CN1902540A - 光信号处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
光编码电路(200)使用包含与光强度相关的输入输出特性具有不同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，根据具有与第1波长不同的附近的第2波长，并且作为光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光光编码具有第1波长的信号光的脉冲序列，由各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列。光量化电路(300)分别连接在各光编码器上，使用包含与光强度相关的输入输出特性具有周期性的光非线性元件的多个光阈值处理器，根据光编码后的多个信号光的脉冲序列，对具有与第1波长不同的附近的第3波长的载波光的脉冲序列，进行光阈值处理光量化，作为光数字信号输出。
Description
技术领域
本发明涉及用于在例如光纤通信系统中使用的、将光模拟信号转换为光数字信号的光模拟/数字转换方法和装置等的光信号处理方法和装置，非线性光环路反射镜及其设计方法以及光信号变换方法。
背景技术
以往，模拟/数字转换(以下，称为A/D转换。)通过离散化，量化和编码处理来实现，以往通过使用半导体的电气信号处理进行这些处理。
现在，希望进行由高速光处理产生的模拟/数字转换处理，但是在例如，非专利文献1和2(以下，称为以往例。)中，已经公开使用马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪型光调制器作为取样保持电路量化后，使用光电探测器，光电转换后，使用电气电路进行编码。
专利文献1：日本国特许公开平成1年271730号公报；
专利文献2：日本国特许公开2000年010129号公报；
专利文献3：日本国特许公开平成9年033967号公报；
专利文献4：日本国特许公开平成9年222620号公报；
专利文献5：日本国特许公开平成9年102991号公报；
专利文献6：日本国特许公开2000年321606号公报；
专利文献7：日本国特许公开2001年117125号公报；
专利文献8：日本国特许公开平成8年146473号公报；
专利文献9：日本国专利公表2002年525647号公报；
专利文献10：日本国特许公开2003年107541号公报；
非专利文献1：Henry F.Taylor，″An Optical Analog-to-DigitalConverter-Design and Analysis″，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol.QE-15，No.4，April 1979.
非专利文献2：B.Jalali et al.，″Optical folding-flash analog-to-digitalconverter with analog encoding″，Optical Letters，Optical Society of America，Vol.20，No.18，September 15，1995.
非专利文献3：N.J.Doran et al.，″Nonlinear-optical loop mirror″，Optical Letters，Optical Society of America，Vol.13，No.1，January 1988.
非专利文献4：山本贵司等，“超高速非線形光ル一プミラ一によるサブテラビツトTDM光信号の多重分離”，電子情報通信学会論文誌，C-I，電子情報通信学会発行，VOL.J82-C-I，pp.109-116，1999年3月。
非专利文献5：Govind P.Agrawal，″NONLINEAR FIBER OPTICS″，Academic Press，ISBN：0120451433，3rd Edition，pp.210-211，January 15，2001.
非专利文献6：Stephen M.Jensen，″The Nonlinear Coherent Coupler″，IEEE Journal of Quantum Electrics，Vol.QE-18，No.10，October 1982.
非专利文献7：William S.Wong et al.，″Self-switching of optical pulsesin dispersion-imbalanced nonlinear loop mirrors″，Optics Letters，OpticalSociety of America，Vol.22，pp.1150-1152，1997.
非专利文献8：I.Y.Khrushchev et al.，″High-quality laser diode pulsecompression in dispersion-imbalanced loop mirror″，Electronics Letters，Vol.34，pp.1009-1010，May 1998.
非专利文献9：K.R.Tamura et al.，″Spectral-Smoothing and PedestalReduction of Wavelength Tunable Quasi-Adiabatically CompressedFemtosecond Solitons Using a Dispersion-Flattened Dispersion-ImbalancedLoop Mirror，″IEEE Photonics Technology Letters，Vol.11，pp.230-232，February 1999.
非专利文献10：K.J.Blow et al.，″Demonstration of the nonlinear fibreloop mirror as an ultrafast all-optical demultiplexer″，Electronics Letters，Vol.26，pp.962-964，1990.
发明内容
在上述的以往例中，由于编码电路是电气电路，有由于半导体的响应速度产生的限制，不能进行例如兆兆数量级更高速的处理。
另外，在专利文献1中，已经公开了使用非线性法布里-泊罗谐振器的光A/D转换器，只是将光模拟信号转换为2进值的光数字信号，对于编码的光电路没有公开。
即，在以往技术中，是将光模拟信号转换为光数字信号的光模拟/数字转换器，对于能够由光信号同时处理编码和量化，以兆兆数量级以上的频率进行更高速处理的装置，存在不能开发、实用化的问题。
本发明的目的在于，解决以上问题，提供用于能够由光信号同时处理编码和量化，以兆兆数量级以上频率进行更高速的处理，并且结构简单的光A/D转换方法和装置等的光信号处理方法和装置。
另外，本发明的其他目的在于提供，用于上述光模拟/数字转换方法和装置等的光信号处理方法和装置，非线性光环路反射镜及其设计方法以及光信号变换方法。
第1发明中的光信号处理方法，特征在于，包含使用具备与光强度相关的输入输出特性中，具有规定周期性的光非线性元件的光信号处理器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，执行规定的信号处理输出的步骤。
第2发明中的光信号处理方法，特征在于，使用具备与光强度相关的输入输出特性中，具有对应规定的光逻辑运算的周期性的光非线性元件的光信号处理器，对于具有第1波长的信号光的脉冲序列，通过使用多个作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，或者通过使用作为具有与上述第1波长不同的多个波长的脉冲序列的控制光，执行规定的光逻辑运算处理输出的步骤。
在上述光信号处理方法中，上述光编码器由第1光非线性元件构成，特征在于具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
第3发明中的光信号处理方法，特征在于，包含，使用具备与光强度相关的输入输出特性具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长、并且被光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光，光编码具有第1波长的信号光的脉冲序列，被光编码后的多个信号光的脉冲序列由上述各光编码器输出的步骤。
在上述光信号处理方法中，上述多个光编码器，特征在于，是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
第4发明中的光信号处理方法，特征在于，包含使用具备与光强度相关的输入输出特性具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光信号处理器，将具有第1波长的多值光信号的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，解码为多个2进值光信号输出的步骤。
在上述光信号处理方法中，上述各光编码器由第1光非线性元件构成，特征在于具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
另外，在上述光信号处理方法中，特征在于，上述第1光非线性元件是非线性光环路反射镜。或者，上述第1光非线性元件是，使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。作为替代，上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
第5发明中的光信号处理装置，特征在于，具备信号处理机构，其使用具备在与光强度相关的输入输出特性中具有规定周期性的光非线性元件的光信号处理器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，执行规定的信号处理输出的。
第6发明中的光信号处理装置，特征在于，具备运算机构，其使用具备与光强度相关的输入输出特性中，具有对应规定的光逻辑运算的周期性的光非线性元件的光信号处理器，对于具有第1波长的信号光的脉冲序列，通过使用多个作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，或者通过作为具有与上述第1波长不同的多个波长的脉冲序列的控制光，执行规定的光逻辑运算处理输出。
在上述光信号处理装置中，上述光编码器由第1光非线性元件构成，特征在于，其构成具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
第7发明中的光信号处理装置，特征在于，具备光编码机构，其使用具备与光强度相关的输入输出特性具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，按照作为具有与上述第1波长不同的第2波长、并且被光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出被光编码的多个信号光的脉冲序列。
上述光信号处理装置中，上述多个光编码器，特征在于，是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
第8发明中的光信号处理装置，特征在于，具备多值解码机构，其使用与光强度相关的输入输出特性中分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光信号处理器，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，将具有第1波长的多值光信号的脉冲序列，解码为多个2进值光信号输出。
上述光信号处理装置中，上述各光编码器，特征在于，是由第1光非线性元件构成，其具备：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
另外，上述光信号处理装置中，上述第1光非线性元件，特征在于，是非线性光环路反射镜。或者，上述第1光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。作为替代，上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
第9发明中的光信号处理方法是，将被光取样后的光模拟信号光模拟/数字转换为光数字信号的光信号处理方法，其特征在于，包括：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据具有与上述第1波长不同的第2波长、且作为被光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列的步骤；和
分别连接在上述各光编码器上，使用具备与光强度相关的输入输出特性具有非线性的光非线性元件的1个或者多个光阈值处理器，通过对上述光编码后的多个信号光的脉冲序列进行光阈值处理，进行光量化，将光量化后的脉冲序列作为光数字信号输出的步骤。
在上述光信号处理方法中，特征在于，还包含在上述光编码的步骤之前，以规定的采样频率的光模拟信号光取样，输出光取样后的光模拟信号的步骤。
另外，在上述光信号处理方法中，上述多个光编码器，特征在于，是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
并且，在上述光信号处理方法中，特征在于，在上述光量化的步骤中，每个上述被光编码的多个信号光的脉冲序列，使用1个光阈值处理器或者级联连接的多个光阈值处理器，分别光量化输入的信号光的脉冲序列。
另外，还有，在上述光信号处理方法中，上述各光编码器，特征在于，由第1光非线性元件构成，其具备：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
另外，在上述光信号处理方法中，上述各光阈值处理器，其特征在于，是由第2光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；
第2输入端，其输入上述光编码后的信号光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述被光量化的脉冲序列。
并且，在上述光信号处理方法中，上述各光阈值处理器，特征在于，是由第2光非线性元件构成，其具有：
输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；和
输出端，其输出上述被光量化的脉冲序列。
另外还有，在上述光信号处理方法中，上述第1光非线性元件，特征在于，是非线性光环路反射镜。或者，上述第1光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。作为替代，上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
另外还有，在上述光信号处理方法中，上述第2光非线性元件，特征在于，是非线性光环路反射镜。或者，上述第2光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。作为替代，上述第2光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
第10发明中的光信号处理装置是将光取样后的光模拟信号光模拟/数字转换为光数字信号的光信号处理装置，其特征在于，具备：
光编码机构：其使用与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长且光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列输出；
光量化机构：其使用分别连接在上述各光编码器上，具备与光强度相关的输入输出特性具有非线性的光非线性元件的1个或者多个光阈值处理器，通过对上述光编码后的多个信号光的脉冲序列进行光阈值处理光量化，将光量化的脉冲序列作为光数字信号输出。
在上述光信号处理装置中，特征在于，还具备光取样机构，其设置在上述光编码机构的前段，以规定的采样频率光采样光模拟信号，输出光取样的光模拟信号。
另外，在上述光信号处理装置中，上述多个光编码器，特征在于，是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
并且，在上述光信号处理装置中，上述光量化机构，特征在于，对每个上述光编码后的多个信号光的脉冲序列，使用1个光阈值处理器或者级联连接的多个光阈值处理器，分别光量化被输入的信号光的脉冲序列。
另外还有，在上述光信号处理装置中，上述各光编码器，特征在于，由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
另外，在上述光信号处理装置中，上述各光阈值处理器，特征在于，是由第2光非线性元件构成，
第1输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；
第2输入端，其输入上述光编码后的信号光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述被光量化的脉冲序列。
并且，在上述光信号处理装置中，上述各光阈值处理器，特征在于，是由第2光非线性元件构成，其具有：
输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；和
输出端，其输出上述光量化的脉冲序列。
另外还有，在上述光信号处理装置中，上述第1光非线性元件，特征在于，是非线性光环路反射镜。或者，上述第1光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。作为替代，上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
另外还有，在上述光信号处理装置中，上述第2光非线性元件，特征在于，是非线性光环路反射镜。或者，上述第2光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。作为替代，上述第2光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
第11发明中的非线性光环路反射镜是具有，
光纤；
光耦合器，其以2分从光信号输入端输入的输入光信号，输出到光纤两端，并将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上，
根据上述控制光信号的功率调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号输出端输出的输出光信号的功率的非线性光环路反射镜，
特征在于，通过在被2分的每个光信号和控制光信号之间，产生交叉位相调制(XPM)，使在每个的光信号上产生的相移之差变为2nπ(n为大于1的整数。)时的上述输出光信号的功率，相对于其最大值的比例变为规定的阈值以下，能够抑制在每个光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益。
上述非线性光环路反射镜中，特征在于，传输到与上述控制光信号同一方向的上述光信号通过在非线性介质中参数增益，放大后的比例为G，将相对于上述输出光信号的功率最大值的上述规定的阈值的比例作为Tth时，满足G＜2Tth+1关系式。
另外，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，以上述光信号和上述控制光信号的脉冲在上述非线性介质的规定范围重叠的方式，通过光延迟线输入上述输入光信号和上述控制光信号中的任意一个。
并且，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，在上述光纤和上述非线性介质中，上述光信号和上述控制光信号的偏光状态实质上是同样的。
另外还有，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述规定的阈值是，光模拟/数字转换的量化编码处理中需要的阈值。
另外，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述规定的阈值为3dB。
并且，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，是
(a)上述非线性介质的色散值是，上述光信号和上述控制光信号之间参数的参数增益变为规定值以上的最小的色散值以下，
(b)上述非线性介质的色散值，在上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益变为规定值以上的最大的色散值以上，
中的任一个。
另外还有，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述控制光信号和上述输入光信号的波长差，比提供的大于上述光信号和上述控制光信号之间产生的规定值的参数增益的最大波长差大。
另外，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述控制光信号和上述光信号的波长差，与上述非线性介质的色散值的乘积的绝对值小于，通过压制离散(walk-off)，在被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，使在每个光信号上产生的相移差为2π以上的值。
并且，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，通过上述被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，在每个光信号上产生的相移差变为2nπ(n为大于1的整数)时的上述输出光信号的功率值，在光模拟/数字转换处理中处理为0。
另外还有，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述非线性介质的色散特性，在上述控制光信号的波长中具有正常色散特性。
另外还有，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述非线性介质的色散特性，在上述控制光信号的波长中具有异常色散特性。
另外，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，在上述输入光信号和上述控制光信号的波长中，由波长λ微分上述非线性介质的色散值D的值为正(dD/dλ＞0)时，λ0＞λS＞λC。
并且，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，在上述输入光信号和上述控制光信号的波长中，用波长λ微分上述非线性介质的色散值D的值为负(dD/dλ＜0)时，λ0＜λS＜λC。
第12发明中的非线性光环路反射镜是具有：
光纤；
光耦合器，其以将从光信号的输入端输入的输入光信号2分，输出到光纤两端，并且将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上，
通过上述控制光信号的功率，调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号的输出端输出的输出光信号的功率的非线性光环路反射镜，
特征在于，上述非线性介质在上述控制光信号波长中具有正常色散特性。
在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，具有
(a)在上述控制光信号的波长中的上述非线性介质的色散值为-0.62ps/nm/km以下，上述输入信号光和上述控制光的波长差为16nm以上，
(b)上述控制光信号的波长中的上述非线性介质的色散值为-0.315ps/nm/km以下，上述输入信号光和上述控制光的波长差为20nm以上，
中任意一个。
另外，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，在上述光纤和上述非线性介质中，上述光信号和上述控制光信号的偏光状态实质上是相同的。
第13发明中的非线性光环路反射镜是具有：
光纤；
光耦合器，其以将从光信号输入端输入的输入光信号2分，输出到光纤两端，并且将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路，
通过上述控制光信号的功率，调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号输出端输出的输出光信号的功率的非线性光环路反射镜，
特征在于，通过被2分的每个光信号和上述控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，使在每个光信号中产生的相移差为2π以上。
在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，上述非线性介质在上述控制光信号波长中，具有正常色散特性。
另外，在上述非线性光环路反射镜中，特征在于，通过在被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，对每个光信号产生的相移差变为2nπ(n为大于1的整数。)时的输出光信号的功率，以相对于其最大值的比例变为小于光模拟/数字转换中的阈值的方式，抑制上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益。
并且，在上述非线性光环路反射镜中，在上述光纤和上述非线性介质中，上述光信号和上述控制光信号的偏光状态实质上是相同的。
第14发明中的非线性光环路反射镜的设计方法是设计具有：
光纤；
光耦合器，其将从光信号输入端输入的输入光光耦合器信号2分，输出到光纤两端，并且以将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上，
根据上述控制光信号的功率，调整输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号的输出端输出的输出光信号的功率的非线性光环路反射镜的方法，其特征在于，包括：
第1步骤，其确定由相对于输入光信号的功率的输出光信号的功率关系表示的传递函数及其周期(max)；
第2步骤，其确定适合于光信号处理的输出光信号的阈值；
第3步骤，其临时决定非线性介质的非线性常数和色散特性，以及控制光信号的波长和峰值功率；
第4步骤，其判断相移是否达到上述周期max，达到时进入第5步骤，另一方面，如果没有达到返回上述第3步骤；以及
第5步骤，其在将上述光信号由于参数增益被放大的比例为G，相对于上述输出光信号的功率的最大值的上述阈值的比例为Tth时，判断是否满足G＜2Tth+1，满足时，将上述临时决定的非线性介质的非线性常数和色散特性，以及控制光信号的波长和峰值功率作为设计确定值，另一方面，如果不满足返回上述第3步骤。
第15发明中的光信号变换方法是，2分输入的光信号，将分开后的一个光信号(A)传输到与波长不同的控制光信号同一方向上，产生交叉位相调制，相对于控制光信号的功率变化，周期性的变化与分开的另一个光信号(B)之间的相移差，通过上述光信号(A)和(B)的干涉，改变得到的输出光信号的功率的光信号变换方法，
其特征在于，使相对于上述输出光信号的功率的最大值，相移差变为2nπ(n为大于1的整数。)时的上述输出光信号的功率，变为光模拟/数字转换的量化编码处理的阈值以下，抑制在上述光信号(A)和上述控制光信号之间产生的参数增益。
(发明效果)
通过本发明中的光信号处理方法和装置，使用具备在与光强度相关的输入输出特性中具有规定周期性的光非线性元件的光信号处理器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，执行规定的信号处理输出。因此，能够以极其简单构成实现光逻辑运算，光编码处理，多值解码处理等的光信号处理，并且与以往技术相比能够高速化。
另外，通过本发明中的光信号处理方法和装置，能够将采样的光模拟信号光A/D转换为光数字信号，采样频率的上限理论上可以达到数百千兆数兆兆数量级，如果电气电路的A/D转换的采样频率极限为数十千兆赫兹，可以实现两个数量级程度的高速化。另外，由于输入输出是光信号适用于光网络的应用。
并且，通过进行以在本发明中的非线性光环路反射镜内的光纤中，通过控制光生成的参数进程，接受进入与控制光相同方向的信号光的增益，以相对于设定的阈值，被压制在决定的允许值以下的方式进行设计为特征的设计，能够实现保持如图40的传递函数的非线性光环路反射镜。
附图说明：
图1是表示本发明第1实施方式中的光A/D转换装置100的动作的框图和时序图。
图2是表示图1的光A/D转换装置100的详细构成的框图。
图3是表示图2的光编码器201的详细构成的框图。
图4是表示表示图3的光编码器201的动作的，控制光(λ2)的输入功率与信号光(λ1)的输出功率的关系的图。
图5是表示图3的光编码电路200的动作例子的图和框图。
图6是表示图2的光阈值处理器301的详细构成及其动作的框图和图形。
图7是表示图6的光阈值处理器301的动作例子的图。
图8是表示图2的光编码电路200和光量化电路300的详细构成的框图。
图9是表示图8的光编码器201的动作例子的图。
图10是表示图8的光编码器202的动作例子的图。
图11是表示图8的光编码器203的动作例子的图。
图12是表示图8的光阈值处理器301的动作例子的图。
图13是表示图8的光阈值处理器302的动作例子图形。
图14是表示图8的光阈值处理器303的动作例子的图。
图15是表示本发明的变形例中的光A/D转换装置100A的详细构成的框图。
图16是表示图15中的前后级联连接的光阈值处理器301、311的动作例子的图。
图17是表示图15中的级联连接的光阈值处理器302、312、322的动作例子的图。
图18是表示图15中的级联连接的光阈值处理器303、313、323、333的动作例子的图。
图19是表示本实施方式中的实验系统的详细构成的框图。
图20是表示图19的光编码器201的编码处理动作例子的图。
图21是表示图19的光编码器202的编码处理的动作例子的图。
图22是表示图19的光编码器203的编码处理的动作例子的图。
图23是表示对使用图19的光编码电路200的编码处理中的控制光(λ2)的输入模拟脉冲的振幅的3位编码值(#1、#2、#3)的图。
图24是表示在使用在图19中理想的非线性光环路反射镜构成实验系统时，变化1段光阈值处理器处理后的模拟脉冲的振幅时的编码后的3位编码值(#1、#2、#3)及其脉冲波形的图。
图25是表示本实施方式中的第1模拟实验系统的构成的框图。
图26是图25的第1模拟的结果，是表示控制光(λ2)的脉冲峰值功率与信号光(λ1)的脉冲峰值功率关系的图。
图27是表示本实施方式中的第2模拟实验系统的构成的框图。
图28是图27的第2模拟的结果，是表示来自光编码器201的信号功率的脉冲波形的波形图。
图29是图27的第2模拟的结果，是表示来自光编码器202的信号功率的脉冲波形的波形图。
图30是图27的第2模拟的结果，是表示来自光编码器203的信号功率的脉冲波形的波形图。
图31是表示本实施方式中的第3模拟的实验系统构成的框图。
图32是图31的第3模拟的结果，是表示来自光编码器201的信号功率的脉冲波形的波形图。
图33是图31的第3模拟的结果，是表示来自光编码器202的信号功率的脉冲波形的波形图。
图34是图31的第3模拟的结果，是表示来自光编码器203的信号功率的脉冲波形的波形图。
图35是表示使用本发明第1变形例中的波导路径型马赫-曾德干涉仪的光编码器的构成的框图。
图36是表示使用本发明第2变形例中的色散非平衡型非线性光环路反射镜的光编码器的构成的框图。
图37是表示使用本发明第3变形例中的具有光克尔效应的克尔光闸的光编码器的构成的框图。
图38是表示以往技术和本发明第2实施方式中的NOLM的构成的一个例子的图。
图39是表示通过以往技术中的NOLM产生的输入信号光功率和输出光功率的关系的图。
图40是表示本发明第2实施方式中的NOLM的输入光功率和输出光功率关系的图。
图41是表示光纤的色散值D(λC)与参数增益的值关系的图。
图42是表示信号光和控制光的波长差Δλ与参数增益值关系的图。
图43是表示光纤的色散值，与信号光和控制光的波长配置关系(dD/dλ＞0时)的图。
图44是表示光纤的色散值，与信号光和控制光的波长配置(dD/dλ＜0时)的图。
图45是表示本发明第2实施方式中的NOLM的设计处理的步骤的流程图。
图46是表示本发明第2实施方式中的NOLM的一实施例的图。
图47是表示测量通过本发明的NOLM的传递特性的结果的图。
图48是表示使用与图47不同的高非线性光纤(HNLF)时的NOLM的传递函数的图。
图49是表示本发明第2实施方式中的其他实施例的与NOLM相关的传递特性的测量结果的图。
图50是表示本发明第2实施方式中的再其他实施例的与NOLM相关的传递特性的测量结果的图。
图51是表示本发明第3实施方式中的多值光信号解码器400的构成的框图。
图52是表示图51的各光信号处理器401、402中的输入脉冲强度与输出脉冲强度关系的图。
图53是表示用于表示使用图51的多值光信号解码器400的第1应用例的光强度多值通信系统的解码装置的构成的框图。
图54是表示图53的解码装置的编码分配例子的表。
图55是表示用于表示使用图51的多值光信号解码器400的第2应用例的光强度多值通信系统的解码装置的构成的框图。
图56是表示图55的解码装置的编码分配例子的表。
图57是表示本发明第4实施方式中的光逻辑运算电路600构成的框图。
图58是表示图57的光逻辑运算电路600的OR运算中的输入光脉冲强度和输出光脉冲强度关系的图。
图59是表示图57的光逻辑运算电路600的AND运算中的输入光脉冲强度和输出光脉冲强度关系的图。
图60是表示图57的光逻辑运算电路600的NOT运算中的输入光脉冲强度和输出光脉冲强度关系的图。
图61是表示图57的光逻辑运算电路600的EXOR运算中的输入光脉冲强度和输出光脉冲强度关系的图。
图62是表示本发明实施方式中的第4实验系统构成的框图。
图63是图62的第4实验系统的实验结果，是表示控制光的平均功率和输出信号光的平均功率关系的图。
图64是表示本发明实施方式中的第5实验系统的第1部分构成的框图。
图65是表示本发明实施方式中的第5实验系统的第2部分构成的框图。
图66是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光编码器201A的控制光脉冲的平均功率与从光编码器201A输出的输出信号光脉冲的平均功率PA关系的图。
图67是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光编码器202A中的控制光脉冲的平均功率与从光编码器202A输出的输出信号光脉冲的平均功率PB关系的图。
图68是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光编码器203A的控制光脉冲的平均功率和从光编码器203A输出的输出信号光脉冲的平均功率PC关系的图。
图69是图64和图65的第5实验系统的实验结果，输入到光阈值处理器301A的控制光脉冲的平均功率与从光阈值处理器301A输出的输出信号光脉冲的平均功率PD关系的图。
图70是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光阈值处理器302A的控制光脉冲的平均功率和从光阈值处理器302A输出的输出信号光脉冲的平均功率PE关系的图。
图71是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光阈值处理器303A中的控制光脉冲的平均功率和从光阈值处理器303A输出的输出信号光脉冲的平均功率PF关系的图。
图72是控制光脉冲的平均功率为200mW，700mW和1000mW时的图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示从各光阈值处理器301A、302A、303A输出的光信号的光强度PD、PE、PF的图形。
图中：10-非线性光环路反射镜，10A-偏波控制器，11、12-光耦合器，13-光隔离器，14、14A-光带通滤波器，15-光延迟回路，15A-可变光延迟回路，16-光隔离器，16A-光循环器，17-光放大器，18-光隔离器，19-光缆，19A-偏波控制器，20-非线性光环路反射镜，20A-偏波控制器，20B-光衰减器，21、22-光耦合器，23-光隔离器，24-光带通滤波器，25-激光二极管，26、26A-光隔离器，27-光放大器，28-光隔离器，29-光缆，30-采样信号发生器，31-激光二极管，32-光隔离器，41-光取样电路，42-光隔离器，50-光纤环型激光器，51、52-光带通滤波器，53-光调制器，54-数据信号发生器，55、56、57-光分配器，61、62-光纤环型激光器，63-光延迟回路，71、72、73-光耦合器，81、82-光波导路，91、92、93-光耦合器，94-光隔离器，95-光带通滤波器，100-光A/D转换装置，101、102-光缆，103-色散补偿光缆，104-光带通滤波器，105-光耦合器，106-偏波控制器，111-高双折射光缆，112-偏振光元件，200，200A-光编码电路，201、202、203、201A、202A、203A-光编码器，300、300A-光量化电路，301、302、303、311、312、313、322、323、333，301A、302A、303A-光阈值处理器，400-多值光信号解码器，401、402-光信号处理器，410-光耦合器，411、412-信号光脉冲光源，421-光延迟回路，422-光耦合器，500-非线性光环路反射镜(NOLM)，501-光纤，502-光耦合器，504-高非线性光纤(HNLF)，510-光信号的输入端，511、512-光纤端，513-输出端，524-控制光输入机构，530-输入信号光，531-控制光，532、533-传输光，534-输出信号光，550-非线性光环路反射镜(NOLM)，551-光纤，552-3dB光耦合器，553-17dB光耦合器，554-高非线性光纤(HNLF)，561、562-3dB耦合器的端子，571-控制光输入端，574-WDM耦合器，580-输入端，591、592-偏波控制器，593-反射光受光端，595-C/L波段用WDM耦合器，597-延迟线，598-光循环器，600-光逻辑运算电路，601、601A-光信号处理器，602-光耦合器，603-信号光脉冲光源，611、621-光源，612、622-光放大器，613-功率表，623-光衰减器，701-激光光源，702-光放大器，703-偏波控制器，704、713-光耦合器，705-高非线性光缆(HNLF)，706-光带通滤波器，711-激光光源，712、716-光放大器，715-色散补偿光缆(DCF)，717-可变光衰减器，721-光放大器，722、723、724、731、732-光耦合器，725、726、727-光延迟回路，733、734-光衰减器。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明中的实施方式进行说明。并且，同样的构成要素赋予同一编码。
第1实施方式.
图1是表示本发明第1实施方式中的光A/D转换装置100的动作的框图和时序图。本实施方式中的光A/D转换装置100，通过采样、编码和量化输入的光模拟信号，输出光数字信号。在图1的例子中表示了，将光模拟信号A/D转换为4位光数字信号。
图2是表示图1的光A/D转换装置100详细构成的框图。在图2中，光A/D转换装置100的构成主要具备光取样电路41；光编码电路200以及光量化电路300。其中，光编码电路200具备多个光编码器201、202、203，光量化电路300具备多个光阈值处理器301、302、303。
采样信号发生器30，产生规定频率的采样信号，输出到激光二极管31和光取样电路41。激光二极管31以输入的采样信号的周期间歇性的产生具有规定的波长λ1，一定信号大小的信号光的脉冲序列，通过光隔离器32输出到光分配器56。接着，光分配器56将输入的信号光分配为多个，分配后的信号光输出到光编码电路200的各光编码器201、202、203。另一方面，应该光A/D转换输入的光模拟信号(波长λ2)输入到光取样电路41，光取样电路41是例如光时间复用的分离处理等中的众所周知的电路(例如，非专利文献4参照。)，以上述输入的采样信号周期采样光模拟信号，产生作为采样的光模拟信号的控制光(波长λ2)，通过光隔离器42，输出到光分配器55。接着，光分配器55将输入的控制光分配为多个，将分配后的信号光输出到光编码电路200的各光编码器201、202、203。
各光编码器201、202、203具有互不相同的、相对于输入的控制光的功率大小的输出信号光的功率大小的周期特性，最好，这些周期具有2的幂关系(例如，光编码器201具有周期2T，光编码器202具有周期T，光编码器203具有周期T/2。对此参照图5，在后面进行详细叙述。)，根据控制光，编码输入的信号光，将编码后的信号光分别输出到光阈值处理器301、302、303。并且，各光阈值处理器301、302、303，对输入的信号光量化为规定的2进值光数字信号(在本实施方式中，进行1位量化，输出的光数字信号为2进值，可以为多值。)后，输出。
图3是表示图2的光编码器201的详细构成的框图，其他光编码器202、203也与光编码器201一样构成。在图3中，光编码器201的构成具备：非线性光环路反射镜(Non-linear Optical Loop Miller)10；2个光耦合器11、12；光隔离器13；光带通滤波器14以及光缆19。
其中，非线性光环路反射镜10为了消除，由于在控制光和信号光之间不同的群延迟产生的离散(walk-off)问题，级联连接分别具有不同的群延迟特性(或者色散值)的规定长度的多根(至少2根)色散高非线性光缆构成环路(例如，参照非专利文献3和4参照。)。通过以将非线性光环路反射镜10的一端附近和其另一端附近相互光学的结合的方式接近，构成光耦合器11。在该光耦合器11中，如图3所示，如下定义端子。
(1)用于输入信号光的，非线性光环路反射镜10的一端侧的端子为T11。
(2)用于输入光编码后的信号光的，另一端侧的端子为T12。
(3)位于一端附近，环路内侧的端子为T21。
(4)位于另一端附近，环路内侧的端子为T22。
另外，对位于光耦合器11的端子T21附近的非线性光环路反射镜10的光缆，以光学的结合的方式，靠近配置其他光缆19，在其接近配置部分，构成光耦合器12。在该光耦合器12中，如图3所示，如下定义端子。
(1)用于输入控制光的，光缆19一端侧的端子为T31。
(2)接近光耦合器11的端子T2的、非线性光环路反射镜10上的端子为T32。
(3)光缆19的另一端侧的端子为T41。
(4)靠近光耦合器11的端子T2，非线性光环路反射镜10的另一端侧(端子T22侧)的非线性光环路反射镜10上的端子为T42。
并且，光缆19的另一端通过光隔离器13无反射终止。因此，控制光从光缆19一端入射，通过光耦合器12，一方控制光通过光隔离器13被无反射终止，由光耦合器12分开的另一控制光通过光耦合器12的端子T42输出到非线性光环路反射镜10中的环路内。另外，在非线性光环路反射镜10的端子T12侧的另一端上连接用于只带通通过信号光的波长λ1的光带通滤波器14。
在如上构成的非线性光环路反射镜10中，光耦合器11的分岐比(例如，将从端子T11输入的光信号分到端子T21和端子T22时的分岐比)设定为1∶1时，入射到端子T11的信号光完全被反射到输入端侧。在本实施方式中，由于需要将入射的信号光透过到输出端侧，通过非线性光环路反射镜10只对使用控制光的脉冲序列的顺时针提供相移，能够改变顺时针传播的光信号，和逆时针传播的光信号中，接受的位相差，由此，能够选择反射，或透过输入的信号光。将该动作特征用于光编码器和光阈值处理器中的阈值处理或开关。
在本实施方式中，通过信号光和控制光之间的XPM(Cross PhaseModulation：交叉位相调制)，使非线性光环路反射镜10的环路中的顺时针脉冲和逆时针脉冲产生位相差，根据控制光的信号大小，改变信号光的输出大小。即，在非线性光环路反射镜10中的顺时针的光信号的传播中，信号光的电场为E1，控制光的电场为E，电场E1在长度L的光缆中传播时由受到非线性而产生的位相变化1R NL由下式表示。
[式1]
1R NL＝γL[|E1|2+2|E2|2] (1)
其中，ω1为电场E1角频率，使用表示非线性的系数γ由下式表示。
[式2]
γ＝(ω1n2)/(cAeff) (2)
其中，c为真空中的光速，Aeff为光纤的有效芯剖面积，n2是非线性折射率系数。另外，E1E2中偏波面一致。并且，非线性光环路反射镜10中的逆时针的传播中，信号光的电场为E1，在长度L的光纤中传播时受到的位相变化1L NL由下式表示。
[式3]
1L NL＝γL|E1|2 (3)
此时，顺时针和逆时针的信号光受到的位相差Δφ1 NL由下式表示。
[式4]
Δ1R NL＝2γ|E2|2L (4)
由于该位相差，顺时针和逆时针的信号光生成干涉。由于位相差与控制光脉冲序列的强度成比例，来自信号光的脉冲序列的非线性光环路反射镜10的输出信号光，相对于控制光的输入功率，显示如图4所示的周期性的特性。
并且，在涉及多周期的特性的利用中，控制光需要更高的功率，因此，例如可以使用非线性更高的光缆，构成非线性光环路反射镜10。另外，对于非线性光环路反射镜10的环路长，由于环路长度越长，控制光可以越弱，最好使其尽可能变长，但是可以考虑需要尽可能减小群延迟的差。
图5是表示图3的光编码电路200的动作例子的图和框图。在图5中，各光编码器201、202、203具有互不相同的、输入的控制光的功率大小与输出信号光的功率大小的关系具有周期特性，尤其是，在这些周期具有2的乘方关系时，光编码器201具有其周期2T，光编码器202具有周期T，光编码器203具有周期T/2。图5的动作例子表示，输入的时刻t1的信号光通过光编码器201、202、203编码后，通过光阈值处理器301、302、303量化(详细的后面进行描述)，输出3位编码“001”的光数字信号。并且，为了得到N位编码的光数字信号，需要设置与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器。其中，N表示量化位数，是自然数。
图6是表示图2的光阈值处理器301的详细构成及其动作的框图和图形，光阈值处理器302、303也与光阈值处理器301一样构成。在图6中，光阈值处理器301的构成具备：非线性光环路反射镜20；2个光耦合器21、22；光隔离器23；光带通滤波器24；激光二极管25；光隔离器26以及光缆29。其中，非线性光环路反射镜20；2个光耦合器21、22；光隔离器23；光带通滤波器24以及光缆29之间的连接构成与光编码器201一样。
激光二极管25，在由光取样信号发生器30输入的采样信号的周期中具有间歇性的，规定的波长λ3，产生一定信号大小的载波光的脉冲序列(载波光也可以替代脉冲序列，是连续光。)，通过光隔离器26，以入射到非线性光环路反射镜20的一端(光耦合器21的输入端)的方式输出。另一方面，来自光编码器201的信号光通过光缆29的一端入射，通过光耦合器22分开，通过光耦合器22的一个信号光由光隔离器23无反射终止，但在光耦合器22中分开的另一个信号光通过光耦合器22输出到非线性光环路反射镜20中的环路内。另外，用于只带通滤波载波光的波长λ3光带通滤波器24连接在非线性光环路反射镜20的另一端上。
参照图7，对如上构成的光阈值处理器301的动作进行说明。图7是1位量化的动作例子，光阈值处理器301的输入输出如果是例如线性特性401，输入的信号光照原样输出，不能量化，具有例如第1输入输出特性402(与光强度相关的)时，以更小的光信号变得更小接近0，另一方面，更大的光信号变得更大接近1的方式进行变换。并且，使用第2输入输出特性403(与光强度相关的)的一方，能够得到更接近2进值化的输出光。并且，为了得到第2输入输出特性403，详情如后面所述，最好将光阈值处理器以多段进行级联连接。
图8是表示图2的光编码电路200和光量化电路300的详细构成的框图，图9～图11是表示图8的各光编码器201、202、203的动作例子的图，图9是表示光编码器201的动作例子，图10是表示光编码器202的动作例子，图11是表示光编码器203的动作例子。另外，图12～图14是表示图8的各光阈值处理器301、302、303的动作例子的图，图12是表示光阈值处理器301的动作例子，图13是表示光阈值处理器302的动作例子，图14是表示光阈值处理器303的动作例子。
如图8所示，构成光编码电路200和光量化电路300时，各光编码器201、202、203的与光强度相关的输入输出特性分别表示在图9，图10和图11。其中，各光编码器201、202、203，如图9～图11可知，互不相同的，输出信号光的功率大小与输入的控制光的功率大小的关系具有周期特性，尤其是，这些周期具有2的乘方关系时，光编码器201具有其周期2T，光编码器202具有周期T，光编码器203具有周期T/2。这些图9～图11所示的信号光分别入射到光阈值处理器301、302、303中时，能够进行如图12～图14所示某种程度量化，并且，希望得到陡峭的量化特性。
为了实现该量化，如图15所示，在光量化电路300A中，以多段级联连接光阈值处理器。在图15中，在光编码器201的后段中，连接以2段级联连接的光阈值处理器301、311。另外，在光编码器202的后段中，连接以3段级联连接的光阈值处理器302、312、322。并且，在光编码器203的后段中，连接以4段级联连接的光阈值处理器303、313、323、333。图16～图18表示如上构成的光量化电路300A的动作例子。如由图16～图18表明的，光阈值处理器级联连接的段数越多，越能够得到更陡峭的矩形化的光强度相关的输入输出特性。
在以上的实施方式中，使用非线性光环路反射镜，构成光阈值处理器301、302、303，但本发明不局限于此，在非线性光环路反射镜环路中，使用具备放大器的非线性放大环路镜(Nonlinear Amplifying Loop Mirror；以下，称为NALM。例如参照非专利文献4。)构成。
在以上的实施方式中，使用非线性光环路反射镜10构成光编码器201、202、203，使用非线性光环路反射镜20构成光阈值处理器301、302、303，但本发明不局限于此，可以使用具有光克尔效应等非线性光学效果的光缆或者光波导路，构成光编码器201、202、203或光阈值处理器301、302、303。其中，所谓光克尔效应是指在光缆中产生的非线性光学效果的现象，一般指，折射率依赖光信号的强度变化的非线性折射率现象。能够得到与非线性光环路反射镜10一样的周期特性，在例如非专利文献5和6公开。
图35是表示本发明第1变形例中的使用波导路径型马赫-曾德干涉仪的光编码器的构成的框图。第1变形例中的使用波导路径型马赫-曾德干涉仪的光编码器中，如图35所示，形成3根的光波导路81、82、83，其中，至少在规定的2处，使这2根的光波导路81、82以光学结合的方式靠近，分别形成光耦合器91、92。
光耦合器91的光波导路82上的输入端子为T101，其输出端子为T103，另一方面，光耦合器91的光波导路81上的输入端子为T102，其输出端子为T104。另外，光耦合器92的光波导路82上的输入端子为T111，其输出端子为T113，另一方面，光耦合器92的光波导路81上的输入端子作为T112，其输出端子为T114。并且，后面所述的只带通滤波输出信号光的光带通滤波器95连接在光耦合器92的输出端子T114上。
另外，在光耦合器91的输出端子T104和光耦合器92的输入端子T112之间，相对于光波导路81，以光学结合的方式靠近，形成光波导路83，在该靠近处，形成光耦合器93。光耦合器93的光波导路81上的输入端子为T121，其输出端子为T123，另一方面，光耦合器93的光波导路83上的输入端子为T122，其输出端子为T124。并且，光耦合器93的输出端子T124通过光隔离器94被无反射终止。
如上构成的，使用波导路径型马赫-曾德干涉仪的光编码器中，通过将具有波长λ1，规定周期的信号光的脉冲序列输入到光耦合器91的输入端子T101，并将该信号光的脉冲序列分配、入射到光波导路82和81，另一方面，通过将具有波长λ2，被规定周期的控制光的采样的模拟脉冲序列输入到光耦合器93的输入端子T122，使该控制光的脉冲序列入射到光波导路81。其中，通过信号光和控制光之间的XPM，根据控制光的脉冲序列，只使由光耦合器91分配的光波导路81上的一侧信号光产生位相变化，通过由光耦合器92再合成由上述光耦合器91分配的2个信号光，能够根据控制光的信号大小，变化信号光的输出大小。从该波导路径型马赫-曾德干涉仪输出的输出信号光，由光耦合器92通过光带通滤波器95取出，该输出信号光表示，对于控制光的输出功率，与图4所示的非线性环路镜的情况一样的周期性的特性。该使用波导路径型马赫-曾德干涉仪的光编码器，与图3的光编码器201一样，光编码控制光，输出光编码后的输出信号光。另外，图35的光编码器，与图6的光阈值处理器301一样，也能作为光阈值处理器进行动作。
图36是表示使用本发明第2变形例中的色散非平衡型非线性光环路反射镜的光编码器构成的框图。第2变形例中的光编码器中的色散非平衡型非线性光环路反射镜(Dispersion Imbalanced-Nonlinear Optical LoopMirror；以下，称为DI-NOLM。例如，参照非专利文献7、8和9。)，作为只由光受动元件构成的非线性光环路反射镜已经众所周知。
使用第2变形例中的DI-NOLM的光阈值处理器，如图36所示，级联连接具有色散值D1和长度L1的光缆101，色散值D2(D2＜D1))，和长度L2的光缆102，通过将光缆101的输入端和光缆102的输出端以相互光学结合的方式靠近，形成具有4个端子T121、T122、T123、T124的光耦合器105。另外，在光耦合器105的端子T124附近，在光缆102的中途，设置偏波控制器106的同时，在光耦合器105的输出端子T122上，通过光缆102和色散补偿光缆103，取出输出控制光的光带通滤波器104。
使用如上构成的DI-NOLM的光阈值处理器，与非线性光环路反射镜(NOLM)或非线性放大环路镜(NALM)一样，具有依赖作为入射光的控制光的强度的特性。另外，为了调节环路部的偏波设置偏波控制器106，色散补偿光缆103是补偿由环路部的光缆101、102接受的色散的光缆，DI-NOLM是必不可少的。
如果1个光脉冲入射到DI-NOLM中的光耦合器105的输入端子T121，由光耦合器105，以1∶1的比率分配为顺时针的脉冲和逆时针的光脉冲。关于顺时针的光脉冲的传播，如果该光脉冲入射到光缆101，扩大用于高色散(色散值D1)的脉冲宽度，降低峰值功率。然后，光脉冲在色散值非常低的(D2≈0)光缆102中，一边维持低的峰值功率一边传播。与此相对，关于逆时针的传播，首先，入射脉冲在色散值小的光缆102中，一边维持高的峰值功率一边传播。然后，光脉冲入射到光缆101中。在光缆101中，为了高的色散值，入射后受到色散效果，扩展脉冲宽度，降低峰值功率。如果比较顺时针和逆时针的光脉冲，由于逆时针的光脉冲方面，以高峰值功率传播的距离长，在环路部受到的SPM(Self Phase Modulation)影响比顺时针的光脉冲大。这样，由于在顺时针的光脉冲和逆时针的光脉冲的环路部接受的SPM不同，可以透过，或者反射入射的控制光的光脉冲。作为DI-NOLM的特长例如：不需要信号光或光放大器等，只由光受动元件构成，通过使用3dB的光耦合器105，能够完全反射连续光(Continuous-Wave：CW)，由于使用色散补偿光缆103，能够使环路部光缆的长度变得比较长。通过使用该DI-NOLM，光阈值处理可以只由光受动元件简单地进行。
如上构成的，使用DI-NOLM的光阈值处理器，能够与图6的光阈值处理器301一样动作。
图37是表示本发明第3变形例中的使用具有光克尔效应的克尔光闸光编码器构成的框图。具有该光克尔效应的克尔光闸的构成，如图37所示，具备：具有例如2.0以上的双折射的高双折射光缆111，连接其的偏振光元件112，是例如在非专利文献5的图6.1中公开的元件。
图37中，信号光和控制光都用直线偏光，相互保持45度角，从高双折射光缆111的输入端输入。没有信号光时，控制光被偏振光元件112遮断，不能从输出端输出，通过输入信号光，为了由信号光产生双折射，旋转控制光的偏光，控制光通过偏振光元件112输出。控制光的输出功率随信号光的强度周期性变化。
在如上构成的，使用具有光克尔效应的克尔光闸的光编码器中，与图3的光编码器201一样，光编码控制光，输出光编码后的输出信号光。另外，图37的光编码器，与图6的光阈值处理器301一样，也能作为光阈值处理器进行动作。
【实施例1】
图19是表示本实施方式中的实验系统的详细构成的框图。在图19的实验系统中，光纤环型激光器(FRL)50产生具有例如80GHz的采样频率的光模拟信号，输出到光分配器57，光分配器57将输入的光模拟信号2分，输出到光带通滤波器51、52。光带通滤波器51将输入的光模拟信号，只带通滤波规定的波长λ1，产生具有例如2微微秒的脉冲宽度的脉冲序列，输出到光分配器56，光分配器56将输入的光模拟信号3分，通过延迟电路15和光隔离器16输出到各光编码器201、202、203的非线性光环路反射镜10中。
另一方面，光带通滤波器52将输入的光模拟信号，只带通过滤规定的波长λ2，并且产生具有例如8微微秒脉冲宽度的脉冲序列，输出到光调制器53，光调制器53将输入的光模拟信号，根据来自数据信号发生器54的数据信号，强度调制后，输出到光分配器56。其中，波长λ2为波长λ1附近的波长。光分配器55，3分输入的光模拟信号，通过光放大器17和光隔离器18，通过各光编码器201、202、203的光耦合器12，输出到非线性光环路反射镜10的环路内。
由各光编码器201、202、203，根据控制光的信号大小编码信号光，编码后的信号光通过光带通滤波器14，光放大器27和光隔离器28，通过各光阈值处理器301、302、303的光耦合器22输出到非线性光环路反射镜20的环路中。另一方面，由激光二极管25产生的波长λ3的载波光(其中，波长λ3为波长λ1附近波长。)，通过光隔离器26，输入到各光阈值处理器301、302、303的非线性光环路反射镜20环路中。由此，在各光阈值处理器301、302、303中，根据信号光的信号大小量化载波光，量化的载波光通过光带通滤波器24输出到外部光电路中。
图20～图22是表示图19的光编码电路200的编码处理的动作例子的图，图20是表示光编码器201的编码处理的动作例子，图21是表示光编码器202的编码处理的动作例子，图22是表示光编码器203的编码处理的动作例子。另外，图23是表示使用图19的光编码电路200的编码处理中的控制光(λ2)的输入模拟脉冲的振幅与3位编码值(#1、#2、#3)关系的图。如图20～图22所示可知，通过设定各光编码器201、202、203的与光强度相关的输入输出特性，根据输入的控制光的输入功率大小，适当地进行编码。另外，如图23所示，对于控制光(λ2)的输入模拟脉冲的振幅，编码值以一一对应方式编码，如上所述，通过各更改光编码器201、202、203的与光强度相关的输入输出特性(尤其是，非线性光环路反射镜10的周期特性)，能够向编码处理提供自由度。
图24是表示，使用图19中理想的非线性光环路反射镜，构成实验系统时，变化1段光阈值处理器处理后的模拟脉冲振幅时的编码后的3位编码值(#1、#2、#3)及其脉冲波形的图。由图24表明，根据模拟脉冲的振幅，能够得到适当的编码后的光数字信号。
【实施例2】
接着，以下对本发明者们进行的模拟及其结果进行说明。该模拟的诸因素如下表所示。
(表1)
模拟实验因素
| 光缆的种类 | 高非线性光缆 |
| 损失 | 0.25dB/km |
| 零色散波长 | 1550nm |
| 色散斜度 | 0.016ps/nm2/km |
| 非线性 | 12.6W-1km2 |
| 长度 | 500m |
注：使用R soft公司制造的连接模拟装置
(表2)
| 光纤环型激光器(FRL)61 | |
| 重复频率 | 10GHz |
| 中心波长 | 1560nm |
| 脉冲宽度 | 10ps |
| 峰值功率 | 20mW |
| 平均功率 | 3.24dBm |
【表3】
| 光纤环型激光器(FRL)62 | |
| 重复频率 | 10GHz |
| 中心波长 | 1550nm |
| 脉冲宽度 | 40ps |
| 峰值功率 | 0～2W |
| 平均功率 | ～29dBm |
图25是表示本实施方式中的第1模拟实验系统的构成的框图。在图25中，光纤环型激光器(FRL)61产生波长λ1的信号光，输出到光编码器201的非线性光环路反射镜10的环路中。另一方面，光纤环型激光器(FRL)62产生波长λ2的控制光，通过光延迟回路63和光耦合器12，输出到光编码器201的非线性光环路反射镜10的环路中。光编码器201根据输入的信号光的控制光的信号大小编码，通过光带通滤波器14输出编码后的信号光。
图26是图25的第1模拟结果，是表示控制光(λ2)的脉冲峰值功率与信号光(λ1)的脉冲峰值功率关系的图。由图26可知，作为图25的模拟值，能够得到接近周期特性理论值的结果。但是，在该模拟中，忽视了四光波混合。并且，模拟值和理论值之差认为是由非线性光环路反射镜10的色散产生的离散导致的。
【实施例3】
图27是表示本实施方式中的第2模拟的实验系统的构成的框图。在图27的第2模拟中，与图25的模拟相比较，使用3段3dB光耦合器71、72、73衰减由光纤环型激光器62产生的峰值功率1W的控制光，产生具有3个光信号大小的控制光，测量分别输入到各光编码器201、202、203时的输出信号光的大小。并且，如果将来自光耦合器71的控制光的大小作为1，来自光耦合器72的控制光的大小变为1/2，来自光耦合器73的控制光的大小变为1/4。
图28～图30是图27的第2模拟结果，图28是表示来自光编码器201的信号功率的脉冲波形的波形图，图29是不是来自光编码器202的信号功率的脉冲波形的波形图，图30是表示来自光编码器203的信号功率的脉冲波形的波形图。由图28～图30可知，根据输入到各光编码器201、202、203中的控制光的大小，能够得到编码后的信号光。
【实施例4】
图31是表示本实施方式中的第3模拟实验系统的构成的框图。在图31的第3模拟中，与图27的模拟相比较，由光纤环型激光器62产生的控制光的峰值功率改变为1.5W时，其他构成与第2模拟一样。
图32～图34是图31的第3模拟结果，图32是表示来自光编码器201的信号功率的脉冲波形的波形图，图33是表示来自光编码器202的信号功率的脉冲波形的波形图，图34是表示来自光编码器203的信号功率的脉冲波形的波形图。如图32～图34所表明，根据输入到各光编码器201、202、203的控制光的大小，能够得到编码后的信号光。另外，如果比较图28～图30，和图32～图34的模拟结果知，被适当的编码。
如以上说明的，通过本实施方式中的光A/D转换装置100，能够将采样后的光模拟信号光A/D转换为光数字信号，采样频率的上限理论上可以达到数百千兆数兆兆数量级，电气电路的A/D转换的采样频率的极限为数十千兆赫，可以进行两个数量级左右的高速化。另外，由于输入输出是光信号，适用于光网络的应用。
第2实施方式.
接着，对第2实施方式中，用于上述光A/D转换装置100等的非线性光环路反射镜(Nonlinear Optical Loop Mirror：以下，称为NOLM。)，以下进行说明。
以往使用的NOLM，在输入光功率和输出光功率之间具有如图39的关系。其中，所谓输入光功率，在利用由光脉冲的SPM(self-phasemodulation)产生的相移的干涉开关(自动开关)时，是信号光的输入功率，在利用由控制光和信号光的XPM(cross-phase modulation：交叉位相调制)产生的相移的干涉开关(XPM开关)时，是控制光的输入功率。另外所谓输出光功率，是由NOLM的透过孔输出的信号光的输出光功率。另外，以后，尤其是除非指定的情况，控制光和信号光为取脉冲形态的光。
输入功率充分小时，输出功率也被压制。另一方面，如果增大输入功率，输出功率也随正弦波曲线变大，输入功率在P1时取峰值。如果使用该传递函数，能够实现可以控制根据控制光有无产生的信号光的反射·透过控制的开关。或者通过传输，将振幅的波动的信号作为控制光，如果进行由其产生的探测光的开关，0大小或1大小即使由噪音产生波动，在输出中也能抑制波动，能够期待波形整形效果。这样，具有由半周期的正弦波曲线构成的传递特性的NOLM至此被实现，被应用。
作为这样的NOLM，利用由光脉冲的SPM产生的相移的干涉开关(例如，参照非专利文献3。)，利用由控制光和信号光的XPM产生的相移的干涉开关(例如，参照非专利文献10。)的建议是开端，与此相关，使用高非线性光纤的NOLM(例如，参照专利文献2。)具有，利用NOLM中的FWM的信号处理(例如，参照专利文献3。)，通过抑制控制光和信号光的离散，提高XPM效率的NOLM(例如，参照专利文献5，专利文献2，专利文献6，专利文献7，专利文献8和专利文献10。)，并且将光纤作为平均色散零的色散管理构成，减少离散，加上通过抑制作为控制光功率的减少要因的FWM，提高XPM效率的处理(例如，参照专利文献10。)等。另外，对于NOLM中的偏光相关的特性众所周知具有各种各样(例如，参照专利文献4和专利文献9)。
另一方面，在光编码器和光阈值处理器中，如图40，使用具有作为由多个周期构成的正弦波曲线的传递特性的NOLM，但在以往技术中，不能实现这样的NOLM。如下所示，本发明实施方式中的NOLM具有1周期以上的传递函数，能够提供包括光A/D转换，适用于各种光信号处理的特性。
图38表示NOLM500构成。NOLM500由：
光纤501；
光耦合器502，其以将2分从光信号的输入端510输入的光信号530，输出到光纤501的两端511，512，并且将从上述光纤501两端511、512输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端510和其他输出端513中的方式连接；
控制光输入机构524，其将控制光531输入到上述光纤501；以及
高非线性光纤，(以下，称为HNLF(High Non-Linear optical Fiber)。)504，它是配置在构成上述光纤501的光路上的非线性介质。其中，输入信号光530具有输入功率Pin和波长λS，控制光531具有峰值功率Pc，平均功率Pave以及波长λC。
从光信号的输入端510输入的输入功率Pin的信号光530，在光耦合器502中被分别分开为不随位相变化的传输光532，位相增加π/2的传输光533，在由光纤501形成的环路中，如图分别顺时针，逆时针传输。传输光532，以与由控制光输入机构524输入的峰值功率Pc，平均功率Pave的控制光531，在尽量宽的范围重合的方式合波，经过作为非线性系数为γ，长度为L的非线性介质的HNLF504，由光纤端512输入到光耦合器502中。
另外，传输光533在由光纤501形成的环路中如图逆时针传输，几乎不会与控制光重叠，经过HNLF504由光纤端511输入到光耦合器502中。
没有控制光时，由顺时针和逆时针产生的相移几乎不产生差。因此，在输出端513不伴随相移的顺时针的传输光532的成分与由光耦合器502经过2次，受到π/2相移的逆时针传输光533的成分相抵消，输出变为0。另外，在输入端510中，同时加强通过光耦合器502每1次受到π/2相移的传输光532，533的各成分，与输入功率几乎相同功率的返回光在与输入的信号光530相反方向上，被输出到输入端510。
有控制光531时，为了以传输光532与此重叠的方式，传输HNLF504，在传输光532和控制光531之间产生由依赖于控制光531的功率的交叉位相调制(Cross-Phase Modulation：XPM)导致的相移。另一方面，由于传输光533几乎不产生由该XPM生成的相移，在传输光532和传输光533之间出现依赖于控制光531功率的相移差，由此，能够控制输出到输入端510和其他输出端513的功率。
在该体系中，输出功率Pout的输出信号光534和输入功率Pin的输入信号光530的功率比由以下的传递函数提供。
[式5]
Pout/Pin＝[1-cos(XPM)]/2 (5)
[式6]
XPM＝2γ(Pc-Pave)L (6)
其中，为了实现1周期以上，最好，2周期以上的传递函数，作为由在控制光和信号光之间产生的XPM导致的信号光的相移差XPM＝2γ(Pc-Pave)L，需要至少2π(1周期，相当于图40的P2)或者4π(2周期，相当于图40的P4)。即，最好通过在被2分的每个光信号和上述控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，使对每个光信号产生的相移差为2π以上。
因此，
(i)作为非线性介质的HNLF504的非线性，距离，并且控制光531的功率中的任意一个，或者全部增大，
(ii)使控制光531和信号光530的偏光状态变为最优(XPM的发生效率最大)，
(iii)为了避免控制光531和信号光530的波长差通过色散产生群延迟(以下，称为离散)，对于作为非线性介质的HNLF504的色散值或者提供的色散值，通过改变信号光530和控制光531的波长配置，抑制离散的方式进行设定，
(iv)通过将离散也加入考虑，在时间轴上，将控制光531和信号光530的位置设为最优等方法，能够效率更高地产生XPM，增大相移。
另外，在实现上述(iii)时，使用在任意波长下色散值为零的光纤(色散平坦光纤；DFF)，或在光纤504上使用具有一定色散斜率的通常的色散位移光纤(DSF)，考虑将此光纤(DSF)的零色散波长λ0设定在控制光531的波长λC和信号光530的波长λS中间的方法。在后者的方法中，光纤(DSF)的零色散波长在较长方向上波动时，由于波长λC与波长λS的波长差Δλ，与色散值之积成比例，产生离散，需要将其积抑制在，产生的离散不成为问题的程度。此时，上述控制光信号和上述光信号的波长差，以及与上述非线性介质的色散值之积的绝对值，压制离散，通过被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，最好对每个光信号产生的相移差为2π以上的值以下。
哪种情况都是波长λC变为接近于零色散波长λ0，波长λC中的色散值接近于零的值。此时对信号光530产生伴随着将控制光531作为泵浦光的缩退四波混频(FWM)的参数增益。由于通过该现象，信号光530在顺时针与控制光531同时传输时被放大，但是一方面逆时针仅由其传输的信号光530不受到增益，结果传输光532和533的功率产生不均衡状态。如果那样的不均衡状态变得显著，在图40的输入功率P2和P4中得到的输出功率不会变为充分小的值，成为大的问题。
在图40的传递函数中，重要的点是，相对于输入功率P2和P4的输出功率，对于将峰值(相对于输入功率P1和P3输出功率的值)作为1时，变为最优设定的阈值以下。
即，对NOLM的输出信号，通过应用先前设定的阈值，能实现作为数字信息处理的基本的2进制信号处理。例如将其阈值设定为0.5时，输入功率为P2或P4时，如果由上述参数处理产生的增益超过3dB，由于通过位相干涉，应该不能透过的光，超过功率0.5而被透过了，不可能进行2进制信号处理。一般的说，对于阈值Tth(0＜Tth＜1；P2和P4中的输出功率与P1和P3中的输出功率之比)，参数增益G(＞1；非线性介质中的传输光532的输入输出功率之比)，需要G＜2Tth+1。由此，能够将相对于输入功率P2和P4的输出功率抑制在希望的阈值以下，能够实现由包括光A/D转换的量化编码处理在内的光产生的2进制信号处理。这个事实，在实现具有图40的传递函数的NOLM上是非常重要的想法，但到目前为止还不清楚。
因此，在与控制光531相同方向上传输的信号光530，为了将从控制光531接受的参数增益抑制在规定值(例如3dB)以下，在本发明实施方式中，建议以下方法。如果通过非专利文献5，一般在光纤中，将作为直线偏光的频率ωC的连续光作为泵浦光时，得到以与泵浦光相同的偏光状态在相同方向上传输的频率ωS的信号光的缩退参数增益G由下式提供。并且，其中的议论中使用的“泵浦光”，相当于本发明实施方式中的NOLM中的控制光。
[式7]
G(z)＝1+(γ2P0 2/g2)sinh2(gz) (7)
[式8]
g2＝γ2P0 2-κ2/4 (8)
[式9]
κ＝Δk+2γP0 (9)
[式10]
Δk＝Δω2k0” (10)
其中，z、γ、P0、k0”、Δω分别为光纤的长度(m)，光纤的非线性常数(W-1m-1)，泵浦光的功率(W)，光纤的色散值(s2/m)，以及泵浦光和信号光的频率差(s-1)，忽略光纤的4次以上的色散和损失效果。如果提供这些值，信号光接受的参数增益能够由式(7)～式(10)单值确定。例如，z＝0.32(km)、γ＝17.5(W-1km-1)，P0＝2(W)时，尝试考虑相对于k0”、Δω值的增益的变化。并且，使用相对于k0”(ps2/km)，具有k0”＝-1.284D关系的色散D(ps/nm/km)作为光纤色散值，频率差Δω为使用泵浦光和信号光的波长差Δλ＝|λC-λS |，能够写为Δω＝2πcΔλ/λ的。但是，c＝2.998×108(m/s)和λ＝1.55(μm)分别是真空中的光速和载波波长。首先，泵浦光和信号光的波长差Δλ设置为10nm，变化泵浦光的波长λC中的光纤色散值D(λC)时，由式(7)～式(10)的计算得到的参数增益如图41所示。
在图41中，由D≈1(ps/nm/km)表现的大的增益，作为异常色散区域产生的调制不稳定现象已经众所周知。例如，为了将参数增益抑制在3dB以下，需要在正常色散区域中，设为比A点中的色散值D’小的值，或者在异常色散区域，设定比B点中的色散值D”还大的值。在图41中，通常|D’|＜|D”|，但是如果考虑降低与色散值的绝对值成比例的离散，最好采用作为绝对值小的正常色散值的D’。另外，由于考虑如果具有大能量的脉冲在异常色散光纤中传输，由于激励高次孤波，控制光的波形显著劣化，结果的XPM的效率也劣化，从这方面看，采用异常色散值D”，与D’相比并不好。但是，如果由离散或孤波激励生成的波形劣化不成为问题，在图41的D＞D”的条件下，也可以异常色散光纤的色散值。
下面，将色散值设置为D＝-0.62(ps/nm/km)，改变泵浦光和信号光的波长差Δλ＝|λC-λS|时，由式(7)～式(10)得到的参数增益如图42所示。由图42知，通过增大Δλ，能够压制参数增益。例如在将参数增益设在3dB以下的条件下，如果想将由离散或脉冲波形的扩展等色散产生的影响变得最小，可以将泵浦光和信号光的波长差设定为图42的C点中的值Δλ’。
如上表明，为了将参数增益压制在一定值以下，将泵浦光的波长中的光纤的色散值设为，比提供一定值以上的参数增益的最小的色散值(对应图41中的A点)小的值，或者设为比提供一定值以上的参数增益的最大的色散值(对应图41中的B点)大的值，以及增大泵浦光和信号光的波长差，使其比提供一定值以上的参数增益的最大波长差(对应图42中的C点)大，是有效的。并且，图41和图42中的A、B、C点可以由各自的图形包络线上提供。即，作为
(a)非线性介质的色散值为，上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益变为规定值以上的最小的色散值以下，和
(b)非线性介质的色散值为，上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益变为规定值以上的最大的色散值以上
中的任一个是有效的。另外，上述控制光信号和上述输入光信号的波长差，最好比提供上述光信号和上述控制光信号之间产生的规定值以上的参数增益的最大的波长差大。
由于在现在考虑的图38的NOLM500中，考虑在同一方向上传输的控制光531和信号光530(传输光532)之间产生的参数进程时，这些并不是单一频率的连续光，是功率随时间变化的脉冲，以及由脉冲之间的离散或偏光状态不一致等导致控制光和信号光脉冲间的FWM效率劣化等，各种因素，式(7)～(10)的计算结果产生误差。但是，如图41或图42所示的参数增益的各种参数依赖关系，即使对于NOLM500中的脉冲情况，也可以实验测量，具体的说，能够提供可以提供哪个色散值，或者波长差的指针。
图43和图44表示，能够有效的压制在NOLM500中沿同一方向传输的控制光531和信号光530(传输光532)之间产生的参数增益的，光纤的波长色散特性和控制光，信号光的波长配置。图43是光纤的波长色散特性在dD/dλ＞0时，是λC＜λS＜λ0。并且，在图41和图42中，使用现在情况下的色散D’和波长差Δλ’，作为满足D(λC)＜D’，Δλ＝|λC-λS|＞Δλ’的值。图44是dD/dλ＜0的情况，以下与图43的条件一样。另外，在上述输入光信号和上述控制光信号的波长中，上述非线性介质的色散值D被波长λ微分的值为负(dD/dλ＜0)时，也可以是λ0＜λS＜λC。
作为泵浦光的控制光531的波长λC中的正常色散值D(λC)＜0和控制光531和信号光530的波长差Δλ，每个越是大的值，也能越压制参数增益，但是由于相反如果过大，会生成离散的增大或，由色散产生的各自的脉冲波形变形，XPM的效率劣化而不好。因此，通过以使信号光530得到的参数增益在某值以下，并且不降低XPM的效率的方式，进行最优设定控制光531和信号光530的离散或时间差，或者这些偏光状态的设计，可以实现具有如图40的传递函数的NOLM。并且，由于离散和控制光531和信号光530的波长差Δλ与控制光531的波长λC中的色散值D(λC)之积的绝对值成比例，抑制其即可。另外，在图43和图44中，即使改换控制光和信号光的波长时，只要满足D(λC)＜D’就可以。另外通过以总是保持环路中的光纤和非线性介质的偏光或者其状态的方式构成，能够更有效地产生XPM。具体的说，使用偏光保持光纤，可以设为控制光和信号光实质上是同一的直线偏光。此时由参数进程产生的信号光的增益也增大，这点也考虑，可以应用先前描述的设计方法。
以上描述了设计具有如图40的传递函数的NOLM的方法，将其简单地总结如图45所示。本发明实施方式中的NOLM，根据在图45的流程图中表示的设计处理的步骤进行。
图45中，首先，在步骤S1中，确定NOLM的传递函数，即，由1-cos确定角度的最大值max。接着，在步骤S2中，确定传递函数中，适用于希望的信号处理的阈值，在步骤S3中，临时确定用于NOLM的光纤参数和控制光的条件。并且，判断由XPM产生的相移的最大值是否达到角度的最大值max，是时，进入步骤S5，另一方面，否时返回步骤S3。并且，在步骤S5中，以相对于传递函数的角度＝2nπ(n＝1、2、...)的条件，判断信号光从控制光接受的参数增益是否在先前设定的阈值以下，是时，进入步骤S6，另一方面，否时，返回步骤S3。并且，在步骤S6中，确定该条件中的设计，结束该设计处理。
通过本发明实施方式能够实现，输出光功率的控制范围超过1周期，能够将位相差2nπ(n＝1、2、...)中的输出光功率，相对于峰值功率，抑制在光信号处理(例如，光模拟/数字转换的量化编码处理)中需要的阈值以下的NOLM。该用途之一是光A/D转换。其他考虑的方式有，例如QAM，PSK，ASK等多值通信的解码化。从不同的视点出发，也可以考虑不是NOLM中的使用XPM的开关，积极的使用由控制光向信号光提供的参数增益的开关装置的实现等。其中，由上述被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)对每个光信号产生的相移差为2nπ(n为大于1的整数)时的上述输出光信号的功率值，在光模拟/数字转换处理中，最好作为0处理。
【实施例5】
图46表示本发明实施方式中的NOLM550的构成。以下，假定NOLM的550传递函数中，阈值设定为0.5时的信号处理，能够与此对应的NOLM的实施例进行描述。
在NOLM550中，信号光从输入端580输入，被3dB耦合器552分开后分别在光纤551中逆方向传输。从控制光输入端571输入的控制光通过WDM耦合器574，以宽的范围与顺时针的信号光重叠的方式合波后，通过17dB耦合器553，传输到HNLF(高非线性光纤)554。在NOLM550中使用的HNLF554光纤长为380m，非线性常数为17.5W-1km-1，零色散波长为1575nm，色散斜率为0.027ps/nm2/km，光纤损失为0.67dB/km的光纤。另外作为脉宽为约15ps的脉冲序列的控制光的波长为1552nm，作为脉宽为约3.4ps的脉冲序列的信号光的波长为1568nm，每个脉冲序列的重复频率为10GHz，控制光和信号光的波长差为16nm。另外，控制光波长中的HNLF554的色散值为-0.62ps/nm/km，也就是说是正常色散值。在以上例子中，是正常色散值，也可以是异常色散值。
为了有效地产生XPM，将信号光的时间延迟量和控制光的偏光设定在最佳的状态。以下，表示其具体的内容。
(A)信号光的偏光调整：首先在没有入射控制光的状态下从输入端580入射信号光，操作环路中的偏波控制器(PC)592，生成信号光完全反射回入射端的状态，使用光循环器598，由反射光受光端593检测。具体的说，由3dB耦合器的端子561，562分开的顺时针和逆时针信号光，在环路中传输结束后，分别到达端子562和561时，调整环路中的偏波控制器(PC)592，以使每个信号光的偏波变得相同。在该状态下，NOLM550起到反射率100％，透过率0％的环路镜的作用。
(B)延迟线的调整：然后入射控制光，将控制光的功率一点点地提高。NOLM550的传递特性最初上升(由XPM产生的信号光相移XPM在0附近)的附近，改变延迟线597的延迟量，调整以使信号光的输出功率变为最大。然后，进一步提高控制光的功率，在传递特性到达最初的波谷(XPM＝2π)之前，提高控制光的功率。在这种状态下进行延迟量的微调整，调整以使输出端584的信号光的功率变为最小。这样，通过使HNLF554中传输的信号光和控制光的脉冲在更宽的规定范围重叠，能够有效地产生XPM。
(C)控制光的偏光调整：在NOLM550的传递特性最初上升附近，提高控制光功率，调整入射控制光的传输路的偏波控制器(PC)591，使输出信号光功率变为最大。由此，控制光和信号光的偏波状态的关系提供使XPM的产生效率变为最大的条件。
(D)带通滤波器的选定：由于本实验中使用的信号光和控制光，分别位于L和C波段，为了分离这些，在输出端替代带通滤波器，使用损失小的C/L波段用WDM耦合器595。
(E)信号光和控制光的同步：由于在本实施例，由同一光源通过波长变换，产生两种光，能够简单地取得同步。分开输入信号光和控制光时，通过使双方的脉冲在HNLF中最大限度地重叠，取得同步，能够提高XPM的产生效率。
图47表示在本实施方式中得到的NOLM550的传递函数。由图47，由控制光和信号光的XPM产生的信号光的相移达到5π，其相移为2π或4π时的输出功率相对于峰值，能够实现小于一半且充分小的NOLM。
【实施例6】
另一方面，使用于NOLM550的HNLF554中，使用光纤长为380m，非线性常数为17.5W-1km-1，零色散波长为1560nm，色散斜率为0.024ps/nm2/km的光纤，控制光和信号光的波长分别为1550nm、1570nm(波长差20nm)，控制光的脉冲宽度为8.5ps，其他条件相同时，同样测量传递函数的结果如图48所示。通过有效地产生XPM能够多周期化。
其中，控制光的波长中的色散值为-0.24ps/nm/km，是正常色散，但是由于其值小，信号光受到大的参数增益。即，对顺时针和逆时针的信号光的功率产生不均衡，干涉不能很好地起作用，信号光的相移为π或者3π的输出功率不能变为0.5以下，其结果不能得到希望的传递函数，即，至少，不能满足XPM＝2π的输出光功率变为XPM＝π的输出光功率的半分以下的条件。
【实施例7】
作为其他实施例，在图46的NOLM550中，表示使用具有不同参数的其他光纤作为HNLF554，实现多周期NOLM的例子，其他2个情况。
(1)HNLF的光纤长为406m，非线性常数为12W-1km-1，零色散波长为1567nm，色散斜率为0.021ps/nm2/km(控制光波长中的色散值为-0.315ps/nm/km)，光纤损失为0.426dB/km的NOLM的传递特性如图49所示。
(2)HNLF的光纤长为403m，非线性常数为12W-1km-1，零色散波长为1568nm，色散斜率为0.021ps/nm2/km(控制光波长中的色散值-0.336ps/nm/km)，光纤损失为0.411dB/km的NOLM的传递特性如图50所示。
因此，在本实施方式中，最好是
(a)上述控制光信号的波长中的上述非线性介质的色散值为-0.62ps/nm/km以下，上述输入信号光和上述控制光的波长差为16nm以上，和
(b)上述控制光信号的波长中的上述非线性介质的色散值为-0.315ps/nm/km以下，上述输入信号光和上述控制光的波长差为20nm以上
中的任意一个。
通过本发明实施方式实现是NOLM的用途之一是光A/D转换。其他考虑的方式有，例如QAM，PSK，ASK等多值通信的解码化。从不同的视点出发，也可以考虑不是NOLM中使用XPM的开关，积极的使用由控制光向信号光提供的参数增益的开关装置的实现等。
如以上说明的，通过进行设计以，使在本发明实施方式的NOLM内的光纤中，通过控制光生成的参数进程，受到在与控制光相同的方向上前进的信号光的增益，对设定的阈值压制到决定的允许值以下，为特征的设计，能够实现具有如图40的传递函数的NOLM。
第3实施方式.
图51是表示本发明的第3实施方式中的多值光信号解码器400构成的框图，图52是表示图51各光信号处理器401、402中的输入脉冲强度与输出脉冲强度关系的图。
在图51中，多值光信号解码器400，在例如多值光通信系统中采用，其构成具备：3dB光耦合器410和2个光信号处理器401、402。其中，光信号处理器401，与图3的光编码器201一样，其构成具备：NOLM10；2个光耦合器11、12；光隔离器13；光带通滤波器14；光隔离器16、18；光缆19；以及信号光脉冲光源411，来自信号光脉冲光源411的信号光脉冲通过光隔离器16，被输入到光信号处理器401的NOLM10光缆中。另外，光信号处理器402，与图3的光编码器201一样，其构成具备：NOLM10；2个光耦合器11、12；光隔离器13；光带通滤波器14；光隔离器16、18；光缆19；以及信号光脉冲光源412，来自信号光脉冲光源412的信号光脉冲通过光隔离器16，被输入到光信号处理器402的NOLM10光缆中。其中，光信号处理器401，402，如图52所示，具有互不相同周期的传递函数，具体的说，，光信号处理器401的传递函数的周期被设定为光信号处理器402传递函数周期的3倍。
在如上构成的多值光信号解码器400中，多值脉冲序列光信号被输入到光耦合器410中2分。2分后的一个多值脉冲序列光信号通过光隔离器18，光缆19和光耦合器12被输入到光信号处理器401的NOLM10中，此时，与上述信号光脉冲合成，进行上述非线性光处理，处理后的2进值脉冲序列光信号x，由光耦合器11通过光带通滤波器14输出。另外，2分后的另一个多值脉冲序列光信号通过光隔离器18，光缆19和光耦合器12，输入到光信号处理器402的NOLM10中，此时，与上述信号光脉冲合成，进行上述非线性光处理，处理后的2进值脉冲序列光信号y，由光耦合器11通过光带通滤波器14输出。
接着，下面对使用多值光信号解码器400的输入4值和输出2进值时的光强度多值通信系统的应用例子进行说明。
图53是表示用于表示使用图51的多值光信号解码器400的第1应用例的光强度多值通信系统的解码装置构成的框图，图54是表示图53解码装置的编码分配例子的表。图53～图54的第1应用例中，如图54所示，对光强度分配编码时，将4值的多值光信号输入到多值光信号解码器400中时，能够得到2个2进值光信号x、y。这样，通过多值化光信号的振幅，能够增大频率的利用效率。
图55是表示用于表示使用图51的多值光信号解码器400的第2应用例的光强度多值通信系统的解码装置构成的框图，图56是表示图55解码装置的编码分配例子的表。图55和图56的第2应用例中，如图56所示，对光强度分配编码时，4值的多值光信号输入多值光信号解码器400后，只有来自多值光信号解码器400的2个输出光信号的一个输出光信号，通过延迟原来多值光信号脉冲周期的一半的光延迟回路421通过，通过后的光信号与上述另一个输出光信号由3dB光耦合器422合成，能够得到作为时分多路复用合成后的光信号的2进值光信号。这样，通过多值化光信号的振幅，能够增大频率的利用效率。
在以上的实施方式中，并列配置2个光信号处理器401、402构成多值光信号解码器400，本发明不局限于此，也可以并列配置3个以上具有互不相同的传递函数的多个光信号处理器，构成多值光信号解码器。
第4实施方式.
图57是表示本发明的第4实施方式中的光逻辑运算电路600构成的框图，图58是表示图57光逻辑运算电路600的OR运算中的输入光脉冲强度与输出光脉冲强度关系的图，图59是表示图57光逻辑运算电路600的AND运算中的输入光脉冲强度与输出光脉冲强度关系的图，图60是表示图57光逻辑运算电路600的NOT运算中的输入光脉冲强度与输出光脉冲强度关系的图，图61是表示图57光逻辑运算电路600的EXOR运算中的输入光脉冲强度与输出光脉冲强度关系的图。
在图57中，光逻辑运算电路600构成具备：光信号处理器601；和3dB光耦合器602。其中，光信号处理器601构成，与图3的光编码器201一样，具备：NOLM10；2个光耦合器11、12；光隔离器13；2个光带通滤波器14，14A；光隔离器18；光缆19；光循环器16A；以及信号光脉冲光源603，来自信号光脉冲光源603的信号光脉冲通过光循环器16A，被输入到光信号处理器601的NOLM10的光缆中。其中，作为光逻辑运算的输入信号的2个2进值脉冲序列信号x、y由光耦合器602合成后，通过光隔离器18，光缆19和光耦合器12，输入到光信号处理器601的NOLM10后，在NOLM10内，与上述信号光脉冲合成，进行上述非线性光处理后，处理后的光信号，由光耦合器11，通过光带通滤波器14，作为第1运算结果的光信号输出的同时，由光耦合器11通过光隔离器16A和光带通滤波器14，在第2运算结果的光信号输出。
其中，光信号处理器601，例如图58～图61所示，根据光论理电路的运算种类，具有如下不同的传递函数。其中，传递函数是输入光脉冲强度与输出光脉冲强度的函数，输出脉冲强度的峰到峰振幅为B。
(a)在OR运算和NOR运算时，传递函数，如图58所示，输入光脉冲强度为0时，输出光脉冲强度为0，由此，随着输入光脉冲强度增大，输出光脉冲强度以3A周期的正弦波形状变化。其中，由光带通滤波器14能够得到OR运算结果的光信号的同时，由光带通滤波器14A能够得到NOR运算结果的光信号。
(b)AND运算和NAND运算时，传递函数，如图59所示，输入光脉冲强度为0时，输出光脉冲强度为0，由此，随着输入光脉冲强度增大，输出光脉冲强度以6A的周期正弦波形状变化。其中，由光带通滤波器14能够得到AND运算结果的光信号的同时，由光带通滤波器14A能够得到NAND运算结果的光信号。
(c)NOT运算时，传递函数如图60所示，输入光脉冲强度为0时，输出光脉冲强度为B，由此，随着输入光脉冲强度增大，输出光脉冲强度以2A周期的正弦波形状变化。其中，由光带通滤波器14A能够得到NOT运算结果的光信号。
(d)EXOR运算时，传递函数如图61所示，输入光脉冲强度为0时，输出光脉冲强度为0，由此，随着输入光脉冲强度增大，输出光脉冲强度以2A周期的正弦波形状变化。其中，由光带通滤波器14能够得到EXOR运算结果的光信号。
如以上说明的，输入2个2进值光信号x、y时，只有光信号x的脉冲，或者光信号y的脉冲输入到NOLM10中时，此光信号的光强度为A，这2个光信号x、y的脉冲输出到NOLM10中时，此合成后的光信号的光强度变为2A。如图58～图61所示，通过适当地调整光信号处理器601的传递函数，使用极其简单的光电路能够实现上述各种光逻辑运算。
【实施例8】
第4实验系统.
图62是表示本发明实施方式中的第4实验系统的构成的框图，图63是图62的第4实验系统的实验结果，是表示控制光的平均功率与输出信号光的平均功率关系的图。
在图62的第4实验系统中，光信号处理器601A，与图3的光编码器201一样，其构成具备：在光缆上具有偏波控制器10A的NOLM10；2个光耦合器11、12；光隔离器13；光带通滤波器14；光循环器16A；以及偏波控制器19A。信号光源611产生具有波长为1568nm，脉冲频率为10GHz的信号光脉冲，通过添加铒的光纤光放大器612和可变光延迟回路15A，光隔离器16A和光耦合器11，输入到光信号处理器601A的NOLM10中。另一方面，信号光源621产生具有波长为1552nm，脉冲频率为10GHz的控制光脉冲，通过添加铒的光纤光放大器622和可变光衰减器623，偏波控制器19A和光耦合器12，输入到光信号处理器601A的NOLM10中。其中，NOLM10中使用的高非线性光纤具有400m的长度L和16.6W-1km-1的非线性系数γ。
作为如上构成的图62的第4实验系统得到的传递函数如图63所示，能够得到2.5周期以上的实质性的正弦波形状的函数。
【实施例9】
第5实验系统.
图64和图65是表示本发明实施方式中的第5实验系统构成的框图，图64是表示产生该第5实验系统中的信号光和控制光的光电路部，图65是表示由于对上述产生的信号光和控制光进行编码，执行阈值处理的光电路部。
图64表示作为采样速度为10GS/s的3位光学的量化和编码的实验系统。为了产生控制光脉冲，使用以波长为1552nm，脉冲周期为3ps动作的10GHz的再生模式同步型光纤环型激光器(FRL)的激光光源711，由激光光源711输出的控制光脉冲通过光放大器712，被输入到3dB光耦合器713中2分配，2分后的一个控制光脉冲通过色散补偿光缆(DCF)715，光放大器716和可变光衰减器(VOA)717，作为控制光被输出。上述2分后的另一个控制光脉冲，通过偏波控制器714被输入到光耦合器704中。另一方面，作为CW激光二极管光源的可变激光光源701，产生波长1560nm的信号光脉冲，通过光放大器702和偏波控制器703，被输入到光耦合器704中。在光耦合器704中，合成2个脉冲光后，合成后的脉冲光通过高非线性光缆(HNLF)505和光带通滤波器706，作为信号光被输出。即，在以上的光电路部中，使用四波混频器(FWM)，产生具有与控制光脉冲同步的1568nm的载波波长和3ps的时间幅的信号光脉冲。另外，使用色散补偿光缆(DCF)715，将控制光脉冲的脉冲宽度扩展到11ps。在色散补偿光缆(DCF)715后面，使用可变光衰减器(VOA)717，模拟由模拟光信号采样后的光脉冲的大小。设定图65的3个光延迟回路(ODL)725、726、727的光延迟量，以使信号光脉冲与控制光脉冲重叠。
在图65中，光编码电路200A并列配置3个光编码器201A、202A、203A构成，光量化电路300A并列配置3个光阈值处理器301A、302A、303A构成。其中，各光编码器201A、202A、203A构成，与图3的光编码器201一样，具备：具有偏波控制器10A的NOLM10；2个光耦合器11、12A；光隔离器13；光带通滤波器14；光循环器16A；偏波控制器19A，信号光通过光循环器16A和光耦合器11，被输入到光编码器201A的NOLM10的光缆中，控制光通过偏波控制器19A和光耦合器12A，被输入到NOLM10中。另外，各光阈值处理器301A、302A、303A构成具备：NOLM20；光耦合器21；光循环器26A；光放大器27；分别插入到NOLM20的光缆上的光衰减器20B和偏波控制器20A，来自各光编码器201A、202A、203A的输出光，通过光放大器27，光循环器26A和光耦合器21，输入到NOLM20中。
在图64的光电路部产生的信号光通过光放大器721，由3个光耦合器722、723、724进行3分，第1信号光通过光延迟回路725被输入到光编码器201A的光循环器16A中。另外，第2信号光通过光延迟回路726被输入到光编码器202A的光循环器16A中，并且，第3信号光通过光延迟回路727被输入到光编码器203A的光循环器16A中。
另一方面，在图64的光电路部产生的控制光，通过连接点X，输入到光耦合器731中被2分，2分后的一个控制光在光耦合器732再次被2分，其一个光信号通过光衰减器733输入到光编码电路200A内的光编码器201A的偏波控制器19A中后，执行通过光编码器201A的光编码处理和通过光阈值处理器301A的光阈值处理。来自光耦合器732的另一个光信号被输入到光编码电路200A内的光编码器202A的偏波控制器19A中后，执行通过光编码器202A的光编码处理和通过光阈值处理器302A的光阈值处理。另外，来自光耦合器731的另一个光信号通过光衰减器734，被输入到光编码电路200A内的光编码器203A的偏波控制器19A中后，执行通过光编码器203A的光编码处理和通过光阈值处理器303A的光阈值处理。
如上构成的第5实验系统中，以光编码器201A、202A、203A，用最大大小的控制光脉冲，分别提供半周期，单周期和2周期的传递函数的方式，使用光衰减器733、734，适当地调整各光编码器201A、202A、203A间的传递函数的相对的周期性。各光编码器201A、202A、203A的NOLM10A的HNLF的长度L和非线性系数γ分别为380m，403m和406m以及17.5W-1km-1，12.0W-1km-1和12.0W-1km-1。光带通滤波器14除去控制光脉冲，只让信号光脉冲通过输出。3个光阈值处理器301A、302A、303A的特征几乎相同。添加铒的光纤光放大器27的增益，调整到23dB程度的适当值。如果使用10dB的光衰减器20B，制作自开关型NOLM的非对称环路，该NOLM的HNLF的长度L和非线性系数γ分别为830m和19W-1km-1。
图66是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光编码器201A的控制光脉冲的平均功率与从光编码器201A输出的输出信号光脉冲的平均功率PA的关系的图，图67是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示在光编码器202A中输入的控制光脉冲的平均功率与由光编码器202A输出的输出信号光脉冲的平均功率PB表示的图形，图68是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示光编码器203A中，输入的控制光脉冲的平均功率与由光编码器203A输出的输出信号光脉冲的平均功率PC关系的图。另外，图69是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光阈值处理器301A的控制光脉冲的平均功率与由光阈值处理器301A输出的输出信号光脉冲的平均功率PD关系的图，图70是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光阈值处理器302A的控制光脉冲的平均功率与由光阈值处理器302A输出的输出信号光脉冲的平均功率PE关系的图，图71是图64和图65的第5实验系统的实验结果，是表示输入到光阈值处理器303A的控制光脉冲的平均功率与由光阈值处理器303A输出的输出信号光脉冲的平均功率PF关系的图。并且，图72是，控制光脉冲的平均功率为200mW，700mW和1000mW时的图47和图48的第5实验系统的实验结果，是表示由各光阈值处理器301A、302A、303A输出的光信号的光强度PD、PE、PF的图形。
如图68所示，在发明者了解的范围内确信，这是观察多周期的传递函数到2周期的最初的实验结果。控制光脉冲的平均功率，在图65的连接点X处测量。非零复原的周期性认为由光缆中的不希望的非线性现象，不稳定的偏光，脉冲强度以及时间的起伏生成的。
如来自图69～图71的各光阈值处理器301A、302A、303A的输出光的实验结果表明，改善传递函数，能够确认其周期后几乎完全回复“0”。图69，图70和图71的插入图是，由来自各光阈值处理器301A、302A、303A的输出光测量的脉冲宽度的自相关波形的一部分，脉冲形状大的变化没有观察到。图72是假设高斯形脉冲波形，由脉冲宽度和平均功率的测量值获得的，以控制脉冲的平均功率为200mW，700mW和1000mW，重构的输出数字脉冲。这样，3位A/D转换被证实始终良好地实现。插入例如图15所示的级联型多个光阈值处理器的连接或者光2R技术(再放大和再整形)中的任意一个，也可以进一步压制“0”的脉冲光。
产业的应用
本发明中的光A/D转换装置，以需要高速采样的测量设备关系为始，可以应用到在光通信的光模拟信号和光数字信号变换需要的各节点，以及其他需要高速A/D转换的计算等领域中，由于本发明是基础的信号处理技术，可以在其他各种领域中应用。
Claims (69)
1、一种光信号处理方法，其特征在于，包括：使用具备在与光强度相关的输入输出特性中具有规定周期性的光非线性元件的光信号处理器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，执行规定的信号处理输出的步骤。
2、一种光信号处理方法，其特征在于，包括：
使用具备与光强度相关的输入输出特性中，具有对应规定的光逻辑运算的周期性的光非线性元件的光信号处理器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，通过使用多个作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，或者通过使用作为具有与上述第1波长不同的多个波长的脉冲序列的控制光，执行规定的光逻辑运算处理输出的步骤。
3、根据权利要求1或者2所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述光编码器由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
4、一种光信号处理方法，其特征在于，包括：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据具有与上述第1波长不同的第2波长且作为光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列的步骤。
5、根据权利要求4所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述多个光编码器是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
6、一种光信号处理方法，其特征在于，包括：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光信号处理器，对具有第1波长的多值光信号的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，解码为多个2进值光信号输出的步骤。
7、根据权利要求4～6中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述各光编码器由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
8、根据权利要求1～7中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第1光非线性元件是非线性光环路反射镜。
9、根据权利要求1～7中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第1光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。
10、根据权利要求1～7中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
11、一种光信号处理装置，其特征在于，具备：
使用具备在与光强度相关的输入输出特性中具有规定周期性的光非线性元件的光信号处理器，对于具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，执行规定的信号处理输出的信号处理机构。
12、一种光信号处理装置，其特征在于，具备：
使用具备与光强度相关的输入输出特性中具有对应规定的光逻辑运算的周期性的光非线性元件的光信号处理器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，通过使用多个作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，或者通过使用作为具有与上述第1波长不同的多个波长的脉冲序列的控制光，执行规定的光逻辑运算处理输出的运算机构。
13、根据权利要求11或者12所述的光信号处理装置，其特征在于，上述光编码器由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
14、一种光信号处理装置，其特征在于，具备：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据具有与上述第1波长不同的第2波长且作为光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列的光编码机构。
15、根据权利要求14所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述多个光编码器是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
16、一种光信号处理装置，其特征在于，具备：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光信号处理器，将具有第1波长的多值光信号的脉冲序列，根据作为具有与上述第1波长不同的第2波长的脉冲序列的控制光，解码为多个2进值光信号输出的多值解码机构。
17、根据权利要求14～16中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述各光编码器由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
18、根据权利要求11～17中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第1光非线性元件是非线性光环路反射镜。
19、根据权利要求11～17中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第1光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。
20、根据权利要求11～17中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
21、一种光信号处理方法，是将光取样后的光模拟信号光模拟/数字转换为光数字信号的光信号处理方法，其特征在于，包括：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，对具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据具有与上述第1波长不同的第2波长且作为光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列的步骤，和
使用分别连接在上述各光编码器上，具备与光强度相关的输入输出特性具有非线性的光非线性元件的1个或者多个光阈值处理器，通过对上述光编码后的多个信号光的脉冲序列进行光阈值处理，进行光量化，被光量化后的脉冲序列作为光数字信号输出的步骤。
22、根据权利要求21所述的光信号处理方法，其特征在于，
还包含在进行上述光编码的步骤之前，以规定的采样频率光取样光模拟信号，输出光取样后的光模拟信号的步骤。
23、根据权利要求21或者22所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述多个光编码器是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
24、根据权利要求21～23中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
在上述光量化的步骤中，对每个上述光编码后的多个信号光的脉冲序列，使用1个光阈值处理器或者级联连接的多个光阈值处理器，分别光量化输入的信号光的脉冲序列。
25、根据权利要求21～24中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述各光编码器由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
26、根据权利要求21～25中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述各光阈值处理器是由第2光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；
第2输入端，其输入上述光编码后的信号光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光量化后的脉冲序列。
27、根据权利要求21～25中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述各光阈值处理器是由第2光非线性元件构成，其具有：
输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；和
输出端，其输出上述光量化后的脉冲序列。
28、根据权利要求21～27中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第1光非线性元件是非线性光环路反射镜。
29、根据权利要求21～27中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第1光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。
30、根据权利要求21～27中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
31、根据权利要求21～30中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第2光非线性元件是非线性光环路反射镜。
32、根据权利要求21～30中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第2光非线性元件是使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。
33、根据权利要求21～30中的任一个所述的光信号处理方法，其特征在于，
上述第2光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
34、一种光信号处理装置，是将光取样后的光模拟信号光模拟/数字转换为光数字信号的光信号处理装置，其特征在于，具备：
使用具备与光强度相关的输入输出特性分别具有互不相同的周期性的光非线性元件的多个光编码器，将具有第1波长的信号光的脉冲序列，根据具有与上述第1波长不同的第2波长且作为光取样后的光模拟信号的脉冲序列的控制光进行光编码，由上述各光编码器输出光编码后的多个信号光的脉冲序列的光编码机构，和
使用分别连接在上述各光编码器上，具备与光强度相关的输入输出特性具有非线性的光非线性元件的1个或者多个光阈值处理器，通过对上述光编码后的多个信号光的脉冲序列，进行光阈值处理，进行光量化，将光量化后的脉冲序列作为光数字信号输出的光量化机构。
35、根据权利要求34所述的光信号处理装置，其特征在于，
还具备设置在上述光编码机构前段，以规定的采样频率对光模拟信号进行光取样，输出光取样后的光模拟信号的光取样机构。
36、根据权利要求34或者35所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述多个光编码器是与光强度相关的输入输出特性分别具有周期T/2(N-2)的N个光编码器，其中，N为表示量化位数的自然数(N＝1、2、3、...)。
37、根据权利要求34～36中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述光量化机构，对每个上述光编码后的多个信号光的脉冲序列，使用1个光阈值处理器或者级联连接的多个光阈值处理器，分别光量化输入的信号光的脉冲序列。
38、根据权利要求34～37中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述各光编码器由第1光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入上述信号光的脉冲序列；
第2输入端，其输入上述控制光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光编码后的信号光的脉冲序列。
39、根据权利要求34～38中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述各光阈值处理器是由第2光非线性元件构成，其具有：
第1输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；和
第2输入端，其输入上述光编码后的信号光的脉冲序列；以及
输出端，其输出上述光量化后的脉冲序列。
40、根据权利要求34～38中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述各光阈值处理器是由第2光非线性元件构成，具有：
输入端，其输入规定的载波光的连续光或者脉冲序列；和
输出端，其输出上述光量化后的脉冲序列。
41、根据权利要求34～40中的任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第1光非线性元件为非线性光环路反射镜。
42、根据权利要求34～40中任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第1光非线性元件为使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。
43、根据权利要求34～40中任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第1光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
44、根据权利要求34～43中任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第2光非线性元件为非线性光环路反射镜。
45、根据权利要求34～43中任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第2光非线性元件为使用作为非线性光学效果的光克尔效应的克尔光闸。
46、根据权利要求34～43中任一个所述的光信号处理装置，其特征在于，
上述第2光非线性元件是波导路径型马赫-曾德干涉仪。
47、一种非线性光环路反射镜，具有：
光纤；
光耦合器，其以2分从光信号的输入端输入的输入光信号，输出到光纤两端，并且将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上，
根据上述控制光信号的功率调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号输出端输出的输出光信号的功率，
通过被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，使在每个光信号中产生的相移差变为2nπ(n为大于1的整数。)时的上述输出光信号的功率，以使相对于其最大值的比例变为规定的阈值以下的方式，抑制每个光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益。
48、根据权利要求47所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
在与上述控制光信号相同方向上传播的上述光信号，在非线性介质中由参数增益放大的比例为G，上述规定的阈值相对于上述输出光信号的功率最大值的比例为Tth时，满足G＜2Tth+1的关系式。
49、根据权利要求47所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
以上述光信号和上述控制光信号的脉冲在上述非线性介质的规定范围内重叠的方式，通过光延迟线输入上述输入光信号和上述控制光信号中的任意一个。
50、根据权利要求47所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
在上述光纤和上述非线性介质中，上述光信号和上述控制光信号的偏光状态实质上是相同的。
51、根据权利要求48所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述规定的阈值为光模拟/数字转换的量化编码处理中需要的阈值。
52、根据权利要求48所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述规定的阈值为3dB。
53、根据权利要求47所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，是
(a)上述非线性介质的色散值为，使上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益变为规定值以上的最小色散值以下，和
(b)上述非线性介质的色散值为，使上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益变为规定值以上的最大色散值以上
中的任一个。
54、根据权利要求47所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述控制光信号和上述输入光信号的波长差，比提供在上述光信号和上述控制光信号之间产生的规定值以上的参数增益的最大波长差大。
55、根据权利要求48所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述控制光信号和上述光信号的波长差，和上述非线性介质的色散值乘积的绝对值，为用于压制离散通过被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，在每个光信号中产生的相移差为设为2π以上的值以下。
56、根据权利要求48所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
通过在上述被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，在每个光信号中产生的相移差变为2nπ(n为大于1的整数)时的上述输出光信号的功率值，在光模拟/数字转换处理中，作为0处理。
57、根据权利要求53所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述非线性介质的色散特性在上述控制光信号的波长中具有正常色散特性。
58、根据权利要求53所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述非线性介质的色散特性在上述控制光信号的波长中具有异常色散特性。
59、根据权利要求57所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
在上述输入光信号和上述控制光信号的波长中，上述非线性介质的色散值D被波长λ微分后的值为正(dD/dλ＞0)时，λ0＞λS＞λC。
60、根据权利要求57所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
在上述输入光信号和上述控制光信号的波长中，上述非线性介质的色散值D被波长λ微分后的值为负(dD/dλ＜0＝时，λ0＜λS＜λC。
61、一种非线性光环路反射镜，具有：
光纤；
光耦合器，其以2分从光信号的输入端输入的输入光信号，输出到光纤两端，并且将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上，
根据上述控制光信号的功率调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号输出端输出的输出光信号的功率，
上述非线性介质在上述控制光信号的波长中，具有正常色散特性。
62、根据权利要求61所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，是
(a)上述控制光信号的波长中的上述非线性介质的色散值为-0.62ps/nm/km以下，上述输入信号光和上述控制光的波长差为16nm以上，和
(b)上述控制光信号的波长中的上述非线性介质的色散值为-0.315ps/nm/km以下，上述输入信号光和上述控制光的波长差为20nm以上
中的任意一个。
63、根据权利要求62所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
在上述光纤和上述非线性介质中，上述光信号和上述控制光信号的偏光状态实质上是相同的。
64、一种非线性光环路反射镜，具有：
光纤；
光耦合器，其以2分从光信号的输入端输入的输入光信号，输出到光纤两端，并且将从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上，
根据上述控制光信号的功率调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号输出端输出的输出光信号的功率，
通过在被2分的每个光信号和上述控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，是每个光信号中产生的相移差为2π以上。
65、根据权利要求64所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
上述非线性介质在上述控制光信号的波长中具有正常色散特性。
66、根据权利要求64所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
通过在被2分的每个光信号和控制光信号之间生成的交叉位相调制(XPM)，使在每个光信号中产生的相移差变为2nπ(n为大于1的整数。)时的输出光信号的功率，以相对于其最大值的比例变为光模拟/数字转换中的阈值以下的方式，抑制在上述光信号和上述控制光信号之间产生的参数增益。
67、根据权利要求64所述的非线性光环路反射镜，其特征在于，
在上述光纤和上述非线性介质中，上述光信号和上述控制光信号的偏光状态实质上是相同的。
68、一种非线性光环路反射镜的设计方法，该非线性光环路反射镜具有：
光纤；
光耦合器，其以2分从光信号的输入端输入的输入光信号，输出到光纤两端，并且从上述光纤两端输出的光信号分别分开输出到上述光信号的输入端和光信号的输出端的方式连接；
控制光输入机构，其将控制光信号输入到上述光纤；以及
非线性介质，其配置在上述光纤的光路上；
根据上述控制光信号的功率调节输入到上述光纤两端的光信号的位相差，控制从上述光信号输出端输出的输出光信号的功率，
该非线性光环路反射镜的设计方法包括：
第1步骤，决定用输入光信号的功率与输出光信号的功率关系表示的传递函数及其周期(max)，
第2步骤，决定适合光信号处理的，输出光信号的阈值，
第3步骤，临时决定非线性介质的非线性常数和色散特性，以及和控制光信号的波长和峰值功率；
第4步骤，判断相移是否达到上述周期max，在达到时，进入第5步骤，另一方面，如果没有达到时，返回上述第3步骤；
第5步骤，在上述光信号由参数增益被放大的比例为G，上述阈值相对于上述输出光信号的功率最大值的比例为Tth时，判断是否满足G＜2Tth+1，在满足时，将上述临时决定的非线性介质的非线性常数和色散特性，以及控制光信号的波长和峰值功率作为设计确定值，另一方面，如果不满足，返回上述第3步骤。
69、一种光信号变换方法，是2分输入的光信号，将分开的一个光信号(A)传输到与波长不同的控制光信号相同方向上，产生交叉位相调制，使分开的另一个光信号(B)之间的相移差相对于控制光信号的功率变化周期性变化，使通过上述光信号(A)和(B)的干涉得到的输出光信号的功率变化的光信号变换方法，其特征在于，
对于上述输出光信号的功率最大值，以使相移差变为2nπ(n为大于1的整数。)时的上述输出光信号的功率，变为光模拟/数字转换的量化编码处理的阈值以下的方式，抑制在上述光信号(A)和上述控制光信号之间产生的参数增益。
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