(57)【要約】   １５５０ナノメートルの波長バンドにおいて作動している光ファイバ通信システム用の直接変調された光トランスミッタは、超低チャープを呈する。直接変調されたレーザーにおいて本質的に存在するチャープは、１８０度の位相遅れを入力無線周波数信号のスプリットオフ部分に加えることによって光学的に直接変調されたレーザー光ビームを変調する位相変調器によってキャンセルされる。本発明は、１５５０ナノメートルのバンドにおいて、効果的にキャンセルされ、または実質的に減少するレーザー・チャープによって作動することができる低コスト・トランスミッタを提供する。これによって、ダンウンストリームの光ファイバにおけるレーザー・チャープ相互干渉の歪みを回避する。
2010526482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光のソースと；
無線周波数信号を受信し、かつ前記無線周波数信号によってコヒーレント光の前記ソースをドライブするために接続される入力端子と；
前記コヒーレント光の位相を変調するために接続される光変調器と；
前記無線周波数信号の部分を受けるために接続される遅延回路であって、これにより前記光変調器によって適用される位相遅れを制御するところの遅延回路と；
を有する光トランスミッタであって；
前記遅延回路が、コヒーレント光の前記ソースをドライブしている前記無線周波数信号による、前記コヒーレント光の、周波数偏移の効果をキャンセルするかまたは減少させる、光トランスミッタ。
【請求項２】
コヒーレント光の前記ソースは、レーザーまたはレーザーダイオードを含む、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項３】
前記コヒーレント光が１５５０ナノメートルのバンドの波長を有する、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項４】
前記遅延回路は、
前記無線周波数信号の前記部分を受けるために接続される積分要素と；
前記積分要素の出力端子に接続され、前記光変調器を制御するために接続される出力端子を有する遅延要素と；
を含む請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項５】
ＳＢＳ抑制トーン発振器と；
前記ＳＢＳ抑制トーンを受信するために接続され、かつ前記遅延要素の前記出力端子に接続され、かつ前記光変調を制御するために接続される出力端子を有するコンバイナ要素と；
を含む請求項４記載のトランスミッタ。
【請求項６】
前記無線周波数信号は、アナログビデオ信号である、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項７】
前記無線周波数信号は、異なる周波数の複数の信号の複合である、請求項６記載のトランスミッタ。
【請求項８】
前記無線周波数信号は、デジタル信号である、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項９】
前記光変調器は、結晶タイプまたは半導体タイプである、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項１０】
コヒーレント光の前記ソースおよび前記光変調器が単一のパッケージに存在する、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項１１】
前記積分要素および遅延要素は、１８０度、前記無線周波数信号の前記部分の位相を変える、請求項４記載のトランスミッタ。
【請求項１２】
前記遅延要素は、可変遅延増幅器である、請求項４記載のトランスミッタ。
【請求項１３】
前記入力端子からコヒーレント光の前記ソースへの前記無線周波数信号の電気経路の長さが、前記入力端子から前記光変調器への前記無線周波数信号の前記部分の電気経路の長さと同じ長さである、請求項１１記載のトランスミッタ。
【請求項１４】
前記遅延回路が前記無線周波数信号の位相のうちの約１８０度の遅延を提供する、請求項１記載のトランスミッタ。
【請求項１５】
請求項１記載のトランスミッタであって、
コヒーレント光の第２のソースと；
第２の無線周波数信号を受信し、かつコヒーレント光の前記第２のソースをドライブするために接続される第２の入力端子と；を有し、
前記入力端子がコヒーレント光の前記第２のソースをドライブするために接続され；
かつ、当該トランスミッタは、
コヒーレント光の両方のソースから前記コヒーレント光を複合し、かつ前記複合コヒーレント光を前記光変調器に伝送するために接続される光合波器、を更に有するトランスミッタ。
【請求項１６】
前記第２の無線周波数信号とは情報のコンテンツにおいて異なっており、かつ、コヒーレント光の前記ソースをドライブするために接続される第３の無線周波数信号を受信する第３の入力端子；
を更に有する請求項１５記載のトランスミッタ。
【請求項１７】
前記第２の無線周波数信号は、直交振幅変調信号である、請求項１５記載のトランスミッタ。
【請求項１８】
ソースからコヒーレント光を提供するステップと；
無線周波数信号を受信するステップと；
コヒーレント光の前記ソースをドライブするために前記無線周波数信号を接続するステップと；
前記ソースで前記コヒーレント光の周波数偏移の効果をキャンセルするかまたは減らすために、一部の前記受信された無線周波数信号を遅延させるステップと；
光学的に前記コヒーレント光の位相を変調するために遅延された前記部分を加えるステップと；
を有する光学信号を送信する方法。
【請求項１９】
コヒーレント光の前記ソースは、レーザーまたはレーザーダイオードを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記コヒーレント光が、１５５０ナノメートルのバンドの波長を有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記遅延させるステップは、
前記無線周波数信号の前記部分を集積化するステップと；
前記集積化された信号を遅延させるステップと；
を有する請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
ＳＢＳ抑制トーンを生成するステップと；
前記ＳＢＳ抑制トーンおよび前記遅延された信号を結合するステップと；
を更に有する請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記無線周波数信号は、アナログビデオ信号である、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記無線周波数信号は、異なる周波数の複数の信号の複合である、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記無線周波数信号は、デジタル信号である、請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
前記光を変調することが結晶タイプまたは半導体タイプ・モジュレータによってなされる、請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
コヒーレント光の前記ソースおよび前記光を変調することは、単一のパッケージで実行される、請求項１８記載の方法。
【請求項２８】
前記集積化するステップおよび遅延させるステップは、１８０度、前記無線周波数信号の前記部分の位相を変える、請求項２１記載の方法。
【請求項２９】
前記遅延させるステップは、可変遅延増幅器によってなされる、請求項２１記載の方法。
【請求項３０】
前記入力端子からコヒーレント光の前記ソースへの前記無線周波数信号の電気経路の長さが、前記入力端子から光変調への前記無線周波数信号の前記部分の電気経路の長さと同じ長さである、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
遅延回路が前記無線周波数信号の位相のうちの約１８０度の遅延を提供する、請求項１８記載の方法。
【請求項３２】
第２のソースから第２の無線周波数信号およびコヒーレント光を提供するステップと；
コヒーレント光の前記第２のソースをドライブするために前記無線周波数信号および前記第２の無線周波数信号を接続するステップと；
前記遅延された部分を用いて、コヒーレント光の前記第２のソースから前記コヒーレント光の位相を光学的に変調するステップと；
を更に有する請求項１８記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の無線周波数信号は、直交振幅変調信号である、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
コヒーレント光の複数のソースと；
第１の無線周波数信号を受信し、かつコヒーレント光の前記ソースの各々をドライブするために接続される第１の入力端子と；
コヒーレント光の前記ソースの各々と関連する、追加的な入力端子であって、互いに各々異なっている情報コンテンツを有している追加的なそれぞれの無線周波数信号を受信し、かつコヒーレント光の前記関連するソースをそれぞれの付加的な無線周波数信号でドライブするために接続されるところの入力端子と；
各コヒーレント光のソースに接続された光合波器と；
前記光合波器からの前記光の出力の位相を変調するために接続される光変調器と；
コンポジット無線周波数信号の部分を受けるために接続される遅延回路であって、これにより前記光変調器によって適用される位相遅れを制御するところの遅延回路と；
を有する光トランスミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光ファイバを通じて光学（光）送信のためにレーザーまたはレーザーダイオードを用いて信号を伝送する、光通信システムに関する。より詳細には、トランスミッタにおいて直接変調されたレーザーを用いたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光レーザーダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザーまたは他のタイプのレーザーのアナログ出力信号の強さを電気信号によって直接変調することは、例えば光ファイバによるケーブルテレビジョンのように、この分野において知られている。通常は、これは光学アナログ信号（例えば音声およびビデオ）を送信するために用いられる。かかるアナログ伝送技術は、デジタル伝送（例えばデジタルＰＣＭ）または、アナログまたはパルス周波数変調より実質的に小さいバンド幅しか要求しないとういう効果がある。しかしながら、このような振幅変調の利用は、光トランスミッタのノイズおよび非線形性があるという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これにより送信されるアナログ信号の典型的なタイプは、振幅変調（ＡＭ：amplitude modulation）フォーマットおよび特にＡＭ−ＶＳＢ（Vestigial Side Band）（ＡＭ−残留側波帯）フォーマットで情報を伝送するアナログビデオ信号である。複数のビデオ信号を送信するために、かかるＡＭ−ＶＳＰ信号は、特定の周波数にアップコンバートされる。かかる信号の集合は、コンポジット（複合）信号と称される。この信号は、通常５４ＭＨｚから１ＧＨｚまでのＲＦ（無線周波数）周波数範囲を占有する。通常は、光ファイバーケーブルによって必要な直線性を保ちつつかかる信号を伝送する場合、特別なトランスミッタを必要とする。
【０００４】
トランスミッタは、直接変調タイプまたは外部変調タイプに分類される。直接変調トランスミッタは、入力されたコンポジット無線周波数アナログ（電気的な）信号がコンポジット信号の瞬間的な振幅に比例してそのバイアス電流を変えることによって、レーザーまたはレーザーダイオードの光学出力パワーを変えるタイプである。外部変調のトランスミッタは、モジュレータとして知られる他のデバイスを用いて、レーザーから光学（光）信号の変調機能を実行する。かかるトランスミッタにおいて、レーザー・バイアス電流は、通常一定の状態に保たれる。これに対して、送信される情報であるアナログのＲＦ電気信号は、モジュレータ（別名電気光学変調器）の電気入力ターミナルに入力される。かかる電気光学変調器は、レーザー光線を電気的に変調するために用いられる単一の制御エレメントが電気光学効果を奏する、光デバイスである。変調は、被変調光ビームの位相、周波数、振幅または方向に適用してもよい。通常、非線形光学材料が、光学変調器で用いられる。例えば、結晶（crystal）、ニオブ酸リチウムである。電気光学変調器で最も一般的なタイプは、屈折率が局所電場の強さの関数である結晶を含む。このように、ニオブ酸リチウムの結晶が電界にさらされる場合、光はその中をよりゆっくり進む。しかしながら、結晶から出る光の位相は、光がそれを通過するためにかかる時間に正比例する。したがって、モジュレータから出るレーザー光ビームの位相は、加えられたアナログのＲＦ（電気的な）信号によって結晶の電界の強さを変えることによって制御される。
【０００５】
両者の変調形式には、有利な点と不利な点がある。外部変調されたトランスミッタは、チャープ（chirp）が小さいという長所がある。なお、チャープとは、レーザーの不安定性によって生じるレーザー光線の中心波長の突然の望ましくない変化である。このチャープは通常は加えられたバイアス電流における変化によって生じる。これは直接変調されたレーザーに内在するものである。通常、バイアス電流はほとんど変化しないため、外部変調レーザーのチャープは小さくなる。外部変調されたレーザーは、トランスミッタが動作する光ファイバの長さが異なっている場合であっても、信号対雑音比による低下は比較的小さい。レーザー自体は特に線形的に作動する必要はなく、外部変調器は１５５０ナノメートルの光学波長でよく作動する。これは光伝送ネットワークにおいて標準的なものである。外部変調されたトランスミッタは、より複雑で、高価であり、かつ直接変調されたトランスミッタより低い変調度（より線形でない）を有する。また、誘導ブリュアン散乱（ＳＢＳ）を抑制することが困難である。ＳＢＳは、光学信号においてよく知られた歪みである。
【０００６】
これに対して、直接変調レーザーは、動作においてより複雑でなく、よりコストは低く、かつより線形である。不利な点としては、これまで、１５５０ナノメートルの光学波長であまりよく作動しないことが挙げられる。１３１０ナノメートルの波長においては、よく動作するが、１３１０ナノメートルの光の光学増幅器は、一般に商業的には入手困難である。このため、１３１０ナノメートルは、利用が困難である。
【０００７】
チャープを有する問題は、光ファイバ内の散乱による望ましくない歪みに作用する。主にＣＳＯ（復号二次）（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｏｒｄｅｒ）歪みが、マルチ・オクターブ（広帯域）システム（例えばケーブル・テレビ）のバンドに発生する。これらのさまざまな有利な点および不利な点のため、通常は従来の直接変調レーザーは、標準ファイバが散乱を有しない１３１０ナノメートルの光学波長で、ほぼ排他的に用いられた。反対に、１５５０ナノメートルの波長を用いるシステムでは、光ファイバがその波長において多量の散乱を有するため、トランスミッタは現在ほとんどすべて、外部変調タイプである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の発明者は、様々な効果を有し、かつ過剰なチャープに悩まされることのない１５５０ナノメートルの光学波長で作動する直接変調される光トランスミッタを用いることが有利であると判断した。
【０００９】
直接変調されたレーザーシステムは２００６年９月２１日に公開されたＩａｎｎｅｌｌｉによる特許文献１に示されている。これは、完全に本願明細書において引用したものとする。図２に、（図１も参照）１５３０−１５７０ナノメートルの波長帯において作動する外部のキャビティレーザーを持つ直接変調のレーザー送信機１００のブロックダイヤグラムを示す。Ｉａｎｎｅｌｌｉは、端子１０１のＲＦ電気信号が、レーザー１０２を直接変調するために加えられ、その出力ビーム１１０が、位相変調器１０９に入射し、光増幅器１１２を介して光ファイバ・リンク１１３に通過し運ばれることを示した。分離されたＲＦ電気信号の一部はアッテネータ１０４、チルト（tilt）回路１０６および位相遅れ回路１０７に加えられる。そして、位相変調器１０９を駆動する。加えて、ＳＢＳ抑制トーン発振器１０８が設けられている。レーザーだけによるものではなく、光ファイバのスパン（span）の特性であるＣＳＯを最大にするために、位相遅れは０度乃至−１０度である（パラグラフ４９参照）。外部キャビティ・タイプ・レーザーに限定される点としては、加えて、直接変調されたレーザーにはここでのチャープの修正は、適切でない（例えば、ＤＦＢ）。このため、一般により多くのチャープ修正を必要とする。
【００１０】
発明に従って、１５５０ナノメートルの（例えば１５３０ナノメートルから１５７０ナノメートルの幅を有するが、これに制約されない）光学波長バンドにおいて作動する超低チャープを呈するトランスミッタが提供される。これは、光ファイバネットワークの使用に適した直接変調された光トランスミッタである。一方、すでに指摘したように、その直接変調されたレーザーシステムは本質的にチャープを作り出す。そして、それは、レーザー光の波長の寄生変調（変化）をもたらす。本発明の光トランスミッタは、これを克服するために、直接変調されたレーザーから光学的に光ビーム出力の位相を変調する位相変調器によって直接変調されたレーザー自体によって誘発されるチャープをキャンセルする。チャープは積分器、電気遅延素子および電気増幅器の組合せを用いてキャンセルされる。これらはレーザー装置を作動させるために用いられる一部のＲＦ信号を利用する。そして、これらは、ほぼ１８０度の位相遅れを加える。その結果として生じる電気信号が、位相変調器を駆動してレーザー自体によって誘発されるチャープを相殺しキャンセルするようために用いられる。
【００１１】
実施例において、トランスミッタは、各々異なる波長の光を出力する（例えば、１５５０ナノメートルのバンドの）複数の直接変調されたレーザーを有する。そして、各々２つの無線周波数（ＲＦ）信号によってドライブされ、一方は、例えば、通常のアナログＲＦ信号、そして他方は、例えば、ＱＡＭ信号（直交振幅変調：quadrature amplitude modulation）である。各レーザーの情報のコンテンツは異なる。これらは、ケーブル・テレビにおいて、いわゆるＱＡＭ信号のナローキャスティングと呼ばれる信号をサポートする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の直接変調トランスミッタを示す。
【００１３】
【図２】本願発明におけるトランスミッタのブロック図を示す。
【００１４】
【図３】本願発明における他のトランスミッタを示す。
【００１５】
【図４】図２のトランスミッタの性能のグラフを示す。
【図５】図２のトランスミッタの性能のグラフを示す。
【図６】図２のトランスミッタの性能のグラフを示す。
【図７】図２のトランスミッタの性能のグラフを示す。
【図８】図２のトランスミッタの性能のグラフを示す。
【図９】図２のトランスミッタの性能のグラフを示す。
【図１０】図２トランスミッタの性能のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２は、本願発明における光トランスミッタのブロック図を示す。各種の要素は標準のタイプのものである。そして、市販されており、かつこの分野で周知のものである。その他のシステムとしては、ファイバーオプティックスパンおよび光受信機も含め、図１と同様、従来のものである。それゆえに、図２は（図１と異なり）、トランスミッタだけを示す。図示したように、コンポジットＲＦ（電気的な）信号（例えばケーブル・テレビジョン信号）が加えられる入力端子１０がある。これには、アナログのケーブル・テレビ信号または他のタイプの信号のように、例えばＱＡＭ信号を含む多くのチャネルの信号が含まれる。コンポジットＲＦ信号は、アナログビデオ信号またはデジタルビデオ信号（例えばＱＡＭ（直交振幅変調）でもよい。このように、本発明の装置は、デジタル信号での使用にも適している。入力されたコンポジットＲＦ電気信号は、標準デバイスである無線周波数分波器タップ・カップラ１２に加えられる。ＲＦ分波器／ＲＦカップラ１２は、信号のほとんどの部分を、例えば、同軸ケーブルまたは同様の伝送線１４を介して、従来の直接変調されたレーザー１８に通す。このように、線１４に加えられるＲＦ信号は、レーザー１８（例えばＪＤＳＵ社のパーツ番号ＣＱＦ−９３５）のバイアス電流を、レーザー１８の電源（図示せず）を介して、直接変調する。直接変調されたレーザー１８は、例えば半導体レーザー、レーザーダイオードまたは他のタイプのレーザー（例えば直接フィードバック・レーザー）であり、すべて商業的に入手可能であり、短い長さの光ファイバにおいて通常は１５５０ナノメートルのバンドの中心波長を有するコヒーレント光２４のビームを出力する。この光学ビーム２４は、必要に応じてコリメーティングレンズ（図示せず）に入射されてもよい。ビーム２４は、それから、上述の通りの標準型デバイスである位相変調器２６に、光ファイバを介して通過する。典型的な位相変調器は、通常、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社から入手可能である（たとえばパーツ番号ＬＰＭ−００ｌ）。様々な同様のデバイスが、他のベンダーから入手可能である。結果として生じる位相変調された光学信号（コヒーレント光ビーム）３０は、それから位相変調器から発される。そして、適切な光受信機（図示せず）に最終的に到達するようファイバーオプティックスパンに接続される（図２）。
【００１７】
ＲＦ分波器／ＲＦカップラ１２をもう一度参照する。電気ＲＦ信号のより微少な一部は、積分器コンポーネント３２に加えられる。これは、一実施例において、５０〜１０００ＭＨｚの周波数帯の特定の伝達特性を有する２つのポートを有するネットワークである。このネットワークの伝送特性は、その周波数帯のチャープの最適なキャンセレーションを提供するために、経験的に導き出される。ネットワークの電気出力信号は、次に利得増幅器３６に加えられる。この増幅器の最適利得は、アッテネータおよび変化する遅延を生ずる同軸ケーブルを用いて達成される。その結果として生じる増幅され／減衰され、かつ遅延された信号（換言すれば、位相が変化した信号）は、一種の信号合成器である従来のダイプレクサ４０の入力端子に加えられる。例えば、Ｓｉｒｅｎｚａ社の狭帯域増幅器に接続されるオシレータであるＳＢＳトーン発振器４６からのＳＢＳトーン抑制信号がダイプレクサ４０の他の入力端子に加えられる。ＳＢＳトーン抑制が加わった位相を合わせる信号は、位相変調器を駆動するために、ダイプレクサ４０によって位相変調器２６の電気入力端子５０に加えられる。遅延、振幅および位相が一致していれば、レーザー出力信号の中のＦＭ信号（チャープ）はモジュレータにおいてキャンセルされることに関しては、数学的に後述する。
【００１８】
このトランスミッタは、典型的な外部変調されたトランスミッタより低コストであるという効果がある。外部変調されたトランスミッタより高い変調度を有する。非常に高いＳＢＳ閾値を有する。このことによって、高い光信号強度（例えば、２３ｄＢｍ以上）が２５キロメートルという長い標準光ファイバに入力することができる。
【実施例】
【００１９】
本発明に従って、抑制されるチャープは、ＡＭのＲＦ信号によって実際に生じるレーザー１８の周波数暴走（frequency excursions）によって誘発されるチャープである点に留意すべきである。このチャープは、好適にキャンセルされ減少する。典型的に、増幅器３６により提供される位相遅れの量は、レーザー１８によって生じるチャープの振幅の完全なキャンセレーションがなされるよう、ほぼ１８０度である。この、キャンセレーション効果は、光学信号２４において（光学的形で）存在するチャープと同一の振幅で１８０度の位相差を有する位相変調器２６の電気入力端子５０の電気信号により提供される。それゆえに、通常は、増幅器３６は、ほぼ１８０度の位相差を提供する。周波数帯（例えば５０〜１０００ＭＨｚ）全体のＣＳＯ歪みで最善のキャンセレーションを見つけるよう、２つの信号の振幅を一致させる。
【００２０】
マイクロ波信号や非常に高速のデジタル信号を伝送する装置に対しても、本願発明の方法および装置は有用であることが理解されよう。一実施例において、位相変調器は、集積化されたデバイスとしてレーザーを単一のパッケージに含んでもよい。
【００２１】
以下に、図２のトランスミッタの動作をさらに詳細に記述する。端子１０の入力ＲＦ信号は、いくつかの周波数の複合でありｓ（ｔ）として表すことができる。
【数１】
2010526482.tif 000003
ここで、ωｉおよびφｉは、それぞれＲＦ（例えばＣＡＴＶ）周波数および位相である。このコンポジット信号は、レーザー１８を直接変調するために用いられ、また、レーザー・チャープを作り出す。レーザー１８を直接変調することによって、レーザーからのビーム２４の光の強度が変調される。しかしながらチャープのため、レーザー周波数も変調される。これは、結果として端子１０での入力情報信号のそれに比例するキャリア（ＲＦ）の望ましくない周波数偏移を発生させる。この信号は、以下のように表される。
【数２】
2010526482.tif 000004
【数３】
2010526482.tif 000005
ここで、ｋｆは、周波数変調ファクターである。この変調光は、位相変調器２６を通過する。この光が光ファイバを通過するにつれて、それは若干の遅延が蓄積される（レーザー１８ピグテールは、レーザー出力ポートである、かつ位相変調器２６の光ファイバの入力でもある）。位相変調器２６は、端子５０に加えられる信号によってキャリアの位相を変調する。端子５０で位相変調器に加えられる信号は、電気部品３２、３６、４０による電気径路を経由するため、若干の遅延を得る。このように、２本の信号パス間の遅延差が求まる。この遅延差をτdiffとする。すると、式２および３は、以下の通りに変形できる。
【数４】
2010526482.tif 000006
【数５】
2010526482.tif 000007
式５において、キャリア［数６］は、
【数６】
2010526482.tif 000008
二つの関連する項を持ち、レーザーから生成されたオリジナルのチャープがキャンセルされるためには、これらの項をキャンセルする必要がある。このキャンセレーションは、
【数７】
2010526482.tif 000009
【数８】
2010526482.tif 000010
［数７］と［数８］とが振幅において等しく、１８０度の位相差があるときにだけ可能である。これを実現するためには、位相変調器２６に加えられる前の電気信号は、積分器３２および増幅器３６を通過した信号が１８０度の位相差が生じる必要がある。式５は、式６に変形できる。
【数９】
2010526482.tif 000011
第１に、二つの項である［数１０］および、［数１１］
【数１０】
2010526482.tif 000012
【数１１】
2010526482.tif 000013
がマッチし、バランスする必要がある。この第二の項のキャンセレーションへの影響は、二つの経路の遅延の差である。もし、τdiffが０でないならば、式６の二つの項は、キャンセレーションに関して周波数に依存することとなる。二つの電気信号の電気的経路長を一致させることにより、この遅延の差τdiffが０にアジャストされる。完全なキャンセレーションがこのように達成された場合、ファイバのスパンに入射する最終的な光信号は次のようになる。
【数１２】
2010526482.tif 000014
【００２２】
上述の結果と並行してマルチトーン解析がなされる。端子１０の入力ＲＦ信号は、いくつかの周波数の複合でありｓ（ｔ）として表される。
【数１３】
2010526482.tif 000015
ここで、ω１およびω２は、二つの周波数である。説明を簡単にするため、それらの任意の位相φ１およびφ２をゼロと置いた。この信号は、レーザー１８を直接変調するために用いられ、しかもレーザー・チャープを作り出す。レーザー１８を直接変調することによって、レーザーからの光の強度が変調される。しかしながらチャープのため、レーザー周波数も、変調される。これは、結果として情報信号に比例するキャリアの周波数偏移を導く。この信号は、以下の通りに表される。
【数１４】
2010526482.tif 000016
【数１５】
2010526482.tif 000017
ここで、ｋｆは、周波数変調ファクターである。この変調光は、位相変調器２６（レーザー１８ピグテールおよび位相変調器２６のファイバ入力）を通過する。この光が光ファイバを通過するにつれて、それは若干の遅延が蓄積される。位相変調器２６は、それに加えられる信号によってキャリアの位相を変調する。位相変調器２６に加えられる信号は、電気部品３２、３６、４０による電気径路をたどるため、若干の遅延を得る。このように、２本の信号パス間の遅延差が求まる。この遅延差をτdiffとする。すると、式２および３は、以下の通りに変形できる。
【数１６】
2010526482.tif 000018
【数１７】
2010526482.tif 000019
式５において、キャリア［数１８］は、
【数１８】
2010526482.tif 000020
二つの関連する項を持ち、レーザーから生成されたオリジナルのチャープがキャンセルされるためには、これらの項をキャンセルする必要がある。このキャンセレーションは、
【数１９】
2010526482.tif 000021
【数２０】
2010526482.tif 000022
［数１９］と［数２０］とが振幅において等しく、１８０度の位相差があるときにだけ可能である。これを実現するためには、位相変調器２６に加えられる前の電気信号は、積分器３２および増幅器３６を通過した信号が１８０度の位相差が生じる必要がある。式５は、式６に変形できる。
【数２１】
2010526482.tif 000023
【００２３】
遅延の差τdiffは、二つの電気経路の長さが同じになることによって、ゼロにアジャストされる。これによって、式６は、次のように簡略化される。
【数２２】
2010526482.tif 000024
【００２４】
そして、振幅のファクターをバランスさせ、ｋｆおよびｋｐが同一となるようにすると、結果として式８が導かれる。
【数２３】
2010526482.tif 000025
【００２５】
この強度変調信号は、その後ファイバのスパンに導かれる。レーザー・チャープがキャンセルされるので、ファイバ散乱を有するレーザー・チャープ相互干渉による歪みは回避できる。
【００２６】
図３は、図２のトランスミッタの応用を示す。この実施例において、図２のトランスミッタと同様に、図３のトランスミッタは５０ＭＨｚ〜５５０ＭＨｚの周波数範囲（これは一例である）の端子１０におけるコンポジット・アナログのＲＦ信号入力の伝送をサポートする。図２と同じエレメントは、図３において同じ参照番号がつけられていることに留意されたい。加えて、図３のトランスミッタは、たとえば１ＧＨｚまで各々５５０ＭＨｚのバンド幅の異なる情報コンテンツを持つ複数のＱＡＭ（直交振幅変調）ＲＦ信号の入力を提供する。これらは端子５６ａ−５６ｄにそれぞれ加えられるので、この例では、４つの異なるＱＡＭ信号が入力される。これらは、ケーブル・テレビの分野において、ナローキャスト信号と呼ばれる。各入力ナローキャストＲＦ信号はそれぞれ加算器（またはコンバイナ）６０ａ−６０ｄに入力される。そして、各々が電気領域において作動する。そして、これらはレーザー５４ａ−５４ｄの入力端にそれぞれ接続される。図に示すように、それぞれ、１５５０ナノメートルのバンドの異なる波長のレーザー光を出力する。ここでは、λ１、λ２、λ３およびλ４としてそれぞれ示されている。（なお、コンポジットとＱＡＭ入力ＲＦ信号の組み合わせは、これである必要はない。）
【００２７】
レーザー５４ａ−５４ｄから出力される光学信号は光学領域において作動する従来のＤＷＤ（密度の高い波長分割dense wavelength division）マルチプレクサ（または他の適切なマルチプレクサ）の入力端に各々加えられる。そして、これはその出力ポート６８において複合光学信号を出力する。そして、これは位相変調器５０の光入力ポートに接続される。この構成は、うまく同時に全４つのレーザーのレーザー・チャープを抑制する。かつ、４つのレーザーによって伝達されるブロードキャスト信号（例えば５０〜５５０ＭＨｚの周波数）のＣＳＯ低下を減らす。なお、再びここで留意すべき点は、１台の位相変調器５０だけで、これらのさまざまな入力ＲＦ信号の全てが共有されるということである。このことによって、素子数を節約できるので、これは効果であり、かつコストを減少させることができる。（位相変調器は、通常はこのトランスミッタにおいて比較的高価なコンポーネントのうちの１つであることに注意されたい。）図２または図３のタイプの複数のトランスミッタは、３０Ｋｍの長さの単一ファイバの距離を各々ドライブすることができる。通常は、このような装置の各トランスミッタは、光学波長のうち特有のセットを有する。
【００２８】
図３のトランスミッタによって、５５０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数範囲のユニークなコンテンツを有する多重信号を単一の光ファイバで伝達することができる。この方式は、光ファイバーケーブルの収容力を例えば４倍にする。１５５０ナノメートルの波長バンドにおいて作動することにより、他の波長で波長分割多重（粗い波長分割多重および高密度波長多重）を制限する周知の混線にかかる課題が、最小化される。また、１５５０ナノメートルのバンドの光学信号は従来のＥＤＦＡｓ（エルビウムがドープされたファイバ増幅器）によって増幅してもよい。そして、これによってシステム費用を更に減らすことができる。この技術は、１５５０ナノメートルのバンドに限られない。同様の技術は、１３１０ナノメートルのバンドの複数のＤＷＤＭ信号を送るために用いることができる。しかしながら、１３１０ナノメートルのバンドのＤＷＤＭ波長を選択する際には、十分な注意がなされなければならない。単一モードファイバに対して、散乱ヌルポイント以下、ヌルポイント上、およびそれ以上、すなわち１３１２＋／−６ナノメートルの波長が設定されてもよい。ＤＷＤＭ信号が散乱ヌルポイントで設定される場合、ＦＷＭ（四光波混合）非線形性は重要である。加えて、ラマン混線は低散乱のため、より高いＲＦ周波数まで伸びる。しかし、その大きさはより短い波長距離を選択することによって制限できる。これは光学分野においてよく知られているため、唯一の他のオプションは散乱ヌルポイントより上、または、それの下にＤＷＤＭ波長を設定することである。このように、複数の波長は、１２８０〜１３００ナノメートルのバンドまたは１３１８〜１３３２ナノメートルのバンドに設定されてもよい。いずれにせよ、若干の混線が、次の理由により存在する。すなわち、ａ）非常に低いファイバ散乱、ｂ）１３１０ナノメートルのファイバの低いモード・フィールド直径、および、ｃ）１３１０ナノメートルでのより高いファイバ損失を補償するために、ファイバに高い波長当たりのパワーを投入する必要性、である。これは、１３１０ナノメートルのバンド（１２７０〜１３５０ナノメートル）のこのＤＷＤＭテクニックの使用ができるようにする、なお、距離、パワー、波長の数に対するきびしい制限が課される。
【００２９】
図４−１０は、さまざまなテスト条件、および、従来技術システムと比較して、図２のトランスミッタの典型的な性能を示す。図４において、横軸は、入力されたコンポジット（ＲＦ）信号のメガヘルツ周波数を示す。縦軸は、デシベル（ｄＢ）によって表したＣＳＯ（コンポジット二次オーダー）歪みの量を示す。図６、７、９、および１０を除いて、これらのグラフにおいて一般に、縦軸において値が高いほど、歪み性能はより良好である。図４において、図の下のキーは、さまざまなプロットを示す。「ＣＳＯ−レーザーｄＢＣ」とラベル付けされた第１のプロットはレーザー自体の光学信号出力強さである。そして、これは図２の直接変調されたレーザー１８である。次のプロットは、「補償無し」示される長さ５０キロメートルの光学長の終わりの光学領域における信号強度レベルである。これは、図１の先行技術である。次のプロットは５０キロメートル長の「補償あり」が示される。これは図２のトランスミッタに対応する。そして、補償は、補償を提供するための積分器、可変遅延、増幅回路、ダイプレクサおよびＳＢＳ音声発振器、の存在に起因する。図示するように、これは、補償無し光ファイバ長の同じ長さよりも、著しく良好な信号である。図示される最後の２つのプロットは、それぞれ補償無し２５キロメートル長、および、補償あり２５キロメートル長の信号強度のグラフが示されている（図２）。図示するように５０キロメートルおよび２５キロメートルの距離の、補正ありのトランスミッタは、補償無し先行技術トランスミッタよりも、よりよい性能を提供する。
【００３０】
図５は、図４と同じキー凡例を用いたプロットを示す。縦軸は、トランスミッタにおいて補償の有り無しによる、ＣＴＢ（コンポジット・トリプル・ビート）の最小劣化を示す。ＣＴＢは、この分野でよく知られており、ｄＢで表される。同様に、補償有りのトランスミッタは５０キロメートル長および２５キロメートル長ともに、先行技術の補償無しトランスミッタよりよりよい性能を提供する。
【００３１】
図６において、縦軸には、２５キロメートルの光ファイバ長に加えられる異なる光学（レーザ出力）電力レベルで、本発明の図２のトランスミッタで達成されたＣＳＯ（コンポジット二次オーダー）歪み残余を示す。示されるさまざまな「発射」光強度は、７．５、１６、１３および１８ｄＢＭである。これらの電力レベルの全てにおいて示されるように、各曲線ともおよそ同じ形状となっており、残余のＣＳＯの量は、概略的に同じである。ファイバ間距離でのＣＳＯ低下（CSO degradation）は、高い周波数チャンネルにおいて激しい。本願発明の方法は、完全にファイバ散乱の効果をキャンセルする。チャープがキャンセルされるので、ＣＳＯの改善が全ての長さ（span length）にわたって効果を奏する。すなわち、この方法は、ファイバ距離に依存しない。キャンセレーション方式の効果の他の基準は、補償無しでのＣＳＯ低下の量である。図６および図１０は５０〜５５０ＭＨｚの周波数における本方式の効果を示す。また、これらの図は、異なる光強度でのキャンセレーションを示す。これは、レーザー・チャープおよびファイバ散乱のリニアな効果がキャンセルされることを示す。非線形効果、例えば光学発射パワーにより劇的に変化するＳＰＭ（自己位相変調self-phase modulation）のため、ＣＳＯは、信号低下において非常により小さい役割を果たす。
【００３２】
図７は図６と同様のグラフである。なお、長さは、２５キロメートル長ではなく、５０キロメートル長でテストされている。発射パワーは、図６と同じである。この場合、全４つのグラフは非常に近くなっている。そして、各光強度でおよそ同じレベルの達成度を示す。
【００３３】
図８は図４と同様のグラフである。但し異なるレーザーが用いられている。図８のテストにおいて用いられるレーザーは、図４のテストのそれより低いチャープを有するものである。ＣＳＯ補正の量は、図４よりすべての周波数でわずかに高いが、グラフの形状は概略的に図４と同じである点に留意すべきである。
【００３４】
図９は、図６とおなじであるが、同様に、より弱いチャープ・レーザーを有するグラフを示す。また、グラフは、概略的に、図６と同じ形状である。
【００３５】
図１０は、異なる光強度で本願発明のトランスミッタで達成された残余のＣＳＯを示す。図７と多少異なるが、残余のＣＳＯの量はいくらか低くなっている。
【００３６】
この明細書の記載は、例示的なものであり制限するものではない。この開示を考慮し、かつ添付の請求の範囲内で、当業者によって更なる修正が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】米国特許公開公報２００６／０２１０２８２号明細書
【図１】
2010526482.tif 000026
【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】
2010526482.tif 000032
【図８】
2010526482.tif 000033
【図９】
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【図１０】
2010526482.tif 000035
【国際調査報告】
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2010526482.tif 000037
2010526482.tif 000038
2010526482.tif 000039
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