JP2013528008A - 光集積トランスミッタ - Google Patents

Abstract

周波数コム光信号を生成し、また前記コム光信号を複数の個別の光信号へと逆多重化するマルチプレクサ／デマルチプレクサへと前記コム光信号を入力するモード・ロック・レーザー・ダイオードを備える、光信号を送信するための光集積回路トランスミッタおよび方法。複数の反射型変調器は、それぞれ、前記逆多重化された個別の光信号のうちのそれぞれの信号を受信し、前記受信された個別の光信号を変調し、また変調された光信号をマルチプレクサ／デマルチプレクサへと反射して戻す。次いで、マルチプレクサ／デマルチプレクサは、受信された変調済みの光信号を多重化された出力光信号へと多重化する。

Description

本発明は、光デバイス（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ）に関し、とりわけ本発明は、光集積トランスミッタ（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）に関する。

波長分割多重化（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）（ＷＤＭ）は、光ネットワークにおいて、より高い伝送容量を提供するためにますます使用されるようになっている技術である。ＷＤＭ技法においては、複数の光キャリア信号が、多重化されて、光ファイバーの上で送信されており、ここでは、異なる波長が、異なる信号を搬送するために使用される。そのようなキャリア信号のうちのそれぞれの信号は、一般的に、ＷＤＭチャネルと呼ばれる。

ＷＤＭ伝送において使用される光学装置のサイズを低減させることは、製造コスト、ならびに消費電力を低減させるために望ましい。光集積回路（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）（ＰＩＣ）は、それゆえに、そのような目的を達成するために使用される。

光集積回路のそのような使用についての一例は、ＷＤＭトランスミッタにおけるものである。しかしながら、そのようなトランスミッタは、一般的に、いくつかの、すなわちＮ個の、レーザー光源を使用して、Ｎ個のＷＤＭチャネルをサーブする（ｓｅｒｖｅ）。

図１は、その図において一般参照記号ＣＷＬによって表される複数のレーザー光源、例えば、連続波レーザー・ダイオードのアレイを使用したＰＩＣトランスミッタ・アーキテクチャについての知られている解決法の概略表現である。ＰＩＣトランスミッタは、送信されるべき信号を変調する、図において一般参照記号Ｍによって表される変調器のアレイと、送信されるべき信号を増幅する、図において一般参照記号ＳＯＡによって表される半導体光増幅器のアレイと、すべてのチャネルからのパワーを等しくする、図において一般参照記号ＶＯＡによって表される可変光減衰器のアレイとをさらに備える。次いで、それらのチャネルは、伝送のためのマルチプレクサＭＵＸにおいて多重化される。

一般的に、各レーザーは、１つの独立した電流によってバイアスされ、またレーザーの波長は、一般的に、例えば、１つの個別のオーム性ヒーター（Ｏｈｍｉｃ ｈｅａｔｅｒ）を経由して正確に制御される必要があるので、そのようなコンフィギュレーションは、ＰＩＣの使用にもかかわらず、依然としてパワーを消費してしまう。

複数のレーザー光源を使用することについての問題を克服するために、いくつかの知られている解決法は、モード・ロック・レーザー・ベースの（ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ）周波数コム光源（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｍｂ ｓｏｕｒｃｅ）（ＦＣＳ）を使用することに向けられている。図２は、この種類の例示のトランスミッタについての概略表現である。

図２のトランスミッタは、多重化されて、またデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）へと、一般的には、前記多重化された波長を個別のチャネルへと逆多重化することを担うアレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）（ＡＷＧ）へと、供給される複数の波長を生成するＦＣＳを備える。次いで、個別のチャネルのそれぞれは、送信されるべき信号を変調する、図において一般参照記号Ｍによって表される変調器のアレイと、送信されるべき信号を増幅する、図において一般参照記号ＳＯＡによって表される半導体光増幅器のアレイと、すべてのチャネルからのパワーを等しくする、図において一般参照記号ＶＯＡによって表される可変光減衰器のアレイとからそれぞれの変調器へと入力される。次いで、それらのチャネルは、伝送のためのマルチプレクサＭＵＸの中で多重化される。

Ｎ（一般的に８または１０）個のレーザーが、１つのレーザー光源（ＦＣＳ）によって置き換えられるので、図２のトランスミッタは、消費電力の節約をもたらす、ＦＣＳを使用する利点を有する。さらに、各光源のために使用されるべき、かなりの数の独立した温度コントローラが、たった１つの温度コントローラによって置き換えられるので、ＩＴＵ−Ｔグリッド（ＩＴＵ−Ｔ規格によって定義されるような）の上の波長の整合（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）は、コム光源の場合にはより簡単である。

しかしながら、図２に示されるアーキテクチャは、それが、個別の変調器に波長を分配するデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）と、トランスミッタの出力においてすべての符号化されたチャネルを再結合させるマルチプレクサ（ＭＵＸ）との使用を必要とするという点において欠点を有する。マルチプレクサ機能と、デマルチプレクサ機能とは、一般的に、かなりのサイズのデバイスであるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いて提供されることが可能である。それゆえに、説明された利点にもかかわらず、上記の知られている解決法は、一般的には、フットプリントをかなり低減させることができず、またはそれらは、以前に知られている技術を使用して達成されたものよりも大きなフットプリントをもたらす可能性さえある。

それに応じて、いくつかの実施形態は、周波数コム光信号を生成するように構成されたレーザー光源と、レーザー光源から周波数コム光信号を受信するように、また前記コム光信号を複数の個別の光信号へと逆多重化するように構成されたマルチプレクサ／デマルチプレクサと、複数の反射型変調器とを備える光集積回路トランスミッタを特徴づけており、そこでは、前記複数の反射型変調器の少なくともいくつかは、それぞれ、前記逆多重化された個別の光信号のうちのそれぞれの信号を受信するように、前記受信された個別の光信号を変調するように、また変調された光信号をマルチプレクサ／デマルチプレクサへと反射して戻すように構成されており、前記マルチプレクサ／デマルチプレクサは、さらに、受信された変調済みの光信号を多重化された出力光信号へと多重化するように構成されている。

レーザー光源は、モード・ロック・レーザー・ダイオードであることが好ましい。

トランスミッタは、複数の可変光減衰器をさらに備えることが好ましい。

トランスミッタは、複数の半導体光増幅器をさらに備えることが好ましい。

いくつかの実施形態は、
レーザー光源を用いて周波数コム光信号を生成するステップと、
マルチプレクサ／デマルチプレクサを用いて、レーザー光源から周波数コム光信号を受信し、前記コム光信号を複数の個別の光信号へと逆多重化するステップと、
それぞれの反射型変調器を用いて、前記逆多重化された個別の光信号のうちのそれぞれの信号を受信し、前記受信された個別の光信号を変調し、変調された光信号をマルチプレクサ／デマルチプレクサへと反射して戻すステップと、
マルチプレクサ／デマルチプレクサを用いて、受信された変調済みの光信号を多重化された出力光信号へと多重化するステップとを備える、光信号を送信するための方法を特徴づける。

本発明についてのこれらの特徴および利点と、さらなる特徴および利点とは、添付の図面の助けを受けて、特許請求の範囲においてと同様に、以下の説明において、例示の目的のために、また限定する目的のためではなく、より詳細に説明される。

既に説明されており、複数のレーザー光源を使用したＰＩＣトランスミッタ・アーキテクチャについての知られている解決法の概略表現である。 既に説明されており、モード・ロック・レーザー・ベースの周波数コム光源を使用した例示のトランスミッタを示す知られている解決法の概略表現である。 いくつかの実施形態によるトランスミッタの例示の概略表現である。

図３においては、いくつかの実施形態によるトランスミッタの例示の概略表現が、示されている。

図３のトランスミッタＴは、図において参照記号ＦＣＳによって表される、光信号の周波数コムを生成するように構成されたレーザー光源を備える。とりわけ、周波数コムは、図において参照記号ＣＯによって表されるように多重化される複数の波長を備える。

この非限定的な例においては、レーザー光源は、光信号の前記周波数コムを生成する能力を有するモード・ロック・レーザー・ダイオードであるように仮定される。

多重化されたコム光信号ＣＯは、マルチプレクサ／デマルチプレクサＭＵＸへと、好ましくはアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）へと入力され、このマルチプレクサ／デマルチプレクサは、前記多重化された波長を複数の個別のチャネルへと逆多重化するように構成されている。次いで、個別のチャネルＣ_ｉは、図において一般参照記号Ｍによって表される変調器のアレイに含まれるそれぞれの反射型変調器Ｍ_ｉへと入力される。反射型変調器Ｍ_ｉは、受信された個別の光チャネルＣ_ｉを変調し、また変調されたチャネルＣ_ｉｍを伝送するためにマルチプレクサ／デマルチプレクサＭＵＸに向かって反射して戻す。

変調器Ｍ_ｉから反射される変調されたチャネルＣ_ｉｍは、図において一般参照記号ＳＯＡによって表される半導体光増幅器のアレイのうちからそれぞれの半導体光増幅器ＳＯＡ_ｉへと入力されることが好ましい。半導体光増幅器ＳＯＡ_ｉは、変調されたチャネルＣ_ｉｍを増幅するように構成されている。半導体光増幅器から出力される増幅された変調されたチャネルＣ_ｉｍは、図において一般参照記号ＶＯＡによって表される可変光減衰器のアレイのうちからそれぞれの可変光減衰器ＶＯＡ_ｉへと入力されることが好ましい。可変光減衰器ＶＯＡ_ｉは、送信されるべきすべてのチャネルに関してそれぞれの変調されたチャネルＣ_ｉｍにおけるパワーを等しくするように構成されている。次いで、変調されたチャネルＣ_ｉｍは、マルチプレクサ／デマルチプレクサＭＵＸにおいて多重化されて、伝送回線ＴＸの上で伝送するための１つのＷＤＭ変調された（符号化された）信号を生成する。

本明細書において説明されるような反射モード・オペレーションにおいては、ＡＷＧは、ＤｅＭｕｘと、Ｍｕｘとの両方の機能を有する。それゆえに、それらのＶＯＡと、それらのＳＯＡとはまた、二重の機能を有する。これは、ＦＣＳに由来するＣＷ信号では、それらのＶＯＡと、それらのＳＯＡとは、それぞれパワーの事前均等化と、事前増幅との機能を有し、また反射型変調器から反射される符号化された信号では、それらのＳＯＡは、パワー増幅器機能を有し、またそれらのＶＯＡは、最終的なパワー均等化機能を有することを意味する。信号が、ＶＯＡデバイスおよびＳＯＡデバイスを２回（反射のために）、通過するときに、そのときには、必要とされる均等化のためのＳＯＡの利得と減衰とは、一般的に伝送モードにおいて必要とされる値よりも小さく、このようにして、より小さな消費電力さえも、もたらしている。これは、それでもやはり、本明細書において説明される解決法において使用される反射モードのさらなる利点である。

反射型変調器Ｍは、電界吸収型変調器（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）（ＥＡＭ）とすることができる。ＥＡＭを使用して、ゼロ復帰（ＲＺ）や非ゼロ復帰（ＮＲＺ）など、典型的なＯＯＫ（オン・オフ・キーイング（ｏｎ−ｏｆｆ ｋｅｙｉｎｇ））変調フォーマットを提供する。代わりに、より進化した位相シフト・キーイング（ｘ−ＰＳＫ）フォーマットを提供するために、インジウム・リン（ＩｎＰ）−集積マッハ−チェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）変調器が、使用されることも可能である。反射モード・オペレーションは、光が、それらの中で２回、すなわち順方向と、逆方向とに、伝搬するので、より短いデバイスの利点を提供するＥＡＭと、ＭＺ変調器との両方の場合に、可能である。

反射型変調器はまた、反射モード半導体光増幅器（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ−ｍｏｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）（Ｒ−ＳＯＡ）とすることもできる。

トランスミッタは、寄生光フィードバックをＦＣＳへと抑制するために集積光アイソレータをさらに備えることが好ましい。

変調されたチャネルＣ_ｉｍの変調レートは、例えば、約１０Ｇｂｐｓにあるようにすることができる。

このようにして、トランスミッタは、低減されたフットプリントと、低減された消費電力（従来のトランスミッタに比べて）とを伴って製造されることが可能であり、これは主として、レーザー光源のアレイの代わりに、ただ１つの周波数コム光源の使用に起因しており、このようにして、個別のレーザー光源の数の減少と、放散されるべき熱の低減された量との両方を通して、省電力をもたらしている。フットプリントの節約はまた、入力コム信号を逆多重化する機能と、次いで伝送のために符号化された（変調された）チャネルを多重化する機能との両方を実行するように構成された単一のマルチプレクサ／デマルチプレクサ・コンポーネントの使用に起因して、全体のサイズにおいても達成される。実際に、反射型変調器Ｍ_ｉ（または一般にＭ）によって提供される反射性は、１つの単一のマルチプレクサ／デマルチプレクサ・コンポーネントを使用する可能性を与える。

さらに、ただ１つの温度コントローラが、単一の周波数コム・ジェネレータの場合に必要とされるので、各レーザー光源の温度を独立して制御するための必要性（これは、いくつかの従来のトランスミッタにおいて当てはまる）は、取り除かれる。

特許請求の範囲の手段に対応する構造のリストは、網羅的なものではないこと、および当業者は、同等の構造が、本発明の範囲を逸脱することなく列挙された構造のために代用され得ることを理解することに注意すべきである。例えば、反射モードの電界吸収型変調器（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ−ｍｏｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）（Ｒ−ＥＡＭ）は、上記に説明されるような反射モード半導体光増幅器（Ｒ−ＳＯＡ）または反射型マッハ−チェンダー干渉計によって置換されることが可能である。

さらに、図３に関連して説明されるような反射型変調器とＳＯＡとは、反射モードにおける直接に変調された注入ロック・レーザー（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｌｏｃｋｅｄ ｌａｓｅｒｓ）のバレット（ｂａｒｒｅｔｔｅ）によって置換されることが可能であり、この注入ロック・レーザーは、波長が発生され、または注入され、またこのようにしてＦＣＳに由来する光信号のコムＣＯによって制御され、さらなる省電力をもたらす。これは、変調が注入ロック・レーザーの中で直接に起こるので、パワーを増幅するための余分なキャビティ変調器についての必要性と、ＳＯＡについての必要性とが存在しないことに起因している。

対応する特許請求の範囲の中で説明され、また列挙されるような本発明の方法のステップについての順序は、提示され、また説明されるような順序だけには限定されず、また本発明の範囲を逸脱することなく変更することができることにも注意すべきである。

本明細書における任意のブロック図は、本発明の原理を実施する例示の回路についての概念図を表すことが、当業者によって理解されるべきである。

Claims (9)

1. 周波数コム光信号（ＣＯ）を生成するように、また前記周波数コム光信号（ＣＯ）をモード・ロック・レーザー・ダイオード周波数コム光源（ＦＣＳ）から受信し複数の個別光信号（Ｃ_ｉ）へと前記周波数コム光信号を逆多重化するように構成されたマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）へと前記周波数コム光信号（ＣＯ）を入力するように構成された前記モード・ロック・レーザー・ダイオード周波数コム光源（ＦＣＳ）と、複数の反射型変調器（Ｍ_ｉ）とを備えることによって特徴づけられ、前記複数の反射型変調器のうちの少なくともいくつかは、それぞれ、前記逆多重化された個別の光信号（Ｃ_ｉ）のうちのそれぞれの信号を受信するように、前記受信された個別の光信号を変調するように、また前記変調された光信号（Ｃ_ｉｍ）を前記マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）へと反射して戻すように構成されており、前記マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）は、さらに、前記受信された変調済みの光信号（Ｃ_ｉｍ）を多重化された出力光信号へと多重化するように構成されている、光集積回路トランスミッタ。
2. 複数の可変光減衰器（ＶＯＡ）をさらに備える、請求項１に記載のトランスミッタ。
3. 複数の半導体光増幅器（ＳＯＡ）をさらに備える、請求項１または２のいずれか１項に記載のトランスミッタ。
4. 前記マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）は、アレイ導波路回折格子である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトランスミッタ。
5. 前記反射型変調器（Ｍ）は、反射モード電界吸収型変調器、または反射モード半導体光増幅器、あるいはマッハ−チェンダー干渉計である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトランスミッタ。
6. 直接に変調された注入ロック・レーザーのバレットをさらに備える、請求項１に記載のトランスミッタ。
7. 光信号を送信するための方法であって、
   モード・ロック・レーザー・ダイオード周波数コム光源（ＦＣＳ）を用いて周波数コム光信号（ＣＯ）を生成するステップと、
   前記モード・ロック・レーザー・ダイオード周波数コム光源（ＦＣＳ）からマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）へと前記周波数コム光信号（ＣＯ）を入力するステップと、
   前記マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）により、前記モード・ロック・レーザー・ダイオード周波数コム光源（ＦＣＳ）から前記周波数コム光信号（ＣＯ）を受信し、前記コム光信号（ＣＯ）を複数の個別の光信号（Ｃ_ｉ）へと逆多重化するステップと、
   それぞれの反射型変調器（Ｍ）を用いて前記逆多重化された個別の光信号（Ｃ_ｉ）のうちのそれぞれの信号を受信し、前記受信された個別の光信号（Ｃ_ｉ）を変調し、前記変調された光信号（Ｃ_ｉｍ）を前記マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）へと反射して戻すステップと、
   前記マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ）を用いて前記受信された変調済みの光信号（Ｃ_ｉｍ）を多重化された出力光信号へと多重化するステップと
   を備える方法。
8. 半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いて前記変調された光信号を増幅するステップをさらに備える、請求項７に記載の方法。
9. 可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いて前記変調された光信号の上で均等化するプロセスを備える、請求項７または８のいずれか１項に記載の方法。

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