JP2006211309A - 光リミッタアンプ - Google Patents

Abstract

【課題】光サーキュレータをなくすなど、簡略化すると共に小型かつ光路長の調整が容易なパタン効果を抑制した光リミッタアンプを提供する。
【解決手段】低飽和半導体光増幅器１０６、光合分波器１０２、２本の光導波路、光合分波器１０３とを備え、２本の光導波路の一方に、光信号１００（λ１）と共に波長λ２の連続光１０１が入力され光信号１００に対して論理符号の反転した波長λ２の反転光信号を生成する半導体光増幅器１０５と光信号１００（λ１）を遮断する波長フィルタ１０９とを備え、他方の光導波路を導波した正転光信号と一方の光導波路を導波した反転光信号とを第２光合分波器１０３により合波した後、低飽和半導体光増幅器１０６の一端に入力し、低飽和半導体光増幅器１０６の他端から光信号（λ２）を遮断する波長フィルタ１１０を介して、所定強度の光信号（λ１）として出力する光リミッタアンプとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光リミッタアンプに関し、例えば、光伝送システムにおける高速パケット通信の受信、中継再生時に適用することができる光リミッタアンプである。

近年、光伝送システムの高速化・高機能化に伴い、４０Ｇｂ／ｓを超える超高速パケット信号による光通信が期待されている。このような光伝送システムにおいては、光信号を電気信号に変換せずに光信号のまま処理を行う光スイッチ、光アンプなどの機能デバイスが知られている。

図６は、従来の超高速パケットを使用した光通信システムの一例を示す概略構成図である。同図に示すように、ユーザ端末１〜３は光ファイバ４ａ〜４ｃを介して光ルータ５と接続され、光ルータ５は光ファイバ６を介してユーザ端末７に接続されている。

ユーザ端末１〜３からそれぞれ超高速パケット８ａ〜８ｃをユーザ端末７に向けて送信した場合、それぞれのパケット８ａ〜８ｃが経由してくる距離は送信したユーザ端末１〜３によって異なるため、ユーザ端末７で受信する際には、各パケット間にレベル差が生じる（パケット９ａ〜９ｃを参照。）。

ユーザ端末７では、光受信器においてある閾値レベルを設定し、閾値レベル以上の光信号を論理符号１と判定し、閾値レベル以下の光信号を論理符号０と判定する。したがって、受信するパケットレベルに変動があると最適な閾値も変動することになり受信波形の判別が困難になる。

そこで、ユーザ端末７の光受信器において、光リミッタアンプなどを設けることにより、レベル等化や波形整形を行ってから受信波形の判定を行う方法が知られている（例えば下記非特許文献１を参照。）。

図７は、従来の光リミッタアンプ（低飽和半導体光増幅器）の概略透視構造図（ａ）と、光リミッタアンプの入出力パワー特性を示す図（ｂ）である。図７（ａ）に示すように、光リミッタアンプは、光信号を増幅する活性層１０と、活性層１０の両端に接続され、光信号を光ファイバに入出力させるためのスポットサイズ変換部１１ａ、１１ｂと、電極１２、１３とを備えている。活性層１０は、半導体レーザと同じｐｎ接合による埋め込み構造を有し、その両端面には無反射コーティングが施されている。

なお、ここでいう低飽和半導体光増幅器とは、図７（ｂ）に示すように入力光の強度増加と共に出力光の強度も増加する特性が、所定強度以上の入力光に対しては出力光の強度が増加しなくなる（飽和する）入出力パワー特性において、比較的低い入力光強度（例えば、図示するように、−１０ｄＢｍ）で飽和する半導体光増幅器である。

活性層１０の一端から入力された光信号は、電極１２と電極１３との間に加えられた電流により増幅され、活性層１０の他端から出力される。図７（ｂ）に光リミッタアンプの入出力パワー特性を示すように、入力光強度が弱いときは増幅度が高く、入力光強度が強いときは増幅度が低い。この特性によって、ある一定以上の光強度、例えば同図では−１０ｄＢｍと０ｄＢｍの入射に対して、レベル等化、すなわち出力光強度を０ｄＢｍと一定の値にすることができる。

しかしながら、半導体光増幅器にはパタン効果と呼ばれる問題点がある。図８は、半導体光増幅器のパタン効果を説明する図である。同図（ａ）は半導体光増幅器への入力光信号を示し、論理符号は10101010101111111111を０連続符号で挟んだ信号である。図８（ｂ）は半導体光増幅器の出力光信号を示す。

図８に示すように、０連続符号が続いた直後の最初の論理符号１は、単位時間に入力される平均入力光強度が低いために相対的に光リミッタアンプの増幅度は高く、光強度の高い波形が出力される。これに対して、２番目以降の論理符号１は相対的に光リミッタアンプの増幅度が低く、光強度の低い波形が出力される。また、光リミッタアンプの動作が入力信号に完全に追従しきれないために、波形の立ち上がり、立ち下りともに所定の光強度レベルに達しない。

これに対して、連続した論理符号１が入力されると、光リミッタアンプの動作が入力信号に追従するため、所定の光強度レベル１にまで達する。また、連続した論理符号０が入力されると所定の光強度レベル０にまで達する。

結果として、入力信号の論理符合によって出力信号の振幅が変化し、波形劣化を引き起こすという問題がある。このため、光リミッタアンプのリミッタ機能を保持しつつ、パタン効果を抑制する手法が必要である。図９は、パタン効果を抑制した従来の光リミッタアンプの概略構成図である。

同図に示すように、波長λ１の入力光信号９００は、光カプラ９０１の入出力ポート９０７から入射し、入出力ポート９０８と入出力ポート９１０へ２分岐される。そして、一方は反転信号生成器である波長変換素子９０３の一端に、他方は波長フィルタ９０６を介して低飽和半導体光増幅器９０２の一端に入力される。

連続光源（例えば、ＤＦＢ−ＬＤなど）からの波長λ２の連続光９０４は、波長変換素子９０３の他端へ入力される。その結果、入力光信号９００の反転信号が波長λ２で波長変換素子９０３の一端から出力される。波長変換素子としては例えば、相互利得変調（ＸＧＭ：cross-gain modulation）型や相互位相変調型（ＸＰＭ：cross-phase modulation）型がある。また、発振波長抑圧型波長変換を用いれば、連続光源は不要となる。

波長変換素子９０３の一端から出力される波長λ２の反転光信号は、入出力ポート９０８に入力され、入出力ポート９０９から出力される。更に反転光信号は光サーキュレータ９０５を経由して、低飽和半導体光増幅器９０２の他端に入力される。

このようにして、波長λ１の入力光信号９００が低飽和半導体光増幅器９０２の一端に入力されると共に、波長λ２の反転光信号が低飽和半導体光増幅器９０２の他端に入力される。このとき、光路長の調整により、低飽和半導体光増幅器９０２へ入力する正転信号（波長λ１）と反転信号（波長λ２）はタイミングが合うようなっている。

すなわち、波長λ１の入力信号光９００が光カプラ９０１の入出力ポート９０７に入力されてから、入出力ポート９１０、波長フィルタ９０６を介して低飽和半導体光増幅器９０２の一端に至るまでの光路長Ｌ１と、波長λ１の入力信号光９００が光カプラ９０１の入出力ポート９０７に入力されてから、入出力ポート９０８を介して波長変換素子９０３の一端に至るまでの光路長Ｌ２と、波長λ２の反転光信号が波長変換素子９０３の一端から出力されてから、入出力ポート９０８、９０９、光サーキュレータ９０５を介して低飽和半導体光増幅器９０２の他端に至るまでの光路長Ｌ３とについて、光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が光路長Ｌ１と等しくなるようになっている。

低飽和半導体光増幅器９０２に正転信号と反転信号が同時に入力されることにより、低飽和半導体光増幅器９０２への全入力光パワーに急激なパワー変化は生じないため、光リミッタ機能を保持しつつパタン効果を抑制することができる。なお、波長フィルタ９０６は、波長λ２の反転光信号を遮断するために用いられる。

Y.Shibata et al.,"Semiconductor Laser Diode Optical Amplifiers/Gates in Photonic Packet Switching",JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,Vol.16,No.12,1998,pp.2228-2235

しかしながら、図９に示すような従来の光リミッタアンプには、次に説明するような問題があった。すなわち、入力光信号と反転光信号とは低飽和半導体光増幅器に対向して入力される構造であるため、調整すべき光路はリング状になり光路長が長尺化してしまうという問題である。この結果、光路長の調整が難しくなったり、光リミッタアンプ全体の小型化が難しくなったりする。また、従来の光リミッタアンプには光サーキュレータが必要であるため、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、高価な光サーキュレータをなくして構成する素子を簡略化すると共に、小型かつ光路長の調整が容易な、パタン効果を抑制した光リミッタアンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る光リミッタアンプは、
半導体光増幅器を備え、入力された光信号の光強度にかかわらず所定の光強度の光信号を出力する光リミッタアンプにおいて、
第１波長の光信号を分波する第１光合分波器と、当該光合分波器によって分波される光信号を導波する２本の光導波路と、前記分波された光信号を合波する第２光合分波器とを備え、
前記２本の光導波路の一方に、前記第１波長の光信号と共に第２波長の連続光が入力され当該第１波長の光信号に対して論理符号の反転した第２波長の反転光信号を生成する反転信号生成器と前記第１波長の光信号を遮断する波長フィルタとを備え、
前記他方の光導波路を導波した第１波長の光信号と前記一方の光導波路を導波した第２波長の反転光信号とを、前記第２光合分波器により合波した後、前記半導体光増幅器の一端に入力し、前記半導体光増幅器の他端から第２波長の光信号を遮断する波長フィルタを介して、所定の光強度の第１波長の光信号として出力することを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記第２波長の連続光は、前記第１光合分波器を介して前記一方の光導波路に入力され、
前記他方の光導波路に、前記第２波長の連続光を遮断する波長フィルタを備えたことを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記第２光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ１と、
前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記反転信号生成器までの光路長Ｌ２と、
前記第２波長の反転光信号についての前記反転信号生成器から前記第２光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ３とについて、
光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が、光路長Ｌ１と等しいことを特徴とする光リミッタアンプである。

上記課題を解決する本発明に係る光リミッタアンプは、
半導体光増幅器を備え、入力された光信号の光強度にかかわらず所定の光強度の光信号を出力する光リミッタアンプにおいて、
第１波長の光信号を分波する第１光合分波器と、当該光合分波器によって分波される光信号を導波する２本の光導波路とを備え、
前記第１波長の光信号が一端に入力されると共に第２波長の連続光が他端に入力されることにより当該第１波長の光信号に対して論理符号の反転した第２波長の反転光信号を前記一端から出力する反転信号生成器を前記２本の光導波路の一方に備え、
前記２本の光導波路の他方に、前記第１波長の光信号を反射する光信号反射手段を備え、
前記光信号反射手段により反射された第１波長の光信号と前記反転信号生成器から出力された第２波長の反転光信号とを、前記第１光合分波器により合波した後、前記半導体光増幅器の一端に入力し、前記半導体光増幅器の他端から第２波長の光信号を遮断する波長フィルタを介して、所定の光強度の第１波長の光信号として出力することを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記第１光合分波器と前記光信号反射手段との間及び前記第１光合分波器と前記反転信号生成器との間の少なくとも一方に、位相調整器を備えたことを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記光信号反射手段において反射されて前記第１光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ１と、
前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記反転信号生成器までの光路長Ｌ２と、
前記第２波長の反転光信号についての前記反転信号生成器から前記第１光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ３とについて、
光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が、光路長Ｌ１と等しいことを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記光信号反射手段は、前記他方の光導波路上に形成されたブラッグ回折格子であることを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記光信号反射手段は、前記他方の光導波路端に形成された反射端であることを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記第１光合分波器及び前記第２光合分波器の少なくとも一方は、波長カプラであることを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記反転信号生成器及び前記第１光合分波器は、
光信号を入出力するための入出力ポートと、２本のアーム光導波路を有する光干渉計と、当該２本のアーム光導波路と前記入出力ポートとを接続する光合分波器とを有する相互位相変調型波長変換素子から構成されることを特徴とする光リミッタアンプである。

また、上記光リミッタアンプにおいて、
前記半導体光増幅器は、低飽和半導体光増幅器であることを特徴とする光リミッタアンプである。

低飽和の半導体光増幅器とは、図７（ｂ）に示すように入力光の強度増加と共に出力光の強度も増加する特性が、所定強度以上の入力光に対しては出力光の強度が増加しなくなる（飽和する）入出力パワー特性において、比較的低い入力光強度（例えば、図示するように、−１０ｄＢｍ）で飽和する半導体光増幅器である。本発明の適用に際しては、低飽和の半導体光増幅器であるほど好ましく、例えば、出力光強度が飽和するときの入力光強度が０ｄＢｍ以下、好ましくは−１０ｄＢｍ以下の半導体光増幅器が挙げられる。

本発明によれば、低飽和半導体光増幅器に対して第１波長の入力光信号と第２波長の反転光信号を同方向から入力する構成とすることができるため、光路長が長尺化してしまうリング構成を回避することができる。この結果、光路長の調整を容易にすることができたり、光リミッタアンプ全体の小型化が可能となったりする。また、光サーキュレータも不要のため、半導体基板上やＰＬＣ基板上に一体的に集積化することも可能となり、従来に比べより低コストかつ小型な光リミッタアンプを実現することができる。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。同図に示すように、本実施形態に係る光リミッタアンプは、光合分波器１０２と、光合分波器１０３と、半導体光増幅器１０５と、低飽和半導体光増幅器１０６と、波長フィルタ１０８と、波長フィルタ１０９と、波長フィルタ１１０と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。

光合分波器１０２は４つの入出力ポート102a〜102dを有し、入出力ポート102aに入力された光信号と入出力ポート102bに入力された光信号とは、光合分波器１０２において合波された後、入出力ポート102cと102dとから出力される。また、光合分波器１０３は４つの入出力ポート103a〜103dを有し、入出力ポート103aに入力された光信号と入出力ポート103bに入力された光信号とは、光合分波器１０３において合波された後、入出力ポート103cと103dとから出力される。光合分波器１０２、１０３としては、例えば２×２光カプラがあげられる。

光合分波器１０２と光合分波器１０３とは２本の光導波路により光接続され、光合分波器１０２の入出力ポート102cと光合分波器１０３の入出力ポート103aとが接続されると共に、光合分波器１０２の入出力ポート102dと光合分波器１０３の入出力ポート103bとが接続される。

また、入出力ポート102cと入出力ポート103aとを接続する光導波路には波長λ２の光信号を遮断する波長フィルタ１０８が設けられ、入出力ポート102dと入出力ポート103bとを接続する光導波路には半導体光増幅器１０５と波長λ１の光信号を遮断する波長フィルタ１０９とが、半導体光増幅器１０５が光合分波器１０２の側となるように設けられている。

光合分波器１０３の入出力ポート103cから延びる光導波路には、低飽和半導体光増幅器１０６と波長λ２の光信号を遮断する波長フィルタ１１０とが、低飽和半導体光増幅器１０６が光合分波器１０３の側となるように設けられている。

まず、光合分波器１０２の入出力ポート102aに波長λ１の入力光信号１００を入力すると共に、入出力ポート102bに波長λ２の連続光１０１を入力することにより、入力光信号１００と連続光１０１とは光合分波器１０２において合波された後、入出力ポート102cと102dとから出力される。

入出力ポート102cから出力された合波光は、波長フィルタ１０８を通過する際に、波長λ２の連続光１０１が遮断されて、波長λ１の入力光信号１００（正転光信号）が光合分波器１０３の入出力ポート103aに入力される。

一方、入出力ポート102dから出力された合波光は、半導体光増幅器１０５の一端に入力され、相互利得変調型波長変換によって波長λ２の反転光信号（入力光信号１００に対して論理符号の反転した光信号）が生成された後、入力光信号１００と共に反転光信号が半導体光増幅器１０５の他端から出力される。この信号は、波長フィルタ１０９を通過する際に、波長λ１の入力光信号１００が遮断されて、波長λ２の反転光信号が光合分波器１０３の入出力ポート103bに入力される。

光合分波器１０３の入出力ポート103aに波長λ１の正転光信号が入力されると共に、入出力ポート103bに波長λ２の反転光信号が入力されることにより、正転光信号と反転光信号とは光合分波器１０３において合波された後、入出力ポート103cから出力され、低飽和半導体光増幅器１０６の一端に入力される。波長フィルタ１１０では、波長λ２の光信号が遮断され、波長フィルタの他端から波長λ１の所定強度の光信号が出力される。

低飽和半導体光増幅器１０６へは正転光信号と反転光信号が同時に入力するため全入力光パワーに急激な変化は生じない。これによってパタン効果を抑制した光リミッタ機能を実現できる。

ここで、光リミッタアンプ内の光路長については、以下のように調整されている。まず、波長λ１の入力信号光１００について、光合分波器１０２から波長フィルタ１０８、光合分波器１０３を介して低飽和半導体光増幅器１０６までの光路長をＬ１とする。また、波長λ１の入力信号光１００について、光合分波器１０２から半導体光増幅器１０５までの光路長をＬ２とする。更に、波長λ２の反転光信号について、半導体光増幅器１０５から光合分波器１０３を介して低飽和半導体光増幅器１０６までの光路長をＬ３とする。光リミッタアンプ内の光路長については、光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が光路長Ｌ１と等しくなるように（Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３）調整されている。

なお、半導体光増幅器１０５としては、反転光信号を出力することができる素子であればどのような素子でもよい。更に、光合分波器１０２、１０３は、波長カプラであってもよい。

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。第２の実施形態に係る光リミッタアンプは、第１の実施形態に係る光リミッタアンプにおける光合分波器１０２、１０３を、波長カプラとした変形例であり、重複する説明は省略する。

同図に示すように、第２の実施形態に係る光リミッタアンプは、波長カプラ２０２と、波長カプラ２０３と、半導体光増幅器２０５と、低飽和半導体光増幅器２０６と、波長フィルタ２０９と、波長フィルタ２１０と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。

波長カプラ２０２は４つの入出力ポート202a〜202dを有し、波長カプラ２０３は４つの入出力ポート203a〜203dを有する。波長カプラ２０２、２０３は、波長λ１の光信号を２分岐して出力し、波長λ２の光信号をクロス方向（例えば、入出力ポート202aと入出力ポート202dとの間を接続する方向）に出力する。

まず、波長カプラ２０２の入出力ポート202bに波長λ１の入力光信号２００を入力すると共に、入出力ポート202aに波長λ２の連続光２０１を入力することにより、入出力ポート202cからは波長λ１の入力光信号２００が出力され、入出力ポート202dからは入力光信号２００と連続光２０１との合波光が出力される。

入出力ポート202cから出力された入力光信号２００（正転光信号）は、波長カプラ２０３の入出力ポート203aに入力される。一方、入出力ポート202dから出力された合波光は、半導体光増幅器２０５における相互利得変調型波長変換によって波長λ２の反転光信号が生成された後、波長フィルタ２０９を通過する際に、波長λ１の入力光信号２００が遮断されて、波長λ２の反転光信号が波長カプラ２０３の入出力ポート203bに入力される。

波長カプラ２０３に入力された正転光信号と反転光信号とは合波された後、入出力ポート203cから出力され、低飽和半導体光増幅器２０６の一端に入力される。波長フィルタ２１０では、波長λ２の光信号が遮断され、波長フィルタの他端から波長λ１の所定強度の光信号が出力される。

＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。第１及び第２の実施形態に係る光リミッタアンプでは、半導体光増幅器１０５及び２０５は相互利得変調型波長変換器であったが、第３の実施形態に係る光リミッタアンプは、これを相互位相変調型波長変換器に置き換えた場合の例であり、重複する説明は省略する。単純に変換器同士を置き換えるだけでもよいが、相互位相変調型波長変換器は内部に光合分波器を備えているので、内部の光合分波器を有効に利用すると図３に示す構成となる。

同図に示すように、第３の実施形態に係る光リミッタアンプは、相互位相変調型波長変換器３１５と、波長カプラ３０３と、低飽和半導体光増幅器３０６と、波長フィルタ３０８と、波長フィルタ３０９と、波長フィルタ３１０と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。また、相互位相変調型波長変換器３１５は、光合分波器３１６〜３１９と、半導体光増幅器３２０、３２１と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。

相互位相変調型波長変換器３１５は、入出力ポート315a〜315eを有する。光合分波器３１６〜３１９は、入力された光信号を合波したり、合波光を２分岐して出力したりする機能を有する。

まず、相互位相変調型波長変換器３１５の入出力ポート315aに入力された波長λ１の入力光信号３００は、光合分波器３１７の入出力ポート317aに入力される。また、相互位相変調型波長変換器３１５の入出力ポート315bに入力された波長λ２の連続光３０１は、光合分波器３１６の入出力ポート316bに入力されて２分岐された後、入出力ポート316c,316dから出力されて、光合分波器３１７の入出力ポート317bに入力される。

光合分波器３１７の入出力ポート317aから入力された波長λ１の入力光信号３００と、入出力ポート317bから入力された波長λ２の連続光３０１とは、合波された後に２分岐されて、合波光が入出力ポート317c,317dから出力される。

入出力ポート317cから出力された合波光は、相互位相変調型波長変換器３１５の入出力ポート315cから出力され、波長フィルタ３０８を通過する際に、波長λ２の光信号が遮断されて、波長λ１の入力光信号３００（正転光信号）が光合分波器３０３の入出力ポート303aに入力される。

一方、入出力ポート317dから出力された合波光は、半導体光増幅器３２０における相互位相変調型波長変換によって波長λ２の反転光信号が生成された後、光合分波器３１９を介して、相互位相変調型波長変換器３１５の入出力ポート315dから出力される。そして、波長フィルタ３０９を通過する際に、波長λ１の光信号が遮断されて、波長λ２の反転光信号が光合分波器３０３の入出力ポート303bに入力される。

光合分波器３０３に入力された正転光信号と反転光信号とは合波された後、入出力ポート303cから出力され、低飽和半導体光増幅器３０６の一端にタイミングが調整されて入力される。波長フィルタ３１０では、波長λ２の光信号が遮断され、波長フィルタの他端から波長λ１の所定強度の光信号が出力される。

ここで、光リミッタアンプ内の光路長については、以下のように調整されている。まず、波長λ１の入力信号光３００について、光合分波器３１７から波長フィルタ３０８、光合分波器３０３を介して低飽和半導体光増幅器３０６までの光路長をＬ１とする。また、波長λ１の入力信号光３００について、光合分波器３１７から半導体光増幅器３２０までの光路長をＬ２とする。更に、波長λ２の反転光信号について、半導体光増幅器３２０から光合分波器３１９、波長フィルタ３０９、光合分波器３０３を介して低飽和半導体光増幅器３０６までの光路長をＬ３とする。光リミッタアンプ内の光路長については、光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が光路長Ｌ１と等しくなるように（Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３）調整されている。

なお、半導体光増幅器３２１へ注入電流を印加しなくても、印加してもどちらでもよく、印加しない場合には、入出力ポート315dから出力される反転光信号は、半導体光増幅器３２０における相互利得変調型波長変換によるものであり、印加した場合には、相互位相変調型波長変換によるものとなる。

また、ＲＺ信号が入力する場合には、入力光信号３００を２分岐して一方を遅延させて、入出力ポート315aと入出力ポート315eとに入力する差動位相変調方式により、相互位相変調型波長変換器３１５を動作させてもよい。

＜第４の実施形態＞
図４は、本発明の第４の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。同図に示すように、本実施形態に係る光リミッタアンプは、光合分波器４０２と、反射器４０３と、低飽和半導体光増幅器４０６と、半導体光増幅器４０９と、波長フィルタ４１０と、位相調整器４１１と、位相調整器４１２と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。

光合分波器４０２は４つの入出力ポート402a〜402dを有し、入出力ポート402aからは波長λ１の入力光信号４００が入力される光導波路が延び、入出力ポート402bから延びる光導波路には低飽和半導体光増幅器４０６と波長λ２の光信号を遮断する波長フィルタ４１０とが、低飽和半導体光増幅器４０６が光合分波器４０２の側となるように設けられている。

また、入出力ポート402cから延びる光導波路には位相調整器４１１と反射器４０３とが、位相調整器４１１が光合分波器４０２の側となるように設けられ、入出力ポート402dから延びる光導波路には位相調整器４１２と半導体光増幅器４０９とが、位相調整器４１２が光合分波器４０２の側となるように設けられている。光合分波器４０２としては、例えば２×２光カプラがあげられる。

反射器４０３としては、例えば、光導波路上に形成された波長λ１の光信号を反射するブラッグ回折格子型の反射器が挙げられる。また、光導波路端に形成された全反射ミラーや、高反射膜でもよい。

まず、光合分波器４０２の入出力ポート402aに波長λ１の入力光信号４００を入力することにより、入力光信号４００は２分岐されて、入出力ポート402cと402dとから出力される。

入出力ポート402cから出力された波長λ１の入力光信号４００（正転光信号）は、位相調整器４１１を通過した後、反射器４０３において反射されて光合分波器４０２の入出力ポート402cに入力される。

一方、入出力ポート402dから出力された波長λ１の入力光信号４００は、位相調整器４１２を通過した後、半導体光増幅器４０９の一端に入力される。更に、半導体光増幅器４０９の他端には、波長λ２の連続光４０１が入力される。この結果、半導体光増幅器４０９の一端から波長λ２の反転光信号（入力光信号４００に対して論理符号の反転した光信号）が出力され、光合分波器４０２の入出力ポート402dに入力される。

本実施形態では、反転光信号を生成する手段として相互利得変調型波長変換を用いているが、反転光信号を生成する手段であれば特に限定されない。例えば、発信波長抑圧型の波長変換を用いれば、連続光４０１は不要になる。

光合分波器４０２の入出力ポート402cに波長λ１の正転光信号が入力されると共に、入出力ポート402dに波長λ２の反転光信号が入力されることにより、正転光信号と反転光信号とは光合分波器４０２において合波された後、入出力ポート402bから出力され、低飽和半導体光増幅器４０６の一端にタイミングを合わせて入力される。波長フィルタ４１０では、波長λ２の光信号が遮断され、波長フィルタの他端から波長λ１の所定強度の光信号が出力される。

ここで、光リミッタアンプ内の光路長については、以下のように調整されている。まず、波長λ１の入力信号光４００について、光合分波器４０２から反射器４０３で反射されて再び光合分波器４０２に至り、低飽和半導体光増幅器４０６までの光路長をＬ１とする。また、波長λ１の入力信号光４００について、光合分波器４０２から位相調整器４１２を介して半導体光増幅器４０９に至るまでの光路長をＬ２とする。更に、波長λ２の反転光信号について、半導体光増幅器４０９から位相調整器４１２、光合分波器４０２を介して低飽和半導体光増幅器４０６に至るまでの光路長をＬ３とする。光リミッタアンプ内の光路長については、光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が光路長Ｌ１と等しくなるように（Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３）調整されている。

光路長Ｌ１〜Ｌ３の調整方法としては、光導波路を厳密に設計して調整してもよいし、本実施形態のように、位相調整器４１１及び４１２を設けて微調整してもよい。本実施形態に係る光リミッタアンプを、シリカ系のＰＬＣ(Planar-Lightwave-circuit：平面光波回路)上に一体的に集積した場合には、例えばＰＬＣ光導波路上にヒータを形成して位相調整器とすればよい。

本実施形態に係る光リミッタアンプは、反射型の構成であるため、第１の実施形態に係る光リミッタアンプに比べて調整すべき光路長も半分になっており、更に小型化が可能な光リミッタアンプである。

＜第５の実施形態＞
図５は、本発明の第５の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。第４の実施形態に係る光リミッタアンプでは、半導体光増幅器４０９は相互利得変調型波長変換器であったが、第５の実施形態に係る光リミッタアンプは、これを相互位相変調型波長変換器に置き換えた場合の例であり、重複する説明は省略する。単純に変換器同士を置き換えるだけでもよいが、相互位相変調型波長変換器は内部に光合分波器を備えているので、内部の光合分波器を有効に利用すると図５に示す構成となる。

同図に示すように、第５の実施形態に係る光リミッタアンプは、相互位相変調型波長変換器５１５と、低飽和半導体光増幅器５０６と、波長フィルタ５１０と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。また、相互位相変調型波長変換器５１５は、光合分波器５１６〜５１９と、半導体光増幅器５２０、５２１と、反射器５２２と、これらの素子を光接続する光導波路とから構成されている。

相互位相変調型波長変換器５１５は、入出力ポート515a〜515eを有する。光合分波器５１６〜５１９は、入力された光信号を合波したり、合波光を２分岐して出力したりする機能を有する。

まず、相互位相変調型波長変換器５１５の入出力ポート515aに入力された波長λ１の入力光信号５００は、光合分波器５１７の入出力ポート517aに入力された後、２分岐されて、入出力ポート517c,517dから出力される。

入出力ポート517cから出力された入力光信号５００（正転光信号）は、反射器５１５によって反射された後、光合分波器５１７の入出力ポート517cに入力される。

一方、入出力ポート517dから出力された入力光信号５００は、半導体光増幅器５２０の一端に入力される。更に、相互位相変調型波長変換器５１５の入出力ポート515dに入力された波長λ２の連続光５０１は、光合分波器５１９の入出力ポート519c及び入出力ポート519aを介して半導体光増幅器５２０の他端に入力される。この結果、半導体光増幅器５０９の一端から波長λ２の反転光信号（入力光信号５００に対して論理符号の反転した光信号）が出力され、光合分波器５１７の入出力ポート517dに入力される。

光合分波器５１７に入力された正転光信号と反転光信号とは合波された後、入出力ポート517bから出力され、光合分波器５１６の入出力ポート516c、入出力ポート516b、及び相互位相変調型波長変換器５１５の入出力ポート515bを介して、低飽和半導体光増幅器５０６の一端にタイミングが調整されて入力される。波長フィルタ５１０では、波長λ２の光信号が遮断され、波長フィルタの他端から波長λ１の所定強度の光信号が出力される。

ここで、光リミッタアンプ内の光路長については、以下のように調整されている。まず、波長λ１の入力信号光５００について、光合分波器５１７から反射器５２２で反射されて再び光合分波器５１７に至り、光合分波器５１６を介して低飽和半導体光増幅器５０６までの光路長をＬ１とする。また、波長λ１の入力信号光５００について、光合分波器５１７から半導体光増幅器５２０までの光路長をＬ２とする。更に、波長λ２の反転光信号について、半導体光増幅器５２０から光合分波器５１７、光合分波器５１６を介して低飽和半導体光増幅器５０６までの光路長をＬ３とする。光リミッタアンプ内の光路長については、光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が光路長Ｌ１と等しくなるように（Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３）調整されている。

なお、光合分波器５１７としては、例えば２×２光カプラがあげられる。また、光合分波器５１７と反射器５２２とを接続する光導波路及び光合分波器５１７と半導体光増幅器５２０とを接続する光導波路に、光路長を調整するための位相調整器（第４の実施形態を参照。）を設置してもよい。

なお、半導体光増幅器５２１へ注入電流を印加しなくても、印加してもどちらでもよく、印加しない場合には、半導体光増幅器５２０の一端から出力される反転光信号は、半導体光増幅器５２０における相互利得変調型波長変換によるものであり、印加した場合には、相互位相変調型波長変換によるものとなる。

また、ＲＺ信号が入力する場合には、入力光信号５００を２分岐して一方を遅延させて、入出力ポート515aと入出力ポート515eとに入力する差動位相変調方式により、相互位相変調型波長変換器５１５を動作させてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る光リミッタアンプの概略構成図である。 従来の超高速パケットを使用した光通信システムの一例を示す概略構成図である。 従来の光リミッタアンプ（低飽和半導体光増幅器）の概略透視構造図（同図（ａ））と、光リミッタアンプの入出力パワー特性を示す図（同図（ｂ））である。 半導体光増幅器のパタン効果を説明する図であり、半導体光増幅器への入力光信号を示す図（同図（ａ））と、半導体光増幅器の出力光信号を示す図（同図（ｂ））である。 パタン効果を抑制した従来の光リミッタアンプの概略構成図である。

符号の説明

１００ 入力光信号
１０１ 連続光
１０２ 光合分波器
102a〜102d 入出力ポート
１０３ 光合分波器
103a〜103d 入出力ポート
１０５ 半導体光増幅器
１０６ 低飽和半導体光増幅器
１０８ 波長フィルタ
１０９ 波長フィルタ
１１０ 波長フィルタ

２００ 入力光信号
２０１ 連続光
２０２ 波長カプラ
202a〜202d 入出力ポート
２０３ 波長カプラ
203a〜203d 入出力ポート
２０５ 半導体光増幅器
２０６ 低飽和半導体光増幅器
２０９ 波長フィルタ
２１０ 波長フィルタ

３００ 入力光信号
３０１ 連続光
３０３ 波長カプラ
303a〜303d 入出力ポート
３０６ 低飽和半導体光増幅器
３０８ 波長フィルタ
３０９ 波長フィルタ
３１０ 波長フィルタ
３１５ 相互位相変調型波長変換器
315a〜315e 入出力ポート
３１６〜３１９ 光合分波器
316a〜316d、317a〜317d、318a〜318d、319a〜319d 入出力ポート
３２０、３２１ 半導体光増幅器

４００ 入力光信号
４０１ 連続光
４０２ 光合分波器
402a〜402d 入出力ポート
４０３ 反射器
４０６ 低飽和半導体光増幅器
４０９ 半導体光増幅器
４１０ 波長フィルタ
４１１，４１２ 位相調整器

５００ 入力光信号
５０１ 連続光
５０６ 低飽和半導体光増幅器
５１０ 波長フィルタ
５１５ 相互位相変調型波長変換器
515a〜515e 入出力ポート
５１６〜５１９ 光合分波器
516a〜516d、517a〜517d、518a〜518d、519a〜519d 入出力ポート
５２０、５２１ 半導体光増幅器
５２２ 反射器

１〜３ ユーザ末端
４ａ〜４ｃ 光ファイバ
５ 光ルータ
６ 光ファイバ
７ ユーザ末端
８ａ〜８ｃ パケット
９ａ〜９ｃ パケット
１０ 活性層
11ａ，11ｂ スポットサイズ変換部
１２，１３ 電極
９００ 入力光信号
９０１ 光カプラ
９０２ 低飽和半導体光増幅器
９０３ 波長変換素子
９０４ 連続光
９０５ 光サーキュレータ
９０６ 波長フィルタ
９０７〜９１０ 入出力ポート

Claims (11)

1. 半導体光増幅器を備え、入力された光信号の光強度にかかわらず所定の光強度の光信号を出力する光リミッタアンプにおいて、
   第１波長の光信号を分波する第１光合分波器と、当該光合分波器によって分波される光信号を導波する２本の光導波路と、前記分波された光信号を合波する第２光合分波器とを備え、
   前記２本の光導波路の一方に、前記第１波長の光信号と共に第２波長の連続光が入力され当該第１波長の光信号に対して論理符号の反転した第２波長の反転光信号を生成する反転信号生成器と前記第１波長の光信号を遮断する波長フィルタとを備え、
   前記他方の光導波路を導波した第１波長の光信号と前記一方の光導波路を導波した第２波長の反転光信号とを、前記第２光合分波器により合波した後、前記半導体光増幅器の一端に入力し、前記半導体光増幅器の他端から第２波長の光信号を遮断する波長フィルタを介して、所定の光強度の第１波長の光信号として出力することを特徴とする光リミッタアンプ。
2. 請求項１に記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記第２波長の連続光は、前記第１光合分波器を介して前記一方の光導波路に入力され、
   前記他方の光導波路に、前記第２波長の連続光を遮断する波長フィルタを備えたことを特徴とする光リミッタアンプ。
3. 請求項１又は２に記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記第２光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ１と、
   前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記反転信号生成器までの光路長Ｌ２と、
   前記第２波長の反転光信号についての前記反転信号生成器から前記第２光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ３とについて、
   光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が、光路長Ｌ１と等しいことを特徴とする光リミッタアンプ。
4. 半導体光増幅器を備え、入力された光信号の光強度にかかわらず所定の光強度の光信号を出力する光リミッタアンプにおいて、
   第１波長の光信号を分波する第１光合分波器と、当該光合分波器によって分波される光信号を導波する２本の光導波路とを備え、
   前記第１波長の光信号が一端に入力されると共に第２波長の連続光が他端に入力されることにより当該第１波長の光信号に対して論理符号の反転した第２波長の反転光信号を前記一端から出力する反転信号生成器を前記２本の光導波路の一方に備え、
   前記２本の光導波路の他方に、前記第１波長の光信号を反射する光信号反射手段を備え、
   前記光信号反射手段により反射された第１波長の光信号と前記反転信号生成器から出力された第２波長の反転光信号とを、前記第１光合分波器により合波した後、前記半導体光増幅器の一端に入力し、前記半導体光増幅器の他端から第２波長の光信号を遮断する波長フィルタを介して、所定の光強度の第１波長の光信号として出力することを特徴とする光リミッタアンプ。
5. 請求項４に記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記第１光合分波器と前記光信号反射手段との間及び前記第１光合分波器と前記反転信号生成器との間の少なくとも一方に、位相調整器を備えたことを特徴とする光リミッタアンプ。
6. 請求項４又は５に記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記光信号反射手段において反射されて前記第１光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ１と、
   前記第１波長の光信号についての前記第１光合分波器から前記反転信号生成器までの光路長Ｌ２と、
   前記第２波長の反転光信号についての前記反転信号生成器から前記第１光合分波器を介して前記半導体光増幅器までの光路長Ｌ３とについて、
   光路長Ｌ２と光路長Ｌ３との和が、光路長Ｌ１と等しいことを特徴とする光リミッタアンプ。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記光信号反射手段は、前記他方の光導波路上に形成されたブラッグ回折格子であることを特徴とする光リミッタアンプ。
8. 請求項４ないし６のいずれかに記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記光信号反射手段は、前記他方の光導波路端に形成された反射端であることを特徴とする光リミッタアンプ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載する光リミッタアンプにおいて、
   前記第１光合分波器及び前記第２光合分波器の少なくとも一方は、波長カプラであることを特徴とする光リミッタアンプ。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載する光リミッタアンプにおいて、
    前記反転信号生成器及び前記第１光合分波器は、
    光信号を入出力するための入出力ポートと、２本のアーム光導波路を有する光干渉計と、当該２本のアーム光導波路と前記入出力ポートとを接続する光合分波器とを有する相互位相変調型波長変換素子から構成されることを特徴とする光リミッタアンプ。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載する光リミッタアンプにおいて、
    前記半導体光増幅器は、低飽和半導体光増幅器であることを特徴とする光リミッタアンプ。

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