(57)【要約】【課題】安定かつ低ノイズの光クロックパルス列を発生するための、低消費電力かつコンパクトな光パルス列発生器及び発生方法を提供する。【解決手段】３ｄＢ光カプラ２２を含めて、光アイソレータ２３、ＳＯＡ２４、ＢＰＦ２５、光カプラ２６、ＳＡ２７及びＡＴＴ２８を、光ループ２１中に配置し、光ループ２１を周回する光パルスの強度を、ＳＯＡ２４の負の利得勾配とＳＡ２７の正の利得勾配とを合わせた光ループ２１の利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度とし、パケット包絡線信号Ｅｅに持続時間に対応して、光カプラ２６から複数の光パルスからなる光パルス列Ｃｐを出力する光パルス列発生器及び発生方法。【選択図】図１
2014174301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の入力端子と出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×１の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
を備え、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置した光パルス列発生器において、
前記光ループを周回する光パルスの強度は、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度であり、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数は、前記持続時間に対応して出力される
ことを特徴とする光パルス列発生器。
【請求項２】
一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×２の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
前記光カプラより前方側であって、前記半導体光増幅器より後方側に設けられ、前記３ｄｂ光カプラの他方の出力端子から出力される光パルスを、前記半導体光増幅器の前方側から入力される光パルスより遅延して、前記半導体光増幅器の後方側から入力させて、前記半導体光増幅器に利得飽和を誘起させる光サーキュレータと、
を備え、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光サーキュレータ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置した光パルス列発生器において、
前記光ループを周回する光パルスの強度は、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度であり、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数は、前記持続時間に対応して出力される
ことを特徴とする光パルス列発生器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光パルス列発生器において、
前記可飽和吸収体は、前記半導体光増幅器の利得回復時間よりも高速な吸収回復時間を有するものである
ことを特徴とする光パルス列発生器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の光パルス列発生器において、
前記可飽和吸収体は、半導体多重量子井戸層を金ミラーと当該金ミラーより反射率が低い分布ブラッグ反射層とで挟んだ非対称ファブリペロエタロン型の面型素子であり、
当該可飽和吸収体に入射される光パルスは円偏光である
ことを特徴とする光パルス列発生器。
【請求項５】
一方の入力端子と出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×１の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
を用い、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置して、光パルス列を発生する光パルス列発生方法であって、
前記光ループを周回する光パルスの強度を、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度とし、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数を、前記持続時間に対応して出力する
ことを特徴とする光パルス列発生方法。
【請求項６】
一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×２の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
前記光カプラより前方側であって、前記半導体光増幅器より後方側に設けられ、前記３ｄｂ光カプラの他方の出力端子から出力される光パルスを、前記半導体光増幅器の前方側から入力される光パルスより遅延して、前記半導体光増幅器の後方側から入力させて、前記半導体光増幅器に利得飽和を誘起させる光サーキュレータと、
を用い、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光サーキュレータ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置して、光パルス列を発生する光パルス列発生方法であって、
前記光ループを周回する光パルスの強度を、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度とし、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数を、前記持続時間に対応して出力する
ことを特徴とする光パルス列発生方法。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の光パルス列発生方法において、
前記可飽和吸収体として、前記半導体光増幅器の利得回復時間よりも高速な吸収回復時間を有するものを用いる
ことを特徴とする光パルス列発生方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１つに記載の光パルス列発生方法において、
前記可飽和吸収体として、半導体多重量子井戸層を金ミラーと当該金ミラーより反射率が低い分布ブラッグ反射層とで挟んだ非対称ファブリペロエタロン型の面型素子を用い、
当該可飽和吸収体に入射される光パルスを円偏光とする
ことを特徴とする光パルス列発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一定の繰り返し周期を有する光パルス列を発生する光パルス列発生器及び発生方法に関するものである。特に、光パケットスイッチネットワークにおいて、バーストモードの高速非同期任意長光パケットを送受信するために用いる光クロックパルス列の光パルス列発生器及び発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表されるデータ通信の爆発的増加に伴い、光通信の高速化と大容量化の要求が高まっている。更に、今後の光通信ネットワークは、様々なネットワークサービスに対応可能な柔軟性及びサービスの種類とユーザーの増大に対応可能な拡張性が必要となってくる。
【０００３】
上記の課題に対して、光サーキットスイッチＮＷ（ネットワーク）、光バーストスイッチＮＷ、光パケットスイッチＮＷなど、様々なデータ転送方式が提案され研究が進められている。その中でも、光パケット単位での転送を行う光パケットスイッチ方式は、細かなデータ粒度により、帯域利用効率、柔軟性、拡張性が最も高いネットワークを実現することが可能であり、期待されている。しかし、このような光パケットスイッチネットワークの実現には、高速なバーストモードの光パケットの転送が可能な光パケットルータ（スイッチ）の開発が必要である。
【０００４】
ルータ等においては、光パケットのラベルに含有される転送アドレス情報を解読して出力ポートを判別するためのラベル認識処理機能や、光パケット同士の衝突回避のためにそのパケット信号を任意の時間だけ遅延させたりするようなバッファメモリ処理機能が必要である。それらラベル認識処理やバッファメモリ処理はシリコン系のＣＭＯＳ−ＲＡＭ（Complementary Metal Oxide Semiconductor - Random Access Memory）にデータを保持した後に実行される。しかし、それらＲＡＭの動作速度は信号データレートに比べ極めて低速であるため、ＲＡＭでの受信が可能な速度（１Ｇｂｐｓ程度が限界）まで、高速なシリアル信号を低速なパラレル信号に変換する必要がある。
【０００５】
現状の光通信では、ストリーム系の光信号（バーストモードではなく、光信号が途切れることなく常に連続で流れる信号）が用いられるため、通常、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）によりクロック抽出を行い、ＩｎＰ系高速電子回路又はＧａＡｓ系高速電子回路で構成されたＤＥＭＵＸ（Demultiplexer）回路により、高速シリアル信号からパラレル信号への変換が行われる。
【０００６】
しかし、このような方法では、クロック発生及びシリアル−パラレル変換をすべて電子回路に依存しているため、変換速度が電子回路の動作速度で制限される上、全体の消費電力が相当大きくなる問題が生じる。
【０００７】
更に、電子回路を用いた従来のクロック抽出では、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）によるフィードバックをかけ、ＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）の発振周波数をロックする必要があるため、無信号状態から突然バースト的に入力するパケット信号に対しては、瞬時にクロックを抽出することが極めて困難である。
【０００８】
そのため、バーストモードの光パケットからＣＤＲのクロック抽出回路を正常に動作させるためには、一定以上の長さのクロック抽出用のプリアンブル（１と０の繰り返し信号）をパケットの先頭部分にあらかじめ挿入する必要がある。このプリアンブルは有意な情報を含まないため、パケット長が短い場合、このプリアンブルがパケット中に占める無駄な領域の割合が大きくなってしまい、情報伝送効率が悪くなってしまうという問題がある。
【０００９】
そこで、このＣＤＲを用いた従来型クロック抽出法の問題を解決するために、クロック抽出用のプリアンブルを用いない光クロック発生方法が提案されている（下記非特許文献１参照）。非特許文献１では、図９に示すように、光クロック発生器１０１が、光パルス発生器１０２と光パルス列発生器１０３の二つの装置から構成される。光パルス発生器１０２では、入力光パケットＰｉを受信して、入力光パケットＰｉの先頭の１ビット（常に１に設定）に同期した光パルスＬｐを発生させる。その発生した単一の光パルスＬｐは、光パルス列発生器１０３に入力され、パケット長に対応した光パルス列Ｃｐとして出力される。
【００１０】
図１０に、図９で示した従来の光パルス列発生器１０３の構成図を示す。光パルス発生器１０２によって生成された光パルスＬｐは、ノーマリクロス（normally cross）に設定された２×２光スイッチ１１１（例えば、ＬＮ（Lithium Niobate：ニオブ酸リチウム）光スイッチ）を介して、光ループ１１２の中に挿入される。挿入された光パルスＬｐは、λ−フィルタ１１３、ＰＣ（Polarization Controller：偏波コントローラ）１１４を通過後、光カプラ１１５（例えば、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ））によって分岐される。
【００１１】
光カプラ１１５で分岐された光パルスＬｐの一部は、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）１１６、λ−フィルタ１１７を通過後、高速ＰＤ（PhotoDetector：光検出器）１１８及び増幅器１１９によって電気パルスＥｐに変換された後、光スイッチ１１１のＳＷ制御電気パルスとして入力される（制御ループ１２０）。光カプラ１１５で分岐された光パルスＬｐの他の一部は、光アイソレータ１２１、ＰＣ１２２、ＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier：エルビウムドープファイバ増幅器）１２３を通過後、２×２光スイッチ１１１に入力されて、光ループ１１２を周回することになる。
【００１２】
光ループ１１２を周回する光パルスＬｐと上記電気パルスＥｐを同タイミングで２×２光スイッチ１１１に入力すると、２×２光スイッチ１１１は（光パルスＬｐが通過する一瞬のみ）ノーマリクロスの状態から外れるため、周回光パルスＬｐの一部は再び光ループ１１２の中を周回することとなり、その他の部分は２×２光スイッチ１１１を介して、外部に出力される（ＥＤＦＡ１２３から放出されるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：増幅自然放出）は、常に外部へ放出されるため、光ループ１１２の発振を阻止している）。
【００１３】
このように、光パルスＬｐが光ループ１１２を周回するたびに、一部の光パルスＬｐを外部に出力することにより、光パルス列Ｃｐが形成される。このとき、制御ループ１２０中に設置されたＳＯＡ１１６は、電気ケーブル１２４を介して、光パルス発生器１０２により生成されたパケット包絡線信号Ｅｅにより駆動されているため、そのパケット包絡線信号Ｅｅが０になると、光スイッチ制御用の電気パルスＥｐが発生しなくなる。そのため、２×２光スイッチ１１１は再びノーマリクロス状態となるため、周回光パルスＬｐは完全に外部に出力されて、光ループ１１２を周回する光パルスＬｐは消滅する。このように、光パルス列発生器１０３は、光パケットＰｉのパケット長に対応した一定周期の光パルス列Ｃｐを生成する。
【００１４】
このとき、光ループ１１２の長さを調整することで（例えば、１２８ｃｍ）、光パルス列Ｃｐのパルス間隔は、入力光パケットＰｉのビット間隔のＮ倍に設定することが可能となり、図９に示すように、超高速の１：Ｎ全光シリアル−パラレル変換器１０４（下記非特許文献２参照）に制御光パルスとして入力される。１：Ｎ全光シリアル−パラレル変換器１０４は、一つの制御光パルスによって、Ｎビットのシリアル光信号をパラレルに変換することが可能であるため、入力光パケットＰｉは、Ｎ本の低速な並列光信号Ｐｐとして出力される。これにより、従来の電子回路で構成されるＣＤＲやＤＥＭＵＸ回路などのように電子回路の動作速度で制限されること無く、又、長いプリアンブルを光パケットＰｉに挿入する必要もなく、超高速の光パケットＰｉを低速な並列信号Ｐｐに変換することが可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】T. Nakahara, 他３名, “Optical Clock-Pulse-Train Generator for Processing Preamble-Free, Asynchronous Optical Packets,” IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, SEPTEMBER 1, 2006, VOL. 18, NO. 17, pp. 1849-1851
【非特許文献２】R. Takahashi, 他３名, “Ultrafast All-Optical Serial-to-Parallel Converters Based on Spin-Polarized Surface-Normal Optical Switches,” IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, JANUARY/FEBRUARY 2007, VOL. 13, NO. 1, pp.92-103
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、高速なバーストモードの光パケット信号をシリコン系のＣＭＯＳメモリ等に書き込み、ラベル認識処理やバッファメモリ処理を行うには、インターフェイスとしてシリアル−パラレル変換器が必要であり、その変換動作にはクロック信号の生成が不可欠となる。しかし、そのクロック生成のために、従来の高速電子回路で構成されるＣＤＲを用いると、動作速度が電子回路で制限される上、長いプリアンブルを光パケットに挿入する必要がある。
【００１７】
これらの問題を解決するために、前述したように、プリアンブルを必要としない光クロック発生器１０１（光パルス発生器１０２及び光パルス列発生器１０３）が提案されている。しかし、図１０に示すように、従来の光パルス列発生器１０３では、ＬＮの２×２光スイッチ１１１が使われており、ノーマリクロスの状態を保持する必要がある。そして、ＬＮ光スイッチは環境温度の変化などによってバイアス点が緩やかに変動（バイアスドリフト）する特性を有している。そのために、ＬＮバイアス制御回路１３１を用いてバイアス点を不動とすることが必要となる。
【００１８】
更に、バイアス点の変動や光増幅器（ＥＤＦＡ１２３）の利得の変動などにより、光ループ１１２のループ利得が「１」から外れると、出力光パルス列Ｃｐの強度が大幅に変動したり、最悪時には発振したり、光が消滅したりする。そのため、出力光をモニタしながら、ループ利得安定化回路１３２により増幅器１１９へフィードバックをかけ、ループ利得が安定に「１」となるように制御する必要がある。これらＬＮバイアス制御回路１３１やループ利得安定化回路１３２が必要であることは、光クロック発生器１０１全体の消費電力を引き上げ、更に、サイズ・コストにも問題を与える。
【００１９】
以上のことから、本発明は、ＬＮバイアス制御回路やループ利得安定化回路などの外部制御回路を一切不要とし、自ら安定動作機能かつＡＳＥ除去機能を保有することで、入力光パルスの強度変動や環境温度の擾乱に対しても、常に安定かつ低ノイズの光クロックパルス列を発生するための、低消費電力かつコンパクトな光パルス列発生器及び発生方法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】
【００２０】
上記課題を解決する第１の発明に係る光パルス列発生器は、
一方の入力端子と出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×１の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
を備え、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置した光パルス列発生器において、
前記光ループを周回する光パルスの強度は、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度であり、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数は、前記持続時間に対応して出力される
ことを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する第２の発明に係る光パルス列発生器は、
一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×２の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
前記光カプラより前方側であって、前記半導体光増幅器より後方側に設けられ、前記３ｄｂ光カプラの他方の出力端子から出力される光パルスを、前記半導体光増幅器の前方側から入力される光パルスより遅延して、前記半導体光増幅器の後方側から入力させて、前記半導体光増幅器に利得飽和を誘起させる光サーキュレータと、
を備え、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光サーキュレータ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置した光パルス列発生器において、
前記光ループを周回する光パルスの強度は、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度であり、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数は、前記持続時間に対応して出力される
ことを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する第３の発明に係る光パルス列発生器は、
上記第１又は第２の発明に記載の光パルス列発生器において、
前記可飽和吸収体は、前記半導体光増幅器の利得回復時間よりも高速な吸収回復時間を有するものである
ことを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する第４の発明に係る光パルス列発生器は、
上記第１から第３の発明のいずれか１つに記載の光パルス列発生器において、
前記可飽和吸収体は、半導体多重量子井戸層を金ミラーと当該金ミラーより反射率が低い分布ブラッグ反射層とで挟んだ非対称ファブリペロエタロン型の面型素子であり、
当該可飽和吸収体に入射される光パルスは円偏光である
ことを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する第５の発明に係る光パルス列発生方法は、
一方の入力端子と出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×１の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
を用い、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置して、光パルス列を発生する光パルス列発生方法であって、
前記光ループを周回する光パルスの強度を、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度とし、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数を、前記持続時間に対応して出力する
ことを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第６の発明に係る光パルス列発生方法は、
一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して光ループを形成すると共に、外部からの単一の光パルスを他方の入力端子から前記光ループに入力する２×２の３ｄＢ光カプラと、
前記３ｄＢ光カプラから出力された光パルスの伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止する光アイソレータと、
光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号が持続する持続時間の間駆動されて、前記光アイソレータから出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器で増幅して出力された光パルスから、外部から入力した光パルスと同じ波長のみを通過させ、前記半導体光増幅器からの増幅自然放出ノイズを除去する光バンドパスフィルタと、
前記光バンドパスフィルタから出力された光パルスを分岐し、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラと、
光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、前記光カプラで分岐した他の一部の光パルスに含まれる増幅自然放出ノイズに与える損失が、前記半導体光増幅器における増幅自然ノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出力された光パルスを用いて、前記光ループのループ利得を１に調整し、調整した光パルスを前記３ｄＢ光カプラの前記一方の入力端子に入力する光アッテネータと、
前記光カプラより前方側であって、前記半導体光増幅器より後方側に設けられ、前記３ｄｂ光カプラの他方の出力端子から出力される光パルスを、前記半導体光増幅器の前方側から入力される光パルスより遅延して、前記半導体光増幅器の後方側から入力させて、前記半導体光増幅器に利得飽和を誘起させる光サーキュレータと、
を用い、
前記３ｄＢ光カプラを含めて、前記光アイソレータ、前記半導体光増幅器、前記光バンドパスフィルタ、前記光サーキュレータ、前記光カプラ、前記可飽和吸収体及び前記光アッテネータを、前記光ループ中に順次配置して、光パルス列を発生する光パルス列発生方法であって、
前記光ループを周回する光パルスの強度を、前記半導体光増幅器の負の利得勾配と前記可飽和吸収体の正の利得勾配とを合わせた前記光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度とし、
前記光カプラから出力される光パルス列のパルス数を、前記持続時間に対応して出力する
ことを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第７の発明に係る光パルス列発生方法は、
上記第５又は第６の発明に記載の光パルス列発生方法において、
前記可飽和吸収体として、前記半導体光増幅器の利得回復時間よりも高速な吸収回復時間を有するものを用いる
ことを特徴とする。
【００２７】
上記課題を解決する第８の発明に係る光パルス列発生方法は、
上記第５から第７の発明のいずれか１つに記載の光パルス列発生方法において、
前記可飽和吸収体として、半導体多重量子井戸層を金ミラーと当該金ミラーより反射率が低い分布ブラッグ反射層とで挟んだ非対称ファブリペロエタロン型の面型素子を用い、
当該可飽和吸収体に入射される光パルスを円偏光とする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
従来の技術では、２×２ＬＮ光スイッチを用いているため、ＤＣバイアスのドリフトを阻止するために、ＬＮバイアス制御回路が必要であった。更に、光ループ自身には自己安定化機能が備わっていないため、外部のループ利得安定化回路によってループ利得を常に１に制御する必要があった。このように従来技術では、複数の外部回路が必要であるため、光クロック発生器全体の消費電力を引き上げ、更に、サイズやコストにも問題を与える。
【００２９】
これに対し、本発明によれば、光ループを周回する光パルスの強度を、光ループの利得特性において、負の利得勾配を有する領域にある強度とするので、ネガティブフィードバックによる自己安定化機能が備わることになり、入力光パルスの突然の変動や外部環境温度の変動に対しても、一切の外部制御回路を必要とせず、常に安定に動作させることが可能となる。そのため、電力を消費するものは半導体光増幅器のみとなり、極めて低消費電力の光パルス列発生器の実現が可能となる。又、外部制御回路が不要であるため、装置全体としてかなりのコンパクト化が可能となる。
【００３０】
更に、低繰り返しの光パルス列を出力させる場合、半導体光増幅器の利得回復時間が高速であるため、出力光パルスの後方に増幅自然放出ノイズの増幅が発生してしまう危険がある。
【００３１】
これに対し、本発明によれば、半導体多重量子井戸層を用いた非対称ファブリぺロエタロン構造の可飽和吸収体を用いて、当該可飽和吸収体に円偏光パルスを入射する場合には、円偏光パルスによる選択スピン励起を利用することにより、可飽和吸収特性の増大及び吸収回復の高速化が期待できるので、増幅自然放出ノイズの増大を大幅に低減することが可能となる。又、周回光パルスの一部を半導体光増幅器の後方から時間差をつけて入力する場合には、増幅自然放出ノイズの増大を完全に防ぐことが可能となり、極めて低ノイズの光パルス列を発生させることが可能となる。
【００３２】
このように、本発明によれば、光パルス列発生器及び発生方法において、安定動作化・低パワー化・コンパクト化・低ノイズ化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る光パルス列発生器の基本構成の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の自己安定動作原理を説明するため図であり、（ａ）は半導体光増幅器（ＳＯＡ）の利得特性、（ｂ）は可飽和吸収体（ＳＡ）の利得特性、（ｃ）はＳＯＡ及びＳＡの両者を通過させたときのループ利得特性を示す図である。
【図３】ＳＯＡ及びＳＡの両者を通過させたときのループ利得回復特性を示す図である。
【図４】スピン緩和を利用したＳＡの動作原理を説明するための図であり、（ａ）は半導体光量子井戸内におけるスピン励起及びその緩和過程の説明図、（ｂ）は半導体光量子井戸を用いた可飽和吸収体の一例を示す図、（ｃ）は半導体光量子井戸を用いたＳＡの吸収回復特性を示す図である。
【図５】本発明に係る光パルス列発生器の基本構成の他の一例を示す構成図である。
【図６】後方入射パルスの効果を説明するための図であり、（ａ）は後方入射パルスのタイミングの説明図、（ｂ）は後方入射パルスによる利得回復特性の変化を示す図、（ｃ）は後方入射パルスが無い場合と有る場合における５０周回後の出力光パルスを示す図である。
【図７】本発明に係る光パルス列発生器を実施する光ファイバ系の構成例（実施例１）を示す図である。
【図８】本発明に係る光パルス列発生器を実施する空間光学系の構成例（実施例２）を示す図である。
【図９】光パルス発生器と光パルス列発生器から構成される光クロック発生器の利用形態を説明するための模式図である。
【図１０】従来の光パルス列発生器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図１〜図８を参照して、本発明に係る光パルス列発生器及び発生方法の実施形態を説明する。
【００３５】
［基本構成１］
本発明に係る光パルス列発生器の基本構成の一例を図１に示す。図１に示す光パルス列発生器１２Ａは、図９に示した光パルス列発生器１０３の替わりとして使用可能であるので、図１では、その利用形態の一例として、光パルス発生器１１と光パルス列発生器１２Ａとから構成される光クロック発生器を示している。
【００３６】
前述したように、本発明においても、光パルス発生器１１は、入力光パケットＰｉを受信して、入力光パケットＰｉの先頭の１ビット（常に１に設定）に同期した光パルスＬｐを発生させるものである。又、光パルス列発生器１２Ａも、発生した単一の光パルスＬｐが入力されて、パケット長に対応した光パルス列Ｃｐを出力するものであるが、その構成が従来とは相違する。
【００３７】
具体的には、光パルス列発生器１２Ａは、一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して光ループ２１を形成すると共に、外部（光パルス発生器１１）からの単一の光パルスＬｐを他方の入力端子から光ループ２１に入力する２×２の３ｄＢ光カプラ２２と、３ｄＢ光カプラ２２から出力された光パルスＬｐ１の伝搬方向と逆方向の光伝搬を阻止するための光アイソレータ２３と、光パルスの強度に対して負の利得勾配を有すると共に、外部から入力される矩形の制御信号（光パルス発生器１１からの電流駆動のパケット包絡線信号Ｅｅ）が持続する持続時間の間駆動されて、光アイソレータ２３から出力された光パルスを増幅する半導体光増幅器２４（以降、ＳＯＡ２４）と、ＳＯＡ２４で増幅して出力された光パルスから、入力した光パルスＬｐと同じ波長のみを通過させ、ＳＯＡ２４からのＡＳＥ（増幅自然放出）ノイズを除去する光バンドパスフィルタ２５（以降、ＢＰＦ２５）と、ＢＰＦ２５から出力された光パルスを分岐して、分岐した光パルスの一部を外部に出力する１×２の光カプラ２６と、光パルスの強度に対して正の利得勾配を有すると共に、光カプラ２６で分岐した他の一部の光パルスに含まれるＡＳＥノイズに与える損失が、ＳＯＡ２４におけるＡＳＥノイズの利得よりも大きい可飽和吸収体２７（以降、ＳＡ２７）と、ＳＡ２７から出力された光パルスを用いて、光ループ２１のループ利得を１に調整し、３ｄＢ光カプラ２２の一方の入力端子する光アッテネータ２８（以降、ＡＴＴ２８）とを有する。
【００３８】
つまり、３ｄＢ光カプラ２２の一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して形成した光ループ２１中に、光アイソレータ２３、ＳＯＡ２４、ＢＰＦ２５、光カプラ２６、ＳＡ２７、ＡＴＴ２８を順次配置している。又、光パルス発生器１１からのパケット包絡線信号Ｅｅは、電気ケーブル１３を介して、ＳＯＡ２４へ入力されている。
【００３９】
なお、ここでは、２×２の３ｄＢ光カプラ２２を用いているが、２×１の３ｄＢ光カプラを用いてもよく、その場合、一方の入力端子と１つの出力端子とを接続して光ループ２１を形成すると共に、外部からの単一の光パルスＬｐを他方の入力端子から光ループ２１に入力すればよい。又、上記ＳＡ２７に替えて、後述するＳＡ２９を用いてもよい。
【００４０】
次に、図１を参照して、光パルス列発生器１２Ａでの動作を説明する。
【００４１】
光パルス発生器１１によって、バーストモード光パケットＰｉの先頭ビットに精確に同期した単一の光パルスＬｐが生成され、光パルス列発生器１２Ａに送り込まれる。この入力光パルスＬｐは、３ｄＢ光カプラ２２により、Ｌｐ１、Ｌｐ２の２つの光パルスに分岐される。光パルスＬｐ１は、光アイソレータ２３を通過した後、ＳＯＡ２４により増幅され、波長軸上でＡＳＥノイズを除去するためのＢＰＦ２５を通過し、光カプラ２６によりその一部が外部に出力される。光ループ２１内にはＳＡ２７が設置されており、強度の大きな光パルスは低損失で通過するが、強度の小さなＡＳＥノイズは大きな損失を受けることとなる（時間軸上でのＡＳＥノイズの除去）。ＳＡ２７を通過した光パルスは、再び、３ｄＢ光カプラ２２により分岐される。その際、光パルスＬｐ１が一周回って同じ強度になるように（ループ利得＝１となるように）、ＡＴＴ２８で強度を調整する。
【００４２】
ここで、光パルスが半導体光増幅器（ＳＯＡ）及び可飽和吸収体（ＳＡ）を通過する際の利得特性をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）に示す。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、Ｇ１はＳＯＡによって光パルスが受ける利得、Ｇ２はＳＯＡによってＡＳＥが受ける利得、Ｌ１はＳＡによって光パルスが受ける損失、Ｌ２はＳＡによってＡＳＥが受ける損失を示す。
【００４３】
ＳＯＡでは、入力光パルスエネルギー（強度）が大きくなると、誘導増幅に消費されるキャリアが注入キャリアを上回るため、利得の飽和が発生し、図２（ａ）に示すように、負の利得勾配を持つようになる。今、０．１ｐＪの光パルスを入力する場合を考えると、光パルスに対してはＧ１＝１７ｄＢ程度の増幅が得られ、ＡＳＥノイズに対してはＧ２＝２２ｄＢのより大きな増幅が行われる。そのため、ＳＯＡのみで光ループを形成すると、ＡＳＥの発振が起こることとなる。
【００４４】
本発明において、ＳＡを挿入する目的は、このＡＳＥの発振を抑えると共に、ＡＳＥそのものを大幅に除去することにある。ＳＡでは、入力光パルスエネルギーが大きくなると、吸収飽和が生じるため、図２（ｂ）に示すように、正の利得勾配を持つようになる。このとき、ＳＯＡで大きく増幅した数ｐＪの光パルスに対しては、Ｌ１＝７ｄＢほどの損失を与え、ＡＳＥに対してはＬ２＝２２ｄＢの極めて大きな損失を与えることとなる。ＳＡを挿入して、ＡＳＥを除去するためには、ＳＡにおけるＡＳＥと光パルスの損失差が、ＳＯＡにおける利得の差を大きく上回ることが条件となる（Ｌ２−Ｌ１＞＞Ｇ２−Ｇ１）。
【００４５】
次に、ＳＯＡとＳＡの両者を通過させたときの利得特性を図２（ｃ）に示す。ここでは、０．１ｐＪの入力光パルスに対して、ループ利得が１となるように縦軸が調整されている。入力光エネルギーが小さい場合、ＳＡの大きな吸収特性によって、ループ利得は大幅に１を下回っており、光ループにおけるＡＳＥの発振や蓄積を阻止することが可能である。入力光エネルギーが増加するに従い、ＳＡの吸収飽和の影響でループ利得は増大し、その後、ＳＯＡの利得飽和が支配的になるため、負の利得勾配を持つようになる。
【００４６】
今、この負の利得勾配を有する領域に動作点を持つように、光パルスを入射させ（例えば、０．１ｐＪの光パルス）、光ループ全体の利得が１となるように設定した後に、何らかの原因（例えば、光パルス発生器から出力される光パルスの強度変動、ＳＯＡの劣化や注入電流の変動など）で、光ループを周回する光パルスの強度が変動した場合を考える。光パルス強度が減少した場合は、ループ利得が１より大きくなるため、周回するに従い光強度が徐々に増加し、図中の安定動作点に達した状態で保持される。又、光パルス強度が突然増加した場合は、逆にループ利得が１を下回るため、周回するに従い光強度は徐々に減少し、再び安定動作点に収束することとなる。
【００４７】
このように、光ループ２１を周回する光パルスの強度の動作点において負の利得勾配を持つことにより、ネガティブフィードバックがかかり、光パルスの突然の変動に対し、外部からループ利得の安定制御をすることなく、常に能動的に安定動作点に収束する機能（自己安定機能）を有することとなる。
【００４８】
前述したように、ＳＯＡとＳＡを組み合わせた光ループでは、弱い光強度のＡＳＥは除去され、強い光強度を有する光パルスに対してのみ自己安定動作を実現することが可能である。しかし、時間軸上で動的に考えた場合、ＳＯＡとＳＡの利得回復時間の差に起因する以下の問題が発生するおそれがある。
【００４９】
図３にＳＯＡとＳＡの両者を通過させたときのループ利得回復応答の時間波形を示す。光パルスが入射する前は、前述したように、ＳＡの吸収が極めて大きいため、ループ利得は小さな値を示し、ＡＳＥの増幅を阻止している。光パルスが入射すると、ＳＡの吸収飽和により、ＳＡの損失が急激に低下するため、光パルスに対するループ利得は１まで増加する。その直後、ＳＯＡの利得飽和により、ループ利得は急激に低下する。そして、その後、ＳＯＡ及びＳＡともに緩やかに利得（損失）が回復を始める。そのとき、ＳＡの吸収回復時間ＴSAがＳＯＡの利得回復時間ＴSOAより遅い場合は、ループ利得が１を越える可能性があるため、ＡＳＥの増大をもたらす危険がある。そのため、ＳＡにはより大きな吸収飽和特性とより高速な吸収回復特性が求められる。
【００５０】
そこで、以下に、可飽和吸収体（ＳＡ）の吸収飽和特性を大きくするための手段と、吸収回復時間を高速にするための手段について述べる。
【００５１】
本発明の動作を実現するための可飽和吸収体（ＳＡ）には、以下のことが条件として求められる。
（１）短光パルスに対して瞬時に吸収飽和を引き起こすこと。
（２）極めて大きな吸収飽和特性（消光比）を有すること。
（３）光パルスに対する損失が小さいこと。
【００５２】
これらの特性を有する可飽和吸収体（ＳＡ）を実現するために、ここでは、半導体量子井戸層を活性層に用いた非対称ファブリペロエタロン型の面型素子の可飽和吸収体２９（以降、ＳＡ２９）を用いることを考える。図４（ｂ）に素子構造を示す。本面型素子（ＳＡ２９）は、Ｆｅ添加のＩｎＰ基板上にＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射）層を形成し、次いで、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸層、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ−ＳＬ（Super Lattice：超格子）層を形成し、ＳＬ層の外面に金ミラーを設け、ＩｎＰ基板の外面にＡＲ（Anti-Reflection：無反射）コートが設けられたものである。このように、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸層が低反射率（１０％程度）のＤＢＲ層と高反射率の金ミラー（ほぼ１００％）によって挟まれた構造を有している。
【００５３】
本面型素子（ＳＡ２９）では、入力光強度が弱いときは、ＤＢＲ層で上面に反射した光と、多重量子井戸層で吸収され金ミラーで反射して上面に出射する光が、同一強度かつ逆位相となるように設計されているため、両者の光電界が打ち消しあって上面から光が出力されない。一方、入力光強度が強くなると、多重量子井戸層の吸収減少（吸収飽和）に起因して、金ミラーからの反射光強度が増加し、かつ、多重量子井戸層の屈折率の変化に伴い、その反射光の位相が変化し、ＤＢＲ層からの反射光に対して逆位相とならないため、打ち消しあうことなく、本面型素子（ＳＡ２９）からの反射光は急激に増加することとなる。更に、多重量子井戸層の厚みは１ミクロン程度と薄いため、１ｐｓ程度の超短光パルスに対しても、極めて大きな可飽和吸収特性を引き起こすことが可能である。このように、本面型素子（ＳＡ２９）は、上記（１）〜（３）の条件を満足するもっとも有力な可飽和吸収体である。
【００５４】
次に、吸収回復時間を高速にするための手段について述べる。半導体を用いたＳＡの吸収回復時間ＴSAは、キャリアのバンド間緩和時間（再結合時間）によって決まるため、通常１〜２ｎｓの時間を必要とする。一方、ＳＯＡの利得回復時間ＴSOAは一般的に１００〜数１００ｐｓ程度である。そのため、図３中のＣａｓｅ１（ＴSOA＜＜ＴSA）に示すように、光パルス通過後に、ＳＯＡの利得が先に回復してしまい、ＳＡの吸収が回復するまでのしばらくの時間帯は、ループ利得＝１を大幅に超えてしまうこととなり、この時間帯においてＡＳＥの発振又は増幅が引き起こされてしまう。このＡＳＥの増幅を阻止するためには、ループ利得が１を超えないように、ＳＡの吸収回復時間ＴSAを小さくする必要がある。
【００５５】
ＳＡの吸収回復時間ＴSAを高速化する一つの方法として、スピン緩和を利用する方法が考えられる。図４（ａ）に示すように、半導体量子井戸内の価電子帯では、重い正孔（Heavy Hole：ＨＨ）と軽い正孔（Light Hole：ＬＨ）の縮退が解けるため、ＨＨに波長を合わせて右回り円偏光の光パルスを照射すると、ＬＨからのアップスピンが励起されることが無く、１００％ダウンスピンの電子が励起される。これらダウンスピンの電子は、電子や格子の散乱を受け、スピンの向きが反転する（ここではアップスピン）。この過程はスピン緩和と呼ばれ、１００ｐｓ以下の時定数でアップとダウンのスピンが同数となるように変化する。このように、ダウンスピンの電子は急速に減少するため、右回り円偏光の光からみると、その分、吸収が回復したように感じることとなる。
【００５６】
しかし、その後は、アップスピン・ダウンスピンの電子共に、バンド間の遷移を経て再結合により消滅していくため、１〜２ｎｓの吸収回復時間を要することとなる。図４（ｃ）に吸収回復過程の時間波形（実験結果）を示す。実線は、円偏光の光パルスによりダウンスピンのみを励起した場合であり、最初にスピン緩和（図中ＳＲで示す）により高速に減少（吸収回復）した後、バンド間緩和（図中ＩＢＲで示す）で緩やかに減少する様子が伺える。図中の点線は、直線偏光で励起した場合であり、アップスピンとダウンスピンの電子を同数励起するため、吸収飽和特性が劣化する上、スピン緩和を利用することが出来ないため、最初からバンド間緩和による低速な回復しか得られない。
【００５７】
このようにスピン緩和を利用することにより、ＳＡの可飽和吸収特性を向上させることと、吸収回復時間を低減することの両方が可能であり、図３のＣａｓｅ１（ＴSOA＜＜ＴSA）の特性をＣａｓｅ２（ＴSOA＜ＴSA）まで改善することが可能となる。しかし、この場合も光パルス入射後にわずかにループ利得＝１のラインを超えており、ＡＳＥの増幅が起こってしまう。更に、ＳＡの吸収回復時間を低減する方法としては、イオン打ち込みや低温成長により、バンド内に再結合中心を形成し、電子の再結合時間を１００ｐｓ以下まで短縮する方法がある。この場合、励起子吸収ピークが減少してしまうため、吸収飽和特性を劣化させてしまうこととなるが、図３のＣａｓｅ３（ＴSOA＞ＴSA）に示すように、光パルス通過後に、ループ利得が１を超えることが無いため、時間軸上でのＡＳＥの除去が可能となる。
【００５８】
［基本構成２］
本発明に係る光パルス列発生器の基本構成の他の一例を図５に示す。図５に示す光パルス列発生器１２Ｂの各構成要素は、基本的には、図１に示した光パルス列発生器１２Ａと略同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略して、以降の説明を行う。
【００５９】
図５に示す光パルス列発生器１２Ｂは、図１に示した光パルス列発生器１２Ａと同様に、２×２の３ｄＢ光カプラ２２の一方の入力端子と一方の出力端子とを接続して形成した光ループ２１中に、光アイソレータ２３、ＳＯＡ２４、ＢＰＦ２５、光カプラ２６、ＳＡ２９、ＡＴＴ２８を順次配置している。ここでは、更に、光カプラ２６より前方側であって、ＳＯＡ２４より後方側に、光サーキュレータ３１を設けている。この光サーキュレータ３１は、２×２の３ｄｂ光カプラ２２の他方の出力端子と接続されて、２×２の３ｄｂ光カプラ２２の他方の出力端子から出力される光パルスＬｐ２を、ＳＯＡ２４の前方側から入力される光パルスＬｐ１より遅延して、ＳＯＡ２４の後方側から入力させて、ＳＯＡ２４に利得飽和を誘起させ、利得回復を遅らせている。なお、ここでは、３ｄＢ光カプラ２２は２×２の３ｄＢ光カプラである必要がある。
【００６０】
前述したように、図１に示した光パルス列発生器１２Ａでは、ループ利得が１を超える場合があり得る。そこで、ここでは、図３のＣａｓｅ１（ＴSOA＜＜ＴSA）又はＣａｓｅ２（ＴSOA＜ＴSA）のように、ループ利得が１を超えた場合の解決法について述べる。
【００６１】
ここでは、図１に示した光パルス列発生器１２Ａでは捨てていた光パルスＬｐ２を、サーキュレータ３１を介して、ＳＯＡ２４の後方より入射させることを考える。このとき、図６（ａ）に示すように、後方からの入射光パルスＬｐ２は、前方からの周回光パルスＬｐ１に対して、約１００ｐｓ程度遅延してからＳＯＡ２４に入射する。このときのループ利得の回復特性を図６（ｂ）に示す。点線は、スピン緩和を利用してＳＡの吸収回復時間を高速化した場合であるが、周回光パルスＬｐ１の通過後の約２００ｐｓあたりにループ利得が１を超える領域が存在する。しかし、後方入射光パルスＬｐ２を入力すると、再びＳＯＡの利得が飽和するため、ループ利得は急激に低下し、その後再び上昇するが、そのときにはＳＡの吸収が十分に回復しているため、ループ利得が１を超えることを回避することが可能となる。
【００６２】
図６（ｃ）は、図５に示す光パルス列発生器１２Ｂの構成に基づき、光ループ２１を５０周回させたときの出力光パルスである。後方入射パルスＬｐ２を入力しない場合は、わずかにループ利得が１を超える領域においてＡＳＥが大幅に増幅しているが（上段の図参照）、後方入射パルスＬｐ２を入力することにより、ＡＳＥ増幅を完全に除去することが可能である（下段の図参照）。
【００６３】
以上のように、本発明に係る光パルス列発生器及び発生方法のポイントは以下の通りである。
・ＳＯＡとＳＡを光ループ中に配置し、ループ利得が負の傾斜勾配を有する領域に動作点を設定することにより、ネガティブフィードバックによる自己安定化動作を実現する（図２（ｃ）参照）。
・大きな可飽和吸収特性と高速な吸収回復時間を実現するために、半導体多重量子井戸層を用いた非対称ファブリぺロエタロン構造の可飽和吸収体を用い、更に、円偏光パルスによる選択スピン励起を利用する（図４参照）。
・ＳＡの吸収回復時間を高速化するために、半導体量子井戸層にイオン打ち込みや低温成長を適用し、バンド間緩和時間を高速化する。
・ＳＯＡの利得回復がＳＡの吸収回復よりも高速であることに起因して発生するＡＳＥ増幅を阻止するために、ＳＯＡに後方入射パルスを入力する。（図５、図６）
【００６４】
以下、本発明に係る光パルス列発生器を、実施例に基づき詳細に説明する。
【００６５】
［実施例１］
図７は、上述した本発明に係る光パルス列発生器を実施する光ファイバ系の構成例を示す図である。図５に示した光パルス列発生器は、図１に示した光パルス列発生器の構成要素を全て含んでいるので、ここでは、図５に示した光パルス列発生器をベースに光ファイバ系の構成としている。そのため、各構成要素は、基本的には、図１や図５に示した光パルス列発生器と略同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略して、以降の説明を行う。なお、図７において、二重の実線は全て光ファイバを表している。
【００６６】
本実施例では、図５に示した光パルス列発生器の構成を光ファイバで接続すると共に、更に、半導体量子井戸層を用いた反射型のＳＡ２９を用いるための具体的な構成を設けている。具体的には、ＡＴＴ２８より前方側であって、光カプラ２６より後方側の光ループ２１上に、ＰＣ（Polarization Controller：偏波コントローラ）３２、光サーキュレータ３３、ＰＣ３４を順に接続すると共に、光サーキュレータ３３に接続されて、光パルスを外部へ導く光ファイバの光軸上の空間に、レンズ３５、ＳＡ２９を配置する構成としている。
【００６７】
前述したように、光パルス発生器１１によって、バーストモード光パケットの先頭ビットに同期した単一の光パルスＬｐが生成され、本実施例の光パルス列発生器に送り込まれる。この入力光パルスＬｐは、２×２の３ｄＢカプラ２２により、２つの光パルスＬｐ１、Ｌｐ２に分岐される。光パルスＬｐ１は、光アイソレータ２３を通過した後、ＳＯＡ２４により増幅され、波長軸上でＡＳＥノイズを除去するＢＰＦ２５、光サーキュレータ３１を通過し、光カプラ２６（例えば、分岐比４：１）によりその一部（２０％）が外部に出力される。
【００６８】
その他（８０％）の光パルスは、ＰＣ３２及び光サーキュレータ３３を介して、光ループ２１の外部（空間）へ出力され、レンズ３５を用いて、ＳＡ２９に集光される。ＳＡ２９で反射された光パルスは、再び、レンズ３５で集光され、光ファイバに結合され、光サーキュレータ３３を介して光ループ２１の中に入力される。入力された光パルスは、ＰＣ３４及びＡＴＴ２８を通過し、２×２の３ｄＢカプラ２２により、再び、２つの光パルスＬｐ１、Ｌｐ２に分岐される。
【００６９】
光パルスＬｐ２は、前述したように、光サーキュレータ３１を介して、光パルスＬｐ１より１００ｐｓ程度遅れて、後方からＳＯＡ２４に入力される。ＳＯＡ２４を通過した光パルスＬｐ２は、光アイソレータ２３により遮断され、光ループ２１上を周回しないようになっている。
【００７０】
又、ＳＡ２９に入射させる光パルスの偏光状態を円偏光となるように、ＰＣ３２を用いて調整することにより、前述したように、選択的にスピンを励起し、可飽和吸収特性の向上と吸収回復時間の高速化を図る。更に、光パルスＬｐ１が一周回って、再び同じの位置（例えば、２×２の３ｄＢカプラ２２の後方側に示す光パルスＬｐ１の位置）に戻ってきたとき、偏光状態が同じになるように、ＰＣ３４を用いて調整し、かつ、同じ強度になるように（ループ利得＝１となるように）、ＡＴＴ２８を用いて調整する。
【００７１】
光パルス発生器１１から出力されたパケット包絡線信号Ｅｅは、ＳＯＡ２４に電流として注入される。そのため、そのパケット包絡線信号Ｅｅが持続する持続時間の間は、光パルスＬｐ１が光ループ２１を周回し続け、一定周期の光パルス列を放出し続ける。そして、パケット包絡線信号Ｅｅの終了とともにＳＯＡ２４の利得が消滅し、周回する光パルスＬｐ１も消滅するため、任意の光パケット長に対応した光パルス列Ｃｐの生成が可能となる。
【００７２】
なお、ここでは、可飽和吸収体（ＳＡ）の一例として、図４（ｂ）に示した非対称ファブリぺロエタロン型のＳＡ２９を用いているが、他の材料系や構造を利用しても構わない。更に、ＳＯＡ２４の利得回復時間ＴSOAに比べ、吸収回復時間ＴSAが高速化されたＳＡ２９を用いた場合（つまり、上記Ｃａｓｅ３（ＴSOA＞ＴSA）の場合）は、光パルスＬｐ２をＳＯＡ２４の後方から入力する必要はなく、その場合には、図１に示した光パルス列発生器と同等の構成としてもよい。
【００７３】
［実施例２］
図８は、上述した本発明に係る光パルス列発生器を実施する空間光学系の構成例を示す図である。ここでも、図５に示した光パルス列発生器をベースに空間光学系の構成としており、各構成要素は、基本的には、図１や図５に示した光パルス列発生器と略同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略して、以降の説明を行う。
【００７４】
上述した実施例１では、光パルスを導くために光ファイバを使用していたが、ここでは、空間光学系において、後述する光学部品を用いて、光パルスの光路を導く構成としている。
【００７５】
具体的構成として、光パルスＬｐは、入力光ファイバ４１、コリメータ４２を用いて、当該空間光学系に入力されているが、当該空間光学系では、光パルスＬｐ１が周回する光路（光ループに該当；図中の２点鎖線参照）に、ビームスプリッタ４３（以降、ＢＳ４３）、アイソレータ２３、１００％ミラー４４、４５、ＳＯＡ２４、ＢＰＦ２５、λ／２波長板５０、ファラデーローテータ４９（以降、ＦＲ４９）、偏光ビームスプリッタ４６（以降、ＰＢＳ４６）、λ／２波長板５１、偏光ビームスプリッタ５２（以降、ＰＢＳ５２）、λ／４波長板５５、レンズ５６、ＳＡ２９、ＡＴＴ２８、１００％ミラー５７、λ／２波長板５８を配置する構成としている。
【００７６】
又、光パルスＬｐ２を後方入射する光路（図中の１点鎖線参照）に、ＢＳ４３、ＰＢＳ４６、λ／４波長板４７、１００％ミラー４８、ＦＲ４９、λ／２波長板５０、ＢＰＦ２５を配置する構成としている。
【００７７】
このように、当該空間光学系では、入射された光パルスＬＰをＢＳ４３で光パルスＬｐ１、Ｌｐ２の２つに分岐し、光パルスＬｐ１は周回させ、光パルスＬｐ２は後方入射させている。そして、周回する光パルスＬｐ１をＰＢＳ５２で分岐し、分岐した光パルスを、コリメータ５３、出力光ファイバ５４を用いて出力している。
【００７８】
更に具体的に説明すると、光パルス発生器１１から出力された光パルスＬｐは、入力光ファイバ４１を通過し、コリメータ４２により平行ビームにされて、当該空間光学系に出力される。このとき、光パルスＬｐの偏光状態はｐ偏光（光電界が紙面に平行な状態：図中「ｐ」と示す。）とする。
【００７９】
光パルスＬｐは、偏波無依存のＢＳ４３（分岐比５０：５０）によって、光パルスＬｐ１、Ｌｐ２に分岐される。分岐された光パルスＬｐ１は、光アイソレータ２３を通過し、１００％ミラー４４、４５を介して、ＳＯＡ２４に前方側から入力される。
【００８０】
一方、分岐された光パルスＬｐ２は、ＰＢＳ４６及びλ／４波長板４７を通過し、１００％ミラー４８で反射し、再びλ／４波長板４７を通過することで、偏光状態がｐからｓ偏光（光電界が紙面に垂直な状態：図中「ｓ」と示す。）に変化され、ＰＢＳ４６で直角に反射され、ＦＲ４９及びλ／２波長板５０によってｐ偏光に変換され、ＢＰＦ２５を通過した後、ＳＯＡ２４に後方側から入力される。このとき、ＰＢＳ４６と１００％ミラー４９との長さＬを調整することにより、光パルスＬｐ２は光パルスＬｐ１より、１００ｐｓ程度遅れてＳＯＡ２４に入射される。
【００８１】
ＳＯＡ２４で増幅された光パルスＬｐ１は、光パルスＬｐ２とは伝搬方向が逆であるため、ＢＰＦ２５を通過した後、λ／２波長板５０及びＦＲ４９を通過しても偏光状態が変化しないため、ＰＢＳ４６をそのまま通過することができる。更に、少し回転させたλ／２波長板５１を通過させることで、光パルスＬｐ１の直線偏光を回転させ、光パルスのｓ偏光成分（２０％程度）がＰＢＳ５２を反射して、コリメータ５３を介して、出力光ファイバ５４に結合するようにする。
【００８２】
光パルスのｐ偏光成分（８０％程度）は、ＰＢＳ５２を通過し、λ／４波長板５５によって、円偏光状態に変化し、レンズ５６で集光され、反射型ＳＡ２９に照射される。ＳＡ２９で反射された光パルスは、レンズ５６を通過後、再びλ／４波長板５５を通過することで、ｓ偏光となり、ＰＢＳ５２を反射する。その後、ループ利得が１となるような適度な損失を持ったＡＴＴ２８を通過し、１００％ミラー５７で反射し、λ／２波長板５８によってｐ偏光に変換された後、再びＢＳ４３によって、光パルスＬｐ１、Ｌｐ２に分割される。
【００８３】
このように、空間光学系で構成することにより、光ファイバの分散の影響を受けることなく、極めて低雑音の光パルス列を発生する光パルス列発生器とすることが可能となる。
【００８４】
なお、図７で示した光パルス列発生器と図８に示す光パルス列発生器とを合わせ、一部を光ファイバで構築し、残りを空間光学系で構築することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、例えば、前述したとおり、光パケットスイッチネットワークを実現するために不可欠な光ルータ内で用いられる光ラベル処理器において、高速ラベル情報をＣＭＯＳ電子回路で認識可能とするためのインターフェイスデバイス（高速非同期バーストシリアル光信号に対するシリアル−パラレル変換器）として利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１１  光パルス発生器
１２Ａ、１２Ｂ  光パルス列発生器
２１  光ループ
２２  ３ｄＢ光カプラ
２３  光アイソレータ
２４  半導体光増幅器（ＳＯＡ）
２５  光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２６  カプラ
２７、２９  可飽和吸収体（ＳＡ）
２８  光アッテネータ（ＡＴＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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