JP4139963B2 - 光信号再生中継器および光信号再生方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル光通信において用いられる光中継器に関し、特に、デジタル信号光を再生しながら中継する光信号再生中継器に関する。さらに、本発明は、そのような光信号再生中継器に用いられている光ゲートの制御方法および光信号再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル光通信では、光通信信号（デジタル信号光）は、光ファイバよりなる伝送路を伝搬する際に波長分散、非線形効果、タイミングジッタなどの様々な要因により劣化する。このため、劣化して受信した光通信信号を、パルス再生によって劣化する前の光通信信号と同じ信号光に再生しながら中継する光信号再生中継器が一般に用いられている。
【０００３】
光信号再生中継器の１つに、強度再生（Reamplifying）、波形再生（Reshaping）、タイミング再生（Retiming）の３Ｒ機能を有する光３Ｒ器がある。強度再生は、歪んだ受信波形を増幅する。波形再生は、歪んだ受信波形を整形する。タイミング再生は、増幅・整形された受信波形を正しい時間間隔で送出するために受信信号光からクロック信号を再生する。
【０００４】
図１７に、光３Ｒ器の一般的な構成を示す（特許文献１および非特許文献１、２参照）。この光３Ｒ器は、光分岐器１０１、クロック抽出器１０２および光ゲート１０３からなる。光分岐器１０１は、劣化した波長λ１の光通信信号パルスを２つに分岐する。この光分岐器１０１にて分岐された光通信信号パルスの一方は制御光として光ゲート１０３に供給され、もう一方はクロック抽出器１０２に供給されている。クロック抽出器１０２は、分岐器１０１から供給された光通信信号パルスのクロックを抽出し、その抽出したクロックに同期して波長λ２のクロック光パルスを生成する。このクロック抽出器１０２で生成されたクロック光パルスは光ゲート１０３に供給されている。
【０００５】
上記の光３Ｒ器では、劣化した光通信信号パルス（制御光）で光ゲート１０３のゲートの開閉を制御しながら、クロック抽出器１０２からのクロック光パルスを光ゲート１０３に通すことにより、通信データをクロック光パルスに転写する。こうして、劣化データの識別再生が行われる。
【０００６】
ところで、最近では、インターネットの急速な発展に伴って光通信の大容量化への要望が高まり、伝送速度（ビットレート）が４０Ｇｂ／ｓ以上の高速光ゲートが要求されている。そのような高速光ゲートとして使用可能なものに、光の干渉を利用したプッシュ／プル型光ゲートがある。以下に、その代表的なものの構成を挙げ、その動作原理を説明する。
【０００７】
図１８に、プッシュ／プル型光ゲートの一例として、対称マッハツェンダ（ＳＭＺ）型光ゲートを示す（非特許文献３参照）。このＳＭＺ型光ゲートでは、制御光パルス（λ１）は光分岐器２０１ａで第１、第２の制御光パルスに分けられ、被制御光パルス（λ２）は光分岐器２０１ｂで第１、第２の被制御光パルスに分けられる。
【０００８】
第１の制御光パルスはそのまま光結合器２０４ａに到達し、そこで第１の被制御光パルスと結合される。この結合では、第１の制御光パルスは、第１の被制御光パルスに対して時間的に前の位置に挿入される。一方、第２の制御光パルスは、光遅延回路２１０にて遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた後、光結合器２０４ｂに到達し、そこで第２の被制御光パルスと結合される。この結合では、第２の制御光パルスは、第２の被制御光パルスに対して時間的に後ろの位置に挿入される。
【０００９】
非線形光位相シフタ２１１ａには、第１の制御光パルス、第１の被制御光パルスの順で到達し、非線形光位相シフタ２１１ｂには、第２の被制御光パルス、第２の制御光パルスの順に到達する。第１および第２の被制御光パルスの非線形光位相シフタへの到達タイミングは同じである。第１の制御光パルスの非線形光位相シフタへの到達タイミングは、それら被制御光パルスの到達タイミングよりも早く、第２の制御光パルスの非線形光位相シフタへの到達タイミングはそれら被制御光パルスの到達タイミングよりも遅い。よって、この状態では、丁度、第１および第２の制御光パルスで第１および第２の被制御光パルスを挟むような状態になる。このときの第１および第２の制御光パルスの時間間隔はΔｔであり、これがＳＭＺ型光ゲートのゲート幅となる。
【００１０】
非線形光位相シフタ２１１ａ、２１１ｂでは、制御光パルスが入射すると、それ以降に到達する被制御光パルスに非線形位相シフトが生じる。このため、非線形光位相シフタ２１１ａにおいては、第１の制御光パルスにより第１の被制御光パルスに非線形位相シフトが生じる。他方、非線形光位相シフタ２１１ｂにおいては、第２の被制御光パルスは第２の制御光パルスより前に到達するので、非線形位相シフトは生じない。
【００１１】
非線形光位相シフタ２１１ａ、２１１ｂを通過した第１および第２の被制御光パルスは光結合器２０４ｃに到達する。光結合器２０４ｃでは、干渉により、入力された被制御光パルスの間に位相差を生じている場合にのみ光パルスが出力される。位相差が生じていない場合は、被制御光パルスは互いに打ち消し合うことになるため、光パルスは出力されない。第１および第２の被制御光パルスの間には位相差が生じているため、それら被制御光パルスが合波された光パルス（λ２）が光結合器２０４ｃから出力される。この光結合器２０４ｃからの光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１２を通過してゲート通過光としてＳＭＺ型光ゲート外へ出力される。
【００１２】
通常、光３Ｒ器では、クロック抽出器から一定の間隔で被制御光パルスが出力される。このため、上述したＳＭＺ型光ゲートにおいては、図２１に示すように、一定の間隔で連続して入射する被制御光パルスのうち、第１の制御光パルス（スイッチ・オン）と第２の制御光パルス（スイッチ・オフ）の間に挟まれた被制御光パルスが取り出される。
【００１３】
上記の他、図１９に示すような偏波識別型ＳＭＺ光ゲート（ＰＤ−ＳＭＺまたはＵＮＩ（Ultrafast Nonlinear Interferometer））もある（非特許文献４参照）。偏波識別型ＳＭＺ光ゲートでは、被制御光パルス（λ２）が光偏波分離器２１３ａで第１、第２の偏波成分（ＴＥモード、ＴＭモード）の被制御光パルスに分離される。被制御光パルス（ＴＥ）は、そのまま光偏波結合器２１４ａに到達し、そこで、光遅延回路２１０ａで遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた被制御光パルス（ＴＭ）と結合される。こうして結合された被制御光パルス（ＴＥ／ＴＭ）の間隔はΔｔであり、これが偏波識別型ＳＭＺ光ゲートのゲート幅となる。
【００１４】
光偏波結合器２１４ａで結合された被制御光パルス（ＴＥ／ＴＭ）は光結合器２１４ｂに到達し、そこで制御光パルス（λ１）と結合される。こうして結合された制御光パルス（λ１）および被制御光パルス（ＴＥ／ＴＭ）は非線形位相シフタ２１１に到達する。この非線形位相シフタ２１１には、被制御光パルス（ＴＥ）、制御光パルス、被制御光パルス（ＴＭ）の順に到達する。よって、この非線形位相シフタ２１１では、制御光パルスより後に到達した被制御光パルス（ＴＭ）にのみ非線形位相シフトが生じる。
【００１５】
非線形位相シフタ２１１を通過した被制御光パルス（ＴＥ／ＴＭ）は、光偏波分離器２１３ｂにて再び分離される。被制御光パルス（ＴＭ）は、そのまま光偏波結合器２１４ｃに到達し、そこで、光遅延回路２１０ｂで遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた被制御光パルス（ＴＥ）と結合される。こうして結合された被制御光パルス（ＴＥ／ＴＭ）は干渉・合波し、その後、偏光子２１５にて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１２を通過してゲート通過光として偏波識別型ＳＭＺ光ゲート外へ出力される。
【００１６】
なお、上記の偏波識別型ＳＭＺ光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ２１２の位置は、非線形位相シフタ２１１もしくは光結合器２１４ｃの直後であってもよい。また、上記説明において、ＴＥモードとＴＭモードを入れ替えても問題はない。
【００１７】
プッシュ／プル型光ゲートとして、図２０に示すような非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ、ＳＬＡＬＯＭ（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）もしくはＴＯＡＤ（Terahertz Optical Asymmetric Demultiplexer））もある（非特許文献５参照）。この非線形光ループミラーは、ループ構造のものであって、ファイバループの一部に非線形光位相シフタ２１１を備える。被制御光パルス（λ２）は、ファイバループ上の非線形光位相シフタ２１１と対向する位置に設けられた光カプラ２１６からファイバループ内に導入される。このとき、被制御光パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬する第１の被制御光パルスと反時計回り方向に伝搬する第２の被制御光パルスに分けられる。
【００１８】
第１の被制御光パルスは、そのまま非線形光位相シフタ２１１に到達する。一方、第２の被制御光パルスは、光遅延回路２１０で遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた後、非線形光位相シフタ２１１に到達する。よって、これら第１および第２の被制御光パルスの非線形光位相シフタ２１１の到達タイミングには時間Δｔ分の差があり、この差がゲート幅となる。
【００１９】
光カプラ２１６と非線形光位相シフタ２１１を結ぶ一方の伝送路上には光結合器２１４が設けられており、この光結合器２１４から制御光パルス（λ１）がループ内に導入される。制御光パルスは、第１の被制御光パルスに対して時間的に後の位置に挿入されるようになっており、非線形光位相シフタ２１１には、第１の被制御光パルス、制御光パルス、第２の被制御光パルスの順に到達する。よって、この非線形位相シフタ２１１では、制御光パルスより後に到達した第２の被制御光パルスにのみ非線形位相シフトが生じる。
【００２０】
非線形位相シフタ２１１を通過した第２の被制御光パルスは、そのまま光カプラ２１６に到達する。一方、非線形位相シフタ２１１を通過した第１の被制御光パルスは、光遅延回路２１０で遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた後、光カプラ２１６に到達する。よって、第１および第２の被制御光パルスは光カプラ２１６に同じタイミングで到達し、そこで第１および第２の被制御光パルスが干渉する。このとき、第１および第２の被制御光パルスの間に位相差を生じているため、それら被制御光パルスが合波された光パルス（λ２）が光カプラ２１６からループ外へ取り出される。こうして取り出された光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１２を通過してゲート通過光として非線形光ループミラー外へ出力される。
【００２１】
以上説明した高速光ゲートはいずれも、制御光パルスによって、後続の被制御光パルスに非線形位相シフトを発生させ、出力ポートにおける干渉状態の変化を利用して高速にゲートの開閉を行うタイプのものである。
【００２２】
光信号再生中継器には、上述した光３Ｒ器の他に、上野らによって提案されたＤＩＳＣ（Delayed-Interference Signal-wavelength Converter）型波長変換器もある（非特許文献６参照）。このＤＩＳＣ型波長変換器は、入力信号光と波長の異なる連続光に対して、入力信号光により時間軸上で断片的に位相シフトを生じさせた後、その連続光自身のレプリカと時間をずらして干渉させることにより波長の変換された信号光を得るものである。これは、Retiming機能を除いた光２Ｒ器として機能するものである。
【００２３】
さらに、非特許文献７には、ＤＩＳＣ型波長変換器において、連続光の代わりにクロック光を用い、かつ、干渉の際にずらす時間量をビットピリオドと同じとすることにより光３Ｒ器としても機能することが、ロイトルドらによって開示されている。
【００２４】
また、特許文献２には、非線形位相シフタにおける位相シフト量がπに到達していなくても、光信号に対して所望の強度雑音抑制作用を発揮させるために、光ゲートを２段構成にしたものが開示されている。
【００２５】
さらに、特許文献３には、光ゲートの２段構成化により波長変換の自由度およびクロック再生の忠実度を向上させたものが開示されている。
【００２６】
【特許文献１】
特開平８−１６３０４７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２９０８１号公報
【特許文献３】
特開２００１−２４９３７１号公報
【非特許文献１】
H. J. Thiele et al., Electron. Lett. 35, 230 (1999)
【非特許文献２】
H. Kurita et al., Proc. of ECOC '99, PD3-6 (1999)
【非特許文献３】
K. Tajima, Japan J. Appl. Phys. 32, L1746 (1993)
【非特許文献４】
K. Tajima et al., Appl. Phys. Lett. 67, 3709 (1995)
【非特許文献５】
M.C. Farries et al., Appl. Phys. Lett. 55, 25 (1995)
【非特許文献６】
「IEEE フォトニクス・テクノロジー・レターズ」、第１０号、第３４６頁〜第３４８頁、１９９８年
【非特許文献７】
「IEEE フォトニクス・テクノロジー・レターズ」、第１３号、第８６０頁〜第８６２頁、２００１年
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
今後、通信トラヒックは益々増加することが予想される。このような事情から、伝送方式もＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）方式から波長帯域をより多くのチャネルに分割するＤＷＤＭ（Dense WDM：高密度波長分割多重）方式へと移行しつつある。
【００２８】
ＤＷＤＭ方式において、周波数利用効率を最大限に高めるためには、光通信信号パルスのパルス時間幅をフーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅に設定する必要がある。これを具体的に説明すると、以下のようなこととなる。
【００２９】
図２２（ａ）に、分割した光スペクトル（帯域）を示し、図２２（ｂ）に光通信信号パルスを示す。一般に、光通信信号パルスのパルス時間幅Δｔと光スペクトル（帯域）幅Δνの積は、原理的に一定値以上になることから、以下の式が成り立つ。
【００３０】
ΔｔΔν≧α
ここで、αはパルス時間形状に依存する。この時間・帯域幅積ΔｔΔνが最小値αをとるとき、光通信信号パルスはフーリエトランスフォーム限界（Fourier transform limit）にあるという。限られた波長帯域内に可能な限り多くのチャネル（波長）を詰め込んで大容量伝送を行うＤＷＤＭ方式においては、パルス時間幅Δｔは、同一チャネル（波長）の隣り合うビット間のクロストークが発生しないビットピリオドの半分程度まで広げ、かつ、光スペクトル（帯域）幅Δνが最小になるトランスフォーム限界パルスとすることが、最も大容量化に有利となる。例えば、ビットレートが４０Ｇｂ／ｓの場合は、ビットピリオドは２５ｐｓであるので、パルス時間幅Δｔは１２．５ｐｓ程度にすることが望ましい。
【００３１】
以上の説明から分かるように、ＤＷＤＭ方式において、より大容量の伝送を実現するためには、光通信信号パルスのパルス時間幅を、トランスフォーム限界のまま、ビットピリオドの半分程度まで広げる必要がある。しかし、光通信信号パルスのパルス時間幅を広げると、光信号再生中継器として図１７に示したような光３Ｒ器を用いた場合に、今まで知られていなかった以下のような新たな問題が生じる。
【００３２】
光信号再生中継器では、受信した光通信信号パルスが制御光としてそのまま光ゲートに供給されるとともに、その光通信信号パルスから抽出したクロックに同期した被制御光が生成されて光ゲートに供給される。光ゲートでは、制御光によってゲートの開閉が行われて被制御光から必要なパルスが取り出されることで光通信信号パルスが再生される。上述したように光通信信号パルスのパルス時間幅を広げて大容量伝送を行う場合は、光ゲートに供給される制御光および被制御光のパルス時間幅は共に、ビットピリオドの半分程度まで広がっていることになる。制御光と被制御光が共にそのような太いパルスの場合には、制御光と被制御光のタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）が十分に取れなくなってしまい、出力波形の歪みや強度ゆらぎも発生してしまう。
【００３３】
タイミングジッタトレランスは、ゲート時間窓形状と被制御光のパルス形状との関係で決まる。ゲート時間窓形状は、制御光によってゲートを開閉した際の、ゲートの透過率変化で表されるゲート窓の形状であって、その形状は制御光のパルス形状で決まる。図２３の（ａ）、（ｂ）に、ゲート幅ΔＴで、制御光のパルス時間幅がＷ１、Ｗ２（Ｗ１＜Ｗ２）の場合のゲート時間窓形状をそれぞれ示す。制御光のパルス時間幅が狭い場合は、図２３（ａ）に示すように、位相シフト量の変化が急激な立ち上がりとなるため、ゲート時間窓形状は、頂上の平坦部がある程度大きな矩形に近い形状となる。反対に、図２３（ｂ）に示すように、制御光のパルス時間幅Ｗが広い場合は、位相シフト量の変化が緩やかな立ち上がりとなるため、ゲート時間窓形状は、頂上の平坦部の少ない、波状に近い形状となる。
【００３４】
制御光および被制御光のパルス時間幅が共に狭い場合は、ゲート時間窓形状は、図２３（ａ）に示したような頂上の平坦部の幅が十分に広い矩形形状のものとなり、被制御光のパルスの尖頭部も十分に狭いので、タイミングジッタトレランスは、図２４（ａ）に示すようにゲート幅ΔＴの幅分だけとれることになる。よって、この場合は、光ゲートの出力光に波形の歪や強度のゆらぎを生じることはほとんどない。一方、制御光および被制御光のパルス時間幅が共に広い場合は、ゲート時間窓形状は、図２３（ｂ）に示したような頂上の平坦部の狭い波形形状となり、しかも、被制御光の尖頭部も広いために、タイミングジッタトレランスは、図２４（ｂ）に示すようにゲート幅ΔＴよりかなり狭い幅（ゲート時間窓の頂上の平坦部の大きさに近い幅）となる。よって、この場合は、光ゲートの出力光に波形の歪みや強度のゆらぎを生じてしまう。
【００３５】
これまでの干渉型光ゲートを用いた光３Ｒにおいては、ＤＷＤＭ方式に対応したビットピリオドの半分程度に時間幅の広いパルスは使用していなかったため、上述したタイミングジッタトレランスおよび波形の歪みや強度のゆらぎに関する問題は生じていなかったが、今後のＤＷＤＭ大容量伝送化を行うためには、これらの問題を解決する必要があった。
【００３６】
上記の問題に加えて、光３Ｒ器においては、ゲート動作後における制御光と被制御光の分離を高消光比で行うため、一般には、制御光と被制御光の波長は互いに異なるように設定される。クロック抽出部と光ゲート部を一つずつ組み合わせた従来の構成において、そのような設定を適用した場合、光３Ｒ器の入出力で波長が異なることになる。光３Ｒ器の入出力の波長を同一化する構成は、これまで提案されていなかった。
【００３７】
本発明の目的は、パルス時間幅の広い光通信信号パルスに対しても十分対応しうる、光信号再生中継器および光信号再生方法を提供することにある。
【００３８】
本発明の他の目的は、入出力同一波長化を含む任意の波長出力が可能な、光信号再生中継器および光信号再生方法を提供することにある。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光信号再生中継器は、外部より受信した光通信信号パルスから元の光通信信号パルスを再生する第１の光３Ｒ器を少なくとも１つ有し、前記第１の光３Ｒ器は、前記光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した第１のクロック光パルスを生成する第１のクロック抽出部と、前記光通信信号パルスに対応する制御光によりゲートの開閉が行なわれるとともに、前記クロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から前記元の光通信信号パルスに対応する第１の再生信号パルスを得る第１の光ゲートとを有し、前記制御光および被制御光の一方のパルス時間幅が他方のパルス時間幅より狭いことを特徴とする。
【００４１】
本発明の光信号再生方法は、外部より受信した光通信信号パルスから元の光通信信号パルスを再生する光信号再生方法であって、前記光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した第１のクロック光パルスを生成する第１のステップと、前記光通信信号パルスを制御光として第１の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第２のステップと、前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスを被制御光として前記第１の光ゲートに供給し、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から前記元の光通信信号パルスに対応する第１の再生信号パルスを得る第３のステップとを含み、前記制御光および被制御光の一方のパルス時間幅が他方のパルス時間幅より狭くなるようにしたことを特徴とする。
【００４２】
上記の本発明の光信号再生中継器および光信号再生方法においては、制御光および被制御光の一方のパルス時間幅が他方のパルス時間幅より狭くなっているので、その分だけ、図２４に示したタイミングジッタトレランスの幅を広くとることが可能である。例えば、制御光のパルス時間幅を狭くした場合は、ゲート時間窓形状は図２３（ａ）に示したような頂上の平坦部がある程度大きな矩形に近い形状となり、被制御光のパルス時間幅が多少大きくてもタイミングジッタトレランスの幅を広く確保することが可能となる。反対に、被制御光のパルス時間幅を狭くした場合は、制御光のパルス時間幅が広いために、ゲート時間窓形状は図２３（ｂ）に示したような頂上の平坦部が少ない波状に近い形状となるが、被制御光の尖頭部幅が十分に小さくなっているため、タイミングジッタトレランスの幅を広く確保することが可能となる。
【００４３】
上記の本発明の光信号再生中継器および光信号再生方法において、前記第１の再生信号パルスからクロックを抽出して、該抽出したクロックに同期した所定のパルス時間幅を有する第２のクロック光パルスを生成し、前記第１の再生信号パルスを制御光として第２の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせるとともに、前記第２のクロック光パルスを被制御光として前記第２の光ゲートに供給し、前記第１の再生信号パルスによるゲートの開閉に応じて該被制御光から前記元の光通信信号パルスに対応する第２の再生信号パルスを得るように構成してもよい。
【００４４】
上記の構成によれば、第２のクロック光パルスの波長を光通信信号パルスの波長と一致させることで、光通信信号パルスの波長と同じ波長の第２の再生信号パルスを得られる。
【００４５】
また、第１のクロック光パルスのパルス時間幅を狭くすることで、第１の光ゲートにおけるタイミングジッタトレランスの幅を広く確保するとともに、パルス時間幅の狭い第１の再生信号パルスを制御光として第２の光ゲートに供給することが可能となる。第２の光ゲートにおいては、パルス時間幅の狭い制御光が供給されるので、そのゲート窓時間形状はほぼ矩形となる。これにより、タイミングジッタトレランスが広がり、かつ、ゲート出力の波形歪および強度ゆらぎが抑制される。
【００４６】
以上の本発明の光信号再生中継器および光信号再生方法において、光通信信号パルス、第１のクロック光パルス、第１および第２の再生信号パルスなど光パルスに対して波長の変換およびパルス時間幅の変換を適宜行うことが可能である。
【００４７】
なお、上述した特許文献２、３には光ゲートを２段構成にすることが開示されているが、制御光および被制御光にパルス時間幅が広いものを使用した場合に生じる、ゲート窓の時間形状、タイミングジッタトレランス、再生出力波形の歪みなどの問題については何ら記載されていない。
【００４８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４９】
（実施形態１）
図１に、本発明の第１の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示す。この光信号再生中継器は、光分岐器１ａ、クロック抽出部２ａおよび光ゲート３ａからなる第１の光３Ｒ器と、光分岐器１ｂ、クロック抽出部２ｂおよび光ゲート３ｂからなる第２の光３Ｒ器とを直列に接続したものであって、劣化したパルス時間幅の広い光通信信号パルス（波長λ１）に対して前述した３Ｒ機能による処理が２回連続して行われるようになっている。光ゲート３ａ、３ｂは、高速光ゲートであって、例えば前述のプッシュ／プル型光ゲート（ＳＭＺ型光ゲート、偏波識別型ＳＭＺ光ゲートや非線形光ループミラーなど）である。
【００５０】
第１の光３Ｒ器では、入力された光通信信号パルスが光分岐器１ａにて２つ分岐され、分岐した一方の光通信信号パルスがゲートの開閉を行う制御光として光ゲート３ａに供給され、分岐したもう一方の光通信信号パルスはクロック抽出部２ａに供給される。クロック抽出器２ａは、分岐器１ａから供給された光通信信号パルスのクロックを抽出し、その抽出したクロックに同期したパルス時間幅の十分に狭いクロック光パルス（波長λ２）を生成する。このクロック抽出器２ａで生成されたクロック光パルスは、被制御光として光ゲート３ａに供給される。
【００５１】
光ゲート３ａは、光分岐器１ａを介して供給された光通信信号パルスによってゲートの開閉が制御されることで、クロック抽出器２ａから供給されたクロック光パルスに通信データを転写する。こうして通信データが転写された、パルス時間幅の十分に狭いクロック光パルスは、中間信号光として第２の光３Ｒ器に供給される。
【００５２】
第２の光３Ｒ器では、光ゲート３ａから供給された中間信号光（波長λ２）が光分岐器１ｂにて２つ分岐され、分岐した一方の中間信号光はゲートの開閉を行う制御光として光ゲート３ｂに供給され、分岐したもう一方の中間信号光はクロック抽出部２ｂに供給される。クロック抽出器２ｂは、分岐器１ｂから供給された中間信号光のクロックを抽出し、その抽出したクロックに同期したパルス時間幅の十分に広いクロック光パルス（波長λ３）を生成する。このクロック抽出器２ｂで生成されたクロック光パルスは、被制御光として光ゲート３ｂに供給される。
【００５３】
光ゲート３ｂは、光分岐器１ｂから供給された中間信号光によってゲートの開閉が制御されることで、クロック抽出器２ｂから供給されたクロック光パルスに通信データを転写する。こうして通信データが転写されたパルス時間幅の十分に広いクロック光パルスは、再生光通信信号パルスとして本光信号再生中継器から出力される。
【００５４】
上述した本実施形態の光信号再生中継器では、第１の光３Ｒ器において、制御光としてパルス時間幅の広い光通信信号パルスが光ゲート３ａに供給され、被制御光としてパルス時間幅の狭いクロック光パルスが光ゲート３ａに供給される。この場合、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭い被制御光をパルス時間幅の広い制御光で挟み込むような状態で動作することとなり、タイミングジッタトレランスは十分に大きなものとなる。
【００５５】
図２（ａ）に、第１の光３Ｒ器におけるタイミングジッタトレランスを示し、図２（ｂ）に、比較例として、制御光および被制御光のパルス時間幅がともに広い場合のタイミングジッタトレランスを示す。第１の光３Ｒ器および比較例におけるゲート窓時間形状は、ともに頂上の平坦部の狭い波状になっている。
【００５６】
比較例の場合は、ゲート窓時間形状の頂上の平坦部が狭く、また、被制御光のパルスの尖頭部は広いので、タイミングジッタトレランスはゲート幅ΔＴに比べて非常に小さい。この場合は、光ゲートの出力光に波形歪および強度ゆらぎを生じ易い。これに対して、第１の光３Ｒ器では、ゲート窓時間形状の頂上の平坦部は狭いものの、被制御光のパルスの尖頭部は比較例に比べて十分に狭いので、その分、タイミングジッタトレランスは比較例より大きくなる。この場合は、光ゲート３ａの出力光に波形歪はほとんど生じず、多少の強度ゆらぎのみを生じる。
【００５７】
第２の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａから出力されたパルス時間幅の十分に狭い光パルス（中間信号光）が光ゲート３ｂに供給され、パルス時間幅の広いクロック光パルスが被制御光として光ゲート３ｂに供給される。この場合、光ゲート３ｂは、パルス時間幅の広い被制御光をパルス時間幅の狭い制御光で挟み込むような状態で動作することとなり、タイミングジッタトレランスは十分に大きなものとなる。
【００５８】
図３（ａ）に、第２の光３Ｒ器におけるタイミングジッタトレランスを示し、図３（ｂ）に、比較例として、制御光および被制御光のパルス時間幅がともに広い場合のタイミングジッタトレランスを示す。図３（ｂ）に示した比較例は、図２（ｂ）に示したものと同じである。
【００５９】
比較例の場合は、タイミングジッタトレランスが小さいために、光ゲートの出力光に波形歪および強度ゆらぎを生じ易い。これに対して、第２の光３Ｒ器におけるゲート窓時間形状は、制御光のパルス時間幅が十分に狭いので、頂上の平坦部の広い矩形形状になっており、その分、タイミングジッタトレランスは比較例より大きくなる。基本的には、ゲート幅ΔＴに近い大きさのタイミングジッタトレランスを得られる。この場合は、被制御光のパルス時間幅が広くても、光ゲート３ｂの出力光に波形歪および強度ゆらぎはほとんど生じない。
【００６０】
以上のように、本実施形態の光信号再生中継器によれば、第１および第２の光３Ｒ器はともに十分なタイミングジッタトレランスを有しているので、光通信信号パルスのパルス時間幅を広くしても出力光に波形歪および強度ゆらぎは発生しにくい。よって、光通信信号パルスのパルス時間幅を、フーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅にしてＤＷＤＭ大容量伝送を行う場合でも、出力光に従来問題となっていたような波形歪および強度ゆらぎが生じることはない。
【００６１】
なお、図２（ａ）に示したように、第１の光３Ｒ器におけるゲート時間窓形状は波状であるため、ゲート時間窓の中央に位置する被制御光パルスとその両側に位置する被制御光における光ゲート３ａの出力光強度が異なる。このため、光ゲート３ａの出力光に強度ゆらぎを生じるが、この強度ゆらぎは、第２の光３Ｒ器において抑制される。すなわち、第２の光３Ｒ器では、図３（ａ）に示したように、ゲート時間窓形状は矩形形状になっているので、多少の強度ゆらぎを有する中間信号光が制御光として光ゲート３ｂに供給されても、ゲート時間窓の範囲内の被制御光パルスにおける光ゲート３ｂの出力光強度は全て同じなる。
【００６２】
本実施形態の光信号再生中継器において、光通信信号パルスの波長λ１、クロック抽出部２ａで生成されるクロック光パルスの波長λ２（光ゲート３ａの出力光パルスの波長に同じ）およびクロック抽出部２ｂで生成されるクロック光パルスの波長λ３（光ゲート３ｂの出力光パルスの波長に同じ）は設計に応じて任意に設定することができる。光信号再生中継器の入出力波長を同一にする場合は、光通信信号パルスの波長λ１とクロック抽出部２ｂで生成されるクロック光パルスの波長λ３が同じなるようにすればよい。
【００６３】
また、光通信信号パルスのパルス時間幅、クロック抽出部２ａで生成されるクロック光パルスのパルス時間幅（光ゲート３ａの出力光パルスのパルス時間幅に同じ）およびクロック抽出部２ｂで生成されるクロック光パルスのパルス時間幅（光ゲート３ｂの出力光パルスのパルス時間幅に同じ）は、通信に適した値に設定することができる。本実施形態の光信号再生中継器をＤＷＤＭ方式の大容量伝送へ適用する場合は、周波数利用効率を最大限に高めるために、光通信信号パルスおよびクロック抽出部２ｂにて生成されるクロック光パルスはいずれも、フーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅とする。
【００６４】
本実施形態の光信号再生中継器に適用可能なクロック抽出部としては、以下のようなものがある。
【００６５】
（１）光電変換器およびモード同期レーザ：
光通信信号パルスを光電変換した電気信号から「High-Qフィルタ」等を用いてクロックを抽出し、その抽出した電気クロックをモード同期レーザへ印加して同期パルス発振を行わせる。このときの出力パルス時間幅は、そのレーザ固有のものとなる。モード同期レーザにパルス幅可変のレーザを用いることで、任意の時間幅のクロック光を出力することが可能となる。
【００６６】
（２）モード同期レーザのみ（例えば、文献（H. Kurita et al., IEICE Trans. Electron., E81-C, 129 (1998)）を参照）：
この場合は、光通信信号パルスをモード同期レーザへ直接注入して同期パルス発振をさせる。このときも、出力パルス時間幅は、そのレーザ固有のものとなる。モード同期レーザにパルス幅可変のレーザを用いることで、任意の時間幅のクロック光を出力することが可能となる。
【００６７】
（３）光電変換器および光強度変調器を備えたＣＷレーザ（例えば、文献（B. Lavigne et al., Proc. of ECOC 2001, We.F.2.6, (2002)）参照）：
光通信信号パルスを光電変換した電気信号からクロックを抽出し、その抽出した電気クロックにより光強度変調器を駆動してＣＷ光からクロックパルスを生成する。このときの出力パルス時間幅は、変調の時間形状に依存する。「High-Qフィルタ」を用いて抽出した電気クロックの時間形状はほぼ正弦波となっているため、短パルスの生成は困難だが、ビットピリオドの半分程度の時間幅を持つパルスを生成することは可能である。
【００６８】
短パルスクロック光の出力が必要なクロック抽出部２ａには、上記の（１）および（２）の構成が適しており、時間幅の広いクロック光の出力が必要なクロック抽出部２ｂには、上記の（１）〜（３）の構成が適している。
【００６９】
（実施形態２）
上記の第１の実施形態において、第２の光３Ｒ器のクロック抽出部２ｂは、第１の光３Ｒ器の光ゲート３ａから出力された中間信号光からクロックを抽出しているが、クロック抽出部２ａで生成されたクロック光パルスからクロックを抽出するようにしてもよい（クロックの転用）。ここでは、そのようなクロックの転用を採用した実施形態について説明する。
【００７０】
図４は、本発明の第２の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図１に示した構成において、クロック抽出部２ａから出力されたクロック光パルスを光分岐器１ｃで２つに分岐し、分岐したクロック光パルスの一方を被制御光として光ゲート３ａに供給し、他方をクロック抽出部２ｂに供給するようにした以外は、上述した第１の実施形態のものと同じ構成になっている。図４中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００７１】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、第１の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の広い光通信信号パルス（制御光）で挟み込むような状態で動作し、第２の光３Ｒ器においては、光ゲート３ｂは、パルス時間幅の広いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の狭い中間信号光（制御光）で挟み込むような状態で動作する。よって、第１および第２の光３Ｒ器のいずれにおいても、ゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）を広く確保することができる。また、ゲート出力光の波形歪みおよび強度ゆらぎを抑制することもできる。
【００７２】
（実施形態３）
上記の第２の実施形態において、第２の光３Ｒ器のクロック抽出部２ｂに代えて、波長変換器およびパルス幅変換器を用いることができる。ここでは、そのような構成を採用した光信号再生中継器について説明する。
【００７３】
図５は、本発明の第３の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図１に示した構成において、クロック抽出部２ｂを波長変換器２０およびパルス幅変換器２１と置き換えた構成になっている。図５中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００７４】
クロック抽出部２ａから出力されたクロック光パルス（波長λ２）は光分岐器１ｃで２つに分岐され、分岐したクロック光パルスの一方は被制御光として光ゲート３ａに供給され、他方は波長変換器２０に供給される。波長変換器２０は、供給されたクロック光パルス（波長λ２）の波長を波長λ３（≠λ２）に変換する。この波長変換器２０で波長変換が施されたクロック光パルス（波長λ３）はパルス幅変換器２１に供給される。
【００７５】
パルス幅変換器２１は、波長変換器２０から供給されたクロック光パルス（波長λ３）のパルス時間幅を所定のパルス時間幅に変換する。ここで、所定のパルス時間幅とは、光通信システムに適した時間幅であり、適宜設定可能である。このようなパルス幅変換器２１としては、狭帯域の波長バンドパスフィルタなどが考えられる。パルス幅変換器２１でパルス時間幅が変換されたクロック光パルス（波長λ３）は、被制御光として光ゲート３ｂに供給される。
【００７６】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、第１の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の広い光通信信号パルス（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなり、第２の光３Ｒ器においては、光ゲート３ｂは、パルス時間幅の広いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の狭い中間信号光（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。よって、第１および第２の光３Ｒ器のいずれにおいても、ゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）を広く確保することができる。また、ゲート出力光の波形歪みおよび強度ゆらぎを抑制することもできる。
【００７７】
（実施形態４）
図６は、本発明の第４の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図１に示した構成において、クロック抽出部２ｂが、パルス時間幅の十分に狭いクロック光パルスを生成し、光ゲート３ｂから出力される信号光のパルス時間幅を、狭帯域の波長バンドパスフィルタなどよりなるパルス幅変換器２１で所定のパルス時間幅に変換するように構成した以外は、第１の実施形態のものと同じである。ここで、所定のパルス時間幅とは、光通信に適した時間幅であり、適宜設定することができる。大容量伝送を行う場合は、所定のパルス時間幅は、第１の３Ｒ部にて受信される光通信信号パルスのパルス時間幅と同じにする。図６中、同じ構成には、同じ符号を付している。
【００７８】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、第１の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の広い光通信信号パルス（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。また、第２の光３Ｒ器においては、光ゲート３ｂは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の狭い中間信号光（制御光）で挟み込むような状態（図２４（ａ）参照）で動作することとなる。この場合は、被制御光もパルス時間幅が狭いため、光ゲート３ｂにおいて、ほぼ矩形のゲート窓形状が得られるだけではなく、被制御光パルスの尖頭部幅が縮小するため、第１の実施形態の場合に比べてゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）をより広く確保することが可能となる。また、ゲート出力光の波形歪みおよび強度ゆらぎを抑制することもできる。
【００７９】
（実施形態５）
図７は、本発明の第５の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図５に示した構成において、パルス幅変換器２１を光ゲート３ｂの出力段に配置した以外は、上述した第３の実施形態のものと同じ構成になっている。図７中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００８０】
クロック抽出部２ａから出力されたクロック光パルス（波長λ２）は光分岐器１ｃで２つに分岐され、分岐したクロック光パルスの一方は被制御光として光ゲート３ａに供給され、他方は波長変換器２０に供給される。波長変換器２０は、供給されたクロック光パルス（波長λ２）の波長を波長λ３（≠λ２）に変換する。この波長変換器２０で波長変換が施されたクロック光パルス（波長λ３）は、被制御光として光ゲート３ｂに供給される。光ゲート３ｂから出力された光パルス（波長λ３）はパルス幅変換器２１で所定のパルス時間幅に変換される。
【００８１】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、第１の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の広い光通信信号パルス（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。また、第２の光３Ｒ器においては、上述した第４の実施形態の場合と同様、光ゲート３ｂは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の狭い中間信号光（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。よって、第１および第２の光３Ｒ器のいずれにおいても、ゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）を広く確保することができる。また、ゲート出力光の波形歪みおよび強度ゆらぎを抑制することもできる。
【００８２】
（実施形態６）
図８は、本発明の第６の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図１に示した構成において、第２の光３Ｒ器に代えて波長変換器２０およびパルス幅変換器２１を設けた構成になっている。図８中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００８３】
光ゲート３ａから出力された中間信号光（波長λ２）は波長変換器２０に供給される。波長変換器２０は、供給された中間信号光（波長λ２）の波長を波長λ３（≠λ２）に変換する。この波長変換器２０で波長変換が施された光パルス（波長λ３）はパルス幅変換器２１に供給される。
【００８４】
パルス幅変換器２１は、波長変換器２０から供給された光パルス（波長λ３）のパルス時間幅を所定のパルス時間幅に変換する。ここで、所定のパルス時間幅は、光通信に適した時間幅であり、ＤＷＤＭ大容量伝送化を行う場合は、第１の３Ｒ部にて受信される光通信信号パルスのパルス時間幅に設定される。このパルス幅変換器２１としては、狭帯域の波長バンドパスフィルタなどが考えられる。パルス幅変換器２１でパルス時間幅が変換された光パルス（波長λ３）は、再生光通信信号パルスとして本光信号再生中継器から出力される。
【００８５】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、第１の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の広い光通信信号パルス（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。よって、ゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）を広く確保することができる。また、ゲート出力波形の歪みも抑制される。
【００８６】
（実施形態７）
図９は、本発明の第７の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図１に示した構成において、第１の光３Ｒ器に代えて波長変換器２０およびパルス幅変換器２１を設けた構成になっている。図９中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００８７】
波長変換器２０は、劣化した光通信信号パルス（波長λ１）の波長を波長λ２に変換する。この波長変換器２０で波長変換された光通信信号パルス（波長λ２）はパルス幅変換器２１に供給される。パルス幅変換器２１は、狭帯域の波長バンドパスフィルタなどより構成され、波長変換器２０から供給された光通信信号パルス（波長λ２）のパルス時間幅を所定のパルス時間幅に変換する。ここで、所定のパルス時間幅とは、光ゲート３ｂにおけるタイミングジッタトレランスを十分に広くとれるような狭いパルス時間幅である。パルス幅変換器２１でパルス時間幅が変換された光パルス（波長λ２）が中間信号光として第２の３Ｒ部に供給される。
【００８８】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、光ゲート３ｂは、パルス時間幅の広いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の狭い中間信号光（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。よって、ゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）を広く確保することができる。また、ゲート出力光の波形歪みおよび強度ゆらぎを抑制することもできる。
【００８９】
（実施形態８）
図１０は、本発明の第８の実施形態である光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図１に示した構成において、第２の光３Ｒ器を削除し、第１の光３Ｒ器の前段、後段にそれぞれ波長変換器２０、パルス幅変換器２１を設けた構成になっている。図１０中、同じ部分には同じ符号を付している。
【００９０】
波長変換器２０は、パルス時間幅の広い光通信信号パルス（波長λ１）の波長を波長λ２に変換する。この波長変換器２０で波長変換された光通信信号パルス（波長λ２）は光分岐器１ａにて２つに分岐され、分岐した一方の光通信信号パルスが制御光として光ゲート３ａに供給され、分岐したもう一方の光通信信号パルスはクロック抽出部２ａに供給される。
【００９１】
クロック抽出器２ａは、分岐器１ａから供給された光通信信号パルスのクロックを抽出し、その抽出したクロックからパルス時間幅の十分に狭い波長λ３のクロック光パルスを生成する。このクロック抽出器２ａで生成されたクロック光パルスは被制御光として光ゲート３ａに供給される。
【００９２】
光ゲート３ａは、光分岐器１ａから供給された光通信信号パルスによってゲートの開閉が制御されることで、クロック抽出器２ａから供給されたクロック光パルスに通信データを転写する。こうして通信データが転写された、パルス時間幅の十分に狭いクロック光パルスはパルス幅変換器２１に供給される。
【００９３】
パルス幅変換器２１は、光ゲート３ａから供給されたクロック光パルス（波長λ３）のパルス時間幅を所定のパルス時間幅に変換する。ここで、所定のパルス時間幅とは、光通信システムに適した時間幅であり、ＤＷＤＭ大容量伝送化を行う場合は第１の光３Ｒ器にて受信される光通信信号パルスのパルス時間幅に設定される。
【００９４】
本実施形態の光信号再生中継器においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、第１の光３Ｒ器においては、光ゲート３ａは、パルス時間幅の狭いクロック光パルス（被制御光）をパルス時間幅の広い劣化通信パルス（制御光）で挟み込むような状態で動作することとなる。よって、ゲートタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）を広く確保することができる。また、ゲート出力波形の歪みも抑制される。
【００９５】
以上説明した各実施形態において、第１、第２の光３R器の光ゲート（もしくは波長変換器）における波長変化量を互いに相殺するように設定する、つまり、波長λ３を波長λ１と同じに設定することにより、光信号再生中継器の入出力波長の同一化が可能である。また、当然のことながら、光通信における光クロスコネクトなど、波長変換を積極的に行う領域で、本発明の光信号再生中継器を用いる場合には任意の波長出力も可能である。
【００９６】
【実施例】
次に、上述した本発明の光信号再生中継器の具体的な実施例について説明する。ここでは、光ゲート部の具体的な構成を中心に説明する。
【００９７】
（実施例１）
図１１に、本発明の光信号再生中継器の第１の実施例として、光ゲートにＳＭＺ型光ゲートを用いた光３Ｒ器を２段連結した例を示す。
【００９８】
本実施例では、パルス時間幅の広い光通信信号パルス（波長λ１）は１段目の光３Ｒ器を構成する第１のＳＭＺ型光ゲートおよび第１のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出部では、供給された光通信信号パルス（波長λ１）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の狭いクロック光パルス（波長λ２）が生成される。このクロック光パルス（波長λ２）は被制御光として第１のＳＭＺ型光ゲートに供給される。
【００９９】
第１のＳＭＺ型光ゲートでは、光通信信号パルスが制御光として供給されると同時に、第１のクロック抽出部からのクロック光パルスが被制御光として供給される。供給された光通信信号パルスは、光分岐器２１ａにて第１、第２の光通信信号パルスに分けられる。第１の光通信信号パルスは、光結合器４ａを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ａへ供給され、第２の光通信信号パルスは、光遅延回路１０ａにて遅延時間Δｔだけ遅延を受けた後、光結合器４ｂを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ｂへ供給される。第１のクロック抽出部から供給されたクロック光パルスは、光分岐器２１ｂにて第１、第２のクロック光パルスに分けられる。第１のクロック光パルスは、光結合器４ａを介して非線形位相シフタ１１ａへ供給され、第２のクロック光パルスは、光結合器４ｂを介して非線形位相シフタ１１ｂへ供給される。
【０１００】
第１、第２のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ａ、１１ｂに到達するタイミングは同じである。第１の光通信信号パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングより早い。第２の光通信信号パルスが非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングは、第２のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングより遅い。
【０１０１】
上記の到達タイミングによれば、被制御光である第１のクロック光パルス（または第２のクロック光パルス）が制御光である第１および第２の光通信信号パルスによって時間的に挟まれた状態で第１のＳＭＺ型光ゲートが動作することになる。具体的には、非線形位相シフタ１１ａにおいては、第１の光通信信号パルスにより第１のクロック光パルスに非線形位相シフトが生じ、非線形光位相シフタ１１ｂにおいては、第２のクロック光パルスは第２の光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過する。
【０１０２】
非線形位相シフタ１１ａ、１１ｂを通過した第１および第２のクロック光パルスは、光結合器４ｃに到達する。この光結合器４ｃでは、干渉により、入力された被制御光パルスの間に位相差を生じている場合にのみ光パルスが出力される。位相差が生じていない場合は、被制御光パルスは互いに打ち消し合うことになるため、光パルスは出力されない。非線形位相シフタ１１ａからの非線形位相シフトを生じた第１のクロック光パルスと非線形位相シフタ１１ｂからの非線形位相シフトを生じなかった第２のクロック光パルスとの間には位相差が生じているため、光結合器４ｃでは、それらクロック光パルスが合波された光パルス（波長λ２）が出力される。この光結合器４ｃからの光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過して中間信号光（波長λ２）として１段目の光３Ｒ器から出力される。
【０１０３】
１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光は、２段目の光３Ｒ器を構成する第２のＳＭＺ型光ゲートおよび第２のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出部では、１段目の光３Ｒ器から供給された中間信号光（波長λ２）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の広いクロック光パルス（波長λ３）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第２のＳＭＺ型光ゲートに供給される。
【０１０４】
第２のＳＭＺ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光が制御光として供給されると同時に、第２のクロック抽出部から出力されたクロック光パルスが被制御光として供給される。供給された中間信号光は、光分岐器２１ｃにて第１、第２の中間信号光に分けられる。第１の中間信号光は、光結合器４ｄを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ｃへ供給され、第２の中間信号光は、光遅延回路１０ｂにて遅延時間Δｔ’だけ遅延を受けた後、光結合器４ｅを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ｄへ供給される。第２のクロック抽出部から供給されたクロック光パルスは、光分岐器２１ｄにて第１、第２のクロック光パルスに分けられる。第１のクロック光パルスは、光結合器４ｄを介して非線形位相シフタ１１ｃへ供給され、第２のクロック光パルスは、光結合器４ｅを介して非線形位相シフタ１１ｄへ供給される。
【０１０５】
第１、第２のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ｃ、１１ｄに到達するタイミングは同じである。第１の中間信号光が非線形位相シフタ１１ｃに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ｃに到達するタイミングより早い。第２の中間信号光が非線形位相シフタ１１ｄに到達するタイミングは、第２のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ｄに到達するタイミングより遅い。
【０１０６】
上記の到達タイミングによれば、被制御光である第１のクロック光パルス（または第２のクロック光パルス）が制御光である第１および第２の中間信号光によって時間的に挟まれた状態で第２のＳＭＺ型光ゲートが動作することになる。具体的には、非線形位相シフタ１１ｃにおいては、第１の中間信号光により第１のクロック光パルスに非線形位相シフトが生じ、非線形光位相シフタ１１ｄにおいては、第２のクロック光パルスは第２の中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過する。
【０１０７】
非線形光位相シフタ１１ｃ、１１ｄを通過した第１および第２のクロック光パルスは、光結合器４ｆに到達する。この光結合器４ｆでは、干渉により、入力された被制御光パルスの間に位相差を生じている場合にのみ光パルスが出力される。位相差が生じていない場合は、被制御光パルスは互いに打ち消し合うことになるため、光パルスは出力されない。非線形位相シフタ１１ｃからの非線形位相シフトを生じた第１のクロック光パルスと非線形位相シフタ１１ｄからの非線形位相シフトを生じなかった第２のクロック光パルスとの間には位相差が生じているため、それらクロック光パルスが合波された光パルス（λ３）が光結合器４ｆから出力される。この光結合器４ｆの出力光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過して再生光通信信号パルス（波長λ３）として本光信号再生中継器外へ出力される。
【０１０８】
本実施例の光信号再生中継器において、光通信信号パルスがフーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅を有するＤＷＤＭ大容量伝送に対応させる場合には、第１のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、ビットピリオドおよびゲート幅（Δｔ）に対して十分狭く設定し、第２のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、光通信信号パルスと同じになるように設定する。
【０１０９】
また、再生信号パルスの波長λ３と光通信信号パルスの波長λ１は、同じであっても、異なっていてもよい。波長λ１、λ３が同じである場合には、入出力同一波長の光信号再生中継器が実現できる。
【０１１０】
（実施例２）
図１２に、本発明の光信号再生中継器の第２の実施例として、光ゲートにＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートを用いた光３Ｒ器を２段連結した例を示す。
【０１１１】
本実施例の光信号再生中継器では、パルス時間幅の広い光通信信号パルス（波長λ１）は１段目の光３Ｒ器を構成する第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートおよび第１のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出部では、供給された光通信信号パルス（波長λ１）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の狭いクロック光パルス（波長λ２）が生成される。このクロック光パルス（波長λ２）は被制御光として第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートに供給される。
【０１１２】
第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートでは、第１のクロック抽出部から供給されたクロック光パルスは、光偏波分離器１３ａにて、偏波成分が互いに直交する第１、第２の偏波成分パルスに分離される。第２の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ａで相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４ａにて第１の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１および第２の偏波成分パルスは、光結合器４ａ’を介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ａに順次供給される。同時に、光通信信号パルスも光結合器４ａ’を介して非線形位相シフタ１１ａに供給される。
【０１１３】
光通信信号パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングは、第１の偏波成分パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングより遅く、第２の偏波成分パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングより早い。この到達タイミングによれば、制御光である光通信信号パルスが被制御光である第１および第２の偏波成分パルスによって時間的に挟まれた状態で第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートが動作することになる。
【０１１４】
非線形位相シフタ１１ａでは、第１の偏波成分パルスは光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２の偏波成分パルスは、光通信信号パルスより後に到達するので、光通信信号パルスよる非線形位相シフトを受ける。この非線形位相シフタ１１ａを通過した第１および第２の偏波成分パルスは、光偏波分離器１３ｂにより再び分離される。再分離した第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｂで相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４ｂにて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１、第２の偏波成分パルスは干渉・合波し、その後、偏光子１５ａにて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過して中間信号光（波長λ２）として１段目の光３Ｒ器から出力される。
【０１１５】
１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光は２段目の光３Ｒ器を構成する第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートおよび第２のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出部では、１段目の光３Ｒ器から供給された中間信号光（波長λ２）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の広いクロック光パルス（波長λ３）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートに供給される。
【０１１６】
第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートでは、第２のクロック抽出部から供給されたクロック光パルスは、光偏波分離器１３ｃにて、偏波成分が互いに直交する第１、第２の偏波成分パルスに分離される。第２の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｃで相対的な時間遅延Δｔ’が与えられた後、光偏波結合器１４ｃにて第１の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１および第２の偏波成分パルスは、光結合器４ｂ’を介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ｂに順次供給される。同時に、１段目の光３Ｒ器から制御光として供給された中間信号光（波長λ２）も光結合器４ｂ’を介して非線形位相シフタ１１ｂに供給される。
【０１１７】
中間信号光が非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングは、第１の偏波成分パルスが非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングより遅く、第２の偏波成分パルスが非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングより早い。この到達タイミングによれば、中間信号光（制御光）が第１および第２の偏波成分パルス（被制御光）によって時間的に挟まれた状態で第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートが動作することになる。
【０１１８】
非線形位相シフタ１１ｂでは、第１の偏波成分パルスは中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２の偏波成分パルスは、中間信号光より後に到達するので、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。この非線形位相シフタ１１ｂを通過した第１および第２の偏波成分パルスは、光偏波分離器１３ｄにより再び分離される。再分離した第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｄで相対的な時間遅延Δｔ’が与えられた後、光偏波結合器１４ｄにて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１および第２の偏波成分パルスは干渉・合波し、偏光子１５ｂにて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過して再生光通信信号パルス（波長λ３）として本光信号再生中継器外へ出力される。
【０１１９】
本実施例の光信号再生中継器において、光通信信号パルスがフーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅を有するＤＷＤＭ大容量伝送に対応させる場合には、第１のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、ビットピリオドおよびゲート幅（Δｔ）に対して十分狭く設定し、第２のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、光通信信号パルスと同じになるように設定する。
【０１２０】
また、再生信号パルスの波長λ３と光通信信号パルスの波長λ１は、同じであっても、異なっていてもよい。波長λ１、λ３が同じである場合には、入出力同一波長の光信号再生中継器が実現できる。
【０１２１】
第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ａの位置は、非線形位相シフタ１１ａの直後、もしくは偏光子１５ａの直前であってもよい。さらに、偏波分離器１３ａ、１３ｂ、光遅延回路１０ａ、１０ｂ、および偏波結合器１４ａ、１４ｂを含む伝送路部は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて置き換えることも可能である。
【０１２２】
第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、非線形位相シフタ１１ｂの直後、もしくは偏光子１５ｂの直前であってもよい。さらに、偏波分離器１３ｃ、１３ｄ、光遅延回路１０ｃ、１０ｄ、および偏波結合器１４ｃ、１４ｄを含む伝送路部は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて置き換えることも可能である。
【０１２３】
（実施例３）
図１３に、本発明の光信号再生中継器の第３の実施例として、光ゲートにＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートを用いた光３Ｒ器を２段連結した例を示す。
【０１２４】
本実施例の光信号再生中継器では、パルス時間幅の広い光通信信号パルス（波長λ１）は１段目の光３Ｒ器を構成する第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートおよび第１のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出部では、供給された光通信信号パルス（波長λ１）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の狭いクロック光パルス（波長λ２）が生成される。このクロック光パルス（波長λ２）は光カプラ１６ａを介して被制御光として第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートに供給される。
【０１２５】
第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートは、ループ構造になっており、ファイバループの、光カプラ１６ａと対向する位置に非線形光位相シフタ１１ａを備える。このファイバループの、光カプラ１６ａと非線形光位相シフタ１１ａを結ぶ一方の伝送路上には光結合器４ａが設けられており、他方の伝送路上には光遅延回路１０ａが設けられている。
【０１２６】
第１のクロック抽出部からのクロック光パルスが光カプラ１６ａからファイバループ内に導入されると同時に、制御光である光通信信号パルス（λ１）が光結合器４ａからファイバループ内に導入される。第１のクロック抽出部から光カプラ１６ａを介してファイバループ内に導入されたクロック光パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬する第１のクロック光パルスと反時計回り方向に伝搬する第２のクロック光パルスに分けられる。
【０１２７】
第１のクロック光パルスは、そのまま非線形光位相シフタ１１ａに到達し、第２のクロック光パルスは、光遅延回路１０ａで時間遅延Δｔが与えられた後、非線形光位相シフタ１１ａに到達する。光結合器４ａからファイバループ内に導入された光通信信号パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬して非線形光位相シフタ１１ａに到達する。非線形光位相シフタ１１ａには、第１のクロック光パルス、光通信信号パルス、第２のクロック光パルスの順に到達する。この到達タイミングによれば、光通信信号パルス（制御光）が第１および第２のクロック光パルス（被制御光）によって時間的に挟まれた状態で第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートが動作することになる。
【０１２８】
非線形光位相シフタ１１ａでは、第１のクロック光パルスは、光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、光通信信号パルスより後に到達するので、光通信信号パルスによる非線形位相シフトを受ける。
【０１２９】
非線形位相シフタ１１ａを通過した第２のクロック光パルスは、そのまま光カプラ１６ａに到達する。一方、非線形位相シフタ１１ａを通過した第１のクロック光パルスは、光遅延回路１０ａで遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた後、光カプラ１６ａに到達する。よって、これら第１および第２のクロック光パルスの光カプラ１６ａへの到達タイミングは同じになり、これら第１および第２のクロック光パルスが干渉する。この干渉では、第１および第２のクロック光パルスの間に位相差を生じているため、これらクロック光パルスが合波された光パルス（λ２）が光カプラ１６ａからファイバループ外へ取り出される。こうして取り出された光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過して中間信号光として１段目の光３Ｒ器から出力される。
【０１３０】
１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光は２段目の光３Ｒ器を構成する第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートおよび第２のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出部では、１段目の光３Ｒ器から供給された中間信号光（波長λ２）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の広いクロック光パルス（波長λ３）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートに供給される。
【０１３１】
第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートも、ループ構造になっており、ファイバループの、光カプラ１６ｂと対向する位置に非線形光位相シフタ１１ｂを備える。このファイバループの、光カプラ１６ｂと非線形光位相シフタ１１ｂを結ぶ一方の伝送路上には光結合器４ｂが設けられており、他方の伝送路上には光遅延回路１０ｂが設けられている。
【０１３２】
第２のクロック抽出部からのクロック光パルスが光カプラ１６ｂからファイバループ内に導入されると同時に、制御光である中間信号光が光結合器４ｂからファイバループ内に導入される。第２のクロック抽出部から光カプラ１６ｂを介してファイバループ内に導入されたクロック光パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬する第１のクロック光パルスと反時計回り方向に伝搬する第２のクロック光パルスに分けられる。
【０１３３】
第１のクロック光パルスは、そのまま非線形光位相シフタ１１ｂに到達し、第２のクロック光パルスは、光遅延回路１０ｂで時間遅延Δｔ’が与えられた後、非線形光位相シフタ１１ｂに到達する。光結合器４ｂからファイバループ内に導入された中間信号光は、ファイバループを時計回り方向に伝搬して非線形光位相シフタ１１ｂに到達する。非線形光位相シフタ１１ｂには、第１のクロック光パルス、中間信号光、第２のクロック光パルスの順に到達する。この到達タイミングによれば、中間信号光（制御光）が第１および第２のクロック光パルス（被制御光）によって時間的に挟まれた状態で第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートが動作することになる。
【０１３４】
非線形光位相シフタ１１ｂでは、第１のクロック光パルスは、中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、中間信号光より後に到達するので、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。
【０１３５】
非線形位相シフタ１１ｂを通過した第２のクロック光パルスは、そのまま光カプラ１６ｂに到達する。一方、非線形位相シフタ１１ｂを通過した第１のクロック光パルスは、光遅延回路１０ｂで遅延時間Δｔ分だけ遅延を受けた後、光カプラ１６ｂに到達する。よって、これら第１および第２のクロック光パルスの光カプラ１６ｂへの到達タイミングは同じになり、これら第１および第２のクロック光パルスが干渉する。この干渉では、第１および第２のクロック光パルスの間に位相差を生じているため、これらクロック光パルスが合波された光パルス（λ３）が光カプラ１６ｂからファイバループ外へ取り出される。こうして取り出された光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過し、再生信号パルス（波長λ３）として２段目の光３Ｒ器から出力される。
【０１３６】
本実施例の光信号再生中継器において、光通信信号パルスがフーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅を有するＤＷＤＭ大容量伝送に対応させる場合には、第１のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、ビットピリオドおよびゲート幅（Δｔ）に対して十分狭く設定し、第２のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、光通信信号パルスと同じになるように設定する。
【０１３７】
また、再生信号パルスの波長λ３と光通信信号パルスの波長λ１は、同じであっても、異なっていてもよい。波長λ１、λ３が同じである場合には、入出力同一波長の光信号再生中継器が実現できる。
【０１３８】
第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ａの位置は、非線形位相シフタ１１ａと光遅延回路１０ａの間、もしくは光遅延回路１０ａと光カプラ１６ａの間であってもよい。同様に、第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、非線形位相シフタ１１ｂと光遅延回路１０ｂの間、もしくは光遅延回路１０ｂと光カプラ１６ｂの間であってもよい。
【０１３９】
（実施例４）
図１４に、本発明の光信号再生中継器の第４の実施例として、光ゲートにＤＩＳＣ型光ゲートを用いた光３Ｒ器を２段連結した例を示す。
【０１４０】
本実施例では、パルス時間幅の広い光通信信号パルス（波長λ１）は１段目の光３Ｒ器を構成する第１のＤＩＳＣ型光ゲートおよび第１のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出部では、供給された光通信信号パルス（波長λ１）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の狭いクロック光パルス（波長λ２）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第１のＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。
【０１４１】
第１のＤＩＳＣ型光ゲートでは、上記の光通信信号パルスが制御光として供給されており、この供給された光通信信号パルスが光結合器４ａを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ａへ供給されると同時に、第１のクロック抽出部から供給されたクロック光パルスが光結合器４ａを介して非線形位相シフタ１１ａへ供給される。
【０１４２】
光通信信号パルスは、クロック光パルスの連続する第１、第２のクロック光パルスの間に挿入される。光通信信号パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングより遅く、第２のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ａに到達するタイミングより早い。この到達タイミングによれば、制御光である光通信信号パルスが被制御光である第１および第２のクロック光パルスによって時間的に挟まれた状態で第１のＤＩＳＣ型光ゲートが動作することになる。
【０１４３】
非線形位相シフタ１１ａでは、第１のクロック光パルスは、光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、光通信信号パルスより後に到達するので、光通信信号パルスによる非線形位相シフトを受ける。この非線形位相シフタ１１ａを通過した第１および第２のクロック光パルスは、光偏波分離器１３ａにて、偏波成分が互いに直交する第１、第２の偏波成分パルスに分離される。第２の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ａで相対的な時間遅延Δｔ（ビットピリオドに対応する）が与えられた後、光偏波結合器１４ａにて第１の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１および第２の偏波成分パルスが干渉・合波し、偏光子１５ａにて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過して中間信号光（波長λ２）として１段目の光３Ｒ器から出力される。
【０１４４】
１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光は２段目の光３Ｒ器を構成する第２のＤＩＳＣ型光ゲートおよび第２のクロック抽出部（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出部では、１段目の光３Ｒ器から供給された中間信号光（波長λ２）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したパルス時間幅の広いクロック光パルス（波長λ３）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第２のＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。
【０１４５】
第２のＤＩＳＣ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光が制御光として供給されており、この供給された中間信号光が光結合器４ｂを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ｂへ供給されると同時に、第２のクロック抽出部から被制御光として供給されたクロック光パルスが光結合器４ｂを介して非線形位相シフタ１１ｂへ供給される。
【０１４６】
中間信号光は、クロック光パルスの連続する第１、第２のクロック光パルスの間に挿入される。中間信号光が非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングより遅く、第２のクロック光パルスが非線形位相シフタ１１ｂに到達するタイミングより早い。この到達タイミングによれば、制御光である中間信号光が被制御光である第１および第２のクロック光パルスによって時間的に挟まれた状態で第２のＤＩＳＣ型光ゲートが動作することになる。
【０１４７】
非線形位相シフタ１１ｂでは、第１のクロック光パルスは、中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、中間信号光より後に到達するので、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。この非線形位相シフタ１１ｂを通過した第１および第２のクロック光パルスは、光偏波分離器１３ｂにて、偏波成分が互いに直交する第１、第２の偏波成分パルスに分離される。第２の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｂで相対的な時間遅延Δｔ（ビットピリオドに対応する）が与えられた後、光偏波結合器１４ｂにて第１の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１および第２の偏波成分パルスが干渉・合波し、偏光子１５ｂにて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過して再生光通信信号パルス（波長λ３）として本光信号再生中継器外へ出力される。
【０１４８】
本実施例の光信号再生中継器において、光通信信号パルスがフーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅を有するＤＷＤＭ大容量伝送に対応させる場合には、第１のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、ビットピリオドおよびゲート幅（Δｔ）に対して十分狭く設定し、第２のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、光通信信号パルスと同じになるように設定する。
【０１４９】
また、再生信号パルスの波長λ３と光通信信号パルスの波長λ１は、同じであっても、異なっていてもよい。波長λ１、λ３が同じである場合には、入出力同一波長の光信号再生中継器が実現できる。
【０１５０】
第１のＤＩＳＣ型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ａの位置は、非線形位相シフタ１１ａの直後、もしくは偏光子１５ａの直前であってもよい。また、偏波分離器１３ａ、光遅延回路１０ａおよび偏波結合器１４ａは、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて形成してもよい。
【０１５１】
第２のＤＩＳＣ型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、非線形位相シフタ１１ｂの直後、もしくは偏光子１５ｂの直前であってもよい。また、偏波分離器１３ｂ、光遅延回路１０ｂおよび偏波結合器１４ｂは、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて形成してもよい。
【０１５２】
（実施例５）
図１５に、本発明の光信号再生中継器の第５の実施例を示す。本実施例の光信号再生中継器は、図１１に示した光信号再生中継器において、２段目の光３Ｒ器を構成する第２のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスの時間幅を狭く設定し、波長バンドパスフィルタ１２ｂに代えて狭帯域の波長バンドパスフィルタ２２を用いたものである。この他の部分は、図１１に示した光信号再生中継器と同じである。
【０１５３】
本実施例の光信号再生中継器も、基本動作は図１１に示した光信号再生中継器における動作と同じであるが、第２のクロック抽出部がパルス時間幅の狭いクロック光パルス（波長λ３）を生成する点が異なる。
【０１５４】
第２のＳＭＺ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光が制御光として供給されると同時に、第２のクロック抽出部から出力されたパルス時間幅の狭いクロック光パルスが被制御光として供給される。このため、光結合器４ｆからはパルス時間幅の狭い光パルスが出力される。この光結合器４ｆの出力光パルスは、狭帯域の波長バンドパスフィルタ２２を通過し、そこで光通信に適したパルス時間幅の光パルスに変換される。こうして波長バンドパスフィルタ２２を通過した光パルスは再生光通信信号パルス（波長λ３）として本光信号再生中継器外へ出力される。
【０１５５】
本実施例の構成によれば、２段目の光３Ｒ器における制御光と被制御光のタイミングに関するトレランス（タイミングジッタトレランス）をさらに拡大することができる。
【０１５６】
（実施例６）
図１６に、本発明の光信号再生中継器の第６の実施例を示す。本実施例の光信号再生中継器は、図１１に示した光信号再生中継器において、２段目の光３Ｒ器をＤＩＳＣ型光ゲートで置き換えたものである。
【０１５７】
１段目の光３Ｒ器における動作は、図１１に示したものと同じである。１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光は、制御光としてＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。同時に、連続光（波長λ３）が被制御光としてＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。
【０１５８】
ＤＩＳＣ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ器から出力された中間信号光が光結合器４ｄを介して半導体光増幅器（ＳＯＡ）よりなる非線形位相シフタ１１ｃへ供給されると同時に、被制御光として供給された連続光が光結合器４ｄを介して非線形位相シフタ１１ｃへ供給される。
【０１５９】
中間信号光は、連続光に対して任意のタイミングで挿入される。非線形位相シフタ１１ｃでは、連続光のうち、中間信号光より前に到達した第１の部分は、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、中間信号光より後に到達した第２の部分は、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。この非線形位相シフタ１１ｃを通過した連続光は、光偏波分離器１３にて、偏波成分が互いに直交する第１、第２の偏波成分パルスに分離される。第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｂで相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４にて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１および第２の偏波成分パルスが干渉・合波し、偏光子１５にて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルス（パルス時間幅は、光遅延回路１０ｂで与えられる時間遅延Δｔでほぼ決まる。）は、狭帯域の波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２にて光通信に適したパルス時間幅に変換された後、再生光通信信号パルス（波長λ３）として本光信号再生中継器外へ出力される。
【０１６０】
本実施例の光信号再生中継器において、光通信信号パルスがフーリエトランスフォーム限界で、かつ、ビットピリオドの半分程度の時間幅を有するＤＷＤＭ大容量伝送に対応させる場合には、１段目の光３Ｒ器のクロック抽出部で生成されるクロック光パルスのパルス時間幅は、ビットピリオドおよびゲート幅（Δｔ’）に対して十分狭く設定し、再生光通信信号パルスのパルス時間幅は、光通信信号パルスと同じになるように設定する。
【０１６１】
また、再生光通信信号パルスの波長λ３と光通信信号パルスの波長λ１は、同じであっても、異なっていてもよい。波長λ１、λ３が同じである場合には、入出力同一波長の光信号再生中継器が実現できる。
【０１６２】
ＤＩＳＣ型光ゲートにおいて、狭帯域の波長バンドパスフィルタ２２の位置は、非線形位相シフタ１１ｃの直後、もしくは偏光子１５の直前であってもよい。また、偏波分離器１３、光遅延回路１０ｂおよび偏波結合器１４は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて構成してもよい。
【０１６３】
上述した各実施例の光ゲートの組み合わせに以外に、任意の光ゲートの組み合わせも可能である。
【０１６４】
尚、本発明は上記各実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タイミングジッタトレランスを広く確保することができ、ゲート出力光の波形歪および強度ゆらぎを抑制することができるので、光通信信号パルスの時間幅が広いＤＷＤＭ方式における大容量伝送においても高性能な光信号再生を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す第１の光３Ｒ器におけるタイミングジッタトレランスを説明するための図、（ｂ）は、比較例のタイミングジッタトレランスを説明するための図である。
【図３】（ａ）は、図１に示す第２の光３Ｒ器におけるタイミングジッタトレランスを説明するための図、（ｂ）は比較例のタイミングジッタトレランスを説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第５の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第６の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第７の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態である光信号生成中継器の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第５の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第６の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１７】従来の光３Ｒ器の基本構成を示すブロック図である。
【図１８】対称マッハツェンダ型光ゲート（SMZ）の一般的な構成を示すブロック図である。
【図１９】偏波識別型対称マッハツェンダ型光ゲートの一般的な構成を示すブロック図である。
【図２０】非線形光ループミラー型光ゲートの一般的な構成を示すブロック図である。
【図２１】ＳＭＺ型光ゲートの動作を説明するための図である。
【図２２】（ａ）は、ＤＷＤＭ方式における分割光スペクトル（帯域）を示す図、（ｂ）は光通信信号パルスを示す図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は、ゲート時間窓形状を説明するための図である。
【図２４】（ａ）は、ゲート時間窓形状が矩形形状の場合におけるタイミングジッタトレランスを示す図、（ｂ）は、ゲート時間窓形状が波状の場合におけるタイミングジッタトレランスを示す図である。
【符号の説明】
１、１ａ〜１ｃ 光分岐器
２、２ａ、２ｂ クロック抽出器
３、３ａ、３ｂ 光ゲート
２０ 波長変換器
２１ パルス幅変換器

Claims (11)

1. 第１の光３Ｒ器と、該第１の光３Ｒ器の出力を入力とする第２の光３Ｒ器とを有する光信号再生中継器であって、
   前記第１の光３Ｒ器は、
   外部より受信した光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のクロック抽出部と、
   前記光通信信号パルスに対応する制御光によりゲートの開閉が行なわれるとともに、前記クロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第１の光ゲートとを有し、
   前記第２の光３Ｒ器は、
   前記第１の光３Ｒ器から出力された第１の再生信号パルスからクロックを抽出して、該抽出したクロックに同期した、前記第１の再生信号パルスよりもパルス時間幅が広い第２のクロック光パルスを生成する第２のクロック抽出部と、
   前記第１の再生信号パルスによりゲートの開閉が行われるとともに、前記第２のクロック抽出部で生成された第２のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第２の光ゲートとを有する光信号再生中継器。
2. 前記第２のクロック光パルスのパルス時間幅が前記光通信信号パルスのパルス時間幅と同じであることを特徴とする請求項１に記載の光信号再生中継器。
3. 第１の光３Ｒ器と、該第１の光３Ｒ器の出力を入力とする第２の光３Ｒ器とを有する光信号再生中継器であって、
   前記第１の光３Ｒ器は、
   外部より受信した光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のクロック抽出部と、
   前記光通信信号パルスに対応する制御光によりゲートの開閉が行なわれるとともに、前記クロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第１の光ゲートとを有し、
   前記第２の光３Ｒ器は、
   前記第１のクロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスからクロックを抽出して、該抽出したクロックに同期した、前記第１の再生信号パルスよりもパルス時間幅が広い第２のクロック光パルスを生成する第２のクロック抽出部と、
   前記第１の再生信号パルスによりゲートの開閉が行われるとともに、前記第２のクロック抽出部で生成された第２のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第２の光ゲートとを有する光信号再生中継器。
4. 第１の光３Ｒ器と、該第１の光３Ｒ器の出力を入力とする第２の光３Ｒ器とを有する光信号再生中継器であって、
   前記第１の光３Ｒ器は、
   外部より受信した光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のクロック抽出部と、
   前記光通信信号パルスに対応する制御光によりゲートの開閉が行なわれるとともに、前記クロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第１の光ゲートとを有し、
   前記第２の光３Ｒ器は、
   前記第１のクロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスのパルス時間幅を、前記第１の再生信号パルスのパルス時間幅よりも広くするパルス幅変換器と、
   前記第１の光３Ｒ器から出力された第１の再生信号パルスによりゲートの開閉が行われるとともに、前記パルス幅変換器にてパルス時間幅が変換された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第２の光ゲートとを有する光信号再生中継器。
5. 前記第２の光ゲートに供給される被制御光のパルス時間幅が前記光通信信号パルスのパルス時間幅と同じであることを特徴とする請求項３または４に記載の光信号再生中継器。
6. 第１の光３Ｒ器と、該第１の光３Ｒ器の出力を入力とする第２の光３Ｒ器とを有する光信号再生中継器であって、
   前記第１の光３Ｒ器は、
   外部より受信した光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のクロック抽出部と、
   前記光通信信号パルスに対応する制御光によりゲートの開閉が行なわれるとともに、前記クロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第１の光ゲートとを有し、
   前記第２の光３Ｒ器は、
   前記第１の光３Ｒ器から出力された第１の再生信号パルスによりゲートの開閉が行われるとともに、前記第１のクロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスが被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第２の光ゲートと、
   前記第２の光ゲートで得られた第２の再生信号パルスのパルス時間幅を、前記第１の再生信号パルスのパルス時間幅よりも広くするパルス幅変換器とを有する光信号再生中継器。
7. 前記第１のクロック抽出部で生成された第１のクロック光パルスの波長を任意の波長に変換する波長変換器をさらに有することを特徴とする請求項４または６に記載の光信号再生中継器。
8. 外部より受信した光通信信号パルスから元の光通信信号パルスを再生する光信号再生方法であって、
   前記光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のステップと、
   前記光通信信号パルスを制御光として第１の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第２のステップと、
   前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスを被制御光として前記第１の光ゲートに供給し、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第３のステップと、
   前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスからクロックを抽出して、該抽出したクロックに同期した、前記第３のステップで得られた第１の再生信号パルスよりもパルス時間幅が広い第２のクロック光パルスを生成する第４のステップと、
   前記第３のステップで得られた第１の再生信号パルスを制御光として第２の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第５のステップと、
   前記第４のステップで生成した第２のクロック光パルスを被制御光として前記第２の光ゲートに供給し、前記第１の再生信号パルスによるゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第６のステップとを含む光信号再生方法。
9. 外部より受信した光通信信号パルスから元の光通信信号パルスを再生する光信号再生方法であって、
   前記光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のステップと、
   前記光通信信号パルスを制御光として第１の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第２のステップと、
   前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスを被制御光として前記第１の光ゲートに供給し、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第３のステップと、
   前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスのパルス時間幅を、前記第１の再生信号パルスのパルス時間幅よりも広くする第４のステップと、
   前記第１の再生信号パルスを制御光として第２の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第５のステップと、
   前記第４のステップでパルス時間幅が変換された第１のクロック光パルスを被制御光として前記第２の光ゲートに供給し、前記第１の再生信号パルスによるゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第６のステップとを含む光信号再生方法。
10. 外部より受信した光通信信号パルスから元の光通信信号パルスを再生する光信号再生方法であって、
    前記光通信信号パルスからクロックを抽出し、該抽出したクロックに同期した、前記光通信信号パルスよりもパルス時間幅が狭い第１のクロック光パルスを生成する第１のステップと、
    前記光通信信号パルスを制御光として第１の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第２のステップと、
    前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスを被制御光として前記第１の光ゲートに供給し、前記ゲートの開閉に応じて該被制御光から第１の再生信号パルスを得る第３のステップと、
    前記第３のステップで得られた第１の再生信号パルスを制御光として第２の光ゲートに供給してゲートの開閉を行わせる第４のステップと、
    前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスを被制御光として前記第２の光ゲートに供給し、前記第１の再生信号パルスによるゲートの開閉に応じて該被制御光から第２の再生信号パルスを得る第５のステップと、
    前記第５のステップで得られた第２の再生信号パルスのパルス時間幅を、前記第１の再生信号パルスのパルス時間幅よりも広くする第６のステップとを含む光信号再生方法。
11. 前記第１のステップで生成した第１のクロック光パルスの波長を任意の波長に変換する第７のステップをさらに含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の光信号再生方法。

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