波長分割多重光ファイバ伝送システム
【課題】四光波混合光の影響を低減し、信号光へのクロストーク量を小さくする。
【解決手段】所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を生成し、この複数の信号光を合波して伝送用光ファイバに送出し、この伝送用光ファイバを介して波長分割多重伝送された複数の信号光を分波して受信する波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、所定の光周波数間隔を有し互いに位相が同期した基準光周波数コムに対して、複数の光キャリアの光位相を同期させ、複数の信号光の光位相を同期させる光位相同期手段と、所定の周波数グリッドの信号光に対して、伝送用光ファイバを伝搬中に所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光による漏洩強度が小さくなるように、複数の信号光を合波する前にその電界位相を制御する光移相手段とを備える。
【解決手段】所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を生成し、この複数の信号光を合波して伝送用光ファイバに送出し、この伝送用光ファイバを介して波長分割多重伝送された複数の信号光を分波して受信する波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、所定の光周波数間隔を有し互いに位相が同期した基準光周波数コムに対して、複数の光キャリアの光位相を同期させ、複数の信号光の光位相を同期させる光位相同期手段と、所定の周波数グリッドの信号光に対して、伝送用光ファイバを伝搬中に所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光による漏洩強度が小さくなるように、複数の信号光を合波する前にその電界位相を制御する光移相手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を波長分割多重伝送するときに、周波数グリッド上の信号光と干渉する四光波混合光の影響を低減する波長分割多重光ファイバ伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムでは、大容量化のために波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing) 通信が採用されている。ＷＤＭ信号の波長間隔を高密度化し、かつ光信号対雑音比を高めて単位周波数あたりの伝送容量、すなわち周波数利用効率を上げ、光ファイバ１本あたりの伝送容量を拡大することが、波長分割多重光ファイバ伝送システムを経済的に構築する上で重要になる。
【０００３】
従来のＷＤＭ光ファイバ伝送システムでは、標準化された周波数グリッドに合致した光周波数を有する個別の半導体レーザを必要な数だけ実装して実現されている。
【０００４】
この場合、光ファイバ伝送中に発現する各種非線形現象に伴い伝送性能が制限される。その中でも四光波混合光は、波長分散の小さい光ファイバ伝送では比較的弱い入力光強度からその影響が顕著となる。周波数グリッドに等間隔配置された光キャリアによるＷＤＭ伝送では、当該周波数グリッド上に複数の四光波混合光がクロストークとして漏洩して信号光と干渉する。その干渉は、信号光位相が無相関であるときには雑音として振舞う。このとき、クロストーク量が−32ｄＢ程度からビット誤り率に劣化が現れ始める。
【０００５】
これまでは、ビート雑音の影響を低減させるために、光キャリアの周波数を不等間隔に配置する、あるいは光ファイバへの光入力強度を制限する対策が多く施されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０９４１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、周波数グリッドに発生する四光波混合光どうしでキャンセル（打ち消し）させて信号光と干渉する四光波混合光の強度を抑圧し、信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができれば、光ファイバへの光入力強度を上げることができ、ＳＮＲを向上させることができる。ＳＮＲが向上すれば、再生中継器の数を減らし、経済化な波長分割多重光ファイバ伝送システムを構築することができる。
【０００８】
本発明は、所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光の影響を低減し、信号光へのクロストーク量を小さくすることができる波長分割多重光ファイバ伝送システム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】
【０００９】
本発明は、所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を生成し、この複数の信号光を合波して伝送用光ファイバに送出し、波長分割多重伝送された複数の信号光を分波して受信する波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、所定の光周波数間隔を有し互いに位相が同期した基準光周波数コムに対して、複数の光キャリアの光位相を同期させ、複数の信号光の光位相を同期させる光位相同期手段と、所定の周波数グリッドの信号光に対して、伝送用光ファイバを伝搬中に所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光による漏洩強度が小さくなるように、複数の信号光を合波する前にその電界位相を制御する光移相手段とを備える。
【００１０】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光移相手段は、複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ [rad]だけ異なるように設定し、所定の周波数グリッド上で互いにキャンセルされる四光波混合光のペアを生成する構成である。すなわち、所定の周波数グリッド上で信号光と干渉する四光波混合光の数が低減し、全体として信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができる。
【００１１】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光移相手段は、複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式で生成される場合に、複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／２ [rad]だけ異なるように設定し、所定の周波数グリッド上の信号光と干渉しない直交成分をもつ四光波混合光を生成する構成である。すなわち、所定の周波数グリッド上で信号光と干渉しない直交成分をもつ四光波混合光が増えることにより、信号光と干渉する同相成分の四光波混合光の数が低減し、全体として信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができる。
【００１２】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光移相手段は、複数の信号光が差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／４ [rad]だけ異なるように設定し、所定の周波数グリッド上の信号光とπ／４だけ軸がシフトして信号光との干渉が小さい四光波混合光を生成する。すなわち、所定の周波数グリッド上で信号光との干渉が大きい同軸成分の四光波混合光の数が低減し、全体として信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができる。
【００１３】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光位相同期手段は、複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、光ＰＬＬを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。
【００１４】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光位相同期手段は、複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式または差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、コスタス・ループを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、所定の周波数グリッドに配置され、かつ光位相同期した複数の信号光を波長分割多重伝送するときに、各信号光の電界位相を適宜制御することにより、所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光を互いにキャンセルさせ、また信号光と干渉する四光波混合光の数を低減することができる。これにより、信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができ、光ファイバへの光入力強度を上げてＳＮＲを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの基本構成を示す図である。
【図２】四光波混合光の位相差（θa−θb）に対する四光波混合光強度の関係を示す図である。
【図３】本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの実施例構成を示す図である。
【図４】強度変調方式における受信波形を示す図である。
【図５】ＤＰＳＫ方式における受信波形を示す図である。
【図６】ＤＱＰＳＫ方式における受信波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（基本構成）
図１は、本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの基本構成を示す。
図１において、本基本構成は、５つの周波数グリッド＃-2〜＃２の中で、＃-2，＃-1，＃１，＃２に配置された４つの信号光を光移相器１１−１〜１１−４を介して光合波器１２に入力する。４つの信号光は互いに光位相同期しており、光移相器１１−１〜１１−４で各信号光間に所定のパターンで位相差πを設定する。光合波器１２で波長多重された信号光は伝送用光ファイバ（例えば、分散シフトファイバ（ＤＳＦ））１３を介して伝送され、対向する光分波器１４で各波長の信号光に分波される。
【００１８】
４つの信号光の光キャリア周波数と位相を（ｆ-2，θ-2）、（ｆ-1，θ-1）、（ｆ1 ，θ1 ）、（ｆ2 ，θ2 ）とする。光キャリア周波数間隔は、
｜ｆ-2−ｆ-1｜＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜＝Δｆ
｜ｆ-1−ｆ1 ｜＝２Δｆ
となる。
【００１９】
ここでは、４つの信号光を伝送用光ファイバ１３を介して伝送したときに、光ファイバ伝搬距離ｚ＝ｌにおいて周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光について考える。そのために、周波数グリッド＃０に信号光を配置せずに四光波混合光のみが見えるようにしているが、後述する実施例のように周波数グリッド＃０に信号光があってもかまわない。この四光波混合光の周波数と位相を（ｆFWM，θFWM）とする。
【００２０】
周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２の信号光のうち、周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の周波数グリッドをｉ，ｊ，ｋとすると、ｉ＋ｊ−ｋ＝０を満足する組み合わせは表１のようになる。なお、ｉとｊを入れ替えたものは同じ四光波混合光である。
【００２１】
【表１】
【００２２】
位相θq を有する信号光の光ファイバ伝搬距離ｚ＝ｌにおける電界は、一般に
Ｅ(ωq，l)＝(1/2)Ｅq(l) exp(−j(ωqt−βql＋θq))＋c.c. …(1)
となる。ここで、ｑ＝ｉ，ｊ，ｋ、ωq ＝２πｆq は光キャリア角周波数であり、βq は伝搬定数である。
【００２３】
このとき、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の電界は、
ＥFWM(ωFWM，l)＝(1/2)jｌＡ0Ｅi(0)Ｅj(0)Ｅk*(0) exp(−αl/2)
・exp(−j(ωFWMt−βFWMl＋θFWM))＋c.c. …(2)
となる。ここで、Ａ0 は四光波混合光の発生効率を表す定数、αは光ファイバの損失係数であり、θFWM＝θi＋θj−θkである。Ｅk*(0) は複素共役である。いま、
ＥFWM(l) ＝ｌＡ0Ｅi(0)Ｅj(0)Ｅk*(0)exp(−αl/2)
として式(2) を整理すると、
ＥFWM(ωFWM，l)
＝(1/2)jＥFWM(l) exp(−j(θFWM−βFWMl)) exp(−jωFWMt)＋c.c. …(3)
となる。
【００２４】
ここで、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光ａ，ｄ
[ｉ，ｊ，ｋ] ＝ａ [１，１，２] ，ｂ [-1，-1，-2]
に着目する。それぞれの位相θFWM を
θa ＝θ1 ＋θ1 −θ2
θd ＝θ-1＋θ-1−θ-2
とすると、周波数グリッド＃０で重畳される２つの四光波混合光ａ，ｄの電界は、
ＥFWM(ωFWM，l)
＝(1/2)jＥFWM(l)・[exp(−j(θa−βFWMl))＋exp(−j(θd−βFWMl))] ・exp(−jωFWMt)＋c.c. …(4)
となる。
【００２５】
したがって、光ファイバ伝搬距離ｚ＝ｌにおいて周波数グリッド＃０で重畳される２つの四光波混合光ａ，ｄの強度は、
ＰFWM(ωFWM，l)＝＜ＥFWM(ωFWM，l)・Ｅ*FWM(ωFWM，l)＞
＝（ＥFWM(l))2 (１＋cos(θa−θd)) …(5)
となる。ここで、＜・＞は時間平均を表す。
【００２６】
式(5) は、２つの四光波混合光ａ，ｄが位相差θa−θd＝(２ｎ＋１)π（ｎは整数）の関係を満たすときに、この２つの四光波混合光ａ，ｄはキャンセル（互いに打ち消し）されることを示す。
【００２７】
また、表１に示す周波数グリッド＃０に発生する４つの四光波混合光ａ，ｂ，ｃ，ｄの任意のペアの位相差が(２ｎ＋１)πとなれば、そのペアの四光波混合光がキャンセルされることになる。他の周波数グリッドに発生する四光波混合光についても同様である。
【００２８】
ここで、任意の周波数グリッドに発生する四光波混合光の位相は、四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から確定する。信号光が強度変調方式による場合、３つの信号光のうち位相πをもつ信号光が１個のときに四光波混合光の位相が(２ｎ＋１)πになり、位相πをもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光の位相が２ｎπになる。
【００２９】
表２は、図１の光移相器１１−１〜１１−４において、周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２に配置された４つの信号光に設定する位相と、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光ａ〜ｄの位相の関係を示す。信号光の位相パターンを０とπ（rad 、以下同様）で示すが、それは相対的なものである。
【００３０】
【表２】
【００３１】
表２において、周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２の各信号光に設定する位相パターンは、位相πをもつ信号光の個数が０，１，２，３，４で全体で16パターンとなる。例えば、位相パターン [０，０，０，π] は、周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２の各信号光のうち、周波数グリッド＃２の信号光の位相が他の周波数グリッドの信号光に対してπ異なることを示す。四光波混合光の位相は、四光波混合光を発生させる信号光の位相パターンに応じて(２ｎ＋１)πまたは２ｎπとなるが、表２では簡単のために、それぞれπ，０と表記している。
【００３２】
周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光ａ〜ｄのうち、（２ｎ＋１）πの位相をもつ四光波混合光と２ｎπの位相をもつ四光波混合光が同数であれば、任意のペアの四光波混合光がキャンセルされることになる。表２の例では、 [０，０，０，０] 、 [０，π，π，０] 、 [π，０，０，π] 、 [π，π，π，π] で４つの四光波混合光が同位相になってキャンセルができないが、その他の12パターンでは（２ｎ＋１）πの位相をもつ四光波混合光と２ｎπの位相をもつ四光波混合光がともに２個ずつであるのでキャンセルができる。
【００３３】
図２は、四光波混合光の位相差（θa−θd）に対する四光波混合光強度の関係を示す。
実線で示したデータは式(5) より計算をした結果、点で示したデータは実験結果である。光移相器を用いて位相を変化させることで、四光波混合光の位相差（θa−θd）に応じて四光波混合光の強度が変化することが分かる。
【００３４】
（実施例構成）
図３は、本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの実施例構成を示す。
図３において、基準光周波数コム発生装置２２は、基準クロック２１から与えられる周波数に応じた光周波数間隔で互いに位相同期した基準光周波数コムを発生する。光分波器２３は、基準光周波数コムをｎ分岐（ｎは２以上の整数）し、ｎ台の光位相同期ＣＷ光源２４−１，…，２４−ｎに入力する。光位相同期ＣＷ光源２４−１，…，２４−ｎは、それぞれ基準光周波数コムの異なる光周波数成分（ω1 〜ωn ）と光周波数および位相が同期した光キャリア（ＣＷ光）を出力する。
【００３５】
光位相同期ＣＷ光源２４−１，…，２４−ｎから出力された光キャリアは、変調器２５−１，…，２５−ｎでそれぞれ変調信号１〜ｎにより変調され、光移相器１１−１，…，１１−ｎを介して光合波器１２で合波され、伝送用光ファイバ１３へ送出される。伝送用光ファイバ１３を伝送された波長多重信号光は、光分波器１４で各波長の信号光に分波され、光受信器２６−１，…，２６−ｎで受信される。
【００３６】
一方、光合波器１２で合波された波長多重信号光は、分岐して光位相検出器２７に入力する。光位相検出器２７は、波長多重信号光と基準光周波数コムとを合波した光を検波し、任意の信号光にクロストークとなる複数の四光波混合光が互いにキャンセルしたり、あるいは任意の信号光と干渉する四光波混合光の数が低減するように、各波長の信号光の電界位相を光移相器１１−１，…，１１−ｎで帰還制御する構成である。なお、光位相検出器２７は、複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、光ＰＬＬを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。また、光位相検出器２７は、複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式または差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、コスタス・ループを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。
【００３７】
（強度変調方式による波長分割多重伝送の場合）
周波数グリッド＃-3，＃-2，＃-1，＃０，＃１，＃２，＃３，＃４の８波の光キャリアから強度変調方式により生成される信号光を波長分割多重伝送する場合に、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の例を示す。
【００３８】
周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から、四光波混合光の位相が確定する。３つの信号光のうちπの位相をもつ信号光が１個のときに四光波混合光の位相が(２ｎ＋１)πとなり、πの位相をもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光の位相が２ｎπとなる。
【００３９】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相がπ異なるように設定する例として、各周波数グリッドの信号光の位相を
π異なる信号光が１つの例： [０，０，０，０，π，０，０，０]
π異なる信号光が２つの例： [０，０，π，０，０，π，０，０]
π異なる信号光が３つの例： [０，π，０，０，π，０，０，π]
としたときに、周波数グリッド＃０に発生する18個の四光波混合光ａ〜ｒの位相を表３に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
なお、参考のために、８波の信号光の位相を [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定した場合も示すが、すべての四光波混合光ａ〜ｒが２ｎπの位相をもつ。
【００４２】
８波の信号光の位相を [０，０，０，０，π，０，０，０] ， [０，０，π，０，０，π，０，０] ， [０，π，０，０，π，０，０，π] に設定した場合には、いずれも２ｎπの位相をもつ四光波混合光が10個、(２ｎ＋１)πの位相をもつ四光波混合光が８個となる。したがって、８組（16個）の四光波混合光は互いに位相差がπとなってキャンセルされる。なお、２個の四光波混合光が残るが、信号光と干渉する四光波混合光を大幅に低減することができる。また、位相がπ異なる信号光の位置を変えることにより、９組（18個）のすべての四光波混合光が互いに位相差がπとなってキャンセルできるパターンもある。
【００４３】
図４は、強度変調方式における受信波形を示す。
周波数グリッド＃０の信号光に対する四光波混合光のクロストーク量は、図４(1) に示す８波の位相パターンを [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定したときが−8.0dB 、図４(2) に示す８波の位相パターンを [０，０，π，０，０，π，０，０] に設定したときが−17.9dBであり、クロストーク量が約10dB減少し、四光波混合光の影響を低減できていることがわかる。
【００４４】
ｎ＞８のとき、任意の周波数グリッド上に発生する四光波混合光のパターン数は増える。しかし、少なくとも１つの信号光の位相をπ異なるように設定することで、３つの信号光の組み合わせから、２πｎの位相をもつ四光波混合光と、(２ｎ＋１)πの位相をもつ四光波混合光がそれぞれが発生する。それらの位相差はπであるためキャンセルされ、信号光と干渉する四光波混合光を低減することができる。
【００４５】
なお、以上の説明は、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光についてのものであるが、他の周波数グリッドに発生する四光波混合光についても同様である。周波数グリッド＃-3〜＃４に発生する四光波混合光の数およびキャンセルされる数を表４に示す。
【００４６】
【表４】
【００４７】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相をπ異なるように設定することにより、各周波数グリッドに発生する四光波混合光のうちキャンセルされる数にバラツキはあるものの、信号光と干渉する四光波混合光を低減できることがわかる。
【００４８】
（ＤＰＳＫ方式による波長分割多重伝送の場合）
周波数グリッド＃-3，＃-2，＃-1，＃０，＃１，＃２，＃３，＃４の８波の光キャリアからＤＰＳＫ方式により生成される信号光を波長分割多重伝送する場合に、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の例を示す。
【００４９】
周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から、四光波混合光の位相が確定する。３つの信号光のうちπ／２の位相をもつ信号光が１個のときに四光波混合光は直交成分をもち、π／２の位相をもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光が同相成分をもって信号光と干渉する。
【００５０】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相がπ／２異なるように設定する例として、各周波数グリッドの信号光の位相を
[０，０，π／２，０，０，π／２，０，０]
としたときに、周波数グリッド＃０に発生する18個の四光波混合光ａ〜ｒの位相を表５に示す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
なお、参考のために、８波の信号光の位相を [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定した場合も示すが、すべての四光波混合光ａ〜ｒが同相成分をもつ。
【００５３】
８波の信号光の位相を [０，０，π／２，０，０，π／２，０，０] に設定した場合には、同相成分をもつ四光波混合光が10個、直交成分をもつ四光波混合光が８個となる。直交成分をもつ四光波混合光は信号と干渉しないため、信号光と干渉する四光波混合光を18個から10個に低減することができる。
【００５４】
図５は、ＤＰＳＫ方式における受信波形を示す。
周波数グリッド＃０の信号光に対する四光波混合光のクロストーク量は、図５(1) に示す８波の位相パターンを [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定したときが−11.7dB、図５(2) に示す８波の位相パターンを [０，０，π／２，０，０，π／２，０，０] に設定したときが−15.7dBであり、クロストーク量が４dB減少し、四光波混合光の影響を低減できていることがわかる。
【００５５】
ｎ＞８のとき、任意の周波数グリッド上に発生する四光波混合光のパターン数は増える。しかし、少なくとも１つの信号光の位相をπ／２異なるように設定することで、３つの信号光の組み合わせから、同相成分をもつ四光波混合光と、直交成分をもつ四光波混合光がそれぞれが発生する。直交成分をもつ四光波混合光は干渉しないため、信号光と干渉する四光波混合光を低減することができる。
【００５６】
（ＤＱＰＳＫ方式による波長分割多重伝送の場合）
周波数グリッド＃-3，＃-2，＃-1，＃０，＃１，＃２，＃３，＃４の８波の光キャリアからＤＱＰＳＫ方式により生成される信号光を波長分割多重伝送する場合に、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の例を示す。
【００５７】
周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から、四光波混合光の位相が確定する。３つの信号光のうちπ／４の位相をもつ信号光が１個のときに四光波混合光は信号光に対してπ／４だけ軸がシフトし、π／４の位相をもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光は信号光に対して同軸となる。
【００５８】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相がπ／４異なるように設定する例として、各周波数グリッドの信号光の位相を
[０，０，π／４，０，０，π／４，０，０]
としたときに、周波数グリッド＃０に発生する18個の四光波混合光ａ〜ｒの位相を表６に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
なお、参考のために、８波の信号光の位相を [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定した場合も示すが、すべての四光波混合光ａ〜ｒが信号光と同軸成分をもつ。
【００６１】
８波の信号光の位相を [０，０，π／４，０，０，π／４，０，０] に設定した場合には、信号光と同軸成分をもつ四光波混合光が10個、信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光が８個となる。信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光は、信号に対して電界強度が１／√２の大きさで干渉するため、信号光と干渉する18個の四光波混合光のうち、８個の四光波混合光からの干渉を低減することができる。
【００６２】
図６は、ＤＱＰＳＫ方式における受信波形を示す。
周波数グリッド＃０の信号光に対する四光波混合光のクロストーク量は、図６(1) に示す８波の位相パターンを [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定したときが−16.0dB、図６(2) に示す８波の位相パターンを [０，０，π／４，０，０，π／４，０，０] に設定したときが−17.5dBであり、クロストーク量が約 1.5dB減少し、四光波混合光の影響を低減できていることがわかる。
【００６３】
ｎ＞８のとき、任意の周波数グリッド上に発生する四光波混合光のパターン数は増える。しかし、少なくとも１つの信号光の位相をπ／４異なるように設定することで、３つの信号光の組み合わせから、信号光と同軸成分をもつ四光波混合光と、信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光がそれぞれが発生する。信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光は、信号光に対して電界強度が１／√２の大きさで干渉するため、信号光に対する影響を低減することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１ 光移相器
１２ 光合波器
１３ 分散シフトファイバ（ＤＳＦ）
１４ 光分波器
２１ 基準クロック
２２ 基準光周波数コム発生装置
２３ 光分波器
２４ 光位相同期ＣＷ光源
２５ 変調器
２６ 光受信器
２７ 光位相検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を波長分割多重伝送するときに、周波数グリッド上の信号光と干渉する四光波混合光の影響を低減する波長分割多重光ファイバ伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムでは、大容量化のために波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing) 通信が採用されている。ＷＤＭ信号の波長間隔を高密度化し、かつ光信号対雑音比を高めて単位周波数あたりの伝送容量、すなわち周波数利用効率を上げ、光ファイバ１本あたりの伝送容量を拡大することが、波長分割多重光ファイバ伝送システムを経済的に構築する上で重要になる。
【０００３】
従来のＷＤＭ光ファイバ伝送システムでは、標準化された周波数グリッドに合致した光周波数を有する個別の半導体レーザを必要な数だけ実装して実現されている。
【０００４】
この場合、光ファイバ伝送中に発現する各種非線形現象に伴い伝送性能が制限される。その中でも四光波混合光は、波長分散の小さい光ファイバ伝送では比較的弱い入力光強度からその影響が顕著となる。周波数グリッドに等間隔配置された光キャリアによるＷＤＭ伝送では、当該周波数グリッド上に複数の四光波混合光がクロストークとして漏洩して信号光と干渉する。その干渉は、信号光位相が無相関であるときには雑音として振舞う。このとき、クロストーク量が−32ｄＢ程度からビット誤り率に劣化が現れ始める。
【０００５】
これまでは、ビート雑音の影響を低減させるために、光キャリアの周波数を不等間隔に配置する、あるいは光ファイバへの光入力強度を制限する対策が多く施されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０９４１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、周波数グリッドに発生する四光波混合光どうしでキャンセル（打ち消し）させて信号光と干渉する四光波混合光の強度を抑圧し、信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができれば、光ファイバへの光入力強度を上げることができ、ＳＮＲを向上させることができる。ＳＮＲが向上すれば、再生中継器の数を減らし、経済化な波長分割多重光ファイバ伝送システムを構築することができる。
【０００８】
本発明は、所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光の影響を低減し、信号光へのクロストーク量を小さくすることができる波長分割多重光ファイバ伝送システム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】
【０００９】
本発明は、所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を生成し、この複数の信号光を合波して伝送用光ファイバに送出し、波長分割多重伝送された複数の信号光を分波して受信する波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、所定の光周波数間隔を有し互いに位相が同期した基準光周波数コムに対して、複数の光キャリアの光位相を同期させ、複数の信号光の光位相を同期させる光位相同期手段と、所定の周波数グリッドの信号光に対して、伝送用光ファイバを伝搬中に所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光による漏洩強度が小さくなるように、複数の信号光を合波する前にその電界位相を制御する光移相手段とを備える。
【００１０】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光移相手段は、複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ [rad]だけ異なるように設定し、所定の周波数グリッド上で互いにキャンセルされる四光波混合光のペアを生成する構成である。すなわち、所定の周波数グリッド上で信号光と干渉する四光波混合光の数が低減し、全体として信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができる。
【００１１】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光移相手段は、複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式で生成される場合に、複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／２ [rad]だけ異なるように設定し、所定の周波数グリッド上の信号光と干渉しない直交成分をもつ四光波混合光を生成する構成である。すなわち、所定の周波数グリッド上で信号光と干渉しない直交成分をもつ四光波混合光が増えることにより、信号光と干渉する同相成分の四光波混合光の数が低減し、全体として信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができる。
【００１２】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光移相手段は、複数の信号光が差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／４ [rad]だけ異なるように設定し、所定の周波数グリッド上の信号光とπ／４だけ軸がシフトして信号光との干渉が小さい四光波混合光を生成する。すなわち、所定の周波数グリッド上で信号光との干渉が大きい同軸成分の四光波混合光の数が低減し、全体として信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができる。
【００１３】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光位相同期手段は、複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、光ＰＬＬを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。
【００１４】
本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおける光位相同期手段は、複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式または差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、コスタス・ループを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、所定の周波数グリッドに配置され、かつ光位相同期した複数の信号光を波長分割多重伝送するときに、各信号光の電界位相を適宜制御することにより、所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光を互いにキャンセルさせ、また信号光と干渉する四光波混合光の数を低減することができる。これにより、信号光強度に対するクロストーク量を小さくすることができ、光ファイバへの光入力強度を上げてＳＮＲを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの基本構成を示す図である。
【図２】四光波混合光の位相差（θa−θb）に対する四光波混合光強度の関係を示す図である。
【図３】本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの実施例構成を示す図である。
【図４】強度変調方式における受信波形を示す図である。
【図５】ＤＰＳＫ方式における受信波形を示す図である。
【図６】ＤＱＰＳＫ方式における受信波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（基本構成）
図１は、本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの基本構成を示す。
図１において、本基本構成は、５つの周波数グリッド＃-2〜＃２の中で、＃-2，＃-1，＃１，＃２に配置された４つの信号光を光移相器１１−１〜１１−４を介して光合波器１２に入力する。４つの信号光は互いに光位相同期しており、光移相器１１−１〜１１−４で各信号光間に所定のパターンで位相差πを設定する。光合波器１２で波長多重された信号光は伝送用光ファイバ（例えば、分散シフトファイバ（ＤＳＦ））１３を介して伝送され、対向する光分波器１４で各波長の信号光に分波される。
【００１８】
４つの信号光の光キャリア周波数と位相を（ｆ-2，θ-2）、（ｆ-1，θ-1）、（ｆ1 ，θ1 ）、（ｆ2 ，θ2 ）とする。光キャリア周波数間隔は、
｜ｆ-2−ｆ-1｜＝｜ｆ1 −ｆ2 ｜＝Δｆ
｜ｆ-1−ｆ1 ｜＝２Δｆ
となる。
【００１９】
ここでは、４つの信号光を伝送用光ファイバ１３を介して伝送したときに、光ファイバ伝搬距離ｚ＝ｌにおいて周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光について考える。そのために、周波数グリッド＃０に信号光を配置せずに四光波混合光のみが見えるようにしているが、後述する実施例のように周波数グリッド＃０に信号光があってもかまわない。この四光波混合光の周波数と位相を（ｆFWM，θFWM）とする。
【００２０】
周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２の信号光のうち、周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の周波数グリッドをｉ，ｊ，ｋとすると、ｉ＋ｊ−ｋ＝０を満足する組み合わせは表１のようになる。なお、ｉとｊを入れ替えたものは同じ四光波混合光である。
【００２１】
【表１】
【００２２】
位相θq を有する信号光の光ファイバ伝搬距離ｚ＝ｌにおける電界は、一般に
Ｅ(ωq，l)＝(1/2)Ｅq(l) exp(−j(ωqt−βql＋θq))＋c.c. …(1)
となる。ここで、ｑ＝ｉ，ｊ，ｋ、ωq ＝２πｆq は光キャリア角周波数であり、βq は伝搬定数である。
【００２３】
このとき、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の電界は、
ＥFWM(ωFWM，l)＝(1/2)jｌＡ0Ｅi(0)Ｅj(0)Ｅk*(0) exp(−αl/2)
・exp(−j(ωFWMt−βFWMl＋θFWM))＋c.c. …(2)
となる。ここで、Ａ0 は四光波混合光の発生効率を表す定数、αは光ファイバの損失係数であり、θFWM＝θi＋θj−θkである。Ｅk*(0) は複素共役である。いま、
ＥFWM(l) ＝ｌＡ0Ｅi(0)Ｅj(0)Ｅk*(0)exp(−αl/2)
として式(2) を整理すると、
ＥFWM(ωFWM，l)
＝(1/2)jＥFWM(l) exp(−j(θFWM−βFWMl)) exp(−jωFWMt)＋c.c. …(3)
となる。
【００２４】
ここで、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光ａ，ｄ
[ｉ，ｊ，ｋ] ＝ａ [１，１，２] ，ｂ [-1，-1，-2]
に着目する。それぞれの位相θFWM を
θa ＝θ1 ＋θ1 −θ2
θd ＝θ-1＋θ-1−θ-2
とすると、周波数グリッド＃０で重畳される２つの四光波混合光ａ，ｄの電界は、
ＥFWM(ωFWM，l)
＝(1/2)jＥFWM(l)・[exp(−j(θa−βFWMl))＋exp(−j(θd−βFWMl))] ・exp(−jωFWMt)＋c.c. …(4)
となる。
【００２５】
したがって、光ファイバ伝搬距離ｚ＝ｌにおいて周波数グリッド＃０で重畳される２つの四光波混合光ａ，ｄの強度は、
ＰFWM(ωFWM，l)＝＜ＥFWM(ωFWM，l)・Ｅ*FWM(ωFWM，l)＞
＝（ＥFWM(l))2 (１＋cos(θa−θd)) …(5)
となる。ここで、＜・＞は時間平均を表す。
【００２６】
式(5) は、２つの四光波混合光ａ，ｄが位相差θa−θd＝(２ｎ＋１)π（ｎは整数）の関係を満たすときに、この２つの四光波混合光ａ，ｄはキャンセル（互いに打ち消し）されることを示す。
【００２７】
また、表１に示す周波数グリッド＃０に発生する４つの四光波混合光ａ，ｂ，ｃ，ｄの任意のペアの位相差が(２ｎ＋１)πとなれば、そのペアの四光波混合光がキャンセルされることになる。他の周波数グリッドに発生する四光波混合光についても同様である。
【００２８】
ここで、任意の周波数グリッドに発生する四光波混合光の位相は、四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から確定する。信号光が強度変調方式による場合、３つの信号光のうち位相πをもつ信号光が１個のときに四光波混合光の位相が(２ｎ＋１)πになり、位相πをもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光の位相が２ｎπになる。
【００２９】
表２は、図１の光移相器１１−１〜１１−４において、周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２に配置された４つの信号光に設定する位相と、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光ａ〜ｄの位相の関係を示す。信号光の位相パターンを０とπ（rad 、以下同様）で示すが、それは相対的なものである。
【００３０】
【表２】
【００３１】
表２において、周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２の各信号光に設定する位相パターンは、位相πをもつ信号光の個数が０，１，２，３，４で全体で16パターンとなる。例えば、位相パターン [０，０，０，π] は、周波数グリッド＃-2，＃-1，＃１，＃２の各信号光のうち、周波数グリッド＃２の信号光の位相が他の周波数グリッドの信号光に対してπ異なることを示す。四光波混合光の位相は、四光波混合光を発生させる信号光の位相パターンに応じて(２ｎ＋１)πまたは２ｎπとなるが、表２では簡単のために、それぞれπ，０と表記している。
【００３２】
周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光ａ〜ｄのうち、（２ｎ＋１）πの位相をもつ四光波混合光と２ｎπの位相をもつ四光波混合光が同数であれば、任意のペアの四光波混合光がキャンセルされることになる。表２の例では、 [０，０，０，０] 、 [０，π，π，０] 、 [π，０，０，π] 、 [π，π，π，π] で４つの四光波混合光が同位相になってキャンセルができないが、その他の12パターンでは（２ｎ＋１）πの位相をもつ四光波混合光と２ｎπの位相をもつ四光波混合光がともに２個ずつであるのでキャンセルができる。
【００３３】
図２は、四光波混合光の位相差（θa−θd）に対する四光波混合光強度の関係を示す。
実線で示したデータは式(5) より計算をした結果、点で示したデータは実験結果である。光移相器を用いて位相を変化させることで、四光波混合光の位相差（θa−θd）に応じて四光波混合光の強度が変化することが分かる。
【００３４】
（実施例構成）
図３は、本発明の波長分割多重光ファイバ伝送システムの実施例構成を示す。
図３において、基準光周波数コム発生装置２２は、基準クロック２１から与えられる周波数に応じた光周波数間隔で互いに位相同期した基準光周波数コムを発生する。光分波器２３は、基準光周波数コムをｎ分岐（ｎは２以上の整数）し、ｎ台の光位相同期ＣＷ光源２４−１，…，２４−ｎに入力する。光位相同期ＣＷ光源２４−１，…，２４−ｎは、それぞれ基準光周波数コムの異なる光周波数成分（ω1 〜ωn ）と光周波数および位相が同期した光キャリア（ＣＷ光）を出力する。
【００３５】
光位相同期ＣＷ光源２４−１，…，２４−ｎから出力された光キャリアは、変調器２５−１，…，２５−ｎでそれぞれ変調信号１〜ｎにより変調され、光移相器１１−１，…，１１−ｎを介して光合波器１２で合波され、伝送用光ファイバ１３へ送出される。伝送用光ファイバ１３を伝送された波長多重信号光は、光分波器１４で各波長の信号光に分波され、光受信器２６−１，…，２６−ｎで受信される。
【００３６】
一方、光合波器１２で合波された波長多重信号光は、分岐して光位相検出器２７に入力する。光位相検出器２７は、波長多重信号光と基準光周波数コムとを合波した光を検波し、任意の信号光にクロストークとなる複数の四光波混合光が互いにキャンセルしたり、あるいは任意の信号光と干渉する四光波混合光の数が低減するように、各波長の信号光の電界位相を光移相器１１−１，…，１１−ｎで帰還制御する構成である。なお、光位相検出器２７は、複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、光ＰＬＬを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。また、光位相検出器２７は、複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式または差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、コスタス・ループを用いて基準光周波数コムに対して信号光を光位相同期化する構成である。
【００３７】
（強度変調方式による波長分割多重伝送の場合）
周波数グリッド＃-3，＃-2，＃-1，＃０，＃１，＃２，＃３，＃４の８波の光キャリアから強度変調方式により生成される信号光を波長分割多重伝送する場合に、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の例を示す。
【００３８】
周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から、四光波混合光の位相が確定する。３つの信号光のうちπの位相をもつ信号光が１個のときに四光波混合光の位相が(２ｎ＋１)πとなり、πの位相をもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光の位相が２ｎπとなる。
【００３９】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相がπ異なるように設定する例として、各周波数グリッドの信号光の位相を
π異なる信号光が１つの例： [０，０，０，０，π，０，０，０]
π異なる信号光が２つの例： [０，０，π，０，０，π，０，０]
π異なる信号光が３つの例： [０，π，０，０，π，０，０，π]
としたときに、周波数グリッド＃０に発生する18個の四光波混合光ａ〜ｒの位相を表３に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
なお、参考のために、８波の信号光の位相を [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定した場合も示すが、すべての四光波混合光ａ〜ｒが２ｎπの位相をもつ。
【００４２】
８波の信号光の位相を [０，０，０，０，π，０，０，０] ， [０，０，π，０，０，π，０，０] ， [０，π，０，０，π，０，０，π] に設定した場合には、いずれも２ｎπの位相をもつ四光波混合光が10個、(２ｎ＋１)πの位相をもつ四光波混合光が８個となる。したがって、８組（16個）の四光波混合光は互いに位相差がπとなってキャンセルされる。なお、２個の四光波混合光が残るが、信号光と干渉する四光波混合光を大幅に低減することができる。また、位相がπ異なる信号光の位置を変えることにより、９組（18個）のすべての四光波混合光が互いに位相差がπとなってキャンセルできるパターンもある。
【００４３】
図４は、強度変調方式における受信波形を示す。
周波数グリッド＃０の信号光に対する四光波混合光のクロストーク量は、図４(1) に示す８波の位相パターンを [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定したときが−8.0dB 、図４(2) に示す８波の位相パターンを [０，０，π，０，０，π，０，０] に設定したときが−17.9dBであり、クロストーク量が約10dB減少し、四光波混合光の影響を低減できていることがわかる。
【００４４】
ｎ＞８のとき、任意の周波数グリッド上に発生する四光波混合光のパターン数は増える。しかし、少なくとも１つの信号光の位相をπ異なるように設定することで、３つの信号光の組み合わせから、２πｎの位相をもつ四光波混合光と、(２ｎ＋１)πの位相をもつ四光波混合光がそれぞれが発生する。それらの位相差はπであるためキャンセルされ、信号光と干渉する四光波混合光を低減することができる。
【００４５】
なお、以上の説明は、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光についてのものであるが、他の周波数グリッドに発生する四光波混合光についても同様である。周波数グリッド＃-3〜＃４に発生する四光波混合光の数およびキャンセルされる数を表４に示す。
【００４６】
【表４】
【００４７】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相をπ異なるように設定することにより、各周波数グリッドに発生する四光波混合光のうちキャンセルされる数にバラツキはあるものの、信号光と干渉する四光波混合光を低減できることがわかる。
【００４８】
（ＤＰＳＫ方式による波長分割多重伝送の場合）
周波数グリッド＃-3，＃-2，＃-1，＃０，＃１，＃２，＃３，＃４の８波の光キャリアからＤＰＳＫ方式により生成される信号光を波長分割多重伝送する場合に、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の例を示す。
【００４９】
周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から、四光波混合光の位相が確定する。３つの信号光のうちπ／２の位相をもつ信号光が１個のときに四光波混合光は直交成分をもち、π／２の位相をもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光が同相成分をもって信号光と干渉する。
【００５０】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相がπ／２異なるように設定する例として、各周波数グリッドの信号光の位相を
[０，０，π／２，０，０，π／２，０，０]
としたときに、周波数グリッド＃０に発生する18個の四光波混合光ａ〜ｒの位相を表５に示す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
なお、参考のために、８波の信号光の位相を [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定した場合も示すが、すべての四光波混合光ａ〜ｒが同相成分をもつ。
【００５３】
８波の信号光の位相を [０，０，π／２，０，０，π／２，０，０] に設定した場合には、同相成分をもつ四光波混合光が10個、直交成分をもつ四光波混合光が８個となる。直交成分をもつ四光波混合光は信号と干渉しないため、信号光と干渉する四光波混合光を18個から10個に低減することができる。
【００５４】
図５は、ＤＰＳＫ方式における受信波形を示す。
周波数グリッド＃０の信号光に対する四光波混合光のクロストーク量は、図５(1) に示す８波の位相パターンを [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定したときが−11.7dB、図５(2) に示す８波の位相パターンを [０，０，π／２，０，０，π／２，０，０] に設定したときが−15.7dBであり、クロストーク量が４dB減少し、四光波混合光の影響を低減できていることがわかる。
【００５５】
ｎ＞８のとき、任意の周波数グリッド上に発生する四光波混合光のパターン数は増える。しかし、少なくとも１つの信号光の位相をπ／２異なるように設定することで、３つの信号光の組み合わせから、同相成分をもつ四光波混合光と、直交成分をもつ四光波混合光がそれぞれが発生する。直交成分をもつ四光波混合光は干渉しないため、信号光と干渉する四光波混合光を低減することができる。
【００５６】
（ＤＱＰＳＫ方式による波長分割多重伝送の場合）
周波数グリッド＃-3，＃-2，＃-1，＃０，＃１，＃２，＃３，＃４の８波の光キャリアからＤＱＰＳＫ方式により生成される信号光を波長分割多重伝送する場合に、周波数グリッド＃０に発生する四光波混合光の例を示す。
【００５７】
周波数グリッド＃０に四光波混合光を発生させる３つの信号光の位相から、四光波混合光の位相が確定する。３つの信号光のうちπ／４の位相をもつ信号光が１個のときに四光波混合光は信号光に対してπ／４だけ軸がシフトし、π／４の位相をもつ信号光が０個または２個のときに四光波混合光は信号光に対して同軸となる。
【００５８】
周波数グリッド＃-3〜＃４に配置される８波の信号光のうち、少なくとも１つの信号光の位相がπ／４異なるように設定する例として、各周波数グリッドの信号光の位相を
[０，０，π／４，０，０，π／４，０，０]
としたときに、周波数グリッド＃０に発生する18個の四光波混合光ａ〜ｒの位相を表６に示す。
【００５９】
【表６】
【００６０】
なお、参考のために、８波の信号光の位相を [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定した場合も示すが、すべての四光波混合光ａ〜ｒが信号光と同軸成分をもつ。
【００６１】
８波の信号光の位相を [０，０，π／４，０，０，π／４，０，０] に設定した場合には、信号光と同軸成分をもつ四光波混合光が10個、信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光が８個となる。信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光は、信号に対して電界強度が１／√２の大きさで干渉するため、信号光と干渉する18個の四光波混合光のうち、８個の四光波混合光からの干渉を低減することができる。
【００６２】
図６は、ＤＱＰＳＫ方式における受信波形を示す。
周波数グリッド＃０の信号光に対する四光波混合光のクロストーク量は、図６(1) に示す８波の位相パターンを [０，０，０，０，０，０，０，０] に設定したときが−16.0dB、図６(2) に示す８波の位相パターンを [０，０，π／４，０，０，π／４，０，０] に設定したときが−17.5dBであり、クロストーク量が約 1.5dB減少し、四光波混合光の影響を低減できていることがわかる。
【００６３】
ｎ＞８のとき、任意の周波数グリッド上に発生する四光波混合光のパターン数は増える。しかし、少なくとも１つの信号光の位相をπ／４異なるように設定することで、３つの信号光の組み合わせから、信号光と同軸成分をもつ四光波混合光と、信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光がそれぞれが発生する。信号光とπ／４だけ軸がシフトしている四光波混合光は、信号光に対して電界強度が１／√２の大きさで干渉するため、信号光に対する影響を低減することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１ 光移相器
１２ 光合波器
１３ 分散シフトファイバ（ＤＳＦ）
１４ 光分波器
２１ 基準クロック
２２ 基準光周波数コム発生装置
２３ 光分波器
２４ 光位相同期ＣＷ光源
２５ 変調器
２６ 光受信器
２７ 光位相検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を生成し、この複数の信号光を合波して伝送用光ファイバに送出し、波長分割多重伝送された複数の信号光を分波して受信する波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
所定の光周波数間隔を有し互いに位相が同期した基準光周波数コムに対して、前記複数の光キャリアの光位相を同期させ、前記複数の信号光の光位相を同期させる光位相同期手段と、
前記所定の周波数グリッドの信号光に対して、前記伝送用光ファイバを伝搬中に前記所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光による漏洩強度が小さくなるように、前記複数の信号光を合波する前にその電界位相を制御する光移相手段と
を備えたことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光移相手段は、前記複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、前記複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ [rad]だけ異なるように設定し、前記所定の周波数グリッド上で互いにキャンセルされる四光波混合光のペアを生成する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項３】
請求項１に記載の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光移相手段は、前記複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式で生成される場合に、前記複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／２ [rad]だけ異なるように設定し、前記所定の周波数グリッド上の信号光と干渉しない直交成分をもつ四光波混合光を生成する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項４】
請求項１に記載の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光移相手段は、前記複数の信号光が差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、前記複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／４ [rad]だけ異なるように設定し、前記所定の周波数グリッド上の信号光とπ／４だけ軸がシフトして信号光との干渉が小さくなる四光波混合光を生成する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項５】
請求項２に記載の波長多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光位相同期手段は、光ＰＬＬを用いて前記基準光周波数コムに対して前記信号光を光位相同期化する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項６】
請求項１に記載の波長多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光位相同期手段は、コスタス・ループを用いて前記基準光周波数コムに対して前記信号光を光位相同期化する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項１】
所定の周波数グリッドに配置された複数の光キャリアをそれぞれ変調した複数の信号光を生成し、この複数の信号光を合波して伝送用光ファイバに送出し、波長分割多重伝送された複数の信号光を分波して受信する波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
所定の光周波数間隔を有し互いに位相が同期した基準光周波数コムに対して、前記複数の光キャリアの光位相を同期させ、前記複数の信号光の光位相を同期させる光位相同期手段と、
前記所定の周波数グリッドの信号光に対して、前記伝送用光ファイバを伝搬中に前記所定の周波数グリッドに発生する四光波混合光による漏洩強度が小さくなるように、前記複数の信号光を合波する前にその電界位相を制御する光移相手段と
を備えたことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光移相手段は、前記複数の信号光が強度変調方式で生成される場合に、前記複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ [rad]だけ異なるように設定し、前記所定の周波数グリッド上で互いにキャンセルされる四光波混合光のペアを生成する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項３】
請求項１に記載の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光移相手段は、前記複数の信号光が差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式で生成される場合に、前記複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／２ [rad]だけ異なるように設定し、前記所定の周波数グリッド上の信号光と干渉しない直交成分をもつ四光波混合光を生成する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項４】
請求項１に記載の波長分割多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光移相手段は、前記複数の信号光が差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式で生成される場合に、前記複数の信号光のうち少なくとも１つの信号光の光位相が、他の信号光の光位相に対して相対的にπ／４ [rad]だけ異なるように設定し、前記所定の周波数グリッド上の信号光とπ／４だけ軸がシフトして信号光との干渉が小さくなる四光波混合光を生成する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項５】
請求項２に記載の波長多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光位相同期手段は、光ＰＬＬを用いて前記基準光周波数コムに対して前記信号光を光位相同期化する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【請求項６】
請求項１に記載の波長多重光ファイバ伝送システムにおいて、
前記光位相同期手段は、コスタス・ループを用いて前記基準光周波数コムに対して前記信号光を光位相同期化する構成である
ことを特徴とする波長分割多重光ファイバ伝送システム。
【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２０１１−１５１７３４（Ｐ２０１１−１５１７３４Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３２７（Ｐ２０１０−１３３２７）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（３０４０２８７２６）国立大学法人 大分大学 (181)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（３０４０２８７２６）国立大学法人 大分大学 (181)
【Ｆターム（参考）】
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