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特許6117110光回線端末トランシーバを備えた光ネットワーク通信システムおよびその動作の方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6117110
(24)【登録日】2017年3月31日
(45)【発行日】2017年4月19日
(54)【発明の名称】光回線端末トランシーバを備えた光ネットワーク通信システムおよびその動作の方法
(51)【国際特許分類】
H04B 10/272 20130101AFI20170410BHJP
G02B 6/12 20060101ALI20170410BHJP
【ＦＩ】
H04B10/272
G02B6/12 331
【請求項の数】10
【全頁数】32
(21)【出願番号】特願2013-543215(P2013-543215)
(86)(22)【出願日】2011年11月30日
(65)【公表番号】特表2014-502798(P2014-502798A)
(43)【公表日】2014年2月3日
(86)【国際出願番号】US2011062589
(87)【国際公開番号】WO2012082375
(87)【国際公開日】20120621
【審査請求日】2014年11月26日
(31)【優先権主張番号】12/966,795
(32)【優先日】2010年12月13日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500030666
【氏名又は名称】ネオフォトニクス・コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＮｅｏＰｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100101502
【弁理士】
【氏名又は名称】安齋 嘉章
(72)【発明者】
【氏名】ピーラー，デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】ティクナー，アンソニー・ジェイ
【審査官】
後澤 瑞征
(56)【参考文献】
【文献】
特開平１０−３２２２８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０２−００７００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０６−２６５７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１１８９３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１０−０４８４５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２３９５５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｂ１０／００−１０／９０
Ｈ０４Ｊ１４／００−１４／０８
Ｇ０２Ｂ ６／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光ネットワーク通信システムの動作の方法であって、
平面光波回路を提供することを備え、平面光波回路を提供することは、
１個のアップストリームポート、Ｎ個のダウンストリームポート、及び（Ｎ−１）個の回収ポートを有する１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成するために（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラをアレイに接続することであって、Ｎは３以上の自然数であることと、
光回線端末受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために回収ポートを光回線端末受信器に経路付けることとを含み、回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、前記方法はさらに、
第１の波長で平面光波回路を介して光ネットワークユニットに送信することと、
光ネットワークユニットからの応答を、回収された光を介して第２の波長で解釈することとを備える、方法。
平面光波回路を提供することを備え、平面光波回路を提供することは、
１個のアップストリームポート、Ｎ個のダウンストリームポート、及び（Ｎ−１）個の回収ポートを有する１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成するために（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラをアレイに接続することであって、Ｎは３以上の自然数であることと、
光回線端末受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために回収ポートを光回線端末受信器に経路付けることとを含み、回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、前記方法はさらに、
第１の波長で平面光波回路を介して光ネットワークユニットに送信することと、
光ネットワークユニットからの応答を、回収された光を介して第２の波長で解釈することとを備える、方法。
【請求項2】
光ネットワークユニットと平面光波回路との間を、単一モード光ファイバを介して通信することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
回収された光を収集するために、回収ポートと光回線端末受信器との間を、マルチモード光導波路を介して通信することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
光回線端末受信器と回収ポートとの間に光カプラを設けることをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
平面光波回路と通信するために小型形状因子プラガブルモジュールを提供することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
光ネットワーク通信システムであって、
平面光波回路を備え、平面光波回路は、
アレイ状に結合されて、１個のアップストリームポート、Ｎ個のダウンストリームポート、及び（Ｎ−１）個の回収ポートを有する１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成する（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラであって、Ｎは３以上の自然数である（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラと、
光回線端末受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために回収ポートが経路付けされた光回線端末受信器とを含み、回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、前記システムは、
平面光波回路を介して光ネットワークユニットに第１の波長を送信するための光回線端末送信器と、
回収された光を介して受信される、光ネットワークユニットからの第２の波長とをさらに備える、システム。
平面光波回路を備え、平面光波回路は、
アレイ状に結合されて、１個のアップストリームポート、Ｎ個のダウンストリームポート、及び（Ｎ−１）個の回収ポートを有する１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成する（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラであって、Ｎは３以上の自然数である（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラと、
光回線端末受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために回収ポートが経路付けされた光回線端末受信器とを含み、回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、前記システムは、
平面光波回路を介して光ネットワークユニットに第１の波長を送信するための光回線端末送信器と、
回収された光を介して受信される、光ネットワークユニットからの第２の波長とをさらに備える、システム。
【請求項7】
光ネットワークユニットと平面光波回路との間に単一モード光ファイバをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
回収された光を収集するために、回収ポートと光回線端末受信器との間にマルチモード光導波路をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項9】
光回線端末受信器と回収ポートとの間に光カプラをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項10】
平面光波回路に結合された小型形状因子プラガブルモジュールをさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は概して光ネットワーク通信システムに関し、特に受動光ネットワークを提供するためのシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
ポイントトゥマルチポイント光ネットワークの一例は受動光ネットワークであり得る。受動光ネットワークは、周知の組織によって、一般的な用途のために規格が規定される。ネットワークは、典型的に通信プロバイダ中央局（ＣＯ）に位置する光回線端末（ＯＬＴ）における単一のポイントと、典型的に加入者の住宅にある、光ネットワークユニット（ＯＮＵ）による複数の加入者ポイントとにおいて終端する。
【0003】
ＯＬＴおよびＯＮＵは、異なる波長で光信号を送受信する単一のファイバインターフェースを有する。ＯＬＴは波長λｄｏｗｎで信号を送信し、波長λｕｐでＯＮＵから信号を受信する。ＯＮＵは波長λｕｐで信号を送信し、波長λｄｏｗｎでＯＬＴから信号を受信する。ダウンストリーム信号は、ネットワーク上のすべてのＯＮＵに一斉送信するが、各加入者のＯＮＵからのアップストリーム信号は、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）プロトコルに従って固有のタイムスロットが割り当てられる。
【0004】
ＯＬＴとＯＮＵとの間での高データレートおよび長距離を支持するために、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）は単一モード光ファイバを使用する。いずれのＰＯＮでも主要な構成要素は単一モード光スプリッタである。１×Ｎ光スプリッタの機能は、ダウンストリーム光信号の同一のコピーを分割し、Ｎ個のＯＮＵ対面ポートの各々に送ることである。
【0005】
同じスプリッタは、Ｎ個のアップストリーム信号を、ＯＬＴに面する一つの単一モード光ポートに組合わせる。エネルギ保存の法則は、各出力ポートにおけるダウンストリーム信号が入力信号に対して少なくとも１／Ｎ倍だけ減衰させられることを必要とする。アップストリームのすべての信号がスプリッタによって同じように扱われると仮定すると（つまり、スプリッタは偏光も波長選択性も有さない）、熱力学第２法則（エントロピーは閉じた系において減少することができない）の結果として、Ｎ個のＯＮＵ対面ポートのうちいずれか１つに入る信号を、単一のＯＬＴ対面ポートに到達するまでに少なくとも１／Ｎ倍減衰させなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
超過損失がゼロである理想的な単一モードスプリッタについて、スプリッタに入射される全ダウンストリーム光パワーは、Ｎ個のＯＮＵ対面ポートから発せられる全出力と等しい。同じ理想的なスプリッタについて、単一のＯＬＴ対面アップストリームポートから流出する全光パワーは、いずれかの組のＮポートに入射される全光パワーの１／Ｎ倍以下であり得る。アップストリーム信号の（Ｎ−ｌ）／Ｎという極めて大きな部分が、無駄な光と称される、分散して使用不可能な光エネルギとしてスプリッタ内の単一モード導波路から放射される。
【0007】
したがって、アップストリーム信号経路の減衰を補償する光回線端末トランシーバを備えた光ネットワーク通信システムが依然として必要である。世界的な光ネットワーク通信産業の成長に鑑み、これらの問題に対する解答を見出すことがますます重要である。増大し続ける商用競争圧力に鑑み、消費者の期待が高まることおよび市場における意味のある製品差別化の機会が減少するのとともに、これらの問題に解答を見出すことが重要である。さらに、費用を削減し、効率および性能を向上させ、競争圧力を満たす必要性から、これらの問題に対する解答を見出す重要な必要性に、さらに一層高い緊急性が加わる。
【0008】
これらの問題に対する解決策は長い間求められているが、これまでの成果によってどんな解決策も教示も示唆もされておらず、したがってこれらの問題に対する解決策は長い間当業者にとってとらえにくいものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
発明の開示本発明は、光ネットワーク通信システムの動作の方法であって、平面光波回路を提供することを含み、平面光波回路を提供することは、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成するために２×２単一モード光カプラをアレイに接続することと、光回線端末受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために回収ポートを光回線端末受信器に経路付けることとを含み、回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、当該方法はさらに、第１の波長で平面光波回路を介して光ネットワークユニットに送信することと、光ネットワークユニットからの応答を回収された光を介して第２の波長で解釈することとを含む方法を提供する。
【0010】
本発明は、光ネットワーク通信システムであって、平面光波回路を含み、平面光波回路は、アレイの形態で結合されて、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成する２×２単一モード光カプラと、受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために受信器に経路付けられた回収ポートとを含み、回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、当該システムは、平面光波回路を介して光ネットワークユニットに第１の波長を送信するための光回線端末送信器と、回収された光を介して受信される、光ネットワークユニットからの第２の波長とを含むシステムを提供する。
【0011】
発明の特定の実施例は、上記したものに加えてまたは代わりに、他の工程または要素を有する。当該工程または要素は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより当業者にとって明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施例における、光回線端末トランシーバを備えた光ネットワーク通信システムの機能ブロック図である。
【図2A】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2B】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2C】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2D】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2E】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2F】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2G】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図2H】入力波長に対する特有の反応を有する２×２単一モード光カプラの機能ブロック図である。
【図4】光回線端末トランシーバの機能ブロック図である。
【図5】本発明の一実施例における光回線端末トランシーバの概略図である。
【図6】本発明の一実施例における平面光波回路を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カードの機能ブロック図である。
【図7】本発明の一実施例における１×３２単一モード光スプリッタ／結合器の概略図である。
【図8】本発明の第２の実施例における、外付けバージョンの平面光波回路を利用した受動光ネットワーク回線カードの機能ブロック図である。
【図9】本発明の第３の実施例における、外付けバージョンの平面光波回路を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カードの機能ブロック図である。
【図10】本発明の第４の実施例における平面光波回路を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カードの機能ブロック図である。
【図11】本発明の第５の実施例における平面光波回路を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カードの機能ブロック図である。
【図12】本発明の一実施例における１×４単一モード光スプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバの概略図である。
【図13】本発明の第６の実施例における１×８単一モード光スプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバの概略図である。
【図14】本発明の第７の実施例における２×８単一モード光スプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバの概略図である。
【図15】本発明の第８の実施例における３２ポート１０Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴトランシーバの機能ブロック図である。
【図16】本発明の第９の実施例における３２ポート１０Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システムの機能ブロック図である。
【図17】本発明の第１０の実施例における３２ポート１０Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システムの機能ブロック図である。
【図18】本発明の第１１の実施例におけるハイブリッドファイバ同軸光ネットワーク中継器の機能ブロック図である。
【図19】本発明の第１２の実施例における１×（Ｎ／２）単一モードスプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバの機能ブロック図である。
【図20】平面光波回路を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カードの機能ブロック図である。
【図21】本発明のさらなる実施例における光ネットワーク通信システムの動作の方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
発明を実施するための最良モード以下の実施例は、当業者が発明を行い使用することを可能にするために十分詳細に説明される。本開示に基づいて他の実施例が明白であり、本発明の範囲から逸脱することなくシステム、処理、または機械的変更がなされ得ることが理解されるべきである。
【0014】
以下の説明では、発明についての完全な理解をもたらすために多くの特定の詳細が示される。しかしながら、これらの特定の詳細なしに発明が実行され得ることは明白であろう。本発明が不明瞭となるのを防ぐために、いくつかの周知の回路、システム構成、および処理工程は詳細には開示されない。
【0015】
システムの実施例を示す図面はなかば概略的であり縮尺通りではなく、特に、寸法のうちのいくつかは描写の明瞭さのためであり、図の中で誇張されて示される。同様に、図面中の図は説明のしやすさのために同様の方位を概ね示すが、図の中のこの描写は大部分が任意である。概して、発明はいずれの方位でも動作させることができる。
【0016】
同じ要素に関連付けるため、すべての図面において同じ数字が使用される。実施例は、記述の便宜の問題として第１の実施例、第２の実施例などと番号付けられており、いずれかの他の意味を有するとも、本発明に制限を与えるものとも意図されていない。
【0017】
説明の目的のために、ここに使用される「水平な」という用語は、その方位にかかわらず地球の面または表面と平行な面として定義される。「垂直な」という用語は、定義した水平に垂直な方向を指す。「上に」、「下に」、「底部」、「頂部」、（「側壁」中などの）「側」、「より高い」、「より低い」、「上側の」、「上方」、「下方」などの用語は、図において示されるように、水平面に関して定義される。「上」という用語は、要素間に直接接触があることを意味する。無駄な光という用語は、先行技術のスプリッタにおける光接合部から拡散される光として定義される。本願の目的のために、回収された光は本発明では拡散されず、本発明の受信器によって使用されるように収集されるかまたは方向転換される。回収ポートという用語は、回収された光を収集するかまたは方向転換するために使用される２×２単一モード光カプラまたは波長分割マルチプレクサの余分なポートであるものと定義される。
【0018】
図１を参照して、本発明の一実施例における、光回線端末トランシーバ１０１を備えた光ネットワーク通信システム１００の機能ブロック図が示される。光ネットワーク通信システム１００の機能ブロック図は、光回線端末に面する側の第１の単一モード光ポート１０４および第２の単一モード光ポート１０６などの少なくとも２つの単一モード光ポートを有する１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２を図示する。第２の単一モード光ポート１０６は１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２への入力であり、光回線端末（図示せず）の光送信器に結合され得る。
【0019】
第１の単一モード光ポート１０４に加えて、少なくとも１つの追加的なポート１０８が、光ファイバまたは光導波路のグループなどのマルチポート単一モードグループ１１０を介して誘導され得、アップストリームの光を回収するために、光回線端末において光検出器１１６の方に誘導される。単一モードグループ１１０の追加的なポートのうち１つは、たとえば波長分割多重（ＷＤＭ）によって第２の単一モード光ポート１０６から得られ得る。第１の単一モード光ポート１０４およびマルチポート単一モードグループ１１０におけるアップストリーム信号は、先行技術のスプリッタからは無駄な光として分散されるであろう、回収された光の収集から少なくとも部分的に得られ、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２に回収され得る。
【0020】
第１の単一モード光ポート１０４およびマルチポート単一モードグループ１１０からのアップストリーム信号は、光検出器１１６に向けて送られる。アップストリーム信号は、マルチポート単一モードグループ１１０を横断し得るか、または１つ以上のマルチモード光導波路１１２に低損失で効率的に結合され得る。マルチモード光導波路１１２は、アップストリーム信号を光カプラ１１４を介してアップストリーム信号に対して低損失で送り得る。光カプラ１１４は、マルチモード光導波路１１２および／またはマルチポート単一モードグループ１１０の組合せによって、光検出器１１６のうち１つ以上にアップストリーム信号を出力し得る。
【0021】
単一のマルチモード光導波路１１２からのアップストリーム信号は、「Ｏ／Ｅ」と名付けられ、ナノメートルで測定された信号波長の２乗より実質的に大きい、図示しない有効な検出領域を有する光検出器１１６に結合される。光検出器１１６へのアップストリーム信号の結合は、近接性、屈折性光学素子（つまりレンズ）、反射面、または回折光学素子によって実現され得る。
【0022】
２つ以上の光検出器１１６がある場合、アナログまたはデジタル回路（図示せず）によって電気バス１１８が組合わせられる。電気バス１１８は、プロセッサ（図示せず）による操作に好適であり得る。
【0023】
本発明は、光信号などのいずれかのアップストリーム信号がＯＮＵ対面ポート１２０から入り、以下の要件を満たす２本以上の別個の光路によって光検出器１１６のうち１つ以上に誘導されるやり方で実施することができる。
【0024】
Ｎ個のＯＮＵ対面光ポート１２２は、光ネットワーク通信システム１００を介して通信している、単一モード光ファイバ１２６によって結合された光ネットワークユニット（ＯＮＵ）１２４のための退出経路を形成し得る。上記の光学、電気光学、および電子要素の組合せは、Ｎ個のＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか特定の１つからのアップストリーム信号が、複数の想定される別個の光路に沿って電気バス１１８に進行するための時間が、信号の電気的な帯域幅の逆数より実質的に小さい公差で「互いに等しく」なければならないように設計されなければならない。
【0025】
または数学的な用語では、全体的な設計は
【0026】
【数1】
【0027】
を満たさなければならない。Ｎ個のＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか特定の１つのポートから始まるすべての信号経路について、
Ｔ１＝マルチポート単一モードグループ１１０を介する別個の経路を通って、Ｎ個のＯＮＵ対面光ポート１２２のいずれかから電気バス１１８に進行する時間
Ｔ２＝マルチポート単一モードグループ１１０を介する異なる別個の経路を通って、同じＮ個のＯＮＵ対面光ポート１２２から電気バス１１８に進行する時間
Ｂｅ＝電気信号帯域幅。
【0028】
設計ルールが維持されている限り、本発明はその成分の物理的な分配に制約を課さない。したがって、特定の実施例は成分を物理的に隔て、かつ／またはそれらを別個のモジュールに配置し得る。下に例示される例では、受動光学機能が分離されてモジュールを隔て得る。
【0029】
１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２から回収された光を収集することによって、電気バス１１８を解釈する光回線端末受信器１２８の単純化が可能であることが発見されている。単純化は、費用削減、およびビットエラー比の減少によって反映されるデータ信頼性の上昇につながり得る。
【0030】
図２Ａ〜図２Ｈを参照して、入力波長に対して特有の応答を有する２×２単一モード光カプラ２０２の機能ブロック図が示される。２×２単一モード光カプラ２０２の機能ブロック図は、２×２単一モード光カプラ２０２の各々がＡポート２０４、Ｂポート２０６、Ｃポート２０８、およびＤポート２１０を含むことを示す。２×２単一モード光カプラ２０２は、下に定義されるようなある波長（λ）の光を送信する光カプラであることが理解される。
【0031】
２×２単一モード光カプラ２０２は、図１の１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２の重要な構築ブロックとして使用される。２×２単一モード光カプラ２０２は、溶融ファイバ、平面光波回路、またはバルク光技術で製造することができる。１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２の実装の成功のためには、２×２単一モード光カプラ２０２は、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）光回線端末送信器波長λｄｏｗｎにおいて等辺のＹ接合部として機能するべきである。ＰＯＮ ＯＬＴ受信器の波長λｕｐでは、結合比についての仕様ははるかに緩和される。なぜなら、好ましい実施例では、大部分またはすべての経路は、いずれかの特別の分割比にかかわらず最終的にＯＬＴ受信器に到達するからである。これは先行技術からの逸脱であり、先行技術は、本願に規定されるように回収された光を収集しない。
【0032】
２×２単一モード光カプラ２０２の広帯域特徴に基づいた平面光波回路を設計し製造することは、カプラが狭い範囲の波長に対して等しくパワーを分割するように設計されている場合よりも困難であることが当業者に知られている。本願では、ダウンストリームの性能がアップストリームの性能よりも重要である。本願の２×２単一モード光カプラ２０２の基本的な定義は以下の通りである。
【0033】
図２（Ａ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＡポート２０４に入る透過光Ρλ（Ｔｘ）のパワーは、Ｃポート２０８およびＤポート２１０の両方において等しく分割され複製される。宛先ポートの各々は、１／２Ρλ（Ｔｘ）で光を伝播させることになる。
【0034】
図２（Ｂ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＢポート２０６に入る透過光Ρλ（Ｔｘ）のパワーは、Ｃポート２０８およびＤポート２１０の両方において等しく分割され複製される。宛先ポートの各々は、１／２Ρλ（Ｔｘ）で光を伝播させることになる。
【0035】
図２（Ｃ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＣポート２０８に入る透過光Ρλ（Ｔｘ）のパワーは、Ａポート２０４およびＢポート２０６の両方において等しく分割され複製される。宛先ポートの各々は、１／２Ρλ（Ｔｘ）で光を伝播させることになる。
【0036】
図２（Ｄ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＤポート２１０に入る透過光Ρλ（Ｔｘ）のパワーは、Ａポート２０４およびＢポート２０６の両方において等しく分割され複製される。宛先ポートの各々は、１／２Ρλ（Ｔｘ）で光を伝播させることになる。
【0037】
図２（Ｅ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＡポート２０４に入る受信光Ｐλ（Ｒｘ）のパワーは、Ｃポート２０８とＤポート２１０との間で任意に分割される。宛先ポートの各々は、Ｐ１およびＰ２において光の相補部分を伝播させることになる。ここで、Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐλ（Ｒｘ） ＥＱ２
Ｐ１≧０．０５Ｐλ（Ｒｘ） ＥＱ３
Ｐ２≧０．０５Ｐλ（Ｒｘ） ＥＱ４
図２（Ｆ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＢポート２０６に入る受信光Ｐλ（Ｒｘ）のパワーは、Ｃポート２０８とＤポート２１０との間で任意に分割される。宛先ポートの各々は、上で規定したように、Ｐ１およびＰ２において光の相補部分を伝播させることになる。
【0038】
図２（Ｇ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＣポート２０８に入る受信光Ｐλ（Ｒｘ）のパワーは、Ａポート２０４とＢポート２０６との間で任意に分割される。宛先ポートの各々は、上で規定したように、Ｐ１およびＰ２において光の相補部分を伝播させることになる。
【0039】
図２（Ｈ）に示されるように、２×２単一モード光カプラ２０２のＤポート２１０に入る受信光Ｐλ（Ｒｘ）のパワーは、Ａポート２０４とＢポート２０６との間で任意に分割される。宛先ポートの各々は、上で規定したように、Ｐ１およびＰ２において光の相補部分を伝播させることになる。
【0040】
図３を参照して、図１の１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２の機能ブロック図が示される。１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２の機能ブロック図は、２×２単一モード光カプラ２０２のアレイ３０２を示す。一次入力はＯＬＴ対面ポート３０４であり、ＯＬＴ送信器（図示せず）に結合され得る。
【0041】
先行技術では、理想的な１×Ｎ単一モード光スプリッタはＹ接合部からなり得、ダウンストリーム方向において完全に効率的である。しかしながらアップストリーム方向では、各Ｙ接合部において、各脚部からのパワーの２分の１のみが単一のアップストリーム導波路（図示せず）に結合することになり、過大なパワーが導波路から無駄な光として放射されることになる。
【0042】
本発明では、Ｙ接合部の各々は、広帯域バージョンの２×２単一モード光カプラ２０２で置換される。２本のダウンストリームに面する脚部に発せられた全アップストリームパワーは、パワーのどの部分も導波路から放射されることなく、２本のアップストリームの脚部に維持することができる。図３に示されるように、２本のＯＬＴ対面脚部のうち一方のみを用いて、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２を形成する。
【0043】
理想的な１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２は、（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラ２０２から形成され得る。本例において、Ｎ＝８であれば、１×８単一モード光スプリッタ／結合器３００は、７個の２×２単一モード光カプラ２０２を結合することによって形成され得る。１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２についての８個という選択は一例に過ぎず、限定的に使用されるものではないことが理解される。本発明はどんな数の２×２単一モード光カプラ２０２を用いても実行され得ることが理解される。
【0044】
ＯＮＵ対面光ポート１２２のいずれかのサブセットに発せられた全出力はＰと記載され、ＯＬＴ対面ポート３０４からのパワーはＰ／Ｎとなり、Ａ，Ｂ，Ｃ…，Ｇと名付けられた回収ポート３０６からの光パワーの合計はＰ（Ｎ−１）／Ｎとなる。また、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２は、（Ｎ−１）個の２×２単一モード光カプラ２０２から形成することができ、各々１つのポートが中立であり、回収ポート３０６に利用可能である。Ｎが８であると選択された上記の例では、１×８単一モードスプリッタ／結合器３００を実装するには、（Ｎ−１）個すなわち７個の２×２単一モード光カプラ２０２が必要である。
【0045】
図４を参照して、本発明の一実施例における光回線端末トランシーバ４００の機能ブロック図が示される。光回線端末トランシーバ４００の機能ブロック図は、先の例の１×８単一モードスプリッタ／結合器３００を形成するように結合された、図１の１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２を示す。
【0046】
ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイは図１の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）１２４に結合され得、図１の単一モード光ファイバ１２６によって結合され、光回線端末トランシーバ４００から遠い距離に配置され得る。ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイは、説明を簡潔にするために接続されずに示され、動作環境には図１の単一モード光ファイバ１２６および光ネットワークユニット１２４が存在するであろうことが理解される。
【0047】
本発明は、２×２単一モード光カプラ２０２の回収ポート３０６（Ａ〜Ｇ）からの光パワーを利用し、それは光通信システムに使用可能なフォーマットで１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２を構築する。
【0048】
３ポート波長分割マルチプレクサなどの波長分割マルチプレクサ４０４の理想モデルは、１×８単一モードスプリッタ／結合器３００のＯＬＴ対面ポート３０４に取付けられる。波長分割マルチプレクサ４０４の回収ポート３０６は、Ａ′と示されるアップストリームの波長（λ（Ｒｘ））を迂回させ、波長分割マルチプレクサ４０４を介する光回線端末対面ポート４１８から第１のカプラまでの経路は、光回線端末送信器４１０から供給されるダウンストリームの波長（λ（Τｘ））において十分に透過性である。
【0049】
アップストリームパワーＰλ（Ｒｘ）の全回復は、２×２単一モード光カプラ２０２からの回収ポート３０６（Ａ〜Ｇ）と波長分割マルチプレクサ４０４からの（Ａ′）とを結合して、光／電気コンバータ４１２を介して、回収ポート３０６から回収された光を光回線端末受信器１２８に収集することによって可能とされる。２×２単一モード光カプラ２０２の回収ポート３０６から収集された、回収された光は、先行技術システムでは、通常は使用されずに無駄な光としてスプリッタ内で消散させられることになる。
【0050】
回収された光を光回線端末受信器１２８に収集することによって、本発明は受信処理を単純化し、２×２単一モード光カプラ２０２に送られたパワーをすべて収集する。この場合、Ｎ個のポートのすべてのサブセットに発せられた全出力がＰとすると、光回線端末対面ポート４１８からのパワーはゼロとなり、Ａ，Ｂ，Ｃ…，ＧおよびＡ′と名付けられた回収ポート３０６からの光パワーの合計はＰとなる。
【0051】
本発明は、最初に発せられた全量のＰλ（Ｒｘ）を供給することにより、光回線端末受信器電子機器４１４の設計要件を単純化し得ることが発見された。光回線端末受信器電子機器４１４の単純化は、図１のＯＮＵ１２４から発せられたデータであった受信器データ４１６のビットエラー比を減少させることにより性能を高めつつ、光回線端末受信器電子機器４１４の費用を削減し得る。
【0052】
受動光ネットワーク（ＰＯＮ）光回線端末では、光回線端末（ＯＬＴ）送信器４１０は波長λ（Ｔｘ）においてダウンストリーム光信号を生成する。ＰＯＮ ＯＬＴ送信器４１０からの光信号は、ＯＬＴ対面単一モード光ポートなどの光回線端末対面ポート４１８を介して誘導される。ＰＯＮ ＯＬＴでは、波長λ（Ｒｘ）においてＯＮＵから光信号を受信するように設計された光回線端末受信器１２８がある。
【0053】
発明は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちのいずれか１つからのアップストリーム光信号が光通信システムに使用可能なフォーマットで２本以上の別個の光路によって光回線端末受信器１２８に同時に誘導されるように、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器１０２を含む２×２単一モード光カプラ２０２の図３の回収ポート３０６、および波長分割マルチプレクサ４０４の回収ポート３０６からの光を、光回線端末受信器１２８に結合するのに使用することができる。
【0054】
光通信に使用可能なフォーマットを保証するためには、回収ポート３０６のうち少なくとも２つにおける光信号（２×２単一モード光カプラ２０２の回収ポート３０６および波長分割マルチプレクサ４０４の回収ポート３０６から始まる）を、１つ以上の単一モードまたはマルチモード光導波路またはファイバ（破線で示す）と光／電気コンバータ４１２のうち１つ以上とに結合する。光検出器（図示せず）の有効領域は、単一モード光導波路中の単一モード光信号のモードフィールド径より著しく大きい。
【0055】
光通信システムに使用可能なフォーマットは、通信信号がＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイのうちのいずれかから複数の光路を通って受信器内の共有電気的接合部に伝搬する時間が公差Dｔ内で実質的に等しいことを必要とする。ここでDｔ＜＜１／Ｂｅであり、Ｂｅは光学キャリアを変調する通信信号の電気的帯域幅である。
【0056】
図５を参照して、本発明の一実施例における光回線端末トランシーバ５００の概略図が示される。光回線端末トランシーバ５００の概略図は１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を有する平面光波回路５０２を示し、２×２単一モード光カプラ２０２が、本発明の一例として１×４単一モード光スプリッタ／結合器をもたらすように配置されている。１×４単一モード光スプリッタ／結合器は本発明の議論における助けとなる例であり、まったく発明の範囲を限定するようには意図されていないことが理解される。
【0057】
好ましい実施例は、例として、本発明を平面光波回路５０２の構造に集積する。平面光波回路５０２上に集積された４ポートバージョンは、波長λ（Τｘ）において光回線端末送信器４１０からのパワーを均一に分割するように設計されている２×２単一モード光カプラ２０２を利用する。
【0058】
この場合、第１の波長５０３は、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）およびギガビットイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＧＥ−ＰＯＮ）システムに必要とされる１４８０ｎｍ≦λ（Ｔｘ）≦１５００ｎｍなどである。波長分割マルチプレクサ４０４は、波長分割マルチプレクサ４０４を通るダウンストリーム信号の流れへの影響を最小化しつつ、１２６０ｎｍ≦λＲｘ≦１３６０ｎｍなどの第２の波長５１２のアップストリーム信号の一部をアバランシェフォトダイオード５０４に優先的に送る。
【0059】
平面光波回路５０２の構造は、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮのアップストリームで使用されるような１．２５Ｇｂ／ｓの「オンオフキーイング」−「非ゼロ復帰」（ＯＯＫ−ＮＲＺ）信号を可能にするのに好適である光通信システムに使用可能なフォーマットを提供するために、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイにおける４個のポートのうちいずれか１つからアバランシェフォトダイオード５０４の有効面へのいずれかの経路が４０ピコ秒（ｐｓ）の公差内で等しくなるように設計される。設計者は、最適な設計を決定する際、平面光波回路５０２上の導波路の経路長だけではなく、マルチモード光導波路５０６のモード分散も考慮に入れなければならない。
【0060】
平面光波回路５０２の好ましい実施例において、単一モード光導波路などの単一モード光導波路５０８は、０．２２の開口数（ＮＡ）、４．５平方μｍの断面積、および１３１０ｎｍにおいておよそ３．７μｍのモードフィールド径を有する。パターニングされたポリシリコンガラスまたは光ファイバなどの単一モード光導波路５０８は、８μｍ間隔で単一モード光導波路５１０のアレイの平面光波回路５０２の出口に経路付けされ得る。回収された光（λΗ）５１４は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイを通って受取られた第２の波長５１２から得られ得る。
【0061】
マルチモード光導波路５０６は、コア直径５０μｍおよびＮＡ０．２７を有する。説明した単一モード光導波路５０８は、ほぼ１の効率でマルチモード光導波路５０６に同時に結合されることができる。マルチモード光導波路５０６の反対端は、１に近い効率で６５μｍの有効領域を有するアバランシェフォトダイオード５０４に接続され得る。
【0062】
単一モード光導波路５０８の設計と、マルチモード光導波路５０６の長さを含むマルチモード光導波路５０６の選択とは、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイのうちいずれか１つから別個の光路に沿って伝搬する信号が、ＯＮＵ対面光ポート１２２の同一の１つから始まるものの別個の光路に沿って伝播する信号のいずれかの他のコピーによって４０ｐｓの公差内でアバランシェフォトダイオード５０４に到達しなければならないことを保証しなければならない。ＯＮＵ対面光ポート１２２のうち特定の１つから単一モード光導波路５０８のうちいずれかを通りアバランシェフォトダイオード５０４への総遅延時間は、モード光導波路５０６におけるモード分散も含む。
【0063】
本明細書の図５の概略図および他の図は例にすぎず、単一モード光導波路５０８の設計基準を伝えるためではなく、追加的な制限をもたらすことなく関連付けを示すことだけが意図されている。単一モード光導波路５０８の実際のレイアウトは、本発明の基準を満たすために本願によって規定された多重経路長の制約に一致しなければならない。
【0064】
平面光波回路５０２は集積装置であり、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮ ＯＬＴの実装において、光回線端末送信器４１０からのダウンストリーム光信号をＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイに分割し、同時に、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイからのアップストリーム光パワーを組合わせ、ＧＥ−ＰＯＮおよびＧＰＯＮ規格に準拠したビットレートでのアップストリーム通信に有用な形態でアバランシェフォトダイオード５０４にアップストリーム信号を案内するために使用することができる。
【0065】
図６を参照して、本発明の一実施例における平面光波回路５０２を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カード６００の機能ブロック図が示される。受動光ネットワーク光回線端末回線カード６００の機能ブロック図は、受動光ネットワークサポートのための小型形状因子プラガブル業界標準インターフェースなどの電気的インターフェース６０６を有する小型形状因子プラガブル機械的インターフェース６０２を示す。電気的インターフェース６０６は、機械的および電気的な公差について業界で認められた仕様を有する。
【0066】
小型形状因子プラガブルモジュール６０８は、その電気的インターフェース６０４を介して機械的インターフェース６０２と電気的インターフェース６０６とに結合し得る。本発明の一実施例において、例として、小型形状因子プラガブルモジュール６０８は、小型形状因子プラガブルモジュール６０８と光ネットワーク（図示せず）に沿って分布している図１の光ネットワークユニット１２４との間のデータの送信および受信を管理する光回線端末電気回路６１０を含み得る。光回線端末電気回路６１０は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザなどの光回線端末送信器４１０を駆動し、アバランシェフォトダイオード５０４から電気信号を受信する電気的インターフェースを提供し得る。
【0067】
光回線端末電気回路６１０はデータを調整して、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイを介して交換される時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）フォーマットではなく、時分割多重（ＴＤＭ）データフォーマットで小型形状因子プラガブルモジュール６０８に当該データを転送し得る。平面光波回路５０２からアバランシェフォトダイオード５０４へのマルチモード光導波路５０６接続の存在により、光回線端末対面ポート３０４のうち１つのみが先行技術によって支持される２×２単一モード光カプラ２０２の回収ポート３０６を含むことが可能となる。
【0068】
小型形状因子プラガブルモジュール６０８上に平面光波回路５０２を設けることによって、先行技術の解決策によって必要とされるスペースまたはハードウェアを増やすことなく、ＯＮＵ対面光ポート１２２の数が１から４に増加される。平面光波回路５０２は、例としてＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイのうち４つを有するものとして示されるが、他の数のＯＮＵ対面光ポート１２２が可能であることが理解される。
【0069】
１０Ｇ−ＥＰＯＮ規格、新生ＩＴＵ−Ｔ １０Ｇ−ＰＯＮ規格、ＲＦ ｏｖｅｒ ｇｌａｓｓ（ＲＦｏＧ）ネットワーク、他のハイブリッドファイバ同軸ネットワーク、および他のポイントツーマルチポイント光（または部分的に光）ネットワークによって規定されているものを含むがそれらに限定されない他の種類のポイントツーマルチポイント光通信ネットワークに発明を拡張することができることが当業者によって理解されるであろう。
【0070】
上記の例はアバランシェフォトダイオード５０４を介するマルチモード光導波路５０６接続を含むが、マルチモード光導波路５０６を含まない他の実装が可能である。例として、平面光波回路５０２からの単一モード光導波路５０８の各々は、個々の単一モード受信器（図示せず）に結合され、光回線端末電気回路６１０の電気的インターフェースに変換され得る。
【0071】
本発明の平面光波回路５０２は、光放送通信ネットワークにおいて遍在する広帯域ダウンストリームスプリッタとしての用途を有し得る。目的の用途を変更するために、代わりの波長を発明に組込むことができる。本発明は、ダウンストリーム方向において広帯域単一モードスプリッタであり、アップストリーム方向において波長独立した光強度結合器である実装を可能にし得る。得られる装置は、波長の選択に関係なく、様々な既知の受動光ネットワーク（ＰＯＮ）およびハイブリッドファイバ同軸ネットワーク（ＨＦＣ）実装に適用可能であり、アップストリーム信号についての帯域幅要件と、多重経路結合光学素子、電気光学および電子機器についての公差とによってのみ制限される。
【0072】
平面光波回路５０２は、光学ブースタまたはプリアンプを有する光回線端末送信器４１０または受信器などの能動的な光学要素（図示せず）、アバランシェフォトダイオード５０４、光強度アンプ、偏光または位相変調器、半導体光増幅器を含む光アンプ、または可変光減衰器を含み得ることが理解される。他の実装は、有効領域がマルチモードスラブ導波路の線形出力または単一モード光導波路５０８の単一モード光導波路５１０のアレイとより適合する形状を有する光受信器を含むことができる。
【0073】
平面光波回路５０２は、薄膜フィルタ、マッハツェンダー型干渉フィルタ、配列された導波路回折格子、ブラッグ回折格子、またはマルチモード干渉フィルタなどの集積された受動光学要素も含むことができる。受動フィルタのための極めて重要な用途の一つは、光回線端末送信器４１０または他のソースからのどんな迷光もアバランシェフォトダイオード５０４において受信信号と干渉しないようにすることである。
【0074】
図７を参照して、本発明の一実施例における１×３２単一モード光スプリッタ／結合器７００の概略図が示される。１×３２単一モード光スプリッタ／結合器７００の概略図は、ピラミッド様式で結合された３１個の２×２単一モード光カプラ２０２を示す。
【0075】
１×３２単一モード光スプリッタ／結合器７００の好ましい実施例は２×２単一モード光カプラ２０２を含むものとして示されているが、配列された導波路回折格子（ＡＷＧ）、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）および単一モードスターカプラを含むがこれらに限定されない図５の平面光波回路５０２として、様々な構造が収容され構築され得る。
【0076】
一般に、ドラゴンルータ、ＭＭＩ、２×２単一モード光カプラ２０２のアレイ、および溶融ファイバ型スターカプラを含む（がこれらに限定されない）すべての単一モードＮ×Ｎスターカプラ構造は、１×Ｎスプリッタ、および回収された光のコレクタの両方として機能することができる。導波路設計がアップストリーム帯域幅によって必要とされる経路長の公差に対する制約に対応することができる場合、いずれのＮ×Ｎスターカプラ構造も実装の基礎または一部を形成することができる。
【0077】
平面光波回路５０２を実装する際には、単一モード光導波路５０８の交差の数を限定するように留意しなければならない。なぜなら、単一モード光導波路５０８の交差の各々は光損失ペナルティを増大させ、製造性を減少させるからである。
【0078】
１×３２単一モード光スプリッタ／結合器７００の実施例は、合計２４個の導波路交差を有し、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちのいずれかからアップストリーム光検出器までの最悪な場合の経路は最大で２個の導波路交差を含む。これは、先行技術に対する著しい改良を表わし、寸法の縮小および製造マージンの向上をもたらし得る。
【0079】
多重経路光パワー結合器を備えた１×３２単一モード光スプリッタの集積化、先行技術の４９６個と比較して合計３６個の導波路交差があり、スプリッタについて３１個の光学交差と結合器について３１個の光学交差とを必要とする先行技術と比較して、最悪の場合の経路交差はスプリッタ上で２６個であり、結合器交差についての最悪の場合は２個である。光学交差の数の著しい減少は、平面光波回路５０２の設計を単純化し、製造マージンを増大させる。
【0080】
追加的な利点は、波長依存性の低下または解消である。ＰＯＮ用途では、アップストリームおよびダウンストリームの両方の波長は特定された範囲にわたって規定され、平面光波回路５０２は追加変更なしに全範囲に対応することができる。
【0081】
例として、ＧＰＯＮは、光回線端末送信器４１０（ダウンストリーム）が１４８０と１５００ｎｍとの間の波長で光を放射することを必要とする。すべてのＯＮＵ送信器（アップストリーム）は、１２６０と１３６０ｎｍとの間の波長で光を放射しなければならない。２×２単一モード光カプラ２０２および単一モード光導波路５０８が両方の範囲を同時に支持することができることが当業者によって理解されるであろう。
【0082】
Ｎが増大すると、ＯＬＴ対面ポート３０４からのアップストリーム光を回収するために波長分割マルチプレクサカプラ４０４を含む値が減少することが理解される。さらに、２×２単一モード光カプラ２０２が広帯域にわたって動作するという要件が緩和される。アップストリームの光パワー分割比についての要件はなく、ダウンストリーム分割要件のみ（つまり２×２単一モード光カプラ２０２の各ポートへの５０％）が仕様を必要とする。狭帯域で動作するものよりも広帯域にわたって動作する平面光波回路型の２×２単一モード光カプラ２０２を作成する際の方が、より多くの注意とスペースとが必要とされることが当業者によって知られている。
【0083】
さらに、波長仕様が厳しくなるにつれて、平面光波回路型のＷＤＭフィルタの製造はより困難となり、より多くのサブステージが必要となり、総平面光波回路長がより長くなる。先行技術はＮ個の３ポートＷＤＭカプラを必要とする。対比して、本発明は、０または１つの３ポートＷＤＭカプラを必要とし、設計および製造性の両方が単純化し、装置寸法も減少する。
【0084】
１×３２単一モード光スプリッタ／結合器７００からＷＤＭカプラを排除することにより、装置がより一層波長にとらわれなくなる。当業者は、単一装置を広範囲の波長要件下で動作するように設計することができる。この万能サイズの手法は、製造複雑度の低下および新製品の商品化に要する時間の削減をもたらすことができる。
【0085】
図８を参照して、本発明の第２の実施例における外付けバージョンの平面光波回路５０２を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カード８００の機能ブロック図が示される。受動光ネットワーク光回線端末回線カード８００の機能ブロック図は、受動光ネットワークサポートのための小型形状因子プラガブル業界標準インターフェースなどの一次インターフェース６０４を有する小型形状因子プラガブルモジュール８０２を示す。一次インターフェース６０４は、機械的および電気的な公差について業界で認められた仕様を有する。
【0086】
受動光ネットワーク機械的インターフェース８０４は、電気的インターフェース６０６を有することができる。小型形状因子プラガブルモジュール８０２と実質的に同様の先行技術構造のプラガブル光学モジュール（図示せず）では、１つのＯＮＵ対面光ポート１２２のみが設けられた。この先行技術の制限は、受動光ネットワーク回線カード８００によって支持されるＯＮＵ対面光ポート１２２の数を増大させるために、追加的なハードウェア、スペース、およびパワーを消費させる。
【0087】
本発明の第２の実施例において、小型形状因子プラガブルモジュール８０２は、小型形状因子プラガブルモジュール８０２と光ネットワーク（図示せず）に沿って分布している図１の光ネットワークユニット１２４との間のデータの送信および受信を管理する光回線端末電気回路６１０を含み得る。光回線端末電気回路６１０は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザなどの光回線端末送信器４１０を駆動し、アバランシェフォトダイオード５０４から電気信号を受信する電気的インターフェースを提供することができる。小型形状因子プラガブルモジュール８０２は、図６の小型形状因子プラガブルモジュール６０８より短くてもよい。なぜなら、完全受動光インターフェース基板などの遠隔インターフェース基板８０６に平面光波回路５０２が移動されるからである。
【0088】
小型形状因子プラガブルモジュール８０２の光学的および電気的なコンテンツは他の形状因子で組立てられ得、小型が困難な性質のため、一例として小型形状因子プラガブルモジュール８０２の使用が提供されることが理解される。さらに、遠隔インターフェース基板８０６は、既存の光ネットワークを拡張するかまたは増設するために使用され得る完全受動光学要素であることが理解される。
【0089】
平面光波回路５０２を遠隔インターフェース基板８０６上に設けることによって、先行技術の解決策によって必要とされるスペースまたはハードウェアを増やすことなく、ＯＮＵ対面光ポート１２２の数が１から４に増加される。平面光波回路５０２は、例として４個のＯＮＵ対面光ポート１２２を有するものとして示されるが、他の数のＯＮＵ対面光ポート１２２が可能であることが理解される。遠隔インターフェース基板８０６は、マルチモード光導波路５０６と図１の光ネットワークユニット１２４からの単一モードファイバとを結合するための相互接続ハードウェアを提供し得ることも理解される。
【0090】
さらに、設計ルールが維持されている限り、本発明はその構成要素の物理的位置に制約を課さないことが理解される。したがって、特定の実施例は有利に物理的に構成要素を分離し、かつ／または別個のモジュールにそれらを配置し得る。下に例示される例では、受動光学機能は遠隔インターフェース基板８０６に分離される。
【0091】
図９を参照して、本発明の第３の実施例における、外付けバージョンの平面光波回路５０２を利用した、受動光ネットワーク光回線端末回線カード９００の機能ブロック図が示される。受動光ネットワーク光回線端末回線カード９００の機能ブロック図は、受動光ネットワークサポートのための小型形状因子プラガブル業界標準インターフェースなどの一次インターフェース６０４を有する小型形状因子プラガブルモジュール９０２を示す。一次インターフェース６０４は、機械的および電気的な公差について業界で認められた仕様を有する。
【0092】
受動光ネットワーク機械的インターフェース８０４は、電気的インターフェース６０６を有し得る。
【0093】
本発明の第３の実施例において、例として、小型形状因子プラガブルモジュール９０２は、小型形状因子プラガブルモジュール９０２と光ネットワーク（図示せず）に沿って分布している図１の光ネットワークユニット１２４との間のデータの送信および受信を管理する光回線端末電気回路６１０を含み得る。光回線端末電気回路６１０は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザなどの光回線端末送信器４１０を駆動し、アバランシェフォトダイオード５０４から電気信号を受信する電気的インターフェースを提供し得る。
【0094】
小型形状因子プラガブルモジュール９０２は、図６の小型形状因子プラガブルモジュール６０８より短くてもよい。なぜなら、完全受動光インターフェース基板などの遠隔インターフェース基板９０４に平面光波回路５０２が移動されるからである。単一モードインターフェースバス９０６は、遠隔インターフェース基板９０４と小型形状因子プラガブルモジュール９０２との間に結合された一束の単一モードファイバを含み得る。単一モード−マルチモード結合器９０８は、マルチモード光導波路５０６の単一出力へのマルチ入力単一モードコンバータである。単一モード−マルチモード結合器９０８は、レンズ構造、近接構造などを含み得る。
【0095】
遠隔インターフェース基板９０４上に平面光波回路５０２を設けることによって、スペースまたはハードウェアを増やすことなく、ＯＮＵ対面光ポート１２２の数が１から４に増加される。平面光波回路５０２は、例として４個のＯＮＵ対面光ポート１２２を有するものとして示されるが、他の数のＯＮＵ対面光ポート１２２が可能であることが理解される。遠隔インターフェース基板８０６は、単一モードインターフェースバス９０６と図１の光ネットワークユニット１２４からの単一モードファイバとを結合するための相互接続ハードウェアを提供し得ることも理解される。単一モード光ファイバ９１０は、光回線端末送信器４１０と遠隔インターフェース基板９０４との間に結合され得る。
【0096】
図１０を参照して、本発明の第４の実施例における平面光波回路を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カード１０００の機能ブロック図が示される。受動光ネットワーク光回線端末回線カード１０００の機能ブロック図は、受動光ネットワークサポートのための小型形状因子プラガブル業界標準インターフェースなどの一次インターフェース６０４を有する小型形状因子プラガブル機械的インターフェース６０８を示す。一次インターフェース６０４は、機械的および電気的な公差について業界で認められた仕様を有する。
【0097】
小型形状因子プラガブル機械的インターフェース６０２は、電気的インターフェース６０６を有し得る。電気的インターフェース６０６は、小型形状因子プラガブルモジュール６０８の置換を可能にするように意図される。
【0098】
本発明の第４の実施例において、例として、小型形状因子プラガブルモジュール６０８は、小型形状因子プラガブルモジュール６０８と光ネットワーク（図示せず）に沿って分布している図１の光ネットワークユニット１２４との間のデータの送信および受信を管理する光回線端末電気回路６１０を含み得る。光回線端末電気回路６１０は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザなどの光回線端末送信器４１０を駆動し、アバランシェフォトダイオード５０４から電気信号を受信する電気的インターフェースを提供することができる。
【0099】
小型形状因子プラガブルモジュール６０８上に平面光波回路１００２を設けることによって、先行技術の解決策によって必要とされるスペースまたはハードウェアを増やすことなく、ＯＮＵ対面光ポート１２２の数が１から４に増加される。平面光波回路１００２は、例として４個のＯＮＵ対面光ポート１２２を有するものとして示されるが、他の数のＯＮＵ対面光ポート１２２が可能であることが理解される。
【0100】
平面光波回路１００２は、光時間領域反射率計１００６の取付けのためのユーティリティポート１００４を提供し得る。光時間領域反射率計１００６は、追加的な信号劣化ペナルティを加えることなく、ネットワークモニタリング信号を送信かつ受信し得る。先行技術の構成では、光時間領域反射率測定プローブ波長の適用はＷＤＭフィルタの追加によって行われ、ＰＯＮリンクのバジェット全体に無視できない挿入損失が加わった。平面光波回路１００２とユーティリティポート１００４と間で低屈曲損失光ファイバを使用することで、挿入損失が最小の迂回光路が容易となる。この例では、光時間領域反射率計１００６は、診断目的のために挿入され得る外部装置として示される。
【0101】
ユーティリティポート１００４は、ＩＥＥＥ規格およびＩＴＵ−Ｔ規格の両方において規定されている１５５０〜１５６０ｎｍの映像向上帯などの、放送（一方向）サービスのためのオーバーレイ波長の導入にも有利に使用され得る。ユーティリティポート１００４を介したオーバーレイ波長の導入は、ユーティリティポート１００４の接続による追加的な信号損失を全く課さない。
【0102】
ユーティリティポート１００４は、既存の受動光ネットワークインフラストラクチャ上の双方向受動光ネットワークのための次世代オーバーレイのための入力ポートとしても使用され得る。多くの場合、ブロッキングフィルタが光検出器または検出器の前に挿入され、新たなＰＯＮアップストリーム信号から古いＰＯＮアップストリーム信号への干渉を排除し得る。この一例は、既存のＧ．９８４ＧＰＯＮに対する「次世代」Ｇ．９８７ １０ＧレートＰＯＮのオーバーレイラインであろう。先行技術において、かつＧ．９８７．２の原案バージョンで規定されているように、そのようなオーバーレイはＷＤＭフィルタの挿入損失によるＰＯＮリンクバジェットに１ｄＢの追加損失を与えるであろう。とりわけ、本発明の実装では、この１ｄＢの損失が排除される。
【0103】
上記の例では、２×２単一モード光カプラ２０２の最も一般的なものからのポートの１つがモジュールのエッジに与えられ、再使用される。同一の様式で、同じポートを利用することによって、放送映像ネットワークまたは次世代ＰＯＮを既存のＰＯＮに適用することができる。
【0104】
図１１を参照して、本発明の第５の実施例における平面光波回路１００２を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カード１１００の機能ブロック図が示される。受動光ネットワーク光回線端末回線カード１１００の機能ブロック図は、受動光ネットワークサポートのための小型形状因子プラガブル業界標準インターフェースなどの一次インターフェース６０４を有する小型形状因子プラガブル機械的インターフェース１１０２を示す。一次インターフェース６０４は、機械的および電気的な公差について業界で認められた仕様を有する。
【0105】
本発明の第５の実施例において、例として、小型形状因子プラガブルモジュール１１０２は、小型形状因子プラガブルモジュール１１０２と光ネットワーク（図示せず）に沿って分布している図１の光ネットワークユニット１２４との間のデータの送信および受信を管理する光回線端末電気回路６１０を含み得る。光回線端末電気回路６１０は、分布帰還型レーザなどの光回線端末送信器４１０を駆動し、アバランシェフォトダイオード５０４から電気信号を受信する電気的インターフェースを提供し得る。
【0106】
アバランシェフォトダイオード５０４を介したマルチモード光導波路５０６接続の存在により、先行技術によって１つのＯＮＵ対面光ポート１２２のみが支持される４個のＯＮＵ対面光ポート１２２を含むことが可能となる。
【0107】
小型形状因子プラガブルモジュール６０８上に平面光波回路１００２を設けることによって、先行技術の解決策によって必要とされるスペースまたはハードウェアを増やすことなく、ＯＮＵ対面光ポート１２２の数が１から４に増加される。平面光波回路１００２は、例として４個のＯＮＵ対面光ポート１２２を有するものとして示されるが、他の数のＯＮＵ対面光ポート１２２が可能であることが理解される。
【0108】
平面光波回路１００２は、小型形状因子プラガブルモジュール１１０２内に配置された、受動受信器プローブまたは双方向トランシーバプローブなどの光時間領域反射率計プローブ１１０６の取付けのためのユーティリティリンク１１０４を設け得る。光時間領域反射率計プローブ１１０６は、ＳＦＰ ＰＯＮ ＯＬＴトランシーバに追加的な信号劣化ペナルティを加えることなく、ネットワークモニタリング信号を受信し得る。
【0109】
図１２を参照して、本発明の一実施例における１×４単一モード光スプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバ１２００の概略図が示される。光回線端末トランシーバ１２００の概略図は、本発明の例において１×４単一モード光スプリッタ／結合器を提供するように配列された２×２単一モード光カプラ２０２を有する平面光波回路５０２を示す。
【0110】
好ましい実施例は、例として、平面光波回路５０２の構造に本発明を集積する。平面光波回路５０２上に集積された４ポートバージョンは、波長λ（Ｔｘ）で光回線端末送信器４１０からのパワーを均一に分割するように設計されている２×２単一モード光カプラ２０２を利用する。この場合、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）およびギガビットイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＧＥ−ＰＯＮ）システムに必要とされるように、１４８０ｎｍ≦λ（Ｔｘ）≦１５００ｎｍである。波長分割マルチプレクサ４０４は、１２６０ｎｍ≦λＲｘ≦１３６０ｎｍにおいてアップストリーム信号の一部を光回線端末受信器１２８に優先的に送り、波長分割マルチプレクサ４０４を介するダウンストリーム信号の流れに影響を与えることなく光学的装置と電気的装置（図示せず）との組合せを含み得る。
【0111】
平面光波回路５０２の構造は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイにおける４個のポートのうちのいずれか１つから光回線端末受信器１２８へのいずれかの経路が、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮのアップストリーム方向で使用されるような１．２５Ｇｂ／ｓにおける「オンオフキーイング」−「非ゼロ復帰」（ＯＯＫ−ＮＲＺ）信号を可能にするのに好適である上記の例から得られる４０ｐｓの公差内で等しくなるように設計される。実装は、最適な設計を決定する際に、平面光波回路５０２上の導波路の経路長だけではなく、レンズ、屈折カプラ、反射カプラ、または近接装置などの光カプラ１２０２のモード分散も考慮に入れなければならない。
【0112】
平面光波回路５０２の好ましい実施例では、単一モード光導波路５０８は、０．２２の開口数（ＮＡ）、４．５平方μｍの断面積、および１３１０ｎｍにおいておよそ３．７μｍのモードフィールド径を有する。単一モード光導波路５０８は、８μｍ間隔で単一モード光導波路５１０のアレイの平面光波回路５０２の出口に経路付けされ得る。光カプラ１２０２は、レンズ、屈折カプラ、反射カプラ、近接装置などを有する。当業者は、記載した４個の単一モード光導波路５０８すべてを１に近い効率で６５μｍの有効領域を有する光回線端末受信器１２８に同時に結合させることができることを認識するであろう。
【0113】
単一モード光導波路５０８の設計および光カプラ１２０２の選択は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか１つからの信号が、ＯＮＵ対面光ポート１２２の他のいずれかに対して４０ｐｓの公差内で２つ以上の別個の光路を介して光回線端末受信器１２８に到達しなければならないことを保証しなければならない。単一モード光導波路５０８のうちいずれかを介した遅延は、入来信号の波長による光カプラ１２０２中のいずれかのモード分散も考慮しなければならない。
【0114】
平面光波回路５０２は集積装置であり、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮ ＯＬＴの実装において、光回線端末送信器４１０からのダウンストリーム光信号をＯＮＵ対面光ポート１２２に分割し、同時に、ＯＮＵ対面光ポート１２２からの光パワーを組合わせ、受動光ネットワーク規格に準拠したビットレートでのアップストリーム通信に有用な形態で光回線端末受信器１２８にアップストリーム信号を案内するために使用することができる。
【0115】
図１３を参照して、本発明の第６の実施例における１×８単一モード光スプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバ１３００の概略図が示される。光回線端末トランシーバ１３００の概略図は、本発明の一例として分割した受信器経路を有する１×８単一モード光スプリッタ／結合器をもたらすように配列された２×２単一モード光カプラ２０２を有する平面光波回路１３０２を示す。
【0116】
第６の実施例は、本発明を平面光波回路１３０２の構造に集積する。平面光波回路１３０２上に集積された８ポートバージョンは、波長λ（Ｔｘ）において光回線端末送信器４１０からのパワーを均一に分割するように設計されている２×２単一モード光カプラ２０２を利用する。この例では、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）およびギガビットイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＧＥ−ＰＯＮ）システムに必要とされるように、１４８０ｎｍ≦λ（Ｔｘ）≦１５００ｎｍである。波長分割マルチプレクサ４０４は、波長分割マルチプレクサ４０４を通るダウンストリーム信号の流れに影響を与えることなく、１２６０ｎｍ≦λＲｘ≦１３６０ｎｍのアップストリーム信号の一部をアバランシェフォトダイオード５０４に優先的に送信する。
【0117】
平面光波回路１３０２の構造は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイにおける第１の４個のポートのうちのいずれか１つから光回線端末受信器１２８への、光カプラを通って進むいずれかの経路が、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮのアップストリーム方向で使用されるような１．２５Ｇｂ／ｓにおける「オンオフキーイング」−「非ゼロ復帰」（ＯＯＫ−ＮＲＺ）信号を可能にするのに好適である、データストリームのタイミング要件から導出された４０ｐｓの公差内で等しくなるように設計される。
【0118】
実装は、最適な設計を決定する際に、平面光波回路１３０２上の導波路の経路長だけではなく、第１のマルチモード光導波路１３０４および第２のマルチモード光導波１３０８のモード分散も考慮に入れなければならない。この複合受信器環境では、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイからのいずれかのビットのための遅延経路は、４０ｐｓの設計公差を満たすべきである。
【0119】
発明の第６の実施例において、平面光波回路１３０２は、０．２２の開口数（ＮＡ）、４．５平方μｍの断面積、および１３１０ｎｍにおいておよそ３．７μｍのモードフィールド径を有する単一モード光導波路５０８を有し得る。単一モード光導波路５０８は、８μｍ間隔で２つの線形アレイで平面光波回路１３０２から出る。光カプラ１２０２は、レンズ、反射結合、屈折結合、近接結合などを含み得る。当業者は、記載した単一モード光導波路５１０のアレイの４個の単一モード光導波路５０８すべてをほぼ１の効率で光回線端末受信器１２８に同時に結合させることができることを認識するであろう。
【0120】
単一モード光導波路５１０のアレイにおける単一モード光導波路５０８の設計および光カプラ１２０２の選択は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか１つからの信号が、ＯＮＵ対面光ポート１２２の他のいずれかに対して４０ｐｓの公差内で光回線端末受信器１２８に到達しなければならないことを保証しなければならない。単一モード光導波路５１０のアレイにおける単一モード光導波路５０８のいずれかを介した遅延は、光カプラ１２０２におけるいずれかのモード分散も考慮しなければならない。単一モード光導波路５１０のアレイと光回線端末受信器１２８との間の光カプラ１２０２は、レンズ、反射結合、屈折結合、近接結合などを含み得る。
【0121】
光回線端末受信器１２８は、光カプラ１２０２の独立したインスタンスに結合されている２つのセグメントで示されているが、図示されていない光回線端末受信器１２８の電子部分の収束があり得ることが理解される。代替的な構造では、光回線端末受信器１２８は、光カプラ１２０２のインスタンスの各々に結合する２つのポートを有し得る。
【0122】
平面光波回路１３０２は集積装置であり、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮ ＯＬＴの実装において光回線端末送信器４１０からのダウンストリーム光信号をＯＮＵ対面光ポート１２２に分割し、同時に、ＯＮＵ対面光ポート１２２からの光パワーを組合わせ、受動光ネットワーク規格に準拠したビットレートでのアップストリーム通信に有用な形態で光回線端末受信器１２８または第２のアバランシェフォトダイオード１３０６にアップストリーム信号を案内するために使用することができる。
【0123】
上記の構成により、既存の集積電子機器を用いてアップストリーム信号に対して動作を行なうことが可能となり得る。そのような構成により、新製品の要求に対するより速い製造応答時間が可能となり得る。本発明によってもたらされる追加的な柔軟性は、それを実装する製品の製造性および設計マージンを向上させる。たとえば、単一の光検出器に結合させることができるＯＮＵ対面光ポート１２２の数は、光検出器のサイズに反比例する。一般に、より高速の（または帯域幅）光検出器は、有効な検出領域がより小さい。所望のダウンストリームポートの数が単一の光受信器に有効に結合させることができる数を超える場合、製造マージンおよび納品スケジュールを維持するために別の光受信器を使用することが望まれることがある。
【0124】
図１４を参照して、本発明の第７の実施例における２×８単一モード光スプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバ１４００の概略図が示される。光回線端末トランシーバ１４００の概略図は、本発明の一例として分割送信器経路を含む２×８単一モード光スプリッタ／結合器１４００をもたらすように配列された２×２単一モード光カプラ２０２を有する平面光波回路１４０２を示す。
【0125】
第７の実施例は、本発明を平面光波回路１４０２の構造に集積する。平面光波回路１４０２上に集積された８ポートバージョンは、波長λ（Ｔｘ）において光回線端末送信器４１０からのパワーを均一に分割するように設計されている２×２単一モード光カプラ２０２を利用する。この例では、ギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）およびギガビットイーサネット（登録商標）受動光ネットワーク（ＧＥ−ＰＯＮ）システムに必要とされるように、１４８０ｎｍ≦λ（Ｔｘ）≦１５００ｎｍである。波長分割マルチプレクサ４０４は、波長分割マルチプレクサ４０４を通るダウンストリーム信号の流れに影響を与えることなく、１２６０ｎｍ≦λＲｘ≦１３６０ｎｍにおいてアップストリーム信号の一部をアバランシェフォトダイオード５０４に優先的に送る。
【0126】
平面光波回路１４０２の構造は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイにおける８つのポートのうちのいずれか１つから光カプラ１２０２を通って進むアバランシェフォトダイオード５０４の有効面へのいずれかの経路が、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮのアップストリーム方向で使用されるような１．２５Ｇｂ／ｓにおける「オンオフキーイング」−「非ゼロ復帰」（ＯＯＫ−ＮＲＺ）信号を可能にするのに好適である４０ｐｓの公差内で等しくなるように設計される。
【0127】
実装は、最適な設計を決定する際に、平面光波回路１４０２上の導波路の経路長だけではなく、光カプラ１２０２のモード分散も考慮に入れなければならない。
【0128】
発明の第７の実施例では、平面光波回路１４０２は、０．２２の開口数（ＮＡ）、４．５平方μｍの断面積、および１３１０ｎｍにおいておよそ３．７μｍのモードフィールド径を有する単一モード光導波路５０８を有し得る。単一モード光導波路５０８は、８μｍ間隔で線形アレイで平面光波回路１４０２から出る。当業者は、記載した８個の単一モード光導波路５０８すべてを１に近い効率でレンズまたは近接結合を用いることにより６５μｍの有効領域を有するアバランシェフォトダイオード５０４に同時に結合させることができることを認識するであろう。
【0129】
単一モード光導波路５０８の設計および光カプラ１２０２の選択は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか１つからの信号が、同じＯＮＵ対面光ポート１２２からのいずれかの他の光路に対して４０ｐｓの公差内でアバランシェフォトダイオード５０４に到達しなければならないことを保証しなければならない。総遅延は、光カプラ１２０２におけるいずれかのモード分散も考慮しなければならない。
【0130】
平面光波回路１４０２は集積装置であり、ＧＥ−ＰＯＮまたはＧＰＯＮ ＯＬＴの実装において、各々が同一のダウンストリーム信号を送信する光回線端末送信器４１０および第２のＯＬＴ送信器１４０４からのダウンストリーム光信号をＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイに分割し、同時に、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイからの光パワーを組合わせ、受動光ネットワーク規格に準拠したビットレートでのアップストリーム通信に有用な形態でアバランシェフォトダイオード５０４にアップストリーム信号を案内するために使用することができる。
【0131】
既存の集積電子機器を用いてアップストリーム信号に対して動作を行なうことが可能となり得る。１４８０〜１５００ｎｍの波長範囲の光増幅が選択肢ではない場合、そのような構造によって、より廉価な複合ＯＬＴ送信器の使用が可能となり得る。Ｓ帯域光増幅器の存在を必要とするため、そのような信号の光増幅は困難である。半導体光アンプは、約１３ｄＢｍまでの飽和出力パワーとともに現在利用可能であり、おそらく光回線端末送信器４１０内の並列の冷却されず直接変調された４個のＤＦＢレーザに相当する。１５３０ｎｍを超える例外的に高い屈曲損失を有するファイバをベースとするＳ帯域エルビウム添加ファイバ増幅器が実証されているが、市販されていない。そのような構成は、新製品の要求に対するより速い製造応答時間を可能にし得る。本発明によってもたらされる追加的な柔軟性は、それを実装する製品の製造性および設計マージンを向上させる。
【0132】
必要条件に依存して、発明は、２つの光スプリッタおよび１つのマルチパスパワー結合器を有する集積装置として構成することができる。これは、異なる数の組合せに一般化することができる。
【0133】
図１５を参照して、本発明の第８の実施例における３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴトランシーバ１５００の機能ブロック図が示される。３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴトランシーバ１５００の機能ブロック図は、本発明のさらなる例として１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２を提供するように配列された２×２単一モード光カプラ２０２を有する平面光波回路１５０２を示す。
【0134】
第８の実施例は、本発明を平面光波回路１５０２の構造に集積する。平面光波回路１５０２上に集積された３２ポートバージョンは、波長λ（Ｔｘ）においてＯＬＴ送信器１５０４からのパワーを均一に分割するように設計されている２×２単一モード光カプラ２０２を利用する。この場合、ＩＴＵ−ＴおよびＩＥＥＥ規格の両方によって規定されているように１５７５〜１５８０ｎｍの波長ウィンドウにおいて１０−Ｇｂ／ｓＯＬＴ送信器で使用される。
【0135】
近いうちに、ギガビット速度ＰＯＮのためのダウンストリーム送信器の増幅が挑戦されるであろう。ＩＴＵ−ＴおよびＩＥＥＥ規格の両方によって規定されている次世代ＰＯＮは、１５７５〜１５８０ｎｍの波長ウィンドウにおいて動作する１０Ｇｂ／ｓのＯＬＴ送信器を選択している。Ｌ帯域ＥＤＦＡは当該分野において周知である。典型的なＬ帯域ＥＤＦＡは、平坦な利得応答で１５６５〜１６００ｎｍのウィンドウに対して動作する。
【0136】
この用途については、Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６は１５７５と１５８０ｎｍとの間の単一波長で動作しさえすればよいことが有利である。Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６からの＋２０ｄＢの一定の出力パワーは、十分に本技術の範囲内である。
【0137】
３２ポートの１０Ｇ−ＰＯＮ ＯＬＴを容易にするように構成された発明はＬ帯域ＥＤＦＡ１５０６を必要とする。Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６は送信器信号を＋２０ｄＢの一定の出力パワーに増幅し、各ポートにおいて＋３ｄＢを越える有効な光パワーをもたらす。３１個の単一モード光導波路５０８からの回収された光５１４は、発明に規定されている経路長の制約にしたがって、１つ以上の光受信器に案内される。上記の実施において、〜２００μｍのコア直径を有するマルチモード光導波路５０６は、回収された光５１４をアバランシェフォトダイオード５０４の直径２００μｍの有効領域バージョンに案内する。
【0138】
ダウンストリームについて１７ｄＢの損失という標準的な１×３２平面光波回路型の光スプリッタの標準性能に基づいて、＋２０ｄＢをもたらすＬ帯域ＥＤＦＡ１５０６は、各ポートから＋３ｄＢの有効な発射パワーを与えるであろう。ダウンストリームでは、高い雑音指数（ＮＦ＝（１０ｄＢ）のＬ帯域ＥＤＦＡでさえ、ダウンストリーム信号全体に−１４６ｄＢ／Ｈｚの相対強度ノイズ（ＲＩＮ）を与えるであろう。このＲＩＮは、１０Ｇｂ／ｓダウンストリームリンクバジェット全体に対して無視できるペナルティを与える。
【0139】
アップストリーム方向に２ｄＢの損失があることを期待することができ、これは、−２８ｄＢの感度を有する光回線端末受信器１２８の単一のインスタンスが３２個のポートの各々において−２６ｄＢの有効な感度となることを意味する。
【0140】
ＩＥＥＥの仕様は、１２７０〜１２９０ｎｍの範囲内の波長において１．２５Ｇｂ／ｓアップストリームを規定する。ＩＴＵ−Ｔの仕様も、１２７０〜１２９０ｎｍの範囲の波長において２．５Ｇｂ／ｓアップストリームである。
【0141】
アップストリームにおいて３１個のモードを高効率で単一のマルチモード光導波路に結合させることができる。全体的な導波路設計は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか１つから光回線端末受信器１２８へのすべての経路は、２０ｐｓの公差内において等価である。単一モード光導波路のＮＡが０．２２であり、導波路断面積が４．５平方μｍである場合、モードフィールド径は１２７０ｎｍにおいて３．９μｍである。
【0142】
３１本の単一モード光導波路５０８は、２００μｍの有効領域直径を有する図５のアバランシェフォトダイオード５０４を含み得る光回線端末受信器１２８に低損失で結合させることができる。代替的に、３１本の単一モード光導波路５０８を、平面光波回路１５０２内の〜２００μｍ×４．５μｍの寸法で単一のマルチモードスラブ導波路（図示せず）に結合させることができる。３１本の単一モード光導波路５０８のアレイもしくは単一マルチモードスラブ導波路のいずれかを、従来の光学素子による２００μｍの有効領域直径を有するアバランシェフォトダイオード５０４を起動するために光回線端末受信器１２８に結合させることができる。または、０．８ＧＨｚの帯域幅で２００μｍの有効領域直径ＡＰＤを有する０．４ＮＡのマルチモード光導波路が市販されている。
【0143】
ＩＥＥＥの手法で使用されている１．２５Ｇｂ／ｓアップストリームおよびＩＴＵ−Ｔによって規定されている２．５Ｇｂ／ｓアップストリームの両方について、０．８ＧＨｚの帯域幅は２．５Ｇｂ／ｓにおけるバーストモード受信を支持するには不十分である。単一のよく特徴付けられた受信器が使用されるため、制限された帯域幅を補償するために光回線端末受信器１２８に電子等化回路（図示せず）が含まれ得ることを予測することができる。おそらく完全ではないものの、リンクバジェットにおいて〜１５ｄＢの向上を正当化するためにはおそらく十分である。
【0144】
単一モード光導波路５０８の設計、およびマルチモード光導波路５０６の長さを含むマルチモード光導波路５０６の選択は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちいずれか１つからの信号が、同じＯＮＵ対面光ポート１２２からのいずれかの代替的な光路に対して２０ｐｓの公差内でアバランシェフォトダイオード５０４に到達しなければならないことを保証しなければならない。単一モード光導波路５０８のうちいずれかを介した遅延は、マルチモード光導波路５０６におけるいずれかのモード分散も考慮しなければならない。
【0145】
図１６を参照して、本発明の第９の実施例における３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システム１６００の機能ブロック図が示される。３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システム１６００の機能ブロック図は、本発明のさらなる例として、図２の２×２単一モード光カプラ２０２で形成される平面光波回路などの１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２を有する３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張基板１６０２を示す。
【0146】
第９の実施例は、ＯＮＵ対面光ポート１２２へのポートアクセスのために１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２を利用して、３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張基板１６０２の構造に本発明を集積する。ＯＮＵ送信器１６１０は、この場合、ｌ０Ｇ−ＰＯＮ ＯＮＵ送信器で使用されるためにＩＴＵ−ＴおよびＩＥＥＥの両方によって規定されている１２７０〜１２９０ｎｍの波長ウィンドウ内の波長λ（Ｒｘ）で動作する。Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６は、１５７５と１５８０ｎｍとの間の単一波長で動作しさえすればよい。
【0147】
ダウンストリーム信号は、ＥＤＦＡ、半導体光増幅器、またはボックス外部ラマン増幅の使用により、光学的に再生され得る。代替的な実施例では、ダウンストリーム信号は光−電子−光（ＯＥＯ）処理によって再生することができる。そのような処理では、光回線端末に向けられた光受信器は、ＯＬＴ対面ダウンストリームポートに結合される１つ以上のダウンストリーム送信器を駆動する電気信号を生成するダウンストリーム光信号を検出する。
【0148】
＋２０ｄＢの一定の出力パワーバージョンのＬ帯域ＥＤＦＡ１５０６は十分に本技術の範囲内である。Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６は、１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２のダウンストリームポートを十分に駆動することになる。
【0149】
〜２００μｍのコア直径を有するマルチモード光導波路５０６は、回収された光５１４を、２００μｍ直径バージョンのアバランシェフォトダイオード５０４に案内する。高速アナログデジタルコンバータ１６０６は、アバランシェフォトダイオード５０４に結合されたトランスインピーダンス増幅器１６０５の出力を解釈し得る。高速アナログデジタルコンバータ１６０６は、デジタルビットのストリームを入力としてフィールドプログラマブルゲートアレイ１６０８に供給し得る。
【0150】
クロックは局所的に引き出されるか、またはダウンストリーム信号から傍受され得る。すべてのバーストモード回路機能および（たとえば不十分な受信器帯域幅のための）追加的な等化、何らかのレベルの順方向誤り修正（ＦＥＣ）でさえ、フィールドプログラマブルゲートアレイ１６０８内でデジタル方式で行うことができる。さらに、フィールドプログラマブルゲートアレイ１６０８内でのデジタル処理は、一定の振幅で中央局ベースの光回線端末（図示せず）にＯＮＵ送信器１６１０が信号を送り返すことを可能にし得、光回線端末バーストモード受信器（図示せず）のダイナミックレンジ仕様を緩和する。
【0151】
上記の実施例は、フィールドプログラマブルゲートアレイ１６０８によって行なわれる信号処理を調整することによって、信号フォーマットの変化に対応することができる。上で例示した実施例は、たとえば、ハードウェア修正なしに２．５Ｇｂ／ｓ２進および５Ｇｂ／ｓ複２進アップストリームシグナリングに対応することができる。
【0152】
単一モードファイバコネクタは、モジュールのエッジ上に位置決めされたＯＬＴ対面光ポート１６１２に結合され得、３２個の単一モードファイバコネクタはＯＮＵ対面側に配置される。ＯＮＵ対面側のポートの数は、用途によって必要とされるように調整され得る。モジュール内では、３ポートＷＤＭカプラ１６０４を用いて、ダウンストリーム信号を光増幅器または光受信器（ＯＥＯダウンストリーム再生の場合）に送ることができる。作成者は、モジュールステータスおよび遠隔測定情報を光回線端末に通信するために、モジュール内にＯＮＵを含むことを選択し得る。
【0153】
モジュールがＯＬＴおよびＯＮＵ端末機器から明白にかつ自律的に動作することができる場合、ＰＯＮネットワークオペレータに最高のユーティリティを与えることになるとＰＯＮの当業者は理解するであろう。ＯＥＯ手法を用いてＧＰＯＮアップストリーム信号を再生する以前の試みはダイナミックレンジの減少を実証している。それは部分的に、ＯＬＴに配置された受信器が、リセット信号にアクセスしたということによるものである。リセット信号は、ＯＬＴ ＭＡＣ（メディアアクセス制御）からの直接電気接続として受信器に供給される。ＯＬＴから自律的かつ遠隔に独立したＰＯＮ拡張システムの動作は、リセット信号へのアクセスを排除する。
【0154】
高性能の独立した受信器動作を実現する解決策の１つは、大部分のＯＬＴバーストモード受信器の（アナログ）回路基準と比較して、よりよい受信器決定−しきい値化および意思決定システムを利用することである。信号の受信および識別を向上させ、より堅固にする１つの手法は、アップストリーム受信器信号をサンプリングし、デジタル信号処理を利用して、あるレベルの前処理または等化を当該信号に加え、（アナログ）電子回路で可能であるよりも柔軟かつ堅固な決定アルゴリズムを利用することである。
【0155】
この処理は、いくつかの実施例において使用されるマルチモード光導波路からの電気的な検出帯域幅またはモード分散を犠牲にして、（より多くのアップストリーム光を取込むために）より大きな有効領域光受信器を利用することによるペナルティなどの、受信器におけるいずれかの非理想性を補償することもできることが有利である。
【0156】
図１７を参照して、本発明の第１０の実施例における３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システム１７００の機能ブロック図が示される。３２ポートの１０−Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システム１７００の機能ブロック図は、図１６の１対の３２ポート１０Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システム１６００などの冗長なバージョンの基板１７０２に結合された外付けバージョンの１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２を示す。
【0157】
第１の光再生器１７０２は、３ポートＷＤＭカプラ１６０４、Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６、マルチモード光導波路５０６、アバランシェフォトダイオード５０４、トランスインピーダンス増幅器１６０５、高速アナログデジタルコンバータ１６０６、フィールドプログラマブルゲートアレイ１６０８、および光送信器ユニット１６１０を含み得る。３ポートＷＤＭカプラ１６０４は、ＯＬＴ対面光ポート１６１２にソースを供給し得る。
【0158】
第２の光再生器１７０４は、第１の光再生器１７０２と同じ機能的ブロックを有するように同じく構成される。Ｌ帯域ＥＤＦＡ１５０６は、単一モードファイバを介して単一モードスイッチ１７０６に結合され得る。第２の光再生器１７０４と単一モードスイッチ１７０６との間で同じ接続がなされる。単一モードスイッチの出力は、１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２のダウンストリームポートである。
【0159】
第１の光再生器１７０２および第２の光再生器１７０４は、３２ポートの１０Ｇｂ／ｓＰＯＮ ＯＬＴ範囲拡張システム１７００の現場での保守性を拡張することができる冗長バックアップ電子システムを含む。１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２の完全に受動的な性質から、その現場での寿命を第１の光再生器１７０２と第２の光再生器１７０４とによってもたらされる冗長電子セットを有することによって向上させることができる。
【0160】
１×３２単一モード光スプリッタ／結合器１５０２のアップストリームポートとマルチモードスイッチ１７０８との間で、マルチモード接続がなされる。マルチモードスイッチ１７０８の出力は、第１の光再生器１７０２および第２の光再生器１７０４のマルチモード光導波路５０６に結合される。
【0161】
Ｎがそのように高ければ、何らかの冗長性が望ましいことがある。一般に、最も信頼できる能動的な電子機器および電気光学素子でさえ、受動光学要素と比較すると信頼性がはるかに低い。上記の例示は、（能動）機器の冗長性および（ＯＬＴへの）経路の冗長性がどのように達成され得るかを例示する。
【0162】
図１８を参照して、本発明の第１１の実施例におけるハイブリッドファイバ同軸光ネットワーク中継器１８００の機能ブロック図が示される。ハイブリッドファイバ同軸光ネットワーク中継器１８００の機能ブロック図は、８個のＯＮＵ対面光ポート１２２を有し、単一モード光導波路５０８によって２×２単一モード光カプラ２０２を結合することによって１×８単一モード光スプリッタ／結合器を実装する平面光波回路１８０２を示す。
【0163】
平面光波回路１８０２は、キャリア基板１８０４の送信器ポート１８０６に結合された平面光波回路１８０２のダウンストリームポートによってキャリア基板１８０４に搭載され得る。ハイブリッドファイバ同軸ネットワーク（ＨＦＣ）リターン経路受信器１８０８は、マルチモード光導波路５０６を介して平面光波回路１８０２の単一モード光導波路５０８に結合される。ＨＦＣリターン経路受信器１８０８のＲＦ増幅器は、キャリア基板１８０４のアップストリームＲＦ出力１８１０に結合される。単一モード順方向経路光入力ポート１８０６は、順方向経路送信器（図示せず）または光増幅器（図示せず）に接続することになる。
【0164】
図１８の図は、発明の代替的な実装の例を示し、いくつかのモジュールの機能を、性能がより良く、寸法が著しく小さく、波長依存性がないシングルモジュールへと組合わせる。平面光波回路１８０２は、１６１０ｎｍのＲＦｏＧリターン経路信号と同様に、１３１０ｎｍのＲａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｖｅｒ Ｇｌａｓｓ（ＲＦｏＧ）リターン経路信号についても機能する。
【0165】
ハイブリッドファイバ同軸光ネットワーク中継器１８００は、ＨＦＣおよびＲＦｏＧネットワークで使用される集積された順方向経路光スプリッタ／パワー結合リターン経路受信器モジュールである。そのマルチモード光導波路入力５０６以外に、ＨＦＣリターン経路受信器１８０８が先行技術において周知である。発明によれば、ＯＮＵ対面光ポート１２２のうちのいずれかからフォトダイオード１８１１への多重経路は、８５１ｐｓの公差内で等しくなければならない。例示した平面光波回路１８０２の実装は、溶融ファイバカプラ２×２単一モード光カプラ２０２によって実装され得る。
【0166】
リターン経路ＲＦ信号は、ＤＯＣＳＩＳ ３．０仕様に従ってｆ＝１０−８０ＭＨｚの範囲のサブキャリア上で変調される。先行技術において、同一のＲＦサブキャリア多重（ＳＣＭ）信号を時間遅延Dｔと組合わせるためには、以下の式に従って搬送波対雑音比（ＣＮＲ）が不利となることが周知である。ＣＮＲ＝ＣＮＲｍａｘｃｏｓ２（πｆｍａｘDｔ） ＥＱ５
すべての周波数にわたる最大０．１ｄＢのペナルティについて、Dｔ＜８５１ｐｓである。ガラス（ｎ＝１．５）では、これは長さ１７ｃｍに相当する。この長さの公差は、ファイバのスプライシングの際にも容易に管理される。したがって、平面光波回路の実装ほど小型ではないものの、十分実現可能な実装は、発明にしたがって１７ｃｍの長さ公差を維持しつつ、２×２の５０／５０単一モード溶融ファイバカプラのスプライシングに基づくことができる。
【0167】
図１９を参照して、本発明の第１２の実施例における１×（Ｎ／２）単一モードスプリッタ／結合器を利用した光回線端末トランシーバ１９００の機能ブロック図が示される。光回線端末トランシーバ１９００の機能ブロック図は、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイを有する（Ｎ／２）の２×２単一モード光カプラ２０２を示す。ダウンストリーム信号の追加的な光分割は、単一モード１×（Ｎ／２）スプリッタ１９０２によって容易となる。２×２単一モード光カプラ２０２上の回収ポート３０６の各々は光回線端末受信器１２８に経路付けされ、独立した電気信号に変換される。回収ポート３０６の各々は、光−電気コンバータ４１２への固有のルートを有するため、その経路付けの長さも独立しており、他のルートと重要なタイミング関係を有さない。
【0168】
２×２単一モード光カプラ２０２の第１のラインの光回線端末受信器１２８への経路付けは、ＯＮＵ対面光ポート１２２のアレイからの全信号コンテンツの１／２を含み、１×（Ｎ／２）単一モードスプリッタ１９０１内の残りの実現されていない２×２ポートのすべての振幅以上である。２×２単一モード光カプラ２０２の未使用の出力の第１のラインのみを経路付けすることは、３ｄＢ内の最大の結果に近づくことになり、信頼性が高く堅固な通信を提供するのに十分である。
【0169】
図２０を参照して、本発明の一実施例における平面光波回路５０２を利用した受動光ネットワーク光回線端末回線カード２０００の機能ブロック図が示される。受動光ネットワーク光回線端末回線カード２０００の機能ブロック図は、受動光ネットワークサポートのための小型形状因子プラガブル業界標準インターフェースなどの電気的インターフェース６０６を有する小型形状因子プラガブル機械的インターフェース６０２を示す。電気的インターフェース６０６は、機械的および電気的な公差について業界で認められた仕様を有する。
【0170】
小型形状因子プラガブルモジュール６０８は、その電気的インターフェース６０４を介して電気的インターフェース６０６および機械的インターフェース６０２に結合し得る。本発明の一実施例において、例として、小型形状因子プラガブルモジュール６０８は、小型形状因子プラガブルモジュール６０８と光ネットワーク（図示せず）に沿って分布している図１の光ネットワークユニット１２４との間のデータの送信および受信を管理する光回線端末電気回路６１０を含み得る。光回線端末送信器電気回路６１０は、光回線端末双方向光サブアセンブリ２００２を駆動する電気的インターフェースを提供し得る。
【0171】
光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）プローブ１１０６は、平面光波回路５０２に結合され得る。平面光波回路５０２から光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）プローブ１１０６へのマルチモード光導波路５０６の接続の存在により、ネットワークモニタリングの目的で、回収された光５１４を含むことが可能となる。本発明の回収技術を使用することによって、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）プローブ１１０６に戻った信号において−１６．３ｄＢの向上を実現することができる。これは、図１の単一モード光ファイバ１２６にわたり得られる測定値の感度および精度を著しく向上させる。双方向光サブアセンブリ２００２とＯＴＤＲプローブ１１０６との間の光学的分離が向上することも有利である。
【0172】
光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）プローブ１１０６を小型形状因子プラガブルモジュール６０８内に組込むことで、図１の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）１２４と小型形状因子プラガブルモジュール６０８のＯＮＵ対面光ポート１２２との間に結合される単一モード光ファイバ１２６の状態を判定するためのリアルタイム解析能力がもたらされ得る。光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）プローブ１１０６は、単一モード光ファイバ１２６の長さと、スプライスおよび嵌合コネクタ損失を含む全減衰量との推定に使用され得る。亀裂などの故障を特定し、光学的戻り損失を測定するためにも使用され得る。
【0173】
１０Ｇ−ＥＰＯＮ規格によって規定されたもの、新生ＩＴＵ−Ｔ １０Ｇ−ＰＯＮ規格、ＲＦ ｏｖｅｒ ｇｌａｓｓ（ＲＦｏＧ）ネットワーク、他のハイブリッドファイバ同軸ネットワーク、および他のポイントツーマルチポイント光（または部分的に光）ネットワークを含むが限定はされない多くの種類のポイントツーマルチポイント光通信ネットワークにおいて使用される図１の単一モード光ファイバ１２６の日々の保守およびサポートにとって発明が不可欠であることが当業者によって理解されるであろう。
【0174】
図２１を参照して、本発明のさらなる実施例における光ネットワーク通信システムの動作の方法２１００のフローチャートが示される。方法２１００は平面光波回路を提供することを含み、平面光波回路を提供することは、１×Ｎ単一モード光スプリッタ／結合器を形成するために２×２単一モード光カプラをアレイに接続することと、受信器において、回収ポートのうち２つ以上から回収された光を収集するために回収ポートを受信器に経路付けることとを含む。ブロック２１０２において回収ポートのうち１つ以上は２×２単一モード光カプラからであり、当該方法はさらに、ブロック２１０４において第１の波長で平面光波回路を介して光ネットワークユニットに送信することと、ブロック２１０６において光ネットワークユニットからの応答を回収された光を介して第２の波長で解釈することとを含む。
【0175】
得られる方法、処理、装置、デバイス、製品、および／またはシステムは、簡単であり、費用効率が高く、複雑でなく、汎用性が高く、正確であり、高感度であり、効果的であり、かつ既知の構成要素を作動可能で、効率的で、経済的な製造、用途および利用に適合させることによって実装することができる。
【0176】
本発明の別の重要な局面は、費用を削減し、システムを単純化し、性能を上げる歴史的傾向を有益に支持し役立つということである。
【0177】
したがって本発明のこれらおよび他の有益な局面は、技術の状態を少なくとも次のレベルへと進める。
【0178】
発明を特定の最良のモードに関連して説明したが、多くの代替例、修正、および変更が上記の説明に照らして当業者にとって明らかとなることが理解されるべきである。したがって、添付の請求項の範囲内にあるすべてのそのような代替例、修正、および変更を包含するものと意図される。これまでここに記載されたかまたは添付の図面において示されたすべての事項は、例示的かつ非限定的な意味で解釈されるべきである。