JP5283052B2 - 光アナログ−ディジタル変換装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、光アナログ信号を光ディジタル信号に変換する光アナログ−ディジタル変換装置および方法に関するものである。

変換プロセスを光領域で行う光アナログ−ディジタル変換技術や光ディジタル−アナログ変換技術は、連続的に変化するアナログ信号と、信号処理、伝達、記録などに適したディジタル信号とを結ぶ技術として研究および開発が行われている。特に、近年の信号処理速度の向上に伴い、電子デバイスの動作制限を受けない超高速光ＡＤ変換（optically operated ultra-high speed analog to digital conversion）、超高速光ＤＡ変換（optically operated ultra-high speed digital to analog conversion）が求められている。

一般に、アナログ−ディジタル変換には、標本化、量子化、符号化の３つの処理が必要である。電子デバイスの発展には目を見張るものがあり、「電気的な」（変換プロセスを電気的領域で行う）アナログ−ディジタル変換では並列処理を導入して高速化の努力が図られている。しかしながら、電子回路の熱雑音、標本化のアパチャのジッタ、比較器の曖昧性、さらにはハイゼンベルグの不確定性原理などの物理的な限界から、標本化周波数は高々数十ＧＨｚとされている。すなわち、電気的なアナログ−ディジタル変換には速度的な限界が見えてきた。

そこで、より高速な変換を実現するものとして、変換プロセスのすべてを光領域で行う（すなわち、光標本化、光符号化、光量子化を行う）光アナログ−ディジタル変換（all-optical analog to digital conversion：ＡＯＡＤＣ）の研究・開発が進められており、特に高速大容量化のニーズが高い通信分野においてその重要性が高まっている。

光標本化器を実現する技術として、２次の非線形光学結晶中での和周波発生を用いる方式（非特許文献１)、非線形ループミラー中での相互位相変調（XPM：cross phase modulation）を用いる方式（非特許文献２）、及び光ファイバ中での四光波混合（FWM：four-wave mixing）を用いる方式（非特許文献３）等が既に提案され、実用化段階まできている。

一方、光量子化器および光符号化器は、現在までいくつか提案はされているが、動作が複雑であることから光信号に対して実現すること（すなわち光領域で行うこと）は一般には容易ではない。標本化のみを光領域で行い、光時間分割多重を行うことで、電気処理による量子化、符号化を並列化し１００ＧＨｚのＡＤ変換を行った報告もあるが（非特許文献４）、並列化は装置の大型化、高コスト化を避けることができない。それ故、超高速AD変換の実現のためには光量子化、光符号化が必要不可欠である。現在までに提案されている光量子化／光符号化手法は、大きく分けて2種類に大別される。１つは、Sagnac干渉計に基づく非線形ループミラー（NOLM：Non-linear Optical Loop Mirror）スイッチを用いる手法（特許文献１）に示されているように、標本化された光アナログ信号とそれに同期した圧縮パルス光（プローブ光として使用される）を用いる手法であり、もう１つは、ソリトンの自己周波数シフト（self-frequency shift）を利用する手法(非特許文献５)、またはスーパーコンティニュウム（supercontinuum）を利用する手法（非特許文献６）のように、プローブ光を必要としない技法である。

特開２００５−１７３５３０号(特願２００４−１６７２３０）「光信号処理方法及び装置、非線形ループミラーとその設計方法並びに光信号変換」 H. Takara. et al., Electron Lett., vol.30, p.1152, 1994 T. Yamamoto et al., Electron. Lett., vol.34, p.1013, 1998 T. Morioka et al., Electron. Lett., vol.32, p.833, 1996 Thomas R. Clark, Jr. et al., PTL, vol.13, p.236, 2001 T. Konishi et al., J. Opt. Soc. Am. B, vol.19, p.2817, 2002 S. Oda et al., IEEE Photonics Technol. Lett., vol.16, p.587, 2004

図６に、標本化された光アナログ信号とそれに同期した圧縮パルス光を使用して光アナログ−ディジタル変換を行う従来の光アナログ−ディジタル変換装置の代表的構成を示す。この種の変換装置を圧縮パルス型光アナログ−ディジタル変換装置またはプローブ光型光アナログ−ディジタル変換装置と呼ぶことにする。図示の光アナログ−ディジタル変換装置の目的は、光アナログ入力信号１０を対応するデジタルの光信号５０に変換することである。光アナログ入力信号１０の波長はλanalogで示してある。

光アナログ入力信号１０を光標本化するために光標本化器２２０が使用される。光標本化器２２０は上述したいずれか（和周波発生型光標本化器、相互位相変調型光標本化器、四光波混合型光標本化器）で実現される。いずれにしても、光標本化器２２０はアナログ入力信号１０と標本化パルス光２０を受け、アナログ入力信号１０を標本化パルス光２０のタイミングで光標本化して、標本化された光アナログ信号３０を生成する。

コンポーネント２００と２１０は標本化パルス光２０を生成するための光源システムを構成する。ここに、コンポーネント２００は光アナログ入力信号１０の標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源である。典型的にパルス光源２００は半導体レーザ（ＬＤ：laser diode）を備えている。パルス光圧縮器２１０はこのパルス光源２００からのパルス光を圧縮する、すなわちパルス幅を光標本化器２２０の動作（特に標本化周波数）に適した幅に狭くして、標本化パルス光２０を生成する。アナログ入力信号１０とパルス光圧縮器２１０からの標本化パルス光２０は光結合器２２５を介して光標本化器２２０に入力される。なお、パルス光圧縮器（optical pulse compressor）は図面に記すように単にパルス圧縮器と呼ぶことがある。

図６の光アナログ−ディジタル変換装置は光アナログ入力信号１０を光符号化するために光符号化器２５０を備える。光符号化器２５０は光標本化器２２０からの標本化された光アナログ信号３０と圧縮パルス光４０を受け、圧縮パルス光４０をプローブ光として使用して光アナログ信号３０を光符号化する。

コンポーネント３００と３１０は光符号化器２５０で使用するプローブ光（圧縮パルス光）４０を生成するための光源システムを構成する。すなわち、コンポーネント３００は標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源であり、典型的に半導体レーザ（ＬＤ）を備える。なお、このパルス光源３００が出力するパルス光は標本化された光アナログ信号３０と同期している。パルス光圧縮器３１０はこのパルス光源３００からのパルス光を圧縮して圧縮パルス光（プローブ光）４０を生成する。したがって、プローブ光として使用される圧縮パルス光４０は標本化された光アナログ信号３０と同期している。

図６の光アナログ−ディジタル変換装置において、光符号化器２５０からの符号化信号は光量子化器（光閾値処理器）２６０により光量子化され、光アナログ入力信号１０に対応するデジタルの光信号５０が得られる。
このようにして、図６に示した光アナログ−ディジタル変換装置は標本化、符号化、量子化のすべての処理を光領域で行うことにより、原理上、高速な光アナログ−ディジタル変換を行うことができる。

しかしながら、図６に示したような従来の光アナログ−ディジタル変換装置にも改良すべき点がある。

したがって、本発明の主たる目的はこの種の光アナログ−ディジタル変換装置、方法を改良することである。

本件発明者の見い出したところによれば、図６の光アナログ−ディジタル変換装置には光源システムに関して冗長性があると考えられる。光符号化器２５０、光量子化器２６０において適切な光符号化、光量子化が行われるためには、パルス光圧縮器３１０において十分なパルス圧縮を行って、パルス幅が非常に狭いパルス光（したがって、光パルスのピークパワー密度が非常に大きいパルス光）を生成しなければならない。このため、パルス光圧縮器３４０が複雑化し高価になる。特に高速変換のニーズに対応して高い標本化周波数が求められる。その場合、光符号化器２５０、光量子化器２６０の動作に求められる十分な非線形効果を発生するためには、標本化周波数に応じてさらに狭いパルス幅の（したがって、さらにピークパワー密度の高い）光が必要となる、すなわち、極めて高いパルス圧縮率を実現しなければならなくなり、パルス光圧縮器３１０が大がかりになる問題がある。

したがって、本発明の具体的な目的は、光アナログ−ディジタル変換装置、方法において、パルス光圧縮器を含む圧縮パルス光源システムを簡単な構成にした変換装置、方法を提供することである。

本発明の一形態によれば、標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源と、パルス光源からのパルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生する第１のパルス光圧縮器と、第１のパルス光圧縮器からの圧縮光を第１と第２の出力ポートに分配出力する光分配器と、光アナログ入力信号とともに光分配器の第１の出力ポートから出力される圧縮パルス光を使用して光アナログ入力信号を標本化する光標本化器と、光分配器の第２の出力ポートから出力される圧縮パルス光を光学的にさらに圧縮して第２の圧縮パルス光を発生する第２のパルス光圧縮器と、光標本化器からの標本化された光アナログ信号と第２のパルス光圧縮器からの第２の圧縮パルス光を出力する出力端を備える光アナログ−ディジタル変換装置が提供される。

この構成によれば、光標本化器に供給されるパルス光が光分配器を介して第２の圧縮パルス光信号のソースとしても使用されるため、第２のパルス光圧縮器の構成が比較的簡単になる。換言すると、光標本化器に供給されるパルス光（圧縮パルス光）はパルス光源と第１のパルス光圧縮器により、ある程度まで（光標本化器の動作に適した程度まで）パルス光のパルス幅が圧縮されているため、第２のパルス光圧縮器はソースとして与えられる、この圧縮パルス光をさらにある程度圧縮することにより、所望の圧縮率を実現した第２の圧縮パルス光を得ることができる。さらに、換言すると、図６の従来構成において、パルス光圧縮器３１０で達成しなければならないパルス圧縮率は、本発明の一形態の場合、第１のパルス光圧縮器と第２のパルス光圧縮器の協調による合成パルス圧縮で実現されるため、第２のパルス光圧縮器の構成が簡単になる。また、図６の従来構成と比べ、パルス光源が共通化、単一化される利点もある。

好ましい形態において、光アナログ−ディジタル変換装置は、出力端に結合された光符号化器を備え、光符号化器は標本化された光アナログ信号と第２の圧縮パルス光を受け、第２の圧縮パルス光をプローブ光として使用する。
また、好ましい形態の光アナログ−ディジタル変換装置は、光符号器に結合された光量子化器を備え、光量子化器は電気領域ではなく光領域において光アナログ信号を量子化して光ディジタル信号を発生する。

好ましい形態において、パルス光源から発生するパルス光は第１の波長を有し、第１のパルス光圧縮器から発生する圧縮パルス光は第１の波長を有し、第２のパルス光圧縮器から発生する第２の圧縮パルス光は第１の波長を有し、光標本化器から発生する標本化された光アナログ信号は第１の波長とは異なる第２の波長を有し、第２の圧縮パルス光と標本化された光アナログ信号は同期している。

光アナログ入力信号は第２の波長と同一または異なる波長を有する。すなわち、標本化された光アナログ信号の波長は光標本化器の標本化方式に依存して、光アナログ入力信号の波長と同一または異なり得る。

好ましい形態において、光標本化器は、標本化された光アナログ信号を出力する光フィルタを備える。

パルス光圧縮器として実現可能な形態は幾つかある。
例えば、第１および第２のパルス光圧縮器はそれぞれ、断熱ソリトン圧縮を用いた圧縮器で構成される。
代替として、第１および第２のパルス光圧縮器はそれぞれ、高次ソリトン圧縮を用いた圧縮器で構成される。
あるいは、第１および第２のパルス光圧縮器はそれぞれ、正常分散の光ファイバと分散補償素子を組み合わせた圧縮器で構成できる。

標本周波数を定めるパルス光を発生するパルス光源（種光源）のパルス幅が十分に小さい場合、光標本化器はこの種光源（seed laser）の出力パルスをそのまま（パルス圧縮せずに）用いて光標本化を行うことができる。

したがって、この側面に則した本発明の形態として、標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源（種光源）と、パルス光源からのパルス光を第１と第２の出力ポートに分配出力する光分配器と、光アナログ入力信号とともに光分配器の第１の出力ポートから出力されるパルス光を使用して光アナログ入力信号を標本化する光標本化器と、光分配器の第２の出力ポートから出力されるパルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生するパルス光圧縮器と、光標本化器からの標本化された光アナログ信号とパルス光圧縮器からの圧縮パルス光を出力する出力端を備える光アナログ−ディジタル変換装置が提供される。

さらに、本発明の他の側面によれば、標本化周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生し、パルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生し、圧縮パルス光を第１と第２の出力ポートに分配し、光アナログ入力信号を供給し、光アナログ入力信号とともに第１の出力ポートからの圧縮パルス光を使用して光アナログ入力信号を標本化し、第２の出力ポートからの圧縮パルス光を光学的にさらに圧縮して第２の圧縮パルス光を発生するステップを有する光アナログ−ディジタル変換方法が提供される。

さらに、本発明の他の側面によれば、標本化周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生し、パルス光を第１と第２の出力ポートに分配し、光アナログ入力信号を供給し、光アナログ入力信号とともに第１の出力ポートからのパルス光を使用して光アナログ入力信号を標本化し、第２の出力ポートからのパルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生するステップを有する光アナログ−ディジタル変換方法が提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に、本発明の一形態に基づいて、光アナログ−ディジタル変換を行う光アナログ−ディジタル変換装置の構成を示す。図示の光アナログ−ディジタル変換装置は、光アナログ入力（optical analog input）信号１０を対応するデジタルの光（optical digital）信号５０に変換することを目的とし、光標本化（optical sampling）、光符号化（optical coding）、光量子化（optical quantization）により変換の全プロセスを光領域で行うものである。

光アナログ入力信号１０を光標本化するために光標本化器（optical sampler）１２０が使用される。光標本化器１２０は光アナログ入力信号１０と標本化パルス光（optical sampling pulses）２０を受け、アナログ入力信号１０を標本化パルス光２０のタイミングで光標本化して、標本化された光アナログ（sampled optical analog）信号３０を生成する。

コンポーネント１００と１１０は標本化パルス光２０を生成するための光源システムを提供するとともに、後述するように、プローブ光４０のソースを提供する。ここに、コンポーネント１００は光アナログ入力信号１０の標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源（種光源）である。典型的にパルス光源１００は半導体レーザ（ＬＤ：laser diode）を備えている。パルス光圧縮器１１０はこのパルス光源１００からのパルス光を圧縮する。すなわちパルス幅を光標本化器１２０の動作（特に標本化周波数）に適した幅に狭くして、標本化パルス光（第１の圧縮パルス光）２０を生成する。アナログ入力信号１０とパルス光圧縮器１１０からの標本化パルス光２０は光結合器１２５を介して光標本化器１２０に入力（入射）される。

図１の光アナログ−ディジタル変換装置は光アナログ入力信号１０を光符号化するために装置の内部または外部に光符号化器１５０を備える。外部の光符号化器１５０の場合、光アナログ−ディジタル変換装置には、光標本化器１２０からの標本化された光アナログ信号３０を出力するアナログ標本出力端と後述する第２のパルス光圧縮器１４０からの第２の圧縮パルス光を出力するプローブ光出力端が設けられ、これらの出力端に外部の光符号化器１５０が結合される。いずれにしても、光符号化器１５０は光標本化器１２０からの標本化された光アナログ信号３０と後述する第２のパルス光圧縮器１４０からの圧縮パルス光４０を受け、圧縮パルス光４０をプローブ光として使用して光アナログ信号３０を光符号化する。

本発明の一形態に従い、標本化パルス光源（要素１００と１１０の組合せ）の出力光２０は光分配器（optical divider）１３０を介して、光標本化器１２０に結合するとともに、第２のパルス光圧縮器１４０に結合する。

詳しく述べると、光分配器１３０は入力ポート１３２でパルス光圧縮器１１０からの圧縮パルス光２０を受け、それを第１の出力ポート１３４と第２の出力ポート１３６に分配結合する。光分配器１３０の第１出力ポート１３４からの圧縮パルス光２０は光結合器１２５に入力される。光結合器１２５は標本化パルス２０である圧縮パルス光とともにアナログ入力信号１０を受け、これらを光標本化器１２０に結合する。一方、光分配器１３０の第２出力ポート１３６から出力された圧縮パルス光２０は第２のパルス光圧縮器１４０に入力される。

第２のパルス光圧縮器１４０は標本化パルス２０である圧縮パルス光を光学的にさらに圧縮して第２の圧縮パルス光を生成する。上記のようにこの第２の圧縮パルス光は光符号化器１５０においてプローブ光４０として使用され、標本化された光アナログ信号３０が光符号化される。

ここで、波長関係、タイミング関係について説明する。光アナログ入力信号１０の波長をλanalog、パルス光源１００の出力であるパルス光の波長をλ１、標本化された光アナログ信号３０の波長をλとすると、第１のパルス光圧縮器の出力である標本化パルス光２０の波長、および第２のパルス光圧縮器１４０の出力である第２の圧縮パルス光４０の波長はパルス光の波長λ１に等しい。一方、光標本化器１２０から出力される標本化された光アナログ信号の波長λはパルス光の波長（＝標本化パルス光波長＝プローブ光波長）λ１と異なる。標本化された光アナログ信号３０の波長λは標本化方式に依存して、元のアナログ入力信号１０の波長λanalogと異なる場合と同じ場合がある。また、標本化された光アナログ信号３０とプローブ光（第２の圧縮パルス光）４０は同期している。なお、これらの波長関係、同期関係は特別な手段により、または特別な条件下で実現されるものでなく、現在利用できる技術を用いる限り、無条件で成り立つ。

図１の光アナログ−ディジタル変換装置において、光符号化器（optical coder）１５０からの符号化信号は光量子化器（optical quantizer、光閾値処理器）１６０により光量子化され、光アナログ入力信号１０に対応するデジタルの光信号５０が得られる。

したがって、図１の構成によれば、標本化周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するステップと、パルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光２０を発生するステップと、圧縮パルス光２０を第１と第２の出力ポート１３４、１３６に分配するステップと、光アナログ入力信号１０を供給するステップと、光アナログ入力信号１０とともに第１の出力ポートからの圧縮パルス光２０を使用して光アナログ入力信号１０を標本化するステップと、第２の出力ポート１３６からの圧縮パルス光２０を光学的にさらに圧縮して第２の圧縮パルス光４０を発生するステップを有する光アナログーディジタル変換方法が提供される。

さらに、光符号化器１５０と光量子化器１６０を用いることにより、標本化された光アナログ入力信号３０と圧縮パルス光４０に基づいて、光アナログ入力信号１０に対応する光ディジタル信号５０が光学的に生成される。

ここで、本発明の一形態を示す図１と従来技術を示す図６を比較すると、次にような利点があることが分かる。図１の構成によれば、光標本化器１２０に供給されるパルス光２０が光分配器１３０を介して第２の圧縮パルス信号４０のソースとしても使用されるため、第２のパルス光圧縮器１４０の構成が比較的簡単になる。換言すると、光標本化器１２０に供給されるパルス光（圧縮パルス光２０）はパルス光源１００と第１のパルス光圧縮器１１０により、ある程度まで（光標本化器の動作に適した程度まで）パルス光のパルス幅が圧縮されているため、第２のパルス光圧縮器１４０はソースとして与えられる、この圧縮パルス光２０をさらにある程度圧縮することにより、所望の圧縮率を実現した第２の圧縮パルス光４０を得ることができる。さらに、換言すると、図６の従来構成において、パルス光圧縮器３１０で達成しなければならないパルス圧縮率は、本発明の一形態の場合、第１のパルス光圧縮器１１０と第２のパルス光圧縮器１４０の協調による合成パルス圧縮で実現されるため、第２のパルス光圧縮器１４０の構成が簡単になる。また、１００で示すようにパルス光源が共通化、単一化される利点もある。

図１において、標本周波数を定めるパルス光を発生するパルス光源１００（種光源）のパルス幅が十分に小さい場合、光標本化器１２０はこのパルス光源１００の出力パルスをそのまま（パルス圧縮せずに）用いて光標本化を行うことができる。

この場合、標本化パルス光源システムからパルス光圧縮器１１０を除外することができる。この結果、図２に示すような構成となる。すなわち、図２は本発明の別形態による光アナログ−ディジタル変換装置を示すものである。図１との違いは、標本化パルス光源システムにパルス光源１００は含まれるが、パルス光圧縮器（１１０に相当するもの）は含まれない点であり、その他は同一である。したがって、図２についてこれ以上の説明は省略する。
以下、図１、図２に示す光アナログ−ディジタル変換装置の主要な構成部品についてその実現形態を説明する。

＜光標本化器の形態＞
光標本化器１２０は、先に述べたように、（１）例えば、2次の非線形光学結晶(nonlinear optical crystal)中での和周波(sum frequency)発生を用いる形態、（２）非線形ループミラー中での相互位相変調（XPM：cross phase modulation）を用いる方法、及び（３）光ファイバや半導体中での四光波混合（FWM：four wave mixing）を用いる形態で実現可能であり、生成された標本化アナログ信号３０は光フィルタを介して取り出される。

＜パルス光圧縮器の形態＞
パルス光圧縮器（１１０、１４０など）は、例えば、（１）断熱ソリトン圧縮（adiabatic soliton compression）を用いる形態、（２）高次ソリトン（higher- order soliton）を用いる形態、（３）正常分散の光ファイバと分散補償素子を組み合わせた形態で実現可能である。

（１）断熱ソリトンを用いる形態
断熱ソリトン型パルス光圧縮器の幾つかの形態を図３と図４に示す。図３、図４において、左側に示す波形６０はパルス光圧縮器に入力される入力光のパルス波形（ここではソリトン）であり、同図の右側に示す波形７０はパルス光圧縮器から出力される出力光のパルス波形を模式的に示したものである。これらの波形図において横軸は時間、縦軸はパワーを表す。図３、図４の中央に示すのは各形態のパルス光圧縮器の特性を模式的に示したものである。これらの特性図において横軸は距離（distance）、縦軸は分散値（dispersion）を表す。

断熱ソリトン型パルス光圧縮器の第１の形態は、光ファイバの長手方向の分散値プロファイルを変化（典型的には減少）させる分散減少型光ファイバ（dispersion decreasing fiber）形態１１１である。第２の形態は、分散値の異なる複数の光ファイバを用いてファイバ長手方向の分散値プロファイルを変化（典型的には階段状に変化）させるステップ型分散プロファイル光ファイバ（step-like dispersion profiled fiber）形態１１２である。第３の形態は分散値の異なる2種類のファイバを用いて分散値の長手方向のプロファイルを変化（典型的には櫛状に変化）させる櫛型分散プロファイル光ファイバ（comb-like dispersion profiled fiber）形態１１３である。第４の形態は高非線形ファイバとシングルモードファイバを多段接続することにより構成される櫛型プロファイル光ファイバ（comb-like profiled fiber）形態１１４である。第５の形態は光ファイバの長手方向に緩やかに利得を与えるラマン増幅を用いるラマン増幅（adiabatic Raman amplification）型光ファイバ形態１１５である。

（２）高次ソリトンを用いる形態
パルス光圧縮器の別の形態として、高次ソリトン型（higher- order soliton）パルス光圧縮器圧縮がある。ソリトン次数が1よりも大きい光ソリトン（高次ソリトン）は、光ファイバ中を伝搬中にその波形が周期的に変化することが知られており、ある距離を伝搬した時にパルス幅が最も狭くなる。

(３）正常分散の光ファイバと分散補償素子を組み合わせた形態
パルス光圧縮器のさらに別の形態として、正常分散の光ファイバと分散補償素子を組み合わせた形態がある。この形態に属する２種類のパルス光圧縮器を図５に符号１４２と１４６で示す。図５において、中央左の波形６０はパルス光圧縮器に入力されるパルス光波形を示し、中央右の波形７０はパルス光圧縮器から出力されるパルス光波形を示す。波形６５は中間で生成される波形である。正常分散の光ファイバ１４３に強い光強度を持つパルス光６０を伝搬させると、ほぼ線形にチャープしたパルス光６５を得ることができる。このチャープを、分散補償素子としての異常分散素子１４４、１４５により補償して、圧縮パルス７０を得る。異常分散素子としては、通常、回折格子対１４４やプリズム１４５が用いられる。図５において、１４２は正常分散光ファイバ１４３に回転格子対１４４を組み合わせた形態のパルス光圧縮器であり、１４６は正常分散光ファイバ１４３にプリズム１４５を組み合わせた形態のパルス光圧縮器である。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、当業者には明らかなように、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、パルス光源（種光源）として用いるレーザとして半導体レーザ（ＬＤ）が好ましいがこれには限定されない。その他、各種コンポーネントについて本発明の範囲から逸脱することなく各種代替、変更が可能である。

本発明の一形態に基づいた光アナログ−ディジタル変換装置および方法を説明するブロック図である。 本発明の別形態に基づいた光アナログーディジタル変換装置および方法を説明するブロック図である。 パルス光圧縮器の実現形態を説明する図である。 パルス光圧縮器の実現形態を説明する図である。 パルス光圧縮器の実現形態を説明する図である。 従来の代表的な光アナログ−ディジタル変換装置および方法を説明するブロック図である。

符号の説明

１０：アナログ入力信号、
２０：標本化パルス光、
３０：標本化された光アナログ信号、
４０：プローブ光、
５０：光ディジタル信号
１００：パルス光源、
１１０：パルス光圧縮器（第１のパルス光圧縮器）、
１２０：光標本化器、
１３０：光分配器、
１３４：光分配器の第１出力ポート、
１３６：光分配器の第２出力ポート、
１４０：パルス光圧縮器（第２のパルス光圧縮器）、
１５０：光符号化器、
１６０：光量子化器。

Claims (18)

1. 標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源と、
   パルス光源からのパルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生する第１のパルス光圧縮器と、
   第１のパルス光圧縮器からの圧縮光を第１と第２の出力ポートに分配出力する光分配器と、
   光アナログ入力信号とともに光分配器の第１の出力ポートから出力される圧縮パルス光を使用して光アナログ入力信号を光学的に標本化する光標本化器と、
   光分配器の第２の出力ポートから出力される圧縮パルス光を光学的にさらに圧縮して第２の圧縮パルス光を発生する第２のパルス光圧縮器と、
   光標本化器からの標本化された光アナログ信号と第２のパルス光圧縮器からの第２の圧縮パルス光を出力する出力端と、を
   出力端に結合された光符号化器と、
   前記光符号化器に結合された光量子化器と
   を備え、
   前記光符号化器は標本化された光アナログ信号と第２の圧縮パルス光を受け、第２の圧縮パルス光をプローブ光として用いて光アナログ信号を符号化し、前記光量子化器は電気領域ではなく光領域において光アナログ信号を量子化して光ディジタル信号を発生することを特徴とする光アナログ−ディジタル変換装置。
2. パルス光源から発生するパルス光は第１の波長を有し、
   第１のパルス光圧縮器から発生する圧縮パルス光は第１の波長を有し、
   第２のパルス光圧縮器から発生する第２の圧縮パルス光は第１の波長を有し、
   光標本化器から発生する標本化された光アナログ信号は第１の波長とは異なる第２の波長を有し、
   第２の圧縮パルス光と標本化された光アナログ信号は同期している
   ことを特徴とする請求項１記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
3. 光アナログ入力信号は第２の波長と同一の波長を有することを特徴とする請求項２記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
4. 光アナログ入力信号は第２の波長と異なる波長を有することを特徴とする請求項２記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
5. 光標本化器は、標本化された光アナログ信号を出力する光フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
6. 第１および第２のパルス光圧縮器はそれぞれ、断熱ソリトン圧縮を用いた圧縮器を備えることを特徴とする請求項１記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
7. 第１および第２のパルス光圧縮器はそれぞれ、高次ソリトン圧縮を用いた圧縮器を備えることを特徴とする請求項１記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
8. 第１および第２のパルス光圧縮器はそれぞれ、正常分散の光ファイバと分散補償素子を組み合わせた圧縮器を備えることを特徴とする請求項１記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
9. 標本周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生するパルス光源と、
   パルス光源からのパルス光を第１と第２の出力ポートに分配出力する光分配器と、
   光アナログ入力信号とともに光分配器の第１の出力ポートから出力されるパルス光を使用して光アナログ入力信号を光学的に標本化する光標本化器と、
   光分配器の第２の出力ポートから出力されるパルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生するパルス光圧縮器と、
   光標本化器からの標本化された光アナログ信号とパルス光圧縮器からの圧縮パルス光を出力する出力端と、
   前記出力端に結合された光符号化器と、
   前記光符号化器に結合された光量子化器と
   を備え、
   前記光符号化器は標本化された光アナログ信号と圧縮パルス光を受け、圧縮パルス光をプローブ光として用いて光アナログ信号を符号化し、前記光量子化器は電気領域ではなく光領域において光アナログ信号を量子化して光ディジタル信号を発生することを特徴とする光アナログ−ディジタル変換装置。
10. パルス光源から発生するパルス光は第１の波長を有し、
    パルス光圧縮器から発生する圧縮パルス光は第１の波長を有し、
    光標本化器から発生する標本化された光アナログ信号は第１の波長とは異なる第２の波長を有し、
    圧縮パルス光と標本化された光アナログ信号は同期している
    ことを特徴とする請求項９記載のアナログ−ディジタル変換装置。
11. 光アナログ入力信号は第２の波長と同一の波長を有することを特徴とする請求項１０記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
12. 光アナログ入力信号は第２の波長と異なる波長を有することを特徴とする請求項１０記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
13. 光標本化器は、標本化された光アナログ信号を出力する光フィルタを備えることを特徴とする請求項９記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
14. パルス光圧縮器は断熱ソリトン圧縮を用いた圧縮器を備えることを特徴とする請求項９記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
15. パルス光圧縮器は高次ソリトン圧縮を用いた圧縮器を備えることを特徴とする請求項９記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
16. パルス光圧縮器は正常分散の光ファイバと分散補償素子を組み合わせた圧縮器を備えることを特徴とする請求項９記載の光アナログ−ディジタル変換装置。
17. 標本化周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生し、
    パルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生し、
    圧縮パルス光を第１と第２の出力ポートに分配し、
    光アナログ入力信号を供給し、
    光アナログ入力信号とともに第１の出力ポートからの圧縮パルス光を使用して光アナログ入力信号を標本化し、
    第２の出力ポートからの圧縮パルス光を光学的にさらに圧縮して第２の圧縮パルス光を発生するステップと、
    標本化された光アナログ入力信号と第２の圧縮パルス光に基づいて、光アナログ入力信号に対応する光ディジタル信号を光学的に生成するステップと
    を有し、
    前記光ディジタル信号を光学的に生成するステップは、
    標本化された光アナログ信号と第２の圧縮パルス光に基づき、第２の圧縮パルス光をプローブ光として使用して標本化された光アナログ信号を光学的に符号化して符号化信号を生成する光符号化ステップと、
    符号化信号を光学的に量子化して光アナログ入力信号に対応する光ディジタル信号を生成する光量子化ステップと
    を有することを特徴とする、光アナログ入力信号を光ディジタル信号に変換する方法。
18. 標本化周波数を定めるパルス繰り返し周波数でパルス光を繰り返し発生し、
    パルス光を第１と第２の出力ポートに分配し、
    光アナログ入力信号を供給し、
    光アナログ入力信号とともに第１の出力ポートからのパルス光を使用して光アナログ入力信号を標本化し、
    第２の出力ポートからのパルス光を光学的に圧縮して圧縮パルス光を発生するステップと、
    標本化された光アナログ入力信号と圧縮パルス光に基づいて、光アナログ入力信号に対応する光ディジタル信号を光学的に生成するステップとを有し、
    前記光ディジタル信号を光学的に生成するステップは、
    標本化された光アナログ信号と圧縮パルス光に基づき、圧縮パルス光をプローブ光として使用して標本化された光アナログ信号を光学的に符号化して符号化信号を生成する光符号化ステップと、
    符号化信号を光学的に量子化して光アナログ入力信号に対応する光ディジタル信号を生成する光量子化ステップと
    を有することを特徴とする、光アナログ入力信号を光ディジタル信号に変換する方法。