JP2002505548A - 光通信システムにおいて反多重化するためのシステムおよび方法 - Google Patents

光通信システムにおいて反多重化するためのシステムおよび方法

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JP2002505548A JP2000533968A JP2000533968A JP2002505548A JP 2002505548 A JP2002505548 A JP 2002505548A JP 2000533968 A JP2000533968 A JP 2000533968A JP 2000533968 A JP2000533968 A JP 2000533968A JP 2002505548 A JP2002505548 A JP 2002505548A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 光通信システムにおける反多重化装置である。回路内に配されて、二光子吸収が生じることのできるオプトエレクトロニクス機器１と、受け取った光学的多重チャネル信号をオプトエレクトロニクス機器１へ供給する手段と、オプトエレクトロニクス機器１に制御光信号を所定の反復率で送り、そして同時に探知されたチャネルを選ぶための手段とを備え、オプトエレクトロニクス機器１は、非線形二光子吸収効果によりもとの電流に相当する電流を発生する回路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光ファイバをベースとする通信システムにおいて反多重化
するシステムおよび方法に関する。
【０００２】 なお、本明細書において、多重化（マルチプレクサ）とは、複数個の入力線か
らのデータを１本の出力線に多重化することをいい、反多重化（デマルチプレク
サ）とは１本の共通線上において多重化された信号を複数本の出力線の指定され
たものに分配することをいう。
【０００３】
【従来の技術】
安定性の高い、コンパクトなそして頑丈な超高速スイッチを用いることはは、
光学的時分割多重化伝送（ODTM）において不可欠である。大容量ODTMシステムに
おいて反多重化を達成するために、光学的に非線形である全光学的スイッチを用
いることが必要である。実証された二つの高速全光学的反多重化装置としては、
光ファイバーのカー効果を基礎とした非線形光学的ループミラー（NOLM）と、半
導体光増幅器（SOAs）におけるキャリアの消耗に関連した非線形を基礎とするテ
ラヘルツ非対称反多重化装置（TOAD）とがある。NOLMと反多重化を基礎とするTO
ADとは、640Gbit/s以上で動作するシステムにおいて全光学的反多重化装置とし て用いることができることが証明されている。しかしながら、NOLMにおける高速
スイッチは、特殊なファイバと正確な波長の制御と、ゼロ分布波長ファイバあた
りの制御パルスとを必要とする。一方、TOADをともなう、SOAにおける消耗は、 最小制御パルス幅と最大スイッチスピードとを限ることを示されている。
【０００４】
【発明の要約】
本発明の一態様は、光通信システムにおける反多重化であって、回路内に配さ
れて、二光子吸収が生じることのできるオプトエレクトロニクス機器と、受け取
った光学的多重チャネル（channel）信号をオプトエレクトロニクス機器へ供給 する手段と、オプトエレクトロニクス機器に制御光信号を所定の反復率で送り、
そして同時に探知されたチャネルを選ぶための手段とを備え、光学的電子装置は
、非線形二光子吸収効果によりもとの電流に相当する電流を発生する回路を形成
するものである。
【０００５】 また、他の態様は、光通信システムにおいて、選ばれたチャネルに反多重化す
る方法であって、受け取った光学的多重チャネル信号を、回路において二光子吸
収効果が起こりうるオプトエレクトロニクス機器に送り、そして、装置に制御光
信号を所定の反復率（repetition rate）で送り、そして同時に探知されたチャ
ネルを選択し、非線形二光子吸収効果によりもとの電流に相当する電流を発生す
る、ものである。
【０００６】 本発明は、ODTM反多重化システムおよび反多重化方法において、TPAあるいは 二光子吸収効果を利用するシステムおよび方法である。TPAは、オプトエレクト ロニクス機器における非線形減少であり、電気装置において二光子は、一対の一
つの電子ホールが形成されるため、吸収される。オプトエレクトロニクス機器は
、光学的探知機、またはレーザダイオードやその他のオプトエレクトロニクス機
器により構成するとよい。または、他の適当な、光にさらされた時に、電子の結
合を引き起こすような半導体波ガイド機構（semiconductor wave guide stru
cture）により構成するとよい。この発明に従って二光子吸収効果によって重要 な電流が生成されるため、受信されて用いられる光におけるエネルギーより、装
置の結合における周波数帯のギャップにうち勝つために必要とされるエネルギの
方が大きいため、非線形装置の波長は、受け取る光の波長より小さくなければな
らない。
【０００７】 この発明における高速ODTM信号と、ODTM信号における個々のチャネルの反射率
である光学的制御パルスは、オプトエレクトロニクススイッチ装置へ同時に入力
される。ODTM信号の波長と制御パルスとによっては、光子は線形吸収によって電
気ホールの対を形成するための充分なエネルギーを得ていない。しかしながら、
装置の二光子吸収効果によって電気ホールの対が形成され、TPAの非線形性のた め、外部回路において生成されたキャリアの数は付随する力の二乗に比例する。
光学的制御パルスが同時に発生し、ODTM信号におけるデータ信号パルスの列と同
調した光学的制御パルスの列のパワーが高くなることにより、TPA効果の非線形 のために外部回路において信号パルスは、重要な電気信号を生成するであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はいくつかの多重化チャネルを持つOTDM信号からチャネルを反多重化する
本発明の反多重化回路を示している。図中回路で使用されるオプトエレクトロニ
クス機器１はレーザーダイオードであるが、他のどんな形式のオプトエレクトロ
ニクス検出器、又は装置、又はTPAが存在しうる半導体波ガイド構成（semicondu
ctor wave guide structure）でも、レーザダイオード１に換えて使用すること ができる。このシステムでは、ハイスピードのOTDMをTPA経由でこのようなオプ トエレクトロニクス機器において反多重化するために光学的制御パルスが使われ
る。高速光学的時分割多重化伝送信号と光学的制御パルスは光学的カップラ２に
よって光学的に結合され、オプトエレクトロニクス機器１に入力される。制御光
信号は受信された多重化信号のための一つの信号チャネル反復率（the single c
hannel repetition rate）を持ち、制御部門（control arm）で可変遅延回路に よって反多重化されるべくチャネルに同調される。
【０００９】 装置１の二光子吸収効果によって電子ホールの対が発生させられ、TPAの非線 形性のため、生成されたキャリアの数は付随する力の二乗に比例する。レスポン
スの非線形性は、制御パルスと信号パルスとがオーバーラップしたときに発する
TPA信号と、それらが別々に到着したときに発するTPA信号との間にはっきりとし
た差異が現れることを保証するので、検出されたチャネルを複製した重要な電気
信号は外部回路中で発生する。制御パルスの流れに同調されていない他のチャネ
ルは、一時的に吸収され、装置内で重要な信号を発しない。
【００１０】 最大スイッチスピード（The maximum switching speed）は、（TPA効果自体が
本質的に瞬間的に起きるものなので）光学的パルスの継続時間によって、また、
受信したOTDM信号内のチャネルの個々のデータレートで決まる。これは、使用さ
れるオプトエレクトロニクス機器の電気的レスポンスのみによって限定される。
レーザーダイオードは、ダイオードにダメージを与えない範囲でダイオードのレ
スポンスレートを最大にすることで信号のスピードが検出される。レスポンス可
能な限り、任意に反対にバイアスをかけられることもある。光学的時分割多重化
伝送ネットワークにおいてビット伝送速度が 1 T bit/s であるときに全光学的 反多重化（all-optical demultiplexing）が可能である。
【００１１】 最適のオペレーションのために、制御パルスは信号パルスよりもより大きな強
さをもつように調節される。例えば、制御―信号パワー比は少なくとも5:1 の割
合で、好ましくは、20:1 あるいはそれ以上がよい。後者のケースでは、信号パ ルス及び制御パルスの個々の到着に合わせた相対遅延（relative delay）によっ
て、信号による電気レスポンスが、制御による電気レスポンスよりも４００倍（
26d）少なく、その結果、制御パルスが全体を常に支配する。信号及び制御パル スは検出器の中でオーバーラップするように遅延の調節をし、TPAレスポンスは この時の信号及び制御パルスの重ね合わせ（superposition）によって決定づけ られる。
【００１２】 装置の中で発せられる連続的な信号を削除するために、制御パルスの流れは、
また、レーザーダイオードのようなオプトエレクトロニクス機器３によって一時
的に検出され、結合機４において、装置１から送られる電気信号のすべてから削
除され得る。装置３からの信号のレベルは、装置１からの電気信号すべてから削
除されたときに制御パルスによるTPA 信号が削除され残りの信号が反多重化され
たデータチャネルによるものになるように調節される。したがって、制御―信号
パワーレシオが20:1の場合、制御パルスの削除のあと、反多重化装置の出力は、
反多重化された信号及びスイッチの入っていないわずかな信号チャネル（制御と
オーバーラップしていない）から成り立ち、それらの間の消滅比（extinction r
atio）は16dBである。個々に到着する信号に対するわずかなTPAレスポンスはま た、ビット伝送速度が高いシステムにはみられない。
【００１３】 上記のようにレーザダイオードが使用されている一方、極めて効果的な光学的
スイッチングを提供するため、TPA装置へ光信号の結合を利用するための他の装 置、例えば、非反射膜を持った特別に設計された波ガイド構造体（wave guide structure）を用いることもある。
【００１４】 我々は、孤立圧縮状体によって、受動的なモードロックド(modelocked)ファイ
バー製の８字形レーザーを使って発生した1.5μm、500fs の制御及び信号パルス
を使って実験を試みた。レーザーパルスは制御及び信号パルスに分離され、330
Gbit/sの信号をシミュレートするために、信号パルスの流れはさらに２つの流れ
に分離され、続いて、パルス間で3 psの遅延で再結合した。制御及び信号パルス
の相対強度は制御―信号パワーレシオが 10:1になるように調節される。これは 制御および個々の信号のピークパワーがそれぞれ10w 及び 1Wであるのに関連し ている。制御及び信号パルスはその後、商業的に利用されているInGaAsP 1.3 μ
m Fabry-Perotレーザダイオードに組み込まれる前に、再結合される。
【００１５】 スイッチングウインドウ（switching windows）の期間を決定するために、制 御パルスは制御及び信号間の相対遅延を調節することによって、２つの信号パル
スを横切って流される。レーザーダイオードからのピークTPA信号は32 GHzのオ シロスコープを用いて測定される。図２ａは制御パルス信号のバックグラウンド
の控除の後の遅延の機能としての光起電力を表しており、330 Gbit/s pulse str
eamのスイッチングが達成されたことをはっきりと示している。 さらに、-650fs
というスイッチングウィンドウの期間は、1 Tbit/s を越えたビット伝送速度で
の反多重化が実際的で、本発明のTPAベースのすべての光学的反多重化装置が適 していることを表している。この図に示されたスイッチングウインドウは本質的
に信号及び制御パルスの交差相互関数である。それゆえ、TPA反応は本質的に瞬 間的なものであるから、可能な最大スイッチング速度は単にそれらのパルス期間
である。図２ｂは、制御が同調され２つの信号パルスのうち１つとオーバーラッ
プしたときに、スイッチが切られ、（バックグラウンドの控除をした後の）TPA を経由して検出されるパルスを表している。3 ps離れた信号パルスによって発せ
られたTPA信号は、信号及び制御がオーバーラップしないため、わずかである。 図２ｂのベースラインは、制御パルスとオーバーラップした光信号パルスがブロ
ックされたときに得られるわずかな信号を示しており、よい消光率（extinction
ratio）を表している。レーザーダイオードの電気反応の時間は（図２ｂから）
-200 psであり、このことは個々のデータチャネルをビット伝送速度が2.5 Gbit/
s以上の状態で用いることを可能にするであろう。
【００１６】 図３ａと図３ｂとは、有料ケーブルテレビジョンネットワークの多重化された
オーディオービデオチャネルの分配における本発明の適用例を示したものである
。図３ａを参照すると、加入者は、光ファイバーケーブルによって形成された共
通の光学的バスつながれている。光学的バスは、変換された多重化ODTM信号を伝
送し、各チャネルに異なるオーディオービデオ番組が含まれている。個々の場所
に配された加入者の装置は図３に示したような反多重化を含んでいる。波長反多
重化によって、多重チャネルODTM番組信号と制御光信号すなわちクロック信号は
異なった波長に変換され、そして切り離される。制御すなわち光学的クロック信
号は、加入者が制御しうる可変光学的遅延回路を通らされ、再びODTM信号と組み
あわされる、そして先に述べたような反多重化回路を含むTPAスイッチに入力さ れる。可変光学的遅延回路は、異なる子遅延を制御信号に与えることにより加入
者にいかなるチャネルを選ぶことをも可能にし、TPAスイッチ内の光電子機器に 望みのチャネルを探り当てさせるという結果をもたらす。実質的に減少すること
なしに検知されたチャネルを含みながら、ODTM信号は、ファイバーバス上におい
て切れ目なく続く。
【００１７】 前述のものはこの発明における好ましい形式を記述したものであり、当業者に
とって明かな変更および修正が可能である。したがって、本発明は請求の範囲に
よってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の反多重化回路を示す図である。
【図２】 ２ａと２ｂは、330G／bitを探知するように設定された図１に示 す回路の電気的TPA 信号のアウトプットを示す曲線をスイッチングウィンドウに
示した図である。
【図３】 ３ａと３ｂとは有料ケーブルテレビネットワークにおける多重化
されたビデオ信号の分配を示すものであり、３ａは、ネットワークを示し、３ｂ
は、ある加入者における本発明の反多重化回路を用いた例を示している。
【符号の説明】
１ 第１のオプトエレクトロニクス機器 ３ 第２のオプトエレクトロニクス機器 ４ 結合機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ダドリー ジョン ニュー・ジーランド国 オークランド ニ ューマーケット ジョージ ストリート ３−29 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB18 BA02 CA13 HA13 5K002 BA02 BA06 CA12 DA03 DA05

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光通信システムにおける反多重化であって、 回路内に配されて、二光子吸収が生じることのできるオプトエレクトロニクス
    機器と、 受け取った光学的多重チャネル信号をオプトエレクトロニクス機器へ供給する
    手段と、 オプトエレクトロニクス機器に制御光信号を所定の反復率で送り、そして同時
    に探知されたチャネルを選ぶための手段とを備え、 光学的電子装置は、非線形二光子吸収効果によりもとの電流に相当する電流を
    発生する回路を形成する、 反多重化装置。
  2. 【請求項２】 第２のオプトエレクトロニクス機器と、結合機とを備え、 第２のオプトエレクトロニクス機器が、制御光信号を探知するために配され、 結合機が、第２の装置のアウトプットと、TPA効果によってもとの信号を決定 し、減らし、そして実質的に制御信号のためにTPA効果信号の一部を取り除く第 １の装置のアウトプットとを結合する、 請求項１記載の反多重化装置。
  3. 【請求項３】 TPA効果によりもとの信号を決定するためのオプトエレクト ロニクス機器が、レーザダイオード、他の半導体光学的探知機、あるいは半導体
    波ガイド構造（semiconductor wave guide structure）である、 請求項１または２に記載の反多重化装置。
  4. 【請求項４】 光通信システムにおいて、選ばれたチャネルに反多重化する
    方法であって、 受け取った光学的多重チャネル信号を、回路において二光子吸収効果が起こり
    うるオプトエレクトロニクス機器に送り、 そして、装置に制御光信号を所定の反復率で送り、そして同時に探知されたチ
    ャネルを選択し、 非線形二光子吸収効果によりもとの電流に相当する電流を発生する、 反多重化方法。
  5. 【請求項５】 第２のオプトエレクトロニクス機器により制御光信号を決定
    し、実質的に制御パルスからTPA効果信号の一部を取り除いて減ずるために第２ の装置のアウトプットとTPA効果信号とを結合する、 請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 制御パルスが信号パルスより高いパワーを持っている、 請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 制御パルスと信号パルスとのパワーレシオが少なくとも５：
    １である、 請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 TPA効果によりもとの信号を決定するためのオプトエレクト ロニクス機器が、レーザダイオード、他の半導体光学的検知装置、あるいは半導
    体波ガイド構造である、 請求項４から７のうちいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 有料通信網において、加入者へ、多重チャンネル光学的時分
    割多重化伝送信号を分配する反多重化システムであって、 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の反多重化装置が加入者の場所に装備
    され、そして、チャネルに対する制御信号の同時性に応じて、加入者に、どのチ
    ャンネルをも選ぶことができるようにする、 システム。
  10. 【請求項１０】 有料ネットワークにおいて、加入者に光学的時分割多重化
    伝送されたオーディオおよび／又はビデオ信号を、分配する方法であって、送ら
    れてきた多重化信号から制御光信号を分離する手段と、二光子吸収がおこり、光
    学的多重化信号および制御光信号を受信し、非線形二光子吸収効果によって同調
    する制御信号が選択するチャネルを決定する工学的電子装置と、加入者が制御す
    る可変光学的遅延回路が加入者にどのチャネルを選ぶことをも可能にする分配方
    法。
  11. 【請求項１１】 図１を参照して記述される光通信システムにおける反多重
    化装置。
  12. 【請求項１２】 図１を参照して記述される光通信網において選択したチャ
    ンネルを反多重化する方法。
  13. 【請求項１３】 図３ａおよび図３ｂを参照して記載される有料通信網にお
    いて、加入者へ、多重チャンネル光学的時分割多重化伝送信号を分配する反多重
    化システム。
JP2000533968A 1998-02-25 1999-02-25 光通信システムにおいて反多重化するためのシステムおよび方法 Pending JP2002505548A (ja)

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NZ329842 1998-02-25
NZ32984298 1998-02-25
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EP (1) EP1064750A4 (ja)
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