JP2003110533A - 光信号処理装置 - Google Patents
光信号処理装置Info
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- JP2003110533A JP2003110533A JP2001297192A JP2001297192A JP2003110533A JP 2003110533 A JP2003110533 A JP 2003110533A JP 2001297192 A JP2001297192 A JP 2001297192A JP 2001297192 A JP2001297192 A JP 2001297192A JP 2003110533 A JP2003110533 A JP 2003110533A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/299—Signal waveform processing, e.g. reshaping or retiming
-
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- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/29—Repeaters
- H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
- H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
- H04B10/2914—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing using lumped semiconductor optical amplifiers [SOA]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J14/00—Optical multiplex systems
- H04J14/08—Time-division multiplex systems
Abstract
(57)【要約】
【課題】長距離大容量光通信等に利用される光信号処理
装置に関し、高速応答に対応すること。 【解決手段】連続光状態の第１波長の第１の光ｓ01と信
号光パルスを有する第２波長の第２の光ｓ02を伝送する
第１の光伝送手段２２と、第１の光伝達手段２２から第
１及び第２の光ｓ01，ｓ02を入射する第１の光増幅器２
１と、第３波長の制御用光パルス列ｓ03を出力するパル
ス光源２６と、第１の光増幅器２１によって波形が乗せ
られた第１の光ｓ01とパルス光源２６からの制御用光パ
ルス列ｓ03とを伝送する第２の光伝送手段２３と、第２
の光伝送手段２３から第１の光ｓ01と制御用光パルス列
ｓ03が入射され、かつ前記信号パルスが乗った第３波長
の出力光信号ｓ04を出射する第２の光増幅器３４とを含
む。
装置に関し、高速応答に対応すること。 【解決手段】連続光状態の第１波長の第１の光ｓ01と信
号光パルスを有する第２波長の第２の光ｓ02を伝送する
第１の光伝送手段２２と、第１の光伝達手段２２から第
１及び第２の光ｓ01，ｓ02を入射する第１の光増幅器２
１と、第３波長の制御用光パルス列ｓ03を出力するパル
ス光源２６と、第１の光増幅器２１によって波形が乗せ
られた第１の光ｓ01とパルス光源２６からの制御用光パ
ルス列ｓ03とを伝送する第２の光伝送手段２３と、第２
の光伝送手段２３から第１の光ｓ01と制御用光パルス列
ｓ03が入射され、かつ前記信号パルスが乗った第３波長
の出力光信号ｓ04を出射する第２の光増幅器３４とを含
む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号処理装置に
関し、より詳しくは、長距離大容量光通信等に利用され
る光信号処理装置に関する。
関し、より詳しくは、長距離大容量光通信等に利用され
る光信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大容量光ネットワークにおける光
通信方式として、波長多重分割（Wavelength Division
Multiplexing:WDM）光通信方式が開発さ、さらに、大容
量光通信を目指した光時分割多重（Optical Time Divis
ion Multiplexing:OTDM ）光通信方式、或いは、ＷＤＭ
光通信方式とＯＴＤＭ光通信方式を組み合わせた時間波
長分割多重（Time Wavelength Division Multiplexing:
TWDM）光通信方式が提唱され、それらの研究が進められ
ている。
通信方式として、波長多重分割（Wavelength Division
Multiplexing:WDM）光通信方式が開発さ、さらに、大容
量光通信を目指した光時分割多重（Optical Time Divis
ion Multiplexing:OTDM ）光通信方式、或いは、ＷＤＭ
光通信方式とＯＴＤＭ光通信方式を組み合わせた時間波
長分割多重（Time Wavelength Division Multiplexing:
TWDM）光通信方式が提唱され、それらの研究が進められ
ている。
【０００３】ＷＤＭ光通信方式は、信号光を波長多重化
することで信号密度を上げるものである。また、ＯＴＤ
ＭやＴＷＤＭといった時分割方式は、同一波長の非常に
狭い時間幅を持ったパルス光の信号密度を上げようとす
るものである。
することで信号密度を上げるものである。また、ＯＴＤ
ＭやＴＷＤＭといった時分割方式は、同一波長の非常に
狭い時間幅を持ったパルス光の信号密度を上げようとす
るものである。
【０００４】ＷＤＭは例えば図１に示すような構成を有
し、ＯＴＤＭは例えば図２に示すような構成を有してい
る。
し、ＯＴＤＭは例えば図２に示すような構成を有してい
る。
【０００５】図１、図２において、複数の光ソース信号
を光合波するマルチプレクサ（multiplexer :MUX）101
は、２Ｒ／３Ｒ素子102 と光分岐挿入装置(Optical Add
-Drop Multiplexers:OADM) 103及び光ファイバ104 を介
してデマルチプレクサ(demulitiplexer:DEMUX)105 に接
続されている。
を光合波するマルチプレクサ（multiplexer :MUX）101
は、２Ｒ／３Ｒ素子102 と光分岐挿入装置(Optical Add
-Drop Multiplexers:OADM) 103及び光ファイバ104 を介
してデマルチプレクサ(demulitiplexer:DEMUX)105 に接
続されている。
【０００６】２Ｒ／３Ｒ素子102 は、光信号の再生器で
あって、光増幅(Regenerating)、波形整形(Reshaping)
、リタイミング(Retiming)の３つの機能を有する３Ｒ
再生素子、又は、光増幅と波形整形の２つの機能を有す
る２Ｒ素子を有している。光分岐挿入装置103 は、一波
長ごとの光信号を電気信号に変換することなく任意に分
岐、挿入することが可能な光スイッチングシステムであ
る。
あって、光増幅(Regenerating)、波形整形(Reshaping)
、リタイミング(Retiming)の３つの機能を有する３Ｒ
再生素子、又は、光増幅と波形整形の２つの機能を有す
る２Ｒ素子を有している。光分岐挿入装置103 は、一波
長ごとの光信号を電気信号に変換することなく任意に分
岐、挿入することが可能な光スイッチングシステムであ
る。
【０００７】図１に示すＷＤＭ光通信方式では、多波長
光信号λ1 、λ2 、…、λn がマルチプレクサ101 によ
り時分割せずに多重合成され、それらの光信号λ1 、λ
2 、…、λn はデマルチプレクサ105 によって波長毎に
分波される。
光信号λ1 、λ2 、…、λn がマルチプレクサ101 によ
り時分割せずに多重合成され、それらの光信号λ1 、λ
2 、…、λn はデマルチプレクサ105 によって波長毎に
分波される。
【０００８】図２に示すＯＴＤＭ光通信方式では、時分
割された複数の光信号Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 、Ｔ4 がマルチ
プレクサ101 により多重化され、さらにデマルチプレク
サ105 によって分波される。
割された複数の光信号Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 、Ｔ4 がマルチ
プレクサ101 により多重化され、さらにデマルチプレク
サ105 によって分波される。
【０００９】以上ような通信方式による大容量化では、
多波長で高速の光源とともに、光伝送の途中で光信号の
中継、合波、分波、ルーティング(routing) 等の信号処
理を行うための光信号処理装置が不可欠である。
多波長で高速の光源とともに、光伝送の途中で光信号の
中継、合波、分波、ルーティング(routing) 等の信号処
理を行うための光信号処理装置が不可欠である。
【００１０】初期の光通信方式における光信号の処理
は、光信号を電気信号に変換した後に処理する方法が採
られていた。
は、光信号を電気信号に変換した後に処理する方法が採
られていた。
【００１１】例えば３Ｒ再生中継では、まず光信号を検
波して電気信号に変換し、電気領域で波形整形を行う。
そして、波形整形された信号からクロック（ビットレー
トの周波数の正弦波）を抽出し、クロックに従ってon-o
ffの判定を行うタイミングを決定するリタイミングが行
われる。次に、on-offを識別してこの識別信号により再
度光源を変調し、強い光を送出する、という再生増幅(r
egeneration)が行われる。それらの波形整形、リタイミ
ング、再生増幅の３つの機能は３Ｒ機能と呼ばれる。
波して電気信号に変換し、電気領域で波形整形を行う。
そして、波形整形された信号からクロック（ビットレー
トの周波数の正弦波）を抽出し、クロックに従ってon-o
ffの判定を行うタイミングを決定するリタイミングが行
われる。次に、on-offを識別してこの識別信号により再
度光源を変調し、強い光を送出する、という再生増幅(r
egeneration)が行われる。それらの波形整形、リタイミ
ング、再生増幅の３つの機能は３Ｒ機能と呼ばれる。
【００１２】現在では、エレビウム（Er）ドープ光ファ
イバ等を使用して、光信号を光のままで増幅する光増幅
技術が進歩しており、光信号を電気に変換することなく
中継が行われている。この増幅器は上記の３Ｒ再生中継
器と異なり、損失は補償できるもののリタイミングや波
形整形の機能は無いので、アナログ的に波形歪やパルス
のジッタが蓄積する。このような欠点の反面、光−電気
変換を行わないので、電子回路の制約を受けずに高速の
変調信号を中継できるというメリットや、ＷＤＭで用い
られる多波長（多チャンネル）の信号を同時に処理でき
るというメリットを有する。
イバ等を使用して、光信号を光のままで増幅する光増幅
技術が進歩しており、光信号を電気に変換することなく
中継が行われている。この増幅器は上記の３Ｒ再生中継
器と異なり、損失は補償できるもののリタイミングや波
形整形の機能は無いので、アナログ的に波形歪やパルス
のジッタが蓄積する。このような欠点の反面、光−電気
変換を行わないので、電子回路の制約を受けずに高速の
変調信号を中継できるというメリットや、ＷＤＭで用い
られる多波長（多チャンネル）の信号を同時に処理でき
るというメリットを有する。
【００１３】この光増幅技術は、時間・波長領域の多重
化がそれほど高密度ではない場合には十分であり、現段
階の光通信ではこの光ファイバ増幅技術が広く用いられ
ている。
化がそれほど高密度ではない場合には十分であり、現段
階の光通信ではこの光ファイバ増幅技術が広く用いられ
ている。
【００１４】しかしながら、今後、特に時間領域の多重
化が進むにつれて、光パルスの再生を行う必要性が急激
に高まるのでこれに対応した技術が必要になる。例え
ば、時間領域の多重化を進めるためには、パルスの狭幅
化、ビットレートの増大、光パルスエネルギーの減少等
が必要になる。しかし、パルスの狭幅化は郡速度分散に
よる光パルスの波形の崩れを引き起こし、ビットレート
の増大はパルス間の干渉による読み取りエラーの増大を
引き起こし、光パルスエネルギーの減少は光ファイバ増
幅器からのＡＳＥ(Amplified Spontaneos Emission) ノ
イズによるＳ／Ｎ比の減少による読み取りエラーの増大
を引き起こしてしまう。そのため、中継機が再び必要に
なる。
化が進むにつれて、光パルスの再生を行う必要性が急激
に高まるのでこれに対応した技術が必要になる。例え
ば、時間領域の多重化を進めるためには、パルスの狭幅
化、ビットレートの増大、光パルスエネルギーの減少等
が必要になる。しかし、パルスの狭幅化は郡速度分散に
よる光パルスの波形の崩れを引き起こし、ビットレート
の増大はパルス間の干渉による読み取りエラーの増大を
引き起こし、光パルスエネルギーの減少は光ファイバ増
幅器からのＡＳＥ(Amplified Spontaneos Emission) ノ
イズによるＳ／Ｎ比の減少による読み取りエラーの増大
を引き起こしてしまう。そのため、中継機が再び必要に
なる。
【００１５】しかし、従来の電気による光中継は、速度
の面で限界がある。即ち、電気信号の応答速度は、電子
デバイスのキャリアの移動時間やＣＲ時定数で制限さ
れ、電気による光信号処理の速度限界は１０〜４０Gb/s
であるため、時間多重化されたこのビットレート以上の
高速信号を扱うことはできなくなる。また、光から電気
へ、電気から光へという再生を行うには大きなコストが
かかることは明らかであろう。
の面で限界がある。即ち、電気信号の応答速度は、電子
デバイスのキャリアの移動時間やＣＲ時定数で制限さ
れ、電気による光信号処理の速度限界は１０〜４０Gb/s
であるため、時間多重化されたこのビットレート以上の
高速信号を扱うことはできなくなる。また、光から電気
へ、電気から光へという再生を行うには大きなコストが
かかることは明らかであろう。
【００１６】以上述べたことから、光通信の大容量化に
向けて、光−電気変換に頼らず、光のまま信号処理を行
う全光３Ｒ中継技術は不可欠の技術となる。
向けて、光−電気変換に頼らず、光のまま信号処理を行
う全光３Ｒ中継技術は不可欠の技術となる。
【００１７】また、時間領域の多重化が進めば、光信号
を電子デバイスが扱えるビットレート信号に分解する光
デマルチプレクス（ＤＥＭＵＸ）素子も必要となる。上
述したように、電気による光信号処理の速度限界は１０
〜４０Gb/sであり、これらのビットレートの光信号を多
重化したＯＴＤＭ信号を処理するためには、まず、各信
号成分を光のままで分解するＤＥＭＵＸ装置が不可欠で
ある。
を電子デバイスが扱えるビットレート信号に分解する光
デマルチプレクス（ＤＥＭＵＸ）素子も必要となる。上
述したように、電気による光信号処理の速度限界は１０
〜４０Gb/sであり、これらのビットレートの光信号を多
重化したＯＴＤＭ信号を処理するためには、まず、各信
号成分を光のままで分解するＤＥＭＵＸ装置が不可欠で
ある。
【００１８】一方、波長の多重化が進むにつれて要求さ
れるのは、多チャンネルの光信号を一括して処理する機
能を持った素子である。各チャネルについてひとつづつ
のの中継機やＤＥＭＵＸ装置を用意することは、装置の
大型化とコスト増を招く。例え２、３チャネルでも、複
数のチャンネルを同時に処理できる高速のスイッチが得
られれば、装置の縮小、低コスト化をもたらす。さら
に、ネットワーク上で異なるチャンネルの光信号をルー
ティングするために、任意の波長を任意の波長へ変換す
る波長変換素子も期待される。
れるのは、多チャンネルの光信号を一括して処理する機
能を持った素子である。各チャネルについてひとつづつ
のの中継機やＤＥＭＵＸ装置を用意することは、装置の
大型化とコスト増を招く。例え２、３チャネルでも、複
数のチャンネルを同時に処理できる高速のスイッチが得
られれば、装置の縮小、低コスト化をもたらす。さら
に、ネットワーク上で異なるチャンネルの光信号をルー
ティングするために、任意の波長を任意の波長へ変換す
る波長変換素子も期待される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、今後の
光通信の時間・波長領域の多重化に向けて、光信号処理
装置に要求される機能は次のようにまとめられる。
光通信の時間・波長領域の多重化に向けて、光信号処理
装置に要求される機能は次のようにまとめられる。
【００２０】即ち、１０〜４０Gb/s以上の高速の応
答、任意のビットパターンの処理、基本的に波長変
換なしで信号を処理する。必要な場合には波長変換を
行う、２つ以上の波長の異なる信号をクロストークな
しに処理する、等である。しかし、そのような機能を有
する装置は知られていない。
答、任意のビットパターンの処理、基本的に波長変
換なしで信号を処理する。必要な場合には波長変換を
行う、２つ以上の波長の異なる信号をクロストークな
しに処理する、等である。しかし、そのような機能を有
する装置は知られていない。
【００２１】これまでに、幾つかの光中継やＤＥＭＵＸ
機能を持った光信号処理装置が報告されているが、上記
のような要求される性能を満たしてはいない。従来技術
として、光中継やＤＥＭＵＸ機能を持った光信号処理装
置は、例えば、D.Wolfson etal., IEEE Photonic Tech.
Lett. 12, 332(2000),"40Gb/s All optical wavelengt
h conversion, regeneration, and demultiplexing in
an SOA-based all-active Mach-Zehnder Interferomete
r" に報告されている。
機能を持った光信号処理装置が報告されているが、上記
のような要求される性能を満たしてはいない。従来技術
として、光中継やＤＥＭＵＸ機能を持った光信号処理装
置は、例えば、D.Wolfson etal., IEEE Photonic Tech.
Lett. 12, 332(2000),"40Gb/s All optical wavelengt
h conversion, regeneration, and demultiplexing in
an SOA-based all-active Mach-Zehnder Interferomete
r" に報告されている。
【００２２】本発明の目的は、高速応答に適した光信号
処理装置を提供することにある。
処理装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、連続光
状態の第１波長の第１の光と信号光パルスを有する第２
波長の第２の光を伝送する第１の光伝送手段と、前記第
１の光伝達手段から前記第１及び第２の光を入射する第
１の光増幅器と、第３波長の制御用光パルス列を出力す
るパルス光源と、前記第１の光増幅器によって波形が乗
せられた前記第１の光と前記パルス光源からの前記制御
用光パルス列とを伝送する第２の光伝送手段と、前記第
２の光伝送手段から前記第１の光と前記制御用光パルス
列が入射され且つ前記信号パルスが乗った前記第３波長
の出力光信号を出射する第２の光増幅器とを有すること
を特徴とする光信号処理装置によって解決される。
状態の第１波長の第１の光と信号光パルスを有する第２
波長の第２の光を伝送する第１の光伝送手段と、前記第
１の光伝達手段から前記第１及び第２の光を入射する第
１の光増幅器と、第３波長の制御用光パルス列を出力す
るパルス光源と、前記第１の光増幅器によって波形が乗
せられた前記第１の光と前記パルス光源からの前記制御
用光パルス列とを伝送する第２の光伝送手段と、前記第
２の光伝送手段から前記第１の光と前記制御用光パルス
列が入射され且つ前記信号パルスが乗った前記第３波長
の出力光信号を出射する第２の光増幅器とを有すること
を特徴とする光信号処理装置によって解決される。
【００２４】本発明によれば、連続光の第１波長の第１
の光と、信号光パルスの波形を有する第２波長の第２の
光とを第１の光増幅器に入射することにより、第１の光
の強度形状を信号光パルスを反転させた波形に変調し且
つ光増幅させている。また、第１の光増幅器から出力さ
れた第１の光とパルス光源から出た制御用光パルス列を
第２の光増幅器に入射している。これにより、第２の光
増幅器によって制御用光パルス列のうち第１の光の低レ
ベル強度に同期した光パルスを光増幅するとともに、第
１の光の高レベル強度に同期した光パルスの強度を低下
させて信号光として出力するようにしている。その光出
力は、制御用光パルス列と実質的に同一波長となる。
の光と、信号光パルスの波形を有する第２波長の第２の
光とを第１の光増幅器に入射することにより、第１の光
の強度形状を信号光パルスを反転させた波形に変調し且
つ光増幅させている。また、第１の光増幅器から出力さ
れた第１の光とパルス光源から出た制御用光パルス列を
第２の光増幅器に入射している。これにより、第２の光
増幅器によって制御用光パルス列のうち第１の光の低レ
ベル強度に同期した光パルスを光増幅するとともに、第
１の光の高レベル強度に同期した光パルスの強度を低下
させて信号光として出力するようにしている。その光出
力は、制御用光パルス列と実質的に同一波長となる。
【００２５】従って、波形の崩れた光信号を有する第２
波長の第２の光は、第１及び第２の光増幅器によって第
３波長の出力光信号に波長変換されて再生される。この
場合、第３波長と第２波長を等しくすれば、第２の光の
光信号の波形は、第２の光増幅器から第２波長の出力光
信号として出力されることになるので、波長変換されず
に波形整形且つ増幅されて完全に再生されることにな
る。
波長の第２の光は、第１及び第２の光増幅器によって第
３波長の出力光信号に波長変換されて再生される。この
場合、第３波長と第２波長を等しくすれば、第２の光の
光信号の波形は、第２の光増幅器から第２波長の出力光
信号として出力されることになるので、波長変換されず
に波形整形且つ増幅されて完全に再生されることにな
る。
【００２６】これにより、ノイズ、強度バラツキ、ジッ
タなどの波形の崩れた光信号の完全な再生が可能とな
る。また、そのような構成を採用することにより光時分
割多重信号のＤＥＭＵＸや波長変換が可能になる。
タなどの波形の崩れた光信号の完全な再生が可能とな
る。また、そのような構成を採用することにより光時分
割多重信号のＤＥＭＵＸや波長変換が可能になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２８】図３は、本発明の実施形態に用いられる半
導体光増幅器（以後、ＳＯＡ(Semiconductor Optical A
mplifier) という。）を示している。
導体光増幅器（以後、ＳＯＡ(Semiconductor Optical A
mplifier) という。）を示している。
【００２９】ＳＯＡは、厚さ３００μｍのｎ型GaAs基板
１の上に、厚さ１μｍのｎ型GaAsからなるバッファ層２
と、厚さ０．５μｍのｎ型Al0.4Ga0.6Asからなるｎ型ク
ラッド層３と、厚さ０．１μｍのGaAsからなる下側光閉
込層４と、活性層５と、厚さ０．１μｍのGaAsからなる
上側光閉込層６と、厚さ１．０μｍのｐ型Al0.4Ga0.6As
からなるからなるｐ型クラッド層７と、厚さ０．２μｍ
のGaAsからなるｐ型コンタクト層８を順に形成した構造
を有している。ｎ型GaAs基板１、バッファ層２、ｎ型ク
ラッド層３のそれぞれのｎ型不純物濃度は約１×１０18
cm-3であり、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８の
それぞれのｐ型不純物濃度は約１×１０ 18cm-3である。
１の上に、厚さ１μｍのｎ型GaAsからなるバッファ層２
と、厚さ０．５μｍのｎ型Al0.4Ga0.6Asからなるｎ型ク
ラッド層３と、厚さ０．１μｍのGaAsからなる下側光閉
込層４と、活性層５と、厚さ０．１μｍのGaAsからなる
上側光閉込層６と、厚さ１．０μｍのｐ型Al0.4Ga0.6As
からなるからなるｐ型クラッド層７と、厚さ０．２μｍ
のGaAsからなるｐ型コンタクト層８を順に形成した構造
を有している。ｎ型GaAs基板１、バッファ層２、ｎ型ク
ラッド層３のそれぞれのｎ型不純物濃度は約１×１０18
cm-3であり、ｐ型クラッド層７、ｐ型コンタクト層８の
それぞれのｐ型不純物濃度は約１×１０ 18cm-3である。
【００３０】活性層５は、例えば図４に示すように量子
ドット層５ａとGaAs層５ｂが交互に積層されてなる半導
体量子ドット構造を有している。例えば、量子ドット層
５ａは１０層、その間のGaAs層５ｂは９層である。量子
ドット層５ａの厚さは２５ｎｍであり、GaAs層５ｂの厚
さは２５ｎｍである。量子ドット層５ａは、その下地に
不規則に形成されたInAsからなる多数の量子ドット５ｄ
と、量子ドット５ｄの間を埋め込むInGaAsからなるウェ
ッティング層５ｗから構成されている。量子ドット５ｄ
の大きさは約２０ｎｍである。量子ドット５ｄは、キャ
リアを３次元的に閉じ込める。
ドット層５ａとGaAs層５ｂが交互に積層されてなる半導
体量子ドット構造を有している。例えば、量子ドット層
５ａは１０層、その間のGaAs層５ｂは９層である。量子
ドット層５ａの厚さは２５ｎｍであり、GaAs層５ｂの厚
さは２５ｎｍである。量子ドット層５ａは、その下地に
不規則に形成されたInAsからなる多数の量子ドット５ｄ
と、量子ドット５ｄの間を埋め込むInGaAsからなるウェ
ッティング層５ｗから構成されている。量子ドット５ｄ
の大きさは約２０ｎｍである。量子ドット５ｄは、キャ
リアを３次元的に閉じ込める。
【００３１】バッファ層２からコンタクト層８までの各
層は、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法のような結
晶成長法によって成長される。
層は、例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法のような結
晶成長法によって成長される。
【００３２】ｐ型コンタクト層８の上面には例えばAuZn
合金よりなるｐ側電極９が形成されていて、また、ｎ型
GaAs基板１の下面には例えばAuGe合金よりなるｎ側電極
１０が形成されている。
合金よりなるｐ側電極９が形成されていて、また、ｎ型
GaAs基板１の下面には例えばAuGe合金よりなるｎ側電極
１０が形成されている。
【００３３】量子ドット５ｄは電子の波長よりも小さな
半導体から構成されている。その形状は、球に近いもの
から扁平なレンズ状のもの、或いは直方体形状のものな
ど、さまざまであるが、特徴的なことは量子ドット５ｄ
の内部に閉じ込められた電子のエネルギー準位が完全に
量子化されてとびとびになることである。このような量
子ドット５ｄを用いると、電子と光の相互作用が強めら
れ、高性能の半導体レーザが実現されると期待されてお
り、長年研究されてきた。
半導体から構成されている。その形状は、球に近いもの
から扁平なレンズ状のもの、或いは直方体形状のものな
ど、さまざまであるが、特徴的なことは量子ドット５ｄ
の内部に閉じ込められた電子のエネルギー準位が完全に
量子化されてとびとびになることである。このような量
子ドット５ｄを用いると、電子と光の相互作用が強めら
れ、高性能の半導体レーザが実現されると期待されてお
り、長年研究されてきた。
【００３４】量子ドット５ｄの作製方法として、自己形
成法が広く用いられている。自己形成法とは半導体基板
の上に、基板とは格子常数が異なる半導体材料を成長さ
せることによって量子ドットを得る方法である。格子定
数が異なるために、通常の２次元成長では基板とその上
に成長される半導体との間に強い歪みエネルギーが溜ま
ってしまう。これを避けるために、その半導体が２次元
ではなく３次元の島状に成長する。その島の大きさは、
電子の波長と同程度であるために、量子ドット５ｄ内の
電子のエネルギーは量子化される。
成法が広く用いられている。自己形成法とは半導体基板
の上に、基板とは格子常数が異なる半導体材料を成長さ
せることによって量子ドットを得る方法である。格子定
数が異なるために、通常の２次元成長では基板とその上
に成長される半導体との間に強い歪みエネルギーが溜ま
ってしまう。これを避けるために、その半導体が２次元
ではなく３次元の島状に成長する。その島の大きさは、
電子の波長と同程度であるために、量子ドット５ｄ内の
電子のエネルギーは量子化される。
【００３５】このため、量子ドット５ｄの伝導帯中の電
子のエネルギー準位は、図５に示すように離散的に分布
する。図５のエネルギー準位は、基底状態Ｎj と１次励
起状態Ｎe と２次以上の励起状態Ｎc に分布する。２次
以上の励起状態Ｎc におけるエネルギー準位間の差は、
１次励起状態Ｎe と基底状態Ｎj の差、或いは２次励起
状態と基底状態Ｎj の差よりも小さいので、２次以上の
励起状態Ｎc は連続状態と見なせる。なお、図５におい
てＮw はウェッティング層５ｗ内で連続状態を占める電
子密度を示している。
子のエネルギー準位は、図５に示すように離散的に分布
する。図５のエネルギー準位は、基底状態Ｎj と１次励
起状態Ｎe と２次以上の励起状態Ｎc に分布する。２次
以上の励起状態Ｎc におけるエネルギー準位間の差は、
１次励起状態Ｎe と基底状態Ｎj の差、或いは２次励起
状態と基底状態Ｎj の差よりも小さいので、２次以上の
励起状態Ｎc は連続状態と見なせる。なお、図５におい
てＮw はウェッティング層５ｗ内で連続状態を占める電
子密度を示している。
【００３６】量子ドット５ｄを有するＳＯＡの利得スペ
クトルには、図６(a) に示すように基底状態Ｎj に対応
するピークＰ0 と励起状態Ｎe ，Ｎc に対応するピーク
Ｐｅが現れる。そして、基底状態Ｎj のエネルギーに相
当する光パルスが活性層５に入射すると、図６(b) に示
すように、誘導放出により基底状態Ｎj の電子密度が低
下する。減少した電子が基底状態Ｎj に補充されるまで
に約１０ｐｓ程度の緩和時間が必要である。このため、
入射光のエネルギーに対応する位置にスペクトルホール
ＳＨが現れ、利得飽和が生じる。
クトルには、図６(a) に示すように基底状態Ｎj に対応
するピークＰ0 と励起状態Ｎe ，Ｎc に対応するピーク
Ｐｅが現れる。そして、基底状態Ｎj のエネルギーに相
当する光パルスが活性層５に入射すると、図６(b) に示
すように、誘導放出により基底状態Ｎj の電子密度が低
下する。減少した電子が基底状態Ｎj に補充されるまで
に約１０ｐｓ程度の緩和時間が必要である。このため、
入射光のエネルギーに対応する位置にスペクトルホール
ＳＨが現れ、利得飽和が生じる。
【００３７】光パルスが活性層５内を通過すると、図６
(c) に示すように、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc の緩和
によって基底状態Ｎj のエネルギーに対応する利得が回
復する。利得が回復するまでの時間は１０ｐｓ程度であ
る。励起状態Ｎe や連続状態Ｎc から基底状態Ｎj へ電
子が遷移することにより、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc
の電子密度が低下する。この電子密度の低下分は、図６
(d) に示すように電極９，１０から注入されるキャリア
によって補充されて、約０．５ｎｓ後に、励起状態Ｎe
のエネルギーに対応する利得が定常状態の値まで回復す
る。
(c) に示すように、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc の緩和
によって基底状態Ｎj のエネルギーに対応する利得が回
復する。利得が回復するまでの時間は１０ｐｓ程度であ
る。励起状態Ｎe や連続状態Ｎc から基底状態Ｎj へ電
子が遷移することにより、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc
の電子密度が低下する。この電子密度の低下分は、図６
(d) に示すように電極９，１０から注入されるキャリア
によって補充されて、約０．５ｎｓ後に、励起状態Ｎe
のエネルギーに対応する利得が定常状態の値まで回復す
る。
【００３８】このように、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc
の電子密度の回復には、比較的長時間を必要とする。し
かし、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc の状態数は、基底状
態Ｎ j の状態数に比べて多い。これらの状態に、予め、
十分な数の電子を注入しておけば、励起状態Ｎe や連続
状態Ｎc の電子密度の回復の遅さは、基底状態Ｎj のエ
ネルギーの利得に殆ど影響を及ぼさない。
の電子密度の回復には、比較的長時間を必要とする。し
かし、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc の状態数は、基底状
態Ｎ j の状態数に比べて多い。これらの状態に、予め、
十分な数の電子を注入しておけば、励起状態Ｎe や連続
状態Ｎc の電子密度の回復の遅さは、基底状態Ｎj のエ
ネルギーの利得に殆ど影響を及ぼさない。
【００３９】上述のように、量子ドット５ｄを有するＳ
ＯＡの場合には、利得飽和がスペクトルホールＳＨの発
生によって生じるため、その応答時間は極めて短い。ま
た、利得の回復は、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc から基
底状態Ｎj へ電子が補充されることによって生じる。こ
のため利得の快復時間も極めて短い。
ＯＡの場合には、利得飽和がスペクトルホールＳＨの発
生によって生じるため、その応答時間は極めて短い。ま
た、利得の回復は、励起状態Ｎe や連続状態Ｎc から基
底状態Ｎj へ電子が補充されることによって生じる。こ
のため利得の快復時間も極めて短い。
【００４０】なお、量子ドットについては、M.Sugawar
a, "Self-assembled InGaAs/GaAs quantum dots" (Acad
emic Press, 1999)に記載されている。
a, "Self-assembled InGaAs/GaAs quantum dots" (Acad
emic Press, 1999)に記載されている。
【００４１】半導体量子ドットをＳＯＡの活性層５に適
用することによって、ＳＯＡの高速化、多波長処理性能
は、従来の単一又は多重量子井戸構造の活性層に比べて
良好になる。
用することによって、ＳＯＡの高速化、多波長処理性能
は、従来の単一又は多重量子井戸構造の活性層に比べて
良好になる。
【００４２】また、量子ドット構造を有するＳＯＡが高
速で多波長の光信号を処理できることは、M.Sugawara e
t al. Jap. J. Appl. Phys., 40, L488(2000), "Quantu
m-dot semiconductor optical amplifiers for high bi
t-rate signal prosessing over 40Gb/s" に詳しく述べ
られている。
速で多波長の光信号を処理できることは、M.Sugawara e
t al. Jap. J. Appl. Phys., 40, L488(2000), "Quantu
m-dot semiconductor optical amplifiers for high bi
t-rate signal prosessing over 40Gb/s" に詳しく述べ
られている。
【００４３】なお、ＳＯＡを構成する活性層５は、図４
に示した半導体量子ドット構造ではなく、バルク半導体
層又は単一或いは多重の量子井戸構造半導体層であって
もよい。量子ドット構造のＳＯＡは、４０Gb/s以上の信
号処理に適用される。また、１０Gb/s以下の低速のビッ
トレートの場合には活性層５として量子ドット構造を用
いる必要はない。
に示した半導体量子ドット構造ではなく、バルク半導体
層又は単一或いは多重の量子井戸構造半導体層であって
もよい。量子ドット構造のＳＯＡは、４０Gb/s以上の信
号処理に適用される。また、１０Gb/s以下の低速のビッ
トレートの場合には活性層５として量子ドット構造を用
いる必要はない。
【００４４】上記したＳＯＡを光増幅器として用いる原
理を以下に説明する。
理を以下に説明する。
【００４５】ＳＯＡのｎ側電極１０とｐ側電極９に直流
電源を接続してｐｎ接合に順バイアスを加えると、活性
層５が反転分布状態になり、利得を発生する。この構造
はそのまま光導波路になっているため活性層５の一端か
ら入射した光は内部で増幅されて他端から出てくること
になる。しかも、ＳＯＡは、図７に示すように、入力光
強度に対して出射強度が飽和するという特性を持ってい
る。これを利得飽和と呼ぶ。ＳＯＡが量子ドット５ｄを
有している場合には、スペクトルホールの発生によって
利得飽和が生じる。
電源を接続してｐｎ接合に順バイアスを加えると、活性
層５が反転分布状態になり、利得を発生する。この構造
はそのまま光導波路になっているため活性層５の一端か
ら入射した光は内部で増幅されて他端から出てくること
になる。しかも、ＳＯＡは、図７に示すように、入力光
強度に対して出射強度が飽和するという特性を持ってい
る。これを利得飽和と呼ぶ。ＳＯＡが量子ドット５ｄを
有している場合には、スペクトルホールの発生によって
利得飽和が生じる。
【００４６】これにより、図８に示すように、ＳＯＡ素
子１１の入力側には、信号光パルス列のみが入射し、各
々の信号光パルスの強度がばらついているとする。その
強度のばらつきは、信号光パルスが伝送過程で様々な要
因、例えばノイズの発生、システムへの外乱、分岐によ
って生じる。
子１１の入力側には、信号光パルス列のみが入射し、各
々の信号光パルスの強度がばらついているとする。その
強度のばらつきは、信号光パルスが伝送過程で様々な要
因、例えばノイズの発生、システムへの外乱、分岐によ
って生じる。
【００４７】そして、ＳＯＡ素子１１では光信号を増幅
し、その強度を一定化して出力することが可能になる。
ＳＯＡ素子１１が量子ドット５ｄを有している場合に
は、利得飽和の生じる時間が１ｐｓ程度であるため、通
常のＳＯＡでは困難な２Gb/s以上の光信号の増幅及び整
形を行うことができる。図８に示す構成は２Ｒ素子であ
り、ビットレートが１０Gb/s以上、特に４０Gb/s以上の
光信号の増幅及び整形に適している。
し、その強度を一定化して出力することが可能になる。
ＳＯＡ素子１１が量子ドット５ｄを有している場合に
は、利得飽和の生じる時間が１ｐｓ程度であるため、通
常のＳＯＡでは困難な２Gb/s以上の光信号の増幅及び整
形を行うことができる。図８に示す構成は２Ｒ素子であ
り、ビットレートが１０Gb/s以上、特に４０Gb/s以上の
光信号の増幅及び整形に適している。
【００４８】次に、上記したＳＯＡを用いて波長変換す
ることについて説明する。
ることについて説明する。
【００４９】図９は、強度の弱い第１波長λ1 の連続光
の光信号ｓ1 と強度の強い第２波長λ2 のパルス列の光
信号ｓ2 が同時にＳＯＡ素子１１に入射している様子を
示している。この場合、ＳＯＡ素子１１に入射する光信
号ｓ2 が高レベルになるとＳＯＡ素子１１の利得が飽和
するように、光信号ｓ1 ，ｓ2 の強度とＳＯＡ素子１１
の増幅特性を調整させておく。これにより、パルス列の
光信号ｓ2 のパルスのオン、オフによってＳＯＡ素子１
１の利得が変動するため、第１波長λ1 の連続の光信号
ｓ1 の強度が変調を受ける。
の光信号ｓ1 と強度の強い第２波長λ2 のパルス列の光
信号ｓ2 が同時にＳＯＡ素子１１に入射している様子を
示している。この場合、ＳＯＡ素子１１に入射する光信
号ｓ2 が高レベルになるとＳＯＡ素子１１の利得が飽和
するように、光信号ｓ1 ，ｓ2 の強度とＳＯＡ素子１１
の増幅特性を調整させておく。これにより、パルス列の
光信号ｓ2 のパルスのオン、オフによってＳＯＡ素子１
１の利得が変動するため、第１波長λ1 の連続の光信号
ｓ1 の強度が変調を受ける。
【００５０】即ち、ＳＯＡ素子１１から出力される第１
波長λ1 の光の波形は、パルス列の光信号ｓ2 の波形を
ちょうど反転した形となり、光パルス列を第２波長λ2
から第１波長λ1 に反転移し変えることができる。これ
により、ＳＯＡ素子１１は波長変換機能を発揮する。
波長λ1 の光の波形は、パルス列の光信号ｓ2 の波形を
ちょうど反転した形となり、光パルス列を第２波長λ2
から第１波長λ1 に反転移し変えることができる。これ
により、ＳＯＡ素子１１は波長変換機能を発揮する。
【００５１】ＳＯＡ素子１１が量子ドットを有する構造
の場合には、光信号ｓ2 がＳＯＡ素子１１に入力される
とスペクトルホールＳＨが形成される。エネルギー空間
におけるスペクトルホールＳＨの広がりは、第１波長λ
1 の光信号ｓ1 のエネルギーまで及ぶ。このため、光信
号ｓ2 の高レベルのパルスがＳＯＡ素子１１に入力され
ると、光信号ｓ1 の利得が減少して光信号ｓ1 の出力強
度が低下する。このため、ＳＯＡ素子１１により光信号
ｓ2 の波形を反転させた第１波長λ1 の波形が得られ
る。ＳＯＡ素子１１が量子ドット５ｄを有している場合
には、通常のＳＯＡでは困難な２Gb/s以上の光信号の波
長変換を行うことができ、ビットレートが１０Gb/s以
上、特に４０Gb/s以上の光信号の波長変換に適してい
る。
の場合には、光信号ｓ2 がＳＯＡ素子１１に入力される
とスペクトルホールＳＨが形成される。エネルギー空間
におけるスペクトルホールＳＨの広がりは、第１波長λ
1 の光信号ｓ1 のエネルギーまで及ぶ。このため、光信
号ｓ2 の高レベルのパルスがＳＯＡ素子１１に入力され
ると、光信号ｓ1 の利得が減少して光信号ｓ1 の出力強
度が低下する。このため、ＳＯＡ素子１１により光信号
ｓ2 の波形を反転させた第１波長λ1 の波形が得られ
る。ＳＯＡ素子１１が量子ドット５ｄを有している場合
には、通常のＳＯＡでは困難な２Gb/s以上の光信号の波
長変換を行うことができ、ビットレートが１０Gb/s以
上、特に４０Gb/s以上の光信号の波長変換に適してい
る。
【００５２】なお、第１波長λ1 の光信号ｓ1 のエネル
ギーが、第２波長λ2 の光信号ｓ2のスペクトルホール
に含まれる場合には、波長λ1 とλ2 の光エネルギー差
が量子ドットの利得の均一幅（室温で１０〜２０ｍｅ
Ｖ）よりも小さいことが必要になる。
ギーが、第２波長λ2 の光信号ｓ2のスペクトルホール
に含まれる場合には、波長λ1 とλ2 の光エネルギー差
が量子ドットの利得の均一幅（室温で１０〜２０ｍｅ
Ｖ）よりも小さいことが必要になる。
【００５３】以下に、上記した原理を利用した光信号処
理装置を説明する。 （第１実施例）図１０は、２つのＳＯＡ素子を用いて光
信号を処理する装置である。
理装置を説明する。 （第１実施例）図１０は、２つのＳＯＡ素子を用いて光
信号を処理する装置である。
【００５４】第１のＳＯＡ素子２１の入力端には、第１
波長λ1 の連続光(CW)の光信号ｓ01と第２波長λ2 の入
力信号ｓ02を伝達する第１の光ファイバ２２が接続され
ている。また、第１のＳＯＡ素子２１の出力端は、第２
の光ファイバ２３を介して第２のＳＯＡ素子２４の入力
端に光学的に接続されている。
波長λ1 の連続光(CW)の光信号ｓ01と第２波長λ2 の入
力信号ｓ02を伝達する第１の光ファイバ２２が接続され
ている。また、第１のＳＯＡ素子２１の出力端は、第２
の光ファイバ２３を介して第２のＳＯＡ素子２４の入力
端に光学的に接続されている。
【００５５】第２の光ファイバ２３の途中には、第２波
長λ2 の光をカットする第１のフィルタ２５と光結合器
２７が光進行方向に順に取り付けられている。
長λ2 の光をカットする第１のフィルタ２５と光結合器
２７が光進行方向に順に取り付けられている。
【００５６】光結合器２７は、パルス光源２６から出る
第３波長λ3 の光パルス列ｓ03と第１のフィルタ２５を
透過した光を結合する構造を有している。第３波長λ3
の光パルス列ｓ03は、第２の光ファイバ２３を通して第
２のＳＯＡ素子２４に入力される光信号に実質的に同期
してパルス光源２６から出力される。また、その光パル
ス列ｓ03は、第２の光信号ｓ02の信号パルスとビットレ
ートが等しい。
第３波長λ3 の光パルス列ｓ03と第１のフィルタ２５を
透過した光を結合する構造を有している。第３波長λ3
の光パルス列ｓ03は、第２の光ファイバ２３を通して第
２のＳＯＡ素子２４に入力される光信号に実質的に同期
してパルス光源２６から出力される。また、その光パル
ス列ｓ03は、第２の光信号ｓ02の信号パルスとビットレ
ートが等しい。
【００５７】第２のＳＯＡ素子２４の出力端には第３の
光ファイバ２８が接続され、第３の光ファイバ２８には
第１波長λ1 の光をカットする第２のフィルタ２９が取
り付けられている。
光ファイバ２８が接続され、第３の光ファイバ２８には
第１波長λ1 の光をカットする第２のフィルタ２９が取
り付けられている。
【００５８】以上のような構成の光信号処理装置におい
て、第１波長λ1 の連続（ＣＷ）光の第１光信号ｓ01と
ビットパターンを持った第２波長λ2 の第２光信号ｓ02
を第１の光ファイバ２２を通して第１のＳＯＡ素子２１
に入力すると、第２光信号ｓ 02の波形が反転した状態に
変調された第１波長λ1 の光信号ｓ01が第１のＳＯＡ素
子２１から出力される。なお、第２光信号ｓ02は、高周
波のＡＳＥノイズ、ビット間の強度のバラツキ、波形の
乱れ、ジッタ、を含む乱れた信号である。
て、第１波長λ1 の連続（ＣＷ）光の第１光信号ｓ01と
ビットパターンを持った第２波長λ2 の第２光信号ｓ02
を第１の光ファイバ２２を通して第１のＳＯＡ素子２１
に入力すると、第２光信号ｓ 02の波形が反転した状態に
変調された第１波長λ1 の光信号ｓ01が第１のＳＯＡ素
子２１から出力される。なお、第２光信号ｓ02は、高周
波のＡＳＥノイズ、ビット間の強度のバラツキ、波形の
乱れ、ジッタ、を含む乱れた信号である。
【００５９】第１のＳＯＡ素子２１から出力された第１
波長λ1 の第１光信号ｓ01は、第２波長λ2 の光信号パ
ターンを反転した波形を有し且つ増幅されているが、そ
の波形ではＡＳＥノイズが消えている。これは、ノイズ
の周波数が利得飽和の追従速度よりも十分遅いためであ
る。
波長λ1 の第１光信号ｓ01は、第２波長λ2 の光信号パ
ターンを反転した波形を有し且つ増幅されているが、そ
の波形ではＡＳＥノイズが消えている。これは、ノイズ
の周波数が利得飽和の追従速度よりも十分遅いためであ
る。
【００６０】また、第２波長λ2 の第２光信号ｓ02に存
在した波高値のバラツキは、第１のＳＯＡ素子２１から
出力された第１波長λ1 の光信号ｓ01では上記した原理
によって無くなって波高値が揃えられる。なお、第１の
ＳＯＡ素子２１から出た第２波長λ2 の光信号ｓ02は第
１のフィルタ２５でカットされる。
在した波高値のバラツキは、第１のＳＯＡ素子２１から
出力された第１波長λ1 の光信号ｓ01では上記した原理
によって無くなって波高値が揃えられる。なお、第１の
ＳＯＡ素子２１から出た第２波長λ2 の光信号ｓ02は第
１のフィルタ２５でカットされる。
【００６１】さらに、第１のＳＯＡ素子２１から出力さ
れて信号光パターンが乗った第１波長λ1 の第１光信号
ｓ01は、結合器２７により第３波長λ3 の光パルス列ｓ
03と結合されて第２のＳＯＡ素子２４の入力端に入射さ
れる。なお、光パルス列ｓ03の波高値は、第１光信号ｓ
01の波高値よりも小さくなっている。
れて信号光パターンが乗った第１波長λ1 の第１光信号
ｓ01は、結合器２７により第３波長λ3 の光パルス列ｓ
03と結合されて第２のＳＯＡ素子２４の入力端に入射さ
れる。なお、光パルス列ｓ03の波高値は、第１光信号ｓ
01の波高値よりも小さくなっている。
【００６２】そして、第２のＳＯＡ素子２４では、第１
光信号ｓ01のうち光強度が弱い部分に同期している光パ
ルス列ｓ03が増幅されて波高値が高くなり、さらに第１
光信号ｓ01のうち光強度が強い部分に同期している光パ
ルス列ｓ03の波高値が低く抑えられる。これにより、第
１のＳＯＡ素子２１に入力した第２光信号ｓ02の光信号
パターンが乗った第３波長λ3 の光信号ｓ04が第２のＳ
ＯＡ素子２４から出力される。
光信号ｓ01のうち光強度が弱い部分に同期している光パ
ルス列ｓ03が増幅されて波高値が高くなり、さらに第１
光信号ｓ01のうち光強度が強い部分に同期している光パ
ルス列ｓ03の波高値が低く抑えられる。これにより、第
１のＳＯＡ素子２１に入力した第２光信号ｓ02の光信号
パターンが乗った第３波長λ3 の光信号ｓ04が第２のＳ
ＯＡ素子２４から出力される。
【００６３】なお、第２のＳＯＡ素子２４から出力され
た第１波長λ1 の第１光信号ｓ01は第２のフィルタ２９
でカットされる。
た第１波長λ1 の第１光信号ｓ01は第２のフィルタ２９
でカットされる。
【００６４】以上のように、新たなパルス光源２６から
の第３波長λ3 の光パルス列ｓ03を用いた結果、第１の
ＳＯＡ素子２１に入力する第２光信号ｓ02の信号パター
ンが乗せられて第２のＳＯＡ素子２４から出射された第
３波長λ3 の光信号ｓ04は、波形の乱れもジッタも無
い。
の第３波長λ3 の光パルス列ｓ03を用いた結果、第１の
ＳＯＡ素子２１に入力する第２光信号ｓ02の信号パター
ンが乗せられて第２のＳＯＡ素子２４から出射された第
３波長λ3 の光信号ｓ04は、波形の乱れもジッタも無
い。
【００６５】第２のＳＯＡ素子２４から出射された第３
波長λ3 の光信号ｓ04は、必要に応じ、所定の強度以下
の光パルスを非線形フィルタ等で除くようにしてもよ
い。
波長λ3 の光信号ｓ04は、必要に応じ、所定の強度以下
の光パルスを非線形フィルタ等で除くようにしてもよ
い。
【００６６】以上のような構成を採ると、波形の乱れた
光信号を、電気信号に変換することなく、完全に再生す
ることが可能になる。なお、λ2 ＝λ3 とすることは何
ら問題ない。波長変換が必要な場合には。λ2 とλ3 を
異なる波長にすればよい。
光信号を、電気信号に変換することなく、完全に再生す
ることが可能になる。なお、λ2 ＝λ3 とすることは何
ら問題ない。波長変換が必要な場合には。λ2 とλ3 を
異なる波長にすればよい。
【００６７】信号処理の速度は、第１のＳＯＡ素子２
１、第２のＳＯＡ素子２４の速度で決まり、図４に示し
た量子ドット５ｄを有するＳＯＡを用いると、電気信号
では処理が不可能な４０Gb/s以上の高速信号光パルスを
パターン効果なく再生することができる。
１、第２のＳＯＡ素子２４の速度で決まり、図４に示し
た量子ドット５ｄを有するＳＯＡを用いると、電気信号
では処理が不可能な４０Gb/s以上の高速信号光パルスを
パターン効果なく再生することができる。
【００６８】同じ構成によれば、ＯＴＤＭ信号のＤＥＭ
ＵＸも行うことができる。パルス光源２６のビットレー
トをＯＴＤＭ信号を構成する信号成分のビットレートと
すれば、任意の信号成分のみを取り出すことができる。
ＵＸも行うことができる。パルス光源２６のビットレー
トをＯＴＤＭ信号を構成する信号成分のビットレートと
すれば、任意の信号成分のみを取り出すことができる。
【００６９】以上の特性を従来装置と比較する。その従
来装置として、ＳＯＡを用いたマッハツェンダー干渉計
を使用する装置が、D.Wolfson et al., IEEEPhotonic T
ech.Lett.12, 332(2000)."40Gb/s All optical wavelen
gth convension, regeneration, and demultiplexing i
n an SSOA-based all-active Mach-Zehnder Interferom
eter" に示されている。
来装置として、ＳＯＡを用いたマッハツェンダー干渉計
を使用する装置が、D.Wolfson et al., IEEEPhotonic T
ech.Lett.12, 332(2000)."40Gb/s All optical wavelen
gth convension, regeneration, and demultiplexing i
n an SSOA-based all-active Mach-Zehnder Interferom
eter" に示されている。
【００７０】その従来装置と本実施形態の比較の結果、
本実施形態によれば、量子ドットを使っているからパ
タ−ン効果がない、使用した光波長以外への波長変換
が起こらない、マッハツェンダー干渉計などの複雑な
光導波路が不要、という優位性を持つ。また、意図的に
波長変換を自在に起こすことも可能である。 （第２実施例）図１１は、第１実施形態に示した構造を
利用して構成される光３Ｒ中継器を示している。図１１
において、図１０と同一符号は同じ要素を示している。
但し、第１のＳＯＡ素子２１と第２のＳＯＡ素子２４と
して、図３に示した活性層５内に量子ドット（ＱＤ）５
ｄを有するＳＯＡを用いている。
本実施形態によれば、量子ドットを使っているからパ
タ−ン効果がない、使用した光波長以外への波長変換
が起こらない、マッハツェンダー干渉計などの複雑な
光導波路が不要、という優位性を持つ。また、意図的に
波長変換を自在に起こすことも可能である。 （第２実施例）図１１は、第１実施形態に示した構造を
利用して構成される光３Ｒ中継器を示している。図１１
において、図１０と同一符号は同じ要素を示している。
但し、第１のＳＯＡ素子２１と第２のＳＯＡ素子２４と
して、図３に示した活性層５内に量子ドット（ＱＤ）５
ｄを有するＳＯＡを用いている。
【００７１】図１１は、図１０で示したパルス光源２６
として、モードロックレーザ（ＭＬＬ(Mode-Lock Lase
r))を用いている。モードロックレーザは、第１のＳＯ
Ａ素子２１に入射される第２光信号ｓ02を光遅延回路３
０及び第３の光ファイバ３１を通して入力して、第２光
信号ｓ02のパルス光に同期させた信号を第３の光ファイ
バ３１を介して第２のＳＯＡ素子２４に入射させる。な
お、パルス光源２６のパルス列ｓ03は、第２の光信号ｓ
02の信号光パルスとビットレートが等しくなっている。
として、モードロックレーザ（ＭＬＬ(Mode-Lock Lase
r))を用いている。モードロックレーザは、第１のＳＯ
Ａ素子２１に入射される第２光信号ｓ02を光遅延回路３
０及び第３の光ファイバ３１を通して入力して、第２光
信号ｓ02のパルス光に同期させた信号を第３の光ファイ
バ３１を介して第２のＳＯＡ素子２４に入射させる。な
お、パルス光源２６のパルス列ｓ03は、第２の光信号ｓ
02の信号光パルスとビットレートが等しくなっている。
【００７２】光遅延回路３０は、モードロックレーザか
ら入射される光パルス列ｓ03を、第２のＳＯＡ素子２４
に入射される第２波長λ2 の第２光信号ｓ02に同期させ
るものである。
ら入射される光パルス列ｓ03を、第２のＳＯＡ素子２４
に入射される第２波長λ2 の第２光信号ｓ02に同期させ
るものである。
【００７３】これにより、パルス光源２６の光パルス列
ｓ03の波長は第２光信号ｓ02の波長と同じになり、図１
０の装置においてλ2 ＝λ3 に設定した構造と等価であ
る。従って、第２のＳＯＡ素子２４から出射されて第２
のフィルタ２９を通過した光信号ｓ04の波長はλ2 とな
る。
ｓ03の波長は第２光信号ｓ02の波長と同じになり、図１
０の装置においてλ2 ＝λ3 に設定した構造と等価であ
る。従って、第２のＳＯＡ素子２４から出射されて第２
のフィルタ２９を通過した光信号ｓ04の波長はλ2 とな
る。
【００７４】また、第２のＳＯＡ素子２４の出射端に接
続される第２の光ファイバ２８のうち第２のフィルタ２
９の出射側には、光進行方向に、光増幅素子３２と可飽
和吸収素子３３が順に接続され、これにより図１１に示
した光処理装置から出射される光信号ｓ04では第２光信
号ｓ02の完全なパターンが再現される。即ち、第２のＳ
ＯＡ素子２４から第２のフィルタ２９を透過した光信号
ｓ04の強度は、光増幅素子３２により所定の大きさに強
くされるとともに、過飽和吸収素子３３により所定値以
下の強度の光をカットする構成を有している。過飽和吸
収素子３３としては、例えば、閾値以上の光量が入射さ
れた場合に発振する半導体増幅素子が使用される。
続される第２の光ファイバ２８のうち第２のフィルタ２
９の出射側には、光進行方向に、光増幅素子３２と可飽
和吸収素子３３が順に接続され、これにより図１１に示
した光処理装置から出射される光信号ｓ04では第２光信
号ｓ02の完全なパターンが再現される。即ち、第２のＳ
ＯＡ素子２４から第２のフィルタ２９を透過した光信号
ｓ04の強度は、光増幅素子３２により所定の大きさに強
くされるとともに、過飽和吸収素子３３により所定値以
下の強度の光をカットする構成を有している。過飽和吸
収素子３３としては、例えば、閾値以上の光量が入射さ
れた場合に発振する半導体増幅素子が使用される。
【００７５】以上のような構成によれば、ＡＳＥノイ
ズ、波形の乱れ、ジッタ等により波形の崩れた第２波長
λ2 の第２光信号ｓ02は、整形、増幅、リタイミングが
行われて完全なパターンに再生され、実質的に可飽和吸
収素子３３から波長変換されずに出力されることにな
る。 （第３実施例）図１２は、第１実施形態に示した構造を
利用して構成されるＤＥＭＵＸ装置を示している。図１
２において、図１０、図１１と同一符号は同じ要素を示
している。但し、第１のＳＯＡ素子２１と第２のＳＯＡ
素子２４として、図３に示した活性層５内に量子ドット
５ｄを有するＳＯＡを用いている。
ズ、波形の乱れ、ジッタ等により波形の崩れた第２波長
λ2 の第２光信号ｓ02は、整形、増幅、リタイミングが
行われて完全なパターンに再生され、実質的に可飽和吸
収素子３３から波長変換されずに出力されることにな
る。 （第３実施例）図１２は、第１実施形態に示した構造を
利用して構成されるＤＥＭＵＸ装置を示している。図１
２において、図１０、図１１と同一符号は同じ要素を示
している。但し、第１のＳＯＡ素子２１と第２のＳＯＡ
素子２４として、図３に示した活性層５内に量子ドット
５ｄを有するＳＯＡを用いている。
【００７６】図１２に示すＤＥＭＵＸ装置は、パルス光
源２６としてモードロックレーザ（ＭＬＬ）を用いてい
る。モードロックレーザから出たパルス光列ｓ03は、第
１のＳＯＡ素子２１に入射される第２の光信号ｓ02の多
重信号光パルスを構成する各信号成分とビットレートが
等しくなっている。
源２６としてモードロックレーザ（ＭＬＬ）を用いてい
る。モードロックレーザから出たパルス光列ｓ03は、第
１のＳＯＡ素子２１に入射される第２の光信号ｓ02の多
重信号光パルスを構成する各信号成分とビットレートが
等しくなっている。
【００７７】そのモードロックレーザは、第２波長λ2
で４０Gb/sのパルス光列ｓ03を第３の光ファイバ３１を
通して第２のＳＯＡ素子２４に入射させる。第３の光フ
ァイバ３１のうち、光結合器２７とパルス光源２６の間
には光遅延回路３０が取り付けられている。
で４０Gb/sのパルス光列ｓ03を第３の光ファイバ３１を
通して第２のＳＯＡ素子２４に入射させる。第３の光フ
ァイバ３１のうち、光結合器２７とパルス光源２６の間
には光遅延回路３０が取り付けられている。
【００７８】これにより、パルス光源２６からは第２の
光信号ｓ02と同じ第２波長λ2 のパルス列が第２のＳＯ
Ａ素子２４に入射されることになる。従って、第２のＳ
ＯＡ素子２４から出力されて第２のフィルタ２９を通過
した光信号ｓ04の波長はλ2となる。
光信号ｓ02と同じ第２波長λ2 のパルス列が第２のＳＯ
Ａ素子２４に入射されることになる。従って、第２のＳ
ＯＡ素子２４から出力されて第２のフィルタ２９を通過
した光信号ｓ04の波長はλ2となる。
【００７９】ところで、第１のＳＯＡ素子２１に入射さ
れる第２波長λ2 の第２の光信号ｓ 02は１６０Gb/sの４
重のＯＴＤＭ信号である。そのＯＴＤＭ信号において、
時分割された４つの信号列は図１２の光波形において
１、２、３、４と番号が付されて区別されている。
れる第２波長λ2 の第２の光信号ｓ 02は１６０Gb/sの４
重のＯＴＤＭ信号である。そのＯＴＤＭ信号において、
時分割された４つの信号列は図１２の光波形において
１、２、３、４と番号が付されて区別されている。
【００８０】また、第２のフィルタ２５の出射側の光フ
ァイバ２８には、光進行方向に光増幅素子３２と可飽和
吸収素子３３が順に接続され、これにより光信号として
完全なパターンが再現される。即ち、第２のＳＯＡ素子
２４から出た光信号ｓ04の強度を光増幅素子３２により
所定の大きさに増幅するとともに、過飽和吸収素子３３
により所定値以下の強度の光をカットする構成を有して
いる。
ァイバ２８には、光進行方向に光増幅素子３２と可飽和
吸収素子３３が順に接続され、これにより光信号として
完全なパターンが再現される。即ち、第２のＳＯＡ素子
２４から出た光信号ｓ04の強度を光増幅素子３２により
所定の大きさに増幅するとともに、過飽和吸収素子３３
により所定値以下の強度の光をカットする構成を有して
いる。
【００８１】以上のような構成のＤＥＭＵＸ装置におい
て、第１波長λ1 の連続光である第１の光信号ｓ01と第
２波長λ2 の第２の光信号（ＯＴＤＭ信号）ｓ02を第１
の光ファイバ２２を通して第１のＳＯＡ素子２１に入力
すると、第２の信号光ｓ02の波形が反転した状態の第１
の光信号ｓ01が第１のＳＯＡ素子２１から出る。
て、第１波長λ1 の連続光である第１の光信号ｓ01と第
２波長λ2 の第２の光信号（ＯＴＤＭ信号）ｓ02を第１
の光ファイバ２２を通して第１のＳＯＡ素子２１に入力
すると、第２の信号光ｓ02の波形が反転した状態の第１
の光信号ｓ01が第１のＳＯＡ素子２１から出る。
【００８２】第２の光信号ｓ02は、高周波のＡＳＥノイ
ズ、ビット間の強度のバラツキ、波形の乱れ、ジッタ、
を含む乱れた信号である。しかし、第１のＳＯＡ素子２
１から出力された第１波長λ1 の光は、第２の光信号ｓ
02の光パターンを反転した波形を有し、且つ増幅されて
いるが、その波形ではＡＳＥノイズが消えている。これ
は、ノイズの周波数が利得飽和の追従速度よりも十分遅
いためである。
ズ、ビット間の強度のバラツキ、波形の乱れ、ジッタ、
を含む乱れた信号である。しかし、第１のＳＯＡ素子２
１から出力された第１波長λ1 の光は、第２の光信号ｓ
02の光パターンを反転した波形を有し、且つ増幅されて
いるが、その波形ではＡＳＥノイズが消えている。これ
は、ノイズの周波数が利得飽和の追従速度よりも十分遅
いためである。
【００８３】また、第２波長λ2 の第２の光信号ｓ02に
存在した強度バラツキは、第１のＳＯＡ素子２１から出
た第１の光信号ｓ01では上記した原理によって反映され
ずに所定値に揃えられている。なお、第１のＳＯＡ素子
２１から出た第２の光信号ｓ 02は第１のフィルタ２５で
カットされる。
存在した強度バラツキは、第１のＳＯＡ素子２１から出
た第１の光信号ｓ01では上記した原理によって反映され
ずに所定値に揃えられている。なお、第１のＳＯＡ素子
２１から出た第２の光信号ｓ 02は第１のフィルタ２５で
カットされる。
【００８４】さらに、第１のＳＯＡ素子２１から出力さ
れて信号光パターンが乗った第１波長λ1 の光信号ｓ01
は、パルス光源２６からの光パルス列ｓ03とともに第２
のＳＯＡ素子２４に入射される。その光パルス列ｓ03の
強度は第１のＳＯＡ素子２１から出た第１の光信号ｓ01
よりも小さくなっている。なお、パルス光源２６のパル
ス列ｓ03の立ち上がり（高レベル部分）は、光遅延回路
３０によって、第１のＳＯＡ２１から出た第１の光信号
ｓ01の番号１に同期するように調整される。
れて信号光パターンが乗った第１波長λ1 の光信号ｓ01
は、パルス光源２６からの光パルス列ｓ03とともに第２
のＳＯＡ素子２４に入射される。その光パルス列ｓ03の
強度は第１のＳＯＡ素子２１から出た第１の光信号ｓ01
よりも小さくなっている。なお、パルス光源２６のパル
ス列ｓ03の立ち上がり（高レベル部分）は、光遅延回路
３０によって、第１のＳＯＡ２１から出た第１の光信号
ｓ01の番号１に同期するように調整される。
【００８５】そして、第２のＳＯＡ素子２４において、
パルス光源２６の光パルス列ｓ03の高レベル部分は、第
１の光信号ｓ01の４重の信号列のうちの番号１の低レベ
ルの光に同期して増幅される。また、パルス光源２６の
パルス列ｓ03のうちの低レベル部分は、第１波長λ1 の
４重の信号列のうちの番号１に同期して強度が小さくな
る。これにより、パルス列ｓ03は変調されて光信号ｓ04
となる。
パルス光源２６の光パルス列ｓ03の高レベル部分は、第
１の光信号ｓ01の４重の信号列のうちの番号１の低レベ
ルの光に同期して増幅される。また、パルス光源２６の
パルス列ｓ03のうちの低レベル部分は、第１波長λ1 の
４重の信号列のうちの番号１に同期して強度が小さくな
る。これにより、パルス列ｓ03は変調されて光信号ｓ04
となる。
【００８６】第２のＳＯＡ素子２４から出射された第１
波長λ2 の第１の光信号ｓ01は、第２のフィルタ２９に
よってカットされる。また、第２のフィルタ２９から出
た第２波長λ2 の信号光ｓ04には、第２の光信号ｓ02の
うち１番目のパルス列に含まれなかった強度の小さいパ
ルスも含まれているので、そのような中間レベルのパル
スは、光増幅素子３２により増幅された後に過飽和吸収
素子３３によりカットされる。
波長λ2 の第１の光信号ｓ01は、第２のフィルタ２９に
よってカットされる。また、第２のフィルタ２９から出
た第２波長λ2 の信号光ｓ04には、第２の光信号ｓ02の
うち１番目のパルス列に含まれなかった強度の小さいパ
ルスも含まれているので、そのような中間レベルのパル
スは、光増幅素子３２により増幅された後に過飽和吸収
素子３３によりカットされる。
【００８７】これにより、第１のＳＯＡ素子２１に入射
した第２の光信号ｓ02のうち所定番の光信号列だけを再
生して取り出すことができる。しかも、再生された光信
号は、ＡＳＥノイズ、ジッタ等の乱れが存在しない完全
なパターンの波形になる。 （その他の実施例）以上のような本発明を用いた光信号
処理装置が、多波長処理できることを概念的に示すと、
図１３のようになる。図１３によれば、量子ドットのサ
イズ分布によって広がった利得曲線内で利得の均一幅以
上に離れた光信号を独立に処理できることがわかる。 （付記１）連続光状態の第１波長の第１の光と信号光パ
ルスを有する第２波長の第２の光とを伝送する第１の光
伝送手段と、前記第１の光伝達手段から前記第１及び第
２の光を入射する第１の光増幅器と、第３波長の制御用
光パルス列を出力するパルス光源と、前記第１の光増幅
器によって波形が乗せられた前記第１の光と前記パルス
光源からの前記制御用光パルス列とを伝送する第２の光
伝送手段と、前記第２の光伝送手段から前記第１の光と
前記制御用光パルス列が入射され、かつ前記信号パルス
が乗った前記第３波長の出力光信号を出射する第２の光
増幅器とを有することを特徴とする光信号処理装置。 （付記２）前記第１の光増幅器と前記第２の光増幅器
は、半導体光増幅器であることを特徴とする付記１に記
載の光信号処理装置。 （付記３）前記光増幅器は半導体量子ドットを含むこと
を特徴とする付記１又は付記２に記載の光信号処理装
置。 （付記４）前記第３波長の前記制御用光パルス列は、前
記第１の光伝達手段を通る前記信号光パルスとビットレ
ートが等しいことを特徴とする付記１乃至付記３のいず
れかに記載の光信号処理装置。 （付記５）前記第２の光の前記信号光パルスは光時分割
多重信号であり、前記第３波長の前記制御用光パルス列
が前記光時分割多重信号を構成する各信号成分と同じビ
ットレートを有することを特徴とする付記１乃至付記３
のいずれかに記載の光信号処理装置。 （付記６）前記第３波長は前記第２波長に等しいことを
特徴とする付記１乃至付記５に記載の光信号処理装置。 （付記７）前記第１の光伝送手段内で伝達される前記第
２波長の前記信号光パルスと前記第３波長の前記制御用
光パルス列とは互いにビットレートが等しく、前記出力
光信号は、前記信号光パルスを前記第２波長から前記第
３波長に変換して復元された波形を有することを特徴と
する付記１乃至付記３のいずれかに記載の光信号処理装
置。 （付記８）前記第１光伝達手段と前記第２光伝達手段
は、光ファイバであることを特徴とする付記１乃至付記
７のいずれかに記載の光信号処理装置。 （付記９）前記パルス光源は、モードロックレーザであ
ることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれかに記載
の光信号処理装置。 （付記１０）前記モードロックレーザは、前記第２の光
を入射することを特徴とする付記９に記載の光信号処理
装置。 （付記１１）前記モードロックレーザには光遅延回路が
接続されていることを特徴とする付記９又は付記１０に
記載の光信号処理装置。 （付記１２）前記第１波長は前記第２波長と異なる波長
であることを特徴とする付記１乃至付記１１のいずれか
に記載の光信号処理装置。 （付記１３）前記第２光伝達手段には前記第２の光をカ
ットするフィルタが配置されていることを特徴とする付
記１乃至付記１２のいずれかに記載の光信号処理装置。 （付記１４）前記第２の光増幅器の出力側には前記第１
の光をカットするフィルタが配置されていることを特徴
とする付記１乃至付記１２のいずれかに記載の光信号処
理装置。
した第２の光信号ｓ02のうち所定番の光信号列だけを再
生して取り出すことができる。しかも、再生された光信
号は、ＡＳＥノイズ、ジッタ等の乱れが存在しない完全
なパターンの波形になる。 （その他の実施例）以上のような本発明を用いた光信号
処理装置が、多波長処理できることを概念的に示すと、
図１３のようになる。図１３によれば、量子ドットのサ
イズ分布によって広がった利得曲線内で利得の均一幅以
上に離れた光信号を独立に処理できることがわかる。 （付記１）連続光状態の第１波長の第１の光と信号光パ
ルスを有する第２波長の第２の光とを伝送する第１の光
伝送手段と、前記第１の光伝達手段から前記第１及び第
２の光を入射する第１の光増幅器と、第３波長の制御用
光パルス列を出力するパルス光源と、前記第１の光増幅
器によって波形が乗せられた前記第１の光と前記パルス
光源からの前記制御用光パルス列とを伝送する第２の光
伝送手段と、前記第２の光伝送手段から前記第１の光と
前記制御用光パルス列が入射され、かつ前記信号パルス
が乗った前記第３波長の出力光信号を出射する第２の光
増幅器とを有することを特徴とする光信号処理装置。 （付記２）前記第１の光増幅器と前記第２の光増幅器
は、半導体光増幅器であることを特徴とする付記１に記
載の光信号処理装置。 （付記３）前記光増幅器は半導体量子ドットを含むこと
を特徴とする付記１又は付記２に記載の光信号処理装
置。 （付記４）前記第３波長の前記制御用光パルス列は、前
記第１の光伝達手段を通る前記信号光パルスとビットレ
ートが等しいことを特徴とする付記１乃至付記３のいず
れかに記載の光信号処理装置。 （付記５）前記第２の光の前記信号光パルスは光時分割
多重信号であり、前記第３波長の前記制御用光パルス列
が前記光時分割多重信号を構成する各信号成分と同じビ
ットレートを有することを特徴とする付記１乃至付記３
のいずれかに記載の光信号処理装置。 （付記６）前記第３波長は前記第２波長に等しいことを
特徴とする付記１乃至付記５に記載の光信号処理装置。 （付記７）前記第１の光伝送手段内で伝達される前記第
２波長の前記信号光パルスと前記第３波長の前記制御用
光パルス列とは互いにビットレートが等しく、前記出力
光信号は、前記信号光パルスを前記第２波長から前記第
３波長に変換して復元された波形を有することを特徴と
する付記１乃至付記３のいずれかに記載の光信号処理装
置。 （付記８）前記第１光伝達手段と前記第２光伝達手段
は、光ファイバであることを特徴とする付記１乃至付記
７のいずれかに記載の光信号処理装置。 （付記９）前記パルス光源は、モードロックレーザであ
ることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれかに記載
の光信号処理装置。 （付記１０）前記モードロックレーザは、前記第２の光
を入射することを特徴とする付記９に記載の光信号処理
装置。 （付記１１）前記モードロックレーザには光遅延回路が
接続されていることを特徴とする付記９又は付記１０に
記載の光信号処理装置。 （付記１２）前記第１波長は前記第２波長と異なる波長
であることを特徴とする付記１乃至付記１１のいずれか
に記載の光信号処理装置。 （付記１３）前記第２光伝達手段には前記第２の光をカ
ットするフィルタが配置されていることを特徴とする付
記１乃至付記１２のいずれかに記載の光信号処理装置。 （付記１４）前記第２の光増幅器の出力側には前記第１
の光をカットするフィルタが配置されていることを特徴
とする付記１乃至付記１２のいずれかに記載の光信号処
理装置。
【００８８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、連続
光の第１波長の第１の光と、信号光パルスの波形を有す
る第２波長の第２の光とを第１の光増幅器に入射するこ
とにより、第１の光の強度形状を信号光パルスを反転さ
せた波形に変調し且つ光増幅させ、その後段で、第１の
光増幅器から出力された第１の光とパルス光源から出た
制御用光パルス列を第２の光増幅器に入射することによ
って、制御用光パルス列のうち第１の光の低レベル強度
に同期した光パルスを光増幅するとともに、第１の光の
高レベル強度に同期した光パルスの強度を低下させるよ
うにしたので、波形の崩れた光信号を有する第２波長の
第２の光を、第１及び第２の光増幅器によって第３波長
の出力光信号に波長変換して再生できる。
光の第１波長の第１の光と、信号光パルスの波形を有す
る第２波長の第２の光とを第１の光増幅器に入射するこ
とにより、第１の光の強度形状を信号光パルスを反転さ
せた波形に変調し且つ光増幅させ、その後段で、第１の
光増幅器から出力された第１の光とパルス光源から出た
制御用光パルス列を第２の光増幅器に入射することによ
って、制御用光パルス列のうち第１の光の低レベル強度
に同期した光パルスを光増幅するとともに、第１の光の
高レベル強度に同期した光パルスの強度を低下させるよ
うにしたので、波形の崩れた光信号を有する第２波長の
第２の光を、第１及び第２の光増幅器によって第３波長
の出力光信号に波長変換して再生できる。
【００８９】しかも、第３波長と第２波長を等しくすれ
ば、第２の光増幅器から第２波長の出力光信号を出力で
き、第２の光の光信号を波長変換させずに波形整形且つ
増幅して完全に再生できる。
ば、第２の光増幅器から第２波長の出力光信号を出力で
き、第２の光の光信号を波長変換させずに波形整形且つ
増幅して完全に再生できる。
【００９０】以上により、ノイズ、強度バラツキ、ジッ
タなどの波形の崩れた光信号の完全な再生が可能とな
る。
タなどの波形の崩れた光信号の完全な再生が可能とな
る。
【図１】図１は、従来のＷＤＭの構成を示す回路ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】図２は、従来のＯＴＤＭの構成を示す回路ブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に用いられるＳＯＡ
の斜視図である。
の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に用いられるＳＯＡ
の活性層構造を示す断面図である。
の活性層構造を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示した活性層に形成される量子
ドットの伝導帯バンドエネルギーを示す図である。
ドットの伝導帯バンドエネルギーを示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に用いられるＳＯＡ
の動作原理を示す利得スペクトルである。
の動作原理を示す利得スペクトルである。
【図７】図７は、本発明の実施形態に用いられるＳＯＡ
の光入力−光出力特性の図である。
の光入力−光出力特性の図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に用いられる光増幅
波形成型素子の構成図である。
波形成型素子の構成図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に用いられる波長変
換素子の構成図である。
換素子の構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る第１の光
処理装置を示す構成図である。
処理装置を示す構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る第２の光
処理装置を示す構成図である。
処理装置を示す構成図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る第３の光
処理装置を示す構成図である。
処理装置を示す構成図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に係る光処理装
置に用いられるＳＯＡ内の量子ドットのサイズ分布によ
って広がる利得曲線と光信号が入射した場合の利得飽和
を示している。
置に用いられるＳＯＡ内の量子ドットのサイズ分布によ
って広がる利得曲線と光信号が入射した場合の利得飽和
を示している。
１…GaAs基板、２…バッファ層、３…ｎ型クラッド層、
４…下側光閉込層、５…活性層、５ｄ…量子ドット、６
…上側光閉じ込め層、７…ｐ型クラッド層、８…コンタ
クト層、９…ｐ側電極１０…ｎ側電極、１１…ＳＯＡ
（光増幅器）、２１…第１のＳＯＡ（光増幅器）、２
２，２３…光ファイバ、２４…第２のＳＯＡ（光増幅
器）、２５…フィルタ、２６…パルス光源、２７…結合
器、２８…光ファイバ、２９…フィルタ、３０…光遅延
回路、３１…光ファイバ、３２…アンプ、３３…過飽和
吸収素子。
４…下側光閉込層、５…活性層、５ｄ…量子ドット、６
…上側光閉じ込め層、７…ｐ型クラッド層、８…コンタ
クト層、９…ｐ側電極１０…ｎ側電極、１１…ＳＯＡ
（光増幅器）、２１…第１のＳＯＡ（光増幅器）、２
２，２３…光ファイバ、２４…第２のＳＯＡ（光増幅
器）、２５…フィルタ、２６…パルス光源、２７…結合
器、２８…光ファイバ、２９…フィルタ、３０…光遅延
回路、３１…光ファイバ、３２…アンプ、３３…過飽和
吸収素子。
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｓ 5/50 ６３０ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｄ
Ｈ０４Ｊ 14/00 Ｅ
14/02
Ｆターム(参考） 2H079 AA08 AA13 BA01 CA05 DA16
EA07 HA07
2K002 AA02 AB12 AB25 BA01 CA13
DA12 HA06
5F073 AA75 AB22 BA01 BA03 CA02
CA07 EA12 EA29
5K002 AA06 BA02 BA04 BA05 BA13
CA05 CA13 DA02 DA03 DA05
FA01
Claims (7)
- 【請求項１】連続光状態の第１波長の第１の光と信号光
パルスを有する第２波長の第２の光とを伝送する第１の
光伝送手段と、 前記第１の光伝達手段から前記第１及び第２の光を入射
する第１の光増幅器と、 第３波長の制御用光パルス列を出力するパルス光源と、 前記第１の光増幅器によって波形が乗せられた前記第１
の光と前記パルス光源からの前記制御用光パルス列とを
伝送する第２の光伝送手段と、 前記第２の光伝送手段から前記第１の光と前記制御用光
パルス列が入射され、かつ前記信号パルスが乗った前記
第３波長の出力光信号を出射する第２の光増幅器とを有
することを特徴とする光信号処理装置。 - 【請求項２】前記第１の光増幅器と前記第２の光増幅器
は、半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１に
記載の光信号処理装置。 - 【請求項３】前記光増幅器は半導体量子ドットを含むこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光信号処
理装置。 - 【請求項４】前記第３波長の前記制御用光パルス列は、
前記第１の光伝達手段を通る前記信号光パルスとビット
レートが等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項３
のいずれかに記載の光信号処理装置。 - 【請求項５】前記第２の光の前記信号光パルスは光時分
割多重信号であり、前記第３波長の前記制御用光パルス
列が前記光時分割多重信号を構成する各信号成分と同じ
ビットレートを有することを特徴とする請求項１乃至請
求項３のいずれかに記載の光信号処理装置。 - 【請求項６】前記第３波長は前記第２波長に等しいこと
を特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の光信号処理
装置。 - 【請求項７】前記第１の光伝送手段内で伝達される前記
第２波長の前記信号光パルスと前記第３波長の前記制御
用光パルス列とは互いにビットレートが等しく、 前記出力光信号は、前記信号光パルスを前記第２波長か
ら前記第３波長に変換して復元された波形を有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
光信号処理装置。
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