JP2003107541A - 信号光を波形整形するための方法、装置及びシステム - Google Patents
信号光を波形整形するための方法、装置及びシステムInfo
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Abstract
し、十分な3R機能を得られるような方法等の提供が主
な課題である。 【解決手段】 方向性結合される第1及び第2の光路を
含む第1の光カプラと、異なる特性を有し前記第1及び
第2の光路を接続する第1及び第2のファイバを含むル
ープ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第3の
光路を含む第2の光カプラとを備えた非線形光ループミ
ラーを提供するステップと、前記第1及び第3の光路か
らそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第
2の光路から出力信号光を出力するステップとから構成
する。
Description
するための方法、装置及びシステムに関する。
形装置として、マッハツェンダ干渉計(MZI)型光ゲ
ートがある。この光ゲートは、位相シフトを与えるため
の第1及び第2の非線形光学媒質を含むマッハツェンダ
干渉計を例えば光導波路基板上に集積化して構成され
る。連続波(CW)光としてのプロープ光が等分配され
て第1及び第2の非線形光学媒質に供給される。このと
き、等分配されたプローブ光の干渉により出力光が得ら
れないように干渉計の光路長が設定されている。
更に光信号が供給される。光信号及びプローブ光のパワ
ーを適切に設定することによって、光信号に同期する変
換光信号がこの光ゲートから出力される。変換光信号は
プローブ光と同じ波長を有している。
て半導体光アンプ(SOA)を用いることが提案されて
いる。例えば、波長1.5μm帯において、両端面を無
反射化処理したInGaAs−SOAを各非線形光学媒
質として用い、これらをInP/GaInAsP基板上
に集積化したものが作製されている。
て、非線形光ループミラー(NOLM)がある。NOL
Mは、方向性結合される第1及び第2の光路を含む第1
の光カプラと、第1及び第2の光路を接続するループ光
路と、ループ光路に方向性結合される第3の光路を含む
第2の光カプラとを備えている。
媒質から構成するとともに、第1及び第3の光路にそれ
ぞれプローブ光及び光信号を供給することによって、変
換光信号が第2の光路から出力される。
光ファイバが一般的である。特に、非線形光学媒質とし
てSOAを用いたNOLMはSLALOM(Semiconduc
torLaser Amplifier in a Loop Mirror)と称される。
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。
又はリアンプリフィケーション(Reamplific
ation)と、波形整形又はリシェイピング(Res
haping)と、タイミング再生又はリタイミング
(Retiming)とである。これらの機能は3R機
能と称され、特に前二者は2R機能と称される。
器を組み合わせることにより、あるいは光増幅機能を有
する波形整形装置を用いることにより、2R機能を提供
することができる。また、それに加えてクロック再生器
を並行して用いることにより3R機能を提供することが
できる。
を提供するための波形整形装置を提案した(特願平11
−293189号)。この装置においては、2つのNO
LMを組み合わせることによって、波形整形或いは光ゲ
ートの機能を得る場合における波長変換の自由度を大き
くしている。
するための波形整形装置においては、クロック再生器で
クロックパルスを抽出するもとになる光信号の劣化度合
いに応じて、十分な3R機能を得ることができない場合
があるという問題がある。
波長分割多重(WDM)を適用する場合、2R機能及び
/又は3R機能を提供するための波形整形装置が多重数
に応じて複雑化することが予想されるので、WDMに適
した波形整形装置が求められている。
及び/又は3R機能を得ることができる波形整形のため
の方法、装置及びシステムを提供することである。
整形のための方法、装置及びシステムを提供することで
ある。
らかになる。
結合される第1及び第2の光路を含む第1の光カプラ
と、異なる特性を有し前記第1及び第2の光路を接続す
る第1及び第2のファイバを含むループ光路と、前記ル
ープ光路に方向性結合される第3の光路を含む第2の光
カプラとを備えた非線形光ループミラーを提供するステ
ップと、前記第1及び第3の光路からそれぞれプローブ
光及び入力信号光を供給して前記第2の光路から出力信
号光を出力するステップとを備えた方法が提供される。
れる第1及び第2の光路を含む第1の光カプラと、異な
る特性を有し前記第1及び第2の光路を接続する第1及
び第2のファイバを含むループ光路と、前記ループ光路
に方向性結合される第3の光路を含む第2の光カプラと
を備え、前記第1及び第3の光路からそれぞれプローブ
光及び入力信号光が供給されて、前記第2の光路から出
力信号光が出力される装置が提供される。
伝搬させる第1の光ファイバ伝送路と、前記第1の光フ
ァイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する
非線形光ループミラーと、前記非線形光ループミラーに
接続され前記変換光を伝搬させる第2の光ファイバ伝送
路とを備えたシステムが提供される。非線形光ループミ
ラーは、本発明の装置によって提供される。
明の望ましい実施形態を詳細に説明する。全図を通して
実質的に同一又は類似の部分には同一の符号が付されて
いる。
OLM(非線形光ループミラー)の構成が示されてい
る。このNOLMは、方向性結合される第1及び第2の
光路2及び4を含む第1の光カプラ6と、第1及び第2
の光路2及び4を接続するループ光路8と、ループ光路
8に方向性結合される第3の光路10を含む第2の光カ
プラ12とを備えている。
学媒質NLによって提供されている。第1の光カプラ6
のカップリング比は実質的に1:1に設定される。
波長λcを有するプローブ光が光カプラ6の第1の光路
2に入力され、波長λsを有する光信号が光カプラ12
の第3の光路10に入力されたときに、波長λcを有す
る変換光信号が光カプラ6の第2の光路4から出力され
るというものである。プローブ光は連続波(CW)光或
いは光パルスであり得る。ここでは、プローブ光はCW
光として図示されている。
等しい2成分に分けられ、これら2成分は、ループ光路
8をそれぞれ時計回り及び反時計回りに厳密に同一光路
長で伝搬し、非線形光学媒質NLにより共に等しい位相
シフトφを受けた後、光カプラ6により合成される。光
カプラ6における合成に際して、2成分のパワーは等し
く位相も一致しているので、合成により得られた光はあ
たかもミラーにより反射されるがごとく第1の光路2か
ら出力され、ポート4からは出力されない。
り光信号が入力されると、この光信号はループ光路8の
一方向(図では時計回り)にだけ伝搬し、この方向に伝
搬する光に対しては、オンパルスが通るときだけ非線形
光学媒質NLの非線形屈折率が変化する。従って、プロ
ーブ光の2成分が光カプラ6で合成されるに際して、光
信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の2成分
の位相は一致するが、光信号のオンパルスと同期した部
分のプローブ光の2成分の位相は異なる。その位相差を
Δφとすると、光カプラ6の第2の光路4には{1−c
os(Δφ)}/2に比例する出力が得られる。
パワーを設定すれば、オンパルスのときに合成された2
成分が第2の光路4だけから出力されるようなスイッチ
動作が可能になる。このようにして、波長λsの光信号
から波長λcの変換光信号への変換が行なわれる。即
ち、光信号のデータに関して波長変換が行なわれている
ことになる。
とプローブ光による相互位相変調(XPM))を用いる
とすると、位相シフトΔφはγPLに比例する。ここに
γは非線形光学媒質NLの非線形係数、Pは非線形光学
媒質NL内における光パワー、Lは非線形光学媒質NL
における光カー効果の相互作用長である。
特性を示すグラフである。グラフの主要部分における縦
軸はポート4から出力される変換光信号のパワーPou
t、横軸は位相差Δφを示している。符号14で示され
るコサインカーブにおいて、極小値を与える位相差Δφ
は0に相当し、極大値を与えるΔφはπに相当してい
る。従って、位相差Δφの0及びπにそれぞれ入力光信
号の“0”レベル(Pspace)及び“1”レベル
(Pmark)を対応させることにより入力光信号に付
随する雑音の抑圧が可能である。これは、{1−cos
(Δφ)}/2に従う変換においては、線形増幅変換の
場合と異なりパルスの立ち上がり及びピーク付近での過
飽和特性があるからである。
て最も一般的なのは光ファイバである。分散シフトファ
イバ(DSF)が主に用いられており、その長さは通常
数kmである。一方、非線形光学媒質NLとしてSOA
(半導体光増幅器)を用いたものも提案されている(S
LALOM)。
る。しかし、SOAから付加される自然放出光(AS
E)雑音の影響により変換の際に信号対雑音(S/N)
比が低下したり、キャリア効果に起因する速度制限等の
課題がある。
ァイバ内の三次非線形光学効果の応答時間がフェムト秒
オーダと非常に高速であるが、長いファイバを必要とす
るので、速度制限をなくすためには高精度の分散管理が
必要になる。また、入力光信号の偏波状態に対する依存
性やループ内での偏波変動に対する対策が難しいといっ
た課題もある。
(平成10年6月23日出願)において、高非線形分散
シフトファイバ(HNL−DSFを用いたコンパクトな
NOLMを提案した。本発明は主にこのNOLMを多段
に縦列接続(カスケード接続)した構成による高性能な
波形整形装置を提供し、これを用いて光2R等の光信号
処理を実現せんとするものである。ここで、「2R」は
リシェーピング(振幅再生)及びリジェネレイション
(波形等化及び雑音抑圧等)の2つの機能を意味してい
る。
可能な非線形光学効果としては、主に、2次非線形光学
媒質中の三光波混合あるいは、3次非線形光学媒質中の
自己位相変調(SPM)、相互位相変調(XPM)及び
四光波混合(FWM)等の光カー効果が考えられる。2
次非線形光学媒質としては、InGaAs及びLiNb
O3等がある。3次非線形光学媒質としては、半導体光
アンプ(SOA)及び発振状態にある分布帰還レーザダ
イオード(DFB−LD)等の半導体媒質あるいは光フ
ァイバが考えられる。
果を用いることができる。光ファイバとしては単一モー
ドファイバが適しており、特に波長分散が比較的小さい
分散シフトファイバ(DSF)が望ましい。
は、 γ=ωn2/cAeff ・・・・・(1) 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及びAeffは光ファイバの非線形屈折率及
び有効コア断面積をそれぞれ表す。
-1km-1程度と小さいので、十分な変換効率を得るため
には数km〜10km以上の長さが必要である。より短
尺のDSFで十分な変換効率を実現することができると
すれば、零分散波長を高精度に管理することが可能とな
り、高速・広帯域変換を実現することができる。
めるためには、(1)式において非線形屈折率n2を大
きくし、あるいは有効コア断面積Aeffに対応するモー
ドフィールド径(MFD)を小さくして光強度を高くす
るのが有効である。
例えば、クラッドにフッ素等をドープしあるいはコアに
高濃度のGeO2をドープすればよい。コアにGeO2を
25〜30mol%ドープすることによって、非線形屈
折率n2として5×10-20m 2/W以上の大きな値が得
られている(通常のシリカファイバでは約3.2×10
-20m2/W)。
びクラッド間の比屈折率差Δあるいはコア形状の設計に
より可能である。このようなDSFの設計は分散補償フ
ァイバ(DCF)の場合と同様である。例えば、コアに
GeO2を25〜30mol%ドープし、且つ、比屈折
率差Δを2.5〜3.0%に設定することによって、4
μmよりも小さなMFDが得られている。そして、非線
形屈折率n2を大きくすることとMFDを小さくするこ
ととの総合効果として、15W-1km-1以上の大きな非
線形係数γを有する光ファイバ(HNL−DSF)が得
られている。
な非線形係数γを有するHNL−DSFが、用いる波長
帯で零分散を持つことである。この点に関しても各パラ
メータを以下のように設定することにより満足すること
ができる。通常のDCFにおいては、一般にMFDを一
定にした条件で比屈折率差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、用いる波長帯において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0
とすることが可能である。
フォームから作製される所謂フォトニック結晶ファイバ
あるいはホリーファイバ(Holly Fiber)と
呼ばれる単一モードファイバに関する研究及び開発が進
んでいる。この種のファイバによると、より小さなMF
D(モードフィールド直径)を実現可能であり、こうし
たファイバも本発明に適用可能である。以下、このよう
なフォトニック結晶ファイバ等も含めて、通常の光ファ
イバよりも大きな非線形効果を呈する光ファイバをHN
L−DSFと称することにする。
る位相シフトは、γPPLに比例する。ここに、PPは平
均ポンプ光パワーである。従って、非線形係数γが15
W- 1km-1のファイバは通常のDSFに比べて2.6/
15≒1/5.7程度の長さで同じ変換効率を達成可能
である。上述のように通常のDSFでは10km程度の
長さが必要であるが、このように大きな非線形係数γを
有するHNL−DSFにあっては、1〜2km程度の長
さで同様の効果が得られることになる。実用上は、ファ
イバが短くなる分損失も小さくなるので、同じ効率を得
るために更にファイバを短くすることができる。このよ
うに短いファイバにおいては、零分散波長の制御性がよ
くなり、以下に説明するように極めて広帯域の変換が可
能になる。更に、数kmのファイバ長であれば、定偏波
化が可能になり偏波面保存能力が確保されているので、
HNL−DSFの本発明への適用は、高い変換効率及び
広い変換帯域を達成し且つ偏波依存性を排除する上で極
めて有効である。
Mを有効に発生させて、光信号から変換光信号への変換
効率を高めるためには、プローブ光と光信号との間の位
相整合をとる必要がある。図3によりこれを説明する。
である。ここでは、光路2に供給される波長λcのプロ
ーブ光及び光路10に供給される波長λsの光信号の各
々が光パルスであると仮定する。プローブ光としての光
パルスは、光カプラ6においてループ光路8を時計回り
に伝搬する第1プローブパルスと反時計回りに伝搬する
第2プローブパルスとに分岐される。また、光信号とし
ての光パルスは、光カプラ12を通って信号パルスとし
てループ光路8内に時計回りに導入される。
ープ光路8内を共に時計回りに伝搬する信号パルス及び
第1プローブパルスのタイミングの一致性により与えら
れる。もし、信号パルス及び第1プローブパルスのタイ
ミングが一致しない場合には、XPMによる光カーシフ
トが制限され、有効なスイッチ動作あるいはゲート動作
が困難になる。
は異なるので、ループ光路8における信号パルス及び第
1プローブパルスの群速度は異なり、結果としてループ
光路8の長さに比例するタイミングずれが生じる(ウォ
ークオフ)。これを回避するためには、信号パルス及び
第1プローブパルスの群速度が一致するような波長配置
を選択することが望ましい。
も有効な波長配置は、信号パルスの波長及び第1プロー
ブパルスの波長をループ光路8の零分散波長に対して実
質的に対称に位置させることにより得られる。零分散波
長に近い広い帯域に渡って、波長分散はほぼ直線的に変
化しており、上述の波長配置により信号パルス及び第1
プローブパルスの群速度を一致させて、良好な位相整合
条件を得ることができる。
ループ光路の零分散波長をλ0とするときに、λs+λ
c=2λ0とすることによって、位相整合条件を得るこ
とができ、光信号から変換光信号への変換効率を高める
ことができる。
零分散波長自体がファイバ長手方向に変動していると、
群速度間にずれが生じ、これが変換帯域及び変換可能な
信号速度に制限を与える。このように、ファイバによる
変換帯域は分散により制限されることになる。長手方向
の分散が完全に制御され、例えば全長(正確には非線形
長)に渡り唯一の零分散波長を有するファイバが作られ
たとすれば、プローブ光の波長と光信号の波長とをこの
零分散波長に関して対称な位置に配置することにより事
実上無限大の(分散の波長依存性が直線状である範囲で
制限のない程広い)変換帯域が得られることになる。し
かし、実際には、零分散波長が長手方向にばらつくた
め、位相整合条件が理想状態からずれ、これにより帯域
が制限される。
ループ光路8の一部又は全部としてHNL−DSFを用
いることである。HNL−DSFを用いた場合には、1
〜2km程度の長さで十分な変換が可能になるので、分
散の制御性がよくなり、広帯域特性を得やすい。その
際、特に光カー効果の発生効率が高い入力端付近の零分
散波長のばらつきを小さく抑えることができれば、最も
効率よく帯域を拡大可能である。更に、ファイバを複数
の小区間に分割し、零分散波長が似ている区間同士をス
プライス等により繋ぎ合わせていく(当初のファイバ端
から数えた順番とは違う順番で)ことにより、全長にお
ける平均分散は同じであるにも係わらず、広い変換帯域
を得ることができる。
必要な程度に高精度な分散制御が可能な長さ(例えば数
100m以下)のファイバを予め多数用意しておき、所
要の零分散波長のものを組み合わせてスプライスして、
所要の変換効率を得るのに必要な長さのファイバを作る
ことも可能である。
は、光強度の高い入力端(例えば非線形光学媒質の両
端)付近に零分散波長のばらつきの少ない部分を集める
のが有効である。また、必要に応じて順次分割数を増や
したり、入力端から離れた位置で比較的分散の大きな部
分では、分散の正負を交互に配置する等により小区間を
適切に組み合わせることによって、更に変換帯域を拡大
することができる。
の程度短くすれば十分か否かの目安としては、例えば、
非線形長を基準にすればよい。非線形長に比べて十分短
いファイバ内での3次非線形効果においては、位相整合
はそのファイバの平均分散値に依存すると考えることが
できる。一例として、非線形係数γが2.6W-1km -1
のファイバで30mW程度のポンプ光パワーを用いた3
次非線形効果においては、非線形長は12.8km程度
になるから、その1/10程度、即ち1km程度が1つ
の目安となる。他の例としては、非線形係数γが15W
-1km-1のファイバで30mW程度のポンプ光パワーを
用いた3次非線形効果においては、非線形長は2.2k
m程度になるから、その1/10程度、即ち200mが
1つの目安となろう。いずれにしても、非線形長に比べ
て十分短いファイバの平均零分散波長を測定し、ほぼ同
じ値のものを組み合わせて所要の変換効率のファイバを
構成すれば、広い変換帯域を得ることができる。
拡大する方法に関する付加的な詳細については、特願平
10−176316号を参照されたい。
ワーがファイバ内の誘導ブリユアン散乱(SBS)のし
きい値を超えると、XPM(相互位相変調)の発生効率
が低下する。SBSの影響を抑圧するためには、ポンプ
光又は信号光について周波数変調又は位相変調を行なえ
ばよい。その際の変調速度は数100kHz程度で十分
であり、信号光の信号速度がGb/s以上の高速信号で
ある場合には変調による影響は殆ど無い。
は、プローブ光の偏波状態がループ光路8内で保持され
る必要がある。すなわち、光カプラ6で分離されたプロ
ーブ光は、ループ光路8内を各々時計回り及び反時計回
り方向に伝搬した後、同じ偏波状態で光カプラ6に戻っ
て来る必要がある。
波状態を保持するのに十分短い長さでループ光路8を構
成することができる。例えば、偏波コントローラを用い
てループ光路8内における偏波状態を調節することがで
きる。
ブ光の偏波状態にほぼ一致させるのがよいが、ファイバ
内の偏波分散等にも影響されることがあり、出力される
光のパワーが最大になるように両者の偏波状態を最適化
するのがよい。
号パルス(信号光)及びプローブパルス(プローブ光)
とループ光路8の零分散波長λ0との相対関係の例が示
されている。図3に示されるようなNOLMにおいて、
パルス幅として数ピコ秒からサブピコ秒程度の短パルス
を用いる場合、XPM(クロス位相変調)を効率良く発
生させるためには、信号パルスとプローブパルスの時間
的なズレ(ウオークオフ)を極力小さくすることが望ま
しい。
であれば、HNL−DSFのように非線形性の高いファ
イバの場合、比較的短い距離(1Km程度)でπ位相シ
フトが得られるので、図4の(A)に示されるように、
各パルスに対するファイバの分散をさほど気にする必要
はない。
合には、わずかな分散の違いによりXPMの発生効率が
極端に低下し、結果として非常に高い信号パワーが必要
になることがある。
の(B)に示されるように、信号パルスの波長とプロー
ブパルスの波長を零分散波長λ0に対して対称に配置す
ることである。この場合、信号パルスとプローブパルス
の群速度(GVD)はほぼ等しくなるので、最も効率よ
くXPMを発生させることができる。
さのファイバ内での分散は一定ではなく、長手方向に微
妙に変化している。また、図4の(B)に示される波長
配置にするとその関係に限定されるので、適用範囲に制
限が出てしまう。
では分散補償が併用されるのである。例えば後述するよ
うに、図6の(A)に示されるように正常分散領域に信
号パルス及びプローブパルスが配置されるファイバと、
図6の(B)に示されるように異常分散領域に信号パル
ス及びプローブパルスが配置されるファイバとを組み合
わせることにより、ウオークオフを低減して効率的なX
PMの発生を可能にするものである。
示す図である。この装置は、方向性結合される第1及び
第2の光路2及び4を含む第1の光カプラ6と、第1及
び第2の光路2及び4を接続するループ光路8と、ルー
プ光路8に方向性結合される第3の光路10を含む第2
の光カプラ12とを備えている。
的に1:1に設定される。ループ光路8の一部又は全部
は非線形光学媒質によって提供される。より特定的に
は、この実施形態では、広い変換帯域を得ることのほか
前述した付加的な効果を得るために、ループ光路8は各
々HNL−DSFからなるファイバ8(#1及び#2)
をスプライス接続することによって提供されている。
を有するプローブ光が供給される。第3の光路10には
波長λS(≠λC)及びパワーPSを有する入力信号光が
供給される。その結果、NOLMの第2の光路4から
は、波長λCを有し且つ入力光信号に同期した出力信号
光が出力される。
いは入力光信号のビットレートと同等の或いは異なる周
波数で入力光信号と時間的に同期するクロックパルスで
あっても良い。
8としてHNL−DSFが用いられている。HNL−D
SFの分散はビットレートやパルス形状等により適宜最
適化することができる。例えば、短パルスを用いた高ビ
ットレート信号の場合であれば、2つのパルスのウォー
クオフ(図2による説明を参照)が発生しないように設
定するのが望ましい。一例としては、前述のようにHN
L−DSFの零分散波長を信号光波長とプローブ光波長
の中間付近に配置することが考えられる。この場合、2
つのパルスはほぼ同じ群速度になるので、ウォークオフ
を最小にすることができる。ここで、信号光波長とプロ
ーブ光波長のどちらを正常分散領域に配置し他方を異常
分散領域に配置するかについては、特性を見た上で適宜
最適化することができる。
りも長波長側或いは短波長側に設定しても良い。この場
合、ウォークオフを最小にすることはできないが、次の
ような利点が得られる。まず、長波長側に設定する場合
には、信号光波長及びプローブ光波長は共に正常分散領
域にあることになり、変調不安定効果を抑圧することが
できる。また、短波長側に設定する場合には信号光波長
及びプローブ光波長は異常分散領域にあることになり、
パルス圧縮効果を用いることができる。どのような配置
に設定するかは実際のシステムの条件に応じて決定する
ことができる。
8をHNL−DSFから構成している。HNL−DSF
にあっては、従来のDSFに比べて3次非線形係数を5
〜10倍に大きくすることが可能であるため、位相差Δ
φをπとするために必要な光パワーと長さの積を1/5
〜1/10にすることが可能である。従って、同じ信号
パワーに対する所要長も1/5〜1/10で足り、その
結果1kmあるいはそれ以下の長さで十分な特性を得る
ことができる。その結果、波長分散による信号速度制限
が少なくしかも入力光信号の偏波状態に対する依存性を
排除することができ、ループ光路8内における偏波変動
に対する対策が不要なNOLMの提供が可能になる。
各ループ光路8は非線形光学媒質としての光ファイバに
よって提供される。その光ファイバは、例えば、その光
ファイバが偏波面保存能力を有する程度にその光ファイ
バの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を有して
いる。それにより、入力光信号の偏波状態に対する依存
性を小さくすることができる。同じ目的のために、ルー
プ光路8を提供する光ファイバとして偏波保持ファイバ
を用いても良い。
1及び#2)の分散はそれぞれD1及びD2、XPMによ
る位相シフトはそれぞれφ1及びφ2である。ここで、φ
1+φ2=πとなるようにし、且つ、D1及びD2が互いに
補償されるように設定することにより、ウオークオフの
影響が小さくしかもファイバの分散によるパルス形状劣
化の影響の少ないNOLMの提供が可能になる。
例では、D1及びD2は同符号であり、ファイバ8(#1
及び#2)のそれぞれの零分散波長λ01及びλ02が異な
る値にされている。即ち、零分散波長λ01は信号パルス
及びプローブパルスの波長よりも長く設定され、零分散
波長λ02は信号パルス及びプローブパルスの波長よりも
短く設定されている。
例では、零分散波長λ01及びλ02は概ね等しく設定さ
れ、D2=−D1に設定されている。このように分散及び
分散傾斜の符号が互いに逆である二つのファイバを組み
合わせてループ光路8を得ることによって、信号パルス
及びプローブパルスの両方に対してほぼ完全に分散が補
償され、ウオークオフとパルス形状の劣化が少ないNO
LMの提供が可能になると共に、極めて効率の良いXP
Mの発生が可能になる。
8(#1及び#2)として、互いに符号が逆で同じ値の
分散を有する分散フラットファイバ(DFF)を用いて
も良い。この場合、信号光とプローブ光の波長配置を任
意に設定することができる。
示す図である。ここでは、ループ光路8として、N本の
ファイバ8(#1,#2,…,#N)を接続して構成し
ている。ファイバ8(#1,#2,…,#N)のそれぞ
れの分散はD1,D2,…,D Nであり、XPMによる位
相シフトはそれぞれφ1,φ2,…,φNである。φ1+φ
2+…+φN=πで且つD1+D2+…+DN=0に設定す
ることによって、より高精度の分散補償が可能になり、
さらに高速な光パルスの処理が可能になる。
値を比較的大きくし、符号が反対の大きな分散(+D及
び−D)を交互に配置して互いに分散補償することによ
り、波形の歪み、ウオークオフ、四光波混合等の他の非
線形効果の発生等を制限要因を全て防ぐ理想的なNOL
Mを提供することができる。
形態を示すブロック図である。送信機14と本発明の装
置によって提供されるNOLM16と受信機18とを光
ファイバ伝送路20及び22により接続して構成されて
いる。送信機14からの信号光を光ファイバ伝送路20
によりNOLM16に供給し、そこで変換光に変換し
て、光ファイバ伝送路22により受信機18に伝送す
る。
ては、例えば光振幅(強度)変調が採用される。この場
合、受信機18では、例えば直接検波を行うことができ
る。
ては、単一モードのシリカファイバ、1.3μm零分散
ファイバ、1.55μm分散シフトファイバ等を用いる
ことができる。
れるHNL−DSFを単一モード型に構成し、そのモー
ドフィールド径を光ファイバ伝送路20及び22の各々
のモードフィールド径よりも小さくすることによって、
HNL−DSFの長さを短くするのに十分大きな非線形
係数を得ることができる。
いて本発明に従った波形整形の動作が可能になると共
に、その動作により、波長変換を伴って或いは波長変換
を伴わずに得られた出力光信号を光ファイバ伝送路22
により伝送することができる。
び22を含む光路上に単一又は複数の光増幅器が設けら
れていても良い。各光増幅器としてエルビウムドープフ
ァイバ増幅器(EDFA)が用いられている場合、各光
増幅器ではASE雑音が発生しこれが累積するので、図
10に示されるシステムでは、NOLM16における波
形整形或いは雑音抑圧の原理に従って、SNRが改善さ
れる。
イバ伝送路20及び22の間に設けて中継器として用い
ているが、受信機18の内部或いはその近傍に本発明に
よる装置を設けることによって、受信感度を改善するこ
とができる。
ムは、光ファイバ伝送路20及び22の少なくともいず
れか一方の分散を補償するための分散補償器を更に備え
ていても良い。分散補償器は、例えば、各光ファイバ伝
送路の分散と逆符号の分散を与える。分散補償器の分散
の絶対値は、例えば、受信機18における受信状態が最
適になるように調節される。分散補償器を用いることに
よって、光ファイバ伝送路で生じる波長分散を抑圧する
ことができるので、長距離の伝送が可能になる。
形態を示すブロック図である。このシステムは、光分岐
器24、クロック再生器26及び本発明による装置28
を備えている。光分岐器24には、ファイバ伝送に際し
ての分散や非線形光学効果により波形が歪んだ信号光、
光アンプによる中継伝送に際しての光アンプのASE雑
音の累積により波形が乱れた信号光、或いは偏波分散等
によりジッターが累積した信号光が供給される。光分岐
器24はその入力信号光を第1及び第2の信号光に分岐
する。第1及び第2の信号光はそれぞれクロック再生器
26及び本発明による装置28に供給される。クロック
再生器26は供給された第1の入力信号光に基きクロッ
クパルスを発生する。ここでは、信号光の波長及び速度
(ビットレート)はそれぞれλS及びfSであり、クロッ
クパルスの波長及び周波数はそれぞれλC及びfSであ
る。発生したクロックパルスは図示しないタイミング調
節器でタイミングを調節されて本発明による装置28に
供給される。
光及びクロックパルスに基き波形整形を行い、再生信号
光を出力する。再生信号光の波長及び速度はそれぞれλ
C及びfSである。
れたクロックパルスを用いて波形整形を行っているの
で、タイミングも含めて光レベルでの信号再生が可能に
なる。従って、この実施形態によると、全光3R信号再
生装置の提供が可能になる。
による装置28は、速度fSの信号と周波数fSのクロッ
クパルスとのAND回路として機能している。クロック
パルスの周波数を信号速度の分周倍(例えば信号速度が
160Gb/sである場合10GHz)に設定すること
によって、OTDM(光時分割多重)信号のデマルチプ
レクシング等の動作を行うことができる。
まれる周波数成分を感知し(引き込み)、ここから基準
周波数のクロックパルスを発生させるモードロックレー
ザを用いることができる。或いは、波長λS、速度fSの
信号光を波長λCで連続発振しているレーザに入力し、
このレーザ内の光変調器を信号光でAM変調又はFM変
調する。そして、この変調周波数がレーザの共振周期に
対応するようにレーザの光路長を調節することによっ
て、波長λC、周波数fSのクロックパルスを発生するこ
とができる。
施形態の応用例が示されている。ここでは、図10に示
される本発明による装置(例えば光ANDゲート)28
の後段に波形整形器30を設けて波形整形し、必要に応
じて再生信号光の波長λCをλC’に変換して、波形整形
信号光として出力するようにしている。
の実施形態を示すブロック図である。再生信号光(図1
6参照)による波長λCの入力パルスを光増幅器32に
より増幅した後に非線形光学媒質としての光ファイバ
(分散;β2)34に入力して、チャーピングを生じさ
せる。このとき、パルスの振幅雑音のうち、ゼロレベル
付近の雑音はチャープが小さいためもとの波長付近に集
まり、一方、パルスピーク付近の雑音はチャープが大き
いので拡がったスペクトルの最も外側の波長付近に集中
する。
の成分を光帯域通過フィルタ(BPF)36で抽出して
出力パルスを得ることによって、光2R再生の効果をさ
らに高めることが可能である。
6の透過帯域によって決まるため、その帯域特性を最適
に設計することにより、所望の光信号パルス形状を得る
ことができる。更に、チャープが特別に大きい所謂スー
パーコンティニューム(SC)を用いることにより、出
力パルスを広い波長域にわたって波長変換することがで
きる。これら光チャープを用いた波形整形の方法等の付
加的な詳細については、特願2000−34454、特
願2000−264757等に示されている。
波長変換の無い(λC=λC’)光2R及び/又は3R再
生が可能になる。
は、チャープ媒質を含む波形整形器30を本発明による
装置28の後段に設けているが、前段に設けて予め雑音
除去を行ってから光2R及び/又は3R再生を実施して
もよい。更に、この方法は本発明による装置に限らず、
光ゲートを用いた種々の光信号再生に適用可能である。
ブロック図である。このクロック再生器は、入力ポート
78及び出力ポート80間に設けられる光パス82と、
光パス82に光学的に結合される(例えば方向性結合さ
れる)光ループ83を含む能動リングレーザ84とを備
えている。
号光が供給される。能動リングレーザ84は、光ループ
83でレーザ発振が生じるように光ループ83の損失を
補償する光増幅器86と、速度(又は周波数)fSが光
ループ83の周回周期の逆数の整数倍になるように光ル
ープ83の光路長を調節する調節器88と、信号光に基
きレーザ発振をモードロックするための光変調器(又は
非線形光学媒質)90とを含む。能動リングレーザ84
はレーザ発振の波長λCを含む通過帯域を有する光帯域
通過フィルタ92を更に含んでいても良い。
のレーザ発振がモードロックされる結果、波長λC、周
波数fSのクロックパルスが発生し、そのクロックパル
スが出力ポート80から出力される。従って、光/電気
変換を行なうことなしにクロックパルスを得ることがで
き、信号光の速度やパルス形状等に依存しない全光クロ
ック再生器の提供が可能になる。
変調器やEA(電界吸収)型変調器等の電気/光変調器
を用いることができるほか、二次若しくは三次の非線形
光学効果或いは相互利得変調等によるものを用いること
ができる。例えば、光ファイバ内の四光波混合を用いる
場合であれば、信号光の波長λSをファイバの零分散波
長付近の波長に設定して連続発振光に効果的にAM変調
をかけ、これによりクロックパルスを発生可能である。
一方、半導体光アンプ(SOA)を用いる場合には、信
号光をポンプ光として用いることができる。更に、発振
状態のDFB−LD内の四光波混合を用いる場合には、
信号光の波長をDFB−LDの発振光とは異なる波長に
設定し、この信号光を比較的高いパワーで入力すること
により利得飽和を起こし、これにより四光波混合の効率
に変調をかけると共に、相互利得変調(XGM)効果に
より連続発振光に有効にAM変調をかけることができ
る。XGMについては、SOA内の四光波混合を用いる
場合にも発生するので、これを積極的に用いても良い。
信号光をポンプ光として用いれば、ほぼ同じ効果を得る
ことができる。一方、相互位相変調(XPM)を用いる
場合には、例えば位相変調による偏波状態の変動を用い
てAM変調を発生させることができる。
設けられる全光2R再生中継器若しくは3R再生中継器
として、或いは受信側に置いて受信感度を高めるために
使用することができる。いずれにしても、中継光アンプ
或いは光プリアンプと組み合わせることによって、高品
質な伝送が可能になる。また、光ファイバ伝送路の分散
や非線形光学効果により波形が歪む場合には分散補償器
や非線形補償器(例えば位相共役器)を用いて波形を補
償した後に、波形整形或いは雑音除去を行うことが有効
である。
形態を示すブロック図である。この実施形態は、WDM
が具体的に適用されている点で特徴付けられる。光ゲー
ト装置110としては本発明による装置を用いることが
でき、光ゲート装置110には、プローブ光源112か
ら出力されたプローブ光Eprobeが供給されてい
る。
プレクサ113に接続されている。光マルチプレクサ1
13には、光送信機114(#1,…,#4)から出力
された4チャネルの光信号ES1,…,ES4がそれぞれ光
遅延回路116(#1,…,#4)により時間軸上の位
置を調節された後に供給されている。
S1,…,λS4であり、互いに異なる。光信号ES1,…,
ES4はデータの繰り返し時間Tに比べて十分短い時間幅
を有する短パルスによる強度変調により得られている。
これらの光信号は、光遅延回路116(#1,…,#
4)により順にT/4の時間だけシフトさせられる。従
って、光マルチプレクサ113から出力される信号光
は、時間軸上で一致しない波長分割多重信号となる。
置110に供給されると、4チャネルの波長全てがプロ
ーブ光の波長λprobeに変換されるので、光ゲート
装置110から光ファイバ伝送路64に出力される変換
信号光ECは、光時分割多重信号(OTDM信号)とな
る。
よると、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換する
ことができる(WDM/OTDM変換)。
を例示しているが、チャネル数は4には限定されない。
例えば、N(Nは1より大きい整数)チャネルの波長分
割多重信号が用いられている場合には、Nチャネルの光
時分割多重信号が得られる。この場合、N台の光遅延回
路が用いられ、これらにおける時間シフトはT/Nに設
定される。
長分割多重信号)を構成している複数の光信号のタイミ
ングを変化させるために複数の光遅延回路を用いている
ので、これを光中継器に適用する場合に光中継器の構成
が複雑になる。この点を改良した実施形態を以下に説明
する。
形態を示すブロック図である。ここでは、1台の光遅延
回路118を用いてWDM信号光の複数の光信号を一括
して順次遅延させた後に、光ファイバ伝送路62を介し
て光ゲート装置110に入力している。光遅延回路11
8としては、波長分散を与える光学媒質を用いることが
できる。例えば、光ファイバ等の光学媒質においては、
波長に対して分散がほぼ直線状に変化するので、これを
用いることによって、複数の光遅延回路の遅延時間を調
節する場合のようにほぼ線形な遅延を複数の光信号に与
えることができる。
おいては1台の光遅延回路を用いて複数の光信号に一括
して遅延を与えるようにしているので、装置の構成を簡
単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
2の光路を含む第1の光カプラと、異なる特性を有し前
記第1及び第2の光路を接続する第1及び第2のファイ
バを含むループ光路と、前記ループ光路に方向性結合さ
れる第3の光路を含む第2の光カプラとを備えた非線形
光ループミラーを提供するステップと、前記第1及び第
3の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給
して前記第2の光路から出力信号光を出力するステップ
とを備えた方法。
斜である付記1記載の方法。
付記1記載の方法。
内での相互位相変調による位相シフトの総量がほぼπで
ある付記1記載の方法。
ーブ光の波長付近における前記第1及び第2のファイバ
の分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付
記1記載の方法。
おける前記第1及び第2のファイバの分散の符号が逆で
あり且つ絶対値がほぼ同じである付記1記載の方法。
の各々は分散フラットファイバである付記1記載の方
法。
の各々は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近
に零分散波長を有するフォトニック結晶ファイバである
付記1記載の方法。
を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWD
M信号光である付記1記載の方法。
であり、前記出力信号光は前記入力信号光に同期してお
り、前記出力信号光の波長は前記プローブ光の波長に一
致する付記1記載の方法。
第2の光路を含む第1の光カプラと、異なる特性を有し
前記第1及び第2の光路を接続する第1及び第2のファ
イバを含むループ光路と、前記ループ光路に方向性結合
される第3の光路を含む第2の光カプラとを備え、前記
第1及び第3の光路からそれぞれプローブ光及び入力信
号光が供給されて、前記第2の光路から出力信号光が出
力される装置。
傾斜である付記11記載の装置。
る付記11記載の装置。
バ内での相互位相変調による位相シフトの総量がほぼπ
である付記11記載の装置。
ローブ光の波長付近における前記第1及び第2のファイ
バの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである
付記11記載の装置。
における前記第1及び第2のファイバの分散の符号が逆
であり且つ絶対値がほぼ同じである付記11記載の装
置。
バの各々は分散フラットファイバである付記11記載の
装置。
バの各々は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付
近に零分散波長を有するフォトニック結晶ファイバであ
る付記11記載の装置。
長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたW
DM信号光である付記11記載の装置。
であり、前記出力信号光は前記入力信号光に同期してお
り、前記出力信号光の波長は前記プローブ光の波長に一
致する付記11記載の装置。
光ファイバ伝送路と、前記第1の光ファイバ伝送路に接
続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミ
ラーと、前記非線形光ループミラーに接続され前記変換
光を伝搬させる第2の光ファイバ伝送路とを備えたシス
テムであって、上記非線形光ループミラーは、方向性結
合される第1及び第2の光路を含む第1の光カプラと、
異なる特性を有し前記第1及び第2の光路を接続する第
1及び第2のファイバを含むループ光路と、前記ループ
光路に方向性結合される第3の光路を含む第2の光カプ
ラとを備えており、前記第1及び第3の光路からそれぞ
れプローブ光及び前記信号光が供給されて、前記第2の
光路から前記変換光が出力されるシステム。
有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM
信号光である付記21記載のシステム。
力信号光の少なくとも一方を非線形光学媒質に供給して
チャープを発生させるステップと、前記チャープにより
拡がったスペクトルから中心波長と異なる成分を抽出す
るステップとを更に備えた付記1記載の方法。
出された光の波長が前記入力信号光の波長に一致するよ
うに設定された透過帯域を有する光帯域通過フィルタを
提供するステップを更に備えた付記23記載の方法。
十分な2R及び/又は3R機能を得ることができる波形
整形のための方法、装置及びシステムを提供することが
可能になるという効果が生じる。また、本発明による
と、WDMに適した波形整形のための方法、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。
ループミラー)の構成を示す図である。
を示すグラフである。
る。
ーブパルスの波長の配置例を説明するための図である。
図である。
ーブパルスの波長の配置例を説明するための図である。
ーブパルスの波長の他の配置例を説明するための図であ
る。
更に他の配置例を説明するための図である。
図である。
態を示すブロック図である。
態を示すブロック図である。
ロック図である。
態を示すブロック図である。
態を示すブロック図である。
置した例を説明するための図である。
を示すブロック図である。
形態を示すブロック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 方向性結合される第1及び第2の光路を
含む第1の光カプラと、異なる特性を有し前記第1及び
第2の光路を接続する第1及び第2のファイバを含むル
ープ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第3の
光路を含む第2の光カプラとを備えた非線形光ループミ
ラーを提供するステップと、 前記第1及び第3の光路からそれぞれプローブ光及び入
力信号光を供給して前記第2の光路から出力信号光を出
力するステップとを備えた方法。 - 【請求項2】 方向性結合される第1及び第2の光路を
含む第1の光カプラと、異なる特性を有し前記第1及び
第2の光路を接続する第1及び第2のファイバを含むル
ープ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第3の
光路を含む第2の光カプラとを備え、 前記第1及び第3の光路からそれぞれプローブ光及び入
力信号光が供給されて、前記第2の光路から出力信号光
が出力される装置。 - 【請求項3】 信号光を伝搬させる第1の光ファイバ伝
送路と、 前記第1の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変
換光に変換する非線形光ループミラーと、 前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬
させる第2の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであ
って、 上記非線形光ループミラーは、 方向性結合される第1及び第2の光路を含む第1の光カ
プラと、異なる特性を有し前記第1及び第2の光路を接
続する第1及び第2のファイバを含むループ光路と、前
記ループ光路に方向性結合される第3の光路を含む第2
の光カプラとを備えており、 前記第1及び第3の光路からそれぞれプローブ光及び前
記信号光が供給されて、前記第2の光路から前記変換光
が出力されるシステム。 - 【請求項4】 前記入力信号光及び前記出力信号光の少
なくとも一方を非線形光学媒質に供給してチャープを発
生させるステップと、 前記チャープにより拡がったスペクトルから中心波長と
異なる成分を抽出するステップとを更に備えた請求項1
記載の方法。 - 【請求項5】 前記抽出するステップで抽出された光の
波長が前記入力信号光の波長に一致するように設定され
た透過帯域を有する光帯域通過フィルタを提供するステ
ップを更に備えた請求項4記載の方法。
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