(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の波長の複数の光チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）光信号を増幅する少なくとも１つの光増幅器を備えるＷＤＭ光通信システムで送信されるビットを検出する方法であって、前記複数の光チャネルの各々は情報をビットとして送信するように変調されることができ、前記方法は、
少なくとも前記光増幅器の入力パワーの変化に起因する歪みによって生じる利得変量を減少するために、前記増幅されたＷＤＭ光信号の合計出力パワーを前記増幅されたＷＤＭ光信号における光チャネルの数の２倍で割った値にほぼ等しい検出しきい値レベルを用いて、光チャネルの各々におけるビットを検出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記利得変量は光チャネルの数の増加の関数として減少し、前記光増幅器における合計有効飽和パワーに対して平滑化効果が実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記増幅された信号における光チャネルがデジタルデータのビットを送信するために強度変調されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の光チャネルの１つのチャネルにおけるパワーレベルは、そのチャネルにおける強度変調と前記複数の光チャネルの他のものにおける強度変調との両方の関数として変化し、この変化は飽和誘因クロストークが現れたものであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の光チャネルの１つのチャネルにおけるパワーレベルは、そのチャネルにおける強度変調の関数として変化し、この変化はインタモーダル歪みが現れたものであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記検出しきい値レベルを用いた実質的にエラーのないビットの検出を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記検出しきい値レベルを用いた約１０−９のビットエラーレートを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
各々の波長の複数の光チャネルを有する波長分割多重（ＷＤＭ）光信号を増幅する少なくとも１つの光増幅器を含む波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムであって、前記複数の光チャネルの各々は情報をビットとして送信するように変調されることができ、前記システムは、
光チャネルの各々に対し、少なくとも前記光増幅器の入力パワーの変化に起因する歪みによって生じる利得変量を減少するために、前記増幅されたＷＤＭ光信号の合計出力パワーを前記増幅されたＷＤＭ光信号における光チャネルの数の２倍で割った値にほぼ等しい検出しきい値レベルに従って、光チャネルで送信されるビットを検出するよう構成された検出器を含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記利得変量は光チャネルの数の増加の関数として減少し、前記光増幅器における合計有効飽和パワーに対して平滑化効果が実現されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
当該増幅信号における光チャネルはデジタルデータのビットを送信するために強度変調されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の光チャネルの１つのチャネルにおけるパワーレベルは、そのチャネルにおける強度変調および前記複数の光チャネルの他のものにおける強度変調の両方の関数として変化し、この変化は飽和誘因クロストークが現れたものであることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の光チャネルの１つのチャネルにおけるパワーレベルは、そのチャネルにおける強度変調の関数として変化し、この変化はインタモーダル歪みが現れたものであることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記検出器は、前記検出しきい値を用いて、実質的にエラーのないビットストリームを検出することを特徴とする請求項８に記載の光通信システム。
【請求項１４】
前記検出器は、前記検出しきい値を用いて、約１０−９のビットエラーレートを検出することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光アンプに関し、特に、半導体光アンプを用いる光波システムおよびネットワークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アンプは、伝送路における損失を補償するために信号レベルをブーストするインラインアンプとして、送信器パワーを増加させるパワーアンプとして、受信器の前に信号レベルをブーストするプレーアンプとして、光波通信システムにおいて広く用いられている。波長分割多重（ＷＤＭ）システムは異なる波長の多くの光チャネルを組み合わせ光ファイバにおいて複合信号として送信する。このようなＷＤＭシステムにおいて光アンプは全チャネルを同時に増幅することができるので特に有用である。
【０００３】
エルビウムドープファイバアンプは現行ＷＤＭ伝送システムにおいて広く用いられている。これは、利得特性や光ファイバとのカップリングの容易性によるところが大きい。エルビウムドープファイバアンプは特に強度変調をデジタル光通信システムにおいて望ましい。このようなシステムにおいて信号チャネルの光強度はデジタルデータの「１」と「０」を表すように変調される。利得ダイナミックスが遅いことによって強度変調ビットパターンにおけるビットトランジションに関わらずエルビウムドープファイバアンプがＷＤＭシステムにおける全ての信号チャネルに対して一定な利得を与えることを可能にする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、長距離電送アプリケーションにおける有用性にも関わらず、エルビウムドープファイバアンプの欠点はよく知られている。例えば、エルビウムドープファイバアンプは高価であり、結果として市内光ネットワーキングのようなアプリケーションに対して最も費用効率がいいソルーションを与えない。また、エルビウムドープファイバアンプは利用可能な利得バンド幅が比較的狭くチャネルカウントが高く、利用可能なバンド幅が広い新しい光ファイバを用いる将来的な長距離システムにおいて重大な問題となってしまう。
【０００５】
対照的に、半導体光アンプは比較的低コストであり、大きな利得バンド幅を有し、他のデバイスと容易にインテグレートすることができる。しかし、半導体光アンプには幾つかの制限があり、今日の光通信システムにおいて利用が制限されている。具体的には、半導体光アンプの速い利得ダイナミックスおよび非線形利得特性が問題となる。例えば、入力パワーが変化するに従って利得が急に変化し、現在の通信システムの変調速度に対して利得は一定ではなく、インターモーダル歪み（inter-modal distortion）および飽和誘因クロストーク（クロス飽和）のような問題を発生させてしまう。
【０００６】
手短に言うと、クロス飽和は、あるチャネルにおける強度変調によって他のチャネルが利用可能な利得の変調を生む場合に発生する。例えば、特定のチャネルの利得はそれ自身のパワーだけではなくシステムにおける他のチャネルのパワーによっても飽和される。クロス飽和は強度変調システムにおいて特に問題である。なぜなら、チャネルパワーはビットパターンに従って、時間とともに変化するからである。あるチャネルの信号利得はビットからビットへと変化し、この変化は他のチャネルのビットパターンに依存する。このような利得の変動は全体のビットエラーレート性能を落としてしまう検出エラーを発生させてしまう。小信号領域（非飽和領域）にて動作させることによりクロス飽和を防ぐことができる。しかし、ＷＤＭシステムはポンピング効率や他のシステム上の考慮する点（例えば、広いダイナミックレンジおよび高い信号対雑音比に必要な高い飽和パワー）のために飽和領域にて伝統的に動作し、このような解決法はＷＤＭシステムにとって現実的ではない。
【０００７】
半導体光アンプにおける非線形歪みの影響については、文献、Inoue, "Crosstalk and Its Power Penalty in Multichannel Transmission due to Gain Saturation in a Semiconductor Laser Amplifier", Journal of Lightwave Technology, vol. 7, no. 7, July 1989、 Saleh et al., "Effects of Semiconductor-Optical-Amplifier Nonlinearity on the Performance of High-Speed Intensity-Modulation Lightwave Systems", IEEE Transactions on Communications, vol. 38, no. 6, June 1990、 Simon et al., "Travelling Wave Semiconductor Optical Amplifier with Reduced Nonlinear Distortions", Electronics Letters, vol. 30, no. 1, Jan. 1994、 Tiemeijer et al., "Reduced Intermodulation Distortion in 1300nm Gain-Clamped MQW Laser Amplifiers", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 7, no. 3, March 1995に記載されている。
【０００８】
上述のような問題を解決する試みの多くはデバイス指向の解決法に制限されており、小信号モデル（small-signal model）（小信号利得領域における送信）の問題を伴う。従って、これらの解決方法はＷＤＭシステム等にはあまり有用ではない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１のビット値（例えば、ビット「０」）に対応する最大パワーレベルおよび第２のビット値（例えば、ビット「１」）に対応する最小パワーレベルの関数として導かれた検出しきい値に従って増幅された光信号において送信されたビットを検出することにより、本発明の原理に従って光アンプからなる光通信システムにおいて実質的にエラー無しの通信を実現することができる。
【００１０】
重要なことに、この検出方式は、インタモーダル歪みおよび飽和誘因クロストークのような非線形歪みの存在においても、増幅信号におけるビットパターンを正確に検出するのに用いることができる。具体的には、非線形歪みによって発生する利得バリエーション（変量）から発生する各チャネルにおけるパワーの非線形の分布があっても、各チャネルにおける個々のビット群の正確な検出が可能になる。
【００１１】
半導体光アンプからなる波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて用いる本発明の一実施例に従うとＰTOTAL／２Ｎに対応するレベルに検出しきい値がセットされる。ここで、ＰTOTALは、ＷＤＭ信号における合計パワーを表し、ＮはＷＤＭ信号における光チャネルの数を表す。
【００１２】
別の原理に従うと、ＷＤＭ多重信号内の光チャネルの数が増えるに従って利得バリエーションの影響が小さくなることを我々は発見した。具体的には、チャネルの数の増加の関数として利得変量が減るに従って、合計有効飽和パワーに対して平滑化効果を実現することができた。従って、本発明の原理に従って半導体光アンプの性能をチャネルの数が増えるに従ってファイバアンプの線形性能に近くすることができた。
【００１３】
従って、本発明に従って動作するシステムは、半導体光アンプの全ての恩恵（例えば、低コスト、大きな利得バンド幅）を享受しながら、半導体光アンプの非線形性能に関連する問題を避け、従来技術のように大きなデバイスの変化を必要としない。結果として、このようなソルーションは、コストが第１に考慮される市内エリア光ネットワーキングアプリケーションにおいて特に容易に実装することができ有利に用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本明細書で示す実施例は、半導体光アンプからなるＷＤＭシステムにおいて特によく適合し、これに基づき説明するが、本発明の原理は他の種類の通信システムや他の種類の光アンプにおいても同様に適用することができる。例えば、本発明の原理は、シングルチャネル光通信システム、上述の問題の影響を受ける利得ダイナミックスを有する他の種類の光アンプからなるシステムにも適用することができる。
【００１５】
また、データをビット「０」と「１」で送信するデジタル通信に関連して本発明の実施例を説明するが、本発明の原理は他のコーディング方式や変調方式にも適用することができる。このように、示した実施例は本発明を限定するように解釈するのに用いてはならない。
【００１６】
本発明の原理を理解するために、ＷＤＭシステムにおける大まかな利得に関連する問題について説明する。周知のようにＷＤＭシステムにおいてインライン増幅に用いる光アンプは通常、ポンピング効率やシステム上の考慮する点のため飽和領域にて動作する。飽和領域では、アンプの出力パワーは入力パワーの変量の特定の範囲に対して十分に固定される。結果として、アンプの利得は入力パワーの変化に従って一定には留まらない。アンプの出力パワーはまた受信器における信号対雑音比が強度変調信号において送信されるビットパターンの正確な検出を可能にするように充分に高いようでなければならない。
【００１７】
上述のように、半導体光アンプの生来的な非線形性はシステム性能を落とす原因となり得る。半導体光アンプの非特性は２つの非常に重要で危険となり得る影響を発生させてしまう。これは、インタモーダル歪みと飽和誘因クロストーク（クロス飽和）である。図１は、信号チャネルのアイダイヤグラムであり、出力パワーＰｏｕｔがインタモーダル歪みを示している。パワーレベル１０１は「１」ビットの安定状態パワーレベルを表しパワーレベル１０２はチャネルにおける「１」ビットの安定状態パワーレベルを表す。
【００１８】
送信されたビットパターンにおいて「０」から「１」へのトランジションが発生すると（トランジション、１０３として示した)、特定の時間間隔において「１」ビットのパワーレベルが安定状態値１０２を実際に越え、従って、増幅信号において利得変動が発生してしまう。この種の非線形歪みは、信号チャネル内の強度変調に依存するものであり、結果として、ビット検出の問題においてビット検出の問題を発生させ、システム全体のビットエラーレート性能を落としてしまう。
【００１９】
図２は、２チャネルシステムにおける信号チャネルのうちの１つのアイダイヤグラムである。説明の簡明さのためのみに２チャンネルシステムを示した。この例において、信号チャネルにおける出力パワーＰOUTはクロス飽和（これはいわゆるＷＤＭシステムにおけるクロストーク影響）を経る他のチャネルの状態に従う。具体的には、１つの信号チャネルにおける出力パワーＰOUTはシステムにおける他のチャネルにおける強度変調の影響を受け、ランダムに変化する。なぜなら、各チャネルは独立に変調されるからである。図示するように、パワーレベル２０１は「０」ビットに対するパワーレベルを示し、パワーレベル２０２はチャネルにおける「１」ビットに対するパワーレベルの範囲を示す。チャネルにおける「１」ビットのパワーレベルはシステムの他のチャネルにおけるパワーレベルに従って変化する。
【００２０】
例えば、もし他のチャネルが「０」ビットを送信していれば、図２で示したチャネルにおけるビット「１」のパワーレベルは範囲２０２の高い方の角となる。なぜなら、システムにおける全ての合計パワーを実質的に有することとなるからである。同様に、もし他のチャネルが「１」ビットを送信していれば、図２で示したチャネルにおけるビット「１」のパワーレベルは範囲２０２の低い方の端となる。なぜなら、システムにおける合計パワーは欠くチャネルの間で共有されるからである。合計では、１つのチャネルの信号出力が他のチャネルにおける変調が誘因した信号利得変動に従って変動するので、この種の非線形歪みはビット検出に問題を発生させて、システムの全体のビットエラーレート性能を落とすことがある。
【００２１】
上述の各例において、入力パワー２ｄＢｍを用いた。また、図１に示した例においてはチャネルレート１．２５Ｇｂ／ｓを用いたが、図２に示した例においてはチャネルレート２．５Ｇｂ／ｓを用いた。これらのパラメータは単なる例である。
【００２２】
エルビウムドープファイバアンプを用いるシステムにおいては、エルビウムドープファイバアンプの遅い利得ダイナミックスが変調スピードに対して利点を与える。なぜなら、アンプは光チャネルにおける「１」と「０」のビットトランジションに「応答」しないからである。結果として、エルビウムドープファイバアンプは平均パワーのみを見ることとなり、従って、信号チャネルに対して一定な利得を与える。このように、エルビウムドープファイバアンプの利得は、インタモーダル歪みやクロス飽和が重要な問題ではなくなるように線形特性を示す。
【００２３】
対照的に、半導体光アンプの利得ダイナミックスはエルビウムドープファイバアンプのものよりも遙かに速い。具体的には、半導体光アンプの利得は入力パワーが変化するに従って急に変化し、結果として、現在の通信システムの変調速度に対して利得が一定とはならない。従って、半導体光アンプの利得は非線形の特性を示し、これは、上述のインタモーダル歪みおよびクロス飽和の問題を発生させ、光通信システムのチャネル内で送信したビット検出においてエラーを発生させてしまう。結果として、半導体光アンプが高コストでバンド幅が制限されるエルビウムドープファイバアンプの代わりにシングルチャネルおよびＷＤＭシステムにおいて適切な代替手段となるように上述のような問題を解決すべきことを我々は認識した。
【００２４】
本発明に従って、我々は、例えインタモーダル歪みやクロス飽和があっても、ＷＤＭシステムにおいて半導体光アンプをインラインアンプとして有効に用いることができることを発見した。より詳細には、我々は、ビット「０」の最大パワーレベルおよびビット「１」の最小パワーレベルの関数として最適に導かれる検出しきい値レベルを選択することにより、上述のような選択歪みがあっても、実質的にエラーがないビットパターンの検出を実現することができることを発見した。Ｎの光チャネルを有するＷＤＭシステム光信号において、一実施例に従う検出しきい値レベルは、増幅されたＷＤＭ信号の合計出力パワーに対し、その増幅ＷＤＭ信号における光チャネルの数の２倍で割った値に対応する。
【００２５】
図３は、エルビウムドープファイバアンプシステムにおいてしきい値がいかに通常割り当てられるかを示してあり、これは、検出しきい値が図４に示す本発明の原理に従う半導体光アンプに対していかに選択されるかを理解するのを助けるものである。両方の場合において、しきい値技術を用いて適切なビット検出が行われると想定する。また、両方の例において、全てのＮチャネルの飽和パワーが同じでコーディングプロセスにおいて「１」と「０」とで確率が等しいような通常のＷＤＭシステムと同様に、各アンプは強く飽和されているものと想定する。
【００２６】
合計出力パワーをＰTOTALと表した。これら例のため、送信器と受信器からのノイズは考慮しない。図３、４は、システムにおける各チャネルのうちの１つのチャネルのみの視点から見た出力パワーの分布を示すものである。図４を例として考えると、区画３０１において２チャネルのうちの１チャネルに対する出力パワーＰOUTの分布を示し、区画３０２において４チャネルのうちの１チャネルに対す出力パワーＰOUTを示してある。
【００２７】
ＷＤＭシステムにおいてＮチャネルを増幅するエルビウムドープファイバアンプに対して図３に示したように、線形性能によって各チャネルが合計出力パワーの等しい分け前（ＰTOTAL／Ｎ）を与えられる。結果として、検出しきい値はＰTOTAL／Ｎの平均パワーにセットされる。ここで、他の実際的な考慮する点によって若干の変動はある。エルビウムドープファイバアンプの線形利得特性を考慮すると、「１」ビットに対しては可能性のある値が１つしかなくなる。
【００２８】
対照的に図４に示すＷＤＭシステムにおいてＮチャネルを増幅する半導体光アンプでは、各チャネルのいずれか１つのアンプ出力は他のチャネルの変調に従って何らかの確率分布で変動する。上述のクロス飽和の影響によるためである。具体的には、Ｎチャネルに対しては、いずれのチャネルにおいてもビット「１」に対して可能性のあるＮの値がある。例えば、Ｎチャネルシステムではビット「１」に対して２つの可能性のある値があり、４チャネルシステムでは４つの可能性のある値があり、以下同様である。
【００２９】
例えば、２チャネル表現３０１を用いると、このチャネルにおけるビット「０」は、レベル３０５に対応する出力パワーレベルを有し、このチャネルにおけるビット「１」は２つの値のうち１つを有することができる。すなわち、それら２つのチャネルのうちの他方がビット「０」を有するのであれば、図４に示したチャネルにおけるビット「１」は、システムの合計パワーＰTOTALに実質的に等しい出力パワーレベル３０６を有することとなる。もし２つのチャネルのうちの他方がビット「１」を有するのであれば、図４に示したチャネルにおけるビットと「１」は、システムの合計パワーＰTOTALをチャネル数で割った値（この場合、２）に等しい出力パワーレベル３０７を有することとなる。上述のように、この分布はクロス飽和影響によって起こるパワーの共有の結果である。
【００３０】
結果として、あるチャネルにおけるビット「１」の可能性のある最大出力パワー値は、他の全てのチャネルが同時にビット「０」を有するのであればＰTOTALとなる。同様に、ビット「１」の可能性のある最小出力パワー値は、全てのチャネルがビット「１」を同時に有するのであれば常にＰTOTAL／Ｎとなる。ビット「１」の他の中間出力パワー値（例えば、出力パワーレベル３１５）は、他のチャネルにおいて「０」と「１」とが組み合わさっていた場合には確率分布に従う値が想定される。この場合は、図４における他の例として示したパワー分布とともに４チャネルパワー分布３０２に対して明確に示してある。
【００３１】
もし検出しきい値３１０（ＰTH）が可能性のある最低値（ＰTOTAL／Ｎ）の半分（ＰTH＝ＰTOTAL／２Ｎ）にセットされていれば、クロス飽和影響や検出する装置が十分なダイナミックレンジを有するものと想定されるにも関わらず、正確な検出、従ってエラーがない通信を実現することができることを我々は発見した。例えば、Ｎ＝２である２チャネルシステム３０１を用いると、検出しきい値３１０（ＰTH）は合計出力パワーＰTOTALの４分の１にセットされる。図３、４における検出しきい値を比較することにより、半導体光アンプベースのシステムにおける検出しきい値がエルビウムドープファイバアンプベースのシステムのものより半分であることが明らかとなるであろう。下で詳細に述べるように、検出しきい値レベルＰTHは、他のシステムに関して考慮する点に従って、ＰTOTAL／２Ｎよりも大よそ大きかったり小さかったり調節することができる。
【００３２】
本発明の別の原理に従って、我々は、利得変動（gain fluctuation）の影響が、チャネル数が増え、合計有効パワー効果が平滑化するに従い、小さくなることを我々は発見した。具体的には、ＷＤＭ信号のチャネルにおけるビットパターンが準ランダムであってお互い独立なので、複数のチャネルを有するＷＤＭシステムにおいては合計パワーはより平滑になる。
【００３３】
この平滑化したパワーの効果は図４で見ることができる。図４では、ビット「１」に対する出力パワーレベルの分布がチャネル数が増えるに従って狭くなり集中するようになっている。例えば、１６チャネルシステムの分布ピーク３２５は、チャネル数が少ないシステムのものよりも狭くなっている。この平滑化した合計有効パワーは、入力パワー変量を減らし、結果としてゲインリップル（gain ripple）を減らす。実際に、莫大なチャネル数では、半導体光アンプの性能はエルビウムドープファイバアンプの線形性能に近づくことができる。
【００３４】
このパワー平滑化効果は、図５〜８におけるアイダイヤグラム、図９〜１２のヒストグラムにおいて明らかとなっている。図５〜８は、チャネルの１つのみにおけるパワーの分布を示し、他のチャネルからのクロス飽和影響を示している。図示するように、図５〜８は、ビット「１」の出力パワー分布を表す領域４００〜４０３が、チャネル数が２から３２チャネルまで増えるに従ってアイオープニングが大きくなりながら、より画定することを示している（例えば、ビット「１」の分布幅が小さくなっている)。例えば、図５に示す２チャネルの場合、ビット「１」は２つの可能性のある値を有する。図６に示す４チャネルの場合、ビット「１」は４つの可能性のある値を有する。ただし、ノイズによって拡散している。図７、８に示すようにチャネル数が８、３２へと増えると、ビット「１」は明らかにより画定する（define）ようになり、アイオープニングは大きくなっている。
【００３５】
同様に、１９〜１２のテキストグラムは、チャネル数が２から１６チャネルへと増えるに従ってビット「１」の出力パワー分布の分布ピーク４１０〜４１３がより画定され狭くなっていることを示している。実際には、システムにおける送信器や受信器からのノイズもビット「１」の幅に影響を与え、ビットエラーレート（ＢＥＲ）性能を劣化させる。また、ビット「１」の線幅もまた、伝送ファイバにおける非線形影響によって相当に増加する。
【００３６】
このように、光通信システムにおけるＷＤＭチャネルの数が増えるに従い、本発明の原理に従って用いられる半導体光アンプは利得変量を小さくし、かつ、合計有効飽和パワーを平滑化することを可能にする。また、パワー平滑化効果は、光通信システムやネットワークの設計や制御のみならず、本発明の原理は２つより多くのレベルで動作するデジタルシステムに対しても適用することができる。このような平滑化した合計有効パワーは、アナログ通信システムの性能を改善することもできる。
【００３７】
上の議論において、ビット「１」におけるパワーは全ての信号チャネルに対して一定であると想定した。半導体光アンプが光通信システムにおいてカスケードされると、ビット「１」におけるパワーは最初のアンプの後には均一でなくなり易い。例えば、アンプがカスケードされる場合、伝送ファイバにおける分散が異なる信号チャネルにけるビットにおいて相対的なシフトを発生させることがある。具体的には、伝送ファイバは有限な分散を持たないので、異なるチャネルにおけるビットが異なるスピードで移動し、これは、伝送時にお互いと各ビットがシフトさせる。
【００３８】
結果として、カスケードされたチェーンにおけるその後の半導体光アンプにおける同等な入力パワーは、公称入力パワーよりも高かったり低かったりすることがある。従って、カスケードされたチェーンにおける半導体光アンプへの合計入力パワーは変動することがあり、更に歪みを発生させることがある。本発明の原理はこの問題を解決するために適用することができ、例えば、正確な検出を確実にするために、検出しきい値ＰTHを低くセットする（ＰTOTAL／２Ｎより下の所定レベル)。また、本発明と周知の分散補償技術を組み合わせて、ファイバにおける分散影響を減らすことができる。
【００３９】
上の議論において、半導体光アンプがよい飽和状態の下で動作することを想定した。もしアンプが少ない飽和の下、あるいは線形領域においても動作するのであれば歪みやクロストークは少なくなる。従って、検出しきい値レベルＰTHもまたこれらの場合において必要なように調節することができる。
【００４０】
特定のアプリケーションに従って本発明の教示することと組合わさって解決すべき半導体光アンプの他のパラメータがある。例えば、長距離（long haul）アプリケーションに対して半導体光アンプのノイズ性質（例えば、６ｄＢ以上のもの）および出力パワー（例えば、通常１５ｄＢｍ以下）他の相補的な技術においても解決する必要がある。また、ファイバベイスシステムの他の非線形影響の幾らかを解決するために他の技術を用いることができる。例えば、４波混合、自己位相変調、クロス位相変調等である。このように、本発明の原理は、ＷＤＭアプリケーションにおいて半導体光アンプの広い利用を妨げていた飽和誘因クロストーク影響を解決することができる。このような問題を受け継ぐことができるので、本発明の原理は、市内アプリケーションのようなＷＤＭ伝送に対して低コストなソルーションを提供するように容易に適用することができる。
【００４１】
以下において、上で説明した本発明の原理を実証するために行った実験について説明する。多くの構成、デバイス、材料、ディメンション、パラメータ、動作条件等は例として用いただけであり、本発明の範囲を制限するようには意図していない。
【００４２】
実験例
図１３に本発明の原理とともに用いることができるＷＤＭシステム６００を示す。この例において、システム６００は、送信器部分６０１、伝送部６２５、受信器部分６５０を含んでいる。送信器部分６０１において、導波ルータ（マルチプレキサ）６０２を用い、チャネル間隔１００ＧＨｚで、１５３８ｎｍ〜１５６２ｎｍの範囲の波長を供給するエクスターナルキャビティレーザ（ＥＣＬ）（図示せず）が供給する３２の信号チャネル（Ｎ＝３２）を組み合わせる。全てのチャネルはＬｉＮｂＯ3変調器６０５で変調され、その後に分散補償ファイバ（ＤＣＦ）６１０の２つのセグメントによって整えられる。データレートは、各チャネルに対して２．５Ｇｂ／ｓであった。偏光セレクタ６１５、クロス偏光(cross-polarization)モニター６１６、エルビウムドープファイバアンプ６１７、光減衰器６１８も周知の技術や動作原理に従って送信器部分６０１において用いた。
【００４３】
伝送部６２５は、２つの半導体光アンプ６２６〜６２７を有し、それぞれはその出力においてLucent Technologies社の製品であるTrueWave(R)光ファイバ６２８の５５ｋｍ部分へとつながっている。利得制御無しのシングルステージ半導体光アンプを実験のために用いた。アンプ６２６〜６２７に対して入力パワーはマイナス５ｄＢｍに保持され、利得は１３ｄＢであり、出力パワーは８ｄＢｍであった。両方のアンプは強く飽和していた。両方のアンプ６２６〜６２７に対してポンプ電流は２００ｍＡであった。
【００４４】
受信器部分６５０において、バンドパスフィルタ６５１を用いて、適切な測定（例えば、ＢＥＲ、アイ測定）のために一度に１チャネルを選択するのに用いた。具体的には、検出器６５２を用い、本発明の原理に従って最適検出しきい値レベルを用いる１２チャネルにおけるビットを検出した。受信器部分６５０における他のコンポーネントは周知の動作原理に従って用いた。例えば、エルビウムドープファイバアンプ６６０を適切なプレ増幅を与えるように用いた。入信号パターンの測定を容易にするために、光減衰器６６１およびアイモニター６６２を用いた。受信信号におけるパワーおよびビットエラーレートの測定を容易にするために、減衰器６６３、パワーメータ６６４、クロック回復回路６６５、ビットエラーレートテスタ６６６を用いた。
【００４５】
本発明の原理に従って適切な検出しきい値レベルＰTHをセットすることにより、実質的にエラー無しの伝送を観測することができた。図３における構成において送信された全ての３２チャネルに対するＢＥＲ測定データを図１４に示した。図示するように、１０-9のオーダーのエラー無し伝送を全ての３２チャネルに対して実現することができた。
【００４６】
例えば、実施例において、インラインアンプのアプリケーションに関連して説明したが、本発明の原理は、シングルチャネル光通信システムまたは波長分割多重システムのいずれにおいても光アンプが、送信器の後のパワーアンプとして、あるいは受信器の前にプレーアンプとして用いられるようなアプリケーションにおいても適用することができる。また、本発明の原理は、本発明が解決した上述のような問題を利得ダイナミックスが発生させるようないずれの種類の光アンプにおいても、また半導体光アンプにおいても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体光アンプベースのシステムにおけるインタモーダル歪みの影響を示したアイダイヤグラムのグラフ図。
【図２】半導体光アンプベースのシステムにおけるクロス飽和の影響を示したダイヤグラムのグラフ図。
【図３】エルビウムドープファイバアンプを用い、パワー検出しきい値を有する典型的なＷＤＭシステムの個々のチャネルにおけるパワーの分布を示すグラフ図。
【図４】半導体光アンプを用い、本発明に従ってパワー検出しきい値を有するＷＤＭシステムの個々のチャネルにおけるパワーの分布を示すグラフ図。
【図５】本発明に従って特定のチャネルカウントを有するＷＤＭシステムに対してパワーの分布およびクロス飽和の影響を示すアイダイヤグラムのグラフ図。
【図６】異なるチャネルカウントを有する点以外は図５の説明と同様。
【図７】異なるチャネルカウントを有する点以外は図５の説明と同様。
【図８】異なるチャネルカウントを有する点以外は図５の説明と同様。
【図９】図５に対応するパワーの分布およびクロス飽和影響を示すヒストグラム図。
【図１０】図６に対応するパワーの分布およびクロス飽和影響を示すヒストグラム図。
【図１１】図７に対応するパワーの分布およびクロス飽和影響を示すヒストグラム図。
【図１２】図８に対応するパワーの分布およびクロス飽和影響を示すヒストグラム図。
【図１３】本発明の原理を適用することができるＷＤＭシステムの形態を示す概略図。
【図１４】図１３のシステム構成を用いた本発明の原理の実験的なデモンストレーションに対応するビットエラーレート測定結果。
【符号の説明】
６００  ＷＤＭシステム
６０１  送信器部分
６０２  導波ルータ（マルチプレキサ）
６０５  変調器
６１０  分散補償ファイバ（ＤＣＦ）
６１５  偏光セレクタ
６１６  クロス偏光モニター
６１７、６６０  エルビウムドープファイバアンプ
６１８、６６１  光減衰器
６２５  伝送部
６２６〜６２７  半導体光アンプ
６５０  受信器
６５１  ハンドパスフィルタ
６５２  検出器
６６２  アイモニター
６６３  減衰器
６６４  パワーメータ
６６５  クロス回復回路
６６６  ビットエラーレートテスタ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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