JP2017511036A - 波長変換器 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、受信端と送信端とを備える波長変換器を開示する。受信端は、受信端に入った第１の光信号の位相情報および偏光情報を抽出し、異なる位相および偏光に従って信号分離処理を第１の光信号に対して実施するように構成されたコヒーレント検出フロントエンドモジュールであって、第１の光信号の波長は第１の波長である、コヒーレント検出フロントエンドモジュールと；処理済み光信号を検出し、処理済み光信号を電気アナログ信号に変換するように構成された光検出モジュールとを備える。送信端は、宛先キャリアを生成するように構成されたキャリア光ソースモジュールであって、宛先キャリアの波長は第２の波長である、キャリア光ソースモジュールと；電気アナログ信号の複数のパスが、対応する光変調モジュールに同期的にロードされるのを可能にするように構成された、複数の線形ドライバと；電気アナログ信号を宛先キャリア上に変調して変調済み光信号を生成するように構成された光変調モジュールとを備える。本発明の実施形態で提供される波長変換器によれば、構成要素が成熟しており、製造技法が単純であり、コストが削減され、電力消費が低減され、信頼性がよりよく、実装がより容易である。

Description

本発明は、光通信技術の分野に関し、詳細には、波長変換器に関する。

光ファイバ通信技術の開発方向は、光ファイバを最大限に活用して、莫大な帯域幅リソースを人々に提供し、ブロッキングなしに情報を伝送および交換することである。帯域幅リソースに対する人々からの要求が絶えず増加するのに伴い、ネットワークスイッチングノードのスイッチング要求キャパシティもまた、徐々に大きくなりつつある。一般に、スイッチングキャパシティを改善する手段には、次のようないくつかの手段がある。すなわち、１．キャリアのレートを改善すること、２．スイッチングネットワークのフレキシビリティを改善し、波長リソースを最大限に活用し、波長利用を改善すること、および、３．スイッチングノードの次元を増加させることであって、元の２次元／４次元が、８次元／１６次元およびそれ以上の次元に展開されること、である。既存の光ネットワークスイッチングノードでは、波長選択スイッチ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ、ＷＳＳ）に基づく再構成可能光挿入分岐マルチプレクサ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、ＲＯＡＤＭ）が使用されるか、それとも、広く注目を集めており微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＭＥＭＳ）技術に基づく、光クロスコネクト（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ、ＯＸＣ）が使用されるかにかかわらず、より高い次元およびより大きいキャパシティの場合に深刻な波長ブロッキングが導入されるという問題がある。

波長変換は、光スイッチングノードのフレキシビリティを改善しブロッキングを低減する必要手段である。現在、成熟した波長変換技術は、光−電気−光（Ｏ−Ｅ−Ｏ）技術であり、これは、波長変換が実施される必要のある光キャリア信号を、復調し、補償し、平衡させ、規則的に再生する。元のベースバンド信号が完全に復元された後、再び変調を実施することによって新しい波長が得られる。したがって、光信号に対して光電検出が実施された後、既存の波長変換器はさらに、ディジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＤＳＰ）チップを使用して、アナログディジタル変換（ＡＤＣ）、信号周波数領域平衡、時間領域平衡、キャリア回復、順方向誤り訂正（ＦＥＣ、Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）復号、およびクロック信号回復などのプロセスを実施して、信号を元のディジタルベースバンド信号に完全に復元する必要がある。この技術ではＤＳＰチップが使用されるので、既存の波長変換器は、極めて高いコストおよび極めて高い電力消費を有する。

人々は、全光（Ｏ−Ｏ）波長変換器を研究してきた。全光波長変換器は、情報を、光−電気変換なしで、ある光波長から別の光波長に直接に変調する変換器を指す。全光波長変換は一般に、光学物質の様々な非線形効果を使用して実装され、例えば、光ファイバの４波長混合変調（Ｆｏｕｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｍｉｘｉｎｇ、ＦＷＭ）を使用するか、または、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、ＳＯＡ）のクロス利得変調（Ｃｒｏｓｓ−Ｇａｉｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＸＧＭ）やクロス位相変調（Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＸＰＭ）などを使用する。しかし、これらの新しい技術はすべて、様々な信頼性問題を有する。したがって、全光波長変換器が商業製品に適用される前に、極度に長い時間が依然として必要である。

本発明の実施形態は、波長変換器を提供する。ＤＳＰ復調チップを使用してＡＤＣサンプリング、クロック回復、キャリア回復、およびＦＥＣ復号などのプロセスを実施することなく、波長変調機能が実装されることが可能である。したがって、コストが削減され、電力消費が低減され、構成要素が成熟しており、製造技法が単純であり、信頼性がよりよく、実装がより容易である。

第１の態様によれば、本発明の一実施形態は、受信端と送信端とを備える直交位相変調波長変換器であり、
受信端は、
受信端に入った第１の光信号の位相情報および偏光情報を抽出し、異なる位相および偏光に従って信号分離処理を第１の光信号に対して実施するように構成されたコヒーレント検出フロントエンドモジュールであって、第１の光信号の波長は第１の波長である、コヒーレント検出フロントエンドモジュールと、
処理済み光信号を検出し、処理済み光信号を電気アナログ信号に変換するように構成された光検出モジュールとを備え、
送信端は、
宛先キャリアを生成するように構成されたキャリア光ソースモジュールであって、宛先キャリアの波長は第２の波長である、キャリア光ソースモジュールと、
電気アナログ信号を宛先キャリア上に変調して変調済み光信号を生成するように構成された光変調モジュールとを備え、
送信端はさらに、電気アナログ信号の複数のパスが、対応する光変調モジュールに同期的にロードされるのを可能にするように構成された、複数の線形ドライバを備える。

第１の可能な実装方式では、コヒーレント検出フロントエンドモジュールは、局部発振器および周波数ミクサを特に備え、
局部発振器は、局部光信号を生成するように構成され、
周波数ミクサは、第１の光信号および局部光信号を受け取り、第１の光信号および局部光に対して周波数混合を実施して、異なる位相を有する光信号の複数のパスを出力するように構成される。

第１の態様の第１の可能な実装方式に関して、第２の可能な実装方式では、
キャリア光ソースモジュールは、チューナブルレーザおよびスプリッタを特に備え、
チューナブルレーザは、宛先キャリアを生成するように構成され、
スプリッタは、宛先キャリアを、同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの２つのパスを光変調モジュールに別々に送るように構成される。

第１の態様の第２の可能な実装方式に関して、第３の可能な実装方式では、
光変調モジュールは、光変調器およびビームカプラを特に備え、
光変調器は、電気アナログ信号を宛先キャリア上に変調して、宛先キャリア変調信号を生成するように構成され、
ビームカプラは、異なる位相を有する複数の宛先キャリア変調信号を結合して、変調済み光信号の１つのパスを生成するように構成される。

第４の可能な実装方式では、コヒーレント検出フロントエンドモジュールは、局部発振器、周波数ミクサ、第１の偏光ビームスプリッタ、および第２の偏光ビームスプリッタを特に備え、
第１の偏光ビームスプリッタは、第１の光信号を、偏光状態が相互に対して垂直である第１の偏光光信号と第２の偏光光信号とに分割するように構成され、
局部発振器は、局部光を生成するように構成され、
第２の偏光ビームスプリッタは、局部光を、偏光状態が第１の偏光光信号の偏光状態および第２の偏光光信号の偏光状態とそれぞれ同じである、局部光の２つのパスに分割するように構成され、
周波数ミクサは、数が２つあり、それぞれ、第１の偏光状態の光信号および局部光を受け取ってこれらに対して周波数混合を実施して、位相が直交し第１の偏光状態を有する光信号の２つのパスを出力し、第２の偏光状態の光信号および局部光を受け取ってこれらに対して周波数混合を実施して、位相が直交し第２の偏光状態を有する光信号の２つのパスを出力するように構成される。

第１の態様の第４の可能な実装方式に関して、第５の可能な実装方式では、キャリア光ソースモジュールは、チューナブルレーザ、第３の偏光ビームスプリッタ、およびスプリッタを特に備え、
チューナブルレーザは、宛先キャリアを生成するように構成され、
第３の偏光ビームスプリッタは、宛先キャリアを、偏光状態が相互に対して垂直である第１の偏光宛先キャリアと第２の偏光宛先キャリアとに分割するように構成され、
スプリッタは、数が２つあり、それぞれ、第１の偏光宛先キャリアを同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの２つのパスを対応する光変調モジュールに別々に送り、第２の偏光宛先キャリアを同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの２つのパスを対応する光変調モジュールに別々に送るように構成される。

第１の態様の第５の可能な実装方式に関して、第６の可能な実装方式では、光変調モジュールは、光変調器、ビームカプラ、および偏光ビームコンバイナを特に備え、
光変調器は、電気アナログ信号を、偏光状態が電気アナログ信号の偏光状態と同じである宛先キャリア上に別々に変調して、複数の宛先キャリア変調信号を生成するように構成され、
ビームカプラは、異なる位相を有する変調済み光信号を結合して、位相多重化された変調済み光信号を生成するように構成され、
偏光ビームコンバイナは、位相多重化された変調済み光信号を結合して、偏光多重化された変調済み光信号を生成するように構成される。

第１の態様の第３の可能な実装方式または第６の可能な実装方式に関して、第７の可能な実装方式では、光変調器は、電気光学変調器、熱光学変調器、または音響光学変調器を含み、光変調器は、線形エリアで動作する。第８の可能な実装方式では、光検出モジュールは特に、複数の独立した光電検出器、または統合された光電検出器アレイである。

本発明の実施形態の波長変換器を用いることにより、ＤＳＰ復調チップを使用してＡＤＣサンプリング、クロック回復、キャリア回復、およびＦＥＣ復号などのプロセスを実施することなく、波長変調機能が実装されることが可能である。したがって、コストが削減され、電力消費が低減され、構成要素が成熟しており、製造技法が単純であり、信頼性がよりよく、実装がより容易である。

本発明の実施形態１による波長変換器の概略図である。 本発明の実施形態２による、直交位相変調伝送システムに適用される波長変換器の概略図である。 本発明の実施形態３による、ＰＭ−１６ＱＡＭ伝送システムに適用される波長変換器の概略図である。

以下に、添付図面および実施形態を使用して、本発明の実施形態の技術的解決法が詳細にさらに記述される。

図１は、本発明の実施形態１による変調波長変換器の概略図である。ソースノードからの第１の光信号の波長は、λ₁である。スイッチングノードにおいてソースノードの第１の光信号サービスに対してリルーティングが実施されるとき、λ₁リソースが占有されている場合、このスイッチングノードにおいて波長変換が実施される必要があり、したがって、波長変換器は、波長がλ₁であるキャリア上で元々搬送された信号を、波長がλ₂である新しいキャリア上に変調して、送信のための新しい変調済み光信号を形成する。

図１に示されるように、波長変換器は、受信端１および送信端２という２つの部分を含む。

受信端１は主に、コヒーレント検出フロントエンドモジュール１１および光検出モジュール１２を備える。光検出モジュール１２は、光信号の振幅情報だけしか検出することができない。したがって、光信号が光検出モジュール１２に入る前に、コヒーレント検出フロントエンドモジュール１１が最初に、位相情報や偏光情報などの情報を抽出する。光信号は、振幅情報だけを有する光信号に変換される。例えば、直交位相シフトキーイング（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＱＰＳＫ）伝送システムでは、同じ波長のキャリア（例えばキャリアλ₁）が、位相が直交する異なる信号の２つのパスを搬送する。したがって、信号が検出のために光検出モジュール１２に入ることができるようになる前に、最初に、位相が直交する異なる信号の２つのパスが、コヒーレント検出フロントエンドモジュール１１を使用して分離される必要があり、各パスの位相情報がさらに振幅情報に変換される必要がある。別の例で、偏光多重化される伝送システムでは、同じ波長が、異なる信号の２つのパスを搬送し、信号の２つのパスの偏光状態は、相互に対して直交する。したがって、信号が光検出モジュール１２に入る前に、偏光状態が直交する異なる信号の２つのパスが最初に分離される必要がある。コヒーレント検出フロントエンドモジュール１１中のコンポーネントは、種々の変調フォーマットの伝送システムにより異なる場合がある。光検出モジュール１２は主に、光信号を検出し、光信号を電気アナログ信号に変換する。光検出モジュール１２を実装するコンポーネントは、独立してカプセル化された複数の光電検出器（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＰＤ）であってもよく、または、統合された光電検出器アレイ（ＰＤアレイ）であってもよい。

送信端は主に、キャリア光ソースモジュール１３、線形ドライバ１４（ｌｉｎｅａｒ ｄｒｉｖｅｒ）、および光変調モジュール１５を備える。キャリア光ソースモジュール１３は主に、新しいキャリア波長を生成するように構成される。例えば、元の波長がλ₁であり、変換後に得られる波長がλ₂である場合、新しいキャリアλ₂は、送信端２のキャリア光ソースモジュール１３によって送られる。送信端２のキャリア光ソースモジュール１３は、単一のチューナブルレーザ（ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ）であってもよく、または、固定波長の複数のレーザであってもよい。線形ドライバ１４の一方の端は、受信端１に接続され、他方の端は、光変調モジュール１５に接続される。λ₁上で元々搬送された信号が、光変調モジュール１５にロードされてよい。次いで、光変調モジュール１５は、λ₁上で元々搬送された信号を、キャリア光ソースモジュール１３によって送られた新しいキャリアλ₂上に変調して、送信のための新しい変調済み光信号を形成し、この変調済み光信号の波長もまたλ₂である。

具体的には、本発明のこの実施形態で提供される波長変換器の波長変換プロセスは、次のとおりである。光信号λ₁が波長変換器に入った後、最初に、コヒーレント検出フロントエンドモジュール１１が、信号の位相情報や偏光情報などの情報を抽出する。次いで、情報抽出後に得られた光信号の各パスが、光信号検出のために光検出モジュール１２に入る。ここで、検出される信号は、電気アナログ信号（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−ａｎａｌｏｇ−ｓｉｇｎａｌ）である。電気アナログ信号は、線形ドライバ１４を使用して光変調モジュール１５にロードされ、次いで、光変調モジュール１５は、信号を、キャリア光ソースモジュール１３によって送られた新しいキャリアλ₂上に変調して、新しい変調済み光信号を形成する。この波長変換プロセス全体は、光信号−電気アナログ信号−光信号、の信号変換プロセスを実装する。信号は、キャリアλ₁から新しいキャリアλ₂に変換される。この波長変換プロセスは、ＤＳＰ復調チップを使用して実施されるＡＤＣサンプリング、クロック回復、キャリア回復、およびＦＥＣ復号などのプロセスを必要とせず、実装が容易である。加えて、コストが削減され、電力消費が低減され、構成要素が成熟しており、信頼性がよりよい。

図２に示される波長変換器は、直交位相シフトキーイング（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、ＱＰＳＫ）伝送システムに適用され得る。図２に示されるように、波長変換器は、受信端１および送信端２という２つの部分を含む。受信端１は、局部発振器（ＬＯ）２１と、周波数ミクサ２２と、２つの光電検出器２３１および２３２とを備える。送信端２は、キャリア光ソースモジュール２４と、２つの線形ドライバ２５１および２５２と、２つの光変調器２６１および２６２と、ビームカプラ２７とを備える。

局部発振器２１は、局部光を生成するように構成される。

周波数ミクサ２２は、ソースノードからの、第１の光信号（図ではλ₁によって表されており、第１の光信号の波長はλ₁である）および局部光を受け取り、第１の光信号および局部光に対して周波数混合を実施し、位相が直交する光信号の２つのパスＩおよびＱを分離によって得て、光信号の２つのパスを光電検出器２３１および２３２にそれぞれ送るように構成される。

２つの光電検出器（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＰＤ）２３１および２３２は、光信号のＩパスおよび光信号のＱパスをそれぞれ受け取り、光信号のＩパスおよび光信号のＱパスを、電気信号のＩパスおよび電気信号のＱパスにそれぞれ変換する。ここで、電気信号のＩパスおよび電気信号のＱパスは、位相が直交する電気アナログ信号の２つのパスである。

キャリア光ソースモジュール２４は、図中でλ₂によって表される宛先キャリアを生成するように構成され、キャリア光ソースモジュール２４は特に、チューナブルレーザ２４１およびスプリッタ２４２を備えることができる。

チューナブルレーザ２４１は、波長がλ₂である宛先キャリアを生成するように構成される。スプリッタ２４２は、宛先キャリアを同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの２つのパスを２つの光変調器２６１および２６２にそれぞれ送るように構成される。

２つの線形ドライバ２５１および２５２は、光電検出器２３１および２３２によって送られた電気信号のＩパスおよび電気信号のＱパスをそれぞれ受け取り、電気信号のＩパスおよび電気信号のＱパスを電気光学変調器２６１および２６２にそれぞれ同期的にロードするように構成される。

２つの光変調器２６１および２６２は、それぞれ、電気信号のＩパスおよび電気信号のＱパスを宛先キャリア上に変調し、変調済み光信号のＩパスおよび変調済み光信号のＱパスをそれぞれ生成するように構成される。ここで、変調済み光信号のＩパスおよび変調済み光信号のＱパスは、位相が直交する光信号の２つのパスである。

ビームカプラ２７は、変調済み光信号のＩパスおよび変調済み光信号のＱパスを受け取り、変調済み光信号のＩパスと変調済み光信号のＱパスとを結合して、変調済み光信号の１つのパスを生成するように構成される。ここで、変調済み光信号の波長は、λ₂である。

以下に、本発明のこの実施形態で提供される直交位相変調波長変換器の具体的な動作プロセスが詳細に記述される。

ＱＰＳＫ伝送システムでは、波長変換器の受信端１に送られたλ₁の光信号と、局部発振器２１によって生成された局部光信号とに対して、周波数ミクサ２２を使用して周波数混合が最初に実施され、周波数混合の後、位相が直交する光信号の２つのパス（ＩパスおよびＱパス）が出力される。光信号は光電検出器（ＰＤ）２３１および２３２を使用して検出され、光信号のＩパスおよび光信号のＱパスは、位相が直交する電気アナログ信号のＩパスおよび電気アナログ信号のＱパスに変換される。送信端２のチューナブルレーザ２４１（ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ）によって送られたλ₂の新しいキャリアが、光変調器２６１および２６２に入る前に、最初にスプリッタ（ｓｐｌｉｔｔｅｒ）２４２を使用して同じキャリアの２つのパスに分割され、同じキャリアの２つのパスは、光変調器２６１および２６２にそれぞれ接続される。特に、光変調器２６１および２６２は、電気光学変調器、熱光学変調器、音響光学変調器などを含み得る。この実施形態では、記述のための例として、２つのマッハツェンダ変調器（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＭＺＭ）が使用される。線形ドライバ２５１および２５２は、位相が直交し受信端１によって送られた電気アナログ信号の２つのパス（ＩパスおよびＱパス）を、２つのＭＺＭにそれぞれロードし、２つのＭＺＭは、位相が直交する電気アナログ信号の２つのパス（ＩパスおよびＱパス）を、新しいキャリアλ₂上に別々に変調する。さらに、特に、ＭＺＭ２６１または２６２中では、入力された宛先光キャリアが、振幅および位相が完全に同じである２つの光ビームに分割されて、送信のために変調器の２つの光トリビュタリ（tributary、支流、アーム）にそれぞれ入る。２つの光トリビュタリは、完全に対称である。したがって、変調電圧が加えられないとき、２つのトリビュタリの光ビームは、出力端において併合されて、元々入力された光信号と同じ光ビームにされる。変調電圧がＭＺＭの光トリビュタリのうちの一方に加えられた場合、２つの光トリビュタリが作られている材料が電気光学材料であり、その電気光学材料の屈折率が外部から加えられる電圧の値に応じて変化するので、２つの光トリビュタリ中の２つの光ビーム間の位相差が変化する。２つのアーム間の位相差を、Δφであるとする。Δφが０°であるとき、出力端におけるビーム中で、強め合う干渉が生じる。この場合、論理「１」を表す「開状態」信号が得られる。Δφが１８０°であるとき、出力端におけるビーム中で、弱め合う干渉が生じる。この場合、論理「０」を表す「閉状態」信号が得られる。このようにして、変調電圧を調整することによって異なる信号が生成されることができ、信号の符号化が実現される。変調電圧の値は、線形ドライバによって受け取られた電気アナログ信号によって制御される。例えば、電気アナログ信号のＩパスは、線形ドライバ２５１を使用して種々の調整電圧を送って、宛先キャリアに対する変調および符号化を実施するようアジャスタ２６１を制御し、電気アナログ信号のＱパスは、線形ドライバ２５２を使用して種々の調整電圧を送って、宛先キャリアに対する変調および符号化を実施するようアジャスタ２６２を制御する。変調プロセス全体において、線形ドライバ２５１および２５２、ならびにＭＺＭ２６１および２６２は、すべて、線形エリアで動作する必要がある。最後に、変調された光信号のＩパスおよびＱパスは、ビームカプラ２７を使用して結合されて、新しいキャリア波長λ₂を有するＱＰＳＫ変調済み信号の１つのパスが形成され、これにより、キャリアλ₁からキャリアλ₂への波長変換プロセスが完了する。

本発明の実施形態２で提供される波長変換器は、直交位相シフトキーイング伝送システムに適用される。ＤＳＰ復調チップを使用してＡＤＣサンプリング、クロック回復、キャリア回復、およびＦＥＣ復号などのプロセスを実施することなく、波長変調機能が実装されることが可能である。したがって、コストが削減され、電力消費が低減される。既存の１００Ｇ Ｏ−Ｅ−Ｏ波長変換器と比較して、電力消費が約７５Ｗ低減されることが可能であり、モノリシック統合の実装がより容易である。加えて、全光波長変換器と比較して、この実施形態で提供される波長変換器は、構成要素が成熟しており、製造技法が単純であり、信頼性がよりよく、実装がより容易である。

本発明の実施形態２は、ＰＱＳＫシステムに適用される波長変換器を提供する。本発明の実施形態３は、偏光多重化される１６ＱＡＭ（ＰＭ−１６ＱＡＭ）伝送システムに適用され得る波長変換器を提供する。

ＰＭ−１６ＱＡＭ伝送システムでは、ソースノードからの第１の光信号の波長は、λ₁である。スイッチングノードにおいてソースノードの第１の光信号サービスに対してリルーティングが実施されるとき、λ₁リソースが占有されている場合、このスイッチングノードにおいて波長変換が実施される必要があり、したがって、波長変換器は、波長がλ₁であるキャリア上で元々搬送された信号を、波長がλ₂である新しいキャリア上に変調して、送信のための新しい変調済み光信号を形成する。

ＰＭ−１６ＱＡＭ伝送システムでは、位相直交に加えて、ソースノードからの第１の光信号を変調する方式はさらに、偏光多重化を含み得る。したがって、２つの偏光ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）が受信端に追加される必要がある。一方のＰＢＳは、波長変換を必要とする第１の光信号を、偏光状態が相互に対して垂直である信号の２つのパスに分割するように構成され、他方のＰＢＳは、局部発振器（ＬＯ）を、偏光状態が相互に対して垂直である局部発振器の２つのパスに分割するように構成され、信号光と局部光とが同じ偏光状態を有するようにすることを目指し、それにより、良好な周波数混合効果を達成し、受信品質を改善する。１つのＰＢＳおよび１つの偏光ビームカプラ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｃｏｕｐｌｅｒ、ＰＢＣ）が送信端に追加される必要があり、ここで、ＰＢＳは、チューナブルレーザによって送られた新しいキャリアを、偏光状態が相互に対して垂直であるキャリアの２つのパスに分割するように構成され、ＰＢＣは、異なる偏光状態の変調済み光信号の２つのパスを結合するように構成される。

図３は、本発明の実施形態３による波長変換器の概略図である。図３に示される波長変換器は、偏光多重化される１６ＱＡＭ（ＰＭ−１６ＱＡＭ）伝送システムに適用され得る。図示のように、この波長変換器は、受信端１および送信端２を備える。

受信端１は、第１の偏光ビームスプリッタ３１と、局部発振器３１と、第２の偏光ビームスプリッタ３２と、２つの周波数ミクサ３２１および３２２と、光電検出器アレイ３３とを備える。送信端２は、キャリア光ソースモジュール３４と、４つの線形ドライバ３５１、３５２、３５３、および３５４と、４つの光変調器３６１、３６２、３６３、および３６４と、２つのビームカプラ３７１および３７２と、偏光ビームカプラ３３とを備える。

第１の偏光ビームスプリッタ３１は、第１の光信号を、偏光状態が相互に対して垂直であるＶ方向偏光光信号とＨ方向偏光光信号とに分割するように構成される。

第２の偏光ビームスプリッタ３２は、局部発振器３１によって生成された局部光信号を、偏光状態が相互に対して垂直であるＶ方向偏光局部光信号とＨ方向偏光局部光信号とに分割するように構成される。

周波数ミクサ３２１および３２２は、実施形態２における周波数ミクサ２２と同じ機能を有する。位相が直交するＶ方向偏光光信号（表現の便宜上、以下ではＶ−ＩおよびＶ−Ｑ光信号として表記される）の２つのパス（ＩパスおよびＱパス）が、周波数ミクサ３２１を使用して生成される。また、位相が直交するＨ方向偏光光信号（表現の便宜上、以下ではＨ−ＩおよびＨ−Ｑ光信号として表記される）の２つのパス（ＩパスおよびＱパス）が、周波数ミクサ３２２を使用して生成される。

光電検出器アレイ（ＰＤアレイ）３３は、Ｖ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ光信号に対して光−電気変換を別々に実施し、Ｖ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ光信号を、対応するＶ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ電気アナログ信号に変換し、Ｖ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ電気アナログ信号を送信端２に送るように構成される。

送信端２のキャリア光ソースモジュール３４は、宛先キャリアを生成するように構成され、この実施形態では、宛先キャリアの波長はλ₂である。キャリア光ソースモジュール３４は特に、チューナブルレーザ３４１と、第３の偏光ビームスプリッタ３４２と、２つのスプリッタ３４３および３４４とを備えることができる。

チューナブルレーザ３４１は、波長がλ₂である宛先キャリアを生成するように構成される。第３の偏光ビームスプリッタ３４２は、宛先キャリアを、偏光状態が相互に対して垂直であるキャリアの２つのパス、すなわちＶ方向偏光とＨ方向偏光とに分割するように構成される。スプリッタ３４３および３４４は、Ｖ方向偏光およびＨ方向偏光の宛先キャリアをそれぞれの２つの宛先キャリアパスにそれぞれ分割し、分割後に得られた総計４つの宛先キャリアパスを、４つの光変調器３６１、３６２、３６３、および３６４にそれぞれ送るように構成される。

４つの線形ドライバ３５１、３５２、３５３、および３５４は、光電検出器アレイ３３によって送られたＶ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ電気アナログ信号をそれぞれ受け取り、Ｖ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ電気アナログ信号を４つの光変調器３６１、３６２、３６３、および３６４にそれぞれ同期的にロードするように構成される。

光変調器３６１、３６２、３６３、および３６４は、Ｖ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ電気アナログ信号を対応する宛先キャリアにそれぞれ変調して、Ｖ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、およびＨ−Ｑ変調済み光信号を生成するように構成される。特に、光変調器は、電気光学変調器、熱光学変調器、音響光学変調器などを含み得る。この実施形態では、記述のための例として、４つのマッハツェンダ変調器（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＭＺＭ）が使用される。

ビームカプラ３７１は、Ｖ−ＩおよびＶ−Ｑ変調済み光信号を受け取り結合して、Ｖ方向偏光変調済み光信号を生成する。ビームカプラ３７２は、Ｈ−ＩおよびＨ−Ｑ変調済み光信号を受け取り結合して、Ｈ方向偏光変調済み光信号を生成する。

偏光ビームコンバイナ３３は、Ｖ方向偏光変調済み光信号とＨ方向偏光変調済み光信号とを結合して、波長変調済み光信号を生成するように構成される。

以下に、本発明のこの実施形態で提供される偏光多重化される波長変換器の具体的な動作プロセスが詳細に記述される。

偏光多重化される１６ＱＡＭ（ＰＭ−１６ＱＡＭ）伝送システムでは、波長変換器の受信端１に送られた、波長がλ₁である第１の光信号が、波長変換器の受信端１に入った後、最初に、第１の偏光ビームスプリッタ３１を使用して、偏光状態が相互に対して垂直である光信号の２つのパスに分割される。これらのパスは、Ｖ偏光光信号およびＨ偏光光信号として記録される。
Ｖ偏光光信号および対応する局部発振器（偏光状態はＶ方向である）に対して、周波数混合が周波数ミクサ３２１中で実施され、周波数混合の後、位相が直交する光信号の２つのパス（Ｖ−ＩパスおよびＶ−Ｑパス）が出力される。
Ｈ偏光光信号および対応する局部発振器（偏光状態はＨ方向である）に対して、周波数混合が周波数ミクサ３２２中で実施され、周波数混合の後、位相が直交する光信号の２つのパス（Ｈ−ＩパスおよびＨ−Ｑパス）が出力される。
分割後に得られた総計４つの光信号パスＶ−Ｉ、Ｖ−Ｑ、Ｈ−Ｉ、Ｈ−Ｑはすべて、検出のために光電検出器アレイ３３に入るが、この光電検出器アレイ３３と同じ機能が、４つの独立した光電検出器を使用して実装されてもよい。光電検出器による検出後に得られた信号は、電気アナログ信号である。
波長変換器の送信端２において、チューナブルレーザ３４１によって生成された、波長がλ₂である新しいキャリアが、最初に、第３の偏光ビームスプリッタ３４２を使用して、偏光状態が相互に対して垂直である新しいキャリアの２つのパス（Ｖ方向偏光およびＨ方向偏光）に分割される。
Ｖ方向偏光の新しいキャリアは、スプリッタ３４３を使用して２つのパスに分割され、２つのパスは、２つのマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）３６１および３６２にそれぞれ入る。線形ドライバ３５１および３５２は、受信端１によって送られた電気アナログ信号の２つのパスＶ−ＩおよびＶ−Ｑを同期させ、Ｖ方向偏光の新しいキャリアの２つのパスをそれぞれ変調する。変調された信号は、ビームカプラ３７１を使用して結合されて、１６ＱＡＭ変調済み信号の１つのパスが形成される。
同様に、Ｈ方向偏光の新しいキャリアは、スプリッタ３４４を使用して２つのパスに分割され、２つのパスは、２つのＭＺＭ３６３および３６４にそれぞれ入る。線形ドライバ３５３および３５４は、受信端１によって送られた電気アナログ信号の２つのパスＨ−ＩおよびＨ−Ｑを同期させ、Ｈ方向偏光の新しいキャリアの２つのパスをそれぞれ変調する。変調された信号は、ビームカプラ３７２を使用して結合されて、１６ＱＡＭ変調済み信号の別のパスが形成される。
変調プロセス全体において、ＭＺＭは、線形エリアで動作する必要がある。最後に、Ｖ方向偏光およびＨ方向偏光の１６ＱＡＭ変調済み信号の２つのパスは、偏光ビームコンバイナ（ＰＢＣ）３３を使用して結合されて、ＰＭ−１６ＱＡＭ信号の１つのパスが形成される。この場合、信号のキャリア波長が、元のλ₁から新しい波長λ₂に変換され、これにより波長変換プロセスが完了する。

本発明の実施形態３で提供される波長変換器によれば、ＤＳＰ復調チップを使用してＡＤＣサンプリング、クロック回復、キャリア回復、およびＦＥＣ復号などのプロセスを実施することなく、波長変換機能が実装されることが可能である。したがって、コストが削減され、電力消費が低減される。既存の１００Ｇ Ｏ−Ｅ−Ｏ波長変換器と比較して、電力消費が約７５Ｗ低減されることが可能であり、モノリシック統合の実装がより容易である。加えて、全光波長変換器と比較して、この実施形態で提供される波長変換器は、構成要素が成熟しており、製造技法が単純であり、信頼性がよりよく、実装がより容易である。

上記は、波長変換器の、あり得る２つの特定の実装方式を与えるに過ぎない。本発明の実施形態２および３における波長変換器に基づいて、波長変換器の特定の実装方式にわずかな修正が加えられた場合に種々の伝送システムにおける応用が実装され得ることを、当業者ならはっきりと理解するであろう。さらに、本明細書に開示される実施形態で記述される例との組合せで、ユニットおよびアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはこれらの組合せによって実装され得ることも、当業者なら認識するであろう。ハードウェアとソフトウェアとの間の交換可能性をはっきりと記述するために、上記は、各例の構成およびステップを機能に従って一般に記述した。これらの機能がハードウェアによって実施されるかソフトウェアによって実施されるかは、技術的解決法の特定の応用例および設計制約条件に依存する。当業者なら、種々の方法を使用して、記述された機能を特定の応用例に対して実装することができるが、この実装が本発明の範囲を超えると考えられるべきではない。

本明細書に開示される実施形態で記述される方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、またはこれらの組合せによって実装されてよい。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、メモリ、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的にプログラム可能なＲＯＭ、電気的に消去可能プログラム可能なＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または、当技術分野で周知のいずれか他の形のストレージ媒体において構成されてよい。

上記の特定の実装方式では、本発明の目的、技術的解決法、および利益が詳細にさらに記述されている。以上の記述は本発明の特定の実装方式に過ぎず、本発明の保護範囲を限定する意図はないことを理解されたい。本発明の趣旨および原理を逸脱することなく行われるどんな修正、等価な置換、または改善も、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (9)

1. 受信端と送信端とを備える波長変換器であって、
   前記受信端は、
   前記受信端に入った第１の光信号の位相情報および偏光情報を抽出し、異なる位相および偏光に従って信号分離処理を前記第１の光信号に対して実施するように構成されたコヒーレント検出フロントエンドモジュールであって、前記第１の光信号の波長は第１の波長である、コヒーレント検出フロントエンドモジュールと、
   処理済み光信号を検出し、前記処理済み光信号を電気アナログ信号に変換するように構成された光検出モジュールと
   を備え、
   前記送信端は、
   宛先キャリアを生成するように構成されたキャリア光ソースモジュールであって、前記宛先キャリアの波長は第２の波長である、キャリア光ソースモジュールと、
   前記電気アナログ信号を前記宛先キャリア上に変調して変調済み光信号を生成するように構成された光変調モジュールと
   を備え、
   前記送信端はさらに、電気アナログ信号の複数のパスが、対応する光変調モジュールに同期的にロードされるのを可能にするように構成された、複数の線形ドライバを備えることを特徴とする波長変換器。
2. 前記コヒーレント検出フロントエンドモジュールは局部発振器および周波数ミクサを特に備え、
   前記局部発振器は局部光信号を生成するように構成され、
   前記周波数ミクサは、前記第１の光信号および前記局部光信号を受け取り、前記第１の光信号および前記局部光に対して周波数混合を実施して、異なる位相を有する光信号の複数のパスを出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。
3. 前記キャリア光ソースモジュールはチューナブルレーザおよびスプリッタを特に備え、
   前記チューナブルレーザは前記宛先キャリアを生成するように構成され、
   前記スプリッタは、前記宛先キャリアを、同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの前記２つのパスを前記光変調モジュールに別々に送るように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の波長変換器。
4. 前記光変調モジュールは光変調器およびビームカプラを特に備え、
   前記光変調器は、前記電気アナログ信号を前記宛先キャリア上に変調して宛先キャリア変調信号を生成するように構成され、
   前記ビームカプラは、異なる位相を有する複数の宛先キャリア変調信号を結合して、変調済み光信号の１つのパスを生成するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の波長変換器。
5. 前記コヒーレント検出フロントエンドモジュールは、局部発振器、周波数ミクサ、第１の偏光ビームスプリッタ、および第２の偏光ビームスプリッタを特に備え、
   前記第１の偏光ビームスプリッタは、前記第１の光信号を、偏光状態が相互に対して垂直である第１の偏光光信号と第２の偏光光信号とに分割するように構成され、
   前記局部発振器は局部光を生成するように構成され、
   前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記局部光を、偏光状態が前記第１の偏光光信号の前記偏光状態および前記第２の偏光光信号の前記偏光状態とそれぞれ同じである局部光の２つのパスに分割するように構成され、
   前記周波数ミクサは、数が２つあり、それぞれ、前記第１の偏光状態の光信号および前記局部光を受け取ってこれらに対して周波数混合を実施して、位相が直交し第１の偏光状態を有する光信号の２つのパスを出力し、前記第２の偏光状態の光信号および前記局部光を受け取ってこれらに対して周波数混合を実施して、位相が直交し第２の偏光状態を有する光信号の２つのパスを出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。
6. 前記キャリア光ソースモジュールは、チューナブルレーザ、第３の偏光ビームスプリッタ、およびスプリッタを特に備え、
   前記チューナブルレーザは前記宛先キャリアを生成するように構成され、
   前記第３の偏光ビームスプリッタは、前記宛先キャリアを、偏光状態が相互に対して垂直である第１の偏光宛先キャリアと第２の偏光宛先キャリアとに分割するように構成され、
   前記スプリッタは、数が２つあり、それぞれ、前記第１の偏光宛先キャリアを同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの前記２つのパスを対応する光変調モジュールに別々に送り、前記第２の偏光宛先キャリアを同じ宛先キャリアの２つのパスに分割し、同じ宛先キャリアの前記２つのパスを対応する光変調モジュールに別々に送るように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の波長変換器。
7. 前記光変調モジュールは、光変調器、ビームカプラ、および偏光ビームコンバイナを特に備え、
   前記光変調器は、前記電気アナログ信号を、偏光状態が前記電気アナログ信号の偏光状態と同じである前記宛先キャリア上に別々に変調して、複数の宛先キャリア変調信号を生成するように構成され、
   前記ビームカプラは、異なる位相を有する変調済み光信号を結合して、位相多重化された変調済み光信号を生成するように構成され、
   前記偏光ビームコンバイナは、前記位相多重化された変調済み光信号を結合して、偏光多重化された変調済み光信号を生成するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載の波長変換器。
8. 前記光変調器は、電気光学変調器、熱光学変調器、または音響光学変調器を含み、前記光変調器は線形エリアで動作することを特徴とする請求項４または７に記載の波長変換器。
9. 前記光検出モジュールは特に、複数の独立した光電検出器、または統合された光電検出器アレイであることを特徴とする請求項請求項１に記載の波長変換器。

Images