JP5343855B2 - 光パルス生成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、光パルスを生成する光パルス生成装置および光信号処理装置に関する。
近年のインターネット社会を支える光ファイバ通信ネットワークのトラフィックは、年
々増大の一途を辿っており、今や商用のＷＤＭ（波長分割多重：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信装置のビットレートは、４０Ｇｂ／
ｓに達している。また、ＩＥＥＥ８０２．３において、次世代高速イーサネット（登録商
標）として容量１００Ｇｂ／ｓの標準化が進められている。また、ＩＴＵ−Ｔ ＳＧ１５
においても、１００ＧｂＥのＯＴＮ収容方法に関する検討が開始されており、１００Ｇ
ｂ／ｓ級の高速信号光を用いた光ファイバ伝送の研究開発が盛んに行われている。
このような超高速信号は、数ピコ秒程度の短パルスを光時分割多重（ＯＴＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）して作られるのが一般的である。このような超高速信号をあつかう場合は、電気信号処理では処理速度が追いつかないため、光信号を電気信号変換することなく光信号のまま処理を行う全光信号処理技術の研究が行われている。近年では、電気信号処理速度も向上しているが、１００ＧＨｚ程度の速度が限度であると考えられる。
全光信号処理技術の要素技術のひとつとして、超高速に動作する光スィッチが重要となる。たとえば、超高速信号の品質をモニタする場合には、符号誤り率を測定したり、光波形を観測したりする必要がある。この場合には、現状では電気信号処理に依存しているため、超高速信号を時分割多重分離（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）して、電気信号処理が追いつく速度までビットレートを落とさなければならない。
超高速光スィッチは、このような比較的単純な時分割多重分離に用いられるだけでなく、光ファイバ伝送路や、光増幅器の雑音により劣化した信号品質を元の品質に再生する全光型の２Ｒ再生器や３Ｒ再生器としての応用が期待されている。２Ｒ再生とは、振幅再生（Ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）および波形整形（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）を行うことを意味し、さらにリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）を行うことを３Ｒ再生という。
こうした超高速光スィッチは、現状では実用化レベルのものではないが、いくつかの方式が提案されている。ここでの超高速光スィッチは、光ＡＮＤゲートのことをいう。中でも光ファイバスィッチは、フェムト秒程度で応答する光ファイバ中の非線形光学効果を応用しているために、超高速に動作することが可能であり、挿入損失が低く、効率も高い。このため、光ファイバスィッチは実用化に向けての有望な光スィッチである。
光ファイバスィッチには、相互位相変調（ＸＰＭ：ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いた光Ｋｅｒｒスィッチや、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ：Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｏｏｐ Ｍｉｒｒｏｒ）および四光波混合（ＦＷＭ：Ｆｏｕｒ Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ）を用いた位相共役器、波長変換器、パラメトリック増幅器、パラメトリック増幅スィッチなど様々な種類のものが知られている。
また、非線形光学効果を用いた光スィッチにおいては、連続光に比べて高いピークパワーを得ることができ、効率的に非線形光学効果を発生させることができる光パルスが制御光として用いられている。また、光ＡＮＤゲートではないが、自己位相変調（ＳＰＭ：Ｓｅｌｆ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いた波長変換器やパルス圧縮器など、全光信号処理技術の分野では非線形光学効果が多岐に渡って用いられている。
また、光信号処理の技術に関連して、フラットトップ形状や２次関数形状の光パルスを生成する技術が開示されている。たとえば、偏光保持ファイバ（ＰＭＦ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）の複屈折を用いた方式（ＰＭＦ方式）で光パルスを生成する技術が開示されている（たとえば、下記非特許文献１参照。）。
ＰＭＦ方式で光パルスを生成する光信号処理装置は、たとえば、ＰＭＦおよび偏光子によって構成される。まず、屈折率の異なる速軸（ｘ軸）と遅軸（ｙ軸）に光パルスのパワーが等分される向き、すなわち、ｘ軸から４５度ずれた向きで光をＰＭＦへ入射する。ＰＭＦ中ではそれぞれの軸で光パルスの伝播する速度が異なる。
このため、ＰＭＦを伝播し終えた光パルスに到着時間の差（群遅延差）が生じる。ＰＭＦを伝播し終えた光パルスをｘ軸から４５度の向きに偏光子で偏光成分を抽出すると、入力した光パルスよりも広がったパルスが得られる。光パルスの幅と、ＰＭＦの群遅延差を調整することで、フラットトップ形状の光パルスを得ることができる。
また、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いて光スペクトルをスライスする手法（ＦＢＧ方式）によって光パルスを生成する光信号処理装置が開示されている（たとえば、下記非特許文献２参照。）。ＦＢＧ方式は、光パルスのフーリエ変換成分である光スペクトルを整形することで、光パルスの形状を整形する方式である。
ＦＢＧの反射帯域を、フラットトップ形状の光パルスをフーリエ変換した形状に設計し、これを使って光スペクトルをスライスすることでフラットトップ形状の光パルスを得ることができる。また、ＦＢＧの反射帯域の設計を２次関数（パラボラ）形状にすれば、２次関数形状のパラボラ光パルスを得ることができる。
また、光信号処理の技術に関連して、信号光の品質を再生する手段のひとつとして、光フーリエ変換という方式が提案されている（たとえば、下記非特許文献３参照。）。光フーリエ変換は、位相変調器と分散媒質によって、光パルスの波形と、光パルスのフーリエ変換成分である光スペクトルと、を相互に変換する方式である。光パルスの波形が、分散、分散スロープまたは偏光モード分散などによって歪んでいても、光スペクトルの形状が保持されていれば光フーリエ変換によって再生することができる。
光フーリエ変換においては、光パルスに同期して、２次関数形状の位相変調を掛け合わせることで効率的な再生がなされる。従来の光フーリエ変換を行う光信号処理装置は、たとえばＬｉＮｂＯ3を用いた位相変調器によって実現されている。また、２次関数形状の光パルスを生成する技術が開示されている（たとえば、下記非特許文献４参照。）。
"１６０ Ｇｂｉｔ／ｓ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ３Ｒ−ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ"，Ｃ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｒ．Ｌｕｄｗｉｇ，Ｓ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｆ．Ｆｕｔａｍｉ，Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｊ．Ｂｅｒｇｅｒ，Ｃ．Ｂｏｅｒｎｅｒ，Ｓ．Ｆｅｒｂｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｇ．Ｗｅｂｅｒ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ３８，Ｉｓｓｕｅ １６，１ Ａｕｇ ２００２ Ｐａｇｅ：９０３−９０４ "Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ"，Ｐ．Ｐｅｔｒｏｐｏｕｌｏｓ，Ｍ．Ｉｂｓｅｎ，Ｅｌｌｉｓ ａｎｄ Ｄ．Ｊ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ｖｏｌ．１９，ＮＯ．５，ＭＡＹ ２００１ "Ａ Ｎｅｗ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ａ １６０−Ｇｂ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ"，Ｔｏｓｈｉｈｉｋｏ Ｈｉｒｏｏｋａ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，Ｍａｓａｔａｋａ Ｎａｋａｚａｗａ，Ｆｅｌｌｏｗ，ＩＥＥＥ，Ｆｕｍｉｏ Ｆｕｔａｍｉ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，ａｎｄ Ｓｈｉｇｅｋｉ Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍｅｍｂｅｒ，ＩＥＥＥ，ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１６，ＮＯ．１０，ＯＣＴＯＢＥＲ ２００４，ＰＡＧＥ：２３７１−２３７３ "Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｔｉｍｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＸＰＭ Ｕｓｉｎｇ Ｐａｒａｂｏｌｉｃ Ｐｕｌｓｅｓ Ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ａ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ"，Ｆ．Ｐａｒｍｉｇｉａｎｉ，Ｐ．Ｐｅｔｒｏｐｏｕｌｏｓ，Ｍ．Ｉｂｓｅｎ，ａｎｄ Ｄ．Ｊ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１８，ＮＯ．７，ＡＰＲＩＬ １，２００６
しかしながら、上述した従来の非線形光学効果を用いた光スィッチでは、光スィッチから出力される信号光の特性は、光スィッチへ入力される制御光の特性に強く依存しており、信号光または制御光に位相雑音が含まれていると、光スィッチから出力される信号光に強度雑音が発生するという問題がある。以下、この問題について詳細に説明する。
ＳＰＭやＸＰＭは、光ファイバのような非線形媒質中で発生する位相変調（周波数チャープ）である。ＳＰＭは、信号光自体の光波によって誘起される周波数チャープであり、ＸＰＭは、他波（制御光）の光波によって誘起されるチャープである。ＳＰＭによる周波数チャープは、ＳＰＭによって誘起される位相シフト量φSPMの時間微分ｄφSPM／ｄｔで示すことができる。
ＸＰＭによる周波数チャープは、ＸＰＭによって誘起される位相シフト量φXPMの時間微分ｄφXPM／ｄｔで示すことができる。高非線形ファイバの長さをＬ（ｋｍ）とし、電界の光パワーをＰ1，Ｐ2（Ｗ）とし、高非線形ファイバの非線形係数をγ（Ｗ-1ｋｍ-1）とすると、ＳＰＭによる周波数チャープｄφSPM／ｄｔおよびＸＰＭによる周波数チャープｄφXPM／ｄｔは下記（１）式および（２）式でそれぞれ示すことができる。
Figure 0005343855
Figure 0005343855
高非線形ファイバの非線形屈折率をｎ2、高非線形ファイバの実効コア断面積をＡeff、
信号光の波長をλとすると、上記（１）式および（２）式の非線形係数γは、下記（３
）式で示すことができる。
Figure 0005343855
上記（１）式および（２）式に示すように、ＳＰＭまたはＸＰＭによる周波数チャープは、光パワーの時間微分ｄＰn／ｄｔ（ｎ＝１または２）に比例することが分かる。このため、非線形光学効果を用いた光スィッチにおいては、光スィッチから出力される信号光の特性は、光スィッチへ入力される制御光の特性に強く依存する。たとえば、光パルスの形状が２次関数形状である場合には、光スィッチから出力される信号光に、時間に比例する線形な周波数チャープを与えることができる。
ＦＷＭは、光ファイバの零分散波長λ0と同じ波長を持つ制御光λｃと、制御光とは異なる波長の信号光λｓと、の両者を光ファイバへ入力すると、第三の光であるアイドラ光が発生する現象である。このとき、信号光にもアイドラ光と同じパワーの利得が生じる。これをパラメトリック増幅という。非線形ファイバの損失をα、光ファイバへの入力時の制御光パワーをＰｃとすると、ＦＷＭの発生効率ηは下記（４）式で示すことができる。
η＝ｅｘｐ（−α×ｚ）×（γ×Ｐｃ×Ｌ（ｚ））２ …（４）
非線形光ファイバの長さをｚとすると、上記（４）式のＬ（ｚ）は下記（５）式で示すことができる。
Figure 0005343855
上記（５）式において、光ファイバの損失を無視できる場合（α＝０）は、Ｌ＝ｚになる。したがって、上記（４）式において、γ×Ｐｃ×ｚが十分大きく、かつ光ファイバの損失を無視できる場合には、ＦＷＭの発生効率ηは光パワーＰｃの２乗に比例する。このため、光波が光パルスの場合には、光パルスの波形の位置によってＦＷＭの発生効率が異なる。このように、非線形光学効果を用いた光スィッチにおいては、発生する非線形光学効果は、原理的に光パルスの形状に依存する。
図１８は、従来の光スィッチの動作を説明する図である。図１８において、信号光１８１０は、光スィッチ１８３０へ入力される信号光を示している。光パルス１８２０は、光スィッチ１８３０へ入力される制御光としての光パルスを示している。光スィッチ１８３０は、上述した非線形光学効果を用いた光スィッチである。ここでは、信号光１８１０に位相雑音が含まれている場合について説明する。
光ＡＮＤゲートとして動作する光スィッチ１８３０に信号光１８１０および制御光１８２０が入力される場合に、信号光１８１０と制御光１８２０が時間的に重なった場合にのみ非線形光学効果が発生する。光パルス１８２０はピーク形状を有するため、信号光１８１０に位相雑音がある場合は、信号光１８１０と光パルス１８２０のピークとのタイミングが合わず、光スィッチ１８３０の出力信号１８４０に強度雑音１８５０が発生する。
位相雑音は、光源そのものに起因するものの他、光ファイバ伝送の伝播や、光増幅器による振幅再生を繰り返すことで累積することが知られている。さらに、超高速光スィッチ内部の光ファイバでは、波長分散に起因した信号光１８１０と制御光１８２０との間に時間的なすれ違い（ウォークオフ）が発生し、非線形光学効果の効率低下や、動作帯域の制限の要因のひとつとなっている。
これに対して、光スィッチ１８３０へ入力する信号光１８１０または制御光１８２０をフラットトップ形状に整形することで出力信号１８４０に強度雑音が発生しないようにすることが考えられる。たとえば、強度変調器を用いた光源で、入力する電気信号のバイアス点を変更することにより、フラットトップ形状に近いパルス波形を得ることが考えられる。しかしながら、この手法により実現できるパルス幅は数１０ピコ秒オーダーであり、１００Ｇｂ／ｓ以上に適用可能な光パルスを生成することができないという問題がある。
また、上述した非特許文献１にかかる手法は、ＰＭＦに入力する角度に強く依存しており、調整と設定の保持が困難であるという問題がある。また、原理的に３ｄＢ以上の大きな挿入損失が発生するという問題がある。また、強度雑音を持つ光パルスを整形すると、必然的に強度雑音のあるフラットトップ形状の光パルスに整形されるという問題がある。
また、非特許文献２にかかる手法は、入出力の光パルス幅に制限があるという問題がある。また、原理上光パルスの位相が影響を受けるという問題がある。また、強度雑音を持つ光パルスを整形すると、必然的に強度雑音のあるフラットトップな光パルスに整形されるという問題がある。また、上述した非特許文献２および４にかかる手法は、波長毎に対応したＦＢＧを用いるため、任意の波長の光パルスに対応できないという問題がある。
また、上述した非特許文献３にかかる手法は、電気信号処理によって位相変調を行う。したがって、たとえば１００Ｇｂ／ｓ以上の超高速の信号光をフーリエ変換するためには、信号光のビットレートを１０Ｇｂ／ｓ程度に低下させてからフーリエ変換を行う必要がある。このため、再生した信号光を送信する場合には再度ビットレートを変更する必要があるという問題がある。
開示の光パルス生成装置および光信号処理装置は、上述した問題点を解消するものであり、高速で雑音が少ない光パルスを生成することを目的とする。
光パルス生成装置が、連続光が入力される連続光入力手段と、周期的に発光する制御光パルスが入力されるパルス入力手段と、前記制御光パルスの発光強度の変化に応じて前記連続光を欠損させることで前記連続光から光パルスを生成する生成手段と、を備える。
上記構成によれば、連続光を欠損させることで光パルスを生成することができる。生成された光パルスの発光部分は連続光の成分そのものであるため、制御光パルスの発光部分に雑音があったとしても、生成された光パルスの発光部分には雑音が発生しない。また、生成される光パルスの周波数は、入力される制御光パルスの周波数によって決まるため、制御光パルスを高速にすることで高速な光パルスを生成することができる。
開示の光パルス生成装置および光信号処理装置によれば、高速で雑音が少ない光パルスを生成することができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。 光スィッチの構成の一例を示すブロック図である。 光スィッチの動作を説明する図である。 制御光パルス発振部の具体的な構成例（その１）を示すブロック図である。 制御光パルス発振部の具体的な構成例（その２）を示すブロック図である。 パルス圧縮部の具体的な構成例を示すブロック図である。 生成されるフラットトップ形状の光パルスを示す波形図である。 実施の形態２にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる光パルス生成装置の変形例を示すブロック図である。 実施の形態３にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。 生成される２次関数形状の光パルスを示す波形図である。 実施の形態５にかかる光信号処理装置の構成を示すブロック図である。 光スィッチの具体的な構成例（その１）を示すブロック図である。 光スィッチの具体的な構成例（その２）を示すブロック図である。 光信号処理装置の波形整形動作を説明する図である。 実施の形態６にかかる光信号処理装置の構成を示すブロック図である。 従来の光スィッチの動作を説明する図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光パルス生成装置および光信号処理装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光パルス生成装置１００は、光源１１０（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）と、制御光パルス発振部１２０と、光スィッチ１３０と、を備えている。光源１１０は連続光を発振して光スィッチ１３０へ出力する。波形１１０ａは、光源１１０から出力される連続光の波形を示している。
制御光パルス発振部１２０は、周期的に発光する制御光パルスを発振する。制御光パルス発振部１２０は、発振した制御光パルスを光スィッチ１３０へ出力する。制御光パルス発振部１２０が発振する制御光パルスは、光源１１０が発振する連続光とは異なる波長の光である。ここでは、光源１１０が発振する連続光の波長をλｓ、制御光パルス発振部１２０が発振する制御光パルスの波長をλｃ（λｓ＜λｃ）とする。
波形１２０ａは、制御光パルス発振部１２０から出力される制御光パルスの波形である。波形１２０ａに示すように、ここでは、制御光パルス発振部１２０が発振して出力する制御光パルスは、周期的かつ瞬間的に発光する短パルス光である。周期的かつ瞬間的に発光する短パルス光とは、発光時間が短く、周期的な消光期間を有する光パルスである。
光スィッチ１３０は、光源１１０から出力された連続光が入力される連続光入力手段と、制御光パルス発振部１２０から出力された制御光パルスが入力されるパルス入力手段と、を備えている。光スィッチ１３０は、制御光パルスの発光強度の変化に応じた成分を連続光から欠損させることで、連続光から光パルスを生成する生成手段である。
光スィッチ１３０は、生成した光パルスを外部へ出力する。波形１３０ａは、光スィッチ１３０から出力される光パルスの波形である。ここでは、制御光パルス発振部１２０から出力される制御光パルスが短パルス光であるため、生成手段が生成して出力する光パルスは、波形１３０ａに示すようにフラットトップ形状の光パルスになる。
図２は、光スィッチの構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる光パルス生成装置１００の光スィッチ１３０は、偏光制御器１３１と、偏光制御器１３２と、光カプラ１３３と、高非線形ファイバ１３４と、偏光子１３５と、波長フィルタ１３６と、を備える光Ｋｅｒｒスィッチである。
偏光制御器１３１は、光源１１０から出力された連続光を一定の偏光状態（後述の偏光子１３５の透過方向）に制御する。偏光制御器１３１は、偏光状態を制御した連続光を光カプラ１３３へ出力する。偏光制御器１３２は、制御光パルス発振部１２０から出力された短パルス光を、上記一定の偏光状態から４５度ずらした偏光状態に制御する。偏光制御器１３２は、偏光状態を制御した短パルス光を光カプラ１３３へ出力する。
これにより、光カプラ１３３へ出力される連続光および短パルス光は、互いに偏光状態が４５度ずれた状態になる。光カプラ１３３は、偏光制御器１３１から出力された連続光と、偏光制御器１３２から出力された短パルス光と、を結合する。光カプラ１３３は、連続光と短パルス光とを結合した結合光を高非線形ファイバ１３４へ出力する。
高非線形ファイバ１３４は、非線形係数を通常のシングルモード光ファイバよりも１０倍程度に高めた光ファイバである。高非線形ファイバ１３４は、光カプラ１３３から出力された結合光を通過させて偏光子１３５へ出力する。偏光子１３５は、高非線形ファイバ１３４から出力された結合光のうちの、上記一定の偏光状態の成分のみを通過させ、上記一定の偏光状態でない成分を遮断する。偏光子１３５は、通過させた結合光の成分を波長フィルタ１３６へ出力する。
波長フィルタ１３６は、偏光子１３５から出力された結合光のうちの、波長がλｓの成分を通過させ、波長がλｃの成分を遮断する。波長フィルタ１３６によって、偏光子１３５から出力された結合光のうちの、短パルス光に対応する成分が取り除かれ、連続光に対応する成分が抽出される。つぎに、光スィッチ１３０の動作を具体的に説明する。
図３は、光スィッチの動作を説明する図である。図３において、連続光３１０は、高非線形ファイバ１３４へ入力される連続光を示している。短パルス光３２０は、高非線形ファイバ１３４へ入力される短パルス光を示している。連続光３１０は、偏光子１３５の透過方向（図のＹ軸方向）と平行な偏光状態で高非線形ファイバ１３４へ入力される。
短パルス光３２０は、連続光３１０に対して４５度ずれた偏光状態で高非線形ファイバ１３４へ入力される。結合光３３０は、高非線形ファイバ１３４を通過した連続光３１０および短パルス光３２０の結合光を示している。結合光３３０は、高非線形ファイバ１３４へ入力される短パルス光３２０の発光強度の変化に応じて偏光状態が回転している。
たとえば、高非線形ファイバ１３４へ入力される短パルス光３２０が消光状態のときは、結合光３３０の偏光状態は、高非線形ファイバ１３４へ入力されるときの偏光状態から変化しない。また、高非線形ファイバ１３４へ入力される短パルス光３２０が発光状態のときは、結合光３３０の偏光状態は、高非線形ファイバ１３４へ入力されるときの偏光状態から９０度回転する。
偏光子１３５は、高非線形ファイバ１３４を通過した光のうちの、図のＹ軸方向と平行な偏光状態の成分のみを通過させる。したがって、高非線形ファイバ１３４を通過した結合光３３０のうちの、偏光状態が回転していない成分のみが偏光子１３５を通過して光パルス３４０となる。これにより、短パルス光３２０の発光強度の変化に応じて連続光３１０を欠損させ、連続光３１０から光パルス３４０を生成することができる。
また、短パルス光３２０には周期的な消光期間があり、短パルス光３２０が消光期間のときには連続光３１０は欠損されない。したがって、光パルス３４０のうちの、短パルス光３２０の消光期間に対応する部分は連続光３１０がそのまま出力された成分となり、フラット形状になる。このため、光パルス３４０はフラットトップ形状の光パルスになる。
図４は、制御光パルス発振部の具体的な構成例（その１）を示すブロック図である。図４において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図４に示すように、実施の形態１にかかる光パルス生成装置１００の制御光パルス発振部１２０は、たとえば、短パルス光源４１０と、時分割多重部４２０と、を備えている。短パルス光源４１０は、周期ｔ0の短パルス光を発振する発振手段である。
短パルス光源４１０は、発振した短パルス光源４１０を時分割多重部４２０へ出力する。短パルス光源４１０は、たとえば、ＣＷ光源と、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）変調器や電界吸収（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｂｓｏｒｐｓｉｏｎ）型変調器などの強度変調器と、によって構成される。また、短パルス光源４１０は、半導体モード同期レーザ、ファイバモード同期レーザなどによって構成してもよい。
時分割多重部４２０は、短パルス光源４１０から出力された短パルス光を分岐し、分岐した各短パルス光を時間的にずらして結合する時分割多重手段である。具体的には、時分割多重部４２０は、分岐部４２１と、遅延部４２２と、結合部４２３と、を備えている。分岐部４２１は、短パルス光源４１０から出力された短パルス光を分岐して遅延部４２２および結合部４２３へそれぞれ出力する。
遅延部４２２は、分岐部４２１から出力された短パルス光を半周期ｔ0／２だけ遅延させて結合部４２３へ出力する。結合部４２３は、分岐部４２１から出力された短パルス光と、遅延部４２２から出力された短パルス光と、を結合して光スィッチ１３０へ出力する。波形１２０ａに示すように、パルス生成部から出力された短パルス光は、短パルス光源４１０が発振する短パルス光の半分の周期ｔ0／２になる。
ここでは、時分割多重部４２０による時分割多重数を２として、短パルス光源４１０によって発振した短パルス光の周波数を２倍にする構成について説明したが、たとえば、時分割多重した短パルス光をさらに時分割多重していく構成とすることで時分割多重部４２０による多重数を増やすことができる。
これにより、短パルス光源４１０によって発振した短パルス光の周波数を４倍、８倍、…と増加させることができる。なお、短パルス光源４１０によって十分に高速な短パルス光を発振できる場合には、時分割多重部４２０を設けずに、短パルス光源４１０によって発振した短パルス光を光スイッチ１３０へ出力する構成としてもよい。
図５は、制御光パルス発振部の具体的な構成例（その２）を示すブロック図である。図５において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、制御光パルス発振部１２０は、たとえば、光源５１０と、光源５２０と、結合部５３０と、パルス圧縮部５４０と、を備えている。光源５１０および光源５２０は、それぞれ異なる波長（λ１およびλ２，λ１＜λ２）の連続光を発振する。
光源５１０および光源５２０は、発振した連続光をそれぞれ結合部５３０へ出力する。波形５１０ａおよび波形５２０ａは、光源５１０および光源５２０から出力される各連続光の波形を示している。光スペクトル５１０ｂおよび光スペクトル５２０ｂは、光源５１０および光源５２０から出力される各連続光の光スペクトルをそれぞれ示している。
結合部５３０は、光源５１０および光源５２０から出力された各連続光を結合する。結合部５３０は、各連続光を結合した結合光をパルス圧縮部５４０へ出力する。波形５３０ａは、結合部５３０から出力された結合光の波形を示している。光スペクトル５３０ｂは、結合部５３０から出力された結合光の光スペクトルを示している。
波形５３０ａおよび光スペクトル５３０ｂに示すように、結合部５３０から出力される結合光は、波長λ１の成分と波長λ２の成分とを含む正弦波（ビート信号）になる。このとき、波長λ１とλ２の波長差Δλと、得られる正弦波の時間周期ｔ0との関係は、下記式（６）で示すことができる。
上記（６）式において、ｃは光速を、ｆは光の周波数を表している。光速ｃおよび周波数ｆは、下記式（７）により波長λと関係付けられる。パルス圧縮部５４０は、結合部５３０から出力された結合光をパルス圧縮する。パルス圧縮部５４０は、パルス圧縮した光を光スィッチ１３０へ出力する。波形１２０ａに示すように、パルス圧縮部５４０によってパルス圧縮された光は短パルス光になる。
Figure 0005343855
ｃ＝ｆ×λ …（７）
図６は、パルス圧縮部の具体的な構成例を示すブロック図である。図６に示すように、パルス圧縮部５４０（図５参照）は、高非線形ファイバ５４１と、バンドパスフィルタ５４２と、シングルモードファイバ５４３と、を備えている。高非線形ファイバ５４１は、結合部５３０（図５参照）から正弦波の状態で出力された結合光（波形５４０ａ，光スペクトル５４０ｂ）を通過させてバンドパスフィルタ５４２へ出力する。
波形５４１ａおよび光スペクトル５４１ｂは、高非線形ファイバ５４１を通過した結合光の波形および光スペクトルをそれぞれ示している。高非線形ファイバ５４１を通過した光には、光スペクトル５４１ｂに示すように、高非線形ファイバ５４１の四光波混合によってアイドラ光６１０が発生する。アイドラ光６１０の波長λ３は、波長λ２を中心として波長λ１と対称な波長である。波長λ１と波長λ２の差をΔλとすると、アイドラ光６１０の波長λ３はλ２＋Δλになる。
バンドパスフィルタ５４２は、高非線形ファイバ５４１から出力された結合光（波形５４１ａ，光スペクトル５４１ｂ）のうちの、波長λ２を中心とした帯域の成分のみを通過させてシングルモードファイバ５４３へ出力する。波形５４２ａおよび光スペクトル５４２ｂは、バンドパスフィルタ５４２を通過した光の波形および光スペクトルをそれぞれ示している。バンドパスフィルタ５４２を通過した光スペクトル５４２ｂは、波長λ２を中心として対称な光スペクトル形状になる。
シングルモードファイバ５４３は、バンドパスフィルタ５４２から出力された光（波形５４２ａ，光スペクトル５４２ｂ）における、高非線形ファイバ５４１を通過する際に発生したＳＰＭを補償する。波形５４３ａおよび光スペクトル５４３ｂは、シングルモードファイバ５４３を通過した光の波形および光スペクトルをそれぞれ示している。波形５４３ａに示すように、シングルモードファイバ５４３を通過した光は、ＳＰＭを補償されたことによってパルス圧縮されて短パルス光になる。
図４〜図６に示した制御光パルス発振部１２０については、たとえば、非特許文献５「“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ １６０−ＧＨｚ ｓｕｂ−ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｐｕｌｓｅ ｔｒａｉｎ ｆｒｏｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｂｅａｔ ｓｉｇｎａｌ”，Ｔ．Ｉｎｏｕｅ，Ｙ．Ｍｉｍｕｒａ，Ｊ．Ｈｉｒｏｉｓｈｉ，Ｔ．Ｙａｇｉ，ａｎｄ Ｍ．Ｓａｋａｎｏ，Ｆｉｔｅｌ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ」に開示された技術を利用することができる。
図７は、生成されるフラットトップ形状の光パルスを示す波形図である。図７において、波形７００は、光スィッチ１３０から出力されるフラットトップ形状の光パルスの波形を示している。符号７１０は、光パルスのフラットトップ部を示している。フラットトップ部７１０は、入力される短パルス光の消光部分に対応して形成される。
すなわち、フラットトップ部７１０は、光スィッチ１３０へ入力された連続光のうちの、光スィッチ１３０によって欠損されずに出力された部分である。したがって、フラットトップ部７１０は短パルス光の雑音の影響を受けない。このため、短パルス光に雑音が含まれていてもフラットトップ部７１０には雑音が発生しない。
符号７２０は、光パルスの欠損部を示している。欠損部７２０は、光スィッチ１３０へ入力される短パルス光の発光部分に対応して形成される。このため、欠損部７２０は短パルス光の雑音の影響を受け、短パルス光に雑音が含まれている場合には欠損部７２０に雑音が発生するが、光パルスの谷間部分であるため雑音の影響は小さい。
このように、実施の形態１にかかる光パルス生成装置１００によれば、光スィッチ１３０によって連続光を欠損させることで光パルスを生成することができる。生成された光パルスの発光部分は連続光の成分そのものであるため、制御光パルスの発光部分に雑音があったとしても、生成された光パルスの発光部分には雑音が発生しない。
また、光スィッチ１３０へ入力する制御光パルスとして短パルス光を用いることで、生成される光パルスをフラットトップ形状の光パルスにすることができる。また、生成される光パルスの周波数は、入力される制御光パルスの周波数によって決まるため、制御光パルスを調節することで任意のビットレートの光パルスを生成することができる。
また、制御光パルス発振部１２０によって高速の短パルス光を発振することで、高速な光パルスを生成することができる。また、フラットトップ形状の光パルスを生成する場合の挿入損失は、連続光のうちの短パルス光の発光部分に相当する部分の欠損のみであるため、フラットトップ形状の光パルスを生成する場合の挿入損失を低減することができる。
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。図８において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２にかかる光パルス生成装置１００は、図１に示した光パルス生成装置１００の構成に加えて、分岐部８１０、遅延部８２０および光スィッチ８３０を備えている。
分岐部８１０は、制御光パルス発振部１２０から出力された短パルス光を分岐する。分岐部８１０は、分岐した各短パルス光を光スィッチ１３０および遅延部８２０へそれぞれ出力する。光スィッチ１３０は、光源１１０から出力された連続光と、遅延部８２０から出力された短パルス光と、によって光パルスを生成して光スィッチ８３０へ出力する。
遅延部８２０は、分岐部８１０から出力された短パルス光を微小時間Δｔだけ遅延させて光スィッチ８３０へ出力する。波形８２０ａは、遅延部８２０から出力された短パルス光の波形を示している。波形８２０ａおよび波形１３０ａに示すように、遅延部８２０から出力された短パルス光の発光部分は、光スィッチ１３０から出力された光パルスの欠損部分に対して微小時間Δｔだけずれる。
光スィッチ８３０は、光スィッチ１３０から出力された光パルスから、遅延部８２０から出力された短パルス光の発光強度の変化に応じた成分を欠損させて光パルスを整形する整形手段である。光スィッチ８３０は、たとえば、光Ｋｅｒｒスィッチであり、光スィッチ１３０の構成（図２参照）と同様の構成である。
ここでは、光スィッチ８３０は、光スィッチ１３０から出力された光パルスの欠損部分に対して微小時間Δｔだけずれた短パルス光によって光パルスを欠損させるため、光パルスの欠損部（図７符号７２０参照）の幅が広がる。これにより、光パルスのフラットトップ部（図７符号７１０参照）の幅が狭くなるように光パルスを整形することができる。
図９は、実施の形態２にかかる光パルス生成装置の変形例を示すブロック図である。図９において、図８に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、実施の形態２にかかる光パルス生成装置１００において、光スィッチ１３０および光スィッチ８３０の間に遅延部８２０を設けてもよい。
波形８１０ａは、分岐部８１０から出力された短パルス光の波形を示している。波形８１０ａおよび波形８２０ａに示すように、分岐部８１０から出力された短パルス光の発光部分は、遅延部８２０から出力された光パルスの欠損部分に対して微小時間Δｔだけずれる。これにより、図８に示した構成と同様に、遅延部８２０から出力された光パルスのフラットトップ部の幅を光スィッチ８３０によって狭く整形することができる。
ここでは、遅延部８２０が、分岐部８１０から出力された短パルス光を微小時間Δｔだけ遅延させる構成について説明したが、たとえば、遅延部８２０が、分岐部８１０から出力された短パルス光を半周期だけ遅延させる構成としてもよい。これにより、光スィッチ１３０から出力された光パルスのフラットトップ部の中心を光スィッチ８３０によって欠損させ、光パルスの周波数を２倍にすることができる。
このため、たとえば図２に示した時分割多重部４２０を設けることなく高速の光パルスを生成することができる。このように、遅延部８２０によって短パルス光を遅延させる遅延時間を調節することで、光スィッチ１３０から出力された光パルスを様々な態様で整形することができる。このため、生成する光パルスの波形の自由度を広げることができる。また、遅延部８２０を、光スィッチ１３０および光スィッチ８３０の間と、分岐部８１０および光スィッチ８３０の間と、の両方に設ける構成としてもよい。
また、ここでは、光スィッチ１３０よりも後段に光スィッチ８３０を設けた２段構成としたが、光スィッチ８３０よりも後段にさらに光スィッチを設けて３段構成以上にしてもよい。この場合に、さらに設けた光スィッチへ入力する短パルス光の遅延量を調節することで、光スィッチ８３０から出力された光パルスのフラットトップ部の幅を狭く整形してもよいし、光スィッチ８３０から出力された光パルスの周波数を増加させてもよい。
このように、実施の形態２にかかる光パルス生成装置１００によれば、実施の形態１にかかる光パルス生成装置１００の効果を奏するとともに、光スィッチ１３０よりも後段にさらに光スィッチ８３０を設け、光スィッチ８３０に遅延量を調節した短パルス光を入力することで、光スィッチ１３０によって生成した光パルスを整形することができる。
（実施の形態３）
図１０は、実施の形態３にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。図１０において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、実施の形態３にかかる光スィッチ１３０は、アイソレータ１０１０と、サーキュレータ１０２０と、アイソレータ１０３０と、ＮＯＬＭ１０４０と、波長フィルタ１０５０と、波長フィルタ１０６０と、を備えている。
アイソレータ１０１０は、光源１１０から出力された連続光を通過させてサーキュレータ１０２０へ出力する。また、アイソレータ１０１０は、サーキュレータ１０２０から出力された光を遮断することで、光源１１０へ光が戻ることを回避する。サーキュレータ１０２０は、アイソレータ１０１０から出力された連続光をＮＯＬＭ１０４０へ出力する。
また、サーキュレータ１０２０は、ＮＯＬＭ１０４０から出力された結合光を波長フィルタ１０５０へ出力する。アイソレータ１０３０は、制御光パルス発振部１２０から出力された短パルス光をＮＯＬＭ１０４０へ出力する。また、アイソレータ１０３０は、ＮＯＬＭ１０４０から出力された光を遮断する。これにより、制御光パルス発振部１２０へ光が戻ることを回避することができる。
ＮＯＬＭ１０４０は、偏光制御器１０４１と、光カプラ１０４２と、周回導波路１０４３と、偏光制御器１０４４と、光カプラ１０４５と、高非線形ファイバ１０４６と、を備えている。偏光制御器１０４１は、サーキュレータ１０２０から出力された連続光の偏光状態を一定の偏光状態に制御する。偏光制御器１０４１は、偏光状態を制御した連続光を光カプラ１０４２へ出力する。
光カプラ１０４２は、偏光制御器１０４１から出力された連続光を分岐する。たとえば、光カプラ１０４２は、連続光を５：５の比率で分岐する３ｄＢカプラである。光カプラ１０４２は、分岐した各連続光をそれぞれ周回導波路１０４３の両端へ出力する。周回導波路１０４３は、光カプラ１０４２に両端が接続された光導波路である。周回導波路１０４３は、光カプラ１０４２から出力された各連続光をそれぞれ反対方向に周回させる。
周回導波路１０４３を周回した各光は、再度光カプラ１０４２に戻って光カプラ１０４２によって結合される。このとき、光カプラ１０４２によって結合される各光の位相差に応じて、各光の結合光の出力経路が、サーキュレータ１０２０へ出力される第１経路と、波長フィルタ１０６０へ出力される第２経路と、に分かれる。
偏光制御器１０４４は、制御光パルス発振部１２０から出力された短パルス光の偏光状態を上記一定の偏光状態に制御し、偏光状態を制御した短パルス光を光カプラ１０４５へ出力する。光カプラ１０４５は、周回導波路１０４３を周回する各連続光の一方に、偏光制御器１０４４から出力された短パルス光を結合させる。ここでは、光カプラ１０４５は、周回導波路１０４３を時計回りに周回する連続光に短パルス光を結合させるとする。
高非線形ファイバ１０４６は、周回導波路１０４３の少なくとも一部に設けられ、周回導波路１０４３を周回する各光を通過させる。周回導波路１０４３を時計回りに周回する連続光は、光カプラ１０４５で短パルス光と結合し、高非線形ファイバ１０４６を通過しるときに、短パルス光の発光強度の変化に応じて位相変調される。
これにより、短パルス光の発光強度の変化に応じて、光カプラ１０４２によって再度結合される各光の位相差が変化し、各光の結合光の出力経路が、サーキュレータ１０２０へ出力される第１経路と、波長フィルタ１０６０へ出力される第２経路とに分かれる。たとえば、短パルス光の発光時には、各光の位相差がπとなり、各光の結合光は波長フィルタ１０６０へ出力される。短パルス光の消光時には、各光の位相差が０となり、各光の結合光はサーキュレータ１０２０へ出力される。
波長フィルタ１０６０は、光カプラ１０４２によって結合されて出力された結合光のうちの、波長λｓの成分を通過させ、波長λｃの成分を遮断する。これにより、光カプラ１０４２から出力された結合光から短パルス光の成分が取り除かれ、連続光の成分が抽出される。波形１０６０ａは、波長フィルタ１０６０を通過した光の波形を示している。波形１０６０ａに示すように、波長フィルタ１０６０を通過した光は、光スィッチ１３０へ入力される短パルス光（波形１２０ａ）に相当する波形になる。
光カプラ１０４２によって結合され、サーキュレータ１０２０へ出力された結合光は、波長フィルタ１０５０へ出力される。波長フィルタ１０５０は、サーキュレータ１０２０から出力された結合光のうちの、波長λｓの成分を通過させ、波長λｃの成分を遮断する。これにより、サーキュレータ１０２０から出力された結合光から短パルス光に対応する成分が取り除かれ、連続光に対応する成分が抽出される。波形１０５０ａは、波長フィルタ１０５０を通過した光の波形を示している。
波形１０５０ａに示すように、波長フィルタ１０５０を通過した光は、連続光を、光スィッチ１３０へ入力される短パルス光の発光強度の変化に応じて欠損させた光パルスになる。波長フィルタ１０５０は、生成された光パルスを光パルス生成装置１００の外部へ出力する。なお、偏光制御の幅を広げるために、周回導波路１０４３の途中に偏光制御部１０４７をさらに設けてもよい。また、ここでは、波長フィルタ１０６０から出力された光パルスは不要となるため、波長フィルタ１０６０を設けない構成としてもよい。
このように、実施の形態３にかかる光パルス生成装置１００によれば、実施の形態１にかかる光Ｋｅｒｒスィッチに代えて、ＮＯＬＭ１０４０を用いたＮＯＬＭスィッチによって光スィッチ１３０を構成することで、実施の形態１にかかる光パルス生成装置１００と同様の効果を奏する。このとき、光カプラ１０４２によって結合された結合光が短パルス光の発光時に出力される第１経路の出力光を外部へ通過させることで、連続光を短パルス光の発光強度の変化に応じて欠損させた光パルスを得ることができる。
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４にかかる光パルス生成装置の構成を示すブロック図である。上述した各実施の形態においては短パルス光を用いてフラットトップ形状の光パルスを生成する構成について説明したが、実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００は、２次関数形状の光パルスを生成する。図１１において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００は、制御光パルス発振部１２０が発振する制御光パルスの周波数およびパルス幅を調節する（波形１２０ａ参照）ことで、光スィッチ１３０から出力される光パルス（波形１３０ａ参照）を２次関数形状の光パルスにする。具体的には、制御光パルス発振部１２０が発振する制御光パルスのパルス間隔を広げて、制御光パルスの消光期間をほぼ０にする。
図１２は、生成される２次関数形状の光パルスを示す波形図である。図１２において、横軸は時間［ｐｓ］を示している。縦軸は強度［ａ．ｕ．］を示している。実線で示す波形１２１０は、制御光パルス発振部１２０が発振する制御光パルスの周波数を１６０ＧＨｚ（パルス間隔が６．２５ｐｓ）とし、光パルスの形状をガウス型とし、パルス幅を２．３ｐｓとした場合に光スィッチ１３０から出力される光パルスの波形（図１１の波形１３０ａに対応）を示している。
点線１２２０は、波形１２１０の谷を２次関数でフィッティングした線を示している。波形１２１０および点線１２２０に示すように、光スィッチ１３０から出力される光パルスの波形がほぼ２次関数形状になっていることが分かる。この計算結果は、光スィッチ１３０による偏光状態の回転を含まない結果であるが、光スィッチ１３０によるスィッチング後の波形が大きく変化することはない。このため、依然２次関数形状に近い波形の光パルスを生成することができる。
このように、実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００によれば、光スィッチ１３０によって連続光を欠損させることで光パルスを生成することができる。また、光スィッチ１３０へ入力する制御光パルスの周波数およびパルス幅を調節することで、生成される光パルスを２次関数形状の光パルス（パラボラパルス）にすることができる。
また、生成される光パルスの周波数は、入力される制御光パルスの周波数によって決まるため、制御光パルスを調節することで、任意のビットレートの２次関数形状の光パルスを生成することができる。また、制御光パルス発振部１２０によって高速の制御光パルスを発振することで、高速な２次関数形状の光パルスを生成することができる。
（実施の形態５）
図１３は、実施の形態５にかかる光信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、実施の形態５にかかる光信号処理装置１３００は、上述した実施の形態１〜３のいずれかにかかる光パルス生成装置１００と、光スィッチ１３１０と、を備えている。光パルス生成装置１００の構成については、上述した実施の形態１〜３で説明したため、ここでは説明を省略する。光パルス生成装置１００は、フラットトップ形状の光パルスを生成して光スィッチ１３１０へ出力する。
光スィッチ１３１０には、光パルス生成装置１００から出力された光パルスと、この光パルスとは波長が異なる信号光と、が入力される。ここでは、光源１１０が発振する連続光の波長をλｓ、制御光パルス発振部１２０が発振する制御光パルスの波長をλｃ（λｓ＜λｃ）とする。光スィッチ１３１０は、入力される信号光を、光パルス生成装置１００から出力された光パルスの発光強度の変化に応じてスィッチングすることで、信号光の整形やＯＮ／ＯＦＦ切替などの光信号処理を行う。
図１４は、光スィッチの具体的な構成例（その１）を示すブロック図である。図１４において、図１３に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１４に示すように、実施の形態５にかかる光信号処理装置１３００の光スィッチ１３１０は、たとえば、結合部１３１１と、高非線形ファイバ１３１２と、波長フィルタ１３１３と、を備えるパラメトリック増幅スィッチである。
波形１３００ａは、光スィッチ１３０へ入力される信号光の波形を示している。結合部１３１１は、入力された信号光と、光パルス生成装置１００から出力された光パルス（波形１００ａ参照）と、を結合する。結合部１３１１は、信号光と光パルスとを結合した結合光を高非線形ファイバ１３１２へ出力する。高非線形ファイバ１３１２は、結合部１３１１から出力された結合光を通過させて波長フィルタ１３１３へ出力する。
波長フィルタ１３１３は、高非線形ファイバ１３１２から出力された結合光のうちの波長λｓの成分を通過させ、波長λｃの成分を遮断する。これにより、高非線形ファイバ１３１２から出力された結合光から光パルスに対応する成分が取り除かれ、信号光に対応する成分が抽出される。波長フィルタ１３１３から出力された信号光は、高非線形ファイバ１３１２の非線形光学効果によって一様にパラメトリック増幅される。
また、ここでは、波長フィルタ１３１３を設けることによって高非線形ファイバ１３１２から出力された結合光から信号光に対応する成分を抽出する構成としたが、さらに、偏光子１３１４を設ける構成としてもよい。
図１５は、光スィッチの具体的な構成例（その２）を示すブロック図である。図１５に
おいて、図１４に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する
。図１５に示すように、実施の形態５にかかる光信号処理装置１３００の光スィッチ１３
１０は、たとえば、結合部１３１１と、高非線形ファイバ１３１２と、波長フィルタ１３
１５と、を備える四光波混合波長変換スィッチである。高非線形ファイバ１３１２は、結
合部１３１１から出力された結合光を通過させて波長フィルタ１３１５へ出力する。
波長フィルタ１３１５は、高非線形ファイバ１３１２から出力された結合光のうちの波長λidlerの成分を通過させ、波長λｓの成分および波長λｃの成分を遮断する。波長λidlerは、高非線形ファイバ１３１２において発生するアイドラ光の波長である。波長λｓと波長λｃの差をΔλとすると、波長λidlerはλｃ＋Δλになる。
これにより、高非線形ファイバ１３１２から出力された結合光から信号光および光パル
スに対応する成分が取り除かれ、高非線形ファイバ１３１２において発生したアイドラ光
に対応する成分が抽出される。波長フィルタ１３１５から出力された信号光の波長は、高
非線形ファイバ１３１２において発生するアイドラ光の波長λidlerになる。
光スィッチ１３１０へ入力する光パルスの波長λｃを変えることで、高非線形ファイバ１３１２において発生するアイドラ光の波長λidlerを調節することができる。波長λｃは、光パルス生成装置１００の連続光の波長によって調節することができる。このため、λCに合わせた零分散波長λ0を有する高非線形ファイバを用いれば、信号光の波長λｓを任意の波長に変換することができる。
図１６は、光信号処理装置の波形整形動作を説明する図である。図１６において、信号光１６１０は、光信号処理装置１３００へ入力される信号光を示している。光パルス１６２０は、光パルス生成装置１００から出力されたフラットトップ形状の光パルスを示している。図１３〜図１５に示した光信号処理装置１３００によれば、信号光１６１０を励起するための制御光パルスをフラットトップ形状の光パルス１６２０にすることができる。
これにより、信号光１６１０に位相雑音があり、信号光１６１０と光パルス１６２０とのタイミングがずれても、光パルス１６２０のフラットトップ形状によってタイミングのずれをカバーすることができる。このため、信号光１６１０を一様に増幅させることができ、出力信号１６３０に強度雑音（図１８符号１８５０参照）が発生しない。
このように、実施の形態５にかかる光信号処理装置１３００によれば、上述した実施の形態１〜３のいずれかにかかる光パルス生成装置１００によって高速で雑音が少ないフラットトップ形状の光パルスを生成し、生成した光パルスによってスィッチングを行うため、高速かつ高精度なスィッチングを行うことができる。
（実施の形態６）
図１７は、実施の形態６にかかる光信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、実施の形態６にかかる光信号処理装置１７００は、上述の実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００と、結合部１７１０と、高非線形ファイバ１７２０と、波長フィルタ１７３０と、分散媒質１７４０と、を備えるフーリエ変換処理装置である。
光パルス生成装置１００は、２次関数形状の光パルスを生成して結合部１７１０へ出力する。結合部１７１０には、光パルス生成装置１００から出力された光パルスおよび信号光が入力される。結合部１７１０は、入力される信号光と、光パルス生成装置１００から出力された光パルスと、を結合して高非線形ファイバ１７２０へ出力する。
高非線形ファイバ１７２０は、結合部１７１０から出力された結合光を通過させて波長フィルタ１７３０へ出力する。高非線形ファイバ１７２０を通過した結合光は、高非線形ファイバ１７２０において発生するＸＰＭによって位相変調される。波長フィルタ１７３０は、高非線形ファイバ１７２０から出力された結合光のうちの波長λｓの成分のみを通過させる。波長フィルタ１７３０は、通過させた光を分散媒質１７４０へ出力する。
分散媒質１７４０は、波長フィルタ１７３０から出力された光を通過させて光信号処理装置１７００の外部へ出力する。高非線形ファイバ１７２０によって位相変調され、分散媒質１７４０を通過した光は、光信号処理装置１７００へ入力された信号光のフーリエ変換成分である光スペクトルに変換されて出力される。これにより、光信号処理装置１７００は、電気処理を行うことなく、全光信号処理によって高速に、入力された信号光をフーリエ変換することができる。
ここでは、実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００をフーリエ変換処理装置に適用する場合について説明したが、実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００は全光信号処理で高速に２次関数形状の光パルスを生成することができるため、光パルス生成装置１００を広帯域スーパーコンティニュームや高品質パルス圧縮器などへ適用してもよい。
このように、実施の形態６にかかる光信号処理装置１７００によれば、上述した実施の形態４にかかる光パルス生成装置１００によって高速な２次関数形状の光パルスを生成し、生成した光パルスによってフーリエ変換を行うため、高速な信号光を、ビットレートを落とすことなく、全光信号処理によって高速にフーリエ変換することができる。
以上説明したように、開示の光パルス生成装置および光信号処理装置によれば、高速で雑音が少ない光パルスを生成することができる。
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）連続光が入力される連続光入力手段と、
周期的に発光する制御光パルスが入力されるパルス入力手段と、
前記制御光パルスの発光強度の変化に応じて前記連続光を欠損させることで前記連続光から光パルスを生成する生成手段と、
を備えることを特徴とする光パルス生成装置。
（付記２）前記生成手段は、前記制御光パルスの発光強度の変化に応じて前記連続光を遮断するとともに前記連続光の遮断しない成分を通過させることで光パルスを生成する光スィッチであることを特徴とする付記１に記載の光パルス生成装置。
（付記３）前記パルス入力手段には、前記制御光パルスとして、周期的かつ瞬間的に発光する短パルス光が入力され、
前記光スィッチは、前記短パルス光の発光強度の変化に応じて前記連続光を遮断するとともに前記連続光の遮断しない成分を通過させることでフラットトップ形状の光パルスを生成することを特徴とする付記１に記載の光パルス生成装置。
（付記４）前記光スィッチは、
前記連続光入力手段から一定の偏光状態で入力される前記連続光と、前記制御光パルスと、を結合する結合手段と、
非線形光学効果を有し、前記結合手段によって結合される前記連続光および前記制御光パルスの結合光を通過させる非線形光ファイバと、
前記非線形光ファイバを通過した前記結合光のうちの前記一定の偏光状態ではない成分を遮断し、前記結合光のうちの前記一定の偏光状態の成分を通過させる偏光子と、
を備えることを特徴とする付記３に記載の光パルス生成装置。
（付記５）前記光スィッチは、
前記連続光を分岐する光カプラと、
非線形光学効果を有し、前記光カプラによって分岐される各光をそれぞれ反対回りに周回させて前記光カプラによって結合させるループミラーと、
前記パルス入力手段から入力される制御光パルスを、前記ループミラーを周回する各光の一方に結合させる結合手段と、を備え、
前記光カプラは、前記周回した各光を結合した結合光を、前記制御光パルスの消光時には第１経路へ出力し、前記制御光パルスの発光時には第２経路へ出力し、
前記第１経路へ出力された光を通過させ、前記第２経路へ出力された光を遮断することを特徴とする付記３に記載の光パルス生成装置。
（付記６）光パルスを発振する発振手段と、
前記発振手段によって発振される光パルスを分岐し、分岐した各光パルスを時間的にずらして結合する時分割多重手段を備え、
前記パルス入力手段には、前記時分割多重手段によって結合される光が前記制御光パルスとして入力されることを特徴とする付記１に記載の光パルス生成装置。
（付記７）それぞれ異なる波長の連続光を出力する２つの光源と、
前記２つの光源によって出力される各連続光を結合する結合手段と、
前記結合手段によって結合されて生成される光をパルス圧縮する圧縮手段と、を備え、
前記パルス入力手段には、前記圧縮手段によって圧縮される光が前記制御光パルスとして入力されることを特徴とする付記１に記載の光パルス生成装置。
（付記８）前記パルス入力手段へ入力される前記制御光パルスの一部を分岐する分岐手段と、
前記生成手段によって生成される光パルスを、前記分岐手段によって分岐された制御光パルスの発光強度の変化に応じて欠損させることで整形する整形手段であって、前記発光強度が大きいほど前記光パルスの多くの成分を欠損させる整形手段と、
前記整形手段へ入力される前記光パルスおよび前記制御光パルスの少なくとも一方を遅延させる遅延手段と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の光パルス生成装置。
（付記９）前記生成手段は、前記光パルスとして２次関数形状の光パルスを生成することを特徴とする付記１に記載の光パルス生成装置。
（付記１０）付記１〜９のいずれか一つに記載の光パルス生成装置と、
前記光パルス生成装置の前記生成手段によって生成されるフラッとトップ形状の光パルスと、信号光と、が入力され、前記信号光に対して、前記光パルスの発光強度の変化に応じたスィッチングを行う第２光スィッチと、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
（付記１１）入力される信号光をフーリエ変換する光信号処理装置であって、
付記９に記載の光パルス生成装置と、
前記光パルス生成装置の前記生成手段によって生成される２次関数形状の光パルスと、前記信号光と、が入力され、前記信号光を、前記光パルスの発光強度の変化に応じて位相変調する変調手段と、
前記信号光を通過させる分散媒質と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
１００ 光パルス生成装置
１１０，５１０，５２０ 光源
１２０ 制御光パルス発振部
１３０，８３０，１３１０ 光スィッチ
１３１，１３２，１０４１，１０４４ 偏光制御器
１３３，１０４２，１０４５ 光カプラ
１３４，５４１，１０４６，１３１２，１７２０ 高非線形ファイバ
１３５，１３１４ 偏光子
１３６，１０５０，１０６０，１３１３，１３１５，１７３０ 波長フィルタ
３１０ 連続光
３２０ 短パルス光
３３０ 結合光
３４０，１６２０ 光パルス
４１０ 短パルス光源
４２０ 時分割多重部
４２１，８１０ 分岐部
４２２，８２０ 遅延部
４２３，５３０，１３１１，１７１０ 結合部
５４０ パルス圧縮部
５４２ バンドパスフィルタ
５４３ シングルモードファイバ
６１０ アイドラ光
７１０ フラットトップ部
７２０ 欠損部
１０１０，１０３０ アイソレータ
１０２０ サーキュレータ
１０４０ ＮＯＬＭ
１０４３ 周回導波路
１０４７ 偏光制御部
１３００，１７００ 光信号処理装置
１６１０ 信号光
１６３０ 出力信号
１７４０ 分散媒質

Claims (1)

  1. 連続光が入力される連続光入力手段と、
    周期的かつ瞬間的に発光する短パルス光が入力されるパルス入力手段と、
    前記短パルス光の発光強度の変化に応じて前記連続光を遮断するとともに前記連続光の遮断しない成分を通過させることで前記連続光からフラットトップ形状の光パルスを生成する光スィッチと、
    前記パルス入力手段へ入力される前記短パルス光の一部を分岐する分岐手段と、
    前記光スィッチによって生成される光パルスを、前記分岐手段によって分岐された短パルス光の発光強度の変化に応じて欠損させることで整形する整形手段であって、前記発光強度が大きいほど前記光パルスの多くの成分を欠損させる整形手段と、
    前記整形手段へ入力される前記光パルスおよび前記短パルス光の少なくとも一方を遅延させる遅延手段と、
    を備え、
    前記光スィッチは、前記連続光入力手段から一定の偏光状態で入力される前記連続光と、前記短パルス光と、を結合する結合手段と、非線形光学効果を有し、前記結合手段によって結合される前記連続光および前記短パルス光の結合光を通過させる非線形光ファイバと、前記非線形光ファイバを通過した前記結合光のうちの前記一定の偏光状態ではない成分を遮断し、前記結合光のうちの前記一定の偏光状態の成分を通過させる偏光子と、を備えることを特徴とする光パルス生成装置。
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