(57)【要約】  本発明は、リアルタイムマルチ障害信号パフォーマンス・モニタリングに関する。特に、それはオプティカルデバイス、例えば、キャラクタリゼーションのための信号、および狭帯域ＣＷレーザ信号を受信する入力領域を有するウェーブガイドを含むモノリシック・インテグレーテッド・フォトニクス・チップに関する。上記２つの受信信号を混合する非線形ウェーブガイド領域。混合された信号の高周波スペクトルのそれぞれ別個の周波数帯域を抽出するバンドパスフィルタをそれぞれ備えた１つ以上の出力領域。および、さらに、抽出された別個の周波数帯域信号を出力する（スロー）パワー・ディテクタを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアル−タイム・マルチ障害信号パフォーマンスモニタリングのためのオプティカルデバイスであって、
テストのための信号、および狭帯域ＣＷレーザ信号を受信する入力領域と、
上記２つの受信信号を混合する非線形ウェーブガイド領域と、
混合された信号のＲＦスペクトルのそれぞれ別個の周波数帯域を抽出するバンドパスフィルタをそれぞれ備えた１つ以上の出力領域とを有するウェーブガイドを含み、
さらに、抽出された別個の周波数帯域信号を出力するパワー・ディテクタを含むことを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項２】
請求項１のオプティカルデバイスであって、
さらに、狭帯域ＣＷレーザ信号を供給する、デバイスに集積されたレーザを含むことを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項３】
請求項１および請求項２のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記混合はクロス−フェーズ・モジュレーションとなることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
集積されるバンドパスフィルタは、ウェーブガイド上にリソグラフィック技術を用いてエッチングされることをことを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記フィルタは、ブラッグ格子であることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項６】
請求項１から請求項４のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記フィルタは、アレイ・ウェーブガイド格子（ＡＷＧ）であることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
ただ２つのオプティカル・バンドパスフィルタとスロー・パワー・ディテクタとが設けられていることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
さらに、別個の周波数帯域信号のＲＦスペクトル解析をするプロセッサを含むことを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
デバイスが、シリコンから形成されていることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記ウェーブガイドが、シリコンから形成されていることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記ウェーブガイドが、分散設計された、高非線形カルコゲニド（ＣｈＧ）リブ・ウェーブガイドであることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記ウェーブガイドは、非線形光ファイバであることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１３】
請求項８のオプティカルデバイスであって、
ＲＦスペクトルで見られる特徴が、同時グループ・ベロシティ・ディスパージョン、およびイン−バンド光信号対ノイズ比モニタリングを行うのに直接的に用いられることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１４】
請求項８のオプティカルデバイスであって、
信号障害とＲＦスペクトルとの関係、または自己相関追跡に基づいて、上記プロセッサが、ＧＶＤ、ＯＳＮＲ、およびタイミング・ジッタを広計測ダイナミックレンジで同時にモニタすることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記パワー・ディテクタは、スロー・パワーディテクタであることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
オン−オフキーイング、
位相差シフトキーイング（ＤＰＳＫ）、
１／４位相差シフトキーイング（ＱＰＳＫ）、および
光時分割多重（ＯＴＤＭ）のうち何れか１つの変調タイプに従って変調されたテスト信号を受信することを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
上記デバイスは、入力、非線形ウェーブガイド、および出力領域が集積されたモノリシック・インテグレーテッド・フォトニクスチップであることを特徴とするオプティカルデバイス。
【請求項１８】
請求項８および請求項１７のうち何れか１項のオプティカルデバイスであって、
プロセッサ領域も、デバイスの他の領域と共に集積されていることを特徴とするオプティカルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の光モニタリング（Photonic Monitoring for Optical Signals）に関し、特に、リアルタイムマルチ障害信号パフォーマンス・モニタリング（real-time multi-impairment signal performance monitoring）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な光伝送システムは、トランスミッタおよびレシーバ両方のシンプルさのために、主に、一般的な強度変調フォーマット、すなわちオン−オフキーイング（ＯＯＫ）を用いる。近年では、ディファレンシャル・フェーズ・シフト・キーイング（ＤＰＳＫ）や、ディファレンシャル・クワードラチャ・フェーズ・シフト・キーイング、ｍ−アレイ・フェーズ・シフトキーイングなどの進んだコヒーレントな変調フォーマットが、増大する注目を集めている［１−４］。コヒーレントなコミュニケーションネットワークでは、データは、光信号の強度ではなく、フェーズにエンコードされ、伝統的なＯＯＫフォーマットに比べて、ロバスト性、非線形性、およびクロストークへのよりよい耐性、レシーバの感度の増大、およびスペクトル効率を含む多くの利点をもたらす［１］。これらの利点により、多くの研究機関は、ウルトラ・ハイ・ビットレートで長距離の（long-haul）伝送システムのための進んだ変調フォーマットを開発している［５−８］。
【０００３】
コヒーレントな光システムのロバスト性に係わらず、信頼性の高いオプティカル・パフォーマンス・モニタリング（ＯＰＭ）［９、１０］は、依然、ネットワーク・インフラストラクチャの重要な部分である。特に、サービス品質の保証、およびオプティカル・ネットワーク・パフォーマンスのためにである。一般に、ＤＰＳＫ信号は、パフォーマンス・モニタリングのために、マッハ・ツェンダー（ＭＺ）・ディレイ干渉計、およびハイ−スピード・バランストレシーバによって復調され、検出され［１］、それぞれ、かなりのコストとネットワークの複雑さをもたらす。
【０００４】
いくつかの比較的シンプルなＯＰＭ技術が、位相変調された光信号の障害をモニタするためにレポートされている。これらは、高周波（ＲＦ）パワー・スペクトルを用いた、グループ・ベロシティ・ディスパージョン（ＧＶＤ）［１１］および光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）モニタリング［１２］、および非同期アンプリチュードおよびフェーズ・ヒストグラムを用いた、アンプリチュードおよびフェーズＱ−ファクタ計測［１３］のための単一の障害モニタリング方法を含む。さらに、非同期アンプリチュード・ヒストグラム評価（evaluation）を用いたＧＶＤおよびＯＳＮＲモニタリング［１４］、非同期アンプリチュード・ヒストグラム評価［１５］または非同期ディレイ・タップ・サンプリング［１６］を用いたＧＶＤおよび第１次偏光モードディスパージョン（first-order polarization mode dispersion）（ＰＭＤ）モニタリングを含むマルチ障害モニタリングスキームが確立されている。しかし、これらの一般的な電気−光ベースのモニタリング・スキームは、高速ディテクタに依存し（reply on）、よって、これらの典型的なバンド幅は、約１００ＧＨｚに制限され、コストは比較的高いままである。
【０００５】
上記方法に対して、高速フェーズ・エンコーデッド・オプティカル信号のために働く種々のオール−オプティカルＯＰＭスキーム（all-optical OPM schemes）が提案されている。これらは、半導体マイクロ・キャビティ内の２光子吸収［１７］、およびオプティカル・ディレイ干渉計［１８］を用いたＯＳＮＲモニタリングを含む。または、非線形オプティクスに基づくオール−オプティカル信号処理が、電気的バンド幅によって規制される制限を克服するための方法として考えられている。きわめて非線形なファイバー（ＨＮＬＦ）［２０］中のクロス−フェーズ・モジュレーション（ＸＰＭ）を用いるＧＶＤモニタリングを含むいくつかのモニタリング方法が提案されている。これらの手法は、興味深い結果が得られているが、次世代の光通信ネットワークに必須のマルチ障害モニタリング機能を提供しない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、オプティカルデバイス、例えばモノリシック・インテグレーテッド・フォトニクス・チップ、であって、以下を有するウェーブガイドを含む。
【０００７】
キャラクタリゼーションのための信号、および狭帯域ＣＷレーザ信号を受信する入力領域。
【０００８】
上記２つの受信信号を混合する非線形ウェーブガイド領域。
【０００９】
混合された信号の高周波スペクトルのそれぞれ別個の周波数帯域を抽出するバンドパスフィルタをそれぞれ備えた１つ以上の出力領域。
【００１０】
および、さらに、抽出された別個の周波数帯域信号を出力する（スロー）パワー・ディテクタを含む。
【００１１】
この装置は、リアルタイム障害モニタリング機能を可能にし、デバイスの入力、非線形ウェーブガイド、および出力領域を集積する小型で安価なチップを実現し得る。特に、また、高感度、およびマイクロウェーブおよびフォトニクス・アプリケーションの不明確さのないマルチ障害モニタリングを提供する。
【００１２】
狭帯域ＣＷレーザ信号を供給するために、半導体レーザもチップに集積し得る。
【００１３】
上記２つの受信信号の混合は、これらの間のクロス−フェーズ・モジュレーションを生成する。
【００１４】
集積されるバンドパスフィルタは、ウェーブガイド上にリソグラフィック技術を用いてエッチングされ得る。上記フィルタは、ブラッグ格子（Bragg gratings）、またはアレイ・ウェーブガイド格子（ＡＷＧ）であってもよい。
【００１５】
１つ以上の出力領域の使用は、いくつかの異なる信号障害の同時モニタリングを可能にする。例えば、２つの出力領域は、ＧＶＤとＯＮＳＲとの両方をモニタし得る。
【００１６】
ウェーブガイドは、分散設計された（a dispersion engineered）、ｍｍスケールでのカー・ノンリニアリティ（Kerr nonlinearity）のフェムト秒応答時間を用いてＴＨｚバンド幅をもたらす高非線形カルコゲニド（ＣｈＧ）リブ・ウェーブガイド（highly nonlinear Chalcogenide (ChG) rib waveguide）であり得る。モノリシック・インテグレーテッド・フォトニクス・チップは、シリコンに組み込まれてもよい。ウェーブガイドも、また、高速用途にモディファイされたシリコンに組み込まれてもよい。
【００１７】
ＲＦスペクトルで見られる特徴は、同時グループ・ベロシティ・ディスパージョン、およびイン−バンド光信号対ノイズ比のモニタリングをするために直接的に用いられ得る。      
【００１８】
信号障害とＲＦスペクトルとの関係、または自己相関追跡（autocorrelation traces）に基づいて、チップは、ＧＶＤ、ＯＳＮＲ、およびタイミング・ジッタを広計測ダイナミックレンジで（high measurement dynamic ranges）同時にモニタするために用いられ得る。
【００１９】
チップは、オン−オフキーイングと同様に、以下を含む発展した変調フォーマットに用いられ得る。
【００２０】
ディファレンシャル・フェーズ・シフト・キーイング（ＤＰＳＫ）
ディファレンシャル・クワードラチャ・フェーズ・シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）
オプティカル・タイムディヴィジョン・マルチプレクシング（ＯＴＤＭ）。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】複数の障害を同時にモニタするチップベースＲＦスペクトルアナライザの概略図である。
【図２】伝送システムの図である。
【図３】図３（ａ）は、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫの実験構成図、図３（ｂ）は、６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ光信号生成の実験構成図、図３（ｃ）は、ＤＰＳＫ信号のＧＶＤおよびイン−バンドＯＳＮＲを同時にモニタリングする実験構成図である。
【図４】図４（ａ）は、光スペクトルのグラフ、図４（ｂ）は、異なる条件（ｉ）障害なし、（ｉｉ）ＡＳＥノイズ、および（ｉｉｉ）ＧＶＤで、チップベースＲＦスペクトルアナライザによりキャプチャされた４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号のＲＦスペクトルのグラフである。
【図５】４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫで−他のＧＶＤおよびイン−バンドＯＳＮＲ計測のプロットである。
【図６】図６（ａ）は、光スペクトルのグラフ、図６（ｂ）は、（ｉ）障害のない６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ信号、（ｉｉ）ＡＳＥノイズ、および（ｉｉｉ）ＧＶＤのＲＦスペクトルのグラフである。
【図７】６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫデータのＧＶＤおよびイン−バンドＯＳＮＲ計測の一連のプロットである。
【図８】図８（ａ）は、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ信号のＯＳＡ（ＧＶＤがない場合）から得られた実際のＯＳＮＲの機能として我々の方法で計測されたＯＳＮＲ値のグラフ、図８（ａ）は、６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ信号のＯＳＡ（ＧＶＤがない場合）から得られた実際のＯＳＮＲの機能として我々の方法で計測されたＯＳＮＲ値のグラフである。
【図９】ウェーブガイドにエッチングされたフィルタを有するモノリシック・インテグレーテッド・サーキット・ウェーブガイド、およびディテクタの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明の一実施例が、添付された図面を参照して説明される。
【００２３】
Ｉ．  動作原理
Ａ．  高周波スペクトルモニタリング
図１は、トランスミッタ１０からレシーバ１２に送られたイン・ライン・エルビウム・ドープト・フィルタ・アンプリファイア（ＥＤＦＡ）８からの入力信号６を受信するフォトニック・チップ２ベースＲＦアナライザ４の概略図を示す。中心周波数ｆｓのテスト下の信号（ＳＵＴ）１４は、周波数ｆｐの狭帯域連続波（ＣＷ）ビーム１６と共に非線形ウェーブガイド２を通して共伝播（co-propagated）される。光カー効果によって引き起こされるクロス・フェーズ・モジュレーション（ＸＰＭ）１８［２４］は、共伝播ＣＷプローブ・フィールド上への信号の瞬間の強度に比例したフェーズ−モジュレーションを誘導する。上記ＸＰＭは、このように、ＣＷプローブの位相への信号強度の急速な変動をマップし、（The XPM thus maps the rapid fluctuations of the signal intensityonto the phase of the CW probe,）新たな周波数としての拡張した光スペクトルがプローブ周波数２０周りに生成される。（broadening its optical spectrum as new frequencies are generatedaround the probe frequency 20.）ここで、ｆｓとｆｐとの間の周波数分離は、スペクトル干渉を回避するために十分に大きい必要がある。非線形ウェーブガイドの出力でのプローブ・フィールドＥｐ’（ｔ）は、以下になる。
【００２４】
【数１】
2013535031.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｅｐ（ｔ）は、プローブの初期電場、φＮＬ（ｔ）は、非線形係数γ＝（２π．ｎ２）／（λ．Ａｅｆｆ）［２４］、および非線形伝播長Ｌでの
【数２】
2013535031.tif 000004
に従った信号強度Ｉ（ｔ）に比例した非線形位相シフトである。φＮＬ（ｔ）≪１と仮定したときの期間ｅｘｐ［ｊ．φＮＬ（ｔ）］のテーラー級数展開により、プローブの電場は、
【数３】
2013535031.tif 000005
となる。
【００２６】
よって、ウェーブガイドを通して伝播した後のＣＷプローブの光スペクトルは、テスト下の信号（ＳＵＴ）のパワースペクトルに比例する［２５］。
【００２７】
【数４】
2013535031.tif 000006
【００２８】
そこで、プローブの光スペクトルを計測することによって、テスト下のシステムのＲＦスペクトルをキャプチャすることが可能となる。この技術のバンド幅は、媒体の非線形応答時間、およびポンプ１４とプローブ１６との間のグループ−ベロシティ−ミスマッチ−インデュースト・ウォーク−オフによって決定される。オプティカル・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２，２４、およびパワーメータ２６，２８は、光スペクトルのキャプチャ、および障害計測のためのパワーシグナルＰ１，Ｐ２の抽出のために用いられる。このようにして、シンプルで、モノリシックな、Ｐ１，Ｐ２の瞬間計測が行われ得る。ここで、パワーＰ１は、第１基礎クロックトーン周りの低周波数のバンドから抽出され、Ｐ２は、ＲＦスペクトルの高周波数のバンドから抽出される。ＸＰＭ１８のハイパワー要求故に、ＥＤＦＡ８による増幅後の入力信号をとることは有利である。
【００２９】
Ｂ．  マルチ障害パフォーマンス・モニタリング
図２は、基本的なディジタル・フェーズ・シフト・キー（ＤＰＳＫ）伝送およびモニタリングシステムを示す。標準シングルモードファイバー（ＳＭＦ）３２の入力でのトランスミッタ３０からの位相エンコード光信号は、［２６］のように定義される。
【００３０】
【数５】
2013535031.tif 000007
【００３１】
ここで、ａｋ＝±１、Ｔはビット期間、ｐ（ｔ）はパルス関数である。増幅された自然放射（ASE：amplified spontaneous emission）ノイズ、ＰＭＤ、およびカー・ノンリニアリティのないＳＭＦの伝達関数は、［２６］により与えられる。
【００３２】
【数６】
2013535031.tif 000008
【００３３】
ここで、β２はＧＶＤパラメータ、Ｌはファイバ長である。ＳＭＦの出力での光信号は、入力信号とファイバのインパルス応答間のたたみ込み（convolution）である。
【００３４】
【数７】
2013535031.tif 000009
【００３５】
よって、［１１］によれば、ＳＭＦの出力での周波数ｆの関数としての光信号のＲＦスペクトルは、次のようになる。
【００３６】
【数８】
2013535031.tif 000010
【００３７】
ここで、Ｂ＝１／Ｔは光信号のビットレート、Ｇｎ（ｆ）およびＫ（ｆ）は［１１］のように定義される。
【００３８】
【数９】
2013535031.tif 000011
【００３９】
【数１０】
2013535031.tif 000012
【００４０】
なお、（数９）は、入力信号の周波数、および伝送障害によって発生した新たな周波数に依存する。もし、ＡＳＥノイズがこの伝送システムに含まれるなら、ＳＭＦファイバの出力でのトータルのＲＦスペクトルは［１２］である。
【００４１】
【数１１】
2013535031.tif 000013
【００４２】
ここで、Ｓｓｉｇｎａｌ（ｆ）、ＳＡＳＥ（ｆ）、およびＳｓｉｇｎａｌ−ＡＳＥ（ｆ）は、それぞれ、光信号、ＡＳＥノイズ、およびシグナル−ＡＳＥビートノイズのＲＦスペクトルである。
【００４３】
Ｃ．  カルコゲニド平面ウェーブガイド
このＯＰＭスキームを用いたマルチプル障害の正確な計測は、ＲＦスペクトルアナライザの十分なバンド幅を必要とする。ここで、我々は、計測性能を高めるために、高非線形、分散シフトカルコゲニド（ＣｈＧ）平面ウェーブガイドを用いる［２７］。ＣｈＧ平面ウェーブガイドは、大きな超高速カー・ノンリニア・インデックス係数ｎ２（シリカの１００倍よりも大きい［２８］）、およびトランスバース−マグネティック（ＴＭ）モードの〜１．２μｍ２の小さな有効コア・エリアＡｅｆｆ［２９］による高非線形レスポンスを含む多くの利点をもたらす。そこで、非線形係数γは、およそ９９００Ｗ−１ｋｍ−１以上で、常分散（normal dispersion）は、１５５０ｎｍで〜２８．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの異常分散にオフセットされる。低い分散と、６．８ｃｍの短い伝播長との組み合わせは、ウルトラ−ロー・ウォーク−オフをもたらし、このようにしてＴＨｚ計測バンド幅を可能にする［３０、３１］これは、高速光信号のモニタリングの上記特徴付けおよび性能を可能にする［２２、２３］。
【００４４】
ＩＩ．  実験および結果
Ａ．  実験のセットアップ
我々は、図３（ａ）に示すように、λｓ＝１５４３ｎｍのＣＷレーザソース４０、および４０Ｇｂｉｔ／ｓの２３１−１パターン長の疑似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）によって駆動されるＤＰＳＫ  ＭＺモジュレータ４２を用いて、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号を生成する。ＭＺモジュレータの出力では、アイダイアグラムに駆動波形欠陥の影響による光強度のディップが観察されたが、光信号の位相情報は損なわれずに保たれる［１］。
【００４５】
図３（ｂ）は、６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ信号のセットアップを示す。λｓ＝１５４２．５ｎｍ（非線形圧縮語に〜５５０ｆｓパルス幅）のモード−ロックト・ファイバ・レーザ５０からの４０ＧＨｚのパルス列は、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫデータストリームを生成するために、同じＭＺモジュレータ４２によってデータエンコードされた。データをパルスに調整するために、オプティカル・ディレイ・ライン（Δｔ）５２が用いられた。オプティカル・サンプリングオシロスコープによってアイダイアグラムがキャプチャされる６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ信号は、４ステージの時分割多重（ＭＵＸ）５６によって４０Ｇｂｉｔ／ｓのデータから生成された。
【００４６】
図３（ｃ）は、位相エンコーデッド光信号の同時マルチ障害モニタリングのための実験のセットアップを示す。４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号６０、および６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ信号６２は、オプティカル障害、例えば、それぞれ、Ｆｉｎｉｓａｒウェーブ・シェーパー［３２］６４、およびエルビウム・ドープト・ファイバ・アンプリファイア（ＥＤＦＡ）６６から生成されたＧＶＤおよびＡＳＥノイズ、と結合された。なお、信号およびＡＳＥノイズがコ−ポラライズされる（co-polarized）のを確実にするために、イン−ライン・ポラライザ６８が用いられた。劣化した信号（Ｐａｖｅ＝３３ｍＷ）、およびＣＷプローブ（Ｐａｖｅ＝３０ｍＷ、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号はλｐ＝１５５０ｎｍ、６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ信号はλｐ＝１５７０ｎｍ）は、ポラライゼーション・コントローラ（ＰＣ）６８を用いてＴＭモードに調整され、レンズファイバ対を用いたカップリングによって平面ウェーブガイド２を通してコ−プロパゲートされた。トータルの挿入ロスは、〜１１．３ｄＢであった。
【００４７】
Ｂ．  ４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫのモニタリング
図４は、３つの異なる状態：障害なし、ＡＳＥノイズ、およびＧＶＤの４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光およびＲＦスペクトルを示す。我々は、低い周波数および高い周波数でのＲＦパワーとしてＰ１およびＰ２をそれぞれ図４（ｂ）に示すように定義した。Ｐ１およびＰ２の計測のためのバンド幅は、我々の実験では同じである。我々は、ＧＶＤの増大に従ってＲＦスペクトルのパワーＰ１は増大し、より高い周波数でＡＳＥノイズはパワーＰ２を上昇させることを観察した。なお、ＧＶＤの影響は、光スペクトルではなく、信号の一時的な（temporal）波形、よってＲＦスペクトルを変化させるだけである。
【００４８】
我々は、ＲＦパワースペクトル上のＧＶＤの信号障害とＡＳＥノイズとの間の関係を、同時にそれらの衝突（impact）を決定するために用いる。我々は、伝統的な光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）からキャプチャされたＲＦスペクトルの１０ＧＨｚのバンド幅に亘るパワーを積分してＰ１およびＰ２を計算する。同じ機能は、２つのシャープで狭い光ＢＰＦｓを用いて行うこともできる。これは、自己相関アプローチ［２１、２２］に比べて、装置を簡素化し、リアルタイムモニタリングを容易にする。
【００４９】
図５では、我々はパワーレシオＰ１／Ｐ２に対するパワーＰ１をマップする。マップの各点は、独自にＯＳＮＲおよびＧＶＤの両方を定義し、よって、それぞれの値が同時に決定されるのを可能にする。我々は、５１０ｐｓ／ｎｍまでの非常に高いＧＶＤモニタリングレンゲおよびＯＳＮＲレンジが〜３０ｄＢを達成した。
【００５０】
Ｃ．  ６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫのモニタリング
図６（ａ）は、光スペクトルを示し、図６（ｂ）は、６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ光信号のＲＦスペクトル上のＧＶＤおよびＡＳＥノイズの影響を表す。
【００５１】
図７は、ＲＦスペクトルの特定の特徴に基づいた６４０Ｇｂｉｔ／ｓの位相エンコーデッド信号のＧＶＤおよびＯＳＮＲモニタリング結果を示す。Ｐ１およびＰ２の計測バンド幅は４８０ＧＨｚである。ここで、ＧＶＤおよびＯＳＮＲモニタリングレンジは、それぞれ、約０．２ｐｓ／ｎｍおよび４０ｄＢである。
【００５２】
我々のＯＳＮＲ計測を検証するために、我々は、我々の技術で計測されたＯＳＮＲの値を、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫ信号、および６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ信号のためにＯＳＡを用いて得られた値と比較した。図８は、２つの方法間で高精度なモニタリングの良好な一致を示している（４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ−ＤＰＳＫで誤差＜１．２ｄＢ、および６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫで誤差＜０．５）。なお、これらの計測でＧＶＤ＝０ｐｓ／ｎｍである。
【００５３】
ＩＩＩ．  ディスカッション
マルチ障害モニタリングアプローチは、低い周波数（ＣＷプローブから第１のＲＦクロックトーンへ）、および高い周波数（第２から第３のトーンへ）でのＲＦパワーであるパワーＰ１およびＰ２（図４および図７に示される）の計測に基づいている。したがって、十分な計測バンド幅は、このモニタリングアプローチの精度を決定するキーとなる決定要素である。
【００５４】
【表１】
2013535031.tif 000014
【００５５】
キーパラメータが（表１）に示される、ＣｈＧ分散シフト平面ウェーブガイド、および２つの一般的な媒体ＨＮＬＦおよびＤＳＦを含む３つの異なる非線形媒体が、このセクションで研究された。なお、我々の数値的調査（numerical investigation）では、ロスは無視され、オペレーティングパワーは、シミュレーションと実験との両方で同等に保たれた。異なるウェーブガイドを比較する目的のために、我々の解析は、γ・Ｌ、０．６７３２Ｗ−１積は等しいと仮定する（assumes an equal γ・L product of 0.6732 W-1）。これは、それぞれ３３．６６ｍおよび２２４．４ｍのＨＮＬＦおよびＤＳＦの等価な長さを与える。
【００５６】
この計測スキームの３−ｄＢバンド幅は、λｓ＝１５４２．５ｎｍの比較的狭い波長分離中心（wavelength separation centered）の２つのＣＷレーザの干渉によって生成された正弦波を用い、数値的に特徴付けられる（numerically characterized）。λｐ＝１５７０ｎｍの第３のＣＷプローブは、研究された媒体［２５、２７、３０］を通して、このビート信号に結合される。
【００５７】
図１０は、この技術の３−ｄＢバンド幅である、ビート周波数の増大にプローブ波長の周りに生成されるＸＰＭトーンのパワーを示す。我々の数値モデルは、非線形効果と同様にセカンドオーダーβ２およびサードオーダーβ３の分散をシミュレートするために非線形シュレディンガー方程式［２４］を用いた。
【００５８】
【数１２】
2013535031.tif 000015
【００５９】
ここで、Ａは変化するエンベロープ、ＴＲは３ｆｓに設定されたランダムレスポンスタイムである。なお、この式では伝播ロスは無視されている。
【００６０】
最後に、図９は、ウェーブガイド７０の端部に入力される信号１４、およびオンチップレーザ７２から注入されるＣＷプローブ信号１６を備えたフォトニクスチップ２の詳細な構造を示す。ウェーブガイド７０は、それぞれＰ１およびＰ２を抽出するためにバンドパスフィルタ７８，８０がエッチングされた２つのサブチャネル７４，７６に分離する。スロー・ディテクタ８２，８４は、また、チップ２に集積され、マルチ障害モニタリングのためにＰ１およびＰ２を出力するプロセッサ８６も同様である。挿入はＲＦスペクトルおよびそれから来るＧＶＤおよびＯＳＮＲモニタリング結果を示す。
【００６１】
参照
[1]          A.H. Gnauck and P. J. Winzer, "Optical Phase-Shift-Keyed Transmission,"J. Lightw. Technol., vol. 23, no. 1, pp. 115-130, Jan. 2005.
[2]          C.Schmidt-Langhorst, R. Ludwig, D.-D. Gros, L. Molle, M. Seimetz, R. Freund, andC. Schubert, "Generation and Coherent Time-Division Demultiplexing of upto 5.1 Tb/s Single-Channel 8-PSK and 16-QAM Signals," in Proc. OpticalFiber Communication Conference (OFC), San Diego, USA, Paper PDPC6, 2009(Postdeadline Paper).
[3]          H.C. H. Mulvad, M. Galili, L. K. Oxenlowe, H. Hu, A. T. Clausen, J. B. Jensen, C.Peucheret, and P. Jeppesen, "Demonstration of 5.1 Tbit/s data capacity ona single-wavelength channel," Opt. Express, vol. 18, no. 2,pp. 1438-1443, Jan. 2010.
[4]          A.D. Ellis, J. Zhao, and D. Cotter, "Approaching the Non-Linear ShannonLimit," J. Lightw. Technol., vol. 28, no. 4, pp. 423-433,Feb. 2010.
[5]          A.Sano, H. Masuda, T. Kobayashi, M. Fujiwara, K. Horikoshi, E. Yoshida, Y.Miyamoto, M. Matsui, M. Mizoguchi, H. Yamazaki, Y. Sakamaki, and H. Ishii,"69.1-Tb/s (432 x 171-Gb/s) C- and Extended L-Band Transmission over 240Km Using PDM-16-QAM Modulation and Digital Coherent Detection,," in Proc.Optical Fiber Communication Conference (OFC), San Diego, USA, PaperPDPB7, 2010 (Postdeadline Paper).
[6]          A.H. Gnauck, P. J. Winzer, S. Chandrasekhar, X. Liu, B. Zhu, and D. W. Peckham,"10 × 224-Gb/s WDM Transmission of 28-Gbaud PDM 16-QAM On A 50-GHz GridOver 1,200 Km of Fiber," in Proc. Optical Fiber CommunicationConference (OFC), San Diego, USA, Paper PDPB8, 2010 (Postdeadline Paper).
[7]          X.Zhou, J. Yu, M.-F. Huang, Y. Shao, T. Wang, L. Nelson, P. Magill, M. Birk, P.I. Borel, D. W. Peckham, and R. Lingle, "64-Tb/s (640x107-Gb/s) PDM-36QAMTransmission over 320km Using Both Pre- and Post-Transmission DigitalEqualization," in Proc. Optical Fiber Communication Conference(OFC), San Diego, USA, Paper PDPB9, 2010 (Postdeadline Paper).
[8]          J.-X.Cai, Y. Cai, C. Davidson, D. Foursa, A. Lucero, O. Sinkin, W. Patterson, A.Pilipetskii, G. Mohs, and N. Bergano, "Transmission of 96x100GPre-Filtered PDM-RZ-QPSK Channels with 300% Spectral Efficiency over 10,608kmand 400% Spectral Efficiency over 4,368km," in Proc. OpticalFiber Communication Conference (OFC), San Diego, USA, Paper PDPB10, 2010(Postdeadline Paper).
[9]          D.C. Kilper, R. Bach, D. J. Blumenthal, D. Einstein, T. Landolsi, L. Ostar, M.Preiss, and A. E. Willner, "Optical Performance Monitoring," J.Lightw. Technol., vol. 22, no. 1, pp. 294-304, Jan. 2004.
[10]        Z.Pan, C. Yu, and A. E. Willner, "Optical performance monitoring for thenext generation optical communication networks," Opt. Fiber Technol., vol.16, no. 1, pp. 20-45, Jan. 2010.
[11]        J.Zhao, A. P. T. Lau, K. K. Qureshi, Z. Li, C. Lu, and H. Y. Tam, "ChromaticDispersion Monitoring for DPSK Systems Using RF Power Spectrum," J.Lightw. Technol., vol. 27, no. 24, pp. 5704-5709, Dec. 2009.
[12]        C.Dorrer and X. Liu, "Noise Monitoring of Optical Signals Using RF SpectrumAnalysis and Its Application to Phase-Shift-Keyed Signals," IEEEPhoton. Technol. Lett., vol. 16, no. 7, pp. 1781-1783, Jul. 2004.
[13]        H.Y. Choi, Y. Takushima, and Y. C. Chung, "Optical performance monitoringtechnique using asynchronous amplitude and phase histograms," Opt.Express, vol. 17, no. 26, pp. 23953-23958, Dec. 2009.
[14]        Z.Li, C. Lu, Y. Wang, and G. Li, "In-service signal quality monitoring andmulti-impairment discrimination based on asynchronous amplitude histogramevaluation for NRZ-DPSK systems," IEEE Photon. Technol. Lett., vol.17, no. 9, pp. 1998-2000, Sep. 2005.
[15]        Z.Li and G. Li, "Chromatic Dispersion and Polarization-Mode DispersionMonitoring for RZ-DPSK Signals Based on Asynchronous Amplitude-HistogramEvaluation," J. Lightw. Technol., vol. 24, no. 7, pp.2859-2866, Jul. 2006.
[16]        T.B. Anderson, A. Kowalczyk, K. Clarke, S. D. Dods, D. Hewitt, and J. C. Li,"Multi Impairment Monitoring for Optical Networks," J. Lightw.Technol., vol. 27, no. 16, pp. 3729-3736, Aug. 2009.
[17]        D.A. Reid, K. Bondarczuk, K. J. Dexter, K. Shi, P. M. Anandarajah, L. P. Barry,W.-H. Guo, J. O’Dowd, M. Lynch, A. L. Bradley, and J. F. Donegan,"Two-Photon-Absorption-Based OSNR Monitor for NRZ-PSK TransmissionSystems," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 22, no. 5, pp.275-277, Mar. 2010.
[18]        X.Liu, Y.-H. Kao, S. Chandrasekhar, I. Kang, S. Cabot, and L. L. Buhl, "OSNRmonitoring method for OOK and DPSK based on optical delay interferometer,"IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 19, no. 15, pp. 1172-1174, Aug.2007.
[19]        D.Dahan, U. Mahlab, and D. Levy, "Stimulated Brillouin Scattering basedIn-Band OSNR Monitoring for 40G and 100G Deployment in Optical Networks with100 GHz and 50 GHz Channel Spacing," in Proc. Optical FiberCommunication Conference (OFC), San Diego, USA, Paper OWB4, 2010 
[20]        J.-Y.Yang, L. Zhang, X. Wu, O. F. Yilmaz, B. Zhang, and A. E. Willner,"All-Optical Chromatic Dispersion Monitoring for Phase-Modulated SignalsUtilizing Cross-Phase Modulation in a Highly Nonlinear Fiber," IEEEPhoton. Technol. Lett., vol. 20, no. 19, pp. 1642-1644, Oct. 2008.
[21]        T.D. Vo, M. D. Pelusi, J. Schroder, B. Corcoran, and B. J. Eggleton,"Multi-Impairment Monitoring at 320 Gb/s based on Cross Phase ModulationRadio-Frequency Spectrum Analyzer," IEEE Photon. Technol. Lett., 2010.
[22]        T.D. Vo, M. D. Pelusi, J. Schroder, F. Luan, S. J. Madden, D.-Y. Choi, D. A. P.Bulla, B. Luther-Davies, and B. J. Eggleton, "Simultaneous multi-impairmentmonitoring of 640 Gb/s signals using photonic chip based RF spectrumanalyzer," Opt. Express, vol. 18, no. 4, pp. 3938-3945, Feb.2010.
[23]        T.D. Vo, H. Hu, M. Galili, E. Palushani, J. Xu, L. K. Oxenlowe, S. J. Madden, D.Y. Choi, D. A. P. Bulla, M. D. Pelusi, J. Schroder, B. Luther-Davies, and B. J.Eggleton, "Photonic Chip Based 1.28 Tbaud Transmitter Optimization andReceiver OTDM Demultiplexing," in Proc. Optical FiberCommunication Conference (OFC), San Diego, USA, Papers PDPC5, 2010 (Postdeadlinepaper).
[24]        G.P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed.: California: Academic Press,2001.
[25]       C.Dorrer and D. N. Maywar, "RF Spectrum Analysis of Optical Signals UsingNonlinear Optics," J. Lightw. Technol., vol. 22, no. 1, pp.266-274, Jan. 2004.
[26]        A.F. Elrefaie, R. E. Wagner, D. A. Atlas, and D. G. Daut, "ChromaticDispersion Limitations in Coherent Lightwave Transmission Systems," J.Lightw. Technol., vol. 6, no. 5, pp. 704-709, May 1988.
[27]        M.D. Pelusi, T. D. Vo, F. Luan, S. J. Madden, D.-Y. Choi, D. A. P. Bulla, B.Luther-Davies, and B. J. Eggleton, "Terahertz bandwidth RF spectrumanalysis of femtosecond pulses using a chalcogenide chip," Opt.Express, vol. 17, no. 11, pp. 9314-9322, May 2009.
[28]        J.M. Harbold, F. O. Ilday, F. W. Wise, J. S. Sanghera, V. Q. Nguyen, L. B. Shaw,and I. D. Aggarwal, "Highly nonlinear As-S-Se glasses for all-opticalswitching," Opt. Lett., vol. 27, no. 2, pp. 119-121, Jan.2002.
[29]        D.-Y.C. S. Madden, D. A. Bulla, R. Wang, A. Rode, and B. Luther-Davies,"Submicrometer-Thick Low-Loss As2S3 PlanarWaveguides for Nonlinear Optical Devices," IEEE Photon. Technol. Lett.,vol. 22, no. 7, pp. 495-497, Apr. 2010.
[30]        M.Pelusi, F. Luan, T. D. Vo, M. R. E. Lamont, S. J. Madden, D. A. Bulla, D. Y.Choi, B. Luther-Davies, and B. J. Eggleton, "Photonic-chip-basedradio-frequency spectrum analyser with terahertz bandwidth," NaturePhoton., vol. 3, no. 3, pp. 139-143, Feb. 2009.
[31]       M.D. Pelusi, F. Luan, E. Magi, M. R. Lamont, D. J. Moss, B. J. Eggleton, J. S. Sanghera,L. B. Shaw, and I. D. Aggarwal, "High bit rate all-optical signalprocessing in a fiber photonic wire," Opt. Express, vol. 16, no.15, pp. 11506-11512, Jul. 2008.
[32]        M.A. F. Roelens, S. Frisken, J. A. Bolger, D. Abakoumov, G. Baxter, S. Poole, andB. J. Eggleton, "Dispersion Trimming in a Reconfigurable WavelengthSelective Switch," J. Lightw. Technol., vol. 26, no. 1, pp.73-78, Jan. 2008.
【図１】
2013535031.tif 000016
【図２】
2013535031.tif 000017
【図３】
2013535031.tif 000018
【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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【国際調査報告】
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