JP4571291B2 - 「0」でのノイズを制限するrz信号光再生器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ光伝送の分野に関し、より詳細には、ファイバ光伝送システムでの光再生に関する。本発明は特に、RZ(ゼロ復帰)信号伝送システム、例えばソリトン信号伝送システムに適用される。高い論理値の伝送に対応するRZ信号は、パルスまたは「1」と呼ばれる。信号の不在は、低い論理値の伝送に対応し、「0」と呼ばれる。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバの異常分散を有する部分でのソリトンパルス(ソリトン)の伝送は、当技術分野で知られている現象である。ソリトンは、sech2形状を有するパルス信号である。このパルス形状では、ファイバのその対応部分での非線形が、光信号の分散を補償する。シュレーディンガー非線形方程式を使用してソリトンの伝送をモデル化することが、当技術分野で知られている。分散管理ソリトン伝送システムも提案されている。そのようなシステムは、数千キロメートルにわたって周期的に反復される分散パターンを使用する。異常分散(正の分散)ファイバが、異常分散ファイバでのほとんど全ての累積異常分散を補償する通常分散(負の分散)ファイバに続く。したがって信号は、高い局所分散を有してファイバ内を伝搬するが、全体の平均分散は非常に低い。この種の伝送スキームは、(平均分散が低いため)ジッタの効果を有意に低減し、(局所分散が高いため)チャネル間の衝突の効果を有意に低減し、信号対雑音比を改善して、システムのスペクトル効率を高める。上の種類のシステムは、例えば、N.J.SmithおよびN.J.Doranによる論文(Journal of Lightwave Technology,vol.15,No.10(1997),p.1808以降)に記載されている。
【0003】
ジッタを補正するためにクロック信号(クロック)によってソリトン信号を同期変調することがすでに提案されている。強度変調は、例えば、H.KubotaおよびM.Nakasawaによる論文(IEEE Journal of Quantum Electronics,vol.29,No.7(1993),p.2189以降)に記載されている。N.J.SmithおよびN.J.Doranによる論文(Optical Fiber Technology,1,p.218(1995))が位相変調を提案する。
【0004】
ファイバ光伝送システムにおいて生じる問題は、光信号が、生成されるとき、伝送されるとき、または交換されるときに、より一般的には伝送システムでの光処理時に受けるひずみである。強度変調による光再生は、ビットの時間窓の中心で極大強度になり、時間窓の縁部で低い強度になる信号を各ビットに加えることによって、このひずみに関する問題を解決することを狙いとする。
【0005】
しかし、強度変調は、特にRZ信号の「0」に関して、完全に十分な解決策を提供しない。「0」でのノイズ、すなわちゼロのビット、つまり信号を有さないビットに対応する時間窓でのノイズは、特に海洋横断伝送システムでは完全になくならない。時々「ファントム(phantom)」ピークと呼ばれる信号が残る。
【0006】
さらに、標準的な光再生器では、強度変調が振幅揺らぎを高め、振幅ノイズは、再生に続く狭いフィルタによって安定化される。振幅ノイズの安定化の質は、標準のシュレーディンガー方程式伝搬を使用するソリトン信号伝送システムに適する。しかし、このタイプの伝送は、局所的にシュレーディンガーソリトン伝送よりもはるかに非線形性が小さく、その結果フィルタの効率を低減させるため、分散管理ソリトン信号伝送システムでは問題となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この「0」の伝送でのノイズの問題に対する解決策を提案する。本発明は、「ファントム」ピークをなくすることによってノイズをなくする。
【0008】
本発明はまた、RZ信号の「1」での振幅揺らぎを減少させ、特に、分散管理ソリトン信号伝送システムでの「1」の振幅を効率的に安定化させる。RZ信号の「1」での振幅ノイズのこの実質的な抑制は、本発明の再生器の後ろの狭いフィルタをなくする可能性を伴う。フィルタを再生器と関連付けないでよいことは、特に、この種のスキームが、標準シュレーディンガーソリトン信号伝送においてだけでなく、分散管理ソリトン信号伝搬においても妥当であるので、本発明の強みの1つである。
【0009】
したがって、本発明は、特にシュレーディンガーソリトンまたは分散管理ソリトンにおいて、フィルタを使用する必要なく、RZ信号の「0」での「幻影」ピーク(「0」での局所ノイズ)をなくし、RZ信号の「1」での振幅を安定化させる解決策を提案する。
【0010】
【課題を解決するための手段】
より厳密には、本発明は、RZ光信号伝送システム用の再生器であって、信号に信号の強度に応じて相対時間シフトを加えるための手段と、相対時間シフトされた信号を変調するための強度変調器とを含み、「0」値に対応する信号と「1」値に対応する信号との相対時間シフトは、「0」値に対応する信号に関する変調強度が「1」値に対応する信号に関する変調強度よりも小さくなるようなものである再生器を提案する。
【0011】
一実施形態では、「0」値に対応する信号と「1」値に対応する信号との相対時間シフトが、「0」値に対応する信号に関する変調強度が極小になり、「1」値に対応する信号に関する変調強度が極大になるようなものである。
【0012】
他の実施形態では、「0」値に対応する信号と「1」値に対応する信号との相対時間シフトが、「0」値に対応する信号に関する変調強度が「1」値に対応する信号に関する変調強度よりも少なくとも6dB小さくなるようなものである。
【0013】
変調器の変調信号は、ビット時間に等しい周期を有する正弦信号であることが好ましく、「0」値に対応する信号と「1」値に対応する信号との相対時間シフトは、ビット時間の半分に等しい。
【0014】
他の実施形態では、再生器がさらに、出力が相対時間シフト手段に接続された増幅器を含む。
【0015】
相対時間シフト手段が非線形媒体、例えばカルコゲナイドファイバを含むことが有利である。
【0016】
一実施形態では、非線形媒体が、(Tbit/2)×(c/LNL)×(Seff/I1)に等しい非線形の屈折率n2を有し、ここでTbitはビット時間であり、cは光の速度であり、LNLは非線形媒体の長さであり、Seffは有効断面積であり、I1は、「1」値に対応する信号の目標値強度である。
【0017】
非線形媒体は光セルであってもよい。
【0018】
本発明はまた、RZ光信号伝送システム用の再生方法であって、信号を信号の強度に応じてお互いに対し相対的に時間シフトするステップと、相対時間シフトされた信号を強度変調するステップとを含み、「0」値に対応する信号と「1」値に対応する信号との相対時間シフトは、「0」値に対応する信号に関する変調強度が「1」値に対応する信号に関する変調強度よりも小さくなるようなものである再生方法を提案する。
【0019】
有利には、相対時間シフトするステップが、「0」値に対応する信号に関する変調強度が極小になり、「1」値に対応する信号に関する変調強度が極大になるように、「0」値に対応する信号を「1」値に対応する信号に対して相対時間シフトすることを含む。
【0020】
相対時間シフトするステップは、「0」値に対応する信号に関する変調強度が「1」値に対応する信号に関する変調強度よりも少なくとも6dB小さくなるように、「0」値に対応する信号を「1」値に対応する信号に対して相対時間シフトすることを含むこともできる。
【0021】
一実施形態では、変調ステップが、周期がビット時間に等しい正弦信号による変調を含み、相対時間シフトするステップが、「0」値に対応する信号と「1」値に対応する信号との間に、ビット時間の半分に等しい相対時間シフトを加えることを含む。
【0022】
再生器はさらに、シ相対時間フトするステップの前に増幅ステップを含むことが好ましい。
【0023】
一実施形態では、相対時間シフトするステップが、信号を、光ファイバ、例えばカルコゲナイドファイバの形態での非線形媒体などの非線形媒体に通すことを含む。
【0024】
有利には、非線形媒体が、(Tbit/2)×(c/LNL)×(Seff/I1)に等しい非線形の屈折率n2を有し、ここでTbitはビット時間であり、cは光の速度であり、LNLは非線形媒体の長さであり、Seffは有効断面積であり、I1は、「1」値に対応する信号の目標値強度である。
【0025】
相対時間シフトするステップは、信号を光セルの形態での非線形媒体に通すことを含むこともできる。
【0026】
本発明の他の特徴および利点は、例として与えられた本発明の実施形態の以下の説明を、添付図面を参照しながら読めば明らかになる。
【0027】
【発明の実施の形態】
RZ信号のゼロでのノイズを減少させるために、本発明は、RZ信号の強度に応じて、RZ信号間に時間遅延を発生させ、その後RZ信号を強度変調することを提案する。時間遅延が加えられ、それにより強度変調の極大強度が平均振幅の「1」に対応するパルスに加えられ、極小強度が「0」に加えられる。したがって本発明は、「0」でのノイズを有意に減少する。さらに、時間遅延がパルスの強度に依存するため、本発明は、「1」のビットの強度変動の補正も行う。本発明は、パルスにパルスの強度に応じて時間遅延を加えるために、高い非線形性をもつ媒体を使用することを提案する。
【0028】
図1は、RZ信号の概略図であり、時間、または伝送システムに沿った距離が横座標軸にプロットされ、強度が縦座標軸にプロットされている。この図は、図の右から左へ、連続的に伝送される値1、0、1、1、0を有する5つのビットを示す。RZ信号に関して標準的に行われるように、「1」は、高い強度ピークを有するパルスによって符号化され、「0」は、パルスの不在によって符号化される。それにもかかわらず、図に示されるように、「0」で、より低い強度ピークを有するパルスが現れる。上に述べたように、本発明の1つの目的は、そのようなピークの強度をさらに低減することである。
【0029】
図2は、本発明による再生器の概略図である。再生器は、RZ信号を信号の強度に応じてお互いに対し相対的にシフトさせるための手段4を含み、手段4の出力で供給される信号が強度変調器6に渡される。図1の実施形態はさらに、手段4の上流に増幅器2を含む。増幅器は、当技術分野で知られているタイプのものである。強度変調を加えるために、当技術分野で知られている任意のタイプの変調器、例えば上に引用した論文に記載されている変調器を使用することができる。
【0030】
有利には、手段4が高い非線形性をもつ媒体を含み、カー効果(Kerr effect)により、以下の法則に従って屈折率が伝送信号の強度に応じて変化する。
【0031】
n(I)=n0+n2×I
上の数式において、n0は媒体の線形屈折率であり、n2は媒体の非線形屈折率であり、Iは信号の強度である。上の種類の変動法則は、比較的低い強度のパルスに関してよりも、比較的高い強度パルスに関して高い屈折率を生む。非線形媒体の伝搬速度は屈折率に反比例するため、「0」に対応する比較的低い強度パルスが、「1」に対応する比較的高い強度パルスよりも速く伝搬する。手段4の出力での、「0」に対応する信号と「1」に対応する信号との相対時間シフトは、媒体の適切な選択によって、かつ必要であれば増幅器2による信号の前置増幅によって規定される。この相対時間シフトは、ビット時間の半分(Tbit/2)に等しいと有利である。
【0032】
図3は、図2の再生器で図1の信号に加えられる強度変調の概略図である。座標軸は図1と同じである。図2は、ビット時間の半分に等しい「0」と「1」の間の相対時間シフトを示す。強度変調信号は、図2に太線で示され、この例では標準的な正弦波である。この図は、「1」に対応する比較的高い強度パルスが、ビット時間に、かつ変調信号の強度極大に中心を合わされていることを示す。一方、「0」に対応する比較的高い強度パルスは、変調信号の強度極小に中心を合わされる。これは、比較的高い強度パルスにロックされ、比較的低い強度パルスにはロックされていない変調器クロックを回復することによって達成される。したがって、本発明は、従来技術の再生器のように「1」に対応するパルスの強度を変調する。また、信号の「0」でのノイズを減少させる。
【0033】
内容に関しては入力信号と同一であり、しかし「1」が再生され、「0」のノイズがなくされた、または有意に減少したRZ信号が、強度変調器の出力で、または本発明による再生器の出力で得られる。
【0034】
本発明はまた、次に図4から6を参照して説明するように、「1」に対応する比較的高い強度パルスの振幅揺らぎを減少させる。図4は、振幅変動を受けている3つの「1」のビットの概略図である。例として示される3つのパルスは、異なる強度I1、I2、I3を有し、I2<I1<I3である。強度値I2がパルスの通常の平均値に対応し、他の2つのパルスの強度は高すぎる。高い非線形性を有する手段4に入る際、より高い強度を有する第1および第3のパルスは、よりゆっくりと伝搬し、伝搬の開始時に規定されたビット時間の中心に対する時間遅延を伴って到着する。すなわち、初期ビット時間(すなわち、時間遅延手段4に入る直前に定義された時間)の中心に対する第3のパルスの時間遅延は、初期ビット時間の中心に対する第2のパルスの時間遅延よりも大きく、第3のパルスの強度I3は、第2のパルスの強度I2よりも大きい。第1のパルスは、初期ビット時間の中心に対して相対時間シフトされない。これは、信号が「1」と「0」の論理シーケンスとして見られるためである。振幅揺らぎによって汚染されるため、「1」の強度はランダムである。「1」の強度の振幅揺らぎは、分散と平均値によって特徴付けられるガウス分布によってモデル化することができる。クロック回復は、強度が平均値に近いパルスに加えられる。クロック回復は、強度が平均値から離れているパルスではなく、強度が平均値に近いパルスにロックすることになる。図5に示されるように、図3と同じ規則(convention)を使用して、第2のパルスが強度変調信号の極大に中心を合わされ、しかし第2のパルスに対して遅延された第1および第3のパルスは、変調信号の極大に対して相対時間シフトされ、したがってクリップされる。
【0035】
図6は、図5に示される変調の結果の概略図である。第1および第3のパルスがクリップされ、ビット時間に再び中心を合わせされて、3つのパルスが同じ強度になる。したがって、本発明は「0」でのノイズを減少させるだけでなく、「1」間の強度揺らぎを減少させる。
【0036】
本発明の再生器が、より大きい強度のパルスをクリップすることによってパルス間の強度揺らぎを減少させることは、図4から6を参照して与えられた説明から明らかである。再生器内の増幅器2の存在が、信号の適切な増幅を可能にし、それにより全ての「1」についての強度のガウス分布の平均値に強度が近い「1」が、強度変調器の変調極大に中心を合わされた状態になる。したがって、本発明は、狭いフィルタを必要とすることなく、信号の振幅ノイズを減少させるが、それはシステムでの分散に依存せず、したがって任意のタイプのRZ信号光伝送システム、特に分散管理ソリトン信号伝送システムに適用される。
【0037】
本発明による変調器の様々な構成要素を、以下により詳細に記述する。前述の図を参照して説明したように、再生器の最適な構成では、高い非線形性をもつ媒体から出る時の「0」と「1」の相対時間シフトは、ビット時間の半分に等しい。この条件は当然、変調信号の形状によって決まり、正弦信号、または極大の1つに関して対称性のある信号に対応する。この条件が厳密に満たされていない場合にも本発明が依然として動作可能であることは明らかである。変調強度が極小である、例えば極大変調強度と比べて少なくとも6dB低い強度変調信号の時間プロファイルの部分に信号の「0」が達した場合、十分な結果を得ることができる。
【0038】
「0」と「1」の間の相対時間シフトを加えるために使用される高い非線形性をもつ媒体の特性は、以下のように決定することができる。
【0039】
長さLNLの媒体での「0」と「1」の伝搬時間の差は、
Δτ=LNL/v(I1)−LNL/v(I0) (1)
と書ける。
【0040】
上の数式で、v(I1)およびv(I0)は、それぞれ非線形媒体での「1」および「0」の速度である。
【0041】
これらの速度は、媒体の屈折率に反比例し、以下のように書くことができる。
【0042】
n(I)=n0+(n2/Seff)×I (2)
上の数式は、前述のものと同じ表記を使用するが、光ファイバでの伝搬に関するものであり、Seffはファイバの有効断面積である。数式(1)と(2)を組み合わせることにより、cを光の速度として以下の数式を得る。
【0043】
Δτ=LNL×(n0+(n2/Seff)×I1)/c−LNL×(n0+(n2/Seff)×I0)/c
Δτ=(LNL/c)×(n2/Seff)×(I1−I0)
I0≒0とすると、「0」に対応するパルスの強度が低く維持される。
【0044】
Δτ=(LNL/c)×(n2/Seff)×I1 (3)
ビット時間の半分(Tbit/2)に等しい相対時間シフトΔτを選択することによって、n2に関して以下の数式が得られる。
【0045】
n2=(Tbit/2)×(c/LNL)×(Seff/I1) (4)
上の数式を使用して、非線形媒体の特徴、特に非線形屈折率、長さ、有効断面積を決定する。
【0046】
例えば、ビット時間Tbitを25ps、非線形媒体の長さLNLを10km、有効断面積Seffを50μm2、および強度I1を100mW(20dBm)とすると、c=3×108m/sとして数式(4)から
n2=1.875×10−16m2/W
となる。
【0047】
または、ビット時間Tbitを25ps、非線形媒体の長さLNLを20km、有効断面積Seffを20μm2、および強度I1を1000mWとすると、数式(4)から
n2=3.75×10−18m2/W
となる。
【0048】
標準の光増幅器の出力で、例えばエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)の出力で電力1000mW(30dBm)を得ることができる。
【0049】
上の値を、2.5×10−20m2/W程度である標準のファイバに関する非線形の屈折率の標準の値と比較すべきである。これらは、新たな非線形材料、例えばカルコゲナイド(As2S3)を使用して達成することができる。これらの材料は、上の計算例によって示されるように、5×10−18m2/W程度の非線形の屈折率値を提供し、それが適切である場合がある。
【0050】
光ファイバの形態でない非線形媒体、例えば高い非線形性をもつ媒体を含む光セルを使用することも可能である。これは、非線形の高い屈折率を有する材料を使用することを可能にし、伝搬の長さを減少させる。非線形材料として、例えばCS2を使用することができる。
【0051】
当然、本発明は、上で述べられ図示された例および実施形態に限定されず、当業者に明らかである多くの変形例に対して開かれている。具体的には、相対時間シフトの値を、本明細書で例として与えた値に関して変化させることができる。
相対時間シフト値の選択は、変調の形態、および「1」に対する「0」の必要な減衰によって決まる。
【図面の簡単な説明】
【図1】RZ信号の概略図である。
【図2】本発明による再生器の概略図である。
【図3】図1の信号に加えられる図2の再生器での強度変調信号の概略図である。
【図4】振幅変動を受ける「1」である3つのビットの概略図である。
【図5】図4の信号に加えられた、本発明による強度変調信号の概略図である。
【図6】変調の結果の概略図である。
【符号の説明】
2 増幅器
4 時間遅延手段
6 強度変調器
Claims (16)
- RZ光信号にRZ光信号の強度に応じて相対時間シフトを加えるための相対時間シフト手段と、相対時間シフトされた信号を変調するための強度変調器とを含み、「0」値に対応するRZ光信号と「1」値に対応するRZ光信号との前記相対時間シフトは、前記「0」値に対応するRZ光信号に関する変調強度が前記「1」値に対応するRZ光信号に関する変調強度よりも小さくなるようなものであるRZ光信号伝送システム用の再生器。
- 前記「0」値に対応するRZ光信号と前記「1」値に対応するRZ光信号との前記相対時間シフトが、前記「0」値に対応するRZ光信号に関する変調強度が極小になり、前記「1」値に対応するRZ光信号に関する変調強度が極大になるようなものである請求項1に記載の再生器。
- 前記「0」値に対応するRZ光信号と前記「1」値に対応するRZ光信号との前記相対時間シフトが、前記「0」値に対応するRZ光信号に関する変調強度が前記「1」値に対応するRZ光信号に関する変調強度よりも少なくとも6dB小さくなるようなものである請求項1または2に記載の再生器。
- 前記強度変調器の変調信号が、ビット時間に等しい周期を有する正弦信号であり、前記「0」値に対応するRZ光信号と前記「1」値に対応するRZ光信号との前記相対時間シフトが、ビット時間の半分に等しい請求項1から3のいずれか一項に記載の再生器。
- さらに、出力が前記相対時間シフト手段に接続された増幅器を含む請求項1から4のいずれか一項に記載の再生器。
- 前記相対時間シフト手段が非線形媒体を含む請求項1から5のいずれか一項に記載の再生器。
- 前記非線形媒体が、光ファイバ、例えばカルコゲナイドファイバである請求項6に記載の再生器。
- 前記非線形媒体が、(Tbit/2)×(c/LNL)×(Seff/I1)に等しい非線形の屈折率n2を有し、ここでTbitはビット時間であり、cは光の速度であり、LNLは非線形媒体の長さであり、Seffは有効断面積であり、I1は、「1」値に対応するRZ光信号の目標値強度である請求項7に記載の再生器。
- RZ光信号をRZ光信号の強度に応じてお互いに対して相対的に時間シフトするステップと、相対時間シフトされたRZ光信号を強度変調するステップとを含み、「0」値に対応するRZ光信号と「1」値に対応するRZ光信号との相対時間シフトは、前記「0」値に対応するRZ光信号に関する変調強度が前記「1」値に対応するRZ光信号に関する変調強度よりも小さくなるようなものであるRZ光信号伝送システム用の再生方法。
- 前記相対時間シフトするステップが、前記「0」値に対応するRZ光信号に関する前記変調強度が極小になり、前記「1」値に対応するRZ光信号に関する前記変調強度が極大になるように、前記「0」値に対応するRZ光信号を前記「1」値に対応するRZ光信号に対して相対時間シフトすることを含む請求項9に記載の方法。
- 前記相対時間シフトするステップが、前記「0」値に対応するRZ光信号に関する前記変調強度が前記「1」値に対応するRZ光信号に関する前記変調強度よりも少なくとも6dB小さくなるように、前記「0」値に対応するRZ光信号を前記「1」値に対応するRZ光信号に対して相対時間シフトすることを含む請求項9または10に記載の方法。
- 前記変調ステップが、周期がビット時間に等しい正弦信号による変調を含み、前記相対時間シフトするステップが、前記「0」値に対応するRZ光信号と前記「1」値に対応するRZ光信号との間に、前記ビット時間の半分に等しい相対時間シフトを加えることを含む請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。
- さらに、相対時間シフトするステップの前に増幅ステップを含む請求項9から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記相対時間シフトするステップが、前記RZ光信号を非線形媒体に通すことを含む請求項9から13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記相対時間シフトするステップが、前記RZ光信号を、光ファイバ、例えばカルコゲナイドファイバの形態での非線形媒体に通すことを含む請求項14に記載の方法。
- 前記非線形媒体が、(Tbit/2)×(c/LNL)×(Seff/I1)に等しい非線形の屈折率n2を有し、ここでTbitはビット時間であり、cは光の速度であり、LNLは非線形媒体の長さであり、Seffは有効断面積であり、I1は、「1」値に対応するRZ光信号の目標値強度である請求項15に記載の方法。
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