DE60213341T2

DE60213341T2 - Verfahren, Vorrichtung und System zur Wellenformgestaltung von Signallicht

Info

Publication number: DE60213341T2
Application number: DE60213341T
Authority: DE
Inventors: Fujitsu Limited Shigeki Kawasaki-shi Watanabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: DE60213341D1; EP1298485A2; US6853774B2; JP2003107541A; EP1298485B1; JP4472222B2; US20030063860A1; EP1298485A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Formung einer Wellenform von Signallicht.
Beschreibung von verwandter Technik
Ein optisches Gatter vom Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) Typ ist bekannt als eine konventionelle Wellenform-Formungsvorrichtung zum Durchführen von Wellenform-Formung auf der optischen Ebene. Dieses optische Gatter ist konfiguriert durch Integrieren eines Mach-Zender-Interferometers, der erste und zweite nichtlineare optische Medien beinhaltet, die jede beispielsweise zum Bereitstellen einer Phasenverschiebung auf einem optischen Wellenleitersubstrat bereitgestellt sind. Messlicht als CW-Licht wird gleichmäßig in zwei Komponenten aufgeteilt, die wiederum dem ersten und zweiten nichtlinearen optischen Medium zugeführt werden. Die optische Pfadlänge des Interferometers wird so eingestellt, dass kein Ausgangslicht durch Interferenz der zwei Komponenten des Messlichtes erhalten wird.
Ein optisches Signal wird ferner einem ersten und zweiten nichtlinearen optischen Medium zugeführt. Durch richtiges Einstellen der Leistungen der optischen Signale und des Messlichtes wird ein konvertiertes optisches Signal synchron mit dem optischen Signal von dem optischen Gatter ausgegeben. Das konvertierte optische Signal weist die gleiche Wellenlänge auf wie die des Messlichtes.
Es wurde vorgeschlagen, einen optischen Halbleiterverstärker (SOA, englisch: semiconductor optical amplifier) sowohl als das erste und zweite nichtlineare optische Medium zu verwenden. Beispielsweise wird ein InGaAs-SOA, der Endflächen aufweist, die mit Anti-Reflektionsbeschichtungen beschichtet sind, verwendet als jedes nichtlineares optisches Medium in einem 1,5 μm Band, und diese nichtlinearen optischen Medien sind auf einem InP/GaInAsP Substrat integriert, um ein optisches Gatter herzustellen.
Ein nichtlinearer optischer Schleifen-Spiegel (NOLM, Englisch: nonlinear optical loop mirror) ist bekannt als eine andere konventionelle Wellenformformungsvorrichtung. Der NOLM beinhaltet einen ersten optischen Koppler, der einen ersten und zweiten optischen Pfad aufweist, die gerichtet mit einander gekoppelt sind, einen optischen Schleifen-Pfad zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfades, und einen zweiten optischen Koppler, der einen dritten optischen Pfad gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad koppelt.
Durch Formen eines Teils oder des gesamten optischen Schleifen-Pfades von einem nichtlinearen optischen Medium und durch Zuführen von Messlicht und eines jeweiligen optischen Signals zum ersten optischen Pfad und dem dritten optischen Pfad, wird ein konvertiertes optisches Signal von dem zweiten optischen Pfad ausgegeben.
Im allgemeinen wird eine optische Faser als das nichtlineare optische Medium in dem NOLM verwendet. Ein solcher NOLM, der die Eigenschaften der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche umfasst, ist aus EP 1 130 456 A bekannt. Im allgemeinen wird ein NOLM, der einen SOA als das nichtlineare optische Medium verwendet, als ein SLALOM bezeichnet (Halbleiterlaserverstärker in einem Schleifen-Spiegel, englisch: semiconductor laser amplifier in a loop mirror).
In einem optischen Faserkommunikationssystem, das in den letzten Jahren in Gebrauch genommen wurde, wird eine Verminderung der Signalleistung aufgrund von Übertragungsleitungsverlust, Kopplungsverlust etc. kompensiert durch Verwendung eines optischen Verstärkers, so wie einem Erbium dotierten Faserverstärker (EDFA). Der optische Verstärker ist ein analoger Verstärker, der arbeitet, um ein Signal linear zu verstärken. In einem optischen Verstärker dieser Art wird verstärkte spontane Emissions- (ASE, englisch: amplified spontaneous emission) -Rauschen, das in Verbindung mit der Verstärkung erzeugt wird, hinzugefügt, was zu einer Verminderung des Signal/Rausch-Verhältnisses (S/N-Verhältnis) führt, so dass die Anzahl von Zwischenverstärkern limitiert ist, was zu einer Grenze der Übertragungsdistanz führt. Des weiteren ist die Wellenformdegradation aufgrund der chromatischen Dispersion, die eine optische Phase aufweist, und den nichtlinearen optischen Effekten in der Faser ein anderer Grund der Übertragungsgrenze. Um eine solche Grenze abzubauen, ist ein regenerativer Zwischenverstärker zum digitalen Bearbeiten eines Signals von Nöten. Im genaueren ist ein komplett-optischer regenerativer Zwischenverstärker, der in der Lage ist, alle Arten von Signalbearbeitung in der optischen Ebene auszuführen, wichtig für die Realisierung eines transparenten Betriebs, der unabhängig ist von der Bit-Rate, Pulsform etc. des Signals.
Die benötigten Funktionen für den komplett-optischen regenerativen Zwischenverstärker sind Amplituden Wiederherstellung oder Wieder-Verstärkung, Wellenform-Formung oder Neuformung, und Zeitsteuerungswiederherstellung oder neue eine Zeitsteuerung. Diese Funktionen werden als 3R Funktionen bezeichnet, und im genaueren werden die erste und zweite Funktion als 2R Funktionen bezeichnet.
Die 2R Funktionen können bereitgestellt werden durch Kombinieren einer Wellenform-Formungsvorrichtung und eines optischen Verstärkers, oder durch Verwendung einer Wellenform-Formungsvorrichtung, die eine optische Verstärkungsfunktion aufweisen. Ferner können die 3R Funktionen bereitgestellt werden durch zusätzliche Verwendung eines Takt-Regenerators parallel zu den 2R Funktionen.
Die vorliegenden Erfinder haben bereits eine Wellenform-Formungsvorrichtung zum Bereitstellen der 2R Funktionen und/oder der 3R Funktionen vorgestellt (Japanische Patentanmeldung Nr. Hei 11-293189). In dieser Vorrichtung sind zwei NOLM kombiniert, um dadurch den Freiheitsgrad der Wellenlängenkonversion zu erhöhen, in dem Fall des Erhaltens einer Funktion der Wellenform-Formung oder eines optischen Gatters.
Speziell in der Wellenform-Formungsvorrichtung zum Bereitstellen der 2R Funktionen und/oder der 3R Funktionen gibt es einen Fall, dass ausreichende 3R Funktionen nicht erhalten werden können aufgrund des Verschlechterungsgrades eines optischen Signals, auf dem die Extraktion des Taktpulses im Taktregenerator basiert.
Des weiteren wird im Fall des Anwendens von Wellenlängenmultiplexen (WDM, englisch: wavelength division multiplexing) zum dramatischen Erhöhen der Übertragungskapazität erwartet, dass die Wellenform-Formungsvorrichtung zum Bereitstellen der 2R Funktion und/oder der 3R Funktionen kompliziert sein könnte aufgrund der Anzahl der WDM-Kanäle. Demnach wird eine Wellenform-Formungsvorrichtung, die für WDM geeignet ist, verlangt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Wellenform-Formung bereitzustellen, die genügend 2R Funktionen und/oder 3R Funktionen erreichen kann.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wellenform-Formung bereitzustellen, die für WDM geeignet sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, umfassend die Schritte des Bereitstellen eines nichtlinearen optischen Schleifen-Spiegels, der einen ersten optischen Koppler umfasst, der erste und zweite optische Pfade beinhaltet, die gerichtet zueinander gekoppelt sind, wobei ein nichtlinearer optischer Schleifen-Pfad erste und zweite Fasern, beinhaltet, die unterschiedliche Eigenschaften zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfads aufweisen, und einen zweiten optischen Koppler, der einen dritten optischen Pfad beinhaltet, der gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad gekoppelt ist; und Zuführen von Messlicht und Eingeben von Signallicht von dem jeweiligen ersten und dritten optischen Pfad, und Ausgeben von optischen Signallicht von dem zweiten optischen Pfad, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Vorzeichen einer ersten Dispersion für das Eingangssignallicht in der ersten Faser sich von dem Vorzeichen einer vierten Dispersion für das Messlicht in der zweiten Faser unterscheidet, wodurch eine Dispersion für das Signallicht kompensiert wird, und ein Vorzeichen einer dritten Dispersion für das Messlicht in der ersten Faser sich von dem Vorzeichen einer vierten Dispersion für das Messlicht in der zweiten Faser unterscheidet, wodurch eine Dispersion für das Messlicht kompensiert wird, wobei die erste und zweite Faser Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlängen des Eingangssignallichtes und im wesentlichen in ihren Absolutwertern zueinander gleich sind, und wobei die erste und zweite Faser Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlänge des Messlichtes und im wesentlichen in ihren Absolutwerten zueinander gleich sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bereitgestellt, umfassend einen ersten optischen Koppler, der erste und zweite optische Pfade beinhaltet, die gerichtet zueinander gekoppelt sind; einen nichtlinearer optischer Schleifen-Pfad, der erste und zweite Fasern beinhaltet, die unterschiedliche Eigenschaften zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfads aufweisen; und einen zweiten optischen Koppler, der einen dritten optischen Pfad beinhaltet, der gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad gekoppelt ist; wobei der erste und dritte optische Pfad zum Zuführen von jeweils Messlicht und Eingangssignallicht angepasst sind, und Ausgangssignallicht wird aus dem zweiten optischen Pfad ausgegeben, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Vorzeichen einer dritten Dispersion für das Messlicht in der ersten Faser sich von dem Vorzeichen einer vierten Dispersion für das Messlicht in der zweiten Faser unterscheidet, wodurch eine Dispersion für das Messlicht kompensiert wird, wobei die erste und zweite Faser Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlängen des Eingangssignallichtes und im wesentlichen in ihren Absolutwertern zueinander gleich sind, und wobei die erste und zweite Faser Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlänge des Messlichtes und im wesentlichen in ihren Absolutwerten zueinander gleich sind.
Die Vorrichtung kann ferner eine erste optische Faserübertragungsleitung umfassen, die mit dem dritten optischen Pfad zum Propagieren von Signallicht und Ausgeben des Signallichtes zum dritten optischen Pfad als das Eingangssignal verbunden ist, und eine zweite optische Faserübertragungsleitung, die mit dem zweiten optischen Pfad zum Propagieren des Ausgangsignallichtes verbunden ist.
Die oberen und andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise der Realisierung dieser wird klarer, und die Erfindung an sich wird am besten verstanden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und der angefügten Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des NOLM (nichtlinearen optischen Schleifen-Spiegel) zeigt, der in der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
2 ist ein Graph, der die Ausgangscharakteristik des NOLM mit Bezug auf eine Phasendifferenz ΔΦ zeigt;
3 ist ein Diagramm zum Darstellen von Phasenanpassung im NOLM;
4A und 4B sind Diagramme zum Darstellen von Beispielen der Lagen der Wellenlängen der Signalpulse und Messpulse;
5 ist ein Diagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6A und 6B sind Diagramme zum Darstellen eines Beispiels der Lagen der Wellenlängen der Signalpulse und Messpulse;
7A und 7B sind Diagramme zum Darstellen eines anderen Beispiels der Lagen der Wellenlängen der Signalpulse und Messpulse gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Diagramm zum Darstellen eines weiteren Beispieles der Lagen der Wellenlängen der Signalpulse und Messpulse gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Diagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines in 11 gezeigten Takt-Regenerators zeigt;
13 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist ein Blockdiagramm, das eine vierte bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist ein Diagramm zum Darstellen eines Beispiels der Dispersionskompensation, so dass große Dispersionen mit unterschiedlichen Vorzeichen abwechselnd angeordnet sind;
16 ist ein Blockdiagramm, das eine Anwendung de r in 11 gezeigten bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
17 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines in 16 gezeigten Wellenform-Formers zeigt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden einige bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In allen Zeichnungen werden die im wesentlichen gleichen oder ähnlichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
Bezugnehmend auf 1 ist eine Konfiguration eines NOLM (nichtlinearer optischer Schleifen-Spiegel, englisch: nonlinear optical loop mirror) gezeigt, der auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Dieser NOLM beinhaltet einen ersten optischen Koppler 6, der einen ersten und zweiten optischen Pfad 2 und 4 beinhaltet, die gerichtet miteinander gekoppelt sind, einen optischen Schleifen-Pfad 8 zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfads 7 und 4, und einen zweiten optischen Koppler 12, der einen dritten optischen Pfad 10 beinhaltet, der gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad 8 gekoppelt ist.
Ein Teil des gesamten optischen Schleifen-Pfades 8 wird bereitgestellt durch ein nichtlineares optisches Medium NL. Das Kopplungsverhältnis des ersten optischen Kopplers 6 wird im wesentlichen auf 1 : 1 gesetzt.
Der Betrieb dieses NOLM wird nun in Kürze beschrieben. Wenn Messlicht, das eine Wellenlänge λ_c aufweist, in den ersten optischen Pfad 2 des optischen Kopplers 6 eingegeben wird, und ein optisches Signal, das eine Wellenlänge λ_s aufweist, in den dritten optischen Pfad 10 des optischen Kopplers 12 eingegeben wird, wird ein konvertiertes optisches Signal, das eine Wellenlänge λ_c aufweist, von dem zweiten optischen Pfad 4 des optischen Kopplers 6 ausgegeben. Das Messlicht kann kontinuierliches Licht (CW) sein oder aus optischen Pulsen bestehen. In dem gezeigten Beispiel ist das Messlicht CW-Licht.
Das Messlicht wird durch den optischen Koppler 6 in zwei Komponenten aufgeteilt, die dieselbe Leistung aufweisen. Die zwei Komponenten propagieren jeweils in den optischen Schleifen-Pfad in Uhrzeigerrichtung und entgegen der Uhrzeigerrichtung mit exakt derselben optischen Pfadlänge und werden als nächstes einer Phasenverschiebung ϕ durch das nichtlineare optische Medium NL unterzogen. Danach werden diese durch den optischen Koppler 6 vereint. Durch die Vereinigung dieser Komponenten beim optischen Koppler 6 sind diese hinsichtlich der Leistung und Phase identisch zueinander, so dass resultierendes Licht, das durch diese Vereinigung erhalten wird, von dem ersten optischen Pfad 2 ausgegeben wird, jedoch nicht von den zweiten optischen Pfad 4 ausgegeben wird, so als ob dieses durch einen Spiegel reflektiert wurde.
Wenn ein optisches Signal von der Mitte des optischen Schleifen-Pfades 8 durch den optischen Koppler 12 eingegeben wird, propagiert dieses optische Signal in den optischen Schleifen-Pfad 8 lediglich in eine Richtung von diesem (z. B. im Uhrzeigersinn in 1), und der nichtlineare Brechungsindex des nichtlinearen optischen Mediums NL ändert sich für das Licht, das in dieser Richtung propagiert, lediglich, wenn AN-Pulse durch dieses hindurchlaufen. Durch Vereinigung der zwei Komponenten des Messlichtes bei dem optischen Koppler 6 sind demzufolge die Phasen der zwei Komponenten des Messlichtes an deren synchronen Abschnitten mit Aus-Pulsen des optischen Signals übereinstimmend miteinander, und die Phasen der zwei Komponenten des Messlichtes bei deren synchronen Abschnitten mit AN-Pulsen des optischen Signals sind unterschiedlich voneinander. Wenn ΔΦ eine Phasendifferenz im letzten Fall bezeichnet, wird eine Ausgabe, die proportional ist zu {1 – cos(ΔΦ)}, von dem zweiten optischen Pfad 4 des optischen Kopplers 6 erhalten.
Durch Einstellen der Leistung des optischen Eingangssignals, so dass die Phasendifferenz π wird, ist es möglich, eine Schaltoperation auszuführen, so dass die zwei Komponenten, die beim Durchlaufen des AN-Pulses vereinigt werden, lediglich von dem zweiten optischen Pfad 4 ausgegeben werden. Somit wird die Konversion des optischen Signals, das die Wellenlänge λ_s aufweist, in das konvertierte optische Signal, das die Wellenlänge λ_c aufweist, durchgeführt. D.h., dass Wellenlängenkonversion auf den Daten des optischen Signals ausgeführt wird.
Unter der Annahme, dass ein optischer Kerreffekt (Kreuzphasenmodulation XPM, englisch: cross-phase modulation) durch das optische Signal und das Messlicht) als der nichtlineare optische Effekt verwendet wird, ist die Phasenverschiebung ΔΦ proportional zu γPL, wobei γ der nichtlineare Koeffizient des nichtlinearen optischen Mediums NL ist, P die optische Leistung in dem nichtlinearen optischen Medium NL ist, und L die Länge der Wechselwirkung des optischen Kerreffektes in dem nichtlinearen optischen Medium NL ist.
2 ist ein Graph, der die Ausgabecharakteristik des NOLM mit Bezug auf die Phasendifferenz ΔΦ zeigt. In einem Hauptteil dieses Graphen repräsentiert die vertikale Achse die Leistung Pout der konvertierten optischen Signalausgabe von dem zweiten optischen Pfad 4, und die horizontale Achse repräsentiert die Phasendifferenz ΔΦ. In der durch das Bezugszeichen 14 dargestellten Kosinuskurve korrespondiert die Phasendifferenz ΔΦ, die einen minimalen Wert gibt, mit Null, und die Phasendifferenz ΔΦ, die einen maximalen Wert gibt, korrespondiert mit π. Durch Korrespondieren des „0" Level (Pspace) und des „1" Level (Pmark) des optischen Eingangssignals jeweils mit O und π der Phasendifferenz ΔΦ, kann Rauschen, dass das optische Eingangssignal begleitet, unterdrückt werden. Dies ist so aufgrund der Tatsache, dass die Konversion gemäß {1 – cos(ΔΦ)}/2 eine gesättigte Charakteristik in der Nähe der Vorderflanke oder der Spitze von jedem Puls aufweist, ungleich zur linearer Verstärkungskonversion.
Ein typisches Beispiel eines nichtlinearen optischen Mediums NL in dem NOLM ist eine optische Faser. Eine dispersionsverschobene Faser (DSF, englisch: dispersion shifted fiber) wird hauptsächlich als die optische Faser verwendet, die in dem NOLM verwendet wird, und dessen Länge ist gewöhnlich mehrere km. Des weiteren wurde ein NOLM, der einen SOA (optischer Halbleiterverstärker, englisch: semiconductor optical amplifier) als das nichtlineare optische Medium NL verwendet, auch vorgeschlagen (SLALOM).
Der SOA vom NOLM Typ ist hinsichtlich Kompaktheit und Integration überlegen. Jedoch weist dieser Nachteile auf, so dass das Signal/Rausch Verhältnis (S/N) bei der Konversion reduziert wird durch den Einfluss von verstärktem spontanen Emissions- (ASE, Englisch: amplified spontaneous emission) -Rauschen, das von dem SOA hinzugefügt wurde, und dass Geschwindigkeitsbegrenzung hervorgerufen wird durch einen Trägereffekt.
Andererseits hat der NOLM des Fasertyps dahingehend einen Vorteil, dass die Reaktionszeit des nichtlinearen optischen Effekts der dritten Ordnung in der Faser in der Größenordnung von Femto-Sekunden sehr kurz ist. Da eine lange Faser benötigt wird, ist jedoch ein Hochpräzisionsdispersionsmanagement nötigt, um die Geschwindigkeitsbegrenzung zu eliminieren. Der NOLM des Fasertyps hat andere Probleme, so dass es schwierig ist die Abhängigkeit des optischen Eingangsignals von einem Polarisationszustand und mit Polarisationsfluktuationen in der Schleife zu bewältigen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung schlug einen kompakten NOLM vor, der eine hoch nichtlineare dispersionsverschobene Faser (HNL-DSF, englisch: highly nonlinear dispersion shifted fiber) verwendet, in der Japanischen Patentanmeldung JP 2000 010 129 A vor. Die vorliegende Erfindung stellt hauptsächlich eine hochleistungsfähige Wellenform-Formungsvorrichtung bereit, die konfiguriert ist durch Kaskadierung einer Vielzahl von NOLMs, die jeder identisch sind zu dem oben vorgeschlagenen durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung, um optische Signalbearbeitung zu realisieren, so wie optische 2R durch Verwenden dieser Wellenform-Formungsvorrichtung.
Als ein nichtlinearer optischer Effekt, der auf optische Signalbearbeitung in einem optischen Kommunikationssystem anwendbar ist, wird in Betracht gezogen, einen optischen Kerreffekt, so wie 3-Wellen-Mischen in einem nichtlinearen optischen Medium der zweiten Stufe oder Selbstphasenmodulation (SPM, englisch: self-phase modulation), Kreuzphasenmodulation (XPM), und 4-Wellen-Mischen (FWM, englisch: four-wave mixing) in einem nichtlinearen optischen Medium der dritten Stufen anzuwenden. Beispiele des nichtlinearen optischen Mediums der zweiten Ordnung beinhalten InGaAs und LiNbO₃. Beispiele des nichtlinearen optischen Mediums der dritten Ordnung beinhalten eine optische Faser und ein Halbleitermedium, so wie einen optischen Halbleiterverstärker (SOA) eine Laserdiode mit vereilten Rückführungen (DFB-LD, englisch: distributed feedback laser diode), und photonische Kristalle und Nanovorrichtungen.
Im genaueren kann die vorliegende Erfindung einen optischen Kerreffekt in einer optischen Faser einsetzen. Eine Mono-Moden Faser ist als die optische Faser geeignet, und im speziellen ist eine dispersionsverschobene Faser (DSF), die eine relativ kleine chromatische Dispersion aufweist, vorzuziehen.
Im allgemeinen wird der nichtlineare Koeffizient γ der dritten Ordnung einer optischen Faser wie folgt ausgedrückt: γ = ωn2/cAeff (1)wobei γ die optische Kreisfrequenz, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und n₂ und A_eff der nichtlineare Brechungsindex und der effektive Kernbereich der optischen Faser sind.
Der nichtlineare Koeffizient γ einer konventionellen DSF ist in etwa so klein wie 2,6 W^–1km^–1, so dass eine Faserlänge von mehreren km bis 10 km oder mehr notwendig ist, um eine genügende Konversionseffizienz zu erhalten. Wenn eine kürzere DSF verwendet werden kann, um eine genügende Konversionseffizienz zu realisieren, kann die Null-Dispersionswellenlänge mit hoher Genauigkeit geregelt werden, wodurch Hochgeschwindigkeitskonversion mit einem breiten Band realisiert wird.
Für die Verbesserung des nichtlinearen Effekts der dritten Ordnung einer optischen Faser ist es im allgemeinen wirksam, den nichtlinearen Brechungsindex n₂ in Gleichung (1) zu erhöhen, oder eine Lichtintensität durch Reduzieren eines Modenfelddurchmessers (MFD, englisch: mode field diameter), der mit dem effektiven Kernbereich A_eff in Gleichung (1) korrespondiert, zu erhöhen.
Der nichtlineare Brechungsindex n₂ kann erhöht werden durch Dotierung des Mantels mit Fluor oder dergleichen oder durch Dotierung des Kerns mit einer hohen Konzentration von GeO₂. Durch Dotierung des Kerns mit 25–30 mol% von GeO₂ kann ein großer Wert von 5 × 10^–20 m²/W oder mehr (in etwa 3,2 × 10^–20 m²/W für eine gewöhnliche Siliziumfaser) erhalten werden für den nichtlinearen Brechungsindex n₂.
Andererseits kann der MFD reduziert werden durch Auslegung einer relativen Brechungsindexdifferenz Δ zwischen dem Kern und dem Mantel oder durch Auslegung der Kernform. Ein solches Design bzw. Auslegung einer DSF ist ähnlich der einer dispersionskompensierenden Faser (DCF, englisch: dispersion compensating fiber). Beispielsweise kann durch Dotierung des Kerns mit 25–30 mol% von GeO₂ und Einstellung der relativen Brechungsindexdifferenz Δ auf 2,5 bis 3,0% ein kleiner Wert von weniger als 4 μm als der MFD erhalten werden. In Folge der kombinierten Effekte der Erhöhung des nichtlinearen Brechungsindex n₂ und der Reduzierung des MFD kann eine optische Faser (HNL-DSF), die einen großen Wert von 15 W^–1km^–1 oder mehr für den nichtlinearen Koeffizienten γ aufweist, erhalten werden.
Als einen anderer wichtiger Faktor weist die HNL-DSF, die einen großen nichtlinearen Koeffizienten γ wie oben erwähnt aufweist, eine Null-Dispersion in einem verwendeten Wellenlängenband auf. Dieser Punkt kann auch befriedigt werden durch Einstellen jedes Parameters auf die folgende Art und Weise. Eine Dispersion in einer gewöhnlichen DCF erhöht sich in einer normalen Dispersionsbereich mit einer Vergrößerung der Brechungsindexdifferenz Δ unter der Bedingung, dass der MFD konstant eingestellt ist. Andererseits verringert sich die Dispersion mit einer Erhöhung des Kerndurchmessers, wodurch sich die Dispersion erhöht mit einer Verringerung in einem Kerndurchmesser. Demzufolge kann die Dispersion auf Null reduziert werden durch Erhöhen des Kerndurchmessers unter der Bedingung, dass der MFD auf einen bestimmten Wert in einem verwendeten Wellenlängenband eingestellt wird.
In letzter Zeit wurde Forschung und Entwicklung für eine Mono-Moden Faser durchgeführt, die als photonische Kristallfaser oder Hohlfaser bezeichnet wird, die aus einer Vorform hergestellt wird, die eine Form einer Mehrfachkernfaser aufweist. Mit einer Faser dieser Art kann ein kleinerer MFD (Modenfelddurchmesser) realisiert werden, und eine solche Faser ist auch bei der vorliegenden Erfindung anwendbar. Eine solche optische Faser weist größere nichtlineare Effekte als die normale optische Faser auf, beinhaltend die photonische Kristallfaser, die im folgenden als eine HNL-DSF bezeichnet wird.
Eine Phasenverschiebung aufgrund des optischen Kerreffektes in einer optischen Faser, die eine Länge L aufweist, ist proportional zu γP_pL, wobei P_p die durchschnittliche Pumplichtleistung ist. Demzufolge kann die Faser, die einen nichtlinearen Koeffizienten γ von 15 W^–1km^–1 aufweist, dieselbe Konversionseffizienz erreichen, wie diese erreicht wird durch eine gewöhnliche DSF, selbst wenn die Faserlänge in etwa reduziert wird auf 2,6/15 = 1/5,7 verglichen mit der gewöhnlichen DSF. Wie oben erwähnt, benötigt die gewöhnliche DSF eine Länge von etwa 10 km für eine genügende Konversionseffizienz. Im Gegensatz dazu kann die HNL-DSF, die einen großen nichtlinearen Koeffizienten γ wie oben erwähnt aufweist, einen gleichen Effekt erzielen mit einer reduzierten Länge von etwa 1 bis 2 km. Im speziellen wird der Verlust in der Faser auf einen Betrag reduziert, der mit einer Verringerung in der Faserlänge korrespondiert, so dass die Faser weiter verkürzt werden kann, um die gleiche Effizienz zu erhalten. Somit kann in einer kurzen Faser die Kontrollierbarkeit der Null-Dispersionswellenlänge verbessert werden, und Ultra-Breitbandkonversion kann erreicht werden, wie im folgenden beschrieben wird. Wenn die Faserlänge mehrere km beträgt, kann die Polarisation fixiert sein. D.h., dass eine polarisationserhaltende Fähigkeit gewährleistet sein kann. Deshalb ist die Anwendung der HNL-DSF auf die vorliegende Erfindung hoch wirksam für das Erreichen einer hohen Konversionseffizienz und eines breiten Konversionsbandes und dem Beseitigen der Polarisationsabhängigkeit.
Um einen optischen Kerreffekt wirksam zu produzieren, speziell XPM durch Verwenden einer optischen Faser, und um die Konversionseffizienz des optischen Signals in das konvertierte optische Signal zu verbessern, muss eine Phasenanpassung zwischen dem Messlicht und dem optischen Signal erreicht werden. Diese Phasenanpassung wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben.
3 ist ein Diagramm zum Darstellen der Phasenanpassung in dem NOLM. Es wird nun angenommen, dass sowohl das Messlicht, das eine Wellenlänge λ_c aufweist, das dem optischen Pfad 2 zugeführt wird, und das optische Signal, das eine Wellenlänge λ_s aufweist, das dem optischen Pfad 10 zugeführt wird, optische Pulse sind. Die optischen Pulse, wie das Probenlicht, werden durch den optischen Koppler 6 verzweigt zu ersten Messpulsen, die im Uhrzeigersinn in dem optischen Schleifen-Pfad 8 propagieren, und zweite Messpulse, die entgegen der Uhrzeigerrichtung in dem optischen Schleifen-Pfad 8 propagieren. Die optischen Pulse als das optische Signal werden durch den optischen Koppler 12 durchlaufen gelassen, und propagieren im Uhrzeigersinn als Signalpulse in dem optischen Schleifen-Pfad 8.
Eine Phasenanpassungsbedingung in dem optischen Schleifen-Pfad 8 ist gegeben durch die Zeitsteuerungskoinzidenz der Signalpulse und der ersten Messpulse, die beide im Uhrzeigersinn in dem optischen Schleifen-Pfad 8 propagieren. Wenn die Zeitsteuerungskoinzidenz der Signalpulse und der ersten Messpulse nicht erreicht wird, ist die optische Kerr-Verschiebung durch XPM begrenzt, so dass eine Schwierigkeit des wirksamen Schalterbetriebs oder Gatterbetriebs verursacht wird.
Da die Wellenlänge der Signalpulse und die Wellenlänge der ersten Messpulse unterschiedlich sind voneinander, sind die Gruppengeschwindigkeit der Signalpulse und die Gruppengeschwindigkeit der ersten Messpulse unterschiedlich voneinander, was die Folge des Auftretens einer Zeitsteuerungsabweichung hat, die proportional zur Länge des optischen Schleifen-Pfades 8 ist (walk-off). Um diese Möglichkeit zu vermeiden, wird der Wellenlängenort vorzugsweise ausgewählt, so dass die Gruppengeschwindigkeit der Signalpulse und der ersten Messpulse gleich wird.
Der effektivste Wellenlängenort zum Minimieren der Zeitsteuerungsabweichung wird erhalten durch Positionieren der Wellenlänge der Signalpulse und der Wellenlänge der ersten Messpulse in einer im wesentlichen symmetrischen Beziehung in Bezug auf die Null-Dispersions-Wellenlänge des optischen Schleifen-Pfades 8. Über ein breites Band in der nähe der Null-Dispersions-Wellenlänge ändert sich die chromatische Dispersion im wesentlichen linear, so dass eine gute Phasenanpassungsbedingung erhalten werden kann durch Zusammenfallenlassen der Gruppengeschwindigkeiten der Signalpulse und der ersten Messpulse miteinander durch den oben erwähnten Wellenlängenort.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung kann daher die Phasenanpassungsbedingung erhalten werden durch Erfüllung der Beziehung λ_s + λ_c = 2λ₀, wobei λ₀ die Null-Dispersions-Wellenlänge des optischen Schleifen-Pfades ist, wodurch die Konversionseffizienz von dem optischen Signal in das konvertierte optische Signal verbessert wird.
Wenn es jedoch Variationen der Null-Dispersions-Wellenlänge an sich entlang der Faser gibt, werden die Gruppengeschwindigkeiten voneinander unterschiedlich trotz des oberen Wellenlängenortes, was zu einer Grenze eines Konversionsbandes und einer konvertierbaren Signalrate führt. Daher ist ein Konversionsband der Faser begrenzt durch Dispersion. Wenn die Dispersion entlang der Faser perfekt gesteuert ist, wenn z. B. eine Faser, die eine gleichmäßige Null-Dispersion-Wellenlänge über die gesamte Länge aufweist (exakt die nichtlineare Länge), hergestellt wird, könnte ein eigentlich unendliches Konversionsband (unbegrenzte Breite in einem Bereich, wo die Wellenlängenabhängigkeit der Dispersion linear ist) erhalten werden durch Positionieren der Wellenlängen des Messlichtes und des optischen Signals in eine symmetrische Beziehung zu dieser gleichmäßigen Null-Dispersions-Wellenlänge. Jedoch variiert die Null-Dispersions-Wellenlänge entlang der Faser, was zu einer Abweichung der Phasenanpassungsbedingung von einer idealen Bedingung führt, was wiederum zu einer Begrenzung des Konversionsbandes führt.
Ein erstes Verfahren zum Realisieren eines breiten Konversionsbandes ist die Verwendung einer HNL-DSF als ein Teil des gesamten optischen Schleifen-Pfades 8. In dem Fall, dass die HNL-DSF verwendet wird, kann eine ausreichende Konversion erreicht werden mit einer Länge von etwa 1 bis 2 km, so dass die Dispersionskontrollierbarkeit verbessert werden kann, um einfach eine Breitbandcharakteristik zu erhalten. Durch Unterdrückung von Variationen der Null-Dispersions-Wellenlänge in der Nähe eines Eingangsendes, wo die Produktionseffizienz eines optischen Kerreffekts hoch ist, kann das Konversionsband am wirksamsten verbreitet werden. Ferner kann durch Schneiden der Faser in eine Vielzahl von kleinen Abschnitten und anschließend ein Zusammenfügen einiger der kleinen Abschnitte, die in ihrer Null-Dispersions-Wellenlänge gleich sind, durch Verbinden oder dergleichen (in einer Ordnung, die unterschiedlich ist von der Anfangsordnung, gezählt von einem Faserende), ein breites Konversionsband erhalten werden, obwohl eine durchschnittliche Dispersion über die gesamte Länge unverändert ist.
Alternativ können viele Fasern, die jede eine Länge aufweisen (z. B. hunderte von Metern oder weniger), die eine hochgenaue Dispersionssteuerung ermöglicht, die benötigt wird zum Erhalten eines genügend breiten Konversionsbandes, im voraus präpariert werden, und jede dieser Fasern, die eine benötigte Null-Dispersions-Wellenlänge aufweist, kann kombiniert werden zum Zusammenfügen, wodurch eine Faser hergestellt wird, die eine benötigte Länge aufweist, um eine benötigte Konversionseffizienz zu erhalten.
Im Fall des Verbreiterns des Konversionsbandes, wie oben beschrieben, ist es wirksam, die Faserabschnitte zu sammeln, die weniger Variationen in der Null-Dispersions-Wellenlänge in der Nähe eines Eingangsende aufweisen (z. B. beide Enden eines nichtlinearen optischen Mediums), wo die Lichtintensität hoch ist. Ferner kann das Konversionsband weiter verbreitert werden durch Erhöhung der Anzahl von Faserabschnitten, wie diese benötigt werden, oder durch alternative Anordnung der positiven und negativen Vorzeichen der Dispersion bei einem relativ hohen Dispersionsabschnitt, der von dem Eingangsende getrennt ist, um dadurch geeignet die kleinen Abschnitte zu kombinieren.
Der Grad der Reduktion der Länge jedes Abschnitts durch Schneiden der optischen Faser kann beispielsweise auf der nichtlinearen Länge basieren. Die Phasenanpassung in einem nichtlinearen Effekt der dritten Ordnung in einer Faser, die genügend kürzer ist als die nichtlineare Länge, kann von der durchschnittlichen Dispersion der Faser abhängen. In einem nichtlinearen Effekt der dritten Ordnung bei Verwendung einer Pumplichtleistung von etwa 30 mW in einer Faser, die einen nichtlinearen Koeffizienten γ von 2,6 W^–1km^–1 aufweist, ist beispielsweise die nichtlineare Länge in etwa 12,8 km. In diesem Beispiel ist die Länge jedes Abschnitts in etwa auf 1/10 von 12,8 km eingestellt, d.h. in etwa 1 km. In einem anderen Beispiel für einen nichtlinearen Effekt der dritten Ordnung bei Verwendung einer Pumplichtleistung von etwa 30 mW in einer Faser, die einen nichtlinearen Koeffizienten γ von 15 W^–1km^–1 aufweist, ist die nichtlineare Länge etwa 2,2 km. In diesem Beispiel ist die Länge jedes Abschnitts in etwa auf 1/10 von 2,2 km eingestellt, d.h. etwa 200 m. In jedem Fall kann ein breites Konversionsband erreicht werden durch Messen einer durchschnittlichen Null-Dispersions-Wellenlänge der Faserabschnitte, die jeder kürzer ist als die nichtlineare Länge, und durch Kombinieren jeder dieser Faserabschnitte, die in etwa die gleiche Null-Dispersions-Wellenlänge aufweisen, um dadurch eine Faser zu konfigurieren, die eine benötigte Konversionseffizienz erreicht.
Zusätzliche Informationen über ein solches Verfahren zum Verbreitern des Bandes der FWM bei einer Faser wird detailliert in der Japanischen Patentanmeldung JP 2000 010 129 A beschrieben.
Wenn jedoch die Leistung des Pumplichtes, des Signallichtes oder des konvertierten Lichtes einen Grenzwert der stimulierten Brillouin-Streuung (SBS, englisch: stimulated Brillouin scattering) in der Faser übersteigt, wird die Effizienz der Produktion von XPM (Kreuzphasenmodulation) reduziert. Um den Effekt von SBS zu reduzieren, wird das Pumplicht oder das Signallicht Frequenzmodulation oder Phasenmodulation unterzogen. In einer solchen Modulation ist eine Modulationsrate von hunderten von kHz gut genug, und in dem Fall, dass das Signallicht ein Hochgeschwindigkeitssignallicht ist, das eine Signalrate in der Größenordnung von Gb/s aufweist, hat die Modulation fast keinen nachteiligen Effekt auf das Signallicht.
Der Betrieb des in 1 gezeigten NOLM benötigt die Beibehaltung des Polarisationszustandes des Messlichtes in dem optischen Schleifen-Pfad 8. D.h., dass nachdem die zwei Komponenten des Messlichtes, die durch den optischen Koppler 6 getrennt wurden, in dem optischen Schleifen-Pfad in Uhrzeigerrichtung oder entgegen der Uhrzeigerrichtung propagieren, müssen die zwei Komponenten zum optischen Koppler 6 in dem gleichen Polarisationszustand zurückgebracht werden.
Durch Verwendung der HNL-DSF kann der optische Schleifen-Pfad 8 mit einer kurzen Länge konfiguriert werden, die genügt, um den Polarisationszustand beizubehalten. Beispielsweise kann der Polarisationszustand in dem optischen Schleifen-Pfad 8 eingestellt werden durch Verwendung einer Polarisationssteuereinheit.
Im Wesentlichen wird der Polarisationszustand des optischen Signals im wesentlichen koinzident mit dem Polarisationszustand des Messlichtes gemacht. Jedoch können die Polarisationszustände des optischen Signals und des Messlichtes beeinflusst werden durch Polarisationsmodendispersion oder dergleichen in der Faser. Folglich ist es wünschenswert, die Polarisationszustände des optischen Signals und des Messlichtes zu optimieren, so dass die Leistung des Ausgangslichtes maximal wird.
Bezugnehmend auf die 4A und 4B sind Beispiele der Beziehung unter den Wellenlängen der Signalpulse (Signallicht) und der Messpulse (Messlicht) und der Null-Dispersions-Wellenlänge λ₀ des optischen Schleifen-Pfades 8 gezeigt. In dem Fall von kurzen Pulsen, die eine Pulslänge von mehreren Pikosekunden bis zu Subpikosekunden in einer NOLM aufweisen, wie diese in 3 gezeigt ist, ist es wünschenswert, eine temporale Abweichung (walk-off) zwischen den Signalpulsen und den Messpulsen zu minimieren, um XPM (Kreuzphasenmodulation) wirksam zu erzeugen.
In dem Fall, dass Pulse mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit, die eine Länge von 10 ps oder mehr aufweisen, in einer hoch nichtlinearen Faser, so wie eine HNL-DSF, verwendet werden, kann eine n-Phasenverschiebung erreicht werden mit einer relativ kurzen Distanz (in etwa 1 km). Folglich ist es nicht nötig, auf Faserdispersion sowohl der Signalpulse als auch der Messpulse, die in 4A dargestellt sind, zu achten.
In dem Fall der Verwendung von kurzen Pulsen, die in der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wird die Effizienz der Erzeugung von XPM jedoch extrem vermindert durch eine kleine Differenz in der Dispersion, was in dem Bedarf von sehr hoher Signalleistung resultiert.
Ein Verfahren zum Lösen dieses Problems ist die symmetrische Anordnung der Wellenlänge λ_s der Signalpulse und der Wellenlänge λ_c der Messpulse in Bezug auf die Null-Dispersions-Wellenlänge λ₀, wie in 4B gezeigt. In diesem Fall werden die Gruppengeschwindigkeitsdispersionen (GVDs, englisch: group velocity dispersions) der Signalpulse und der Messpulse im wesentlichen gleich zueinander, wodurch die effizienteste Erzeugung von XPM ermöglicht wird.
Die Dispersion in einer Faser, die eine Länge von etwa 1 km aufweist, die obwohl diese kurz ist, nicht konstant ist, ändert sich ein wenig in der longitudinalen Richtung der Faser. Wenn ferner der in 4B gezeigte Wellenlängenort eingestellt wird, ist die Beziehung unter den Wellenlängen begrenzt, was zu Begrenzungen des Bereichs der Anwendung führt.
Um dieses Problem zu lösen, wird in der vorliegenden Erfindung Dispersionskompensation auch eingesetzt. Durch Kombinieren einer Faser, so dass die Wellenlängen der Signalpulse und der Messpulse in einer normalen Dispersionsregion angeordnet sind, so wie in 6A gezeigt, und eine Faser, so dass die Wellenlängen der Signalpulse und der Messpulse in einer anormalen Dispersionsregion angeordnet sind, so wie in 6B gezeigt, kann der walk-off reduziert werden, um die effiziente Erzeugung von XPM zu ermöglichen, wie im folgenden beschrieben wird.
5 ist ein Diagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Vorrichtung beinhaltet einen ersten optischen Koppler 6, der einen ersten und zweiten optischen Pfad 2 und 4, die miteinander gerichtet gekoppelt sind, beinhaltet, einen optischen Schleifen-Pfad 8 zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfades 2 und 4, einen zweiten optischen Koppler 12, der einen dritten optischen Pfad 10 aufweist, der gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad 8 gekoppelt ist.
Das Kopplungsverhältnis des ersten optischen Kopplers 6 wird im wesentlichen auf 1 : 1 eingestellt. Ein Teil des gesamten optischen Schleifen-Pfades 8 wird bereitgestellt durch ein nichtlineares optisches Medium. Im genaueren wird der optische Schleifen-Pfad 8 bereitgestellt durch Spleißen von zwei Fasern 8(#1) und 8(#2), die jede konfiguriert ist durch eine HNL-DSF in dieser bevorzugten Ausführungsform, um ein breites Konversionsband und die oben erwähnten zusätzlichen Effekte zu erhalten.
Messlicht, das eine Wellenlänge λ_c und eine Leistung P_c aufweist, wird dem ersten optischen Pfad 2 zugeführt. Eingangssignallicht, das eine Wellenlänge λ_s (≠ λ_c) und eine Leistung P_s aufweist, wird dem dritten optischen Pfad 10 zugeführt. Als eine Folge wird Ausgangssignallicht, das eine Wellenlänge λ_c aufweist, und synchron mit dem Eingangssignallicht ist, von dem zweiten optischen Pfad 4 ausgegeben.
Messlicht kann CW-Licht oder Taktpulse sein, die eine Frequenz aufweisen, die identisch oder unterschiedlich von der Bit-Rate des optischen Eingangssignals ist, und synchron mit dem optischen Eingangssignal ist.
In der in 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird eine HNL-DSF als der optische Schleifen-Pfad 8 verwendet. Die Dispersion der HNL-DSF kann gemäß der Bit-Rate oder der Pulsform des Signallichtes geeignet optimiert werden. Beispielsweise wird im Fall eines Signals mit hoher Bit-Rate, das kurze Pulse verwendet, die Dispersion vorzugsweise so eingestellt, dass der walk-off zwischen zwei Pulsen nicht auftritt (bezugnehmend auf die vorangegangene Beschreibung mit Bezug auf 2). Beispielsweise wird angenommen, die Null-Dispersions-Wellenlänge der HNL-DSF in der Nähe der Mitte zwischen der Wellenlänge des Signallichtes und der Wellenlänge des Messlichtes wie oben beschrieben anzuordnen. In diesem Fall weisen die zwei Pulse im wesentlichen die gleiche Gruppengeschwindigkeit auf, so dass der walk-off minimiert werden kann. Ferner kann die Bestimmung, welches der Signallichtwellenlänge und der Messlichtwellenlänge in einer normal dispersiven Region und die andere in einer anormalen dispersiven Region angeordnet werden sollen, geeignet optimiert werden gemäß den Eigenschaften.
Gemäß eines vergleichenden Beispieles kann die Null-Dispersions-Wellenlänge länger oder kürzer als die Wellenlängen der zwei Pulse eingestellt werden. In diesem Fall kann der walk-off nicht minimiert werden. Jedoch können die folgenden Vorteile erreicht werden. In dem Fall der Einstellung der Null-Dispersions-Wellenlänge auf eine längere Wellenlänge fallen die Signallichtwellenlänge und die Messlichtwellenlänge in die normal dispersive Region, so dass instabiler Modulationseffekt unterdrückt werden kann. Umgekehrt, im Fall der Einstellung der Null-Dispersions-Wellenlänge auf eine kürzere Wellenlänge, fallen die Signallichtwellenlänge und die Messlichtwellenlänge in eine anormale dispersive Region, so dass ein Pulskomprimierungseffekt verwendet werden kann. Eine solche Einstellung der Null-Dispersions-Wellenlänge kann bestimmt werden gemäß tatsächlicher Systemzustände.
In der in 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der optische Schleifen-Pfad 8 durch eine HNL-DSF konfiguriert. In der HNL-DSF kann der nichtlineare Koeffizient der dritten Ordnung um das fünf bis zehnfache dessen einer konventionellen DSF erhöht werden, so dass das Produkt der Länge und der optischen Leistung, die benötigt wird zur Einstellung der Phasendifferenz ΔΦ auf π, auf 1/5 bis 1/10 reduziert werden kann. Folglich kann eine benötigte Länge für die gleiche Signalleistung auch reduziert werden auf 1/5 bis 1/10, mit der Folge, dass eine genügende Eigenschaft erhalten werden kann mit einer reduzierten Länge von 1 km oder weniger. Als eine Folge ist es möglich, einen NOLM bereitzustellen, der eine Signalratengrenze aufgrund von chromatischer Dispersion unterdrücken kann, die Polarisationsabhängigkeit von einem optischen Eingangssignal eliminieren kann, und den Bedarf von Messungen gegen Polarisationsfluktuationen in dem optischen Schleifen-Pfad Eliminieren kann.
Daher wird gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung jeder optische Schleifen-Pfad 8 bereitgestellt durch eine optische Faser als ein nichtlineares optisches Medium. Die optische Faser weist einen nichtlinearen Koeffizienten auf, der groß genug ist zum Reduzieren der Länge der optischen Faser in einem solchen Maße, so dass die optische Faser eine Möglichkeit der Erhaltung der Polarisationsebene aufweist. Folglich kann die Polarisationsabhängigkeit eines optischen Eingangssignals reduziert werden. Alternativ kann eine polarisationserhaltende Faser als die optische Faser, die jeden optischen Schleifen-Pfad 8 bereitstellt, für den gleichen Zweck verwendet werden.
In der in 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die Dispersionen der Fasern 8(#1) und 8(#2) jeweils D₁ und D₂, und die Phasenverschiebungen durch XPM in den Fasern 8(#1) und 8(#2) sind jeweils Φ₁ und Φ₂. Durch Einstellung der Dispersion D₁ und D₂ und der Phasenverschiebungen Φ₁ und Φ₂, so dass Φ₁ + Φ₂ = π und dass D₁ und D₂ sich gegenseitig Kompensieren, ist es möglich einen NOLM bereitzustellen, der den Einfluss des walk-off reduzieren kann, und den Einfluss der Pulsformverschlechterung aufgrund von Faserdispersion reduzieren kann.
6A und 6B zeigen ein vergleichendes Beispiel, in dem D₁ und D₂ das gleiche Vorzeichen aufweisen, und die Fasern 8(#1) und 8(#2) unterschiedliche Null-Dispersions-Wellenlängen von jeweils λ₀₁ und λ₀₂ aufweisen. Das heißt, dass die Null-Dispersionswellenlänge λ₀₁ der Faser 8(#1) länger eingestellt ist als die Wellenlänge λ_s und λ_s der Signalpulse und der Probenpulse, und die Null-Dispersions-Wellenlänge λ₀₂ der Faser 8(#2) kürzer eingestellt ist als die Wellenlängen λ_s und λ_c der Signalpulse und der Messpulse.
7A und 7B zeigen ein anderes Beispiel, in dem die Null-Dispersions-Wellenlänge λ₀₁ und λ₀₂ im wesentlichen gleich zueinander eingestellt sind und D₂ = –D₁ ist. Daher wird der optische Schleifen-Pfad 8 erhalten durch Kombinieren von zwei Fasern, deren Dispersionen und Dispersionssteigungen in deren Vorzeichen gegensätzlich sind, wodurch im wesentlichen die Dispersion sowohl der Signalpulse als auch der Messpulse komplett kompensiert wird. Folglich ist es möglich, einen NOLM bereitzustellen, der einen reduzierten walk-off und eine reduzierte Pulsformverschlechterung aufweist. Des weiteren kann XPM sehr effektiv erzeugt werden.
Als ein anderes Beispiel in 8 können die Fasern 8(#1) und 8(#2) bereitgestellt werden durch dispersionsgeglättete Fasern (DFFs, englisch: dispersion flattened fibers), die Dispersionen aufweisen, die in ihren Vorzeigen unterschiedlich sind zueinander und in ihren absoluten Werten gleich sind zueinander. In diesem Fall kann der Wellenlängenort des Signallichtes und des Messlichtes beliebig eingestellt werden.
9 ist ein Diagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der optische Schleifen-Pfad 8 konfiguriert durch Verbinden von N Fasern 8(#1) bis 8(#N) (N ist eine ganze Zahl größer als 2). Die Dispersionen der Fasern 8(#1) bis 8(#N) sind entsprechend D₁ bis D_N, und die Phasenverschiebungen durch XPM in den Fasern 8(#1) bis 8(#N) sind entsprechend ϕ₁ bis ϕ_N. Durch Einstellung der Dispersionen D₁ bis D_N und der Phasenverschiebungen ϕ₁ bis ϕ_N, so dass
ϕ₁ + ϕ₂ + ... + ϕ_N = π und D₁ + D₂ + ... + D_N = 0, kann eine Dispersionskompensation mit einer höheren Präzision durchgeführt werden, was die Bearbeitung von optischen Pulsen mit einer höheren Geschwindigkeit erlaubt.
Durch Einstellung des Wertes jeder Dispersion auf einen relativ großen Wert und abwechselnde Anordnung der großen Dispersionen mit unterschiedlichen Vorzeichen (+D und –D) zum Kompensieren der Dispersionen wie in 15 gezeigt, ist es im speziellen möglich, einen idealen NOLM bereitzustellen, der alle begrenzenden Faktoren, so wie Wellenformverschlechterung, walk-off und die Erzeugung von anderen nichtlinearen Effekten, das Vier-Wellenmischen beinhaltend, eliminiert.
10 ist ein Blockdiagramm, das eine erste bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses System ist konfiguriert durch Verbinden eines Überträgers 14, eines NOLM 16, der bereitgestellt ist durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, eines Empfängers 18 über optische Übertragungsleitungen 20 und 22. Signallicht vom Überträger 14 wird dem NOLM 16 bereitgestellt über die optische Faserübertragungsleitung 20. In dem NOLM 16 wird das Eingangssignallicht konvertiert zum Erhalten von konvertiertem Licht, das wiederum zu dem Empfänger 18 über die optische Faserübertragungsleitung 22 übertragen wird.
Beispielsweise wird optische Amplituden-(Intensitäts) Modulation angepasst als ein Modulationsverfahren für ein optisches Signal in dem Überträger 14. In diesem Fall kann direkte Detektierung beispielsweise im Empfänger 18 durchgeführt werden.
Jede der optischen Faserübertragungsleitungen 20 und 22 kann bereitgestellt werden durch eine Mono-Moden Siliziumfaser, einer 1,3-μm Null-Dispersions-Faser oder einer 1,55-μm dispersionsverschobenen Faser.
Durch Konfigurieren der HNL-DSF, die als das nichtlineare optische Medium des NOLM 16 eines Mono-Moden Typs verwendet wird, und durch Einstellung des Modenfelddurchmesser der HNL-DSF kleiner als der Modenfelddurchmesser jeder der optischen Faserübertragungsleitungen 20 und 22, ist es möglich einen nichtlinearen Koeffizienten zu erhalten, der groß genug ist zum Reduzieren der Länge der HNL-DSF.
Gemäß diesem System ist die Operation der Wellenform-Formung gemäß der vorliegenden Erfindung in dem NOLM 16 möglich, und das optische Ausgangssignal, das durch diese Operation mit oder ohne Wellenlängenkonversion erhalten wird, kann durch die optische Faserübertragungsleitung 22 übertragen werden.
Obwohl nicht dargestellt, können ein oder mehrere optische Verstärker entlang des optischen Pfades angeordnet sein, der die optische Faserübertragungsleitung 20 und 22 beinhaltet. In dem Fall, dass ein Erbium dotierter Faserverstärker (EDFA) als jeder optischer Verstärker verwendet wird, wird ASE-Rauschen in jedem optischen Verstärker erzeugt, und dieses wird entlang des optischen Pfades akkumuliert. Folglich kann in dem in 10 gezeigten System das SNR verbessert werden durch das Prinzip der Wellenform-Formung oder der Rauschunterdrückung in dem NOLM 16, wie oben erwähnt.
Während der NOLM 16 als ein Zwischenverstärker verwendet wird, der zwischen den optischen Faserübertragungsleitungen 20 und 22 in dieser bevorzugten Ausführungsform bereitgestellt ist, kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Inneren des Empfängers 18 bereitgestellt sein, wodurch die Verbesserung der Empfängerempfindlichkeit ermöglicht wird.
Obwohl nicht dargestellt, kann das in 10 gezeigte System ferner einen Dispersionskompensator zum Kompensieren der Dispersion von mindestens einer der optischen Faserübertragungsleitungen 20 und 22 enthalten. Beispielsweise stellt der Dispersionskompensator eine Dispersion zur Verfügung, die in ihrem Vorzeichen zu der Dispersion jeder optischen Faserübertragungsleitung unterschiedlich ist. Der absolute Wert der Dispersion des Dispersionskompensator wird so eingestellt, dass die Empfangsbedingung im Empfänger 18 optimal wird. Durch Verwendung des Dispersionskompensators kann der Einfluss der chromatischen Dispersion, die in jeder optischen Faserübertragungsleitung erzeugt wird, unterdrückt werden, wodurch eine Langstrecken-Übertragung ermöglicht wird.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses System beinhaltet einen optischen Zweig 24, einen Taktregenerator 26 und eine Vorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung. Dem optischen Zweig 24 wird ein Signallicht zugeführt, dessen Wellenform durch Dispersion oder nichtlineare optische Effekte während der Phaseübertragung verzerrt wurde, Signallicht, dessen Wellenform durch die Akkumulierung von ASE-Rauschen in optischen Verstärkern während wiederholter Übertragung unter Verwendung von optischen Verstärkern gestört wurde, oder Signallicht, das die Akkumulierung von Jitter aufgrund von Polarisationsmodendispersion oder dergleichen involviert. Der optische Zweig 24 verzweigt das Eingangssignallicht in erste und zweite Signallichter. Das erste und zweite Signallicht wird dem Taktregenerator 26 und der Vorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils zugeführt. Der Taktregenerator 26 erzeugt Taktpulse gemäß des ersten zugeführten Signallichtes. In dieser bevorzugten Ausführungsform weist das Eingangssignallicht eine Wellenlänge von λ_s und eine Geschwindigkeit (Bit-Rate) von f_s auf, und die Taktpulse weisen eine Wellenlänge von λ_c und eine Frequenz von f_s auf. Die von dem Taktregenerator 26 erzeugten Taktpulse werden in der Zeitsteuerung durch einen Zeitsteuerungs-Anpasser (nicht dargestellt) angepasst und als nächstes der Vorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung zugeführt.
Die Vorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung führt eine Wellenform-Formung an dem zweiten Signallicht und den zugeführten Taktpulsen durch, und gibt das regenerierte Signallicht aus. Das regenerierte Signallicht weist eine Wellenlänge von λ_c und eine Geschwindigkeit von f_s auf.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird Wellenform-Formung ausgeführt durch Verwendung von regenerierten Taktpulsen, wodurch Signalregeneration ermöglicht wird, die Zeitsterungs-Regeneration auf dem optischen Level beinhalten. Folglich ist es möglich, eine komplett optische 3R Signalregenerierungsvorrichtung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform bereitzustellen.
In der in 11 gezeigten bevorzugten Ausführungsform arbeitet die Vorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung als ein UND-Schaltkreis für das Signal, das eine Geschwindigkeit von f_s aufweist, und den Taktpulsen, die die Frequenz f_s aufweisen. Durch Einstellung der Frequenz der Taktpulse auf einen Wert, der durch Frequenzteiler erhalten wurde (z. B. in dem Fall, dass die Signalgeschwindigkeit 160 Gb/s ist, Einstellung der Frequenz auf 10 GHz), kann Demultiplexen eines OTDM (optisches Zeitmultiplexen, englisch: optical time division multiplexed) beispielsweise durchgeführt werden.
Der Taktregenerator 26 kann bereitgestellt sein durch einen Modem gekoppelten Laser zum Abtasten (locking in) einer Frequenzkomponente, die im Signallicht enthalten ist, und Taktpulse erzeugt, die eine Referenzfrequenz der Frequenzkomponente aufweisen. Alternativ kann Signallicht, das eine Wellenlänge von λ_s und eine Geschwindigkeit von f_s aufweist, in einen Laser eingegeben werden, der kontinuierlich bei einer Wellenlänge λ_c oszilliert, und ein in diesem Laser enthaltener optischer Modulator kann Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation durch das Signallicht unterzogen werden. Dann kann die optische Pfadlänge des Lasers eingestellt werden, so dass die Modulationsfrequenz der Resonanzperiode des Lasers entspricht, wodurch Taktpulse erzeugt werden, die eine Wellenlänge von λ_c und eine Frequenz von f_s aufweisen.
Bezugnehmend auf 16 ist eine Anwendung der in 11 gezeigten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. In dieser Anwendung ist ein Wellenform-Former 30 bereitgestellt hinter der Vorrichtung (z. B. optisches UND-Gatter) 28 gemäß der vorliegenden Erfindung, in 11 gezeigt, um Wellenform-Formung des regenerierten Signallichtes auszuführen, dass von der Vorrichtung 28 ausgegeben wurde. In dem Wellenform-Former 30 wird die Wellenlänge λ_c des regenerierten Signallichtes in λ_c' konvertiert, wie dieses benötigt wird zum Ausgeben von wellenform-geformten Signallicht.
17 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des in 16 gezeigten Wellenform-Formers 30 zeigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden Eingangspulse, die eine Wellenlänge λ_c aufweisen, durch einen optischen Verstärker 32 verstärkt. Die verstärkten Eingangspulse werden als nächstes in eine optische Faser (Dispersion: β₂) 34 als ein nichtlineares optisches Medium zum Erzeugen von Chirping eingegeben. Zu dieser Zeit, aufgrund des Amplituden-Rauschens in den Pulsen, wird Rauschen in der Nähe des Null-Levels in der Nähe der Originalwellenlänge aufgrund von kleinem Chirp konzentriert, wodurch Rauschen in der Nähe der Pulsspitze konzentriert wird in der Nähe der längsten Wellenlänge in dem verbreiteten Spektrum aufgrund von großem Chirp.
Folglich wird eine Komponente in der Nähe einer Wellenlänge in der Mittelregion mit wenig Rauschen extrahiert durch einen optischen Bandpassfilter (BPF, englisch: bandpass filter) 36 zum Erhalten von Ausgangspulsen, wodurch ferner der Effekt der optischen 2R Regeneration verstärkt wird.
Die Form jedes Ausgangspulses wird bestimmt durch das Durchlassband des optischen Bandpassfilters 36. Folglich kann eine gewünschte Pulsform eines optischen Signals erhalten werden durch optimale Auslegung der Bandcharakteristiken des optischen Bandpassfilters 36. Ferner kann durch Verwendung eines sogenannten Supercontinuum (SC), der einen speziell großen Chirp erzeugt, Wellenlängenkonversion der Ausgangspulse über einen breiten Wellenlängenbereich durchgeführt werden. Zusätzliche Information über diese Verfahren der Wellenform-Formung unter Verwendung von optischem Chirp sind detailliert in der Japanischen Patentanmeldung JP 2001 222 037 A und JP 2002 077 052 A beispielsweise beschrieben.
Gemäß der oben erwähnten bevorzugten Ausführungsform kann optische 2R und/oder 3R Regeneration ohne Wellenlängenkonversion (λ_c = λ_c') durchgeführt werden.
Während der ein chirpendes Medium enthaltende Wellenform-Former 30 hinter der Vorrichtung 28 gemäß der vorliegenden Erfindung in der in den 16 und 17 gezeigten bevorzugten Ausführungsform bereitgestellt ist, kann der Wellenform-Former 30 vor der Vorrichtung 28 positioniert sein zum vorläufigen Entfernen des Rauschens vor der Durchführung der optischen 2R und/oder 3R Regeneration. Ferner ist dieses Verfahren nicht lediglich auf die optische Signalregeneration anwendbar, die die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, sondern auch auf verschiedene Arten von optischer Signalregeneration unter Verwendung eines optischen Gatters.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Taktregenerators zeigt. Dieser Taktregenerator enthält einen optischen Pfad 82, der zwischen einem Eingangsanschluss 78 und einem Ausgangsanschluss 80 bereitgestellt ist, und einen aktiven Ringlaser 84, der eine optische Schleife 83 enthält, die optisch (z. B. gerichtet gekoppelt) an den optischen Pfad 82 gekoppelt ist.
Signallicht, das eine Wellenlänge von λ_s und eine Geschwindigkeit von f_s aufweist, wird dem Eingangsanschluss 78 zugeführt. Der aktive Ringlaser 84 beinhaltet einen optischen Verstärker 86 zum Kompensieren von Verlusten der optischen Schleife 83, so dass Laseroszillation in der optischen Schleife 83 auftritt, einen Einsteller 88 zum Einstellen der optischen Pfadlänge der optischen Schleife 83, so dass die Geschwindigkeit (oder Frequenz) f_s gleich wird zu einem integralen Vielfachen der Reziproken der Umlaufperiode der optischen Schleife 83, und einen optischen Modulator (oder nichtlineares optisches Medium) 90 zum Modenverschränken des Laseroszillators gemäß dem Signallicht. Der aktive Ringlaser 84 kann ferner einen optischen Bandpassfilter 92 beinhalten, der ein Durchlassband aufweist, das die Wellenlänge λ_c der Laseroszillation beinhaltet.
Mit dieser Konfiguration ist die Laserostzillation des aktiven Ringlasers 84 modengekoppelt, so dass Taktpulse, die eine Wellenlänge von λ_c und die Frequenz f_s aufweisen, erzeugt werden und von dem Ausgangsanschluss 80 ausgegeben werden. Folglich können Taktpulse erhalten werden ohne den Bedarf für opto/elektrische Konversion, und es ist möglich, einen komplett optischen Taktregenerator bereitzustellen, der nicht anfällig für die Geschwindigkeit und Pulsform des Signallichtes ist.
Der optische Modulator 90 kann bereitgestellt sein durch einen Elektro/Optischen-Modulator so wie einem LiNbO₃ Intensitätsmodulator und einem EA (Elektroabsorptions) Modulator. Alternativ kann ein Modulationsverfahren, das nichtlineare optische Effekte der zweiten Ordnung oder dritten Ordnung verwendet, oder Kreuzverstärkungsmodulation angepasst werden. In dem Fall des Verwendens von Vier-Wellen-Mischen in einer optischen Faser wird beispielsweise die Wellenlänge λ_s des Signallichtes auf eine Wellenlänge in der Nähe der Null-Dispersions-Wellenlänge der Faser eingestellt, um das kontinuierlich oszillierende Licht wirksam zu Amplitudenmodulieren, wodurch Taktpulse erzeugt werden. In dem Fall der Verwendung eines optischen Halbleiterverstärkers (SOA, englisch: semiconductor optical amplifier), kann Signallicht als Pumplicht verwendet werden. In dem Fall der Verwendung von Vier-Wellen-Mischen in einer DFB-LD in deren oszillierenden Zustand wird die Wellenlänge des Signallichtes auf eine Wellenlänge eingestellt, die unterschiedlich ist von der Wellenlänge des oszillierenden Lichtes in der DFB-LD, und dieses Signallicht wird mit einer relativ großen Leistung eingegeben zum Induzieren von Verstärkungssättigung, wodurch die Effizienz des Vier-Wellen-Mischens moduliert wird. Ferner kann das kontinuierlich oszillierende Licht wirksam Amplitudenmoduliert werden durch eine Kreuzverstärkungsmodulationseffekt (XGM, englisch: cross gain modulation). Dieser Effekt der XGM tritt auch im Fall der Verwendung von Vier-Wellen-Mischung in einem SOA auf, so dass XGM positiv verwendet werden kann.
Auch im Fall der Verwendung von nichtlinearen optischen Effekten der zweiten Ordnung kann im wesentlichen derselbe Effekt erhalten werden durch Verwendung von Signallicht als Pumplicht. Andererseits kann im Falle der Verwendung von Kreuzphasenmodulation (XPM) Amplitudenmodulation erzeugt werden durch Verwendung von Polarisationsfluktuationen aufgrund von Phasenmodulation.
Die in 11 gezeigte Vorrichtung kann als ein komplett optischer 2R regenerativer Zwischenverstärker oder 3R regenerativer Zwischenverstärker verwendet werden, der entlang einer Übertragungsleitung angeordnet ist, oder kann verwendet werden zum Verbessern einer Empfängerempfindlichkeit an einem Empfangsende. In jedem Fall wird hochqualitative Übertragung ermöglicht durch Kombinieren dieser Vorrichtung mit einem optischen Zwischenverstärker oder einem optischen Vorverstärker. In dem Fall, dass die Wellenform des Signallichtes durch die Dispersion oder nichtlinearen optischen Effekte in einer optischen Faserübertragungsleitung verzerrt wird, ist es wirksam, die Wellenform zu kompensieren durch Verwendung eines Dispersionskompensators oder eines nichtlinearen Kompensators (z. B. Phasenkonjugator) und danach die Wellenform-Formung oder Rauscheliminierung durchzuführen.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine dritte bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die WDM speziell angewendet ist. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann als eine optische Gatter-Vorrichtung 110 verwendet werden. Probenlicht Eprobe, das von der Messlichtquelle 112 ausgegeben wird, wird der optischen Gatter-Vorrichtung 110 zugeführt.
Ein optischer Multiplexer 113 ist mit einem Eingangsende der optischen Faserübertragungsleitung 62 verbunden. Optische Signale E_s1 bis E_s4 von vier Kanälen, die von optischen Überträgern 114(#1) bis 114(#4) ausgegeben werden, werden in ihrer Position und ihrer Zeitdomäne durch optische Verzögerungsschaltkreise 116(#1) bis 116(#4) jeweils eingestellt und danach dem optischen Multiplexer 113 zugeführt.
Die optischen Signale E_s1 bis E_s4 weisen entsprechende unterschiedliche Wellenlänge λ_s1 bis λ_s4 auf. Die optischen Signale E_s1 bis E_s4 werden erhalten durch Intensitätsmodulation durch kurze Pulse, die jeder eine Länge aufweist, die genügend kürzer ist als die Datenrepetitionszeit T. Diese optischen Signale E_s1 bis E_s4 werden sequentiell in der Zeit verschoben um T/4 jeweils durch die optischen Verzögerungsschaltkreise 116(#1) bis 116(#4). Folglich wird die Signallichtausgabe von dem optischen Multiplexer 113 ein Wellenlängenmultiplextes Signal, in dem die Signalpulse von allen Kanälen in der Zeit-Domäne nicht miteinander übereinstimmen.
Die Wellenlängenmultiplexte Signalausgabe von dem optischen Multiplexer 113 wird der optischen Gatter-Vorrichtung 110 zugeführt, in der die Wellenlängen von allen vier Kanälen in die Wellenlänge λ des Messlichtes konvertiert werden. Folglich ist das konvertierte Signallicht E_c, das von der optischen Gatter-Vorrichtung 110 ausgegeben wird, zu der optischen Faserübertragungsleitung 64 ein optisches Zeitmultiplextes Signal (OTM-Signal, englisch: optical time division multiplexed signal).
Daher kann das Wellenlängenmultiplexte Signal konvertiert werden in das optische Zeitmultiplexte Signal (WDM/OTDM-Konversion) gemäß dem in 13 gezeigten System.
Während das Vier-Kanal-Wellenlängenmultiplexte Signal in dieser bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist, ist die Anzahl der WDM-Kanäle nicht auf vier begrenzt. In dem Fall, das beispielsweise ein N-Kanal-Wellenlängenmultiplextes Signal verwendet wird (N = eine ganze Zahl größer als 1), wird ein N-Kanal-Optisches-Faltmultiplextes Signal erhalten. In diesem Fall werden N optische Verzögerungsschaltkreise verwendet, und die Zeitverschiebung, die durch jeden optischen Verzögerungsschaltkreis bereitgestellt wird, wird auf T/N eingestellt.
In der in 13 bevorzugten Ausführungsform werden die mehrere optische Verzögerungs-Schaltkreise 116(#1) bis 116(#4) verwendet zum Ändern jeder Zeitsteuerung der mehreren optischen Signale, die das WDM-Signallicht bilden (Wellenlängenmultiplextes Signal). Folglich wird im Fall der Anwendung dieser Konfiguration auf einen optischen Zwischenverstärker der optische Zwischenverstärker in dessen Konfiguration kompliziert. Dieser Punkt kann verbessert werden durch die folgende bevorzugte Ausführungsform.
14 ist ein Blockdiagramm, das eine vierte bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird ein einzelner optischer Verzögerungs-Schaltkreis 118 verwendet zum sequentiellen Verzögern einer Vielzahl von optischen Signalen, die das WDM-Signallicht zu einer Zeit bilden. Danach wird das WDM-Signallicht, das von dem optischen Verzögerungs-Schaltkreis 118 ausgegeben wird, über die optische Faserübertragungsleitung 62 der optischen Gatter-Vorrichtung 110 zugeführt. Als der optische Verzögerungs-Schaltkreis 118 kann ein optisches Medium, das eine chromatische Dispersion bereitstellt, verwendet werden. Beispielsweise kann durch Verwendung einer optischen Faser als das optische Medium, das eine Eigenschaft aufweist, das die Dispersion sich im wesentlichen linear mit der Wellenlänge ändert, im wesentlichen lineare Verzögerungen auf eine Vielzahl von optischen Signalen gegeben werden, wie in dem Fall der Einstellung der Verzögerungszeit in den mehreren optischen Verzögerungs-Schaltkreisen.
Daher wird der einzelne optische Verzögerungs-Schaltkreis in dem in 14 gezeigten System verwendet zum simultanen Geben der Verzögerungen auf die mehrere optische Signale, wodurch die Konfiguration der Vorrichtung vereinfacht wird, um die Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern.
Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System für die Wellenform-Formung bereitzustellen, die genügend 2R und/oder 3R Funktionen erhalten können. Ferner ist es auch möglich, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System für die Wellenform-Formung bereitzustellen, die für WDM geeignet sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform. Der Bereich der Erfindung ist definiert durch die beigefügten Ansprüche, und alle Veränderungen und Modifikationen, die in den Bereich der Ansprüche fallen, sind daher durch die Erfindung beinhaltet.

Claims

Ein Verfahren, die Schritte umfassend: Bereitstellen eines nichtlinearen optischen Schleifen-Spiegels, der einen ersten optischen Koppler (6) umfasst, der erste und zweite optische Pfade (2, 4) beinhaltet, die gerichtet zueinander gekoppelt sind, wobei ein nichtlinearer optischer Schleifen-Pfad erste und zweite Fasern (8(#1), 8(#2)) beinhaltet, die unterschiedliche Eigenschaften zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfads aufweisen, und einen zweiten optischen Koppler (12), der einen dritten optischen Pfad (10) beinhaltet, der gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad gekoppelt ist; und Zuführen von Messlicht (λ_c) und Eingeben von Signallicht (λ_s) von dem jeweiligen ersten und dritten optischen Pfad (2, 10), und Ausgeben von optischen Signallicht von dem zweiten optischen Pfad (4), dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare optische Schleifen-Pfad erste und zweite Fasern (8(#1), 8(#2)) beinhaltet, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, ein Vorzeichen einer ersten Dispersion für das Eingangssignallicht (λ_s) in der ersten Faser (8(#1)) sich von dem Vorzeichen einer vierten Dispersion für das Messlicht in der zweiten Faser (8(#2)) unterscheidet, wodurch eine Dispersion für das Signallicht (λ_s) kompensiert wird, und ein Vorzeichen einer dritten Dispersion für das Messlicht (λ_c) in der ersten Faser (8(#1)) sich von dem Vorzeichen einer vierten Dispersion für das Messlicht in der zweiten Faser (8(#2)) unterscheidet, wodurch eine Dispersion für das Messlicht (λ_c) kompensiert wird, wobei die erste und zweite Faser (8(#1), 8(#2)) Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlängen des Eingangssignallichtes (λ_s) und im wesentlichen in ihren Absolutwertern zueinander gleich sind, und wobei die erste und zweite Faser (8(#1), 8(#2)) Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlänge des Messlichtes (λ_c) und im wesentlichen in ihren Absolutwerten zueinander gleich sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaften Dispersionen oder Dispersionssteigungen sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eigenschaften Null-Dispersions-Wellenlängen sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gesamtbetrag der Phasenverschiebungen durch Kreuzphasenmodulation in der ersten und zweiten Faser annähernd Π ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die erste als auch die zweite Faser (8(#1), 8(#2)) eine Dispersionsabgeflachte Faser umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die erste als auch die zweite Faser (8(#1), 8(#2)) eine Photonische-Kristall-Faser umfasst, die eine Null-Dispersions-Wellenlänge in der Nähe der Wellenlängen des Eingangssignallichtes (λ_s) und des Messlichtes (λ_c) aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignallicht WDM-Signallicht umfasst, das durch Wellenlängenmultiplexen einer Vielzahl von optischen Signalen erhalten wird, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignallicht gepulstes Licht (λ_s) umfasst, wobei das Ausgangssignallicht (λ_c) mit dem Eingangssignallicht (λ_s) synchronisiert ist, und die Wellenlänge des Ausgangssignallichtes (λ_c) sich mit der Wellenlänge des Messlichtes (λ_c) überschneidet.
Eine Vorrichtung, umfassend: einen ersten optischen Koppler (6), der erste und zweite optische Pfade (2, 4) beinhaltet, die gerichtet zueinander gekoppelt sind; einen nichtlinearer optischer Schleifen-Pfad, der erste und zweite Fasern (8(#1), 8(#2)) beinhaltet, die unterschiedliche Eigenschaften zum Verbinden des ersten und zweiten optischen Pfads aufweisen; und einen zweiten optischen Koppler (12), der einen dritten optischen Pfad (10) beinhaltet, der gerichtet mit dem optischen Schleifen-Pfad gekoppelt ist; wobei der erste und dritte optische Pfad zum Zuführen von jeweils Messlicht und Eingangssignallicht (λ_c, λ_s) angepasst sind, und Ausgangssignallicht wird aus dem zweiten optischen Pfad (4) ausgegeben, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare optische Schleifen-Pfad erste und zweite Fasern (8(#1), 8(#2)) enthält, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, ein Vorzeichen einer dritten Dispersion für das Messlicht (λ_c) in der ersten Faser (8(#1)) sich von dem Vorzeichen einer vierten Dispersion für das Messlicht in der zweiten Faser (8(#2)) unterscheidet, wodurch eine Dispersion für das Messlicht (λ_c) kompensiert wird, wobei die erste und zweite Faser (8(#1), 8(#2)) Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlängen des Eingangssignallichtes (λ_s) und im wesentlichen in ihren Absolutwertern zueinander gleich sind, und wobei die erste und zweite Faser (8(#1), 8(#2)) Dispersionen aufweisen, die entgegengesetzt sind in ihren Vorzeichen in der Nähe der Wellenlänge des Messlichtes (λ_c) und im wesentlichen in ihren Absolutwerten zueinander gleich sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Eigenschaften Dispersionen oder Dispersionssteigungen sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Eigenschaften Null-Dispersions-Wellenlängen sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Gesamtbetrag der Phasenverschiebungen durch Kreuzphasenmodulation in der ersten und zweiten Faser annähernd Π ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei sowohl die erste als auch die zweite Faser (8(#1), 8(#2)) eine Dispersionsabgeflachte Faser umfasst.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei sowohl die erste als auch die zweite Faser (8(#1), 8(#2)) eine Photonische-Kristall-Faser umfasst, die eine Null-Dispersions-Wellenlänge in der Nähe der Wellenlängen des Eingangssignallichtes (λ_s) und des Messlichtes (λ_c) aufweist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Eingangssignallicht WDM-Signallicht umfasst, das durch Wellenlängenmultiplexen einer Vielzahl von optischen Signalen erhalten wird, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Eingangssignallicht gepulstes Licht (λ_s) umfasst, wobei das Ausgangssignallicht (λ_c) mit dem Eingangssignallicht (λ_s) synchronisiert ist, und die Wellenlänge des Ausgangssignallichtes (λ_c) sich mit der Wellenlänge des Messlichtes (λ_c) überschneidet.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine erste optische Faser-Übertragungsleitung (20), die mit dem dritten optischen Pfad (10) zum Propagieren von Signallicht (λ_s) und Ausgeben des Signallichtes zum dritten optischen Pfad als das Eingangssignallicht verbunden ist; und eine zweite optische Faser-Übertragungsleitung (22), die mit dem zweiten optischen Pfad (4) zum Propagieren des Ausgangssignallichtes (λ_c) verbunden ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Signallicht WDM-Signallicht umfasst, das durch Wellenlängenmultiplexen einer Vielzahl von optischen Signalen erhalten wird, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte: Zuführen von mindestens dem Eingangsignallicht oder dem Ausgangssignallicht zum nichtlinearen optischen Medium, um Chirp zu erzeugen; und Extrahieren einer spektralen Komponente, die sich von einer Zentralwellenlänge eines durch den Chirp verbreiteten Spektrums unterscheidet.
Ein Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend den Schritt zum Bereitstellen eines optischen Bandpass-Filters, der ein Durchlassband aufweist, das so eingestellt ist, dass die Wellenlänge der spektralen Komponente, die in dem Extraktionsschritt extrahiert wird, sich mit der Wellenlänge des Eingangssignallichtes überschneidet.