差動位相シフトキーイング光伝送システムおよびその光伝送方法
【課題】パルス拡がりが生じてもビット誤りを抑制することのできる差動位相シフトキーイング光伝送システムを提供する。
【解決手段】差動位相シフトキーイング光伝送方式の光伝送システムにおいて、送信機（３００）において隣接する２つのパルスの偏波状態を直交させ、受信機（３１０）において偏波状態の同じスロット同士を合波するように構成することで、光ファイバ（３０７）の伝搬中に波長分散やその他の要因によって、例え光パルス幅が広がって隣接する光パルスが一部重なっても、不要な重なりに起因するビット誤りを起こさないようにした。
【解決手段】差動位相シフトキーイング光伝送方式の光伝送システムにおいて、送信機（３００）において隣接する２つのパルスの偏波状態を直交させ、受信機（３１０）において偏波状態の同じスロット同士を合波するように構成することで、光ファイバ（３０７）の伝搬中に波長分散やその他の要因によって、例え光パルス幅が広がって隣接する光パルスが一部重なっても、不要な重なりに起因するビット誤りを起こさないようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送システムおよび方法に関し、より詳細には、位相変調した光の相対的位相差を利用してデジタル信号を伝送する差動位相シフトキーイング光伝送システムおよびその光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムは、長距離・大容量伝送を可能とするシステムとして広く普及している。光信号の送受信方式としては、従来は光強度を変調する強度変調方式が中心であったが、近年では受信感度が高く光ファイバの非線形効果の影響を受けにくい差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）の研究が盛んで、一部実用化も進められている。
【０００３】
図１にＤＰＳＫシステムの基本構成を示す。送信機１００はコヒーレント光パルス列を生成する光源１０１と位相変調器１０２とを有し、位相変調器１０２により｛０，π｝で位相変調された光信号１０６を、光ファイバ伝送路１０７を通じて受信機１１０へ送信する。この際、位相変調器１０２において、送りたいビット値が「０」の時には、前のパルスと同じ位相を印加し、送りたいビット値が「１」の時には、前のパルスからπシフトした位相を印加して、デジタル信号を符号化する。受信機１１０では、送られてきた光信号を光カップラ（Ｃ１）１１０で２分岐し、一方に１パルス間隔分の遅延Ｔを与えた後に、２×２の光カップラ（Ｃ２）１１４により再び合波する。光カップラ（Ｃ２）１１４の２つの出力端子には光検出器１１５，１１６がそれぞれ備えられ、光検出器１１５，１１６からの出力信号は差動合成回路１１７により差動合成される。
【０００４】
このように構成すると、受信機１１０の合波カップラ（Ｃ２）１１４では、隣り合うパルス同士１１８，１１９が重なり合って干渉する。この干渉の結果、２パルス１１８，１１９の位相差が０の時には第１の光検出器１１５が、位相差がπの時には第２の光検出器１１６が、それぞれ光を検出する。この２つの光検出器１１５，１１６の出力を差動合成回路１１７により差動合成すると、第１の光検出器１１５で光が検出された時にはマイナスの信号が、第２の光検出器１１６で光が検出された時にはプラスの信号が、それぞれ差動合成回路１１７から出力されることになる。
【０００５】
第１の光検出器１１５が光を検出するのは、送信機１００がビット「０」を符号化した場合であり、第２の光検出器１１６が光を検出するのは、送信機１００がビット「１」を符号化した場合である。そこで、受信機１１０の差動合成出力において、プラス信号値の場合はビット「１」、マイナス信号値の場合はビット「０」、と判別することにより、伝送信号を復号化する。
【０００６】
なお、光ＤＰＳＫ伝送における分散の影響については、次の非特許文献１に詳しく述べられている。
【０００７】
【非特許文献１】J. Wang and J. Kahn, “Impact of chromatic dispersion and polarization mode dispersion on DPSK systems using interferometric demodulation and direct detection”, Journal of Lightwave Technology, vol.22, No.22, pp.362-371 (2004).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
送受信装置及び伝送路が理想的であれば、上記により信号が正しく送受信される。しかしながら、実際には様々な要因で信号伝送特性は劣化する。光ファイバ伝送において代表的な信号劣化要因は、光ファイバの波長分散である。これは、光の波長によってファイバの屈折率が異なる、すなわち伝搬速度が異なる、という特性である。一般に変調信号光の周波数スペクトルは拡がっており、波長分散があると、周波数成分ごとにファイバ伝搬速度が異なることになる。すると、速い周波数成分は先へ進み、遅い周波数成分は後に遅れるので、結果として光パルス幅が拡がる。光パルス幅が拡がると、図２に示すように隣接する２連続パルスの一部が重なり合う。
【０００９】
このように一部が重なった光信号が受信されると、ビット誤りを起こす。図２は、一部重なった２連続パルスを分岐・遅延・合波した時のパルスの重なり方を示した図で、上段の波形２０１が長経路（遅延経路）１１２を経た２パルス、下段の波形２０２が短経路１１３を経た２パルスである。四角の点線で囲った部分Ｂが１ビット分の時間スロットで、この時間スロット内の干渉結果から１ビットが復調される。本来なら別経路を経た隣接パルス同士が干渉して欲しいのだが、パルス拡がりのために別経路を経た自分自身の一部と干渉してしまう（図中の左斜線部）。この干渉成分は常にマイナス信号を出力するように作用するため、ビット「１」を復調する場合にビット誤りを起こす。また、同じ経路を通ったパルス間の干渉も起こる（図中の右斜線部）。この干渉結果は、別経路を経たパルス間の干渉結果とは逆特性となり、やはりビット誤りを起こす。
【００１０】
以上では、代表的な信号劣化要因である波長分散の影響について説明したが、その他の要因によってもパルス拡がりは起こり、いずれの場合も上記のように信号伝送特性を劣化させる。
【００１１】
なお、ここでは、パルス列によって信号を伝送するＲＺ（return to zero）方式について述べたが、連続光を一定時間間隔（１ビットスロット）ごとに区切って変調するＮＲＺ（not return to zero）方式でもパルス拡がりにより同様な不都合が生じる。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたもので、パルス拡がりが生じてもビット誤りを抑制することのできる差動位相シフトキーイング光伝送システムおよびその光伝送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手段、および位相変調された該光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手段を備えた送信機と、前記送信機から出力する前記光パルス列を伝送する光ファイバ伝送路と、前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手段、および分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手段を備えた受信機とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記受信機が、前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する分岐手段と、前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる遅延手段と、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列を合波する合波手段と、前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手段と、前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手段と、前記第１の光検出手段と第２の光検出手段からの出力信号を差動合成する差動合成手段とを備えていることを特徴とすることができる。
【００１５】
また、前記差動合成手段の出力がマイナスの値の時にはビット「０」、プラスの値の時にはビット「１」としてビット値を復号する信号復号手段をさらに有することを特徴とすることができる。
【００１６】
また、前記送信機が、一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を送出する光源と、前記光源からの前記光パルス列を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された一方の前記光パルス列を前記光源から送られた光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる遅延手段と、前記遅延手段により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手段と、前記分岐手段で分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手段と、前記第１の位相変調手段で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手段と、前記遅延手段により遅延され前記偏波変調手段から出力する前記光パルス列と前記第２の位相変調手段から出力する前記光パルス列とを合波する合波手段とを備えていることを特徴とすることができる。
【００１７】
また、前記合波手段が偏波ビームスプリッタであることを特徴とすることができる。
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項６の発明は、送信機、受信機、およびそれら両者をつなぐ光ファイバ伝送路を備えた光ファイバ伝送システムにおける光伝送方法であって、前記送信機において、コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手順と、前記位相変調する手順により位相変調された前記光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手順と、前記直交する偏波状態に変調する手順により直交する偏波状態に変調された前記光パルス列を前記送信機から前記光ファイバ伝送路に送出する手順とを含み、前記送信機において、前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手順と、前記分岐する手順により分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手順とを含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記受信機において、前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する手順と、前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる手順と、前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列とを合波する手順と、前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手順と、前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手順と、前記第１の光検出手順で得られる検出信号と第２の光検出手順で得られる検出信号とを差動合成する手順とを含むことを特徴とすることができる。
【００２０】
また、前記送信機において、一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を生成する手順と、前記光パルス列を分岐する手順と、前記分岐する手順により分岐された一方の前記光パルス列を該光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる手順と、前記遅延させる手順により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手順と、前記分岐する手順により分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手順と、前記第１の位相変調手順で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手順と、前記遅延させる手順により遅延され前記偏波変調手順により偏波変調された光パルス列と前記第２の位相変調手順で位相変調された光パルス列とを合波する手順とを含むことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のような構成により、本発明によれば、偶数番目の光パルスと奇数番目の光パルスの偏波は直交しているので、不要に重なったパルス同士は干渉しない。従って、本発明によれば、光パルス幅拡がり（または１ビットスロット信号成分の時間拡がり）による信号受信特性劣化を抑えた差動位相シフトキーイング光伝送方式が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る差動位相シフトキーイング光伝送システムの基本構成を示す。図３に示すように、この光伝送システムは送信機（光送信機）３００と光ファイバ伝送路３０７と受信機（光受信機）３１０とからなる。
【００２４】
送信機３００は、コヒーレント光パルス列を生成する光源３０１、コヒーレント光パルス列から一定時間間隔（１ビットスロット）で０またはπで位相変調された光信号を生成する位相変調器３０２、およびその位相変調された光信号を１ビットスロット（１パルス間隔）Ｔごとに直交する２つの偏波状態に変調する偏波変調器３０３を備える。
【００２５】
光源３０１は位相変調器３０２に接続されており、位相変調器３０２は偏波変調器３０３に接続されている。光源はコヒーレント光パルス列を送出し、この光パルス列は位相変調器３０２に入力される。送信機３００は、位相変調器３０２により、送信したいビット信号に応じた位相変調を光源３０１から入力された光パルスに与えた後、この光パルス列を偏波変調器３０３に受け渡す。より具体的には、位相変調器３０２において、送りたいビット値が「０」であれば２パルス前のパルスと同じ位相とし、「１」であれば、２パルス前のパルスからπだけシフトした位相を与える。これにより、位相変調器３０２から出力される光パルスの相対位相は１ビットスロットごとに０またはπとなる。
【００２６】
偏波変調器３０３は、位相変調器３０２から入力された光パルスを、パルスごと（１ビットスロットごと）に交互に、直交する２つの偏波状態として変調した後、光ファイバ伝送路３０７を介して受信機３１０に対して送出する。これにより、例えば、奇数番目のパルスは縦偏波状態（Ｖ）、偶数番目は横偏波状態（Ｈ）、という光パルス列３０６が送信機３００から光ファイバ伝送路３０７へと出力される。
【００２７】
受信機３１０は、光分岐手段（Ｃ１）３１１、長経路３１２および短経路３１３、２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４、第１の光検出器３１５、第２の光検出器３１６、および差動合成回路３１７を備える。光ファイバ伝送路３０７に接続する光分岐手段（Ｃ１）３１１は、長経路３１２および短経路３１３に接続されている。２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４には、入力端子および出力端子がそれぞれ２つずつ備わっている。その入力端子は長経路３１２および短経路３１３に接続されており、その出力端子は第１の光検出器３１５および第２の光検出器３１６に接続されている。
【００２８】
２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４は、一方の入力端子で長経路３１２からの光パルス列を受信し、他方の入力端子で短経路３１３からの光パルス列を受信する。２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４は、その後、２つの光パルス列の位相差が０の場合には一方の出力端子から第１の光検出器３１５に光を出力し、２つの光パルス列の位相差がπの場合には他方の出力端子から第２の光検出器３１６に光を出力する特性を有する。
【００２９】
受信機３１０へ入力された光信号（すなわち、１パルスごとに直交する２つの偏波状態（Ｈ，Ｖ）に変調された光パルス列）３０６は、光分岐手段（Ｃ１）３１１により長経路３１２および短経路３１３にエネルギー的に等分（５０対５０）にそれぞれ分岐される。長経路３１２に分岐された光パルス列は、一定の遅延時間だけ遅延させられた後、２×２光合波カップラ（Ｃ２）３１４で短経路３１３を通った光パルス列と再び合波される。ここで、一定の遅延時間は、図３に示すように、入力された光パルス列のパルス間隔Ｔの２倍に等しいものとする。
【００３０】
上記のように受信機３１０の回路を構成すると、受信機３１０の２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４では、１つおきのパルス（奇数番目のパルス同士／偶数番目のパルス同士）が重なり合う。すなわち、送信機３００から送出された光パルス列の各パルスは、一定の時間間隔Ｔで送出されており、また長経路３１２を通った光パルス列は一定の時間間隔２Ｔだけ遅延しているので、長経路３１２を通った光パルス列はちょうど２パルス分遅延した状態で、短経路３１３を通った光パルス列と合波される。また、送信機３００から送出された光パルス列は１パルスごとに直交する偏波状態で送出されているので、１つおきのパルス同士は同じ偏波状態である。したがって、重なり合ったパルスは干渉を起こす。かかる状態については、図４を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図４は、図３で説明したパルスが送信された場合の受信パルスの重なり具合を示し、上段のパルス列が長経路（遅延経路）３１２を経たパルス列、下段のパルス列が短経路３１３を経たパルス列である。図４では、右斜線長方形（１、３、５）と左斜線長方形（２、４、６）のパルスが示されているが、右斜線長方形は縦偏波（Ｖ）で送信されたパルスを表わし、左斜線長方形は横偏波（Ｈ）で送信されたパルスを表わす。なお、光ファイバ３０７の伝送中に偏波状態は変化しており、受信機３１０への入力状態は縦・横偏波であるとは限らないが、両者が直交関係にあることは光ファイバ伝送後も保持されている。
【００３２】
上記の２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４での合波による干渉の結果、パルス間の位相差が０ならば第１の光検出器３１５が光を検出し、パルス間の位相差がπならば第２の光検出器３１６が光を検出する。２つの光検出器３１５，３１６からの検出信号は、差動合成回路３１７により差動合成される。これにより、例えば第１の光検出器３１５からの信号をＳ１、第２の光検出器３１６からの信号をＳ２とすると（Ｓ１，Ｓ２≧０）、差動合成回路３１７から（Ｓ２−Ｓ１）という信号が出力される。
【００３３】
パルス間の位相差は、送信機３００の送信ビットが「０」の時は０、送信機３００の送信ビットが「１」の時はπであり、パルス間の位相差が０の時は第１の光検出器３１５が検出信号Ｓ１を出力し、πの時は第２の光検出器３１６が検出信号Ｓ２を出力する。したがって、差動合成回路３１７からは、送信機３００からの送信ビットが「０」の時にはマイナスの信号が出力され、「１」の時にはプラスの信号が出力される。
【００３４】
そこで、差動合成回路３１７の出力がマイナスの時には、ビット「０」、プラスの時にはビット「１」としてビット値を複号する。これにより、送信機３００から受信機３１０へデジタル信号が伝送される。
【００３５】
次に、本発明を適用した本実施形態においては、光ファイバ伝送途中で光パルス幅が拡がった場合でも、信号が正しく伝送されることを説明する。
【００３６】
図５に、パルス幅が拡がった５連続パルスを受信した場合のパルスの重なり具合を示し、上段の波形が長経路（遅延経路）３１２を経たパルス、下段の波形が短経路３１３を経たパルスである。本来は、受信時間スロット内（符号Ｃで示す四角の破線内）で異なる経路３１２，３１３を経た１つおきのパルス（パルス２とパルス４）が重なるべきところを、パルス拡がりのため、異なる経路を経たパルス２と３／パルス２と５／パルス１と４／パルス３と４、及び同じ経路を経たパルス１と２／パルス２と３／パルス３と４／パルス４と５、の一部が重なり合っている。図５の斜線部分は、枠Ｃ内での重なり部分を示している。
【００３７】
しかしながら、本実施形態では前述のように偶数番目の光パルスと奇数番目の光パルスの偏波は直交しているので、上記のように不要に重なったパルス同士は干渉しない。したがって、本実施形態では不要な干渉によるビット誤りは生じない。これらのもれこみ成分は非干渉クロストークとしてビット誤りを起こす可能性があるが、干渉クロストークによるビット誤りに比べるとその確率は十分に小さい。
【００３８】
以上の理由により、本発明によれば、光ファイバ伝送路内で光パルス幅が拡がっても、ビット誤りなく（あるいは、ビット誤りがあっても十分に小さい確率で）信号が伝送されることができる。
【００３９】
なお、以上では光パルス列を信号変調するＲＺ（return to zero）方式について述べたが、連続光を一定時間間隔（１ビットスロット）ごとに区切って変調するＮＲＺ（not return to zero）方式でも同様に適用でき、同様な効果が得られる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る差動位相シフトキーイング光伝送システムの基本構成を示す。本実施形態のシステム全体の構成は図３の第１の実施形態と同様であるが、送信機３００において交互に直交である偏波状態の光パルス列を作り出す手段が異なっている。
【００４１】
送信機３００の光源３０１は一定の時間間隔２Ｔでコヒーレント光パルス列６０１を送出し、光源３０１からの出力光６０１は光分岐手段６０２により長経路６０３および短経路６０４にエネルギー的に等分（５０対５０）にそれぞれ分岐される。
【００４２】
２経路に分岐された光パルス列はそれぞれ、各経路に設けた位相変調器６０５，６０６に入力される。位相変調器６０５，６０６は、それぞれ、入力された光パルスを、送信したいビット値に応じて０またはπで位相変調する。より具体的には、送りたいビット値が「０」であれば前のパルスと同じ位相とし、送りたいビット値が「１」であれば前のパルスとπだけシフトした位相を与える。すなわち、位相変調器６０５，６０６から出力される光パルス列に含まれるパルスのそれぞれの位相は、０またはπである。
【００４３】
長経路６０３に分岐された光パルス列は、偏波回転素子６０７により偏波状態を直交状態（Ｈ→Ｖ）に変換され、さらに光源３０１からのパルス列の時間間隔の１／２、すなわちＴだけ遅延させられた後、偏波ビームスプリッタ６０８で短経路６０４を通った光パルス列と再び合波される。
【００４４】
偏波ビームスプリッタ６０８の入力においては、長経路６０３を通った光パルスの偏波状態と短経路６０４を通った光パルス列の偏波状態は直交している。偏波ビームスプリッタ６０８では、この２つのパルス列が同一経路３０７へと合波される。これにより、偏波ビームスプリッタ６０８からは、長経路６０３を経由してきた光パルス列と短経路６０４を経由してきた光パルス列が、直交する偏波状態として出力される。さらに、長経路６０３を経由してきた光パルス列は、時間間隔２Ｔのパルス列が時間Ｔだけ遅延されて合波されているので、時間間隔がＴ、かつ奇数番目と偶数番目のパルスが直交偏波状態である光パルス列３０６が出力される。
【００４５】
偏波ビームスプリッタ６０８以後の構成と動作は図３の第１の実施形態と同様である。
【００４６】
（他の実施形態）
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。例えば、本発明は、位相変調した光パルス列の相対位相差を利用して、安全な暗号鍵を供給する量子暗号鍵配送システムにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の差動位相シフトキーイング光伝送システムの構成図である。
【図２】図１の受信機におけるパルス拡がりのある光信号の重なり方を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る差動位相シフトキーイング光伝送システムの構成図である。
【図４】図３の受信機におけるパルスの重なり方を示す概念図である。
【図５】図３の受信機におけるパルス拡がりのある光信号の受信状態を説明する概念図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る送信機の構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
３００ 送信機（光送信機）
３０１ 光源
３０２ 位相変調器
３０３ 偏波変調器
３０７ 光ファイバ伝送路
３１０ 受信機（光受信機）
３１１ 光分岐手段
３１２ 長経路
３１３ 短経路
３１４ ２×２合波カップラ
３１５ 第１の光検出器
３１６ 第２の光検出器
３１７ 差動合成回路
６０２ 光分岐手段
６０３ 長経路
６０４ 短経路
６０５，６０６ 位相変調器
６０７ 偏波回転素子
６０８ 偏波ビームスプリッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送システムおよび方法に関し、より詳細には、位相変調した光の相対的位相差を利用してデジタル信号を伝送する差動位相シフトキーイング光伝送システムおよびその光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムは、長距離・大容量伝送を可能とするシステムとして広く普及している。光信号の送受信方式としては、従来は光強度を変調する強度変調方式が中心であったが、近年では受信感度が高く光ファイバの非線形効果の影響を受けにくい差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）の研究が盛んで、一部実用化も進められている。
【０００３】
図１にＤＰＳＫシステムの基本構成を示す。送信機１００はコヒーレント光パルス列を生成する光源１０１と位相変調器１０２とを有し、位相変調器１０２により｛０，π｝で位相変調された光信号１０６を、光ファイバ伝送路１０７を通じて受信機１１０へ送信する。この際、位相変調器１０２において、送りたいビット値が「０」の時には、前のパルスと同じ位相を印加し、送りたいビット値が「１」の時には、前のパルスからπシフトした位相を印加して、デジタル信号を符号化する。受信機１１０では、送られてきた光信号を光カップラ（Ｃ１）１１０で２分岐し、一方に１パルス間隔分の遅延Ｔを与えた後に、２×２の光カップラ（Ｃ２）１１４により再び合波する。光カップラ（Ｃ２）１１４の２つの出力端子には光検出器１１５，１１６がそれぞれ備えられ、光検出器１１５，１１６からの出力信号は差動合成回路１１７により差動合成される。
【０００４】
このように構成すると、受信機１１０の合波カップラ（Ｃ２）１１４では、隣り合うパルス同士１１８，１１９が重なり合って干渉する。この干渉の結果、２パルス１１８，１１９の位相差が０の時には第１の光検出器１１５が、位相差がπの時には第２の光検出器１１６が、それぞれ光を検出する。この２つの光検出器１１５，１１６の出力を差動合成回路１１７により差動合成すると、第１の光検出器１１５で光が検出された時にはマイナスの信号が、第２の光検出器１１６で光が検出された時にはプラスの信号が、それぞれ差動合成回路１１７から出力されることになる。
【０００５】
第１の光検出器１１５が光を検出するのは、送信機１００がビット「０」を符号化した場合であり、第２の光検出器１１６が光を検出するのは、送信機１００がビット「１」を符号化した場合である。そこで、受信機１１０の差動合成出力において、プラス信号値の場合はビット「１」、マイナス信号値の場合はビット「０」、と判別することにより、伝送信号を復号化する。
【０００６】
なお、光ＤＰＳＫ伝送における分散の影響については、次の非特許文献１に詳しく述べられている。
【０００７】
【非特許文献１】J. Wang and J. Kahn, “Impact of chromatic dispersion and polarization mode dispersion on DPSK systems using interferometric demodulation and direct detection”, Journal of Lightwave Technology, vol.22, No.22, pp.362-371 (2004).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
送受信装置及び伝送路が理想的であれば、上記により信号が正しく送受信される。しかしながら、実際には様々な要因で信号伝送特性は劣化する。光ファイバ伝送において代表的な信号劣化要因は、光ファイバの波長分散である。これは、光の波長によってファイバの屈折率が異なる、すなわち伝搬速度が異なる、という特性である。一般に変調信号光の周波数スペクトルは拡がっており、波長分散があると、周波数成分ごとにファイバ伝搬速度が異なることになる。すると、速い周波数成分は先へ進み、遅い周波数成分は後に遅れるので、結果として光パルス幅が拡がる。光パルス幅が拡がると、図２に示すように隣接する２連続パルスの一部が重なり合う。
【０００９】
このように一部が重なった光信号が受信されると、ビット誤りを起こす。図２は、一部重なった２連続パルスを分岐・遅延・合波した時のパルスの重なり方を示した図で、上段の波形２０１が長経路（遅延経路）１１２を経た２パルス、下段の波形２０２が短経路１１３を経た２パルスである。四角の点線で囲った部分Ｂが１ビット分の時間スロットで、この時間スロット内の干渉結果から１ビットが復調される。本来なら別経路を経た隣接パルス同士が干渉して欲しいのだが、パルス拡がりのために別経路を経た自分自身の一部と干渉してしまう（図中の左斜線部）。この干渉成分は常にマイナス信号を出力するように作用するため、ビット「１」を復調する場合にビット誤りを起こす。また、同じ経路を通ったパルス間の干渉も起こる（図中の右斜線部）。この干渉結果は、別経路を経たパルス間の干渉結果とは逆特性となり、やはりビット誤りを起こす。
【００１０】
以上では、代表的な信号劣化要因である波長分散の影響について説明したが、その他の要因によってもパルス拡がりは起こり、いずれの場合も上記のように信号伝送特性を劣化させる。
【００１１】
なお、ここでは、パルス列によって信号を伝送するＲＺ（return to zero）方式について述べたが、連続光を一定時間間隔（１ビットスロット）ごとに区切って変調するＮＲＺ（not return to zero）方式でもパルス拡がりにより同様な不都合が生じる。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたもので、パルス拡がりが生じてもビット誤りを抑制することのできる差動位相シフトキーイング光伝送システムおよびその光伝送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手段、および位相変調された該光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手段を備えた送信機と、前記送信機から出力する前記光パルス列を伝送する光ファイバ伝送路と、前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手段、および分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手段を備えた受信機とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記受信機が、前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する分岐手段と、前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる遅延手段と、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列を合波する合波手段と、前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手段と、前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手段と、前記第１の光検出手段と第２の光検出手段からの出力信号を差動合成する差動合成手段とを備えていることを特徴とすることができる。
【００１５】
また、前記差動合成手段の出力がマイナスの値の時にはビット「０」、プラスの値の時にはビット「１」としてビット値を復号する信号復号手段をさらに有することを特徴とすることができる。
【００１６】
また、前記送信機が、一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を送出する光源と、前記光源からの前記光パルス列を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された一方の前記光パルス列を前記光源から送られた光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる遅延手段と、前記遅延手段により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手段と、前記分岐手段で分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手段と、前記第１の位相変調手段で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手段と、前記遅延手段により遅延され前記偏波変調手段から出力する前記光パルス列と前記第２の位相変調手段から出力する前記光パルス列とを合波する合波手段とを備えていることを特徴とすることができる。
【００１７】
また、前記合波手段が偏波ビームスプリッタであることを特徴とすることができる。
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項６の発明は、送信機、受信機、およびそれら両者をつなぐ光ファイバ伝送路を備えた光ファイバ伝送システムにおける光伝送方法であって、前記送信機において、コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手順と、前記位相変調する手順により位相変調された前記光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手順と、前記直交する偏波状態に変調する手順により直交する偏波状態に変調された前記光パルス列を前記送信機から前記光ファイバ伝送路に送出する手順とを含み、前記送信機において、前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手順と、前記分岐する手順により分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手順とを含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記受信機において、前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する手順と、前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる手順と、前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列とを合波する手順と、前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手順と、前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手順と、前記第１の光検出手順で得られる検出信号と第２の光検出手順で得られる検出信号とを差動合成する手順とを含むことを特徴とすることができる。
【００２０】
また、前記送信機において、一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を生成する手順と、前記光パルス列を分岐する手順と、前記分岐する手順により分岐された一方の前記光パルス列を該光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる手順と、前記遅延させる手順により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手順と、前記分岐する手順により分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手順と、前記第１の位相変調手順で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手順と、前記遅延させる手順により遅延され前記偏波変調手順により偏波変調された光パルス列と前記第２の位相変調手順で位相変調された光パルス列とを合波する手順とを含むことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のような構成により、本発明によれば、偶数番目の光パルスと奇数番目の光パルスの偏波は直交しているので、不要に重なったパルス同士は干渉しない。従って、本発明によれば、光パルス幅拡がり（または１ビットスロット信号成分の時間拡がり）による信号受信特性劣化を抑えた差動位相シフトキーイング光伝送方式が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る差動位相シフトキーイング光伝送システムの基本構成を示す。図３に示すように、この光伝送システムは送信機（光送信機）３００と光ファイバ伝送路３０７と受信機（光受信機）３１０とからなる。
【００２４】
送信機３００は、コヒーレント光パルス列を生成する光源３０１、コヒーレント光パルス列から一定時間間隔（１ビットスロット）で０またはπで位相変調された光信号を生成する位相変調器３０２、およびその位相変調された光信号を１ビットスロット（１パルス間隔）Ｔごとに直交する２つの偏波状態に変調する偏波変調器３０３を備える。
【００２５】
光源３０１は位相変調器３０２に接続されており、位相変調器３０２は偏波変調器３０３に接続されている。光源はコヒーレント光パルス列を送出し、この光パルス列は位相変調器３０２に入力される。送信機３００は、位相変調器３０２により、送信したいビット信号に応じた位相変調を光源３０１から入力された光パルスに与えた後、この光パルス列を偏波変調器３０３に受け渡す。より具体的には、位相変調器３０２において、送りたいビット値が「０」であれば２パルス前のパルスと同じ位相とし、「１」であれば、２パルス前のパルスからπだけシフトした位相を与える。これにより、位相変調器３０２から出力される光パルスの相対位相は１ビットスロットごとに０またはπとなる。
【００２６】
偏波変調器３０３は、位相変調器３０２から入力された光パルスを、パルスごと（１ビットスロットごと）に交互に、直交する２つの偏波状態として変調した後、光ファイバ伝送路３０７を介して受信機３１０に対して送出する。これにより、例えば、奇数番目のパルスは縦偏波状態（Ｖ）、偶数番目は横偏波状態（Ｈ）、という光パルス列３０６が送信機３００から光ファイバ伝送路３０７へと出力される。
【００２７】
受信機３１０は、光分岐手段（Ｃ１）３１１、長経路３１２および短経路３１３、２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４、第１の光検出器３１５、第２の光検出器３１６、および差動合成回路３１７を備える。光ファイバ伝送路３０７に接続する光分岐手段（Ｃ１）３１１は、長経路３１２および短経路３１３に接続されている。２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４には、入力端子および出力端子がそれぞれ２つずつ備わっている。その入力端子は長経路３１２および短経路３１３に接続されており、その出力端子は第１の光検出器３１５および第２の光検出器３１６に接続されている。
【００２８】
２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４は、一方の入力端子で長経路３１２からの光パルス列を受信し、他方の入力端子で短経路３１３からの光パルス列を受信する。２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４は、その後、２つの光パルス列の位相差が０の場合には一方の出力端子から第１の光検出器３１５に光を出力し、２つの光パルス列の位相差がπの場合には他方の出力端子から第２の光検出器３１６に光を出力する特性を有する。
【００２９】
受信機３１０へ入力された光信号（すなわち、１パルスごとに直交する２つの偏波状態（Ｈ，Ｖ）に変調された光パルス列）３０６は、光分岐手段（Ｃ１）３１１により長経路３１２および短経路３１３にエネルギー的に等分（５０対５０）にそれぞれ分岐される。長経路３１２に分岐された光パルス列は、一定の遅延時間だけ遅延させられた後、２×２光合波カップラ（Ｃ２）３１４で短経路３１３を通った光パルス列と再び合波される。ここで、一定の遅延時間は、図３に示すように、入力された光パルス列のパルス間隔Ｔの２倍に等しいものとする。
【００３０】
上記のように受信機３１０の回路を構成すると、受信機３１０の２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４では、１つおきのパルス（奇数番目のパルス同士／偶数番目のパルス同士）が重なり合う。すなわち、送信機３００から送出された光パルス列の各パルスは、一定の時間間隔Ｔで送出されており、また長経路３１２を通った光パルス列は一定の時間間隔２Ｔだけ遅延しているので、長経路３１２を通った光パルス列はちょうど２パルス分遅延した状態で、短経路３１３を通った光パルス列と合波される。また、送信機３００から送出された光パルス列は１パルスごとに直交する偏波状態で送出されているので、１つおきのパルス同士は同じ偏波状態である。したがって、重なり合ったパルスは干渉を起こす。かかる状態については、図４を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図４は、図３で説明したパルスが送信された場合の受信パルスの重なり具合を示し、上段のパルス列が長経路（遅延経路）３１２を経たパルス列、下段のパルス列が短経路３１３を経たパルス列である。図４では、右斜線長方形（１、３、５）と左斜線長方形（２、４、６）のパルスが示されているが、右斜線長方形は縦偏波（Ｖ）で送信されたパルスを表わし、左斜線長方形は横偏波（Ｈ）で送信されたパルスを表わす。なお、光ファイバ３０７の伝送中に偏波状態は変化しており、受信機３１０への入力状態は縦・横偏波であるとは限らないが、両者が直交関係にあることは光ファイバ伝送後も保持されている。
【００３２】
上記の２×２合波カップラ（Ｃ２）３１４での合波による干渉の結果、パルス間の位相差が０ならば第１の光検出器３１５が光を検出し、パルス間の位相差がπならば第２の光検出器３１６が光を検出する。２つの光検出器３１５，３１６からの検出信号は、差動合成回路３１７により差動合成される。これにより、例えば第１の光検出器３１５からの信号をＳ１、第２の光検出器３１６からの信号をＳ２とすると（Ｓ１，Ｓ２≧０）、差動合成回路３１７から（Ｓ２−Ｓ１）という信号が出力される。
【００３３】
パルス間の位相差は、送信機３００の送信ビットが「０」の時は０、送信機３００の送信ビットが「１」の時はπであり、パルス間の位相差が０の時は第１の光検出器３１５が検出信号Ｓ１を出力し、πの時は第２の光検出器３１６が検出信号Ｓ２を出力する。したがって、差動合成回路３１７からは、送信機３００からの送信ビットが「０」の時にはマイナスの信号が出力され、「１」の時にはプラスの信号が出力される。
【００３４】
そこで、差動合成回路３１７の出力がマイナスの時には、ビット「０」、プラスの時にはビット「１」としてビット値を複号する。これにより、送信機３００から受信機３１０へデジタル信号が伝送される。
【００３５】
次に、本発明を適用した本実施形態においては、光ファイバ伝送途中で光パルス幅が拡がった場合でも、信号が正しく伝送されることを説明する。
【００３６】
図５に、パルス幅が拡がった５連続パルスを受信した場合のパルスの重なり具合を示し、上段の波形が長経路（遅延経路）３１２を経たパルス、下段の波形が短経路３１３を経たパルスである。本来は、受信時間スロット内（符号Ｃで示す四角の破線内）で異なる経路３１２，３１３を経た１つおきのパルス（パルス２とパルス４）が重なるべきところを、パルス拡がりのため、異なる経路を経たパルス２と３／パルス２と５／パルス１と４／パルス３と４、及び同じ経路を経たパルス１と２／パルス２と３／パルス３と４／パルス４と５、の一部が重なり合っている。図５の斜線部分は、枠Ｃ内での重なり部分を示している。
【００３７】
しかしながら、本実施形態では前述のように偶数番目の光パルスと奇数番目の光パルスの偏波は直交しているので、上記のように不要に重なったパルス同士は干渉しない。したがって、本実施形態では不要な干渉によるビット誤りは生じない。これらのもれこみ成分は非干渉クロストークとしてビット誤りを起こす可能性があるが、干渉クロストークによるビット誤りに比べるとその確率は十分に小さい。
【００３８】
以上の理由により、本発明によれば、光ファイバ伝送路内で光パルス幅が拡がっても、ビット誤りなく（あるいは、ビット誤りがあっても十分に小さい確率で）信号が伝送されることができる。
【００３９】
なお、以上では光パルス列を信号変調するＲＺ（return to zero）方式について述べたが、連続光を一定時間間隔（１ビットスロット）ごとに区切って変調するＮＲＺ（not return to zero）方式でも同様に適用でき、同様な効果が得られる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る差動位相シフトキーイング光伝送システムの基本構成を示す。本実施形態のシステム全体の構成は図３の第１の実施形態と同様であるが、送信機３００において交互に直交である偏波状態の光パルス列を作り出す手段が異なっている。
【００４１】
送信機３００の光源３０１は一定の時間間隔２Ｔでコヒーレント光パルス列６０１を送出し、光源３０１からの出力光６０１は光分岐手段６０２により長経路６０３および短経路６０４にエネルギー的に等分（５０対５０）にそれぞれ分岐される。
【００４２】
２経路に分岐された光パルス列はそれぞれ、各経路に設けた位相変調器６０５，６０６に入力される。位相変調器６０５，６０６は、それぞれ、入力された光パルスを、送信したいビット値に応じて０またはπで位相変調する。より具体的には、送りたいビット値が「０」であれば前のパルスと同じ位相とし、送りたいビット値が「１」であれば前のパルスとπだけシフトした位相を与える。すなわち、位相変調器６０５，６０６から出力される光パルス列に含まれるパルスのそれぞれの位相は、０またはπである。
【００４３】
長経路６０３に分岐された光パルス列は、偏波回転素子６０７により偏波状態を直交状態（Ｈ→Ｖ）に変換され、さらに光源３０１からのパルス列の時間間隔の１／２、すなわちＴだけ遅延させられた後、偏波ビームスプリッタ６０８で短経路６０４を通った光パルス列と再び合波される。
【００４４】
偏波ビームスプリッタ６０８の入力においては、長経路６０３を通った光パルスの偏波状態と短経路６０４を通った光パルス列の偏波状態は直交している。偏波ビームスプリッタ６０８では、この２つのパルス列が同一経路３０７へと合波される。これにより、偏波ビームスプリッタ６０８からは、長経路６０３を経由してきた光パルス列と短経路６０４を経由してきた光パルス列が、直交する偏波状態として出力される。さらに、長経路６０３を経由してきた光パルス列は、時間間隔２Ｔのパルス列が時間Ｔだけ遅延されて合波されているので、時間間隔がＴ、かつ奇数番目と偶数番目のパルスが直交偏波状態である光パルス列３０６が出力される。
【００４５】
偏波ビームスプリッタ６０８以後の構成と動作は図３の第１の実施形態と同様である。
【００４６】
（他の実施形態）
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。例えば、本発明は、位相変調した光パルス列の相対位相差を利用して、安全な暗号鍵を供給する量子暗号鍵配送システムにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の差動位相シフトキーイング光伝送システムの構成図である。
【図２】図１の受信機におけるパルス拡がりのある光信号の重なり方を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る差動位相シフトキーイング光伝送システムの構成図である。
【図４】図３の受信機におけるパルスの重なり方を示す概念図である。
【図５】図３の受信機におけるパルス拡がりのある光信号の受信状態を説明する概念図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る送信機の構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
３００ 送信機（光送信機）
３０１ 光源
３０２ 位相変調器
３０３ 偏波変調器
３０７ 光ファイバ伝送路
３１０ 受信機（光受信機）
３１１ 光分岐手段
３１２ 長経路
３１３ 短経路
３１４ ２×２合波カップラ
３１５ 第１の光検出器
３１６ 第２の光検出器
３１７ 差動合成回路
６０２ 光分岐手段
６０３ 長経路
６０４ 短経路
６０５，６０６ 位相変調器
６０７ 偏波回転素子
６０８ 偏波ビームスプリッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手段、および位相変調された該光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手段を備えた送信機と、
前記送信機から出力する前記光パルス列を伝送する光ファイバ伝送路と、
前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手段、および分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手段を備えた受信機と
を備えたことを特徴とする差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項２】
前記受信機が、
前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する分岐手段と、
前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列を合波する合波手段と、
前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手段と、
前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段と第２の光検出手段からの出力信号を差動合成する差動合成手段と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項３】
前記差動合成手段の出力がマイナスの値の時にはビット「０」、プラスの値の時にはビット「１」としてビット値を復号する信号復号手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項４】
前記送信機が、
一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を送出する光源と、
前記光源からの前記光パルス列を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段で分岐された一方の前記光パルス列を前記光源から送られた光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手段と、
前記分岐手段で分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手段と、
前記第１の位相変調手段で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手段と、
前記遅延手段により遅延され前記偏波変調手段から出力する前記光パルス列と前記第２の位相変調手段から出力する前記光パルス列とを合波する合波手段と
を備えている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差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項５】
前記合波手段が偏波ビームスプリッタであることを特徴とする請求項４に記載の差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項６】
送信機、受信機、およびそれら両者をつなぐ光ファイバ伝送路を備えた光ファイバ伝送システムにおける光伝送方法であって、
前記送信機において、コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手順と、
前記位相変調する手順により位相変調された前記光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手順と、
前記直交する偏波状態に変調する手順により直交する偏波状態に変調された前記光パルス列を前記送信機から前記光ファイバ伝送路に送出する手順とを含み、
前記送信機において、前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手順と、
前記分岐する手順により分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手順とを含むことを特徴とする差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項７】
前記受信機において、
前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する手順と、
前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる手順と、
前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列とを合波する手順と、
前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手順と、
前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手順と、
前記第１の光検出手順で得られる検出信号と第２の光検出手順で得られる検出信号とを差動合成する手順と
を含むことを特徴とする請求項６に記載の差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項８】
前記差動合成する手順で得られた出力がマイナスの値の時にはビット「０」、プラスの値の時にはビット「１」としてビット値を復号する手順をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項９】
前記送信機において、
一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を生成する手順と、
前記光パルス列を分岐する手順と、
前記分岐する手順により分岐された一方の前記光パルス列を該光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる手順と、
前記遅延させる手順により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手順と、
前記分岐する手順により分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手順と、
前記第１の位相変調手順で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手順と、
前記遅延させる手順により遅延され前記偏波変調手順により偏波変調された光パルス列と前記第２の位相変調手順で位相変調された光パルス列とを合波する手順と
を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項１】
コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手段、および位相変調された該光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手段を備えた送信機と、
前記送信機から出力する前記光パルス列を伝送する光ファイバ伝送路と、
前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手段、および分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手段を備えた受信機と
を備えたことを特徴とする差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項２】
前記受信機が、
前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する分岐手段と、
前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列を合波する合波手段と、
前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手段と、
前記合波手段に接続して、前記遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段と第２の光検出手段からの出力信号を差動合成する差動合成手段と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項３】
前記差動合成手段の出力がマイナスの値の時にはビット「０」、プラスの値の時にはビット「１」としてビット値を復号する信号復号手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項４】
前記送信機が、
一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を送出する光源と、
前記光源からの前記光パルス列を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段で分岐された一方の前記光パルス列を前記光源から送られた光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる遅延手段と、
前記遅延手段により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手段と、
前記分岐手段で分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手段と、
前記第１の位相変調手段で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手段と、
前記遅延手段により遅延され前記偏波変調手段から出力する前記光パルス列と前記第２の位相変調手段から出力する前記光パルス列とを合波する合波手段と
を備えている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差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項５】
前記合波手段が偏波ビームスプリッタであることを特徴とする請求項４に記載の差動位相シフトキーイング光伝送システム。
【請求項６】
送信機、受信機、およびそれら両者をつなぐ光ファイバ伝送路を備えた光ファイバ伝送システムにおける光伝送方法であって、
前記送信機において、コヒーレントな光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する手順と、
前記位相変調する手順により位相変調された前記光パルス列を１パルスごとに直交する偏波状態に変調する手順と、
前記直交する偏波状態に変調する手順により直交する偏波状態に変調された前記光パルス列を前記送信機から前記光ファイバ伝送路に送出する手順とを含み、
前記送信機において、前記送信機から送信された前記光パルス列を分岐する手順と、
前記分岐する手順により分岐された該光パルス列で偏波状態の同じスロット同士を合波する手順とを含むことを特徴とする差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項７】
前記受信機において、
前記送信機から送出されたコヒーレントな前記光パルス列を受信し、第１の光パルス列と第２の光パルス列に分岐する手順と、
前記第１の光パルス列を、前記送信機から送られた１パルスの時間間隔の２倍の時間だけ遅延させる手順と、
前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列とを合波する手順と、
前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差が０である場合に、光を検出する第１の光検出手順と、
前記遅延させる手順により遅延させられた前記第１の光パルス列と前記第２の光パルス列の２つシフトしたスロット間の相対的位相差がπである場合に、光を検出する第２の光検出手順と、
前記第１の光検出手順で得られる検出信号と第２の光検出手順で得られる検出信号とを差動合成する手順と
を含むことを特徴とする請求項６に記載の差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項８】
前記差動合成する手順で得られた出力がマイナスの値の時にはビット「０」、プラスの値の時にはビット「１」としてビット値を復号する手順をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【請求項９】
前記送信機において、
一定の時間間隔のパルスからなるコヒーレントな光パルス列を生成する手順と、
前記光パルス列を分岐する手順と、
前記分岐する手順により分岐された一方の前記光パルス列を該光パルス列の時間間隔の半分の時間だけ遅延させる手順と、
前記遅延させる手順により遅延される前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第１の位相変調手順と、
前記分岐する手順により分岐された他方の前記光パルス列を１パルスごとに０またはπで位相変調する第２の位相変調手順と、
前記第１の位相変調手順で位相変調された前記光パルス列を直交する偏光状態へ変換する変換手順と、
前記遅延させる手順により遅延され前記偏波変調手順により偏波変調された光パルス列と前記第２の位相変調手順で位相変調された光パルス列とを合波する手順と
を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の差動位相シフトキーイング光伝送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−５０７３５（Ｐ２０１０−５０７３５Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３１４７（Ｐ２００８−２１３１４７）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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