(57)【要約】光相関器に接続される１対のコヒーレント波長変換器によってパルス位置変調光信号の復調が行われる。連続発生器光源が各コヒーレント波長変換器に電源供給する。コヒーレント波長変換器を実施するために非線形光ループミラーが使用できる。一方のコヒーレント波長発生器は光パルス位置変調信号によって制御され、他方のコヒーレント波長発生器はパルス位置変調信号と同期した光クロック信号によって制御される。各変換器は連続波光源の周波数で長いシルクハット形光パルスを生成する。光相関器はパルス位置変調パルスとそれの対応するクロックパルスとの間の時間オフセットに比例する出力を生成するようにコヒーレント波長変換器の出力を相互相関させる。
2004501564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス位置変調光信号に同期した光クロックパルスを提供するクロック源と、
連続波光信号を生成する連続波光源と、
前記パルス位置変調光信号に応答する第１の入力および前記連続波光信号に応答する第２の入力を有し、そして、第１のコヒーレントパルス出力を生成する第１のコヒーレント波長変換器と、
前記光クロックパルスに接続される第１の入力および前記連続波光信号に接続される第２の入力を有し、そして、第２のコヒーレントパルス出力を生成する第２のコヒーレント波長変換器と、そして、
前記第１のコヒーレント波長変換器の出力および前記第２のコヒーレント波長変換器の出力に接続される入力を有し、そして、前記第２のコヒーレントパルス出力に相関した前記第１のコヒーレントパルス出力に比例する出力を生成するコヒーレント相関器と
を備える光信号検出装置。
【請求項２】
光信号を光パルス位置変調受信装置に接続するための手段であって、光出力を有し、前記光出力が、光パルス位置変調信号と、光クロックパルスからなるクロック信号とを有するところの手段と、
前記光信号を受信し、そして、前記光パルス位置変調信号を含む第１の光デマルチプレクサ出力と、前記クロック出力を含む第２の光デマルチプレクサ出力とを生成する光信号デマルチプレクサと、
連続波光信号を生成する連続波光源と、
前記第１の光デマルチプレクサ出力に接続される第１の入力と、前記連続波光信号に接続される第２の入力とを有し、そして、第１のコヒーレントパルス出力を生成する第１のコヒーレント波長変換器と、
前記第２の光デマルチプレクサ出力に接続される第１の入力と、前記連続波光信号に接続される第２の入力とを有し、そして、第２のコヒーレントパルス出力を生成する第２のコヒーレント波長変換器と、そして、
前記第１のコヒーレント波長変換器と、前記第２のコヒーレント波長変換器とに接続される入力を有し、そして、前記第２のコヒーレントパルス出力に相関した前記第１のコヒーレントパルス出力に比例する出力を生成するコヒーレント相関器と
を備える光パルス位置変調受信装置。
【請求項３】
第１の光信号中の光パルスと第２の光信号中の光パルスとの間の時間的変位を検出するための装置であって、前記第１の光信号が前記第２の光信号と同期しており、
連続波光信号を生成する連続波光源と、
前記第１の光信号に応答する入力と、前記連続波光信号に応答する第２の入力とを有し、そして、第１のコヒーレントパルス出力を生成する第１のコヒーレント波長変換器と、
前記第２の光信号に接続される第１の入力と、前記連続波光信号に接続される第２の入力とを有し、そして、第２のコヒーレントパルス出力を生成する第２のコヒーレント波長変換器と、そして、
前記第１のコヒーレント波長変換器の出力と、前記第２のコヒーレント波長変換器の出力とに接続される入力を有し、そして、前記第２のコヒーレントパルス出力に相関した前記第１のコヒーレントパルス出力に比例する出力を生成するコヒーレント相関器と
を備える装置。
【請求項４】
パルス位置変調光信号を検出する方法であって、
前記パルス位置変調光信号を受信するステップと、
光クロックパルスのストリームを提供するステップと、
連続波光信号を生成するステップと、
前記連続波光信号を第１のコヒーレント波長発生器に与えるステップと、
前記パルス位置変調光信号を前記第１のコヒーレント波長発生器に提供するステップと、
前記パルス位置変調光信号を用いて前記第１のコヒーレント波長発生器を制御して、第１のコヒーレントパルス出力を生成するステップと、
前記連続波光信号を第２のコヒーレント波長発生器に与えるステップと、
光クロックパルスの前記ストリームを前記第２のコヒーレント波長発生器に提供するステップと、
光クロックパルスの前記ストリームを用いて前記第２のコヒーレント波長発生器を制御して、第２のコヒーレントパルス出力を生成するステップと、そして、
前記第１のコヒーレントパルス出力を前記第２のコヒーレントパルス出力と相互相関させて、出力を生成するステップと
を含む方法。
【請求項５】
第１の光信号中の光パルスと第２の光信号中の光パルスとの間の時間的変位を検出するための方法であって、前記第１の光信号が前記第２の光信号と同期しており、
連続波光信号を生成するステップと、
前記連続波光信号を第１のコヒーレント波長発生器に与えるステップと、
前記第１の光信号を前記第１のコヒーレント波長発生器に提供するステップと、
前記第１の光信号を用いて前記第１のコヒーレント波長発生器を制御して、第１のコヒーレントパルス出力を生成するステップと、
前記連続波光信号を第２のコヒーレント波長発生器に与えるステップと、
前記第２の光信号を前記第２のコヒーレント波長発生器に提供するステップと、
前記第２の光信号を用いて前記第２のコヒーレント波長発生器を制御して、第２のコヒーレントパルス出力を生成するステップと、そして、
前記第１のコヒーレントパルス出力を前記第２のコヒーレントパルス出力と相関させて、出力を生成するステップとを含む方法。
【請求項６】
前記光クロックパルスが、時間的に均等にまたは実質的に均等に離隔している請求項１から３のいずれか１つに記載の装置または請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のコヒーレントパルス出力は、各パルスがシルクハット時間的形状を有する複数の光パルスのストリームであり、そして、前記第２のコヒーレントパルス出力は、各パルスがシルクハット時間的形状を有する複数の光パルスのストリームである、請求項１から３のいずれか１つに記載の装置または請求項４または５に記載の方法。
【請求項８】
前記コヒーレント相関器の前記出力が、前記パルス位置変調信号中のパルスと、前記パルス位置変調光信号中の前記パルスに同期した光クロックパルスとの間の時間差に線形的に比例する請求項１または２に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のコヒーレント波長変換器が、第１の非線形光ループミラーを備え、そして、前記第２のコヒーレント波長変換器が、第２の非線形光ループミラーを備える、請求項１から３のいずれか１つに記載の装置または請求項４または５に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の非線形光ループミラーの出力に接続される第１の光フィルタと、そして、
前記第２の非線形光ループミラーの出力に接続される第２の光フィルタとを更に備える請求項９に記載の装置または方法。
【請求項１１】
２つの入力および２つの出力を有する５０／５０カプラと、
前記５０／５０カプラの前記２つの出力に接続される複数の入力と、単一の出力とを有する平衡検出器と、そして、
入力および出力を有する光位相シフタであって、前記光位相シフタの前記出力が前記５０／５０カプラの前記２つの入力のうちの１つに接続され、前記光位相シフタが前記平衡検出器の前記出力によって制御される位相シフトを提供するところの光位相シフタと
を備える請求項１または２に記載の装置。
【請求項１２】
前記パルス位置変調光信号に応答する入力と、そして、前記第１のコヒーレント波長発生器の前記第１の入力に接続される出力とを有する光リミッタを更に備える請求項１または２に記載の装置。
【請求項１３】
前記光リミッタの前記出力と、前記第１のコヒーレント波長発生器の前記第１の入力との間に接続される光増幅器を更に備える請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記光クロックパルスの整流および増幅を行い、そして、前記光クロックパルスに応答する入力を有し、そして、前記第２のコヒーレント波長発生器の前記第１の入力に接続される出力を生成する光クロック回復手段を更に備える請求項１または２に記載の装置。
【請求項１５】
前記光信号デマルチプレクサが波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサを備える請求項２に記載の装置。
【請求項１６】
光信号を前記受信器に接続するための前記手段に接続され、そして、前記光信号デマルチプレクサに接続される信号を生成する光増幅器を更に備える請求項２に記載の装置。
【請求項１７】
光信号を前記受信器に接続するための前記手段がファイバカプラを備える請求項２に記載の装置。
【請求項１８】
光信号を前記受信器に接続するための前記手段が光学レンズを備える請求項２に記載の装置。
【請求項１９】
均等に離隔した光クロックパルスのストリームを提供する前記ステップが、
光クロックパルスの前記ストリームを前記パルス位置変調光信号から分割することを含む請求項４に記載の方法。
【請求項２０】
前記パルス位置変調光信号を受信する前記ステップが更に、前記パルス位置変調光信号を増幅することを含む請求項４に記載の方法。
【請求項２１】
前記パルス位置変調信号を前記第１のコヒーレント波長発生器に提供する前記ステップが、
前記パルス位置変調信号を再生して、再生されたパルス位置変調信号を生成することと、そして、
前記再生されたパルス位置変調信号を前記第１のコヒーレント波長発生器に提供することと
を含む請求項４に記載の方法。
【請求項２２】
光クロックパルスの前記ストリームを前記第２のコヒーレント波長発生器に提供する前記ステップが、
光クロックパルスの前記ストリームを再生して、再生されたクロック信号を生成することと、そして、
前記再生されたクロック信号を前記第１のコヒーレント波長発生器に提供することと
を含む請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（分野）
本開示はパルス位置変調（ｐｕｌｓｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に関する。より詳細には、本開示は、コヒーレント相関を使用して光パルス位置変調信号を検出することに関する。本開示は、パルス位置変調光信号の検出の方法および装置に関する。
【０００２】
（背景）
多数の衛星および地上光通信システムはアナログ光信号の送信を必要とする。この必要に対処する簡単な方法は光キャリアの振幅を変調することである。しかしながら、この手法は信号対雑音比（ＳＮＲ）が不十分である。送信波形の帯域幅よりも高い帯域幅を利用する広帯域変調技法は振幅変調で達成されるＳＮＲを超えてＳＮＲを改善することがよく知られている。パルス位置変調（ＰＰＭ）はこれらの技法の１つである。ＰＰＭでは、パルス位置の時間的シフトが送信波形のサンプルを表す。振幅変調信号を超えるパルス位置変調信号のナイキストサンプリング周波数付近のＳＮＲの改善は以下に示される。すなわち、
【０００３】
【数１】
ＳＮＲｐｐｍ∝ＳＮＲａｍ（ｔｐ／τ）２
上式でそれぞれｔｐは非変調信号間の時間的間隔であり、τはパルス持続時間である。
【０００４】
しかしながら、アナログＰＰＭ光信号の従来の検出または復調は低い周波数でのＳＮＲが不十分である。ＰＰＭ信号は通常、フォトダイオードと、その次にくる、パルス位置変調を振幅変調に変換するローパスフィルタ（ＬＰＦ）とによって光領域から電子領域に復調される。そのような復調技法は、ＤＣ成分がすべてのパルスのそれらの非変調位置からの一定の時間的シフトによって表されるので、ＤＣ成分を回復することができない。さらに、ローパスフィルタ後の非変調信号は低い周波数で非常に低い振幅を有する。振幅は周波数とともにナイキスト限界まで直線的に増大する。そのような周波数依存性歪みは低周波雑音を相応して増幅する積分回路によって補正されるが、ＳＮＲ性能は低下する。
【０００５】
ＤＣを含む非常に低い周波数でアナログＰＰＭ光信号を検出する方法および装置が当技術分野では必要である。さらに、本方法および装置は、より低い周波数で劣化しないＳＮＲ性能を提供しなければならない。
【０００６】
（概要）
本発明の目的は、ＤＣを含む非常に低い周波数でパルス位置変調光信号を検出する方法および装置を提供することである。本発明の追加の目的は、低い周波数で劣化した信号対雑音比を示さないパルス位置変調光信号検出を行うことである。
【０００７】
パルス位置変調光信号を検出する方法および装置は、均等に離隔した光クロックパルスを提供するクロック源と、特定の周波数を有する連続波光信号を生成する連続波光源と、２つのコヒーレント波長変換器（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、光相関器（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ）とを有する本発明の一実施形態によって提供される。パルス位置変調信号を含む光信号が、連続波の周波数で、好ましくはシルクハット（ｔｏｐ  ｈａｔ）形状のコヒーレントパルスの第１のストリームを生成するように一方のコヒーレント波長発生器を制御する。クロック源は、同じく連続波の周波数で、この場合も好ましくはシルクハット形状のコヒーレントパルスの第２のストリームを生成するように他方のコヒーレント波長発生器を制御する。２つのパルスストリームは、その値が相互相関積に比例する出力を生成するように光相関器によって相互相関している。
【０００８】
本発明の代替実施形態は、均等に離隔した光信号の光パルス位置変調アナログ信号成分とクロック信号成分の両方を含む光信号を受信するための手段と、光信号をそれの２つの別々の光信号成分に分割するための手段と、特定の周波数を有する連続光信号を生成する連続波光源と、２つのコヒーレント波長変換器と、光相関器とを有する。パルス位置変調信号を含む光信号は連続波の周波数で、好ましくはシルクハット形状のコヒーレントパルスの第１のストリームを生成するように一方のコヒーレント波長発生器を制御する。均等に離隔した光パルスのクロック信号は、同じく連続波の周波数で、この場合も好ましくはシルクハット形状のコヒーレントパルスの第２のストリームを生成するように他方のコヒーレント波長発生器を制御する。２つのパルスストリームは、その値が相互相関積に比例する出力を生成するように光相関器によって相互相関している。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、第１の光信号中の光パルスと第２の光信号中の光パルスとの間の時間的変位を検出するための装置であって、連続波光源と、第１の光信号および連続波光信号に応答する入力を有し、第１のコヒーレントパルス出力を生成する第１のコヒーレント波長変換器と、第２の光信号および連続波光信号に接続される入力を有し、第２のコヒーレントパルス出力を生成する第２のコヒーレント波長変換器と、第１のコヒーレント波長変換器および第２のコヒーレント波長変換器に接続される入力を有し、第２のコヒーレントパルス出力に相関した第１のコヒーレントパルス出力に比例する出力を生成するコヒーレント相関器とを備える装置を提供するものである。この出力はまた、２つのストリーム中の光パルス間の時間的変位に比例する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、第１の光信号中の光パルスと第２の光信号中の光パルスとの間の時間的変位を検出する方法であって、第１の光信号が第２の光信号と同期しており、連続波光信号を生成するステップと、連続波光信号を第１のコヒーレント波長変換器に与えるステップと、第１の光信号を第１のコヒーレント波長変換器に提供するステップと、第１のコヒーレントパルスストリームを生成するように第１の光信号を用いて第１のコヒーレント波長変換器を制御するステップと、連続波光信号を第２のコヒーレント波長変換器に与えるステップと、第１の光信号を第１のコヒーレント波長変換器に与えるステップと、第２の光信号を第２のコヒーレント波長変換器に提供するステップと、第２のコヒーレントパルスストリームを生成するように第２の光信号を用いて第２のコヒーレント波長変換器を制御するステップと、２つのストリーム中の光パルス間の時間的変位に比例する出力を生成するように第１のコヒーレントパルスストリームを第２のコヒーレントパルスストリームと相関させるステップとを含む方法を提供するものである。
【００１１】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
次に本発明の好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照しながら本発明について以下でより詳細に説明する。本発明は多数の異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
【００１２】
パルス位置変調光信号を検出する装置および方法の概略図が図１に示されている。本装置および方法は、二色信号およびクロックパルスをシルクハットパルスのコヒーレント単色列（ｔｒａｉｎ）に変換し、その後それらの相互相関を行うことに基づく。相互相関では信号とクロックパルスの間の時間的シフトを電気出力に変換する。
【００１３】
図１を参照すると、第１のコヒーレント波長変換器１１０はパルス光信号入力１１１、連続波光信号入力１１２、およびコヒーレントパルス出力１１３を有する。光信号Ｐｓｉｇ（λｓｉｇ）は出力波長λｓｉｇのパルス位置変調（ＰＰＭ）パルスのストリームを含む。Ｐｓｉｇ（λｓｉｇ）はパルス光信号入力１１１で第１のコヒーレント波長変換器１１０に入力される。さらに図１を参照すると、第２のコヒーレント波長変換器１２０はパルス光信号入力１２１、連続波光信号入力１２２、およびコヒーレントパルス出力１２３を有する。光クロック信号Ｐｃｌｋ（λｃｌｋ）は光波長λｃｌｋの光パルスのストリームを含む。好ましくは、光クロック信号中の光パルスは時間的に均等に離隔しているかまたはほぼ均等に離隔している。Ｐｃｌｋ（λｃｌｋ）はパルス光信号入力１２１で第２のコヒーレント波長変換器１２０に入力される。ＰＰＭパルスおよび光クロックパルスは同じまたは異なる光波長を有する。出力光ＰＰＭパルスは、どちらもそれらの光周波数および位相を単一の連続波源のそれから得ているので出力光クロックパルスと同期しており、かつコヒーレントである。
【００１４】
さらに図１を参照すると、連続波光源１３０は光波長λｃｗで連続波光信号を提供する。連続波光信号は第１のコヒーレント波長変換器１１０の連続波光信号入力１１２および第２のコヒーレント波長変換器１２０の連続波光信号入力１２２に入力される。第１のコヒーレント波長変換器１１０は連続波信号の波長の長い光パルスＥＰｓｉｇ（λｃｗ）のストリームを出力する。各長い光パルスの時間的位置は各ＰＰＭパルスの時間的位置に依存する。同様に、第２のコヒーレント波長変換器１２０は連続波信号の波長の長い光パルスＥＰｃｌｋ（λｃｗ）のストリームを出力し、それの時間的位置は各クロックパルスの時間的位置に依存する。好ましくは、長い光パルスは「シルクハット」形を有し、各パルスは、一定振幅の期間に対して速い立上りおよび立下りによって画定されるほぼ一定振幅の延長期間を示す。
【００１５】
さらに図１を参照すると、コヒーレント相関器１４０は第１の光入力１４１、第２の光入力１４２、および電流出力１４３を有する。第１のコヒーレント波長変換器出力１１３はコヒーレント相関器の第１の光入力１４１に接続し、第２のコヒーレント波長変換器出力１２３はコヒーレント相関器１４０の第２の光入力１４２に接続する。コヒーレント相関器１４０はＥＰｓｉｇとＥＰｃｌｋとの相互相関積に比例する出力１４３を提供する。この相互相関積はまた各ＰＰＭパルスとそれの対応するクロックパルスとの間の時間的オフセットに比例する。したがって、コヒーレント相関器の出力は元のアナログパルス位置変調信号に対応する復調されたアナログ信号を提供する。
【００１６】
本発明のコヒーレント波長変換器１１０、１２０は好ましくは制御ループをもつ非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）に基づく。ＮＯＬＭは当技術分野でよく知られており、市販のファイバおよびカプラを一緒にスプライスすることによって構成することができる。１９９３年５月４日にＢ．Ｐ．Ｎｅｌｓｏｎ他に発行された米国特許第５２０８４５５号には典型的な非線形光ループミラーの構成が記載されている。非線形光ループミラーはまたＳ．Ｂｉｇｏ，Ｏ．Ｌｅｃｌｅｒｃ、およびＥ．Ｄｅｓｕｒｖｉｒｅの「Ａｌｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｉｔｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐｉｃｓ  Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．３（１９９７），ｐ１２０８」に記載されている。
【００１７】
本発明では、光波長λｃｗで動作する単一周波数連続波源１３０は両方のＮＯＬＭに電源供給する。両方のＮＯＬＭは完全に対称であるので、連続波放射は制御放射がない場合に完全に反射される。波長λｓｉｇおよびλｃｌｋの信号パルスおよびクロックパルスはそれぞれＮＯＬＭ中で制御信号として働く。ＮＯＬＭが正確に動作するために、制御信号の波長λｓｉｇおよびλｃｌｋはλｃｗの連続波放射のそれとは異なるものでなければならない。制御信号は非線形位相シフト
【００１８】
【数２】
φＮＬ＝γＰｃＬｗ（１）
を追加する。
【００１９】
式（１）で、γはファイバの非線形定数であり、典型的には約１０Ｗ−１／ｋｍに等しく、Ｐｃは制御パルスのピーク強度であり、Ｌｗ＝ｔνｃｗνｃ／｜νｃｗ−νｃ｜はウォークオフ長（ｗａｌｋ−ｏｆｆ  ｌｅｎｇｔｈ）であり、上式でｔ、νｃｗおよびνｃはそれぞれ制御パルスの持続時間、連続波の群速度および制御ビームである。式（１）では、制御パルスの分散は無視でき、Ｌｗ＜Ｌ＜＜Ｌｄ＝ｔ２｜β２｜、ＬはＮＯＬＭの長さであり、β２は制御波長でのファイバ分散である場合にそうであるλｓｉｇ、ｃｌｋとλｃｗの間の分散は顕著であると仮定している。これらの条件は制御波長で分散が０になるファイバを選択することによって容易に満足される。連続波ビームと制御パルスの伝搬速度が異なるので、それらがファイバループに沿って伝搬する際、制御パルスは連続波ビームに沿って摺動する。
【００２０】
δｔ＞＞ｔと仮定すると、連続発生器ビームの長い時間的スライスは式（２）に示されるようにファイバループの端部で非線形位相シフトを獲得する。
【００２１】
【数３】
2004501564.tif 000003
上式で、δｔ＝Ｌ（１／ｖｃｗ−１／ｖｃ）である。ＮＯＬＭから外接続される光放射は連続波放射のほぼ長方形の位相シフトしたスライスである。λｃｗでの外接続ビームの時間的形状は
【００２２】
【数４】
Ｅ（ｔ）＝Ｅｃｗｓｉｎ（φＮＬ／２）      （３）
によって与えられ、したがって「シルクハット」形状を有するパルスが得られる。ＮＯＬＭの後、制御信号の残留制御放射があれば光フィルタによって除去することができる。
【００２３】
連続波周波数λｃｗでの長い信号およびクロックパルスのコヒーレント列は光相関器で接続される。好ましくは、光相関器は図４に示されるように３ｄＢカプラおよび平衡検出器から構成される。相関器の電流は
【００２４】
【数５】
2004501564.tif 000004
によって与えられる。上式で、Δｔは信号パルスと制御パルスの間の時間的シフトであり、Ｅｓｉｇ、ｃｌｋ（ｔ）は式（２）、式（３）によって与えられる。
【００２５】
シルクハットパルスの場合、相関器によって出力される電流は、それぞれ持続時間ｔ＝１ピコ秒およびｔ＝０．３ピコ秒のガウシアンパルスについての図３Ａおよび図３Ｂに提示される数値シミュレーションの結果に示されるように遅延Δｔに非線形的に比例する。計算では、それぞれ１ｐｓおよび０．３ｐｓのパルスに対してＬ＝５００ｍ、δｔ＝１２ｐｓ、γ＝１０Ｗ−１／ｋｍ、およびＰｃ＝２Ｗおよび６Ｗの値を使用した。これらの条件下で、それぞれ１ｐｓおよび０．３ｐｓのパルスに対してＬｗ＝Ｌｔ／δｔ＝５０ｍおよび１７ｍであり、最大位相シフトは（√π）ＬｗγＰｃ＝１．７７ｒａｄであり、接続されない連続波電力は０．６Ｐｃｗに達する。計算の結果から、電流は−Δｔの大きい範囲、すなわち２ｔ＜Δｔ＜δｔ−２ｔについて１％未満だけΔｔから線形依存性から逸れることが分かった。図３Ｂに示される振動は数値丸め誤差から得られことが知られている。
【００２６】
本発明では、特定のＰＰＭパルスによって生成されるシルクハットパルスは、前または後のＰＰＭ期間中、クロックパルスによって生成されるシルクハットパルスに重なってはならない。したがって、ＰＰＭパルスの最大時間的シフトΔｔＰｍａｘはコヒーレント波長発生器によって生成されるシルクハットパルスｔＴＨの持続時間よりも小さくなければならず、２つの値の和ΔｔＰｍａｘ＋ｔＴＨはクロックパルス間の間隔ｔｐよりも小さくなければならない。したがって、ΔｔＰｍａｘ＜ｔｐ／２となり、ＰＰＭ信号は０．５未満の変調指数Ｍを有しなければならない。したがって、ＰＰＭ信号の個別のパルスは時間スロット−ｔｐ／４＜Δｔ＜ｔｐ／４内のそれらの非変調位置Ｄｔ０＝ｔｐ／４からシフトされる。
【００２７】
図３Ａおよび図３Ｂにおいて、ｄＩは、パルス位置ｄＤｔにおける増分シフトより生じる電流増分である。ｄＩ／ｄＤｔはＤｔとは無関係であることが望ましい。これは完全に線形な検出器に対応する。図３Ａおよび図３Ｂに示されるシミュレーション結果は、本発明によって提供されるパルス位置変調検出器がそれのほぼすべてのダイナミックレンジ０＜Ｄｔ＜ｔｐ／２にわたって線形であることを示す。このレンジ内では、Ｄｔ＝ｔｐ／４は非変調信号またはクロック信号の位置に対応する。Ｄｔ基準の選択は任意であることに留意されたい。ただし、重要なのは、パルス位置変調信号のダイナミックレンジが検出器の線形部分で動作するように設定されることである。
【００２８】
本発明の別の実施形態は、同じ光リンクが信号パルスとクロックパルスの両方を提供するパルス位置変調信号の光学検出を行うものである。図４にこの実施形態のブロック図を示す。
【００２９】
図４を参照すると、光リンク４０１は２つの多重化光信号、すなわち第１の波長λｓｉｇをもつパルス位置変調アナログ信号と、第２の波長λｃｌｋをもつ均等に離隔したパルスからなるクロック信号とを本発明によって提供される受信器中に接続する。信号を受信器中に接続するためにファイバカプラまたは当技術分野で知られている他のデバイスが使用できる。信号が自由空間中で放射している場合、信号を受信器中に接続するために光学レンズまたは他のデバイスが使用できる。信号は光増幅器４０５によって増幅できる。光増幅器は当技術分野でよく知られている。例えば、エルビウムドープファイバ増幅器ならば必要なレベルの増幅が行えるであろう。信号は次いで波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＷＤＭ）４１０によって多重化解除される。波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサも当技術分野でよく知られている。図４に５０／５０カプラ４１１と１対のファラデーアイソレータ４１２とで実施したＷＤＭを示す。
【００３０】
クロックは同期目的のみで使用されるので、クロック信号に対して全体的光パワーの小部分のみをあてれば十分である。全体的光パワーの１０％〜２０％ほどの低いパワーをもつクロック信号で十分であろう。例えば、Ｅ．Ｙａｍａｄａ，Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ、およびＭ．Ｎａｋａｚａｗａの「Ｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ａｔ  １０  ＧＨｚ  ｗｉｔｈ  Ｚｅｒｏ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄ，Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌｏｏｐ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｂｙ  ５００  ｆｓ  Ｇａｉｎ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３０，ｐ１９６６」に記載されているように、シードモードロックレーザで、より低いパワーのクロック信号を光クロック回復回路４４０中で再生することができる。図４で、クロック回復回路は圧電トランスデューサ４４１および５０／５０カプラ４４３に接続されるファイバレーザ４４２によって実施される。クロック回復回路では低パワー光クロックパルスの整流および増幅を行う。
【００３１】
パルス位置変調信号も再生できる。図４で、光リミッタ４３０とその次の光増幅器４０６はパルス位置変調信号の再生の１つの手法として示されている。光パルス再生の他の手法も当技術分野で知られている。
【００３２】
前述のように、連続波光源１３０はλｃｗで連続波光信号を提供する。連続波源は当技術分野でよく知られている。１つのそのような源は半導体レーザ１３１とその次のファラデーアイソレータ１３２を備える。連続波信号を第１のコヒーレント波長変換器１１０と第２のコヒーレント波長変換器１２０の両方に提供するために５０／５０カプラ１３５が使用される。
【００３３】
第１のコヒーレント波長変換器１１０はパルス位置変調信号および連続波信号を受信し、連続波信号の周波数でシルクハットパルスを生成する。上述のように、コヒーレント波長変換器は非線形光学ミラー１１１を備えることができる。パルス位置変調信号の周波数で残留物を排除するためにフィルタ１１２が使用できる。
【００３４】
同様に、第２のコヒーレント波長変換器１２０はクロック信号および連続波信号を入力として受信し、連続波信号の周波数でシルクハットパルスを生成する。上述のように、コヒーレント波長変換器は非線形光学ミラー１２１を備えることができる。クロック信号の周波数で残留物を排除するためにフィルタ１２２が使用できる。
【００３５】
第１のコヒーレント波長変換器１１０および第２のコヒーレント波長変換器１２０によって生成されるシルクハットパルスは光相関器１４０中に接続される。当技術分野で知られている１つの光相関器は当技術分野でよく知られているデバイスによって提供できる５０／５０（または３０ｄＢ）カプラ１４５および平衡検出器１４１から構成される。相関器はまた、第１および第２のコヒーレント波長変換器によって生成されるシルクハットパルス間の生じうる温度関連位相シフトまたは他の不要な位相シフトを補償するために位相シフタ１４３を含む。平衡検出器１４１はパルス位置変調信号シルクハットパルスとクロック信号シルクハットパルスとの相互相関積に比例する電流出力を生成する。電流出力はまた、相関器の出力での平均電流の大きさを最大化するために位相シフタ１４３によって適用される位相シフトの量を制御する。非常に速い平衡検出器ならば、連続波を提供するためにローパスフィルタが必要になるような元のアナログ波形のサンプリングバージョンが得られるであろう。ただし、概して、ローパス機能は、連続波が検出器の出力で生成されるような平衡検出器の動作に固有のものである。
【００３６】
本発明はパルス位置変調信号の検出に限定されない。本発明の方法および装置はまた光パルスの２つのストリーム間の時間的変位を検出するために使用できる。本発明で使用する場合、光パルスの２つのストリームは単一の連続波源からそれらの光周波数および位相を得なければならず、したがって互いに同期する。本発明のこの実施形態では、一方のストリームは前述のパルス位置変調信号であるかのような入力になり、他方のストリームは前述の光クロック信号であるかのような入力になる。光パルスストリームの一方が周期的またはほぼ周期的であり、かつ他方のストリーム中のパルスの最大時間的オフセットが周期の１／２未満である場合、本発明のこの実施形態によって提供される出力はパルス位置変調信号の場合に提供されるものと同様になる。光パルスストリームがこれらの条件から逸れる場合、時間的変位の検出は十分になる。前述の本発明のすべての他の態様はまた、２つの光パルスストリーム内のパルスの時間的変位を検出するためにこの用途に適用される。
【００３７】
以上の記述から、本発明はいくつかの利点を有することが明らかであり、そのうちのいくつかの利点は上述しており、他の利点は上述の本発明の実施形態に固有のものである。また、本明細書に記載の主題の教示から逸脱することなく上述の光パルス位置変調受信器およびパルス位置変調信号を検出する方法に修正を加えることができることを理解されたい。したがって、本発明は首記の特許請求の範囲によって必要な場合を除いて記載の実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による光パルス位置変調信号の検出の方法および装置の概略図である。
【図２】
各コヒーレント波長発生器による光パルスの変換および得られた相互相関積の図である。
【図３Ａ】
光パルス位置変調信号内のパルスが持続時間１ピコ秒である本発明の一実施形態のシミュレートされた電流出力のグラフである。
【図３Ｂ】
光パルス位置変調信号内のパルスが持続時間０．３ピコ秒である本発明の一実施形態のシミュレートされた電流出力のグラフである。
【図４】
パルス位置変調信号とクロック信号が同じ光信号中に含有されている本発明の一実施形態の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月13日(2002.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３ｂ】
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【国際調査報告】
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