(57)【要約】  光信号を再生するシステムおよび方法は、送信線に結合されたクロック回復回路と、送信線に結合された入力ポートおよびクロック回復回路に結合されたクロック・ポートを有する第１の光ゲート装置と、連続波（ＣＷ）レーザに結合された入力ポートおよび第１光ゲート装置の出力に結合されたクロック・ポートを有する第２の光ゲート装置を備え、これらの光ゲート装置は、テラヘルツ光非対称デマルチプレクサ（ＴＯＡＤ）とし得る。
2007514375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を再生する方法であって、
劣化した光信号からクロック信号を回復することと、
前記クロック信号を第１の光ゲート装置のクロック・ポートに印加することと、
前記劣化した光信号を第１光ゲート装置の入力ポートに印加することと、
前記第１光ゲート装置の出力のところで、タイミング再設定された光信号を生成することと、
前記タイミング再設定された光信号を第２の光ゲート装置のクロック入力に印加することと、
前記第２光ゲート装置の入力に連続波（ＣＷ）レーザ信号を印加することと、
前記第２光ゲート装置の出力のところで、再生された光信号を生成することとを含む、方法。
【請求項２】
前記タイミング再設定された信号中のデータ・ビットは、前記劣化した光信号中のデータ・ビットに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記再生された光信号中のデータ・ビットは、前記劣化した光信号から再整形され再増幅されたデータ・ビットである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
劣化した光信号からクロック信号を回復することは、
前記劣化した光信号を電子信号に変換することと、
位相同期ループ中で前記電子信号の位相を検出することと、
前記位相同期ループの出力をモードロック・レーザの制御入力に印加することと、
前記モードロック・レーザの出力のところで前記クロック信号を生成することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
劣化した光信号からクロック信号を回復することは、
利得変調半導体を使用して前記クロック信号を生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光ゲート装置の少なくとも１つは、
テラヘルツ光非対称デマルチプレクサ（ＴＯＡＤ）、
サニャック・ループ・ミラー内の半導体光増幅器、
マッハ・ツェンダ干渉計を備えた半導体光増幅器、および
ＳＬＡＬＯＭからなる群から選択した装置を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生成される光信号の経路設定方法に応じて、前記ＣＷレーザの波長を調節することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
光信号を再生するシステムであって、
送信線に結合されたクロック回復回路と、
前記送信線に結合された入力ポートおよび前記クロック回復回路に結合されたクロック・ポートを有する第１の光ゲート装置と、
連続波（ＣＷ）レーザに結合された入力ポートおよび前記第１光ゲート装置の出力に結合されたクロック・ポートを有する第２の光ゲート装置とを備える、システム。
【請求項９】
前記光ゲート装置の少なくとも１つは、
テラヘルツ光非対称デマルチプレクサ（ＴＯＡＤ）、
サニャック・ループ・ミラー内の半導体光増幅器、
マッハ・ツェンダ干渉計を備えた半導体光増幅器、および
ＳＬＡＬＯＭからなる群から選択される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記クロック回復回路はさらに、
前記送信線に結合された光−電子信号変換回路と、
前記変換回路の出力に結合された位相同期ループ回路と、
前記位相同期ループの出力に結合されたモードロック・レーザとを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１光ゲート装置と第２光ゲート装置の間に結合された光デマルチプレクサをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記光デマルチプレクサの出力に結合された複数の光ゲート装置をさらに備え、前記複数の光ゲート装置はそれぞれ、前記デマルチプレクサから異なる波長の信号を受け取る、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
複数のＣＷレーザをさらに備え、各ＣＷレーザは、前記光ゲート装置の１つに結合される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
光信号を再生する方法であって、
光送信媒体を介して複数のチャネルを同時に受け取ることと、
前記チャネルからクロック・タイミング信号を抽出することと、
前記複数のチャネルおよび前記クロック・タイミング信号を、入力として第１のテラヘルツ光非対称デマルチプレクサ（ＴＯＡＤ）に提供することと、
前記第１のＴＯＡＤから複数のタイミング再設定された信号を生成することとを含み、前記タイミング再設定された信号はそれぞれ、前記複数のチャネルの１つに対応し、前記方法はさらに、
前記タイミング再設定された信号を複数の別々の信号に多重分離することと、
前記複数の別々の信号の１つおよび複数の連続波（ＣＷ）レーザ信号の１つを、入力として複数の第２のＴＯＡＤの１つに提供することと、
前記第２のＴＯＡＤの出力のところで再整形され再増幅された信号を生成することとを含み、前記再整形され再増幅された各信号の波長は、前記複数のＣＷレーザ信号の対応する１つに対応する、方法。
【請求項１５】
前記複数のチャネルはそれぞれ、異なる波長を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
前記再整形され再増幅された各信号中の情報ビットは、前記光送信媒体を介して受け取った前記複数のチャネル中の劣化したビットに対応する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記再整形され再増幅された信号の少なくとも１つは、前記光送信媒体を介して受け取った前記複数のチャネルのうち、対応するチャネルと同じ波長を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
複数のＣＷレーザのうち少なくとも１つの波長を調節して、前記再整形され再増幅された信号の１つが、前記光送信媒体を介して受け取った前記複数のチャネルのうち、対応するチャネルと異なる波長を有するようにする、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年１２月１０日出願の米国ユーティリティ出願（Ｕ．Ｓ．Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）第１０／７３２１７１号の特典を主張する。この開示全体をここに参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、概ね、光信号中の劣化ビット（ｄｅｇｒａｄｅｄ  ｂｉｔ）を再生することを対象とし、より詳細には、劣化ビットのタイミング再設定（ｒｅｔｉｍｉｎｇ）、再整形（ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）、および再増幅（ｒｅａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）をすべて光学的に行うことを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
長距離光送信システム（ｌｏｎｇ−ｈａｕｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）では、信号は、典型的には、１０〜４０ギガビット／秒程度のデータ・レートで送信する。これらの信号中のビットは、信号が光ファイバを介して伝播するときに劣化する。これらのビットの形状は、ファイバの損失またはファイバの分散のために細くなり、ビットのタイミングは、ジッタのためにずれる。これらのビットが回復不可能になるまで劣化する前に、これらを補正または再生してさらに送信しなければならない。
【０００４】
デジタル光信号がかなり劣化すると、光パルスの３Ｒ再生、すなわち、再増幅、タイミング再設定、および再整形が必要とされる。既存のシステムでは、光増幅は、エルビウムをドープしたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）によって実現される。ＥＤＦＡは、ファイバ光通信システムによって搬送されている光信号強度を増倍するのに使用する光リピータ装置である。しかし、ＥＤＦＡでは、パルスのタイミング再設定または再整形を行うことができない。その代わりに、光データ・ビットのタイミング再設定および再整形を電子的に実施しなければならない。
【０００５】
電子回路を使用すると、ネットワークのスケーラビリティの点でかなりのボトルネックが生じ、かつ、高データ・レートでビットを再整形しタイミング再設定するのに必要とされる処理のために１ビット当たりのコストが途方もないものになる。さらに、光信号の各波長を別々のチャネルに分割し、別々の電子回路によって処理しなければならない。光−電子変換のコストおよび複雑さを回避するために、完全に光の領域内で３Ｒ再生を実施して、電子的な再生のボトルネックをなくすことが有利である。しかし、以前のシステムでは、データ信号を光学的に再整形し、また、タイミング再設定することができない。
【０００６】
本発明では、２つのテラヘルツ光非対称デマルチプレクサ（ＴＯＡＤ）［ｔｅｒａｈｅｒｔｚ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ］を組み合わせて、劣化した、または歪んだ光データ信号の再増幅、再整形、およびタイミング再設定を実現する光３Ｒ再生器の機能を実施する。
【０００７】
本発明の独自性は、データ・フォーマットおよびデューティ・サイクルにかかわらず、光信号中のタイミング・ジッタ（ｔｉｍｉｎｇ  ｊｉｔｔｅｒ）を完全になくし、データの任意の再整形を補正し得ることである。現在、光ネットワークでは、ゼロ復帰（ＲＺ）［ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ］方式および非ゼロ復帰（ＮＲＺ）［ｎｏ−ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ］方式のデータの２つのタイプの光データ・フォーマットが用いられている。ＲＺデータのデューティ・サイクルは任意とし得るが、このデューティ・サイクルは通常、光パルスがＲＺ光データを担持するので、ビット期間のわずかな部分である。本発明では、両方のタイプの光データ・フォーマットを再整形しタイミング再設定することができる。さらにこの設計では、波長変換が本質的に可能である。
【０００８】
本発明では、タイミング・フィッタ（ｔｉｍｉｎｇ  ｆｉｔｔｅｒ）を完全に排除する１つのＴＯＡＤと、サンプリングＴＯＡＤである第１のＴＯＡＤの出力を再整形する後続の第２のＴＯＡＤとを組み合わせて任意のデータ・フォーマットにする。サンプリングＴＯＡＤに入力される光データは、まず、例えばエルビウムをドープしたモードロック・ファイバ・レーザ（ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｄ  ｅｒｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ）または利得変調半導体レーザ（ｇａｉｎ  ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ）などの光パルス源によって生成し得る局所光クロックによってサンプリングされる。サンプリング位置は常に正確であり、この局所クロックによって規定されるので、ＴＯＡＤの動作範囲内のいかなるタイミング誤差をも完全に排除することができる。光データは、サンプリングＴＯＡＤによってこのように変換されて精確にタイミング設定された狭いパルスになり、次いで、増幅され、クロック入力として、パルス整形ＴＯＡＤである第２のＴＯＡＤに注入される。
【０００９】
これらの狭いデータ・パルスは、パルス整形ＴＯＡＤを切り換え、時間サンプリング窓を開き、それによって局所連続波（ＣＷ）レーザが、サンプリング窓の継続時間中、ＴＯＡＤを通過することができる。ＣＷレーザは局所的に生成され、線幅が極めて狭いので、パルス整形ＴＯＡＤの出力に含まれる元の信号からのノイズは極めてわずかである。パルス整形ＴＯＡＤの時間窓は、出力パルス幅が元の信号とまったく同じものになるように制御することができる。そのため、パルス整形ＴＯＡＤの出力のところでは、再生信号は、歪んだ信号からのデータをすべて含むが、タイミング誤差はなくなり、形状歪みは取り除かれている。また、これらの出力パルスは、元の信号のいかなる減衰についても補償されるように増幅される。さらに、ＣＷレーザは任意の波長のものとし得るので、波長変換能力が本発明に組み込まれる。
【００１０】
実用的な光３Ｒ再生器が現在欠如していることから、あらゆる光ネットワークの開発が大きく妨げられている。さらに、現在の光３Ｒ再生器は、１つの光フォーマットしか対象としておらず、それは典型的にはＮＲＺであり、ＲＺを対象としているのはわずかである。両方のタイプの光データ・フォーマットを再生することができる３Ｒ−ＴＯＡＤにより、開発コストおよびシステムの複雑さを大きく軽減することができる。
【００１１】
あらゆるタイプの光データを光学的に再生することによって、本発明は、あらゆる多波長ネットワークにコスト上の利益をもたらす助けとなり得る。これは、単一の光３Ｒ再生器および波長変換器により、電子的な波長変換器および３Ｒ再生器が不要になることによって実現される。
【００１２】
本発明の目的は、劣化した信号の高データ・レートでの全光学式再生を実現することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、多重化された光データ信号におけるすべての波長を同時に処理することである。
【００１４】
上記では、以下の本発明の詳細な説明をよりよく理解し得るように、本発明の特徴および技術的な利点をかなり広く概説した。以下、本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の追加の特徴および利点を説明する。ここで開示される概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を達成するために改変し、また他の構造を設計する基礎として容易に用いることができることを理解されたい。このような均等構造は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明から逸脱するものではないことも理解されたい。本発明の編成および動作方法に関して本発明を特徴づけると考えられる新規な特徴は、さらなる目的および利点と合わせて、以下の説明を添付の図と併せ読むとよりよく理解されよう。ただし、各図は例示および説明のためにのみ提供されるものであり、本発明の制限を定義するためのものではないことを明確に理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
光デジタル信号がかなり劣化したとき、これらの光パルスの再増幅、タイミング再設定、および再整形が必要とされ、これを「３Ｒ再生」と呼ぶ。光−電子変換のコストおよび複雑さを回避するために、完全に光の領域内で３Ｒ再生を実施して、電子的な再生のボトルネックをなくすことが有利である。高帯域サンプリングおよび高精度パルス整形というＴＯＡＤの２つの独特な能力を組み合わせることによって、本発明は、信号中のいかなるタイミング・ジッタをも完全に排除し、この信号を増幅し再整形していなかる波形歪みをも除去することができる全光学式３Ｒ再生器を提供する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態を組み込んだシステムの例１００のブロック図である。光データ信号１１は、送信線１０１に印加される信号を表す。ある距離の後でデータ信号１１は劣化し、そのため、送信線１０１の終端における対応する信号は、データ信号１２のように見える。劣化したデータ信号１２の個々のパルスは、それらの元の矩形形状が失われ、広がっており、そのため、パルスのエッジが先鋭でなくなだらかに減衰している。送信におけるノイズの影響により、データ信号中に無作為なタイミングのずれ、すなわち「ジッタ」が生じる。そのため、劣化した信号１２ではパルスのタイミングが劣化し、元のパルス・タイミングからずれる。劣化した信号１２のパルスには減衰も生じ、そのため、信号強度が元の信号１１と同じではなくなる。データ信号１１で送信された元の情報は、依然として、劣化した信号１２から回復することができる。しかし、劣化した信号１２がさらなる距離を伝達される場合、劣化した信号１２に再生を施す必要がある。そうしないと、この信号は、元の情報が回復できないほど劣化することになる。本発明は、劣化した光信号を、電子的な３Ｒ再生にかけずにはるかに遠い距離に送信することができるように、劣化した信号に３Ｒ再生、すなわち、再増幅、再整形、およびタイミング再設定を施す。
【００１７】
データ信号１１および１２は、それぞれ固有の光波長を有する複数のチャネルを含む波長分割多重（ＷＤＭ）信号とし得るが、図１に示す実施形態の例を簡略化するために、単一波長チャネルを説明する。
【００１８】
劣化した信号１２は、サンプリングＴＯＡＤ  １０２の入力ポートに印加される。同時に、クロック回復回路１０３は、サンプリングＴＯＡＤ  １０２のクロック・ポートに印加するクロック信号を生成する。クロック回復回路１０３は、入力として劣化データ信号１２を受け取り、光−電子変換器１０４は、光信号から電子信号に信号１２を変換する。次いで、この電子信号は、劣化した信号１２の位相を検出する位相同期ループ１０５に印加される。位相同期ループ１０５の出力は、パルス列１３を生成するモードロック・レーザ１０６のＲＦ制御入力に印加される。代替実施形態では、このクロックは、全光学式クロック回復を利用して回復することができるはずである。
【００１９】
モードロック・レーザ１０６は、狭い光パルスの列を生成する。一実施形態では、これらの狭い光パルスの幅は、ＴＯＡＤ切換窓の極めてわずかな部分である。これらのパルスの繰返し率は、送信線１０１上で検出される信号１２のデータ・レートに等しい。例えば、送信線１０１上のデータ信号のデータ・レートが１０ギガビット／秒である場合、モードロック・レーザ１０６の出力も１０ギガビット／秒の繰返し率になる。パルス列１３の位相は、モードロック・レーザ１０６のＲＦ制御入力に印加される位相と一致する。クロック回復回路１０３は、データ信号１２の位相と一致するようにモードロック・レーザ１０６の位相を調節する。モードロック・レーザ１０６は、２５フェムト（１０−１５）秒未満程度の極めて小さいタイミング・ジッタで構築し得る。したがって、モードロック・レーザは、極めて安定なクロック源を提供する。ただし、当業者には、利得変調半導体など、現時点で周知の、または今後開発される他の光クロック装置を使用して局所光クロック機能を提供し得ることが理解されよう。
【００２０】
パルス列１３は、クロック入力としてサンプリングＴＯＡＤ  １０２に印加される。サンプリングＴＯＡＤ  １０２は、各クロック・パルス（１３）ごとに入力データ信号（１２）をサンプリングする光シャッタとして働く。パルス列１３中のパルスは概ね、データ信号１２中のデータ間隔の中心に対応する。ＴＯＡＤ  １０２のサンプリング窓の幅は、各パルス１３について、ＴＯＡＤ  １０２が信号１２中のデータ間隔の一部をサンプリングするように調節することができる。例えば、ＴＯＡＤ  １０２のサンプリング窓は、１〜２００ピコ秒の範囲で調節可能とし得る。ＴＯＡＤ  １０２のサンプリング窓の幅は、システム・データ・レートおよびシステムにおけるノイズの影響に基づいて選択される。データ・レートが高いほど、サンプリング窓の幅は狭くなる。
【００２１】
典型的には、元のパルス幅全体はサンプリングされず、その代わりに、典型的なサンプリング窓は、データ信号１１中のパルスのビット幅の１０〜５０％程度である。サンプリング窓の開きが大きすぎる場合、例えば、ジッタのために誤った間隔にずれたデータ・ビットが誤った間隔内でサンプリングされることがある。好ましい実施形態では、クロック・パルス列１３により、サンプリングＴＯＡＤ  １０２は、ビット間隔の中間でサンプリングを行う。サンプリング窓が開いているときにデータ・ビットの何らかの部分が存在する限り、その部分がサンプリングされることになる。サンプリングＴＯＡＤ  １０２は、規則正しく時間設定された間隔で、サンプリングされたビットの出力信号を生成する。サンプリング窓が開いているときにデータ信号入力（１２）中に存在する論理レベルはどれも、ＴＯＡＤ  １０２の出力まで通過する。その結果、ＴＯＡＤ  １０２の出力は、元のデータ信号１１のタイミングに対応する一連の時間設定し直されたパルス１４になる。
【００２２】
パルス１４は、パルス整形ＴＯＡＤ  １０７のクロック・ポートに印加され、定常波（ＣＷ）レーザ１０８からの信号は、パルス整形ＴＯＡＤ  １０７の入力の入力ポートに印加される。それによって得られたパルス整形ＴＯＡＤ  １０７の出力は、再生されたデータ信号１５である。ＣＷレーザ１０８の強度を変化させて、この出力信号の増幅を調節することができる。例えば、ＣＷ強度を増大させることによって、この再生信号の振幅を入力データ信号よりも大きくし得る。ＣＷレーザ信号も極めて安定な一定振幅を有する。このことは、再生信号中で、振幅が均一で頂部が極めて平坦なパルスとして現れる。このように、再生信号１５中のパルスは、それらの元のレベルに、または何らかの他の所望のレベルに増幅し直されている。
【００２３】
パルス整形ＴＯＡＤ  １０７は、再生信号１５中のパルスを再整形も行う。このＴＯＡＤのサンプリング窓の特徴の１つは、エッジの立ち上がり／立ち下がり時間が、例えば１ピコ秒程度と極めて先鋭なことである。その結果、再生データ信号１５中のパルスなど、ＴＯＡＤ  １０７からの出力パルスのエッジは極めて先鋭であり、これは、サンプリング窓の特徴によって得られる。これらの出力パルス幅は調節可能である。本発明では、サンプリング窓の幅は、データ信号１１中の元のパルス幅に一致するように選択される。したがって、劣化した信号１２からのパルスは整形し直され、再生信号１５に、データ信号１１中の元のデータ・ビットと同じ幅で現れる。
【００２４】
再生データ信号１５中のパルスのタイミングは、クロック信号１４中のパルスのタイミングと一致し、クロック信号１４中のパルスのタイミングは、先に論じたように、劣化した信号１２および元のデータ信号１１のタイミングに対応する。したがって、再生データ信号１５は、元のデータ信号１１と一致するように時間設定し直される。
【００２５】
したがって、システム１００は、データ・ビットを再増幅、再整形、およびタイミング再設定して出力データ信号１５のパルスにすることによって、劣化したデータ信号１２についての３Ｒ再生を実現する。
【００２６】
データ信号１５の波長は、ＣＷレーザ１０８の波長または色に対応する。ＣＷレーザ１０８は、波長可変レーザとすることもできるし、固定波長のレーザとすることもできる。そのため、出力データ信号１５の波長を所望の波長に調整することができる。この所望の波長は、元のデータ信号１１と同じ波長とすることもできるし、異なる波長とすることもできる。システム操作者は、例えば、信号の経路設定を行うために、あるいは、後で合わせて多重化する他の信号と競合しないように出力データ信号の色を変化させることを望むことがある。再生信号の波長を変化させることは、本質的には、再生における４番目の「Ｒ」、すなわち色変更である。
【００２７】
図２は、異なる波長の複数の信号を再生する本発明の代替実施形態を組み込んだシステム２００のブロック図である。図１の説明と同様に、元の光データ信号２１が生成され、ファイバ送信線１０１を介して送信される。ただし、データ信号２１は、複数のチャネル上の信号からなる。各チャネルは、異なる色または波長に対応し、相互に同期して時間設定される。データ信号２１は、送信線１０１を介して伝播する間に劣化し、ある距離の後で、データ・ビットは減衰し、それらの形状が失われる。データ信号ビットにはジッタも導入され、これらのデータ・ビットのタイミングがずれることがある。その結果、元のデータ信号２１は劣化して、劣化データ信号２２になる。クロック回復回路１０３は、劣化データ信号２２を受け取り、上記で説明したようにタイミング情報を回復する。元のデータ信号２１中の各チャネルまたは各波長についてのタイミングは同じである。異なる波長のチャネルは、材料分散のためにファイバ内で異なる伝播遅延を受けるので、各波長チャネル間の遅延差がビット間隔のほぼ１／２に達する前に、適切な距離のところでタイミング再設定を実施しなければならない。各チャネルのタイミングが大きくずれ過ぎる前に再生を実施すれば、クロック回復回路１０３は、信号２２中のすべてのチャネルについてのタイミングに対応するクロック信号２５を生成することができる。
【００２８】
クロック信号２５は、上記で説明したようにサンプリングＴＯＡＤ  １０２のクロック入力ポートに印加され、劣化したデータ信号２２は、入力ポートに印加される。上記で説明したように、サンプリングＴＯＡＤ  １０２からのパルス出力は、元のデータ信号２１のタイミングと一致するようにタイミング再設定されている。したがって、出力データ信号２４は、元のデータ信号２１と同じタイミングを有する一連の狭いパルスである。タイミング設定し直された出力データ信号２４は、元のデータ信号２１からの波長もすべて含む。これは、複数の波長について同時にタイミング再設定されたパルスを生成することができない既存の再生システムと比べて利点である。
【００２９】
タイミング再設定されたデータ信号２４中の個々の波長は、再整形および再増幅の処理にかける前に分割しなければならない。ＷＤＭデマルチプレクサ２０１は、それぞれ異なる色または波長を有するタイミング再設定された別々のデータ信号２５−１〜２５−Ｎに各チャネルを分割する。元のデータ信号２１は、２００個以上の別々の波長信号を含み得る。「Ｎ」個のタイミング再設定されたデータ信号２５は、ＷＤＭデマルチプレクサ２０１からの出力であり、Ｎは、個々の波長チャネルの数である。タイミング再設定されたデータ信号２５−Ｎはそれぞれ、別々のパルス整形ＴＯＡＤ  ２０２−Ｎのクロック・ポートに印加される。ＣＷレーザ信号は、パルス整形ＴＯＡＤ  ２０２−Ｎの各入力ポートに印加される。
【００３０】
別々のＣＷレーザ２０３−Ｎは、各パルス整形ＴＯＡＤ  ２０２−Ｎに結合される。各ＣＷレーザ２０３−Ｎは、元のデータ信号２１中のチャネルの１つに対応する一連の再生パルス２６−Ｎとしてパルス整形ＴＯＡＤ  ２０２−Ｎから出力される固有の波長信号を生成する。各再生データ信号２６−Ｎは、信号２１の元のタイミングと一致するようにタイミング再設定されている。各ＣＷレーザ２０３−Ｎの振幅は、再生信号２６−Ｎ中に生成されるパルスが所望の振幅を有するように調節され、それによって、元のデータ信号パルスが再増幅される。さらに、パルス整形ＴＯＡＤ  ２０２−Ｎのサンプリング窓は、再生パルス２６−Ｎが再整形されるように選択される。したがって、劣化したデータ信号２２中の個々のチャネルはそれぞれ、再増幅され、再整形され、タイミング再設定された別々のデータ信号２６−Ｎに再生される。これらの信号（２６−Ｎ）は、ＷＤＭマルチプレクサによって再結合され、再度合わせて送信することができる。あるいは、再生信号２６−Ｎは、それらの個々の送信先に応じて（図示しない）異なる送信線に経路設定することができる。
【００３１】
個々の再生チャネル２６−Ｎはそれぞれ、元のデータ信号２１中の対応するチャネルと同じ波長を有し得ることを理解されたい。あるいは、ＣＷレーザ２０３−Ｎの波長に応じて、再生データ信号２６−Ｎは、元のデータ信号２１中の対応するチャネルと異なる波長を有し得る。このように、システム２００は、さらなる経路設定または処理の必要に応じて、チャネルの色を変更することができる。ほとんどの場合、ＣＷレーザ２０３−１〜ＣＷレーザ２０３−Ｎは異なる波長に設定され、そのため、再生信号２６−１〜２６−Ｎは異なる波長を有し、互いに干渉しない。しかし、再生信号２６−１〜２６−Ｎが別々に経路設定される場合、ＣＷレーザ２０３−１〜ＣＷレーザ２０３−Ｎは、同じ色になるように調節することができる。というのは、これらの出力信号は競合しないからである。
【００３２】
本発明は、離散コンポーネントから形成することもできるし、光チップ上に一体化することもできる。離散バージョンの場合、本発明は、２つの光ループ・ミラーからなる。これらの光ループ・ミラーは、各ループの中心について非対称に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備える。データ・パルスは、制御ポートを介して第１ループに入り、光再生器の切換窓を開く。第１ループの出力は、第２ループに注入され、第２ループはデータを再整形する。離散バージョンのコンポーネントには、光ファイバ、ピグテール付きのパッケージされたＳＯＡ、光ファイバ出力カプラ、保持ビーム用のＣＷレーザ・ダイオード、および局所光クロック源が含まれる。さらに、偏光コントローラ、可変遅延線、波長適合器、偏波面保存ファイバ、および光増幅器も含まれることがある。組立では、標準の光ファイバ組立技術を用いる。一体化バージョンでは、多くの標準的な光処理技術のいずれか１つを用いて装置を製作し得る。この装置の独自性は、２つのＴＯＡＤを特定のやり方で使用することにあり、この組合せは、当業者に利用可能な様々なやり方で物理的に実施し得る。
【００３３】
本発明は、タイミング・ジッタがサンプリングＴＯＡＤの切換窓のサイズよりも大きくない劣化した光データ信号の再生に有用である。過剰なタイミング・ジッタは、出力のところで強度ノイズに変換されることになる。そのため、タイミング・ジッタ除去の動作範囲は、入力データから信号波形の立ち上がり時間の２倍を引いたもののビット期間に等しい値に制限される。例えば、入力データの流れが１０ギガビット／秒のデータ・レートであり、光信号の立ち上がり時間が３０ピコ秒である場合、再生器の動作範囲は４０ピコ秒になる。しかし、これは深刻な制限にはならない。３Ｒ再生器では、タイミング再設定は、ランダム・プロセスであるタイミング・ジッタを除去することを対象とするものであり、分散補償技術によって軽減し得る決定論的プロセスである分散の影響を除去することを対象とするものではない。タイミング・ジッタを除去する際に、４０ピコ秒の動作範囲は、周知のほとんどの光ネットワーク応用例では十二分な値である。
【００３４】
ＴＯＡＤは、光ＡＮＤゲートまたは高速光シャッタのように挙動する。本発明でＴＯＡＤを使用する理由が少なくとも２つある。１つ目は、ＴＯＡＤが、５００ギガビット／秒よりも速く動作し得る極めて高速な装置であるからであり、２つ目は、ＴＯＡＤが、電子的な変換を必要としない全光学式装置であるからである。ＴＯＡＤの出力のところでフィルタを使用して、クロック信号を除去することができることを理解されたい。例えば、クロック信号が、入力信号と異なる帯域にある場合（すなわち、帯域外クロック信号）、ＴＯＡＤの出力のところで波長フィルタを使用して、クロック信号を排除し得る。あるいは、クロック信号の偏光が異なる場合には、帯域内クロックを使用し得る。この場合、ＴＯＡＤの出力のところで偏光フィルタを使用してクロックを排除し得る。
【００３５】
この説明を通じて「ＴＯＡＤ」という用語を用いるが、当業者には、本発明が特定のテラヘルツ光非対称デマルチプレクサ装置に限定されないことが理解されよう。サニャック・ループ・ミラーにおいて他の半導体光増幅器も使用し得る。また、サニャック型またはマッハ・ツェンダ型の干渉計構成など、異なる干渉計構成を利用し得る。
【００３６】
本発明の他の実施形態では、実施形態の例に示すＴＯＡＤの代わりに他の光ゲート装置を使用し得る。例えば、光入力、光出力、および制御入力を有し、制御ポートとしての信号により、特定の時間間隔中は入力信号の一部が遮断され、また、出力ポートに通過しない任意の装置を本発明で使用し得る。さらに、この装置は、ビット期間の極めてわずかな部分から全ビット期間継続時間までの継続時間範囲の時間間隔で入力信号のゲート処理が可能でなければならない。この機能を実施し得る当業者に周知の装置および技術には様々なタイプのものがある。これらの装置は、スピードおよび性能の点で様々であり、それらには、電子−光学式のスイッチおよび変調器、ならびに全光学式のスイッチおよび変調器が含まれる。より具体的には、ある種の全光学式スイッチでは、高データ・レートで必要とされる、例えば１ピコ秒程度の極めて高速なゲート期間が得られる。このような全光学式スイッチの例には、干渉計の１つまたは複数の腕の中に半導体光増幅器を有する光干渉計装置が含まれる。他の例には、ＴＯＡＤ、半導体光増幅器を含むマッハ・ツェンダ干渉計、ループ・ミラー内の半導体光増幅器、およびＳＬＡＬＯＭが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態で用いるプロセスを示す流れ図である。ブロック３０１では、劣化した光信号を受け取る。ブロック３０２で、この劣化した光信号からクロック信号が回復される。ブロック３０３で、このクロック信号は、サンプリングＴＯＡＤのクロック入力に印加され、ブロック３０４で、劣化した光信号がサンプリングＴＯＡＤの入力に印加される。ブロック３０５で、サンプリングＴＯＡＤの出力のところでタイミング再設定された光信号が生成される。タイミング再設定された信号中のデータ・ビットは、劣化した光信号中のビットに対応する。ブロック３０６で、このタイミング再設定された光信号は、パルス整形ＴＯＡＤのクロック入力に印加され、ブロック３０７で、ＣＷレーザ信号が、パルス整形ＴＯＡＤの入力に印加される。ブロック３０８で、パルス整形ＴＯＡＤは再生信号を生成する。この再生信号は、再整形され再増幅されたビットを有する。
【００３８】
本発明およびその利点を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明から逸脱することなく、本明細書に様々な変更、置換、および改変を加えることができることを理解されたい。さらに、本願の範囲は、本明細書で説明した工程、機械、製作、物質組成、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。この開示から容易に理解されるように、本明細書で説明した対応する実施形態と実質的に同じ機能を実施する、または実質的に同じ結果を実現する、現時点で存在する、または今後開発される工程、機械、製作、物質組成、手段、方法、またはステップを利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内にこのような工程、機械、製作、物質組成、手段、方法、またはステップを含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態を組み込んだシステムの例のブロック図である。
【図２】異なる波長の複数の信号を再生する本発明の代替実施形態を組み込んだシステム２００のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態で用いるプロセスを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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