(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムであって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供するように構成されたローカル光学的発振器と、
少なくとも部分的に、前記ローカル光学的発振器によって提供された基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成するように構成された光学的キャリア生成器と、
前記光学的キャリア生成器に接続され、コヒーレントにそれぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを提供するために、前記少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、コヒーレントに変調するように構成された複素変調器と、
前記複素変調器に接続され、結合された光情報信号を提供するために、前記それぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを結合するように構成された光学的結合器と、
を備え、
前記ローカル光学的発振器と前記光学的キャリア生成器との間の電気的カップリングをさらに備え、
前記光学的キャリア生成器は、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取るように構成された、通信システム。
【請求項２】
光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、前記ローカル光学的発振器が安定化される、請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記コヒーレントにそれぞれ変調された光学的サブキャリア間の直交性を提供するために、前記それぞれのベースバンド情報信号が指定される、請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、請求項３に記載の通信システム。
【請求項５】
前記光学的キャリア生成器は、少なくとも２つの指定された周波数ピークを備える光学的周波数コームを提供するように構成された光学的周波数コーム生成器を備え、
前記少なくとも２つの指定された周波数ピークは、指定された周波数オフセットによって分離される、請求項１に記載の通信システム。
【請求項６】
それぞれ同相信号および直交信号を含む各複素ベースバンド情報信号を前記複素変調器へ提供するように構成された複素変調ドライバと、
前記ローカル光学的発振器と前記複素変調ドライバとの間の電気的カップリングとをさらに備え、
前記複素変調ドライバは、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取るように構成された、請求項１に記載の通信システム。
【請求項７】
前記ローカル光学的発振器は、原子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、請求項１に記載の通信システム。
【請求項８】
前記ローカル光学的発振器は、分子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、請求項１に記載の通信システム。
【請求項９】
通信システムであって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供するように構成されたローカル光学的発振器と、
コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを備える光信号を受け取るように構成され、少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアにそれぞれ対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力を提供するように構成された、光学的フーリエ変換モジュールと、
前記光学的フーリエ変換モジュールに接続され、少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、それぞれコヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号を提供するために、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアに対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力をコヒーレントにダウンコンバートするように構成された光学的ミキサと、
前記光学的ミキサに接続され、コヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号に対応する少なくとも２つの各電気信号を提供するように構成されたバランス検出器と、
前記バランス検出器に接続され、前記少なくとも２つの各電気信号のおのおのについて、それぞれの同相電気信号と、それぞれの直交電気信号とを提供するように構成された電気的ミキサと、
を備える通信システム。
【請求項１０】
前記ローカル光学的発振器は、光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、安定化される、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１１】
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１２】
前記光学的フーリエ変換モジュールは、光学的離散フーリエ変換モジュールを備える、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１３】
前記光学的ミキサおよび前記バランス検出器は、前記少なくとも２つの各電気信号のおのおのついて、それぞれの同相電気信号と、それぞれの直交電気信号とを提供するように構成されたダイレクト変換受信機を備える、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１４】
前記少なくとも２つの各電気信号を示す情報を受け取るように構成され、各ベースバンド情報信号を再構築するように構成されたプロセッサを備え、
前記各ベースバンド情報信号は、前記光学的フーリエ変換モジュールによって受け取られた光信号を備える、コヒーレントに変調された各光学的サブキャリア間の直交性を提供するために指定される、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１５】
前記ローカル光学的発振器は、原子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１６】
前記ローカル光学的発振器は、分子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、請求項９に記載の通信システム。
【請求項１７】
方法であって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数をローカル光学的発振器によって提供することと、
光学的キャリア生成器によって、少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成することと、
コヒーレントにそれぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを提供するために、複素変調器によって、前記少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、コヒーレントに変調することと、
結合された光情報信号を提供するために、光学的結合器によって、前記それぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを結合することと、
を備え、
前記ローカル光学的発振器と前記光学的キャリア生成器との間の電気的カップリングをさらに備え、
前記光学的キャリア生成器は、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取る、方法。
【請求項１８】
前記基準周波数を提供することは、光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、前記ローカル光学的発振器を安定化させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コヒーレントにそれぞれ変調された光学的サブキャリア間の直交性を提供するために、前記それぞれのベースバンド情報信号が指定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成することは、少なくとも２つの指定された周波数ピークを備える光学的周波数コームを生成することを含み、
前記少なくとも２つの指定された周波数ピークは、指定された周波数オフセットによって分離される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
方法であって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供することと、
少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアにそれぞれ対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力を提供するために、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを備える、受け取られた光信号を、光学的にフーリエ変換することと、
少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、それぞれコヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号を提供するために、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアに対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力をコヒーレントにダウンコンバートすることと、
前記コヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号に対応する少なくとも２つの各電気信号を提供することと、
前記少なくとも２つの各電気信号のおのおのについて、それぞれの同相電気信号と、それぞれの直交電気信号とを提供することと、
を備える方法。
【請求項２３】
前記基準周波数を提供することは、光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、ローカル光学的発振器を安定化させることを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記受け取られた光信号を光学的にフーリエ変換することは、光学的な離散フーリエ変換を用いることを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
コヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号に対応する少なくとも２つの各電気信号を、バランス検出器を用いて提供すること、をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも２つの各電気信号を示す情報を受け取ることと、
各ベースバンド情報信号を再構築することとをさらに備え、
前記光学的にフーリエ変換された光信号を備える、前記コヒーレントに変調された各光学的サブキャリア間の直交性を提供するために、前記各ベースバンド情報信号が指定される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
システムであって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供するように構成されたローカル光学的発振器と、
少なくとも部分的に、前記ローカル光学的発振器によって提供された基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定されたキャリア信号を生成するように構成されたキャリア生成器と、
前記キャリア生成器に接続され、それぞれコヒーレントに変調された少なくとも２つのサブキャリアを提供するために、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、前記少なくとも２つの指定されたキャリア信号をコヒーレントに変調するように構成された複素変調器とを備え、
前記それぞれのベースバンド情報信号は、コヒーレントに変調された各サブキャリア間の直交性を提供するように指定され、
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップし、
前記ローカル光学的発振器と前記キャリア生成器との間の電気的カップリングをさらに備え、
前記キャリア生成器は、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取るように構成された、システム。
【請求項２９】
方法であって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数をローカル光学的発振器によって提供することと、
光学的キャリア生成器によって、少なくとも部分的に、前記提供された基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定されたキャリア信号を生成することと、
それぞれコヒーレントに変調された少なくとも２つのサブキャリアを提供するために、複素変調器によって、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、前記少なくとも２つの指定されたキャリア信号をコヒーレントに変調することとを備え、
前記それぞれのベースバンド情報信号は、コヒーレントに変調された各サブキャリア間の直交性を提供するように指定され、
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップし、
前記ローカル光学的発振器と前記光学的キャリア生成器との間の電気的カップリングをさらに備え、
前記光学的キャリア生成器は、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取る、方法。
【請求項３０】
システムであって、
第１のローカル光学的発振器によって提供された第１の基準周波数に同期された、変調された情報信号を生成するように構成された送信機と、ここで、前記第１のローカル光学発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第１の基準周波数を提供するように構成される、
少なくとも部分的に、第２のローカル光学的発振器によって提供された第２の基準周波数を用いて、前記変調された情報信号を受け取るように構成された受信機と、ここで、前記第２のローカル光学発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第２の基準周波数を提供するように構成される、を備え、
前記送信機と前記受信機との間の再同期を必要とすることなく、情報伝達の少なくとも１秒の持続時間のための、指定されたしきい値未満で受け取られる情報信号のシンボル誤り率を提供するために、前記第１の基準周波数と前記第２の基準周波数との間の周波数オフセットが指定される、システム。
【請求項３１】
前記送信機は、光ファイバ・リンク、無線リンク、または導電性リンクのうちの少なくとも１つを用いて前記受信機に接続される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記送信機は、フリー・スペース光リンクを含む無線リンクを用いて前記受信機に接続される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
方法であって、
第１の位置において、第１のローカル光学的発振器によって提供された第１の基準周波数に同期された、変調された情報信号を生成することと、ここで、前記第１のローカル光学的発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第１の基準周波数を提供するように構成される、
第２の位置において、少なくとも部分的に、第２のローカル光学的発振器によって提供された第２の基準周波数を用いて、前記変調された情報信号を受け取ることと、ここで、前記第２のローカル光学的発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第２の基準周波数を提供するように構成される、を備え、
前記第１の基準周波数と前記第２の基準周波数との間の周波数オフセット推定を必要とすることなく、情報伝達の少なくとも１秒の持続時間のための、指定されたしきい値未満で受け取られる情報信号のシンボル誤り率を提供するために、前記第１の基準周波数と前記第２の基準周波数との間の周波数オフセットが指定される、方法。
【請求項３４】
前記情報信号を受け取ることは、光ファイバ・リンク、無線リンク、または導電性リンクのうちの少なくとも１つを用いて前記情報信号を受け取ることを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記情報信号を受け取ることは、フリー・スペース光リンクを含む無線リンクを用いて前記情報信号を受け取ることを含む、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
ここでは、２０１２年２月３日に出願され「高速かつ低ジッタの通信システム」（High-Speed Low-Jitter Communication System）と題されたＷｉｌｋｉｎｓｏｎらの米国仮出願６１／５９４，６５５に対する優先権の利益が主張される。また、２０１２年５月１１日に出願され「高速かつ低ジッタの通信システム」（High-Speed Low-Jitter Communication System）と題されたＷｉｌｋｉｎｓｏｎらの米国出願１３／４６９，６５０に対する優先権の利益も主張される。これらのおのおのは、それぞれの全体が、参照によってここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、より広いクラスのマルチ・キャリア・データ送信技法の例である。ＯＦＤＭは、例えば、マルチパス・フェージングまたは周波数選択フェージングと格闘するために、無線通信における物理レイヤ・インタフェースとして使用されうる。例えば、ＯＦＤＭは、例えばＩＥＥＥ  ８０２．１１ａ／ｇ（“ＷｉＦｉ”）、ＨｉｐｅｒＬＡＮ２、およびＩＥＥＥ  ８０６．１６（“ＷｉＭＡＸ”）を含むような多くの無線通信規格のみならず、アジア、オーストラリア、およびヨーロッパにおいて使用されるデジタル・オーディオ規格およびビデオ・ブロードキャスト規格、ＤＡＢおよびＤＡＢ−Ｔへも組み込まれている。
【発明の概要】
【０００３】
高速データ・ストリームは、例えばＯＦＤＭ技法を用いて、２またはそれ以上のサブキャリア・チャネルを用いて、例えば光学的に送信されうる。サブキャリア・チャネルは、低送信レートで動作し、組み合わせて、高速データ・ストリームを提供しうる。おのおののサブキャリアは、異なる周波数にあり、サブキャリアはともに、例えば、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：dense wavelength division multiplexing）を用いて同様に達成されうるような規則的な間隔の周波数コームを形成しうる。しかしながら、ＯＦＤＭでは、ＤＷＤＭとは異なり、サブキャリア間に、数学的な直交性がある。このような直交性特性によって、例えば、図１の例に図示されるような、チャネル間干渉（ＩＣＩ）を引き起こすことなく、サブキャリア間のスペクトル・オーバラップを可能とする。この結果、例えば、スペクトル効率が改善され、もって、ＤＷＤＭに比べて、増加されたデータ・レートがサポートされるようになる。
【０００４】
一般に、ＯＦＤＭ情報信号を生成することは、サブキャリア信号の振幅とフェーズとの両方を変調（例えば、複素変調）することとを含み、ＯＦＤＭ情報信号を受信することは、サブキャリア信号をコヒーレントに復調することを含む。したがって、このようなコヒーレント性を維持するために、さまざまな同期技法が使用され、ＯＦＤＭ受信機がＯＦＤＭ送信機と同期される。例では、ＯＦＤＭ送信機の１または複数の部分が、ＯＦＤＭ送信機装置の一部として含まれた第１のローカル光学的発振器によって提供された基準周波数にロックされうる。同様に、ＯＦＤＭ受信機の１または複数の部分が、ＯＦＤＭ受信機装置の一部として含まれた第２のローカル光学的発振器によって提供された基準周波数にロックされうる。
【０００５】
例では、ローカル光学的発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、基準周波数を提供するように構成されうる。そのようなローカル光学的発振器の使用は、ＯＦＤＭ送信機をＯＦＤＭ受信機に定期的に同期させるまたは学習させる際に費やされる通信オーバヘッドの量を減少させうる。例えば、送信機と受信機とが同期し続けることができる持続時間は、学習インタバル間、数秒に延長されうる。
【０００６】
例では、例えば光通信のための装置および技法は、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供することと、少なくとも部分的に、基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成することと、指定された光学的キャリア信号を、それぞれコヒーレントに変調された光学的サブキャリアを提供するために、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、コヒーレントに変調することと、を含みうる。光学的サブキャリアを備える結合された光情報信号が、例えば、光ファイバ・ケーブルを介して受信機へ送信されうる。例では、受信された光情報信号が、光学的にフーリエ変換され、それぞれのコヒーレントな出力が提供されうる。これらは、コヒーレントにダウンコンバートされうる。
【０００７】
例では、前述されたこのような通信（例えば、マルチ・キャリアＯＦＤＭ通信）は、光学的である必要はない。通信チャネルは、マイクロウェーブ・リンク、ラジオ周波数（ＲＦ）リンク、および例えば、同軸導体構成、ツイスト・ペア構成、導電性導波管構成のうちの１または複数を用いた導電性通信リンク、を含みうるか、または、１または複数の別の媒体または技法を用いた通信を含みうる。例えば、第１のローカル光学的発振器によって提供された基準周波数を用いて、任意の電気的波形生成器またはその他の電気通信ソースを用いて、例えば１または複数の複素変調サブキャリアを含むような情報信号（例えば、ＯＦＤＭ情報信号）が提供されうる。このような情報信号は、受信されると、例えば第２のローカル光学的発振器に対して言及されうるようなアナログ・デジタル変換器またはミキサのうちの１または複数を用いて、コヒーレントに復調されうる。前述した別の例におけるように、第１および第２のローカル光学的発振器は、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれるそれぞれの基準周波数を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
必ずしもスケールするために図示される必要のない以下の図面では、同一符号が、別の図面で、同じ構成要素を示しうる。異なる文字サフィックスを有する同一符号は、同一構成要素のうちの別のインスタンスを表しうる。これら図面は、本書面において議論されているさまざまな実施形態を、一般に、例として、限定することなく例示している。
【図１】図１は、一般に、波長分割多重（ＷＤＭ）と直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）との比較を例示する。
【図２】図２は、一般に、第１および第２のローカル光学的発振器、複素変調器、およびコヒーレント復調器を含みうる通信システムの例を例示する。
【図３】図３は、通信システムの例示的な例のアーキテクチャ・ビューを例示する。
【図４Ａ】図４Ａは、一般に、ヘテロダイン構成を含みうるコヒーレントな復調器の例を例示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一般に、ホモダイン構成を含みうるコヒーレントな復調器の例を例示する。
【図５】図５は、一般に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移に対して参照されうる光学的発振器の少なくとも一部の例を例示する。
【図６】図６は、一般に、例えば、図５の例の装置によって提供される信号に対して参照されうる周波数コーム生成器の例を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、一般に、波長分割多重（ＷＤＭ）と直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）との比較を例示する。ＤＷＤＭでは、チャネル間干渉（ＩＣＩ）を阻止するために、各サブキャリア間に周波数ガード帯域が挿入される。一方、ＯＦＤＭサブキャリアは、直交しており、ＩＣＩをもたらすことなく顕著にオーバラップしうる。
【００１０】
ＯＦＤＭでは、２またはそれ以上のサブキャリアのパラレル変調によってデータ送信が達成されうる。これは、非常に多くのサブキャリアを含みうる。
【００１１】
これらサブキャリアは、送信に先立って多重化される。これは、サブキャリア・グループの逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を実行することと数学的に等価な処理である。
【００１２】
結果として得られる時間領域ベースバンド信号は、  
【数１】
0005727111.tif 000002
【００１３】
によって表される。ここで、ｃｎｋおよびｆｋは、サブキャリアｋのｎ番目の情報シンボルおよび周波数を表し、Ｔｓは、シンボル周期を表し、Ｎｓｃは、サブキャリアの合計数を表しうる。２つの任意のサブキャリア間の内積の計算は、  
【数２】
0005727111.tif 000003
【００１４】
によって表されうる。そして、  
【数３】
0005727111.tif 000004
【００１５】
という条件が、任意の整数ｍについて満たされる場合、２つのサブキャリアが、互いに直交する。これは、サブキャリアが、データ変調レートの逆数の倍数によって間隔をあけられている場合、キャリア間干渉をもたらすことなく、顕著なスペクトル・オーバラップが可能であることを意味する。変調レートが、サブキャリア・チャネル間の間隔に等しい（例えば、ｍ＝１である）場合、スペクトル効率が最大化されうる。
【００１６】
サブキャリア・スペクトル・オーバラップは、従来の周波数フィルタリング（例えば、おのおののサブキャリアの狭帯域フィルタリング）を用いる受信機におけるチャネルの分離を非現実的にする。むしろ、サブキャリアは、時間領域信号の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）によってデマルチプレクスされうる。これは、受信信号が十分高い帯域幅で検出される場合には電気的に実行されうるか、あるいは、検出前に光学的に実行されうる。光学的ＤＦＴ技法は、高速検出およびその後のＤＦＴ計算の電気的なボトルネックを除去しうる。
【００１７】
例えばＤＷＤＭまたは時分割多重（ＴＤＭ）のようなその他の送信技法に対するＯＦＤＭの２つの強さは、ＤＷＤＭに対する改善されたスペクトル効率に加えて、色彩的および極性化モード分散に対するＯＦＤＭの固有のロバスト性を含む。例えば、極性化モード分散は、地中光ファイバを用いて、毎秒４０ギガビット（Ｇｂ／ｓ）またはそれ以上のレートの広域拡散データ送信に対して特に大きな障害となりうる。これらのチャネル悪化の緩和は、以下の式を満足するΔＧによって表されうる持続時間を持つ、一時的なガード・インタバルを挿入することによって達成されうる。  
【数４】
0005727111.tif 000005
【００１８】
ここで、ｃは、光速を表わし、ｆは、中心サブキャリア周波数を表わし、Ｄτは、蓄積された合計の色彩的な分散を、ｐｓ／ｐｍの単位で表わし、Δｆは、サブキャリア間の周波数間隔を表わし、ＤＧＤｍａｘは、例えば、平均的な極性化モード分散よりも約３．５倍大きいバジェット差分グループ遅延（例えば、最大）を表わしうる。例では、前述した例の条件を満たすことは、ファイバ分散が、シンボル間の時間的なオーバラップに至らないことを保証しうる。
【００１９】
図２は、一般に、第１および第２のローカル光学的発振器１０２Ａ乃至１０２Ｂ、複素変調器１０６、およびコヒーレント復調器１１０を含みうる通信システム１００の例を例示する。例では、ベースバンド情報信号が、複素変調器１０６の入力１０４に提供されうる。複素変調器１０６は、第１の光学的発振器１０２Ａによって提供される第１の基準周波数に同期されるか、さもなくば、「ロック」されうる。複素変調器１０６は、例えば、コヒーレント復調器１１０にカップルされたＯＦＤＭ情報信号を通信チャネル１０８を介して提供するために、１または複数のキャリア信号の振幅またはフェーズのうちの１または複数を変調するように構成されうる。
【００２０】
通信チャネル１０８は、光通信リンク、無線電磁気通信リンク、または導電性通信リンクのうちの１または複数を含みうる。コヒーレント復調器１１０は、例えばベースバンド情報出力１１２によって提供されたような、ベースバンド情報信号（または、検出された、ベースバンド情報信号の概算値）を復元しうる。複素変調器１０６によって提供された情報信号を復調するために、コヒーレント復調器１１０は、第２のローカル光学的発振器１０２Ｂに接続されうる。そして、コヒーレント復調器１１０は、同期されうるか、あるいは、さもなければ、第２のローカル光学的発振器１０２Ｂによって提供された第２の基準周波数を使用しうる。例えば、コヒーレント復調器は、１または複数のミキサを含みうる。そして、１または複数のミキサは、第２のローカル光学的発振器１０２Ｂによって提供された第２の基準周波数から導かれるそれぞれのローカル発振器に接続されうる。
【００２１】
例では、第１および第２の光学的発振器の両方が、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれるそれぞれの基準周波数を提供するのであれば、送信機と受信機との間の再同期を必要とすることなく、情報伝達の少なくとも１秒またはそれ以上の持続時間のための、指定されたしきい値未満で受信される情報のシンボル誤り率を提供するために、第１の基準周波数と第２の基準周波数との間の周波数オフセットが指定されうる。このようにして、後述されるように、全体的なデータ伝達レートを上げることが可能となる。なぜなら、有用なデータではなく同期情報を通信チャネル１０８を介して送信する際に、より少ない通信オーバヘッドしか必要とされないからである。
【００２２】
図３は、一般に、通信システム３００（例えば、トランシーバ）の例示的な例のアーキテクチャ・ビューを例示する。図３では、電気的でありうる接続が破線として示され、光学的でありうる接続が実線を用いて図示されている。複数のサブキャリアが、光学的キャリア生成器３１４（例えば、ローカル光学的発振器から導出されたようなＲＦソースのような、高精度周波数基準３０２にフェーズ・ロックされた光学的周波数コーム）によって生成されうる。サブキャリア間の周波数間隔は、例えば、チャネル直交性を維持するために、サブキャリア毎のデータ送信レートに、上限を設定しうる。電気検出速度は、チャネル間隔における上限を設定し、光学的導波管のサイズ制約および分解能要件が、対応する下限を設定しうる。例では、例えば、光学的サブキャリアを備える光学的周波数コームを提供するために、光学的キャリア生成器３１４は、モード・ロック・レーザ、フェーズ変調ＣＷレーザ、再循環周波数シフタ、または、使用されうる１または複数のその他の技法または装置のうちの１または複数を含みうる。サブキャリアは、例えば、アレイ導波管格子（ＡＷＧ）を用いて、または、１または複数のその他の技法を用いて、データ変調前にデマルチプレクスされうる。例えば、サブキャリア間の複数の間隔に等しい自由なスペクトル範囲を持つＡＷＧを選択することによって、多くの独立したデータ・ストリームが選択されうる。
【００２３】
独立したデータ・チャネルは、サブキャリア・デマルチプレクシングに続いて、例えば複素変調器３０６を用いてコヒーレントに変調されうる。例では、複素変調器ドライバが、例えば、Ｉ／Ｑ変調器のパラレルなアレイの同相入力および直交入力を導出するためのベースバンド情報信号を提供するために、ベースバンド情報ソース３０４に接続されうる。アレイは、それぞれのサブキャリアのためのそれぞれの複素変調器３０６を含みうる。ＯＦＤＭ時間領域信号は、例えば、第２のアレイ導波管格子またはその他の装置を含む光学的結合器（例えば光学的マルチプレクサ）を用いて、サブキャリアを、マルチプレクスされた単一の光情報に結合することによって生成されうる。この結合は、例えば、光ファイバによる送信のための光情報信号出力３１６Ａを提供するために、サブキャリア・グループの逆離散フーリエ変換を行うことと等価なものとして取り扱われうる。
【００２４】
例では、例えば光ファイバの遠端において、または、さもなくば、受信機入力３１６Ｂにおける通信リンクの受信端において、サブキャリアが、例えば、それぞれバランス検出器に接続された光学的ミキサ３１０（例えば、光学的ハイブリッド）を用いてコヒーレントに検出され、その後、デジタル・サンプルされうる。
【００２５】
光情報信号から個々のサブキャリアをデマルチプレクスし、復元するために、例えば、光学的フーリエ変換モジュール３２０によって提供されるような離散フーリエ変換（ＤＦＴ）が使用されうる。受信機端部ＤＦＴが実行される一時的なウィンドウは、一般に、シンボル到着レートおよびシンボル持続時間に同期される。受信機の光学的ハイブリッドにおいて使用されるローカルな発振器と送信機Ｌ０との間の周波数オフセットが、例えば、デジタル信号処理によって測定され補償されうる。
【００２６】
例では、１または複数の光学的キャリアが、例えば、光接続３１８を用いて、システム３００の送信機ブロック３３０から、システム３００の受信ブロック３４０の１または複数の部分へカップルされうる。それに加えて、または、その代わりに、例では、受信ブロック３４０のうちの１または複数の部分が、例えば、ローカル光学的発振器３０２によって提供された１または複数の基準周波数を使用するために、ローカル光学的発振器３０２に電気的に接続されうる（例えば、ローカル光学的発振器３０２は、システム３００の他の部分による使用のために、光学的発振器の安定性を、ＲＦ周波数範囲に伝達しうる）。
【００２７】
１つのアプローチでは、例えば、パイロット・トーンおよびテスト・シンボルを用いて、Ｓｃｈｍｉｄｌ−Ｃｏｘ技法を用いて初期同期が実行されうるが、その結果、有用な送信帯域幅が減少する。有用な同期が維持される持続時間は、（例えば、ローカル光学的発振器３０２によって提供される）送信機および受信機において使用される周波数基準の安定性によって制限されうる。そのような持続時間は、高い安定性の周波数基準が欠如したマイクロ秒の時間スケールに制限され、一般には、その後、時間再同期が実行される。送信機と受信機との両方における統合された（例えば、ローカルな）光学的クロックから導出されたような超安定した周波数基準の統合によって、有用な同期の持続時間を、最大で数秒に、またはそれ以上に増加させうる。例では、例えば、図５乃至６の例に図示されるようなローカル光学的発振器３０２は、このように極めて安定した基準周波数を提供しうる。
【００２８】
コヒーレントな検出のために受信機において使用されるローカル光学的発振器３０２と、送信された光学的キャリアとの間の周波数オフセットは、サブキャリア間の直交性を破壊し、結果として、例えば、有害なチャネル間干渉（ＩＣＩ）となる。潜在的なオフセットを緩和するために、１つのアプローチでは、テレコミュニケーションにおいて使用されるレーザは、およそ２．５ＧＨｚの精度の持つ国際電気通信連合（ＩＴＵ）の周波数基準にロックされた周波数になりうる。この構成の結果、２つの光学的ソース間の周波数オフセットは、５ＧＨｚとなる。ダウンコンバートされたベースバンド電気信号は、少なくともこの周波数オフセット量までシフトされうる。これは、送信されたデータのみの帯域幅によって示されるものよりも、より高い帯域幅と、受信機におけるより高価なエレクトロニクスとを必要とする。本発明者は、同じ原子または分子周波数基準にロックされた送信機および受信機における統合された光学的クロックが、送信機と受信機との間のこのような周波数オフセットを、おおよそＧＨｚ範囲からおおよそＨｚ範囲へと低減させ、ベースバンド処理のための不必要な電気帯域幅の必要性を取り除き、サブキャリア分離を減少させることを認識した。
【００２９】
（コヒーレントな光学的検出）
図４Ａおよび４Ｂは、一般に、図４Ａにおけるヘテロダイン構成および図４Ｂにおけるホモダイン構成を含むコヒーレントな復調器の例を例示する。このようなコヒーレントな復調器は、例えば光学的ミキサ３１０および対応するフォト検出器の一部分のような、図２乃至３の例に図示された通信システムの一部分として含まれうる。
【００３０】
デジタル情報伝達は、一般に、有限の利用可能な帯域幅を効率的に使用することを含みうる。例えば、光ファイバは、毎秒テラビット（Ｔｂ／ｓ）またはそれを超えるレートでのデータ伝達レートをサポートしうる。シャノン容量は、一般に、シンボル毎のビット数に上限を設ける。これは、シンボル毎の所与の信号対雑音比を求めて、アディティブ・ホワイト・ガウシアン・ノイズ（ＡＷＧＮ）の存在下で正しく送信されることができ、  
【数５】
0005727111.tif 000006
【００３１】
によって表されうる。  
【数６】
0005727111.tif 000007
【００３２】
この制限は、ビット／秒／Ｈｚによって表されうる達成可能なスペクトル効率を規制しうる。例示的な例では、Ｎｃｈ個のチャネルがデータ送信のために利用可能であり、送信機（例えば、送信レーザ）の電力が、チャネル間に等しく分割され、システムの合計ビット容量が、  
【数７】
0005727111.tif 000008
【００３３】
によって得られうる。これは、Ｎｃｈの単調増加関数である。したがって、１つの送信戦略は、例えば振幅およびフェーズを含むような送信された光学場のすべての自由度（ＤＯＦ：degrees of freedom）を含む、利用可能なすべてのチャネル間において、与えられた信号を分散させることでありうる。光学的フェーズを利用するデータ変調技法（例えば、直交振幅変調（ＱＡＭ））は、コヒーレントであると称されうる。スペクトル効率を高めることに加えて、振幅とフェーズとの両方の変調、あるいは、信号の同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分も同等に、利用可能な変調フォーマットに関して高いフレキシビリティを提供しうる。
【００３４】
コヒーレントな変調フォーマットは、一般に、シンボル復元のために、送信された信号のコヒーレントな検出を用いて受信される。例示的な例では、受信された光学的パスバンド信号の、電気的ベースバンド信号へのダウンコンバートは、例えば、スクエア・ロウ・フォト検出器を用いたローカル発振器（ＬＯ）を用いて、光学的パスバンド信号（例えば、  
【数８】
0005727111.tif 000009
【００３５】
によって表されうる変調された光学的サブキャリア信号）をミキシングすることによって実行されうる。
【００３６】
例では、受信機は、ホモダイン構成またはヘテロダイン構成の何れかによって、または、１または複数のその他の構成または技法を用いて実現されうる。ホモダイン構成では、ＬＯの周波数が、キャリアの周波数に一致され、これによって、フォト検出器の電気出力がベースバンドにあるようになる。ヘテロダイン構成では、ＬＯとキャリアは、周波数において相違しうる。その結果、ダウンコンバートされた信号は、ベースバンドではなく、中間周波数（ＩＦ）となる。このようなヘテロダインの例では、ＩＦからベースバンドへの後続するダウンコンバージョンは、例えば、電気的なＬＯとのミキシングを用いて電気領域において実行されうる。
【００３７】
ヘテロダイン受信機構成の例示的な例では、バランス・フォト検出器の出力電流は、  
【数９】
0005727111.tif 000010
【００３８】
によって表されうる。ここで、Ｒは、マッチした各フォトダイオードの応答を表わし、  
【数１０】
0005727111.tif 000011
【００３９】
は、例えば、ｔ番目のフォトダイオードにおいて  
【数１１】
0005727111.tif 000012
【００４０】
および  
【数１２】
0005727111.tif 000013
【００４１】
をミキシングすることによって生成される電場を表わしうる。  
【数１３】
0005727111.tif 000014
【００４２】
および  
【数１４】
0005727111.tif 000015
【００４３】
の値は、以下の式によって、入力信号とＬＯとに関連付けられうる。  
【数１５】
0005727111.tif 000016
【００４４】
ここでは、例えば、  
【数１６】
0005727111.tif 000017
【００４５】
のような２×２ファイバ・カップラ伝達関数が仮定され、ローカル発振器のフィールドは、  
【数１７】
0005727111.tif 000018
【００４６】
によって表されうる。ここで、  
【数１８】
0005727111.tif 000019
【００４７】
は、平均電力、角周波数、およびＬＯのフェーズをそれぞれ表わしうる。Ｅ１およびＥ２の式を、  
【数１９】
0005727111.tif 000020
【００４８】
に挿入することによって、  
【数２０】
0005727111.tif 000021
【００４９】
を得る。これは、代数的に単純化すると、  
【数２１】
0005727111.tif 000022
【００５０】
となる。ここで、  
【数２２】
0005727111.tif 000023
【００５１】
は、ＬＯショット・ノイズを表わしうる。  
【数２３】
0005727111.tif 000024
【００５２】
の同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分は、例えば、  
【数２４】
0005727111.tif 000025
【００５３】
を上記式に代入することによって、以下のように、明示的に得られうる。  
【数２５】
0005727111.tif 000026
【数２６】
0005727111.tif 000027
【００５４】
の実部および虚部は、以下のように明示的に表わされうる。  
【数２７】
0005727111.tif 000028
【００５５】
そして、結果として得られた式の虚部は、  
【数２８】
0005727111.tif 000029
【００５６】
によって表されうる。ここで、  
【数２９】
0005727111.tif 000030
【００５７】
は、中間周波数を表わし、  
【数３０】
0005727111.tif 000031
【００５８】
である。
【００５９】
このヘテロダイン受信機構成の例では、  
【数３１】
0005727111.tif 000032
【００６０】
におけるその後のミキシングは、送信された信号の同相成分と直交成分とを分離するだろう。この情報は、送信されたシンボルを復元するために使用されうる。
【００６１】
ホモダイン受信機構成の例では、バランス・フォト検出器の出力における電流は、  
【数３２】
0005727111.tif 000033
【００６２】
によって表されうる。ここで、  
【数３３】
0005727111.tif 000034
【００６３】
である。これらは、受信機側シンボル判定処理において使用されうる。例では、Ｂａｙｅｓｉａｎ推定、または、１または複数のその他の推定または判定技法が、シンボル・レベルを解決するために使用されうる。
【００６４】
例では、トランシーバは、例えば前述したヘテロダイン構成またはホモダイン構成のうちの１または複数のようなコヒーレントな光学的ミキサと、光学的キャリア生成器（例えば、光学的周波数コーム生成器）を含む光学的送信機との両方を含みうる。光学的周波数コーム生成器からの個々の光学的キャリアは、例えば、ダウンコンバートのために、同期された安定なローカル発振器を提供するために、コヒーレントな光学的ミキサにカップルされうる。
【００６５】
（光学的離散フーリエ変換）
データ変調は、（図１に図示されるような）ＯＦＤＭサブキャリア間のスペクトル・オーバラップをもたらし、例えば、ＤＷＤＭでなされているような、個々のサブキャリア抽出のための光学的狭帯域フィルタリングの使用を妨げる。代わりに、ＯＦＤＭ光情報信号に対して実行される離散フーリエ変換（ＤＦＴ）は、ＯＦＤＭ光情報信号に含まれる個々のサブキャリアをデマルチプレクスするために使用されうる。１つのアプローチでは、このようなフーリエ変換は、ＯＦＤＭ信号を電気的に処理することによって達成されうる。このような電気的なボトルネックは、一般に利用可能な電気的な技法を用いて、通信を、毎秒ギガビット（Ｇｂ／ｓ）のデータ通信レートへ効果的に制限する。
【００６６】
本発明者は、このような電気的なボトルネックは、例えば、（例えば、図３の例に図示されるような光学的フーリエ変換モジュール３２０を用いて）光学領域においてＤＦＴを実行することや、その後のパラレルな電気的な処理のため個々のサブキャリアを低いシングル・キャリア・シンボル・レートでデマルチプレクスすることによって回避されうることを認識した。レンズまたはフリー・スペース伝搬によって実行される連続的なフーリエ変換と混同されることのない、まったく光学的である離散フーリエ変換（ＯＤＦＴ）は、適切なシングル・モード・スター・ネットワークとともに、または、１または複数のその他の技法または装置を用いて実行されうる。
【００６７】
光学的離散フーリエ変換は、電気的に実施されるものとは逆に、連続的に動作する。したがって、（例えば、デマルチプレクスされたＯＦＤＭ信号のサブキャリアのような）時系列のスペクトル成分を得るために、シンボル期間Ｔの間、信号のＮ個の時間サンプルが、光学的ＤＦＴ回路へパラレルに入力されうる。これは、例えば、振幅スプリッタ、遅延ライン、および高速な光学的ゲートを用いた光学的シリアル・パラレル変換を用いて達成されうる。
【００６８】
（ローカル光学的発振器）
図５は、一般に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移に対して参照されうる光学的発振器のうちの少なくとも一部分の例を例示しており、図６は、一般に、図５の例の装置によって提供される信号に対して参照されうる周波数コーム生成器のうちの少なくとも一部の例を例示する。例では、例えば指定されたフェーズ・ノイズおよび安定性を有する基準周波数（例えば、１０ＭＨｚまたは１または複数のその他の周波数）を提供するために、例えば、図５および６の装置を含むローカル光学的発振器が使用されうる。
【００６９】
１または複数のローカル光学的発振器は、例えば、前述した例において説明されたように、光学的な送信機または受信機のうちの何れか（または両方）を備える共通のハードウェア・プラットフォームに統合されうる（例えば、図５乃至６の例の１または複数の部分が、送信機の一部分としての第１のローカル光学的発振器１０２Ａとして、受信機の一部分としての第２のローカル光学的発振器１０２Ｂとして、または、トランシーバにおけるローカル光学的発振器３０２として使用されうる）。このようなローカル光学的発振器は、例えば、送信機と受信機との間の周波数オフセットを低減すること、または、このようなオフセットを電気的に補正する必要性を低減することのように、指定されたフェーズ・ノイズ、短期および長期の安定性を有する基準周波数を提供するように構成されうる。例えば、光学的キャリア生成器３１４（例えば、光学的周波数コーム生成器）、複素変調ドライバ、光学的ミキサ３１０、光学的フーリエ変換モジュール３２０、電気的ミキサ、アナログ・デジタル変換器、または、通信システムのうちの１または複数のその他の部分、のうちの１または複数は、ローカル光学的発振器から電気的または光学的にカップルされた基準周波数に対して参照（例えば、「ロック」）されうる。
【００７０】
例では、１または複数のローカル光学的発振器が、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて基準周波数を提供しうる。このような原子遷移または分子遷移は、例えば、水素、マグネシウム、イッテルビウム、水銀、銀、インジウム、アルミニウム、カルシウム、ストロンチウム、ルビジウム、ヨウ素（Ｉ２）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、または１または複数のその他の材料のような１または複数の種類を用いることを含みうる。
【００７１】
例えば、Ｉ２、Ｃ２Ｈ２、またはＣＯ２は、分子の形態で使用され、例えば、Ｈｇ＋、Ｙｂ＋、Ｓｒ．＋、Ｃａ＋、Ｉｎ＋、Ａｌ＋のような原子種は、イオンの形態で使用され、水素、マグネシウム、イッテルビウム、水銀、カルシウム、ルビジウム、または銀は、中性の原子の形態で使用されうる。例では、１または複数のローカル光学的発振器は、通信システムのそれぞれの部分の１０ＭＨｚ基準周波数信号出力を生成するように構成されうるか、１または複数のその他の基準周波数を含んでいる。
【００７２】
ローカル光学的発振器における原子材料または分子材料のエネルギ状態の遷移の周波数は、長期の安定性のために使用されうる。例えば、以下に示す遷移が使用されうる。  
【数３４】
0005727111.tif 000035
【００７３】
これは、２つのフォトンの遷移周波数を表わしうる。トップ・オブ・フリンジ・ロックに適切な誤り信号が、遷移プロファイルから導出されうる。例えば、例えば図５に図示されるように、ファイバ・カップル型音響光学（ＡＯ）変調器が、分光的プローブ・ビームに周波数ディザ（dither）を与えるための周波数変調信号（ＦＭ）ソースからのＦＭ信号を用いて駆動されるような、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-doped Fiber Amplifier）の入力にカップルされうる。ＥＤＦＡの出力は、ルビジウム・セル（または、エネルギ準位遷移がプローブされる１または複数のその他の種類を含むセル）にカップルされうるファイバ・ダブラに提供されうる。
【００７４】
例示的な例では、このようなＡＯ変調器は、例えば米国のＢｒｉｍｒｏｓｅ社（米国メリーランド州スパークス）から利用可能なＡＭＦ−５５−１５５０−２ＦＰ＋を含みうる。
【００７５】
例示的な例では、駆動信号は、約５５ＭＨｚを中心としており、変調周波数および深さはそれぞれ５ｋＨｚおよび１５０ｋＨｚである。光電子増倍管（ＰＭＴ）の電圧出力は、第１の波長（例えば約４２０．３ｎｍ）において蛍光を検出するために使用されうる。このように検出された蛍光を示す信号は、例えばロック・イン増幅器（例えば、米国カリフォルニア州サニーベールのスタンフォード・リサーチ・システムによって提供されたＳＲ５１０（登録商標））を用いて（または、１または複数のその他の装置または技法を用いて）復調されうる。ロック・イン増幅器は、例えば、ファイバ・レーザの周波数をロックするために使用される誤り信号を提供するために、ＡＯ変調器の変調周波数に対して参照されうる。このような技法は、ローカルの光学的発振器の長期的な周波数安定性を改善しうる。
【００７６】
それに加えて（または、その代わりに）、ローカルの光学的発振器はまた、周波数変動を測定する、次元的に安定した高性能な光学キャビティを用いても安定化されうる。周波数変動はその後、例えば、図５の下部に図示されるような高速フィードバック・ループによって除去されうる。このようなキャビティ・ベースの安定化は、短期の安定性を提供するために使用され、前述された原子または分子安定化技法を補う。
【００７７】
レーザの出力は、例えば、超低拡張（ＵＬＥ）キャビティによって測定された周波数変動のための補正を行うために、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）およびＲＦ増幅器エレクトロニクスによって駆動されるようなＡＯ変調器にルート付けされうる。例では、ＡＯ変調器出力の一部が、例えば、所望のオフセット（例えば、例示的な例示では、約８．３ＭＨｚ）にレーザの出力のサイドバンドを配置するために、フェーズ変調器（例えば、光ファイバ・ニオブ酸リチウム・フェーズ変調器）へ提供されうる。フェーズ変調された光学的エネルギは、約７．７５センチメートル（ｃｍ）の長さのＵＬＥグラス・ファブリ・ペロー・キャビティ、および、約１５０，０００（またはそれ以上）のフィネスにカップルされうる。しかしながら、異なる長さおよびフィネス値を有するその他のタイプのキャビティも使用されうる。キャビティを介する送信は、例えば、診断目的のための低速モニタ・フォトダイオードを用いてモニタされうる。ＵＬＥキャビティからの反射光は、例えば光ファイバ・サーキュレータを用いて、高速フォトダイオード（例えば、例示的な例では、米国カリフォルニア州アーヴィンのニューポート社によって提供されたＮｅｗ  Ｆｏｃｕｓ  １８１１（登録商標）フォトダイオード）へつながれうる。
【００７８】
例えば分散形状信号を生成するために、例えば光ファイバ・サーキュレータの出力をフェーズ変調器の駆動信号とミキシングすることによって、誤り信号が導出されうる。分散形状信号は、例えば（例えば、ロウ・パス・フィルタを用いた）フィルタリングの後、例えば、最大約１０ｋＨｚまたは約１０ｋＨｚを超える帯域幅を持つようなレーザへフィードバックされうる。例では、誤り信号の一部が、例えばＭＨｚ範囲またはそれを超える帯域幅を伴う高速周波数補正のために、例えばＡＯＭ駆動エレクトロニクスに提供されうる。
【００７９】
図６の例示的な例では、光エネルギ・ピークのスーパーコンティニウムを提供するために、光学的周波数コーム（例えば、ファイバ・コーム）の出力が使用されうる。図６では、電気的でありうる接続は破線として図示され、光学的でありうる接続は実線を用いて図示されている。光学的周波数コームの出力は、例えば、前述した例で説明されたように、通信システムにおいて使用するために、例えば、高い安定性の低ジッタ基準周波数を提供するために、図５の装置から（「コーム・レーザへ」）提供される光出力にロックすることによって、安定化されうる。ファイバ・コームは、図３の例の光学的周波数コーム生成器である必要はなく、代わりに、図３に図示された「高性能光学的発振器」の一部であってよい。ファイバ・コームは、安定化された光学的周波数の安定性を、光学的周波数レジームからＲＦ周波数レジームへ伝達する。
【００８０】
安定化は、例えば、キャリア・エンベロープ・オフセット（ＣＥＯ）安定化ループを用いて実行されうる。ＣＥＯは、指定された周波数（例えば、ゼロ周波数）に対してコーム出力を安定させるために使用されうる。オクターブ・スキャン・スーパーコンティニウムが、非線形ファイバによって生成されうる。そのようなスーパーコンティニウムは、スペクトルの基本部分と、この基本のオクターブの第２のハーモニックとの間のビート・トーンが、周波数コーム・スペクトル成分の“ゼロ”からのオフセットを表しうるという特性を有する。周波数ダブリング干渉計によって出力されたこのようなトーンは、学習された任意の波形生成器から生成されたＲＦトーンと、例えばデジタル・フェーズ検出器を用いてミキシングされうる。デジタル・フェーズ検波器によって出力されたミキシングされた信号は、例えば、比例積分微分制御（ＰＩＤ）コントローラのようなコントローラへ提供されうる。ＰＩＤコントローラは、光学的周波数コーム・スペクトル成分のオフセットを安定化させるために、ポンプ電力を、光学的周波数コーム生成器のモード・ロック・レーザへ調節しうる。
【００８１】
光学的周波数コーム生成器の周波数コーム間隔を安定化させるために、第２の制御ループが使用されうる。このような安定化は、例えば、光学的周波数コーム生成器のモード・ロック・ファイバ・レーザのキャビティ長さを安定化させることによって達成されうる。周波数コームは、安定化されたレーザ（例えば、図５の装置から（「コーム・レーザへ）提供された光出力）とカップルされうる。この結果、ＲＦビート・トーンは、コーム・ラインと安定化されたレーザとの間の周波数差を意味するようになる。ＲＦビート・トーンは、例えばＩｎＧａＡｓフォト受信機を用いて検出されうる。この結果生じるＲＦビートは、デジタル・フェーズ検出器における第２の学習された任意の波形生成器に対してミキシングされうる。デジタル・フェーズ検出器からの出力は、例えばＰＩＤコントローラのように、コーム間隔を調節するために誤り信号を生成しうる第２のコントローラにルート付けされうる。誤り信号は、例えば、光学的周波数コーム生成器のモード・ロック・レーザ内のピエゾ・アクチュエート・ミラーを制御するために使用されうる。例示的な例では、このようなピエゾ・アクチュエート・ミラーは、およそ１０ｋＨｚの制御帯域幅を提供しうる。
【００８２】
本発明者は、前述したローカル発振器安定化技法および装置を用いることで、光学的送信機と光学的受信機との間の有用な同期の持続時間を改善しうることを認識した。例えば、そのような同期された持続時間は、例えば、短期および長期の安定化技法の組み合わせを用いて、数秒（またはそれ以上）の持続時間まで延長されうる。その結果、光学的チャネルによる送信帯域幅のより良好な利用が可能となりうる。なぜなら、このチャネルによって送信される同期信号によって、データ通信がさほど頻繁には途絶されなくなりうるからである。このような安定化によって、例えば、コヒーレントな光学的ＯＦＤＭ（ＣＯ−ＯＦＤＭ）通信システムのために１または複数の基準周波数を提供するために使用される場合、単一の一般に利用可能なシングル・モード光ファイバによって、毎秒数１００テラビット（Ｔｂ／ｓ）のレートに近いまたはそれを超えるレートでの光情報伝達が可能になると信じられている。
【００８３】
例では、光通信システムでは、２または以上のノード間で、同期情報が伝達されうる。指定された通信プロトコルにしたがって、例えばパルスまたは一時的なマーカを用いて、時計またはその他の同期情報を伝達するために、例えばフリー・スペースまたは光ファイバ・リンクのような通信リンクが使用されうる。１つのアプローチでは、パルスまたはマーカの到着時間が測定されうるか、あるいは、そうでない場合には、情報（例えば、マーカまたはパルス）が送信された時と、この情報が受信された時の間の時間インタバル（例えば、持続時間）が決定されうる。このような同期のためのアプリケーションは、テレコミュニケーションのような、政府または民間の通信を含みうる。
【００８４】
このような同期は、フリー・スペースまたは光ファイバ・リンクを用いて、あるいは、例えば無線電磁気リンクのような１または複数のその他の通信媒体を用いて達成されうる。
【００８５】
例では、例えば、ＣＯ−ＯＦＤＭ通信システムにおける１または複数のキャリアまたはチャネルのような１または複数の光学的キャリアまたはチャネルが、このような同期のために使用されうる。
【００８６】
（さまざまな注記および例）
前述した詳細な記載は、この詳細な記載の一部を形成しうる添付図面に対する参照を含む。これら図面は、例示によって、本発明が実現されうる特定の実施形態を図示する。これらの実施形態もまた、ここで「例」として称されうる。本明細書に含まれる限定しない例のおのおのは、単独で実現しうるか、別の例の何れか１つまたは複数との組み合わせまたは任意の置換で組み合されうる。このような例は、図示または記載されたものに追加された要素を含みうる。しかしながら、本発明者はまた、図示または記載されたこれら要素のみが提供される例をも考慮する。さらに、本発明者はまた、特定の例（または、その１または複数の態様）に関して、または、本明細書に記載または図示されたその他の例（または、その１または複数の態様）に関して、記載または図示されたこれら要素（または、その１または複数の態様）の任意の組み合わせまたは置き換えを用いた例をも考慮する。
【００８７】
本書と、参照によって組み込まれた任意の文献とが一貫していないイベントでは、本書における用途が支配する。
【００８８】
本書では、特許文献において一般的であるように、１または複数を含めるために、「少なくとも１つ」または「１または複数」のその他任意のインスタンスまたは使用と独立して、用語“ａ”または“ａｎ”が使用されている。本書では、用語「または」や「あるいは」は、非排他的論理和を称するために使用される。これによって、他に指定されていないのであれば、「ＡまたはＢ」は、「ＡでありＢではない」、「ＢでありＡではない」、および「ＡおよびＢ」を含むようになる。本書では、「含む」および「ここで」という用語は、それぞれ「備える」および「ここにおいて」といった用語と等価な平易な文書として使用される。また、以下の請求項では、「含む」および「備える」という用語は、オープン・エンドであり、請求項において、構成要件を含むシステムのみならず、このような用語の後に列挙されるものを含むシステム、デバイス、製品、構成、式、または処理は、その請求項のスコープ内にあると認められる。さらに、以下の請求項では、「第１」、「第２」、および「第３」等といった用語は、単なるラベルとして使用され、対象物における数字的な要件を課すようには意図されていない。
【００８９】
本明細書に記載される方法例は、少なくとも部分的に、マシンまたはコンピュータによって実現されうる。いくつかの例は、前述した例に記載されるような方法を実行するために電子デバイスを構成するように動作可能な命令群でエンコードされたコンピュータ読取可能な媒体またはマシン読取可能な媒体を含みうる。このような方法の実施は、例えば、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高レベル言語コード等のようなコードを含みうる。このようなコードは、さまざまな方法を実行するためのコンピュータ読取可能な命令群を含みうる。コードは、コンピュータ・プログラム製品の一部分を形成しうる。さらに、例では、コードは、例えば実行中またはその他の時間の間、１または複数の揮発性、不揮発性、または不揮発性の有形なコンピュータ読取可能な媒体に、明白に格納されうる。これら有形なコンピュータ読取可能な媒体の例は、限定される訳ではないが、ハード・ディスク、リムーバブル磁気ディスク、リムーバブル光ディスク（例えば、コンパクト・ディスクおよびデジタル・ビデオ・ディスク）、磁気カセット、メモリ・カードまたはスティック、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）等を含みうる。
【００９０】
前述の記載は、例示的であり、限定的ではないことが意図される。例えば、前述された例（または、その１または複数の態様）が、互いに組み合わされて使用されうる。例えば、前述の記載をレビューすることにより、当業者によって、その他の実施形態も使用されうる。要約は、技術的な開示の特性を読者が直ちに確認することができるように、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠するように提供される。これは、請求項のスコープまたは意味を判断するためにも、または、制限するためにも使用されないという理解で提示されている。さらに、前述した詳細説明では、本開示を簡素化するために、さまざまな特徴がともにグループ化されうる。これは、特許請求されていない開示された特徴が、何れかの請求項に対して必要であることを意図するものとは解釈されるべきではない。そうではなく、発明的な主題は、開示された特定の実施形態のすべてよりも少ない特徴に存在しうる。したがって、以下の請求項は、各請求項が個別の実施形態として成立する例または実施形態として詳細説明に組み込まれており、このような実施形態は、さまざまな組み合わせまたは置換えにおいて互いに組み合わされうると考えられうる。本発明のスコープは、請求項が題されているものと同じスコープとともに、請求項を参照して決定されるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
通信システムであって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供するように構成されたローカル光学的発振器と、
少なくとも部分的に、前記ローカル光学的発振器によって提供された基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成するように構成された光学的キャリア生成器と、
前記光学的キャリア生成器に接続され、コヒーレントにそれぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを提供するために、前記少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、コヒーレントに変調するように構成された複素変調器と、
前記複素変調器に接続され、結合された光情報信号を提供するために、前記それぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを結合するように構成された光学的結合器と、
を備える通信システム。
［Ｃ２］
光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、前記ローカル光学的発振器が安定化される、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ３］
前記コヒーレントにそれぞれ変調された光学的サブキャリア間の直交性を提供するために、前記それぞれのベースバンド情報信号が指定される、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ４］
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、Ｃ３に記載の通信システム。
［Ｃ５］
前記光学的キャリア生成器は、少なくとも２つの指定された周波数ピークを備える光学的周波数コームを提供するように構成された光学的周波数コーム生成器を備え、
前記少なくとも２つの指定された周波数ピークは、指定された周波数オフセットによって分離される、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ６］
前記ローカル光学的発振器と前記光学的キャリア生成器との間の電気的カップリングをさらに備え、
前記光学的キャリア生成器は、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取るように構成された、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ７］
それぞれ同相信号および直交信号を含む各複素ベースバンド情報信号を前記複素変調器へ提供するように構成された複素変調ドライバと、
前記ローカル光学的発振器と前記複素変調ドライバとの間の電気的カップリングとをさらに備え、
前記複素変調ドライバは、前記電気的カップリングによって、前記基準周波数を受け取るように構成された、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ８］
前記ローカル光学的発振器は、原子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ９］
前記ローカル光学的発振器は、分子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、Ｃ１に記載の通信システム。
［Ｃ１０］
通信システムであって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供するように構成されたローカル光学的発振器と、
コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを備える光信号を受け取るように構成され、少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアにそれぞれ対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力を提供するように構成された、光学的フーリエ変換モジュールと、
前記光学的フーリエ変換モジュールに接続され、少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、それぞれコヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号を提供するために、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアに対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力をコヒーレントにダウンコンバートするように構成された光学的ミキサと、
を備える通信システム。
［Ｃ１１］
前記ローカル光学的発振器は、光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、安定化される、Ｃ１０に記載の通信システム。
［Ｃ１２］
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、Ｃ１０に記載の通信システム。
［Ｃ１３］
前記光学的フーリエ変換モジュールは、光学的離散フーリエ変換モジュールを備える、Ｃ１０に記載の通信システム。
［Ｃ１４］
前記光学的ミキサに接続され、コヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号に対応する少なくとも２つの各電気信号を提供するように構成されたバランス検出器、をさらに備えるＣ１０に記載の通信システム。
［Ｃ１５］
前記光学的ミキサおよび前記バランス検出器は、前記少なくとも２つの各電気信号のおのおのついて、それぞれの同相電気信号と、それぞれの直交電気信号とを提供するように構成されたダイレクト変換受信機を備える、Ｃ１４に記載の通信システム。
［Ｃ１６］
前記バランス検出器に接続され、前記少なくとも２つの各電気信号のおのおのついて、それぞれの同相電気信号と、それぞれの直交電気信号とを提供するように構成された電気的ミキサ、をさらに備えるＣ１４に記載の通信システム。
［Ｃ１７］
前記少なくとも２つの各電気信号を示す情報を受け取るように構成され、各ベースバンド情報信号を再構築するように構成されたプロセッサを備え、
前記各ベースバンド情報信号は、前記光学的フーリエ変換モジュールによって受け取られた光信号を備える、コヒーレントに変調された各光学的サブキャリア間の直交性を提供するために指定される、Ｃ１４に記載の通信システム。
［Ｃ１８］
前記ローカル光学的発振器は、原子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、Ｃ１０に記載の通信システム。
［Ｃ１９］
前記ローカル光学的発振器は、分子エネルギ準位推移から導かれる基準周波数を提供するように構成された、Ｃ１０に記載の通信システム。
［Ｃ２０］
方法であって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供することと、
少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成することと、
コヒーレントにそれぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを提供するために、前記少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、コヒーレントに変調することと、
結合された光情報信号を提供するために、前記それぞれ変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを結合することと、
を備える方法。
［Ｃ２１］
前記基準周波数を提供することは、光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、ローカル光学的発振器を安定化させることを含む、Ｃ２０に記載の方法。
［Ｃ２２］
前記コヒーレントにそれぞれ変調された光学的サブキャリア間の直交性を提供するために、前記それぞれのベースバンド情報信号が指定される、Ｃ２０に記載の方法。
［Ｃ２３］
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、Ｃ２２に記載の方法。
［Ｃ２４］
前記少なくとも２つの指定された光学的キャリア信号を生成することは、少なくとも２つの指定された周波数ピークを備える光学的周波数コームを生成することを含み、
前記少なくとも２つの指定された周波数ピークは、指定された周波数オフセットによって分離される、Ｃ２０に記載の方法。
［Ｃ２５］
方法であって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供することと、
少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアにそれぞれ対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力を提供するために、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアを備える、受け取られた光信号を、光学的にフーリエ変換することと、
少なくとも部分的に、前記基準周波数を用いて、それぞれコヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号を提供するために、前記コヒーレントに変調された少なくとも２つの光学的サブキャリアに対応する少なくとも２つのコヒーレントな出力をコヒーレントにダウンコンバートすることと、
を備える方法。
［Ｃ２６］
前記基準周波数を提供することは、光学キャビティによってサポートされているキャビティ・モードを用いて、および原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移のうちの１または複数を用いて、ローカル光学的発振器を安定化させることを含む、Ｃ２５に記載の方法。
［Ｃ２７］
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、Ｃ２５に記載の方法。
［Ｃ２８］
前記受け取られた光信号を光学的にフーリエ変換することは、光学的な離散フーリエ変換を用いることを含む、Ｃ２５に記載の方法。
［Ｃ２９］
コヒーレントにダウンコンバートされた少なくとも２つの信号に対応する少なくとも２つの各電気信号を、バランス検出器を用いて提供すること、をさらに備えるＣ２５に記載の方法。
［Ｃ３０］
前記少なくとも２つの各電気信号を示す情報を受け取ることと、
各ベースバンド情報信号を再構築することとをさらに備え、
前記光学的にフーリエ変換された光信号を備える、前記コヒーレントに変調された各光学的サブキャリア間の直交性を提供するために、前記各ベースバンド情報信号が指定される、Ｃ２９に記載の方法。
［Ｃ３１］
システムであって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供するように構成されたローカル光学的発振器と、
少なくとも部分的に、前記ローカル光学的発振器によって提供された基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定されたキャリア信号を生成するように構成されたキャリア生成器と、
前記キャリア生成器に接続され、それぞれコヒーレントに変調された少なくとも２つのサブキャリアを提供するために、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、前記少なくとも２つの指定されたキャリア信号をコヒーレントに変調するように構成された複素変調器とを備え、
前記それぞれのベースバンド情報信号は、コヒーレントに変調された各サブキャリア間の直交性を提供するように指定され、
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、システム。
［Ｃ３２］
方法であって、
原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移から導かれる基準周波数を提供することと、
少なくとも部分的に、前記提供された基準周波数を用いて、少なくとも２つの指定されたキャリア信号を生成することと、
それぞれコヒーレントに変調された少なくとも２つのサブキャリアを提供するために、それぞれのベースバンド情報信号を用いて、前記少なくとも２つの指定されたキャリア信号をコヒーレントに変調することとを備え、
前記それぞれのベースバンド情報信号は、コヒーレントに変調された各サブキャリア間の直交性を提供するように指定され、
コヒーレントに変調された隣接する光学的サブキャリアのそれぞれのスペクトルがオーバラップする、方法。
［Ｃ３３］
システムであって、
第１のローカル光学的発振器によって提供された第１の基準周波数に同期された、変調された情報信号を生成するように構成された送信機と、ここで、前記第１のローカル光学発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第１の基準周波数を提供するように構成される、
少なくとも部分的に、第２のローカル光学的発振器によって提供された第２の基準周波数を用いて、前記変調された情報信号を受け取るように構成された受信機と、ここで、前記第２のローカル光学発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第２の基準周波数を提供するように構成される、を備え、
前記送信機と前記受信機との間の再同期を必要とすることなく、情報伝達の少なくとも１秒の持続時間のための、指定されたしきい値未満で受け取られる情報信号のシンボル誤り率を提供するために、前記第１の基準周波数と前記第２の基準周波数との間の周波数オフセットが指定される、システム。
［Ｃ３４］
前記送信機は、光ファイバ・リンク、無線リンク、または導電性リンクのうちの少なくとも１つを用いて前記受信機に接続される、Ｃ３３に記載のシステム。
［Ｃ３５］
前記送信機は、フリー・スペース光リンクを含む無線リンクを用いて前記受信機に接続される、Ｃ３４に記載のシステム。
［Ｃ３６］
方法であって、
第１の位置において、第１のローカル光学的発振器によって提供された第１の基準周波数に同期された、変調された情報信号を生成することと、ここで、前記第１のローカル光学的発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第１の基準周波数を提供するように構成される、
第２の位置において、少なくとも部分的に、第２のローカル光学的発振器によって提供された第２の基準周波数を用いて、前記変調された情報信号を受け取ることと、ここで、前記第２のローカル光学的発振器は、少なくとも部分的に、原子エネルギ準位遷移または分子エネルギ準位遷移を用いて前記第２の基準周波数を提供するように構成される、を備え、
前記第１の基準周波数と前記第２の基準周波数との間の周波数オフセット推定を必要とすることなく、情報伝達の少なくとも１秒の持続時間のための、指定されたしきい値未満で受け取られる情報信号のシンボル誤り率を提供するために、前記第１の基準周波数と前記第２の基準周波数との間の周波数オフセットが指定される、方法。
［Ｃ３７］
前記情報信号を受け取ることは、光ファイバ・リンク、無線リンク、または導電性リンクのうちの少なくとも１つを用いて前記情報信号を受け取ることを含む、Ｃ３６に記載の方法。
［Ｃ３８］
前記情報信号を受け取ることは、フリー・スペース光リンクを含む無線リンクを用いて前記情報信号を受け取ることを含む、Ｃ３７に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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