JPH10508116A

JPH10508116A - 通信システムにおける全光式処理

Info

Publication number: JPH10508116A
Application number: JP8513718A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー・デイビッドエリス、
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1998-08-04
Also published as: AU3670795A; CA2202660A1; CN1111989C; ES2138750T3; NZ294023A; DE69512260D1; EP0787390B1; CN1169222A; US5953138A; CA2202660C; DE69512260T2; EP0787390A1; AU686022B2; WO1996013104A1

Abstract

(57)【要約】開示されているのは全部光を用いた処理システムであり、波長分割多重（ＷＤＭ）形式から光時分割多重（ＯＴＤＭ）形式への光信号の変換とインターフェースとを行うためのものであり、最初のＷＤＭ信号は一般にノン・リターン・トウ・ゼロ（ＮＲＺ）シグナリングフォーマットで成る。このシステムは、複数のＮＲＺデータ変調された、ｃｗ光ＷＤＭチャンネル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）でなり、これらチャンネルは強いクロックパルス信号により、光非線形素子（７４５）内で、クロス位相変調されていて、したがってスペクトルは広げられている。結果として生ずる信号はもとのＮＲＺ信号のＲＺ表現で成る。このＲＺ信号は分散素子（７６０）によって時間的にシフトされ、分散素子は各波長チャンネルを所定量だけシフトして、波長インターリーブしたＯＴＤＭ信号を作る。この信号は次にクロス位相変調によりｃｗ制御ビームで第２の非線形光素子（７７０）で波長変換されて、単一波長ＯＴＤＭ信号を作る。

Description

【発明の詳細な説明】通信システムにおける全光式処理この発明の光処理装置及びシステムと、光通信信号の処理方法と、とくに波長分割多重光信号を処理するためのシステム、方法及び装置に関する。光ファイバは極めて効果的な伝送媒体である。現今では光ファイバ通信システムの能力はある種の因子によって制限されており、その中には光ファイバ帯域が利用される仕方と、ある種の光通信処理機能を制御するのに必要な光電子部品とが含まれている。第１の因子である帯域使用に関しては、一般に各種の多重化技術の使用が言われており、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）又は光時分割多重（ＯＴＤＭ）がある。第２の因子は広く調査が過去６〜７年にわたってされてきており、その結果、全部光により処理する機能が光ファイバと半導体光デバイスで示された。光ファイバ通信網で全光式処理機能だけを用いたものはぐんと遅い光電子処理機能を用いる光ファイバ通信網で現在得られているものよりもはるかに大きな通信能力をもたらすことになろう。帯域使用という面では、ＷＤＭ網は近年相当な注目を集めており、例えば首都圏網とか国家網における光ルートを作り、そこでは大規模なノード密度がＷＤＭと関係する単純な受動デマルチプレックス（波長フィルタ）技術を魅力あるものとしている。しかし、もし従来形のシグナリングフォーマット（信号形式）を採用するとすれば、分散とファイバ非線形との組合せがＷＤＭ網の大きさ、すなわちＷＤＭ網を拡大する能力を潜在的に制限する。そこで、現在ではＯＴＤＭは大容量光スイッチの少い数で、広い地理的領域にわたっての応用を見付け出しそうであり、その理由として、ＯＴＤＭのような単一波長の、多重化チャンネルシステムはＷＤＭシステムのように非線形と分散の有害な影響を感じないことがあげられ、とくにソリトン伝送効果が分散に対して非線形をバランスさせるために採用されるときにそれが言える。さらに加えて、利得平坦度等化すなわちプリエンファシス技術は単一波長ＯＴＤＭシステムに対しては重大な考慮事項ではなく、この種の技術が対応するＷＤＭシステムの設計の重大事項とされていたのに比べて、増幅器（又はパワー）管理がかなり簡単となる。ＷＤＭ通信網と関係するスケーラビリティ（拡大したり縮小したりできる度合）の問題を認識し、しかも同時にＷＤＭが多くの利点、例えば簡単な受動デマルチプレックス技術といった利点をもつことを評価しながら、本願発明者は将来は全光式通信網に対する需要があり、この網は（例えばローカルスケールで）ＷＤＭトラヒックを取扱い、（例えば国際トランクルート上で）ＯＴＤＭトラヒックを取扱い、かつ（例えば情報スーパーハイウェア上で）ソリトントラヒックを取扱うという潜在的な能力をもつと考えた。実効を上げるためには、このような光網はまた採用されたトラヒックフォーマットのいずれか２つの間で変換をすることができる必要があり、そうでないと汎用の相互接続と、両者間の情報交換を網で行うことが限定されたものとなってしまう。現在では、ＷＤＭ，ＯＴＤＭ及びソリトン光シグナリングフォーマットの生成と伝送とが知られており、広く報告されている。また、Ｌａｃｅｙらの“ＡｌｌｏｐｔｉｃａｌＷＤＭｔｏＴＤＭｔｒａｎｓｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ”，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，１５Ｓｅｐｔ．，１９９４，ｐｐ．１６１２−１６１３，はＷＤＭからＴＤＭへの変換を提案しており、先ずＷＤＭ信号を波長選択性フィルタを用いて成分チャンネルに分割し、かつ各チャンネルを別個のそれぞれの光増幅器内でクロックパルスと各チャンネルを混合する。これは利得圧縮が波長変換を生じさせ、またＷＤＭデータパルスの幅を低減させるのに効果がある。次に各チャンネルは、別個のそれぞれの遅延ラインで異なる遅延をもつものによって遅延され、最終的にはすべてのチャンネルが光カップラを用いて多重化される。Ｂｉｇｏらは“Ｂｉｔ−ｒａｔｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｔｈｒｏｕｇｈｏｐｔｉｃａｌＮＲＺ−ｔｏ−ＲＺＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｐａｓｓｉｖｅｔｉｍｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｆｏｒｓｏｌｉｔｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ”，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ１９９４，ｖｏｌ．３０，ｐｐ．９８４− ９８５で光ループミラーを用いてＮＲＺデータ信号とクロック信号に対するＡＮＤゲートとし、ＮＲＺからＲＺへの変換をすることを提案している。さらに、ＢｉｇｏらはこういったＡＮＤ出力複数を多重化してビットレートエンハンスメント（ＴＤＭ）をすることを提唱している。第１の観点でとらえると、この発明は光処理装置であって次の構成のものを提供している：非線形光素子であって光データ入力とクロック入力とを受ける入力手段と光データ出力手段とを有するもの；該光データ出力手段から受領した光データ出力信号にフィルタをかける手段；及び、該光データ出力信号内の異なる波長を異なる所定量だけ時間的にシフトするための手段。この装置はＮＲＺからＲＺへの変換を遂行するための全体装置の第１の部分を形成している。この装置を、例えば首都圏網（ＭＡＮ）内に正しく置くことによって、標準のＷＤＭＮＲＺシグナリングがＭＡＮ内のすべてのトラヒックに対して採用でき、他方では長距離（ロングホール）トラヒック、例えば第２の、遠方に移動したＭＡＮに向けたトラヒックがソリトン支持の通信リンクをまたいでルート形成でき、そこではこの発明によるＮＲＺフォーマット信号のＲＺフォーマットへの変換がされており、続いて既知の方法によりソリトンフォーマット信号に変換がされている。このやり方にはすべてのソースと波長変換／スイッチで各ＭＡＮ内にあるもかがソリトンと両立性（コンパチビリティ）をもつ必要がないという利点がある。しだがって、特長として、既存のＷＤＭインフラストラクチャーが保存され、システム設置の資本投入コストを最小にできる。非線形光素子は望ましくは進行波半導体レーザ増幅器（ＴＷＳＬＡ）で構成される。ＴＷＳＬＡでは、強いクロックパルス信号が用意され、そのパルス繰返しレートは少くとも最高ビットレートＷＤＭチャネルと同程度に高く、それが周期的にＴＷＳＬＡキャリア密度を変調して、増幅器を通って伝搬するＷＤＭチャネル上でクロス位相変調（ＸＰＭ）を生じさせる。ＸＰＭの結果は、スペクトル面で広げられたＷＤＭ信号がＷＤＭ信号とクロックパルス信号とが一致したところで生ずる。光信号がＸＰＭにより非線形素子内でスペクトル的に広げられるときは、この装置はさらに非線形素子の下流にサイクリックフィルタを備えて周波数弁別機能を実行するようにするのがよい。サイクリックフィルタはＷＤＭチャンネルの変調されていないバックグラウンド（背景）を除去して、正規の通過と阻止の帯域をもち、良好なストップバンド消滅を生じさせなければならない。適当なフィルタとしてＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ干渉計、ＦａｂｒｙＰｅｒｏｔ干渉計及び複屈折フィルタがある。適切なサクリックフィルタの一形式は入力と出力の偏光制御を備えた複屈折ファイバがある。このフィルタはファイバ内の各ＷＤＭチャンネルの偏光を修正することによって必要とされる波長を選択して、必要とされる波長が出力偏光器と一致するようにする。この形式の装置は比較的広い通過帯域で優れた消滅（減衰）を与える。その結果、フィルタにかけた信号は実現的にＷＤＭＲＺ、ＷＤＭＮＲＺ信号のパルス信号表現、である。この発明の中に非線形光素子を取込むことの著しい利点は全部のＷＤＭチャンネルのＮＲＺからＲＺへの変換が単一の素子で同時に実行されることであり、また動作速度が光の非線形によって制限され、その代りである光電子デバイスの速度によって制限されるのではないことである。ＸＰＭをＴＷＳＬＡ内で非線形素子として使用することの著しい利点はＴＷＳＬＡの真性波長不感性であり、また同じようなＸＰＭ効果が光ファイバで示されてはいるが、光ファイバ内での色分散によってもたらされる制約が広い波長範囲での多チャンネル動作を妨げており、分散を平坦にしたファイバの使用がこの困難さを幾分か緩和をしてはいる。ＴＷＳＬＡに代る非線形素子は非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）である。とくに、ＮＯＬＭで半導体レーザ増幅器を備えたものは好ましく、その理由はファイバＮＯＬＭが望んでいない分散効果と位相整合問題を蒙ることになることによる。ＮＯＬＭは上述の方法に勝る利点があり、サイクリックフィルタが不要ということで、その理由はクロス位相変調された信号部分が、クロス位相変調されていない信号部分からの異なる出力と結合されるのではなく、それとは切り離される点ある。ＴＷＳＬＡ又はＮＯＬＭの場所で使うことができる他の非線形素子には偏光回転ゲート、非線形ＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ干渉ゲート、非線形方向性結合器、又は非線形ＦａｂｒｙＰｅｒｏｔ干渉計がある。代替物のこのリストは無論莫大なもので、このように掲げられた代替物を選ぶことに制限はない。別な代替物で、処理速度で制限されるものに電子光学的変調があり、パルスを形成するために例えば電子吸収変調を用いるものがある。好ましい実施例では、この発明はさらにシフト用手段を備えて、離散的な波長チャンネルの各々を異なる所定量だけ時間的にシフトさせて、波長インターリーブした時分割多重（ＷＩＴＤＭ）信号を作るようにする。こうして、ＷＤＭ信号（ＲＺフォーマット）が擬似ＯＴＤＭ信号に変換され、この信号はＯＴＤＭ信号の時間形式をもつが、しかしスペクトル形式はもたない（換言すると、この段階では信号は一連のパルスであり、ＷＤＭ信号の異なる波長について連続的に繰返すものである）。ＷＩＴＤＭ信号の形成は、以下に述べるようにＯＴＤＭ信号へ向う変換の中間段階となることができる。シフト手段は分散素子で構成されるものが好ましく、それが色分散の一定量を作り出して異なる量だけ離散的な波長チャンネルの各々を遅延させて、ＷＩＴＤＭ信号を作っている。分散素子は標準光ファイバの適当な長さで構成できるが、一対の屈折グレーテング又は他の分散性素子を代りに用いることができる。しかし、ある長さの標準光ファイバを使用することは利点があり、純粋な波長多重信号からＷＩＴＤＭ信号への変換の全動作が単一の光ファイバ経路内で行なわれるということである。これに対して、既知のシステムではＷＤＭから時分割多重フォーマットへの変換は個別のチャンネルを各々異なる量だけ異なる遅延ラインによって遅延させることを含み、その次に遅延した信号を光インターリーバ内で結合させることが含まれる。このようなシステムは光インターリーバが一般に安定度が乏しいものであるから信頼できないものとなる。また、このような考えているシステムは同じ効果を得ることができるある長さの標準光ファイバのコストに比べて、コスト高となる。必要とされる光ファイバの長さはＷＤＭチャンネル間で必要とされる時間的シフトの程度によって決められ、また光ファイバの分散定数によって決められる。光ファイバ内でのパルスへの分散の効果は考慮されねばならず、少い分散が望ましくない時間的広がりを減少して、広いＲＺパルスをもたらすために必要とされるように見える。しかし、都合のよいことに、ＴＷＳＬＡで形成されたパルスによって経験されたチャープはある条件下では標準光ファイバ内でパルス圧縮を生ずることができる。したがって、好ましくは光ファイバ分散性素子が好ましい機構内でパルスの圧縮とインターリーブの両方を行なうことになる。ＲＺフォーマットＷＤＭ信号からＷＩＴＤＭ信号を作るために上述のような例えばある長さの光ファイバ内の分散を使用することは、発明による使用に限定されないことは評価できる。実際に、ＷＤＭ信号（ＲＺフォーマット）はどんなソース（発生源）によっても用意され、続いて形成されるＷＩＴＤＭ信号はこの発明によって使用することができ、あるいは他のこの種の信号を必要とする装置で使用することができる。好ましい実施例では、この発明はさらに第２の非線形光素子を備えて、ＷＩＴＤＭ信号を単一波長のＯＴＤＭ信号に変換する。この第２の非線形光学素子は上述の第１の非線形光学素子の特徴を都合よく実施することができる。したがって、好ましくは第２の非線形光学素子は第２のＴＷＳＬＡで成り、それが上述のように第１のＴＷＳＬＡの動作と同様の仕方で動作する。しかしこの場合は、ＷＩＴＤＭ信号はｃｗビームを位相変調するようにされており、またサイクリックフィルタは帯域阻止フィルタで置き換えられていて、結果の単一波長ＯＴＤＭ信号を隔離する。代って、非線形素子は他の適切な非線形素子とすることができ、例えばＮＯＬＭ又はＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ干渉計などを前述のようにあてることができる。さらに別な実施例では、第２の非線形段階に置かれたＴＷＳＬＡの動作速度を出願人の未決欧州特許出願９３３０８０６６．５号（１９９３年１０月１１日出願）に記載の増幅器を動作させることにより増大することができ、この場合、第３のポンプビームがＴＷＳＬＡに注入されて、時間的に不均一なキャリヤ密度力学が原因で生ずることとなるデータパターニング（パターン形成）効果を抑制する。このようなポンプビームを使用してＦｅｒｍｉレベルのピンニングをし、データパターニングを抑制することについては上述の出願に詳記してあり、そこでの開示はここでも参照するものとされる。この発明の利点は極めて純度の高いスペクトルをもつデータパルスが高性能のパルス源を使わずに作られることである。正規にはＯＴＤＭ信号を作るために使われるパルス源はスペクトルの純度と時間的な安定度とを求められ、したがって比較的高価なものである。しかしながら、この発明によると、クロックパルス源は時間的に安定であるパルスを送出するだけでよく、その理由はスペクトル純度が第２の非線形素子と（もし必要であれば）フィルタ構成とを介して得られることによる。したがって、ＯＴＤＭシステム用光源を比較的安価なＤＦＢレーザとすることができる。代って、もし高速パルス源が入手できれば、第２のコンバータを用いてパルス列を変調するのに使うことができる。さらにまた別なこの発明の利点はすべての能動部品を半導体部品とすることができる点であり、例えばＴＷＳＬＡｓを集積することができる（もっともオンチップのサイクリックフィルタと分散素子の開発が必要となることではある）。別な観点からみると、この発明は請求の範囲に詳記するように方法とシステムとをも提供している。次にこの発明を、例をあげて添付図面を参照して記述する。図１はＮＲＺデータを搬送する４チャンネルＷＤＭ信号をＲＺ信号を搬送するＷＤＭ信号に変換することを示す実験的システムである；図２は図１のシステムで使用される偏光フィルタ装置を示す；図３は単一のＮＲＺパルスに対するスペクトルを広げる段階を示す；図４は４つのＲＺ波長チャンネルに対するスペクトル変換を示す；図５は４つのＲＺパルス波形に対するアイダイヤグラムを示す；図６は図１のシステムに対するＢＥＲ（ビット誤り率）測定の比較を示す；図７は全ＷＤＭからＯＴＤＭ信号への変換に適したシステム構成である；図８Ａないし８Ｇは図７のシステム内の点における信号スペクトルの理想化したグラフィック表現である；図９Ａないし９Ｇは図７のシステム内の点における時間的に変る振幅をもつ信号波形の理想化したグラフィック表現である。図１のシステムは４チャンネルＮＲＺフォーマットのＷＤＭ光信号を生成するために使用され、この信号を対応するＲＺフォーマット信号に変換することを示している。図１のシステムでは、クロック信号は等間隔の光パルスで成り、それが外部空洞半導体レーザ信号−１１０（１５４５ｎｍ）、１０ＧＨｚでモードロックされており、パルス幅１３ｐｓ（Ｇａｕｓｓ形パル波形を仮定）、時間・帯域幅積約０．４５のもの−によって生成されている。４つのｃｗチャンネル（１５５４．２ｎｍ，１５５６ｎｍ，１５５７ｎｍ，１５５８．４ｎｍ）が４つのｃｗＤＦＢレーザダイオード１００によって生成される。チャンネルは４対１ファイバカップラ１０５によって結合され、実例による説明の目的で、適当なパターン生成器１６０によって駆動されるリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）強度変調器１３０を用いて単一の１０Ｇｂｉｔ／ｓ２⁷−１ＰＲＢＳ（疑似ランダムビットシーケンス）で変調される。クロックとＮＲＺフォーマットデータ信号とは光増幅器１２０，１２２、例えばエルビウムをドープした光ファイバ増幅器内で増幅され、ＷＤＭカップラ１４０を通ってＴＷＳＬＡ１４５に供給される。クロック信号は約１２０ｄＢｍまで増幅され、またＮＲＺ信号は１ないし３ｄＢｍの範囲にまで増幅される。ＴＷＳＬＡ１４５はバルクデバイスで、ファセット当り約６ｄＢの結合損失をもつ。ＴＷＳＬＡはＸＰＭ作用をもたらすが、同様の機能をもつ素子ならばこの場合に適したものとなる。サイクリックフィルタ１５０（後に図２を参照して詳記する）は複屈折ファイバ内の偏光回転を用いて実現されるもので、周波数弁別機能をＴＷＳＬＡ１４５の下流で実行し、同時に全４チャンネルを処理する。フィルタサイクルは約０．７ｎｍで、消滅比は約３０ｄＢである。本質的には、このフィルタ１５０はデータ信号の非攝動部（バックグランド成分）を除去し、クロック信号と一致し、したがってクロック信号でチャープされる信号を通過させるものである。最後に、０．５ｎｍの同調可能な帯域通過フィルタ１５４が４つのＲＺチャンネルの１つを選んでビット誤り率（ビットエラー比、ＢＥＲ）測定にあてる。誤り検出器１５８は帯域通過フィルタ１５４によって選択され、光受信機１５６が受領した信号をパターン生成器１６０からの信号のコピィとを比較する。各チャンネルについてのＢＥＲ測定の結果については後に図６を参照して説明する。図２について見ると、サイクリックフィルタ１５０は偏光制御器（ＰＣ）２１０と偏光器２２０とを組合せたものへの入力２００を備えている。ＰＣ２１０と偏光器２２０とは同調されていて、このフィルタに入る光信号がよく規定された偏光であることを確かなものとしている。ＰＣ２１０には入力偏光の微調整を可能とすることが含まれている。光増幅器２３０が偏光器２２０の下流にあって、最初の偏光選択段階により生じた信号の損失を補償する機能を備えている。どんな形式の光増幅器も使うことができるが、エルビウムをドープした光ファイバの適当な長さのものが望ましい。偏光選択段階を通過した光信号はよく規定された偏光を有している。フィルタ１５０では、周期的なスペクトルのシフトがＴＷＳＬＡ１４５でデータパルスによって基準ビーム上に加えられており、このシフトが増幅器２３０の下流に置かれている複屈折素子２５０での波長依存性偏光回転を受けることになる。複屈折素子２５０はこの場合は複屈折ファイバで、その長さは１００ｍ、偏光モード分散は１０ｐｓである。偏光制御器２６０で複屈折ファイバ２５０の下流に置かれているものを最適化することによって、波形のうちのスペクトルがシフトされていない成分は偏光制御器２６０の下流に置かれた偏光器２７０によって阻止されて、その偏光器に入射する光の１０％の透過が結果として生ずる。この１０％の光は波長変換されたパルス列で成り、ここではパルスはもとの信号のＲＺ表現と実効的に対応している。他の既知の波長フィルタ装置をここで述べたサイクリックフィルタと簡単に置き換えることがき、例えばＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ干渉計とかＦａｂｒｙＰｅｒｏｔ干渉計と置き換えられる。図３は１つの選択されたＮＲＺチャンネルのスペクトルを広げる段階を示す。トレースＡは広げされていないＮＲＺチャンネルを、トレースＢはクロックパルスによってスペクトルが広げられたＮＲＺチャンネルを、またトレースＣはサイクリックフィルタによって除去されたｃｗ成分をそれぞれ示す。図４では、ＤＦＢ波長（Ｄ_x）でのスペクトルピークが、クロック波形のあるものとないものとについて示され、サイクリックフィルタの阻止帯域がピークと一致したときにこのフィルタによって除去されることになる未変換で残っているＮＲＺ信号であることを示す。図３と図４とはスペクトルの広がりが非対称であることを示し、長波長側に偏りがあるのはＴＷＳＬＡ１４５内の利得回復機構が原因している。スペクトル内の非対称が原因で、広げられた信号に対しては僅か約５ｄＢ挿入損失で広げられていない部分を除去することが可能である。フィルタ通過帯域に関して４つの波長の整列をすることはＤＦＢ１００の温度とバイアス電流の両方の微調整で実現される。図５は、全４波長チャンネルに対するアイダイヤグラムである。図示の通り、このダイヤグラムはパターニング効果を示しておらず、パターニング効果は強いクロック信号によって完全に抑制されている。変換されたＲＺ信号のパルス幅は約１５ｐｓ（Ｇａｕｓｓ形パルス波形を仮定している）であり、これはクロックパルス幅約１３ｐｓと極めて近い。変換されたＲＺ信号の低雑音特性を示すために、ＢＥＲ測定が全４チャンネルに対して実行され、その結果が図６に示されている。受信機１５６の感度（ＢＥＲ＝１０^-9における）は４チャンネル全体にわたって約１．５ｄＢの広がりをもち、またＢＥＲ＝１０^-11でも著しいエラーフロア（ノイズフロア）はなく、この機構の優れた性能を示している。図７は４つのＮＲＺ光信号を４つの異なる波長で単一のＯＴＤＭチャンネルに変換するのに適したシステムを示す。このシステムでは、クロック信号は等間隔の光パルスで成り、外部空洞半導体レーザ７１０（１５４５ｎｍ）−１０ＧＨｚでモードロックされ、パルス幅は１３ｐｓ（Ｇａｕｓｓパルスレートを仮定）、時間・帯域幅積約０．４５−により生成される。サイクリックフィルタ７５０の出力は分散素子７６０によって分散され、この素子はある長さの光ファイバである。ＷＤＭチャンネル（１．４ｎｍの分離）では、隣接チャンネル間で２５ｐｓの遅延が１７．８ｐｓ／ｎｍの分散を要件とし、これは約１ｋｍの標準光ファイバによって与えられる。代りに適当な分散性光ファイバのある長さのもので要件とされる分散量を与えるものを使用できる。分散された信号は増幅器７２６によって増幅され、第２のＴＷＳＬＡ７７０にＷＤＭカップラ７６５を介して供給され、そこにはｃｗ基準信号で増幅器７２４により増幅された、始めは光増幅されたＤＦＢ半導体レーザ７７２から発せられたものが一緒に加えられる。ＷＤＭパルス列は増幅されて平均光パワー＋１２ｄＢｍとなり、一緒に伝搬するｃｗ基準信号は平均光パワー４．９ｄＢｍに増幅される。ときには、別の光増幅された反対方向に伝搬する（あるいは一緒に伝搬する）ｃｗＤＦＢポンプビームが第２のＴＷＳＬＡ７７０にＤＦＢ半導体レーザ７７５から注入されて、時間的に不均一なキャリヤ密度力学が原因で生ずることになるデータパターニング効果を抑制するようにしている。第２のＴＷＳＬＡ７７０は偏光に不感性をもつバルク層デバイスで、ピーク波長が１．５４μｍ、直流バイアス電流２００ｍＡで動作するものである。フィルタ素子７８０はＴＷＳＬＡ７７０の下流に置かれていて、同調可能な帯域通過フィルタと偏光器とで成り、偏向器は残っている増幅されたスポンタネアス放出を除去し、基準信号の偏光をＴＷＳＬＡ７７０の出口で規定している。フィルタ７８０は一般にサイクリックフィルタ１５０として図２を参照して上記したものと似たものである。しかし、このフィルタについては、単一の正確な通過帯域上に置かれ、必要とされる出力信号波長の周りで強い排斥作用をもつのであって、４つの等しく効果的な通過と排斥帯域をもつというのではないことを強調しておく。４つのＷＤＭフォーマットＮＲＺチャンネル（１５５４．２ｎｍ，１５５６ｎｍ，１５５７ｎｍ，１５５８．４ｎｍ）が４つのｃｗＤＦＢレーザダイオード７００によって生成され、ここでは個別変調器によって変調されたビームが（４つの別個の波長チャンネルをモデル化するために）作られる。４つのチャンネルが４対１ＷＤＭファイバカップラ７０５によって結合される。結合された信号は次に望ましくは光素子７０８に通され、これが光通信リンクの効果を模擬したものであり、例えば信号を分散させたり、減衰させたりする。実際には、リンクは数千キロメートルといった長さであり、１又は複数の段階を備えて増幅、信号再生、及び／又は交換を行う。こうして素子７０８のパラメータは異なるリンクのパラメータをシミュレートするように可変とされる。素子７０８は異なる形式の光ファイバ、分散素子それに多分ループミラーを組合せて構成できるが、しかし現実の配置はシミュレートすべき効果に依存する。実際に示すという目的では、光素子７０８は全体のシステムから除外してもよい。クロック及びＮＲＺフォーマットＷＤＭデータ信号はエルビウムをドープした光ファイバ増幅器７２０，７２２内で増幅され、そこでは後段で必要とされる信号ベルを作る：クロック信号は約１２ｄＢｍに増幅され、ＮＲＺフォーマット信号は１ないし３ｄＢｍの間に増幅される。信号は次にＴＷＳＬＡ７４５にＷＤＭカップラ７４０を介して供給される。ＴＷＳＬＡ７４５はバルクデバイスで、結合損失はファセット当り約６ｄＢである。サイクリックフィルタ７５０（図２を参照して上述した）は複屈折ファイバ内の偏光回転を用いて実現され、ＴＷＳＬＡ７４５の下流で周波数弁別機能を実行して全４チャンネルを同時に処理する。フィルタサイクルは約０．７ｎｍで、消滅比は約３０ｄＢである。本質的には、フィルタ７５０はデータ信号の非攝同部（バックグランド成分）を除去し、クロック信号と一致し、したがってクロック信号によりチャープされている信号を通す。図８Ａから８Ｇまではパルスとされたクロック信号（ＣＬと記す）を示し、４つの波長チャンネル（Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚと記す）は図７の対応する位置ＡないしＧを表わしている。図示のように、図８Ｂの４つのチャンネル（Ｗ＝１５５４．２ｎｍ，Ｘ＝１５５５．６ｎｍ，Ｙ＝１５５７ｎｍ，Ｚ＝１５５８．４ｎｍ）は図８Ｃで示すように波長が図８Ａに示すパルスクロック信号（１５４５ｎｍ）によって広げられている。図８Ｄと図８Ｅはフィルタ作用によってそれぞれのｃｗバックグランド成分が除去されたチャンネルを示す。図８Ｆは第２のＴＷＳＬＡ７７０においてｃｗ基準信号によって単一波長ＯＴＤＭ信号に波長変換された後の４つのチャンネルを示す。図８Ｇは１５４５ｎｍにおける結果のＯＴＤＭ信号を示し、基準信号のｃｗバックグランドはフィルタで除去されている。図９Ａから９Ｇはクロックと４チャンネル（ｃｌ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚと記す）の時間的変化特性を示し、それぞれが図７上の同じ点ＡからＧと対応している。図９Ａはパルスとされたクロック信号を表わす。図９Ｂはダータパターンが４チャンネル上に重ね合わされたものを示す（全データパターンは各チャンネルについて同じであるとして明瞭化した）。図９Ｃは第１のＴＷＳＬＡ７４５の出力を表わし、データパターンの成分とクロックパルスとで成る。この図は波形の理想化した重ね合せを示し、ここでは信号が一致しているが、実際にはデータパターン内で乱れやグリッチ（信号不調）ともつと似た形のものとなる。フィルタ７５０の出力は図９Ｄに示した。この図から分かるように攝動（クロス位相変調された）部分を除くすべての波形部分がフィルタで除去されて、もとのＮＲＺ信号のＲＺ表現に対応するパルス列を残すだけとなっている。分散性素子７６０の効果で各波長チャンネルを異なる量だけ分散させていることが図９Ｅに示され、ここではＷＤＭＲＺパルス列が異なるチャンネル波長でインターリーブされたパルスｗ，ｘ，ｙ，ｚに変換されている。このパルス列はこのほかのシステム内でも同じに保たれ、図８Ａないし８Ｄに従ってパルスのスペクトル組成が変るだけである。当業者は気付くことであろうが、図１と図７のシステムはこの発明を実行する可能性のある方法に関係しているにすぎない。とくに記述した非線形素子はＴＷＳＬＡとは別の他の装置又は装置構成であって、同じような効果をもたらすもの、例えばＮＯＬＭによっても実現できる。事実、この発明の各段階で記述したデバイス（非線形素子、分散素子、及び第２の非線形素子）はそれぞれ各種の方法で、この発明の範疇から逸脱しないで実現できる。また、すべての信号レベル、信号周波数、繰返しレート、及びデバイスのバイアス電流などは例として用いられたものであり、この発明の本質的特徴ではない。さらに加えて、当業者は光増幅の形式や、光増幅の記述したシステムの中での正確な位置は使用するデバイスの配置と形式に全く依存するもので、この発明の本質的な特質でないことを理解するであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年１１月１１日【補正内容】ト（ＴＤＭ）をすることを提唱している。ここの記述では、用語“方形”と“パルス”とは波形に関して言うときはそれぞれ“ＮＲＺ”と“ＲＺ”と同義語であり、相互に入れ換えることができるものとしている。第１の観点でとらえると、この発明は波長分割多重光信号を処理するための装置を提供しており、次の構成をとる：第１の光信号と第２の光信号とを受領する入力手段、ここで該第１の光信号は異なる波長の少くとも２つのデータチャンネルで成り、また該第２の光信号は単一波長であってパルス列で成り、このパルスはパルス繰返しレートが最高データレートデータチャンネルのビットレートと少くとも同程度に高いものとする；該第１及び第２の光信号を受領する入力手段と第３の光信号を送出する出力手段とを有する非線形光素子、ここで第３の光信号は第１と第２の光信号の論理ＡＮＤ関数を表わし、それぞれのデータチャンネルに対応する波長成分をそれぞれがもつパルスで成るものとする；及び該第３の光信号の各波長成分に波長依存の遅延を与えて第４の光信号を送出するための手段。この装置はＮＲＺからＲＺへの変換を遂行するための全体装置の第１の部分を形成している。この装置を、例えば首都圏網（ＭＡＮ）内に正しく置くことによって、標準のＷＤＭＮＲＺシグナリングがＭＡＮ内のすべてのトラヒックに対して採用でき、他方では長距離（ロングホール）トラヒック、例えば第２の、遠方に移動したＭＡＮに向けたトラヒックがソリトン支持の通信リンクをまたいでルート形成でき、そこではこの発明によるＮＲＺフォーマット信号のＲＺフォーマットへの変換がされており、続いて既知の方法によりソリトンフォーマット信号に変換がされている。このやり方にはすべてのソースと波長変換／スイッチで各ＭＡＮ内にあるもかがソリトンと両立性（コンパチビリティ）をもつ必要がないという利点がある。しだがって、特長として、既存のＷＤＭインフラストラクチャーが保存され、システム設置の資本投入コストを最小にできる。非線形光素子は望ましくは進行波半導体レーザ増幅器（ＴＷＳＬＡ）で構成される。ＴＷＳＬＡでは、強いクロックパルス信号が用意され、そのパルス繰返しレートは少くとも最高ビットレートＷＤＭチャネルと同程度に高く、それが周期的にＴＷＳＬＡキャリア密度を変調して、増幅器を通って伝搬するＷＤＭチャネル上でクロス位相変調（ＸＰＭ）を生じさせる。ＸＰＭの結果は、スペクトル面で広げられたＷＤＭ信号がＷＤＭ信号とクロックパルス信号とが一致したところで生ずる。光信号がＸＰＭにより非線形素子内でスペクトル的に広げられるときは、この請求の範囲１．波長分割多重光信号を処理するための装置であって：異なる波長の少くとも２のデータチャンネルで成る第１の光信号と、単一波長でありかつ最高データレートのデータチャンネルのビットレートと少くとも同程度のレートのパルス繰返しをもつパルス列でなる第２の光信号とを受領するための入力手段と；該第１及び第２の光信号を受ける入力手段と、第１と第２の光信号の論理的アンド関数を表わしかつそれぞれのデータチャンネルに対応する波長成分を各々が有するパルスで成る第３の光信号を送出する出力手段とを有する非線形光素子と；該第３の光信号の各波長成分に波長依存した遅延を与えて第４の光信号を送出する手段とから成る装置。２．前記遅延を与える手段が色分散を与えるための分散素子で成る請求項１記載の装置。３．前記分散素子はある長さの光ファイバ部材で成る請求項２記載の装置。４．さらに、前記光素子の下流にあり、その通過帯域が前記第３の光信号の異なる波長成分の各々の実質的に中心にあるようにされているサイクリックフィルタを備えた請求項１ないし３のいずれか１項記載の装置。５．前記サイクリックフィルタは複屈折素子で成る請求項４記載の装置。６．さらに、第４の光信号と、単一波長を有しかつ第２の光信号のパルス繰返しレートにデータチャンネル数を乗じたものに少くとも等しいパルス繰返しレートをもつパルス列で成る第５の光信号とを受ける第２の非線形光素子と；第４と第５の光信号の論理的アンド関数を表わす単一波長の光パルスで成る第６の光信号を送出するための出力手段とを備えた請求項１ないし５のいずれか１項記載の装置。７．前記非線形光素子の少くとも１つは半導体レーザ増幅器で成る請求項１ないし６のいずれか１項記載の装置。８．前記非線形光素子の少くとも１つは光ループミラーの一部を形成する請求項１ないし７のいずれか１項記載の装置。９．前記非線形光素子の少くとも１つは電気クロック入力手段を有する電子光学的変調器で成る請求項１ないしの６のいずれか１項記載の装置。 10．波長分割多重光信号を搬送するための第１の光ファイバ伝送経路と、時分割多重光信号を搬送するための第２の光ファイバ伝送経路と、該第１及び第２の伝送経路を接続し、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換するための手段とから成り、該変換するための手段は前記請求項１ないし９のいずれか１項記載の装置で成る光通信システム。 11．複数の離散的波長の方形波データチャンネルで成る入力光データ信号を単一波長の時分割多重パルス信号で成る出力光データ信号に変換するための光処理システムであって：第１の非線形光デバイスと；時間的な分散手段と；第２の非線形光デバイスとで成り、該第１の非線形光デバイスは該入力信号と第１のクロック信号とを受けてもとの方形波信号を表わす出力光パルス信号を送出し、該入力信号は複数の離散的波長の方形波データチャンネルで比較的低い光パワーを有するもので成り、また該クロック信号は最高データレートのデータチャンネルと少くとも同程度の周波数を有し、かつ比較的高い光パワーを有するパルス列で成るものであり；該時間的な分散手段は該出力光信号の異なる波長成分をそれぞれ所定量だけ時間的に分散させて、波長インターリーブした出力光パルス信号を送出するものであり；該第２の非線形光デバイスは結果として生じた出力光パルス信号と第２のクロック信号とを受けて、単一波長の出力光パルス信号を送出するようにされており、該入力信号は比較的低い光パワーを有し、かつ該クロック信号は該パルス信号の周波数と実質的に等しい周波数を有しかつ比較的高い光パワーを有するパルス列で成るものである光処理システム。 12．波長分割多重光信号を処理するための方法であって：異なる波長の少くとも２つのデータチャンネルで成る第１の光信号と単一波長でありかつ最高データレートのデータチャンネルのビットレートと少くとも同程度の高いパルス繰返しレートをもつパルスの列で成る第２の光信号とを非線形光素子に導入する段階と；光処理手段があって第１と第２の光信号の論理的アンド関数を表わすパルス列を作るようにされて各パルスは繰返しデータチャンネルに対応する波長成分を含むようにし；波長依存性をもつ遅延を第３の信号に与えて第４の遅延した光信号を送出する段階とから成る方法。 13．前記第１の入力信号が複数の離散的波長の方形波データチャンネルで成る請求項１２記載の方法。 14．さらに、前記第４と第５の光信号を第２の非線形光素子内に導入して第６の光信号を作る段階を備え、第５の光信号が単一波長を有しかつ前記第２の光信号のパルス繰り返しレートにデータチャンネル数を乗じたものに少なくとも等しパルス繰り返しレートを有するものであり、第６の光信号は該第４と第５の光信号の論理的アンド関数を表す単一波長の光パルスで成るものである請求項１２又は１３のいずれかに記載の方法。 15．複数チャンネル方形波データ信号から複数チャンネルパルスデータ信号を作る方法であって、複数チャンネル方形波データ信号を非線形デバイスに導入する段階と；最高データレート方形波データチャンネルと少なくとも同程度の高い繰返し周波数を持つパルスクロック信号を該デバイスに導入する段階と；データとクロック信号とのクロス位相変調から生じた攝動したデータ信号部分を含む出力データ信号を作る段階であって、該攝動したデータ部分が該方形波データチャンネルのパルス表現に対応するように、それぞれの信号レベルをもつようにした段階とから成る方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｊ 14/00 14/02 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．光データ入力とクロック入力とを受けるための入力手段と、光データ出力手段とを備えた非線形光素子と；該光データ出力手段から受けた光データ出力信号にフィルタをかけるための手段と；該光データ出力信号内の異なる波長を異なる所定量だけ時間的にシフトするための手段とから成る光処理装置。２．前記フィルタ手段は複屈折ファイバを含む請求項１記載の装置。３．前記シフト手段は色分散を生じさせるための分散素子で成る請求項１又は２記載の装置。４．前記シフト手段はある長さの光ファイバで成る請求項３記載の装置。５．さらに、光データ信号を入力するための手段と、光クロック信号を入力するための手段とを備え、該光クロック信号のパワーは該光データ信号のパワーよりも実質的に大きいものである請求項１ないし４のいずれか１項記載の装置。６．さらに、前記光データ出力信号とクロック入力信号とを受けるための手段と光データ出力手段とを有する第２の非線形光素子を備えた請求項１ないし５のいずれか１項記載の装置。７．さらに、前記第２の非線形光素子の光データ出力手段から受けた光データ出力信号にフィルタをかける帯域通過フィルタ手段を備えた請求項６記載の装置。８．前記非線形素子の少くとも１つがクロック信号と多波長データ信号の光アンド機能とを行う請求項１ないし７のいずれか１項記載の装置。９．前記非線形素子の少くとも１つは半導体レーザ増幅器で成る請求項１ないし８のいずれか１項記載の装置。 10．前記非線形素子の少くとも１つは光ループミラーを含む請求項１ないし９のいずれか１項記載の装置。 11．前記非線形素子の少くとも１つは電気クロック入力手段を有する電子光学的変調器で成る請求項１ないし１０のいずれか１項記載の装置。 12．さらに前記クロック入力信号を前記第２の光非線形素子に入力するための手段を備え、該クロック入力信号のパワーは該第２の光非線形素子により受けた光データ出力信号のパワーよりも実質的に大きいものである請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の装置。 13．第１の入力信号であって複数の離散的な波長データチャンネルで成るものを非線形光デバイスに導入する段階と；第２の入力信号であって最高データレートデータチャンネルと少くとも同程度に高い周波数をもつものを該非線形光デバイスに導入する段階とで成り、該非線形光デバイスが第１及び第２の信号のクロス位相変調から生じた攝動されたデータ信号部分を含む出力信号を送出するように該入力信号が置かれている光信号を処理する方法。 14．前記非線形光デバイスは半導体光増幅器で成る請求項１３記載の方法。 15．前記第１の入力信号が複数の離散的波長ＮＲＺデータチャンネルで成る請求項１３又は１４記載の方法。 16．前記第２の入力信号がクロックパルスの列で成る請求項１５記載の方法。 17．前記第１の入力信号のパワーは前記第２の入力信号のパワーよりも実質的に小さくされており、それによって前記出力信号が該第１の入力信号の攝動されたスペクトル成分で成ることを判断するようにした請求項１６記載の方法。 18．前記攝動させれたスペクトル成分は前記２つの入力信号のアンド関数として実質的に表わされる請求項１３ないし１７のいずれか１項記載の方法。 19．さらに、前記出力信号にフィルタをかけて、攝動されていないスペクトル成分を除去する段階を含む請求項１３ないし１８のいずれか１項記載の方法。 20．さらに、前記出力信号の離散的波長成分の各々を時間的にシフトとして時分割多重信号の時間形式を有する信号を作る段階を含む請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の方法。 21．色分散を用いて時間的なシフトを作る請求項２０記載の方法。 22．さらに、結果として得られた光データ信号を第２の非線形光学デバイスに、その結果として得られた信号の周期と実質的に同じ周期をもつクロック信号と共に導入し、該クロック信号は該結果として得られた信号よりも実質的に小さなパワーレベルをもつようにされていて、それにより該第２の非線形光デバイスは該データ及びクロック信号のクロス位相変調から生じた攝動されたクロック信号部分を含んでいる光出力信号を送出する請求項２０又は請求項２１記載の方法。 23．前記第２の非線形光デバイスがｃｗ制御ビームを受けて所定のレベルで該デバイスのフェルミレベルを固定するようにされている請求項２２記載の方法。 24．さらに前記光出力信号を狭通過帯域フィルタでフィルタにかけて攝動されていないスペクトル成分を実質的に除去する段階を含む請求項２２又は請求項２３記載の方法。 25．多チャンネルＲＺデータ信号を多チャンネルＮＲＺデータ信号から作る方法であって、多チャンネルＮＲＺデータ信号を非線形光デバイスに導入する段階と；それぞれの信号のパワーレベルをして、最高データレートのＮＲＺチャンネルと少くとも同程度に高い繰返し周波数をもつクロック信号を該デバイスに導入する段階と；該データ及びクロック信号のクロス位相変調から結果として得られる攝動されたデータ信号部分を含む出力データ信号を作るようにし、それによってＮＲＺデータチャンネルのＲＺ表現に対応するスペクトル成分で成る出力データ信号を作るようにした段階とで構成される方法。 26．複数の離散的波長のＮＲＺデータチャンネルで成る入力光データ信号を単一波長の時分割多重信号で成る出力光データ信号に変換するための光処理システムであって：入力信号と第１のクロック信号とを受けてもとのＮＲＺ信号の出力光ＲＺ信号表現を作るようにされた第１の非線形光デバイスであり、該入力信号は複数の離散的波長のＮＲＺデータチャンネルであって比較的低い光パワーを有するもので成り、また該クロック信号は最高データレートのデータチャンネルと少くとも同程度に高い周波数と比較的高い光パワーとをもつパルス列で成るようにされている第１の非線形光デバイスと；出力光信号の異なる波長成分をそれぞれ所定量だけ時間的に分散させて、波長インターリーブした出力光ＲＺ信号を作る手段と；結果として得られた出力光ＲＺ信号と第２のクロックとを受けて単一波長出力光ＲＺ信号を作るようにされた第２の非線形光デバイスであって、該入力信号わ比較的低い光パワーを有し、該クロック信号は前記ＲＺ信号と実質的に等しい周波数と比較的高い光パワーとを備えるものである第２の非線形光デバイスで成る光処理システム。 27．請求項２６記載のシステムを含む光通信網。 28．請求項２５記載のシステムを含む光通信リンク。