブロック図である。 比較例に係る振幅変調された４種類の光パルスを示す図である。 上記光通信システムの増幅器２が成形した光信号の波形の一例を示す図である。 上記光信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係る光信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係る光信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態４に係る光信号生成部の構成の一例を示すブロック図である。 上記光信号生成部によって生成される光信号において、振幅および位相に応じた信号点の配置例を示す図である。 比較例および実施例に係る、パルス強度に対する伝送制限距離を示すグラフである。

〔実施形態１〕
（光通信システム１００の概略構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る光通信システム１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、光通信システム１００は、送信器１、光ファイバ３（光伝送路）、および受信器４を備える。送信器１は、レーザ光生成部５、光信号生成部１０、および増幅器２を備える。光通信システム１００において、光ファイバ３は、送信器１と受信器４とを接続する光伝送路として機能する。

送信器１は、データ信号に基づき変調された光信号を光ファイバ３に出射する装置である。受信器４は、送信器１からの光信号を受信し、公知の検波方法により光信号をデータ信号に復調する装置である。すなわち、送信器１から出射される光信号は、光ファイバ３を介して受信器４に送信される。

レーザ光生成部５は、レーザ光を生成する光源である。レーザ光生成部５は、例えばレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）等の公知の発光素子である。光信号生成部１０は、レーザ光生成部５から出射されたレーザ光を変調することにより光信号を生成する。ここで、光信号生成部１０が生成する光信号は、データ信号のデータ値に対応する所定の振幅を有し、該所定の振幅に応じてパルス幅が異なる複数の光パルスを含む。なお、該パルス幅は、１つのデータ値に対応するパルス幅のことである。光信号生成部１０の詳細な構成については、図４を参照し後述する。増幅器２は、光信号生成部１０によって生成された光信号の強度を増幅する。これにより、光信号に含まれる複数の光パルスを複数の光ソリトンに成形する。増幅器２は、例えばエルビウム光ファイバ増幅器等の公知の光増幅器である。

なお、光ソリトンとは、光伝送路（光ファイバ３）の色分散によるパルス広がりと、自己位相変調によるパルス圧縮とが打ち消し合うように、波形が適切に成形された光パルスのことである。

図２は、比較例に係る振幅変調された４種類の光パルスの波形を示す図である。図２に示すように、光パルスＰ１は、第１データ値「１０」（２進法表記）に対応する第１振幅Ａ１を有する光パルスである。光パルスＰ２は、第２データ値「１１」（２進法表記）に対応し、第１振幅Ａ１より小さい第２振幅Ａ２を有する光パルスである。光パルスＰ３は、第３データ値「０１」（２進法表記）に対応し、第２振幅Ａ２より小さい第３振幅Ａ３を有する光パルスである。光パルスＰ４は、振幅が０の光パルスであり、第４データ値「００」（２進法表記）に対応する光パルスである。このような４種類の光パルスを含む光信号を伝送することにより、１つの光パルスにつき４値（２ビット）のデジタル情報を伝送することができる。本明細書中において、光パルスのパルス幅とは、光パルスの半値全幅のことを示す。

図２に示す比較例において、光パルスＰ１は、光ソリトンとしての条件を満たすような、第１振幅Ａ１に対応するパルス幅を有する。ここで、光パルスＰ２およびＰ３は、光パルスＰ１の振幅を変調させることで生成される。すなわち、光パルスＰ２およびＰ３のパルス幅は、光パルスＰ１のパルス幅と等しい。そのため、光パルスＰ２およびＰ３はそれぞれ、光ソリトンとしての条件を満たすような、第２振幅Ａ２およびＡ３に対応するパルス幅を有していない。すなわち、光パルスＰ１の振幅を変調することで生成される光パルスＰ２および光パルスＰ３は、光ソリトンの条件を満たさない。したがって、比較例に係る４種類の光パルスを含む光信号を長距離伝送させると、光パルスＰ２および光パルスＰ３の波形は大きく歪んでしまう。

図３は、増幅器２が成形した光信号の波形の一例を示す図である。図３に示すように、光信号は第１光ソリトンＳ１と第２光ソリトンＳ２とを含む。第１光ソリトンＳ１は、第１データ値に対応する第１振幅Ａ１を有する。また、第１光ソリトンＳ１は、光ソリトンとしての条件を満たすような、第１振幅Ａ１に対応するパルス幅Δｔ１を有する。第１光ソリトンＳ１は、図２における光パルスＰ１と同様の波形を有する。

第２光ソリトンＳ２は、第２データ値に対応する第２振幅Ａ２を有する。また、第２光ソリトンＳ２は、光ソリトンとしての条件を満たすような、第２振幅Ａ２に対応するパルス幅Δｔ２を有する。パルス幅Δｔ２は、パルス幅Δｔ１とは異なる値である。すなわち、第１光ソリトンＳ１の振幅を変調し、さらにパルス幅を調整することで生成される第２光ソリトンＳ２は、第１光ソリトンＳ１と同様に光ソリトンの条件を満たす。

すなわち、光信号生成部１０（図１参照）は、データ信号の第１データ値「１０」に対応する第１振幅Ａ１を有する第１光ソリトンＳ１を生成する（第１光ソリトン生成ステップ）。また、光信号生成部１０は、データ信号の第２データ値「１１」に対応する、第１振幅Ａ１とは異なる第２振幅Ａ２を有する第２光ソリトンであって、第１光ソリトンＳ１とパルス幅が異なる第２光ソリトンＳ２を生成する（第２光ソリトン生成ステップ）。さらに、送信器１は、図３に示すような、第１光ソリトンＳ１および第２光ソリトンＳ２を含む光信号を光ファイバ３に送信する（光信号送信ステップ）。このような多値伝送方法により、送信器１は、データ信号が重畳された光信号を受信器４に送信する。

また、光通信システム１００（図１参照）は、上述の第１光ソリトンＳ１と、第２光ソリトンＳ２と、を含む光信号を用いて通信を行う。このような多値伝送方法により、安定した長距離伝送を実現することができる。

なお、以下では、振幅変調された４種類の光ソリトンを用いた伝送方式のことを４ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ソリトン方式と称する。４ＰＡＭソリトン方式による光通信を行う場合、光信号は、第３データ値に対応する第３振幅Ａ３、および光ソリトンとしての条件を満たすような、第３振幅Ａ３に対応するパルス幅Δｔ３を有する第３光ソリトンＳ３についても含む。同様に、光信号は、第４データ値に対応する振幅が０の波形についても含む。

すなわち、光信号生成部１０によって生成された光信号は、データ信号のデータ値に対応する所定の振幅を有し、該所定の振幅に応じてパルス幅が異なる複数の光パルスを含む。なお、該パルス幅は、１つのデータ値に対応するパルス幅のことである。これにより、振幅多値変調による光通信において、振幅の変調に加えてパルス幅も変更することで、振幅変調された複数の光ソリトンを成形することができる。したがって、複数の光ソリトンを含む光信号を用いることで、振幅多値変調による光通信においても安定した長距離伝送を実現することができる。なお、パルス幅が調整された光ソリトンの具体的な生成方法については、図４～８を参照し後述する。

また、増幅器２が光信号生成部１０によって生成された光信号の強度を増幅することで、光信号に含まれる複数の光パルスを複数の光ソリトンに成形してもよい。すなわち、光信号生成部１０によって生成される光信号は、増幅器２によって増幅されることで複数の光ソリトンとなるような、振幅とパルス幅とが調整された複数の光パルス（以下、調整光パルスと称する）を含む。

また、第２光ソリトンＳ２のパルス幅Δｔ２は、第１光ソリトンＳ１のパルス幅Δｔ１より大きい。これにより、光伝送路（光ファイバ３）の色分散によるパルス広がりと、自己位相変調によるパルス圧縮とが打ち消し合うような、第２光ソリトンＳ２の波形を生成することができる。

また、光信号に含まれる複数の光ソリトンのパルス幅は、所定の振幅に略反比例させればよい。例えば、第２光ソリトンＳ２の第２振幅Ａ２は、第１光ソリトンＳ１の第１振幅Ａ１の０．９８倍程度である。このとき、第２光ソリトンＳ２のパルス幅Δｔ２は、第１光ソリトンＳ１のパルス幅Δｔ２の１／０．９８倍程度となる。なお、第２光ソリトンＳ２の第２振幅Ａ２は、第２光ソリトンＳ２が隣の光パルスに干渉しないパルス幅Δｔ２を有する程度に設定される。

（光信号生成部１０の概略構成）
図４は、光信号生成部１０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、送信器１は、レーザ光生成部５と、光信号生成部１０と、増幅器２とを備える。光信号生成部１０は、制御部１１と、任意波形発生器１２と、強度変調器１３と、を備える。

制御部１１は、外部装置から入力されたデータ信号を任意波形発生器１２に出力する。データ信号は光信号に変換されることで送信器１から受信器４（図１参照）に伝送される。制御部１１は、例えば電気回路により構成される。

任意波形発生器１２は、制御部１１から出力されるデータ信号に従って、複数の調整光パルスの波形に対応する複数の電圧パルスを含む電気信号を発生させる。例えば、データ信号がデータ値「１０」を含んでいた場合、任意波形発生器１２は、第１振幅Ａ１およびパルス幅Δｔ１を有する第１光ソリトンＳ１の波形に対応する電圧パルスを含む電気信号を発生させる。任意波形発生器１２は、このような電気信号を強度変調器１３に出力する。

強度変調器１３は、任意波形発生器１２から出力される電気信号に従って、レーザ光生成部５からの光を強度変調する光変調器である。強度変調器１３は、複数の調整光パルスを含む光信号を生成する。

このような構成によれば、任意波形発生器１２が出力する任意波形信号としての電気信号に従って、強度変調器１３がレーザ光生成部５からの光を変調するといった簡易な構成で、振幅多値変調された光ソリトンを生成することができる。また、任意波形発生器１２を使用することで任意の種類（レベル数）の光ソリトンを生成することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

（光信号生成部２０の概略構成）
図５は、本発明の実施形態２に係る光信号生成部２０の構成を示すブロック図である。図５に示すように、光信号生成部２０は、複数の波形発生器２１と、制御部２２と、信号選択器２３と、強度変調器２４と、を備える。図１に示す光通信システム１００において、実施形態１に係る光信号生成部１０の代わりに、本実施形態に係る光信号生成部２０が適用されてもよい。

複数の波形発生器２１は、複数の調整光パルスの波形に対応する複数の電圧パルスをそれぞれ発生させる。複数の波形発生器２１は、該複数の電圧パルスをそれぞれ信号選択器２３に出力する。例えば、複数の波形発生器２１は、波形発生器２１ａと波形発生器２１ｂとを含む。波形発生器２１ａ、２１ｂは、第１光ソリトンＳ１、第２光ソリトンＳ２に対応する電圧パルスをそれぞれ発生させる。

なお、Ｎ種類の光パルスを用いた光通信を行う場合、複数の波形発生器２１は、Ｎ－１種類の光ソリトンの波形に対応するＮ－１種類の電圧パルスをそれぞれ発生させるＮ－１個の波形発生器を含めばよい。図５では、簡単のために、２つの波形発生器２１ａ、２１ｂのみを図示している。

制御部２２は、光信号に重畳されることで送信器１から受信器４（図１参照）に伝送されるデータ信号を受け付ける。制御部２２は、該データ信号を信号選択器２３に出力する。

信号選択器２３は、複数の電圧パルスから、制御部２２から出力されるデータ信号に対応する電圧パルスを選択して電気信号を生成する。信号選択器２３は、該電気信号を強度変調器２４に出力する。例えば、信号選択器２３は、第１データ値「１０」を含むデータ信号を受信したとき、複数の電圧パルスから第１光ソリトンＳ１に対応する電圧パルスを選択して該電圧パルスを強度変調器２４に出力する。また、信号選択器２３は、第４データ値「００」を含むデータ信号を受信したとき、複数の電圧パルスから電圧パルスを選択せず、振幅が０の電圧パルスを強度変調器２４に出力する。

強度変調器２４は、信号選択器２３から出力される電気信号に従って、レーザ光生成部５からの光を強度変調する。これにより、強度変調器２４は、複数の調整光パルスを含む光信号を生成する。

このような構成によれば、あらかじめ生成した複数の電圧パルスからデータ信号に対応する電圧パルスを選択するため、高速な多値光ソリトン信号列の生成が可能である。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

（光信号生成部３０の概略構成）
図６は、本発明の実施形態３に係る光信号生成部３０の構成を示すブロック図である。図６に示すように、光信号生成部３０は、光パルス生成部３６と、制御部３４と、光選択部３５と、を備える。図１に示す光通信システム１００において、実施形態１に係る光信号生成部１０の代わりに、本実施形態に係る光信号生成部３０が適用されてもよい。

光パルス生成部３６は、強度変調器３１と、分波器３２と、帯域制限部３３と、減衰器３７１，３７２と、を備える。光パルス生成部３６は、複数の調整光パルスを生成し、該複数の調整光パルスを光選択部３５に出力する。

強度変調器３１は、レーザ光生成部５からの光を強度変調し、第１光ソリトンＳ１に対応するパルス幅を有する第１光パルスを生成する。

分波器３２は、強度変調器３１から出力される第１光パルスを第１光経路Ｔ１および第２光経路Ｔ２を含む複数の光経路に分割する。光信号生成部３０における光信号の伝送を空間光学系によって構成する場合、分波器３２は例えばビームスプリッタであればよい。また、光信号生成部３０における光信号の伝送を光ファイバ部品または光導波路等によって構成する場合、分波器３２は例えば３ｄＢカプラであればよい。

帯域制限部３３は、少なくとも第２光経路Ｔ２に設けられる。帯域制限部３３は、第１光パルスのスペクトル幅を狭く（パルス幅を広く）する。すなわち、帯域制限部３３は、第１光パルスを第１光ソリトンＳ１と振幅およびパルス幅が異なる第２光ソリトンＳ２に対応するパルス幅を有する第２光パルスに変更する。帯域制限部３３は、例えばローパスフィルタ（ＬＰＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等の帯域制限フィルタを含む。

減衰器３７１，３７２は、第１光経路Ｔ１および第２光経路Ｔ２にそれぞれ設けられる。減衰器３７１，３７２は、光選択部３５に入射する第１光パルスの振幅に対する光選択部３５に入射する第２光パルスの振幅の比率が、第１光ソリトンＳ１の振幅に対する第２光ソリトンＳ２の振幅の比率と略一致するように、第１光パルスおよび第２光パルスの振幅をそれぞれ減衰する。これにより、減衰器３７１，３７２から複数の調整光パルスが出射される。なお、減衰器は、第１光経路Ｔ１および第２光経路Ｔ２のうち少なくとも一つの光経路に設けられてもよい。光経路が３つ以上ある場合、各光経路に減衰器が設けられてもよいし、複数の光経路のうち１つの光経路以外に減衰器が設けられてもよい。

なお、Ｎ種類の光パルスを用いた光通信を行う場合、分波器３２は、第１光パルスをＮ－１個の光経路に分割すればよい。また、帯域制限部３３は、少なくともＮ－２個の光経路に設けられてもよい。少なくともＮ－２個の光経路における帯域制限部３３はそれぞれ異なる種類の帯域制限フィルタ、および／あるいは、異なる数の帯域制限フィルタを備える。これにより、光パルス生成部３６は、Ｎ－１種類の調整光パルスを生成することができる。図６では、簡単のために、２つの光経路のみを図示している。

制御部３４は、光信号に重畳されることで送信器１から受信器４（図１参照）に伝送されるデータ信号を生成する。制御部３４は、該データ信号に基づき、後述する光スイッチ３５１，３５２を制御する。

光選択部３５は、光スイッチ３５１，３５２と、合波器３５３と、を備える。光選択部３５は、光パルス生成部３６から出力される複数の調整光パルスから、データ信号に対応する調整光パルスを選択する。

光スイッチ３５１，３５２は、第１光経路Ｔ１および第２光経路Ｔ２にそれぞれ設けられる。制御部３４は、データ信号に対応する調整光パルスを伝送する光経路に設けられる光スイッチに対して、調整光パルスを通過させる旨の指示を出力する。光スイッチ３５１，３５２は、例えばカーシャッタまたは光強度変調器などの電気光学効果を使用した光シャッタである。

例えば、制御部３４は、第１データ値「１０」を含むデータ信号を受け付けたとき、第１光ソリトンＳ１に対応する調整光パルスを伝送する第１光経路Ｔ１に設けられる光スイッチ３５１に対して、調整光パルスを通過させる旨の指示を出力する。これにより、光選択部３５は、第１データ値「１０」に対応する調整光パルスを選択する。また、制御部３４は、第４データ値「００」を含むデータ信号を受け付けたとき、全ての光スイッチに対して調整光パルスを通過させない旨の指示を出力する。これにより、光選択部３５は、第４データ値「００」に対応する振幅が０の波形を生成する。

合波器３５３は、光スイッチ３５１，３５２からそれぞれ出射され、第１光経路Ｔ１および第２光経路Ｔ２をそれぞれ伝送する調整光パルスを合波する。光信号生成部３０における光信号の伝送を空間光学系によって構成する場合、合波器３５３は例えばハーフミラーおよびミラーを組み合わせたものであればよい。また、光信号生成部３０における光信号の伝送を光ファイバ部品または光導波路等によって構成する場合、合波器３５３は例えば３ｄＢカプラであればよい。

このような構成によれば、光信号処理により本実施形態に係る多値光ソリトン信号列を生成することができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

（光信号生成部４０の概略構成）
図７は、本発明の実施形態４に係る光信号生成部４０の構成を示すブロック図である。図８は、光信号生成部４０によって生成される光信号において、振幅および位相に応じた信号点の配置例を示す図である。本実施形態に係る光信号生成部４０は、制御部３４に代えて制御部４１を備える点、および位相変調器４２をさらに備える点で実施形態３に係る光信号生成部３０と相違する。図７および図８に示すように、光信号生成部４０は、振幅変調された光信号に対してさらに位相変調を行うことで、振幅位相変調された光信号を生成する。

制御部４１は、データ信号に基づき、光スイッチ３５１，３５２のいずれかを作動させる。これにより、光信号生成部４０は、第１光ソリトンＳ１または第２光ソリトンＳ２に対応する調整光パルスを生成する。また、制御部４１は、データ信号を位相変調器４２に出力する。位相変調器４２は、該データ信号に基づき、光選択部３５から出力される、振幅変調された光信号に対して位相変調を行う光変調器である。光信号生成部４０は、位相差がたとえばπ／４ずつずれた光信号を生成する。以上により、光信号生成部４０は、たとえば図８に示したような、１つの光パルスにつき１６値（４ビット）のデジタル情報を伝送することができる、振幅位相変調された光信号を生成する。

このような構成によれば、実施形態１～３と比較し、１つの光パルスにつきより多くのビット数のデジタル情報を伝送することができる。

なお、図１に示す光通信システム１００において、実施形態１に係る光信号生成部１０の代わりに、本実施形態に係る光信号生成部４０が適用されてもよい。この場合、図１に示した受信器４は、位相変調された光信号を復調するための公知の検波回路を備える。

〔実施形態５〕
図９は、比較例および実施例に係る、パルス強度Ｉに対する伝送制限距離Ｚ［ｋｍ］を示すグラフである。ここで、パルス強度Ｉはあるデータに対応する光パルスの最大振幅に対する別のデータに対応する光パルスの振幅の比を示す。また、伝送制限距離Ｚは、光信号を適切に伝送できる距離を示す。図９の比較例と示されたグラフは、図２に示すような振幅の変調のみを行った複数の光パルスを含む光信号を送信した場合の伝送制限距離Ｚを示す。また、図９の実施例と示されたグラフは、図３に示すような振幅の変調に加えてパルス幅も変更した複数の光ソリトンを含む光信号を送信した場合の伝送制限距離Ｚを示す。図９に示すように、振幅の変調に加えてパルス幅も変更した複数の光ソリトンを用いることで、振幅の変調のみを行った場合と比較し、伝送制限距離Ｚを大きくすることができる。

このような構成によれば、５Ｇ通信の次を担う超長距離通信に貢献することができる。すなわち、上記の光通信システムは、通信インフラの整備を促進することができる。これにより、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の達成に貢献できる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 送信器
２ 増幅器
３ 光ファイバ（光伝送路）
４ 受信器
５ レーザ光生成部
１０、２０、３０、４０ 光信号生成部
１１、２２、３４、４１ 制御部
１２ 任意波形発生器
１３、２４、３１ 強度変調器
２１、２１ａ、２１ｂ 波形発生器
２３ 信号選択器
３２ 分波器
３３ 帯域制限部
３５ 光選択部
３６ 光パルス生成部
３５１，３５２ 光スイッチ
３７１，３７２ 減衰器
Ａ１ 第１振幅
Ａ２ 第２振幅
Ｓ１ 第１光ソリトン
Ｓ２ 第２光ソリトン
Ｔ１ 第１光経路
Ｔ２ 第２光経路

Claims (11)

1. レーザ光を生成するレーザ光生成部と、
   前記レーザ光を変調することにより光信号を生成する光信号生成部であって、前記光信号は、データ信号のデータ値に対応してそれぞれ異なる所定の振幅を有し、該所定の振幅に応じて１つのデータ値に対応するパルス幅が異なる、複数の光パルスを含む、光信号生成部と、
   前記光信号生成部によって生成された前記光信号の強度を増幅することで、前記光信号に含まれる前記複数の光パルスを複数の光ソリトンに成形する増幅器と、を備える、送信器。
2. 前記複数の光ソリトンは、第１光ソリトンおよび第２光ソリトンを含み、
   前記第２光ソリトンの振幅は第１光ソリトンの振幅より小さく、前記第２光ソリトンのパルス幅は前記第１光ソリトンのパルス幅より大きい、請求項１に記載の送信器。
3. 前記複数の光ソリトンのパルス幅は、前記所定の振幅に略反比例する、請求項２に記載の送信器。
4. 前記光信号生成部は、
   前記データ信号に従って、前記複数の光パルスの波形に対応する複数の電圧パルスを含む電気信号を発生させる任意波形発生器と、
   前記電気信号に従って、前記レーザ光生成部からの光を強度変調する強度変調器と、を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の送信器。
5. 前記光信号生成部は、
   前記複数の光パルスの波形に対応する複数の電圧パルスをそれぞれ発生させる複数の波形発生器と、
   前記複数の電圧パルスから前記データ信号に対応する電圧パルスを選択して電気信号を生成する信号選択器と、
   前記電気信号に従って、前記レーザ光生成部からの光を強度変調する強度変調器と、を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の送信器。
6. 前記光信号生成部は、
   前記複数の光パルスを生成する光パルス生成部と、
   前記複数の光パルスから前記データ信号に対応する光パルスを選択する光選択部と、を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の送信器。
7. レーザ光を生成するレーザ光生成部と、
   前記レーザ光を変調することにより光信号を生成する光信号生成部と、を備え、
   前記光信号は、データ信号のデータ値に対応する所定の振幅を有し、該所定の振幅に応じて１つのデータ値に対応するパルス幅が異なる、複数の光パルスを含み、
   前記光信号生成部は、
   前記複数の光パルスを生成する光パルス生成部と、
   前記複数の光パルスから前記データ信号に対応する光パルスを選択する光選択部と、を備え、
   前記光パルス生成部は、
   前記レーザ光生成部からの光を強度変調して第１光ソリトンに対応するパルス幅を有する第１光パルスを生成する強度変調器と、
   前記第１光パルスを少なくとも第１光経路および第２光経路を含む複数の光経路に分割する分波器と、
   少なくとも前記第２光経路に設けられ、前記第１光パルスを前記第１光ソリトンと振幅およびパルス幅が異なる第２光ソリトンに対応するパルス幅を有する第２光パルスに変更する帯域制限部と、を備える、送信器。
8. 前記光パルス生成部は、少なくとも前記第２光経路に設けられ、前記光選択部に入射する前記第１光パルスの振幅に対する前記光選択部に入射する前記第２光パルスの振幅の比率が、前記第１光ソリトンの振幅に対する前記第２光ソリトンの振幅の比率と略一致するように、前記第２光パルスの振幅を減衰する減衰器を備える、請求項７に記載の送信器。
9. 前記光選択部は、前記複数の光経路にそれぞれ設けられる複数の光スイッチを備え、前記複数の光スイッチのうち、前記データ信号に対応する光パルスを伝送する光経路に設けられた光スイッチが、該光パルスを通過させることで、前記データ信号に対応する光パルスを選択する、請求項７または８に記載の送信器。
10. データ信号の第１データ値に対応する第１振幅を有する第１光ソリトンを生成する第１光ソリトン生成ステップと、
    前記データ信号の第２データ値に対応する、前記第１振幅とは異なる第２振幅を有する第２光ソリトンであって、前記第１光ソリトンとパルス幅が異なる前記第２光ソリトンを生成する第２光ソリトン生成ステップと、
    前記第１光ソリトンおよび前記第２光ソリトンを含む光信号を送信する光信号送信ステップと、を含む、多値伝送方法。
11. データ信号の第１データ値に対応する第１振幅を有する第１光ソリトンと、
    前記データ信号の第２データ値に対応する、前記第１振幅とは異なる第２振幅を有する第２光ソリトンであって、前記第１光ソリトンとパルス幅が異なる前記第２光ソリトンと、を含む光信号を用いて通信を行う多値伝送方法。