(57)【要約】  本発明の光波形整形装置は、ＷＤＭ信号光を第１の光増幅器で増幅した後に第１の非線形媒質に入力し、該第１の非線形媒質でのＳＰＭにより各波長の信号光のスペクトルを拡大して信号成分および雑音成分を分離し、各々のスペクトルについて短波長側の信号成分のみを光フィルタで一括して抽出する。そして、該光フィルタの出力光を第２の光増幅器で増幅した後に第２の非線形媒質に入力し、該第２の非線形媒質での自己周波数シフトにより各信号光の波長を長波長側に一括してシフトし入力時の信号光波長に戻す。これにより、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長の信号光を一括して波形整形でき、かつ、波形整形の前後で各信号光の波長を正確に保持することが可能になる。
2009022396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＤＭ信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を一括して波形整形する方法において、
前記ＷＤＭ信号光を第１の非線形媒質に入力して各波長の信号光のスペクトルを一括して拡大し、各々の信号光に含まれる信号成分および雑音成分を異なるスペクトル領域に分離するスペクトル拡大過程と、
前記スペクトル拡大過程でスペクトルの拡大された各信号光について、前記第１の非線形媒質への入力時の中心波長よりも短波長側のスペクトル領域にある信号成分を一括して抽出し、他のスペクトル領域にある信号成分および雑音成分を一括して除去する光フィルタリング過程と、
前記光フィルタリング過程で抽出された各信号光の信号成分を第２の非線形媒質に入力し、該第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側に一括してシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる波長シフト過程と、
を含むことを特徴とする光波形整形方法。
【請求項２】
ＷＤＭ信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を一括して波形整形する装置において、
前記ＷＤＭ信号光が入力される第１の非線形媒質を有し、該第１の非線形媒質中で前記ＷＤＭ信号光の各波長の信号光のスペクトルを一括して拡大し、各々の信号光に含まれる信号成分および雑音成分を異なるスペクトル領域に分離するスペクトル拡大部と、
前記スペクトル拡大部でスペクトルの拡大された各信号光について、前記第１の非線形媒質への入力時の中心波長よりも短波長側のスペクトル領域にある信号成分を一括して抽出し、他のスペクトル領域にある信号成分および雑音成分を一括して除去する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタで抽出された各信号光の信号成分が入力される第２の非線形媒質を有し、該第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側に一括してシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる波長シフト部と、
を備えて構成されることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記スペクトル拡大部は、前記第１の非線形媒質に入力されるＷＤＭ信号光を一括して増幅する第１の光増幅器と、前記第１の非線形媒質から出力される各波長の信号光のスペクトルをモニタする第１のモニタ回路と、該第１のモニタ回路のモニタ結果に基づいて、前記第１の非線形媒質でのスペクトルの拡大により各波長の信号光に含まれる信号成分および雑音成分が異なるスペクトル領域に分離されるように、前記第１の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第１の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記スペクトル拡大部は、前記第１の非線形媒質に入力されるＷＤＭ信号光を一括して増幅する第１の光増幅器と、前記第１の光フィルタから出力される各波長の信号光のパワーをモニタする第１のモニタ回路と、該第１のモニタ回路のモニタされる各波長の信号光のパワーが最大になるように、前記第１の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第１の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記波長シフト部は、前記第２の非線形媒質に入力される各信号光の短波長側の信号成分を一括して増幅する第２の光増幅器と、前記第２の非線形媒質から出力される各信号光のスペクトルをモニタする第２のモニタ回路と、該第２のモニタ部のモニタ結果に基づいて、前記第２の非線形媒質で長波長側に波長シフトされた各信号光の中心波長が前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致するように、前記第２の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第２の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項６】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記波長シフト部は、前記第２の非線形媒質に入力される各信号光の短波長側の信号成分を一括して増幅する第２の光増幅器と、前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長にそれぞれ一致する透過中心波長を有し、前記第２の非線形媒質から出力される各信号光が入力される第２の光フィルタと、前記第２の光フィルタから出力される各信号光のパワーをモニタする第２のモニタ回路と、該第２のモニタ回路のモニタされる各波長の信号光のパワーが最大になるように、前記第２の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第２の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項７】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１および第２の非線形媒質は、添加物またはコア部の狭小化により非線形係数を増大させた構造を持つ石英系の光ファイバであることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項８】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１および第２の非線形媒質は、コア部に空洞を設けコア部を狭小化し非線形効果を増大させた構造を持つフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項９】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１および第２の非線形媒質は、前記ＷＤＭ信号光の波長帯域内での波長分散の値が実質的に一定の値を持つことを特徴とする光波形整形装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１および第２の非線形媒質は、長手方向について、波長分散の値が相対的に大きくなる部分を局所的に備えたことを特徴とする光波形整形装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１の光フィルタは、前記ＷＤＭ信号光に含まれる各信号光に対応した複数の透過帯域を有し、該各透過帯域の中心波長の間隔が等しいことを特徴とする光波形整形装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光波形整形装置であって、
前記第１の光フィルタは、ファブリ・ペロー型光フィルタであることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１および第２の非線形媒質は、等しいパワーの信号光が入力されることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項１４】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記第１および第２の非線形媒質は、非線形効果の波長依存性が打ち消されるように波長間のパワーに差をつけた信号光が入力されることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項１５】
請求項２に記載の光波形整形装置を備えて構成されたことを特徴とするＷＤＭ光ファイバ通信システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＷＤＭ光ファイバ通信システムであって、
前記光波形整形装置が、受信端局の入力端に配置されたことを特徴とするＷＤＭ光ファイバ通信システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＷＤＭ光ファイバ通信システムであって、
前記光波形整形装置が、伝送路の途中にも配置されたことを特徴とするＷＤＭ光ファイバ通信システム。
【請求項１８】
波長の異なる複数の信号光を第１の非線形媒質に入力してスペクトルを拡大する拡大過程と、
前記拡大過程でスペクトルの拡大された各信号光について、中心波長よりも短波長側のスペクトル領域から雑音成分を含まない信号成分を抽出するフィルタリング過程と、
前記フィルタリング過程で抽出された各信号光の信号成分が第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側にシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる過程と、
を含むことを特徴とする光波形整形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重（wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を波形整形するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エルビウム添加ファイバ増幅器（erbium doped fiber amplifier：ＥＤＦＡ）をはじめとする多波長信号光の一括直接増幅を特徴とする希土類添加光増幅器によって、光ファイバ伝送路の光損失を補償する商用稼働のＷＤＭ光ファイバ通信システムでは、２値の強度変調信号が主に用いられている。その理由は、送信機では光を電気信号で直接変調し、受信機では信号光の強度を検波するというシンプルな構成でシステムを実現でき、シンプル故に高信頼性を確保できるからである。【０００３】
一方、伝送特性に目を向けると、ＷＤＭシステムでは、異なる波長間でのクロストーク、光ファイバ中で発生する非線形効果、波長分散、光増幅器が出力する自然放出光（amplified spontaneous emissions：ＡＳＥ）雑音の蓄積およびこれらの相互作用により、ＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路を伝搬するのに伴って信号光品質が劣化し、伝送距離に制限が生じる。この制限を打破する技術として、例えば再生中継技術および多値変調技術がある。【０００４】
再生中継技術は、受信機と送信機を接続した構成の信号再生器を利用することで実現される。具体的には、ＷＤＭ信号光を１波長毎に分離した後、各波長の信号光を信号再生器の受信機で電気信号に変換して電気的に信号波形を再生する。そして、再生した信号波形に従って送信機で光信号を生成し、各波長の信号光を波長多重したＷＤＭ信号光を出力する。このような再生中継技術は、信号品質を大きく改善することができるものの、波長毎に信号再生器が必要になるという欠点がある。このため、ＷＤＭシステムでは、コスト、サイズ、消費電力などが障壁となり、上記のような再生中継技術は殆ど用いられることがない。【０００５】
一方、多値変調技術は、位相変調を含めた多値変調方式を信号光に適用した技術であり現在盛んに研究が行われている。このような多値変調技術は、従来の２値強度変調方式の信号光と比較すると、伝搬距離の延伸を図ることができるものの、送受信機の構成が複雑になる、サイズが大きくなるなどの課題がある。
上記のような技術を背景に、今日、ＷＤＭ信号光を波長毎に分割することなく、一括処理可能な信号再生技術の出現に大きな期待が寄せられている。特に実用化の観点から、光波形整形の前後で各信号光の波長が変わらないことが、光波形整形技術の要件の１つとして求められる。その理由は、信号光の波長が変化してしまうと、例えば、信号光が光ファイバ伝送路で受ける波長分散が異なるなどの課題が生じ、ＷＤＭシステムの設計を著しく困難なものにしてしまうためである。【０００６】
これまでに、ＷＤＭ信号光を光の状態のまま波形整形する技術がいくつか提案されている。例えば下記の特許文献１には、ソリトン効果を利用してＷＤＭ信号光の波形整形を実現する技術が開示されている。この従来技術は、非線形ファイバ内で信号光波形がソリトン型（ｓｅｃｈ２関数）に自己収束する特徴に着目した波形整形手法である。非線形ファイバには、各波長の信号光がソリトン形成のため自己位相変調（self-phase modulation：ＳＰＭ）を受けるが、各波長の信号光間における四光波混合（four-wave mixing：ＦＷＭ）は発生しないような分散特性を有するものが利用される。この非線形ファイバに入力された各チャネルの信号光は、各々の強度揺らぎがＳＰＭによりスペクトル幅の揺らぎに変換されるが、入射ピークパワーが基本ソリトンパワーに近いために、スペクトルの中心部分は基本ソリトンに近い形に収束する。そして、非線形ファイバから出力されるＷＤＭ信号光が、各チャネルの信号光の中心波長が透過帯域になっている分波フィルタおよび合波フィルタに与えられ、各チャネルのスペクトル幅の揺らぎが切り落とされることで、各々の信号光が当初もっていた強度揺らぎが取り除かれる。【０００７】
また、例えば下記の特許文献２には、ＳＰＭによるチャーピングを利用してＷＤＭ信号光の波形整形を実現する技術が開示されている。具体的には、所要のパワーに増幅したＷＤＭ信号光を正常分散ファイバに与えて各波長の信号光にＳＰＭによるチャーピングを発生させ、各信号光の中心波長が阻止帯域になっている光バンドストップフィルタでチャーピングの小さい成分が除去されることで、信号光パルスのピークおよび裾付近の強度揺らぎや累積雑音が取り除かれる。
【特許文献１】特開２００２−３７２７３０号公報
【特許文献２】特許第３６６２４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記ソリトン効果を利用した従来の波形整形手法は、原理的に、信号光の“１”レベルの雑音を抑圧可能ではあるが、“０”レベルの雑音を抑圧することができないという課題がある。また、上記ＳＰＭによるチャーピングを利用した従来の波形整形手法については、“０”および“１”の両レベルの雑音を抑圧することができるものの、波形整形後の各チャネルの信号光にはチャープが残っているため、該チャープを補償しない限り、その後のＷＤＭ信号光の伝送において各チャネルの信号品質を高く保つことが困難であるという課題がある。【０００９】
本発明は上記の課題に着目してなされたもので、ＷＤＭ信号光を波長毎に分離することなく各波長の信号光の波形を一括して整形でき、かつ、波形整形の前後で各信号光の波長を正確に保持することが可能な波形整形方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため本発明は、ＷＤＭ信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を一括して波形整形する方法において、前記ＷＤＭ信号光を第１の非線形媒質に入力して各波長の信号光のスペクトルを一括して拡大し、各々の信号光に含まれる信号成分および雑音成分を異なるスペクトル領域に分離するスペクトル拡大過程と、前記スペクトル拡大過程でスペクトルの拡大された各信号光について、前記第１の非線形媒質への入力時の中心波長よりも短波長側のスペクトル領域にある信号成分を一括して抽出し、他のスペクトル領域にある信号成分および雑音成分を一括して除去する光フィルタリング過程と、前記光フィルタリング過程で抽出された各信号光の信号成分を第２の非線形媒質に入力し、該第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側に一括してシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる波長シフト過程と、を含むことを特徴とする。【００１１】
また、本発明は、ＷＤＭ信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を一括して波形整形する装置において、前記ＷＤＭ信号光が入力される第１の非線形媒質を有し、該第１の非線形媒質中で前記ＷＤＭ信号光の各波長の信号光のスペクトルを一括して拡大し、各々の信号光に含まれる信号成分および雑音成分を異なるスペクトル領域に分離するスペクトル拡大部と、前記スペクトル拡大部でスペクトルの拡大された各信号光について、前記第１の非線形媒質への入力時の中心波長よりも短波長側のスペクトル領域にある信号成分を一括して抽出し、他のスペクトル領域にある信号成分および雑音成分を一括して除去する第１の光フィルタと、前記第１の光フィルタで抽出された各信号光の信号成分が入力される第２の非線形媒質を有し、該第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側に一括してシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる波長シフト部と、を備えて構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のような本発明の光波形整形方法および装置によれば、第１の非線形媒質で発生する非線形効果（ＳＰＭ）により各波長の信号光のスペクトルが一括して拡大されることで信号成分および雑音成分が異なるスペクトル領域に分離され、各々の信号光のスペクトルについて短波長側の信号成分のみが第１の光フィルタで一括して抽出される。そして、該抽出された各信号光の信号成分が第２の非線形媒質に与えられ、該第２の非線形媒質における自己周波数シフトにより各々の信号成分の中心波長が長波長側に一括してシフトされることで、入力時の各信号光の波長に戻される。これにより、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長の信号光の波形を一括して整形でき、かつ、波形整形の前後で各信号光の波長を正確に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による光波形整形装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】上記第１実施形態における信号光の時間波形および光スペクトルの変化の様子を示す図である。
【図３】上記第１実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明による光波形整形装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の光波形整形装置を用いたＷＤＭ光ファイバ通信システムの一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の光波形整形装置を用いたＷＤＭ光ファイバ通信システムの他の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１４】
１…光波形整形装置
１０，３０，５２…光増幅器
１１，３１…非線形媒質
１２，３２，１２’，３２’…光カプラ
１３，３３，１３’，３３’…モニタ回路
１４，３４…制御回路
２０，４０…光フィルタ
５０…送信端局
５１…伝送路
５３…受信端局
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光波形整形装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の波形整形装置１は、例えば、入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に、第１の光増幅器１０、第１の非線形媒質１１、第１の光フィルタ２０、第２の光増幅器３０および第２の非線形媒質３１が順に配置されている。また、非線形媒質１１を通過したＷＤＭ信号光の状態をモニタするための第１の光カプラ１２および第１のモニタ回路１３と、非線形媒質３１を通過したＷＤＭ信号光の状態をモニタするための第２の光カプラ３２および第２のモニタ回路３３と、各モニタ回路１３，３３でのモニタ結果に応じて第１および第２の光増幅器１０，３０をそれぞれ制御する第１および第２の制御回路１４，３４とが設けられている。【００１６】
第１の光増幅器１０は、入力ポートに入力されるＷＤＭ信号光を一括増幅して第１の非線形媒質１１に出力する。この第１の光増幅器１０の具体例としては、エルビウム添加光増幅器（ＥＤＦＡ）やラマン増幅器などが挙げられる。ただし、本発明における第１の光増幅器は上記の具体例に限定されるものではない。入力ポートに入力されるＷＤＭ信号光は、波長の異なる複数の信号光を含んでおり、ここでは一例として波長λ１，λ２，λ３の３波の信号光が入力ポートに入力されるものとする。上記第１の光増幅器１０の光出力パワー（第１の非線形媒質１１への光入力パワー）は、後述するように、第１の非線形媒質１１において非線形光学効果である自己位相変調（ＳＰＭ）が発生して各波長λ１〜λ３の信号光のスペクトルが拡大されるように、第１の制御回路１４からの制御信号に従って制御される。【００１７】
第１の非線形媒質１１は、第１の光増幅器１０で増幅された各波長λ１〜λ３の信号光が一端より入力され、ＳＰＭによりスペクトルの拡大された各信号光を他端より出力する。この非線形媒質１１では、各波長λ１〜λ３の信号光に対して同量の非線形効果が発生することが望ましい。非線形媒質１１の具体例としては、石英を材料とする通常の光ファイバにゲルマニウム（Ｇｅ）などを添加し非線形屈折率を高め、さらに実効コア断面積を小さくすることにより光強度を高めた非線形光ファイバや、コア部に空洞を設け実効コア断面積を極小化したフォトニック結晶ファイバなどが挙げられる。ただし、本発明に適用可能な非線形媒質は上記の具体例に限定されるものではない。上記のような非線形光ファイバやフォトニック結晶ファイバは、光ファイバ通信で広く使用されているＣバンドと呼ばれる波長帯（１５３０〜１５６５ｎｍ）では、非線形光学係数が一定の値を持つ。しかし、波長分散は異なる場合がある。非線形媒質１１内でＷＤＭ信号に対して同量の非線形効果を発生させるためには、波長分散の値が波長に対して一定の値を持つ分散フラットファイバを用いるとよい。もしくは、同量の非線形効果が発生するように、波長分散が局所的には異なっていても非線形媒質全体の波長分散は一定になるように設計されたものを用いることも可能である。また、本発明では四光波混合（ＦＷＭ）などの各波長の信号光間での非線形効果を避けることが望ましく、このためには短尺の非線形媒質を用いるのがよい。もしくは、局所的には波長分散の大きな非線形媒質で、長手方向に異常分散値を持つ部分と正常分散値を持つ部分とが存在するものを用いることも可能である。【００１８】
第１の光カプラ１２は、第１の非線形媒質１１から出力され光フィルタ２０に送られるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、該分岐光を第１のモニタ回路１３に出力する。第１のモニタ回路１３は、光カプラ１２で分岐されたＷＤＭ信号光の光スペクトルをモニタし、その結果を第１の制御回路１４に伝える。
第１の制御回路１４は、第１のモニタ回路１３のモニタ結果に応じて、第１の非線形媒質１１から出力される各波長λ１〜λ３の信号光の光スペクトル形状が双峰性になり、かつ、隣り合う信号光波長の光スペクトル成分が重なり合わないように、第１の光増幅器１０の光出力パワーを制御する。【００１９】
第１の光フィルタ２０は、各波長λ１〜λ３の信号光にそれぞれ対応した透過帯域を有する。各透過帯域の中心波長は、対応する信号光波長λ１〜λ３に対して短波長側にΔλだけシフトしている。この短波長側への波長シフトの量Δλは、望ましくは、隣の信号光との波長間隔Ｓの１／４倍（Δλ＝Ｓ／４）となるように設定される。また、各透過帯域の幅は、上記波長間隔Ｓの半分よりも狭くなるように設定される。このような光フィルタ２０に対して、第１の非線形媒体１１を通過して光スペクトルが双峰化された各信号光が与えられることにより、各々の双峰スペクトルのうちの短波長側の信号成分が切り出され、第２の光増幅器３０に出力される。上記のような光フィルタ２０の具体的な構成としては、例えば、ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）型光フィルタやアレイ導波路回折格子型光フィルタなどが挙げられる。ファブリ・ペロー型光フィルタは、透過中心波長の間隔が等しく、簡単な構成により各信号光に対応できるという特長がある。特に、エタロン技術を使用したファブリ・ペロー型光フィルタは、挿入損失が小さく、波長調整が簡単などといった優れた特長があり、光フィルタ２０として好適である。ただし、本発明に適用される光フィルタは上記の具体例に限定されるものではない。【００２０】
第２の光増幅器３０は、光フィルタ２０で短波長側の信号成分が切り出された各信号光を一括増幅して第２の非線形媒質３１に出力する。この第２の光増幅器３０としては、前述した第１の光増幅器１０と同様の構成のものを用いることができる。上記第２の光増幅器３０の光出力パワー（第２の非線形媒質３１への光入力パワー）は、後述するように、第２の非線形媒質３１において各信号光の波長を長波長側にΔλだけシフトさせるソリトン自己周波数シフトが発生するように、第２の制御回路３４からの制御信号に従って制御される。【００２１】
第２の非線形媒質３１は、第２の光増幅器３０で増幅された各信号光が一端より入力され、ソリトン自己周波数シフトの発生した各信号光を他端より出力する。ソリトン自己周波数シフトは、第２の非線形媒質３１内でソリトン条件を満足する信号光の波長が長波長側にシフトする現象であり、当該波長シフト量は第２の非線形媒質３１のパラメータおよび信号光のパラメータにより決まる。上記第２の非線形媒質３１の具体例としては、前述した第１の非線形媒質１１と同様の非線形ファイバやフォトニック結晶ファイバなどが挙げられる。また、第２の非線形媒質３１についても、四光波混合（ＦＷＭ）などの各信号光間での非線形効果を避けることが望ましく、短尺の非線形媒質を用いるか、もしくは、局所的には波長分散の大きな非線形媒質で、長手方向に異常分散値を持つ部分と正常分散値を持つ部分とが存在するものを用いるのがよい。【００２２】
第２の光カプラ３２は、第２の非線形媒質３１から出力され出力ポートに送られるＷＤＭ信号光の一部を分岐し、該分岐光を第２のモニタ回路３３に出力する。第２のモニタ回路３３は、光カプラ３２で分岐されたＷＤＭ信号光の光スペクトルをモニタし、その結果を第２の制御回路３４に伝える。
第２の制御回路３４は、第２のモニタ回路３３のモニタ結果に応じて、第２の非線形媒質３１から出力される各信号光のピーク波長が、第１の非線形媒質１１への入力時の各信号光の波長λ１〜λ３に実質的に一致するように、第２の光増幅器３０の光出力パワーを制御する。【００２３】
次に、本実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の光波形整形装置１では、例えば図２の（Ａ）に示すようなＷＤＭ信号光が入力ポートより入力されると、そのＷＤＭ信号光は、まず第１の光増幅器１０に与えられる。第１の光増幅器１０では、第１の非線形媒質１１でＳＰＭが発生するように各波長λ１〜λ３の信号光のパワーが一括して増幅され、第１の非線形媒質１１に出力される。なお、図２（Ａ）〜（Ｄ）の上段は、横軸を時間ｔ、縦軸を光強度として、ＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の信号光のうちの一波長（ここでは波長λ１）の信号光の時間波形を表している。また、図２（Ａ）〜（Ｄ）の下段は、横軸を波長λ、縦軸を光強度として、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長λ１〜λ３の信号光の光スペクトルを表している。【００２４】
第１の非線形媒質１１では、ＳＰＭの発生により各信号光のスペクトルが拡大され、各々の信号光波形が広げられる。このとき、“０”レベルの雑音成分（強度揺らぎ）は、光強度が小さく非線形効果を受け難いため当該スペクトル成分の波長は変化しない。その結果、図２（Ｂ）の下段に示すように、各波長λ１〜λ３の信号光の“０”レベルの雑音成分は、各々の光スペクトルの中心部分に残留する。一方、“１”レベルの雑音成分は、光強度が大きいため大きな非線形効果を受け、当該スペクトル成分は大きく拡大する。その結果、図２（Ｂ）の下段に示すように、各波長λ１〜λ３の信号光の“１”レベルの雑音成分は、各々の光スペクトルの両端部分に波長がシフトする。【００２５】
ここで、上記のような“０”レベルまたは“１”レベルの雑音成分がない場合を考えると、各波長λ１〜λ３の信号光の光スペクトル成分は、それぞれ双峰性の光スペクトルになる。すなわち、各々の光スペクトルは中心部分が窪みになり、その両側のスペクトル成分が大きくなる。つまり、第１の非線形媒質１１でＳＰＭを発生させて各波長λ１〜λ３の信号光のスペクトルを拡大させることにより、“０”レベルおよび“１”レベルの雑音成分を各々の光スペクトルの中心部分および両端部分に分離し、信号成分を各々の光スペクトルの中心より短波長側のピーク部分および長波長側のピーク部分に分離することができるようになる。【００２６】
上記のような第１の非線形媒体１１におけるＳＰＭによる光スペクトルの拡大量は、第１の光増幅器１０から出力される各信号光のパワーに依存する。そこで、本実施形態では、第１の非線形媒体１１から出力される各信号光のスペクトルが第１の光カプラ１２および第１のモニタ回路１３を用いてモニタされ、そのモニタ結果に応じて第１の制御回路１４により第１の光増幅器１０がフィードバック制御される。具体的に、第１の制御回路１４では、第１のモニタ回路１３でモニタされる各信号光の光スペクトル形状が双峰性になり、かつ、隣り合う信号光波長の光スペクトル成分が重なり合わないように、第１の光増幅器１０の増幅動作が制御され、第１の光増幅器１０の光出力パワーの最適化が図られる。隣り合う信号光波長の光スペクトル成分が重なり合わないための条件としては、ＳＰＭが生じる前の各信号光の中心波長λ１〜λ３に対する、双峰スペクトルの短波長側のピーク波長（または長波長側のピーク波長）のシフト量Δλが、隣の信号光との波長間隔Ｓの１／４倍（Δλ＝Ｓ／４）となるのが最も好ましい状態である。【００２７】
なお、前述したように第１の非線形媒質１１では、各波長λ１〜λ３の信号光に対して同量の非線形効果（ＳＰＭ）が発生することが望まれる。このためには、第１の非線形媒質の非線形光学係数および波長分散の値が信号光波長帯域内で実質的に一定となるようにするとともに、第１の光増幅器１０についても利得等化器を利用するなどして信号光波長帯域内の出力波長特性が平坦になるようにすればよい。また、実際に使用できる光ファイバ等の制約により、第１の非線形媒質１１の非線形光学係数または波長分散値に波長依存性が生じてしまう場合には、その波長依存性が打ち消されるように第１の光増幅器１０の出力特性に波長依存性をもたせるようにしてもよい。【００２８】
第１の非線形媒質１１から出力された各信号光は、続いて光フィルタ２０に入力される。光フィルタ２０では、各々の信号光について、“０”レベルおよび“１”レベルの雑音成分が分離された双峰スペクトル成分（信号成分）のうちの短波長側の成分が切り出される。これにより、光フィルタ２０から出力される各信号光は、図２の（Ｃ）に示すように、入力時の信号光波長λ１〜λ３に対して、それぞれΔλだけ短波長側にシフトする。【００２９】
前述の通り、光ファイバ通信システムの設計上、光波形整形装置には処理の前後で信号光波長が変化しないことが強く求められる。そこで、本発明では、光フィルタ２０からの出力光を第２の光増幅器３０および第２の非線形媒質３１に順に与えることで、各信号光の波長を長波長側にΔλだけシフトさせる。
具体的に、第２の光増幅器３０では、光フィルタ２０から出力される各信号光が、第２の非線形媒質３１でソリトン自己周波数シフトが発生するパワーとなるように一括して増幅され、該増幅された各信号光が第２の非線形媒質３１に与えられる。なお、各信号光が第２の非線形媒質３１に入力される前に、各信号光を図示しない分散媒質に与えることで、各信号光のチャープ補償を行うようにしても良い。【００３０】
第２の非線形媒質３１では、ソリトン条件を満足する各信号光の波長が長波長側にシフトする。前述したようにソリトン自己周波数シフトによる長波長側への波長シフト量は、第２の非線形媒質３１のパラメータおよび信号光のパラメータにより決まる。そこで、本実施形態では、第２の非線形媒質３１から出力される各信号光の光スペクトルが第２の光カプラ３２および第２のモニタ回路３３を用いてモニタされ、そのモニタ結果に応じて第２の制御回路３４により第２の光増幅器３０がフィードバック制御される。具体的に、第２の制御回路３４では、第２のモニタ回路１３でモニタされる各信号光のピーク波長が当初の波長λ１〜λ３に実質的に一致するように、第２の光増幅器３０の増幅動作が制御され、第２の光増幅器３０の光出力パワーの最適化が図られる。この第２の制御回路３４の制御速度に関しては、第２の非線形媒質３１のパラメータは動的に大きく変化するものではないので、比較的低速の制御速度とすることができる。【００３１】
なお、第２の非線形媒質３１で発生する長波長側への波長シフト量は、それぞれの信号光について実質的に同じ値にする必要がある。このためには、第２の光増幅器３０として出力パワーに波長依存性が無いものを用いるのがよい。このような光増幅器は利得等化器等を利用したＥＤＦＡなどにより実現することが可能である。また、第２の非線形媒質３１については、前述した非線形ファイバやフォトニック結晶ファイバなどを適用することにより各信号光で同じ波長シフト量を実現することができる。【００３２】
このようにして第２の非線形媒質３１で入力時の波長と同じ波長に戻された各信号光は、ソリトン条件を満たしているので、チャープのない高品質な信号光になる。よって、図２の（Ｄ）に示すように、“０”レベルおよび“１”レベルの雑音成分が除去されたチャープの残っていない波長λ１〜λ３の信号光が出力ポートより出力されるようになる。
上記のように本実施形態の光波形整形装置１によれば、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長の信号光の波形を一括して整形でき、かつ、波形整形の前後で各信号光の波長を正確に保持することが可能になる。【００３３】
なお、上記の第１実施形態では、第１の非線形媒質１１および光フィルタ２０の間に第１の光カプラ１２を設けて第１の非線形媒質１１から出力される各信号光の光スペクトルを第１モニタ回路１３でモニタする構成例を示したが、例えば図３に示すように、光フィルタ２０および第２の光増幅器３０の間に第１の光カプラ１２’を配置して光フィルタ２０を透過した信号光をモニタするようにしてもよい。この場合、光カプラ１２’で分岐された各信号光のパワーを第１のモニタ回路１３’でモニタし、該モニタ回路１３’でモニタされるパワーが最大になるように第１の制御回路１４が第１の光増幅器１０をフィードバック制御すればよいので、モニタ回路の簡略化を図ることが可能である。【００３４】
次に、本発明による光波形整形装置の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態の光波形整形装置の構成を示すブロック図である。
図４において、本実施形態の光波形整形装置１は、上述の図１に示した第１実施形態の構成について、第２の非線形媒質３１と光カプラ出力ポートの間の光路上に第２の光フィルタ４０を挿入するとともに、該光フィルタ４０を透過した各信号光を第２の光カプラ３２’で分岐して各々のパワーを第２のモニタ回路３３’でモニタするようにしたものである。なお、上記以外の構成は第１実施形態の場合と同様であるため説明を省略する。【００３５】
第２の光フィルタ４０は、中心波長が各信号光波長λ１〜λ３にそれぞれ一致した透過帯域を有し、各透過帯域の幅は、第１の光フィルタ２０と同様に信号光の波長間隔Ｓの半分よりも狭くなるように設定されている。この第２の光フィルタ４０の具体的な構成としては、上述した第１の光フィルタ３０の場合と同様に、例えばファブリ・ペロー型光フィルタやアレイ導波路回折格子型光フィルタなどが挙げられる。【００３６】
このような構成の光波形整形装置１では、上述した第１実施形態の場合と同様にして、第１の非線形媒質１１におけるＳＰＭにより各信号光の光スペクトルが拡大された後に第１の光フィルタ２０で双峰スペクトルの短波長側の成分が切り出され、さらに、第１の光フィルタ２０からの出力光が第２の光増幅器３０で一括増幅されて第２の非線形媒質３１に与えられ、ソリトン自己周波数シフトにより各信号光の波長がλ１〜λ３に戻される。このとき、第２の非線形媒質３１に与えられる信号光のうちにソリトン条件を満たさない光が含まれていると、その光は長波長側への波長シフトを起こさないため新たな雑音成分となる。そこで、本実施形態では、第２の非線形媒質３１の出力側に第２の光フィルタ４０を設けることにより、第２の非線形媒質３１で長波長側への波長シフトを起こさなかった非ソリトン成分が光フィルタ４０で除去され、長波長側への波長シフトを起こしたソリトン成分が第２の光フィルタ４０を透過するようにしている。また、ここでは第２の光フィルタ４０を透過した各信号光のパワーが第２の光カプラ３２’および第２のモニタ回路３３’でモニタされ、そのモニタパワーが最大になるように、第２の制御回路３４によって第２の光増幅器３０がフィードバック制御される。【００３７】
上記のように第２実施形態の光波形整形装置によれば、上述した第１実施形態の効果に加えて、第２の非線形媒質３１の後段に第２の光フィルタ４０を設けたことで、ＷＤＭ信号光に含まれる各波長λ１〜λ３の信号光をより高い精度で一括して波形整形することが可能になる。また、第２の光フィルタ４０を透過した各信号光のパワーをモニタするようにしたことで、モニタ回路の簡略化を図ることもできる。【００３８】
なお、上記の第２実施形態では、図１に示した第１実施形態の構成について第２の非線形媒質３１の後段に第２の光フィルタ４０を設けるようにしたが、図３に示した構成、すなわち、第１光フィルタ２０を透過した各信号光のパワーをモニタして第１の光増幅器１０のフィードバック制御を行う構成についても、上記と同様の構成を適用することが可能である。【００３９】
次に、上述した各実施形態の光波形整形装置のＷＤＭ光ファイバ通信システムへの応用例について説明する。
図５は、本発明の光波形整形装置を用いたＷＤＭ光ファイバ通信システムの一例を示すブロック図である。
図５に示すＷＤＭ光ファイバ通信システムでは、例えば、送信端局５０内に設けられたＮ台の送信機５０Ａから出力される異なる波長λ１〜λＮの信号光が合波器５０Ｂで波長多重されポストアンプ５０Ｃで所要のレベルまで増幅されて伝送路５１に送信される。伝送路５１上には所要の間隔で光増幅器５２が配置されており、送信端局５０から伝送路５１に送信されたＷＤＭ信号光が受信端局５３に向けて中継伝送される。ここでは、上述の各実施形態に示したような本発明による光波形整形装置１が受信端局５３の入力端に設けられ、該光波形整形装置１において、受信端局５３で受信されるＷＤＭ信号光が一括して波形整形される。受信端局５３では、光波形整形装置１から出力されるＷＤＭ信号光が分波器５３Ａで波長毎に分離された後、各波長λ１〜λＮの信号光が対応するフォトディテクタ（ＰＤ）５３Ｂで光電変換され、各々の電気信号の受信処理が受信機５３Ｃで行われる。【００４０】
上記のようなＷＤＭ光ファイバ通信システムによれば、受信端に配置した光波形整形装置１でＷＤＭ信号光を一括して波形整形することにより、伝送路５１および光増幅器５２による中継伝送の過程で各波長の信号光に発生した雑音を抑圧することが可能になり、受信端局５３内の各受信機５３Ｃにおける受信感度が改善され、信頼性の高いＷＤＭ通信を実現することができる。また、光波形整形装置１によるＷＤＭ信号光の波形整形により、ＷＤＭ信号光を伝送できる距離を延伸することも可能になる。【００４１】
なお、上記のＷＤＭ光ファイバ通信システムでは、本発明の光波形整形装置１が受信端局５３の入力端に配置される構成例を示したが、例えば図６に示すように、本発明の光波形整形装置１を中継器として伝送路５１の途中にも配置することが可能である。このようなシステム構成では、光波形整形装置１による波形整形が所要の間隔で繰り返されながらＷＤＭ信号光の中継伝送が行われるようになるため、伝送過程で生じる雑音をより効果的に抑圧することができ、ＷＤＭ信号光の伝送距離をさらに延伸することが可能になる。
【図１】
2009022396.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009022396.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月27日(2010.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＤＭ信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を一括して波形整形する方法において、
前記ＷＤＭ信号光を第１の非線形媒質に入力して各波長の信号光のスペクトルを一括して拡大し、各々の信号光に含まれる信号成分および雑音成分を異なるスペクトル領域に分離するスペクトル拡大過程と、
前記スペクトル拡大過程でスペクトルの拡大された各信号光について、前記第１の非線形媒質への入力時の中心波長よりも短波長側のスペクトル領域にある信号成分を一括して抽出し、他のスペクトル領域にある信号成分および雑音成分を一括して除去する光フィルタリング過程と、
前記光フィルタリング過程で抽出された各信号光の信号成分を第２の非線形媒質に入力し、該第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側に一括してシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる波長シフト過程と、
を含むことを特徴とする光波形整形方法。
【請求項２】
ＷＤＭ信号光に含まれる波長の異なる複数の信号光を一括して波形整形する装置において、
前記ＷＤＭ信号光が入力される第１の非線形媒質を有し、該第１の非線形媒質中で前記ＷＤＭ信号光の各波長の信号光のスペクトルを一括して拡大し、各々の信号光に含まれる信号成分および雑音成分を異なるスペクトル領域に分離するスペクトル拡大部と、
前記スペクトル拡大部でスペクトルの拡大された各信号光について、前記第１の非線形媒質への入力時の中心波長よりも短波長側のスペクトル領域にある信号成分を一括して抽出し、他のスペクトル領域にある信号成分および雑音成分を一括して除去する第１の光フィルタと、
前記第１の光フィルタで抽出された各信号光の信号成分が入力される第２の非線形媒質を有し、該第２の非線形媒質で発生する自己周波数シフトにより前記各信号光の信号成分の波長を長波長側に一括してシフトさせ、各々の信号成分の中心波長を前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致させる波長シフト部と、
を備えて構成されることを特徴とする光波形整形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記スペクトル拡大部は、前記第１の非線形媒質に入力されるＷＤＭ信号光を一括して増幅する第１の光増幅器と、前記第１の非線形媒質から出力される各波長の信号光のスペクトルをモニタする第１のモニタ回路と、該第１のモニタ回路のモニタ結果に基づいて、前記第１の非線形媒質でのスペクトルの拡大により各波長の信号光に含まれる信号成分および雑音成分が異なるスペクトル領域に分離されるように、前記第１の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第１の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記スペクトル拡大部は、前記第１の非線形媒質に入力されるＷＤＭ信号光を一括して増幅する第１の光増幅器と、前記第１の光フィルタから出力される各波長の信号光のパワーをモニタする第１のモニタ回路と、該第１のモニタ回路のモニタされる各波長の信号光のパワーが最大になるように、前記第１の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第１の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記波長シフト部は、前記第２の非線形媒質に入力される各信号光の短波長側の信号成分を一括して増幅する第２の光増幅器と、前記第２の非線形媒質から出力される各信号光のスペクトルをモニタする第２のモニタ回路と、該第２のモニタ部のモニタ結果に基づいて、前記第２の非線形媒質で長波長側に波長シフトされた各信号光の中心波長が前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長に実質的に一致するように、前記第２の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第２の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項６】
請求項２に記載の光波形整形装置であって、
前記波長シフト部は、前記第２の非線形媒質に入力される各信号光の短波長側の信号成分を一括して増幅する第２の光増幅器と、前記第１の非線形媒質への入力時の各信号光の中心波長にそれぞれ一致する透過中心波長を有し、前記第２の非線形媒質から出力される各信号光が入力される第２の光フィルタと、前記第２の光フィルタから出力される各信号光のパワーをモニタする第２のモニタ回路と、該第２のモニタ回路のモニタされる各波長の信号光のパワーが最大になるように、前記第２の光増幅器の出力パワーをフィードバック制御する第２の制御回路と、を有することを特徴とする光波形整形装置。
【請求項７】
請求項２に記載の光波形整形装置を備えて構成されたことを特徴とするＷＤＭ光ファイバ通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、本発明による光波形整形装置の第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態の光波形整形装置の構成を示すブロック図である。
図４において、本実施形態の光波形整形装置１は、上述の図１に示した第１実施形態の構成について、第２の非線形媒質３１と出力ポートの間の光路上に第２の光フィルタ４０を挿入するとともに、該光フィルタ４０を透過した各信号光を第２の光カプラ３２’で分岐して各々のパワーを第２のモニタ回路３３’でモニタするようにしたものである。なお、上記以外の構成は第１実施形態の場合と同様であるため説明を省略する。
【国際調査報告】
2009022396.tif 000009
2009022396.tif 000010
2009022396.tif 000011
2009022396.tif 000012