JP4828770B2 - 波長λでリターンツーゼロパルスを生成する光学パルスソース - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学パルスソースに関し、特に長距離光通信システムで用いられる変調されたリターンツーゼロ（以下、ＲＺパルスと称する）光学パルスソースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リターンツーゼロパルスソースは、波長分割多重光ファイバ通信システム（ＷＤＭシステムと高密度ＷＤＭシステム）で、重要な構成部品である。リターンツーゼロ光学パルスは、パワーレベルがほぼゼロに落ちる光学パルスである。ＷＤＭシステムは、複数の異なる波長チャネルでもって光学信号パルスを送信する。高密度ＷＤＭシステム（ＤＷＤＭシステム）は、さらに多くのチャネルを送信する。ＲＺパルスは、通常そのパルス幅が５０ピコ秒以下のオーダーであり、これはＷＤＭシステムとＤＷＤＭに対し、特に長距離伝送に対し好ましい光学パルスである。
【０００３】
特に好ましい例としては、ＲＺパルス、例えばソリトンは、長距離の光ファイバに亘ってそのパルス形状の完全性を維持する点である。短い持続時間および分散に対する耐性の結果としてソリトンは、現在考えられている高速（１０Ｇｂ／ｓと４０Ｇｂ／ｓ）の長距離システムに対する好ましい信号パルスとして選択されている。このようなシステムは、低価格でコンパクトで高いパワーでかつジッターのないソリトンパルスのソースが必要である。
【０００４】
いくつかのＲＺパルスソースが存在するが、それらはこれらの将来のシステムに対しては全て技術的な欠点を有する。分布帰還（フィードバック）（Distributed feedback，ＤＦＢ）レーザは、ソリトンパルスを生成する光学パワーを提供する。ゲイン切り換えとフィルタ処理されるＤＦＢレーザは、タイミングジッターの影響を受け、これにより伝送距離が制限される（これに関しては、Mollenauer, et al.著のElectronics Letters 27, 178-179 (1991)を参照のこと）。
【０００５】
モードロック外部キャビティレーザは、機械的な安定性を必要とし、キャビティ長さにより決定される繰り返しレートを有している（これに関しては、Morton, et al.著のInstitute of Electronics and Electrical Engineers (IEEE) Photonics Technology Letters, 5, 28-31 (1993) を参照のこと）。個別の電子吸収（electroabsorption，ＥＡ）変調器は、ＣＷ信号からパルスを切り取ることができるが、８〜１０ｄＢの損失を有する。集積レーザー／電気吸収パルスソースは、実現可能なソリューション（解決方法）である。しかし、光学パワー、電気バンド幅と高いコントラスト比は依然として挑戦的な難しい事項である。
【０００６】
現在の１０Ｇｂ／ｓの電気吸収変調レーザ（electroabsorbtive modulated lasers，ＥＭＬ）は、短距離のノンリターンツーゼロ（ＮＲＺ）伝送用に用いられているが、これは−２ｄＢｍ〜０ｄＢｍの出力パワーに限られており、１１ＧＨｚのバンド幅を有する。さらにまた、出力パワーが高いコントラスト比のために犠牲となっている。高いコントラスト比を達成するために、電気吸収領域は高い吸収スペクトラム領域にバイアスしなければならい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
１０ＧＨｚにおいては、パルスソースは、ＣＷレーザとその後に接続されたハイパワーのクロックでシヌソイド状に駆動（sinusoidally driven）されるＬｉＮｂＯ_３の変調器との組合せである（２７ｄＢｍ以上）。この組合せ構成の主要な欠点は、変調器の高損失と大型化および電力消費が大きい点である。ＬｉＮｂＯ_３の変調器は、ＣＷ信号からのパルスの生成による３−５ｄＢの損失に加えてさらに５−６ｄＢ程度の結合損失を有する。変調器の大きなＶ_ｔは、最大で７Ｖ_ｐｐの電圧スイングを必要とするために、変調器の電力消費は大きい。さらにまた、上記のソースの全ては、ＤＷＤＭシステムにより必要とされる波長の安定性を達成するために、波長ロッカーを必要とする。別個の波長ロッカーは、サイズを大きくし、一方集積化された（組み込まれた）波長ロッカーは複雑な構成となる。したがって、ソリトンパルスソースを改善するニーズが存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、変調ＲＺパルスソースは、安定化されたブラググレーティングフィルタに光学的に結合された変調光ソースと１つあるいは複数の光学トラップを有する。光ソースは、パワーと周波数が変調され、調整されたチャネル波長λを有する。ブラググレーティングフィルタは、高いスロープの反射性カットオフを有する反射性バンド幅を有し、好ましくは調整可能である。タップに応答するフィードバック構成により、ソースチャネル波長λを反射バンド幅のエッジ状に保持してＲＺパルスの成形を行う。ブラググレーティングが安定化されると、フィードバックシステムは、グレーティング反射エッジにリンクされた値にλを保持し、ソースの光学スペクトラムの少なくとも一部をオーバラップすることにより変調されたソース光を高い消光比（１２ｄＢ以上）のＲＺパルスに変換する。その結果、高パワーでジッターのないＲＺパルスソースは、コンパクト（安価）で電力効率がよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
波長λでＲＺパルスを生成する光学パルスソースは、波長λを含む範囲に亘って光のパルスを生成する適宜の波長光ソースを含む。この光ソースにλで高い傾斜（スロープ）の反射カットオフ応答（５０ｄＢ／ｎｍ以上）を有する安定化したブラググレーティングフィルタが光学的に結合されている。１つあるいは複数の光学タップが、光ソースに結合され、光を表すブラググレーティングタップ信号がグレーティングに与えられ、光が、グレーティングにより反射されるかあるいは透過される。タップ信号に応答してフィードバック回路は、制御信号を駆動して、光ソースの波長をλに調整する。このようなパルスソースは、直接変調ＲＺパルスソース（directly modulated RZ pulse sources，ＤＭＰＳ）と称する。
【００１０】
以下に説明するＤＭＰＳの一実施例においては、光ソースは、パワーと周波数を変調でき調整可能なチャネル波長λを有する分布帰還レーザを有する。光ソースは、偏光保持ファイバ（ＰＭファイバ）によりブラググレーティングに接続される。好ましくは、ブラググレーティングは、温度が制御された環境内に配置された温度が安定化したブラググレーティングである。温度を制御することによりグレーティングを変えることができる。レーザの波長は、温度を調整することにより同調され、かつフィードバック回路により制御される。
【００１１】
図１は、直接変調されたＲＺパルスソース（ＤＭＰＳ）１００を示す。パルスソース１００は、チップ１０６とアイソレータ１０７から構成された直接変調１５５０ｎｍのＤＦＢレーザ１０１を有し、それに偏光保持（ＰＭ）ファイバ１０８を介してファイバブラググレーティングフィルタ１０３が接続されている。レーザ１０１は、しきい値以上にバイアスされて１０ＧＨｚのクロック信号で変調され、入力１０９でＤＦＢレーザに接続されて光学出力１１０でコントラスト比が３の強度変調された信号を生成する。ファイバブラググレーティングフィルタ１０３が、変調された信号の高周波数エッジをフィルタ除去するとパルスが生成される。
【００１２】
方向性タップ１０５は、ファイバブラググレーティングフィルタ１０３上に入射した光とフィルタグレーティングで反射された光とを取り出して、ファイバ１０８の両側に設けられた２個の検出器１０４に向ける。方向性タップ１０５は、溶融ファイバＰＭカプラ（図示せず）あるいは傾斜グレーティングタップを含む。傾斜グレーティングタップは、ＰＭカプラよりもよりコンパクトである。
【００１３】
図２に示すように、電子フィードバック回路２００は、レーザ１０１の温度を温度制御素子２０５を介して制御することによりレーザ波長をフィルタエッジにロックする。これは、２個の検出された信号１０４の比率２０２を一定レベル２０３に維持することにより行うことができる。
【００１４】
本発明の一実施例においては、ファイバグレーティングフィルタが基準波長を提供するために、グレーティングフィルタの温度は安定している。これは、熱電子（thermo-electric）ＴＥクーラーにより達成可能であるが、よりコンパクトな解決方法は、同調可能なファイバグレーティングフィルタを用いることである。この熱制御の特徴は、ＤＦＢレーザの温度制御から区別することができる。温度制御可能なＰＭファイバブラググレーティングは、薄い金属製フィルムのファイバ上のヒーターにより構成することができる。これにより標準のファイバグレーティングフィルタにより得られたのと類似のパルス特性を生成する。波長は、〜１．３ｎｍに亘って同調可能でありかつ最大パワー消費は０．５Ｗである。
【００１５】
同調可能なフィルタグレーティングは、隣接するＤＷＤＭチャネル間で同調する必要のある次の生成送信器用に用いることができる。温度を調整することができることにより、波長スパンに亘ってチャネルを提供するために必要とされるファイバグレーティングのコードの数を減らすことができる。このようなファイバ上のヒーターを用いて温度を安定化させ、その結果、グレーティングの波長が共鳴し、かくしてＴＥクーラーを置換できる。この方法を用いた電子制御回路は、レーザ波長をファイバブラググレーティングフィルタのエッジにロック（固定）することにより、±１ＧＨｚの波長安定性を示す。次に本発明の具体的実施例を説明する。
【００１６】
実験例
図２の実施例において、グレーティングタップを２×２ＰＭファイバーカプラにより置換した。ベンチトップのプロトタイプ用の出力パルスを図３に示す。レーザは、８０ｍＡでバイアスされ、１０．６６４ＧＨｚのＲＦパワーの〜１５−１８ｄＢｍでもって変調された。レーザ波長はグレーティングの長波長伝送エッジに同調され、変調されたレーザ出力の高周波数サイドバンドの一部を除去してパルスを生成した。パルス幅は、ＲＦパワーを増加させることにより、図３のカーブ（ａ）とカーブ（ｂ）により３４ｐｓから２７ｐｓに同調可能である。レーザ波長は、カーブ（ａ）とカーブ（ｂ）の間で０．０５ｎｍにより再調整しなければならない。
【００１７】
図３のカーブ（ａ）では、半値全幅（ＦＷＨＭ）パルス幅は３４ｐｓでコントラスト比は１９．８ｄＢで、出力パワーは６．８ｄＢｍで、スペクトル幅が６．１６ＧＨｚのＲＭＳを有する。図３のカーブ（ｂ）は、ＦＷＨＭパルス幅が２７．７ｐｓで、コントラスト比が１５ｄＢ以上で（電子リンギングにより決まらない）、出力パワーは８．４ｄＢｍでパルススペクトラム幅が７．９６ＧＨｚのＲＭＳを有する。図４のグラフに示すように、偏光保持ファイバグレーティングフィルタは、長波長透過エッジにおいてＢＷが０．４７ｎｍで、傾斜が〜１３３ｄＢ／ｎｍであった。
【００１８】
特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号は、本発明の一実施例の対応関係を示すもので本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】直接変調されたＲＺパルスソース（directly modulated RZ pulse source，ＤＭＰＳ）のブロック図
【図２】図１のＤＭＰＳにおいてＤＦＢレーザ温度を制御するために安定化したブラグフィルタからのフォワード信号と反射信号の比率をフィードバックする構成を表す図
【図３】ＤＭＰＳからの２個の出力パルスの電圧と時間との関係を表すグラフ
【図４】光ファイバの高速軸に対するＰＭファイバグレーティングブラグフィルタのスペクトラム応答の伝送量と波長との関係を表すグラフ
【符号の説明】
１００ 直接変調されたＲＺパルスソース
１０１ ＤＦＢレーザ
１０３ ファイバブラググレーティングフィルタ
１０４ 検出器
１０５ 方向性タップ
１０６ チップ
１０７ アイソレータ
１０８ 偏光保持（ＰＭ）ファイバ
１０９ 入力
１１０ 光学出力
２００ 電子フィードバック回路
２０２ 比率
２０３ 一定レベル
２０４ 加算器
２０５ 温度制御素子

Claims (3)

1. 波長λでリターンツーゼロ（ＲＺ）パルスを生成する光学パルスソースであって、
   波長λを含む光学スペクトラムに亘って光学パルスを生成する変調光ソース（１０１）であって、パワーと周波数で変調される温度調整可能な分散フィードバックレーザである変調光ソース（１０１）、
   温度的に同調可能なブラググレーティング（１０３）であって、前記光ソースに結合され、前記ブラググレーティングの透過帯域又は反射帯域が前記光ソースにより生成される前記光学パルスの光学スペクトラムの少なくとも一部とオーバラップするよう安定化されており、温度が制御された環境内に配置されて温度が安定化したファイバブラググレーティング、
   前記ブラググレーティングに与えられる光を表す信号と前記ブラググレーティングにより反射される光または前記ブラググレーティングを通じて透過される光を表す信号とをタッピングする、前記光ソースと前記ブラググレーティングとに接続された傾斜グレーティングタップ、及び
   前記タッピングされた信号に応答して、光ソースの波長λを調整し、該レーザの温度を調整するために前記タッピングされた信号に応答する電子回路を含むフィードバック回路（２００）
   からなり、
   前記ブラググレーティングが偏光保持ファイバからなるとともに、薄い金属製フィルムのファイバ上のヒーターを含むことによって前記ブラググレーティング及び前記傾斜グレーティングタップが単一のパッケージ内に含まれることを特徴とする光学パルスソース。
2. 前記フィードバック回路は、ＲＺパルスを生成するために、前記ブラググレーティングを通過するパルスの形状を調整するための制御信号を導き出すことを特徴とする請求項１記載の光学パルスソース。
3. 前記ブラググレーティングは、偏光保持光ファイバ（１０８）により光学ソースに接続されていることを特徴とする請求項１記載の光学パルスソース。

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