JP4327018B2

JP4327018B2 - 光位相共役器を含むプロセスおよびシステム

Info

Publication number: JP4327018B2
Application number: JP2004150090A
Authority: JP
Inventors: チョウダリーアレフ; エシャンブルレニ−ジーン
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: US20040234274A1; CN101562483B; CN1551542A; JP2004350287A; CN101562483A; US7558485B2

Description

本発明は、マルチチャネル光通信に関し、特に光位相共役器（ＯＰＣ）を含むマルチチャネル光通信に関する。

マルチチャネル光通信において、情報を搬送する複数のチャネル（しばしば２５６チャネルまで）が用いられる。各チャネルは、一般に０．１Åから２５Åまでの範囲の波長である、比較的狭い波長範囲内で変調された搬送光信号に課される情報を搬送する。したがって、図１に示されるように、一連のチャネル７、８、９、および１０（それぞれその中心波長に対応するスパイクで示される）は、例示的な光通信システムの信号搬送容量を有する。システムに応じて、より長い波長がより短い波長より速く移動することもあれば、またはより短い波長がより長い波長より速い場合もある。より長い波長がより速いと仮定すると、光通信システムの一部を移動した後、特定のチャネルにおけるパルスは、パルスを広げるように拡散する。一般に、分散補償器が、各チャネル内で広がるこのパルスを取り除くために用いられる。
Ｂｒｅｎｅｒ，Ｉら、「ＣａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎｏｆａｌｌＫｅｒｒＮｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓｉｎＬｏｎｇＦｉｂｅｒＳｐａｎｓＵｓｉｎｇａＬｉＮｂＯ３ＰｈａｓｅＣｏｎｊｕｇａｔｏｒａｎｄＲａｍａｎＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＰｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅＰａｐｅｒＰＤ３３−１（２０００年）Ｃｈｏｕら、ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ、１１、６５３（１９９９年）

Ｂｒｅｎｅｒ，Ｉらによる「ＣａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎｏｆａｌｌＫｅｒｒＮｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｉｅｓｉｎＬｏｎｇＦｉｂｅｒＳｐａｎｓＵｓｉｎｇａＬｉＮｂＯ_３ＰｈａｓｅＣｏｎｊｕｇａｔｏｒａｎｄＲａｍａｎＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＰｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅＰａｐｅｒＰＤ３３−１、（２０００年）に議論されているような新たに提案されたシステムでは、分布型ラマン増幅器などの他のデバイスに加えてＯＰＣの使用が検討されている。ＯＰＣは、信号の位相の共役（ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ）を含む効果があり、光ファイバにおける非線形効果に関連する問題を低減するために使用することが検討された。より多くのデバイスが、光通信システムに加えられるので、特にマルチチャネル環境においては、信号に対する組み合わせられた効果が複雑になるという問題がある。

マルチチャネルシステムにおいて、ＯＰＣを通って伝播した後に結果として得られる、チャネル３１、３２、３３に対応する信号は、共役され、それぞれ図２に示されるように周波数３１’、３２’、３３’に変更される。ここで、チャネルの周波数順は、逆転され、かつチャネル周波数が、周波数３５の周りで対称にシフトされる。４光波混合機構または縦続３光波混合(cascaded three-wave mixing)に基づいて動作するデバイスに関して、チャネル周波数は、ＯＰＣポンプ周波数の周りで鏡像配置される。縦続のない(without cascading)３波混合機構に基づいて動作するデバイスに関して、信号周波数は、ＯＰＣポンプ周波数の半分の周りで鏡像配置される。（縦続接続された３光波機構の一例に関して、ＣｈｏｕらのＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ、１１、６５３（１９９９）を参照されたい。）簡単のために、その周りで鏡像配置が生じる周波数は、機構にかかわらず全てのデバイスに関してポンプ周波数と呼ばれる。多くのシステムに関して、このチャネル順の逆転および周波数のシフトは、許容できない。なぜならＯＰＣに従う新たな波長に関する伝送路の特性は、ＯＰＣの前の特性とは一般に異なるからである。さらに、チャネル順の逆転およびチャネルの周波数シフトは、光ネットワークにおける波長管理の効率を低減し、ならびに所定の伝送路ラインにおける増幅器帯域幅の効率的な使用を低減する可能性を有する。したがって、周波数シフトを訂正しかつチャネルを再配置する解決方法が望まれている。それにもかかわらず、任意のそのような解決方法は、ＯＰＣによって生成され、かつ例えば非線形効果を低減するために用いられる位相共役に実質的に影響することなく、達成されるべきである。

特定の光学動作のセットによって、ＯＰＣによって生成される位相における所望の修正について譲歩することなく、チャネル順の逆転および周波数シフトを訂正することが可能である。この動作のセットは、マルチチャネル光信号のデマルチプレクシングと、少なくとも１つのデマルチプレックスされたチャネルに関するＯＰＣまたは周波数シフタの使用と、ＯＰＣまたは周波数シフタで処理された少なくとも１つのチャネルを、少なくとも１つの他のチャネル（この第２のチャネルがＯＰＣまたは周波数シフタによる処理を受けても受けなくとも）とマルチプレクシングすることを含む。したがって、本発明に関して、２つの可能な分散マネージメント（ＤＭ）シーケンスの１つが使用される。すなわち、デマルチプレクサ、その次に共役される各チャネルに対するＯＰＣ、その次にマルチプレクサが、共役器ＤＭシーケンスと呼ばれる組合せで使用されるか、または同様に、デマルチプレクサ、その次に個別のチャネルに対する周波数シフタ、その次にマルチプレクサが、周波数シフタＤＭと呼ばれる組合せで使用される。これらの３つの一般的な動作のセット（共役器ＤＭと周波数シフタＤＭとの両方を含むＤＭシーケンスと呼ばれる本発明に関して）が、相補的な動作とともに使用される。すなわち、周波数シフタがＤＭシーケンスで使用される場合には、ＯＰＣとともに使用され、またはＯＰＣが、ＤＭシーケンスで使用されるなら、周波数シフタとともに使用される。例えば、マルチプレックスされた信号についての２つのＯＰＣの使用は、周波数シフタとして動作する。すなわち、周波数シフタを伝播するマルチプレックスされたマルチチャネル信号の位相またはチャネル順を変更しないが、チャネル周波数をシフトする。そのような周波数シフタは、共役器ＤＭシーケンスに対する相補的なデバイスである。共役器ＤＭは、ＯＰＣ処理されたチャネルの位相の共役をとり、ＯＰＣ処理されたチャネル順をそのままにするが、処理された信号の周波数をシフトする。相補的なデバイスとして、周波数シフタは、チャネルの位相を共役しないが、共役器ＤＭシーケンスによって引き起こされた周波数シフトを訂正するために周波数をシフトする。共役器ＤＭシーケンスの前に、または共役器ＤＭシーケンスの後に、周波数シフタ・シーケンス（または単一の動作）を用いることができ、または、共役器ＤＭシーケンスの前で周波数シフタ・シーケンスの一部を実行し、協約装置ＤＭシーケンスの後で残りを実行することができる。

同様に、周波数シフタＤＭは、周波数およびチャネル順をシフトする一方、相補的なＯＰＣは、チャネルの位相を共役し、チャネル順を元に戻す。同じ効果は、ＯＰＣが周波数シフタＤＭより前に使用されても、ＯＰＣが周波数シフタＤＭより後に使用されても達成可能である。単一のチャネルに対するよりむしろ、チャネルの帯域に対するＤＭシーケンスにおいて、個別のＯＰＣまたは周波数シフタを使用することも可能である。このように、個別のチャネルではなく、チャネルの帯域の逆転が達成される。したがって、本発明に関して、用語としての「チャネル」は、全信号チャネルの帯域以下の帯域を含む。

本発明により、光学位相共役器の所望の効果を、マルチチャネル通信システムにおけるチャネルの周波数順を逆転する周波数シフトによって達成することが可能となる。

前述のように、本発明は、相補的動作とともにＤＭシーケンスの使用を含む。本発明は、この概念に対して一般的であるが、教示の理由のために本発明は、５つの好ましい実施形態に関して記載される。しかしながら、本発明は、単にそのような実施形態に限定されない。各実施形態に関して、各実施形態を実施するための有用なデバイス組合せが、ＦＳが周波数シフタを示し、Ｄｅｍｕｘがデマルチプレクサであり、Ｍｕｘがマルチプレクサであり、かつＯＰＣが光位相共役器である、第１の実施形態から第５の実施形態に対応する図２、５、８、１１、１２に示されている。

第１の実施形態において、周波数シフタは、２つのＯＰＣを含み、マルチチャネル信号は、第１に、周波数シフトを達成するためにこれら２つのＯＰＣにより順に処理される。（例示の目的で、記載は、３つの異なる中心波長を有する３つのチャネルに関する。しかしながら、特定の実施形態にかかわらず、本発明は、特定のチャネル数に限定されず、３という数は、記載を単純化するためだけに選択されたものである。同様に、２つのＯＰＣ動作が、周波数シフタを例示するために使用される。しかしながら、１つの動作または動作のシーケンスで、そのような周波数シフタを達成することが可能である。周波数シフタが、単一の動作を実行するために使用される単一のデバイスであっても、または多数のデバイスで実行される一連の動作を実行するために使用される単一のデバイスであっても、使用される周波数シフタは、本発明に等しく適用可能である。）

したがって、３つのチャネル３１、３２、および３３に関して、図２において、ポンプ周波数３５を有する第１のＯＰＣにより処理されて、各チャネルの位相は共役され、チャネルはポンプ周波数の周りで鏡像配置され（ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ）、それらの新たな周波数は、それぞれ３１’、３２’、および３３’となる。したがって、図２に示されるように、これらのチャネルは周波数シフトされ、それらの順序は逆転される。第１のＯＰＣからの出力信号は、次に第２のＯＰＣに入力される。第２のＯＰＣは、例えば図３のポンプ周波数３６を有する。ＯＰＣの作用に応じて、各チャネルの位相は共役され、その周波数はポンプ周波数の周りで鏡像配置される。したがって、チャネル３３’は、３３”で示される周波数にシフトされ、３２’は、３２”で示される周波数にシフトされ、３１’は、３１”で示される周波数にシフトされる。さらに、初期的なマルチチャネル信号は、位相共役を２回受けるので、各チャネルの位相は、第１のＯＰＣを通過する前の初期位相と同じである。周波数シフタの、例えば２つのＯＰＣ、全体の効果は、各チャネルについては位相共役はないが、各チャネルの周波数を、チャネル順を変更することなく、３１、３２、および３３から、それぞれ３１”、３２”、および３３”へシフトする。

次に、マルチプレックスされたチャネル３１”、３２”、および３３”はデマルチプレックスされる。しかしながら、周波数シフトの量は、チャネルとともに変更することが可能である。これらのチャネルの全てまたはいくつかは、次に、そのようなチャネルに関して専用に作られた個別のＯＰＣを通る。すなわち、そのようなデマルチプレックスされた各チャネルについてのＯＰＣは、異なるポンプ波長を有し、この位相共役を受けるチャネルは、例えば本質的にその元の周波数に戻るためにシフトされる。（再び記載を容易にするために、議論は、シフトされる３つのデマルチプレックスされたチャネルの全て関するが、これは、本発明の各実施形態において必ずしも必要ではない。すなわち、全てのチャネルの一部だけについてシフトを補償することも可能である。）

したがって、図４に示されるように、チャネル３１”は、ポンプ周波数３７を有するＯＰＣを通過する。結果として得られるチャネル３１’’’は、共役された位相を有し、かつ周波数シフタを通過する前のチャネル３１と実質的に同じ周波数を有する。同様に、チャネル３２”は、ポンプ周波数３８を有するＯＰＣにより処理され、位相共役され、元の周波数３２に実質的に等しい周波数３２’’’にシフトされる。対応する方法において、チャネル３３”は、ポンプ周波数３９を有するＯＰＣを通過し、共役された位相および周波数３３に実質的に等しい周波数を有する周波数３３’’’にシフトされる。（本発明に関して実質的に同一の周波数とは、１２５ＧＨｚｃｍ^−１内の周波数を意味する。）

共役器ＤＭシーケンスの全体の効果は、チャネルについての個別のＯＰＣにより処理されるチャネルの位相を共役し、かつ他のチャネルに依存することなく、各処理されたチャネルの周波数を個別にシフトすることである。（好ましい実施形態において、チャネルは、シフトされて元の周波数に戻るが、全ての実施形態、チャネルの元の順序を維持しかつそれらの位相を共役しながら、元のチャネル周波数ではない周波数にチャネルをシフトすることが可能である。）共役ＤＭシーケンスを相補デバイス、すなわち周波数シフタに組み合わせる結果としての利点は、所望のチャネルの順を維持し、全てのチャネルに関する単一のＯＰＣの使用によって、図２に示されるような、指示された効果に限定されることなくチャネル周波数を調整しながら、選択されたチャネルの位相を共役することである。

第２の実施形態において、共役器ＤＭシーケンスは、相補的な周波数シフタの前に実行される。したがって、図５に示されるように、チャネル６１、６２、および６３は、それぞれポンプ周波数６５、６６、および６７を有するＯＰＣを通って伝播し、対応する周波数６１’、６２’、および６３’で共役された位相を有するチャネルを作り出す。したがって、位相は共役され、周波数はシフトされるが、チャネル順は同一である。次に、チャネルはマルチプレックスされる。この共役器ＤＭシーケンスの後で、相補的な周波数シフト動作またはシーケンスが実行され、例えば図６に示されるように、マルチプレックスされたチャネル６３’、６２’、および６１’は、ポンプ周波数６８を有するＯＰＣを通って伝播される。各チャネルの位相は共役され、周波数はシフトされ、チャネル順は、チャネル６３”、６２”、および６１”を作り出すように逆転される。周波数シフト・シーケンスを完了するために、チャネル６３”、６２”、および６１”は、ポンプ周波数６９を有するＯＰＣを進み、チャネル６３’’’、６２’’’、および６１’’’を作り出す。ＤＭシーケンスおよび相補的な周波数シフタの結果として、各チャネルの位相は、その元のチャネルの位相から共役され、周波数は、例えば元のチャネルの周波数にシフトして戻され、チャネル順は、元と同一である。

第３の実施形態において、第１に、周波数をシフトするシーケンスの一部が実行され、次に、共役器ＤＭシーケンスが実行され、最終的に、周波数シフト・シーケンスの残りが実行される。図８に示されるように、マルチチャネル信号９１、９２、９３は、ポンプ周波数９５を有するＯＰＣを通過する。結果として、全てのチャネルに関する位相の共役が得られ、チャネル順が逆転され、周波数がシフトされる。周波数シフト・シーケンスの一部を完了して、共役器ＤＭシーケンスが実行される。すなわち、チャネル９３’、９２’、および９１’はデマルチプレックスされる。デマルチプレックスされたチャネルは、デマルチプレックスされたチャネル９３”、９２”、および９１”を作るために、ポンプ周波数９６、９７、および９８を有するＯＰＣをそれぞれ通って伝播される。図９に示されるように、ポンプ周波数９６から９８は、チャネル順が逆転されたままであり、周波数が再びシフトされ、各チャネルの位相が元の状態に戻るように選択される。共役器ＤＭシーケンスを完了するために、チャネル９３”、９２”、および９１”はマルチプレックスされる。マルチプレックスされた信号は、周波数シフタ・シーケンスを完了するために、図１０におけるポンプ周波数９９を有するＯＰＣを通って伝播される。チャネル順は逆転され、チャネルの位相は共役され、周波数はシフトされる。結果として、それぞれ元のチャネルはその位相が共役され、チャネル順は乱されず、各チャネル９１’’’、９２’’’、および９３’’’の周波数は、その対応する元のチャネル９１、９２、および９３と実質的に同一である。したがって、ステップが共役器ＤＭシーケンスによって分離される周波数シフトシーケンスの使用は、同様に所望の結果を作る。

第４の実施形態において、図１１におけるチャネル１０１、１０２、および１０３は、それぞれチャネルを１０１’、１０２’、および１０３’にシフトするために、ポンプ周波数１０５を有するＯＰＣ（相補デバイス）によって処理される。チャネル順は逆転され、各チャネルは共役される。チャネル１０１’、１０２’、および１０３’はデマルチプレックスされ、各チャネルは、周波数シフトされてそれぞれ１０１、１０２、および１０３に戻る。そのようなシフトの後で、チャネルは、マルチプレックスされ、周波数シフタＤＭを完了する。合計チャネルは、それぞれ共役されており、元の周波数で同一の周波数順である。

第５の実施形態において、図１２におけるチャネル１１１、１１２、および１１３は、デマルチプレックスされ、それぞれ１１１’、１１２’、および１１３’に個別にシフトされる。したがって、チャネルは、周波数順が逆転され、周波数シフトされるが、位相は共役されない。周波数シフタＤＭを完了するために、これらのチャネルは、次にマルチプレックスされる。マルチプレックスされた信号は、図１３におけるポンプ周波数１１５を有するＯＰＣ（周波数シフタＤＭに対する相補的デバイス）を通って伝播される。したがって、チャネルはそれぞれ共役され、結果として得られるチャネル１１１”、１１２”、および１１３”は、元の周波数１１１、１１２、および１１３に戻る。

前述したように、５つの実施形態は、教示目的のために詳細に記載された。全てのチャネルが、ＤＭシーケンスを受ける必要は必ずしもなく、周波数シフタは、必ずしも２つのＯＰＣである必要はなく、チャネル数は３つである必要はない。さらに、ＤＭシーケンスに使用される周波数に対する周波数シフタ・シーケンスで使用されるポンプの周波数は、組み合わせられた周波数シフトが所望のものであれば、ポンプの特定の周波数は重要ではない。ＯＰＣのポンプ周波数が、処理されるチャネルの２５０ギガビット内ではないことも好ましい。

マルチチャネルの特徴を示す図である。ＯＰＣの効果を示す図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。主題の発明を例示する図である。

Claims

複数のチャネルを有するマルチチャネル光信号を処理する方法であって、
前記複数のチャネルを有するマルチプレックスされた光信号の周波数をシフトするステップ、または前記マルチプレックスされた光信号を位相共役するステップを含む第１の動作を実行するステップ、
前記マルチプレックスされたチャネルをデマルチプレックスするステップ、
前記デマルチプレックスされた信号のうちの少なくとも１つのチャネルに対して、前記第１の動作の相補的な動作を実行するステップ、そして
前記デマルチプレックスされた信号のうちの少なくとも一部をマルチプレックスするステップであって、前記一部が前記デマルチプレックスするステップの後に前記相補的な動作を受けたチャネルを有する、ステップを含み、
前記第１の動作に対する前記相補的な動作とは、前記第１の動作が周波数をシフトする場合に光学的位相共役をとる動作であり、前記第１の動作が光学的位相共役をとる場合に周波数をシフトすることであり、
前記相補的な動作を受けたチャネルの出力周波数順はそれらのチャネルの入力周波数順に一致する方法。
前記周波数シフトするステップが、２つの一次光位相共役器を用いることによって達成される請求項１に記載の方法。
前記一次光位相共役器の１つが、前記デマルチプレックスするステップの前に前記マルチチャネル光信号に作用し、前記一次光位相共役器の１つが、前記マルチプレックスするステップの後に前記信号に作用する請求項２に記載の方法。
前記一次光位相共役器の両方が、前記デマルチプレックスするステップの前に前記マルチチャネル光信号に作用する請求項２に記載の方法。
前記一次光位相共役器の両方が、前記マルチプレックスするステップの後に前記マルチチャネル光信号に作用する請求項２に記載の方法。
前記マルチチャネル光信号の複数のチャネルの各々が、前記デマルチプレックスするステップの後であるが前記マルチプレックスするステップの前に行われる光学的位相共役を受ける請求項１に記載の方法。
前記第１の動作は、光学的位相共役をとる動作である請求項１に記載の方法。
前記第１の動作は、前記デマルチプレックスするステップの前に実行される請求項７に記載の方法。
前記第１の動作は、前記マルチプレックスするステップの後に実行される請求項７に記載の方法。