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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum einfachen Implementieren einer Multi-Wellenlänge Lichtquelle, deren Frequenzintervalle
identisch sind.
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Beschreibung
der relevanten Technik
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Bei
der Wellenlänge
von Signallicht in einem WDM-(Wellenlängen-Multiplex-Verfahren,
bzw. Wavelength Division Multiplexing) optischen Faser Kommunikationssystem
ist vereinbart, dass diese auf einem vorbestimmten Frequenzraster
durch die ITU-T Empfehlungen angeordnet wird. Aus diesem Grund muss
eine absolute Wellenlänge
zum Oszillieren auf diesem Raster präzise gesteuert werden.
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Für ein Verfahren,
das Einzel-Wellenlänge Laser
bei einer benötigten
Anzahl von Kanälen
vorbereitet, ist zum einen dessen Überprüfung/Steuerung kompliziert.
Des Weiteren ist es unerwünscht, die
Größe und den
Stromverbrauch einer Vorrichtung zu erhöhen, wenn die Anzahl von Wellenlängen, nämlich die
Anzahl von Kanälen,
groß wird.
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Als
ein Verfahren zum Lösen
dieser Probleme gibt es ein Verfahren zum Aufspalten von longitudinalen
Modenkomponenten, die durch Modulation hervorgerufen werden, und
zum Umwandeln der Komponenten in eine Multi- Wellenlänge Lichtquelle (siehe Nicht-Patent
Dokument 1). Die longitudinale Mode ist eine Spektrumskomponente,
die durch Modulation hervorgerufen wird. Wenn man das Spektrum von
moduliertem Licht mit einem Spektrumanalysator mit einer geringen
Auflösung
betrachtet, ist dieses wie ein moderater Berg geformt. Wenn man jedoch
das Spektrum von moduliertem Licht mit einem Spektrumanalysator
mit einer hohen Auflösung betrachtet,
kann gezeigt werden, dass das Spektrum eigentlich aus vielen Spektrumskomponenten,
die eine schmale Spektrumsbreite aufweisen, besteht. Jede eine schmale
Spektrumsbreite aufweisende Spektrumskomponente, die ein solches
Spektrum von moduliertem Licht konfiguriert, wird als eine longitudinale
Modenkomponente bezeichnet.
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In 1 wird
eine optische Impulssequenz von einer gepulsten Lichtquelle 10,
die eine optische Impulssequenz einer Wiederholfrequenz f0 Hz ausgibt, in ein Modulatorarray 11 eingegeben.
In einem Wellenlängen-Demultiplexer 11-1 werden
die longitudinalen Modenkomponenten der optischen Impulssequenz
aufgespaltet und in Lichtstrahlen mit entsprechenden Wellenlängen umgewandelt.
Dann werden die Lichtstrahlen durch einen Modulator 11-3 moduliert
und Signale werden auf die modulierten Lichtstrahlen gegeben. Danach
werden diese modulierten Lichtstrahlen durch einen Wellenlängen-Multiplexer 11-2 gekoppelt
und übertragen.
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Eine
andere Eigenschaft dieses Verfahrens besteht in einem Punkt, dass
die Anzahl von Kanälen durch
Spektrumsverbreiterung, die durch Verwendung von nichtlinearen Effekte
verursachte ist, die innerhalb eines nichtlinearen Mediums auftreten,
vergrößert werden
kann.
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Für konventionelle
Multi-Wellenlängen
Lichtquellen existieren in den Patentdokumenten 1 und 2 zitierte
Techniken. Mit der in Patentdokument 1 zitierten Technik wird eine
von moduliertem Licht erhaltene longitudinale Modenkomponente entschachtelt und
in eine Lichtquelle jeder Wellenlänge umgewandelt. Das Patentdokument
2 offenbart die Technik, mit der eine optische Impulssequenz aus
einer Lichtquelle, die eine optische Impulssequenz generiert, durch eine
optische Faser geführt
wird, deren Dispersion geglättet
ist, um die Breite eines Spektrums durch nichtlineare Effekte zu
verbreitern, und eine longitudinale Komponente wird aus dem verbreitertem
Spektrum extrahiert.
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[Patentdokument 1]
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- Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2001-264830
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[Patentdokument 2]
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- Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2002-236301
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[Nichtpatentdokument]
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- IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 9, No. 6, Juni 1997,
S 818–820
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Die 2A und 2B stellen
exemplarisch die Konfiguration einer optischen Übertragungsvorrichtung unter
Verwendung einer anderen konventionellen Multi-Wellenlänge Lichtquelle und die Form
des Spektrums dar.
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In 2A gibt
eine gepulste Lichtquelle 15 eine optische Impulssequenz
mit einer Wiederholfrequenz von f0 Hz aus,
eine spektrumserweiternde Vorrichtung 16 erweitert das
Spektrum der optischen Impulssequenz, ein Modulationsarray moduliert
dann jede longitudinale Modenkomponente, und ein Verstärkungsentzerrer 18 realisiert
die gleiche Leistung für
jede Wellenlänge.
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Eine
Vielzahl von Einzel-Wellenlänge
Lichtquellen kann durch Extrahieren der longitudinalen Modenkomponenten
eines optischen Spektrums mit einem schmalbandigen Filter wie oben
beschrieben erzeugt werden. Mit der in 2A dargestellten
konventionellen Technik ist die Ebenheit des Spektrums des Lichtes,
nachdem es verbreitert wurde, jedoch schlecht, und die Leistungen
der jeweiligen Signalwellenlängen
variiert signifikant.
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Ein
durch Verwendung eines Gaußimpulses verbreitertes
Spektrum ist exemplarisch in 2B dargestellt.
Eine horizontale Achse repräsentiert
eine Wellenlänge,
wobei eine vertikale Achse Leistung auf einer linearen Skala repräsentiert.
Dieses Spektrum ist wie eine Einhüllende geformt, die die Spitzen
von longitudinalen Modenkomponenten miteinander verbindet. Diese
Figur stellt das mit einem eine niedrige Auflösung aufweisenden Spetrumanalysator
betrachtete Spektrum dar. Wie aus diesem Spektrum ersichtlich ist,
variieren die Leistungen bei den Wellenlängen in der Größenordnung
von mehreren Faktoren. Demzufolge ist es schwierig, eine praktische Multi-Wellenlänge Lichtquelle
zu erzeugen. Um diese Multi-Wellenlänge Lichtquelle in einem WDM
Kommunikationssystem anzuwenden, muss ein Verstärkungsentzerrer, der die Leistungsdifferenzen
unter den Kanälen
angleicht, eingebaut werden. Der Verstärkungsentzerrer gleicht die
Leistungen von Wellenlängen
mit der mit einer Wellenlänge
an, die die niedrigste Leistung aufweist. Deshalb wird Licht einer Wellenlänge mit
einer ursprünglich
hohen Leistung geschwächt,
so dass der Verlust von optischer Leistung steigt und ein optisches
Signal zu Rausch Verhältnis
vermindert wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens
und einer Vorrichtung, die es ermöglichen, eine Vielzahl von
Einzel-Wellenlänge
Lichtquellen zu erhalten und eine Mehrfach-Wellenlänge Lichtquelle
zu implementieren, mit der die Ausgangsleistungen von entsprechenden Wellenlängen annähernd angeglichen
werden.
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Die
Mehrfach-Wellenlänge
Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung umfasst: eine gepulste optische
Lichtquelle für
die Ausgabe einer optischen Impulssequenz; eine optische Impulsformungseinrichtung
für die
Formung einer optischen Impulsausgabe der optischen Lichtquelle
in einen Super-Gaußimpuls
der dritten Ordnung oder höher;
eine Spektrumexpansionseinrichtung für das Expandieren eines Spektrums
einer optischen Impulssequenz zusammengesetzt aus geformten optischen
Impulsen; und eine optische Aufteilungseinrichtung für das Aufteilen
der optischen Impulssequenz des Spektrums, das expandiert wird,
in Lichtstrahlen mit entsprechenden Frequenzen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird die Form von jedem Impuls einer
optischen Pulssequenz in einen Super-Gaußimpuls
der dritten Ordnung oder höher
umgewandelt, wobei das erhaltene Spektrum nach der Verbreiterung
eine gute Ebenheit aufweist, und eine Vielzahl von Lichtquellen
kann bereitgestellt werden, die Wellenlängen aufweisen, deren Stärken identisch
sind.
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Die
Multi-Wellenlänge
Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung kann ein flaches Spektrum erzeugen.
Als ein Resultat können
einen Vielzahl von Einzel-Wellenlänge Lichtquellen bereitgestellt
werden, ohne die optische Leistung jeder Wellenlänge anzugleichen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
die Konfiguration einer konventionellen Multi-Wellenlänge Lichtquelle
dar;
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2A und 2B stellen
die Konfiguration einer optischen Übertragungsvorrichtung dar,
die eine andere konventionelle Multi-Wellenlänge Lichtquelle verwendet,
und die Form eines Spektrums dar;
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3A und 3B zeigen
die grundlegende Konfiguration einer bevorzugten Ausführungsform nach
der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt
die grundlegende Konfiguration eines Flüssigkristall-Lichtmodulators;
und
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5 erklärt die Definitionen
der in den Gleichungen verwendeten Symbole.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung überwindet
die oben beschriebenen Probleme mit den folgenden Einrichtungen.
Nämlich
der Form jedes Impulses in einer Impulswellenform-Sequenz, die durch
eine Modulation erhalten wird und dessen Spektrum verbreitert werden
soll, wird in eine geeignete Form gebracht, so dass die Leistungen
der jeweiligen Wellenlängen
angeglichen werden, nachdem das Spektrum verbreitert wurde. Im genaueren
wird der Impuls in eine Super-Gauß Wellenform der dritten Ordnung
oder höher umgewandelt,
und dessen Spektrum wird erweitert, wobei eine Multi-Wellenlänge Lichtquelle,
in der die Leistungen der jeweiligen Wellenlängen annähernd gleich sind, implementiert
werden kann.
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform bezieht sich hauptsächlich auf
eine Multi-Wellenlänge
Lichtquelle, die einen Impuls verwendet, der eine Super-Gauß Wellenform
der dritten Ordnung aufweist. Jedoch ist die bevorzugte Ausführungsform
auch anwendbar auf einen Super-Gauß Impuls der dritten Ordnung
oder höher.
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3A und 3B stellen
die grundlegende Konfiguration einer bevorzugten Ausführungsform nach
der vorliegenden Erfindung dar.
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Wie
in 3A dargestellt wird ein Super-Gauß Impuls
der dritten Ordnung in einer gepulsten optischen Lichtquelle 20 erzeugt,
wobei dessen Spektrum in einem nichtlinearen Medium einer Spektrumsexpansionsvorrichtung 21 expandiert
wird, um flach zu sein, wobei das Licht in einem Modulationsarray
in jeweilige Wellenlängen
aufgeteilt wird, und alle Wellenlängen werden wieder gekoppelt,
nachdem die Daten moduliert wurden. 3B stellt
ein Lichtspektrum dar, das durch Verbreiterung von Super-Guaß Impulsen
der dritten Ordnung in dem nichtlinearen Medium erhalten wurde.
In der Figur ist weiterhin dargestellt, dass das Spektrum wie eine
Einhüllende
geformt ist, die die Spitzen von longitudinalen Modenkomponenten
verbindet und nicht jede longitudinale Modenkomponente zeigt. Da
das in 3B dargestellte Spektrum eine
vergleichbare Ebenheit hat wie das in 2B dargestellte,
ist bestätigt,
dass die Verwendung des Super-Gauß Impulses der dritten Ordnung
(oder ein Super-Gauß Impuls der
dritten oder höheren
Ordnung) eine Lichtquelle ermöglicht,
die zu messende Leistungen annähernd angleicht,
wenn das Licht in jeweilige Wellenlängen entschachtelt wird.
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Beispiele
einer gepulsten Lichtquelle enthalten einen Halbleitermodensynchronlaser,
einen Faserringlaser, einen Halbleiterringlaser, eine gepulste Lichtquelle,
die einen Elektroabsorptionsmodulator verwendet, usw. Jedoch ist
die gepulste Lichtquelle nicht auf diese beschränkt. Normalerweise sind die Impulse,
die von diesen gepulsten Lichtquellen ausgegeben werden, von einem
Gaußtyp
oder einem sech-Typ. Demzufolge ist in einer Lichtquelle ein Pulsfomer
nötig,
der diese Impulse in einen Super-Gauß Impuls der dritten Ordnung
umwandelt. Für diese
gepulste Lichtquelle wird für
die Implementierung einer Multi-Wellenlänge Lichtquelle ein kurzer Impuls
in der Größenordnung
mehrerer Pikosekunden verwendet, um effektiv ein breites Wellenlängenband
abzudecken. Da dieser Impuls schneller ist als die Betriebsgeschwindigkeit
einer elektronischen Schaltung, kann diesem mit einem elektrischen
Betriebsverfahren nicht gefolgt werden. Jedoch kann ein Pulsformer,
der eine Wellenlänge
in einem Frequenzbereich als ein unverändert gelassenes Signal formt,
verwendet werden. Zum Beispiel gibt es einen Pulsformer, der ein
Flüssigkristall-Raumlicht-Modulator
(LC-SLM, liquid crystal spatial lightmodulator) verwendet. Dieser
Former kann einen Super-Gauß Impuls
der dritten Ordnung generieren.
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4 stellt
die grundlegende Konfiguration des Flüssigkristall-Raumlicht-Modulators
dar.
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Zu
Beginn werden die zu formende Impulse mit einem Beugungsgitter 30 in
jeweilige Frequenzen aufgeteilt, und es wird ein Fokus auf einer
Fourierebene durch eine konvexe Linse 31 erzeugt. Wenn eine
Vielzahl von LC-SLMs 32, die die Intensität und Phase
des durch diese gestrahlten Lichtes modulieren können, auf der Fourierebene
angeordnet werden, können
die Intensität
und der Puls über
das gesamte Pulsband in einem Frequenzbereich bearbeitet werden.
Nach der Bearbeitung wird eine inverse Fouriertransformation der
Pulse mit einer konvexen Linse 33 und einem Beugungsgitter 34 ausgeführt, so dass
die Pulse in den Zeitraum zurückgeführt werden können. Für die Details
des Prinzips des Wellenformformers sei auf das Dokument „Opt. Lett.
Vol. 15, pp. 326–328,
1990" verwiesen.
Im Prinzip werden Lichtstrahlen, die entsprechende Wellenlängen des
Lichtes aufweisen, für
die eine Fouriertransformation in dem Beugungsgitter 30 durchgeführt wird,
durch einen Flüssigkristall-Raumlicht-Modulator
gestrahlt, wobei eine geeignete Intensität und Phase jeder Wellenlänge gegeben
wird, und die inverse Fouriertransformation wird für die Lichtstrahlen
in dem Beugungsgitter 33 ausgeführt, um eine Wellenform auf
einer Zeitachse zurückzuführen, so
dass eine gewünschte Wellenform
erhalten werden kann. Einstellungen der Intensität und der Phase werden für jede Wellenlänge durch
mathematisches Repräsentieren
einer bevorzugten Wellenform durchgeführt durch Ausführen der
Fouriertransformation, um die Intensität und die Phase jeder Frequenz
oder Wellenlängenkomponente
zu berechnen, und durch Steuern des Flüssigkristall-Raumlicht-Modulators
auf der Grundlage der Berechnung.
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Auf
der Fourierebene ist eine Lichtauflösung bestimmt durch die Eigenschaft
des Beugungsgitters, den Strahldurchmesser des Lichts und durch
einen Einfallswinkel auf das Beugungsgitter. Ein größerer Wert
der Lichtauflösung
und einer Auflösung, die
durch die Breite der Flüssigkristall-Raumlicht-Modulation
bestimmt wird, wird zu der Auflösung
der Fouriertransformation. Zwischenzeitlich wird eine Bandbreite
einheitlich durch die fokale Länge
und den Beugungswinkel der konvexen Linse bestimmt.
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5 erklärt die Definitionen
der in den Gleichungen verwendeten Symbole.
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Im
Speziellen sind eine Auflösung
(δλ) und eine
Bandbreite (Δλ), die durch
das Beugungsgitter bestimmt werden, durch die folgenden Gleichungen bestimmt.
wobei λ die Wellenlänge des Lichtes bezeichnet,
R den Strahldurchmesser des Lichtes bezeichnet, θ den Einfallswinkel auf das
Beugungsgitter bezeichnet, N die Anzahl der Linien (pro Längeneinheit)
des Beugungsgitters bezeichnet, m die Ordnung des Beugungsgitters
bezeichnet, welche normalerweise ±1 einnimmt und F bezeichnet
den fokalen Abstand der konvexen Linse. Wie aus
5 bekannt
ist, ist Ψ(–) ein Winkel,
der durch Messen des Winkels im Zentrum des Lichtes, das von dem
Beugungsgitter reflektiert wird, von einer Normalen des Beugungsgitters
erhalten wird. Der Winkel ist in einer negativen Richtung orientiert. δΨ bezeichnet
eine Winkelabweichung aus dem Zentrum des reflektierten Lichtes. θ(–) bezeichnet
den Einfallswinkel des einfallenden Lichtes, der von der Normalen
des Beugungsgitters gemessen wird, wobei der Winkel in der negativen Richtung
orientiert ist. ΔΨ bezeichnet
einen Spreizwinkel des Lichtes, das spektral zerlegt und von dem
Beugungsgitter reflektiert ist.
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Wenn
ein Beugungsgitter mit einer großen Anzahl von Linien verwendet
wird, und wenn der Einfallswinkel so gesteuert wird, dass cosθ auf einen kleinen
Wert gesetzten wird, kann eine sub-nm Auflösung erzielt werden. Wenn Flüssigkristall-Modulatoren
mit einer Breite von 0,1 mm 128-fach angeordnet sind, kann das Fotofeld
einer Bandbreite in der Größenordnung
von Pikosekunden betrieben werden.
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Unter
der Annahme, dass das elektrische Feld eines gewünschten Super-Gauß Impulses
der dritten Ordnung E
m=3 (t) ist, ist eine
durch einen LC-SLM gegebene Transferfunktion T(ω) wie folgt definiert.
wobei ~ eine Fouriertransformierte
bezeichnet, und E
0(t) bezeichnet eine eingehende
Pulswellenform.
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Ein
anderes Verfahren führt
die Fouriertransformation mit einer Lichtwellen-Planer-Schaltung bzw.
planner lightwave circuit (PLC) durch. In diesem Fall kann eine
Beugung hoher Ordnung angewendet werden, so dass eine Fouriertransformation
mit einer kompakten Konfiguration durchgeführt werden kann. Für weitere
Details siehe Referenz „Y.
Inoue, et al., IEEE Photonics Technology Letters, pp. 569–571, v. 11,
no. 5, 1999". Dieses
Dokument offenbart ein Array-Wellenleiter-Gitter, das eine gleiche
Fähigkeit
wie ein Beugungsgitter aufweist.
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In
dieser bevorzugten Ausführungsform kann
das Beugungsgitter 30 eine Komponente sein, die Licht aufspaltet.
Gleichfalls kann das Beugungsgitter 34 eine Komponente
sein, das aufgespaltete Lichtstrahlen koppelt. Demzufolge sind diese
Komponenten nicht auf die Beugungsgitter begrenzt.
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Zum
Beispiel kann ein Virtually imaged phased array (VIPA) Element,
das von der Japanischen Patentveröffentlichung No. HEI09-043057
offenbart ist, oder dergleichen, als eine Alternative zu einem Beugungsgitter
erhältlich
sein.
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Eine
spektrumaufspaltende Vorrichtung wird durch ein nichtlineares Medium,
dass die nichtlinearen Effekte der dritten Ordnung aufweist, konfiguriert. Ein
Spektrum wird durch nichtlineare Effekte innerhalb des Mediums aufgespaltet.
Eine hoch nichtlineare Faser, dessen nichtlinearer Brechungsindex durch
Dotierung mit Ge verbessert wurde, eine Hohlfaser, deren Nichtlinearität durch
Reduzieren des effektiven Kern-Wirkungsquerschnitts
mit einer Vielzahl von auf dem Wirkungsquerschnitt der Faser gebildeten
Löchern
verbessert ist, oder dergleichen, wirken als ein nichtlineares Medium.
Ein spektrumaufspaltendes Verfahren ist durch die Japanische Patentveröffentlichung
No. 2002-77052 offenbart.
