JP4471666B2 - 光フーリエ変換装置及び方法 - Google Patents
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Description
L.F.Mollenauer and C.Xu, "Time-lens timing-jitter compensator in ultra-long haul DWDM dispersion managed soliton transmissions," in Conference on Lasers and Electro-Optics(CLEO) 2002, paper CPDB1 (2002). M.Romagnoli, P.Franco, R.Corsini, A.Schiffini, and M.Midrio, "Time-domain Fourier optics for polarization-mode dispersion compensation," Optics Letters, vol.24, no.17, pp.1197-1199 (1999). L.A.Jiang, M.E.Grein, H.A.Haus, E.P.Ippen, and H.Yokoyama, "Timing jitter eater for optical pulse trains," Optics Letters, vol.28, no.2, pp.78-80 (2003). M.E.Fermann, V.I.Kruglov, B.C.Thomsen, J.M.Dudley, and J.D.Harvey, "Self-simiar propagation and amplification of parabolic pulses in optical fibers," Phys.Rev.Lett. Vol.84, pp.6010-6013 (2000).
二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生する二次関数型光パルス発生器と、
信号光パルスと制御光パルスを合波する合波器と、
信号光パルスと制御光パルスとの相互位相変調によって信号光パルスをパルス全体又は幅広い時間領域にわたって線形にチャープさせるための光カー媒質と、
群速度分散を有する分散性媒質と
を備え、
入力された信号光パルスと制御光パルスとを前記合波器により合波して前記光カー媒質に入射し、前記光カー媒質において、前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記入力された信号光パルスを線形にチャープさせ、前記光カー媒質から出力された信号光パルスを前記分散性媒質に通すことにより、前記入力された信号光パルスの時間波形をその周波数スペクトルの形状に変換する光フーリエ変換装置が提供される。
二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生する二次関数型光パルス発生器と、
信号光パルスと制御光パルスを合波する合波器と、
信号光パルスと制御光パルスとの相互位相変調によって信号光パルスをパルス全体又は幅広い時間領域にわたって線形にチャープさせるための光カー媒質と、
群速度分散を有する分散性媒質と
を備え、
入力された信号光パルスを前記分散性媒質に通過させ、前記分散性媒質から出力された信号光パルスと制御光パルスとを前記合波器により合波して前記光カー媒質に入射し、前記光カー媒質において、前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記分散性媒質から出力された信号光パルスを線形にチャープさせることにより、前記入力された信号光パルスの周波数スペクトルの形状をその時間波形に変換する光フーリエ変換装置が提供される。
A.第1の実施形態
(装置構成)
図3に、本発明の第1の実施形態に係る光フーリエ変換装置の構成図を示す。光フーリエ変換装置は、光カップラ1、クロック信号抽出回路4、二次関数型光パルス発生器7、光遅延素子8、合波器9、光カー媒質10、光フィルタ11、及び、分散性媒質12を備える。
二次関数型光パルス発生器7は放物線状の波形を有するパルス(以下、制御光パルス、二次関数型光パルスと記すこともある)を発生する装置で、例えば、以下の3つの形態で実現することができる。
D(z)=D0/(1+D0Γz)
という形に選ぶことができる。ここで、Γは正常分散の大きさの減少の比率を表す。
次に本実施形態における光フーリエ変換装置の動作を説明する。図3において、まず信号光パルス列を光カップラ1により分岐し、一方をクロック信号抽出回路4に接続してパルス列のクロック信号を抽出する。
制御光である二次関数型光パルスは次式で与えられる時間波形uc(t)をもつ。
I(t)=|uc(t)|2/Aeff
である。すなわち、光カー媒質10における位相変調特性は、式(4)に示すように制御光の波形に依存するが、制御光の強度が本実施の形態のように放物線状であるときは、信号光には時間幅2T0にわたって一様に線形チャープδω=−Kt(すなわち位相変調δφ=exp(iKt2/2))が印加される。ただし、式(6)より
次に、上記実施形態の光フーリエ変換装置に関する数値計算の一例を示す。本数値計算では制御光として、図5に示すような構成を有する二次関数型光パルス発生器7によって得られる放物線状パルスを用いる。制御光のエネルギーを20pJとし、二次関数型光パルスの発生に用いる正常分散減少ファイバ16の入力における分散値をD0=−17.5ps/nm/km、非線形係数をγ=3.33W−1km−1とする。また、正常分散減少ファイバ16の分散値の減少の比率をΓ=0.062m−1とする。正常分散減少ファイバ16にはパルス幅が1.0psのガウス型パルスを入射している。
図11に、本発明の第2の実施形態に係る光フーリエ変換装置の構成図を示す。第1の実施形態に係る光フーリエ変換装置との相違は、分散性媒質12が本実施形態では合波器9の前に位置していることである。他の構成は上述と同様であるので、その説明を省略する。また、二次関数光パルス発生器7は第1の実施形態と同様、図4〜図6のうちのいずれかの構成をとることができる。
図12に本発明の第3の実施形態に係る光フーリエ変換装置の構成図を示す。第3の実施形態に係る光フーリエ変換装置は、光カップラ1、クロック信号抽出回路4、二次関数型光パルス発生器7、光遅延素子8、合波器9、光カー媒質10、光フィルタ11、分散性媒質12、光サーキュレータ20及び20’を備える。図3に示す光フーリエ変換装置と同符号のものについては、上述と同様であるので説明を省略する。
図13に、本発明の第4の実施形態に係る光フーリエ変換装置の構成を示す。第4の実施形態に係る光フーリエ変換装置は、光カップラ1、クロック信号抽出回路4、二次関数型光パルス発生器7、光遅延素子8及び8’、合波器9及び9’、光カー媒質10、光フィルタ11、分散性媒質12、分波器19、光サーキュレータ20及び20’を備える。図3に示す光フーリエ変換装置と同符号のものについては、上述と同様であるので説明を省略する。
2 LN位相変調器
3 分散性媒質
4 クロック信号抽出回路
5 位相シフタ
6 電気増幅器
7 二次関数型光パルス発生器
8、8’ 光遅延素子
9、9’ 合波器
10 光カー媒質
11 光フィルタ
12 分散性媒質
13 光パルス送信器
14 正常分散光ファイバ増幅器
15 光増幅器
16 正常分散減少ファイバ
17 放物線状光フィルタ
18 光フーリエ変換装置
19 分波器
20、20’光サーキュレータ
Claims (18)
- 二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生する二次関数型光パルス発生器と、
信号光パルスと制御光パルスを合波する合波器と、
信号光パルスと制御光パルスとの相互位相変調によって信号光パルスをパルス全体にわたって線形にチャープさせるための光カー媒質と、
群速度分散を有する分散性媒質と
を備え、
前記二次関数型光パルス発生器は、入力された信号光パルスに基づくクロック信号に従い二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生し、
入力された信号光パルスと前記二次関数型光パルス発生器で発生された二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスとを前記合波器により合波して前記光カー媒質に入射し、前記光カー媒質において、前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記入力された信号光パルスをチャープ率Kで線形にチャープさせ、前記光カー媒質から出力された信号光パルスを分散量DがD=1/Kで与えられる前記分散性媒質に通すことにより、前記分散性媒質から出力される信号光パルスの時間波形が、入力された信号光パルスのスペクトル形状に比例する光フーリエ変換装置。 - 請求項1に記載の光フーリエ変換装置において、
さらに、前記分散性媒質を通過した信号光パルスと前記制御光パルスとをもう一度合波して前記光カー媒質に入射し、前記光カー媒質で前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記分散性媒質を通過した信号光パルスを再び線形にチャープさせることにより、前記光フーリエ変換装置から出力される信号光パルスの時間波形が、入力された信号光パルスのスペクトル形状に比例し、かつ、前記光フーリエ変換装置から出力される信号光パルスの周波数スペクトルが、入力された信号光パルスの時間波形に比例する光フーリエ変換装置。 - 請求項1又は2に記載の光フーリエ変換装置において、
信号光パルスを前記光カー媒質に2回通過させることによってチャープが完全に補償され、出力においてチャープのないトランスフォームリミットな波形が得られることを特徴とする光フーリエ変換装置。 - 請求項2に記載の光フーリエ変換装置において、
前記光カー媒質を通過した前記信号光パルス及び前記制御光パルスを分波し、分波された信号光パルスを前記分散性媒質に入力するための分波器と、
前記分散性媒質を通過した信号光パルスと分波した制御光パルスとをもう一度合波し、前記光カー媒質に入射するための合波器と
をさらに備えた光フーリエ変換装置。 - 二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生する二次関数型光パルス発生器と、
信号光パルスと制御光パルスを合波する合波器と、
信号光パルスと制御光パルスとの相互位相変調によって信号光パルスをパルス全体にわたってチャープ率Kで線形にチャープさせるための光カー媒質と、
群速度分散を有する分散性媒質と
を備え、
さらに、
前記二次関数型光パルス発生器は、
光パルスを発生する光パルス送信器と、
正常分散の絶対値が長手方向に減少する分散減少ファイバと
を有し、
前記二次関数型光パルス発生器は、入力された信号光パルスに基づくクロック信号に従い二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生し、
入力された信号光パルスを分散量Dの前記分散性媒質に通過させ、前記分散性媒質から出力された信号光パルスと制御光パルスとを前記合波器により合波して前記光カー媒質に入射し、前記光カー媒質において、前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記分散性媒質から出力された信号光パルスをD=1/Kの関係にあるチャープ率Kで線形にチャープさせることにより、前記光フィルタから出力される信号光パルスの周波数スペクトルが、入力された信号光パルスの時間波形に比例する光フーリエ変換装置。 - 請求項5に記載の光フーリエ変換装置において、
さらに、前記光カー媒質において線形にチャープされた信号光パルスをもう一度前記分散性媒質に通すことにより、前記光フーリエ変換装置から出力される信号光パルスの時間波形が、入力された信号光パルスのスペクトル形状に比例し、かつ、前記光フーリエ変換装置から出力される信号光パルスの周波数スペクトルが、入力された信号光パルスの時間波形に比例する光フーリエ変換装置。 - 請求項5又は6に記載の光フーリエ変換装置において、
信号光パルスを前記分散性媒質に2回通過させることによってチャープが完全に補償され、出力においてチャープのないトランスフォームリミットな波形が得られることを特徴とする光フーリエ変換装置。 - 請求項1又は5に記載の光フーリエ変換装置において、
前記光カー媒質による信号光パルスと制御光パルスとの相互位相変調によって信号光パルスに印加される周波数チャープのチャープ率Kは制御光パルスのピークパワー、前記光カー媒質の長さ及び前記光カー媒質の非線形屈折率のいずれか又は複数により調節することができることを特徴とする光フーリエ変換装置。 - 請求項1に記載の光フーリエ変換装置において、
前記二次関数型光パルス発生器は、
光パルスを発生する光パルス送信器と、
正常分散を有し、前記光パルス送信器からの光パルスが伝搬する光ファイバ増幅器と
を備える光フーリエ変換装置。 - 請求項1に記載の光フーリエ変換装置において、
前記二次関数型光パルス発生器は、
光パルスを発生する光パルス送信器と、
正常分散の絶対値が長手方向に減少する分散減少ファイバと
を備える光フーリエ変換装置。 - 請求項5又は10に記載の光フーリエ変換装置において、
前記分散減少ファイバは、分散値が連続的に変化する、又は、分散値が一定あるいは長手方向に線形に変化する複数種類の光ファイバを複数縦続接続することにより、分散値の変化が区間ごとに離散的に近似されたファイバ、又は、分散値が連続的に変化するひとつのファイバを含み、分散値の変化は次式で表される又は次式で近似される光フーリエ変換装置。
D(z)=D0/(1+D0Γz)
(ただし、D(z);分散値の変化を表す関数、z:ファイバの長手方向の座標、D0;入射端(z=0)での関数値、Γ:正常分散の大きさの減少の比率) - 請求項1に記載の光フーリエ変換装置において、
前記二次関数型光パルス発生器は、
光パルスを発生する光パルス送信器と、
振幅透過特性が二次関数又は放物線で表され、前記光パルス送信器からの光パルスの周波数スペクトルを二次関数型又は放物線状にする光フィルタと、
前記光フィルタを通過した光パルスの周波数スペクトル波形の形状に光パルスの時間波形を変換する光フーリエ変換装置と
を備える光フーリエ変換装置。 - 請求項1又は5に記載の光フーリエ変換装置において、
制御光と信号光の高速な相互位相変調を効率よく発生させるために、前記光カー媒質として分散値が小さい低分散光カー媒質を用いるか、あるいは、信号光と制御光の波長が前記光カー媒質の零分散波長を挟んで互いに対称な波長になるように信号光及び/又は制御光の波長を設定することを特徴とする光フーリエ変換装置。 - 請求項1又は5に記載の光フーリエ変換装置において、
信号光パルスに基づいてクロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、
制御光パルスに光遅延を与える光遅延素子と
をさらに備え、
前記二次関数型光パルス発生器は、前記クロック信号抽出回路からのクロック信号に従い制御光パルスを発生し、及び/又は、前記光遅延素子は、前記制御光パルスに対し信号光パルスとタイミングが一致するように光遅延を与える光フーリエ変換装置。 - 入力された信号光パルスに基づくクロック信号に従い二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生し、
入力された信号光パルスと発生された二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスとを合波して光カー媒質に入射し、光カー媒質において前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記入力された信号光パルスをパルス全体にわたってチャープ率Kで線形にチャープさせ、光カー媒質から出力された信号光パルスを分散量DがD=1/Kで与えられる群速度分散を有する分散性媒質に通すことにより、前記分散性媒質から出力される信号光パルスの時間波形が、前記入力された信号光パルスのスペクトル形状に比例する光フーリエ変換方法。 - 請求項15に記載の光フーリエ変換方法において、
さらに、分散性媒質を通過した前記信号光パルスと前記制御光パルスとをもう一度合波して光カー媒質に入射し、光カー媒質で前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって分散性媒質を通過した前記信号光パルスを再び線形にチャープさせることにより、光フーリエ変換された信号光パルスの時間波形が、前記入力された信号光パルスのスペクトル形状に比例し、かつ、光フーリエ変換された信号光パルスの周波数スペクトルが、前記入力された信号光パルスの時間波形に比例することを特徴とする光フーリエ変換方法。 - 入力された信号光パルスに基づくクロック信号に従い二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスを発生し、
入力された信号光パルスを分散量Dの群速度分散を有する分散性媒質に通過させ、その信号光パルスと発生された二次関数又は放物線で表される形状の制御光パルスとを合波して光カー媒質に入射し、光カー媒質において前記信号光パルスと前記制御光パルスとの相互位相変調によって前記分散性媒質から出力された信号光パルスをD=1/Kの関係にあるチャープ率Kで線形にチャープさせることにより、前記光フィルタから出力される信号光パルスの周波数スペクトルが、前記入力された信号光パルスの時間波形に比例する光フーリエ変換方法。 - 請求項17に記載の光フーリエ変換方法において、
さらに、光カー媒質において線形にチャープされた前記信号光パルスをもう一度分散性媒質に通すことにより、光フーリエ変換された信号光パルスの時間波形が、前記入力された信号光パルスのスペクトル形状に比例し、かつ、光フーリエ変換された信号光パルスの周波数スペクトルが、前記入力された信号光パルスの時間波形に比例することを特徴とする光フーリエ変換方法。
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