(57)【要約】  少なくとも一実施形態によると、システムは、サニャック干渉ループと、そのループ上の非対称な位置に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを備え、サニャック干渉ループおよびＳＯＡは、入力信号の信号変換を実行するように動作可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
サニャック干渉ループと、
そのループ上の非対称な位置に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを備え、前記サニャック干渉ループおよび前記ＳＯＡは、入力信号の信号変換を実行するように動作可能であるシステム。
【請求項２】
前記サニャック干渉ループおよび前記ＳＯＡが、光通信ネットワーク内の信号変換器に含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光通信ネットワークが、光時分割多重化を利用する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記信号変換器が、
前記ループと通信を行う５０：５０光カプラと、
前記５０：５０光カプラの入力と通信を行う入力信号用のソースと、
前記ループと通信を行い、前記ループに制御信号を送るように動作可能な１０：９０光カプラに結合される制御信号ソースと、
前記ループ内で干渉の位相バイアスを同調するように動作可能な２以上の偏光コントローラと、
前記ループ上に配置され、前記ループの中心からの前記ＳＯＡのオフセットを調節するように動作可能な光同調遅延線とを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記入力信号が、非ゼロ復帰信号である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記変換器が、低レベルのパターン依存効果を有する変換信号を出力し、前記低レベルのパターン依存効果は、前記入力信号について前記ＳＯＡを用い、前記サニャック干渉ループを用いないＸＧＭ効果変換の使用によって生成されるものよりも低いパターン依存効果のレベルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記サニャック干渉ループが、光ファイバ通信ネットワーク内に実装される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
光入力信号をサニャック干渉ループに受け入れるステップであって、前記ループが前記ループ上の非対称な位置に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含むステップと、
前記光入力信号を前記ループ内の時計回り成分と反時計回り成分とに分離するステップであって、各成分が異なる時間に前記ＳＯＡに到達するステップと、
偏光およびループの複屈折を調節し、それによってループ内で干渉の位相バイアスを同調するステップと、
光変換信号を出力するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記ループの中心からの前記ＳＯＡのオフセットを調節するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記非対称な位置が、前記ループの中心ではない位置である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
光入力信号をサニャック干渉ループに受け入れる手段であって、前記ループが前記ループ上の非対称な位置に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含む手段と、
前記光入力信号を前記ループ内の時計回り成分と反時計回り成分とに分離する手段であって、各成分が異なる時間に前記ＳＯＡに到達する手段と、
偏光およびループの複屈折を調節し、それによってループ内で干渉の位相バイアスを同調する手段と、
光変換信号を出力する手段とを含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００３年９月２日に出願された米国仮特許出願第６０／４９９５３６号の優先権を主張し、同仮出願の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
政府実施権
米国政府は、本発明に一括払い実施権を有し、また陸軍研究局（Ａｒｍｙ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｆｆｉｃｅ）によって裁定されるＡＲＯ  ＭＵＲＩ  ＤＡＡＤ  １９−００−１−０１６５の条件によって規定される妥当な条件で他者に実施権を与えるよう特許権者に要求する権利を限られた状況において有する。
【０００３】
本発明は、光ファイバ・ベースの通信システム（ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃｓ−ｂａｓｅｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）における波長変換（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）に関する。
【背景技術】
【０００４】
通信システムでは、信号はしばしば非常に長い距離を送信される。そのような長距離は、例えば減衰および干渉によって信号が劣化する原因になることがある。したがって、いくつかのシステムは、劣化信号を受信し、その形状および振幅を回復するために、信号変換器を使用する。
【０００５】
過去の光ファイバ・ベースの通信システムは、光伝送媒体から光信号を受信し、その信号を電気信号に変え、形状および振幅を回復し、その信号を別の光媒体を介した伝送のために光に戻す、電気信号変換器を使用していた。光ファイバ技術の進展は、光信号を電気信号に変えることなく変換を実行する光波長変換の開発を可能にした。しかし、従来の光波長変換器は、パターン依存効果および貧弱な消光比の影響に悩まされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パターン依存効果および貧弱な消光比の影響に悩まされないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、様々な実施形態がＳＯＡを有するサニャック干渉計（Ｓａｇｎａｃ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を使用する波長変換を例示するシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態例では、最適干渉位相バイアス（ｏｐｔｉｍａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｈａｓｅ  ｂｉａｓ）を使用して、パターン依存効果（ｐａｔｔｅｒｎ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔ）の緩和および消光比の改善を実現する。少なくとも一実施形態によると、システムは、サニャック干渉ループと、そのループ上の非対称な位置に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを備え、サニャック干渉ループおよびＳＯＡは、入力信号の信号変換を実行するように動作可能である。
【０００８】
上述の説明は、以下に続く本発明の詳細な説明がより良く理解され得るように、本発明の特徴および技術的な利点をむしろ大まかに概説したものである。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する、本発明のさらなる特徴および利点が、以下本明細書で説明される。開示される概念および特定の実施形態は、本発明と同じ目的を実行するための他の構造を修正または設計するための基礎として容易に利用され得ることを理解されたい。そのような均等な構造は、添付の特許請求の範囲において説明される本発明から逸脱しないことも理解されたい。構成および動作方法の両面に関して、本発明に特有であ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共に、添付の図面と併せて以下の説明を考察することからより良く理解されよう。しかし、各図面は、例示および説明の目的で提供されているに過ぎず、本発明の限界の定義として意図されてはいないことを明確に理解されたい。
【０００９】
本発明のより完全な理解のため、添付の図面を併用して行われる以下の説明を今から見ていく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
半導体光増幅器（ＳＯＡ）［Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ］がサニャック干渉ループ内の中心から外れた位置に置かれる場合、本発明は、光時分割多重化（ＯＴＤＭ）システム用の逆多重化、光スイッチングおよびパケット・ルーティング、光サンプリング、ならびに光再生など、短い光ゼロ復帰（ＲＺ）［ｓｈｏｒｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ］信号を使用する複数の機能を示す。非ゼロ復帰（ＮＲＺ）［Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ］信号の場合、本発明を使用する波形回復が可能である。一実施形態では、本発明は、非対称な位置にＳＯＡを有するファイバ・ベースのサニャック干渉計を用いる、ＮＲＺ信号用の全光波長変換を提供する。分析は、干渉の位相バイアスが波長変換操作にとってきわめて重要であることを示す。サニャック干渉構造を用いる場合、本発明は、相互利得変調（ＸＧＭ）［Ｃｒｏｓｓ  Ｇａｉｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ］ベースの波長変換器と比較して、低減されたパターン依存効果およびより高い消光比を実現することができる。以下でさらに説明されるように、一実施形態では、１０Ｇｂ／ｓの符号誤り率（ＢＥＲ）［Ｂｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ］測定が、サニャック干渉ループを使用した変換信号の低減されたパワー・ペナルティ（ｐｏｗｅｒ  ｐｅｎａｌｔｙ）を示す。
【００１１】
ＮＲＺ信号の波長変換操作を示すために、他のシステムは、ＳＯＡと共にマッハ・ツェンダおよびマイケルソン干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ａｎｄ  Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を採用するが、本明細書で説明される例示的な実施形態は、ＮＲＺ波長変換器としてサニャック干渉計を使用する。図１は、非対称な位置にＳＯＡ１０１を有するサニャック干渉ループ１００の構造のハイレベル図である。入力信号１０は、５０：５０カプラ１０２によって、時計回り（ＣＷ）成分１１と反時計回り（ＣＣＷ）成分１２に分離される。ＣＷおよびＣＣＷ成分１１、１２は、ループ１００内におけるＳＯＡ１０１の非対称な位置のために、異なる時間にＳＯＡ１００を通過する。２つの成分（ＣＷ１１およびＣＣＷ１２）が５０：５０カプラに帰るとき、ループの複屈折とその結果生じる干渉を制御するのに、偏光コントローラ１０３が使用される。
【００１２】
説明の目的で、リターデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）ψおよび向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）θを有する波長板（ｗａｖｅ  ｐｌａｔｅ）を（ループの複屈折［ｌｏｏｐ  ｂｉｒｅｆｒｉｇｅｎｃｅ］を説明するために）考える。ＣＷ成分１１およびＣＷＷ成分１２は、ψＣＷ、ＧＣＷおよびψＣＣＷ、ＧＣＣＷの位相ずれおよび利得をそれぞれ経験する。入力光１０は、偏光方向αで線形に偏光される。ＣＷおよびＣＣＷ光成分の異なる位相ずれおよび利得をサニャック・ループ１００の分析に組み入れることによって、入力光信号の伝送は以下のように表され得る。
【００１３】
【数１】
2007504510.tif 000002
【００１４】
伝送は以下のようにも表され得る。
【００１５】
【数２】
2007504510.tif 000003
【００１６】
【数３】
2007504510.tif 000004
【００１７】
【数４】
2007504510.tif 000005
【００１８】
である。
【００１９】
上記の式１および２の伝送がそれぞれ以下のようにも表され得ることは、当業者であれば理解されよう。
【００２０】
【数５】
2007504510.tif 000006
【００２１】
【数６】
2007504510.tif 000007
【００２２】
式４に示されるように、干渉の位相バイアスは、入力光の偏光とループの複屈折を調節することによって同調されることができる。偏光コントローラ１０３などの偏光コントローラを用いて、本発明の実施形態は、位相バイアスの完全な同調可能性（ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ）を提供することができる。ＳＯＡを通過する光の利得および位相変化を計算する様々な方法が存在することは、当業者であれば理解されよう。サニャック・ループ１００内でのＳＯＡ１０１の非対称な位置のため、ＣＷ信号１１は、ＣＣＷ信号１２よりτ＝２ΔχＳＯＡ／ｃｆｉｂｅｒに相当する時間遅延だけ早くＳＯＡ１０１に到達するが、ΔχＳＯＡはループ１００の中心位置からのＳＯＡ１０１のオフセットであり、ｃｆｉｂｅｒは光ファイバ中での光速である。
【００２３】
図２（ａ）は、ピーク電力が８ｍＷのスーパーガウス形状（ｓｕｐｅｒ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｓｈａｐｅ）を有する、例示的な入力ＮＲＺ信号２００を示す。本発明の一実施形態では、以下のＳＯＡパラメータが、すなわち、ライン幅増大計数（ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆａｃｔｏｒ）＝４．０、飽和パワー（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｐｏｗｅｒ）＝１．０ｐＪ、小信号利得＝２０ｄＢ、ＳＯＡキャリア寿命（ｃａｒｒｉｅｒ  ｌｉｆｅｔｉｍｅ）＝７０ｐｓ、およびループ中心からのＳＯＡオフセット＝２０ｐｓが使用され得る。サニャック・ループ内に置かれない単一のＳＯＡが波長変換用に使用される場合、ＸＧＭ効果に起因する変換信号２０１が図２（ｂ）に示される。信号２０１は、遅いＳＯＡ回復速度（ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｒａｔｅ）に起因するパターン依存効果を示すビット「１」の振幅レベルの大きな変動を示す。問題は、ＳＯＡ回復時間を短縮することによって解決され得るが、それはＳＯＡ製作に難題を課すことになり得る。本発明の実施形態に従って適合されるサニャック干渉構造を用いれば、図２（ｃ）および（ｄ）に示される変換信号２０２および２０３が生成され得る。図２（ｃ）では、干渉についての位相バイアスはゼロになるように設定され、これは光スイッチングおよび再生の応用例のための使用条件となっている。図２（ｄ）は、−１．１２の最適位相バイアスの場合の変換信号２０３を示し、図２（ｂ）と比較して低減されたパターン依存効果および改善された消光比を示す。
【００２４】
図３は、実験目的で使用され得る、本発明の例示的な実施形態を示す。この実施形態は実験的なものなので、変換される前の入力ＮＲＺ信号を呼ぶのに、「制御」という語が使用され得る。そのような呼称は、信号がまだ変換されていないことを意味するに過ぎず、信号が信号変換器３００の何らかの光学的構成要素に関して制御機能を実行することを含意するものではない。
【００２５】
信号変換器３００は、サニャック干渉計３０１を含む。動作電流が１９５ｍＡのＡｌｃａｔｅｌ  １９０１などのＳＯＡ３０２は、例えば、５０：５０光カプラ３０３の２つの出力ポートに接続される。光同調遅延線（ＯＴＤＬ）［ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｄｅｌａｙ  ｌｉｎｅ］３０４は、ループ中心（図では線３０５によって示される）からのＳＯＡ３０２のオフセットを微調節するために同調され得る。偏光コントローラＰＣ１  ３０６およびＰＣ２  ３０７は、ＣＷおよびＣＣＷ方向に伝播する光の偏光を調節するために使用される。ＮＲＺデータ信号は、ソース３０８からの連続波光（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ  ｌｉｇｈｔ）をソース３０９からの長さが２２３−１の１０Ｇｂ／ｓ疑似ランダム・ビット系列によって変調することによって生成され得る。変調器３２０からの変調光出力は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３１１を使用して増幅され、ループ３０１の制御ポートに供給される。例えばＨＰ  ８１６８Ｃなどの同調可能レーザ源（ｔｕｎａｂｌｅ  ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅ）３１２からの連続波光は、サニャック・ループ３０１の入力ポート３０に入る。この実施形態で使用される同調可能帯域フィルタ（ｔｕｎａｂｌｅ  ｂａｎｄｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）３１０は、約１ｎｍの３ｄＢ帯域幅を有する。ループ３０１の出力は、この実験的な実施形態では、符号誤り率テスタ３１３に接続される。図３に関して、様々なパラメータおよび構成要素モデルの名前が具体的に挙げられたが、その他のパラメータおよび／または構成要素モデルが、非対称なＳＯＡを有するサニャック・ループ干渉計と共に使用される場合、同様の信号変換を起こすために使用され得ると当業者が決定してもよいことは理解されるべきであり、それらの代替実施形態は本発明の範囲内にある。
【００２６】
図３に示された例示的な実施形態では、レーザ源３０８からの制御ＮＲＺデータ信号３１（λ１＝１５４５ｎｍ）の平均光パワーは５．３ｄＢｍであり、レーザ源３１２からの入力光３０（λ２＝１５３５ｎｍ）の光パワーは−２．７ｄＢｍである。レーザ源３１２からの光３０の波長は、出力データ３２の波長を決定する。この実施形態では、偏光コントローラＰＣ１  ３０６およびＰＣ２  ３０７は、波長変換信号を最適化するために微調節される。図４（ａ）は、この実施形態における入力ＮＲＺ信号３１のアイ・ダイアグラムである。図４（ｂ）および（ｃ）は、サニャック・ループの中心からのＳＯＡオフセットがそれぞれ２３ｐｓおよび６０ｐｓである、１５３５ｎｍにおける波長変換信号３２のアイ・ダイアグラムである。比較として、ＳＯＡを使用する直接的なＸＧＭ効果に基づく波長変換は、制御データおよび連続波光の最適化光パワーによって行われる。ＸＧＭ効果を使用するそのような変換データ信号のアイ・ダイアグラムが図４（ｄ）に示される。
【００２７】
図５（ａ）は、この実施形態で使用される入力ＮＲＺ信号５００のデータ・パターンの図である。図５（ｂ）は、ＸＧＭ効果を使用した変換信号５０１のデータ・パターンの図であり、図５（ｃ）は、オフセットＳＯＡ３０２（２３ｐｓ）を有するサニャック干渉ループ３０１を使用した変換信号５０２のデータ・パターンの図である。図５（ｂ）と図５（ｃ）を比較すると、サニャック干渉ループを用いた場合にパターン依存効果が低減されることは明らかである。ループ中心３０５からのＳＯＡ３０２のオフセットが大き過ぎると、隣り合うビットが互いに作用を及ぼし合い、図４（ｃ）に示されるように、変換信号を劣化させる原因になることがある。ＣＷおよびＣＣＷ成分は、ＳＯＡオフセットが６０ｐｓの場合、１２０ｐｓのタイミング差でＳＯＡ３０２に到達することに留意されたい。
【００２８】
符号誤り率（ＢＥＲ）測定の結果が図６に示されている。１０−９におけるパワー・ペナルティは、（ＸＧＭ効果を使用する）変換信号５０１および（図３のサニャック干渉ループ３０１を使用する）変換信号５０２について、４．３ｄＢおよび１．４ｄＢである。ＸＧＭ効果からの変換信号５０１の大きなパワー・ペナルティは、主にパターン依存効果に起因する。異なる波長における変換信号５０１および５０２の光パワー・ペナルティが図７に示されている。ＸＧＭ波長変換器と比較して、図３に示されるような非対称な位置にＳＯＡ３０２を有するサニャック干渉ループ３０１は、２ｄＢより大きくパワー・ペナルティを低減させることができる。
【００２９】
図３に示されたシステムはテスト構成であるが、実用的応用例における本発明の実施も可能である。例えば、１つのシナリオでは、ループの制御および出力ポートは、電気通信システムのファイバ伝送線に接続されることができる。その場合、（図３のレーザ源３１２からの光３０と同様の）連続波光が、入力ポートでループに入力されることができる。先に説明されたように、連続波光の波長は、出力信号の波長を決定する。したがって、ファイバ伝送線上の着信信号は、干渉ループによって変換され、その目的地に送信されるためにファイバ伝送線上に出力される。この変換は、パターン依存効果および消光比に関して、ＸＧＭ効果によって実行される同じ信号の変換よりも改善された性能を示すことができる。
【００３０】
いくつかの実施形態の利点は、１０Ｇｂ／ｓ以上の信号変換を提供するために光ネットワークで使用されるように適合されることができ、それによって現在および将来の通信ネットワークの開発を容易にすることである。実際、様々な実施形態が現在および将来の光ネットワークと完全に統合可能である。
【００３１】
要約すると、１０Ｇｂ／ｓにおいてＳＯＡを有するファイバ・ベースのサニャック干渉ループを使用する様々な実施形態が説明された。理論的分析は、干渉の位相バイアスが波長変換操作に重要な影響を有することを示す。図１および３のサニャック干渉ループからの変換信号は、ＸＧＭ効果を使用する波長変換と比較して、改善された性能を示すことができる。
【００３２】
本発明およびその利点が詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明から逸脱することなく、本発明に様々な変更、置換、および交替が施され得ることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、明細書で説明されるプロセス、マシン、製造、組成物、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ように意図されてはいない。人が本開示から容易に理解するように、本明細書で説明された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、実質的に同じ結果を達成する、現存のまたはいずれ開発される、プロセス、マシン、製造、組成物、手段、方法、またはステップが利用されることができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内にそのようなプロセス、マシン、製造、組成物、手段、方法、またはステップを含むように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】様々な実施形態に従って適合される、非対称な位置にＳＯＡを有するサニャック干渉ループの構造の図である。
【図２（ａ）】本発明のいくつかの実施形態で使用され得る、入力ＮＲＺ信号の一例の図である。
【図２（ｂ）】ＸＧＭ効果変換から生成された信号の図である。
【図２（ｃ）】様々な実施形態に従って適合される、サニャック干渉計を使用する変換から生成された信号の図である。
【図２（ｄ）】様々な実施形態に従って適合される、サニャック干渉計を使用する変換から生成された信号の図である。
【図３】様々な実施形態に従って適合される、サニャック干渉計を利用する信号変換器の一例の図である。
【図４（ａ）】１つまたは複数の実施形態と共に使用され得る入力信号のアイ・ダイアグラムである。
【図４（ｂ）】様々な実施形態による波長変換信号のアイ・ダイアグラムである。
【図４（ｃ）】様々な実施形態による波長変換信号のアイ・ダイアグラムである。
【図４（ｄ）】ＸＧＭ効果を使用した変換データ信号のアイ・ダイアグラムである。
【図５（ａ）】入力信号のデータ・パターンの図である。
【図５（ｂ）】ＸＧＭ効果を使用した変換信号のデータ・パターンの図である。
【図５（ｃ）】図３に示されるサニャック干渉ループを使用した変換信号のデータ・パターンの図である。
【図６】変換信号の符号誤り率（ＢＥＲ）測定の結果の図である。
【図７】異なる波長における変換信号の光パワー・ペナルティの図である。
【図１】
2007504510.tif 000008
【図２（ａ）】
2007504510.tif 000009
【図２（ｂ）】
2007504510.tif 000010
【図２（ｃ）】
2007504510.tif 000011
【図２（ｄ）】
2007504510.tif 000012
【図３】
2007504510.tif 000013
【図４（ａ）】
2007504510.tif 000014
【図４（ｂ）】
2007504510.tif 000015
【図４（ｃ）】
2007504510.tif 000016
【図４（ｄ）】
2007504510.tif 000017
【図５（ａ）】
2007504510.tif 000018
【図５（ｂ）】
2007504510.tif 000019
【図５（ｃ）】
2007504510.tif 000020
【図６】
2007504510.tif 000021
【図７】
2007504510.tif 000022
【国際調査報告】
2007504510.tif 000023
2007504510.tif 000024