JP2008532391A - 光通信システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信システム、具体的にはファイバ光通信システムに関する。
−ファイバにおける吸収による損失
−群速度分散(GVD)
−光学的非線形性
増幅された自発的に発生した雑音が信号に追加され、信号対雑音比が低下するので、回復が完全ではないとはいえ、吸収による信号パワーの損失は、増幅器を使用して補償されることができる。非線形光波通信の画期的な発展は、光信号の周期的増幅を提供する光増幅器を開発および展開することにより誘発されてきた。それぞれの増幅器間の光リンクの部分は、前の範囲を通って伝播することにより劣化した光信号を、ノード位置でそれぞれの次の増幅器が増幅する範囲として一般に知られている。
●特許文献5、特許文献6または特許文献7に開示されているようなGires−Tournois Interferometers(GTI)を含む、Multiple−Cavity Etalons、D.Mossらによる、“Tunable Dispersion Compensation at 10 Gbit/s and 40 Gbit/s Using Multicavity All−pass Etalons”と表題が付いているPresentation TuDl、米国ジョージア州アトランタ市のConference on Optical Fiber Communication (OFC) 2003
●特許文献8または特許文献9で開示されているようなChirped Fiber Bragg Gratings(CBFG)。
本発明に関連する多様な方法、システムおよび器具が、2003年11月12日および2004年6月14日にそれぞれ、本発明の出願人または譲渡人によって出願された同時係属米国出願10/706901および10/868521に開示されている。これらの同時係属出願の開示は、相互に参照することにより本明細書に組み込まれる。
改良された光通信システムを提供することが、本発明の目的である。
a)光波長プロセッサの入力ポートで前記光信号を受信するステップと、
b)分散軸に沿って前記光信号の前記光チャネルを空間的に分散するステップと、
c)前記空間的に分散された光チャネルを、光位相操作装置の所定の範囲に方向付けるステップであって、前記光位相操作装置は複数の独立してアドレス可能なピクセル要素を含むステップと、
d)それぞれのピクセル要素への入射光線の位相が、前記光通信リンクに蓄積された変性効果を補償して複数の補償光チャネルを提供するために、所定の量だけ修正されるように、それぞれの前記ピクセル要素を、複数の所定の水準のうちの一つに構成するステップと、
e)光出力信号を提供するために前記補償された光チャネルを再結合するステップと、
f)出力ポートに前記光出力信号を出力するステップと、
を含む。
a.前記第一の範囲に蓄積されたそれぞれの波長チャネルの分散を実質上補償し、
b.第一および第二の波長チャネルの選択された組において、蓄積された残余群遅延を実質上補償し、
c.前記第一のリンクに生成されたチャネルの前記選択された組の間の混信が、前記第二のリンクで少なくとも部分的に補償されるように、前記選択された組の前記第二の波長チャネルの位相を修正するための、
位相操作モジュールとを含む第一のノードモジュールとを含む光伝送システムが提供される。
●それぞれのチャネルベースの分散効果の補償
●非線形四波混合効果の緩和
●現在の分散補償技術または熱的に誘導される変動における不一致をなくすために、それぞれの波長チャネルを独立して調節するよう再構成が可能なこと
●多様なアド/ドロップ位置でリンクに追加されてきた光信号に対応および分散管理システムの全長に直面してきていない分散的および非線形効果を補償が可能なこと
●それぞれのチャネルベースのDWDM信号の増幅および位相の両方を独立して調整
本発明の好ましい実施態様は、個別の波長チャネルの規模の受信された光信号の相対位相を調整するステップと、さらに個別のチャネルのそれぞれの分光幅未満の規模の相対位相を独立して調整するステップの両方の手段を提供することによって、改良された光通信システムの特長を完全に理解する方法を開示する。それぞれのチャネルの離散的な増幅の調整は、四波混合要素を抑え、信号を全てのチャネルの雑音比に最適化するために、光チャネル間の出力レベル平衡度の目的のために有利に提供されてもよい。好ましい実施態様は、位相の電子的に調整可能な方法、およびそれぞれの光チャネルを電子信号に最初に変換する必要性がなく、個別の光波長チャネルの増幅調整を提供する。この独特の性質は、通信サービスの増加の一途をたどる需要に対応するために、光通信リンクの増加する通信帯域幅の他に例を見ない領域を可能にする。前記方法の概要を図17に表した。
ほとんどの一般的な場合は、ファイバ通信リンクに沿った信号変換は、散逸および増幅、分散および非線形の総合作用によってもたらされ、簡単な方法では説明ができない。ファイバ光通信の理論的背景を形成する基本の数学的モデルは、非線形のシュレディンガー方程式(NLSE)である。光伝送システムのパラメータの最適化は、ファイバリンクの設計のための重大な作業課題である。通常、最適な動作型および最適なシステムパラメータを検出するのに、NLSEを含む、多大な時間を必要とする数値シミュレーションが必要である。多次元パラメータ空間における安定性と許容誤差は、最適化に必要な計算時間によって制限される。
●伝送器から最終受信器まで完全に特徴付ける必要がある、通信リンクの長距離
●光信号がファイバを通って伝播する間の、光信号の正確な表現を得るために使用する必要がある、小さなファイバの長さの区分
好ましい実施態様が、通信リンクのモデル化の必要性を除去しない一方で、それはそれぞれのノードにおける補償の再構成可能な性質のために、モデルの許容誤差の一部を減少させる可能性がある。さらに、これは、装置によって提供される補償のレベルを単純に調整することにより、中心位置から電子的にこれを補償してもよいように、長期にわたる光の性質の変化として有用である。システムが一つのチャネルビットレート(例えば、10ギガビット/秒)で使用するように設計されるとき、同様のシステムは、好ましい実施態様において提供される、広げられた許容範囲を活用することにより、さらに高いチャネルビットレート(例えば、40ギガビット/秒)で使用することができる。
それぞれ個別の波長チャネルが光領域の他の全てから分離されることができた場合、その結果、それぞれの信号の位相は独立して修正される。これは、光回折格子またはプリズムなどの分散要素を使用して実現され得、チャネルの位相面を分散軸に対して垂直方向に修正することによって、光線ステアリングの適用のために実証されてきた。
光ファイバは、通常新しい波長の生成をもたらす非線形効果の範囲を支持することができる。DWDM通信システムでは、光チャネルのOSNRに影響を与える最も一般的な非線形処理は、光カー効果により二つ以上の波長の信号間の混合と関係している。非線形の処理はまた、非線形媒体において伝播する光パルスの位相構造の修正をもたらす。これらの効果の大きさは、いくらかの出力に上昇する入射場の強度による。SPM効果は、非線形処理の別の例であるが、上述のとおり、それ自体がパルスの相互作用であるので、信号のONSRの完全性には通常影響を与えない。
●それぞれのチャネルベースで整備および調整する、CDの補償
●FWM、群遅延および位相補償などの非線形伝送効果の抑制
●システムOSNRを最大化するための、特別注文の光フィルタリング
●例えば、位相偏移変調(PSK)受信器などの増幅変化に対する位相
●単一装置内のネットワークアーキテクチャの再構成および多重伝送標準(例えば、10ギガビット/秒および40ギガビット/秒)を含む波長チャネルの継ぎ目のないアドおよびドロップ
本明細書に説明した、および/または図面に示した光通信システムおよび方法は、ほんの一例として提示され、本発明の範囲に関しては制限していない。別段の特別な提示がない限り、光通信システムおよび方法の個別の側面および要素は修正されてもよく、または代用されてきたので知られている同等物、または将来開発される可能性のある、もしくは将来基準を満たした代用品として考えられる可能性のある、まだ知られていない代用品であってもよい。潜在用途の範囲は大きいため、また本光通信システムおよび方法が多くのかかる変形物に適合性のあることを意図しているため、請求する発明の範囲および精神内にとどまる一方で、本光通信システムおよび方法はまた、多様な用途のために修正されてもよい。
Claims (31)
- 光通信リンクにおける光システムであって、該システムは、
該通信リンクにおいて移動する光信号を配信する少なくとも第一の入力ポートであって、該光信号は複数の波長チャネルを含み、該複数の波長チャネルは光データリンクを介して光情報を伝達するために使用される、第一の入力ポートと、
該複数の波長チャネルを空間的に分離するための分散要素と、
活性光位相要素と、
該分散要素と該光位相要素との間の該空間的に分離されたチャネルを方向付けるための複数の光操作要素と
を備え、該光位相要素は、該通信リンクによって該複数の波長チャネルに付与された信号劣化の影響の十分な補償のために、所定の非干渉的な方法で、該複数の波長チャネルのうちの所定のものの位相を独立して修正する、
光システム。 - 前記信号劣化の影響は、必要条件に従って、増幅不均衡、分散、チャネル間の混合効果、位相遅延、または他の線形もしくは非線形の効果を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光位相要素は、前記波長チャネルの前記群遅延を独立して修正する、請求項1に記載のシステム。
- 前記光位相要素は、前記波長チャネルの前記分散を独立して修正する、請求項1に記載のシステム。
- 前記光位相要素は、前記波長チャネルの前記増幅を独立して修正する、請求項1に記載のシステム。
- 前記修正された波長チャネルを追加の分散要素に方向付ける追加の光操作要素をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記追加的な分散要素は、光出力信号を形成するために選択された波長チャネルを結合し、前記光出力信号は複数の光出力ポートのうちの一つに方向付けられている、請求項6に記載のシステム。
- 光信号を受信する光入力ポートであって、該光信号は複数の光チャネルを有する、光入力ポートと、
該光チャネルを空間的に分散させる光分散要素と、
一連の空間的に分散され、位相修正された光チャネルを生成するために、該光チャネルのうちの所定のものの相対位相を独立して修正する光補償要素と、
光出力信号を生成するために該空間的に分散され、位相修正された光チャネルを結合する光結合要素と
を含む、光補償システム。 - 前記光分散要素および前記光結合要素は両方とも、光格子およびグリズムから構成される群から選択される、請求項8に記載の光補償システム。
- 前記光補償要素は、前記空間的に分散された光チャネルのうちのそれぞれのもののために、一連の空間的に分散された相対位相操作要素を含み、該位相操作要素は、空間的に分散された光チャネルの空間的に分離された部分を独立して操作することができる、請求項8に記載の光補償システム。
- 光信号に含まれる複数の光チャネルを選択的に補償する方法であって、該光信号は光通信リンクで伝播し、該方法は、
a)光波長プロセッサの入力ポートに該光信号を受信するステップと、
b)分散軸に沿って前記光信号の該複数の光チャネルを空間的に分散するステップと、
c)該空間的に分散された複数の光チャネルのうちの所定のものを、光位相操作装置の所定の領域に方向付けるステップであって、該光位相操作装置は複数の独立してアドレス指定可能なピクセル要素を含む、ステップと、
d)複数の補償光チャネルを提供するために、該ピクセル要素への入射光線の位相が、該光通信リンクに蓄積された劣化効果を補償する所定の量だけ修正されるように、該ピクセル要素を、複数の所定の水準のうちの一つに設定するステップと、
e)光出力信号を提供するために該補償された複数の光チャネルを再結合するステップと、
f)出力ポートに該光出力信号を出力するステップと
を含む、方法。 - 前記光チャネルの選択された隣接する複数の対の間の、相対群速度の分散の不一致が調整される、請求項11に記載の方法。
- 前記光チャネルの対における該光チャネルのうちの一つの相対位相は、追加の位相シフトを受ける、請求項12に記載の方法。
- 前記群速度の不一致は、実質上ゼロになるよう調整され、前記位相シフトは実質上πラジアンである、請求項13に記載の方法。
- 前記ピクセル要素は、波長チャネル内で実質上連続し、隣接するチャネルの間で実質上不連続的に該ピクセル要素を調整する能力を提供する、群遅延機能によってアドレス指定される、請求項11に記載の方法。
- 前記次に隣接する光チャネルの選択された対の間の群速度の分散の不一致および位相が調整される、請求項11に記載の方法。
- 前記劣化効果は、色分散、群速度遅延、光非線形性、相互位相変調および自己位相変調のうちの一つ以上を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記空間的に分散された光チャネルは、該光チャネルの帯域幅の分光幅未満の大きさで修正される、請求項11に記載の方法。
- 前記ピクセル要素は縦列に空間的に配置され、該ピクセル要素の縦列は、前記光チャネルへ付与された前記補償の位相量子化効果を実質上減少させるために、前記分散軸に対して角度を持つ方向である、請求項11に記載の方法。
- 前記光位相操作装置は、前記伝播の方向が複数の光出力信号を提供するために修正されるように、前記分散軸に対して直角の軸に沿った前記空間的に分散された光チャネルのうちの選択されたものを修正する、請求項11に記載の方法。
- 前記光出力信号は、複数の出力ポートのうちの所定の一つのものへの出力である、請求項20に記載の方法。
- 光信号を受信する入力ポートであって、該光信号は複数の波長チャネルを含み、該波長チャネルは所定の分光幅を有する、入力ポートと、
該波長チャネルの位相を独立して離散的に修正するための複数の独立してアドレス可能な位相調整要素であって、該修正は複数の位相修正された波長チャネルを提供するために該チャネルの該分光幅未満の大きさで実行される、位相調整要素と、
該位相修正された波長チャネルの選択されたものを、光通信リンクに配信するための少なくとも一つの出力ポートと
を含む、光システム。 - 前記位相調整要素は、さらに必要条件に従って、前記波長チャネルの選択されたものの振幅を離散的にまた実質上独立して修正する、請求項22に記載の方法。
- 前記通信システムの所定の位置に配信される、請求項22に記載の複数の光システムを含む光通信システム。
- 複数の独立した波長チャネルを伝送するための光伝送器と、
少なくとも第一および第二の範囲であって、各範囲はそれぞれ、
正の分散係数によって特徴付けられた、少なくとも第一の長さの伝送光ファイバと、
該長さの伝送ファイバの後に配置され、該第一の範囲における該複数の波長チャネルによって蓄積された群速度遅延の大きな割合を実質上補償するために、負の分散係数によって特徴付けられた、少なくとも第一の長さの分散補償する光ファイバと
を含む、第一および第二の範囲と、
該第一の範囲の後に配置された第一のノードモジュールであって、
光増幅モジュールと、
a .該第一の範囲に蓄積された該複数の波長チャネルの分散を実質上補償し、
b.第一および第二の波長チャネルの選択された対における、残余の蓄積された群遅延を実質上補償し、
c.該第一のリンクに生成された該選択された対のチャネルの間の混信が、
第二のリンクにおいて少なくとも部分的に補償されるように、該選択された対の該第二の波長チャネルの位相を修正するための、
位相操作モジュールと
を含む、第一のノードモジュールと
を含む、光伝送システム。 - 光増幅モジュールと、
第三および第四の波長チャネルの選択された複数の対において、蓄積された残余の群遅延を実質上補償するため、および該波長チャネルの相対位相を修正するための位相操作モジュールと
を含む、該第二の範囲の後に配置された第二のノードモジュールをさらに含む、請求項25に記載のシステム。 - 前記第一および第二の範囲の、複数の連続して配置された対であって、それぞれの該第一および第二の範囲は、複数のそれぞれの第一および第二のノードモジュールのうちの一つとの間に散在されている、配置された対と、
前記伝送された波長チャネルを受信する受信モジュールと
を含む、請求項26に記載のシステム。 - 複数の独立した波長チャネルを伝送するための光伝送器と、
第一の所定の分散係数によって特徴付けられた、少なくとも第一および第二の長さの伝送光ファイバと、
該伝送光ファイバのそれぞれの長さにおける該波長チャネルによって蓄積された群速度遅延の大きな割合を実質上補償するために、第二の所定の分散係数によって特徴付けられた、少なくとも第一および第二の長さの分散補償光ファイバであって、該第一の長さの分散補償ファイバは該第一の長さの伝送ファイバの後に配置され、該第二の長さの分散補償ファイバは該第二の長さの伝送ファイバの後に配置されている、分散補償光ファイバと、
該第一の長さの分散補償ファイバと該第二の長さの伝送ファイバとの間に置かれた第一のノードモジュールであって、該第一の長さの伝送ファイバの該波長チャネルによって蓄積された色分散を実質上補償し、該第一および第二の波長チャネルの選択された対における蓄積された残余の群遅延を実質上補償し、該第二のチャネルの該修正された位相が、該選択された対における該第一の波長チャネルと実質上位相が不一致となるように、該選択された対における該第二の波長チャネルの該位相を修正するように構成されている位相操作モジュールを含む、第一のノードモジュールと、
該第二の長さの分散補償するファイバの後に配置された第二のノードモジュールであって、光増幅するモジュールと、該波長チャネルのすべての該修正された位相が実質上同相であるように、第三および第四の波長チャネルの選択された対において蓄積された残余の群遅延を実質上補償するため、および該波長チャネルの該位相を修正するための位相操作モジュールとを含む、第二のノードモジュールと
を含む、光伝送システム - 前記第一の長さの伝送ファイバにおけるいかなる前記波長チャネルによって蓄積された非線形光効果が、前記第二の長さの伝送ファイバにおいて逆となるように、前記位相操作モジュールは、非干渉的な方法で前記波長チャネルの前記位相を修正する、請求項28に記載のシステム。
- 前記非線形光効果は、多数チャネルの混合効果を含む、請求項28に記載のシステム。
- 前記第一および第二の所定の分散係数は、符号が反対である、請求項28に記載のシステム。
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