DE60212320T2

DE60212320T2 - Optischer Impulsfolgengenerator

Info

Publication number: DE60212320T2
Application number: DE60212320T
Authority: DE
Inventors: c/o NTT IP Center Koichi Musashino-shi Takiguchi; c/o NTT IP Center Tomohiro Musashino-shi Shibata
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2007-05-31
Also published as: EP1328077A3; CA2415564C; DE60212320D1; US20030128923A1; CA2415564A1; EP1328077A2; DE60212320T8; EP1328077B1; US6804433B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Impulsfolgengenerator, und insbesondere auf einen optischen Impulsfolgengenerator zur Erzeugung einer Impulsfolge zum optischen Markieren und einer optischen Zufallsmusterimpulsfolge für eine Einrichtungsevaluierung auf optischem Kommunikationsgebiet.
Mit der Erhöhung der Kapazität optischer Kommunikationssysteme nähern sich Hochgeschwindigkeitsübertragungssysteme mit einer Bitrate von 40 Gb/s pro Kanal der praktischen Verwendung. Außerdem treiben die Hauptträger und Anbieter in den USA, Europa und Japan die Forschung und Entwicklung von Ultrahochgeschwindigkeitsübertragungssystemen der nächsten Generation mit einer Bitrate von 100 Gb/s oder mehr pro Kanal voran. Ferner wird eine intensive Forschung und Entwicklung optischer Netzsysteme betrieben, die eine gesamtoptische Weglenkung optischer Signale ausführen. Für ein Hochgeschwindigkeitsübertragungssystem ist es wichtig, das optische System und Einrichtungen unter Verwendung einer optischen Hochgeschwindigkeitszufallsmusterimpulsfolge zu evaluieren, und für ein optisches Netzwerksystem ist es wichtig, eine Hochgeschwindigkeitsmarkierungsimpulsfolge für optische Pakete zu erzeugen.
1 zeigt einen herkömmlichen optischen Impulsfolgengenerator, der für die oben genannten Zwecke verwendet wird. Im in 1 gezeigten optischen Impulsfolgengenerator wird eine optische Impulsfolge mit einer Periode T von einer optischen Impulsquelle 1 einem Eingang 2 zugeführt und durch einen optischen Splitter 3 geteilt. Dann laufen einzelne optische Impulse über optische Wellenleiter bzw. Lichtwellenleiter 4-1b bis 4-N, wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist, und werden zu optischen Schaltern 5-1 bis 5-N geführt. Die optischen Impulse bzw. Lichtimpulse laufen lediglich durch optische Schalter im Balkenzustand unter den optischen Schaltern 5-1 bis 5-N, um zu Verzögerungsleitungen 6-1 bis 6-N geführt zu werden, und werden dann durch optische Kombinatoren 7 zur Ausgabe aus einem Ausgang 8 gekoppelt. Erhöhen sich in diesem Fall Längenunterschiede der Verzögerungsleitungen 6-1 bis 6-N schrittweise um einen Betrag von cT/(nN) in dieser Größenordnung, wird eine optische Zufallsmusterimpulsfolge mit einer Periode T und einer Sequenzlänge N erzeugt, wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist und N der Gruppenbrechungsindex der Verzögerungsleitungen ist. Die optische Zufallsmusterimpulsfolge entspricht dem Balkenzustand (1) oder einem Kreuzzustand (0) in jedem der optischen Schalter.
Zur Erzeugung der optischen Zufallsmusterimpulsfolge mit der Periode T und der Sequenzlänge N muss das vorstehend beschriebene herkömmliche Verfahren daher N optische Schalter und N Verzögerungsleitungen aufweisen, wodurch der Aufbau aufgrund einer Erhöhung der Anzahl an Komponenten und deren Größe kompliziert wird. Außerdem sind 1 × N optische Splitter 3 und N × 1 optische Kombinatoren 7 erforderlich, wodurch der Verlust erhöht wird.
Beispielsweise ist in „Large-capacity WDM packet switching", K. Habara et al., Springer Photonic Networks (G. Prati Ed.), 1997, Seiten 285–299 ein Verfahren zum wiederholten Einkoppeln optischer Impulse in eine optische Einrichtung aus einem optischen Kombinator und Splitter, einem Verzögerungsleitungsarray und einem optischen Schalterarray offenbart. Allerdings erfordert es dieselbe Anzahl der Verzögerungsleitungen und Schalter wie die erforderliche Sequenzlänge. Demnach erhöht sich ihre Größe, und ihr Aufbau wird bei einer typischen Sequenzlänge kompliziert. Da ferner die Anzahl der Eingangsanschlüsse des Kombinators und die der Ausgangsanschlüsse des Splitters auch gleich der Sequenzlänge sein müssen, erhöht sich ihr Verlust mit Erhöhung der Sequenzlänge.
Des Weiteren ist bei R. J. S. Pedersen, B. F. Jorgensen, M. Nissov und He Yonggi, „10 Gbit/s repeaterless transmission over 250 km standard fibre", ELECTRONICS LETTERS, 7. November 1996, Band 32, Nr. 23, Seiten 2155 bis 2156 ein Verfahren zum Modulieren von CW-Licht durch Ansteuern eines optischen Modulators durch ein elektrisches Impulsmuster bekannt. Allerdings ist es für dieses Verfahren schwierig, ein Impulsmuster über 40 Gbit/s aufgrund der Beschränkung der Arbeitsgeschwindigkeit des Impulsfolgengenerators im elektrischen Bereich zu erzeugen.
Des Weiteren offenbart die US-A-5,208,705 ein Verfahren zur Verwendung eines Rückkopplungsschieberegisters, das aus einer optischen Exklusiv-ODER-Schaltung aufgebaut ist, beruhend auf einem nicht linearen optischen Effekt in Kombination mit festen Glasfaserverzögerungsleitungen. Da das Verfahren zwei Arten optischer Impulse (Taktimpuls und Steuerimpuls) verwenden muss, wird der Aufbau groß und kompliziert. Außerdem führt die Verwendung des nicht linearen optischen Effektes einige Bedingungen für die betriebsfähige optische Impulsstärke ein und macht ihren Betrieb instabil. Außerdem erschwert die Verwendung fester Glasfaserverzögerungsleitungen die genaue Anpassung der Verzögerungsleitungslänge und die Veränderung der Impulsfolge, Impulsperiode oder Bitrate.
Wie vorstehend beschrieben ist bisher keine effektive optische Hochgeschwindigkeitsimpulsfolgenerzeugungseinrichtung bekannt. Daher wird auf die Implementierung eines kleinen, stabilen, gesamtoptischen Impulsfolgengenerators gewartet, der nicht von der Geschwindigkeit elektrischer Komponenten abhängt.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden Probleme. Die Erfindung soll einen optischen Impulsfolgengenerator mit einfachem Aufbau und geringem Verlust bereitstellen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist ein optischer Impulsfolgengenerator ausgebildet, mit einer optischen Impulsquelle zur Erzeugung eines optischen Impulses, einem mit einem Ausgang der optischen Impulsquelle verbundenen optischen Kombinator und Splitter, einer mit dem optischen Kombinator und Splitter verbundenen variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung und einer oder mehrerer mit der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung an Zwischenstufen und einer Endstufe der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung verbundenen optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen, wobei ein Ausgang der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen mit dem optischen Kombinator und Splitter verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Anordnung weist der optische Kombinator und Splitter zwei Eingänge und zwei Ausgänge auf, wobei ein erster Eingang der zwei Eingänge mit der optischen Impulsquelle verbunden ist, die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung weist zwei Eingänge und zwei Ausgänge auf und enthält eine Vielzahl in Kaskade verbundener Kennlinien-variabler asymmetrischer Mach-Zehnder-Interferometer, die jeweils zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisen, wobei ein erster Ausgang eines der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer mit einem ersten Eingang eines anderen der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer verbunden ist, um dazwischen eine Kaskadenverbindung auszubilden, und ein erster Eingang der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung mit einem ersten Ausgang des optischen Kombinators und Splitters verbunden ist, und ein erster Eingang der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung mit einem ersten Ausgang des optischen Kombinators und Splitters verbunden ist, Eingänge der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen sind mit zwei Ausgängen der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer verbunden, und ein erster Ausgang der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen ist mit einem zweiten Eingang des optischen Kombinators und Splitters verbunden.
Die optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen können kaskadiert sein.
Jede der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen kann zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisen, und die Anzahl der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen kann um eins geringer als die Anzahl der in Kaskade verbundenen Kennlinien- variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer sein.
Jedes der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer kann zumindest ein Kennlinien-variables asymmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer enthalten, das einen ersten Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen und einen zweiten Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen umfasst, die mit dem ersten Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis über zwei optische Wellenleiter mit unterschiedlichen Längen verbunden sind.
Ein erster Ausgang eines der Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer kann mit einem ersten Eingang eines anderen der Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer zur Bildung einer Kaskadenverbindung der beiden verbunden sein.
Der erste oder der zweite Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis kann von zwei der Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer gemeinsam verwendet werden.
Der optische Impulsfolgengenerator kann ferner zumindest einen optischen Verstärker bzw. Glasfaserverstärker an einer Position im Lichtweg umfassen.
Der optische Kombinator und Splitter kann ferner aus einem symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer bestehen.
Jede der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen kann aus einem symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer bestehen.
Der optische Impulsfolgengenerator kann ferner eine optische Verknüpfungseinrichtung umfassen, die mit einem Ausgang der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung oder des optischen Kombinators und Splitters oder der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen verbunden ist.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein optisches Impulsfolgenerzeugungsverfahren der Erzeugung einer optischen Zufallsfolgenimpulsfolge aus einem optischen Impuls bereitgestellt, mit den Schritten: Einkoppeln eines durch eine optische Impulsquelle erzeugen optischen Impulses in eine variable optische Verzögerungsleitungsschaltung über einen optischen Kombinator und Splitter, wobei die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung eine Vielzahl in Kaskade verbundener Kennlinien-variabler asymmetrischer Mach-Zehnder-Interferometer enthält, Zuführen eines aus jedem der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer ausgegeben optischen Impulses zu dem optischen Kombinator und Splitter über eine oder mehrere optische Exklusiv-ODER-Schaltungen und Erzeugen einer Zufallsimpulsfolge von der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung oder dem optischen Kombinator und Splitter oder den optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen durch Verwenden des dem optischen Kombinator und Splitter zugeführten optischen Impulses.
Bei diesem optischen Impulsfolgengenerator ist der Ausgang der optischen Impulsquelle mit der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung über den optischen Kombinator und Splitter verbunden. Die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung führt den optischen Impuls von ihrer Zwischen- oder Endstufe über die optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen zurück zum optischen Kombinator und Splitter. Der Aufbau kann ein lineares Rückkopplungsschieberegister im optischen Bereich implementieren. Die Anpassung der Länge der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung ermöglicht die Erzeugung optischer Zufallsfolgenimpulsketten bzw. Zufallsmusterimpulsfolgen mit verschiedenen Perioden und Mustern, wodurch der optische Impulsfolgengenerator realisiert werden kann.
Außerdem können bei diesem optischen Impulsfolgengenerator durch die Anwendung des variablen linearen Rückkopplungsschieberegisteraufbaus im optischen Bereich optische Impulsmuster mit verschiedenen Perioden und Mustern bei geringer Größe, geringem Verlust, integriertem Aufbau ohne Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsintensitätsmodulators erzeugt werden.
Die vorstehenden und weitere Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines herkömmlichen optischen Impulsfolgengenerators;
2 ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerators;
3 ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines 3-dB-Richtkopplers;
4A bis 4C Darstellungen eines Aufbaus eines Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis;
5A bis 5E Darstellungen der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerators;
6A bis 6E Darstellungen der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerators;
7 ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Impulsfolgengenerators;
8 ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerators;
9 ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Abwandlung der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerators; und
10 ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Abwandlung der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerators.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel des optischen Impulsfolgengenerators umfasst eine optische Impulsquelle 9, optische Wellenleiter bzw. Lichtwellenleiter 10-1 bis 10-4, Richtkoppler 11-1 bis 11-12 mit variablem Koppelverhältnis, 3-dB-Richtkoppler 12-1 bis 12-4, Wellenlängenbrechungsindexsteuerabschnitte 13-1 bis 13-8 und einen optischen Verstärker bzw. Glasfaserverstärker 14.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgang der optischen Impulsquelle 9 mit einer Kaskadenverbindung eines ersten symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers, das als optischer Kombinator und Splitter 101 verwendet wird, und erster und zweiter in Kaskade verbundener Kennlinien-variabler asymmetrischer Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103 verbunden. Die Endstufen der zwei in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103 sind mit dem ersten symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 101 über ein zweites symmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer, das als optische Exklusiv-ODER-Schaltung 104 verwendet wird, und über den optischen Verstärker 14 verbunden, wodurch eine Rückkopplungsschleife gebildet wird. Die Anzahl der Stufen jedes der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103, das heißt, die Anzahl der Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer ist drei.
Die Kaskadierung der zwei in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103 kann eine variable optische Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Verzögerungsleitungsschaltung bilden. Insbesondere bildet die Verbindung eines ersten Ausgangsanschlusses des vorherigen in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 102 mit einem ersten Eingangsanschluss des folgenden in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach- Zehnder-Interferometers 103 in Reihe die variable optische Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Verzögerungsleitungsschaltung.
Die optische Impulsquelle 9 ist mit einem ersten Eingangsanschluss des optischen Kombinators und Splitters 101 über den optischen Wellenleiter 10-1 verbunden. Ein erster Ausgangsanschluss des optischen Kombinators und Splitters 101 ist mit einem ersten Eingangsanschluss der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung (des in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 102) über den Lichtwellenleiter 10-6 verbunden. Ein zweiter Ausgangsanschluss des in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 102 und ein erster Ausgangsanschluss des in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 103 sind beide mit Eingangsanschlüssen der optischen Exklusiv-ODER-Schaltung 104 über die Lichtwellenleiter 10-21 und 10-36 verbunden. Ein erster Ausgangsanschluss der optischen Exklusiv-ODER-Schaltung 104 ist mit einem zweiten Eingangsanschluss des optischen Kombinators und Splitters 101 über den Lichtwellenleiter 10-14, Glasfaserverstärker 14 und Lichtwellenleiter 10-2 verbunden. Gemäß 2 ist der Lichtwellenleiter ein offener Ausgangsanschluss (Ausgang).
Im Übrigen kann ein zweiter Ausgangsanschluss des in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 103 mit dem Eingangsanschluss der optischen Exklusiv-ODER-Schaltung 104 über den Lichtwellenleiter 10-35 zur Verwendung des Lichtwellenleiters 10-36 als offener Ausgangsanschluss (Ausgang) verbunden sein.
Die in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103 enthalten jeweils drei Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer. Jedes Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer enthält ein Paar von Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplern mit variablem Koppelverhältnis, die kaskadiert sind. Insbesondere sind die zwei Ausgangsanschlüsse des eingangsseitigen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis (beispielsweise L-1) mit den zwei Eingangsanschlüssen des ausgangsseitigen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis (beispielsweise L-2) über die zwei Lichtwellenleiter (beispielsweise 10-8 und 10-9) mit verschiedenen Längen verbunden. Dann ist der erste Ausgangsanschluss des vorhergehenden Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers mit dem ersten Eingangsanschluss des folgenden Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers in Reihe geschaltet.
Die zwei in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103 können in einem einzelnen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer angeordnet sein.
Die 3-dB-Richtkoppler 12-1 bis 12-4 sind jeweils aus zwei Lichtwellenleitern 15-1 und 15-2 mehrerer Quadratmikrometer aufgebaut, die Seite an Seite nahe aneinander in der Größenordnung weniger Mikrometer wie in 3 gezeigt platziert sind, so dass eine 50%ige Leistungskopplung durch Anpassen der Länge des benachbarten Abschnitts (Koppellänge) bewirkt wird. Beim unmittelbaren 3-dB-Richtkoppler ist die Phase einer gesendeten Welle um π/2 von der einer reflektierten Welle verschoben. Der 3-dB-Richtkoppler kann auch unter Verwendung eines MMI-(Multimode-Interferenz)Koppleraufbaus gebildet werden.
Die Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 11-1 bis 11-12 können aus einem symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer, wie in 4A gezeigt, zusammengesetzt sein. Die Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 11-1 bis 11-12 enthalten jeweils Lichtwellenleiter 16-1 bis 16-6, 3-dB-Richtkoppler 17-1 und 17-2 und Wellenlängenbrechungsindexsteuerabschnitte 18.
Die 4B und 4C sind jeweils Schnittansichten entlang Geraden B-B und C-C in 4A, wobei der Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis aus Quarzglaswellenleitern aufgebaut ist.
Wie in 4B gezeigt enthalten die Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 11-1 bis 11-12 am Schnitt B-B jeweils ein Siliziumsubstrat 19-1, einen unteren Mantel 20-1 und einen oberen Mantel 22-1, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Im oberen Mantel 22-1 sind Kerne 21-1 und 21-2 auf der Seite gebildet, die dem unteren Mantel 20-1 gegenüberliegt.
Wie in 4C gezeigt enthalten die Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 11-1 bis 11-12 am Schnitt c-c außerdem jeweils ein Siliziumsubstrat 19-2, einen unteren Mantel 20-2 und einen oberen Mantel 22-2, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Im oberen Mantel 22-2 sind Kerne 21-3 und 21-4 auf der Seite gebildet, die dem unteren Mantel 20-2 gegenüber liegt. Auf dem oberen Mantel 22-2 ist ein Dünnfilmerhitzer 23 zum Steuern des Brechungsindex des Wellenleiters des Kerns 21-3 durch Erwärmung vorgesehen.
Eine Veränderung der Phase des Wellenleiters zwischen 0 und 2π unter Verwendung des Steuerabschnitts 18 ermöglicht es der Schaltkennlinie des symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers, das Leistungskoppelverhältnis zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen auf jeden gewünschten Wert zwischen 0 und 100 einzustellen. Weicht das Leistungskoppelverhältnis des 3-dB-Richtkopplers aufgrund eines Herstellungsfehlers oder dergleichen von 50% ab, ist es mit dem Aufbau in 4A schwierig, ein gewünschtes Koppelverhältnis zu erzielen. In diesem Fall ermöglicht ein Mehrfachstufenaufbau anstelle des einzelnen symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers das Erreichen eines gewünschten Koppelverhältnisses. Die Verwendung des symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometeraufbaus in 4A kann einen optischen Kombinator und Splitter implementieren. Der optische Kombinator und Splitter kann auch unter Verwendung eines Richtkoppleraufbaus gebildet werden.
Die Wellenlängenbrechungssteuerabschnitte 13-1 bis 13-8 und 18 in 2 können einen Dünnfilmerhitzer (thermooptischer Effekt) oder dergleichen verwenden, wenn der zu steuernde Wellenleiter aus einem Glaswellenleiter oder Polymerwellenleiter aufgebaut ist. Ist der zu steuernde Wellenleiter andererseits aus einem dielektrischen Wellenleiter oder Halbleiterwellenleiter aufgebaut, dann kann eine Elektrode (elektrisch-optischer Effekt) oder dergleichen verwendet werden.
Als Glasfaserverstärker 14 kann ein Glasfaserverstärker, der mit seltener Erde dotiert ist, wie ein mit Erbium dotierter Glasfaserverstärker (EDFA), ein mit seltener Erde dotierter Lichtwellenleiter oder ein optischer Halbleiterlaserverstärker (SOA) verwendet werden.
Als optische Impulsquelle 9 kann ein Halbleiter- oder modenverkoppelter optischer Faserlaser, eine verstärkungsgeschaltete Halbleiterlichtquelle oder gepulstes Licht verwendet werden, das durch Intensitätsmodulation einer CW-Lichtquelle mit einem Polymer oder Dielektrikum wie LN oder einen Halbleiter-EA-Modulator erzeugt wird.
Nachstehend ist der Betrieb des in 2 gezeigten optischen Impulsfolgengenerators an Hand der 5A bis 5E näher beschrieben. 5A zeigt die ausgegebenen Impulse (Periode Δt) der optischen Impulsquelle 9. Als Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 11-1 bis 11-5 und 11-7 bis 11-11 wird eine Schaltfunktion verwendet, deren Koppelverhältnis 0% oder 100 ist. Außerdem wird als Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 11-6 und 11-12 eine bezüglich des Koppelverhältnisses variable Funktion verwendet. Die Längenunterschiede zwischen den oberen und unteren Armen jedes der in 2 gezeigten asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer wird zu ΔLj (j = 1–6) angenommen. In diesem Fall können die Pfade zwischen dem Lichtwellenleiter 11-6 und Lichtwellenleitern 10-20 und 10-21 und der Pfad zwischen dem Lichtwellenleiter 10-20 und Lichtwellenleitern 10-35 und 10-36 variable Verzögerungsunterschiede zwischen den Armen haben, die jeweils von null bis (ΔL1 + ΔL2 + ΔL3) und von null bis (ΔL4 + ΔL5 + ΔL6) mit der minimalen Einheit ΔLj reichen. Außerdem können die Intensitäten bzw. Stärken der an den Lichtwellenleitern 10-21 und 10-36 ankommenden Impulse gleich gemacht sein.
Im Übrigen werden Wellenleiterlängen abgesehen von denen in den variablen Verzögerungsleitungsabschnitten in der Beschreibung nicht erwähnt, da sie keinen wesentlichen Bezug auf den Betrieb des Ausführungsbeispiels des optischen Impulsfolgengenerators haben. Allerdings wird eine Anpassung der Wellenleiterlängen zum Ermöglichen des in den 5A bis 5E gezeigten Betriebs nach Bedarf ausgeführt (beispielsweise sind die Längen der Abschnitte der Lichtwellenleiter 10-21 und 10-36 gleich ausgestaltet), was leicht unter Verwendung optischer Wellenleitertechnologie erreicht wird.
Das symmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 104, bei dem der Phasenunterschied zwischen den Lichtwellenleitern 10-37 und 10-38 durch Anpassung der optischen Weglänge in einer Wellenlängengrößenordnung beim Entwurf- und Herstellungsvorgang oder durch Ansteuern des Wellenleiterbrechungsindexsteuerabschnitts 13-8 auf π/2 eingestellt ist, kann als optische Exklusiv-ODER-Schaltung arbeiten. Die Beziehungen zwischen dem Vorhandensein und Fehlen des Eingangssignals (x1) am Lichtwellenleiter 10-21 und des Eingangssignals (x2) am Lichtwellenleiter 10-36 und dem Ausgangssignal (y) am Lichtwellenleiter 10-40 sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
Hier wird angenommen, dass die Phasendifferenz zwischen den optischen Eingangsimpulsen x1 und x2, die über die Lichtwellenleiter 10-21 und 10-36 zugeführt werden, auf ein ganzeiliges Vielfaches von 2π innerhalb einer kohärenten Länge der Lichtquelle durch Steuern der optischen Weglänge in einer Größenordnung kleiner oder gleich der Wellenlänge bei einem Entwurf- und Herstellungsprozess oder durch Betätigen zumindest eines der Wellenleiterbrechungsindexsteuerabschnitte 13-2 bis 13-7 zum Anpassen der Phase der Lichtwellen eingestellt sind.
Tabelle 1 zeigt, dass das Ausgangssignal y die Exklusiv-ODER-Verknüpfung der Eingangssignale x1 und x2 ist, das den folgenden Ausdruck (1) erfüllt. In Ausdruck (1) bedeutet ein Überstrich "nicht" des digitalen Signals. Eine derartige Optische Exklusiv-ODER-Funktion kann durch die Verwendung des nichtlinearen optischen Effekts eines optischen Halbleiterlaserverstärkers oder dergleichen erreicht werden. y = x1x2 + x1x2 ≡ x1⊕x2 (1)
Der in 2 gezeigte Aufbau mit der Exklusiv-ODER-Funktion und der Rückkopplungsfunktion bildet ein lineares Rückkopplungsschieberegister im optischen Bereich. Der optische Verstärker 14 kann die Abfälle in den Impulsstärkepegeln aufgrund des Wellenleiterverlusts und Splitting kompensieren.
Die 5B, 5C, 5D und 5E zeigen jeweils das Verhalten von Impulsen an den Lichtwellenleitern 10-21, 10-36, 10-40 und 10-35 (Ausgang), wenn eine Verzögerung La zwischen dem Lichtwellenleiter 10-6 und den Lichtwellenleitern 10-20 und 10-21 und eine Verzögerung Lb zwischen dem Lichtwellenleiter 10-20 und den Lichtwellenleitern 10-35 und 10-36 gegeben ist. Hier ist La = {cT/(15n) – l} und Lb = {3cT/(15n) – l}, wobei l die Entfernung pro Takt von den Lichtwellenleitern 10-21 und 10-36 zum Lichtwellenleiter 10-6 ist. Die vorstehenden Verzögerungen können beispielsweise wie folgt erreicht werden. ΔL1 = ΔL4 = cT/(15n) – 3L – l, ΔL2 = ΔL3 = ΔL5 = ΔL6 = cT/(15n), La = ΔL1 + 3L, Lb = ΔL4 + ΔL5 + ΔL6 + 3L
Im Übrigen stellt L die untere Armlänge in jeden Kennlinien-variablen asymetrischen Mach-Zehnder-Interferometer dar. Es wurde angenommen, dass die unteren Armlängen bei allen sechs Interferometern gleich sind. Außerdem ist die Wirkung der durch unwesentliche Wellenleiterlängen, wie der Entfernung von den Lichtwellenleitern 10-21 und 10-36 zum Lichtwellenleiter 10-40 verursachten Verzögerung in den 5A bis 5E nicht gezeigt. Die 5A bis 5E zeigen, dass ein Impulsmuster bzw. eine Impulsfolge auf M Sequenzen (Schieberegistersequenzen mit maximaler Länge) mit einer Periode T und Sequenzlänge 15, das heißt, eine typische Zufallsimpulsfolge, implementiert werden kann.
Die 6A bis 6E zeigen das Verhalten der Impulse, wenn die Verzögerungen Lb {= 3cT/(15n) – l} und La {= cT/(15n) – l} jeweils dem Weg zwischen dem Lichtwellenleiter 10-6 und den Lichtwellenleitern 10-20 und 10-21 und dem Weg zwischen den Lichtwellenleiter 10-20 und den Lichtwellenleitern 10-35 und 10-36 zugeordnet sind. Die 6A bis 6E zeigen das Verhalten an den selben Position wie jenen in den 5A bis 5E.
Die 5A bis 5E und die 6A bis 6E zeigen, dass die variable optische Zufallsmusterimpulsfolge mit einer Sequenzlänge 15 (= 2⁴ – 1) unter Verwendung von lediglich vier der sechs Verzögerungseinrichtungen erhalten werden kann (das herkömmliche Beispiel verwendet 15 Verzögerungseinrichtungen). Das Verhältnis der Anzahl der Verzögerungseinrichtungen dieses Ausführungsbeispiels zu der des herkömmlichen Beispiels verringert sich mit einem Anstieg der Sequenzlänge. Das heißt, dass der Vorteil der vorliegenden Anordnung hinsichtlich des herkömmlichen Beispiels deutlich wird, wenn sich die Sequenzlänge der optischen Zufallsmusterimpulsfolge erhöht.
Ist der folgende Ausdruck (2) erfüllt, kollidieren die vom Lichtwellenleiter 10-2 zum Lichtwellenleiter 10-6 zurückgeführten Impulse nicht mit den Impulsen in der nächsten Periode von der optischen Impulsquelle 9.
wobei f die Wiederholfrequenz der optischen Impulsquelle 9 ist.
Die die vorstehende Bedingung erfüllende optische Impulsquelle kann durch einen modenverkoppelten Faserlaser oder dergleichen implementiert sein. Beispielsweise wurde eine optische Impulsquelle mit einer Wiederholfrequenz von 10 MHz und einer Impulsbreite weniger Picosekunden implementiert. Beim Erzeugen eines Impulsmusters mit einer Impulsperiode von 10 ps (Wiederholfrequenz 100 GHz) und einer Sequenzlänge von 15 (mit einer Periode von 150 ps und einer Wiederholfrequenz von 6,7 GHz) unter Verwendung der vorstehend angeführten Lichtquelle und silikatischen Wellenleitern (mit einem Gruppenbrechungsindex von ungefähr 1,5) wird die linke Seite der Ungleichung im vorstehenden Ausdruck (2) Δt = 1/f = 10⁵ ps, und die rechte Seite wird T = 150 ps. Somit ist es sehr einfach, die Bedingung des Ausdrucks (2) zu erfüllen.
Selbst wenn die Bedingung des Ausdrucks (2) nicht erfüllt ist, ist der Betrieb des optischen Impulsfolgengenerators derselbe, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: (1) Δt = KT, wobei K eine natürlich Zahl ist, und (2) die Phase des von der optischen Impulsquelle 9 zugeführten optischen Impulses unterscheidet sich von der Phase des optischen Rückkopplungsimpulses um ein ganzzahliges Vielfaches von 2π am Lichtwellenleiter 10-6, da sich in diesem Fall lediglich die Signalstärke von "1" als digitales Signal erhöht.
Zweites Ausführungsbeispiel
7 zeigt ein zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Figur ist die optische Impulsquelle 24 mit einer Kaskadenverbindung eines ersten symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers, das als optischer Kombinator und Splitter verwendet wird, und ersten und zweiten in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometern 202 und 203 verbunden. Die Endstufen der zwei in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 202 und 203 sind mit dem ersten symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 201 über ein zweites symmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer, das als optische Exklusiv-ODER-Schaltung verwendet wird, und einen optischen Verstärker bzw. Glasfaserverstärker 29 verbunden, wodurch eine Rückkopplungsschleife gebildet wird. Die Anzahl der Stufen in jedem der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 202 und 203 beträgt 3.
Wie in 7 gezeigt umfasst das vorliegende Ausführungsbeispiel des optischen Impulsfolgengenerators die optische Impulsquelle 24, optische Wellenleiter bzw. Lichtwellenleiter 25-1 bis 25-28, Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-1 bis 26-8, 3-dB-Richtkoppler 27-1 bis 27-4, Wellenleiterbrechungsindexsteuerabschnitte 28-1 bis 28-8 und einen Glasfaserverstärker 29.
Die in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 202 und 203 in 7 unterscheiden sich von den in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometern 102 und 103 in 2 darin, dass die Anschlüsse der Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis über ein Wegepaar an Stelle eines einzelnen Weges verbunden sind.
Beispielsweise enthält das in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 202 die vier Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-1 bis 26-4. Die zwei Ausgangsanschlüsse des eingangsseitigen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis (beispielsweise 26-1) sind mit den zwei Eingangsanschlüssen des ausgangsseitigen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis (beispielsweise 26-2) über die zwei Lichtwellenleiter (beispielsweise 25-8 und 25-9) mit unterschiedlichen Längen verbunden. Somit sind die drei Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer in Reihe geschaltet. In Folge dessen wird der Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-2 vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der ersten Stufe und vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der zweiten Stufe gemeinsam verwendet. Gleichermaßen wird der Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-3 vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der zweiten Stufe und vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der dritten Stufe gemeinsam verwendet.
Das in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 203 enthält auch die vier Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-5 bis 26-8. Die zwei Ausgangsanschlüsse des eingangsseitigen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis (beispielsweise 26-5) sind mit den zwei Eingangsanschlüssen des ausgangsseitigen Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Richtkopplers mit variablem Koppelverhältnis (beispielsweise 26-6) über die zwei Lichtwellenleiter (beispielsweise 25-17 und 25-18) mit unterschiedlichen Längen verbunden. Somit sind die drei Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer in Reihe geschaltet. In Folge dessen wird der Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-6 vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der ersten Stufe und vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der zweiten Stufe gemeinsam verwendet. Gleichermaßen wird der Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 26-7 vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder- Interferometer der zweiten Stufe und vom Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer der dritten Stufe gemeinsam verwendet.
Im Übrigen können die zwei in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 202 oder 203 als einzelnes Kennlinien-variables asymmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut sein.
Das zweite Ausführungsbeispiel verwendet auch die Schaltfunktionen mit dem Koppelverhältnis von 0% oder 100% in den Richtkopplern mit variablem Koppelverhältnis 26-1 bis 26-3 und 26-5 bis 26-7 gleichermaßen wie im Aufbau von 2. Außerdem werden variable Koppelverhältnisfunktionen in den Richtkopplern mit variablem Koppelverhältnis 26-4 und 26-8 verwendet. Demnach können der Weg zwischen dem Lichtwellenleiter 25-6 und Lichtwellenleitern 25-14 und 25-15 und der Weg zwischen dem Lichtwellenleiter 25-14 und Lichtwellenleitern 25-23 und 25-24 variable Verzögerungsunterschiede zwischen den Armen haben, die jeweils von null bis (ΔL1 + ΔL2 + ΔL3) und von null bis (ΔL4 + ΔL5 + ΔL6) mit der minimalen Einheit ΔLj reichen. Außerdem können Stärken der an den Lichtwellenleitern 25-15 und 25-24 ankommenden Impulse gleich gemacht werden.
Das in 7 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel kann denselben variablen Verzögerungsbereich an Hand des Aufbaus mit einer geringeren Anzahl an Richtkopplern mit variablem Koppelverhältnis als beim Aufbau in 2 erreichen. Demnach bietet es einen Vorteil einer weiteren Verringerung der Größe und des Verlusts der Einrichtung. Da es das lineare Rückkopplungsschieberegister im optischen Bereich bilden kann, kann es wie im Aufbau in
2 die optischen Zufallsmusterimpulsfolgen mit verschiedenen Perioden und Mustern am Lichtwellenleiter 25-23 (Ausgang) erzeugen.
Drittes Ausführungsbeispiel
8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Figur ist die optische Impulsquelle 30 mit einer Kaskadenverbindung eines ersten symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers, das als optischer Kombinator und Splitter 301 verwendet wird, und einem ersten und zweiten in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 302 und 303 mit demselben Aufbau wie in 7 verbunden. Die Endstufen der zwei in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 302 und 303 sind mit dem ersten symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 301 über ein zweites symmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer, das als optische Exklusiv-ODER-Schaltung 304 verwendet wird, und über einen optischen Verstärker bzw. Glasfaserverstärker 35 verbunden, wodurch eine Rückkopplungsschleife gebildet wird. Außerdem ist eine optische Verknüpfungseinrichtung 36 mit dem Ausgang des zweiten in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 303 verbunden. Die Anzahl der Stufen jedes der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometers 302 und 303 beträgt drei.
Wie es in 8 gezeigt ist, umfasst das vorliegende Ausführungsbeispiel des optischen Impulsfolgengenerators die optische Impulsquelle 30, optische Wellenleiter bzw. Lichtwellenleiter 31-1 bis 31-29, Richtkoppler mit variablem Koppelverhältnis 32-1 bis 32-8, 3-dB- Richtkoppler 33-1 bis 33-4, Wellenleiterbrechungsindexsteuerabschnitte 34-1 bis 34-8, den Glasfaserverstärker 35 und die optische Verknüpfungseinrichtung 36.
Der Aufbau kann optische Zufallmusterimpulsfolgen mit verschiedenen Perioden und Mustern erzeugen und diese aus dem Lichtwellenleiter 31-23 wie im in 7 gezeigten Aufbau ausgeben. Allerdings ist es für eine Impulsfolge für eine optische Markierung im Unterschied zu der optischen Zufallsmusterimpulsfolge für eine Einrichtungsevaluierung erforderlich, eine Impulsfolge lediglich während einer einzelnen Periode, wie der durch gestrichelte Linien in 5E eingeschlossenen, an Stelle des gesamten periodischen Zufallsmusters wie in 5B gezeigt zu verwenden. Aus diesem Grund ist die optische Verknüpfungseinrichtung 36 mit dem Lichtwellenleiter 31-23 für ein zeitliches Ausblenden zur Erzeugung der gewünschten Impulsfolge vom Lichtwellenleiter 31-24 verbunden. Als optische Verknüpfungseinrichtung 36 kann ein dielektrischer (wie LN) oder Polymerintensitätsmodulator, ein Halbleiter-EA-Modulator, ein optischer Halbleiterlaserverstärker oder dergleichen verwendet werden.
Abwandlungen
Obwohl die vorstehenden ersten bis dritten Ausführungsbeispiele lediglich eine optische Exklusiv-ODER-Schaltung 104, 204 oder 304 verwenden, ist dies nicht wesentlich. Beispielsweise ist es auch möglich, (M-1) optische Zwei-Eingangs-/Zwei-Ausgangs-Exklusiv-ODER-Schaltungen für M in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer zu verwenden, wobei M eine ganze Zahl größer als zwei ist.
In diesem Fall ist ein erster Ausgangsanschluss einer vorhergehenden optischen Exklusiv-ODER-Schaltung mit einem ersten Eingangsanschluss der nächsten optischen Exklusiv-ODER-Schaltung verbunden. Somit kann die Kaskadierung einer Vielzahl optischer Exklusiv-ODER-Schaltungen eine in Kaskade verbundene optische Exklusiv-ODER-Schaltung ausbilden.
Ist beispielsweise die Anzahl der in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer, die die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung bilden, gleich M, ist es möglich, die in Kaskade verbundene optische Exklusiv-ODER-Schaltung mit (M-1) in Reihe geschalteten optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen zu verwenden. In diesem Fall ist jeder zweite Ausgangsanschluss, der noch nicht verbunden ist, in jedem in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer, das die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung bildet, mit jedem Eingangsanschluss der in Kaskade verbundenen optischen Exklusiv-ODER-Schaltung verbunden.
Obwohl die vorstehenden ersten bis dritten Ausführungsbeispiele die Lichtwellenleiter 10-35, 25-23 und 31-23 als ihre Ausgänge verwenden, ist dies nicht wesentlich. Beispielsweise können die Lichtwellenleiter 10-5, 25-5 und 31-5 als deren Ausgänge verwendet werden. Nebenbei bemerkt können die Lichtwellenleiter 10-31, 25-27 und 31-28 als Ausgänge mit invertierter Intensität verwendet werden.
Ferner können die in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 102, 103, 202, 203, 302 und 303 willkürlich kombiniert werden.
Beispielsweise kann das in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 103 im Beispiel in 2 durch das in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 203 ersetzt werden. 9 zeigt den auf diese Weise angeordneten optischen Impulsfolgengenerator.
Auch kann das in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 102 im in 2 gezeigten Beispiel durch das in Kaskade verbundene Kennlinien-variable asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer 202 ersetzt werden. 10 zeigt den auf diese Weise angeordneten optischen Impulsfolgengenerator. Auch sind die in Kaskade verbundenen Kennlinien-variablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer 102 und 103 bei den in den 7 und 8 gezeigten optischen Impulsfolgengeneratoren anwendbar.
Die Lichtwellenleiterabschnitte, die die Ausführungsbeispiele des optischen Impulsfolgengenerators gemäß der Erfindung bilden, können unter Verwendung von Quarzglaswellenleitern hergestellt werden. Zuerst wird eine untere SiO₂-Mantelschicht auf ein Si-Substrat durch ein Feuerhydrolyseabschneideverfahren aufgebracht. Als zweites wird eine Kernschicht aus SiO₂-Glas aufgebracht, zu dem GeO₂ als Dotiersubstanz hinzu gefügt ist, worauf eine Konsolidierung in einem Elektroofen folgt. Als drittes wird die Kernschicht unter Verwendung der in 2 bis 4, 7 bis 10 gezeigten Muster zur Bildung der Kernabschnitte geätzt. Schließlich wird der obere SiO₂-Mantel aufgebracht, gefolgt von einer Konsolidierung, und ferner werden die Dünnfilmerhitzer und Metallverbindungen auf die vorgeschriebenen Lichtwellenleitern aufgedampft.
Im Übrigen sind die Lichtwellenleiterabschnitte, die den erfindungsgemäßen optischen Impulsfolgengenerator bilden, nicht auf Glaslichtwellenleiter beschränkt. Es ist ersichtlich, dass sie unter Verwendung dielektrischer Lichtwellenleiter, Halbleiterlichtwellenleiter, Polymerlichtwellenleiter oder Glasfasern oder dergleichen implementiert werden können. Es ist auch ersichtlich, dass ein integrierter Hybridaufbau aus einer Kombination von zwei oder mehr Wellenleitertypen implementiert werden kann.
Obwohl der optische Impulsfolgengenerator gemäß der Erfindung durch eine Kombination einer diskreten optischen Impulswelle, Lichtwellenleitern, eines Glasfaserverstärkers und optischer Verknüpfungseinrichtungen gebildet werden kann, ist ersichtlich, dass er durch deren Hybridintegration gebildet werden kann.

Claims

Optischer Impulsfolgengenerator, gekennzeichnet durch eine optische Impulsquelle (9, 24 und 30) zur Erzeugung eines optischen Impulses, einen mit einem Ausgang der optischen Impulsquelle (9, 24 und 30) verbundenen optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301), eine mit dem optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301) verbundene variable optische Verzögerungsleitungsschaltung, und eine oder mehrere mit der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung an Zwischenstufen und einer Endstufe der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung verbundene optische Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304), wobei ein Ausgang der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) mit dem optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301) verbunden ist.
Optischer Impulsfolgengenerator nach Anspruch 1, wobei der optische Kombinator und Splitter zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, wobei ein erster Eingang der zwei Eingänge mit der optischen Impulsquelle (9, 24 und 30) verbunden ist, die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist und eine Vielzahl in Kaskade verbundener kennlinienvariabler asymmetrischer Mach-Zehnder-Interferometer (102, 103, 202, 203, 302 und 303) enthält, die jeweils zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweisen, wobei ein erster Ausgang eines der in Kaskade verbundenen kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (102, 202, 302) mit einem ersten Eingang eines anderen der in Kaskade verbundenen kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (103, 203 und 303) verbunden ist, um dazwischen eine Kaskadenverbindung auszubilden, und ein erster Eingang der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung mit einem ersten Ausgang des optischen Kombinators und Splitters (101, 201 und 301) verbunden ist, Eingänge der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204, 304) mit zweiten Ausgängen der in Kaskade verbundenen kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (102, 103, 202, 203, 302 und 303) verbunden sind, und ein erster Ausgang der optische Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) mit einem zweiten Eingang des optischen Kombinators und Splitters (101, 201 und 301) verbunden ist.
Optischer Impulsfolgengenerator nach Anspruch 2, wobei die optischen Exklusiv-ODER Schaltungen (104, 204 und 304) kaskadiert sind.
Optischer Impulsfolgengenerator nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, und die Anzahl der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) um eins geringer als die Anzahl der in Kaskade verbundenen kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (102, 103, 202, 203, 302 und 303) ist.
Optischer Impulsfolgengenerator nach Anspruch 2 oder 3 oder 4, wobei jedes der in Kaskade verbundenen kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (102, 103, 202, 203, 302 und 303) zumindest ein kennlinienvariables asymmetrisches Mach-Zehnder-Interferometer enthält, das umfasst einen ersten Richtkoppler (11-1, 11-3, 11-5, 11-7, 11-9 und 11-11) mit variablem Koppelverhältnis mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen und einen zweiten Richtkoppler (11-2, 11-4, 11-6, 11-8, 11-10 und 11-12) mit variablem Koppelverhältnis mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen, die mit dem ersten Richtkoppler (11-1, 11-3, 11-5, 11-7, 11-9 und 11-11) mit variablem Koppelverhältnis über zwei optische Wellenleiter mit unterschiedlichen Längen verbunden sind.
Optischer Impulsfolgengenerator nach Anspruch 5, wobei ein erster Ausgang eines der kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (102, 202, 302) mit einem ersten Eingang eines anderen der kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (103, 203 und 303) zur Bildung einer Kaskadenverbindung der Beiden verbunden ist.
Optischer Impulsfolgengenerator nach Anspruch 5 oder 6, wobei der erste oder der zweite Richtkoppler (26-2, 26-3, 26-6, 26-7, 32-2, 32-3, 32-6 und 32-7) mit variablem Koppelverhältnis von zwei der kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (202, 203, 302 und 303) gemeinsam verwendet wird.
Optischer Impulsfolgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit zumindest einem optischen Verstärker (14, 29 und 35) an einer Position im Lichtweg.
Optischer Impulsfolgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Kombinator und Splitter (101, 201 und 301) aus einem symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer besteht.
Optischer Impulsfolgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) aus einem symmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer besteht.
Optischer Impulsfolgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer optischen Verknüpfungseinrichtung (36), die mit einem Ausgang der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung oder des optischen Kombinators und Splitters (101, 201 und 301) oder der optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) verbunden ist.
Optisches Impulsfolgenerzeugungsverfahren der Erzeugung einer optischen Zufallsfolgenimpulskette aus einem optischen Impuls, mit den Schritten Einkoppeln eines durch eine optische Impulsquelle (9, 24 und 30) erzeugten optischen Impulses in eine variable optische Verzögerungsleitungsschaltung über einen optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301), wobei die variable optische Verzögerungsleitungsschaltung eine Vielzahl in Kaskade verbundener kennlinienvariabler asymmetrischer Mach-Zehnder-Interferometer (102, 103, 202, 203, 302 und 303) enthält, Zuführen eines aus jedem der in Kaskade verbundenen kennlinienvariablen asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometer (102, 103, 202, 203, 302 und 303) ausgegebenen optischen Impulses zu dem optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301) über eine oder mehrere optische Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304), und Erzeugen einer Zufallsimpulskette von der variablen optischen Verzögerungsleitungsschaltung oder dem optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301) oder den optischen Exklusiv-ODER-Schaltungen (104, 204 und 304) durch Verwenden des dem optischen Kombinator und Splitter (101, 201 und 301) zugeführten optischen Impulses.