説明

光信号再生装置及び光信号再生方法

【課題】波形の歪や位相のばらつきが生じた光パルス信号を3R再生するときの、入力データとなる光パルス信号と、同じ光パルス信号から抽出したクロック信号との間のタイミングのずれの影響を低減する。
【解決手段】波形の歪や位相のばらつきが生じた入力光パルス信号のON/OFFを示す光制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記入力光パルス信号から抽出したクロック周波数を有する光再生クロック信号を生成する光再生クロック信号生成手段と、前記光制御信号と前記光再生クロック信号との論理積である前記再生光パルス信号を生成する光論理ゲート部とを備え、前記光再生クロック信号生成手段は、前記光論理ゲート部を通過した前記光制御信号と前記光再生クロック信号とを同期させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、波形の歪や位相のばらつきが生じた光パルス信号を、増幅(Re-amplification)及び波形整形(Re-shaping)し、かつ位相のばらつきを修正(Re−timing)して3R再生する、光信号再生装置及び光信号再生方法に関する。
【背景技術】
【0002】
通信容量の急速な増加により、100Gbpsを超える光伝送システムの実現が期待されている。100Gbpsを超える伝送速度になると、光ファイバの波長分散、偏波モード分散、非線形光学効果、SNR(Singnal to Noise Ratio:信号ノイズ比)劣化等による伝送性能劣化がより顕著になるため、現行の10G/40Gbpsクラスのシステムと同等の伝送性能を維持することが困難となる。
【0003】
これに関連した従来技術として、非特許文献1には、光ファイバの非線形効果を利用する非線形ループミラー(NOLM:Non-linear Optical Loop Mirror)を導入することによって160Gbps光信号の伝送品質改善を実現した全光3R再生中継器の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】村井 他、“160Gb/s 全光3R再生中継伝送のフィールド実証実験"、電子情報通信学会 信学技法 OCS2008-122、2009-1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
非特許文献1に開示されている光3R再生方式は、100Gbpsを超える超高速光伝送にも適用可能な再生中継手法であるが、EDFA(Erbium-doped Fiber Amplifier)や高非線形ファイバのような長尺の導波路を有する部品を多用するため、入力データとなる光パルス信号と、同じ光パルス信号から抽出したクロック信号との間にタイミングのずれ(ゆらぎ)が生じ、再生動作が不安定になるという課題がある。特に、160Gbpsクラスの超高速光伝送を実現するためには、少なくとも±1ps以内の精度でタイミングを調整する必要があり、僅かなタイミングのゆらぎであっても再生性能に大きく影響する。
【0006】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、波形の歪や位相のばらつきが生じた光パルス信号を3R再生するときの、入力データとなる光パルス信号と、同じ光パルス信号から抽出したクロック信号との間のタイミングのずれの影響を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の課題を解決するために、本発明は、波形の歪や位相のばらつきが生じた入力光パルス信号を波形整形及び増幅するとともに位相のばらつきを修正することにより、再生光パルス信号を生成する光信号再生装置または光信号再生方法であって、前記入力光パルス信号のON/OFFを示す光制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記入力光パルス信号から抽出したクロック周波数を有する光再生クロック信号を生成する光再生クロック信号生成手段と、前記光制御信号と前記光再生クロック信号との論理積である前記再生光パルス信号を生成する光論理ゲート部とを備え、前記光再生クロック信号生成手段は、前記光論理ゲート部を通過した前記光制御信号と前記光再生クロック信号とを同期させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、波形の歪や位相のばらつきが生じた光パルス信号を3R再生するときの、入力データとなる光パルス信号と、同じ光パルス信号から抽出したクロック信号との間のタイミングのずれの影響を低減することができる。これにより、超高速光伝送の再生性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明に係る光信号再生装置の概略構成図である。
【図2】本発明に係る光論理ゲートデバイスの動作に関する説明図である。
【図3】本発明に係る光信号再生方法の動作原理についての説明図である。
【図4】従来の光信号再生装置の概略構成図である。
【図5】従来の光信号再生方法の動作原理についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)を、図面を参照しながら詳しく説明する。図1は、本発明に係る光信号再生方法を適用した光信号再生装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態では、図1に示した光信号再生装置1は、波長がλs、伝送レートが160Gbpsで、RZ−OOK(Return to Zero-On Off Keying)の光パルス信号である入力信号(被再生信号)S1を再生して、元の波長λsと同じ3R再生信号S4を出力するものと仮定する。
【0011】
図1に示すように、光信号再生装置1は、入力信号(被再生信号)S1のパルス波形を整形して波長をλcに変換する波長変換部11と、光論理ゲート部として動作する非線形ループミラー(以下、「NOLM」)20と、NOLM20に再生信号S4用の160GHz光再生クロック信号S3を出力する光クロック発生部21との主たる構成要素を備えて構成される。
【0012】
これに対し、図4に示した従来の光信号再生装置2は、非特許文献1にて開示されている全光3R再生中継器の概略構成を、図1と同じ構成要素を用いて表したものである。図1と図4とを比較して分かるように、両者の最大の違いは、160GHz光再生クロック信号を生成する光クロック発生部21,22が、クロック再生元となる信号を取り込む位置にある。すなわち、従来の光信号再生装置2(図4)では、NOLM20に入力される制御信号S2を光カプラ18aの直前で分岐して取り込んでいるのに対して、本実施形態の光信号再生装置1(図1)では、光カプラ18bから出力されるNOLM20からの出力信号を取り込み、そこに重畳されている制御信号S2の成分を抽出する。これによる両者の動作の違いについては後記にて説明する。
【0013】
ここでは、まず、両者に共通するNOLM20の構造と、光論理ゲート部としての動作原理とについて説明する。NOLM20は、偏波保持3dBカプラである2入力×2出力の光カプラ18b(第1の光カプラ)と、その2つの出力ポートに両端がループ状に接続された高非線形性を有する長尺の光ファイバ19(例えば、長さ300m、分散1.2ps/nm/km、γ〜15W-1km-1、伝搬ロス1.9dB/kmの高非線形偏波保持ファイバがコイル状に形成されたもの)と、ループの途中に配置されたもう1つの偏波保持カプラである2入力×1出力の光カプラ18a(第2の光カプラ)とから構成される全光学系の回路である。
【0014】
光カプラ18bの入力ポートP1には、入力信号S1と同じ波長λsを有する、再生信号S4の波形の元となる160GHz光再生クロック信号S3が入射され、この信号は、同一の信号強度を有する右回りのクロック信号S3Rと左回りのクロック信号S3Lとに2分割(50:50)されて、光ファイバ19内を互いに逆方向に伝搬する。この2つのクロック信
号S3RとS3Lとが再びカプラ18bに到達して合波されたときに、通常は両者の信号間の干渉により、入力ポートP2にはクロック信号S3の成分は出射されない。なお、光カプラ18bの結合光となる左回りのクロック信号S3Lの位相が、入射光に対してπ/2ずれる場合であっても、入力ポートP2に到達するまでに光カプラ18bを2回通過することとなり、結合部における位相変化の影響は相殺される。
【0015】
一方、もう1つの光カプラ18aから、光クロック信号の波長λsとは異なる波長λcを有する信号強度が大きい制御信号S2が入射されると、光ファイバ19が有する高非線形性により、光ファイバの屈折率が変化する相互位相変調(XPM:Cross Phase Modulation)作用が誘起され、制御信号S2と同じ方向に伝搬するクロック信号S3Rの位相が変化する。この性質を利用して、制御信号S2の信号がONとなったときにクロック信号S3Rの位相が丁度πだけシフトされるようにファイバ長や信号強度の調整を行っておく。これにより、制御信号S2によって位相がπだけシフトされた結果の右回りのクロック信号S3RSと左回りのクロック信号S3Lとが再びカプラ18bに到達して合波されたときの信号間の干渉がなくなるので、両者が合波された結果の光再生クロック信号が、光カプラ18bの入力ポートP2から出射されることになる。
【0016】
図2は、NOLM20による光再生クロック信号S3のスイッチング動作を説明するための模式的な信号波形図である。図中、破線は光ファイバ19内を互いに逆方向に伝搬して光カプラ18bに到達した2つのクロック信号の波形であり、実線は光カプラ18bの入力ポートP2から出射される信号の波形である。図2の左部分は、制御信号S2がOFFとなっているときの、右回りのクロック信号S3Rと左回りのクロック信号S3Lとが同位相となって互いに信号を打ち消し合う様子を、物理的な振動現象に模して逆位相の波形で表現したものである(逆向きに伝搬する同位相の信号が上下対象に描かれている)。また、図2の右部分は、同様に、制御信号S2がONとなっているときの、πだけ位相がシフトした右回りのクロック信号S3RSと、左回りのクロック信号S3Lとが逆位相となって互いに信号を強め合う様子を同位相の波形で表したものである(逆位相の信号同士が重なって描かれている)。
【0017】
このように、NOLM20は、制御信号S2がONのときにだけ入力ポートP1に入射された光再生クロック信号S3を入力ポートP2に透過させて出力する。つまり、NOLM20は、制御信号S2と光再生クロック信号S3との論理積値を出力する超高速の光ANDゲートとして機能する。
【0018】
入力信号S1は、例えば、波長λsが1550nmである160GbpsのRZ−OOK光パルス信号である。波長変換器11は、例えば、EDFA、高非線形分散平坦化ファイバ、及び信号切り出し用波長フィルタによる基本構成を2段にカスケート゛接続したMamyshev型波長変換器であり、入力信号S1のパルス波形の整形(Re-shaping〉と、波長λsとは異なる制御信号S2としての波長λc(例えば、1541nm)への波長の変換とを行う。波長変換された信号は、EDFAなどの光増幅器12aによって増幅されたのちに、例えば透過帯域が3.5nmの光バンドパスフィルタである光フィルタ13aによって、λcの前後の波長成分だけが透過され、光カプラ18aを介して制御信号S2としてNOLM20に入射される。
【0019】
この制御信号S2は、光ファイバ19内を右回りに伝搬して光カプラ18bの入力ポートP1にその信号成分が出射され、光サーキュレータ17によって光フィルタ13c側に分岐させられたのち、例えば透過帯域が3.5nmの光バンドパスフィルタである光フィルタ13cを透過した波長λc近傍の波長成分だけが抽出され、クロック再生回路14に入力される。
【0020】
クロック再生回路14は、入力される160Gbpsの制御信号から、同期回路によって40GHz
の電気クロック信号を抽出してモード同期レーザ15へ出力する。モード同期レーザ15は入力された40GHzの電気クロック信号に同期して、波長λsで変調された所定幅(例えば、2ps)の基準光パルス信号を生成し、光増幅器12bによって増幅された基準光パルス信号は、時分割多重回路16に入力される。
【0021】
時分割多重回路16は、入力された40GHzの基準光パルス信号をビット多重(同一周期内に基準光パルス信号を等時間間隔で4回繰り返す)ことによって160GHzの光パルス信号を生成して出力し、この信号が光増幅器12cによって増幅されたものが、光再生クロック信号S3として、光サーキュレータ17及び光カプラ18bを介してNOLM20に入射される。
【0022】
前記したように、光カプラ18bの入力ポートP1に入射された光再生クロック信号S3は、入力信号S1と同一のデータが変調された制御信号S2によって入力ポートP2への出力がON/OFF制御されたのちに、例えば透過帯域が3.5nmの光バンドパスフィルタである光フィルタ13bによって波長λs近傍の波長成分だけが抽出され、再生信号S4として出力される。
【0023】
図3は、本発明に係る光信号再生方法の動作原理の説明図である。図中、図3(a)は、光クロック信号に対する相対的時間位置変化(Tw:ウォークオフ時間)を考慮した制御信号Us(t)を示したものである。この相対的な時間位置の変化は、光ファイバの分散により制御信号と光クロック信号の伝播速度が異なることに起因し、Tw=D・Δλ・Lである。ここで、Dは、光ファイバの分散値、Δλは、波長離調、Lは光ファイバ長である。図3(b)は、XPMによる位相変化プロファイル(制御信号の二乗積分)を示し、その位相変化Δφ(最大値:π)は、相対的時間位置変化:Twと制御信号Us(t)のパルス形状により決定される。図3(c)は、制御信号と同じ伝播方向の光クロック信号を示し、この光クロック信号に重畳される位相変化は制御信号Us(t)のパルスエネルギーに比例する。通常、制御信号Us(t)の光ファイバへの入力タイミングは、光ファイバ出力における時間位置が、同方向に伝播するクロック信号Uc(t)の時間中心に対して対称になるように調整する。例えば、制御信号Us(t)の光ファイバを通過する時間が、光クロック信号Uc(t)よりも3psだけ遅い場合、即ち、Tw=3psである場合を考える。このとき、光ファイバの入力端において、制御信号Us(t)を光クロック信号Uc(t)よりも1.5ps(Tw/2)だけ先行させて入力すれば、光ファイバ出力端において、制御信号Us(t)は、光クロック信号Uc(t)に対して1.5ps(Tw/2)だけ遅れて出力され、図3(a)及び図3(c)の相対時間位置関係が実現する。このような関係にある場合、図3(b)及び図3(c)に示すように、制御信号Us(t)をポンプ光とするXPMによって誘起される位相変化プロファイルの時間中心は、光クロックUc(t)の時間中心と完全に一致し、理想的な位相変調が光クロックUc(t)に重畳される。そして、図3(d)は、再生信号を示し制御信号Us(t)がオンのとき、すなわち、図3(c)における光クロック信号Uc(t)の位相がπだけシフトした場合に再生される。
【0024】
図1に示すように、再生すべきデータを表す制御信号S2と光クロック信号S3Rは、入射経路が異なる。このため、制御信号S2において、NOLM20の入口から光カプラ18a、光ファイバ19を経由して出口に到達するまでの間に、外界の温度変化や振動、風圧等による圧力変化の影響などによる伝播時間揺らぎ、いわゆるタイミングゆらぎが生じる。しかしながら、本実施形態に係る光信号再生方法においては、NOLM20に入射する光再生クロックの元となる信号を、NOLM20を出射した制御信号から取り込むので、制御信号S2のタイミング揺らぎ情報が光再生クロックにフィードバックされる。これにより、光再生クロックS3Rと、そのスイッチング動作に利用する制御信号S2との相対時間位置のずれを低減でき、再生性能の改善が図られる。
【0025】
他方、図5を参照して、従来の光信号再生方法の動作原理を説明する。NOLM20の入口から光カプラ18a、光ファイバ19を経由して出口に到達するまでの間に、制御信号Us(t)において同様なタイミングの揺らぎがあった場合、従来の光信号再生方法では、NOLM20に入射する光再生クロックの元となる信号を、導波路(NOLM20)を経由する前の入口側から取り込むので、光再生クロックS3Rには、そのタイミング揺らぎの情報がフィードバックされない。このため、図5(a)、及び図5(c)に示すように、生成される光再生クロックS3Rと、そのスイッチング動作に利用する制御信号Us(t)との間のタイミングのずれが発生し、XPMによる位相変化プロファイルも、図5(b)に示すように、最適なタイミングからΔTだけシフトする。この影響により、光再生クロックS3Rに重畳される位相変化はπよりも小さくなり、図5(d)に示すように再生信号Uc(t)の信号強度が低下して信号再生エラーが発生する確率が大きくなる。
【0026】
したがって、本発明に係る光信号再生方法によれば、高非線形ファイバを伝搬した制御信号から光再生クロックを抽出するので、入力信号と同様な、NOLM20の入口から光カプラ18a、光ファイバ19を経由して出口に到達するまでに生じる、外部環境変化等によるタイミング揺らぎの影響を吸収することができる。これにより、制御信号と光再生クロック間のタイミングのずれを低減させることができる。
【0027】
なお、本発明の実施の態様はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、本実施形態においては、光論理ゲート部としてNOLMを用いたが、偏波ビームスプリッタを備える偏波分離スイッチなどの他の光ゲート素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【0028】
1、2 光信号再生装置
11 波長変換器(制御信号生成手段)
12a、12b、12c 光増幅器
13a、13b、13c 光フィルタ
14 クロック再生回路(クロック抽出手段)
15 モード同期レーザ(基準光パルス信号生成手段)
16 時分割多重回路(時分割多重化手段)
17 光サーキュレータ
18a 光カプラ(第2の光カプラ)
18b 光カプラ(第1の光カプラ)
19 光ファイバ(非線形光ファイバ)
20 非線形ループミラー(NOLM)(光論理ゲート部)
21、22 光クロック発生部(光再生クロック信号生成手段)
P1、P2 入力ポート
S1 入力信号(入力光パルス信号)
S2 制御信号(光制御信号)
S3 光再生クロック信号
S3R、S3L クロック信号
S4 再生信号

【特許請求の範囲】
【請求項1】
波形の歪や位相のばらつきが生じた入力光パルス信号を波形整形及び増幅するとともに位相のばらつきを修正することにより、再生光パルス信号を生成する光信号再生装置であって、
前記入力光パルス信号のON/OFFを示す光制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記入力光パルス信号から抽出したクロック周波数を有する光再生クロック信号を生成する光再生クロック信号生成手段と、
前記光制御信号と前記光再生クロック信号との論理積である前記再生光パルス信号を生成する光論理ゲート部と
を備え、
前記光再生クロック信号生成手段は、前記光論理ゲート部を通過した前記光制御信号と前記光再生クロック信号とを同期させる
ことを特徴とする光信号再生装置。
【請求項2】
前記光制御信号は、前記光再生クロック信号生成手段により生成された前記光再生クロック信号と該光制御信号との相互位相変調により生成された信号である
ことを特徴とする請求項1に記載の光信号再生装置。
【請求項3】
前記光論理ゲート部は、
第1の入力端に入射される前記光再生クロック信号を2つの出力端に均等な強度で分岐して出射するとともに、前記再生光パルス信号が第2の入力端に出射される、2入力×2出力の第1の光カプラと、
両端が前記第1の光カプラの前記2つの出力端にループ状に接続された非線形光ファイバと、
前記非線形光ファイバの途中に設置され、前記光制御信号を合波して入射する、第2の光カプラと
を備えた非線形ループミラーである
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光信号再生装置。
【請求項4】
前記光再生クロック信号の波長は、前記入力光パルス信号の波長と同一であり、
前記光制御信号の波長は、光バンドパスフィルタによって前記光再生クロック信号と分離される波長であり、
前記光再生クロック信号は、少なくとも前記第2の光カプラにより入射した信号を基にして生成される
ことを特徴とする請求項3に記載の光信号再生装置。
【請求項5】
前記光再生クロック信号生成手段は、さらに
前記光制御信号から前記クロック周波数のN分の1の周波数のクロック信号を抽出するクロック抽出手段と、
前記N分の1の周波数のクロック信号から前記N分の1の周波数をもつ基準光パルス信号を生成する基準光パルス信号生成手段と、
前記基準光パルス信号を同一周期内に等時間間隔でN回繰り返すことにより前記クロック周波数をもつ前記光再生パルス信号を生成する時分割多重化手段と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光信号再生装置。
【請求項6】
波形の歪や位相のばらつきが生じた入力光パルス信号を波形整形及び増幅するとともに位相のばらつきを修正することにより、再生光パルス信号を生成する光信号再生方法であ
って、
前記入力光パルス信号のON/OFFを示す光制御信号を生成する制御信号生成工程と、
前記入力光パルス信号から抽出したクロック周波数を有する光再生クロック信号を生成する光再生クロック信号生成工程と、
前記光制御信号と前記光再生クロック信号との論理積である前記再生光パルス信号を、光論理ゲート部によって生成する再生光パルス信号生成工程と
を含み、
前記光再生クロック信号生成工程において、前記光論理ゲート部を透過した前記光制御信号と前記光再生クロック信号とを同期させる
ことを特徴とする光信号再生方法。
【請求項7】
前記光制御信号は、前記光再生クロック信号生成手段により生成された前記光再生クロック信号と該光制御信号との相互位相変調により生成された信号である
ことを特徴とする請求項6に記載の光信号再生方法。
【請求項8】
前記光論理ゲート部は、
第1の入力端に入射される前記光再生クロック信号を2つの出力端に均等な強度で分岐して出射するとともに、前記再生光パルス信号が第2の入力端に出射される、2入力×2出力の第1の光カプラと、
両端が前記第1の光カプラの前記2つの出力端にループ状に接続された非線形光ファイバと、
前記非線形光ファイバに前記光制御信号を合波して入射する第2の光カプラと
を備えた非線形ループミラーである
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の光信号再生方法。
【請求項9】
前記光再生クロック信号の波長は、前記入力光パルス信号の波長と同一であり、
前記光制御信号の波長は、光バンドパスフィルタによって前記光再生クロック信号と分離される波長であり、
前記光再生クロック信号は、少なくとも前記第2の光カプラにより入射した信号を基にして生成される
ことを特徴とする請求項8に記載の光信号再生方法。
【請求項10】
前記光再生クロック信号生成工程は、さらに
前記光制御信号から前記クロック周波数のN分の1の周波数のクロック信号を抽出するクロック抽出工程と、
前記N分の1の周波数のクロック信号から前記N分の1の周波数をもつ基準光パルス信号を生成する基準光パルス信号生成工程と、
前記基準光パルス信号を同一周期内に等時間間隔でN回繰り返すことにより前記クロック周波数をもつ前記光再生パルス信号を生成する時分割多重化工程と
を含むことを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の光信号再生方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−209404(P2011−209404A)
【公開日】平成23年10月20日(2011.10.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−75055(P2010−75055)
【出願日】平成22年3月29日(2010.3.29)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)国等の委託研究の成果に係る特許出願(平成21年度独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究/λユーティリティ技術の研究開発」、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願)
【出願人】(000000295)沖電気工業株式会社 (6,645)
【Fターム(参考)】