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HINTGERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Wellenform-Formen von Signallicht.
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Beschreibung
des verwandten Sachstandes
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Bei
einem optischen Faserkommunikationssystem, das in jüngerer Zeit
in praktischen Gebrauch genommen worden ist, wird eine Verringerung
in einer Signalleistung aufgrund einer Übertragungsleitungsdämpfung,
einer Kopplungsdämpfung,
etc. durch die Verwendung eines optischen Verstärkers, wie etwa eines Erbium-dotierten
Faserverstärkers (EDFA)
kompensiert. Der optische Verstärker
ist ein analoger Verstärker,
der arbeitet, ein Signal linear zu verstärken. Bei dieser Art eines
optischen Verstärkers
wird verstärktes,
spontanes Emissions-(ASE)-Rauschen, das einhergehend mit der Verstärkung erzeugt
wird, hinzugefügt,
um eine Verringerung in einem Signal-zu-Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) herbeizuführen, so
dass die Anzahl von Verstärkern
begrenzt ist, was zu einer Begrenzung in der Übertragungsentfernung führt. Ferner
ist eine Wellenformstörung
aufgrund der chromatischen Dispersion, die einer optischen Faser
zu eigen ist, und der nicht-linearen, optischen Effekte in der Faser ein
weiterer Grund der Übertragungsgrenze.
Um eine derartige Grenze zu überwinden,
ist ein regenerativer Verstärker
zum digitalen Verarbeiten eines Signals erforderlich, und es ist
wünschenswert,
einen derartigen, regenerativen Verstärker zu verwirklichen. Insbesondere
ist ein vollständig
optischer, regenerativer Verstärker,
der sämtliche
Arten einer Signalverarbeitung auf einem optischen Niveau durchführen kann, bei
einem Verwirklichen eines transparenten Betriebs unabhängig von
der Bitrate, der Pulsform, etc, eines Signals wichtig.
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Die
Funktionen, die für
den vollständig
optischen, regenerativen Verstärker
erforderlich sind, sind eine Amplituden-Wiedergewinnung oder Wiederverstärkung, eine
Wellenform-Formung oder -Wiederformung und eine Zeitgebungs-Wiedergewinnung oder
erneute Zeitgebung. Diese Funktionen werden als 3R-Funktionen bezeichnet,
und insbesondere die ersten und zweiten Funktionen werden als 2R-Funktionen
bezeichnet.
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Eine
Vorrichtung vom opto-elektro-optischen (O-E-O)-Konversionstyp und eine Vorrichtung
vom vollständig
optischen Typ sind als eine Vorrichtung zum Regenerieren eines optischen
Signals auf dem optischen Niveau bekannt. Die Vorrichtung vom O-E-O-Konversionstyp
ist eine Vorrichtung zum einmaligen Konvertieren eines optischen
Signals in ein elektrisches Signal, als nächstes zum Regenerieren des
elektrischen Signals auf der elektrischen Stufe und schließlich zum
Modulieren von Laserlicht unter Verwendung des regenerierten elektrischen
Signals, um dieses in ein optisches Signal zu konvertieren. Andererseits
ist die Vorrichtung vom vollständig
optischen Typ eine Vorrichtung zum Regenerieren eines optischen
Signals optisch ohne eine Konversion in ein elektrisches Signal.
Als eine Vorrichtung vom O-E-O-Konversionstyp ist eine Vorrichtung,
die bei ungefähr
10 Gb/s arbeitet, bereits im praktischen Gebrauch genommen worden.
Jedoch ist es, da das Betriebsverhalten dieser Vorrichtung von der
Betriebsgeschwindigkeit der Elektronik abhängt, schwierig, die Vorrichtung
vom O-E-O-Konversionstyp
bei 40 Gb/s oder mehr zu betreiben. Andererseits hat die Vorrichtung
vom vollständig
optischen Typ noch nicht ein praktisches Niveau erreicht, sondern
bestimmte Verfahren sind vorgeschlagen worden.
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Ein
optisches Gatter vom Mach-Zehnder-Interferometer-(MZI)-Typ ist als eine
typische, vollständig
optische Wellenform-Formungsvorrichtung
bekannt. Dieses optische Gatter ist durch ein Integrieren eines
Mach-Zehnder-Interferometers, das erste und zweite, nicht-lineare
optische Medien jeweils zum Bereitstellen einer Phasenverschiebung
einschließt,
beispielsweise auf einem optischen Wellenleitersubstrat konfiguriert.
Sondenlicht als Licht einer kontinuierlichen Welle (CW) oder optische
Pulse wird gleichmäßig in zwei
Komponenten aufgeteilt, die wiederum den ersten und zweiten, nicht-linearen
optischen Medien zugeführt
werden. Die optische Pfadlänge
des Interferometers ist so eingestellt, dass Ausgangslicht durch
eine Interferenz der beiden Komponenten des Sondenlichts nicht erhalten
wird.
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Ein
optisches Signal wird weiter einem der ersten und zweiten, nicht-linearen
optischen Medien zugeführt.
Durch ein geeignetes Einstellen der Energien des optischen Signals
und des Sondenlichts wird ein konvertiertes, optisches Signal synchron
zu dem optischen Signal aus dem optischen Gatter ausgegeben. Das
konvertierte, optische Signal weist gleiche Wellenlänge wie
jene des Sondenlichts auf.
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Es
ist vorgeschlagen worden, einen optischen Halbleiterverstärker (SOA)
als jeweils die ersten und zweiten, nicht-linearen optischen Medien
zu verwenden. Beispielsweise wird ein InGaAs-SOA, der gegenüberliegende
Endflächen
aufweist, die mit Antireflexionsbeschichtungen behandelt sind, als
jedes nicht-lineare, optische Medium in einem 1,5 μm-Band verwendet,
und diese nicht-linearen, optischen Medien werden auf einem InP/GaInAsP-Substrat
integriert, um ein optisches Gatter zu fertigen. Insbesondere ist
ein Typ eines optischen Gatters, das als ein ultraschnelles, nicht-lineares
Interferometer (UNI) bezeichnet wird, vorgeschlagen worden, um eine
Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern. In diesem Interferometer
ist die Zeitgebung eines Durchlaufs optischer Pulse durch einen
der zwei optischen Pfade geringfügig
von der Zeitgebung eines Durchlaufs optischer Pulse durch den anderen
optischen Pfad verschoben, um dadurch die Grenze bezüglich der
Betriebsgeschwindigkeit aufgrund des Trägereffekts eines Halbleitermediums
zu verbessern.
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Ein
nicht-linearer optischer Schleifenspiegel (NOLM) ist als eine weitere
herkömmliche
Wellenform-Formungsvorrichtung bekannt. Der NOLM schließt einen
ersten optischen Koppler, der erste und zweite optische Pfade aufweist,
die direktional aneinander gekoppelt sind, einen optischen Schleifenpfad
zum Verbinden der ersten und zweiten optischen Pfade und einen zweiten
optischen Koppler, der einen dritten optischen Pfad aufweist, der
direktional an den optischen Schleifenpfad gekoppelt ist, ein.
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Durch
ein Bilden eines Teils oder der Gesamtheit des optischen Schleifenpfads
aus einem nicht-linearen, optischen Medium und ein Zuführen eines
Sondenlichts eines optischen Signals jeweils zu dem ersten optischen
Pfad und dem dritten optischen Pfad wird ein konvertiertes, optisches
Signal aus dem zweiten optischen Pfad ausgegeben.
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Eine
optische Faser wird üblicherweise
als das nicht-lineare, optische Medium in dem NOLM verwendet. Insbesondere
wird ein NOLM unter Verwendung eines SOA als das nicht-lineare,
optische Medium als ein SLALOM-Halbleiterlaserverstärker in einem
Schleifenspiegel (Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror)
bezeichnet.
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Durch
ein Kombinieren einer Wellenform-Formungsvorrichtung und einer optischen Taktregenerierungs-(Wiedergewinnungs-)Vorrichtung
können
die 3R-Funktionen bereitgestellt werden. In diesem Fall werden ein
optisches Signal, das 3R-regeneriert werden soll, und regenerierte,
optische Taktpulse in eine optische UND-Schaltung eingegeben, in
welcher Daten, die dem optischen Signal zu eigen sind, zu dem regenerierten,
optischen Takt durch die UND-Operation übertragen werden. Die Wellenform-Formung
kann durch ein Anordnen der Wellenform-Formungsvorrichtung in der
vorderen oder hinteren Stufe der optischen UND-Schaltung bewirkt
werden, oder indem die optische UND-Schaltung ausgeführt wird,
eine Wellenform-Formungsfunktion aufzuweisen.
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Die
3R-Funktionen werden in herkömmlicher Weise
beispielsweise durch einen optischen Gatterschalter vom MZI-Typ bereitgestellt.
Die betreffenden Erfinder haben bereits eine Wellenform-Formungsvorrichtung
zum Bereitstellen der 2R-Funktionen und/oder
der 3R-Funktionen vorgeschlagen (japanische Patentanmeldung Nr.
Hei-11-293189). In dieser Vorrichtung werden zwei NOLMs kombiniert,
um dadurch den Freiheitsgrad einer Wellenlängenkonversion in dem Fall
eines Erhaltens einer Funktion zum Wellenform-Formen oder eines
optischen Gatters zu erhöhen.
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Die
Wellenform-Formungsvorrichtung zum Bereitstellen der optischen 3R-Funktionen
weist ein Problem dahingehend auf, dass ausreichende 3R-Funktionen
in bestimmten Fällen
gemäß einer
relativen zeitlichen Abweichung zwischen dem optischen Signal und
den regenerierten optischen Taktpulsen, die in die optische UND-Schaltung
eingegeben werden, nicht erhalten werden können. Eine derartige relative
zeitliche Abweichung kann durch ein Weglaufen zwischen dem optischen
Signal und den regenerierten, optischen Taktpulsen in der optischen UND-Schaltung oder durch
die zeitliche Instabilität und
dem Jitter jedes optischen Pulses beispielsweise verursacht werden.
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In
der EP-A-1 056 173 ist ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System
zum Wellenform-Formen eines Signallichts offenbart. Die Vorrichtung
schließt einen
Laser mit verteilter Rückkopplung
(DFB, distributed feedback), der ein Stopp-Band aufweist, das als
der Bereich von Wellenlängen
definiert ist, der eine Laseroszillation zulässt, und eine Treiberschaltung
zum Zuführen
eines Treiberstroms zu dem DFB-Laser
ein, so dass der DFB-Laser bei einer ersten Wellenlänge, die
in dem Stopp-Band enthalten ist, oszilliert. Signallicht, das eine
zweite Wellenlänge aufweist,
die nicht in dem Stopp-Band enthalten ist, wird in den DFB-Laser
eingegeben. In dem Fall, dass das Signallicht durch optische Pulse
bereitgestellt wird, die jeweils einen hohen Pegel und einen niedrigen
Pegel aufweisen, können
Amplituden-Fluktuationen
auf dem hohen Pegel des Signallichts wirksam durch ein geeignetes
Einstellen der Energie des Signallichts unterdrückt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist deswegen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Wellenform-Formen bereitzustellen, die
ausreichende optische 3R-Funktion bereitstellen können.
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Andere
Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden
Beschreibung offensichtlich werden.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt,
das die Schritte eines Teilens eines optischen Signals in erste
und zweite optische Signale; ein Erhöhen der Pulsbreite des ersten
optischen Signals, um ein erstes Wellenform-geformtes Licht zu erhalten;
ein Erzeugen von Taktpulsen gemäß dem zweiten
optischen Signal einschließt;
und gekennzeichnet ist durch ein Eingeben des Wellenform-geformten Lichts
und der Taktpulse in eine optische UND-Schaltung, um ein konvertiertes,
optisches Signal zu erhalten.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bereitgestellt,
die einen optischen Koppler zum Teilen eines optischen Signals in
erste und zweite optische Signale; eine Wellenform-Formeinheit zum Erhöhen der
Pulsbreite des ersten optischen Signals, um ein erstes Wellenform-geformtes
Licht zu erhalten; einen optischen Taktregenerator zum Erzeugen
von Taktpulsen gemäß dem zweiten
optischen Signal einschließt;
und gekennzeichnet ist durch eine optische UND-Schaltung, die ausgelegt
ist, ein konvertiertes, optisches Signal im Ansprechen auf eine
Eingabe des ersten Wellenform-geformten Lichts und der Taktpulse
zu erzeugen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
ein Amplitudenrauschen oder dergleichen, das in der optischen UND-Schaltung
aufgrund des Jitters oder einer zeitlichen Instabilität des optischen Signals
und der Taktpulse erzeugt wird, zu unterdrücken. Dementsprechend können eine
optische Signalverarbeitung, wie etwa eine optische 3R-Verarbeitung,
eine Wellenlängen-Konversionsverarbeitung und
eine Demultiplexierverarbeitung auch an einem ultraschnellen Signal
stabil durchgeführt
werden. Somit kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst werden.
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Die
obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung und die Weise, diese zu verwirklichen, werden offensichtlicher werden,
und die Erfindung selbst wird am besten aus einem Studium der folgenden
Beschreibung und der angehängten
Ansprüche
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen verstanden werden, die bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung zeigen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ein
Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Taktregenerators 8 zeigt,
der in 1 gezeigt ist;
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3 ein
Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Wellenform-Formeinrichtung 6 zeigt,
die in 1 gezeigt ist;
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4 ein
Blockdiagramm, das einen NOLM zeigt, der auf die vorliegende Erfindung
anwendbar ist;
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5 ein
Blockdiagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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6 ein
Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der zweiten Wellenform-Formeinheit 54 zeigt,
die in 5 gezeigt ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden. Durchgehend durch die Zeichnungen sind
im Wesentlichen die gleichen oder ähnliche Teile durch die gleichen
Bezugszeichen bezeichnet.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Diese Vorrichtung schließt einen optischen Verstärker 2,
einen optischen Koppler 4, eine Wellenform-Formeinheit 6,
einen optischen Taktregenerator 8 und eine optische UND-Schaltung 10 ein.
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Ein
optisches Signal (Eingangssignallicht), das Wellenformgeformt werden
soll, wird von dem optischen Verstärker 2 verstärkt und
als nächstes
in erste und zweite optische Signale durch den optischen Koppler 4 aufgeteilt.
Das erste optische Signal wird der Wellenform-Formeinheit 6 zugeführt. In
der Wellenform-Formeinheit 6 werden Pulsbreiten des ersten
optischen Signals vergrößert, um
Wellenform-geformtes Licht zu erhalten. Das somit erhaltene Wellenform-geformte
Licht wird aus der Wellenform-Formeinheit 6 ausgegeben.
Andererseits wird das zweite optische Signal dem optischen Taktregenerator 8 zugeführt. In
dem optischen Taktregenerator 8 werden Taktpulse gemäß dem zweiten
optischen Signal erzeugt. Sowohl das Wellenform-geformte Licht als
auch die Taktpulse werden der optischen UND-Schaltung 10 zugeführt. In
der optischen UND-Schaltung 10 wird ein konvertiertes,
optisches Signal (konvertiertes Signallicht) snychron zu der Zeit erhalten,
während
welcher das Wellenform-geformte Licht und die Taktpulse gemeinsam
existieren.
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Der
optische Taktregenerator 8 dient dazu, Taktpulse, die Referenzzeitintervalle
aufweisen, aus einem Signallicht, das in Zeitintervalle zergliedert
ist, zu regenerieren. Beispielsweise wird in dem Fall eines Signallichts,
das eine Geschwindigkeit von 160 Gb/s aufweist, ein Pulszug, der
eine Frequenz von 160 GHz aufweist, der in 6,25 ps-Intervallen angeordnet
ist, regeneriert. Die Erzeugung von Taktpulsen kann bewirkt werden,
indem zunächst
ein optisches Signal in ein elektrisches Signal konvertiert wird,
als nächstes,
dass das elektrische Signal erneut zeitlich festgelegt wird, und
als nächstes
ein Moden-gekoppelter Laser (MLL, mode-locked laser) unter Verwendung
des elektrischen HF-Signals in Schwingung versetzt wird. Alternativ
kann der MLL direkt ohne eine opto-elektrische Konversion in Schwingung
versetzt werden.
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Jedoch überschreitet
in dem Fall eines Hochgeschwindigkeitssignals, wie etwa 160 Gb/s,
die Signalgeschwindigkeit die Grenze der Betriebsgeschwindigkeit
in der Elektronik, und eine Verwirklichung des MLL, der bei einer
derart hohen Geschwindigkeit arbeitet, ist auch schwierig. Dementsprechend
ist es vorzuziehen, einen Pulszug bei einer niedrigeren Geschwindigkeit,
wie etwa 10 GHz zu regenerieren, und als nächstes Taktpulse von 160 GHz
unter Verwendung eines OTDM (optisches Zeitteilungs-Multiplexieren)
zu erzeugen.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Taktregenerators 8 zeigt,
der in 1 gezeigt ist. Dieser Taktregenerator schließt einen
optischen Pfad 22, der zwischen einem Eingangsanschluss 18 und
einem Ausgangsanschluss 20 bereitgestellt ist, und einen
aktiven Ringlaser 24 ein, der eine optische Schleife 23 aufweist,
die optisch an den optischen Pfad 22 gekoppelt ist (z.B.
direktional gekoppelt).
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Signallicht
(zweites optisches Signal), das eine Wellenlänge λs und
eine Geschwindigkeit fs aufweist, wird dem
Eingangsanschluss 18 zugeführt. Der aktive Ringlaser 24 schließt einen
optischen Verstärker 26 zum
Kompensieren einer Dämpfung
in der optischen Schleife 23 ein, so dass eine Laseroszillation
in der optischen Schleife 23 auftritt, eine Einstelleinheit 28 zum
Einstellen der optischen Pfadlänge der
optischen Schleife 23, so dass die Geschwindigkeit (oder
Frequenz) fs gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Reziprokwerts
einer Rezirkulierungsperiode der optischen Schleife 23 wird,
und einen optischen Modulator (oder ein nicht-lineares optisches Medium) 30 zum
Moden-Koppeln der Laseroszillation gemäß dem Signallicht ein. Der
aktive Ringlaser kann ferner ein optisches Bandpassfilter 32 einschließen, das
ein Durchlassband aufweist, das die Wellenlänge λ der Laseroszillation einschließt.
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Mit
dieser Konfiguration ist die Laseroszillation des aktiven Ringlasers 24 Moden-gekoppelt,
so dass Taktpulse, die die Wellenlänge λ und die Frequenz fs aufweisen,
erzeugt und aus dem Ausgangsanschluss 20 ausgegeben werden.
Dementsprechend können
Taktpulse ohne die Erfordernis einer opto/elektrischen Konversion
erhalten werden, und es ist möglich,
einen vollständig
optischen Taktregenerator bereitzustellen, der unempfindlich auf
die Geschwindigkeit und Pulsform des Signallichts ist.
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Der
optische Modulator 30 kann durch einen elektro-optischen
Modulator, wie etwa einen LiNbO3-Intensitätsmodulator
und einen EA-(Elektroabsorbtions-)-Modulator bereitgestellt werden.
Alternativ kann ein Modulationsverfahren unter Verwendung von nicht-linearen,
optischen Effekten zweiter Ordnung oder dritter Ordnung oder einer
Kreuzverstärkungsmodulation
eingesetzt werden. Beispielsweise wird in dem Fall einer Verwendung
einer Vier-Wellen-Mischung in einer optischen Faser die Wellenlänge λs des
Signallichts auf eine Wellenlänge nahe
der Null-Dispersionswellenlänge
der Faser eingestellt, um kontinuierlich oszilliertes Licht zu Amplituden-modulieren,
um dadurch Taktpulse zu erzeugen. In dem Fall einer Verwendung eines
optischen Halbleiterverstärkers
(SOA) kann Signallicht als Pumplicht verwendet werden. In dem Fall
eines Verwendens eines Vier-Wellen-Mischens
in einer DFB-LD in ihrem Oszillationszustand wird die Wellenlänge des
Signallichts auf eine Wellenlänge
unterschiedlich von der Wellenlänge
des oszillierten Lichts in der DFB-LD eingestellt, und dieses Signal
wird mit einer relativ hohen Leistung eingegeben, um eine Verstärkungssättigung
zu induzieren, wobei dadurch die Effizienz des Vier-Wellen-Mischens
moduliert wird. Ferner kann das kontinuierlich oszillierte Licht durch
einen Kreuzverstärkungs-Modulations-(XGM)-Effekt
wirksam Amplituden-moduliert werden. Dieser Effekt einer XGM wird
auch in dem Fall eines Verwendens eines Vier-Wellen-Mischens in
einem SOA aufgezeigt, so dass XGM zweckmäßig verwendet werden kann.
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Auch
in dem Fall eines Verwendens von nicht-linearen, optischen Effekten
zweiter Ordnung kann im Wesentlichen die gleiche Wirkung unter Verwendung
von Signallicht als Pumplicht erhalten werden. Andererseits kann
in dem Fall eines Verwendens einer Kreuzphasenmodulation (XPM) eine
Amplitudenmodulation unter Verwendung von Polarisations-Fluktuationen aufgrund
einer Phasenmodulation beispielsweise erzeugt werden.
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Vor
einer Beschreibung des Betriebs der Wellenform-Formeinheit 6 wird nun ein
Fall untersucht werden, wo eine derartige Wellenform-Formung nicht
durchgeführt
wird. Da das Signallicht zeitlich zergliedert ist, schließt es einen
Teil, der mit den Taktpulsen synchronisiert ist, und einen Teil,
der geringfügig
von den Taktpulsen verschoben ist, in der optischen UND-Schaltung 10 ein.
Beispielsweise ist in dem Fall eines Verwendens eines optischen
Hochgeschwindigkeitsschalters, wie etwa eines NOLM (nichtlinearen,
optischen Schleifenspiegels) als die optische UND-Schaltung 10 die
Amplitude des sortierenden, konvertierten Lichts wegen der obigen
Zeitverschiebung nicht konstant. Dementsprechend wird, wenn der
Grund einer zeitlichen Verschiebung ein rauschbehafteter, wie etwa
Jitter, ist, Amplitudenrauschen dem konvertierten Licht hinzugefügt.
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Um
die Hinzufügung
eines derartigen Rauschens zu vermeiden, werden die Pulsformen des
Signallichts, das in die optische UND-Schaltung 10 einzugeben
ist, in der vorliegenden Erfindung rechteckig ausgeführt. Dementsprechend
kann der optische UND-Betrieb zwischen dem Signallicht und den Taktpulsen
immer innerhalb der Breite jedes Rechteckpulses bewirkt werden,
so dass die Hinzufügung
von Amplitudenrauschen, wie oben erwähnt, unterdrückt werden
kann, um dadurch das Rauschen, wie etwa Jitter, zu verringern.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Wellenform-Formeinheit 6,
die in 1 gezeigt ist, zeigt. Eine optische Faser 36 wird
als eine optische Wellenleiterstruktur 34 zum Bereitstellen
nicht linearer, optischer Effekte verwendet. Die GVD (Gruppengeschwindigkeits-Dispersion)
der optischen Faser 36 ist β2, und
die optische Faser gibt einem zugeführten, optischen Signal eine
normale Dispersion und nicht-lineare, optische Effekte dritter Ordnung
vor.
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Ein
Eingangspuls (ein erstes optisches Signal), der eine Mittenwellenlänge λs aufweist,
wird durch einen optischen Verstärker 32 verstärkt, um eine
Leistung zu erhalten, die genügt,
um ein erforderliches Chirping zu erzeugen, und wird als nächstes in
die optische Faser 36 eingegeben. In der optischen Faser 36 wird
ein Chirping durch eine SPM (Selbstphasenmodulation) induziert,
um dadurch das Spektrum zu verbreitern (zu diffundieren).
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In
der optischen Faser 36 wird der Chirp durch SPM induziert,
so dass sich die vordere Flanke des optischen Pulses zu längeren Wellenlängen hin verschiebt,
und sich die hintere Flanke des optischen Pulses zu kürzeren Wellenlängen hin
verschiebt. Beispielsweise nimmt in dem Fall, dass die optische
Faser 36 eine Faser mit normaler Dispersion ist, die GVD
mit einer Erhöhung
in der Wellenlänge
zu. Dementsprechend wird die Breite des optischen Pulses durch den
obigen Chirp erhöht.
Der optische Puls kann rechteckig durch ein geeignetes Erhöhen der Dispersion
der optischen Faser, um so die Wellenform in einer kurzen Zeit rasch
zu ändern,
und durch ein Eingeben eines optischen Hochleistungspulses in die
optische Faser, dessen vordere und hintere Flanken so steil wie
möglich
sind, verbreitert werden.
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Tatsächlich sind
die nicht-linearen, optischen Effekte dritter Ordnung endlich, und
ein bestimmtes Ausmaß einer
Faserlänge
ist deswegen erforderlich. Eine Pulsverbreiterung aufgrund von nur
einer chromatischen Dispersion anstelle einer Pulsverbreiterung
aufgrund des oben erwähnten
Chirps tritt insbesondere an dem Ende eines optischen Pulses auf, wo
die nicht-linearen Effekte relativ klein sind. In einem derartigen
Fall wird ein Dispersionskompensator vorzugsweise an dem Ausgangsende
der optischen Faser angeordnet, um so die Verbreitung aufgrund der
chromatischen Dispersion zu kompensieren und dadurch einen optischen
Puls zu erhalten, der eine nahezu gewünschte Form aufweist. Beispielsweise
kann unter Verwendung einer optischen Faser, die eine Dispersion
im Vorzeichen entgegengesetzt zu der Dispersion der Faser mit normaler
Dispersion, wie der Dispersionskompensator, aufweist, die Dispersion
der Faser mit normaler Dispersion wirksam kompensiert werden. Der
Wert einer Dispersion der optischen Faser und der Betrag einer Kompensation
durch die optische Faser, wie der Dispersionskompensator, kann gemäß der Bedingungen
des optischen Eingangspulses und der zu verwendenden, optischen
Faser geeignet eingestellt werden.
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Eine
zusätzliche
Information bezüglich
der spektralen Verbreiterung unter Verwendung der Faser mit normaler
Dispersion ist im Detail beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2000-34454 beschrieben, die hierin unter Bezugnahme eingeschlossen
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist eine Konfiguration eines
NOLM (nicht-linearen, optischen Schleifenspiegels) gezeigt, der
auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Dieser NOLM kann als
die optische UND-Schaltung 10 verwendet werden, die in 1 gezeigt
ist.
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Dieser
NOLM schließt
einen ersten optischen Koppler 46, der erste und zweite
Pfade 42 und 44 aufweist, die direktional aneinander
gekoppelt sind, einen optischen Schleifenpfad 48 zum Verwenden
von ersten und zweiten optischen Pfaden 42 und 44 und
einen zweiten optischen Koppler 52 ein, der einen dritten
optischen Pfad 50 aufweist, der direktional an den optischen
Schleifenpfad 48 gekoppelt ist.
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Ein
Teil oder die Gesamtheit des optischen Schleifenpfads 48 ist
durch ein nicht-lineares, optisches Medium NL bereitgestellt. Das
Kopplungsverhältnis
des ersten optischen Kopplers 46 ist auf im Wesentlichen
1:1 eingestellt. Der Betrieb dieses NOLM wird nun in Kürze beschrieben
werden. Wenn Sondenlicht, das eine Wellenlänge λc aufweist,
in den ersten optischen Pfad 42 des optischen Kopplers 46 eingegeben
wird, und ein optisches Signal, das eine Wellenlänge λs aufweist,
in den dritten optischen Pfad 50 des optischen Kopplers 52 eingegeben
wird, wird ein konvertiertes, optisches Signal, das eine Wellenlänge λc aufweist,
aus dem zweiten optischen Pfad 44 des optischen Kopplers 46 ausgegeben.
Das Sondenlicht kann ein Licht einer kontinuierlichen Welle (CW)
oder optische Pulse sein. In diesem gezeigten Beispiel ist das Sondenlicht
CW-Licht.
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Das
Sondenlicht wird von dem optischen Koppler 46 in zwei Komponenten
geteilt, die die gleiche Leistung aufweisen. Die beiden Komponenten breiten
sich in dem optischen Schleifenpfad 48 mit exakt der gleichen
optischen Pfadlänge
im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn aus und werden als nächstes einer
Phasenverschiebung ϕ jeweils durch das nicht-lineare, optische
Medium NL unterworfen. Danach werden sie durch den optischen Koppler 46 kombiniert.
Beim Kombinieren dieser Komponenten in dem optischen Koppler 46 sind
sie in der Leistung und Phase gleich zueinander, so dass resultierendes
Licht, das durch diese Kombination erhalten wird, aus dem ersten
optischen Pfad 42 ausgegeben wird, aber aus dem zweiten
optischen Pfad 44 nicht ausgegeben wird, als ob es durch
einen Spiegel reflektiert wird.
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Wenn
ein optisches Signal von der Mitte des optischen Schleifenpfads 48 durch
den optischen Koppler 52 eingegeben wird, breitet sich
dieses Signal in dem optischen Schleifenpfad 48 nur in
einer Richtung davon (z.B. im Uhrzeigersinn in 4)
aus, und der nicht-lineare Brechungsindex des nicht-linearen, optischen
Mediums NL ändert
sich für
das Licht, das sich in dieser Richtung ausbreitet, nur, wenn EIN-Pulse
dort hindurch laufen.
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Dementsprechend
fallen bei einem Kombinieren der beiden Komponenten des Sondenlichts
an dem optischen Koppler 46 die Phasen der beiden Komponenten
des Sondenlichts an ihren Abschnitten synchron zu AUS-Pulsen des
optischen Signals miteinander zusammen, und die Phasen der beiden Komponenten
des Sondenlichts an ihren Abschnitten synchron mit EIN-Pulsen des
Signals sind unterschiedlich zueinander. Sei Δϕ eine Phasendifferenz in
dem letzteren Fall, so wird ein Ausgang proportional zu [1 – cos(Δϕ)]
aus dem zweiten optischen Pfad 44 des optischen Modulators 46 erhalten.
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Indem
die Leistung des optischen Eingangssignals so eingestellt wird,
dass die Phasendifferenz ϕ wird, ist es möglich, einen
Schaltbetrieb durchzuführen,
derart, dass die beiden Komponenten, die auf ein Durchleiten der
EIN-Pulse hin kombiniert werden, nur aus dem zweiten optischen Pfad 44 ausgegeben werden.
Somit wird die Konversion aus dem optischen Signal, das die Wellenlänge λs aufweist,
in das konvertierte, optische Signal, das die Wellenlänge λc aufweist,
durchgeführt.
Das heißt,
eine Wellenlängenkonversion
wird bezüglich
der Daten des optischen Signals durchgeführt.
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Unter
der Annahme, dass ein optischer Kerr-Effekt (Kreuzphasenmodulation
(XPM) durch das optische Signal und das Sondenlicht) als der nicht-lineare,
optische Effekt verwendet wird, ist die Phasenverschiedung Δϕ proportional
zu γPL,
wobei γ der
nicht-lineare Koeffizient des nichtlinearen, optischen Mediums NL
ist, P die optische Leistung in dem nicht-linearen, optischen Medium
NL ist, und L die Länge
einer Wechselwirkung des optischen Kerr-Effekts in dem nicht-linearen,
optischen Medium NL ist.
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Während der
optische UND-Betrieb, der oben beschrieben ist, in dem Fall unterschiedlicher Wellenlängen durchgeführt wird,
ist die bevorzugte Ausführungsform,
die in 1 gezeigt ist, nicht auf diesen Fall beschränkt.
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Andere
Beispiele der optischen UND-Schaltung 10 schließen ein
optisches Gatter vom Mach-Zehnder-Interferometer-Typ und einen Schalter
vom optischen Mischertyp unter Verwendung eines Vier-Wellen-Mischens
oder einer Differenzfrequenz-Erzeugung
ein.
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In
der ersten bevorzugten Ausführungsform wird
eine Wellenform-Formung zum Erhöhen
der Pulsbreiten von Eingangssignallicht aus einer Übertragungsleitung
(spezifisch eine Steuerung zum Erhöhen der Pulsbreiten in einem
derartigen Bereich, das kein Übersprechen
mit benachbarten Pulsen während
eines Zeitschlitzes oder weniger von Eingangssignallicht auftritt)
in der vorderen Stufe der optischen UND-Schaltung 10 ausgeführt, wodurch
der Phasenjitter aufgelöst
wird, der auftritt, wenn UND zwischen den Eingangssignallicht-Pulsen
und den regenerierten optischen Taktpulsen in der optischen UND-Schaltung 10 erhalten
wird.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Im Gegensatz zu der in 1 bevorzugten
Ausführungsform
ist die in 5 gezeigte, bevorzugte Ausführungsform
dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Wellenform-Formeinheit 54 an
der Ausgangsseite der optischen UND-Schaltung 10 bereitgestellt
ist. Obwohl in 5 nicht gezeigt, ist der optische
Verstärker 2 an der
Eingangsseite des optischen Kopplers 4 bereitgestellt.
Die Wellenform-Formeinheit 54 ist
bereitgestellt, Amplitudenfluktuationen des konvertierten Signallichts,
das aus der optischen UND-Schaltung 10 ausgegeben
wird, weiter zu unterdrücken,
und das resultierende, konvertierte Signallicht als Ausgangssignallicht
auszugeben.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der zweiten Wellenform-Formeinheit 54 zeigt, die
in 5 gezeigt ist. Eine optische Faser 60 wird
als eine optische Wellenleiterstruktur 48 zum Bereitstellen
nicht-linearer, optischer Effekte verwendet. Die GVD der optischen
Faser 60 ist β2, und die optische Faser 60 gibt
einem zugeführten,
optischen Signal eine normale Dispersion und nicht-lineare, optische
Effekte dritter Ordnung.
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Eingangssignallicht
(konvertiertes Signallicht), das eine Mittenwellenlänge λs aufweist,
wird durch einen optischen Verstärker 56 verstärkt, um eine
Leistung zu erhalten, die ausreichend ist, ein erforderliches Chirping
auszuführen,
und wird als nächstes
in die optische Faser 60 zum Erzeugen von Licht (Superkontinuum-Licht)
eingegeben, das eine konstante Amplitude und ein Spektrum breiter
als das Spektrum des Originallichts aufweist. In der optischen Faser 60 wird
ein Chirpen durch SPM induziert, um dadurch das Originallicht in
das Superkontinuum-Licht (SC-Licht) zu konvertieren, dessen Spektrum
verbreitert (diffundiert) ist. Das gechirpte, optische Signal, das
aus der optischen Faser 60 ausgegeben wird, wird einem
optischen Bandpassfilter (BPF) 62 zugeführt, das ein Durchlassband
aufweist, dessen Mittenwellenlänge λc ist. In
dem BPF 62 wird eine Komponente des optischen Eingangssignals
außer
einer Komponente eines kleinen Chirps extrahiert, um einen Ausgangspuls
zu erhalten, der die Mittenwellenlänge λc aufweist.
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Die
Komponente des kleinen Chirps schließt hauptsächlich Fluktuationen in einer
Ausschalt- (bit 0)-Komponente von einem Nullpunkt (z.B. eine Wellenformstörung aufgrund
von GVD) und eine Komponente einer geringen Neigung nahe des Spitzenwerts des
Pulses ein. Diese Komponenten bestimmen ein optisches Signal-zu-Rauschverhältnis (OSNR). Dementsprechend
ist es, indem diese Komponenten durch die Verwendung des BPF 62 entfernt
werden, möglich,
eine Verringerung in dem OSNR aufgrund der Leistungsfluktuationen,
einer Verschlechterung im Auslöschungsverhältnis, einer
Rauschakkumulation, etc. dieser Komponenten zu unterdrücken. Somit können gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Wellenlängenkonversion
und eine Taktpulsextraktion mit dem verbesserten OSNR verwirklicht
werden.
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Es
ist vorzuziehen, die Mittenwellenlänge λc in dem Durchlassband des BPF 62 von
der Mittenwellenlänge λs des Signalpulses
ausreichend zu beabstanden, so dass die Komponente des kleinen Chirps,
die Rauschen aufweist, nicht in dem Ausgangspuls enthalten ist (um
zu vermeiden, dass ein Teil einer großen Amplitude bei der Wellenlänge des Signalpulses
auftauchen kann). Ferner ist es vorzuziehen, die Breite und Form
des Durchlassbands des BPF 62 gemäß der Breite und Form eines
erforderlichen Pulses einzustellen. Grundsätzlich werden die Breite und
Form des Durchlassbandes des BPF 62 im Wesentlichen gleich
jenen des Spektrums des Eingangssignalpulses eingestellt.
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Eine
zusätzliche
Information über
dieses Verfahren ist im Detail in der japanischen Patentanmeldung
Nummern 2000-264757 und 2000-301952 beschrieben, die hierin unter
Bezugnahme eingeschlossen sind. Ferner ist eine in hohem Maße nichtlineare
Faser oder eine photonische Kristallfaser (Holey-Faser) für die optische Faser 60 als
die optische Wellenleiterstruktur 58 zum Bereitstellen nicht-linearer,
optischer Effekte geeignet.
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Durch
ein Durchführen
einer Wellenform-Formung zum Erhöhen
der Pulsbreiten des Eingangssignallichts in der hinteren Stufe der
optischen UND-Schaltung 10 der zweiten bevorzugten Ausführungsform
ist es möglich,
das Problem zu lösen,
dass die Amplitude des Lichts, das in der optischen UND-Schaltung 10 regeneriert
wird, wegen der Pulsbreitensteuerung in der optischen Übertragungsleitung
oder in der vorderen Stufe der optischen UND-Schaltung 10 oder
wegen Amplitudenrauschen, das in der optischen UND-Schaltung 10 erzeugt
wird, variieren kann.
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Während die
zweite bevorzugte Ausführungsform
unter der Bedingung beschrieben worden ist, dass die erste bevorzugte
Ausführungsform
verwendet wird, ist die Wellenform-Formeinheit in der hinteren Stufe der
optischen UND-Schaltung in der zweiten bevorzugten Ausführungsform
wirksam auf Amplitudenfluktuationen des Ausgangslichts von der UND-Schaltung, und sie
ist nicht durch die Schaltungskonfiguration in der vorderen Stufe
der optischen UND-Schaltung beschränkt.
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Ferner
können,
während
das Superkontinuum-Licht in der optischen Faser 60, die
nicht-lineare Effekte aufweist, in der zweiten bevorzugten Ausführungsform
erzeugt wird, jedwede optischen Medien, außer der optischen Faser, verwendet
werden, vorausgesetzt, dass die Medien Superkontinuum-Licht erzeugen
können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie oben stehend beschrieben ist, ist es möglich, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Wellenform-Formen bereitzustellen,
die ausreichende 2R- oder 3R-Funktionen bereitstellen können.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt. Der
Umfang der Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert, und sämtliche Änderungen
und Modifikationen, wie sie in die Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche fallen,
sind deswegen durch die Erfindung umfasst.