JP2008139286A - 偏波モード分散(pmd)および色分散(cd)に対する感度を低減させた光トランスポンダ - Google Patents
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Abstract
【課題】PMDおよびCDに対する感度を低減させた光トランスポンダを提供すること。
【解決手段】一実施形態では、光トランスポンダは、トランスポンダ内に集積され、光トランスポンダの光入力ポートに光学的に結合された微分群遅延(DGD)軽減器と、光トランスポンダ内に集積され、DGD軽減器に、またトランスポンダの電気的な出力ポートに光学的に結合された光受信器と、光トランスポンダ内に集積され、電気的な入力ポートに電気的に結合され、かつトランスポンダの光出力ポートに光学的に結合されたマルチレベル送信器とを備える。他の実施形態では、方法は、光トランスポンダ内に集積されたDGD軽減器を用いて、光入力信号を受信し、かつ処理するステップと、電気的な入力信号を受信し、電気的な入力信号のスペクトルを狭くし、電気的な入力信号を光出力信号に変換し、かつ光出力信号を送信するステップとを含む。
【選択図】図1
【解決手段】一実施形態では、光トランスポンダは、トランスポンダ内に集積され、光トランスポンダの光入力ポートに光学的に結合された微分群遅延(DGD)軽減器と、光トランスポンダ内に集積され、DGD軽減器に、またトランスポンダの電気的な出力ポートに光学的に結合された光受信器と、光トランスポンダ内に集積され、電気的な入力ポートに電気的に結合され、かつトランスポンダの光出力ポートに光学的に結合されたマルチレベル送信器とを備える。他の実施形態では、方法は、光トランスポンダ内に集積されたDGD軽減器を用いて、光入力信号を受信し、かつ処理するステップと、電気的な入力信号を受信し、電気的な入力信号のスペクトルを狭くし、電気的な入力信号を光出力信号に変換し、かつ光出力信号を送信するステップとを含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、一般に、光システムに関し、より詳細には、光トランスポンダ(optical transponder)に関する。
(関連出願の相互参照)
本出願は、「SYSTEMS AND METHODS FOR POLARIZATION MODE DISPERSION MITIGATION」と題する同時出願の、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許出願第11/585651号に関連し、その開示を参照により本明細書に組み込む。
本出願は、「SYSTEMS AND METHODS FOR POLARIZATION MODE DISPERSION MITIGATION」と題する同時出願の、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許出願第11/585651号に関連し、その開示を参照により本明細書に組み込む。
最近の光ネットワークでは、信号は、通常、数百または数千キロメートルにもわたって伝送される。長距離および超長距離の光ファイバを越えて移動する光信号は、例えば、減衰、色分散(CD)、および偏波モード分散(PMD)を含む多くの異なる障害に遭遇する。減衰問題は、増幅器(例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器)の使用により成功裡に解決されてきたが、CDおよびPMD問題は、処理するのがはるかに困難であった。
CDは、光ファイバを介する伝送の受信側端で光パルスが広がることにより、データ損失を生ずる可能性のある現象である。この問題に対する1つの解決策は、大きな負の分散係数を有する分散補償ファイバ(DCF)の使用を含む。しかし、所与のシステムのCDを除去するためには、DCFの長さが非常に正確でなければならない。すなわち、DCFのCDは非常に大きいので、何らかの余分なファイバ長は、効果よりもむしろ有害となり得る。DCFの高コストは別として、システムのCDが未知である場合の分散を軽減するように適正なDCFを設計することは非常に困難となり得る。さらに、変動するネットワークにおいて、正確にCDをキャンセルすることは、非常に複雑な仕事である。したがって、本発明者らは、CDに対する感度の低いデバイスおよびコンポーネントを使用する必要性を認識してきた。
PMDの場合では、問題はさらに厳しい。PMDは、ファイバの内側で、光の異なる面(すなわち、偏光方向)が、わずかに(例えば、光ファイバのランダムな欠陥および非対称性に起因して)異なる速度で移動する場合に生じ、それにより、データを高レートで信頼性の高い伝送をすることを困難にする。通常、所与のシステムのPMDは、単一のパラメータ(例えば、その長さ)により特徴付けることはできず、通信回線に沿った全体の履歴を表す一連のパラメータにより記述されなければならない。残念ながら、多くのネットワークは、比較的低ビットレートが必要でかつPMDがまだ潜在的な問題として認識されていなかった時の、その地下埋設物における低品質ファイバで構築されている。そして、これらの構造物がいまや40Gb/s以上のビットレートをサポートしなくてはならないので、PMDはネットワークの性能を高めることに対する大きな障害となっている。
米国特許出願第11/585651号
本発明は、例えば、光ネットワークにわたるデータ通信を容易にするために使用することのできる光トランスポンダのためのシステムおよび方法に関する。本発明の一目的は、色分散(CD)の影響を低減し、長距離の光ファイバに固有の偏波モード分散(PMD)を訂正できる集積された光トランスポンダを提供することである。したがって、本発明の諸態様による集積された光トランスポンダは、首都圏および地域ネットワークで使用することができる。本発明の他の目的は、トランスポンダ中に集積された小型で低コストの微分群遅延(DGD)軽減デバイスを提供することである。本発明のいくつかの実施形態は、DGD軽減デバイスと共に集積された複2進符号送信器(または分散の影響を低減できる他のトランスポンダ)を有する光トランスポンダを備える。本明細書に記載の集積された光トランスポンダの利点の1つは、送信器が、DGD軽減器(mitigator)により提示される不足を補償できることであり、その反対も同様である。さらに、本明細書に記載の集積により、コンポーネントが、同じ電子的なインフラストラクチャのいくつかを共用することも可能となり、設計および製作コストが低減される。
例示的な一実施形態では、光トランスポンダは、光トランスポンダ内に集積され、光トランスポンダの光入力ポートに光学的に結合された微分群遅延(DGD)軽減器と、光トランスポンダ内に集積され、DGD軽減器に、また光トランスポンダの電気的な出力ポートに光学的に結合された光受信器と、光トランスポンダ内に集積され、電気的な入力ポートに電気的に結合され、かつ光トランスポンダの光出力ポートに光学的に結合されたマルチレベル送信器とを備える。
他の例示的な実施形態では、方法は、光トランスポンダ内に集積された微分群遅延(DGD)軽減器を用いて、光入力信号を受信し、かつ処理するステップと、光トランスポンダ内に集積された光受信器を用いて、処理された光入力信号を電気的な出力信号に変換するステップと、電気的な入力信号を受信し、電気的な入力信号のスペクトルを狭くし、電気的な入力信号を光出力信号に変換し、かつ光トランスポンダ内に集積された送信器を用いて光出力信号を送信するステップとを含む。
前述の内容は、以下の本発明の詳細な説明をよりよく理解できるように、本発明の特徴および技術的な利点をかなり広く概説してきた。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明のさらなる特徴および利点は、この後で述べることになる。開示される概念および特有の実施形態は、変更するための基礎として、または本発明の同様の目的を実施するために他の構造を設計するための基礎として容易に使用できることを当業者であれば理解されたい。このような等価な構成は、添付の特許請求の範囲で述べられた本発明の趣旨および範囲から逸脱していないことも当業者であれば理解すべきである。さらなる目的および利点と共に、その編成と動作方法の両方に関する、本発明の特徴であると考えられる新規な特徴は、添付図に関して検討すれば以下の記述からよりよく理解されよう。しかし、各図は、例示および説明目的のためだけに提供されており、本発明を限定する定義として意図されるものではないことを明確に理解されたい。
本発明をより完全に理解するために、添付の図面に関連して行われる以下の説明を次に参照する。
以下の説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面に対して参照が行われ、その図面には、本発明を実施できる特定の諸実施形態が例として示されている。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように十分詳細に述べられており、他の実施形態も使用できること、また本発明の範囲を逸脱することなく構造的、論理的、光学的、かつ電気的な変更を行うことができることを理解されたい。したがって、以下の説明は限定的な意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲により定義される。
本発明者らは、変動するネットワーク中で色分散(CD)に対する感度が低く、一方、偏波モード分散(PMD)を低減できる光トランスポンダに対する必要性を認識してきた。したがって、本発明の例示的な一実施形態は、2つの相補的なデバイス、すなわち、マルチレベル送信器(例えば、複2進符号送信器)と、1次PMDまたはDGD軽減器を集積する。通常、複2進符号送信器は、1次PMD(すなわち、微分群遅延またはDGD)に対して、より感度が高い。しかし、そのスペクトルはより狭いので、複2進符号送信器は、第2および高次PMDに対して感度が低い。一方、PMD軽減器は、主として1次PMDまたはDGDを低減するように設計され得る。その結果、複2進符号送信器をDGD軽減器と共に集積することにより、改善された性能および低減されたコストを有する光トランスポンダを提供することができる。
図1を次に参照すると、本発明の例示的な一実施形態による集積された光トランスポンダ100が示されている。一般に、「光トランスポンダ」とは、光信号を送信し、かつ受信することのできるデバイスのことである。この実施形態では、トランスポンダ100は、DGD軽減器110および送信器130を単一のデバイスに集積している。DGD軽減器110の入力は、光入力ポート111に光学的に結合される。受信器120の入力は、DGD軽減器110の出力に光学的に結合され、受信器120の出力は、電気的な出力ポート121に結合される。送信器130は、電気的な入力ポート129に、また光出力ポート131に結合される。一実施形態では、送信器130、受信器120、およびDGD軽減器115は、内部コントローラ125を共用することができる。他の実施形態では、トランスポンダ100は、光中継器として使用することができ、また電気的な出力ポート121は、電気的な入力ポート129に結合することもできる。
動作においては、光入力信号が、光入力ポート111を介してトランスポンダ100内のPMD軽減器110に入り、次いで、光入力信号の偏波モード分散が訂正または低減される。DGD軽減器110は、次いで、DGD軽減信号115を受信器120に送り、受信器120は、DGD軽減信号115をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号を電気的な出力ポート121を介して送信する。一方、送信器130は、電気的な入力信号を入力ポート129を介して受信し、その電気的な信号を光信号に変換し、さらにその光信号を出力ポート131を介して送信する。例示的な一実施形態では、送信器130を複2進符号送信器とすることができ、それはその信号がより狭いスペクトルを有するので色分散を受けにくい。しかし、他の実施形態では、他のタイプのマルチレベル送信器(すなわち、データレートのある割合であり、普通、複数ビットで運ぶ情報を各シンボルが運ぶ「シンボル・レート」で送信することのできる他の任意のデバイス)を使用することもできる。一方、送信器130は、電気的な入力ポート129を介して電気的な入力信号を受信し、光出力ポート131を介して光信号を出力する。前に述べたように、トランスポンダ100が中継器として使用される用途では、受信器120からの電気的な出力信号は、送信器130の電気的な入力ポート129に直接供給することができる。
図2は、本発明の例示的な一実施形態による、図1に示されたトランスポンダ100中に集積することのできるDGD軽減器110を示している。DGD軽減器110は、カスケード構成に配置された複数の自由空間光エレメントを備えており、光信号の偏光の2つの基本モードのそれぞれで動作することができる。入力光信号105を2つの部分に分割することができ、1つの部分は第1のコリメータ205に達し、他の部分は光検出器245に達する。第1のコリメータ205に達する入力光信号105の部分は、偏光コントローラ210、第1の複屈折性結晶215、第1の調整可能λ/2プレート220、第2の複屈折性結晶225、第2の調整可能λ/2プレート230、第3の複屈折性結晶235、および第2のコリメータ240(そのすべては互いに光学的に結合されている)を通過し、それによりDGD軽減信号115が生成される。
光検出器245は、光入力信号105の一部分を検出し、電気的な信号をPMD測定および制御ユニット250に送信する。PMD測定および制御ユニット250は、入力光信号105の1次PMD(すなわち、DGD)を測定し、光信号のDGDを訂正または低減するために、第1の複屈折性結晶215、および第1と第2の調整可能λ/2プレート220、230を制御する。例示的な一実施形態では、PMD測定および制御ユニット250は、「SYSTEMS AND METHODS FOR POLARIZATION MODE DISPERSION MITIGATION」と題する米国特許出願第11/585651号に記載のように設計することができ、その開示を参照により本明細書に組み込む。
光トランスポンダ100内にDGD軽減器110を集積することにより、光トランスポンダ100が長距離の光回線にわたる偏波モード分散を訂正することを可能にする。従来技術に対するDGD軽減器110の利点の1つは、光ファイバではなく複屈折性結晶215、225、235を使用することであり、その設計を簡単化する。従来技術に対するDGD軽減器110の他の利点は、より複雑で誤りを受けやすい連続的な調整とは反対に、調整可能プレート220および230を介する個別の、2進調整(binary tuning)セットを提供することである。当業者であれば、容易に理解されるように、DGD軽減器110は図1の光トランスポンダ100内に集積することができ、それにより、高性能、低コストでコンパクトなデバイスが得られる。さらに、集積された光トランスポンダ100内で使用される場合、DGD軽減器110は1次PMDを低減することができ、一方、マルチレベル送信器が(そのより狭いスペクトルにより)高次PMDを軽減することができる。
図2をさらに参照すると、DGD軽減器110は調整可能デバイスである。さらに、DGD軽減器110は、有利には、回線の偏光の2つの基本状態の間で動作し、それにより、相対的な調整可能光遅延線を提供する。偏光コントローラ210は、結晶215、225、および235の前に設けられ、したがって、偏光の基本状態は、結晶215、225、および235の軸に沿って方向付けられる。結晶215、225、および235は、次いで、DGDを、回線の偏光の2つの基本状態の間に固定する。
図3を次に参照すると、本発明の例示的な一実施形態による反射構成300の他のDGD軽減器は、図1に示す集積されたトランスポンダ100内のDGD軽減器110を代用することができる。この特定の実施形態は、DGD軽減器300を、トランスポンダ100中にそのケースを拡大することなく完全に集積できるようにするので有利であり、したがって、小さくコンパクトなデバイスが得られる。具体的には、この実施形態により、結晶215、225、および235は図2のその相当品の半分の寸法を有することが可能になる。この場合、入力光信号は、トランスポンダ100のケースの内側のいずれかに配置できるファイバ・サーキュレータ305を介して、DGD軽減器300に入る。ミラー310は、結晶235上の高い反射性コーティングの形を取ることができる。例えば、DGD軽減器300が30±5ps軽減するように設計されたイットリウム・バナデート(YVO4)結晶の場合、結晶215、225、および235の長さは、それぞれ、11.25mm、7.5mm、および3.75mmとすることができ、それはDGD軽減器300の全体を40mmよりも小さく製作できることを意味する。
図4に関しては、本発明の例示的な一実施形態による受信器120を図1に示されたトランスポンダ100中に集積することができる。DGD軽減信号115は、DGD軽減器110(または300)を出て、受信器120の光検出器405に達することができる。光検出器405は、DGD軽減信号115を電気的な信号に変換し、次いで、それは高周波(RF)増幅器410により増幅され、制限増幅器415により処理される。最後に、受信器120は、出力ポート121を介して電気的な出力信号を生成する。
図5は、本発明の例示的な一実施形態に従って、図1に示すトランスポンダ100中に集積することができる送信器130を示している。送信器130は、複2進符号送信器であるとして本明細書に示されているが、他のタイプのマルチレベル送信器を代替的に使用することもできる。この実施形態では、入力デジタル信号は入力ポート129を介して受信され、非ゼロ復帰(NRZ)フォーマッタ505、プリコーダ510、および電気的な低域通過RFフィルタ515により、それぞれ、処理される。低域通過フィルタ515の出力は、レーザ520の出力を変調するマッハ−ツェンダー(MZ)変調器525中に供給され、それにより、光出力ポート131を介して光信号を出力する。
送信器130が複2進符号送信器である場合、元のデジタル信号(例えば、1001110)を送信するのではなく、2つの隣接ビットの和(例えば、101221)を送る。フィルタに加えて、複2進符号で送信された信号の半値全幅(FWHM)スペクトルは、元のNRZ信号よりも狭い。さらに、低域通過フィルタ515を使用することにより、高周波が低減されるが、それは、1つには、複2進符号信号のスペクトルが狭く、したがって、このようなフィルタリングの影響を受けにくいため可能になる。さらに、MZ変調器525およびプリコーダ510は、送信された信号の(フィールドではなく)強度が、ポート129を介する入力デジタルの強度と同一であるように構成することができ、それにより、NRZフォーマットに基づく、より簡単な動作を可能にする。その狭いスペクトルの結果として、複2進符号送信器130は、他の送信器よりも色分散の影響をかなり受けにくく、CD問題に対してさらにロバストである。さらに、その相対的な簡単さ、およびCDの影響に対する不感性のため、複2進符号送信器130は、完全なCDのキャンセルが非常に複雑である変動するネットワークで非常に有用であり得る。さらに、複2進符号送信器130はDGDの影響を受けやすいが、高次PMDに対する感度は低く、したがって、図2、または図3に示すものなどDGD軽減デバイスが、図1のトランスポンダ100などの光トランスポンダの性能を劇的に改善することができる。
本発明のいくつかの例示的な実施形態およびその利点が上記で詳細に述べられてきたが、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換え、および改変を本明細書で行うことができることを理解されたい。さらに、本発明の範囲は、本明細書で示された、プロセス、マシン、製作、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図していない。当業者であればこの開示から容易に理解されるように、本明細書で述べられた対応する諸実施形態と実質的に同じ機能を実施する、または実質的に同じ結果を達成する、既存のまたは後に開発される他のプロセス、マシン、製作、手段、方法、またはステップを、本発明に従って使用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、このようなプロセス、マシン、製作、手段、方法、またはステップをその範囲内に含むことが意図されている。
100 光トランスポンダ
105 入力光信号
110 DGD軽減器
111 光入力ポート
115 DGD軽減信号
120 受信器
121 出力ポート
125 内部コントローラ
129 電気的な入力ポート
130 送信器
131 光出力ポート
205 第1のコリメータ
210 偏光コントローラ
215 第1の複屈折性結晶
220 第1の調整可能λ/2プレート
225 第2の複屈折性結晶
230 第2の調整可能λ/2プレート
235 第3の複屈折性結晶
240 第2のコリメータ
245 光検出器
250 PMD測定および制御ユニット
300 DGD軽減器
305 ファイバ・サーキュレータ
310 ミラー
405 光検出器
410 高周波(RF)増幅器
415 制限増幅器
510 プリコーダ
505 非ゼロ復帰(NRZ)フォーマッタ
515 電気的な低域通過RFフィルタ
520 レーザ
525 マッハ−ツェンダー(MZ)変調器
105 入力光信号
110 DGD軽減器
111 光入力ポート
115 DGD軽減信号
120 受信器
121 出力ポート
125 内部コントローラ
129 電気的な入力ポート
130 送信器
131 光出力ポート
205 第1のコリメータ
210 偏光コントローラ
215 第1の複屈折性結晶
220 第1の調整可能λ/2プレート
225 第2の複屈折性結晶
230 第2の調整可能λ/2プレート
235 第3の複屈折性結晶
240 第2のコリメータ
245 光検出器
250 PMD測定および制御ユニット
300 DGD軽減器
305 ファイバ・サーキュレータ
310 ミラー
405 光検出器
410 高周波(RF)増幅器
415 制限増幅器
510 プリコーダ
505 非ゼロ復帰(NRZ)フォーマッタ
515 電気的な低域通過RFフィルタ
520 レーザ
525 マッハ−ツェンダー(MZ)変調器
Claims (20)
- 光トランスポンダであって、
前記光トランスポンダ内に集積され、前記光トランスポンダの光入力ポートに光学的に結合された微分群遅延(DGD)軽減器と、
前記光トランスポンダ内に集積され、前記DGD軽減器に、また前記光トランスポンダの電気的な出力ポートに光学的に結合された光受信器と、
前記光トランスポンダ内に集積され、電気的な入力ポートに電気的に結合され、かつ前記光トランスポンダの光出力ポートに光学的に結合されたマルチレベル送信器と
を備える光トランスポンダ。 - 前記DGD軽減器が、光信号の2進調整を実施するように動作可能である、請求項1に記載の光トランスポンダ。
- 前記DGD軽減器が、カスケード構成に配置された複数の自由空間光エレメントを備える、請求項1に記載の光トランスポンダ。
- 前記複数の自由空間光エレメントの少なくとも1つが複屈折性結晶である、請求項3に記載の光トランスポンダ。
- 前記複数の自由空間光エレメントがさらに、反射構成で配置される、請求項3に記載の光トランスポンダ。
- 前記DGD軽減器が、光信号の2つの基本的な偏光モードのうちのそれぞれで動作する、請求項1に記載の光トランスポンダ。
- 前記マルチレベル送信器が、複2進符号送信器を含む、請求項1に記載の光トランスポンダ。
- 前記マルチレベル送信器が、変動する光回線の色分散(CD)の影響に対して感度が低い、請求項1に記載の光トランスポンダ。
- 前記電気的な出力ポートが、前記電気的な入力ポートに結合され、それにより、中継器を形成する、請求項1に記載の光トランスポンダ。
- 光トランスポンダであって、
前記光トランスポンダ内に集積された、光入力信号を受信し、微分群遅延(DGD)の影響を低減し、低減されたDGD信号を提供するための手段と、
前記光トランスポンダ内に集積された、前記低減されたDGD信号を電気的な出力信号に変換するための手段と、
前記光トランスポンダ内に集積された、電気的な入力信号を受信し、前記電気的な入力信号のスペクトルを狭くし、前記電気的な入力信号を光出力信号に変換し、かつ前記光出力信号を送信するための手段と
を含む光トランスポンダ。 - 前記光信号の前記DGDの影響を低減するための前記手段が、DGD軽減器を含む、請求項10に記載の光トランスポンダ。
- 前記電気的な入力信号のスペクトルを狭くする手段が、マルチレベル光送信器を含む、請求項10に記載の光トランスポンダ。
- 前記マルチレベル光送信器が、複2進符号送信器を含む、請求項12に記載の光トランスポンダ。
- 光トランスポンダ内に集積された微分群遅延(DGD)軽減器を用いて、光入力信号を受信し、かつ処理するステップと、
前記光トランスポンダ内に集積された光受信器を用いて、前記処理された光入力信号を電気的な出力信号に変換するステップと、
電気的な入力信号を受信し、前記電気的な入力信号のスペクトルを狭くし、前記電気的な入力信号を光出力信号に変換し、かつ前記光トランスポンダ内に集積された送信器を用いて前記光出力信号を送信するステップと
を含む方法。 - 光回線のDGDの影響を低減するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記電気的な入力信号を非ゼロ復帰(NRZ)信号に変換するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記電気的な入力信号を事前コード化するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- 前記電気的な入力信号を、低域通過フィルタリングするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
- レーザ出力を変調された光信号に変調するために、前記低域通過フィルタリングされた電気的な入力信号を使用するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記変調された光信号を送信するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
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---|---|---|---|
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