JP2004531960A - 波長分割多重化システムに対する信号付加 - Google Patents

波長分割多重化システムに対する信号付加 Download PDF

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Abstract

電気通信システムは、波長分割多重（WDM）トラフィックを搬送する単一モード光ファイバから形成されており、伝送ファイバカプラーは、前記単一モード光ファイバに付加されるようにチャネルからの信号を結合するように配置される。光アンプの入力に付加されるように前記信号を搬送する前記チャネルを接続する結合手段も存在しており、前記アンプの前記出力は、前記WDMトラフィックに付加される前記波長の信号を有する信号のみを進行させるように配置される切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタによって前記伝送ファイバカプラーに連続して接続される。前記切り替え可能な多帯域フィルタは、半導体飽和性媒体の積層から形成されており、それによって、飽和する閾値は各単一層の閾値であって、減衰は前記積層を含む全ての層を通る透過の総量である。

Description

【背景技術】
【０００１】
通信トラフィックは、インターネット、モバイル電話、対話型娯楽、ビデオ会議通信、及び情報システムにおいて、およそ100%年々増加している。光ファイバは、波長多重化（WDM）システムにおける多くの異なる波長チャネルを有して動作している。これらのファイバは、トラフィックが幾つかの切り替えポイントを通って異なるキャリア波長上で搬送される通信ネットワークにおいて用いられている。これらの光ネットワークは、光スイッチによって接続される光WDMラインシステムとトラフィックが選択的にリング間を切り替えられるように相互接続された光WDMリングとから構成される。前記リングを構成する方法は、波長トラフィックチャネルが前記リングから加えられたり取り出されたりする基本補償ブロックから構成するのが便利である。前記装置は、リング型ネットワークのための光アドドロップ多重化と呼ばれている。光アドドロップ多重化機能は、前記WDMチャネルの一部を中継点で取り出すことができるようにWDMラインシステムにも用いられている。
【０００２】
単一モードファイバに対する波長チャネルの付加と取り出しは、対で形成されるヒューズカプラ−又はシリカ導波路のような広帯域のスプリッター/コンバイナーによって成し遂げられ、前記光フィールド間に結合が生じるように波長よりも小さい次元で間隔無く実行される。前記カプラ−が用いられる時、分割/結合損失は非常に厳しい。例えば、2つの方向結合では、損失は50%よりも多く、32方向の結合に対しては損失が97%よりも多い。
【０００３】
択一的に、結合は波長分割多重化コンバイナー（WDMコンバイナー）を作るための回折性かつ分散的な要素を使って達成され得る。前記WDMコンバイナーは、n入力ポートと１つの出力ポートを有する。前記出力ポートに対して結合するためには、各波長チャネルをその正確なポートへ誘導することが必要である。前記装置は、実際上、各チャネルのフィルタリングの質と帯域通過特性次第で1dB(80%)から7dB(20%)の間の結合損失を有する。
【０００４】
ネットワークの全部分をロードすることが可能になる時であって、トラフィックの択一的な‘保護’経路を提供することが可能な時、通信ネットワークは、非常に実利的になる。トラフィックが１つの波長チャネルからもう１つへ簡単に切り替えられる時であって、前記スイッチ相互接続オプションが利用できる時、すなわち前記スイッチが‘ノンブロッキング’である時、この理想に近づく。
【０００５】
仮に波長変更が誘導されるならば、前記WDMコンバイナーと関連するスイッチを有することが必要になる。択一的にスプリッター/コンバイナーが用いられるが、その時、光アンプが前記スプリッター/コンバイナー機能の間で受ける前記多くの損失を克服するために必要となる。前記アンプは、前記トラフィック経路に対して増幅自然放出光（ASE）のために‘ノイズ’を生じさせる。これは、前記通信システムを搬送する前記光信号において縮小した光信号対雑音比（OSNR）として明らかである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
波長分割多重化（WDM）トラフィックを搬送する単一モード光ファイバと、
前記単一モード光ファイバに対して付加されるチャネルからの信号を結合するために配置される伝送ファイバカプラ−と、
さらに、前記チャネルを接続して光アンプの前記入力に加えられるために前記信号を搬送するための結合手段と
を含んでいる電気通信システムにおいて、
前記アンプの出力が、信号の波長を有する信号のみを低損失で通過するように配置される切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタによって前記伝送ファイバカプラ−に対して連続して接続されており、前記WDMトラフィックに対して加えられ、前記WDMトラフィックに加えられる信号の前記波長を有しない波長で前記信号を減衰させる電気通信システムを提供する。
【０００７】
本発明は、半導体飽和性（bleachable）媒体の多層を含んでいる切り替え可能な多帯域フィルタをさらに提供し、それによって、前記飽和性閾値は各単一層の閾値であって、前記減衰は前記積層を含んでいる前記全ての層を通る透過の総量となる。
【０００８】
ここで、例を通し、添付図を参照して本発明について説明する。図１（ａ）から（ｆ）はトラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示しており、各方法に関する注釈が含まれている。図１（ａ）は、チャネルがWDM多重化装置及びそのあと伝送ファイバカプラ−に接続される方法を示す。この方法は、多数チャネルに対して拡大され得る（今日では、80チャネル以上のWDMカプラ−が商業的に利用できる）。前記損失はカプラ−に対して3dB、WDM多重化装置に対して3dB、全体で6dBであり、チャネルカウント（チャネルの数）の変化は重要ではない。
【０００９】
図１（ｂ）は、前記チャネルが、カプラ−としてn方向の導波路又はファイバスプリッター/コンバイナー機能に対して接続される。前記多方向カプラ−に基づく1/nの損失、前記伝送ファイバカプラ−に基づく1/2の損失、つまり8方向カプラ−に対する12dBの損失、前記伝送ファイバカプラ−に対する3dBの損失の全体で15dBの損失が存在し、損失はチャネル数と共に急速に上がる。
【００１０】
図１（ｃ）は、前記伝送カプラ−損失を回避する手段を提供する。これは、nが前記チャネル数である場合に、各チャネルアドドロップにおいて1対の背面WDM多重化装置の間の2×2のスイッチを必要とする。
【００１１】
図１（ｄ）は、切り替え可能なフィルタを通り、必要とされるトラフィックを通って進行する方法について示す。このフィルタは、波長チャネルを通ってそれぞれを選択的に減衰させるために、及びトラフィックが取り出される選択されたチャネル及び/又は新しいトラフィックが加えられることになる選択されたチャネルを大きく減衰させるか又は効果的に阻止するために、備え付けられている。広帯域の（波長選択のない）コンバイナーが用いられるならば、多チャネルに拡大することは、結果として、この配置で線形的に損失を拡大することになるため、高出力光伝送が必要となる。
【００１２】
図１（ｅ）は、‘柔軟性’が提供される方法を示す。すなわち、WDM多重化装置、光スイッチ、及び伝送ファイバカプラ−が用いられるならば、任意の波長が、任意の入力ポートに加えられる。前記損失は、1/2×1/2×1/2=1/8である。一般に低損失スイッチは高価なものである。全スイッチは、数チャネルのみが加えられることを必要とされる時でさえ、‘柔軟性’を与えるために含まれていなければならない。前記スイッチは、例えば、低損失の大きなポートカウントに拡大する3-Dタイプのシリコンの超小型電気機械（MEMS）である。前記光多重化装置は、大きなチャネルカウントのために低損失でもある。それゆえ、このアプローチは拡大するが、全体の損失はそれでも重要であり、前記実現のコストと複雑さも大きい。
【００１３】
図１（ｆ）は、柔軟性が、前記スプリッター/カプラ−の損失を克服するアンプを有する図１（ｂ）のようなカプラ−で達成される方法を示す。前記チャネルカウントは増加するにつれて、ゲインが上げられなければならなく、前記ノイズは前記加えられたチャネルに対して加えられ、トラフィックを“通って”増加する。
【００１４】
以下、要約する。
図１（ａ）は、柔軟性を提供しない。
図１（ｂ）は、高損失を導くため、より高い出力に調整可能なレーザ源を必要とする。
図１（ｃ）は、図１（ａ）のように柔軟性を提供しない。低クロストークを有するスイッチも必要とする。
図１（ｄ）は、図１（ｂ）と同様の問題を有する。
図１（ｅ）は、柔軟性は提供するが、広範には利用できなく、1チャネルのみを加える時でさえ、提供されなければならないn×nのスイッチを必要とする。
図１（ｆ）は、前記損失を克服するアンプを有するが、チャネルを‘通す’経路に対して増幅自然放出光ノイズを導くため、前記システムの性能を妥協して処理することになる。
【００１５】
本発明は、柔軟性、つまり前記光源に対するゲインとASEノイズの前記抑圧を提供することを求める。
【００１６】
図２に示すように、波長チャネルが導波路又はファイバカプラ−、アンプ、及び切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタを利用して加えられることを提案する。
【００１７】
トラフィックは、前記単一モードファイバに対して結合される。それは全てのその他のチャネルに沿って増幅される。ノイズは、前記アンプにおける前記増幅自然放出光のために付加される。前記切り替え可能なフィルタは、加えられる前記導波路チャネルのみを進行するように設定される。前記切り替え可能なフィルタ要素は、加えられていないチャネルの導波路帯域において高損失を有するように設定される。前記フィルタは、前記アンプから前記広帯域の増幅自然放出光を減衰する。これは、トラフィックチャネルを‘通って’付加される前記ノイズを削減する。
【００１８】
数値モデリングでは、トラフィックがリング上で幾つかのOADMノードを通過する必要がある時、2.5Gbit/s及び10Gbit/s以上(21/2 and 10Gbit/s and above)のビットレートでは、前記ASEの減衰が重要になるということを示している。幾つかの（仮に8とする）OADMノードを通って進行しているトラフィックの前記OSNR（光信号対雑音比）は、前記切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタを使うことによって数dBにまで改善される。前記付加チャネルの経路における前記アンプの利用により、付加チャネルの数が32以上に拡大され得る。前記アンプにより、より低い出力の伝送器モジュールが利用できるようになる。前記切り替え可能なフィルタは、前記ASEを10dBから15dBまで減衰させるのに必要とされる。3dB以下のチャネルを通るフィルタ伝送損失は、生存能力を有する。このアプローチによって、伝送器に基づく低出力の調整可能なレーザを利用して、32チャネル以上まで加えることができる。前記チャネルは、前記トラフィック構造に応じて加えられるため、装置には増加に応じた補償を基本として、加えられ、供給される。非常に多くのチャネル数に対して2段階の結合をし、増幅とフィルタリングは、制限内で前記ASEを保ち、ノイズOSNRの割合に対して受け入れ可能な信号を有する幾つかのノードを通る伝送を許可するために利用される。前記切り替え可能な多チャネルフィルタは、以下の数ある方法の1つで実現される。
【００１９】
１）各チャネルに対するファイバブラッグ回折において、それぞれの回折は、温度又はひずみによって調整可能である。前記ファイバ回折は、およそ半波長チャネル間隔の帯域幅を有し、前記トラフィックを進行するように調整したり、阻止するように調整したりする。これらのファイバフィルタは、図３に示すように連続する構成に配置されるように作られる。前記温度は、トラフィックが進行して減衰されるように50Hzで調整するためにおよそ摂氏40度にまで上げられることが必要となる。ひずみは、択一的に、圧電性のアクチュエーター又は磁気ひずみによって適用され得る。このタイプのフィルタ仕様を下表に示す。
【００２０】
切り替え可能なブロッカー仕様
Figure 2004531960
【００２１】
本フィルタは、電気的に送り返される反射を必要とする。チャネルが反射材回折格子を通過することを許可するには、2つのチャネル間の波長帯域に位置するように調整されなければならない。これは、特定の帯域に対するチャネルのパッキングを制限する。また、それはプログラミング、校正、及び温度制御を必要とする。
【００２２】
２）フィルタパックは、図４に示すように前記波長チャネルの経路に置かれ、アクチュエーターは、加えられる前記波長チャネルが進行できるように前記パックからフィルタを取り除き、その他のチャネルの帯域における前記ASEは、減衰させられる。これは、機械的に調整することは難しく、各チャネルに対して正確な固定通過帯域フィルタを必要とする。
【００２３】
３）ニオブ酸リチウム又は液晶又は他の電気光学材料のようなアクティブな格子媒体が図５に示すように用いられるならば、回折格子は、択一的に必要に応じて切り替えられて、用いられたりビームを外して移動されたりする。
【００２４】
４）図６に示すように、コンバイナーとアンプに続いて、信号は、M.Smit及びDragoniによって描写されるアレイ導波路光多重化装置、又は光分波器に基づいた回折格子のような波長分散システムに導かれる。例えば、前記回折格子の分波器の場合における実現について述べる。前記光トラフィックは、前記光学的配置の前記回折格子における平行ビーム入射に対して形成される。前記回折されたビームは、その時、反射要素によって逆行する可逆飽和性光媒体における分離できるチャネルとして像が描かれる。前記光強度は高い。すなわち、付加チャネルが存在する時、前記媒体は白くなり、透明になり、背後の前記ミラー表面は、前記伝送ファイバに対して循環器によって結合されるファイバに逆行してそれを結合する前記光システムに対してこの波長を後方に反射する。付加チャネルが存在しない時、前記要素はその波長でASEノイズを阻止する。
【００２５】
飽和性媒体の例はエルビウムドープされたP2O3ガラスである。エルビウムは、P2O3ガラスにおいて高い濃度を有することができる。1mmの厚さのプレートが損失を数dB有する。エルビウム原子の発光寿命は、10-2秒以下であるので、一度飽和性が生じると、ナノ秒以下のパルス長を有するデジタル変調された信号をひずませない。択一的に、ポリマーフィルムにおいて適合する色素は、飽和性寿命が、前記フィルタを通って進行される前記トラフィックのわずかの期間よりも長い限りは、可能性のある媒体である。ダブルへテロ構造に対するリン化インジウム層の間に覆われたテルル化カドミウム（Cadmium Telluride）、又はテルル化水銀カドミウム（Cadmium Mercury Telluride）、又はリン化ヒ化インジウムガリウム（Indium Gallium Arsenide Phosphide）を含んでいる半導体飽和性媒体もまた用いられる。ここで、吸収装置は、前記トラフィックの光子エネルギーよりも小さいバンドギャップを有する半導体であり、前記中間（覆っている）層は、広いバンドギャップを有する。本目的に対して特に有望な飽和性材料は、前記ヒ化インジウムガリウム（Indium Gallium Arsenide）の層が0.02μmの厚さである多層スタックのInP/InGaAs/InP/InGaAsであり、前記InPの層は0.01から0.03μmの厚さでInGaAs層を分離している。材料の仕様を以下の表に与える。
【００２６】
Figure 2004531960
【００２７】
前記ASEの減衰は、より多くのGaInAs層を有することによって増加される。すなわち、10は、上述した前記反射の幾何学的配置に対して15dBの減衰を与えるように作られる。前記GaInAs層は、出力が100w/cm2へ増加する時、飽和する。各チャネルが8μm直径の地点に像が描かれるならば、その時、前記飽和出力は50μwである。4μ直径の地点の大きさがあれば、前記飽和出力は12μwである。
【００２８】
前記回折格子の代わりに、アレイ導波路（AWG）光多重化装置が利用できる。多重化装置及び分波器ステージを有する伝送装置もまた、効果的に利用できる。その時、循環器は必要とされないが、（前記飽和性の層を通る単一通行から）低い通信網減衰が結果として生じ、反射器は必要とされない。
【００２９】
定義
ASE：増幅自然放出光−光アンプから加えられたノイズ
AWG：アレイ導波路−これらは、光多重化及び多重分離のために設計された回路における光導波路であり、分散波長分離を達成するために干渉を利用する。
MUX：多重化装置−幾つかの信号チャネルを１つに結合するための装置。
OSNR：光信号対雑音比
Channel：これは、単一レーザから変調された光キャリアを意味するのに用いられている。前記レーザ波長は、標準グリッド、例えばITU 100GH又は50GHz標準グリッド内で特定の許容差に適合させるために選択されている。
波長：これは、特定の値及び１チャネルの波長帯域を包含するのに用いられている。
トラフィック：一般に、伝送システムによって搬送されるデータ及びアナログ信号を指す。
飽和性フィルタ：低減衰で材料吸収を変化させるのに十分な出力を有する光ビームを通過させるフィルタであり、低出力密度のビームを減衰させる。吸収における変化は、可逆であり、物理的なホールバーニングのような実際の損傷によってもたらされないということが必要である。
【００３０】
参照
M.K.Smit:”New focusing and dispersive planar component based on an optical phased array”, Electronics Letters, vol.24, no.7, pp.385-386, Mar.1998.
A.R.Vellekoop and M.K.Smit:”Four-channel integrated-optic wavelength demultiplexer with weak polarization dependence”, Journal of Lightwave Technology, vol.9, no.3, pp.310-314, Mar.1991.
C.Dragone:”An NxN optical multiplexer using a planar arrangement of two star couplers”, Photonics Technology Letter, vol.3, no.9, pp.812-815, Sept.1991.
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１（ａ）】トラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示す。
【図１（ｂ）】トラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示す。
【図１（ｃ）】トラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示す。
【図１（ｄ）】トラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示す。
【図１（ｅ）】トラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示す。
【図１（ｆ）】トラフィックが光アドドロップノードにおいて加えられる方法を示す。
【図２】切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタの利用を示す。
【図３】ファイバブラッグの切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタを示す。
【図４】フィルタ積層から作られる切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタを示す。
【図５】回折格子積層から作られる切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタを示す。
【図６】飽和性媒体を使って作られる切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタを示す。

Claims (17)

  1. 波長分割多重（WDM）トラフィックを搬送している単一モード光ファイバと、
    チャネルから前記単一モード光ファイバへ加えられる信号を結合するために配置された伝送ファイバカプラ−と、
    さらに、光アンプの入力に対して加えられる前記信号を搬送している前記チャネルを接続するための結合手段と、を含んでいる電気通信システムであって、
    前記アンプの出力が、
    前記WDMトラフィックに加えられる波長の信号を有する信号のみを低損失で通過させるため、
    及び前記WDMトラフィックに加えられる前記波長の信号を有していない波長の全信号を減衰させるために、
    配置されている切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタによって前記伝送ファイバカプラ−に対して連続して接続されている電気通信システムにおいて、
    前記帯域消去フィルタが、増幅自然放出光（ASE）の結果として発生する信号を減衰させるために、特別に配置されている電気通信システム。
  2. 前記切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタが、一連のファイバブラッグ回折格子フィルタを含んでいる請求項１に記載の電気通信システム。
  3. 前記切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタが、選択的狭帯域通過フィルタの積層と、選択されたチャネルを通過させるためにそれぞれのフィルタを置き換える駆動器手段とを含んでいる請求項１に記載の電気通信システム。
  4. 前記切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタが、それぞれの回折格子が選択されたチャネルを通過させるために取り除かれるか、又は動かなくされるか、又は駆動され得る回折格子の積層を含んでいる請求項１に記載の電気通信システム。
  5. 前記切り替え可能な多帯域の帯域消去フィルタが、
    前記単一モードファイバによって搬送される前記信号の波長要素を空間的に分離するために配置されている光波長チャネル分波器と、
    前記信号の分離された波長要素を遮断するため、及び前記WDMトラフィックに加えられる前記波長の信号を有する信号のみを低損失で通過させるため、及び前記WDMトラフィックに加えられる前記波長の信号を有していない波長の全信号を減衰させるために、配置されている飽和性（bleachable）反射器と、
    を含んでいる請求項１に記載の電気通信システム。
  6. 前記トラフィックを前記単一モード光ファイバに対して再結合するために配置されている多重化装置をさらに含んでいる請求項５に記載の電気通信システム。
  7. 前記（bleachable）性反射器がエルビウムドープされたガラスを含んでいる請求項５又は６に記載の電気通信システム。
  8. 前記飽和性（bleachable）反射器が熱作動飽和性（bleachable）媒体含んでいる請求項５、６、又は７に記載の電気通信システム。
  9. 前記熱作動が前記光信号によって提供されている請求項８に記載の電気通信システム。
  10. 前記熱作動が前記光信号の光子エネルギーによって提供されている請求項９に記載の電気通信システム。
  11. 前記飽和性（bleachable）反射器が半導体飽和性（bleachable）媒体を含んでいる請求項５に記載の電気通信システム。
  12. 前記半導体飽和性（bleachable）媒体が、ダブルへテロ構造の層に対するリン化インジウム層の間で覆われたテルル化カドミウム（Cadmium Telluride）、又はテルル化水銀カドミウム（Cadmium Mercury Telluride）、又はリン化ヒ化インジウムガリウム（Indium Gallium Arsenide Phosphide）、又はヒ化インジウムガリウム（Indium Gallium Arsenide）を含んでいる請求項８に記載の電気通信システム。
  13. 前記飽和性（bleachable）材料がInP又は広いギャップのInGaAsP層の間のGaInAs層の積層であって、前記飽和する（bleaching）閾値が各単一層の閾値であり、前記減衰が前記多層を通る透過の総量である請求項９又は１０に記載の電気通信システム。
  14. 前記多重化装置と分波器がアレイ導波路（AWG）を含んでいる請求項６に記載の電気通信システム。
  15. 光循環器をさらに含んでいる請求項５から１４のいずれか１つに記載の電気通信システム。
  16. 半導体飽和性（bleachable）媒体の積層を含み、それによって、前記飽和する（bleaching）閾値が各単一層の閾値であり、前記減衰が前記積層を含んでいる全ての前記層を通る前記透過の総量である切り替え可能な多帯域フィルタ。
  17. 前記飽和性（bleachable）材料がInP又はより広いギャップのInGaAsP層の間のGaInAs層の積層である請求項１７に記載の切り替え可能な多帯域フィルタ。
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