JP2014506394A - 波長分割多重通信−受動光ネットワークのための外部キャビティレーザおよびシステム - Google Patents

波長分割多重通信−受動光ネットワークのための外部キャビティレーザおよびシステム Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、外部キャビティレーザ（ＥＣＬ）について開示し、波長分割多重通信-受動光ネットワーク（ＷＤＭ−ＰＯＮ）の分野に関し、偏光依存性に起因する、不安定なＥＣＬの出力光のパワーの問題を効果的に解決する。前記ＥＣＬは、ゲイン媒体と、フィルタと、ファラデー回転鏡（ＦＲＭ）を具備する。前記ゲイン媒体と、前記フィルタと、前記ファラデー回転鏡とは発振キャビティを構成し、前記ゲイン媒体によって放射された光は、発振キャビティ内で往復して発振する。

Description

本出願は、発明の名称を“EXTERNAL CAVITY LASER AND SYSTEM FOR WAVE DIVISION MULTIPLEXING-PASSIVE OPTICAL NETWORK”として２０１０年１２月１４日に中国特許庁に出願された、中国特許出願第201010588118.2号の優先権を主張するものであり、これによりその全体が、参照として組み込まれる。
本発明は、光ファイバアクセス技術の分野に関し、特に外部キャビティレーザ（External Cavity Laser）および波長分割多重通信-受動光ネットワーク(Wave Division Multiplexing-Passive Optical Network，ＷＤＭ−ＰＯＮ）のためのシステムに関する。
現在、光ファイバアクセスネットワークのための多くの解決策において、ＷＤＭ−ＰＯＮ技術は、より大きな帯域幅の容量と、情報セキュリティを保証するポイント・ツー・ポイント方式と同じような通信方式とのようなその利点に起因して大きな関心が寄せられている。しかし、ＷＤＭ−ＰＯＮのコストはより高く、レーザは、ＷＤＭ−ＰＯＮのコストに影響する最も重要な要因である。
前記ＷＤＭ−ＰＯＮシステムにおいて、コストが高いという問題を解決するために、低コストのレーザのための解決策が提案される必要がある。図１は、先行技術におけるセルフ・シーディング（self-seeding)無色ＥＣＬを採用するＷＤＭ−ＰＯＮの模式的な構造図を示す。
波長λ１のチャネルを例に挙げると、ユーザ側で光ネットワークユニット（Optical Network Unit，ＯＮＵ）の注入同期型Ｆａｂｒｙ−Ｐａｒｏｔレーザダイオード（ＩＬ ＦＰ−ＬＤ）によって放射される(emitted)光信号は波長λ１に対応する分岐（branch）光ファイバによって送信され、そして遠隔ノードアレイ導波路回折格子（Remote Node Array Waveguide Grating、ＲＮ−ＡＷＧ）を通過する。次に、部分反射鏡（ＰＲＭ２）を介して、光の一部が基幹光ファイバを介して中央局（Central Office，ＣＯ）の光回線終端装置（Optical Line Terminal，ＯＬＴ）に上向きに伝送および送信され、かつ光の残りの部分は再反射して再びＲＮ−ＡＷＧを通過し、かつ波長λ１に対応する分岐光ファイバを介してＩＬ ＦＰ−ＬＤへ再注入される。ＩＬ ＦＰＬＤのゲインキャビティは反射光を再増幅（re-amplify）し、その後光を放射する。前記処理はこの方法で何回も繰り返され、その結果、光ファイバレーザキャビティはＩＬ ＦＰＬＤとＰＲＭ２との間で形成され、安定した光信号が出力される。同時に、前記ＩＬ ＦＰＬＤは、変調（modulation）機能も有し、それによりＯＮＵのアップリンクデータは、発振によって生成された光信号へ変調されてもよく、かつ光信号の少なくとも一部は、ＯＬＴにおける波長λ１に対応する受信器（Ｒｘ）に進入するためにＰＲＭ２と、ＰＲＭ１と、アレイ導波路回折格子（Central Office Array Waveguide Grating，ＣＯ−ＡＷＧ）とを介して伝送される。
前記ＷＤＭ−ＰＯＮシステムにおいて、ＩＬ ＦＰ−ＬＤは単一偏光多縦モード発振半導体レーザ（single polarization multi-longitudinal mode laser）であり、異なる偏光方向の入力光に対して異なるゲインを提供する。ＰＲＭ２によって再反射された光はランダムな偏光方向を有する分岐光ファイバを介して伝送される。ＰＲＭ２によって反射された戻った光はランダムな偏光方向を有する分岐光ファイバを介して伝送される。従って、従来のＷＤＭ−ＰＯＮシステムで採用されたＩＬ ＦＰ−ＬＤは、ＩＬ ＦＰ−ＬＤへ注入された後、反射光が安定したゲインを取得することを保証することはできず、その結果ＩＬ ＦＰ−ＬＤの出力光のパワーが不安定で、かつ温度、風、および地盤振動のような環境要因に起因する光ファイバの小さな振動は、全てＩＬ ＦＰ−ＬＤの出力光のパワーの劇的な変化という結果となる。従って、先行技術は、ＥＣＬの偏光依存性についての問題を解決することはできない。
本発明の態様は、偏光依存性に起因する従来のレーザの不安定な出力光のパワーの問題を解決するためのＥＣＬとＷＤＭ−ＰＯＮシステムとを提供する。
ＥＣＬはゲイン媒体と、フィルタとを含み、さらにファラデー回転鏡（Faraday rotator mirror，ＦＲＭ）を含む。ゲイン媒体、フィルタおよびＦＲＭはレーザ発振キャビティを構成し、ゲイン媒体によって放射された光は発振キャビティ内において往復して発振する。
受動光ネットワーク（ＰＯＮ）システムはＯＬＴおよび複数のＯＮＵを含む。ＯＬＴは波長分割多重通信（ＷＤＭ)方式で多数のＯＮＵと通信する。ＯＬＴはデータ変調／伝送機能を提供するように構成されたＥＣＬを含み、ＥＣＬは前述のＥＣＬである。
本発明の態様において提供されるＥＣＬおよびＷＤＭ−ＰＯＮシステムの使用によって、ＦＲＭはＥＣＬの反射の最後に導入され、その結果ゲイン媒体へ注入される反射光の偏光方向は制御可能である。従って、偏光依存性に起因する従来のＥＣＬの不安定な出力光のパワーの問題は、効果的に解決される。
本発明の実施形態または先行技術における技術的解決策をより明確に説明するため、先行技術または実施形態の図面を添付し、以下に簡潔に導入される。明らかに、以下の説明における添付の図面は、本発明の単なるいくつかの実施形態であり、当業者であれば、創造的な努力なしに添付の図面に基づいて他の図面を得ることもできる。
図１は先行技術におけるセルフ・シーディング無色ＥＣＬを採用したＷＤＭ−ＰＯＮの図である。 図２は、本発明の一実施形態に従ったＥＣＬの構造図である。 図３は、本発明の一実施形態に従ったＥＣＬの作動原理図である。 図４は、本発明の一実施形態に従った別のＥＣＬの構造図である。 図５は、本発明の一実施形態に従った別のＥＣＬの構造図である。 図６は、本発明の一実施形態に従ったＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図である。 図７は、本発明の一実施形態に従った別のＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図である。 図８は、本発明の一実施形態に従った別のＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図である。
本発明の実施形態における技術的解決策は、添付の図面を参照して、以下に明確に、かつ完全に説明される。明らかに、これから説明される実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく、ほんの一部である。本発明の一実施形態に基づいて、創造的な努力なしに当業者が獲得した他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲内に入るべきである。
最初に、本発明の一実施形態において提供されるＥＣＬは、図２に示す通り、ゲイン媒体１と、フィルタ２と、ＦＲＭ３と、前述の構成要素を接続する光ファイバとを含む。ＦＲＭ３は、４５°回転鏡であってもよく、フィルタ２と、ＥＣＬの出力端（図示せず）との間の光ファイバに結合され、４５×２度で光ファイバを介して入射された光信号の少なくとも一部の偏光方向を回転し、かつ光ファイバへ戻って反射してもよい。さらに、特定の実施形態において、ＦＲＭ３はファラデー回転子（ＦＲ）とＰＲＭとを含んでもよい。ＦＲは４５°ＦＲで、４５度で光の偏光方向を回転してもよい。その結果、入射光がＦＲＭ３に進入する処理において、入射光はＦＲを２回通過する必要があり、入射光の一部は反射光を生成するためにＦＲＭ３の内部でＰＲＭによって反射され、反射光はＦＲＭ３の外へ発光される。したがって、反射光の偏光方向は、入射光の偏光方向から９０度ずれる、すなわち、反射光の偏光方向は、入射光の偏光方向に対して直角である。ゲイン媒体１と、フィルタ２と、ＦＲＭ３とは、光ファイバを介してレーザ発振キャビティを構成する。フィルタ２は、レーザ発振キャビティ内で波長（モード）選択機能を実行し、ゲイン媒体１によって発光された光はレーザ光を形成するように発振キャビティにおいて往復して発振する。
適用中、ゲイン媒体１によって発行された光は、自己注入ＥＣＬを形成するようにレーザ発振キャビティ内で往復して発振する。説明の容易化のため、ゲイン媒体１のＴＭ（Transverse Magnetic）モードのゲインはＧＴＭとして示され、ゲイン媒体１のＴＥ（Transverse Electric）モードのゲインはＧＴＥとして示され、ゲイン媒体１から４５°ＦＲＭへの単一リンクの損失はＬとして示される。ここで、単一リンク損失Ｌはゲイン媒体１と光ファイバとの間の結合損失と、フィルタ２に起因する光損失と、光ファイバ伝送損失と、ＦＲＭ３におけるＦＲとＰＲＭとに起因する光損失とを含む。
図３に示すように、本実施形態におけるＥＣＬの機能および原理は以下の通りである。
最初に、ゲイン媒体１はＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光信号を発光し、ＡＳＥ光信号の偏光方向は、ゲイン媒体１のＴＥ方向、例えば、図３に示すような放射１の偏光方向（すなわち、第１放射光）と同一である。光信号がフィルタ２によってフィルタされた後、フィルタ２の通過帯域に適合する光だけがフィルタ２を通過することができ、通過帯域外の光は減衰する。フィルタ２を通過した光信号は、さらに光ファイバを介してＦＲＭ３へ伝送される。光の一部はＦＲＭ３の反射鏡を介した出力であり、光の他の部分はＦＲＭ３の反射鏡によって反射して戻る。反射の前後で、４５°ＦＲを往復して通過する。反射光はゲイン媒体１に戻って再注入される。この処理において、光信号は２回のリンク伝送損失を受け、合計損失は２Ｌである。
本実施形態において、ＦＲＭ３は４５°ＦＲＭであり、光信号を反射する前後でＦＲＭ３内部の４５°ＦＲを使用して、４５度で２回、光信号の偏光方向を回転させてもよい。その結果、反射光の偏光方向は入射光の偏光方向に対して直角である。４５°ＦＲＭの反射特性に従って、反射光がゲイン媒体１に戻ってくると、反射光の偏光方向はステップａにおける第１放射光の偏光法と直角である。従って、反射光がゲイン媒体１へ戻って注入されたとき、反射光の偏光方向はゲイン媒体のＴＭモード方向、例えば、図３で示される注入１（すなわち、第１の偏光方向）と同一である。さらに、それに対応して、ゲイン媒体１の内部の第１注入光によって取得されるゲインはＧＴＭである。ゲイン媒体１へ注入された後、第１注入光は、ゲイン媒体１の後端面に到達するためにＧＴＭのゲインによって増幅され、かつゲイン媒体１の後端面によって反射して戻り、第２放射光（すなわち、図３における放射２）を形成するために再度増幅後、放射される。本処理において、反射光の偏光方向は、ゲイン媒体１の内部で一定のままであり、従って、第２放射光の偏光方向は第１注入光の偏光方向と一致することに留意すべきである。さらに、第１注入光がゲイン媒体１の内部を往復する処理において、第１注入光はＴＭ方向において２回ゲインを取得し、従って合計ゲインは２ＧＴＭとなる。
さらに、第２放射光が発振キャビティにおいて前後に伝送された後（リンク伝送損失もまた２Ｌである）、光の一部がＦＲＭ３によって再反射され、第２注入光、すなわち図３に示す注入２を形成するためにゲイン媒体１へ再注入される。同様に、第２注入光の偏光方向は、第２放射光の偏光方向に対して直角であり、従って、第２注入光の偏光方向は、第１放射光の偏光方向と同じ、すなわち、ゲイン媒体１のＴＥモード方向と同じであることが知ることができる。したがって、ゲイン媒体１内の第２注入光によって取得されるゲインはＧＴＥである。さらに、第２注入光の偏光方向は、ゲイン媒体１内で一定のままであり、第２注入光は、ゲイン媒体１を２回通過することによって、２回ＴＥ増幅を受けた後、第３放射光、すなわち図３で示す放射３が形成され、放射される。第３放射光の偏光方向は完全に放射１の偏光方向と一致する。この処理において、第２注入光はゲイン媒体１内を往復し、２回ＴＥ方向のゲインを取得する。従って、合計の取得ゲインは２ＧＴＭである。
上述したＥＣＬの作動処理から、第１放射光を放射するゲイン媒体１から、第３放射光を放射するゲイン媒体１へ、光が行ったり来たりした後、第３放射光の偏光方向は第１放射光の偏光方向と一致するように調整され、従って上述の処理は達成された完全な発振として考慮されてもよい。完全な発振処理において、合計損失は４Ｌであり、ゲイン媒体内で取得される合計ゲインは２ＧＴＭ＋２ＴＥである。ゲイン媒体の作動原理に従って、（２ＧＴＭ＋２ＧＴＥ＞４Ｌ）の場合、多数の完全な発振後、光は連続的に拡張され、光がある範囲に拡張された場合、ゲイン媒体のゲインが飽和し、最終的に平衡した安定した動作状態に達する。この時点で出力端は安定したパワーの光を出力する。
本実施形態に従ったＥＣＬの作動波長は、ゲイン媒体１によってというよりも、むしろフィルタによって主に決定される。確かに、ゲイン媒体のキャビティモードと、ゲイン媒体とＦＲＭ３との間のキャビティモードとは、ＥＣＬの最終的な出力波長にも影響を与えるが、その影響は、一般的に小さい。言い換えると、本実施形態におけるＥＣＬ内のゲイン媒体１は、主にゲイン機能を実行するように構成され、その波長は主にフィルタ２に依存する。従って、ゲイン媒体１の動作波長は、いかなる波長の較正（calibration）および安定化（stabilization）のメカニズムを要求することなく、発振キャビティ内のフィルタの通過帯域波長に自動的に適応してもよく、その結果、ＥＣＬは単純かつ実用的で、かつ実施が容易であり、さらにコストが低い。
本発明の実施形態で提供されるＥＣＬにおいて、ＦＲＭ３は４５°ＤＲＭ３に限定されず、ＦＲＭが何回かの反射後、ゲイン媒体１に戻る注入光の偏光方向が、ゲイン媒体１の元の放射光の偏光方向と一致することを保証する限り、いかなるＦＲＭも許容可能である。例えば、他の代替的な実施形態において、ＦＲＭ３は２２．５°回転鏡であってもよく、２２．５°回転鏡は４回の反射後に生成される注入光の偏光方向が元の放射光の偏光方向と一致するようにしてもよい。代替手段として、ＦＲＭ３は他の偏光回転角度を有する回転鏡であってもよい。
本実施形態において提供されるＥＣＬがＦＲＭ３を採用するため、ゲイン媒体１へ注入される反射光の偏光方向は制御可能であり、このように、ゲイン媒体へ注入された注入光の偏光方向が放射光の偏光方向と一致することを保証する。その結果、偏光依存性に起因する従来のＥＣＬの不安定な出力光のパワーの問題は、効果的に解決される。
本実施形態の改良として、ゲイン媒体１と、フィルタ２と、ＦＲＭ３とが光ファイバを介して接続（結合）されてもよいことに加え、ゲイン媒体１と、フィルタ２と、ＦＲＭ３とは、他の方式で接続（結合）されてもよい。例えば、代替手段として、ゲイン媒体１とフィルタ２とは空間結合、または平面導波路結合を介して結合され、フィルタ２とＦＲＭ３とは光ファイバを介して結合されてもよい。
本発明の実施形態において提供されるＥＣＬは、ＦＲＭを導入する。その結果、ＥＣＬの発振キャビティにおいて光ファイバを導入することが可能となり、プロジェクトの架設および配備を大きく容易化し、ＥＣＬのコストを削減する。従って、光ファイバを適用することによる本実施形態におけるＥＣＬの実施は、より好ましい実施方式である。
さらに、本発明の別の実施形態は、さらに図４に示す別のＥＣＬを提供する。ＥＣＬはゲイン媒体４と、ＦＲ７と、フィルタ５と、ＦＲＭ６とを含む。ゲイン媒体４と、ＦＲ７と、フィルタ５と、ＦＲＭ６とは発振キャビティを構成し、ゲイン媒体４によって放射された光は発振キャビティ内を往復して発振する。
一実施形態において、ＦＲ７は４５°ＦＲであってもよく、ＦＲＭは４５°回転鏡であってもよい。ＦＲ７はゲイン媒体４とフィルタ５との間で結合され、ＦＲＭ６はフィルタ５とＥＣＬの出力端との間で結合される。ゲイン媒体４によって放射された放射光が１回往復した後、反射光の偏光方向が放射光の偏光方向と同じで、かつ反射光がゲイン媒体４へ戻って注入されることを保証するために、ＦＲ７とＦＲＭ６とは発振キャビティ内のレーザの偏光方向を安定するように構成された装置を構成してもよい。例えば、本実施形態において、ＦＲ７は往復して伝送される光信号上で、２回４５°偏光回転を実行してもよい。その結果、発振キャビティ内で伝送される間の光の偏光方向の回転は、ＦＲＭ６によって生成された回転に対して、９０度の正確なオフセットを有する。従って、注入光が１往復した後、ゲイン媒体４に注入される注入光の偏光方向は元の放射光の偏光方向と同じである。
特定の実施形態において、ＦＲ７はゲイン媒体４の近くの側に配置されてもよく、空間結合、または平面導波路結合を介してゲイン媒体４と光結合を実行する。さらに、ＦＲ７は、光ファイバを介してフィルタ５およびＦＲＭ６と結合されてもよく、または他の方式で結合されてもよい。
本実施形態のより良い理解のために、ＥＣＬの作動処理が以下にさらに紹介される。
特に、ゲイン媒体４によって放射された放射光（例：ＡＳＥ）がＦＲ７を通過後、放射光の偏光方向は４５度回転し、フィルタ５によってフィルタされた後、放射光が伝送される。ＦＲＭ６の光特性に従って、ＦＲＭ６に進入する入射光の一部がＦＲＭ６を通過して出力され、入射光の他の部分がＦＲＭ６によって反射され、光は反射の前後で、往復して４５度の偏光を受ける。その結果、反射光の偏光方向は入射光の偏光方向が９０度ずれ、かつゲイン媒体４の放射光の偏光方向ぁら４５度、または１３５度（ＦＲ７とＦＲＭ６との回転方向が同じかどうかに依存する）ずれる。反射光はフィルタ５を介してＦＲ７に戻り、反射光の偏光方向はさらに４５度回転される。反射光はゲイン媒体４に再注入され、このように反射光の偏光方向がゲイン媒体４によって放射された放射光の偏光方向と同じであることが保証される。
従って、ゲイン媒体４によって放射された放射光がＦＲ７と、フィルタ５と、ＦＲＭ６とによって処理された後、反射光はゲイン媒体４へ戻って入射される。ゲイン媒体４によって放射された放射光が最終的にゲイン媒体４に戻って注入される処理において、放射光の偏光方向は４回、４５度回転され（ＦＲ７によって実行される２回の４５度偏光回転と、ＦＲＭ６によって実行される２回の４５度偏光回転とを含む）、従って、光の偏光方向は０度または１８０回転されるＦＲ７とＦＲＭ６との回転方向が同じかどうかに依存する）。従って、１回の往復を受けた後、ゲイン媒体４によって放射された放射光の偏光方向は、ゲイン媒体４へ戻って注入された注入光の偏光方向はと同じである。これは言わば、注入光の偏光方向が元の放射光の偏光方向に戻ることである。
本実施形態において、ＦＲ７とＦＲＭ６とを使用することで、ＥＣＬのゲイン媒体４によって放射された放射光が１回反射後、ゲイン媒体４へ戻って反射し、かつ戻って注入される注入光の偏光方向は、元の放射光の偏光方向に戻ってもよい。その結果、発振キャビティにおける伝送中、光の損失が削減され、ゲイン媒体４のためのゲイン要求が効果的に削減される。従って、本実施形態において提供されるＥＣＬはより良い性能を有する。
さらに、前述の実施形態において、フィルタ２またはフィルタ５は、波長選択機能を有する１つまたは２つ以上のフィルタによって構成されてもよい。実施方式として、フィルタ２またはフィルタ５はＡＷＧ、ガウシアン（Gaussian）ＡＷＧ、薄膜（thin-film）光フィルタ、またはガウシアン薄膜光フィルタであってもよい。他の実施方式として、フィルタ２またはフィルタ５はガウシアンＡＷＧとエタロン（Etalon）フィルタとによって形成された複合フィルタか、ガウシアンＡＷＧと光ファイバ格子（optical fiber grating）とによって形成された複合フィルタか、または他の同じような光フィルタによって形成された複合フィルタであってもよい。
本実施形態の実施方式として、ゲイン媒体１またはゲイン媒体４は、前端面（front end surface）および後端面（rear end surface）を含んでもよく、前端面は低反射端面（low-reflective end surface）であってもよく、後端面は高反射端面（high-reflective end surface）であってもよい。さらに、ゲイン媒体の前端面は、コーティング、または斜め導波路（oblique waveguide）のような他の技術方式を介して、むしろ低い反射性を達成し、後端面は非常に高い反射性を有する。本実施形態の実施方式として、ゲイン媒体は偏光依存であっても、すなわちＴＥ方向におけるゲイン媒体のゲインが、ＴＭ方向におけるゲイン媒体のゲインと一致しなくてもよく、これは、偏光モードの競合を避けるという利点がある。ゲイン媒体が偏光依存性を有する、すなわち、ＧＴＥがＧＴＭよりもはるかに大きな場合、ＴＥ方向における偏光モードは、ＴＭ方向における偏光モードが支配的であることを抑制し、このようにして偏光モードの競合の問題を解決し、レーザキャビティにおける偏光モードの安定性を実現する。
本実施形態の実施方式として、ゲイン媒体は、変調機能を有する反射型半導体光増幅器（Reflective Semiconductor Optical Amplifier，ＲＳＯＡ）、すなわち、データに対応する電気信号のために、ゲイン媒体の注入電流の強度が、データを発振によって生成された光信号へ変調するように変更されてもよい。
図５を参照すると、本発明の別の実施形態において供給されるＥＣＬにおいて、ＦＲＭは４５°全反射ＦＲＭ（total reflection FRM）であってもよい。さらに、ＦＲＭは、フィルタ（ＡＷＧ）と、スプリッタを介したＥＣＬの出力端との間の光ファイバに結合されてもよい。スプリッタは光ファイバからフィルタを通過する放射光の一部を抽出し、ＦＲＭに光を提供してもよい。さらに、ＦＲＭは反射の前後で、放射光のこの部分を往復して４５度の偏光回転を実行し、ゲイン媒体（ＲＳＯＡ）へ戻って反射光を反射してもよい。
前述の実施形態で提供されるＥＣＬに基づいて、図６に示すように、本発明の一実施形態はＷＤＭ−ＰＯＮシステムをさらに提供する。図６は、本発明の本実施形態に従ったＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図である。ＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、データ変調／伝送機能を提供するように構成される、少なくとも２つのＥＣＬを含み、ＥＣＬの特定の構成および作動処理は、上述の実施形態で参照されてもよい。すなわち、上述の実施形態で提供されるＥＣＬの全ての内容は、本実施形態で提供されるＷＤＭ−ＰＯＮシステムにおいて、参照として組み込まれる。
特に、図６を参照すると、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、ＣＯのＯＬＴと、ユーザ側の多数のＯＮＵ（ＯＮＵ１〜ＯＮＵｎ）と、ＯＬＴとＯＮＵとの間に位置するＲＮとを含み、波長分割多重／逆多重（ＷＤＭ/ＷＤＤ）を実行するように構成される。ＯＬＴは、ＷＤＭ方式で多数のＯＮＵと通信する。ＯＬＴは、基幹光ファイバを介してＲＮと接続され、ＲＮは、多数の分岐光ファイバを介してそれぞれ多数のＯＮＵとさらに接続される。
ＲＮはＷＤＭ／ＷＤＤモジュール、例えばＡＷＧ２を含む。ＡＷＧ２のネットワーク側のポートは、基幹光ファイバに接続され、ＯＬＴからのダウンリンク光信号を受信するように構成される。さらに、ＡＷＧ２はユーザ側で多数のポートをさらに含み、ユーザ側の各ポートは波長通過帯域（すなわち、ユーザ側の各ポートはフィルタと同等であってもよく、各フィルタが異なる通過帯域を有する）にそれぞれ対応し、分岐光ファイバを介して波長通過帯域に対応する波長のチャネルで作動するＯＮＵへそれぞれ接続される。ＡＷＧ２はＯＬＴからのダウンリンク信号に対してＷＤＤ処理を実行するように、かつネットワーク側の各ポートと、分岐光ファイバを介して、ＯＮＵとそれぞれ対応する信号を送信する。さらに、ＡＷＧは各ＯＮＵからのアップリンク光信号に対してＷＤＭ処理を実行するようにされに構成されてもよく、ユーザ側のポートおよび基幹光ファイバを介してＯＬＴへ信号を送信する。
前記ＯＮＵは光ダイオード（ＬＤ）および光受信器（Ｒｘ）を含んでもよく、発光素子（light emitter）および光受信器は、波長分割多重器（ＷＤＭ）を介して分岐光ファイバと結合される。ＷＤＭは、対応するダウンリンクデータをユーザに提供するために、分岐光ファイバによって光受信器へ伝送されるダウンリンク光信号を提供し、かつ、ユーザのアップリンクデータに対応し、かつ分岐光ファイバのための発光素子によって放射されるアップリンク光信号を提供する。その結果、アップリンク光信号はＲＮおよび基幹光ファイバを介してＯＬＴに上向きにさらに送信される。発光素子は、変調機能を有するＲＳＯＡであってもよく、ＥＣＬの各実施形態で説明されたゲイン媒体を有してもよい。ゲイン媒体の特定の特性が前述の実施形態を導入して参照されてもよく、ここでは繰り返さない。
さらに、本実施形態において、ＲＮはＦＲＭ（ＦＲＭ２）をさらに含んでもよく、ＦＲＭ２はアップリンク光信号の伝送チャネルと結合される。例えば、ＡＷＧ２のネットワーク側に近い基幹光ファイバに直接結合されてもよく、またはスプリッタを介してＡＷＧ２のネットワーク側のポートの基幹光ファイバに結合されてもよい。ＯＮＵの発光素子内のゲイン媒体と、ＡＷＧ２と、ＦＲＭ２とが前述の実施形態で説明されたようにＥＣＬを形成してもよい。ＥＣＬの作動波長は、ＡＷＧ２に対応するポートの波長に自動的に対応可能である。ＥＣＬを介して、本発明の実施形態で提供されるＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、アップリンク方向で自己注入レーザを使用することによってゲイン媒体へ注入される注入光の偏光方向が制御可能であることを保証し、このようにアップリンク出力光のパワーが安定状態を維持することを可能とする。
さらに、ＯＬＴは同様の構造を有する。例えば、ＯＬＴは多数の光モジュールを有してもよく、各光モジュールはＯＮＵにそれぞれ対応し、ＯＮＵの波長チャネルと同一の波長チャネルで作動する。
多数の光モジュールが同様の方法でＡＷＧ１を介して基幹光ファイバと結合され、ＡＷＧ１は基幹光ファイバによって伝送されたアップリンク光信号を処理するＷＤＤを実行し、かつ光モジュールにそれぞれ対応するアップリンク光信号を提供してもよい。またＡＷＧ１は、各光モジュールによって放射されたダウンリンク光信号を処理するＷＤＭを実行し、かつ基幹光ファイバを介してダウンリンク光信号を各ＯＮＵへ提供する。
ＯＬＴにおいて、各光モジュールの発光素子は前述したゲイン媒体もまた有し、ＯＬＴは、基幹光ファイバに結合されたＦＲＭ１をさらに有する。光モジュールの発光素子内のゲイン媒体と、ＡＷＧ１と、ＦＲＭ１とはまた、前述の実施形態で説明したＥＣＬもまた形成してもよい。ＥＣＬの作動波長は、ＡＷＧ１に対応するポートの波長に自動的に適応可能である。同様の方法で、ＥＣＬを介して、本発明の実施形態において提供されるＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、ダウンリンク方向における自己注入レーザを使用してゲイン媒体に注入された注入光の偏光方向が制御可能であることを保証し、このようにダウンリンク出力光のパワーが安定状態を維持することを可能にする。
単一のファイバでの双方向データ通信を実現するため、ＡＷＧ１とＡＷＧ２とは循環的な特性を有してもよい。その結果、異なる帯域幅の光信号が同じポートを通過してもよい。同時に、ＦＲＭ１は特定の帯域幅の光信号だけを反射することが可能であり、ＦＲＭ１によって反射できない帯域幅の光信号は反射することなく通過してもよい。ＦＲＭ２もまた、特定の帯域幅の光信号だけを反射することが可能であり、ＦＲＭ２によって反射できない帯域幅の光信号は反射することなく通過してもよい。
本実施形態の改良として、図７を参照して本発明の一実施形態に従った別のＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図を示す。
図７に示すように、ＣＯのＯＬＴはＡＷＧ１およびＡＷＧ３の名称の２つのＡＷＧを含んでもよい。ＡＷＧ１はそれぞれの発光素子（ＬＤ１〜ＬＤｎ）によって伝送されたダウンリンクデータを多重化するように構成され、ＡＷＧ３はそれぞれのＯＮＵ（ＯＮＵ１〜ＯＮＵｎ）からのアップリンク光信号を逆多重化するように、かつアップリンク光信号をそれぞれの光受信器Ｒｘ１〜Ｒｘｎへ伝送するように構成される。特定の実施形態において、ＡＷＧ３はサーキュレータを介して基幹光ファイバに結合され、ＯＬＴのＦＲＭ１はサーキュレータとＡＷＧ１との間に配置される。ＦＲＭ１と、ＡＷＧ１と、光ダイオードＬＤ１〜ＬＤｎ内のゲイン媒体とは、前述の実施形態において説明したようにＥＣＬを形成する。さらに、ＥＣＬの作動波長は、ＡＷＧ１に対応するポートの波長に自動的に適応することも可能である。
本実施形態のさらなる改良として、図８を参照して、本発明の一実施形態に従った別のＷＤＭ−ＰＯＮシステムの概略構造図が示される。
図８に示すＷＤＭ−ＰＯＮシステムのＣＯのＯＬＴの構造は、図７に示すＷＤＭ−ＰＯＮシステムのＣＯのＯＬＴの構造と同じであり、主な改良は、ユーザ側のＲＮとＯＮＵとの接続構造である。
図８に示すように、ＲＮはＡＷＧ２、ＡＷＧ４の名称の２つのＡＷＧを含む。ＡＷＧ２はそれぞれのＯＮＵの発光素子ＬＤによって伝送されるアップリンクデータを多重化するように構成され、ＡＷＧ４はＯＬＴからのダウンリンク光信号を逆多重化するように、かつダウンリンク光信号をそれぞれのＯＮＵの光受信器Ｒｘへ伝送するように構成される。特定の実施形態において、ＡＷＧ４はサーキュレータを介して基幹光ファイバに結合され、ＲＮはさらにサーキュレータとＡＷＧ２との間に配置されたＦＲＭ２を含む。ＦＲＭ２と、ＡＷＧ２と、ＯＮＵの発光素子ＬＤとは前述の実施形態で説明したＥＣＬを形成する。さらに、ＥＣＬの動作波長は対応するＡＷＧ１のポートの波長に自動的に適応することもできる。
前述の実施形態の説明を通じて、本発明がソフトウェアと必要な一般的なハードウェアとによって実施でき、明確に、ハードウェアによって実施されてもよいことが当業者には明らかであろう。しかし、ほとんどの場合、本発明は、前者の方法で好ましく実施される。この理解に基づいて、本発明の技術的解決策、または先行技術に貢献する部分は実質的にソフトウェア製品の形態で実施される。コンピュータソフトウェア製品は、読み取り可能な記憶媒体、例えば、コンピュータのフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、または光ディスクに保存され、本発明の各実施形態に従って本方法を実行するためにコンピュータ機器（例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、またはネットワーク機器であってもよい）に命令するために使用されるいくつかの命令を含んでもよい。
前述の内容は本発明の単なる特定の実施形態であり、本発明の保護範囲を限定することを意図していない。本発明によって開示された技術範囲から逸脱することなく当業者によって容易に導出される変形または置換は、全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。従って、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定義された保護範囲に従うべきである。
１ ゲイン媒体
２ フィルタ
３ ＦＲＭ
４ ゲイン媒体
５ フィルタ
６ ＦＲＭ
上述したＥＣＬの作動処理から、第１放射光を放射するゲイン媒体１から、第３放射光を放射するゲイン媒体１へ、光が行ったり来たりした後、第３放射光の偏光方向は第１放射光の偏光方向と一致するように調整され、従って上述の処理は達成された完全な発振として考慮されてもよい。完全な発振処理において、合計損失は４Ｌであり、ゲイン媒体１内で取得される合計ゲインは２ＧＴＭ＋２ＴＥである。ゲイン媒体の作動原理に従って、（２ＧＴＭ＋２ＧＴＥ＞４Ｌ）の場合、多数の完全な発振後、光は連続的に拡張され、光がある範囲に拡張された場合、ゲイン媒体のゲインが飽和し、最終的に平衡した安定した動作状態に達する。この時点で出力端は安定したパワーの光を出力する。

ＲＮはＷＤＭ／ＷＤＤモジュール、例えばＡＷＧ２を含む。ＡＷＧ２のネットワーク側のポートは、基幹光ファイバに接続され、ＯＬＴからのダウンリンク光信号を受信するように構成される。さらに、ＡＷＧ２はユーザ側で多数のポートをさらに含み、ユーザ側の各ポートは波長通過帯域（すなわち、ユーザ側の各ポートはフィルタと同等であってもよく、各フィルタが異なる通過帯域を有する）にそれぞれ対応し、分岐光ファイバを介して波長通過帯域に対応する波長のチャネルで作動するＯＮＵへそれぞれ接続される。ＡＷＧ２はＯＬＴからのダウンリンク信号に対してＷＤＤ処理を実行するように、かつユーザ側の各ポートと、分岐光ファイバを介して、ＯＮＵとそれぞれ対応する信号を送信する。さらに、ＡＷＧは各ＯＮＵからのアップリンク光信号に対してＷＤＭ処理を実行するようにされに構成されてもよく、ネットワーク側のポートおよび基幹光ファイバを介してＯＬＴへ信号を送信する。

Claims (20)

  1. 外部キャビティレーザ（ＥＣＬ）であって、ゲイン媒体と、フィルタとを具備し、前記ＥＣＬはファラデー回転鏡（ＦＲＭ）をさらに具備し、前記ゲイン媒体と、前記フィルタと前記ＦＲＭとはレーザ発振キャビティを構成し、前記ゲイン媒体によって放射された光は前記発振キャビティ内で往復して発振するＥＣＬ。
  2. 前記ゲイン媒体によって放射された放射光は、前記フィルタを介して前記ＦＲＭに入射し、入射光の少なくとも一部が前記ＦＲＭによってゲイン媒体へ再反射し、かつ前記ゲイン媒体へ再注入され、前記ＦＲＭは、前記反射前後でそれぞれ所定の角度で前記入射光の偏光方向を回転し、前記所定の角度は、前記入射光の偏光方向を前記放射光の偏光方向と同じにすることが可能な、請求項１に記載のＥＣＬ。
  3. 前記ＦＲＭは４５°ＦＲＭであり、４５°ファラデー回転子（ＦＲ）は前記ゲイン媒体と前記フィルタとの間にさらに配置され、前記４５°ＦＲは、前記ゲイン媒体に近い側に配置され、前記ゲイン媒体は空間結合、または平面導波路結合を介して前記４５°ＦＲと通信する、請求項１に記載のＥＣＬ。
  4. 前記フィルタは、波選択機能を有する少なくとも１つのフィルタによって構成される、請求項３に記載のＥＣＬ。
  5. 前記フィルタは、導波路回折格子（ＡＷＧ）、またはガウシアンＡＷＧ、または薄膜光フィルタ、またはガウシアンＡＷＧとエタロンフィルタとの組み合わせ、またはガウシアンＡＷＧとファイバ格子との組み合わせ、または他の同様な光フィルタの組み合わせである、請求項４に記載のＥＣＬ。
  6. 前記ＦＲＭは、直線部で反射機能を有する４５°ＦＲＭ、またはスプリッタと、４５°全反射ＦＲＭとの組み合わせである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＥＣＬ。
  7. 前記ゲイン媒体は、変調機能を有する反射型半導体光増幅器（ＲＳＯＡ）である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＥＣＬ。
  8. 前記ゲイン媒体は、偏光依存性を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＥＣＬ。
  9. 受動光ネットワーク（ＰＯＮ）システムであって、光回線終端装置（ＯＬＴ）と、多数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）とを具備し、前記ＯＬＴは波長分割多重化（ＷＤＭ）によって、前記多数のＯＮＵと通信し、前記ＯＬＴは、データ変調／伝送機能を提供するように構成された外部キャビティレーザ（ＥＣＬ）を具備し、前記ＥＣＬは、請求項１〜８のいずれか一項に従うＥＣＬである、ＰＯＮシステム。
  10. 遠隔ノードをさらに具備し、前記遠隔ノードにはファラデー回転鏡（ＦＲＭ）と、導波路回折格子（ＡＷＧ）とが配置され、前記ＡＷＧのネットワーク側のポートは、基幹光ファイバを介して前記ＯＬＴに接続され、前記ＡＷＧのユーザ側のポートは、分岐光ファイバを介して、多数の前記ＯＮＵにそれぞれ接続され、前記ＯＮＵはゲイン媒体を有する発光素子を具備し、前記発光素子の前記ゲイン媒体と、前記ＡＷＧと、前記ＦＲＭとは、請求項１〜８のいずれか一項に従うレーザ発振キャビティを構成する、請求項９に記載のＰＯＮシステム。
  11. レーザであって、ゲイン媒体と、導波路回折格子（ＡＷＧ）と、ファラデー回転鏡（ＦＲＭ）とを具備し、前記ゲイン媒体は前記ＡＷＧの分割ポートの１つに結合され、前記ＦＲＭは前記ＡＷＧのパブリックポートに結合され、前記ゲイン媒体によって放射された光信号は前記ゲイン媒体と、前記ＦＲＭとで構成されたレーザ発振キャビティ内で往復して発振し、前記レーザの放射された波長は前記ＡＷＧの分割ポートのポート波長（ported wavelength)で固定されるレーザ。
  12. 前記ゲイン媒体によって放射された前記光信号は、第１偏光方向でありし、前記光信号が前記レーザ発振キャビティ内で２ｎ回往復して発振した後、前記光信号の偏光方向は、前記放射光の前記偏光方向と同じである、請求項１１に記載のレーザ。
  13. 前記光信号が前記レーザ発振キャビティ内で（２ｎ＋１）回往復して発振した後、前記光信号は第２偏光方向であって、前記第２偏光方向は、前記第１偏光方向に対して直角である、請求項１２に記載のレーザ。
  14. 前記光信号が前記レーザ発振キャビティ内で２ｎ回往復して発振した後、前記光信号の偏光方向が前記光信号の第１偏光方向と同じであるように、前記ゲイン媒体によって放射された光信号が前記ゲイン媒体に反射して戻るときに、前記ＦＲＭは反射の前後で所定の角度で前記光信号の偏光方向をそれぞれ回転するように構成される、請求項１２に記載のレーザ。
  15. 前記ＦＲＭは前記レーザの出力と、前記ＡＷＧのパブリックポートとの間に結合され、前記ＦＲＭは、第１ファラデー回転子（ＦＲ）と、光信号の一部を反射する反射鏡とを具備し、前記第１ＦＲは、前記反射が光信号の一部を反射する反射鏡による反射の前後で前記第１の所定の角度だけ回転されるように構成される、請求項１４に記載のレーザ。
  16. 前記ＦＲＭはスプリッタを介して前記ＡＷＧのパブリックポートと結合し、前記ＦＲＭは第１ＦＲと全反射ＦＲＭとを具備し、前記光信号が全反射ＦＲＭによって反射された後、前記第１ＦＲは前記光信号の偏光方向が、前記光信号の第１偏光方向と同じであるように回転するように構成される、請求項１４に記載のレーザ。
  17. 前記レーザは、ＦＲをさらに具備し、前記ＦＲは発振キャビティの内部に設定され、かつ前記ゲイン媒体と、前記ＡＷＧの分岐ポートとの間に結合され、前記ゲイン媒体によって放射された前記光信号は前記光信号の第１偏光方向であり、前記光信号がレーザ発信キャビティ内で往復して発振した後、前記ゲイン媒体の偏光方向は、前記第１偏光方向と同じである、請求項１１に記載のレーザ。
  18. 前記ゲイン媒体によって放射された前記光信号が、前記ゲイン媒体へ戻って反射するとき、前記ＦＲＭは反射の前後で第１の所定の角度だけ、前記光信号の偏光方向をそれぞれ回転するように構成され、前記ＦＲは、前記ゲイン媒体によって放射された前記光信号が前記ＦＲＭへ伝送される前に、第２の所定の角度だけ前記光信号の偏光方向を回転するように、かつ前記光信号が前記ＦＲＭによって反射された後で、かつ前記光信号が前記ゲイン媒体へ反射して戻る前に、再び前記第２の所定の角度だけ前記光信号の偏光方向を再び回転するように構成される、請求項１７に記載のレーザ。
  19. 前記第１の所定の角度および前記第２の所定の角度は、４５度である、請求項１８に記載のレーザ。
  20. 光信号を放射する方法であって、
    ゲイン媒体によって光信号を放射するステップであって、前記光信号は、前記光信号の第１の偏光方向であり、
    導波路回折格子（ＡＷＧ）が分岐ポートを介して波長選択を実行後、前記ＡＷＧによって前記光信号をファラデー回転鏡（ＦＲＭ）へ伝送するステップと、
    前記ゲイン媒体へ戻って入射される前記光信号の偏光方向が前記第１偏光方向に対して直角であるような第２の偏光方向であるように、前記ゲイン媒体によって放射された前記光信号が前記ゲイン媒体へ戻って反射するとき、前記反射の前後でそれぞれ前記所定の角度だけ前記光信号の偏光方向を回転されるステップとを有する方法。
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