(57)【要約】【解決手段】ある実施例において、本発明の方法は、１つの光信号を１つの光学デバイスの１つの第１アームと１つの第２アームに導入するための工程と、第１アームで伝播する光信号を自己位相変調するための工程と、光信号の１つの低強度部分から空間的に分離する光信号の１つの高強度部分を出力するための工程と、を含む方法。この方法により、光学デバイスに導入する光信号はクリーンにして整形されることで復元される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの光パルスを１つの第１光パルス部分と１つの第２光パルス部分とに分離するための１つの第１連結器と、
第１連結器に連結して第１光パルス部分を伝送するための１つの第１光路で、１つの非線形光媒質からなる第１光路と、
第１連結器に連結して、第２光パルス部分を伝送するための１つの第２光路と、
第１光路および第２光路に連結して、第１光パルス部分と第２光パルス部分を結合するための１つの第２連結器と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２】
第２連結器に連結される１つの第１出力導波路をさらに具備する請求項１に記載の装置において、第１出力導波路が光パルスの１つの高強度主要パルス部分を受信するために連結されることを特徴とする装置。
【請求項３】
第２光路がシリカからなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１出力導波路に連結するための１つの光ファイバをさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
光ファイバに連結される１つのデマルチプレクサーをさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
非線形光媒質がポリジアセチレン−パラ−トルエンスルホン酸塩からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
第１連結器、第１光路、第２光路、および第２連結器を支持する１つの基板をさらに具備する請求項１に記載の装置において、基板が１つのアレイ導波路回折格子も支持することを特徴とする装置。
【請求項８】
第１連結器に連結される１つの光ファイバにより伝送される複数の光チャネルをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
装置が１つのマッハ・ツェンダー型干渉計を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
第２光路が１つの第２非線形光媒質からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
１つの光信号を１つの光学デバイスの１つの第１アームと１つの第２アームに導入するための工程と、
第１アームで伝播する光信号を自己位相変調するための工程と、
光信号の１つの低強度部分から空間的に分離する光信号の１つの高強度部分を出力するための工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１２】
自己位相変調工程が、第１アームで伝播する光信号をπ位相遅延するための工程からなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、１つの第１導波路の光信号の高強度部分を出力するための工程からなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、自己位相変調を行うために第１アームの１つの非線形光媒質を使用するための工程からなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、第１アームおよび第２アームに導入する前に、光信号を１つの第１部分と１つの第２部分とに等しく分離するための工程からなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
１つの光パルスを１つの第１光パルス部分と１つの第２光パルス部分に分離して、その後第１光パルス部分および第２光パルス部分を再結合するための１つの第１連結器と、
第１連結器に連結して第１光パルス部分を伝送する１つの第１光路で、１つの非線形光媒質からなる第１光路と、
第１連結器に連結して、第２光パルス部分を伝送する１つの第２光路と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１７】
第１連結器に連結される１つのサーキュレーターをさらに具備する請求項１６に記載の装置において、サーキュレーターが第１連結器での再結合の後に光パルスの１つの高強度主要パルス部分を受信するために連結されることを特徴とする装置。
【請求項１８】
第２光路がシリカからなることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
第１光路および第２光路に連結される１つの反射面をさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
非線形光媒質が、ポリジアセチレン−パラ−トルエンスルホン酸塩からなることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
サーキュレーターに連結される１つの光ファイバにより伝送される複数の光チャネルをさらに具備することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
装置が１つのマイケルソン型干渉計を具備することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
１つの光パルスを、１つの光学デバイスの１つの第１アームで伝播する１つの第１パルス部分と、光学デバイスの１つの第２アームで伝播する１つの第２パルス部分に分離するための工程と、
第１アームの第１パルス部分を自己位相変調するための工程と、
第１パルス部分と第２パルス部分を１つの出力光学信号に結合するための工程と、
出力光学信号の１つの低強度部分から空間的に分離した出力光学信号の１つの高強度部分を出力するための工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２４】
自己位相変調工程が第１パルス部分をπ位相遅延するための工程からなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、高強度部分を１つの第１導波路に出力するための工程からなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、自己位相変調を行うために、第１アームの１つの非線形光学媒質を使用する工程からなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
１つのサーキュレーターと、
サーキュレーターに連結して、１つの光パルスを１つの第１光パルス部分と１つの第２光パルス部分とに分離し、その後第１光パルス部分と第２光パルス部分とを再結合する１つの第１連結器と、
第１連結器に連結して第１光パルス部分を伝送する１つの第１光路で、１つの非線形光学媒質からなる第１光路と、
第１連結器に連結して、第２光パルス部分を伝送する１つの第２光路と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項２８】
第１光路および第２光路に連結される１つの反射面をさらに具備することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
線形光学媒質がポリジアセチレン−パラ−トルエンスルホン酸塩からなることを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
光パルスをサーキュレーターに供給するために連結される１つの第１光ファイバと、サーキュレーターから光パルスの１つの高強度部分を受けるために連結される１つの第２光ファイバとをさらに具備することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信に関係し、より具体的にはひずみを取り除くための光パルスの復元に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークにおいて、情報ビットを伝送する光パルスはいくつかの理由でひずみを受ける。まず、１つの光ファイバー内での分散がパルスを一時的に拡散させる。次に、光増幅器の不均一な増幅が、パルスにウィングやハンプを生み出す。３番目に、１つのネットワークにおける光学部品が、不規則な伝達関数をもつことがある。パルスは他の方法でもひずむことがある。望ましくない低強度ウィングなどのひずみは、高強度のパルスストリームに加わって、１つの光学システムの性能を落とし、データ伝送ビットレートやネットワークリンクの長さのいずれかを制限する。
【０００３】
前記ひずみは、光通信ネットワークの典型的な光パルス幅又は持続時間が極めて短くなるため望ましくない。例えば、１秒間に２．５ギガビット（ＧＢ／秒）の速度でデータを伝送する光信号キャリア（ＯＣ）−４８システムでは、パルス幅は約４００ピコセカンド（ｐｓ）である。ＯＣ−１９２システム（１０ＧＢ／秒）ではパルス幅は約１００ｐｓ、ＯＣ−７６８システム（４０ＧＢ／秒）ではパルス幅は約２５ｐｓである。このように、データ速度が速くなると光パルスは短くなければならず、分散のために時間領域は大きな質の低下を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、光パルスを電気信号に変換し、望ましくないアーチファクトをなくして信号を再生することによってパルスを復元し、増幅して、それを光パルスとして再伝送するトランシーバーとして機能する中継器を１つのネットワークに沿って設けている。１つの都市ネットワークでは前記中継器は数百メートルから数キロメートル（ｋｍ）ごとに設置される一方、ロングホールネットワークでは前記中継器は数キロメートルから数十キロメートルごとに設置される。しかし、前記中継器はネットワークコストが上がり複雑で、光信号からひずみを完全には取り除けていない。多重波長チャネルを採用する１つの波長分割多重ネットワークシステムでは、前記パルス再生は、デマルチプレクサーを使って個々のチャネルをまず空間的に分離してから、マルチプレクサを使ってパルスを復元し、チャネルを再結合しなければならないため非常にコスト高になる。
【０００５】
このため、光パルスから望ましくないひずみを取り除き、上記欠点なく前記ひずみを取り除くために光パルスをクリーンにして整形することによって光パルスを復元する必要がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
一実施例において、本発明は、ひずんだ光パルスを時間領域でクリーンにして整形することによって復元する１つの光学デバイスを備える。ここで図１Ａを参照すると、本発明の一実施例に従った１つの光学デバイスの概略図が示されている。光学デバイス１０は１つのマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺI）構成を基にしても、一実施例では１つのプレーナ光波回路（ＰＬＣ）でもよい。
【０００７】
図１Ａに示すように、光学デバイス１０は１つの基板２０に形成することができ、基板は例えばシリコン、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの水晶、リン化インジウム（IｎＰ）やヒ化インジウムガリウム（IｎＧａＡｓ）などのＩＩＩ−Ｖ半導体、ポリイミドなどのポリマー材、又は他の基板材料でよい。光学デバイス１０は、入力パルス１５などの到来光パルスを受信できる１つの第１導波路２５を備えることができる。到来光パルス１５は１つの方向性結合器３５によって等しく分割でき、一実施例では１つの３ｄＢ結合器である。デバイス１０の１つの第１アーム４０は、１つの三次非線形光学（ＮＬＯ）媒質から形成できる。このような１つのＮＬＯ媒質は数式１従う屈折率ｎをもつ。
【数１】
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【０００８】
ここでｎ０は屈折率の１つの強度独立部分に等しく、ｎ２は非線形指数であり、Ｉは瞬間的な光強度である。
【０００９】
一実施例では、ＮＬＯ媒質又は材料は超分極率が大きい。前記材料は、一実施例では、ポリジアセチレン−パラ−トルエンスルホン酸塩（ＰＤＡ−ＰＴＳ）である。前記材料は、ポリマー鎖における非局在π電子の一次元の閉じ込めにより１つの非線形屈折率が非常に高いため望ましいであろう。前記ＰＤＡ−ＰＴＳ材料は、メガワットあたり約１０−５センチメートル２（ｃｍ２／ＭＷ）の１つの非線形指数をもつ。このような１つの非線形指数はシリカの約５倍の大きさである。しかし、別の実施例では、ＮＬＯ材料はこれより大きい又は小さい１つの非線形指数をもつことがある。前記別の実施例では、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリアセチレン、ポリチオフェン、又はポリ−インデンフルオロエン（ＰＩＦ）などのほかのポリマーをＮＬＯ材料として使うことができる。さらに別の実施例では、リン化インジウム（ＩｎＰ）やヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）などのＩＩＩ−Ｖ半導体をＮＬＯ材料として使うことができる。さらに別の実施例では、シリカに１つの非線形媒質や数種の非線形材料の１つの組合せをドープしたものなどの１つの線形媒質を使うことができる。
【００１０】
様々な実施例において、第１アーム（又は「ＮＬＯアーム」）４０から伝播する光パルスは自己位相変調を受けて、ＮＬＯ媒質の強度従属の屈折率による光誘導位相変化は、数式２で求められる。
【数２】
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【００１１】
ここでｎ２は非線形指数、ｄはＮＬＯアーム４０の長さ、Ｉは瞬間的な光強度、λは波長である。様々な実施例において、第１アーム４０の長さは約１から２０センチメートル（ｃｍ）の間である。１つのある材料システムおよびアプリケーションの非線形アームの長さは、アプリケーションで使用する材料の非線形指数と光強度の大きさによって変わる。
【００１２】
ある実施例では、ＮＬＯアーム４０のパラメータは、光パルスの１つの中央高強度部分が自己誘導π位相遅延を受けるように設計できる。方向性結合器３５が分離する光パルスの第２部分は１つの第２アーム５０を移動する。この第２アーム５０は、一実施例においてはシリカ製である。図１Ａに示すように、光パルスの２つの部分が１つの第２方向性結合器５５で再結合するが、一実施例ではこれは１つの３ｄＢ結合器である。
【００１３】
前記再結合の後、パルスの高強度の１つの主要部分は、１つの第１導波路６０を介してデバイス１０から出るが、パルスの低強度ウィングは１つの第２導波路７０を介してデバイス１０から出る。様々な実施例において、低強度ウィングは望ましくなく、それ以上使われないこともあることは理解されるべきである。前記方法で、パルスの主な部分は外部の電力を要せずに望ましくないウィングから空間的に分離することができる。
【００１４】
１つの対称ＭＺＩ構造として上記説明したが、別の実施例では、本発明に従う１つのデバイスは１つの非対称ＭＺＩ構造から構成することができる。１つの従来の非対称ＭＺＩ構造では、デバイスの２つのアームは１つのπ位相差をもつ。このため、１つの非対称ＭＺＩ構造を使う図１Ａの実施例では、パルスの高強度主要部分は第２導波路７０を介してデバイス１０を出、低強度ウィングは第１導波路６０を介して出る。言い換えると、１つの非対称構成では、高強度部分と低強度部分は、１つの対称構成とは反対の導波路から出る。
【００１５】
別の実施例では、本発明に従う１つのデバイスは、１つのプッシュプルＭＺＩ構造を使って構成できる。このような１つのプッシュプル構成では、デバイスの両アームは１つの位相π／２の分だけ１つの到来信号の位相を変えることができる。従って、２つのアームの合成位相差は１つのπ位相差となろう。このためこのような１つのプッシュプル構成を使用した本発明の一実施例では、１つのアームを１つのプラスの非線形材料から作り、１つの第２アームを１つのマイナスの非線形材料から作る。このように、２つのアームの組合せが１つの位相差πを提供できる。このような１つのプッシュプル構成の使用は、ある実施例では、第１アームと第２アームの長さを短縮するのが望ましいであろう。アームがプラスとマイナスのπ／２の位相シフトをもつ実施例では、アームは約０．５ｃｍから１０ｃｍの間の長さである。
【００１６】
さらに別の実施例では、本発明に従う１つのデバイスは、１つのマイケルソン型干渉計構成を用いて構成する。ここで図１Ｂを参照すると、１つのマイケルソン型干渉計構成に基づく本発明の１つの第２の実施例に従う１つのデバイスの１つの概略図が示されている。図１Ａと同じ参照番号は、同様な部品を示す。図１Ｂに示すように、到来パルス１５は１つのサーキュレーター３０を通って導波路２５に移動し、さらに結合器３５で分離されて、ＮＬＯアーム４０と第２アーム５０に供給される。前述したように、ＮＬＯアーム４０はそれを通って伝播する光パルスの部分を自己位相変調させる。光パルスの２つの部分は、例えば１つの誘電性鏡面又は金属鏡面の１つの反射面４５によって屈折する。さらに光パルスの２つの部分は結合器３５で再結合される。
【００１７】
前記再結合の後、パルスの高強度主要部分は導波路２５を介してデバイスを出て、そこでさらにサーキュレータ３０を通過し、例えば１つの光ファイバを介して出る。図１Ｂの実施例では１つの個別部品として図示されるが、別の実施例では、１つのサーキュレータは本発明に従う１つのデバイスとして同じ基板上に構成してもよい。
【００１８】
図１Ｂの実施例では、パルスの低強度部分は導波路２８を介してデバイスを射出する。前述したように、低強度部分はその後の処理では使わないこともある。１つの対称形のマイケルソン型干渉計として述べているが、別の実施例では１つの非対称形のマイケルソン型干渉計も使用できる。
【００１９】
さらに別の実施例では、デバイスは導波路構造ではなく光ファイバを使用して構成できる。前記実施例では、１つのアームを１つのＮＬＯ材料をドープした光ファイバを使用して構成する。ある実施例では、このような１つのドープ光ファイバは約１００８から１０−６ｃｍ２／ＭＷの非線形指数をもつ。ある実施例では、光ファイバは約１メートルから２０メートルの長さをもつ。
【００２０】
本発明の実施例は、デバイスが多数のチャネルに透過で、到来パルスをデマルチプレックスする必要がないので、多重チャネルを収容する光ネットワークで使用できる。本発明の実施例に従った光パルスの復元は、操作に数フェムトセコンドしかかからない超高速非線形光学プロセスを使用して高速に行うことができる。
【００２１】
ある実施例では、本発明に従う１つのデバイスは長距離の光リンクを伝送中に質の低下する光パルスを好ましく復元できるため、１つの送信機と１つの受信機の距離を延ばすことができる。さらに、本発明の実施例は、中継器の必要を減らすため、又は中継器間の長さを延ばすために、１つの光ネットワークに組み込むことができる。ある実施例では、１つの受信機と送信機は、約１０ｋｍから５００ｋｍの長距離に設置することができ、質の低下した光パルスを本発明の実施例に従ってクリーンにし整形することができる。
【００２２】
ある実施例では、本発明の一実施例に従った１つのデバイスは、１つのアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、１つの可変光減衰器（ＶＯＡ）、１つのレーザー源等などの他の能動および受動の光学部品とともに、単一基板上の１つのＰＬＣに統合できる。
【００２３】
ここで図２Ａ〜２Ｄを参照すると、様々な光パルスを表すグラフが示されている。図２Ａは１つの光送信機が発する１つの典型的なパルス形状を表す１つのグラフである。図２Ｂは１つの光ファイバで伝播してひずんだ後の図２Ａのパルス形状の１つのグラフである。図２Ｃは、本発明の一実施例に従って復元した後の図２Ａの光パルスをクリーンにし整形したものである。前記一実施例では、図２Ｃのパルス形状は、導波路６０を介してデバイス１０を出る高強度の光パルスである。図２Ｄは、本発明の一実施例で導波路７０を介してデバイス１０を出る低強度ウィングの１つのグラフである。
【００２４】
ここで図３を参照すると、本発明の一実施例に従う１つの光ネットワーク１００の１つのブロック図が示されている。図３に示すように、複数のレーザ１０５１〜１０５ｎは複数の導波路１１０１〜１１０ｎに連結されて、光パルスを１つのマルチプレクサ１２０に供給する。マルチプレクサ１２０は複数の光パルスを１つの単一光ファイバ１２５に多重送信する。一実施例では、光パルスは波長分割多重（ＷＤＭ）方式を使って多重送信される。前記方法で、異なる波長をもつ多数のデータチャネルは、１つの光ファイバで伝送できる。
【００２５】
一実施例では、光ファイバ１２５は１つの増幅器１３０に連結でき、それをさらに別の光ファイバ１２５に連結する。光ファイバ１２５は１つの光クロスコネクト１４０に連結できる。光クロスコネクト１４０を使って、ドロップポート１４７１および１４７２で示されるように、光パルスから別の所望のネットワーク場所までの一定のチャネルを経由することができる。さらに、光クロスコネクト１４０を使って、アドポート１４５１および１４５２を介して入射光パルスを光ネットワーク１００にインジェクトできる。
【００２６】
さらに光パルスは光ファイバ１２５を移動でき、光ファイバは本発明の一実施例に従って１つの非線形のマッハ・ツェンダー干渉計（ＮＬＭＺＩ）デバイス１５０に連結される。前述したように、デバイス１５０を使用して、出るパルスがより高い強度でひずみのない形に復元されるように光パルスをクリーンにして整形して復元できる。
【００２７】
一実施例では、ＮＬＭＺＩデバイス１５０は（１つのＷＤＭネットワークで）それぞれ１つの異なる波長に対応する複数の導波路１６５１〜１６５ｎに光パルスを分離する１つのデマルチプレクサー１６０に連結される。さらに、導波路１６５１〜１６５ｎは各光検出器１７０１〜１７０ｎに連結でき、これを使って光パルスをさらに処理して使用するために電気信号に変換できる。
【００２８】
前述したように、一実施例では、導波路の構造は１つのシリカコーティングシリコンプラットフォームで製造できる。ここで図４を参照すると、本発明の一実施例に従う１つの導波路構造の断面図が示されている。
【００２９】
一実施例では、導波路構造は以下のように構成できる。１つの第１層２１０を１つの基板２００上に形成する。一実施例では、１つのシリコン基板上に約１５ミクロン（ｕｍ）厚さの１つの熱酸化（ＳｉＯ２）層を形成できる。この第１層２１０は導波路の下クラッドとしての役割を果たす。次に、１つのコア層２２０を第１層２１０の上に形成する。一実施例では、コア層２２０はプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＤＶ）プロセスで形成する。様々な実施例では、コア層２２０は約６ミクロンの厚さで、ゲルマニウムドープ酸化物（Ｇｅ−ＳｉＯ２）である。次に、コア層２２０を導波路の形状にするためにパターン化する。一実施例では、約６ミクロン×６ミクロンの１つの導波路は、従来の写真平版・エッチングプロセスでパターン化する。さらに、１つの上層２３０を沈着する。一実施例では、このような１つの上クラッドは１つのＰＥＣＶＤプロセスで形成し、約１５ミクロンの厚さで、ボロン‐リン‐ドープ酸化物（ＢＰ−ＳｉＯ２）材から作る。ある実施例では、１ミクロン厚さの１つの非ドープ酸化物などの１つの酸化層（図４では図示せず）は、上層２３０の上に形成して、それを環境劣化から保護する。
【００３０】
本発明は少数の実施例について説明してきたが、当業者には多数のその変更や変型が分かるであろう。添付の請求項が本発明の真の精神と範囲内となるすべての変更や変型を含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明の一実施例に従った、１つのプレーナ統合光学デバイスの概略図である。
【図１Ｂ】本発明の第２の実施例に従った、１つのプレーナ統合光学デバイスの概略図である。
【図２Ａ】１つの光送信機が発する１つの典型的なパルス形状を表すグラフである。
【図２Ｂ】１つの光ファイバーで伝播した後にひずんだ１つの典型的なパルス形状を表すグラフである。
【図２Ｃ】本発明の一実施例に従って復元した光パルスを表すグラフである。
【図２Ｄ】本発明の一実施例に従って復元した１つの光パルスから分離した低強度ウィングを表すグラフである。
【図３】本発明の一実施例に従った１つの光ネットワークのブロック図である。
【図４】本発明の一実施例に従った１つの導波路構造の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  光ネットワーク
１２０  マルチプレクサ
１２５  単一光ファイバ
２１０  第１層
２００  基板
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006515438.tif 000013
2006515438.tif 000014
2006515438.tif 000015