"リアル-タイムマルチ障害信号パフォーマンスモニタリングのためのオプティカルデバイスであって、テストのための信号、および狭帯域CWレーザ信号を受信する入力領域と、上記2つの受信信号を混合する非線形ウェーブガイド領域と、混合された信号のRFスペクトルのそれぞれ別個の周波数帯域を抽出するバンドパスフィルタをそれぞれ備えた1つ以上の出力領域とを有するウェーブガイドを含み、さらに、抽出された別個の周波数帯域信号を出力するパワーディテクタを含むことを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1のオプティカルデバイスであって、さらに、狭帯域CWレーザ信号を供給する、デバイスに集積されたレーザを含むことを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1および請求項2のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記混合はクロス-フェーズモジュレーションとなることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項3のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、集積されるバンドパスフィルタは、ウェーブガイド上にリソグラフィック技術を用いてエッチングされることをことを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項4のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記フィルタは、ブラッグ格子であることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項4のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記フィルタは、アレイウェーブガイド格子AWGであることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項6のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、ただ2つのオプティカルバンドパスフィルタとスローパワーディテクタとが設けられていることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項7のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、さらに、別個の周波数帯域信号のRFスペクトル解析をするプロセッサを含むことを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項8のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、デバイスが、シリコンから形成されていることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項9のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記ウェーブガイドが、シリコンから形成されていることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項9のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記ウェーブガイドが、分散設計された、高非線形カルコゲニドChGリブウェーブガイドであることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項11のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記ウェーブガイドは、非線形光ファイバであることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項8のオプティカルデバイスであって、RFスペクトルで見られる特徴が、同時グループベロシティディスパージョン、およびイン-バンド光信号対ノイズ比モニタリングを行うのに直接的に用いられることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項8のオプティカルデバイスであって、信号障害とRFスペクトルとの関係、または自己相関追跡に基づいて、上記プロセッサが、GVD、OSNR、およびタイミングジッタを広計測ダイナミックレンジで同時にモニタすることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項14のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記パワーディテクタは、スローパワーディテクタであることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項15のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、オン-オフキーイング、位相差シフトキーイングDPSK、1/4位相差シフトキーイングQPSK、および光時分割多重OTDMのうち何れか1つの変調タイプに従って変調されたテスト信号を受信することを特徴とするオプティカルデバイス。請求項1から請求項16のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、上記デバイスは、入力、非線形ウェーブガイド、および出力領域が集積されたモノリシックインテグレーテッドフォトニクスチップであることを特徴とするオプティカルデバイス。請求項8および請求項17のうち何れか1項のオプティカルデバイスであって、プロセッサ領域も、デバイスの他の領域と共に集積されていることを特徴とするオプティカルデバイス。以下、発明の一実施例が、添付された図面を参照して説明される。I.動作原理A.高周波スペクトルモニタリング図1は、トランスミッタ10からレシーバ12に送られたインラインエルビウムドープトフィルタアンプリファイアEDFA8からの入力信号6を受信するフォトニックチップ2ベースRFアナライザ4の概略図を示す。中心周波数fsのテスト下の信号SUT14は、周波数fpの狭帯域連続波CWビーム16と共に非線形ウェーブガイド2を通して共伝播copropagatedされる。光カー効果によって引き起こされるクロスフェーズモジュレーションXPM18[24]は、共伝播CWプローブフィールド上への信号の瞬間の強度に比例したフェーズ-モジュレーションを誘導する。上記XPMは、このように、CWプローブの位相への信号強度の急速な変動をマップし、TheXPMthusmapstherapidfluctuationsofthesignalintensityontothephaseoftheCWprobe新たな周波数としての拡張した光スペクトルがプローブ周波数20周りに生成される。broadeningitsopticalspectrumasnewfrequenciesaregeneratedaroundtheprobefrequency20ここで、fsとfpとの間の周波数分離は、スペクトル干渉を回避するために十分に大きい必要がある。非線形ウェーブガイドの出力でのプローブフィールドEp’tは、以下になる。ここで、Eptは、プローブの初期電場、φNLtは、非線形係数γ=2π.n2/λ.Aeff[24]、および非線形伝播長Lでのに従った信号強度Itに比例した非線形位相シフトである。φNLt≪1と仮定したときの期間exp[j.φNLt]のテーラー級数展開により、プローブの電場は、となる。よって、ウェーブガイドを通して伝播した後のCWプローブの光スペクトルは、テスト下の信号SUTのパワースペクトルに比例する[25]。そこで、プローブの光スペクトルを計測することによって、テスト下のシステムのRFスペクトルをキャプチャすることが可能となる。この技術のバンド幅は、媒体の非線形応答時間、およびポンプ14とプローブ16との間のグループ-ベロシティ-ミスマッチ-インデューストウォーク-オフによって決定される。オプティカルバンドパスフィルタBPF22,24、およびパワーメータ26,28は、光スペクトルのキャプチャ、および障害計測のためのパワーシグナルP1,P2の抽出のために用いられる。このようにして、シンプルで、モノリシックな、P1,P2の瞬間計測が行われ得る。ここで、パワーP1は、第1基礎クロックトーン周りの低周波数のバンドから抽出され、P2は、RFスペクトルの高周波数のバンドから抽出される。XPM18のハイパワー要求故に、EDFA8による増幅後の入力信号をとることは有利である。B.マルチ障害パフォーマンスモニタリング図2は、基本的なディジタルフェーズシフトキーDPSK伝送およびモニタリングシステムを示す。標準シングルモードファイバーSMF32の入力でのトランスミッタ30からの位相エンコード光信号は、[26]のように定義される。ここで、ak=±1、Tはビット期間、ptはパルス関数である。増幅された自然放射ASE:amplifiedspontaneousemissionノイズ、PMD、およびカーノンリニアリティのないSMFの伝達関数は、[26]により与えられる。ここで、β2はGVDパラメータ、Lはファイバ長である。SMFの出力での光信号は、入力信号とファイバのインパルス応答間のたたみ込みconvolutionである。よって、[11]によれば、SMFの出力での周波数fの関数としての光信号のRFスペクトルは、次のようになる。ここで、B=1/Tは光信号のビットレート、GnfおよびKfは[11]のように定義される。なお、数9は、入力信号の周波数、および伝送障害によって発生した新たな周波数に依存する。もし、ASEノイズがこの伝送システムに含まれるなら、SMFファイバの出力でのトータルのRFスペクトルは[12]である。ここで、Ssignalf、SASEf、およびSsignal-ASEfは、それぞれ、光信号、ASEノイズ、およびシグナル-ASEビートノイズのRFスペクトルである。C.カルコゲニド平面ウェーブガイドこのOPMスキームを用いたマルチプル障害の正確な計測は、RFスペクトルアナライザの十分なバンド幅を必要とする。ここで、我々は、計測性能を高めるために、高非線形、分散シフトカルコゲニドChG平面ウェーブガイドを用いる[27]。ChG平面ウェーブガイドは、大きな超高速カーノンリニアインデックス係数n2シリカの100倍よりも大きい[28]、およびトランスバース-マグネティックTMモードの~1.2μm2の小さな有効コアエリアAeff[29]による高非線形レスポンスを含む多くの利点をもたらす。そこで、非線形係数γは、およそ9900W-1km-1以上で、常分散normaldispersionは、1550nmで~28.6ps/nm/kmの異常分散にオフセットされる。低い分散と、6.8cmの短い伝播長との組み合わせは、ウルトラ-ローウォーク-オフをもたらし、このようにしてTHz計測バンド幅を可能にする[30、31]これは、高速光信号のモニタリングの上記特徴付けおよび性能を可能にする[22、23]。II.実験および結果A.実験のセットアップ我々は、図3aに示すように、λs=1543nmのCWレーザソース40、および40Gbit/sの231-1パターン長の疑似ランダムビットシーケンスPRBSによって駆動されるDPSKMZモジュレータ42を用いて、40Gbit/sのNRZ-DPSK信号を生成する。MZモジュレータの出力では、アイダイアグラムに駆動波形欠陥の影響による光強度のディップが観察されたが、光信号の位相情報は損なわれずに保たれる[1]。図3bは、640Gbit/sのRZ-DPSK信号のセットアップを示す。λs=1542.5nm非線形圧縮語に~550fsパルス幅のモード-ロックトファイバレーザ50からの40GHzのパルス列は、40Gbit/sのRZ-DPSKデータストリームを生成するために、同じMZモジュレータ42によってデータエンコードされた。データをパルスに調整するために、オプティカルディレイラインΔt52が用いられた。オプティカルサンプリングオシロスコープによってアイダイアグラムがキャプチャされる640Gbit/sのDPSK信号は、4ステージの時分割多重MUX56によって40Gbit/sのデータから生成された。図3cは、位相エンコーデッド光信号の同時マルチ障害モニタリングのための実験のセットアップを示す。40Gbit/sのNRZ-DPSK信号60、および640Gbit/sのRZ-DPSK信号62は、オプティカル障害、例えば、それぞれ、Finisarウェーブシェーパー[32]64、およびエルビウムドープトファイバアンプリファイアEDFA66から生成されたGVDおよびASEノイズ、と結合された。なお、信号およびASEノイズがコ-ポラライズされるcopolarizedのを確実にするために、イン-ラインポラライザ68が用いられた。劣化した信号Pave=33mW、およびCWプローブPave=30mW、40Gbit/sのNRZ-DPSK信号はλp=1550nm、640Gbit/sのRZ-DPSK信号はλp=1570nmは、ポラライゼーションコントローラPC68を用いてTMモードに調整され、レンズファイバ対を用いたカップリングによって平面ウェーブガイド2を通してコ-プロパゲートされた。トータルの挿入ロスは、~11.3dBであった。B.40Gbit/sのNRZ-DPSKのモニタリング図4は、3つの異なる状態:障害なし、ASEノイズ、およびGVDの40Gbit/sのNRZ-DPSK信号の光およびRFスペクトルを示す。我々は、低い周波数および高い周波数でのRFパワーとしてP1およびP2をそれぞれ図4bに示すように定義した。P1およびP2の計測のためのバンド幅は、我々の実験では同じである。我々は、GVDの増大に従ってRFスペクトルのパワーP1は増大し、より高い周波数でASEノイズはパワーP2を上昇させることを観察した。なお、GVDの影響は、光スペクトルではなく、信号の一時的なtemporal波形、よってRFスペクトルを変化させるだけである。我々は、RFパワースペクトル上のGVDの信号障害とASEノイズとの間の関係を、同時にそれらの衝突impactを決定するために用いる。我々は、伝統的な光スペクトルアナライザOSAからキャプチャされたRFスペクトルの10GHzのバンド幅に亘るパワーを積分してP1およびP2を計算する。同じ機能は、2つのシャープで狭い光BPFsを用いて行うこともできる。これは、自己相関アプローチ[21、22]に比べて、装置を簡素化し、リアルタイムモニタリングを容易にする。図5では、我々はパワーレシオP1/P2に対するパワーP1をマップする。マップの各点は、独自にOSNRおよびGVDの両方を定義し、よって、それぞれの値が同時に決定されるのを可能にする。我々は、510ps/nmまでの非常に高いGVDモニタリングレンゲおよびOSNRレンジが~30dBを達成した。C.640Gbit/sのRZ-DPSKのモニタリング図6aは、光スペクトルを示し、図6bは、640Gbit/sのRZ-DPSK光信号のRFスペクトル上のGVDおよびASEノイズの影響を表す。図7は、RFスペクトルの特定の特徴に基づいた640Gbit/sの位相エンコーデッド信号のGVDおよびOSNRモニタリング結果を示す。P1およびP2の計測バンド幅は480GHzである。ここで、GVDおよびOSNRモニタリングレンジは、それぞれ、約0.2ps/nmおよび40dBである。我々のOSNR計測を検証するために、我々は、我々の技術で計測されたOSNRの値を、40Gbit/sのNRZ-DPSK信号、および640Gbit/sのRZ-DPSK信号のためにOSAを用いて得られた値と比較した。図8は、2つの方法間で高精度なモニタリングの良好な一致を示している40Gbit/sのNRZ-DPSKで誤差<1.2dB、および640Gbit/sのRZ-DPSKで誤差<0.5。なお、これらの計測でGVD=0ps/nmである。III.ディスカッションマルチ障害モニタリングアプローチは、低い周波数CWプローブから第1のRFクロックトーンへ、および高い周波数第2から第3のトーンへでのRFパワーであるパワーP1およびP2図4および図7に示されるの計測に基づいている。したがって、十分な計測バンド幅は、このモニタリングアプローチの精度を決定するキーとなる決定要素である。キーパラメータが表1に示される、ChG分散シフト平面ウェーブガイド、および2つの一般的な媒体HNLFおよびDSFを含む3つの異なる非線形媒体が、このセクションで研究された。なお、我々の数値的調査numericalinvestigationでは、ロスは無視され、オペレーティングパワーは、シミュレーションと実験との両方で同等に保たれた。異なるウェーブガイドを比較する目的のために、我々の解析は、γL、0.6732W-1積は等しいと仮定するassumesanequalγLproductof06732W1。これは、それぞれ33.66mおよび224.4mのHNLFおよびDSFの等価な長さを与える。この計測スキームの3-dBバンド幅は、λs=1542.5nmの比較的狭い波長分離中心wavelengthseparationcenteredの2つのCWレーザの干渉によって生成された正弦波を用い、数値的に特徴付けられるnumericallycharacterized。λp=1570nmの第3のCWプローブは、研究された媒体[25、27、30]を通して、このビート信号に結合される。図10は、この技術の3-dBバンド幅である、ビート周波数の増大にプローブ波長の周りに生成されるXPMトーンのパワーを示す。我々の数値モデルは、非線形効果と同様にセカンドオーダーβ2およびサードオーダーβ3の分散をシミュレートするために非線形シュレディンガー方程式[24]を用いた。ここで、Aは変化するエンベロープ、TRは3fsに設定されたランダムレスポンスタイムである。なお、この式では伝播ロスは無視されている。最後に、図9は、ウェーブガイド70の端部に入力される信号14、およびオンチップレーザ72から注入されるCWプローブ信号16を備えたフォトニクスチップ2の詳細な構造を示す。ウェーブガイド70は、それぞれP1およびP2を抽出するためにバンドパスフィルタ78,80がエッチングされた2つのサブチャネル74,76に分離する。スローディテクタ82,84は、また、チップ2に集積され、マルチ障害モニタリングのためにP1およびP2を出力するプロセッサ86も同様である。挿入はRFスペクトルおよびそれから来るGVDおよびOSNRモニタリング結果を示す。参照1AHGnauckandPJWinzerOpticalPhaseShiftKeyedTransmissionJLightwTechnolvol23no1pp115130Jan20052CSchmidtLanghorstRLudwigDDGrosLMolleMSeimetzRFreundandCSchubertGenerationandCoherentTimeDivisionDemultiplexingofupto51TbsSingleChannel8PSKand16QAMSignalsinProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPaperPDPC620093HCHMulvadMGaliliLKOxenloweHHuATClausenJBJensenCPeucheretandPJeppesenDemonstrationof51TbitsdatacapacityonasinglewavelengthchannelOptExpressvol18no2pp14381443Jan20104ADEllisJZhaoandDCotterApproachingtheNonLinearShannonLimitJLightwTechnolvol28no4pp423433Feb20105ASanoHMasudaTKobayashiMFujiwaraKHorikoshiEYoshidaYMiyamotoMMatsuiMMizoguchiHYamazakiYSakamakiandHIshii691TbsCandExtendedLBandTransmissionover240KmUsingPDM16QAMModulationandDigitalCoherentDetectioninProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPaperPDPB720106AHGnauckPJWinzerSChandrasekharXLiuBZhuandDWPeckham10×224GbsWDMTransmissionof28GbaudPDM16QAMOnA50GHzGridOver1200KmofFiberinProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPaperPDPB820107XZhouJYuMFHuangYShaoTWangLNelsonPMagillMBirkPIBorelDWPeckhamandRLingle64TbsPDM36QAMTransmissionover320kmUsingBothPreandPostTransmissionDigitalEqualizationinProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPaperPDPB920108JXCaiYCaiCDavidsonDFoursaALuceroOSinkinWPattersonAPilipetskiiGMohsandNBerganoTransmissionof96x100GPreFilteredPDMRZQPSKChannelswith300SpectralEfficiencyover10608kmand400SpectralEfficiencyover4368kminProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPaperPDPB1020109DCKilperRBachDJBlumenthalDEinsteinTLandolsiLOstarMPreissandAEWillnerOpticalPerformanceMonitoringJLightwTechnolvol22no1pp294304Jan200410ZPanCYuandAEWillnerOpticalperformancemonitoringforthenextgenerationopticalcommunicationnetworksOptFiberTechnolvol16no1pp2045Jan201011JZhaoAPTLauKKQureshiZLiCLuandHYTamChromaticDispersionMonitoringforDPSKSystemsUsingRFPowerSpectrumJLightwTechnolvol27no24pp57045709Dec200912CDorrerandXLiuNoiseMonitoringofOpticalSignalsUsingRFSpectrumAnalysisandItsApplicationtoPhaseShiftKeyedSignalsIEEEPhotonTechnolLettvol16no7pp17811783Jul200413HYChoiYTakushimaandYCChungOpticalperformancemonitoringtechniqueusingasynchronousamplitudeandphasehistogramsOptExpressvol17no26pp2395323958Dec200914ZLiCLuYWangandGLiInservicesignalqualitymonitoringandmultiimpairmentdiscriminationbasedonasynchronousamplitudehistogramevaluationforNRZDPSKsystemsIEEEPhotonTechnolLettvol17no9pp19982000Sep200515ZLiandGLiChromaticDispersionandPolarizationModeDispersionMonitoringforRZDPSKSignalsBasedonAsynchronousAmplitudeHistogramEvaluationJLightwTechnolvol24no7pp28592866Jul200616TBAndersonAKowalczykKClarkeSDDodsDHewittandJCLiMultiImpairmentMonitoringforOpticalNetworksJLightwTechnolvol27no16pp37293736Aug200917DAReidKBondarczukKJDexterKShiPMAnandarajahLPBarryWHGuoJO’DowdMLynchALBradleyandJFDoneganTwoPhotonAbsorptionBasedOSNRMonitorforNRZPSKTransmissionSystemsIEEEPhotonTechnolLettvol22no5pp275277Mar201018XLiuYHKaoSChandrasekharIKangSCabotandLLBuhlOSNRmonitoringmethodforOOKandDPSKbasedonopticaldelayinterferometerIEEEPhotonTechnolLettvol19no15pp11721174Aug200719DDahanUMahlabandDLevyStimulatedBrillouinScatteringbasedInBandOSNRMonitoringfor40Gand100GDeploymentinOpticalNetworkswith100GHzand50GHzChannelSpacinginProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPaperOWB4201020JYYangLZhangXWuOFYilmazBZhangandAEWillnerAllOpticalChromaticDispersionMonitoringforPhaseModulatedSignalsUtilizingCrossPhaseModulationinaHighlyNonlinearFiberIEEEPhotonTechnolLettvol20no19pp16421644Oct200821TDVoMDPelusiJSchroderBCorcoranandBJEggletonMultiImpairmentMonitoringat320GbsbasedonCrossPhaseModulationRadioFrequencySpectrumAnalyzerIEEEPhotonTechnolLett201022TDVoMDPelusiJSchroderFLuanSJMaddenDYChoiDAPBullaBLutherDaviesandBJEggletonSimultaneousmultiimpairmentmonitoringof640GbssignalsusingphotonicchipbasedRFspectrumanalyzerOptExpressvol18no4pp39383945Feb201023TDVoHHuMGaliliEPalushaniJXuLKOxenloweSJMaddenDYChoiDAPBullaMDPelusiJSchroderBLutherDaviesandBJEggletonPhotonicChipBased128TbaudTransmitterOptimizationandReceiverOTDMDemultiplexinginProcOpticalFiberCommunicationConferenceSanDiegoUSAPapersPDPC5201024GPAgrawalNonlinearFiberOptics3rdedCaliforniaAcademicPress200125CDorrerandDNMaywarRFSpectrumAnalysisofOpticalSignalsUsingNonlinearOpticsJLightwTechnolvol22no1pp266274Jan200426AFElrefaieREWagnerDAAtlasandDGDautChromaticDispersionLimitationsinCoherentLightwaveTransmissionSystemsJLightwTechnolvol6no5pp704709May198827MDPelusiTDVoFLuanSJMaddenDYChoiDAPBullaBLutherDaviesandBJEggletonTerahertzbandwidthRFspectrumanalysisoffemtosecondpulsesusingachalcogenidechipOptExpressvol17no11pp93149322May200928JMHarboldFOIldayFWWiseJSSangheraVQNguyenLBShawandIDAggarwalHighlynonlinearAsSSeglassesforallopticalswitchingOptLettvol27no2pp119121Jan200229DYCSMaddenDABullaRWangARodeandBLutherDaviesSubmicrometerThickLowLossAs2S3PlanarWaveguidesforNonlinearOpticalDevicesIEEEPhotonTechnolLettvol22no7pp495497Apr201030MPelusiFLuanTDVoMRELamontSJMaddenDABullaDYChoiBLutherDaviesandBJEggletonPhotonicchipbasedradiofrequencyspectrumanalyserwithterahertzbandwidthNaturePhotonvol3no3pp139143Feb200931MDPelusiFLuanEMagiMRLamontDJMossBJEggletonJSSangheraLBShawandIDAggarwalHighbitrateallopticalsignalprocessinginafiberphotonicwireOptExpressvol16no15pp1150611512Jul200832MAFRoelensSFriskenJABolgerDAbakoumovGBaxterSPooleandBJEggletonDispersionTrimminginaReconfigurableWavelengthSelectiveSwitchJLightwTechnolvol26no1pp7378Jan2008"