(57)【要約】データ圧縮装置は、少なくとも２つのパルス発生装置（２１２、２２２）は、それぞれに対して、遅延素子（２１１、２２１）、変調手段（２１４、２２４）及びパルス圧縮素子（２１５、２２５）と、制御手段（２４０）とを有し、変調・圧縮された各パルスを光ファイバ上に多重化する。圧縮は、時間領域または空間領域で行うことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのパルス発生手段と、
各パルス発生手段に連携する遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子と、
制御手段とより成り、
変調・圧縮される各パルスを光ファイバ上に多重化するデータ圧縮装置。
【請求項２】
制御手段は、変調される各パルスにタイムスロットを割当てて、光ファイバ上への変調されるパルスの多重化のための同期をとる請求項１の装置。
【請求項３】
制御手段は、衝突プロトコルを作動して、光ファイバ上への変調されるパルスの多重化を非同期的に行う請求項１の装置。
【請求項４】
パルス発生装置はパルスチャープレーザーより成る前記任意の請求項の装置。
【請求項５】
パルスチャープレーザーは、モードロック型ファイバレーザー及び高分散素子、かまたはモードロック型半導体レーザー及び分散素子のうちの１つより成る請求項４の装置。
【請求項６】
パルス発生装置はパルスレーザー及び圧縮解除器より成る請求項１乃至３のうち任意の請求項の装置。
【請求項７】
変調手段及びパルス圧縮手段は、入力レーザーパルスから空間的に分布した複数の出力を発生するための空間分散素子と、デジタルデータを各出力上に変調する変調手段と、データが変調された出力を再結合する反転空間分散素子とより成る請求項６の装置。
【請求項８】
変調手段は、電気光学Mach-Zehnder変調器、電気吸収型変調器及び変調シリコン光増幅器のうちの１つより成る前記請求項のうち任意の請求項の装置。
【請求項９】
各々が関連の遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子を有する少なくとも２つのパルス発生装置によるパルスを発生させ、それぞれの遅延素子により各パルスに適当な遅延を施し、それぞれの変調手段において遅延済みパルスにデジタルデータを変調し、それぞれの変調手段において変調済みパルスを圧縮し、制御手段の制御下においてデータ変調パルスを光ファイバに結合するステップより成るデータ圧縮方法。
【請求項１０】
パルスがチャープパルスである請求項９の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特に光システムに使用するデータ圧縮装置及び方法に関する。
【０００２】
光ＴＤＭスイッチコアの特徴は、ＷＯ ０１／１０１６５及びＷＯ ０１／８６７６８公報に記載されている。これらの出願は、チャープパルスをデータで変調し、短いパルスに圧縮した後、単一の光ファイバ上に時間多重化するシステムに係る。その後、圧縮された個々のパルスを選択して、システムの各出口ポートで圧縮解除する。チャープパルスは中央のソースから取り出し、光ファイバにより種々のデータ変調器に分配する。
【０００３】
中央で発生させるパルスを用いる主要な利点は、それらが同一ソースからのものであるため同期状態にあり、圧縮されたデータパルスをＴＤＭ光ファイバ上に多重化する際それらのパルスのタイミングを正しくとるにはソースとマルチプレクサとの間の経路に適当な遅延を設定する必要があるにすぎないことである。この固有の同期関係が失われると、パルスは多重化された信号流中のそれらのタイムスロットから外れ、データエラーが発生する。
【０００４】
しかしながら、この方式の問題点は、変調・圧縮された各パルスが、ソースとマルチプレクサとの間の経路に設定された遅延により決まる光ファイバ上のタイムスロットを占有しなければならないことである。この遅延、従ってタイムスロットを十分に（数ナノ秒）変化させるには経路長を変化しなければならないが、これには、現在、経路長を変化させる機械的なシステムが必要である。かかる機械的システムは、大型で、重く、信頼性が低くて、動作速度が非常に遅いという欠点がある。可変の光遅延を導入できる電気光学装置が多数あるが、これらは機械的システムを代替するに十分な能力を備えていないことに注意されたい。
【０００５】
各パルスは通常、所与のデータソースからデータを運ぶため、この方式は、遅延が可変でなければ、装置の各データソースは、ＴＤＭ光ファイバに接続される時に固定的なタイムスロットがそれに割当てられることを意味する。
【０００６】
所与のデータソースに関連するタイムスロットの割当てまたは再割当てを機械的装置により光路長を変化しなくても行えるという利点を有する用途が存在する。例えば、特定のデータソースに割当てられるタイムスロットを適宜且つ迅速に変更できるのであれば、例えば、ＴＤＭ光ファイバにＴＤＭスロットの数より多いデータソースを接続し、しかしながら、各ソースがそれ自身のＴＤＭスロットを有するようにそれらのソースを作動させることができるであろう。
【０００７】
あるいは、データ流を光スイッチコアに２またはそれ以上の別の経路により接続できる。ＴＤＭ光ファイバ上では、１つの経路をＴＤＭ光ファイバ上で伝送する作動状態の装置に接続する一方、別の経路に接続されたそれ以外の装置を非作動状態にして、ＴＤＭ光ファイバ上のタイムスロットを占有しないようにする。作動中の装置に接続された経路が故障した場合、その装置をオフにし、別の経路に接続された装置のうちの１つを作動させて、直前にオフにした送信機により無効にされたタイムスロットを使用する。このようにすると、光スイッチコアへの冗長接続が得られるが、この場合、ＴＤＭ光ファイバの容量を増加させることは不要である。この容量の増加は、全ての装置にタイムスロットを割当てなければならない場合必要となる。
【０００８】
本発明の第１の局面によると、データ圧縮装置は、少なくとも２つのパルス発生手段と、各パルス発生手段に連携する遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子と、制御手段とより成り、変調・圧縮される各パルスを光ファイバ上に多重化する。
【０００９】
本発明の第２の局面によると、データ圧縮方法は、各々が関連の遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子を有する少なくとも２つのパルス発生装置によるパルスを発生させ、それぞれの遅延素子により各パルスに適当な遅延を施し、それぞれの変調手段において遅延済みパルスにデジタルデータを変調し、それぞれの変調手段において変調済みパルスを圧縮し、制御手段の制御下においてデータ変調パルスを光ファイバに結合するステップより成る。
【００１０】
本発明の装置及び方法は、各パルスソースに遅延素子を設け、それらを中央で制御することにより、局部的に発生させるパルスの同期の問題を克服する。
【００１１】
好ましくは、制御手段は、変調される各パルスにタイムスロットを割当てて、光ファイバ上への変調されるパルスの多重化のための同期をとる。
【００１２】
あるいは、制御手段は、衝突プロトコルを作動して、光ファイバ上への変調されるパルスの多重化を非同期的に行う。
【００１３】
パルス発生装置は、モードロック型ファイバレーザー及び高分散素子、かまたはモードロック型半導体レーザー及び分散素子のようなパルスチャープレーザーより成るが、パルスレーザー及び圧縮解除器より成るものでもよい。
【００１４】
好ましくは、変調手段及びパルス圧縮手段は、入力レーザーパルスから空間的に分布した複数の出力を発生するための空間分散素子と、デジタルデータを各出力上に変調する変調手段と、データが変調された出力を再結合する反転空間分散素子とより成る。
【００１５】
好ましくは、変調手段は、電気光学Mach-Zehnder変調器、電気吸収型変調器及び変調シリコン光増幅器のうちの１つより成る。
【００１６】
従来、チャープパルスレーザーは、単一のパルス上で多数のビットを運べるに十分な長さを有する光パルスの発生に使用される。単一のソースからのパルスを複数の変調器に逐次加え、それらの変調器によりパルスを変調する。変調した各パルスを短い周期に圧縮すると、光バックプレーン上に時間多重化することができる。圧縮した個々のパルスを出力において選択し、圧縮解除する。
【００１７】
図１は、従来のデータ圧縮装置の一例を示す。パルスチャープレーザー１２６は、チャープ光パルスを第１の変調器１１８と第２の変調器１２０とに加える。チャープ光パルスを第１の変調器１１８により第１のデータソース１１４からのデータで変調し、パルス圧縮器１２８により圧縮した後、３ｄＢカップラー１３２を介して光ファイバ上に多重化する。また、チャープ光パルスを第２の変調器１２２により第２のデータソース１１６からのデータで変調し、パルス圧縮器１３０により圧縮した後、遅延素子１３４を通過させて光ファイバに結合する。通常、チャープパルスを変調するデータの速度は１０ギガビット／秒である。伝送後、これらのパルスをデマルチプレクサコントローラ１４０の制御下で多重解除し、変調器１３６、１３８により復調し、パルス圧縮解除器１４２、１４４により圧縮解除する。１２８個（図示では２個）の１０Ｇデータソースを有するシステムでは、圧縮段と圧縮解除段との間のリンクは１．２８テラビット／秒で動作する光リンクである。受信機１４６、１４８はデータをスイッチの出力ポートへ出力する。システムを通過する時の各パルスの形状をブロック図の上方に示すが、最初のパルスはまず変調され遅延を施された後、両方が光ファイバ上に多重化され、その後復調され圧縮解除される。図１に示すような２つの変調器を有するシステムでは、遅延素子１３４により圧縮済みパルスのうちの一方を遅延してパルスの相対的タイミングを調整する。遅延素子１３４は、パルスチャープレーザー１２６からマルチプレクサ１３２への光ファイバ経路において正しい遅延を設定して、この例では２つのパルスが別個のタイムスロットに入るようにする。遅延素子１３４は、適当な長さに切断した光ファイバかまたは光路長を変化できる機械的装置でよい。一般的に、システム設計を同質的にするために全てのパルス圧縮器が遅延素子を備えるようにする。
【００１８】
この方式を用いると、非常に多量のデータ（典型的には、毎秒テラビット）を単一の光ファイバケーブル上に多重化することが可能となる。圧縮データパルスのタイミングは遅延素子１３４により施される遅延により設定される。レーザーソース１２６においてパルスの位相を変化させると全ての圧縮パルスが同様に変化するため、位相が変化してもパルスが光ファイバ上の多重化パルス流のタイムスロットから外れることはない。
【００１９】
しかしながら、単一のソースを用いずに、チャープパルスを各変調器について局部的に発生させると、このような結果は得られない。光ファイバ上にこれらのパルスが整然として多重化されるように、パルスのタイミングを制御する必要がある。また、これらの状況では、１つのソースでは位相が変化するが、他のソースでは位相の変化はなく、それらを光ファイバ上に多重化する際圧縮パルスのタイミングをとる問題が別に生じることがある。
【００２０】
図２及び３は、本発明によるデータ圧縮装置の２つの実施例を示す。
【００２１】
図２において、データ圧縮装置２００の第１の実施例は、パルスチャープレーザーを使用する。変調器／パルス圧縮器の各対２１４、２１５；２２４、２２５には、パルスレーザー２１２、２２２が設けられている。各レーザーからのチャープパルスはそれぞれの変調器２１４、２２４に入力され、変調済みパルスはそれぞれの圧縮器２１５、２２５により再圧縮される。再圧縮されたパルスは、マルチプレクサ２３０により光ファイバ上に多重化される。コントローラ２４０は、各レーザーからの再圧縮されたパルスをモニターし、それぞれの遅延素子２１１、２２１を介して適当な遅延を施す。送信された信号はスプリッタ２５０に入力され、個々のパルスはデマルチプレクサコントローラ２８０の制御下に変調器２６１、２７１により分離され、その後、圧縮器２６２、２７２により圧縮解除され、受信機２６３、２７３により受信される。
【００２２】
図３は、データ圧縮方式のより一般的な例を示す。図２のチャープパルスレーザー２１２、２２２は、パルスチャープレーザーと、非常に短いパルスをチャープのある長いパルスに変換する圧縮解除器としてみることができる。図３において、これはレーザー及びパルス圧縮解除器の対３１２、３１３；３２２、３２３になる。
【００２３】
変調器及びパルス圧縮器の各対３１４、３１５；３２４、３２５には、パルスレーザー３１２、３２２が設けられている。各レーザーからのパルスは、変調前にパルスの圧縮を解除する圧縮解除器３１３、３２３に加えられる。圧縮解除された各レーザーからのパルスはそれぞれ変調器３１４、３２４へ入力され、変調済みパルスはそれぞれ圧縮器３１５、３２５により再圧縮される。コントローラ３４０は、各レーザーからの再圧縮されたパルスをモニターし、それぞれの遅延素子３１１、３２１を介して適当な遅延を施す。
【００２４】
図３に示す方式では、圧縮は時間領域で行う必要はなく、空間領域で行うことが可能である。圧縮解除器３１３、３２３は、光パルスを多数の波長に分割し、これらの波長は空間的に別個の経路をたどる。この方式を実現するシステムを、例えば図３のコンポーネント３１２、３１３、３１４、３１５と等価のデータ経路の１つについて図４に示す。
【００２５】
パルスレーザー４１０は、広いスペクトル帯域幅を有する短いパルスを発生する。図３の圧縮解除器３１３または３２３と等価の空間分散素子４２０を用いてパルスを多数の波長に分割するが、これらの波長は別個の空間的経路を介して１組の変調器４３０へ進む。変調器４３０は、これらの波長をデータで変調し、圧縮器３１５、３２５と等価の空間分散素子４４８によりレーザーパルスを再圧縮する。
【００２６】
図５は、このシステムをさらに詳細に示す。これは、図４に示すシステムを集積光デバイス上に実現したものである。短いパルス５１０は、アレイ状導波路（ＡＷＧ）５２０により圧縮解除される。変調器５３０によりデータを変調し、別のＡＷＧ５４０により再圧縮して、再び圧縮されたパルス５５０を提供する。
【００２７】
図３の圧縮解除器３６１、３７１は、時間領域または空間領域で等しく実現可能である。これを空間領域で行う場合、５２０と同じ技術を用いることができる。
【００２８】
レーザーパルスを遅延するには、パルスレーザーのパルス周波数を調整するのが最も便利である。パルスが早すぎるため遅延の必要がある場合、レーザーパルスの周波数を減少することができる。これにより各パルス間の時間が増加するため、各パルスが前のものより比較的遅くなる。これを図６に示す。
【００２９】
ブロック６０１は、所要の繰返し周波数と所望の遅延を有する１０個のパルスの群を示す。ブロック６０２は、正しい周波数ｆ１を有するが時間Δｔ６０４だけ早すぎる別組のパルスを示す。ブロック６０２で示すパルスの遅延を補正するには、周波数をパルス３においてｆ1−δｆへ減少する。パルスがパルス３からパルス８へかけて所望の位置に移動することがわかる。パルスはパルス８において所要の遅延を有し、周波数をｆ1に戻すことができる。
【００３０】
従って、多重化パルス流におけるパルスの位置を見て、そのパルス位置を正しくするために必要なパルスレーザー周波数の増減を命令することにより、各パルスの実効遅延を設定することができる。このタイプのシステムでは、各レーザーにそれ自身の周波数だけを正確に制御することにより同じ所要の繰返しレートでパルスを発生させるようにするのは、通常は好都合でない。従って、各レーザーの繰返しレートをマスター発振器と比較し、その周波数をマスター発振器に関して制御するのが普通である。この場合、パルスの位相と共にレーザーの長期周波数が制御される。
【００３１】
このタイプのレーザーの周波数は、多数の公知の手段により調整することができる。レーザーがモードロックされていれば、レーザー空洞の長さを機械的に長くするかまたは空洞の一部の屈折率を変調することによりその空洞の長さを少しだけ変化させると周波数が変化する。レーザーまたはその内部のコンポーネントを電気信号により駆動してレーザーパルスを始動させる場合、電気信号を制御して周波数の所要の変化を得ることができる。
【００３２】
図７は、スケジュール型ＴＤＭバスの代わりに衝突プロトコルを用いる実施例を示す。図２のシステムにある同じコンポーネントには、同じ参照番号を用いる。この場合のパルスの表示は高い圧縮度を示す。従って、圧縮されたパルスは図１に示すよりも時間が格段に短い。各送信機は、圧縮されたデータパルスをＴＤＭファイバ上においてランダムなタイムスロットに多重化する。その後、個々のパルスを変調器２６１、２７１がピックオフして圧縮を解除する。ブロック７５０に示すようにパルスが衝突しなければ、パルスを変調器２６１、２７１により分離して圧縮を解除し（２６２、２７２）、受信する（２６３、２７３）。しかしながら、ブロック７５１で示すように２つの送信機が同じスロットで送信する場合、変調器２６１または２７１はパルスを分離できず、またオーバーラップしたパルスを一方の変調器がピックオフしようとすると、両方のパルスが圧縮解除され、圧縮解除される時オーバーラップするため両方のパルスのデータが損なわれる。
【００３３】
衝突プロトコルでは、一方の送信機にそのタイムスロットでの送信を停止するように命令し、ランダム期間が経過するまで、またはそのタイムスロットが空になるか若しくは非占有の別のタイムスロットを要求するよう指示されるまで待つ必要がある。これは、パルスが決まったタイムスロットに来るのを必要としないで実行することができる。
【００３４】
この方式の使用は、利用可能なＴＤＭスロットの利用効率が低くなり、また、空のスロットが見つかるのを待つためのランダムな遅延がデータに生じるということを意味する。しかしながら、この方式の利点は、多数の送信機をＴＤＭファイバに接続するのが可能であり、それらが散発的に送信するだけの場合は、各送信機が送信中にあたかも大きな送信容量を有するように見えることである。圧縮パルスを用いるため、パルス間の衝突の蓋然性が減少し、多数の送信機の同時送信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術のデータ圧縮装置の一例を示す。
【図２】本発明による第１のデータ圧縮装置を示す。
【図３】本発明による第２のデータ圧縮装置を示す。
【図４】図３の装置の実施例である。
【図５】図４の実施例をさらに詳細に示す。
【図６】図２の装置に遅延を施す例を示す。
【図７】衝突プロトコルを用いる図２の装置の一例を示す。
【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６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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2004531931.tif 000024
2004531931.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月26日(2003.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのパルス発生手段と、各パルス発生手段に連携する遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子と、制御手段とより成り、変調・圧縮された各パルスを光ファイバ上に多重化するデータ圧縮装置より成り、制御手段は、圧縮された各パルスをモニターし、多重化パルス流における各パルスの位置を制御するべく必要に応じて各レーザーの周波数が増減するように各遅延素子を介して適当な遅延を施す光システム。
【請求項２】
制御手段は、変調される各パルスにタイムスロットを割当てて、光ファイバ上への変調されるパルスの多重化のための同期をとる請求項１のシステム。
【請求項３】
制御手段は、衝突プロトコルを作動して、光ファイバ上への変調されるパルスの多重化を非同期的に行う請求項１のシステム。
【請求項４】
パルス発生装置はパルスチャープレーザーより成る前記任意の請求項のシステム。
【請求項５】
パルスチャープレーザーは、モードロック型ファイバレーザー及び高分散素子、かまたはモードロック型半導体レーザー及び分散素子のうちの１つより成る請求項４のシステム。
【請求項６】
パルス発生装置はパルスレーザー及び圧縮解除器より成る請求項１乃至３のうち任意の請求項のシステム。
【請求項７】
変調手段及びパルス圧縮手段は、入力レーザーパルスから空間的に分布した複数の出力を発生するための空間分散素子と、デジタルデータを各出力上に変調する変調手段と、データが変調された出力を再結合する反転空間分散素子とより成る請求項６のシステム。
【請求項８】
変調手段は、電気光学Mach-Zehnder変調器、電気吸収型変調器及び変調シリコン光増幅器のうちの１つより成る前記請求項のうち任意の請求項のシステム。
【請求項９】
各々が関連の遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子を有する少なくとも２つのパルス発生装置によるパルスを発生させ、それぞれの遅延素子により各パルスに適当な遅延を施し、それぞれの変調手段において遅延済みパルスにデジタルデータを変調し、それぞれの変調手段において変調済みパルスを圧縮し、制御手段の制御下においてデータ変調パルスを光ファイバに結合し、圧縮された各パルスをモニターし、多重化パルス流における各パルスの位置を制御するべく必要に応じて各レーザーの周波数が増減するように各遅延素子を介して適当な遅延を施すステップより成る光システムにおけるデータ圧縮方法。
【請求項１０】
パルスがチャープパルスである請求項９の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第１の局面によると、光システムは、少なくとも２つのパルス発生手段と、各パルス発生手段に連携する遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子と、制御手段とより成り、変調・圧縮される各パルスを光ファイバ上に多重化するデータ圧縮装置より成り、制御手段は、圧縮された各パルスをモニターし、多重化パルス流における各パルスの位置を制御するべく必要に応じて各レーザーの周波数が増減するように各遅延素子を介して適当な遅延を施す。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の第２の局面によると、光システムにおけるデータ圧縮方法は、各々が関連の遅延素子、変調手段及びパルス圧縮素子を有する少なくとも２つのパルス発生装置によるパルスを発生させ、それぞれの遅延素子により各パルスに適当な遅延を施し、それぞれの変調手段において遅延済みパルスにデジタルデータを変調し、それぞれの変調手段において変調済みパルスを圧縮し、制御手段の制御下においてデータ変調パルスを光ファイバに結合し、圧縮された各パルスをモニターし、多重化パルス流における各パルスの位置を制御するべく必要に応じて各レーザーの周波数が増減するように各遅延素子を介して適当な遅延を施すステップより成る。




【国際調査報告】
2004531931.tif 000026
2004531931.tif 000027
2004531931.tif 000028