JP4584304B2 - Fm源およびスペクトル整形エレメントを備えた光システム - Google Patents
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Description
(i)Daniel Mahgerefteh et al.が2002年11月6日に出願した、係属中の先願米国特許出願第10/289,944号、POWER SOURCE FOR A DISPERSION COMPENSATION FIBER OPTIC SYSTEM(分散補償光ファイバ・システムのための電源)(代理人整理番号TAYE-59474-00006)の一部継続出願であり、
(ii)Daniel Mahgerefteh et al.が2002年12月3日に出願した、係属中の先願米国特許出願第10/308,522号、HIGH-SPEED TRANSMISSION SYSTEM COMPRISING A COUPLED MULTI-CAVITY OPTICAL DISCRIMINATOR(結合マルチキャビティ光判別器を備えた高速送信システム)(代理人整理番号TAYE-59474-00007)の一部継続出願であり、
(iii)Daniel Mahgerefteh et al.が2003年10月6日に出願した、係属中の先願米国特許出願第10/680,607号、FLAT DISPERSION FREQUENCY DISCRIMINATOR (FDFD)(平坦分散周波数判別装置)(代理人整理番号TAYE-59474-00009)の一部継続出願であり、
(iv)Yasuhiro Matsui et al.が2004年2月27日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/548,230号、OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT(FM源およびスペクトル整形エレメントを備えた光システム)(代理人整理番号TAYE-31 PROV)の優先権を主張し、
(v)Daniel Mahgerefteh et al.が2004年3月18日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/554,243号、FLAT CHIRP INDUCED BY FILTER EDGE(フィルタ・エッジによって誘発する平坦チャープ)(代理人整理番号TAYE-34 PROV)の優先権を主張し、
(vi)Daniel Mahgerefteh et al.が2004年4月28日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/566,060号、A METHOD OF TRANSMISSION USING PARTIAL FM AND AM MODULATION(部分的FMおよびAM変調を用いた送信方法)(代理人整理番号TAYE-37PROV)の優先権を主張し、
(vii)Daniel Mahgerefteh et al.が2004年5月3日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/567,737号、ADIABATIC FREUENCY MODULATION (AFM)(断熱周波数変調(AFM))(代理人整理番号TAYE-39PROV)の優先権を主張し、
(viii)Daniel Mahgerefteh et al.が2004年5月10日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/569,769号、FLAT CHIRP INDUCED BY AN OPTICAL FILTER EDGE(光フィルタ・エッジによって誘発する平坦チャープ)(代理人整理番号TAYE-40 PROV)の優先権を主張し、
(ix)Daniel Mahgerefteh et al.が2004年5月10日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/569,768号、A METHOD OF TRANSMISSION USING PARTIAL FM AND AM MODULATION(部分的FMおよびAM変調を用いる送信方法)(代理人整理番号TAYE-41PROV)の優先権を主張し、
(x)Kevin McCallion et al.が2004年10月25日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/621,755号、SPECTRAL RESPONSE MODIFICATION VIA SPATIAL FILTERING WITH OPTICAL FIBER(光ファイバを用いた空間フィルタリングによるスペクトル応答の修正)(代理人整理番号TAYE-47PROV)の優先権を主張し、
(xi) Yasuhiro Matsui et al.が2004年11月19日に出願した、係属中の先願米国仮特許出願第60/629,741号、OPTICAL SYSTEM COMPRISING AN FM SOURCE AND A SPECTRAL RESHAPING ELEMENT(FM源およびスペクトル整形エレメントを備えた光システム)(代理人整理番号TAYE-48PROV)の優先権を主張する。
(発明の背景)
ディジタル光ファイバ送信機の品質および性能は、送信したディジタル信号が、著しい歪みを生ずることなく伝搬することができる距離によって決定する。受信機において、分散ファイバを通じた伝搬後における信号のビット・エラー・レート(BER)を測定し、通例10−12である一種のBERを得るために必要な光パワーを決定する。これは感度と呼ばれている。送信機の出力における感度の伝搬後における感度との差を、分散不利益(dispersion penalty)と呼ぶ。これは、通例、分散不利益が〜1dBのレベルに達する距離によって特徴付けられる。外部変調源(externally modulated source)のような標準的な10Gb/s光ディジタル送信機は、分散不利益が〜1dBのレベルに達する前に、1550nmにおいて標準的な単一モード・ファイバ内を〜50kmの距離まで送信することができる。これを分散限界と呼ぶ。分散限界は、ディジタル信号は変換が限定される、即ち、信号はそのビットの間時間変動位相を有さず、100ps即ち1/(ビット・レート)のビット周期を有するという基本的な想定によって決定する。送信機の品質の別の尺度に、ファイバ伝搬後の絶対感度がある。
基準二進信号を受信し、第1信号を生成するように構成されている光信号源であって、前記第1信号が周波数変調されている、光信号源と、
前記第1信号を第2信号に整形するように構成されている光スペクトル整形器であって、前記第2信号が振幅変調されかつ周波数変調されている、光スペクトル整形器と、
を備えており、
伝送ファイバにおける分散に対して前記第2信号の耐性を高めるように、前記第2信号の周波数特性を構成するような前記第1信号の周波数特性および前記光スペクトル整形器の光特性を特徴とする光ファイバ通信システムを提供する。
第1周波数変調信号を発生する周波数変調源と、
前記第1周波数変調信号を受信し、第2振幅および周波数変調信号を発生する振幅変調器と、
を備えている光送信機を提供する。
基準二進信号を受信するステップと、
第1信号を生成するために、前記基準二進信号を用いて光信号源を動作させるステップであって、前記第1信号を周波数変調する、ステップと、
前記第1信号を第2信号に整形するように、前記周波数変調信号を光スペクトル整形器に通過させるステップであって、前記第2信号を振幅変調および周波数変調する、ステップと、
前記第1信号の周波数特性、および前記光スペクトル整形器の光特性は、伝送ファイバにおける分散に対して前記第2信号の耐性を高めるように、前記第2信号の周波数特性を構成するステップと、
前記第2信号を伝送ファイバに通過させるステップと、
を備えている、伝送ファイバを通じて光信号を送信する方法を提供する。
周波数変調信号を生成するために前記基準信号を用いるステップと、
前記周波数変調信号を受信し、振幅および周波数変調信号を発生するために振幅変調器を設けるステップと、
を備えている、基準信号の送信方法を提供する。
周波数変調信号を生成するように構成されている光信号源と、
前記周波数変調信号を実質的に振幅変調信号に変換するように構成されている光スペクトル整形器と、
を備えており、
光ファイバにおける分散の少なくとも一部を補償するために、前記光信号源の動作特性と、前記光スペクトル整形部の光特性とを組み合わせることを特徴とする光ファイバ通信システムを提供する。
レーザを設け、更に選択した光特性を有するフィルタを設けるステップと、
前記振幅変調信号を前記レーザに入力し、対応する周波数変調信号を発生するように、前記レーザを動作させるステップと、
前記フィルタに前記周波数変調信号を通過させて、その結果得られる信号を発生し、該得られた信号を前記ファイバに導入するステップと、
を備えており、
前記得られた信号が、前記ファイバにおける分散の少なくとも一部を補償するように構成されるように、前記レーザを動作させ、前記フィルタを選択する、ファイバを通じて振幅変調信号を送信する方法を提供する。
第1信号を生成するように構成されている光信号源であって、前記第1信号が周波数変調されている、光信号源と、
前記第1信号を第2信号に変換するように構成されている光スペクトル整形器であって、前記第2信号が振幅変調されかつ周波数変調されている、光スペクトル整形器と、
を備えており、
前記第2信号の振幅特性が劣化する前に、前記第2信号の周波数特性が、ファイバを沿って前記第2信号が進行することができる距離を、所与の量を上回って延長するように構成されるような、前記第1信号の周波数特性、および前記光スペクトル整形器の光特性を特徴とする光ファイバ通信システムを提供する。
第1信号を受信し、該第1信号を第2信号に変換するように構成されているモジュールであって、前記第2信号が振幅変調されかつ周波数変調されている、モジュールを備えており、
前記第2信号の周波数特性が、当該第2信号の振幅特性が劣化する前に、前記第2信号がファイバに沿って進行することができる距離を、所与の量を上回って延長するように構成されていることを特徴とする光ファイバ通信システムを提供する。
当該第2信号の振幅特性が劣化する前に、前記第2信号がファイバに沿って進行することができる距離を、所与の量を上回って延長するように前記第2信号の周波数特性を適合させる改善を含む。
基準信号を受信し、第1信号を生成するように構成されている光信号源であって、前記第1信号が周波数変調されている、光信号源と、
前記第1信号を第2信号に変換するように構成されていれる光スペクトル整形器であって、前記第2信号が振幅変調されかつ周波数変調されている、光スペクトル整形器と、
を備えており、前記第2信号の周波数特性が、当該第2信号の振幅特性が劣化する前に、前記第2光信号がファイバに沿って進行することができる距離を、所与の量を上回って延長するように構成されるような、前記第1信号の周波数特性および前記光スペクトル整形器の光特性を特徴とする光ファイバ通信システムを提供する。
第1信号を生成するように構成されている光信号源であって、前記第1信号が周波数変調されている、光信号源と、
前記第1信号を第2信号に変換するように構成されている光スペクトル整形器であって、前記第2信号が振幅変調されかつ周波数変調されている、光スペクトル整形器と、
を備えており、
前記第2信号の耐分散性を高めるように、前記光スペクトル整形器の周波数依存損失を調節することを特徴とする光ファイバ通信システムを提供する。
周波数変調ディジタル信号を生成するように構成された光源を備えており、
前記ディジタル信号が有する時間可変周波数変調が、各1ビットを通じて実質的に一定であり第1周波数に等しく、各0ビットを通じて実質的に一定であり第2周波数に等しく、前記第1周波数と前記第2周波数との間の差が、ビット・レート周波数の0.2倍および1.0倍の間であることを特徴とする光ファイバ・システムを提供する。
第1光FM信号を発生するために、第1ディジタル基準信号によってDFBレーザを変調するステップと、
前記第1FM信号は、奇数個の0ビットによって分離されている1ビットの間にπの位相以降を有し、
コントラスト比が高い第2光信号を生成するために、前記第1光FM信号の振幅を第2ディジタル基準信号によって変調するステップと、
を備えている耐分散ディジタル信号の発生方法を提供する。
光スペクトル整形
本発明の一実施形態では、発生したFM変調信号を光スペクトル整形器に通過させ、信号の耐分散性を高めるように、1および0ビットを横切る信号の瞬時周波数プロファイルを変化させる。R.E. Epworthによる英国特許GB2107147Aのような従来技術では、FM源からの信号を濾波して、強度変調を生成する。強度変調は、フィルタを通過した後の方が、フィルタを通過する前よりも変調深度が高い。本発明では、振幅変調のみの増大ではなく、光スペクトル整形器(OSR)を用いて光スペクトル整形を達成することができる。本発明の一実施形態では、出力信号の瞬時周波数プロファイルを、OSRの後にそのビットを横切って修正し、歪みのない伝搬距離を延長する。
(i)瞬時周波数プロファイルの立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くすることにより、OSR後における最適断熱チャープは5GHzとなり、これによってファイバ伝搬後に最も低い感度が得られる。
スペクトル狭量化
同じディジタル情報で同時に周波数変調および振幅変調を行うと、信号の光帯域幅が狭まり、搬送波周波数が抑制される。この効果が最も顕著となるのは、チャープ値がビット・レート周波数の半分、即ち、10Gb/sでは5GHzチャープとなるときである。これは、奇数個の0ビットによって分離された1ビット間の0からπの位相変化、即ち、それ以外のランダム・ビット・シーケンスの位相間における最適相関関係に対応する。ビット・レート周波数の20%から80%の間のチャープ値の近似範囲(10Gb/sのビット・レートでは2〜8GHz)では、搬送波が著しく抑制され、スペクトルが狭量化する。0値のチャープまたはビット・レート周波数の周波数に等しいチャープでは、搬送波が存在し、スペクトルは再度広がる。これは、全てのパルスの位相がこれら2つの場合に対して等しくなり、位相相関関係が失われるからである。図8に示すように、振幅変調および周波数変調の適用によるスペクトルの狭量化により、高周波側でスペクトルが狭量化する。尚、本例ではチャープは10Gb/sに対して〜7.5GHzであることを注記しておく。OSRのピーク透過に対する信号のスペクトル位置を調節し、スペクトルがOSRの低周波数エッジ上にくるようにする。これによって、低周波側でスペクトル幅が更に減少する。スペクトル帯域幅を狭めることにより送信距離が延長する。
OSR分散
また、OSRは、何らかの分散補償およびスペクトル整形も行うことができる。図17は、フィルタの透過特性およびその対応する分散プロファイルを示す。
FM源
本発明は、消失比(ER)が高い耐分散FM信号の発生のために種々の方法を教示する。本発明の一実施形態では、FM信号を2段階で発生する。
パラメータ範囲
本発明の種々の実施形態では、信号の送信距離を延長するためには、光スペクトル整形器の後における性能を最適化する必要があり、次のような好ましい特性に至る。
(ii)2.5から7.5GHzの範囲の断熱チャープ(即ち、最適な透過のためには、レーザの出力における断熱チャープはΔf=f1−f0≒2.5〜7.5GHzである)。
変更例
本開示の考察から、当業者には本発明の更に別の実施形態も明らかであることは認められよう。本発明は、ここに開示した、および/または図面に示した特定の構造には決して限定されず、発明の範囲に該当するどのような変更や均等物も含むことは理解されてしかるべきである。
Claims (36)
- 光ファイバ通信システムであって、
基準二進信号を受信し、ビット期間を有する高周波数部分及び低周波数部分を含み周波数変調された第1信号を生成するように構成されている光信号源と、
前記第1信号を、振幅変調されかつ周波数変調された第2信号に整形するように構成されている光スペクトル整形器と、
を備えており、前記第1信号の周波数エクスカージョンと前記ビット期間は、前記第2信号において奇数個の低周波数部分によって分離されている高周波数部分の位相がπ/2と3π/2の間の奇数整数倍だけ位相ずれとなるのに有効なものである、光ファイバ通信システム。 - 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第1信号の周波数エクスカージョンは、断熱チャープ成分を備えている、光ファイバ通信システム。
- 請求項2記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第1信号の周波数エクスカージョンは、過渡チャープ成分を備えている、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の周波数プロファイルは、実質的に平頂である、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の周波数エクスカージョンが、前記ビット・レート周波数の1/2倍の奇数整数倍に実質的に等しくなるように、前記第1信号の周波数エクスカージョンを調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号において、奇数個の低周波数部分によって分離されている高周波数部分の位相がπの奇数整数倍だけ位相ずれとなるように、前記第1信号の周波数エクスカージョンを調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の周波数エクスカージョン(Δf)と前記第2信号の低周波数部分の期間T0との積が1/2の奇数整数倍に実質的に等しくなるように、前記第1信号の周波数エクスカージョンを調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の消失率が10dB以上である、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2周波数の周波数プロファイルの立ち上がり時間および立ち下がり時間は、前記第2信号の振幅プロファイルの立ち上がり時間および立ち下がり時間よりも速い、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の周波数の周波数プロファイルの立ち上がり時間および立ち下がり時間は、前記第1信号の周波数プロファイルの立ち上がり時間および立ち下がり時間よりも速い、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記周波数プロファイルの平頂部分の期間は、前記第2信号の振幅プロファイルを実質的に包含することができる程十分に広い、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記周波数プロファイルの平頂部分の期間は、前記第2信号の振幅プロファイルの中央部分のみを包含する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の振幅プロファイルの中央部分は、前記中央部分のいずれかの側における翼部分とは異なる周波数を有する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の1ビット・パルスは、振幅プロファイルおよび周波数プロファイルを含み、前記周波数プロファイルは平頂状であり、更に、前記振幅プロファイルの翼は、前記周波数プロファイルの平頂部分の外側に位置する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第2信号の周波数プロファイルの平頂部分の期間は、前記第2信号の振幅プロファイルの中央部分を包含する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第1信号のスペクトル位置を、前記光スペクトル整形器の透過エッジ上に来るように調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項16記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記第1信号のスペクトル位置は、前記光スペクトル整形器の透過スペクトルのピーク対数導関数に実質的に近い、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、分散ファイバを通じた伝搬の前後双方において、前記第2信号のビット・エラー・レートを同時に最適化するように、前記光スペクトル整形器の傾斜の傾斜を調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項18記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器の傾斜の傾斜や、0.38dB/GHz2および0.6dB/GHz2の間である、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器の3dB帯域幅は、前記第1信号のビット・レートの65%および90%の間である、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器の電磁界透過プロファイルは、二次ベッセル・フィルタのそれである、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器の透過プロファイルの対数傾斜は、その透過ピークにおいて実質的に線形である、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器の電磁界透過プロファイルは、四次ベッセル・フィルタのそれである、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光信号源は、半導体レーザである、光ファイバ通信システム。
- 請求項24記載の光ファイバ通信システムにおいて、分散ファイバを通じた伝搬の前後双方における前記第2信号のビット・エラー・レートを同時に改善するために、前記レーザのバイアスおよび前記基準二進信号の振幅を調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項24記載の光ファイバ通信システムにおいて、分散ファイバを通じた伝搬の後における前記第2信号のビット・エラー・レートを改善するために、前記レーザのバイアスおよび前記基準二進信号の振幅を調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、所望の第2信号を得るために、前記光スペクトル整形器に入射する前記第1光信号の入射角度およびビーム発散の内少なくとも1つを調節する、光ファイバ通信システム。
- 請求項27記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記入射角度は、1.5および2度の間である、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器は、マルチキャビティ・エタロン・フィルタである、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器は、エッジ・フィルタである、光ファイバ通信システム。
- 請求項1記載の光ファイバ通信システムにおいて、前記光スペクトル整形器の透過プロファイルの傾斜(単位はdB/GHz)を調節することによって、前記第2信号の周波数プロファイルの立ち上がり時間および立ち下がり時間を調節する、光ファイバ通信システム。
- 伝送ファイバを通じて光信号を送信する方法であって、
基準二進信号を受信するステップと、
第1信号を生成するために、前記基準二進信号を用いて光信号源を動作させるステップであって、前記第1信号が周波数変調されている、ステップと、
前記周波数変調信号を光スペクトル整形器に通過させて前記第1信号を第2信号に整形するステップであって、前記第2信号が振幅変調および周波数変調されたものであってビット期間を有する高周波数部分及び低周波数部分を含むものである、前記整形するステップと、
前記第2信号を伝送ファイバに通過させるステップと、
を備え、前記第2信号の周波数エクスカージョンとビット期間は、奇数個の低周波数部分によって分離されている高周波数部分がπ/2と3π/2の間の位相ずれとなるのに有効なものである、方法 - 請求項32記載の方法において、前記第2信号の周波数エクスカージョンが前記基準ディジタル信号のビット・レート周波数の半分に実質的に等しくなるように、前記第1信号の周波数エクスカージョンを調節する、方法。
- 請求項32記載の方法において、前記第1信号の周波数エクスカージョンは、断熱チャープ成分を備えている、方法。
- 請求項32記載の方法において、前記第2信号の周波数プロファイルは実質的に平頂状である、方法。
- 請求項32記載の方法において、前記第2信号において、奇数個の0ビットによって分離されている1ビットがπだけ位相がずれるように、前記第1信号の周波数エクスカージョンを調節する、方法。
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