JP5484969B2

JP5484969B2 - 全光２ｒ再生

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Publication number: JP5484969B2
Application number: JP2010058091A
Authority: JP
Inventors: ヘールト・モルティエ; クーン・ヒュイブレヒツ
Original assignee: Universiteit Gent; Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Current assignee: Universiteit Gent; Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: US20110222856A1; JP2011192826A; US8599478B2

Description

本発明は、光通信システムにおける全光信号再生のための装置及び方法に関する。

遠隔通信の業界は、近年、大きな成長を経験し、かつ新しいインターネットベースのサービスが実装されるにつれて、帯域幅の必要性がさらに増加すると期待されている。光ポイントツーポイント波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークリンクは、以前は、容量の必要条件を満たすことができ、世界的に実装された。将来の要求を満たすために、光ネットワークの発展における次のステップは、光領域におけるルーティング及びスイッチングを実装することであろう。しかしながら、主要な関心事は、光ネットワークノードの縦続（カスケード）接続性（cascadability）を厳しく制限する雑音の蓄積である。

光電子再生器（opto-electronic regenerator）を用いて光信号を再生することが知られている。このような光電子再生器は、受信機、電子再生、及び光送信機に基づいている。

さらに、全光２Ｒ再生（２Ｒ：振幅再増幅（reamplification）及び波形再整形（reshaping）を提供すること。）のための様々な技術が提案されている。このような全光再生器の主要な機構は、非線形のパワー伝送機能（power transfer function）に基づいている。全光再生器の第１のカテゴリは、光信号パルスの上位のパワーレベル（論理１）及び下位のパワーレベル（論理０）の両方における再生を提供する。再生機構は、単一のパワー伝送機能に基づくことができ、同一のパワー伝送機能が、上位のパワーレベル（論理１）及び下位のパワーレベル（論理０）のために使用される。例えば、干渉型再生器は、単一のパワー伝送機能に基づいている。代替として、再生機構は、上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルのために異なるパワー伝送機能を使用することに基づいてもよい。このような全光再生器は、ビット誤り率（ＢＥＲ）の低減を提供することができる。このタイプの全光再生器の例は、いわゆるマミシェフ（Mamyshev）型再生器である。全光再生器の第２のカテゴリは、光信号の上位のパワーレベルのみ又は下位のパワーレベルのみにおける再生を提供する。このような再生器は、飽和特性を有する装置に基づくことができる。例えば、半導体光増幅器は、光信号の上位のパワーレベル（論理１）における再生を提供するために使用される。

米国特許第６８３２０５３号明細書。米国特許第６６０８８５４号明細書。

Ｍ．Ｒｏｃｈｅｔｔｅｅｔａｌ．， "２ＲＯｐｔｉｃａｌＲｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＡｎＡｌｌ−ＯｐｔｉｃａｌＳｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒＢＥＲＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ"，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｌｅｃｔｅｄＴｏｐｉｃｓｉｎＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ１２，Ｎｕｍｂｅｒ４，２００６．

マミシェフ型全光再生器は、非線形ファイバなどの非線形媒体における光データ信号の自己位相変調、及びそれに続く光フィルタリングに基づく。このタイプの光再生器は、非常に良好な再生をもたらすが、非常に高い入力パワー（例えば、平均の入力パワーが１００ｍＷより高い。）を要求し、かつ短いパルスについてのみ動作する。一般的に、これらはいくぶん大きく、かつ長いファイバの長さを要求する。ビット誤り率（ＢＥＲ）がこのタイプの再生器を用いて改善されることが示されている（非特許文献１）。

干渉型全光再生器の例が、特許文献１に記述されている。通常、このタイプの全光再生器は、（マミシェフ型再生器と比較して）非常に低いパワーレベル、例えば１ｍＷから２ｍＷの範囲の入力パワーレベルで動作する。しかしながら、再生の品質が悪く（例えば、雑音の再分配のみであり、実際のＢＥＲの改善はない。）、かつそれらの構造、製造、及び操作はいくぶん複雑である。

特許文献２では、光信号の全光波形再整形のための装置及び方法が、光増幅器の利得飽和に基づいて、記述されている。波形再整形のための装置は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザと、駆動電流をＤＦＢレーザに供給する駆動回路とを含み、その結果、ＤＦＢレーザが阻止帯域に含まれる第１の波長で発振する。阻止帯域に含まれない第２の波長を有する信号光が、ＤＦＢレーザに入力される。信号光が上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルをそれぞれ有する光パルスを備えるとき、上位のレベルにおける振幅の変動（又はゆらぎ）が、信号光のパワーを適切に設定することによって抑圧される。光信号の波形整形は、光増幅器として動作するＤＦＢレーザの利得飽和に基づいている。下位のパワーレベルにおける振幅変動が、例えば可飽和吸収体などの追加の構成要素を提供することによって抑圧されることが示される。このタイプの光再生器に必要とされる入力パワーレベルは低いが、再生は、雑音の再分配のみを提供し、かつＢＥＲの改善を提供しない。

本発明は、強度変調された光信号の全光２Ｒ再生のための方法を提供し、上記方法は、低いパワー消費量で実行され、かつビット誤り率（ＢＥＲ）の低減を含む良好な信号再生を提供する。

上述した目的は、本発明に係る方法によって達成される。

本発明の特定の態様及び好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項で述べられる。従属請求項からの特徴は、請求項に明確に述べられたものだけではなく、必要に応じて、独立請求項の特徴と組み合わせられてもよい。

本発明は、上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える光信号の全光再生のための方法を提供し、上記光信号は、信号波長を有し、上記方法は、上記信号波長を備える利得帯域幅を有するＤＦＢレーザダイオードを提供することを含み、上記信号波長は、上記ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側であり、上記ＤＦＢレーザダイオードは、上記信号波長について、上昇ブランチ（ascending branch）及び下降ブランチ（descending branch）を有するヒステリシス曲線を示す双安定の増幅特性を有し、上記上昇ブランチは、上記下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置し、上記方法は、上記ＤＦＢレーザダイオードが上記双安定の増幅状況（regime）で動作するように上記ＤＦＢレーザダイオードを駆動することを含み、上記ヒステリシス曲線の上記下降ブランチは、上記パルスの上記下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、上記ヒステリシス曲線の上記上昇ブランチは、上記パルスの上記上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置し、上記方法は、上記ＤＦＢレーザダイオードの入力で上記光信号を提供し、上記ＤＦＢレーザダイオードの出力で再生された光信号を発生することを含む。

本発明の実施形態では、ＤＦＢレーザダイオードを提供することは、信号波長において双安定の増幅を可能にするのに十分に低い反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有するＤＦＢレーザダイオードを提供することを含む。好ましくは、レーザダイオードの両方のファセットでの反射防止コーティングの反射率は、５％未満、好ましくは３％未満、さらに好ましくは２％未満、またさらに好ましくは１％未満である。

本発明の実施形態では、上記ＤＦＢレーザダイオードを駆動することは、双安定の増幅を可能にするのに十分に大きい注入電流、例えば、上記ＤＦＢレーザダイオードのしきい値電流よりも少なくとも３倍大きい、好ましくは少なくとも４倍大きい注入電流を提供することを含む。

本発明の実施形態に係る方法はさらに、例えば上記入力パワーレベルを増大させるために、連続光信号を上記ＤＦＢレーザダイオードの上記入力で提供することを含んでもよく、それによって、上記ヒステリシス曲線の上記下降ブランチが、上記パルスの上記下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、かつ上記ヒステリシス曲線の上記上昇ブランチが、上記パルスの上記上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置する。

本発明の実施形態に係る方法はさらに、上記ＤＦＢレーザダイオードの上記出力信号を、例えば上記ＤＦＢレーザダイオードの上記出力で光フィルタを提供することによってフィルタリングすることを含んでもよく、それによって、再生された光信号のみが光フィルタを通過するように、上記ＤＦＢレーザダイオードのレーザ波長を上記出力信号から除去する。

本発明はまた、本発明の方法に係るＤＦＢレーザダイオードを用いる全光信号再生器に関する。本発明は、上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える光信号を再生するための全光再生器を提供し、上記光信号は、信号波長を有し、上記再生器は、上記信号波長を備える利得帯域幅を有するＤＦＢレーザダイオードを備え、上記信号波長は、上記ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側であり、上記ＤＦＢレーザダイオードは、上記信号波長について、上昇ブランチ及び下降ブランチを有するヒステリシス曲線を示す双安定の増幅特性を有し、上記上昇ブランチは、上記下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置し、上記再生器は、上記ＤＦＢレーザダイオードが上記双安定の増幅状況で動作するように駆動電流を上記ＤＦＢレーザダイオードに供給する駆動回路を備え、上記ヒステリシス曲線の上記下降ブランチは、上記パルスの上記下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、上記ヒステリシス曲線の上記上昇ブランチは、上記パルスの上記上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置する。

本発明はまた、入力デマルチプレクサと、本発明に係るＤＦＢレーザダイオード及び駆動回路を備える全光信号再生器のアレイと、出力マルチプレクサとを備えるマルチチャネル全光再生器に関する。

パワー消費量が低くなることが、本発明に係る全光２Ｒ信号再生のための方法及び装置の利点である。例えば、パワー消費量は、光再生器として使用するＤＦＢレーザダイオードを冷却するためのパワー消費量、及びマルチチャネル構成の場合に様々な波長チャネルの間で共有されるＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）のパワー消費量を含めて、１ワット未満である。光入力パワーレベルが低くなり、例えば、数ｍＷ、又はそれ未満の範囲である。

光信号の上位のパワーレベル（論理１）及び下位のパワーレベル（論理０）における振幅の変動（variation）の抑圧、及び光雑音によるＢＥＲフロアに到達する前並びに到達した後の顕著なビット誤り率（ＢＥＲ）の低減を伴う良好な信号再生を提供することが、本発明に係る全光２Ｒ信号再生のための方法及び装置の利点である。

数百マイクロメートルの範囲の横寸法である小型の装置であることが、本発明に係る全光２Ｒ信号再生のための装置の利点である。

広い波長範囲、例えば３０ｎｍ乃至４０ｎｍの幅を有する波長範囲で使用されうることが、本発明に係る全光２Ｒ信号再生のための方法及び装置の利点である。方法は、レーザ波長に近い（例えば、１ｎｍ内の）狭い範囲を除いて、ＤＦＢレーザダイオードの能動材料（active material）の利得帯域幅内の任意の波長で使用されうる。

例えば、当業者に既知である偏光独立（polarisation independent）導波路の設計を用いることによって、偏光独立であることが、本発明に係る方法及び装置の利点である。

広範囲のビットレート、例えば４０ＧＨｚ及びそれ未満のビットレート、例えば２５ＧＨｚ及びそれ未満のビットレートで使用されうることが、本発明に係る方法及び装置の利点である。

ＮＲＺ（非ゼロ復帰）信号の光再生のために使用されうることが、本発明の全光２Ｒ信号再生のための方法及び装置の利点である。

本発明と従来技術を越えて達成される利点とを要約する目的のために、本発明のある目的及び利点が本明細書で上述された。もちろん、必ずしもすべてのこのような目的又は利点が、本発明の任意の特定の実施形態にしたがって達成されるとは限らない。したがって、例えば、当業者は、本発明が、必ずしも本明細書で教示又は示唆された他の目的又は利点を達成することなく、本明細書で教示された１つの利点又は利点のグループを達成する又は最適化する方法で、実施される又は実行されてもよいことを認識するであろう。さらに、この要約は単なる例示であり、かつ請求される本発明の範囲を制限することを意図しないことが理解されるであろう。本発明は、構成及び動作の方法とそれらの特徴及び利点との両方に関して、添付の図面とともに読まれるときに、以下の詳細な説明への参照によって最もよく理解されるであろう。

ＤＦＢレーザダイオードの双安定性（bistability）を示し、（ａ）は、レーザ出力パワーを注入された光のパワーの関数として示し、（ｂ）は、注入された光の増幅の双安定性を示す。レーザの反射防止コーティングにおける様々な反射率についてのＤＦＢレーザダイオードの出力パワー対入力パワーを表すシミュレーション結果を示す。注入電流の様々な値についての測定されたレーザ出力パワー対入力パワーを示す。２Ｒ再生のためのヒステリシスを使用する効果を概略的に示し、（ａ）は、オリジナルのビットパターンを示し、（ｂ）は、動的に変化する判定レベル（短い破線）及び静的な判定レベル（長い破線）を伴う劣化したビットパターンを示し、（ｃ）は、静的な判定レベルに基づいて再構成された又は再生されたビットパターンを示し、（ｄ）は、動的な判定レベルに基づいて再生されたビットパターンを示す。クラスＩ再生及びクラスＩＩ再生についてのビット誤り率対受信される光パワーのグラフにおいて、雑音の低減とＢＥＲの改善との間の相違を示す。本発明に係る光再生器を特徴付ける実験に使用される測定の設定を示す。１０Ｇｂ／ｓのビットレートにおいて、ＯＳＮＲの様々な値について、測定されたＢＥＲを受信される光パワーの関数として示し、（ａ）は、ＥＤＦＡの入力パワーが−２５．２ｄＢｍであり、（ｂ）は、ＥＤＦＡの入力パワーが−２６．２ｄＢｍであり、（ｃ）は、ＥＤＦＡの入力パワーが−２７．２ｄＢｍである。オリジナルの信号と比較した劣化した信号及び再生された信号の１０^−９のＢＥＲのための過剰なペナルティをＥＤＦＡの入力パワーの関数として示す。（ａ）は、受信機でのオリジナルの信号のアイダイアグラムを示し、（ｂ）は、劣化した信号のアイダイアグラムを示し、（ｃ）は、再生された信号のアイダイアグラムを示す。１０Ｇｂ／ｓのビットレートにおいて、本発明の実施形態に係る全光再生器の入力及び出力でのＯＳＮＲをＥＤＦＡへの入力パワーの関数として示す。１０Ｇｂ／ｓのビットレートにおいて、様々な伝送波長について、ＢＥＲを受信される光パワーの関数として示し、（ａ）は、波長が１５４５ｎｍであり、（ｂ）は、波長が１５５０ｎｍであり、（ｃ）は、波長が１５５５ｎｍである。２５Ｇｂ／ｓのビットレートにおいて、ＢＥＲを受信される光パワーの関数として示し、（ａ）は、１７．６ｄＢの入力ＯＳＮＲ（１９．８ｄＢに改善される）であり、（ｂ）は、１６．９ｄＢの入力ＯＳＮＲ（１９．２ｄＢに改善される）である。図１２（ａ）に対応するアイダイアグラムを示す。１７０ｋｍの光ファイバリンクを介する伝送の前及び後における再生の有効性を示す。本発明の実施形態に係るマルチチャネル全光２Ｒ信号再生器を概略的に示す。

特許請求の範囲における任意の参照符号は、本発明の範囲を制限するように構成されない。

異なる図面において、同一の参照符号は、同一の構成要素又は類似の構成要素を示す。

以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細が、本発明の完全な理解、及び本発明が特定の実施形態で実行される方法を提供するために説明される。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細な説明なしで実施されることができると理解されるであろう。別の例では、本発明を曖昧にすることを避けるために、周知の方法、手順、及び技術は詳細に記述されない。一方、本発明が、特定の実施形態に関して、かつ本発明を制限しないいくつかの図面を参照して説明されるであろう。本明細書に含まれかつ説明される図面は、概略図であり、かつ本発明の範囲を制限しない。したがって、諸図において、幾つかの構成要素のサイズは説明を目的として誇張され、かつ縮尺通りに描かれていない場合があることにも留意する。

さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１の、第２の、第３のなどの用語は、同様の構成要素を区別するために使用され、時間的な、空間的な、順位の、又は任意の別の方法の順序を必ずしも説明するものではない。このように使用されるこれらの用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で記述される又は説明されるものとは別の順序で動作することができることが理解されるべきである。

さらに、明細書及び特許請求の範囲における上部、下部、上の、下のなどの用語は、説明の目的のために使用され、必ずしも相対的な位置を説明するものではなく、このように使用されるこれらの用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で記述される又は説明されるものとは別の方向で動作することができることが理解されるべきである。

特許請求の範囲で使用される用語「備える」は、以下に記載される手段に制限されるものとして解釈されるべきではなく、用語「備える」は、別の構成要素又はステップを排除しないことに留意する。したがって、用語「備える」は、参照した述べられた特徴、整数値、ステップ、又は構成要素の存在を指定するように解釈される必要があるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数値、ステップ、又は構成要素、又はそれらのグループの存在又は追加を排除しない。したがって、表現「手段Ａ及びＢを備えるデバイス」の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。

本発明の文脈では、ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域は、（ブラッグ格子の周期によって決定される）ブラッグ格子が顕著な反射を提供し、レーザ発振をもたらすブラッグ波長周辺の波長帯域である。

本発明の文脈では、利得帯域幅は、ＤＦＢレーザダイオードの活性層が反転分布によって増幅又は利得を提供する波長帯域である。

本発明は、強度変調された光信号の全光２Ｒ信号再生のための方法を提供し、本方法は、低いパワー消費量であり、かつビット誤り率の低減を伴った良好な信号再生を可能にする。

本発明は、強度変調された光信号の全光再生のための方法を提供し、光信号は、信号波長を有し、かつ上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える。本発明の実施形態では、ＤＦＢレーザダイオードが光再生のために使用される。ＤＦＢレーザダイオードは、信号波長を備える利得帯域幅を有するように選択され、信号波長は、ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側である。さらに、ＤＦＢレーザダイオードは、信号波長について双安定の増幅特性を有するように選択され、双安定の増幅特性は、上昇ブランチ及び下降ブランチを有するヒステリシスを示し、上昇ブランチは、下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置する。本発明に係る方法では、ＤＦＢレーザダイオードは、双安定の増幅状況で動作するように駆動され、ヒステリシス曲線の下降ブランチは、パルスの下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、ヒステリシス曲線の上昇ブランチは、パルスの上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置する。再生されるべき光信号は、ＤＦＢレーザダイオードの入力で提供され、それによって、ＤＦＢレーザダイオードの出力で再生された光信号を発生する。

本発明の方法は、それが、ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側の波長を有する光を増幅するために使用されるときに、ＤＦＢレーザダイオードの伝送特性におけるヒステリシスを使用する。

分布帰還型（ＤＦＢ）レーザダイオードは、保持ビーム（holding beam）の注入下で、レージングパワー及び増幅特性においてヒステリシスを示すことが知られている。連続波光をＤＦＢレーザに注入するとき、２つの安定状態が同一の入力パワーについて可能である。この双安定性は、ＤＦＢレーザのしきい値特性上のキャリア分布の強い影響に起因する。複数の状態のうちの１つにおいて、レーザは、レーザ光を放出し、かつ外部から注入された光は、利得のクランピングによって弱く増幅される。他の状態は、外部の光の非常に高い増幅を有し、キャリアの強力に不均一な分布をもたらす。この空間的なホールバーニング効果は、ＤＦＢレーザダイオードのしきい値を増大させることができ、最終的にレーザをスイッチオフさせる。この状態では、装置内のすべての注入されたキャリアが、注入された光を増幅するために使用される。図１（ａ）は、シミュレーションされたレーザ出力パワーを、反射防止コーティングを有し、コルゲーション（波形：corrugation）κＬが１．２、かつ長さＬが４００マイクロメートルであるλ／４シフトＤＦＢレーザに注入された光のパワーの関数として示す。図１（ｂ）は、注入された光の増幅の双安定性を示す。この双安定の増幅特性は、本発明に係る方法で使用されて、ビット誤り率の低減を伴う良好な光再生を得る。図１（ｂ）に示すように、増幅特性は、下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置する上昇ブランチを有する反時計回りのヒステリシス曲線を示す。

双安定の状況でのＤＦＢレーザダイオードの動作は、レーザの両方のファセットでの反射防止コーティングにおける反射が十分に低いとき、例えば、５％未満、好ましくは３％未満、さらに好ましくは２％未満、またさらに好ましくは１％未満のときに、得られる。これは、図２に示され、図２は、レーザの両方のファセットにおける反射防止コーティングの様々な反射率の値（０．１％、１％、３％、及び５％）についての出力パワー対同一の波長で注入された入力パワーのシミュレーション結果を示す。シミュレーションでは、レーザの長さＬが４００μｍ、κＬの値が１．６、かつ注入電流が１５０ｍＡであることが仮定される。示した例において、良好な双安定の特性が、最も低い反射率の値について得られるが、３％の反射率では、双安定性があまりはっきりしない。より高い反射率の値については、双安定の状況が消失する。

許容される反射率の量はまた、例えば、レーザの長さ及び／又はレーザの結合係数κなどの他のデバイスパラメータに依存する。例えば、より短い長さＬ及びより小さいκの値を有するレーザについては、わずかにより高い反射率が許容される。

さらに、注入電流は、レージングのためのしきい値電流よりも十分に大きいこと、例えば、少なくとも３倍大きい、好ましくは少なくとも４倍大きいことが好ましい。これは図３に示されており、図３では、しきい値電流が３０ｍＡ、Ｌ＝４００マイクロメートル、かつκＬ＝１．６であるレーザについて、測定されたレーザ出力パワー対入力パワーが注入電流の様々な値について示されている。実験では、１００ｍＡから１５０ｍＡまでの注入電流が使用された。最も小さい注入電流（１００ｍＡ）については、明らかなヒステリシスが存在しないことがわかる。より高い注入電流、例えば、（しきい値電流の４倍から５倍である）１２０ｍＡと１５０ｍＡとの間の範囲については、明らかなヒステリシス特性が観察される。

上述した双安定の特性（反時計回りのヒステリシス曲線）を有するＤＦＢレーザダイオードを、（上位のパワーレベル、及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える）強度変調された光信号の光再生のために使用するとき、パルスの下位のパワーレベルは、ヒステリシス曲線の下降ブランチのパワーレベル未満であることが好ましく、かつパルスの上位のパワーレベルは、ヒステリシス曲線の上昇ブランチのパワーレベルを超えることが好ましい。このパワーレベルの位置決めは、レーザダイオードの設計によって、例えば、適切なκＬの値を選択することによって得られる。ここで、κは結合係数であり、かつＬはレーザの長さである。パワーレベルの位置決めはまた、注入電流及び温度によって影響される。例えば、電流注入を増加させ、かつ／又は温度を調節することは、ヒステリシスをより高いパワーレベルに移動させることができ、かつ／又はヒステリシスを拡大することができる。パワーレベルの位置決めはまた、ＤＦＢレーザダイオードの入力で、追加の光信号（例えば、連続波光信号である保持ビーム）を提供し、それによって入力パワーレベルを増大させることによって得られる。しかしながら、これは、追加の光信号（したがって、追加の光源）を必要とする。パワーレベルの位置決めのための異なる方法が組み合わされてもよい。

本発明の方法は、ＤＦＢレーザダイオードの利得帯域幅内の波長を有し、かつレージング波長から十分に離れた、例えば１ｎｍ離れた強度変調された光信号を再生するために使用されることができる。注入された光は、ＤＦＢ格子の阻止帯域の外側の（かつ利得帯域幅内の）任意の波長を有することができ、２Ｒ再生器の広帯域動作、すなわち３０ｎｍ乃至４０ｎｍの幅を有する波長帯域内の動作をもたらす。

動作中では、直流電流が、ＤＦＢレーザダイオードに提供されることが好ましく、かつ再生されるべき光信号がＤＦＢレーザダイオードの入力で提供される。レーザダイオードの出力では、再生された信号が形成される。フィルタがＤＦＢレーザダイオードの出力で提供されて、レージング波長をフィルタリングする、すなわち、レーザ光を排除する。

高速でかつ良好な光再生が小型の装置を用いて得られることが、本発明に係る方法の利点である。双安定の素子（ＤＦＢレーザダイオード）が光再生を提供するために使用されているが、デバイスの完全なオン／オフスイッチングが存在しないので、光再生は、高速で、例えば２５Ｇｂ／ｓと４０Ｇｂ／ｓとの間の範囲で発生することができる。固定された判定レベルが０及び１のために使用される従来技術の解決方法とは対照的に、本発明の実施形態で使用されるヒステリシスは、判定レベルを動的に変化させ、したがって、雑音の多い信号のビット誤り率を低減する。これは、図４に示される。図４（ａ）は、オリジナルのビットパターンを示し、かつ図４（ｂ）は、動的に変化する判定レベル（短いダッシュによる破線）及び静的な判定レベル（長いダッシュによる破線）を伴う劣化したビットパターンを示す。図４（ｃ）は、従来技術に係る静的な判定レベルに基づいて再構成された又は再生されたビットパターンを示し、再生された信号における誤りを示す。図４（ｄ）は、本発明に係る動的な判定レベルに基づいて再生されたビットパターンを示し、ビット誤りのない再生を示す。したがって、本発明の実施形態では、注入された光の双安定の伝送特性がビット誤り率を改善するために使用される。

図５は、静的な単一のしきい値判定レベルを用いる再生と（本発明のように）動的に移動する判定特性を用いる再生とにおける相違を、ビット誤り率対受信される光パワーの観点から示す。静的な単一のしきい値判定レベルは、論理１及び／又は論理０上の雑音の低減、及び雑音の再分配をもたらして、より低い光パワーの値で誤りのない検出を可能にする（図５における水平のシフトＡ）。しかしながら、段階的な再生器（step-like regenerator）を用いても、信号のビットエラーフロアを改善することはできない。１及び０のための異なる伝送機能を有する再生方法のみが、ビットエラーフロアを改善することができる（図５における垂直のシフトＢ）。例えば、これは、マミシェフ型再生器、及び本発明に係る再生器を用いる場合である。

実験が、図６に示される設定を用いて実行された。パルスパターン発生器（ＰＰＧ）は、第１の実験では１０Ｇｂ／ｓのビットレートを有し、かつ第２の実験では２５Ｇｂ／ｓのビットレートを有する２^３１−１ビットの擬似ランダムなビット列（ＰＲＢＳ）を発生する。オリジナルの信号は減衰しており、かつエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いて増幅されて、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を増大させる。光再生器は、ＡＲコートされたファセットを有するアルカテル−タレス（Alcatel-Thales）の１５５３ｎｍのレージング波長を有する標準の最適化されていないλ／４シフトＤＦＢレーザダイオードである。これは、κＬの値が１．６であり、かつバイアス電流が１５０ｍＡである。レンズドファイバは、レーザの両側に整列されて、光で結合する。ＥＤＦＡからの劣化した信号は、（波長１５４６ｎｍを有するレーザダイオードによって発生される）５ｄＢｍの保持ビームと組み合わせられる。保持ビームは、双安定性のためのしきい値を減少させるために使用され、かつ減衰器（ＡＴＴ）によって調整される。１ｎｍの幅を有する光バンドパスフィルタは、再生された信号からレージング光を除去し、その結果、オリジナルの波長での信号のみが、ビット誤り率（ＢＥＲ）の解析のためのプリアンプ受信機に送信される。可変減衰器を使用して、ＢＥＲダイアグラムを作成するために受信機で受信される光パワーを変化させる。

図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）では、ＤＦＢレーザダイオードの出力で受信される光パワーの関数としてのＢＥＲダイアグラムが、ＥＤＦＡの入力パワーの様々な値について（したがって、様々なＯＳＮＲについて）示される。これらのダイアグラムから、２Ｒ再生器は、劣化した信号を顕著に改善できることが明らかである。その雑音抑圧能力は、図８によって実証され、図８では、オリジナルの信号と比較した再生された信号及び劣化した信号のための過剰なパワーペナルティが、ＥＤＦＡの入力パワーの関数として示されている。過剰なパワーペナルティは、１０^−９のビット誤り率を得るために受信機で必要な入力パワーにおける相違である。この相違は、信号における雑音の測定値である。再生のための対応するアイダイアグラムが図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示される。図９（ａ）は、受信機でのオリジナルの信号のアイダイアグラムを示し、図９（ｂ）は、劣化した信号のアイダイアグラムを示し、図９（ｃ）は、再生された信号のアイダイアグラムを示す。

図１０では、２Ｒ再生器の入力及び出力でのＯＳＮＲが、１０Ｇｂ／ｓのビットレートにおいて、ＥＤＦＡへの入力パワーの関数として示されている。ＯＳＮＲは、スペクトラムアナライザの分解能を０．１ｎｍに設定し、かつ信号と雑音との間の相違を決定することによって測定される。数ｄＢのＯＳＮＲの改善が存在し、その雑音低減特性を証明することが結論づけられる。雑音の低減は、再生器の縦続接続性に関して重要である。

本発明に係る２Ｒ再生器は、図１１に示すように、ＤＦＢ格子の阻止帯域の外側で、かつ利得帯域幅内の任意の波長で動作することができる。図１１では、様々な注入された波長（１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び１５５５ｎｍ）について測定されたＢＥＲダイアグラムが示され、測定は、１５５３ｎｍのレージング波長を有するＤＦＢレーザダイオードを用いて実行された。これは、利得媒体のスペクトルの幅（例えば、数十ｎｍ、例えば、３０ｎｍ乃至５０ｎｍ）によってのみ制限される広帯域の動作を示す。複数のグラフの間の小さな相違は、主として、ＥＤＦＡの利得におけるスペクトル変動に起因する。

本発明の実施形態に係るヒステリシスを有する２Ｒ再生器は、劣化した信号がＯＳＮＲによって決定されるノイズフロアに到達するときにさえ、ＢＥＲを削減する。例えば、図７及び図１１（及びさらに図１２）に示すように、再生された信号のＢＥＲ曲線は、左に移動する（雑音の低減）だけではなく、劣化した信号よりも低いＢＥＲフロアを有する。これは、単一の判定レベルを用いる再生器の能力を超えている。

より高いビットレートにおいても、本発明の全光再生器の再生特性が観察された。１０Ｇｂ／ｓのビットレートについての実験結果が、図７乃至図１１に示される一方、２５Ｇｂ／ｓのビットレートで得られた結果が、図１２、図１３、及び図１４に示される。ＤＦＢレーザダイオードの改善された設計、例えば、より短い長さ、より低い結合係数、より高い差動利得（differential gain）、又は閉じ込め係数（confinement factor）を有するＤＦＢレーザダイオードは、より速い動作をもたらし、かつ４０Ｇｂ／ｓでの再生が期待される。

図１２は、２５Ｇｂ／ｓのビットレートにおいて、測定されたＢＥＲを受信される光パワーの関数として示し、図１２（ａ）は、１７．６ｄＢの入力ＯＳＮＲ（１９．８ｄＢに改善される）であり、図１２（ｂ）は、１６．９ｄＢの入力ＯＳＮＲ（１９．２ｄＢに改善される）である。再生後のＢＥＲ曲線の垂直のシフトが観察される。２０倍のＢＥＲの改善（図１２（ａ））、及び５０倍のＢＥＲの改善（図１２（ｂ））が観察される。図１３は、図１２（ａ）に対応するアイダイアグラムを示す。

半導体装置は、チャープ（chirp）又はスペクトル広がり（spectral broadening）を光信号にしばしば導入し、それによって、長い光ファイバを介する伝送における追加の分散的な効果を導入する。図１４では、１７０ｋｍの長さの分散補償型ファイバリンクを介する伝送の前及び後における２５Ｇｂ／ｓの信号の再生の結果が、再生がこのように長いファイバリンクを介する伝送の後、すなわち、スペクトル広がりの後も、まだ有効であることを示している。

本発明はまた、本発明の方法に係るＤＦＢレーザダイオードを用いる全光信号再生器に関する。本発明は、上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える光信号を再生するための全光再生器を提供し、上記光信号は、信号波長を有し、上記再生器は、上記信号波長を備える利得帯域幅を有するＤＦＢレーザダイオードであって、上記信号波長は、上記ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側であり、上記ＤＦＢレーザダイオードは、上記信号波長について、上昇ブランチ及び下降ブランチを有するヒステリシス曲線を示す双安定の増幅特性を有し、上記上昇ブランチは、上記下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置するＤＦＢレーザダイオードと、上記ＤＦＢレーザダイオードが上記双安定の増幅状況で動作するように駆動電流を上記ＤＦＢレーザダイオードに供給する駆動回路であって、上記ヒステリシス曲線の上記下降ブランチは、上記パルスの上記下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、上記ヒステリシス曲線の上記上昇ブランチは、上記パルスの上記上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置する駆動回路とを備える。

本発明はまた、例えば、図１５に示されるマルチチャネル全光再生器に関する。マルチチャネル再生器は、例えばアレイ導波路格子デマルチプレクサなどの入力デマルチプレクサ１０と、本発明の方法にしたがって駆動されるＤＦＢレーザダイオードのアレイ２０と、例えばアレイ導波路格子マルチプレクサである出力マルチプレクサ３０とを備える。このような実施形態では、マルチプレクサ及びデマルチプレクサはまた、レーザ信号をフィルタリングすることができる。例えば、リング共振器又はマッハツェンダー干渉計に基づくマルチプレクサ及び／又はデマルチプレクサなどの当業者に既知である他のマルチプレクサ及び／又はデマルチプレクサが使用されてもよい。

Claims

上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える光信号の全光再生のための方法であって、
上記光信号は、信号波長を有し、
上記方法は、
−上記信号波長を備える利得帯域幅を有するＤＦＢレーザダイオードを提供することを含み、
上記信号波長は、上記ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側であり、
上記ＤＦＢレーザダイオードは、上記信号波長について、上昇ブランチ及び下降ブランチを有するヒステリシス曲線を示す双安定の増幅特性を有し、
上記上昇ブランチは、上記下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置し、
上記方法は、
−上記ＤＦＢレーザダイオードが上記双安定の増幅状況で動作するように上記ＤＦＢレーザダイオードを駆動することを含み、
上記ヒステリシス曲線の上記下降ブランチは、上記パルスの上記下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、
上記ヒステリシス曲線の上記上昇ブランチは、上記パルスの上記上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置し、
上記方法は、
−上記ＤＦＢレーザダイオードの入力で上記光信号を提供し、上記ＤＦＢレーザダイオードの出力で再生された光信号を発生することを含む方法。
上記ＤＦＢレーザダイオードを提供することは、５％未満の反射率を有する反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有するレーザダイオードを提供することを含む請求項１記載の方法。
上記ＤＦＢレーザダイオードを提供することは、３％未満の反射率を有する反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有するレーザダイオードを提供することを含む請求項１記載の方法。
上記ＤＦＢレーザダイオードを提供することは、１％未満の反射率を有する反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有するレーザダイオードを提供することを含む請求項１記載の方法。
上記ＤＦＢレーザダイオードを駆動することは、上記ＤＦＢレーザダイオードのしきい値電流よりも少なくとも３倍大きい注入電流を提供することを含む請求項１記載の方法。
連続光信号を上記ＤＦＢレーザダイオードの上記入力で提供して、上記入力パワーレベルを増大させることをさらに含む請求項１記載の方法。
上記信号を上記ＤＦＢレーザダイオードの上記出力で光学的にフィルタリングして、上記ＤＦＢレーザダイオードのレーザ波長を上記出力信号から除去することをさらに含む請求項１記載の方法。
上位のパワーレベル及び下位のパワーレベルを有するパルスを備える光信号を再生するための全光信号再生器であって、
上記光信号は、信号波長を有し、
上記再生器は、
−上記信号波長を備える利得帯域幅を有するＤＦＢレーザダイオードを備え、
上記信号波長は、上記ＤＦＢレーザダイオードの阻止帯域の外側であり、
上記ＤＦＢレーザダイオードは、上記信号波長について、上昇ブランチ及び下降ブランチを有するヒステリシス曲線を示す双安定の増幅特性を有し、
上記上昇ブランチは、上記下降ブランチよりも高い入力パワーレベルに位置し、
上記再生器は、
−上記ＤＦＢレーザダイオードが上記双安定の増幅状況で動作するように駆動電流を上記ＤＦＢレーザダイオードに供給する駆動回路を備え、
上記ヒステリシス曲線の上記下降ブランチは、上記パルスの上記下位のパワーレベルより上の入力パワーレベルに位置し、
上記ヒステリシス曲線の上記上昇ブランチは、上記パルスの上記上位のパワーレベルより下の入力パワーレベルに位置する再生器。
上記ＤＦＢレーザダイオードは、５％未満の反射率を有する反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有する請求項８記載の全光信号再生器。
上記ＤＦＢレーザダイオードは、３％未満の反射率を有する反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有する請求項８記載の全光信号再生器。
上記ＤＦＢレーザダイオードは、１％未満の反射率を有する反射防止コーティングをそれぞれのファセットに有する請求項８記載の全光信号再生器。
入力デマルチプレクサと、請求項８記載の複数の全光信号再生器と、出力マルチプレクサとを備えるマルチチャネル全光信号再生器。