JP2008209775A - Nonlinear optical loop mirror and optical a/d converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバを用いた非線形光ループミラー及び光Ａ／Ｄ変換器に関する。 The present invention relates to a nonlinear optical loop mirror and an optical A / D converter using an optical fiber.
アナログデジタル（ＡＤ）変換及びデジタルアナログ（ＤＡ）変換（以下、「Ａ／Ｄ変換」と記載する）は、連続的に変化するアナログ信号と、信号処理、伝達、記録などに適したデジタル信号とを結ぶ技術として研究及び開発が行われている。近年の信号処理速度の向上に伴い、電子デバイスの動作制限を受けない、超高速動作可能な光Ａ／Ｄ変換の開発が求められている。 Analog-to-digital (AD) conversion and digital-to-analog (DA) conversion (hereinafter referred to as “A / D conversion”) are analog signals that change continuously and digital signals that are suitable for signal processing, transmission, recording, etc. Research and development are being conducted as a technology to connect With the recent improvement in signal processing speed, development of an optical A / D conversion capable of operating at an ultra high speed without being restricted by the operation of an electronic device is required.
そこで、この光Ａ／Ｄ変換の開発の一環として、例えば光信号の量子化及び符号化を一括して実現させるために、ＮＯＬＭを用いた方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この光符号化器１００は、図１０において、ＮＯＬＭ１０１と、２個の光カプラ１０２，１０３と、光アイソレータ１０４と、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１０５と、光ファイバ１０６とを備えている。
ここで、ＮＯＬＭ１０１は、後述する制御光（以下、「コントロール光」とよぶ）と信号光（以下、「プローブ光」とよぶ）に対してそれぞれ異なる群遅延特性（又は分散値）を有する所定長の複数本（少なくとも２本）の光ファイバを縦列接続してループを形成したものである。
Therefore, as part of the development of this optical A / D conversion, a method using NOLM has been proposed in order to realize, for example, quantization and encoding of optical signals all together (for example, see Patent Document 1). .
In FIG. 10, the optical encoder 100 includes a NOLM 101, two optical couplers 102 and 103, an optical isolator 104, a BPF (Band Pass Filter) 105, and an optical fiber 106.
Here, the NOLM 101 has a predetermined length having different group delay characteristics (or dispersion values) for control light (hereinafter referred to as “control light”) and signal light (hereinafter referred to as “probe light”), which will be described later. A plurality of (at least two) optical fibers are connected in cascade to form a loop.
ところで、特許文献１に記載されているＮＯＬＭ１０１を用いたＡ／Ｄ変換の技術について、これまで本発明に係る発明者らにより、１０Ｇsample/sの標本化周波数における動作が原理的に確認されている。ところで、この標本化周波数を高くして高速動作させるためには、より時間幅の狭い光パルスを用いる必要があるが、このパルス時間を短くすると、所謂「ウォークオフ」の効果が顕著となって、所望の伝達関数（光ファイバ１０６より入力されるコントロール光のピークパワーの変化に応じて、ＢＰＦ１０５を透過したプローブ光のピークパワーが変化する特性を与える関数）を実現することができない。 By the way, regarding the A / D conversion technique using the NOLM 101 described in Patent Document 1, the operation according to the sampling frequency of 10 Gsample / s has been confirmed in principle by the inventors of the present invention. . By the way, in order to increase the sampling frequency and operate at high speed, it is necessary to use a light pulse with a narrower time width. However, when this pulse time is shortened, the so-called “walk-off” effect becomes remarkable. Therefore, it is impossible to realize a desired transfer function (a function that gives a characteristic that the peak power of the probe light transmitted through the BPF 105 changes according to the change of the peak power of the control light input from the optical fiber 106).
なお、光ファイバの分散値が零であれば、コントロール光とプローブ光の間の群速度差はなくなり、ウォークオフの問題は生じないが、一方で特許文献１に開示されているように、コントロール光がポンプとして作用して、プローブ光に対するパラメトリック利得が発生し、やはり所望の伝達関数が得られないといった問題が生じる。 If the dispersion value of the optical fiber is zero, there will be no group velocity difference between the control light and the probe light, and the problem of walk-off will not occur. On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, The light acts as a pump to generate a parametric gain with respect to the probe light, and there arises a problem that a desired transfer function cannot be obtained.
そこで、時間幅の短い光パルスを用いてＮＯＬＭを動作させる際のウォークオフの問題を解決するために、ＮＯＬＭ内で分散値の異なるファイバを短い間隔で交互に接続し、局所分散値を零でない値とし、かつ累積分散値を小さく保つ「分散マネージメント」の構成が提案されている（例えば非特許文献１及び特許文献２参照）。
しかしながら、これらの文献中で実施されているＮＯＬＭは、Ａ／Ｄ変換ではない光信号処理を目的としており、高々半周期の伝達関数を必要とするものである。一方、特許文献１に開示されている方法によれば、ＮＯＬＭを用いてＮビットで量子化及び符号化するＡ／Ｄ変換を行う場合、詳細は実施形態で説明するが、所定の周期の正弦波伝達関数を持つＮＯＬＭが必要である。 However, the NOLM implemented in these documents is intended for optical signal processing that is not A / D conversion, and requires a transfer function of at most a half cycle. On the other hand, according to the method disclosed in Patent Document 1, when performing A / D conversion in which quantization and encoding with N bits are performed using NOLM, details will be described in the embodiment. A NOLM with a wave transfer function is required.
また、光Ａ／Ｄ変換を目的として、多周期の伝達関数を持つＮＯＬＭを実現する場合は、分散マネージメント構成を採用したとしても、従来知られていなかった問題が発生する。それは、コントロール光がプローブ光に相互位相変調（以下、「ＸＰＭ；Cross Phase Modulation」とよぶ）の効果を及ぼす際、同時にコントロール光に発生する自己位相変調（以下、「ＳＰＭ；Self Phase Modulation」とよぶ）により、コントロール光のスペクトルが大きく広がって、プローブ光の帯域に干渉を及ぼし、所望の伝達関数が得られないという問題である。 Further, in the case of realizing a NOLM having a multi-period transfer function for the purpose of optical A / D conversion, even if a dispersion management configuration is adopted, a problem that has not been known conventionally occurs. When control light exerts the effect of cross-phase modulation (hereinafter referred to as “XPM; Cross Phase Modulation”) on the probe light, self-phase modulation (hereinafter referred to as “SPM; Self Phase Modulation”) generated in the control light simultaneously. The problem is that the spectrum of the control light broadens greatly, interferes with the band of the probe light, and a desired transfer function cannot be obtained.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、時間幅の短い光パルスに対して動作し、多周期正弦波特性、特に四周期の正弦波特性を有する非線形光ループミラー、及びこの非線形光ループミラーを用いて３ビット以上、特に４ビットの光Ａ／Ｄ変換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and operates on an optical pulse with a short time width, and has a multi-period sine wave characteristic, particularly a four-period sine wave characteristic, and a non-linear optical loop mirror, and An object of the present invention is to provide an optical A / D converter of 3 bits or more, particularly 4 bits, using this nonlinear optical loop mirror.
即ち、本発明においては、上記目的を達成するため、ループ状の光ファイバの両端から入力された光信号のうち、いずれか一方の光信号の位相差を制御光信号のパワーで調節することによって、前記ループ状の光ファイバから出力される前記光信号のパワーを制御する非線形光ループミラーであって、前記ループ状の光ファイバと、前記光ファイバとは別に設けた前記光信号供給用の光ファイバから入力された前記光信号を２分岐して前記ループ状の光ファイバの両端に出力し、かつ、前記ループ状の光ファイバを周回して前記両端から入力される前記光信号を前記光信号供給用の光ファイバ及び光信号出力用の光ファイバに分岐出力するように接続された光カプラと、前記制御光信号を前記ループ状の光ファイバに入力させる制御光信号入力手段と、前記ループ状の光ファイバの光路上に配置される非線形媒体とを有し、前記制御光信号と前記光信号が前記非線形媒体を伝搬し終えた際、自己位相変調（ＳＰＭ）によって広がった前記制御光信号のスペクトルが、前記光信号のスペクトルに干渉しない程度に、前記制御光信号と前記光信号との波長に差が与えられていることを特徴とする非線形光ループミラーを提案する。
好ましくは、前記制御光信号の入力ピークパワーの変化に対する前記光信号の出力ピークパワーの変化特性を示す伝達関数は、二分の一周期以上の正弦波形状を有することを特徴とする非線形光ループミラーを提案する。また、前記非線形媒質は、二つ以上の要素に分割されており、前記要素の間に各要素の分散を補償する媒体が挿入されていることが好ましい。
That is, in the present invention, in order to achieve the above object, by adjusting the phase difference of any one of the optical signals input from both ends of the loop optical fiber with the power of the control optical signal. A non-linear optical loop mirror for controlling the power of the optical signal output from the loop-shaped optical fiber, the optical signal supplying light provided separately from the loop-shaped optical fiber and the optical fiber The optical signal input from the fiber is bifurcated and output to both ends of the loop-shaped optical fiber, and the optical signal input from the both ends through the loop-shaped optical fiber is converted to the optical signal. An optical coupler connected so as to be branched and output to a supply optical fiber and an optical fiber for optical signal output; and a control optical signal input for inputting the control optical signal to the loop optical fiber. And a non-linear medium disposed on the optical path of the loop-shaped optical fiber, and when the control optical signal and the optical signal have propagated through the non-linear medium, they are spread by self-phase modulation (SPM) In addition, the present invention proposes a non-linear optical loop mirror characterized in that the wavelength of the control optical signal and the optical signal are different to the extent that the spectrum of the control optical signal does not interfere with the spectrum of the optical signal. .
Preferably, the transfer function indicating the change characteristic of the output peak power of the optical signal with respect to the change of the input peak power of the control optical signal has a sinusoidal shape with a half cycle or more, and the nonlinear optical loop mirror Propose. The nonlinear medium is preferably divided into two or more elements, and a medium that compensates for dispersion of each element is inserted between the elements.
また、前記制御光信号と前記光信号との間に、最大ウォークオフ時間の半分の逆符号である初期時間差が与えられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that an initial time difference which is a reverse sign of half of the maximum walk-off time is given between the control optical signal and the optical signal.
本発明においては、上記目的を達成するため、上記のいずれかに記載の非線形光ループミラーを用いて量子化及び符号化を行うことを特徴とする光Ａ／Ｄ変換器を提案する。好ましくは、伝達関数が四周期の正弦波形状を有し、四ビットの量子化及び符号化を行うことを提案する。 In order to achieve the above object, the present invention proposes an optical A / D converter characterized by performing quantization and encoding using any one of the nonlinear optical loop mirrors described above. Preferably, it is proposed that the transfer function has a four-period sine wave shape and performs four-bit quantization and encoding.
本発明によれば、ループ状の光ファイバの両端から入力された光信号の位相差を制御光信号のパワーによって調節し、前記光ファイバの出力端から出力される前記光信号のパワーを制御する非線形光ループミラーであって、光ファイバと、光ファイバの出力端から入力された前記光信号を２分岐して前記光ファイバの両端に出力し、かつ、前記光ファイバの両端から入力される前記光信号をそれぞれ前記光ファイバの入力端及び出力端に分岐出力するように接続された光カプラと、前記制御光信号を前記光ファイバに入力させる制御光信号入力手段と、前記光ファイバの光路上に配置される非線形媒体とを有し、前記制御光信号と前記光信号が出力される際、ＳＰＭによって広がった前記制御光信号のスペクトルが、前記光信号のスペクトルに干渉しない程度に、前記制御光信号と前記光信号との波長に差が与えられているので、時間幅の短い光パルスに対して動作し、多周期正弦波特性、特に四周期の正弦波特性を有する非線形光ループミラー、及びこの非線形光ループミラーを用いて３ビット以上、特に４ビットの光Ａ／Ｄ変換器を提供することができる。 According to the present invention, the phase difference of the optical signal input from both ends of the loop optical fiber is adjusted by the power of the control optical signal, and the power of the optical signal output from the output end of the optical fiber is controlled. A non-linear optical loop mirror, wherein the optical signal input from an optical fiber and an output end of the optical fiber is branched into two and output to both ends of the optical fiber, and the optical signal input from both ends of the optical fiber An optical coupler connected to branch and output an optical signal to the input end and the output end of the optical fiber, control optical signal input means for inputting the control optical signal to the optical fiber, and an optical path of the optical fiber; When the control optical signal and the optical signal are output, the spectrum of the control optical signal spread by SPM is the spectrum of the optical signal. Since there is a difference in wavelength between the control optical signal and the optical signal to such an extent that they do not interfere, they operate on an optical pulse with a short time width, and have a multi-period sine wave characteristic, particularly a four-period sine wave. A nonlinear optical loop mirror having characteristics, and an optical A / D converter having 3 bits or more, particularly 4 bits, can be provided using the nonlinear optical loop mirror.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態に係る四ビットの量子化及び符号化を行う光Ａ／Ｄ変換器に使用可能な非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）１０を示すものであり、この非線形光ループミラー１０は、ループ状の光ファイバ１１と、３ｄＢカプラ１２と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラ１３と、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１４と、第１、第２偏波コントローラＣＲ１、ＣＲ２と、正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６とを備えており、光ファイバ１１の両端（第１ポート１２Ｂ、第２ポート１２Ｃ）から入力された光信号（以下、「プローブ光」とよぶ）の位相差を後述する制御光信号（以下、「コントロール光」とよぶ）のパワーによって調節し、３ｄＢカプラ１２の出力端１２Ｄから出力される出力光信号のパワーを制御するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a nonlinear optical loop mirror (NOLM) 10 that can be used in an optical A / D converter that performs quantization and encoding of four bits according to the first embodiment of the present invention. The optical loop mirror 10 includes a loop-shaped optical fiber 11, a 3 dB coupler 12, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler 13, a BPF (Band Pass Filter) 14, and first and second polarization controllers CR1 and CR2. The normal dispersion fiber 15 and the anomalous dispersion fiber 16 are provided, and the optical signals (hereinafter referred to as “probe light”) input from both ends (the first port 12B and the second port 12C) of the optical fiber 11 are provided. The phase difference is adjusted by the power of a control optical signal (hereinafter referred to as “control light”), which will be described later, to control the power of the output optical signal output from the output terminal 12D of the 3 dB coupler 12. It has become way.
光ファイバ１１は、３ｄＢカプラ１２とＷＤＭカプラ１３との間、および正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６との間をつなぐプローブ光やコントロール光の伝搬手段であり、分散値の調整を正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６で精度よく調整するため、ここでは使用する波長の光信号に対して分散零として機能するファイバを用いている。 The optical fiber 11 is a propagation means for probe light and control light that connects between the 3 dB coupler 12 and the WDM coupler 13, and between the normal dispersion fiber 15 and the anomalous dispersion fiber 16, and adjusts the dispersion value. 15 and the anomalous dispersion fiber 16, a fiber that functions as zero dispersion for the optical signal having the wavelength used is used here.
３ｄＢカプラ１２は、光ファイバ１７と接続される入射ポート１２Ａから入力した波長λｐの光パルス列であるプローブ光を２分岐して第１ポート（１２Ｂ）及び第２ポート（１２Ｃ）から光ファイバ１１の両端に出力するようになっている。また、この３ｄＢカプラ１２は、光ファイバ１１を周回した後に、光ファイバ１１両端から出力される２つのプローブ光を第１ポート１２Ｂ及び第２ポート１２Ｃから入力して合波した後、入射ポート１２Ａから光ファイバ１７及び透過ポート１２Ｄから光ファイバ１８にそれぞれ分岐出力する。本発明では、３ｄＢのカプラを用いることで、入射ポート１２Ａから入力するプローブ光は、光ファイバ１１両端へ出力する際に分岐比１：１で分岐出力されて、同一パワーのプローブ光が光ファイバ１１中を時計回り方向（これを、「プローブ光Ａ」とよぶ）及び反時計回り方向（これを、「プローブ光Ｂ」とよぶ）に伝搬するようになっている。なお、第２偏波コントローラＣＲ２は、ＮＯＬＭ１０が非線形光ループミラーとして適正に機能するように、プローブ光の偏波状態を調整するようになっている。 3dB coupler 12, the light from the first port (12B) and the second port of the probe light is optical pulse train having a wavelength lambda p input from the input port 12A connected to the optical fiber 17 2 branches (12C) fiber 11 Is output at both ends. The 3 dB coupler 12 circulates the optical fiber 11, then inputs and combines two probe lights output from both ends of the optical fiber 11 from the first port 12 B and the second port 12 C, and then enters the incident port 12 A. To the optical fiber 17 and the transmission port 12D to the optical fiber 18, respectively. In the present invention, by using a 3 dB coupler, the probe light input from the incident port 12A is branched and output at a branching ratio of 1: 1 when output to both ends of the optical fiber 11, and the probe light having the same power is output from the optical fiber. 11 is propagated clockwise (this is called “probe light A”) and counterclockwise (this is called “probe light B”). Note that the second polarization controller CR2 adjusts the polarization state of the probe light so that the NOLM 10 properly functions as a nonlinear optical loop mirror.
本実施形態のプローブ光は、４０Ｇsample/s以上の４ビット超高速光Ａ／Ｄ変換が実施できるようにするため、パルス幅を０．５ｐｓとするとともに、後述する制御光信号のパルス幅を１ｐｓとするように構成しており、これによって四周期の正弦波伝達関数（図２参照）が得られるようになっている。 The probe light of this embodiment has a pulse width of 0.5 ps and a pulse width of a control light signal to be described later of 1 ps so that 4-bit ultrafast optical A / D conversion of 40 Gsample / s or more can be performed. Thus, a four-cycle sinusoidal transfer function (see FIG. 2) is obtained.
光カプラ１３は、光ファイバ１９中を伝搬する制御光信号であるコントロール光を光ファイバに入力させる制御光信号入力手段として構成するようになっており、ＷＤＭカプラで構成されている。この光カプラ１３は、非線形媒体光であるファイバ中の非線形効果によってコントロール光と（光ファイバ１１中を時計周りに伝搬する）プローブ光Ａとの間にＸＰＭを発生させて、コントロール光のパワーに比例した位相シフトをプローブ光Ａに与えるものである。なお、第１偏波コントローラＣＲ１は、所望のＸＰＭが得られるようにコントロール光の偏波状態を制御するものである。 The optical coupler 13 is configured as control optical signal input means for inputting control light, which is a control optical signal propagating through the optical fiber 19, to the optical fiber, and is configured by a WDM coupler. The optical coupler 13 generates XPM between the control light and the probe light A (propagating clockwise in the optical fiber 11) by the nonlinear effect in the fiber, which is nonlinear medium light, so that the power of the control light is increased. A proportional phase shift is given to the probe light A. The first polarization controller CR1 controls the polarization state of the control light so as to obtain a desired XPM.
本実施形態のコントロール光は、プローブ光の波長λｐと所定の波長差Δλを有する波長λｃ(但し、λｃ＜λｐ)の光パルス列であるが、サンプリングされたアナログ信号として用いているので、パルスごとに光パワーが変化している。なお、波長差Δλの大きさについては、コントロール光とプローブ光が出力される際、周波数領域において、ＳＰＭによって広がったコントロール光のスペクトルが、コントロール光とともに光ファイバ１１中を時計周りに伝搬するプローブ光のスペクトルに干渉しない程度に、コントロール光とプローブ光との間に所要の波長差を与えるようになっている。即ち、プローブ光は、コントロール光との間で、所要の伝達関数が得られるような最小限の波長差Δλmin以上を確保するように、設定している。 The control light of the present embodiment is an optical pulse train having a wavelength λ c (provided that λ c <λ p ) having a predetermined wavelength difference Δλ from the wavelength λ p of the probe light, but is used as a sampled analog signal. Therefore, the optical power changes with each pulse. As for the magnitude of the wavelength difference Δλ, when the control light and the probe light are output, in the frequency domain, the spectrum of the control light spread by the SPM propagates clockwise in the optical fiber 11 together with the control light. A required wavelength difference is given between the control light and the probe light to the extent that it does not interfere with the light spectrum. That is, the probe light is set so as to ensure a minimum wavelength difference Δλmin or more so that a required transfer function can be obtained with the control light.
さらに、このコントロール光と前述するプローブ光Ａとについては、時間領域でパルスの中心が一致するようにタイミングを合わせている。換言すれば、コントロール光をＷＤＭカプラ１３より入射してプローブ光Ａと重ねる際の時間差を零にするために、例えば光ファイバ１９中に図示しないが適宜手段、例えば時間遅延量調整手段を付設してある。なお、このコントロール光は、中心波長λｃが１５３０ｎｍである近赤外光を用いている。一方、プローブ光の中心波長λｐとしては、前述したように、λｐ＝λｃ＋Δλのもの、つまりコントロール光の波長よりも長波長側のものであって、コントロール光の中心波長との間に大きな波長差Δλを有するものを用いている。即ち、本実施形態では、プローブ光の中心波長がコントロール光の中心波長よりも４０ｎｍ程度、長波長側にあるものを用いている。また、本実施形態のコントロール光とプローブ光とについては、ｓｅｃｈ関数で示す波形のものが用いられているが、特にこの波形に限定されるものではない。 Further, the timing of the control light and the probe light A described above are adjusted so that the centers of the pulses coincide in the time domain. In other words, in order to make the time difference when the control light is incident from the WDM coupler 13 and overlapped with the probe light A zero, an appropriate means, for example, a time delay amount adjusting means (not shown) is provided in the optical fiber 19, for example. It is. Incidentally, the control light, the center wavelength lambda c is using near-infrared light is 1530 nm. On the other hand, as described above, the center wavelength λ p of the probe light is λ p = λ c + Δλ, that is, longer than the wavelength of the control light, and between the center wavelength of the control light. Are used having a large wavelength difference Δλ. That is, in this embodiment, the probe light having a center wavelength on the long wavelength side of about 40 nm from the center wavelength of the control light is used. Further, the control light and the probe light of the present embodiment have a waveform indicated by the sech function, but are not particularly limited to this waveform.
ＢＰＦ１４は、１２Ｄより出力されて光ファイバ１８を伝搬するコントロール光とプローブ光のうち、プローブ光のスペクトルの帯域にある光のみを出力して、コントロール光のスペクトルの帯域にある光を遮断するものであり、本実施形態では３ｄＢ幅が０．５ＴＨｚのガウス関数で与えられる特性のものが用いられている。 The BPF 14 outputs only the light in the spectrum band of the probe light among the control light and the probe light output from the 12D and propagates through the optical fiber 18, and blocks the light in the spectrum band of the control light. In the present embodiment, those having characteristics given by a Gaussian function having a 3 dB width of 0.5 THz are used.
正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６は、これらの正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６を１組とした単位で複数組設置している。例えば本実施形態では、８組設置するようになっており、コントロール光とプローブ光の間で発生する群遅延（ウォークオフ）を各組ごとに補償するようになっている。 A plurality of normal dispersion fibers 15 and anomalous dispersion fibers 16 are installed in units of these normal dispersion fibers 15 and anomalous dispersion fibers 16. For example, in this embodiment, eight sets are installed, and the group delay (walk-off) generated between the control light and the probe light is compensated for each set.
正常分散ファイバ１５は、高非線形光ファイバ（以下、「ＨＮＬＦ；highly nonlinear fiber」とよぶ）で構成されている。本実施形態では、分散値が−０．５ps/nm/km、非線形定数は１２/W/km、長さが２５ｍのものが用いられており、プローブ光の方がコントロール光よりも長波長のものを用いているので、この正常分散ファイバ１５中でのプローブ光は、コントロール光よりも速い群速度で進行する。 The normal dispersion fiber 15 is composed of a highly nonlinear optical fiber (hereinafter referred to as “HNLF; highly nonlinear fiber”). In this embodiment, a dispersion value of −0.5 ps / nm / km, a nonlinear constant of 12 / W / km, and a length of 25 m are used, and the probe light has a longer wavelength than the control light. Therefore, the probe light in the normal dispersion fiber 15 travels at a higher group velocity than the control light.
一方、異常分散ファイバ１６は、本実施形態では、分散値が１６ps/nm/km、非線形定数は１．３/W/km、長さが０．７８ｍのシングルモードファイバ（以下、「ＳＭＦ；Single Mode Fiber」とよぶ）で構成されている。従って、この異常分散ファイバ１６中を伝搬するプローブ光は、正常分散ファイバ１５の場合とは逆に、コントロール光よりも遅い群速度で進行する。 On the other hand, in this embodiment, the anomalous dispersion fiber 16 is a single mode fiber (hereinafter referred to as “SMF; Single”) having a dispersion value of 16 ps / nm / km, a nonlinear constant of 1.3 / W / km, and a length of 0.78 m. Mode Fiber ”). Accordingly, the probe light propagating through the anomalous dispersion fiber 16 travels at a group velocity slower than that of the control light, contrary to the case of the normal dispersion fiber 15.
次に、本実施形態の作用について、図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、３ｄＢカプラ１２から入射されたプローブ光は、パワーが同じプローブ光Ａ及びプローブ光Ｂとして１：１に等分され、ＮＯＬＭ１０中の光ファイバ１１をそれぞれ時計回り及び反時計回りに伝搬する。
一方、コントロール光は、サンプリングされたアナログ信号に相当するため、図１に示すように、パワーが変化しながらＷＤＭカプラ１３から光ファイバ１１に入射していき、光ファイバ１１中を時計回りの方向のみに伝搬する。但し、コントロール光は、図示外の時間遅延量調整手段により入射タイミングが調整され、プローブ光Ａと時間的に重なった状態で光ファイバ１１に入射する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the probe light incident from the 3 dB coupler 12 is equally divided into 1: 1 as the probe light A and the probe light B having the same power, and the optical fiber 11 in the NOLM 10 is rotated clockwise and counterclockwise, respectively. Propagate around.
On the other hand, since the control light corresponds to a sampled analog signal, as shown in FIG. 1, the power is changed and enters the optical fiber 11 from the WDM coupler 13, and the optical fiber 11 is rotated in the clockwise direction. Propagate only. However, the incident timing of the control light is adjusted by a time delay amount adjusting unit (not shown), and enters the optical fiber 11 in a state of overlapping with the probe light A in time.
（Ｉ）ここで、このコントロール光が存在しないときには、ＮＯＬＭ１０は単なるループミラーとして動作するため、光ファイバ１１、正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６を伝搬し終えたプローブ光Ａ及びＢは、３ｄＢカプラ１２内部において所定の位相シフトの条件下で干渉し、全てのプローブ光が入力ポート１２Ａから光ファイバ１７へ出射され、透過ポート１２Ｄから光ファイバ１８へ出射されることはない。 (I) Here, when this control light is not present, the NOLM 10 operates as a simple loop mirror, so that the probe lights A and B that have propagated through the optical fiber 11, the normal dispersion fiber 15, and the anomalous dispersion fiber 16 are 3 dB. Interference occurs in the coupler 12 under a predetermined phase shift condition, and all probe light is emitted from the input port 12A to the optical fiber 17 and is not emitted from the transmission port 12D to the optical fiber 18.
（ＩＩ）一方、コントロール光が存在するときには、ＷＤＭ光カプラ１３のところで、時計回りで伝搬するプローブ光Ａとコントロール光とが同期して重ね合わされる。そして、特に正常分散ファイバ１５中の非線形効果によって、コントロール光とプローブ光Ａとの間でＸＰＭの作用が発生し、プローブ光Ａに対してコントロール光のパワーに比例した位相シフトが付与される。従って、その後、光ファイバ１１を伝搬し終えたプローブ光Ａ及びＢは、３ｄＢカプラ１２内で干渉されるが、ＸＰＭによってプローブ光Ａに付加された位相シフトの条件によって、一部ないしは全部のプローブ光が透過ポート１２Ｄへ出力され得る。この透過ポート１２Ｄへ出力されるプローブ光のパワーは、図２に示すように、コントロール光の入力パワーに対して正弦波特性となる。換言すれば、本実施形態の非線形光ループミラー１０によれば、二分の一周期以上、特に四周期の正弦波形状の伝達関数Ｆが得られるようになる。 (II) On the other hand, when the control light is present, the probe light A propagating clockwise and the control light are superposed synchronously at the WDM optical coupler 13. The action of XPM occurs between the control light and the probe light A due to the nonlinear effect in the normal dispersion fiber 15 in particular, and a phase shift proportional to the power of the control light is given to the probe light A. Therefore, after that, the probe lights A and B that have been propagated through the optical fiber 11 are interfered in the 3 dB coupler 12, but some or all of the probes are subjected to the phase shift condition added to the probe light A by XPM. Light can be output to the transmissive port 12D. The power of the probe light output to the transmission port 12D has a sine wave characteristic with respect to the input power of the control light as shown in FIG. In other words, according to the nonlinear optical loop mirror 10 of the present embodiment, a transfer function F having a sinusoidal shape having a half period or more, particularly four periods, can be obtained.
ところで、本実施形態では、プローブ光Ａの中心波長がコントロール光の中心波長よりも４０ｎｍ程度長波長側にあるものを用いており、そのため正常分散ファイバ１５では、プローブ光Ａの群速度（ｖｇ）がコントロール光の群速度よりも速くなる。例えば、コントロール光とプローブ光の波長差をΔλ＝λｃ−λｐ＝−４０ｎｍとし、それらのタイミングを完全に一致させて光ファイバ１１に入射した場合、分散値がＤ＝−０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、長さがＬ=２５ｍ（＝０．０２５ｋｍ）である正常分散ファイバ１５中を両者が伝搬すると、分散効果によってプローブ光に対して、Δｔ＝ＤΔλＬ＝−０．５×（−４０）×０．０２５＝０．５ｐｓの群遅延が発生する。これは、言い換えると、分散効果によってコントロール光がプローブ光から０．５ｐｓ遅延することを意味している。ここで、プローブ光から見たコントロール光の遅延時間を相対時間差と定義し、正の値はコントロール光がプローブ光より遅延していることを意味するものとする。また、ファイバの分散によって発生する最大の相対時間差を最大ウォークオフ時間ＴＷと定義する。もしＮＯＬＭ１０内に異常分散ファイバ１６を備えていなければ、最大ウォークオフ時間ＴＷは正常分散ファイバ１５の総長に比例して大きくなり、プローブ光とコントロール光は時間的に完全に分離してしまい、両者の間でＸＰＭが発生しなくなる。 By the way, in this embodiment, the probe light A has a center wavelength that is about 40 nm longer than the center wavelength of the control light. Therefore, in the normal dispersion fiber 15, the group velocity (v g ) Is faster than the group speed of the control light. For example, when the wavelength difference between the control light and the probe light is Δλ = λ c −λ p = −40 nm and the timing is perfectly matched, the dispersion value is D = −0.5 ps / When both propagate through the normal dispersion fiber 15 having a length of L / 25 m (= 0.025 km) with respect to the probe light, Δt = DΔλL = −0.5 × ( −40) × 0.025 = 0.5 ps group delay occurs. In other words, this means that the control light is delayed by 0.5 ps from the probe light due to the dispersion effect. Here, the delay time of the control light viewed from the probe light is defined as a relative time difference, and a positive value means that the control light is delayed from the probe light. Further, the maximum relative time difference generated by the dispersion of the fiber is defined as the maximum walk-off time T W. If equipped with anomalous dispersion fiber 16 if in the NOLM 10, the maximum walk-off time T W is increased in proportion to the total length of the normal dispersion fiber 15, the probe light and the control light will temporally completely separated, XPM does not occur between the two.
一方、正常分散ファイバ１５を伝搬した直後のプローブ光Ａは、その直後には異常分散ファイバ１６に進行する。プローブ光Ａは、コントロール光よりも長波長側のものを用いているので、異常分散ファイバ１６中では、正常分散ファイバ１５の場合とは逆に、群速度がコントロール光よりも遅くなる。ここで、異常分散ファイバ１６の長さは、正常分散ファイバ１５で発生した分散効果を補償するように決められている。その結果、プローブ光Ａとコントロール光の間で発生した時間遅延は打ち消され、両者の時間差は正常分散ファイバ１５に入射したときの値に戻る。 On the other hand, the probe light A immediately after propagating through the normal dispersion fiber 15 proceeds to the anomalous dispersion fiber 16 immediately after that. Since the probe light A having a longer wavelength than the control light is used, in the anomalous dispersion fiber 16, the group velocity is slower than that of the control light, contrary to the normal dispersion fiber 15. Here, the length of the anomalous dispersion fiber 16 is determined so as to compensate for the dispersion effect generated in the normal dispersion fiber 15. As a result, the time delay generated between the probe light A and the control light is canceled, and the time difference between the two returns to the value when entering the normal dispersion fiber 15.
このようにして、正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６からなる８組のものを伝搬後には、コントロール光とプローブ光の相対時間差が、最大ウォークオフ時間以上に大きくなることなく、両者の間で継続的にＸＰＭが発生し、プローブ光Ａに対してコントロール光のパワーに応じた位相差を与えることができる。また、コントロール光のスペクトルはＳＰＭの効果により周波数領域で大きく広がるが、コントロール光とプローブ光の波長差Δλを大きく取っているため、プローブ光の帯域に干渉することはない。その結果、３ｄＢカプラ１２からはＢＰＦ１４を透過可能な波長λｐを有する出力プローブ光のみが出力され、コントロール光が出力されることはない。なお、第２偏波コントローラＣＲ２は、ＮＯＬＭ１０が非線形ループミラーとして適正に機能するように調整される。 In this way, after propagating through the eight sets of the normal dispersion fiber 15 and the anomalous dispersion fiber 16, the relative time difference between the control light and the probe light does not increase beyond the maximum walk-off time. XPM is continuously generated, and a phase difference corresponding to the power of the control light can be given to the probe light A. The spectrum of the control light broadens greatly in the frequency domain due to the effect of SPM. However, since the wavelength difference Δλ between the control light and the probe light is large, the spectrum does not interfere with the probe light band. As a result, only the output probe light having a permeable wavelength lambda p and BPF14 from 3dB coupler 12 is output, does not control light is output. The second polarization controller CR2 is adjusted so that the NOLM 10 properly functions as a nonlinear loop mirror.
従って、本実施形態によれば、コントロール光がプローブ光ＡにＸＰＭの効果を及ぼすのと同時に、そのコントロール光のスペクトルがＳＰＭの作用で広がるようになるが、双方の中心波長の間に所定の波長差Δλ、つまり４０ｎｍの波長差を設けてあるため、周波数領域でプローブ光の帯域にまで達することがない。その結果、四周期の正弦波形状の伝達関数Ｆが得られるようになる。 Therefore, according to the present embodiment, the control light exerts the XPM effect on the probe light A, and at the same time, the spectrum of the control light spreads by the action of the SPM. Since the wavelength difference Δλ, that is, the wavelength difference of 40 nm is provided, the probe light band is not reached in the frequency domain. As a result, a four-cycle sinusoidal transfer function F can be obtained.
因みに、ＮＯＬＭを用いてＮビットで量子化及び符号化するＡ／Ｄ変換を行う場合、一般に、最大で２Ｎ−２周期の正弦波伝達関数を持つＮＯＬＭが必要であることが知られている。従って、例えば、３ビットの場合、二周期の正弦波伝達関数を持つＮＯＬＭが必要であり、４ビットの場合は四周期の正弦波伝達関数が必要であることとなる。上述したように、本実施例によれば、このようなＮＯＬＭが実現可能となるわけである。 Incidentally, it is generally known that when performing A / D conversion in which NLM is quantized and encoded using NOLM, a NOLM having a sine wave transfer function of 2 N-2 cycles at the maximum is necessary. . Therefore, for example, in the case of 3 bits, a NOLM having a two-cycle sine wave transfer function is required, and in the case of 4 bits, a four-cycle sine wave transfer function is required. As described above, according to the present embodiment, such a NOLM can be realized.
また、従来、電子回路の熱雑音、標本化のアパチャのジッタ、比較器の曖昧性、さらには、ハイゼンベルグの不確定性原理などの物理的な限界などの事情から、標本化周波数は高々数１０ＧＨｚ程度が限界とされていた。ところが、本実施形態によれば、より高速での処理を実現することができるようになる。このため、特に高速大容量化の要求が強い通信分野において、その効果が大きく期待できる。
Conventionally, the sampling frequency is at most several tens of GHz due to physical limitations such as electronic circuit thermal noise, sampling aperture jitter, comparator ambiguity, and Heisenberg's uncertainty principle. The degree was the limit. However, according to the present embodiment, processing at higher speed can be realized. For this reason, the effect can be greatly expected particularly in the communication field where the demand for high speed and large capacity is strong.
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る四ビットの量子化及び符号化を行う光Ａ／Ｄ変換器に使用可能な非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）２０を示すものであり、この非線形光ループミラー２０には、時間遅延量調整手段２１を付加している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals to avoid redundant description.
FIG. 5 shows a non-linear optical loop mirror (NOLM) 20 that can be used in an optical A / D converter that performs 4-bit quantization and encoding according to the second embodiment of the present invention. A time delay amount adjusting means 21 is added to the optical loop mirror 20.
時間遅延量調整手段２１は、図６（Ｂ）に示すように、コントロール光とプローブ光に最大ウォークオフ時間（Ｔｗ；図６（Ａ）参照）の半分の逆符号である初期時間差（−Ｔｗ／２）を与えている。 As shown in FIG. 6B, the time delay amount adjusting means 21 has an initial time difference (−) that is the opposite sign of half of the maximum walk-off time (T w ; see FIG. 6A) between the control light and the probe light. T w / 2).
図６（Ａ）のように初期相対時間差が零の場合、コントロール光とプローブ光の時間的な重なりは、コントロール光は主に左半分（時間軸で負の方向）のみ、プローブ光は主に右半分(時間軸で正の方向)のみというように、非対称な形になる。パルスどうしの重なりが非対称の場合、発生するＸＰＭも非対称になる。このとき、ＸＰＭによる位相シフトがプローブ光のパルス全体に均一に及ばなくなり、３ｄＢカプラ１２における干渉によるスイッチングの特性が劣化し、図２に示すように、正弦波の山と谷の比が小さくなる結果となって、好ましくない。一方、図６（Ｂ）のように最大ウォークオフ時間の半分の逆符号である初期相対時間差（−Ｔｗ／２）が与えられている場合は、コントロール光とプローブ光の重なりは時間的に対称になるため、ＸＰＭによる位相シフトはプローブ光のパルス全体に均一に及ぶこととなり、３ｄＢカプラ１２における干渉によるスイッチングの特性が向上し、結果的に図７に示す伝達関数のように、正弦波特性の山と谷の比が大きくなる。よって、初期相対時間差として−Ｔｗ／２を与えることは、伝達関数の特性向上に対して非常に有効である。 When the initial relative time difference is zero as shown in FIG. 6A, the temporal overlap between the control light and the probe light is mainly for the left half of the control light (in the negative direction on the time axis) and for the probe light mainly. Only the right half (positive direction on the time axis) has an asymmetric shape. When the overlap between pulses is asymmetric, the generated XPM is also asymmetric. At this time, the phase shift due to XPM does not uniformly reach the entire pulse of the probe light, the switching characteristics due to interference in the 3 dB coupler 12 deteriorate, and the ratio of the peak and valley of the sine wave becomes small as shown in FIG. As a result, it is not preferable. On the other hand, when the initial relative time difference (−T w / 2), which is the opposite sign of half the maximum walk-off time, is given as shown in FIG. 6B, the overlap between the control light and the probe light is temporally Since it becomes symmetrical, the phase shift due to XPM is uniformly applied to the entire pulse of the probe light, and the switching characteristics due to interference in the 3 dB coupler 12 are improved. As a result, a sinusoidal wave as shown in the transfer function shown in FIG. The ratio of the peaks and valleys of the characteristics increases. Thus, giving -T w / 2 as an initial relative time difference is very effective for improving characteristics of the transfer function.
次に、本実施形態の作用について説明する。
３ｄＢカプラ１２から入射されたプローブ光は、パワーが同じプローブ光Ａ及びプローブ光Ｂに１：１に等分され、ＮＯＬＭ１０中の光ファイバ１１をそれぞれ時計回り及び反時計回りに伝搬する。一方、コントロール光は、時間遅延量調整手段２１によりプローブ光よりも所定時間だけ先に、即ち時計回りで伝搬するプローブ光Ａの方がコントロール光よりも最大ウォークオフ時間（Ｔｗ；図６（Ａ）参照）の半分の逆符号である初期時間差（−Ｔｗ／２）だけ時間的に先行するように、ＷＤＭカプラ１３へ出力される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The probe light incident from the 3 dB coupler 12 is equally divided into 1: 1 by the probe light A and the probe light B having the same power, and propagates clockwise and counterclockwise through the optical fiber 11 in the NOLM 10, respectively. On the other hand, the control light is propagated clockwise by the time delay amount adjusting means 21 for a predetermined time, that is, the probe light A propagating clockwise is the maximum walk-off time (T w ; FIG. 6 ( A) is output to the WDM coupler 13 so as to be preceded in time by an initial time difference (−T w / 2) which is an inverse sign of half of the reference.
コントロール光は、サンプリングされたアナログ信号に相当するため、パルスごとにパワーが変化しながらＷＤＭカプラ１３から光ファイバ１１に入射していき、光ファイバ１１中を時計回りの方向のみに伝搬する。 Since the control light corresponds to a sampled analog signal, the power is changed from pulse to pulse and enters the optical fiber 11 from the WDM coupler 13 and propagates in the optical fiber 11 only in the clockwise direction.
（Ｉ）ここで、このコントロール光が存在しないときには、第１の実施形態と同様にして、途中で正常分散ファイバ１５及び異常分散ファイバ１６を通過し、光ファイバ１１を伝搬し終えたプローブ光Ａ及びＢは、３ｄＢカプラ１２内部で干渉し、入力ポート１２Ａから光ファイバ１７に全て出射され、透過ポート１２Ｄから光ファイバ１８へ出射することはない。 (I) Here, when this control light does not exist, the probe light A that has passed through the normal dispersion fiber 15 and the anomalous dispersion fiber 16 and has propagated through the optical fiber 11 in the middle, as in the first embodiment. And B interfere inside the 3 dB coupler 12, and are all emitted from the input port 12A to the optical fiber 17 and are not emitted from the transmission port 12D to the optical fiber 18.
（ＩＩ）一方、コントロール光が存在するときには、光カプラ１３のところで、時計回りで伝搬するプローブ光Ａとコントロール光が初期時間差（−Ｔｗ／２）だけずれて搬送される。そして、正常分散ファイバ１５において、群速度の速いプローブ光Ａが群速度の遅いコントロール光に追いついて追い越す際に、双方が重なり合うが、そのとき、正常分散ファイバ１５中の非線形効果によって、コントロール光とプローブ光Ａとの間にＸＰＭの作用が発生し、プローブ光Ａに対してコントロール光のパワーに比例した位相シフトが付与される。 (II) On the other hand, when the control light is present, the probe light A and the control light propagating in the clockwise direction at the optical coupler 13 are transported with an initial time difference (−T w / 2) shifted. Then, in the normal dispersion fiber 15, when the probe light A having a high group velocity catches up and overtakes the control light having a low group velocity, both overlap each other. At this time, the control light and the control light are separated by the nonlinear effect in the normal dispersion fiber 15. An XPM action occurs between the probe light A and the probe light A is given a phase shift proportional to the power of the control light.
その後、異常分散ファイバ１６において、群速度の遅いプローブ光Ａは、群速度の速いコントロール光に追いつかれる（追い越される）が、本実施形態では、非線形定数値が正常分散ファイバ１５に比べて小さいので、異常分散ファイバ１６中では非線形効果が殆ど発生することはない。 Thereafter, in the anomalous dispersion fiber 16, the probe light A having a low group velocity is caught up (overtaken) by the control light having a high group velocity, but in this embodiment, the nonlinear constant value is smaller than that of the normal dispersion fiber 15. In the anomalous dispersion fiber 16, almost no nonlinear effect occurs.
このようにして、主に正常分散ファイバ１５において、ＸＰＭ作用が都合８回発生し、コントロール光のパワー、つまり標本化されたアナログ信号の振幅に比例した位相シフトが付与される。
光ファイバ１１を伝搬し終えたプローブ光Ａ及びＢは、３ｄＢカプラ１２内で干渉する際に、ＸＰＭによって発生した位相シフトの条件によって、透過ポート１２Ｄへプローブ光が出力される。この透過ポート１２Ｄへ出力されるプローブ光のパワーは、第１の実施形態と同じく、コントロール光の入力パワーに対して正弦波特性となる。換言すれば、本実施形態の非線形光ループミラー１０によれば、二分の一周期以上、特に四周期の正弦波形状の高品質な伝達関数Ｆが得られるようになる。
In this way, mainly in the normal dispersion fiber 15, the XPM effect occurs for 8 times, and a phase shift proportional to the power of the control light, that is, the amplitude of the sampled analog signal is given.
When the probe lights A and B that have propagated through the optical fiber 11 interfere in the 3 dB coupler 12, the probe lights are output to the transmission port 12D according to the phase shift condition generated by XPM. The power of the probe light output to the transmission port 12D has a sine wave characteristic with respect to the input power of the control light, as in the first embodiment. In other words, according to the nonlinear optical loop mirror 10 of the present embodiment, a high-quality transfer function F having a sinusoidal shape having a half period or more, particularly four periods, can be obtained.
ところで、本実施形態でも、コントロール光はプローブ光Ａに対してＸＰＭの効果を発生すると同時に、ＳＰＭによってそのスペクトルが広がる。しかしながら、コントロール光とプローブ光の波長差Δλを大きく設定してあるため、周波数領域でコントロール光のスペクトルがプローブ光の帯域に及んで、ＢＰＦ１４を通過することなく、所望の周期、特に四周期の正弦波特性を持つ伝達関数Ｆが得られるようになる。 By the way, also in the present embodiment, the control light generates an XPM effect on the probe light A, and at the same time, its spectrum is expanded by SPM. However, since the wavelength difference Δλ between the control light and the probe light is set to be large, the spectrum of the control light reaches the band of the probe light in the frequency domain and does not pass through the BPF 14 and has a desired period, particularly four periods. A transfer function F having sinusoidal characteristics can be obtained.
図１に示す非線形光ループミラー１０において、４０Ｇsample/s以上の４ビット超高速光Ａ／Ｄ変換を実施するため、コントロール光のパルス幅を１ｐｓ、プローブ光のパルス幅を０．５ｐｓとしてＮＯＬＭ動作の検証を数値計算により行った。これにより、四周期の正弦波伝達関数が得られたことの検証結果について、具体的な数値計算結果数値計算を用いて、以下に定量的に説明する。 In the nonlinear optical loop mirror 10 shown in FIG. 1, in order to perform 4-bit ultrafast optical A / D conversion of 40 Gsample / s or more, a NOLM operation is performed with a control light pulse width of 1 ps and a probe light pulse width of 0.5 ps. This was verified by numerical calculation. Thus, the verification result that the four-period sine wave transfer function has been obtained will be quantitatively described below using a specific numerical calculation result numerical calculation.
第１の実施形態で説明したように、正常分散ファイバ１５は、分散値が−０．５ps/nm/km、非線形定数は１２/Ｗ/km、長さが２５ｍのＨＮＬＦで構成している。一方、異常分散ファイバ１６は、分散値が１６ps/nm/km、非線形定数は１．３/Ｗ/km、長さが０．７８ｍのＳＭＦで構成しており、これらのファイバを交互に８組接続させて組み合わせたもので、ＮＯＬＭ内の非線形媒体を構成している。 As described in the first embodiment, the normal dispersion fiber 15 is composed of HNLF having a dispersion value of −0.5 ps / nm / km, a nonlinear constant of 12 / W / km, and a length of 25 m. On the other hand, the anomalous dispersion fiber 16 is composed of SMF having a dispersion value of 16 ps / nm / km, a nonlinear constant of 1.3 / W / km, and a length of 0.78 m. These are connected and combined to form a nonlinear medium in the NOLM.
また、第１の実施形態で説明したように、ＢＰＦ１４に、３ｄＢ幅が０．５ＴＨｚのガウシアンフィルタを用い、中心波長はプローブ光の波長と一致させてあり、また、入力パルス条件として、コントロール光とプローブ光には、共にｓｅｃｈ関数の波形を用いている。
ＮＯＬＭに入射する前のプローブ光のピークパワーＰＰは５０ｍＷとし、コントロール光のピークパワーＰＣは０から７Ｗまで変化させるようにした。さらに、コントロール光をＷＤＭカプラ１３から入射してプローブ光Ａと重ねる際の時間差を零とした。
Further, as described in the first embodiment, a Gaussian filter having a 3 dB width of 0.5 THz is used for the BPF 14, the center wavelength is matched with the wavelength of the probe light, and the control light is used as an input pulse condition. For both the probe light and the probe light, the waveform of the sech function is used.
Peak power P P of the probe light before entering the NOLM is a 50 mW, the peak power P C of the control light was set to vary from 0 to 7W. Further, the time difference when the control light is incident from the WDM coupler 13 and overlapped with the probe light A is set to zero.
さらに、コントロール光とプローブ光の波長差Δλを３０、４０、及び５０ｎｍとしたときの、入力プローブ光と出力プローブ光とのパルスピークパワーの相関性を示すグラフ、つまりＮＯＬＭの伝達関数を図２に示す。但し、第１の実施形態で説明したように、コントロール光の波長λｃは１５３０ｎｍであり、プローブ光の波長は波長差に応じてコントロール光より長波長側に設定している。 Further, a graph showing the correlation between the pulse peak powers of the input probe light and the output probe light when the wavelength difference Δλ between the control light and the probe light is 30, 40, and 50 nm, that is, the transfer function of NOLM is shown in FIG. Shown in However, as described in the first embodiment, the wavelength λ c of the control light is 1530 nm, and the wavelength of the probe light is set longer than the control light according to the wavelength difference.
ここで、例えば波長差がΔλ＝３０ｎｍのときには、即ちプローブ光の波長をλｐ＝１５６０ｎｍに設定した場合には、伝達関数の形が正弦波としてみなせる周期が３周期未満である。一方、波長差をΔλ＝４０ｎｍあるいは５０ｎｍに設定すると、四周期の正弦波特性が実現されていることがわかる。 Here, for example, when the wavelength difference is Δλ = 30 nm, that is, when the wavelength of the probe light is set to λ p = 1560 nm, the period in which the shape of the transfer function can be regarded as a sine wave is less than three periods. On the other hand, when the wavelength difference is set to Δλ = 40 nm or 50 nm, it can be seen that a four-cycle sine wave characteristic is realized.
ここで、Δλ＝３０，４０，５０ｎｍの場合について、コントロール光のピークパワーＰＣ＝４Ｗとした際の、ＮＯＬＭ透過ポート１２Ｄを出射直後のコントロール光及びプローブ光のスペクトル波形を、それぞれ図３（Ａ）から（Ｃ）に示す。同様に、ＰＣ＝５Ｗとしたときのスペクトル波形をそれぞれ図４（Ａ）から（Ｃ）に示す。なお、同図において、点線はＮＯＬＭ入力時のコントロール光とプローブ光Ａのスペクトルを示している。 Here, for Δλ = 30, 40, and 50 nm, the control light and probe light spectral waveforms immediately after exiting the NOLM transmission port 12D when the control light peak power P C = 4 W are shown in FIG. Shown in A) to (C). Similarly, FIGS. 4A to 4C show spectrum waveforms when P C = 5 W, respectively. In the figure, the dotted line indicates the spectrum of the control light and the probe light A when the NOLM is input.
図３と図４の各図を比較すると、Ｐｃ＝４Ｗの場合と比較してＰｃ＝５Ｗの場合には、コントロール光のスペクトルがＳＰＭによってより大きく広がっている。特に、両図（Ａ）よりΔλ＝３０ｎｍの場合、広がったコントロール光のスペクトルがプローブ光の波長領域（１５６０ｎｍ）に著しく及んでいることがわかる。その結果、ＢＰＦ１４を透過できるプローブ光の波長帯において、本来、コントロール光は通過できず、プローブ光成分のみがＸＰＭによる位相シフトに応じた出力パワーで得られるはずであるが、ＳＰＭによって広がったコントロール光のスペクトルがＢＰＦを透過してしまい、結果的に伝達関数は正弦波的な特性を満たさなくなる。一方、両図（Ｂ）および（Ｃ）より、Δλを４０ｎｍ以上に設定した場合は、ＳＰＭによって広がったコントロール光のスペクトルがプローブ光の帯域に十分に及んでいるとは言えない。結果的に、Δλを４０ｎｍあるいは５０ｎｍに設定することで、図２に示すように四周期の正弦波特性が得られている。 Comparing each diagram of FIG. 3 and FIG. 4, the spectrum of the control light is broadened more by SPM when Pc = 5 W than when Pc = 4 W. In particular, from both figures (A), it can be seen that when Δλ = 30 nm, the spectrum of the spread control light significantly extends to the wavelength region (1560 nm) of the probe light. As a result, in the wavelength band of the probe light that can pass through the BPF 14, the control light cannot originally pass and only the probe light component should be obtained with the output power corresponding to the phase shift by XPM, but the control spread by SPM. The spectrum of light is transmitted through the BPF, and as a result, the transfer function does not satisfy the sinusoidal characteristics. On the other hand, from both FIGS. (B) and (C), when Δλ is set to 40 nm or more, it cannot be said that the spectrum of the control light spread by the SPM sufficiently reaches the band of the probe light. As a result, by setting Δλ to 40 nm or 50 nm, a four-cycle sine wave characteristic is obtained as shown in FIG.
従って、三周期以上の正弦波特性を実現するためには、ＳＰＭによるコントロール光のスペクトルの広がりの程度を考慮した上で、コントロール光とプローブ光に４０ｎｍ以上の波長差を与えればよいことがわかる。ＳＰＭによるコントロール光のスペクトルの広がりを考慮し、コントロール光とプローブ光に大きな波長差を設けることは、半周期のＮＯＬＭ伝達特性を実現する際には不要であり、従来は考えられていなかった構成であるが、本実施例１により、多ビットＡＤ変換を実現するために多周期正弦波特性を伝達関数として実現しなければならないＮＯＬＭにおいては、このような構成が必要であるとの知見が得られた。 Therefore, in order to realize a sinusoidal characteristic of three cycles or more, it is only necessary to give a wavelength difference of 40 nm or more to the control light and the probe light in consideration of the extent of the spectrum of the control light by SPM. Recognize. Considering the spread of the control light spectrum due to SPM, providing a large wavelength difference between the control light and the probe light is not necessary when realizing a half-cycle NOLM transfer characteristic, and has not been considered in the past. However, according to the first embodiment, there is a knowledge that such a configuration is necessary in the NOLM in which a multi-period sine wave characteristic must be realized as a transfer function in order to realize multi-bit AD conversion. Obtained.
図５に示す非線形光ループミラー２０において、第１の実施例と同様、４０Ｇsample/s以上の４ビット超高速光Ａ／Ｄ変換を実施するため、コントロール光のパルス幅を１ｐｓ、プローブ光のパルス幅を０．５ｐｓとしてＮＯＬＭ動作の検証を数値計算により行った。これにより、本実施例でも、四周期の正弦波伝達関数が得られたことの検証結果について、具体的な数値計算結果を用いて、以下に定量的に説明する。 In the nonlinear optical loop mirror 20 shown in FIG. 5, as in the first embodiment, the control light pulse width is 1 ps and the probe light pulse is used to perform 4-bit ultrafast optical A / D conversion of 40 Gsample / s or more. The NOLM operation was verified by numerical calculation with a width of 0.5 ps. Thereby, also in the present embodiment, the verification result that the four-period sine wave transfer function is obtained will be quantitatively described below using a specific numerical calculation result.
第１の実施例では、コントロール光をＷＤＭカプラより入射してプローブ光Ａと重ね合わせる際の時間差を零と設定したが、この条件ではコントロール光とプローブ光との間で発生する「ウォークオフ」により、それぞれのパルスが時間的に重なる度合いが時間的に非対称になる。このときの、ファイバ長手方向の距離に対するコントロール光とプローブ光Ａの相対時間差の模式図を、図６（Ａ）に示す。パルスどうしの重なり度合いが非対称になると、ＸＰＭによる位相シフトがプローブ光Ａのパルス全体に均一でないため、干渉によるスイッチングの特性が劣化し、伝達関数の正弦波特性の品質が劣化する。ここで、「正弦波特性の品質が良い」ということは、「正弦波の山と谷の差が大きく保たれている」ことである。一方、時間遅延量調整手段２１によりプローブ光Ａにコントロール光と最大ウォークオフ時間（Ｔｗ）の半分の逆符号である初期時間差（−Ｔｗ／２）を与えた場合、パルスが時間的に重なる度合いが時間的に対称になる。このときの、ファイバ長手方向の距離に対するコントロール光とプローブ光Ａの相対時間差の模式図を、図６（Ｂ）に示す。このとき、ＸＰＭによる位相シフトがプローブ光Ａのパルス全体に均一になるため、伝達関数の正弦波特性の品質が良化する。 In the first embodiment, the time difference when the control light is incident from the WDM coupler and overlapped with the probe light A is set to zero. Under this condition, “walk-off” occurs between the control light and the probe light. Thus, the degree of overlap of the pulses in time becomes asymmetric in time. A schematic diagram of the relative time difference between the control light and the probe light A with respect to the distance in the fiber longitudinal direction at this time is shown in FIG. When the overlapping degree of pulses becomes asymmetric, the phase shift due to XPM is not uniform over the entire pulse of the probe light A, so that the switching characteristic due to interference deteriorates and the quality of the sine wave characteristic of the transfer function deteriorates. Here, “the quality of the sine wave characteristic is good” means “the difference between the peaks and valleys of the sine wave is kept large”. On the other hand, when the time delay amount adjusting means 21 gives the probe light A an initial time difference (−T w / 2) that is the opposite sign of half of the control light and the maximum walk-off time (T w ), the pulse is temporally The degree of overlap is symmetrical in time. FIG. 6B shows a schematic diagram of the relative time difference between the control light and the probe light A with respect to the distance in the fiber longitudinal direction at this time. At this time, since the phase shift due to XPM is uniform over the entire pulse of the probe light A, the quality of the sine wave characteristic of the transfer function is improved.
なお第１の実施例では、Δλ＝３０、４０、５０ｎｍの場合について、正常分散ファイバ１５であるＨＮＬＦを伝搬後にプローブ光Ａとコントロール光の間で生じる最大の相対時間差（最大ウォークオフ時間Ｔｗ）はそれぞれ、Ｔｗ＝０．３７５、０．５、０．６２５ｐｓであった。プローブ光のパルス幅は０．５ｐｓであるので、最大ウォークオフ時間Ｔｗが無視できない値であることが分かる。 In the first embodiment, when Δλ = 30, 40, and 50 nm, the maximum relative time difference (maximum walk-off time T w) generated between the probe light A and the control light after propagating through the HNLF that is the normal dispersion fiber 15. ) Were T w = 0.375, 0.5, and 0.625 ps, respectively. Since the pulse width of probe light is 0.5 ps, it is seen that the maximum walk-off time T w is not negligible value.
一方、本実施例の場合には、プローブ光Ａとコントロール光との間には、予め、−Ｔｗ／２の初期時間差を設けてあるので、最大ウォークオフ時間は第１の実施例の半分となる。 On the other hand, in the case of the present embodiment, an initial time difference of −T w / 2 is provided in advance between the probe light A and the control light, so that the maximum walk-off time is half that of the first embodiment. It becomes.
図５に示す非線形光ループミラー２０において、時間遅延量調整手段２１によりプローブ光Ａにコントロール光と最大ウォークオフ時間（Ｔｗ）の半分の逆符号である初期時間差（−Ｔｗ／２）を与えた場合（本実施例）について、プローブ光Ａと同期をとってＷＤＭカプラからのコントロール光を出射させる場合(第１の実施例)と同様の検証を行う。時間遅延量調整手段２１によりコントロール光とプローブ光Ａの間に初期時間差を与えること以外の条件は、第１の実施例と同様である。 In the nonlinear optical loop mirror 20 shown in FIG. 5, the time delay amount adjusting means 21 causes the probe light A to have an initial time difference (−T w / 2) that is a sign opposite to half of the maximum walk-off time (T w ). For the given case (this embodiment), the same verification as in the case where the control light from the WDM coupler is emitted in synchronization with the probe light A (first embodiment) is performed. The conditions other than giving an initial time difference between the control light and the probe light A by the time delay amount adjusting means 21 are the same as in the first embodiment.
次に、時間遅延量調整手段２１によりプローブ光Ａにコントロール光と最大ウォークオフ時間（Ｔｗ）の半分の逆符号である初期時間差（−Ｔｗ／２）が与えている本実施例の場合において、ＮＯＬＭの伝達関数を図７に示す。また、コントロール光のピークパワーＰｃが４Ｗ及び５Ｗの場合の、ＮＯＬＭ２０の透過ポート１２Ｄを透過直後のコントロール光およびプローブ光のスペクトルを、それぞれ図８及び図９に示す。 Next, in the case of the present embodiment, the time delay amount adjusting means 21 gives the probe light A an initial time difference (−T w / 2) which is the opposite sign of half of the control light and the maximum walk-off time (T w ). FIG. 7 shows the transfer function of NOLM. 8 and 9 show the spectra of the control light and the probe light immediately after passing through the transmission port 12D of the NOLM 20 when the peak power Pc of the control light is 4 W and 5 W, respectively.
これによれば、第１の実施例と同様、プローブ光Ａとコントロール光との波長差がΔλ＝３０ｎｍ（つまり、プローブ光の波長λｐ＝１５６０ｎｍ）の場合、伝達関数の正弦波特性は三周期に及んでいないが、Δλ＝４０、５０ｎｍ（つまり、プローブ光の波長λｐ＝１５７０ｎｍ、１５８０ｎｍ）の場合は、正弦波特性の周期が四周期に達していることがわかる。一方、図２に示す伝達関数と比較すると、伝達関数の正弦波特性の品質が改善されていることが分かる。これは、コントロール光とプローブ光Ａの間に最大ウォークオフ時間（Ｔｗ）の半分の逆符号である初期時間差を与えたことで、プローブ光Ａのパルス全体にコントロール光からのＸＰＭによる位相シフトが均一に作用した結果、３ｄＢカプラ１２における干渉によるプローブ光のスイッチングが良好に動作した結果である。 According to this, as in the first embodiment, when the wavelength difference between the probe light A and the control light is Δλ = 30 nm (that is, the wavelength λ p = 1560 nm of the probe light), the sine wave characteristic of the transfer function is Although it does not reach three periods, it can be seen that in the case of Δλ = 40, 50 nm (that is, the wavelength of probe light λ p = 1570 nm, 1580 nm), the period of the sine wave characteristic reaches four periods. On the other hand, when compared with the transfer function shown in FIG. 2, it can be seen that the quality of the sinusoidal characteristic of the transfer function is improved. This is because an initial time difference, which is the opposite sign of half of the maximum walk-off time (T w ), is given between the control light and the probe light A, so that the entire pulse of the probe light A is phase-shifted by XPM from the control light. As a result, the switching of the probe light due to the interference in the 3 dB coupler 12 operates satisfactorily.
なお、本発明は特にこれらの実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が適用可能である。即ち、第１の実施形態において、正常分散ファイバと異常分散ファイバとをこの順番で配置させるのではなく、逆の順番で配置させるとともに時計回りで伝搬するプローブ光Ａの方がコントロール光よりも中心波長が短波長側にあるものを用いるようにしてもよい。さらに、この正常分散ファイバと異常分散ファイバとを８組設置したが、特にこの組数に限定されるものではない。 The present invention is not particularly limited to these embodiments, and various aspects can be applied. That is, in the first embodiment, the normal dispersion fiber and the anomalous dispersion fiber are not arranged in this order, but the probe light A that is arranged in the reverse order and propagates in the clockwise direction is more central than the control light. You may make it use what has a wavelength in the short wavelength side. Furthermore, although eight sets of the normal dispersion fiber and the anomalous dispersion fiber are installed, the number is not particularly limited.
同様に、第２の実施形態において、正常分散ファイバと異常分散ファイバとをこの順番で配置させるのではなく、逆の順番で配置させるとともに時計回りで伝搬するプローブ光Ａの方がコントロール光よりも最大ウォークオフ時間の半分の逆符号である初期時間差（＋Ｔｗ／２）だけ進ませる構成であってもよい。 Similarly, in the second embodiment, the normal dispersion fiber and the anomalous dispersion fiber are not arranged in this order, but the probe light A that is arranged in the reverse order and propagates in the clockwise direction is more than the control light. It may be configured to advance by an initial time difference (+ T w / 2) which is an inverse sign of half of the maximum walk-off time.
また、これらの実施形態では、正常分散特性を有するＨＮＬＦである正常分散ファイバ１５と、異常分散特性を有するＳＭＦである異常分散ファイバ１６とを交互に接続させたものでＮＯＬＭを構成したが、正常分散特性を有するＨＮＬＦと、異常分散特性を有するＨＮＬＦとを交互に接続させることで、ＮＯＬＭを構成するようにしてもよい。このように構成すれば、ファイバ長を短縮でき小型化するのに好適である。 In these embodiments, the NOLM is configured by alternately connecting the normal dispersion fiber 15 that is an HNLF having normal dispersion characteristics and the anomalous dispersion fiber 16 that is SMF having anomalous dispersion characteristics. The NOLM may be configured by alternately connecting an HNLF having a dispersion characteristic and an HNLF having an anomalous dispersion characteristic. If comprised in this way, fiber length can be shortened and it is suitable for size reduction.
本発明によれば、コントロール光とプローブ光の時間幅がそれぞれ極めて狭く、超高速標本化周波数にも対応し得る条件下で、ＮＯＬＭの伝達特性として高品質な多周期正弦波特性、特に四周期の正弦波特性を実現することができる。従って、ここで得られる四周期ＮＯＬＭを用いることにより、超高速標本化周波数のもとで４ビットの光Ａ／Ｄ変換動作が実現可能な光Ａ／Ｄ変換器を提供可能となる。 According to the present invention, the time widths of the control light and the probe light are extremely narrow, and the high-quality multi-period sine wave characteristics, particularly four A periodic sine wave characteristic can be realized. Therefore, by using the four-cycle NOLM obtained here, it is possible to provide an optical A / D converter capable of realizing a 4-bit optical A / D conversion operation under an ultra-high-speed sampling frequency.
１０・・・非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）
１１・・・光ファイバ
１２・・・３ｄＢカプラ
１２Ａ・・・入射ポート（入力端）
１２Ｂ・・・第１ポート
１２Ｃ・・・第２ポート
１２Ｄ・・・透過ポート（出力端）
１３・・・ＷＤＭカプラ（コントロール光入力手段）
１４・・・ＢＰＦ（Band Pass Filter）
１５・・・正常分散ファイバ（非線形媒体）
１６・・・異常分散ファイバ
１７・・・（光信号供給用）光ファイバ
１８・・・（光信号出力用）光ファイバ
１９・・・（コントロール光供給用）光ファイバ
２０・・・非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）
２１・・・時間遅延量調整手段
λｐ・・・（プローブ光の）波長
λｃ・・・（コントロール光の）波長
Ａ・・・プローブ光Ａ（光信号）
Ｂ・・・プローブ光Ｂ（光信号）
ＣＲ１、ＣＲ２・・・第１、第２偏波コントローラ
10 ... Nonlinear optical loop mirror (NOLM)
11 ... Optical fiber 12 ... 3 dB coupler 12A ... Incident port (input end)
12B ... 1st port 12C ... 2nd port 12D ... Transmission port (output end)
13 ... WDM coupler (control light input means)
14 ... BPF (Band Pass Filter)
15 ... Normal dispersion fiber (nonlinear medium)
16 ... anomalous dispersion fiber 17 ... (for optical signal supply) optical fiber 18 ... (for optical signal output) optical fiber 19 ... (for control light supply) optical fiber 20 ... nonlinear optical loop Mirror (NOLM)
21... Time delay adjusting means .lamda.p... (Probe light) wavelength λc... (Control light) wavelength A... Probe light A (optical signal)
B: Probe light B (optical signal)
CR1, CR2 ... first and second polarization controllers
Claims (6)
前記ループ状の光ファイバと、
前記光ファイバとは別に設けた前記光信号供給用の光ファイバから入力された前記光信号を２分岐して前記ループ状の光ファイバの両端に出力し、かつ、前記ループ状の光ファイバを周回して前記両端から入力される前記光信号を前記光信号供給用の光ファイバ及び光信号出力用の光ファイバに分岐出力するように接続された光カプラと、
前記制御光信号を前記ループ状の光ファイバに入力させる制御光信号入力手段と、
前記ループ状の光ファイバの光路上に配置される非線形媒体と
を有し、
前記制御光信号と前記光信号が前記非線形媒体を伝搬し終えた際、自己位相変調（ＳＰＭ）によって広がった前記制御光信号のスペクトルが、前記光信号のスペクトルに干渉しない程度に、前記制御光信号と前記光信号との波長に差が与えられていることを特徴とする非線形光ループミラー。 The optical signal output from the loop optical fiber by adjusting the phase difference of one of the optical signals input from both ends of the loop optical fiber with the power of the control optical signal A non-linear optical loop mirror that controls the power of
The loop-shaped optical fiber;
The optical signal input from the optical fiber for supplying an optical signal provided separately from the optical fiber is branched into two and output to both ends of the loop-shaped optical fiber, and the loop-shaped optical fiber is circulated. An optical coupler connected to branch and output the optical signal input from both ends to the optical fiber for supplying the optical signal and the optical fiber for outputting the optical signal;
Control optical signal input means for inputting the control optical signal to the loop-shaped optical fiber;
A non-linear medium disposed on the optical path of the loop optical fiber,
When the control optical signal and the optical signal have finished propagating through the nonlinear medium, the control light is spread to such an extent that the spectrum of the control optical signal spread by self-phase modulation (SPM) does not interfere with the spectrum of the optical signal. A nonlinear optical loop mirror characterized in that a difference is given to the wavelength of a signal and the optical signal.
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