JP2009542041A - Versatile compact transmitter generating advanced modulation formats - Google Patents

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Abstract

ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)光信号を発生するシステムであって、1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N(N>2)レベル電気信号を出力するように構成されたNレベル・デジタル・マルチレベル・トランスフォーマ(DMT)を備えるドライバと、ドライバによって出力されるNレベル電気信号を受信し、光周波数変調信号を発生するように構成されたFM源と、FM源によって出力される光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生するように構成された光スペクトル再整形器(OSR)とを備えるシステム。ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)光信号を発生する方法であって、(1)1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N(N>2)レベル電気信号を出力すること、(2)Nレベル電気信号出力を受信し、光周波数変調信号を発生すること、および、(3)光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生することを含む方法。A system for generating a zero-return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) optical signal that receives a two-level digital electrical signal representing 1 and 0 and outputs an N (N> 2) level electrical signal A driver comprising an N-level digital multi-level transformer (DMT) configured to: an FM source configured to receive an N-level electrical signal output by the driver and generate an optical frequency modulation signal; A system comprising: an optical spectrum reshaper (OSR) configured to receive an optical frequency modulated signal output by an FM source and generate a desired RZ-DPSK optical signal. A method of generating a zero-return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) optical signal comprising: (1) receiving a two-level digital electrical signal representing 1 and 0 and receiving an N (N> 2) level electrical signal (2) receiving an N level electrical signal output and generating an optical frequency modulation signal; and (3) receiving an optical frequency modulation signal and generating a desired RZ-DPSK optical signal. Including methods.

Description

本発明は、一般に、信号送信に関し、より詳細には、光信号の送信に関する。   The present invention relates generally to signal transmission, and more particularly to transmission of optical signals.

(係属中の従来特許出願に対する参照)
本特許出願は、
(i)「POWER SOURCE FOR A DISPERSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年11月8日に出願された係属中の先の米国特許出願第11/272,100号(代理人文書番号第TAYE−59474−00006CON号)の一部継続出願であり、
(ii)「HIGH−SPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING A COUPLED MULTI−CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2002年12月3日に出願された係属中の先の米国特許出願第10/308,522号(代理人文書番号第TAYE−59474−00007号)の一部継続出願であり、
(iii)「FLAT DISPERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR(FDFD)」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2006年5月26日に出願された係属中の先の米国特許出願第11/441,944号(代理人文書番号第TAYE−59474−00009CON号)の一部継続出願であり、
(iv)「OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年2月28日に出願された係属中の先の米国特許出願第11/068,032号(代理人文書番号第TAYE−31号)の一部継続出願であり、
(v)「FLAT−TOPPED CHIRP INDUCED BY OPTICAL FILTER EDGE」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年3月18日に出願された係属中の先の米国特許出願第11/084,630号(代理人文書番号第TAYE−34号)の一部継続出願であり、
(vi)「MULTI−RING RESONATOR IMPLEMENTATION OF OPTICAL SPECTRUM RESHAPER FOR CHIRP MANAGED LASER TECHNOLOGY」と題されたケビン・マカリオン(Kevin McCallion)らによって2007年2月5日に出願された係属中の先の米国特許出願第11/702,436号(代理人文書番号第TAYE−23 RR CON号)の一部継続出願であり、
(vii)「METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING A SIGNAL USING SIMULTANEOUS FM AND AM MODULATION」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年3月18日に出願された係属中の先の米国特許出願第11/084,633号(代理人文書番号第TAYE−33号)の一部継続出願であり、
(viii)「SPECTRAL RESPONSE MODIFICATION VIA SPATIAL FILTERING WITH OPTICAL FIBER」と題されたケビン・マカリオン(Kevin McCallion)らによって2006年10月24日に出願された係属中の先の米国仮特許出願第60/853,867号(代理人文書番号第TAYE−47B PROV号)の利益を主張し、
(ix)「VERSATILE COMPACT TRANSMITTER FOR GENERATION OF ADVANCED MODULATION FORMATS」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2006年4月6日に出願された係属中の先の米国仮特許出願第60/789,863号(代理人文書番号第TAYE−73 PROV号)の利益を主張する。
(Reference to pending prior patent application)
This patent application
(I) Pending US Patent Application No. 11/272, filed November 8, 2005 by Daniel Magereteh et al. Entitled "POWER SOURCE FOR A DISPENSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM" No. 100 (attorney document number TAYE-59474-00006CON) part continuation application,
(Ii) Daniel Magereteh et al. Entitled "HIGH-SPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING A COUPLED MULTI-CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR", filed on Dec. 3, 2002, filed on Dec. 3, 2002. 10 / 308,522 (Attorney document number: TAYE-59474-00007)
(Iii) Pending US patent application Ser. No. 11 / 441,944 filed May 26, 2006 by Daniel Mahgerefte et al. Entitled “FLAT DISFERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR (FDFD)”. (Attorney document number TAYE-59474-00009CON) part continuation application,
(Iv) A pending US patent application filed on February 28, 2005 by Daniel Magereteh et al. Entitled "OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT" 068,032 (Attorney document number: TAYE-31)
(V) pending earlier US patent application Ser. No. 11/084, filed Mar. 18, 2005, by Daniel Magereteh et al. Entitled “FLAT-TOPPED CHIRP INDUCED BY OPTIMAL FILTER EDGE”. This is a continuation-in-part of 630 (Attorney document number TAYE-34)
(Vi) Kevin McCallion, filed in the United States on the 5th of the month, filed by Kevin McCallion, filed in the United States on the 5th patent filed in the United States patent dated 5th month entitled “MULTI-RING RESONATOR IMPLEMENTATION OF OPTICAL SPECTRUM RESHAPER FOR CHIRP MANAGED LASER TECHNOLOGY” 11 / 702,436 (Attorney document number TAYE-23 RR CON) part continuation application,
(Vii) United States patent filed on March 18, 2005 by Daniel Mageleteh et al. Entitled "METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING A SIGNAL USING SIMULANTEUS FM AND AM MODULATION" on March 18, 2005 11 / 084,633 (Attorney document number TAYE-33)
(Viii) Pending US Provisional Patent No. 60, filed October 24, 2006 by Kevin McCallion et al. Entitled "SPECTRAL RESPONSE MODIFICATION VIA SPATIAL FILTERING WITH OPTIMAL FIBER" , 867 (Attorney document number TAYE-47B PROV)
(Ix) A pending US patent filed on April 6, 2006 by Daniel Magereteh et al. Entitled "VERSATILE COMPACT TRANSMITTER FOR GENERATION OF ADVANCED MODULATION FORMATS", filed April 6, 2006 , 863 (attorney document number TAYE-73 PROV).

9つの先に特定した特許出願は、本願明細書に組み込まれる。
デジタル光ファイバ送信機の品質および性能は、送信されるデジタル信号が大きな歪なしで伝播され得る距離によって決定される。信号のビット・エラー・レート(bit error rate)(BER)は、分散ファイバを通して伝播した後に受信機において測定され、一定のBER、すなわち、通常、10−12を得るのに必要とされる光出力(感度と呼ばれることがある)が決定される。送信機の出力における感度と伝播後の感度との差は、分散ペナルティと呼ばれることがある。これは、通常、分散ペナルティが、約1dBのレベルに達する距離によって特徴付けられる。外部変調源などの標準的な10Gb/s光デジタル送信機は、分散ペナルティが、分散限界と呼ばれることがある約1dBのレベルに達する前に、1550nmにおいて標準的な単一モード・ファイバで約50kmの距離まで送信することができる。分散限界は、デジタル信号が、変換制限されている、すなわち、信号が、標準的な10Gb/s送信について、そのビットにわたって時間変化する位相を持たず、100psのビット周期または1/(ビット・レート)を有するという基本的な仮定によって決定される。送信機の品質の別の尺度は、ファイバ伝播後の絶対感度である。
Nine previously identified patent applications are incorporated herein.
The quality and performance of a digital fiber optic transmitter is determined by the distance that the transmitted digital signal can propagate without significant distortion. The bit error rate (BER) of the signal is measured at the receiver after propagating through the dispersion fiber, and the optical power required to obtain a constant BER, i.e. typically 10-12. (Sometimes called sensitivity) is determined. The difference between the sensitivity at the transmitter output and the post-propagation sensitivity is sometimes referred to as the dispersion penalty. This is usually characterized by the distance at which the dispersion penalty reaches a level of about 1 dB. A standard 10 Gb / s optical digital transmitter, such as an external modulation source, is about 50 km on a standard single mode fiber at 1550 nm before the dispersion penalty reaches a level of about 1 dB, sometimes referred to as the dispersion limit. Can be transmitted up to a distance. The dispersion limit is that the digital signal is conversion limited, i.e. the signal does not have a time-varying phase over its bits for a standard 10 Gb / s transmission, a 100 ps bit period or 1 / (bit rate ). Another measure of transmitter quality is the absolute sensitivity after fiber propagation.

従来技術の光ファイバ・システムにおいて、3つのタイプの光送信機、すなわち、(i)直接変調レーザ(DML)、(ii)電界吸収変調レーザ(EML)、および(iii)外部変調マッハ・ツェンダー(MZ)変調器が、現在使用されている。10Gb/sで1550nmの標準的な単一モード・ファイバにおける送信の場合、MZ変調器およびEMLは、最も長い到達距離を有する可能性があり、通常、80kmに達すると一般に考えられている。位相整形デュオバイナリと呼ばれる、特別なコーディング・スキームを使用すると、MZ送信機は、200kmに達する可能性がある。一方、直接変調レーザ(DML)は、通常、5km未満しか到達しない。その理由は、DMLの固有の時間依存チャープが、その距離以降で信号の大きな歪を生じるためである。   In prior art fiber optic systems, there are three types of optical transmitters: (i) direct modulation laser (DML), (ii) electroabsorption modulated laser (EML), and (iii) external modulation Mach-Zehnder ( MZ) modulators are currently used. For transmission in standard single mode fiber at 10 Gb / s and 1550 nm, the MZ modulator and EML may have the longest reach, and is generally considered to reach 80 km. Using a special coding scheme called phase-shaping duobinary, an MZ transmitter can reach 200 km. On the other hand, direct modulation lasers (DML) usually reach less than 5 km. This is because the inherent time-dependent chirp of the DML causes a large distortion of the signal after that distance.

例を挙げると、単一モード・ファイバの10Gb/sにおいて、DMLの到達距離を80km超まで増加させる、光ファイバを通した到達距離の長い光波データ送信(10Gb/sにおいて80km超)用の種々のシステムは、その特許出願を本願明細書に組み込む、(i)「POWER SOURCE FOR A DISPERSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年11月8日に出願された米国特許出願第11/272,100号(代理人文書番号第TAYE−59474−00006CON号)、(ii)「FLAT DISPERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR(FDFD)」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2006年5月26日に出願された米国特許出願第11/441,944号(代理人文書番号第TAYE−59474−00009CON号)、および(iii)「HIGH−SPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING A COUPLED MULTI−CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2002年12月3日に出願された米国特許出願第10/308,522号(代理人文書番号第TAYE−59474−00007号)に開示される。これらの新規なシステムに関連する送信機は、マサチューセッツ州ウィルミントン(Wilmington, Masachusetts)のアズナLLC(Azna LLC)によるチャープ・マネージド・レーザ(Chirp Managed Laser)(CML(商標))と呼ばれることがある。これらの新しいシステムでは、周波数変調(FM)源は、光スペクトル再整形器(OSR)を伴い、光スペクトル再整形器(OSR)は、周波数変調を使用して、振幅変調信号を増加させ、また、送信ファイバ内の分散を部分的に補償する。1実施形態では、周波数変調源は、直接変調レーザ(DML)を備えてもよい。周波数弁別器と呼ばれることがある光スペクトル再整形器(OSR)は、波長依存送信機能を有する適切な光エレメント、たとえば、フィルタによって形成され得る。OSRは、周波数変調を振幅変調に変換するように適合することができる。   For example, at 10 Gb / s on a single mode fiber, it increases the reach of DML to more than 80 km, and for various long-range optical data transmissions (more than 80 km at 10 Gb / s) through an optical fiber. This system is incorporated by reference into the present application and is filed on November 8, 2005 by Daniel Magereteh et al., Entitled “i) POWER SOURCE FOR A DISPENSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM”. US Patent Application No. 11 / 272,100 (attorney document number TAYE-59474-00006CON), (ii) “FLAT DISFERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR (F FD) ", US patent application Ser. No. 11 / 441,944 filed May 26, 2006 (Attorney document no. TAYE-59474-00009CON), filed May 26, 2006, And US Patent Application No. 308, filed on March 12, 2002, by Daniel Magereteh et al. Entitled "HIGH-SPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING A COUPLED MULTI-CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR", US Patent No. 308, filed on Dec. 30, 2003. No. 522 (attorney document number TAYE-59474-00007). The transmitter associated with these new systems may be referred to as Chirp Managed Laser (CML ™) by Azna LLC in Wilmington, Massachusetts. . In these new systems, the frequency modulation (FM) source involves an optical spectrum reshaper (OSR), which uses frequency modulation to increase the amplitude modulated signal, and Partially compensate for dispersion in the transmit fiber. In one embodiment, the frequency modulation source may comprise a direct modulation laser (DML). An optical spectrum reshaper (OSR), sometimes referred to as a frequency discriminator, can be formed by a suitable optical element, such as a filter, having wavelength dependent transmission capabilities. The OSR can be adapted to convert frequency modulation to amplitude modulation.

本発明の新規なシステムでは、周波数変調源のチャープ特性が利用され、チャープ特性は、その後、OSRが、10Gb/sで1550nmの標準的な単一モード・ファイバ上で、CML(商標)送信機の到達距離を250km以上にさらに延ばすように構成することによって、さらに再整形される。本発明の新規なシステムは、とりわけ、その特許出願を本願明細書に組み込まれる、(i)「OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年2月28日に出願された米国特許出願第11/068,032号(代理人文書番号第TAYE−31号)、(ii)「FLAT−TOPPED CHIRP INDUCED BY OPTICAL FILTER EDGE」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年3月18日に出願された米国特許出願第11/084,630号(代理人文書番号第TAYE−34号)、(iii)「MULTI−RING RESONATOR IMPLEMENTATION OF OPTICAL SPECTRUM RESHAPER FOR CHIRP MANAGED LASER TECHNOLOGY」と題されたケビン・マカリオン(Kevin McCallion)らによって2007年2月5日に出願された米国特許出願第11/702,436号(代理人文書番号第TAYE−23 RR CON号)、および、(iv)「METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING A SIGNAL USING SIMULTANEOUS FM AND AM MODULATION」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)他によって2005年3月18日に出願された米国特許出願第11/084,633号(代理人文書番号第TAYE−33号)に記載されるシステムの選択された特徴を組み合わせる。   In the novel system of the present invention, the chirp characteristic of a frequency modulation source is utilized, which is then CML ™ transmitter over a standard single mode fiber with an OSR of 10 Gb / s and 1550 nm. Is further reshaped by configuring it so as to further extend the reach distance to 250 km or more. The novel system of the present invention is, among others, Daniel Mageret et al. (I) entitled “OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT”, whose patent application is incorporated herein. Entitled US Patent Application No. 11 / 068,032 (Attorney's Document No. TAYE-31), filed February 28, 2005, (ii) “FLAT-TOPPPED CHIRP INDUCED BY OPTICAL FILTER EDGE” US patent application Ser. No. 11 / 084,630 filed Mar. 18, 2005 by Daniel Mageleref et al. No. TAYE-34), (iii) Kevin Macalion et al., Entitled “MULTI-RING RESONATOR IMPLEMENTATION OF OPTICAL SPECTRUM RESHAPER FOR CHIRP MANAGED LASER TECHNOLOGY” US Patent Application No. 11 / 702,436 (attorney document number TAYE-23 RR CON) and (iv) "METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING A SIGNAL USING SIMULTANEOUS FM AND AM MODULATION ELLE"・ Magelete (Daniel Mahgere teh) Other by combining selected features of the system described in application U.S. Patent Application Serial No. 11 / 084,633 (Attorney Docket No. Taye-33) on March 18, 2005.

より詳細には、本発明は、先に特定した特許出願に記載される種類のチャープ・マネージド・レーザを使用して、光学的差動位相シフト変調(DPSK)ゼロ復帰(RZ)信号を発生するデバイスを備える。   More particularly, the present invention generates an optical differential phase shift modulation (DPSK) return-to-zero (RZ) signal using a chirp managed laser of the type described in the previously identified patent application. Provide a device.

本発明の別の形態では、ゼロ復帰ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)光信号を発生するシステムが提供され、システムは、
1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N(N>2)レベル電気信号を出力するように構成されたNレベル・デジタル・マルチレベル・トランスフォーマ(DMT)を備えるドライバと、
ドライバによって出力されるNレベル電気信号を受信し、光周波数変調信号を発生するように構成されたFM源と、
FM源によって出力される光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生するように構成された光スペクトル再整形器(OSR)とからなる。
In another aspect of the invention, a system is provided for generating a zero return zero return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) optical signal, the system comprising:
A driver comprising an N-level digital multi-level transformer (DMT) configured to receive a 2-level digital electrical signal representing 1 and 0 and to output an N (N> 2) level electrical signal;
An FM source configured to receive an N-level electrical signal output by the driver and generate an optical frequency modulated signal;
An optical spectrum reshaper (OSR) configured to receive an optical frequency modulated signal output by an FM source and generate a desired RZ-DPSK optical signal.

本発明の別の形態では、ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)光信号を発生する方法が提供され、方法は、
(1)1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N(N>2)レベル電気信号を出力すること、
(2)Nレベル電気信号出力を受信し、光周波数変調信号を発生すること、および、
(3)光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生することを含む。
In another aspect of the invention, a method for generating a zero return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) optical signal is provided, the method comprising:
(1) receiving a two-level digital electrical signal representing 1 and 0 and outputting an N (N> 2) level electrical signal;
(2) receiving an N level electrical signal output and generating an optical frequency modulated signal; and
(3) receiving an optical frequency modulated signal and generating a desired RZ-DPSK optical signal.

本発明のこれらの、また他の目的、特徴、および利点は、添付図面と共に考えられる本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明によって、より完全に開示されるか、または、明らかになるであろう。添付図面では、同じ数字は同じ部品を指す。 DPSKフォーマット
DPSKフォーマットでは、1と0を表す入力デジタル電気信号は、情報が連続波(CW)一定振幅信号の位相にエンコードされる光信号に変換される。このDPSKフォーマットでは、変調規則は、1と0のビットの入力ランダム・デジタル・シーケンスが与えられると、0のビットの全ての発生について、CW信号の位相がπだけ変化し、一方、1のビットの発生について、位相が不変であることである。例として、以下の表1に示すビットのデジタル・シーケンスと得られるDPSK位相を考える。
These and other objects, features and advantages of the present invention will be more fully disclosed or will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention considered in conjunction with the accompanying drawings. I will. In the accompanying drawings, like numerals refer to like parts. DPSK Format In the DPSK format, an input digital electrical signal representing 1 and 0 is converted into an optical signal in which information is encoded into the phase of a continuous wave (CW) constant amplitude signal. In this DPSK format, given the input random digital sequence of 1 and 0 bits, the modulation rule changes the phase of the CW signal by π for all occurrences of 0 bits, while 1 bit The phase is invariant with respect to the occurrence of. As an example, consider the digital sequence of bits shown in Table 1 below and the resulting DPSK phase.

ここで、振幅は、位相情報を搬送するビットの光電界を指し、一方、強度は、位相情報を搬送しないビットの光出力を指す。各ビットの光電界表現は複素数であり、一方、光強度は、常に、実正数である。この変調フォーマットの利点は、この変調フォーマットが、3dB小さい信号対雑音比において、標準的なon−off変調と同じビット・エラー・レートを提供し、それにより、長い送信距離になる多数の光増幅器にわたる送信を可能にすることである。これは、DPSKフォーマットでは、全てのビットがエネルギーを搬送するからであり、非ゼロ復帰on−off変調(OOK)スキームでは、1のビットだけがエネルギーを有し、0のビットはエネルギーを搬送しない。 Here, the amplitude refers to the optical electric field of the bit carrying phase information, while the intensity refers to the optical output of the bit that does not carry phase information. The optical field representation of each bit is a complex number, while the light intensity is always a real positive number. The advantage of this modulation format is that it provides the same bit error rate as standard on-off modulation at a signal-to-noise ratio as small as 3 dB, thereby increasing the number of optical amplifiers resulting in long transmission distances. It is possible to transmit across. This is because in the DPSK format, all bits carry energy, and in a non-zero return on-off modulation (OOK) scheme, only 1 bit has energy and 0 bits do not carry energy. .

DPSKの利点は、バランスド受信機と共に受信機において1ビット遅延干渉計を使用することによって実現される。1ビット遅延干渉計の機能は、DPSKの位相変調を振幅変調に変換することである。この干渉計は、2つの出力、すなわち、(1)ビットの1ビット遅延バージョンが加算されるADD出力と、(2)ビットの1ビット遅延バージョンが、互いから減算されるSUBTRACT出力とを有する。入力DPSK信号は、干渉計の2つのアーム間で分割されるため、各アームの出力は、2分の1に減少する。通常、マッハ・ツェンダー型である干渉計の機能は、以下の表2の例に示される。ここで、振幅シーケンス(c)は、マッハ・ツェンダー干渉計の一方のアームにおいて1ビットだけ遅延されて、マッハ・ツェンダーの入力と干渉するようにさせられるストリーム(d)が生成され、それにより、ADD出力(e)とSUBTRACT出力(f)が生成される。これらの2つの出力の強度は、光電界の位相には感度がなく、光出力を測定するだけである標準的な光検出器によって検出される。2ポート・バランスド受信機は、ADDポートの検出された光電流とSUBTRACTポートの検出された光電流を減算し、標準的なOOK送信機より3dB感度が高いことが、当技術分野で知られている出力(g)が生じる。   The benefits of DPSK are realized by using a 1-bit delay interferometer at the receiver with a balanced receiver. The function of the 1-bit delay interferometer is to convert DPSK phase modulation into amplitude modulation. The interferometer has two outputs: an ADD output where a 1-bit delayed version of (1) bits is added and a SUBTACT output where a 1-bit delayed version of (2) bits is subtracted from each other. Since the input DPSK signal is split between the two arms of the interferometer, the output of each arm is reduced by a factor of two. The function of an interferometer that is typically a Mach-Zehnder type is shown in the example in Table 2 below. Here, the amplitude sequence (c) is delayed by one bit in one arm of the Mach-Zehnder interferometer to produce a stream (d) that is caused to interfere with the input of the Mach-Zehnder, thereby An ADD output (e) and a SUBTRACT output (f) are generated. The intensity of these two outputs is detected by a standard photodetector that is insensitive to the phase of the optical field and only measures the light output. It is known in the art that a 2-port balanced receiver subtracts the photocurrent detected at the ADD port from the photocurrent detected at the SUBTRACT port and is 3 dB more sensitive than a standard OOK transmitter. Output (g).

ビットは、受信機の出力Vが一定の電圧値(判定閾値と呼ばれることがある)を超える場合にビット値1を、出力電圧Vが判定閾値より小さい場合に値0を割り当てるデジタイザを使用することによって、受信機で識別される。当技術分野で知られているように、DPSK変調フォーマットについての判定閾値は、0ボルトに設置されるため、1のビットと0のビットとの間のいわゆる「距離」は、ここでは、2である。すなわち、1のビットと0のビットとの間の電圧差は、1−(−1)=2であり、一方、平均光出力が同じと仮定すると、標準的なOOKの場合、差は1−0=1である。この2倍の差は、同じビット・エラー・レートが、標準的なOOKの光信号対雑音比(OSNR)の1/2で得られることを可能にする、したがって、DPSKが3dB有利である。 The bit uses a digitizer that assigns a bit value of 1 if the output V of the receiver exceeds a certain voltage value (sometimes called a decision threshold) and a value of 0 if the output voltage V is less than the decision threshold. By the receiver. As is known in the art, the decision threshold for the DPSK modulation format is set at 0 volts, so the so-called “distance” between the 1 and 0 bits is here 2 is there. That is, the voltage difference between the 1 bit and the 0 bit is 1 − (− 1) = 2, while assuming that the average optical power is the same, for standard OOK, the difference is 1− 0 = 1. This double difference allows the same bit error rate to be obtained at half of the standard OOK optical signal-to-noise ratio (OSNR), and thus DPSK is 3 dB advantageous.

ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)送信機では、CWレーザの出力は、30%〜50%デューティ・サイクルを有する、選択されたビット・レート(たとえば、10GHz)の正弦波クロック信号によってさらに変調されて、受信機における感度がさらに改善される。したがって、出力強度は、そのビット・レートにおける30%〜50%デューティ・サイクルを有する一定強度パルス列であり、一方、パルスの位相は、先に述べたDPSK規則に従う。   In a zero-return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) transmitter, the output of the CW laser is a sinusoidal clock signal of a selected bit rate (eg, 10 GHz) with a 30% to 50% duty cycle. Further modulation will further improve the sensitivity at the receiver. Thus, the output intensity is a constant intensity pulse train with a 30% to 50% duty cycle at that bit rate, while the phase of the pulses follows the DPSK rules described above.

従来技術では、RZ−DPSK送信機は、通常、CWレーザ、DPSKを発生する第1変調器、および30%〜50%デューティ・サイクル・パルスまたはより高い感度を切除する(carve out)第2変調器を備える。従来技術で使用される変調器は、通常、マッハ・ツェンダー位相および/または振幅変調器であり、かさばり、高い(すなわち、4〜6Vpp超の)駆動電圧を必要とし、したがって、電力消費が大きく、望ましくない。 In the prior art, an RZ-DPSK transmitter is typically a CW laser, a first modulator that generates DPSK, and a second modulation that carves out 30% to 50% duty cycle pulses or higher sensitivity. Equipped with a bowl. The modulators used in the prior art are typically Mach-Zehnder phase and / or amplitude modulators, which are bulky and require a high (ie, greater than 4-6V pp ) drive voltage, and therefore have high power consumption. Is not desirable.

DPSKおよびチャープ・マネージド・レーザ(CML)
本発明では、FM源と光スペクトル再整形器(OSR)を備える、コンパクトなチャープ・マネージド・レーザ(CML)を使用して、外部変調器を使用することなくRZ−DPSK信号を発生する。
DPSK and chirp managed laser (CML)
In the present invention, a compact chirp managed laser (CML) with an FM source and an optical spectrum reshaper (OSR) is used to generate an RZ-DPSK signal without using an external modulator.

図1は、新規な装置の略図を示す。バイナリ電気デジタル・データ・ストリームは、デジタル・マルチレベル・トランスフォーマ(DMT)に供給され、DMTは、以下に記載される手順に従って、バイナリ電気デジタル・データ・ストリームを3レベル出力に変換する。DMTから出る3レベル・デジタル信号は、その後、FM源を駆動するのに使用され、FM源(たとえば、DFBレーザとしても知られる分布帰還型レーザ)は、入力デジタル3レベル信号を光学3レベル信号に変換する。換言すれば、DMTの出力は、CML装置への入力として使用される。レーザ出力の光周波数と光強度の両方が、DMTによって出力される3レベル・ドライバ信号に従って変調されることになる。   FIG. 1 shows a schematic diagram of the novel apparatus. The binary electrical digital data stream is fed into a digital multi-level transformer (DMT), which converts the binary electrical digital data stream into a three level output according to the procedure described below. The tri-level digital signal coming out of the DMT is then used to drive the FM source, and the FM source (eg, a distributed feedback laser, also known as a DFB laser) receives the input digital tri-level signal as an optical tri-level signal. Convert to In other words, the output of the DMT is used as an input to the CML device. Both the optical frequency and light intensity of the laser output will be modulated according to the three level driver signal output by the DMT.

DMTによって出力される電気信号の振幅は、規定された周波数偏移および振幅偏移を発生するように選択され、それにより、DPSKの所望の位相コーディングを生成する、すなわち、(i)ゼロ位相、すなわち、振幅=+1が所望されるとき、ドライバ振幅が、レーザ出力でチャープΔf=2/Tを生成するように調整され、ここで、Tは、ビットの継続時間の1/2、たとえば、10Gb/sの50%デューティ・サイクルRZ信号について50psであり、(ii)π位相、すなわち、振幅=−1が、コーデッドDPSK出力で所望されるとき、ドライバ振幅は、レーザ出力でチャープΔf=1/Tを生成するようにされる。ゼロ・ビットにわたる位相シフトは、Δφ=2πTΔfであるため、10Gb/sの50%デューティ・サイクルRZ−DPSK信号について、0位相シフト(振幅=+1)の場合、チャープ=20GHzであり、π位相シフト(振幅=−1)の場合、チャープ=10GHzであることに留意されたい。   The amplitude of the electrical signal output by the DMT is selected to generate a defined frequency shift and amplitude shift, thereby generating the desired phase coding of DPSK, i.e. (i) zero phase, That is, when amplitude = + 1 is desired, the driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 2 / T at the laser output, where T is 1/2 the bit duration, eg, 10 Gb When the 50% duty cycle RZ signal of / s is 50 ps and (ii) π phase, ie amplitude = −1, is desired at the coded DPSK output, the driver amplitude is chirp Δf = 1 / at the laser output. T is generated. The phase shift over zero bits is Δφ = 2πTΔf, so for a 10 Gb / s 50% duty cycle RZ-DPSK signal, 0 phase shift (amplitude = + 1), chirp = 20 GHz, and π phase shift Note that for (amplitude = -1), chirp = 10 GHz.

FM源の光出力は、その後、光スペクトル再整形器(OSR)、すなわち、フィルタを通過し、OSRは、2つの機能を有する。すなわち、(i)OSRは、出力信号の振幅変調を増加させ、(ii)OSRは、(FM源によって出力される)入力断熱周波数偏移を、信号のヌル出力の近くでほぼ瞬時の急激な位相シフトを有するフラット・トップ・チャープに変換する。   The optical output of the FM source then passes through an optical spectrum reshaper (OSR), i.e. a filter, which has two functions. That is, (i) the OSR increases the amplitude modulation of the output signal, and (ii) the OSR causes the input adiabatic frequency shift (output by the FM source) to be a nearly instantaneous abrupt near the null output of the signal. Convert to flat top chirp with phase shift.

この新規な手法をさらに解明するために、3レベル・デジタル・トランスフォーマ(DMT)への入力として入力バイナリ・デジタル・ビット・シーケンス   To further elucidate this novel approach, input binary digital bit sequences as input to a three-level digital transformer (DMT)

を考える。図2は、ビット・シーケンス、および、送信機チェーン(すなわち、送信機段)の種々の地点におけるパルス波形を示す。図2で「所望の出力(desired output)」と表示される、所望の出力シーケンスbは、ここでは+1と−1であると考えられる2つの値を有する別のバイナリ・デジタル・シーケンスである。シーケンスbは、bのビットの値が、aの0のビットの全ての発生について、その以前の値bn−1から変化し、一方、aの1のビットの発生について、不変のままであるという規則に従って、入力シーケンスaに関係付けられることができる。従来のRZ−DPSK送信機では、このシーケンスは、マッハ・ツェンダー変調器と組み合わせた差動エンコーダの使用によって発生する。本発明では、差動エンコーダはもはや必要とされない。b=+1または−1である場合、この規則は、 think of. FIG. 2 shows the bit sequence and pulse waveforms at various points in the transmitter chain (ie, transmitter stage). The desired output sequence b n , labeled “desired output” in FIG. 2, is another binary digital sequence having two values, here considered to be +1 and −1. . The sequence b n, bits of the value of b n are, for all occurrences of bit 0 of a n, varies from its previous value b n-1, whereas, for the occurrence of one bit of a n, invariant according to the rule that remains can be related to the input sequence a n. In conventional RZ-DPSK transmitters, this sequence is generated by the use of a differential encoder in combination with a Mach-Zehnder modulator. In the present invention, a differential encoder is no longer needed. If b n = + 1 or −1, this rule is

として書き換えられることができる。シーケンスaは、3レベル・デジタル・トランスフォーマ(DMT)に供給され、DMTは、以下の規則に従って地点Bにおいて図2に示すパルス波形(この例では、所望の出力パルスは、50%デューティ・サイクルを有する)を発生する。規則は、以下の通りである。(i)入力ビットが、a=1であるとき、地点Bにおける信号は、0に降下し(Vだけ変化し)、ビット継続時間2Tの50%の間、0値に留まり、値Vに戻る−電圧降下Vは、レーザのFM効率に従って調整されて、ビット・レート周波数の2倍(Δf=1/T)に等しいチャープを発生する。(ii)入力ビットが、a=0であるとき、出力は、V/2に降下し、期間Tの間、その値に留まり、値Vに戻って、ビット・レート周波数、すなわち、Δf=1/2Tに等しいチャープを発生する。 Can be rewritten as: The sequence a n, is supplied to the three level digital transformer (DMT), DMT, in the pulse waveform (the example shown in FIG. 2 at the point B according to the following rules, the desired output pulse, a 50% duty cycle To have). The rules are as follows: (I) When the input bit is a n = 1, the signal at point B drops to 0 (changes by V), stays at 0 value for 50% of the bit duration 2T, and reaches the value V The return-voltage drop V is adjusted according to the FM efficiency of the laser to produce a chirp equal to twice the bit rate frequency (Δf = 1 / T). (Ii) When the input bit is a = 0, the output drops to V / 2, stays at that value for period T, returns to value V, and the bit rate frequency, ie Δf = 1 Generate a chirp equal to / 2T.

電圧出力のこの選択は、以降で述べる周波数変調(FM)源の出力のビット間の適切な位相関係の発生を保証する。DFBレーザなどのFM源は、地点Bにおいて電圧パターンによって駆動され、地点Cに示す周波数および振幅変調出力波形を発生する(周波数プロファイルおよび位相プロファイルは示されるが、振幅プロファイルは示されない)。駆動電圧の値Vは、デジタル信号のビット・レート、すなわち、50%デューティ・サイクルを有する10Gb/sデータ・ストリームの場合、10GHzに等しい周波数偏移を発生するように選択される。より一般的には、全周波数偏移Δfは、Δf×T=1になるように選択され、式中、Tは、ゼロ復帰信号の0の継続時間、すなわち、50%デューティ・サイクルRZパルス・シーケンスについてビット周期の1/2である。電圧は、いわゆる、信号源のFM効率ηFM(GHz/V単位)、換言すれば、Δf=ηFMVによって決定される。DFBレーザの出力における光信号の位相は、図2に示す周波数偏移の時間積分である。たとえば、a=1でかつ0位相が所望されるとき、全周波数偏移Δf=20GHzが、50%デューティ・サイクルを有する10Gb/sゼロ復帰(RZ)データ・ストリームに適用されるため、周波数変調信号の位相は、20GHz×2π×50ps=2πだけずれる。入力ビットが、a=1であるとき、3レベル・デジタル・トランスフォーマ(DMT)は、10Gb/sRZの場合に、電圧の1/2を生成し、10GHz周波数偏移を発生する。この場合、信号の位相は、10GHz×2π×50ps=πだけずれ、得られる隣接パルスは、所望に応じて、パルス間にπ位相シフトを有することになる。 This selection of voltage output ensures the generation of an appropriate phase relationship between the bits of the frequency modulation (FM) source output described below. An FM source, such as a DFB laser, is driven by a voltage pattern at point B and generates a frequency and amplitude modulated output waveform as shown at point C (frequency and phase profiles are shown, but no amplitude profile is shown). The value V of the drive voltage is selected to produce a frequency shift equal to 10 GHz for a digital signal bit rate, ie, a 10 Gb / s data stream having a 50% duty cycle. More generally, the total frequency deviation Δf is selected to be Δf × T = 1, where T is the zero duration of the zero return signal, ie 50% duty cycle RZ pulse · One half of the bit period for the sequence. The voltage is determined by the so-called FM efficiency η FM (GHz / V unit) of the signal source, in other words, Δf = η FM V. The phase of the optical signal at the output of the DFB laser is the time integration of the frequency shift shown in FIG. For example, when a n = 1 and 0 phase is desired, the total frequency deviation Δf = 20 GHz is applied to a 10 Gb / s zero return (RZ) data stream with a 50% duty cycle, so the frequency The phase of the modulation signal is shifted by 20 GHz × 2π × 50 ps = 2π. When the input bit is a n = 1, the three-level digital transformer (DMT) generates 1/2 of the voltage and generates a 10 GHz frequency shift for 10 Gb / s RZ. In this case, the phase of the signal is shifted by 10 GHz × 2π × 50 ps = π, and the resulting adjacent pulse will have a π phase shift between the pulses as desired.

FM源(たとえば、レーザ)の出力は、光スペクトル再整形器(OSR)、すなわち、フィルタを通過し、OSRは、チャープ・マネージド・レーザに関連する上記した特許出願に記載されるように、振幅偏移を増加させ、チャープを平坦化させる。図2に示すように、OSRの出力における強度は、各ビットが同じエネルギーを運び、データが、ビットの位相にエンコードされるRZ−DPSK信号である。   The output of the FM source (eg, laser) is passed through an optical spectrum reshaper (OSR), i.e., a filter, which has an amplitude as described in the above-mentioned patent application related to chirp managed lasers. Increase the deviation and flatten the chirp. As shown in FIG. 2, the intensity at the output of the OSR is an RZ-DPSK signal where each bit carries the same energy and the data is encoded in the phase of the bits.

DFBの出力において得られるパルスの振幅は、図2に示されないが、チャープ・マネージド・レーザの技術分野でよく知られているように、通常、周波数偏移に追従する。
本発明の別の実施形態では、FM源は、振幅および周波数偏移について独立制御することができる。たとえば、DFBレーザは、周波数変調を発生するのに使用されることができ、レーザの出力に追従する電界吸収(EA)変調器は、振幅変調およびパルス・カービングに使用されることができる。DFBおよびEAは、図3に示すように、同じチップ上に集積化され得る。
The amplitude of the pulse obtained at the output of the DFB is not shown in FIG. 2, but usually follows a frequency shift, as is well known in the art of chirp managed lasers.
In another embodiment of the present invention, the FM source can be independently controlled for amplitude and frequency shift. For example, a DFB laser can be used to generate frequency modulation, and an electroabsorption (EA) modulator that follows the output of the laser can be used for amplitude modulation and pulse carving. The DFB and EA can be integrated on the same chip as shown in FIG.

周波数(FM)および振幅(AM)の独立制御を使用して、次の通りDPSK信号を発生することができる。たとえば、EA変調器によって発生する振幅変調は、OSR後に所望の振幅変調を提供するようにプログラムされる。たとえば、振幅変調は、ビットが大きな周波数偏移を有する場合に低減され、ビットが小さな周波数偏移を有する場合に増大されるため、OSR後の高いレベルと低いレベルの出力振幅が同じになる。OSR後の出力振幅は、式   Using independent control of frequency (FM) and amplitude (AM), the DPSK signal can be generated as follows. For example, the amplitude modulation generated by the EA modulator is programmed to provide the desired amplitude modulation after OSR. For example, amplitude modulation is reduced when a bit has a large frequency shift and increased when a bit has a small frequency shift, so that the high and low level output amplitudes after OSR are the same. The output amplitude after OSR is

に従う。ここで、AMは、dB単位の振幅変調深さであり、1のレベルと0のレベルの比として規定され、FMは、GHz単位の周波数変調であり、傾斜は、dB/GHz単位のOSR傾斜である。上記例では、FM源が、出力振幅を独立制御する場合、周波数が最大値の半分、すなわち、Δf/2であるとき、AMコンポーネントが電圧VAMを出力するようにプログラムされることになり、周波数偏移が最大、すなわち、Δfであるとき、振幅が、VAM/2に設定される。ここで、VAMは、適切な振幅応答を提供するように選択され、信号源のAM傾斜効率に依存する。 Follow. Where AM is the amplitude modulation depth in dB, defined as the ratio of level 1 to level 0, FM is frequency modulation in GHz, and the slope is the OSR slope in dB / GHz. It is. In the above example, if the FM source controls the output amplitude independently, the AM component will be programmed to output the voltage V AM when the frequency is half of the maximum value, ie Δf / 2, When the frequency shift is maximum, ie Δf, the amplitude is set to V AM / 2. Here, V AM is selected to provide an appropriate amplitude response and depends on the AM slope efficiency of the signal source.

別の例では、FM源およびOSRとしてDFB/EAの組合せを使用して、ビット・レート、たとえば、10Gb/sでRZ−DPSKが発生して、必要とされる最大チャープが、10Gb/s信号についてビット・レート周波数の2倍、すなわち、20GHzから、10Gb/s信号についてビット・レート周波数、すなわち、10GHzまで減少する。これは、10Gb/s信号について全ビット周期、すなわち、100ps内で所望の位相シフトを発生することによって達成される。EA変調器は、DFBの出力の振幅を変調することによって、50%デューティ・サイクルを有する所望のRZパルス形状を発生する。たとえば、a=1でかつ0位相が所望されるとき、全周波数偏移Δf=10GHzが、10Gb/s信号に適用されるため、周波数変調信号の位相は、10GHz×2π×100ps=2πだけずれる。入力ビットが、a=0であるとき、3レベル・デジタル・トランスフォーマは、電圧の1/2を生成し、5GHz周波数偏移を発生する。この場合、信号の位相は、5GHz×2π×100ps=πだけずれ、得られる隣接パルスは、所望に応じて、パルス間にπ位相シフトを有することになる。FM源の光出力は、光スペクトル再整形器(OSR)、すなわち、フィルタを通過し、OSRは、チャープ・マネージド・レーザ(CML)に関連する上述した特許出願に記載されるように、振幅偏移を増加させ、チャープを平坦化させる。 In another example, using a DFB / EA combination as the FM source and OSR, RZ-DPSK occurs at a bit rate, eg, 10 Gb / s, and the maximum required chirp is 10 Gb / s signal Decreases from twice the bit rate frequency, i.e., 20 GHz, to a bit rate frequency, i.e., 10 GHz, for a 10 Gb / s signal. This is accomplished by generating the desired phase shift within a full bit period, ie 100 ps, for a 10 Gb / s signal. The EA modulator generates the desired RZ pulse shape with 50% duty cycle by modulating the amplitude of the output of the DFB. For example, when a n = 1 and 0 phase is desired, the total frequency shift Δf = 10 GHz is applied to the 10 Gb / s signal, so the phase of the frequency modulated signal is only 10 GHz × 2π × 100 ps = 2π. Shift. When the input bit is a n = 0, the three-level digital transformer generates half of the voltage and generates a 5 GHz frequency shift. In this case, the phase of the signal is shifted by 5 GHz × 2π × 100 ps = π, and the resulting adjacent pulse will have a π phase shift between the pulses as desired. The optical output of the FM source passes through an optical spectrum reshaper (OSR), i.e. a filter, which is amplitude biased as described in the above-mentioned patent application relating to chirp managed lasers (CML). Increase transfer and flatten chirp.

図4は、光スペクトル再整形器(OSR)、および、FM源の出力における種々の周波数値のスペクトル位置の例を示す。ここで、最大振幅に相当するピーク周波数fは、OSR上の比較的低い損失点に整列し、一方、中間周波数fは高い損失(約10dB)を有するように整列する。周波数fは、(図4に示すように)低い周波数であるため、大きな損失を受ける。理想的には、OSRの出力における信号レベルは、fレベルとfレベルの0エネルギーが、1sのピークのエネルギー未満において、無視できる、たとえば、−10dB未満であるようなものである。この例では、OSRは送信エッジにおいて使用され、また、帯域幅制限する。種々のOSR形状は、種々の周波数成分間の弁別を導入して、OSR後に所望の振幅応答を発生することができる。 FIG. 4 shows an example of the spectral position of various frequency values at the output of an optical spectrum reshaper (OSR) and FM source. Here, the peak frequency f 0 corresponding to the maximum amplitude is aligned with a relatively low loss point on the OSR, while the intermediate frequency f 1 is aligned with a high loss (about 10 dB). Frequency f 2 (as shown in FIG. 4) for a lower frequency, subjected to a large loss. Ideally, the signal level at the output of the OSR, 0 energy f 1 levels and f 2 level in less than the energy of the peak of 1s, negligible, for example, is such that less than -10 dB. In this example, OSR is used at the transmit edge and is bandwidth limited. Different OSR shapes can introduce discrimination between different frequency components to generate the desired amplitude response after OSR.

重要なことには、OSRエッジの重要な機能は、その特許出願を本願明細書に援用する、(i)「OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefte)らによって2005年2月28日に出願された米国特許出願第11/068,032号(代理人文書番号第TAYE−31号)および(ii)「FLAT−TOPPED CHIRP INDUCED BY OPTICAL FILTER EDGE」と題されたダニエル・マゲレーテ(Daniel Mahgerefteh)らによって2005年3月18日に出願された米国特許出願第11/084,630号(代理人文書番号第TAYE−34号)に記載されたように、0における急激な位相シフトを有するフラット・トップ・チャープへのFM源の出力の断熱チャープの変換であることが留意されるべきである。OSRの伝達関数によって生成される、得られる均一位相は、感度が改善されたRZ−DPSK信号を発生するときに重要である。   Importantly, an important function of the OSR edge is that Daniel Magelet (Daniel) entitled “OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL ELEMENT”, which is incorporated herein by reference. US Patent Application No. 11 / 068,032 (Attorney Document No. TAYE-31) and (ii) “FLAT-TOPPPED CHIRP INDUCED BY OPTICAL FILTER EDGE” filed February 28, 2005 by Mahgerefte et al. US patent application Ser. No. 11 / 084,630, filed Mar. 18, 2005, by Daniel Magereteh et al. It should be noted that this is a conversion of the adiabatic chirp of the output of the FM source to a flat top chirp with a sudden phase shift at 0, as described in the actuary document number TAYE-34). is there. The resulting uniform phase generated by the OSR transfer function is important when generating an RZ-DPSK signal with improved sensitivity.

RZ−QPSKの発生
考えられる4つの位相{0,π/2,π,−π/2}に情報がコーディングされるゼロ復帰直交位相シフト変調(RZ−QPSK)を生成するために、同じ考えが一般化され得ることに留意されたい。対応する複素場振幅は、{1,i(OSR)−1,−i}である。この場合、マルチレベル・デジタル・トランスフォーマは、
RZ-QPSK Generation The same idea is used to generate a Zero Return Quadrature Phase Shift Modulation (RZ-QPSK) in which information is coded in four possible phases {0, π / 2, π, −π / 2}. Note that it can be generalized. The corresponding complex field amplitude is {1, i (OSR) -1, -i}. In this case, the multilevel digital transformer is

であるような4レベル信号Vを生成する。したがって、所望の周波数偏移は、{0,π/2,π,−π/2}の対応する位相について、Δf={1/T,1/4T,1/2T,3/4T}である。たとえば、50%デューティ・サイクルを有する10Gb/sRZ信号について、RZ−QPSKを発生するために、DMTの振幅は、0位相シフトを必要とするビットについて20GHz、π/2位相シフトを必要とするビットについて5GHz、π位相シフトを必要とするビットについて10GHz、および、3π/2位相シフトを必要とするビットについて15GHzの周波数偏移を発生するように調整される。OSR送信は、ビットの0部分の間の低レベルが、高レベル未満において−10dB未満であるように選択される。信号源が、独立したFM変調とAM変調を有する場合、振幅は、出力パルスについて一定振幅を提供するように調整される。上記2つの例から明らかなように、種々のマルチレベル位相コーデッド信号を、所望のビット内に所望の位相を発生させるように、周波数偏移を調整することによる、上記したチャープ・マネージド・レーザ・スキームを使用することによって、発生させることができる。 A four-level signal V k is generated. Thus, the desired frequency shift is Δf k = {1 / T, 1 / 4T, 1 / 2T, 3 / 4T} for the corresponding phase of {0, π / 2, π, −π / 2}. is there. For example, for a 10 Gb / s RZ signal with 50% duty cycle, to generate RZ-QPSK, the DMT amplitude is 20 GHz for bits that require 0 phase shift, bits that require π / 2 phase shift Is adjusted to generate a frequency shift of 5 GHz, 10 GHz for bits that require a π phase shift, and 15 GHz for bits that require a 3π / 2 phase shift. The OSR transmission is selected such that the low level during the 0 portion of the bits is less than -10 dB below the high level. If the signal source has independent FM and AM modulation, the amplitude is adjusted to provide a constant amplitude for the output pulse. As can be seen from the above two examples, the various chirped managed lasers described above by adjusting the frequency shift to produce the desired phase in the desired bits for the various multilevel phase coded signals. It can be generated by using a scheme.

修正
本発明の特質を説明するために、本明細書で記載され、示された、要素の詳細、材料、工程、および配置における多くの変更は、本発明の原理および範囲から逸脱することなく、当業者によって行われてもよいことが理解されるであろう。
To illustrate the nature of the modifications present invention, as described herein, it has been shown, information on the elements, materials, many changes in steps, and arrangement without departing from the principles and scope of the present invention, It will be appreciated that this may be done by one skilled in the art.

本発明のチャープ・マネージド・レーザ・ベースのRZ−DPSK送信機の略図。1 is a schematic diagram of a chirp managed laser based RZ-DPSK transmitter of the present invention. チャープ・マネージド・レーザRZ−DPSK源内の送信機チェーンに沿うビット・シーケンス進行を示す図。FIG. 4 shows a bit sequence progression along a transmitter chain in a chirp managed laser RZ-DPSK source. 電界吸収変調器を有するDFBレーザを示す図。The figure which shows the DFB laser which has an electroabsorption modulator. OSR、および、FM源の3レベル信号出力内の種々の周波数変調レベルの相対スペクトル位置を示す図。FIG. 5 shows the relative spectral positions of various frequency modulation levels within the OSR and FM source tri-level signal output.

Claims (38)

ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)光信号を発生するシステムであって、
1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N>2を満たすNレベル電気信号を出力するように構成されたNレベル・デジタル・マルチレベル・トランスフォーマ(DMT)を含むドライバと、
該ドライバによって出力される該Nレベル電気信号を受信し、光周波数変調信号を発生するように構成されたFM源と、
該FM源によって出力される該光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生するように構成された光スペクトル再整形器(OSR)と
を備えるシステム。
A system for generating a zero return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) optical signal comprising:
A driver including an N-level digital multilevel transformer (DMT) configured to receive a 2-level digital electrical signal representing 1 and 0 and to output an N-level electrical signal satisfying N> 2.
An FM source configured to receive the N-level electrical signal output by the driver and generate an optical frequency modulated signal;
A system comprising: an optical spectrum reshaper (OSR) configured to receive the optical frequency modulated signal output by the FM source and generate a desired RZ-DPSK optical signal.
前記ドライバの出力は、前記FM源によって発生される周波数偏移(Δf)が、(i)前記2レベル・デジタル電気信号の入力1のビットについて、ビット・レート周波数の2倍に実質的に等しく、(ii)前記2レベル・デジタル電気信号の入力0のビットについて、ビット・レート周波数に等しいように調整される、請求項1に記載のシステム。 The output of the driver is such that the frequency shift (Δf) generated by the FM source is (i) substantially equal to twice the bit rate frequency for the bit of input 1 of the two-level digital electrical signal. The system of claim 1, wherein (ii) the input 0 bit of the two-level digital electrical signal is adjusted to be equal to the bit rate frequency. 前記ドライバの出力の振幅は、規定された周波数偏移および振幅偏移を発生するように選択され、Tは前記ビットの継続時間の1/2とし、それにより、(i)ゼロ位相(振幅=+1)が所望されるとき、ドライバ振幅が、前記FM源の出力でチャープΔf=1/Tを生成するように調整され、(ii)π位相(振幅=−1)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=1/2Tを生成するように調整されるように、前記DPSKの所望の位相コーディングを生成する、請求項1に記載のシステム。 The amplitude of the driver output is selected to produce a defined frequency shift and amplitude shift, where T is 1/2 of the duration of the bit, thereby (i) zero phase (amplitude = When +1) is desired, the driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / T at the output of the FM source, and (ii) when π phase (amplitude = −1) is desired, the driver The system of claim 1, wherein the amplitude is adjusted to produce a desired phase coding of the DPSK such that the amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = ½T at the output of the FM source. ゼロ位相が、T=50psであり、Δf=20GHzであり、10Gb/sにおいて50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=1/Tのチャープを生成するように調整される、請求項3に記載のシステム。 When zero phase is T = 50 ps, Δf = 20 GHz, and a 50% duty cycle RZ signal is desired at 10 Gb / s, the driver amplitude is a chirp of Δf = 1 / T at the output of the FM source. The system of claim 3, wherein the system is adjusted to generate π位相が、T=50psであり、Δf=10GHzであり、10Gb/sにおいて50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=1/2Tのチャープを生成するように調整される、請求項3に記載のシステム。 When the π phase is T = 50 ps, Δf = 10 GHz, and a 50% duty cycle RZ signal is desired at 10 Gb / s, the driver amplitude is a chirp of Δf = 1 / 2T at the output of the FM source. The system of claim 3, wherein the system is adjusted to generate N=3である、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein N = 3. 前記ドライバの出力の振幅は、規定された周波数偏移および振幅偏移を発生するように選択され、Tは前記ビットの継続時間の1/2として、それにより、(i)ゼロ位相(複素振幅=+1)が所望されるとき、ドライバ振幅が、前記FM源の出力でチャープΔf=1/Tを生成するように調整され、(ii)π/2位相(複素振幅=i)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=1/4Tを生成するように調整され、(iii)π位相(複素振幅=−1)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=1/2Tを生成するように調整され、(iv)3π/2位相(複素振幅=−i)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=3/4Tを生成するように調整されるように、前記QPSKの所望の位相コーディングを生成する、請求項6に記載のシステム。 The amplitude of the output of the driver is selected to produce a defined frequency shift and amplitude shift, where T is half the duration of the bit, thereby (i) zero phase (complex amplitude) = + 1) is desired, the driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / T at the output of the FM source, and (ii) π / 2 phase (complex amplitude = i) is desired When the driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / 4T at the output of the FM source, and (iii) when π phase (complex amplitude = −1) is desired, the driver amplitude is When adjusted to produce chirp Δf = 1 / 2T at the source output and (iv) 3π / 2 phase (complex amplitude = −i) is desired, the driver amplitude is chirp Δf at the FM source output. = Adjusted to generate 3 / 4T As to produce the desired phase coding of the QPSK, system according to claim 6. π/2位相が、T=50psであり、Δf=5GHzであり、10Gb/sにおける50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=1/4Tのチャープを生成するように調整される、請求項7に記載のシステム。 When the π / 2 phase is T = 50 ps, Δf = 5 GHz, and a 50% duty cycle RZ signal at 10 Gb / s is desired, the driver amplitude is Δf = 1 / 4T at the output of the FM source. The system of claim 7, wherein the system is adjusted to generate a chirp of 3π/2位相が、T=50psであり、Δf=15GHzであり、10Gb/sにおける50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=3/4Tのチャープを生成するように調整される、請求項7に記載のシステム。 When the 3π / 2 phase is T = 50 ps, Δf = 15 GHz, and a 50% duty cycle RZ signal at 10 Gb / s is desired, the driver amplitude is Δf = 3 / 4T at the output of the FM source. The system of claim 7, wherein the system is adjusted to generate a chirp of N=4である、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein N = 4. 前記FM源はレーザを含む、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the FM source includes a laser. 前記レーザは分布帰還型(DFB)レーザである、請求項11に記載のシステム。 The system of claim 11, wherein the laser is a distributed feedback (DFB) laser. 前記FM源は、振幅偏移と周波数偏移の両方を提供し、さらに、該FM源は、該振幅偏移と該周波数偏移について独立した制御を提供するように構成される請求項1に記載のシステム。 The FM source provides both amplitude deviation and frequency deviation, and further, the FM source is configured to provide independent control over the amplitude deviation and the frequency deviation. The described system. 前記FM源は、分布帰還型(DFB)レーザと、それに続く電界吸収(EA)変調器を含み、該DFBレーザは、周波数変調の発生に使用され、該EA変調器は、振幅変調およびパルス・カービングに使用される、請求項13に記載のシステム。 The FM source includes a distributed feedback (DFB) laser followed by an electroabsorption (EA) modulator, which is used to generate frequency modulation, the EA modulator comprising amplitude modulation and pulse 14. A system according to claim 13, used for carving. 前記DFBレーザおよび前記EA変調器は、同じチップ上に集積化される、請求項14に記載のシステム。 The system of claim 14, wherein the DFB laser and the EA modulator are integrated on the same chip. 前記OSRはフィルタを含む、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the OSR includes a filter. 前記FM源は、振幅偏移と周波数偏移の両方を提供し、前記フィルタは、(i)前記FM源によって出力される信号の振幅変調を増加させ、(ii)前記FM源の該断熱周波数偏移を、前記信号のヌル出力の近くでほぼ瞬時の急激な位相シフトを有するフラット・トップ・チャープに変換する、請求項16に記載のシステム。 The FM source provides both an amplitude shift and a frequency shift, and the filter (i) increases the amplitude modulation of the signal output by the FM source, and (ii) the adiabatic frequency of the FM source. The system of claim 16, wherein the shift is converted to a flat top chirp with a near instantaneous abrupt phase shift near the null output of the signal. ゼロ復帰差動位相シフト変調(RZ−DPSK)光信号を発生する方法であって、
(1)1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N>2を満たす、Nレベル電気信号を出力すること、
(2)該Nレベル電気信号出力を受信し、光周波数変調信号を発生すること、および、
(3)該光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生すること
を備える方法。
A method of generating a zero return differential phase shift modulation (RZ-DPSK) optical signal comprising:
(1) receiving a two-level digital electrical signal representing 1 and 0 and outputting an N-level electrical signal satisfying N> 2.
(2) receiving the N-level electrical signal output and generating an optical frequency modulated signal; and
(3) A method comprising receiving the optical frequency modulation signal and generating a desired RZ-DPSK optical signal.
工程(1)は、1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、N>2を満たすような、Nレベル電気信号を出力するように構成されたNレベル・デジタル・マルチレベル・トランスフォーマ(DMT)を含むドライバによって実施される、請求項18に記載の方法。 Step (1) is a N-level digital multi-level transformer configured to receive a two-level digital electrical signal representing 1 and 0 and to output an N-level electrical signal that satisfies N> 2. 19. The method of claim 18, wherein the method is implemented by a driver that includes (DMT). 工程(2)は、前記ドライバによって出力される前記Nレベル電気信号を受信し、光周波数変調信号を発生するように構成されたFM源によって実施される、請求項18に記載の方法。 19. The method of claim 18, wherein step (2) is performed by an FM source configured to receive the N-level electrical signal output by the driver and generate an optical frequency modulation signal. 工程(3)は、前記FM源によって出力される前記光周波数変調信号を受信し、前記所望のRZ−DPSK光信号を発生するように構成された光スペクトル再整形器(OSR)によって実施される、請求項18に記載の方法。 Step (3) is performed by an optical spectrum reshaper (OSR) configured to receive the optical frequency modulated signal output by the FM source and generate the desired RZ-DPSK optical signal. The method of claim 18. 工程(1)は、N>2を満たすとき、1と0を表す2レベル・デジタル電気信号を受信し、Nレベル電気信号を出力するように構成されたNレベル・デジタル・マルチレベル・トランスフォーマ(DMT)を備えるドライバによって実施され、
工程(2)は、該ドライバによって出力される該Nレベル電気信号を受信し、光周波数変調信号を発生するように構成されたFM源によって実施され、
工程(3)は、該FM源によって出力される該光周波数変調信号を受信し、所望のRZ−DPSK光信号を発生するように構成された光スペクトル再整形器(OSR)によって実施される
請求項18に記載の方法。
Step (1) is an N-level digital multi-level transformer configured to receive a 2-level digital electrical signal representing 1 and 0 and output an N-level electrical signal when N> 2 is satisfied. Implemented by a driver with DMT),
Step (2) is performed by an FM source configured to receive the N-level electrical signal output by the driver and generate an optical frequency modulated signal;
Step (3) is performed by an optical spectrum reshaper (OSR) configured to receive the optical frequency modulated signal output by the FM source and generate a desired RZ-DPSK optical signal. Item 19. The method according to Item 18.
前記ドライバの出力は、前記FM源によって発生される周波数偏移(Δf)が、(i)前記2レベル・デジタル電気信号の入力1のビットについて、ビット・レート周波数の2倍に実質的に等しく、(ii)前記2レベル・デジタル電気信号の入力0のビットについて、ビット・レート周波数に等しいように調整される、請求項22に記載の方法。 The output of the driver is such that the frequency shift (Δf) generated by the FM source is (i) substantially equal to twice the bit rate frequency for the bit of input 1 of the two-level digital electrical signal. 23. The method of claim 22, wherein (ii) the input 0 bit of the two-level digital electrical signal is adjusted to be equal to the bit rate frequency. 前記ドライバの出力の振幅は、規定された周波数偏移および振幅偏移を発生するように選択され、それにより、(i)ゼロ位相(振幅=+1)が所望されるとき、ドライバ振幅が、Tは前記ビットの継続時間の1/2であるとき、前記FM源の出力でチャープΔf=1/Tを生成するように調整され、(ii)π位相(振幅=−1)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=1/2Tを生成するように調整されるように、前記DPSKの所望の位相コーディングを生成する、請求項22に記載の方法。 The amplitude of the driver output is selected to produce a defined frequency shift and amplitude shift, so that (i) when zero phase (amplitude = + 1) is desired, the driver amplitude is T Is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / T at the output of the FM source when ½ of the duration of the bit, and (ii) when π phase (amplitude = −1) is desired 23. The method of claim 22, wherein a driver amplitude is generated to produce a desired phase coding of the DPSK such that a driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / 2T at the output of the FM source. T=50psであり、Δf=20GHzであり、ゼロ位相が、10Gb/sにおける50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=1/Tのチャープを生成するように調整される、請求項24に記載の方法。 When T = 50 ps, Δf = 20 GHz, and zero phase, a 50% duty cycle RZ signal at 10 Gb / s is desired, the driver amplitude is a chirp of Δf = 1 / T at the output of the FM source. 25. The method of claim 24, wherein the method is adjusted to generate T=50psであり、Δf=10GHzであり、π位相が、10Gb/sにおける50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=1/2Tのチャープを生成するように調整される、請求項24に記載の方法。 When T = 50 ps, Δf = 10 GHz, and a π phase of 50% duty cycle RZ signal at 10 Gb / s is desired, the driver amplitude is a chirp of Δf = 1 / 2T at the output of the FM source 25. The method of claim 24, wherein the method is adjusted to generate N=3である、請求項22に記載の方法。 23. The method of claim 22, wherein N = 3. 前記ドライバの出力の振幅は、規定された周波数偏移および振幅偏移を発生するように選択され、それにより、Tは前記ビットの継続時間の1/2でるとき、(i)ゼロ位相(複素振幅=+1)が所望されるとき、ドライバ振幅が、前記FM源の出力でチャープΔf=1/Tを生成するように調整され、(ii)π/2位相(複素振幅=i)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=1/4Tを生成するように調整され、(iii)π位相(複素振幅=−1)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=1/2Tを生成するように調整され、(iv)3π/2位相(複素振幅=−i)が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でチャープΔf=3/4Tを生成するように調整されるように、前記QPSKの所望の位相コーディングを生成する、請求項27に記載の方法。 The amplitude of the driver's output is selected to produce a specified frequency and amplitude shift, so that when T is half the duration of the bit, (i) zero phase (complex When amplitude = + 1) is desired, the driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / T at the output of the FM source, and (ii) π / 2 phase (complex amplitude = i) is desired The driver amplitude is adjusted to produce a chirp Δf = 1 / 4T at the output of the FM source, and (iii) when π phase (complex amplitude = −1) is desired, the driver amplitude is When adjusted to produce chirp Δf = 1 / 2T at the output of the FM source and (iv) 3π / 2 phase (complex amplitude = −i) is desired, the driver amplitude is chirped at the output of the FM source. Adjust to generate Δf = 3 / 4T As it will be to produce the desired phase coding of the QPSK, The method of claim 27. T=50psであり、Δf=5GHzであり、π/2位相が、10Gb/sにおける50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=1/4Tのチャープを生成するように調整される、請求項28に記載の方法。 When T = 50 ps, Δf = 5 GHz, and π / 2 phase, a 50% duty cycle RZ signal at 10 Gb / s is desired, the driver amplitude is Δf = 1 / 4T at the output of the FM source. 29. The method of claim 28, wherein the method is adjusted to produce a chirp of. T=50psであり、Δf=15GHzであり、3π/2位相が、10Gb/sにおける50%デューティ・サイクルRZ信号が所望されるとき、ドライバ振幅は、前記FM源の出力でΔf=3/4Tのチャープを生成するように調整される、請求項28に記載の方法。 When T = 50 ps, Δf = 15 GHz, and 3π / 2 phase, a 50% duty cycle RZ signal at 10 Gb / s is desired, the driver amplitude is Δf = 3 / 4T at the output of the FM source. 29. The method of claim 28, wherein the method is adjusted to produce a chirp of. N=4である、請求項22に記載の方法。 23. The method of claim 22, wherein N = 4. 前記FM源はレーザを含む、請求項22に記載の方法。 24. The method of claim 22, wherein the FM source includes a laser. 前記レーザは分布帰還型(DFB)レーザである、請求項32に記載の方法。 33. The method of claim 32, wherein the laser is a distributed feedback (DFB) laser. 前記FM源は、振幅偏移と周波数偏移の両方を提供し、さらに、該FM源は、該振幅偏移と該周波数偏移について独立した制御を提供するように構成される、請求項22に記載の方法。 23. The FM source provides both amplitude deviation and frequency deviation, and further, the FM source is configured to provide independent control over the amplitude deviation and the frequency deviation. The method described in 1. 前記FM源は、分布帰還型(DFB)レーザと、それに続く電界吸収(EA)変調器とを含み、該DFBレーザは、周波数変調の発生に使用され、該EA変調器は、振幅変調およびパルス・カービングに使用される、請求項34に記載の方法。 The FM source includes a distributed feedback (DFB) laser followed by an electroabsorption (EA) modulator that is used to generate frequency modulation, the EA modulator comprising amplitude modulation and pulse 35. A method according to claim 34 used for carving. 前記DFBレーザおよび前記EA変調器は、同じチップ上に集積化される、請求項35に記載の方法。 36. The method of claim 35, wherein the DFB laser and the EA modulator are integrated on the same chip. 前記OSRはフィルタを含む、請求項22に記載の方法。 24. The method of claim 22, wherein the OSR includes a filter. 前記FM源は、振幅偏移と周波数偏移の両方を提供し、前記フィルタは、(i)前記FM源によって出力される信号の振幅変調を増加させ、(ii)前記FM源の該断熱周波数偏移を、前記信号のヌル出力の近くでほぼ瞬時の急激な位相シフトを有するフラット・トップ・チャープに変換する、請求項37に記載の方法。 The FM source provides both an amplitude shift and a frequency shift, and the filter (i) increases the amplitude modulation of the signal output by the FM source, and (ii) the adiabatic frequency of the FM source. 38. The method of claim 37, wherein the shift is converted to a flat top chirp with a near instantaneous abrupt phase shift near the null output of the signal.
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