JPH0695177A - 光シリアル−パラレル変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 情報を担った高速光シリアル信号をＳ／Ｎ良
く、廉価にパラレル状の電気信号化する光シリアル−パ
ラレル変換器を提供する。 【構成】 ２次の非線形光学効果を有するＳＨＧ素子１
１上で、光ファイバ７を介した信号光と、パルス光出射
器４２から５０［ｐｓｅｃ］の時間差で順次出射された
８個の平行パルス光を凸レンズ５２で集光し８個の各パ
ルスに固有の進行方向を付与されたプローブ光とを相互
作用させる。この結果生じたＳＨＧ素子１１から出射さ
れるＳＨＧ光を凸レンズ３２にて平行光化し、一次元的
に配置された８個のアバランシェフォトダイオードから
なるＡＰＤアレーとから構成される光検出器２２でＳＨ
Ｇ光の有無を識別して光シリアル−パラレル変換してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速光通信の受信装置
に使用される光シリアル−パラレル変換器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】超短光パルスを発生させる技術は近年急
速に進歩し、現在ではサブピコ秒のパルスを安定して得
ることができるようになっている。また、超短光パルス
のパルス波形を自由に整形する技術も実用化されつつあ
る。これらの技術を利用して超短光パルスに情報を書き
込めば、原理的にはＴｂｉｔ／ｓｅｃ以上の光信号を生
成することができ、現在より数桁高速度の光通信への道
が開かれる。しかし、現状の光検出器（ＰＩＮフォトダ
イオード、アバランシェフォトダイオードなど）の応答
速度は速いものでも数１０ＧＨｚであり、上記のような
超短パルス光を直接検出し、通信情報を読み取ること
は、時間分解能の点で不可能であった。

【０００３】そこで、時系列のディジタルデ−タ、すな
わち空間的にはシリアルデータを時間−空間展開してｎ
ビットパラレルデータ化して、１つの光検出器が受光す
る最小周期をｎ倍して現存の光検出器の応答速度で充分
に計測可能とする方法が案出され、試作されている。図
９は、この方法を使用した従来の装置の説明図である
（江馬一弘他：「波形整形を利用した超高速光波形測定
法とその応用」，東京大学工学部総合試験所年報 第５
０巻(1991)）。この装置では、信号光を回折格子を用い
て空間的な広がりと進行方向の間に直角以外の角度を有
するパルス光とし、凸レンズ５５で非線形素子１５上に
集光した上でプローブ光と相互作用させる。非線形光学
効果によって生じた非線形素子１５からの出射される出
力光の有無を光検出器で検出することにより、信号光で
のパルスの有無すなわち信号光の担った情報を認識でき
る。この相互作用によって生じた出力光の出射方向は相
互作用時における信号光の進行方向とプローブ光の進行
方向とで決まる。信号光は上述の通り回折格子６５と凸
レンズ５５を経由しているので、非線形素子１５上の相
互作用点では複数のパルス光の各一部が同時に到着し、
かつ進行方向が夫々異なる時間が存在する。この時点で
プローブ光と相互作用させ、各パルス光ごとに異なる出
射方向を有する出力光が同時に発生し、非線形素子１５
から出射される。すなわち、元の信号光においては時間
分布していた情報（すなわち、所定時刻におけるパルス
光の有無）を空間分布する情報（すなわち、所定方向へ
進行するパルス光の有無）に変換している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置では、
信号光を回折格子などを用いて空間的に広げ、かつ、空
間的に広げられた信号光の一部をプローブ光と相互作用
させる。したがって、相互作用に係わる信号光のエネル
ギはごく一部であり、相互作用の結果として発生する混
合光の強度を高くすることが困難であるため、光検出器
は高感度のものが要求され、装置が高価となってしまっ
た。

【０００５】また、信号光は装置外からの入射光であ
り、装置内部で生成するプローブ光に比べてノイズ成分
比が大きいことが通常である。この信号光を回折格子の
ような光学素子によって加工した後にプローブ光と相互
作用させるので、相互作用時の信号光は、装置に入射時
の信号光よりもノイズ成分比が大きくなっている。更
に、相互作用によって発生した混合光強度が微小なた
め、Ｓ／Ｎ良く混合光を計測することが困難なため、信
号光の所定時刻におけるパルスの有無の判別を誤り、ひ
いては情報の誤認を引き起こす可能性が高かった。

【０００６】ところで、混合光強度を高める方法として
プローブ光強度を高めることが考えられる。確かにプロ
ーブ光強度を高めることで、混合光強度も高くなるが、
同時にプローブ光と非線形素子の構成原子との相互作用
によるノイズ光強度も高くなり、必ずしもＳ／Ｎの向上
には寄与しない。

【０００７】本発明は係る問題点を改善するためになさ
れたもので、情報を担った高速光シリアル信号を入力
し、Ｓ／Ｎ良く、廉価にパラレル状の電気信号化する光
シリアル−パラレル変換器を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光シリア
ル−パラレル変換器は、信号光とプローブ光とを非線形
素子上で相互作用させ、相互作用の結果生じる混合光を
検出する点は従来装置と同一であるが、Ｓ／Ｎ低下の要
因であった信号光の空間的拡張などは行わずに、相互作
用に係わる信号光のエネルギ量を極力大きく確保するこ
とを特徴としている。このために、従来装置において信
号光に対する光学処理で得ていた時間−空間変換機能
を、プローブ光の発生方法によって実現している。すな
わち、本発明の光シリアル−パラレル変換器は、（ａ）
二種の光を相互作用させ非線形光学効果を生ずる非線形
素子と、（ｂ）信号光を非線形素子へ導く手段と、
（ｃ）信号光と前記非線形素子上で交差し、交差時刻と
ともに進行方向が変化するプローブ光を発生する手段
と、（ｄ）非線形素子上で信号光とプローブ光の相互作
用によって発生する混合光を検出する手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【０００９】ここで、プローブ光を発生する手段（以
後、プローブ光発生手段と呼ぶ）は、信号光の測定対象
部の時間的広がりよりも短い所定の時間幅を持ち、進行
方向に対して垂直に空間的な広がりを持った短パルス光
を所定周期で発生する光源と、該光源の出射する短パル
ス光を入射し、回折によって光の進行方向と空間的な広
がりとの間に角度を有するパルス光を出射する回折格子
と、該回折光を信号光と相互作用させる非線形素子内の
点近傍に集光する凸レンズとから構成されることを特徴
とする。また、プローブ光発生手段は、独立駆動可能な
複数の光源を含んで構成されるとともに各光源の出射し
たパルス光に夫々異なる前記非線形素子上の相互作用点
への入射方向と入射時刻を付与するすることを特徴とし
てもよいし、複数の光源と各光源の出射するパルス光ご
とに信号光と同期し、かつ、異なる時間的遅延を施す複
数の遅延器とを含んで構成されるとともに各光源の出射
したパルス光に夫々異なる前記非線形素子上の相互作用
点への入射方向と入射時刻を付与するすることを特徴と
してもよい。この場合、各パルス光を非線形素子上の相
互作用点へ集光する手段として凸レンズ等を更に使用し
てもよい。また、プローブ光発生手段は、１つの光源
と、光源の出射する光を分岐して複数の同一タイミング
の分岐パルス光を得る分岐器と、各分岐パルス光ごとに
異なる時間的遅延を施す複数の遅延器とを含んで構成さ
れるとともに、各分岐パルス光ごとに信号光と同期し、
かつ、夫々異なる前記非線形素子上の相互作用点への入
射方向と入射時刻とを付与することを特徴とする。この
場合、各パルス光を非線形素子上の相互作用点へ集光す
る手段として凸レンズ等を更に使用してもよい。

【００１０】また、混合光を検出する手段は夫々１つの
光検出素子を有する複数の光検出器が該混合光の出射方
向ごとに配置して構成されている、または、該混合光の
出射方向ごとに配設された複数の光検出素子を有する光
検出器を含んで構成されていることを特徴とする。

【００１１】また非線形素子は、２次および３次のいず
れか一方の非線形光学効果を有することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明では、以上のように信号光をそのままあ
るいは増幅して使用し、この信号光の進行にともない、
異なる時刻には異なる交差角の短パルス状プローブ光と
非線形素子で相互作用させるようにしたので、この相互
作用の結果生じる出射光は、信号光の担った情報の時間
的な広がり（所定時刻におけるパルス光の有無）を空間
的な広がりに展開している。以上の作用を図面を参照し
て説明する。

【００１３】図１は本発明の要部の説明図であり、信号
光とプローブ光とが非線形素子内で相互作用し、信号光
の時間波形（所定時刻におけるパルスの有無）が空間展
開され、４ビット・シリアルデータが４ビット・パラレ
ルデータ変換される例を示す。基本周期（ｔ₀ ）ごとの
パルス光の有無として伝送情報を表現した信号光は、そ
のままあるいは単なる増幅が施されて非線形素子１へ照
射される。パラレル化ビット幅と同一数のプローブ光パ
ルス（ｋ_i,P ；ｉ＝１〜４）が、各プローブ光パルスご
とに異なる入射方向から相互作用点（Ｐ）へ照射され
る。このプローブ光パルスは、信号光の基本周期
（ｔ₀ ）ごとに相互作用点（Ｐ）に順次到着し、かつ信
号光にパルスがある場合には信号光のパルスと同時に相
互作用点（Ｐ）に到着するようにプローブ光発生手段に
て調整されている。

【００１４】このようなプローブ光パルスと信号光を非
線形素子１上で重ね合わせ、相互作用させる。簡単のた
め、使用する非線形素子は２次の非線形効果を有するＳ
ＨＧ素子とする。非線形素子１では、２つの入射光の相
互作用によって発生する光の出射方向は位相整合条件に
よって決定される。すなわち、非線形素子１で発生した
相互作用光の出射方向は、２つの入射光の方向を示すベ
クトルを加え合わせたベクトルが示す方向となる。信号
光の非線形素子１への入射方向は固定であり、またプロ
ーブ光は非線形素子１上に到達する時間によって非線形
素子１への入射方向が異なるので、非線形素子１で相互
作用した結果生じた出力光は、時間的に異なる方向へ出
射される。この時、プローブ光の強度が非線形素子１へ
の入射方向に依存せず一定であれば、信号光の強度の時
間分布（すなわち、所定時刻におけるパルスの有無）に
依存した強度の出射方向分布を有して、相互作用による
出力光が出射される。こうして発生した出力光を光検出
器２₁ 〜２₄ で受光・計測することにより光シリアル−
パラレル変換器を実現できる。なお、ここでは非線形素
子１をＳＨＧ素子として説明したが、３次の非線形効果
を有する素子を使用してもよい。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素
には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【００１６】（第１実施例）図２は本発明に係わる光シ
リアル−パラレル変換器の第１実施例の基本構成を示
す。この装置は、２次の非線形光学効果を有するＳＨＧ
素子１１と、信号光をＳＨＧ素子１１の近傍に導く光フ
ァイバ７と、進行方向に垂直な空間的広がりを持った略
６ｍｍの平行パルス光を発生する光源４１と、この光源
４１発光の光を回折させ、光の進行方向と空間的な広が
りとの間に直角以外の角度を有するパルス光を出射する
回折格子６１（格子定数ｄ^-1＝１２００本／ｍｍ）と、
この回折光をＳＨＧ素子１１上の相互作用点に集光する
凸レンズ５１（口径＝約７．５ｍｍ，焦点距離＝３０ｍ
ｍ）と、信号光のパルスとプローブ光とがＳＨＧ素子１
１上で相互作用した結果生じたＳＨＧ素子１１から出射
される混合光のみを透過する波長フィルタ９１と、波長
フィルタ９１を介した光を平行光化する凸レンズ３１
（口径＝約２５ｍｍ，焦点距離＝２００ｍｍ）と、５０
μｍごとに配置された５１２ｃｈのフォトダイオードか
らなるフォトダイオードアレーとから構成される光検出
器２１から構成される。なお、光ファイバ７の出射口に
は、光ファイバ７から出射された光をＳＨＧ素子１１上
の相互作用点に集光する凸レンズ７５が配置されてい
る。

【００１７】信号光は光ファイバ７を介してＳＨＧ素子
１１に照射される。光源４１の発生する進行方向に垂直
な空間的広がりを持ったパルス光を、回折格子６１にて
回折することにより進行方向とパルス光の空間的広がり
との間の角度が垂直から変化する。この回折の関係式は
以下の通りである。

【００１８】 ｓｉｎθ_i ＋ｓｉｎθ_O ＝λ／ｄ・・（１） θ_O ＝ｓｉｎ^-1（λ／ｄ−ｓｉｎθ_i ）・・（２） α[sec/m] ＝λ・ｓ／（ｃ・ｄ・ｃｏｓθ）・・（３） ここで、θ_i ：回折格子への入射角 θ_O ：回折格子からの出射角 λ ：パルス光の波長 ｓ＝ｃｏｓθ_i ／ｃｏｓθ_O ｃ＝３×１０⁸ [m/sec] ：光速度 ｙ₂ ＝ｘ／ｓ・・（４） ここで、ｘ ：光源発光ビームの径 ｙ₂ ：回折格子からの出射ビーム径 本実施例では、図２に示すようにθ_i ＝４０゜、ｄ^-1＝
１２００［本／ｍｍ］、λ＝８００［ｎｍ］としたの
で、 θ_O ＝１８．５゜ α ＝３．４×１０^-9[sec/m] ｙ₂ ＝７．４×１０^-3[m] したがって、回折格子６１からの出射ビーム中の遅延時
間（Ｔ_d ）は、次ぎの通りであり、この値を信号光の基
本周期で除した商以下の自然数のビット数までのパラレ
ル化が可能である。

【００１９】Ｔ_d ＝α・ｙ₂ ＝２５[psec] 上記のビームを凸レンズ５１（焦点距離（ｆ₅₁）＝３０
[mm]）でＳＨＧ素子１１上に集光し、ＳＨＧ素子１１へ
の到着時刻によって進行方向が異なるプローブ光を生成
する。このプローブ光錐面のＳＨＧ素子１１への入射角
は、図２のように集光ビームの光軸に対して±θ_P 傾
く。このθ_P は次ぎのように求まる。

【００２０】θ_P ＝ｔａｎ^-1（ｙ₂ ／２ｆ₅₁）＝７゜ ＳＨＧ素子１１上の信号光とプローブ光の相互作用によ
って生じるＳＨＧ光の出射方向は、信号光の進行方向ベ
クトルとプローブ光の進行方向ベクトルとの和ベクトル
の方向となる。信号光の進行方向への広がりは無視でき
るほど小さいものであり、またプローブ光は角度（±θ
_P ）の進行方向の広がりを持つので、ＳＨＧ光のＳＨＧ
素子１１からの出射方向の広がりを有する。このＳＨＧ
光の広がり角度（θ_D ）とプローブ光の広がり角度との
間では、 θ_P ＝２θ_D ・・（５） が成り立つ。したがって、θ_D ＝±３．５゜の範囲でＳ
ＨＧ光はＳＨＧ素子１１から出射される。

【００２１】この時、考慮すべき点としてＳＨＧ光の出
射範囲への信号光あるいはプローブ光の混入の問題があ
る。相互作用によって生じたＳＨＧ光の出射範囲に信号
光およびプローブ光の非相互作用分が混入しない条件は
つぎの通りである。

【００２２】θ_S ＞３θ_P ／２＝３θ_D ・・（６） ここで、θ_S ：信号光とプローブ光の光路の中心軸とが
なす角度の半値 なお、図２では信号光のＳＨＧ素子１１への入射角＝θ
_S としているが、これは本発明の光波形測定装置におい
ては本質的な事項ではない。ただし、このように設定す
るとＳＨＧ素子１１から出射するＳＨＧ光の広がりが、
ＳＨＧ素子１１の出射面の垂直方向を中心に広がる。こ
のため部品の位置関係が単純になり装置製作が容易にな
る。この条件を満足しない場合には、透過光波長選択フ
ィルタを介在させてＳＨＧ光のみを光検出器に導くか、
波長選択性光検出器を用いるかしてＳＨＧ光のみを計測
する。この実施例では、θ_S ＝１０゜、θ_P ＝７゜とし
たので、 θ_S ＝１０゜＜３θ_P ／２＝３θ_D ＝１０．５゜ となり、（６）式の条件を満足していないのでフィルタ
９１をＳＨＧ光の進行経路に配置している。

【００２３】このＳＨＧ光を凸レンズ３１（焦点距離
（ｆ₃₁）＝２００[mm]）でコリメートし方向の広がりを
空間距離の広がりへ変換する。こうして得たビームの広
がり（ｙ₁ ）は以下の通りである。

【００２４】 ｙ₁ ＝２ｆ₃ ・ｔａｎ３．５゜＝２４．４［ｍｍ］ このコリメートしたＳＨＧ光の強度を光検出器２１で測
定する。光検出器２１はフォトダイオードアレイであ
り、光検出単位である幅（ｔ）が５０［μｍ］のフォト
ダイオードを一次元的に５１２個配列しているので、光
検出器２全体の幅は２５．６［ｍｍ］となり、上記のコ
リメートしたＳＨＧ光の空間的広がりを充分包含してい
る。

【００２５】また、本実施例においては、ＳＨＧ素子１
１から出射するＳＨＧ光の強度は信号光の強度に比例す
るので、信号光をＳＨＧ素子１１近傍へ導波する途中で
光増幅することにより計測のＳ／Ｎを向上できる。図３
は、この信号光の増幅の一例を示しており、信号光を導
波する光ファイバ７１、７３間に半導体光増幅器（ＴＷ
Ａ）７２を配置したものである。光増幅器としては、Ｅ
ｒドープの光ファイバ増幅器またはパラメトリック光増
幅器も使用できる。

【００２６】信号光のパラレル化単位時間幅がＴ_d 以下
として、光シリアル−パラレル変換が可能である。Ｔ_d
は、光源４１の出射するビーム径（ｘ）、回折格子６１
への光源４１出射ビームの入射角（θ_i ）、または回折
格子の格子定数（ｄ^-1）で調整可能である。

【００２７】プローブ光の光源４１には、例えばモード
同期チタンサファイアレーザ、モード同期ＬｉＳＡＦレ
ーザ、モード同期ＬＤなどを用いる。

【００２８】ＳＨＧ素子１１としてはＮＨ₄ Ｈ₂ ＰＯ₄
（ＡＤＰ），ＫＴｉＯＰＯ₄ （ＫＴＰ）ＫＨ₂ ＰＯ
₄ （ＫＤＰ），ＫＤ₂ ＰＯ₄ （ＫＤ^* Ｐ），ＣｓＤ₂ Ａ
ｓＯ₄ （ＣＤ^* Ａ），ＲｂＨ₂ ＰＯ₄ （ＲＤＰ），ＣＯ
（ＮＨ₂ ）₂ （ｕｒｅａ），ＬｉＮｂＯ₃ ，β−ＢａＢ
₂ Ｏ₄ （ＢＢＯ），ＣｄＧｅＡｓ₂ ，Ｔｅ，ＢａＮａＮ
ｂ₅ Ｏ₁₅，Ｃ₆ ＮＨ₂ ＮＯ₂ （ＭＮＡ），ＬｉＩＯ₃ な
どの結晶を用いる。また、近年報告されている２次非線
形感受率χ⁽²⁾ が１０^-6オーダという巨大な数値を持つ
高分子（ｃｏｌｏｎａ−ｐｏｌｅｄ ３ＲＤＣＶＸＹ）
も使用できる。

【００２９】（第２実施例）図４は本発明に係わる光シ
リアル−パラレル変換器の第２実施例の基本構成を示
す。この装置は、信号光の基本周期＝５０［ｐｓｅ
ｃ］、パラレル化ビット幅＝８に設定しており、２次の
非線形光学効果を有するＳＨＧ素子１１と、信号光をＳ
ＨＧ素子１１の近傍に導く光ファイバ７と、進行方向が
互いに平行であり５０［ｐｓｅｃ］の時間間隔で順次８
個の短パルス光を出射するパルス光出射器４２と、この
平行パルス光をＳＨＧ素子１上の相互作用点に集光する
凸レンズ５２（口径＝約７．５ｍｍ，焦点距離＝３０ｍ
ｍ）と、信号光のパルスとプローブ光とがＳＨＧ素子上
で相互作用した結果生じたＳＨＧ素子から出射される混
合光を平行光化する凸レンズ３２（口径＝約２５ｍｍ，
焦点距離＝２００ｍｍ）と、３．３ｍｍごとに一次元的
に配置された８個のアバランシフォトダイオードからな
るＡＰＤアレーとから構成される光検出器２２から構成
される。なお、この実施例でも第１実施例と同様に、光
ファイバ７からの出射口には、光ファイバ７から出射し
た光をＳＨＧ素子上の相互作用点に集光する凸レンズ７
５が配置されている。

【００３０】ここで、パルス光出射器４２は図５に示す
ように構成される。図５は、８個のレーザーダイオード
を所定タイミングで駆動する方法の一例であり、基準ク
ロック発生器４２１（周期＝４００［ｐｓｅｃ］＝（信
号光の基準周期（＝５０［ｐｓｅｃ］）×パラレル化ビ
ット幅（＝８））と、７個の時間遅延回路４２２₁ 〜４
２２₇ （遅延時間＝５０［ｐｓｅｃ］）と、電気信号遅
延回路４２２₁ 〜４２２₇ の組み合わせによって５０
［ｐｓｅｃ］ずつ遅延時間の異なるパルスを入力する８
個のコムジェネレータ４２３₁ 〜４２３₈ と、各コムジ
ェネレータ４２３₁ 〜４２３₈ によって駆動されるレー
ザダイオード４２４₁ 〜４２４₈ とを図のように組み合
わせて構成される。

【００３１】信号光は光ファイバ７を介してＳＨＧ素子
１１に照射される。パルス光出射器４２の出射した８個
の平行パルス光を凸レンズ５（焦点距離（ｆ₅ ）＝３０
[mm]）でＳＨＧ素子１１上に集光し、ＳＨＧ素子１１の
到着時刻によって進行方向が異なるプローブ光を生成す
る。このプローブ光錐面のＳＨＧ素子１１への入射角
は、図４のように集光ビームの光軸に対して±θ_P 傾
く。このθ_P は第１実施例と同様に、次ぎのように求ま
る。

【００３２】 θ_P ＝ｔａｎ^-1（ｙ₂ ／２ｆ₅ ）＝６．６゜ ＳＨＧ素子１１上の信号光とプローブ光の相互作用によ
って生じるＳＨＧ光の出射方向は、信号光の進行方向ベ
クトルとプローブ光の進行方向ベクトルとの和ベクトル
の方向となる。信号光の進行方向は不変であるが、プロ
ーブ光は角度（±θ_P ）の進行方向の広がりを持つの
で、ＳＨＧ光のＳＨＧ素子１１からの出射方向の広がり
を有する。このＳＨＧ光の広がり角度（θ_D ）は第１実
施例と同様に計算でき、θ_D ＝±３．３゜の範囲でＳＨ
Ｇ光はＳＨＧ素子１１から出射される。

【００３３】この時、θ_S ＝１０゜、θ_P ＝６．６゜と
したので、 θ_S ＝１０゜＞３θ_P ／２＝３θ_D ＝９．９゜ となり、（６）式の条件を満足するのでフィルタ等を設
置してＳＨＧ光と信号光およびプローブ光を分離する必
要はない。

【００３４】このＳＨＧ光を凸レンズ３２（焦点距離
（ｆ₃₂）＝２００[mm]）でコリメートし方向の広がりを
空間距離の広がりへ変換する。こうして得たビームの広
がり（ｙ₁ ）は以下の通りである。

【００３５】 ｙ₁ ＝２ｆ₃ ・ｔａｎ３．３゜＝２３．０［ｍｍ］ このコリメートしたＳＨＧ光を光検出器２２で測定す
る。ｙ₁ ＝２３．０［ｍｍ］の間に８ビットの情報を担
ったＳＨＧ光パルスが等間隔で点在するので、２３［ｍ
ｍ］／７＝３．３［ｍｍ］の間隔で配置した８個のアバ
ランシフォトダイオード素子を有するＡＰＤアレイ光検
出器２２でのＳＨＧ光の有無を判定して、各デジタル情
報ビットの「０」または「１」を決定する。

【００３６】また、本実施例においても第１実施例と同
様に、ＳＨＧ素子１１から出射するＳＨＧ光の強度は信
号光の強度に比例するので、信号光をＳＨＧ素子１１近
傍へ導波する途中で光増幅することにより計測のＳ／Ｎ
を向上できる。図３は、この信号光の増幅の一例を示し
ており、信号光を導波する光ファイバ７１、７３の間に
半導体光増幅器（ＴＷＡ）７２を配置したものである。
光増幅器としては、Ｅｒドープの光ファイバ増幅器また
はパラメトリック光増幅器も使用できる。

【００３７】また、プローブ光の出射位置の空間分布を
一次元状ではなく二次元状に配置するとともに、光検出
器を二次元状に設置すれば、パラレル化ビット幅を大き
くすることが可能となる。

【００３８】ＳＨＧ光発生強度は、相互作用の関わる信
号光パルスのエネルギとプローブ光パルスのエネルギと
の積が大きいほど大きくなるので、信号光パルスとプロ
ーブ光パルスの相互作用点での重なり時間が長いことが
好ましい。この目的のために光検出器２２の出力振幅が
最大になるように、電気信号遅延器４２２₁ 〜４２２₇
の遅延時間を調整してもよい。また、同じ目的のために
信号光の相互作用点の到着時刻を調整してもよい。

【００３９】（第３実施例）本実施例の構成は、プロー
ブ光用のパルス出射器を除いては第２実施例と同一であ
る。図６に本実施例のプローブ光の光源の構成を示す。
このプローブ光の光源は、基準クロック発生器４２１
（周期＝４００［ｐｓｅｃ］）と、この基準クロック発
生器の発生するパルスを受信して数１０［ｐｓｅｃ］の
短パルスを生成する８個のコムジェネレータ４２３₁ 〜
４２３₈ と、これらのコムジェネレータの出力パルスに
よって同タイミングで駆動される８個のレーザダイオー
ド４２４₁ 〜４２４₈ と、各レーザダイオードの出射パ
ルスに５０［ｐｓｅｃ］ずつ異なる時間遅延を施す８個
の光遅延回路４２５₁ 〜４２５₈ と、から構成される。

【００４０】以上のように構成されたプローブ光発生手
段は、第２実施例におけるプローブ光発生手段と同様の
プローブ光を生成するので、各光検出単位ごとのＳＨＧ
光受光有無の識別によって、信号光の担ったデジタル情
報を認識できる。

【００４１】（第４実施例）本実施例の構成は、プロー
ブ光用のパルス出射器を除いては第２実施例と同一であ
る。図７に本実施例のプローブ光発生手段の構成を示
す。このプローブ光発生手段は基準クロック発生器４２
１（周期＝４００［ｐｓｅｃ］）と、この基準クロック
発生器の発生するパルスを受信して数１０［ｐｓｅｃ］
の短パルスを生成する１個のコムジェネレータ４２３
と、このコムジェネレータの出力パルスによって駆動さ
れる１個のレーザダイオード４２４と、レーザダイオー
ドの出射パルスを８個のパルスに分岐する分岐装置４２
６と、各分岐パルスに５０［ｐｓｅｃ］ずつ異なる時間
遅延を施す８個の光遅延回路４２５₁ 〜４２５₈ と、か
ら構成される。

【００４２】以上のように構成されたプローブ光発生手
段は、第２実施例におけるプローブ光発生手段と同様の
プローブ光を生成するので、各光検出単位ごとのＳＨＧ
光受光有無の識別によって、信号光の担ったデジタル情
報を認識できる。

【００４３】（第５実施例）図８に第３実施例の基本構
成を示す。この実施例では、上記の第１〜４実施例とは
異なり３次の非線形効果を利用する。この実施例の装置
は、３次の非線形光学効果を有するＺｎＳｅ結晶素子１
２と、信号光を非線形素子１２の近傍に導くミラー９
１、９２と、プローブ光生成手段と、ＺｎＳｅ結晶素子
１２上での相互作用の結果発生した３次効果による４光
波混合光を平行光化する凸レンズと、４光波混合光の強
度分布を検出する光検出器２３とを含んで構成される。
ここで、ＺｎＳｅ結晶素子１２は約９゜Ｋに冷却し、励
起子の共鳴による大きなχ⁽³⁾ （１０^-2ｅｓｕ程度）を
有し、応答速度も２０〜３０［ｐｓｅｃ］と非常に速い
状態で使用する。また、プローブ光発生手段は、第２実
施例と同様に、進行方向が互いに平行であり５０［ｐｓ
ｅｃ］の時間間隔で順次短パルス光を出射する８個の光
源（図示せず）と、この平行パルス光をＺｎＳｅ結晶素
子１２上の相互作用点に集光する凸レンズ５３（口径＝
約７．５ｍｍ，焦点距離＝３０ｍｍ）と、で構成する。
ここで、パルス光出射器４２の発生光の波長は、ＺｎＳ
ｅの励起子共鳴のある４４２［ｎｍ］を使用する。

【００４４】本実施例では、４光波混合光の内、ＺｎＳ
ｅ結晶からの出射方向（ｋ_D ）がつぎの式で表される反
射型の４光波混合光を測定する。

【００４５】ｋ_D ＝−（２ｋ_P −ｋ_S ）・・（８） ここで、ｋ_D ：４光波混合光の進行方向ベクトル ｋ_P ：プローブ光の進行方向ベクトル ｋ_S ：信号光の進行方向ベクトル この式から明らかなように、光検出器２３で計測する４
光波混合光のＺｎＳｅ結晶素子からの出射方向は、プロ
ーブ光の進行方向によって変化するので、第１〜４実施
例と同様に各光検出単位ごとの混合光受光有無の識別に
よって、信号光の担ったデジタル情報を認識できる。な
お、第２実施例で説明した、信号光の増幅器、プローブ
光および光検出器２３の二次元配置は、本実施例におい
ても適用可能であり、第２実施例と同様の効果を奏す
る。

【００４６】３次の非線形光学効果を有する非線形素子
として、２次の非線形光学効果を有する媒質の多くは３
次の非線形光学効果も有するので、これらの媒質を使用
してもよい。

【００４７】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、様々な変形が可能である。例えば、プローブ光の
光源には、半導体レーザダイオード以外に固体レーザ、
色素レーザ、気体レーザなどを用いることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り本発明によれ
ば、装置外部より入射される信号光を空間展開等により
分散させずに、プローブ光に時間−空間分布を付与した
ので、信号光のパルスの大半を非線形光学効果の相互作
用に係わらせることが可能となり、Ｓ／Ｎ良く、廉価な
光シリアル−パラレル変換器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光シリアル−パラレル変換器の基本動
作説明図である。

【図２】本発明の第１実施例に係わる光シリアル−パラ
レル変換器の構成図である。

【図３】信号光の増幅器の構成例を示す図である。

【図４】本発明の第２〜４実施例に係わる光シリアル−
パラレル変換器の基本構成図である。

【図５】本発明の第２実施例に係わる光シリアル−パラ
レル変換器のプローブ光用パルス光出射器の構成図であ
る。

【図６】本発明の第３実施例に係わる光シリアル−パラ
レル変換器のプローブ光用パルス光出射器の構成図であ
る。

【図７】本発明の第４実施例に係わる光シリアル−パラ
レル変換器のプローブ光用パルス光出射器の構成図であ
る。

【図８】本発明の第５実施例に係わる光シリアル−パラ
レル変換器の構成図である。

【図９】従来の光シリアル−パラレル変換器の動作説明
図である。

【符号の説明】

１，１１，１２…非線形素子、２，２１，２２，２３…
光検出器、３１，３２，３３，５１，５２，５３，７５
…凸レンズ、４１…光源、４２…パルス光出射器、４２
１…基準クロック発生器、４２２…電気信号遅延器、４
２３…コムジェネレータ、４２４…レーザダイオード、
４２５…光遅延器、６１…回折格子、７，７１，７３…
光ファイバ、７２…光増幅器、９１…フィルタ。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送情報を所定周期ごとの光パルスの有
   無で表現した時系列パルス信号光の時系列情報を空間展
   開する光シリアル−パラレル変換器であって、 二種の光を相互作用させ非線形光学効果を生ずる非線形
   素子と、 前記信号光を前記非線形素子へ導く手段と、 前記信号光と前記非線形素子上で交差し、交差時刻とと
   もに進行方向が変化するプローブ光を発生する手段と、 前記非線形素子中で前記信号光と前記プローブ光の相互
   作用によって発生する混合光を検出する手段と、 を備えるとともに、前記信号光の光パルスの大半を前記
   非線形素子上での相互作用に利用することを特徴とする
   光シリアル−パラレル変換器。
2. 【請求項２】 前記プローブ光を発生する手段は、 進行方向に対して垂直に空間的な広がりを持った短パル
   ス光を前記所定周期で発生する光源と、 該光源の出射する短パルス光を入射し、回折によって前
   記短パルス光の進行方向に対して短パルス光の空間的広
   がりが斜交した回折光を出射する回折格子と、 該回折光を前記信号光と相互作用させる非線形素子内の
   点近傍に集光する凸レンズと、 から構成されることを特徴とする請求項１記載の光シリ
   アル−パラレル変換器。
3. 【請求項３】 前記プローブ光を発生する手段は、 独立駆動可能であって、前記非線形素子上の相互作用点
   へパルスを投射する複数の光源を含んで構成され、 前記各光源は前記信号光に同期して前記所定周期の前記
   光源数倍の周期で前記所定周期以下の排他的出射を順次
   繰り返されるとともに、前記各光源のパルス光出射間隔
   が前記所定周期と同一時間ずつ順次ずらされ、かつ、前
   記各光源の出射したパルス光は前記非線形素子上の相互
   作用点へ夫々異なる入射方向を付与されていることを特
   徴とする請求項１記載の光シリアル−パラレル変換器。
4. 【請求項４】 前記プローブ光を発生する手段は、独立
   駆動可能であって、前記非線形素子上の相互作用点へパ
   ルスを投射する複数の光源を含んで構成され、 前記各光源の出射するパルス光ごとに異なる時間的遅延
   を施す複数の遅延器と、 を含んで構成され、前記複数の光源は前記所定周期の前
   記光源数倍の周期で、同時に前記所定周期未満の時間出
   射駆動され、かつ、前記各光源の出射したパルス光は前
   記非線形素子上の相互作用点へ夫々異なる入射方向を付
   与されていることを特徴とする請求項１記載の光シリア
   ル−パラレル変換器。
5. 【請求項５】 前記各光源の出射した複数のパルスを前
   記非線形素子上の相互作用点に集光するための集光手段
   が、更に付加されたことを特徴とする請求項３、４のい
   ずれかに記載の光シリアル−パラレル変換器。
6. 【請求項６】 前記集光手段が凸レンズまたは凹面鏡で
   あり、各パルス光に夫々異なる前記非線形素子上の相互
   作用点への入射方向を付与することを特徴とする請求項
   ５記載の光シリアル−パラレル変換器。
7. 【請求項７】 前記プローブ光を発生する手段は、 １つの光源と、 前記光源の出射する光を分岐して複数の同一タイミング
   の分岐パルス光を得る分岐器と、 前記各分岐パルス光ごとに異なる時間的遅延を施す複数
   の遅延器と、 前記各遅延分岐パルス光ごとに前記非線形素子上の相互
   作用点への入射方向を変化させる集光手段と、 を含んで構成され、前記各分岐パルス光は前記信号光に
   同期して前記非線形素子上の相互作用点へ夫々異なる入
   射方向を付与されていることを特徴とする請求項１記載
   の光シリアル−パラレル変換器。
8. 【請求項８】 前記各分岐パルス光を前記非線形素子上
   の相互作用点に集光するための集光手段が、更に付加さ
   れたことを特徴とする請求項７記載の光シリアル−パラ
   レル変換器。
9. 【請求項９】 前記集光手段が凸レンズまたは凹面鏡で
   あり、各分岐パルス光に夫々異なる前記非線形素子上の
   相互作用点への入射方向を付与することを特徴とする請
   求項８記載の光シリアル−パラレル変換器。
10. 【請求項１０】 前記混合光を検出する手段は、夫々１
    つの光検出素子を有する複数の光検出器が、該混合光の
    出射方向ごとに配置して構成されていることを特徴とす
    る請求項１記載の光シリアル−パラレル変換器。
11. 【請求項１１】 前記混合光を検出する手段は、該混合
    光の出射方向ごとに配設された複数の光検出素子を有す
    る光検出器を含んで構成されていることを特徴とする請
    求項１記載の光シリアル−パラレル変換器。
12. 【請求項１２】 前記非線形素子は、２次および３次の
    いずれか一方の非線形光学効果を有することを特徴とす
    る請求項１記載の光シリアル−パラレル変換器。
13. 【請求項１３】 前記光検出器における受光混合光強度
    を最大となるように、プローブ光の非線形素子上の相互
    作用点への到達時刻を制御することを特徴とする請求項
    １記載の光シリアル−パラレル変換器。
14. 【請求項１４】 前記信号光導波手段は、該信号光を増
    幅する手段を有することを特徴とする請求項１記載の光
    シリアルーパラレル変換器。