JP4094854B2 - 信号光を波形整形するための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を波形整形するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年実用化されている光ファイバ通信システムにおいては、伝送路損失や分岐損失等による信号パワーの低下を、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光増幅器を用いて補償している。光増幅器はアナログ増幅器であり、信号を線形増幅するものである。この種の光増幅器においては、増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）雑音の付加により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下するので、中継数ひいては伝送距離に限界が生じる。また、光ファイバの持つ波長分散やファイバ内の非線形光学効果による波形劣化も伝送限界を与える要因である。こうした限界を打破するためには、信号をデジタル的に処理する再生中継器が必要であり、その実現が望まれている。特に、全ての処理を光レベルにおいて行う全光再生中継器は、信号のビットレートやパルス形状等に依存しないトランスペアレントな動作を実現する上で重要である。
【０００３】
全光再生中継器に必要な機能は、振幅再生又はリアンプリフィケーション（Ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と、波形整形又はリシェイピング（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）と、タイミング再生又はリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）とである。これらの機能は３Ｒ機能と称され、特に前二者は２Ｒ機能と称される。
【０００４】
光レベルで光信号再生を行う装置として、光信号を一旦電気信号に変換し、電気段で信号再生を行った後、その再生電気信号を用いてレーザー光を変調して光信号に変換する光・電気・光（O・E・O）変換型、及び電気信号への変換なしに光レベルで信号再生する全光型のものがある。このうちO・E・O型は既に１０Ｇｂ／ｓ程度までは実用化されているが、性能がエレクトロニクスの動作速度に依存するため、４０Ｇｂ／ｓ以上での動作は難しい。一方、現状では全光型は実用化レベルのものはないが、いくつかの方式が提案されている。
【０００５】
全光型の代表的なものとしてマッハ・ツェンダ干渉器（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ＭＺＩ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）光あるいは光パルス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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。特に動作速度を向上させるために、超高速非線形干渉器（ＵＮＩ）と呼ばれるタイプが提案されている。これは、干渉器の二つの光路を通過する光パルスのタイミングを僅かにずらし、半導体媒質のキャリア効果に起因する動作速度限界を改善したものである。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
波形整形装置と光クロック再生装置を組み合わせることにより、３Ｒ機能を提供することができる。この場合、一般的には、３Ｒ再生されるべき光信号と再生光クロックパルスとが光ＡＮＤ回路に入力され、ＡＮＤ動作により光信号の持つデータが再生光クロックに転写される。波形整形は、光ＡＮＤ回路に入力する前若しくは後に波形整形装置を用いて行うか、あるいは光ＡＮＤ回路に波形整形機能を併せ持たせることによって可能である。
【００１２】
これまでに提案されている３Ｒ機能としては、例えば、前述のＭＺＩ型光ゲートスイッチによるものがある。我々は、先に２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置を提案している（特願平１１−２９３１８９号）。この装置においては、２つのＮＯＬＭを組み合わせることによって、波形整形或いは光ゲートの機能を得る場合における波長変換の自由度を大きくしている。
【００１３】
光３Ｒ機能を提供するための波形整形装置においては、光ＡＮＤ回路に入力する光信号と再生光クロックパルスの時間軸上の相対的な位置ずれに応じて、十分な３Ｒ機能を得ることができない場合があるという問題がある。このような相対的な位置ずれの原因としては、光ＡＮＤ回路内での光信号と再生光クロックパルスの間のウオークオフや各光パルスの時間的な安定度、ジッター等が考えられる。
【００１４】
よって、本発明の目的は、十分な光３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法及び装置を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１６】
本発明によると、光信号を増幅するステップと、前記増幅された光信号を第１及び第２の光信号に分岐するステップと、前記第１の光信号を増幅するステップと、光信号に対して正常分散を有する非線形光ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバにおいて、前記増幅された前記第１の光信号のパルスの立上り部と立下り部において自己位相変調により光信号のパルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るステップと、前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成するステップと、前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップとを備え、前記パルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るステップは、前記光信号の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲に前記光信号のパルス幅を拡大する方法が提供される。
【００１７】
本発明の他の側面によると、光信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された光信号を第１及び第２の光信号に分岐する光カプラと、前記第１の光信号を増幅する第２の増幅器と、光信号に対して正常分散を有する非線形光ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバにおいて、前記増幅された前記第１の光信号のパルスの立上り部と立下り部において自己位相変調により光信号のパルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るための波形整形器と、前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成する光クロック再生器と、前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスを入力されて変換光信号を得るための光ＡＮＤ回路とを備え、前記波形整形器は、前記光信号の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲に前記光信号のパルス幅を拡大する装置が提供される。
【００１８】
本発明のさらに他の側面によると、光を第１及び第２の光に分岐する光分岐手段と、前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成する光クロック再生器と、前記第１の光と前記光クロックパルスを入力し変換光信号を得る光ＡＮＤ回路と、前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる波形整形器とを備えた装置が提供される。
本発明によると、光信号及びクロックパルスのジッターや時間的な不安定に起因して光ＡＮＤ回路内で発生する振幅雑音等を抑圧することができ、超高速信号に対しても、光３Ｒ処理、波長変換処理、光デマルチプレクシング処理といった光信号処理を安定に行うことができ、本発明の目的が達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。全図を通して実質的に同一又は類似の部分には同一の符号が付されている。
【００２０】
図１は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。この装置は、光増幅器２、光カプラ４、波形整形器６、光クロック再生器８及び光ＡＮＤ回路１０を備えている。
【００２１】
波形整形されるべき光信号（入力信号光）は、光増幅器２によって増幅された後に光カプラで第１及び第２の光信号に分岐される。第１の光信号は波形整形器６に供給され、第１の光信号のパルス幅を拡大して得られた波形整形光が波形整形器６から出力される。第２の光信号は光クロック再生器に供給され、第２の光信号に基いてクロックパルスが生成される。波形整形光及びクロックパルスは光ＡＮＤ回路１０に供給され、波形整形光及びクロックパルスが共に存在する時間に同期して変換光信号（変換信号光）が光ＡＮＤ回路１０から出力される。
【００２２】
光クロック再生器８は、時間的な間隔が乱れた信号光から基準時間間隔のクロックパルスを再生するたものものである。例えば、１６０Ｇｂ／ｓの信号光の場合であれば、６．２５ｐｓ間隔に並んだ１６０ＧＨｚのパルス列を再生する。O／Ｅ変換した後電気的にタイミング再生し、その電気的なＲＦ信号を用いてモードロックレーザー（ＭＬＬ）を発振させる方法や、電気への変換なしに直接ＭＬＬを発振させる方法等を用いることができる。
【００２３】
但し、１６０Ｇｂ／ｓのような高速信号の場合にはエレクトロニクスの動作速度限界を超えており、また、こうした速度で動作するＭＬＬの実現も困難である。従って、より低速の例えば１０ＧＨｚのパルス列を再生した後、そのＯＴＤＭ（光時分割多重）により１６０ＧＨｚのクロックパルスを生成するのが望ましい。
【００２４】
図２は図１に示される光クロック再生器８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１８及び出力ポート２０間に設けられる光パス２２と、光パス２２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２３を含む能動リングレーザ２４とを備えている。
【００２５】
入力ポート１８には波長λS、速度ｆSの信号光（第２の光信号）が供給される。能動リングレーザ２４は、光ループ２３でレーザ発振が生じるように光ループ２３の損失を補償する光増幅器２６と、速度（又は周波数）ｆSが光ループ２３の周回周期の逆数の整数倍になるように光ループ２３の光路長を調節する調節器２８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）３０とを含む。能動リングレーザ２４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３２を更に含んでいても良い。
【００２６】
この構成によると、能動リングレーザ２４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２０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。
【００２７】
光変調器３０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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、波形整形器６の動作を説明するのに先立ち、こうした波形整形を行わない場合について考察する。信号光は時間的な乱れを含んでいるから、光ＡＮＤ回路１０においてクロックパルスと同期する部分と多少ずれる部分が存在する。例えば、光ＡＮＤ回路１０としてＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）のような高速光スイッチを用いる場合には、前述の時間的なずれにより、得られる変換光の振幅が一定でなくなる。従って、時間的なずれの原因がジッターのような雑音的なものであると、変換光には振幅雑音が付加されてしまう。
【００３０】
そこで、本発明では、こうした雑音の付加を回避するために、光ＡＮＤ回路１０に入力する信号光のパルス形状を矩形化している。これにより、この矩形パルスの幅の中では常にクロックパルスとの光ＡＮＤ動作が可能になるので、上述のような振幅雑音の付加を抑えることができ、その結果、ジッター等の雑音を抑圧することができる。
【００３１】
図３は図１に示される波形整形器６の実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造３４として、光ファイバ３６が用いられている。光ファイバ３６のＧＶＤ（群速度分散）はβ2であり、光ファイバ３６は例えば供給された光信号に正常分散及び３次の非線形光学効果を与える。
【００３２】
中心波長λSを有する入力パルス（第１の光信号）は、光増幅器３２により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅された後、光ファイバ３６に入力される。光ファイバ３６内においては、ＳＰＭ（自己位相変調）によりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大（拡散）される。
【００３３】
光ファイバ３６内においては、ＳＰＭ（自己位相変調）によりチャープし、光パルスの立上がり部では長波長側へのシフトが発生し、一方、光パルスの立下り部では短波長側へのシフトが発生する。例えば、用いる光ファイバが正常分散ファイバの場合には、波長が長いほど群速度が大きくなるため、上記チャープにより光パルスの幅は広がる。矩形状に広げるためには、短い長さで急激に波形が変化するように用いる光ファイバの分散値を適度に大きくし、そのような光ファイバに立上がり／立下がりの傾斜ができるだけ急峻な光パルスを高いパワーで入力すればよい。
【００３４】
実際には、３次の非線形効果が有限であるため、ある程度の長さが必要であり、上記チャープに起因するパルス広がり以外にも、波長分散だけに起因するパルス広がりが特に比較的非線形効果の小さな光パルスの裾部分で発生する。このような場合には、波長分散に起因する広がり分を補償して所望の形状に近い光パルスを得るために、光ファイバの出力端に分散補償器を配置するとよい。例えば、逆符号の分散を有する光ファイバ等を配置することにより、効果的に分散を補償することができる。尚、光ファイバの分散値や補償量については、入力光パルスや用いる光ファイバ等の条件により、適宜調整することができる。
【００３５】
尚、この正常分散ファイバを用いたスペクトルの拡大に関する付加的な詳細は、例えば特願２０００−３４４５４号に記載されている。
【００３６】
図４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は図１に示される光ＡＮＤ回路１０として用いることができる。
【００３７】
このＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路４２及び４４を含む第１の光カプラ４６と、第１及び第２の光路４２及び４４を接続するループ光路４８と、ループ光路４８に方向性結合される第３の光路５０を含む第２の光カプラ５２とを備えている。
【００３８】
ループ光路４８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４６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。
【００３９】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λcを有するプローブ光が光カプラ４６の第１の光路４２に入力され、波長λｓを有する光信号が光カプラ５２の第３の光路５０に入力されたときに、波長λｃを有する変換光信号が光カプラ４６の第２の光路４４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。
【００４０】
プローブ光は、光カプラ４６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４８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４６により合成される。光カプラ４６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４２から出力され、ポート４４からは出力されない。
【００４１】
ループ光路４８の途中から光カプラ５２により光信号が入力されると、この光信号はループ光路４８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４６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４６の第２の光路４４には｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００４２】
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４４だけから出力されるようなスイッチ動作が可能になる。このようにして、波長λｓの光信号から波長λｃの変換光信号への変換が行なわれる。即ち、光信号のデータに関して波長変換が行なわれていることになる。
【００４３】
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。
【００４４】
尚、ここでは波長が異なる場合における光ＡＮＤ動作について説明したが、図１の実施形態はこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、光ＡＮＤ装置１０としては、マッハツェンダ干渉器型の光ゲートや四光波混合、差周波生成等を用いた光ミキシング型のスイッチ等を用いることもできる。
【００４６】
即ち、第１の実施形態としては、光ＡＮＤ回路の前段において、伝送路からの入力信号光パルス幅を大きくする波形整形（具体的には入力信号光の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲にパルス幅を広げる制御）を行うことにより、光ＡＮＤ回路で再生した光クロックパルスにより伝送路からの入力信号光パルスとのＡＮＤをとるときの位相ジッタを解決する。
【００４７】
図５は本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１に示される実施形態と対比して、光ＡＮＤ回路１０の出力に第２の波形整形器５４が設けられている点で特徴付けられる。光増幅器２の図示は省略されている。第２の波形整形器５４は、光ＡＮＤ回路５４から出力された変換信号光の振幅揺らぎを更に抑圧して出力信号光として出力する。
【００４８】
図６は図５に示される第２の波形整形器５４の実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造５８として光ファイバ６０が用いられている。光ファイバ６０のＧＶＤはβ2であり、光ファイバ６０は例えば供給された光信号に正常分散及び３次の非線形光学効果を与える。
【００４９】
中心波長λSを有する入力信号光（変換信号光）は、光増幅器５６により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅される。その後、一定の振幅で元の光スペクトルよりも広いスペクトルを有する光（スーパーコンティニューム光）を発生させる光ファイバ６０に入力される。光ファイバ６０内においては、ＳＰＭによりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大（拡散）したスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）に変換される。チャーピングが与えられて光ファイバ６０から出力された出力光信号は、通過帯域の中心波長がλcの光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６２を通過してチャーピングの小さい成分以外の成分が抽出されて、中心波長λcを有する出力パルスが出力される。
【００５０】
チャーピングの小さな成分には、主にオフパワー（０符合）成分の零点からの変動分（例えばＧＶＤによる波形劣化）やパルスのピーク付近のスロープの小さな成分が含まれる。これらの成分は光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を決定付けるものであるので、この部分をＢＰＦにより除去することにより、これらの成分のパワー変動、消光比劣化、雑音累積等によるＯＳＮＲの低下を改善することができる。従って、本発明により、ＯＳＮＲの改善を伴う波長変換及びクロックパルスの抽出が可能になる。
【００５１】
ＢＰＦ６２の通過帯域の中心波長λcは、雑音を含むチャープの小さい成分が出力信号パルスに含まれないように、信号パルスの中心波長λSから十分に離しておくことが望ましい（元の光スペクトルの波長の位置に他の波長より振幅が大きい部分がくることを回避するため）。また、ＢＰＦ６２の通過帯域の幅及び形状は、必要とされるパルスの幅及び形状に応じて適宜設定しておくことが望ましい。基本的には、入力信号パルスのスペクトル形状とほぼ等しく設定される。
【００５２】
この方法の付加的な詳細については、特願２０００−２６４７５７号や特願２０００−３０１９５２号に記載されている。また、非線形光学効果をあたえる導波構造としての光ファイバとしては、高非線形ファイバやフォトニック結晶ファイバ（Ｈｏｌｅｙ Ｆｉｂｅｒ）が適している。
【００５３】
このような構成の第２の実施形態としては、光ＡＮＤ回路の後段において、入力信号光パルス幅を大きくする波形整形を行うことにより、光ＡＮＤ回路で再生した光の振幅が、伝送路や前段のパルス幅を広げる制御、更には光ＡＮＤ回路内で発生する振幅雑音によりばらつく問題を解決する。
【００５４】
第２の実施形態においては、第１の実施形態を用いることを前提として説明したが、第２の実施形態の光ＡＮＤ回路の後段の波形整形器は光ＡＮＤ回路の出力光の振幅変動があるものに対して有効であり、光ＡＮＤ回路前段の回路構成にはなんら限定されない。
【００５５】
また、第２の実施形態では、非線形効果を有する光ファイバによりフーパーコンティニューム光を説明しているが、スーパーコンティニューム光を発生することができれば、光ファイバ以外の光学媒体も使用可能である。
【００５６】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００５７】
（付記１） 光信号を第１及び第２の光信号に分岐するステップと、
前記第１の光信号のパルス幅を拡大して波形整形光を得るステップと、
前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成するステップと、
前記波形整形光及び前記クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップとを備えた方法。
【００５８】
（付記２） 前記変換光信号の振幅揺らぎを抑圧するステップを更に備えた付記１記載の方法。
【００５９】
（付記３） 前記波形整形光を得るステップは非線形効果を提供する光導波構造に前記第１の光信号を入力するステップを含む付記１記載の方法。
【００６０】
（付記４） 前記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバである付記３記載の方法。
【００６１】
（付記５） 前記光導波構造に入力される光信号を増幅するステップを更に備えた付記３記載の方法。
【００６２】
（付記６） 前記光ＡＮＤ回路は前記波形整形光及び前記クロックパルスが共に存在する時間に同期して前記変換光信号を出力する付記１記載の方法。
【００６３】
（付記７） 光信号を第１及び第２の光信号に分岐する光カプラと、
前記第１の光信号のパルス幅を拡大して波形整形光を得るための波形整形器と、
前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記波形整形光及び前記クロックパルスを入力されて変換光信号を得るための光ＡＮＤ回路とを備えた装置。
【００６４】
（付記８） 前記変換光信号の振幅揺らぎを抑圧する第２の波形整形器を更に備えた付記７記載の装置。
【００６５】
（付記９） 前記波形整形器は非線形効果を提供する光導波構造を含み、前記第１の光信号は前記光導波構造に入力される付記７記載の装置。
【００６６】
（付記１０） 前記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバである付記９記載の装置。
【００６７】
（付記１１） 前記光ファイバの後段に設けられ、前記光ファイバの分散を補償する分散補償器を更に備え、前記光ファイバから出力される光が前記分散補償器に入力される付記１０記載の装置。
【００６８】
（付記１２） 前記分散補償器は前記光ファイバの分散の符号と反対の符号の分散を有する光ファイバである付記１１記載の装置。
【００６９】
（付記１３） 前記光導波構造に入力される光信号を増幅する光増幅器を更に備えた付記９記載の装置。
【００７０】
（付記１４） 前記光ＡＮＤ回路は前記波形整形光及び前記クロックパルスが共に存在する時間に同期して前記変換光信号を出力する付記７記載の装置。
【００７１】
（付記１５） 光を第１及び第２の光に分岐する光分岐手段と、
前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記第１の光と前記光クロックパルスを入力し変換光信号を得る光ＡＮＤ回路と、
前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる波形整形器とを備えた装置。
【００７２】
（付記１６） 光を第１及び第２の光に分岐するステップと、
前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成するステップと、
前記第１の光と前記光クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップと、
前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる波形整形ステップとを備えた方法。
【００７３】
（付記１７） 光を第１及び第２の光に分岐する光分岐手段と、
前記第１の光のパルス幅を拡大した波形整形光を得るための第１の波形整形器と、
前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記第１の波形整形器の出力と前記光クロックパルスを入力し変換光信号を得る光ＡＮＤ回路と、
前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる第２の波形整形器とを備えた装置。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、十分な２Ｒ及び／又は３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することが可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は図１に示される光クロック発生器８の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図３は図１に示される波形整形器６の実施形態を示すブロック図である。
【図４】図４は本発明に適用可能なＮＯＬＭの実施形態を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図６】図６は図５に示される第２の波形整形器５４の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ 光カプラ
６ 波形整形器
８ 光クロック再生器
１０ 光ＡＮＤ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を波形整形するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年実用化されている光ファイバ通信システムにおいては、伝送路損失や分岐損失等による信号パワーの低下を、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光増幅器を用いて補償している。光増幅器はアナログ増幅器であり、信号を線形増幅するものである。この種の光増幅器においては、増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）雑音の付加により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下するので、中継数ひいては伝送距離に限界が生じる。また、光ファイバの持つ波長分散やファイバ内の非線形光学効果による波形劣化も伝送限界を与える要因である。こうした限界を打破するためには、信号をデジタル的に処理する再生中継器が必要であり、その実現が望まれている。特に、全ての処理を光レベルにおいて行う全光再生中継器は、信号のビットレートやパルス形状等に依存しないトランスペアレントな動作を実現する上で重要である。
【０００３】
全光再生中継器に必要な機能は、振幅再生又はリアンプリフィケーション（Ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と、波形整形又はリシェイピング（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）と、タイミング再生又はリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）とである。これらの機能は３Ｒ機能と称され、特に前二者は２Ｒ機能と称される。
【０００４】
光レベルで光信号再生を行う装置として、光信号を一旦電気信号に変換し、電気段で信号再生を行った後、その再生電気信号を用いてレーザー光を変調して光信号に変換する光・電気・光（O・E・O）変換型、及び電気信号への変換なしに光レベルで信号再生する全光型のものがある。このうちO・E・O型は既に１０Ｇｂ／ｓ程度までは実用化されているが、性能がエレクトロニクスの動作速度に依存するため、４０Ｇｂ／ｓ以上での動作は難しい。一方、現状では全光型は実用化レベルのものはないが、いくつかの方式が提案されている。
【０００５】
全光型の代表的なものとしてマッハ・ツェンダ干渉器（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ＭＺＩ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）光あるいは光パルス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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。特に動作速度を向上させるために、超高速非線形干渉器（ＵＮＩ）と呼ばれるタイプが提案されている。これは、干渉器の二つの光路を通過する光パルスのタイミングを僅かにずらし、半導体媒質のキャリア効果に起因する動作速度限界を改善したものである。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
波形整形装置と光クロック再生装置を組み合わせることにより、３Ｒ機能を提供することができる。この場合、一般的には、３Ｒ再生されるべき光信号と再生光クロックパルスとが光ＡＮＤ回路に入力され、ＡＮＤ動作により光信号の持つデータが再生光クロックに転写される。波形整形は、光ＡＮＤ回路に入力する前若しくは後に波形整形装置を用いて行うか、あるいは光ＡＮＤ回路に波形整形機能を併せ持たせることによって可能である。
【００１２】
これまでに提案されている３Ｒ機能としては、例えば、前述のＭＺＩ型光ゲートスイッチによるものがある。我々は、先に２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置を提案している（特願平１１−２９３１８９号）。この装置においては、２つのＮＯＬＭを組み合わせることによって、波形整形或いは光ゲートの機能を得る場合における波長変換の自由度を大きくしている。
【００１３】
光３Ｒ機能を提供するための波形整形装置においては、光ＡＮＤ回路に入力する光信号と再生光クロックパルスの時間軸上の相対的な位置ずれに応じて、十分な３Ｒ機能を得ることができない場合があるという問題がある。このような相対的な位置ずれの原因としては、光ＡＮＤ回路内での光信号と再生光クロックパルスの間のウオークオフや各光パルスの時間的な安定度、ジッター等が考えられる。
【００１４】
よって、本発明の目的は、十分な光３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法及び装置を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１６】
本発明によると、光信号を増幅するステップと、前記増幅された光信号を第１及び第２の光信号に分岐するステップと、前記第１の光信号を増幅するステップと、光信号に対して正常分散を有する非線形光ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバにおいて、前記増幅された前記第１の光信号のパルスの立上り部と立下り部において自己位相変調により光信号のパルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るステップと、前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成するステップと、前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップとを備え、前記パルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るステップは、前記光信号の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲に前記光信号のパルス幅を拡大する方法が提供される。
【００１７】
本発明の他の側面によると、光信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された光信号を第１及び第２の光信号に分岐する光カプラと、前記第１の光信号を増幅する第２の増幅器と、光信号に対して正常分散を有する非線形光ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバにおいて、前記増幅された前記第１の光信号のパルスの立上り部と立下り部において自己位相変調により光信号のパルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るための波形整形器と、前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成する光クロック再生器と、前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスを入力されて変換光信号を得るための光ＡＮＤ回路とを備え、前記波形整形器は、前記光信号の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲に前記光信号のパルス幅を拡大する装置が提供される。
【００１８】
本発明のさらに他の側面によると、光を第１及び第２の光に分岐する光分岐手段と、前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成する光クロック再生器と、前記第１の光と前記光クロックパルスを入力し変換光信号を得る光ＡＮＤ回路と、前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる波形整形器とを備えた装置が提供される。
本発明によると、光信号及びクロックパルスのジッターや時間的な不安定に起因して光ＡＮＤ回路内で発生する振幅雑音等を抑圧することができ、超高速信号に対しても、光３Ｒ処理、波長変換処理、光デマルチプレクシング処理といった光信号処理を安定に行うことができ、本発明の目的が達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。全図を通して実質的に同一又は類似の部分には同一の符号が付されている。
【００２０】
図１は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。この装置は、光増幅器２、光カプラ４、波形整形器６、光クロック再生器８及び光ＡＮＤ回路１０を備えている。
【００２１】
波形整形されるべき光信号（入力信号光）は、光増幅器２によって増幅された後に光カプラで第１及び第２の光信号に分岐される。第１の光信号は波形整形器６に供給され、第１の光信号のパルス幅を拡大して得られた波形整形光が波形整形器６から出力される。第２の光信号は光クロック再生器に供給され、第２の光信号に基いてクロックパルスが生成される。波形整形光及びクロックパルスは光ＡＮＤ回路１０に供給され、波形整形光及びクロックパルスが共に存在する時間に同期して変換光信号（変換信号光）が光ＡＮＤ回路１０から出力される。
【００２２】
光クロック再生器８は、時間的な間隔が乱れた信号光から基準時間間隔のクロックパルスを再生するたものものである。例えば、１６０Ｇｂ／ｓの信号光の場合であれば、６．２５ｐｓ間隔に並んだ１６０ＧＨｚのパルス列を再生する。O／Ｅ変換した後電気的にタイミング再生し、その電気的なＲＦ信号を用いてモードロックレーザー（ＭＬＬ）を発振させる方法や、電気への変換なしに直接ＭＬＬを発振させる方法等を用いることができる。
【００２３】
但し、１６０Ｇｂ／ｓのような高速信号の場合にはエレクトロニクスの動作速度限界を超えており、また、こうした速度で動作するＭＬＬの実現も困難である。従って、より低速の例えば１０ＧＨｚのパルス列を再生した後、そのＯＴＤＭ（光時分割多重）により１６０ＧＨｚのクロックパルスを生成するのが望ましい。
【００２４】
図２は図１に示される光クロック再生器８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１８及び出力ポート２０間に設けられる光パス２２と、光パス２２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２３を含む能動リングレーザ２４とを備えている。
【００２５】
入力ポート１８には波長λS、速度ｆSの信号光（第２の光信号）が供給される。能動リングレーザ２４は、光ループ２３でレーザ発振が生じるように光ループ２３の損失を補償する光増幅器２６と、速度（又は周波数）ｆSが光ループ２３の周回周期の逆数の整数倍になるように光ループ２３の光路長を調節する調節器２８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）３０とを含む。能動リングレーザ２４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３２を更に含んでいても良い。
【００２６】
この構成によると、能動リングレーザ２４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２０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。
【００２７】
光変調器３０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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、波形整形器６の動作を説明するのに先立ち、こうした波形整形を行わない場合について考察する。信号光は時間的な乱れを含んでいるから、光ＡＮＤ回路１０においてクロックパルスと同期する部分と多少ずれる部分が存在する。例えば、光ＡＮＤ回路１０としてＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）のような高速光スイッチを用いる場合には、前述の時間的なずれにより、得られる変換光の振幅が一定でなくなる。従って、時間的なずれの原因がジッターのような雑音的なものであると、変換光には振幅雑音が付加されてしまう。
【００３０】
そこで、本発明では、こうした雑音の付加を回避するために、光ＡＮＤ回路１０に入力する信号光のパルス形状を矩形化している。これにより、この矩形パルスの幅の中では常にクロックパルスとの光ＡＮＤ動作が可能になるので、上述のような振幅雑音の付加を抑えることができ、その結果、ジッター等の雑音を抑圧することができる。
【００３１】
図３は図１に示される波形整形器６の実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造３４として、光ファイバ３６が用いられている。光ファイバ３６のＧＶＤ（群速度分散）はβ2であり、光ファイバ３６は例えば供給された光信号に正常分散及び３次の非線形光学効果を与える。
【００３２】
中心波長λSを有する入力パルス（第１の光信号）は、光増幅器３２により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅された後、光ファイバ３６に入力される。光ファイバ３６内においては、ＳＰＭ（自己位相変調）によりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大（拡散）される。
【００３３】
光ファイバ３６内においては、ＳＰＭ（自己位相変調）によりチャープし、光パルスの立上がり部では長波長側へのシフトが発生し、一方、光パルスの立下り部では短波長側へのシフトが発生する。例えば、用いる光ファイバが正常分散ファイバの場合には、波長が長いほど群速度が大きくなるため、上記チャープにより光パルスの幅は広がる。矩形状に広げるためには、短い長さで急激に波形が変化するように用いる光ファイバの分散値を適度に大きくし、そのような光ファイバに立上がり／立下がりの傾斜ができるだけ急峻な光パルスを高いパワーで入力すればよい。
【００３４】
実際には、３次の非線形効果が有限であるため、ある程度の長さが必要であり、上記チャープに起因するパルス広がり以外にも、波長分散だけに起因するパルス広がりが特に比較的非線形効果の小さな光パルスの裾部分で発生する。このような場合には、波長分散に起因する広がり分を補償して所望の形状に近い光パルスを得るために、光ファイバの出力端に分散補償器を配置するとよい。例えば、逆符号の分散を有する光ファイバ等を配置することにより、効果的に分散を補償することができる。尚、光ファイバの分散値や補償量については、入力光パルスや用いる光ファイバ等の条件により、適宜調整することができる。
【００３５】
尚、この正常分散ファイバを用いたスペクトルの拡大に関する付加的な詳細は、例えば特願２０００−３４４５４号に記載されている。
【００３６】
図４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は図１に示される光ＡＮＤ回路１０として用いることができる。
【００３７】
このＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路４２及び４４を含む第１の光カプラ４６と、第１及び第２の光路４２及び４４を接続するループ光路４８と、ループ光路４８に方向性結合される第３の光路５０を含む第２の光カプラ５２とを備えている。
【００３８】
ループ光路４８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４６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。
【００３９】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λcを有するプローブ光が光カプラ４６の第１の光路４２に入力され、波長λｓを有する光信号が光カプラ５２の第３の光路５０に入力されたときに、波長λｃを有する変換光信号が光カプラ４６の第２の光路４４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。
【００４０】
プローブ光は、光カプラ４６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４８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４６により合成される。光カプラ４６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４２から出力され、ポート４４からは出力されない。
【００４１】
ループ光路４８の途中から光カプラ５２により光信号が入力されると、この光信号はループ光路４８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４６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４６の第２の光路４４には｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００４２】
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４４だけから出力されるようなスイッチ動作が可能になる。このようにして、波長λｓの光信号から波長λｃの変換光信号への変換が行なわれる。即ち、光信号のデータに関して波長変換が行なわれていることになる。
【００４３】
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。
【００４４】
尚、ここでは波長が異なる場合における光ＡＮＤ動作について説明したが、図１の実施形態はこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、光ＡＮＤ装置１０としては、マッハツェンダ干渉器型の光ゲートや四光波混合、差周波生成等を用いた光ミキシング型のスイッチ等を用いることもできる。
【００４６】
即ち、第１の実施形態としては、光ＡＮＤ回路の前段において、伝送路からの入力信号光パルス幅を大きくする波形整形（具体的には入力信号光の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲にパルス幅を広げる制御）を行うことにより、光ＡＮＤ回路で再生した光クロックパルスにより伝送路からの入力信号光パルスとのＡＮＤをとるときの位相ジッタを解決する。
【００４７】
図５は本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１に示される実施形態と対比して、光ＡＮＤ回路１０の出力に第２の波形整形器５４が設けられている点で特徴付けられる。光増幅器２の図示は省略されている。第２の波形整形器５４は、光ＡＮＤ回路５４から出力された変換信号光の振幅揺らぎを更に抑圧して出力信号光として出力する。
【００４８】
図６は図５に示される第２の波形整形器５４の実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造５８として光ファイバ６０が用いられている。光ファイバ６０のＧＶＤはβ2であり、光ファイバ６０は例えば供給された光信号に正常分散及び３次の非線形光学効果を与える。
【００４９】
中心波長λSを有する入力信号光（変換信号光）は、光増幅器５６により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅される。その後、一定の振幅で元の光スペクトルよりも広いスペクトルを有する光（スーパーコンティニューム光）を発生させる光ファイバ６０に入力される。光ファイバ６０内においては、ＳＰＭによりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大（拡散）したスーパーコンティニューム光（ＳＣ光）に変換される。チャーピングが与えられて光ファイバ６０から出力された出力光信号は、通過帯域の中心波長がλcの光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６２を通過してチャーピングの小さい成分以外の成分が抽出されて、中心波長λcを有する出力パルスが出力される。
【００５０】
チャーピングの小さな成分には、主にオフパワー（０符合）成分の零点からの変動分（例えばＧＶＤによる波形劣化）やパルスのピーク付近のスロープの小さな成分が含まれる。これらの成分は光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を決定付けるものであるので、この部分をＢＰＦにより除去することにより、これらの成分のパワー変動、消光比劣化、雑音累積等によるＯＳＮＲの低下を改善することができる。従って、本発明により、ＯＳＮＲの改善を伴う波長変換及びクロックパルスの抽出が可能になる。
【００５１】
ＢＰＦ６２の通過帯域の中心波長λcは、雑音を含むチャープの小さい成分が出力信号パルスに含まれないように、信号パルスの中心波長λSから十分に離しておくことが望ましい（元の光スペクトルの波長の位置に他の波長より振幅が大きい部分がくることを回避するため）。また、ＢＰＦ６２の通過帯域の幅及び形状は、必要とされるパルスの幅及び形状に応じて適宜設定しておくことが望ましい。基本的には、入力信号パルスのスペクトル形状とほぼ等しく設定される。
【００５２】
この方法の付加的な詳細については、特願２０００−２６４７５７号や特願２０００−３０１９５２号に記載されている。また、非線形光学効果をあたえる導波構造としての光ファイバとしては、高非線形ファイバやフォトニック結晶ファイバ（Ｈｏｌｅｙ Ｆｉｂｅｒ）が適している。
【００５３】
このような構成の第２の実施形態としては、光ＡＮＤ回路の後段において、入力信号光パルス幅を大きくする波形整形を行うことにより、光ＡＮＤ回路で再生した光の振幅が、伝送路や前段のパルス幅を広げる制御、更には光ＡＮＤ回路内で発生する振幅雑音によりばらつく問題を解決する。
【００５４】
第２の実施形態においては、第１の実施形態を用いることを前提として説明したが、第２の実施形態の光ＡＮＤ回路の後段の波形整形器は光ＡＮＤ回路の出力光の振幅変動があるものに対して有効であり、光ＡＮＤ回路前段の回路構成にはなんら限定されない。
【００５５】
また、第２の実施形態では、非線形効果を有する光ファイバによりフーパーコンティニューム光を説明しているが、スーパーコンティニューム光を発生することができれば、光ファイバ以外の光学媒体も使用可能である。
【００５６】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００５７】
（付記１） 光信号を第１及び第２の光信号に分岐するステップと、
前記第１の光信号のパルス幅を拡大して波形整形光を得るステップと、
前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成するステップと、
前記波形整形光及び前記クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップとを備えた方法。
【００５８】
（付記２） 前記変換光信号の振幅揺らぎを抑圧するステップを更に備えた付記１記載の方法。
【００５９】
（付記３） 前記波形整形光を得るステップは非線形効果を提供する光導波構造に前記第１の光信号を入力するステップを含む付記１記載の方法。
【００６０】
（付記４） 前記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバである付記３記載の方法。
【００６１】
（付記５） 前記光導波構造に入力される光信号を増幅するステップを更に備えた付記３記載の方法。
【００６２】
（付記６） 前記光ＡＮＤ回路は前記波形整形光及び前記クロックパルスが共に存在する時間に同期して前記変換光信号を出力する付記１記載の方法。
【００６３】
（付記７） 光信号を第１及び第２の光信号に分岐する光カプラと、
前記第１の光信号のパルス幅を拡大して波形整形光を得るための波形整形器と、
前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記波形整形光及び前記クロックパルスを入力されて変換光信号を得るための光ＡＮＤ回路とを備えた装置。
【００６４】
（付記８） 前記変換光信号の振幅揺らぎを抑圧する第２の波形整形器を更に備えた付記７記載の装置。
【００６５】
（付記９） 前記波形整形器は非線形効果を提供する光導波構造を含み、前記第１の光信号は前記光導波構造に入力される付記７記載の装置。
【００６６】
（付記１０） 前記光導波構造は正常分散を提供する光ファイバである付記９記載の装置。
【００６７】
（付記１１） 前記光ファイバの後段に設けられ、前記光ファイバの分散を補償する分散補償器を更に備え、前記光ファイバから出力される光が前記分散補償器に入力される付記１０記載の装置。
【００６８】
（付記１２） 前記分散補償器は前記光ファイバの分散の符号と反対の符号の分散を有する光ファイバである付記１１記載の装置。
【００６９】
（付記１３） 前記光導波構造に入力される光信号を増幅する光増幅器を更に備えた付記９記載の装置。
【００７０】
（付記１４） 前記光ＡＮＤ回路は前記波形整形光及び前記クロックパルスが共に存在する時間に同期して前記変換光信号を出力する付記７記載の装置。
【００７１】
（付記１５） 光を第１及び第２の光に分岐する光分岐手段と、
前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記第１の光と前記光クロックパルスを入力し変換光信号を得る光ＡＮＤ回路と、
前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる波形整形器とを備えた装置。
【００７２】
（付記１６） 光を第１及び第２の光に分岐するステップと、
前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成するステップと、
前記第１の光と前記光クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップと、
前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる波形整形ステップとを備えた方法。
【００７３】
（付記１７） 光を第１及び第２の光に分岐する光分岐手段と、
前記第１の光のパルス幅を拡大した波形整形光を得るための第１の波形整形器と、
前記第２の光に基いて光クロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記第１の波形整形器の出力と前記光クロックパルスを入力し変換光信号を得る光ＡＮＤ回路と、
前記光ＡＮＤ回路の出力を一定の振幅でスペクトル幅を広げる第２の波形整形器とを備えた装置。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、十分な２Ｒ及び／又は３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することが可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は図１に示される光クロック発生器８の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図３は図１に示される波形整形器６の実施形態を示すブロック図である。
【図４】図４は本発明に適用可能なＮＯＬＭの実施形態を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図６】図６は図５に示される第２の波形整形器５４の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
４ 光カプラ
６ 波形整形器
８ 光クロック再生器
１０ 光ＡＮＤ回路
Claims (8)
- 光信号を増幅するステップと、
前記増幅された光信号を第１及び第２の光信号に分岐するステップと、
前記第１の光信号を増幅するステップと、
光信号に対して正常分散を有する非線形光ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバにおいて、前記増幅された前記第１の光信号のパルスの立上り部と立下り部において自己位相変調により光信号のパルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るステップと、
前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成するステップと、
前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスを光ＡＮＤ回路に入力して変換光信号を得るステップとを備え、
前記パルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るステップは、前記光信号の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲に前記光信号のパルス幅を拡大する方法。 - 前記光信号は伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上である請求項１記載の方法。
- 前記光ＡＮＤ回路は前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスが共に存在する時間に同期して前記変換光信号を出力する請求項１記載の方法。
- 光信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器により増幅された光信号を第１及び第２の光信号に分岐する光カプラと、
前記第１の光信号を増幅する第２の増幅器と、
光信号に対して正常分散を有する非線形光ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバにおいて、前記増幅された前記第１の光信号のパルスの立上り部と立下り部において自己位相変調により光信号のパルス幅を拡大して波形整形された信号光を得るための波形整形器と、
前記第２の光信号に基いてクロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスを入力されて変換光信号を得るための光ＡＮＤ回路とを備え、
前記波形整形器は、前記光信号の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲に前記光信号のパルス幅を拡大する装置。 - 前記光信号は伝送速度が４０Ｇｂ／ｓ以上である請求項４記載の方法。
- 前記ファイバの直後又は前記光ＡＮＤ回路の後段に設けられ、前記ファイバの分散を補償する分散補償器を更に備え、前記ファイバから出力される光が前記分散補償器に入力される請求項４記載の装置。
- 前記分散補償器は前記ファイバの分散の符号と反対の符号の分散を有する光ファイバである請求項６記載の装置。
- 前記光ＡＮＤ回路は前記波形整形された信号光及び前記クロックパルスが共に存在する時間に同期して前記変換光信号を出力する請求項４記載の装置。
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