JP2012515468A - 共有光ハイブリッド（ＳｈａｒｅｄＯｐｔｉｃａｌＨｙｂｒｉｄ）および多波長（Ｍｕｌｔｉ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）局部発振器を有する多波長コヒーレント受信器（ＣｏｈｅｒｅｎｔＲｅｃｅｉｖｅｒ） - Google Patents

Abstract

多波長信号のディジタル・コヒーレント検出のための例示的装置は、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドと、少なくとも４つの波長逆多重化（Ｗ−ＤＭＵＸ）フィルタと、４Ｍの検出器と、４Ｍのアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）とを含み、Ｍは１より大きい整数である。ハイブリッドは、異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるための第１の入力と、Ｍのサブ・チャネルの中心波長を近似する異なる波長にある、Ｍの連続波基準を含む基準光源を受けるための第２の入力とを有する。ハイブリッドは少なくとも４つの出力を有する。各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタのためのＷ−ＤＭＵＸ入力は、ハイブリッド出力のうちの対応する１つを供給され、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタはＭのフィルタをかけられた光チャネル出力を供給する。各検出器は、フィルタをかけられたチャネル出力のうちの少なくとも１つを対応する電気信号に変換する。各ＡＤＣは、電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換する。対応するディジタル信号は、Ｍのサブ・チャネルを表す。

Description

本発明は光システムに関し、より詳細にはディジタル・コヒーレント検出（digital coherent detection）のためのシステム、装置および技術に関する。

ディジタル・コヒーレント検出（ＤＣＤ）は、受信された光信号の振幅と位相の両方の情報へのアクセスを可能にさせ、それにより、分散および偏波モード分散（ＰＭＤ）など、伝送減損（transmission impairment）のディジタル補償を可能にすることによって、高速光受信器のための魅力的な技術として近年出現した。図１は、従来のディジタル・コヒーレント受信器１００を示す。光局部発振器（ＯＬＯ）１１０は、基準源（reference source）Ｒを発生する。信号Ｓおよび基準源Ｒが、６ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッド（Polarization Diversity-Optical Hybrid）１２０の入力ポートに供給される。原理上は、ハイブリッドは、基準源と検出されるべき信号との４つの異なるベクトル加算（vectorial addition）が得られるように互いに接続されたリニア・ディバイダ（linear divider）およびコンバイナ（combiner）からなる。例えば、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、２つの偏波ビーム・スプリッタ（polarization beam splitter）（ＰＢＳ）および２つの光ハイブリッドによって構築されうる。各光ハイブリッドは、マイケルソン干渉計（Michelson interferometer）またはマイケルソン干渉計に類似の構造に基づいてよい。光コヒーレント検出のために、６ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、入力信号Ｓを基準源Ｒと混合して４つの混合信号、（Ｓ_ｘ＋Ｒ_ｘ）、（Ｓ_ｘ＋ｊＲ_ｘ）、（Ｓ_ｙ＋Ｒ_ｙ）、および（Ｓ_ｙ＋ｊＲ_ｙ）を得る。ここで、Ｓ_ｘおよびＳ_ｙは信号Ｓの２つの直交偏波成分（orthogonal polarization component）の光場（optical field）であり、Ｒ_ｘおよびＲ_ｙは基準Ｒの２つの直交偏波成分の光場であり、ｊは虚数単位である。次いで、４つの出力混合信号の電力波形が、シングル・エンド検出器（single-ended detector）（ＳＤ）１２５で検出され、アナログ・ディジタル変換器（Analog-to-Digital Converter）（ＡＤＣ）１３０に供給されうる。結果として得られるディジタル・ドメイン信号（digital domain signal）Ｉ_ｘ（ｙ）およびＱ_ｘ（ｙ）は、Ｉ_ｘ（ｙ）∝Ｃ＋ｒｅａｌ（Ｓ_ｘ（ｙ））、およびＱ_ｘ（ｙ）Ｃ＋∝ｉｍａｇ（Ｓ_ｘ（ｙ））、ここでＣは定数、として、信号Ｓの２つの偏波成分のそれぞれの同相（in-phase）（Ｉ）成分すなわち実数成分および直交（quadrature）（Ｑ）成分すなわち虚数成分に関する。これらのディジタル信号は、さらなる処理のためにディジタル・シグナル・プロセッサ（Digital Signal Processor）（ＤＳＰ）１４０に供給される。適切な信号処理アルゴリズム（signal processing algorithm）を応用することによって、未知の入力信号Ｓの振幅および位相を求めることができる。

偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、図２に示すように２つの入力ポートおよび８つの出力ポートを有する１０ポート・デバイスであってよい。１０ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッド２２０は、入力信号Ｓを基準源Ｒと混合し、４対の混合信号（すなわち、８つの混合信号）、（Ｓ_ｘ±Ｒ_ｘ）、（Ｓ_ｘ±ｊＲ_ｘ）、（Ｓ_ｙ±Ｒ_ｙ）、および（Ｓ_ｙ±ｊＲ_ｙ）を得る。次いで、出力混合信号の各対の電力波形が検出され、平衡検出器（balanced detector）（ＢＤ）２２５で比較されて、ＡＤＣ１３０に供給されうる。結果として得られる４つのディジタル・ドメイン信号Ｉ_ｘ（ｙ）およびＱ_ｘ（ｙ）は、Ｉ_ｘ（ｙ）∝ｒｅａｌ（Ｓ_ｘ（ｙ））、およびＱ_ｘ（ｙ）∝ｉｍａｇ（Ｓ_ｘ（ｙ））として信号Ｓの２つの偏波成分のそれぞれの同相（Ｉ）成分すなわち実数成分および直交（Ｑ）成分すなわち虚数成分に関する。これらのディジタル信号は、さらなる処理のためにディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）２４０に供給され、未知の入力信号Ｓの振幅および位相が求められる。

米国特許出願第１２／２１５７４０号 米国特許出願第１２／２８８７９４号

今後の光伝送ネットワーク（optical transport network）は、さらに高い信号データ・レートを必要とするであろう。しかし、予想される今後のより高い信号データ・レート（例えば、１Ｔｂ／ｓ）の必要性に伴い、ＤＣＤは、ＡＤＣの速度によって制限されることが予測される。この隘路を避ける１つの方法は、超高速信号を搬送するために異なる波長における複数（例えば、１０倍）のサブ・チャネル（sub-channel）を使用することである。受信器側において、波長逆多重化（Wavelength De-Multiplexing）（Ｗ−ＤＭＵＸ）フィルタが、サブ・チャネルを分離するために最初に使用される。次いで、従来のディジタル・コヒーレント受信器が、サブ・チャネルのそれぞれに対して使用されうる。言い換えれば、そのようなアプローチ（approach）は、信号を受けるために、光局部発振器（ＯＬＯ）と、４つの検出器および４つのＡＤＣが後続する光ハイブリッドとを、複数（例えば、１０倍）使用することを提案する。さらに、受信器が、任意の多波長信号を一般的に使用されるＣバンド（約１５３０ｎｍと１５６５ｎｍとの間）で受信できるようにするために、Ｗ−ＤＭＵＸは、仮にサブ・チャネル間隔が５０ＧＨｚであり、異なる多波長信号に対して異なる出力ポートのサブセットが、光ハイブリッドに物理的に接続されることが必要であれば、約８０の出力ポートを持たなければならない。加えて、いくつかのそのような多波長信号を使用する解決策は、位相ロック（phase lock）されるべきすべてのチャネルに対する局部発振器および関心のある全スペクトルをカバーするための事後補償スキーム（post-compensation scheme）の並列化を必要とする。不都合なことに、これらの受信器のアプローチは極めて複雑で高コストであり、しかも柔軟性は極めて低い。

多波長信号のディジタル・コヒーレント検出のためのシステム、方法および装置の実施形態が提供される。提供される例示的な本発明の実施形態は、複数の波長のサブ・チャネルを含む超高速信号を受けるためのディジタル・コヒーレント受信器の複雑さおよびコストを大幅に低減することを可能にする。

例示的な装置は、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドと、少なくとも４つの波長逆多重化（Ｗ−ＤＭＵＸ）フィルタと、４Ｍの検出器と、４ＭのＡＤＣとを含み、ここで、Ｍは１より大きい整数である。偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、各サブ・チャネルが異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるための第１の入力と、各連続波基準がＭのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長にある、Ｍの連続波基準を含む基準光源を受けるための第２の入力とを有する。また、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、少なくとも４つの出力を有する。各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタは１つのＷ−ＤＭＵＸ入力を有し、Ｗ−ＤＭＵＸ入力のそれぞれが偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの出力のうちの対応する１つを供給され、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタがＭのフィルタをかけられた光チャネル出力を供給する。４Ｍの検出器のそれぞれが、フィルタをかけられたチャネル出力のうちの少なくとも１つを対応する電気信号に変換する。４ＭのＡＤＣのそれぞれが、電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換する。Ｍのサブ・チャネルを表す、対応するディジタル信号が、このようにして回復される。

一実施形態では、装置は、対応するディジタル信号を処理し、多波長信号の内容を検索するためのディジタル・シグナル・プロセッサをさらに含む。対応するディジタル信号は、Ｍのサブ・チャネルを表す。また、他の実施形態は、Ｍの連続波基準を供給するための多波長光局部発振器（ＭＷ−ＯＬＯ）を含む。ＭＷ−ＯＬＯは、異なる波長にあるＭの別個の連続波レーザ源と、波長合波デバイス（wavelength-combining device）とを備えてよい。他の実施形態では、ＭＷ−ＯＬＯは、少なくとも１つの連続波レーザ源と、少なくとも１つの位相変調器または振幅変調器とを備えてよい。ＭＷ−ＯＬＯは同調可能（tunable）であってよい。

一実施形態では、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す４つの出力を供給する。別の実施形態では、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す、各対の２つの出力が相関する４対の出力を供給する。そのような一実施形態では、装置は８つのＷ−ＤＭＵＸフィルタを含み、Ｗ−ＤＭＵＸ入力のそれぞれは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの８つの出力のうちの対応する１つを供給され、各検出器は２つのフィルタをかけられたチャネル出力を１つの対応する電気信号に変換するための平衡検出器であり、２つのフィルタ・チャネル出力は互いに相関し合う。

偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、少なくとも１つの偏波ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）を含んでよい。多波長信号は、偏波分割多重化（polarization-division multiplexed）（ＰＤＭ）信号であってよい。多波長信号は、光直交周波数分割多重化（orthogonal frequency-division multiplexing）（ＯＦＤＭ）信号であってよい。Ｗ−ＤＭＵＸフィルタのそれぞれは、周期的周波数選択特性（periodic frequency selective property）を有してよく、それにより、サブ・チャネルの間隔の少なくともＭ倍に等しい間隔を有する一連の等間隔周波数が、Ｗ−ＤＭＵＸフィルタの出力ポートのうちの１つに経路を定められる。例えば、シリーズは、サブ・チャネルの間隔のＭ倍またはＭ＋１倍の間隔を有してよい。請求項１の装置である一実施形態では、多波長信号のサブ・チャネル間の周波数間隔は約５０ＧＨｚである。Ｗ−ＤＭＵＸフィルタは、大きさおよびコストを削減し、サブ・チャネル間のタイミング整合を容易にするために、平面光波回路（planar lightwave circuit）（ＰＬＣ）内に一体化されてよい。

装置の一実施形態は、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの第１の入力に供給される多波長信号を出力するために、同調可能な光フィルタを含んでよい。種々の装置の実施形態では、ＡＤＣのサンプリング・レートは、およそ、多波長信号のサブ・チャネルの周波数間隔であってよい。

別の例示的実施形態では、多波長コヒーレント受信器は、異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるように適合され、Ｍのサブ・チャネルの中心波長を近似する異なる波長にあるＭの連続波源を含む基準光源を受けるように適合され、かつ多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す４つの光信号を出力するように適合された、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを備える。例示的多波長コヒーレント受信器は、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタが光ハイブリッドから出力された光信号のうちの１つを受けるように適合され、かつＭの単一波長信号を出力するように適合された、４つのＷ−ＤＭＵＸフィルタと、各検出器がフィルタをかけられた単一波長信号のうちの１つを対応する電気信号に変換するように適合された４Ｍの検出器であって、１つの単一波長信号が各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタから来る４つの単一波長信号からなる１セットが第１のサブ・チャネルを代表する、４Ｍの検出器と、各ＡＤＣが電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換するように適合された４ＭのＡＤＣと、多波長信号の第１のサブ・チャネルに対する内容を検索するために、第１のサブ・チャネルを表す４つの対応するディジタル信号からなる１セットを処理するように適合されたディジタル・シグナル・プロセッサとをさらに含む。

別の実施形態では、多波長コヒーレント受信器は、Ｍの連続波源を供給するように適合されたＭＷ−ＯＬＯを含む。また、多波長コヒーレント受信器は、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの第１の入力に供給される多波長信号を出力するように適合された同調可能な光フィルタを含んでよい。

例示的一実施形態では、多波長コヒーレント受信器は、異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるように適合され、Ｍのサブ・チャネルの中心波長を近似する異なる波長にあるＭの連続波源を含む基準源を受けるように適合され、かつ多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す８つの光信号を出力するように適合された、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを含む。例示的多波長コヒーレント受信器は、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタが光ハイブリッドからの出力光信号のうちの１つを受けるように適合され、かつＭの単一波長信号を出力するように適合された８つのＷ−ＤＭＵＸフィルタと、各検出器が、互いに相関し合う２つのフィルタをかけられた単一波長出力を１つの対応する電気信号に変換するための平衡検出器である４Ｍの検出器であって、１つの単一波長信号が各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタから来る８つの単一波長信号からなる１セットが第１のサブ・チャネルを表す、４Ｍの検出器と、各ＡＤＣが電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換するための４ＭのＡＤＣと、多波長信号の第１のサブ・チャネルに対する内容を検索するために、第１のサブ・チャネルを表す４つの対応するディジタル信号からなる１セットを処理するように適合されたディジタル・シグナル・プロセッサとをさらに含む。

各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタは周期的周波数選択特性を有してよく、それにより、サブ・チャネルの間隔の少なくともＭ倍に等しい間隔を有する一連の等間隔周波数が、Ｗ−ＤＭＵＸフィルタの出力ポートのうちの１つに経路を定められる。

例示的方法は、各サブ・チャネルが異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるステップと、各連続波基準がＭのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長にあるＭの連続波基準を含む基準源を受けるステップと、多波長信号と基準信号とを混合して、多波長信号の２つの直交する偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分に対応する少なくとも４つの出力信号にするステップと、出力信号のそれぞれをフィルタにかけてＭの単一波長信号にするステップと、少なくとも１つのサブ・チャネルに対応する単一波長信号をディジタル・ドメインに変換するステップと、少なくとも１つのサブ・チャネルに対して対応するディジタル信号を処理して多波長信号の少なくとも１つのサブ・チャネルに対する内容を検索するステップとを含む。

本明細書における「一実施形態（one embodiment）」、「別の実施形態（another embodiment）」、「例示的一実施形態（an exemplary embodiment）」および「一実施形態（an embodiment）」への言及は、本実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態の中に含まれうることを意味する。本明細書の中の種々の場所におけるフレーズ「一実施形態では（in one embodiment）」の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を参照するものではなく、また、別々のまたは代替の実施形態が必ずしも互いに他の実施形態を排除するものでもない。本発明の教示を組み込む種々の実施形態が本明細書で詳細に示され説明されたが、当業者は、これらの教示を依然として組み込む多くの他の変更された実施形態を容易に案出することが可能である。

例示的実施形態は、以下の本明細書で与えられる詳細な説明および同じ要素が同じ参照数字で表される添付の図面によってより完全に理解されよう。説明および図面は例としてのみ与えられ、したがって本発明を限定するものではない。

６ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを有する例示的な従来のディジタル・コヒーレント受信器の概略的ブロック図である。

１０ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを有する例示的な従来のディジタル・コヒーレント受信器の概略的ブロック図である。

本発明の一実施形態による、６ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを有する例示的多波長コヒーレント受信器の概略的ブロック図である。

本発明の一実施形態による、１０ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを有する例示的多波長コヒーレント受信器の概略的ブロック図である。

次に、種々の例示的実施形態が、添付の図面を参照してより完全に説明されるが、本明細書で開示される具体的な構造的機能的詳細は、例示的実施形態を説明するための単なる見本であることに留意されたい。例示的実施形態は、多くの代替形態において具現されてよく、本明細書で説明される実施形態だけに限定されるものと解釈されるべきではない。

第１の、第２のなど用語が種々の要素を説明するために本明細書で使用されてよいが、そのような用語は１つの要素を他の要素と区別するためにだけ使用されるので、これらの要素がこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。例えば、例示的実施形態の範囲を逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と名付けられてよく、同様に第２の要素が第１の要素と名付けられてよい。本明細書で使用されるように、用語「および（and）」は、結合する意味および分離する意味の両方に使用され、関連する列記された項目の１つまたは複数の任意のあらゆる組合せを含む。単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が別段に明確に指示しない限り、複数形をも含むことを意図している。さらに、用語「備える（comprises）」、「備える（comprising）」、「含む（includes）」および「含む（including）」は、本明細書で使われる場合は、提示された特徴、整数、段階、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を明記するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、段階、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらの群の存在もしくは追加を排除しないことが理解されよう。

別段に定義しない限りは、本明細書で使われるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的実施形態が属する技術分野の当業者により一般的に理解される意味と同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書の中で定義されるような用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書の中で明確にそのように定義されない限り、理想化された意味で、または過度に形式的な意味で解釈されるものではないことが理解されよう。

また、いくつかの代替実施形態において、言及された機能／動作が、図において言及された順序とは違って発生しうることにも、留意されたい。例えば、連続して示される２つの図が、関連する機能／動作によって、実際には、実質的に同時に実行されてよく、または時には逆の順序で実行されてよい。

図３は、本発明の一実施形態による、例示的多波長コヒーレント受信器３００の概略図である。多波長コヒーレント受信器３００は、多波長信号Ｓを受ける。多波長信号はＭのサブ・チャネルを含む。多波長信号の各サブ・チャネルは異なる波長を有する。多波長信号は、光直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号であってよい。

直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）は、広く使用されているディジタル変調／多重化技術である。コヒーレント光直交周波数分割多重化（Coherent optical orthogonal frequency-division multiplexing）（ＣＯ−ＯＦＤＭ）は、今後の高速光伝送システムに対する有望な技術とみなされている。偏波分割多重化（ＰＤＭ）信号では、信号は２つの直交偏波成分で表される。したがって、光ＰＤＭ−ＯＦＤＭ信号は、２つの直交偏波成分のそれぞれの光場を表す複素ディジタル波形を有する。多波長信号は、光ＰＤＭ−ＯＦＤＭ信号であってよい。

多波長光局部発振器（ＭＷ−ＯＬＯ）３１０は、基準源Ｒを発生する。ＭＷ−ＯＬＯはＭの連続波基準を供給し、多波長コヒーレント受信器のコンポーネントであってよい。各連続波基準は異なる波長を有し、これらの波長は、多波長信号ＳのＭのサブ・チャネルの中心波長に対応し、この中心波長を近似する。例えば、各連続波基準は、Ｍのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長を有する。ＭＷ−ＯＬＯは、異なる波長にあるＭの別個の連続波レーザ源および波長合波デバイスを備えてよい。また、ＭＷ−ＯＬＯは、少なくとも１つの連続波レーザ源および少なくとも１つの位相変調器または振幅変調器を備えてよい。ＭＷ−ＯＬＯは同調可能であってよい。一実施形態では、ＭＷ−ＯＬＯは、波長合波デバイスまたは波長マルチプレクサ（wavelength multiplexer）を含んでよい。別の実施形態では、ＭＷ−ＯＬＯはコム・ジェネレータ（comb generator）を含んでよい。ＭＷ−ＯＬＯは、トランシーバの中の受信器と送信器との間で共有されてよい。

多波長受信器３００は、偏波ダイバーシティ光ハイブリッド３２０と、少なくとも４つのＷ−ＤＭＵＸフィルタ３３０と、４Ｍの検出器３３５と、４ＭのＡＤＣ３４０とを含み、Ｍは１より大きい整数である（４Ｍは指名された要素のＭの４「倍」を意味する）。信号Ｓおよび基準源Ｒは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッド３２０の入力ポートに供給される。

偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの第１の入力は、各サブ・チャネルが異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号Ｓを受ける。偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの第２の入力は、各連続波基準が、Ｍのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長にあるＭの連続波基準を含む、基準源Ｒを受ける。ハイブリッドは、基準信号と検出されるべき信号との種々の異なるベクトル加算（vectorial addition）が出力となるように、相互接続されたリニア・ディバイダとコンバイナとを含む。例えば、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、２つの偏波ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）および２つの光ハイブリッドによって構築されてよい。各光ハイブリッドは、マイケルソン干渉計またはマイケルソン干渉計に類似の構造に基づいてよい。偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、少なくとも４つの出力を有する。図３に示すように一実施形態では、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す４つの出力、（Ｓ_ｘ＋Ｒ_ｘ）、（Ｓ_ｘ＋ｊＲ_ｘ）、（Ｓ_ｙ＋Ｒ_ｙ）、および（Ｓ_ｙ＋ｊＲ_ｙ）を供給する。

各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタ３３０はＷ−ＤＭＵＸ入力を有する。Ｗ−ＤＭＵＸ入力のそれぞれは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの出力のうちの対応する１つを供給される。図３に示すように、４つの出力のそれぞれはＷ−ＤＭＵＸフィルタに供給される。各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタは、Ｍのフィルタをかけられた光チャネル出力を供給する。フィルタをかけられた光チャネル出力は４Ｍの検出器３３５に供給される。Ｗ−ＤＭＵＸフィルタはアレイ導波路格子（arrayed wavelength grating）（ＡＷＧ）フィルタであってよい。

検出器３３５のそれぞれは、少なくとも１つのフィルタをかけられたチャネル出力を対応する電気信号に変換する。以下にさらに説明される平衡検出器を使用する一実施形態では、２つのフィルタ・チャネル出力が各検出器に供給される。検出器からの対応する電気信号がＡＤＣ２４０に供給される。

４ＭのＡＤＣ３４０のそれぞれが、電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換する。したがって、各ＡＤＣは、供給された電気信号を対応するディジタル信号に変換する。ＡＤＣのサンプリング・レートは、ほぼ、多波長信号のサブ・チャネルの周波数間隔であってよい。例えば、多波長信号は、５０ＧＨｚの間隔を介するサブ・チャネルを含んでよく、サンプリング・レートはその間隔を近似する。この方式で、Ｍのサブ・チャネルを表す、対応するディジタル信号が回復される。

結果として得られるディジタル・ドメイン信号が、さらなる処理のためにディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）３５０に供給される。適切な信号処理アルゴリズムを適用することによって、未知の入力信号の振幅および位相を求めることができる。各サブ・チャネルが１セットのディジタル信号で表され、１セットのディジタル信号がハイブリッドの各出力からの１つのディジタル信号を含む。ディジタル信号のセットは、多波長信号のサブ・チャネルの内容を回復するように処理されてよい。サブ・チャネルは、別々に処理されてよいが、サブ・チャネルは、集合的に、多波長信号全体に対するデータを形成することができる。

例えば、シンボル同期（symbol synchronization）が、ディジタル・ドメイン信号に対して実施されてよい。ＤＳＰは、プレフィックス／トレーニング・シンボル除去（prefix/training symbol removal）のためのモジュール、信号補正、直列／並列変換（serial-to-parallel conversion）、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、チャネルの推定および補償、シンボル・マッピング（symbol mapping）、および送信器に供給される元のデータの復元につながる並列／直列変換（parallel-to-serial conversion）を含んでよい。サブ・チャネルに対するディジタル・ドメイン信号の処理および内容を回復するための受信信号の補償に関する付加的な詳細は、参照により本明細書に組み込まれている、２００８年６月２０日に出願した、「Ｓｙｓｔｅｍ， Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌｓ Ｆｏｒ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ」と題する、米国特許出願第１２／２１５７４０号、２００８年６月２０日に出願した、「Ｓｙｓｔｅｍ， Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｒａ−Ｓｙｍｂｏｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ Ｆｏｒ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ」と題する、米国特許出願第１２／２１５７４０号、および２００８年１０月２３日に出願した、「Ｓｙｓｔｅｍ， Ｍｅｔｈｏｄ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｊｏｉｎｔ Ｓｅｌｆ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する、米国特許出願第１２／２８８７９４号に記載されている。

図３に示すように、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは４つの出力を有する。そして、検出器はシングル・エンド検出器である。６ポート偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを有する光コヒーレント検出器に対して、ハイブリッドは、入力信号Ｓを基準源Ｒと混合して４つの混合信号出力を出力する。

別の実施形態では、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、図４に示すように、４対の混合信号（すなわち、８つの混合信号）、すなわち、（Ｓ_ｘ±Ｒ_ｘ）、（Ｓ_ｘ±ｊＲ_ｘ）、（Ｓ_ｙ±Ｒ_ｙ）、および（Ｓ_ｙ±ｊＲ_ｙ）を供給する。８つの出力（検出後）は、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す。そのような一実施形態では、装置は８つのＷ−ＤＭＵＸフィルタ３３０を含み、Ｗ−ＤＭＵＸ入力のそれぞれは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッド４２０の８つの出力のうちの対応する１つを供給され、各検出器４３５は２つのフィルタをかけられたチャネル出力を１つの対応する電気信号に変換するための平衡検出器であり、２つのフィルタをかけられたチャネル出力は互いに相関し合う。したがって、平衡検出された後、ｎ番目のサブ・チャネルに対して４つの出力、（Ｉ_ｎｘ、Ｑ_ｎｘ、Ｉ_ｎｙ、Ｑ_ｎｙ）が存在する。これらの電気信号は、Ｉ_{ｎｘ（ｙ）}∝ｒｅａｌ（Ｓ_{ｎｘ（ｙ）}）、およびＱ_{ｎｘ（ｙ）}∝ｉｍａｇ（Ｓ_{ｎｘ（ｙ）}）のように、ｎ番目のサブ・チャネルＳ_ｎの光場の実部と虚部とに関連することができる。Ｗ−ＤＭＵＸフィルタは、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）フィルタであってよい。Ｗ−ＤＭＵＸフィルタは、平面光波回路（ＰＬＣ）に一体化されてよい。ＰＬＣは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドおよびＷ−ＤＭＵＸフィルタを含んでよい。また、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドは、自由空間光通信（free-space optics）で作られてよい。

一実施形態では、多波長コヒーレント受信器３００、４００が、それぞれ、同調可能な光フィルタ３０５、４０５を含んでよい。同調可能な光フィルタは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの第１の入力に供給される多波長信号を出力するように適合される。例えば、同調可能な光フィルタは、偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの第１の入力に供給される１つの多波長信号を結果として出力するために、複数の多波長信号を含んでよい波長分割多重（wavelength-division multiplexed）（ＷＤＭ）信号をフィルタにかけることができる。しかし、この同調可能な光フィルタは任意選択であり、必要ではない。なぜなら、所与の多波長信号の選択またはフィルタリング（filtering）は、そのＭの連続波基準が、選択されるべき多波長信号のＭのサブ・チャネルの中心波長を近似するようにＭＷ−ＯＬＯを同調することによって実現されうるからである。この場合は、多波長信号の選択またはフィルタリングは、ＲＦフィルタリングによって電子ドメインにおいて効果的になされる。

好ましくは、Ｗ−ＤＭＵＸフィルタのそれぞれは、サブ・チャネルの間隔の少なくともＭ倍に等しい間隔を有する一連の等間隔の周波数がＷ−ＤＭＵＸフィルタの出力ポートのうちの１つに経路を決められるように、周期的周波数選択特性を有する。例えば、Ｍは、受信されるべきサブ・チャネルの数を指してよく、Ｗ−ＤＭＵＸは、保護周波数帯（guard-band）が使用されないときはＭの出力を有してよく、または保護周波数帯が使用さるときはＭより大きい出力を有してよい。その場合は、Ｍだけのデータを含む出力が、データを回復するために処理されるであろう。周期的周波数選択特性によって、周期的波長逆多重化特性（cyclic wavelength de-multiplexing feature）が可能となりうる。周期的波長逆多重化特性によって、異なる波長位置（例えば、Ｃ帯域内）にある複数の多波長信号を有するＷＤＭシステムにおける任意の所定の多波長信号が、Ｗ−ＤＭＵＸを物理的に変えることなく、またはＷ−ＤＭＵＸと検出器との間の物理的接続を変えることなく、同じ多波長コヒーレント受信器で受信されうる。このことは、多波長コヒーレント受信器を順応性のあるもの、または波長敏速（wavelength-agile）なものにする。例えば、Ｃ帯域内の異なる波長位置にある８つの多波長信号を有するＷＤＭシステムにおいて、それぞれは、５０ＧＨｚの格子、すなわち、
位置番号１〜１０（その１０のサブ・チャネルに対して）における多波長信号１、
位置番号１１〜２０における多波長信号２、
．．．
位置番号７１〜８０における多波長信号８
の上に１０のサブ・チャネルを含む。（ここで、位置番号１、２、３、．．．、８０は、５０ＧＨｚの間隔を有する８０の連続した光周波数の位置である。）次いで、対象となる多波長チャネルは、例示的受信器の偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの中で、そのサブ波長（sub-wavelength）が多波長信号のサブ波長にほぼ調整されたＭＷ−ＯＬＯと混合されうる。したがって、ＭＷ−ＯＬＯは、一実施形態では同調可能でもある。Ｗ−ＤＭＵＸのそれぞれは、１つの入力ポートと、出力周波数帯域が、「周期的または反復的」方式で以下の位置
Ｗ−ＤＭＵＸ出力１：位置番号１、１１、２１、３１、．．．７１、
Ｗ−ＤＭＵＸ出力２：位置番号２、１２、２２、３２、．．．７２、
．．．
Ｗ−ＤＭＵＸ出力１０：位置番号１０、２０、３０、．．．８０、
に中心を置かれた出力周波数帯域を含む１０の出力とを有してよい。Ｗ−ＤＭＵＸフィルタの各出力に対する周波数帯域のそれぞれの３ｄＢ帯域幅は、およそ、周波数帯域間の間隔であってよく、この例の場合に対して５０ＧＨｚである。

別の例として、Ｃ帯域内の異なる波長位置にある８つの多波長信号を有するＷＤＭシステムにおいて、それぞれは、５０ＧＨｚの格子、すなわち、
位置番号１〜９（その９のサブ・チャネルに対して）における多波長信号１、
位置番号１１〜１９における多波長信号２、
．．．
位置番号７１〜７９における多波長信号８
の上に９のサブ・チャネルを含む。Ｗ−ＤＭＵＸのそれぞれは、出力周波数帯域が、「周期的または反復的」方式で以下の位置
Ｗ−ＤＭＵＸ出力１：位置番号１、１１、２１、３１、．．．７１、
Ｗ−ＤＭＵＸ出力２：位置番号２、１２、２２、３２、．．．７２、
．．．
Ｗ−ＤＭＵＸ出力９：位置番号９、１９、２９、３９、．．．７９、
Ｗ−ＤＭＵＸ出力１０：位置番号１０、２０、３０、．．．８０（使用されない）、
に中心を置かれた出力周波数帯域を含む１０の出力とを有してよい。上の例では、多波長信号間に保護周波数帯が有効に存在し、そのことが、これらの信号間のクロストーク（crosstalk）を低減するために有利でありうる。

上述のように、検出器は、１入力を有するシングル・エンド検出器または２入力を有する平衡検出器であってよい。シングル・エンド検出器および平衡検出器の両方に対して各検出器からの唯一の出力が存在し、受信器内のＡＤＣの数は４Ｍのままである。さらに、装置は、対応するディジタル信号を処理し、多波長信号の内容を検索するためのディジタル・シグナル・プロセッサを含んでよい。ＡＤＣからの対応するディジタル信号は、Ｍのサブ・チャネルを表す。適切な信号処理アルゴリズムを応用することによって、未知の入力信号の振幅および位相を求めることができる。さらに、サブ・チャネルは、別々に処理されてよいが、一括して多波長信号全体に対するデータを形成することができる。例えば、多波長信号の１０の１００Ｇｂ／ｓのサブ・チャネルが一括処理されて、多波長信号の中に含まれる１Ｔｂ／ｓのデータを得ることができる。

本発明の多波長コヒーレント受信器は、少なくとも４つの出力を有する偏波ダイバーシティ光ハイブリッドを含む。したがって、図３の例示的実施形態に示すように、多波長コヒーレント受信器３００は、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す４つの光信号を出力するように適合された偏波ダイバーシティ光ハイブリッド３２０を備える。この例示的実施形態は、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタが光ハイブリッドから出力された光信号のうちの１つを受けるように適合され、かつＭの単一波長信号を出力するように適合された、４つのＷ−ＤＭＵＸフィルタ３３０と、各検出器がフィルタをかけられた単一波長信号のうちの１つを対応する電気信号に変換するように適合された４Ｍの検出器３３５であって、１つの単一波長信号が各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタから来る４つの単一波長信号からなる１セットが第１のサブ・チャネルを代表する、４Ｍの検出器３３５と、各ＡＤＣが電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換するように適合された４ＭのＡＤＣ３４０と、多波長信号の第１のサブ・チャネルに対する内容を検索するために、第１のサブ・チャネルを表す４つの対応するディジタル信号からなる１セットを処理するように適合されたディジタル・シグナル・プロセッサ３５０とをさらに含む。

図４に示す別の例示的実施形態では、多波長コヒーレント受信器が、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す８つの光信号を出力するように適合された偏波ダイバーシティ光ハイブリッド４２０を含む。この例示的多波長コヒーレント受信器は、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタが光ハイブリッドからの出力光信号のうちの１つを受けるように適合され、かつＭの単一波長信号を出力するように適合された８つのＷ−ＤＭＵＸフィルタ３３０と、各検出器が、互いに相関し合う２つのフィルタをかけられた単一波長出力を１つの対応する電気信号に変換するための平衡検出器である４Ｍの検出器４３５であって、１つの単一波長信号が各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタから来る８つの単一波長信号からなる１セットが第１のサブ・チャネルを表す、４Ｍの検出器４３５と、各ＡＤＣが電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換するための４ＭのＡＤＣ３４０と、多波長信号の第１のサブ・チャネルに対する内容を検索するために、第１のサブ・チャネルを表す４つの対応するディジタル信号からなる１セットを処理するように適合されたディジタル・シグナル・プロセッサ４５０とをさらに含む。

ディジタル・コヒーレント検出の例示的な一方法は、多波長信号Ｓを受けるステップと、Ｍの連続波基準を含む基準源を受けるステップとを含む。多波長信号は、各サブ・チャネルが異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む。各連続波基準は、Ｍのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長にある。多波長信号および基準信号が混合されて、多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分に対応する少なくとも４つの出力信号になる。出力信号のそれぞれがフィルタにかけられて、Ｍの単一波長信号になる。少なくとも１つのサブ・チャネルに対応する単一波長信号がディジタル・ドメインに変換され、少なくとも１つのサブ・チャネルに対して対応するディジタル信号が、多波長信号の少なくとも１つのサブ・チャネルに対する内容を検索するために処理される。

上で説明した方法の機能は、光学素子、および例えばソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアのプログラミングの中に組み入れられた適切な命令のもとで動作する専用もしくは汎用のディジタル情報処理デバイスによって容易に実行される。例えば、ＤＳＰおよび他の論理回路の機能モジュールは、半導体技術で構築されるＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実施されうる。あるいは、種々のモジュールが、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array））および他のハードウェア・ブロックで実施されうる。そのように、本明細書で説明した処理ステップは、種々の代替実施形態において、ソフトウェア、ハードウェア、およびソフトウェアとハードウェアとの組合せによって同等に実施されるものとして、広く解釈されることが意図される。

Claims (15)

1. 各サブ・チャネルが異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるための第１の入力を有し、各連続波基準が前記Ｍのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長にある、Ｍの連続波基準を含む基準光源を受けるための第２の入力を有し、少なくとも４つの出力を有する偏波ダイバーシティ光ハイブリッドと、
   各波長逆多重化（Ｗ−ＤＭＵＸ）フィルタがＷ−ＤＭＵＸ入力を有し、前記Ｗ−ＤＭＵＸ入力のそれぞれが前記光ハイブリッドの前記出力のうちの対応する１つを供給され、各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタがＭのフィルタをかけられた光チャネル出力を供給する、少なくとも４つの波長逆多重化（Ｗ−ＤＭＵＸ）フィルタと、
   各検出器が、前記フィルタをかけられたチャネル出力のうちの少なくとも１つを対応する電気信号に変換するためのものである、４Ｍの検出器と、
   各アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）が前記電気信号のうちの１つを対応するディジタル信号に変換するためのものである、４Ｍのアナログ・ディジタル変換器とを備え、
   Ｍが１より大きい整数である、装置。
2. 前記対応するディジタル信号を処理し、前記多波長信号の内容を検索するためのディジタル・シグナル・プロセッサをさらに備え、前記対応するディジタル信号が前記Ｍのサブ・チャネルを表す、請求項１に記載の装置。
3. 多波長光局部発振器（ＭＷ−ＯＬＯ）をさらに備え、前記ＭＷ−ＯＬＯが前記Ｍの連続波基準を供給するように適合される、請求項１に記載の装置。
4. 前記ＭＷ−ＯＬＯが、異なる波長にあるＭの別個の連続波レーザ源と波長合波デバイスとを備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記ＭＷ−ＯＬＯが、少なくとも１つの連続波レーザ源と少なくとも１つの位相変調器または振幅変調器とを備える、請求項３に記載の装置。
6. 前記偏波ダイバーシティ光ハイブリッドが、前記多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す４つの出力を供給する、請求項１に記載の装置。
7. 前記偏波ダイバーシティ光ハイブリッドが８つの出力を供給し、前記８つの出力が、前記多波長信号の２つの直交偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分を表す、請求項１に記載の装置。
8. ８つのＷ−ＤＭＵＸフィルタを有し、前記Ｗ−ＤＭＵＸ入力のそれぞれが前記偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの前記８つの出力のうちの対応する１つを供給され、
   各検出器が、２つの前記フィルタをかけられたチャネル出力を１つの対応する電気信号に変換するための平衡検出器であり、前記２つのフィルタ・チャネル出力が互いに相関し合う、請求項７に記載の装置。
9. 各Ｗ−ＤＭＵＸフィルタが周期的周波数選択特性を有し、それにより、前記サブ・チャネルの間隔の少なくともＭ倍に等しい前記間隔を有する一連の等間隔周波数が、前記Ｗ−ＤＭＵＸフィルタの前記出力ポートのうちの１つに経路を定められる、請求項１に記載の装置。
10. 前記多波長信号の前記サブ・チャネル間の前記周波数間隔が約５０ＧＨｚである、請求項１に記載の装置。
11. 前記多波長信号が、偏波分割多重化（ＰＤＭ）信号である、請求項１に記載の装置。
12. 同調可能光フィルタをさらに含み、前記同調可能光フィルタが、前記偏波ダイバーシティ光ハイブリッドの前記第１の入力に供給される前記多波長信号を出力するためのものである、請求項１に記載の装置。
13. 前記多波長信号の前記サブ・チャネルがある周波数間隔を有し、前記ＡＤＣのサンプリング・レートが、ほぼ、前記サブ・チャネルの前記周波数間隔である、請求項１に記載の装置。
14. 各サブ・チャネルが異なる波長にあるＭのサブ・チャネルを含む多波長信号を受けるステップと、
    各連続波基準が前記Ｍのサブ・チャネルのうちの１つの中心波長を近似する異なる波長にあるＭの連続波基準を含む基準光源を受けるステップと、
    前記多波長信号と前記基準光源とを混合して、前記多波長信号の２つの直交する偏波成分のそれぞれの同相成分および直交成分に対応する少なくとも４つの出力信号にするステップと、
    Ｗ−ＤＭＵＸフィルタによって前記出力信号のそれぞれをフィルタにかけてＭの単一波長信号にするステップと、
    少なくとも１つのサブ・チャネルに対応する前記単一波長信号をディジタル・ドメインに変換するステップと、
    前記少なくとも１つのサブ・チャネルに対して対応するディジタル信号を処理して前記多波長信号のうちの前記少なくとも１つのサブ・チャネルに対する内容を検索するステップと、を含む方法。
15. 前記Ｗ−ＤＭＵＸフィルタが周期的周波数選択特性を有し、それにより、前記サブ・チャネルの間隔の少なくともＭ倍に等しい前記間隔を有する一連の等間隔周波数が、前記Ｗ−ＤＭＵＸフィルタの出力ポートのうちの１つに経路を定められる、請求項１４に記載の方法。

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