JP2019517176A - ファイバ通信システム及び方法 - Google Patents

Abstract

光通信ネットワークのための注入ロック送信機は、単一縦モードに実質的に限定されたマスタシードレーザ源入力と、入力データストリームと、マスタシードレーザ源の単一縦モードの周波数に注入ロックされた共振器周波数を有する少なくとも１つのスレーブレーザを含むレーザ注入変調器とを含んでいる。レーザ注入変調器は、マスタシードレーザ源入力及び入力データストリームを受信し、レーザ変調データストリームを出力するように構成されている。

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１６年４月１２日に出願された米国特許出願第６２／３２１２１１号利益及び優先権を主張する２０１６年１０月３日に出願された米国仮特許出願第１５／２８３６３２号の利益及び優先権を主張し、これらの両方は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示の分野は、一般にファイバ通信ネットワークに関し、より詳細には、波長分割多重化を利用する光ネットワークに関する。

電気通信ネットワークは、エンドユーザ加入者がサービスプロバイダに接続するアクセスネットワークを含む。増加する消費者の要求に応えるために、アクセスネットワークを介した高速データ及びビデオサービスを提供するための帯域幅要求が急速に高まっている。現在、アクセスネットワークを介したデータ配信は、居住加入者の場合はギガビット（Ｇｂ）／秒、ビジネス加入者の場合はマルチＧｂ／秒まで増加している。現在のアクセスネットワークは、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）アクセス技術に基づいており、エンドユーザからの大容量の需要の増加に対応するための支配的なシステムアーキテクチャとなっている。

ギガビットＰＯＮ及びイーサネット（登録商標）ＰＯＮアーキテクチャは、従来から知られており、現在、下り送信には約２．５Ｇｂ／秒、上り送信には１．２５Ｇｂ／秒（下り速度の半分）のデータ速度を提供している。高帯域幅用途向けに１０Ｇｂ／秒ＰＯＮ（ＸＧ−ＰＯＮ又はＩＥＥＥ １０Ｇ−ＥＰＯＮ）が導入され始め、最近では時間及び波長分割多重（ＴＷＤＭ及びＷＤＭ）に基づく４０Ｇｂ／秒ＰＯＮ方式が標準化された。したがって、将来の帯域幅需要に対応するために、加入者ごとのより高速なデータ速度を開発し、サービス及び用途のカバレッジも向上させ、他方で容量及び性能の高いアクセスネットワークを提供するために必要な資本及び運用支出も最小限に抑える必要性が高まっている。

ＰＯＮの容量を増やすための１つの既知の解決策は、ＷＤＭ技術を使用して専用波長信号をエンドユーザに送信することである。しかしながら、現在の検出方式のＷＤＭ技術は、受信機の感度が低く、技術のアップグレードやスケールアップに利用できる選択肢が少なく、特に低品質の旧式のファイバ環境との併用に関しては制限がある。旧式のファイバ環境では、事業者は、新しいファイバの設置を節減するように、保有しているコストを回避するために既存のファイバインフラストラクチャからより多くの容量を絞ることが求められる。従来のアクセスネットワークは、典型的には、ノード当たり６本のファイバを含み、家庭加入者のような５００人ものエンドユーザにサービスを提供する。従来のノードはさらに分割することができず、通常は予備（未使用）ファイバを含まないので、より効率的かつ費用対効果の高い方法で限られたファイバの可用性を利用する必要がある。

ブラウンフィールド及びグリーンフィールドの両方の展開において、ＷＤＭ−ＰＯＮ光アクセスネットワークの受信感度及び全体的な容量を向上させるための１つのソリューションとして、コヒーレント技術が提案されている。コヒーレント技術は、優れた受信機感度と拡張された電力量、狭帯域の光学フィルタを必要としない、近接した高密度又は超高密度ＷＤＭを提供する高周波数選択性を提供する。また、コヒーレント技術によって経験された多次元の復元信号は、波長分散（ＣＤ）及び偏波モード分散（ＰＭＤ）などの線形送信障害を補償し、スペクトルリソースを効率的に利用してマルチレベルの高度な変調フォーマットの使用することによって将来のネットワークの更新に有益であるという追加の利益をもたらす。しかしながら、コヒーレント技術を使用する長距離送信は、送信経路に沿って経験される障害を調整するために、信号等化及びキャリア回復を含む精巧な後処理を必要とし、それによりシステムの複雑さを著しく増大させるという顕著な課題を提示する。

長距離光学系におけるコヒーレントな技術は、ノイズ、周波数ドリフト、及び長距離光送信で送信されるチャネル信号に影響を与える他の要因を補償するために、典型的に、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）、及びＣＭＯＳ技術を利用する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として使用されるデジタル信号処理（ＤＳＰ）回路などの高品質の個別の光通信及び電子構成要素の顕著な使用を必要とする。メトロソリューション用のコヒーレントな着脱可能なモジュールは、フットプリントを削減し、コストを削減し、消費電力を低減するためにＭＳＡ（ｍｕｌｔｉ−ｓｏｕｒｃｅ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）標準化を介して、着脱可能Ｃフォームファクタ（ＣＦＰ）からＣＦＰ２及び将来のＣＦＰ４に移行した。しかしながら、これらのモジュールは依然として、工学上の複雑さ、費用、サイズ、及び動作する電力を必要とするため、アクセス用途に実施するのは効率的又は実用的ではない。

１つの態様では、光通信ネットワーク用の注入ロック送信機は、実質的に単一の縦モードに限定されたマスタシードレーザ源入力と、入力データストリームと、マスタシードレーザ源の単一縦モードの周波数に注入ロックされた共振器周波数を有するレーザ注入変調器とを含んでいる。レーザ注入変調器は、マスタシードレーザ源入力及び入力データストリームを受信し、レーザ変調データストリームを出力するように構成されている。

別の態様では、光ネットワーク通信システムは、入力信号源と、入力信号源を受信し、複数の位相同期コヒーレントトーン対を出力するように構成された光周波数コム発生器とを含んでいる。複数の位相同期コヒーレントトーン対のそれぞれは、第１の非変調信号及び第２の非変調信号を含んでいる。システムは、シード源として複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第１の非変調信号を受信し、第１の変調データストリームを出力するように構成された第１の送信機と、第１の送信機からのデータストリームを受信し、複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第２の非変調信号を局部発振源として受信するように構成された第１の受信機とをさらに含んでいる。

さらに別の態様では、光ネットワーク通信システムは、第１の非変調信号及び第２の非変調信号を有する少なくとも１つの位相同期コヒーレントトーン対を出力するように構成された光周波数コム発生器を含む光ハブと、第１の非変調信号をシード源として受信し、下り変調データストリームを出力するように構成された下り送信機とを含んでいる。このシステムは、下り送信機から下り変調データストリームを受信し、局部発振器源として第２の非変調信号を受信するように構成された下り受信機を含むファイバノード及びエンドユーザをさらに含んでいる。

さらに別の態様では、光ネットワーク処理の方法は、少なくとも１対の第１及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを生成するステップと、第１の非変調位相同期コヒーレントトーンを第１の送信機にシード信号として送信するステップと、第１の送信機において、下りデータを第１の非変調位相同期コヒーレントトーンに付着させて第１の変調データストリーム信号を生成するステップと、ハブ光マルチプレクサ内で第１の変調データストリーム信号及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを光学的に多重化するステップと、下りヘテロダイン検出のために、多重化された第１の変調データストリーム信号及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを第１の受信機に光ファイバを介して通信するステップとを含んでいる。

本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利益は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことにより、よりよく理解されるであろう。図面の全体にわたり、同様の符号は同様の部品を表している。

本開示の例示的な実施形態による例示的なファイバ通信システムの概略図である。

図１に示したファイバ通信システムで利用できる例示的な送信機を示す概略図である。

図１に示したファイバ通信システムで利用できる代替の送信機を示す概略図である。

図１に示したファイバ通信システムで利用できる代替の送信機を示す概略図である。

図１に示したファイバ通信システムと共に利用され得る代替の送信機を示す概略図である。

図１に示したファイバ通信システムで利用できる例示的な上り接続を示す概略図である。

図１に示したファイバ通信システムで実施される例示的な処理アーキテクチャを示す概略図である。

例示的な下り光ネットワーク処理のフローチャート図である。

図８に示した下り処理で実施することができる例示的な上り光ネットワーク処理のフローチャート図である。

他に示されない限り、本明細書で提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を説明することを意味する。これらの特徴は、本開示の１つ以上の実施形態を含む広範囲のシステムに適用可能であると考えられる。このように、図面は、本明細書に開示された実施形態の実施に必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むことを意味していない。

以下の明細書及び特許請求の範囲において、以下の意味を有すると定義される多数の用語が参照される。

単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の言及を含んでもよい。

「任意の」又は「任意に」は、その後に記載される事象又は状況が起こっても起こらなくてもよいことを意味し、その記載は、事象が起こる例及び起こらない例を含んでもよい。

本明細書及び特許請求の範囲を通して使用される近似する記載は、それが関連する基本機能に変化をもたらさずに許容可能な程度に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用されてもよい。したがって、用語の「約」、「およそ」及び「実質的に」などによって修飾された値は、指定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似する記載は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲の制限を組み合わせ、及び／又は入れ替えてもよい。そのような範囲は、文脈又は記載がそうでないことを示さない限り、特定され、そこに含まれるすべての部分範囲を含む。

図１は、本開示の例示的な実施形態による例示的なファイバ通信システム１００の概略図である。システム１００は、光ハブ１０２、ファイバノード１０４、及びエンドユーザ１０６を含んでいる。光ハブ１０２は、例えば、中央局、通信ハブ、又は光回線終端装置（ＯＬＴ）である。図示の実施形態では、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）と共に使用するためのファイバノード１０４が示されている。エンドユーザ１０６は、例えば、顧客機器、顧客構内（例えば、マンション）、ビジネスユーザ、又は光ネットワークユニット（ＯＮＵ）を表すことができる下り終端ユニットである。例示的な実施形態では、システム１００は、コヒーレントＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）ＰＯＮアーキテクチャを利用している。

光ハブ１０２は、下りファイバ１０８を介してファイバノード１０４と通信する。オプションとして、上り通信がシステム１００に沿って望まれる場合、光ハブ１０２は、上りファイバ１１０を介してファイバノード１０４にさらに接続する。動作中において、下りファイバ１０８及び上りファイバ１１０は、典型的には３０ｋｍ以下である。しかしながら、本明細書に提示される実施形態によれば、１００ｋｍから１０００ｋｍのようなより大きい長さが企図される。例示的な実施形態では、ファイバノード１０４は、光ファイバ１１２を介してエンドユーザ１０６と接続する。あるいは、ファイバノード１０４及びエンドユーザ１０６は、仮想化ケーブルモデム終端システム（ｖＣＭＴＳ）のような単一の装置として統合されてもよく、それは顧客宅内に配置されてもよい。ファイバノード１０４及びエンドユーザ１０６が別々のデバイスである場合、光ファイバ１１２は、典型的には、約５０００フィート以下の距離に及ぶ。

光ハブ１０２は、外部レーザ１１８から高品質ソース信号１１６を受信し、それによって複数のコヒーレントトーン１２０（１）、１２０（１´）、…１２０（Ｎ）、１２０（Ｎ´）を生成するように構成された光周波数コム発生器１１４を含む。光周波数コム発生器１１４は、例えば、モードロックレーザ、利得切替レーザ、又は電気光学変調を利用し、複数のコヒーレントトーン１２０が既知の制御可能な間隔の低線幅の同時波長チャネルとして生成されるように構成される。システム１００への上り入力信号のこの有利な態様は、以下でさらに説明するように、システム１００の下り部分の全体にわたって単純化されたアーキテクチャを可能にする。

生成されたコヒーレントトーン１２０は、増幅器１２２に供給され、そこからの増幅された信号は、第１のハブ光デマルチプレクサ１２４に入力される。例示的な実施形態では、増幅器１２２は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）である。光ハブ１０２はさらに、下り送信機１２６及びハブ光マルチプレクサ１２８を含む。一実施形態では、光ハブ１０２は、オプションとして、ハブ光スプリッタ１３０、上り受信機１３２、及び第２のハブ光デマルチプレクサ１３４を含む。

下り送信機１２６は、下り光サーキュレータ１３６及び下り変調器１３８を含む。例示的な実施形態では、下り変調器１３８は、注入ロックレーザ変調器である。上り受信機１３２は、上り統合コヒーレント受信機（ＩＣＲ）１４０、上りアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１４２、及び上りデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１４４を含む。例示的な実施形態では、ファイバノード１０４は、ノード光デマルチプレクサ１４６を含む。別の実施形態では、上り送信が望ましい場合、ファイバノード１０４は、ノード光マルチプレクサ１４８をさらに含む。例示的な実施形態では、ノード光デマルチプレクサ１４６及びノード光マルチプレクサ１４８は受動デバイスである。

エンドユーザ１０６は、下り受信機１５０をさらに含む。例示的な実施形態では、下り受信機１５０は、上り受信機１３２と同様のアーキテクチャを有し、下りＩＣＲ１５２、下りＡＤＣ１５４、及び下りＤＳＰ１５６を含む。上り送信の場合、エンドユーザ１０６は、オプションとして、下り受信機１５０内に、又は別々に配置され得るエンドユーザ光スプリッタ１５８と、上り送信機１６０とを含む。例示的な実施形態では、上り送信機１６０は、下り送信機１２６と同様のアーキテクチャを有し、上り光サーキュレータ１６２及び上り変調器１６４を含む。

動作中において、システム１００は、光周波数コム発生器１１４を利用し、増幅器１２２は、入力された高品質ソース信号１１６を複数のコヒーレントトーン１２０（例えば、３２トーン、６４トーンなど）に変換し、その後、それらは第１のハブ光デマルチプレクサ１２４に入力される。例示的な実施形態では、高品質ソース信号１１６は、選択された縦モードの信号１１６が、コム発生器１１４による処理に先立って抑制された隣接する縦モードなしで光周波数コム発生器１１４に送信されるように、十分な振幅と狭い帯域幅である。その後、第１のハブ光デマルチプレクサ１２４は、複数の位相同期コヒーレントトーン対１６６（１）、１６６（２）、…１６６（Ｎ）を出力する。すなわち、生成されたコヒーレント周波数トーン１２０は、増幅器１２２によって増幅されて光パワーを増強し、その後、複数の別個の個別の位相同期されたコヒーレントトーン源対１６６に多重化解除される。説明を簡単にするために、以下の説明は、Ｃｈ１のための第１の非変調信号１６８及びＣｈ１´のための第２の非変調信号１７０を含む第１のチャネル出力のための同期対信号に対応するコヒーレントトーン対１６６（１）と、システム１００を通るそれらのルーティングとにのみ関するものとする。

高品質、狭帯域、及び実質的に単一の縦モードにあるソース信号１１６を用い、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）及び第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）を含むコヒーレントトーン対１６６（１）は、高品質で狭帯域の信号として出力され、その後、それはシステム１００の下り及び上りの送信及び受信の両方のためのシード及び局部発振器（ＬＯ）信号源としての役割を果たす。すなわち、例示的な構成によって、光周波数コム発生器１１４のアーキテクチャは、有利なことに高品質の連続波（ＣＷ）信号を生成する。具体的には、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、システム１００の全体の下りシード及び上りＬＯとして機能してもよく、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は、同時に、システム１００の上りシード及び下りＬＯとして機能してもよい。

例示的な実施形態によれば、光ハブ１０２内では、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）はハブ光スプリッタ１３０によって分割され、「純粋な」信号として下り送信機１２６及び上り受信機１３２に別々に入力され、すなわち、振幅、狭帯域幅の連続波は、付着データを含まない。したがって、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、下り送信機１２６のシード信号及び上り受信機１３２のＬＯ信号となる。例示的な実施形態では、下り送信機１２６内で、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、下り光サーキュレータ１３６を通過して下り変調器１３８に入り、１つ以上のダイオード（図１には示されていない。図２〜図５に関して後述する）が励起され、信号にデータを付着させ（同様に図１には示されていない。図２〜図５に関して後述する。）、その後、それは下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）として下り光サーキュレータ１３６から出てくる。

例示的な実施形態では、下り光サーキュレータ１３６は、下り送信機１２６内にある。あるいは、下り光サーキュレータ１３６は、下り送信機１２６とは別個に、又は下り変調器１３８の境界内に物理的に配置されてもよい。次いで、下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）は、他のチャネル（図示せず）からの複数の変調／非変調データストリーム対とハブ光マルチプレクサ１２８で結合され、下りファイバ１０８を介してファイバノード１０４のノード光デマルチプレクサ１７４に送信され、その後、それは異なる各エンドユーザ１０６に送信するために異なるチャネルストリーム対を分離する。エンドユーザ１０６では、下り受信機１５０に入るデータストリーム対１７０、１７２は位相同期されているので、下りＤＳＰ１５６でのデジタル信号処理は、図７に関して以下に説明するように、大幅に単純化される。

オプションとして上り受信が光ハブ１０２で求められ、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は、エンドユーザ１０６内でエンドユーザ光スプリッタ１５８によって分離され、Ｃｈ１のための「純粋」非変調信号として下り受信機１５０及び上り送信機１６０の両方に別々に入力される。従って、この代替の実施形態では、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は、上り送信機１６０のシード信号及び下り受信機１５０の「疑似ＬＯ信号」をＣｈ１のコヒーレント検出のために機能させる。この議論の目的のために、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は「疑似ＬＯ信号」と呼ばれるが、これは、（第１のハブ光デマルチプレクサ１２４から出力された）リモートソースからのＬＯ信号を使用し、エンドユーザ１０６において局所的にＬＯ信号を生成することを要しないからである。この特定の構成は、必要な電子構成要素の削減によって、システム１００のアーキテクチャのコスト及び複雑さをさらに顕著に低減する。

上り送信のために、例示的な実施形態では、同様のコヒーレント検出方式が、下り送信機１２６に利用されるように上り送信機１６０に対して実施される。すなわち、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）が、上り光サーキュレータ１６２に入力され、上り変調器１６４によって変調され、１つ以上のスレーブレーザ（図示なし。図６に関して説明される。）を利用した対称又は非対称データ（同様に、図示なし。図６に関して説明される。）を付着させ、その後、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）として出力し、その後、それはファイバノード１０４においてノードマルチプレクサ１７８によって他のチャネル（図示せず）からの同様の変調データストリームに結合される。次に、簡易化されたデジタル信号処理について下り受信機１５０に関して上述した処理と同様に、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は、上りファイバ１１０を介して上流に送信され、第２のハブ光デマルチプレクサ１３４によって他のチャネル信号から分離され、上り受信機１３２へ入力される。

この例示的な構成によって、異なるエンドユーザ１０６からの複数の上りチャネルをファイバノード１０４（又はリモートノード）で多重化し、光ハブ１０２に送り返すことができる。したがって、光ハブ１０２内で、上り受信機１３２が第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）をＬＯとして使用し、データを運ぶために上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）を使用する点を除いて、下り受信機１５０で使用されるような同じコヒーレント検出方式を上り受信機１３２で使用することができるが、下り受信機１５０は逆にデータストリーム対（Ｃｈ１、Ｃｈ１´）を使用する。すなわち、下り受信機１５０はＬＯとして第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）を使用し、データを運ぶために下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）を使用する。

本明細書に記載の実施形態の実施は、ハイブリッドファイバ同軸（ＨＦＣ）アーキテクチャを、他の種類のファイバアーキテクチャ、より深いファイバアーキテクチャに移行させるのに有用である。典型的なＨＦＣアーキテクチャは、ファイバノードからハブ（例えば、ファイバ１０８、１１０）に利用可能なファイバストランドをほとんど有さない傾向があるが、多くのファイバストランドは、典型的には従来のＨＦＣノードからエンドユーザ（例えば、光ファイバ１１２）への短い距離をカバーするように設置されるであろう。本明細書で説明する例示的な実施形態では、光ハブ１０２とファイバノード１０４との間に２つのファイバ（すなわち、ファイバ１０８、１１０）が示されているが、これは従来のＨＦＣファイバノードとすることができる。すなわち、１つのファイバ（すなわち、下りファイバ１０８）が下り信号及び上りシード／下りＬＯに利用され、別のファイバ（すなわち、上りファイバ１１０）が上り信号に利用される。さらに、ファイバノード１０４（例えば、レガシーＨＦＣファイバノード）からエンドユーザ１０６までの各エンドユーザについて、３つのファイバ（すなわち、光ファイバ１１２Ａ〜Ｃ）が示されている。本明細書の有利な構成を利用することにより、ファイバのより深い、又は全ファイバの移行スキームは、光ファイバ分配ノードとしてＨＦＣファイバノードを利用することができ、それにより、ＨＦＣノードから光ハブへのファイバを削減する必要性を大幅に最小限にする。

したがって、従来の補償ハードウェアの必要性を回避することによって、本明細書で説明するアーキテクチャは、従来のデバイスよりも大幅に安価でよりコンパクトな物理デバイスとして構成することができる。この新規かつ有利なシステム及びサブシステム構成は、単純性、信頼性及び低コストで多波長発光を可能にする。高品質の入力ソース信号１１６を有する光周波数コム発生器１１４の実施は、従来の個別のレーザによって実現されない複数のソースの同時制御をさらに可能にする。本明細書の実施形態によれば、チャネル間隔は、例えば、利用可能な信号帯域幅占有率に基づいて、２５ＧＨｚ、１２．５ＧＨｚ、又は６．２５ＧＨｚとしてもよい。

本明細書に記載された実施形態は、一定の波長間隔を維持するコム発生器（すなわち、光周波数コム発生器１１４）を利用することにより、さらなる利益を実現し、これにより、単一ファイバを介した単一送信の場合によく発生することがある光ビート干渉（ＯＢＩ）を回避する。例示的な実施例を示す図１において、ファイバノード１０４は受動システムとして示されているので、他の移行アプローチよりも高い信頼性を維持することが期待される。それにもかかわらず、当業者であれば、本出願を読んで理解した上で、本明細書に開示された実施形態が、リモートＰＨＹソリューションに、又は、ファイバノードに含まれるリモートケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）にいかに適用されるかも理解するであろう。

本明細書で説明するように、システム１００は、アクセス環境の固有の要求を満たすが、従来のハードウェアシステムには見られないコスト効率の良い構造を有するように、新規のソリューションを組み込むコヒーレントＤＷＤＭ−ＰＯＮのアーキテクチャを利用してもよい。光周波数コム発生器１１４は、制御された間隔を有する複数の同時狭幅波長チャンネルを生成し、それによって全波長コムの簡単な同調を可能にする。したがって、光ハブ１０２内のこの集中コム源は、システム１００全体にわたって光源を再利用するために、ヘテロダイン検出構成において、下り方向及び上り方向の両方にマスタシード源及びＬＯ信号を提供する。この有利な構成は、例えば、長距離システムにおけるイントラダイン検出方式に比べて、大幅なコスト削減とハードウェアの複雑さの低減を実現する。

図２は、図１に示されるファイバ通信システム１００で利用され得る例示的な下り送信機２００を示す概略図である。下り送信機２００は、外部データ源２０８からデータ２０６を受信するレーザダイオード２０４を含むレーザ注入変調器２０２と双方向通信する下り光サーキュレータ１３６（上記の図１参照）を含む。別の実施形態では、下り送信機２００は、示された構造の構成における下り光サーキュレータ１３６を置き換え、必要性を除外する、２つの別個のファイバ受信機（図示せず）を含んでもよい。

動作中において、下り送信機２００は、下り送信機１２６（上述の図１）と同じ一般的機能を実行する。レーザ注入変調器２０２は、レーザダイオード２０４を「スレーブレーザ」として利用する。すなわち、レーザダイオード２０４は、単一周波数又は縦モードのマスタ又はシードレーザとして機能する外部レーザ１１８によって注入ロックされ、レーザダイオード２０４の共振器モードの周波数をマスタの周波数に十分近づけるようにするレーザ（すなわち、レーザ１１８）を使用して、周波数ロックを可能にする。下り送信機２００の原理は、「レーザクローニング」とも呼ばれ、単一の高品質マスタレーザ（すなわちレーザ１１８）が狭帯域幅、低ノイズ信号（すなわち、ソース信号１１６）を送信し、下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）などのデータ変調信号を送信するために比較的安価なスレーブレーザ（例えば、レーザダイオード２０４）をシステム１００全体にわたって使用することができる。例示的な実施形態では、レーザダイオード２０４は、従来のかなり高価な分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ ＬＤ）と比較して、ファブリーペローレーザダイオード（ＦＰ ＬＤ）又は垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。別の実施形態では、レーザダイオード２０４はＬＥＤであり、システム１００全体にわたって一貫して利用される高品質ソース信号１１６の利用のために、本明細書の実施形態による十分なスレーブレーザ源として機能することができる。

より具体的には、ハブ光スプリッタ１３０を出る第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、下り光サーキュレータ１３６に入力され、次にレーザダイオード２０４を励起し、レーザダイオード２０４は特定の変調速度で発光する。レーザ注入変調器２０２は、データ２０６を励起されたＣｈ１信号に付着させ、付着したデータを有して得られた変調されたＣｈ１信号は、下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）として下り光サーキュレータ１３６から出力される。この例示的な実施形態によれば、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、非変調、低振幅、狭帯域幅、低ノイズの「純粋な」ソースとして下り送信機１２６に入力され、レーザダイオード２０４によって変調され、得られた下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）は、さらなる従来の補償手段（ハードウェア及びプログラミング）を必要とせずに、システム１００全体に送信され得る、高振幅、狭帯域幅、低ノイズの「純粋な」信号である。例えばレーザダイオード２０４からの隣接する縦モードの抑制は必要でないが、これは、励起源信号（すなわち、信号１６８）が、出力された下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）が外部レーザ１１８の狭帯域幅でのみ実質的に増幅されるような高品質で狭帯域であるためである。図２に示す実施形態のように、レーザ注入変調器２０２は、直接変調を実施する。

したがって、本明細書で説明されるような光注入ロッキングは、スペクトル帯域幅及びノイズ特性の点で、比較的安価なマルチ縦スレーブレーザ源（すなわち、レーザダイオード２０４）の性能を向上させる。ヘテロダインコヒーレント検出に関しては、入力信号（上り又は下り）をＬＯ又は疑似ＬＯと組み合わせて、電子処理のために中間周波数（ＩＦ）にすることができる。この例示的な構成によれば、ＬＯ／疑似ＬＯ光パワーの一部は、光ハブ１０２及びエンドユーザ１０６の両方において、逆方向送信のためのマスタ／シードレーザとして使用することもでき（図６に関して以下に説明する）、したがって、光ハブからのマスタシード及びＬＯ送出を有する完全にコヒーレントなシステムは、従来のシステムと比較して比較的コスト効率の良い方法で達成することができる。

図３は、図１に示すファイバ通信システム１００で利用できる代替の下り送信機３００を示す概略図である。下り送信機３００は、偏波分割多重を利用して、Ｃｈ１信号を下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）に変調することを除いて、直接変調の実施を含む下り送信機２００（図２）と同様である。

下り送信機３００は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）／偏光ビームコンバイナ（ＰＢＣ）３０４を含むレーザ注入変調器３０２と双方向通信する下り光サーキュレータ１３６（上記の図１参照）を含み、単一の装置であり得る。レーザ注入変調器３０２は、外部データ源（図３には図示せず）から第１のデータ３０８を受け取るように構成された第１のレーザダイオード３０６と、同じ、又は異なる、外部データ源から第２のデータ３１２を受け取るように構成された第２のレーザダイオード３１０とをさらに含んでいる。

動作中において、下り送信機３００は、直接変調、及びマスタ／スレーブレーザ注入ロックの実施に関して下り送信機２００と同様である。しかし、代わりに、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）をｘ偏光成分Ｐ１及びｙ偏光成分Ｐ２に分割するＰＢＳ／ＰＢＣ３０４のスプリッタ部分からのデュアル偏光を実施し、ｘ偏光成分Ｐ１及びｙ偏光成分Ｐ２は第１のレーザダイオード３０６及び第２のレーザダイオード３１０をそれぞれ別々に励起する。下り送信機２００（図２）と同様に、下り送信機３００において、ハブ光スプリッタ１３０を出る第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は下り光サーキュレータ１３６に入力され、次に、その別個の偏光成分はレーザダイオード３０６、３１０をそれぞれ指定された変調率で励起する。レーザ注入変調器３０２は、データ第１及び第２のデータ３０８、３１２を、ＰＢＳ／ＰＢＣ３０４のコンバイナ部分によって結合されたＣｈ１信号のそれぞれの励起された偏光成分に付着させる。付着したデータを有する変調Ｃｈ１信号は、下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）として下り光サーキュレータ１３６から出力される。

例示的な実施形態では、第１及び第２のレーザダイオード３０６、３１０によって受信された偏光成分は、直交している（９０度及び／又は相互作用しない）。すなわち、第１のレーザダイオード３０６及び第２のレーザダイオード３１０は、外部レーザ１１８（マスタ）と同じ波長にロックするスレーブレーザとして最適化されるが、垂直な偏光方向を有する。この構成により、下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）として再結合する前に、大きなデータパケット（例えば、第１のデータ３０８及び第２のデータ３１２）を分割して別々の経路に沿って同時に送信することができる。あるいは、第１のデータ３０８及び第２のデータ３１２は、２つ（又はそれ以上）の別々の無関係のソースから来てもよい。直交分割は、偏波された信号成分間のデータ干渉を防止する。しかしながら、当業者であれば、図３の実施形態によれば、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、振幅と位相の同様の原理ならびに波長分割を利用して６０度で偏波することもできることを理解するであろう。あるいは、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、螺旋又は渦の偏光又は軌道角運動量に従って多重化することができる。さらに、図示された実施形態は偏波多重化を特徴とするが、空間分割多重化及びモード分割多重化を代替的に実施することもできる。

この例示的な実施形態によれば、Ｃｈ１のマスタ連続波信号、すなわち、第１の非変調信号１６８は、光周波数コム発生器１１４から受信され、第１の部分において、上り受信機１３２のＬＯとして使用されるように分割され、第２の部分において、両方のスレーブレーザがマスタレーザ（すなわち、外部レーザ１１８）の波長に従って振動するように、２つのスレーブレーザ（すなわち、第１のレーザダイオード３０６及び第２のレーザダイオード３１０）をそれぞれのｘ偏光及びｙ偏光の部分によって同期させる。データ（すなわち、第１のデータ３０８及び第２のデータ３１２）は、それぞれ２つのスレーブレーザに直接変調される。したがって、この注入ロック技術は、マスタレーザからスレーブレーザへの周波数変調（ＦＭ）雑音スペクトル制御をさらに可能にし、さらに、ＦＭ雑音／位相ジッタ抑制及び放出線幅減少の顕著な改善を実現することができる。

本明細書で説明するように、直接変調による二重偏光光送信機（すなわち、下り送信機３００）による光注入の利用は、かなりコストがかかる従来のレーザの機能を実行するために、比較的低コストのレーザを有利に実施することができる。コヒーレント検出と共に半導体レーザの直接変調による二重偏光光送信機のこの構成によれば、本実施形態は、その低コスト及び構造的コンパクトさの点で短距離用途に特に有用である。長い距離の用途でも同様の利点が実現されるかもしれない。

図４は、図１に示すファイバ通信システム１００で利用することができる代替の下り送信機４００を示す概略図である。下り送信機４００は、下り送信機４００が、Ｃｈ１信号を下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）に変調するために、直接変調とは逆に外部変調を代替的に実施することを除いて、下り送信機２００（図２）と同様である。下り送信機４００は、下り光サーキュレータ１３６（上記の図１参照）及びレーザ注入変調器４０２を含む。下り光サーキュレータ１３６は、レーザ注入変調器４０２内に含まれていてもよいし、別個の外部光サーキュレータ４０４と直接に通信していてもよい。レーザ注入変調器４０２は、低振幅、狭帯域幅の第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）を受信し、励起された高振幅、狭帯域幅の光信号４０８を外部光サーキュレータ４０４に戻すレーザダイオード４０６をさらに含む。レーザ注入変調器４０２はさらに、外部データ源４１４からデータ４１２を受け取り、データ４１２を光信号４０８と結合して、下り光サーキュレータ１３６によって一方向に受信され、下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）として出力する外部変素子４１０をさらに含む。

この例示的な実施形態では、下り送信機４００は、下り送信機１２６（図１）と同じ一般的な機能を実行するが、注入同期機構として外部変調を使用してレーザダイオード４０６をマスタレーザ源（例えば、外部レーザ１１８）にロックする。外部変調を実施するために、この実施形態は、ほとんど一方向性光サーキュレータ（すなわち、下り光サーキュレータ１３６、外部光サーキュレータ４０４）を通る光信号の流れを調整する。外部変調素子４１０は、オプションとして、下り受信機１５０によって入力される前に、下り混合された変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）の信号経路に沿って、又は別個に、デマルチプレクシングフィルタ（図示せず）を一体化された構成要素として含んでもよい。例示的な実施形態では、外部変調素子４１０はモニタフォトダイオードであり、注入ロックはリアレーザファセットを介して行われる。

図５は、図１に示されるファイバ通信システム１００で利用され得る代替の下り５００送信機を示す概略図である。下り送信機５００は、Ｃｈ１信号を下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）に変調するために直交振幅変調（ＱＡＭ）をさらに実施する点を除いて、直接変調及び偏波分割多重化の実施を含む、下り送信機３００（図３）と同様である。すなわち、ＱＡＭ信号を生成するために、さらなる外部変調素子は、偏波ブランチ（図２、上）ごとに利用してもよい。

下り送信機５００は、単一のデバイス又は２つの別々のデバイスであり得るＰＢＳ／ＰＢＣ５０４を含むレーザ注入変調器５０２との双方向通信において、下り光サーキュレータ１３６（上記の図１参照）を含む。さらに、レーザ注入変調器５０２のすべての構成要素は、それ自体が別個のデバイスであってもよく、あるいはすべて単一のフォトニックチップ内に含まれてもよい。レーザ注入変調器５０２は、外部データ源（図５には図示せず）から第１のデータ５０８を受け取るように構成された第１のレーザダイオード５０６と、同じ又は異なる外部から第２のデータ５１２を受け取るように構成された第２のレーザダイオード５１０と、同じ／異なる外部データ源から第３のデータ５１６を受信するように構成された第３のレーザダイオード５１４と、同じ／異なる外部データ源から第４のデータ５２０を受信するように構成された第４のレーザダイオード５１８とを含む。

動作中において、下り送信機５００は、ＰＢＳ／ＰＢＣ５０４のスプリッタ部分から二重偏波を実施し、それは第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）をｘ偏波成分（Ｐ１）及びｙ偏波成分（Ｐ２）に分割する。各偏光成分Ｐ１、Ｐ２は、第１の非偏光光学スプリッタ／コンバイナ５２２及び第２の非偏光光学スプリッタ／コンバイナ５２４にそれぞれ入力される。第１及び第２の光スプリッタ／コンバイナ５２２、５２４はそれぞれ、それぞれの偏光成分Ｐ１、Ｐ２をそれぞれＩ信号５２６、５２８に、さらにそれらのＱ信号５３０、５３２にそれぞれさらに分割する。生成されたＩ信号５２６、５２８は、それぞれレーザダイオード５０６、５１４を直接に励起する。生成されたＱ信号５３０、５３２は、それぞれ、レーザダイオード５１０、５１８と直接通信する前に、まず、第１及び第２の直交位相シフト素子５３４、５３６をそれぞれ通過し、その各々は、Ｑ信号を各方向に４５度だけシフトさせ、スプリッタ／コンバイナ５２２、５２４で再結合されたとき、それぞれのＱ信号がそのそれぞれのＩ信号から９０度オフセットするようにする。

得られた変調Ｃｈ１信号は、データが付着され、下り送信機５００の下り光サーキュレータ１３６から下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）として、また偏波多重ＱＡＭ信号として出力される。この例示的な実施形態によれば、光集積回路の利用により、多重コヒーレントシステムの直接変調偏光が可能になるが、従来のアーキテクチャによって実現されるよりも大幅に低コストのハードウェア構成が利用される。例示的な実施形態では、レーザダイオード５０６、５１０、５１４、５１６は、１６−ＱＡＭ偏波多重信号を生成することができるＰＡＭ−４変調レーザダイオードである。

図６は、図１に示されるファイバ通信システム１００と共に利用され得る例示的な上り送信機６００を示す概略図である。図６に示す実施形態を参照すると、上り送信機６００は、構造及び機能において下り送信機３００（図３）と同様である。具体的には、上り送信機６００は、１つのデバイス又は別々のデバイスであり得るＰＢＳ／ＰＢＣ６０４を含むレーザ注入変調器６０２（図６には別個に図示せず）との双方向通信における上り光サーキュレータ１６２（上記の図１参照）を含む。レーザ注入変調器６０２は、外部データ源（図６には図示せず）から第１のデータ６０８を受け取るように構成された第１のレーザダイオード６０６と、第２のデータ６１２を同じ、又は異なる外部データ源から受け取るように構成された第２のレーザダイオード６１０とをさらに含む。上述の図２から図５の実施形態と同様に、下り送信機６００は、少なくとも２つの別個のファイバ受信機（図示せず）を利用することによって上り光サーキュレータ１６２を排除してもよい。

したがって、上り送信機６００は、上り送信機が、レーザ注入変調器６０２において、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）をエンドユーザシード源として利用し、データ（例えば、第１のデータ６０８、第２のデータ６１２）を結合又は付着させて上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）を生成して上りデータ信号を上り受信機（例えば、上り受信機１３２）に搬送することを除いて、下り送信機３００（図３）とほぼ同様である。動作中において、第１のレーザダイオード６０６及び第２のレーザダイオード６１０は、外部レーザ１１８からのマスタ信号への注入ロックによってスレーブレーザとしても機能する。すなわち、Ｃｈ１´（例えば、第１のデータ６０８、第２のデータ６１２）の対称又は非対称のデータは、偏波多重化で２つのスレーブレーザ（すなわち、第１のレーザダイオード６０６及び第２のレーザダイオード６１０）に変調され、光ハブ１０２の下り送信機３００（図３）に関して実施される処理と同様である。

この例では、上り送信機６００が、下り送信機３００（図３）のアーキテクチャを実質的に模倣するように示されている。あるいは、上り送信機６００は、本開示の範囲から逸脱することなく、下り送信機２００（図２）、４００（図４）、又は５００（図５）の１つ又は複数のアーキテクチャを同等に模倣することができる。さらに、上り送信機６００は、光ハブ１０２内で利用される特定の下り送信機の特定のアーキテクチャに関係なく、図２から図５によって開示された実施形態のいずれかに準拠することができる。高品質、狭帯域幅、低雑音の外部レーザ源１１８を利用することにより、マスタ／スレーブレーザ関係は、システム１００の全体、及び変調／非変調信号対（単一のファイバライン対、例えば、下りファイバ１０８及び上りファイバ１１０からの３２、６４、１２８、又は、２５６までもの数）に及ぶ。

したがって、本実施形態による大幅なコスト節約は、単一の光ハブ１０２からのすべての利用可能なシャトル対を完全に実施するために５１２もの下り送信機（例えば、図１の下り送信機１２６）及び上り送信機（例えば、図１の上り送信機１６０）が必要であることを考慮したときに、最もよく実現される。本実施形態は、高価な単一縦モードレーザダイオード、又は安価なレーザ又はそれによって生成されたノイズ成分からの隣接する縦モードを抑制するために必要な他の補償ハードウェアを追加する必要なく、高品質の外部レーザ１１８の実現から生じる利点を利用することができる。

図７は、図１に示した上り受信機１３２、下り受信機１５０、及びファイバ通信システム１００のために実施することができる例示的な処理アーキテクチャを示す概略図である。上り受信機１３２及び下り受信機１５０のそれぞれのアーキテクチャは、上り受信機１３２が、下り受信機１５０によって受信される第２のデータストリーム対７０２の逆にＣｈ１、Ｃｈ１´の第１のデータストリーム対７００を受信することを除いて、形態及び機能（図１に関して上述した）に関して同様である。言い換えれば、上述したように、第１のデータストリーム対７００は、ＬＯとしての第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）及びデータを搬送するための上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）を含むが、第２のデータストリーム対７０２は、ＬＯとしての非変調信号１７０（Ｃｈ１´）及びデータを搬送するための下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）を含む。

第１及び第２のデータストリーム対７００、７０２は、それぞれＩＣＲ１４０及びＩＣＲ１５２によってアナログ電気信号に変換された光信号の多重化位相同期化対の変調／非変調である。次いで、それぞれのアナログ信号は、ＤＳＰ１４４及びＤＳＰ１５６によるデジタル信号処理のために、ＡＤＣ１４２及びＡＤＣ１５４によってデジタル領域に変換される。例示的な実施形態では、デジタル信号処理は、非常に大量のゲートアレイを使用するＣＭＯＳ ＡＳＩＣによって実行することができる。例えば、従来のＣＭＯＳ ＡＳＩＣは、入来するデジタル化されたデータストリームを処理するために、７千万ものゲートを利用することができる。従来のシステムでは、Ｃｈ１及びＣｈ１´のための変調されたデータストリームは独立して処理され、それらは周波数オフセット、ドリフト及びデジタルダウンコンバージョン補償係数を推定するために顕著なリソースを要する（例えば、ｅ＾−ｉωｔ、ここでωは第１の非変調信号１６８と上り変調データストリーム１７６との間の周波数差を表し、ωはコヒーレントトーン対１６６に対して一定に保持され、システム１００全体にわたって拡張される）。

他方、本明細書に開示された例示的な実施形態によれば、Ｃｈ１及びＣｈ１´からの変調信号及び非変調信号は、信号対のω間の差が常に既知で、一定の関係を維持するように、位相同期される。対照的に、従来のシステムは、上述したように、ドラフトなどの要因を補償するためにキャリア位相を絶えず推定することを要していたが、そのことはかなりの処理リソースを必要とする。しかし、本実施形態によれば、Ｃｈ１及びＣｈ１´は第１及び第２のデータストリーム対７００、７０２として一緒に同期されるので、対７００、７０２間のオフセットωは推定する必要がないが、これは代わりに信号対が一定の関係で同じ量だけ一緒にドリフトするためにＤＳＰ１４４及びＤＳＰ１５６における簡単な減算処理を実行することで容易に得られるからである。この有利な構成及び処理によって、ＣＭＯＳ ＡＳＩＣによるデジタル信号処理が、わずか１００万ゲートを使用して実行され、それにより、それぞれのＤＳＰの処理速度が大幅に改善され、及び／又は処理を実行するのに必要な物理チップの数を低減することができる（又は、同じチップによって実行され得る別個の処理の量を同様に増加させる）。現在、本明細書に記載された実施形態の実施は、従来のシステムより５０００倍も高速に、下り及び上りのデータ送信速度を改善することができる。

図８は、図１に示されるファイバ通信システム１００で実施され得る例示的な下り光ネットワーク処理８００のフローチャート図である。処理８００は、ステップ８０２で開始する。ステップ８０２において、光周波数コム発生器１１４、増幅器１２２、及び第１のハブ光デマルチプレクサ１２４によって、コヒーレントなトーン対１６６が生成され出力される。上記の説明と同様に、簡略化のために、以下の議論では、Ｃｈ１、Ｃｈ１´に関する特定のコヒーレントなトーン対１６６（１）について述べる。コヒーレントトーン対１６６は、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）及び第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）を含む。コヒーレントトーン対１６６が生成されると、処理８００は、ステップ８０２からステップ８０４及び８０６に進み、それらは同時に又は同時に実行されてもよい。

ステップ８０４において、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、図１の光スプリッタ１３０などの光スプリッタに入力される。ステップ８０６において、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は、図１のハブ光マルチプレクサ１２８などのマルチプレクサに送信される。ステップ８０４を参照すると、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、上り検出のためのＬＯとして、及び下りデータ送信のためのシードとして機能するように分割される。上り検出のために、ステップ８０４はステップ８０８に進み、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）が上り受信機、すなわち上り受信機１３２によって受信される。下りデータ送信のために、ステップ８０４は、別個かつ同時にステップ８１０に進む。

ステップ８１０はオプションのステップであり、偏波分割多重化が望ましい。ステップ８１０において、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）は、（例えば、図３のＰＢＳ／ＰＢＣ３０４、又は図５のＰＢＳ／ＰＢＣ５０４によって）独立した直接又は外部の変調のために、ｘ成分及びｙ成分の部分Ｐ１、Ｐ２にそれぞれ分割される。偏波分割多重化が利用されない場合、処理８００はステップ８１０をスキップし、代わりにステップ８０４からステップ８１２に直接進む。ステップ８１２において、第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）、又はオプションのステップ８１０が実施された場合その偏波成分は、直接変調（例えば、図２、３、５）又は外部変調（例えば、図４）によって変調される。処理８００は、ステップ８１２からステップ８１４に進む。ステップ８１４はオプションのステップであり、オプションのステップ８１０が偏波分割多重化のためにも実施されている場合に実施される。ステップ８１４において、ｘ成分及びｙ成分の部分Ｐ１、Ｐ２は、下り変調データストリーム１７２として出力するために再結合される（例えば、図３のＰＢＳ／ＰＢＣ３０４、又は図５のＰＢＳ／ＰＢＣ５０４）。偏波分割多重化が利用されなかった場合、処理８００はステップ８１４をスキップし、代わりにステップ８１２からステップ８１６に直接に進む。

ステップ８１６において、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）及び下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１）は、光学的に多重化され、すなわち、図１のハブ光学マルチプレクサ１２８によって、位相同期データストリーム対（例えば、図７の第２のデータストリーム対７０２）として、光多重化される。処理８００は、ステップ８１６からステップ８１８に進み、位相同期データストリーム対は、光ファイバ、すなわち図１の下りファイバ１０８を介して送信される。処理８００は、ステップ８１８からステップ８２０に進み、ここで、同期化されたデータストリーム対は、例えば、ファイバノード１０４のノード光デマルチプレクサ１７４によって、光多重化解除される。次に、処理８００は、ステップ８２０からステップ８２２に進み、多重化解除データストリーム対の両方の成分（例えば、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）及び下り変調データストリーム１７２（Ｃｈ１））はヘテロダインコヒーレント検知のために下り受信機（例えば図１の下り受信機１５０）によって受信される。

エンドユーザ（例えば、エンドユーザ１０６）が上り送信能力をさらに含む場合、処理８００は、オプションのステップ８２４及び８２６をさらに含む。ステップ８２４において、ステップ８２２における下り受信の前に、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）が光学的に（例えば、図１のエンドユーザ光スプリッタ１５８によって）分割され、ステップ８２６において、図９に関して後述するように上りデータ送信のための変調器（例えば、図１の変調器１６４）のためのシード信号として、エンドユーザの上り送信機（例えば、図１の上り送信機１６０）に追加で送信される。

図９は、図１に示されたファイバ通信システム１００でオプションとして実施され得る例示的な上り光ネットワーク処理９００のフローチャート図である。処理９００は、オプションのステップ９０２から始まる。上り送信機（例えば、図１の上り送信機１６０）において偏波分割多重化が利用されるステップ９０２において、（図８のステップ８２６からの）第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）は、分離した直接又は外部変調のためにそのｘ成分及びｙ成分の部分（例えば、図６のＰＢＳ ＰＢＣ６０４による）に分離される。偏波分割多重化が利用されない場合、ステップ９０２はスキップされ、代わりに処理９００はステップ９０４で開始する。

ステップ９０４において、オプションのステップ９０２が実施された場合には、第２の非変調信号１７０（Ｃｈ１´）又はその偏光成分は、図１及び図６に関して先に説明したように、マスタ源レーザ（例えば、図１の外部レーザ１１８）に注入ロックされる。ステップ９０４はステップ９０６に進み、注入ロック信号は直接変調又は外部変調によって変調される。処理９００は、ステップ９０６からステップ９０８に進む。ステップ９０８はオプションのステップであり、オプションのステップ９０２が偏波分割多重化のために実施されている場合に実施される。ステップ９０８において、励起されたＣｈ１´信号のｘ成分及びｙ成分の部分は、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）として出力するために（例えば、図６のＰＢＳ／ＰＢＣ６０４によって）再結合される。偏波分割多重化が利用されなかった場合、処理９００はステップ９０８をスキップし、代わりにステップ９０６からステップ９１０に直接に進む。

ステップ９１０において、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）は、他の上りデータストリーム信号（図示せず）と光多重化され、すなわち、図１のノード光マルチプレクサ１７８による。次に、処理９００は、ステップ９１０からステップ９１２に進み、ここで、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）は、光ファイバ、すなわち図１の上りファイバ１１０を介して送信される。次いで、処理９００は、ステップ９１２からステップ９１４に進み、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´）を光多重化解除され、例えば、第２のハブ光デマルチプレクサ１３４が、変調されたデータストリームを受信するように調整された特定の上り受信機に送信するために、選択されたデータストリームを他の上りデータストリーム信号から分離する。次に、処理９００は、ステップ９１４からステップ９１６に進み、上りデータストリーム対の両方の成分（例えば、図８の第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´））、例えば、図７のデータストリーム対７００は、ヘテロダインコヒーレント検出のために上り受信機（例えば、図１の上り受信機３２）によって受信される。

例示的な実施形態に示されるように、上りと下り信号送信の間の相違点は、下り方向に同期変調／非変調チャネル対（例えば、図７の第２のデータストリーム対７０２）の全体を送信できることであるが、上り方向には、上りファイバ接続、すなわち上りファイバ１１０を介して送信されるデータ変調信号（例えば、上り変調データストリーム１７６（Ｃｈ１´））のみである。本構成の利点は、図１に示されるように、第１のハブ光デマルチプレクサ１２４による分離の後、上りコヒーレント検出のためのＬＯ（例えば、図１の上り受信機１３２）が、分離信号、すなわち光ハブ１０２内の光周波数コム発生器１１４から生成された第１の非変調信号１６８（Ｃｈ１）から直接に来ることである。従来のシステムは、典型的には、それぞれのシステムの各ステージでＬＯ生成を必要とする。他方、本開示によれば、比較的安価なスレーブレーザは、光ハブ１０２及びエンドユーザ１０６の両方の構成要素において変調及び偏波多重化のためのシステムアーキテクチャ全体にわたって実施することができ、エンドユーザにおいて追加のＬＯ源を必要としない。

本開示によれば、デュアル偏光光送信機の利用、及びコヒーレント検出を伴う半導体レーザの直接変調による使用は、長距離の用途だけでなく、電子ハードウェアのコストを削減するための短距離の用途に特に有益であり、全体のネットワークシステムアーキテクチャがよりコンパクトになる。本システム及び方法は、２つのレーザ源を長期間にわたって同期させる従来の問題をさらに解決する。位相同期データストリーム対及びスレーブレーザの利用は、本明細書では、その全動作中にシステム全体にわたって様々なレーザ源の連続的な同期を可能にする。これらのソリューションは、コスト効率の良い方法でアクセスネットワークのためのコヒーレントなＤＷＤＭ−ＰＯＮシステムアーキテクチャ内で実施することができる。

したがって、システムのフロントエンドで高品質の光コム源を利用することにより、複数の狭帯域幅の同時波長チャネルを容易に制御された間隔で生成することができ、したがって、波長コム全体の簡略化されたチューニングも可能になる。光ハブ内のこの集中型コム源は、システム全体にわたって、及び下り及び上りの両方の送信のために再利用可能なマスタシード源及びＬＯ信号を提供する。本明細書で説明されるように、光注入の実施は、スペクトル帯域幅及び雑音特性の点で、低コストのマルチ縦スレーブレーザ源の性能をさらに改善する。したがって、本システム及び方法によるアクセスネットワークは、光ファイバを介したより効率的な波長送信を実現し、送信データの容量を増加させるが、低い電力消費量、増加した感度、低いハードウェアコスト、分散の低減、ＤＳＰ補償、及びエラー訂正を有する。

ファイバ通信システム及び方法の例示的な実施形態は、上で詳細に説明されている。しかし、本開示のシステム及び方法は、本明細書に記載される特定の実施形態のみに限定されず、それらの実施の構成要素及び／又はステップは、本明細書に記載される他の構成要素及び／又はステップから独立に又は別個に利用されてもよい。さらに、例示的な実施形態は、エンドユーザ段階でファイバ及び同軸送信を利用する他のアクセスネットワークに関連して実施及び利用することができる。

この明細書は、最良の形態を含み、当業者に実施を可能にし、デバイス又はシステムの作成及び使用を含み、組み込まれた方法を実行することを含む、実施形態を開示するために例を使用する。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの記載と異ならない構造的要素を有する場合、又はそれらが特許請求の範囲の文字通りの記載と実質的に相違しない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるとされてもよい。

本開示の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面には示され、他の図面には示されていないが、これは便宜上のものに過ぎない。本開示の原理によれば、図面に示される特定の特徴は、他の図面の特徴と組み合わせて参照及び／又は請求されてもよい。例えば、以下の例示的な請求項のリストは、本明細書に記載のシステム及び方法から可能な要素の潜在的な組み合わせのうちのいくつかのみを表している。

ａ（ｉ）光通信ネットワークのための注入ロック送信機であって、単一縦モードに実質的に限定されたマスタシードレーザ源入力と、入力データストリームと、マスタシードレーザ源の単一縦モードの周波数に注入ロックされた共振器周波数を有する少なくとも１つのスレーブレーザとを含むレーザ注入変調器とを含み、レーザ注入変調器は、マスタシードレーザ源入力及び入力データストリームを受信し、レーザ変調データストリームを出力するように構成された注入ロック送信機。

ｂ（ｉ）レーザ注入変調器は、直接変調を実施するように構成された請求項ａ（ｉ）に記載の送信機。

ｃ（ｉ）レーザ注入変調器は、外部変調を実施するように構成された請求項ａ（ｉ）に記載の送信機。

ｄ（ｉ）少なくとも１つのスレーブレーザが、ＬＥＤ、ファブリーペローレーザダイオード、及び垂直空洞面発光レーザのうちの少なくとも１つを含む請求項ａ（ｉ）に記載の送信機。

ｅ（ｉ）レーザ注入変調器及びマスタシードレーザ源入力と通信する第１の光サーキュレータをさらに含む請求項ａ（ｉ）に記載の送信機。

ｆ（ｉ）レーザ注入変調器は、偏波分割多重化、空間分割多重化及びモード分割多重化のうちの１つを実施するように構成された請求項ｅ（ｉ）に記載の送信機。

ｇ（ｉ）レーザ注入変調器は、９０度偏光、６０度偏光、９０度偏光、螺旋偏光、円偏光、渦偏光、又は軌道角運動量のうちの１つでマスタシードレーザ源入力を多重化するように構成された請求項ｆ（ｉ）に記載の送信機。

ｈ（ｉ）第１の光サーキュレータと少なくとも１つのスレーブレーザとの間に配置された偏光ビームスプリッタ及び偏光ビームコンバイナをさらに含む請求項ｆ（ｉ）に記載の送信機。

ｉ（ｉ）少なくとも１つのスレーブレーザは、第１のレーザダイオード及び第２のレーザダイオードを含み、第１のレーザダイオードは、マスタシードレーザ源入力のｘ成分を受信するように構成され、第２のレーザダイオードは、マスタシードレーザ源入力のｙ成分を受け取るように構成された請求項ｈ（ｉ）に記載の送信機。

ｊ（ｉ）偏光ビームスプリッタと第１のレーザダイオードとの間に配置された第１の光スプリッタ及び光コンバイナと、偏光ビームスプリッタと第２のレーザダイオードとの間に配置された第２の光スプリッタ及び光コンバイナとを含み、第１のレーザダイオードは第１のサブレーザ及び第２のサブレーザを含み、第２のレーザダイオードは第３のサブレーザ及び第４のサブレーザを含み、第１のサブレーザはｘ成分のＩ信号を受信するように構成され、第２のサブレーザはｘ成分のＱ信号を受信するように構成され、第３のサブレーザはｙ成分のＩ信号を受信するように構成され、第４のサブレーザはｙ成分のＱ信号を受信するように構成された請求項ｉ（ｉ）に記載の送信機。

ｋ（ｉ）第１の光スプリッタと第２のサブレーザとの間に配置された第１の位相シフト要素と、第２の光スプリッタと第４のサブレーザとの間に配置された第２の位相シフト要素とをさらに含む請求項ｊ（ｉ）に記載の送信機。

ｌ（ｉ）第１の光サーキュレータと一方向に通信し、少なくとも１つのスレーブレーザと双方向に通信する第２の光サーキュレータと、第１の光サーキュレータと第２の光サーキュレータとの間に配置された外部変調要素とを含み、外部変調要素は入力データストリーム及び第２の光サーキュレータの出力を受信するように構成され、第１の光サーキュレータは外部変調要素の出力と一方向に通信する請求項ｅ（ｉ）に記載の送信機。

ａ（ｉｉ）光ネットワーク通信システムであって、入力信号源と、入力信号源を受信し、複数の位相同期コヒーレントトーン対を出力するように構成され、複数の位相同期コヒーレントトーン対の各々は第１の非変調信号及び第２の非変調信号を含む光周波数コム発生器と、シード源として複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第１の非変調信号を受信し、第１の変調データストリームを出力するように構成された第１の送信機と、第１の送信機から第１の変調データストリームを受信し、局部発振器源として複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第２の非変調信号を受信するように構成された第１の受信機とを含む光ネットワーク通信システム。

ｂ（ｉｉ）光周波数コム発生器は、増幅器及び光デマルチプレクサを含む請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｃ（ｉｉ）光周波数コム発生器は、モードロックレーザ、利得切替レーザ、及び電気光学変調の１つを実施するように構成された請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム

ｄ（ｉｉ）複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つは、システムの全体にわたって互いに一定の周波数間隔で制御可能である請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｅ（ｉｉ）システムは、ヘテロダイン検出を実行するように構成された請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｆ（ｉｉ）第１の送信機は、第１のレーザ注入変調器及び第１の光サーキュレータを含む請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム

ｇ（ｉｉ）第１のレーザ注入変調器は、直接変調を実施するように構成された請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｈ（ｉｉ）第１のレーザ注入変調器は、外部変調を実施するように構成された請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｉ（ｉｉ）入力信号源は、外部マスタレーザを含む請求項ｇ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｊ（ｉｉ）第１の変調器は、外部マスタレーザに注入ロックするように構成された第１のレーザダイオードを含む請求項ｉ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｋ（ｉｉ）第１のレーザダイオードは、第１の外部データ源から第１のデータを受け取り、前記出力された第１の変調データストリームに付着させるように構成された請求項ｊ（ｉｉ）に記載のシステム。

１（ｉｉ）第１の変調器は、第１の偏光ビームスプリッタ及び第１の偏光ビームコンバイナをさらに含む請求項ｊ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｍ（ｉｉ）第１のレーザダイオードは第１及び第２のスレーブレーザを含み、第１及び第２のスレーブレーザは第１の偏光ビームスプリッタからそれぞれ第１及び第２の偏光成分を受信するように構成された請求項ｌ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｎ（ｉｉ）第１の変調器は、直交振幅変調を実施するように構成された請求項ｍ（ｉｉ）に記載のシステム

ｏ（ｉｉ）第１のスレーブレーザは第１のサブレーザ及び第２のサブレーザを含み、第２のスレーブレーザは第３のサブレーザ及び第４のサブレーザを含み、第１及び第２のサブレーザは第１の偏光成分のＩ信号及びＱ信号をそれぞれ受信するように構成され、第３及び第４のサブレーザは第２の偏光成分のＩ信号及びＱ信号をそれぞれ受信するように構成された請求項ｎ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｐ（ｉｉ）シード源として前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第２の非変調信号を受信し、第２の変調データストリームを出力するように構成された第２の送信機をさらに含む請求項ａ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｑ（ｉｉ）第２の送信機は、直接変調及び外部変調の１つを実施するように構成された請求項ｐ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｒ（ｉｉ）第２の送信機は、偏波分割多重化及び直交振幅変調の１つ以上を実施するように構成された請求項ｐ（ｉｉ）に記載のシステム。

ｓ（ｉｉ）第２の送信機から第２の変調データストリームを受信し、局部発振器源として複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの非変調信号を受信するように構成された第２の受信機をさらに含む請求項ｐ（ｉｉ）に記載のシステム。

ａ（ｉｉｉ）光ネットワーク通信システムであって、第１の非変調信号及び第２の非変調信号を有する少なくとも１つの位相同期コヒーレントトーン対を出力するように構成された光周波数コム発生器と、シード源として前記第１の非変調信号を受信し、下り変調データストリームを出力するように構成された下り送信機とを含む光ハブと、ファイバノードと、下り送信機から下り変調データストリームを受信し、局部発振器源として第２の非変調信号を受信するように構成された下り受信機を含むエンドユーザとを含む光ネットワーク通信システム。

ｂ（ｉｉｉ）複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つは、システムの全体にわたって互いに一定の周波数間隔で制御可能である請求項ａ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｃ（ｉｉｉ）光ハブは、増幅器と、第１のハブ光デマルチプレクサと、ハブ光マルチプレクサとをさらに含む請求項ａ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｄ（ｉｉｉ）ファイバノードは、ハブ光マルチプレクサからの出力を多重化解除するように構成されたノード光デマルチプレクサを含む請求項ｃ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｅ（ｉｉｉ）ハブ光マルチプレクサは、下りファイバを介してノード光デマルチプレクサと通信するように構成された請求項ｄ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｆ（ｉｉｉ）ノード光デマルチプレクサは、第１の光ファイバを介して下り送信機と通信するように構成された請求項ｄ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｇ（ｉｉｉ）下り受信機は、下り統合コヒーレント受信機と、下りアナログデジタルコンバータと、下りデジタル信号プロセッサとを含む請求項ａ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｈ（ｉｉｉ）エンドユーザは上り送信機をさらに含み、ファイバノードはノード光マルチプレクサをさらに含み、光ハブは第２のハブ光デマルチプレクサ及び上り受信機をさらに含む請求項ｆ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｉ（ｉｉｉ）上り送信機は第２の光ファイバを介して前記ノード光マルチプレクサと通信するように構成され、ノード光マルチプレクサは上りファイバを介して第２のハブ光デマルチプレクサと通信するように構成された請求項ｈ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｊ（ｉｉｉ）上り送信機は、第２の非変調信号をシード源として受信し、上り変調データストリームをノード光マルチプレクサに出力するように構成された請求項ｉ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｋ（ｉｉｉ）上り受信機は、上り統合コヒーレント受信機と、上りアナログデジタル変換器と、上りデジタル信号プロセッサとを含む請求項ｉ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

１（ｉｉｉ）上り受信機は、ノード光マルチプレクサから上り変調データストリームをデータ源として受信し、局部発振器源として第１の非変調信号を第１のハブ光デマルチプレクサから受信するように構成された請求項ｉ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｍ（ｉｉｉ）少なくとも１つの位相同期コヒーレントトーン対は、システムの全体にわたって互いに一定の周波数間隔で制御可能である請求項ａ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｎ（ｉｉｉ）エンドユーザは、顧客機器と、顧客宅内設備と、ビジネスユーザと、光ネットワークユニットとの少なくとも１つを含む請求項ａ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｏ（ｉｉｉ）コヒーレント高密度波長分割多重受動光ネットワークアーキテクチャを実施するようにさらに構成された請求項ａ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｐ（ｉｉｉ）下りデジタル信号プロセッサは、デジタルダウンコンバージョン補償係数ｅ＾−ｊωｔを計算する際に、第２の非変調信号と下り変調データストリームとの間の周波数分離の差ωを一定に保持するように構成された請求項ｉ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ｑ（ｉｉｉ）上りデジタル信号プロセッサは、デジタルダウンコンバージョン補償係数ｅ＾−ｊωｔを計算する際に、第１の非変調信号と上り変調データストリームとの間の周波数分離の差ωを一定に保持するように構成された請求項ｋ（ｉｉｉ）に記載のシステム。

ａ（ｉｖ）光ネットワーク処理の方法であって、第１及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンの少なくとも１対を生成するステップと、第１の非変調位相同期コヒーレントトーンをシード信号として第１の送信機に送信するステップと、第１の送信機において、下りデータを第１の非変調位相同期コヒーレントトーンに付着させて第１の変調データストリーム信号を生成するステップと、第１の変調データストリーム信号及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンをハブ光マルチプレクサ内で光学的に多重化するステップと、下りヘテロダイン検出のために、多重化された第１の変調データストリーム信号及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを光ファイバを介して第１の受信機に通信するステップとを含む方法。

ｂ（ｉｖ）下りストリームデータを付着させるステップに先立って、第１の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップをさらに含む請求項ａ（ｉｖ）に記載の方法。

ｃ（ｉｖ）下りデータを付着させるステップの後で、光学的に多重化するステップの前に、第１の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップからの分割された成分を偏光ビーム結合するステップをさらに含む請求項ｂ（ｉｖ）に記載の方法。

ｄ（ｉｖ）下りデータを付着するステップは、注入ロッキングを実施する請求項ａ（ｉｖ）に記載の方法。

ｅ（ｉｖ）通信するステップの前に、第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを光学的に分割するステップと、第２の送信機によって、光学的に分割された第２の非変調位相同期コヒーレントトーンの一部を上り検出のための局部発振器として受信するステップとを含む請求項ａ（ｉｖ）に記載の方法。

ｆ（ｉｖ）第２の送信機において、上りデータを第２の非変調位相同期コヒーレントトーンに付着させて第２の変調データストリーム信号を生成するステップをさらに含む請求項ｅ（ｉｖ）に記載の方法。

ｇ（ｉｖ）上りデータを付着させるステップは、スレーブレーザを外部マスタレーザに注入ロックするステップを含む請求項５４に記載の方法。

ｈ（ｉｖ）上りデータを付着させるステップの前に、第２の非変調位相同期コヒーレントトーン偏光ビーム分割するステップをさらに含む請求項ｆ（ｉｖ）に記載の方法。

ｉ（ｉｖ）上りデータを付着させるステップの後に、第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップからの分割された成分を偏光ビーム結合するステップをさらに含む請求項ｈ（ｉｖ）に記載の方法。

ｊ（ｉｖ）上りヘテロダイン検出のために、前記第２の変調データストリーム信号を第２の受信機に光ファイバを介して送信するステップをさらに含む請求項ｆ（ｉｖ）に記載の方法。

いくつかの実施形態は、１つ又は複数の電子デバイス又はコンピューティングデバイスの使用を含む。このようなデバイスは、一般に、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ＤＳＰデバイス、及び／又は本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路又はプロセッサを含む。本明細書に記載の処理は、記憶装置及び／又はメモリ装置を含むが、これに限定されないコンピュータ可読媒体に具体化された実行可能命令として符号化してもよい。このような命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに本明細書で説明される方法の少なくとも一部を実行させる。上記の例は単なる例示であり、決して「プロセッサ」という用語の定義及び／又は意味を限定するものではない。

本明細書は、最良の形態を含み、当業者が実施形態を実施できるようにして、任意のデバイス又はシステムを作成及び使用し、組み込まれた方法を実行することを含む、実施形態を開示するために例を使用する。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に想起される他の例を含んでもよい。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの記載と異ならない構造的要素を有する場合、又はそれらが請求項の文字通りの記載と実質的に相違しない同等の構造要素を含む場合に特許請求の範囲内にあるとされる。

Claims (58)

1. 光通信ネットワークのための注入ロック送信機であって、
   単一縦モードに実質的に限定されたマスタシードレーザ源入力と、
   入力データストリームと、
   前記マスタシードレーザ源の単一縦モードの周波数に注入ロックされた共振器周波数を有する少なくとも１つのスレーブレーザを含むレーザ注入変調器と
   を含み、
   前記レーザ注入変調器は、前記マスタシードレーザ源入力及び前記入力データストリームを受信し、レーザ変調データストリームを出力するように構成された送信機。
2. 前記レーザ注入変調器は、直接変調を実施するように構成された請求項１に記載の送信機。
3. 前記レーザ注入変調器は、外部変調を実施するように構成された請求項１に記載の送信機。
4. 前記少なくとも１つのスレーブレーザが、ＬＥＤ、ファブリーペローレーザダイオード、及び垂直空洞面発光レーザのうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の送信機。
5. 前記レーザ注入変調器及び前記マスタシードレーザ源入力と通信する第１の光サーキュレータをさらに含む請求項１に記載の送信機。
6. 前記レーザ注入変調器は、偏波分割多重化、空間分割多重化及びモード分割多重化の１つを実施するように構成された請求項５に記載の送信機。
7. 前記レーザ注入変調器は、９０度偏光、６０度偏光、９０度偏光、螺旋偏光、円偏光、渦偏光、又は軌道角運動量の１つで前記マスタシードレーザ源入力を多重化するように構成された請求項６に記載の送信機。
8. 前記第１の光サーキュレータと前記少なくとも１つのスレーブレーザとの間に配置された偏光ビームスプリッタ及び偏光ビームコンバイナをさらに含む請求項６に記載の送信機。
9. 前記少なくとも１つのスレーブレーザは、第１のレーザダイオード及び第２のレーザダイオードを含み、
   前記第１のレーザダイオードは、前記マスタシードレーザ源入力のｘ成分を受信するように構成され、
   前記第２のレーザダイオードは、マスタシードレーザ源入力のｙ成分を受信するように構成された請求項８に記載の送信機。
10. 前記偏光ビームスプリッタと前記第１のレーザダイオードとの間に配置された第１の光スプリッタ及び光コンバイナと、
    前記偏光ビームスプリッタと前記第２のレーザダイオードとの間に配置された第２の光スプリッタ及び光コンバイナと
    をさらに含み、
    前記第１のレーザダイオードは第１のサブレーザ及び第２のサブレーザを含み、
    前記第２のレーザダイオードは第３のサブレーザ及び第４のサブレーザを含み、
    前記第１のサブレーザは前記ｘ成分のＩ信号を受信するように構成され、
    前記第２のサブレーザは前記ｘ成分のＱ信号を受信するように構成され、
    前記第３のサブレーザは前記ｙ成分のＩ信号を受信するように構成され、
    前記第４のサブレーザは前記ｙ成分のＱ信号を受信するように構成された請求項９に記載の送信機。
11. 前記第１の光スプリッタと前記第２のサブレーザとの間に配置された第１の位相シフト要素と、
    前記第２の光スプリッタと前記第４のサブレーザとの間に配置された第２の位相シフト要素とをさらに含む請求項１０に記載の送信機。
12. 前記第１の光サーキュレータと一方向に通信し、前記少なくとも１つのスレーブレーザと双方向に通信する第２の光サーキュレータと、
    前記第１の光サーキュレータと前記第２の光サーキュレータとの間に配置された外部変調要素と
    を含み、
    前記外部変調要素は前記入力データストリーム及び前記第２の光サーキュレータの出力を受信するように構成され、
    前記第１の光サーキュレータは前記外部変調要素の出力と一方向に通信する請求項５に記載の送信機。
13. 光ネットワーク通信システムであって、
    入力信号源と、
    前記入力信号源を受信し、複数の位相同期コヒーレントトーン対を出力するように構成され、前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の各々は第１の非変調信号及び第２の非変調信号を含む光周波数コム発生器と、
    シード源として前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第１の非変調信号を受信し、第１の変調データストリームを出力するように構成された第１の送信機と、
    前記第１の送信機から前記第１の変調データストリームを受信し、局部発振器源として前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第２の非変調信号を受信するように構成された第１の受信機と
    を含む光ネットワーク通信システム。
14. 前記光周波数コム発生器は、増幅器及び光デマルチプレクサを含む請求項１３に記載のシステム。
15. 前記光周波数コム発生器は、モードロックレーザ、利得切替レーザ、及び電気光学変調の１つを実施するように構成された請求項１３に記載のシステム。
16. 前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つは、前記システムの全体にわたって互いに一定の周波数間隔で制御可能である請求項１３に記載のシステム。
17. 前記システムは、ヘテロダイン検出を実行するように構成された請求項１３に記載のシステム。
18. 前記第１の送信機は、第１のレーザ注入変調器及び第１の光サーキュレータを含む請求項１３に記載のシステム。
19. 前記第１のレーザ注入変調器は、直接変調を実施するように構成された請求項１３に記載のシステム。
20. 前記第１のレーザ注入変調器は、外部変調を実施するように構成された請求項１３に記載のシステム。
21. 前記入力信号源は、外部マスタレーザを含む請求項１９に記載のシステム。
22. 前記第１の変調器は、前記外部マスタレーザに注入ロックするように構成された第１のレーザダイオードを含む請求項２１に記載のシステム。
23. 前記第１のレーザダイオードは、第１の外部データ源から第１のデータを受け取り、前記出力された第１の変調データストリームに付着させるように構成された請求項２２に記載のシステム。
24. 前記第１の変調器は、第１の偏光ビームスプリッタ及び第１の偏光ビームコンバイナをさらに含む請求項２２に記載のシステム。
25. 前記第１のレーザダイオードは第１及び第２のスレーブレーザを含み、前記第１及び第２のスレーブレーザは前記第１の偏光ビームスプリッタからそれぞれ第１及び第２の偏光成分を受信するように構成された請求項２４に記載のシステム。
26. 前記第１の変調器は、直交振幅変調を実施するように構成された請求項２５に記載のシステム。
27. 前記第１のスレーブレーザは第１のサブレーザ及び第２のサブレーザを含み、
    前記第２のスレーブレーザは第３のサブレーザ及び第４のサブレーザを含み、
    前記第１及び第２のサブレーザは前記第１の偏光成分のＩ信号及びＱ信号をそれぞれ受信するように構成され、
    前記第３及び第４のサブレーザは前記第２の偏光成分のＩ信号及びＱ信号をそれぞれ受信するように構成された請求項２６に記載のシステム。
28. シード源として前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの第２の非変調信号を受信し、第２の変調データストリームを出力するように構成された第２の送信機をさらに含む請求項１３に記載のシステム。
29. 前記第２の送信機は、直接変調及び外部変調の１つを実施するように構成された請求項２８に記載のシステム。
30. 前記第２の送信機は、偏波分割多重化及び直交振幅変調の１つ以上を実施するように構成された請求項２８に記載のシステム。
31. 前記第２の送信機から前記第２の変調データストリームを受信し、局部発振器源として前記複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つの非変調信号を受信するように構成された第２の受信機をさらに含む請求項２８に記載のシステム。
32. 光ネットワーク通信システムであって、
    第１の非変調信号及び第２の非変調信号を有する少なくとも１つの位相同期コヒーレントトーン対を出力するように構成された光周波数コム発生器と、シード源として前記第１の非変調信号を受信し、下り変調データストリームを出力するように構成された下り送信機とを含む光ハブと、
    ファイバノードと、
    前記下り送信機から前記下り変調データストリームを受信し、局部発振器源として前記第２の非変調信号を受信するように構成された下り受信機を含むエンドユーザと
    を含む光ネットワーク通信システム。
33. 複数の位相同期コヒーレントトーン対の選択された１つは、前記システムの全体にわたって互いに一定の周波数間隔で制御可能である請求項３２に記載のシステム。
34. 前記光ハブは、増幅器と、第１のハブ光デマルチプレクサと、ハブ光マルチプレクサとをさらに含む請求項３２に記載のシステム。
35. 前記ファイバノードは、前記ハブ光マルチプレクサからの出力を多重化解除するように構成されたノード光デマルチプレクサを含む請求項３４に記載のシステム。
36. 前記ハブ光マルチプレクサは、下りファイバを介して前記ノード光デマルチプレクサと通信するように構成された請求項３５に記載のシステム。
37. 前記ノード光デマルチプレクサは、第１の光ファイバを介して前記下り送信機と通信するように構成された請求項３５に記載のシステム。
38. 前記下り受信機は、下り統合コヒーレント受信機と、下りアナログデジタルコンバータと、下りデジタル信号プロセッサとを含む請求項３２に記載のシステム。
39. 前記エンドユーザは上り送信機をさらに含み、
    前記ファイバノードはノード光マルチプレクサをさらに含み、前記光ハブは第２のハブ光デマルチプレクサ及び上り受信機をさらに含む請求項３７に記載のシステム。
40. 前記上り送信機は第２の光ファイバを介して前記ノード光マルチプレクサと通信するように構成され、前記ノード光マルチプレクサは上りファイバを介して前記第２のハブ光デマルチプレクサと通信するように構成された請求項３９に記載のシステム。
41. 前記上り送信機は、前記第２の非変調信号をシード源として受信し、上り変調データストリームを前記ノード光マルチプレクサに出力するように構成された請求項４０に記載のシステム。
42. 前記上り受信機は、上り統合コヒーレント受信機と、上りアナログデジタル変換器と、上りデジタル信号プロセッサとを含む請求項４０に記載のシステム。
43. 前記上り受信機は、前記ノード光マルチプレクサから前記上り変調データストリームをデータ源として受信し、前記局部発振器源として前記第１の非変調信号を前記第１のハブ光デマルチプレクサから受信するように構成された請求項４０に記載のシステム。
44. 前記少なくとも１つの位相同期コヒーレントトーン対は、前記システムの全体にわたって互いに一定の周波数間隔で制御可能である請求項３２に記載のシステム。
45. 前記エンドユーザは、顧客機器と、顧客宅内設備と、ビジネスユーザと、光ネットワークユニットとの少なくとも１つを含む請求項３２に記載のシステム。
46. コヒーレント高密度波長分割多重受動光ネットワークアーキテクチャを実施するようにさらに構成された請求項３２に記載のシステム。
47. 前記下りデジタル信号プロセッサは、デジタルダウンコンバージョン補償係数ｅ＾−ｊωｔを計算する際に、前記第２の非変調信号と前記下り変調データストリームとの間の周波数分離の差ωを一定に保持するように構成された請求項４０に記載のシステム。
48. 前記上りデジタル信号プロセッサは、前記デジタルダウンコンバージョン補償係数ｅ＾−ｊωｔを計算する際に、前記第１の非変調信号と前記上り変調データストリームとの間の周波数分離の差ωを一定に保持するように構成された請求項４２に記載のシステム。
49. 光ネットワーク処理の方法であって、
    第１及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンの少なくとも１対を生成するステップと、
    前記第１の非変調位相同期コヒーレントトーンをシード信号として第１の送信機に送信するステップと、
    前記第１の送信機において、下りデータを前記第１の非変調位相同期コヒーレントトーンに付着させて第１の変調データストリーム信号を生成するステップと、
    第１の変調データストリーム信号及び第２の非変調位相同期コヒーレントトーンをハブ光マルチプレクサ内で光学的に多重化するステップと、
    下りヘテロダイン検出のために、前記多重化された第１の変調データストリーム信号及び前記第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを光ファイバを介して第１の受信機に通信するステップと
    を含む方法。
50. 前記下りストリームデータを付着させるステップに先立って、前記第１の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップをさらに含む請求項４９に記載の方法。
51. 前記下りデータを付着させるステップの後で、前記光学的に多重化するステップの前に、前記第１の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップからの分割された成分を偏光ビーム結合するステップをさらに含む請求項５０に記載の方法。
52. 前記下りデータを付着するステップは、注入ロッキングを実施する請求項４９に記載の方法。
53. 前記通信するステップの前に、前記第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを光学的に分割するステップと、
    第２の送信機によって、前記光学的に分割された第２の非変調位相同期コヒーレントトーンの一部を上り検出のための局部発振器として受信するステップとを含む請求項４９に記載の方法。
54. 前記第２の送信機において、上りデータを前記第２の非変調位相同期コヒーレントトーンに付着させて第２の変調データストリーム信号を生成するステップをさらに含む請求項５３に記載の方法。
55. 前記上りデータを付着させるステップは、スレーブレーザを外部マスタレーザに注入ロックするステップを含む請求項５４に記載の方法。
56. 前記上りデータを付着させるステップの前に、前記第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップをさらに含む請求項５４に記載の方法。
57. 前記上りデータを付着させるステップの後に、前記第２の非変調位相同期コヒーレントトーンを偏光ビーム分割するステップからの分割された成分を偏光ビーム結合するステップをさらに含む請求項５６に記載の方法。
58. 上りヘテロダイン検出のために、前記第２の変調データストリーム信号を第２の受信機に光ファイバを介して送信するステップをさらに含む請求項５４に記載の方法。
    

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