(57)【要約】  外部キャビティＦＰレーザのための方法、システム、および装置。１つの態様において、ＦＰレーザダイオードと、ＦＰレーザダイオードの光出力を受けるように結合され、光出力の偏光を回転させるファラデー回転子（ＦＲ）と、ＦＲの出力を受けるために第一端部で結合された光ファイバと、光ファイバからの光信号を受けるために光ファイバの第二第二端部に結合された波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタと、ＷＤＭフィルタの出力部に直接的にまたは間接的に結合されたＦＲＭと、を含む装置であって、ＷＤＭフィルタの光出力は、反射ビームの偏光が回転されるようにＦＲＭミラーにより部分的に反射され、次に、反射光信号がＦＲを通過し、反射光信号の偏光がＦＲにより回転され、その後、反射光信号はＦＰレーザダイオードに戻って注入される装置が提供される。
2015525042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＰレーザダイオードと、
前記ＦＰレーザダイオードの光出力を受けるように結合され、かつ前記光出力の偏光を実質的に４５度だけ回転させるファラデー回転子（ＦＲ）と、
前記ファラデー回転子（ＦＲ）の出力を受けるために第一端部で結合された光ファイバと、
前記光ファイバからの光信号を受けるために前記光ファイバの第二端部に結合された波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタと、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの出力部に直接的にまたは間接的に結合されたファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）と、
を備える装置であって、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの光出力は、反射ビームの偏光が前記ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）を通る伝送および前記ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）による反射の後、実質的に９０度だけ回転されるように、前記ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）により部分的に反射され、次に、反射光信号が、前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタおよび前記光ファイバを通過し、前記ファラデー回転子（ＦＲ）を通過し、前記反射光信号の偏光が、前記ファラデー回転子（ＦＲ）により実質的にさらに４５°だけ回転され、その後、前記反射光信号が前記ＦＰレーザダイオードに戻って注入される装置。
【請求項２】
前記ＦＰレーザダイオードと前記ファラデー回転子との間に位置づけられていると共に前記ＦＰレーザダイオードの光出力を受け、かつ出力光信号を変調して前記装置による伝送のための変調信号を生成するように結合された外部変調器（ＥＭ）をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ファラデー回転子と前記光ファイバとの間に位置づけられていると共に前記ファラデー回転子の光出力を受け、かつ出力光信号を変調して前記装置による伝送のための変調信号を生成するように結合された外部変調器（ＥＭ）をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタが、前記光ファイバからの出力光信号を受けるように結合された１つの入力部と、スプリッタに結合された出力部と、を有するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）ＷＤＭマルチプレクサの形態である請求項１または２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタが、可変フィルタである請求項１または２または３に記載の装置。
【請求項６】
外部変調器（ＥＭ）が、半導体光増幅器である請求項２または３または４または５に記載の装置。
【請求項７】
外部変調器（ＥＭ）が、マッハツェンダ干渉計ベースの変調器である請求項２または３または４または５に記載の装置。
【請求項８】
前記光ファイバが実質的に数百メートルから数キロメートルの長さを有する請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ＦＰレーザダイオードのＦＰキャビティモードを前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタに合致させる手段をさらに備える請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記手段が、前記ＦＰレーザダイオードまたは前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタのいずれか一方または両方に取り付けられた加熱要素を備える請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ＦＰレーザダイオードと、
前記ＦＰレーザダイオードの出力を受けるために第一端部で結合された光ファイバと、
前記光ファイバからの光信号を受けるために前記光ファイバの第二端部に結合された波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタと、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの出力部に結合されたファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）と、
を備える装置であって、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの光出力は、反射ビームの偏光が前記ＦＲＭを通る伝送および前記ＦＲＭによる反射の後、実質的に９０度だけ回転されるように、前記ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）により部分的に反射され、次に、反射光信号が、前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタおよび前記光ファイバを通過し、その後、前記ＦＰレーザダイオードに戻って注入される装置。
【請求項１２】
ＦＰレーザダイオードと、
前記ＦＰレーザダイオードの出力を受けるために第一端部で結合された偏波保持（ＰＭ）光ファイバと、
前記偏波保持（ＰＭ）光ファイバからの光信号を受けるために前記偏波保持（ＰＭ）光ファイバの第二端部に結合された波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタと、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの出力部に結合されたミラーと、
を備える装置であって、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの光出力が、前記ミラーにより部分的に反射され、次に、反射光信号が、前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタおよび偏波保持（ＰＭ）光ファイバを通過し、その後、前記ＦＰレーザダイオードに戻って注入される装置。
【請求項１３】
ＦＰレーザダイオードと、
光集積回路（ＰＩＣ）チップであって、前記光集積回路（ＰＩＣ）チップが複数の光学素子を含み、前記複数の光学素子が、
前記ＦＰレーザダイオードからの光信号を受けるように前記光集積回路（ＰＩＣ）チップを介して前記ＦＰレーザダイオードに結合された外部変調器（ＥＭ）と、
前記外部変調器（ＥＭ）に結合された波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタと、
第一反射器に結合された第一アーム、および第二の光集積回路（ＰＩＣ）チップの出力端部に結合された第二アームを有する光スプリッタと、
含む、光集積回路（ＰＩＣ）チップと、
を備える装置であって、
前記波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）フィルタの光出力が前記第一反射器により部分的に反射され、次に、反射光信号が、前記光集積回路（ＰＩＣ）チップを通過し、その後、前記ＦＰレーザダイオードに戻って注入される装置。
【請求項１４】
前記光集積回路（ＰＩＣ）チップの複数の光学素子が互いに、同じ基板の１つまたは２つ以上の集積光導波路を用いて結合されている請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
１つまたは２つ以上の第二ＦＰレーザダイオードであって、第二ＦＰレーザダイオードのそれぞれが前記光集積回路（ＰＩＣ）チップの対応する第二光導波路に結合され、各第二導波路が、それぞれの第二ＥＭ、第二ＷＤＭフィルタ、第二光スプリッタ、および第二反射器を含む対応する第二の複数の光学素子を結合する、１つまたは２つ以上の第二ＦＰレーザダイオードをさらに備える請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
自己シード波長分割多重受動光網（ＷＤＭ ＰＯＮ）を備えるシステムであって、
前記自己シード波長分割多重受動光網（ＷＤＭ ＰＯＮ）が、
第一の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサの入力部に結合された１つまたは２つ以上の光回線終端装置（ＯＬＴ）ポイントであって、各光回線終端装置が、
ＦＰレーザダイオードと、
前記ＦＰレーザダイオードからの出力光信号を受け、かつ前記出力光信号を入力としてファラデー回転子に供給する外部変調器（ＥＭ）と、
前記外部変調器（ＥＭ）の光出力を受けるように結合され、かつ前記光出力の偏光を実質的に４５度だけ回転させる前記ファラデー回転子であって、前記ファラデー回転子の出力部が前記第一の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサの入力部に結合される、前記ファラデー回転子と、
を含む、１つまたは２つ以上の光回線終端装置（ＯＬＴ）ポイントと、
前記第一の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサの出力部からの光信号を受ける第一スプリッタと、
前記第一スプリッタの１つ出力部に結合された第一ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）と、
第二スプリッタと、
前記第二スプリッタの１つの出力部に結合された第二ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）と、
前記第一スプリッタと前記第二スプリッタとの間に結合された光ファイバと、
前記第二スプリッタの入力部に結合された出力部を有する第二の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサと、
前記第二の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサの入力部に結合された、１つまたは２つ以上の光網終端装置（ＯＮＵ）であって、前記各光網終端装置（ＯＮＵ）が、
ＦＰレーザダイオードと、
前記ＦＰレーザダイオードの光出力を受けるように結合され、前記光出力の偏光を実質的に４５度だけ回転させるファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子からの出力光信号を受け、前記出力光信号を入力として前記第二の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサに供給する外部変調器（ＥＭ）と、
を含む、１つまたは２つ以上の光網終端装置（ＯＮＵ）と、
を含み、
それぞれの波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサの光出力が、それぞれのファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）により部分的に反射されるシステム。
【請求項１７】
前記第一の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサまたは前記第二の波長分割多重化（ＷＤＭ）マルチプレクサの１つまたは２つ以上が、アレイ導波路（ＡＷＧ）マルチプレクサの形態である請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
ＦＰレーザダイオードからの光出力を供給するステップと、
出力光信号をファイバを介して光マルチプレクサに結合させ、かつ前記出力光信号を多重化して多重化信号を生成するステップと、
前記多重化信号を分割し、かつ第一分割信号を生成するステップと、
前記第一分割信号を反射してＦＰレーザキャビティに戻すステップと、
前記ＦＰレーザダイオードの１つのＦＰキャビティモードを前記光マルチプレクサにより発生される光通過帯域中心に合致させ、かつＦＰレーザ波長を単一モード動作にロックするステップと、
前記ファイバを通って伝搬し、かつ反射されて前記ＦＰレーザダイオードに戻る光の偏光が前記ＦＰレーザダイオードの偏光に合致するように制御するステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
波長分割多重（ＷＤＭ）技術は、単一光ファイバによる二地点間接続（point to point connection）の伝送容量を増大させるために光ファイバ通信で広く使用されている。様々な従来のＷＤＭレーザ技術が何年にもわたって開発され広く採用されている。高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）適用に好適であり、１０Ｇ以上の高速変調性能を有する解決策が、一般に、特に長距離市場およびメトロ市場で光ファイバを効果的に使用して圧倒的に増大するデータ伝送要求をかなえるために要望される。固定波長外部変調型分布帰還（ＤＦＢ）レーザ、例えば電界吸収変調型レーザ（ＥＭＬ）と、波長可変レーザとが、現在、市場展開を支配している。可変レーザは、在庫管理にとって、より適切な無色であるという利点により、市場での占有率を徐々に増大させている。可変レーザの精巧で高価な製作プロセスは、潜在的に、市場占有率の増大の継続に、限界をもたらす可能性がある。
【０００２】
ＷＤＭ技術は、長距離市場およびメトロ市場における二地点間伝送にとって望ましいだけでなく、時にはＷＤＭ受動光網（ＷＤＭ−ＰＯＮ）システムと呼ばれる単一ファイバによる集合体の多地点間接続にとっても望ましい。ＥＭＬおよび可変レーザの両方は、一般に、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムにとって、非常に高価である。費用効率の高い無色レーザの解決策は、ＷＤＭ−ＰＯＮ適用にとって望ましく、これまでにそのような解決策を追求する重要な研究および開発努力がなされている。初期の努力の中で、アレイ導波路回折格子マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＡＷＧ ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）によりスライスされるハイパワー広帯域光源、または連続波（ＣＷ）ＷＤＭ光源から生じるシード光に基づく注入同期型ファブリ−ペロー（ＦＰ）レーザおよび反射型光半導体増幅器（ＲＳＯＡ）を有する光網終端装置が提案されている。ＡＷＧ ＭＵＸの出力部に部分反射ミラーを配置してＲＳＯＡ自体からの光放出の一部を帰還させることにより、ＯＮＵのＲＳＯＡからの光放出をそれ自体のシード光として使用する自己シード構成を含む他の選択肢が提案されている。この手法は、ＯＮＵをＷＤＭ−ＰＯＮシステムの受動ＷＤＭ ＭＵＸノードに接続するファイバの長さと同じ長さのキャビティ長を有する外部キャビティレーザを実質的に形成する。このような長い外部キャビティレーザの安定性の問題が、長い光ファイバを通る偏光を安定化させるためにファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）を使用して研究された。自己シードアーキテクチャ（self-seeding architecture）は、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムが光シード配置形態をＯＮＵとパッシブノードとの間のＯＮＵサービス区域に制限するので、ＷＤＭ−ＰＯＮシステムを大幅に簡略化し、これは、ＷＤＭ−ＰＯＮサービスのシームレスな開発にとって有益であり、将来のＷＤＭ−ＰＯＮと既存の時分割多重ＰＯＮ（ＴＤＭ−ＰＯＮ）構成との間の潜在的な融合を容易にする。それにもかかわらず、これまでに提案された関連する解決策は、速度および距離の点で、満足な伝送性能を提供できていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
外部キャビティＦＰレーザ構造およびＷＤＭ−ＰＯＮアーキテクチャのためのシステム、方法、および装置が提案され、ＷＤＭ−ＰＯＮアーキテクチャは、伝送性能を制限する上述の問題および制約条件に対処するために、このようなレーザを組み込み、例えば２０ｋｍを超える長さを有する単一ファイバの全体にわたる高速多地点接続のためのＷＤＭ−ＰＯＮシステムの構築を可能にする。
【０００４】
いくつかの実施態様では、ＦＰキャビティ半導体レーザダイオード、例えば、ＦＰレーザダイオードを含む構造であって、ＦＰキャビティ半導体レーザダイオードの光出力が、オプションとして、レーザ偏光を実質的に４５度だけ回転させるファラデー回転子（ＦＲ）を通過する、構造が開示される。次に、レーザビームは、例えば、数百メートルから数キロメートルの範囲にわたることがある長さを有するファイバ、例えば、長い光ファイバまたは偏波保持ファイバに結合され、ファイバはＷＤＭフィルタ、例えばＤＷＤＭフィルタにつながり、ＷＤＭフィルタの光出力はファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）により部分的に反射される。ＦＲＭは、ＦＲと、それに続く部分反射ミラーとから構成される。伝送される光信号は、信号伝送のために使用される。いくつかの実施態様では、部分反射ミラーのみが必要とされる（例えば、カプラがない）。次に、反射光信号は、ＷＤＭフィルタおよび光ファイバを通過して、ＦＲに到達し、またはＦＲが含まれていない場合はレーザダイオードキャビティに到達する。
【０００５】
ＦＲＭにより反射されたビームの偏光は、長くかつ潜在的に変形されたファイバを通過するときに偏光が歪まされることがあるけれども、ＦＲとＦＲＭとの中間のいかなる場所でも前進光信号と直交したままである。次に、反射ビームはＦＲを通過し、反射ビームの偏光はＦＲにより回転され、その後、反射ビームはＦＰレーザキャビティに戻って注入される。ＦＲおよびＦＲＭによる複光路は、ＦＰレーザキャビティからの元のレーザ偏光に十分に合致する３６０度までの反射ビームの偏光の全回転をもたらす。ＦＲ、光ファイバ、ＷＤＭフィルタ、ＦＲＭ、およびＦＰキャビティの前面ファセットは、外部共振キャビティを形成し、ＷＤＭフィルタによりスペクトル的に純化された光場は、外部キャビティ内でおよびＦＰキャビティと共振し、ＷＤＭフィルタに合致するＦＰキャビティモードのうちの１つにＦＰレーザをロックする。この共振は外部キャビティの損失バジェットの要求条件を緩和して、ＦＰレーザをロックする。
【０００６】
さらに、二重ＦＲアーキテクチャの実施態様は、長い外部キャビティからの偏光を安定化し、ＦＰの波長を以前の実施態様よりも大きい範囲までロックする。その結果、ＦＰレーザキャビティの光利得は低い偏光依存である必要はない。反射ビームがＷＤＭフィルタによりフィルタ処理されるので、ＦＰレーザキャビティに戻った注入は、レージングモードを、ＷＤＭフィルタにより規定された波長ウインドウ（wavelength window）に一致するＦＰキャビティモードのうちの１つにロックし、高速長距離伝送にとって不可欠な単一モード動作を作り出す。一般に、ＦＰレーザ自体は、適度に低いキャビティ損失を有するように設計され、閾値を十分に超えて動作されて、自然放出と、多重縦レージングモード間のモード分配により支配される雑音とを十分に抑制することにより、受容可能な相対強度雑音（ＲＩＮ）レベルが与えられる。いくつかの実施態様では、フィルタ処理された外部光帰還注入によりレージングモードが一旦単一モードにロックされると、ＲＩＮはさらに低減される。この配列により、低雑音であり、伝送システムからの反射にさほど敏感でない光信号を生成することができる。いくつかの実施態様では、ＦＰキャビティモードは、ＷＤＭフィルタ中心に合致することが要求される。これは、ＦＰキャビティ温度を制御することにより達成することができる。いくつかの実施態様では、データ伝送は、ＦＰキャビティへの電流注入を直接に変調することにより達成することができる。
【０００７】
閾値を十分に超えてＦＰレーザをバイアスすると、高速変調を可能にすることができるが、このような直接電流変調は波長チャーピングをもたらし、光ファイバの分散のために伝送距離を制限することがある。実施態様によっては、この問題を解決するために、外部変調器（ＥＭ）がＦＰキャビティとＦＲとの中間に配置される。ＷＤＭレーザ光源が広い波長範囲を包含しやすくするために、ＥＭは広帯域変調器とすることができる。マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）ベースの強度変調器は、一般に広帯域で高速変調能力を有するＥＭとして使用することができる。実施態様によっては半導体光増幅器（ＳＯＡ）を使用することもでき、光利得を変調する電流注入の変調を可能にする。
【０００８】
いくつかの実施態様では、ＥＭを通過する反射光は再変調されることになり、それは、潜在的に、ＭＺＩおよびＳＯＡ変調器の例示の両方において前進信号変調に擾乱を誘起する可能性がある。加えて、ＳＯＡ変調器を使用する場合、反射光は、潜在的に、飽和光利得に影響を与え、前方向信号変調の品質を劣化させる可能性がある。ＦＰレーザが閾値をより十分に超えて動作することにより、戻り注入光の再変調により引き起こされる前進信号変調品質の劣化は一般に小さくなる。いくつかの実施態様では、ＦＲがＦＰとＥＭとの中間に配置される場合、さらなる改善を達成することができる。このアーキテクチャでは、ＥＭを通過する反射ビームは、ＥＭの設計された偏光と比較して４５度外れた偏光を有することになり、それにより、ＥＭを通過する反射ビームの再変調の影響は減少する。この配置形態では、ＦＰレーザに戻って注入される光は、元の偏光に十分に合致したままであり、波長ロック性能は維持される。
【０００９】
いくつかの実施態様では、外部キャビティレーザがＷＤＭ−ＰＯＮアーキテクチャに組み込まれる。１つの例示の配置形態では、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）ベースのＷＤＭ ＭＵＸ（または可変ＤＷＤＭフィルタ）は、元の構造でのＷＤＭフィルタを置き換える。ＡＷＧ ＭＵＸは、ＡＷＧの各入力ポートが、特定の入力ポートに接続しているＦＰレーザに対して異なるレージング波長を規定することにより、外部キャビティレーザ構造のＷＤＭフィルタ機能を果たし、すべてのレーザ入力を出力ポートにおいて一緒に組み合わせて、単一ファイバ伝送を容易にする。
【００１０】
いくつかの実施態様では、自己シードＷＤＭ−ＰＯＮアーキテクチャが、光回線終端装置（ＯＬＴ）および光網終端装置（ＯＮＵ）の両方で使用される。単一光ファイバによる双方向伝送を容易にするために、ＯＬＴ送信器の波長をＬバンドに割り当てることができ、一方、ＯＮＵの伝送波長をＣバンドに割り当てることができる。サイクリックＡＷＧを使用して、アップストリームおよびダウンストリームＭＵＸおよびＤＥＭＵＸのための異なる波長帯を単一光ファイバにより収容することができる。ＷＤＭカプラをオプションとして送信器とＦＲとの中間で使用して、ＯＮＵトランシーバで受ける信号のダウンストリーム信号のＬバンド光を分離し、ＯＬＴトランシーバで受ける信号のアップストリーム信号のＣバンド光を分離することができる。いくつかの実施態様では、各トランシーバユニットは、送信器、受信器、ＷＤＭカプラ、およびＦＲを含み、それらは、デジタルデータでデバイスを動作させるのに必要とされるエレクトロニクス、および制御インタフェースと一緒に、例えば、小さいフォームファクタのプラグ着脱可能デバイスに集積化することができる。
【００１１】
レーザアーキテクチャの特質を利用して、外部キャビティＦＰレーザは、単一チャネルＷＤＭフィルタを有する単独ＷＤＭレーザとして、またはＡＷＧを使用する一群のＯＮＵとしてＴＤＭ−ＰＯＮシステムにシームレスに付加することができる。レーザ特性はＯＬＴ側などのシステムから来るシード光に依存しないので、外部キャビティＦＰレーザを既存のシステムに付加することによる、レーザ特性の性能の妥協はない。
【００１２】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付図面および説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】直接変調による外部キャビティ結合型ＦＰレーザ構造の一例を示す図である。
【図２】外部変調による外部キャビティ結合型ＦＰレーザ構造の一例を示す図である。
【図３】ＦＰレーザと外部変調器との中間にＦＲを有する外部キャビティ結合型ＦＰレーザ構造の一例を示す図である。
【図４】ＡＷＧ ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸを含むＷＤＭ−ＰＯＮアーキテクチャの一例を示す図である。
【図５】ＷＤＭ−ＰＯＮシステムに基づく単一光ファイバによる完全な多地点間コネクタの一例を示す図である。
【図６】ＷＤＭレーザとしての単一チャネル自己注入同期ＦＰレーザを既存のＴＤＭ−ＰＯＮシステムに付加することを示す図である。
【図７】一群の自己シードＷＤＭ−ＰＯＮ ＯＮＵを既存のＴＤＭ−ＰＯＮシステムに融合するための一例を示す図である。
【図８】光集積回路チップを使用する例示的なＷＤＭレーザを示す図である。
【図９】例示のＷＤＭレーザアレイを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
個々の図面の同様の参照番号および記号表示は、同様の要素を示す。
次に、図１を参照すると、高速で長距離にわたる高性能ＷＤＭ伝送を可能にする外部キャビティＦＰレーザ構造１００の一例が示されている。図示の実施態様では、基本のレーザ構造はＦＰレーザキャビティ、例えばＦＰレーザダイオード１０２を含み、ＦＰレーザキャビティの出力は、最初に、ファラデー回転子（ＦＲ）１０４を通過し、次に、例えば、数百メートルから数キロメートルに及ぶ長さを有する光ファイバ１０６に結合される。ファラデー回転子（ＦＲ）１０４は、レーザ偏光を４５度だけ回転させる。実施態様によっては、ＦＲは構造に含まれない。同様に、光ファイバは、いくつかの実施態様では、偏波保持ファイバと取り替えることができる。
【００１５】
光ファイバ１０６は、波長分割多重化（ＷＤＭ）フィルタ１０８、例えば、高密度ＷＤＭマルチプレクサに結合され、その出力光信号は、スプリッタ１１０を介して結合され、ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）１１２により部分的に反射される。反射ビームの偏光は、ＦＲＭを通って伝送し、ＦＲＭにより反射された後、２７０度だけ回転される。伝送された光信号は、出力１１４として供給され、信号伝送のために使用される。動作中、反射されたレーザ信号はＷＤＭフィルタ１０８およびＦＲ１０４を再び通過し、ＦＰレーザダイオード１０２のＦＰキャビティに戻って到達する。
【００１６】
ＦＲ１０４およびＦＲＭ１１２による複光路は、反射された光信号に実質的に３６０度の全偏光回転をもたらし、それにより、反射された光信号は、ＦＰレーザキャビティ、例えばＦＰレーザダイオード１０２からの、同じ偏光面にある元のレーザ出力に十分に合致することができる。このフィルタ処理された反射は、ＦＰレーザキャビティに戻って注入され、そのレージングモードを、ＷＤＭフィルタ１０８により規定された波長ウインドウ（wavelength window）と一致するＦＰキャビティモードのうちの１つにロックし、高速長距離伝送にとって不可欠な単一モード動作を作り出す。データ伝送は、ＦＰキャビティへの電流注入を直接変調することにより可能にすることができる。ＦＰレーザキャビティの光利得は、低い偏光依存である必要はない。
【００１７】
このタイプのアーキテクチャを使用して、ＦＲ、ファイバ、ＷＤＭフィルタ、ＦＲＭ、およびＦＰキャビティの前面ファセットは、ＦＰキャビティに光学的に結合された外部共振キャビティを形成する。ＷＤＭフィルタによりスペクトル的に純化された光場は、外部キャビティ内でおよびＦＰキャビティと共振し、ＷＤＭフィルタに合致するＦＰキャビティモードのうちの１つにＦＰレーザをロックする。共振のこの特質は、外部キャビティの損失バジェットの要求条件を緩和して、ＦＰレーザを効果的にロックする。さらに、二重ＦＲアーキテクチャの実施態様は、長い外部キャビティからの偏光を安定化させ、ＦＰの波長を、以前の実施態様の広い範囲まで、ロックする。
【００１８】
いくつかの実施態様では、カプラが含まれず、ＷＤＭマルチプレクサの出力は、部分反射構成要素に直接供給される。いくつかの実施態様では、ＦＲＭによる部分反射を実施するのに、異なる方法を使用することができる。例えば、スプリッタを使用せずに、部分反射ミラーを使用することができる。別の例では、２ポートアレイ導波路（ＡＷＧ）フィルタを使用することができ、一方のポートはＦＲＭに接続されるのに対し、他方のポートは伝送のために使用される。
【００１９】
いくつかの代替実施態様では、ＦＲを取り除くことができる。この方式では、長いキャビティの偏光は、安定のままであるが、ＦＰレーザダイオードは、偏光を回復するにはキャビティの二往復通過が必要とされるので、非常に低い偏光依存利得（ＰＤＧ）ではなく、適度に低いＰＤＧを有しなければならない。適度に低いＰＤＧは、ＦＰレーザ波長の有効なロックを保証することになる。これは、偏光状態が安定にされず、その結果レーザ性能がＰＤＧに非常に敏感であり、そのため非常に低いＰＤＧが必要とされる従来の実施態様の更なる改善である。
【００２０】
実施態様によっては、使用されるファイバは、偏波保持（ＰＭ）ファイバであり、ＦＲおよびＦＲＭの両方が、構造から取り除かれる。長いキャビティの偏光を安定させるのに、ＰＭファイバが使用される。
【００２１】
実施態様によっては、ＦＰレーザダイオードのＦＰキャビティモードと、ＷＤＭフィルタ、例えばＷＤＭフィルタの中心周波数とが本質的に合致していない場合、それらは合致される必要がある。実施態様によっては、合致は、ＦＰキャビティまたはＷＤＭフィルタのいずれかを調整することにより、達成することができる。実施態様によっては、この調整を達成するために、加熱要素を、ＦＰレーザダイオードまたはＷＤＭフィルタの一方または両方に結合することができる。代替として、１つまたは２つ以上の熱電冷却器（ＴＥＣ）を使用することができる。
【００２２】
次に、図２を参照すると、別の実施態様において、外部変調による例示の自己注入同期ＦＰレーザ構造２００が示されている。外部変調器（ＥＭ）２０２は、より高い伝送性能を達成するために、ＦＰレーザダイオード１０２とＦＲ１０４との間に置かれる。いくつかの実施態様では、ＥＭは、半導体光増幅器（ＳＯＡ）またはマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）ベースの強度変調器とすることができる。ＳＯＡの変調速度が先のＲＳＯＡ研究では一般に遅いという問題は、提案されたアーキテクチャ（architecture）で解決される。これは、閾値を十分に超えて動作するＦＰレーザからＳＯＡへの非常に高いパワー注入の結果であると考えられ、それが、ＳＯＡのキャリア寿命を減少させ、より高速の変調性能を可能にする。
【００２３】
次に、図３を参照すると、別の実施態様において、外部変調による外部キャビティＦＰレーザ構造３００の第二例が示されている。この例では、ＦＲ１０４は、ＦＰレーザダイオード１０２とＥＭ２０２との中間に配置することができる。ＦＰレーザダイオード１０２とＥＭ２０２との間にＦＲ１０４を配置すると、ＥＭ２０２を通過する反射ビームの再変調を低減することができる。このアーキテクチャでは、ＥＭを通過する反射ビームは、ＥＭの設計された偏光と比較して４５度外れた偏光を有することになり、そして、ＥＭを通過する反射ビームの再変調の効果は減少する。その上、ＦＰレーザに戻って注入される光は、元の偏光に十分に合致したままであり、波長ロック効果が保証される。対照的に、図２に示した例では、ＥＭを通過する反射光は再変調されることになり、それは、ＭＺＩおよびＳＯＡ変調器の場合の両方において前進信号変調（forward going signal modulation）に擾乱を誘起することがある。さらに、ＳＯＡ変調器の場合には、反射光は、飽和光利得に影響を与え、前方向信号変調（forward signal modulation）の品質を劣化させることがある。
【００２４】
ＦＰレーザが閾値を十分に超えて動作することにより、戻り注入光の再変調により引き起こされる前進信号変調品質の劣化は、小さくなるはずであり、それは、前進信号が、戻り注入光を増幅する再発生プロセスから生じずに、ＦＰレーザ自体から直接生じ、ＦＰレーザモードをロックするのに使用される戻り注入光よりも非常に強力であるからである。それにもかかわらず、図３に示されたアーキテクチャを使用する場合、さらなる改善を達成することができる。
【００２５】
次に、図４を参照すると、別の実施態様において、マルチプレクサ、例えばアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）ベースのＷＤＭ ＭＵＸ４０２を使用して、外部キャビティＦＰレーザダイオードを、ＷＤＭアーキテクチャに組み込むことができる例示の構成４００が示されている。ＡＷＧ ＭＵＸは、ＡＷＧの各入力ポートが、特定の入力ポートに接続しているＦＰレーザに対して異なるレージング波長を規定することにより、外部キャビティレーザ構造のＷＤＭフィルタ機能を可能にし、すべてのレーザ入力を出力ポートにおいて一緒に組み合わせて、単一ファイバ伝送を容易にする。従来のＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ＷＤＭ ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸと光網終端装置（ＯＮＵ）ユーザとの間の距離は、数百メートルから数キロメートルの範囲であることがある。二重ＦＲアーキテクチャの実施は、長い外部キャビティからの偏光を安定化させ、二重ＦＲ構成の実施は、ＦＰレーザの波長ロックの効果を保証するのに重要である。図４に示されるように、図２のアーキテクチャが設定され、ここで、ＤＷＤＭマルチプレクサは、ＡＷＧ ＭＵＸと置き換えられている。
【００２６】
図５は、上述のようなＷＤＭ−ＰＯＮシステムに基づく、単一光ファイバによる完全な多地点間コネクタ（connector）の一例を示す。波長分割多重受動光網（ＷＤＭ ＰＯＮ）は、第一マルチプレクサ５０４、例えば第一アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）マルチプレクサ（ＭＵＸ）の入力部に結合された１つまたは２つ以上の光回線終端装置（ＯＬＴ）のポイント（points）５０２を含む。各光回線終端装置のポイント５０２は、ＦＰレーザダイオードと、ＦＰレーザダイオードからの出力光信号を受け、出力光信号を入力としてファラデー回転子に供給する外部変調器（ＥＭ）と、を含む。ファラデー回転子の出力は、入力として第一マルチプレクサ５０４、例えば第一ＡＷＧ ＭＵＸに供給することができる。各光回線終端装置は、図示されるように、受信器光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）をさらに含むことができる。多数のＯＬＴ５０２をＷＤＭ−ＰＯＮシステムに含むことができ、ＯＬＴ５０２の各々は、入力を第一マルチプレクサ５０４に供給する。
【００２７】
ＷＤＭ−ＰＯＮシステムは、第一マルチプレクサ５０４の出力部からの光信号を受ける第一スプリッタ５０６と、第一スプリッタ５０６の１つのポートに結合された第一ファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）５０８と、をさらに含む。上述のように、反射光信号は反射されてＦＲおよびＥＭに戻り、その後、ＯＬＴのＦＰレーザキャビティに注入される。第一スプリッタの第二ポートは、ＯＬＴからの出力光信号を光ファイバ５１０に結合し、光ファイバ５１０の他の端部は、第二スプリッタ５１２に結合さいる。第二スプリッタ５１２は、第一スプリッタ５０６と同様に構成され、第二ファラデー回転子ミラー５１４に結合された１つのポートを有する（別の反射光信号を生成するために）。第二スプリッタ５１２の入力部は、第二マルチプレクサ５１６、例えば第二アレイ導波路回折格子ＡＷＧ ＭＵＸの出力部に結合されている。第二マルチプレクサ５１６への入力はそれぞれ、１つまたは２つ以上の光網終端装置（ＯＮＵ）５１８に結合されている。いくつかの実施態様では、各ＯＮＵ５１８は、ＯＬＴと同様の構造を含むが、異なる波長の光を、ＦＰレーザダイオード、外部変調器（ＥＭ）、およびファラデー回転子（ＦＲ）を含むレーザに使用することができる。動作中、それぞれのマルチプレクサの光出力は、上述のように、それぞれのファラデー回転子ミラー（ＦＲＭ）により、部分的に反射される。
【００２８】
ＷＤＭレーザおよびＷＤＭ−ＰＯＮアーキテクチャを既存のＴＤＭ−ＰＯＮシステムにシームレスに融合することを、レーザ特性を損なわずに達成することができる。図６および図７は、既存のＴＤＭ−ＰＯＮシステムとの統合のための例示のアーキテクチャを示す。より具体的には、図６は、ＷＤＭレーザとしての単一チャネル外部キャビティＦＰレーザを、既存のＴＤＭ−ＰＯＮシステムに付加することを示す。
【００２９】
図７は、一群のＷＤＭ−ＰＯＮ ＯＮＵを、既存のＴＤＭ−ＰＯＮシステムに融合させる一例を示す図である。さらなる別の実施態様において、外部キャビティＦＰレーザダイオードは、単一チャネルＤＷＤＭフィルタを使用する単独ＷＤＭレーザとして働くことができる。
【００３０】
光回線終端装置（ＯＬＴ）などのいくつかの適用では、多数のＷＤＭレーザをすべて同じ装置に配置することができる。外部キャビティ結合型ＦＰレーザの構築は、ＦＰとＷＤＭフィルタとの中間に長いファイバを用いずに実現することができる。その上、長くかつ変形されたファイバにより潜在的に誘起される偏光歪みを、管理する必要がない。
【００３１】
いくつかの実施態様では、ＷＤＭレーザを実現するために、ＦＰレーザは、同じ基板に集積化された多数の光学素子を有するいわゆる光集積回路（ＰＩＣ）チップに結合されている。図８は、光集積回路チップを使用する例示のＷＤＭレーザを示す。
【００３２】
このような実施態様では、ＰＩＣチップは、連続して、ＥＭと、ＷＤＭフィルタと、一方のアームが反射器に結合されており、他方のアームがＰＩＣチップの出力端部に結合されている光スプリッタとを含むことができる。ＰＩＣチップのすべての素子は互いに、同じ基板の１つまたは２つ以上の集積光導波路を用いて結合することができ、１つまたは２つ以上の集積光導波路は、ＰＩＣの一方の端部ではＦＰレーザに結合するのに使用され、他方の端部では出力用途のための光ファイバに結合するのに使用される。素子がすべて同じチップに集積化されているので、偏光は十分に保存される。いくつかの代替実施態様では、ＰＩＣの複雑さを避けるために、スプリッタおよび反射器はＰＩＣから外に移し、例えば短い長さのＰＭファイバを使用して出力ファイバに配置することができる。
【００３３】
図９は、例示のＷＤＭレーザアレイを示す。多数のＷＤＭレーザをすべて同じＯＬＴ装置に配置することができるので、同じＰＩＣ基板上のＥＭのアレイに結合された光導波路のアレイを含むＰＩＣに、アレイＦＰレーザのアレイを結合することにより、コンパクトで高密度の集積化ＷＤＭレーザアレイを実現することができる。次に、ＥＭのアレイは、ＡＷＧなどのＷＤＭ ＭＵＸに結合され、ＷＤＭ ＭＵＸにより１つの導波路に多重化され、光スプリッタに結合された１つの導波路に入り、光スプリッタの一方のアームは反射器に結合され、他方のアームは同じＰＩＣの出力端部に結合されている。
【００３４】
特定の構造および装置を上述で参照したが、技術の態様は１つまたは２つ以上の方法で具現することができる。１つの例示の方法では、ＦＰレーザダイオードからの光出力が供給される。出力光信号は、ファイバ（光ファイバまたはＰＭファイバ）を介して光マルチプレクサに結合され、多重化されて、多重化信号を生成する。多重化信号は、オプションとして、分割され、第一分割信号を生成する。多重化信号（または第一分割信号）は反射されて、ＦＰレーザダイオードに関連するＦＰレーザキャビティに戻る。この方法は、ＦＰレーザダイオードの１つのＦＰキャビティモードを、光マルチプレクサにより発生される光通過帯域中心に合致させるステップと、ＦＰレーザ波長を単一モード動作にロックするステップと、を含む。この方法は、ファイバを通って伝搬し、反射されてＦＰレーザダイオードに戻る光の偏光がＦＰレーザダイオードの偏光に合致するように制御するステップをさらに含む。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明した。しかしながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形を行うことができることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の要旨の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３６】
１０２  ＦＰレーザダイオード
１０４  ファラデー回転子
１０６  光ファイバ
１０８  波長分割多重化フィルタ
１１０  スプリッタ
１１２  ファラデー回転子ミラー
２００  自己注入同期ＦＰレーザ構造
２０２  外部変調器
３００  外部キャビティＦＰレーザ構造
４０２  アレイ導波路回折格子ベースＷＤＭ ＭＵＸ
５０２  光回線終端装置ポイント
５０４  第一マルチプレクサ
５０６  第一スプリッタ
５０８  第一ファラデー回転子ミラー
５１０  光ファイバ
５１２  第二スプリッタ
５１４  第二ファラデー回転子ミラー
５１６  第二マルチプレクサ
５１８  光網終端装置
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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