(57)【要約】送信機および受信機で干渉計を有する光電話機および通信システムは光時間遅延差および差動周波数シフト変調および多重化技術を使用できる。システムへのパワーは光ネットワークまたは局部光源を通して遠隔光源から与えられる。光ネットワークは１または２の光接続をセットへ与える。ネットワークからの光信号の一部は再充電可能な電池に蓄積された電気エネルギへ変換される。使用される光源は既知のコヒーレンス関数、波長およびコヒーレンス長Ｌcを有する。送信機は送信機の干渉計の１つのアームの位相変化へ情報を変換し、受信機は整合された干渉計の使用によりこの信号を回復する。干渉計の２つのアーム間のパス不平衡はＬcよりも大きい。各セットは特定の時間遅延差および／またはアドレスのための差動周波数シフトを割当てられる。
2005509329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光形態で送信／受信装置間の通信信号の伝播用の光ネットワークにおいて、
ｉ）送信／受信装置で電気パワーへ変換するための送信／受信装置へ光パワーを供給する少なくとも１つの光源と、
ii）送信／受信装置において干渉計変調し、その後情報を伝播する光通信信号としてネットワーク上で送信するために送信／受信装置へ光信号搬送波を送信するための少なくとも１つの光信号搬送波ソースとを具備している光ネットワーク。
【請求項２】
光源と光信号搬送波ソースは装置の同一のソースであり、光信号搬送波は転送された光パワーを電気パワーへ変換する送信／受信装置において部分的に使用される請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項３】
前記干渉計変調は光搬送波が不平衡な干渉計を通過することにより生成された１以上の干渉フリンジを有する請求項１または２記載の光ネットワーク。
【請求項４】
前記干渉計変調は周波数変調を含む請求項１乃至３のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項５】
干渉計変調はアドレスと情報の内容の一方または両者に対して使用される請求項１乃至４のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項６】
１以上の環境パラメータの感知と、情報を伝播する光通信信号の送信とにおいて使用するために、情報は各前記パラメータの表示であり、送信／受信装置は干渉変調としての前記１以上の環境パラメータを感知し、前記変調を有する前記信号を送信するように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項７】
前記干渉計変調を適用するための少なくとも１つの干渉計と、受信された光パワーを電気パワーへ変換するための少なくとも１つのパワー変換装置と、変換された光パワーの少なくとも一部を記憶するための少なくとも１つの電気記憶装置とが設けられている請求項１乃至６のいずれか１項記載のネットワークにわたって転送された光パワーを受信しネットワークにわたって信号を送信するための光送信／受信装置。
【請求項８】
前記干渉計変調を適用するための少なくとも１つの干渉計と、送信／受信装置の１以上のコンポーネントを駆動するために受信された光パワーを電気パワーへ変換し、電気パワーを供給するための少なくとも１つのパワー変換装置が設けられている請求項１乃至６のいずれか１項記載のネットワーク上で転送された光パワーを受信するための光送信／受信装置。
【請求項９】
前記干渉計変調を適用するために少なくとも１つの干渉計が設けられ、前記干渉計は光信号搬送波で周波数シフトを生成するために干渉計の少なくとも１つのアームの長さを変化するための手段を具備している請求項１乃至６のいずれか１項記載のネットワーク上で転送された光パワーを受信するための光送信／受信装置。
【請求項１０】
前記干渉計変調を適用するための少なくとも１つの干渉計が設けられており、振幅変調を行うため光信号の振幅を変化するための振幅変調器も具備している請求項１乃至６のいずれか１項記載のネットワーク上で転送された光パワーを受信するための光送信／受信装置。
【請求項１１】
干渉計の変調を受信するための少なくとも２つの干渉計、即ち入来する信号の変調の第１のタイプを検出するために使用するために配置されている第１の干渉計と、入来する信号の変調の第２のタイプを検出するために使用するために配置されている第２の干渉計とが設けられているネットワーク上で光信号を受信する光受信装置。
【請求項１２】
第１のタイプの変調は位相または周波数変調を含んでいる請求項１１記載の光受信装置。
【請求項１３】
第２のタイプの変調は強度変調を含んでいる請求項１１または１２記載の光受信装置。
【請求項１４】
少なくとも２つの干渉計は差動的に不平衡であり、干渉計のパス長の差の間の不一致は入来する信号を伝送する光搬送波の中心波長の４分の１に等しいか、またはほぼ等しい請求項１１乃至１３のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１５】
同時に両干渉計に関するパス長変化を生成するためのパス長制御コンポーネントをさらに具備している請求項１１乃至１４のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１６】
少なくとも２つの干渉計がパス長制御コンポーネントとして少なくとも１つの反射装置を共有し、その構造は共有される反射装置の動作が両干渉計に関して前記パス長の変化を生じる構造である請求項１５記載の光受信装置。
【請求項１７】
少なくとも２つの干渉計は両者とも１つの共有された対の反射装置により与えられ、その少なくとも一方は後方反射装置であり、装置はさらに少なくとも１つの入力ビームスプリッタを具備し、その構造は前記少なくとも２つの干渉計を構成するため出力として共に誘導されることができる反射装置に関して多数の光路を提供する構造である請求項１１乃至１６のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１８】
入来する信号の位相または周波数変調を追跡する追跡手段と、両者の干渉計が前記位相または周波数変調にしたがうように調節されることができるようにパス長制御コンポーネントを制御するフィードバック装置とを具備している請求項１５乃至１７のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１９】
送信装置は光信号搬送波に強度変調を適用する強度変調器を具備している手段を具備している請求項１１乃至１８のいずれか１項記載の装置と共に使用する光送信装置。
【請求項２０】
前記ネットワークは音響通信をサポートする請求項７乃至１９のいずれか１項記載のこ光送信および／または受信装置。
【請求項２１】
光通信において波長分割多重化信号の受信で使用するための受信機がにおいて、前記受信機は入来する光搬送波から波長分割多重化された信号を伝播する１以上の波長範囲を濾波するためのフィルタを具備し、受信機はさらに前記濾波後に残された入来する光搬送波の一部において、特徴的なパス長の差を有する送信干渉計を使用して生成される干渉フリンジを検出するために使用される干渉計を具備している受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信装置、光通信システムおよび／または光通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光送信で干渉計変調を使用することは知られている。例えば送信エンドの不平衡な干渉計、受信エンドの整合された不平衡な干渉計、比較的短いコヒーレンス長の光源を使用することによって光ファイバ上の光信号を提供することが知られている。情報を含んだ光信号はその後２つの干渉計の間で送信されることができる。
【０００３】
干渉計変調の例は、文献（S. A. Al-Chalabi、B. Culshaw、D. E. N. Davies の“Partially Coherent Sources in Interferometric Sensors ”、光ファイバセンサについての第１回国際会議、1983年４月26-27 日、132 −135 頁）に記載されている。
【０００４】
用語“コヒーレンス関数”と“コヒーレンス長”は共に干渉計変調で使用される光源に関してこの明細書で使用されている。干渉計変調を使用するために、干渉計の光路は変調を伝送する光源のコヒーレンス長よりも大きい光路の差によって不整合にされるべきであることが知られている。“コヒーレンス関数”と“コヒーレンス長”は両者とも知られた用語であり、本発明の背景を与える目的で、それらを測定する技術は図４および１を参照して以下説明する。
【０００５】
図４を参照すると、光源237 のコヒーレンス関数はマッハツェンダー等の４ポート（２つの入力ポートと出力ポート）干渉計を使用して測定可能であり、ゼロの初期的なパスの不平衡を有する２つのアームを有する。光源237 は干渉計への入力として使用され、光強度は１以上の出力270/272 、425 で測定され、干渉計の２つのアーム間のパスの長さの差は変化される。測定された光強度対パス不平衡または時間遅延の差のグラフはソースのコヒーレンス関数を与えるために使用されることができる。
【０００６】
測定された光強度はＤＣ（直流）成分とコヒーレンス関数成分とを含んでいる。コヒーレンス関数成分はビームスプリッタにおける位相変化により、干渉計のみの１つのアームで符号反転を受けることが知られている。第１の出力で測定される光強度がＤＣ成分プラスコヒーレンス関数成分に等しい場合、第２の出力で測定される光強度はＤＣ成分からコヒーレンス関数成分をマイナスしたものに等しい。これはコヒーレンス関数成分を抽出し、それをＤＣ成分から分離する簡単な方法を提供し、光検出器は干渉計の２つの異なる出力ポート270/272 、425 で光強度を測定するために使用され、その後２つの光検出器の出力電流は減算される。干渉計で使用されるビームスプリッタの分割比が１：１である限り、コヒーレンス関数成分は単に２つの出力の光検出器から電流を減算し、したがってＤＣ成分を除去することにより抽出されることができる。
【０００７】
ビームスプリッタと干渉計におけるこのタイプの効果の参照は例えば文献（Shiro Ryu の“Coherent Lightwave Communication Systems”、Artech House出版、1995年）と、米国特許第4860279 号明細書（発明の名称“Source modulated coherence multiplexed optical signal transmission system ”発明者Coleman Jeffrey とFalk R Aaron）で認められ、特に図４を参照する。
【０００８】
図１を参照すると、ソースのコヒーレンス長は同一のデータから測定されることができる。測定された光検出器出力はパスの不平衡が変化されるときに（連続線で示されている）多数の最大値を示し、これは干渉フリンジの存在を示している。破線で示されているグラフのエンベロープは光源のコヒーレンス関数を与える。パス不平衡の幾つかの特定の値で、測定された光検出器出力は停止し、さらに弁別可能な最大値を示し、パス不平衡のこの特定値はソースのコヒーレンス長Ｌc の動作可能な尺度の基礎として使用されることができる。異なる規約がＬc の決定で過去において使用された。例えばコヒーレンス関数のエンベロープが例えば８０％の予め定められた割合により降下されるパス不平衡として測定される。
【０００９】
実際に、動作可能な値Ｌc は強度測定で使用される光検出器の帯域幅により発生された雑音等の装置の要因により影響される。本発明の実施形態で使用される光源のコヒーレンス長の有用な定義はしたがって送信および受信干渉計間のパス差の最大の不一致に基づいており、そのため光源を使用して送信干渉計により生成される干渉フリンジは受信干渉計で検出されることができる。これは次式で表される。  
（光速度）×１／（光源のパワー密度のスペクトル幅）
この有用な定義に基づいてコヒーレンス長を測定するために使用されるコヒーレンス関数を作図する方法を以下説明する。（自己相関関数と同一の）コヒーレンス関数と光パワースペクトル密度はフーリエ変換対であることが注意される。このことは一方の測定が他方を与えることを意味している。コヒーレンス関数と、コヒーレンス長は光スペクトル幅により割算される光速度として定義されることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
２つのアームを有する４ポート受信干渉計は類似の送信干渉計と同一のパス長不平衡を与えられる。干渉計変調は与えられず、送信干渉計の出力における光パワースペクトル密度は一定に維持される。コヒーレンス関数はその後、２つの干渉計のパス長の不平衡に不一致を誘発し、この不一致における値の範囲に対して受信干渉計の出力を作図することにより得られることができる。詳細には、作図される受信干渉計の出力は受信干渉計の２つの出力ポートにおける光検出器の出力電流を減算することにより得られる。
【００１１】
前述の方法は装置のファクタが考慮されるときコヒーレンス長を測定するための方法であることに注意すべきである。方法を実行するために、送信干渉計のパス不平衡は例えばスペクトル解析装置を使用してその値を設定するために最初に測定される必要のある光源の絶対的なコヒーレンス長よりも常に大きくなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の特徴にしたがって、光形態で送信／受信装置間の通信信号の伝播用の光ネットワークが与えられ、そのネットワークは、
ｉ）送信／受信装置で電気パワーへ変換するために送信／受信装置へ光パワーを供給する少なくとも１つの光源と、
ii）送信／受信装置で干渉計変調し、それに続いて情報を伝播する光通信信号としてネットワーク上で送信するために送信／受信装置へ光信号搬送波を送信するための少なくとも１つの光信号搬送波ソースとを具備している。
【００１３】
一般的に、用語“干渉計変調”は、ここでは干渉計へ光搬送波を入力するために干渉計に与えられる変調を意味するものとして使用される。これは干渉計がその効果の検出のために必要とされてもされなくても、干渉計のアームに適用される位相または周波数効果のような干渉計により搬送波に与えられる任意の検出可能な効果を含んでいる。これは送信干渉計の１つのアーム、または干渉計の入力または出力の光パワーに対して適用される任意の検出可能な振幅または強度効果も含むことができる。このような変調は信号への情報のアドレスおよび／またはロードのために使用される。
【００１４】
実際に、光源と光信号搬送波ソースは装置の同一のピースであり、光信号搬送波の一部は供給された光パワーを電気パワーへ変換する送信／受信装置において使用される。
【００１５】
供給される幾らかの光パワーは変換後に再充電可能な電池によって記憶され、幾らかの光パワーは送信／受信装置の１以上の特徴を駆動するために直接変換で使用される。
【００１６】
本発明の構成において、前述の通常のタイプのシグナリングは干渉計変調を使用して特に光通信に適していることが認識されている。これはネットワークがファイバによってデータ端末または電話機等のエンドポイントへ直接与えられる光ネットワークでは非常に当てはまり、パワーは光学手段によりエンドポイントへ転送される。このような実施形態ではパワーバジェットは潜在的に非常に厳しく限定される可能性がある。しかしながら干渉計変調は光信号搬送波が変調が適用される送信／受信装置へ供給される限り、送信／受信装置で非常に小さいまたはゼロの電気パワーを使用して適用されることができる。例えば、音声等の音響手段により発生された動作は干渉計の１つのアームに沿って光信号搬送波を変調するために使用され、したがって直接に信号を生成する。
【００１７】
受信エンドにおける電気パワー供給の問題は例えば公共の音声ネットワークが接続される場合に生じる。既知の電話システムは電気パワーを電話機装置へ導電するためにワイヤ、主に銅線を使用する。しかしながら、光ネットワークではワイヤを必要としないように音声および／またはデータ通信に使用される光接続によって、必要とされるパワーを供給することが望ましい。今日の公衆電話システムは、付加的なローカルパワー供給を必要とせずに装置が機能するように、電気パワーを電話機交換器またはローカルスイッチングボードから電話機へ提供する。この遠隔パワーの設備は火災または電気グリッドからの電気供給の故障等の緊急時に装置が使用されることを可能にする。これらの類似の要求は公共または私設ネットワークに配備された光通信システムを使用して電話および通信システムにより満たされることが期待される。
【００１８】
近年、光ファイバシステムの光源と増幅器のパワーレベルは、光電子装置を駆動し呼出し音（電話機のベル）を発生するために光接続によって十分なパワーを与えることが可能なレベルまで増加する。これらの光パワーレベルは光通信チャンネルの非線形効果の開始によりまたは光通信チャンネルの安全な光パワーレベルの国際標準によって限定され。この理由で、送信／受信装置のパワーバジェットは特に制約されることができる。
【００１９】
本発明の実施形態では、ネットワークから全てのそのパワーを抽出する音声／データシステムを構成することが実現可能である。主な魅力は送信／受信装置で光源を使用する必要がなく、送信／受信装置で変調されることができる光信号搬送波を供給する必要があることである。これは送信／受信装置で必要とされるパワーの非常に大きな減少を意味する。光源が送信／受信装置にローカルであるが、遠隔光源は同様にまたは代わりに設けられることができる選択肢である。
【００２０】
送信／受信装置で駆動される必要がある主要な装置は応用に基づく。例えば電話の場合には、これは光検出器、バイアス回路、増幅器、高声器（イアピース）、マイクロホン、呼出しベル、電子光学変調器またはピエゾ電気装置等の装置が含まれている。
【００２１】
本発明の実施形態は好ましくは信号変調とアドレスの両者に対して干渉計技術を使用する。幾つかの形態のアドレスは通常、異なる信号が幾つかの送信機のうちの任意の１つにより送信されることができる場合（例えば各送信機が１つのアドレスを割当てられる放送）および／または幾つかの受信機の任意の１つにより受信されることができる場合（例えば各受信機が１つのアドレスを割当てられる場合の電話および／またはデータ通信）に重要である。アドレスは送信機または受信機或いはそれらの両者を識別するために使用される。干渉計アドレスを行うため、干渉計は送信機により送信される光信号へ特有の属性を与えるために使用される。例えば異なる属性は、干渉計の２つのアームの光路の長さが予め定められた量だけ故意に異なっているときに発生するパスの不平衡であり“不平衡の干渉計”を生成する。送信干渉計と受信干渉計が整合される限り、光信号はそれらの間で伝送されることができる。他の異なる属性は干渉計の移動部分により発生される周波数変調等または例えば干渉計でまたはそれに関連して電気的に発生される振幅変調の時間遅延差を伴って使用される。
【００２２】
ここで使用される用語、干渉計の２つのアーム間の“時間遅延差”は干渉計の各アームを通して伝播するために光放射により取られる時間の差を指している。“時間遅延差”は光速度により割算される干渉計の２つのアームの光学的な長さの差に等しい。周波数変調をサポートする“周波数シフト”は時間における光路の長さの変化により生じることができる光放射の位相の変化率のシフトを意味する。“差動周波数シフト”は干渉計の他方のアームで伝播する光放射に関して干渉計の一方のアームで伝播する光放射間の周波数シフトの差を指している。
【００２３】
このタイプの異なる属性は相互に排他的であり、不平衡な干渉計と周波数または振幅変調の両者のような２以上の異なるタイプの組合わせを使用することにより弁別可能なアドレス数および／または情報内容を増加することが可能である。
【００２４】
不平衡にされた干渉計がアドレスに対して使用される場合、完全に整合されるように送信および受信干渉計が両者とも不平衡にされる必要はない。２つの不平衡にされた干渉計が完全に整合されたならば、各干渉計のパスの長さの差は他方でのものと同一である。しかしながら、２つの不平衡にされた干渉計が完全に整合されていないならば、これらはパスの長さ間の差において不一致を生じる。しかしながら、この不一致は正の整合が行われフリンジが受信機で回復されるようにシグナリングに対して使用される光源のコヒーレンス長よりも小さくあるべきである。
【００２５】
干渉計のパス不平衡がソースのコヒーレンス長よりも大きいとき、干渉パターンは通常送信干渉計の出力で観察可能である（干渉が約ゼロのパス長の差のパターン以外で観察される場合のさらに複雑なケースをここでは無視する）。しかしながら、その出力が受信干渉計に与えられるとき、干渉パターンは２つの干渉計の間のパス長の差の不一致がソースのコヒーレンス長Ｌc よりも小さい限り回復される。不一致がゼロのとき、即ち２つの干渉計が同一のパス長の差を有するとき、干渉パターンは最大の程度まで回復される。干渉パターンが回復されることができる限り、第１の干渉計の任意の変化は光信号が受信されることを可能にする第２の干渉計により追跡されることができる。
【００２６】
２以上の干渉計は同一の光接続にわたって多重化された信号を送信するために使用されることができ、重要なことに、部分的にコヒーレントな光源が使用されるときそれらのパス長の差の不一致がソースのコヒーレンス長Ｌc よりも大きく、３倍大きい等、非常に大きいことが好ましい場合、同一の光源を共有できる。これは異なる受信干渉計を目的とする信号間でクリーンな分離を与える。したがって第１の干渉計“ｎ”がパス差“Ｌn ”を有し、第２の干渉計“ｍ”がパス差“Ｌm ”を有するならば、干渉計は、Ｌn −Ｌm ＞Ｌc ならば解かれ、ここで、  
Ｌn はｎ番目の干渉計のパス長の差であり、
Ｌm はｍ番目の干渉計のパス長の差であり、
Ｌc は光源のコヒーレンス長である。
【００２７】
したがって本発明の１実施形態として多重化光通信システムが提供され、そのシステムは、
ｉ）多重化された通信信号を伝播する光ネットワークと、
ii）通信信号を発生するために１以上の光搬送波の変調に使用される少なくとも第１および第２の光変調器とを具備し、
前記第１および第２の各光変調器は使用においてそこを通る光路の差を有する干渉計を具備し、第１の光変調器を通る光路の差と第２の光変調器と通る光路の差との間に不一致が存在し、前記不一致は１以上の光搬送波のコヒーレンス長よりも大きい。
【００２８】
このようなシステムでは、それぞれの光変調器により発生される通信信号は受信装置で弁別されることができ、それ故必要ならば同一のファイバに沿って光ネットワークで多重化されることができる。
【００２９】
システムはさらに通信信号の１以上の光搬送波を与えるための１以上の光装置を含んでいてもよい。
【００３０】
前記不一致に関する前述の状態が壊されない限り、光搬送波は同一のコヒーレンス長を有することは必要ではない。
【００３１】
システムが干渉計アドレスを使用することは有効である。干渉計の対はその後、音声通信で電話番号をダイヤルする方法で一方から他方へ通信接続を行うために選択されることができる。別のターゲット不平衡にされた干渉計を介して通信するように１つの不平衡にされた干渉計により整合されなければならない不平衡の正確な特性についての情報は例えば通信の通常のスイッチングまたはルーティングと同様の方法でネットワークへ接続される装置に関して記憶されることができる。
【００３２】
本発明の実施形態では、パス長の差が適用されることができる１よりも多数の方法が存在する。例えば干渉計のそれぞれのアームから出力される光放射の位相差として測定されることができる静的パス長の差であるか、パス長のダイナミックな変化である。これは干渉計のそれぞれのアームから出力された光放射の周波数差、即ちドップラシフトとして測定されることができる。
【００３３】
したがって、本発明の実施形態では、光通信システムが提供され、そのシステムは、
ｉ）通信信号を伝播する光ネットワークと、
ii）通信信号を生成するために１以上の光搬送波を変調するために使用される少なくとも１つの光変調器とを具備し、変調器は使用において、そこを通過する光路の光学的な長さの差を有する干渉計を具備し、
前記光変調器は光路の長さの前記差を変化することにより変調するように構成されている。
【００３４】
パス長の差がダイナミックに適用されるならば、このようなシステムにおける送信および受信干渉計もまた永久的に異なるパス長を有する１つのアームを有する意味で一致した不平衡を示すことが可能であるが必須ではないことに注意する。これらはまたこのように不平衡であるならば、各アドレス、静的パス長の差、ドップラシフトまたは差動周波数シフトに対して利用可能な２つの変数が存在するので、利用可能なアドレスの数は著しく増加されることができる。
【００３５】
パス長の差およびドップラシフトの一方または双方はまた、或いは代わりに単にアドレスを行うのではなく情報を伝送するために使用される。例えばパス長の変化は検出可能であり、それ故、それ自体情報を伝送でき、送信機で適用されるドップラシフトの変化も情報の伝送に明白に使用されることができる。
【００３６】
実際に、アドレスコンポーネントとして送信機で振幅変調を使用するか情報を伝送することも可能である。これは利用可能なアドレス数および／または光チャンネルが伝送できる情報量を拡大する。振幅変調は通常、干渉計変調として適用されないが、別々の振幅制御装置または光源への駆動の変化において適用される。
【００３７】
便宜上、送信／受信装置の各ピースは電話機またはコンピュータ装置の方法で送信機または受信機として動作できる。その代わりに、例えば放送で使用するために送信または受信専用に設計された装置の少なくとも１つのピースが与えられる。
【００３８】
送信／受信装置の各ピースはその干渉計を特別なパス長不平衡および／または関連する干渉計の２つのアーム間の特別な差動周波数シフトを割当てることによりネットワークで識別されることができる。
【００３９】
本発明の第２の特徴によると、ネットワーク上で光信号を受信する光受信装置が提供され、その装置には干渉計の変調を受信するための少なくとも２つの干渉計、即ち入来する信号の第１のタイプの変調を検出するのに使用するために配置されている第１の干渉計と、入来する信号の第２のタイプの変調を検出するのに使用するために配置されている第２の干渉計とが設けられている。
【００４０】
第１のタイプの変調は例えば位相または周波数変調を含み、第２のタイプの変調は例えば強度変調を含んでいる。
【００４１】
好ましくは、少なくとも２つの干渉計が差動的に不平衡であり、干渉計のパス長の差の間の不一致は入来する信号を伝播する光搬送波の中心波長の４分の１に等しいか、またはほぼ等しい。これは変調、位相／周波数および強度の両タイプの最適な検出を与え、干渉計が“直角変調”であるとして説明されることができる。
【００４２】
この文脈での“中心”は平均または波長範囲の中心に置かれているか、または特別な使用状態で適切であることが分かっている他の類似の認定を意味している。
【００４３】
便宜上、光受信装置はさらに同時に両干渉計に関するパス長変化を生成するためのパス長制御コンポーネントを具備してもよい。これは位相または周波数変調を検出するために使用される第１の干渉計と強度変調を変調するために使用される直角変調の第２の干渉計が存在する場合に特に効率的である。第１の干渉計は位相または周波数変調を追跡するために使用され、追跡結果は同時に両干渉計へのパス長の制御コンポーネントへのフィードバックループで使用されることができ、それによって両干渉計は前記位相または周波数変調にしたがうように調節されることができる。
【００４４】
この文脈でのパス長の基準は、光パス長に対する基準であることが理解されよう。それ故、パス長制御コンポーネントは電界の変化またはパスの物理的長さを変化するピエゾ電気材料に応答して屈折率を変化する電子光学的材料の部材のような光路の長さを変化できるものである。しかしながら、便利な構造は少なくとも２つの干渉計がパス長制御コンポーネントとして少なくとも１つの反射装置を共有するものであり、その構造は共有される反射装置の動作が両者の干渉計に関して前記パス長の変化を生じる構造である。
【００４５】
１実施形態では、少なくとも２つの干渉計は１つの共有された対の反射装置により与えられ、その少なくとも一方は後方反射装置であり、装置はさらに少なくとも１つの入力ビームスプリッタを具備し、その構造は前記少なくとも２つの干渉計を構成するため出力として共に誘導されることができる反射装置に関して多数の光路を提供する構造である。
【００４６】
本発明はまた第２の特徴にしたがって光受信装置と共に使用する光送信装置を含み、送信装置は光信号搬送波に強度変調を適用する手段を具備している。
【００４７】
さらに、本発明の構成において、波長分割多重化チャンネルの外側に余分のチャンネルを与えることができる波長分割多重通信システムにおける利点が認知される。
【００４８】
本発明の第３の特徴によれば、光通信において波長分割多重化信号の受信で使用するための受信機が提供され、前記受信機は入来する光搬送波から波長分割多重化された信号を伝播する１以上の波長範囲を濾波するためのフィルタを具備し、受信機はさらに前記濾波後に残された入来する光搬送波の一部において干渉計変調を検出するのに使用される干渉計を具備している。
【００４９】
本発明は第３の特徴で、既に波長分割多重化チャンネルを濾波させている光搬送波から信号を抽出するため干渉計を使用する利点を得る。即ち、検出可能な信号を伝送するのに十分な光帯域幅がこのような光搬送波に残留することが認識されている。
【００５０】
システムを具備する本発明の実施形態に関連して、本発明はまた、或いは代わりにこのようなシステムで使用するための送信機および／または受信機として実施されてもよい。さらに別の特徴では、本発明の１実施形態はこのようなシステム内の通信方法、またはこのような送信機および／または受信機を使用する通信方法により与えられる。
【００５１】
ほとんどの状態では、パワーおよび光信号を本発明の１実施形態のネットワークへ提供するために使用される光源は可能な限り多くのパワーを発生すべきであり、良好に規定された波長およびコヒーレンス関数を有する。通信とパワーの提供に使用される光源は好ましくは特定された値よりも小さいコヒーレンス長Ｌc を有する良好に規定されたコヒーレンス関数を有する。光源のコヒーレンス関数が良好な特性を有し、光ネットワークからの反射と独立することを確実にするため、光アイソレータおよび偏光制御装置はこのような反射の効果を減少するために必要とされる。これらのタイプの光源は光通信セットへパワーを提供するために狭いライン幅の光源と特定された波長と結合されることができる。後者の光源は特定された波長でパワーを提供することのみに使用され、電気パワーへ変換されるように送信機および／または受信機の光システムにより濾波される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本発明の１以上の実施形態を添付図面を参照して、例示として説明する。  
［ネットワーク］  
図２を参照すると、光電話および通信システムは１以上の光源250 、255 と光ネットワーク260 を伴った１以上の光電話機および他の通信セット210 、220 、230 、240 を具備している。ネットワークは光ファイバおよび結合器等の受動光コンポーネントと、光パワースプリッタ、増幅器、スイッチ等の能動光コンポーネントから構成されることができる。光源および通信セットは種々のタイプの光接続270 、272 、274 、276 により光ネットワークへ接続される。例えば第１の接続タイプ270 は２方向通信用の１つの接続であり、第２の接続タイプ272 は２方向で送信機モジュールを接続する２つの接続通信であり、第３の接続タイプ274 は２方向で受信機モジュールを接続する２つの接続通信であり、276 は光源250 と255 をネットワークへ接続する。
【００５３】
通常、ネットワークはＬc よりも小さいコヒーレンス長を有する光源の使用を可能にするために十分な光帯域幅で２以上の光電話機および通信モジュール間に光路を与えなければならない。
【００５４】
通信セット210 、220 、230 、240 は２つの通常のタイプのうちの一方である。210 、220 、240 等の第１のタイプは光源をもたず、全てではないがほとんどのそのパワーを光源252 、255 と、ネットワークに接続された他の光源から得る。230 等の光電話および通信セットの第２のタイプは237 等の光源を含んでおり、そのパワーの幾らかをローカル電源から得ることができる。全ての光源は良好に特定された光パワースペクトル密度またはコヒーレンス関数をもたなければならず、これらは可能な限り短い特定値Ｌc よりも小さいコヒーレンス長を有し、単なるパワーではなく通信に使用されるものである。
【００５５】
光源250 、255 は第１のタイプの電話および通信セット210 、220 、240 を動作するのに十分な光エネルギを与えるのに十分強力である。これらの光源のパワーレベルを限定する主な要素は安全な音声および通信チャンネルの性能品質である。光電話および通信により受信され、ピエゾ電気電流に変換される光パワーは再充電可能な電池により直接的に、電子、電子機械、磁気機械システムおよび音声および／またはデータ通信システムに影響する装置を駆動するのに十分でなければならない。
【００５６】
各光電話および通信セットは、送信機モジュール211 、221T、231 、241 と受信機モジュール214 、224 、234 、244 からなる。送信機モジュールはＬc よりも大きい特定されたパス長の不平衡の干渉計を有する光システム部分213 、223 、233 、243 と、送信機の干渉計の一方または両方のアームの光信号の位相、振幅および／または周波数シフトの変調へ音響信号およびデータを変換するための電子コンポーネントおよびトランスデューサからなる。送信機モジュールは通信に対して、Ｌc よりも小さいコヒーレンス長の場合に、遠隔またはローカル光源により発生される光信号を使用できる。
【００５７】
２方向通信で２つの接続を与える光ネットワークの１実施形態は、光ファイバ600 、光結合器またはパワースプリッタ605 、全方向または双方向のいずれかである光増幅器610 からなる。Ｎ番目の光電話および通信の受信機モジュール500Nへの接続は例えばセット１の受信機は500Aであり、同一のＮ番目のセットの送信機への接続は、例えばセット１の送信機は300Aである。同様に、光電話機および通信セット２の受信機モジュールへの接続は500Bであり、同じセットの送信機への接続は300Bである。
【００５８】
［送信機モジュール211 ］  
図３を参照すると、光源および信号搬送波として遠隔光源を使用する送信機モジュール211 はその光接続270 または272 を通して光ネットワークからそのパワーを全て得る。送信機モジュール211 はマイケルソン干渉計300 を具備し、ここでは光パワースプリッタ330 は接続270 または272 を通ってネットワークから来る光搬送波を２つのアームまたはパス310 、335 へ分割する。各アーム310 、335 中の光信号は自由空間または光ファイバまたは集積された光装置等の誘導媒体で伝送されることができる。２つのアーム310 、335 の光路の不平衡は関連する光源のコヒーレンス長Ｌc よりも大きく、通信が設定される受信機の干渉計の２つのアームの光路不平衡を整合する。
【００５９】
入来する光搬送波は１以上の位相シフト、周波数シフト、および時間遅延を干渉計300 の一方または両アームへ誘導することにより変調される。これは例えば音声トランスデューサ345 および／またはデータトランスデューサ315 を使用して行われることができる。
【００６０】
さらに詳細には、マイケルソン干渉計の第１の反射装置305 は静的であり、反射ダイヤフラムである第２の反射装置340 は音声トランスデューサ345 へ結合され、音声トランスデューサ345 は音響信号および圧力を干渉計300 の１つのアーム335 の光信号の位相および／または周波数変調へ変換できる。一方、データ信号はデータトランスデューサ315 によりアーム310 と335 の一方の光搬送波の位相および／または周波数に課されることができる。
【００６１】
音声ダイヤフラム340 は音響信号により直接、または音響信号を表す電気信号の増幅後に変位され、干渉計の１つのアームの反射ミラーの役目をする。音響信号によるダイヤフラムの動作はそのアーム中の光搬送波の位相変調を生成する。この位相変調はまた反射装置340 の動作による光周波数のドップラシフトと呼ばれる。音声トランスデューサは誘導光学系またはバルクな光学系を使用する構造を含んだ多数の他の構造を有することができ、ここでは位相または周波数変調は電子光学、磁気光学、ピエゾ電気トランスデューサを使用して実現される。例えばミラー340 は電話機のマイクロホンにより駆動されるピエゾ電気トランスデューサとして設けられてもよい。しかしながら、全ての構造は光学的位相および／または周波数変調へ音圧を変換する同一の機能を実行する。通常、音声ダイヤフラムは検出されるのに十分な運動、即ち干渉計で検出されることができる位相／周波数シフトを生じるのに十分な動きを発生する必要がある。これはナノメ−トルメートル程度に低い光路の長さの変化である。ダイヤフラムはまた信号が歪まないことを確実にするため十分な感度とダイナミック範囲（例えば４０−５０ｄｂ）を有しなければならない。
【００６２】
データトランスデューサ315 は送信機の干渉計の１つのアームに位相または周波数変調器を具備している。データの誘導と共に、この位相／周波数変調器はまたアドレスまたは多重化目的に使用されることができ、ここでは他方のアームに関して干渉計の一方のアームの光信号の特定化された位相／周波数シフトは各送信機に特別なコードまたは差動周波数シフトされた信号の利用可能なスペクトルの部分を割当てるために使用されることができる。したがって、データトランスデューサ315 は特有のレートで位相／周波数を変調／復調することにより送信／受信アセンブリへアドレスを割当てるために使用されることができ、これは通常、音声ダイヤフラム340 のレートよりも通常高い。
【００６３】
通常の方式では、送信機および受信機の干渉計の時間遅延の差は光源のコヒーレンスな長さよりも小さい必要があり、この特定の時間遅延差を有する各受信機は差動周波数シフトされた信号のスペクトルの特定部分を割当てられることができる。アドレスに使用されるときの位相変調器は光源の中心波長よりも大きい効率的な光路変化を発生し、情報／データを伝送する位相変調は適切な復調を可能にする変調器の必要な深さによって決定される効率的な光路の変化を発生しなければならない。データトランスデューサ315 は例えば誘導されたリチウムニオブ酸塩装置、電子光学結晶、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）、振動ミラーを含む多数の構造を有することができる。しかしながら、全ての構造は情報を位相／周波数および／または振幅変調に変換する同一の機能を実行する。
【００６４】
図３および４の両者を参照すると、前述の音声およびデータトランスデューサに対する代用として、振幅または強度変調器320 、420 は信号プロセッサ365 から接続325 にわたって転送されるデータまたは音声信号を適用するために送信干渉計のアームまたは出力で使用されることができる。例は電子吸収装置および半導体光増幅器であり、その利得は電子的に制御されることができる。別の例は音響光学変調器であるが、通常バルクであり、それらを駆動するために多量のパワーを必要とする。
【００６５】
したがって位相、周波数および振幅／強度変調は情報を送信するために同時に使用されることができる。
【００６６】
音声トランスデューサ345 およびデータトランスデューサデータ315 を通過している干渉計300 の２つのアームから反射された信号はその後、結合され、変調された出力信号をネットワークへ与えてパワー入力を送信機モジュール211 の光セル350 へ与えるために光パワースプリッタ330 により再度分割される。即ち、パワースプリッタ330 は結合された信号の第１の部分を光接続270 または272 を介して光ネットワーク260 へ出力し、第２の部分を光接続360 を介して光セル350 へ出力する。光セル350 は入来する光パワーを電気パワーへ変換し、これは部分的にまたは完全に再充電可能な電池355 に蓄積されることができ、電池355 は必要なときに光電話および通信セットのシステムおよび回路を駆動するための電気パワーを与えることができる。
【００６７】
これはパワーだけを与えるために特定化された波長の光源を使用する選択肢である。この場合、光フィルタは干渉計300 への入力において挿入されることができ、濾波された光パワーは直接的に光セル350 へ取られることができる。
【００６８】
送信機モジュール211 は、
−干渉計300 と、
−光源から受信される光パワーを光セル350 に与えられる第１の部分と、変調された信号としてネットワークに与えられる第２の部分とに分割するための光パワースプリッタ330 と、
−光パワーを電気パワーへ変換する１以上の光セル350 と、
−特定の波長の光源がパワーだけを与えるために使用されることができる随意選択的な光フィルタと、
−光セルにより発生される電気パワーを蓄積する再充電可能な電池355 と、
−ユーザにより発生された音響信号を、送信機干渉計の１つのアームの光搬送波の位相または周波数シフト変調へ変換する音声トランスデューサ345 と、
−電気信号中の情報を、送信機干渉計の１つのアームの光搬送波の位相および／または周波数の変調へ変換するデータトランスデューサ315 と、
−音声およびデータトランスデューサ345 、315 を駆動するために音声およびデータ信号を処理し適切な電気信号を発生する信号プロセッサとを具備している。
【００６９】
信号プロセッサは図３では示されておらず、また、先に詳細に説明してはいないが、実際には信号プロセッサ565 は通常受信機モジュールと共有されており、図５を参照にして以下説明する。送信機において、これは変調前に信号の任意の必要な処理を行い、ローカルコンポーネントを駆動するために光パワーから電気パワーへの変換を制御する。
【００７０】
さらに、光接続が送信と受信の両者で使用される単一の光接続を介する場合、送信機は光スペクトルの別々の異なる部分へ分離する光フィルタを有し、ここでは１つの部分は送信に使用され、他の部分は受信に使用されることができる。
【００７１】
前述したように、送信機モジュール211 は遠隔光源またはローカル光源を使用する。図４は通信のためのローカル光源237 の使用を示し、これは実際には遠隔光源と共に使用される。ローカルまたは遠隔のいずれであっても、光源は好ましくはＬc よりも小さいコヒーレンス長と、良好に規定されたコヒーレンス関数を有する。さらに、送信機モジュール211 の出力パワーはデジタルまたはアナログのいずれであっても適切な音声品質とデータ通信のため受信機の入力における良好な信号対雑音比を与えるのに十分でなければならない。
【００７２】
図４の構造では、光源237 の出力は、ソースのコヒーレンス長Ｌc よりも大きく、通信が設定される受信機干渉計の２つのアームのパス不平衡（または時間遅延差）に等しい２つのアーム405 と400 間のパス不平衡を有するマッハツェンダー干渉計410 へ与えられる。データ情報には再度、データトランスデューサ／変調器415 により一方または両方のアームの光搬送波の位相および／または周波数が課される。
【００７３】
［受信機モジュール］  
図５を参照すると、各電話機／通信セット210 、220 、230 、240 は通常、受信機モジュールを組込んでいる。図５は光セル350 および再充電可能な電池355 を備えた受信機モジュール214 、224 、234 、244 の１実施形態を示している。
【００７４】
受信機モジュール214 は干渉計500 を具備し、そのパス不平衡はソースのコヒーレンス長よりも小さい範囲内で、音声および／またはデータを送信する送信機干渉計のパス不平衡に一致すべきである。受信機の好ましいタイプの干渉計はオフセットマイケルソンまたはマッハツェンダーのような２つの出力を有する干渉計であるが、ファブリーペロー等の共振器タイプも恐らく使用される。干渉計500 はまた光信号を最大にし、干渉計の各アームで伝播する放射の空間分布と一致するために偏光制御装置または光分散補償装置のような他の光コンポーネントを有する。
【００７５】
接続270 、272 を通して光ネットワークから受信機モジュール214 で受信された正確にアドレスされた光信号は受信機干渉計500 の２つのアーム505 、510 間の時間遅延差に等しい時間遅延差を有する少なくとも２つのコンポーネントからなる。音声チャンネルは関連する送信機によりそこに割当てられた周波数スペクトルを占有し、データチャンネルは復調された信号の他の周波数を占有する。
【００７６】
干渉計500 の光出力520 、525 は直列接続されることができる光検出器530 、535 へ誘導されるか焦点を結ばれる。２つの光検出器は干渉計500 の出力の強度の差に比例する差電流を発生するように接続されている。差電流は接続540 を通して信号プロセッサ565 へ与えられる。
【００７７】
信号プロセッサ565 は音声およびデータ情報を抽出するため、差電流（Ｉ1 −Ｉ2 ）と光検出器530 、535 の電流に正比例する信号の両者を受信する。即ち２つの検出器530 、535 はまたその出力が干渉計の２つのアームからの光パワー全体を表す回路へ接続されることができる。このような回路は例えば抵抗560 と555 を具備し、そこでは抵抗560 と555 を横切る電圧は光検出器の電流の和に比例する。抵抗560 と555 を横切る電圧は高インピーダンス接続550 、545 を経て信号プロセッサ565 へ与えられる。
【００７８】
信号プロセッサ565 は送信された音声およびデータ情報を抽出し復調し、異なる差動周波数シフトまたは振幅変調周波数等のような異なるアドレスを割当てられているチャンネルを分割するために電気信号を処理する。
【００７９】
光検出器からの信号を処理するための幾つかの方法が存在する。最適な方法は２つの光検出器の光電流間に最大の差を生じさせるため送信機干渉計と受信機干渉計の時間遅延と差動周波数シフトとの間に一致を発見することである。好ましい方法では、これは信号プロセッサ565 が、送信エンドと同意する信号のセットから選択され、干渉計500 の１つのアームの周波数および／または位相変調器575 へ接続580 を介して与えられる第１の信号を発生し、フィードバックシステム570 と受信機干渉計500 の接続585 を介して干渉計500 の同一のアームの反射装置515 への第２の信号を発生することを必要とする。第１の変調信号はアドレス信号を識別するために使用され、第２の信号は送信機により課された位相変調を認識するために使用される。
【００８０】
例えば、送信干渉計の光周波数の鋸歯状波変調はアドレスに使用されることができ、情報／データは鋸歯状波期間が情報／データ周期よりも小さい送信干渉計の２つのアーム間の位相差を変調することにより伝送されることができる。この信号を識別するため、受信干渉計は鋸歯状波信号を受信干渉計の１つのアームの１つの位相／周波数変調器へ適用し、別の信号を別の位相／周波数変調器へ適用する。信号プロセッサが送信機と同一の期間および周波数シフトの鋸歯状波信号を発生するとき、データ信号は送信された位相に一致する受信干渉計の第２の位相変調器に適用される位相信号を選択することにより復調されることができる。この信号処理技術を使用して、受信機は送信干渉計のアドレスを識別し、送信機干渉計で課された位相／周波数情報を再生できる（正確なフィードバック信号と回路は音声およびデータ情報と時間遅延、位相、差動周波数変調器、補償装置を抽出するために使用される信号処理技術に依存している）。これらの発生されたフィードバック信号はその後、送信機の干渉計の２つのアーム間の時間遅延差に等しい時間遅延差を有する受信機干渉計への入力の２つのコンポーネント間の位相および／または周波数差から情報を復調し再生するために使用されることができる。
【００８１】
あまり好ましくない方法では、受信機干渉計のパス不平衡を送信機干渉計へ整合し、データ情報を再生するために電気フィルタのバンクを経て２つの光検出器530 、535 間に差電流を通過させる。各電気フィルタの出力は特定の送信機に対応し、情報／データはその後、信号プロセッサにより再生されることができる。情報／データが送信機と同意した周波数の変化によって伝送される周波数シフトキーイング方式の場合、信号プロセッサは各電気フィルタからの周波数を監視し、周波数弁別装置を使用してそれを比較し、または電気的にコヒーレント検出を行い、それによって送信された周波数を決定することができる。類似の信号プロセッサが使用され、ここでは情報／データが位相に対する変化により伝送され、この場合、位相ロックループまたは標準的な電子位相検出は、１またはゼロがデジタル通信システムの場合に送信されるかを決定するために使用されることができる（この好ましくない方法はまた受信機干渉計のいずれかのアームの光信号の位相および／または差周波数シフトを変調するフィードバック回路を駆動するための信号を発生する信号プロセッサを必要とする）。
【００８２】
本発明で説明する光システムは、アナログまたはデジタル変調方式を使用して音声およびデータ通信を可能にするために使用されることができる。システムは電話呼を設定し、終了するために標準的なシグナリングプロトコルを使用することができる。これは信号プロセッサ565 が標準的な電話リンガー590 を駆動するための電流と、光電話機のイアピースまたはスピーカ592 への音声信号と、光通信セットのデータチャンネル594 への再生されたデータを発生することを確実にすることもできる。リンガーを駆動するための波形は呼出し音を決定し、リンガーはピエゾ電気または好ましくは１ミリアンペアよりも小さい非常に小さい駆動電流しか必要としない電子機械タイプであってもよい。信号プロセッサはまた音声信号の復調および増幅にも使用され、電話機のイアピースを駆動するのに必要な電子信号レベルを生成する。
【００８３】
したがって、受信機モジュール214 は図５に示されているように、以下のものを具備している。  
−光源のコヒーレンス長Ｌc よりも大きいパス差を有する干渉計と、
−干渉計の２つの出力を集める光検出器と、
−信号プロセッサと、
−位相および／または周波数変調器を駆動するために信号プロセッサの出力からの随意選択的なフィードバック回路。
【００８４】
受信機は異なるチャンネルにより使用するための光スペクトルの異なる部分を分離する光フィルタを有してもよい。例えば光スペクトルの１部分は送信に使用され、別の部分は受信に使用され、または本発明の１実施形態にしたがって干渉計の変調システムは波長分割多重技術を使用してより通常のシステムと結合される。
【００８５】
振幅復調方式では、受信機はこの特定の説明の以下の部分で説明するように直角位相の２つの干渉計も有する。
【００８６】
［アドレシング］  
前述したように、本発明の光電話機および通信セットを識別するためのアドレスの割当ては（光源の等価のコヒーレンス長よりも大きい）特定の時間遅延差と、受信機および送信機モジュールの光干渉計の差動周波数シフトの割当てに基づいている。光干渉計への特定の時間遅延および／または差動周波数シフトの割当ては通信システムの使用に基づいている。以下の通信方式、即ち１対１、１対多数または放送、多数対１、多数対多数は本発明によりカバーされる。
【００８７】
１対１通信の場合、各セットの受信機干渉計は特定の時間と特定の差動周波数シフトを割当てられる。送信機干渉計のパス不平衡は音声および／または通信チャンネルが設定される光源のコヒーレンス長内の受信機干渉計のパス不平衡に一致するように調節される。その特定の時間遅延差の音声およびデータチャンネルは１以上の特定された差動周波数シフトに割当てられることができる。データ通信システムでは、幾つかのセットは同一の時間遅延差を割当てられることができるが、これらはその後、１対１通信を促すために異なる差動微分周波数を割当てられなければならない。
【００８８】
１対多数通信システムの場合、１つのセットの送信機干渉計は特有の時間遅延差と差動周波数シフトを割当てられる。他のセットの受信機の干渉計の時間遅延差と差動周波数シフトは１対多数または放送通信を設けるために送信干渉計の時間遅延差と差動周波数シフトに整合するように調節されなければならない。
【００８９】
多数対１通信の場合、受信機干渉計は特定の時間遅延差と１以上の差動周波数シフトを割当てられる。送信セットはこの時間遅延および差動周波数シフトを整合するためにそれらの送信機干渉計を調節しなければならない。
【００９０】
送信機および受信機のグループ内の多数対多数通信の場合、グループの全ての通信セットの受信機干渉計と送信機干渉計とは同一の時間遅延差と差周波数シフトに設定される。グループの受信機の全ての干渉計の時間遅延差は全ての送信干渉計に割当てられた時間遅延差に一致するように設定される。送信干渉計はその後同一の差動周波数シフトで送信できる。その代わりに、各送信機は干渉を避けるために特定の差動周波数シフトを割当てられるが、受信機は全ての送信機の差動周波数シフトを復調できる。
【００９１】
［二重干渉計を有する受信機モジュール］  
図７を参照すると、前述の送信システムは光源を直接変調することにより、または干渉計外または内の強度変調器730 を使用することにより、光信号の強度を変調することによって送信機Ｔx から受信機Ｒx へ情報を伝送するために使用されることができる。この方法はさらにパス差、したがって送信機干渉計の相対的な位相または周波数差を変調することにより情報を送信するために使用されることができる。送信機干渉計は前述したのと同じであり、ここでは光信号はネットワークから供給される。これはアドレス目的で特徴的なパス差を有するが、強度変調と、任意の位相または周波数変調を伝播する。
【００９２】
強度および位相／周波数信号を別々に復調するために、受信機は１対の干渉計を有する。その対の第１の受信干渉計は位相または周波数変調の追跡に使用され、その対の第２の受信干渉計は強度変調を検出するのに使用される。
【００９３】
図７で示されているように、１対だけの後方反射装置705 とビームスプリッタ710 が両者干渉計を与えるために使用される。これは入力でビームスプリッタ715 を使用することにより行われ、幾つかの入来する放射は第１の後方反射装置710 へ直接通過し、残りの入来する放射は反射装置720 へ逸れて異なる点で第１の後方反射装置710 に到達する。これは示されているように、後方反射装置605 、710 を通る各干渉計に２つづつの４つの異なるパスを生成する。第１の干渉計の２つのパスは実線により表され、検出器Ｄ1 、Ｄ4 で受信され、第２の干渉計の２つのパスは実線により表され、検出器Ｄ2 、Ｄ3 で受信される。放射は後方反射装置を通る異なるパスを取るので、各干渉計内にはパス差が存在し、付加的な位相シフトコンポーネント700 は１つの干渉計の１つのパスに位置され、それによって２つの干渉計は異なるそれぞれのパス差を示す。位相シフトコンポーネント700 により与えられるパス差の不一致は光源の中心波長の４分の１であり、入来信号を与え、２つの干渉計を直角にし、その理由は、
・受信干渉計のパス不平衡が送信干渉計のパス不平衡に正確に整合されるとき、強度変調が最良に検出され、
・対照的に、搬送波強度変化は受信干渉計で検出されるときゼロであるので、位相／周波数変調は搬送波の４分の１波長に等しい位相遅延を発生するパスの不一致を使用して最良に検出されるからである。
【００９４】
前述したように、図１は受信干渉計の光検出器出力の差において受信干渉計と送信干渉計とのパス長の差の不一致を変化する効果を示している（図１では、パス長の不一致は“ｘ”軸に沿って等価の時間遅延として示されている）。破線で示されているエンベロープ内（光源のコヒーレンス関数110 ）では、パス長の不一致は負の値から正の値へ変化し、その両者はソースの中心波長の丁度３倍を超える大きさに等しい。最大の出力強度はピーク検出強度100 として見られるように、干渉計が正確に整合されたとき受信干渉計で検出されることが分かる。しかしながら、“直角点”105 として示されている光源の波長の４分の１のパス不平衡で、ゼロの出力強度が検出され、これは位相／周波数復調を検出するための最良のパス不均衡である。
【００９５】
直角の異なるパス不平衡を有する２つの干渉計を有している受信機を使用することが最適であり、即ちこれらのパス長の差の不一致は信号搬送波を与える光源の中心波長の４分の１である。
【００９６】
図６の構成では、変調は４つの光検出器Ｄ1 からＤ4 を使用することにより検出されることができる。各光検出器は干渉計を通るパスの１つからの出力における光強度を測定する。示されているように、光検出器Ｄ1 とＤ4 は１つの干渉計（“Ｄ1 ／Ｄ4 干渉計”）の出力を監視し、光検出器Ｄ2 とＤ3 は他の干渉計（“Ｄ2 ／Ｄ3 干渉計”）の出力を監視する。Ｄ1 ／Ｄ4 干渉計は送信干渉計625 に整合され、Ｄ2 ／Ｄ3 干渉計は光源の４分の１波長だけ異なるパス不平衡を有する。２つの受信干渉計は直角位相である。
【００９７】
この構成に関連して、図７で示されている曲線はＤ1 とＤ4 またはＤ2 とＤ3 の出力の差を描くことにより作られていることに注意すべきである。
【００９８】
位相または周波数変調はＤ2 ／Ｄ3 干渉計の検出器Ｄ2 とＤ3 の出力の監視により再生される。これらの出力の和が上昇し始めるとすぐに、エラー信号が発生される。エラー信号は検出器Ｄ2 とＤ3 の出力の和をゼロへ戻すために両干渉計のパス差を調節するフィードバックループ中で使用される。これは例えば後方反射装置の１つを動かすことによりこれを行う。エラー信号自体は位相または周波数変調の検出器機構を与える。
【００９９】
一方、強度変調は単にＤ1 ／Ｄ4 干渉計の検出器Ｄ1 とＤ4 の出力の差から再生されることができる。２つの出力はそれぞれＤＣコンポーネントプラス変調強度コンポーネントを与えるが、Ｄ1 ／Ｄ4 干渉計の１つのアームのみに影響するビーム分割のために生じる検出された変調強度に関して位相反転が存在する。したがって２つの出力の差が使用されるとき、ＤＣコンポーネントは消去されるが、変調強度コンポーネントは二倍にされる。
【０１００】
この構成は、送信干渉計の位相変調が正確に追跡されるので、送信干渉計によって発生されない強度変調された信号を拒否する。この拒否特性を実現するために、送信機の一方の干渉計と受信機の両者の干渉計を含む各干渉計の２つのアーム間のパワー分割比１：１が使用されることが好ましい。しかしながら、（図６で“入力スプリッタ”とマークされている）受信機の入力のパワースプリッタは１：１である必要はなく、最良の位相／周波数および利用可能な強度復調を生じるようにこのパワー分割比を調節することが好ましいことが認められた。
【０１０１】
先の説明では、受信機の両干渉計を通る光路はコンポーネントを移動することにより位相または周波数変調を追跡するように調節される。パス長の変化が物理的移動によってではなく屈折率の変化により実現されることができる別の代わりの構造が存在し、幾つかの状態ではこれが好ましいことが理解されるであろう。例えば、各干渉計のアームの一方が他方に並行して通過するならば、例えばコンポーネントの電子光学または熱光学材料の屈折率の変化によって電気的または熱的制御下で同時に両方のアームの光路の長さを変化するコンポーネントの挿入が好ましいことが発見されている。
【０１０２】
図７で示されているような構造では、例えば音声に対しては位相または周波数変調を使用し、データに対しては強度変調を使用して同じ送信機から同時に音声とデータ情報の両者を伝送することができる。
【０１０３】
［波長分割多重化ハイブリッド］  
図８を参照すると、波長分割多重化（ＷＤＭ）と共に本発明の実施形態を使用することも可能である。
【０１０４】
2001年６月７日出願の国際特許出願の第WO 0141346号明細書（発明の名称Multichannel Optical Communication System and Method Utilizing Wavelength and Coherence Multiplexing）は、マルチチャンネルＷＤＭ電気通信システムの１つのＷＤＭ送信チャンネルを経て幾つかのコヒーレンス分割多重化（ＣＤＭ）光信号の伝送方法およびシステムを開示している。ブロードバンド光源は少なくとも１つのＷＤＭ送信チャンネルのスペクトル範囲内の光を発生する。幾つかのＣＤＭＡチャンネルは光ファイバリンクを通して位相変調された光信号を送信し検出するためにこのスペクトル範囲を共用する。
【０１０５】
しかしながら、波長チャンネルよりも非常に広いスペクトルにわたって延在する拡散スペクトル信号800 を使用することが可能である。この原理は図８で示されており、（図８のｂの）可能な受信機構造810 と共に、（図８のａに示されるように）ＷＤＭチャンネル805 のスペクトルと光拡散スペクトル信号とが示されている。図８のａは任意の個々のＷＤＭチャンネルよりも非常に広いＣＤＭ信号の光スペクトルの使用を示している。図８のｂで示されている受信機はＷＤＭチャンネルを除去し、１以上の干渉計を使用して残りの光スペクトルを復調する。拡散スペクトル信号800 からの幾らかの光パワーがＷＤＭチャンネル805 を抽出する光フィルタにより信号から抽出される事実は、差動時間遅延システムの情報が光拡散スペクトルのフルスペクトルで符号化されるので重要ではない。
【０１０６】
したがって、ＷＤＭと時間遅延差（ＣＤＭ）システムの両者は同一の光チャンネルにわたって使用されることができ、高い容量の通信を結果として可能にし、光通信チャンネル容量の論理的限度に近付づけることができる。
【０１０７】
［干渉計感知］  
音声およびデータ通信チャンネルにおける本発明の実施形態の使用に加えて、同一の通常タイプの送信機および受信機は環境パラメータの遠隔測定で使用されることができる。例えば、異なるそれぞれの光路の不平衡を有する幾つかの干渉計は環境パラメータを感知するためにネットワークに接続されることができる。各干渉計の特有のパス不平衡はそれを受信機に対して識別するように動作する。圧力、温度、振動、磁界、電界等のこれらのパラメータは、これが時間遅延差、位相および／または光感知干渉計の差動シフトに変化を生じさせるならば検出されることができ、効率的にデータ信号として送信されることができる。このような遠隔測定システムに使用される受信機は本発明で説明するように通信に使用される構造と同一構造を有するが、一般的にデータを集め適切に解釈する異なる信号処理技術を使用する。
【０１０８】
本発明の１実施形態はしたがって、１以上の環境パラメータの感知と情報を伝播する光通信信号の送信で使用するための、特許請求の範囲の請求項１に記載されているような光ネットワークとして説明され、情報は各前記パラメータを表し、送信／受信装置は干渉計変調としての前記１以上の環境パラメータを感知し、前記変調を含む前記信号を送信するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】光搬送波に関連するタイプのコヒーレンス関数を示す図。
【図２】光ネットワークを伴った通常の光電話機および通信システムの概略図。
【図３】干渉計、光セル、光時間遅延と位相および／または周波数シフト変調へ音声圧力を変換するトランスデューサ、データを表す電気信号を光時間遅延と位相および／または周波数シフト変調へ変換するデータトランスデューサとを示す概略図。
【図４】データ通信システムにおける局部光源、干渉および位相、周波数または振幅変調を有する送信機モジュールの概略図。
【図５】音声およびデータ情報を再生するための光電話機およびデータ通信システムの受信機の概略図。
【図６】光ファイバおよび光結合器のような受動光コンポーネントと、光増幅器等の能動光コンポーネントとを使用して構成された光ネットワークを示す図。
【図７】位相および強度変調器の両者を使用した本発明の１実施形態の概略図。
【図８】波長分割多重化技術と組合わせて使用される本発明の１実施形態の概略図。
【図１】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月22日(2003.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光形態で少なくとも１つのエンドポイント（210 、220 、230 、240 ）との間で通信信号を伝送する光ネットワーク（260 ）において、
ｉ）送信／受信装置（211 、221 、231 、241 、214 、224 、234 、244 ）を具備する少なくとも１つのエンドポイント（210 、220 、230 、240 ）と、
ii）送信／受信装置で電気パワーへ変換するための送信／受信装置へ光パワーを供給する少なくとも１つの光源（250 、255 ）と、
iii ）送信／受信装置（211 、221 、231 、241 、214 、224 、234 、244 ）へ光信号搬送波を送信するための少なくとも１つの光信号搬送波ソース（250 、255 ）とを具備し、送信／受信装置（211 、221 、231 、241 、214 、224 、234 、244 ）は光信号搬送波に対して干渉計変調を適用し、それに続いて情報を伝播する光通信信号としてネットワーク（260 ）上で送信する光ネットワーク。
【請求項２】
送信／受信装置（211 、221 、231 、241 、214 、224 、234 、244 ）は前記干渉計変調で使用されるための音声トランスデューサ（340 、345 ）を具備している請求項１記載の光ネットワーク（260 ）。
【請求項３】
使用において、光源と光信号搬送波ソースは同一のソース（250 、255 ）であり、光信号搬送波は転送された光パワーを電気パワーへ変換するための送信／受信装置（211 、221 、231 、241 、214 、224 、234 、244 ）において部分的に使用される請求項１または２記載の光ネットワーク。
【請求項４】
使用において、前記干渉計変調は光搬送波が不平衡な干渉計を通過することにより生成された１以上の干渉フリンジを有する請求項１乃至３のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項５】
使用において、前記干渉計変調は周波数変調を含む請求項１乃至４のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項６】
使用において、干渉計変調はアドレスと情報内容の一方または両者に対して使用される請求項１乃至５のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項７】
１以上の環境パラメータの感知と、情報を伝播する光通信信号の送信とにおいて使用するために、情報は各前記パラメータの表示であり、送信／受信装置（211 、221 、231 、241 、214 、224 、234 、244 ）は干渉変調としての前記１以上の環境パラメータを感知し、前記変調を有する前記信号を送信するように構成されている請求項１乃至６のいずれか１項記載の光ネットワーク。
【請求項８】
前記干渉計変調を適用するための少なくとも１つの干渉計（300 、410 ）と、受信された光パワーを電気パワーへ変換するための少なくとも１つのパワー変換装置（350 ）と、変換された光パワーの少なくとも一部を記憶するための少なくとも１つの電気記憶装置（355 ）とが設けられている請求項１乃至７のいずれか１項記載のネットワーク（260 ）上でエンドポイント（210 、220 、230 、240 ）へ転送された光パワーを受取り前記エンドポイント（210 、220 、230 、240 ）からネットワーク（260 ）上で信号を送信するための光送信／受信装置。
【請求項９】
前記干渉計変調を適用するための少なくとも１つの干渉計（300 、410 ）と、送信／受信装置の１以上のコンポーネントを駆動するために受信された光パワーを電気パワーへ変換し、その電気パワーを供給するための少なくとも１つのパワー変換装置（350 ）とが設けられている請求項１乃至７のいずれか１項記載のネットワーク上でエンドポイント（210 、220 、230 、240 ）へ転送された光パワーを受取るための光送信／受信装置。
【請求項１０】
前記干渉計変調を適用するために少なくとも１つの干渉計（300 、410 ）が設けられ、前記干渉計は光信号搬送波中に周波数シフトを生成するために干渉計の少なくとも１つのアームの長さを変化するための手段（415 ）を具備している請求項１乃至７のいずれか１項記載のネットワーク上でエンドポイント（210 、220 、230 、240 ）へ転送された光パワーを受取るための光送信／受信装置。
【請求項１１】
前記干渉計変調を適用するための少なくとも１つの干渉計（300 、410 ）が設けられており、振幅変調を行うために光信号搬送波の振幅を変化するための振幅変調器（320 、420 ）も具備している請求項１乃至７のいずれか１項記載のネットワーク上でエンドポイントへ転送された光パワーを受取るための光送信／受信装置。
【請求項１２】
受信された信号中の干渉計の変調を検出するための少なくとも２つの干渉計（705 、710 ）、即ち受信された信号の第１のタイプの変調を検出するために使用するように構成されている第１の干渉計（705 、710 ）と、受信された信号の第２のタイプの変調を検出するために使用するように構成されている第２の干渉計（705 、710 ）とが設けられているネットワーク上で光信号を受信する光受信装置。
【請求項１３】
第１のタイプの変調は位相または周波数変調を含んでいる請求項１２記載の光受信装置。
【請求項１４】
第２のタイプの変調は強度変調を含んでいる請求項１２または１３記載の光受信装置。
【請求項１５】
少なくとも２つの干渉計（705 、710 ）は差動的に不平衡であり、干渉計のパス長の差の間の不一致は入来する信号を伝送する光搬送波の中心波長の４分の１に等しいか、またはほぼ等しい請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１６】
同時に両干渉計（705 、710 ）に関してパス長変化を生成するためのパス長制御コンポーネント（705 ）をさらに具備している請求項１２乃至１５のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１７】
少なくとも２つの干渉計がパス長制御コンポーネントとして少なくとも１つの反射装置（705 ）を共用し、その構造は共用される反射装置（705 ）の運動が両干渉計（705 、710 ）に関して前記パス長の変化を生じるような構造である請求項１６記載の光受信装置。
【請求項１８】
少なくとも２つの干渉計（705 、710 ）は両者とも１つの共用された対の反射装置（705 、710 ）により与えられ、その少なくとも一方は後方反射装置であり、装置はさらに少なくとも１つの入力ビームスプリッタ（715 ）を具備し、その構造は前記少なくとも２つの干渉計を構成するために出力として共に誘導されることができる反射装置に関して多数の光路を提供する構造である請求項１２乃至１７のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項１９】
入来する信号の位相または周波数変調を追跡する追跡手段と、両干渉計が前記位相または周波数変調にしたがうように調節されることができるようにパス長制御コンポーネント（705 ）を制御するフィードバック装置とを具備している請求項１６乃至１８のいずれか１項記載の光受信装置。
【請求項２０】
送信装置は光信号搬送波に強度変調を適用する強度変調器（320 、420 ）を具備している請求項１２乃至１９のいずれか１項記載の装置で使用する光送信装置。
【請求項２１】
前記ネットワーク（260 ）は音声通信をサポートする請求項８乃至２０のいずれか１項記載のこ光送信および／または受信装置。
【請求項２２】
さらに光源（237 ）を具備している請求項８乃至２１のいずれか１項記載の光送信および／または受信装置。
【請求項２３】
前記装置にはローカル電源が設けられている請求項８乃至２２のいずれか１項記載の光送信および／または受信装置。
【請求項２４】
光通信において波長分割多重化チャンネルの受信のために波長分割多重化通信システムで使用するための受信機がにおいて、前記受信機（810 ）は入来する光搬送波から前記波長分割多重化されたチャンネルを伝播する１以上の波長範囲を濾波するためのフィルタを具備し、受信機はさらに波長分割多重化チャンネル外の入来する光搬送波の一部中において、特徴的なパス長の差を有する送信干渉計を使用して生成される干渉フリンジを検出するために使用される干渉計（500 、705 、710 ）を具備している受信機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
干渉計変調の例は、文献（S. A. Al-Chalabi、B. Culshaw、D. E. N. Davies の“Partially Coherent Sources in Interferometric Sensors ”、光ファイバセンサについての第１回国際会議、1983年４月26-27 日、132 −135 頁）に記載されている。さらに別の例はOptimux System Corporationに譲渡された米国特許第6,606,446 号明細書に開示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
光手段によるパワーの転送は知られている。光バスシステムの１例は名称Phoenix Contact GmbH'& Co.の欧州特許出願第EP 1026839号明細書で開示されている。ほとんどの状態では、パワーおよび光信号を本発明の１実施形態のネットワークへ提供するために使用される光源は可能な限り多くのパワーを発生すべきであり、良好に規定された波長およびコヒーレンス関数を有する。通信とパワーの提供に使用される光源は好ましくは特定された値よりも小さいコヒーレンス長Ｌc を有する良好に規定されたコヒーレンス関数を有する。光源のコヒーレンス関数が良好な特性を有し、光ネットワークからの反射と独立することを確実にするため、光アイソレータおよび偏光制御装置はこのような反射の効果を減少するために必要とされる。これらのタイプの光源は光通信セットへパワーを提供するために狭いライン幅の光源と特定された波長と結合されることができる。後者の光源は特定された波長でパワーを提供することのみに使用され、電気パワーへ変換されるように送信機および／または受信機の光システムにより濾波される。


【国際調査報告】
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