(57)【要約】【課題】有害な誘導ブリルアン散乱の発生の閾値を増大させると同時に、ＥＣＬの固有特性を高め、かつ利用して、二次及び三次歪みを改善した外部キャビティレーザ（ＥＣＬ）を使用したアナログ送信機を作成する。【解決手段】ＥＣＬの性能は、動作温度の特定の狭い範囲にわたって生じる歪みの実質的な減少を示す。この「歪みディップ」を、モードホップから離してＥＣＬ動作の安定領域に動かす、或いはモードホップから離してＥＣＬ動作の安定領域において作り出す。歪みディップを、充分高いチャープが生じるＥＣＬ動作領域に動かすこと、或いはそこで作り出すことを可能にして、それによりＳＢＳを減らす。【選択図】図１ａ
2006287241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ、及び
一又はそれ以上の温度コントローラ
を備え、前記レーザの動作温度が、該レーザの歪みディップの温度領域において、或いはその付近で該レーザを動作させるようなものとなる
ことを特徴とする、温度制御された外部キャビティレーザ。
【請求項２】
前記レーザが、ほぼ前記歪みディップの前記温度領域において所定のチャープを持つ動作の温度領域を持つ
ことを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項３】
前記所定のチャープが用途固有のものである
ことを特徴とする、請求項２に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項４】
前記レーザのモードホップが、前記歪みディップの前記温度領域にない
ことを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項５】
前記歪みディップの前記温度領域における前記レーザの放射波長が、実質的に、波長分割多重システムにおける標準グリッドの少なくとも１つの波長と一致する
ことを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項６】
一又はそれ以上の温度センサ、及び
前記レーザの温度が前記歪みディップの前記温度領域内に実質的にとどまるように、前記センサ、及び前記温度コントローラを接続するフィードバックループ、
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項７】
請求項１に記載の温度制御された外部キャビティレーザ、
を備えることを特徴とする、アナログ送信機。
【請求項８】
一方の端が部分反射格子であるオプティカルフィードバックキャビティ内に光源を備える温度制御された外部キャビティレーザにおいて歪みディップが生じる温度領域の幅、を制御する方法であって、
ａ）熱応力、機械応力、又はその両方である応力を、前記格子に加えること、
ｂ）前記部分反射格子として、半値全幅がほぼ１００ピコメートルからほぼ４００ピコメートルの範囲内の伝送帯域幅を持つ非チャープ格子を用いること、
ｃ）前記部分反射格子として、チャープ格子を用いること、及び
ｄ）前記部分反射格子として、屈曲形状の反射特性を持つ格子を用いること
の少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
温度制御された外部キャビティレーザを歪みロックする方法であって、
ａ）異なる周波数、及び固定位相差を持つ２つの無線周波数パイロット信号を、前記外部キャビティレーザに加え、それにより、前記レーザの光出力において、前記パイロット信号の周波数差の歪み信号を生み出すこと、
ｂ）前記歪み信号から位相情報を引き出すこと、
ｃ）前記位相情報からエラー信号を生成すること、及び
ｄ）前記エラー信号をゼロに近い値まで減らすように、前記温度制御された外部キャビティレーザの温度を調整すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
温度制御された外部キャビティレーザを歪みロックする方法であって、
熱電気冷却器、及び温度センサを使用して、熱制御ループを形成し、それにより、前記外部キャビティレーザの外部キャビティの動作温度を実質的にある値に維持し、それにより、前記レーザの出力信号を、歪みディップに、及び実質的に波長分割多重システムにおける標準グリッドの波長である放射波長に、同時にロックすること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
実質的に、歪みディップにおいて、及びあらかじめ定められたチャープにおいて、同時に動作するようにロックされる温度制御された外部キャビティレーザ
を備えることを特徴とする、実質的に波長分割多重システムにおける標準グリッドの波長である波長において動作する、ブロードキャスト及びナローキャスト伝送のための用途固有のアナログ送信機。
【請求項１２】
二次高調波歪み、三次高調波歪み、又はその両方を減らすように、前記レーザ上で作動する予歪回路
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項１３】
前記レーザによって生成された光信号の光ファイバ内部での伝播により引き起こされる信号の劣化を減らすように前記レーザ上で作用する電子分散補償を提供する回路
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【請求項１４】
前記レーザのキャビティ内で結合し戻されることによる反射光パワーを抑制するためのインラインオプティカルアイソレータ
をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の外部キャビティレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、光通信の分野に関するものであり、特に、光通信システムにおける使用に適したアナログ送信機、及び外部キャビティレーザに関するものである。
【０００２】
（関連出願の相互引用）
【背景技術】
【０００３】
ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）におけるブロードキャスト、及びナローキャスト（ＱＡＭ−方式）の用途のためのアナログ送信機は、一般的には、直接変調分布フィードバック（ＤＦＢ）レーザ、又は外部変調レーザ源（連続波（ＣＷ）ＤＦＢレーザに外部変調器を加えたもの）を使用する。その選択は、主として、その用途、動作波長（典型的には、１３１０ナノメートル‐ｎｍ、又は１５５０ｎｍ）、到達範囲及び光パワーレベルによって、必然的に決まる。送信機の様々な選択肢は、一般的には、典型的にアナログ伝送の数個の根本的な問題に関連する、利点及び欠点の両方を持つ。送信機の選択肢を評価する際に考慮される要素は、典型的には、例えば、送信機の出力において生み出された歪みのレベル、光学フィルタ及び／又は（エルビウムドープファイバ増幅器，ＥＤＦＡのような）光増幅器の存在による歪みの劣化、及び特に１５５０ｎｍの波長において、信号が単一モードファイバを通って移動するにつれて生じる分散を含む。
【０００４】
波長分割多重（ＷＤＭ）は、光ファイバの単一撚り線の内側での、各々が異なる波長である複数のレーザビームの同時伝送を可能にする。ベースバンドデジタルシステム、アナログブロードキャスト、及びナローキャストシステム、及びＲＦ−ｏｖｅｒ−ｆｉｂｅｒシステムを含む全ての形式のファイバベース光学システムにおいて、ＷＤＭを使用することができる。同時に伝送することのできる波長チャネルの数を増やすことは、高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）の導入につながった。国際電気通信連合（ＩＴＵ）のような標準化団体は、特に隣接する波長間の間隔（ＩＴＵグリッド、或いは標準グリッドとも呼ばれる）を指定する、ＤＷＤＭシステムについての規格を取り入れた。例として、Ｉ．Ｔ．Ｕ  Ｇ．９５７は、「ＩＴＵ−Ｔ仕様：同期デジタルハイアラーキに関連する装置、及びシステムにおける光学インターフェース」という名称の規格文書である。
【０００５】
光送信機は、一般的には、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）を抑制するための方法を用いる。単純に述べると、ＳＢＳは、単一モードファイバの内側の非線形音響光学相互作用によって、引き起こされる。ＳＢＳは、伝送到達範囲（すなわち、伝送距離）を制限し得るものであり、また、ファイバ内に入射することのできる光パワーの最大量も制限し得るものである。ＳＢＳ抑制の典型的な方法は、典型的なケーブルテレビ伝送において使用されるものとは異なる周波数、及びフォーマットを持つ伝送信号のディザリングを含む。
【０００６】
外部変調送信機は、多くの光通信システムにおいて最高の性能を提供するように見えるが、高いコスト、高い光結合損（典型的には、約５〜約７デシベル-ｄＢ）がかかり、かつ一般的には、アナログ信号の線形化のための高度な手法を必要とする。
【０００７】
従って、システム性能の改善、システム信頼性の改善、及び／又は削減されたコストにおける許容可能なシステム性能を提供する、光伝送システム及び構成要素の改善の必要性が、この分野において存在する。
【０００８】
（本発明の要約）
本発明は、二次又は三次歪みを補正するために従来技術において一般的に使用される予歪回路の必要を取り除く、又は大幅に減らすアナログ送信機に関するものである。さらに、本出願で説明するアナログ送信機の幾つかの実施形態は、直接変調外部キャビティレーザの使用によってコストを下げる、及び／又は用途固有のチャープレベルを提供する。さらに、本出願で説明するアナログ送信機は、ＳＢＳ抑制のレベルを高め、電子ディザリングの除去、或いはそのような必要なディザリングのレベルの減少をもたらす。本出願で説明する利点は、材料、及び労働コストの削減、リンク設計性能の向上、製造マージンの改善、及びシステム製造において必要とされる技術的な専門知識のレベルについての要求の弛緩をもたらす。
【０００９】
本発明は更に、用途固有のチャープを提供すると同時に二次及び三次歪みを大幅に改善するために、特に、いわゆる「片側蝶形」或いは「歪みディップ」というようなＥＣＬの固有特性を強化及び利用する、外部キャビティレーザ（ＥＣＬ、或いはＥＣＬレーザ）を利用した代替の送信機に関するものであり、かつそれらを含むものである。提案された発明は、ＣＡＴＶネットワーク、サブキャリア多重化システム、ＲＦ‐ｏｖｅｒ‐ｆｉｂｅｒ、及び光アクセスのような用途において使用されるアナログ送信機の最新技術を進歩させるものである。アナログ送信機、及び本発明において説明するそのような送信機内に組み入れられたアナログＥＣＬは、１５５０ｎｍ、或いは１３１０ｎｍのいずれかの動作波長帯において（また、所望の場合には他の波長帯においても）利用することができる。本アナログ送信機の典型的な実施形態の概略的な図を、図１に示す。
【００１０】
本アナログ送信機は、さらに、ＥＣＬ、及びそのＥＣＬを組み入れる送信機を適切に設計することによる、歪みディップの強化及び使用に関するものである。本発明の主な側面の中には、以下でより詳細にさらに説明される次のものがある：（ｉ）歪みディップの幅を増大させて、温度制御ループについての要求を緩め、かつ多くの場合において、一般的に使用される温度制御ループが、歪みディップに、及び特定の値であるその放射波長に、同時に送信機を固定するのに充分であるように、より広い動作マージンに備えること。（ｉｉ）歪みディップを、レーザのモードホップ領域から離して、より安定したＥＣＬ動作領域へ移動させること、或いはモードホップ領域から離して、更なる歪みディップを作ること、（ｉｉｉ）チャープが、ＳＢＳを減らす又は抑制するのに充分大きいが、送信信号の到達範囲を制限するほどは大きくない（言い換えると、用途固有のチャープ）、有利なチャープレベルを歪みディップにおいて提供するような方法で、チャープを調整すること、及び（ｉｖ）適応フィードバック制御ループを実装して、その温度制御ループが歪みディップにおいてレーザの動作を充分に維持できない時、二次歪みが有利に小さい歪みディップにレーザの動作をロックすること。
【００１１】
これらは、以下で詳細に説明するような本発明の様々な実施形態により実現される利点のうちのものである。
【００１２】
本出願における図面は拡大縮小されたものではなく、かつ、図面内、及び図面間の構成要素の相対的なサイズ及び縮尺の描写は、概略的なものであり、また拡大縮小されたものではない。
【００１３】
理解することを容易にするために、可能な場合、同一の参照番号を使用して、図面に共通な同一要素を指定した。
【００１４】
以下の図面と組合せて、以下の詳細な説明を熟考することにより、本発明の手法を容易に理解することができる。
【００１５】
（発明の詳細な説明）
以下の説明を熟考した後、当業者は、構成要素及びそれらのサブシステムを含むアナログ光送信機の設計、製造、及び／又は使用のために、本発明の教示を容易に利用することができることが、明らかにわかるであろう。
【００１６】
本発明は、外部キャビティレーザ，ＥＣＬを組み込んだ光アナログ送信機に関するものであり、並びに、ブロードキャスト及びナローキャストにおいて、及びそれらのために、それを使用する。ＥＣＬについての典型的な構造は、片側が反射防止（ＡＲ）フィルム或いはコーティング２０１でコーティングされたレーザダイオード２００を含む図２で与えられる。ＡＲフィルムと反対側のレーザダイオードの面は、高反射（ＨＲ）フィルム又はコーティング２０２でコーティングされ、それにより、オプティカルフィードバックキャビティの１つの反射端を提供する。レーザダイオード２００に加えて、典型的なＥＣＬはまた、レーザダイオードと組合せて動作するように選択された他の光学要素も含む。そのような光学要素、及びそれらの光学特性は、都合よく、光伝達機能，Ｆで表すことができる。光伝達機能，Ｆ（□）は、典型的には、時々ブラッグ格子と呼ばれる格子２０３である。ブラッグ格子は、レーザダイオードからそこへ入射した光の様々な部分を反射、及び伝送し、その反射、及び伝送される一部分は、要因の中でも特に、光の波長に依存する。従って、単純に述べると、ブラッグ格子は、ミラー、及びフィルタとして機能する。ブラッグ格子２０３の反射特性は、ＨＲコーティング，２０２と協働して、レーザの光キャビティを形成する。ブラッグ格子を通して伝送された光は、レーザの出力，２０４である。
【００１７】
動作（レイジング）波長は、典型的には、感度の良い温度の関数であるので、ＥＣＬモジュール内に温度検出及び温度制御装置を提供すること、或いは適度に厳密な温度を維持し、動作温度を例えば約１５℃〜３０℃というような所望の温度範囲内に維持するように実装することが、普通の慣例である。広く使用される温度制御装置は、熱電子（或いは、熱電）冷却器（ＴＥＣ）である。
【００１８】
ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）、又は平面光波回路（ＰＬＣ）型ＥＣＬを含むが、それらに限られない様々な実施形態において、ＥＣＬを実装することができる。図２（ａ）に示すＦＢＧベースの外部キャビティレーザは、典型的には一般的なＵＶ書き込み手法を使用することによりシリカ単一モードファイバ２０５上に書き込まれたＦＢＧ２０３を、典型的に含む。典型的なＰＬＣベースの外部キャビティレーザでは、格子は、図２（ｂ）に示すように、シリカベース平面導波管２０６に書き込まれる。他のＥＣＬの実施形態では、光伝達機能として、バルク格子を使用することができる。さらに他のＥＣＬの実施形態は、方法の中でも特に、（例えば、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を使用した）格子の空間移動、音響光学ベースの光伝達機能を調整するようなＲＦ信号の付加、或いは薄膜ベース可変光学フィルタを調整するような加熱又は熱応力の付加、のような手法を使って、光伝達機能を調整することのできる可変格子を含む。
【００１９】
情報の光伝送の重要な目標は、情報を伝送し、さらにこの情報の受信者に使用可能、又は受け入れ可能な形で受信することのできる距離を増大させることである。これは、典型的には「リーチ」と呼ばれる。リーチを拡張しようとする努力は、光伝送の物理学及び工学からの幾つかの試みによって満たされる。これらのうちの１つは、ファイバ内の分散と相互作用して、伝送信号をしばしばひどく劣化させる、レーザ内に存在するチャープである。もう１つは、ファイバの振動モード及びフォノンが伝送光と相互作用して、パワーの飽和に加えて、雑音及び歪みのレベルの増大をもたらす「誘導ブリルアン散乱」（ＳＢＳ）の現象である。ＳＢＳは、生じて、システム性能を劣化させ得る幾つかの非線形光学効果のうちの１つである。
【００２０】
相互変調歪み（ＩＭＤ）は、光伝送システムを設計する時、及びそのようなシステムにおける使用のための構成要素を選択する、又は作り出す際に考慮されるべき効果のうちのものである。ＩＭＤは、様々な相互次数の効果によって特徴付けられ、典型的には、２次ＩＭＤ（ＩＭＤ２、又は複合二次‐ＣＳＯ）が、実際の光伝送において最も面倒なものである。典型的には、二次歪みを減らすことが、光伝送における歪みを減らし、従ってリーチを増大させるための有利な手順である。
【００２１】
情報を搬送するために、典型的には、レーザを駆動する電流を変調することにより、すなわち直接変調により、送信レーザダイオード２００によって放射された光が変調される。しかしながら、典型的なレーザダイオードでは、駆動電流を変化させることにより、レーザの出力パワー、及び周波数の両方を変化させる。この駆動連流によるレーザ周波数の変化は「チャープ」と呼ばれ、典型的には、駆動電流の１ミリアンペア（ｍＡ）の変化に対して数メガヘルツ（ＭＨｚ）から約１ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内とすることができる。
【００２２】
一般的には、安定した出力波長を提供することが、光送信機において有利であり、低い（又はゼロの）チャープが望ましいことを示している。しかしながら、ＳＢＳは、典型的には、低チャープ送信機において増大する。すなわち、単一波長が低チャープ送信機から光ファイバへ下向きに入射される時、ＳＢＳ効果は、送信光パワーにおいて容認できない歪み雑音及び歪み損を生み出し得る。様々な光ファイバが、より多くの、或いはより少ないＳＢＳを生み出す一方で、典型的な光伝送システムは、既存の既に導入済みのファイバ経路を使用するように制約される。従って，ＳＢＳ損失に対する様々な解決策は、典型的には、ファイバ内に入射するときの光の性質に焦点を当てるものである。１つの手法は、幾らかの波長安定性を犠牲にして、適当なレベルのチャープを持つレーザダイオードに有利に働くようにすることである。実際には、電子「ディザリング」（意図的な揺らぎを持つ駆動電流を加える）による送信機波長の意図的な変動が、ＳＢＳを抑制する、最小化する、或いは減らすための一般的な方法である。本発明の目的は、低歪み、及び典型的なファイバでの使用に適当なレベルのチャープの両方を持つＥＣＬ送信機を提供し、それにより、ＳＢＳ誘導損を減らすことである。本出願で説明するように、本発明の幾つかの実施形態に従うＥＣＬは、この技術分野における以前の手法と比較して削減されたコストで、この目的を実現する。
【００２３】
アナログＥＣＬベースの送信機における二次歪みが、典型的にはＴＥＣによって制御されるような、ＥＣＬの動作温度の関数としてプロットされた図５に、ＥＣＬの興味深くかつ有用な性質が示されている。二次歪みの著しい減少は、特定の動作温度において生じると考えられ、図５に示すように、異なる動作温度において再び生じ得る。これらの「歪みディップ」は、典型的には、図５のような「片側蝶形歪み特性」（ＯＳＢＤＰ）を示す。これらの歪みディップを、様々な方法で作り出し、制御し、及び利用することは、本発明の目的のうちである。
【００２４】
図３は、その光出力が狭帯域幅の光学フィルタを通過する直接変調レーザから構成されるシステムにより生成された二次相互変調歪み，ＩＭＤ２を示しており、そこには、チャープ応答と輝度変調との間の２つの異なる位相遅延Φが描かれており、及びそこでは、周波数ｆ１及びｆ２の２つの小振幅正弦音調を使って、レーザを変調する。そのようなシステムの１つは、分布フィードバック（ＤＦＢ）レーザの出力パワーが、図４に示すような外部フィルタ内で結合される「光強化」レーザで構成されるであろう。他のシステムは、本出願で説明するようなＥＣＬを含む。
【００２５】
光強化レーザの相互変調歪みと、ＥＣＬを組み込んだアナログ送信機の相互変調歪みとの間には、重要な差異が存在する。ＥＣＬを組み込んだ典型的なアナログ送信機は、歪み応答図において、片側のみの蝶形特性を示し、それは、図３における右側半分（斜線の引かれていない）領域によって表されている；その一方で、光強化レーザを組み込んだアナログ送信機は、図３における両方の領域に及ぶ相互変調歪み領域を持つ。
【００２６】
レーザ源としてＥＣＬを組み込んだアナログ送信機は、典型的には、ＥＣＬの動作温度の範囲全体にわたって生じ得る「片側蝶形歪み特性」（ＯＳＢＤＰ）を持つ。そのような片側蝶形歪み特性は、通常約１℃以下のＥＣＬ温度のかなり狭い範囲において生じ（典型的には、約−６５ｄＢｃ〜約−７０ｄＢｃ以下の）「歪みディップ」と呼ばれる極端に低レベルの歪みを含む、幾つかの際立った特徴を持つ。本出願で与えられる温度は、典型的には、一般的にＥＣＬ組み立て品内に内蔵される熱電冷却器（ＴＥＣ）によってセットされた温度であることに注意する。このような温度は、正確に、ＥＣＬ全体の動作温度である必要はないが、温度による性質の変化が我々の第一の関心事であるので、絶対温度の特定は通常必要とされない。
【００２７】
図５にプロットされた実験データは、アナログＥＣＬベース送信機の片側のみの蝶形特性、及びＥＣＬの動作温度範囲全体にわたるこの歪みディップの周期性を示している。
【００２８】
本発明の一側面は、「片側蝶形」特徴、或いは歪みディップの幅を増大させるような方法でのＥＣＬの設計に関するものである。これは、低減された歪みの値でＥＣＬが動作できる温度範囲を広げるものである。図５及び図６の実験データで明らかに示されるように、ＥＣＬの歪みディップは、通常、歪みディップの「口」において約１℃以下であり、歪みディップの床付近では、たった十分の数℃でしかない。以下を含む、歪みディップの幅を増大させるための様々な方法が存在するが、それらに限定されない。
【００２９】
（ｉ）例えば、特に、ＦＢＧ、又はＰＬＣ導波管内の格子、又はバルク格子、又は音響光学効果によって作り出される格子というような、ＥＣＬの光伝達機能として使用される格子上に応力を加えること。応力は、機械効果、又は熱効果、或いはその両方の組合せによって、加えることができる。熱応力がアナログＥＣＬのＦＢＧに加えられた時、歪みディップ広げ効果が得られる例を、図７に示す。
【００３０】
その光学特性がより広い歪みディップをもたらすような、格子の新奇な設計を用いること。そのような格子の設計は、ほぼ１００ｐｍから約４００ｐｍ（ｐｍ＝ピコメートル＝１０-12メートル）の範囲の半値全幅（ＦＷＨＭ）を持つガウス形状光学特性を持つ非チャープ格子、を含む。そのような格子の設計はまた、図８に示すようなチャープ格子、及び格子の反射特性が図９に示すような「屈曲」形状を持つような構造を持つＦＢＧを含む。
【００３１】
外部キャビティレーザは、典型的には、レーザの出力が準安定となるモードホップ領域と呼ばれる動作の領域を示し、これは、レーザの光放射特性の急な変化につながる。従って、光送信機が、モードホップ領域から離れて動作することが有利である。
【００３２】
本発明の更なる側面は、「片側蝶形」特徴、或いは歪みディップを、モードホップ領域から離して、より安定したＥＣＬ動作領域へ動かすことに関するものである。アナログＥＣＬにおける歪みディップは、通常、図１０に示すように、レーザの波長が幾らかの温度間隔で急に「飛び越える」モードホップの近くで生じる。モードホップ領域におけるヒステリシス効果の存在のため、歪みディップがモードホップから離れて置かれるアナログＥＣＬを設計すること、或いはモードホップ領域から離して更なる歪みディップを作ること、が有利である。歪みディップをモードホップから離すように動かすための、又はモードホップ領域から離して二次歪みディップを作り出すための１つの方法は、格子の設計による、及び／又は制御された応力を格子に加えることによるものである。図９に示した「屈曲点」を持つ特性を持つＦＢＧがアナログＥＣＬの内側に組み込まれた時、図１１の二次歪みディップが強化された。歪みディップを操作するための他の方法は、典型的には約２００ｐｍから約４００ｐｍの範囲のかなり大きいＦＷＨＭを持つガウス形状光学特性で設計されたＦＢＧを用いること、を含む。
【００３３】
本発明の更なる側面は、歪みディップにおいて、チャープがＳＢＳを充分に減らすのには充分高いが、送信されたアナログ信号の最大到達範囲を制限するほどは大きすぎない有利なチャープレベルを提供するような方法で、チャープを調整することに関するものである。ＲＣＬの低チャープ性は、光ファイバ内の非線形効果と相互作用して、ＳＢＳを典型的には伝送リンクの性能の制限要因にするので、（歪みディップの最小値において、或いはその付近で生じるような）極端に低いレベルの歪みを持つＥＣＬを組み込んだアナログ送信機を有することは、アナログファイバリンク上の充分な信号性能を自動的に保証するものではない。さらに、ＤＦＢ、及び極端に変調されたレーザ源について編み出された、ディザリングを使ったＳＢＳ抑制の既存の方法は、高コストに加えて、ＥＣＬベースの送信機におけるＳＢＳの抑制には不充分であろう。
【００３４】
ＥＣＬベースの送信機に関してＳＢＳから生じる問題に対処するための一手法は、非常に低い歪みを維持しながら、チャープレベルを増大するものである。ＥＣＬの歪みディップに対応する「片側蝶形歪み特性」（ＯＳＢＤＰ）が、高チャープの領域と同じ動作温度で生じる（或いは、より高チャープの領域に「沿って配置される」）ように準備することによって、本発明の幾つかの実施形態に従って、これを遂行することができる。これは、信号圧縮、或いは、ＳＢＳから生じる他の有害な影響のない、アナログ光ファイバリンク上の低歪み信号の伝送を可能にする。本発明の幾つかの実施形態に関して、ＥＣＬのそのようなより高チャープな領域内でさえも、本出願で説明する送信機によって生み出されるチャープの大きさは、ファイバの歪み誘導劣化が典型的には回避される、或いは管理可能なレベルまで下げられるほど、標準ＤＦＢと比べて充分小さいということに注意することが、重要である。
【００３５】
図６（実験結果）、及び図１２（シミュレートした結果）は、片側蝶形特性（又は、歪みディップ）が高チャープの領域に沿って配置されたＥＣＬアナログ送信機の２つの異なる設計を示している。低歪み（ＯＳＢＤＰ、又は歪みディップ）及び高チャープの領域のこのような配置は、いくつかの手段のいずれか、或いはそれらの組合せにより実現することができる。一つは、外部キャビティのスペクトル特性の変更を含むものである。外部キャビティの変更されたスペクトル特性の一実施形態は、図９に示す、いわゆる「屈曲」スペクトル特性である。図９のこの特性は、かなり高いチャープ領域に合わせた歪みディップの配置を可能にする。同じ又は同様な効果を実現するための他の手段は、チャープスペクトル特性（図８に示す特性を作り出すようにファイバ内に書き込まれたチャープ格子、又はＰＬＣの導波管に書き込まれたチャープ格子）、又は、熱応力又は機械応力によって作り出された格子のような外部手段によってチャープがもたらされたスペクトル特性、の使用を含む。例えば、あらゆる目的のためにその内容全体が引用により本出願に組み入れられる、例えばＢ．Ｊ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎ他著、「独立して調整可能な中心波長及びチャープを持つファイバ格子における二重ファイバ上の薄膜ヒータ」、ガラス導波管におけるブラッグ格子、感光性、及びポーリング  １９９９  技術要約,  ｐ．３２  で説明されるようなテーパ金属化の適切な組合せによってもまた、熱チャープをもたらすこともできる。
【００３６】
本発明の更なる側面は、歪みディップが用途固有のチャープ領域に合わせて配置される所望の動作温度においてレーザの動作をロックする、すなわち「歪みロッキング」ための、適応フィードバック制御ループの設計及び実装に関するものである。この適応制御ループの例を図１３に示す。提案されたフィードバック制御ループの利用は、上記で歪みディップとして説明したＥＣＬの有用な特徴を利用するものであり、従来技術において説明されたアナログ送信機と比べて、製造収益を大いに改善することができる。
【００３７】
歪み感度が非常に高い（典型的には、約５  １０ｄＢ／℃から約１０ｄＢ／℃の範囲内）狭いＥＣＬ温度範囲（典型的には、約１℃以下）全体にわたって、ＯＳＢＤＰが生じるので、送信機の老化により変化する周辺状況及びドリフトを補償するように、正確に動作温度点を調整することは有利である。
【００３８】
歪みの最小値の位置は、おおむね周波数独立であるので、同じレーザ源から生成される、ｆ２＝ｆ１＋ｆｏである近い周波数ｆ１、ｆ２の２つのパイロット電気信号を加えることにより、フィードバックループを実装することができる。ＣＡＴＶ／ＱＡＭ伝送帯域幅内で既存のＲＦアナログ搬送波と干渉しないように、これらの周波数を有利に選択する。
【００３９】
（典型的には、同じ発振器から生成されるような）固定位相差を持つ２つのＲＦパイロット信号ｆ１及びｆ２をＥＣＬ送信機に加える時、非線形光学効果から生じる根本的な歪みの仕組みにより、送信機の光出力は、ｆ＝ｆ２−ｆ１、又はｆ＝ｆ２＋ｆ１の二次歪み信号を持つであろう。図１に示すようなオプティカルタップカプラを使って、或いはＥＣＬレーザの後ろファセットからの光を使用することにより、ＥＣＬファイバピグテールから、この出力光信号を引き出すことができる。しかし、どちらの場合においても、光信号を変換するために使用される光検出器は、周波数ｆの信号を正確に検出できるほど充分大きい帯域幅を持つはずである。図１３に示すように、信号は、典型的にはＢＰ（帯域通過）フィルタを通してフィルタされ、次に、典型的には位相検出器、及び基準発振器を使って位相情報（同相及び直交成分）を引き出す前に、増幅される。
【００４０】
ＥＣＬ送信機の動作温度は、実質的にＯＳＢＤＰの最小値（歪みディップの床）に、或いはその僅かに右側（より高い温度）にセットすることができる。最小歪み（位相＝０）において、或いはその付近でＥＣＬが動作するように、温度をセットする場合には、エラー信号ΔＳの方向は、直交成分の符号の変化により特定されるであろう。歪みの最小値からのオフセットをもたらすように、温度動作点をセットする場合には、エラー信号ΔＳの方向は、信号の振幅の相対変化により特定されるであろう。さらに、左、及び右の傾斜は、異なる位相符号を持つので、制御ループの暴走を防ぐために、位相信号の符号を制御信号として使用することができる。
【００４１】
ここで、ゆっくりとした環境変化の状態のもとで、動作点は、Ｔｏｐ＝Ｔｏ＋δＴまでδＴだけ移動すると仮定し、このとき、Ｔｏは初期ＥＣＬ動作温度（ＴＥＣ温度）である。そのような変化を補償するために、エラー信号を生成することができる。温度の変化のため、歪んだ信号Ｓ（ｆ２−ｆ１）の振幅は、典型的には増大し、オフセットＳ（Ｔｏ）から離れるであろう。エラー信号ΔＳ＝Ｓ（ｆｏ,Ｔｏ＋δＴ）−Ｓ（ｆｏ,Ｔｏ）が生成され、制御ループの利得ブロックによって増幅されるであろう。次に、結果として生じた感度Ｋを持つ信号は、電圧‐電流変換器を介して、ＴＥＣ制御回路に加えられて、δＴを補償するであろう。当業者には明らかな変更、及び代替の実施形態を含む、この適応フィードバックループは、アナログＥＣＬ送信機が環境の変化、及び老化による変化を補償されることを可能にする。
【００４２】
本発明の更なる側面は、アナログ送信機のサブセットである送信機半組み立て品の内側の、歪みロックＥＣＬの組み込みに関するものである。我々は、この送信機半組み立て品を歪みロックレーザ（ＤＬＬ）と呼び、図１４に示す。ＤＬＬは、アナログ送信機の構成要素として使用される。この送信機半組み立て品、又はＤＬＬは、強化された歪みディップを持ち、及びリンクの到達範囲の実質的な犠牲なしでのＳＢＳ抑制の改善のための、歪みディップ、又はその付近における適当なチャープレベルを持つＥＣＬを備える。その送信機サブシステムはまた、典型的には、動的なフィードバック制御を含んで、歪みディップにおいて、又はその付近で動作するようにＥＣＬをロックし、それは、本出願で説明する制御ループのような実施形態を含むが、それに限定されない。その送信機半組み立て品はまた、ＲＦ増幅器、温度コントローラ、及びＤＬＬの動作状態の微調整のための回路、のような駆動電子部品も含む。さらに、本発明の幾つかの実施形態に従うアナログＥＣＬを組み込んだアナログ送信機は、光信号が光ファイバを通って移動するにつれての、二次及び三次の高調波歪みの劣化を補正するように、ＥＣＬ上で作動する予歪回路を任意で含むこともできる。
【００４３】
さらに、本発明の幾つかの実施形態に従うアナログＥＣＬを組み込んだアナログ送信機は、任意で、標準単一モードファイバの内側の信号伝播から生じる分散によってもたらされる信号劣化を減らすようにＥＣＬ上で作用する電子分散補償に備える回路を含むことができる。
【００４４】
さらに、本発明の幾つかの実施形態に従うアナログ送信機内に組み込まれたＥＣＬは、任意で、インラインオプティカルアイソレータを含んで、光パワーを抑制することができ、それがＥＣＬのキャビティ内で結合し戻されるのを妨げ、それにより、アナログ伝送システム内の大きな雑音源を減らす、或いは取り除くことができる。
【００４５】
本発明の教示を組み入れた様々な実施形態を示し、本出願で詳細に説明したが、当業者は、なおもこれらの教示を組み入れた、多くの他の多様な実施形態を容易に考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１ａ】その低歪みディップが高チャープ領域に合わせて配置されるアナログＥＣＬレーザを組み入れた、本発明の幾つかの実施形態に従う典型的なアナログＥＣＬ送信機の概略的なブロック図である。
【図１ｂ】その低歪みディップが高チャープ領域に合わせて配置されるアナログＥＣＬレーザを組み入れた、本発明の幾つかの実施形態に従う典型的なアナログＥＣＬ送信機の概略的なブロック図である。
【図２】（ａ）ファイバブラッグ格子に基づくＥＣＬの概略図である。（ｂ）平面光波回路（ＰＬＣ）上の導波管内に書き込まれた格子に基づくＥＣＬの概略図である。
【図３】レーザの光出力がチャープ応答と輝度変調の間の異なる位相遅延φを持つ狭帯域幅光学フィルタを通過する直接変調レーザを組み入れた送信機によって生成されるような、離調装荷の関数としての、典型的な二次歪み（例えば、ＩＭＤ２）のグラフである。グラフ全体が光強化アナログ送信機に当てはまる一方で、図３の破線領域は、ＥＣＬベースのアナログ送信機について禁止される。
【図４】光学予歪を使用して、単独ＤＦＢレーザの歪み性能を改善することのできる典型的な光強化レーザ源を示している。
【図５】ＥＣＬベース送信機における動作温度の関数としての二次歪みのグラフであり、（例えば、熱電子冷却器‐ＴＥＣにより制御できるような）ＥＣＬの動作温度の関数として周期的挙動を示す、片側蝶形特性（歪みディップ）を持つ相互変調歪み領域を示している。
【図６】片側蝶形特性（歪みディップ）が高チャープ領域に合わせて配置されるアナログＥＣＬにおけるＦＢＧ設計の特定の実施形態におけるモードホップ間の温度範囲の関数としての、二次歪み（例えば、ＩＭＤ２）、及びチャープのグラフである。実験結果を示している。
【図７】熱（加熱）応力がファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）に加えられた（■）、及び、熱（加熱）応力がファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）に加えられない（▲）、レーザ温度の関数としての、二次歪み（例えば、ＩＭＤ２）のグラフである。熱応力は、歪みディップを広げるという結果になると考えられる。
【図８】チャープ格子の実施形態の光学特性のグラフである。
【図９】波長スパンの関数としてのＦＢＧ反射特性のグラフである。この「屈曲」スペクトル特性は、図１２に示すような、高チャープ領域に合わせたＯＳＢＤＰ（歪みディップ）の配置を容易にする。
【図１０】上の実線の曲線は、暖かい方から冷たい方へ、及び冷たい方から暖かい方への両方で温度を走査するときモードホップ及びヒステリシス効果を示す、ＥＣＬ動作温度（熱電子冷却器‐ＴＥＣの温度）の関数としての、（ｎｍでの）ＥＣＬ波長のグラフである。下の破線の曲線は、ＥＣＬ温度の関数としての二次歪み（例えば、ＩＭＤ２）を示しており、モードホップ領域において歪みディップが生じることを示している。
【図１１】ＦＢＧが「屈曲特性」を持つ場合における、モードホップ間の温度範囲の関数としてのＩＭＤ２（左縦軸）、及びチャープ（右縦軸）のグラフである。より広い動作温度範囲で、二次歪みディップが生じると考えられる。
【図１２】片側蝶形特性（歪みディップ）が最大チャープに合わせて配置される例としてのアナログＥＣＬにおけるＦＢＧ設計（屈曲特性を持つＦＢＧ）の実施形態におけるモードホップ間の温度範囲の関数としての、二次歪み（例えば、ＩＭＤ２）（左縦軸）、及びチャープ（右縦軸）のグラフである。図は、シミュレートした結果を示している。
【図１３】アナログＥＣＬ送信機において、ＯＳＢＤＰを制御し、高チャープ領域に合わせて配置するための適応制御ループの概略的なブロック図である。
【図１４】歪みロックループ（ＤＬＬ）の実施形態の概略的なブロック図である。このアナログ送信機の半組み立て品は、歪みディップにおいて動作するようにレーザをロックする歪みロックＥＣＬを含む。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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