JP4657616B2 - 記号間干渉を軽減するマルチチャネル光イコライザ - Google Patents

Description

本発明は、概して光学等化構成に関し、特に、記号間干渉を軽減するマルチチャネル光イコライザを実現する方法および装置に関する。

これは、２００３年３月２０日に出願され、Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ１４−２９−６６−３、第１０／３９３４８３号として識別された同時係属特許出願の一部継続出願である。

デジタル通信システムにおける様々な障害を軽減するための電気ドメインにおけるイコライザは公知である［付録の参考文献１〜３を参照されたい］。光学ドメインにおけるイコライザが提案されているが、実証されていない［４］。この提案されたイコライザは、複雑な最適化アルゴリズムによって選択される多数の調整可能な相パラメータを有する多段格子フィルタであり、一度に１つの波長チャネルしか補償しない。色分散（ＣＤ）補償板［５〜７］や偏光モード分散（ＰＭＤ）補償板などの単一障害光学補償板［４ａ］が実証されているが、これらは一度に１つの障害の原因にしか対処しない。
Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ１４−２９−６６−３、第１０／３９３４８３号

多波長信号の多数の波長チャネルを補償することができ、かつ調整可能なパラメータをほとんど必要としない、記号間干渉を軽減する単純なマルチチャネル光イコライザが必要である。

本発明によれば、多波長信号の多数の波長チャネルを補償することができ、かつ調整可能なパラメータをほとんど必要としない、記号間干渉を軽減するそれほど複雑でない単一チャネルまたはマルチチャネル光イコライザを実施する方法および装置が開示される。本発明の他の態様によれば、半導体光学増幅器を光イコライザと一緒に使用する際、本発明の光イコライザは、半導体光学増幅器のオーバシュートおよび信号遷移劣化を補償することができる。本発明のイコライザ方法および装置は極めて単純であり、２つの制御信号（特別な場合には４つ）しか有さず、しかも多数の波長チャネルを同時に補償することができる。一実施態様では、本発明のイコライザは、重ならないスペクトル範囲が５０ＧＨｚの単一のマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）と同調可能なカプラとを含んでいる。電気イコライザ用語では、本発明のイコライザは単一タップ線形イコライザ［３］である。本発明のイコライザは、記号間干渉の影響を受ける非零復帰（ＮＲＺ）伝送フォーマット、搬送波抑圧零復帰（ＣＳＲＺ）伝送フォーマット、および場合によってはその他の伝送フォーマットの性能を大幅に向上させる。本発明のイコライザは、送信器および／または受信器の不完全性、フィルタの狭帯域化、ＣＤ、およびＰＭＤによる障害を含む、多数の障害を同時に軽減することができる。本発明のイコライザは特に、非零復帰（ＮＲＺ）振幅変調（ＡＳＫ）フォーマットを大幅に向上させる。このことは、これが生成および検出のためのコストが最も安いフォーマットであるため重要である。

特に、本発明の光信号イコライザは、光学系において事前に選択された変調ビット・レートで変調された１つまたは複数の受信信号を同時に等化し、かつ本発明の光信号イコライザは、
光を２つ以上の部分に分割する可変結合率を持つ第１のカプラと、
各アームが１つの部分を受け取り、少なくとも１つのアームが、１／Δｆ（Δｆは光学系で利用される互いに隣接する波長間のチャネル間隔である）の整数倍数に等しい追加の遅延を有する、２つ以上のアームを有する制御可能な干渉計と、
そのアームを通過する光の相対的な位相を調整する制御可能な遅延ユニットを有する少なくとも１つのアームと、
各アームからの信号を組み合わせる第２のカプラとを備えている。

他の実施態様では、事前に選択された変調ビット・レートで変調された受信光信号を等化する光信号イコライザは、２つ以上のイコライザ・ユニットを用いて実施される。
光学系の光イコライザを動作させる本発明の方法によれば、
光を２つ以上の可変部分に分割する工程と、
１／Δｆ（Δｆは光学系で利用される互いに隣接する波長間のチャネル間隔である）の整数倍数に概ね等しい、２つ以上の部分間の差分遅延を作成する工程と、
２つ以上の部分のうちの１つの部分における光の位相を調整する工程と、
２つ以上の部分を単一の出力に組み合わせる工程とを用いて、事前に選択された変調ビット・レートで変調された受信光信号が等化され、
可変調整は、受信光信号における記号間干渉障害を軽減するように行われる。

本発明は、添付の図面を考慮して読むべきである以下の詳細な説明を検討することによって完全に理解されよう。
以下の説明では、それぞれの異なる図における同一の要素符号は同一の要素を表す。さらに要素符号では、最初の数字は、その要素が最初に現れる図を指す（たとえば、１０１は最初に図１に現れる）

デジタル・バイナリＡＳＫシステムでは、性能は決定時の「目」の開き度によって測定される。記号間干渉（ＩＳＩ）は、目を閉じさせる、ビット・スロットから他のビット・スロットへのエネルギーの広がりである。性能が光増幅器の雑音によって制限されるデジタル・バイナリＡＳＫシステムでは、目を閉じさせる重要な原因は、自然発光［９−１１］に対してうなりを生じる「０」または「スペース」データ・ビット（たとえば、図３の３３１、３３３）における不要な信号エネルギーである。０（たとえば、図３の３７１、３７３）の消光比を向上させることができる場合、性能を大幅に向上させることができる。光増幅システムでは、スペース（「０」）におけるエネルギーは、信号−自然発光うなり雑音のためにマーク（「１」）レベルの変動よりもずっと問題である。光イコライザの主要な目的は、決定時におけるスペース（「０」）のエネルギーをなくすことである。このため、光イコライザは、多数の種類の障害について電気イコライザよりもずっと効果的であり、たとえば、受信器における電気ドメインでは、スペースを除去して信号−自然うなり雑音を回避するのでは遅すぎる。

本発明のイコライザは、エネルギーの制御可能な部分を各瞬間に取り出し（たとえば、図３の３４１）、これを、４０Ｇｂ／ｓ信号（たとえば、図３の３４２）のビット周期に非常に近い±２０ｐｓ離れた位置で、制御可能な位相調整と共に付加することによって、スペースを除去する。たとえば、低コストの送信器は通常、孤立スペース（互いに隣接するマークを有するスペース）において不十分な消光比を有する。イコライザは、周囲のマークからのエネルギーをこれらのスペースに、１８０^０の位相と共に付加し、消光比を固定する。他の例として、一次色分散は対称的な複素インパルス応答を有する。イコライザは、この分散を概ね打ち消す対称的な複素インパルス応答を生成することができる。

図１は、光学系において事前に選択された変調ビット・レートで変調された１つまたは複数の受信信号１００を等化する本発明の光信号イコライザの好ましい実施形態を示している。本発明のイコライザは、光を２つの部分、アーム１０２および１０３に分割する可変結合比を有するカプラ１０１を含んでいる。制御可能な干渉計手段１０１〜１０５は、２つのアーム１０２および１０３を有しており、第１のアーム１０２は２つの部分のうちの第１の部分を受け取り、第２のアーム１０３は２つの部分のうちの第２の部分を受け取る。第１のアーム１０２は、１／Δｆの整数倍数に等しい追加の遅延を作成する追加の経路長を有しており、この場合、Δｆは、光学系によって利用できる互いに隣接する波長間のチャネル間隔である。したがって、光学系が多波長システムであるとき、Δｆはチャネル同士の間の間隔である。光学系が単一の波長しか使用しないとき、たとえば、アッド／ドロップ・マルチプレクサであるとき、Δｆは、このアッド／ドロップ・マルチプレクサによって利用できる互いに隣接する波長間のチャネル間隔である。第１のアーム１０２は、通過する光の相対的な位相を調整する調節可能な位相遅延１０４を有している。制御可能な位相１０４が±１８０^０の範囲を有し、第２のアーム１０３にも配置させられることに留意されたい。次に、結合手段１０５は、第１および第２のアームからの信号部分を組み合わせて等化出力信号１０６を形成する。本発明のイコライザは、アーム１０２および１０３における２つの信号部分の相対的な光信号振幅１０１および位相１０４を調節することによって、決定点における「０」の消光比を改善する。カプラ１０１は可変結合比を有し、カプラ１０５は一定の結合比を有するように示されているが、カプラ１０５が可変結合比を有してもよい。さらに他の実施形態では、カプラ１０５が可変結合比を有し、カプラ１０１が一定の結合比を有してよい。カプラ１０１、カプラ１０５、および／または位相遅延１０４は、工場で設定しても、特定の用途向けに調整可能にしてもよい。

図２Ａは、本発明の光信号イコライザの他の実施形態を示している。この実施形態における図１との唯一の違いは、図１の可変結合比カプラ１０１が、２つの出力アームを有する一定比カプラ２０１と、（図示のように）第１のアームに配置されるかまたは第２のアームに配置され、２つの部分の大きさの比を調整する制御可能な送信ユニット２０１Ａとを用いて実施されることである。したがって、一定比カプラ２０１および制御可能な送信ユニット２０１Ａは、図１の可変結合比カプラ１０１の機能を実行する。図１の実施形態は、損失が少ないので図２Ａの実施形態よりも好ましい。

図２Ｂは、本発明の光信号イコライザの他の実施形態を示している。図２Ａとの唯一の違いは、干渉計２００が３つのアームを有し、３つのアームのうちの任意の２つのアーム間の時間遅延差が１／（周波数におけるチャネル間隔）の整数倍数に等しいことである。

図３を参照すると、時間ドメインにおける光信号を参照し、本発明のイコライザがどのように決定点における「０」の消光比を向上させるかを理解することができる。送信器位置（たとえば、図８の８０１）から送信される非零復帰（ＮＲＺ）振幅変調（ＡＳＫ）光データ信号「０１０１１０」が、３１０によって示されている。不完全な送信器および／または受信器、フィルタの狭帯域化、ＣＤなどの障害によって、各ビット（「１」ビット）からのエネルギーの一部はそのビットの近傍のビット（「０」ビット）に落ちる。この例では、こぼれ落ちるエネルギーは最初の信号に対して位相がずれている。３２０によって示されているように、この信号障害は３２１および３２３である。ビット３１２は孤立ビットであり、すなわち、両方の近傍のビットがこのビットと異なることに留意されたい。孤立ビットは、３２１および３２３で示したその隣接する０ビットの両方にエネルギーを加える。「０」ビット３２３における付加エネルギーは、「１」ビット３１４から付加されたエネルギーである。等化を行わない場合、検出器（二乗検波器）は、３３０と同様のパワーを有する信号を復号し、「０」ビット位置３３１および３３３に顕著なエネルギーを有する。図１の本発明のイコライザ（または図４のイコライザ４００）は、３４０に示されているようにインパルス応答を有する。このイコライザは、（可変比カプラ１０１を用いて）制御可能な量のエネルギーまたは補償信号３４２を生成し、これを、４０Ｇｂ／ｓ信号のビット周期に非常に近い＋２０ｐｓ（Δｔビット）離れた位置で、制御可能な位相（制御可能な遅延１０４）と共に信号に付加する。

図１の制御可能な大きさ１０１および位相１０４は、送信障害によって生じる近傍のビットへの付加エネルギー３２３を打ち消すために用いられ、特に決定点３３３の所の「０」におけるパワーを最小限に抑えることに集中するエネルギー信号３４２を生成するように選択される。３５０には、図１のイコライザによる等化の結果が示されている。３５６に示されているように、図１のイコライザは、「１」ビット３１５から＋２０ｐｓ（Δｔビット）離れた位置に位置する「０」ビット３２６における障害の部分を補償する。しかし、図１のイコライザが、孤立ビット３１１によって生じた、＋２０ｐｓ（Δｔビット）離れた位置に位置する「０」ビット３２３における障害の部分のみを補償し、「１」ビット３１４によって生じた「０」ビット３５３における障害の部分は補償しないことに留意されたい。同様に、孤立ビット３１１によって生じた、−２０ｐｓ（Δｔビット）離れた位置に位置する「０」ビット３３１における障害は、図１のイコライザによって補償されない。第２のイコライザ４２０が−２０ｐｓ（Δｔビット）離れた「０」ビット位置の障害（すなわち、「１」ビット３１４によって「０」ビット位置３２３に生じた障害）を補償するのに必要であることに留意されたい。このような第２のイコライザ（図１には示されていない）は直列接続されており、したがって、その出力は図１のイコライザの入力に接続されている。第２のイコライザは、カプラ１０１および１０５が、インパルス応答の最大の寄与がより長い干渉計アームから得られるように調整されることを除いて、図１の第１のイコライザ１と同様に実施することができ、かつ第１のイコライザ１と同様に動作することができる。図４を参照して論じるように、第１のイコライザを４００によって示されているように実施することも、第２のイコライザを４２０によって示されているように実施することもできる。

図３と図４を一緒に参照すると、３６０に示されているように、第２のイコライザ４２０は、（可変比カプラ４２３を用いて）制御可能な量のエネルギーをビット３６２から取り出し、このエネルギーを−２０ｐｓ（Δｔビット）離れた位置３６１で信号に付加する。後述のように、第２のイコライザ４２０の動作は、＋２０ｐｓではなく−２０ｐｓだけ離れた「０」ビット位置に影響を与えることを除いて、図１のイコライザ（または図４のイコライザ４００）とほとんど同じである。したがって、３７０に示されているように、第２のイコライザ４２０は「０」ビット障害３５１および３５３を補償し、それぞれ３７１および３７３に示されている等化「０」ビットを生成する。

この結果、本発明のイコライザは、（「０」ビットをより正確に検出することによって）非零復帰（ＮＲＺ）振幅変調（ＡＳＫ）フォーマットを利用したデータ信号の送信時のビット誤り率（ＢＥＲ）の低下に関して特に大幅な改善を施す。本発明のイコライザは、搬送波抑圧零復帰（ＣＳＲＺ）伝送フォーマット、および場合によっては、記号間干渉の影響を受ける他の伝送フォーマットの性能を大幅に向上させることもできる。本発明のイコライザは、送信器および／または受信器の不完全性、フィルタの狭帯域化、ＣＤ、およびＰＭＤによる障害を含む、多数の障害を同時に軽減することもできる。

簡単に言えば、第１および第２のイコライザ（たとえば、図４の４００および４２０）を用いて、「０」ビット障害３２１、３２３、および３２６をそれぞれ、３７１、３７３、および３７６によって示されているように最小限に抑えることができる。チャネル間隔が重ならないスペクトル範囲（ＦＳＲ）のＮ（整数）倍（すなわち、１／Δｆの整数倍数（Δｆはチャネル間隔である））に等しく、かつデータ・ビット・レートがすべてのチャネルについてほとんど同じである場合、２つのイコライザの上述の等化動作が光学系のために働くことを留意されたい。

図４は、第１のイコライザ・ユニット４００および第２のイコライザ・ユニット４２０を用いて実施される本発明の光信号イコライザの他の実施形態を示している。第１のイコライザ４００は、第１の可変比カプラ４１１、制御可能な干渉計４１２、および第２の可変結合比カプラ４１３を含んでいる。可変比カプラ４１１は、一定比（たとえば、５０／５０）カプラ４０２および制御可能な可変位相（０±９０^０）素子を含んでいる。図示のように、各可変比カプラ４１１および４１３は、一方のアームに制御可能な熱光学移相器４０２を有し他方のアームに４分の１波長延長素子を有する小形のマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）（４０２、４０３、４０４）として実現することができる。

カプラ・ユニット４１１は、入力４０１で光信号を受信する一定比カプラ４０２と、制御可能な干渉計４１２に印加された光信号の相対的な位相を調節する制御可能な可変位相素子４０３とを含んでいる。制御可能な干渉計４１２は、導波管アーム４０５および４０５Ａによって相互接続された２つの一定比（たとえば、５０／５０）のカプラ４０４および４０７を含んでいる。第１のアーム４０５は１／Δｆ（Δｆは、多波長システムの受信された光信号のチャネル間隔である）の整数倍数に等しい追加の遅延を有しており、追加の遅延は概ね１変調ビット周期に等しい。第１のアーム４０５は、４１５の位相を４１４に対して調整する制御可能な移相器４０６（０〜３６０^０）も有している。カプラ４０７は、アーム４０５および４０５Ａからの光信号を再び組み合わせるのに用いられる。カプラ・ユニット４１３は、制御可能な可変位相（０±９０^０）素子および一定比（たとえば、５０／５０）カプラ４０２を含んでいる。可変比カプラ４１３は、制御可能な干渉計４１２の導波管アーム４０５および４０５Ａから光信号を受信し、制御可能な送信ユニット４０８は、カプラ４０９への光信号の相対的な位相を調整する。制御可能な送信ユニット４０３と制御可能な送信ユニット４０８が一緒にイコライザ４００の大きさ調整を行うことに留意されたい。さらに、制御可能な送信ユニット４０３と制御可能な送信ユニット４０８は共に、カプラ・ユニット４１１および４１３の同じアームまたは互いに向かい合うアームに配置することができる。カプラ４０３は出力信号同士を組み合わせ、出力４１０上の出力信号は第２のイコライザ・ユニット４２０の下部入力４２１に印加される。出力４１０において、主「１」ビット信号は４１４であり、「０」ビット補償信号またはサテライト信号は４１５である。カプラ４０９の第２の出力４１０Ａは、接続されていない。図示のように、制御可能な干渉計４１２は、一方のアームに制御可能な熱光学移相器４０６を有する（ＭＺＩ）（４０４、４０６、４０７）として実施することができ、１／Δｆの整数倍数に等しい追加の遅延も有している。

第２のイコライザ４２０の実現形態は第１のイコライザ４００と同一である。イコライザ４２０では、素子４２１から４３３は上記に第１のイコライザ４００の素子４０１から４１３に関して説明したのと同様に動作する。しかし、第２のイコライザ４２０の入力４２１および４２１Ａならびに出力４３０および４３０Ａは、第１のイコライザ４００の入力４０１および４０１Ａならびに出力４１０および４１０Ａとは異なるように接続されている。イコライザ４００では、上部入力ポート４０１Ａおよび上部出力ポート４１０が使用され、一方、イコライザ４２０では、下部入力ポート４２１Ａおよび下部出力ポート４３０Ａが使用されている。したがって、イコライザ４２０では、下部ユニット４２１Ａはイコライザ４００の上部出力４１０に接続されている。イコライザ４２０の出力４３０Ａは、主「１」ビット信号４１４と、立上り「０」ビット補償信号またはサテライト信号（＋Δｔビット）４１５と、立下り「０」ビット補償信号またはサテライト信号（−Δｔビット）４３４とを有している。

制御＃１Ａは、イコライザ４００の両方の制御可能な位相遅延ユニット４０３、４０８を制御し、制御＃１Ｂは、イコライザ４２０の制御可能な位相遅延ユニット４２３および４２８を制御する。制御＃２は、４１５の位相を調整する制御可能な移相器４０６を設定する。制御＃３は、４３４の位相を調整する制御可能な移相器４２６を設定する。多くの現実の障害のインパルス応答は対称的であり、したがって、多くの場合、制御＃１Ａと制御＃１Ｂを同じ値で駆動することができ、合計で３つの制御がイコライザ用に残される。制御可能な移相器４０６および４２６は、それぞれ熱光学移相器を用いて実施することができる。制御可能な干渉計４１２と制御可能な干渉計４３２はどちらもマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）として実施することができる。

したがって、図４のイコライザは基本的に、同調可能なカプラと直列に配置され、各ＭＺＩが５０ＧＨｚの重ならないスペクトル範囲を有する２つの同一のＭＺＩを用いて実施することができる。制御可能な干渉計４１２および４３２も図２と同様に一定カプラを用いて実施できるが、ＭＺＩアームに制御可能な減衰器を有していることい留意されたい。２つのＭＺＩは単一のモードによって接続されており、したがって、この構造は格子構造ではない［３］。本発明の構造は制御がより簡単であり、格子構造よりも偏光・波長感度が低い。電気イコライザ用語では、図４の本発明のイコライザは２タップ線形イコライザである。このイコライザは、５０ＧＨｚ格子の整数倍数上の４０Ｇｂ／ｓチャネルを補償するように構成されている。送信器帯域幅および消光比の制限、フィルタの狭帯域化、色分散、偏光モード分散のような多数の記号間干渉障害を大幅に軽減することができる。このイコライザは、非零復帰（ＮＲＺ）振幅変調（ＡＳＫ）フォーマットを大幅に向上させる。このことは、これが生成および検出のためのコストが最も安いフォーマットであるため重要である。

図５Ａには、図４の２つのイコライザ・ユニットの別の構成が示されており、図５Ｂは、それぞれの異なるカプラ駆動電圧および一定の位相電圧について、１つのイコライザにおいて測定された透過率を示している。図５Ａに示されているように、各イコライザ・ユニット、たとえば４００は、２つの同調可能なカプラ４０３および４０８と熱光学移相器４０６とを一方のアームに有している。同調可能なカプラＭＺＩのこのバイアスは偏光依存損失（ＰＤＬ）を著しく少なくする。各ＭＺＩ４００、４２０内のカプラは、挿入損失を最小限に抑え、したがってカプラ４０３、４０８、４２３、４２８用の制御が制御＃１として接続されるように、どちらも常に同じ値であるべきである。より一般的に言えば、イコライザ・ユニット４００および４２０の各ユニットのカプラは、別々の制御、すなわち、制御＃１Ａおよび＃１Ｂを有することができる。そして、このようなイコライザは、各制御信号が、イコライザ・インパルス応答の左サテライト・パルスおよび右サテライト・パルス（図３の３４２、３６１参照）の振幅および位相のうちの概ね１つを調節する、４つの制御信号を有する。さらに、（イコライザ４００のカプラ４０３、４０８には異なる制御信号電圧制御＃１Ａを必要とし、イコライザ４２０のカプラ４２３、４２８には制御＃１Ｂを必要とする）非対称的なイコライザ・インパルス応答を必要とするのは主として、チャネルを歪ませるほど顕著な高次の色分散だけである。図４は、顕著な高次の色分散を示しておらず、したがって、すべてのカプラが同じ電圧源制御＃１に接続されている。したがって、本発明では、３つの制御信号制御＃１、＃２、および＃３のみを用いて、以下に示されている結果を得た。それぞれの異なるカプラ駆動電圧および一定の位相電圧について１つのＭＺＩにおいて測定された透過率が図５Ｂに示されている。方向性結合比が不完全であるため、リプル５０１は零にできなかった。１つのコネクタを含むファイバ間挿入損失は２．０ｄＢであり、ＰＤＬは１段について＜０．５ｄＢである。

図９は、光イコライザの他の実施形態を示している。この場合、同じ干渉計９００が２回使用されている。信号は干渉計９００を一度通過し、光アイソレータやサーキュレータなどの非方向性素子９０１を通過し、干渉計９００に再び入る。第１のパスは、一方の側（４１５）でインパルス応答におけるサテライトを形成し、第２のパスは、他方の側（４３４）でサテライトを形成する。この構成の利点は、１つの干渉計しか必要とされないことである。欠点は、図４の実施形態とは異なり、インパルス応答サテライトの大きさおよび位相を個々に調節できないことである。

イコライザの結果
４０Ｇｂ／ｓで動作する光透過システムの場合、零復帰（ＲＺ）フォーマットを用いて、主としてＩＳＩ公差を改善することが多い。たとえば、ＲＺフォーマットは偏光モード分散（ＰＭＤ）の公差が大きくなることを示す。しかし、ＲＺフォーマットは通常、それを生成するのに２つの変調器を必要とし、したがって、ＲＺ送信器は高価で複雑であり、損失が多い。本発明のイコライザをＮＲＺ ＡＳＫシステムで使用すると、この廉価なフォーマットのＩＳＩ障害を著しく軽減することができる。そればかりでなく、本発明では、単一のイコライザによって、動的な制御の必要なしに、すべてのチャネルについてＩＳＩを大幅に軽減できることが実証されている。

図６は、差分群遅延（ＤＧＤ）および偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償する本発明のイコライザの性能向上を示している。図６では、白い記号と黒い記号はそれぞれ、イコライザがない場合と、イコライザがある場合を示しており、データは４０ＧＢｓ、２^３１−１パターンである。ＤＧＤ ＰＭＤエミュレータ入力偏光を最悪性能に設定し、次いで本発明のイコライザがある場合とない場合について測定した。イコライザを、最悪ケースＤＧＤを軽減するように設定した後、入力偏光を変化させたところ、ＢＥＲが最悪にならないことが分かった。これをさらに検査するために、エミュレータの前に偏光スクランブラを挿入し、図６にダイヤモンドで示されているように平均ＢＥＲを測定した。したがって、このイコライザはフィードバックのないＰＭＤミティゲータとして使用することができる。イコライザが真の意味ではＰＭＤを補償せず、パルスを鋭くし、ＲＺフォーマットを使用するのと同様にＰＭＤ公差を改善するにすぎないことに留意されたい。

本発明のイコライザは、３つの障害、すなわち、それぞれの異なるセット（図示せず）におけるフィルタリング、ＣＤ、およびＰＭＤの影響を同時に軽減することができる。すべての３つの障害の場合に、イコライザは高エラー・フロアを有する信号を取り出し、合理的な感度でこの信号の誤りを解消した。

イコライザが多数のチャネルを同時に軽減できることを検証するために、＋９５ｐｓ／ｎｍＣＤおよびガウス通過帯域デマルチプレクサを通じて、ＩＴＵ格子上に１００ＧＨｚの間隔を置いて配置された１６個のチャネルを起動した。イコライザをチャネル１０について最適化し、次いでイコライザがある場合とない場合について、イコライザの制御を変えずに、チャネル３つおきに性能を測定した。図７を見ると分かるように、イコライザはすべてのチャネルを同時に向上させている。図７は、同じイコライザ設定による、それぞれの異なる波長についての測定されたビット誤り率（ＢＥＲ）と光パワーとの関係を示している。９５ｐｓ／ｎｍＣＤとガウス通過帯域デマルチプレクサは整列させた。

図８Ａには、本発明のイコライザを多波長透過システム用の適応的イコライザとして応用した構成が示されている。図８Ａでは、送信器８０１からの複数の波長がマルチプレクサ８０２で多重化され、光路８０３上で送信される。受信器位置では、本発明の適応的イコライザ８０４はすべての受信された多重化チャネルを等化する。イコライザ８０４の出力はデマルチプレクサ８０５で多重化解除される。誤り検出器８０６は、１つの受信器チャネル８０７に出力された１つの多重化波長を受信するように接続されている。誤り検出器８０６からのビット誤り率（ＢＥＲ）は光路８０８上で制御ユニット８０９に送信される。制御ユニット８０９は、イコライザ８０４に印加される大きさ制御信号および位相制御信号を生成する。誤り検出器８０６から制御ユニット８０８およびイコライザ８０４へのフィードバック・ループは、このイコライザ構成が図８Ａの透過システムの各チャネルの誤り率を適応的に最小限に抑えるのを可能にする。図示のように、制御ユニット８０８はまず、イコライザ８０４への大きさ制御信号の増大を試みることができ、検出器８０６からのＢＥＲが上昇した場合、制御ユニット８０８は大きさ信号を低減させてＢＥＲを低下させ、そうでない場合、制御ユニット８０８は、ＢＥＲが上昇するまで大きさ信号を増大し続ける。この動作は最小のＢＥＲが得られるまで継続する。位相制御信号が（主としてＣＤまたは送信器のために）主としてチップの制御に必要とされることに留意されたい。チップが変化する可能性が低い場合、位相制御信号は必要とされず、大きさ制御信号のみが使用される。イコライザはデマルチプレクサと受信器との間（位置８２３）に配置することもできる。しかし、本発明のイコライザが動的な調整を行わない受動モードでも有効であることを強調しておきたい。そのような場合、イコライザは送信器とマルチプレクサとの間（位置８２１）またはマルチプレクサのすぐ後（位置８２２）に配置することができる。イコライザを通過するチャネルが１つだけである場合でも、本発明の多波長イコライザを使用した方が、この同じイコライザおよび設定をシステム内の他のチャネルに使用することができ、たとえば在庫が簡略化されるので有利であることに留意されたい。

図８Ｂには、本発明のイコライザを多波長バス型アーキテクチャに配置できる様々な位置が示されている。多波長送信器８３０は、図８Ａの送信器と同様である。光フィルタ８４１、８５１など、および受信器８４３、８５３に接続されたバス８６０に沿ったカプラ８４０、８５０などがある。本発明のイコライザ（図示せず）は、位置８６１、８６２、８６３、または８６４を含む複数の位置のうちの１つに配置することができる。多くの場合、位置８６２が好ましい。というのは、そのような場合、すべての波長チャネルを同時に等化できるからである。

最後に、このイコライザはプレーナ型光波回路技術で製造できるので、デマルチプレクサ、アッド・ドロップ・フィルタ、動的利得等化フィルタのような他の機能と一体化することができる。

非線形歪みの等化
前述の等化に関する議論は、線形プロセスによって起こる記号間干渉のみに関するものであった。次に、半導体光増幅器（ＳＯＡ）による非線形ひずみの等化について考える。

図１０は、光送信器１００１、光学機構１００２、半導体光増幅器（ＳＯＡ）１００３、本発明の光イコライザ１００４、光学機構１００５、および光受信器１００６を含む例示的な光透過システムを示している。この光透過システムを図１０に示されている構成の他の様々な構成で実施できることに留意されたい。たとえば、必要に応じて、イコライザ１００４と光学機構１００５との間に追加のＳＯＡ１００７（注：図１０には「１１０７」が示されている）を追加することができる。ＳＯＡ１００３と光イコライザ１００４（ならびに第２のＳＯＡ１００７）は、共通の素子として一体化することができ、かつシステムの中間ノードに配置することができる。あるいは、光送信器１００１、増幅器１００３、および光イコライザ１００４をすべて一体化することができる送信器ノードに、ＳＯＡ１００３と光イコライザ１００４を光送信器１００１と一緒に配置することができる。送信器ノードにおいて、増幅器１００３と光イコライザ１００４の配置を逆にできることにも留意されたい。他の実施形態では、増幅器１００３、光イコライザ１００４、および光送信器１００１をすべて一体化することができる受信器ノードに、ＳＯＡ１００３と光イコライザ１００４を光受信器１００６と一緒に配置することができる。受信器ノードでは、増幅器１００３が一般に光イコライザ１００４よりも前に配置されることに留意されたい。ただし、この順序は必要に応じて逆にすることができる。

光送信器（１００１）、ＳＯＡ１００３、および光受信器を含む例示的な光学系では、イコライザのある場合とない場合とで性能を比較した。ＳＯＡ１００３は、バイアス電流が２００ｍＡのときに１５５０ｎｍでファイバ間小信号利得が１８ｄＢである市販のＳＯＡであった。光送信器は１９３．４ＴＨｚ（１５５０．１２ｎｍ）の外部キャビティ・レーザと、４０Ｇｂ／ｓの非零復帰（ＮＲＺ）データ信号を用いて変調される、チャーピングを生じないＬｉＮｂＯ３変調器とを含んでいた。ＳＯＡの非線形性によるＢＥＲの劣化を調べるために−３ｄＢｍから−１２ｄＢｍまで入力パワーを変化させ、変調された光信号をＳＯＡに導入した。所与のＢＥＲが１０^-９である場合、本発明のイコライザは、長さ２^３１−１の擬似ランダム・ビット・ストリーム（ＰＲＢＳ）について受信器の感度を５ｄＢ向上させた。図１１は、ＳＯＡに対する様々な入力パワーで、ＢＥＲが１０^−９の等化を行った場合ならびに行わなかった場合の受信器感度を示す。

本発明のイコライザは、立上りエッジ上の「１」ビットに対するオーバシュート、すなわち「０」から「１」への遷移を低減させた。このことを、図１２、すなわち、高速光検出器を用いた、ＳＯＡの後のいくつかの歪んだデータ・パターンに対するイコライザの効果（点線）を示す図に見ることができる。図１２では、イコライザは「１」ビット１２０１におけるオーバシュートを軽減し、「１」から「０」への遷移１２０２を鋭くしており、ＮＲＺストリーム１２０３における「１」ビットの長いストリングを平坦にすることができる。ＳＯＡからのオーバシュート１２０１は、データ・ストリームの平均パワーを増大させ、したがって、パワー・ペナルティを生じさせる。したがって、本発明のイコライザ１００４を使用すると、これらのオーバシュートおよび信号遷移を特徴とする光信号劣化が軽減する。しかし、この改善は、立上りエッジ上のオーバシュートが受信器における記号間干渉（ＩＳＩ）を著しく改善できることと比べて小さい。これは、雑音が存在する場合の受信器の性能を最適化するために、一般に受信器帯域幅がビット・レートの〜０．７倍になっているからである。この電気フィルタリングによってオーバシュートは近傍のビット・スロットにこぼれ落ちる。したがって、この場合のイコライザの主要な利点は、オーバシュートが軽減し、それにより、受信器における電気ＩＳＩによって生じるペナルティが低減することである。
［参考文献］

多波長システムにおいて事前に選択された変調ビット・レートで変調された１つまたは複数の受信信号を等化する光信号イコライザの好ましい実施形態を示す図である。 本発明の光信号イコライザの他の実施形態を示す図である。 本発明の光信号イコライザの他の実施形態を示す図である。 受信光信号に対する本発明のイコライザの効果を示す図である。 第１および第２のイコライザ・ユニットを用いて実施される本発明の光信号イコライザの他の実施形態を示す図である。 図４の２つのイコライザ・ユニットの他の構成を示す図である。 それぞれの異なるカプラ駆動電圧および一定の位相電圧についての１つのイコライザの透過率を示す図である。 それぞれの異なる信号障害についての本発明のイコライザの測定されたビット誤り率（ＢＥＲ）と光学パワーとの関係を示す図である。 同じイコライザ設定を有する、それぞれの異なる波長についての本発明のイコライザの測定されたＢＥＲと光学パワーとの関係を示す図である。 本発明の光イコライザを用いて実施される適応的なマルチウェーブ光透過システムを示す図である。 多波長バス型アーキテクチャ中のイコライザの適用例を示す図である。 図１のイコライザの他の構成を示す図である。 送信器、光増幅器、光イコライザ、および受信器を含む例示的な光透過システムを示す図である。 光増幅器から出力され、一方は等化されず、他方は本発明の光イコライザを用いて等化される２つのデータ信号の比較を示す図である。 等化を行う場合と行わない場合について測定された、所与のビット誤り率（ＢＥＲ）に対する受信器感度と光増幅器への入力パワーとの関係を示す図である。

Claims (15)

1. 光学系において事前に選択された変調ビット・レートで変調された１つまたは複数の受信信号を同時に等化する光信号イコライザであって、
   光を２つ以上の部分に分割する可変結合率を持つ第１のカプラ（１０１）と、
   各アームが１つの部分を受け取り、少なくとも１つのアーム（１０２）が、１／Δｆ（Δｆは光学系で利用される互いに隣接する波長間のチャネル間隔である）の整数倍数に等しい追加の遅延を有する、２つ以上のアーム（１０２，１０３）を有する制御可能な干渉計ユニット（１０１−１０５）と、
   通過する前記光の相対的な位相を調整する制御可能な位相ユニット（１０４）を有する少なくとも１つのアームと、
   前記アームからの前記部分を組み合わせるための可変結合率を持つ第２のカプラ（１０５）とを備え、
   前記光の分割された２つ以上の部分の一つが補償信号であり、
   前記補償信号は、１つまたは複数の受信信号の一つのビットから隣接するビットへシフトされ、
   前記第１のカプラおよび第２のカプラは、同じ結合率を示すように適合され、
   前記制御可能な位相ユニットは、前記１つまたは複数の受信信号における記号間干渉が軽減されるように適合されることを特徴とする光信号イコライザ。
   
2. 前記光学系は多波長システムであり、Δｆは、前記多波長システムの互いに隣接する波長間のチャネル間隔である、請求項１に記載の光信号イコライザ。
   
3. 前記干渉計ユニット内のアームの数は２つであり、前記可変結合比カプラの少なくとも１つは、
   前記光信号を２つ以上の部分に分割する第１のカプラ（２０１）と、
   前記第１または第２のアームが、可変カプラ比を調整する制御可能な位相ユニット（２０１Ａ）を有する、第１のカプラと第２のカプラを接続する２つのアームとを有し、
   前記第２のカプラ（１０５）は前記２つの部分を組み合わせる、請求項１に記載の光信号イコライザ。
   
4. 前記受信信号の論理「０」ビットにおける立上りまたは立下り記号間干渉を補償するように構成された、請求項１に記載の光信号イコライザ。
   
5. 記号間干渉または記号間干渉を生じさせる歪みの影響を受ける受信信号のビット誤り率（ＢＥＲ）を改善するのに用いられる、請求項１に記載の光信号イコライザ。
   
6. 光学系において事前に選択された変調ビット・レートで変調された受信信号を等化する光信号イコライザにおいて、２つ以上のイコライザ・ユニットを備え、
   前記第１のイコライザ・ユニット（４００）は、
   光（４０１）を２つの部分に分割し、第１または第２の光部分の位相を調整（４０３）する第１の可変比カプラ（４１１）であって、前記２つの光部分の１つは第１の補償信号である、第１の可変比カプラ（４１１）と、
   ２つのアームを含み、第１のアーム（４０５）が前記２つの光部分のうちの第１の部分を受け取り、第２のアーム（４０５Ａ）が前記２つの光部分のうちの第２の部分を受け取り、前記第１のアームが概ね１変調ビット周期に等しい追加の遅延を有する制御可能な干渉計ユニット（４１２）であって、前記第１または第２のアーム内に配置され、通過する前記第１または第２の光部分の大きさを調整する制御可能なユニット（４０６）をさらに含み、前記第１の補償信号は、前記受信信号の一つのビットから別のビットへシフトされる、制御可能な干渉計ユニット（４１２）と、
   前記受信信号中の記号間干渉を軽減するために、前記２つの光部分を受け取り、さらに、前記第１のカプラによって調整されたのと同じ前記第１または第２の光部分の位相を調整し（４０８）、前記第１または第２の光部分を単一の出力信号に組み合わせる（４０９）第２の可変比カプラ（４１３）とを含み、
   ここで、前記第１のイコライザ・ユニットの第１および第２のカプラは、同じ結合率を示すように適合され、
   前記位相は、前記受信信号における記号間干渉が軽減されるように適合され、
   前記第２のイコライザ・ユニット（４２０）は、
   前記第１のイコライザ・ユニット（４００）の単一の出力に接続され、前記光を２つ以上の部分に分割し（４２２）、前記第１または第２の光部分の位相を調整し（４２３）する第１の可変比カプラ（４３１）であって、前記２つの光部分の１つは第２の補償信号である、第１の可変比カプラ（４３１）と、
   ２つのアームを含み、第１のアーム（４２５）が前記２つの光部分のうちの第１の部分を受け取り、第２のアーム（４２５Ａ）が前記２つの光部分のうちの第２の部分を受け取り、前記第１のアームが、前記第１のアーム中で、概ね１変調ビット周期に等しい追加の遅延を有する、制御可能な干渉計ユニット（４３２）であって、前記第１または第２のアーム内に配置され、通過する前記第１または第２の光部分の大きさを調整する制御可能な遅延ユニット（４２６）をさらに含み、前記第２の補償信号は、前記受信信号の一つのビットから別のビットへシフトされる、制御可能な干渉計ユニット（４３２）と、
   前記２つの光部分を受け取り、さらに、前記第１のカプラによって調整されたのと同じ前記第１または第２の光部分の位相を調整し、前記第１または第２の光部分を光信号イコライザの出力信号に組み合わせる（４２９）第２の可変比カプラ（４３３）とを含み、
   ここで、前記第２のイコライザ・ユニットの第１および第２のカプラは、同じ結合率を示すように適合され、
   前記位相は、前記受信信号における記号間干渉が軽減されるように適合されることを特徴とする光信号イコライザ。
   
7. 光学系の光イコライザを動作させ、事前に選択された変調ビット・レートで変調された受信光信号中の記号間干渉を等化する方法であって、
   第１の可変比カプラの効果を通じて、光を２つ以上の可変部分に分割しする工程（１０１）であって、前記２つ以上の部分のうちの一つは補償信号である、工程と、
   １／Δｆ（Δｆは光学系で利用される互いに隣接する波長間のチャネル間隔である）の整数倍数に概ね等しい、前記２つ以上の部分間の差分遅延（１０２−１０３）を作成する工程と、
   前記２つ以上の部分のうちの１つの部分における光の位相を調整する工程（１０４）と、
   第２の可変比カプラの効果を通じて、前記２つ以上の部分を単一の出力に組み合わせる工程（１０５）とを含み、
   前記前記補償信号は、１つまたは複数の受信信号の一つのビットから隣接するビットへシフトされ、
   前記第１および第２のカプラは、同じ結合率を示すように適合され、
   制御可能な位相ユニットは、前記１つまたは複数の受信信号における記号間干渉が軽減されるように適合されることを特徴とする方法。
   
8. 光路に接続された多波長送信器を備える光学系の一部であり、前記光イコライザは、前記多波長送信器内の送信器のすぐ後、前記多波長送信器のすぐ後、または前記光路内を含む、前記光学系内の複数の位置の１つに接続されている、請求項２に記載の光信号イコライザ。
   
9. 多波長受信器に接続された光路を備える光学系の一部であり、前記光イコライザは、前記光路内、前記多波長受信器のすぐ前、または前記多波長受信器内の受信器のすぐ前を含む、前記光学系内の複数の位置の１つに接続されている、請求項２に記載の光信号イコライザ。
   
10. 光路上で１つまたは複数の受信器に接続された１つまたは複数の送信器を備える光学系の一部であり、前記光イコライザは、送信器の出力、前記光路内、または受信器の入力を含む、前記光学系内の複数の位置の１つに接続されている、請求項１に記載の光信号イコライザ。
    
11. 光路に接続された１つまたは複数の送信器を備える光学系の一部であり、前記光イコライザは、送信器の出力または前記光路内を含む、前記光学系内の複数の位置の１つに接続されている、請求項１に記載の光信号イコライザ。
    
12. １つまたは複数の受信器に接続された光路を備える光学系の一部であり、前記光イコライザは、前記光路内または受信器の入力を含む、前記光学系内の複数の位置の１つに接続されている、請求項１に記載の光信号イコライザ。
    
13. 半導体光増幅器および光信号イコライザを含む光学装置に用いることのできる、前記光学装置からの出力信号の記号間干渉劣化を調節する方法であって、
    事前に選択されたビット・レートで変調された光信号を受信する工程と、
    第１の可変比カプラの効果を通じて、前記受け取られた信号光を２つ以上の可変部分に分割する工程であって、前記２つ以上の可変部分のうちの一つは、補償信号である、工程と、
    １／Δｆ（Δｆは前記光学装置で利用される互いに隣接する波長間のチャネル間隔である）の整数倍数に概ね等しい、２つ以上の部分間の差分遅延を作成する工程と、
    前記２つ以上の部分のうちの１つの部分における光の位相を調整する工程と、
    第２の可変比カプラの効果を通じて、前記信号を単一の出力信号に組み合わせる工程とを含み、
    前記補償信号は、前記受け取られた信号の一つのビットから別のビットへシフトされ、
    前記第１および第２のカプラは、同じ結合率を示すように適合され、
    前記可変調整は、前記出力信号の劣化を抑制するようになっていることを特徴とする方法。
    
14. 光学系に使用できるように半導体光増幅器に接続されており、前記光信号イコライザおよび光増幅器は、光送信器内、光ノード内、または前記光学系の光受信器内を含む前記光学系内の複数の位置の少なくとも１つに配置されている、請求項１に記載の光信号イコライザ。
    
15. 前記光学系が、前記光信号イコライザの前または後あるいは前と後の両方で接続された少なくとも１つの半導体光増幅器を有する、請求項１４に記載の光信号イコライザ。

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