JPH06202053A - 電子光学的方法及び装置 - Google Patents

電子光学的方法及び装置

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JPH06202053A
JPH06202053A JP5292297A JP29229793A JPH06202053A JP H06202053 A JPH06202053 A JP H06202053A JP 5292297 A JP5292297 A JP 5292297A JP 29229793 A JP29229793 A JP 29229793A JP H06202053 A JPH06202053 A JP H06202053A
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signal
electrodes
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Per B Hansen
バン ハンセン パー
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本件発明は光通信に関し、特にデータ速度を
向上させることができる技術に関する。 【構成】 本件発明においては、例えば、論理化、暗号
化、またはマルチプレキシング動作のような電気−光変
換動作を遂行すべく、少なくとも2つのブランチを有す
る干渉計へ同時に加えられる別個に生成された2つの電
気パルス信号と、光ビームとが多重化される。CW又は
周期的に発声する光ビームを受信するために結合された
Y接合干渉計は少なくとも一組の別個にアドレス可能な
接触子を有する。第1の接触子は所定の周波数及び振幅
の電気パルス信号を受信するために結合され、Yの同じ
か又は他のブランチに結合された第2の接触子は第1の
信号とは異なり、実質的に同意相反転でない所定の周波
数及び所定の振幅を有する電気パルス信号を受信するよ
うに結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は光通信に関する。
【0002】
【発明の背景】光通信技術は商業通信用途にますます多
く使用されるようになっている。さらに、光通信システ
ムの設計者は引き続き光通信システムの伝送容量の増加
のための技法に焦点を置いている。当分野における現状
はチャネル当りデータ速度で10−20ギガビット/秒
(Gbit/s)レンジが実演されている程度の技術水
準である。
【0003】達成可能なデータ速度は主に電気信号処理
上の考察事項によって制約される。より詳細には、この
技術の発展の任意のポイントにおいて達成可能な最高速
度にて動作する能力を持つ電子論理及び他のデジタル回
路は、典型的には、設計が高くつくばかりか、製造が困
難である。さらに、最高の達成可能な速度を提供する能
力を持つ技法は、典型的には、信頼性の高い長期動作を
保証するために十分に成熟したものではない。
【0004】
【本件発明の概要】本発明は上に述べた問題を様々な光
通信用途において改善することができる技法を提供す
る。本発明によると、少なくとも二つのブランチの光干
渉計が対応する時間によって変化する電気信号によって
制御される。従来の技法と異なる点として、これら信号
は実質的にa)同一ではなく、或はb)互いに同相反転
(in-phase inverses )ではないことが挙げられる。干
渉計を制御するためにこのような信号を使用する結果と
してのこれらブランチ内の光信号間の建設的/破壊的干
渉のために、長所として、任意の様々な機能が提供で
き、他方において、今日まで電気領域内において遂行し
なければならなかった少なくとも幾つかの信号処理が排
除できる。例えば、要求される出力光データ速度にて処
理されなければならなかった電気信号が、本発明を使用
することによってより低速、例えば、50%低い速度に
て処理でき、こうして、上に説明の電気回路の制約を改
善することが可能となる。
【0005】本発明は、例えば、各々がB Gbit/
sのデータ速度を持つN個のデータ信号をNxB Gb
it/sにて符号化された光信号を生成するために多重
化するために使用することができるが、このためには、
N個のデータ信号が適当な時間領域オフセットにて干渉
計のN個の制御電極に加えられる。長所として、これら
N個の成分データ信号はB Gbit/s論理回路のみ
を使用して出力光信号から簡単に回復することができ
る。
【0006】本発明はまた、例えば、その値が制御電気
信号のブール或は他の論理組合わせであるデータを運ぶ
光信号を生成するために使用することもできる。こうし
て、例えば、暗号化をB Gbit/sのデータ信号を
制御電気信号の一つとして使用し、同一データビット速
度の所定のビットパターンを表わす信号を第二の制御電
気信号として使用することによって遂行することができ
る。この用途においては、出力光信号のデータ速度もB
Gbit/sである。
【0007】長所として、二つの上に述べた或は他の機
能は、単一の干渉計を使用して、第一のセットの電極を
これら機能の一つ、例えば、マルチプレキシングを実現
するために使用し、第二のセットの電極をこれら機能の
他の一つ、例えば、暗号化を実現するために使用するこ
とによって遂行することができる。各セットの電極は干
渉計の対応する異なるブランチを制御する電極でも、或
は他の実施例の場合のように、干渉計の特定の一つのブ
ランチを制御する電極でもあり得る。また、これら二つ
のアプローチの組合わせも可能である。
【0008】干渉計は、上記及び他の機能の遂行に当っ
て排他的OR/NOR機能を制御電気信号との間で実現
する。つまり、これらブランチ内の光信号間の建設的/
破壊的干渉の結果として干渉計ブランチ内の信号は、偶
数(奇数)個の制御電気信号の論理レベルが“高値(hi
gh)”である場合、建設的(破壊的)に結合し、これに
よって第一(第二の)光出力レベルを提供する。さら
に、本発明の一面によると、光出力の状態は、例えば、
関連するブランチ内に一定の位相遅延を導入するために
電極に一定のオフセット信号を加えることによって否定
(negate)することができる。このメカニズムを喚起す
ることによって、排他的OR機能の否定、つまり、排他
的NOR機能を達成することができる。長所として、こ
うして、本発明は、必要であれば、厳密に、少なくとも
幾つかの電気−光変換ブール論理機能を提供するために
使用することもできる。
【0009】
【詳細な記述】図1には本発明の原理に従う光信号を生
成するためのデータ信号をマルチプレキシングするため
の送信機が示される。レーザダイオード11は光学リタ
ーンツウゼロ(return-to-zero、RZ)信号を生成する
が、これは各一続きの信号間隔(ビット期間)内におい
て光学パワーがゼロから開始してゼロで終ることを意味
する。光信号は光ファイバ14を介して干渉計17に加
えられる。干渉計のところの出力は出力光ファイバ18
に加えられる。RZ信号はデータソースA、21から、
及びデータソースB、22から提供されたデータ信号に
よって変調される。データソースは一例としての5GH
zのクロック速度にてクロック15からクロックされ
る。クロック15からのクロック信号はまたレーザドラ
イバ/ダブラ(laser driver/doubler)13に加えら
れ、これらレーザダイオード11を10GHzRZ光信
号を提供するような方法にてドライブする。つまり、レ
ーザダイオード11からの光信号は10GHz速度にて
反復する光パルスから構成される。データソース21の
出力は遅延要素24及びバイアスT26を介して干渉計
17に加えられる。データソース22の出力はバイアス
T23を介して干渉計17に加えられる。
【0010】バイアスT23及びバイアスT26の機能
はデータ信号のいずれか一つ或は両方の信号レベルを対
応するバイアス電圧信号と結合することにあるが、この
目的は、以下においてより適切な所で説明される。遅延
要素24の機能はデータソース21、22からのデータ
信号の相対位相を調節することにある。
【0011】図2にはデータソースA及びBの一例とし
ての出力が示される。クロック、或はビット期間がT、
つまり、1/5 GHz=200psである。遅延要素
24によって加えられる遅延は結果としてデータソース
Aからの信号がデータソースBからの信号に対して半ビ
ット期間だけ遅延されるように二つのデータソースの出
力間の生来的な位相差を考慮に入れて調節される。本発
明によると、干渉計17はこれら二つの信号をマルチプ
レックスしてこれの排他的NOR機能を形成する。こう
して、図2に示されるように、光出力信号A&Bは、こ
れら二つのデータ信号の値が同一である、つまり、両方
とも“高値(high)”或は両方とも“低値(low )”で
ある各半ビット期間内には一つの光パルスを含み、これ
ら二つのデータ信号の値が異なる、つまり、片方が“高
値(high)”で他方が“低値(low )”である各半ビッ
ト期間内には光パルスを持たない。
【0012】干渉計17からの出力信号は受信機40を
含む遠隔位置への光ファイバ18上に加えられる。図3
には光ファイバ18内に加えられた光学信号を受信する
ための受信機が示される。図3に示される受信機の要素
は従来の設計及び機能を持ち、従って、これらの簡単な
説明のみが必要である。
【0013】より詳細には、ファイバ18上の10Gb
it/s光信号は高速光スイッチ42、例えば、ニオブ
酸リチウム方向性スイッチによって受信されるが、これ
は、クロック回復回路45からのクロックパルスによっ
て受信されたパスルを交互に光−電気変換器44及び4
6に向けるように動作される。
【0014】光電気変換器44、46は光伝送速度の1
/2にて動作し、このために、対応する5Gbit/s
電気信号が各々の出力の所に出現する。ここで、各信号
内のパルスはファイバ18上のある特定のパスルの値を
表わす。光電気変換器からのこれら二つの出力信号は互
いにT/2だけ位相オフセットされる。この位相オフセ
ットは遅延要素48及び50によって結果としてファイ
バ18上の各光パルスを表わすビットが前の光パルスを
表わすビットと排他的ORゲート52或は54の一つに
よって排他的OR処理され、また後続の光パルスを表わ
すビットとこれらゲートの他方によって排他的OR処理
されるような方法にて補償される。ゲート52及び54
の出力はデータソースA及びBからの回復データ信号で
ある。
【0015】本発明の原理を具現する送信機のもう一つ
の実施例が図4に示される。10Gbit/s光信号を
提供するために二つの5Gbit/sデータ信号をマル
チプレキシングするのではなく、この実施例は、単一の
5Gbit/sデータ信号を、5Gbit/s暗号(en
cryped )光信号を提供するために、“マスタキー”信
号と呼ばれる5Gbit/s固定ビットパターン信号と
結合する。この実施例は、図1のそれと類似するが、デ
ータソース22がマスタキー生成器122によって置換
され、レーザドライバ/ダブラー13がレーザドライバ
113によって置換され、レーザダイオード11によっ
て生成された光パルスが5GHzの速度を持つ点が異な
る。これに加えて、遅延要素24がデータソース21と
マスタキー生成器122の出力が位相整合されるように
排除される。これら二つの信号及び結果としての光出力
信号が図5のタイミング図内に示される。
【0016】この実施例のための一例としての受信機が
図6に示される。ファイバ18上の光信号は光−電気変
換器144によって電気形式に変換され、排他的ORゲ
ート152の一つの入力に加えられる。ゲート152の
もう一つの入力はマスタキー生成器132によって提供
されるが、これは送信機内においてマスタキー生成器1
22内で生成されたマスタキー信号を複製する。(マス
タキー生成器122及び132によって生成されたビッ
トパターンは周知の技法に従って同期状態にされる。)
マスタキー生成器132は変換器144から送信クロッ
クを回復するクロック回復回路145からクロックされ
る。
【0017】図7には干渉計17の一例としての実現が
示される。より詳細には、この干渉計は電気光学材料、
例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )から成る基
板200から構成される。光導波体222は二つの末端
導波体部分223、225に結合された二つの光学接合
230、232の間に位置された二つの並列のブランチ
226、228を含む。光学Y接合、並列ブランチ及び
末端部分を含むLiNbO3 基板は、一つの共通地板及
び二つの対の電極から構成されるセットの電極を形成す
るSiO2 バッファ層をサポートする。この地板及び電
極はバッファ層上に電気めっきすることができ、アルミ
ニウム、銀、金その他であり得る。電極の片方は光導波
体228上に置かれた細長い電極236及び地板240
を含む。電極の対の他方は地板238及び細長い電極2
34を含み、電極234は光導波体226上に位置され
る。共通地板233は電極234、236と協力するよ
うに挿入される。LiNbO3 基板、光学Y接合及び関
連する光導波体、及び電極のセットは通常Y接合マッハ
ツェンダ干渉計(Mach-Zehnder iterferometer)として
識別される干渉計の一つの具現である。
【0018】Y接合干渉計においては、単一セットの電
極234、238及び236、240に加えられた電圧
の関数である導波体の屈折率の変化はその導波体内の光
信号に光位相シフトを持たせる。こうして、各ブランチ
226、228内において、そのブランチ内において光
学信号によって経験される光学位相シフトがそのブラン
チと関連する電極に加えられる電圧によって決定され
る。
【0019】動作において、光ファイバ14を介してレ
ーザダイオード11から受信される光エネルギは導波体
222の端末部分223内に向けられ、ここでY接合2
30によって二つの等しい光信号に分割される。加えら
れたデータ信号内のブールレベル(Boolean level )
“0”及び“1”を表わす電圧レベルは、これら信号の
一つの値を片方の電圧レベルから他方への変化させたと
き、奇数回πの位相シフトを誘導するようにされる。結
果として、ブランチ226、228内の信号は電極23
4、236上の信号の論理レベルが同一である場合は建
設的に結合され、これによって、第一の最大の光出力レ
ベルを提供し、電極234、236上の信号の論理レベ
ルが異なる場合は破壊的に結合され、こうして第二の最
小の光出力レベルを提供する。(上記の議論は干渉計の
様々な動作パラメータが最初は、電極234、236上
の信号が両方ともそれらのブール“0”のとき最大光出
力が達成されるように調節されることを想定する。)
【0020】最大光出力レベルがブール“1”に対応す
るとみなされるものと想定すると、上に説明の機能は排
他的NOR機能であると認識することができる。本発明
の一面によると、この機能の否定、つまり、排他的OR
機能は、必要であれば、システム内に一定の位相遅延を
導入して、結果として、同一の値を持つ電気入力には破
壊的干渉を与え、異なる値を持つ電気入力に対しては建
設的干渉を与えるようにバイアスT23、26の片方或
は両方に適当なオフセット電圧を加えることによって簡
単に達成することができる。
【0021】本発明の原理を実現するために使用するこ
とができる干渉計のもう一つの実施例が図8に示され
る。この干渉計は図7の干渉計と実質的に同一である
が、もう一つのセットの電極334、338及び33
6、340がこれら二つのブランチの各々に対して提供
される点が異なる。電極のこれらペアの各々は、それに
加えられた信号の論理レベルがブール“0”からブール
“1”に変化したとき、追加の偶数の半波長位相シフト
を含む。応用する場合によって、信号を電極のこれら対
の二つ或は電極の二つ以上に対に加えることもできる。
例えば、出力値が奇数或は偶数個の入力が“高値(hig
h)”である否かに依存する3−入力排他的OR/NO
R機能を単に電極の対334、338或は336、34
0の一つに第三の入力を加えることによって実現するこ
とができる。4−入力排他的OR/NOR機能はこれら
セットの対応する一つに第三及び第四の入力を加えるこ
とによって実現することができる。この二つのセットの
電極が使用できるもう一つの方法は、一つのセットの電
極を第一の機能、例えば、マルチプレキシングを実現す
るように使用し、第二のセットを第二の機能、例えば、
暗号化を実現するように使用する方法である。
【0022】上の説明は単に本発明の原理を示すもので
ある。こうして、例えば、(零を含む)任意の要求され
る数の電極を他方のブランチ上に少なくとも二つのセッ
トの電極が存在する限り提供できるものである。さら
に、安定性の問題を考慮しなければならないが、二つ以
上のブランチを持つ干渉計の製造を行なうことも場合に
よっては可能である。
【0023】さらに、本発明はここでは光通信システム
の背景から開示されたが、本発明は、必要であれば、厳
密に、少なくとも幾つかの電気−光変換ブール論理機
能、例えば、ここに開示の排他的OR及び排他的NOR
機能を提供するために使用できることも可能であること
を理解すべきである。
【0024】他のバリエーションも可能である。例え
ば、干渉計内に入力される光信号はリターンツウゼロ信
号に限定される必要はなく、またレーザダイオードから
の光信号は持続波であっても、別の形式であっても良
い。この背景においては、本発明は光クロック信号(光
パルスの安定した流れ)を生成するために使用できるこ
とにも注意する。このような実施例においては、持続波
光信号が干渉計に加えられ、電気クロック信号が偶数の
四分の一周期だけ遅延された干渉計電気入力信号の両方
を供給するために使用される。この場合、干渉計の出力
の所での光クロック信号の周波数は電気クロック信号の
周波数の二倍の周波数を持つ。
【0025】従って、本発明の特定の実施例がここに示
され説明されたが、当業者においては、本発明の原理を
具現し、従って本発明の精神及び範囲内に入ると見なさ
れる様々な他の構成を考案できることが理解できるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理に従う送信機のブロック図を示す
図である。
【図2】本発明の論理機能に対する使用を図解するタイ
ミング図である。
【図3】図1の送信機と共に使用できる受信機を示す図
である。
【図4】本発明の原理を具現する送信機のもう一つの実
施例を示す図である。
【図5】図4の送信機に対するタイミング図を示す図で
ある。
【図6】図4の送信機に対する受信機のブロック図を示
す図である。
【図7】干渉計の一例としての実現を示す図である。
【図8】干渉計のもう一つの実施例の実現を示す図であ
る。
【符号の説明】
11 レーザダイオード 13 レーザドライバ/ダブラー 15 クロック 17 干渉計 21 データソース 23、26 バイアス−T 24 遅延

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 干渉計のそれぞれ第一及び第二の関連す
    るブランチ内の光信号の遅延を制御する第一及び第二の
    電極を持つ干渉計を使用する方法であって、この方法
    が、 前記の第一及び第二の電極にそれぞれ第一及び第二の時
    間によって変動する電気信号を加えるステップを含み、
    前記の電気信号が互いに実質的に同一ではなく、また互
    いに実質的に同相反転でないことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、前記の
    干渉計が前記の第一のブランチ内の光信号の遅延をさら
    に制御する第三の電極をさらに含み、前記の方法がさら
    に前記の第三の電極に第三の時間によって変化する電気
    信号を加えるステップを含むことを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の方法において、前記の
    第一及び第二の信号が各々がB Gbit/sのデータ
    速度であり、また互いに固定された位相オフセットを持
    つ対応するデータ信号であることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の方法において、前記の
    データ信号の各々が第一及び第二のレベルを持ち、前記
    の干渉計及び前記の第一及び第二のレベルがそのブラン
    チと関連する電極に加えられた電気信号の第一及び第二
    のレベルに応答してその特定のブランチ内に誘導される
    遅延がそのブランタ内の光信号の半波長の偶数個分だけ
    異なるようにされることを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の方法において、前記の
    データ信号の各々が第一及び第二のレベルを持ち、前記
    の干渉計及び前記の第一及び第二のレベルが前記の第一
    及び第二のブランチ内の光信号が前記の第一及び第二の
    データ信号の前記の第一及び第二のレベルのある特定の
    組合わせに対しては建設的に結合され、他の組合わせに
    対しては破壊的に結合されるようにされることを特徴と
    する方法。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の方法において、前記の
    干渉計内において前記の第一及び第二のブランチ内の光
    信号が光出力信号を提供するように結合されることを特
    徴とする方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の方法において、前記の
    干渉計内において入力光信号が分割され、前記の第一及
    び第二のブランチに加えられることを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】 請求項6に記載の方法において、前記の
    データ信号の各々が第一及び第二のレベルを持ち、前記
    の干渉計及び前記の第一及び第二のレベルが前記の第一
    及び第二のデータ信号の排他的OR或は排他的NOR機
    能が前記の光出力信号内に提供されるようにされること
    を特徴とする方法。
  9. 【請求項9】 請求項6に記載の方法において、前記の
    データ信号の各々が第一及び第二のレベルを持ち、前記
    の方法がさらに前記の電極の個々に一定の信号を加える
    ステップを含み、前記の干渉計、前記の第一及び第二の
    レベル、及び前記の一定の信号のレベルが前記の第一及
    び第二のデータ信号の排他的NOR或は排他的OR機能
    が前記の光出力信号内に提供されるようにされることを
    特徴とする方法。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載の方法において、前記
    の第一及び第二の信号が各々BGbit/sのデータ速
    度であり、また互いに実質的にゼロの位相オフセットを
    持つ対応するデータ信号であることを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載の方法において、前
    記の第一の信号がデータ信号であり、前記の第二の信号
    が事前に定義された暗号キー信号であることを特徴とす
    る方法。
  12. 【請求項12】 請求項6に記載の方法において、前記
    の干渉計がマッハツェンダ干渉計であることを特徴とす
    る方法。
  13. 【請求項13】 干渉計を含む装置であって、この干渉
    計が、 光学Yを介して第一及び第二の光学ブランチからの光信
    号を受信するための光出力導波体に結合された第一及び
    第二の光学ブランチ、 前記の第一の光学ブランチの屈折率を変化させるために
    結合された第一の対の電極、 前記の第二の光学ブランチの屈折率を変化させるように
    結合された第二の対の電極、及び前記の第一及び第二の
    対の電極に電気信号を提供するために前記の第一及び第
    二の対の電極に結合された互いに実質的に同位相反転で
    はない独立的に生成された第一及び第二の時間によって
    変化する電気信号の源を含むことを特徴とする装置。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載の干渉計において、
    前記の第一の対の電極に結合された前記の第一の対電極
    への電気信号を前記の第二の対の電極への電気信号と相
    対的に遅延させるための遅延手段がさらに含まれること
    を特徴とする干渉計。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載の干渉計において、
    前記の独立的に生成される電気信号の源から提供される
    信号が各々B Gbit/sの速度であることを特徴と
    する干渉計。
  16. 【請求項16】 請求項14に記載の干渉性において、
    前記の独立的に生成される電気信号の源が実質的に等し
    い規模の電気信号を提供することを特徴とする干渉計。
  17. 【請求項17】 請求項13に記載の干渉計において、
    前記の独立的に生成される電気信号の源によって提供さ
    れる信号が実質的に互いに同一でないことを特徴とする
    干渉計。
  18. 【請求項18】 請求項17に記載の干渉計において、
    前記の独立的に生成される電気信号の源によって提供さ
    れる信号が実質的に同一の規模であることを特徴とする
    干渉計。
  19. 【請求項19】 請求項15に記載の干渉計において、
    光エネルギを前記の第一及び第二の光学ブランチに同時
    に向けるために結合された光信号の源がさらに含まれ、
    この源からの第一及び第二の時間によって変化する電気
    信号が前記ブランチの屈折率の変化を起こし、結果とし
    て、これら導波体内の光エネルギが光学位相シフトを受
    け、これが光出力導波体内に建設的及び破壊的に作用
    し、結果として2−B Gbit/sの光信号が形成さ
    れることを特徴とする干渉計。
  20. 【請求項20】 請求項14に記載の干渉計において、
    前記の光信号の源がCW源であることを特徴とする干渉
    計。
  21. 【請求項21】 請求項19に記載の干渉計において、
    前記の光信号の源がCW源以外であることを特徴とする
    干渉計。
  22. 【請求項22】 請求項19に記載の干渉計において、
    光出力導波体から2−B Gbit/sの光信号を受信
    し、受信された光信号を電気信号に変換するように結合
    された受信機がさらに含まれることを特徴とする干渉
    計。
  23. 【請求項23】 請求項19に記載の干渉計において、
    独立的に生成された電気信号の源によって提供される信
    号が互いに同一でなく、 光出力導波体から光信号を受信された光信号を電気信号
    の二つのストリームに変換するために受信するように結
    合された受信機がさらに含まれ、これらストリームの一
    つが独立的に生成される電気信号の源からの第一の時間
    によって変化する電気信号と類似し、ストリームの他方
    が独立的に生成される電気信号の源からの第二の時間に
    よって変化する電気信号と類似することを特徴とする干
    渉計。
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