JPWO2006118153A1 - 光アナログ／ディジタル変換方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

簡易な構成で、高速な光アナログ／ディジタル変換処理を実現することを目的とし、入力された光アナログ信号Ｓｉｎを標本化した各光パルス列Ｓ１１を分岐して各光パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列を生成出力する光パルス分岐遅延合波器４０と、光パルス列Ｓ１２の符号化および量子化を行って光アナログ信号Ｓｉｎに対応する光ディジタル信号Ｓｏｕｔを出力する光符号器６０および光閾値処理器７０とを備える。

Description

この発明は、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／ディジタル変換方法およびその装置に関し、特に、簡易な処理および構成で高速な光アナログ／ディジタル変換を行うことができる光アナログ／ディジタル変換方法およびその装置に関するものである。

従来から、アナログ／ディジタル変換処理は、離散化、量子化、および符号化を行うことによって実現され、これらの離散化、量子化、および符号化のすべての処理は半導体を用いた電気処理によって行われていた。

光によるアナログ／ディジタル変換を高速化させるために、離散化処理では、時間多重化された光信号分離の方法である四光波混合や、非線形ループミラーや、光学結晶の高調波発生を用いた手法を適用することができる。また、量子化には、高次ソリトンを利用した方法、ラマンおよび自己周波数変調による自己周波数シフトを利用した方法などがある。

特開２０００−１０１２９号公報 山本貴司ほか，「超高速非線形光ループミラーによるサブテラビットＴＤＭ光信号の多重分離」，電子情報通信学会論文誌，Ｃ−１，電子情報通信学会発行，Ｖｏｌ．Ｊ８２−Ｃ−Ｉ，ｐｐ．１０９−１１６，１９９９年３月

しかしながら、光によるアナログ／ディジタル変換の符号化は実現されておらず、最終的にすべてのアナログ／ディジタル変換処理を光処理で行うことができなかった。このため、本発明者らは、特願２００３−３８６８９８号および特願２００４−１６７２３０号で示したような符号器と閾値処理器とを用いることによって光符号化を実現し、最終的に光によるアナログ／ディジタル変換処理を実現することができた。

しかしながら、上述した符号化では、たとえばｎビットの符号化を行う場合、ｎ個の符号器とｎ個の閾値処理器とを設ける必要があり、装置の大型化を招くとともに、制御の困難性を招くという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で容易に光アナログ／ディジタル変換処理を行うことができる光アナログ／ディジタル変換方法およびその装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法は、入力された光アナログ信号を標本化した各光アナログ信号パルスを分岐して各光アナログ信号パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光アナログ信号パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列を生成出力する光パルス分岐遅延合波ステップと、前記光パルス列の符号化および量子化を行って前記光アナログ信号に対応する光ディジタル信号を出力する量子・符号化ステップと、を含むことを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法は、上記の発明において、前記光パルス列に同期したプローブ光パルス列を生成するプローブ光生成ステップを含み、前記量子・符号化ステップは、光ファイバの非線形効果を用いて前記光パルス列の強度に応じた前記プローブ光パルス列の光出力を行う光スイッチを用いて量子・符号化を行う量子・符号化ステップを含むことを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法は、上記の発明において、前記量子・符号化ステップは、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列の２つの入力と、前記プローブ光パルス列の透過光あるいは反射光の１つの出力または２つの出力を有する非線形光ファイバループミラーを用い、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列が光合波器において時間的に重なるように所定の時間差をもたせて合波されることを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法は、上記の発明において、前記光パルス分岐遅延合波ステップは、ｎ（ｎは自然数）ビット符号化を行う場合、前記複製光アナログ信号パルスをｎ個複製し、このｎ個の複製光アナログ信号パルスが異なる強度比をもつように減衰あるいは増幅することを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法は、上記の発明において、前記量子・符号化ステップは、光強度に対する入出力特性が所定の周期性を有する光非線形素子を用いて符号化を行い、該光非線形素子は、少なくとも半周期の２^{（ｎ−１）}倍の周期を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法は、上記の発明において、前記光パルス列に同期した２値プローブ光パルス列を生成する２値プローブ光生成ステップを含み、前記量子・符号化ステップは、非線形光学効果を用いて前記量子・符号化されたプローブ光パルス列の強度に応じて２値化したディジタルパルス列を生成する閾値処理ステップを備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、入力された光アナログ信号を標本化した各光アナログ信号パルスを分岐して各光アナログ信号パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光アナログ信号パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列を生成出力する光パルス分岐遅延合波手段と、前記光パルス列の符号化および量子化を行って前記光アナログ信号に対応する光ディジタル信号を出力する量子・符号化手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、上記の発明において、前記光パルス列に同期したプローブ光パルス列を生成するプローブ光生成手段を備え、前記量子・符号化手段は、光ファイバの非線形効果を用いて前記光パルス列の強度に応じた前記プローブ光パルス列の光出力を行う光スイッチを用いて符号化を行う符号手段を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、上記の発明において、前記符号手段は、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列の２つの入力と、前記プローブ光パルス列の透過光あるいは反射光の１つの出力または２つの出力を有する非線形光ファイバループミラーを用い、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列が光合波器において時間的に重なるように所定の時間差をもたせて合波されることを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、上記の発明において、前記光パルス分岐遅延合波手段は、ｎ（ｎは自然数）ビット符号化を行う場合、前記複製光アナログ信号パルスをｎ個複製し、このｎ個の複製光アナログ信号パルスが異なる強度比をもつように減衰あるいは増幅することを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、上記の発明において、前記量子・符号化手段は、光強度に対する入出力特性が所定の周期性を有する光非線形素子を用いて符号化を行い、該光非線形素子は、少なくとも半周期の２^{（ｎ−１）}倍の周期を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、上記の発明において、前記光パルス列に同期した２値のプローブ光パルス列を生成する２値プローブ光生成手段を備え、前記量子・符号化手段は、非線形光学効果を用いて前記量子・符号化されたプローブ光パルス列の強度に応じて２値化したディジタルパルス列を生成する閾値処理化手段を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換装置は、上記の発明において、前記閾値処理化手段は、１つの入力と１つの出力とを有し、ループ中に非対称に配置に配置された光減衰器を有した非線形光ファイバループミラーであり、符号化されたパルス列の入力強度に対して非線形な出力特性をもって該パルス列の２値化を行うことを特徴とする。

この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法およびその装置では、光パルス分岐遅延合波手段が、入力された光アナログ信号を標本化した各光アナログ信号パルスを分岐して各光アナログ信号パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光アナログ信号パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列を生成出力し、量子・符号化手段が、前記光パルス列の符号化および量子化を行って前記光アナログ信号に対応する光ディジタル信号を出力するようにしているので、１つの量子・符号化手段で処理することができ、結果的に光アナログ／ディジタル変換処理を簡易な構成で容易に行うことができるという効果を奏する。

図１は、この発明の実施の形態１にかかる光アナログ／ディジタル変換装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示した光アナログ／ディジタル変換装置の概要動作を説明するブロック図である。 図３は、図１に示した制御光を生成する光パルス分岐遅延合波器の詳細構成を示すブロック図である。 図４は、図１に示したプローブ光を生成する光パルス分岐遅延合波器の詳細構成を示すブロック図である。 図５は、図１に示した光符号器の詳細構成を示す図である。 図６は、光符号器の入出力特性を示す図である。 図７、図１に示した光符号器の動作を説明する図である。 図８は、図１に示した光閾値処理器の詳細構成を示す図である。 図９は、図１に示した光閾値処理器の動作を説明する図である。 図１０は、この発明の実施の形態２にかかる光アナログ／ディジタル変換装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，２ 光アナログ／ディジタル変換装置
１０ 標本化信号発生器
２０ 光標本化回路
３０，８２ 光源
４０，５０ 光パルス分岐遅延合波器
４１，５１ 分岐部
４２−１〜４２−３，５２−１〜５２−３ 光遅延器
４３−１〜４３−３，１７６ 光減衰器
４４，５４ 合波部
６０，１６０ 光符号器
６１，７１，１６１，１７１ 高非線形ファイバ
６２，６３，７２，７３，８１，１６３，１６６，１７４，１７５ 光カプラ
６４，７４，７６ 光アイソレータ
６５，７５，１６７ 光帯域通過フィルタ
６９，７９ 光ファイバケーブル
７０，１７０ 光閾値処理器
１５１，１５２，１７２ 光増幅器 １５３ ＯＤＬ
１６２，１７３ 光サーキュレータ
１６４，１６５，１７５ 偏波コントローラ

以下、この発明を実施するための最良の形態である光アナログ／ディジタル変換方法およびその装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる光アナログ／ディジタル変換装置の概要構成を示すブロック図である。この光アナログ／ディジタル変換装置１は、入力された光アナログ信号Ｓｉｎを標本化し、符号化し、量子化することによって光ディジタル信号Ｓｏｕｔを出力するものである。

図１において、標本化信号発生器１０は、標本化信号の基準となる所定の周波数の信号を発生し、光標本化回路２０および光源３０に出力する。光標本化回路２０には、光アナログ／ディジタル変換される波長λ_２の光アナログ信号Ｓｉｎが入力され、この光アナログ信号Ｓｉｎは、標本化信号発生器１０から入力される標本化信号の周期によって標本化された光パルス列Ｓ１１を出力する。一方、光源３０は、所定の波長λ_１を有し、一定の信号レベルを信号光のパルス列を出力する。なお、光標本化回路２０は、たとえば光時間多重の分離処理などの公知の回路によって実現される（非特許文献１参照）。

光パルス分岐遅延合波器４０は、光標本化回路２０から出力された光パルス列Ｓ１１の各パルスを光分岐し、符号化すべきビット数と同数のパルスを複製し、この複製した各パルスに対して所定の強度比で所定の時間差をもたせ、その後合波することによって時間的に連続した高速な光パルス列Ｓ１２を生成し、光符号器６０に対する制御光として出力される。この強度比は好ましくは、２のべき乗の関係を有する。たとえば、標本化タイミングｔ_１の光パルスは、３ビットの場合、１：２：４、すなわち２^０：２^１：２^２の強度比で時間的に連続したパルス列Ｓ１２となる。

一方、光パルス分岐遅延合波器５０は、光パルス分岐遅延合波器４０と同様に、光源３０から出力された光パルス列Ｓ２１の各パルスを光分岐し、符号化すべきビット数と同数のパルスを複製し、この複製した各パルスに対して同じ強度比で所定の時間差をもたせ、その後合波することによって時間的に連続した光パルス列Ｓ２２を生成し、光符号器６０に対するプローブ光として出力される。ここで、光パルス分岐遅延合波器５０が光パルス分岐遅延合波器４０と異なるのは各光パルス列Ｓ２２の光強度は同じに揃えられていることである。すなわち、光パルス分岐遅延合波器４０が生成する光パルス列に同期したｎビットのパルス列を生成する。

光符号器６０は、入力される制御光のパワーレベルに対する出力信号光のパワーレベルの周期特性を有し、入力されるプローブ光としての光パルス列Ｓ２２を、制御光としての光パルス列Ｓ１２の強度に従って符号化し、光パルス列Ｓ１３として光閾値処理器７０に出力する。この周期は、ｎビット符号化の場合、半周期（Ｔ／２）の２^{（ｎ−１）}倍の周期をもつことが好ましい。たとえば、３ビット符号化の場合、半周期の４倍、すなわち２周期分の周期特性をもつことが好ましい。

光閾値処理器７０は、入力される波長λ_３の信号光Ｓ３１を、符号化された光パルス列Ｓ１３の光強度に応じて所定の２値に量子化した光ディジタル信号Ｓｏｕｔとして出力する。なお、ＬＤ８２は、光パルス分岐遅延合波器５０から出力される光パルス列Ｓ２２を光カプラ８１で分岐し、この分岐された光パルス列Ｓ２２を参照して出力される光パルス列Ｓ１３を出力する。また、光閾値処理器７０は、１ビット量子化として説明しているが多値に量子化してもよい。

ここで、図２を参照して、この光アナログ／ディジタル変換装置１の全体的な動作について説明する。図２に示すように、入力された光アナログ信号Ｓｉｎは、タイミングｔ_１，ｔ_２で標本化され、光パルス分岐遅延合波器４０に出力される。光パルス分岐遅延合波器４０は、ｎビット符号化の場合、１：２・１：…：２・（ｎ−１）の光強度比、かつ所定の時間差をもつ、時間的に連続した光パルス列を出力する。たとえば、３ビット符号化の場合、１：２：４の光強度比をもつ３個の光パルス列Ｓ１２をシリアル出力する。その後、この光パルス列Ｓ１２は、１つの光符号器６０によって各光パルス列Ｓ１２を順次符号化し、１つの光閾値処理器７０によって順次２値化した光ディジタル信号Ｓｏｕｔを出力する。

図３は、光パルス分岐遅延合波器４０の詳細構成を示すブロック図である。この光パルス分岐遅延合波器４０は、３ビット符号化に対応する場合を示している。図３に示すように、入力された光パルス列Ｓ１１は、まず分岐部４１によって光パルス列Ｓ１１の各パルスが同じ強度比をもって分岐され、この分岐された各複製光パルスに、それぞれ遅延器４２−１〜４２−３によってそれぞれ遅延量Δτ、２・Δτ、３・Δτが与えられて各複製パルス間に所定の時間差Δτを付与し、さらに時間差Δτの小さい順に各減衰器４３−１〜４３−３によってそれぞれ（１／２^０）：（１／２^１）：（１／２^２）の減衰量が与えられ、その後合波器４４によって合波されることによって光パルス列Ｓ１２が生成出力される。

一方、図４は、光パルス分岐遅延合波器５０の詳細構成を示すブロック図である。図４に示すように、この光パルス分岐遅延合波器５０は、光パルス分岐遅延合波器４０の減衰器４３−１〜４３−３を削除した構成としている。したがって、合波器５４から出力される光パルス列Ｓ２２の光強度は同じ値である。

図５は、光符号器６０の詳細構成を示す図である。図５に示すように、この光符号器６０は、高非線形ファイバ６１と、２個の光カプラ６２，６３と、光アイソレータ６４と、光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６５とを有する非線形光ループミラー（Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｏｏｐ Ｍｉｌｌｅｒ）である。

ここで、上記非線形光ループミラーは、光パルス列Ｓ１２である制御光と光パルス列Ｓ２２である信号光との間には異なる群遅延のために生じるウォークオフの問題を解消するため、ウォークオフが十分小さくなる分散値を有する波長配置または、それぞれ異なる群遅延特性または分散値を有する所定長の複数本の分散高非線形光ファイバケーブルを従属接続してループを形成してなる。高非線形ファイバ６１の一端付近およびその他端付近を互いに光学的に結合する光カプラ６２が設けられる。

また、光カプラ６２の端子Ｔ２１の近傍である非線形光ループミラー６１の光ファイバケーブルに対して光学的に結合するように別の光ファイバケーブル６９が近接配置され、その近接配置部分で光カプラ６３を形成する。さらに、光ファイバケーブル６９の他端には光アイソレータ６４を介して無反射終端される。したがって、制御光は、光ファイバケーブル６９の一端から入射して光カプラ６３を通過し、一方の制御光は、光アイソレータ６４を介して無反射終端されるが、光カプラ６３で分岐した他方の制御光は、光カプラ６３の端子Ｔ４２を介して非線形光ループミラー６１中のループ内に出力される。また、非線形光ループミラー６１の端子Ｔ１２側の他端には、プローブ光の波長λ_１のみを帯域通過ろ波するための光帯域通過フィルタ６５が接続されている。

このように構成された上記非線形光ループミラーにおいて、光カプラ６２の分岐比を１：１に設定した場合、端子Ｔ１１に入射したプローブ光は、完全に入射端側に反射されることになる。この実施の形態１では、入射されるプローブ光を出力端側に透過させる必要があるので、非線形光ループミラー６１を、制御光のパルス列を用いた右回りのみに位相シフトを与えることで、右回りで伝播するプローブ光と、左回りで伝播するプローブ光とで受ける位相差を変化させることができ、これによって、入力される信号光を反射させるか透過させるかを選択でき、光符号器６０のスイッチングと光閾値処理器７０の閾値処理に適用することができる。

この実施の形態１では、プローブ光と制御光とのＸＰＭ（Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：相互位相変調）によって、非線形光ループミラーのループ中の右回りのパルスと、左回りのパルスとに位相差を生じさせ、制御光の信号レベルにしたがって、信号光の出力レベルを変化させる。

この生じた位相差のために右回りと左回りのプローブ光は干渉を起こす。位相差は、制御光のパルス列の強度に比例するため、プローブ光のパルス列の非線形光ループミラーからの出力信号光は、制御光の入力電力に対して図６に示すような周期的な特性を示す。なお、多周期にわたる特性の利用には、制御光によって高いパワーが必要であるが、このためには、たとえばさらに非線形が高い光ファイバケーブルを用いて非線形光ループミラーを構成すればよい。また、非線形光ループミラーのループ長については、ループ長が長いほど、制御光は弱くてよいため、できるだけ長くすることが好ましいが、群遅延の差をできる限り小さくする必要がある。

図７は、光符号器６０の動作を説明するための図である。この光アナログ／ディジタル変換装置１は、３ビット符号化を行う場合、図７に示すように少なくとも２周期の入出力特性を持たせる。光符号器６０は、タイミングｔ１ａ〜ｔ１ｃに入力される各パルスの光強度が、１：２：４であるため、１つの光符号器でありながら、タイミングｔ１ａのときの制御光である光パルスに対しては半周期の入出力特性を示し、タイミングｔ１ｂのときの制御光である光パルスに対しては１周期の入出力特性を示し、タイミングｔ１ｃのときの制御光である光パルスに対しては２周期の入出力特性を示すことになる。すなわち、光符号器６０は、１つの光符号器で、時分割されて入力される光パルス列に対して時分割で異なる入出力特性をもつ光符号器として動作する。

図８は、光閾値処理器７０の詳細構成を示すブロック図である。光閾値処理器７０は、光符号器６０と同様に、高非線形ファイバ７１と、２つの光カプラ７２，７３と、光アイソレータ７４と、光帯域通過フィルタ７５と、光源８２と、光アイソレータ７６と、光ファイバケーブル７９とを有する非線形光ループミラーである。ここで、高非線形ファイバ７１と、２つの光カプラ７２，７３と、光アイソレータ７４と、光帯域通過フィルタ７５と、光ファイバケーブル７９との接続構成は、光符号器６０と同じである。

光源８２は、光カプラ８１から入力される周期で間欠的に、所定の波長λ_３で、一定の信号レベルの搬送波光のパルス列Ｓ３１を発生して光アイソレータ７６を介して高非線形ファイバ７１の一端に入射するように出力する。一方、光符号器６０からの信号光（光パルス列Ｓ１３は、光ファイバケーブル７９の一端を介して入射して光カプラ７３を通過分岐し、光カプラ７３を通過する一方の信号光は光アイソレータ７４を介して無反射終端されるが、光カプラ２２で分岐した他方の信号光は、光カプラ２２を介して高非線形ファイバ７１に出力される。また、非線形光ループミラー７１の他端には、搬送波光の波長λ_３のみを帯域通過ろ波するための光帯域通過フィルタ７５が接続されている。

図９は、図８に示した光閾値処理器７０の動作を説明する図である。図９は、１ビット量子化の動作を示しており、光閾値処理器７０の入出力が、たとえば線形特性１０１であれば、入力される信号光はそのまま出力されて量子化することができないが、たとえば第１の入出力特性１０２を有する場合、より小さい光信号は、より小さく０に近づく一方、より大きな光信号は、より大きく１に近づくように変換される。さらに、第２の入出力特性１０３を用いると、より２値化に近い出力光を得ることができる。なお、第２の入出力特性１０３を得るためには、この光閾値処理器７０を多段接続することが好ましい。

この実施の形態１では、光アナログ信号Ｓｉｎを標本化した光パルス列Ｓ１１の各光パルスを、光パルス分岐遅延合波器４０によって分岐して各光パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光アナログ信号パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列Ｓ１２を生成出力し、１つの光符号器６０および１つの光閾値処理器７０を用いて、この光パルス列Ｓ１２を時分割で高速符号化および高速量子化するようにしているので、簡易な構成で高速な光アナログ／ディジタル変換処理を行うことができる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、上述した光符号器６０および光閾値処理器７０を、サニャック干渉計型の光スイッチをもちいて実現している。

図１０は、この発明の実施の形態２にかかる光アナログ／ディジタル変換装置の概要構成を示すブロック図である。図１０に示すように、この光アナログ／ディジタル変換装置２は、サニャック干渉計型の光スイッチによって実現される光符号器１６０および光閾値処理器１７０を有する。また、光パルス分岐遅延合波器４０と光符号器１６０との間には光増幅器１５１を有し、光パルス分岐遅延合波器５０と光符号器１６０との間には、光増幅器１５２および光遅延線（ＯＤＬ）１５３を有する。これらの光増幅器１５１，１５２によって適切な信号増幅が行われ、ＯＤＬ１５３によって適切な信号遅延によってパルスのタイミング調整が行われる。また、光符号器１６０から出力される光パルス列Ｓ４１は、そのまま光閾値処理器１７０によって２値化されて出力される。

光符号器１６０は、偏波コントローラ１６４を有する高非線形ファイバ１６１と、２つの光カプラ１６３，１６６と、光帯域通過フィルタ１６７と、光サーキュレータ１６２と、偏波コントローラ１６５とを有する。プローブ光としての光パルス列Ｓ２２は、光サーキュレータ１６２および光カプラ１６３を介して高非線形ファイバ１６１に入力され、制御光としての光パルス列Ｓ１２は、偏波コントローラ１６５および光カプラ１６６を介して非線形光ループミラー１６１に入力される。この光符号器１６０の動作は、光符号器６０と同様であり、光パルス列Ｓ１３に対応する光パルス列Ｓ４１を光閾値処理器１７０に出力する。

一方、光閾値処理器１７０は、高非線形ファイバ１７１と、光カプラ１７４と、光サーキュレータ１７３と、光増幅器１７２と、高非線形ファイバ１７１の光ファイバケーブル上にそれぞれ導入された光減衰器１７６および偏波コントローラ１７５とを有する。光符号器１６０から出力された光パルス列Ｓ４１は、光増幅器１７２、光サーキュレータ１７３、および光カプラ１７４を介して高非線形ファイバ１７１に入力され、２値化された光ディジタル信号Ｓｏｕｔを光カプラ１７４から出力する。

この実施の形態２では、光閾値処理器１７０に必要な新たな光源８２などを必要としないため、一層簡易な構成で、光アナログ／ディジタル変換装置を実現することができる。

なお、上述した実施の形態１，２では、光パルス分岐遅延合波器４０，５０は、分岐部４１および合波部４４を用いているが、これに限らず、サーキュレータとＦＢＧとを組み合わせたデバイスによって実現してもよい。また、光パルス分岐遅延合波器４０は、光遅延器４２−１〜４２−３によって信号遅延した後に、光減衰器４３−１〜４３−３によって信号を減衰するようにしているが、これに限らず、光信号を減衰した後に遅延処理を行ってもよい。さらに、光パルス分岐遅延合波器４０では、光減衰器４３−１〜４３−３を用いて光減衰するようにしているが、これに限らず、光増幅によって強度比を与えるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、いずれも非線形光ループミラーを用いて光符号器６０，１６０および光閾値処理器７０，１７０を実現していたが、これに限らず、各種の光スイッチを用いて実現してもよい。たとえば、導波路型マッハツェンダ干渉計を用いて実現してもよいし、光カー効果などの非線形光学効果を有する光ファイバケーブルや光導波路を用いて実現してもよい。

以上のように、この発明にかかる光アナログ／ディジタル変換方法およびその装置は、光アナログ信号を光ディジタル信号に直接変換する分野に有用であり、特に、高速なサンプリングが必要な測定機器、光通信の光アナログ信号と光ディジタル変換との変換が必要な各ノード、その他の高速なアナログ／ディジタル変換が必要なコンピューティングなどの分野に適している。

Claims (12)

1. 入力された光アナログ信号を標本化した各光アナログ信号パルスを分岐して各光アナログ信号パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光アナログ信号パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列を生成出力する光パルス分岐遅延合波ステップと、
   前記光パルス列の符号化および量子化を行って前記光アナログ信号に対応する光ディジタル信号を出力する量子・符号化ステップと、
   を含むことを特徴とする光アナログ／ディジタル変換方法。
2. 前記光パルス列に同期したプローブ光パルス列を生成するプローブ光生成ステップを含み、
   前記量子・符号化ステップは、非線形光学効果を用いて前記光パルス列の強度に応じた前記プローブ光パルス列の光出力を行う光スイッチを用いて量子・符号化を行う符号ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の光アナログ／ディジタル変換方法。
3. 前記量子・符号化ステップは、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列の２つの入力と、前記プローブ光パルス列の透過光あるいは反射光の１つの出力または２つの出力を有する非線形光ファイバループミラーを用い、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列が光合波器において時間的に重なるように所定の時間差をもたせて合波されることを特徴とする請求項１に記載の光アナログ／ディジタル変換方法。
4. 前記光パルス分岐遅延合波ステップは、ｎ（ｎは自然数）ビット符号化を行う場合、前記複製光アナログ信号パルスをｎ個複製し、このｎ個の複製光アナログ信号パルスが所定の異なる強度比をもつように減衰あるいは増幅することを特徴とする請求項１に記載の光アナログ／ディジタル変換方法。
5. 前記量子・符号化ステップは、光強度に対する入出力特性が所定の周期性を有する光非線形素子を用いて量子・符号化を行い、該光非線形素子は、少なくとも半周期の２^{（ｎ−１）}倍の周期を有することを特徴とする請求項４に記載の光アナログ／ディジタル変換方法。
6. 前記光パルス列に同期した２値のプローブ光パルス列を生成する２値プローブ光生成ステップを含み、
   前記量子・符号化ステップは、非線形光学効果を用いて前記量子・符号化されたプローブ光パルス列の強度に応じて２値化したディジタルパルス列を生成する閾値処理ステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光アナログ／ディジタル変換方法。
7. 入力された光アナログ信号を標本化した各光アナログ信号パルスを分岐して各光アナログ信号パルスの複製を所定のビット数と同数生成し、この複製された各複製光アナログ信号パルスに所定の強度差および時間差を与えて合波し、時間的に連続する光パルス列を生成出力する光パルス分岐遅延合波手段と、
   前記光パルス列の符号化および量子化を行って前記光アナログ信号に対応する光ディジタル信号を出力する量子・符号化手段と、
   を備えたことを特徴とする光アナログ／ディジタル変換装置。
8. 前記光パルス列に同期したプローブ光パルス列を生成するプローブ光生成手段を備え、
   前記量子・符号化手段は、非線形光学効果を用いて前記光パルス列の強度に応じた前記プローブ光パルス列の光出力を行う光スイッチを用いて量子・符号化を行う符号手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光アナログ／ディジタル変換装置。
9. 前記量子・符号化手段は、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列の２つの入力と、前記プローブ光パルス列の透過光あるいは反射光の１つの出力または２つの出力を有する非線形光ファイバループミラーを用い、前記光パルス列および前記プローブ光パルス列が光合波器において時間的に重なるように所定の時間差をもたせて合波されることを特徴とする請求項７に記載の光アナログ／ディジタル変換装置。
10. 前記光パルス分岐遅延合波手段は、ｎ（ｎは自然数）ビット符号化を行う場合、前記複製光アナログ信号パルスをｎ個複製し、このｎ個の複製光アナログ信号パルスが所定の異なる強度比をもつように減衰あるいは増幅することを特徴とする請求項７に記載の光アナログ／ディジタル変換装置。
11. 前記量子・符号化手段は、光強度に対する入出力特性が所定の周期性を有する光非線形素子を用いて量子・符号化を行い、該光非線形素子は、少なくとも半周期の２^{（ｎ−１）}倍の周期を有することを特徴とする請求項１０に記載の光アナログ／ディジタル変換装置。
12. 前記光パルス列に同期した２値のプローブ光パルス列を生成する２値プローブ光生成手段を備え、
    前記量子・符号化手段は、非線形光学効果を用いて前記量子・符号化されたプローブ光パルス列の強度に応じて２値化したディジタルパルス列を生成する閾値処理化手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の光アナログ／ディジタル変換装置。

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