JP4472222B2 - 信号光を波形整形するための方法、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、信号光を波形整形するための方法、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】
ところで、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。
【０００９】
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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
波形整形装置と光増幅器を組み合わせることにより、あるいは光増幅機能を有する波形整形装置を用いることにより、２Ｒ機能を提供することができる。また、それに加えてクロック再生器を並行して用いることにより３Ｒ機能を提供することができる。
【００１１】
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た（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。
【００１２】
特に、２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置においては、クロック再生器でクロックパルスを抽出するもとになる光信号の劣化度合いに応じて、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。
【００１３】
一方、伝送容量を飛躍的に拡大するために波長分割多重（ＷＤＭ）を適用する場合、２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置が多重数に応じて複雑化することが予想されるので、ＷＤＭに適した波形整形装置が求められている。
【００１４】
よって、本発明の目的は、十分な２Ｒ機能及び／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である。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＷＤＭに適した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である。
【００１６】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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た非線形光ループミラーを提供するステップと、前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第２の光路から出力信号光を出力するステップとを備え、前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零である方法が提供される。
【００１８】
本発明の他の側面によると、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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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、前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光が供給されて、前記第２の光路から出力信号光が出力され、前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零である装置。
【００１９】
本発明の更に他の側面によると、信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、前記第１の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミラーと、前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムが提供される。非線形光ループミラーは、本発明の装置によって提供される。
【００２０】
【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。
【００２１】
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λc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λｓ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λｃ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、ポート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。
【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ポート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立ち上がり及び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】
尚、最近、多芯ファイバ状に形成したプリフォームから作製される所謂フォトニック結晶ファイバあるいはホリーファイバ（Ｈｏｌｌｙ Ｆｉｂｅｒ）と呼ばれる単一モードファイバに関する研究及び開発が進んでいる。この種のファイバによると、より小さなＭＦＤ（モードフィールド直径）を実現可能であり、こうしたファイバも本発明に適用可能である。以下、このようなフォトニック結晶ファイバ等も含めて、通常の光ファイバよりも大きな非線形効果を呈する光ファイバをＨＮＬ−ＤＳＦと称することにする。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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λｃのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、λｓ＋λｃ＝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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
尚、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、ＸＰＭ（相互位相変調）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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、信号パルス（信号光）及びプローブパルス（プローブ光）とループ光路８の零分散波長λ0との相対関係の例が示されている。図３に示されるようなＮＯＬＭにおいて、パルス幅として数ピコ秒からサブピコ秒程度の短パルスを用いる場合、ＸＰＭ（クロス位相変調）を効率良く発生させるためには、信号パルスとプローブパルスの時間的なズレ（ウオークオフ）を極力小さくすることが望ましい。
【００６０】
幅が１０ｐｓ以上の比較的低速用のパルスであれば、ＨＮＬ−ＤＳＦのように非線形性の高いファイバの場合、比較的短い距離（１Ｋｍ程度）でπ位相シフトが得られるので、図４の（Ａ）に示されるように、各パルスに対するファイバの分散をさほど気にする必要はない。
【００６１】
しかし、本発明で扱うような短パルスの場合には、わずかな分散の違いによりＸＰＭの発生効率が極端に低下し、結果として非常に高い信号パワーが必要になることがある。
【００６２】
これを回避するための一つの方法は、図４の（Ｂ）に示されるように、信号パルスの波長とプローブパルスの波長を零分散波長λ0に対して対称に配置することである。この場合、信号パルスとプローブパルスの群速度（ＧＶＤ）はほぼ等しくなるので、最も効率よくＸＰＭを発生させることができる。
【００６３】
しかしながら、短いとはいえ約１ｋｍの長さのファイバ内での分散は一定ではなく、長手方向に微妙に変化している。また、図４の（Ｂ）に示される波長配置にするとその関係に限定されるので、適用範囲に制限が出てしまう。
【００６４】
このような問題を回避するために、本発明では分散補償が併用されるのである。例えば後述するように、図６の（Ａ）に示されるように正常分散領域に信号パルス及びプローブパルスが配置されるファイバと、図６の（Ｂ）に示されるように異常分散領域に信号パルス及びプローブパルスが配置されるファイバとを組み合わせることにより、ウオークオフを低減して効率的なＸＰＭの発生を可能にするものである。
【００６５】
図５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、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。
【００６６】
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は各々ＨＮＬ−ＤＳＦからなるファイバ８（＃１及び＃２）をスプライス接続することによって提供されている。
【００６７】
第１の光路２には、波長λC及びパワーＰCを有するプローブ光が供給される。第３の光路１０には波長λS（≠λC）及びパワーＰSを有する入力信号光が供給される。その結果、ＮＯＬＭの第２の光路４からは、波長λCを有し且つ入力光信号に同期した出力信号光が出力される。
【００６８】
プローブ光は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。
【００６９】
図３に示される実施形態では、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２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、前述のようにＨＮＬ−ＤＳＦの零分散波長を信号光波長とプローブ光波長の中間付近に配置することが考えられる。この場合、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。
【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】
図５に示される実施形態では、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。
【００７２】
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。
【００７３】
図５の実施形態において、ファイバ８（＃１及び＃２）の分散はそれぞれＤ1及びＤ2、ＸＰＭによる位相シフトはそれぞれφ1及びφ2である。ここで、φ1＋φ2＝πとなるようにし、且つ、Ｄ1及びＤ2が互いに補償されるように設定することにより、ウオークオフの影響が小さくしかもファイバの分散によるパルス形状劣化の影響の少ないＮＯＬＭの提供が可能になる。
【００７４】
例えば図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、Ｄ1及びＤ2は同符号であり、ファイバ８（＃１及び＃２）のそれぞれの零分散波長λ01及びλ02が異なる値にされている。即ち、零分散波長λ01は信号パルス及びプローブパルスの波長よりも長く設定され、零分散波長λ02は信号パルス及びプローブパルスの波長よりも短く設定されている。
【００７５】
また、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、零分散波長λ01及びλ02は概ね等しく設定され、Ｄ2＝−Ｄ1に設定されている。このように分散及び分散傾斜の符号が互いに逆である二つのファイバを組み合わせてループ光路８を得ることによって、信号パルス及びプローブパルスの両方に対してほぼ完全に分散が補償され、ウオークオフとパルス形状の劣化が少ないＮＯＬＭの提供が可能になると共に、極めて効率の良いＸＰＭの発生が可能になる。
【００７６】
更には、図８に示されるように、ファイバ８（＃１及び＃２）として、互いに符号が逆で同じ値の分散を有する分散フラットファイバ（ＤＦＦ）を用いても良い。この場合、信号光とプローブ光の波長配置を任意に設定することができる。
【００７７】
図９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、ループ光路８として、Ｎ本のファイバ８（＃１，＃２，…，＃Ｎ）を接続して構成している。ファイバ８（＃１，＃２，…，＃Ｎ）のそれぞれの分散はＤ1，Ｄ2，…，ＤNであり、ＸＰＭによる位相シフトはそれぞれφ1，φ2，…，φNである。φ1＋φ2＋…＋φN＝πで且つＤ1＋Ｄ2＋…＋ＤN＝０に設定することによって、より高精度の分散補償が可能になり、さらに高速な光パルスの処理が可能になる。
【００７８】
特に、図１５に示されるように、各分散の値を比較的大きくし、符号が反対の大きな分散（＋Ｄ及び−Ｄ）を交互に配置して互いに分散補償することにより、波形の歪み、ウオークオフ、四光波混合等の他の非線形効果の発生等を制限要因を全て防ぐ理想的なＮＯＬＭを提供することができる。
【００７９】
図１０は本発明によるシステムの第１実施形態を示すブロック図である。送信機１４と本発明の装置によって提供されるＮＯＬＭ１６と受信機１８とを光ファイバ伝送路２０及び２２により接続して構成されている。送信機１４からの信号光を光ファイバ伝送路２０によりＮＯＬＭ１６に供給し、そこで変換光に変換して、光ファイバ伝送路２２により受信機１８に伝送する。
【００８０】
送信機１４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、受信機１８では、例えば直接検波を行うことができる。
【００８１】
光ファイバ伝送路２０及び２２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。
【００８２】
ＮＯＬＭ１６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２０及び２２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。
【００８３】
このシステムによると、ＮＯＬＭ１６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光ファイバ伝送路２２により伝送することができる。
【００８４】
図示はしないが、光ファイバ伝送路２０及び２２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１０に示されるシステムでは、ＮＯＬＭ１６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。
【００８５】
この実施形態では、ＮＯＬＭ１６を光ファイバ伝送路２０及び２２の間に設けて中継器として用いているが、受信機１８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。
【００８６】
図示はしないが、図１０に示されるシステムは、光ファイバ伝送路２０及び２２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、受信機１８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。
【００８７】
図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示すブロック図である。このシステムは、光分岐器２４、クロック再生器２６及び本発明による装置２８を備えている。光分岐器２４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２４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２６及び本発明による装置２８に供給される。クロック再生器２６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図示しないタイミング調節器でタイミングを調節されて本発明による装置２８に供給される。
【００８８】
本発明による装置２８は、供給された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。
【００８９】
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、全光３Ｒ信号再生装置の提供が可能になる。
【００９０】
図１１に示される実施形態において本発明による装置２８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１６０Ｇｂ／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。
【００９１】
クロック再生器２６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λC、周波数ｆSのクロックパルスを発生することができる。
【００９２】
図１６を参照すると、図１０に示される実施形態の応用例が示されている。ここでは、図１０に示される本発明による装置（例えば光ＡＮＤゲート）２８の後段に波形整形器３０を設けて波形整形し、必要に応じて再生信号光の波長λCをλC’に変換して、波形整形信号光として出力するようにしている。
【００９３】
図１７は図１６に示される波形整形器３０の実施形態を示すブロック図である。再生信号光（図１６参照）による波長λCの入力パルスを光増幅器３２により増幅した後に非線形光学媒質としての光ファイバ（分散；β2）３４に入力して、チャーピングを生じさせる。このとき、パルスの振幅雑音のうち、ゼロレベル付近の雑音はチャープが小さいためもとの波長付近に集まり、一方、パルスピーク付近の雑音はチャープが大きいので拡がったスペクトルの最も外側の波長付近に集中する。
【００９４】
従って、雑音の少ない中間領域の波長付近の成分を光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３６で抽出して出力パルスを得ることによって、光２Ｒ再生の効果をさらに高めることが可能である。
【００９５】
出力パルスの形状は光帯域通過フィルタ３６の透過帯域によって決まるため、その帯域特性を最適に設計することにより、所望の光信号パルス形状を得ることができる。更に、チャープが特別に大きい所謂スーパーコンティニューム（ＳＣ）を用いることにより、出力パルスを広い波長域にわたって波長変換することができる。これら光チャープを用いた波形整形の方法等の付加的な詳細については、特願２０００−３４４５４、特願２０００−２６４７５７等に示されている。
【００９６】
このように、本発明の実施形態によると、波長変換の無い（λC＝λC’）光２Ｒ及び／又は３Ｒ再生が可能になる。
【００９７】
尚、図１６及び１７で説明した実施形態では、チャープ媒質を含む波形整形器３０を本発明による装置２８の後段に設けているが、前段に設けて予め雑音除去を行ってから光２Ｒ及び／又は３Ｒ再生を実施してもよい。更に、この方法は本発明による装置に限らず、光ゲートを用いた種々の光信号再生に適用可能である。
【００９８】
図１２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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図１１に示される装置は、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、波形整形或いは雑音除去を行うことが有効である。
【０１０４】
図１３は本発明によるシステムの第３実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、ＷＤＭが具体的に適用されている点で特徴付けられる。光ゲート装置１１０としては本発明による装置を用いることができ、光ゲート装置１１０には、プローブ光源１１２から出力されたプローブ光Ｅｐｒｏｂｅが供給されている。
【０１０５】
光ファイバ伝送路６２の入力端は光マルチプレクサ１１３に接続されている。光マルチプレクサ１１３には、光送信機１１４（＃１，…，＃４）から出力された４チャネルの光信号ＥS1，…，ＥS4がそれぞれ光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により時間軸上の位置を調節された後に供給されている。
【０１０６】
光信号ＥS1，…，ＥS4の波長はそれぞれλS1，…，λS4であり、互いに異なる。光信号ＥS1，…，ＥS4はデータの繰り返し時間Ｔに比べて十分短い時間幅を有する短パルスによる強度変調により得られている。これらの光信号は、光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により順にＴ／４の時間だけシフトさせられる。従って、光マルチプレクサ１１３から出力される信号光は、時間軸上で一致しない波長分割多重信号となる。
【０１０７】
このような波長分割多重信号が光ゲート装置１１０に供給されると、４チャネルの波長全てがプローブ光の波長λｐｒｏｂｅに変換されるので、光ゲート装置１１０から光ファイバ伝送路６４に出力される変換信号光ＥCは、光時分割多重信号（ＯＴＤＭ信号）となる。
【０１０８】
このように、図１３に示されるシステムによると、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換することができる（ＷＤＭ／ＯＴＤＭ変換）。
【０１０９】
ここでは、４チャネルの波長分割多重信号を例示しているが、チャネル数は４には限定されない。例えば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルの波長分割多重信号が用いられている場合には、Ｎチャネルの光時分割多重信号が得られる。この場合、Ｎ台の光遅延回路が用いられ、これらにおける時間シフトはＴ／Ｎに設定される。
【０１１０】
図１３の実施形態では、ＷＤＭ信号光（波長分割多重信号）を構成している複数の光信号のタイミングを変化させるために複数の光遅延回路を用いているので、これを光中継器に適用する場合に光中継器の構成が複雑になる。この点を改良した実施形態を以下に説明する。
【０１１１】
図１４は本発明によるシステムの第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、１台の光遅延回路１１８を用いてＷＤＭ信号光の複数の光信号を一括して順次遅延させた後に、光ファイバ伝送路６２を介して光ゲート装置１１０に入力している。光遅延回路１１８としては、波長分散を与える光学媒質を用いることができる。例えば、光ファイバ等の光学媒質においては、波長に対して分散がほぼ直線状に変化するので、これを用いることによって、複数の光遅延回路の遅延時間を調節する場合のようにほぼ線形な遅延を複数の光信号に与えることができる。
【０１１２】
このように、図１４に示されるシステムにおいては１台の光遅延回路を用いて複数の光信号に一括して遅延を与えるようにしているので、装置の構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１１３】
本発明は以下の付記を含むものである。
【０１１４】
（付記１） 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、異なる特性を有し前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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た非線形光ループミラーを提供するステップと、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第２の光路から出力信号光を出力するステップとを備えた方法。
【０１１５】
（付記２） 前記特性は分散または分散傾斜である付記１記載の方法。
【０１１６】
（付記３） 前記特性は零分散波長である付記１記載の方法。
【０１１７】
（付記４） 前記第1及び第２のファイバ内での相互位相変調による位相シフトの総量がほぼπである付記１記載の方法。
【０１１８】
（付記５） 前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１記載の方法。
【０１１９】
（付記６） 前記入力信号光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１記載の方法。
【０１２０】
（付記７） 前記第1及び第２のファイバの各々は分散フラットファイバである付記１記載の方法。
【０１２１】
（付記８） 前記第１及び第２のファイバの各々は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近に零分散波長を有するフォトニック結晶ファイバである付記１記載の方法。
【０１２２】
（付記９） 前記入力信号光は異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である付記１記載の方法。
【０１２３】
（付記１０） 前記入力信号光はパルス光であり、前記出力信号光は前記入力信号光に同期しており、前記出力信号光の波長は前記プローブ光の波長に一致する付記１記載の方法。
【０１２４】
（付記１１） 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、異なる特性を有し前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光が供給されて、前記第２の光路から出力信号光が出力される装置。
【０１２５】
（付記１２） 前記特性は分散または分散傾斜である付記１１記載の装置。
【０１２６】
（付記１３） 前記特性は零分散波長である付記１１記載の装置。
【０１２７】
（付記１４） 前記第1及び第２のファイバ内での相互位相変調による位相シフトの総量がほぼπである付記１１記載の装置。
【０１２８】
（付記１５） 前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１１記載の装置。
【０１２９】
（付記１６） 前記入力信号光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１１記載の装置。
【０１３０】
（付記１７） 前記第1及び第２のファイバの各々は分散フラットファイバである付記１１記載の装置。
【０１３１】
（付記１８） 前記第１及び第２のファイバの各々は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近に零分散波長を有するフォトニック結晶ファイバである付記１１記載の装置。
【０１３２】
（付記１９） 前記入力信号光は異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である付記１１記載の装置。
【０１３３】
（付記２０） 前記入力信号光はパルス光であり、前記出力信号光は前記入力信号光に同期しており、前記出力信号光の波長は前記プローブ光の波長に一致する付記１１記載の装置。
【０１３４】
（付記２１） 信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、
前記第１の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミラーと、
前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、
上記非線形光ループミラーは、
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、異なる特性を有し前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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ており、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び前記信号光が供給されて、前記第２の光路から前記変換光が出力されるシステム。
【０１３５】
（付記２２） 前記信号光は異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である付記２１記載のシステム。
【０１３６】
（付記２３） 前記入力信号光及び前記出力信号光の少なくとも一方を非線形光学媒質に供給してチャープを発生させるステップと、
前記チャープにより拡がったスペクトルから中心波長と異なる成分を抽出するステップとを更に備えた付記１記載の方法。
【０１３７】
（付記２４） 前記抽出するステップで抽出された光の波長が前記入力信号光の波長に一致するように設定された透過帯域を有する光帯域通過フィルタを提供するステップを更に備えた付記２３記載の方法。
【０１３８】
【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。また、本発明によると、ＷＤＭに適した波形整形のための方法、装置及び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の（Ａ）及び（Ｂ）は信号パルス及びプローブパルスの波長の配置例を説明するための図である。
【図５】図５は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は信号パルス及びプローブパルスの波長の配置例を説明するための図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は信号パルス及びプローブパルスの波長の他の配置例を説明するための図である。
【図８】図８は信号パルス及びプローブパルスの波長の更に他の配置例を説明するための図である。
【図９】図９は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は本発明によるシステムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明によるシステムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１４は本発明によるシステムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は符号が異なる大きな分散を交互に配置した例を説明するための図である。
【図１６】図１６は図１１に示される実施形態の応用例を示すブロック図である。
【図１７】図１７は図１６に示される波形整形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、信号光を波形整形するための方法、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】
ところで、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。
【０００９】
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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
波形整形装置と光増幅器を組み合わせることにより、あるいは光増幅機能を有する波形整形装置を用いることにより、２Ｒ機能を提供することができる。また、それに加えてクロック再生器を並行して用いることにより３Ｒ機能を提供することができる。
【００１１】
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た（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。
【００１２】
特に、２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置においては、クロック再生器でクロックパルスを抽出するもとになる光信号の劣化度合いに応じて、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。
【００１３】
一方、伝送容量を飛躍的に拡大するために波長分割多重（ＷＤＭ）を適用する場合、２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置が多重数に応じて複雑化することが予想されるので、ＷＤＭに適した波形整形装置が求められている。
【００１４】
よって、本発明の目的は、十分な２Ｒ機能及び／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である。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＷＤＭに適した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である。
【００１６】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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た非線形光ループミラーを提供するステップと、前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第２の光路から出力信号光を出力するステップとを備え、前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零である方法が提供される。
【００１８】
本発明の他の側面によると、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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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、前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光が供給されて、前記第２の光路から出力信号光が出力され、前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零である装置。
【００１９】
本発明の更に他の側面によると、信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、前記第１の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミラーと、前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムが提供される。非線形光ループミラーは、本発明の装置によって提供される。
【００２０】
【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。
【００２１】
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λc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λｓ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λｃ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、ポート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。
【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ポート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立ち上がり及び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】
尚、最近、多芯ファイバ状に形成したプリフォームから作製される所謂フォトニック結晶ファイバあるいはホリーファイバ（Ｈｏｌｌｙ Ｆｉｂｅｒ）と呼ばれる単一モードファイバに関する研究及び開発が進んでいる。この種のファイバによると、より小さなＭＦＤ（モードフィールド直径）を実現可能であり、こうしたファイバも本発明に適用可能である。以下、このようなフォトニック結晶ファイバ等も含めて、通常の光ファイバよりも大きな非線形効果を呈する光ファイバをＨＮＬ−ＤＳＦと称することにする。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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λｃのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、λｓ＋λｃ＝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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
尚、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、ＸＰＭ（相互位相変調）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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、信号パルス（信号光）及びプローブパルス（プローブ光）とループ光路８の零分散波長λ0との相対関係の例が示されている。図３に示されるようなＮＯＬＭにおいて、パルス幅として数ピコ秒からサブピコ秒程度の短パルスを用いる場合、ＸＰＭ（クロス位相変調）を効率良く発生させるためには、信号パルスとプローブパルスの時間的なズレ（ウオークオフ）を極力小さくすることが望ましい。
【００６０】
幅が１０ｐｓ以上の比較的低速用のパルスであれば、ＨＮＬ−ＤＳＦのように非線形性の高いファイバの場合、比較的短い距離（１Ｋｍ程度）でπ位相シフトが得られるので、図４の（Ａ）に示されるように、各パルスに対するファイバの分散をさほど気にする必要はない。
【００６１】
しかし、本発明で扱うような短パルスの場合には、わずかな分散の違いによりＸＰＭの発生効率が極端に低下し、結果として非常に高い信号パワーが必要になることがある。
【００６２】
これを回避するための一つの方法は、図４の（Ｂ）に示されるように、信号パルスの波長とプローブパルスの波長を零分散波長λ0に対して対称に配置することである。この場合、信号パルスとプローブパルスの群速度（ＧＶＤ）はほぼ等しくなるので、最も効率よくＸＰＭを発生させることができる。
【００６３】
しかしながら、短いとはいえ約１ｋｍの長さのファイバ内での分散は一定ではなく、長手方向に微妙に変化している。また、図４の（Ｂ）に示される波長配置にするとその関係に限定されるので、適用範囲に制限が出てしまう。
【００６４】
このような問題を回避するために、本発明では分散補償が併用されるのである。例えば後述するように、図６の（Ａ）に示されるように正常分散領域に信号パルス及びプローブパルスが配置されるファイバと、図６の（Ｂ）に示されるように異常分散領域に信号パルス及びプローブパルスが配置されるファイバとを組み合わせることにより、ウオークオフを低減して効率的なＸＰＭの発生を可能にするものである。
【００６５】
図５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、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。
【００６６】
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は各々ＨＮＬ−ＤＳＦからなるファイバ８（＃１及び＃２）をスプライス接続することによって提供されている。
【００６７】
第１の光路２には、波長λC及びパワーＰCを有するプローブ光が供給される。第３の光路１０には波長λS（≠λC）及びパワーＰSを有する入力信号光が供給される。その結果、ＮＯＬＭの第２の光路４からは、波長λCを有し且つ入力光信号に同期した出力信号光が出力される。
【００６８】
プローブ光は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。
【００６９】
図３に示される実施形態では、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２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、前述のようにＨＮＬ−ＤＳＦの零分散波長を信号光波長とプローブ光波長の中間付近に配置することが考えられる。この場合、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。
【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】
図５に示される実施形態では、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。
【００７２】
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。
【００７３】
図５の実施形態において、ファイバ８（＃１及び＃２）の分散はそれぞれＤ1及びＤ2、ＸＰＭによる位相シフトはそれぞれφ1及びφ2である。ここで、φ1＋φ2＝πとなるようにし、且つ、Ｄ1及びＤ2が互いに補償されるように設定することにより、ウオークオフの影響が小さくしかもファイバの分散によるパルス形状劣化の影響の少ないＮＯＬＭの提供が可能になる。
【００７４】
例えば図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、Ｄ1及びＤ2は同符号であり、ファイバ８（＃１及び＃２）のそれぞれの零分散波長λ01及びλ02が異なる値にされている。即ち、零分散波長λ01は信号パルス及びプローブパルスの波長よりも長く設定され、零分散波長λ02は信号パルス及びプローブパルスの波長よりも短く設定されている。
【００７５】
また、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、零分散波長λ01及びλ02は概ね等しく設定され、Ｄ2＝−Ｄ1に設定されている。このように分散及び分散傾斜の符号が互いに逆である二つのファイバを組み合わせてループ光路８を得ることによって、信号パルス及びプローブパルスの両方に対してほぼ完全に分散が補償され、ウオークオフとパルス形状の劣化が少ないＮＯＬＭの提供が可能になると共に、極めて効率の良いＸＰＭの発生が可能になる。
【００７６】
更には、図８に示されるように、ファイバ８（＃１及び＃２）として、互いに符号が逆で同じ値の分散を有する分散フラットファイバ（ＤＦＦ）を用いても良い。この場合、信号光とプローブ光の波長配置を任意に設定することができる。
【００７７】
図９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、ループ光路８として、Ｎ本のファイバ８（＃１，＃２，…，＃Ｎ）を接続して構成している。ファイバ８（＃１，＃２，…，＃Ｎ）のそれぞれの分散はＤ1，Ｄ2，…，ＤNであり、ＸＰＭによる位相シフトはそれぞれφ1，φ2，…，φNである。φ1＋φ2＋…＋φN＝πで且つＤ1＋Ｄ2＋…＋ＤN＝０に設定することによって、より高精度の分散補償が可能になり、さらに高速な光パルスの処理が可能になる。
【００７８】
特に、図１５に示されるように、各分散の値を比較的大きくし、符号が反対の大きな分散（＋Ｄ及び−Ｄ）を交互に配置して互いに分散補償することにより、波形の歪み、ウオークオフ、四光波混合等の他の非線形効果の発生等を制限要因を全て防ぐ理想的なＮＯＬＭを提供することができる。
【００７９】
図１０は本発明によるシステムの第１実施形態を示すブロック図である。送信機１４と本発明の装置によって提供されるＮＯＬＭ１６と受信機１８とを光ファイバ伝送路２０及び２２により接続して構成されている。送信機１４からの信号光を光ファイバ伝送路２０によりＮＯＬＭ１６に供給し、そこで変換光に変換して、光ファイバ伝送路２２により受信機１８に伝送する。
【００８０】
送信機１４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、受信機１８では、例えば直接検波を行うことができる。
【００８１】
光ファイバ伝送路２０及び２２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。
【００８２】
ＮＯＬＭ１６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２０及び２２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。
【００８３】
このシステムによると、ＮＯＬＭ１６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光ファイバ伝送路２２により伝送することができる。
【００８４】
図示はしないが、光ファイバ伝送路２０及び２２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１０に示されるシステムでは、ＮＯＬＭ１６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。
【００８５】
この実施形態では、ＮＯＬＭ１６を光ファイバ伝送路２０及び２２の間に設けて中継器として用いているが、受信機１８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。
【００８６】
図示はしないが、図１０に示されるシステムは、光ファイバ伝送路２０及び２２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、受信機１８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。
【００８７】
図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示すブロック図である。このシステムは、光分岐器２４、クロック再生器２６及び本発明による装置２８を備えている。光分岐器２４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２４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２６及び本発明による装置２８に供給される。クロック再生器２６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図示しないタイミング調節器でタイミングを調節されて本発明による装置２８に供給される。
【００８８】
本発明による装置２８は、供給された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。
【００８９】
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、全光３Ｒ信号再生装置の提供が可能になる。
【００９０】
図１１に示される実施形態において本発明による装置２８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１６０Ｇｂ／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。
【００９１】
クロック再生器２６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λC、周波数ｆSのクロックパルスを発生することができる。
【００９２】
図１６を参照すると、図１０に示される実施形態の応用例が示されている。ここでは、図１０に示される本発明による装置（例えば光ＡＮＤゲート）２８の後段に波形整形器３０を設けて波形整形し、必要に応じて再生信号光の波長λCをλC’に変換して、波形整形信号光として出力するようにしている。
【００９３】
図１７は図１６に示される波形整形器３０の実施形態を示すブロック図である。再生信号光（図１６参照）による波長λCの入力パルスを光増幅器３２により増幅した後に非線形光学媒質としての光ファイバ（分散；β2）３４に入力して、チャーピングを生じさせる。このとき、パルスの振幅雑音のうち、ゼロレベル付近の雑音はチャープが小さいためもとの波長付近に集まり、一方、パルスピーク付近の雑音はチャープが大きいので拡がったスペクトルの最も外側の波長付近に集中する。
【００９４】
従って、雑音の少ない中間領域の波長付近の成分を光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３６で抽出して出力パルスを得ることによって、光２Ｒ再生の効果をさらに高めることが可能である。
【００９５】
出力パルスの形状は光帯域通過フィルタ３６の透過帯域によって決まるため、その帯域特性を最適に設計することにより、所望の光信号パルス形状を得ることができる。更に、チャープが特別に大きい所謂スーパーコンティニューム（ＳＣ）を用いることにより、出力パルスを広い波長域にわたって波長変換することができる。これら光チャープを用いた波形整形の方法等の付加的な詳細については、特願２０００−３４４５４、特願２０００−２６４７５７等に示されている。
【００９６】
このように、本発明の実施形態によると、波長変換の無い（λC＝λC’）光２Ｒ及び／又は３Ｒ再生が可能になる。
【００９７】
尚、図１６及び１７で説明した実施形態では、チャープ媒質を含む波形整形器３０を本発明による装置２８の後段に設けているが、前段に設けて予め雑音除去を行ってから光２Ｒ及び／又は３Ｒ再生を実施してもよい。更に、この方法は本発明による装置に限らず、光ゲートを用いた種々の光信号再生に適用可能である。
【００９８】
図１２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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図１１に示される装置は、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、波形整形或いは雑音除去を行うことが有効である。
【０１０４】
図１３は本発明によるシステムの第３実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、ＷＤＭが具体的に適用されている点で特徴付けられる。光ゲート装置１１０としては本発明による装置を用いることができ、光ゲート装置１１０には、プローブ光源１１２から出力されたプローブ光Ｅｐｒｏｂｅが供給されている。
【０１０５】
光ファイバ伝送路６２の入力端は光マルチプレクサ１１３に接続されている。光マルチプレクサ１１３には、光送信機１１４（＃１，…，＃４）から出力された４チャネルの光信号ＥS1，…，ＥS4がそれぞれ光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により時間軸上の位置を調節された後に供給されている。
【０１０６】
光信号ＥS1，…，ＥS4の波長はそれぞれλS1，…，λS4であり、互いに異なる。光信号ＥS1，…，ＥS4はデータの繰り返し時間Ｔに比べて十分短い時間幅を有する短パルスによる強度変調により得られている。これらの光信号は、光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により順にＴ／４の時間だけシフトさせられる。従って、光マルチプレクサ１１３から出力される信号光は、時間軸上で一致しない波長分割多重信号となる。
【０１０７】
このような波長分割多重信号が光ゲート装置１１０に供給されると、４チャネルの波長全てがプローブ光の波長λｐｒｏｂｅに変換されるので、光ゲート装置１１０から光ファイバ伝送路６４に出力される変換信号光ＥCは、光時分割多重信号（ＯＴＤＭ信号）となる。
【０１０８】
このように、図１３に示されるシステムによると、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換することができる（ＷＤＭ／ＯＴＤＭ変換）。
【０１０９】
ここでは、４チャネルの波長分割多重信号を例示しているが、チャネル数は４には限定されない。例えば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルの波長分割多重信号が用いられている場合には、Ｎチャネルの光時分割多重信号が得られる。この場合、Ｎ台の光遅延回路が用いられ、これらにおける時間シフトはＴ／Ｎに設定される。
【０１１０】
図１３の実施形態では、ＷＤＭ信号光（波長分割多重信号）を構成している複数の光信号のタイミングを変化させるために複数の光遅延回路を用いているので、これを光中継器に適用する場合に光中継器の構成が複雑になる。この点を改良した実施形態を以下に説明する。
【０１１１】
図１４は本発明によるシステムの第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、１台の光遅延回路１１８を用いてＷＤＭ信号光の複数の光信号を一括して順次遅延させた後に、光ファイバ伝送路６２を介して光ゲート装置１１０に入力している。光遅延回路１１８としては、波長分散を与える光学媒質を用いることができる。例えば、光ファイバ等の光学媒質においては、波長に対して分散がほぼ直線状に変化するので、これを用いることによって、複数の光遅延回路の遅延時間を調節する場合のようにほぼ線形な遅延を複数の光信号に与えることができる。
【０１１２】
このように、図１４に示されるシステムにおいては１台の光遅延回路を用いて複数の光信号に一括して遅延を与えるようにしているので、装置の構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１１３】
本発明は以下の付記を含むものである。
【０１１４】
（付記１） 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、異なる特性を有し前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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た非線形光ループミラーを提供するステップと、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第２の光路から出力信号光を出力するステップとを備えた方法。
【０１１５】
（付記２） 前記特性は分散または分散傾斜である付記１記載の方法。
【０１１６】
（付記３） 前記特性は零分散波長である付記１記載の方法。
【０１１７】
（付記４） 前記第1及び第２のファイバ内での相互位相変調による位相シフトの総量がほぼπである付記１記載の方法。
【０１１８】
（付記５） 前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１記載の方法。
【０１１９】
（付記６） 前記入力信号光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１記載の方法。
【０１２０】
（付記７） 前記第1及び第２のファイバの各々は分散フラットファイバである付記１記載の方法。
【０１２１】
（付記８） 前記第１及び第２のファイバの各々は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近に零分散波長を有するフォトニック結晶ファイバである付記１記載の方法。
【０１２２】
（付記９） 前記入力信号光は異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である付記１記載の方法。
【０１２３】
（付記１０） 前記入力信号光はパルス光であり、前記出力信号光は前記入力信号光に同期しており、前記出力信号光の波長は前記プローブ光の波長に一致する付記１記載の方法。
【０１２４】
（付記１１） 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、異なる特性を有し前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光が供給されて、前記第２の光路から出力信号光が出力される装置。
【０１２５】
（付記１２） 前記特性は分散または分散傾斜である付記１１記載の装置。
【０１２６】
（付記１３） 前記特性は零分散波長である付記１１記載の装置。
【０１２７】
（付記１４） 前記第1及び第２のファイバ内での相互位相変調による位相シフトの総量がほぼπである付記１１記載の装置。
【０１２８】
（付記１５） 前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１１記載の装置。
【０１２９】
（付記１６） 前記入力信号光の波長付近における前記第1及び第２のファイバの分散の符号が逆であり且つ絶対値がほぼ同じである付記１１記載の装置。
【０１３０】
（付記１７） 前記第1及び第２のファイバの各々は分散フラットファイバである付記１１記載の装置。
【０１３１】
（付記１８） 前記第１及び第２のファイバの各々は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長付近に零分散波長を有するフォトニック結晶ファイバである付記１１記載の装置。
【０１３２】
（付記１９） 前記入力信号光は異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である付記１１記載の装置。
【０１３３】
（付記２０） 前記入力信号光はパルス光であり、前記出力信号光は前記入力信号光に同期しており、前記出力信号光の波長は前記プローブ光の波長に一致する付記１１記載の装置。
【０１３４】
（付記２１） 信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、
前記第１の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミラーと、
前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、
上記非線形光ループミラーは、
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、異なる特性を有し前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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ており、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び前記信号光が供給されて、前記第２の光路から前記変換光が出力されるシステム。
【０１３５】
（付記２２） 前記信号光は異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である付記２１記載のシステム。
【０１３６】
（付記２３） 前記入力信号光及び前記出力信号光の少なくとも一方を非線形光学媒質に供給してチャープを発生させるステップと、
前記チャープにより拡がったスペクトルから中心波長と異なる成分を抽出するステップとを更に備えた付記１記載の方法。
【０１３７】
（付記２４） 前記抽出するステップで抽出された光の波長が前記入力信号光の波長に一致するように設定された透過帯域を有する光帯域通過フィルタを提供するステップを更に備えた付記２３記載の方法。
【０１３８】
【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。また、本発明によると、ＷＤＭに適した波形整形のための方法、装置及び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の（Ａ）及び（Ｂ）は信号パルス及びプローブパルスの波長の配置例を説明するための図である。
【図５】図５は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は信号パルス及びプローブパルスの波長の配置例を説明するための図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は信号パルス及びプローブパルスの波長の他の配置例を説明するための図である。
【図８】図８は信号パルス及びプローブパルスの波長の更に他の配置例を説明するための図である。
【図９】図９は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は本発明によるシステムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明によるシステムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１４は本発明によるシステムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は符号が異なる大きな分散を交互に配置した例を説明するための図である。
【図１６】図１６は図１１に示される実施形態の応用例を示すブロック図である。
【図１７】図１７は図１６に示される波形整形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 (8)
- 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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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た非線形光ループミラーを提供するステップと、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第２の光路から出力信号光を出力するステップとを備え、
前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、
前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零である方法。 - 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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光が供給されて、前記第２の光路から出力信号光が出力され、
前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、
前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零である装置。 - 信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、
前記第１の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミラーと、
前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、
上記非線形光ループミラーは、
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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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ており、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び前記信号光が供給されて、前記第２の光路から前記変換光が出力され、
前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、
前記第１及び第２のファイバの零分散波長は等しく設定され、前記入力信号光及び前記プロープ光のそれぞれの前記第１及び第２のファイバの分散の和が零であるシステム。 - 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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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た非線形光ループミラーを提供するステップと、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光を供給して前記第２の光路から出力信号光を出力するステップとを備え、
前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、
前記第１及び第２のファイバの零分散波長は異なり、前記第１のファイバの零分散波長は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長よりも長く設定され、前記第２のファイバの零分散波長は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長よりも短く設定されている方法。 - 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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び入力信号光が供給されて、前記第２の光路から出力信号光が出力され、
前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、
前記第１及び第２のファイバの零分散波長は異なり、前記第１のファイバの零分散波長は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長よりも長く設定され、前記第２のファイバの零分散波長は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長よりも短く設定されている装置。 - 信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、
前記第１の光ファイバ伝送路に接続され前記信号光を変換光に変換する非線形光ループミラーと、
前記非線形光ループミラーに接続され前記変換光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、
上記非線形光ループミラーは、
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、前記第１及び第２の光路を接続する第１及び第２のファイバを含むループ光路と、前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ており、
前記第１及び第３の光路からそれぞれプローブ光及び前記信号光が供給されて、前記第２の光路から前記変換光が出力され、
前記第１及び第２のファイバ内での前記入力信号光と前記プローブ光の相互位相変調による位相シフトの総量がπであり、
前記第１及び第２のファイバの零分散波長は異なり、前記第１のファイバの零分散波長は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長よりも長く設定され、前記第２のファイバの零分散波長は前記入力信号光及び前記プローブ光の波長よりも短く設定されているシステム。 - 前記入力信号光及び前記出力信号光の少なくとも一方を非線形光学媒質に供給してチャープを発生させるステップと、
前記チャープにより拡がったスペクトルから中心波長と異なる成分を抽出するステップとを更に備えた請求項１記載の方法。 - 前記抽出するステップで抽出された光の波長が前記入力信号光の波長に一致するように設定された透過帯域を有する光帯域通過フィルタを提供するステップを更に備えた請求項７記載の方法。
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