(57)【要約】  本発明は、光信号を再生し変換するためのシステムおよび方法から構成される。本発明は、「２Ｒ」（すなわち、再増幅および再整形）、および「３Ｒ」（すなわち、再増幅、再整形、および再同期（または再タイミング））、その両方の再生をもたらす。創意的なシステム構成要素は、同調可能な連続波（ＣＷ）レーザ源と、光サーキュレータと、半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、極めて鋭いカットオフ周波数を有するスペクトル・フィルタとを含む。代替実施形態では、フィルタは、いくつかの波長を通過させるインターリーバと置き換えることができる。本明細書に記述する光再生器／変換器のいくつかによって、１個のインターリーバを使用することができる。各再生器は、１個のインターリーバの通過帯域周波数と関連付けられた別々の波長を使用する。ＳＯＡ中での対向伝搬中に、ＣＷレーザからのＣＷ信号が、入力信号中のビットによってチャープされる。次いで、チャープされた信号は、フィルタに出力され、そのフィルタは、もとのＣＷ信号を遮断する。
2006528375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を再生するための方法であって、
前記光信号および連続波長（ＣＷ）信号を対向伝搬させるステップと、
前記光信号中の「１」のビットに対応するビットを有する、チャープされた出力信号を生成するステップと、
前記チャープされた出力信号を通過させ、前記ＣＷ信号を遮断するための、信号をフィルタリングするステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記対向伝搬させるステップが、過渡的チャープを生成する装置中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記対向伝搬させるステップが、半導体光増幅器（ＳＯＡ）中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記対向伝搬させるステップが、断熱的チャープを生成する装置中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記対向伝搬させるステップが、電子吸収変調器（ＥＡＭ）中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再生されたビットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再整形されたビットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再増幅されたビットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再同期されたビットを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記チャープされた出力信号が、前記元の光信号と同じ波長である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記チャープされた出力信号が、前記元の光信号とは異なる波長である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記チャープされた出力信号の波長が、前記ＣＷ信号を調整することによって、選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記フィルタが、ハイパス・フィルタである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ハイパス・フィルタが、ステップ関数に近似した周波数応答を持つ、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フィルタが、インターリーバである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
複数のチャープされた出力信号をインターリーバ中で同時にフィルタリングするステップをさらに含み、
前記複数のチャープされた出力信号が、それぞれ異なる波長を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
複数の光信号を再生するための方法において、
前記光信号のそれぞれと別々の連続波長（ＣＷ）信号を対向伝搬させるステップであって、
前記別々のＣＷ信号のそれぞれが、異なる波長を有する、ステップと、
前記複数の光信号のそれぞれについて別々のチャープされた出力信号を生成するステップであって、
各チャープされた出力信号が、対応する光信号中の「１」のビットに対応するビットを有する、ステップと、
前記別々のチャープされた出力信号だけを通過させ、前記ＣＷ信号を遮断するための、信号をフィルタリングするステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記フィルタリングするステップが、１個のインターリーバ中で実施される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記光信号のそれぞれおよび対応するＣＷ信号が、別々の半導体光増幅器（ＳＯＡ）中で対向伝搬する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記別々のチャープされた出力信号の波長が、対応するＣＷ信号を調整することによって、選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記別々のチャープされた出力信号の波長が、前記インターリーバの別々の通過帯域に調整される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
光信号を再生するためのシステムにおいて、
入力光信号に結合された半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、
前記ＳＯＡに結合された連続波長（ＣＷ）レーザであって、
前記レーザからのＣＷ信号および前記入力光信号が、クロス・ゲイン・モードで前記ＳＯＡ中において対向伝搬して、出力信号を発生する、連続波長（ＣＷ）レーザと、
前記ＳＯＡに結合され、前記出力信号を通過させ、前記ＣＷ信号を遮断する、フィルタと
を含むシステム。
【請求項２３】
前記ＳＯＡと前記フィルタの間に結合された光サーキュレータをさらに含み、
前記光サーキュレータが、前記入力光信号を受け取り、前記入力光信号を前記ＳＯＡへ導波し、
前記サーキュレータが、前記ＳＯＡからの前記出力信号を前記フィルタへ送る、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ＣＷレーザが、同調可能である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記出力信号の波長が、前記ＣＷ信号の波長を調整することによって、選択可能である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記フィルタが、ハイパス・フィルタである、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
前記ハイパス・フィルタが、ステップ関数に近似した周波数応答を持つ、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２８】
前記フィルタが、インターリーバである、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２９】
前記インターリーバが、複数のＳＯＡ回路に結合される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記出力信号が、前記入力光信号の「１」のビットに対応する、「１」のビットを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３１】
前記出力信号中のビットが、前記入力光信号のビットから再生される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記出力信号中のビットが、前記入力光信号から再整形されたビットを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記出力信号中のビットが、前記入力光信号から再同期されたビットを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記出力信号中のビットが、前記入力光信号から再増幅されたビットを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３５】
光信号を再生するためのシステムにおいて、
連続波長（ＣＷ）レーザと、
前記ＣＷレーザに結合された電子吸収変調器（ＥＡＭ）であって、
前記ＣＷレーザからのＣＷ光信号および入力光信号が、前記ＥＡＭ中で対向伝搬して、チャープされた出力信号を生成する、電子吸収変調器（ＥＡＭ）と、
前記ＥＡＭに結合されたフィルタであって、
前記フィルタが、前記チャープされた出力信号を通過させ、前記ＣＷ光信号を遮断する、フィルタと
を含むシステム。
【請求項３６】
複数の光信号を同時に再生するためのシステムにおいて、
前記複数の光信号のそれぞれを受け取るための別々の半導体光増幅器（ＳＯＡ）と、
前記別々のＳＯＡのそれぞれに結合された別々の連続波長（ＣＷ）レーザであって、
前記ＣＷレーザのそれぞれが、前記ＳＯＡ中で前記光信号の１つと対向伝搬するＣＷ信号を供給して、チャープされた出力信号を生成する、別々の連続波長（ＣＷ）レーザと、
前記ＳＯＡのそれぞれから前記チャープされた出力信号を受け取るインターリーバであって、
前記インターリーバが、前記チャープされた出力信号のそれぞれを通過させ、前記ＣＷ信号のそれぞれを遮断する、インターリーバと
を含むシステム。
【請求項３７】
前記フィルタと前記ＳＯＡのそれぞれの間に結合されたカプラをさらに含み、
前記カプラが、前記チャープされた出力信号を結合し、それらを前記フィルタへ供給する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記別々のＣＷレーザが、同調可能である、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記チャープされた出力信号の波長が、前記対応する同調可能なＣＷレーザのそれぞれに対して選択された波長によって、決定される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
対応するチャープされた出力信号が、前記インターリーバの通過帯域を通過するように、前記ＣＷ信号のそれぞれが選択される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
光ネットワークにおいて、
光再生装置に接続された１つまたは複数の入射光ファイバであって、
前記光再生装置が、
前記１つまたは複数の入射光ファイバ上の複数の入射光信号を受け取るための複数の半導体光増幅器（ＳＯＡ）であって、それぞれの入射光信号が前記ＳＯＡのそれぞれに導波される、複数の半導体光増幅器（ＳＯＡ）、および
前記ＳＯＡのそれぞれに結合された別々の連続波長（ＣＷ）レーザであって、前記ＣＷレーザのそれぞれが、前記ＳＯＡ中で前記それぞれの入射光信号と対向伝搬するＣＷ信号を供給して、チャープされた出力信号を生成する、別々の連続波長（ＣＷ）レーザ、および
前記ＳＯＡのそれぞれから前記チャープされた出力信号を受け取るインターリーバを含む、１つまたは複数の入射光ファイバと、
前記インターリーバに接続された１つまたは複数の送出用光ファイバであって、
前記チャープされた出力信号が、前記インターリーバによって前記１つまたは複数の送出用光ファイバに送られ、
前記ＣＷ信号が、前記インターリーバによって前記送出用光ファイバから遮断される、１つまたは複数の送出用光ファイバと
を含む光ネットワーク。
【請求項４２】
前記チャープされた出力信号が、前記入射光信号に対応し、
前記チャープされた出力信号の波長が、前記対応する入射光信号の波長から変わっている、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項４３】
前記別々のＣＷレーザが、前記出力信号の波長を選択するために、同調可能である、請求項４２に記載の光ネットワーク。
【請求項４４】
前記複数のＳＯＡを前記インターリーバに結合するカプラをさらに含む、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項４５】
前記複数のＳＯＡを前記インターリーバに結合し、前記１つまたは複数の入射光ファイバからの前記入射光信号を前記ＳＯＡに結合する光サーキュレータをさらに含む、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項４６】
前記ＳＯＡが、前記それぞれのＣＷ信号中に過渡的チャープを生成し、
前記過渡的チャープが、前記入射光信号中の「１」のビットに対応する、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項４７】
前記チャープされた出力信号のそれぞれが、対応する入射光信号から再生されたビットを含む、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項４８】
前記チャープされた出力信号のそれぞれが、対応する入射光信号から再整形されたビットを含む、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項４９】
前記チャープされた出力信号のそれぞれが、対応する入射光信号から再増幅されたビットを含む、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項５０】
前記チャープされた出力信号のそれぞれが、対応する入射光信号から再同期されたビットを含む、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項５１】
前記チャープされた出力信号のそれぞれが、対応する入射光信号と同じ波長である、請求項４１に記載の光ネットワーク。
【請求項５２】
光信号を再生するためのシステムであって、
前記光信号および連続波長（ＣＷ）信号を対向伝搬させるための手段と、
前記光信号中の「１」のビットに対応するビットを有する、チャープされた出力信号を生成するための手段と、
前記チャープされた出力信号を通過させ、前記ＣＷ信号を遮断するために、信号をフィルタリングするための手段と
を含むシステム。
【請求項５３】
前記対向伝搬させる手段が、前記ＣＷ信号中に過渡的チャープを生成する、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記対向伝搬させる手段が、前記ＣＷ信号中に断熱的チャープを生成する、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５５】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再生されたビットを含む、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５６】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再整形されたビットを含む、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５７】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再増幅されたビットを含む、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５８】
前記チャープされた出力信号が、前記光信号から再同期されたビットを含む、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５９】
前記チャープされた出力信号が、前記元の光信号と同じ波長である、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６０】
前記チャープされた出力信号が、前記元の光信号とは異なる波長である、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６１】
前記チャープされた出力信号の波長が、前記ＣＷ信号を生成するための手段を調整することによって、選択される、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６２】
前記フィルタが、ハイパス・フィルタである、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６３】
前記ハイパス・フィルタが、ステップ関数を近似した周波数応答を持つ、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６４】
前記フィルタが、インターリーバである、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６５】
複数のチャープされた出力信号をインターリーバ中で同時にフィルタリングするための手段をさらに含み、
前記複数のチャープされた出力信号が、それぞれ異なる波長を有する、請求項５２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光信号の再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）および変換（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）に向けられ、より詳しくは、半導体光増幅器（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を介して信号を対向伝搬（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｒｏｐａｇａｔｅ）させ、出力をフィルタリングして、光信号を再生し変換することに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重方式（ＷＤＭ）［ｗａｖｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ］または高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）［ｄｅｎｓｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ］は、様々なソースからのデータを光ファイバ上に一緒にのせる。各信号は、別々の光波長で同時に搬送される。ＷＤＭを使用すると、データの別々の波長またはチャネルは、ストリーム中に多重化され、１本の光ファイバ上で伝送される。８０ほどのデータ・チャネルをこのようにして伝送することができる。各チャネルは、時分割多重化（ＴＤＭ）された信号（ｔｉｍｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ  ｓｉｇｎａｌ）を搬送する。
【０００３】
各チャネルは、光ファイバの末端部においてデマルチプレクスされて（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）元の信号に戻される。ＷＤＭを使用して、異なるデータ・レートで異なるデータ・フォーマットを一緒に伝送することができる。たとえば、インターネット・パケット（ＩＰ）データ［Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｐａｃｋｅｔ（ＩＰ）ｄａｔａ］、同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）データ［ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋ（ＳＯＮＥＴ）ｄａｔａ］、非同期転送モード（ＡＴＭ）データ［ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｏｄｅ（ＡＴＭ）ｄａｔａ］は、すべて同時に光ファイバ内を伝わることができる。
【０００４】
全光学式（ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ）ＷＤＭネットワークによって、費用効率が高く、長い距離にわたって広帯域幅で伝送するための斬新な解決策が与えられる。将来のネットワークは、再生、再整形、および変換するために、電気的フォーマットにデータを変換し戻す必要がない全光学式による利点を使うことになると予想される。全光学式ネットワークの利点を十分活用するために、信号再生および波長変換をサポートする費用効率が高い構成要素が必要である。再生は、ファイバの長いスパン、光増幅器、エルビウムをドープしたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）［ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ］、光中継器（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｐｅａｔｅｒ）、およびアド／ドロップまたはクロスコネクト局（ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｏｒ  ｃｒｏｓｓ  ｃｏｎｎｅｃｔ  ｓｔａｔｉｏｎ）を経由して伝わった後に、信号が累積した歪およびノイズを修正するために、ネットワーク中で行われるべきである。
【０００５】
ネットワーク中で波長が遮断されないようにするために、波長変換が必要である。波長の遮断は、二人の異なるユーザが１個のポート中で同じ波長を使用しようと試みたときに、発生する。信号再生の現行の技術は、光・電子・光（ＯＥＯ）トランスポンダ［ｏｐｔｉｃｓ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ−ｏｐｔｉｃｓ（ＯＥＯ）ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ］に基づいている。これらのトランスポンダは、レシーバ中で光波信号を電気信号に変換し、その電気信号からノイズを除去し、光変調器へクリーン・ビットを与えてクリーンな信号を再伝送することによって、信号を再生する。トランスポンダは、新しい光源として同調可能なレーザを使用することができ、入力信号の波長変換を行うことができる。
【０００６】
ＯＥＯ解決策に関する問題には、高ビット・レートを得るための高コスト、ビット・レート、プロトコル、またはビット形状についての不透明性、および長いネットワーク中の待ち時間の諸問題が含まれる。
【０００７】
本発明は、リターンツーゼロ（ＲＺ）伝送［ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ（ＲＺ）ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ］に対して最適化される。当業者は、本発明が非リターンツーゼロ（ＮＲＺ）伝送もサポートすることができることを認識するはずである。本発明を組み込んだシステムは、ＲＺ伝送のビット形状、ビット・レート、およびプロトコルに対して明確である。装置は、成熟したサブ・コンポーネントに基づき、簡単で強固な（ｒｏｂｕｓｔ）な設計を取り入れている。したがって、本発明は、事実上低コストであり、その動作は極めて信頼性が高い。本明細書で述べるシステムおよび方法は、Ｊ．Ｌｅｕｔｈｏｌｄ他による「Ｐｒｏｃ．ＬＥＯＳ  ２００２  Ａｎｎｕａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｇｌａｓｇｏｗ，Ｓｃｏｔｌａｎｄ」の２００２年１１月の「Ｐｏｓｔ  ｄｅａｄｌｉｎｅ  ｐａｐｅｒ  ＰＤ１．３」に開示されたような従来技術の実質的な改良である。その開示は、参照によって本明細書にその全体が組み込まれる。
【０００８】
本発明は、同調可能な連続波長（ＣＷ）レーザ源［ｔｕｎａｂｌｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ（ＣＷ）ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅ］と、光サーキュレータ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）［ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ］と、極めて鋭いカットオフ周波数を有するスペクトル・フィルタとから構成される。代替実施形態では、フィルタは、いくつかの波長を通過させるインターリーバと置き換えることができる。１個のインターリーバは、本明細書で述べる光再生器／変換器のいくつかで使用することができる。各再生器は、１個のインターリーバの通過帯域周波数と関連付けられた別々の波長を使用する。インターリーバは、スペクトルの遮断域および伝送域が、予め指定された周波数スパンを超えると、１００ＧＨｚなど毎に繰り返すという周期性を有する。
【０００９】
入力信号を変換し再生するために、１波長当たり１個の高速ＳＯＡを使用することによって、本発明は、従来の光学式再生および変換システムより、コストが有利である。
【００１０】
本発明の目的は、全光学式であってＯＥＯ解決策を使用せずに、光信号を再生し再整形し、光信号の波長を変換するための装置および方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、任意色の入力信号を任意色の出力信号へ変換することができるように、入力データ信号およびＣＷ信号をＳＯＡ中で対向伝搬させることである。
【００１２】
本発明の追加の目的は、１個のインターリーバ・フィルタを使用し並行して様々な波長を再生することである。
【００１３】
前述に、以下に示す本発明の詳細な記述をよりよく理解することができるように、本発明の特徴および技術的利点をむしろ概括的に述べてきた。本発明の追加の特徴および利点をここから後に述べ、それによって本発明の請求項の主題を形作る。当業者は、本発明と同じ目的を果たすために、修正する、または他の構造を設計するための基礎として、開示される概念および具体的な実施形態を容易に使用することができることを理解すべきである。当業者は、そのような等価な構築物が、特許請求の範囲に述べられた本発明の精神および範囲から逸脱するものでないことを認識すべきである。本発明の特性として考えられる斬新な特徴は、構成および動作方法その両方に関し、他の目的および利点と合わせて、添付図面とともに検討したとき、以下の記述からよりよく理解される。しかし、図面のそれぞれが、例示し説明する目的のためだけに用意されており、本発明の限界を定義すると企図されていないことをはっきりと理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を組み込んだシステム１００の高レベルのブロック図である。システム１００は、信号再生器として、ビット・リシェーパ（ｂｉｔ  ｒｅｓｈａｐｅｒ）として、および波長変換器として使用することができる。入力信号１０１は、ある距離にわたって伝送された、ノイズが多くなり劣化した信号を示す。入力信号１０１中のビットは、その形状を失って対称的でなく、ビット高さが様々である。本発明は、所望なら、入力信号を再生するための、ビットを再整形するための、および入力信号を新波長へ変換するためのシステムおよび方法を提供する。出力信号１０２は、本発明によって処理された後の再生された信号である。本発明によれば、出力信号１０２のビットが、クリーンにされ再整形される。
【００１５】
入力信号１０１は、光サーキュレータ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）１０６において受け取られ、半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０５中に導波される。同調可能なレーザ１０３が、連続波長（ＣＷ）信号１０４を発生し、その信号は、一定パワー・レベルの非変調信号である。ＣＷ信号１０４は、ＳＯＡ１０５中に導波される。ＣＷ信号１０４および入力信号１０１は、クロス・ゲイン・モードでＳＯＡ中において対向伝搬（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｒｏｐａｇａｔｅ）する。この対向伝搬の結果、入力信号のビットが、ＣＷ信号１０４上に逆にコピーされる。この変調されたＣＷ信号が、光サーキュレータ１０６へ出力される（１０８）。
【００１６】
光サーキュレータ１０６を通過後に、変調された信号１０８は、フィルタ１０７中に導波される。レーザ１０３の波長は、ＣＷ信号１０４の周波数が、フィルタ１０７の縁部近傍で、ちょうどカットオフ周波数より低くなるように、同調される。その結果、ＳＯＡ１０５およびサーキュレータ１０６を通過するすべてのＣＷ光１０４は、フィルタ１０７によって遮断される。他の実施形態では、フィルタ１０７は、同調可能であり、ＣＷ周波数が、ちょうどカットオフ周波数より低く維持されるように選択されたＣＷ波長に対して、同調することができる。
【００１７】
図２に、フィルタ１０７の所望の周波数応答２１を示す。好ましい実施形態では、周波数応答カーブ２１は、極めて鋭く、およびカットオフ周波数より低い周波数（または波長）すべてを遮断し、一方、カットオフ周波数より高い周波数（または波長）を、歪なしにフィルタ１０７を通過させるステップ関数に酷似する。フィルタ１０７の形状は、理想的には、完全な正方形形状を有すべきであり、それは、遮断帯域と伝送帯域の間の伝送が急峻で極小に鋭くなることを意味する。
【００１８】
信号波長に対してフィルタ１０７の縁部を細かく同調することによって、閾値を設定することができ、それによってＣＷ信号１０８が、閾値より下では「０」に圧縮され、閾値より上では引き伸ばされて新しい「１」のビットが生成される。したがって、たとえ入力信号１０１が低い消光比（ＥＲ）（すなわち、「１」の平均パワーと「０」の平均パワーの比）、および悪い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有していたとしても、出力信号１０９は、消光比が高く、信号対雑音比が極めて良好になる。
【００１９】
信号のビット・エラー・レート（ＢＥＲ）を向上させるために、「１」のビットの引き伸ばしおよび「０」のビットの圧縮は、一定の正確な閾値に対して行うべきであり、その閾値は、元のノイズが多い信号中の「１」および「０」についての分布に従って計算される。誤りレベルが設定された場合、出力ビットは、再生器によって再整形される（ｒｅｓｈａｐｅ）が、出力信号は、元の入力信号より高いＢＥＲを有することになる。それゆえ、フィルタの縁部が十分鋭くない場合、閾値は、適切な位置に設定することができず、信号の本当の再生（すなわち、低出力信号ＢＥＲ）は、行われない。
【００２０】
再び図１を参照すると、システム１００は、光ファイバ・リンクを接続するために、光ネットワーク中で使用することができる。入力信号１０１は、光ネットワークの一部分を通って伝わり、劣化しノイズが多くなっている。したがって、入力信号１０１は、再生し、可能であれば新波長に変換する必要がある。光サーキュレータ１０６は、入力信号１０１をＳＯＡ１０５中に導く。同時に、ＣＷ信号１０４は、ＳＯＡ１０５に入る。入力信号１０１およびＣＷ信号１０４は、ＳＯＡ１０５内で対向伝搬する。入力信号１０１がその内容中に「１」のビットを有さない場合、それは、ＳＯＡ１０５を通過するＣＷ光１０４の波長に影響しない。その場合、光は、システム１００から出射しない。というのは、ＣＷ光（１０８）は、フィルタ１０７によって遮断されるからである。
【００２１】
しかし、「１」のビットが入力信号１０１中に現れたとき、それは、その搬送波密度を変化させることによって、ＳＯＡ１０５の屈折率をわずかに急に（ビット長に対して）変化させる。そのため、ＣＷ光１０４は、ＳＯＡ１０５中で周波数（または波長）も、わずかに急にチャープ（ｃｈｉｒｐ）される。光（１０８）のチャープされた内容（ｃｈｉｒｐｅｄ  ｃｏｎｔｅｎｔ）は、周波数がＣＷ信号１０４より高く、チャープされた信号（１０８）は、フィルタへ送られ、フィルタ１０７の通過帯域中に入る。これによって、フィルタ１０７の出力（１０９）において、入力信号１０１の波長と比べて新しい波長に乗って進む、新しい「１」のビットが生成される。
【００２２】
出力ビットが、再整形され（ｒｅｓｈａｐｅ）増幅されて、レーザ１０３の周波数を使用して選択することができる新波長によって、搬送される。波長変換が、システム１００中で所望されない、または必要でない場合、たとえばシステム１００が完全に再生装置として使用される場合、レーザ１０３は、同調可能である必要がなく、波長が一定でもよい。そのような実施形態では、システム１００は、周波数変換を選択できないだけで、再生を行う。
【００２３】
システム１００は、入力信号１０１のビットを再整形する。というのは、入力信号１０１の「０」のビット上に含まれたすべてのノイズが、フィルタ１０７によって伝送されないからである。「１」のビット中に含まれるような著しい信号の変化だけによって、チャープされた光がフィルタを通過し、前方に伝送される。
【００２４】
システム１００は、上側レベルで「１」のビットをクリップすることによって、「１」のビット中のノイズを減少させる。入力ビットのパワーが一定の閾値より大きい場合、ＳＯＡ１０５の利得が飽和状態になり、ＣＷ光の対向伝搬を一定レベルより超えさせない。したがって、飽和点を越える変動すべては、出力信号（１０８）中のビット変動に変形されない。その結果、ＳＯＡ１０５からの出力信号１０２は、その後フィルタ１０７を通過し、その後、ビットが、クリップされ圧縮されて、クリーンなゼロ・レベルになる。したがって、これらの特長によって、ＢＥＲが元の入力信号１０１より良好な、再生された信号１０９が得られる。
【００２５】
入力信号１０１は、出力信号１０９へ変換されるだけでなく、光信号のための変換器および増幅器としてともに働くＳＯＡ１０５によって、増幅もされる。したがって、システム１００は、純粋な「２Ｒ」［すなわち、再増幅および再整形（ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）］再生器および波長変換器として働く。システム１００は、ノイズが多い信号１０１をクリーンにし、元のビットの対称形状を取り戻させ、ビットが位置合わせされ極めて鋭く、パワーが等しい出力信号をもたらす。
【００２６】
システム１００は、「３Ｒ」［すなわち、再増幅、再整形および再同期（または再タイミング）］再生器として使用することもできる。
【００２７】
図１のシステムは、１チャネル当たり１個のＳＯＡ、入力信号の対向伝搬、およびＳＯＡを介するＣＷレーザを含み、従来技術の著しい斬新な改良物である。ＳＯＡを介して対向伝搬を使用することによって、特定の波長を有する入力信号を同じ波長の出力信号に再生することが可能である。これは、入力信号およびＣＷレーザがＳＯＡを介して相互伝搬（ｃｏ−ｐｒｏｐａｇａｔｅ）しなければならない場合、不可能なはずである。この特徴は、再生では極めて重要である。というのは、大部分のトラフィックが、再生局を通過後、その元の波長に留まるからである。
【００２８】
図３は、本発明の代替実施形態を組み込んだシステム３００のブロック図である。システム３００は、図１のシステム１００とほとんど同一であるが、フィルタ１０７が、インターリーバ３０１に置き換えられている。
【００２９】
インターリーバ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）は、周波数領域内で伝送帯域および遮断帯域を周期的に有する周期フィルタである。図４に、例示のインターリーバの周波数応答またはスペクトル形状４１を示す。周波数通過帯域の周期によって、インターリーバのタイプまたは名が定まる。たとえば、「５０ＧＨｚ／１００ＧＨｚインターリーバ」は、周波数の周期が１００ＧＨｚであり、遮断帯域と隣接する通過帯域の間の間隔が５０ＧＨｚである。周波数応答４１は、５０ＧＨｚ／１００ＧＨｚインターリーバの典型的なスペクトル形状を示す。
【００３０】
インターリーバは、再生器中で有用な２つの主な利点を有する。第１に、インターリーバは、極めて鋭い縁部（５ＧＨｚで２０ｄＢの低下が可能）を有し、極めて平坦で正方形の帯域を有する。第２に、インターリーバは、周波数で周期的である。伝送帯域は、ＩＴＵグリッドによって正確に隔置される。したがって、インターリーバは、ＤＷＤＭネットワーク中で複数の入力波長を処理することができ、そこでは波長はＩＴＵグリッドによって隔置される。インターリーバは、波長間のクロストークがまったくなしに、これらの波長すべてについて同じ再生機能を同時に行うことができる。
【００３１】
通常のインターリーバは、５０ＧＨｚで１００ＧＨｚのインターリーバである。インターリーバ・フィルタの通過帯域は、周波数で周期的であり、インターリーバは、各ピークのまわりで入力光を伝送し、各谷間のまわりで入力光を遮断する。インターリーバにおけるピークおよび谷間の間の通常の比は、４０ｄＢであり、縁部の勾配は、２０ｄＢ／５ＧＨｚが達成できる。
【００３２】
図３では、インターリーバ３０１が、図１のフィルタ１０７について述べたのと同じようにフィルタとして使用される。周波数応答カーブの鋭い縁部に加え、インターリーバ３０１中の伝送帯域および遮断帯域の形状が正方形なので、設計が極めて再生的になる。
【００３３】
図５は、複数の入力信号５０５〜５０８について同時に再生し変換するためのシステム５００のブロック図である。システム５００は、複数波長の再生器および波長変換器である。各入力信号５０５〜５０８は、それぞれそれ自体の再生器および変換回路５０１〜５０４によって処理される。回路５０１〜５０４それぞれは、図１および３のシステム１００および３００と同様である。しかし、システム５００では、再生および変換回路５０１〜５０４が、インターリーバ３０１を共用する。回路５０１〜５０４は、上記に述べたように、入力信号５０５〜５０８を受け取り、入力信号５０５〜５０８を信号５０９〜５１２に再生し変換する。波長毎に別々のフィルタまたはインターリーバを使用する代わりに、システム５００は、カプラ５１３中で信号５０９〜５１２を結合し、１個のインターリーバ３０１へ結合した信号５１４を給電する。
【００３４】
入力信号５０５〜５０８は、異なる波長で進行し、それぞれのＳＯＡユニットへ導波され、そこで入力信号５０５〜５０８は、別々のＣＷ源から入射するＣＷ波長と対向伝搬する。これらのＣＷ源は、システム５００の必要性と使用に基づき、同調可能または固定とすることができる。ＳＯＡは、１個の装置、または１ユニット中に一緒にパッケージされたＳＯＡアレイとすることができる。インターリーバ３０１は、信号５０９〜５１２のそれぞれについて同じ機能を果たす。各波長上のチャープされた「１」のビットは、通過が許可されるが、元のＣＷ波長は、遮断される。その結果、出力５１５は、元の入力信号５０５〜５０８上のビットに対応して別々の波長で再生されたビット含む。ＣＷ源は、インターリーバ３０１の通過帯域と共同するように、同調される、または同調可能である。
【００３５】
システム５００の入力および出力の波長は、任意の組み合わせにわたることができ、ＣＷ源の基本間隔が、ＷＤＭネットワーク化では通常のケースである、ＩＴＵグリッドのまわりにある限り、本物の任意波長から任意波長への変換をサポートすることができる。ＳＯＡの右側からの出力信号５０９〜５１２は、すべて標準スター・カプラ５１３によって１個のファイバ中にまとめられ、そのカプラは、あるいはアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、または波長回折格子ルータ（ＷＧＲ）でもよい。そのファイバは、インターリーバ３０１中に入り、そこでチャープされたＣＷ波長のいずれもが、インターリーバの帯域（図４）の１つに入り、同時に再生される。インターリーバは、極めて低い入力パワーで働き、それは、再生を行う助けになる。というのは、元の信号が、カプラ５１３を通過したとき実質的にパワー量を失うからである。
【００３６】
ここで示すように対向伝搬のスキームを使用するだけで、いくつかの波長を遮断せずに、複数の波長入力を１個のインターリーバ中に入れ、装置中で任意波長を任意波長に変換することが、可能である。入力信号およびＣＷ源が、ＳＯＡを介して相互伝搬する場合、元の入力波長は、出力信号から除去しなければならない。これは、装置が、それへ変換する波長、または出力する波長として、これらの波長を使用することができないことを意味する。というには、これらの波長が、その後追加の外部フィルタによって除去されるからである。これは、追加の外部フィルタが相互伝搬スキームには必要であることも意味する。そのような外部フィルタは、同調可能または複数波長にしなければならないはずであり、本発明の対向伝搬スキームに対して、装置のコストおよび複雑さを著しく追加するはずである。
【００３７】
本明細書で述べる斬新でユニークな設計は、以下の利点をもたらす。
【００３８】
設計は、極めて簡単であり、極めて少ない構成要素からなる。これによって、変換および再生装置は、コストが低くロバストで、信頼性が極めて高くなり、これらは、光ネットワーク中で使用される既存のＯＥＯ解決策と置き換えることに目を向けた場合、クリティカルな特徴である。
【００３９】
設計は、本当の複数波長の変換および再生をサポートし、１個のフィルタ／インターリーバだけを使用して、同じ波長を含めて任意の入力波長と任意の出力波長の切り替えを可能にする。
【００４０】
本発明は、１ユニット内で「２Ｒ」および「３Ｒ」の信号再生および波長変換を行う。本発明によって、「２Ｒ」の実質的な再生が得られ、何万キロメートルにもわたるファイバによる信号伝送が可能になり、一方電子レシーバで測定されたとき、ＢＥＲが良好に維持される。
【００４１】
本発明は、各チャネル中で元の入力信号を遮断するために、外部の同調可能なフィルタを必要としない。これによって、システムのコストおよび複雑さが、いっそう減少する。
【００４２】
入力信号のパワー・レベルは、極めて低くすることができる。というのは、ＳＯＡが、フィルタ／インターリーバへ送られる信号を増幅するからである。
【００４３】
装置では、入力信号のビット形状、ビット・レート、およびプロトコルが、十分トランスペアレントである。トランスペアレンシーは、ＳＯＡが４０Ｇｂ／ｓのビット・レートの増幅をサポートするように適切に設計されている限り、入力信号が４０Ｇｂ／ｓまで達成することができる。
【００４４】
ＮＲＺ伝送は、断熱的チャープを生成し、過渡的チャープだけは生成しない装置とＳＯＡを置き換えることによって、上記に述べたのと同じようにサポートすることもできる。過渡的チャープとは、ＳＯＡ利得が突然変化したときの、ＳＯＡを通過するＣＷ信号の周波数の変化である。そのような突然の変化は、入力ビットが「０」のレベルから「１」のレベルへ、またはその逆の過渡現象によって、起こる。断熱的チャープとは、装置を通過するＣＷ信号の周波数が、対向伝搬する信号の入力ビットの絶対パワーと同じパターンを有することを意味する。すなわち、入力信号が「１」のレベルにある限り、ＣＷの周波数は、１つの周波数であり、入力信号が「０」のレベルにあるとき、ＣＷの周波数が、第２の周波数に移行する。断熱的チャープとは、入力ビット変調を、装置を通過するＣＷ波長の周波数変調に複写することである。したがって、この作用によって、新ＣＷ波長へのＮＲＺパターンの複写が可能になり、次いでシステムの同じ出力フィルタによってフィルタリングされる。
【００４５】
断熱的装置は、たとえば、その入力電圧がＮＲＺ信号によって変調される、電子吸収モジュール（ＥＡＭ；ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌｅ）とすることができる。そのようなスキームは、ＥＡＭ内部で対向伝搬するＣＷレーザへ複写される断熱的チャープを生成する。その新ＣＷ信号が、システムの出力部においてスペクトル・フィルタを通過した正味の結果は、新ＣＷ波長での新しく再生されたＮＲＺ信号である。ＥＡＭは、図１、３、または５に示す、たとえばそのようなＮＲＺシステム中のＳＯＡと置き換わるはずである。
【００４６】
図６は、本発明を試験し、動作概念を立証するために使用することができるネットワーク６００のブロック図である。ネットワーク６００は、４個の主な構成要素からなる。すなわち、トランスミッタ６０１と、レシーバ６０２と、ファイバおよび補償器６０３と、再生ユニット６０４とである。ループ試験は、１０Ｇｂ／ｓのＥＡＭトランスミッタが２３１−１のビット・パターンを有する３３％のＲＺ信号を生成するように、設定される。次いで、その信号は、２個の高速音響光学的スイッチ６１０を介してループ中へ導入され、そこから出力される。ループは、ループに沿って適切な分散補償を有する１０Ｋｍの真波減少勾配ファイバ（ｔｒｕｅ  ｗａｖｅ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ｓｌｏｐｅ  ｆｉｂｅｒ）の４スパンから構成される。
【００４７】
トランスミッタ６０１は、ＥＡＭを介して導かれた分散フィードバック（ＤＦＢ）レーザから構成され、そこでその変調器は、１０ＧＢ／ｓでＲＺビットを生成する。次いで、ＰＲＢＳ２３１−１のビット・パターンを有する１０Ｇｂ／ｓのデータが、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）変調器を使用して、ビット上にエンコードされる。
【００４８】
レシーバ６０２は、ＢＥＲ試験器に取り付けられたクロック回復モジュールと、広帯域幅光レシーバとから構成される。
【００４９】
ループの伝送区域６０３は、ファイバの４スパンから構成される。各ファイバのスパンは、１００Ｋｍの真波減少勾配（ＴＷＲＳ）非ゼロ分散ファイバであり、分散補償ファイバ（ＤＦＣ）は、分散補償用である。各スパンは、およそ２０ｄＢのスパン損失を補正するためのＥＤＦＡも含む。プリおよびポスト分散補償部６０５も、システムの分散マップをループ内に完全に適応させるために、ループ中に組み込まれる。分散補償は、ループ入射口の前に、および再生ユニット６０４の前後で行われる。
【００５０】
再生ユニット６０４は、同時に波長を変換し再生するための、いくつかの再生器を含む。再生ユニット６０４は、基本的に図３のシステム３００と同じである。１波長を有する１信号だけが概念実証で試験されたが、ＳＯＡおよびＣＷ源（６０６）が、再生される適切な入力波長を選択する２個のＡＷＧフィルタ６０７間に位置する。出力は、インターリーバ６０８を通過し、次いでさらに伝送するためにループ中へ送られる。２個のＡＷＧがもたらす損失を補償するために、第１のＡＷＧの前に、ＥＤＦＡ６０９が設置される。
【００５１】
試験信号が、トランスミッタ６０１からループ中に導入される。試験信号は、伝送区域６０３中の４００Ｋｍのファイバを通過し、そこでその試験信号は、その距離にわたって劣化する。次いで、試験信号は、再生ユニット６０４中で再生され、再び４００Ｋｍのファイバに通され、そこでその試験信号は、さらに劣化する。試験信号が、レシーバ６０２中で受け取られ、複数のループを進み様々な距離に及んだ後のＢＥＲが、レシーバ６０２で評価される。
【００５２】
ループ試験からサンプルした結果は、図７に示してある。元のＲＺ信号が、良好なＳＮＲや良好なＥＲなど、優れた光学的特長を有しているが、その信号は、再生しなければ、４０００Ｋｍより長いループ中をどうしても伝わることができない。グラフ７０１は、トランスミッタ６０１からの元の試験信号である。再生なしで２０００Ｋｍ（５ループ）を伝わった後、試験信号は、グラフ７０２に示すように劣化する。再生なしで４０００Ｋｍ（１０ループ）を伝わった後、試験信号は、グラフ７０３に示すように劣化する。再生されなかった４０００Ｋｍ信号は、対称的でなくノイズが多く、ＢＥＲが許容できない。
【００５３】
グラフ７０４〜７０８に、試験信号が、再生ユニット６０４によって再生されて様々な距離を伝わった後の試験信号を示す。ループ中に再生ユニット６０４を挿入した後、再生された試験信号は、２０，０００Ｋｍ（５０ループ）にわたりなんとか伝わることができた。信号はすべて、２０，０００Ｋｍにわたり伝わった信号（グラフ７０８）を含めて、ＲＺの１０Ｇｂ／ｓでＰＲＢＳ２３１−１である元の信号について、ＢＥＲが１０−９より小さいと測定された。信号品質は、極めて良好で、ＥＲおよびＱが高かった。
【００５４】
図８は、本発明の実施形態による、光信号を再生し変換するプロセスを示すフローチャート図である。８０１で、システムは、ＣＷ信号を供給する。ＣＷ信号源は、所望の応用に依存して、固定または同調可能いずれかとすることができる。８０２で、ＣＷ信号は、ＳＯＡへ送られる。８０３で、入力光信号が、光変換器によって受け取られ、それは、プロセス８０１および８０２と同時に、またはその前に行うことができる。８０４で、入力信号は、入力光信号をＣＷ信号と対向伝搬させるように、ＳＯＡへ送られる。
【００５５】
８０５で、入力光信号中の「１」のビットが、入力光信号中の「１」のビットに対応するＣＷ信号中のポイントをチャープすることによって、ＳＯＡ中でＣＷ信号へ変調される。８０６で、元のＣＷ信号および変調されたＣＷ信号は、ＳＯＡから光サーキュレータを経由してフィルタへ送られる。８０７で、フィルタは、元のＣＷ信号を遮断し、変調されたＣＷ信号を通過させ、したがってシステムの出力は、再生され変換された信号であり、ビットが、元の信号のビットに対応する。さらに、元の信号のビットは、出力信号ではクリーンにされており、ビットは、再整形され、高さが整合している。フィルタにおける出力信号中のビットは、システムによって再同期または再タイミングすることもできる。
【００５６】
本発明およびその利点を詳細に述べてきたが、様々な変更、置き換え、および修正が、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、ここで実施することができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲は、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、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と企図されていない。当業者が本発明の開示から容易に理解できるように、本明細書に記載された対応する実施形態と同じ機能を実質的に果たす、または同じ結果を実質的に達成する既存の、または後に開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップは、本発明によって使用することができる。したがって、特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップを本発明の範囲に含むと企図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態を組み込んだシステムの高レベルのブロック図である。
【図２】図１のシステム中で使用されるフィルタの所望の周波数応答を示す図である。
【図３】本発明の代替実施形態を組み込んだシステムのブロック図である。
【図４】例示のインターリーバの周波数応答を示す図である。
【図５】複数の入力信号５０５〜５０８を同時に再生し変換するためのシステム５００のブロック図である。
【図６】本発明を試験し、動作概念を立証するために使用ことができるネットワークのブロック図である。
【図７】本発明のループ試験からサンプルした結果を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による、光信号を再生し変換するプロセスを示すフローチャート図である。
【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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【国際調査報告】
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