Index modulation has received a lot of interest in the wireless communication field in the last decade, since this technology can enhance the data transmission rate per energy (Eb/N0) in low signal power conditions. This gain originates from the utilization of index activation patterns that can transmit part of the data without consuming additional energy. This inherent characteristic of index modulation can be used to develop a new elastic optical fiber access service that supports energy efficient intermediate data rates in ultra-low signal power conditions. We evaluate the receiver sensitivity of a Time-Domain Single Carrier (8,1,BPSK) Index Modulation optical signal with symbol rate of 2.5 GBaud for the first time. We confirm 3 dB gain in Eb/N0 values and 6 dB margin to maintain optical link connectivity compared to BPSK optical signaling.

This paper studies non-integer power of two-ary quadrature amplitude modulation (QAM) for long-haul optical fiber transmission systems. Numerical simulations show that 12-QAM and 24-QAM provide intermediate solutions on reachable transmission distances among traditional M-QAM such as C8-QAM, 16-QAM, and 32-QAM. In addition, short block length probabilistic shaping of 24-QAM not only provides an intermediate solution with nonlinear tolerance, but also yields greater transmission distances than 16-QAM for the same information data rates.

This article describes the first multi-area multiprotocol label switching and generalized MPLS interoperability trial over a reconfigurable optical add/drop multiplexer and optical cross-connect network. The interoperability trial demonstrated the routing of label switched paths over a multi-area GMPLS controlled ROADM/OXC network and the control of Ethernet over MPLS transport service on top of the GMPLS network. The trial was conducted using various network elements provided by 14 institutions and was carried out in Tokyo and Virginia. This article introduces the motivation for the trial, technical issues related to controlling multiarea MPLS/GMPLS networks, test network topology, and experimental results. The results show that the interior gateway routing protocolbased multi-area routing architecture is a promising solution for the nationwide deployment of GMPLS networks within a carrier domain. In addition, this article discusses the technical issues of routing constraints in ROADM/OXC networks and the limit of multiarea routing without the Path Computation Element Protocol. © 2009 IEEE.

The objective of this paper is to survey the Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) based recovery technology for optical transport networks. This paper introduces standardization activities of the GMPLS based recovery technology in the Internet Engineering Task Force (IETF), and recent progress of related experiments. In addition, this paper extracts requirements for the GMPLS based recovery technology through the evaluation of existing network elements, which can be client nodes of the optical transport networks. The results of field evaluations on the GMPLS based recovery technology are also introduced in this paper. Then, this paper addresses the issues for future deployment of the GMPLS based recovery technology for the optical transport networks.

In this paper the current trends in the optical networking including the physical components, technologies and control architectures are discussed. The possible interaction schemes and implementation models of the automatic communication between applications and network as well as between ASON/GMPLS based network domains are proposed. Finally, the related research activities based on simulation results of control plane dimensioning are illustrated and real test bed experiments on OIF worldwide interoperability demonstration and the ongoing European IST project MUPBED are disseminated.

Generalized Multi-protocol Label Switching (GMPLS) technologies are expected a key technology that creates high-performance Internet backbone networks. There were many GMPLS interoperability trials. However, most of them reported the successful results only. How to set up a trial network and how to test it was generally not discussed. In this paper, as a kind of tutorial, detailed GMPLS field trials in the National Institute of Information and Communications Technology (NICT) Kei-han-na Info-Communication Open Laboratory, Interoperability Working Group (WG) are reported. The interoperability WG is aiming at the leading edge GMPLS protocol based Inter-Carrier Interface that utilizes wide-bandwidth, cost-effective photonic technology to implement IP-centric managed networks. The interoperability WG is a consortium for researching the GMPLS protocol and advancing a de facto standard in this area. Its experimental results, new ideas, and protocols are submitted to standardization bodies such as the International Telecommunications Union-Telecommunication standardization sector (ITU-T), the Internet Engineering Task Force (IETF), and the Optical Internetworking Forum (OIF). This paper introduces the activities of the interoperability WG; they include a nationwide GMPLS field trial using the JGN II network with multi-vendor, multi-switching-capable equipment and a GMPLS multi routing area trial that used a multi-vendor lambda-switching-capable network.

近年のIP系ブロードバンドサービスの拡大によるトラヒックの増大に伴い,波長多重技術,光スイッチング技術,自律制御プロトコル技術を用いた光ネットワークが注目されている.しかし,複数の装置及び複数のレイヤで構成されたネットワークを統合的に管理し,効率的なネットワーク運用をサポートするマルチレイヤネットワーク管理技術についての検討は十分とはいえない.本論文ではGMPLS制御機構を有する光クロスコネクト装置及びコアルータ装置で構成されたMPLS/SDH/OTNマルチレイヤネットワークを対象として,統合管理に向けた課題を明確化するとともに,マルチレイヤパスの管理モデル,パス制御管理方式,故障管理方式,及びSRLGの概念に基づくリスク,コスト優先制御管理方式について提案する.更に,試作による機能確認,GMPLSによる開通方式とネットワーク管理システムによる開通方式との比較評価についても述べる.

At iGrid2005, we conducted a live demonstration where our Grid scheduling system co-allocated computing and network resources with advance reservation through Web services interfaces using the Grid Resource Scheduler (GRS), the Network Resource Management System (NRM), which is capable of GMPLS network resource management, and a GMPLS-based network test-bed, for the first time. The goal of the G-lambda project is to define a standard Web services interface (GNS-WSI) between GRS and NRM that is acceptable for both application service providers and commercial network operators, and which can be used as a tool for realizing new and emerging commercial services. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

In this paper, the authors propose novel nongrooming, optical path cross-connect (OXC), single-layer optical path (OP) networks that can route multigranularity optical paths with reduced optical switch (OSW) size. Since the multigranularity OP's are handled in one OP layer, the configuration and path administration of the OXCs become simple. The authors evaluate the network topology dependency of the network elements, i.e., the required number of OSW ports and fibers in networks consisting of 36 fixed nodes with different network topologies as well as that of a 16-OXC, 25-link NSFNET. The proposed networks require 60% fewer OSW ports, enabling efficient link resource utilization. A 60% reduction in total network cost is also confirmed.

This article presents two dynamic multilayer routing policies implemented in the photonic MPLS router developed by NTT for IP+optical generalized MPLS networks. According to IP traffic requests, wavelength paths called lambda label switched paths are set up and released in a distributed manner based on GMPLS routing and signaling protocols. Both dynamic routing policies first try to allocate a newly requested electrical path to an existing optical path that directly connects the source and destination nodes. If such a path is not available, the two policies employ different procedures. Policy 1 tries to find available existing optical paths with two or more hops that connect the source and destination nodes. Policy 2 tries to establish a new one-hop optical path between source and destination nodes. The performances of the two routing policies are evaluated. Simulation results suggest that policy 2 outperforms policy 1 if p is large, where p is the number of packet-switching-capable ports; the reverse is true only if p is small. We observe that p is the key factor in choosing the most appropriate routing policy. We also describe items that need to be standardized in the IETF to effectively achieve multilayer traffic engineering.

This paper presents two dynamic multi-layer routing policies for optical IP Networks. Both policies first try to allocate a newly requested electrical path to an existing optical path that directly connects the source and destination nodes. If such a path is not available, the two policies employ different procedures. Policy 1, which has been published already, tries to find available existing optical paths with two or more hops that connect the source and destination nodes. Policy 2, which is proposed in this paper, tries to establish a new one-hop optical path between source and destination nodes. The performances of the two routing policies are evaluated. Simulation results suggest that policy 2 outperforms policy I if p is large, where p is the number of packet-switching-capable ports; the reverse is true only if p is small. We observe that p is the key factor in choosing the most appropriate routing policy.

This paper proposes a distributed virtual network topology (VNT) reconfiguration method for Internet protocol over wavelength-division-multiplexing network under dynamic traffic demand. We developed a simple heuristic algorithm for calculating the VNT for distributed control. Generalized multiprotocol, label switching (GMPLS)-based routing protocol has been developed. The VNT is quickly reconfigured by setting up and/or tearing down lightpaths using GMPLS signaling protocol. Traffic demand is measured at the ingress node and advertised by the extended GMPLS routing protocol. Performance of the proposed method is investigated using variable traffic model.

The noise figure (NF) of a phase-sensitive parametric amplifier using a nonlinear Mach-Zehnder interferometer (NMZI) with Kerr media is analyzed for amplitude-modulation signals. In the analysis, the distributed loss of the Kerr media and the excess noise of the pump light are taken into account. As for the distributed loss of the Kerr media, the quantum Langevin equation for the NMZI is derived and solved. The results elucidate a simple degradation factor in the NF representation of the amplifier. This factor implies that the NF can be less than the standard quantum limit (SQL) of 3 dB, even if the total loss of the Kerr media exceeds 3 dB. As for the excess noise of the pump light, the semi-classical small signal analysis is utilized. The results clearly indicate that the signal-to-noise ratio of the pump light must be four times higher than that of the input signal in order to realize a low-noise optical amplifier under the SQL of 3 dB.

A new extended signaling and traffic engineering method for the GMPLS-based photonic and electrical multilayer router (Hikari router) is proposed. The method allows dynamic optical network management and photonic signal recovery, such as regeneration, reshaping, etc., to be realized adaptively. Wavelength conversion is also adaptive, which reduces network cost. Multilayer traffic engineering, which yields the dynamic cooperation of IP and photonic layers, is described to provide IP services cost effectively. To realize multilayer traffic engineering, we propose the OSPF extension, which advertises both the number of total wavelengths and the number of unused wavelengths, and the RSVPTE extension, which minimizes the number of wavelength conversions needed. In addition, this paper proposes a heuristics-based multilayer topology design scheme that uses IP traffic measurements in a generalized multi-protocol label switch (GMPLS). The proposed scheme yields the optical label switch path (OLSP) network topology, that is, OLSP placement, that minimizes network cost, in response to fluctuations in IP traffic demand. In other words, the OLSP network topology is dynamically reconfigured to match IP traffic demand. Networks are reconfigured by the proposed scheme so as to utilize network resources in the most cost effective manner.

Coherent optical amplifiers intensify the amplitude of the component which has a given optical phase and attenuate the amplitude of the component which has the optical phase orthogonal to the 'amplified phase'. Principles, effectiveness in the optical transmission and current status of experimental demonstrations of the coherent amplifiers are reviewed.

コヒーレント光増幅器は,コヒーレント光検波技術と光パラメトリック増幅技術を併用することで,光位相に依存したパワー利得を実現する線形光増幅器である.この特徴的な動作により,既存のレーザー光増幅器,ラマン光増幅器などの限界とされる標準量子限界(雑音指数3dB)以下の低雑音光増幅が原理的に可能とされる.また,光周波数チャーピングにより波形がひずんだ超短パルスの波形整形動作も実現可能である.本稿では,このコヒーレント光増幅器の原理と,最近の研究動向について紹介する.

The first demonstration of an inline coherent optical amplifier with a noise figure which is lower than the 3dB quantum limit is presented. The amplifier is based on optical phase-sensitive amplification using a nonlinear fibre Sagnac interferometer pumped by an injection-locked semiconductor laser with a compensation phase-locked loop. A noise figure of 2.0dB with a high signal gain of 16dB has been successfully obtained.

This paper investigates the gain characteristics of coherent optical amplifiers that amplify only one of two quadrature phase components in an input signal light according to the phase of pump light. It is constructed around a Mach-Zehnder interferometer with Kerr media. To heuristically obtain the design parameters of the coherent optical amplifier, small-signal analysis is adapted to the Mach-Zehnder interferometer with Kerr media. The theoretical results are then compared to experimental results and shown to agree well, which confirms the validity of this design approach. By utilizing low-loss and high-nonlinearity silica fiber as the Kerr medium and optimizing its length, a coherent optical amplifier is constructed that yields high-gain (up to 26 dB) operation.

A noise figure which is less than the standard quantum limit of 3dB has been observed for the first time in a high gain phase-sensitive fibre parametric amplifier. A noise figure of 1.8dB with a 16dB signal gain was measured by a precisely calibrated electrical spectrum analyser.

This paper describes an in-line optical phase-sensitive amplifier (PSA) with a pump laser whose optical phase is locked to that of a randomly modulated signal by using an optical phase-lock loop (OPLL). The OPLL is designed with the capability of optical phase locking at an arbitrary relative phase. Experimental evaluation is presented of the OPLL employing a newly developed external cavity semiconductor ring laser with a spectrum linewidth df less than 20 kHz. Employing this pump laser with the OPLL in conjunction with a 4.4-km long nonlinear fiber Sagnac interferometer (NFSI) yields optical phase-sensitive gain of up to 11 dB, A randomly modulated signal is successfully amplified and confirmed offering a clear eye-opening.

Optical phase-sensitive amplifiers (PSAs) are promising circuit elements for expanding the regenerative repeater spacing of optical transmission systems. The authors first demonstrate error-free operation of in-line PSAs with a 10dB net gain by using an injection-locked pump with a compensation phase-locked loop.

This paper shows the theoretically derived performance of single channel, amplitude modulation/direct detection optical transmission systems using in-line optical phase-sensitive amplifiers (PSA's), The calculations take into account the degradation of the signal-to-noise power ratio (SNR) and intersymbol interference (ISI) due to the distortion of transmitted signal pulses. The SNR is analyzed by considering not only amplifier noise and fiber loss but also noise enhancement by four-wave mixing in the transmission fiber. The ISI is estimated by eye-pattern degradation of the transmitted signal numerically calculated using the nonlinear Schrodinger equation. The regenerative repeater spacing of in-line PSA systems limited by SNR and ISI can be expanded by approximately 3 to 10 times that of in-line EDFA systems, in the case of \D\ less than or equal to 0.1 ps/nm/km dispersion fiber systems transmitting a 40-Gb/s signal.

An in-line optical phase-sensitive amplifier with a phase-locked pump source is demonstrated. The pump source, which consists of a modelocked semiconductor ring laser, is phase-locked to the input signal light by optical injection of the signal. The randomly modulated signal pulses are successfully amplified in a Sagnac interferometer-type parametric amplifier pumped by the injection-locked laser.

Randomly modulated signal pulses from an independent source are successfully amplified by a phase-sensitive amplifier with an internal pump light whose optical phase is locked to that of the injected signal using an optical phase-locked loop.

The linewidth of the individual modes of an actively mode-locked extended-ring-cavity semiconductor laser is reduced from a free running linewidth of over 200-20 kHz by the injection of a narrow linewidth continuous-wave (CW) tight. The optical phase of the injection-locked pulses can be controlled by adjusting the free-running optical frequency of the semiconductor ring laser. The variation in the optical phase of the output pulses versus the change of the free-running optical frequency is evaluated to be 0.57 pi radians within the locking range of about 96 MHz by observing temporal shape of the beat signal formed between output pulses and CW injection light.

Optical phase-sensitive amplification using individual pump and signal light sources is presented for the first time. In the experiment, optical phase of pump and signal light is locked by an optical phase-locked loop (OPLL). Stable optical phase-locking is achieved and optical phase-sensitive amplification with a gain of 12dB is successfully demonstrated using a nonlinear Sagnac interferometer.

In optical fiber transmission systems near the zero-dispersion wavelength that use in-line erbium-doped fiber amplifiers (EDFA's), the enhancement of optical amplifier noise caused by four-wave mixing (FWM) in transmission fibers degrades signal-to-noise ratio (SNR) excessively. We theoretically show that the enhancement of amplifier noise by the FWM in transmission fibers can be effectively eliminated by implementing in-line phase-sensitive amplifiers (PSA's). Small-signal analysis of the nonlinear Schrodinger equation shows that the transmission distance limited by the SNR of an in-line PSA system is expanded four times more than that of an in-line EDFA system. (C) 1997 Optical Society of America

A phase sensitive gain of 23dB is achieved using a pulse excited nonlinear loop mirror with a 3km zero dispersion optical fibre. It is shown that the phase sensitive amplifier (PSA) behaves as a limiting amplifier in the high input signal power region. The suppression of amplitude fluctuation in the input signal is also demonstrated using the PSA as a limiting amplifier.

Theoretical design of ZnSSe/ZnCdSSe laser diodes emitting 460 nm at room temperature (RT) was studied by means of threshold current analysis. The threshold current density calculation was based on the laser theory established for the III-V laser diode (LD) system. The result of the threshold current density calculation indicated that the reduction of carrier overflow is an essential issue in realizing the device with a reasonable threshold current level at RT. Another indication is that 30% S content in the ZnSSe cladding layer would be a suitable target value for a practical 460 nm LD at RT, along with a multiple quantum barrier structure. The predicted threshold current density of such a LD could be as low as 450 A/cm(2) at RT.

中継ノードでの光信号の再生及び波長変換を行なわないトランスペアレント光網における光パス収容設計では、光信号の劣化蓄積により伝送可能距離が制限される伝送劣化制約とエンドツーエンドで同一波長を設定することによる同一波長割り当て制約が存在する。前記二つの制約を考慮した光パス収容設計方式としては、光パス開通要求前に需要計画に基づいて経路・波長を一括設計し割り当てる事前収容設計方式と、光パス開通要求ごとに逐次的に設計し割り当てる事後収容設計方式の二つが考えられる。本稿では、事前収容設計方式において、需要変動が生じたときにも設備増設コストを最小にするような再収容設計方式を提案し、定量的な評価から提案方式の有効性を明らかにする。

GMPLSと連携してマルチレイヤネットワークのレイヤ間のパスの収容関係を自動構築し管理するマルチレイヤパス構成管理システムを提案する。本稿ではマルチレイヤパスの収容関係を構築するためのGMPLSのパス管理モデルについて述べるとともに、GMPLSにて構築されるパス管理データとネットワークマネジメントシステムのパス管理データの対応付けを明らかにする。本システムにて管理されるマルチレイヤパス構成情報を利用することによりマルチレイヤパスの収容関係把握や故障発生時の影響範囲の特定の迅速化が期待できる.

産業技術総合研究所,KDDI研究所,日本電信電話は共同で,ネットワーク資源の事前予約を行うための標準ウェブサービスインタフェースを定めるG-lambdaプロジェクトを推進している.このインタフェースの有効性を確認するために,計算資源と光パスネットワーク資源を事前予約によりコアロケーションする実験を,情報通信研究機構の協力を得て行った.本稿では,前提とするコアロケーションシステムモデル,G-lambdaプロジェクトにおけるグリッドでのネットワークサービスインタフェースの規定,産総研が開発した計算・ネットワーク資源を同時予約するスケジューラの概要,KDDI研が開発したGMPLSで制御される光パスネットワークの提供機構の概要と,これらにより実現されたコアロケーションシステムプロトタイプのiGrid2005での実証実験について報告する.

フォトニックネットワーク(PNW)では大容量(伝送速度2.5Gbps/10Gbps等)の光パスを単位として運用が行われるため, NWの故障は多くのサービスに影響を与える。そのため, PNWの信頼性向上には故障に対するサバイバビリティの向上が要求される。本検討では, PNWに甚大な影響を及ぼすNW多重故障に対するサバイバビリティを向上させ, PNW高信頼化を行うことを目的とし, 事前設計型の故障救済方式と動的設計型の故障救済方式を連携させることを特徴とする, 新しい多重故障救済方式を提案する。まず, 光パス収容設計により, 提案方式のサバイバビリティの改善度を定量的に評価することにより提案方式の有効性を確認した。続いて, 事前設計型の故障救済と動的設計型の故障救済の連携ポリシーの検討を行い, パスの設定順序に関する要求条件を明確化した。さらに、二重故障において切戻しの有無が故障救済に与える影響を明らかにした。

次世代IPバックボーンネットワークを構築する手段としてGeneralized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)制御を実現する大容量ラベルスイッチングノードが注目されているが、当該ノードの開発、導入、及び維持管理コストの軽減には大規模なGMPLS制御ソフトの再利用性の向上が重要となる。本稿では、その手段としてスイッチ管理制御インターフェース仕様の汎用化に注目する。具体的な手段としてInternet Engineering Task Force(IETF)で勧告されているGeneral Switch Management Protocol(GSMP)の汎用化とフォトニックネットワークヘの適用を検討する。さらに、検討したGSMPをフォトニックMPLSルータに実装し、動作性能を評価したので報告する。

大容量のIPトラフィックを効率よく伝達する方法として,ノードでの電気レベルのIP処理をカットスルーし,光のまま波長パスルーティングを行うフォトニックIPネットワーク(以下光IP-NW)方式が有望である.本稿では,電気レベルのLSP (Label Switched Path)と光レベルのOLSP (Optical LSP)に階層化された光IP-NWに流入するIPトラフィックに対し,LSP及びOLSPを最適に収容する最適収容設計アルゴリズムを提案する.ネットワークの信頼性を高めるために,現用系と予備系の経路独立性を考慮したOLSPのリストレーションを採用し,光IP-NW全体で必要となる総ファイバ数を定量的に評価した.同時に,経路独立性を考慮しないリストレーション方式との比較も行い,利害得失を明らかにした.

本論文は、オプティカルIPネットワークにおける2つのルーチングポリシーについて述べる。両ポリシーは、まず、要求された電気パスを発着ノード間をダイレクトに接続している光パスを収容することを試みる。もし、光パスが使用できない場合は、2つのポリシーは異なる動作をする。ポリシー1では、既存の2つ以上の光パスを用いて、電気パスを収容できるかを試みる。ポリシー2では、新規の光パスを発着ノード間に設定する。2つのルーチングポリシーの性能評価を、シミュレーションを用いて行った。pをパケットスイッチケーパブルのポート数とすると、pが大きい場合は、ポリシー1が優れており、pが小さい場合は、ポリシー2が優れている。pが、適切なルーチングポリシーを決定する重要なパラメータであることを示す。

SRGを用いた100%障害回復リストレーションのルーティングとアドミッション制御のアルゴリズムの提案を行う。リンク故障、ノード故障の両方について障害回復を行う。また、ネットワークを複数のエリアに分割することでSRGの管理数を削減する方法を提案する。エリアの分割についてはエリア間の接続性が高くなるように分割することで、高い確率で予備経路を割り当てることができることを示す。

本論文は、GMPLSコントロール面の管理の下にIP+光多階層ネットワーキングを実現するルーティングプロトコルの機能拡張に関する要求条件を議論する。また、動的な光パス生成アルゴリズムを提案し、統合されたパケットスイッチと波長スイッチを有するIP+光ネットワークの動作特性に与える影響について評価する。大容量ネットワークにおいては、光ラベルスイッチパス生成優先方式が高いスループットを実現することを示す。

同一対地に向けた複数本の波長パスを波長群パスにまとめ,波長群パス単位でルーティングすることにより,スループットを確保しつつ,ノード規模を抑え,かつ単純な構成でのルーティングが行える.波長群ルーティングにおいては,波長群パス内に空き波長領域がある場合,過剰な伝送帯域が必要になる問題点があった.本稿では,同一対地の波長パスで全ての波長領域を満たした波長群パスと,波長群パスに収容されない波長パスを扱い,中継ノードでグルーミングを行わないノード構成を提案する.本ネットワークのパス収容設計シミュレーションを行い,スイッチポート総数とファイバ総数を設備量の指標として求め,従来方式に対して設備量を削減できることを示した.また,波長群パスルーティングに不可欠な,波長群パス一括変換を光ファイバやLN等の光非線形媒質によるパラメトリック波長変換を用いて行う場合,コヒーレントなチャネル間のクロストークが問題となることを指摘し,一例として光ファイバの四光波混合とPPLN(周期的分極反転構造LiNbO_3)のカスケーディングにおけるクロストーク量を理論的に見積り,低いクロストークを示すPPLNが優れていることを示した.

本論文は、GMPLSコントロール面の管理の下にIP+光多階層ネットワーキングを実現するルーティングプロトコルの機能拡張に関する要求条件を議論する。また、動的な光パス生成アルゴリズムを提案し、統合されたパケットスイッチと波長スイッチを有するIP+光ネットワークの動作特性に与える影響について評価する。大容量ネットワークにおいては、光ラベルスイッチパス生成優先方式が高いスループットを実現することを示す。

光ネットワークにおいて,RWA(Routing and Wavelength Assignment)問題を解決するために,OSPFに対しての拡張と,幾つかの光パスの経路計算方法を提案する.ここでは,各リンク毎の空き波長数,波長変換機能の数,能力などを全ルータに広告し,それらの値を用いて,経路計算を行なうことによりRWA問題を解決しようとするものである.本稿では,OSPFの拡張方法と,提案する光パスの経路計算アルゴリズムの性能評価結果を報告する.

MPlambdaSネットワークにおいて光パスと電気パスのトラヒック量を考慮した動的な経路制御について提案する。電気パスの交流トラヒック量情報をボーダーノード間で交換し、その情報をもとに光パスのトポロジを動的に変更することでトラヒック需要の変動に適応的なMPlambdaSネットワークアーキテクチャを提案する。

本論文は、簡易なな分散制御route and wavelength assignment (RWA)ポリシーに基づくdistributed-controlled dynamic wavelength-conversion (DDWC)ネットワークの性能評価結果を報告する。RWAポリシーでは、ルーチングプロトコルにより、集約化された情報を基づき光パスの経路を選択し、シグナリングプロトコルにより、波長を割り当て、必要に応じてアダプティブにトランクタイプの波長変換を割り当てる。シミュレーションにより性能評価を行い、簡易なRWAポリシーに基づくDDWCは、少ないトランクタイプの波長変換装置で、従来の完全波長変換型ネットワークをエミュレーションできることを示す。

IPフォトニックネットワークにおいて、IPレイヤとフォトニックレイヤをダイナミックに協調的に動作するマルチレイヤトラヒックエンジニアリングは、経済的にIPサービスを提供するために必要な技術である。本論文では、generalized multi-Protocol label switch(GMPLS)ネットワークにおいて、IPトラヒック観測に基づいて、ヒューリスティックなマルチレイヤトポロジ設計方法を提案する。提案設計方法では、観測したIPトラヒック需要に応じて、ネットワークコストが最小になるように、最適なoptical label switch path(OLSP)ネットワークトポロジに再構成し、網リソースを有効的に使用できることを示す。

データトラフィックとWDM波長数の増大に対応して, 光スイッチ規模や伝送ファイバ等のネットワーク(NW)リソース数を抑えつつ, 増大する波長パスを効率よくルーティングする方法が必要とされている.本研究では, 複数の波長パスを波長群パス(HO-OP:Higher Order Optical Path)にまとめてルーティングする波長群パスルーティング方式を採用した場合のネットワーク設備量削減効果について検討を行った.パス収容設計シミュレーションをもとに光スイッチポート総数とファイバ総数を評価指標として検討を行った結果, 従来の個別波長パスによるルーティング手法に比べNW設備量を約20〜75%削減できることを示した.

コヒーレント光増幅器は、従来のレーザ、ラマン増幅器で与えられる標準量子限界(雑音指数3dB)を打破する低雑音光増幅が原理的に可能である。本稿では、光カー媒質を増幅媒体にしたインライン型コヒーレント光増幅器の光子数雑音特性について理論解析と実験評価を行う。理論解析では、光カー媒質の分布損失を考慮に入れた量子論的Langevin方程式を導出し、これを基に増幅信号光モード演算子と光子数分散を求めた。実験評価では、光カー媒質として非線形ファイバSagnac干渉計を光増幅手段として用い、光注入-光PLL併用法で励起光と信号光位相を同期させることで安定な光増幅動作を得た。雑音指数測定は、電気スペクトルアナライザ法で行った。長さ3km、損失係数-0.7dB、非線形係数15.8/W/kmの高非線形ファイバを用いることにより、利得16dBで雑音指数2.0dB(理論値0.38dB)と従来の光増幅器の標準量子雑音限界を下回る高利得超低雑音光増幅を実現した。

位相感応型光増幅器(PSA)は、光非線形媒質中の縮退パラメトリック(縮退四光波混合)過程により、光位相に依存した光信号利得を実現する。そのためPSAは、伝送ファイバの分散及び非線形効果に起因したチャープでパルス幅の広がった信号光パルスを波形整形できることが理論的に指摘されている。しかしながら、励起光-信号光間の光位相同期が困難であり、実験的な検証はこれまでされていなかった。本稿では励起光-信号光間の光位相同期を光PLLで実現し、PSAの光位相依存利得特性を用いた信号光波形整形動作を実験的に確認したので報告する。

光周波数偏移幅がマイクロ波発信器の精度で、かつ信号光の光位相を保持したままでの光波長変換技術は将来の光位相を利用する光リンク/ネットワークの構築上重要である。今回、信号光の有する光位相を維持したコヒーレントな波長変換を目指して、入射する信号光にオフセット光位相同期したレーザ光で励起されたファイバ四光波混合実験を行った。その結果、入射光の線幅が保存された波長変換に成功したので報告する。

本稿では、非線形ファイバSagnac干渉計型を用いた位相感応型光増幅器(NFSI-PSA)に用いる非線形ファイバの各係数、励起光パワーと同相利得の関係について、理論値と実験値を対応させる。理論値は、非線形ファイバSagnac干渉計(NFSI)での光パラメトリック過程を小信号解析で記述して求める。小信号解析は実験値が示す傾向と良く一致し、NFSI-PSAの動作解析手段として有効であることを示す。また非線形係数が通常ファイバの7倍である高非線形ファイバをNFSIに用いることにより、従来と比較して最大で10dB前後光利得を増大できたので報告する。

位相感応型光増幅器は超低雑音、チャープパルスの波形整形効果を有する事などが理論的に予想されており、ファイバ伝送系における中継増幅器としての適用が期待されている。その実現には入射信号光と光位相同期した励起光で縮退光パラメトリック増幅回路を励起する必要があり、これまで実現していなかった。本報告では、狭線幅発振し光周波数変調が可能な励起光源を得るため外部リング共振器付半導体レーザを構成し、光注入及び光位相同期回路 (光PLL) の2種類の位相同期法により入射信号光への光位相同期を実現すると共に、非線形ファイバサニャック干渉計を用いた縮退光パラメトリック増幅と組み合わせることで、インライン型位相感応増幅器を実現したことを述べる。

位相感応型光増幅器(PSA)は、標準量子限界(NF=3dB)以下の低雑音性、変調不安定性の抑圧効果を有するため、中継器としての適用が期待できる。このPSAでは、励起光と信号光の光位相同期が必要であるが、従来実現されていなかった。光位相同期には光注入同期法と光位相同期ループ(光PLL)を用いる方法があるが、今回初めて光PLLにより信号光と励起光の光位相を同期させ、安定に光位相依存光増幅動作を実現したので報告する。

位相感応型光増幅器(PSA:Phase Sensitive Amplifier)は、無雑音で変調不安定性抑圧機能等があるため中継増幅器としての適用が期待できる。PSAを中継器として適用するためには、信号光に位相同期した励起光を用いることが必要であるが従来実現していなかった。光位相同期の達成には光位相同期ループを用いる方法と光注入同期法によるものがあるが、今回光注入同期により信号光に光位相同期した励起光を用いたPSA実験に初めて成功したので報告する。

高速・長中継間隔の多中継光伝送システムでは、エルビウム添加ファイバ増幅器の導入により、信号光パワーの高出力化と再生中継間隔の長スパン化が達成された。しかし同時に、伝送ファイバの非線形光学効果に起因した雑音光の増大による変調不安定性が無視できなくなっている。これは、特に零〜異常分散ファイバを用いたNRZ伝送システムで顕著であり、受信時の信号対雑音比(SRN)が大幅に劣化する(変調不安定性)。位相感応型光増幅器(PSA)を光中継器として適用した多中継伝送系では変調不安定性が大幅に抑圧される可能性がある。そこで本報告では、伝送ファイバの分散、非線形屈折率の影響を考慮に入れたPSA多中継伝送系における受信SNRの中継段数、信号光パワー、ファイバの分散依存性等について理論的に検討した。その結果、PSAを用いた光伝送システムでは、信号光の中継器平均出力が10dBm程度の高出力時でも、零分散波長伝送において変調不安定性を大幅に抑圧でき、信号光パワーの増大に比例した受信SRNが得られることを示した。

光ファイバを光カー媒質として干渉計の内部に含む位相感応型光増幅器について理論的, 実験的に検討した. まず, 位相感応型光増幅器の位相感応利得, 利得飽和, 帯域幅, 及び光カー媒質の材料定数の関係を理論的に明らかにした. その結果, 通常の零分散波長シフト光ファイバをカー媒質として用いた場合, 励起光パワ1 Wのとき最大利得26 dB, 帯域幅約95 GHz, 3dB飽和出力信号光パワ0.33 Wが得られることを示した. また, 実験的には偏波保存零分散波長シフト光ファイバを光カー媒質として用いた非線形ループミラを構成し, 利得を測定した. その結果, 従来の測定例を上回る23dBの利得を得るとともに, 初めて入力信号光パワによる利得飽和現象を観測し, 雑音の抑制に利用できることを示した.

長距離光伝送システムの一層の長スパン化を実現するには、信号対雑音比劣化の抑圧、伝送ファイバの分散と非線形光学効果による信号光パルス波形劣化の抑圧が重要となっている。本報告では、上記の技術的課題を同時に緩和し得る光増幅器として位相感応型光増幅器に注目し、これを光中継器として適用した多中継光伝送システムの伝送特性について理論解析を行った。まず、伝送ファイバ高次分散、非線形光学効果を考慮に入れ、伝送速度及び分散と波形劣化制限の関係を求め、NRZパルス伝送とRZパルス伝送の比較を行った。また、伝送速度40 Gbit/s/sの場合について、雑音特性も含めて検討した。再生中継間隔は、位相感応型光増幅器の適用によりEr添加ファイバ光増幅器を用いた光伝送システムの約10倍まで延伸される可能性があることを明らかした。

入射光の位相に依存した利得を与える位相感応光増幅器(PSA:Phase Sensitive Amplifier)は、無雑音でかつチャープパルスの波形整形機能があるため中継増幅器としての適用が期待できる。今回、光カー効果を用いたPSAの基本特性について、理論的、実験的に検討したので報告する。

入射光の位相に依存した利得を与える位相感応光増幅器(PSA :Phase Sensitive Amplifier)は、無雑音[1]でかつチャープパルスの波形整形機能がある[2]ため中継増幅器としての適用が期待できる。今回、PSA多中継伝送系の最大再生中継間隔について理論的に検討し、初めて明らかにしたので報告する。

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