JP4712991B2 - 強度変調とクロストカー効果による位相変調とによる同期光再生器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバによる伝送システム、特に波長分割多重伝送システムに関し、より詳しくは、これらの伝送システムにおける再生に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーによる波長分割多重伝送システムでは、信号の同期変調を定期的に使用することが提案されている。このような変調は、特に高ビットレートのシステムに対して、好適には光学的に行われる。再生時に様々なチャンネルを同期するために、リンクにおいて一定の間隔で同期を行う波長割り当て、遅延の付与、信号周波数の多重周波数変調など、様々な方法が提案されている。
【０００３】
変調は、強度変調、位相変調、あるいは強度および位相変調とすることができる。
【０００４】
Ｆ．Ｄｅｖａｕｘ他による「２０Ｇｂｉｔ／ｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ ＭＱＷ ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ １．２Ｖ ｄｒｉｖｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎ． Ｌｅｔｔ．、第５巻、１２８８−１２９０頁（１９９３年））は、電気吸収変調器を用いた、狭いフィルタリングによる強度変調を記載している。
【０００５】
別の強度変調は、Ｍ．Ｎａｋａｚａｗａ他による「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｔｏｎ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｗｉｔｈｓｏｌｉｔｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎｓ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第２９巻、第９号、７２９−７３０頁に記載されている。この文献では、マッハ・ツェンダー型のＬｉＮｂＯ_３強度変調器を使用することが提案された。Ｏ．Ｌｅｃｌｅｒｃ他による「Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄａｎｔ ＩｎＰ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ ２０Ｇｂｉｔ／ｓ ｓｏｌｉｔｏｎｓ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第３４巻、第１０号、１０１１−１０１３頁（１９９８年））は、マッハ・ツェンダータイプのＩｎＰ強度変調器を記載している。
【０００６】
さらに、カーファイバで伝播される伝送信号とクロックとの間では、クロストカー効果（ｃｒｏｓｓｅｄ Ｋｅｒｒ ｅｆｆｅｃｔ）による位相変調が知られている。Ｓ．ＢｉｇｏおよびＯ．Ｌｅｃｌｅｒｃによる「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｐｈａｓｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｋｅｒｒ Ｆｉｂｅｒ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｄ’ＥＣＯＣ’９７、３１１頁、Ｅｄｉｍｂｕｒｇ、９月２２−２５日）は、このような技術を実施した例である。この文献によれば、カー効果による位相変調は、伝送信号と変調クロックとの間にノイズまたはスリップが存在しても有効である。Ｏ．Ｌｅｃｌｅｒｃ他による「２×２０Ｇｂｉｔ／ｓ、３５００ｋｍ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ＷＤＭ ｓｏｌｉｔｏｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｋｅｒｒｆｉｂｒｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」（第３４巻、第２号、１９９−２０１頁（１９９８年））は、波長分割多重伝送システムにおいて、カー効果による位相変調の実行可能性を示している。
【０００７】
再生器で位相変調および強度変調を行うこともまた知られている。Ｐ．Ｂｒｉｎｄｅｌ他による「“Ｂｌａｃｋ−ｂｏｘ”ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ＲＺ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 第３５巻、第６号（１９９９年）、４８０−４８１頁）は、強度変調し、次いで位相変調する分離した変調を提案している。Ｂ．Ｄａｎｙ他による「Ｔｒａｎｓｏｃｅａｎｉｃ ４×４０ Ｇｂｉｔ／ｓｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｍａｎａｇｅｄｓｏｌｉｔｏｎ ｔｒａｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｎｅｗ “ｂｌａｃｋ−ｂｏｘ” ｉｎ−ｌｉｎｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第３５巻、第５号（１９９９年）、４１８−４２０頁）は、分散制御されたソリトン伝播を用いた４チャンネル伝送システムに同じ再生技術を適用しており、チャンネルを分離して、各チャンネルにつき１個の再生器を用いている。
【０００８】
フランス特許Ａ２７５９８３０およびフランス特許出願第９９１４１１７号（１９９９年１１月１０日出願）「波長分割多重伝送システムにおける分散ファイバによるチャンネル同期」は、強度変調し、次いで異なる変調器で位相変調することによる同期再生を提案している。
【０００９】
欧州特許ＥＰ−Ａ−０８４３９１７は、光信号の位相変調のために２個の制御入力を持つループ状の非線形光ミラーの使用を提案している。これは、２個の制御入力を備えたＮＯＬＭ（非線形光ミラー）に関する。従って、２個の電極を有するマッハ−ツェンダー変調器と同等のファイバであり、強度および位相変調（変調度）とは関係しない制御を可能にする。
【００１０】
上記の解決方法には幾つかの欠点がある。位相変調と強度変調との分離は、複雑な解決方法であるのでコストがかかる。ループ状の非線形光ミラー技術は、ノイズまたは分散波の蓄積を制御できない。すなわち、こうした共同の変調方法は、伝送システムの長さ全体を制限する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の様々な欠点を解消する解決方法を提案する。本発明は、最小限度のハードウエア構成要素で動作が単純な強度変調および位相変調を実施する再生器を提案する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
より詳しくは、本発明は、連続光を伝送信号と結合するマルチプレクサと、伝送信号および連続光を変調する強度変調器と、クロスト位相変調（ｃｒｏｓｓｅｄ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により伝送信号を強度変調した連続光と位相変調するカーファイバとを含む、光伝送システムのための再生器を提案する。
【００１３】
実施形態では、再生器が、カーファイバの後段にあって、連続光をフィルタリングするフィルタを有する。
【００１４】
強度変調器は、有利には、マッハ・ツェンダー変調器である。
【００１５】
実施形態では、カーファイバの非線形屈折率が、２．７×１０^−２０ｍ^２／Ｗより大きい。また、カーファイバーの波長分散が、伝送信号の波長と連続光の波長との中央の波長に対してゼロになることが有利である。
【００１６】
好適には、強度変調度が１ｄＢよりも大きく、より好適には３ｄＢより大きい。
【００１７】
本発明はまた、
デマルチプレクスされたチャンネルを出力で供給するデマルチプレクサと、
各デマルチプレクスされたチャンネルに対して、連続光を該チャンネルの信号と結合するマルチプレクサ、前記チャンネルの信号および連続光を変調する強度変調器、およびクロスト位相変調により伝送信号を強度変調された連続光と位相変調するカーファイバと、
各チャンネルの位相変調信号を受信して多重化信号を供給するマルチプレクサとを含む、波長分割多重光伝送システムのための再生器を提案する。
【００１８】
実施形態では、連続光が単一の光源により供給される。この場合、光源からの信号を増幅する増幅器を設けることができる。
【００１９】
別の実施形態では、強度変調器がマッハ・ツェンダー変調器である。また、カーファイバの非線形屈折率が、２．７×１０^−２０ｍ^２／Ｗより大きいことが好ましい。
【００２０】
実施形態では、チャンネルのカーファイバの波長分散が、このチャンネルの伝送信号の波長と連続光の波長との中央の波長に対してゼロになる。
【００２１】
好適には、強度変調度が１ｄＢよりも大きく、より好適には３ｄＢより大きい。
【００２２】
本発明はさらに、上述した再生器を含む光ファイバ伝送システムを提供する。
【００２３】
本発明はまた、
連続光を伝送信号と結合し、
伝送信号および連続光を共に強度変調し、
クロスト位相変調により伝送信号を強度変調した連続光と位相変調することを含む、光再生方法を提案する。
【００２４】
好適には、強度変調が、１ｄＢより大きい変調度で行われる。
【００２５】
この方法の別の実施形態では、位相変調が３°の変調度で行われる。
【００２６】
有利には、変調ステップの後に、強度変調された連続光をフィルタリングするステップを設ける。
【００２７】
本発明の他の特徴および長所は、添付図面に関して例として挙げた本発明の実施形態の以下の説明を読めば、明らかになるであろう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明は、信号とクロックとの間のクロストカー効果により、強度変調および位相変調を結合することを提案する。伝送信号と同期される光クロックを生成するために、本発明は、強度変調器で連続信号を強度変調することを提案する。この解決方法により、光クロックを簡単かつ正確に生成することができ、光クロックは伝送信号と共に伝播されて、カーファイバでの位相変調のために使用することができる。
【００２９】
図１は、単チャンネルの実施形態における本発明による再生器の概略図である。図１の再生器は、波長λ_ｓの信号の伝送方向にマルチプレクサ２を含み、マルチプレクサは、伝送信号と同じファイバに、伝送信号の波長λ_ｓとは異なる波長λ_ｃの連続光源４からの光を結合する。光源は、予め増幅した光源であってもよく、場合によってはパワーを強くして（「ブーストし」）、位相変調器でクロック信号の強さを増す。再生器は、その後に強度変調器６を備える。強度変調器は、再生器の入力で受信した信号と、マルチプレクサにより結合された連続光とを入力で受信する。さらに、その変調入力８で変調クロックを受信し、変調クロックは、例では無線周波数クロックである。図１には、クロック回復装置を示していないが、これは、それ自体知られているタイプである。図の例において、強度変調器６は、マッハ−ツェンダーＩｎＰ変調器等の、チップ上に製造される変調器である。別のタイプの変調器を使用することもできる。強度変調器の出力では、強度変調を受けた波長λ_ｓの伝送信号と、強度変調器において連続光の変調により得られた波長λ_ｃの光クロックとが得られる。このようにして得られたクロックは、伝送信号と完全に同期することが明らかに分かる。実際、クロックは、伝送信号と同時に強度変調される。この観点から、強度変調器は、本発明によれば、信号を変調する役割をするだけではなく、完全な同期クロックを生成する役割もする。これらの二つの機能を果たすには、連続信号の波長λ_ｃを変調器の通過帯域で選ぶだけでよい。一般に帯域１５ｎｍでの変調を可能にする、特にＩｎＰタイプの強度変調器では、この制約に容易に対応することができる。強度変調器における変調度は、通常、１〜２０ｄＢである。すなわち、変調度は特に、結合されるフィルタの幅と、再生される信号の「品質」とに依存する。カー効果によってもたらされる位相変調の品質に、変調度が著しい影響を及ぼすことはない。しかしながら、変調度は、約１ｄＢ、さらには３ｄＢの値を超えることが好ましい。
【００３０】
強度変調器の出力において、再生器はカーファイバ１０を有する。波長λ_ｓの信号および波長λ_ｃのクロックが、このファイバで一緒に伝播されると、クロストカー効果による信号の位相変調が行われる。カーファイバ１０は、カー効果を促進するように、大きな非線形性を有するように選ばれる。カーファイバ１０には特に、非線形屈折率ｎ２が、２．７×１０^−２０ｍ^２／Ｗより大きいファイバを選択可能である。これは一般にＤＳＦ／ＳＭＦファイバー、あるいはまたカルコゲニドファイバである。位相変調器では、伝送信号とクロックとの間のスリップ作用を制限することが好ましい。この観点から、ファイバの波長分散は、有利には、伝送信号の波長と、強度変調によって得られたクロックの波長との中央の波長（λ_ｓ＋λ_ｃ）／２に対してゼロになるように選択する。カーファイバをこのように選択すると、変調ファイバ１０に沿って変調されるクロックおよび信号のスリップを制限することができる。
【００３１】
位相変調ファイバの出力では、強度変調、次いで位相変調を受けた波長λ_ｓの信号が得られる。再生器はさらに、波長λ_ｃのクロック信号をフィルタリング可能なフィルタ１２を有する。信号の波長に対する連続波長のスペクトル位置に応じて、フィルタは、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタとすることができる。強度変調を受け、続いて位相変調を受けた伝送信号だけが、フィルタの出力で得られる。
【００３２】
本発明は、従来技術の装置に比べて、次のような長所がある。従来技術の強度変調に対して、本発明は、再生器の複雑性を著しく増すことなく位相変調を行うことができる。必要な追加コンポーネントは、連続光源、マルチプレクサ、カーファイバ、および連続光をフィルタリング可能なフィルタだけである。強度変調と位相変調とを分離することにより、前述のように、強度変調の際に位相変調のためのクロックを生成可能である。強度変調に位相変調を付加することにより、図３に関して説明するように、再生器の性能を改善できる。
【００３３】
図２は、波長分割多重伝送の実施形態における、本発明による再生器の概略図である。図の例では、伝送システムには４つのチャンネルがあるものとみなす。再生器は、デマルチプレクサ１４を含み、デマルチプレクサは、多重化信号を入力で受信して、様々なチャンネルの波長λ_Ｓ１〜λ_Ｓ４の信号を４つの出力で供給する。各チャンネルに対して、図２の再生器は、図１の再生器と同様に、連続光源投入のためのマルチプレクサ１６_ｉ、強度変調器１８_ｉ、およびカーファイバ２０_ｉを含む。カーファイバを出る信号は、マルチプレクサ２２の入力に付与される。
【００３４】
図１の装置の単純な多重化とは異なり、図２の例では、連続波長λ_ｃの信号に対して単一の光源２４を用いる。この光源の出力は増幅器２６で増幅され、様々なマルチプレクサ１６_ｉに付与される。さらに、マルチプレクサ２２が位相変調クロックをフィルタリングするので、再生器の各分枝に図１のフィルタ１２のタイプのフィルタを設けることは不要である。
【００３５】
強度変調器および位相変調器は、図１に関して説明したものと同様に実施される。特に、各チャンネルのカーファイバを選択して、このカーファイバの波長分散が、当該チャンネルの信号の波長と、強度変調によって得られるクロックの波長との中央の波長（λ_Ｓｉ＋λ_ｃ）／２に対してゼロになるようにすることができる。
【００３６】
図１の場合と同様に、図２には、強度変調のためのクロック生成装置を示していない。チャンネルが同期している場合は、単一のクロックを用いてもよく、あるいは図示したように異なるクロックを用いてもよい。
【００３７】
二つの実施形態では、連続光源のパワーが、位相変調で使用されるクロックに対して望まれるパワーに依存する。クロックと、カーファイバを介して伝送される信号との間では約３゜の位相差が適切である。これは、約π／５０の変調度に対応する。シリカファイバでは、このような位相差は、ピークパワーが約２ｍＷまたは＋３ｄＢｍのクロックで得られる。この値により、強度変調器における損失を考慮して、連続光源のパワーを計算することができる。約１３ｄＢのＩｎＰマッハ−ツェンダー変調器に対する一般値では、ファイバに結合される光源のパワーは約１６ｄＢｍである。このパワーは、場合によっては、予め増幅するか、および／またはブーストすることにより、光源を用いて有効に得られる。特に、変調器の入力および出力に円錐状ファイバ区間を設けることにより、変調器を介する損失を低減し、それによって挿入損失を低減することも可能である。このようにして、連続ポンプのパワーを３〜６ｄＢ減らすことができる。
【００３８】
４チャンネルの構成では、同じ仮定を用いることにより、約＋２１ｄＢｍの光源パワーが得られる。このパワーは、場合によっては増幅器に結合される半導体光源によって得ることもできる。
【００３９】
非線形性が大きいカルコゲニドファイバを位相変調に対して使用すると、位相変調クロックのパワーを下げることも可能であり、従って、強度変調器に投入される連続光源のパワーを下げることができる。それにより約３〜６ｄＢ少なくなる。
【００４０】
図３は、本発明による再生器と、従来技術による再生器とを用いた伝送システムに対して、距離（ｋｍ）の関数としてＱ値を示すグラフである。この図では、カー効果による位相変調のみで行われる再生に対して得られたＱ値を太線で示した。強度変調のみで行われる再生に対して得られたＱ値は破線で示した。また、本発明による再生器を用いて得られるＱ値は、四角の付いた連続線で示した。図３の結果を得るために、単チャンネルのソリトン信号を考慮した。伝送システムの増幅器間の距離は４５ｋｍ、再生器間の距離は９０ｋｍであって、これは、Ｓ．ＢｉｇｏおよびＯ．Ｌｅｃｌｅｒｃによる前述した文献に記載された実験と同じである。強度変調は、３ｄＢの変調度の変調であり、フィルタは、通過帯域０．７ｎｍのフィルタである。クロックのパワーは３ｄＢｍに固定したので、位相変調は５゜になる。位相変調のみ、強度変調のみ、または位相および強度変調といった、考えられる各構成に対して、増幅器の出力パワーの観点から伝送システムを最適化した。
【００４１】
図は、７５００ｋｍを超える距離に対して、距離と共に減少するクロストカー効果による位相変調のみの場合のＱ値を示す。強度変調の場合、Ｑ値は、約１５０００ｋｍの距離に対して漸近値約２２に向かっている。本発明による変調は、それよりもずっと大きい約３５という漸近値に到達することができる。
【００４２】
ソリトン信号波長分割多重伝送システムでは、位相変調がさらに、信号のジッタを制限し、従って、隣接チャンネルのソリトン間の衝突の影響を制限するという長所をもっている。
【００４３】
もちろん、本発明は、記載および図示された例および実施形態に制限されるものではなく、当業者は、多数の変形実施形態を検討することができる。また、特にチャンネル数が増加する場合、様々な多重化チャンネルに対して異なる連続光源を使用してもよいことは明らかである。図３の例は、ソリトン信号に対して挙げられている。本発明はまた、他のタイプのＲＺ信号あるいはその他の信号にも適用される。波長分割多重伝送システムでは、同期チャンネルが、位相変調および強度変調を一緒に行うことができる。全てのチャンネルが同期されている場合には、図１の再生器を使用可能である。あるいは、複数の同期チャンネルが、図２の再生器の一つの分枝を通ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単チャンネルの実施形態における本発明による再生器の概略図である。
【図２】波長分割多重伝送の実施形態における、本発明による再生器の概略図である。
【図３】本発明による再生器と、従来技術による再生器とを用いた伝送システムに対して、距離の関数としてＱ値を示すグラフである。
【符号の説明】
２、１６_ｉ、２２ マルチプレクサ
４、２４ 連続光源
６、１８_ｉ 強度変調器
１０、２０_ｉ カーファイバ
１２ フィルタ
１４ デマルチプレクサ
２６ 増幅器

Claims (18)

1. 連続光を伝送信号と結合するマルチプレクサ（２）と、伝送信号および連続光を変調するように構成された強度変調器（６）と、一緒に伝播された伝送信号および強度変調した連続光をクロスト位相変調により位相変調するように構成された、強度変調器の出力に設けられたカーファイバ（１０）とを含む、光伝送システムのための再生器。
2. カーファイバの後段にあって、連続光をフィルタリングするフィルタ（１２）を特徴とする請求項１に記載の再生器。
3. 強度変調器が、マッハ・ツェンダー変調器であることを特徴とする請求項１または２に記載の再生器。
4. カーファイバの非線形屈折率が、２．７×１０^−２０ｍ^２／Ｗより大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の再生器。
5. カーファイバーの波長分散が、伝送信号の波長と連続光の波長との中央の波長に対してゼロになることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の再生器。
6. 強度変調度が１ｄＢよりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の再生器。
7. デマルチプレクスされたチャンネルを出力で供給するデマルチプレクサ（１４）と、
   各デマルチプレクスされたチャンネルに対して、連続光を該チャンネルの信号と結合するマルチプレクサ（１６_ｉ）、前記チャンネルの信号および連続光を変調するように構成された強度変調器（１８_ｉ）、および一緒に伝播された伝送信号および強度変調された連続光をクロスト位相変調により位相変調するように構成された、強度変調器の出力に設けられたカーファイバ（２０_ｉ）と、
   各チャンネルの位相変調信号を受信して多重化信号を供給するマルチプレクサ（２２）とを含む、波長分割多重光伝送システムのための再生器。
8. 連続光が、単一の光源（２４）により供給されることを特徴とする請求項７に記載の再生器。
9. 光源からの信号を増幅する増幅器（２６）を特徴とする請求項８に記載の再生器。
10. 強度変調器が、マッハ・ツェンダー変調器であることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の再生器。
11. カーファイバの非線形屈折率が、２．７×１０^−２０ｍ^２／Ｗより大きいことを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の再生器。
12. チャンネルのカーファイバの波長分散が、前記チャンネルの伝送信号の波長と連続光の波長との中央の波長に対してゼロになることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の再生器。
13. 強度変調器における強度変調度が１ｄＢよりも大きいことを特徴とする請求項７から１２のいずれか一項に記載の再生器。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の再生器を含む光ファイバ伝送システム。
15. 連続光を伝送信号と結合し、
    伝送信号および連続光を共に強度変調し、
    一緒に伝播された伝送信号および強度変調した連続光をクロスト位相変調により位相変調することを含む、光再生方法。
16. 強度変調が、１ｄＢより大きい変調度で行われることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 位相変調が３°の変調度で行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 位相変調ステップの後で、強度変調された連続光をフィルタリングするフィルタリングステップを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。

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