光波長変換器におけるクロストークの減少
光ファイバ伝送システムは、一連の光ファイバ伝送スパンおよび１つまたは複数の全光信号プロセッサを含む。光ファイバ伝送スパンは連結されて光通信経路を形成する。各全光信号プロセッサはスパンの対応する隣接対を直接連結する。各全光信号プロセッサは、入力および出力ポートを有する光波長変換器ならびに同じプロセッサの光波長変換器の入力ポートに連結された分散調整モジュールを含む。分散モジュールは、いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を同じプロセッサの直前のスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲の外側に調整するように構成されてもいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光波長変換器および方法ならびに光波長変換器を使用する光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムは、光波長変換器および／または光位相共役器のような光学的にポンプされた非線形光学装置を有利に組み込むことがある。第１の例としてＷＤＭ光ファイバ・ラインは、隣接する光ファイバ・スパンの間に光波長変換器を組み込み、隣接するファイバ・スパンで光通信を異なる波長チャンネルへ伝送することを可能にすることもある。隣接するファイバ・スパンの間で波長チャンネルを変える能力は、ＷＤＭ光通信システムの各ファイバ・スパンで帯域幅のより効率的な使用を可能にする。第２の例として、長距離ＷＤＭ光ファイバ・ラインは光位相共役器を組み込むこともある。適切に位置決めされた光位相共役器は、光のパルスが長い光伝送ラインに沿って移動するとき、光の非線形効果に起因するパルスの劣化を部分的に元に戻すことができる。このような光学的にポンプされた非線形光装置は、その特性上ＷＤＭ光ファイバ・ラインに組み込まれるのが望ましいこともあり、これら非線形光装置への改善が有用であることもある。
【特許文献１】米国特許出願第１０／０８２，８７０号
【特許文献２】米国特許第６，６３１，２４６号
【特許文献３】米国特許第６，７４８，１４２号
【特許文献４】米国特許第６，８０７，３２１号
【特許文献５】米国特許出願第１０／２５９，０５１号
【特許文献６】米国特許出願第１０／８３５，７５３号
【特許文献７】米国特許第５，１９３，０２３号
【特許文献８】米国特許第５，３５５，２４７号
【特許文献９】米国特許第５，４７５，５２６号
【特許文献１０】米国特許第６，０１３，２２１号
【特許文献１１】米国特許第６，５５５，２９３号
【特許文献１２】米国特許第６，８５６，４５０号
【特許文献１３】米国特許出願第１０／４４２，２８７号
【特許文献１４】米国特許出願第１０／４４１，５３２号
【特許文献１５】米国特許出願第１０／７２９，１５３号
【特許文献１６】米国特許出願第１０／８３５，７５３号
【特許文献１７】米国特許出願第１０／９３２，９８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
様々の実施形態が、異なる波長チャンネルで光パルス間クロストークを減少するようになされた光波長変換器を提供している。ＷＤＭ通信システムでは光学的にポンプされた非線形光装置でこのようなチャンネル間クロストークの発生を減少させるのが望ましいことがしばしばである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、光ファイバ伝送システムは一連の光ファイバ伝送スパンおよび１つまたは複数の全光信号プロセッサを含む。光ファイバ伝送スパンは連結されて光通信経路を形成している。各全光信号プロセッサはスパンの対応する隣接対を直接連結している。各全光信号プロセッサは入力および出力ポートを有する光波長変換器ならびに同じプロセッサの光波長変換器の入力ポートに連結された分散調整モジュールを含む。分散モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスの累積分散を、同じプロセッサの直前のスパン内の対応する光のパルスの累積分散のための範囲の外に調整するように構成されてもいる。
【０００５】
いくつかのシステムでは、分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスの累積分散を、系内で同じプロセッサの直後にあるスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲の外側の値に調整するように構成されている。
【０００６】
いくつかのシステムでは、分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光のパルスの累積分散を調整して、その累積分散が大体０．２５×１０５または０．５×１０５をギガ・ビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）のチャンネル毎のビット・レートの二乗で除した値より大きな値をナノメートル毎ピコ秒（ｐｓ／ｎｍ）で有するように構成されている。分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光のパルスの累積分散を調整して、累積分散が大体４×１０５または２．０×１０５をチャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で除した値より小さな値をｐｓ／ｎｍで有するように構成されることもある。
【０００７】
いくつかのシステムでは、各全光プロセッサは、その内部にある光波長変換器の出力ポートからの波長変換された光パルスを受けるように構成された第２の分散調整モジュールを有することもある。各第２の分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの波長変換された光パルスの累積分散を、同じプロセッサに直接連結された２つのスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲内にリセットするように構成されている。
【０００８】
第２の態様では、光ファイバ伝送システムは、連結されて光通信経路を形成する一連の光ファイバ伝送スパン、ならびに１つまたは複数の全光信号プロセッサを含む。各全光信号プロセッサはスパンのうちの対応する隣接対を直接連結する。各プロセッサは光入力および出力ポートを有する光波長変換器を含む。各プロセッサは、受け入れた光パルスをプロセッサ内の波長変換器の入力ポートに伝送するように構成されている分散調整モジュールを含む。分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスの累積分散を調整して、累積分散が大体０．２５×１０５を波長チャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で除した値より大きな値をｐｓ／ｎｍで有するように構成されている。
【０００９】
このようないくつかのシステムでは、分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスを調整して、累積分散が大体４．０×１０５または２．０×１０５をチャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で割った値より小さな値をｐｓ／ｎｍで有するように構成されている。分散モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスを調整して、累積分散が大体０．２５×１０５を波長チャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で割った値より大きな値をｐｓ／ｎｍで有するようにも構成されている。
【００１０】
第１および第２の態様では、上記システムの中の様々なものがＷＤＭ光伝送システムのこともある。
第３の態様では、様々の実施形態が、光波長変換器ならびに様々な分散調整を提供するための第１および第２の集中モジュールを含む機器を特色としている。可変分散調整を提供するための第１のモジュールは光波長変換器の入力ポートに直列に連結されている。可変分散調整を提供するための第２のモジュールは光波長変換器の出力ポートに直列に連結される。
【００１１】
器機のいくつかの実施形態では、波長変換器は、複数のＷＤＭ波長チャンネルの波長変換をするように構成されている。
器機のいくつかの実施形態では、集中モジュールは、光パルスの累積分散の大きさをいくつかの通信波長で少なくとも５０ｐｓ／ｎｍまたは少なくとも１００ｐｓ／ｎｍだけ変える能力がある。
いくつかの実施形態では、器機の長さ寸法は３次元空間で１０メートルより小さい。
【００１２】
様々な実施形態が図面および発明を実施するための最良の形態により詳細に説明されている。しかし本発明は、様々な形態で具現化することができ、図面および／または発明を実施するための最良の形態で説明されている実施形態に制限されるものではない。
図および本文中で同じ符号は同様の機能をもつ要素を表示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
様々な実施形態が、非線形光学効果に起因するクロストークを少なくしながら光波長変換を実行する器機および方法に関連している。その実施形態の製作および動作をより良く説明するのに先ず光波長変換における光クロストークの１つの原因を説明するのが便利である。
【００１４】
図１は、ＷＤＭファイバ通信ラインから受け入れた光を従来方式で波長変換した後に観察することができる出力スペクトルを概略的に図示している。入力スペクトルは多数の波長チャンネル内の光によって形成される。出力スペクトルはいくつかの要素スペクトルＩ、Ｏ、およびＰの形状をしている。要素スペクトルＩは、入力波長チャンネルの光に対応し、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・ｆＮにおける一連の振幅ピーク１、２、３、・・・およびＮを含む。要素スペクトルＯは、波長変換された所望の出力光に対応し、いくつかの波長チャンネルに対して周波数２ｆｐ−ｆ１、２ｆｐ−ｆ２、２ｆｐ−ｆ３・・・２ｆｐ−ｆＮにおける一連の振幅ピーク１’、２’、３’・・・Ｎ’を含む。要素スペクトルＰは光波長変換器内のポンプ光に対応する。要素スペクトルＯの振幅ピークは所望の出力スペクトルであり、例えばポンプ・スペクトルＰの大体中心周波数ｆｐで対称的に反射される。
【００１５】
要素スペクトルＩ、Ｏ、Ｐに加えて出力スペクトルは、チャンネル間クロストークによって光波長変換器内で生成された光に対応する要素スペクトルＸも含む。要素スペクトルＸで、各振幅ピークは、２つ以上の異なる入力波長チャンネルからの光を同時に含む非線形波長変換によって形成される。例えば２つの異なる周波数の波長チャンネルｆｉおよびｆｊの入力光は、光波長変換器内のチャンネル間光クロストークに起因する波長変換された光を周波数ｆｐ±（ｆｉ±ｆｊ）でおよび例えばｆｉ±ｆｊ±−ｆｋでも生成することがある。これらの光クロストークは、従来式光波長変換器の出力スペクトルに望ましくない一連の振幅ピークを生成する。
【００１６】
チャンネル間クロストークに関連する要素スペクトルＸでは、振幅ピークの強さは、２つの入力光波長チャンネル内のピークの強さに比例している。波長変換器内では入力光波長チャンネルの強さはポンプ光の強さより弱いのが一般的であるので、このようなクロストークによって生成される要素スペクトルＸは比較的弱いのが一般的である。いずれにせよ要素スペクトルＸの振幅ピークは、光データの検出エラーを引き起こす可能性があり、したがって望ましくない。
【００１７】
光波長変換器内で上述のクロストークの効果を減少させるための１つの従来式方法は大きな保護周波数帯ＧＢを使用するものである。保護周波数帯はポンプ周波数ｆｐの周辺にあり、入力または出力波長チャンネルＩ、Ｏのためには使用されない。確かにクロストークが生成する最も重要な要素スペクトルは、波長変換器のポンプ周波数ｆｐに近接した周波数に位置することが一般的である。したがって大きな保護周波数帯ＧＢは、クロストークが生成したこのような望ましくないスペクトルを波長変換された所望の出力要素スペクトルＯから分離することができる。保護周波数帯ＧＢが十分に大きい場合、クロストークが生成した要素スペクトルＸは、所望の出力要素スペクトルＯの出力波長チャンネルと重ならず、したがって光伝送エラーを引き起こさない。残念ながら大きな保護周波数帯ＧＢを使用すると、そうしなければより多くの光通信波長チャンネルのために使用することができる周波数領域を浪費することになる。
【００１８】
それに反して本明細書の様々な実施形態は、波長変換器の入力で光パルスの累積分散を調整することによって、クロストークが生成するこのような要素スペクトルの望ましくない影響を少なくする。分散の調整は、クロストークが生成した要素スペクトルのピーク振幅を光波長変換器の所望出力要素スペクトルのピーク振幅に対して減少させる。所望の出力要素スペクトルＯおよびクロストークが生成する要素スペクトルＸのピーク振幅は、光波長変換器の入力スペクトルＩ内のピーク振幅と共に別々に成長するのでこのような相対的スペクトルの減少が可能である。所望の出力要素スペクトルＯで、ピーク振幅は入力要素スペクトルＩ内のピーク振幅に比例する。クロストークが生成する望ましくない要素スペクトルＸで、ピーク振幅は、入力要素スペクトルＩからのピーク振幅の生成物に比例する。したがって光波長変換中に入力多重チャンネル・スペクトルＩのピーク振幅を少なくすることは、波長変換された所望の出力光の生成に関してチャンネル間クロストークの生成を減少させる。
【００１９】
図２は、分散管理を活用して、クロストークが生成する出力スペクトルの構成要素の相対振幅を波長変換中に減少させる器機２０を示す。器機２０は、第１の集中分散調整モジュール２２、光波長変換器２４、光ポンプ源２６、および第２の集中分散調整モジュール２８を含む。器機２０は光ファイバまたは導波管３０、１つまたは複数の出力光フィルタ３４、および任意選択で入力光フィルタ３２を含む。
【００２０】
第１の集中分散調整モジュール２２は、受け入れた光パルスの累積分散の大きさを選択された波長範囲で実質上変化させる。例示的な集中モジュール２２は、いくつかの通信波長で光パルスの累積分散を５０またはそれより多いピコ秒／ナノメートル（ｐｓ／ｎｍ）だけ、あるいは１００ｐｓ／ｎｍまたはそれ以上さえも変化させる。第１の集中分散調整モジュール２２は、前記光パルスの累積分散の大きさを増加または減少させるように構成されることもある。
【００２１】
第１の集中分散調整モジュール２２はいろいろな装置から形成することができる。１つの例示的な装置は通常または特異分散を有するシングル・モード光ファイバを巻いたものである。他の例示的な装置は、回折格子および１つまたは複数の鏡を含む光経路であり、その経路は、光に回折格子からのダブル・パス反射を受けさせるように構成され、それによって累積分散が変化する。これらの装置の１つが、本明細書にその全体を参照として組み込まれている、Ｍａｒｋ Ｊ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒにより２００２年２月２５日に出願された米国特許出願第１０／０８２，８７０号に説明されている。その他の例示的装置にファイバのＢｒａｇｇ格子などがある。当業者ならば、上記の開示を考慮に入れ第１の集中分散変化モジュール２２に対して例示的な装置を構成することができる筈である。
【００２２】
例示的な第１の集中分散調整モジュール２２は、分散が同調可能であることもある、つまり与えられた中心波長の光パルスに累積分散変化に対する選択幅をもたらすように同調可能である。このような同調可能な第１の集中モジュール２２は、光ファイバ通信ラインに沿った異なるポイントに設置されたときには累積分散に異なる変化を与えるように構成することができる。例示的な同調可能である第１の集中分散調整モジュール２２は機械的に同調可能である。例えば、格子からのダブル・パス反射を使用して累積分散を変化させる装置では、機械的調整は、回折格子での光パルス入射角を調整してその装置によって生成される累積分散を変えるものである。その他の例示的な集中分散調整モジュール２２は電気的、光学的、または熱的に同調可能である。例えば、装置は、その中を伝播する光のパルスの累積分散を変化させる光導波路などのこともあり、分散を同調させることは、熱、電圧、または光信号を導波管の媒体に与えてその媒体の屈折率を変えることなどのこともある。その他の例示的な装置には、熱的にまたは電気的に同調可能なファイバのＢｒａｇｇ格子装置などがある。受け入れた光パルスの累積分散に同調可能な変化量を与える能力がある例示的な装置が、例えば、その全てが、全体を参照として本明細書に組み込まれている米国特許第６，６３１，２４６号、第６，７４８，１４２号、および第６，８０７，３２１号の１件または複数の件数で説明されていることもある。
【００２３】
光波長変換器２４は、第１の分散変化モジュール２２から光をポンプすることを含む工程を介して受け入れた光パルスの波長を変換する。光波長変換器２４は、受け入れた光パルスの累積分散を反転させる、光の位相共役を生成することもある。例示的な光波長変換器２４には、周期分極ニオブ酸リチウムの導波管、周期帯状分断ガリウムヒ素導波管、および周期偏光帯状分断ＩＩＩ族窒化物導波管などがあり、それらは類似位相制御を実行する。その他の例示的な光波長変換器には半導体光増幅器および高度に非線形な光ファイバなどがある。波長変換器は第１およびより高次の高調波を発生させ、パラメトリックな光を発生させ、光位相を共役させ、その他を行うものである。光波長変換器およびそのような装置のための製作方法の例は、２００２年９月２７日にＡ．Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙその他によって出願された米国特許出願第１０／２５９，０５１号、２００４年４月３０日にＡ．Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙその他によって出願された米国特許出願第１０／８３５，７５３号、ならびに米国特許第５，１９３，０２３号、第５，３５５，２４７号、第５，４７５，５２６号、第６，０１３，２２１号、第６，５５５，２９３号、および第６，８５６，４５０号の１件または複数の件数に説明されている。これらの米国特許出願および特許はその全体を参照として本明細書に組み込まれている。
【００２４】
ポンプ源２６は、ポンプ光、例えば強い単色レーザー光を光ファイバまたは導波管３０に伝送する。光ファイバまたは導波管３０は、ポンプ光を光波長変換器２４に送り、そこでポンプ光が光波長の変換を引き起こす。いくつかの実施形態は多数の光ポンプ源を含むこともある（図示せず）。
【００２５】
第２の集中分散調整モジュール２８は、受け入れた波長変換された光パルスの累積分散の大きさを実質的に変化させもする。例えば、第２の集中分散調整モジュール２８は、器機２０のその他の部分、つまり第１の集中分散調整モジュール２２および光波長変換器２４で生成された累積分散の変化を大略補正することもある。
【００２６】
第２の集中分散調整モジュール２８は、受け入れた光パルスのいくらかまたは全ての累積分散の大きさを実質上変化させることもある。例示的な集中分散調整モジュール２８は、いくつかの通信波長で光パルスの累積分散を５０またはそれより多いｐｓ／ｎｍだけ、あるいは１００またはそれ以上のｐｓ／ｎｍさえも変化させることができる。第２の集中分散調整モジュール２８は、前記光パルスの累積分散の大きさを増加または減少させて、例えば第１の集中分散調整モジュール２２および光波長変換器２４によって生成された累積分散への他の変化を大略補正することもある。
【００２７】
いろいろな装置が第２の集中分散調整モジュール２８として機能することができる。１つの例示的な装置は、通常または特異分散をもつシングル・モード光ファイバを巻いたものである。他の例示的装置にファイバＢｒａｇｇ格子などがある。他の例示的装置には、回折格子および１つまたは複数の鏡、あるいは光に回折格子からのダブル・パス反射を受けさせ、それによって累積分散の変化が生成されるその他の光要素を有する光経路などがある。上記の開示を考慮に入れれば当業者ならば第２の集中分散調整モジュール２８の製作を知る筈である。
【００２８】
例示的な第２の集中分散調整モジュール２８は、与えられた中心波長の光パルスに対する累積分散の大きさへの変化の範囲を選択できるように分散が同調可能なこともある。例示的な同調可能な第２の集中分散調整モジュール２８は機械的、電気的、光学的、または熱的に同調可能である。例示的な同調可能な集中分散調整モジュール２８は、光が回折格子からダブル・パス反射するようにさせる装置を含み、累積分散内の生成された変化を同調するために格子での入射角を調整することができる。その他の例示的である同調可能な第２の集中分散調整モジュール２８は、第１の集中分散調整モジュール２２に関して既に説明した、分散が同調可能である装置を使用することができる。
【００２９】
第１および第２の集中分散調整モジュール２２、２８は両方共に空間的に局部化された、つまり集中された装置である。本明細書では、集中光装置の全長さ寸法、つまり３Ｄ空間でのそれらの長さ寸法は１キロメートルより小さく、好ましくは大体１００メートルより小さいのが好ましい。一般に集中装置は十分小さく、光通信システムのファイバ伝送スパン全長に沿って突き出さなくてはならないようなことより、むしろ物理的な構造物の内側に配置される。例えば、第１および第２の集中分散変化モジュール２２、２８は、光ファイバを巻いたものまたは長さ寸法が１０メートルより短い区域に好都合に格納することができるダブル・パス反射をする格子装置からできていることもある。
【００３０】
光フィルタは望ましくない光を除去するように構成され、器機２０内の様々な位置に配置することができる。例えば、光フィルタ３４は、光波長変換器２４の光出力３６からポンプ光および／また入力光を除去するように構成することができる。光フィルタ３４は、ポンプ光が光波長変換器２４の光入力３８を介して反射して戻らないように構成することができる。
【００３１】
図３は、例えば図２の光学機器２０で光波長変換を実施する方法４０を図示している。方法４０の一具体的実施形態では１つの波長チャンネルの例示的な光のパルスは図４に概略的に示されているように展開する。
【００３２】
方法４０は第１の集中分散調整モジュール、例えばモジュール２２で光入力パルスを受けること（工程４２）を含む。第１の分散調整モジュールは、その累積分散が予め選定された大きさを有する対応する光中間パルスＩＰＭを生成するように受け入れた光入力パルスＩＰの累積分散の大きさを実質上調整する（工程４４）。いくつかの通信波長でのいくつかの光入力パルスの累積分散に対する例示的な調整は、５０ｐｓ／ｎｍまたはより大きな値あるいは１００ｐｓ／ｎｍまたはより大きな値にさえなる。
【００３３】
最終的に調整された累積分散の予め選定された大きさは、ｐｓ／ｎｍで大体０．２５×１０５／（ＢＲ）２より大きいか等しい、または大体０．５×１０５／（ＢＲ）２より大きいか等しいこともある。ここでＢＲは、波長チャンネル毎のＧｂ／ｓでの光ビット・レートの二乗であり振幅、位相、または他のタイプの同調を介している。調整された累積分散のために予め選定された大きさは、ｐｓ／ｎｍで、大体４×１０５／（ＢＲ）２より小さいか等しいこともあり、または大体２×１０５／（ＢＲ）２より小さく、例えばｘ１０５／（ＢＲ）２であり、ここでＢＲは、波長チャンネル毎のＧｂ／ｓでの光ビット・レートの二乗である。いくつかの経験が、大体０．２５×１０５／（ＢＲ）２から４×１０５／（ＢＲ）２の範囲の累積分散をもつ光波長変換器のポンプされた光媒体に光パルスが導入されたとき結果としてビット誤差率が低くなることもあることを証明している。
【００３４】
方法４０は、異なる中心波長をもつ対応する出力光パルスを生成するための光中間パルスを波長変換する工程（工程４６）を含む。光中間パルスは、光入力パルス、つまり中間パルスを生成した入力パルスの対応する累積分散よりも実質上大きなまたは実質上小さな大きさの累積分散を有する。光中間パルスＩＭＰが対応する入力光パルスＩＦより実質上大きな大きさの累積分散を有する実施形態では、光中間パルスＩＭＰはより大きな一時的な幅を有するのが一般的である。一時的な幅がより大きなために光中間パルスＩＭＰのピークの強さは、対応する入力光パルスＩＰの強さより大幅に少なくなる。ピーク振幅が小さいので、工程４６の光波長変換中に非線形光学効果がチャンネル間クロストークの経過を介して生成する光パルスの振幅は小さい。したがって、クロストークが生成する光出力パルスのピーク振幅が所望の波長変換された出力光パルスのピーク振幅に対して取る割合は、入力光パルスの累積分散の大きさが工程４６の前に調整されていない場合にそれら割合が取った筈である値よりずっと小さい。
【００３５】
次に、方法４０は、波長変換された光パルスの累積分散の大きさを実質上再調整し、それによって光出力パルスを生成する工程（工程４８）を含む。再調整工程は、波長変換された光パルスの累積分散を実質上対応する光入力パルスの累積分散に戻すこともある。例えば、再調整の工程は、累積分散の大きさを減少させることもあり、それによっていくつかの光出力パルスＯＰは、対応する波長変換された光パルスよりも時間的に狭く、より大きなピーク振幅を有する。
【００３６】
図２の器機２０および図３の方法４０は、波長変換を実行する全光通信ラインに組み込むことができる。このような全光通信ラインの例には、光交差連結（ＯＣＸ）および／または光合波／分波マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）をもつ全光ＷＤＭファイバ伝送ラインならびに長距離光ファイバ伝送ラインなどがある。例えば、２００３年５月２０日に出願されたＡｒｅｆ Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ他による米国特許出願第１０／４４２，２８７号および１０／４４１，５３２号ならびにＡｒｅｆ Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ他によってそれぞれ２００３年１２月５日、２００４年４月３０日、および２００４年９月２日に出願された米国特許出願第１０／７２９，１５３号、第１０／８３５，７５３号および１０／９３２，９８０号を参照されたい。これらは全てその全体を参照として本明細書に組み込まれている。
【００３７】
図５はこのような全光ＷＤＭ通信ライン５０の１つの実施形態を示す。全光ＷＤＭ通信ライン５０は、多重チャンネル光送信器５２、多重チャンネル光受信器５４、および光送信器５２を光受信器５４に連結している一連の光ファイバ伝送スパンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓｋ、Ｓｋ＋１、・・・、ＳＭを含む。送信器５２は多重チャンネル光パルス源５６および光分散事前補正器５８を含む。光ファイバ伝送スパンの隣接するものＳ１・・・ＳＭは全光信号プロセッサＳＰ１、ＳＰ２、・・・、ＳＰｋ、ＳＰｋ＋１、・・・、ＳＰＭ−１を介して連結されている。全光信号プロセッサＳＰ１−ＳＰＭ‐１は、光増幅器および／またはその中で光増幅器に直列に連結されている分散補正器を含むこともある。１つまたは複数の全光信号プロセッサＳＰ１−ＳＰＭ‐１は、全光通信ライン５０をそのほかの光ファイバ伝送ライン６２および／または光送受信器６４に連結しているＯＸＣおよび／またはＯＡＤＭ６０を含む。これら特定の全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋは器機２０も含み、その器機２０は、全光ＷＤＭ通信ライン５０内の直に隣接する光ファイバ伝送スパン、例えばスパンＳｋおよびＳｋ＋１から受けたおよび／またはそれに送出した光パルスを光学的に波長変換する。
【００３８】
図６は、図５の全光ＷＤＭ通信ライン５０の例示的実施形態で光パルスの累積分散がどのように展開するか図示している。この実施形態では累積分散は選択された例示的な分散マップに沿って展開するようにされている。例示的な分散マップで累積分散は、光事前補正器５８内で負の事前補正ＰＣを受け、光ファイバ・スパンＳ１−ＳＭの個々に沿って直線的に展開し、全光信号プロセッサＳＰ１−ＳＰＭ−１のうちの様々なものの中で負の分散補正ＮＤＣを受ける。
【００３９】
光パルスの累積分散は、いくつかの全光プロセッサ、例えばＳＰ２およびＳＰｋの入力点で望ましくない大きさを有する。これら入力点で、累積分散の大きさは、波長変換中のクロストークの生成を減少させると見られる範囲の外側にある。特に、波長変換中に累積分散の大きさが大体０．２５×１０５／（ＢＲ）２から４×１０５／（ＢＲ）２の範囲に保たれる場合、ＷＤＭシステムでのこのようなクロストークの生成を減少させることができるといういくつかの証拠がある。入力累積分散の望ましくない大きさは、例えば全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋの選択された分散マップに沿った位置に起因することがある。
【００４０】
このような望ましくない入力分散を補正するために全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋは図２の器機２０を含む。全光プロセッサＳＰ２、ＳＰｋ内で器機２０は、工程４４で累積分散の大きさを調整して、その大きさが波長変換のために望ましい範囲内のＤｍの値を有するようにし、かつこのような調整された光パルスを工程４６で波長変換するように構成されている。このような範囲では、光パルスの累積分散は、全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋによって直接連結される光ファイバ・スパンで、対応する光パルスの累積分散のための範囲の外にあることもある。波長変換の工程４６は、累積分散を反転させる光位相共役を含むことも含まないこともある。全光プロセッサＳＰ２、ＳＰｋでは、器機２０は、波長変換された光パルスの累積分散の大きさを再調整して、全光信号プロセッサＳＰ２およびＳＰｋによって直接連結されている光ファイバ・スパンで前記分散のための値域を定めるようにも構成されている。
【００４１】
光通信ライン５０の様々な実施形態で、全光信号プロセッサＳＰ２およびＳＰｋのなかの異なるものが、器機２０で入力累積分散の大きさに対して異なる調整を与えるものを必要とすることもある。そのため、光波長変換器（例えばＯＸＣ、ＯＡＤＭまたは光位相変換器をもつプロセッサ）を有する全光信号プロセッサＳＰ２およびＳＰｋで分散の同調が可能である装置２０の実施形態を組み込むことが有利なこともある。
【００４２】
図７Ａ−７Ｄは、パルスの割合が４０Ｇｂ／ｓ、すなわち４０ギガ・ビット毎秒であるビット・レートを有する実質上同一な入力光パルスを光学的に処理することによって生成された出力光パルスのスペクトルを測定して示したものである。光学的に処理を行う工程は、入力光パルスの累積分散の大きさを選択された値に増加させる工程、および次いで入力光パルスを波長変換する工程を含む。
【００４３】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは多重チャンネル・システム内の光波長変換器からの例示的な出力スペクトルをプロットしたものである。出力スペクトルは、光波長変換器の入力での累積分散の増分をそれぞれ大体０ｐｓ／ｎｍ、４５ｐｓ／ｎｍ、８０ｐｓ／ｎｍ、および１１５ｐｓ／ｎｍにセットすることによって生成された。各出力スペクトルは、ポンプ・ピークを大体１５５４ｎｍの波長で、第１の波長変換されたピークを大体１５５１．９ｎｍの中心波長で、および他の波長変換されたピークを近傍の第２のチャンネル（図示せず）に対して有している。ここで入力光パルスはキャリア抑圧ゼロ回帰フォーマットを有し、それによって出力ピークは、出力光パルスの中心波長の各側部にトーンを含んでいた。光ポンプ出力は大体１００ミリワットであり入力光信号出力は、波長チャンネル毎に大体２０ミリワットであった。
【００４４】
図７Ａを参照すると、出力スペクトルは、光波長変換器の入力で大体０ｐｓ／ｎｍの累積分散に対して大きな振幅ピーク６６、６８を有する。振幅ピーク６６、６８は波長変換中のチャンネル間クロストークによって生成される。
【００４５】
図７Ｂ−図７Ｄを参照すると、出力スペクトルは著しく小さな振幅ピーク６６、６８を有し、その値は例えば図７Ａでのものに比べ少なくとも約５デシベル小さい。ピーク６６、６８の小さな振幅は、光波長変換器の入力で累積分散がより大きいことに関連がある。
【００４６】
図７Ａ−図７Ｂのスペクトルを比較すると、いくつかの通信波長光パルスは、光波長変換中のその累積分散が大体４５ｐｓ／ｎｍ以上のとき４０ギガ・ビット毎秒でチャンネル間クロストークを減少させることが示されている。
この開示、図面、および特許請求の範囲から当業者にとっては本発明のそのほかの実施形態が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来式光波長変換器における入力波長チャンネル、出力波長チャンネルおよびクロストーク光のスペクトルを概略的に示す図である。
【図２】その内部の光クロストークの発生を少なくするように構成された、光波長変換器の一実施形態のためのブロック図である。
【図３】例えば図２の光波長変換器を使用して光波長変換を実施する方法のための流れ図である。
【図４】図３の方法の特定の実施形態によって処理されたときに例示的な光パルスが示す展開を概略的に図示する図である。
【図５】図２の光波長変換器を含む光ファイバ通信ラインの一実施形態を図示する図である。
【図６】図５の光ファイバ通信ラインの特定の一実施形態における光パルスの累積分散の展開を概略的に図示する図である。
【図７Ａ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【図７Ｂ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【図７Ｃ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【図７Ｄ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光波長変換器および方法ならびに光波長変換器を使用する光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムは、光波長変換器および／または光位相共役器のような光学的にポンプされた非線形光学装置を有利に組み込むことがある。第１の例としてＷＤＭ光ファイバ・ラインは、隣接する光ファイバ・スパンの間に光波長変換器を組み込み、隣接するファイバ・スパンで光通信を異なる波長チャンネルへ伝送することを可能にすることもある。隣接するファイバ・スパンの間で波長チャンネルを変える能力は、ＷＤＭ光通信システムの各ファイバ・スパンで帯域幅のより効率的な使用を可能にする。第２の例として、長距離ＷＤＭ光ファイバ・ラインは光位相共役器を組み込むこともある。適切に位置決めされた光位相共役器は、光のパルスが長い光伝送ラインに沿って移動するとき、光の非線形効果に起因するパルスの劣化を部分的に元に戻すことができる。このような光学的にポンプされた非線形光装置は、その特性上ＷＤＭ光ファイバ・ラインに組み込まれるのが望ましいこともあり、これら非線形光装置への改善が有用であることもある。
【特許文献１】米国特許出願第１０／０８２，８７０号
【特許文献２】米国特許第６，６３１，２４６号
【特許文献３】米国特許第６，７４８，１４２号
【特許文献４】米国特許第６，８０７，３２１号
【特許文献５】米国特許出願第１０／２５９，０５１号
【特許文献６】米国特許出願第１０／８３５，７５３号
【特許文献７】米国特許第５，１９３，０２３号
【特許文献８】米国特許第５，３５５，２４７号
【特許文献９】米国特許第５，４７５，５２６号
【特許文献１０】米国特許第６，０１３，２２１号
【特許文献１１】米国特許第６，５５５，２９３号
【特許文献１２】米国特許第６，８５６，４５０号
【特許文献１３】米国特許出願第１０／４４２，２８７号
【特許文献１４】米国特許出願第１０／４４１，５３２号
【特許文献１５】米国特許出願第１０／７２９，１５３号
【特許文献１６】米国特許出願第１０／８３５，７５３号
【特許文献１７】米国特許出願第１０／９３２，９８０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
様々の実施形態が、異なる波長チャンネルで光パルス間クロストークを減少するようになされた光波長変換器を提供している。ＷＤＭ通信システムでは光学的にポンプされた非線形光装置でこのようなチャンネル間クロストークの発生を減少させるのが望ましいことがしばしばである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様では、光ファイバ伝送システムは一連の光ファイバ伝送スパンおよび１つまたは複数の全光信号プロセッサを含む。光ファイバ伝送スパンは連結されて光通信経路を形成している。各全光信号プロセッサはスパンの対応する隣接対を直接連結している。各全光信号プロセッサは入力および出力ポートを有する光波長変換器ならびに同じプロセッサの光波長変換器の入力ポートに連結された分散調整モジュールを含む。分散モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスの累積分散を、同じプロセッサの直前のスパン内の対応する光のパルスの累積分散のための範囲の外に調整するように構成されてもいる。
【０００５】
いくつかのシステムでは、分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスの累積分散を、系内で同じプロセッサの直後にあるスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲の外側の値に調整するように構成されている。
【０００６】
いくつかのシステムでは、分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光のパルスの累積分散を調整して、その累積分散が大体０．２５×１０５または０．５×１０５をギガ・ビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）のチャンネル毎のビット・レートの二乗で除した値より大きな値をナノメートル毎ピコ秒（ｐｓ／ｎｍ）で有するように構成されている。分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光のパルスの累積分散を調整して、累積分散が大体４×１０５または２．０×１０５をチャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で除した値より小さな値をｐｓ／ｎｍで有するように構成されることもある。
【０００７】
いくつかのシステムでは、各全光プロセッサは、その内部にある光波長変換器の出力ポートからの波長変換された光パルスを受けるように構成された第２の分散調整モジュールを有することもある。各第２の分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの波長変換された光パルスの累積分散を、同じプロセッサに直接連結された２つのスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲内にリセットするように構成されている。
【０００８】
第２の態様では、光ファイバ伝送システムは、連結されて光通信経路を形成する一連の光ファイバ伝送スパン、ならびに１つまたは複数の全光信号プロセッサを含む。各全光信号プロセッサはスパンのうちの対応する隣接対を直接連結する。各プロセッサは光入力および出力ポートを有する光波長変換器を含む。各プロセッサは、受け入れた光パルスをプロセッサ内の波長変換器の入力ポートに伝送するように構成されている分散調整モジュールを含む。分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスの累積分散を調整して、累積分散が大体０．２５×１０５を波長チャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で除した値より大きな値をｐｓ／ｎｍで有するように構成されている。
【０００９】
このようないくつかのシステムでは、分散調整モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスを調整して、累積分散が大体４．０×１０５または２．０×１０５をチャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で割った値より小さな値をｐｓ／ｎｍで有するように構成されている。分散モジュールは、受け入れたいくつかの光パルスを調整して、累積分散が大体０．２５×１０５を波長チャンネル毎のＧｂ／ｓビット・レートの二乗で割った値より大きな値をｐｓ／ｎｍで有するようにも構成されている。
【００１０】
第１および第２の態様では、上記システムの中の様々なものがＷＤＭ光伝送システムのこともある。
第３の態様では、様々の実施形態が、光波長変換器ならびに様々な分散調整を提供するための第１および第２の集中モジュールを含む機器を特色としている。可変分散調整を提供するための第１のモジュールは光波長変換器の入力ポートに直列に連結されている。可変分散調整を提供するための第２のモジュールは光波長変換器の出力ポートに直列に連結される。
【００１１】
器機のいくつかの実施形態では、波長変換器は、複数のＷＤＭ波長チャンネルの波長変換をするように構成されている。
器機のいくつかの実施形態では、集中モジュールは、光パルスの累積分散の大きさをいくつかの通信波長で少なくとも５０ｐｓ／ｎｍまたは少なくとも１００ｐｓ／ｎｍだけ変える能力がある。
いくつかの実施形態では、器機の長さ寸法は３次元空間で１０メートルより小さい。
【００１２】
様々な実施形態が図面および発明を実施するための最良の形態により詳細に説明されている。しかし本発明は、様々な形態で具現化することができ、図面および／または発明を実施するための最良の形態で説明されている実施形態に制限されるものではない。
図および本文中で同じ符号は同様の機能をもつ要素を表示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
様々な実施形態が、非線形光学効果に起因するクロストークを少なくしながら光波長変換を実行する器機および方法に関連している。その実施形態の製作および動作をより良く説明するのに先ず光波長変換における光クロストークの１つの原因を説明するのが便利である。
【００１４】
図１は、ＷＤＭファイバ通信ラインから受け入れた光を従来方式で波長変換した後に観察することができる出力スペクトルを概略的に図示している。入力スペクトルは多数の波長チャンネル内の光によって形成される。出力スペクトルはいくつかの要素スペクトルＩ、Ｏ、およびＰの形状をしている。要素スペクトルＩは、入力波長チャンネルの光に対応し、それぞれ周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・ｆＮにおける一連の振幅ピーク１、２、３、・・・およびＮを含む。要素スペクトルＯは、波長変換された所望の出力光に対応し、いくつかの波長チャンネルに対して周波数２ｆｐ−ｆ１、２ｆｐ−ｆ２、２ｆｐ−ｆ３・・・２ｆｐ−ｆＮにおける一連の振幅ピーク１’、２’、３’・・・Ｎ’を含む。要素スペクトルＰは光波長変換器内のポンプ光に対応する。要素スペクトルＯの振幅ピークは所望の出力スペクトルであり、例えばポンプ・スペクトルＰの大体中心周波数ｆｐで対称的に反射される。
【００１５】
要素スペクトルＩ、Ｏ、Ｐに加えて出力スペクトルは、チャンネル間クロストークによって光波長変換器内で生成された光に対応する要素スペクトルＸも含む。要素スペクトルＸで、各振幅ピークは、２つ以上の異なる入力波長チャンネルからの光を同時に含む非線形波長変換によって形成される。例えば２つの異なる周波数の波長チャンネルｆｉおよびｆｊの入力光は、光波長変換器内のチャンネル間光クロストークに起因する波長変換された光を周波数ｆｐ±（ｆｉ±ｆｊ）でおよび例えばｆｉ±ｆｊ±−ｆｋでも生成することがある。これらの光クロストークは、従来式光波長変換器の出力スペクトルに望ましくない一連の振幅ピークを生成する。
【００１６】
チャンネル間クロストークに関連する要素スペクトルＸでは、振幅ピークの強さは、２つの入力光波長チャンネル内のピークの強さに比例している。波長変換器内では入力光波長チャンネルの強さはポンプ光の強さより弱いのが一般的であるので、このようなクロストークによって生成される要素スペクトルＸは比較的弱いのが一般的である。いずれにせよ要素スペクトルＸの振幅ピークは、光データの検出エラーを引き起こす可能性があり、したがって望ましくない。
【００１７】
光波長変換器内で上述のクロストークの効果を減少させるための１つの従来式方法は大きな保護周波数帯ＧＢを使用するものである。保護周波数帯はポンプ周波数ｆｐの周辺にあり、入力または出力波長チャンネルＩ、Ｏのためには使用されない。確かにクロストークが生成する最も重要な要素スペクトルは、波長変換器のポンプ周波数ｆｐに近接した周波数に位置することが一般的である。したがって大きな保護周波数帯ＧＢは、クロストークが生成したこのような望ましくないスペクトルを波長変換された所望の出力要素スペクトルＯから分離することができる。保護周波数帯ＧＢが十分に大きい場合、クロストークが生成した要素スペクトルＸは、所望の出力要素スペクトルＯの出力波長チャンネルと重ならず、したがって光伝送エラーを引き起こさない。残念ながら大きな保護周波数帯ＧＢを使用すると、そうしなければより多くの光通信波長チャンネルのために使用することができる周波数領域を浪費することになる。
【００１８】
それに反して本明細書の様々な実施形態は、波長変換器の入力で光パルスの累積分散を調整することによって、クロストークが生成するこのような要素スペクトルの望ましくない影響を少なくする。分散の調整は、クロストークが生成した要素スペクトルのピーク振幅を光波長変換器の所望出力要素スペクトルのピーク振幅に対して減少させる。所望の出力要素スペクトルＯおよびクロストークが生成する要素スペクトルＸのピーク振幅は、光波長変換器の入力スペクトルＩ内のピーク振幅と共に別々に成長するのでこのような相対的スペクトルの減少が可能である。所望の出力要素スペクトルＯで、ピーク振幅は入力要素スペクトルＩ内のピーク振幅に比例する。クロストークが生成する望ましくない要素スペクトルＸで、ピーク振幅は、入力要素スペクトルＩからのピーク振幅の生成物に比例する。したがって光波長変換中に入力多重チャンネル・スペクトルＩのピーク振幅を少なくすることは、波長変換された所望の出力光の生成に関してチャンネル間クロストークの生成を減少させる。
【００１９】
図２は、分散管理を活用して、クロストークが生成する出力スペクトルの構成要素の相対振幅を波長変換中に減少させる器機２０を示す。器機２０は、第１の集中分散調整モジュール２２、光波長変換器２４、光ポンプ源２６、および第２の集中分散調整モジュール２８を含む。器機２０は光ファイバまたは導波管３０、１つまたは複数の出力光フィルタ３４、および任意選択で入力光フィルタ３２を含む。
【００２０】
第１の集中分散調整モジュール２２は、受け入れた光パルスの累積分散の大きさを選択された波長範囲で実質上変化させる。例示的な集中モジュール２２は、いくつかの通信波長で光パルスの累積分散を５０またはそれより多いピコ秒／ナノメートル（ｐｓ／ｎｍ）だけ、あるいは１００ｐｓ／ｎｍまたはそれ以上さえも変化させる。第１の集中分散調整モジュール２２は、前記光パルスの累積分散の大きさを増加または減少させるように構成されることもある。
【００２１】
第１の集中分散調整モジュール２２はいろいろな装置から形成することができる。１つの例示的な装置は通常または特異分散を有するシングル・モード光ファイバを巻いたものである。他の例示的な装置は、回折格子および１つまたは複数の鏡を含む光経路であり、その経路は、光に回折格子からのダブル・パス反射を受けさせるように構成され、それによって累積分散が変化する。これらの装置の１つが、本明細書にその全体を参照として組み込まれている、Ｍａｒｋ Ｊ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒにより２００２年２月２５日に出願された米国特許出願第１０／０８２，８７０号に説明されている。その他の例示的装置にファイバのＢｒａｇｇ格子などがある。当業者ならば、上記の開示を考慮に入れ第１の集中分散変化モジュール２２に対して例示的な装置を構成することができる筈である。
【００２２】
例示的な第１の集中分散調整モジュール２２は、分散が同調可能であることもある、つまり与えられた中心波長の光パルスに累積分散変化に対する選択幅をもたらすように同調可能である。このような同調可能な第１の集中モジュール２２は、光ファイバ通信ラインに沿った異なるポイントに設置されたときには累積分散に異なる変化を与えるように構成することができる。例示的な同調可能である第１の集中分散調整モジュール２２は機械的に同調可能である。例えば、格子からのダブル・パス反射を使用して累積分散を変化させる装置では、機械的調整は、回折格子での光パルス入射角を調整してその装置によって生成される累積分散を変えるものである。その他の例示的な集中分散調整モジュール２２は電気的、光学的、または熱的に同調可能である。例えば、装置は、その中を伝播する光のパルスの累積分散を変化させる光導波路などのこともあり、分散を同調させることは、熱、電圧、または光信号を導波管の媒体に与えてその媒体の屈折率を変えることなどのこともある。その他の例示的な装置には、熱的にまたは電気的に同調可能なファイバのＢｒａｇｇ格子装置などがある。受け入れた光パルスの累積分散に同調可能な変化量を与える能力がある例示的な装置が、例えば、その全てが、全体を参照として本明細書に組み込まれている米国特許第６，６３１，２４６号、第６，７４８，１４２号、および第６，８０７，３２１号の１件または複数の件数で説明されていることもある。
【００２３】
光波長変換器２４は、第１の分散変化モジュール２２から光をポンプすることを含む工程を介して受け入れた光パルスの波長を変換する。光波長変換器２４は、受け入れた光パルスの累積分散を反転させる、光の位相共役を生成することもある。例示的な光波長変換器２４には、周期分極ニオブ酸リチウムの導波管、周期帯状分断ガリウムヒ素導波管、および周期偏光帯状分断ＩＩＩ族窒化物導波管などがあり、それらは類似位相制御を実行する。その他の例示的な光波長変換器には半導体光増幅器および高度に非線形な光ファイバなどがある。波長変換器は第１およびより高次の高調波を発生させ、パラメトリックな光を発生させ、光位相を共役させ、その他を行うものである。光波長変換器およびそのような装置のための製作方法の例は、２００２年９月２７日にＡ．Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙその他によって出願された米国特許出願第１０／２５９，０５１号、２００４年４月３０日にＡ．Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙその他によって出願された米国特許出願第１０／８３５，７５３号、ならびに米国特許第５，１９３，０２３号、第５，３５５，２４７号、第５，４７５，５２６号、第６，０１３，２２１号、第６，５５５，２９３号、および第６，８５６，４５０号の１件または複数の件数に説明されている。これらの米国特許出願および特許はその全体を参照として本明細書に組み込まれている。
【００２４】
ポンプ源２６は、ポンプ光、例えば強い単色レーザー光を光ファイバまたは導波管３０に伝送する。光ファイバまたは導波管３０は、ポンプ光を光波長変換器２４に送り、そこでポンプ光が光波長の変換を引き起こす。いくつかの実施形態は多数の光ポンプ源を含むこともある（図示せず）。
【００２５】
第２の集中分散調整モジュール２８は、受け入れた波長変換された光パルスの累積分散の大きさを実質的に変化させもする。例えば、第２の集中分散調整モジュール２８は、器機２０のその他の部分、つまり第１の集中分散調整モジュール２２および光波長変換器２４で生成された累積分散の変化を大略補正することもある。
【００２６】
第２の集中分散調整モジュール２８は、受け入れた光パルスのいくらかまたは全ての累積分散の大きさを実質上変化させることもある。例示的な集中分散調整モジュール２８は、いくつかの通信波長で光パルスの累積分散を５０またはそれより多いｐｓ／ｎｍだけ、あるいは１００またはそれ以上のｐｓ／ｎｍさえも変化させることができる。第２の集中分散調整モジュール２８は、前記光パルスの累積分散の大きさを増加または減少させて、例えば第１の集中分散調整モジュール２２および光波長変換器２４によって生成された累積分散への他の変化を大略補正することもある。
【００２７】
いろいろな装置が第２の集中分散調整モジュール２８として機能することができる。１つの例示的な装置は、通常または特異分散をもつシングル・モード光ファイバを巻いたものである。他の例示的装置にファイバＢｒａｇｇ格子などがある。他の例示的装置には、回折格子および１つまたは複数の鏡、あるいは光に回折格子からのダブル・パス反射を受けさせ、それによって累積分散の変化が生成されるその他の光要素を有する光経路などがある。上記の開示を考慮に入れれば当業者ならば第２の集中分散調整モジュール２８の製作を知る筈である。
【００２８】
例示的な第２の集中分散調整モジュール２８は、与えられた中心波長の光パルスに対する累積分散の大きさへの変化の範囲を選択できるように分散が同調可能なこともある。例示的な同調可能な第２の集中分散調整モジュール２８は機械的、電気的、光学的、または熱的に同調可能である。例示的な同調可能な集中分散調整モジュール２８は、光が回折格子からダブル・パス反射するようにさせる装置を含み、累積分散内の生成された変化を同調するために格子での入射角を調整することができる。その他の例示的である同調可能な第２の集中分散調整モジュール２８は、第１の集中分散調整モジュール２２に関して既に説明した、分散が同調可能である装置を使用することができる。
【００２９】
第１および第２の集中分散調整モジュール２２、２８は両方共に空間的に局部化された、つまり集中された装置である。本明細書では、集中光装置の全長さ寸法、つまり３Ｄ空間でのそれらの長さ寸法は１キロメートルより小さく、好ましくは大体１００メートルより小さいのが好ましい。一般に集中装置は十分小さく、光通信システムのファイバ伝送スパン全長に沿って突き出さなくてはならないようなことより、むしろ物理的な構造物の内側に配置される。例えば、第１および第２の集中分散変化モジュール２２、２８は、光ファイバを巻いたものまたは長さ寸法が１０メートルより短い区域に好都合に格納することができるダブル・パス反射をする格子装置からできていることもある。
【００３０】
光フィルタは望ましくない光を除去するように構成され、器機２０内の様々な位置に配置することができる。例えば、光フィルタ３４は、光波長変換器２４の光出力３６からポンプ光および／また入力光を除去するように構成することができる。光フィルタ３４は、ポンプ光が光波長変換器２４の光入力３８を介して反射して戻らないように構成することができる。
【００３１】
図３は、例えば図２の光学機器２０で光波長変換を実施する方法４０を図示している。方法４０の一具体的実施形態では１つの波長チャンネルの例示的な光のパルスは図４に概略的に示されているように展開する。
【００３２】
方法４０は第１の集中分散調整モジュール、例えばモジュール２２で光入力パルスを受けること（工程４２）を含む。第１の分散調整モジュールは、その累積分散が予め選定された大きさを有する対応する光中間パルスＩＰＭを生成するように受け入れた光入力パルスＩＰの累積分散の大きさを実質上調整する（工程４４）。いくつかの通信波長でのいくつかの光入力パルスの累積分散に対する例示的な調整は、５０ｐｓ／ｎｍまたはより大きな値あるいは１００ｐｓ／ｎｍまたはより大きな値にさえなる。
【００３３】
最終的に調整された累積分散の予め選定された大きさは、ｐｓ／ｎｍで大体０．２５×１０５／（ＢＲ）２より大きいか等しい、または大体０．５×１０５／（ＢＲ）２より大きいか等しいこともある。ここでＢＲは、波長チャンネル毎のＧｂ／ｓでの光ビット・レートの二乗であり振幅、位相、または他のタイプの同調を介している。調整された累積分散のために予め選定された大きさは、ｐｓ／ｎｍで、大体４×１０５／（ＢＲ）２より小さいか等しいこともあり、または大体２×１０５／（ＢＲ）２より小さく、例えばｘ１０５／（ＢＲ）２であり、ここでＢＲは、波長チャンネル毎のＧｂ／ｓでの光ビット・レートの二乗である。いくつかの経験が、大体０．２５×１０５／（ＢＲ）２から４×１０５／（ＢＲ）２の範囲の累積分散をもつ光波長変換器のポンプされた光媒体に光パルスが導入されたとき結果としてビット誤差率が低くなることもあることを証明している。
【００３４】
方法４０は、異なる中心波長をもつ対応する出力光パルスを生成するための光中間パルスを波長変換する工程（工程４６）を含む。光中間パルスは、光入力パルス、つまり中間パルスを生成した入力パルスの対応する累積分散よりも実質上大きなまたは実質上小さな大きさの累積分散を有する。光中間パルスＩＭＰが対応する入力光パルスＩＦより実質上大きな大きさの累積分散を有する実施形態では、光中間パルスＩＭＰはより大きな一時的な幅を有するのが一般的である。一時的な幅がより大きなために光中間パルスＩＭＰのピークの強さは、対応する入力光パルスＩＰの強さより大幅に少なくなる。ピーク振幅が小さいので、工程４６の光波長変換中に非線形光学効果がチャンネル間クロストークの経過を介して生成する光パルスの振幅は小さい。したがって、クロストークが生成する光出力パルスのピーク振幅が所望の波長変換された出力光パルスのピーク振幅に対して取る割合は、入力光パルスの累積分散の大きさが工程４６の前に調整されていない場合にそれら割合が取った筈である値よりずっと小さい。
【００３５】
次に、方法４０は、波長変換された光パルスの累積分散の大きさを実質上再調整し、それによって光出力パルスを生成する工程（工程４８）を含む。再調整工程は、波長変換された光パルスの累積分散を実質上対応する光入力パルスの累積分散に戻すこともある。例えば、再調整の工程は、累積分散の大きさを減少させることもあり、それによっていくつかの光出力パルスＯＰは、対応する波長変換された光パルスよりも時間的に狭く、より大きなピーク振幅を有する。
【００３６】
図２の器機２０および図３の方法４０は、波長変換を実行する全光通信ラインに組み込むことができる。このような全光通信ラインの例には、光交差連結（ＯＣＸ）および／または光合波／分波マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）をもつ全光ＷＤＭファイバ伝送ラインならびに長距離光ファイバ伝送ラインなどがある。例えば、２００３年５月２０日に出願されたＡｒｅｆ Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ他による米国特許出願第１０／４４２，２８７号および１０／４４１，５３２号ならびにＡｒｅｆ Ｃｈｏｗｄｈｕｒｙ他によってそれぞれ２００３年１２月５日、２００４年４月３０日、および２００４年９月２日に出願された米国特許出願第１０／７２９，１５３号、第１０／８３５，７５３号および１０／９３２，９８０号を参照されたい。これらは全てその全体を参照として本明細書に組み込まれている。
【００３７】
図５はこのような全光ＷＤＭ通信ライン５０の１つの実施形態を示す。全光ＷＤＭ通信ライン５０は、多重チャンネル光送信器５２、多重チャンネル光受信器５４、および光送信器５２を光受信器５４に連結している一連の光ファイバ伝送スパンＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓｋ、Ｓｋ＋１、・・・、ＳＭを含む。送信器５２は多重チャンネル光パルス源５６および光分散事前補正器５８を含む。光ファイバ伝送スパンの隣接するものＳ１・・・ＳＭは全光信号プロセッサＳＰ１、ＳＰ２、・・・、ＳＰｋ、ＳＰｋ＋１、・・・、ＳＰＭ−１を介して連結されている。全光信号プロセッサＳＰ１−ＳＰＭ‐１は、光増幅器および／またはその中で光増幅器に直列に連結されている分散補正器を含むこともある。１つまたは複数の全光信号プロセッサＳＰ１−ＳＰＭ‐１は、全光通信ライン５０をそのほかの光ファイバ伝送ライン６２および／または光送受信器６４に連結しているＯＸＣおよび／またはＯＡＤＭ６０を含む。これら特定の全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋは器機２０も含み、その器機２０は、全光ＷＤＭ通信ライン５０内の直に隣接する光ファイバ伝送スパン、例えばスパンＳｋおよびＳｋ＋１から受けたおよび／またはそれに送出した光パルスを光学的に波長変換する。
【００３８】
図６は、図５の全光ＷＤＭ通信ライン５０の例示的実施形態で光パルスの累積分散がどのように展開するか図示している。この実施形態では累積分散は選択された例示的な分散マップに沿って展開するようにされている。例示的な分散マップで累積分散は、光事前補正器５８内で負の事前補正ＰＣを受け、光ファイバ・スパンＳ１−ＳＭの個々に沿って直線的に展開し、全光信号プロセッサＳＰ１−ＳＰＭ−１のうちの様々なものの中で負の分散補正ＮＤＣを受ける。
【００３９】
光パルスの累積分散は、いくつかの全光プロセッサ、例えばＳＰ２およびＳＰｋの入力点で望ましくない大きさを有する。これら入力点で、累積分散の大きさは、波長変換中のクロストークの生成を減少させると見られる範囲の外側にある。特に、波長変換中に累積分散の大きさが大体０．２５×１０５／（ＢＲ）２から４×１０５／（ＢＲ）２の範囲に保たれる場合、ＷＤＭシステムでのこのようなクロストークの生成を減少させることができるといういくつかの証拠がある。入力累積分散の望ましくない大きさは、例えば全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋの選択された分散マップに沿った位置に起因することがある。
【００４０】
このような望ましくない入力分散を補正するために全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋは図２の器機２０を含む。全光プロセッサＳＰ２、ＳＰｋ内で器機２０は、工程４４で累積分散の大きさを調整して、その大きさが波長変換のために望ましい範囲内のＤｍの値を有するようにし、かつこのような調整された光パルスを工程４６で波長変換するように構成されている。このような範囲では、光パルスの累積分散は、全光信号プロセッサＳＰ２、ＳＰｋによって直接連結される光ファイバ・スパンで、対応する光パルスの累積分散のための範囲の外にあることもある。波長変換の工程４６は、累積分散を反転させる光位相共役を含むことも含まないこともある。全光プロセッサＳＰ２、ＳＰｋでは、器機２０は、波長変換された光パルスの累積分散の大きさを再調整して、全光信号プロセッサＳＰ２およびＳＰｋによって直接連結されている光ファイバ・スパンで前記分散のための値域を定めるようにも構成されている。
【００４１】
光通信ライン５０の様々な実施形態で、全光信号プロセッサＳＰ２およびＳＰｋのなかの異なるものが、器機２０で入力累積分散の大きさに対して異なる調整を与えるものを必要とすることもある。そのため、光波長変換器（例えばＯＸＣ、ＯＡＤＭまたは光位相変換器をもつプロセッサ）を有する全光信号プロセッサＳＰ２およびＳＰｋで分散の同調が可能である装置２０の実施形態を組み込むことが有利なこともある。
【００４２】
図７Ａ−７Ｄは、パルスの割合が４０Ｇｂ／ｓ、すなわち４０ギガ・ビット毎秒であるビット・レートを有する実質上同一な入力光パルスを光学的に処理することによって生成された出力光パルスのスペクトルを測定して示したものである。光学的に処理を行う工程は、入力光パルスの累積分散の大きさを選択された値に増加させる工程、および次いで入力光パルスを波長変換する工程を含む。
【００４３】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄは多重チャンネル・システム内の光波長変換器からの例示的な出力スペクトルをプロットしたものである。出力スペクトルは、光波長変換器の入力での累積分散の増分をそれぞれ大体０ｐｓ／ｎｍ、４５ｐｓ／ｎｍ、８０ｐｓ／ｎｍ、および１１５ｐｓ／ｎｍにセットすることによって生成された。各出力スペクトルは、ポンプ・ピークを大体１５５４ｎｍの波長で、第１の波長変換されたピークを大体１５５１．９ｎｍの中心波長で、および他の波長変換されたピークを近傍の第２のチャンネル（図示せず）に対して有している。ここで入力光パルスはキャリア抑圧ゼロ回帰フォーマットを有し、それによって出力ピークは、出力光パルスの中心波長の各側部にトーンを含んでいた。光ポンプ出力は大体１００ミリワットであり入力光信号出力は、波長チャンネル毎に大体２０ミリワットであった。
【００４４】
図７Ａを参照すると、出力スペクトルは、光波長変換器の入力で大体０ｐｓ／ｎｍの累積分散に対して大きな振幅ピーク６６、６８を有する。振幅ピーク６６、６８は波長変換中のチャンネル間クロストークによって生成される。
【００４５】
図７Ｂ−図７Ｄを参照すると、出力スペクトルは著しく小さな振幅ピーク６６、６８を有し、その値は例えば図７Ａでのものに比べ少なくとも約５デシベル小さい。ピーク６６、６８の小さな振幅は、光波長変換器の入力で累積分散がより大きいことに関連がある。
【００４６】
図７Ａ−図７Ｂのスペクトルを比較すると、いくつかの通信波長光パルスは、光波長変換中のその累積分散が大体４５ｐｓ／ｎｍ以上のとき４０ギガ・ビット毎秒でチャンネル間クロストークを減少させることが示されている。
この開示、図面、および特許請求の範囲から当業者にとっては本発明のそのほかの実施形態が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来式光波長変換器における入力波長チャンネル、出力波長チャンネルおよびクロストーク光のスペクトルを概略的に示す図である。
【図２】その内部の光クロストークの発生を少なくするように構成された、光波長変換器の一実施形態のためのブロック図である。
【図３】例えば図２の光波長変換器を使用して光波長変換を実施する方法のための流れ図である。
【図４】図３の方法の特定の実施形態によって処理されたときに例示的な光パルスが示す展開を概略的に図示する図である。
【図５】図２の光波長変換器を含む光ファイバ通信ラインの一実施形態を図示する図である。
【図６】図５の光ファイバ通信ラインの特定の一実施形態における光パルスの累積分散の展開を概略的に図示する図である。
【図７Ａ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【図７Ｂ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【図７Ｃ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【図７Ｄ】異なる値の累積分散を有する光パルスを波長変換することによって生成される光パルスのスペクトルを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結されて光通信経路を形成する一連の光ファイバ伝送スパンと、
１つまたは複数の全光信号プロセッサであって、各プロセッサが前記スパンの対応する隣接対を直接連結し、
入力ポートおよび出力ポートを有する光波長変換器と、および
同じプロセッサの前記波長変換器の前記入力ポートに連結され、いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を、同じプロセッサの直前の前記スパン内の対応する光パルスの前記累積分散のための範囲の外側の値に調整するように構成された分散調整モジュールを含む
全光信号プロセッサを備える
光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
前記分散調整モジュールが、いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を、系内の同じプロセッサの直後の前記スパン内の対応する光パルスの前記累積分散のための範囲の外側の値に調整するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各プロセッサが、同じプロセッサの前記光波長変換器の前記出力ポートに連結されている第２の分散調整モジュールを有し、かついくつかの受け入れた波長変換された光パルスの累積分散を、同じプロセッサの直後のスパン内の対応する光パルスの前記累積分散のための範囲内にリセットするように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記分散調整モジュールが、前記いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を調整して、前記累積分散がギガ・ビット毎秒での波長チャンネル当たりビット・レートの二乗にわたって大体０．２５×１０５より大きな値をピコ秒毎ナノメートルで有するように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
光パルスを複数の波長チャンネルにわたる前記スパンに伝送するように構成されている光送信器をさらに備える請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサの２番目が、前記スパンの対応する隣接対を直接連結し、かつ、
入力および出力ポートを有する第２の光波長変換器と、
光パルスを前記プロセッサの前記２番目の前記波長変換器の前記入力ポートに伝送するように構成され、かついくつかの受け入れた光パルスの累積分散を前記プロセッサの前記第２番目によって直接連結されたスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲の外側に調整する第２の分散調整モジュールを備える請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の分散調整モジュールが、前記いくつかの受け入れたパルスの累積分散を調整して、前記累積分散がギガ・ビット毎秒での波長チャンネル当たりビット・レートの二乗にわたって大体０．２５×１０５と波長チャンネル当たりギガ・ビット毎秒でのビット・レートの二乗にわたって大体４×１０５の間の値をピコ秒毎ナノメートルで有するように構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
光波長変換器と、
受け入れた光パルスの累積分散の大きさを変化させる能力があり、前記光波長変換器の光入力ポートに直列連結されている、様々な分散調整を提供するための第１の集中モジュールと、
前記光波長変換器の光出力ポートに直列連結され、受け入れた光パルスの累積分散を変化させる能力がある、様々な分散調整を提供するための第２の集中モジュールを備える器機。
【請求項９】
前記集中モジュールが、受け入れた光パルスの累積分散の大きさを電気通信波長で少なくとも５０ｐｓ／ｎｍだけ変化させる能力がある請求項８に記載の器機。
【請求項１０】
前記波長変換器が、複数のＷＤＭ波長チャンネルを波長変換するように構成されている請求項８に記載の器機。
【請求項１】
連結されて光通信経路を形成する一連の光ファイバ伝送スパンと、
１つまたは複数の全光信号プロセッサであって、各プロセッサが前記スパンの対応する隣接対を直接連結し、
入力ポートおよび出力ポートを有する光波長変換器と、および
同じプロセッサの前記波長変換器の前記入力ポートに連結され、いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を、同じプロセッサの直前の前記スパン内の対応する光パルスの前記累積分散のための範囲の外側の値に調整するように構成された分散調整モジュールを含む
全光信号プロセッサを備える
光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
前記分散調整モジュールが、いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を、系内の同じプロセッサの直後の前記スパン内の対応する光パルスの前記累積分散のための範囲の外側の値に調整するように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各プロセッサが、同じプロセッサの前記光波長変換器の前記出力ポートに連結されている第２の分散調整モジュールを有し、かついくつかの受け入れた波長変換された光パルスの累積分散を、同じプロセッサの直後のスパン内の対応する光パルスの前記累積分散のための範囲内にリセットするように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記分散調整モジュールが、前記いくつかの受け入れた光パルスの累積分散を調整して、前記累積分散がギガ・ビット毎秒での波長チャンネル当たりビット・レートの二乗にわたって大体０．２５×１０５より大きな値をピコ秒毎ナノメートルで有するように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
光パルスを複数の波長チャンネルにわたる前記スパンに伝送するように構成されている光送信器をさらに備える請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサの２番目が、前記スパンの対応する隣接対を直接連結し、かつ、
入力および出力ポートを有する第２の光波長変換器と、
光パルスを前記プロセッサの前記２番目の前記波長変換器の前記入力ポートに伝送するように構成され、かついくつかの受け入れた光パルスの累積分散を前記プロセッサの前記第２番目によって直接連結されたスパン内の対応する光パルスの累積分散のための範囲の外側に調整する第２の分散調整モジュールを備える請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記第２の分散調整モジュールが、前記いくつかの受け入れたパルスの累積分散を調整して、前記累積分散がギガ・ビット毎秒での波長チャンネル当たりビット・レートの二乗にわたって大体０．２５×１０５と波長チャンネル当たりギガ・ビット毎秒でのビット・レートの二乗にわたって大体４×１０５の間の値をピコ秒毎ナノメートルで有するように構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
光波長変換器と、
受け入れた光パルスの累積分散の大きさを変化させる能力があり、前記光波長変換器の光入力ポートに直列連結されている、様々な分散調整を提供するための第１の集中モジュールと、
前記光波長変換器の光出力ポートに直列連結され、受け入れた光パルスの累積分散を変化させる能力がある、様々な分散調整を提供するための第２の集中モジュールを備える器機。
【請求項９】
前記集中モジュールが、受け入れた光パルスの累積分散の大きさを電気通信波長で少なくとも５０ｐｓ／ｎｍだけ変化させる能力がある請求項８に記載の器機。
【請求項１０】
前記波長変換器が、複数のＷＤＭ波長チャンネルを波長変換するように構成されている請求項８に記載の器機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【公表番号】特表２００８−５４３１７３（Ｐ２００８−５４３１７３Ａ）
【公表日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１３５０１（Ｐ２００８−５１３５０１）
【出願日】平成１８年５月１日（２００６．５．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１６４８９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２７２１２
【国際公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（５９６０９２６９８）ルーセント テクノロジーズ インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１日（２００６．５．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１６４８９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２７２１２
【国際公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（５９６０９２６９８）ルーセント テクノロジーズ インコーポレーテッド (965)
【Ｆターム（参考）】
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