JP3662463B2 - 光信号を再生するための方法、装置及びシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の再生のための方法、装置及びシステムに関する。
【０００２】
近年実用化されている光ファイバ通信システムにおいては、伝送路損失や分岐損失等による信号パワーの低下を、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光増幅器を用いて補償している。光増幅器はアナログ増幅器であり、信号を線形増幅するものである。この種の光増幅器においては、増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）雑音の付加により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下するので、中継数ひいては伝送距離に限界が生じる。また、光ファイバの持つ波長分散やファイバ内の非線形光学効果による波形劣化も伝送限界を与える要因である。こうした限界を打破するためには、信号をデジタル的に処理する再生中継器が必要であり、その実現が望まれている。特に、全ての処理を光レベルにおいて行う全光再生中継器は、信号のビットレートやパルス形状等に依存しないトランスペアレントな動作を実現する上で重要である。
【０００３】
全光再生中継器に必要な機能は、振幅再生又はリアンプリフィケーション（Ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と、タイミング再生又はリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）と、波形整形又はリシェイピング（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）とである。本発明は、これらのうち特にリアンプリフィケーション及びリシェイピングの機能に着目して、光ファイバ等の光導波構造内を光パルスが伝搬する際に受ける自己位相変調（ＳＰＭ）効果によるチャ−ピングを用いて、光通信システムにおける全光再生中継器や光ネットワークの各種ノードポイントにおける信号再生器等を提供するものである。
【０００４】
【従来の技術】
波形整形器或いは光再生器として最も一般的なものは、入力光信号をフォトダイオード等の受光器により一旦電気信号に変換し、この電気信号をロジック回路を用いて電気的に波形整形処理した後、この信号でレーザ光を変調するようにしたＯＥタイプの波形整形器である。ＯＥタイプの波形整形器は従来の光通信システムにおいて再生中継器に用いられている。しかし、ＯＥタイプの波形整形器の動作速度は信号処理のための電子回路によって制限されるので、再生中継器の入力信号のビットレートが低いレートで固定されてしまうという問題がある。
【０００５】
一方、全て光レベルで処理する全光タイプの波形整形器としては、波長変換を伴う非線形ループミラー（ＮＯＬＭ）やマイケルソン型或いはマッハツェンダ型の干渉系構成の非線形スイッチ、更には過飽和吸収体によるスイッチ等が多数提案されている（例えば特願平１１−１３３５７６号、特願平１１−２３９８５４号、特願平１１−２９３１８９号参照）。
【０００６】
しかし、上述した従来の技術による場合、一度に１チャネルの信号しか処理することができないという問題がある。即ち、再生すべき光信号が、波長が異なる複数の光信号を波長多重して得られたＷＤＭ信号光である場合、光信号を再生するための方法を複数回実施しあるいは光信号を再生するための装置を複数台使用する必要があり、方法の実施が煩雑でありあるいは装置構成が大規模になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、光信号のビットレートやパルス形状等に依存しない新規な光信号の再生のための方法、装置及びシステムを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、ＷＤＭ（波長分割多重）に適した光信号の再生のための方法、装置及びシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、光信号を再生するための方法が提供される。この方法では、非線形効果を提供する光導波構造に光信号が供給されると、非線形効果により光信号にチャ−ピングが生じる。そして、光導波構造から出力された出力光信号を光信号の中心波長に実質的に一致する中心波長を有する光バンドストップフィルタに供給することによって、チャ−ピングの小さい成分が除去される。
【００１１】
パルス状の光信号においてチャ−ピングの小さい成分が除去されると、特にパルスのトップ部分及び／又は低パワー部分の強度揺らぎや累積雑音を除去することができるので、光信号のビットレートやパルス形状などに依存せずに光信号を再生することができる。
【００１２】
また、チャ−ピングの小さい成分を除去するための光フィルタとしてインターリーブフィルタやＡＯＴＦ（音響光学チューナブルフィルタ）等のように複数の帯域を有する光フィルタを用いることができるので、波長が異なる複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光に関して複数の光信号を一括して再生することができる。
【００１３】
本発明の第２の側面によると、光信号を再生するための装置が提供される。この装置は、入力された光信号にチャーピングが生じるように非線形効果を提供する光導波構造と、光導波構造から出力された出力光信号が供給される光信号の中心波長に実質的に一致する中心波長を有する光バンドストップフィルタとを備えている。光バンドストップフィルタはチャ−ピングの小さい成分を除去する。
【００１４】
本発明において、光導波構造としては、正常分散を提供する光ファイバを用いることができ、これにより効果的に光信号にチャ−ピングを生じささせることができる。
【００１５】
本発明では、効果的に光信号にチャ−ピングを生じさせるために、光導波構造に入力されるべき光信号をＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）等の光増幅器により増幅してもよい。
【００１６】
本発明の第３の側面によると、光信号を再生するためのシステムが提供される。このシステムは、光信号を伝送する光ファイバ伝送路と、光ファイバ伝送路から出力された光信号が供給される光信号再生装置とを備えている。光信号再生装置は、本発明の第２の側面に従って提供され得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
いま、幅Ｔ₀、ピークパワーＰ₀の光パルスＵ（ｚ，Ｔ）が光ファイバ中を伝搬する場合を考える。ここに、Ｔは光パルスとともに動く座標系での時間である。この光ファイバの波長分散β_２があまり大きくなく、分散長Ｌ_D＝Ｔ₀ ²／｜β₂｜が光パルスに対する非線形長Ｌ_NL＝１／γＰ₀（γは３次非線形定数）に比べて十分長い（Ｌ_D≫Ｌ_NL）場合には、ＳＰＭ（自己位相変調）による位相シフトφ_NL（ｚ，Ｔ）は以下のように表せる。
【００１９】
【数１】

【００２０】
ここに、ｚ_eff＝[１−ｅｘｐ（−αｚ）]／αは有効（非線形）相互作用長である。
【００２１】
このとき、チャープδω_NLは以下で与えられる。
【００２２】
【数２】

【００２３】
｜Ｕ（０，Ｔ）｜²はピークパワーに相当するから、（２）式によれば、光パルスの各部分におけるチャーピングは、パワー傾斜がきつい部分ほど大きくなる。また、伝搬距離ｚが長くなり非線形長Ｌ_NLが短くなる（γＰ₀が大きくなる）とともに大きくなる。こうして、ＳＰＭによるチャーピングは新しい周波数成分を光パルスに与え、結果としてスペクトルを拡大する。
【００２４】
一例として、ｍ次のスーパーガウシアン（Ｓｕｐｅｒ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）型の光パルス
【００２５】
【数３】

【００２６】
を光ファイバに入力する場合を考えると、（２）式より、
【００２７】
【数４】

【００２８】
である。特に、通常のガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）パルス（ｍ＝１）については、
【００２９】
【数５】

【００３０】
である。（３）−（５）式の様子を図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１の（Ａ）及び（Ｂ）において、実線はガウシアンパルス（ｍ＝１）の場合を示しており、破線はｍ＝３のときのスーパーガウシアンパルスの場合を示している。パルスのスロープに沿ってチャープが発生し、先頭部分では、δω＜０、後尾部分ではδω＞０となる（アップチャープ）。また、ガウシアンパルスにおいては、パルスのピーク付近ではほぼ線形なチャープとなっている。
【００３１】
図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、光パルスにＳＰＭによるチャープを与えることによって、パルスの時間成分をスペクトル上で分解できることを示している。特に重要なのは、チャープの大きなスロープ中央付近とチャープの小さなピーク付近及び裾部分とを区別できる点である。このことを用いて、例えばピーク及び裾付近の微小なパワー変動や累積した雑音を光フィルタを用いて除去することができる。
【００３２】
即ち、まず光パルスを光ファイバ中を伝搬させ、強制的にＳＰＭを発生させ、チャープの大きな部分と小さな部分に周波数的に分離した後、チャープの小さな（δω〜０）付近のスペクトル成分を光バンドストップフィルタ（ＢＳＦ）を用いて集中的に除去する。その後、逆符号のチャープを与えてチャープ補償し、雑音が除去されたパルスの波形をもとに戻すことができる。
【００３３】
逆チャープを与えるための方法としては、光ファイバの波長分散（ＧＶＤ）を用いる方法等がある。この方法では、ＧＶＤがβ₂であるファイバ中を伝搬する光パルスは、β₂＞０即ち正常分散ファイバ中であればＳＰＭの場合と同様アップチャープを得ることができ、β₂＜０即ち異常分散ファイバ中であればダウンチャープを得ることができる。このように、異常分散ファイバ中を伝搬させることにより、ＳＰＭによるチャープを補償可能である。
【００３４】
ＳＰＭによるチャープを効果的に発生させるためには、ファイバのγ値を大きくする必要がある。一般に、光ファイバのγは、
【００３５】
【数６】

【００３６】
で表される。ここに、ωは光角周波数、ｃは真空中の光速を表し、ｎ₂とＡ_effはファイバの非線形屈折率と有効コア断面積をそれぞれ表す。従来のＤＳＦ（分散シフトファイバ）の非線形係数はγ＝２．６Ｗ^-1ｋｍ^-1程度と小さいので、十分なチャープを得るためには数ｋｍ〜１０ｋｍ以上の長さが必要であった。より短尺で十分大きなチャープを発生するためには、（６）式においてｎ₂を大きくするかモード・フィールド径（ＭＦＤ）、従ってＡ_effを小さくして光強度を高くするのが有効である。ｎ₂を大きくする手段としては、クラッドにフッ素等を添加し、コアにＧｅＯ₂等をかなり高濃度に添加するなどの方法がある。ＧｅＯ₂の添加濃度が２５〜３０ｍｏｌ％の場合で５×１０^-20m^２／Ｗ以上の大きなｎ₂値が得られている（通常のシリカファイバではｎ₂〜３．２×１０^-20m^２／Ｗ）。一方、ＭＦＤを小さくすることは、コアとクラッドの比屈折率差やコア形状の設計により可能である。上記ＧｅＯ₂添加ファイバにおいて比屈折率差Δが２．５〜３％程度の場合に、ＭＦＤ〜４μｍ程度のものが得られている。これらの効果の総合効果として１５Ｗ^-1ｋｍ^-1以上の大きなγ値のファイバが得られている。
【００３７】
また、分散長を非線形長に比べて十分長くしたり、チャープ補償をするためには、こうしたファイバのＧＶＤを任意に調整可能であることが望まれる。この点に関しても上記パラメータを以下のように設定することにより可能である。まず、通常のＤＣＦにおいて、一般にＭＦＤを一定にした条件でΔを大きくすると分散値は正常分散領域で大きくなる。一方、コア径を大きくすると分散は減少し、逆にコア径を小さくすると分散は大きくなる。従って、与えられた波長帯においてＭＦＤをある値に設定した状態で、コア径を大きくしていくと分散を零とすることが可能となる。逆に所望の正常分散ファイバを得ることも可能である。
【００３８】
このような方法により、γ＝１５Ｗ^-1ｋｍ^-1以上の高非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）やＤＣＦ（分散補償ファイバ）が実現している。例えば、γ＝１５Ｗ^-1ｋｍ^-1のファイバは通常のＤＳＦに比べて２．６／１５〜１／５．７程度の長さで同じ効率を達成可能である。上記のように通常のＤＳＦでは１０ｋｍ程度の長さが必要であるが、このようなファイバでは１〜２ｋｍ程度の長さで同様の効果が達成できる。実際には、短くなる分損失が少なくなるから更に短い長さでよい。
【００３９】
図２は本発明による光信号の再生装置の第１実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造として、光ファイバ２が用いられている。光ファイバ２のＧＶＤはβ₂であり、光ファイバ２は例えば供給された光信号に正常分散及び３次の非線形光学効果を与える。
【００４０】
中心波長λ_Sを有する光信号としての信号パルス４は、光増幅器６により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅された後、光ファイバ２に入力される。光ファイバ２内においては、ＳＰＭによりチャーピングが発生する。チャーピングが与えられて光ファイバ２から出力された出力光信号は、阻止帯域の中心波長がλ_Sのバンドストップフィルタ（ＢＳＦ）８を通過してチャーピングの小さい成分が除去された後、中心波長がλ_Sの再生パルス１０が出力される。
【００４１】
チャーピングの小さな成分には、主にオフパワー（０符合）成分の零点からの変動分（例えばＧＶＤによる波形劣化）やパルスのピーク付近のスロープの小さな成分が含まれる。これらの成分は光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を決定付けるものであるので、この部分をＢＳＦにより除去することにより、これらの成分のパワー変動、消光比劣化、雑音累積等によるＯＳＮＲの低下を改善することができる。
【００４２】
本発明による光信号の再生の大きな特徴は、波長変換を伴わないことである。これにより、従来にない実用的な２Ｒ（リアンプリフィケーション及びリシェイピング）再生が実現可能である。
【００４３】
ここで、本発明の実施可能性を評価するために、チャープの程度を見積っておく。例えばＴ₀＝１０ｐｓのパルスがβ₂＝１０ｐｓ²／ｋｍ、γ＝２０Ｗ^-1ｋｍ^-1の正常分散ファイバを伝搬する場合を考える。Ｐ₀＝１００ｍＷ程度で入力するとすると、Ｌ_D＝１０km、Ｌ_NL＝０．５ｋｍであるから、Ｌ_D≫Ｌ_NLが成り立つ。従って、ここではチャープに対する分散の影響は無視する。
【００４４】
このときチャープδωは、Ｌ＝１ｋｍのとき１６２ＧＨｚ（０．２１ｎｍ）である。同様の条件でＰ₀＝２００ｍＷとすれば、３２４ＧＨｚ（０．４３ｎｍ）となる。一方、Ｔ₀＝５ｐｓのパルスを用いるとすれば、Ｌ＝０．５ｋｍ、Ｐ₀＝２００ｍＷに対して３３３ＧＨｚ（０．４３ｎｍ）となる。５〜１０ｐｓの短パルスに対しては、例えば４０Ｇｂ／ｓ程度の信号であっても、２００ｍＷ程度のピークパワーは比較的容易に実現可能であり、帯域０．２ｎｍ程度のＢＳＦも実現可能であるから、上記見積もりを考慮しても本発明は実施可能である。
【００４５】
図３は本発明による光信号の再生装置の第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、光ファイバ２から出力された出力光信号がバンドストップフィルタ８だけでなくバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２をも通過するようにされている。バンドパスフィルタ１２の通過帯域の中心波長はλ_Sに設定されている。図示された例では、光信号の伝搬方向に向かってバンドストップフィルタ８及びバンドパスフィルタ１２がこの順に設けられているが、これらは逆の順序で設けられていてもよい。
【００４６】
次に、図４を用いて、図３に示されるバンドストップフィルタ８及びバンドパスフィルタ１２の役割について説明する。
【００４７】
図４は本発明による再生前の信号パルス内の強度揺らぎを示しており、その横軸は時間（Ｔ）である。このパルスの各部分のＳＰＭによるチャーピングを考えると、まず、ａ及びａ´の部分は光増幅器の自然放出光（ＡＳＥ）雑音或いはファイバ伝送による波形歪等に由来するものである。ａ及びａ´で示される部分は本来零レベルにあるべきであり、従って強度が低い。従って、ａ及びａ´で示される部分は、チャーピングも小さく光バンドストップフィルタ８により除去可能である。
【００４８】
次に、ｂ及びｂ´で示されるように、パルスのピーク付近及びスロープ上の揺らぎは主に信号パルスと光増幅器のＡＳＥとのビート雑音、光ファイバ伝送による波形歪み等によるものであり、信号の帯域と同等或いは若干広い帯域を持つものであるから、傾斜はパルス自体の傾斜と同等か或いは若干きつい程度である。この場合の強度の変動の山と谷の部分では、傾斜が零となるため、その付近のチャープは小さく、光バンドストップフィルタ８により除去される。
【００４９】
但し、ｃ及びｃ´で示されるように、極端にピーキーな変動成分も存在するであろう。このような特異点では、チャープがパルス自体のスロープにおけるものよりも大きく、スペクトルはメインスロープのそれよりも外側に位置する。従って、こうした特異点の部分の変動は、光バンドパスフィルタ１２の帯域を、メインスロープ部のスペクトル成分を含む広さを持ち且つ特異点の部分の成分までは含まないような適当な帯域に設定することにより、除去することができる。
【００５０】
このように、本発明の実施形態では、光ファイバ２から出力された出力光信号を光バンドパスフィルタ１２に供給して、光信号のパルスのメインスロープ部におけるチャーピングよりも大きなチャーピング成分を除去することによって、光バンドストップフィルタ８のみを用いた場合に比べてより高精度な光信号の再生が可能になる。
【００５１】
図５は図３に示される光バンドストップフィルタ８及び光バンドパスフィルタ１２によって与えられる透過帯域を説明するための図である。ここでは、中心波長λ_Sの信号スペクトルに対して波長λ_Sに関して対称な２つの透過帯域が与えられている。２つの透過帯域の間の阻止帯域は光バンドストップフィルタ８によって与えられ、２つの透過帯域の外側の阻止帯域は光バンドパスフィルタ１２によって与えられる。従って、光バンドストップフィルタ８による阻止帯域のほうが光バンドパスフィルタ１２の通過帯域よりも狭い。２つの透過帯域の間の阻止帯域によって図４にａ，ａ´，ｂ及びｂ´で示される雑音成分を除去することができ、２つの透過帯域の外側の阻止帯域によってｃ及びｃ´で示される雑音成分を除去することができる。
【００５２】
光バンドストップフィルタ８としては、例えば狭帯域のファイバグレーティングを用いることができる。また、光バンドパスフィルタ１２としては、ファイバグレーティングによる反射を用いたり或いはダブルキャビティ型の多層膜フィルタ等の高次フィルタを用いることができる。
【００５３】
ところで、図５においては、中心付近の強度が最も大きな形でスペクトルが表示されているが、分散やパルスのパワーを適当に設定すると、スペクトルの形状をフラットにすることが可能である。正常分散（β₂＞０）に設定した場合などがそうであるし、（この場合パルスは矩形状に広がりつつチャープしていく）、極端な場合には、スーパーコンティニューム（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）と称される超広帯域の白色スペクトルになる（この場合にはＳＰＭだけでなく四光波混合等の寄与が大きい）。こうしたフラットなチャープスペクトルに本発明を適用すれば、入力ピークパワーに依存しない一定の出力が得られるので、ピーク付近の揺らぎを効果的に抑圧することができる。
【００５４】
図６は本発明による光信号の再生装置の第３実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図２に示される実施形態と対比して、光増幅器６と光ファイバ２との間に光フィルタ１４が付加的に設けられている点で特徴付けられる。光フィルタ１４は、光ファイバ２に入力されるべき光信号を供給されて、その光信号における信号帯域外の雑音成分を除去する。例えば、光フィルタ１４として、通過帯域の中心波長がλ_Sの光バンドパスフィルタを用いることによって、入力信号帯域外に累積しているＡＳＥ雑音を予め除去しておくことができる。光フィルタ１４として、λ_Sと異なる阻止帯域の中心波長を有する光バンドストップフィルタを用いることもできる。例えば、アップチャープ及びダウンチャープした信号にそれぞれ作用する２つの光バンドストップフィルタを用意しておき、これらをタンデムにつなげることによって、光フィルタ１４としての光バンドストップフィルタを得ることができる。光フィルタ１４としてはファイバグレーティングを用いることができる。
【００５５】
このように、光信号における信号帯域外の雑音成分を光フィルタ１４により予め除去しておくことによって、高いＯＳＮＲを得ることができるので、より効果的に光信号の再生を行うことができる。
【００５６】
図７は本発明による光信号の再生装置の第４実施形態を示すブロック図でである。この実施形態は、図２に示される実施形態と対比して、光ファイバ２と逆符号の分散を提供するもう１つの光ファイバ１６が光バンドストップフィルタ８の出力に接続されている点で特徴付けられる。光ファイバ２は正常分散（β₂＞０）を提供するので、光ファイバ２内のＳＰＭによってアップチャープが発生し、光ファイバ２から出力され光バンドストップフィルタ８を通過した出力光信号は、符号１０´で示されるように、ピーク付近に穴（強度の部分的な低下）を有していることがある。そこで、この出力光信号を異常分散（β₂＜０）を提供する光ファイバ１６に供給することによって、光ファイバ２内におけるＳＰＭによるアップチャープを補償する。その際、光ファイバ１６における分散値及び入力パワーを適切に設定することによりパルス圧縮効果が起こるので、光バンドストップフィルタ８によるスペクトル上及びパルスのピーク付近の穴又は欠落を補正可能であるとともに、チャープの低減化により、符号１８で示される再生パルスのその後の伝送における波形劣化も低減可能である。尚、このチャープの低減化は、ＤＣＦ、ファイバグレーティング等の光フィルタ、位相変調器等の他の手段を用いて行うこともできる。
【００５７】
このように、本実施形態では、分散補償器としての光ファイバ１６を用いて光ファイバ２の出力光信号を分散補償しているので、波形劣化を低減することができ、より高精度な光信号の再生が可能になる。
【００５８】
図８は本発明による光信号の再生装置の第５実施形態を示すブロック図である。この実施形態は図７に示される実施形態と対比して、光増幅器６の入力にパルス圧縮器２０が付加的に設けられている点で特徴付けられる。また、図３に示される実施形態におけるのと同様に、光バンドストップフィルタ８の出力に光バンドパスフィルタ１２が接続されており、分散補償及び若干のチャーピングの補償のための光ファイバ１６は光バンドパスフィルタ１２の出力に接続されている。
【００５９】
パルス圧縮器２０は、正常分散（β₂＞０）を提供する光ファイバ２２と異常分散（β₂＜０）を提供する光ファイバ２４とを直列に接続することによって得られる。この場合、光ファイバ２２におけるアップチャープと光ファイバ２４によるダウンチャープとの組み合わせにより、入力された信号パルス４は符号４´で示されるようにパルス圧縮される。光ファイバ２２及び２４において所要のチャーピングを得るために、パルス圧縮器２０の入力には光増幅器６´が設けられている。
【００６０】
この構成によると、光ファイバ２に入力されるべき光信号は符号４´で示されるようにパルス圧縮されているので、雑音成分の効果的な除去が可能になり、高精度な光信号の再生が可能になる。
【００６１】
図９は本発明による光信号の再生装置の第６実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図８に示される実施形態と対比して、光ファイバ１６の出力に比較的狭い通過帯域の中心波長がλ_Sである光バンドパスフィルタ２６が付加的に接続されている点で特徴付けられる。この構成によると、再生パルスが光バンドパスフィルタ２６を通過することによって、符号１８´で示されるように、圧縮されていたパルス幅を元の幅に戻すことができる。
【００６２】
以上説明した実施形態では、光再生装置を光ファイバ、光フィルタ及び光増幅器から構成しているので、光２Ｒ再生を行うに際して、偏光依存性がなく、損失が小さく、しかも多波長一括再生が可能である、という顕著な効果が得られる。多波長一括再生が可能になることをより特定的に説明する。
【００６３】
図１０は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、異なる波長（λ₁，λ₂，…，λ_N）を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を出力する送信機２８と、送信機２８から出力されたＷＤＭ信号光を伝送する光ファイバ伝送路３０と、光ファイバ伝送路３０から出力されたＷＤＭ信号光が供給される再生装置３２と、再生装置３２から出力された出力光信号としてのＷＤＭ信号光を伝送する光ファイバ伝送路３４と、光ファイバ伝送路３４から出力されたＷＤＭ信号光を受ける受信機３６とを備えている。受信機３６は受けたＷＤＭ信号光に基づき元の複数の光信号を復調する。
【００６４】
再生装置３２における光導波構造が光ファイバである場合、その分散は、ＷＤＭ信号光のクロストークが生じない程度に大きいことが望ましい。
【００６５】
再生装置３２は本発明に従って以上の種々の実施形態に順じて構成することができる。本発明に従う再生装置３２をＷＤＭ信号光に適合させる場合、（ａ）帯域の確保及び（ｂ）光フィルタの設計が重要である。これを順を追って説明する。
【００６６】
（ａ）帯域の確保
ＷＤＭ信号光の一括再生を可能にするためには、再生装置３２がＷＤＭ信号光の帯域に見合った帯域を持っていることが望ましい。例えば、図８の実施形態については、光ファイバ２，１６，２２及び２４並びに光増幅器６及び６´は全てＷＤＭ信号光の帯域よりも広い帯域を持っていることが望まれる。以下、具体的に説明する。
【００６７】
光ファイバ２は、ＷＤＭ信号光の各チャネル（Ｃｈ．１，Ｃｈ．２，…，Ｃｈ．Ｎ）のＳＰＭを均等に与えるだけの帯域を持っていることが望ましい。ファイバ内の３次非線形効果の応答時間はフェムト秒オーダであるから、十分広い帯域が確保されているといえる。但し、チャネルごとに分散の値が異なるとパルスの形状に差が出ることがあるので、光ファイバ２としては、適当な値の正常分散を提供する分散フラットファイバ（ＤＦＦ）或いは分散傾斜が小さいファイバであることが望ましい。
【００６８】
光ファイバ１６に関しては、各チャネルの分散補償を均等に行うだけの帯域を持っていることが望ましい。この場合の分散補償は異常分散を用いて行うから、分散傾斜が零のＤＦＦであることが望ましく、そのフラット領域をＷＤＭ信号光の帯域よりも広く確保していくことが望ましい。但し、光ファイバ２がＤＦＦでない場合には、光ファイバ１６としては、光ファイバ２と逆符号の傾斜を持つ適当な値の異常分散ファイバを用いることができる。
【００６９】
パルス圧縮器２０の前段の光ファイバ２２は、パルス圧縮のための大きなアップチャープを与える必要がある。従って、光ファイバ２２に要求される特性は基本的には光ファイバ２に要求される特性と同じであり、やはり適当な値の正常分散のＤＦＦ或いは分散傾斜が小さいファイバであることが望ましい。
【００７０】
パルス圧縮器２０の後段の光ファイバ２４に要求される特性は、基本的には光ファイバ１６に要求される特性と同様である。
【００７１】
光増幅器６及び６´については、ＷＤＭ信号光の帯域内の各光信号を概ね同じ利得で増幅するだけのフラットな帯域を持っていることが望ましい。
【００７２】
（ｂ）光フィルタの設計
一括してチャーピングを与えたＷＤＭ信号光を一括してフィルタリングするためには、例えば図１１に示されるような特性を有する特殊なフィルタを採用することが望ましい。基本的には、図５に示される一対の透過帯域をＷＤＭ信号光の各チャネルの波長に合わせて用意すればよい。光バンドストップフィルタについては、例えば各波長に帯域の中心を持つファイバグレーティングをタンデムにつないでＷＤＭ信号光を透過させればよい。また、光バンドパスフィルタについては、既に実用化されているインターリーバフィルタ等を用いる方法が提案され得る。更に、必要に応じて、再生装置３２にＷＤＭ信号光を入力する前に、インターリーバフィルタ等を透過させて、信号帯域外のＡＳＥ雑音を除去しておけば、各チャネルに関して高精度な光信号の再生が可能になる。このインターリーバフィルタ等の設置位置は再生装置３２における光ファイバ２の直前であってもよい。
【００７３】
ＷＤＭ信号光の各チャネルの変調方式としては、光振幅（強度）変調方式等を適用可能であり、この場合、信号検出するためには、受信機３６で受けたＷＤＭ信号光を帯域フィルタで各チャネルの光信号に分離した後に光直接検波等を行えばよい。
【００７４】
光ファイバ伝送路３０及び３４の各々としては、単一モードのシリカファイバ（ＳＭＦ）を用いることができ、その例としては、１．３μｍ零分散ファイバや１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＤＳＦ）がある。
【００７５】
光ファイバ伝送路３０及び３４の各々は、少なくとも１つの光増幅器を含む光増幅中継伝送路であり得る。この場合、光信号の減衰を光増幅器により補償することができるので、長距離伝送が可能になる。
【００７６】
本発明を実施するに際しては、効果的にチャーピングを発生させるために、光ファイバ伝送路３０及び３４の各々のＧＶＤや非線形効果による波形歪を予め補償しておくことが望ましい。そのために、光ファイバ伝送路３０及び３４の各々の途中に分散補償器或いは光位相共役器を設けることができる。また、光ソリトン伝送を行う場合に本発明を適用することもできる。
【００７７】
本発明によると、ＡＳＥ雑音の抑圧が可能であるので、本発明による光信号の再生装置を中継器として用いる場合には伝送路途中でのＯＳＮＲの改善が可能になり、また、本発明による光信号の再生装置を受信機として用いる場合には、受信感度の改善が可能になる。
【００７８】
最後に、チャープ補償方法について説明する。これまで述べてきた方法による再生パルスにはチャープが残っている。再生装置の用途として最も期待されるのは伝送路途中の光中継器においてであるから、その後の伝送特性に影響を与えないためにチャープを補償しておくことが望ましい。チャープを補償するには、第１に光位相共役（ＯＰＣ）を用いればよい。再生パルスにＯＰＣを施すことでチャープを反転可能であるから、更に同じ手順で本発明に従って光信号の再生を行って同様のチャープを発生させることにより、チャープ補償が可能である。
【００７９】
尚、ＯＰＣには波長シフトを伴わないタイプが望まれるが、光信号の再生に波長変換を伴ってもよい場合には、波長シフトを伴うＯＰＣを用いることもできる。
【００８０】
第２の方法は、パルスの立上がり部分と立下り部分とでチャ−プの符号が反対になることを用いて補償する方法である。図１２を参照して、これをより特定的に説明する。
【００８１】
図１２は本発明による光信号の再生装置の第７実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図７に示される実施形態と対比して、光バンドストップフィルタ８と分散補償器としての異常分散を提供する光ファイバ１６との間に正常分散を提供する光ファイバ４０が付加的に設けられている点で特徴付けられる。光バンドストップフィルタ８からの出力光信号のパルス波形が符号１０’で示されるように前後２つに分離するように光ファイバ２によるチャ−プ及び光バンドストップフィルタ８の帯域が調整され、この出力光信号は、十分なパワーを持って光ファイバ４０に供給される。このとき、２つに分離したパルスの先頭部分のパルスの立下り部分（中心付近）は正チャ−プを受け、後半部分のパルスの立上がり部分は負チャ−プを受ける。一方、パルスの先頭部分は光ファイバ２内で負チャ−プを受けた部分であり、後半部分は正チャ−プを受けた部分である。従って、光ファイバ４０による２回目のチャ−ピングにより中心部分のチャ−プを補償すると共に、符号４２で示されるように、パルスの窪みも補償することができる。こうして得たパルスを図７に示される実施形態におけるのと同様にして分散補償器としての光ファイバ１６に供給することによって、光信号を正確に再生することができる。
【００８２】
更に、光ファイバ２によりチャ−プしたパルスのうち、立下り部分の正チャ−プ（又は立上がり部分の負チャ−プ）した成分のみをフィルタリングして（その際各々の部分の中心波長は入力信号パルスの中心波長からシフトしている）、次に、本発明に従って、立下がり部分の負チャ−プ（または立ち上がり部分の正チャ−プ）で上記正（負）チャ−プを補償することができる。その際、光ファイバ４０による２回目のチャ−ピングにおいては、入力信号パルスの中心波長に一致する中心波長を有する信号抽出用の光フィルタを用いることができる。
【００８３】
以上説明した本発明の実施形態では、非線形効果を提供する光導波構造として光ファイバを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、導波路基板上に形成された光導波路や半導体チップとして提供される半導体光増幅器（ＳＯＡ）も非線形光学効果を提供し得るので、このような光ファイバ以外の光導波構造にも本発明を適用可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、光信号のビットレートやパルス形状等に依存しない新規な光信号の再生のための方法、装置及びシステムの提供が可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、ＷＤＭ（波長分割多重）に適した光信号の再生のための方法、装置及びシステムの提供が可能になるという効果もある。本発明の特定の実施形態により得られる効果は、以上説明した通りであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）はガウシアンパルス及びスーパーガウシアンパルスが光ファイバ中を伝搬する際のチャーピングを説明するための図である。
【図２】 図２は本発明による光信号の再生装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図３】 図３は本発明による光信号の再生装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】 図４は本発明に従って除去されるパルス内の強度揺らぎを説明するための図である。
【図５】 図５は本発明の第２実施形態における光フィルタによる雑音の除去の様子を示す図である。
【図６】 図６は本発明による光信号の再生装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図７】 図７は本発明による光信号の再生装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図８】 図８は本発明による光信号の再生装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図９】 図９は本発明による光信号の再生装置の第６実施形態を示すブロック図である。
【図１０】 図１０は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図１１】 図１１はＷＤＭ信号光に適した光フィルタの透過帯域を説明するための図である。
【図１２】 図１２は本発明による光信号の再生装置の第７実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２，１６，２２，２４ 光ファイバ
４ 信号パルス
６，６´ 光増幅器
８ 光バンドストップフィルタ
１２，２６ 光バンドパスフィルタ
２０ パルス圧縮器
２８ 送信機
３０，３４ 光ファイバ伝送路
３２ 再生装置
３６ 受信機

Claims (30)

1. 非線形効果を提供する光導波構造に光信号を入力するステップと、
   上記非線形効果により上記光信号にチャ−ピングを生じさせるステップと、
   上記光導波構造から出力された出力光信号を光フィルタに供給して上記チャ−ピングの小さい成分を除去するステップとを備え、
   上記光フィルタは上記光信号の中心波長に実質的に一致する中心波長を有する光バンドストップフィルタである方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   上記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバである方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   上記出力光信号を光バンドパスフィルタに供給して上記光信号のパルスのメインスロープ部におけるチャ−ピングよりも大きなチャ−ピング成分を除去するステップを更に備えた方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   上記光導波構造に入力されるべき光信号を光フィルタに供給して上記光信号における信号帯域外の雑音成分を除去するステップを更に備えた方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、
   上記光導波構造に入力されるべき光信号を所要のチャ−ピングが得られるように光増幅するステップを更に備えた方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   上記出力光信号が分散補償されるように上記出力光信号を分散補償器に供給するステップを更に備えた方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   上記光導波構造は正常分散を提供する第１の光ファイバであり、
   上記分散補償器は異常分散を提供する第２の光ファイバであり、
   上記第２の光ファイバから出力された光信号のパルスピーク近傍の欠落が減少する程度までパルス圧縮が行われるように上記第２の光ファイバの分散値及び入力パワーを調節するステップを更に備えた方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   上記第２の光ファイバから出力された光信号のパルス幅が上記第１の光ファイバに入力された光信号のパルス幅に概ね一致するように上記出力された光信号を光バンドパスフィルタに供給するステップを更に備えた方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、
   上記光導波構造に入力されるべき光信号をパルス圧縮するステップを更に備えた方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    上記パルス圧縮するステップは正常分散を提供する第１の光ファイバ及び異常分散を提供する第２の光ファイバに上記光信号を通過させるステップを含む方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    上記光導波構造に入力されるべき光信号は複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、
    上記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバであり、上記光ファイバは上記ＷＤＭ信号光のクロストークが発生しない程度に大きな分散値を有している方法。
13. 入力された光信号にチャ−ピングが生じるように非線形光学効果を提供する光導波構造と、
    上記光導波構造から出力された出力光信号が供給され上記チャ−ピングの小さい成分を除去する光フィルタとを備え、
    上記光フィルタは上記光信号の中心波長に実質的に一致する中心波長を有する光バンドストップフィルタである装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバである装置。
15. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記出力光信号が供給され上記光信号のパルスのメインスロープ部におけるチャ−ピングよりも大きなチャ−ピング成分を除去する光バンドパスフィルタを更に備えた装置。
16. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記光導波構造に入力されるべき光信号が供給され上記光信号における信号帯域外の雑音成分を除去する光フィルタを更に備えた装置。
17. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記光導波構造に入力されるべき光信号を所要のチャ−ピングが得られるように光増幅する光増幅器を更に備えた装置。
18. 請求項１４に記載の装置であって、
    上記出力光信号が供給される分散補償器を更に備えた装置。
19. 請求項１８に記載の装置であって、
    上記光導波構造は正常分散を提供する第１の光ファイバであり、
    上記分散補償器は異常分散を提供する第２の光ファイバであり、
    上記第２の光ファイバから出力された光信号のパルス幅が上記第１の光ファイバに入力された光信号のパルス幅に概ね一致するように上記出力された光信号が供給される光バンドパスフィルタを更に備えた装置。
20. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記光導波構造に入力されるべき光信号をパルス圧縮する手段を更に備えた装置。
21. 請求項２０に記載の装置であって、
    上記パルス圧縮する手段は正常分散を提供する第１の光ファイバ及び異常分散を提供する第２の光ファイバを含む装置。
22. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記光導波構造に入力されるべき光信号は複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である装置。
23. 請求項２２に記載の装置であって、
    上記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバであり、上記光ファイバは上記ＷＤＭ信号光のクロストークが発生しない程度に大きな分散値を有している装置。
24. 光信号を伝送する光ファイバ伝送路と、
    上記光ファイバ伝送路から出力された光信号が供給される光信号再生装置とを備えたシステムであって、
    上記光信号再生装置は、上記供給された光信号にチャ−ピングが生じるように非線形光学効果を提供する光導波構造と、上記光導波構造から出力された出力光信号が供給され上記チャ−ピングの小さい成分を除去する光フィルタとを備え、
    上記光フィルタは上記光信号の中心波長に実質的に一致する中心波長を有する光バンドストップフィルタであるシステム。
25. 請求項２４に記載のシステムであって、
    上記出力光信号を伝送する第２の光ファイバ伝送路を更に備えたシステム。
26. 請求項２５に記載のシステムであって、
    上記光ファイバ伝送路の入力端に接続された光送信機と、上記第２の光ファイバ伝送路の出力端に接続された光受信機とを更に備えたシステム。
27. 請求項２４に記載のシステムであって、
    上記光ファイバ伝送路により伝送される光信号は複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光であるシステム。
28. 請求項２５に記載のシステムであって、
    上記光ファイバ伝送路及び上記第２の光ファイバ伝送路の各々は、少なくとも１つの光増幅器を含む光増幅中継伝送路であるシステム。
29. 請求項１に記載の方法であって、
    上記光導波構造は正常分散を提供する第１の光ファイバであり、
    上記光フィルタから出力された光信号を増幅してその増幅された光信号を正常分散を提供する第２の光ファイバに供給するステップを更に備えた方法。
30. 請求項１３に記載の装置であって、
    上記光導波構造は正常分散を提供する第１の光ファイバであり、
    上記光フィルタから出力された光信号を増幅する光増幅器と、
    上記光増幅器により増幅された光信号が供給される第２の光ファイバとを更に備え、
    上記第２の光ファイバは正常分散を提供する装置。

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