DE60316764T2

DE60316764T2 - Vorrichtung zum optischen Zeitdemultiplexen

Info

Publication number: DE60316764T2
Application number: DE60316764T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Watanabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: DE60316764D1; US20040109695A1; US7587140B2; EP1427124B1; JP3976673B2; EP1427124A2; EP1427124A3; JP2004193666A

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Demultiplex-(DEMUX)-Vorrichtung zum Extrahieren eines Signallichts einer Referenzrate, das ein Signallicht konfiguriert, das gemultiplext ist mit elektrischem Zeitmultiplexen oder optischen Zeitmultiplexen (ETDM, electrical time-division multiplexing oder OTDM, optical time-division multiplexing).
Beschreibung der Technik
ETDM/OTDM sind die vielversprechenden Multiplextechnologien zum Schnellermachen eines optischen Netzwerks und zum Erhöhen einer Kapazität hinsichtlich einer Implementierung eines ultra-schnellen optischen Netzwerks in der Zukunft. Wellenlängenmultiplexen (WDM, Wavelength Divison Multiplexing) ist die am passendste Multiplextechnologie für eine Langstreckenübertragung. Jedoch wird, da ein optischer Träger der Wellenlängen, deren Anzahl gleich ist zu der Anzahl der Kanäle, benötigt wird, eine Konfigurierung eines optischen Netzwerks komplex. Obwohl die Bitrate eines ETDM/OTDM Signals hoch wird bei Zeiten gleich zu der Anzahl der Kanäle, kann sie übertragen werden über einen einzelnen optischen Träger einer einzelnen Wellenlänge. Ihre Übertragungsdistanz ist begrenzt entsprechend einer Erhöhung in der Bitrate. Jedoch kann, falls solch ein Signal verwendet wird, für eine Kurzstreckenübertragung oder für eine Signalverarbeitung innerhalb eines optischen Knotens eines optischen Netzwerks, eine Konfigurierung signifikant verringert werden aufgrund der einzelnen Wellenlänge im Vergleich mit dem Fall, wo WDM verwendet wird. Zusätzlich kann, in der Verarbeitung, die ausgeführt wird innerhalb eines optischen Knotens, ein optisches Umschalten bzw. Vermitteln in einem Zeitregime verwendet werden. Deshalb kann eine Vermittlungsgeschwindigkeit bzw. Umschaltgeschwindigkeit verbessert werden in der Größenordnung von 10⁶ bis 10⁷ Mal im Vergleich mit dem Fall, wo eine Wellenlängenvermittlung verwendet wird.
Eines der Hauptprobleme, wenn ein ETDM/OTDM Signal verwendet wird, ist Demultiplexen.
Beispielsweise wird ein OTDM-Signal von 160 Gbit/s demultiplext mit einem kurzen Puls mit einer Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum) gleich zu oder kleiner als ungefähr 2 ps oder so, während ein Timing verschoben wird um ein Intervall von 6,25 ps für jeden Kanal. Zum Demultiplexen eines Signals von 10 oder 40 Gbits/s-Signal, was eine Referenzrate ist, von solch einem OTDM-Signal von 160 Gbits/s, wird eine optische Vermittlung, die eine Hochgeschwindigkeitsbetriebscharakteristik der Größenordnung von Picosekunden oder kleiner aufweist, dessen Extrahierungszeitintervall (Fenster) ausreichend kürzer ist als 6,25 ps, und die ausreichend angrenzende Kanäle eliminieren kann, benötigt. Solch ein Hochgeschwindigkeitsoptisches Demultiplexen ist schwierig elektrisch durchzuführen, weil Beschränkungen hinsichtlich der Betriebsgeschwindigkeit der Elektronik bestehen. Ein optisches Gate eines Mach-Zehnder-Interferometertyps, eine optische Vermittlung unter Verwendung eines Vier-Wellen-Mischens oder ein optisches Chirpen bzw. Zwitschern, eine Konfiguration, wo EA-Modulatoren verbunden sind, seriell, etc. wurden vorgeschlagen und soweit studiert.
Futami F et al: "All-optical data addition to a time slot in 160-Gb/s OTDM Signal using wavelength conversion by supercontinuum in a nonlinear fiber" OPTICAL COMMUNICATION, 2001. ECOC '01. 27. Europäische Konferenz, Seiten 306–307, stellt eine Fallenlass-Schaltung einer optischen Zeit-Demultiplexvorrichtung dar, die optische Pulse eines vorbestimmten 100 ps-Intervalls von einem ankommenden optischen Zeitmultiplexdatensignal extrahiert, das zusammengesetzt ist aus optischen Pulsen. Die Vorrichtung umfasst ein hoch nichtlineares dispersionsverschobenes Fiber bzw. Faser für ein Intensitätsmodulieren des ankommenden optischen Zeitmultiplexdatensignals durch Verwenden eines vorbestimmten Intervalls als Zyklus eines Steuerpulses. Eine Spitze stimmt überein mit einem optischen Puls, der gewünscht wird zu extrahieren, wobei die hoch nichtlineare dispersionsverschobene Faser auch gerichtet wird für ein Aufweiten eines Spektrums des ankommenden optischen Zeitmultiplexdatensignals kohärent durch Selbstphasenmodulation. Ein optisches Bandpassfilter wird verwendet zum Extrahieren der wellenlängen-umgewandelten Kopie der extrahierten Daten durch Ausfiltern des erzeugten Superkontinuum-Lichts.
Xia T J et al: "Novel self-synchronization scheme for highspeed packet TDM networks" IEEE Photonics Technology Letters, Band 11, Nr. 2, 1999, Seiten 269–271, beschreibt Intensitätsdiskriminatoren, die den ersten Puls eines übertragenen Pakets auswählen und den Rest unterdrücken, was darin resultiert, dass ein einzelner Puls von dem Paket extrahiert wird. Eine Art der beschriebenen Intensitätsdiskriminatoren verwendet ein spektrales Aufweiten aufgrund von Selbstphasenmodulation in einer dispersionsverschobenen Faser, kombiniert mit einer optischen Faser, wobei die Breite des geweiteten Spektrums eines Pulses eine nichtlineare Abhängigkeit von der Eingangsintensität aufweist.
Mit einer optischen Demultiplexschaltung, die eine optische UND-Schaltung verwendet, ausnützend einen nichtlinearen Effekt, wird ein Kanal demultiplext durch einen Steuerlichtpuls, wie in der japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 8-195732 angedeutet wird. Selbst mit dieser Schaltung enthält ein optischer Puls, nachdem er demultiplext wird, viel Übersprechen abhängig von dem Wert eines Halbbreitenwerts des Steuerlichtpulses.
Zusätzlich beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-27769 eine Konfigurierung, die eine optische Vermittlung verwendet. Auch in diesem Fall enthält ein optischer Puls, nachdem er demultiplext wird, ein Übersprechen abhängig von dem Wert eines Halbbreitenwerts eines Steuerlichtpulses.
Wie oben beschrieben, wird bei herkömmlichen verschiedenen optischen Demultiplexvorrichtungen ein Steuerlicht, das zusammengesetzt ist aus optischen Pulsen mit einer nah engen Pulsbreite interagiert mit einem Steuerlicht, und nur ein notwendiger optischer Puls wird extrahiert. Jedoch hängt das S/N-Verhältnis des extrahierten optischen Pulses ab von dem Grad der Enge der Breite des optischen Pulses des Steuerlichts. Falls die FWHM des optischen Pulses des Steuerlichts nicht ausreichend klein wird, werden nämlich einige optische Pulse neben einem zieloptischen Puls auch zusammen extrahiert, wenn der bestimmte optische Puls extrahiert wird von einem Signallicht mit einer sehr hohen Bitrate in der Zukunft. Dies ruft Rauschen in dem optischen Zielpuls bzw. zieloptischen Puls hervor. Sobald die Bitrate eines Signallichts sich erhöht, nimmt die Pulsbreite des optischen Pulses des Signallichts ab. Deshalb muss auch die FWHM des optischen Pulses des Steuerlichts kleiner werden entsprechend diesem Phänomen. Tatsächlich ist es jedoch schwierig, einen optischen Puls des Steuerlichts mit solch einer kleinen Pulsbreite zu erzeugen und demgemäß wird eine Vorrichtung zum Erzeugen solch eines optischen Pulses komplex und teuer.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Implementieren eines optischen Zeit-Demultiplexens für ein Hochgeschwindigkeits-ETDM/OTDM-Signal bereitzustellen mit einer einfachen und stabilen hohen Leistungsfähigkeit.
Eine optische Zeit-Demultiplex-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Zeit-Demultiplex-Vorrichtung, die einen optischen Puls eines vorbestimmten Intervalls von einem Signallicht extrahiert, das zusammengesetzt ist aus optischen Pulsen. Diese Vorrichtung umfasst: eine Intensitätsmoduliereinheit zum Intensitätsmodulieren des Signallichts durch Verwenden des vorbestimmten Intervalls als Zyklus, so dass eine Spitze mit einem optischen Puls übereinstimmt, der zu extrahieren gewünscht wird; eine Spektrumsexpandiereinrichtung zum Expandieren eines Spektrums des Intensitäts-modulierten Signallichts, so dass es breiter ist, so dass eine Intensität eines optischen Pulses höher ist; und eine Extrahiereinrichtung zum Extrahieren des expandierten Spektrums des optischen Pulses, der zu extrahieren gewünscht wird, in eine Position, wo ein expandiertes Spektrum eines unterschiedlichen optischen Pulses nicht hingelangt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein optischer Puls eines bestimmten Kanals, übertragen in vorbestimmten Zyklen, akkurat demultiplext werden von einem optischen Zeit-gemultiplexten Signallicht. Speziell wird, wenn ein Spektrum eines Signallichts expandiert wird, das Verhältnis, bei dem das Spektrum sich expandiert, hervorgerufen, abzuhängen von der Intensität der Spitze eines optischen Pulses. Deshalb werden, durch Extrahieren des Spektrums, eines demultiplexten optischen Pulses in eine Position, wo ein Spektrum eines optischen Pulses, das gewünscht wird nicht demultiplext zu werden, nicht hingelangt, einige der optischen Pulse der unterschiedlichen Kanäle nicht gemischt als Rauschen zur Zeit eines Demultiplexen. Als Ergebnis kann ein Demultiplexen mit guter Selektivität ausgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Grundkonfigurierung einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 erklärt das Prinzip der bevorzugten Ausführungsform;
3 zeigt eine Konfigurierung zum Anpassen des Timings der Spitze eines Modulationssignals mit einem Puls, der zu optisch demultiplexen ist;
4 zeigt eine bevorzugten Ausführungsform, die in dem Fall implementiert wird, wo ein EA-Modulator verwendet wird als ein optischer Amplitudenmodulator, ein moduliertes Signallicht eingegeben wird in eine optische Faser und ein Spektrum mit SPM expandiert wird, was innerhalb der optischen Faser auftritt;
5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, wo die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird auf ein optisches Kommunikationssystem; und
6 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, wo die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird auf eine optische ADD/DROP-Schaltung bzw. Hinzufüg-/Fallenlassschaltung in einem optischen Knoten.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die folgenden Funktionen.

(1) Amplitudenmodulieren eines Signallichts mit einem sich wiederholenden Signal einer Referenzfrequenz (10 GHz in dem Fall eines optischen De-Multiplexens in 10 Gbit/s) für optisches Demultiplexen. Zu dieser Zeit Anpassen des Timings des Modulationssignals auf den Puls eines Kanals, der optisch zu demultiplexen ist und Einstellen der Amplitude des Kanals, der optisch zu demultiplexen ist, dass sie größer ist als irgendein anderer der Pulse. Falls möglich ist es erwünscht, dass die Spitzenleistung eines angrenzenden Kanals fast halb oder geringer als die Spitzenleistung der Amplitude des Kanals ist, der optisch zu demultiplexen ist.
(2) Nach einem Leistungsverstärken des amplitudenmodulierten Signallichts mit einem optischen Verstärker, Eingeben des Signallichts in eine optische Faser, Expandieren des Spektrums mit Selbstphasenmodulation (SPM), die auftritt innerhalb der Faser (Erzeugen eines Spektrums genannt Superkontinuum), und Extrahieren einer Komponente unterschiedlich von einer Mittelwellenlänge von dem Spektrum mit einem optischen Bandpassfilter (optische BPF), wodurch die Unterdrückungseffizienz von benachbarten und anderen Kanälen verbessert wird.

Mit dem oben beschriebenen Verfahren kann ein ultraschnelles und befriedigendes optisches Demultiplexen implementiert werden.
1 zeigt die Grundkonfigurierung einer bevorzugten Ausführungsform.
Eine optische Amplituden-(Intensität-)Modulation, unter Verwendung einer sich wiederholenden Frequenz f (f < 1/T, und typischerweise, f ist eine Teilgrößenfrequenz von 1/T), wird ausgeführt für ein Signallicht mit einer Wellenlänge λs und einer Bitrate 1/T mit einem optischen Amplitudenmodulator (optischen Intensitätsmodulator) 10. Zu dieser Zeit wird eine Anpassung durchgeführt, so dass die Spitze der Amplitude (Intensität) des Modulationssignals mit dem Timing der Spitze eines Pulses übereinstimmt, der optisch zu demultiplexen ist. Das modulierte Signallicht wird eine optische Pulssequenz mit einer Spitze bei Zeitintervallen von 1/f. Als Nächstes wird das Spektrum dieses modulierten Signallichts expandiert mit einem Spektrumsexpandierer 11 (Superkontinuum wird erzeugt), und eine Komponente der Wellenlänge, die verschoben wird, wird extrahiert mit einem optischen BPF mit einer Mittelwellenlänge von λs' (λs' ≠ λs). Als Ergebnis können übrig bleibende angrenzende Pulskomponenten unterdrückt werden, und ein optisches Demultiplexen wird vervollständigt.
Als oben beschriebenes optisches Amplitudenmodulationsverfahren ist jedes optische Intensitätsmodulationsverfahren, wie z. B. ein Verfahren, das eine Modulation mit einem elektrischen Signal einer sich wiederholenden Frequenz f ausführt durch Verwenden eines Elektro-Absorptions-(EA)-Modulators oder eines LiNb0₃-Modulators, ein Verfahren, das einen optischen Taktpuls einer sich wiederholenden Frequenz f verwendet als Pumplicht von Vierwellenmischen (FWM), four-wave mixing) oder ein Steuerlicht einer kreuzweisen Modulation (XPM, cross-phase modulation) oder Ähnliches anwendbar. Indessen ist als das Verfahren, das das Spektrum eines modulierten Signallichts expandiert, ein Verfahren, das ein Chirpen bzw. Zwitschern verwendet, das auftritt innerhalb eines nichtlinearen optischen Mediums einer dritten Ordnung, wirksam.
2 erklärt das Prinzip der bevorzugten Ausführungsform.
Ein Signallicht, das gemultiplext wird mit ETDM/OTDM, hat eine Konfigurierung, wo optische Pulse von entsprechenden Kanälen wiederholt angeordnet werden in der Reihenfolge in einer Zeitrichtung, wie in 2A gezeigt. 2A zeigt den Fall, wo die Anzahl der Kanäle 4 ist. Obwohl die Anzahl der Kanäle tatsächlich von einem System abhängt, wird eine Erklärung bereitgestellt unter beispielhafter Annahme des Falls von vier Kanälen. Die ersten vier Pulse zu Beginn der optischen Pulssequenz sind die Pulse der Kanäle 1 bis 4. Diesen Pulse folgend, werden die zweiten optischen Pulse der Kanäle 1 bis 4 entsprechend angeordnet. In diesem Fall muss, falls Versuche unternommen werden, einen optischen Puls eines bestimmten Kanals von der optischen Pulssequenz, angeordnet in der Zeitrichtung, zu extrahieren, der optische Puls extrahiert werden zum passenden Timing einmal für jede 4 Pulse.
Demgemäß wird, wie oben beschrieben, eine Amplitudenmodulation in 4-Puls-Zyklen ausgeführt für die optische Pulssequenz mit der in 2A gezeigten Konfigurierung mit einem optischen Amplitudenmodulator. Zu dieser Zeit wird ein Einstellen derart durchgeführt, dass die Spitze der Amplitudenmodulation mit der des optischen Pulses des Kanals übereinstimmt, der zu extrahieren gewünscht wird.
Als Ergebnis wird das Signallicht der oben beschriebenen optischen Amplitudenmodulation unterzogen, so dass es eine optische Pulssequenz wird, wo der optische Puls des Kanals, der zu extrahieren gewünscht wird, die größte Pulsspitze ist. Als Nächstes wird ein expandiertes Spektrum, das auf die Spektrumsexpansion hinweist, die abhängt von der Höhe der Spitze des optischen Pulses, erzeugt mit einem nichtlinearen Effekt dritter Ordnung, etc.. 2B zeigt die Beziehung zwischen den optischen Pulsen und den Spektren, wenn solch eine Spektrumsexpansion durchgeführt wird.
In 2(B) ist die Spitze des Pulses 1 größer als die des Pulses 2. Die Spektren, die entsprechend erzeugt werden, werden gekennzeichnet als Spektren 1 und 2, die den Pulsen 1 bzw. 2 entsprechen. Wie oben beschrieben, wird ein Spektrumsexpansionsverfahren, mit dem ein Spektrum expandiert wird, um enger zu sein, für einen Puls mit einer kleinen Spitze, und ein Spektrum expandiert wird, um breiter zu sein für einen Puls mit einer großen Spitze, verwendet. Superkontinuumserzeugung, unter Verwendung des nichtlinearen Effekts der dritten Ordnung, ist ein Beispiel von solch einem Spektrumsexpansionsverfahren.
Wie es ersichtlich wird aus 2B, dehnt sich das Spektrum 1 des Pulses 1 aus zu dem Spektrum 2 des Pulses 2. Deshalb wird ein Bandpassfilter (BPF) bereitgestellt in diesem Teil, um nur das Licht des Spektrums 1 durchzulassen, wodurch nur das Licht des Pulses 1 von dem Teil des Signals des Pulses 2 vollständig eliminiert wird, extrahiert werden kann. Jedoch wird ein optischer Puls mit einer Mittelwellenlänge, die unterschiedlich ist von der Trägerwellenlänge des Pulses 1, erhalten als ein extrahierter Puls entsprechend dem Puls 1.
3 zeigt eine Konfigurierung zum Anpassen des Timings der Spitze eines Modulationssignals mit einem Puls, der optisch zu Demultiplexen ist.
Teile des Lichts, das zu extrahieren ist mit der Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aufgezweigt mit einem Koppler 20 und umgewandelt in ein elektrisches Signal mit einer Photodiode (PD) 21. Da das extrahierte Licht ein Signal ist, nachdem es zu dieser Zeit demultiplext ist, wird für seine Geschwindigkeit verringert auf die Bitrate eines Kanals. Selbst wenn eine Photodiode (PD), etc. verwendet wird, kann die Reaktionsgeschwindigkeit der PD diesem Signal nachkommen. Deshalb kann das Signal ausreichend empfangen werden.
Das elektrische Signal wird empfangen von einem Vergleicher 23, der das Signal mit einer Referenzleistung vergleicht. Dann wird ein Phasenverschieber 24 gesteuert mit einem Steuersignal 1, so dass die Phase (Timing) des Signals der Referenzfrequenz für ein optisches Demultiplexen, was oszilliert wird durch einen Oszillator 25, verschoben wird bis die Referenz erfüllt ist. Indessen wird das Signal, empfangen von der PD 21, eingegeben in eine Kanaldetektionsschaltung 22, die bestimmt, ob oder nicht ein korrekter Kanal extrahiert wird von diesem Signal. Falls der korrekte Kanal nicht extrahiert wird, wird die Phase des Signals der Referenzfrequenz für das optische Demultiplexen verschoben um benötigte Zeitschlitze mit einem Steuersignal 2 mit der Verwendung des Phasenverschiebers 24. Zum Detektieren eines Kanals, kann ein Signal zum Erkennen des Kanals auf ein Datensignal von jedem Kanal gelegt werden. Ein Verfahren, das solch ein Signal auf die anfänglichen wenigen Bits der Daten legt oder Ähnliches, ist anwendbar.
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, die in dem Fall implementiert wird, wo ein EA-Modulator verwendet wird als ein optischer Amplitudenmodulator, ein moduliertes Signallicht eingegeben wird in eine optische Faser und eine Spektrumsexpansion, die SPM verwendet, was auftritt innerhalb der optischen Faser, verwendet wird.
In 4 wird ein Signallicht eingegeben in einen EA-Modulator 30 und moduliert mit einem Modulationssignal. Zu dieser Zeit wird das Signallicht, nachdem es moduliert wird, einer Modulation unterzogen, so dass die Spitze des optischen Pulses eines Kanals, der zu extrahieren ist, am größten wird. Das Signallicht, nachdem es moduliert wird, wird verstärkt durch einen optischen Verstärker 31 und hindurchgegeben durch eine optischen Faser 32, die ein Medium ist, das den nichtlinearen Effekt dritter Ordnung kennzeichnet, so dass das Spektrum des Signallichts expandiert bzw. erweitert wird. Dann wird ein optischer Puls eines bestimmten Kanals extrahiert durch ein Bandpassfilter (BPF, band pass filter) 33, wie mit Bezug auf 2 beschrieben. Falls eine Vielzahl der Kanäle extrahiert wird, wird das Signallicht aufgeteilt bzw. aufgezweigt vor dem EA-Modulator 30 und Kanäle, die zu extrahieren gewünscht werden, werden extrahiert mit einer Konfiguration ähnlich zu der oben beschriebenen.
Wenn ein optischer Puls eingegeben wird in ein nichtlineares Medium dritter Ordnung, tritt ein Chirpen bzw. Zwitschern durch SPM oder XPM auf, und ein Spektrum wird expandiert. In 4 wird das modulierte Signal eingegeben in die optische Faser mit einer Gruppengeschwindigkeitsdispersion von β₂, und sein Spektrum wird expandiert mit SPM durch einen AN-Puls. Als Nächstes wird eine Komponente mit einer Mittelwellenlänge λs' unterschiedlich von dem Signallicht extrahiert mit dem BPF. Bei diesem Verfahren ist die Expansion eines Spektrums proportional zu der Spitzenintensität von jedem optischen Puls. Deshalb können übrig bleibende benachbarte Pulse wie oben beschrieben unterdrückt werden. Zusätzlich ist, selbst wenn die Form eines extrahierten Pulses verzerrt ist (Amplitudenfluktuation oder Amplitudenrauschen) aufgrund einer Übertragung, etc., die Intensität des Spektrums konstant innerhalb eines Bereichs, wo ein Zwitschern auftritt. Deshalb kann die Amplitudenfluktuation unterdrückt werden. Wellenformformen kann nämlich durchgeführt werden. Für Details dieser Funktionen sei auf die japanische Patentanmeldung Nr. 2001-2745 , die japanische Patentanmeldung Nr. 2002-264757 ( japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2002-77052 ) und japanische Patentanmeldung Nr. 2001-301952 hingewiesen, die schon eingereicht wurden.
Zum Implementieren dieser bevorzugten Ausführungsformen ist eine optische Faser mit einem verstärkten nichtliniearen Effekt, wie z. B. eine hoch nichtlineare optische Faser, eine photonische Kristall-Faser, eine Holey-Faser, etc., die in den schon eingereichten Patentanmeldungen erwähnt werden, effektiv als optische Faser. Für eine Dispersion β₂ einer optischen Faser ist, wenn eine Dispersion normal ist (β₂ > 0), wenn Dispersion flach ist (β₂ = konstant) oder Dispersion verringert ist, was eine Bedingung einer Soliton-adiabatischen Kompression gibt, verwendbar und optische Fasern, die diese Eigenschaften aufweisen, sind anwendbar. Hier wird normale Dispersion als bevorzugtes Beispiel beschrieben. Der Grund warum anormale Dispersion nicht bevorzugt ist, ist der, dass, falls eine Faser einer normalen Dispersion verwendet wird zum Expandieren eines Spektrums von Signallicht, das Spektrum expandiert wird, um rechteckförmig zu sein, während sein Wert hoch gehalten wird. Indessen wird, falls eine Faser einer anormalen Dispersion verwendet wird, das Spektrum sehr stark expandiert, aber seine Intensität wird klein, was zur Verschlechterung in dem S/N-Verhältnis eines Signals führt, das extrahiert wird von dem expandierten Spektrum.
5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, wo die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird auf ein optisches Kommunikationssystem.
Nachdem ein Signallicht, das ausgegeben wird von einem Sender 40, übertragen wird über eine optische Übertragungsleitung 42 und optisch demultiplext wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird es empfangen von einem Empfänger 41. Es muss nicht gesagt werden, dass eine optische Verstärkungsweiterleitübertragung, die einen optischen Verstärker verwendet, anwendbar ist auf die Übertragung, die über die optische Übertragungsleitung 42 durchgeführt wird, konfiguriert durch eine optische Faser.
6 zeigt ein Konfigurationsbeispiel, wo die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird auf eine optische Hinzufüg-/Fallenlassschaltung in einem optischen Knoten.
Ein gewünschter Kanal wird optisch demultiplext von einem Signallicht 1, das ausgegeben wird von einem Sender 48 und übertragen wird über eine optische Übertragungsleitung 45 an einen optischen Knoten, der konfiguriert ist durch die Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachdem das demultiplexte Licht übertragen wird über eine optische Übertragungsleitung 47, wird es empfangen von einem Empfänger 50. Indessen wird das ursprüngliche Signallicht 2, das nicht demultiplext wird, empfangen von einem Empfänger 49, nachdem es übertragen wird über eine optische Übertragungsleitung 46. Es sei bemerkt, dass das Signallicht 2 auch ein Signallicht sein kann, das aus einem optischen Hinzufügen eines Kanals resultiert, der nicht enthalten ist in dem Signallicht 1 in dem optischen Knoten.
Der Fall, wo der Kern einer optischen Faser mit Germanium dotiert ist, etc., um ein nichtlineares Medium dritter Ordnung zu erhalten, wird als Nächstes beschrieben.
Zum effektiven Erzeugen eines Chirps bzw. Zwitscherns durch SPM, ist es wirksam, den γ Wert einer optischen Faser zu erhöhen.
γ einer optischen Faser wird wie folgt repräsentiert.
wobei ω, c, n₂ und A_eff entsprechend eine optische Kreisfrequenz, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, einen nichtlinearen Brechungsindex der optischen Faser und eine effektive Kernfläche der optischen Faser kennzeichnen. Zum Erzeugen eines ausreichend großen Chirps mit einer kurzen Faser, ist es effektiv, dass n₂ erhöht wird in der Gleichung (1) oder ein Modenfelddurchmesser (MFD, mode field diameter) verringert wird, nämlich A_eff verringert wird zum Verbessern der optischen Intensität pro Einheitsabschnittsfläche. Als Mittel zum Erhöhen von n₂ gibt es Verfahren, wie z. B. ein Verfahren, das eine Ummantelung mit Fluorin dotiert, etc. und ein Dotieren eines Kerns mit einer relativ hohen Kommunizieren von GeO₂, etc.. Ein großer n₂-Wert von 5 × 10^–20m²/W oder mehr wird erhalten, wenn die Dotierkonzentration von GeO₂ 25 bis 30 mol% ist (n₂ ist 3,2 × 10^–20m²/W für eine normale Siliziumfaser). Indessen wird für eine Verringerung in dem MFD, ein MFD der Größenordnung 4 μm erhalten, wenn der spezifische Brechungsindexunterschied Δ zwischen einem Kern und einer Ummantelung in der Größenordnung von 2,5 bis 3% ist. Als Gesamteffekt dieser Effekte wird eine Faser mit relativ großem γ-Wert von 15 bis 20 W^–1km^–1 oder mehr erhalten.
Zusätzlich muss, um SPM effektiv zu erzeugen, eine chromatische Dispersion von solch einer Faser mit hoher Genauigkeit behandelt werden. In diesem Punkt kann auch die Behandlung durchgeführt werden durch Einstellen der oben beschriebenen Parameter wie folgt. Zuerst wird ein Dispersionswert normal groß in einem normalen Dispersionsbereich, falls Δ erhöht wird unter einer Bedingung, wo ein MFD konstant gemacht wird in einer normalen DCF (dispersionskompensierenden Faser). Indessen verringert sich die Dispersion, falls der Kerndurchmesser erhöht wird. Oder falls der Kerndurchmesser verringert wird, erhöht sich die Dispersion. Demgemäß kann die Dispersion verringert werden auf 0 durch Erhöhen des Kerndurchmessers in dem Zustand, wo der MFD gesetzt wird auf einen gewissen Wert in einem verwendeten Wellenlängenband. Umgekehrt kann auch eine gewünschte normale Dispersionsfaser erhalten werden.
Bei solch einem Verfahren wird eine hoch nichtlineare dispersionsverschobene Faser (HNL-DSF) oder eine DCF, dessen γ-Wert gleich ist zu oder größer als 15 W^–1km^–1, implementiert.
Ferner wird auch als ein Verfahren, das einen nichtlinearen Effekt verstärkt, ein Verfahren, das eine photonische Kristallfaser oder eine Holey-Faser verwendet, vorgeschlagen und diskutiert. Da der Freiheitsgrad des Entwerfens des Modes oder der Dispersion einer optischen Faser mit diesen Strukturen erhöht wird, kann ein MFD ferner verringert werden. Bei der Struktur einer Holey-Faser, unter Verwendung von Weichglas (SF57) innerhalb eines Kerns, wird ein γ-Wert so groß wie 550 W^–1km^–1 implementiert.
Wie oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Implementieren eines ultraschnellen optischen Demultiplexens mit ausreichender Kanalselektivität bereitgestellt werden.

Claims

Eine optische Zeitdemultiplexvorrichtung zum Extrahieren eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) eines vorbestimmten Intervalls (1/f) von einem Signallicht, das aus optischen Pulsen (ch1, ch2, ch3, ch4) zusammengesetzt ist, umfassend: eine Intensitätsmoduliereinrichtung (10) zum Intensitätsmodulieren des Signallichts durch Verwenden des vorbestimmten Intervalls (1/f) als Zyklus, so dass eine Spitze mit einem optischen Puls (ch1, ch2, ch3, ch4) übereinstimmt, der zu extrahieren gewünscht wird; eine Spektrumsexpandiereinrichtung (11) zum Expandieren eines Spektrums des intensitätsmodulierten Signallichts, so dass es breiter ist, so dass eine Intensität eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) höher ist; und eine Extrahiereinrichtung (BPF) zum Extrahieren des expandierten Spektrums des optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4), der zu extrahieren gewünscht wird, in eine Position, die außerhalb liegt eines expandierten Spektrums eines unterschiedlichen optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4); dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsmoduliereinrichtung (10) ein optischer Intensitätsmodulator ist, der angetrieben wird durch ein elektrisches Signal.
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Intensitätsmoduliereinrichtung (10) ein Elektroabsorptionsmodulator ist.
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Intensitätsmoduliereinrichtung (10) eine Intensitätsmodulation durch Eingeben eines optischen Taktpulses in ein nicht lineares optisches Element ausführt.
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spektrumsexpandiereinrichtung (11) eine Einheit ist, die eine Selbstphasenmodulation verwendet, die auftritt innerhalb einer optischen Faser.
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spektrumsexpandiereinrichtung (11) ein Spektrum expandiert durch Eingeben eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) in eine normale Dispersionsfaser mit einer Spitzenleistung so hoch wie ein Erzeugen eines nicht-linearen Effekts.
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine optische Faser, dessen Kern mit Germanium dotiert ist, und dessen spezifischer Brechungsindex des Kerns zu einer Ummantelung gesteuert wird, verwendet wird als die Spektrumsexpandiereinrichtung (11).
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine photonische Kristallfaser oder eine Holeyfaser verwendet wird als die Spektrumsexpandiereinrichtung (11).
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Extrahiereinrichtung (BPF) ein Bandpassfilter ist.
Die optische Zeitdemultiplexvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Zyklus eine Teilgröße einer Bitrate eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) des Signallichts ist.
Ein Zeitdemultiplexverfahren zur Verwendung in einer optischen Zeitdemultiplexvorrichtung, die einen optischen Puls eines vorbestimmten Intervalls (1/f) von einem Signallicht extrahiert, das zusammengesetzt ist aus optischen Pulsen (ch1, ch2, ch3, ch4), umfassend: Intensitätsmodulieren des Signallichts unter Verwendung des vorbestimmten Intervalls (1/f) als Zyklus, so dass eine Spitze mit einem optischen Puls (ch1, ch2, ch3, ch4) übereinstimmt, der zu extrahieren gewünscht wird; Expandieren eines Spektrums des intensitätsmodulierten Signallichts, so dass es breiter ist, so dass eine Intensität eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) höher ist; und Extrahieren des expandierten Spektrums des optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4), der zu extrahieren gewünscht wird, in eine Position, die außerhalb liegt eines expandierten Spektrums eines unterschiedlichen optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4); dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsmodulation ausgeführt wird unter Verwendung eines optischen Intensitätsmodulators (10), der angetrieben wird durch ein elektrisches Signal beim Intensitätsmodulieren.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach Anspruch 10, wobei eine Intensitätsmodulation ausgeführt wird unter Verwendung eines Elektroabsorptionsmodulators (10) beim Intensitätsmodulieren.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei eine Intensitätsmodulation ausgeführt wird durch Eingeben eines optischen Taktpulses in ein nichtlineares optisches Element bei dem Intensitätsmodulieren.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Spektrumsexpansion durchgeführt wird unter Verwendung einer Selbstphasenmodulation, die auftritt innerhalb einer optischen Faser beim Spektrumsexpandieren.
Das Zeitdemultiplexverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Spektrumsexpansion durchgeführt wird durch Eingeben in eine normal Dispersionsfaser eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) mit einer Spitzenleistung so hoch wie ein Erzeugen eines nicht linearen Effekts in dem Spektrumsexpandierschritt.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei eine optische Faser, dessen Kern mit Germanium dotiert ist, und dessen spezifischer Brechungsindex des Kerns zu einer Ummantelung gesteuert wird, verwendet wird in dem Spektrumsexpandierschritt.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei eine photonische Kristallfaser oder eine Holey-Faser verwendet wird in dem Spektrumsexpandieren.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei ein Bandpassfilter (BPF) verwendet wird beim Extrahieren.
Das optische Zeitdemultiplexverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der Zyklus eine Teilgröße ist einer Bitrate eines optischen Pulses (ch1, ch2, ch3, ch4) des Signallichts.