JP4546785B2 - 広い連続同調範囲を有する可変光遅延線 - Google Patents

Description

本発明は、可変光遅延線に関し、特に広い連続した同調範囲を持つ可変光遅延線に関する。

近年の通信の主な進歩の１つは、遠距離にわたって大量の情報を少ないひずみおよび低コストで搬送する光ファイバ・システムの使用が増加したことである。
光遅延線は、こうした光ファイバ通信システムの重要な構成要素である。光遅延線は、光信号の流れを１つの経路から別の経路に切り替える際の重要な構成要素である。光遅延線はインターネット・アプリケーションのためのパケット交換に使用され、インターネット用パケット・アドレスを認識するために使用する相関フィルタにおけるブロックを形成する。遅延線は、信号の経路指定のタイミングを制御するバッファにも使用される。また、遅延線は、データ・ビットを同期化し、様々な光経路間の分散を補償し、経路間の遅延差を補償するために使用される。

可変遅延線は、様々な遅延が様々な時に求められるために必要とされる。光ネットワークにおける遅延の変化は、光ネットワーク構成要素のダイナミクスに必要とされる変化の他に、たとえば、衛星の軌道、多数の地上アンテナの間隔、または大気のシンチレーションによるＲＦ伝送経路における変化を補償するためにも必要とされる。

従来の可変光遅延線は、連続的に可変ではなく増分式である。典型的な従来の可変遅延線は、それぞれわずかに異なる長さに切断された複数の光ファイバ、およびファイバ経路を選択することによって遅延時間を選択するための光スイッチを備える。長さの差で増分されるため、遅延線は連続的ではなく増分式である。そのため、可変遅延線は求められる正確な遅延の近似のものでしかない。
したがって、広い動的範囲にわたって連続した分解能を提供する改良型可変光遅延線を提供することが有利である。
米国特許第５，６２９，７９９０号 米国特許出願第０９／４１５，１７８号 米国特許出願第０９／５５９，２１６号 米国特許第５，２５９，０５１号 米国特許第５，４２１，９７０号 米国特許第６，２８９，１５１号 米国特許第６，２７５，６２９号

本発明の目的は、一続きの増分的に異なる遅延から選択された遅延を提供する増分可変遅延線、および第１の可変遅延線における遅延の増分を包含する範囲で連続的に可変の遅延を提供する連続可変遅延線を備えた、広い連続同調範囲を有する可変光遅延線を提供することである。

好ましい一実施形態では、第１の可変遅延線は、各経路が他の経路と異なって湾曲されて増分的に異なる遅延を提供する遅延経路のアレイを備える。第２の可変遅延線は、第１の遅延の増分に関して連続して同調可能な同調可能遅延経路である。
本発明の利点、内容、および様々な追加の特徴は、添付の図面と併せて次に詳細に説明する例示の実施形態を検討すれば、さらに十分に明らかになるであろう。
理解されるように、図面は本発明の概念を示す目的のものであって原寸に比例するものではない。

図を参照すると、図１は、連続可変遅延線１２と直列の増分可変遅延線１１を含む広い連続同調範囲を有する可変光遅延線１０を示す概略図である。この増分遅延線１１は、光入力部１３および光出力部１４を有する。信号経路１５を介して与えられる増分制御信号は、光入力部と光出力部の間の遅延経路を選択する。

増分遅延線１１は通常、増分的に異なる経路の長さの複数の光導波経路１１Ａ、およびどの光経路が入力部を出力部に接続するかを決定する１つまたは複数の光スイッチ１１Ｂ、１１Ｃを備える。制御信号は、特定の経路、したがって遅延の増分を選択する。好ましくは、連続した経路間の増分の差が、実質的に等しい増分、たとえばＴ、２Ｔ、３Ｔ、．．．、ｎＴだけ増加または減少する単調な一続きの遅延を形成する。

遅延線１１から増分的に遅延された光は、連続的に可変の遅延線１２も通過する。線１２は、入力部１６、出力部１７、および連続制御信号のための信号経路１８を備える。遅延線１２は、遅延線１１のごくわずかな範囲にわたって光を同調することができるが、遅延線１１の連続同調範囲を選択して、たとえば範囲（０、Ｔ）など、線１１内の連続して増分される遅延の間の遅延における分離を包含することができる。その結果、線１１と１２の直列の組合せにより、遅延線１１の範囲を超える範囲で可能な遅延を全て実際に起こすことができる。したがって、このデバイスは、連続遅延線１２によって生成することができる範囲よりもはるかに広い連続同調範囲を提供するものである。線１１または１２はいずれも最初に直列でデバイス１０を形成することができることを留意されたい。

図２は、図１の実施形態で使用するための有利な増分可変遅延線１１を示す図である。
遅延線１１は、制御可能な走査ミラー２１２およびミラー・アレイ２１３からなるマイクロメカニカル・ミラー・スイッチ（ＭＥＭｓスイッチ）など光スイッチ２１１を備える。この遅延線はさらに、ファイバ遅延経路の１つまたは複数のファイバ・アレイ２１４Ａ、２１４Ｂを備える。以下で示すように、各ファイバ・アレイは、複数のファイバ経路を含む。各ファイバ経路は、アレイ内でファイバが他のファイバと異なって湾曲されている湾曲領域２２１、アレイ内でファイバが他のファイバに対して平行である１つまたは複数の第２の領域２２２Ａ、２２２Ｂ、および反射器２２５を含む。このアレイは、各ファイバ経路が、アレイ内の他の経路と異なる遅延を伴った入力信号を反射するように設計されている。コリメータ・レンズのアレイ（図示せず）は、ファイバ・アレイに出入りする光を結合する。

適したＭＥＭｓミラー・スイッチおよびその製作は、たとえば、参照により本明細書に組み込む、１９９７年５月１３日に発行のＮｕｋｅｒｍａｎｓ他の米国特許第５，６２９，７９９０号に記載されている。適したスイッチは、１９９９年１１月８日にＶ．Ａｋｓｙｕｋによって出願された米国特許出願第０９／４１５，１７８号、および２０００年４月２６日にＧｒｅｙｗａｌｌによって出願された米国特許出願第０９／５５９，２１６号にも記載されており、この両方を参照により本明細書に組み込む。

ファイバ・アレイ２１４Ａおよび２１４Ｂは、製造における重要な利点がある。各アレイは、当技術分野で周知の技法を用いてコンピュータで作成する光ファイバ回路として簡単に製作することができる。実質的に、コンピュータが、各ファイバを接着剤を被覆した基板（図示せず）上に逐一配置するように案内する。このプロセスは、参照により本明細書に組み込む、１９９３年１１月２日に発行のＪ．Ｂｕｒａｃｋ他の米国特許第５，２５９，０５１号、および１９９５年６月６日に発行のＷ．Ｈｏｌｌａｎｄの米国特許第５，４２１，９７０号に詳細に記載されている。

反射器２２５は、紫外光でのサイドライティング（ｓｉｄｅｗｒｉｔｉｎｇ）など従来の方法でファイバ内に形成された従来のブラッグ格子でもよい。領域２２２Ｂでファイバを平行に方向付ける重要な利点は、格子をファイバ・リボンの同じ横方向の断面に沿って整列させることができることである。これは、リボン、たとえば２１４Ａ、２１４Ｂを横切る格子を全て単一のＵＶ照射で形成することができるという重要な作用を持つ。あるいは、反射器２２５はミラーまたはミラーの被覆でもよい。

図２を参照して、増分可変遅延線１１の操作を次に説明する。入力光信号は、入力ファイバ１３を介して加えることができる。入力光信号は、光サーキュレータ２２を通過し、走査ミラー２１２に当たる。ミラー２１２を制御して、信号をミラー・アレイ２１３に向け、ミラー・アレイ２１３は、入力信号を所望の遅延をもたらすファイバ・アレイのファイバ経路に反射する。信号は、ファイバ経路内に伝播され、反射器２２５によって反射される。信号は、反射されて、ファイバ経路から再び現れ、ミラー２１３および２１２から反射され、コリメータ２３を通過し、サーキュレータ２２によって出力ファイバ１４に再び方向付けられる。

連続的に同調可能な遅延線は、オール・パス・フィルタおよび同調可能なチャープド・グレーティングなど、多様な連続的に同調可能な光遅延デバイスの任意のものでもよい。図３は、有利な連続的に同調可能な多段オール・パス・フィルタ（ＡＰＦ）３０を示す。ＡＰＦ３０は、好ましくは環状カスケード構造であって、各環状共振器３１（連続遅延長）が独立して光導波経路３２に結合され、各共振器の光経路の長さ、したがって遅延をそれぞれの移相器３３によって調整することができる。移相器は、電気光学装置または熱光学装置でもよく、あるいは電流注入によるものでもよい。こうした同調可能なＡＰＦ遅延デバイスの構造および操作は、２００１年９月１１日に発行のＫａｚａｒｉｎｏｖ他の米国特許第６，２８９，１５１号、名称「Ａｌｌ Ｐａｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ」に詳細に述べられている。米国特許第６，２８９，１５１号を参照により本明細書に組み込む。あるいは、連続的に同調可能な遅延線１２は、図４で示したように、同調可能なチャープド・ブラッグ格子を含むことができる。線１２は同調可能なチャープド・ブラッグ格子４０を実質的に含む。加熱器４１など制御要素を使用して、格子に沿った連続摂動の間の経路の長さを制御し、換言すれば、入力光信号がサーキュレータ４２を通って出力部に反射されて戻る前に入力光信号が通る経路の長さを制御する。制御要素４１は、格子に熱的に結合された加熱器でもよい。こうした同調可能な遅延デバイスの構造および製作は、参照により本明細書に組み込む、２００１年８月１４日に発行のＢ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎ他の米国特許第６，２７５，６２９号の名称「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｗｉｔｈ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｃｈｉｒｐ」に記載されている。例示の実施形態では、ファイバは、１８０°曲げられて基板上で経路指定されている。各ファイバには、１００％近くの光信号を反射するブラッグ格子が書き込まれている。この格子は、１８０°湾曲した湾曲領域の後の、ファイバが直線になっているところのファイバに書き込まれている。ファイバ・グレーティングは、ファイバ全てに関してファイバの入力端部と格子の間の距離が同じであるように配置される。隣接するファイバは接触して、変化する湾曲部の半径から生じる遅延の差が、ファイバ・アレイのピッチ０．２５ｍｍによる往復経路に対して８ｐｓであるようになされている。ｌｘｎスイッチ、たとえばＭＥＭＳスイッチは、スイッチからの出力ファイバをアレイのファイバに接続するマス（ｍａｓｓ）融着接続機を使用してファイバ・アレイに接続される。マス融着接続機を使用すると、スイッチからファイバ・アレイの入力部までの等しい経路の長さが得られる。反射された信号は、入力部にあるサーキュレータによって入力信号から分離される。ファイバからファイバへの遅延の増分は、往復遅延増分８ｐｓ、およびスイッチによるチャネル間の可変の遅延からなる。反射された信号をサーキュレータから、連続する遅延の増分に適合させることができるオール・パス・フィルタに経路指定することができる。このオール・パス・フィルタ並びに経路の長さの差の任意の他のソースを使用して、スイッチとファイバに基づく遅延の組合せから得られた大まかな増分の間の遅延を微調整することができる。ファイバに基づく遅延は、（スイッチを含む）最初の遅延の増分１０〜２０ｐｓから１０ｎｓまでで起こすことができる。たとえば、１０００本のファイバを角度１８０°で経路指定した場合、最も内側のファイバと最も外側のファイバの間の遅延の増分は８ｎｓである。

この実施形態には多くの代替変形形態がある。（加熱スイッチを介して、または格子を拡張することによって）伝送状態から反射状態に切り替えることができる多数の格子を各ファイバに書き込むことができる。これを用いて、約数１０から数１００ｐｓの遅延段を得ることができる（たとえば、間隔を１０ｃｍ開けた格子は０．５ｎｓの遅延段をもたらす）。それによって、より少ないファイバで広い範囲の遅延を作ることができるようになる。次いで、こうした１つのアレイ内の選択されたファイバ上の選択された格子から反射された出力信号を経路指定してオール・パス・フィルタを通し、遅延の増加を微調整することができる。

可変の遅延は、たとえば様々な長さのファイバを基板上で経路指定し、ファイバの出力端部をｎｘ１スイッチに接続することによって、格子を使用せずに作ることもできる。次いで、そのスイッチからの出力信号をオール・パス・フィルタ・デバイスを通して伝送して遅延を微調整することができる。

理解されるように、上記の実施形態は、本発明の適用例を示すことができる多くの可能な特定の実施形態の一部の例示にすぎない。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多数の多様な他の構成を作成することができる。

本発明による可変光遅延線を示す概略図である。 図１の実施形態で使用するための有利な増分遅延線を示す図である。 図１の実施形態で使用するための有利な連続遅延線を示す図である。 代替の連続遅延線を示す図である。

Claims (8)

1. 連続同調範囲が拡げられた可変光遅延線であって、
   遅延増分の倍数で長さが異なる複数の独立した遅延長から選択された増分遅延長の分だけ受信光信号を遅延させるように構成された増分可変光遅延線、及び
   前記増分可変遅延線に光学的な結合によって結合され、前記遅延増分を含む範囲の複数の連続遅延長から選択された連続遅延長の分だけ前記受信光信号を遅延させるように構成された連続可変光遅延線
   を備え、
   前記光学的な結合が、前記複数の独立した遅延長を含む範囲にわたって連続する選択可能な遅延長の範囲を与えるように前記増分遅延長が前記連続遅延長に付加された直列結合である、可変光遅延線。
   
2. 前記増分可変光遅延線が、さらに、前記増分遅延長に対して前記光信号を切り替える光スイッチを備える、請求項１に記載の可変光遅延線。
   
3. 前記複数の独立した遅延長が、さらに、平行の経路の少なくとも１つの領域、および各経路の曲率が異なるため増分的に異なる経路の長さがもたらされる第２の領域を有する１組の経路を備える、請求項１に記載の可変光遅延線。
   
4. 前記連続可変光遅延線がオール・パス光フィルタを備える、請求項１に記載の可変光遅延線。
   
5. 前記オール・パス・フィルタが、光導波路に光学的に結合された複数の環状共振器を含む多段オール・パス・フィルタを備える、請求項４に記載の可変光遅延線。
   
6. 前記連続可変光遅延線がチャープド・グレーティングを含む、請求項１に記載の可変光遅延線。
   
7. 前記連続可変光遅延線がオール・パス光フィルタを備える、請求項２又は３に記載の可変光遅延線。
   
8. 前記連続可変光遅延線が、光導波路に光学的に結合された複数の環状共振器を含む多段オール・パス光フィルタを備える、請求項３に記載の可変光遅延線。

Images