JPH09502848A - 信号パルス発生ユニット、そのようなユニットを具えた送信機、及びそのような送信機を具えた多重送信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、信号パルス発生ユニット（10）に関するものである。このユニット（10）は、パルス周期Ｔと波長λ₁ とを有するパルス列を供給するための第１のパルスレーザ（９）、及び第２のレーザ（11）を具える変調ユニット（13）を具えている。前記の第２レーザは、λ₁ と異なる波長バンドを有し、且つ輸送されるべきデータ信号に従って変調周期Ｔで変調され得る。前記第２のレーザ（11）からの放射線は、Ｅ（Ｐｍ）が関連する瞬間に第１のレーザ内へ注入される第２のレーザの放射線エネルギーであり、Ｅ（ＬＰｉ）が関連する瞬間に第１のレーザ（９）内に形成される放射線エネルギーである場合に、レーザがＥ（Ｐｍ）＞Ｅ（ＬＰｉ）であることを保持する瞬間に、第２のレーザ（11）からの放射線が第１のレーザ（９）内へ注入され得る。更にその上、このユニット（10）は注入の後に第１のレーザ（９）により放射された放射線から波長λ₁ のパルスを選択する波長弁別器（17）を具えている。

Description

【発明の詳細な説明】 信号パルス発生ユニット、そのようなユニットを具えた送信機、 及びそのような送信機を具えた多重送信システム 本発明は、パルス周期Ｔと波長λ₁ を有するパルス列を供給するための第１の パルスレーザと、データ信号に従ってレーザを変調するための変調ユニットとを 具えている、信号パルス発生ユニットに関するものである。 本発明は、多重送信システム及びそのようなシステムに用いるのに適した送信 機にも関係している。 遠距離にわたる情報輸送のための光学送信システムは、レーザを設けられた光 学送信機がディジタル電気信号を光学パルスへ変換するために用いられる。レー ザ放射線は送信されるべき信号に従って変調される。この方法では光学パルスの 列が形成されて、そのパルス列が光学繊維を通って光学受信機へ輸送され得て、 その光学受信機内でパルス列がディジタル電気信号へ変換される。 そのような送信システムに対するねらいは、特により大きい送信距離である。 しかしながら、光学繊維内で送信されたパルスが減衰によって弱められる。一般 に、光学繊維の長さが増大するとともに伝播するパルスの幅が増大する。このパ ルス拡大は、光学繊維内の伝播時間が異なる波長の放射線に対して異なると言う 事実の結果である。この現象は分散と呼ばれる。光学送信機により送信されるパ ルスは一般に、分散によって、異なる瞬時に受信機に到達する異なる波長の成分 を具えている。 パルス拡大と減衰との有害な影響を低減する一つの方法は、信号輸送パルスと してソリトンを用いることである。そのような放射線パルスは、光学繊維内の非 線形効果によってパルス短縮が起こるような時間に対する放射線分布と出力とを 有する。光学パルスの出力が所定の区間内の値をとる場合には、パルス拡大とパ ルス短縮との効果が互いに相殺することが可能である。 ソリトンを発生することの一つの可能性は、ダイオードレーザの利得切換と呼 ばれる。この方法においては短い電流パルスがダイオードレーザヘ印加され、そ のダイオードレーザが今度は、例えば30〜40psecの程度の比較的短いパルス長さ を有する短い光学パルスを送信する。かくして得られた光学パルスが所定の長さ と正常な分散とを有する光学繊維を通過することにより、そのパルスのパルス長 さが15〜20psecに低減され得る。これらのパルスは光学繊維を通るソリトンとし て伝播されるのに適している。そのようなパルス列が送信されるべき信号により 変調されねばならぬ場合には、次の問題が生じる。前記の短い光学パルスを得る ために、レーザを通る電流の変調が、各光学パルスがレーザの緩和振動のみによ り発生されるような方法で制御さねばならない。このレーザ振動は、レーザ媒体 内の電荷キャリア密度と光子密度とにより決定される。レーザへのデータ信号の 供給は、異なる電流パターンがレーザへ印加されることを意味する。これらの電 流パターンがレーザ媒体内に異なる電荷キャリア密度を生じるので、光学パルス の形状は変化し始める。利得切換により得られたソリトンがデータにより変調さ れねばならぬ場合に、パルス形状のみならずパルス形成の瞬間にも大きい変動が あることが見出された。ジッターが生じるのでパルス位置はパルス周期に対して 鋭く定義され得ない。 ソリトンを発生することのもう一つの可能性は、モード引き込み同期と呼ばれ る。この方法においては反射防止膜を有するダイオードレーザが外部共振空洞の 出口面の一つの上に置かれる。続いて、レーザを通る電流が、外部共振空洞の循 環時間に適した繰り返し周波数又はこの周波数の高次の高調波に適した繰り返し 周波数で変調される。この時レーザはフィードバックされた放射線により制御さ れ、放射線が数回循環された後に、そのレーザが長さとスペクトル幅がフーリエ 制限された短いパルスを供給する。送信されるべきデータパルス列は、例えば共 振空洞の外側に配置された外部変調器の助けによりモード引き込み同期を介して 得られたパルス列を変調することにより得ることができ、例えば、 OFC'94 技術 要約書第74〜45頁の、P.B．Hansen 他による論文、“Monollthic semlconductor soliton transmitter”に記載されているように、送信されるべきデータ信号に より制御され得る。 外部変調器の欠点は、それが特別の光学損失を生じること及びディジタル「１ 」 とディジタル「０」との間の充分な区別が所望の高いスイッチング速度での光学 信号に得ることができないことである。 その時、ソリトンを形成するのに適したパルスを発生する過程が妨害されるの で、モード引き込み同期より得られ且つソリトンとして伝播し得るパルスのデー タ信号による直接変調、すなわち、レーザによる電流のデータ信号による変調も 不可能である。実際には、この過程は外部共振空洞において連続なフィードバッ クを必要とする。レーザを通る電流が電気データ信号と一致して中断される時は いつでも、この連続なフィードバックはもはや実現されない。この理由のために 送信されるべきデータ信号がダイオードレーザのパルス列へ印加される変調器の 反復時間が変調の目的のために共振空洞の長さに適合されねばならない。これが そのようなユニットの製造における相当な厳しい公差に帰着する。 信号パルス列の光学パルス当たりの平均電荷キャリア密度がほぼ一定であるソ リトンとして伝播し得る信号パルスを発生するためのユニットを提供することが 本発明の目的である。更にその上、そのようなユニットでは、変調による損失が 大幅に低減され且つ信号の存在と不在との間の識別が大幅に強められる。 本発明によるユニットはそれ故に、変調ユニットが、波長λ₁ と異なり、且つ パルス周期Ｔと等しい変調周期で輸送されるべきデータ信号に従って変調され得 る波長バンドを有して、Ｅ（Ｐｍ）が関連する瞬時に第１レーザ内に注入される 第２レーザの放射線エネルギーであり、Ｅ（ＬＰｉ）が関連する瞬時に第１レー ザ内に生成される放射線エネルギーである場合に、第１レーザがＥ（Ｐｍ）＞Ｅ （ＬＰｉ）を維持する瞬時にその放射線が第１レーザ内へ注入され得る第２レー ザを具えること、及び、該ユニットが更に注入の後に第１レーザにより送信され た放射線から波長λ₁ を選択するための波長弁別器を具えることを特徴としてい る。 第１レーザは、それがパルス周期Ｔを有するパルス列を供給するような方法で 信号波長として機能する波長λ₁ での所定のクロック周波数で駆動される。輸送 されるべきデータ信号が第２レーザヘ印加される。このレーザは、例えば、輸送 されるべきるデータ信号に従って電流により又は放射線の注入により変調される DFBレーザ又は多モードレーザであってもよい。かくして形成されたパルス列の パルスは、パルスがこのレーザにおいて生成される期間に、言い換えれば上述の 関係が維持する期間に第１レーザ内へ注入されるので、第１レーザは注入された パルスの波長と等しい波長でこれらの期間内に光学パルスを発生することを強制 される。 実際には、レーザはレーザの活性媒体へ到達するレーザ放射線に敏感であるこ とは一般的に知られている。放射線の量に依存して、これがライン幅の増加、高 い雑音又はモードホップ及び従って出力スペクトルの変動のような、望まれない 影響を生じ得る。レーザの動作は光学パルスが生成される期間における出来事に よりおもに決定される。この期間に充分多数の光子を注入することにより、これ らの特別の光子がそのレーレの動作を決定するだろう。レーザがこの方法で制御 されてもよい。注入はレーザの前部鏡においてと後部鏡においての双方で行われ てもよい。 更にその上、このユニットは波長λ₁ における放射線を選択する波長弁別器を 具えている。 選択は波長λ₁ のパルスが通されることを意味すると理解されてもよい。注入 の後に、波長λ₁ のパルスのみならず異なる波長のパルスも具える第１レーザの 放射線が波長弁別器へ印加され、波長λ₁ のパルスを生成される光学データ信号 がその時弁別器の出力端子に発生される。かくして、注入された信号パルス列の パルスと一致するパルスは、注入の後のパルスレーザにより供給されたパルス列 内には存在しないので、弁別器の出力端子におけるパルスパターンは第２レーザ に存在するデータパルスパターンと相補的になる。 選択はまた、波長λ₁ のパルスが阻止されることを意味すると理解されてもよ い。この場合にはパルスパターンが第２レーザからの信号パルス列のパルスパタ ーンと一致するパルス列が、弁別器の出力端子において作りだされる。 双方の場合において、弁別器により供給されるパルス列はパルス拡大無しに実 質的に輸送されるのに適している。 変調が外部注入により達成されるので、平均電荷キャリア密度はほぼ一定のま まであり、信号パルス列の光学パルスは同じ形状を実質的に有するので、信号の 存在と不在との間の識別、言い換えればλ₁ と異なる波長を有するパルスとλ₁ と等しい波長を有するパルスとの間の識別力は大幅に増加された。 本発明によるユニットの別の実施例は、第１レーザがファブリー-ペロー共振 空洞を有し且つ波長λ₁ で働くダイオードレーザであること、及び第２レーザの 波長がλ₁ と異なり共振空洞に適合するモードヘ調節されることを特徴としてい る。 第１レーザのためにファブリー-ペロー共振空洞を有するレーザを選択するこ とにより、且つ第１レーザの共振空洞に適合しλ₁ と異なるモードヘ第２レーザ の波長を調節することにより、空洞への結合は最良になる。 本発明によるユニットの別の実施例は、第１レーザと第２レーザとが同じ支持 体上に統合されることを特徴としている。 この方法においては、小形のユニットが得られ、二つのレーザが比較的単純で 相互に対して最良な方法で整列され得る。 本発明は更に多重送信システムに使用するための送信機に関係しており、それ の実施例は送信機がλ₁ の波長で放射線を放射する第１レーザを有するこれまで に記載したような複数のユニットを具えていることを特徴としている。 １個以上のユニットを使用することにより、送信システムのデータ送信速度が 使用されるユニットの数と等しい率により増大され得る。 使用されるユニットの第１レーザはなるべく同じ波長で動作するほうがよい。 その場合には、異なるユニットの組み合わされた出力が送信媒体を通って輸送さ れるのに適している。 本発明のこれらの態様が以下に記載される実施例から明らかになり、本発明の その他の態様が以下に記載される実施例を参照して説明されるだろう。 図において、 図１は既知の多重送信システムの具体例を図式的に示しており、 図2a及び2bは本発明による信号パルスを発生するためのユニットの二つの実施 例を図式的に示していて、 図３は本発明による多重送信システムに使用するための１個以上のユニットを 有する送信機の一実施例を図式的に示している。 図１に示した多重送信システム１は、光学送信機３と光学受信機５とを具えて いる。送信媒体７が送信機３と受信機５との間に存在している。送信されるべき ディジタル電気信号Ｓ_e.t が光学送信機３へ加えられる。この信号が送信機３に おいて光学パルスＳ_o.t へ変換される。送信機３の出力端子は送信媒体７、例え ば光学繊維の入力端子へ接続され、それの出力端子は受信機５の入力端子へ接続 さている。送信媒体を通る光学パルスの輸送の後に、光学パルスが受信機５の出 力端子において利用できるディジタル電気信号Ｓ_e.r へ受信機３において再び変 換される。 この目的のために、既知のシステムにおける送信機３は、例えば電流変調によ って、光学パルスパターンを供給するダイオードレーザを具えており、そのパル スパターンは送信されるべきディジタルデータ信号に一致している。しかしなが ら、一般に送信機３により送信される光学パルスは異なる波長成分を有する放射 線を具えている。送信媒体７内の移動時間は各波長に対して異なるので、異なる 成分は異なる瞬間に受信機５へ到達するだろう。従って、パルス拡大が一般に起 こり、それは送信媒体の増大する長さと共に増大する。既知のように、信号輸送 パルスがソリトンである場合にはパルス拡大が回避され得る。そのような放射線 パルスは、送信媒体内の分散によって起こり得るパルス拡大が、媒体７内のその ような出力において起こりパルス短縮を引き起こす非線形効果により補償される ような時間包絡線及び出力を有する。 本発明は信号パルスがそれにより発生されパルス拡大がその中で大幅に低減さ れるユニットを与えることを提案し、それで信号パルスがなんらの歪み無しに比 較的遠距離にわたって輸送される。 図2aはそのようなユニットの第１実施例を示している。この図に示されたユニ ット10は、パルス周期Ｔと波長λ₁ とで放射線を放射する従属レーザとも呼ばれ る、パルスレーザ９を具えている。このパルス列が変調ユニット13の一部を形成 する、主レーザとも呼ばれる、第２レーザ11を使用することによるデータにより 変調される。このレーザ11は、電流源15によって比較的高いバイアス電流におい て運転される、例えば連続な DFBレーザであってもよい。電流変調を介してこの レーザの放射線がデータ列を与えられるので、このレーザの光学パターンは複数 の「０」と「１」とから成っているとはいえ、「０」レベルの光学出力は零と等 しくない。電流変調を使用する代わりに、例えば繊維継手を介してレーザ11へ結 合されるもう一つのパルスレーザからの放射線の注入によって、レーザ11がデー タを与えられてもよい。この時第２レーザの変調周期は第１レーザのパルス周期 Ｔへ調節される。第２レーザ11のパルス列の各パルスを、パルスが第１レーザ９ に生成される短い期間内に第１レーザ９内へ注入することにより、Ｅ（Ｐｍ）が 第２レーザのパルスの注入されるエネルギーでありＥ（ＬＰｉ）が注入されたパ ルスの到達の瞬間に第１レーザ内に生成される放射線エネルギーであるとき、条 件Ｅ（Ｐｍ）＞Ｅ（ＬＰｉ）が満足されると言う条件で、第１レーザ９に生成さ れるパルスの波長が注入されるパルスの波長と等しいことが達成される。この条 件は、充分に大きいエネルギー内容を有する第２レーザ11のパルスにより満たさ れる。これらはディジタル「１」を表現するパルスである。第２レーザがかくし てλ₁ と異なる所定の波長λ₂ でそのような「１」パルスを送信する場合に、第 １レーザは波長λ₁ の代わりに波長λ₂ を有するパルスを放射するだろう。第２ レーザがパルスを放射しない、言い換えればディジタル信号で「０」の場合に、 第１レーザは波長λ₁ のパルスを発生する。この方法においては、かくして第１ レーザ９は、連続するパルスの波長が第２レーザ11のパルスパターンにより決定 されるパルス周期Ｔを有するパルス列を与える。このパルス列が波長λ₁ におい て放射線を選択する波長弁別器17へ印加された場合に、この弁別器が波長λ₁ を 通過するか阻止するかのいずれかに依存して、主レーザ11のパルスパターンと相 補的が又は一致する変調されたパルスパターンが得られるだろう。実際には、選 択は波長λ₁ のパルスが通されることを意味すると理解されてもよい。注入の後 に、波長λ₁ のパルスのみならず異なる波長のパルスをも具える第１レーザ９の 放射線が波長弁別器17へ印加された場合には、波長λ₁ のパルスの生成される光 学データ信号はその時この弁別器17の出力端子において作り出されるだろう。か くして、注入さた信号パルス列のパルスと一致するパルスは注入の後で第１レー ザ９により供給されるパルス列内には存在しないので、弁別器17の出力端子にお けるパルスパターンは第２レーザ11に存在するデータパルスパターンに対して相 補的になる。 選択は波長λ₁ のパルスが阻止されることを意味すると理解されてもよい。こ の場合には、注入の後に第１レーザ９からの放射線が波長λ₁ と波長λ₂ との双 方のパルスを具える場合に、パルスパターンが第２レーザからの信号パルス列の パルスパターンと一致し且つパルスが波長λ₂ を有する光学データ信号が、弁別 器17の出力端子において作り出される。 かくして作り出された信号パルスは送信媒体内でソリトンヘ変換され得る。そ れらの時間包絡線と光学出力との範囲内で、そのようなパルスは長距離送信に著 しく適している。 弁別器17と変調ユニット13とは図2aに示されたように、従属レーザ９の両側に 存在してもよい。レーザ９と11とは図に示されているように、光学繊維19を介し て一緒に結合されてもよい。二つのレーザ９と11とは代わりに衝合継手（図示せ ず）を介して一緒に結合されてもよい。 弁別器17と変調ユニット13とは代わりに図2bに示されているように、従属レー ザ９の同じ側に存在してもよい。その場合には、主レーザ11の放射線は第１光学 繊維21を介して従属レーザ９へ通される。主レーザ11の放射線の注入の後で従属 レーザ９により放射せれる放射線は、第１繊維21の繊維継手25によって第２繊維 23内へ結合され、続いて弁別器17へ向かって通される。 望まれるなら、レーザ11への回帰からユニット10内に反射される放射線を防止 するように、光学絶縁器24が主レーザ11の後に配設されてもよい。この絶縁器は 任意であるから、それは図では破線によって示されている。 同一の基板上に２個のレーザ９，11及び弁別器17を統合することにより、この ユニットは小形、丈夫且つ安定にされ得る。 原理的には、主レーザ11の放射線は、従属レーザが運転される波長を除いて、 いかなる波長を有してもよい。主レーザ11の放射線を従属レーザ９へ結合するこ とは、しかしながら、その従属レーザ９が、主レーザの波長がその共振空洞に適 合する非活性モードの波長に一致するファブリー-ペロー共振空洞を有するレー ザである場合に最良である。 変調が移送される効率は、従属レーザ９に入射する放射線の分極が放射される 放射線の分極に対して正確に垂直でないことを保証することにより最良化され得 る。これは、例えば適切な配向におけるλ／４板のような、分極回転素子によっ て実現され得る。 １個のユニットを設けられる代わりに、多重送信システムの送信機は代わりに 本発明による複数の並列配置されたユニットを設けられてもよい。その送信機が 一部を形成する送信システムのデータ送信速度は、これにより組み込まれたユニ ットの数と等しい率により増大され得る。 図３は図2aに示された種類の３個のユニット10を具えている送信機３の一実施 例を示している。従属レーザ９，９′，９″により供給されるパルスパターンは 繊維継手31を介して単一の繊維29内に３個の光学繊維18，28，38を介して組み合 わされる。全部の従属レーザ９，９′，９″が同じ波長λ₁ で動作するので、単 一の弁別器17を使用することで充分である。 波長λ₁ が通されるような方法で弁別器17が設置された場合には、主レーザ11 の波長は全部の主レーザ11に対して同じである必要はなくて、全部の主レーザ11 に対してλ₁ と異ならねばならない。これら３個のレーザ９，９′、９″は、別 の光学繊維分枝16を介して、例えば繊維継手31と弁別器17との間に、波長λ₁ を 有する単一モードレーザ20を配設することより、且つ継手が主レーザ11の放射線 の継手より弱い３個の従属レーザ９，９′，９″内へ繊維継手31と光学繊維18， 28，38を介してそのレーザの放射線を注入する（注入ロッキング）ことにより、 同じ波長へもたらされてもよい。その場合には、従属レーザへの主レーザ11の放 射線の結合は、主レーザ11が「１」パルスを放射する場合に従属レーザ内へのレ ーザ20の放射線の結合にまさるだろう。従って、すべてが同じ波長を有し又従っ て送信媒体を通る送信に適している信号パルスの複合パルス列が弁別器17の出力 端子において作り出される。望む場合には、この弁別器は双方向に波長λ₁ の放 射線を通すので、レーザ20は別の光学繊維分枝16の代わりに弁別器17の後に配設 されてもよい。 波長λ₁ が阻止され且つ全部の他の波長が通されるように弁別器が設置された 場合には、主レーザ11からのデータ信号は同じ波長で運ばれねばならない。実際 には、例えば、単一の主レーザ11を用いること及び、各々が従属レーザ９，９′ 又は９″内へ続いて注入され得る３個の異なるデータ信号を発生するように、３ 個の変調器をそこへ結合することにより、これは実現されてもよい。それ故に送 信媒体を通る送信に適している主レーザの波長での信号パルスの複合パルス列は 今や弁別器17の出力端子において作り出される。 これら双方の場合における条件は、組み合わされるべき信号パルス列が、その 列がパルス重複無しに互いに適合するように互いに対して同期化されることであ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｊ 14/02 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．パルス周期Ｔと波長λ₁ を有するパルス列を供給するための第１のパルスレ ーザと、データ信号に従ってレーザを変調するための変調ユニットとを具えてい る、信号パルス発生ユニットにおいて、 変調ユニットが、波長λ₁ と異なり、且つパルス周期Ｔと等しい変調周期で 輸送されるべきデータ信号に従って変調され得る波長バンドを有して、Ｅ（Ｐｍ ）が関連する瞬時に第１レーザ内に注入される第２レーザの放射線エネルギーで あり、Ｅ（ＬＰｉ）が関連する瞬時に第１レーザ内に生成される放射線エネルギ ーである場合に、第１レーザがＥ（Ｐｍ）＞Ｅ（ＬＰｉ）を維持する瞬時にその 放射線が第１レーザ内へ注入され得る第２レーザを具えること、及び、該ユニッ トが更に注入の後に第１レーザにより送信された放射線から波長λ₁ を選択する ための波長弁別器を具えることを特徴とする信号パルス発生ユニット。 ２．請求項１記載の信号パルス発生ユニットにおいて、 第１レーザがファブリー-ペロー共振空洞を有し且つ波長λ₁ で働くダイオ ードレーザであること、及び第２レーザの波長がλ₁ と異なり共振空洞に適合す るモードへ調節されることを特徴とする信号パルス発生ユニット。 ３．請求項１又は２記載の信号パルス発生ユニットにおいて、 第１レーザと第２レーザとが同じ支持体上に統合されるされることを特徴と する信号パルス発生ユニット。 ４．間に送信媒体を有する送信機と受信機とを具えている多重送信システムにお いて、 前記送信機が請求項１，２又は３のいずれか１項記載の信号パルスを発生す るための少なくとも１個のユニットを具えることを特徴とする多重送信システム 。 ５．請求項４記載の多重送信システムにおいて、 送信機が、波長λ₁ で放射線を放射する第１レーザを有する、信号パルスを 発生するための複数のユニットを具えていることを特徴とする多重送信システ ム。