JP4454763B2 - 信号光を波形整形するための方法、装置及びシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を波形整形するための方法、装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光レベルで波形整形を行う従来の波形整形装置として、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型光ゲートがある。この光ゲートは、位相シフトを与えるための第１及び第２の非線形光学媒質を含むマッハツェンダ干渉計を例えば光導波路基板上に集積化して構成される。連続波（ＣＷ）光としてのプロープ光が等分配されて第１及び第２の非線形光学媒質に供給される。このとき、等分配されたプローブ光の干渉により出力光が得られないように干渉計の光路長が設定されている。
【０００３】
第１及び第２の非線形光学媒質の一方には更に光信号が供給される。光信号及びプローブ光のパワーを適切に設定することによって、光信号に同期する変換光信号がこの光ゲートから出力される。変換光信号はプローブ光と同じ波長を有している。
【０００４】
第１及び第２の非線形光学媒質の各々として半導体光アンプ（ＳＯＡ）を用いることが提案されている。例えば、波長１．５μｍ帯において、両端面を無反射化処理したＩｎＧａＡｓ−ＳＯＡを各非線形光学媒質として用い、これらをＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ基板上に集積化したものが作製されている。
【０００５】
従来知られている他の波形整形装置として、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）がある。ＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続するループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている。
【０００６】
ループ光路の一部または全体を非線形光学媒質から構成するとともに、第１及び第３の光路にそれぞれプローブ光及び光信号を供給することによって、変換光信号が第２の光路から出力される。
【０００７】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質としては光ファイバが一般的である。特に、非線形光学媒質としてＳＯＡを用いたＮＯＬＭはＳＬＡＬＯＭ（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）と称される。
【０００８】
ところで、近年実用化されている光ファイバ通信システムにおいては、伝送路損失や分岐損失等による信号パワーの低下を、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光増幅器を用いて補償している。光増幅器はアナログ増幅器であり、信号を線形増幅するものである。この種の光増幅器においては、増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）雑音の付加により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下するので、中継数ひいては伝送距離に限界が生じる。また、光ファイバの持つ波長分散やファイバ内の非線形光学効果による波形劣化も伝送限界を与える要因である。こうした限界を打破するためには、信号をデジタル的に処理する再生中継器が必要であり、その実現が望まれている。特に、全ての処理を光レベルにおいて行う全光再生中継器は、信号のビットレートやパルス形状等に依存しないトランスペアレントな動作を実現する上で重要である。
【０００９】
全光再生中継器に必要な機能は、振幅再生又はリアンプリフィケーション（Ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と、波形整形又はリシェイピング（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）と、タイミング再生又はリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）とである。これらの機能は３Ｒ機能と称され、特に前二者は２Ｒ機能と称される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
波形整形装置と光増幅器を組み合わせることにより、あるいは光増幅機能を有する波形整形装置を用いることにより、２Ｒ機能を提供することができる。また、それに加えてクロック再生器を並行して用いることにより３Ｒ機能を提供することができる。
【００１１】
我々は、先に２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置を提案した（特願平１１−２９３１８９号）。この装置においては、２つのＮＯＬＭを組み合わせることによって、波形整形或いは光ゲートの機能を得る場合における波長変換の自由度を大きくしている。
【００１２】
特に、３Ｒ機能を提供するための波形整形装置においては、クロック再生器でクロックパルスを抽出するもとになる光信号の劣化度合いに応じて、十分な３Ｒ機能を得ることができない場合があるという問題がある。
【００１３】
一方、伝送容量を飛躍的に拡大するために波長分割多重（ＷＤＭ）を適用する場合、３Ｒ機能を提供するための波形整形装置が多重数に応じて複雑化することが予想されるので、ＷＤＭに適した波形整形装置が求められている。
【００１４】
よって、本発明の目的は、十分な３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＷＤＭに適した波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することである。
【００１６】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割するステップと、上記第２の信号光を第１の光遅延回路に供給して上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにするステップと、上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を第１の波形整形装置に供給して単一波長の中間信号光を得るステップと、上記第１の信号光を上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とする複数の光フィルタに供給して、複数の波長を有する複数の信号光を得るステップと、上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を複数のクロック再生器に供給して、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを得るステップと、上記複数のパルスを第２の光遅延回路に供給して、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを得るステップと、上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを第２の波形整形装置に供給して、上記複数のクロックパルスに同期し、上記複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を得るステップとを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングする方法が提供される。
【００１８】
この方法によると、第１の波形整形装置で得られた中間信号光に基づいてクロックパルスを得ることができるので、クロック再生における忠実度が高まり、十分な３Ｒ機能を得ることができる。また、後述するようにこの方法を効果的にＷＤＭに適用することができる。
【００１９】
望ましくは、第１及び第２の波形整形装置の各々は相互位相変調によるスイッチングを用いた光ゲートである。たとえば、光ゲートとして非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）を用いることができる。ＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている。
【００２０】
望ましくは、クロック再生器はモードロックレーザである。
【００２１】
本発明による方法は、クロックパルスを光フィルタに供給してクロックパルスのパルス幅を拡大するステップを更に備えていてもよい。
【００２２】
第１の波形整形装置に供給される信号光は、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光であり得る。例えば、ＷＤＭ信号光は光遅延回路に供給されて、複数の光信号の各タイミングが時間軸上で変化させられる。そして、第１の波形整形装置の特定の機能によって、ＷＤＭ信号光は、単一波長を有する光時分割多重信号として与えられる中間信号光に変換される。この場合、クロックパルスは複数の光信号に対応する複数のクロックパルスであることが望ましく、そうすることにより、再生信号光では、複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が波長分割多重されていることになる。
【００２３】
光遅延回路としては波長分散を与える光学媒質（例えば光ファイバ）を用いることができる。
【００２４】
本発明による方法は、複数の光信号の偏波状態を一定にするステップを更に備えていてもよい。これにより、各波形整形装置における偏波依存性を回避することができる。
【００２５】
本発明の他の側面によると、異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器と、上記第２の信号光を供給され、上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにする第１の光遅延回路と、上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を供給され、単一波長の中間信号光を得る第１の波形整形装置と、上記第１の信号光を供給され、上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とし、複数の波長を有する複数の信号光を得る複数の光フィルタと、上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を供給され、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを出力する複数のクロック再生器と、上記複数のパルスを供給され、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを出力する第２の光遅延回路と、上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを供給され、上記複数のクロックパルスに同期し、上記複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を出力する第２の波形整形装置とを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングする装置が提供される。
【００２６】
本発明の更に他の側面によると、信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、上記第１の光ファイバ伝送路に接続され上記信号光を再生信号光に変換する光再生器と、上記光再生器に接続され上記再生信号光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、上記光再生器は、異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器と、上記第２の信号光を供給され、上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにする第１の光遅延回路と、上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を供給され、単一波長の中間信号光を得る第１の波形整形装置と、上記第１の信号光を供給され、上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とし、複数の波長を有する複数の信号光を得る複数の光フィルタと、上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を供給され、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを出力する複数のクロック再生器と、上記複数のパルスを供給され、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを出力する第２の光遅延回路と、上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを供給され、上記複数のクロックパルスに同期し、複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を出力する第２の波形整形装置とを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングするシステムが提供される。
【００２７】
本発明の別の側面によると、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を光時分割多重信号に変換するステップと、複数の光信号の各々の速度に対応する周波数を有するクロックパルスを得るステップと、光時分割多重信号及びクロックパルスを波形整形装置に供給して再生ＷＤＭ信号光を得るステップとを備えた方法が提供される。
【００２８】
望ましくは、クロックパルスを得るステップは、複数の光信号にそれぞれ対応して複数のクロックパルスを再生するステップを含む。
【００２９】
この方法は、複数のクロックパルスを予め定められた遅延時間ずつ順次遅延させるステップを更に備えていてもよい。
【００３０】
複数のクロックパルスを再生するステップは、光時分割多重信号を複数のクロック再生器に供給するステップを含むことができる。
【００３１】
あるいは、複数のクロックパルスを再生するステップは、ＷＤＭ信号光をそれぞれ複数の光信号の波長に対応する通過帯域を有する複数の光フィルタに供給するステップと、複数の光フィルタの出力をそれぞれ複数のクロック再生器に供給するステップとを含むことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。全図を通して実質的に同一又は類似の部分には同一の符号が付されている。
【００３３】
図１を参照すると、本発明に適用可能なＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）の構成が示されている。このＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。
【００３４】
ループ光路８の一部または全部は非線形光学媒質ＮＬによって提供されている。第１の光カプラ６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。
【００３５】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λｐｒｏｂｅを有するプローブ光が光カプラ６の第１の光路２に入力され、波長λｓｉｇを有する光信号が光カプラ１２の第３の光路１０に入力されたときに、波長λｐｒｏｂｅを有する変換光信号が光カプラ６の第２の光路４から出力されるというものである。プローブ光は連続波（ＣＷ）光或いは光パルスであり得る。ここでは、プローブ光はＣＷ光として図示されている。
【００３６】
プローブ光は、光カプラ６によりパワーが等しい２成分に分けられ、これら２成分は、ループ光路８をそれぞれ時計回り及び反時計回りに厳密に同一光路長で伝搬し、非線形光学媒質ＮＬにより共に等しい位相シフトφを受けた後、光カプラ６により合成される。光カプラ６における合成に際して、２成分のパワーは等しく位相も一致しているので、合成により得られた光はあたかもミラーにより反射されるがごとく第１の光路２から出力され、ポート４からは出力されない。
【００３７】
ループ光路８の途中から光カプラ１２により光信号が入力されると、この光信号はループ光路８の一方向（図では時計回り）にだけ伝搬し、この方向に伝搬する光に対しては、オンパルスが通るときだけ非線形光学媒質ＮＬの非線形屈折率が変化する。従って、プローブ光の２成分が光カプラ６で合成されるに際して、光信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は一致するが、光信号のオンパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は異なる。その位相差をΔφとすると、光カプラ６の第２の光路４には｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００３８】
今、位相差がπになるように入力光信号のパワーを設定すれば、オンパルスのときに合成された２成分が第２の光路４だけから出力されるようなスイッチ動作が可能になる。このようにして、波長λｓｉｇの光信号から波長λｐｒｏｂｅの変換光信号への変換が行なわれる。即ち、光信号のデータに関して波長変換が行なわれていることになる。
【００３９】
非線形光学効果として光カー効果（光信号とプローブ光による相互位相変調（ＸＰＭ））を用いるとすると、位相シフトΔφはγＰＬに比例する。ここにγは非線形光学媒質ＮＬの非線形係数、Ｐは非線形光学媒質ＮＬ内における光パワー、Ｌは非線形光学媒質ＮＬにおける光カー効果の相互作用長である。
【００４０】
図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力特性を示すグラフである。グラフの主要部分における縦軸はポート４から出力される変換光信号のパワーＰｏｕｔ、横軸は位相差Δφを示している。符号１４で示されるコサインカーブにおいて、極小値を与える位相差Δφは０に相当し、極大値を与えるΔφはπに相当している。従って、位相差Δφの０及びπにそれぞれ入力光信号の“０”レベル（Ｐｓｐａｃｅ）及び“１”レベル（Ｐｍａｒｋ）を対応させることにより入力光信号に付随する雑音の抑圧が可能である。これは、｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に従う変換においては、線形増幅変換の場合と異なりパルスの立ち上がり及びピーク付近での過飽和特性があるからである。
【００４１】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質ＮＬとして最も一般的なのは光ファイバである。分散シフトファイバ（ＤＳＦ）が主に用いられており、その長さは通常数ｋｍである。一方、非線形光学媒質ＮＬとしてＳＯＡ（半導体光増幅器）を用いたものも提案されている（ＳＬＡＬＯＭ）。
【００４２】
ＳＯＡタイプは小型集積化の点で優れている。しかし、ＳＯＡから付加される自然放出光（ＡＳＥ）雑音の影響により変換の際に信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が低下したり、キャリア効果に起因する速度制限等の課題がある。
【００４３】
一方、ファイバタイプのＮＯＬＭでは、ファイバ内の三次非線形光学効果の応答時間がフェムト秒オーダと非常に高速であるが、長いファイバを必要とするので、速度制限をなくすためには高精度の分散管理が必要になる。また、入力光信号の偏波状態に対する依存性やループ内での偏波変動に対する対策が難しいといった課題もある。
【００４４】
発明者は、特願平１０−１７６３１６号（平成１０年６月２３日出願）において、高非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦを用いたコンパクトなＮＯＬＭを提案した。本発明は主にこのＮＯＬＭを多段に縦列接続（カスケード接続）した構成による高性能な波形整形装置を提供し、これを用いて光２Ｒ等の光信号処理を実現せんとするものである。ここで、「２Ｒ」はリシェーピング（振幅再生）及びリジェネレイション（波形等化及び雑音抑圧等）の２つの機能を意味している。
【００４５】
光通信システムにおける光信号処理に適用可能な非線形光学効果としては、主に、２次非線形光学媒質中の三光波混合あるいは、３次非線形光学媒質中の自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）及び四光波混合（ＦＷＭ）等の光カー効果が考えられる。２次非線形光学媒質としては、ＩｎＧａＡｓ及びＬｉＮｂＯ3等がある。３次非線形光学媒質としては、半導体光アンプ（ＳＯＡ）及び発振状態にある分布帰還レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）等の半導体媒質あるいは光ファイバが考えられる。
【００４６】
本発明では、特に光ファイバ内の光カー効果を用いることができる。光ファイバとしては単一モードファイバが適しており、特に波長分散が比較的小さい分散シフトファイバ（ＤＳＦ）が望ましい。
【００４７】
一般に、光ファイバの３次非線形係数γは、
γ＝ωｎ2／ｃＡeff ・・・・・（１）
で表される。ここに、ωは光角周波数、ｃは真空中の光速を表し、ｎ2及びＡeffは光ファイバの非線形屈折率及び有効コア断面積をそれぞれ表す。
【００４８】
従来のＤＳＦの非線形係数はγ＝２．６Ｗ-1ｋｍ-1程度と小さいので、十分な変換効率を得るためには数ｋｍ〜１０ｋｍ以上の長さが必要である。より短尺のＤＳＦで十分な変換効率を実現することができるとすれば、零分散波長を高精度に管理することが可能となり、高速・広帯域変換を実現することができる。
【００４９】
一般に、光ファイバの３次非線形効果を高めるためには、（１）式において非線形屈折率ｎ2を大きくし、あるいは有効コア断面積Ａeffに対応するモードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくして光強度を高くするのが有効である。
【００５０】
非線形屈折率ｎ2を大きくするためには、例えば、クラッドにフッ素等をドープしあるいはコアに高濃度のＧｅＯ2をドープすればよい。コアにＧｅＯ2を２５〜３０ｍｏｌ％ドープすることによって、非線形屈折率ｎ2として５×１０-20ｍ2／Ｗ以上の大きな値が得られている（通常のシリカファイバでは約３．２×１０-20ｍ2／Ｗ）。
【００５１】
一方、ＭＦＤを小さくすることは、コア及びクラッド間の比屈折率差Δあるいはコア形状の設計により可能である。このようなＤＳＦの設計は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の場合と同様である。例えば、コアにＧｅＯ2を２５〜３０ｍｏｌ％ドープし、且つ、比屈折率差Δを２．５〜３．０％に設定することによって、４μｍよりも小さなＭＦＤが得られている。そして、非線形屈折率ｎ2を大きくすることとＭＦＤを小さくすることとの総合効果として、１５Ｗ-1ｋｍ-1以上の大きな非線形係数γを有する光ファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）が得られている。
【００５２】
他に重要な要素として、上述のように大きな非線形係数γを有するＨＮＬ−ＤＳＦが、用いる波長帯で零分散を持つことである。この点に関しても各パラメータを以下のように設定することにより満足することができる。通常のＤＣＦにおいては、一般にＭＦＤを一定にした条件で比屈折率差Δを大きくすると、分散値は正常分散領域で大きくなる。一方、コア径を大きくすると分散は減少し、逆にコア径を小さくすると分散は大きくなる。従って、用いる波長帯においてＭＦＤをある値に設定した状態で、コア径を大きくしていくと分散を０とすることが可能である。
【００５３】
長さＬの光ファイバ中での光カー効果による位相シフトは、γＰPＬに比例する。ここに、ＰPは平均ポンプ光パワーである。従って、非線形係数γが１５Ｗ-1ｋｍ-1のファイバは通常のＤＳＦに比べて２．６／１５≒１／５．７程度の長さで同じ変換効率を達成可能である。上述のように通常のＤＳＦでは１０ｋｍ程度の長さが必要であるが、このように大きな非線形係数γを有するＨＮＬ−ＤＳＦにあっては、１〜２ｋｍ程度の長さで同様の効果が得られることになる。実用上は、ファイバが短くなる分損失も小さくなるので、同じ効率を得るために更にファイバを短くすることができる。このように短いファイバにおいては、零分散波長の制御性がよくなり、以下に説明するように極めて広帯域の変換が可能になる。更に、数ｋｍのファイバ長であれば、定偏波化が可能になり偏波面保存能力が確保されているので、ＨＮＬ−ＤＳＦの本発明への適用は、高い変換効率及び広い変換帯域を達成し且つ偏波依存性を排除する上で極めて有効である。
【００５４】
光ファイバを用いて光カー効果、特にＸＰＭを有効に発生させて、光信号から変換光信号への変換効率を高めるためには、プローブ光と光信号との間の位相整合をとる必要がある。図３によりこれを説明する。
【００５５】
図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。ここでは、光路２に供給される波長λｐｒｏｂｅのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓｉｇの光信号の各々が光パルスであると仮定する。プローブ光としての光パルスは、光カプラ６においてループ光路８を時計回りに伝搬する第１プローブパルスと反時計回りに伝搬する第２プローブパルスとに分岐される。また、光信号としての光パルスは、光カプラ１２を通って信号パルスとしてループ光路８内に時計回りに導入される。
【００５６】
ループ光路８における位相整合条件は、ループ光路８内を共に時計回りに伝搬する信号パルス及び第１プローブパルスのタイミングの一致性により与えられる。もし、信号パルス及び第１プローブパルスのタイミングが一致しない場合には、ＸＰＭによる光カーシフトが制限され、有効なスイッチ動作あるいはゲート動作が困難になる。
【００５７】
信号パルス及び第１プローブパルスの波長は異なるので、ループ光路８における信号パルス及び第１プローブパルスの群速度は異なり、結果としてループ光路８の長さに比例するタイミングずれが生じる（ウォークオフ）。これを回避するためには、信号パルス及び第１プローブパルスの群速度が一致するような波長配置を選択することが望ましい。
【００５８】
タイミングずれを最小限に抑えるための最も有効な波長配置は、信号パルスの波長及び第１プローブパルスの波長をループ光路８の零分散波長に対して実質的に対称に位置させることにより得られる。零分散波長に近い広い帯域に渡って、波長分散はほぼ直線的に変化しており、上述の波長配置により信号パルス及び第１プローブパルスの群速度を一致させて、良好な位相整合条件を得ることができる。
【００５９】
このように、本発明のある側面によると、ループ光路の零分散波長をλ0とするときに、λｓｉｇ＋λｐｒｏｂｅ＝２λ0とすることによって、位相整合条件を得ることができ、光信号から変換光信号への変換効率を高めることができる。
【００６０】
しかし、このような波長配置をとっても、零分散波長自体がファイバ長手方向に変動していると、群速度間にずれが生じ、これが変換帯域及び変換可能な信号速度に制限を与える。このように、ファイバによる変換帯域は分散により制限されることになる。長手方向の分散が完全に制御され、例えば全長（正確には非線形長）に渡り唯一の零分散波長を有するファイバが作られたとすれば、プローブ光の波長と光信号の波長とをこの零分散波長に関して対称な位置に配置することにより事実上無限大の（分散の波長依存性が直線状である範囲で制限のない程広い）変換帯域が得られることになる。しかし、実際には、零分散波長が長手方向にばらつくため、位相整合条件が理想状態からずれ、これにより帯域が制限される。
【００６１】
広帯域化を実現するための第１の方法は、ループ光路８の一部又は全部としてＨＮＬ−ＤＳＦを用いることである。ＨＮＬ−ＤＳＦを用いた場合には、１〜２ｋｍ程度の長さで十分な変換が可能になるので、分散の制御性がよくなり、広帯域特性を得やすい。その際、特に光カー効果の発生効率が高い入力端付近の零分散波長のばらつきを小さく抑えることができれば、最も効率よく帯域を拡大可能である。更に、ファイバを複数の小区間に分割し、零分散波長が似ている区間同士をスプライス等により繋ぎ合わせていく（当初のファイバ端から数えた順番とは違う順番で）ことにより、全長における平均分散は同じであるにも係わらず、広い変換帯域を得ることができる。
【００６２】
あるいは又、十分広い変換帯域を得るのに必要な程度に高精度な分散制御が可能な長さ（例えば数１００ｍ以下）のファイバを予め多数用意しておき、所要の零分散波長のものを組み合わせてスプライスして、所要の変換効率を得るのに必要な長さのファイバを作ることも可能である。
【００６３】
このようにして変換帯域を拡大する場合には、光強度の高い入力端（例えば非線形光学媒質の両端）付近に零分散波長のばらつきの少ない部分を集めるのが有効である。また、必要に応じて順次分割数を増やしたり、入力端から離れた位置で比較的分散の大きな部分では、分散の正負を交互に配置する等により小区間を適切に組み合わせることによって、更に変換帯域を拡大することができる。
【００６４】
光ファイバを分割するに際して各区間をどの程度短くすれば十分か否かの目安としては、例えば、非線形長を基準にすればよい。非線形長に比べて十分短いファイバ内での３次非線形効果においては、位相整合はそのファイバの平均分散値に依存すると考えることができる。一例として、非線形係数γが２．６Ｗ-1ｋｍ-1のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いた３次非線形効果においては、非線形長は１２．８ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち１ｋｍ程度が１つの目安となる。他の例としては、非線形係数γが１５Ｗ-1ｋｍ-1のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いた３次非線形効果においては、非線形長は２．２ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち２００ｍが１つの目安となろう。いずれにしても、非線形長に比べて十分短いファイバの平均零分散波長を測定し、ほぼ同じ値のものを組み合わせて所要の変換効率のファイバを構成すれば、広い変換帯域を得ることができる。
【００６５】
このようなファイバによるＦＷＭの帯域を拡大する方法に関する付加的な詳細については、特願平１０−１７６３１６号を参照されたい。
【００６６】
尚、ＦＷＭの発生には、ファイバの零分散波長とポンプ光の波長とがほぼ一致するように設定するのが有効であるが、その際、ポンプ光、信号光あるいは変換光のパワーがファイバ内の誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）のしきい値を超えると、ＦＷＭの発生効率が低下する。ＳＢＳの影響を抑圧するためには、ポンプ光又は信号光について周波数変調又は位相変調を行なえばよい。その際の変調速度は数１００ｋＨｚ程度で十分であり、信号光の信号速度がＧｂ／ｓ以上の高速信号である場合には変調による影響は殆ど無い。
【００６７】
図１に示されたＮＯＬＭが動作するためには、プローブ光の偏波状態がループ光路８内で保持される必要がある。すなわち、光カプラ６で分離されたプローブ光は、ループ光路８内を各々時計回り及び反時計回り方向に伝搬した後、同じ偏波状態で光カプラ６に戻って来る必要がある。
【００６８】
ＨＮＬ−ＤＳＦを用いることによって、偏波状態を保持するのに十分短い長さでループ光路８を構成することができる。例えば、偏波コントローラを用いてループ光路８内における偏波状態を調節することができる。
【００６９】
尚、光信号の偏波状態は基本的にはプローブ光の偏波状態にほぼ一致させるのがよいが、ファイバ内の偏波分散等にも影響されることがあり、出力される光のパワーが最大になるように両者の偏波状態を最適化するのがよい。
【００７０】
図４は本発明を適用可能な装置の第１実施形態を示す図である。この装置は、カスケード接続された第１の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ１）及び第２の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ２）を有している。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々は、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。
【００７１】
第１の光カプラ６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。ループ光路８の一部又は全部は非線形光学媒質によって提供される。より特定的には、この実施形態では、広い変換帯域を得ることのほか前述した付加的な効果を得るために、ループ光路８はＨＮＬ−ＤＳＦによって提供されている。
【００７２】
ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２をカスケード接続するために、ＮＯＬＭ１の第２の光路４はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に光学的に接続される。
【００７３】
ＮＯＬＭ１の第１の光路２には、波長λ1を有する第１のプローブ光が供給される。ＮＯＬＭ１の第３の光路１０には波長λS（≠λ1）及びパワーＰS1を有する入力光信号（信号光としての）が供給される。その結果、ＮＯＬＭ１の第２の光路４からは、波長λ1及びパワーＰS2を有し且つ入力光信号に同期した中間光信号（中間信号光としての）が出力される。出力された中間光信号はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に供給される。ＮＯＬＭ２の第１の光路２には、波長λ2（≠λ1）を有する第２のプローブ光が供給される。その結果、ＮＯＬＭ２の第２の光路４からは、波長λ2及びパワーＰｏｕｔを有し且つ中間光信号に同期した出力光信号が出力される。
【００７４】
第１及び第２のプローブ光の各々は、ＣＷ光であっても良いし、或いは入力光信号のビットレートと同等の或いは異なる周波数で入力光信号と時間的に同期するクロックパルスであっても良い。
【００７５】
図４に示される実施形態は２つの非線形ループミラーを用いた２段構成であるが、この構成に順じて３段、４段、…、順次多段に複数の非線形ループミラーをカスケード接続してもよい。
【００７６】
この多段構成（２段構成を含む）の装置に本発明を適用することによって、少なくとも２つの技術的効果が得られる。
【００７７】
まず第１に、本発明による装置においては波長変換の自由度が大きくなる。例えば、図５の（Ａ）に示されるように、波長λ1と波長λSの差の符号を波長λ2とλ1の差の符号に等しく設定することにより、１段構成による場合と比較して大きな波長変換を行なうことができる。また、図５の（Ｂ）に示されるように、波長λ2を波長λSに実質的に等しく設定することによって、波長変換を伴うことなしに波形整形を行なうことができる。波長変換を伴わない波形整形は１段構成では不可能である。図示はしないが、波長λ2は波長λ1とλSとの間にあってもよい。この場合、波長λ1とλSを大きく異ならせることができるので、不要な光の除去等を容易に行なうことができる。ここでは、２段構成について説明したが、より多くの段数にすることによって、更に柔軟な波長変換が可能になる。
【００７８】
第２に、本発明による装置においては１段構成の場合と比較して波形整形機能が改善される。前述したように、１段構成における入出力特性は｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２＝ｓｉｎ2(Δφ／２)であるから、ｎ（ｎは自然数）段構成の規格化入出力関数（特性関数）ｆｎ（ｘ）は以下のように表すことができる。
【００７９】
ｆｎ（ｘ）＝ｓｉｎ2｛πｆ(n-1)（ｘ）／２｝
ｆ0（ｘ）＝ｘ
図６はこの関数をプロットしたものである。段数が大きくなるに従ってデジタル動作（ｎ＝∞の場合に相当）に近づいていることがわかる。ｎ＝２の場合には、ｎ＝１の場合に比べてよりデジタル動作に近づいており、より優れた波形整形特性が期待できる。従って、本発明によると、従来の１段構成のＮＯＬＭでは得られなかった優れた波形整形及び雑音抑圧が可能になる。
【００８０】
図４に示される実施形態では、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２のループ光路８としてＨＮＬ−ＤＳＦが用いられている。ＨＮＬ−ＤＳＦの分散はビットレートやパルス形状等により適宜最適化することができる。例えば、短パルスを用いた高ビットレート信号の場合であれば、２つのパルスのウォークオフ（図３による説明を参照）が発生しないように設定するのが望ましい。一例としては、ＨＮＬ−ＤＳＦの零分散波長を信号光波長（入力光信号の波長λS又は中間光信号の波長λ1）とプローブ光波長（第１のプローブ光の波長λ1又は第２のプローブ光の波長λ2）の中間付近に配置することが考えられる。この場合、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々において２つのパルスはほぼ同じ群速度になるので、ウォークオフを最小にすることができる。ここで、信号光波長とプローブ光波長のどちらを正常分散領域に配置し他方を異常分散領域に配置するかについては、特性を見た上で適宜最適化することができる。
【００８１】
このように、本発明のある側面によると、ＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λSの実質的に中間の零分散波長を有しており、ＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λ2の実質的に中間の零分散波長を有している。これによりウォークオフの発生を防止して、短パルスを用いた高ビット信号の波形整形が可能になる。
【００８２】
或いはまた、零分散波長を２つのパルスよりも長波長側或いは短波長側に設定しても良い。この場合、ウォークオフを最小にすることはできないが、次のような利点が得られる。まず、長波長側に設定する場合には、信号光波長及びプローブ光波長は共に正常分散領域にあることになり、変調不安定効果を抑圧することができる。また、短波長側に設定する場合には信号光波長及びプローブ光波長は異常分散領域にあることになり、パルス圧縮効果を用いることができる。どのような配置に設定するかは実際のシステムの条件に応じて決定することができる。
【００８３】
このように、本発明のある側面によると、波長λ1及びλSはＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にあり、波長λ1及びλ2はＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にある。これにより、変調不安定効果を抑圧することができ、或いはパルス圧縮効果を用いることができるようになる。
【００８４】
図４に示される実施形態では、各ループ光路８をＨＮＬ−ＤＳＦから構成している。ＨＮＬ−ＤＳＦにあっては、従来のＤＳＦに比べて３次非線形係数を５〜１０倍に大きくすることが可能であるため、位相差Δφをπとするために必要な光パワーと長さの積を１／５〜１／１０にすることが可能である。従って、同じ信号パワーに対する所要長も１／５〜１／１０で足り、その結果１ｋｍあるいはそれ以下の長さで十分な特性を得ることができる。その結果、波長分散による信号速度制限が少なくしかも入力光信号の偏波状態に対する依存性を排除することができ、ループ光路８内における偏波変動に対する対策が不要なＮＯＬＭの提供が可能になる。
【００８５】
このように、本発明のある側面によると、各ループ光路８は非線形光学媒質としての光ファイバによって提供される。その光ファイバは、例えば、その光ファイバが偏波面保存能力を有する程度にその光ファイバの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を有している。それにより、入力光信号の偏波状態に対する依存性を小さくすることができる。同じ目的のために、ループ光路８を提供する光ファイバとして偏波保持ファイバを用いても良い。
【００８６】
図７は本発明を適用可能な装置の第２実施形態を示す図である。ここでは、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々のループ光路８は、各々位相シフトΔφ／２を与える半部分８−１及び８−２からなる。半部分８−１及び８−２の各々は、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）型に構成されるＨＮＬ−ＤＳＦからなる。
【００８７】
半部分８−１及び８−２の両方により与えられる位相シフトはΔφとなるので、図４の実施形態と同じようにして波形整形が可能である。
【００８８】
特にこの実施形態では、ループ光路８の中点近傍即ち半部分８−１及び８−２の接続点に偏波状態を直交させるためのλ／２板機能２４を付加している。このλ／２板機能２４は、例えば、半部分８−１及び８−２の主軸が互いに直交するようにこれらをスプライス接続することにより得られる。
【００８９】
これにより、変換効率が入力光信号の偏波状態に依存しなくなり、しかも、λ／２板機能２４が付加されているので、各偏波保持ファイバの２偏波モード間の群速度の違いに起因する偏波分散を抑圧することができる。
【００９０】
具体的には、光カプラ６を介してループ光路８に導入される各プローブ光の偏波面を各偏波保持ファイバの主軸に対して４５°傾斜させておくことによって、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２からループ光路８に導入される光信号の偏波状態に依存しない変換効率を得ることができる。
【００９１】
尚、変換効率は、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号のパワーとＮＯＬＭ２の光カプラ６を介してループ光路８から取り出される出力光信号のパワーとの比により定義される。
【００９２】
図８は本発明を適用可能な装置の第３実施形態を示す図である。ＮＯＬＭ１の動作は、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される入力光信号及び第１のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第１のプローブ光のパワーＰ1を調節するためにパワーコントローラ１８を設け、入力光信号のパワーＰS1を調節するためにパワーコントローラ２０を設けている。パワーコントローラ１８及び２０の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００９３】
パワーコントローラ１８及び２０は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ２４により第２の光路４から抽出された中間光信号の一部を受けるパワーモニタ２６の出力信号に基き、パワーモニタ２６により検出された中間光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ２８により第１の光路２から第１のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ３０の出力信号に基き、パワーモニタ３０により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第１のプローブ光と逆向きに出力される光は第１のプローブ光と同じ波長λ1を有している。
【００９４】
このような制御により、ＮＯＬＭ１のループ光路８において適切な位相差が生じるように入力光信号及び第１のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００９５】
一方、ＮＯＬＭ２の動作も、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される中間光信号及び第２のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第２のプローブ光のパワーＰ2を調節するためにパワーコントローラ３２を設け、中間光信号のパワーＰS2を調節するためにパワーコントローラ３４を設けている。パワーコントローラ３２及び３４の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００９６】
パワーコントローラ３２及び３４は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ３６により第２の光路４から抽出された出力光信号の一部を受けるパワーモニタ３８の出力信号に基き、パワーコントローラ３８により検出された出力光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ４０により第１の光路２から第２のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ４２の出力信号に基き、パワーモニタ４２により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第２のプローブ光と逆向きに出力される光は第２のプローブ光と同じ波長λ2を有している。
【００９７】
このような制御により、ＮＯＬＭ２のループ光路８において適切な位相差が生じるように中間光信号及び第２のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００９８】
ＮＯＬＭ１において、第１のプローブ光、入力光信号、或いは中間光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ４４，４６及び４８が用いられている。光フィルタ４４は、光カプラ６からループ光路８に導入される第１のプローブ光に作用させるためにパワーコントローラ１８と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ４４としては、第１のプローブ光の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を用いることができる。
【００９９】
光フィルタ４６は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号に作用させるために、パワーコントローラ２０と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ４６としては、入力光信号の波長λSを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタあるいは第１のプローブ光の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタ（ＢＳＦ）を用いることができる。
【０１００】
このように、光帯域阻止フィルタを用いた場合にもＳＮＲが改善されるのは、波形整形されるべき入力光信号は一般に伝送によりＡＳＥ雑音を伴っており、中間光信号の波長λ1の近傍で予めＡＳＥ雑音の成分を除去しておくことによって、中間光信号のＳＮＲが改善されるからである。
【０１０１】
光フィルタ４８は、ＮＯＬＭ１のループ光路８から光カプラ６を介して出力される中間光信号に作用させるために、第２の光路４に接続されている。光フィルタ４８としては中間光信号の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは入力光信号の波長λSを含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【０１０２】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第１のプローブ光の中心波長或いは入力光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【０１０３】
ＮＯＬＭ２において、第２のプローブ光、中間光信号、或いは出力光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ５０，５２及び５４が用いられている。光フィルタ５０は、第１の光路２からループ光路８に導入される第２のプローブ光に作用させるために、パワーコントローラ３２と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ５０としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを用いることができる。
【０１０４】
光フィルタ５２は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される中間光信号に作用させるために、パワーコントローラ３４と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ５２としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【０１０５】
光フィルタ５４は、ループ光路８から光カプラ６を介して出力される出力光信号に作用させるために、光路４に接続されている。光フィルタ５４としては、出力光信号の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは中間光信号の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【０１０６】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第２のプローブ光の中心波長或いは中間光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号又は中間光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては、誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【０１０７】
図９は本発明を適用可能なシステムの第１実施形態を示すブロック図である。このシステムは、波形整形装置（光再生器としての）５６を有している。波形整形装置５６は本発明による装置あるいは本発明を適用可能な装置の種々の実施形態により提供され得る。波形整形装置５６は、第１のプローブ光のための入力ポート５６Ａ（ＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応）と、第２のプローブ光のための入力ポート５６Ｂ（ＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応）と、入力光信号のための入力ポート５６Ｃ（ＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応）と、出力光信号のための出力ポート５６Ｄ（ＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応）とを有している。
【０１０８】
入力ポート５６Ａには第１のプローブ光源５８が接続されており、光源５８から出力された第１のプローブ光（波長λ1）は波形整形装置５６に供給される。入力ポート５６Ｂには第２のプローブ光源６０が接続されており、光源６０から出力された第２のプローブ光（波長λ2）は波形整形装置５６に供給される。尚、波形整形装置として後述する本発明による装置を用いる場合には、ＮＯＬＭ１の出力に基づいて得られたクロックパルスを第２のプローブ光として用いることができるので、第２のプローブ光源６０は不要である。
【０１０９】
入力ポート５６Ｃには第１の光ファイバ伝送路６２が接続されており、光ファイバ伝送路６２により伝送された入力光信号（波長λS）は波形整形装置５６に供給される。出力ポート５６Ｄには第２の光ファイバ伝送路６４が接続されており、光ファイバ伝送路６４は波形整形装置５６から出力された出力光信号（波長λ2）を伝送する。
【０１１０】
光ファイバ伝送路６２の入力端には、入力光信号を光ファイバ伝送路６２に供給する光送信機（ＴＸ）６６が接続されており、光ファイバ伝送路６４の出力端には、光ファイバ伝送路６４により伝送された出力光信号を受ける光受信機（ＲＸ）６８が接続されている。
【０１１１】
光送信機６６における光信号の変調方法としては、例えば光振幅（強度）変調が採用される。この場合、光受信機６８では、例えば直接検波を行うことができる。
【０１１２】
光ファイバ伝送路６２及び６４の各々としては、単一モードのシリカファイバ、１．３μｍ零分散ファイバ、１．５５μｍ分散シフトファイバ等を用いることができる。
【０１１３】
波形整形装置５６においてＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々の非線形光学媒質として用いられるＨＮＬ−ＤＳＦを単一モード型に構成し、そのモードフィールド径を光ファイバ伝送路６２及び６４の各々のモードフィールド径よりも小さくすることによって、ＨＮＬ−ＤＳＦの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を得ることができる。
【０１１４】
このシステムによると、波形整形装置５６において本発明に従った波形整形の動作が可能になると共に、その動作により、波長変換を伴って或いは波長変換を伴わずに得られた出力光信号を第２の光ファイバ伝送路６４により伝送することができる。
【０１１５】
図示はしないが、光ファイバ伝送路６２及び６４を含む光路上に単一又は複数の光増幅器が設けられていても良い。各光増幅器としてエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられている場合、各光増幅器ではＡＳＥ雑音が発生しこれが累積するので、図９に示されるシステムでは、前述した波形整形装置５６における波形整形或いは雑音抑圧の原理に従って、ＳＮＲが改善される。
【０１１６】
この実施形態では、波形整形装置５６を光ファイバ伝送路６２及び６４の間に設けて中継器として用いているが、光受信機６８の内部或いはその近傍に本発明による装置を設けることによって、受信感度を改善することができる。
【０１１７】
図示はしないが、図９に示されるシステムは、光ファイバ伝送路６２及び６４の少なくともいずれか一方の分散を補償するための分散補償器を更に備えていても良い。分散補償器は、例えば、各光ファイバ伝送路の分散と逆符号の分散を与える。分散補償器の分散の絶対値は、例えば、光受信機６８における受信状態が最適になるように調節される。分散補償器を用いることによって、光ファイバ伝送路で生じる波長分散を抑圧することができるので、長距離の伝送が可能になる。
【０１１８】
本発明を適用可能な装置の実施形態においては、各プローブ光はＣＷ光或いは光パルスであり得る。例えば、第１のプローブ光としてＣＷ光を用い、第２のプローブ光として入力光信号に同期した光パルスとすることができる（この実施形態は後で詳細に説明する）。この光パルスが入力光信号の基準周波数で発振するクロックパルスである場合、出力光信号はその基準周波数でリタイミングされたものになる。即ち、波形整形の機能と共にこのリタイミング機能を用いることにより、光レベルでの３Ｒ処理が可能になる。ここで、「３Ｒ」は前述した２Ｒ及びリタイミングの意味である。尚、第１のプローブ光を光パルスとするとともに第２のプローブ光をＣＷ光としても良いし、或いは、第１及び第２のプローブ光の両方を光パルスにしても良い。
【０１１９】
図１０は本発明を適用可能な装置の第４実施形態を示すブロック図である。この装置は、光分岐器７０、クロック再生器７２、タイミング調節器７３、波形整形装置７４及びプローブ光源７６を備えている。光分岐器７０には、ファイバ伝送に際しての分散や非線形光学効果により波形が歪んだ信号光、光アンプによる中継伝送に際しての光アンプのＡＳＥ雑音の累積により波形が乱れた信号光、或いは偏波分散等によりジッターが累積した信号光が供給される。光分岐器７０はその入力信号光を第１及び第２の信号光に分岐する。第１及び第２の信号光はそれぞれクロック再生器７２及び波形整形装置７４に供給される。クロック再生器７２は供給された第１の入力信号光に基きクロックパルスを発生する。ここでは、信号光の波長及び速度（ビットレート）はそれぞれλS及びｆSであり、クロックパルスの波長及び周波数はそれぞれλC及びｆSである。発生したクロックパルスはタイミング調節器７３でタイミングを調節されて波形整形装置７４に供給される。
【０１２０】
波形整形装置７４は、プローブ光源７６からのプローブ光を受ける入力ポート７４Ａと、クロック再生器７２からのクロックパルスを受ける入力ポート７４Ｂと、光分岐器７０からの第２の信号光を受ける入力ポート７４Ｃと、出力ポート７４Ｄを有している。波形整形装置７４は、供給された第２の入力信号光及びクロックパルスに基き波形整形を行い、再生信号光を出力ポート７４Ｄから出力する。再生信号光の波長及び速度はそれぞれλC及びｆSである。
【０１２１】
この実施形態では、ポート７４ＡはＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応し、ポート７４ＢはＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応し、ポート７４ＣはＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応し、ポート７４ＤはＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応している。従って、プローブ光源７６から供給されるプローブ光は第１のプローブ光として用いられ、クロックパルスが第２のプローブ光として用いられている。その結果として、再生信号光の波長がクロックパルスの波長に等しくなっているのである。
【０１２２】
或いは又、クロックパルスをポート７４Ａに入力し、プローブ光源７６からのプローブ光をポート７４Ｂに入力するようにしても良い。この場合、再生信号光の波長はプローブ光源７６から供給されるプローブ光の波長に等しくなる。
【０１２３】
或いは又、プローブ光源７６を用いずに、クロックパルスを第１及び第２のクロックパルスに分岐し、第１及び第２のクロックパルスの一方を波長変換した後に両方をそれぞれポート７４Ａ及び７４Ｂに入力しても良い。
【０１２４】
このように、本実施形態によると、再生されたクロックパルスを用いて波形整形を行っているので、タイミングも含めて光レベルでの信号再生が可能になる。従って、この実施形態によると、全光３Ｒ信号再生装置の提供が可能になる。
【０１２５】
図１０に示される実施形態においては波形整形装置７４は、速度ｆSの信号と周波数ｆSのクロックパルスとのＡＮＤ回路として機能している。クロックパルスの周波数を信号速度の分周倍（例えば信号速度が４０Ｇｂ／ｓである場合１０ＧＨｚ）に設定することによって、ＯＴＤＭ（光時分割多重）信号のデマルチプレクシング等の動作を行うことができる。
【０１２６】
クロック再生器７２としては、信号光に含まれる周波数成分を感知し（引き込み）、ここから基準周波数のクロックパルスを発生させるモードロックレーザを用いることができる。或いは、波長λS、速度ｆSの信号光を波長λCで連続発振しているレーザに入力し、このレーザ内の光変調器を信号光でＡＭ変調又はＦＭ変調する。そして、この変調周波数がレーザの共振周期に対応するようにレーザの光路長を調節することによって、波長C、周波数ｆSのクロックパルスを発生することができる。
【０１２７】
図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。このクロック再生器は、入力ポート７８及び出力ポート８０間に設けられる光パス８２と、光パス８２に光学的に結合される（例えば方向性結合される）光ループ８３を含む能動リングレーザ８４とを備えている。
【０１２８】
入力ポート７８には波長λS、速度ｆSの信号光が供給される。能動リングレーザ８４は、光ループ８３でレーザ発振が生じるように光ループ８３の損失を補償する光増幅器８６と、速度（又は周波数）ｆSが光ループ８３の周回周期の逆数の整数倍になるように光ループ８３の光路長を調節する調節器８８と、信号光に基きレーザ発振をモードロックするための光変調器（又は非線形光学媒質）９０とを含む。能動リングレーザ８４はレーザ発振の波長λCを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ９２を更に含んでいても良い。
【０１２９】
この構成によると、能動リングレーザ８４のレーザ発振がモードロックされる結果、波長λC、周波数ｆSのクロックパルスが発生し、そのクロックパルスが出力ポート８０から出力される。従って、光／電気変換を行なうことなしにクロックパルスを得ることができ、信号光の速度やパルス形状等に依存しない全光クロック再生器の提供が可能になる。
【０１３０】
光変調器９０としては、ＬｉＮｂＯ3強度変調器やＥＡ（電界吸収）型変調器等の電気／光変調器を用いることができるほか、二次若しくは三次の非線形光学効果或いは相互利得変調等によるものを用いることができる。例えば、光ファイバ内の四光波混合を用いる場合であれば、信号光の波長λSをファイバの零分散波長付近の波長に設定して連続発振光に効果的にＡＭ変調をかけ、これによりクロックパルスを発生可能である。一方、半導体光アンプ（ＳＯＡ）を用いる場合には、信号光をポンプ光として用いることができる。更に、発振状態のＤＦＢ−ＬＤ内の四光波混合を用いる場合には、信号光の波長をＤＦＢ−ＬＤの発振光とは異なる波長に設定し、この信号光を比較的高いパワーで入力することにより利得飽和を起こし、これにより四光波混合の効率に変調をかけると共に、相互利得変調（ＸＧＭ）効果により連続発振光に有効にＡＭ変調をかけることができる。ＸＧＭについては、ＳＯＡ内の四光波混合を用いる場合にも発生するので、これを積極的に用いても良い。
【０１３１】
また、２次の非線形光学効果の場合にも、信号光をポンプ光として用いれば、ほぼ同じ効果を得ることができる。一方、相互位相変調（ＸＰＭ）を用いる場合には、例えば位相変調による偏波状態の変動を用いてＡＭ変調を発生させることができる。
【０１３２】
図１０に示される装置は、図９に示される波形整形装置５６と同様に、伝送路の途中に設けられる全光２Ｒ再生中継器若しくは３Ｒ再生中継器として、或いは受信側に置いて受信感度を高めるために使用することができる。いずれにしても、中継光アンプ或いは光プリアンプと組み合わせることによって、高品質な伝送が可能になる。また、光ファイバ伝送路の分散や非線形光学効果により波形が歪む場合には分散補償器や非線形補償器（例えば位相共役器）を用いて波形を補償した後に、波形整形或いは雑音除去を行うことが有効である。
【０１３３】
以上説明した実施形態では、複数のＮＯＬＭをカスケード接続しているが、ＮＯＬＭと同様の動作原理に基く複数の干渉計をカスケード接続してもよい。干渉計の例としては、ＳＯＡ―ＭＺＩ，ＳＯＡ―ＭＩ等がある。
【０１３４】
図１２は本発明による装置の基本構成を示すブロック図である。この装置は、信号光を供給されて中間信号光を出力する第１の波形整形装置１０２と、中間信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器（例えば光カプラ）１０４と、第１の信号光を供給されてクロックパルスを出力するクロック再生器７２と、第２の信号光及びクロックパルスを供給されてクロックパルスに同期した再生信号光を出力する第２の波形整形装置１０６とを備えている。
【０１３５】
波形整形装置１０２及び１０６の各々としては、図１に示されるＮＯＬＭを用いることができる。また、クロック再生器７２の具体的構成については、図１１に示されている。
【０１３６】
図１２に示される基本構成によると、波形整形装置１０２及び１０６を用いていることにより、あるいは、これに加えて図示しない光増幅器を用いていることにより、光レベルでの２Ｒ機能を得ることができる。また、クロック再生器７２で得られたクロックパルスを波形整形装置１０６に供給して、クロックパルスと第２の光信号とのＡＮＤをとるようにしているので、光レベルでのリタイミングを行うことができ、光レベルでの３Ｒ機能を得ることができる。
【０１３７】
図１３は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図４に示される実施形態との対比において、クロック再生器７２から出力されたクロックパルスを第２の波形整形装置１０６としてのＮＯＬＭ２における第２のプローブ光として用いている点で特徴付けられる。より特定的には次のとおりである。
【０１３８】
図１３に示される実施形態では、第１及び第２の波形整形装置１０２及び１０６としてそれぞれＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２が用いられている。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々は、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２をカスケード接続するために、ＮＯＬＭ１の第２の光路４はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に光学的に接続される。
【０１３９】
第１の光カプラ６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。ループ光路８の一部又は全部は非線形光学媒質によって提供される。より特定的には、この実施形態では、広い変換帯域を得ることのほか前述した付加的な効果を得るために、ループ光路８はＨＮＬ−ＤＳＦによって提供されている。
【０１４０】
ＮＯＬＭ１の第１の光路２には、波長λ1を有する第１のプローブ光が供給される。ＮＯＬＭ１の第３の光路１０には波長λS（≠λ1）及び速度（ビットレート）ｆSを有する信号光が供給される。信号光が第１のプローブ光をスイッチングする結果、ＮＯＬＭ１の第２の光路４からは、波長λ1及び速度ｆSを有する中間信号光が出力される。出力された中間信号光は、光分岐器１０４によって第１及び第２の信号光に分岐され、第１の信号光はクロック再生器７２に供給され、第２の信号光はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に供給される。ＮＯＬＭ２の第１の光路２には、クロック再生器７２から出力されたクロックパルスが第２のプローブ光（図４参照）として供給される。クロックパルスは波長λC及び周波数ｆSを有している。第２の信号光がクロックパルスをスイッチングする結果、ＮＯＬＭ２の第２の光路４からは、波長λC及び速度ｆSを有し且つクロックパルスに同期した再生信号光が出力される。
【０１４１】
第１のプローブ光は、ＣＷ光であっても良いし、或いは信号光のビットレートと同等の或いは異なる周波数で信号光と時間的に同期するクロックパルスであっても良い。
【０１４２】
図１３に示される実施形態では、ＮＯＬＭ１から出力された中間信号光に基づきクロック再生器７２がクロックパルスを再生している。ＮＯＬＭ１においてはある程度波形整形がなされているので、図１０に示される実施形態のように直接的に信号光に基づきクロックパルスを再生する場合と比較して、クロック再生が正確でしかも容易になる。その結果、ＮＯＬＭ２における光ゲートの機能あるいはＡＮＤ動作が正確になり、十分な３Ｒ機能が可能になる。また、図１３に示される実施形態によると、重複する説明は避けるが、図４に示される実施形態におけるのと同様に、波長変換の自由度が大きくなる。
【０１４３】
図１４は本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１２に示される基本構成と対比して、クロック再生器７２と第２の波形整形装置１０６の間に光フィルタ１０８が付加的に設けられている点で特徴付けられる。光フィルタ１０８としては、狭帯域な光バンドパスフィルタを用いることができ、その通過帯域の中心波長はクロックパルスの波長に一致するように設定される。
【０１４４】
クロック再生器７２として図１１に示されるようなモードロックレーザを用いる場合、得られるクロックパルスが過剰に短パルス化していることがある。図１４に示される実施形態では、クロックパルスが光フィルタ１０８を通過する結果、クロックパルスのパルス幅が適当に拡大される。その結果、上述の短パルス化に起因する不具合を防止することができる。
【０１４５】
図１５は本発明を適用可能なシステムの第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図９に示される実施形態と対比して、多段構成の波形整形装置５６に限定されない光ゲート装置１１０が用いられている点と、ＷＤＭが具体的に適用されている点とで特徴付けられる。光ゲート装置１１０としては図１に示されるようなＮＯＬＭを用いることができ、光ゲート装置１１０には、プローブ光源１１２から出力されたプローブ光Ｅｐｒｏｂｅが供給されている。
【０１４６】
光ファイバ伝送路６２の入力端は光マルチプレクサ１１３に接続されている。光マルチプレクサ１１３には、光送信機１１４（＃１，…，＃４）から出力された４チャネルの光信号ＥS1，…，ＥS4がそれぞれ光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により時間軸上の位置を調節された後に供給されている。
【０１４７】
光信号ＥS1，…，ＥS4の波長はそれぞれλS1，…，λS4であり、互いに異なる。光信号ＥS1，…，ＥS4はデータの繰り返し時間Ｔに比べて十分短い時間幅を有する短パルスによる強度変調により得られている。これらの光信号は、光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により順にＴ／４の時間だけシフトさせられる。従って、光マルチプレクサ１１３から出力される信号光は、時間軸上で一致しない波長分割多重信号となる。
【０１４８】
このような波長分割多重信号が光ゲート装置１１０に供給されると、４チャネルの波長全てがプローブ光の波長λｐｒｏｂｅに変換されるので、光ゲート装置１１０から光ファイバ伝送路６４に出力される変換信号光ＥCは、光時分割多重信号（ＯＴＤＭ信号）となる。
【０１４９】
このように、図１５に示されるシステムによると、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換することができる（ＷＤＭ／ＯＴＤＭ変換）。
【０１５０】
ここでは、４チャネルの波長分割多重信号を例示しているが、チャネル数は４には限定されない。例えば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルの波長分割多重信号が用いられている場合には、Ｎチャネルの光時分割多重信号が得られる。この場合、Ｎ台の光遅延回路が用いられ、これらにおける時間シフトはＴ／Ｎに設定される。
【０１５１】
図１５の実施形態では、ＷＤＭ信号光（波長分割多重信号）を構成している複数の光信号のタイミングを変化させるために複数の光遅延回路を用いているので、これを光中継器に適用する場合に光中継器の構成が複雑になる。この点を改良した実施形態を以下に説明する。
【０１５２】
図１６は本発明を適用可能なシステムの第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、１台の光遅延回路１１８を用いてＷＤＭ信号光の複数の光信号を一括して順次遅延させた後に、光ファイバ伝送路６２を介して光ゲート装置１１０に入力している。光遅延回路１１８としては、波長分散を与える光学媒質を用いることができる。例えば、光ファイバ等の光学媒質においては、波長に対して分散がほぼ直線状に変化するので、これを用いることによって、複数の光遅延回路の遅延時間を調節する場合のようにほぼ線形な遅延を複数の光信号に与えることができる。
【０１５３】
このように、図１６に示されるシステムにおいては１台の光遅延回路を用いて複数の光信号に一括して遅延を与えるようにしているので、装置の構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１５４】
図１７は本発明による装置の第３実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１２に示される実施形態と対比して、波形整形されるべき信号光が異なる波長（λS1，…，λS4）を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である点と、これに合わせて複数のクロック再生器７２（＃１，…，＃４）が用いられている点とで特徴付けられる。
【０１５５】
ＷＤＭ信号光は、偏波制御器１２２と、光遅延回路１１８（図１６参照）としての光ファイバ１２０とを介して第１の波形整形装置１０２に供給される。光ファイバ１２０は波長分散β2を有しており、ＷＤＭ信号光の複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させる。偏波制御器１２２は、波形整形装置１０２及び１０６等が偏波依存性を有している可能性に対処するために設けられており、ＷＤＭ信号光の複数の光信号の各偏波状態を一定にするように機能する。偏波制御器１２２は、例えば、ＳＯＡ（半導体光増幅器）におけるＸＰＭ（相互位相変調）あるいはＸＧＭ（相互利得変調）を用いた光ゲートを各波長チャネルに適用することによって構成され得る。
【０１５６】
偏波制御器１２２として上述のような光ゲートを用いている場合、偏波制御器１２０から出力される光の偏波面は、その光ゲートにおけるプローブ光の偏波面に確定されるので、波形整形装置１０２及び１０６等における偏波依存性に対処することができる。この場合、偏波制御器１２２から出力された光の偏波面を維持してその光を第１の波形整形装置１０２に供給するために、光ファイバ１２０として偏波面維持ファイバ（ＰＭＦ）を用いることが望ましい。尚、光ファイバ１２０における偏波面維持能力が十分でない場合には、偏波制御器１２２は、光ファイバ１２０と第１の波形整形装置１０２との間に設けられていてもよい。
【０１５７】
第１の波形整形装置１０２は、前述したＷＤＭ／ＯＴＤＭ変換の機能を有しており、単一波長を有する光時分割多重信号を中間信号光として出力する。波形整形装置１０２として図１３等に示されるＮＯＬＭ１が用いられている場合には、中間信号光の波長は第１のプローブ光の波長λ1に一致する。波形整形装置１０２から出力された中間信号光は、光分岐器１０４により第１及び第２の信号光に分割され、第１の信号光は各々クロック再生器７２（＃１，…，＃４）に供給され、第２の信号光は第２の波形整形装置１０６に供給される。
【０１５８】
クロック再生器７２（＃１，…，＃４）は、第１の信号光に基づいてそれぞれ波長λC1，…，λC4を有するクロックパルスを再生する。特にこの実施形態では、第２の波形整形装置１０６から出力される再生信号光における波長関係を入力されたＷＤＭ信号光における波長関係に一致させるために、波長λC1，…，λC4は波長λS1，…，λS4にそれぞれに等しく設定される。尚、各クロックパルスの周波数は、ＷＤＭ信号光を構成している複数の光信号の各々の速度（繰り返し周波数；ビットレートに対応）に相当している。
【０１５９】
クロック再生器７２（＃２，＃３及び＃４）と第２の波形整形装置１０６との間にはそれぞれ光遅延回路１２４（＃１，＃２及び＃３）が付加的に設けられている。光遅延回路１２４（＃１，＃２及び＃３）はそれぞれクロックパルスに遅延時間τ1，τ2及びτ3を与える。遅延時間τ1，τ2及びτ3は、それぞれ、中間信号光におけるあるパルスから次のパルス、その次のパルス、及びその次の次のパルスまでの時間間隔に設定される。
【０１６０】
この構成によると、第２の波形整形装置１０６において、時分割多重信号としての中間信号光（第２の信号光）が複数のクロックパルスを一括してスイッチングすることができるので、第１の波形整形装置１０２に入力されたＷＤＭ信号光に対する３Ｒ機能が可能になる。また、波形整形装置１０２及び１０６をＷＤＭ信号光の複数の波長チャネルに共用しているので、装置構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１６１】
図１８は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１７の実施形態では各クロックパルスが中間信号光としての光時分割多重信号に基づいて得られているのと対比して、波形整形されるべきＷＤＭ信号光に基づいて各クロックパルスが得られている点で特徴付けられる。
【０１６２】
そのために、この実施形態では、図１７等に示される光分岐器１０４に代えて、第１の波形整形装置１０２の上流側、より特定的には偏波制御器１２２と光ファイバ１２０の間に光分岐器１０４’を設けている。光分岐器１０４’で分岐されたＷＤＭ信号光の一部は、ＷＤＭ信号光の波長チャネル数に応じた複数の光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）に供給される。光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）は、それぞれ、ＷＤＭ信号光の複数の光信号の波長λS1，…，λS4に対応する通過帯域を有している。従って、光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）によってそれぞれＷＤＭ信号光の複数の光信号を抽出することができる。
【０１６３】
クロック再生器７２（＃１，…，＃４）の各々は、抽出された各光信号に基づいて容易に各クロックパルスを再生することができる。即ち、図１７に示される実施形態においては、各クロック再生器が光時分割多重信号に基づいてその４倍の周期を有するクロックパルスを再生する必要があり、クロック再生器の構成が複雑になる可能性があるのと対比して、図１８に示される実施形態では、各クロック再生器が抽出された光信号に基づいてその周期に等しい周期を有するクロックパルスを容易に再生することができるものである。
【０１６４】
この実施形態によると、図１７に示される実施形態による場合と同様に、第２の波形整形装置１０６において、光時分割多重信号としての中間信号光（第２の信号光）が複数のクロックパルスを一括してスイッチングすることができるので、第１の波形整形装置１０２に入力されたＷＤＭ信号光に対する３Ｒ機能が可能になる。また、波形整形装置１０２及び１０６をＷＤＭ信号光の複数の波長チャネルに共用しているので、装置構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１６５】
この実施形態においては、光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）の各々の通過帯域の適切な設定によって、ＷＤＭ信号光における任意の波長チャネルを選択することができる。従って、図１８に示される装置は、光ＡＤＭ（アッド・ドロップ・マルチプレクサ）や光クロスコネクトに効果的に適用することができる。
【０１６６】
図１７及び１８に示される実施形態では、４チャネルのＷＤＭ信号光を例示しているが、チャネル数は４には限定されない。たとえば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルのＷＤＭ信号光が用いられている場合には、Ｎチャネルの光時分割多重信号が得られるので、これに合わせてＮ台のクロック再生器が用いられる。
【０１６７】
波形整形装置１０２及び１０６の各々としては、図１３に示される実施形態と同様にＮＯＬＭを用いることができるが、本発明はこれに限定されない。一般的な２Ｒ再生器、例えば、光／電気変換を用いて電気段で信号処理するタイプの２Ｒ再生器を波形整形装置１０２及び１０６の各々として用いることもできる。
【０１６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、十分な３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することが可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、ＷＤＭに適した波形整形のための方法、装置及びシステムの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に適用可能なＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）の構成を示す図である。
【図２】図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力特性を示すグラフである。
【図３】図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。
【図４】図４は本発明を適用可能な装置の第１実施形態を示す図である。
【図５】図５の（Ａ）及び図５の（Ｂ）は本発明を適用可能な装置における波長変換の例を示す図である。
【図６】図６は多段接続されたＮＯＬＭの特性関数を示すグラフである。
【図７】図７は本発明を適用可能な装置の第２実施形態を示す図である。
【図８】図８は本発明を適用可能な装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】図９は本発明を適用可能なシステムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は本発明を適用可能な装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明による装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１４は本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明を適用可能なシステムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１６】図１６は本発明を適用可能なシステムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１７】図１７は本発明による装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１８】図１８は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 第１の光路
４ 第２の光路
６ 第１の光カプラ
８ ループ光路
１０ 第３の光路
１２ 第２の光カプラ
７２ クロック再生器
１０２ 第１の波形整形装置
１０４ 光分岐器
１０６ 第２の波形整形装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を波形整形するための方法、装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光レベルで波形整形を行う従来の波形整形装置として、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型光ゲートがある。この光ゲートは、位相シフトを与えるための第１及び第２の非線形光学媒質を含むマッハツェンダ干渉計を例えば光導波路基板上に集積化して構成される。連続波（ＣＷ）光としてのプロープ光が等分配されて第１及び第２の非線形光学媒質に供給される。このとき、等分配されたプローブ光の干渉により出力光が得られないように干渉計の光路長が設定されている。
【０００３】
第１及び第２の非線形光学媒質の一方には更に光信号が供給される。光信号及びプローブ光のパワーを適切に設定することによって、光信号に同期する変換光信号がこの光ゲートから出力される。変換光信号はプローブ光と同じ波長を有している。
【０００４】
第１及び第２の非線形光学媒質の各々として半導体光アンプ（ＳＯＡ）を用いることが提案されている。例えば、波長１．５μｍ帯において、両端面を無反射化処理したＩｎＧａＡｓ−ＳＯＡを各非線形光学媒質として用い、これらをＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ基板上に集積化したものが作製されている。
【０００５】
従来知られている他の波形整形装置として、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）がある。ＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続するループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている。
【０００６】
ループ光路の一部または全体を非線形光学媒質から構成するとともに、第１及び第３の光路にそれぞれプローブ光及び光信号を供給することによって、変換光信号が第２の光路から出力される。
【０００７】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質としては光ファイバが一般的である。特に、非線形光学媒質としてＳＯＡを用いたＮＯＬＭはＳＬＡＬＯＭ（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）と称される。
【０００８】
ところで、近年実用化されている光ファイバ通信システムにおいては、伝送路損失や分岐損失等による信号パワーの低下を、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光増幅器を用いて補償している。光増幅器はアナログ増幅器であり、信号を線形増幅するものである。この種の光増幅器においては、増幅に伴って発生する自然放出光（ＡＳＥ）雑音の付加により信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下するので、中継数ひいては伝送距離に限界が生じる。また、光ファイバの持つ波長分散やファイバ内の非線形光学効果による波形劣化も伝送限界を与える要因である。こうした限界を打破するためには、信号をデジタル的に処理する再生中継器が必要であり、その実現が望まれている。特に、全ての処理を光レベルにおいて行う全光再生中継器は、信号のビットレートやパルス形状等に依存しないトランスペアレントな動作を実現する上で重要である。
【０００９】
全光再生中継器に必要な機能は、振幅再生又はリアンプリフィケーション（Ｒｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と、波形整形又はリシェイピング（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）と、タイミング再生又はリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）とである。これらの機能は３Ｒ機能と称され、特に前二者は２Ｒ機能と称される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
波形整形装置と光増幅器を組み合わせることにより、あるいは光増幅機能を有する波形整形装置を用いることにより、２Ｒ機能を提供することができる。また、それに加えてクロック再生器を並行して用いることにより３Ｒ機能を提供することができる。
【００１１】
我々は、先に２Ｒ機能及び／又は３Ｒ機能を提供するための波形整形装置を提案した（特願平１１−２９３１８９号）。この装置においては、２つのＮＯＬＭを組み合わせることによって、波形整形或いは光ゲートの機能を得る場合における波長変換の自由度を大きくしている。
【００１２】
特に、３Ｒ機能を提供するための波形整形装置においては、クロック再生器でクロックパルスを抽出するもとになる光信号の劣化度合いに応じて、十分な３Ｒ機能を得ることができない場合があるという問題がある。
【００１３】
一方、伝送容量を飛躍的に拡大するために波長分割多重（ＷＤＭ）を適用する場合、３Ｒ機能を提供するための波形整形装置が多重数に応じて複雑化することが予想されるので、ＷＤＭに適した波形整形装置が求められている。
【００１４】
よって、本発明の目的は、十分な３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ＷＤＭに適した波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することである。
【００１６】
本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割するステップと、上記第２の信号光を第１の光遅延回路に供給して上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにするステップと、上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を第１の波形整形装置に供給して単一波長の中間信号光を得るステップと、上記第１の信号光を上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とする複数の光フィルタに供給して、複数の波長を有する複数の信号光を得るステップと、上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を複数のクロック再生器に供給して、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを得るステップと、上記複数のパルスを第２の光遅延回路に供給して、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを得るステップと、上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを第２の波形整形装置に供給して、上記複数のクロックパルスに同期し、上記複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を得るステップとを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングする方法が提供される。
【００１８】
この方法によると、第１の波形整形装置で得られた中間信号光に基づいてクロックパルスを得ることができるので、クロック再生における忠実度が高まり、十分な３Ｒ機能を得ることができる。また、後述するようにこの方法を効果的にＷＤＭに適用することができる。
【００１９】
望ましくは、第１及び第２の波形整形装置の各々は相互位相変調によるスイッチングを用いた光ゲートである。たとえば、光ゲートとして非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）を用いることができる。ＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている。
【００２０】
望ましくは、クロック再生器はモードロックレーザである。
【００２１】
本発明による方法は、クロックパルスを光フィルタに供給してクロックパルスのパルス幅を拡大するステップを更に備えていてもよい。
【００２２】
第１の波形整形装置に供給される信号光は、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光であり得る。例えば、ＷＤＭ信号光は光遅延回路に供給されて、複数の光信号の各タイミングが時間軸上で変化させられる。そして、第１の波形整形装置の特定の機能によって、ＷＤＭ信号光は、単一波長を有する光時分割多重信号として与えられる中間信号光に変換される。この場合、クロックパルスは複数の光信号に対応する複数のクロックパルスであることが望ましく、そうすることにより、再生信号光では、複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が波長分割多重されていることになる。
【００２３】
光遅延回路としては波長分散を与える光学媒質（例えば光ファイバ）を用いることができる。
【００２４】
本発明による方法は、複数の光信号の偏波状態を一定にするステップを更に備えていてもよい。これにより、各波形整形装置における偏波依存性を回避することができる。
【００２５】
本発明の他の側面によると、異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器と、上記第２の信号光を供給され、上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにする第１の光遅延回路と、上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を供給され、単一波長の中間信号光を得る第１の波形整形装置と、上記第１の信号光を供給され、上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とし、複数の波長を有する複数の信号光を得る複数の光フィルタと、上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を供給され、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを出力する複数のクロック再生器と、上記複数のパルスを供給され、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを出力する第２の光遅延回路と、上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを供給され、上記複数のクロックパルスに同期し、上記複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を出力する第２の波形整形装置とを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングする装置が提供される。
【００２６】
本発明の更に他の側面によると、信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、上記第１の光ファイバ伝送路に接続され上記信号光を再生信号光に変換する光再生器と、上記光再生器に接続され上記再生信号光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、上記光再生器は、異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器と、上記第２の信号光を供給され、上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにする第１の光遅延回路と、上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を供給され、単一波長の中間信号光を得る第１の波形整形装置と、上記第１の信号光を供給され、上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とし、複数の波長を有する複数の信号光を得る複数の光フィルタと、上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を供給され、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを出力する複数のクロック再生器と、上記複数のパルスを供給され、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを出力する第２の光遅延回路と、上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを供給され、上記複数のクロックパルスに同期し、複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を出力する第２の波形整形装置とを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングするシステムが提供される。
【００２７】
本発明の別の側面によると、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を光時分割多重信号に変換するステップと、複数の光信号の各々の速度に対応する周波数を有するクロックパルスを得るステップと、光時分割多重信号及びクロックパルスを波形整形装置に供給して再生ＷＤＭ信号光を得るステップとを備えた方法が提供される。
【００２８】
望ましくは、クロックパルスを得るステップは、複数の光信号にそれぞれ対応して複数のクロックパルスを再生するステップを含む。
【００２９】
この方法は、複数のクロックパルスを予め定められた遅延時間ずつ順次遅延させるステップを更に備えていてもよい。
【００３０】
複数のクロックパルスを再生するステップは、光時分割多重信号を複数のクロック再生器に供給するステップを含むことができる。
【００３１】
あるいは、複数のクロックパルスを再生するステップは、ＷＤＭ信号光をそれぞれ複数の光信号の波長に対応する通過帯域を有する複数の光フィルタに供給するステップと、複数の光フィルタの出力をそれぞれ複数のクロック再生器に供給するステップとを含むことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。全図を通して実質的に同一又は類似の部分には同一の符号が付されている。
【００３３】
図１を参照すると、本発明に適用可能なＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）の構成が示されている。このＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。
【００３４】
ループ光路８の一部または全部は非線形光学媒質ＮＬによって提供されている。第１の光カプラ６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。
【００３５】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λｐｒｏｂｅを有するプローブ光が光カプラ６の第１の光路２に入力され、波長λｓｉｇを有する光信号が光カプラ１２の第３の光路１０に入力されたときに、波長λｐｒｏｂｅを有する変換光信号が光カプラ６の第２の光路４から出力されるというものである。プローブ光は連続波（ＣＷ）光或いは光パルスであり得る。ここでは、プローブ光はＣＷ光として図示されている。
【００３６】
プローブ光は、光カプラ６によりパワーが等しい２成分に分けられ、これら２成分は、ループ光路８をそれぞれ時計回り及び反時計回りに厳密に同一光路長で伝搬し、非線形光学媒質ＮＬにより共に等しい位相シフトφを受けた後、光カプラ６により合成される。光カプラ６における合成に際して、２成分のパワーは等しく位相も一致しているので、合成により得られた光はあたかもミラーにより反射されるがごとく第１の光路２から出力され、ポート４からは出力されない。
【００３７】
ループ光路８の途中から光カプラ１２により光信号が入力されると、この光信号はループ光路８の一方向（図では時計回り）にだけ伝搬し、この方向に伝搬する光に対しては、オンパルスが通るときだけ非線形光学媒質ＮＬの非線形屈折率が変化する。従って、プローブ光の２成分が光カプラ６で合成されるに際して、光信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は一致するが、光信号のオンパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は異なる。その位相差をΔφとすると、光カプラ６の第２の光路４には｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００３８】
今、位相差がπになるように入力光信号のパワーを設定すれば、オンパルスのときに合成された２成分が第２の光路４だけから出力されるようなスイッチ動作が可能になる。このようにして、波長λｓｉｇの光信号から波長λｐｒｏｂｅの変換光信号への変換が行なわれる。即ち、光信号のデータに関して波長変換が行なわれていることになる。
【００３９】
非線形光学効果として光カー効果（光信号とプローブ光による相互位相変調（ＸＰＭ））を用いるとすると、位相シフトΔφはγＰＬに比例する。ここにγは非線形光学媒質ＮＬの非線形係数、Ｐは非線形光学媒質ＮＬ内における光パワー、Ｌは非線形光学媒質ＮＬにおける光カー効果の相互作用長である。
【００４０】
図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力特性を示すグラフである。グラフの主要部分における縦軸はポート４から出力される変換光信号のパワーＰｏｕｔ、横軸は位相差Δφを示している。符号１４で示されるコサインカーブにおいて、極小値を与える位相差Δφは０に相当し、極大値を与えるΔφはπに相当している。従って、位相差Δφの０及びπにそれぞれ入力光信号の“０”レベル（Ｐｓｐａｃｅ）及び“１”レベル（Ｐｍａｒｋ）を対応させることにより入力光信号に付随する雑音の抑圧が可能である。これは、｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に従う変換においては、線形増幅変換の場合と異なりパルスの立ち上がり及びピーク付近での過飽和特性があるからである。
【００４１】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質ＮＬとして最も一般的なのは光ファイバである。分散シフトファイバ（ＤＳＦ）が主に用いられており、その長さは通常数ｋｍである。一方、非線形光学媒質ＮＬとしてＳＯＡ（半導体光増幅器）を用いたものも提案されている（ＳＬＡＬＯＭ）。
【００４２】
ＳＯＡタイプは小型集積化の点で優れている。しかし、ＳＯＡから付加される自然放出光（ＡＳＥ）雑音の影響により変換の際に信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が低下したり、キャリア効果に起因する速度制限等の課題がある。
【００４３】
一方、ファイバタイプのＮＯＬＭでは、ファイバ内の三次非線形光学効果の応答時間がフェムト秒オーダと非常に高速であるが、長いファイバを必要とするので、速度制限をなくすためには高精度の分散管理が必要になる。また、入力光信号の偏波状態に対する依存性やループ内での偏波変動に対する対策が難しいといった課題もある。
【００４４】
発明者は、特願平１０−１７６３１６号（平成１０年６月２３日出願）において、高非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦを用いたコンパクトなＮＯＬＭを提案した。本発明は主にこのＮＯＬＭを多段に縦列接続（カスケード接続）した構成による高性能な波形整形装置を提供し、これを用いて光２Ｒ等の光信号処理を実現せんとするものである。ここで、「２Ｒ」はリシェーピング（振幅再生）及びリジェネレイション（波形等化及び雑音抑圧等）の２つの機能を意味している。
【００４５】
光通信システムにおける光信号処理に適用可能な非線形光学効果としては、主に、２次非線形光学媒質中の三光波混合あるいは、３次非線形光学媒質中の自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）及び四光波混合（ＦＷＭ）等の光カー効果が考えられる。２次非線形光学媒質としては、ＩｎＧａＡｓ及びＬｉＮｂＯ3等がある。３次非線形光学媒質としては、半導体光アンプ（ＳＯＡ）及び発振状態にある分布帰還レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）等の半導体媒質あるいは光ファイバが考えられる。
【００４６】
本発明では、特に光ファイバ内の光カー効果を用いることができる。光ファイバとしては単一モードファイバが適しており、特に波長分散が比較的小さい分散シフトファイバ（ＤＳＦ）が望ましい。
【００４７】
一般に、光ファイバの３次非線形係数γは、
γ＝ωｎ2／ｃＡeff ・・・・・（１）
で表される。ここに、ωは光角周波数、ｃは真空中の光速を表し、ｎ2及びＡeffは光ファイバの非線形屈折率及び有効コア断面積をそれぞれ表す。
【００４８】
従来のＤＳＦの非線形係数はγ＝２．６Ｗ-1ｋｍ-1程度と小さいので、十分な変換効率を得るためには数ｋｍ〜１０ｋｍ以上の長さが必要である。より短尺のＤＳＦで十分な変換効率を実現することができるとすれば、零分散波長を高精度に管理することが可能となり、高速・広帯域変換を実現することができる。
【００４９】
一般に、光ファイバの３次非線形効果を高めるためには、（１）式において非線形屈折率ｎ2を大きくし、あるいは有効コア断面積Ａeffに対応するモードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくして光強度を高くするのが有効である。
【００５０】
非線形屈折率ｎ2を大きくするためには、例えば、クラッドにフッ素等をドープしあるいはコアに高濃度のＧｅＯ2をドープすればよい。コアにＧｅＯ2を２５〜３０ｍｏｌ％ドープすることによって、非線形屈折率ｎ2として５×１０-20ｍ2／Ｗ以上の大きな値が得られている（通常のシリカファイバでは約３．２×１０-20ｍ2／Ｗ）。
【００５１】
一方、ＭＦＤを小さくすることは、コア及びクラッド間の比屈折率差Δあるいはコア形状の設計により可能である。このようなＤＳＦの設計は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の場合と同様である。例えば、コアにＧｅＯ2を２５〜３０ｍｏｌ％ドープし、且つ、比屈折率差Δを２．５〜３．０％に設定することによって、４μｍよりも小さなＭＦＤが得られている。そして、非線形屈折率ｎ2を大きくすることとＭＦＤを小さくすることとの総合効果として、１５Ｗ-1ｋｍ-1以上の大きな非線形係数γを有する光ファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）が得られている。
【００５２】
他に重要な要素として、上述のように大きな非線形係数γを有するＨＮＬ−ＤＳＦが、用いる波長帯で零分散を持つことである。この点に関しても各パラメータを以下のように設定することにより満足することができる。通常のＤＣＦにおいては、一般にＭＦＤを一定にした条件で比屈折率差Δを大きくすると、分散値は正常分散領域で大きくなる。一方、コア径を大きくすると分散は減少し、逆にコア径を小さくすると分散は大きくなる。従って、用いる波長帯においてＭＦＤをある値に設定した状態で、コア径を大きくしていくと分散を０とすることが可能である。
【００５３】
長さＬの光ファイバ中での光カー効果による位相シフトは、γＰPＬに比例する。ここに、ＰPは平均ポンプ光パワーである。従って、非線形係数γが１５Ｗ-1ｋｍ-1のファイバは通常のＤＳＦに比べて２．６／１５≒１／５．７程度の長さで同じ変換効率を達成可能である。上述のように通常のＤＳＦでは１０ｋｍ程度の長さが必要であるが、このように大きな非線形係数γを有するＨＮＬ−ＤＳＦにあっては、１〜２ｋｍ程度の長さで同様の効果が得られることになる。実用上は、ファイバが短くなる分損失も小さくなるので、同じ効率を得るために更にファイバを短くすることができる。このように短いファイバにおいては、零分散波長の制御性がよくなり、以下に説明するように極めて広帯域の変換が可能になる。更に、数ｋｍのファイバ長であれば、定偏波化が可能になり偏波面保存能力が確保されているので、ＨＮＬ−ＤＳＦの本発明への適用は、高い変換効率及び広い変換帯域を達成し且つ偏波依存性を排除する上で極めて有効である。
【００５４】
光ファイバを用いて光カー効果、特にＸＰＭを有効に発生させて、光信号から変換光信号への変換効率を高めるためには、プローブ光と光信号との間の位相整合をとる必要がある。図３によりこれを説明する。
【００５５】
図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。ここでは、光路２に供給される波長λｐｒｏｂｅのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓｉｇの光信号の各々が光パルスであると仮定する。プローブ光としての光パルスは、光カプラ６においてループ光路８を時計回りに伝搬する第１プローブパルスと反時計回りに伝搬する第２プローブパルスとに分岐される。また、光信号としての光パルスは、光カプラ１２を通って信号パルスとしてループ光路８内に時計回りに導入される。
【００５６】
ループ光路８における位相整合条件は、ループ光路８内を共に時計回りに伝搬する信号パルス及び第１プローブパルスのタイミングの一致性により与えられる。もし、信号パルス及び第１プローブパルスのタイミングが一致しない場合には、ＸＰＭによる光カーシフトが制限され、有効なスイッチ動作あるいはゲート動作が困難になる。
【００５７】
信号パルス及び第１プローブパルスの波長は異なるので、ループ光路８における信号パルス及び第１プローブパルスの群速度は異なり、結果としてループ光路８の長さに比例するタイミングずれが生じる（ウォークオフ）。これを回避するためには、信号パルス及び第１プローブパルスの群速度が一致するような波長配置を選択することが望ましい。
【００５８】
タイミングずれを最小限に抑えるための最も有効な波長配置は、信号パルスの波長及び第１プローブパルスの波長をループ光路８の零分散波長に対して実質的に対称に位置させることにより得られる。零分散波長に近い広い帯域に渡って、波長分散はほぼ直線的に変化しており、上述の波長配置により信号パルス及び第１プローブパルスの群速度を一致させて、良好な位相整合条件を得ることができる。
【００５９】
このように、本発明のある側面によると、ループ光路の零分散波長をλ0とするときに、λｓｉｇ＋λｐｒｏｂｅ＝２λ0とすることによって、位相整合条件を得ることができ、光信号から変換光信号への変換効率を高めることができる。
【００６０】
しかし、このような波長配置をとっても、零分散波長自体がファイバ長手方向に変動していると、群速度間にずれが生じ、これが変換帯域及び変換可能な信号速度に制限を与える。このように、ファイバによる変換帯域は分散により制限されることになる。長手方向の分散が完全に制御され、例えば全長（正確には非線形長）に渡り唯一の零分散波長を有するファイバが作られたとすれば、プローブ光の波長と光信号の波長とをこの零分散波長に関して対称な位置に配置することにより事実上無限大の（分散の波長依存性が直線状である範囲で制限のない程広い）変換帯域が得られることになる。しかし、実際には、零分散波長が長手方向にばらつくため、位相整合条件が理想状態からずれ、これにより帯域が制限される。
【００６１】
広帯域化を実現するための第１の方法は、ループ光路８の一部又は全部としてＨＮＬ−ＤＳＦを用いることである。ＨＮＬ−ＤＳＦを用いた場合には、１〜２ｋｍ程度の長さで十分な変換が可能になるので、分散の制御性がよくなり、広帯域特性を得やすい。その際、特に光カー効果の発生効率が高い入力端付近の零分散波長のばらつきを小さく抑えることができれば、最も効率よく帯域を拡大可能である。更に、ファイバを複数の小区間に分割し、零分散波長が似ている区間同士をスプライス等により繋ぎ合わせていく（当初のファイバ端から数えた順番とは違う順番で）ことにより、全長における平均分散は同じであるにも係わらず、広い変換帯域を得ることができる。
【００６２】
あるいは又、十分広い変換帯域を得るのに必要な程度に高精度な分散制御が可能な長さ（例えば数１００ｍ以下）のファイバを予め多数用意しておき、所要の零分散波長のものを組み合わせてスプライスして、所要の変換効率を得るのに必要な長さのファイバを作ることも可能である。
【００６３】
このようにして変換帯域を拡大する場合には、光強度の高い入力端（例えば非線形光学媒質の両端）付近に零分散波長のばらつきの少ない部分を集めるのが有効である。また、必要に応じて順次分割数を増やしたり、入力端から離れた位置で比較的分散の大きな部分では、分散の正負を交互に配置する等により小区間を適切に組み合わせることによって、更に変換帯域を拡大することができる。
【００６４】
光ファイバを分割するに際して各区間をどの程度短くすれば十分か否かの目安としては、例えば、非線形長を基準にすればよい。非線形長に比べて十分短いファイバ内での３次非線形効果においては、位相整合はそのファイバの平均分散値に依存すると考えることができる。一例として、非線形係数γが２．６Ｗ-1ｋｍ-1のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いた３次非線形効果においては、非線形長は１２．８ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち１ｋｍ程度が１つの目安となる。他の例としては、非線形係数γが１５Ｗ-1ｋｍ-1のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いた３次非線形効果においては、非線形長は２．２ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち２００ｍが１つの目安となろう。いずれにしても、非線形長に比べて十分短いファイバの平均零分散波長を測定し、ほぼ同じ値のものを組み合わせて所要の変換効率のファイバを構成すれば、広い変換帯域を得ることができる。
【００６５】
このようなファイバによるＦＷＭの帯域を拡大する方法に関する付加的な詳細については、特願平１０−１７６３１６号を参照されたい。
【００６６】
尚、ＦＷＭの発生には、ファイバの零分散波長とポンプ光の波長とがほぼ一致するように設定するのが有効であるが、その際、ポンプ光、信号光あるいは変換光のパワーがファイバ内の誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）のしきい値を超えると、ＦＷＭの発生効率が低下する。ＳＢＳの影響を抑圧するためには、ポンプ光又は信号光について周波数変調又は位相変調を行なえばよい。その際の変調速度は数１００ｋＨｚ程度で十分であり、信号光の信号速度がＧｂ／ｓ以上の高速信号である場合には変調による影響は殆ど無い。
【００６７】
図１に示されたＮＯＬＭが動作するためには、プローブ光の偏波状態がループ光路８内で保持される必要がある。すなわち、光カプラ６で分離されたプローブ光は、ループ光路８内を各々時計回り及び反時計回り方向に伝搬した後、同じ偏波状態で光カプラ６に戻って来る必要がある。
【００６８】
ＨＮＬ−ＤＳＦを用いることによって、偏波状態を保持するのに十分短い長さでループ光路８を構成することができる。例えば、偏波コントローラを用いてループ光路８内における偏波状態を調節することができる。
【００６９】
尚、光信号の偏波状態は基本的にはプローブ光の偏波状態にほぼ一致させるのがよいが、ファイバ内の偏波分散等にも影響されることがあり、出力される光のパワーが最大になるように両者の偏波状態を最適化するのがよい。
【００７０】
図４は本発明を適用可能な装置の第１実施形態を示す図である。この装置は、カスケード接続された第１の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ１）及び第２の非線形ループミラー（ＮＯＬＭ２）を有している。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々は、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。
【００７１】
第１の光カプラ６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。ループ光路８の一部又は全部は非線形光学媒質によって提供される。より特定的には、この実施形態では、広い変換帯域を得ることのほか前述した付加的な効果を得るために、ループ光路８はＨＮＬ−ＤＳＦによって提供されている。
【００７２】
ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２をカスケード接続するために、ＮＯＬＭ１の第２の光路４はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に光学的に接続される。
【００７３】
ＮＯＬＭ１の第１の光路２には、波長λ1を有する第１のプローブ光が供給される。ＮＯＬＭ１の第３の光路１０には波長λS（≠λ1）及びパワーＰS1を有する入力光信号（信号光としての）が供給される。その結果、ＮＯＬＭ１の第２の光路４からは、波長λ1及びパワーＰS2を有し且つ入力光信号に同期した中間光信号（中間信号光としての）が出力される。出力された中間光信号はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に供給される。ＮＯＬＭ２の第１の光路２には、波長λ2（≠λ1）を有する第２のプローブ光が供給される。その結果、ＮＯＬＭ２の第２の光路４からは、波長λ2及びパワーＰｏｕｔを有し且つ中間光信号に同期した出力光信号が出力される。
【００７４】
第１及び第２のプローブ光の各々は、ＣＷ光であっても良いし、或いは入力光信号のビットレートと同等の或いは異なる周波数で入力光信号と時間的に同期するクロックパルスであっても良い。
【００７５】
図４に示される実施形態は２つの非線形ループミラーを用いた２段構成であるが、この構成に順じて３段、４段、…、順次多段に複数の非線形ループミラーをカスケード接続してもよい。
【００７６】
この多段構成（２段構成を含む）の装置に本発明を適用することによって、少なくとも２つの技術的効果が得られる。
【００７７】
まず第１に、本発明による装置においては波長変換の自由度が大きくなる。例えば、図５の（Ａ）に示されるように、波長λ1と波長λSの差の符号を波長λ2とλ1の差の符号に等しく設定することにより、１段構成による場合と比較して大きな波長変換を行なうことができる。また、図５の（Ｂ）に示されるように、波長λ2を波長λSに実質的に等しく設定することによって、波長変換を伴うことなしに波形整形を行なうことができる。波長変換を伴わない波形整形は１段構成では不可能である。図示はしないが、波長λ2は波長λ1とλSとの間にあってもよい。この場合、波長λ1とλSを大きく異ならせることができるので、不要な光の除去等を容易に行なうことができる。ここでは、２段構成について説明したが、より多くの段数にすることによって、更に柔軟な波長変換が可能になる。
【００７８】
第２に、本発明による装置においては１段構成の場合と比較して波形整形機能が改善される。前述したように、１段構成における入出力特性は｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２＝ｓｉｎ2(Δφ／２)であるから、ｎ（ｎは自然数）段構成の規格化入出力関数（特性関数）ｆｎ（ｘ）は以下のように表すことができる。
【００７９】
ｆｎ（ｘ）＝ｓｉｎ2｛πｆ(n-1)（ｘ）／２｝
ｆ0（ｘ）＝ｘ
図６はこの関数をプロットしたものである。段数が大きくなるに従ってデジタル動作（ｎ＝∞の場合に相当）に近づいていることがわかる。ｎ＝２の場合には、ｎ＝１の場合に比べてよりデジタル動作に近づいており、より優れた波形整形特性が期待できる。従って、本発明によると、従来の１段構成のＮＯＬＭでは得られなかった優れた波形整形及び雑音抑圧が可能になる。
【００８０】
図４に示される実施形態では、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２のループ光路８としてＨＮＬ−ＤＳＦが用いられている。ＨＮＬ−ＤＳＦの分散はビットレートやパルス形状等により適宜最適化することができる。例えば、短パルスを用いた高ビットレート信号の場合であれば、２つのパルスのウォークオフ（図３による説明を参照）が発生しないように設定するのが望ましい。一例としては、ＨＮＬ−ＤＳＦの零分散波長を信号光波長（入力光信号の波長λS又は中間光信号の波長λ1）とプローブ光波長（第１のプローブ光の波長λ1又は第２のプローブ光の波長λ2）の中間付近に配置することが考えられる。この場合、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々において２つのパルスはほぼ同じ群速度になるので、ウォークオフを最小にすることができる。ここで、信号光波長とプローブ光波長のどちらを正常分散領域に配置し他方を異常分散領域に配置するかについては、特性を見た上で適宜最適化することができる。
【００８１】
このように、本発明のある側面によると、ＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λSの実質的に中間の零分散波長を有しており、ＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦは、波長λ1と波長λ2の実質的に中間の零分散波長を有している。これによりウォークオフの発生を防止して、短パルスを用いた高ビット信号の波形整形が可能になる。
【００８２】
或いはまた、零分散波長を２つのパルスよりも長波長側或いは短波長側に設定しても良い。この場合、ウォークオフを最小にすることはできないが、次のような利点が得られる。まず、長波長側に設定する場合には、信号光波長及びプローブ光波長は共に正常分散領域にあることになり、変調不安定効果を抑圧することができる。また、短波長側に設定する場合には信号光波長及びプローブ光波長は異常分散領域にあることになり、パルス圧縮効果を用いることができる。どのような配置に設定するかは実際のシステムの条件に応じて決定することができる。
【００８３】
このように、本発明のある側面によると、波長λ1及びλSはＮＯＬＭ１のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にあり、波長λ1及びλ2はＮＯＬＭ２のループ光路８を提供するＨＮＬ−ＤＳＦの正常分散領域及び異常分散領域のいずれか一方にある。これにより、変調不安定効果を抑圧することができ、或いはパルス圧縮効果を用いることができるようになる。
【００８４】
図４に示される実施形態では、各ループ光路８をＨＮＬ−ＤＳＦから構成している。ＨＮＬ−ＤＳＦにあっては、従来のＤＳＦに比べて３次非線形係数を５〜１０倍に大きくすることが可能であるため、位相差Δφをπとするために必要な光パワーと長さの積を１／５〜１／１０にすることが可能である。従って、同じ信号パワーに対する所要長も１／５〜１／１０で足り、その結果１ｋｍあるいはそれ以下の長さで十分な特性を得ることができる。その結果、波長分散による信号速度制限が少なくしかも入力光信号の偏波状態に対する依存性を排除することができ、ループ光路８内における偏波変動に対する対策が不要なＮＯＬＭの提供が可能になる。
【００８５】
このように、本発明のある側面によると、各ループ光路８は非線形光学媒質としての光ファイバによって提供される。その光ファイバは、例えば、その光ファイバが偏波面保存能力を有する程度にその光ファイバの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を有している。それにより、入力光信号の偏波状態に対する依存性を小さくすることができる。同じ目的のために、ループ光路８を提供する光ファイバとして偏波保持ファイバを用いても良い。
【００８６】
図７は本発明を適用可能な装置の第２実施形態を示す図である。ここでは、ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々のループ光路８は、各々位相シフトΔφ／２を与える半部分８−１及び８−２からなる。半部分８−１及び８−２の各々は、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）型に構成されるＨＮＬ−ＤＳＦからなる。
【００８７】
半部分８−１及び８−２の両方により与えられる位相シフトはΔφとなるので、図４の実施形態と同じようにして波形整形が可能である。
【００８８】
特にこの実施形態では、ループ光路８の中点近傍即ち半部分８−１及び８−２の接続点に偏波状態を直交させるためのλ／２板機能２４を付加している。このλ／２板機能２４は、例えば、半部分８−１及び８−２の主軸が互いに直交するようにこれらをスプライス接続することにより得られる。
【００８９】
これにより、変換効率が入力光信号の偏波状態に依存しなくなり、しかも、λ／２板機能２４が付加されているので、各偏波保持ファイバの２偏波モード間の群速度の違いに起因する偏波分散を抑圧することができる。
【００９０】
具体的には、光カプラ６を介してループ光路８に導入される各プローブ光の偏波面を各偏波保持ファイバの主軸に対して４５°傾斜させておくことによって、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２からループ光路８に導入される光信号の偏波状態に依存しない変換効率を得ることができる。
【００９１】
尚、変換効率は、ＮＯＬＭ１の光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号のパワーとＮＯＬＭ２の光カプラ６を介してループ光路８から取り出される出力光信号のパワーとの比により定義される。
【００９２】
図８は本発明を適用可能な装置の第３実施形態を示す図である。ＮＯＬＭ１の動作は、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される入力光信号及び第１のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第１のプローブ光のパワーＰ1を調節するためにパワーコントローラ１８を設け、入力光信号のパワーＰS1を調節するためにパワーコントローラ２０を設けている。パワーコントローラ１８及び２０の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００９３】
パワーコントローラ１８及び２０は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ２４により第２の光路４から抽出された中間光信号の一部を受けるパワーモニタ２６の出力信号に基き、パワーモニタ２６により検出された中間光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ２８により第１の光路２から第１のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ３０の出力信号に基き、パワーモニタ３０により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ１８及び２０の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第１のプローブ光と逆向きに出力される光は第１のプローブ光と同じ波長λ1を有している。
【００９４】
このような制御により、ＮＯＬＭ１のループ光路８において適切な位相差が生じるように入力光信号及び第１のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００９５】
一方、ＮＯＬＭ２の動作も、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、そのループ光路８に導入される中間光信号及び第２のプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、第２のプローブ光のパワーＰ2を調節するためにパワーコントローラ３２を設け、中間光信号のパワーＰS2を調節するためにパワーコントローラ３４を設けている。パワーコントローラ３２及び３４の各々としては、可変光アッテネータ若しくは可変利得光アンプ又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【００９６】
パワーコントローラ３２及び３４は制御回路２２により自動制御される。制御回路２２は、例えば、光カプラ３６により第２の光路４から抽出された出力光信号の一部を受けるパワーモニタ３８の出力信号に基き、パワーコントローラ３８により検出された出力光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御する。その代わりに、制御回路２２は、例えば、光カプラ４０により第１の光路２から第２のプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ４２の出力信号に基き、パワーモニタ４２により検出されたパワーが小さくなるようにパワーコントローラ３２及び３４の少なくともいずれか一方を制御するようにしても良い。第２のプローブ光と逆向きに出力される光は第２のプローブ光と同じ波長λ2を有している。
【００９７】
このような制御により、ＮＯＬＭ２のループ光路８において適切な位相差が生じるように中間光信号及び第２のプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００９８】
ＮＯＬＭ１において、第１のプローブ光、入力光信号、或いは中間光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ４４，４６及び４８が用いられている。光フィルタ４４は、光カプラ６からループ光路８に導入される第１のプローブ光に作用させるためにパワーコントローラ１８と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ４４としては、第１のプローブ光の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）を用いることができる。
【００９９】
光フィルタ４６は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号に作用させるために、パワーコントローラ２０と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ４６としては、入力光信号の波長λSを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタあるいは第１のプローブ光の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタ（ＢＳＦ）を用いることができる。
【０１００】
このように、光帯域阻止フィルタを用いた場合にもＳＮＲが改善されるのは、波形整形されるべき入力光信号は一般に伝送によりＡＳＥ雑音を伴っており、中間光信号の波長λ1の近傍で予めＡＳＥ雑音の成分を除去しておくことによって、中間光信号のＳＮＲが改善されるからである。
【０１０１】
光フィルタ４８は、ＮＯＬＭ１のループ光路８から光カプラ６を介して出力される中間光信号に作用させるために、第２の光路４に接続されている。光フィルタ４８としては中間光信号の波長λ1を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは入力光信号の波長λSを含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【０１０２】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第１のプローブ光の中心波長或いは入力光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【０１０３】
ＮＯＬＭ２において、第２のプローブ光、中間光信号、或いは出力光信号の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ５０，５２及び５４が用いられている。光フィルタ５０は、第１の光路２からループ光路８に導入される第２のプローブ光に作用させるために、パワーコントローラ３２と第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ５０としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを用いることができる。
【０１０４】
光フィルタ５２は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される中間光信号に作用させるために、パワーコントローラ３４と第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ５２としては、第２のプローブ光の波長λ2を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【０１０５】
光フィルタ５４は、ループ光路８から光カプラ６を介して出力される出力光信号に作用させるために、光路４に接続されている。光フィルタ５４としては、出力光信号の波長λ2を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ或いは中間光信号の波長λ1を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【０１０６】
尚、各フィルタの通過帯域或いは阻止帯域の中心波長は、第２のプローブ光の中心波長或いは中間光信号の中心波長に一致する。各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号又は中間光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。各フィルタとしては、誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
【０１０７】
図９は本発明を適用可能なシステムの第１実施形態を示すブロック図である。このシステムは、波形整形装置（光再生器としての）５６を有している。波形整形装置５６は本発明による装置あるいは本発明を適用可能な装置の種々の実施形態により提供され得る。波形整形装置５６は、第１のプローブ光のための入力ポート５６Ａ（ＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応）と、第２のプローブ光のための入力ポート５６Ｂ（ＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応）と、入力光信号のための入力ポート５６Ｃ（ＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応）と、出力光信号のための出力ポート５６Ｄ（ＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応）とを有している。
【０１０８】
入力ポート５６Ａには第１のプローブ光源５８が接続されており、光源５８から出力された第１のプローブ光（波長λ1）は波形整形装置５６に供給される。入力ポート５６Ｂには第２のプローブ光源６０が接続されており、光源６０から出力された第２のプローブ光（波長λ2）は波形整形装置５６に供給される。尚、波形整形装置として後述する本発明による装置を用いる場合には、ＮＯＬＭ１の出力に基づいて得られたクロックパルスを第２のプローブ光として用いることができるので、第２のプローブ光源６０は不要である。
【０１０９】
入力ポート５６Ｃには第１の光ファイバ伝送路６２が接続されており、光ファイバ伝送路６２により伝送された入力光信号（波長λS）は波形整形装置５６に供給される。出力ポート５６Ｄには第２の光ファイバ伝送路６４が接続されており、光ファイバ伝送路６４は波形整形装置５６から出力された出力光信号（波長λ2）を伝送する。
【０１１０】
光ファイバ伝送路６２の入力端には、入力光信号を光ファイバ伝送路６２に供給する光送信機（ＴＸ）６６が接続されており、光ファイバ伝送路６４の出力端には、光ファイバ伝送路６４により伝送された出力光信号を受ける光受信機（ＲＸ）６８が接続されている。
【０１１１】
光送信機６６における光信号の変調方法としては、例えば光振幅（強度）変調が採用される。この場合、光受信機６８では、例えば直接検波を行うことができる。
【０１１２】
光ファイバ伝送路６２及び６４の各々としては、単一モードのシリカファイバ、１．３μｍ零分散ファイバ、１．５５μｍ分散シフトファイバ等を用いることができる。
【０１１３】
波形整形装置５６においてＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々の非線形光学媒質として用いられるＨＮＬ−ＤＳＦを単一モード型に構成し、そのモードフィールド径を光ファイバ伝送路６２及び６４の各々のモードフィールド径よりも小さくすることによって、ＨＮＬ−ＤＳＦの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を得ることができる。
【０１１４】
このシステムによると、波形整形装置５６において本発明に従った波形整形の動作が可能になると共に、その動作により、波長変換を伴って或いは波長変換を伴わずに得られた出力光信号を第２の光ファイバ伝送路６４により伝送することができる。
【０１１５】
図示はしないが、光ファイバ伝送路６２及び６４を含む光路上に単一又は複数の光増幅器が設けられていても良い。各光増幅器としてエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられている場合、各光増幅器ではＡＳＥ雑音が発生しこれが累積するので、図９に示されるシステムでは、前述した波形整形装置５６における波形整形或いは雑音抑圧の原理に従って、ＳＮＲが改善される。
【０１１６】
この実施形態では、波形整形装置５６を光ファイバ伝送路６２及び６４の間に設けて中継器として用いているが、光受信機６８の内部或いはその近傍に本発明による装置を設けることによって、受信感度を改善することができる。
【０１１７】
図示はしないが、図９に示されるシステムは、光ファイバ伝送路６２及び６４の少なくともいずれか一方の分散を補償するための分散補償器を更に備えていても良い。分散補償器は、例えば、各光ファイバ伝送路の分散と逆符号の分散を与える。分散補償器の分散の絶対値は、例えば、光受信機６８における受信状態が最適になるように調節される。分散補償器を用いることによって、光ファイバ伝送路で生じる波長分散を抑圧することができるので、長距離の伝送が可能になる。
【０１１８】
本発明を適用可能な装置の実施形態においては、各プローブ光はＣＷ光或いは光パルスであり得る。例えば、第１のプローブ光としてＣＷ光を用い、第２のプローブ光として入力光信号に同期した光パルスとすることができる（この実施形態は後で詳細に説明する）。この光パルスが入力光信号の基準周波数で発振するクロックパルスである場合、出力光信号はその基準周波数でリタイミングされたものになる。即ち、波形整形の機能と共にこのリタイミング機能を用いることにより、光レベルでの３Ｒ処理が可能になる。ここで、「３Ｒ」は前述した２Ｒ及びリタイミングの意味である。尚、第１のプローブ光を光パルスとするとともに第２のプローブ光をＣＷ光としても良いし、或いは、第１及び第２のプローブ光の両方を光パルスにしても良い。
【０１１９】
図１０は本発明を適用可能な装置の第４実施形態を示すブロック図である。この装置は、光分岐器７０、クロック再生器７２、タイミング調節器７３、波形整形装置７４及びプローブ光源７６を備えている。光分岐器７０には、ファイバ伝送に際しての分散や非線形光学効果により波形が歪んだ信号光、光アンプによる中継伝送に際しての光アンプのＡＳＥ雑音の累積により波形が乱れた信号光、或いは偏波分散等によりジッターが累積した信号光が供給される。光分岐器７０はその入力信号光を第１及び第２の信号光に分岐する。第１及び第２の信号光はそれぞれクロック再生器７２及び波形整形装置７４に供給される。クロック再生器７２は供給された第１の入力信号光に基きクロックパルスを発生する。ここでは、信号光の波長及び速度（ビットレート）はそれぞれλS及びｆSであり、クロックパルスの波長及び周波数はそれぞれλC及びｆSである。発生したクロックパルスはタイミング調節器７３でタイミングを調節されて波形整形装置７４に供給される。
【０１２０】
波形整形装置７４は、プローブ光源７６からのプローブ光を受ける入力ポート７４Ａと、クロック再生器７２からのクロックパルスを受ける入力ポート７４Ｂと、光分岐器７０からの第２の信号光を受ける入力ポート７４Ｃと、出力ポート７４Ｄを有している。波形整形装置７４は、供給された第２の入力信号光及びクロックパルスに基き波形整形を行い、再生信号光を出力ポート７４Ｄから出力する。再生信号光の波長及び速度はそれぞれλC及びｆSである。
【０１２１】
この実施形態では、ポート７４ＡはＮＯＬＭ１の第１の光路２に対応し、ポート７４ＢはＮＯＬＭ２の第１の光路２に対応し、ポート７４ＣはＮＯＬＭ１の第３の光路１０に対応し、ポート７４ＤはＮＯＬＭ２の第２の光路４に対応している。従って、プローブ光源７６から供給されるプローブ光は第１のプローブ光として用いられ、クロックパルスが第２のプローブ光として用いられている。その結果として、再生信号光の波長がクロックパルスの波長に等しくなっているのである。
【０１２２】
或いは又、クロックパルスをポート７４Ａに入力し、プローブ光源７６からのプローブ光をポート７４Ｂに入力するようにしても良い。この場合、再生信号光の波長はプローブ光源７６から供給されるプローブ光の波長に等しくなる。
【０１２３】
或いは又、プローブ光源７６を用いずに、クロックパルスを第１及び第２のクロックパルスに分岐し、第１及び第２のクロックパルスの一方を波長変換した後に両方をそれぞれポート７４Ａ及び７４Ｂに入力しても良い。
【０１２４】
このように、本実施形態によると、再生されたクロックパルスを用いて波形整形を行っているので、タイミングも含めて光レベルでの信号再生が可能になる。従って、この実施形態によると、全光３Ｒ信号再生装置の提供が可能になる。
【０１２５】
図１０に示される実施形態においては波形整形装置７４は、速度ｆSの信号と周波数ｆSのクロックパルスとのＡＮＤ回路として機能している。クロックパルスの周波数を信号速度の分周倍（例えば信号速度が４０Ｇｂ／ｓである場合１０ＧＨｚ）に設定することによって、ＯＴＤＭ（光時分割多重）信号のデマルチプレクシング等の動作を行うことができる。
【０１２６】
クロック再生器７２としては、信号光に含まれる周波数成分を感知し（引き込み）、ここから基準周波数のクロックパルスを発生させるモードロックレーザを用いることができる。或いは、波長λS、速度ｆSの信号光を波長λCで連続発振しているレーザに入力し、このレーザ内の光変調器を信号光でＡＭ変調又はＦＭ変調する。そして、この変調周波数がレーザの共振周期に対応するようにレーザの光路長を調節することによって、波長C、周波数ｆSのクロックパルスを発生することができる。
【０１２７】
図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。このクロック再生器は、入力ポート７８及び出力ポート８０間に設けられる光パス８２と、光パス８２に光学的に結合される（例えば方向性結合される）光ループ８３を含む能動リングレーザ８４とを備えている。
【０１２８】
入力ポート７８には波長λS、速度ｆSの信号光が供給される。能動リングレーザ８４は、光ループ８３でレーザ発振が生じるように光ループ８３の損失を補償する光増幅器８６と、速度（又は周波数）ｆSが光ループ８３の周回周期の逆数の整数倍になるように光ループ８３の光路長を調節する調節器８８と、信号光に基きレーザ発振をモードロックするための光変調器（又は非線形光学媒質）９０とを含む。能動リングレーザ８４はレーザ発振の波長λCを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ９２を更に含んでいても良い。
【０１２９】
この構成によると、能動リングレーザ８４のレーザ発振がモードロックされる結果、波長λC、周波数ｆSのクロックパルスが発生し、そのクロックパルスが出力ポート８０から出力される。従って、光／電気変換を行なうことなしにクロックパルスを得ることができ、信号光の速度やパルス形状等に依存しない全光クロック再生器の提供が可能になる。
【０１３０】
光変調器９０としては、ＬｉＮｂＯ3強度変調器やＥＡ（電界吸収）型変調器等の電気／光変調器を用いることができるほか、二次若しくは三次の非線形光学効果或いは相互利得変調等によるものを用いることができる。例えば、光ファイバ内の四光波混合を用いる場合であれば、信号光の波長λSをファイバの零分散波長付近の波長に設定して連続発振光に効果的にＡＭ変調をかけ、これによりクロックパルスを発生可能である。一方、半導体光アンプ（ＳＯＡ）を用いる場合には、信号光をポンプ光として用いることができる。更に、発振状態のＤＦＢ−ＬＤ内の四光波混合を用いる場合には、信号光の波長をＤＦＢ−ＬＤの発振光とは異なる波長に設定し、この信号光を比較的高いパワーで入力することにより利得飽和を起こし、これにより四光波混合の効率に変調をかけると共に、相互利得変調（ＸＧＭ）効果により連続発振光に有効にＡＭ変調をかけることができる。ＸＧＭについては、ＳＯＡ内の四光波混合を用いる場合にも発生するので、これを積極的に用いても良い。
【０１３１】
また、２次の非線形光学効果の場合にも、信号光をポンプ光として用いれば、ほぼ同じ効果を得ることができる。一方、相互位相変調（ＸＰＭ）を用いる場合には、例えば位相変調による偏波状態の変動を用いてＡＭ変調を発生させることができる。
【０１３２】
図１０に示される装置は、図９に示される波形整形装置５６と同様に、伝送路の途中に設けられる全光２Ｒ再生中継器若しくは３Ｒ再生中継器として、或いは受信側に置いて受信感度を高めるために使用することができる。いずれにしても、中継光アンプ或いは光プリアンプと組み合わせることによって、高品質な伝送が可能になる。また、光ファイバ伝送路の分散や非線形光学効果により波形が歪む場合には分散補償器や非線形補償器（例えば位相共役器）を用いて波形を補償した後に、波形整形或いは雑音除去を行うことが有効である。
【０１３３】
以上説明した実施形態では、複数のＮＯＬＭをカスケード接続しているが、ＮＯＬＭと同様の動作原理に基く複数の干渉計をカスケード接続してもよい。干渉計の例としては、ＳＯＡ―ＭＺＩ，ＳＯＡ―ＭＩ等がある。
【０１３４】
図１２は本発明による装置の基本構成を示すブロック図である。この装置は、信号光を供給されて中間信号光を出力する第１の波形整形装置１０２と、中間信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器（例えば光カプラ）１０４と、第１の信号光を供給されてクロックパルスを出力するクロック再生器７２と、第２の信号光及びクロックパルスを供給されてクロックパルスに同期した再生信号光を出力する第２の波形整形装置１０６とを備えている。
【０１３５】
波形整形装置１０２及び１０６の各々としては、図１に示されるＮＯＬＭを用いることができる。また、クロック再生器７２の具体的構成については、図１１に示されている。
【０１３６】
図１２に示される基本構成によると、波形整形装置１０２及び１０６を用いていることにより、あるいは、これに加えて図示しない光増幅器を用いていることにより、光レベルでの２Ｒ機能を得ることができる。また、クロック再生器７２で得られたクロックパルスを波形整形装置１０６に供給して、クロックパルスと第２の光信号とのＡＮＤをとるようにしているので、光レベルでのリタイミングを行うことができ、光レベルでの３Ｒ機能を得ることができる。
【０１３７】
図１３は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図４に示される実施形態との対比において、クロック再生器７２から出力されたクロックパルスを第２の波形整形装置１０６としてのＮＯＬＭ２における第２のプローブ光として用いている点で特徴付けられる。より特定的には次のとおりである。
【０１３８】
図１３に示される実施形態では、第１及び第２の波形整形装置１０２及び１０６としてそれぞれＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２が用いられている。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２の各々は、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。ＮＯＬＭ１及びＮＯＬＭ２をカスケード接続するために、ＮＯＬＭ１の第２の光路４はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に光学的に接続される。
【０１３９】
第１の光カプラ６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。ループ光路８の一部又は全部は非線形光学媒質によって提供される。より特定的には、この実施形態では、広い変換帯域を得ることのほか前述した付加的な効果を得るために、ループ光路８はＨＮＬ−ＤＳＦによって提供されている。
【０１４０】
ＮＯＬＭ１の第１の光路２には、波長λ1を有する第１のプローブ光が供給される。ＮＯＬＭ１の第３の光路１０には波長λS（≠λ1）及び速度（ビットレート）ｆSを有する信号光が供給される。信号光が第１のプローブ光をスイッチングする結果、ＮＯＬＭ１の第２の光路４からは、波長λ1及び速度ｆSを有する中間信号光が出力される。出力された中間信号光は、光分岐器１０４によって第１及び第２の信号光に分岐され、第１の信号光はクロック再生器７２に供給され、第２の信号光はＮＯＬＭ２の第３の光路１０に供給される。ＮＯＬＭ２の第１の光路２には、クロック再生器７２から出力されたクロックパルスが第２のプローブ光（図４参照）として供給される。クロックパルスは波長λC及び周波数ｆSを有している。第２の信号光がクロックパルスをスイッチングする結果、ＮＯＬＭ２の第２の光路４からは、波長λC及び速度ｆSを有し且つクロックパルスに同期した再生信号光が出力される。
【０１４１】
第１のプローブ光は、ＣＷ光であっても良いし、或いは信号光のビットレートと同等の或いは異なる周波数で信号光と時間的に同期するクロックパルスであっても良い。
【０１４２】
図１３に示される実施形態では、ＮＯＬＭ１から出力された中間信号光に基づきクロック再生器７２がクロックパルスを再生している。ＮＯＬＭ１においてはある程度波形整形がなされているので、図１０に示される実施形態のように直接的に信号光に基づきクロックパルスを再生する場合と比較して、クロック再生が正確でしかも容易になる。その結果、ＮＯＬＭ２における光ゲートの機能あるいはＡＮＤ動作が正確になり、十分な３Ｒ機能が可能になる。また、図１３に示される実施形態によると、重複する説明は避けるが、図４に示される実施形態におけるのと同様に、波長変換の自由度が大きくなる。
【０１４３】
図１４は本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１２に示される基本構成と対比して、クロック再生器７２と第２の波形整形装置１０６の間に光フィルタ１０８が付加的に設けられている点で特徴付けられる。光フィルタ１０８としては、狭帯域な光バンドパスフィルタを用いることができ、その通過帯域の中心波長はクロックパルスの波長に一致するように設定される。
【０１４４】
クロック再生器７２として図１１に示されるようなモードロックレーザを用いる場合、得られるクロックパルスが過剰に短パルス化していることがある。図１４に示される実施形態では、クロックパルスが光フィルタ１０８を通過する結果、クロックパルスのパルス幅が適当に拡大される。その結果、上述の短パルス化に起因する不具合を防止することができる。
【０１４５】
図１５は本発明を適用可能なシステムの第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図９に示される実施形態と対比して、多段構成の波形整形装置５６に限定されない光ゲート装置１１０が用いられている点と、ＷＤＭが具体的に適用されている点とで特徴付けられる。光ゲート装置１１０としては図１に示されるようなＮＯＬＭを用いることができ、光ゲート装置１１０には、プローブ光源１１２から出力されたプローブ光Ｅｐｒｏｂｅが供給されている。
【０１４６】
光ファイバ伝送路６２の入力端は光マルチプレクサ１１３に接続されている。光マルチプレクサ１１３には、光送信機１１４（＃１，…，＃４）から出力された４チャネルの光信号ＥS1，…，ＥS4がそれぞれ光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により時間軸上の位置を調節された後に供給されている。
【０１４７】
光信号ＥS1，…，ＥS4の波長はそれぞれλS1，…，λS4であり、互いに異なる。光信号ＥS1，…，ＥS4はデータの繰り返し時間Ｔに比べて十分短い時間幅を有する短パルスによる強度変調により得られている。これらの光信号は、光遅延回路１１６（＃１，…，＃４）により順にＴ／４の時間だけシフトさせられる。従って、光マルチプレクサ１１３から出力される信号光は、時間軸上で一致しない波長分割多重信号となる。
【０１４８】
このような波長分割多重信号が光ゲート装置１１０に供給されると、４チャネルの波長全てがプローブ光の波長λｐｒｏｂｅに変換されるので、光ゲート装置１１０から光ファイバ伝送路６４に出力される変換信号光ＥCは、光時分割多重信号（ＯＴＤＭ信号）となる。
【０１４９】
このように、図１５に示されるシステムによると、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換することができる（ＷＤＭ／ＯＴＤＭ変換）。
【０１５０】
ここでは、４チャネルの波長分割多重信号を例示しているが、チャネル数は４には限定されない。例えば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルの波長分割多重信号が用いられている場合には、Ｎチャネルの光時分割多重信号が得られる。この場合、Ｎ台の光遅延回路が用いられ、これらにおける時間シフトはＴ／Ｎに設定される。
【０１５１】
図１５の実施形態では、ＷＤＭ信号光（波長分割多重信号）を構成している複数の光信号のタイミングを変化させるために複数の光遅延回路を用いているので、これを光中継器に適用する場合に光中継器の構成が複雑になる。この点を改良した実施形態を以下に説明する。
【０１５２】
図１６は本発明を適用可能なシステムの第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、１台の光遅延回路１１８を用いてＷＤＭ信号光の複数の光信号を一括して順次遅延させた後に、光ファイバ伝送路６２を介して光ゲート装置１１０に入力している。光遅延回路１１８としては、波長分散を与える光学媒質を用いることができる。例えば、光ファイバ等の光学媒質においては、波長に対して分散がほぼ直線状に変化するので、これを用いることによって、複数の光遅延回路の遅延時間を調節する場合のようにほぼ線形な遅延を複数の光信号に与えることができる。
【０１５３】
このように、図１６に示されるシステムにおいては１台の光遅延回路を用いて複数の光信号に一括して遅延を与えるようにしているので、装置の構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１５４】
図１７は本発明による装置の第３実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１２に示される実施形態と対比して、波形整形されるべき信号光が異なる波長（λS1，…，λS4）を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光である点と、これに合わせて複数のクロック再生器７２（＃１，…，＃４）が用いられている点とで特徴付けられる。
【０１５５】
ＷＤＭ信号光は、偏波制御器１２２と、光遅延回路１１８（図１６参照）としての光ファイバ１２０とを介して第１の波形整形装置１０２に供給される。光ファイバ１２０は波長分散β2を有しており、ＷＤＭ信号光の複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させる。偏波制御器１２２は、波形整形装置１０２及び１０６等が偏波依存性を有している可能性に対処するために設けられており、ＷＤＭ信号光の複数の光信号の各偏波状態を一定にするように機能する。偏波制御器１２２は、例えば、ＳＯＡ（半導体光増幅器）におけるＸＰＭ（相互位相変調）あるいはＸＧＭ（相互利得変調）を用いた光ゲートを各波長チャネルに適用することによって構成され得る。
【０１５６】
偏波制御器１２２として上述のような光ゲートを用いている場合、偏波制御器１２０から出力される光の偏波面は、その光ゲートにおけるプローブ光の偏波面に確定されるので、波形整形装置１０２及び１０６等における偏波依存性に対処することができる。この場合、偏波制御器１２２から出力された光の偏波面を維持してその光を第１の波形整形装置１０２に供給するために、光ファイバ１２０として偏波面維持ファイバ（ＰＭＦ）を用いることが望ましい。尚、光ファイバ１２０における偏波面維持能力が十分でない場合には、偏波制御器１２２は、光ファイバ１２０と第１の波形整形装置１０２との間に設けられていてもよい。
【０１５７】
第１の波形整形装置１０２は、前述したＷＤＭ／ＯＴＤＭ変換の機能を有しており、単一波長を有する光時分割多重信号を中間信号光として出力する。波形整形装置１０２として図１３等に示されるＮＯＬＭ１が用いられている場合には、中間信号光の波長は第１のプローブ光の波長λ1に一致する。波形整形装置１０２から出力された中間信号光は、光分岐器１０４により第１及び第２の信号光に分割され、第１の信号光は各々クロック再生器７２（＃１，…，＃４）に供給され、第２の信号光は第２の波形整形装置１０６に供給される。
【０１５８】
クロック再生器７２（＃１，…，＃４）は、第１の信号光に基づいてそれぞれ波長λC1，…，λC4を有するクロックパルスを再生する。特にこの実施形態では、第２の波形整形装置１０６から出力される再生信号光における波長関係を入力されたＷＤＭ信号光における波長関係に一致させるために、波長λC1，…，λC4は波長λS1，…，λS4にそれぞれに等しく設定される。尚、各クロックパルスの周波数は、ＷＤＭ信号光を構成している複数の光信号の各々の速度（繰り返し周波数；ビットレートに対応）に相当している。
【０１５９】
クロック再生器７２（＃２，＃３及び＃４）と第２の波形整形装置１０６との間にはそれぞれ光遅延回路１２４（＃１，＃２及び＃３）が付加的に設けられている。光遅延回路１２４（＃１，＃２及び＃３）はそれぞれクロックパルスに遅延時間τ1，τ2及びτ3を与える。遅延時間τ1，τ2及びτ3は、それぞれ、中間信号光におけるあるパルスから次のパルス、その次のパルス、及びその次の次のパルスまでの時間間隔に設定される。
【０１６０】
この構成によると、第２の波形整形装置１０６において、時分割多重信号としての中間信号光（第２の信号光）が複数のクロックパルスを一括してスイッチングすることができるので、第１の波形整形装置１０２に入力されたＷＤＭ信号光に対する３Ｒ機能が可能になる。また、波形整形装置１０２及び１０６をＷＤＭ信号光の複数の波長チャネルに共用しているので、装置構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１６１】
図１８は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１７の実施形態では各クロックパルスが中間信号光としての光時分割多重信号に基づいて得られているのと対比して、波形整形されるべきＷＤＭ信号光に基づいて各クロックパルスが得られている点で特徴付けられる。
【０１６２】
そのために、この実施形態では、図１７等に示される光分岐器１０４に代えて、第１の波形整形装置１０２の上流側、より特定的には偏波制御器１２２と光ファイバ１２０の間に光分岐器１０４’を設けている。光分岐器１０４’で分岐されたＷＤＭ信号光の一部は、ＷＤＭ信号光の波長チャネル数に応じた複数の光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）に供給される。光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）は、それぞれ、ＷＤＭ信号光の複数の光信号の波長λS1，…，λS4に対応する通過帯域を有している。従って、光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）によってそれぞれＷＤＭ信号光の複数の光信号を抽出することができる。
【０１６３】
クロック再生器７２（＃１，…，＃４）の各々は、抽出された各光信号に基づいて容易に各クロックパルスを再生することができる。即ち、図１７に示される実施形態においては、各クロック再生器が光時分割多重信号に基づいてその４倍の周期を有するクロックパルスを再生する必要があり、クロック再生器の構成が複雑になる可能性があるのと対比して、図１８に示される実施形態では、各クロック再生器が抽出された光信号に基づいてその周期に等しい周期を有するクロックパルスを容易に再生することができるものである。
【０１６４】
この実施形態によると、図１７に示される実施形態による場合と同様に、第２の波形整形装置１０６において、光時分割多重信号としての中間信号光（第２の信号光）が複数のクロックパルスを一括してスイッチングすることができるので、第１の波形整形装置１０２に入力されたＷＤＭ信号光に対する３Ｒ機能が可能になる。また、波形整形装置１０２及び１０６をＷＤＭ信号光の複数の波長チャネルに共用しているので、装置構成を簡単にしてシステムの信頼性を高めることができる。
【０１６５】
この実施形態においては、光フィルタ１２６（＃１，…，＃４）の各々の通過帯域の適切な設定によって、ＷＤＭ信号光における任意の波長チャネルを選択することができる。従って、図１８に示される装置は、光ＡＤＭ（アッド・ドロップ・マルチプレクサ）や光クロスコネクトに効果的に適用することができる。
【０１６６】
図１７及び１８に示される実施形態では、４チャネルのＷＤＭ信号光を例示しているが、チャネル数は４には限定されない。たとえば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルのＷＤＭ信号光が用いられている場合には、Ｎチャネルの光時分割多重信号が得られるので、これに合わせてＮ台のクロック再生器が用いられる。
【０１６７】
波形整形装置１０２及び１０６の各々としては、図１３に示される実施形態と同様にＮＯＬＭを用いることができるが、本発明はこれに限定されない。一般的な２Ｒ再生器、例えば、光／電気変換を用いて電気段で信号処理するタイプの２Ｒ再生器を波形整形装置１０２及び１０６の各々として用いることもできる。
【０１６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、十分な３Ｒ機能を得ることができる波形整形のための方法、装置及びシステムを提供することが可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、ＷＤＭに適した波形整形のための方法、装置及びシステムの提供が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に適用可能なＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）の構成を示す図である。
【図２】図２は位相差Δφに対するＮＯＬＭの出力特性を示すグラフである。
【図３】図３はＮＯＬＭにおける位相整合の説明図である。
【図４】図４は本発明を適用可能な装置の第１実施形態を示す図である。
【図５】図５の（Ａ）及び図５の（Ｂ）は本発明を適用可能な装置における波長変換の例を示す図である。
【図６】図６は多段接続されたＮＯＬＭの特性関数を示すグラフである。
【図７】図７は本発明を適用可能な装置の第２実施形態を示す図である。
【図８】図８は本発明を適用可能な装置の第３実施形態を示す図である。
【図９】図９は本発明を適用可能なシステムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は本発明を適用可能な装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１はクロック再生器の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明による装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１４は本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明を適用可能なシステムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１６】図１６は本発明を適用可能なシステムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１７】図１７は本発明による装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１８】図１８は本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 第１の光路
４ 第２の光路
６ 第１の光カプラ
８ ループ光路
１０ 第３の光路
１２ 第２の光カプラ
７２ クロック再生器
１０２ 第１の波形整形装置
１０４ 光分岐器
１０６ 第２の波形整形装置
Claims (16)
- 異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割するステップと、
上記第２の信号光を第１の光遅延回路に供給して上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにするステップと、
上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を第１の波形整形装置に供給して単一波長の中間信号光を得るステップと、
上記第１の信号光を上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とする複数の光フィルタに供給して、複数の波長を有する複数の信号光を得るステップと、
上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を複数のクロック再生器に供給して、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを得るステップと、
上記複数のパルスを第２の光遅延回路に供給して、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを得るステップと、
上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを第２の波形整形装置に供給して、上記複数のクロックパルスに同期し、上記複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を得るステップとを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングする方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
上記第１及び第２の波形整形装置の各々は相互位相変調によるスイッチングを用いた光ゲートである方法。 - 請求項２に記載の方法であって、
上記光ゲートは非線形光ループミラーであり、
上記非線形光ループミラーは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、上記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、上記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
上記クロック再生器はモードロックレーザである方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
上記クロックパルスを光フィルタに供給して上記クロックパルスのパルス幅を拡大するステップを更に備えた方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
上記第１の光遅延回路は波長分散を与える光学媒質である方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
上記複数の光信号の偏波状態を一定にするステップを更に備えた方法。 - 異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器と、
上記第２の信号光を供給され、上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにする第１の光遅延回路と、
上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を供給され、単一波長の中間信号光を得る第１の波形整形装置と、
上記第１の信号光を供給され、上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とし、複数の波長を有する複数の信号光を得る複数の光フィルタと、
上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を供給され、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを出力する複数のクロック再生器と、
上記複数のパルスを供給され、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを出力する第２の光遅延回路と、
上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを供給され、上記複数のクロックパルスに同期し、上記複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を出力する第２の波形整形装置とを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングする装置。 - 請求項８に記載の装置であって、
上記第１及び第２の波形整形装置の各々は相互位相変調によるスイッチングを用いた光ゲートである装置。 - 請求項９に記載の装置であって、
上記光ゲートは非線形光ループミラーであり、
上記非線形光ループミラーは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、上記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、上記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている装置。 - 請求項８に記載の装置であって、
上記クロック再生器はモードロックレーザである装置。 - 請求項８に記載の装置であって、
上記クロックパルスを供給されて上記クロックパルスのパルス幅を拡大する光フィルタを更に備えた装置。 - 請求項８に記載の装置であって、
上記第１の光遅延回路は波長分散を与える光学媒質である装置。 - 請求項８に記載の装置であって、
上記複数の光信号の偏波状態を一定にする偏波制御器を更に備えた装置。 - 信号光を伝搬させる第１の光ファイバ伝送路と、
上記第１の光ファイバ伝送路に接続され上記信号光を再生信号光に変換する光再生器と、
上記光再生器に接続され上記再生信号光を伝搬させる第２の光ファイバ伝送路とを備えたシステムであって、
上記光再生器は、
異なる波長を有し、一定のビットレートを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたＷＤＭ信号光を第１及び第２の信号光に分割する光分岐器と、
上記第２の信号光を供給され、上記複数の光信号の各タイミングを時間軸上で変化させて、上記ＷＤＭ信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないようにする第１の光遅延回路と、
上記第２の信号光に含まれる複数の信号光のそれぞれの光信号のパルスが互いに重ならないように時間軸上で変化させた光信号を供給され、単一波長の中間信号光を得る第１の波形整形装置と、
上記第１の信号光を供給され、上記複数の波長に含まれる複数の波長に対応する帯域を通過帯域とし、複数の波長を有する複数の信号光を得る複数の光フィルタと、
上記複数の光フィルタより得られた複数の信号光を供給され、上記ビットレートに対応するクロック周期で、複数の波長を有し、上記第１の信号光に同期する複数のパルスを出力する複数のクロック再生器と、
上記複数のパルスを供給され、上記複数のパルスのそれぞれのパルスが互いに重ならないよう上記第１の光遅延回路の該パルスの波長に対応する該当波長の遅延時間で時間軸上で変化させた複数のクロックパルスを出力する第２の光遅延回路と、
上記中間信号光の信号光及び上記複数のクロックパルスを供給され、上記複数のクロックパルスに同期し、複数のクロックパルスの波長に対応する波長を有する複数の光信号が多重化された再生信号光を出力する第２の波形整形装置とを備え、前記中間信号光は前記複数のクロックパルスを一括してスイッチングするシステム。 - 請求項１５に記載のシステムであって、
上記光再生器は上記複数の光信号の偏波状態を一定にする偏波制御器を更に備えているシステム。
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