JP3882979B2 - 波形整形のための装置及びシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波形整形のための装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光レベルで波形整形を行う従来の波形整形装置として、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。
【０００３】
第１及び第２の非線形光学媒質の一方には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。
【０００４】
第１及び第２の非線形光学媒質の各々として半導体光アンプ（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。
【０００５】
従来知られている他の波形整形装置として、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）がある。ＮＯＬＭ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。
【０００６】
ループ光路の一部または全体を非線形光学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。
【０００７】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質としては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（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）と称される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の波形整形装置においては、供給された光信号及びプローブ光に基く非線形効果により変換光信号が発生する。しかし、発生した変換光信号の波長は供給されたプローブ光の波長と同じであることによって限定されるので、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が小さいという問題がある。
【０００９】
よって、本発明の目的は、波長変換の自由度が大きい波形整形のための装置を提供することである。本発明の他の目的は、そのような装置を備えた新規なシステムを提供することである。本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、第１及び第２の非線形ループミラーを備えた装置であって、上記第１及び第２の非線形ループミラーの各々は、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、上記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、上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、上記第１の非線形ループミラーの第２の光路は上記第２の非線形ループミラーの第３の光路に光学的に接続され、上記第１及び第２の非線形ループミラーの第１の光路には第１及び第３の波長のプローブ光が供給され、上記第１及び第２の非線形ループミラーの第３の光路には上記第１の波長と異なる第２及び上記第１の波長の光時分割多重された光信号が供給され、上記第１および第２の非線形ループミラーに供給される上記プローブ光の少なくとも一つは、上記信号光に基づき生成されるクロック光を分周して生成されて光時分割多重の信号光のデマルチプレックスの処理が行れ、上記第１及び第２の非線形ループミラーの第２の光路から出力される光信号のパルスの立上がり付近で過飽和特性が発生するように、該プローブ光の２成分が該第１の光カプラで合成されるに際して、該第３の光路に入力する光信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は一致し、該第３の光路に入力する光信号のオンパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相差がπとなるよう制御する。
【００１１】
この装置は例えば次のように動作する。第１の非線形ループミラーの第１の光路には第１の波長を有する第１のプローブ光が供給される。第１の非線形ループミラーの第３の光路には第１の波長と異なる第２の波長を有する入力光信号が供給される。第１の波長を有し且つ光信号に同期した中間光信号が第１の非線形ループミラーの第２の光路から第２の非線形ループミラーの第３の光路に供給される。第２の非線形ループミラーの第１の光路には第１の波長と異なる第３の波長を有する第２のプローブ光が供給される。その結果、第３の波長を有し且つ中間光信号（即ち光信号）に同期した出力光信号が第２の非線形ループミラーの第２の光路から出力される。
【００１２】
第１の波長と第２の波長の差の符号は第３の波長と第１の波長の差の符号に等しいことができる。この場合、第１の非線形ループミラーに供給される光信号と第２の非線形ループミラーから出力される出力光信号との間の波長差を大きくすることができる。
【００１３】
一方、第３の波長は第２の波長に実質的に等しいことができる。この場合、第１の非線形ループミラーに供給される光信号と第２の非線形ループミラーから出力される光信号との間の波長差が生じることなしにこれらの間の変換を行なうことができる。
【００１４】
このように、本発明によると、波長変換の自由度が大きい波形整形のための装置の提供が可能になる。また、後述する原理に従って、従来技術に比べてより効果的な波形整形が可能になるという付加的な効果も得られる。
【００１５】
第１及び第２のプローブ光の少なくとも一方はクロックパルスであることができる。この場合、クロックパルスに基く光レベルでのリタイニングが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明に適用可能なＮＯＬＭ（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。
【００２２】
ループ光路８の一部または全部は非線形光学媒質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。
【００２３】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λｐｒｏｂｅ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λｓｉｇ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λｐｒｏｂｅ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。
【００２４】
プローブ光は、光カプラ６によりパワーが等しい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、第２の光路４からは出力されない。
【００２５】
ループ光路８の途中から光カプラ１２によ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−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００２６】
今、位相差がπになるように入力光信号の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λｓｉｇの光信号から波長λｐｒｏｂｅ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。
【００２７】
非線形光学効果として光カー効果（光信号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。
【００２８】
図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力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第２の光路４から出力される変換光信号のパワーＰｏｕｔ、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ピーク付近での過飽和特性があるからである。
【００２９】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質ＮＬとし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（ＳＬＡＬＯＭ）。
【００３０】
ＳＯＡタイプは小型集積化の点で優れている。しかし、ＳＯＡから付加される自然放出光（ＡＳＥ）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。
【００３１】
一方、ファイバタイプのＮＯＬＭでは、フ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。
【００３２】
発明者は、特願平１０−１７６３１６号（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。
【００３３】
光通信システムにおける光信号処理に適用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ＬｉＮｂＯ3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。
【００３４】
本発明では、特に光ファイバ内の光カー効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。
【００３５】
一般に、光ファイバの３次非線形係数γ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。
【００３６】
従来のＤＳＦの非線形係数はγ＝２．６Ｗ-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。
【００３７】
一般に、光ファイバの３次非線形効果を高めるためには、（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。
【００３８】
非線形屈折率ｎ2を大きくするためには、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５×１０-20ｍ2／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）。
【００３９】
一方、ＭＦＤを小さくすることは、コア及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、４μｍ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。
【００４０】
他に重要な要素として、上述のように大きな非線形係数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。
【００４１】
長さＬの光ファイバ中での光カー効果による位相シフトは、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１５Ｗ-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。
【００４２】
光ファイバを用いて光カー効果、特にＸＰＭ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。
【００４３】
図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。ここでは、光路２に供給される波長λｐｒｏｂｅのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓｉｇ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。
【００４４】
ループ光路８における位相整合条件は、ループ光路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。
【００４５】
信号パルス及び第１プローブパルスの波長は異なるので、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。
【００４６】
タイミングずれを最小限に抑えるための最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。
【００４７】
このように、本発明のある側面によると、ループ光路の零分散波長をλ0とするときに、λｓｉｇ＋λｐｒｏｂｅ＝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。
【００４８】
しかし、このような波長配置をとっても、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。
【００４９】
広帯域化を実現するための第１の方法は、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。
【００５０】
あるいは又、十分広い変換帯域を得るのに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。
【００５１】
このようにして変換帯域を拡大する場合には、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。
【００５２】
光ファイバを分割するに際して各区間をど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２．２ｋｍ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。
【００５３】
このようなファイバによるＦＷＭの帯域を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。
【００５４】
尚、ＦＷＭの発生には、ファイバの零分散波長とポンプ光の波長とがほぼ一致するように設定するのが有効であるが、その際、ポンプ光、信号光あるいは変換光のパ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、ＦＷＭ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。
【００５５】
図１に示されたＮＯＬＭが動作するためには、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。
【００５６】
ＨＮＬ−ＤＳＦを用いることによって、偏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。
【００５７】
尚、光信号の偏波状態は基本的にはプロー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。
【００５８】
図４は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。この装置は、カスケード接続された第１の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ１）及び第２の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ２）を有している。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々は、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。
【００５９】
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。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ＨＮＬ−ＤＳＦによって提供されている。
【００６０】
ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２をカスケード接続するために、ＮＯＬＭ１の第２の光路４はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に光学的に接続される。
【００６１】
ＮＯＬＭ１の第１の光路２には、波長λ1を有する第１のプローブ光が供給される。ＮＯＬＭ１の第３の光路１０には波長λS（≠λ1）及びパワーＰS1を有する入力光信号が供給される。その結果、ＮＯＬＭ１の第２の光路４からは、波長λ1及びパワーＰS2を有し且つ入力光信号に同期した中間光信号が出力される。出力された中間光信号はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に供給される。ＮＯＬＭ２の第１の光路２には、波長λ2（≠λ1）を有する第２のプローブ光が供給される。その結果、ＮＯＬＭ２の第２の光路４からは、波長λ2及びパワーＰｏｕｔを有し且つ中間光信号に同期した出力光信号が出力される。
【００６２】
第１及び第２のプローブ光の各々は、ＣＷ光であっても良いし、或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。
【００６３】
図４に示される実施形態は２つの非線形ループミラーを用いた２段構成であるが、この構成に順じて３段、４段、…、順次多段に複数の非線形ループミラーをカスケード接続してもよい。
【００６４】
この多段構成（２段構成を含む）の本発明による装置は少なくとも２つの特徴点を有する。
【００６５】
まず第１に、本発明による装置においては波長変換の自由度が大きくなる。例えば、図５の（Ａ）に示されるように、波長λ1と波長λSの差の符号を波長λ2とλ1の差の符号に等しく設定することにより、１段構成による場合と比較して大きな波長変換を行なうことができる。また、図５の（Ｂ）に示されるように、波長λ2を波長λSに実質的に等しく設定することによって、波長変換を伴うことなしに波形整形を行なうことができる。波長変換を伴わない波形整形は１段構成では不可能である。図示はしないが、波長λ2は波長λ1とλSとの間にあってもよい。この場合、波長λ1とλSを大きく異ならせることができるので、不要な光の除去等を容易に行なうことができる。ここでは、２段構成について説明したが、より多くの段数にすることによって、更に柔軟な波長変換が可能になる。
【００６６】
第２の特徴点は本発明による装置においては１段構成の場合と比較して波形整形機能が改善されるところにある。前述したように、１段構成における入出力特性は｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２＝ｓｉｎ2(Δφ／２)であるから、ｎ（ｎは自然数）段構成の規格化入出力関数（特性関数）ｆｎ（ｘ）は以下のように表すことができる。
【００６７】
ｆｎ（ｘ）＝ｓｉｎ2｛πｆ(n-1)（ｘ）／２｝
ｆ0（ｘ）＝ｘ
図６はこの関数をプロットしたものである。段数が大きくなるに従ってデジタル動作（ｎ＝∞の場合に相当）に近づいていることがわかる。ｎ＝２の場合には、ｎ＝１の場合に比べてよりデジタル動作に近づいており、より優れた波形整形特性が期待できる。従って、本発明によると、従来の１段構成のＮＯＬＭでは得られなかった優れた波形整形及び雑音抑圧が可能になる。
【００６８】
図４に示される実施形態では、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２のループ光路８としてＨＮＬ−ＤＳＦが用いられている。ＨＮＬ−ＤＳＦ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３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、ＨＮＬ−ＤＳＦの零分散波長を信号光波長（入力光信号の波長λS又は中間光信号の波長λ1）とプローブ光波長（第１のプローブ光の波長λ1又は第２のプローブ光の波長λ2）の中間付近に配置することが考えられる。この場合、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々において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。
【００６９】
このように、本発明のある側面によると、ＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λSの実質的に中間の零分散波長を有しており、ＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λ2の実質的に中間の零分散波長を有している。これによりウォークオフの発生を防止して、短パルスを用いた高ビットレート信号の波形整形が可能になる。
【００７０】
或いはまた、零分散波長を２つのパルスよ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。
【００７１】
このように、本発明のある側面によると、波長λ1及びλSはＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にあり、波長λ1及びλ2はＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にある。これにより、変調不安定効果を抑圧することができ、或いはパルス圧縮効果を用いることができるようになる。
【００７２】
図４に示される実施形態では、各ループ光路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Δφ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。
【００７３】
このように、本発明のある側面によると、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。
【００７４】
図７は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。ここでは、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々のループ光路８は、各々位相シフトΔφ／２を与える半部分８−１及び８−２からなる。半部分８−１及び８−２の各々は、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）型に構成されるＨＮＬ−ＤＳＦからなる。
【００７５】
半部分８−１及び８−２の両方により与えられる位相シフトはΔφとなるので、図４の実施形態と同じようにして波形整形が可能である。
【００７６】
特にこの実施形態では、ループ光路８の中点近傍即ち半部分８−１及び８−２の接続点に偏波状態を直交させるためのλ／２板機能１６を付加している。このλ／２板機能１６は、例えば、半部分８−１及び８−２の主軸が互いに直交するようにこれらをスプライス接続することにより得られる。
【００７７】
これにより、変換効率が入力光信号の偏波状態に依存しなくなり、しかも、λ／２板機能１６が付加されているので、各偏波保持ファイバの２偏波モード間の群速度の違いに起因する偏波分散を抑圧することができる。
【００７８】
具体的には、光カプラ６を介してループ光路８に導入される各プローブ光の偏波面を各偏波保持ファイバの主軸に対して４５°傾斜させておくことによって、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２からループ光路８に導入される光信号の偏波状態に依存しない変換効率を得ることができる。
【００７９】
尚、変換効率は、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号のパワーとＮＯＬＭ２の光カプラ６を介してループ光路８から取り出される出力光信号のパワーとの比により定義される。
【００８０】
図８は本発明による装置の第３実施形態を示す図である。ＮＯＬＭ１の動作は、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される入力光信号及び第１のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第１のプローブ光のパワーＰ1を調節するためにパワーコントローラ１８を設け、入力光信号のパワーＰS1を調節するためにパワーコントローラ２０を設けている。パワーコントローラ１８及び２０の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００８１】
パワーコントローラ１８及び２０は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ２４により第２の光路４から抽出された中間光信号の一部を受けるパワーモニタ２６の出力信号に基き、パワーモニタ２６により検出された中間光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ２８により第１の光路２から第１のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ３０の出力信号に基き、パワーモニタ３０により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第１のプローブ光と逆向きに出力される光は第１のプローブ光と同じ波長λ1を有している。
【００８２】
このような制御により、ＮＯＬＭ１のループ光路８において適切な位相差が生じるように入力光信号及び第１のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００８３】
一方、ＮＯＬＭ２の動作も、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される中間光信号及び第２のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第２のプローブ光のパワーＰ2を調節するためにパワーコントローラ３２を設け、中間光信号のパワーＰS2を調節するためにパワーコントローラ３４を設けている。パワーコントローラ３２及び３４の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００８４】
パワーコントローラ３２及び３４は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ３６により第２の光路４から抽出された出力光信号の一部を受けるパワーモニタ３８の出力信号に基き、パワーモニタ３８により検出された出力光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ４０により第１の光路２から第２のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ４２の出力信号に基き、パワーモニタ４２により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第２のプローブ光と逆向きに出力される光は第２のプローブ光と同じ波長λ2を有している。
【００８５】
このような制御により、ＮＯＬＭ２のループ光路８において適切な位相差が生じるように中間光信号及び第２のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００８６】
ＮＯＬＭ１において、第１のプローブ光、入力光信号、或いは中間光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ４４，４６及び４８が用いられている。光フィルタ４４は、光カプラ６からループ光路８に導入される第１のプローブ光に作用させるためにパワーコントローラ１８と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ４４としては、第１のプローブ光の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を用いることができる。
【００８７】
光フィルタ４６は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号に作用させるために、パワーコントローラ２０と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ４６としては、入力光信号の波長λSを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタあるいは第１のプローブ光の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタ（ＢＳＦ）を用いることができる。
【００８８】
このように、光帯域阻止フィルタを用いた場合にもＳＮＲが改善されるのは、波形整形されるべき入力光信号は一般に伝送によりＡＳＥ雑音を伴っており、中間光信号の波長λ1の近傍で予めＡＳＥ雑音の成分を除去しておくことによって、中間光信号のＳＮＲが改善されるからである。
【００８９】
光フィルタ４８は、ＮＯＬＭ１のループ光路８から光カプラ６を介して出力される中間光信号に作用させるために、第２の光路４に接続されている。光フィルタ４８としては中間光信号の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは入力光信号の波長λSを含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００９０】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第１のプローブ光の中心波長或いは入力光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【００９１】
ＮＯＬＭ２において、第２のプローブ光、中間光信号、或いは出力光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ５０，５２及び５４が用いられている。光フィルタ５０は、第１の光路２からループ光路８に導入される第２のプローブ光に作用させるために、パワーコントローラ３２と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ５０としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを用いることができる。
【００９２】
光フィルタ５２は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される中間光信号に作用させるために、パワーコントローラ３４と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ５２としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００９３】
光フィルタ５４は、ループ光路８から光カプラ６を介して出力される出力光信号に作用させるために、光路４に接続されている。光フィルタ５４としては、出力光信号の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは中間光信号の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００９４】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第２のプローブ光の中心波長或いは中間光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号又は中間光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては、誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【００９５】
図９は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、波形整形装置５６を有している。波形整形装置５６は本発明による装置の種々の実施形態により提供され得る。波形整形装置５６は、第１のプローブ光のための入力ポート５６Ａ（ＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応）と、第２のプローブ光のための入力ポート５６Ｂ（ＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応）と、入力光信号のための入力ポート５６Ｃ（ＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応）と、出力光信号のための出力ポート５６Ｄ（ＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応）とを有している。
【００９６】
入力ポート５６Ａには第１のプローブ光源５８が接続されており、光源５８から出力された第１のプローブ光（波長λ1）は波形整形装置５６に供給される。入力ポート５６Ｂには第２のプローブ光源６０が接続されており、光源６０から出力された第２のプローブ光（波長λ2）は波形整形装置５６に供給される。
【００９７】
入力ポート５６Ｃには第１の光ファイバ伝送路６２が接続されており、光ファイバ伝送路６２により伝送された入力光信号（波長λS）は波形整形装置５６に供給される。出力ポート５６Ｄには第２の光ファイバ伝送路６４が接続されており、光ファイバ伝送路６４は波形整形装置５６から出力された出力光信号（波長λ2）を伝送する。
【００９８】
光ファイバ伝送路６２の入力端には、入力光信号を光ファイバ伝送路６２に供給する光送信機（ＴＸ）６６が接続されており、光ファイバ伝送路６４の出力端には、光ファイバ伝送路６４により伝送された出力光信号を受ける光受信機（ＲＸ）６８が接続されている。
【００９９】
光送信機６６における光信号の変調方法としては、例えば光振幅（強度）変調が採用される。この場合、光受信機６８では、例えば直接検波を行うことができる。
【０１００】
光ファイバ伝送路６２及び６４の各々としては、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。
【０１０１】
波形整形装置５６においてＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々の非線形光学媒質として用いられる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６２及び６４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。
【０１０２】
このシステムによると、波形整形装置５６にお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第２の光ファイバ伝送路６４により伝送することができる。
【０１０３】
図示はしないが、光ファイバ伝送路６２及び６４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９に示されるシステムでは、前述した波形整形装置５６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。
【０１０４】
この実施形態では、波形整形装置５６を光ファイバ伝送路６２及び６４の間に設けて中継器として用いているが、光受信機６８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。
【０１０５】
図示はしないが、図９に示されるシステムは、光ファイバ伝送路６２及び６４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、光受信機６８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。
【０１０６】
本発明による装置の実施形態においては、各プローブ光はＣＷ光或いは光パルスであり得る。例えば、第１のプローブ光としてＣＷ光を用い、第２のプローブ光として入力光信号に同期した光パルスとすることができる。この光パルスが入力光信号の基準周波数で発振するクロックパルスである場合、出力光信号はその基準周波数でリタイミングされたものになる。即ち、波形整形の機能と共にこのリタイミング機能を用いることにより、光レベルでの３Ｒ処理が可能になる。ここで、「３Ｒ」は前述した２Ｒ及びリタイミングの意味である。尚、第１のプローブ光を光パルスとするとともに第２のプローブ光をＣＷ光としても良いし、或いは、第１及び第２のプローブ光の両方を光パルスにしても良い。
【０１０７】
図１０は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。この装置は、光分岐器７０、クロック再生器７２、タイミング調節器７３、波形整形装置７４及びプローブ光源７６を備えている。光分岐器７０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７０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７２及び波形整形装置７４に供給される。クロック再生器７２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タイミング調節器７３でタイミングを調節されて波形整形装置７４に供給される。
【０１０８】
波形整形装置７４は、プローブ光源７６からのプローブ光を受ける入力ポート７４Ａと、クロック再生器７２からのクロックパルスを受ける入力ポート７４Ｂと、光分岐器７０からの第２の信号光を受ける入力ポート７４Ｃと、出力ポート７４Ｄを有している。波形整形装置７４は、供給された第２の入力信号光及びクロックパルスに基き波形整形を行い、再生信号光を出力ポート７４Ｄから出力する。再生信号光の波長及び速度はそれぞれλC及びｆSである。
【０１０９】
この実施形態では、ポート７４ＡはＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応し、ポート７４ＢはＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応し、ポート７４ＣはＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応し、ポート７４ＤはＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応している。従って、プローブ光源７６から供給されるプローブ光は第１のプローブ光として用いられ、クロックパルスが第２のプローブ光として用いられている。その結果として、再生信号光の波長がクロックパルスの波長に等しくなっているのである。
【０１１０】
或いは又、クロックパルスをポート７４Ａに入力し、プローブ光源７６からのプローブ光をポート７４Ｂに入力するようにしても良い。この場合、再生信号光の波長はプローブ光源７６から供給されるプローブ光の波長に等しくなる。
【０１１１】
或いは又、プローブ光源７６を用いずに、クロックパルスを第１及び第２のクロックパルスに分岐し、第１及び第２のクロックパルスの一方を波長変換した後に両方をそれぞれポート７４Ａ及び７４Ｂに入力しても良い。
【０１１２】
このように、本実施形態によると、再生さ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、本発明を適用することにより全光３Ｒ信号再生装置の提供が可能になる。
【０１１３】
図１０に示される実施形態においては波形整形装置７４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４０Ｇｂ／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。
【０１１４】
クロック再生器７２としては、信号光に含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C、周波数ｆSのクロックパルスを発生することができる。
【０１１５】
図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。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。
【０１１６】
入力ポート７８には波長λS、速度ｆSの信号光が供給される。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。
【０１１７】
この構成によると、能動リングレーザ８４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。
【０１１８】
光変調器９０としては、ＬｉＮｂＯ3強度変調器や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。
【０１１９】
また、２次の非線形光学効果の場合にも、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。
【０１２０】
図１０に示される本発明による装置は、図９に示される波形整形装置５６と同様に、伝送路の途中に設けられる全光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、本発明に従って波形整形或いは雑音除去を行うことが有効である。
【０１２１】
以上説明した実施形態では、複数のＮＯＬＭをカスケード接続しているが、ＮＯＬＭと同様の動作原理に基く複数の干渉計をカスケード接続してもよい。
【０１２２】
干渉計の例としては、ＳＯＡ―ＭＺＩ，ＳＯＡ―ＭＩ等がある。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、波長変換の自由度が大きい波形整形のための装置の提供が可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、そのような装置を備えた新規なシステムの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に適用可能なＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）の構成を示す図である。
【図２】図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力特性を示すグラフである。
【図３】図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。
【図４】図４は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。
【図５】図５の（Ａ）及び図５の（Ｂ）は本発明による装置における波長変換の例を示す図である。
【図６】図６は多段接続されたＮＯＬＭの特性関数を示すグラフである。
【図７】図７は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図８】図８は本発明による装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】図９は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 第１の光路
４ 第２の光路
６ 第１の光カプラ
８ ループ光路
１０ 第３の光路
１２ 第２の光カプラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、波形整形のための装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光レベルで波形整形を行う従来の波形整形装置として、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。
【０００３】
第１及び第２の非線形光学媒質の一方には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。
【０００４】
第１及び第２の非線形光学媒質の各々として半導体光アンプ（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。
【０００５】
従来知られている他の波形整形装置として、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）がある。ＮＯＬＭ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。
【０００６】
ループ光路の一部または全体を非線形光学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。
【０００７】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質としては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（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）と称される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の波形整形装置においては、供給された光信号及びプローブ光に基く非線形効果により変換光信号が発生する。しかし、発生した変換光信号の波長は供給されたプローブ光の波長と同じであることによって限定されるので、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が小さいという問題がある。
【０００９】
よって、本発明の目的は、波長変換の自由度が大きい波形整形のための装置を提供することである。本発明の他の目的は、そのような装置を備えた新規なシステムを提供することである。本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、第１及び第２の非線形ループミラーを備えた装置であって、上記第１及び第２の非線形ループミラーの各々は、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、上記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、上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、上記第１の非線形ループミラーの第２の光路は上記第２の非線形ループミラーの第３の光路に光学的に接続され、上記第１及び第２の非線形ループミラーの第１の光路には第１及び第３の波長のプローブ光が供給され、上記第１及び第２の非線形ループミラーの第３の光路には上記第１の波長と異なる第２及び上記第１の波長の光時分割多重された光信号が供給され、上記第１および第２の非線形ループミラーに供給される上記プローブ光の少なくとも一つは、上記信号光に基づき生成されるクロック光を分周して生成されて光時分割多重の信号光のデマルチプレックスの処理が行れ、上記第１及び第２の非線形ループミラーの第２の光路から出力される光信号のパルスの立上がり付近で過飽和特性が発生するように、該プローブ光の２成分が該第１の光カプラで合成されるに際して、該第３の光路に入力する光信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は一致し、該第３の光路に入力する光信号のオンパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相差がπとなるよう制御する。
【００１１】
この装置は例えば次のように動作する。第１の非線形ループミラーの第１の光路には第１の波長を有する第１のプローブ光が供給される。第１の非線形ループミラーの第３の光路には第１の波長と異なる第２の波長を有する入力光信号が供給される。第１の波長を有し且つ光信号に同期した中間光信号が第１の非線形ループミラーの第２の光路から第２の非線形ループミラーの第３の光路に供給される。第２の非線形ループミラーの第１の光路には第１の波長と異なる第３の波長を有する第２のプローブ光が供給される。その結果、第３の波長を有し且つ中間光信号（即ち光信号）に同期した出力光信号が第２の非線形ループミラーの第２の光路から出力される。
【００１２】
第１の波長と第２の波長の差の符号は第３の波長と第１の波長の差の符号に等しいことができる。この場合、第１の非線形ループミラーに供給される光信号と第２の非線形ループミラーから出力される出力光信号との間の波長差を大きくすることができる。
【００１３】
一方、第３の波長は第２の波長に実質的に等しいことができる。この場合、第１の非線形ループミラーに供給される光信号と第２の非線形ループミラーから出力される光信号との間の波長差が生じることなしにこれらの間の変換を行なうことができる。
【００１４】
このように、本発明によると、波長変換の自由度が大きい波形整形のための装置の提供が可能になる。また、後述する原理に従って、従来技術に比べてより効果的な波形整形が可能になるという付加的な効果も得られる。
【００１５】
第１及び第２のプローブ光の少なくとも一方はクロックパルスであることができる。この場合、クロックパルスに基く光レベルでのリタイニングが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明に適用可能なＮＯＬＭ（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。
【００２２】
ループ光路８の一部または全部は非線形光学媒質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。
【００２３】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λｐｒｏｂｅ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λｓｉｇ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λｐｒｏｂｅ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。
【００２４】
プローブ光は、光カプラ６によりパワーが等しい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、第２の光路４からは出力されない。
【００２５】
ループ光路８の途中から光カプラ１２によ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−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００２６】
今、位相差がπになるように入力光信号の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λｓｉｇの光信号から波長λｐｒｏｂｅ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。
【００２７】
非線形光学効果として光カー効果（光信号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。
【００２８】
図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力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第２の光路４から出力される変換光信号のパワーＰｏｕｔ、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ピーク付近での過飽和特性があるからである。
【００２９】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質ＮＬとし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（ＳＬＡＬＯＭ）。
【００３０】
ＳＯＡタイプは小型集積化の点で優れている。しかし、ＳＯＡから付加される自然放出光（ＡＳＥ）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。
【００３１】
一方、ファイバタイプのＮＯＬＭでは、フ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。
【００３２】
発明者は、特願平１０−１７６３１６号（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。
【００３３】
光通信システムにおける光信号処理に適用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ＬｉＮｂＯ3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。
【００３４】
本発明では、特に光ファイバ内の光カー効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。
【００３５】
一般に、光ファイバの３次非線形係数γ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。
【００３６】
従来のＤＳＦの非線形係数はγ＝２．６Ｗ-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。
【００３７】
一般に、光ファイバの３次非線形効果を高めるためには、（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。
【００３８】
非線形屈折率ｎ2を大きくするためには、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５×１０-20ｍ2／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）。
【００３９】
一方、ＭＦＤを小さくすることは、コア及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、４μｍ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。
【００４０】
他に重要な要素として、上述のように大きな非線形係数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。
【００４１】
長さＬの光ファイバ中での光カー効果による位相シフトは、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１５Ｗ-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。
【００４２】
光ファイバを用いて光カー効果、特にＸＰＭ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。
【００４３】
図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。ここでは、光路２に供給される波長λｐｒｏｂｅのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓｉｇ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。
【００４４】
ループ光路８における位相整合条件は、ループ光路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。
【００４５】
信号パルス及び第１プローブパルスの波長は異なるので、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。
【００４６】
タイミングずれを最小限に抑えるための最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。
【００４７】
このように、本発明のある側面によると、ループ光路の零分散波長をλ0とするときに、λｓｉｇ＋λｐｒｏｂｅ＝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。
【００４８】
しかし、このような波長配置をとっても、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。
【００４９】
広帯域化を実現するための第１の方法は、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。
【００５０】
あるいは又、十分広い変換帯域を得るのに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。
【００５１】
このようにして変換帯域を拡大する場合には、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。
【００５２】
光ファイバを分割するに際して各区間をど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２．２ｋｍ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。
【００５３】
このようなファイバによるＦＷＭの帯域を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。
【００５４】
尚、ＦＷＭの発生には、ファイバの零分散波長とポンプ光の波長とがほぼ一致するように設定するのが有効であるが、その際、ポンプ光、信号光あるいは変換光のパ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、ＦＷＭ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。
【００５５】
図１に示されたＮＯＬＭが動作するためには、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。
【００５６】
ＨＮＬ−ＤＳＦを用いることによって、偏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。
【００５７】
尚、光信号の偏波状態は基本的にはプロー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。
【００５８】
図４は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。この装置は、カスケード接続された第１の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ１）及び第２の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ２）を有している。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々は、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。
【００５９】
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。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ＨＮＬ−ＤＳＦによって提供されている。
【００６０】
ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２をカスケード接続するために、ＮＯＬＭ１の第２の光路４はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に光学的に接続される。
【００６１】
ＮＯＬＭ１の第１の光路２には、波長λ1を有する第１のプローブ光が供給される。ＮＯＬＭ１の第３の光路１０には波長λS（≠λ1）及びパワーＰS1を有する入力光信号が供給される。その結果、ＮＯＬＭ１の第２の光路４からは、波長λ1及びパワーＰS2を有し且つ入力光信号に同期した中間光信号が出力される。出力された中間光信号はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に供給される。ＮＯＬＭ２の第１の光路２には、波長λ2（≠λ1）を有する第２のプローブ光が供給される。その結果、ＮＯＬＭ２の第２の光路４からは、波長λ2及びパワーＰｏｕｔを有し且つ中間光信号に同期した出力光信号が出力される。
【００６２】
第１及び第２のプローブ光の各々は、ＣＷ光であっても良いし、或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。
【００６３】
図４に示される実施形態は２つの非線形ループミラーを用いた２段構成であるが、この構成に順じて３段、４段、…、順次多段に複数の非線形ループミラーをカスケード接続してもよい。
【００６４】
この多段構成（２段構成を含む）の本発明による装置は少なくとも２つの特徴点を有する。
【００６５】
まず第１に、本発明による装置においては波長変換の自由度が大きくなる。例えば、図５の（Ａ）に示されるように、波長λ1と波長λSの差の符号を波長λ2とλ1の差の符号に等しく設定することにより、１段構成による場合と比較して大きな波長変換を行なうことができる。また、図５の（Ｂ）に示されるように、波長λ2を波長λSに実質的に等しく設定することによって、波長変換を伴うことなしに波形整形を行なうことができる。波長変換を伴わない波形整形は１段構成では不可能である。図示はしないが、波長λ2は波長λ1とλSとの間にあってもよい。この場合、波長λ1とλSを大きく異ならせることができるので、不要な光の除去等を容易に行なうことができる。ここでは、２段構成について説明したが、より多くの段数にすることによって、更に柔軟な波長変換が可能になる。
【００６６】
第２の特徴点は本発明による装置においては１段構成の場合と比較して波形整形機能が改善されるところにある。前述したように、１段構成における入出力特性は｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２＝ｓｉｎ2(Δφ／２)であるから、ｎ（ｎは自然数）段構成の規格化入出力関数（特性関数）ｆｎ（ｘ）は以下のように表すことができる。
【００６７】
ｆｎ（ｘ）＝ｓｉｎ2｛πｆ(n-1)（ｘ）／２｝
ｆ0（ｘ）＝ｘ
図６はこの関数をプロットしたものである。段数が大きくなるに従ってデジタル動作（ｎ＝∞の場合に相当）に近づいていることがわかる。ｎ＝２の場合には、ｎ＝１の場合に比べてよりデジタル動作に近づいており、より優れた波形整形特性が期待できる。従って、本発明によると、従来の１段構成のＮＯＬＭでは得られなかった優れた波形整形及び雑音抑圧が可能になる。
【００６８】
図４に示される実施形態では、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２のループ光路８としてＨＮＬ−ＤＳＦが用いられている。ＨＮＬ−ＤＳＦ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３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、ＨＮＬ−ＤＳＦの零分散波長を信号光波長（入力光信号の波長λS又は中間光信号の波長λ1）とプローブ光波長（第１のプローブ光の波長λ1又は第２のプローブ光の波長λ2）の中間付近に配置することが考えられる。この場合、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々において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。
【００６９】
このように、本発明のある側面によると、ＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λSの実質的に中間の零分散波長を有しており、ＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λ2の実質的に中間の零分散波長を有している。これによりウォークオフの発生を防止して、短パルスを用いた高ビットレート信号の波形整形が可能になる。
【００７０】
或いはまた、零分散波長を２つのパルスよ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。
【００７１】
このように、本発明のある側面によると、波長λ1及びλSはＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にあり、波長λ1及びλ2はＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にある。これにより、変調不安定効果を抑圧することができ、或いはパルス圧縮効果を用いることができるようになる。
【００７２】
図４に示される実施形態では、各ループ光路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Δφ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。
【００７３】
このように、本発明のある側面によると、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。
【００７４】
図７は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。ここでは、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々のループ光路８は、各々位相シフトΔφ／２を与える半部分８−１及び８−２からなる。半部分８−１及び８−２の各々は、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）型に構成されるＨＮＬ−ＤＳＦからなる。
【００７５】
半部分８−１及び８−２の両方により与えられる位相シフトはΔφとなるので、図４の実施形態と同じようにして波形整形が可能である。
【００７６】
特にこの実施形態では、ループ光路８の中点近傍即ち半部分８−１及び８−２の接続点に偏波状態を直交させるためのλ／２板機能１６を付加している。このλ／２板機能１６は、例えば、半部分８−１及び８−２の主軸が互いに直交するようにこれらをスプライス接続することにより得られる。
【００７７】
これにより、変換効率が入力光信号の偏波状態に依存しなくなり、しかも、λ／２板機能１６が付加されているので、各偏波保持ファイバの２偏波モード間の群速度の違いに起因する偏波分散を抑圧することができる。
【００７８】
具体的には、光カプラ６を介してループ光路８に導入される各プローブ光の偏波面を各偏波保持ファイバの主軸に対して４５°傾斜させておくことによって、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２からループ光路８に導入される光信号の偏波状態に依存しない変換効率を得ることができる。
【００７９】
尚、変換効率は、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号のパワーとＮＯＬＭ２の光カプラ６を介してループ光路８から取り出される出力光信号のパワーとの比により定義される。
【００８０】
図８は本発明による装置の第３実施形態を示す図である。ＮＯＬＭ１の動作は、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される入力光信号及び第１のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第１のプローブ光のパワーＰ1を調節するためにパワーコントローラ１８を設け、入力光信号のパワーＰS1を調節するためにパワーコントローラ２０を設けている。パワーコントローラ１８及び２０の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００８１】
パワーコントローラ１８及び２０は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ２４により第２の光路４から抽出された中間光信号の一部を受けるパワーモニタ２６の出力信号に基き、パワーモニタ２６により検出された中間光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ２８により第１の光路２から第１のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ３０の出力信号に基き、パワーモニタ３０により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第１のプローブ光と逆向きに出力される光は第１のプローブ光と同じ波長λ1を有している。
【００８２】
このような制御により、ＮＯＬＭ１のループ光路８において適切な位相差が生じるように入力光信号及び第１のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００８３】
一方、ＮＯＬＭ２の動作も、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される中間光信号及び第２のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第２のプローブ光のパワーＰ2を調節するためにパワーコントローラ３２を設け、中間光信号のパワーＰS2を調節するためにパワーコントローラ３４を設けている。パワーコントローラ３２及び３４の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００８４】
パワーコントローラ３２及び３４は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ３６により第２の光路４から抽出された出力光信号の一部を受けるパワーモニタ３８の出力信号に基き、パワーモニタ３８により検出された出力光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ４０により第１の光路２から第２のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ４２の出力信号に基き、パワーモニタ４２により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第２のプローブ光と逆向きに出力される光は第２のプローブ光と同じ波長λ2を有している。
【００８５】
このような制御により、ＮＯＬＭ２のループ光路８において適切な位相差が生じるように中間光信号及び第２のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００８６】
ＮＯＬＭ１において、第１のプローブ光、入力光信号、或いは中間光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ４４，４６及び４８が用いられている。光フィルタ４４は、光カプラ６からループ光路８に導入される第１のプローブ光に作用させるためにパワーコントローラ１８と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ４４としては、第１のプローブ光の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を用いることができる。
【００８７】
光フィルタ４６は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号に作用させるために、パワーコントローラ２０と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ４６としては、入力光信号の波長λSを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタあるいは第１のプローブ光の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタ（ＢＳＦ）を用いることができる。
【００８８】
このように、光帯域阻止フィルタを用いた場合にもＳＮＲが改善されるのは、波形整形されるべき入力光信号は一般に伝送によりＡＳＥ雑音を伴っており、中間光信号の波長λ1の近傍で予めＡＳＥ雑音の成分を除去しておくことによって、中間光信号のＳＮＲが改善されるからである。
【００８９】
光フィルタ４８は、ＮＯＬＭ１のループ光路８から光カプラ６を介して出力される中間光信号に作用させるために、第２の光路４に接続されている。光フィルタ４８としては中間光信号の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは入力光信号の波長λSを含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００９０】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第１のプローブ光の中心波長或いは入力光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【００９１】
ＮＯＬＭ２において、第２のプローブ光、中間光信号、或いは出力光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ５０，５２及び５４が用いられている。光フィルタ５０は、第１の光路２からループ光路８に導入される第２のプローブ光に作用させるために、パワーコントローラ３２と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ５０としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを用いることができる。
【００９２】
光フィルタ５２は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される中間光信号に作用させるために、パワーコントローラ３４と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ５２としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００９３】
光フィルタ５４は、ループ光路８から光カプラ６を介して出力される出力光信号に作用させるために、光路４に接続されている。光フィルタ５４としては、出力光信号の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは中間光信号の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００９４】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第２のプローブ光の中心波長或いは中間光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号又は中間光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては、誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【００９５】
図９は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、波形整形装置５６を有している。波形整形装置５６は本発明による装置の種々の実施形態により提供され得る。波形整形装置５６は、第１のプローブ光のための入力ポート５６Ａ（ＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応）と、第２のプローブ光のための入力ポート５６Ｂ（ＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応）と、入力光信号のための入力ポート５６Ｃ（ＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応）と、出力光信号のための出力ポート５６Ｄ（ＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応）とを有している。
【００９６】
入力ポート５６Ａには第１のプローブ光源５８が接続されており、光源５８から出力された第１のプローブ光（波長λ1）は波形整形装置５６に供給される。入力ポート５６Ｂには第２のプローブ光源６０が接続されており、光源６０から出力された第２のプローブ光（波長λ2）は波形整形装置５６に供給される。
【００９７】
入力ポート５６Ｃには第１の光ファイバ伝送路６２が接続されており、光ファイバ伝送路６２により伝送された入力光信号（波長λS）は波形整形装置５６に供給される。出力ポート５６Ｄには第２の光ファイバ伝送路６４が接続されており、光ファイバ伝送路６４は波形整形装置５６から出力された出力光信号（波長λ2）を伝送する。
【００９８】
光ファイバ伝送路６２の入力端には、入力光信号を光ファイバ伝送路６２に供給する光送信機（ＴＸ）６６が接続されており、光ファイバ伝送路６４の出力端には、光ファイバ伝送路６４により伝送された出力光信号を受ける光受信機（ＲＸ）６８が接続されている。
【００９９】
光送信機６６における光信号の変調方法としては、例えば光振幅（強度）変調が採用される。この場合、光受信機６８では、例えば直接検波を行うことができる。
【０１００】
光ファイバ伝送路６２及び６４の各々としては、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。
【０１０１】
波形整形装置５６においてＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々の非線形光学媒質として用いられる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６２及び６４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。
【０１０２】
このシステムによると、波形整形装置５６にお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第２の光ファイバ伝送路６４により伝送することができる。
【０１０３】
図示はしないが、光ファイバ伝送路６２及び６４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９に示されるシステムでは、前述した波形整形装置５６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。
【０１０４】
この実施形態では、波形整形装置５６を光ファイバ伝送路６２及び６４の間に設けて中継器として用いているが、光受信機６８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。
【０１０５】
図示はしないが、図９に示されるシステムは、光ファイバ伝送路６２及び６４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、光受信機６８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。
【０１０６】
本発明による装置の実施形態においては、各プローブ光はＣＷ光或いは光パルスであり得る。例えば、第１のプローブ光としてＣＷ光を用い、第２のプローブ光として入力光信号に同期した光パルスとすることができる。この光パルスが入力光信号の基準周波数で発振するクロックパルスである場合、出力光信号はその基準周波数でリタイミングされたものになる。即ち、波形整形の機能と共にこのリタイミング機能を用いることにより、光レベルでの３Ｒ処理が可能になる。ここで、「３Ｒ」は前述した２Ｒ及びリタイミングの意味である。尚、第１のプローブ光を光パルスとするとともに第２のプローブ光をＣＷ光としても良いし、或いは、第１及び第２のプローブ光の両方を光パルスにしても良い。
【０１０７】
図１０は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。この装置は、光分岐器７０、クロック再生器７２、タイミング調節器７３、波形整形装置７４及びプローブ光源７６を備えている。光分岐器７０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７０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７２及び波形整形装置７４に供給される。クロック再生器７２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タイミング調節器７３でタイミングを調節されて波形整形装置７４に供給される。
【０１０８】
波形整形装置７４は、プローブ光源７６からのプローブ光を受ける入力ポート７４Ａと、クロック再生器７２からのクロックパルスを受ける入力ポート７４Ｂと、光分岐器７０からの第２の信号光を受ける入力ポート７４Ｃと、出力ポート７４Ｄを有している。波形整形装置７４は、供給された第２の入力信号光及びクロックパルスに基き波形整形を行い、再生信号光を出力ポート７４Ｄから出力する。再生信号光の波長及び速度はそれぞれλC及びｆSである。
【０１０９】
この実施形態では、ポート７４ＡはＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応し、ポート７４ＢはＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応し、ポート７４ＣはＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応し、ポート７４ＤはＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応している。従って、プローブ光源７６から供給されるプローブ光は第１のプローブ光として用いられ、クロックパルスが第２のプローブ光として用いられている。その結果として、再生信号光の波長がクロックパルスの波長に等しくなっているのである。
【０１１０】
或いは又、クロックパルスをポート７４Ａに入力し、プローブ光源７６からのプローブ光をポート７４Ｂに入力するようにしても良い。この場合、再生信号光の波長はプローブ光源７６から供給されるプローブ光の波長に等しくなる。
【０１１１】
或いは又、プローブ光源７６を用いずに、クロックパルスを第１及び第２のクロックパルスに分岐し、第１及び第２のクロックパルスの一方を波長変換した後に両方をそれぞれポート７４Ａ及び７４Ｂに入力しても良い。
【０１１２】
このように、本実施形態によると、再生さ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、本発明を適用することにより全光３Ｒ信号再生装置の提供が可能になる。
【０１１３】
図１０に示される実施形態においては波形整形装置７４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４０Ｇｂ／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。
【０１１４】
クロック再生器７２としては、信号光に含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C、周波数ｆSのクロックパルスを発生することができる。
【０１１５】
図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。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。
【０１１６】
入力ポート７８には波長λS、速度ｆSの信号光が供給される。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。
【０１１７】
この構成によると、能動リングレーザ８４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。
【０１１８】
光変調器９０としては、ＬｉＮｂＯ3強度変調器や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。
【０１１９】
また、２次の非線形光学効果の場合にも、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。
【０１２０】
図１０に示される本発明による装置は、図９に示される波形整形装置５６と同様に、伝送路の途中に設けられる全光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、本発明に従って波形整形或いは雑音除去を行うことが有効である。
【０１２１】
以上説明した実施形態では、複数のＮＯＬＭをカスケード接続しているが、ＮＯＬＭと同様の動作原理に基く複数の干渉計をカスケード接続してもよい。
【０１２２】
干渉計の例としては、ＳＯＡ―ＭＺＩ，ＳＯＡ―ＭＩ等がある。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、波長変換の自由度が大きい波形整形のための装置の提供が可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、そのような装置を備えた新規なシステムの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に適用可能なＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）の構成を示す図である。
【図２】図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力特性を示すグラフである。
【図３】図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。
【図４】図４は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。
【図５】図５の（Ａ）及び図５の（Ｂ）は本発明による装置における波長変換の例を示す図である。
【図６】図６は多段接続されたＮＯＬＭの特性関数を示すグラフである。
【図７】図７は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図８】図８は本発明による装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】図９は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 第１の光路
４ 第２の光路
６ 第１の光カプラ
８ ループ光路
１０ 第３の光路
１２ 第２の光カプラ
Claims (13)
- 第１及び第２の非線形ループミラーを備えた装置であって、
上記第１及び第２の非線形ループミラーの各々は、
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、
上記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、
上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、
上記第１の非線形ループミラーの第２の光路は上記第２の非線形ループミラーの第３の光路に光学的に接続され、
上記第１及び第２の非線形ループミラーの第１の光路には第１及び第３の波長のプローブ光が供給され、
上記第１及び第２の非線形ループミラーの第３の光路には上記第１の波長と異なる第２及び上記第１の波長の光時分割多重された光信号が供給され、
上記第１および第２の非線形ループミラーに供給される上記プローブ光の少なくとも一つは、能動リングレーザと光変調器により上記信号光に基づき生成されるクロック光を分周して生成されて光時分割多重の光信号のデマルチプレックス処理が行われ、
上記第１及び第２の非線形ループミラーの第２の光路から出力される光信号のパルスの立上がり付近で過飽和特性が発生するように、該プローブ光の２成分が該第１の光カプラで合成されるに際して、該第３の光路に入力する光信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は一致し、該第３の光路に入力する光信号のオンパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相差がπとなるよう制御する装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
上記第１の波長と上記第２の波長の差の符号は上記第３の波長と上記第１の波長の差の符号に等しい装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
上記第３の波長は上記第１の波長に実質的に等しい装置。 - 請求項１に記載の装置であって、
上記各ループ光路は光ファイバによって提供される装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記光ファイバはＧｅＯ2がドープされたコアとフッ素がドープされたクラッドとを含む装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記第１の非線形ループミラーの光ファイバは上記第１の波長と上記第２の波長の実質的に中間の零分散波長を有しており、
上記第２の非線形ループミラーの光ファイバは上記第１の波長と上記第３の波長の実質的に中間の零分散波長を有している装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記第１及び第２の波長は上記第１の非線形ループミラーの光ファイバの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にあり、
上記第１及び第３の波長は上記第２の非線形ループミラーの光ファイバの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にある装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記光ファイバは偏波保持ファイバである装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記光ファイバは実質的に同じ長さを有する第１及び第２の偏波保持ファイバからなり、
上記第１及び第２の偏波保持ファイバはこれらの主軸が互いに直交するように接続される装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記第１の非線形ループミラーの第２の光路に光学的に接続され上記第１の波長を含む通過帯域を有する第１の光帯域通過フィルタと、
上記第２の非線形ループミラーの第２の光路に光学的に接続され上記第３の波長を含む通過帯域を有する第２の光帯域通過フィルタとを更に備えた装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記第１の非線形ループミラーの第２の光路に光学的に接続され上記第２の波長を含む阻止帯域を有する第１の光帯域阻止フィルタと、
上記第２の非線形ループミラーの第２の光路に光学的に接続され上記第１の波長を含む阻止帯域を有する第２の光帯域阻止フィルタとを更に備えた装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記第１の非線形ループミラーの第３の光路に光学的に接続され上記第２の波長を含む通過帯域を有する第１の光帯域通過フィルタと、
上記第２の非線形ループミラーの第３の光路に光学的に接続され上記第１の波長を含む通過帯域を有する第２の光帯域通過フィルタとを更に備えた装置。 - 請求項４に記載の装置であって、
上記第１の非線形ループミラーの第３の光路に光学的に接続され上記第１の波長を含む阻止帯域を有する第１の光帯域阻止フィルタと、
上記第２の非線形ループミラーの第３の光路に接続され上記第３の波長を含む阻止帯域を有する第２の光帯域阻止フィルタとを更に備えた装置。
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