JP4220998B2

JP4220998B2 - 全光変換器

Info

Publication number: JP4220998B2
Application number: JP2005513746A
Authority: JP
Inventors: クエノ，ベンジャミン; ロージック，エステル; ブロシェ，ニコラス
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: AU2003299358A1; EP1695465A1; WO2005069515A1; ES2282732T3; CN100589347C; DE60312051D1; DE60312051T2; EP1695465B1; JP2007515089A; CN1947363A; US20070223937A1; US7725041B2

Description

本発明は、強度変調された光信号をＤＰＳＫ形式に変調された光信号へ変換するための全光変換器に関する。この全光変換器は光伝送分野における用途がある。

ＯＯＫ（On/Off Keying）による強度変調が周知である。この場合、パルスは“１”を表し、パルスの不存在は“０”を表す。

差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ：Differential Phase Shift Keying）が周知である。ＤＰＳＫ形式においては、２つの隣接パルス間の位相差で情報が伝送される。

ＤＰＳＫ形式への伝送は、感度が良いので有利である。さらに、光モードでは、２つの信号間の位相差を解析することが容易である。

現在、光伝送分野には、振幅暗号化された２進電気信号を、ＤＰＳＫ形式へコード化された光信号へ変換する変換器が存在する。これらの変換器は、電子的構成と光学的構成とを兼ね備える。

前記変換器の電子的部分は、排他的ＯＲ（ＸＯＲ）ゲートを備える。情報を表す電気信号は、振幅変調されて論理ゲートの第１の入力に到着する。論理ゲートの出力は、第１の入力に対して１ビット時間遅れの状態で、論理ゲートの第２の入力へ接続される。

具体的な事例においては、搬送波としての機能を果たす光信号が、例えばマッハツェンダー型などのオプトエレクトロニック変調器（光電子変調器）へ送られる。この変調器は、論理ゲートの出力からの電気信号により制御されると共に、“１”に等しい電気信号の状態が光信号におけるπの位相差に関連付けられるように、変調を生じさせる。

電子的構成と光学的構成とを兼ね備えるこれらの変換器は、２０ＧＨｚを超える周波数のものはとても高価であり、４０ＧＨｚを超える周波数のものは現存しない。

従って、課題は、強度変調された光信号をＤＰＳＫ形式に変調された光信号へ変換するための全光変換器を提供することである。

本発明は、特定の周波数に限定されず、全ての帯域に適用可能である。

以下、２対２又は５０：５０カプラを３ｄＢカプラという。

以下、この出力から配信される信号が完全に吸収されるならば、構成部の出力は接続されておらず、信号上流又は下流に干渉しないと言える。受信した信号の振幅がゼロならば、構成部の入力は供給されないと言える。

本発明の目的は、従来技術における欠点を持たない変換器を提案することにある。

この目的を達成するために、強度変調された光信号をＤＰＳＫ形式に変調された光信号へ変換するための全光変換器を提案する。この全光変換器は、第１の強度変調された光信号のための第１の入力と、前記第１の光信号と前記第１の光信号に同期する第２の光信号との間に差分符号化を実行するよう適合された差分符号化モジュールと、前記差分符号化モジュールにより実行された差分符号化に従って光信号の位相を変調するよう適合された変調装置と、ＤＰＳＫ形式に変調された光信号を配信する前記変調装置の出力とを備えることを特徴とする。

有利なことに、前記差分符号化モジュールは、排他的ＯＲ機能とフィードバックループとを利用して差分符号化を実行する。

有利なことに、排他的ＯＲ機能を導入するために、前記差分符号化モジュールが、その第１の入力に前記第１の光信号が供給され、その第２の入力に前記第２の光信号が供給され、その第２の出力が非接続である第１の光カプラと、その第１の入力が前記第１の光カプラの第１の出力により供給され、その第２の入力が非供給である第２の光カプラと、その入力が第２の光カプラの第２の出力により供給される非線形吸収装置と、その第１の入力が前記第２のカプラの第１の出力により供給され、その第２の入力が前記非線形吸収装置の出力により供給され、その第２の出力が非接続であり、その第１の出力が前記排他的ＯＲ機能の結果を表す信号を配信する第３の光カプラとを備える。

有利なことに、前記差分符号化モジュールが、その第１の入力が前記第３の光カプラの前記第１の出力により供給され、その第２の入力が非供給であり、その第１の出力が前記変調装置へ供給し、その第２の出力が前記フィードバックループへ供給する第４の光カプラを備える。

有利なことに、同期する前記第２の光信号が前記フィードバックループにより配信される。

有利なことに、前記フィードバックループが、光位相偏移装置と光増幅器とを備える。

有利なことに、前記フィードバックループが、前記第２の光信号を前記第１の光信号に対して整数のビット時間遅延させるように適合された可調光遅延装置をさらに備える。

有利なことに、前記変調装置が、その第１の入力が前記差分符号化モジュールによって符号化された信号により供給され、その第２の入力が前記符号化された信号に対して位相がπ／２ずれた信号により供給され、その第２の出力が非接続であり、その第１の出力がＤＰＳＫ形式に変調された光信号を配信する光カプラを備える。

有利なことに、変調装置が、第２の入力の上流に、前記符号化された信号に対して前記位相がずれた信号を整数のビット時間遅延させるよう適合された可調光遅延装置を備える。

有利なことに、前記ＤＰＳＫ形式に変調された光信号の位相は、前記排他的ＯＲ機能の結果に従って、ゼロからπまで変化する。

有利なことに、前記光カプラが３ｄＢ光カプラである。

有利なことに、前記第１の光信号がＥ₀の振幅を有し、前記第２の光信号がＥ₀の振幅を有すると共に前記第１の光信号に対して−π／２の位相差を有し、前記光増幅器が12．04ｄＢのゲインを有し、前記非線形吸収装置がα＝√２／２でα²・Ｅ₀より若干大きい閾値を有し、前記変調装置の光カプラの第２の入力を供給する信号が（α⁴／２）・Ｅ₀の振幅と、前記変調装置の光カプラの第１の入力を供給する信号に対してπ／２の位相偏移とを有する。

上述した本発明の特徴は、他のものと同様に、本発明に基づく変換器を表す唯一の図についてされる以下の実施例の説明の解釈からより明確に現れる。

唯一の図は、ＤＰＳＫ形式に変調された光信号への強度変調された光信号の変換を行なう全光変換器10を示す。

変換器10は第１の入力152ａを備え、この第１の入力152ａに第１の光信号12が投入される。光信号12は、データ列を表し、ＯＯＫ形式に従って強度変調される。この光信号は、ＯＯＫ変調された電気信号をＯＯＫ変調された光信号へ変換するオプトエレクトロニック変調器で電気信号から生成されたものでもよい。

変換器10は、第２の入力162ｅを備え、この第２の入力162ｅに、その後ＤＰＳＫ形式に変調される光搬送波16（連続的又は非連続的なもの）が投入される。

変換器10は、第１の出力162ｃを備え、この第１の出力162ｃからＤＰＳＫ形式に変調された光信号14が配信される。

このようにして、変換器10は、ＤＰＳＫ形式に変調された光信号への強度変調された光信号の全光変換を実行する。

変換器10は、差分符号化モジュール100と変調装置（変調に適合された装置）200とを備える。

変調装置200は、差分符号化モジュール100の出力へ接続された第１の入力162ａを備え、この第１の入力162ａで差分符号化モジュール100により符号化された信号が受信される。変調装置200は、搬送波16が投入される第２の入力162ｅを備える。また、変調装置200は、第１の出力162ｃを備える。変換器10の第１の出力162ｃは、ＤＰＳＫ形式に変調された光信号14を配信する。変調装置200は、差分符号化モジュール100によって実行された差分符号化に従って光信号16の位相を変調する。

変調装置200は、第５番目に番号付けされることとなるカプラ202，位相偏移装置204，そして可調光遅延装置（調節可能な光遅延装置）206を備えて構成される。

第５のカプラ202は、第１の入力162ａと第２の入力162ｂとを備える。また、第５のカプラ202は、第１の出力162ｃと、接続されていない第２の出力162ｄとを備える。

位相偏移装置204及び可調光遅延装置206は、第２の入力162ｅと第２の入力162ｂとの間に直列に接続される。

位相偏移装置204（調整可能でもよい）は、第１の入力162ａにある信号と第２の入力162ｂにある信号との間で、特定の位相偏移を確実なものとすべく調整されている。

可調光遅延装置206は、第５のカプラ202の２つの入力162ａ，162ｂの信号を構成するビットについて同期化を可能とする。とりわけ、可調光遅延装置206は、整数の遅れビット時間を有するように調整されている。後述するように、この可調光遅延装置206は常に必要であるわけではない。

差分符号化モジュール100は、第１の入力152ａと、変調装置200の第１の入力162ａへ接続され、符号化された信号を配信する第１の出力158ｃとを備える。

ここで、差分符号化モジュール100の構造について詳述する。

差分符号化モジュール100は、４つの光カプラ102，104，106，108と、非線形吸収装置110と、フィードバックループ（帰還閉路）30とを備える。

第１のカプラ102は、第１の信号12が供給される第１の入力152ａと、例えばフィードバックループ30などにより配信され第１の信号12に同期した第２の光信号が供給される第２の入力152ｂとを備える。また、第１のカプラ102は、第１の出力152ｃと、接続されていない第２の出力152ｄとを備える。

第２の光カプラ104は、第１のカプラ102の第１の出力152ｃにより供給される第１の入力154ａと、供給されない第２の入力154ｂとを備える。また、第２の光カプラ104は、第１の出力154ｃと第２の出力154ｄとを備える。

非線形吸収装置110は、その振幅が閾値以下である電磁界を吸収すると共に、その振幅が閾値を超える電磁界を伝送することを可能とする。非線形吸収装置110は、可飽和吸収型又は非線形光ループである場合もある。非線形吸収装置110は、第２のカプラ104の第２の出力154ｄにより供給される入力を備える。

第３の光カプラ106は、第２のカプラ104の第１の出力154ｃにより供給される第１の入力156ａと、非線形吸収装置110の出力により供給される第２の入力156ｂとを備える。また、第３の光カプラ106は、第１の出力156ｃと、接続されていない第２の出力156ｄとを備える。

第４の光カプラ108は、第３のカプラ106の第１の出力156ｃにより供給される第１の入力158ａと、供給されない第２の入力158ｂとを備える。また、第４の光カプラ108は、変調装置200へ供給する第１の出力158ｃと、フィードバックループ30へ供給する第２の出力158ｄとを備える。

フィードバックループ30は、光位相偏移装置112，光増幅器114，そして、第１の信号12に対して第１のカプラ102の第２の入力152ｂにある第２の信号を整数のビット時間で遅らせるように適合された可調光遅延装置116を備える。

差分符号化モジュール100は、第１の入力152ａにある第１の光信号12と、第１のカプラ102の第２の入力152ｂにあり第１の光信号に同期した第２の光信号とに基づいて、全光方式でデータ列の差分符号化を実行する。

差分符号化モジュール100は、特に、第１のカプラ102，第２のカプラ104，第３のカプラ106及び非線形吸収装置110の組み合わせの効力により、入力152ａ，152ｂにある各信号間に排他的ＯＲ機能を実行する。第３のカプラ106の第１の出力156ｃにある信号は、入力152ａ，152ｂにある各信号間への排他的ＯＲ論理機能を表す。

各構成102，104，106，108，202は、３ｄＢ光カプラである。これらのカプラから来る光信号は、下記の行列方程式を満足する。

当該行列方程式において、α＝√２／２のとき、Ｅ₁及びＥ₂はカプラの第１及び第２の入力にある電磁界であり、Ｓ₁及びＳ₂は、カプラの第１及び第２の出力にある電磁界である。

第１の入力152ａにある元の信号12は、Ｅ₀又はゼロに等しい振幅を有する電磁界である。

第２の入力152ｂにある光信号は、Ｅ₀又はゼロに等しい振幅を有すると見なされる電磁界であり、その振幅がＥ₀に等しい場合には、第１の入力152ａにある光信号に対して−π／２の位相偏移となる。

ここで、非線形吸収装置110の閾値は、その振幅がα²・Ｅ₀より若干大きい任意の電磁界を伝送するために、α²・Ｅ₀より若干大きくなるように選ばれる。以下に示されるように、前記閾値は、その振幅が２α²・Ｅ₀に等しい電磁界の伝送を可能とし、その振幅がゼロ又はα²・Ｅ₀に等しい電磁界を吸収するように選ばれる。

差分符号化モジュール100の機能は、以下に検討される。

第１のカプラ102は、入力152ａ，152ｂの結合を実行し、このように結合された光信号を第１の出力152ｃで配信する。第１の出力152ｃにある光信号は、前記方程式（１）中のＳ₁に対応する。

以下の表は、前記方程式（１）中のＥ₁及びＥ₂に対応する入力152ａ，152ｂにある各信号、すなわち、第１の信号12と第１のカプラ102の第２の入力152ｂにある第２の信号との振幅に基づいて、第１の出力152ｃにある信号の振幅及び位相の取り得る値をまとめる。

第１の出力152ｃにおける信号の位相は、出力信号がゼロでないならば、一定、かつ第１の入力152ａにある信号の位相に等しい。信号の位相は、出力信号がゼロの場合には、全く意味を持たない。

第１の出力152ｃにある信号は、第２のカプラ104の第１の入力154ａへ投入される。このとき、第２のカプラ104の第１の入力154ａにある信号は、前記方程式（１）中のＥ₁に相当する。第２のカプラ104の出力154ｃ，154ｄにある各信号は、前記方程式（１）中のＳ₁及びＳ₂の役目を果たす。表（２）と同様の表が、第１の入力154ａにある信号の振幅値に基づいて、第２のカプラ104用に記載されている。

第２のカプラ104の第２の出力154ｄから出る信号は、非線形吸収装置110の入力の方へ向けられる。閾値に割り当てられた値の光において、構成110から出力される信号156ｂの振幅は、ゼロ又は２α²・Ｅ₀に等しい。閾値がα²・Ｅ₀より若干大きい値に固定されているため、その振幅が２α²・Ｅ₀に等しい信号だけが伝送される。

表（３）と同様の表が、第３のカプラ106用に記載されており、第１の入力156ａの信号は、第２のカプラ104の第１の出力154ｃの信号と同じものであり、第２の入力156ｂの信号は、非線形吸収装置110の出力の信号と同じものである。第１の出力156ｃの信号は、前記方程式（１）中のＳ₁に相当する。

第３のカプラ106の第１の出力156ｃは、排他的ＯＲ機能の結果を表す信号を配信する。入力152ａ，152ｂにある各信号間の排他的ＯＲ機能は、３つのカプラ102，104，106及び非線形吸収装置110の作用により実行されたものである。その上、出力位相は、それを監視する必要がないように、一定である。

フィードバックループ30へ導入し、かつ変調装置200に供給するために、第３のカプラ106の第１の出力156ｃにある信号は、変調装置200の第１の入力162ａとフィードバックループ30との両方へ送られる必要がある。このために、第４のカプラ108は、第３のカプラ106の直ぐ後段に使用される。このような手段は、信号を分けるための単純な手段であることが好ましい。第４のカプラ108の機能は、変調装置200及びフィードバックループ30に供給するために、信号を分けることである。

第３のカプラ106の第１の出力156ｃにある信号は、第４のカプラ108の第１の入力158ａへ伝送される。表（４）と同様の表が、第４のカプラ108用に記載されている。ここで、信号Ｓ₁，Ｓ₂は、出力158ｃ，158ｄに相当する。

ゼロでない即ちＥ＝α⁴・Ｅ₀（６）のとき、第１の出力158ｃの電磁界は、前記の通り、変調装置200に供給される。

ゼロでない即ちＥ＝α⁴・Ｅ₀・e^iπ/2（７）のとき、第２の出力158ｄの電磁界は、前記の通り、フィードバックループ30に供給される。

このとき、出力158ｄの前記電磁界は、差分符号化モジュール100の第２の入力152ｂにある電磁界を発生させるために利用される。

第１のカプラ102では、第２の入力152ｂにある電磁界は振幅Ｅ₀と、第１の入力152ａにある電磁界に対しての−π／２の位相偏移とを有することが見込まれている。

第４のカプラ108の第２の出力158ｄにある電磁界から生じる当該結果を得るために、光位相偏移装置112は所定の位置に配置される。この位相偏移装置112は、πの位相偏移を引き起こし、−π／２まで位相を変化させる効果を有する。第４のカプラ108の第２の出力158ｄから出される信号の位相偏移は、理論上はπ／２であるが、様々な構成が寄生的な位相偏移を持ち込む可能性がある。従って、−π／２まで位相を効果的に変化させるために、調整可能な位相偏移装置112を備えるのが好ましい。

12．04ｄＢゲインを有する光増幅器114は、光増幅器114の出力電磁界の振幅をＥ₀又はゼロへ変化させる。

そこには、振幅Ｅ₀、かつ第１の入力152ａにある電磁界に対して−π／２だけ位相のずれがある電磁界が存在する。

可調光遅延装置116は、２つの入力152ａ，152ｂの信号を構成する各ビットを互いに同期化するために、所定の位置に配置される。とりわけ、可調光遅延装置116は、整数の遅れビット時間を有するように調整される。

差分符号化モジュール100は、入力信号152ａと、フィードバックループに導入するために第２の入力152ｂにループバック（帰還）する第２の出力158ｄひいては入力信号152ｂとの２つの入力信号間にまさに差分符号化を実行する。

変調装置200は、その第２の入力162ｅから光信号16が供給され、光信号16の電磁界は、（α⁴／２）・Ｅ₀の振幅と、πで一定の位相とを有する。

位相偏移装置204は、第１の入力162ａの信号における位相に対してπ／２の位相偏移を与えるために、所定の位置に配置される。位相偏移装置112と同様に、この新しい位相偏移装置は、２つの信号間におけるπ／２の位相差を補償するために調整可能としてもよい。

重要なのは、第５のカプラ202の第２の入力162ｂにある信号には、変調装置200の第１の入力162ａにある符号化された信号に対してπ／２だけ位相のずれがあることである。

表（５）と同様の表が記載されている。信号Ｅ₁，Ｅ₂は入力162ａ，162ｂの信号に対応し、信号Ｓ₁は出力162ｃの信号に対応する。

その結果、出力電磁界は所定の振幅を有し、信号は強度変調されない。

他方では、信号の位相は変化し、差分符号化モジュール100の入力152ａ，152ｂ間における排他的ＯＲ論理機能の結果に従ってπの位相偏移を有する。情報は位相差で符号化され、その結果、第１の出力162ｃにより配信される信号は、ＤＰＳＫ形式に変調された信号14である。

可調光遅延装置206は、第５のカプラ202の２つの入力162ａ，162ｂにおける信号のビットの同期化を可能とする。とりわけ、光遅延装置206は、整数の遅れビット時間を有するように調整される。

出力162ｃで出される信号がＮＲＺ−ＤＰＳＫ（Non-Return-to-Zero-DPSK）形式である場合は、搬送波16が連続波であるので、光遅延装置206は必要でない。

出力162ｃで出される信号がＲＺ−ＤＰＳＫ（Return-to-Zero-DPSK）形式である場合は、搬送波16が変調された波であり、かつ信号間の同期化が必要であるので、光遅延装置206は必要である。

もちろん、本発明は、上記実施例に限定されず、当業者が想到し得る多くの変形が可能である。

例えば、何も発生させない完全な構成の場合は、構成の絶対値が一例として与えられ、これらの値は、信号の振幅の実効値を理論値に対して調整可能とするために、適合させる必要がある。

ＤＰＳＫ形式に変調された光信号への強度変調された光信号の変換を行なう全光変換器を示すブロック図である。

Claims

強度変調された光信号をＤＰＳＫ形式に変調された光信号へ変換するための、
第１の強度変調された光信号（12）のための第１の入力（152ａ）と、
前記第１の光信号（12）と前記第１の光信号（12）に同期する第２の光信号との間に差分符号化を実行するよう適合された差分符号化モジュール（100）と、
前記差分符号化モジュール（100）により実行された差分符号化に従って光信号（16）の位相を変調するよう適合された変調装置（200）と、
ＤＰＳＫ形式に変調された光信号（14）を配信する前記変調装置（200）の出力（162ｃ）と
を備えた全光変換器（ 10 ）において、
前記差分符号化モジュール（ 100 ）は、
その第１の入力（ 152 ａ）に前記第１の光信号（ 12 ）が供給され、その第２の入力（ 152 ｂ）に前記第２の光信号が供給され、その第２の出力（ 152 ｄ）が非接続である第１の光カプラ（ 102 ）と、
その第１の入力（ 154 ａ）が前記第１の光カプラ（ 102 ）の第１の出力（ 152 ｃ）により供給され、その第２の入力（ 154 ｂ）が非供給である第２の光カプラ（ 104 ）と、
その入力が第２の光カプラ（ 104 ）の第２の出力（ 154 ｄ）により供給される非線形吸収装置（ 110 ）と、
その第１の入力（ 156a ）が前記第２の光カプラ（ 104 ）の第１の出力（ 154 ｃ）により供給され、その第２の入力（ 156 ｂ）が前記非線形吸収装置（ 110 ）の出力により供給され、その第２の出力（ 156 ｄ）が非接続であり、その第１の出力（ 156 ｃ）が排他的ＯＲ機能の結果を表す信号を配信する第３の光カプラ（ 106 ）と、
前記排他的ＯＲ機能の結果を表す信号を、前記変調装置（ 200 ）とフィードバックループ（ 30 ）へ供給する第４の光カプラ（ 108 ）と、
差分符号化を実行するための前記第２の光信号を配信する前記フィードバックループ（ 30 ）と、
を備え、
前記第１の光カプラ（ 102 ）、前記第２の光カプラ（ 104 ）、前記第３の光カプラ（ 106 ）及び前記非線形吸収装置（ 110 ）の組み合わせの効力により、前記第１の光カプラ（ 102 ）の第１の入力（ 152 ａ）及び第２の入力（ 152 ｂ）にある各信号間に前記排他的ＯＲ機能を実行し、前記差分符号化を実行する、
ことを特徴とする全光変換器（10）。
前記差分符号化モジュール（100）の第４の光カプラ（ 108 ）が、その第１の入力（158ａ）が前記第３の光カプラ（106）の前記第１の出力（156ｃ）により供給され、その第２の入力（158ｂ）が非供給であり、その第１の出力（158ｃ）が前記変調装置（200）へ供給され、その第２の出力（158ｄ）が前記フィードバックループ（30）へ供給されるものであることを特徴とする請求項１記載の全光変換器（10）。
同期する前記第２の光信号が前記フィードバックループ（30）により配信されることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１つに記載の全光変換器（10）。
前記フィードバックループ（30）が、光位相偏移装置（112）と光増幅器（114）とを備えることを特徴とする請求項３記載の全光変換器（10）。
前記フィードバックループ（30）が、前記第２の光信号を前記第１の光信号（12）に対して整数のビット時間遅延させるように適合された可調光遅延装置（116）をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の全光変換器（10）。
前記変調装置（200）が、その第１の入力（162ａ）が前記差分符号化モジュール（100）によって符号化された信号により供給され、その第２の入力（162ｂ）が前記符号化された信号に対して位相がπ／２ずれた信号により供給され、その第２の出力（162ｄ）が非接続であり、その第１の出力（162ｃ）がＤＰＳＫ形式に変調された光信号（14）を配信する光カプラ（202）を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の全光変換器（10）。
変調装置（200）が、第２の入力（162ｂ）の上流に、前記符号化された信号に対して前記位相がずれた信号を整数のビット時間遅延させるよう適合された可調光遅延装置（206）を備えることを特徴とする請求項６記載の全光変換器（10）。
前記光カプラ（102，104，106，108，202）が３ｄＢ光カプラであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の全光変換器（10）。
前記第１の光信号（12）がＥ₀の振幅を有し、前記第２の光信号がＥ₀の振幅を有すると共に前記第１の光信号（12）に対して−π／２の位相差を有し、前記光増幅器（114）が12．04ｄＢのゲインを有し、前記非線形吸収装置（110）がα＝√２／２でα²・Ｅ₀より若干大きい閾値を有し、前記変調装置（200）の光カプラ（202）の第２の入力（162ｂ）を供給する信号が（α⁴／２）・Ｅ₀の振幅と、前記変調装置（200）の光カプラ（202）の第１の入力（162ａ）を供給する信号に対してπ／２の位相偏移とを有することを特徴とする請求項８記載の全光変換器（10）。