(57)【要約】本発明は、再生対象の信号Ｓｉを入力するための入力部（１４）と利用可能なように再生された信号Ｓｒを出力するための出力部（１５）との間に縦に並べて配置された３つの光ステージ（１１、１２、１３）を備える光信号パルスの再生装置に関する。第１の光ステージ（１１）は、入力された信号パルス間の間隔に生じたノイズを低減するために０値となるべき部分を抑圧する第１のノイズ抑圧装置を備える。第２の光ステージ（１２）は、第１のステージ（１１）から出力される信号によって伝送される情報をクロック信号（Ｃｋ）へ移送するとともに、ノイズの影響を受けたパルスをノイズの影響を受けた間隔に変換するために信号の論理反転を実行する反転変換器を備える。第３のステージ（１３）は、第２のステージ（１２）から出力された信号パルス間の間隔に存在するノイズを低減するために０値で抑圧する第２のノイズ抑圧装置を備える。
2007506316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号パルスの再生装置であって、
再生対象の信号Ｓｉを入力するための入力部（１４）と、利用可能なように再生された信号Ｓｒを出力するための出力部（１５）との間に縦に並べて配置された３つの光ステージ（１１、１２、１３）を備え、
前記第１のステージ（１１）は、
入力された信号のパルス間の間隔に生じたノイズを低減するのために０値となるべき部分を抑圧する第１のノイズ抑圧装置を備え、
前記第２のステージ（１２）は、
前記第１のステージ（１１）から出力される信号によって伝送される情報をクロック信号（Ｃｋ）へ移送するとともに、ノイズの影響を受けた前記信号のパルスをノイズの影響を受けた前記間隔に変換するために前記信号の論理反転を実行する反転変換器を備え、
前記第３のステージ（１３）は、
前記第２のステージ（１２）から出力された前記信号パルス間の前記間隔に存在するノイズを低減するために０値となるべき部分を抑圧する第２のノイズ抑圧装置を備える
ことを特徴とする再生装置。
【請求項２】
０値となるべき部分を抑圧する前記ノイズ抑圧装置は、自己位相変調（ＳＰＭ）に基づくＮＯＬＭデバイスを備えるペデスタル成分抑圧装置である
ことを特徴とする請求項１に記載の再生装置。
【請求項３】
前記ＳＰＭに基づくＮＯＬＭデバイス（ＮＯＬＭ−ＳＰＭｓ）は、
前記ステージ（１１、１３）に入力される前記信号の２つの信号成分をそれぞれ逆方向に伝播させるためのファイバループ（１８、１９）と、
前記ファイバループ（１８、１９）に沿って配置された非線形手段として動作するＤＳファイバと、
偏波制御装置と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の再生装置。
【請求項４】
前記第２のステージ（１２）の前記反転変換器は、
相互位相変調（ＸＰＭ）に基づくＮＯＬＭデバイスを備えることを特徴とする請求項１に記載の再生装置。
【請求項５】
前記第２のステージ（１２）の前記ＮＯＬＭデバイスは、
２つのクロック信号成分をそれぞれ逆方向に伝播するためのファイバループ（２３）と、
前記ファイバループ（２３）に沿って配置された非線形手段として動作するＤＳファイバと、
前記ファイバループ（２３）において、ポンプ信号として前記第１のステージ（１１）から入力された信号の偏波制御装置（ＰＣ）と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の再生装置。
【請求項６】
結合器（２２）であって、
クロック信号を２つの信号成分へと分割することで、ＤＳ型のファイバが非線形手段として動作するファイバループ（２３）において前記２つの信号成分をそれぞれ逆方向に伝播させるとともに、
前記ファイバに沿って配置された偏波制御装置（ＰＣ）が前記クロック信号に関する前記２つの信号成分を所望の偏波でＮＯＬＭの出口において再結合させることを特徴とする結合器（２２）。
【請求項７】
前記第２のステージ（１２）の前記ＮＯＬＭデバイスによって出力され、かつ、前記第３のステージ（１３）へ入力される前記信号は、
前記第２のステージ（１２）において、前記クロック信号の波長でもって再生された信号のみを維持するような波長帯域を有する帯域通過フィルタ（２７）を通過することを特徴とする請求項５に記載の再生装置。
【請求項８】
各ステージ（１１、１２、１３）は、ＥＤＦＡ増幅器（２４、２５、２６）を備えることを特徴とする請求項１に記載の再生装置。
【請求項９】
前記ＤＳファイバは、約１ｋｍの長さを有することを特徴とする請求項３に記載の再生装置。
【請求項１０】
前記ＤＳファイバは、約１ｋｍの長さを有することを特徴とする請求項５に記載の再生装置。
【請求項１１】
前記クロック信号は、前記入力信号の多重分離機能が得られるような方法を用いて、前記入力信号に関する高ビットレートに対して同期がとられることを特徴とする請求項１に記載に再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全光型の信号再生装置に関する。特に、本発明は、非常に高いビットレートでの光送信におけるシステムに適した再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高ビットレート光送信におけるシステムの開発は、ファイバの非線形性、波長分散および偏波モード分散による信号の劣化によって生ずる限界にぶつかっている。したがって、高ビットレート光送信のシステムにおいて、光のまま信号を再生することが送信距離を伸ばすために必要とされている。
【０００３】
４０Ｇｂｉｔ／ｓより高いビットレートでのシステムを実現するためには、光領域で光の再生が行われなければならない。これは、電子デバイスの帯域幅の制限によって、光／電変換を実行できないからである。
【０００４】
本質的に、全光型のパルス再生装置は、ジッタ（微小変動）、ノイズ、振幅変動およびパルス拡散による影響を受けたパルス信号を受信する機能ブロックである。さらに、再生装置は、受信したパルス信号をノイズが無く、かつ、再度同期がとられたパルス信号へ新たに形成して送信する機能ブロックである。
【０００５】
従来文献において、光ファイバーあるいは半導体装置で非線形効果を利用した多くの光再生装置が存在している。しかし、それら全ての従来文献における装置には、当該装置が高ビットレートで動作する場合の厳しい制限がある。高ビットレート送信のシステムにおいて、信号再生を実現するために使用される既知の方法の多くは、入力信号から得た情報を局所的に発生させたパルスクロックへ移送させるものである。パルスの波形や振幅、ノイズおよび安定性に関するパルスクロックの特性は、送信に適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
信号の振幅変動がクロックへ移送してしまうことを抑制するために、再生装置は、理想的な振幅リミッタと同じような非線形の特性を有する必要がある。
【０００７】
実際に、再生装置を実現するために使用されうる既知の非線形部材の全てには、ビットレートを増加した場合に深刻な制限がある。光ファイバにおけるカー効果は、データ信号とクロック信号の伝播速度が異なるよって制限を生じさせる一方で、半導体材料における高速化現象によって効率が悪化する。さらに、十分な効率をもたらす非線形効果を得るために、高い信号ピーク出力が必要となる。しかし、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）で使用される最大飽和出力によって、ピーク時の信号出力の増加が制限される。すなわち、非常に高いビットレート、例えば、１６０Ｇｂｉｔ／ｓでの動作時に、必要な高いピーク出力を実現することが難しく、非線形効果を十分に高い効率で得られないのである。
【０００８】
さらに、非線形部材を介した高出力信号の伝播は、半導体デバイスにおいて許容される最大平均光出力と、光ファイバにおいて発生する望ましくない非線形効果とによって制限されることとなる。
【０００９】
したがって、本当に高いビットレート、例えば、１６０Ｇｂｉｔ／ｓでの信号の再生は、非常に難しい処理である。
【００１０】
これまで、最大でも４０Ｇｂｉｔ／ｓまでのビットレートを有する信号に対して、全光型の再生装置に関するいくつかの成功した実験結果が報告されている。しかしながら、より高いビットレートに関して、これまでに提案されたデバイスは、極めて不十分であった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、非常に高いビットレートを有する信号においても十分な性能を有する利用可能な光再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための一の形態に対応する本発明は、再生対象の信号Ｓｉを入力するための入力部（１４）と利用可能なように再生された信号Ｓｒを出力するための出力部（１５）との間に縦に並べて配置された３つの光ステージ（１１、１２、１３）を備える光信号パルスの再生装置に関する。第１の光ステージ（１１）は、入力された信号パルス間の間隔に生じたノイズを低減するために０値となるべき部分を抑圧する第１のノイズ抑圧装置を備える。第２の光ステージ（１２）は、第１のステージ（１１）から出力される信号によって伝送される情報をクロック信号（Ｃｋ）へ移送するとともに、ノイズの影響を受けたパルスをノイズの影響を受けた間隔に変換するために信号の論理反転を実行する反転変換器を備える。第３のステージ（１３）は、第２のステージ（１２）から出力された信号パルス間の間隔に存在するノイズを低減するために０値で抑圧する第２のノイズ抑圧装置を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の革新的な原理および本発明における従来技術と比較した効果の説明を明確にするために、以下では、添付の図面を参照して説明を記載する。しかしながら、本発明は、上記原理を適用する実施形態のみに限定されるわけではない。
【００１４】
図１は、本発明に対応する再生装置の概要を示す図である。図２は、図１の再生装置における様々なポイントの波形を示すグラフである。
【００１５】
図１に示すように、参照番号１０は、本発明に係る全光型の再生装置の全体を示す。
【００１６】
再生装置１０は、ノイズ除去機能からパルス波形整形（リシェーピング）機能を分離することによって、３つの異なるステップまたはステージ（段）に再生（リジェネレーション）処理を分割している。ノイズ除去は、順に、信号における複数のパルス（または、マーク（ｍａｒｋ））間の間隔部分に生じたノイズの除去と、パルスに乗ったノイズの除去とに分けられる。
【００１７】
図１に示すように、全光型の（再生の全てを光領域で行う）再生装置１０は、再生される信号Ｓｉを当該再生装置１０に入力する入力部１４と、当該再生装置１０から取り出される再生された信号Ｓｒを出力する出力部１５との間にカスケード配置された３つの光ステージ１１、１２、１３を備える。
【００１８】
詳細には、第１のステージ１１において、複数の信号パルス間における間隔部分においてノイズが低減される。第２のステージ１２は、入力されたデータ信号によって伝送された情報をクロック信号（Ｃｋ）に移送するとともに、信号の論理反転を導出する。論理反転は、ノイズの影響を受けたパルスをノイズの影響を受けた間隔に変換するものである。最後に、第３のステージ１３は、間隔部分に残るノイズを抑圧する。
【００１９】
このように、第１のステージ１１において、０値となるべき部分を抑圧するノイズ抑圧装置として、ペデスタル成分抑圧装置が使用されうる。また、第２のステージ１２におけるデータ移送ブロックとして、波長反転変換器が使用されうる。さらに、残るノイズを除去するために０値となるべき部分を抑圧する他のノイズ抑圧装置が、最後（第３）のステージ１３において使用されうる。
【００２０】
この技術の利点は、極端に高いビットレートの信号を満足に処理するために、既知のサブシステムであるペデスタル成分抑圧装置および全光型の波長反転変換器を使用できる点である。
【００２１】
さらに、本発明による提案手法は、超高速ビットレートの再生分波器を実現するために容易に使用されうる。これは、より高いビットレートではなく、単により低いビットレートのクロック信号を使用することによって容易に実現されうる。この特徴は、全体の送信システムの複雑さを低減することに役立つであろう。
【００２２】
０値となるべき部分でのノイズの抑圧機能と反転させたデータの移送機能とを実現するために、本実施形態は、光ファイバの非線形効果を使用するように構成される。実際に、光ファイバにおけるカー効果が非常に速い（例えば、数１００フェムト秒）ということが知られている。さらに、干渉構造の使用によって高い効率が保証されている。
【００２３】
ファイバベースの非線形デバイスの中で、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）と呼ばれる既知の光学部材は、本明細書に記載されている実施形態において非常に都合のよいものであるということが分った。
【００２４】
よく知られているように、ＮＯＬＭは、実際に、ファイバ結合器の出口に接続された光ファイバのループにより構成されうる。したがって、入力パルスは、結合割合に比例した異なる振幅を有する２つのパルスへと分割される。パルスは、ループを介してそれぞれ逆方向に伝播され、結合器に到達したときに再結合される。再結合の効果は、例えば、逆方向に伝播される２つの信号がそれぞれのループパスにおいて呈することになる位相特性によって決まる。
【００２５】
特に、０値で抑圧するステージ１１、１３におけるノイズ抑圧装置は、既知のＤＳファイバ（分散シフトファイバ：ＤＳＦ）において、自己位相変調（ＳＰＭ）に基づくＮＯＬＭを使用することによって実現されていた。本実施形態において、入力信号（ステージ１１においてＳｉ、ステージ１３においてＳ２）は、結合器１６、１７によって２つの信号成分に分割される。上記結合器１６、１７によって分割された２つの信号成分は、非線形手段として動作するＤＳファイバを有するファイバループ１８、１９において、逆方向に伝播される。ファイバループに沿って配置された偏波制御装置（ＰＣ）は、上記２つの信号成分が平衡偏波を伴うＮＯＬＭの出口で再結合されることを保証する。
【００２６】
ループファイバ上の損失部材２０、２１は、信号における逆方向に伝播された２つの信号成分のバランスを失わせる。これは、ファイバ中の光のパワーとファイバの長さとに依存して、ＤＳファイバにおける各信号成分に異なる量のＳＰＭを与えるようにするためである。
【００２７】
入力される光のパワーが低い場合、すなわち、限りなく０のレベルに近い場合、ＤＳファイバは、２つの信号成分のそれぞれにおいて、有意なＳＰＭを引き起こさない。このような条件下で、それぞれ逆方向に伝播される２つの信号成分は、逆位相で互いに影響し合う。その結果、ループは、ミラーのように動作し、信号は完全に後方反射されることとなる。
【００２８】
一方、入力される光パワーが十分に高い場合、すなわち、ピーク値に近い場合、ＤＳファイバは、バランスしていない２つの信号成分にそれぞれ異なる位相シフトを引き起こす。これは、逆方向に伝播される２つの信号成分が逆位相でもって干渉しないようにするためである。また、これは、ペデスタル成分の抑圧装置として有効な機能として作用する。したがって、複数のパルス間における間隔部分において、これは、ノイズキャンセラとして機能することとなる。
【００２９】
よく知られているように、複数の位相間で生じた同期の損失（the lack of agreement）がピークパルスでほぼπに到達する場合、強リミッタとして作用する強非線形特性に逆らうようなパルスでさえ、上述したＮＯＬＭはノイズを低減しうる。
【００３０】
しかしながら、この条件を得るためには、非常に高いピークパルスの光パワーが必要とされる。これは、パルスの拡散を避けるためにＤＦファイバを短く保つため必要とされる。なお、パルスの拡散は、機械的振動により生ずる波長分散および偏波変動により発生する。非常に高いビットレート（例えば、１６０Ｇｂｉｔ／ｓ）でのパルス信号を用いて動作する場合は、パルスの制限された動作条件の下で必要となる光パワーを実現することができない。したがって、ＮＯＬＭは、パルス間の間隔部分においてのみノイズを抑圧することとなる。
【００３１】
しかし、本発明によれば、パルスに乗ったノイズを除去する場面においても、０値となるべき部分を抑圧するノイズ抑圧装置やペデスタル成分の抑圧装置を使用しうる。これは、中間に位置するステージ１２の反転機能によって実現しうる。
【００３２】
中間に位置するステージ１２のデータ変換ブロックを実現するには、相互位相変調（ＮＯＬＭ−ＸＰＭ）に基づく既知のＮＯＬＭを使用することが有利であることを発見した。ステージ１２のＮＯＬＭは、入力信号を２つの信号成分に分割する結合器２２を備える。結合器２２は、ファイバループ２３において、２つの信号成分をそれぞれ逆方向に伝播させる。また、ファイバループ２３において、ＤＳファイバは、非線形手段として動作する。さらに、ファイバループ２３に沿って配置された偏波制御装置（ＰＣ）は、偏波が平行となっている２つの信号成分がＮＯＬＭの出口で再結合されることを保証する。
【００３３】
動作原理は、ＳＰＭに基づくＮＯＬＭの動作原理と同様であるが、ステージ１２において、逆方向に伝播される２つの信号成分間の位相差は、右方向にループ内を巡回するポンプ信号によって引き起こされる。ＮＯＬＭに入力された信号は、もはや処理対象の信号ではなく、適切な既知の光源（不図示）によって発生された、高ビットレート送信に適した特性を有するパルスクロックＣｋといえる。前のステージ１１から伝達されるデータ信号Ｓ１は、光結合器２８によってファイバループ２３内へ誘導され、ポンプ光として機能する。その後、データ信号Ｓ１は、クロック信号に起因する逆方向に伝播された各信号成分に位相シフトを引き起こす。
【００３４】
ステージ１２の出口に設けられた帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２７は、クロックレーザ波長となるように再生された信号のみを維持するような濾波帯域が選択されている。
【００３５】
データ信号パルスにおいて正確に位相シフトが引き起こされるよう、ＤＳファイバにおいて、データおよびクロックは、正確に同期していなければならない。そのような同期回路は、既知であり、当業者には容易に想像できるであろう。そのため、そのような同期回路についての詳細な説明または図示は、省略される。
【００３６】
データ移送ブロックは、間隔部分とパルスを入れ替える論理反転器として動作するよう構成される。この条件は、ループ偏波の調節によって獲得されうる。これは、位相シフトが引き起こされた場合にだけ、クロックについての２つの信号成分が、位相がずれた状態で加えられるようにするためである。
【００３７】
このようにして、ステージ１２から出力された信号Ｓ２は、パルス波形が再生されている。また、この再生された信号Ｓ２は、ノイズ成分から間隔部分へと移送されたノイズを抑圧するためのステージ１３（ペデスタル成分の抑圧装置にとって）によって処理されるのに適している。
【００３８】
３つのＮＯＬＭの入力において、必要となる光パワーを得るために、各ステージは、既知の光増幅器２４、２５、２６、例えば、ＥＤＦＡ増幅器をさらに備える。
【００３９】
図２は、再生装置を通過することで改良される信号の品質を示すグラフである。図２の（ａ）に示すように、再生装置に入力される信号Ｓｉは、波形が崩れており、ノイズ成分を含んでいる。再生装置の第１のステージを通過した後、図２の（ｂ）に示す信号Ｓ１は、間隔部分に存在したノイズ成分がフィルタ処理されている（ローレベルノイズが抑圧されている。）。次に、第２のステージ１２において、データ移送ブロックは、論理反転によりクロック信号に情報を移送する。これにより、信号パルスの波形整形による効果と、レベルゼロ（間隔部分）がまだノイズを含む状態にあるものの（信号Ｓ２、図２の（ｃ）に示す）、ノイズに汚染されていないハイレベルの信号（パルス部分）を得ることができる効果とが得られることになる。最後に、第３のステージ１３において、０値となるべき部分を抑圧するノイズ抑圧装置は、パルスから間隔部分に移されたノイズ寄与を除去する。これにより、再生装置は、再生処理を終え、完全に再生された信号Ｓｒ（図２の（ｄ）に示す）を獲得しうる。
【００４０】
本発明による再生装置の実装において、第１のステージ１１は、１Ｋｍの長さのＤＳファイバの区間で実現されうる。この長さは、ファイバの長さを増大させるパルスの不安定性および拡散性の間の妥協点と、より短いファイバの実現のためにより大きな光パワーの必要性とに従って選択されたものである。
【００４１】
上記長さを選択した場合、２ｐｓｅｃ（ピコ秒）の持続時間を有する１６０Ｇｂｉｔ／ｓの信号は、ＮＯＬＭにおいて、所望の非線形効果を誘導するために平均的な光パワーである約２３ｄＢｍを必要とする。これは、市販されているＥＤＦＡ増幅器を使用することによって容易に実現される値である。
【００４２】
第２のステージ１２において、ＤＳファイバについても約１ｋｍの長さが選択される。この長さは、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの信号で動作する場合に、パルスの不安定性とパルスの拡散性とについて好ましい妥協点をもたらすとともに、必要とされる光パワーをもたらすことも分かっていた。所望の位相シフトを含むデータ信号の平均的な光パワーは、約１９．４ｄＢｍとなる。上述したように、１６０Ｇｂｉｔ／ｓでの所望の効果を得るのに必要な光パワーは、光増幅器で容易に獲得可能である。
【００４３】
最後に、第３のステージ１３において、平均的な光パワーが１６０Ｇｂｉｔ／ｓで約２７ｄＢｍに相当する中で、１ｋｍのＤＳファイバが使用されている。この量の光パワーでさえ、通常のＥＤＦＡ増幅器で問題なく獲得可能である。
【００４４】
再生装置通過後のノイズ統計量が依然ガウス分布を示すとすれば、本発明による再生装置において再生処理がなされる前またはなされた後で、図に示したように大まかなメリット係数が実験的に測定されたことになる。メリット係数の増加は、信号の品質が改善されたことを証明する。再生装置の性能は、パルスもしくは間隔部分またはその両方が高いノイズ状態にあるなどの入力条件にある程度依存する。任意のケースにおいて、本発明による再生装置は、十分に改善されたメリット係数を保証する。
【００４５】
例えば、本発明を実現するサンプルデバイスを有するいくつかの実験的なテストでは、非常に状態の悪い使用条件の下でさえ、メリット係数を４．８から６への増加を達成させた。通常の条件下における結果は、３．２から少なくとも６．３へのメリット係数の改善を示した。
【００４６】
シンボル間干渉において、本発明による再生装置のテストでは、十分以上の結果が得られた。例えば、クロックおよび多重化される４０Ｇｂｉｔ／ｓ信号の使用において、入力および出力間での図示された大まかな比較によれば、再生装置が十分に改善された情報を移送しうることを示している。さらに、メリット係数において、例えば、３．２から６．１に大幅に改善された完全なシンボリック間干渉の抑圧を示す。
【００４７】
再生装置の分波器（デマルチプレクサ）として使用する場合でさえ、本発明によるデバイスは、十分以上の結果を得ることができる。例えば、本発明によって実現される再生装置の分波器は、１０ｋｍのＤＳファイバを介して偏波された後に、１６０Ｇｂｉｔ／ｓの信号を１０Ｇｂｉｔ／ｓの信号へと実験的に再生および分離するために使用されうる。この場合、上述したように、分波ビットレート（１０ＧＨｚクロック）でのクロックを使用することで、同時に再生処理および分離処理を実現できる。使用されるデータ信号に関してクロックパルスが完全に最適化されていない場合（すなわち、第２の振幅の発生を引き起こすような場合）であっても、３．０から５．９へとメリット係数が改善されたことで、多重分離されたチャネルの改善がはっきりと証明されたといえる。
【００４８】
予め定めた目的が、ノイズの低減、信号の再形成およびジッタの抑圧に関して、十分な信号の改善を行う有効な再生装置によって実現されたということは明らかである。しかしながら、再生機能を持つ分波器を容易に使用しうる本発明の再生装置におけるさらなる効果は、本当に高いビットレートの信号での動作となる。
【００４９】
当然ながら、本発明の革新的な原理を適用する上述した実施形態は、クレームした独占権の範囲内で上記原理の例示に限定されない方法で実現されうる。
【００５０】
例えば、ＸＰＭ型およびＳＰＭ型のＮＯＬＭに基づく非線形部材を使用することが分ったが、より高いＳＰＭおよびＸＰＭ効果を有する超高速の非線形部材が、必要なパワー条件を低下させ、さらに再生および分離性能を改善させることに有効であることも分った。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に対応する再生装置の概要を示す図である。
【図２】本発明に対応する再生装置を通過する改良された信号の品質を示すグラフである。
【図１】
2007506316.tif 000003
【図２】
2007506316.tif 000004
【国際調査報告】
2007506316.tif 000005
2007506316.tif 000006
2007506316.tif 000007
2007506316.tif 000008
2007506316.tif 000009