JP5455053B2

JP5455053B2 - 超高速光パルスの波形歪み除去装置及び方法

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Publication number: JP5455053B2
Application number: JP2010038885A
Authority: JP
Inventors: 俊彦廣岡; 正隆中沢
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: JP2011175083A

Description

本発明は、波形歪み除去装置及び方法に係り、特に、超高速光通信において伝送性能の劣化要因となる信号パルスの波形歪みを除去又は補正するための超高速光パルスの波形歪み除去装置及び方法に関するものである。

基幹光伝送網の大容量化に向けた取り組みとして、波長多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）における波長数の拡大と並行して、ネットワークを構成した場合の光ノードにおける波長制御の容易さや低消費電力化という点からは、１波長あたりの高速化が大変重要である。特に、超短光パルスを光領域で時間多重する光時分割多重（ＯＴＤＭ：ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送方式は、電子回路の処理限界を超える高速伝送を実現できることから、次世代超高速光通信システムの基盤技術として精力的に研究されている。

しかし、１６０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度においては、用いる信号のパルス幅が数ピコ秒以下と大変狭くなる。そのため、従来の高速伝送において問題となっていた光ファイバ伝送路の分散および偏波モード分散（ＰＭＤ：ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）によるパルス広がり、リプルの発生、ジッタなどの波形歪みに加え、これまでは無視できていた高次分散や高次ＰＭＤ、さらにはそれらの時間変動が伝送品質に大きな影響を及ぼす。

これらの多様な線形波形歪みを一つの装置で一括して完全に除去する技術として、時間領域光フーリエ変換法と呼ばれる方式が提案されている（特許文献１〜６）。この方式は、パルスの時間波形よりむしろそのスペクトルの包絡線形状に着目して波形無歪み伝送を実現する方式である。すなわち、光ファイバ伝送後の光信号のスペクトルが無歪みであることに着目し、そのスペクトルを光フーリエ変換によって時間軸上のパルス波形に変換することにより、あらゆる線形歪みに対して入力信号パルスの時間波形を出力側で完全に再現することができる。

光スペクトルを時間軸上のパルス波形に変換するための光フーリエ変換は、光位相変調器と２次の分散媒質を組み合わせることによって実現することが出来る（非特許文献１等参照）。具体的には、歪みを受けたパルスに対し、光位相変調器によって

で表されるパラボラの位相変調（瞬時周波数δω＝−ｄ（δφ）／ｄｔ＝−Ｋｔ、すなわちチャープ率Ｋの線形周波数チャープ）を印加し、さらに分散量Ｄ＝β_２Ｌ（β_２：波長分散、Ｌ：長さ）の大きさが１／Ｋに等しい分散媒質を通過させる。このとき、分散媒質の出力では、時間波形が変換前のスペクトル形状に等しい光パルスが得られる。このとき周波数ωは時間ｔにｔ＝ω／Ｋの尺度で変換される。光フーリエ変換による波形歪み除去効果を得るには、光パルスのスペクトル幅と同程度の周波数チャープを印加することが必要である（特許文献１、非特許文献１参照）。

光位相変調器には、例えば、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）の電気光学効果を利用した位相変調器が一般的に用いられる。ＬＮ位相変調器は、電圧Ｖ（ｔ）を印加することによって

の位相変調を光信号に印加することが出来る。ここでＶ_pは半波長電圧と呼ばれ、光信号にpの位相変化を与えるのに必要な電圧の大きさである。ＬＮ位相変調器を正弦波信号Ｖ（ｔ）＝Ｖ_０ｃｏｓ（ωｔ）で駆動すると、光パルスには

の位相変調が印加される。従って、式（３）の第２項を式（１）と比較すると、ＬＮ位相変調器によって

のチャープ率が得られる。

例としてＶ_p＝３ＶのＬＮ位相変調器をＶ_０＝６Ｖの電圧で駆動する場合を考える。このとき、繰り返し周波数４０ＧＨｚの光パルスに対して、式（４）より｜Ｋ｜＝０．４ｐｓ^−２のチャープ率を得ることが出来る。

特開２００４−２６６３３９号公報特開２００４−３１７６８４号公報特開２００５−０２０３１９号公報特開２００５−１４８５１２号公報特開２００５−１９５７５１号公報特開２００５−２２３３６９号公報

"Ｉｄｅａｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ−ｆｒｅｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｕｓｉｎｇｏｐｔｉｃａｌＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ−ｌｉｍｉｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｐｕｌｓｅｓ"，ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１６，ｎｏ．４，ｐｐ．１０５９−１０６１（２００４）．

光位相変調器で光パルスに印加できるチャープの大きさは、通常のＬＮ位相変調器の場合、現状では｜Ｋ｜＝０．４ｐｓ^−２程度が上限といわれている。１６０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送に用いられる２ｐｓ程度のパルス幅に対しては、この程度の大きさのチャープで、光フーリエ変換による歪み除去効果を得ることが出来る。例えばパルス幅２．５ｐｓのガウス型のフーリエ限界パルスは０．１７６ＴＨｚのスペクトル幅を有している。光フーリエ変換はｔ＝ω／Ｋ＝２πｆ／Ｋの変換尺度で周波数を時間に変換するため、｜Ｋ｜＝０．４ｐｓ^−２のとき、０．１７６ＴＨｚのスペクトル幅は２．７ｐｓの時間幅に変換され、もとの２．５ｐｓにほぼ等しいパルスを得ることが出来る。

しかし、さらに高速の伝送に用いられるサブピコ秒の超短光パルスに対しては、｜Ｋ｜＝０．４ｐｓ^−２程度ではパルス幅が狭いが故に十分な周波数チャープを与えることが出来ない。例えば、パルス幅０．８ｐｓのガウス型パルスは０．５５ＴＨｚのスペクトル幅を有しているが、｜Ｋ｜＝０．４ｐｓ^−２のチャープでは光フーリエ変換後のパルス幅は８．６ｐｓに広がってしまう。その結果、光フーリエ変換によって無歪みなパルス波形を完全に再現することが出来ず、波形歪み除去効果が得られない場合がある

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、サブピコ秒のような超短パルスに対しても理想的な光フーリエ変換が実行でき、その結果超高速伝送に対しても適用可能な波形歪み除去装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、特に、１台以上の光位相変調器を折り返し利用することにより、変調度の向上を図るものである。すなわち、光パルスを光位相変調器に入射し正弦波電圧信号で駆動させ光パルスにチャープ率Ｋの周波数チャープを印加した後、出力された光パルスを折り返して今度は逆に出射側から前記光位相変調器に入射し再び位相変調を印加する。両方向に伝搬する光パルスに対して同期して位相変調を行なうことにより、光パルスにチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与えることが出来る。

このようにして得られたチャープ率Ｋ’の光パルスを、分散量の大きさがＤ＝１／Ｋ’の分散媒質に通すことにより、超高速光パルスに対する光フーリエ変換を実現し波形歪みを除去することが出来る。

ここで、１台の光位相変調器で順方向と逆方向の光パルスに位相変調を印加するためには、同一周波数の２つの電圧信号によって光位相変調器を駆動させる。また、光位相変調器において順方向に位相変調を与えられた光パルスを逆方向から再び同じ光位相変調器に入射するためには、例えば光パルスの進行方向を反転させるためのミラーもしくは３端子光サーキュレータ等の反射部を用いることが出来る。さらに、順方向と逆方向の光パルスにいずれも最適なタイミングで同方向の位相変調を印加するためには、光位相変調器の出射側に光遅延回路を挿入して、位相変調の同期をとることが重要である。
ここで、「最適なタイミング」とは、例えば、最も大きな又は（予め定められた値より）十分に大きなチャープを印加できるようなタイミングである。具体的には、パルスの中心位置と正弦波電圧信号のピークを一致させることにより、最も大きな又は（予め定められた値より）十分に大きなチャープを印加できる。また、「位相変調の同期をとる」とは、例えば、往路でも復路でもタイミングを最適にしておく必要があるという意味である。この例では、パルスの中心位置と正弦波電圧信号のピークを一致させておくことで同期をとることができる。

さらに、この往復型光位相変調器を２台以上用いれば、さらに大きな変調度を実現することができる。すなわち、Ｎ台の往復型光位相変調器により、Ｋ’＝２ＮＫのチャープ率を得ることが出来る。このようにして得られる大きなチャープ率により、サブピコ秒パルスにも理想的なフーリエ変換を行なうことが出来る。

本発明の第１の解決手段によると、
駆動用の２つのポートを有する光位相変調器と、
群速度分散を有する２次分散媒質と
を備えた波形歪み除去装置であって、
前記光位相変調器の電気駆動信号を該２つのポートからそれぞれ入射し、互いに逆方向を伝搬させ、それぞれ反対側のポートから出力し、
光パルスを前記光位相変調器に入射しチャープ率Ｋの位相変調を印加した後、前記光位相変調器から出力された光パルスを出射側で折り返して逆方向から前記光位相変調器に入射し、前記光位相変調器で再度位相変調を印加させ、光の進行方向と同一方向に伝搬する電気駆動信号によって位相変調を印加することにより光パルスにチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与え、
前記光位相変調器によりチャープ率Ｋ’の周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すこと
により波形歪みを除去することを特徴とする波形歪み除去装置が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、
光パルスが入射される光サーキュレータと、
前記光サーキュレータを介して光パルスが入射され、位相変調を印加するために駆動用の２つのポートを有する光位相変調器と、
前記光位相変調器を、入力された光パルスの繰り返しと同じ周波数の電気信号で駆動する駆動部と、
前記光位相変調器から出射された光パルスを反射して再度前記光位相変調器へ入射する反射部と、
群速度分散を与える２次分散媒質と、
を備え、
光パルスを前記光位相変調器に入射し、
前記光位相変調器の電気駆動信号を該２つのポートからそれぞれ入射し、互いに逆方向を伝搬させ、それぞれ反対側のポートから出力し、
前記駆動部が、光パルスの進行方向に対して順方向に伝搬する駆動信号を前記光位相変調器に与えることによって、光パルスにチャープ率Ｋの位相変調を印加し、
前記光位相変調器から出射された光パルスを、前記反射部により出射側で折り返して該出射側から再度前記光位相変調器に入射し、
前記駆動部が、順方向の駆動信号とは逆方向に伝搬する駆動信号を前記光位相変調器に与えることによって、光パルスにチャープ率Ｋの同相の位相変調を再度印加し、
前記光位相変調器から出射されたチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すことで、Ｄ＝１／２Ｋの群速度分散を与え、前記２次分散媒質から光パルスを出力する
ことにより波形歪みを除去することを特徴とする波形歪み除去装置が提供される。

また、本発明によると、上述のような波形歪み除去装置において、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）台の前記光位相変調器と、
前記２次分散媒質と
を備え、
Ｎ台の前記光位相変調器を使用して、光パルスに往復Ｎ回の位相変調を印加させることにより、光パルスにチャープ率Ｋ’’＝２ＮＫの周波数チャープを与え、
前記光位相変調器によりチャープ率Ｋ’’の周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すこと
を特徴とする波形歪み除去装置を提供することができる。

本発明の第３の解決手段によると、
駆動用の２つのポートを有する光位相変調器と、群速度分散を有する２次分散媒質とを備えた波形歪み除去装置を用いた波形歪み除去方法であって、
前記光位相変調器の電気駆動信号を該２つのポートからそれぞれ入射し、互いに逆方向を伝搬させ、それぞれ反対側のポートから出力し、
光パルスを前記光位相変調器に入射しチャープ率Ｋの位相変調を印加した後、前記光位相変調器から出力された光パルスを出射側で折り返して逆方向から前記光位相変調器に入射し、前記光位相変調器で再度位相変調を印加させ、光の進行方向と同一方向に伝搬する電気駆動信号によって位相変調を印加することにより、光パルスにチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与え、
前記光位相変調器によりチャープ率Ｋ’の周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すこと
により波形歪みを除去することを特徴とする波形歪み除去方法が提供される。

本発明によると、折り返し型の構成で光位相変調器を使用することにより、超短光パルスに強い周波数チャープを印加することができる。その結果、本発明によると、超短光パルスに対して光フーリエ変換による波形歪みの除去効果を著しく向上させることが出来、超高速光伝送の高性能化を図ることが可能である。

本発明の実施の形態１による波形歪み除去装置の構成図。本発明の実施の形態２による波形歪み除去装置の構成図。本発明の実施の形態３による波形歪み除去装置の構成図。ＣＷ光をＬＮ光位相変調器に入力したときのスペクトル広がりの様子を示す説明図。６４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送用のサブピコ秒パルスを本装置に入力したときの出力パルス波形を示す説明図。本発明の実施の形態４による波形歪み除去装置の構成図。本発明の実施の形態５による波形歪み除去装置の構成図。

以下に示す実施の形態は、本発明の折り返し型光位相変調器を用いた光フーリエ変換法にもとづく超高速光パルスの波形歪み除去装置に関するものである。

１．実施の形態１
図１に波形歪み除去装置の実施の形態を示す。
この波形歪み除去装置は、光サーキュレータ１、光位相変調器２、光遅延回路６、反射部（反射ミラー）７、２次分散媒質８、駆動部１０−１を備える。駆動部１０−１は、位相シフタ３、電気増幅器４、アイソレータ５を有する。
光ファイバ伝送路を伝送中に歪みを受けた光パルスは、伝送後、受信側に設置された本装置に入力される。光パルスは、まず光サーキュレータ１を介して光位相変調器２に入射される。光位相変調器２は、駆動部１０−１により、入力光パルスの繰り返しと同じ周波数の正弦波電気信号等の駆動信号で駆動される。駆動部１０−１では、光パルスに対して最も大きなチャープを印加できるよう位相シフタ３により光パルスと電気信号のタイミングを最適化している。その後電気信号を２分岐し、電気増幅器４でそれぞれ必要な電圧まで増幅した後、アイソレータ５を介して光位相変調器２の２つのポートに入射し変調器を駆動している。ここで２つのポートから入射した電気信号は、同図の破線で示すように互いに逆方向に伝搬し、それぞれ反対側のポートから出力されるため、各電気増幅器４に信号が逆流するのを防ぐために、アイソレータ５が各増幅器の出力に挿入されている。光位相変調器２を通過する光パルスは、光と同一方向に伝搬する電気信号により位相変調を印加される。

光位相変調器２から出射された光パルスは、光遅延回路６を介して反射ミラー７によって折り返され、再び光遅延回路６を経て光位相変調器２に逆方向から入射される。このとき、前記電気信号とは逆方向に伝搬する電気信号によって光パルスに、順方向と逆方向で同相の位相変調が印加される。ここで、逆方向においても電気信号と光パルスのタイミングを最適化するために、光遅延回路６が挿入されている。光位相変調器２から出力された光パルスは光サーキュレータ１を介して２次分散媒質８を通過し群速度分散を与えられる。この場合の光フーリエ変換に用いる２次分散媒質８の群速度分散の大きさＤは、一方向の位相変調で得られるチャープ率をＫとすると、Ｄ＝１／２Ｋに設定する。

以下に、本実施の形態による波形歪みの除去について説明する。
まず、Ｋは、光フーリエ変換に用いる位相変調器のチャープ率、
ｕ（ｔ）は、光位相変調器２へ入力される（すなわち光ファイバ伝送路を伝送した後の）光パルス、
ｕ_１（ｔ）は、光位相変調器２の反射ミラー７側から出力され、再び入力される光パルス、
とすると、
光位相変調器２から出力され、２次分散媒質８へ入力される光パルスｕ_２（ｔ）は、次式のように表わされる。

つぎに、この光パルスｕ_２（ｔ）が光位相変調器２の後に置かれた２次分散媒質８を通過した後のパルス波形ｖ（ｔ）はｕ_２（ｔ）を用いて、

と表される。式（５）より式（６）は入力パルス波形ｕ（ｔ）を用いて、

と表される。ここで２次分散媒質８の分散量ＤをＤ＝１／Ｋ’に選ぶと、式（７）は、

と書くことができる。ただしＵ（ｚ，ω）［ω＝ｔ／Ｄ］は、ｕ（ｔ）のフーリエ変換

である。

分散 β（ω）の線形伝送では、光ファイバ伝送路（長さｚ）を伝送前の光スペクトルＵ（０，ω）と、伝送後の光スペクトルＵ（ｚ，ω）は、

で関係付けられ、その包絡線形状｜Ｕ（ｚ，ω）｜^２は伝送後も不変である。このスペクトル形状を時間領域における光のフーリエ変換

によって時間軸上のパルス波形ｖ（ｔ）に変換することにより、伝送路で生じた波形歪みを除去することができる。

特に、伝送パルスとして、ガウス型やＳｅｃｈ型のように、時間波形とスペクトル形状が同じ関数であるパルスを用い、適当なＤを選ぶことにより、伝送前の波形を出力端で歪み無く再生することができる。

２．実施の形態２
図２に、本発明の実施の形態２による波形歪み除去装置の構成図を示す。
この波形歪み除去装置は、光サーキュレータ１、光位相変調器２、光遅延回路６、光遅延回路６’、反射部（反射ミラー）７、２次分散媒質８、駆動部１０−２を備える。駆動部１０−２は、電気増幅器４、アイソレータ５を有する。
このように、順方向における光パルスと電気信号のタイミングを調整するために、位相シフタ３の代わりに光遅延回路６’を光サーキュレータ１の手前に挿入することも可能である。
本実施の形態の波形歪み除去についてのその他の動作は、実施の形態１と同様である。

３．実施の形態３
図３に、本発明の実施の形態３による波形歪み除去装置の構成図を示す。
この波形歪み除去装置は、光サーキュレータ１、光位相変調器２、光遅延回路６、２次分散媒質８、光増幅器９、駆動部１０−１、光サーキュレータ１１を備える。駆動部１０−１は、位相シフタ３、電気増幅器４、アイソレータ５を有する。
このように、光パルスの伝搬方向を折り返すためには、反射ミラー７の代わりに光サーキュレータ１１等の適宜の反射部を用いることも可能である。また、光位相変調器２の損失が大きく途中で光パワーを増幅するために光増幅器９を用いることもでき、その場合は、例えば図３に示す位置に挿入すればよい。ここで、光増幅器９にはアイソレータが含まれているため光増幅器９内を光は双方向に伝搬できないことから、光増幅器９を本装置の内部に挿入する場合は図３の構成が必要であることに注意する。但し光増幅器９を本装置の外部に挿入する場合はその限りではない。

４．評価
本実施の形態における強チャープの効果を明らかにするために、まず光パルスの代わりにＣＷ光をＬＮ光位相変調器に入力し、そのスペクトルの広がりからチャープの大きさを評価した。その結果を図４に示す。図４（ａ）は、従来のような一方向の光位相変調器による出力波形、図４（ｂ）は、本発明のような折り返し二方向の光位相変調器による出力波形をそれぞれ示す。この波形は、図１の「光入力」からＣＷ光を入射し、光サーキュレータ１→光位相変調器２→光遅延回路６→反射ミラー７→光遅延回路６→光位相変調器２→光サーキュレータ１という経路で光位相変調器２を往復し、２次分散媒質８の手前で観測したスペクトルを示す。
ここで、光位相変調器は４０ＧＨｚの正弦波信号により２２Ｖｐｐ（片側振幅Ｖ_０＝１１Ｖ）の振幅で駆動させている。また用いたＬＮ光位相変調器のＶ_pは６．２Ｖである。このとき、従来のような一方向の位相変調で得られるチャープ率の大きさは式（３）より｜Ｋ｜＝０．３５ｐｓ^−２、本実施の形態のような折り返し型の構成では｜Ｋ’｜＝２｜Ｋ｜＝０．７ｐｓ^−２となる。図４（ａ），（ｂ）の光スペクトルから見積もられるチャープ率はそれぞれ０．３４ｐｓ^−２，０．７１ｐｓ^−２であり、計算結果とよく一致している。０．７１ｐｓ^−２ものチャープは通常の光位相変調器では実現が困難な大きさであり、本発明及び本実施の形態の有効性を示すものである。

次に、本実施の形態における波形歪み除去の効果を明らかにするために、６４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送用のサブピコ秒パルスを入力し、光フーリエ変換後のパルス波形を光サンプリングオシロスコープで観測した。その結果を図５に示す。図５（ａ）は、６４０Ｇｂｉｔ／ｓのＤＰＳＫ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号を５２５ｋｍ伝送させた後、４０Ｇｂｉｔ／ｓに多重分離し、さらにＤＰＳＫをＯＯＫ（Ｏｎ−ＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）に復調したパルスのアイパターンを示している。パルスの立ち上がりにジッタが見られ、パルスの裾野に歪みが見られる。一方、図５（ｂ）は図５（ａ）のパルスを図１の装置に入力しその出力波形を観測したものである。図５（ａ）の波形に見られていた歪みが除去され、アイ開口（パルスのピークとゼロレベルの間の開き）が改善されていることがわかる。符号誤り率を測定した結果、この波形歪み除去により１〜２桁改善されている。

５．実施の形態４
次に、図６に、２台の光位相変調器２を用いた場合の波形歪み除去装置の実施の形態を示す。この実施の形態は、図示のように、光サーキュレータ（光分岐結合部）１’には４端子のものを用い、実施の形態１で示したような、２次分散媒質８及び光サーキュレータ１以外の構成を複数台備えたものである。１台目の光位相変調器２（チャープ率Ｋ）を往復した光パルスが本光サーキュレータを介して２台目の光位相変調器２に入力されている。実施の形態２と同様、位相シフタ３を光遅延回路６’に置き換えたり、あるいは、実施の形態３と同様反射ミラー７を３端子光サーキュレータ１１等に置き換えることも可能である。このとき、２次分散媒質８の群速度分散の大きさＤは、１台の光位相変調器２を用いて一方向の位相変調で得られるチャープ率をＫとすると、チャープ率が４Ｋとなるので、Ｄ＝１／４Ｋに設定する。
さらに、光位相変調器及び駆動部及び反射部等の台数をＮ台に拡張することにより、周波数チャープの大きさをＮ倍に拡大することが出来る。これによりさらに短いパルス幅に対しても光フーリエ変換を実行することが可能になる。その際には、光サーキュレータをＮ台に対する分岐結合が可能なデバイスを用いる。

６．実施の形態５
図７に、本発明の実施の形態５による波形歪み除去装置の構成図を示す。
これは、実施の形態４の光サーキュレータ（光分岐結合器）１’の代わりにバス接続型の光分岐結合器１’’を用いたものである。光分岐結合器１’’は、複数の３端子光サーキュレータを用いたものの他、ミラーを用いたもの等適宜のデバイスを用いることができる。
本実施の形態の波形歪み除去についてのその他の動作は、実施の形態４と同様である。

以上詳細に説明したように、光位相変調器を折り返しの構成で使用することにより、サブピコ秒の超短光パルスに対しても光フーリエ変換を実行可能な波形歪み除去装置を実現することが出来る。その結果、例えば６４０Ｇｂｉｔ／ｓのような超高速光伝送において本発明の波形歪み除去装置を用いることにより、伝送性能の大幅な改善が可能となる。

本発明の波形歪み補正に用いている時間領域光フーリエ変換は、波形歪み除去以外にも、光パルス圧縮や波形整形に適用が可能である。本発明による変調度の向上により、光パルスの圧縮率や波形整形におけるダイナミックレンジを大幅に拡大することが出来る。

１光サーキュレータ
２光位相変調器
３位相シフタ
４電気増幅器
５アイソレータ
６光遅延回路
７反射ミラー（反射部）
８２次分散媒質
９光増幅器
１０駆動部

Claims

駆動用の２つのポートを有する光位相変調器と、
群速度分散を有する２次分散媒質と
を備えた波形歪み除去装置であって、
前記光位相変調器の電気駆動信号を該２つのポートからそれぞれ入射し、互いに逆方向を伝搬させ、それぞれ反対側のポートから出力し、
光パルスを前記光位相変調器に入射しチャープ率Ｋの位相変調を印加した後、前記光位相変調器から出力された光パルスを出射側で折り返して逆方向から前記光位相変調器に入射し、前記光位相変調器で再度位相変調を印加させ、光の進行方向と同一方向に伝搬する電気駆動信号によって位相変調を印加することにより光パルスにチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与え、
前記光位相変調器によりチャープ率Ｋ’の周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すこと
により波形歪みを除去することを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１に記載の波形歪み除去装置において、前記光位相変調器でパルスに印加するチャープの大きさＫ’と２次分散媒質の分散量ＤとがＤ＝１／Ｋ’の関係を満たすことを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１に記載の波形歪み除去装置において、順方向と逆方向の光パルスにそれぞれ位相変調を印加するために、同一周波数の２つの駆動信号によって前記光位相変調器を駆動させる駆動部を備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１に記載の波形歪み除去装置において、前記光位相変調器において順方向に位相変調を与えられた光パルスを逆方向から再び同じ前記光位相変調器に入射するために、光パルスの進行方向を反転させるための反射部を備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
光パルスが入射される光サーキュレータと、
前記光サーキュレータを介して光パルスが入射され、位相変調を印加するために駆動用の２つのポートを有する光位相変調器と、
前記光位相変調器を、入力された光パルスの繰り返しと同じ周波数の電気信号で駆動する駆動部と、
前記光位相変調器から出射された光パルスを反射して再度前記光位相変調器へ入射する反射部と、
群速度分散を与える２次分散媒質と、
を備え、
光パルスを前記光位相変調器に入射し、
前記光位相変調器の電気駆動信号を該２つのポートからそれぞれ入射し、互いに逆方向を伝搬させ、それぞれ反対側のポートから出力し、
前記駆動部が、光パルスの進行方向に対して順方向に伝搬する駆動信号を前記光位相変調器に与えることによって、光パルスにチャープ率Ｋの位相変調を印加し、
前記光位相変調器から出射された光パルスを、前記反射部により出射側で折り返して該出射側から再度前記光位相変調器に入射し、
前記駆動部が、順方向の駆動信号とは逆方向に伝搬する駆動信号を前記光位相変調器に与えることによって、光パルスにチャープ率Ｋの同相の位相変調を再度印加し、
前記光位相変調器から出射されたチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すことで、Ｄ＝１／２Ｋの群速度分散を与え、前記２次分散媒質から光パルスを出力する
ことにより波形歪みを除去することを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項４又は５に記載の波形歪み除去装置において、前記反射部は、ミラーもしくは３端子光サーキュレータであることを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１又は５に記載の波形歪み除去装置において、順方向と逆方向の光パルスにいずれも位相変調をタイミングを調整して印加するために、前記光位相変調器の出射側に光遅延回路を備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１又は５に記載の波形歪み除去装置において、順方向の光パルスに位相変調をタイミングを調整して印加するために、前記光位相変調器の入射側に光遅延回路を備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１又は５に記載の波形歪み除去装置において、光パルスを前記光位相変調器の一端に入射し、該一端から出射された光パルスを前記２次分散媒質に入射させるための光サーキュレータをさらに備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項３又は５に記載の波形歪み除去装置において、
前記駆動部は、光パルスと電気信号のタイミングを調整する位相シフタを備え、
前記位相シフタから出力された電気信号を２分岐し、前記光位相変調器の駆動用の２つのポートに入射し、前記光位相変調器の２つのポートからそれぞれ入射された電気信号は、互いに逆方向に伝搬し、それぞれ反対側のポートから出力され、前記光位相変調器を通過する光パルスに対し、光の進行方向と同一方向に伝搬する電気信号により位相変調を印加することを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１０に記載の波形歪み除去装置において、
前記駆動部は、２分岐された各経路に、電気増幅器とアイソレータとを備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１乃至１１のいずれかに記載の波形歪み除去装置において、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）台の前記光位相変調器と、
前記２次分散媒質と
を備え、
Ｎ台の前記光位相変調器を使用して、光パルスに往復Ｎ回の位相変調を印加させることにより、光パルスにチャープ率Ｋ’’＝２ＮＫの周波数チャープを与え、
前記光位相変調器によりチャープ率Ｋ’’の周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すこと
を特徴とする波形歪み除去装置。
請求項１２に記載の波形歪み除去装置において、前記Ｎ台の前記光位相変調器を接続し、出力された光信号を前記２次分散媒質へ入射するための光分岐結合部をさらに備えたことを特徴とする波形歪み除去装置。
駆動用の２つのポートを有する光位相変調器と、群速度分散を有する２次分散媒質とを備えた波形歪み除去装置を用いた波形歪み除去方法であって、
前記光位相変調器の電気駆動信号を該２つのポートからそれぞれ入射し、互いに逆方向を伝搬させ、それぞれ反対側のポートから出力し、
光パルスを前記光位相変調器に入射しチャープ率Ｋの位相変調を印加した後、前記光位相変調器から出力された光パルスを出射側で折り返して逆方向から前記光位相変調器に入射し、前記光位相変調器で再度位相変調を印加させ、光の進行方向と同一方向に伝搬する電気駆動信号によって位相変調を印加することにより、光パルスにチャープ率Ｋ’＝２Ｋの周波数チャープを与え、
前記光位相変調器によりチャープ率Ｋ’の周波数チャープを与えられた光パルスを、前記２次分散媒質に通すこと
により波形歪みを除去することを特徴とする波形歪み除去方法。