JPH08227262A - 光データの並列直列変換及び直列並列変換方法及び装置 - Google Patents

光データの並列直列変換及び直列並列変換方法及び装置

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JPH08227262A
JPH08227262A JP7318541A JP31854195A JPH08227262A JP H08227262 A JPH08227262 A JP H08227262A JP 7318541 A JP7318541 A JP 7318541A JP 31854195 A JP31854195 A JP 31854195A JP H08227262 A JPH08227262 A JP H08227262A
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optical signal
optical
signal
converting
parallel
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JP7318541A
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C Nuss Maptin
シー．ヌス マーティン
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AT&T Corp
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    • G06E3/001—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements
    • G06E3/003—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions
    • G—PHYSICS
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    • G—PHYSICS
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    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フーリエ変換ホログラフィ技術を使用して、
光パルス・データから時間相多重化超高速光パルス及び
その逆に変換する直列並列変換及び並列直列変換装置及
び方法を提供する。 【解決手段】 第１の実施例では、光パルス・データが
そのスペクトル・ホログラムを記録し、且つ、そのスペ
クトル・ホログラムを持続波（ｃｗ）レーザを用いて読
み出すことによって直列時間相領域パターン・データか
ら並列ビットへ変換される。第２の実施例では、並列の
入力ビットを表す信号が時間領域で光学的に多重化さ
れ、その結果、従来のスイッチング・マルチプレクサで
は必要とされる電気的処理を伴わずに単一の光ファイバ
によってそのような信号を搬送することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は光データ変換に関
し、特に、光データの直列並列変換及び並列直列変換を
容易にする時間／空間変換のためのホログラフィ記録の
使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】信号処理を時間領域で適用する際、超高
速信号、即ちギガビット乃至テラビットの範囲のビット
・レートを有する信号は、従来の電子工学では容易に処
理することができない。特に、直列並列変換及び並列直
列変換をそのような高いビット・レートで実行すること
は一般的に困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、フーリエ変
換ホログラフィ技術を使用し、光パルス・データを時間
に関して多重化された超高速光パルスへの変換及びその
逆の操作を行う直列並列変換及び並列直列変換を実行す
る方法及びシステムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】超高速信号の直列並列変
換及び並列直列変換は、そのような超高速信号に、Nuss
et al., "Time-to-Space Mapping of Femtosecond Pul
ses", OPT. LETT, VOL. 19, 1994, pp. 664-666 に提案
されているような、時間領域から空間相領域への時間／
空間写像を利用することによって実行することが可能で
ある。
【０００５】本発明の一つの好適な実施例では、超高速
時間相光パルス・データがこれらパルス・データのスペ
クトル・ホログラムを記録し、且つそのスペクトル・ホ
ログラムを持続波（ＣＷ）レーザを用いて読み出すこと
により、空間相領域光出力に変換される。本発明の別の
好適な実施例では、従来のスイッチング・マルチプレク
サでは必要な上記電子的処理無しに単一光ファイバを介
する伝送を容易にするために、空間相並列データ信号が
時間領域の単一データ・チャネルに光学的に多重化され
る。
【０００６】本発明による方法及び装置は、従ってギガ
ビット台の秒速（Gbit/sec）乃至テラビット台の秒速
（Tbit/sec）の超高速のデータ・パルスに対する低コス
トの光通信の符号化、復号、多重化解除及び多重化を容
易にする。ビット或いはパケット・直列並列変換及び再
多重化によって達成することができるデータ・レート変
換により、更に本システムの動作可能周波数帯域が拡張
される。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に示されているエレメントと
類似或いは同一のエレメントを特定する同一の参照数字
を持つ各詳細図を参照して、本開示では超高速光信号の
全光学的な直列並列変換及び並列直列変換を記述する。
超高速光信号の変換については、１９９４年１月４日に
出願された "METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING UL
TRAFAST OPTICAL SIGNALS" なる標題の本出願人の米国
特許出願番号第０８／１７７，０１８号、及び、１９９
４年１１月１１日に出願された "METHOD AND APPARATUS
FOR PROCESSING ULTRAFAST OPTICAL SIGNALS" なる標題
の米国特許出願に記述されており、これらの米国特許出
願はここでの説明のための参照に供される。
【０００８】直列並列変換 直列並列変換に関する図１において、本装置は多重化パ
ケット信号１０をＮビットを有するパケットとして受信
する。多重化パケット信号１０は、約１０ Ｇbits/sec
乃至１０ Ｔbits/secの範囲で伝送されるＮ人のユーザ
に関するインターリーブされた光信号を包含する、時間
に関して多重化された実時間光パルス・データであるこ
とができる。このパケットの波長スペクトルは、そのパ
ケット・レートで動的に書き込み及び消去可能な多量子
井戸（ＭＱＷ）材料１２或いは他のホログラフィ材料に
参照光パルスとの干渉によってホログラフィ的に記録さ
れる。多重化パケット信号１０と参照パルス１４の双方
が、入力波長の関数として変化する出力角を有する回折
格子やドラゴン・ルータ（Dragone router）或いは他の
分散性エレメントで構成可能な回折格子１６によって回
折される。
【０００９】好ましくは、参照パルス１４は多重化パケ
ット信号１０と、例えば、K. Smithet al., "All-Optic
al Clock recovery Using a Mode-Locked Laser", ELEC
TRONICS LETT., VOL. 28, NO. 19, Sept. 1992, pp. 18
14-1816 に記述されているクロック再生スキーマの２段
構成によって生成することが可能な、パケット当たり１
パルスを有するローカル再生データ・クロックによって
同期される。その第１段では上記ビット・レートでの一
様なパルス列が供され、第２段ではＮをパケット当たり
のビット数とするＮ分割作用が供される。多重化パケッ
ト信号１０と参照パルス１４との間の時間遅延と多重化
パケット信号１０の持続期間の双方とも、回折格子１６
のスペクトル分解能Δvの逆数で与えられる時間ウイン
ドウを越えないものと推量される。
【００１０】多重化パケット信号１０及び参照パルス１
４は、回折格子１６によって回折光ビーム１５、１７の
ように分散され、ビーム・スプリッタ１８を透過し、フ
ーリエ・レンズ２０によって波長スペクトル信号に変換
される。そのようなフーリエ・レンズは、入力平面から
そのレンズまでの距離がそのレンズから出力平面までの
距離と等しいレンズである。多重化パケット信号１０及
び参照パルス１４のスペクトル間の干渉パターンがフー
リエ・レンズ２０のスペクトル平面に配置されているＭ
ＱＷ材料１２に記録される。
【００１１】好ましくは、ＭＱＷ材料１２に蓄積されて
いる光データ・パケットによって生成されるホログラム
・パターンは、多重化パケット信号１０と同期して書き
込み及び動的な消去がなされ、その結果、ＭＱＷ材料１
２に蓄積された干渉縞が後続のパケット同士の間の時間
相遅延より短い時間内で減衰する。即ち、上記干渉縞は
次のパケットが到達する前に消去される。その消去はＭ
ＱＷ材料１２に別のレーザ光源からの光を照射すること
によって為すことができる。本実施例では上記ホログラ
ム・パターンが上書きされる。ＭＱＷ材料１２は、約８
００ｎｍ或いは１．５μｍでの動作に関しては、それぞ
れ、ＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓで構成されることが好
ましい。上記ホログラムは、それぞれ約８００ｎｍ或い
は１．５μｍの持続波光ビーム２４を投射する持続波
（ｃｗ）レーザによって読み出される。ＭＱＷ材料１２
のホログラムを読み出すために、持続波光ビーム２４が
ＭＱＷ材料１２に照射されて回折光ビーム２６が生成さ
れる。回折光ビーム２６はフーリエ・レンズ２０によっ
てフーリエ変換され、続いてビーム・スプリッタ１８に
よって反射されてレンズ２７の出力平面２３にＮビット
の出力光ビット・パターン２２を発生させる。このＮビ
ット出力光ビット・パターン２２はＮビットの多重化パ
ケット信号１０を並列に表示する。時間相パターンと空
間相パターンとの間のスケーリングは次式の関係、即
ち、 ｔ → ｘ・（λ／ｄｃ・ｃｏｓθ） で記述される。ここで、λは上記レーザの波長であり、
ｄは使用された回折格子のピッチであり、ｃは光速であ
り、θは回折光ビーム１５、１７が回折格子１６から出
射する角度である。他の読み出し／書き込み焦点距離及
び波長への敷衍もまた同様にして実行することが可能で
ある。
【００１２】上記Ｎビットの時間相多重化パケット信号
１０から上記開示されたホログラフィ・システムの出力
平面２３において並列にフォーマットされたＮビットの
出力光ビット・パターン２２への変換装置及び方法によ
り、超高速光信号に関するデータ・レート低減及び多重
化解除が供される。
【００１３】上記Ｎビット出力光ビット・パターン２２
は各々結束光ファイバ３２の端部に近接しているマイク
ロレンズ・アレイ３０により自由空間で並列ビットに変
換され、それぞれのチャネルへ出力される。
【００１４】並列直列変換 図２は光パルスの並列直列変換及びデータ多重化を示す
図である。この変換装置及び方法は、直列伝送のため、
図１中の個々のファイバに切り換えられた信号の光学的
再多重化を容易にする。或いはその代わりに、本装置は
同様に様々なユーザ或いは通信チャネルからのデータを
１本の高いビット・レートを持つ通信チャネル上へ多重
化するために使用することができる。
【００１５】図２の実施例では、多数の様々なチャネル
中の低減レート光信号から生成された電気信号がＦＥＴ
自己電気光学効果デバイス（ＦＥＴ-ＳＥＥＤ）電界吸
収光モジュレータ・アレイ３４中の個々のエレメントを
ドライブする。電気-光学モジュレータ・アレイや音響-
光学モジュレータ・アレイ、液晶モジュレータ・アレイ
或いは機械的モジュレータ・アレイが択一的に使用可能
である。ＦＥＴ-ＳＥＥＤアレイ・エレメントは、T.K.
Woodward et al., "GaAs/AlGaAs FET-SEEDReceiver/Tra
nsmitters", OSA PROC. ON PHOTONICS IN SWITCHING, V
OL. 16, 1993, pp. 89-93 に記述されているように、１
２８×１２８個のエレメントまでのアレイにおいて６２
２ Ｍbits/secもの変調レートに対応可能である。上記
モジュレータ・アレイ３４は第１フーリエ・レンズ３６
の入力平面に位置される。
【００１６】図２に示されているように、ＭＱＷホログ
ラフィ・デバイス３８が上記第１フーリエ・レンズ３６
のスペクトル平面に配置されている。複数個の独立した
チャネルの上記モジュレータ・アレイ３４及びＭＱＷホ
ログラフィ・デバイス３８が、８３０ｎｍの波長を持つ
レーザ・ダイオードのような持続波（ｃｗ）レーザ４２
からの光ビーム４０によって照射されて上記モジュレー
タ・アレイ３４のパターンが読み出される。上記モジュ
レータ・アレイ３４は伝送モジュレータとして図示され
ている。同様に、ＦＥＴ-ＳＥＥＤアレイのような反射
モジュレータを使用することも可能である。
【００１７】図３に示されるように、上記モジュレータ
・アレイ３４内のデータ・ピクセル・パターン４４の各
ピクセルは、基準ピクセルとして保存されている上記モ
ジュレータ・アレイ３４上の１個の基準ピクセル４６を
除いて、多重化されるべき各個別のチャネルからのデー
タを包含しており、変調されない。基準ピクセル４６か
らのビームとデータ・ピクセル・パターン４４との間に
形成される干渉縞パターンがＭＱＷホログラフィ・デバ
イス３８に書き込まれ、このＭＱＷホログラフィ・デバ
イス３８ではその干渉縞パターンが上記モジュレータ・
アレイ３４の個々のチャネルのビット・レートと等しい
速度で動的に書き込み及び消去が為される。
【００１８】図２において、光パルス４８は、Ｔｉ-サ
ファイア、Ｃｒ-ＬｉＳＡＦ或いはＣｒ-ＬｉＣａＦで構
成することできるモード同期レーザで構成することがで
きるレーザ（図示せず）によって供される。具体的な実
施例において、もしＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸モ
ジュレータが使用されるか或いは１．５μｍで動作する
エルビウム・ドープ光ファイバ・レーザが使用される場
合には、約８５０ｎｍの動作波長が使用され、上記モジ
ュレータ・アレイ３４のチャネルのビット・レートと同
期される。この例では、上記エルビウム・ドープ光ファ
イバ・レーザのデューテイ・サイクルはそのビット・レ
ートのＮ倍分の１未満である。なお、Ｎは上記モジュレ
ータ・アレイ３４の並列チャネルの数である。更に、半
導体固体レーザ或いは光ファイバ・レーザを使用するこ
とも可能である。
【００１９】光パルス４８は、６００本／ｍｍのライン
密度を有し、スペクトル平面にＭＱＷホログラフィ・デ
バイス３８を有する第１フーリエ・レンズ３６の入力平
面に配置されている第１反射性回折格子５０へ向けて照
射される。
【００２０】回折光パルス５２はビーム・スプリッタ５
４を透過し、上記モジュレータ・アレイ３４から照射さ
れてビーム・スプリッタ５４で反射された第１出力信号
５６と一緒に伝播する。
【００２１】回折光パルス５２がＭＱＷホログラフィ・
デバイス３８に記録されている縞パターンにより回折さ
れ、回折信号５８となる。この回折信号５８は続いて第
２フーリエ・レンズ６０及びこの第２フーリエ・レンズ
６０の出力平面に位置する第２回折格子６２によってフ
ーリエ変換され、直列再結合信号６４が得られる。この
直列再結合信号６４は続いて多重化データとして結像レ
ンズ６８を介して単一光ファイバ６６へ入射する。な
お、第１フーリエ・レンズ３６からの非回折ビーム５９
は棄却される。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、次の効
果、即ち、ギガビットの秒速（Gbit/sec）乃至テラビッ
トの秒速（Tbit/sec）の超高速データ・パルスに対する
低コストの光通信の符号化、復号、多重化解除及び多重
化を容易にする効果が得られ、且つ、ビット或いはパケ
ット・直列並列変換及び再多重化によって達成すること
ができるデータ・レート変換により、更に本システムの
動作可能周波数帯域が拡張される効果が得られる。
【００２３】ここに開示された超高速の直列並列変換及
び並列直列変換装置及び方法は特に上記好適な実施例に
関連して図示され且つ叙述されているが、本発明の範囲
及び精神を逸脱することなくその形態及び細部を種々変
形することが可能であることは言うまでもない。従っ
て、ここに示唆されている変形例及びその他の変形例も
また本発明の範囲に包含されるものと考えられるべきで
ある。
【００２４】なお、特許請求の範囲に記載した参照符号
は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求
の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による時間相で多重化された光パルス
直列並列変換装置を示す図である。
【図２】 本発明によるその光パルス並列直列変換装置
及びデータ多重化方法を示す図である。
【図３】 入力並列データ・パターンを示す図である。
【符号の説明】
１０ 多重化パケット信号 １２ 多量子井戸（ＭＱＷ）材料 １４ 参照パルス １５ 回折光ビーム １６ 回折格子 １７ 回折光ビーム １８ ビーム・スプリッタ ２０ フーリエ・レンズ ２２ Ｎビット出力光ビット・パターン ２３ 出力平面 ２４ 持続波光ビーム ２６ 回折光ビーム ２７ レンズ ２８ 反射光ビーム ３０ マイクロレンズ・アレイ ３２ 結束光ファイバ ３４ ＦＥＴ-ＳＥＥＤ電界吸収光モジュレータ・アレ
イ ３６ 第１フーリエ・レンズ ３８ ＭＱＷホログラフィ・デバイス ４０ 光ビーム ４２ 持続波（ｃｗ）レーザ ４４ データ・ピクセル・パターン ４６ 基準ピクセル ４８ 光パルス ５０ 第１反射性回折格子 ５２ 回折光パルス ５４ ビーム・スプリッタ ５６ 第１出力信号 ５８ 回折信号 ５９ 非回折ビーム ６０ 第２フーリエ・レンズ ６２ 第２回折格子 ６４ 直列再結合信号 ６６ 単一光ファイバ ６８ 結像レンズ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ビット・パターンを直列フォーマット
    から並列フォーマットへ変換する方法において、 （Ａ）光信号をホログラフィ的に蓄積するための光記録
    媒体（１２）を設けるステップと、 （Ｂ）回折格子（１６）を使用して第１光信号（１０）
    を直列フォーマットに回折するステップと、 （Ｃ）回折された前記光信号（１５）をフーリエ変換ス
    ペクトル信号に変換するステップと、 （Ｄ）前記フーリエ変換スペクトル信号のホログラムを
    参照パルスのスペクトルとの干渉によってホログラフィ
    蓄積媒体に記録するステップと、 （Ｅ）持続波ビーム（２４）を入力して前記光記録媒体
    （１２）から前記フーリエ変換スペクトルを読み出すス
    テップと、 （Ｆ）記録された前記フーリエ変換スペクトルを並列フ
    ォーマットの出力ビット・パターンに変換するステップ
    とから成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記（Ｃ）のステップに、フーリエ・レ
    ンズ（２０）を使用して回折された前記光信号（１５）
    をフーリエ変換するステップが包含されていることを特
    徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記（Ｆ）のステップに、フーリエ・レ
    ンズ（２０）を使用して記録された前記フーリエ変換ス
    ペクトルを逆フーリエ変換するステップが包含されてい
    ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記（Ａ）のステップに、複数個の蓄積
    光パターンを蓄積するための多量子井戸（ＭＱＷ）デバ
    イス（１２）を設けるステップが包含されていることを
    特徴とする、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 更に前記持続波光ビーム（２４）を生成
    するための持続波レーザ・ダイオードを設けるステップ
    が包含されていることを特徴とする、請求項１に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記（Ｆ）のステップに、 記録された前記フーリエ変換スペクトルを反射器（１
    ８）を使用して反射し、並列フォーマットの光ビット・
    パターン（２２）を生成するステップと、 マイクロレンズ・アレイ（３０）を使用して並列フォー
    マットの前記光ビット・パターン（２２）を受信するス
    テップ、とが包含されていることを特徴とする、請求項
    １に記載の方法。
  7. 【請求項７】 マイクロレンズ・アレイを使用して光ビ
    ット・パターンを直列フォーマットから並列フォーマッ
    トへ変換する装置において、 （Ａ）持続波光ビーム（２４）を光記録媒体（１２）へ
    供する光源と、 （Ｂ）直列フォーマットの第１入力光信号（１０）を回
    折するための回折格子（１６）と、 （Ｃ）回折された第１光信号（１０）を第１波長スペク
    トルに変換し、且つ、第２光信号を第２光信号（２６）
    へ変換するためのフーリエ・レンズ（２０）と、 （Ｄ）光信号をホログラフィ的に蓄積し、且つ、前記持
    続波光ビーム（２４）に応答して前記第１入力光信号
    （１０）に対応する前記第２光信号を出力する光記録媒
    体（１２）と、を具備することを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 前記光記録媒体（１２）には、複数個の
    蓄積光パターンを蓄積するための多量子井戸（ＭＱＷ）
    デバイスが包含されていることを特徴とする、請求項７
    に記載の装置。
  9. 【請求項９】 光信号を並列フォーマットから直列フォ
    ーマットへ変換する方法において、 （Ａ）並列フォーマットの複数個の光データ信号（５
    ６）を供するステップと、 （Ｂ）前記光データ信号を波長領域パターンに変換する
    ステップと、 （Ｃ）前記波長領域パターンをホログラフィ的に蓄積す
    るための光記録媒体（３８）を設けるステップと、 （Ｄ）前記光データ信号に対応する第２光信号（５８）
    を出力するステップと、 （Ｅ）前記第２光信号を第２光信号に再変換するステッ
    プと、 （Ｆ）回折格子（６２）を使用して前記第２光信号を回
    折し、複数個の直列フォーマットのデータ（６４）を生
    成するステップ、とから成ることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 ビット・パターンを並列フォーマット
    から直列フォーマットへ変換する装置において、 第１ビット・パターンを入力するためのアレイ（３４）
    と、 前記アレイ（３４）へ持続波光ビーム（２４）を供して
    対応する第１光信号（５６）を生成するための光源（４
    ２）と、 前記第１光信号（５６）を反射するためのビーム・スプ
    リッタ（５４）と、 光パルス信号（４８）を回折するための第１回折格子
    （５０）と、 反射された前記第１光信号（５６）を波長スペクトルに
    変換する第１フーリエ・レンズ（３６）と、 光信号をホログラフィ的に蓄積し、且つ、前記波長スペ
    クトルに応答して入力された前記第１光信号（５６）に
    対応する第２光信号（５８）を出力する光記録媒体（３
    ８）と、 前記第２光信号（５８）を第２光信号に変換するための
    第２フーリエ・レンズ（６０）と、 前記第２光信号を回折し、直列フォーマットのビット・
    パターン（６４）を生成するための第２回折格子（６
    ２）とを具備することを特徴とする装置。
JP7318541A 1994-11-14 1995-11-14 光データの並列直列変換及び直列並列変換方法及び装置 Pending JPH08227262A (ja)

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