JPH0563642A

JPH0563642A - 光周波数多重送信装置および光周波数多重伝送装置

Info

Publication number: JPH0563642A
Application number: JP3223981A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kitajima; 茂樹北島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、光周波数多重伝送装置において、各
チャネルの光周波数を異なる周波数に安定化できる光送
信装置を実現する。【構成】マッハツェンダ干渉フィルタの組合せによる光
合波器を用いて合波した光周波数多重信号を、各チャネ
ルの変調信号との同期検波して、その同期検波出力を光
源に負帰還することにより、各チャネル周波数は光合波
器の入力端毎に異なる透過率が極大となる光周波数に安
定化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光周波数の異なる複数
の光信号（チャネル）を多重して情報を伝送する装置で
あって、特に送信光周波数の間隔（チャネル間隔）を安
定化する光周波数多重送信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】〔基本機能〕光周波数多重送信装置で
は、各チャネルの光周波数が重なりを生じると混信を起
し、精度良い受信が困難である。混信の問題を解決する
ためには、送信装置において、光周波数安定化機能が必
要である。

【０００３】〔一般的構成〕前記光周波数安定化機能を
持つ光周波数多重送信装置の一般化した構成を図２に示
す。光周波数多重送信装置１には複数の光源４，５，６
が用意されており、前記複数の光源４，５，６からの光
信号は光合波器７により合波される。合波された光周波
数多重信号８は、一つの光ファイバ２を伝送される。光
受信装置３は、多重された光信号から一つの光信号を選
択して、混信すること無く受信する。光周波数多重送信
装置１では、合波した光信号の一部を周波数安定化のた
め光源４，５，６に負帰還している。この負帰還ループ
には、光周波数の偏移方向やチャネル識別の機能を持つ
安定化装置９が必要である。

【０００４】〔従来例〕次に、従来技術による光周波数
多重送信装置の一般的構成を図３に示す。この従来例で
は、ｎ個の光送信器１１，２１，３１の光周波数は各々
変調信号１０，２０，３０の情報を持つ周波数シフトキ
ーイング（Frequency Shift Keying、以降ＦＳＫと略記
する）変調された光信号１２，２２，３２を出力してい
る。各光送信器１１，２１，３１からの光信号１２，２
２，３２は光合波器６１により合波され、光周波数多重
信号５１として出力される。光周波数多重信号５１は、
光フィルタ６２および、受光素子５２，アンプ５３を通
してから、各光送信器１１，２１，３１に分配される。
チャネル１の光送信器１１の中では、分配されたアンプ
５３の出力が変調信号１０を参照信号として同期検波さ
れ、レーザ１３に負帰還されることにより、光周波数が
安定化される。

【０００５】次に、チャネル１の光周波数安定化の動作
原理を説明する。光フィルタ６２は、図４に示すように
周期的光透過特性を持っており、ファブリペロー(Fabry
-Perot)干渉フィルタが適している。ＦＳＫ変調された
光信号１２を光フィルタ６２に通すと、その光信号強度
は、変調信号１０と相関のある信号となる。同期検波回
路１６は、変調信号１０を参照信号とする相関検出器と
して働く。その結果出力される光周波数偏差信号１７に
は、光フィルタ６２の光透過特性が極大もしくは極小と
なる光周波数を基準とした時の、光信号１２の光周波数
偏差が検出できる。この検出した光周波数偏差信号１７
をレーザ１３に負帰還することにより光周波数が安定化
できる。

【０００６】前記同期検波による光周波数の安定化方法
を用いた実施例が、特開平１−１６４１３５号公報に記
載されている。

【０００７】従来方式では、光周波数多重信号の周波数
偏差を検出するために、周期的光透過特性を持つ光フィ
ルタを通した光周波数多重信号の強度変化を、変調信号
と同期検波していた。こうして検出した各チャネルの光
周波数偏差信号を各レーザに負帰還して周波数安定化を
行うと、各チャネルの光信号周波数は光フィルタの周期
的光透過特性が極大もしくは極小となる任意の周波数に
安定化される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来方式では、大きく
次の二つの問題があった。

【０００９】第一の問題は、任意のチャネルに対して、
別のチャネルを安定化する光周波数にも安定化できるた
め、異なるチャネルの光信号を同じ周波数に安定化して
しまう問題である。各チャネルの発振周波数を希望の光
周波数に安定化するためには、別の光周波数モニタとし
て、例えば、掃引可能なファブリペロ干渉計等を用意す
る必要がある。このようなモニタ機能を新たに付加する
ことは、装置を複雑かつ高価にしてしまう問題があっ
た。

【００１０】第二の問題は、多くのレーザを用いて送信
している時、任意の一つもしくは複数のレーザが故障に
より光周波数を安定化できなくなると、他の正常なレー
ザに影響を及ぼす問題である。実用システムにおいて
は、任意のチャネルが故障によりレーザ等の交換を必要
とする場合などが考えられる。このような状況において
従来法では、再立ち上げするレーザの光周波数が他のチ
ャネルと重なってしまうと、重なった光信号が出力され
るため、他チャネルへの影響を避けることが困難であっ
た。

【００１１】本発明の目的は、任意のチャネルを各々固
有の周波数に安定化することを可能にすることにある。

【００１２】また、他の目的は、多くのチャネルが周波
数安定化され動作している時、動作中である他のチャネ
ルに影響すること無く、任意のチャネルに対して、随
時、立ち下げ、立ち上げを可能にすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記本発明の目的は、複
数の光周波数の異なる光信号を合波する光合波器におい
て、該光合波器に、各入力端毎に相異なる固有透過周波
数を有し、任意の一つの入力端の該固有透過周波数にお
ける透過率は、該固有透過周波数の光が他の入力端から
入力する時の透過率の合計よりも大きいことを特徴とす
る光合波器を用いることにより達成される。

【００１４】

【作用】本発明において、光合波器が、各入力端からの
出力端への光透過特性に固有透過周波数を持っているこ
とは、各チャネルを相異なる該固有透過周波数に安定化
することが可能になる。

【００１５】また、任意のチャネルにおいて、所定の入
力端より入力する光の周波数が、他の入力端の該固有透
過周波数と略一致していても、その出力端への透過率が
小さいことから、他のチャネルへの影響を小さくでき
る。

【００１６】

【実施例】〔全体構成〕本発明を用いた光周波数多重送
信装置の実施例を図１に示す。ここでは発明の効果を具
体的に説明するために、ＦＳＫ変調された四つのチャネ
ルの光信号を周波数多重して送出する送信装置を例に説
明する。しかし、より一般的本発明の概念は、変調方法
は、周波数変調、強度変調、振幅変調であっても実現可
能であり、ＦＳＫ変調に限定するものではない。さら
に、チャネル数についても四つに限定するものではな
い。

【００１７】四つの独立した情報を持つ変調信号１０，
２０，３０，４０は、各チャネルの送信器１１，２１，
３１，４１によりＦＳＫ変調された光信号１２，２２，
３２，４２となる。四つの光信号１２，２２，３２，４
２はマッハツェンダ型干渉フィルタを組み合わせた光合
波器５０により光周波数多重信号５１となり、光カプラ
５６を通して送出される。光カプラ５６により分けられ
た光周波数多重信号５１の一部は、光検出器５２とアン
プ５３を通り、周波数安定化のための帰還信号として、
各チャネル送信器１１，２１，３１，４１に分配され
る。

【００１８】〔送信器構成〕次に、四つのチャネルの光
送信器１１，２１，３１，４１を代表して、チャネル１
の光送信器１１の構成を説明する。チャネル１の変調信
号１０は、レーザ１３によりＦＳＫ変調された光信号１
２として出力される。レーザ１３は、定電流源１４と温
度制御回路１５により光強度と光周波数が一定の範囲以
内に制御されている。アンプ５３の出力は、同期検波回
路１６にて変調信号１０を参照信号として同期検波する
ことにより、周波数偏差信号１７となる。周波数偏差信
号１７は、スイッチ１８を通して、レーザ１３に負帰還
され、周波数の安定化をしている。

【００１９】〔動作原理〕次に、光周波数安定化の原理
を説明する。まず、光合波器５０の各入力端から出力端
への光透過特性を図５に示す。チャネル１に対応する光
透過特性は、実線にて示してある。光周波数ｆ１，ｆ
２，ｆ３，ｆ４は、光合波器５０の各入力端からの光透
過特性が極大となる周波数であり、これが各チャネルの
固有透過周波数である。マッハツェンダ型干渉フィルタ
を組み合わせた光合波器の詳細は、島田禎晉監修の「コ
ヒーレント光通信」第５６頁を参照していただきたい。

【００２０】次に、図６を用いて、光周波数を安定化す
る動作原理を説明する。図６（ａ−１）は、チャネル１
に対する光合波器５０の光透過特性Ｔ（ｆ）を示してお
り、ｆ１がチャネル１の固有透過周波数である。図６
（ａ−２）から（ａ−５）は、チャネル１の光信号１２
のスペクトルであり、スペクトルの光周波数位置が次に
示すような四つの場合を示している。（ａ−２）ｆ１＝ｆｍ（ａ−３）ｆ１＝（ｆｍ＋ｆｓ）／２（ａ−４）ｆ１＝ｆｓ（ａ−５）ｆｓ＞ｆ１ここで、光周波数ｆｍ、ｆｓは、各々チャネル１のマー
ク（変調信号１０が１）の周波数とスペース（変調信号
１０が０）の周波数である。図６（ｂ−１）は変調信号
１０の時間変化であり、（ｂ−２）から（ｂ−５）は、
光信号１２のスペクトルの光周波数位置が（ａ−２）か
ら（ａ−５）に対応する場合の、光合波器５０を透過す
る光強度の時間変化を示している。

【００２１】最初に、光信号１２のスペクトル光周波数
位置が、固有透過周波数ｆ１に比べて負の方向にずれて
いる（ａ−２）の場合において、マーク時の透過率Ｔ
（ｆｍ）が大きいため、（ｂ−２）に示すように変調信
号が１となる時の透過光強度が大きくなる。この（ｂ−
２）の波形は、変調信号１０と正の相関を持っており、
変調信号を参照信号として同期検波すると正の信号が出
力される。第二に、光信号１２のスペクトル光周波数位
置が、固有透過周波数ｆ１に一致している（ａ−３）の
場合において、マーク及びスペース時の透過率が等しい
ため、（ｂ−３）に示すように、透過光強度は一定にな
る。この波形は、変調信号１０と無相関な信号であり、
同期検波するとゼロの信号が出力される。第三に、光信
号１２のスペクトル光周波数位置が、固有透過周波数ｆ
１に比べて正の方向にずれている（ａ−４）の場合にお
いて、スペース時の透過率Ｔ（ｆｓ）が大きいため、
（ｂ−４）に示すような負の相関を持つ波形となる。最
後に、光信号１２のスペクトル光周波数位置が、（ａ−
５）のように大きくずれると、透過光強度が小さいた
め、弱い相関しか出力されない。

【００２２】以上説明した（ｂ−２）から（ｂ−５）の
光合波器透過光強度波形を、参照信号に変調信号１０を
用いて同期検波した結果得られる光周波数偏差信号１７
をレーザ１３に負帰還することにより、光信号１２のス
ペクトルの光周波数位置は、（ａ−３）に示した固有透
過周波数の位置に安定化される。

【００２３】他のチャネルにおける光合波器５０の光透
過特性は、チャネル１に対する光透過特性Ｔ（ｆ）と似
ている。ただし、固有透過周波数のみ異なり、周波数を
固有透過周波数の間隔だけシフトすると、同様の特性を
持っている。従って、他の各チャネルの光周波数は同期
検波により、各々の固有透過周波数ｆ２，ｆ３，ｆ４に
安定化される。

【００２４】本発明では、異なるチャネルは、各々の固
有透過周波数に安定化されるため、異なるチャネルが略
同一周波数に安定化される問題は無い。

【００２５】次に、光周波数安定化装置の立ち上げ手順
をチャネル１について説明する。手順１．定電流源１４からのバイアス電流を注入するこ
とにより、レーザ１３を発振させる。変調信号１０を入
力する。温度制御回路１５を作動し、所定の温度に設定
する。手順２．光周波数偏差信号１７をモニタしながら、温度
制御回路１５を介してレーザ１３の温度を掃引すること
により、光信号１２の周波数を掃引する。手順３．光周波数偏差信号１７が一定値以上の振幅の信
号を出力したところで、レーザ１３の温度掃引を停止
し、スイッチ８をオンにする。光信号１２の周波数を固
有透過光周波数ｆ１に引き込まれる。立ち上げ手順において必要な手順は、前記三つの項目で
あって、各項目内の順序は、同時もしくは前後変更して
も実現可能である。

【００２６】以上、本実施例に従って説明してきたが、
より一般的には、光周波数を掃引する掃引回路と光周波
数偏差信号の振幅をモニタする振幅検出回路と、光周波
数偏差信号をレーザに負帰還する信号を遮断するスイッ
チを有する構成であり、該スイッチをオフした状態に
て、該掃引回路により光周波数を掃引し、該振幅検出回
路により前記固有透過周波数の近くにあることを検出
し、該掃引回路による光周波数の掃引を停止し、該スイ
ッチをオンすることにより、該光源の発振光周波数を前
記固有透過周波数に引き込むことにより実現できる。

【００２７】光周波数の掃引においては、温度制御でな
く注入電流制御によっても実現可能である。また、レー
ザへの負帰還信号では、レーザの発振周波数に影響のあ
る信号であれば、レーザへの電流だけでなく、温度に負
帰還しても実現可能である。この自動立ち上げ機能は、
各チャネル独立に実行可能である。その理由は、チャネ
ル１の送出光信号１２の周波数が、他のチャネルの安定
化されている周波数ｆ２，ｆ３，ｆ４に一致している時
にも、図５から分かるように、光信号１２は出力端には
ほとんど出力されない。従って、チャネル１の信号を立
ち上げたり、立ち下げたりするために、光周波数を掃引
しても、他のチャネルに影響を与えることは無い。他の
チャネルに影響しない性質は、チャネル１以外のチャネ
ルに対しても、同様の効果がある。

【００２８】〔他の実施例〕本発明において、光周波数
安定化のための変調信号とは異なる第二の変調信号を用
いて、情報を伝送することが可能である。この第二の変
調信号は、ＦＳＫ変調はもちろん、位相シフトキーイン
グ（ＰＳＫ）変調、差動位相シフトキーイング（ＤＰＳ
Ｋ）変調、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）変調、強度
変調、周波数変調等任意の変調に応用することが可能に
なる。一般化した構成を図７に示す。本実施例におい
て、光合波器にはマッハツェンダ型干渉フィルタを組み
合わせた光合波器を用いているが、これに替って、回折
格子を用いた光合波器を用いても可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
入力端からの光透過特性において固有透過周波数を持つ
光合波器を用い、透過してきた光の強度信号と変調信号
を同期検波して、光源に負帰還することにより、各チャ
ネルの周波数を相異なる固有透過周波数に安定化するこ
とが可能になった。

【００３０】また、任意のチャネルの光周波数が、他の
チャネルの安定化されている固有透過周波数に一致して
も、光合波器の透過率が小さいため、他チャネルに影響
することが無い。このことは、任意の一つのチャネルの
みを立ち上げたり、立ち下げたりすることを可能にする
効果がある。

【００３１】さらに、光周波数を掃引する機能と光周波
数偏差信号の振幅をモニタする振幅検出回路と、光周波
数偏差信号をレーザに負帰還する信号を遮断するスイッ
チを付加することにより、光周波数多重送信装置の自動
立ち上げが可能になる。

【００３２】さらに、周波数安定化のための変調信号と
は異なる第二の変調信号を用いることにより、任意の変
調方法による情報伝送が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光周波数多重送信装置の構成図

【図２】光周波数多重伝送装置の一般的構成図

【図３】従来の光周波数多重送信装置の構成図

【図４】従来装置に用いられた光フィルタの光透過特性

【図５】本発明に用いる光合波器の光透過特性

【図６】本発明の動作原理を説明する光信号スペクトル
及び信号波形

【図７】第二の変調信号を用いる光周波数多重送信装置
の構成図

【符号の説明】

１…光周波数多重送信装置、２…光ファイバ、３…光受
信装置、４，５，６…光源、７…光合波器、８…安定化
装置、１０，２０，３０，４０…変調信号、１１，２
１，３１，４１…光送信器、１２，２２，３２，４２…
光信号、１３，２３，３３，…レーザ、１４…定電流
源、１５…温度制御回路、１６，２６，３６…同期検波
回路、１７…周波数偏差信号、１８…スイッチ、１９…
立ち上げ制御回路、５０…光合波器、５１…光周波数多
重信号、５２…受光素子、５３…アンプ、５６…光カプ
ラ、６０…駆動回路、６１…光合波器、６２…光周波数
フィルタ、７０…外部変調器、７１，７２，７３…第二
変調信号。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる周波数にて発振する複数の光源と、
該光源を各々変調する独立な変調信号と、該光源からの
光を合波する、複数の入力端と一つ以上の出力端を持つ
光合波器と、該光合波器の出力光の一部をモニタする受
光素子と、該受光素子出力を各々の該変調信号を参照信
号として同期検波する複数の同期検波回路と、該同期検
波回路の出力が該光源の発振周波数を安定化するように
接続する負帰還ループから構成される光周波数多重送信
装置において、該光合波器の出力端のうち、該受光素子
にてモニタする出力端への光透過率の光周波数特性（光
透過特性）が極大となる光周波数は、各入力端毎に相異
なる周波数（固有透過周波数）であり、任意の一つの入
力端の該固有透過周波数における透過率は、該固有透過
周波数の光が他の入力端から入力する時の透過率の合計
よりも大きいことを特徴とする光周波数多重送信装置。
【請求項２】請求項１において、前記光合波器に、マッ
ハツェンダ型干渉フィルタの組合せにより構成される光
合波器を用いることを特徴とする光周波数多重送信装
置。
【請求項３】請求項１において、前記変調信号により前
記光源の光周波数が変調されることを特徴とする光周波
数多重送信装置。
【請求項４】請求項１において、前記光合波器に、マッ
ハツェンダ型干渉フィルタの組合せにより構成される光
合波器を用いかつ、前記変調信号により前記光源の光周
波数が変調されることを特徴とする光周波数多重送信装
置。
【請求項５】請求項３又は請求項４において、前記変調
信号と異なる第２変調信号を用いて前記光源を変調し、
前記光合波器にて合波された光信号を光ファイバにより
光受信装置まで伝送し、該光受信装置において該第２変
調信号により変調された信号を復調することを特徴とす
る光周波数多重伝送装置。
【請求項６】請求項１から請求項５に記載のいずれかの
光周波数多重送信装置において、前記光源の光周波数の
掃引、停止を制御する掃引回路と前記同期検波回路の出
力信号の振幅をモニタする振幅検出回路と、前記同期検
波回路と前記光源の間に前記負帰還ループを遮断可能な
スイッチを設けた光周波数多重送信装置であって、該ス
イッチをオフした状態にて、該掃引回路により光周波数
を掃引し、該振幅検出回路により前記固有透過周波数の
近くにあることを検出し、該掃引回路による光周波数の
掃引を停止し、該スイッチをオンすることにより、該光
源の発振光周波数を前記固有透過周波数に引き込むこと
を特徴とする光周波数多重送信装置。
【請求項７】通常異なる周波数にて発振する複数の光源
と、該光源からの光を合波する、複数の入力端と一つ以
上の出力端を持つ光合波器と、該光源の発振周波数を安
定化するために、該光合波器の信号が該光源に帰還され
る負帰還ループから構成される光周波数多重送信装置に
おいて、任意の一つの該光源が安定化される光周波数の
光が他の該光源から該光合波器に入力された時、出力端
に出力する該他のチャネルからの光強度が十分小さく、
該任意の一つの光源からの信号に混信等の影響を与えな
いことを特徴とする光周波数多重送信装置。