DE60309978T2

DE60309978T2 - Optische Vorrichtung zur Wellenformgestaltung

Info

Publication number: DE60309978T2
Application number: DE60309978T
Authority: DE
Inventors: Fujitsu Limited Shigeki Kawasaki-shi Watanabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: US6987607B2; US20040004780A1; DE60309978D1; JP4397567B2; EP1379018A1; JP2004037985A; EP1379018B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Wellenformgestalten eines Lichtsignals.
Beschreibung des Stands der Technik
In einem Kommunikationssystem mit optischer Faser bzw. Optische-Faser-Kommunikationssystem, das in den letzten Jahren zu praktischer Verwendung gebracht wurde, wird eine Verringerung in Signalleistung aufgrund eines Übertragungsleitungsverlusts, Koppelverlusts, etc. kompensiert unter Verwendung eines optischen Verstärkers, wie zum Beispiel eines Erbium-dotierten Faserverstärkers (EDFA, erbium doped fiber amplifier). Der optische Verstärker ist ein Analogverstärker, der funktioniert zum linearen Verstärken eines Signals. In dieser Art optischer Verstärker wird ein verstärktes spontanes Emissions-(ASE, amplified spontaneous emission)-Rauschen, das im Zusammenhang mit der Verstärkung erzeugt wird, zugefügt, um eine Verringerung in dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) hervorzurufen, so dass die Anzahl der Wiederholer bzw. Repeater begrenzt wird, was zu einer Begrenzung einer Übertragungsdistanz führt. Ferner ist eine Wellenformverschlechterung aufgrund der chromatischen Dispersion, die einer optischen Faser zu eigen ist, und den nicht-linearen optischen Effekten in der Faser, ein anderer Grund der Übertragungsbegrenzung. Um solch eine Begrenzung zu überschreiten, wird ein regenerativer Wiederholer für eine digitale Verarbeitung eines Signals benötigt, und es wird gewünscht, dass solch ein regenerativer Wiederholer realisiert wird. Insbesondere ist ein vollständig optischer regenerativer Wiederholer, der in der Lage ist, alle Arten von Signalverarbeitung auf einer optischen Ebene durchzuführen, wichtig im Realisieren eines transparenten Betriebs eines Signals, unabhängig von der Bit-Rate, der Pulsform, etc.
Die Funktionen, die benötigt werden für den vollständig optischen regenerativen Wiederholer, sind Amplitudenrestauration oder Neuverstärkung bzw. Wiederverstärkung, Wellenformgestalten oder Umgestalten und Timingrestauration oder Neutimen. Diese Funktionen werden als 3R-Funktionen bezeichnet, und insbesondere werden die erste und zweite Funktionen als 2R-Funktionen bezeichnet.
Ein opto-elektro-optisches (O-E-O, Opto-Electro-Optic)-umsetzungsartiges Gerät und ein Gerät eines vollständig optischen Typs sind bekannt als ein Gerät zum Neuerzeugen bzw. Wiedererzeugen eines optischen Signals auf der optischen Ebene. Das O-E-O-umsetzungsartige Gerät ist ein Gerät zum einmaligen Umsetzen bzw. Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal, als Nächstes Regenerieren bzw. Neu- oder Wiedererzeugen des elektrischen Signals auf der elektrischen Ebene und letztendlich Modulieren von Laserlicht unter Verwendung des regenerierten elektrischen Signals zum Umwandeln desselben in ein optisches Signal. Andererseits ist das Gerät des vollständig optischen Typs ein Gerät zum Wiedererzeugen eines optischen Signals auf der optischen Ebene ohne Umwandlung in ein elektrisches Signal. Als O-E-O-umwandlungsartiges bzw. umsetzungsartiges Gerät wurde schon ein Gerät verwirklicht, das bei 10 Gb/s arbeitet. Jedoch ist es schwer, da die Leistungsfähigkeit abhängt von der Arbeitsgeschwindigkeit der Elektronik, das O-E-O-umwandlungsartige Gerät bei 40 Gb/s oder einer höheren Bit-Rate zu betreiben. Andererseits hat das Gerät des vollständig optischen Typs noch nicht ein praktisches Niveau erreicht, aber einige Verfahren wurden vorgeschlagen.
Ein optisches Tor bzw. Gate eines Mach-Zehnder-Interferometer-(MZI)-Typs ist bekannt als ein typisches vollständig optisch wellenformgestaltendes Gerät. Diese optische Gate ist konfiguriert durch Integrieren eines Mach-Zehnder-Interferometers, einschließlich eines ersten und zweiten nicht-linearen optischen Mediums, jedes beispielsweise zum Bereitstellen einer Phasenverschiebung auf einem optischen Wellenleitersubstrat. Messlicht als kontinuierliche Welle (CW, continuous wave)-Licht oder optische Pulse wird gleichförmig aufgeteilt in zwei Komponenten, die wiederum zugeführt werden an das erste und zweite nicht-lineare optische Medium. Die optische Pfadlänge des Interferometers wird so gesetzt, dass Ausgabelicht nicht erhalten wird durch Interferenz der zwei Komponenten des Messlichts.
Signallicht wird ferner zugeführt an eines der ersten und zweiten nicht-linearen optischen Medien. Durch richtiges Einstellen der Leistungen des Signallichts und des Messlichts, wird ein umgewandeltes optisches Signal synchron mit dem Signallicht von dem optischen Gate ausgegeben. Das umgewandelte optische Signal weist die gleiche Wellenlänge auf, wie die von dem Messlicht.
Es wurde vorgeschlagen, einen Halbleiter-Optischen-Verstärker (SOA, semiconductor optical amplifier) zu verwenden, für jedes von dem ersten und zweiten nicht-linearen Medium. Beispielsweise wird ein InGaAs-SOA mit entgegengesetzten Endflächen, behandelt mit Antirefflektionsbeschichtungen, verwendet als jedes nicht-lineare optische Medium in einem 1,5 μm Band, und diese nicht-linearen optischen Medien werden integriert auf einem InP/GaInAsP-Substrat zum Fabrizieren eines optischen Gates. Insbesondere wurde eine Art von optischem Gate, genannt ultraschneller nicht-linearer Interferometer (UNI, ultrafast nonlinear interferometer) vorgeschlagen, zum Verbessern einer Betriebsgeschwindigkeit. In diesem Interferometer wird das Timing bzw. die Zeiteinstellung eines Durchlaufenlassens der optischen Pulse durch einen der zwei optischen Pfade leicht verschoben von dem Timing eines Durchlaufenlassens der optischen Pulse durch den anderen optischen Pfad, um dabei die Begrenzung hinsichtlich der Arbeit bzw. Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern, aufgrund des Trägereffekts auf einem Halbleitermedium.
Ein nicht-linearer optischer Schleifenspiegel (NOLM, nonlinear optical loop mirror) ist bekannt als ein anderes herkömmliches wellenformgestaltendes Gerät bzw. Vorrichtung. Der NOLM enthält einen ersten optischen Koppler, einschließlich eines ersten und zweiten optischen Pfads, richtungsgekoppelt miteinander, einen Schleifen-Optischen-Pfad zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfads, und einen zweiten optischen Koppler, einschließlich eines dritten optischen Pfads, richtungsgekoppelt mit dem Schleifen-Optischen-Pfad.
Durch Bilden eines Teils oder des gesamten Schleifen-Optischen-Pfads aus einem nicht-linearen optischen Medium und Zuführen von Messlicht und Signallicht entsprechend zu dem ersten optischen Pfad und dem dritten optischen Pfad, wird ein umgewandeltes optisches Signal von dem zweiten optischen Pfad ausgegeben.
Eine optische Faser wird im Allgemeinen verwendet als das nicht-lineare optische Medium in dem NOLM. Insbesondere wird ein NOLM, der einen SOA als das nicht-lineare optische Medium verwendet, als ein SLALOM (Halbleiterlaserverstärker in einem Schleifenspiegel bzw. Loop Mirror) bezeichnet.
Durch Kombinieren eines wellenformgestaltenden Geräts bzw. Wellenformgestaltungsvorrichtung und ein optisches Taktregenerierungsgerät, können 3R-Funktionen bereitgestellt werden. In diesem Fall werden im Allgemeinen Signallicht, das zu 3R-regenerieren ist, und regenerierte optische Taktpulse, eingegeben in ein optisches AND-Gate bzw. optisches UND-Gate, in dem Daten, die durch das Signallicht getragen werden, transferiert werden an den regenerierten optischen Takt durch die UND-Operation. Das Wellenformgestalten kann bewirkt werden durch Setzen des wellenformgestaltenden Geräts auf die vordere oder hintere Stufe des optischen UND-Gates, oder durch Bewirken, dass das optische UND-Gate eine wellenformgestaltende Funktion aufweist.
Das wellenformgestaltende Gerät zum Bereitstellen der optischen 3R-Funktionen weist ein Problem auf, dass 3R-Funktionen nicht ausreichend erhalten werden können in einigen Fällen, wegen einer relativen zeitlichen Abweichung zwischen dem Signallicht und dem regenerierten optischen Taktpulsen, die eingegeben werden in das optische UND-Gate. Solch eine relative zeitliche Abweichung kann durch das Auseinanderdriften zwischen dem Signallicht und den regenerierten optischen Taktpulsen in dem optischen UND-Gate oder der temporären Instabilität und Zitterns bzw. Jitter von jedem optischen Puls beispielsweise hervorgerufen werden.
Die 3R-Funktionen werden beispielsweise herkömmlich bereitgestellt durch einen Optischen-Gate-Schalter eines MZI-Typs, wie oben bemerkt. Die vorliegenden Erfinder haben schon ein wellenformgestaltendes Gerät vorgeschlagen zum Bereitstellen der 2R-Funktionen und/oder der 3R-Funktionen (japanische Patentanmeldung Nr. 11-293189). In diesem Gerät werden 2 NOLMs kombiniert, um dabei den Freiheitsgrad der Wellenlängenumwandlung in dem Fall eines Erhaltens einer Funktion eines Wellenformgestaltens oder eines optischen Gates zu erhöhen. Jedoch muss beim Ausführen einer Wellenlängenumwandlung durch ein optisches UND-Gate, wie zum Beispiel ein NOLM, wie oben erwähnt, oder ein optischer regenerativer Wiederholer, einzugebendes Messlicht bei einer Wellenlänge erzeugt werden, die vorgesehen ist, letztendlich erhalten zu werden, so dass die Wellenlänge, die umgewandelt werden soll, bestimmt wird durch einen Laser zum Erzeugen des Messlichts.
In dem Artikel von Yu et al "Simultaneous All-Optical Demultiplexing and Regeneration Based on Self-Phase and Cross-Phase Modulation in a Dispersion Shifted Fiber", Journal of Lightwave Technology, Band 19, Nr. 7, Juli 2001, wird ein Gerät funktionell equivalent zu einem optischen UND-Gate und verwendet zum Demultiplexen und Regenerieren von Signalen bei 10 Gb/s, beschrieben, und es wird gezeigt, dass simultanes vollständig optisches Demultiplexen und eine Regenerierung nur für eine richtige Auseinanderlaufzeit bzw. Walkoff-Zeit realisiert werden kann.
In dem Artikel von Mamyshev P.V. mit dem Titel "All-Optical Data Regeneration Based on Self-Phase Modulation Effect", wird eine einfache vollständig optische Regenerationstechnik beschrieben, in der der Regenerator bzw. Wiedererzeuger das Rauschen in "Nullen" und die Amplitudenfluktuation in "Einsen" der Zurückkehr-zu-Null-Optischen-Datenströme unterdrückt.
In EP-A-1056173 wird ein Verfahren offenbart, sowie ein Gerät und ein System für ein Wellenformgestalten, das einen Verteilte-Rückkopplungs-Laser verwendet. Die Merkmale in der Präambel des anhängenden Anspruchs 1 sind aus diesem Dokument bekannt.
In dem Artikel von Simon J.C. et al. mit dem Titel "All-Optical Regeneration Techniques" werden verschiedene Techniken präsentiert, Faser und halbleiterbasierte Geräte werden angesprochen und 2R und 3R Regenerationsschema werden betrachtet.
In EP-A-1328078, das Stand der Technik hinsichtlich Neuheit gemäß Artikel 54(3) und (4) EPÜ ist, wird ein Verfahren und ein Gerät zum Wellenformgestalten eines optischen Signals offenbart, das die Schritte eines Teilens eines optischen Signals in ein erstes und zweites optisches Signal enthält, sowie ein Erhöhen der Pulsbreite des ersten optischen Signals, um wellenformgestaltetes Licht zu erhalten, Erzeugen von Taktpulsen gemäß dem zweiten optischen Signal, und Eingeben des wellenformgestalteten Lichts und den Taktpulsen in optische UND-Schaltung 10, um ein umgewandeltes optisches Signal zu erhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein wellenformgestaltendes Gerät bereitgestellt, umfassend: einen optischen Verstärker zum Verstärken einer Sequenz bzw. Folge von optischen Pulsen eines Eingangslichtsignals mit einer ersten Wellenlänge; einen optischen Teiler zum Teilen der verstärkten Sequenz bzw. Folge der optischen Pulse des Eingangslichtsignals in eine erste und eine zweite Folge von optischen Pulsen; einen Wellenformgestalter zum Empfangen der ersten Folge von optischen Pulsen von dem optischen Teiler und ausgebildet zum Ausgeben einer Folge von wellenformgestalteten optischen Pulsen einer konstanten Amplitude; einen optischen Taktregenerator zum Empfangen der zweiten Folge der optischen Pulse von dem optischen Teiler und ausgebildet zum Erzeugen eines Pulssignals mit einer zweiten Wellenlänge verschieden von der ersten Wellenlänge, und aus einer Folge von Taktimpulsen bzw. Taktpulsen bestehend; und ein optisches UND-Gate zum Erzeugen eines umgewandelten Lichtsignals mit einer dritten Wellenlänge, verschieden von der ersten Wellenlänge, von der Folge der wellenformgestalteten optischen Pulse der konstanten Amplitude und der Folge der Taktpulse, dadurch gekennzeichnet, dass: der Wellenformgestalter ausgebildet ist zum Verbreitern der zeitlichen Breite von jedem Puls der ersten Folge von optischen Pulsen; und das optische UND-Gate ausgebildet ist zum Verbreitern eines Spektrums eines Taktsignals mit der zweiten Wellenlänge durch Produzieren einer Kreuzphasenmodulation des Taktsignals mit der Folge der wellenformgestalteten optischen Pulse der konstanten Amplitude, und ausgebildet ist zum Extrahieren einer Signalkomponente von dem spektralverbreiteten Taktsignal, der Signalkomponente mit einem engeren Band als ein Band des spektralverbreiteten Taktsignals und mit der dritten Wellenlänge unterschiedlich von der zweiten Wellenlänge.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise des Realisierens derselben werden ersichtlicher werden und die Erfindung selbst wird besser verstanden werden von einem Studium der folgenden Beschreibung und anhängenden Ansprüchen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Grundkonfiguration zeigt, die in einem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines optischen AND-Gate bzw. UND-Gatters zeigt, das in der Konfiguration von 1 verwendet wird;
3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Wellenlängenumwandlers bzw. Wellenlängenkonvertierers zeigt, angewandt auf die vorliegende Erfindung;
4 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Taktregenerators, angewandt auf die vorliegende Erfindung, zeigt;
6 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Wellenformgestalters, angewandt auf die vorliegende Erfindung, zeigt;
7 zeigt ein Blockdiagramm, das ein optisches Faserübertragungssystem in Zusammenspiel mit einem Gerät der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 zeigt ein Blockdiagramm, das eine andere bevorzugte Ausführungsform des Wellenlängenumwandlers, angewandt auf die vorliegende Erfindung, zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Durchweg werden im Wesentlichen die gleichen oder ähnlichen Teile der Zeichnungen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In einem Gerät, das aus dem Artikel von Yu et al., der oben zitiert wurde, bekannt ist, wird Messlicht einer Kreuzphasenmodulation (XPM) unterzogen durch das Signallicht in einem optischen UND-Gate, um dabei das Spektrum des Messlichtes zu verbreitern, und eine von der Mittelwellenlänge des Spektrums verschiedene Komponente wird extrahiert von dem verbreiterten Spektrum durch einen optischen Bandpassfilter, um dabei eine wellenlängenumgewandelte Signalkomponente zu extrahieren.
Die wellenlängenumgewandelte Signalkomponente wird ferner einer Wellenlängenumwandlung unterzogen, um dabei die Wellenlänge der wellenlängenumgewandelten Signalkomponente gleich zu der Wellenlänge des Originalsignallichts oder zu einer willkürlichen Wellenlänge zu machen. Diese Wellenlängenumwandlung kann bewirkt werden durch Verbreitern des Spektrums durch Selbstphasenmodulation (SPM, self phase modulation) und Extrahieren einer von der Mittelwellenlänge des verbreiterten Spektrums verschiedenen Komponente durch einen optischen Bandpassfilter. Durch dieses Verfahren kann ein Wellenformgestalten für eine Unterdrückung des Amplitudenrauschens angewandt werden auf das Signallicht.
Als ein anderes Verfahren für die letzte Wellenlängenumwandlung kann eine Kreuzphasenmodulation (XPM, cross phase modulation) angewandt bzw. adoptiert werden zum Verbreitern des Spektrums.
Als das einzugebende Probenlicht bzw. Messlicht in das optische UND-Gate oder einen Wellenformgestalter zum Ausführen von XPM, kann ein kontinuierliches Wellenlicht (CW-Licht) oder eine optische Pulsfolge verwendet werden. Jedoch werden in den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung, optische Taktpulse, die von dem Original- bzw. Ursprungssignallicht regeneriert werden, als die optische Pulsfolge verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein optisches Signalverarbeitungsgerät bereitzustellen, wie zum Beispiel ein optisches 3R-Gerät, Wellenlängenumwandlungsgerät und optischen Demultiplexer, die ein Amplitudenrauschen und Jitter des Signallichts unterdrücken können und eine optische Signalverarbeitung für ein Hochgeschwindigkeitssignal stabil ausführen können.
Bezugnehmend auf 1 wird eine Grundkonfiguration gezeigt, die in einem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Das Eingangssignallicht mit einer Wellenlänge λs wird verstärkt durch einen optischen Verstärker 2, wie zum Beispiel einem EDFA (erbium-dotierten Faserverstärker), um eine passende Leistung zu erhalten, und wird als Nächstes zugeführt an ein optisches UND-Gate 4. Andererseits wird das Messlicht mit einer Wellenlänge λp zugeführt an das optische UND-Gate 4 mit einer passenden Leistung.
In dem optischen UND-Gate 4 wird umgewandeltes Licht mit einer Wellenlänge λs' erhalten durch das logische Produkt, produziert durch nicht-lineare optische Effekte. Das von dem optischen UND-Gate 4 ausgegebene umgewandelte Licht wird eingegeben in den Wellenlängenumwandler 6.
Der Wellenlängenumwandler 6 arbeitet zum Umwandeln der Wellenlänge des eingegebenen umgewandelten Lichts in eine Wellenlänge λc und zum Ausgeben eines regenerierten Lichts mit der Wellenlänge λc. Die Wellenlänge λc des regenerierten Lichts kann beispielsweise gleich der Wellenlänge λs des Eingangssignallichts gesetzt werden.
Das optische UND-Gate 4 zum Ausführen der Wellenlängenumwandlung in eine willkürliche Wellenlänge kann realisiert werden unter Verwendung eines spektralen Verbreiterns durch XPM.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration des optischen UND-Gates 4 zeigt, das in 1 gezeigt wird.
Das optische UND-Gate 4 enthält einen optischen Koppler 8 zum Kombinieren des Eingangssignallichts und des Messlichts, sowie eine optische Faser 10 als ein nicht-lineares optisches Medium zum Eingeben des Signallichts und des Messlichts von dem optischen Koppler 8, und ein optisches Bandpassfilter (BPF) 12, an das Licht, ausgegeben von der optischen Faser 10, zugeführt wird.
Wenn optische Pulse eingegeben werden in das optische nicht-lineare Medium, wird ein Zwitschern bzw. Chirpen induziert durch XPM, um dabei das Spektrum des Messlichts zu verbreitern.
Wie in einem oberen Teil der 2 gezeigt, werden das Eingangssignallicht mit einer Wellenlänge λs und das Messlicht mit einer Wellenlänge λp kombiniert durch den optischen Koppler 8 und eingegeben in die optische Faser 10.
Als Messlicht kann Kontinuierliche-Welle-Licht (CW-Licht) oder eine andere optische Pulsfolge, wie in 2 gezeigt, verwendet werden. Insbesondere können optische Taktpulse, erzeugt von dem ursprünglichen Signallicht, als die optische Pulsfolge verwendet werden.
Es wird aus 2 verstanden, dass das Spektrum des Messlichts verbreitert wird mit Bezug auf die Mittelwellenlänge λp in der optischen Faser 10.
In dem Bereich dieses verbreiterten Spektrums wird eine Signalkomponente extrahiert durch das optische Bandpassfilter 12 mit einem Bandpass, dessen Mittelwellenlänge λs' unterschiedlich ist von der Wellenlänge λp. Dieses Durchlassband wird enger gesetzt als die Breite des verbreiterten Spektrums.
Selbst in dem Fall, dass die Amplituden der Pulse des Signallichts, die normalerweise konstant sein sollten, unterschiedlich sind voneinander, wegen der Verzerrung durch die Übertragung oder ähnlichem (Amplitudenfluktuation oder Amplitudenrauschen), ist das Spektrum in dem Bereich konstant, wo ein Chirpen erzeugt wird, so dass die Amplitudenfluktuationen unterdrückt werden können. In anderen Worten kann eine Wellenformgestaltungsfunktion erhalten werden.
Detaillierter gesagt, werden eine kleine Chirp-Komponente und eine große Chirp-Komponente in dem optischen Bandpassfilter 12 entfernt. Die kleine Chirp-Komponente beinhaltet hauptsächlich Fluktuationen in einer Leistung-Aus-(Bit 0)-Komponente von einem Nullpunkt (beispielsweise Wellenformverschlechterung aufgrund der Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD, group velocity dispersion)) und eine kleine Neigungs-Komponente nahe der Spitze des Pulses.
Andererseits enthält die große Chirp-Komponente hauptsächlich eine große Neigungs-Fluktuationskomponente nahe der Spitze einer Leistung-An-(Bit 1)-Komponente. Diese Komponenten bestimmen ein optisches Signal-zu-Rausch-Verhältnis (OSNR, optical signal to noise ratio). Demgemäß ist es möglich, durch Entfernen dieser Komponenten durch Verwendung des optischen Bandpassfilters 12, eine Verringerung in OSNR zu unterdrücken, aufgrund der Leistungsfluktuationen, Extinktionsverhältnisverschlechterung, Rauschakkumulierung, etc. dieser Komponenten. Demgemäß kann eine Wellenlängenumwandlung, begleitet durch die Verbesserung in OSNR, durch die vorliegende Erfindung bewirkt werden.
Es wird bevorzugt, die Mittelwellenlänge λs' in dem Durchlassband des optischen Bandpassfilters 12 ausreichend von der Mittelwellenlänge λp des Messlichts zu platzieren, so dass die kleine Chirp-Komponente mit Rauschen und die große Chirp-Komponente nicht in dem Ausgangssignalpuls enthalten sind.
In dem Fall, dass Signallicht mit Amplitudenfluktuationen eingegeben wird, wird ein Amplitudenrauschen bei der Wellenlänge λp des Messlichts größer, als das bei anderen Wellenlängen. Demgemäß muss die Komponente, die der Wellenlänge λp entspricht, entfernt werden. Ferner enthalten beide Flankenkomponenten des spektralverbreiterten Lichts, entsprechend der kürzesten Wellenlänge und der längsten Wellenlänge, viel Rauschen, so dass es bevorzugt ist, diese Komponenten zu entfernen.
Es wird bevorzugt, die Breite und Form des Durchlassbandes des optischen Bandpassfilters 12 passend zu setzen gemäß der Breite und Form eines benötigten Pulses. Grundlegend wird es bevorzugt, die Breite des Durchlassbandes des optischen Bandpassfilters 12 im Wesentlichen gleich zu der spektralen Breite eines Eingangssignals zu setzen, bevor es eingegeben wird in eine Übertragungsleitung und darin verschlechtert wird.
Als Material für das nicht-lineare optische Medium kann eine optische Faser (mit einer normalen Single-Mode-Optischen-Faser) verwendet werden.
Insbesondere ist eine hoch-nicht-lineare Faser oder eine photonische Kristallfaser (Holey fiber) passend.
Der nicht-lineare Koeffizient dritter Ordnung γ einer Single-Mode- bzw. Mono-Mode-Optische-Faser für eine Übertragungsleitung ist ungefähr 2(W^–1km^–1) (eine Phase von 2 Radianten rotiert, wenn eine optische Leistung von 1 W eingegeben wird in eine Faser von 1 km). Im Gegensatz dazu wurde eine hoch-nicht-lineare Faser mit einem nicht-linearen Koeffizienten dritter Ordnung γ von ungefähr 20 (W^–1km^–1) und eine photonische Kristallfaser mit einem nicht-linearen Koeffizienten dritter Ordnung γ von ungefähr 100 (W^–1km^–1) entwickelt.
Ferner wird die Phasenverschiebung Δϕ durch XPM ungefähr ausgedrückt als Δϕ = γPL (γ ist der nicht-lineare Koeffizient dritter Ordnung, P ist die optische Leistung, und L ist die Länge des nicht-linearen optischen Mediums.
Demgemäß wird XPM und SPM stark erzeugt durch Erhöhen der Eingangsleistung, so dass auch bewirkt wird, dass die eingangsoptische Leistung an dem optischen UND-Gate 4 ausreichend erhöht wird unter Verwendung der optischen Verstärker 2 und 14.
Beispielsweise kann, durch Setzen der Leistung P(λs) der Eingangssignallichtwellenlänge λs 10 bis 100 mal die Leistung P(λp) der Messlichtwellenlänge λp, das Messlicht effizient XPM unterzogen werden.
Ferner wird der nicht-lineare Koeffizient dritter Ordnung γ ausgedrückt als γ = 2πn₂/γAeff (n₂ ist der nicht-lineare Brechungsindex, Aeff ist der effektive Teilbereich, und γ ist die Wellenlänge). Demgemäß ist es möglich, durch Reduzieren des effektiven Teilbereichs als Bereich eines Lichtausbreitungsbereichs des nicht-linearen optischen Mediums, im Wesentlichen den gleichen Effekt zu erhalten, wie der, der durch Erhöhen der Eingangsleistung erhalten wird. Während das optische Bandpassfilter 12, gezeigt in 2, ein festes Bandpassfilter ist, kann ein durchstimmbares optisches Filter verwendet werden, anstatt ein gegebenes Band eines Signallichts zu extrahieren.
In dem Fall von nur Reduzieren des Amplitudenrauschens und Umwandeln der Wellenlänge des Signallichts in eine willkürliche Wellenlänge, ist die in 2 gezeigte Konfiguration ausreichend. Jedoch kann, in dem Fall eines Wiedererstellens der ursprünglichen Wellenlänge der umgewandelten Wellenlänge oder Umwandeln der Wellenlänge des Signallichts in eine Wellenlänge, die sich außerhalb des XPM-verbreiteten spektralen Bereichs befindet, die Ausgabe von dem optischen UND-Gate 4 zugeführt werden an den Wellenlängenumwandler 6, wie in 1 gezeigt, um eine weitere Wellenlängenumwandlung auszuführen.
Spezifische Konfigurationen des Wellenlängenumwandlers 6 werden nun beschrieben mit Bezug auf die 3 und 8.
In der in 3 gezeigten Konfiguration ist das umgewandelte Licht mit der Wellenlänge λs' zuerst verstärkt durch einen optischen Verstärker 16, um eine passende Leistung zu erhalten, und wird dann eingegeben in eine optische Faser 18 als ein nicht-lineares optisches Medium. Als Ergebnis wird das Spektrum des umgewandelten Lichts verbreitert mit Bezug auf seine Mittelwellenlänge λs' durch Selbst-Phasen-Modulation (SPM). Ferner wird dieses umgewandelte Licht mit einem verbreiterten Spektrum zugeführt an ein optisches Bandpassfilter 20 mit einem Durchlassband, dessen Mittelwellenlänge die gleiche ist wie die Wellenlänge λs des ursprünglichen Signallichts, wobei eine Signalkomponente mit einer Wellenlänge λs von dem umgewandelten Licht mit dem verbreiterten Spektrum extrahiert wird. Daher wird das regenerierte Licht mit der Wellenlänge λs ausgegeben von dem Wellenlängenumwandler 6.
Durch Ausführen dieser Wellenlängenumwandlung können Amplitudenfluktuationen, die noch übrig bleiben nach dem optischen UND-Gate 4 (siehe 1) weiter unterdrückt werden. Das Prinzip der Unterdrückung der Amplitudenfluktuationen ist ähnlich, zu dem, in dem Fall eines Anwendens von XPM, der oben erwähnt wurde, deshalb wird die Beschreibung desselben hierin weggelassen.
8 zeigt eine andere Konfiguration des Wellenlängenumwandlers 6.
In der in 8 gezeigten Konfiguration enthält der Wellenlängenumwandler 6 eine optische Faser 101, optische Verstärker 161 und 141 und ein optisches Filter 201.
Umgewandeltes Licht mit einer Wellenlänge λs' von dem optischen UND-Gate (siehe 1) und CW-Licht als Messlicht mit einer Wellenlänge λp' werden eingegeben in die optische Faser 101.
Das Spektrum des CW-Lichts (λp') wird verbreitert durch XPM mit dem umgewandelten Licht (λs') in der optischen Faser 101, und das CW-Licht (λp') wird umgewandelt in Signallicht mit der gleichen modulierten Komponente, wie der des umgewandelten Lichts (λs').
Die Wellenlänge λs des Signallichts, dessen Spektrum verbreitert wurde mit Bezug auf seine Mittelwellenlänge λp' durch XPM, wird als nächstes extrahiert durch das optische Filter 201, um dabei regeneriertes Licht mit einer Wellenlänge λs zu erhalten.
Die durch das optische Filter auszuwählende Wellenlänge kann gleichgesetzt werden zu einer willkürlichen Wellenlänge des spektral verbreiterten Signallichts, dessen Mittelwellenlänge λp' ist, wobei die Wellenlänge λs des Signallichts, eingegeben in das optische Signalregenerierungsgerät, restauriert wird oder die Wellenlänge λs in eine andere Wellenlänge umgewandelt wird.
Durch Ausführen dieser Wellenlängenumwandlung können Amplitudenfluktuationen, die noch übrigbleiben nach dem optischen UND-Gate 4 (siehe 1) weiter unterdrückt werden.
Um effektiv XPM in der optischen Faser 101 zu produzieren, wird das umgewandelte Licht (λs'), das in die optische Faser 101 einzugeben ist, verstärkt durch den optischen Verstärker 161, wie benötigt.
Ferner wird das in die optische Faser 101 einzugebende CW-Licht (λp') verstärkt durch den optischen Verstärker 141, weil das optische S/N-Verhältnis des regenerierten Lichts (λs) proportional ist zu dem Leistungsniveau des Cw-Lichts (λp').
Das Verhältnis zwischen den Ausgangsleistungen von den optischen Verstärkern 161 und 141 ist ähnlich, zu dem, das in 2 gezeigt ist, und Erhöhen der Leistung des umgewandelten Lichts (λs') wird bewirkt beim Produzieren von XPM.
Durch Verwenden der in 3 oder 8 gezeigten Konfiguration als Wellenlängenumwandler 6, kann ein spektrales Verbreitern und seine damit im Zusammenhang stehende Amplitudenrauschunterdrückung bewirkt werden. Demgemäß kann, während das in 2 gezeigte optische UND-Gate 4 ein optischer Kehr-Schalter ist, der XPM verwendet, irgendeine andere Einrichtung, wie zum Beispiel NOLM und UNI (ultrafast nonlinear interferometer, ultraschneller nicht-linearer Interferometer) angewandt werden als das optische UND-Gate 4. Ferner kann irgendein anderes Mittel, das nicht-lineare optische Effekte verwendet, wie zum Beispiel Vier-Wellen-Mischen und Unterschiedsfrequenzerzeugung angewandt werden.
Die Konfigurationen von 3 und 8 können in Kombination verwendet werden für Signalausgaben in einer O-E-O-Umwandlung, beispielsweise.
In der in 1 gezeigten Konfiguration können das optische UND-Gate 4 und der Wellenlängenumwandler 6 individuell verwendet werden oder in Kombination, um dabei das Spektrum zu verbreitern und eine willkürliche Wellenlänge auszuwählen, was daher verschiedene Arten von optischen Schalten, einschließlich optischer 3R erlaubt.
Es ist wichtig, die Dispersion in der optischen Faser zu betrachten, die als das nicht-lineare optische Medium verwendet wird, das mit Bezug auf 2, 3 und 8 erwähnt wurde.
Aus dem Gesichtspunkt des effektiven spektralen Verbreiterns, ist es bevorzugt, die Dispersion der Wellenlänge (λp) zu verringern und die Wellenlänge (λp) in eine Region mit anomaler Dispersion zu setzen. Jedoch wird, falls die Dispersion zu klein nahe Null ist, ASE-(verstärkte spontane Emission)-Rauschen, erzeugt von einem optischen Verstärker oder ähnlichem, nicht linearverstärkt (Modulationsinstabilität), was eine Verschlechterung in S/N hervorruft. Demgemäß ist es effektiv, eine optische Faser in einer Region mit normaler Dispersion zu verwenden, um eine hohe S/N sicherzustellen. In diesem Fall ist jedoch ein spektrales Verbreitern begrenzt.
Demgemäß wird in dem Fall, dass eine große Wellenlängenverschiebung Priorität hat, eine Region mit anormaler Dispersion bevorzugt ausgewählt, wobei in dem Fall, dass eine hohe S/N über eine Wellenlängenverschiebung Priorität hat, eine Region mit normaler Dispersion bevorzugt ausgewählt wird. Daher wird es bevorzugt, eine Optimaldispersion gemäß einem System, wie benötigt, zu setzen.
In dem Fall eines Verwendens einer optischen Pulsfolge als Messlicht, ist es bevorzugt, den Ausbreitungsunterschied zwischen dem Signallicht und dem Messlicht in der optischen Faser 10 zum Produzieren von XPM zu unterdrücken (siehe 2).
Aus diesem Gesichtspunkt ist es bevorzugt, die Dispersion zu verringern. Beispielsweise kann die Dispersion verringert werden durch ein Verfahren eines Platzierens von beiden der Wellenlänge des Signallichts und der Wellenlänge des Messlichts in einer Region mit normaler Dispersion oder in einer Region mit anomaler Dispersion, ein Verfahren eines Platzierens von beiden den Wellenlängen symmetrisch mit Bezug auf eine Null-Dispersionswellenlänge zum Minimieren des Ausbreitungsunterschieds bzw. Gangunterschieds, ein Verfahren eines Verwendens einer dispersionsabgeflachten Faser oder ein Verfahren eines Verwendens einer Dispersionskompensation.
4 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses Gerät bzw. Vorrichtung enthält einen optischen Verstärker 22, einen optischen Koppler 24, einen Wellenformgestalter 26, einen optischen Taktregenerator 28, ein optisches UND-Gate 4 und einen Wellenlängenumwandler 6.
Das optische UND-Gate 4 und der Wellenlängenumwandler 6 können die gleichen sein, wie diese, die in 1 gezeigt sind.
Ein optisches Signal (Eingangssignallicht) mit einer Wellenlänge λs, das zu wellenformgestalten ist, wird verstärkt durch den optischen Verstärker 22 und als nächstes geteilt in ein erstes und zweites Signallicht durch den optischen Koppler 24.
Das erste Signallicht wird zugeführt zu dem Wellenformgestalter 26. In dem Wellenformgestalter 26 werden die Pulsbreiten des ersten Signallichts erhöht, um wellenformgestaltetes Licht (Wellenlänge λs) zu erhalten.
Das wellenformgestaltete Licht, das so erhalten wird, wird ausgegeben von dem Wellenformgestalter 26.
Andererseits wird das zweite Signallicht zugeführt an den optischen Taktregenerator 28. In dem optischen Taktregenerator 28 werden Taktpulse als Messlicht mit einer Wellenlänge λp erzeugt gemäß dem zweiten Signallicht.
Sowohl das wellenformgestaltete Licht, als auch die Taktpulse werden zugeführt an das optische UND-Gate 4. In dem optischen UND-Gate 4 wird ein umgewandeltes optisches Signal (umgewandeltes Signallicht) mit einer Wellenlänge λs' synchron ausgegeben mit der Zeit, während der das wellenformgestaltete Licht und die Taktpulse koexistieren.
Die Wellenlänge λs' des umgewandelten Signallichts, ausgegeben von dem optischen UND-Gate 4, wird umgewandelt in eine Wellenlänge λc, (bevorzugt λc = λs), in dem Wellenlängenumwandler 6, um regeneriertes Licht zu erhalten.
Der optische Taktgenerator 28 dient zum Regenerieren von Taktpulsen mit Referenzzeitintervallen von Signallicht, das ungeordnet in Zeitintervallen ist.
Beispielsweise wird, in dem Fall eines Signallichts mit einer Geschwindigkeit von 160 Gb/s, eine Folge von Pulsen mit einer Frequenz von 160 GHz, angeordnet bei 6,25 ps Intervallen, erzeugt. Die Erzeugung der Taktpulse kann bewirkt werden durch zuerst Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal, dann Neutimen bzw. Retimen des elektrischen Signals und als nächstes Oszillieren eines modenfesten Lasers (MLL, mode-locked laser) unter Verwendung des elektrischen RF-Signals. Alternativ kann der MLL direkt oszilliert werden ohne opto/elektronische Umwandlung.
Jedoch überschreitet, in dem Fall eines Hochgeschwindigkeitssignals von 160 Gb/s, die Signalgeschwindigkeit die Grenze der Arbeitsgeschwindigkeit der Elektronik, und die Realisierung des MLL, der bei solch einer Hochgeschwindigkeit arbeitet, ist auch schwierig. Demgemäß ist es bevorzugt, eine Pulsfolge von geringerer Geschwindigkeit, wie zum Beispiel 10 GHz zu regenerieren und als nächstes Taktpulse von 160 GHz zu generieren, unter Verwendung von OTDM (optischen Zeitmultiplexen, optical time division multiplexing).
5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Taktregenerators 28 zeigt, der in 4 gezeigt ist. Dieser Taktregenerator enthält einen optischen Pfad 42, bereitgestellt zwischen einem Eingangsanschluss 38 und einem Ausgangsanschluss 40, und einen aktiven Ringlaser 44, einschließlich einer optischen Schleife 43, die optisch gekoppelt ist (beispielsweise gerichtet gekoppelt) mit dem optischen Pfad 42.
Signallicht (zweites optisches Signal) mit einer Wellenlänge λs und einer Geschwindigkeit fs wird zugeführt an den Eingangsanschluss 38. Der aktive Ringlaser 44 enthält einen optischen Verstärker 46 zum Kompensieren von Verlust in der optischen Schleife 43, so dass Laseroszillation auftritt in der optischen Schleife 43, sowie ein Anpasser 48 zum Anpassen der optischen Pfadlänge der optischen Schleife 43, so dass die Geschwindigkeit (oder Frequenz) fs gleich wird oder mehrzahlige Vielfache von dem Kehrwert einer Rezirkulierungsperiode der optischen Schleife 43, und einen optischen Modulator (oder nicht-lineares optisches Medium) 50 für ein Mode-Locken bzw. Mode-Festsetzen der Laseroszillation gemäß dem Signallicht. Der aktive Ringlaser 44 kann ferner ein optisches Bandpassfilter 45 mit einem Durchlassband enthalten, einschließlich der Wellenlänge λp der Laseroszillation.
Mit dieser Konfiguration wird die Laseroszillation des aktiven Ringlasers 44 mode-gelockt bzw. die Mode festgesetzt, so dass die Taktpulse mit der Wellenlänge λp und der Frequenz fs erzeugt werden und ausgegeben werden von dem Ausgangsanschluss 40. Demgemäß können Taktpulse erhalten werden ohne den Bedarf an opto/elektrischer Umwandlung, und es ist möglich, einen gesamtoptischen Taktregenerator bereitzustellen, der unempfindlich ist auf die Geschwindigkeit und Pulsform des Signallichts.
Der optische Modulator 50 kann bereitgestellt werden durch einen elektro/optischen Modulator, wie zum Beispiel ein LiNbO₃-Intensitätsmodulator und ein EA (Elektro-Absorbtions)-Modulator. Alternativ kann ein Modulationsverfahren, das nicht-lineare optische Effekte zweiter Ordnung oder dritter Ordnung oder Kreuzverstärkungsmodulation verwendet, angewandt werden. Beispielsweise wird in dem Fall eines Verwendens von Vier-Wellen-Mischen in einer optischen Faser, die Wellenlänge λs des Signallichts auf eine Wellenlänge nahe der Nulldispersionswellenlänge der Faser gesetzt, um effektiv kontinuierlich oszilliertes Licht zu amplitudenmodulieren, womit Taktpulse erzeugt werden. In dem Fall eines Verwendens eines halbleiteroptischen Verstärkers (SOA) kann Signallicht verwendet werden als Pumplicht. In dem Fall eines Verwendens von Vier-Wellen-Mischen in einem DFB-LD in seinem oszillierenden Zustand, wird die Wellenlänge des Signallichts gesetzt auf eine Wellenlänge, die von der Wellenlänge des oszillierten Lichts in dem DFB-LD verschieden ist, und dieses Signallicht wird eingegeben mit einer relativ hohen Leistung, um Verstärkungssaturierung zu induzieren, womit die Effizienz des Vierwellenmischens moduliert wird. Ferner kann das kontinuierlich oszillierte Licht effektiv amplitudenmoduliert werden durch einen Kreuzverstärkungsmodulation (XGM, cross gain modulation)-Effekt. Dieser Effekt eines XGM zeigt sich auch in dem Fall eines Verwendens von Vier-Wellen-Mischen in einem SOA, so dass XGM verwendet werden kann.
Ferner kann in dem Fall eines Verwendens von nicht-linearen optischen Effekten zweiter Ordnung im Wesentlichen der gleiche Effekt erhalten werden unter Verwendung von Signallicht als Pumplicht. Andererseits kann, in dem Fall eines Verwendens von Kreuzphasenmodulation (XGM), eine Amplitudenmodulation erzeugt werden beispielsweise unter Verwendung von Polarisationsfluktuationen aufgrund der Phasenmodulation.
Der Wellenformgestalter 26 wird bereitgestellt, um den Jitter von optischen Pulsen zu unterdrücken. Für das Verständnis seines Arbeitsprinzips wird nun ein Fall untersucht, wo ein solches Wellenformgestalten nicht ausgeführt wird. Da das Signallicht vorübergehend ungeordnet ist, enthält es einen Teil, der mit den Taktpulsen synchronisiert ist, und einen Teil, der ein wenig verschoben von den Taktpulsen in dem optischen UND-Gate 4 ist. Beispielsweise ist in dem Fall eines Verwendens eines hochgeschwindigkeitsoptischen Schalters, wie zum Beispiel einem NOLM (nonlinear optical loop mirror) als das optische UND-Gate 4, die Amplitude des resultierenden umgewandelten Lichts nicht konstant wegen der obigen zeitlichen Verschiebung. Demgemäß wird, falls der Grund der zeitlichen Verschiebung ein Rauschen ist, wie zum Beispiel Jitter, ein Amplitudenrauschen hinzugefügt zu dem umgewandelten Licht.
Um das Zufügen von solch einem Rauschen zu verhindern, werden die Pulsformen des Signallichts, das in das optische UND-Gate 4 einzugeben ist, rechtwinklig in dieser bevorzugten Ausführungsform gemacht. Demgemäß kann die optische UND-Operation zwischen dem Signallicht und den Taktpulsen immer bewirkt werden innerhalb der Breite von jedem rechtwinkligen Puls, so dass die Hinzufügung von Amplitudenrauschen, wie oben erwähnt, unterdrückt werden kann, um dabei das Rauschen, wie zum Beispiel Jitter zu verringern.
6 zeigt ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Wellenformgestalters 26, der in 4 gezeigt ist, zeigt. Eine optische Faser 56 wird verwendet als eine optische Wellenleiterstruktur 54 zum Bereitstellen von nicht-linearen optischen Effekten. Die GVD (Gruppengeschwindigkeitsdispersion) der optischen Faser 56 ist β₂, und die optische Faser 56 gibt eine normale Dispersion und nicht-lineare Effekte dritter Ordnung an das zugeführte Signallicht.
Ein Eingangspuls (erstes optisches Signal) mit einer Mittelwellenlänge λs wird verstärkt durch einen optischen Verstärker 52, um eine Leistung zu erhalten, die groß genug ist, um ein benötigtes Chirpen zu erzeugen, und als nächstes wird er eingegeben in die optische Faser 56. In der optischen Faser 56 wird ein Chirpen induziert durch SPM (Selbst-Phasen-Modulation), um dabei das Spektrum zu verbreitern (zu zerstreuen).
In der optischen Faser 56 wird der Chirp bzw. das Zwitschern induziert durch SPM, so dass die Führungsflanke des optischen Pulses sich in Richtung längerer Wellenlängen verschiebt, und die nacheilende Flanke des optischen Pulses sich in Richtung kürzerer Wellenlängen verschiebt. Beispielsweise erhöht sich in dem Fall, dass die optische Faser 56 eine Faser mit normaler Dispersion ist, die GVD mit einer Erhöhung in der Wellenlänge. Demgemäß wird die Zeitbreite des optischen Pulses vergrößert durch das obige Zwitschern bzw. Chirpen. Der optische Puls kann rechtwinklig verbreitert werden durch passendes Erhöhen der Dispersion der optischen Faser, so dass die Wellenform in einer kurzen Zeit sich schnell ändert und durch Eingeben eines hochleistungsoptischen Pulses in die optische Faser, dessen vorauseilende und nacheilende Flanken so steil wie möglich sind.
Tatsächlich sind die nicht-linearen Effekte dritte Ordnung endlich und eine Faserlänge wird deshalb benötigt. Ein Pulsverbreiten aufgrund von nur chromatischer Dispersion anstatt eines Pulsverbreiterns aufgrund des Chirps, der oben erwähnt wurde, tritt speziell bei dem Ende eines optischen Pulses auf, wo die nicht-linearen Effekte relativ klein sind. In solch einem Fall befindet sich ein Dispersionskompensator bevorzugt an dem Ausgangsende der optischen Faser, so dass für das Verbreitern aufgrund der chromatischen Dispersion kompensiert werden kann, und damit ein optischer Puls mit einer nahezu gewünschten Form erhalten wird. Beispielsweise kann, unter Verwendung einer optischen Faser mit einer Dispersion, entgegengesetzt im Vorzeichen zu der Dispersion der Faser mit normaler Dispersion als Dispersionskompensator, die Dispersion der Faser mit normaler Dispersion effektiv kompensiert werden. Der Wert der Dispersion der optischen Faser und die Menge an Kompensation durch die optische Faser als Dispersionskompensator, kann passend angepasst werden gemäß der Bedingungen des eingangsoptischen Pulses der zu verwendenden optischen Faser.
Zusätzliche Information hinsichtlich des rechtwinkligen pulserzeugenden Verfahrens unter Verwendung einer Faser mit normaler Dispersion, wird im Detail in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-34454 beispielsweise beschrieben. Andere Verfahren zum Erhalten von rechtwinkligen Pulsen, als durch Verwenden einer optischen Faser in einem Bereich mit normaler Dispersion, wie erwähnt mit Bezug auf 4, können ein Verfahren enthalten, das ein Fasergitter bzw. Fiber-Grating verwendet und ein Verfahren eines Aufteilens von optischen Pulsen in zwei orthogonal polarisierten Wellen, Anwenden von zeitlicher Verzögerung auf diese polarisierten Wellen und dann Kombinieren dieser polarisierten Wellen.
Unter Bezugnahme auf 7 wird ein optisches Faserübertragungssystem gezeigt, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt wird. Signallicht von einem Sender 62 wird übertragen durch eine erste Optische-Faser-Übertragungsleitung 64. Das Signallicht, das übertragen wird, wird verarbeitet durch ein Gerät 66 gemäß der vorliegenden Erfindung. Danach wird resultierendes regeneriertes Licht übertragen durch eine zweite Optische-Faser-Übertragungsleitung 68, und empfangen durch einen Empfänger 70.
Als Ergebnis einer Verarbeitung in dem Gerät 66 gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Wellenformgestalten oder ähnliches an dem Signallicht bewirkt werden. Das heißt, dass das Signallicht, das in seiner Qualität durch die Übertragung durch erste Optische-Faser-Übertragungsleitung 64 verschlechtert wird, eine optische 3R-Regeneration in dem Gerät 66 gemäß der vorliegenden Erfindung durchläuft, womit die Qualität und das Erlauben der Expansion der Übertragungslänge verbessert werden.
Obwohl nicht gezeigt, können einer oder mehrere optische Verstärker angeordnet werden an den Optischen-Faser-Übertragungsleitungen 64 und/oder 68, um ein System zu konfigurieren, das in der Lage ist, für Verluste zu kompensieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ist es möglich, ein Amplitudenrauschen zu entfernen und die Wellenlänge des Signallichts in eine willkürliche Wellenlänge umzuwandeln durch Ausführen von einem spektralen Verbreitern und Filtern.
Demgemäß ist es möglich, ein Verfahren und Gerät für ein Wellenformgestalten bereitzustellen, das ausreichende 2R-und/oder 3R-Funktionen erhalten kann, und eine Funktion eines ultraschnellen optischen Schaltens.
Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen. Der Umfang der Erfindung ist definiert durch die angehängten Ansprüche und alle Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche fallen, sind deshalb als durch die Erfindung eingeschlossen zu betrachten.

Claims

Wellenformgestaltungsvorrichtung, umfassend: einen optischen Teiler (24) zum Teilen einer Folge von optischen Impulsen eines Eingangslichtsignals (das eine erste Wellenlänge (λ_s) hat) in eine erste und zweite Folge von Lichtimpulsen; einen Wellenformgestalter (26), der zum Aufnehmen der ersten Folge von optischen Impulsen aus dem optischen Teiler ausgelegt ist und Mittel zum Ausgeben einer Folge von wellenformgestalteten optischen Impulsen konstanter Amplitude hat; einen optischen Taktregenerator (28), der zum Aufnehmen der zweiten Folge von optischen Impulsen aus dem optischen Teiler ausgelegt ist und Mittel zum Erzeugen eines Taktsignals hat, das eine zweite Wellenlänge (λp) aufweist, die sich von der ersten Wellenlänge (λs) unterscheidet, und aus einer Folge von Taktimpulsen besteht; und ein optisches AND-Gatter (4), das Mittel zum Erzeugen eines konvertierten Lichtsignals, welches eine dritte Wellenlänge (λs') aufweist, die sich von der ersten Wellenlänge (λs) unterscheidet, aus der Folge von wellenformgestalteten optischen Impulsen konstanter Amplitude und der Folge von Taktimpulsen hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenformgestaltungsvorrichtung ferner einen optischen Verstärker (22) umfasst, der zum Verstärken der Folge von optischen Impulsen des Eingangslichtsignals ausgelegt ist, das die erste Wellenlänge (λs) hat, wobei der optische Verstärker zum Eingeben der verstärkten Folge von optischen Impulsen des Eingangslichtsignals in den optischen Teiler ausgelegt ist; der Wellenformgestalter (26) mit einem Mittel zum Verbreitern der zeitlichen Breite jedes Impulses der ersten Folge von optischen Impulsen ausgelegt ist; und das optische AND-Gatter (4) mit einem Mittel zum Verbreitern des Spektrums des Taktsignals, das die zweite Wellenlänge (λp) besitzt, durch Erzeugen von Kreuzphasenmodulation (XPM) des Taktsignals mit der Folge von wellenformgestalteten optischen Impulsen konstanter Amplitude ausgelegt ist und mit einem Mittel zum Extrahieren einer Signalkomponente aus dem spektral verbreiterten Taktsignal versehen ist, wobei die Signalkomponente ein schmaleres Band als das Band des spektral verbreiterten Taktsignals aufweist und die dritte Wellenlänge (λs') hat, die sich von der zweiten Wellenlänge (λp) unterscheidet.
Wellenformgestaltende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wellenformgestalter (26) einen optischen Verstärker (52) zum Verstärken der ersten Folge von optischen Impulsen und einen Lichtwellenleiter (56) umfasst, der eine positive Farbdispersion (GVD) aufweist und für die Bereitstellung nichtlinearer optischer Effekte dritter Ordnung für die erste Folge von optischen Impulsen ausgelegt ist, und wobei der optische Verstärker (52) zum Verstärken der ersten Folge von optischen Impulsen zum Verstärken der ersten Folge von optischen Impulsen auf ein Energieniveau ausgelegt ist, das ausreicht, um ein durch Selbst-Phasen-Modulation (SPM) induziertes Chirpen der ersten Folge von optischen Impulsen im Lichtwellenleiter (56) zu induzieren, wobei der Lichtwellenleiter (56) ferner derart ausgelegt ist, dass das SPM-induzierte Chirpen und die Farbdispersion auf die erste Folge von optischen Impulsen einwirken, um so optische Impulse zu erzeugen, die eine konstante Amplitude und eine zeitliche Breite besitzen, die größer als die zeitliche Breite der ersten Folge von optischen Impulsen ist, die in den Wellenformgestalter (26) eingegeben werden.
Wellenformgestaltende Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Wellenlängenkonverter (6) umfasst, wobei der Wellenlängenkonverter (6) dafür ausgelegt ist, das konvertierte Lichtsignal, das die dritte Wellenlänge (λs') aufweist, in ein Lichtsignal zu konvertieren, das eine vierte Wellenlänge (λc) aufweist.