JP2000133867A - 光信号処理システム、光信号処理デバイスおよび光信号処理方法 - Google Patents
光信号処理システム、光信号処理デバイスおよび光信号処理方法Info
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- JP2000133867A JP2000133867A JP10307312A JP30731298A JP2000133867A JP 2000133867 A JP2000133867 A JP 2000133867A JP 10307312 A JP10307312 A JP 10307312A JP 30731298 A JP30731298 A JP 30731298A JP 2000133867 A JP2000133867 A JP 2000133867A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高度なＬＳＩを使わずに、簡単な手法で、時
系列で並んだ多数のチャンネルうちから希望のチャンネ
ルのパルス光のみを選別する。 【解決手段】 半導体ラマン増幅器として機能するラマ
ン導波路１１、このラマン導波路１１を励起するポンプ
光源としての半導体レーザダイオード４、光サーキュレ
ータ８、及び、ラマン導波路１１の出力光パルス信号か
ら同期増幅された所望のチャンネルの光パルス信号のみ
を電気信号パルスとして取り出す光電変換回路６から構
成されている。半導体レーザダイオード４は、多数のチ
ャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期光パ
ルス列を発生する。ラマン導波路１１は、ＧａＰコア層
と、このＧａＰコア層の下部、上部、及び側面にそれぞ
れ配置されたＡｌxＧａ1-xＰクラッド層から少なくとも
構成されたヘテロ構造を有する。
系列で並んだ多数のチャンネルうちから希望のチャンネ
ルのパルス光のみを選別する。 【解決手段】 半導体ラマン増幅器として機能するラマ
ン導波路１１、このラマン導波路１１を励起するポンプ
光源としての半導体レーザダイオード４、光サーキュレ
ータ８、及び、ラマン導波路１１の出力光パルス信号か
ら同期増幅された所望のチャンネルの光パルス信号のみ
を電気信号パルスとして取り出す光電変換回路６から構
成されている。半導体レーザダイオード４は、多数のチ
ャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期光パ
ルス列を発生する。ラマン導波路１１は、ＧａＰコア層
と、このＧａＰコア層の下部、上部、及び側面にそれぞ
れ配置されたＡｌxＧａ1-xＰクラッド層から少なくとも
構成されたヘテロ構造を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスを用
いた光通信システムに関し、特に時系列に配列された多
チャンネルの信号の光パルス列から所望のチャンネルの
パルス列を高感度で選別して検出する光信号処理システ
ム、光信号処理デバイス（光集積回路）及び光信号処理
方法に関する。
いた光通信システムに関し、特に時系列に配列された多
チャンネルの信号の光パルス列から所望のチャンネルの
パルス列を高感度で選別して検出する光信号処理システ
ム、光信号処理デバイス（光集積回路）及び光信号処理
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年光ファイバ通信において一層の大容
量化への需要が高まり、複数のチャンネルの信号を同時
に送る多チャンネル通信がますます重要になってきてい
る。多チャンネル通信方式は、大容量化のみならず、必
要な所に必要な容量のネットワークを拡充するというシ
ステムの拡張性・柔軟性に対しても大きな効果を有して
いる。将来の高度ネットワーク化に対応するためには、
多チャンネル化による情報量の一層の高密度化が不可欠
となる。
量化への需要が高まり、複数のチャンネルの信号を同時
に送る多チャンネル通信がますます重要になってきてい
る。多チャンネル通信方式は、大容量化のみならず、必
要な所に必要な容量のネットワークを拡充するというシ
ステムの拡張性・柔軟性に対しても大きな効果を有して
いる。将来の高度ネットワーク化に対応するためには、
多チャンネル化による情報量の一層の高密度化が不可欠
となる。
【０００３】多チャンネル通信には、複数の、時系列に
配列された多チャンネルの信号を用いる方式と、複数の
波長を搬送波に用いた波長多重通信方式が知られてい
る。
配列された多チャンネルの信号を用いる方式と、複数の
波長を搬送波に用いた波長多重通信方式が知られてい
る。
【０００４】このような高密度光通信システムにおいて
は、多チャンネルの信号のパルス光がファイバを伝搬
し、ネットワークを構成する各受信者に送られる。そし
て、微弱となった多チャンネル光パルス列から各受信者
が特定のチャンネルのパルス列を検知するにはまずｐｉ
ｎフォトダイオードで多チャンネルの電気パルスに変換
し、その後、シリコン集積回路により電気的に特定のチ
ャンネルの信号のパルス列を選択する必要がある。しか
し、受信者が多数となると、ネットワークの各末端では
光強度が弱まるので、高速パルスを高感度で受信し誤り
無く選別するのに困難を来すようになって来ている。
は、多チャンネルの信号のパルス光がファイバを伝搬
し、ネットワークを構成する各受信者に送られる。そし
て、微弱となった多チャンネル光パルス列から各受信者
が特定のチャンネルのパルス列を検知するにはまずｐｉ
ｎフォトダイオードで多チャンネルの電気パルスに変換
し、その後、シリコン集積回路により電気的に特定のチ
ャンネルの信号のパルス列を選択する必要がある。しか
し、受信者が多数となると、ネットワークの各末端では
光強度が弱まるので、高速パルスを高感度で受信し誤り
無く選別するのに困難を来すようになって来ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の、シリコン集積
回路を使った上記の方式では、シリコンデバイスの動作
速度に支配されるため、例えば、数Ｇｂ／ｓｅｃ以上の
パルス列の高感度処理は容易でない。このような困難を
解決するため、既に、高速のデバイスである、砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）を
用いた電気的・光学的な手段による全チャンネルの信号
分配できる回路が提案されている。
回路を使った上記の方式では、シリコンデバイスの動作
速度に支配されるため、例えば、数Ｇｂ／ｓｅｃ以上の
パルス列の高感度処理は容易でない。このような困難を
解決するため、既に、高速のデバイスである、砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）を
用いた電気的・光学的な手段による全チャンネルの信号
分配できる回路が提案されている。
【０００６】上記問題点を鑑み、本発明は高速大規模集
積回路（高速ＬＳＩ）を使わないで、光学的手段によ
り、時系列で並んだ多数のチャンネルのうちから単一ま
たは少数のチャンネルのパルス列のみを高感度で正確に
選別することができる光信号処理システムを提供するこ
とである。
積回路（高速ＬＳＩ）を使わないで、光学的手段によ
り、時系列で並んだ多数のチャンネルのうちから単一ま
たは少数のチャンネルのパルス列のみを高感度で正確に
選別することができる光信号処理システムを提供するこ
とである。
【０００７】本発明の他の目的は、高度な微細加工技術
の要求される高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望の周波
数のチャンネルのパルス光を選別して検出することが可
能な波長多重通信方式の光信号処理システムを提供する
ことである。
の要求される高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望の周波
数のチャンネルのパルス光を選別して検出することが可
能な波長多重通信方式の光信号処理システムを提供する
ことである。
【０００８】本発明のさらに他の目的は、多数のチャン
ネルから単一または少数のチャンネルパルス列のみを高
感度で選別することができるコンパクトな光信号処理デ
バイスを提供することである。
ネルから単一または少数のチャンネルパルス列のみを高
感度で選別することができるコンパクトな光信号処理デ
バイスを提供することである。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、簡便に受信者
が希望の１つのチャンネルのみを高感度で選択して受信
することができる光信号処理システム方法を提供するこ
とである。
が希望の１つのチャンネルのみを高感度で選択して受信
することができる光信号処理システム方法を提供するこ
とである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体ラマン増幅器として機能するラマ
ン導波路と、このラマン導波路に、時系列で並んだ多数
のチャンネルからなる光信号を入力する入力信号入射手
段と、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同
期した同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導
波路に入力するポンプ光源と、ラマン導波路からポンプ
光源により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を
電気信号に変換する光電変換回路とから少なくとも構成
される光信号処理システムであることを第１の特徴とす
る。
め、本発明は、半導体ラマン増幅器として機能するラマ
ン導波路と、このラマン導波路に、時系列で並んだ多数
のチャンネルからなる光信号を入力する入力信号入射手
段と、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同
期した同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導
波路に入力するポンプ光源と、ラマン導波路からポンプ
光源により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を
電気信号に変換する光電変換回路とから少なくとも構成
される光信号処理システムであることを第１の特徴とす
る。
【００１１】半導体ラマン増幅器においては、信号光の
周波数、ポンプ光の周波数、半導体中のフォノンの周波
数をそれぞれωs，ωL，ωphとした時、 ωL＝ωs＋ωph …（１） の関係を満たせば、周波数ωLのポンプ光によって信号
光ωsは増幅される。即ち、半導体ラマン増幅器に多チ
ャンネル信号光パルス列を導入するとともに、この多チ
ャンネルの内の特定のチャンネルと同期したポンプ光を
導入すれば、半導体ラマン増幅器に導入された多チャン
ネル光信号のうち、ポンプ光パルスに同期したパルス列
のみが増幅され、その振幅が増大する。半導体中のフォ
ノンの周波数ωphは、半導体材料やその結晶方位を選ぶ
ことにより種々の値を用いることが出来る。
周波数、ポンプ光の周波数、半導体中のフォノンの周波
数をそれぞれωs，ωL，ωphとした時、 ωL＝ωs＋ωph …（１） の関係を満たせば、周波数ωLのポンプ光によって信号
光ωsは増幅される。即ち、半導体ラマン増幅器に多チ
ャンネル信号光パルス列を導入するとともに、この多チ
ャンネルの内の特定のチャンネルと同期したポンプ光を
導入すれば、半導体ラマン増幅器に導入された多チャン
ネル光信号のうち、ポンプ光パルスに同期したパルス列
のみが増幅され、その振幅が増大する。半導体中のフォ
ノンの周波数ωphは、半導体材料やその結晶方位を選ぶ
ことにより種々の値を用いることが出来る。
【００１２】従って、本発明の第１の特徴に係る光信号
処理システムにおいては、半導体ラマン増幅器が、多チ
ャンネルパルス列から単一のチャンネルを選別し増幅す
るために使われる。増幅された信号は容易に、光電変換
回路により電気信号に変換され検出可能となる。このよ
うにして、極めて簡便な回路により、所望のチャンネル
が選択できる。
処理システムにおいては、半導体ラマン増幅器が、多チ
ャンネルパルス列から単一のチャンネルを選別し増幅す
るために使われる。増幅された信号は容易に、光電変換
回路により電気信号に変換され検出可能となる。このよ
うにして、極めて簡便な回路により、所望のチャンネル
が選択できる。
【００１３】本発明の第１の特徴において、ラマン導波
路は、リン化ガリウム（ＧａＰ）コア層と、このリン化
ガリウム（ＧａＰ）コア層の下部、上部、及び側面にそ
れぞれ配置されたリン化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ
xＧａ1-xＰ）クラッド層から少なくとも構成されたヘテ
ロ構造とすることが好ましい。ＧａＰは、ラマン散乱断
面積が大きく、しかもラマン散乱スペクトルの半値幅が
極めて小さいからである。また、ＧａＰは光通信で用い
る近赤外の波長領域に結晶欠陥に基づく吸収も無いから
である。
路は、リン化ガリウム（ＧａＰ）コア層と、このリン化
ガリウム（ＧａＰ）コア層の下部、上部、及び側面にそ
れぞれ配置されたリン化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ
xＧａ1-xＰ）クラッド層から少なくとも構成されたヘテ
ロ構造とすることが好ましい。ＧａＰは、ラマン散乱断
面積が大きく、しかもラマン散乱スペクトルの半値幅が
極めて小さいからである。また、ＧａＰは光通信で用い
る近赤外の波長領域に結晶欠陥に基づく吸収も無いから
である。
【００１４】本発明の第１の特徴において、ラマン導波
路の光入射端に結合した第１の光導波路、この第１の光
導波路の一部に設けられた波長選別ファイバカップラ、
波長選別ファイバカップラを介して第１の光導波路に結
合し、ポンプ光源の光をラマン導波路に入力する第２の
光導波路をさらに有することが好ましい。さらに、第１
の光導波路に光サーキュレータを介して結合した第３お
よび第４の光導波路をさらに有し、光電変換回路を、こ
の第３の光導波路に結合したｐｉｎフォトダイオード
と、このｐｉｎフォトダイオードの出力を入力するゲー
ト回路と、このゲート回路にパルス振幅を弁別するため
の基準電圧を供給する基準電圧発生器とで構成すれば、
雑音の影響を大幅に軽減することができる。
路の光入射端に結合した第１の光導波路、この第１の光
導波路の一部に設けられた波長選別ファイバカップラ、
波長選別ファイバカップラを介して第１の光導波路に結
合し、ポンプ光源の光をラマン導波路に入力する第２の
光導波路をさらに有することが好ましい。さらに、第１
の光導波路に光サーキュレータを介して結合した第３お
よび第４の光導波路をさらに有し、光電変換回路を、こ
の第３の光導波路に結合したｐｉｎフォトダイオード
と、このｐｉｎフォトダイオードの出力を入力するゲー
ト回路と、このゲート回路にパルス振幅を弁別するため
の基準電圧を供給する基準電圧発生器とで構成すれば、
雑音の影響を大幅に軽減することができる。
【００１５】あるいは、第３の光導波路に結合した第１
のｐｉｎフォトダイオードと、第４の光導波路に設けら
れた分岐と、この分岐により、第４の光導波路から分岐
した第５の光導波路と、この第５の光導波路に結合した
第２のｐｉｎフォトダイオードと、第１及び第２のｐｉ
ｎフォトダイオードに接続された差動増幅器とを更に有
するように構成することが好ましい。こうすれば、信号
光が単一の光周波数でなく、複数の光周波数が使われる
波長多重通信方式においても、有効である。この場合、
ポンプ光周波数は一つの光周波数に同調され、且つその
周波数内の一つのチャンネルのパルス列に同期されてい
る。
のｐｉｎフォトダイオードと、第４の光導波路に設けら
れた分岐と、この分岐により、第４の光導波路から分岐
した第５の光導波路と、この第５の光導波路に結合した
第２のｐｉｎフォトダイオードと、第１及び第２のｐｉ
ｎフォトダイオードに接続された差動増幅器とを更に有
するように構成することが好ましい。こうすれば、信号
光が単一の光周波数でなく、複数の光周波数が使われる
波長多重通信方式においても、有効である。この場合、
ポンプ光周波数は一つの光周波数に同調され、且つその
周波数内の一つのチャンネルのパルス列に同期されてい
る。
【００１６】なお、上記の第１乃至第５の光導波路は光
ファイバでも良く、半導体導波路でもかまわない。
ファイバでも良く、半導体導波路でもかまわない。
【００１７】本発明の第２の特徴は、複数の波長の光を
搬送波に用いた波長多重通信方式に係わる。即ち、本発
明の第２の特徴は、半導体ラマン増幅器として機能する
ラマン導波路と、このラマン導波路に、周波数のそれぞ
れ異なる複数の光信号を入力する入力信号入射手段と、
複数の光信号のうちの特定の周波数の光信号と同期した
同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導波路に
入力するポンプ光源と、ラマン導波路から同期増幅され
た特定の周波数の光信号を電気信号に変換する光電変換
回路とから少なくとも構成される光信号処理システムで
あることである。
搬送波に用いた波長多重通信方式に係わる。即ち、本発
明の第２の特徴は、半導体ラマン増幅器として機能する
ラマン導波路と、このラマン導波路に、周波数のそれぞ
れ異なる複数の光信号を入力する入力信号入射手段と、
複数の光信号のうちの特定の周波数の光信号と同期した
同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導波路に
入力するポンプ光源と、ラマン導波路から同期増幅され
た特定の周波数の光信号を電気信号に変換する光電変換
回路とから少なくとも構成される光信号処理システムで
あることである。
【００１８】波長多重通信方式において、信号光の周波
数をωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnとした時、ポンプ光
の周波数ωLj，が ωLj＝ωsj＋ωph （ｊ＝１，２，３，・・・・・，ｎ）…（２） の関係を満たせば、周波数ωLjのポンプ光によって周波
数ωsjの信号光が増幅される。即ち、半導体ラマン増幅
器に周波数のそれぞれ異なる複数の光信号を導入すると
ともに、この複数の光信号のうちの特定の周波数の光信
号と同期した周波数ωLjポンプ光を導入すれば、半導体
ラマン増幅器に導入された複数の光信号のうち、ポンプ
光パルスに同期した周波数ωsjの信号光のみが増幅さ
れ、その振幅が増大する。従って、本発明の第２の特徴
に係る光信号処理システムにおいては、半導体ラマン増
幅器が、複数の周波数を有した光信号から、特定の単一
の周波数ωsjの信号光を選別し増幅するために使われ
る。半導体中のフォノンの周波数ωphは、半導体材料や
その結晶方位を選ぶことにより種々の値を用いることが
出来る。増幅された信号は容易に、光電変換回路により
電気信号に変換され検出可能となる。このようにして、
極めて簡便な回路により、所望の周波数ωsjのチャンネ
ルが選択できる。第１の特徴において述べたように、ラ
マン導波路は、ＧａＰコア層と、このＧａＰコア層の下
部、上部、及び側面にそれぞれ配置されたＡｌxＧａ1-x
Ｐクラッド層から少なくとも構成されたヘテロ構造とす
ることが好ましい。ＧａＰは、ラマン散乱断面積が大き
く、しかもラマン散乱スペクトルの半値幅が極めて小さ
く、近赤外の波長領域に結晶欠陥に基づく吸収も無いか
らである。
数をωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnとした時、ポンプ光
の周波数ωLj，が ωLj＝ωsj＋ωph （ｊ＝１，２，３，・・・・・，ｎ）…（２） の関係を満たせば、周波数ωLjのポンプ光によって周波
数ωsjの信号光が増幅される。即ち、半導体ラマン増幅
器に周波数のそれぞれ異なる複数の光信号を導入すると
ともに、この複数の光信号のうちの特定の周波数の光信
号と同期した周波数ωLjポンプ光を導入すれば、半導体
ラマン増幅器に導入された複数の光信号のうち、ポンプ
光パルスに同期した周波数ωsjの信号光のみが増幅さ
れ、その振幅が増大する。従って、本発明の第２の特徴
に係る光信号処理システムにおいては、半導体ラマン増
幅器が、複数の周波数を有した光信号から、特定の単一
の周波数ωsjの信号光を選別し増幅するために使われ
る。半導体中のフォノンの周波数ωphは、半導体材料や
その結晶方位を選ぶことにより種々の値を用いることが
出来る。増幅された信号は容易に、光電変換回路により
電気信号に変換され検出可能となる。このようにして、
極めて簡便な回路により、所望の周波数ωsjのチャンネ
ルが選択できる。第１の特徴において述べたように、ラ
マン導波路は、ＧａＰコア層と、このＧａＰコア層の下
部、上部、及び側面にそれぞれ配置されたＡｌxＧａ1-x
Ｐクラッド層から少なくとも構成されたヘテロ構造とす
ることが好ましい。ＧａＰは、ラマン散乱断面積が大き
く、しかもラマン散乱スペクトルの半値幅が極めて小さ
く、近赤外の波長領域に結晶欠陥に基づく吸収も無いか
らである。
【００１９】このため、本発明の第２の特徴に係る光信
号処理システムにおいては、ポンプ光源は、複数の周波
数ωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnに対応して、複数の異
なる周波数ωL1，ωL2，ωL3，・・・・・ωLnの同期パルス
を発生すべく複数個配置するように構成しても良い。さ
らに、複数の周波数を有した光信号のそれぞれの周波数
の光信号は、それぞれ時系列で並んだ多数のチャンネル
からなり、同期パルスは、多数のチャンネルのうちの特
定のチャンネルと同期するようにすれば、それぞれの波
長（周波数）について本発明の第１の特徴と同様の処理
が可能である。
号処理システムにおいては、ポンプ光源は、複数の周波
数ωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnに対応して、複数の異
なる周波数ωL1，ωL2，ωL3，・・・・・ωLnの同期パルス
を発生すべく複数個配置するように構成しても良い。さ
らに、複数の周波数を有した光信号のそれぞれの周波数
の光信号は、それぞれ時系列で並んだ多数のチャンネル
からなり、同期パルスは、多数のチャンネルのうちの特
定のチャンネルと同期するようにすれば、それぞれの波
長（周波数）について本発明の第１の特徴と同様の処理
が可能である。
【００２０】具体的には、本発明の第２の特徴におい
て、ラマン導波路の光入射端に結合した第１の光導波路
と、この第１の光導波路の一部に設けられた波長選別フ
ァイバカップラと、この波長選別ファイバカップラを介
して第１の光導波路に結合し、複数のポンプ光源の光を
ラマン導波路に入力する複数の第２の光導波路と、第１
の光導波路に光サーキュレータを介して結合した複数の
第３の光導波路と、第１の光導波路に光サーキュレータ
を介して結合した第４の光導波路と、これらの複数の第
３の光導波路にそれぞれ結合した複数の第１のｐｉｎフ
ォトダイオードと、第４の光導波路に設けられた分岐
と、分岐により、第４の光導波路から分岐した複数の第
５の光導波路と、これらの複数の第５の光導波路にそれ
ぞれ結合した複数の第２のｐｉｎフォトダイオードと、
複数の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオードに接続さ
れた複数の差動増幅器をさらに有して構成すればよい。
ここで、第１乃至第５の光導波路は光ファイバでも良
く、リッジ構造等の半導体導波路でもかまわない。
て、ラマン導波路の光入射端に結合した第１の光導波路
と、この第１の光導波路の一部に設けられた波長選別フ
ァイバカップラと、この波長選別ファイバカップラを介
して第１の光導波路に結合し、複数のポンプ光源の光を
ラマン導波路に入力する複数の第２の光導波路と、第１
の光導波路に光サーキュレータを介して結合した複数の
第３の光導波路と、第１の光導波路に光サーキュレータ
を介して結合した第４の光導波路と、これらの複数の第
３の光導波路にそれぞれ結合した複数の第１のｐｉｎフ
ォトダイオードと、第４の光導波路に設けられた分岐
と、分岐により、第４の光導波路から分岐した複数の第
５の光導波路と、これらの複数の第５の光導波路にそれ
ぞれ結合した複数の第２のｐｉｎフォトダイオードと、
複数の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオードに接続さ
れた複数の差動増幅器をさらに有して構成すればよい。
ここで、第１乃至第５の光導波路は光ファイバでも良
く、リッジ構造等の半導体導波路でもかまわない。
【００２１】本発明の第３の特徴は、光集積回路に係わ
る。即ち、本発明の第３の特徴は、基板と、基板の上部
に配置されたラマン導波路と、ラマン導波路に、時系列
で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を入力する入
力信号入射手段と、基板の上部に配置され、多数のチャ
ンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期パルス
を発生し、この同期パルスをラマン導波路に入力するポ
ンプ光源と、基板の上部に配置され、ラマン導波路によ
り同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気信号
に変換する光電変換回路とから少なくとも構成される光
信号処理デバイス（光集積回路）であることである。
る。即ち、本発明の第３の特徴は、基板と、基板の上部
に配置されたラマン導波路と、ラマン導波路に、時系列
で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を入力する入
力信号入射手段と、基板の上部に配置され、多数のチャ
ンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期パルス
を発生し、この同期パルスをラマン導波路に入力するポ
ンプ光源と、基板の上部に配置され、ラマン導波路によ
り同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気信号
に変換する光電変換回路とから少なくとも構成される光
信号処理デバイス（光集積回路）であることである。
【００２２】本発明の第３の特徴において、「基板」
は、半導体基板でもよく、ガラスエポキシ基板等の有機
系基板でもよい。また、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板や絶
縁性金属基板等の基板でもかまわない。ＧａＰ等の半導
体基板の上に、ＧａＰコア層とＡｌxＧａ1-xＰクラッド
層から少なくとも構成されたヘテロ構造のラマン導波路
を集積化すれば、本発明の第３の特徴に係る光信号処理
デバイスをモノリシックに集積化できる。この場合、同
様なリッジ構造の半導体導波路を、入力信号入射手段や
ポンプ光源の入力導波路として用いれば良い。これらの
ラマン導波路やその他の半導体導波路は、エピタキシャ
ル成長技術、フォトリソグラフィー技術及び反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）等を用いれば簡単に製造でき
る。あるいは、入力信号入射手段やポンプ光源の入力導
波路に光ファイバを用いて絶縁基板上にハイブリッドに
集積化しても良い。いずれにしても、簡単な構造でコン
パクトな光信号処理デバイス（光集積回路）を提供でき
る。
は、半導体基板でもよく、ガラスエポキシ基板等の有機
系基板でもよい。また、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）基板や絶
縁性金属基板等の基板でもかまわない。ＧａＰ等の半導
体基板の上に、ＧａＰコア層とＡｌxＧａ1-xＰクラッド
層から少なくとも構成されたヘテロ構造のラマン導波路
を集積化すれば、本発明の第３の特徴に係る光信号処理
デバイスをモノリシックに集積化できる。この場合、同
様なリッジ構造の半導体導波路を、入力信号入射手段や
ポンプ光源の入力導波路として用いれば良い。これらの
ラマン導波路やその他の半導体導波路は、エピタキシャ
ル成長技術、フォトリソグラフィー技術及び反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）等を用いれば簡単に製造でき
る。あるいは、入力信号入射手段やポンプ光源の入力導
波路に光ファイバを用いて絶縁基板上にハイブリッドに
集積化しても良い。いずれにしても、簡単な構造でコン
パクトな光信号処理デバイス（光集積回路）を提供でき
る。
【００２３】本発明の第４の特徴は、半導体のフォノン
周波数ωphを有するラマン導波路に、周波数ωsにおい
て、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を
入力するステップと、多数のチャンネルのうち特定のチ
ャンネルと同期し、ωL＝ωs＋ωphの条件を満足するポ
ンプ光をラマン導波路に入力するステップと、ポンプ光
に同期した特定のチャンネルの光信号のみをラマン増幅
するステップと、このラマン増幅された光信号のみを電
気信号に変換するステップとから少なくとも構成される
光信号処理方法であることである。
周波数ωphを有するラマン導波路に、周波数ωsにおい
て、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を
入力するステップと、多数のチャンネルのうち特定のチ
ャンネルと同期し、ωL＝ωs＋ωphの条件を満足するポ
ンプ光をラマン導波路に入力するステップと、ポンプ光
に同期した特定のチャンネルの光信号のみをラマン増幅
するステップと、このラマン増幅された光信号のみを電
気信号に変換するステップとから少なくとも構成される
光信号処理方法であることである。
【００２４】第１の特徴で述べたように、ωL＝ωs＋ω
phの関係を満たせば、周波数ωLのポンプ光によって信
号光ωsはラマン増幅される。従って、第４の特徴にお
いて、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同
期したポンプ光を導入すれば、ポンプ光パルスに同期し
たパルス列のみが増幅され、その振幅が増大する。半導
体中のフォノンの周波数ωphは、半導体材料やその結晶
方位を選ぶことにより種々の値を用いることが出来る。
増幅された信号は容易に、光電変換回路により電気信号
に変換し、検出することが可能である。このため、本発
明の第４の特徴によれば、極めて簡便に、所望のチャン
ネルが選択できる。
phの関係を満たせば、周波数ωLのポンプ光によって信
号光ωsはラマン増幅される。従って、第４の特徴にお
いて、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同
期したポンプ光を導入すれば、ポンプ光パルスに同期し
たパルス列のみが増幅され、その振幅が増大する。半導
体中のフォノンの周波数ωphは、半導体材料やその結晶
方位を選ぶことにより種々の値を用いることが出来る。
増幅された信号は容易に、光電変換回路により電気信号
に変換し、検出することが可能である。このため、本発
明の第４の特徴によれば、極めて簡便に、所望のチャン
ネルが選択できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
施の形態を説明する。
【００２６】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブ
ロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実
施の形態に係る光信号処理システムは、半導体ラマン増
幅器として機能するラマン導波路１１と、このラマン導
波路１１に、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる
光信号を入力する入力信号入射手段（１０，１２）と、
多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した
同期パルスを発生し、ラマン導波路１１に入力するため
のポンプ光源４と、ラマン導波路１１からポンプ光源４
により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気
信号に変換する光電変換回路６とから少なくとも構成さ
れている。半導体ラマン増幅器として機能するラマン導
波路１１は、例えば、リン化ガリウム（ＧａＰ）コア層
とリン化ガリウム・アルミニウム（ＡｌxＧａ1-xＰ）ク
ラッド層からなる半導体導波路の構造をしており、周波
数ωsの信号光及び周波数ωLのポンプ光がコア層を伝搬
する。より具体的には、本発明の第１の実施の形態に係
るラマン導波路１１は、ＧａＰ基板上に形成されたＡｌ
xＧａ1-xＰ第１クラッド層、このＡｌxＧａ1-xＰ第１ク
ラッド層の上に形成されたＧａＰコア層、このＧａＰコ
ア層の上部及び側面に形成されたＡｌxＧａ1-xＰ第２ク
ラッド層および、ＡｌxＧａ1-xＰ第２クラッド層を被覆
して形成されたＧａＰ保護層等からなるヘテロ構造で構
成すればよい。ラマン導波路１１の光入射端１２は無反
射コーティングされており、また、反射端１３は反射率
１００％に近い多層反射膜が形成されている。多層反射
膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）／チタン酸化膜（Ｔｉ
Ｏ2）等を１０乃至２０層堆積して構成すればよい。ラ
マン散乱断面積を考慮すると、光入射端１２及び反射端
１３は（１００）面になるようにＧａＰコア層の結晶方
位を選定すればよい。また、光入射端１２と反射端１３
との間隔は、０．５ｍｍ乃至２０ｍｍ、好ましくは、３
ｍｍ乃至１０ｍｍ程度に選べばよい。
の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブ
ロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実
施の形態に係る光信号処理システムは、半導体ラマン増
幅器として機能するラマン導波路１１と、このラマン導
波路１１に、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる
光信号を入力する入力信号入射手段（１０，１２）と、
多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した
同期パルスを発生し、ラマン導波路１１に入力するため
のポンプ光源４と、ラマン導波路１１からポンプ光源４
により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気
信号に変換する光電変換回路６とから少なくとも構成さ
れている。半導体ラマン増幅器として機能するラマン導
波路１１は、例えば、リン化ガリウム（ＧａＰ）コア層
とリン化ガリウム・アルミニウム（ＡｌxＧａ1-xＰ）ク
ラッド層からなる半導体導波路の構造をしており、周波
数ωsの信号光及び周波数ωLのポンプ光がコア層を伝搬
する。より具体的には、本発明の第１の実施の形態に係
るラマン導波路１１は、ＧａＰ基板上に形成されたＡｌ
xＧａ1-xＰ第１クラッド層、このＡｌxＧａ1-xＰ第１ク
ラッド層の上に形成されたＧａＰコア層、このＧａＰコ
ア層の上部及び側面に形成されたＡｌxＧａ1-xＰ第２ク
ラッド層および、ＡｌxＧａ1-xＰ第２クラッド層を被覆
して形成されたＧａＰ保護層等からなるヘテロ構造で構
成すればよい。ラマン導波路１１の光入射端１２は無反
射コーティングされており、また、反射端１３は反射率
１００％に近い多層反射膜が形成されている。多層反射
膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）／チタン酸化膜（Ｔｉ
Ｏ2）等を１０乃至２０層堆積して構成すればよい。ラ
マン散乱断面積を考慮すると、光入射端１２及び反射端
１３は（１００）面になるようにＧａＰコア層の結晶方
位を選定すればよい。また、光入射端１２と反射端１３
との間隔は、０．５ｍｍ乃至２０ｍｍ、好ましくは、３
ｍｍ乃至１０ｍｍ程度に選べばよい。
【００２７】本発明の第１の実施の形態において、ラマ
ン導波路１１の光入射端１２には、第１の光導波路（第
１の光ファイバ）１０が結合し、この第１の光導波路１
０には、波長選別ファイバカップラ９が設けられてい
る。本発明の「入力信号入射手段」は、これらの光入射
端１２及び第１の光導波路（第１の光ファイバ）１０等
から構成される。
ン導波路１１の光入射端１２には、第１の光導波路（第
１の光ファイバ）１０が結合し、この第１の光導波路１
０には、波長選別ファイバカップラ９が設けられてい
る。本発明の「入力信号入射手段」は、これらの光入射
端１２及び第１の光導波路（第１の光ファイバ）１０等
から構成される。
【００２８】さらに、波長選別ファイバカップラ９を介
して第１の光導波路１０に結合し、ポンプ光源４の光を
ラマン導波路１１に入力する第２の光導波路（第２の光
ファイバ）３１が設けられている。ポンプ光源４となる
半導体レーザダイオードはパルス発生器５によってパル
ス駆動される。あるいは、パルス発生器５の代わりに、
モード同期信号発生器を用いて半導体レーザダイオード
４を駆動しても良い。半導体レーザダイオード４からの
周波数ωLのポンプ光及び第１の光ファイバ１０で送ら
れてきた周波数ωsの多チャンネルパルス信号光が波長
選別ファイバーカップラー９で合波されて、第１の光フ
ァイバ１０によりラマン導波路１１の光入射端１２に導
入される。
して第１の光導波路１０に結合し、ポンプ光源４の光を
ラマン導波路１１に入力する第２の光導波路（第２の光
ファイバ）３１が設けられている。ポンプ光源４となる
半導体レーザダイオードはパルス発生器５によってパル
ス駆動される。あるいは、パルス発生器５の代わりに、
モード同期信号発生器を用いて半導体レーザダイオード
４を駆動しても良い。半導体レーザダイオード４からの
周波数ωLのポンプ光及び第１の光ファイバ１０で送ら
れてきた周波数ωsの多チャンネルパルス信号光が波長
選別ファイバーカップラー９で合波されて、第１の光フ
ァイバ１０によりラマン導波路１１の光入射端１２に導
入される。
【００２９】第１の光導波路（第１の光ファイバ）１０
には、光サーキュレータ８を介して結合した第３および
第４の光導波路（第３および第４の光ファイバ）３２，
３４がさらに接続されている。ラマン導波路１１におい
てラマン増幅されながら反射端１３で反射した信号光
は、光サーキュレータ８を介して第３の光導波路（第３
光ファイバ）３２を伝達し、光電変換回路６に送られ、
電気信号に変換される。
には、光サーキュレータ８を介して結合した第３および
第４の光導波路（第３および第４の光ファイバ）３２，
３４がさらに接続されている。ラマン導波路１１におい
てラマン増幅されながら反射端１３で反射した信号光
は、光サーキュレータ８を介して第３の光導波路（第３
光ファイバ）３２を伝達し、光電変換回路６に送られ、
電気信号に変換される。
【００３０】半導体ラマン増幅器として機能するラマン
導波路１１のコア層を構成するＧａＰのフォノン周波数
ωphは１２ＴＨｚである。従って、たとえば、信号光の
周波数ωsが３５０ＴＨｚ（８５７ｎｍ）の場合は、ポ
ンプ光の周波数ωLは（１）式より３６２ＴＨｚ（８２
９ｎｍ）が選ばれる。
導波路１１のコア層を構成するＧａＰのフォノン周波数
ωphは１２ＴＨｚである。従って、たとえば、信号光の
周波数ωsが３５０ＴＨｚ（８５７ｎｍ）の場合は、ポ
ンプ光の周波数ωLは（１）式より３６２ＴＨｚ（８２
９ｎｍ）が選ばれる。
【００３１】図２（ａ）に入力信号光のパルス列、図２
（ｂ）にポンプ光のパルス列、図２（ｃ）に出力信号光
のパルス列を示す。図２（ａ）に示すように入力信号光
のパルス列は多数のチャンネルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，Ｃ
5，Ｃ6，……が時系列で並んでいる。
（ｂ）にポンプ光のパルス列、図２（ｃ）に出力信号光
のパルス列を示す。図２（ａ）に示すように入力信号光
のパルス列は多数のチャンネルＣ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，Ｃ
5，Ｃ6，……が時系列で並んでいる。
【００３２】本発明の第１の実施の形態においては、す
べての信号光パルスは同じ光周波数ωsを持っていると
して、以下の説明をする。また、図２では簡単のため全
てのチャンネルがビット１である場合を示した。
べての信号光パルスは同じ光周波数ωsを持っていると
して、以下の説明をする。また、図２では簡単のため全
てのチャンネルがビット１である場合を示した。
【００３３】チャンネルＣ1を選択するときは、図２
（ｂ）に示すようにポンプ光のパルスＰ1は光チャンネ
ルＣ1のパルスに同期されている。その結果、図２
（ｃ）に示すように、出力信号はチャンネルＣ1のパル
スに対応したチャンネルＯ1のパルスのみが増幅され
る。図２（ｃ）に示すように、出力信号は、 ・信号が無い“０”の状態、 ・増幅されない“１”の状態、 ・この“１”の状態より信号強度の強い“２”の状態、 とからなる３値の状態のいずれかを有する。ここで、
“２”の状態は必ずしも“１”の２倍の強度を有する必
要はない。“１”の状態から、明確に識別できるレベル
を有し、“１”の状態より信号強度の強くなるようにラ
マン増幅された信号であればよい。他のそれぞれのチャ
ンネルについても、同様に所望のチャンネルのパルス
（パルス列）にポンプ光のパルス（パルス列）を同期さ
せることによって、任意の一つのチャンネルのパルス
（パルス列）を増幅し、信号レベルを“２”の状態とす
ることができる。ＧａＰ半導体ラマン増幅器の場合、増
幅帯域幅は２５ＧＨｚであるので１０Ｇｂ／ｓｅｃ以上
の高速多チャンネル光パルス列から所望の一つのパルス
列を選別することができる。増幅度は例えば、１０ｄＢ
が得られ、十分誤り無く検出できるレベルとなる。
（ｂ）に示すようにポンプ光のパルスＰ1は光チャンネ
ルＣ1のパルスに同期されている。その結果、図２
（ｃ）に示すように、出力信号はチャンネルＣ1のパル
スに対応したチャンネルＯ1のパルスのみが増幅され
る。図２（ｃ）に示すように、出力信号は、 ・信号が無い“０”の状態、 ・増幅されない“１”の状態、 ・この“１”の状態より信号強度の強い“２”の状態、 とからなる３値の状態のいずれかを有する。ここで、
“２”の状態は必ずしも“１”の２倍の強度を有する必
要はない。“１”の状態から、明確に識別できるレベル
を有し、“１”の状態より信号強度の強くなるようにラ
マン増幅された信号であればよい。他のそれぞれのチャ
ンネルについても、同様に所望のチャンネルのパルス
（パルス列）にポンプ光のパルス（パルス列）を同期さ
せることによって、任意の一つのチャンネルのパルス
（パルス列）を増幅し、信号レベルを“２”の状態とす
ることができる。ＧａＰ半導体ラマン増幅器の場合、増
幅帯域幅は２５ＧＨｚであるので１０Ｇｂ／ｓｅｃ以上
の高速多チャンネル光パルス列から所望の一つのパルス
列を選別することができる。増幅度は例えば、１０ｄＢ
が得られ、十分誤り無く検出できるレベルとなる。
【００３４】ラマン導波路１１はテーパ構造を有してい
る。第１の光導波路１０として光ファイバを用いる場合
であっても、このラマン導波路１１の光入射端１２を第
１の光ファイバ１０のコア径に近い寸法の断面にするこ
とにより容易に高効率で第１の光ファイバ１０とラマン
導波路１１とを結合できる。またラマン導波路１１によ
るラマン増幅は所望の光周波数のみ増幅するので増幅器
として不安定な動作をしない。ポンプ光源の半導体レー
ザダイオード４を電流パルス駆動すると、いわゆるチャ
ーピングが生じ光周波数が変動するが、本発明の第１の
実施の形態においては、半導体レーザダイオード４にバ
イアス電流を与えておくことにより周波数チャーピング
をラマン導波路１１によるラマン増幅の帯域幅程度に、
あるいはそれ以下に保つことが可能である。光入射端１
２は無反射コーティングされているので共振を生じるこ
とがない。このため、温度変動のない安定な動作が可能
である。
る。第１の光導波路１０として光ファイバを用いる場合
であっても、このラマン導波路１１の光入射端１２を第
１の光ファイバ１０のコア径に近い寸法の断面にするこ
とにより容易に高効率で第１の光ファイバ１０とラマン
導波路１１とを結合できる。またラマン導波路１１によ
るラマン増幅は所望の光周波数のみ増幅するので増幅器
として不安定な動作をしない。ポンプ光源の半導体レー
ザダイオード４を電流パルス駆動すると、いわゆるチャ
ーピングが生じ光周波数が変動するが、本発明の第１の
実施の形態においては、半導体レーザダイオード４にバ
イアス電流を与えておくことにより周波数チャーピング
をラマン導波路１１によるラマン増幅の帯域幅程度に、
あるいはそれ以下に保つことが可能である。光入射端１
２は無反射コーティングされているので共振を生じるこ
とがない。このため、温度変動のない安定な動作が可能
である。
【００３５】図３は、出力パルス列からラマン増幅され
た所望の光パルスに対応した電気信号のみを弁別するた
めのパルス振幅弁別回路１００を有する光電変換回路６
を示すブロック図である。ラマン増幅系２００からの信
号は光サーキュレータ８を介して第３の光ファイバを伝
達し、ｐｉｎフォトダイオード１４に入力される。そし
て、ｐｉｎフォトダイオード１４で検知された電気信号
パルスは、信号が無い“０”の状態か、増幅されない
“１”の状態か、それより電圧の高い増幅された“２”
の状態の３値の信号レベルを有する（前述したように
“２”は、“１”とは異なる状態を意味するのであっ
て、必ずしも“１”の２倍の強度を有する必要はないこ
とに留意すべきである）。従って、ｐｉｎフォトダイオ
ード１４の出力を入力するゲート回路１５を、“１”以
上で“２”以下のパルス電圧にしきい値を有するように
構成しておけば、このゲート回路１５により、ラマン増
幅され、選択されたチャンネルの“２”の状態のみがパ
ルスとして、ゲート回路１５から出力される。図３にお
いて１６はゲート回路のしきい値を与える基準電圧発生
器である。増幅されないパルスは微弱であるが誤り発生
の原因となるので除去しなければならない。パルス振幅
弁別回路１００を設けることにより、雑音の影響が大幅
に減少し誤り率が向上する。たとえば、増幅されない
“１”のレベルが光検知器のＳ／Ｎ比の限界に近い微弱
値であったとき、基準電圧をそれより大きくかつ増幅さ
れたレベルより小さく設定することにより、雑音の影響
は大幅に軽減される。
た所望の光パルスに対応した電気信号のみを弁別するた
めのパルス振幅弁別回路１００を有する光電変換回路６
を示すブロック図である。ラマン増幅系２００からの信
号は光サーキュレータ８を介して第３の光ファイバを伝
達し、ｐｉｎフォトダイオード１４に入力される。そし
て、ｐｉｎフォトダイオード１４で検知された電気信号
パルスは、信号が無い“０”の状態か、増幅されない
“１”の状態か、それより電圧の高い増幅された“２”
の状態の３値の信号レベルを有する（前述したように
“２”は、“１”とは異なる状態を意味するのであっ
て、必ずしも“１”の２倍の強度を有する必要はないこ
とに留意すべきである）。従って、ｐｉｎフォトダイオ
ード１４の出力を入力するゲート回路１５を、“１”以
上で“２”以下のパルス電圧にしきい値を有するように
構成しておけば、このゲート回路１５により、ラマン増
幅され、選択されたチャンネルの“２”の状態のみがパ
ルスとして、ゲート回路１５から出力される。図３にお
いて１６はゲート回路のしきい値を与える基準電圧発生
器である。増幅されないパルスは微弱であるが誤り発生
の原因となるので除去しなければならない。パルス振幅
弁別回路１００を設けることにより、雑音の影響が大幅
に減少し誤り率が向上する。たとえば、増幅されない
“１”のレベルが光検知器のＳ／Ｎ比の限界に近い微弱
値であったとき、基準電圧をそれより大きくかつ増幅さ
れたレベルより小さく設定することにより、雑音の影響
は大幅に軽減される。
【００３６】（第２の実施の形態）図４は本発明の第２
の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブ
ロック図で、図３とは別の光電変換回路を用いた場合の
例である。ラマン増幅系２００からの信号は光サーキュ
レータ８を介して第３の光ファイバを伝達し、第１のｐ
ｉｎフォトダイオード１４に入力され、第１のｐｉｎダ
イオード１４で検知される。光ファイバからの信号光は
分岐２０により参照信号として取り出され、第２のｐｉ
ｎフォトダイオード１９によって検出される。第１のフ
ォトダイオード１４，第２のｐｉｎフォトダイオード１
９の出力パルスは差動増幅器２３で比較される。増幅さ
れたパルスのみが差動増幅器の出力電気信号ＯDとなっ
て取り出される。図４の例は図３に比べて、参照用の分
岐２０を必要とするので、信号光強度が減少する欠点が
ある。しかし、信号光が単一の光周波数でなく、複数の
光周波数ωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnが使われる波長
多重通信方式においても、図４の方法は有効である。こ
の場合、ポンプ光周波数ωLjは一つの光周波数ωsjに同
調され、且つその周波数内の一つのチャンネルのパルス
列に同期するようにすれば、前述した（２）式の条件を
満足する周波数ωsjの信号光のみが増幅され、その振幅
が増大する。
の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブ
ロック図で、図３とは別の光電変換回路を用いた場合の
例である。ラマン増幅系２００からの信号は光サーキュ
レータ８を介して第３の光ファイバを伝達し、第１のｐ
ｉｎフォトダイオード１４に入力され、第１のｐｉｎダ
イオード１４で検知される。光ファイバからの信号光は
分岐２０により参照信号として取り出され、第２のｐｉ
ｎフォトダイオード１９によって検出される。第１のフ
ォトダイオード１４，第２のｐｉｎフォトダイオード１
９の出力パルスは差動増幅器２３で比較される。増幅さ
れたパルスのみが差動増幅器の出力電気信号ＯDとなっ
て取り出される。図４の例は図３に比べて、参照用の分
岐２０を必要とするので、信号光強度が減少する欠点が
ある。しかし、信号光が単一の光周波数でなく、複数の
光周波数ωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnが使われる波長
多重通信方式においても、図４の方法は有効である。こ
の場合、ポンプ光周波数ωLjは一つの光周波数ωsjに同
調され、且つその周波数内の一つのチャンネルのパルス
列に同期するようにすれば、前述した（２）式の条件を
満足する周波数ωsjの信号光のみが増幅され、その振幅
が増大する。
【００３７】本発明の第２の実施の形態に係る光信号処
理システムにおいて、ポンプ光源は、複数の周波数
ωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnに対応して、複数の異な
る周波数ωL1，ωL2，ωL3，・・・・・ωLnの同期パルスを
発生すべく複数個配置しても良い。即ち、ラマン導波路
の光入射端に結合した第１の光導波路１０と、この第１
の光導波路１０の一部に設けられた波長選別ファイバカ
ップラと、この波長選別ファイバカップラを介して第１
の光導波路１０に結合し、複数のポンプ光源の光をラマ
ン導波路に入力する複数の第２の光導波路とを有するよ
うにすればよい。さらに、図４において、第１の光導波
路１０に光サーキュレータ８を介して結合した複数の第
３の光導波路３２と、第１の光導波路１０に光サーキュ
レータを介して結合した第４の光導波路３４と、これら
の複数の第３の光導波路３２にそれぞれ結合した複数の
第１のｐｉｎフォトダイオード１４と、第４の光導波路
３４に設けられた分岐２０と、分岐２０により、第４の
光導波路３４から分岐した複数の第５の光導波路３５
と、これらの複数の第５の光導波路３５にそれぞれ結合
した複数の第２のｐｉｎフォトダイオード１９と、複数
の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオード１４，１９に
接続された複数の差動増幅器２３を有するように構成す
ればよい。
理システムにおいて、ポンプ光源は、複数の周波数
ωs1，ωs2，ωs3，・・・・・ωsnに対応して、複数の異な
る周波数ωL1，ωL2，ωL3，・・・・・ωLnの同期パルスを
発生すべく複数個配置しても良い。即ち、ラマン導波路
の光入射端に結合した第１の光導波路１０と、この第１
の光導波路１０の一部に設けられた波長選別ファイバカ
ップラと、この波長選別ファイバカップラを介して第１
の光導波路１０に結合し、複数のポンプ光源の光をラマ
ン導波路に入力する複数の第２の光導波路とを有するよ
うにすればよい。さらに、図４において、第１の光導波
路１０に光サーキュレータ８を介して結合した複数の第
３の光導波路３２と、第１の光導波路１０に光サーキュ
レータを介して結合した第４の光導波路３４と、これら
の複数の第３の光導波路３２にそれぞれ結合した複数の
第１のｐｉｎフォトダイオード１４と、第４の光導波路
３４に設けられた分岐２０と、分岐２０により、第４の
光導波路３４から分岐した複数の第５の光導波路３５
と、これらの複数の第５の光導波路３５にそれぞれ結合
した複数の第２のｐｉｎフォトダイオード１９と、複数
の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオード１４，１９に
接続された複数の差動増幅器２３を有するように構成す
ればよい。
【００３８】（その他の実施の形態）本発明は上記の第
１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示
の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するもので
あると理解すべきではない。この開示から当業者には様
々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとな
ろう。
１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示
の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するもので
あると理解すべきではない。この開示から当業者には様
々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとな
ろう。
【００３９】例えば、上記の第１及び第２の実施の形態
の説明においては、周波数ωLのポンプ光及び周波数ωs
の多チャンネルパルス信号光が、第１の光ファイバ１０
によりラマン導波路１１の光入射端１２に導入される場
合を説明したが、第１の光ファイバ１０の代わりにリッ
ジ構造や拡散層構造の半導体導波路を用いてもかまわな
い。同様に、第２乃至第５の光ファイバ１０の少なくと
もいずれかを半導体導波路としても良いことは勿論であ
る。さらに、第１乃至第４、若しくは第１乃至第５の光
ファイバのすべてを半導体導波路とし、これらをＧａＰ
等の半導体基板上にモノリシックに集積化すれば、光集
積回路を構成することも可能である。モノリシックに集
積化する代わりに、ガラスエポキシ基板等の有機系基
板、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や絶縁性金属基板等の基板の
上にハイブリッドに集積化してもかまわない。
の説明においては、周波数ωLのポンプ光及び周波数ωs
の多チャンネルパルス信号光が、第１の光ファイバ１０
によりラマン導波路１１の光入射端１２に導入される場
合を説明したが、第１の光ファイバ１０の代わりにリッ
ジ構造や拡散層構造の半導体導波路を用いてもかまわな
い。同様に、第２乃至第５の光ファイバ１０の少なくと
もいずれかを半導体導波路としても良いことは勿論であ
る。さらに、第１乃至第４、若しくは第１乃至第５の光
ファイバのすべてを半導体導波路とし、これらをＧａＰ
等の半導体基板上にモノリシックに集積化すれば、光集
積回路を構成することも可能である。モノリシックに集
積化する代わりに、ガラスエポキシ基板等の有機系基
板、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や絶縁性金属基板等の基板の
上にハイブリッドに集積化してもかまわない。
【００４０】また、半導体ラマン増幅器として用いる半
導体としては、上記のＧａＰ以外に、砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）等の種々の半導
体が使用可能である。
導体としては、上記のＧａＰ以外に、砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）等の種々の半導
体が使用可能である。
【００４１】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体ラマン増幅器の
増幅効果により、高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望の
チャンネルのパルス光を選別して検出することが可能な
光信号処理システムを提供できる。
増幅効果により、高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望の
チャンネルのパルス光を選別して検出することが可能な
光信号処理システムを提供できる。
【００４３】本発明によれば、高度な微細加工技術の要
求される高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望のチャンネ
ルのパルス光を選別して検出することが可能な波長多重
通信方式の光信号処理システムを提供できる。
求される高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望のチャンネ
ルのパルス光を選別して検出することが可能な波長多重
通信方式の光信号処理システムを提供できる。
【００４４】本発明によれば、高度な高速ＬＳＩを使わ
ずに、コンパクトな構造で簡単に希望のチャンネルのパ
ルス光を選別して検出することが可能な光信号処理デバ
イスを提供できる。
ずに、コンパクトな構造で簡単に希望のチャンネルのパ
ルス光を選別して検出することが可能な光信号処理デバ
イスを提供できる。
【００４５】本発明によれば、簡便に、かつ誤り無く、
希望のチャンネルのみを高感度で選択して受信すること
ができる光信号処理システム方法を提供することができ
る。
希望のチャンネルのみを高感度で選択して受信すること
ができる光信号処理システム方法を提供することができ
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光信号処理シ
ステムの概略を示すブロック図である。
ステムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光パルスの
同期法を示す図である。
同期法を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光信号処理シ
ステムにおける光パルスを電気パルスに変換する手段を
示す図である。
ステムにおける光パルスを電気パルスに変換する手段を
示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光信号処理シ
ステムの概略を示すブロック図で、光パルスを電気パル
スに変換する他の手段を示す図である。
ステムの概略を示すブロック図で、光パルスを電気パル
スに変換する他の手段を示す図である。
４ ポンプ光源（半導体レーザダイオード） ５ パルス発生器 ６ 光電変換回路 ８ 光サーキュレータ １０ 第１の光導波路（第１の光ファイバ） １１ ラマン導波路 １２ 光入射端 １３ 反射端 １４ ｐｉｎフォトダイオード（第１のｐｉｎフォトダ
イオード） １９ 第２のｐｉｎフォトダイオード １５ ゲート回路 １６ 基準電圧発生器 ２０ 分岐 ２３ 差動増幅器 ３１ 第２の光導波路（第２の光ファイバ） ３２ 第３の光導波路（第３の光ファイバ） ３４ 第４の光導波路（第４の光ファイバ） ３５ 第５の光導波路（第５の光ファイバ） １００ パルス振幅弁別回路 ２００ ラマン増幅器系
イオード） １９ 第２のｐｉｎフォトダイオード １５ ゲート回路 １６ 基準電圧発生器 ２０ 分岐 ２３ 差動増幅器 ３１ 第２の光導波路（第２の光ファイバ） ３２ 第３の光導波路（第３の光ファイバ） ３４ 第４の光導波路（第４の光ファイバ） ３５ 第５の光導波路（第５の光ファイバ） １００ パルス振幅弁別回路 ２００ ラマン増幅器系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 建 東京都港区芝２−31−19 通信・放送機構 内 Ｆターム(参考） 5F072 AB13 AK04 JJ20 KK30 RR01 SS06 YY15
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体ラマン増幅器として機能するラマ
ン導波路と、前記ラマン導波路に、時系列で並んだ多数
のチャンネルからなる光信号を入力する入力信号入射手
段と、 前記多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期
した同期パルスを発生し、該同期パルスを前記ラマン導
波路に入力するポンプ光源と、 前記ラマン導波路から同期増幅された前記特定のチャン
ネルの光信号を電気信号に変換する光電変換回路とから
少なくとも構成される光信号処理システム。 - 【請求項２】 前記ラマン導波路は、リン化ガリウム
（ＧａＰ）コア層と、該リン化ガリウム（ＧａＰ）コア
層の下部、上部、及び側面にそれぞれ配置されたリン化
ガリウム・アルミニウム（ＡｌxＧａ1-xＰ）クラッド層
から少なくとも構成されることを特徴とする請求項１記
載の光信号処理システム。 - 【請求項３】 前記ラマン導波路の光入射端に結合した
第１の光導波路と、 該第１の光導波路の一部に設けられた波長選別ファイバ
カップラと、 該波長選別ファイバカップラを介して前記第１の光導波
路に結合し、前記ポンプ光源の光を前記ラマン導波路に
入力する第２の光導波路とをさらに有することを特徴と
する請求項１又は２記載の光信号処理システム。 - 【請求項４】 前記第１の光導波路に光サーキュレータ
を介して結合した第３および第４の光導波路をさらに有
することを特徴とする請求項３記載の光信号処理システ
ム。 - 【請求項５】 前記光電変換回路は、前記第３の光導波
路に結合したｐｉｎフォトダイオードと、該ｐｉｎフォ
トダイオードの出力を入力するゲート回路と、該ゲート
回路にパルス振幅を弁別するための基準電圧を供給する
基準電圧発生器とをさらに有することを特徴とする請求
項４記載の光信号処理システム。 - 【請求項６】 前記第３の光導波路に結合した第１のｐ
ｉｎフォトダイオードと、 前記第４の光導波路に設けられた分岐と、 該分岐により、前記第４の光導波路から分岐した第５の
光導波路と、 該第５の光導波路に結合した第２のｐｉｎフォトダイオ
ードと、 前記第１及び第２のｐｉｎフォトダイオードに接続され
た差動増幅器とをさらに有することを特徴とする請求項
４記載の光信号処理システム。 - 【請求項７】 半導体ラマン増幅器として機能するラマ
ン導波路と、前記ラマン導波路に、周波数のそれぞれ異
なる複数の光信号を入力する入力信号入射手段と、 前記複数の光信号のうちの特定の周波数の光信号と同期
した同期パルスを発生し、該同期パルスを前記ラマン導
波路に入力するポンプ光源と、 前記ラマン導波路から同期増幅された前記特定の周波数
の光信号を電気信号に変換する光電変換回路とから少な
くとも構成される光信号処理システム。 - 【請求項８】 前記ポンプ光源は、前記複数の光信号に
対応して、複数の異なる周波数の同期パルスを発生すべ
く複数個配置されていることを特徴とする請求項７記載
の光信号処理システム。 - 【請求項９】 前記複数の光信号のそれぞれの周波数の
光信号は、それぞれ時系列で並んだ多数のチャンネルか
らなり、前記同期パルスは、前記多数のチャンネルのう
ちの特定のチャンネルと同期していることを特徴とする
請求項７又は８記載の光信号処理システム。 - 【請求項１０】 前記ラマン導波路の光入射端に結合
した第１の光導波路、 該第１の光導波路の一部に設けられた波長選別ファイバ
カップラと、 該波長選別ファイバカップラを介して前記第１の光導波
路に結合し、前記複数のポンプ光源の光をっそれぞれ前
記ラマン導波路に入力する複数の第２の光導波路と、 前記第１の光導波路に光サーキュレータを介して結合し
た複数の第３の光導波路と、 前記第１の光導波路に光サーキュレータを介して結合し
た第４の光導波路と、 前記複数の第３の光導波路にそれぞれ結合した複数の第
１のｐｉｎフォトダイオードと、 前記第４の光導波路に設けられた分岐と、 該分岐により、前記第４の光導波路から分岐した複数の
第５の光導波路と、 該複数の第５の光導波路にそれぞれ結合した複数の第２
のｐｉｎフォトダイオードと、 前記複数の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオードに接
続された複数の差動増幅器をさらに有していることを特
徴とする請求項８又は９記載の光信号処理システム。 - 【請求項１１】 基板と、 前記基板の上部に配置されたラマン導波路と、 前記ラマン導波路に、時系列で並んだ多数のチャンネル
からなる光信号を入力する入力信号入射手段と、 前記基板の上部に配置され、前記多数のチャンネルのう
ちの特定のチャンネルと同期した同期パルスを発生し、
該同期パルスを前記ラマン導波路に入力するポンプ光源
と、 前記基板の上部に配置され、前記ラマン導波路により同
期増幅された前記特定のチャンネルの光信号を電気信号
に変換する光電変換回路とから少なくとも構成される光
信号処理デバイス。 - 【請求項１２】 半導体のフォノン周波数ωphを有する
ラマン導波路に、周波数ωsにおいて、時系列で並んだ
多数のチャンネルからなる光信号を入力するステップ
と、 前記多数のチャンネルのうち特定のチャンネルと同期
し、ωL＝ωs＋ωphの条件を満足するポンプ光を前記ラ
マン導波路に入力するステップと、 前記ポンプ光に同期した前記特定のチャンネルの光信号
のみをラマン増幅するステップと、 該ラマン増幅された光信号のみを電気信号に変換するス
テップとから少なくとも構成される光信号処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30731298A JP4014020B2 (ja) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | 光信号処理システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30731298A JP4014020B2 (ja) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | 光信号処理システム |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007107620A Division JP4389089B2 (ja) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | 光信号処理デバイスおよび光信号処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133867A true JP2000133867A (ja) | 2000-05-12 |
| JP4014020B2 JP4014020B2 (ja) | 2007-11-28 |
Family
ID=17967644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30731298A Expired - Fee Related JP4014020B2 (ja) | 1998-10-28 | 1998-10-28 | 光信号処理システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4014020B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5401635B1 (ja) * | 2012-08-24 | 2014-01-29 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ラマン散乱光増強デバイス、ラマン散乱光増強デバイスの製造方法、ならびに、ラマン散乱光増強デバイスを用いたラマンレーザ光源 |
| WO2014030370A1 (ja) * | 2012-08-24 | 2014-02-27 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ラマン散乱光増強デバイス、ラマン散乱光増強デバイスの製造方法、ならびに、ラマン散乱光増強デバイスを用いたラマンレーザ光源 |
-
1998
- 1998-10-28 JP JP30731298A patent/JP4014020B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5401635B1 (ja) * | 2012-08-24 | 2014-01-29 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ラマン散乱光増強デバイス、ラマン散乱光増強デバイスの製造方法、ならびに、ラマン散乱光増強デバイスを用いたラマンレーザ光源 |
| WO2014030370A1 (ja) * | 2012-08-24 | 2014-02-27 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ラマン散乱光増強デバイス、ラマン散乱光増強デバイスの製造方法、ならびに、ラマン散乱光増強デバイスを用いたラマンレーザ光源 |
| CN104040419A (zh) * | 2012-08-24 | 2014-09-10 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 拉曼散射光增强设备、拉曼散射光增强设备的制造方法、和使用拉曼散射光增强设备的拉曼激光光源 |
| KR101458484B1 (ko) | 2012-08-24 | 2014-11-07 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | 라만 산란광 증강 디바이스, 라만 산란광 증강 디바이스의 제조 방법, 및 라만 산란광 증강 디바이스를 사용한 라만 레이저 광원 |
| US9097847B2 (en) | 2012-08-24 | 2015-08-04 | Japan Science And Technology Agency | Raman scattering photoenhancement device, method for manufacturing Raman scattering photoenhancement device, and Raman laser light source using Raman scattering photoenhancement device |
| CN104040419B (zh) * | 2012-08-24 | 2016-05-18 | 国立研究开发法人科学技术振兴机构 | 拉曼散射光增强设备、拉曼散射光增强设备的制造方法、和使用拉曼散射光增强设备的拉曼激光光源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4014020B2 (ja) | 2007-11-28 |
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