(57)【要約】【課題】自由空間光通信に基づく全光信号識別再生のためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】例示の一実施形態では、光信号を識別再生するための方法は、自由空間光通信に基づいて、全光信号識別再生装置内で入力信号と識別再生信号を対向伝送させるステップであって、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置が、サニャック・ループ干渉計を備えるステップと、サニャック・ループ干渉計から識別再生された出力信号を抽出するステップとを含む。他の例示的な実施形態では、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置は、サニャック・ループ干渉計と、サニャック・ループ干渉計の半導体光増幅器に結合された光信号入力経路と、サニャック・ループ干渉計の半導体光増幅器に結合された識別再生光信号経路と、サニャック・ループ干渉計に結合された、識別再生された光出力経路とを備える。【選択図】図１
2008109666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を識別再生する方法であって、
自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置内で入力信号および識別再生信号を対向伝送させるステップであって、自由空間光通信に基づく前記全光信号識別再生装置が、サニャック・ループ干渉計を備えるステップと、
前記サニャック・ループ干渉計から、識別再生された出力信号を抽出するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記サニャック・ループ干渉計内で、遅延を設定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記対向伝送させるステップが、半導体光増幅器内で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記対向伝送させるステップが、マルチモード干渉カップラと共に集積された半導体光増幅器内で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置であって、
サニャック・ループ干渉計と、
前記サニャック・ループ干渉計の半導体光増幅器に結合された光信号入力経路と、
前記サニャック・ループ干渉計の前記半導体光増幅器に結合された識別再生光信号経路と、
前記サニャック・ループ干渉計に結合された、識別再生された光出力経路と
を備える識別再生装置。
【請求項６】
前記光信号入力経路が、入力光信号を受信するように動作可能な第１の単一モード光ファイバおよびコリメータを備える、請求項５に記載の識別再生装置。
【請求項７】
前記光信号入力経路がさらに、前記単一モード光ファイバおよびコリメータに結合された無偏光ビーム・コンバイナを備える、請求項６に記載の識別再生装置。
【請求項８】
前記光信号入力経路がさらに、無偏光ビーム・コンバイナに、かつ前記半導体光増幅器に結合された第１の半導体光増幅器アームを備える、請求項７に記載の識別再生装置。
【請求項９】
前記第１の半導体光増幅器アームが、光軸に沿って移動することにより、時間遅延を設定するように動作可能である、請求項８に記載の識別再生装置。
【請求項１０】
前記経路が、識別再生光信号を受信するように動作可能な識別再生入力偏光保持ファイバおよびコリメータを備える、請求項８に記載の識別再生装置。
【請求項１１】
前記識別再生光信号経路がさらに、前記識別再生入力偏光保持ファイバおよびコリメータに結合された外部の熱電冷却器およびサーミスタを備える、請求項１０に記載の識別再生装置。
【請求項１２】
前記識別再生光信号経路がさらに、前記外部の熱電冷却器およびサーミスタに結合され、かつ前記無偏光ビーム・コンバイナに結合された無偏光ビーム・スプリッタを備える、請求項１１に記載の識別再生装置。
【請求項１３】
前記識別再生光信号経路がさらに、前記無偏光ビーム・スプリッタに結合された内部の熱電冷却器およびサーミスタを備える、請求項１２に記載の識別再生装置。
【請求項１４】
前記識別再生光信号経路がさらに、前記内部の熱電冷却器およびサーミスタに結合され、かつ前記半導体光増幅器に結合された第２の半導体光増幅器アームを備える、請求項１３に記載の識別再生装置。
【請求項１５】
前記識別された出力光経路がさらに、無偏光ビーム・スプリッタに結合された偏光子を備える、請求項１４に記載の識別再生装置。
【請求項１６】
前記識別再生された出力光経路がさらに、前記偏光子に結合された自由空間アイソレータを備える、請求項１５に記載の識別再生装置。
【請求項１７】
前記識別再生された出力光経路がさらに、前記自由空間アイソレータに結合された出力単一モード光ファイバおよびコリメータを備える、請求項１６に記載の識別再生装置。
【請求項１８】
前記識別再生された出力光経路がさらに、自由空間アイソレータに結合され、かつ出力単一モード光ファイバおよびコリメータに結合された波長可変フィルタを備える、請求項１７に記載の識別再生装置。
【請求項１９】
前記サニャック・ループ干渉計が、光軸に沿って移動することにより、時間遅延を設定するように動作可能なプリズムを備える、請求項５に記載の識別再生装置。
【請求項２０】
前記識別再生光信号経路に結合された、集積された識別再生レーザをさらに備える、請求項５に記載の識別再生装置。
【請求項２１】
前記集積された識別再生レーザが、波長可変レーザである、請求項２０に記載の識別再生装置。
【請求項２２】
前記集積された識別再生レーザに結合された可変光減衰器をさらに備える、請求項２０に記載の識別再生装置。
【請求項２３】
前記半導体光増幅器が、マルチモード干渉カップラを備える、請求項５に記載の識別再生装置。
【請求項２４】
自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置であって、
サニャック・ループ干渉計と、
半導体光増幅器に結合された識別再生光信号経路であって、識別再生される入力光信号を受信するように動作可能な識別再生光信号経路と、
前記サニャック・ループ干渉計に結合された、識別再生された出力光経路と
を備える自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置。
【請求項２５】
前記半導体光増幅器に結合され、任意選択の識別再生光信号を受信するように動作可能な光信号入力経路をさらに備える、請求項２４に記載の自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、信号処理を対象とし、より詳細には、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生のためのシステムおよび方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
通信システムにおいて、信号は、しばしば、非常に長距離にわたって伝送される。このような長距離にわたる伝送は、信号を、例えば、減衰、干渉、および他の障害により、劣化させることになる。したがって、いくつかのシステムは、信号中継器または識別再生装置を用いて、劣化した信号を受信し、その元の形状および振幅を復元する。
【０００３】
従来技術の光ファイバ通信システムは、光伝送媒体から光信号を受信し、その光信号を電気信号に変換し、電気信号の形状および振幅を復元し、次いで、その電気信号を他の光媒体を介して伝送するために、変換して光に戻す電気的な信号中継器を使用してきた。識別再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）とも呼ばれるこのプロセスは、元の光波長を他の光波長に変換することにより、さらに補完することができる。
【０００４】
光ファイバ技術の進歩により、光信号を電気信号に変更することなく変換を実施する全光波長変換の開発が可能となってきた。しかし、本発明者は、従来技術の全光変換器は、概して、内部コンポーネントを結合するために光ファイバを使用する不利益を受けていると認識してきた。光ファイバは、例えば、温度および圧力変動を含む環境の変化を受けやすい。さらに、光ファイバの管理およびアラインメントには、大きな作業空間を必要とし、したがって、デバイスの実装面積（サイズ）に対して厳しい制約が課せられる。さらに、長い光ファイバは、変換される信号に対して色分散および偏波分散を誘起し、光システムの最終コストを増加させる可能性がある。
【特許文献１】米国特許出願第１０／６２３２８０号
【特許文献２】米国特許第５９３３５５４号
【発明の要約】
【０００５】
本発明の例示の一実施形態では、光信号を識別再生する方法は、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置内で入力信号および識別再生信号を対向伝送させる（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｒｏｐａｇａｔｅ）ステップであって、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置が、サニャック・ループ干渉計を備えるステップと、サニャック・ループ干渉計から、識別再生された出力信号を抽出するステップとを含む。本発明の例示的な他の実施形態では、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置は、サニャック・ループ干渉計と、サニャック・ループ干渉計の半導体光増幅器に結合された光信号入力経路と、サニャック・ループ干渉計の半導体光増幅器に結合された識別再生光信号経路と、サニャック・ループ干渉計に結合された、識別再生された光出力経路とを備える。
【０００６】
本発明の一目的は、自由空間光通信（ＦＳＯ）に基づく全光信号識別再生装置のためのデバイスおよび方法を提供することである。自由空間フォトニクスとも呼ばれるＦＳＯとは、高速で広帯域な通信を送達するために自由空間を介する光ビームの伝送および操作を指す。ＦＳＯを用いることにより、また光ファイバの使用をなくす、または低減することにより、本発明の諸実施形態は、振動、温度、および圧力変動に対してロバストな光信号処理デバイスを提供する。さらに、ＦＳＯベースのサニャック・ループを用いることにより、位相変動に対する感度を大幅に低減または除去し、偏光に影響を与えることなく、熱変動に対してロバストな干渉計を可能にする。本発明のいくつかの実施形態はまた、長い光ファイバ長ではなく小さな自由空間コンポーネントを使用することにより、光信号識別再生装置デバイスを小型化することができる。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、その光ファイバ・ベースの相当部品よりも、かなり低コストの、パッケージされていないコンポーネントにより、光識別再生デバイスの最終的なコストを低減することである。本発明のさらに他の目的は、変換された信号に対する色分散を回避し、任意の波長をサポートできる識別再生デバイスおよび方法を提供することである。
【０００８】
前述の内容は、以下の詳細な説明を理解しやすくするために、本発明のいくつかの機能および技術的利点をかなり広く概説してきた。追加の特徴および利点はこの後で述べる。当業者であれば、この開示に照らして容易に理解されるように、本明細書に開示の特定の実施形態は、変更するため基礎として、または本発明の同様の目的を実施するための他の構造を設計する基礎として使用することができる。このような等価な構成は、添付の特許請求の範囲で述べられた本発明の趣旨および範囲から逸脱していない。本明細書に記載のいくつかの発明性のある特徴は、添付の図に関して検討すれば以下の説明からよりよく理解されよう。しかし、図は、例示および説明目的のために提供されており、本発明を限定するものではないことを明確に理解されたい。
【０００９】
本発明をより完全に理解するために、添付の図面を次に参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下の記述では、本発明の例示的な諸実施形態が例として実施され得る、本明細書の一部を形成する添付の図面に対して参照を行う。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に述べられており、他の実施形態を使用してもよいこと、また本発明の趣旨を逸脱することなく諸変更を行い得ることを理解されたい。したがって、以下の記述は限定的な意味に取られるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
【００１１】
図１を次に参照すると、本発明の例示的な実施形態による、自由空間光通信（ＦＳＯ）に基づく全光信号識別再生装置１００が示されている。信号入力単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）およびコリメータ１０５が、無偏光ビーム・コンバイナ１４５に結合されている。無偏光ビーム・コンバイナ１４５は、無偏光ビーム・スプリッタ１４０に結合される。無偏光ビーム・コンバイナ１４５はまた、第１のＳＯＡアーム１５０を介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６０にも結合される。ＳＯＡ１６０はまた、第２のＳＯＡアーム１５５を介して内部偏光コントローラ１３５に結合される。特定の一実施形態では、内部偏光コントローラ１３５は、内部熱電冷却器（ＴＥＣ）およびサーミスタ１３０を備えることができる。しかし、温度制御を必要としない大部分の用途では、ＴＥＣの使用は必要ではない。内部偏光コントローラ１３５は、無偏光ビーム・スプリッタ１４０に結合される。識別再生信号偏光保持（ＰＭ）ファイバおよびコリメータ１１０は、外部偏光コントローラ１２５に結合される。一実施形態では、外部偏光コントローラ１２５は、外部ＴＥＣおよびサーミスタ１２０を備える。外部偏光コントローラ１２５は、無偏光ビーム・スプリッタ１４０に結合される。無偏光ビーム・スプリッタ１４０は、偏光子１６５に結合され、それは、自由空間アイソレータ１７０を介して、出力ＳＭＦファイバおよびコリメータ１１５に結合される。識別再生装置１００は、シールされたパッケージ１８０により密封されてもよく、また電気的な接続用に入力／出力ピン１７５を含む。
【００１２】
本実施形態では、エレメント１０５、１４５、および１５０は、信号入力光経路を定義し、エレメント１１０、１２０、１２５、１４０、１３０、１３５、および１５５は、識別再生信号光経路を定義し、エレメント１６５、１７０、および１１５は、識別再生された出力光経路を定義する。さらに、エレメント１４５、１５０、１６０、１５５、１３５、および１４０の組合せは、サニャック・ループ干渉計（サニャック・ループ）１８５を作る。
【００１３】
動作において、信号入力ＳＭＦおよびコリメータ１０５は、入力光信号１０１をサニャック・ループ１８５に導き、サニャック・ループ１８５内で相互利得変調（ＸＧＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）、および／または交差偏波変調（ＸＰＰ）を生成する。一方、識別再生信号入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０は、識別再生信号１０２をサニャック・ループ１８５に対向伝送させる。好ましい実施形態では、識別再生信号入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０は、識別再生信号１０２の偏光状態を直線偏光として保存することができる。上記で生成されたＸＧＭ、ＸＰＭ、および／またはＸＰＰ変調は、ＳＯＡ１６０内で、識別再生入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０により導かれた識別再生信号１０２上に転写（ｔｒａｎｓｃｒｉｂｅｄ）される。出力ＳＭＦファイバおよびコリメータ１１５は、識別再生信号１０３（出力信号）がサニャック・ループ１８５から外に出ることを可能にし、例えば、外部のファイバ・ピッグテール・デバイス（図示せず）に送ることができる。
【００１４】
外部偏光コントローラ１２５は、サニャック・ループ１８５外の偏光状態を制御する。内部偏光コントローラ１３５は、サニャック・ループ１８５内で時計回りおよび反時計回りに伝送される光成分の偏光を制御する。内部と外部偏光コントローラ１３５、１２５は共に、通常の動作中に目標温度を測定することにより、また目標温度に固定することにより、偏光コントローラ１３５、１２５の温度を制御する内部と外部のＴＥＣおよびサーミスタ１３０、１２０に、それぞれ、取り付けられることが好ましい。
【００１５】
無偏光ビーム・スプリッタ１４０は、識別再生信号１０２を１つの反時計回り部分と、１つの時計回り部分とに分割し、その両方の部分が、サニャック・ループ１８５内を循環する。一実施形態では、無偏光ビーム・スプリッタ１４０のビーム・スプリッタ比は、５０％である。しかし、他の比を使用することもできる。無偏光ビーム・スプリッタ１４０はまた、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）として知られる偏光スプリッタとして働くこともできる。無偏光ビーム・コンバイナ１４５は、入力信号１０１を識別再生信号成分と混合する。一実施形態では、無偏光ビーム・コンバイナ１４５の混合比は５０％である。しかし、他の比も使用することができる。例えば、さらに信号電力が必要である場合、その比は６０％：４０％に、または他の値に変えることもできる。無偏光ビーム・コンバイナ１４５はまた、異なる偏光成分を混合することができる。
【００１６】
第１のＳＯＡアーム１５０は、ＳＭＦファイバとすることができ、そのファイバの先端はコリメータを含む。第１のアーム１５０は、無偏光ビーム・コンバイナ１４５により混合された光を収集し、ＳＯＡ１２０中に送信し、またＳＯＡ１２０からの光を収集して出力ＳＭＦファイバ１１５に向けて送る。一実施形態では、第１のＳＯＡアーム１５０は、その光軸に沿って移動することができ、それにより、サニャック・ループ１８５内の時間遅延を設定することができるが、それは、「ＡＬＬ−ＯＰＴＩＣＡＬ、ＴＵＮＡＢＬＥ  ＲＥＧＥＮＥＲＡＴＯＲ、ＲＥＳＨＡＰＥＲ、ＡＮＤ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ」と題する２００３年７月１８日に出願された係属出願中の米国特許出願第１０／６２３２８０号に開示されており、それを本明細書に参照により組み込む。他の実施形態では、第１のＳＯＡアーム１５０を移動することによるのではなく、より高い屈折特性を有する材料（例えば、ガラス、液晶、複屈折性結晶など）を導入することにより遅延を達成することができる。同様に、第２のＳＯＡアーム１５５はまた、ＳＭＦファイバとすることができ、そのファイバの先端はコリメータを含む。第２のＳＯＡアーム１５５はＳＯＡ１２０の外に出た光を収集し、出力ＳＭＦファイバ１１５に向けて送信し、反時計回りに伝送されるＣＷをＳＯＡ１２０中に導く。この実施形態では、第２のＳＯＡアーム１５５は、光軸に沿って移動する必要はない。
【００１７】
偏光子１６５は、直線偏光子とすることができ、また出力信号の消光比を改善するために出力ポートに配置される。自由空間アイソレータ１７０は、光の反射がサニャック・ループ１８５中に戻るのを阻止し、またＳＯＡ１２０の性能に影響を与えるのを阻止するために使用することができる。入力／出力ピン１７５は電圧に接続され、ＴＥＣコントローラ１２０、１３０、およびＳＯＡ１２０などの、内部コンポーネントの電子回路を制御する。最後に、シールされたパッケージ１８０は、識別再生装置１００を閉じた状態に、かつ湿度および塵の影響からシールされた状態に維持する。
【００１８】
当業者であれば、この例示の実施形態からの様々な変更は、本発明の趣旨および範囲に含まれることが容易に理解されよう。例えば、コンポーネント１６５および１７０は、市販されている単一のコンポーネントに組み合わせることができ、それにより、ＦＳＯ部品の全体数が低減される。さらに、性能を最適化するために、無偏光ビーム・スプリッタ１４０と偏光子１６５の間に、ＴＥＣ制御を有するＰＣコントローラを集積することができる。さらに、波長可変フィルタ（図示せず）を、自由空間アイソレータ１７０と、出力ＳＭＦファイバおよびコリメータ１１５の間でパッケージ中に集積することができる。波長可変フィルタは、出力ポートで、入力信号１０１が識別再生装置１００から出るのを阻止することができ、それにより、識別再生装置１００内には、新しい識別再生信号だけを保持するようにする。
【００１９】
さらに、この開示に照らせば、当業者であれば容易に理解されるように、サブミクロンの精度を達成するために、自動化された製作ツールを用いる機械的なステージ上にＦＳＯコンポーネントを置くことにより、識別再生装置１００の製作プロセスを自動化することが可能であり、それにより、生産コストを実質的に低減する。
【００２０】
図２は、本発明の例示的な実施形態による自由空間光通信に基づく他の全光信号識別再生装置２００を示す。この実施形態では、ＳＯＡ２１０は、ファイバ・ピッグテールではなく、そのポートにおける左右のＳＯＡアームを用いて集積される。こうすると、パッケージ１８０の寸法を低減することが可能となり、また、その設計から光ファイバを減らすまたはなくすことにより、識別再生装置２００の安定性もまた改善する。
【００２１】
図２の実施形態はまた、サニャック・ループ２２０を生成するために、コリメートされた光を９０度折り返すことのできる、例えば、ドーブ・プリズムなどのプリズム２１５を備える。プリズム２１５はまた、サニャック・ループ２２０の２つのアームの間に適切な時間遅延を生成するために、光軸に沿って移動することができる。当業者であればこの開示に照らして容易に理解されるように、プリズム２１５をその軸に沿って移動させることは、左のＳＯＡアームと無偏光ビーム・スプリッタ１４０との間の（無偏光ビーム・コンバイナ１４５を介する）経路を変更するのではなく、右のＳＯＡアームと、無偏光ビーム・コンバイナ１４５との間の（プリズム２１５および内部偏光コントローラ１３５を介して）長さを変えるだけである。
【００２２】
図３に関しては、本発明の例示的な実施形態による、集積された連続波レーザ３１０を有する、自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置３００が示されている。この実施形態では、識別再生レーザ３１０は、パッケージ１８０の一部として集積され、入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０を介して、ＣＷ光路に結合されている。識別再生レーザ３１０は、ある波長のレーザまたは任意の種類の波長可変レーザとすることができる。例えば、リターン・ツー・ゼロ（ＲＺ）伝送の場合、識別再生レーザ３１０は、光クロック発生器から、または所望の任意のビット・レートで動作するパルス発生器から得られるものなど、パルス３０２のソースとすることができる。
【００２３】
代替の実施形態では、サニャック・ループ３２０への必要な入力識別再生信号電力を制御するために、可変光減衰器（ＶＯＡ）（図示せず）を、レーザ３１０と、入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０との間に集積することができる。代替的には、ＶＯＡが使用されない場合、レーザ３１０の電力は外部の電子装置により制御することもできる。識別再生装置３００の多くの利点のうちの１つは、外部の識別再生レーザの扱いにくいパッケージをなくし、パッケージ１８０内でより簡単な形でそれを使用できることであり、それにより、コストおよび寸法を低減し、標準の電子カード上に識別再生３００の集積を簡単化する。
【００２４】
図４に関しては、本発明の例示的な実施形態による、識別再生モードで動作する自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置４００が示されている。識別再生モードでは、入力信号１０１が、識別再生入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０中に直接導入され、識別再生装置４００に並列に識別再生信号は何も導入されない。この実施形態では、識別再生装置４００は、入力信号１０１の消光比をかなり改善し、また元の信号上に存在するノイズおよび障害も低減することもできる。この実施形態の多くの利点のうちの１つは、識別再生信号レーザの必要性をなくすことである。
【００２５】
代替の実施形態では、低飽和電力ＳＯＡ２１０が使用される。この場合、任意選択の識別再生レーザ４０２を、ＳＭＦおよびコリメータ１０５中に、また識別再生入力ＰＭファイバおよびコリメータ１１０を介して実施される入力信号１０１の識別再生と並列に導入することが有益であり得る。任意選択の識別再生レーザ４０２は、サニャック・ループ４２０内で動作する間、ＳＯＡ２１０内における利得変動を平衡させるのを助けることができ、それにより、ＳＯＡ１２０内の非直線性に起因する信号のピーキングの影響および歪みをなくす。ＳＭＦおよびコリメータ１０５における任意選択の識別再生信号４０２は、任意波長のアイドラ信号とすることができる。
【００２６】
図５に関しては、本発明の例示的な実施形態による集積されたマルチモード干渉コンポーネントを有する自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置５００が示されている。識別再生装置の適正な動作には、入力信号の波長を識別再生信号の波長とは異なるようにして、その２つをデバイスの出力で区別できることが通常必要とされる。識別再生装置５００は、ＳＯＡをマルチモード干渉計（ＭＭＩ）と集積することによりこの問題を解決する。概して、ＭＭＩは、入力信号のモードを変換できるデバイスである。例えば、ＭＭＩは、２つの異なる入力ポートにおける２つの異なる信号を取ることができ、それらを一緒に加えて単一の出口ポートに送るが、それはそれぞれ異なる横モードを有することができる。
【００２７】
したがって、識別再生装置５００は、マルチモード干渉カップラ（ＳＯＡ／ＭＭＩ）５１５を用いて集積されたＳＯＡを使用する。入力ファイバ５０５は、入力信号１０１をＳＯＡ／ＭＭＩ５１５の第１の入力ポート５１７に直接接続する。第２の入力ポート５１６は、ファイバおよびコリメータでピッグテール接続することができ、サニャック・ループ５２０内を循環する識別再生光をゼロ次モードに維持する。コーナ反射プリズム５１０は、サニャック・ループ５２０内の識別再生光を反射する。一実施形態では、コーナ反射プリズム５１０は、識別再生信号の全反射を提供し、それにより、識別再生信号１０２および入力信号１０１のために必要な電力を低減する。
【００２８】
一実施形態では、ＭＭＩ／ＳＯＡ５１５は、「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＯＰＴＩＣＡＬ−ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＷＩＴＨＣＥＳ  ＡＮＤ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲＳ  ＢＹ  ＭＥＡＮＳ  ＯＦ  ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ  ＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥ  ＭＯＤＥ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲＳ」と題する１９９９年８月３日に発行された米国特許第５９３３５５４号に開示されるものと同様のものとすることができ、それを本明細書に参照により組み込む。ＭＭＩは、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するＩｎＰ導波路（図示せず）に基づくデバイスとすることができる。ＩｎＰ導波路は、ポート５１６に入るゼロ次モードのレーザ光が、出力ポート５１８でゼロ次モードのままであるように設計される。したがって、この実施形態は、入力信号１０１が、サニャック・ループ５２０中で循環するのを阻止する選択的フィルタを提供することができ、それにより、識別再生光だけを循環させ、信号出力が生成されるのを妨げる。さらに、ＭＭＩは、入力信号１０１および識別再生信号１０２が、サニャック・ループ５２０中で干渉されることなく、同じ波長とすることができる。
【００２９】
さらに、ＭＭＩ／ＳＯＡ５１５への入力信号は、それ自体２つの信号（第１のものは、第１の横モードにおける入力信号１０１であり、また第２のものは、第２の横モードにおける識別再生信号１０２である）を含むが、相互利得処理が行われるＭＭＩ／ＳＯＡ５１５のＳＯＡ部分に入る。相互利得信号がＳＯＡから出て出力ポート５１８の単一モード・ファイバに結合されたとき、第１のモード（ゼロ次）信号だけがファイバ５１８に入ることができる。したがって、これらの２信号１０１および１０２は、それらが同じ波長を有していても識別することができ、出力ポート５１８の単一モード・ファイバに対してＭＭＩ／ＳＯＡ５１５を有することは、横モード・フィルタを提供することになり、したがって、スペクトル・フィルタに取って代わる。
【００３０】
この例示的な実施形態の利点は、入力信号１０１および識別再生信号１０２は、これらの２つの信号がＳＯＡ５１５に入ったとき、同じ空間モードではないため、正確に同一の波長を有することができることである。こうすることにより、識別再生装置５００は、その波長を変更する必要なしに、信号を識別再生することができる。さらに、この実施形態また、例えば、識別再生装置５００の出力ポートで、固定波長のまたは波長可変フィルタなどの光フィルタを使用することなく、入力信号１０１が識別再生装置５００から出るのを妨げる。
【００３１】
図６を参照すると、本発明の一実施形態による、半導体光増幅器を用いて集積された二重のマルチモード干渉コンポーネントのブロック図が示されている。以下のように、例えば、上記で述べられた諸実施形態のうちのいくつかで二重のＭＭＩ＋ＳＯＡ装置を使用することができる。第１のＭＭＩ６０５は、２つの入力信号６０１および６０２（例えば、上記で述べた入力信号１０１および識別再生信号１０２）を受信することができる。第１のＭＭＩ６０５の出力は、信号６０１と６０２を一緒に加える入力ＳＯＡ６１０に結合される。ＳＯＡ６１０の出力は、第２のＭＭＩ６１５の入力に結合され、それは、次いで、信号６０１および６０２を分離する。ＭＭＩ６１５の出力は、出力単一モード・ファイバ６２０に結合される。本明細書で述べる諸実施形態のいくつかにおけるこの特定な構成を用いることの１つの利点は、出力ファイバで、繊細な結合の較正を必要としないことである。そうでなければ、ＳＯＡ６１０が、出力単一モード・ファイバ６２０に直接結合された場合、単一モード・ファイバ６２０は、それとＳＯＡ６１０中のハイモードとの間で結合されないように、高精度に調整されることが必要になる。第２のＭＭＩ６１５は、その入力の１つにおいてゼロ次だけを伝送できるので、この問題を排除する。
【００３２】
図７に関しては、本発明の一実施形態による集積されたマルチモード干渉コンポーネントを用いた、自由空間光通信に基づく他の全光信号識別再生装置７００が示されている。入力信号１０１は、アイソレータ７１０およびレンズ７１５に結合されたリズレー・セル７０５を通過した後、集積されたＭＭＩ／ＳＯＡ７２０の第１の入力を介してサニャック・ループに入る。一方、識別再生信号１０２は、他のアイソレータ７１０、偏光コントローラ７３５、およびドーブ・プリズム７３０に結合された他のリズレー・セル７０５を通過した後、ＭＭＩ／ＳＯＡ７２０の第２の入力を介してサニャック・ループに入る。調整ウェッジ７３５により、サニャック・ループ内で時間遅延が設定される。代替的に、任意の適切な自由空間光通信の時間遅延機構を使用することもできる。
【００３３】
この実施形態では、ＳＯＡおよびＭＭＩが同じチップ上に集積されているため、それらは、（２を超える）３つのレンズを介して識別再生装置７００に結合される。さらに、この構成では、単一のビーム・スプリッタ７４０が必要である。ビーム方向は、リズレー・セル７０５により制御することができ、それはまた、（信号１０１〜１０３を搬送する）外部のファイバを自由空間識別再生装置７００に結合することができる。ドーブ・プリズム７３０は、すべての外部ポートを識別再生装置７００の一端部に保持するために使用されるが、その適正な動作に対しては必須のものではない。一実施形態では、ＭＭＩ／ＳＯＡ７００を含むチップが小さな寸法であるため、各入力ポートが、チップの別の面にあるとさらに便利である。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態およびその利点が本明細書で詳細に述べられてきたが、添付の特許請求の範囲により定義される、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換え、および改変を行うことができることを理解されたい。さらに、本発明の範囲は、本明細書で述べた、プロセス、マシン、製作、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していない。当業者であればこの開示から容易に理解できるように、本明細書で述べられた対応する諸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達成する、既存のまたは後に開発される他のプロセス、マシン、製作、手段、方法、またはステップを、本発明に従って使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、このようなプロセス、マシン、製作、手段、方法、またはステップをその範囲内に含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態による自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による自由空間光通信に基づく他の全光信号識別再生装置のブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による集積された連続波レーザを用いた自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による識別再生モードで動作する自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による集積されたマルチモード干渉コンポーネントを有する自由空間光通信に基づく全光信号識別再生装置のブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による半導体光増幅器を用いて集積された二重のマルチモード干渉コンポーネントのブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態による集積されたマルチモード干渉コンポーネントを用いた、自由空間光通信に基づく他の全光信号識別再生装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００  全光信号識別再生装置
１０１  入力信号
１０２  識別再生信号
１０３  識別再生信号
１０５  信号入力単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）およびコリメータ
１１０  識別再生信号偏光保持（ＰＭ）ファイバおよびコリメータ
１１５  出力ＳＭＦファイバおよびコリメータ
１２０  外部熱電冷却器（ＴＥＣ）およびサーミスタ
１２５  外部偏光コントローラ
１３０  内部熱電冷却器（ＴＥＣ）およびサーミスタ
１３５  内部偏光コントローラ
１４０  無偏光ビーム・スプリッタ
１４５  無偏光ビーム・コンバイナ
１５０  第１のＳＯＡアーム
１５５  第２のＳＯＡアーム
１６０  半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１６５  偏光子
１７０  自由空間アイソレータ
１７５  入力／出力ピン
１８０  パッケージ
１８５  サニャック・ループ干渉計（サニャック・ループ）
２００  全光信号識別再生装置
２１０  ＳＯＡ
２１５  プリズム
２２０  サニャック・ループ
３００  全光信号識別再生装置
３０２  パルス
３１０  連続波レーザ、識別再生レーザ
３２０  サニャック・ループ
４００  全光信号識別再生装置
４０２  識別再生レーザ、識別再生信号
４２０  サニャック・ループ
５００  全光信号識別再生装置
５０５  入力ファイバ
５１０  コーナ反射プリズム
５１５  マルチモード干渉カップラ（ＳＯＡ／ＭＭＩ）
５１６  第２の入力ポート
５１７  第１の入力ポート
５１８  出力ポート
５２０  サニャック・ループ
６０１  入力信号
６０２  入力信号
６０５  第１のＭＭＩ
６１０  ＳＯＡ
６１５  第２のＭＭＩ
６２０  出力単一モード・ファイバ
７００  全光信号識別再生装置
７０５  リズレー・セル
７１０  アイソレータ
７１５  レンズ
７２０  ＭＭＩ／ＳＯＡ
７３０  ドーブ・プリズム
７３５  偏光コントローラ、調整ウェッジ
７４０  ビーム・スプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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