JPWO2004093353A1 - 光分岐装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、入力信号光を互いに直交する第１，第２偏光成分に分離し、入力光パワーに対し利得が第１の値で飽和する特性を持つ第１利得媒質に前記第１偏光成分を供給し、入力光パワーに対し利得が前記第１の値より小さな第２の値で飽和する特性を持つ第２利得媒質に前記第２偏光成分を供給し、前記第１利得媒質の出力光と前記第２利得媒質の出力光を偏光合波し、偏光合波した信号光を偏光素子を通して出力するよう構成することにより、高いＳＮ比改善効果と小型化及び消費電力低減を図ることができる。
Description
本発明は、光信号処理方法及び装置に関し、特に、光通信や光計測等で使用され、光信号のＳＮ比を改善する光信号処理方法及び装置に関する。
光通信や光計測等で使用され、光信号のままで光信号のＳＮ比を改善する装置として、図１に示す非線形ループミラー（ＮＯＬＭ）を用いた装置（例えば、非特許文献１参照）や、図２に示す波長変換器を用いた装置（例えば、非特許文献２参照）が知られている。
図１において、波長λｓの入力信号は光カプラ１を通して非線形光ファイバ２に入力される。また、レーザ光源３の出力する波長λｐｒｂの連続光であるプローブ光は偏光制御器４を通して光カプラ５に入力される。光カプラ５で２分岐された一方のプローブ光は光カプラ１を通して非線形光ファイバ２に入力され、他方のプローブ光は偏光制御器６を通して非線形光ファイバ２に逆向きに入力される。そして、非線形光ファイバ２における相互位相変調で波長λｐｒｂのλｓの信号成分を持つ位相変調された光が生成され、偏光制御器６を通り光カプラ５で逆まわりの光と干渉して、波長λｐｒｂの雑音低減された強度変調された信号が出力される。
図２において、レーザ光源３の出力する波長λ２の連続光は導波路１１を通して光カプラ１２に入力され、光カプラ１２で２分岐された連続光は半導体光アンプ１３，１４それぞれに供給される。また、導波路１４から供給される波長λ１の入力信号は光カプラ１５を通して半導体光アンプ１３の出力側から連続光とは逆向きに入力される。半導体光アンプ１３，１４それぞれの出力する光信号は光カプラ１６で混合され、相互位相変調による信号の転写と干渉効果による雑音の低減がなされた波長λ２の信号光が導波路１７より出力される。
なお、光ファイバの消光比を改善する方法として、特許文献１に記載のものがある。
Ｂ．Ｋ．Ｎａｙａｒ，ｅｔ ａｌ．，"Ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｏｐ ｍｉｒｒｏｒ ｓｗｉｔｃｈｅｓ"，Ｊ．ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２３２７−２３３２，１９９３ Ｋ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ，ｅｔ ａｌ．，"Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ"，Ｐｒｏｃ．２２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥＣＯＣ’９６，ＴｈＢ．２．１，１９９６ 特開昭６１−９６０６号公報
図１において、波長λｓの入力信号は光カプラ１を通して非線形光ファイバ２に入力される。また、レーザ光源３の出力する波長λｐｒｂの連続光であるプローブ光は偏光制御器４を通して光カプラ５に入力される。光カプラ５で２分岐された一方のプローブ光は光カプラ１を通して非線形光ファイバ２に入力され、他方のプローブ光は偏光制御器６を通して非線形光ファイバ２に逆向きに入力される。そして、非線形光ファイバ２における相互位相変調で波長λｐｒｂのλｓの信号成分を持つ位相変調された光が生成され、偏光制御器６を通り光カプラ５で逆まわりの光と干渉して、波長λｐｒｂの雑音低減された強度変調された信号が出力される。
図２において、レーザ光源３の出力する波長λ２の連続光は導波路１１を通して光カプラ１２に入力され、光カプラ１２で２分岐された連続光は半導体光アンプ１３，１４それぞれに供給される。また、導波路１４から供給される波長λ１の入力信号は光カプラ１５を通して半導体光アンプ１３の出力側から連続光とは逆向きに入力される。半導体光アンプ１３，１４それぞれの出力する光信号は光カプラ１６で混合され、相互位相変調による信号の転写と干渉効果による雑音の低減がなされた波長λ２の信号光が導波路１７より出力される。
なお、光ファイバの消光比を改善する方法として、特許文献１に記載のものがある。
Ｂ．Ｋ．Ｎａｙａｒ，ｅｔ ａｌ．，"Ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｌｏｏｐ ｍｉｒｒｏｒ ｓｗｉｔｃｈｅｓ"，Ｊ．ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃｓ，ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２３２７−２３３２，１９９３ Ｋ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ，ｅｔ ａｌ．，"Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ"，Ｐｒｏｃ．２２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥＣＯＣ’９６，ＴｈＢ．２．１，１９９６
図１に示す非線形ループミラーを用いた装置は、非線形光ファイバ２を用いているために小型化が困難であり、また、レーザ光源３の出力するプローブ光の光パワーはある程度大きくしなければならず、プローブ光の光パワーの低減が困難であるという問題があった。
図２に示す波長変換器を用いた装置は、入力信号が周波数１０Ｇｂｐｓを超えると入出力特性が劣化し、また、同一波長λ１に変換して出力することが困難なため、光信号のＳＮ比改善装置として用い難いという問題があった。
図２に示す波長変換器を用いた装置は、入力信号が周波数１０Ｇｂｐｓを超えると入出力特性が劣化し、また、同一波長λ１に変換して出力することが困難なため、光信号のＳＮ比改善装置として用い難いという問題があった。
本発明は、高いＳＮ比改善効果と小型化及び消費電力低減を図ることができる光信号処理方法及び装置を提供することを総括的な目的とする。
この目的を達成するため、本発明は、入力信号光を互いに直交する第１，第２偏光成分に分離し、入力光パワーに対し利得が第１の値で飽和する特性を持つ第１利得媒質に前記第１偏光成分を供給し、入力光パワーに対し利得が前記第１の値より小さな第２の値で飽和する特性を持つ第２利得媒質に前記第２偏光成分を供給し、前記第１利得媒質の出力光と前記第２利得媒質の出力光を偏光合波し、偏光合波した信号光を偏光素子を通して出力するよう構成される。
このような光信号処理方法によれば、高いＳＮ比改善効果と小型化及び消費電力低減を図ることができる。
この目的を達成するため、本発明は、入力信号光を互いに直交する第１，第２偏光成分に分離し、入力光パワーに対し利得が第１の値で飽和する特性を持つ第１利得媒質に前記第１偏光成分を供給し、入力光パワーに対し利得が前記第１の値より小さな第２の値で飽和する特性を持つ第２利得媒質に前記第２偏光成分を供給し、前記第１利得媒質の出力光と前記第２利得媒質の出力光を偏光合波し、偏光合波した信号光を偏光素子を通して出力するよう構成される。
このような光信号処理方法によれば、高いＳＮ比改善効果と小型化及び消費電力低減を図ることができる。
図１は、従来の非線形ループミラーを用いた光信号処理装置の一例の構成図である。
図２は、従来の波長変換器を用いた光信号処理装置の一例の構成図である。
図３は、本発明の光信号処理装置の第１実施例のブロック構成図である。
図４は、ＳＧＤの利得特性及び光信号処理装置の入出力特性を示す図である。
図５は、本発明の光信号処理装置を説明するためのベクトル図である。
図６は、本発明の光信号処理装置の第２実施例のブロック構成図である。
図７は、本発明の光信号処理装置の第３実施例のブロック構成図である。
図８は、本発明の光信号処理装置の第４実施例のブロック構成図である。
図９は、本発明の光信号処理装置の第５実施例のブロック構成図である。
図１０は、本発明の光信号処理装置の第６実施例のブロック構成図である。
図１１は、ラマン増幅器で構成したＳＧＤの一実施例の構成図である。
図２は、従来の波長変換器を用いた光信号処理装置の一例の構成図である。
図３は、本発明の光信号処理装置の第１実施例のブロック構成図である。
図４は、ＳＧＤの利得特性及び光信号処理装置の入出力特性を示す図である。
図５は、本発明の光信号処理装置を説明するためのベクトル図である。
図６は、本発明の光信号処理装置の第２実施例のブロック構成図である。
図７は、本発明の光信号処理装置の第３実施例のブロック構成図である。
図８は、本発明の光信号処理装置の第４実施例のブロック構成図である。
図９は、本発明の光信号処理装置の第５実施例のブロック構成図である。
図１０は、本発明の光信号処理装置の第６実施例のブロック構成図である。
図１１は、ラマン増幅器で構成したＳＧＤの一実施例の構成図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の光信号処理装置の第１実施例のブロック構成図を示す。同図中、光信号処理装置２０には、光ファイバ２２から直線偏光の光信号が入力され偏光素子２４に供給される。偏光素子２４は、光信号を直交するｘ軸，ｙ軸の２つの成分に分離し、一方のｘ軸成分をＳＧＤ（Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ｄｅｖｉｃｅ：利得飽和媒質）２６に供給し、他方のｙ軸成分を反射鏡２８で反射してＳＧＤ３０に供給する。
ＳＧＤ２６は、図４に実線Ｉｘで示すように入力信号光のｘ軸成分がＰｓｘを超えると飽和する非線形の利得特性を有しており、ＳＧＤ２６で増幅されたｘ軸成分は反射鏡３２で反射されて偏光素子３４に供給される。また、ＳＧＤ３０は、図４に実線Ｉｙで示すように入力信号光のｙ軸成分がＰｓｙを超えると飽和する非線形の利得特性を有しており、ＳＧＤ３０で増幅されたｙ軸成分は減衰器３６を通して偏光素子３４に供給される。偏光素子３４では、上記ｘ軸，ｙ軸成分を偏波合成する。偏光素子３４の出力する光信号は偏光素子３８を通して光ファイバ３９に出力される。
ここで、図５に示すように、ｘ，ｙ軸に対し傾いた偏光状態で光信号処理装置２０に入力された光信号は、利得の偏光依存性のために透過後の偏光状態が変化する。ｘ軸向き偏光の利得の上限とｙ軸向きの利得の上限が異なれば、ＳＧＤ２６，３０への入力パワーによってＳＧＤ２６，３０の出力の合成光の偏光状態が変化する。
偏光素子３４で偏波合成した光信号が通過する偏光素子３８を、光信号処理装置２０の入力信号光が”０”レベルであるときに偏光素子３４の出力偏光を遮るように（偏光素子３４出力偏光と偏光素子３８の偏光とが直交するよう）設定することで、”０”レベルの雑音を低減することが可能である。また、”１”レベルの雑音が利得の上限値近傍の出力レベルに設定することで、”１”レベルの雑音を低減することができる。このようにして”０”レベルと”１”レベルの雑音を低減して光ＳＮ比を改善することができる。図４の実線ＩＩに光信号処理装置２０の入出力特性を示す。
以下に具体的なモデルを対象として数式を用いて説明する。
ＳＧＤ２６，３０として、利得飽和特性を持つ半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いた場合について説明する。半導体光増幅器の活性層の幅方向に平行な方向をｘ軸とし、それに直交する方向（活性層面に対して垂直方向）をｙ軸とする。そして、ＳＧＤ２６である半導体光増幅器にｘ軸に平行な電界成分の光を入射して、ＳＧＤ３０である半導体光増幅器にｙ軸に平行な電界成分の光を入射する。
光ファイバ２２から直線偏光で入力する入力信号光をＰｉｎとして、偏光素子２４でｘ軸の電界成分とｙ軸の電界成分に分離する。そのｘ軸成分をＰｉｎｘとし、ｙ軸成分をＰｉｎｙとする。なお、Ｐｉｎ＝（Ｐｉｎｘ２＋Ｐｉｎｙ２）１／２であり、１＜＜Ｐｉｎｙ／Ｐｉｎｘである。
ｘ軸成分、ｙ軸成分それぞれの成分に対する利得は、ＳＧＤ２６、３０が別々の半導体光増幅器なので自由に設定できる。これらをＧｘ、Ｇｙとして、以下のように（１），（２）式で示す。
Ｇｘ＝ａ （Ｐｉｎｘ＜Ｐｓｘの場合）
Ｇｘ＝ａ×Ｐｓｘ／Ｐｉｎｘ （Ｐｉｎｘ＞Ｐｓｘの場合）
…（１）
Ｇｙ＝ｂ （Ｐｉｎｙ＜Ｐｓｙの場合）
Ｇｙ＝ｂ×Ｐｓｙ／Ｐｉｎｙ （Ｐｉｎｙ＞Ｐｓｙの場合）
…（２）
ただし、ここでＰｓｘはｘ軸方向成分の飽和入力レベル、Ｐｓｙはｙ軸方向成分の飽和入力レベル、ａはｘ軸方向の未飽和利得（定数）、ｂはｙ軸方向の未飽和利得（定数）である。
このとき、ＳＧＤ２６，３０それぞれの出力光のｘ軸成分（Ｐｏｕｔｘ）、ｙ軸成分（Ｐｏｕｔｙ）は（３），（４）式のようになり、偏光素子３４の出力光の偏光の向きθｏｕｔは（５）式で表される。
Ｐｏｕｔｘ＝Ｇｘ×Ｐｉｎｘ …（３）
Ｐｏｕｔｙ＝Ｇｙ×Ｐｉｎｙ …（４）
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１（Ｐｏｕｔｙ／Ｐｏｕｔｘ） …（５）
ここで、Ｐｉｎｘ＜Ｐｉｎｙの角度設定でＳＧＤ２６，３０それぞれに入力信号光の各成分を入力する。Ｇｘ、Ｇｙは自由に設定できるので、ｙ軸成分の方がより小さい入力で利得飽和に達するように設定すると、θｏｕｔの値は（６ａ），（６ｂ），（６ｃ）式のようになる。
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｉｎｙ／Ｐｉｎｘ）］ …（６ａ）
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に未飽和時であり、θｏｕｔは一定値）
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｉｎｘ）］ …（６ｂ）
（Ｐｉｎｘ未飽和時であり、θｏｕｔはＰｉｎｘ増加につれて減少）
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｓｘ）］ …（６ｃ）
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に飽和時であり、θｏｕｔは一定値）
なお、この式の（Ｐｉｎｙ／Ｐｉｎｘ）は１より十分大きい一定値である。
偏光素子３４の出力側に偏光素子３８を配置し、Ｐｉｎｘ，Ｐｉｎｙ共に未飽和の時の出力の偏光の角度（θｏｕｔ＝θ０）に直交する角度の偏光を透過するように偏光素子３８を設定する。この偏光素子３８を透過後の光出力Ｐｏｕｔｐは（７）式のようになる。
Ｐｏｕｔｐ＝［（Ｐｏｕｔｘ）２＋（Ｐｏｕｔｙ）２］１／２
×ｃｏｓ（π／２−θ０＋θｏｕｔ） …（７）
ここで、θ０はＰｉｎｘ，Ｐｉｎｙが共に未飽和時のθｏｕｔである。この（７）式は（８ａ），（８ｂ），（８ｃ）式のようになる。
Ｐｏｕｔｐ＝０ …（８ａ）
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に未飽和時、ｃｏｓ（π／２）＝０ のため）
Ｐｏｕｔｐ＝［（Ｐｏｕｔｘ）２＋（Ｐｓｙ）２］１／２
×ｃｏｓ｛π／２−θ０＋ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｉｎｘ）］｝
（Ｐｉｎｘ未飽和時） …（８ｂ）
Ｐｏｕｔｐ＝［（Ｐｓｘ）２＋（Ｐｓｙ）２］１／２
×ｃｏｓ｛π／２−θ０＋ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｓｘ）］｝
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に飽和時） …（８ｃ）
このようにして、”０”レベルと”１”レベルの雑音を光レベルで抑圧することができる。
図６は、本発明の光信号処理装置の第２実施例のブロック構成図を示す。この実施例は、図３の光信号処理装置２０は原理的に偏光依存性があるため、この偏光依存性を解消するためのものである。
図６において、光信号処理装置４０には、導波路４１から入力信号光が供給される。この入力信号光を偏光分離器４２に供給して直交する２つの直線偏光成分（偏光−１、偏光−２）に分離し、各直線偏光の偏光角度を適当な角度に設定して２つの光信号処理部４４，４６に入力する。光信号処理部４４，４６それぞれは図３に示す光信号処理装置２０と同一構成である。
光信号処理部４４，４６それぞれの出力する直線偏光を互いに直交する状態にして偏光合成器４８に供給して偏波合成し、導波路４９から出力する。
これにより、大部分の偏光状態の入力に対して動作する光信号処理装置４０を構成することができる。
図７は、本発明の光信号処理装置の第３実施例のブロック構成図を示す。図７において、光信号処理装置５０には、導波路５１から入力信号光が供給される。この入力信号光を光カプラ５２で２分岐し、光増幅器５４と光検出器５６に供給する。
光検出器５６では入力信号光パワーの平均値Ｐａｖを検出してコントローラ５８に供給する。コントローラ５８は入力信号光パワーの平均値に応じて光増幅器５４の利得を制御する。
コントローラ５８は、入力信号光パワーの平均値Ｐａｖが基本設定値Ｐｓｅｔの場合、光増幅器５４の利得Ｇａｍｐを基本設定値Ｇｓｅｔにする。光信号処理部６２に供給される信号光パワーＰｏｓｐは、光増幅器５４と光信号処理部６２間の透過率Ｔを用いて、Ｐｏｓｐ＝Ｐａｖ×Ｇａｍｐ×Ｔ と表される。
ここで、光信号処理部６２の持つ光入力の上限値がＰｈで下限値がＰｌとすると、Ｐｏｓｐ＜Ｐｈの場合、コントローラ５８は利得Ｇａｍｐを次式の範囲となるように設定する。
Ｐｌ／（Ｐａｖ×Ｔ）＜Ｇａｍｐ＜Ｐｈ／（Ｐａｖ×Ｔ） …（９ａ）
また、Ｐｏｓｐ＞Ｐｈの場合、コントローラ５８は利得Ｇａｍｐを次式の範囲となるように設定する。
（Ｐａｖ×Ｔ）／Ｐｈ＜Ｇａｍｐ＜（Ｐａｖ×Ｔ）／Ｐｌ …（９ｂ）
光増幅器５４で増幅された光信号は光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６０において光増幅器５４で発生したＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音成分を除去されて光信号処理部６２に供給される。光信号処理装置６２は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０と同一構成であり、この光信号処理部６２の出力する信号光は導波路６５から出力される。なお、光バンドパスフィルタ６０は必要に応じて設ければ良く、必ずしも必要ではない。
図３または図６の光信号処理装置２０，４０は、特定範囲（上限値がＰｈで下限値がＰｌ）内の入力信号光パワーの２値デジタル信号に対して良好に雑音を低減する。したがって、光信号処理部６２に供給する光信号パワーを調整することで、全体として許容できる光入力パワーの幅を拡大することができる。
図８は、本発明の光信号処理装置の第４実施例のブロック構成図を示す。同図中、図７と同一部分には同一符号を付す。図８において、光信号処理装置７０には、導波路５１から入力信号光が供給される。この入力信号光を光カプラ５２で２分岐し、光増幅器５４と光検出器５６に供給する。
光検出器５６では入力信号光パワーの平均値Ｐａｖを検出してコントローラ７２に供給する。コントローラ７２は図７のコントローラ５８と同様に入力信号光パワーの平均値に応じて光増幅器５４の利得を制御する。この制御については第３実施例と同様であるので説明を省略する。
光増幅器５４で増幅された光信号は光信号処理部７４に供給される。光信号処理部７４は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０とほぼ同一構成であるが、温度調整機能及びＳＧＤ劣化補償機能（ＳＧＤ毎の駆動電流調整機能）を有しており、コントローラ７２の制御で温度調整及びＳＧＤ劣化補償を行う。
また、バイアス用レーザ光源７６は、コントローラ７２の制御に従って発光し、このバイアス用レーザ光は光カプラ７７において光増幅器５４の出力する光信号に合波されて光信号処理部７４に供給される。なお、光信号処理部７４内の各ＳＧＤの出力する信号光パワーは出力モニタ７８でＳＧＤ毎に検出されコントローラ７２に供給され、光信号処理部７４の出力する信号光は導波路７９から出力される。
コントローラ７２は、光信号処理部７４内の温度調整機能からＳＧＤの検出温度を供給され、ＳＧＤの温度が予め設定されている設定温度から±５℃以内となるように光信号処理部７４内の温度調整機能を制御する。
ＳＧＤの劣化は基本的に利得の減少として表われる。このため、コントローラ７２は、ＳＧＤ毎の出力モニタ７８の検出値Ｐｏｍと光信号処理部７４に入力される信号光パワーＰｏｓｐ（＝Ｐａｖ×Ｇａｍｐ×Ｔ）とからＳＧＤ毎に利得Ｇｓｇｄ（ｉ）を（１０）式により算出する。なお、添え字ｉは各ＳＧＤを表す番号である。
Ｇｓｇｄ（ｉ）＝Ａ（ｉ）×Ｐｏｍ（ｉ）／Ｐａｖ×Ｇａｍｐ×Ｔ …（１０）
そして、コントローラ７２は、Ｇｓｇｄ（ｉ）をＳＧＤ毎に予め設定されている設定利得Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）に近づけるように、光信号処理部７４内の各ＳＧＤの駆動電流Ｉｄ（ｉ）を制御する。具体的には、Ｇｓｇｄ（ｉ）＜Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときはＩｄ（ｉ）を増加させ、Ｇｓｇｄ（ｉ）＞Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときはＩｄ（ｉ）を変化させず保持する。
バイアス用レーザ光には、基本的に２つの効果がある。第１は、ＳＧＤへの光入力をバイアスして、光入力パワーが小さい場合にも飽和を生じやすくする点である。第２は、光入力がＳＧＤ内部でキャリアを消費して利得を得ているが、消費されたキャリアは駆動電流Ｉｄ（ｉ）とバイアス用レーザ光によって回復されるため、バイアス用レーザ光によりＳＧＤの応答速度が向上する点である。
このため、ＳＧＤ毎に利得Ｇｓｇｄ（ｉ）を一定にする制御が、駆動電流Ｉｄ（ｉ）の制御によって十分になされていない場合に、バイアス用レーザ光の光パワーＰｂｉａｓを制御する。具体的には、Ｇｓｇｄ（ｉ）＜Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときはＰｂｉａｓを増加させ、Ｇｓｇｄ（ｉ）＞Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときは応答速度に影響を与えないようＰｂｉａｓを変化させず保持する。
図９は、本発明の光信号処理装置の第５実施例のブロック構成図を示す。同図中、光信号処理装置８０には、導波路８１から入力信号光が供給され、波長変換器８２に供給される。波長変換器８２は、半導体光増幅器内の利得飽和領域での電子密度変化による屈折率変化の現象を利用した偏光依存性が小さい相互位相変調型波長変換器であり、レーザ光源８３から変換先波長の連続発光のレーザ光を供給される。
これにより、波長変換器８２からは、入力信号光の強度変調信号を持つ所定の偏光状態にした変換先波長の信号光が得られる。この光信号は、光バンドパスフィルタ８４で入力信号光成分を除去されて光信号処理部８６に供給される。光信号処理部８６は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０と同一構成である。光信号処理部８６の出力する信号光は光バンドパスフィルタ８８でＡＳＥ雑音成分を除去されて導波路８９から出力される。
ここで、光信号処理装置２０，４０は、入力信号光の偏光状態によっては、雑音抑圧が不充分になる可能性があるが、上記実施例ではより完全に偏光依存性を解消でき、充分に雑音抑圧を行うことができる。
図１０は、本発明の光信号処理装置の第６実施例のブロック構成図を示す。同図中、図９と同一部分には同一符号を付す。図１０において、光信号処理装置９０には、導波路９１から入力信号光が供給され、光カプラ９２で２分岐されて波長変換器９４と光クロック再生部９６に供給される。光クロック再生部９６では入力信号光（波長λｓ）から光クロック（波長λｃの連続光）を再生して波長変換器９４に供給する。
波長変換器９４は、半導体光増幅器内の利得飽和領域での電子密度変化による屈折率変化の現象を利用した偏光依存性が小さい相互位相変調型波長変換器であり、光クロック再生部９６から波長λｃの光クロックをバイアス光として供給される。
波長変換器９４は、光クロックをバイアス光として入力信号光と合わせて相互位相変調を行い、光クロックのパルスと光信号のパルスが重なっている時間領域でだけ波長変換が充分な効率で起こるように入力信号光のレベルや内蔵する半導体光増幅器の駆動電流を調整する。これにより、入力信号光のタイミング情報を再生してジッタのない光信号を出力する。
波長変換器９４の出力する光信号は光バンドパスフィルタ８４で入力信号光成分を除去されて光信号処理部８６に供給される。光信号処理部８６は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０と同一構成である。光信号処理部８６の出力する信号光は光バンドパスフィルタ８８でＡＳＥ雑音成分を除去されて導波路８９から出力される。
なお、光クロック再生部９６に関する参考文献としては、Ｈ．Ｋｕｒｉｔａ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｏｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ８１−Ｃ，Ｎｏ．２，ｐｐ．１２９（１９９８）等がある。
ところで、図３に示すＳＧＤ２６，３０として、利得飽和特性がある分布帰還型半導体レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）及び利得飽和特性がある半導体光増幅器（ＳＯＡ）を及びラマン増幅器を利用可能である。なお、ＤＦＢ−ＬＤに関する参考文献としては、武田，他，１９９９年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−１０−６１（１９９９）等があり、ＳＯＡに関する参考文献としては、Ｋ．Ｉｎｏｕｅ，ＩＥＥＥ，Ｐｈｏｔｏ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．８，ｐｐ４５８（１９９６）等がある。
図１１は、ラマン増幅器で構成したＳＧＤの一実施例の構成図を示す。同図中、入力信号光と、この信号光と同方向に伝播する励起光が光カプラ１０２を通して偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）１０６に供給されている。なお、入力信号光は偏波面保存光ファイバ１０６の片方の軸に平行な偏波状態とされている。偏波面保存光ファイバ１０６で構成されるラマン増幅器は偏波状態を保持した利得媒質として機能し、一般的にラマン増幅器は利得飽和特性を持つためＳＧＤとして利用できる。
偏波面保存光ファイバ１０６は例えばＫｍオーダーの長尺であるため、信号光と励起光との間に波長分散に起因するウォーク・オフが発生してビット毎の利得飽和特性に時間的なずれが発生するおそれがある。これを防止するために、偏波面保存光ファイバ１０６の途中に、光サーキュレータ１０８と、信号波長帯用ミラー１０９と励起波長帯用ミラー１１０とミラー１１１で構成され、信号光と歴光の時間的なずれを補償するための補償光学系を設けている。これにより、高いビットレートまで動作可能なＳＧＤとして利用できる。
本発明では、例えばＳＯＡやＤＦＢ−ＬＤ等をＳＧＤに用いれば、利得飽和のための入力パワーはデバイスの設計により自由度があるので、１０ｍＷ以下の入力で利得飽和を起こして消光比改善動作させる可能性がある。これに対し、従来のＮＯＬＭでは通常１００ｍＷ近いピークパワーの入力と数１００メートルから数ｋｍ長さの光ファイバの実装が必要である。このため、ＮＯＬＭに較べて小型化及び消費電力低減を図ることができる。
また、通常、入出力の波長が異なる波長変換器を用いた装置に較べて同一波長信号の入出力が可能となるため、光ＳＮ比改善装置として用いることでネットワーク構成上の制限を受けずに使用でき実際的な有用性が増す。
また、本発明では、ＳＧＤとして用いる利得飽和デバイス単体での”０”レベル（スペース）入力パワーでの出力パワーが”０”でない場合にも、２つのＳＧＤの未飽和時の利得を揃えるように調整すれば、偏光特性を利用することで理論的に”０”にできる。このことで、利用する利得飽和デバイスの特性によらず、消光比改善の効果を大きくできる。
なお、偏光素子２４が請求項記載の偏光分離手段に対応し、ＳＧＤ２６が第１利得媒質手段に対応し、ＳＧＤ３０が第２利得媒質手段に対応し、偏光素子３４が偏光合波手段に対応し、偏光素子３８が偏光手段に対応し、偏光分離器４２が第２偏光分離手段に対応し、光信号処理部４４が第１の光信号処理手段に対応し、光信号処理部４６が第２の光信号処理手段に対応し、偏光合波器４８が第２偏光合波手段に対応し、光増幅器５４が光増幅手段に対応し、コントローラ５８が利得制御手段に対応し、光信号処理部６２，７４，８６が光信号処理手段に対応し、バイアス用レーザ光源７６がバイアス光源手段に対応し、コントローラ７２が駆動電流制御手段に対応し、レーザ光源８３が連続光光源手段に対応し、波長変換器８２，９４が波長変換手段に対応し、光クロック再生部９６が光クロック再生手段に対応する。
図３は、本発明の光信号処理装置の第１実施例のブロック構成図を示す。同図中、光信号処理装置２０には、光ファイバ２２から直線偏光の光信号が入力され偏光素子２４に供給される。偏光素子２４は、光信号を直交するｘ軸，ｙ軸の２つの成分に分離し、一方のｘ軸成分をＳＧＤ（Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ｄｅｖｉｃｅ：利得飽和媒質）２６に供給し、他方のｙ軸成分を反射鏡２８で反射してＳＧＤ３０に供給する。
ＳＧＤ２６は、図４に実線Ｉｘで示すように入力信号光のｘ軸成分がＰｓｘを超えると飽和する非線形の利得特性を有しており、ＳＧＤ２６で増幅されたｘ軸成分は反射鏡３２で反射されて偏光素子３４に供給される。また、ＳＧＤ３０は、図４に実線Ｉｙで示すように入力信号光のｙ軸成分がＰｓｙを超えると飽和する非線形の利得特性を有しており、ＳＧＤ３０で増幅されたｙ軸成分は減衰器３６を通して偏光素子３４に供給される。偏光素子３４では、上記ｘ軸，ｙ軸成分を偏波合成する。偏光素子３４の出力する光信号は偏光素子３８を通して光ファイバ３９に出力される。
ここで、図５に示すように、ｘ，ｙ軸に対し傾いた偏光状態で光信号処理装置２０に入力された光信号は、利得の偏光依存性のために透過後の偏光状態が変化する。ｘ軸向き偏光の利得の上限とｙ軸向きの利得の上限が異なれば、ＳＧＤ２６，３０への入力パワーによってＳＧＤ２６，３０の出力の合成光の偏光状態が変化する。
偏光素子３４で偏波合成した光信号が通過する偏光素子３８を、光信号処理装置２０の入力信号光が”０”レベルであるときに偏光素子３４の出力偏光を遮るように（偏光素子３４出力偏光と偏光素子３８の偏光とが直交するよう）設定することで、”０”レベルの雑音を低減することが可能である。また、”１”レベルの雑音が利得の上限値近傍の出力レベルに設定することで、”１”レベルの雑音を低減することができる。このようにして”０”レベルと”１”レベルの雑音を低減して光ＳＮ比を改善することができる。図４の実線ＩＩに光信号処理装置２０の入出力特性を示す。
以下に具体的なモデルを対象として数式を用いて説明する。
ＳＧＤ２６，３０として、利得飽和特性を持つ半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いた場合について説明する。半導体光増幅器の活性層の幅方向に平行な方向をｘ軸とし、それに直交する方向（活性層面に対して垂直方向）をｙ軸とする。そして、ＳＧＤ２６である半導体光増幅器にｘ軸に平行な電界成分の光を入射して、ＳＧＤ３０である半導体光増幅器にｙ軸に平行な電界成分の光を入射する。
光ファイバ２２から直線偏光で入力する入力信号光をＰｉｎとして、偏光素子２４でｘ軸の電界成分とｙ軸の電界成分に分離する。そのｘ軸成分をＰｉｎｘとし、ｙ軸成分をＰｉｎｙとする。なお、Ｐｉｎ＝（Ｐｉｎｘ２＋Ｐｉｎｙ２）１／２であり、１＜＜Ｐｉｎｙ／Ｐｉｎｘである。
ｘ軸成分、ｙ軸成分それぞれの成分に対する利得は、ＳＧＤ２６、３０が別々の半導体光増幅器なので自由に設定できる。これらをＧｘ、Ｇｙとして、以下のように（１），（２）式で示す。
Ｇｘ＝ａ （Ｐｉｎｘ＜Ｐｓｘの場合）
Ｇｘ＝ａ×Ｐｓｘ／Ｐｉｎｘ （Ｐｉｎｘ＞Ｐｓｘの場合）
…（１）
Ｇｙ＝ｂ （Ｐｉｎｙ＜Ｐｓｙの場合）
Ｇｙ＝ｂ×Ｐｓｙ／Ｐｉｎｙ （Ｐｉｎｙ＞Ｐｓｙの場合）
…（２）
ただし、ここでＰｓｘはｘ軸方向成分の飽和入力レベル、Ｐｓｙはｙ軸方向成分の飽和入力レベル、ａはｘ軸方向の未飽和利得（定数）、ｂはｙ軸方向の未飽和利得（定数）である。
このとき、ＳＧＤ２６，３０それぞれの出力光のｘ軸成分（Ｐｏｕｔｘ）、ｙ軸成分（Ｐｏｕｔｙ）は（３），（４）式のようになり、偏光素子３４の出力光の偏光の向きθｏｕｔは（５）式で表される。
Ｐｏｕｔｘ＝Ｇｘ×Ｐｉｎｘ …（３）
Ｐｏｕｔｙ＝Ｇｙ×Ｐｉｎｙ …（４）
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１（Ｐｏｕｔｙ／Ｐｏｕｔｘ） …（５）
ここで、Ｐｉｎｘ＜Ｐｉｎｙの角度設定でＳＧＤ２６，３０それぞれに入力信号光の各成分を入力する。Ｇｘ、Ｇｙは自由に設定できるので、ｙ軸成分の方がより小さい入力で利得飽和に達するように設定すると、θｏｕｔの値は（６ａ），（６ｂ），（６ｃ）式のようになる。
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｉｎｙ／Ｐｉｎｘ）］ …（６ａ）
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に未飽和時であり、θｏｕｔは一定値）
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｉｎｘ）］ …（６ｂ）
（Ｐｉｎｘ未飽和時であり、θｏｕｔはＰｉｎｘ増加につれて減少）
θｏｕｔ＝ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｓｘ）］ …（６ｃ）
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に飽和時であり、θｏｕｔは一定値）
なお、この式の（Ｐｉｎｙ／Ｐｉｎｘ）は１より十分大きい一定値である。
偏光素子３４の出力側に偏光素子３８を配置し、Ｐｉｎｘ，Ｐｉｎｙ共に未飽和の時の出力の偏光の角度（θｏｕｔ＝θ０）に直交する角度の偏光を透過するように偏光素子３８を設定する。この偏光素子３８を透過後の光出力Ｐｏｕｔｐは（７）式のようになる。
Ｐｏｕｔｐ＝［（Ｐｏｕｔｘ）２＋（Ｐｏｕｔｙ）２］１／２
×ｃｏｓ（π／２−θ０＋θｏｕｔ） …（７）
ここで、θ０はＰｉｎｘ，Ｐｉｎｙが共に未飽和時のθｏｕｔである。この（７）式は（８ａ），（８ｂ），（８ｃ）式のようになる。
Ｐｏｕｔｐ＝０ …（８ａ）
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に未飽和時、ｃｏｓ（π／２）＝０ のため）
Ｐｏｕｔｐ＝［（Ｐｏｕｔｘ）２＋（Ｐｓｙ）２］１／２
×ｃｏｓ｛π／２−θ０＋ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｉｎｘ）］｝
（Ｐｉｎｘ未飽和時） …（８ｂ）
Ｐｏｕｔｐ＝［（Ｐｓｘ）２＋（Ｐｓｙ）２］１／２
×ｃｏｓ｛π／２−θ０＋ｔａｎ−１［（ｂ／ａ）×（Ｐｓｙ／Ｐｓｘ）］｝
（Ｐｉｎｙ，Ｐｉｎｘ共に飽和時） …（８ｃ）
このようにして、”０”レベルと”１”レベルの雑音を光レベルで抑圧することができる。
図６は、本発明の光信号処理装置の第２実施例のブロック構成図を示す。この実施例は、図３の光信号処理装置２０は原理的に偏光依存性があるため、この偏光依存性を解消するためのものである。
図６において、光信号処理装置４０には、導波路４１から入力信号光が供給される。この入力信号光を偏光分離器４２に供給して直交する２つの直線偏光成分（偏光−１、偏光−２）に分離し、各直線偏光の偏光角度を適当な角度に設定して２つの光信号処理部４４，４６に入力する。光信号処理部４４，４６それぞれは図３に示す光信号処理装置２０と同一構成である。
光信号処理部４４，４６それぞれの出力する直線偏光を互いに直交する状態にして偏光合成器４８に供給して偏波合成し、導波路４９から出力する。
これにより、大部分の偏光状態の入力に対して動作する光信号処理装置４０を構成することができる。
図７は、本発明の光信号処理装置の第３実施例のブロック構成図を示す。図７において、光信号処理装置５０には、導波路５１から入力信号光が供給される。この入力信号光を光カプラ５２で２分岐し、光増幅器５４と光検出器５６に供給する。
光検出器５６では入力信号光パワーの平均値Ｐａｖを検出してコントローラ５８に供給する。コントローラ５８は入力信号光パワーの平均値に応じて光増幅器５４の利得を制御する。
コントローラ５８は、入力信号光パワーの平均値Ｐａｖが基本設定値Ｐｓｅｔの場合、光増幅器５４の利得Ｇａｍｐを基本設定値Ｇｓｅｔにする。光信号処理部６２に供給される信号光パワーＰｏｓｐは、光増幅器５４と光信号処理部６２間の透過率Ｔを用いて、Ｐｏｓｐ＝Ｐａｖ×Ｇａｍｐ×Ｔ と表される。
ここで、光信号処理部６２の持つ光入力の上限値がＰｈで下限値がＰｌとすると、Ｐｏｓｐ＜Ｐｈの場合、コントローラ５８は利得Ｇａｍｐを次式の範囲となるように設定する。
Ｐｌ／（Ｐａｖ×Ｔ）＜Ｇａｍｐ＜Ｐｈ／（Ｐａｖ×Ｔ） …（９ａ）
また、Ｐｏｓｐ＞Ｐｈの場合、コントローラ５８は利得Ｇａｍｐを次式の範囲となるように設定する。
（Ｐａｖ×Ｔ）／Ｐｈ＜Ｇａｍｐ＜（Ｐａｖ×Ｔ）／Ｐｌ …（９ｂ）
光増幅器５４で増幅された光信号は光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６０において光増幅器５４で発生したＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音成分を除去されて光信号処理部６２に供給される。光信号処理装置６２は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０と同一構成であり、この光信号処理部６２の出力する信号光は導波路６５から出力される。なお、光バンドパスフィルタ６０は必要に応じて設ければ良く、必ずしも必要ではない。
図３または図６の光信号処理装置２０，４０は、特定範囲（上限値がＰｈで下限値がＰｌ）内の入力信号光パワーの２値デジタル信号に対して良好に雑音を低減する。したがって、光信号処理部６２に供給する光信号パワーを調整することで、全体として許容できる光入力パワーの幅を拡大することができる。
図８は、本発明の光信号処理装置の第４実施例のブロック構成図を示す。同図中、図７と同一部分には同一符号を付す。図８において、光信号処理装置７０には、導波路５１から入力信号光が供給される。この入力信号光を光カプラ５２で２分岐し、光増幅器５４と光検出器５６に供給する。
光検出器５６では入力信号光パワーの平均値Ｐａｖを検出してコントローラ７２に供給する。コントローラ７２は図７のコントローラ５８と同様に入力信号光パワーの平均値に応じて光増幅器５４の利得を制御する。この制御については第３実施例と同様であるので説明を省略する。
光増幅器５４で増幅された光信号は光信号処理部７４に供給される。光信号処理部７４は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０とほぼ同一構成であるが、温度調整機能及びＳＧＤ劣化補償機能（ＳＧＤ毎の駆動電流調整機能）を有しており、コントローラ７２の制御で温度調整及びＳＧＤ劣化補償を行う。
また、バイアス用レーザ光源７６は、コントローラ７２の制御に従って発光し、このバイアス用レーザ光は光カプラ７７において光増幅器５４の出力する光信号に合波されて光信号処理部７４に供給される。なお、光信号処理部７４内の各ＳＧＤの出力する信号光パワーは出力モニタ７８でＳＧＤ毎に検出されコントローラ７２に供給され、光信号処理部７４の出力する信号光は導波路７９から出力される。
コントローラ７２は、光信号処理部７４内の温度調整機能からＳＧＤの検出温度を供給され、ＳＧＤの温度が予め設定されている設定温度から±５℃以内となるように光信号処理部７４内の温度調整機能を制御する。
ＳＧＤの劣化は基本的に利得の減少として表われる。このため、コントローラ７２は、ＳＧＤ毎の出力モニタ７８の検出値Ｐｏｍと光信号処理部７４に入力される信号光パワーＰｏｓｐ（＝Ｐａｖ×Ｇａｍｐ×Ｔ）とからＳＧＤ毎に利得Ｇｓｇｄ（ｉ）を（１０）式により算出する。なお、添え字ｉは各ＳＧＤを表す番号である。
Ｇｓｇｄ（ｉ）＝Ａ（ｉ）×Ｐｏｍ（ｉ）／Ｐａｖ×Ｇａｍｐ×Ｔ …（１０）
そして、コントローラ７２は、Ｇｓｇｄ（ｉ）をＳＧＤ毎に予め設定されている設定利得Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）に近づけるように、光信号処理部７４内の各ＳＧＤの駆動電流Ｉｄ（ｉ）を制御する。具体的には、Ｇｓｇｄ（ｉ）＜Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときはＩｄ（ｉ）を増加させ、Ｇｓｇｄ（ｉ）＞Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときはＩｄ（ｉ）を変化させず保持する。
バイアス用レーザ光には、基本的に２つの効果がある。第１は、ＳＧＤへの光入力をバイアスして、光入力パワーが小さい場合にも飽和を生じやすくする点である。第２は、光入力がＳＧＤ内部でキャリアを消費して利得を得ているが、消費されたキャリアは駆動電流Ｉｄ（ｉ）とバイアス用レーザ光によって回復されるため、バイアス用レーザ光によりＳＧＤの応答速度が向上する点である。
このため、ＳＧＤ毎に利得Ｇｓｇｄ（ｉ）を一定にする制御が、駆動電流Ｉｄ（ｉ）の制御によって十分になされていない場合に、バイアス用レーザ光の光パワーＰｂｉａｓを制御する。具体的には、Ｇｓｇｄ（ｉ）＜Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときはＰｂｉａｓを増加させ、Ｇｓｇｄ（ｉ）＞Ｇｓｇｄ−ｓｅｔ（ｉ）のときは応答速度に影響を与えないようＰｂｉａｓを変化させず保持する。
図９は、本発明の光信号処理装置の第５実施例のブロック構成図を示す。同図中、光信号処理装置８０には、導波路８１から入力信号光が供給され、波長変換器８２に供給される。波長変換器８２は、半導体光増幅器内の利得飽和領域での電子密度変化による屈折率変化の現象を利用した偏光依存性が小さい相互位相変調型波長変換器であり、レーザ光源８３から変換先波長の連続発光のレーザ光を供給される。
これにより、波長変換器８２からは、入力信号光の強度変調信号を持つ所定の偏光状態にした変換先波長の信号光が得られる。この光信号は、光バンドパスフィルタ８４で入力信号光成分を除去されて光信号処理部８６に供給される。光信号処理部８６は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０と同一構成である。光信号処理部８６の出力する信号光は光バンドパスフィルタ８８でＡＳＥ雑音成分を除去されて導波路８９から出力される。
ここで、光信号処理装置２０，４０は、入力信号光の偏光状態によっては、雑音抑圧が不充分になる可能性があるが、上記実施例ではより完全に偏光依存性を解消でき、充分に雑音抑圧を行うことができる。
図１０は、本発明の光信号処理装置の第６実施例のブロック構成図を示す。同図中、図９と同一部分には同一符号を付す。図１０において、光信号処理装置９０には、導波路９１から入力信号光が供給され、光カプラ９２で２分岐されて波長変換器９４と光クロック再生部９６に供給される。光クロック再生部９６では入力信号光（波長λｓ）から光クロック（波長λｃの連続光）を再生して波長変換器９４に供給する。
波長変換器９４は、半導体光増幅器内の利得飽和領域での電子密度変化による屈折率変化の現象を利用した偏光依存性が小さい相互位相変調型波長変換器であり、光クロック再生部９６から波長λｃの光クロックをバイアス光として供給される。
波長変換器９４は、光クロックをバイアス光として入力信号光と合わせて相互位相変調を行い、光クロックのパルスと光信号のパルスが重なっている時間領域でだけ波長変換が充分な効率で起こるように入力信号光のレベルや内蔵する半導体光増幅器の駆動電流を調整する。これにより、入力信号光のタイミング情報を再生してジッタのない光信号を出力する。
波長変換器９４の出力する光信号は光バンドパスフィルタ８４で入力信号光成分を除去されて光信号処理部８６に供給される。光信号処理部８６は、図３または図６に示す光信号処理装置２０，４０と同一構成である。光信号処理部８６の出力する信号光は光バンドパスフィルタ８８でＡＳＥ雑音成分を除去されて導波路８９から出力される。
なお、光クロック再生部９６に関する参考文献としては、Ｈ．Ｋｕｒｉｔａ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｏｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ８１−Ｃ，Ｎｏ．２，ｐｐ．１２９（１９９８）等がある。
ところで、図３に示すＳＧＤ２６，３０として、利得飽和特性がある分布帰還型半導体レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）及び利得飽和特性がある半導体光増幅器（ＳＯＡ）を及びラマン増幅器を利用可能である。なお、ＤＦＢ−ＬＤに関する参考文献としては、武田，他，１９９９年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−１０−６１（１９９９）等があり、ＳＯＡに関する参考文献としては、Ｋ．Ｉｎｏｕｅ，ＩＥＥＥ，Ｐｈｏｔｏ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．８，ｐｐ４５８（１９９６）等がある。
図１１は、ラマン増幅器で構成したＳＧＤの一実施例の構成図を示す。同図中、入力信号光と、この信号光と同方向に伝播する励起光が光カプラ１０２を通して偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）１０６に供給されている。なお、入力信号光は偏波面保存光ファイバ１０６の片方の軸に平行な偏波状態とされている。偏波面保存光ファイバ１０６で構成されるラマン増幅器は偏波状態を保持した利得媒質として機能し、一般的にラマン増幅器は利得飽和特性を持つためＳＧＤとして利用できる。
偏波面保存光ファイバ１０６は例えばＫｍオーダーの長尺であるため、信号光と励起光との間に波長分散に起因するウォーク・オフが発生してビット毎の利得飽和特性に時間的なずれが発生するおそれがある。これを防止するために、偏波面保存光ファイバ１０６の途中に、光サーキュレータ１０８と、信号波長帯用ミラー１０９と励起波長帯用ミラー１１０とミラー１１１で構成され、信号光と歴光の時間的なずれを補償するための補償光学系を設けている。これにより、高いビットレートまで動作可能なＳＧＤとして利用できる。
本発明では、例えばＳＯＡやＤＦＢ−ＬＤ等をＳＧＤに用いれば、利得飽和のための入力パワーはデバイスの設計により自由度があるので、１０ｍＷ以下の入力で利得飽和を起こして消光比改善動作させる可能性がある。これに対し、従来のＮＯＬＭでは通常１００ｍＷ近いピークパワーの入力と数１００メートルから数ｋｍ長さの光ファイバの実装が必要である。このため、ＮＯＬＭに較べて小型化及び消費電力低減を図ることができる。
また、通常、入出力の波長が異なる波長変換器を用いた装置に較べて同一波長信号の入出力が可能となるため、光ＳＮ比改善装置として用いることでネットワーク構成上の制限を受けずに使用でき実際的な有用性が増す。
また、本発明では、ＳＧＤとして用いる利得飽和デバイス単体での”０”レベル（スペース）入力パワーでの出力パワーが”０”でない場合にも、２つのＳＧＤの未飽和時の利得を揃えるように調整すれば、偏光特性を利用することで理論的に”０”にできる。このことで、利用する利得飽和デバイスの特性によらず、消光比改善の効果を大きくできる。
なお、偏光素子２４が請求項記載の偏光分離手段に対応し、ＳＧＤ２６が第１利得媒質手段に対応し、ＳＧＤ３０が第２利得媒質手段に対応し、偏光素子３４が偏光合波手段に対応し、偏光素子３８が偏光手段に対応し、偏光分離器４２が第２偏光分離手段に対応し、光信号処理部４４が第１の光信号処理手段に対応し、光信号処理部４６が第２の光信号処理手段に対応し、偏光合波器４８が第２偏光合波手段に対応し、光増幅器５４が光増幅手段に対応し、コントローラ５８が利得制御手段に対応し、光信号処理部６２，７４，８６が光信号処理手段に対応し、バイアス用レーザ光源７６がバイアス光源手段に対応し、コントローラ７２が駆動電流制御手段に対応し、レーザ光源８３が連続光光源手段に対応し、波長変換器８２，９４が波長変換手段に対応し、光クロック再生部９６が光クロック再生手段に対応する。
Claims (14)
- 入力信号光を互いに直交する第１，第２偏光成分に分離し、
入力光パワーに対し利得が第１の値で飽和する特性を持つ第１利得媒質に前記第１偏光成分を供給し、
入力光パワーに対し利得が前記第１の値より小さな第２の値で飽和する特性を持つ第２利得媒質に前記第２偏光成分を供給し、
前記第１利得媒質の出力光と前記第２利得媒質の出力光を偏光合波し、
偏光合波した信号光を偏光素子を通して出力する光信号処理方法。 - 入力信号光を互いに直交する第１，第２偏光成分に分離する偏光分離手段と、
入力光パワーに対し利得が第１の値で飽和する特性を持ち前記第１偏光成分が供給される第１利得媒質手段と、
入力光パワーに対し利得が前記第１の値より小さな第２の値で飽和する特性を持ち前記第２偏光成分が供給される第２利得媒質手段と、
前記第１利得媒質手段の出力光と前記第２利得媒質手段の出力光を偏光合成する偏光合波手段と、
前記偏光合波手段の出力する信号光を供給されて偏光する偏光手段を
有する光信号処理装置。 - 入力信号光を互いに直交する第１，第２偏光成分に分離する第２偏光分離手段と、
前記第１偏光成分を所定の偏光角度で供給される請求項２記載の光信号処理装置と同一構成の第１の光信号処理手段と、
前記第２偏光成分を所定の偏光角度で供給される請求項２記載の光信号処理装置と同一構成の第２の光信号処理手段と、
前記第１の光信号処理手段の出力光と前記第２の光信号処理手段の出力光を偏光合成する第２偏光合波手段を
有する光信号処理装置。 - 入力信号光を増幅する光増幅手段と、
前記入力信号光のパワーを検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出された信号光パワーに応じて前記光増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、
前記光増幅手段の出力する信号光を供給される請求項２記載の光信号処理装置と同一構成の光信号処理手段を
有する光信号処理装置。 - 入力信号光を増幅する光増幅手段と、
前記入力信号光のパワーを検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出された信号光パワーに応じて前記光増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、
前記光増幅手段の出力する信号光を供給される請求項３記載の光信号処理装置と同一構成の光信号処理手段を
有する光信号処理装置。 - 請求項４または５記載の光信号処理装置において、
前記光増幅手段の出力する信号光に合波して前記光信号処理手段に供給するバイアス光を出力するバイアス光源手段を
有する光信号処理装置。 - 請求項４または５記載の光信号処理装置において、
前記光増幅手段の出力する信号光パワーと、前記光信号処理手段内の複数の利得媒質手段それぞれの出力する信号光パワーから前記複数の利得媒質手段それぞれの利得を求め、前記複数の利得媒質手段それぞれの利得が予め設定された値となるよう前記複数の利得媒質手段それぞれの駆動電流を制御する駆動電流制御手段を
有する光信号処理装置。 - 連続発光のレーザ光を出力する連続光光源手段と、
入力信号光と前記連続発光のレーザ光を供給され前記連続発光のレーザ光の波長で入力信号光の強度変調信号を持つ所定の偏光状態の信号光を出力する波長変換手段と、
前記波長変換手段の出力する信号光を供給される請求項２記載の光信号処理装置と同一構成の光信号処理手段を
有する光信号処理装置。 - 連続発光のレーザ光を出力する連続光光源手段と、
入力信号光と前記連続発光のレーザ光を供給され前記連続発光のレーザ光の波長で入力信号光の強度変調信号を持つ所定の偏光状態の信号光を出力する波長変換手段と、
前記波長変換手段の出力する信号光を供給される請求項３記載の光信号処理装置と同一構成の光信号処理手段を
有する光信号処理装置。 - 入力信号光から光クロックを再生する光クロック再生手段と、
入力信号光と再生された光クロックを供給され前記光クロックの波長で入力信号光の強度変調信号を持つ所定の偏光状態の信号光を出力する波長変換手段と、
前記波長変換手段の出力する信号光を供給される請求項２記載の光信号処理装置と同一構成の光信号処理手段を
有する光信号処理装置。 - 入力信号光から光クロックを再生する光クロック再生手段と、
入力信号光と再生された光クロックを供給され前記光クロックの波長で入力信号光の強度変調信号を持つ所定の偏光状態の信号光を出力する波長変換手段と、
前記波長変換手段の出力する信号光を供給される請求項３記載の光信号処理装置と同一構成の光信号処理手段を
有する光信号処理装置。 - 請求項２記載の光信号処理装置において、
前記第１，第２利得媒質手段それぞれは、半導体光増幅器である光信号処理装置。 - 請求項２記載の光信号処理装置において、
前記第１，第２利得媒質手段それぞれは、分布帰還型レーザダイオードである光信号処理装置。 - 請求項２記載の光信号処理装置において、
前記第１，第２利得媒質手段それぞれは、ラマン増幅器である光信号処理装置。
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