JP3165608B2 - 光インバータおよびこれを構成する方法 - Google Patents
光インバータおよびこれを構成する方法Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/1301—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
- H01S3/1302—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by all-optical means, e.g. gain-clamping
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学に関する。更に詳細
には、本発明は全光導波インバータデバイスに関する。
には、本発明は全光導波インバータデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】（特に、光ファイバを使用する形で）導
波光波技術の、高速で、電磁干渉に対して免疫性の、超
広帯域かつ大容量で低損失，低歪みおよび低漏話特性を
活用するために、全光信号処理および電気通信デバイス
が開発されつつある。“全光”という用語は、デバイス
が光入力と光出力を有するばかりでなく、すべての中間
信号処理が電気的にではなく光学的に行われることも意
味する。
波光波技術の、高速で、電磁干渉に対して免疫性の、超
広帯域かつ大容量で低損失，低歪みおよび低漏話特性を
活用するために、全光信号処理および電気通信デバイス
が開発されつつある。“全光”という用語は、デバイス
が光入力と光出力を有するばかりでなく、すべての中間
信号処理が電気的にではなく光学的に行われることも意
味する。
【０００３】全光デバイスは、光信号を電気的アナログ
信号に変換する光電子デバイスよりも遥かに望ましい。
なぜなら、単一の光学領域内にとどまる信号は光波技術
の固有の利点を最大限活用できるからである。更に、全
光システムは一般的に、同様な機能を果たす光電子コン
ピュータに比べて、部品の使用量が少なく、機構が簡単
である。
信号に変換する光電子デバイスよりも遥かに望ましい。
なぜなら、単一の光学領域内にとどまる信号は光波技術
の固有の利点を最大限活用できるからである。更に、全
光システムは一般的に、同様な機能を果たす光電子コン
ピュータに比べて、部品の使用量が少なく、機構が簡単
である。
【０００４】全光信号処理で開発するための第１の課題
は、半導体光増幅器および稀土類元素がドープされた増
幅光ファイバ（例えば、エルビウムがドープされた光フ
ァイバ）による光増幅であった。これらの増幅ファイバ
（エルビウムドープトファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と呼
ばれている）は低ノイズ，比較的大きな偏光非依存性帯
域幅、低漏話および低挿入損失をしめす。
は、半導体光増幅器および稀土類元素がドープされた増
幅光ファイバ（例えば、エルビウムがドープされた光フ
ァイバ）による光増幅であった。これらの増幅ファイバ
（エルビウムドープトファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と呼
ばれている）は低ノイズ，比較的大きな偏光非依存性帯
域幅、低漏話および低挿入損失をしめす。
【０００５】また、製造コストが比較的安価である。全
光増幅器は従来の光電子増幅器技術よりも遥かに優れた
性能を発揮する。全光増幅器では、出力信号は入力信号
から増幅される。入力信号の大きさの増大は出力信号の
大きさの増大を生じる。
光増幅器は従来の光電子増幅器技術よりも遥かに優れた
性能を発揮する。全光増幅器では、出力信号は入力信号
から増幅される。入力信号の大きさの増大は出力信号の
大きさの増大を生じる。
【０００６】アナログおよびデジタルの両方の用途にお
ける光波技術の固有の利点を更に発展させるために、光
増幅器を超越する一層優れた全光増幅器の開発が望まれ
ている。例えば、電気的インバータ装置は長年に亙って
存在しているが、全光インバータは未だ実現されていな
い。インバータ装置では、出力信号は入力信号と反比例
するので、入力信号の大きさの増大は出力信号の大きさ
の減少を生じる。
ける光波技術の固有の利点を更に発展させるために、光
増幅器を超越する一層優れた全光増幅器の開発が望まれ
ている。例えば、電気的インバータ装置は長年に亙って
存在しているが、全光インバータは未だ実現されていな
い。インバータ装置では、出力信号は入力信号と反比例
するので、入力信号の大きさの増大は出力信号の大きさ
の減少を生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は優れた特性を有する全光インバータ装置を提供するこ
とである。
は優れた特性を有する全光インバータ装置を提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、第１の特性波長を有する光増幅器の出力
信号が第２の特性波長を有する光増幅器の入力信号に反
比例するように配列された、フィードバックループ内に
配置された光フィルタを有する光増幅器を使用すること
からなる全光インバータ装置を提供する。
に、本発明は、第１の特性波長を有する光増幅器の出力
信号が第２の特性波長を有する光増幅器の入力信号に反
比例するように配列された、フィードバックループ内に
配置された光フィルタを有する光増幅器を使用すること
からなる全光インバータ装置を提供する。
【０００９】全光インバータ装置を構成する要素類の代
表的な配列では、全光インバータ装置は、光信号を入力
において受信しない場合、第１の特性波長の光信号を出
力し、第１の特性波長と少なくとも僅かに異なる第２の
特性波長を有する光信号を入力において受信する場合、
全光インバータ装置はヌル信号（すなわち、無信号）を
出力する。
表的な配列では、全光インバータ装置は、光信号を入力
において受信しない場合、第１の特性波長の光信号を出
力し、第１の特性波長と少なくとも僅かに異なる第２の
特性波長を有する光信号を入力において受信する場合、
全光インバータ装置はヌル信号（すなわち、無信号）を
出力する。
【００１０】全光インバータ装置を構成する要素類の別
の配列では、全光インバータ装置は、光信号を入力にお
いて受信しない場合、第１の特性波長の光信号を出力
し、第２の特性波長を有する光信号を入力において受信
する場合、第２の特性波長の増幅信号又は第１および第
２の特性波長を有する２成分信号の何れかを出力する。
の配列では、全光インバータ装置は、光信号を入力にお
いて受信しない場合、第１の特性波長の光信号を出力
し、第２の特性波長を有する光信号を入力において受信
する場合、第２の特性波長の増幅信号又は第１および第
２の特性波長を有する２成分信号の何れかを出力する。
【００１１】全光インバータ装置は様々な用途で好都合
に使用できる。例えば、全光インバータ装置は、デジタ
ル用途における全光論理要素として、長距離光伝送シス
テムにおけるアナログ故障探索器として、および波長分
割多重化（ＷＤＭ）スイッチングシステムで使用される
波長変換器の部品としての、光ポンプと信号増幅器との
組合せとして都合よく使用できる。
に使用できる。例えば、全光インバータ装置は、デジタ
ル用途における全光論理要素として、長距離光伝送シス
テムにおけるアナログ故障探索器として、および波長分
割多重化（ＷＤＭ）スイッチングシステムで使用される
波長変換器の部品としての、光ポンプと信号増幅器との
組合せとして都合よく使用できる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を具体的に
説明する。
説明する。
【００１３】図１は本発明による全光インバータ装置１
５を構成する要素類の集成の一例を示すブロック図であ
る。非ドープ光ファイバからなるフィードバックパス３
０は、ＥＤＦＡ１０の出力と入力を結合する。本発明の
幾つかの用途では、可飽和減衰器として機能する、稀土
類元素がドープされた光ファイバをフィードバックパス
３０で使用することが望ましい。減衰器を使用すること
の利点は下記で詳細に説明する。
５を構成する要素類の集成の一例を示すブロック図であ
る。非ドープ光ファイバからなるフィードバックパス３
０は、ＥＤＦＡ１０の出力と入力を結合する。本発明の
幾つかの用途では、可飽和減衰器として機能する、稀土
類元素がドープされた光ファイバをフィードバックパス
３０で使用することが望ましい。減衰器を使用すること
の利点は下記で詳細に説明する。
【００１４】図１に示された配列では、ＥＤＦＡ１０は
ポンプ１１０，マルチプレクサ１２０，エルビウムドー
プトファイバ１３０および光アイソレータ１４０からな
る。この集成装置では、ポンプ１１０からの光は信号と
反対方向に伝搬する。これらの各部品およびこれらの部
品内で使用される機能は当業者に周知である。本発明の
幾つかの用途では、ＥＤＦＡ１０内の部品類を、ポンプ
１１０からの光が信号と同方向又は双方向に伝搬するよ
うに配列することが望ましい。
ポンプ１１０，マルチプレクサ１２０，エルビウムドー
プトファイバ１３０および光アイソレータ１４０からな
る。この集成装置では、ポンプ１１０からの光は信号と
反対方向に伝搬する。これらの各部品およびこれらの部
品内で使用される機能は当業者に周知である。本発明の
幾つかの用途では、ＥＤＦＡ１０内の部品類を、ポンプ
１１０からの光が信号と同方向又は双方向に伝搬するよ
うに配列することが望ましい。
【００１５】バンドパスフィルタ５０は、ＥＤＦＡ１０
の出力と出力光カプラ７０との間の順方向パス６０内に
配置される。出力光カプラ７０は順方向パス６０内を伝
搬する信号の所定部分をフィードバックパス３０に結合
する。入力光カプラ８０はフィードバックパス３０内を
伝搬する信号の所定部分をＥＤＦＡ１０の入力に結合す
る。
の出力と出力光カプラ７０との間の順方向パス６０内に
配置される。出力光カプラ７０は順方向パス６０内を伝
搬する信号の所定部分をフィードバックパス３０に結合
する。入力光カプラ８０はフィードバックパス３０内を
伝搬する信号の所定部分をＥＤＦＡ１０の入力に結合す
る。
【００１６】動作状態では、ＥＤＦＡ１０の入力に光信
号が存在しない場合、ＥＤＦＡ１０からの増幅自然放出
（ＡＳＥ）は、ＡＳＥが順方向パス６０に沿って伝搬す
るに応じて、光バンドパスフィルタ５０により波長λ2
で濾波される。ＡＳＥは、エルビウムドープトファイバ
１３０からの励起エルビウムイオンの自然放射により発
生された増幅光からのＥＤＦＡ１０により生成される。
号が存在しない場合、ＥＤＦＡ１０からの増幅自然放出
（ＡＳＥ）は、ＡＳＥが順方向パス６０に沿って伝搬す
るに応じて、光バンドパスフィルタ５０により波長λ2
で濾波される。ＡＳＥは、エルビウムドープトファイバ
１３０からの励起エルビウムイオンの自然放射により発
生された増幅光からのＥＤＦＡ１０により生成される。
【００１７】濾波されたＡＳＥの一部は出力光カプラ７
０を通過するＥＤＦＡ１０の出力からフィードバックル
ープ３０に結合される。その後、フィードバック信号と
して入力光カプラ８０を通してＥＤＦＡ１０に再注入さ
れる。このフィードバック信号はＥＤＦＡ１０で誘導放
出を起こさせるのに十分である。この誘導放出は、波長
λ2で全光インバータ装置１５による自己持続性レーザ
出力を生じる。
０を通過するＥＤＦＡ１０の出力からフィードバックル
ープ３０に結合される。その後、フィードバック信号と
して入力光カプラ８０を通してＥＤＦＡ１０に再注入さ
れる。このフィードバック信号はＥＤＦＡ１０で誘導放
出を起こさせるのに十分である。この誘導放出は、波長
λ2で全光インバータ装置１５による自己持続性レーザ
出力を生じる。
【００１８】波長λ1（少なくとも僅かにλ2と異なる）
の光入力信号がＥＤＦＡ１０の入力に存在する場合、Ｅ
ＤＦＡ１０は波長成分λ1およびλ2を有する信号を増幅
する。全光インバータ装置１５の全体利得はＥＤＦＡ１
０の長さにより固定されるので、波長λ1における入力
信号の大きさが増大するにつれて、波長λ2における出
力信号の大きさはＥＤＦＡ１０が飽和するまで減少す
る。
の光入力信号がＥＤＦＡ１０の入力に存在する場合、Ｅ
ＤＦＡ１０は波長成分λ1およびλ2を有する信号を増幅
する。全光インバータ装置１５の全体利得はＥＤＦＡ１
０の長さにより固定されるので、波長λ1における入力
信号の大きさが増大するにつれて、波長λ2における出
力信号の大きさはＥＤＦＡ１０が飽和するまで減少す
る。
【００１９】この飽和により、ＥＤＦＡ１０からの利得
は、波長λ2におけるレイジングに必要な閾値未満にま
で低下する。この時点で、全光インバータ装置１５はヌ
ル信号（すなわち、無信号）を放出する。波長λ2を通
過するように同調され、ＥＤＦＡ１０の出力のところに
配置された光バンドパスフィルタ５０は、波長λ1の増
幅入力信号が全光インバータを超えて伝搬することを阻
止する。ＥＤＦＡ１０により出力された波長λ2の光信
号の大きさは波長λ1の光入力信号の大きさに反比例す
るので、本発明の全光インバータ装置が得られる。
は、波長λ2におけるレイジングに必要な閾値未満にま
で低下する。この時点で、全光インバータ装置１５はヌ
ル信号（すなわち、無信号）を放出する。波長λ2を通
過するように同調され、ＥＤＦＡ１０の出力のところに
配置された光バンドパスフィルタ５０は、波長λ1の増
幅入力信号が全光インバータを超えて伝搬することを阻
止する。ＥＤＦＡ１０により出力された波長λ2の光信
号の大きさは波長λ1の光入力信号の大きさに反比例す
るので、本発明の全光インバータ装置が得られる。
【００２０】下記の数学的説明は本発明の詳細な動作を
理解するのに有用である。エルビウムドープトファイバ
１３０に対する入力および出力光子束は下記の連立陰関
数方程式（１）および（２）により関係付けられる。
理解するのに有用である。エルビウムドープトファイバ
１３０に対する入力および出力光子束は下記の連立陰関
数方程式（１）および（２）により関係付けられる。
【００２１】
【数１】
【００２２】（前記の数式（１）および（２）におい
て、λ1は入力信号の波長であり、λ2は出力信号の波長
であり、λpはＥＤＦＡ１０におけるポンプ光の波長で
あり、ｑはエルビウムドープトファイバ１３０に出入す
る光子束であり、αおよびｇ*はそれぞれ制御波長およ
びポンプ波長における吸収係数および放射係数であり、
ζは飽和パラメータであり、Ｌはエルビウムドープトフ
ァイバ１３０の長さである。）
て、λ1は入力信号の波長であり、λ2は出力信号の波長
であり、λpはＥＤＦＡ１０におけるポンプ光の波長で
あり、ｑはエルビウムドープトファイバ１３０に出入す
る光子束であり、αおよびｇ*はそれぞれ制御波長およ
びポンプ波長における吸収係数および放射係数であり、
ζは飽和パラメータであり、Ｌはエルビウムドープトフ
ァイバ１３０の長さである。）
【００２３】フィードバックパス３０は下記の数式
（３）で示されるように、波長λ2におけるＥＤＦＡ１
０の入力および出力の関係を確定する。
（３）で示されるように、波長λ2におけるＥＤＦＡ１
０の入力および出力の関係を確定する。
【００２４】
【数２】
【００２５】（前記数式（３）においてＴinおよびＴ
outはＥＤＦＡ１０の入力および出力における光成分の
透過率であり、Ｔfはフィードバックパス３０の透過率
であり、Ｔ1＝ＴinＴoutＴfであり、ＦinおよびＦoutは
それぞれ、入力光カプラ８０および出力光カプラ７０の
結合係数である。）数式（１）〜（３）は、ポンプおよ
び入力信号パワーに直線的に左右される、レイジング閾
値よりも上で有効なＥＤＦＡ１０の出力の陽な数式
（４）に帰着する。
outはＥＤＦＡ１０の入力および出力における光成分の
透過率であり、Ｔfはフィードバックパス３０の透過率
であり、Ｔ1＝ＴinＴoutＴfであり、ＦinおよびＦoutは
それぞれ、入力光カプラ８０および出力光カプラ７０の
結合係数である。）数式（１）〜（３）は、ポンプおよ
び入力信号パワーに直線的に左右される、レイジング閾
値よりも上で有効なＥＤＦＡ１０の出力の陽な数式
（４）に帰着する。
【００２６】
【数３】
【００２７】数式（４）および（５）が有効である場
合、ＥＤＦＡ１０は、順方向パス６０およびフィードバ
ックパス３０の組合せによる総利得が１と等しいか又は
１よりも大きいことを必要とするレーザとして動作しな
ければならない。順方向パス６０およびフィードバック
パス３０の組合せによる利得は、出力カプラ７０と入力
カプラ８０の結合係数を変化することによりフィードバ
ックパス３０内を伝搬する光の割合を変化させることに
より容易に制御することができる。別法として、順方向
パス６０およびフィードバックパス３０の組合せによる
利得を制御するために、フィードバックパス３０内に配
置された制御可能な減衰要素を含めることが望ましい。
合、ＥＤＦＡ１０は、順方向パス６０およびフィードバ
ックパス３０の組合せによる総利得が１と等しいか又は
１よりも大きいことを必要とするレーザとして動作しな
ければならない。順方向パス６０およびフィードバック
パス３０の組合せによる利得は、出力カプラ７０と入力
カプラ８０の結合係数を変化することによりフィードバ
ックパス３０内を伝搬する光の割合を変化させることに
より容易に制御することができる。別法として、順方向
パス６０およびフィードバックパス３０の組合せによる
利得を制御するために、フィードバックパス３０内に配
置された制御可能な減衰要素を含めることが望ましい。
【００２８】図４は、ＥＤＦＡ１０の計算出力パワー
を、下記の条件下で入力信号パワーの関数としてプロッ
トした数式（４）の特性図である。 λp＝９８０ｎｍ λ1＝１５６０ｎｍ Ｔin＝Ｔout＝０．８ Ｔf＝０．５ Ｆin＝Ｆout＝０．５ Ｌ＝１３ｍ ξ＝１．５×１０15ｍ-1ｓ-1 α＝０．３８ｍ-1 ｇ*＝０．６２ｍ-1
を、下記の条件下で入力信号パワーの関数としてプロッ
トした数式（４）の特性図である。 λp＝９８０ｎｍ λ1＝１５６０ｎｍ Ｔin＝Ｔout＝０．８ Ｔf＝０．５ Ｆin＝Ｆout＝０．５ Ｌ＝１３ｍ ξ＝１．５×１０15ｍ-1ｓ-1 α＝０．３８ｍ-1 ｇ*＝０．６２ｍ-1
【００２９】伝達関数Ｈ（λi）の勾配（すなわち“利
得”）はポンプパワーには無関係であり、基本的に、透
過率項のＴin，ＴoutおよびＴfおよび結合係数Ｆinおよ
びＦou tにより決定される。実際、λ1≒λ2，α（λ1）
＝α（λ2）およびｇ*（λ1）＝ｇ*（λ2）の場合、利
得伝達関数は下記の数式（６）に帰着する。（なお、添
字として表示できない記号を括弧内に記載することがあ
る。）
得”）はポンプパワーには無関係であり、基本的に、透
過率項のＴin，ＴoutおよびＴfおよび結合係数Ｆinおよ
びＦou tにより決定される。実際、λ1≒λ2，α（λ1）
＝α（λ2）およびｇ*（λ1）＝ｇ*（λ2）の場合、利
得伝達関数は下記の数式（６）に帰着する。（なお、添
字として表示できない記号を括弧内に記載することがあ
る。）
【００３０】
【数４】
【００３１】従って、高い伝達関数利得は、小さなＴf
ＦinＦout項により特徴付けられる弱フィードバックに
より得られる。これはＥＤＦＡ１０が高利得にクランプ
され、その結果、入力信号も高利得を経験するために生
じる。この入力信号が経験する高利得はＥＤＦＡ１０の
出力パワーを容易に飽和する。ＴfＦinＦout項は、例え
ば、フィードバックパス３０内に制御可能な減衰要素を
組み込み、フィードバックパス３０の透過率Ｔfを変更
することにより全光インバータ１５の利得特性を変化さ
せるために、都合良く調整することができる。
ＦinＦout項により特徴付けられる弱フィードバックに
より得られる。これはＥＤＦＡ１０が高利得にクランプ
され、その結果、入力信号も高利得を経験するために生
じる。この入力信号が経験する高利得はＥＤＦＡ１０の
出力パワーを容易に飽和する。ＴfＦinＦout項は、例え
ば、フィードバックパス３０内に制御可能な減衰要素を
組み込み、フィードバックパス３０の透過率Ｔfを変更
することにより全光インバータ１５の利得特性を変化さ
せるために、都合良く調整することができる。
【００３２】別法として、可飽和又は制御可能なアブソ
ーバおよび変調器のようなその他の要素をフィードバッ
クパス３０内に組み込むことが望ましいこともある。伝
達関数の勾配がＨ（λi）＝１である場合、全光インバ
ータ１５はアナログ全光インバータとして動作する。こ
の場合、出力信号の大きさは入力信号の大きさに直接的
に反比例する。
ーバおよび変調器のようなその他の要素をフィードバッ
クパス３０内に組み込むことが望ましいこともある。伝
達関数の勾配がＨ（λi）＝１である場合、全光インバ
ータ１５はアナログ全光インバータとして動作する。こ
の場合、出力信号の大きさは入力信号の大きさに直接的
に反比例する。
【００３３】図１に示されるような構成例はデジタル用
途における全光論理要素として都合良く使用できる。波
長λ1における入力信号はＥＤＦＡ１０を飽和するのに
十分な大きさを有するように選択され、その後、入力信
号が存在する場合、全光インバータ１５はヌル信号を出
力することによりまた、入力信号が存在しない場合、波
長λ2の信号を出力することにより論理ＮＯＴゲートと
して機能する。
途における全光論理要素として都合良く使用できる。波
長λ1における入力信号はＥＤＦＡ１０を飽和するのに
十分な大きさを有するように選択され、その後、入力信
号が存在する場合、全光インバータ１５はヌル信号を出
力することによりまた、入力信号が存在しない場合、波
長λ2の信号を出力することにより論理ＮＯＴゲートと
して機能する。
【００３４】ＮＯＴゲートは図３に示されるように当業
者に公知の記号で表示され、下記の真理値表に従って動
作する。 λ1 λ2 １ ０ ０ １
者に公知の記号で表示され、下記の真理値表に従って動
作する。 λ1 λ2 １ ０ ０ １
【００３５】それぞれλ1aおよびλ1bの波長を有する２
つの信号（ここで、λ1aおよびλ1bは同一であるか又は
同一ではない）は、例えば、３ｄＢ光カプラを用いて全
光インバータ１５（図１参照）の入力に結合させること
ができる。その後、全光インバータ１５は下記の真理値
表に従って全光ＮＯＲゲート（このＮＯＲゲートは図４
に示されるように当業者に公知の記号により表示され
る）として機能する。 λ1a λ1b λ2 ０ ０ １ ０ １ ０ １ ０ ０ １ １ ０
つの信号（ここで、λ1aおよびλ1bは同一であるか又は
同一ではない）は、例えば、３ｄＢ光カプラを用いて全
光インバータ１５（図１参照）の入力に結合させること
ができる。その後、全光インバータ１５は下記の真理値
表に従って全光ＮＯＲゲート（このＮＯＲゲートは図４
に示されるように当業者に公知の記号により表示され
る）として機能する。 λ1a λ1b λ2 ０ ０ １ ０ １ ０ １ ０ ０ １ １ ０
【００３６】全光インバータ１５（図１参照）の入力に
おいて信号λ1a又はλ1bの何れかが存在すると、ＥＤＦ
Ａ１０（図１参照）を飽和し、ＥＤＦＡ１０がレイジン
グし、波長λ2の出力信号を発生することを阻止する。
ＮＯＲゲートは論理的に完全なので、本発明の全光イン
バータ１５は２個のバイナリ入力変数の１６種類すべて
の演算を実現するために様々な方法で使用できる。
おいて信号λ1a又はλ1bの何れかが存在すると、ＥＤＦ
Ａ１０（図１参照）を飽和し、ＥＤＦＡ１０がレイジン
グし、波長λ2の出力信号を発生することを阻止する。
ＮＯＲゲートは論理的に完全なので、本発明の全光イン
バータ１５は２個のバイナリ入力変数の１６種類すべて
の演算を実現するために様々な方法で使用できる。
【００３７】図５は本発明の第２の配列例を例証するブ
ロック図である。この実施例では、光バンドパスフィル
タ２５０は、ＥＤＦＡ２１０の出力と順方向パス２７０
上の出力光カプラ２７０との間ではなく、ループ２３０
内に配置されている。この配列によれば、全光インバー
タ２０５は、例えば、アナログ用途における広帯域光増
幅器として機能することができる。
ロック図である。この実施例では、光バンドパスフィル
タ２５０は、ＥＤＦＡ２１０の出力と順方向パス２７０
上の出力光カプラ２７０との間ではなく、ループ２３０
内に配置されている。この配列によれば、全光インバー
タ２０５は、例えば、アナログ用途における広帯域光増
幅器として機能することができる。
【００３８】この配列によれば、レイジングは前記のよ
うに生起することができる。なぜなら、光バンドパスフ
ィルタ２５０は波長λ2でＥＤＦＡ２１０により発生さ
れたＡＳＥを濾波するからである。しかし、出力カプラ
２７０がＥＤＦＡ２１０の出力と光バンドパスフィルタ
２５０の間に配置されているので、増幅された制御信号
の一部は、全光インバータ２０５から出力させることが
できる。
うに生起することができる。なぜなら、光バンドパスフ
ィルタ２５０は波長λ2でＥＤＦＡ２１０により発生さ
れたＡＳＥを濾波するからである。しかし、出力カプラ
２７０がＥＤＦＡ２１０の出力と光バンドパスフィルタ
２５０の間に配置されているので、増幅された制御信号
の一部は、全光インバータ２０５から出力させることが
できる。
【００３９】実際、入力信号の振幅がＥＤＦＡ２１０を
飽和するのに必要な振幅未満である場合、全光インバー
タ２０５は２つの成分を有する信号を出力する。最初の
成分は波長λ1を有する成分であり、第２の成分は波長
λ2を有する成分である。入力信号の振幅がＥＤＦＡ２
１０を飽和するのに十分なレベルにまで拡大する場合、
ＥＤＦＡ２１０による利得は、出力波長λ2におけるレ
イジングに必要な閾値未満に低下され、その結果、波長
λ1の入力信号だけが全光インバータ２０５により出力
される。
飽和するのに必要な振幅未満である場合、全光インバー
タ２０５は２つの成分を有する信号を出力する。最初の
成分は波長λ1を有する成分であり、第２の成分は波長
λ2を有する成分である。入力信号の振幅がＥＤＦＡ２
１０を飽和するのに十分なレベルにまで拡大する場合、
ＥＤＦＡ２１０による利得は、出力波長λ2におけるレ
イジングに必要な閾値未満に低下され、その結果、波長
λ1の入力信号だけが全光インバータ２０５により出力
される。
【００４０】本発明のアナログ用途は例えば、図６に示
されるような、長距離光波伝送システムにおける故障探
索リピータとして全光インバータを使用することであ
る。２地点間光波伝送システムでは、送信機６００と受
信機６３０の間に、本発明の原理を使用する多数の全光
インバータ／リピータ６２０1...kが配置されている。
この実施例では、３個の全光インバータ／リピータが図
示されている。
されるような、長距離光波伝送システムにおける故障探
索リピータとして全光インバータを使用することであ
る。２地点間光波伝送システムでは、送信機６００と受
信機６３０の間に、本発明の原理を使用する多数の全光
インバータ／リピータ６２０1...kが配置されている。
この実施例では、３個の全光インバータ／リピータが図
示されている。
【００４１】言うまでもなく、所定の２地点間光波伝送
システムで使用される全光インバータ／リピータの個数
は、当業者に周知の多数のファクタに応じて変化する。
各全光インバータ／リピータは、各フィードバックパス
２３０（図５参照）内のバンドパスフィルタ２５０（図
５参照）を個別識別波長に同調することにより識別され
る。
システムで使用される全光インバータ／リピータの個数
は、当業者に周知の多数のファクタに応じて変化する。
各全光インバータ／リピータは、各フィードバックパス
２３０（図５参照）内のバンドパスフィルタ２５０（図
５参照）を個別識別波長に同調することにより識別され
る。
【００４２】リピータの故障，ラインの切断又はその他
の何らかの原因による信号損失の場合、受信機６３０で
受信される光信号はレーザとして動作する最初の不飽和
全光インバータ／リピータから生じる。伝送ラインの更
に下流側に配置されたその他の全光インバータ／リピー
タは、この不飽和全光インバータ／リピータにより発生
された光信号により飽和された状態を維持する。その結
果、受信機６３０における信号波長は故障の位置を識別
する。
の何らかの原因による信号損失の場合、受信機６３０で
受信される光信号はレーザとして動作する最初の不飽和
全光インバータ／リピータから生じる。伝送ラインの更
に下流側に配置されたその他の全光インバータ／リピー
タは、この不飽和全光インバータ／リピータにより発生
された光信号により飽和された状態を維持する。その結
果、受信機６３０における信号波長は故障の位置を識別
する。
【００４３】例えば、フィードバックパス２３０（図５
参照）内に配置された制御可能な減衰要素を使用するこ
とによるレーザフィードバックの変調は、遠隔位置へ伝
送するための遠隔計測信号を発生させるために使用でき
る。別法として、遠隔計測信号は当業者に公知の方法に
よりＥＤＦＡ２１０（図５参照）内のポンプ１１０を変
調させることによっても発生させることができる。
参照）内に配置された制御可能な減衰要素を使用するこ
とによるレーザフィードバックの変調は、遠隔位置へ伝
送するための遠隔計測信号を発生させるために使用でき
る。別法として、遠隔計測信号は当業者に公知の方法に
よりＥＤＦＡ２１０（図５参照）内のポンプ１１０を変
調させることによっても発生させることができる。
【００４４】図２に示された本発明の第２の実施例の集
成装置は波長コンバータの構成部品として使用すること
もできる。波長コンバータは、個別光ポンプ源と信号増
幅器との間の４波混合のような技術により実現される光
非線形性を使用する伝送方法で使用できる。ここでは詳
細に説明されていないが、４波混合は、色分散に打ち勝
ち、有害な非線形作用を制御する有望な手段として評価
されている。
成装置は波長コンバータの構成部品として使用すること
もできる。波長コンバータは、個別光ポンプ源と信号増
幅器との間の４波混合のような技術により実現される光
非線形性を使用する伝送方法で使用できる。ここでは詳
細に説明されていないが、４波混合は、色分散に打ち勝
ち、有害な非線形作用を制御する有望な手段として評価
されている。
【００４５】好都合なことに、光ポンプ源および増幅器
の両方として機能する全光インバータは、もっと少ない
個数の要素（従って、低複雑性）を有する４波混合を用
いるシステム内で使用できる。図２を参照して説明した
ように、波長λ1の入力信号が、ＥＤＦＡ２１０を飽和
するのに必要な振幅未満の振幅で全光インバータ２０５
に入力される場合、波長λ1およびλ2を有する２種類の
成分を有する信号が全光インバータ２０５により出力さ
れる。
の両方として機能する全光インバータは、もっと少ない
個数の要素（従って、低複雑性）を有する４波混合を用
いるシステム内で使用できる。図２を参照して説明した
ように、波長λ1の入力信号が、ＥＤＦＡ２１０を飽和
するのに必要な振幅未満の振幅で全光インバータ２０５
に入力される場合、波長λ1およびλ2を有する２種類の
成分を有する信号が全光インバータ２０５により出力さ
れる。
【００４６】この２成分信号は、波長コンバータ内で高
非線形相互作用を行うように最適化される。波長コンバ
ータの変換効率はＰp 2Ｐsignalに比例する。ここで、Ｐ
pはポンプ出力であり、Ｐsignalは制御信号出力であ
る。従って、最高変換効率は、全光インバータ２０５の
出力パワーの約２／３が出力波長λ2であり、約１／３
が制御波長λ1である場合に得られる。
非線形相互作用を行うように最適化される。波長コンバ
ータの変換効率はＰp 2Ｐsignalに比例する。ここで、Ｐ
pはポンプ出力であり、Ｐsignalは制御信号出力であ
る。従って、最高変換効率は、全光インバータ２０５の
出力パワーの約２／３が出力波長λ2であり、約１／３
が制御波長λ1である場合に得られる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた特性を有する全光インバータ装置が得られる。こ
の全光インバータ装置は様々な用途で好都合に使用でき
る。例えば、全光インバータ装置は、デジタル用途にお
ける全光論理要素として、長距離光伝送システムにおけ
るアナログ故障探索器として、および波長分割多重化
（ＷＤＭ）スイッチングシステムで使用される波長変換
器の部品としての、光ポンプと信号増幅器との組合せと
して都合よく使用できる。
優れた特性を有する全光インバータ装置が得られる。こ
の全光インバータ装置は様々な用途で好都合に使用でき
る。例えば、全光インバータ装置は、デジタル用途にお
ける全光論理要素として、長距離光伝送システムにおけ
るアナログ故障探索器として、および波長分割多重化
（ＷＤＭ）スイッチングシステムで使用される波長変換
器の部品としての、光ポンプと信号増幅器との組合せと
して都合よく使用できる。
【図１】本発明による全光インバータ装置を形成する要
素類の実例的配列の一例を示す模式的ブロック図であ
る。
素類の実例的配列の一例を示す模式的ブロック図であ
る。
【図２】ポンプパワーの様々なレベルにおける入力信号
パワーの関数として、図１の全光インバータ装置の計算
出力パワーを示す特性図である。
パワーの関数として、図１の全光インバータ装置の計算
出力パワーを示す特性図である。
【図３】図１の集成装置の用途を示すブロック図と真理
値表からなる図である。
値表からなる図である。
【図４】図１の集成装置の用途を示すブロック図と真理
値表からなる図である。
値表からなる図である。
【図５】本発明による全光インバータ装置を形成する要
素類の実例的配列の別の例を示す模式的ブロック図であ
る。
素類の実例的配列の別の例を示す模式的ブロック図であ
る。
【図６】図５の集成装置の用途を示すブロック図であ
る。
る。
１０，２１０ エルビウムドープトファイバ増幅器（Ｅ
ＤＦＡ） １１０ ポンプ １２０ マルチプレクサ １３０ エルビウムドープトファイバ １４０ 光アイソレータ １５，２０５ 全光インバータ ３０，２３０ フィードバックパス ５０，２５０ バンドパスフィルタ ６０，２６０ 順方向パス ７０，２７０ 出力光カプラ ８０，２８０ 入力光カプラ ６１０ ２地点間光波伝送システム
ＤＦＡ） １１０ ポンプ １２０ マルチプレクサ １３０ エルビウムドープトファイバ １４０ 光アイソレータ １５，２０５ 全光インバータ ３０，２３０ フィードバックパス ５０，２５０ バンドパスフィルタ ６０，２６０ 順方向パス ７０，２７０ 出力光カプラ ８０，２８０ 入力光カプラ ６１０ ２地点間光波伝送システム
フロントページの続き (72)発明者 モハマッド ティー．ファテヒ アメリカ合衆国、07748 ニュージャー ジー、ミドルタウン、シルビア テラス ５ (72)発明者 クリントン ランディ ギルス アメリカ合衆国、07748 ニュージャー ジー、ミドルタウン、ヘロン ロード 72 (56)参考文献 特開 平２−203326（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175577（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 3/00
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも１つの入力および１つの出力
を有し、光信号を増幅する増幅手段と、 その入力で受信され信号路内を伝搬する実質的にλ２に
等しい波長を有する光信号が、前記増幅手段を少なくと
も第１の動作状態とするように、前記増幅手段の出力を
その入力に結合する信号路を有するフィードバック手段
と、 前記フィードバック手段の信号路内に配置され、前記信
号路内を進行する信号を実質的にλ２に等しい波長に制
限する波長選択手段と、 前記入力で受信される実質的にλ１に等しい波長を有す
る信号が、前記増幅手段を少なくとも第２の動作状態と
するように、前記増幅手段の入力に結合され前記増幅手
段を制御する手段とからなり、前記第２の動作状態は、実質的にλ1に等しい波長を有
する第１の成分と、実質的にλ2に等しい波長を有する
第２の成分とを含む出力信号を生成する状態である こと
を特徴とする光インバータ。 - 【請求項２】 前記フィードバック手段は、遠隔計測信
号を発生するために、前記信号路を伝搬する光信号を変
調する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の光イ
ンバータ。 - 【請求項３】 少なくとも１つの入力および１つの出力
を有する増幅手段を使用して、光信号を増幅するステッ
プと、 その入力で受信され信号路内を伝搬する実質的にλ２に
等しい波長を有する光信号が、前記増幅手段を少なくと
も第１の動作状態とするように、信号路を有するフィー
ドバック手段を使用して、前記増幅手段の出力を前記増
幅手段の入力に結合するステップと、 前記信号路中を進行する信号を実質的にλ２に等しい波
長に制限するステップと、 前記入力で受信される実質的にλ１に等しい波長を有す
る信号が、前記増幅手段を少なくとも第２の動作状態と
するように、前記増幅手段を制御するステップと から
なり、前記第２の動作状態は、実質的にλ1に等しい波長を有
する第１の成分と、実質的にλ2に等しい波長を有する
第２の成分とを含む出力信号を生成する状態である こと
を特徴とする光インバータを構成する方法。 - 【請求項４】 前記フィードバック手段は、遠隔計測信
号を発生するために、前記信号路を伝搬する光信号を変
調する手段を含むことを特徴とする請求項３記載の方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US168291 | 1993-12-17 | ||
| US08/168,291 US5434701A (en) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | All-optical inverter |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000380135A Division JP2001201776A (ja) | 1993-12-17 | 2000-12-14 | 光インバータおよびこれを構成する方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07199253A JPH07199253A (ja) | 1995-08-04 |
| JP3165608B2 true JP3165608B2 (ja) | 2001-05-14 |
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Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP2000380135A Pending JP2001201776A (ja) | 1993-12-17 | 2000-12-14 | 光インバータおよびこれを構成する方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2000380135A Pending JP2001201776A (ja) | 1993-12-17 | 2000-12-14 | 光インバータおよびこれを構成する方法 |
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| EP (1) | EP0660161B1 (ja) |
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| KR100194421B1 (ko) * | 1996-01-29 | 1999-06-15 | 윤종용 | 광섬유증폭기 |
| JP3973769B2 (ja) * | 1998-08-19 | 2007-09-12 | 富士通株式会社 | 波長変換のための方法及び装置 |
| JP2000275693A (ja) * | 1999-03-20 | 2000-10-06 | Natl Space Development Agency Of Japan | 光機能素子 |
| JP3440872B2 (ja) * | 1999-05-07 | 2003-08-25 | 日本電気株式会社 | 光伝送システムにおける監視信号転送装置 |
| KR100330209B1 (ko) * | 1999-07-07 | 2002-03-25 | 윤종용 | 광대역 광섬유증폭기 및 그 증폭 방법 |
| KR100350482B1 (ko) * | 1999-07-22 | 2002-08-28 | 삼성전자 주식회사 | 비동기전송모드 무선접속망의 고장관리방법 |
| US6509987B1 (en) * | 1999-08-10 | 2003-01-21 | Lucent Technologies | Channel band conversion apparatus for optical transmission systems |
| CN1145828C (zh) * | 1999-08-12 | 2004-04-14 | 加利福尼亚技术学院 | 单模光纤环状激光器及从中产生单模激光输出的方法 |
| DE10029336A1 (de) * | 2000-03-20 | 2002-01-03 | Sel Alcatel Ag | Breitbandige optische Lichtquelle, Verwendung einer breitbandigen optischen Lichtquelle sowie Verfahren zum Demultiplexen |
| CA2310199A1 (en) * | 2000-05-29 | 2001-11-29 | Tellamon Photonic Networks Inc. | Multi-wavelength lasers |
| EP1248390A1 (en) * | 2000-11-20 | 2002-10-09 | Alcatel | Optical power equalization using a gain clamped semiconductor optical amplifier |
| KR100361034B1 (ko) * | 2000-12-19 | 2002-11-21 | 한국과학기술연구원 | 마흐젠더 간섭기형 전광 파장변환기의 전광 앤드 논리연산방법 |
| US6462865B1 (en) | 2001-06-29 | 2002-10-08 | Super Light Wave Corp. | All-optical logic with wired-OR multi-mode-interference combiners and semiconductor-optical-amplifier inverters |
| US6826207B2 (en) * | 2001-12-17 | 2004-11-30 | Peleton Photonic Systems Inc. | Multi-wavelength laser source based on two optical laser beat signal and method |
| US7295584B2 (en) * | 2001-12-17 | 2007-11-13 | Peleton Photonic Systems | System and method for generating multi-wavelength laser source using highly nonlinear fiber |
| TW547860U (en) * | 2002-11-22 | 2003-08-11 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Broad band light source device |
| US7295365B2 (en) * | 2005-10-06 | 2007-11-13 | Bookham Technology Plc. | Optical gain flattening components, optical chips and optical amplifiers and methods employing same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5088095A (en) * | 1991-01-31 | 1992-02-11 | At&T Bell Laboratories | Gain stabilized fiber amplifier |
| US5268786A (en) * | 1991-03-15 | 1993-12-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical fiber amplifier and its amplification method |
| US5128800A (en) * | 1991-06-19 | 1992-07-07 | At&T Bell Laboratories | Gain switchable optical fiber amplifier |
| US5155780A (en) * | 1992-01-27 | 1992-10-13 | At&T Bell Laboratories | Optical limiting amplifier |
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1993
- 1993-12-17 US US08/168,291 patent/US5434701A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-11-10 CA CA002135532A patent/CA2135532C/en not_active Expired - Fee Related
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- 1994-12-01 DE DE69429418T patent/DE69429418T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 2000-12-14 JP JP2000380135A patent/JP2001201776A/ja active Pending
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