DE60200309T2

DE60200309T2 - Vorrichtung zur Addition von optischen Impulsen

Info

Publication number: DE60200309T2
Application number: DE60200309T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Kawasaki-shi Watanabe; Fumio Kawasaki-shi Futami
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2022-01-05
Also published as: EP1263156A1; US20020196498A1; JP4801281B2; DE60200309D1; US7136596B2; EP1263156B1; JP2002357855A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verarbeiten von optischen Signalen, ohne die optischen Signale in elektrische Signale zu konvertieren, und insbesondere betrifft sie die Verbesserung sowohl der Anpassungsfähigkeit eines optischen Kommunikationssystems, als auch der Flexibilität des Systems bei jeder Art von Knotenpunkt eines optischen Netzwerkes.
Beschreibung des Standes der Technik
Um eine Hochgeschwindigkeits-Kommunikation mit großem Durchsatz zu ermöglichen, wird gegenwärtig ein optisches Kommunikationssystem entwickelt, und ein Teil der Entwicklung ist kommerzialisiert. Da solch ein optisches Kommunikationssystem Signale mit einer Bitrate von 10 GHz und mehr handhabt, müssen die Signale mit Geschwindigkeiten, die diesen Bitraten entsprechen, verarbeitet werden. Aber wenn optische Signale in elektrische Signale konvertiert werden, können elektronische Einrichtungen nicht bei so hoher Geschwindigkeit arbeiten, dass optische Signale gehandhabt werden können, was ein Hindernis für die Implementierung der oben beschriebenen optischen Hochgeschwindigkeits-Kommunikation mit großem Durchsatz darstellt. Deshalb müssen vollständig optische Einrichtungen zum Verarbeiten optischer Signale entwickelt werden, ohne dass diese Signale in elektrische Signale konvertiert werden, um solch eine optische Hochgeschwindigkeits-Kommunikation mit großem Durchsatz zu implementieren.
Um eine optische Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit und großem Durchsatz zu implementieren, wird als herkömmliches Verfahren zum Verzweigen/Addieren von optischen Signalen ein Verfahren zum Verarbeiten von Wellenlängen-Multiplexsignalen (WDM) in einem Wellenlängenbereich allgemein verwendet. Wenn eine Technologie mit optischer Signalsteuerung weiter voranschreitet, und jeder WDM-Signalkanal aus Hochgeschwindigkeitssignalen mit großem Durchsatz auf Grund optischem Zeitmultiplex (OTDM) besteht, wird auch das Verzweigen/Addieren von Signalen auf einer Zeitachse in Zukunft benötigt.
Aber das Addieren/Verzweigen von optischen Signalen bei OTDM, wie oben beschrieben, erfordert eine sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit. Deshalb kann der Vorteil einer Verwendung von optischen Signalen bei Kommunikation mit einer genügend hohen Geschwindigkeit und großem Durchsatz nicht verwendet werden, da der Betrieb von elektrischen Einrichtungen langsam ist, wenn optische Signale verzweigt/addiert werden, nachdem sie in elektrische Signale konvertiert wurden.
Deshalb wird eine Anordnung, um das Verzweigen/Addieren von Hochgeschwindigkeits-OTDM-Signalen zu ermöglichen, ohne die Signale in elektrische Signale umzuwandeln, in der Zukunft benötigt.
In Morioka T. et al., "Multiple-output, 100 Gbit/s all-optical demultiplexer based on multichannel four-wave mixing pumped by a linearly-chirped square pulse", Electronics Letters, IEE Stevenage, GB, Vol. 30, Nr. 23 vom 10. November 1994, ist ein vollständig optischer 100 Gbit/s Zeitbereich-Demultiplexer mit mehreren Ausgängen offenbart, der auf Mehrkanal-Vierwellenmischung basiert, der durch linear-gechirpte Rechteckpulse gepumpt wird, und ferner, fehlerfreies 100 Gbit/s nach 6,3 Gbit/s Demultiplex einer 0,42 ps Signalpulskette an gleichzeitig vier Ausgängen.
Die Publikation von Uchiyama K. et al., "100-GB/s Multiple-Channel Output all-optical OTDM Demultiplexing using Multichannel Four-Wave Mixing in a Semiconductor Optical Amplifier" in IEEE Photonics Technology Letters, IEEE Inc. New York, US, Vol. 10, Nr. 6 vom 1. Juni 1998, beschreibt ein System zum ultraschnellen vollständig optischen Zeit-Demultiplex mit gleichzeitig mehreren Ausgangskanälen, wobei der Demultiplexbetrieb auf Mehrkanal-Vierwellenmischung in einem optischen Halbleiterverstärker basiert. Ferner wird fehlerfreies 100 nach 6,3-Gbit/s Demultiplex an gleichzeitig fünf Ausgangskanälen beschrieben.
In Uchiyama K. et al., "Multiple-channel output all-optical OTDM demultiplexer using XPM-induced chirp compensation (MOXIC)", Electronics Letters, IEE Stevenage, GB, Vol. 34, Nr. 6 vom 19. März 1998, wird ein vollständig optischer Zeit-Demultiplexer beschrieben, der in der Lage ist, gleichzeitig mehrere Kanäle bei Geschwindigkeiten, die 100 Gbit/s überschreiten, auszugeben. Sein Betrieb basiert auf zeitlicher und örtlicher Chirp-Kompensation eines abwärtsgechirpten Pulstaktes durch Kreuzphasenmodulation (XPM), die eine Signalpulskette verwendet. Ferner wird fehlerfreies 100 nach 6,3 Gbit/s Demultiplex an gleichzeitig sechs Ausgangskanälen beschrieben.
EP 0 892 516 A beschreibt einen vollständig optischen Zeitdemultiplex-Schaltkreis mit mehreren Ausgangskanälen, der einen optischen Pulsstrom eines Zeitmultiplexsignals trennt, und gleichzeitig jeden Kanal des TDM-Signals an verschiedene Anschlüsse ausgibt. Ferner wird ein vollständig optischer TDM-WDM-Konvertierschaltkreis zum Zuordnen verschiedener Wellenlängen an jeden Kanal des Pulsstroms des Zeitmultiplexsignals, das aus einer Übertragungsleitung eingegeben wird und einen Pulsstrom von Wellenlängenmultiplexsignalen an eine andere Übertragungsleitung ausgibt, beschrieben.
WO 00 72067 A beschreibt eine gelochte optische Faser und andere entsprechende Hohlraum-Wellenleiter-Strukturen. Eine optische Faser wird offenbart, die einen Kern und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel Löcher enthält, die über die optische Faser benachbart zum Kern verteilt sind, und einen Abstand definieren, und beschreibt weiter ein Verfahren zum Leiten von Licht entlang einer optischen Faser durch Effekte auf Grund einer mittleren Brechzahl. Es wird auch eine Verbesserung der Modenleistung in den Löchern beschrieben. Allgemein beträgt der Anteil der Modenleistung weniger als 1%, wobei ein Anteil von 10–40% der Grundmodenleistung in den Löchern der gelochten Fasern erreicht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Wellenlängen-Konvertieren/optischen Addieren von Pulsen zum Realisieren der Addition eines OTDM-Signals durch Ultrahochgeschwindigkeits-Wellenlängenkonvertierung bereitzustellen, die sowohl einen kurzen Puls, als auch einen Chirp durch ein nichtlineares Medium dritter Ordnung verwendet, und Zugang für jeden Kanal ermöglicht, was ein Problem ist, wenn jeder WDM-Signalkanal in einem optischen Netzwerk mit einer sehr hohen Geschwindigkeit und mit sehr großem Durchsatz in Zukunft gehandhabt wird.
Die Additionseinrichtung für optische Pulse gemäß der vorliegenden Erfindung demultiplext/multiplext optische Zeitmultiplexsignale hinsichtlich der Zeit, ohne die Signale in elektrische Signale zu konvertieren. Die Additionseinrichtung für optische Pulse umfasst eine Chirp-Einheit, die einen Frequenzchirp in einem eingegebenen optischen Signal erzeugt, das aus optischen Pulsen besteht und das Spektrum der optischen Pulse erweitert, eine Übertragungseinheit, die einen Teil des erweiterten Spektrums durch einen Bereich um eine vorgeschriebene Wellenlänge herum überträgt, und eine Additionseinheit, die einen optischen Puls entsprechend des übertragenen Bereichs zu einem optischen Zeitmultiplexsignal mit der vorgeschriebenen Wellenlänge addiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Schaltungskonfiguration vereinfacht, und eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung realisiert werden, da optische Zeitmultiplexsignale zeitgemultiplext/zeitgedemultiplext werden können, ohne in elektrische Signale konvertiert zu werden. Deshalb wird die vorliegende Erfindung sehr zur Realisierung eines Zeitmultiplex/Demultiplexgeräts bei optischer Hochgeschwindigkeitskommunikation in Zukunft beitragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die grundlegende Konfiguration der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt die Konfiguration der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt die Konfiguration der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt die Konfiguration der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 zeigt die Konfiguration der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Lichtaddition auf einer optischen Zeitachse durch Extrahieren der gleichen Wellenlängenkomponente wie bei einem zweiten OTDM-Signallicht, das einen optischen Bandpassfilter verwendet, realisiert, und dieses extrahierte OTDM-Signallicht wird mit dem zweiten OTDM-Signallicht kombiniert, während es zeitsynchronisiert wird, nachdem ein erstes OTDM-Signallicht in ein nichtlineares Medium dritter Ordnung eingegeben, und das Signallicht gechirpt wurde.
Das Prinzip wird unten beschrieben.
Ein Fall wird untersucht, bei dem ein optischer Puls U(z, T) mit einer Breite T₀ und einer Pulsleistung P₀ sich durch eine optische Faser ausbreitet. Die vorliegende Erfindung geht davon aus, dass ein RZ-Signal als ein optischer Puls verwendet wird. T und z sind jeweils eine Zeit, die in einem Koordinatensystem während einer Ausbreitung eines optischen Pulses abläuft, und die Länge der optischen Faser, die durch den optischen Puls abgedeckt wird.
Wenn die chromatische Dispersion β₂ dieser optischen Faser nicht so groß ist, und wenn die Dispersionslänge LD = T₀ ²/|β₂| genügend länger als eine nichtlineare Länge in Abhängigkeit vom optischen Puls L_NL = 1/γP₀ (γ ist eine nichtlineare Konstante dritter Ordnung) (L_D >> L_NL), kann die Phasenverschiebung durch SPM wie folgt ausgedrückt werden.
In der obigen Formel ist z_eff = [1 – exp(–αz)/α] eine effektive (nichtlineare) Wechselwirkungslänge. In diesem Fall wird der Chirp δω wie folgt berechnet.
Da |U(0, T)|² der Pulsleistung entspricht (Leistung in einem Puls), wird gemäß Gleichung (2) die Flanke der Leistung steiler, je größer der Chirp in jedem Teil eines optischen Pulses ist. Je länger die Ausbreitungslänge z, und je kürzer die nichtlineare Länge L_NL (je größer γP₀), desto größer ist der Chirp. Deshalb erzeugt das Chirpen durch SPM Frequenzkomponenten für einen optischen Puls, und als Ergebnis wird das Spektrum des optischen Pulses erweitert.
Wenn ein optischer Puls in ein nichtlineares Medium dritter Ordnung mit einer hohen Pulsleistung eingegeben wird, wird ein Chirp durch SPM erzeugt, und das Spektrum wird erweitert. Im Einzelnen wird im Falle eines kurzen Pulses mit hoher Pulsleistung der Chirp sehr groß, und aus einem optischen Puls wird ein Licht mit breitem Spektrum, das als Superkontinuum (SC) bezeichnet wird. Da die Antwortzeit eines nichtlinearen Effekts dritter Ordnung in einer optischen Faser im Bereich von Femtosekunden liegt, kann jeder Faktor des Spektrums des SC-Lichts als fast vollständig synchronisiert mit dem ursprünglichen Eingangssignalpuls angesehen werden, betrachtet man die Tatsache, dass die Bitrate der optischen Signale in der Größenordnung von ps bis ns liegen. Deshalb kann ein Puls synchronisiert mit dem Eingangssignalpuls extrahiert werden, wenn ein Teil des SC-Lichts unter Verwendung eines Bandpassfilters extrahiert wird. Dies weist darauf hin, dass ein Puls synchronisiert mit einem Eingangssignalpuls mit einer beliebigen Wellenlänge erzeugt werden kann. Insbesondere ist das Spektrum in der Breite begrenzt, wenn es keinen optischen Puls gibt, wenn das Spektrum eines empfangenen optischen Signals an der Empfangsseite des optischen Signals beobachtet wird. Aber wenn es einen optischen Puls gibt, wird beobachtet, dass das Spektrum plötzlich erweitert ist. Deshalb ist das Spektrum in Synchronisation mit dem Eintreffen eines optischen Pulses erweitert/begrenzt.
Ein Verfahren zum Durchführen der vollständig Licht-2R-Reproduktion von Signallicht, das dieses SC verwendet, ist in der japanischen Patentveröffentlichung JP 2001222037 und JP 2002077052 offenbart.
Um einen Chirp durch SPM effektiv zu erzeugen, ist es effektiv, (1) eine dispersionsarme (optische) Faser (DFF) (Faser, in der die Wellenlänge der Null-Dispersion einer optischen Faser verschoben ist, und ein Teil der Faser, der eine fast glatte Dispersionscharakteristik aufweist, als ein Übertragungsbereich benutzt wird) zu benutzen, oder (2) den γ-Wert einer optischen Faser zu erhöhen. Eine DDF kann durch Durchführen der Steuerung eines Kerndurchmessers oder der Differenz Δ des speziellen Brechungsindexes zwischen einem Kern und einem Mantel realisiert werden.
Das γ einer optischen Faser kann wie folgt ausgedrückt werden.
In obiger Gleichung bedeuten jeweils ω, c, n₂ und A_eff eine Kreisfrequenz des Lichts, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, der nichtlineare Brechungsindex einer Faser, und eine effektive Querschnittsfläche des Kerns. Um einen kurzen aber genügend langen Chirp zu erzeugen, ist es wirkungsvoll, n₂ in Gleichung (3) zu erhöhen, oder die Lichtintensität durch Reduktion eines Feldmodendurchmessers (MFD) zu erhöhen, das heißt, A_eff. Als Mittel zum Erhöhen von n₂ gibt es ein Verfahren, um Fluor zum Mantel, und einen großen Betrag von GeO₂ zu dotieren. Im Falle des Dotierens der Dichte von GeO₂ von 25 bis 30 mol% wird ein großer n₂-Wert von 5 × 10²⁰ m²/W oder mehr erreicht (im Falle einer normalen Quarzfaser beträgt n₂ 3,2 × 10²⁰ m²/W oder mehr). Das MFD kann durch die spezielle Brechungsindexdifferenz Δ zwischen Kern und einem Mantel, durch die optimale Anordnung einer Kernform, oder durch Verwendung einer Faser mit photonischer Kristallstruktur (gelochte Faser) reduziert werden. Wenn die spezielle Brechungsindexdifferenz Δ 2,5 bis 3% in der GeO₂-dotierten Faser, wie oben beschrieben, beträgt, wurde ein MDF von ungefähr 4 μm oder mehr erreicht. Als Gesamteffekt dieser Effekte wurde eine Faser mit einem großen γ-Wert von 15 bis 20 W^–1km^–1 oder mehr erreicht. Die optische Faser ist zum Beispiel eine Singlemode-Faser.
Um die Dispersionslänge genügend länger als die nichtlineare Länge zu machen, oder sie für einen Chirp zu kompensieren, ist es vorzuziehen, in der Lage zu sein, die Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) einer solchen Faser beliebig zu justieren. Dieses Ziel wird auch durch Festsetzen der Parameter wie folgt möglich. Als erstes ist während einer normalen DCF eine spezielle Brechungsindexdifferenz Δ in einer konstanten MFD erhöht, während ein Dispersionswert in einem normalen Dispersionsgebiet erhöht ist. Aber wenn ein Kerndurchmesser erhöht ist, wird die Dispersion vermindert. Wenn der Kerndurchmesser reduziert wird, steigt die Dispersion. Deshalb kann die Dispersion bis Null reduziert werden, wenn ein Kerndurchmesser in einen Zustand erhöht wird, bei dem ein MDF auf einen speziellen Wert in dem Wellenlängenbereich von Anregungslicht gesetzt wird. Umgekehrt kann auch eine gewünschte normale Dispersionsfaser erhalten werden.
Eine hochgradig nichtlineare dispersionsverschobene Faser (HNL-DSF) oder eine DCF, in der γ = 15 bis 20 W^–1km^–1 oder mehr ist, wurde durch solch ein Verfahren realisiert.
Ein Verfahren zur hochgenauen Handhabung sowohl einer Null-Dispersions-Wellenlänge, als auch von GVD in einer HNL-DSF ist in der internationalen Patentveröffentlichung WO 9808138 offenbart.
1 zeigt die Grundkonfiguration der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachdem ein Signalpuls mit zentraler Wellenlänge λ_s auf eine genügend hohe Leistung verstärkt ist, um einen gewünschten Chirp zu erzeugen, wird er (ein Signalpuls) in eine optische Faser mit GVD β₂ eingegeben, und ein Chirp wird durch SPM erzeugt. Der gechirpte Puls wird durch einen BPF mit einer zentralen Wellenlänge λ_s', die von der zentralen Wellenlänge λ_s verschieden ist, geführt. In diesem Fall wird sowohl die Übertragungs-Bandbreite und Form des BPF im voraus geeignet eingestellt, so dass diese jeweils auf eine gewünschte Pulsbreite und eine gewünschte Pulsform angepasst sind. Grundsätzlich wird die Form im voraus auf ein genaues Äquivalent der Spektrumsform eines Eingangssignalpulses eingestellt. Wenn die Spektrumserweiterung durch einen Chirp genügend groß ist, kann die zentrale Wellenlänge λ_s' als ein Signallicht extrahiert werden, das durch Konvertieren der Signalwellenlänge λ_s in eine beliebige Wellenlänge in einem erweiterten spektralen Band erhalten wird.
2 zeigt die Konfiguration der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es wird OTDM-Signallicht 1 mit der Wellenlänge λ_s1 und ein Eingangssignal 2 mit einer Wellenlänge λ_s2 verwendet. Wie in 2 gezeigt ist, wird SC-Licht aus dem Eingangssignal 2 unter Verwendung einer optischen Faser erzeugt, und die Wellenlänge des SC-Lichts wird in die Wellenlänge λ_s1 unter Verwendung der zentralen Wellenlänge λ_s1 eines BPF (ein präzise zeitlich passender optischer Puls mit der Wellenlänge λ_s1, der aus dem SC-Licht extrahiert ist) konvertiert. Nach der Addition wird die zeitliche Koordinierung des wellenlängenkonvertierten Lichts durch einen Verzögerer (τ) justiert, wobei sowohl das wellenlängenkonvertierte Licht, als auch das Signallicht 1 in eine optische Additionsschaltung eingegeben und addiert werden. In diesem Fall ist es zulässig, um zu verhindern, dass sich das wellenlängenkonvertierte Licht und das Signallicht 1 gegenseitig überlappen, die zeitliche Koordinierung entweder des wellenlängenkonvertierten Lichts oder des Signallichts 1, anstatt die zeitliche Koordinierung des wellenlängenkonvertierten Lichts zu justieren. Deshalb kann die Addition von Licht hinsichtlich der Zeit eines WDM-Signals realisiert werden.
Nachdem ein beliebiger Kanal aus dem OTDM-Signallicht 2 unter Verwendung einer optischen Abzweigschaltung abgezweigt ist, und die Wellenlänge dieses abgezweigten Signals in die gleiche Wellenlänge wie das erste OTDM-Signallicht auf Grund dieser bevorzugten Ausführungsform konvertiert ist, werden sowohl das abgezweigte Signal, als auch das Eingangslicht 1 in die optische Additionsschaltung eingegeben, und addiert. In diesem Fall können als optische Abzweigschaltung alle Schaltungen für das optische Demultiplexen eines OTDM-Signals verwendet werden. Zum Beispiel werden ein LiNbO₃-Modulator, ein EA-Modulator, ein optischer MZ-Schalter des Interferometertyps, ein Vierwellenmischer, ein Dreiwellenmischer oder ein Differenzfrequenzgenerator oder ähnliches verwendet.
3 zeigt die Anordnung der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, wird ein Vierwellenmischer oder ähnliches als optische Abzweigschaltung verwendet. In diesem Fall wird, auch wenn ein bestimmter Kanal abgezweigt ist, das ursprüngliche Eingangssignal 2 ohne jegliche Konvertierung ausgegeben.
Eingangssignal 1 enthält keinen präzise zeitlich passenden optischen Puls mit der Wellenlänge λ_s1. Eingangssignal 2 enthält einen optischen Puls mit der Wellenlänge λ_s2, der zu dem Eingangssignallicht 2 addiert werden soll. Die optische Abzweigschaltung zweigt ein optisches Signal mit der Wellenlänge λ_s2 von dem Eingangssignal 2 ab, und das Abzweigsignal wird in die Anordnung, wie in 1 gezeigt, eingegeben, welche die grundlegende Anordnung der vorliegenden Erfindung ist. Dann erzeugt diese in 1 gezeigte Anordnung SC-Licht aus dem Licht mit der Wellenlänge λ_s2, und ein optischer Puls mit der Wellenlänge λ_s1, eingegeben mit einer speziellen zeitlichen Koordinierung, wird aus diesem SC-Licht extrahiert, und als Ergebnis wird ein Signal mit der konvertierten Wellenlänge λ_s1 ausgegeben. Dann wird dieser wellenlängenkonvertierte optische Puls zu dem Eingangssignal 1 in einer optischen Additionsschaltung addiert, und ausgegeben.
4 zeigt die Anordnung der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In diesem Fall wird ein optischer Schalter vom Mach-Zehnder (MZ)-Interferometertyp oder ähnliches als optische Abzweigschaltung verwendet. Deshalb gibt es einen Zwischenraum in dem abgezweigten Kanal. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird ein Kanal, der von einem Kanal-OTDM-Signal mit einer anderen Wellenlänge abgezweigt wurde, in diesen Zwischenraum eingefügt.
In 4 werden jeweils der optische Puls mit der Wellenlänge λ_s1 von Eingangssignal 1, und der optische Puls mit der Wellenlänge λ_s2 des Eingangssignals 2 zu den Eingangssignalen 2 und 1 verzweigt/addiert. Eingangssignal 1 hat eine Wellenlänge λ_s1, und eine optische Abzweigschaltung 1 verzweigt einen optischen Puls mit einer speziellen zeitlichen Koordinierung. Nachdem Signal 1 die optische Abzweigschaltung 1 passiert hat, hat es nicht mehr einen optischen Puls mit einer speziellen zeitlichen Koordinierung. Ähnlich hat Eingangssignal 2 eine Wellenlänge λ_s2 und eine optische Abzweigschaltung 2 verzeigt einen optischen Puls mit einer speziellen zeitlichen Koordinierung. Nachdem Signal 2 die optische Abzweigschaltung 2 passiert hat, hat es nicht mehr einen optischen Puls mit einer speziellen zeitlichen Koordinierung.
Dann wird die Wellenlänge des Abzweigsignals 1 in die Wellenlänge λ_s2 durch die grundlegende Anordnung der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, konvertiert, und wird in die optische Additionsschaltung 2 eingegeben. Gleichermaßen wird die Wellenlänge des Abzweigsignals 2 in die Wellenlänge λ_s1 durch die grundlegende Anordnung der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, konvertiert, und wird in die optische Additionsschaltung 1 eingegeben.
Dann wird in der optischen Additionsschaltung 1 das Abzweigsignal 2 zu dem Teil addiert, von dem der optische Puls des Signals 1 extrahiert ist, und in der optischen Additionsschaltung 2 wird das Abzweigsignal 1 zu dem Teil, von dem der optische Puls des Signals 2 extrahiert ist, addiert.
Deshalb kann ein optischer Puls mit einer speziellen zeitlichen Koordinierung durch Anwenden dieser bevorzugten Ausführungsform addiert/verzweigt werden, ohne in elektrische Signale konvertiert zu werden, auch mit derselben Wellenlänge, obwohl gewöhnlich Signale in Einheiten der Wellenlänge addiert/verzweigt werden.
5 zeigt die Anordnung der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie bei der Erzeugung von SC-Licht in der Grundanordnung, wie in 1 gezeigt, wird Signallicht durch eine optische Faser gechirpt, und das gechirpte Signallicht, das SC-Licht ist, wird durch ein Multibandpass-BPF mit zentralen Wellenlängen λ_s1 bis λ_sN geleitet, und WDM-Signalpulse werden ausgegeben. In diesem Fall kann eine Signalverteilung, ein sog. Mehrfach-Abdruck, realisiert werden, da jedes dieser ausgegebenen Signale die gleiche Information aufweist, wie das Eingangssignal. Dadurch kann der optische Signalpuls mit der Wellenlänge λ_s des Eingangssignals als eine Vielzahl von Signalen ausgegeben werden, wobei jedes eine der Wellenlängen λ_s1 bis λ_sN aufweist. Deshalb kann leicht eine Vielzahl optischer Signale erzeugt werden, wenn die Signale mehrfach abgeformt und mit verschiedenen Wellenlängen übertragen werden. Wenn die Signale bei der gleichen Wellenlänge mehrfach abgeformt werden, können die Wellenlängen der optischen Pulse mit jeder Wellenlänge, die wie oben beschrieben erzeugt wurde, durch das beschriebene Verfahren der grundlegenden Anordnung der vorliegenden Erfindung konvertiert werden. In diesem Fall können die optischen Signale mehrfach bei der gleichen Wellenlänge abgeformt werden, ohne in elektrische Signale konvertiert zu werden, da die Wellenlängen konvertiert werden können, obwohl die Signale nicht in elektrische Signale konvertiert werden.
Als ein optisches Mehrfachbandpassfilter BPF wird ein AWG, ein Schachtelfilter, ein hintereinandergeschaltetes Fasergitter oder ähnliches verwendet.
In der optischen Additionsschaltung der bevorzugten Ausführungsform wie oben beschrieben, muss die zeitliche Koordinierung der Addition eines optisches Pulses justiert werden. Als Anordnungen für die zeitliche Justage wird ein Abstandshaltertyp für die endgültige mechanisch genaue Justage der Länge, ein Typ für die endgültige genaue Justage der Optischen Pfadlänge durch Anwenden von Druck auf die optische Faser, ein Typ für die endgültige genaue Justage der optischen Pfadlänge eines Wellenleiters durch Anwenden von Spannung auf diesen Wellenleiter, oder ein Typ zum endgültigen Justieren der Gruppenverzögerung in einem Transmissionsmedium durch Ändern der Temperatur usw. auf das Transmissionsmedium verwendet.
Als optische Abzweigschaltung in der bevorzugten Ausführungsform wie oben beschrieben, können alle Schaltungen, die für ein optisches Demultiplexen eines OTDM-Signals anwendbar sind, und (i) ein optischer/elektrischer (OE) Konversationstyp, (ii) ein optischer Modulatortyp, (iii) ein optisches Gatter mit einer Interferometer-Anordnung, und (iv) ein optischer Wellenmischertyp verwendet werden.
Von diesen erhält Typ (i) ein Abzweigsignal durch Konvertieren eines Eingangssignals in ein elektrisches Signal durch einen Lichtempfänger, wobei ein gewünschter Zeitfaktor in einer elektrischen Stufe extrahiert wird, und dieses Signal wieder optisch moduliert wird. Typ (ii) extrahiert eine gewünschte Zeitsignalkomponente durch Verwenden eines optischen Intensitätmodulators, wie eines EA-Modulators, eines LiNbO₃ oder ähnlichem. Als Typ (iii) werden eine Vielfalt von Toren, wie ein Mach-Zehnder(MZ)-Interferometer, ein Michelson-Interferometer (MI), das eine nichtlineare Phasenmodulationsverschiebung in einem Halbleiter verwendet, ein nichtlinearer optischer Loop-Spiegel (NOLM), ein Loop-Spiegel, der einen Halbleiter mit optischer Verstärkung (SLALOM) verwendet, ein nichtlineares Ultrahochgeschwindigkeits-Interferometer (UNI), usw. verwendet. Als Typ (iv) wird ein Dreiwellenmischer/Differenzfrequenzgenerator, der ein nichtlineares Medium zweiter Ordnung verwendet, ein Vierwellenmischer, der ein nichtlineares Medium dritter Ordnung oder ähnliches verwendet.
Obwohl bei der Beschreibung sowohl des Prinzips, als auch der Anordnung der bevorzugten Ausführungsformen ein nichtlinearer Effekt dritter Ordnung ausgenutzt wird, bedeutet der nichtlineare Effekt dritter Ordnung allgemein folgendes. Insbesondere ist der nichtlineare Effekt dritter Ordnung eine Wechselwirkung, bei der die Erzeugungseffizienz von dem Produkt zweier optischer Wellenamplituden abhängt, von Wechselwirkungen, die zwischen drei optischen Wellen erzeugt werden. Dies wird in einer optischen Faser und einer Vielzahl von Kristallen/Halbleitern erzeugt, und sie enthält Selbstphasenmodulation (SPM), Kreuzphasenmodulation (XPM) und Vierwellenmischung (FWM). Das Superkontinuum (SC), das in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird auch durch einen nichtlinearen Effekt dritter Ordnung in einer optischen Faser, durch photonische Kristalle, Halbleitermaterialien oder ähnlichem, erzeugt.
Obwohl es am gängigsten ist, SC unter Verwendung einer optischen Faser zu erzeugen, kann auch ein Halbleiterverstärker verwendet werden, um die Größe zu reduzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann sowohl die Wellenlängenkonvertierung, als auch die vollständig optische Verzweigung/Addition eines OTDM-Signals realisiert werden, und die Flexibilität eines photonischen Netzwerks kann folglich verbessert werden.

Claims

Additionseinrichtung für optische Pulse zum Demultiplexen/Multiplexen einer Vielzahl von optischen Zeitmultiplexsignalen hinsichtlich der Zeit, ohne die optischen Signale in eine Vielzahl von elektrischen Signalen umzuwandeln, umfassend: eine Chirp-Vorrichtung zum Erzeugen eines Frequenz-Chirps in einem eingegebenen optischen Signal, das aus einer Vielzahl von optischen Pulsen besteht, und zum Erweitern eines Spektrums der Vielzahl von optischen Pulsen; eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen eines ausgeschnittenen Teils um eine vorgeschriebene Wellenlänge des erweiterten Spektrums der Vielzahl von optischen Pulsen; und eine Additionsvorrichtung zum Addieren eines optischen Pulses des ausgeschnittenen Teils um eine vorgeschriebene Wellenlänge zu einem optischen Zeitmultiplexsignal mit der vorgeschriebenen Wellenlänge.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 1, wobei die Chirp-Vorrichtung aus einem nichtlinearen Medium dritter Ordnung hergestellt ist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 2, wobei das nichtlineare Medium dritter Ordnung aus einem Halbleiter hergestellt ist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 2, wobei das nichtlineare Medium dritter Ordnung aus einer optischen Faser hergestellt ist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 4, wobei die optische Faser eine Singlemode-Faser ist, in der ein nichtlinearer Brechungskoeffizient eines Kerns auf einen großen Wert eingestellt ist, und von welcher der Feldmoden-Durchmesser aufgrund Durchführen sowohl einer Steuerung des Unterschieds eines spezifischen Brechungskoeffizienten zwischen dem Kern und einem Mantel, als auch eines Kerndurchmessers reduziert ist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 5, wobei der nichtlineare Brechungskoeffizient des Kerns in der Faser durch Dotieren von GeO₂ zum Kern, und Dotieren von Fluor zum Mantel erreicht wird.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 4, wobei die optische Faser eine Faser mit flacher Dispersion ist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 4, wobei die optische Faser eine gelochte Faser ist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 4, weiter umfassend: eine Verstärkervorrichtung zum Verstärken eines Stärkepegels eines in eine optische Faser eingegebenen optischen Pulses auf einen Pegel, so dass ein vorgeschriebener Chirp in der optischen Faser erzeugt werden kann.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine optische Verzweigungsvorrichtung zum Verzweigen eines Teils eines Zeitmultiplexsignals bestehend aus optischen Pulsen, wobei der Teil des verzweigten Zeitmultiplexsignals in die Chirp-Einheit eingegeben wird.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 10, wobei ein Modulator für die Lichtintensität, ein nichtlinearer optischer Schalter vom Interferometer-Typ, oder ein optischer Vierwellen-Mischer als die optische Verzweigungsvorrichtung benutzt wird.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsvorrichtung eine Vielzahl von Übertragungsbändern aufweist.
Additionseinrichtung für optische Pulse nach Anspruch 1, die einen Multiplexgrad der Zeitmultiplexsignale durch Wiederholen der Prozesse der Chirp-Vorrichtung, Übertragungsvorrichtung und Additionsvorrichtung erhöht.