(57)【要約】【課題】本発明は光信号を処理するための方法及び装置に関し、高いＳ／Ｎ比及び大きいスペクトル拡散率を得ることができるＳＣ光の発生に適した光信号の処理方法及び装置を提供することが主な目的である。【解決手段】本発明による方法は、光信号を処理する方法であって、（ａ）信号光を第１の非線形光学媒質４に入力し、第１の非線形光学媒質４内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大するステップと、（ｂ）前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償するステップと、（ｃ）前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を経た信号光を第２の非線形光学媒質８に入力し、第２の非線形光学媒質８内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大するステップとを備えている。【選択図】　　　　図１
2004038016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を処理する方法であって、
（ａ）信号光を第１の非線形光学媒質に入力し、第１の非線形光学媒質内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大するステップと、
（ｂ）前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を経た信号光を第２の非線形光学媒質に入力し、第２の非線形光学媒質内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大するステップとを備えた方法。
【請求項２】
光信号を処理する装置であって、
信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、
前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、
前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質とを備えた装置。
【請求項３】
信号光を第１及び第２の信号光に分ける光カプラと、
前記第１の信号光に基きクロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記クロックパルス及び前記第２の信号光が入力され、これらの同期した信号光を出力する光ＡＮＤ回路と、
前記光ＡＮＤ回路から出力された信号光が入力する光信号処理装置とを備え、
前記光信号処理装置は、
前記信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、
処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、
前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質と、
前記第２の非線形光学媒質から出力された信号光が入力され、前記拡大されたスペクトルの中心波長と異なる中心波長の通過帯域を有する光帯域通過フィルタとを備えている装置。
【請求項４】
信号光を伝送する第１の光ファイバ伝送路と、
前記第１の光ファイバ伝送路により伝送された信号光が入力する光信号処理装置と、
前記光信号処理装置から出力された信号光を伝送する第２の光ファイバ伝送路とを備え、
前記光信号処理装置は、
前記信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、
処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、
前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質と、
前記第２の非線形光学媒質から出力された信号光が入力され、前記拡大されたスペクトルの中心波長と異なる中心波長の通過帯域を有する光帯域通過フィルタとを備えている装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を処理する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高いパワーレベルの光パルスを光ファイバ等の非線形光学媒質に入射することにより、スーパーコンティニューム（ＳＣ）光と呼ばれるスペクトルが拡大した光を発生することができる。ＳＣ光は、従来、多波長光源への応用が活発に検討されてきたが、多波長光源以外にも、多波長光クロック再生、波長変換、分配等への応用も可能である。
【０００３】
ＳＣ光を発生させるためには、繰り返し時間ｔ０の光クロックパルス又はデータ変調された光パルス列を光ファイバに入力する。この場合、周波数間隔ｆ＝１／ｔ０の連続波（ＣＷ）光により構成される帯域スペクトルを有するＳＣ光が発生する。このＳＣ光の各ＣＷ光を狭帯域光帯域通過フィルタで抽出することにより、多波長のＣＷ光源を構成する事ができる。一方、複数のＣＷ光を透過可能な光帯域通過フィルタを用いることにより、繰り返し時間ｔ０の多波長光クロックパルスを発生することができる。また、データ変調された光パルス列を光ファイバに入力してＳＣ光を発生させた場合には、同じように光帯域通過フィルタを用いることにより、例えばデータ信号光の波長変換光を発生することができる。尚、発生する光クロックあるいは波長変換光のパルス幅は、用いる光帯域通過フィルタの通過帯域で制御することができる。
【０００４】
従来、ＳＣ光の発生には、必要となる３次非線形効果を発生するのに必要な長さを有する光ファイバが用いられていた。スペクトルをできるだけ拡大するためには、僅かな異常分散のファイバや分散フラットファイバ等が用いられ、スペクトルを拡大しつつ十分な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を確保するためには、僅かな正常分散のファイバ等が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＣ光は非線形光学媒質としての光ファイバ内における自己位相変調（ＳＰＭ）を用いて発生させるので、光パルスとしてはスロープが急峻な短パルスが適している。しかしながら、パルス幅が狭くなるほど分散の影響が顕著になり、ＳＣ光を発生させる光ファイバの長さ全体に渡って最適なパルス形状を維持することが困難になってくる。このため、ＳＣ光を発生可能なファイバの長さに制限が出て、ひいてはスペクトル拡大率が制限される。
【０００６】
光ファイバ内でパルス形状を保つ方法として、パワーの減衰に合わせて異常分散領域で分散を低減するようにした分散漸減ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｆｉｂｅｒ：ＤＤＦ）を用いる方法がある。しかし、この場合、ファイバの設計及び製造が難しい上、光パワーも特定の値に維持する必要があり、現実的ではない。
【０００７】
より現実的なＳＣ光の発生方法として、正常分散の光ファイバを用いるものがある。この場合、ＳＰＭによるチャ−プの符号が光パルスの前後で反対になるので、分散によりパルスが矩形状に変化し、スペクトルも矩形状に拡大し、Ｓ／Ｎ比を良好に保つことができる。しかし、異常分散ファイバを用いる場合に比べてスペクトルの拡大率は制限されるので、正常分散ファイバを用いてＳ／Ｎ比を保ちつつよりスペクトルの拡大率が大きいＳＣの発生のための方法が求められている。
【０００８】
よって、本発明の目的は、高いＳ／Ｎ比及び大きいスペクトル拡散率を得ることができるＳＣ光の発生に適した光信号の処理方法及び装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、光信号を処理する方法であって、（ａ）信号光を第１の非線形光学媒質に入力し、第１の非線形光学媒質内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大するステップと、（ｂ）前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償するステップと、（ｃ）前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を経た信号光を第２の非線形光学媒質に入力し、第２の非線形光学媒質内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大するステップとを備えた方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の側面によると、光信号を処理する装置であって、信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質とを備えた装置が提供される。
【００１２】
本発明の第３の側面によると、信号光を第１及び第２の信号光に分ける光カプラと、前記第１の信号光に基きクロックパルスを生成する光クロック再生器と、前記クロックパルス及び前記第２の信号光が入力され、これらの同期した信号光を出力する光ＡＮＤ回路と、前記光ＡＮＤ回路から出力された信号光が入力する光信号処理装置とを備えた装置が提供される。前記光信号処理装置は、前記信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質と、前記第２の非線形光学媒質から出力された信号光が入力され、前記拡大されたスペクトルの中心波長と異なる中心波長の通過帯域を有する光帯域通過フィルタとを備えている。
【００１３】
本発明の第４の側面によると、信号光を伝送する第１の光ファイバ伝送路と、前記第１の光ファイバ伝送路により伝送された信号光が入力する光信号処理装置と、前記光信号処理装置から出力された信号光を伝送する第２の光ファイバ伝送路とを備えた装置（システム）が提供される。前記光信号処理装置は、前記信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質と、前記第２の非線形光学媒質から出力された信号光が入力され、前記拡大されたスペクトルの中心波長と異なる中心波長の通過帯域を有する光帯域通過フィルタとを備えている。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１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。この装置に入力した波長λＳの信号光（入力パルス）は、先ず光増幅器２により適切なパワーに増幅された後、第１の非線形光学媒質としての光ファイバ４に入力される。光ファイバ４はここでは正常分散（β２＞０）を有しており、この波長分散により、光ファイバ４内で信号光のパルス形状が変化する。具体的にはパルス幅が時間軸上で拡大される。これと同時に、光ファイバ４内で信号光は自己位相変調（ＳＰＭ）によりそのスペクトルが波長軸上で拡大される。
【００１６】
パルス形状及びスペクトル形状が変化した信号光は、次に分散補償器６に入力され、光ファイバ４と逆符号の異常分散（例えば−β２）を与えられる。これにより、スペクトル形状は維持したまま、パルス形状がもとに戻る。
【００１７】
分散補償器６としては、分散補償ファイバ、ファイバグレーティングその他を用いることができる。ここでは、分散補償器６は光ファイバ４の下流側に設けられているが、光ファイバ４と光増幅器２の間あるいは光増幅器２の上流側に分散補償器６が設けられていても良い。
【００１８】
分散補償器６から出力されたパルス形状のもとに戻った信号光は、第２の非線形光学媒質としての光ファイバ８に入力する。光ファイバ８は光ファイバ４と同じく正常分散（β２´＞０）を有しており、光ファイバ８内における信号光のチャープによりスペクトルが所望の幅まで拡大される。
【００１９】
このように、本実施形態によると、分散補償器６を用いて一旦パルス形状をもとに戻すことと、二つの非線形光学媒質（光ファイバ４及び８）によるスペクトルを拡大することとを組み合わせているので、単に二つの非線形光学媒質によりスペクトルを拡大する場合と比較して、その拡大率が効果的に大きくなる。
【００２０】
尚、光増幅器２を設けているのは、光ファイバ４に入力する信号光のパワーを十分に大きくして、光ファイバ４の内部において所要の非線形効果（例えば３次の非線形効果）を得るためである。
【００２１】
図２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。ここでは、図１に示される分散補償器６に代えて、波形等価器１０が用いられている。波形等価器１０は、例えば、光ファイバ４内での非線形光学効果のために波長分散による波形歪が無視できない場合に、このような波形歪を除去するように機能する。これにより、光ファイバ８内で信号光のチャープを生じさせるため大きな非線形光学効果を生じさせることができ、スペクトルを有効に拡大することができる。
【００２２】
ＳＰＭによるチャープを効果的に発生させるためには、波長に依存しない小さな正常分散を与える分散フラットファイバ（ＤＦＦ）を用いたり、光ファイバのγ値を大きくすることが有効である。ＤＦＦは例えばコア径や比屈折率差を適切に制御することにより得ることができる。一方、光ファイバのγは、
γ＝ωｎ２／ｃＡｅｆｆ
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とＡｅｆｆはファイバの非線形屈折率と有効コア断面積をそれぞれ表す。従来のＤＳＦ（分散シフトファイバ）の非線形係数はγ＝２．６Ｗ−１ｋｍ−１程度と小さいので、十分なチャープを得るためには数ｋｍ〜１０ｋｍ以上の長さが必要であった。より短尺で十分大きなチャープを発生するためには、上式においてｎ２を大きくするかモード・フィールド径（ＭＦＤ）、従ってＡｅｆｆを小さくして光強度を高くするのが有効である。ｎ２を大きくする手段としては、クラッドにフッ素等を添加し、コアにＧｅＯ２等をかなり高濃度に添加するなどの方法がある。ＧｅＯ２の添加濃度が２５〜３０ｍｏｌ％の場合で５×１０−２０ｍ２／Ｗ以上の大きなｎ２値が得られている（通常のシリカファイバではｎ２〜３．２×１０−２０ｍ２／Ｗ）。一方、ＭＦＤを小さくすることは、コアとクラッドの比屈折率差やコア形状の設計により可能である。上記ＧｅＯ２添加ファイバにおいて比屈折率差Δが２．５〜３％程度の場合に、ＭＦＤ〜４μｍ程度のものが得られている。これらの効果の総合効果として１５Ｗ−１ｋｍ−１以上の大きなγ値のファイバが得られている。
【００２３】
また、分散長を非線形長に比べて十分長くしたり、チャープ補償をするためには、こうしたファイバのＧＶＤを任意に調整可能であることが望まれる。この点に関しても上記パラメータを以下のように設定することにより可能である。先ず、通常のＤＣＦにおいて、一般にＭＦＤを一定にした条件で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、与えられた波長帯において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零とすることが可能となる。逆に所望の正常分散ファイバを得ることも可能である。
【００２４】
このような方法により、γ＝１５Ｗ−１ｋｍ−１以上の高非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）やＤＣＦ（分散補償ファイバ）が実現している。例えば、γ＝１５Ｗ−１ｋｍ−１のファイバは通常のＤＳＦに比べて２．６／１５〜１／５．７程度の長さで同じ効率を達成可能である。上記のように通常のＤＳＦでは１０ｋｍ程度の長さが必要であるが、このようなファイバでは１〜２ｋｍ程度の長さで同様の効果が達成できる。実際には、短くなる分損失が少なくなるから更に短い長さでよい。
【００２５】
尚、非線形光学媒質用の光ファイバとしては、上述のようにして得られた高非線形ファイバの他にフォトニック結晶ファイバ（Ｈｏｌｅｙ　Ｆｉｂｅｒ）も適している。
【００２６】
図３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。この実施形態では、光ファイバ８によってスペクトルが拡大された信号光が入力する光帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１２が付加的に設けられている。光帯域通過フィルタ１２は光ファイバ８により拡大されたスペクトルよりも狭い通過帯域を有しており、その通過帯域の中心波長λＣは、ここでは信号光の中心波長λＳと異なるように設定されている。光帯域通過フィルタ１２の使用により得られる雑音の抑圧等の原理を以下に説明する。
【００２７】
非線形光学媒質に光パルスが入力すると、ＳＰＭによるチャーピングが発生して、スペクトルが拡大する。図３（図１及び図２も同様）の上部に示されているように、波長λＳの信号光が光ファイバ４及び８を通過することによって、信号光のスペクトルが中心波長λＳを中心として拡大されていることがわかる。そして、この拡大されたスペクトルの範囲内で波長λＳと異なるλＣを中心波長とする通過帯域を有する光帯域通過フィルタ１２により信号成分を抽出する。
【００２８】
このとき、通常は一定であるはずの信号光の振幅が伝送等による歪のためにパルス毎に異なる場合でも（振幅揺らぎあるいは振幅雑音）、チャーピングが発生する範囲ではスペクトルが一定となるため、振幅揺らぎを抑圧することが可能である。即ち、波形整形の機能が得られているのである。
【００２９】
更に詳しく説明すると、光帯域通過フィルタ１２ではチャーピングの小さな成分が除去される。チャーピングの小さな成分には、主にオフパワー（０符合）成分の零点からの変動分（例えばＧＶＤによる波形劣化）やパルスのピーク付近のスロープの小さな成分が含まれる。これらの成分は光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）を決定付けるものであるので、この部分を光帯域通過フィルタ１２により除去することにより、これらの成分のパワー変動、消光比劣化、雑音累積等によるＯＳＮＲの低下を改善することができる。従って、本発明により、ＯＳＮＲの改善を伴う波長変換が可能になる。
【００３０】
光帯域通過フィルタ１２の通過帯域の中心波長λＣは、雑音を含むチャープの小さい成分が出力信号パルスに含まれないように、信号光の中心波長λＳから十分に離しておくことが望ましい。また、光帯域通過フィルタ１２の通過帯域の幅及び形状は、必要とされるパルスの幅及び形状に応じて適宜設定しておくことが望ましい。基本的には、入力信号パルスのスペクトル形状とほぼ等しく設定される。より特定的には次の通りである。
【００３１】
光帯域通過フィルタ１２の通過帯域が、スペクトルが拡大された信号光（「ＳＣ光」と称することがある。）を構成する光キャリアの各成分を抽出可能なだけ十分狭いものである場合には、ＣＷ光を生成可能である。一方、同通過帯域が複数の光キャリアに渡る広さを有するものである場合には、入力信号パルスと同期した光パルス列を生成可能である。即ち、入力信号パルスの波長変換光を生成可能である。このときに生成される光パルスの形状及び時間幅は、光帯域通過フィルタ１２の通過帯域幅及びその形状により決定される。従って、図１や図２の実施形態では、光ファイバ８の出力パルスは光ファイバ８に入力したパルスの時間幅よりも広くなるが、図３の実施形態や後で述べる図４の実施形態では、パルスの時間幅は広がらない。
【００３２】
このように、本実施形態によると、高いＳ／Ｎ比及び大きいスペクトル拡散率を得ることができるＳＣ光の発生方法を通して、高品質な光信号の処理が可能になる。
【００３３】
図４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。図３に示される実施形態では、一つの通過帯域を有する光帯域通過フィルタ１２が用いられている。これに対して、本実施形態では、複数の通過帯域を有する光帯域通過フィルタ１４が用いられている。複数の通過帯域のそれぞれの中心波長はλＣ１，λＣ２，…λＣＮであり、これらは望ましくは信号光の中心波長λＳとは異なる。
【００３４】
光帯域通過フィルタ１４としては、多層膜フィルタあるいはファイバグレーティングを複数用いて構成されるものを使用することができる他、アレイ導波路グレーティング等も使用可能である。
【００３５】
この実施形態においても、光帯域通過フィルタ１４の各通過帯域が、ＳＣ光を構成する光キャリアの各成分を抽出可能なだけ十分狭いものである場合には、ＣＷ光を生成可能である。一方、各通過帯域が複数の光キャリアに渡る広さを有するものである場合には、入力信号パルスと同期した光パルス列を生成可能である。即ち、入力信号パルスの波長変換光を複数生成可能である。このときに生成される光パルスの形状及び時間幅は、光帯域通過フィルタ１４の各通過帯域幅及びその形状により決定される。
【００３６】
本実施形態によっても、高いＳ／Ｎ比及び大きいスペクトル拡散率を得ることができるＳＣ光の発生方法を通して、高品質な光信号の処理が可能になる。また、この装置を光源装置として用いることにより、一つの光源からの光を基に波長が異なる複数の光キャリアあるいは光信号を得ることができる。
【００３７】
図５は本発明による装置の第５実施形態を示すブロック図である。この装置は、光増幅器２２、光カプラ２４、波形整形器２６、光クロック再生器２８、光ＡＮＤゲート３０、及び波長変換器３２を備えている。
【００３８】
波形整形されるべき波長λＳの光信号（入力信号光）は、光増幅器２２によって増幅された後に光カプラで第１及び第２の光信号に分岐される。第１の光信号は波形整形器２６に供給され、第１の光信号のパルス幅を拡大して得られた波形整形光（波長λＳ）が波形整形器２６から出力される。
【００３９】
第２の光信号は光クロック再生器２８に供給され、第２の光信号に基いて波長λＰのプローブ光としてのクロックパルスが生成される。波形整形光及びクロックパルスは光ＡＮＤゲート３０に供給され、波形整形光及びクロックパルスが共に存在する時間に同期して波長λＰの変換光信号（変換信号光）が光ＡＮＤゲート４から出力される。変換信号光は波長変換器６でその波長をλＣ（望ましくはλＣ＝λＳ）に変換されて再生光が得られる。
【００４０】
光クロック再生器２８は、時間的な間隔が乱れた信号光から基準時間間隔のクロックパルスを再生するたものものである。例えば、１６０Ｇｂ／ｓの信号光の場合であれば、６．２５ｐｓ間隔に並んだ１６０ＧＨｚのパルス列を再生する。Ｏ／Ｅ変換した後電気的にタイミング再生し、その電気的なＲＦ信号を用いてモードロックレーザー（ＭＬＬ）を発振させる方法や、電気への変換なしに直接ＭＬＬを発振させる方法等を用いることができる。
【００４１】
但し、１６０Ｇｂ／ｓのような高速信号の場合にはエレクトロニクスの動作速度限界を超えており、また、こうした速度で動作するＭＬＬの実現も困難である。従って、より低速の例えば１０ＧＨｚのパルス列を再生した後、そのＯＴＤＭ（光時分割多重）により１６０ＧＨｚのクロックパルスを生成するのが望ましい。
【００４２】
図６は図５に示される光クロック再生器２８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３８及び出力ポート４０間に設けられる光パス４２と、光パス４２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４３を含む能動リングレーザ４４とを備えている。
【００４３】
入力ポート３８には波長λＳ、速度ｆＳの信号光（第２の光信号）が供給される。能動リングレーザ４４は、光ループ４３でレーザ発振が生じるように光ループ４３の損失を補償する光増幅器４６と、速度（又は周波数）ｆＳが光ループ４３の周回周期の逆数の整数倍になるように光ループ４３の光路長を調節する調節器４８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）５０とを含む。能動リングレーザ４４はレーザ発振の波長λＰを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタ４５を更に含んでいても良い。
【００４４】
この構成によると、能動リングレーザ４４のレーザ発振がモードロックされる結果、波長λＰ、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４０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。
【００４５】
光変調器５０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。
【００４６】
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。
【００４７】
波形整形器２６は光パルスのジッタを抑圧するためのものである。その動作原理を理解する上で、こうした波形整形を行わない場合について考察する。信号光は時間的な乱れを含んでいるから、光ＡＮＤゲート４においてクロックパルスと同期する部分と多少ずれる部分が存在する。例えば、光ＡＮＤゲート４としてＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）のような高速光スイッチを用いる場合には、前述の時間的なずれにより、得られる変換光の振幅が一定でなくなる。従って、時間的なずれの原因がジッタのような雑音的なものであると、変換光には振幅雑音が付加されてしまう。
【００４８】
そこで、本実施形態では、こうした雑音の付加を回避するために、光ＡＮＤゲート４に入力する信号光のパルス形状を矩形化している。これにより、この矩形パルスの幅の中では常にクロックパルスとの光ＡＮＤ動作が可能になるので、上述のような振幅雑音の付加を抑えることができ、その結果、ジッタ等の雑音を抑圧することができる。
【００４９】
図７は図５に示される波形整形器２６の実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造５４として、光ファイバ５６が用いられている。光ファイバ５６のＧＶＤ（群速度分散）はβ２であり、光ファイバ５６は例えば供給された光信号に正常分散及び３次の非線形光学効果を与える。
【００５０】
中心波長λＳを有する入力パルス（第１の光信号）は、光増幅器５２により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅された後、光ファイバ５６に入力される。光ファイバ５６内においては、ＳＰＭ（自己位相変調）によりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大（拡散）される。
【００５１】
光ファイバ５６内においては、ＳＰＭ（自己位相変調）によりチャープし、光パルスの立上がり部では長波長側へのシフトが発生し、一方、光パルスの立下り部では短波長側へのシフトが発生する。例えば、用いる光ファイバが正常分散ファイバの場合には、波長が長いほど群速度が大きくなるため、上記チャープにより光パルスの幅は広がる。矩形状に広げるためには、短い長さで急激に波形が変化するように用いる光ファイバの分散値を適度に大きくし、そのような光ファイバに立上がり／立下がりの傾斜ができるだけ急峻な光パルスを高いパワーで入力すればよい。
【００５２】
実際には、３次の非線形効果が有限であるため、ある程度の長さが必要であり、上記チャープに起因するパルス広がり以外にも、波長分散だけに起因するパルス広がりが特に比較的非線形効果の小さな光パルスの裾部分で発生する。このような場合には、波長分散に起因する広がり分を補償して所望の形状に近い光パルスを得るために、光ファイバの出力端に分散補償器を配置するとよい。例えば、逆符号の分散を有する光ファイバ等を配置することにより、効果的に分散を補償することができる。尚、光ファイバの分散値や補償量については、入力光パルスや用いる光ファイバ等の条件により、適宜調整することができる。
【００５３】
尚、この正常分散ファイバを用いた矩形パルスの生成方法に関する付加的な詳細は、例えば特願２０００−３４４５４に記載されている。また、図６により説明した正常分散領域で光ファイバを用いて矩形パルスを得る方法以外には、例えば、ファイバーグレーティングを用いる方法、光パルスを直交２偏波に分けて時間的な遅延をさせた後に加え合わせる方法等もある。
【００５４】
図８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は図５に示される光ＡＮＤゲート３０として用いることができる。
【００５５】
このＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路６２及び６４を含む第１の光カプラ６６と、第１及び第２の光路６２及び６４を接続するループ光路６８と、ループ光路６８に方向性結合される第３の光路７０を含む第２の光カプラ７２とを備えている。
【００５６】
ループ光路６８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６６のカップリング比は実質的に１：１に設定される。
【００５７】
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λＰを有するプローブ光（クロックパルス）が光カプラ６６の第１の光路６２に入力され、波長λｓを有する光信号が光カプラ７２の第３の光路７０に入力されたときに、波長λＰを有する変換光信号が光カプラ６６の第２の光路６４から出力されるというものである。
【００５８】
プローブ光は、光カプラ６６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６８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６６により合成される。光カプラ６６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６２から出力され、ポート６４からは出力されない。
【００５９】
ループ光路６８の途中から光カプラ７２により光信号が入力されると、この光信号はループ光路６８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６６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６６の第２の光路６４には｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００６０】
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６４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λＳの光信号から波長λＣ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。
【００６１】
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。
【００６２】
尚、ここでは波長が異なる場合における光ＡＮＤ動作について説明したが、図１の実施形態はこれに限定されるものではない。
【００６３】
また、光ＡＮＤゲート３０としては、マッハツェンダ干渉器型の光ゲートや四光波混合、差周波生成等を用いた光ミキシング型のスイッチ等を用いることもできるし、相互位相変調を用いた光ＡＮＤゲートや光／電気／光変換装置も利用可能である。
【００６４】
このように、本実施形態では、光ＡＮＤゲートの前段において、伝送路からの入力信号光パルス幅を大きくする波形整形（具体的には入力信号光の１タイムスロット以下で隣接パルスに対するクロストークが生じない範囲にパルス幅を広げる制御）を行うことにより、光ＡＮＤゲートで再生した光クロックパルスにより伝送路からの入力信号光パルスとのＡＮＤをとるときの位相ジッタを解決しているのである。
【００６５】
ところで、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、タイミング再生又はリタイミング（Ｒｅｔｉｍｉｎｇ）と、波形整形又はリシェイピング（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ）とである。本発明は、これらの機能に着目して、光ファイバ等の光導波構造内を光パルスが伝搬する際に受ける自己位相変調（ＳＰＭ）効果によるチャーピングを用いて、光通信システムにおける全光再生中継器や光ネットワークの各種ノードポイントにおける信号再生器等をも可能にする。
【００６６】
図９を参照すると、本発明が適用される光ファイバ伝送システムが示されている。送信機８２からの信号光を第１の光ファイバ伝送路８４により伝送し、この伝送された信号光を本発明による装置８６で処理した後、得られた再生光を第２の光ファイバ伝送路８８により受信機９０に向けて更に伝送するものである。
【００６７】
本発明による装置８６での処理の結果、信号光に関する波形整形等が可能である。即ち、第１の光ファイバ伝送路８４での伝送により品質が劣化した信号光を本発明による装置８６で光３Ｒ再生することにより品質が改善され、伝送処理の拡張が可能になる。
【００６８】
図示はしないが、光ファイバ伝送路８４及び／又は８８に沿って単一又は複数の光増幅器を配置して、損失を補償するようにシステムを構成してもよい。
【００６９】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００７０】
（付記１）　光信号を処理する方法であって、
（ａ）信号光を第１の非線形光学媒質に入力し、第１の非線形光学媒質内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大するステップと、
（ｂ）前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を経た信号光を第２の非線形光学媒質に入力し、第２の非線形光学媒質内で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大するステップとを備えた方法。
【００７１】
（付記２）　前記第１及び第２の非線形光学媒質の各々は光ファイバである付記１記載の方法。
【００７２】
（付記３）　前記光ファイバは正常分散を提供する付記２記載の方法。
【００７３】
（付記４）　前記ステップ（ｂ）は前記光ファイバで生じる波長分散を補償することを含む付記２記載の方法。
【００７４】
（付記５）　前記第１の非線形光学媒質及び／又は前記第２の非線形光学媒質に入力する信号光を増幅する光増幅器を提供するステップを更に備えた付記１記載の方法。
【００７５】
（付記６）　前記ステップ（ｂ）は前記光増幅器で生じる波長分散を補償することを含む付記５記載の方法。
【００７６】
（付記７）　前記ステップ（ｃ）でスペクトルが拡大された信号光を通過させる光帯域通過フィルタを提供するステップを更に備えた付記１記載の方法。
【００７７】
（付記８）　前記光帯域通過フィルタは前記拡大されたスペクトルより狭い通過帯域を有している付記７記載の方法。
【００７８】
（付記９）　前記通過帯域の中心波長は前記信号光の波長とは異なり、それにより前記信号光の波形が改善される付記８記載の方法。
【００７９】
（付記１０）　前記通過帯域は前記スペクトルが拡大された信号光から光キャリアを抽出する程度に狭い付記８記載の方法。
【００８０】
（付記１１）　前記通過帯域は前記スペクトルが拡大された信号光からそのパルス列に同期したパルス列を抽出する程度に広い付記８記載の方法。
【００８１】
（付記１２）　前記通過帯域は複数ある付記８記載の方法。
【００８２】
（付記１３）　光信号を処理する装置であって、
信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、
前記処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、
前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質とを備えた装置。
【００８３】
（付記１４）　前記第１及び第２の非線形光学媒質の各々は光ファイバである付記１３記載の装置。
【００８４】
（付記１５）　前記光ファイバは正常分散を提供する付記１４記載の装置。
【００８５】
（付記１６）　前記分散補償器は前記光ファイバで生じる波長分散を補償する手段を含む付記１４記載の装置。
【００８６】
（付記１７）　前記第１の非線形光学媒質及び／又は前記第２の非線形光学媒質に入力する信号光を増幅する光増幅器を更に備えた付記１３記載の装置。
【００８７】
（付記１８）　前記分散補償器は前記光増幅器で生じる波長分散を補償する手段を含む付記１７記載の装置。
【００８８】
（付記１９）　前記第２の非線形光学媒質でスペクトルが拡大された信号光を通過させる光帯域通過フィルタを更に備えた付記１３記載の装置。
【００８９】
（付記２０）　前記光帯域通過フィルタは前記拡大されたスペクトルより狭い通過帯域を有している付記１９記載の装置。
【００９０】
（付記２１）　前記通過帯域の中心波長は前記信号光の波長とは異なり、それにより前記信号光の波形が改善される付記２０記載の装置。
【００９１】
（付記２２）　前記通過帯域は前記スペクトルが拡大された信号光から光キャリアを抽出する程度に狭い付記２０記載の装置。
【００９２】
（付記２３）　前記通過帯域は前記スペクトルが拡大された信号光からそのパルス列に同期したパルス列を抽出する程度に広い付記２０記載の装置。
【００９３】
（付記２４）　前記通過帯域は複数ある付記２０記載の装置。
【００９４】
（付記２５）　信号光を第１及び第２の信号光に分ける光カプラと、
前記第１の信号光に基きクロックパルスを生成する光クロック再生器と、
前記クロックパルス及び前記第２の信号光が入力され、これらの同期した信号光を出力する光ＡＮＤ回路と、
前記光ＡＮＤ回路から出力された信号光が入力する光信号処理装置とを備え、
前記光信号処理装置は、
前記信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、
処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、
前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質と、
前記第２の非線形光学媒質から出力された信号光が入力され、前記拡大されたスペクトルの中心波長と異なる中心波長の通過帯域を有する光帯域通過フィルタとを備えている装置。
【００９５】
（付記２６）　前記第２の信号光のパルス幅を拡大する波形整形器を更に備えた付記２５記載の装置。
【００９６】
（付記２７）　信号光を伝送する第１の光ファイバ伝送路と、
前記第１の光ファイバ伝送路により伝送された信号光が入力する光信号処理装置と、
前記光信号処理装置から出力された信号光を伝送する第２の光ファイバ伝送路とを備え、
前記光信号処理装置は、
前記信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを拡大する第１の非線形光学媒質と、
処理の過程で信号光に対して生じる波長分散を補償する分散補償器と、
前記スペクトルを拡大された信号光が入力され、その内部で発生する自己位相変調により信号光のスペクトルを更に拡大する第２の非線形光学媒質と、
前記第２の非線形光学媒質から出力された信号光が入力され、前記拡大されたスペクトルの中心波長と異なる中心波長の通過帯域を有する光帯域通過フィルタとを備えている装置。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、高いＳ／Ｎ比及び大きいスペクトル拡散率を得ることができるＳＣ光の発生に適した光信号の処理方法及び装置の提供が可能になるという効果が生じる。これにより、多波長光源、波長変換、光２Ｒ及び／又は３Ｒ再生機能等を得るための光信号処理のための方法及び装置（システム）の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１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２】図２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３】図３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４】図４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。
【図５】図５は本発明による装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明に適用可能なクロック発生器の実施形態を示すブロック図である。
【図７】図７は本発明に適用可能な波形整形器の実施形態を示すブロック図である。
【図８】図８は本発明に適用可能な非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）の実施形態を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明が適用される光ファイバ伝送システムの実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
４，８　光ファイバ
６　分散補償器
１０　波形等価器
１２，１４　光帯域通過フィルタ
２４　光カプラ
２６　波形整形器
２８　光クロック再生器
３０　光ＡＮＤゲート
３２　波長変換器
【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】
2004038016.tif 000007
【図６】
2004038016.tif 000008
【図７】
2004038016.tif 000009
【図８】
2004038016.tif 000010
【図９】
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