JPH09503370A

JPH09503370A - 光信号再生ユニット及び斯種のユニットを備えている伝送システム

Info

Publication number: JPH09503370A
Application number: JP8505615A
Authority: JP
Inventors: クンテオドラスフベルタスフランシスカスリーデンバウム; ジョンジェームスエリスリード
Original assignee: フィリップスエレクトロニクスネムローゼフェンノートシャップ
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-03-31
Also published as: DE69530471T2; CA2172736A1; US5532863A; EP0721710B1; EP0721710A1; WO1996003817A2; WO1996003817A3; DE69530471D1

Abstract

(57)【要約】本発明は光信号再生ユニット（９）と、少なくとも１個の斯種ユニット（９）を備えている受信機（５）と、光伝送システム（１）とに関する。ユニット（９）は、変調周期がＴで、波長がλ_dの、再生すべき光信号パルス列(Ｓ₁)を受信するための入力端子と、再生信号パルス列(Ｓ₂)を供給する出力端子とを有している。ユニット（９）はパルス周期がＴのパルス列を供給するパルスレーザ（１１）を備えている。再生すべき信号パルス列(Ｓ₁)のパルスは、Ｅ（Ｐ_m）＞Ｅ（ＬＰ_i）の関係が成立する瞬時にパルスレーザ（１１）に導入することができる。Ｅ（Ｐ_m）はパルスレーザ（１１）に導入する信号パルス列(Ｓ₁)のパルスの当該瞬時におけるエネルギーであり、Ｅ（ＬＰ_i）は当該瞬時にパルスレーザ（１１）にて形成されるパルスの放射エネルギーである。

Description

【発明の詳細な説明】光信号再生ユニット及び斯種のユニットを備えている伝送システム本発明は、変調周期がＴで、波長がλ_dの、再生すべき光信号パルス列を受信するための入力端子と、再生信号パルス列を供給する出力端子とを有し、パルス周期がＴのパルス列を供給するパルスレーザを備えている光信号再生ユニットに関するものである。情報を長距離伝送する光伝送システムには、ディジタル電気信号を光パルスに変換するためにレーザを備えた光送信機が用いられる。レーザからの放射は、伝送すべき信号に従って変調される。このようにして形成される一連の光パルスは光伝送媒体例えば光ファイバを介して光受信機に伝送することができ、光受信機ではこれらの光パルスをディジタルの電気信号に変換する。このような光伝送システムがめざす目的は伝送距離を長くすることにある。しかし、これは多数の要因によって妨げられる。第１の要因は、伝送媒体内を伝搬する光パルスの幅が、伝送媒体の長さが長くなるにつれて大きくなるということにある。このパルス幅の拡大は、伝送媒体中での遅延時間が、波長の異なる放射に対して相違することに起因している。この現象は分散と称される。光送信機によって伝送されるパルスは一般に種々の波長成分を含んでおり、これらは分散現象のために異なる瞬時に受信機に到達する。長距離伝送の実現を妨げている他の要因は、パルス周期に対してパルス位置が正確に定まらなくなることにある。この現象はタイムジッターと称される。この現象は伝送媒体の不安定性が時間軸に沿う信号パルスの位置に変動を来すことに起因している。一方、クロック信号、換言するに、到達する信号パルスを受信機にて検出する反復時間は一定である。実際上、クロック信号は信号パルス列の多数のパルス周期の平均値として決定される。伝送ラインの不安定性に起因する信号パルスの時間的ばらつきにより、関連する信号パルスとクロック信号のパルスとが一致しなくなり、受信機に誤った情報を持たらすことになる。第３の要因は可変減衰にある。伝送媒体中での妨害のために、信号パルス列のパルス振幅が変動することになる。上述したような要因が伝送距離に及ぼす有害な影響を低減させるために、伝送媒体の多数個所に信号パルス再生用の光学ユニットを設けることができる。受信機そのものにも斯種のユニットを設けて、到達した信号パルスが検出チャネルに伝送される前に、これらのパルスを再生するようにすることができる。冒頭にて述べたタイプの信号パルス再生用の光学ユニットは、例えばM．Jinno 及びM．Abeによる論文「“All-optical regenerator based on non-linear fibe r Sagnac interferomter”，Electronics Letters,１９９２年、７月、Vol.２８，no．１４，pp．１３５０−１３５２」から既知である。この論文に記載されているユニットは既知のＮＯＬＭ（非線形光学ループミラー）形態の光学スイッチを備えている。クロック信号はこのスイッチの入力端子に供給されて、５０：５０のカプラーにより２つのほぼ等しいサブ信号に分けられる。２つのサブ信号は光学スイッチのリングを逆方向に進行する。信号パルス列は制御パルス列としてリングそのものの中に結合される。スイッチは、信号パルス列のパルス、即ちディジタル信号の“１”が、この信号パルス列の方向に伝搬しているクロック信号の部分と一緒にリング内を進行する際には常に開放する。この期間中には、互いに逆方向に伝搬する２つのクロック信号部分間に、スイッチの出力端子に積極的な干渉をまねくような位相差がある。従って、スイッチの出力端子に形成されるパルスはクロック信号のパルスの強度及び波長を有する。従来のユニットの欠点は、信号パルスを光学スイッチのリング内に導入する前にこれらの信号パルスをかなり増幅する必要があり、しかもリングの光ファイバの長さをかなり長くして、十分なスイッチング能力を達成するように、即ち逆方向に伝搬するクロック信号の２つのサブ信号間の位相差を十分大きくする必要がある。実際上、逆方向に伝搬する２つのサブ信号間の位相差はΔψ＝２π・ｎ₂ ・Ｌ・Ｉによって与えられ、ここにｎ₂は光ファイバの屈折率の非線形係数であり、Ｌは光ファイバの長さであり、Ｉはリング内を進行する信号パルスの光強度である。上述した欠点は、例えば光学スイッチ用に既知のＳＬＡＬＯＭ（半導体レーザ増幅光学ミラー）を用いる場合には殆ど問題にならなくなる。その理由は、この場合には光ファイバの非直線性の代わりに増幅器の非直線性を用いるからである。しかし、光学スイッチとしてのＮＯＬＭ及びＳＬＡＬＯＭの双方に生じる他の重大な欠点は、再生した際に常に信号パルス列の波長が変化するため、最早伝送システムを単一波長に十分同調できなくなるから、伝送システム全体がかなり複雑となると云うことにある。実際上、再生ユニットによって供給されるパルス列はクロック信号の波長を引き継ぐことになる。これは特に、種々の信号が同一のチャネルに合成され、且つ受信機にて波長の多重解離を行なう多重伝送システムには不所望なことである。本発明の目的は、信号パルス列に及ぼすタイムジッターや、分散及び可変減衰による影響を大いに除去し、且つ他の原理に基いて信号パルスを再生する光学ユニットを提供することにある。さらに、信号パルス列のパルスのピークパワーを比較的十分低くし、且つ光学ユニットを比較的コンパクトにする。さらに、光学ユニットを、伝送すべき元の信号パルス列の波長が信号経路全体にわたり維持されるように作製する。従って、本発明による光信号再生ユニットは、再生すべき信号パルス列のパルスを、Ｅ（Ｐ_m）＞Ｅ（ＬＰ_i）の関係が成立する瞬時にパルスレーザに導入し得るようにし、ここに、Ｅ（Ｐ_m）はパルスレーザに導入する信号パルス列のパルスの当該瞬時におけるエネルギーとし、Ｅ（ＬＰ_i）は当該瞬時にパルスレーザにて形成されるパルスの放射エネルギーとすることを特徴とする。伝送媒体の少なくとも一部分を経て伝送される波長がλ_dの信号パルス列は信号再生ユニットの入力端子に供給する。このユニットは、前記信号パルス列の変調周期に等しいパルス周期Ｔを有し、且つこれに同期するパルスレーザを具えている。信号パルス列の放射は、パルスレーザにてパルスを形成する時間間隔にて、換言するに、上述した関係が当てはまる瞬時にパルスレーザに導入させて、パルスレーザが関連する瞬時に導入されるパルスの波長に等しい波長（λ_d）を有する光パルスを供給するようにする。実際上、レーザがその能動媒体に達するレーザ放射に敏感であることは周知である。レーザの特性は主として、光パルスを形成する時間間隔内の事象によって決定される。そのような時間間隔内に十分多数の光子を導入することにより、これらの外部光子がレーザの特性を決定する。従って、レーザはこのようにして制御することができる。光子の導入はレーザの前面又は裏面ミラーにて行なうことができる。信号パルス列は再生後にさらに伝送媒体を経て通過させるか、又は受信機における１つ以上の検出チャネルに分配することができる。本発明によるユニットの好適例では、パルスレーザは、モードが再生すべき信号パルス列の波長に応じて適合するファブリペロー共振空胴を有するダイオードレーザとする。ユニットのパルスレーザとして、モードが再生すべき信号パルス列の波長に応じて適合するファブリペロー共振空胴を有するダイオードレーザを選定することにより、パルスレーザへの信号パルス列の結合が最適となる。信号パルス列のパルスを導入させるユニットの入力端子は、例えばダイオードレーザのファセットとすることができる。本発明によるユニットの他の例は、前記ユニットが、信号パルス列のパルス導入後にパルスレーザによって伝送される放射の光路内に配置される波長弁別器も備え、該波長弁別器が波長λ_dの放射だけを通すようにしたことを特徴とする。パルスレーザからの放射は信号パルス列のパルス導入後に波長弁別器を通過させて、伝送すべきディジタル信号のディジタルの“０”とディジタルの“１”とをはっきり区別するのが好適である。実際にはλ_dとは異なる波長の光も伝送媒体を通過する。波長弁別器を調整するのに２つの異なる方法がある。その第１の方法は、波長がλ_dの光だけを通し、他の波長の光は全て阻止する方法である。この場合には、元の信号パルス列のパターンが直接引き継がれる。本発明によるユニットのさらに他の例では、前記ユニットが、パルスの導入後にパルスレーザによって伝送される放射の光路内に配置される波長弁別器も備え、該波長弁別器が波長λ_dの放射だけを阻止するようにしたことを特徴とする。この場合には、波長がλ_dの光を阻止し、他の全ての光を通すようにする。この方法では、元の信号パルス列のパルスパターンとは相補的なパルスパターンが波長弁別器の出力端子に発生する。しかし、この後者の方法では、弁別器の選択波長、即ち弁別器が通す光の波長がパルスレーザの元の波長に等しく、弁別器及びパルスレーザを互いに比較的接近して位置させるから、弁別器の波長に同調させるのが簡単であると云う利点がある。本発明によるユニットを伝送媒体の中間ステーションとして用いる場合には、第１の方法が好適であり、これは信号パルス列の波長を伝送媒体全体にわたり同じ波長に維持するのが望ましいからである。本発明によるユニットを受信機に用いる場合には、第２の方法を適用するのが好適であり、これはこの場合には波長弁別器の調整が簡単となるからである。本発明は光伝送システムに使用するのに好適な受信機にも関するものである。この受信機は、前述したような信号パルスを再生する光学ユニットを備えていることを特徴とする。再生後の弁別は波長に基いて行なうから、この場合にはユニットに波長弁別器を設けて、検出誤りが最少となるようにする。本発明は送信機及び受信機を具えている光伝送システムにも関するものであり、この光伝送システムは前述したような信号パルスを再生する少なくとも１個の光学ユニットを送信機と受信機との間に配置したことを特徴とする。伝送媒体に信号パルスを再生する１個以上の光学ユニットを設けることによって伝送距離を著しく長くすることができる。送信機及び受信機と、これらの間に配置される伝送媒体とを備えている光伝送システムの他の例は、少なくとも受信機に前述したような光学的信号再生ユニットを設けたことを特徴とする。受信機に到達した信号パルス列は、検出する前に、伝送中に生じた分散、タイムジッター及び可変減衰の影響をかなり減らすように先ず再生する必要がある。図面の簡単な説明図１は光信号再生ユニットを設けた従来の伝送システムの一例を線図的に示したものであり、図２ａ及び図２ｂは本発明による光信号再生ユニットの２つの実施例を線図的に示したものである。図１に示した伝送システム１は光送信機３及び光受信機５を備えている。送信機３と受信機５との間には伝送媒体７が配置されている。伝送すべきディジタル電気信号Ｓ_e,tは光送信機３に供給される。この信号は送信機３にて光パルスＳ_o _,t に変換される。送信機３の出力端子は伝送媒体７、例えば光ファイバの入力端子に接続され、この光ファイバの出力端子は受信機５の入力端子に接続される。伝送媒体７を経て伝送された後に光パルスは受信機３にてディジタル電気信号Ｓ_e,r に再変換され、この電気信号は受信機５の出力端子に得られる。光伝送システムがめざす目的は、特に伝送距離を長くすることにある。しかし、一般に送信機３によって伝送すべき光パルスパターンのパルスは種々の波長成分を有する放射を含んでいる。伝送媒体は一般に分散性であり、即ち伝送媒体７での各波長に対する遅延時間が異なるため、パルスの種々の波長成分が異なる瞬時に受信機５に到達することになる。従って一般にパルスの拡大化が生じ、これは伝送媒体の長さが長くなるにつれて増大する。長い伝送距離を実現するのを妨げている他の現象は、パルス周期に対してパルス位置が正確に定まらなくなることにある。この現象はタイムジッターと称される。これは伝送媒体の不安定性が時間軸に沿う信号パルスの位置に変動を来たすことに起因している。一方、クロック信号、換言すれに、到達する信号パルスを受信機にて検出する反復時間は一定である。実際上、クロック信号は信号パルス列の多数のパルス周期の平均値として決定される。伝送ラインの不安定性に起因する、時間に対する信号パルスのばらつきのために、関連する信号パルスとクロック信号のパルスとが一致しなくなり、受信機に誤った情報を持たらすことになる。さらに、データ信号は伝送中に伝送媒体の不安定性により可変的に減衰するため、信号パルス列のパルス振幅に変動が生じる。分散、タイムジッター及び可変減衰のために伝送媒体を経て伝送される信号パルス列が劣化するのを抑えるために、伝送媒体には少なくとも１個の信号再生ユニット９を設けることができる。図１の光伝送システム１には僅か１個のユニット９を示してあるだけである。実際には伝送媒体７に複数のユニット９を互いに等距離離間して配置する。パルスレーザ１１は利得切換えダイオードレーザとするのが好適である。斯種のレーザでは電流パルスをダイオードレーザに供給して、このレーザにより光パルスを伝送する。本発明は新規の光信号再生ユニットを提供する。図２ａはこのユニットを図式的に示している。ユニット９はパルスレーザ１１を具えており、これには縮退光信号パルス列Ｓ₁が例えば前面ミラー１３に入射される。パルスレーザ１１のパルス周期Ｔは信号パルス列Ｓ₁の変調周期に等しくし、これら２つの信号を既知の方法にて互いに同期させる。再生すべき信号パルス列Ｓ₁の波長はλ_dとする。パルスをパルスレーザにて形成する瞬時に、Ｅ（Ｐ_m）＞Ｅ（ＬＰ_i）の関係が成立する場合に、信号パルス例Ｓ₁の１つのパルスをパルスレーザ１１に入れることによりパルスレーザに次のパルスを波長λ_dで供給させるようにする。なお、Ｅ（Ｐ_m）は当該瞬時にパルスレーザ１１に導入する信号パルス列Ｓ₁の１つのパルスの放射エネルギーであり、Ｅ（ＬＰ_i）は当該瞬時にパルスレーザ１１にて形成される放射エネルギーである。パルスレーザ１１の原スペクトル、一般に多モードスペクトルは単一モードスペクトルに変換され、この波長は、信号パルス列Ｓ₁のパルスとパルスレーザ１１からのパルスとの間の相対的なタイミングが上述したような関係を満足するようなものであれば、導入される放射の波長に等しくなる。従って、パルスレーザ１１は伝送すべきデータ信号におけるディジタルの“１”を表す光パルスの波長だけを変換する。パルスレーザ１１にてパルスを発生させる前の時間間隔（この時間間隔内にて信号パルス列のパルスを導入させる）は約１００psecである。パルスレーザからのパルスの強度及びパルス形状は信号パルス列の導入によっては変化しない。しかし、波長は信号パルス列の波長を引き継ぐ。従ってパルス導入後のパルスレーザ１１の放射は、波長λ_dの再生信号パルス列Ｓ₂を含み、これはパルスダイオードレーザ１１からのパルスの強度及び形状を有する。この信号パルス列Ｓ₂は裏面ミラー１９にて取出してから、伝送媒体７によりさらに伝送することができる。ユニット９にはさらに、種々の波長の放射と、パルスレーザ１１によって供給される波長がλ_dの放射とを区別するための波長弁別器１５を設けることができる。上述したような光信号再生ユニット９は、パルス形状の劣化が誤った検出をまねかないようにするために、到達した信号パルス列を１個以上の検出チャネルに伝送する前にこの信号パルス列を再生するための受信機にて有利に用いることもできる。この場合にはユニット９にさらに波長弁別器１５を設けて、パルス導入後にパルスレーザ１１の再生パルス列Ｓ₂にて表されるディジタルの“０”とディジタルの“１”とをはっきり区別するようにすべきであり、これはこの場合の検出が波長に基いて行なわれるからである。波長λ_dの放射は２つの異なる方法で区別することができる。第１の方法は、弁別器の選択波長、即ち弁別器が通す波長が伝送すべき信号パルス列の波長（λ_d ）に等しくなるようにする。この場合には、波長がλ_dで、再生前の元の信号パルス列のパルスパターンに等しいパルスパターンを有する信号パルス列が弁別器の出力端子に発生する。この方法は、ユニット９を伝送媒体にて用いる場合に好適であり、これは伝送すべき信号パルスに対して伝送媒体全体にわたり波長を同じに維持するのが望ましいからである。第２の方法は弁別器の選択波長をパルスレーザの本来の波長に等しくすることである。この場合には、波長がλ_dの放射が阻止されて、元の信号パルス列に対して相補的な信号パルス列が弁別器の出力端子に発生する。この第２の方法の利点は、弁別器及びパルスレーザが互いに接近しており、又元の信号パルス列の波長λ_dが送信機のレーザによって決定されるために、弁別器をその選択波長に容易に同調させることができるということにある。この方法は本発明によるユニットを受信機に用いる場合に好適である。図２ｂは本発明による光信号再生ユニット９の他の例を示す。この場合には、パルス導入後のパルスレーザからの放射を、このパルスレーザ１１の前面ミラー１３から出射させる。パルスレーザ１１は、モードが再生すべき信号パルス列の波長に応じて適合するファブリペロー共振空胴を有するダイオードレーザとするのが好適である。この場合には放射がパルスレーザ１１に最適に結合される。

Claims

【特許請求の範囲】１．変調周期がＴで、波長がλ_dの、再生すべき光信号パルス列を受信するための入力端子と、再生信号パルス列を供給する出力端子とを有し、パルス周期がＴのパルス列を供給するパルスレーザを備えている光信号再生ユニットにおいて、再生すべき信号パルス列のパルスを、Ｅ（Ｐ_m）＞Ｅ（ＬＰ_i）の関係が成立する瞬時にパルスレーザに導入し得るようにし、ここに、Ｅ（Ｐ_m）はパルスレーザに導入する信号パルス列のパルスの当該瞬時におけるエネルギーとし、Ｅ（ＬＰ_i ）は当該瞬時にパルスレーザにて形成されるパルスの放射エネルギーとすることを特徴とする光信号再生ユニット。２．前記パルスレーザを、モードが再生すべき信号パルス列の波長に応じて適合するファブリペロー共振空胴を有しているダイオードレーザとすることを特徴とする請求の範囲１に記載の光信号再生ユニット。３．前記ユニットが、信号パルス列のパルス導入後にパルスレーザによって伝送される放射の光路内に配置される波長弁別器も備え、該波長弁別器が波長λ_dの放射だけを通すようにしたことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の光信号再生ユニット。４．前記ユニットが、パルスの導入後にパルスレーザによって伝送される放射の光路内に配置される波長弁別器も備え、該波長弁別器が波長λ_dの放射だけを阻止するようにしたことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の光信号再生ユニット。５．光伝送システムに使用するのに好適な受信機において、当該受信機に請求の範囲１，２，３又は４のいずれか一項に記載のユニットを設けたことを特徴とする受信機。６．送信機及び受信機と、これら２つの間に配置した伝送媒体とを備えている光伝送システムにおいて、前記送信機と受信機との間に請求の範囲１，２，３又は４のいずれか一項に記載の少なくとも１個の光信号再生ユニットを配置したことを特徴とする光伝送システム。７．送信機及び受信機と、これら２つの間に配置した伝送媒体とを備えている光伝送システムにおいて、少なくとも受信機に請求の範囲１，２，３又は４のいずれか一項に記載の光信号再生ユニットを設けたことを特徴とする光伝送システム。