(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスに生じた分散を補償する分散補償器であって、
色々な波長が混ざった光から特定の波長の光を取り出す第１回折格子と、
前記第１回折格子で取り出された特定の波長の光を平行光束の光にするコリメータレンズと、
前記コリメータレンズを通過してきた光のうち、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光に対しては、シングルピークを有するパルス状の光を自己相関光として射出し、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光に対しては、拡散された光を相互相関光として射出する空間フィルタと、
前記空間フィルタで分散補償処理が行われた光を集束するフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズで集束された光を色々な波長が混ざった光に戻す第２回折格子と
を備え、
前記自己相関光を分散補償後の光パルスとみなすことによって、前記分散補償対象となる光パルスと相関の強い光パルスに生じた分散を補償することを特徴とする分散補償器。
【請求項２】
前記空間フィルタは、前記分散補償対象となる光パルスの振幅・位相を記録したホログラムが形成され、前記分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が前記ホログラムに入射すると、前記ホログラムから前記自己相関光が射出され、前記分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が前記ホログラムに入射すると、前記ホログラムから前記相互相関光が射出される
ことを特徴とする請求項１に記載の分散補償器。
【請求項３】
前記空間フィルタは、分散補償対象となる光パルスごとに対応する前記ホログラムが個別に形成され、
各ホログラムは、矩形状であり、短手方向に並ぶようにして配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の分散補償器。
【請求項４】
前記ホログラムは、前記分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が前記ホログラムに入射して前記ホログラムから射出される射出光の相関ピークと、前記分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が前記ホログラムに入射して前記ホログラムから射出される射出光の相関ピークとの比が大きくなる条件で、最適化アルゴリズムを利用して計算された計算機合成ホログラムである
ことを特徴とする請求項２に記載の分散補償器。
【請求項５】
前記ホログラムは、２種類以上の位相分布パターンを重ね合わせて構成される
ことを特徴とする請求項２に記載の分散補償器。
【請求項６】
前記ホログラムは、
前記分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が入射すると、ランダムに拡散された光を第１の相互相関光として射出し、前記分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が入射すると、ランダムに拡散されて前記第１の相互相関光との相関が弱い光を第２の相互相関光として射出する１段目の位相分布パターンと、
前記第１の相互相関光が入射すると、前記自己相関光を射出し、前記第２の相互相関光が入射すると、前記相互相関光を射出する２段目の位相分布パターンと
から構成されることを特徴とする請求項５に記載の分散補償器。
【請求項７】
前記空間フィルタは、前記分散補償器の後段に接続される光学デバイスに生じる分散を打ち消す逆分散をも考慮して計算されたホログラムが形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の分散補償器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の分散補償器を備え、
光源から射出された光パルスに生じた分散を前記分散補償器で補償し、前記自己相関光を分散補償後の光パルスとして射出する
ことを特徴とする光源安定器。
【請求項９】
前記空間フィルタは、前記光源安定器の後段に接続される光学デバイスに生じる分散を打ち消す逆分散をも考慮して計算されたホログラムが形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の光源安定器。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれかに記載の分散補償器を備え、
複数の経路から入力されるアドホックな光パルスに生じた分散を前記分散補償器で補償し、前記自己相関光を分散補償後の光パルスとして転送先に出力する
ことを特徴とする光通信装置。
【請求項１１】
前記空間フィルタは、前記光通信装置の後段に接続される光通信デバイスに生じる分散を打ち消す逆分散をも考慮して計算されたホログラムが形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の光通信装置。
【請求項１２】
光パルスに生じた分散を補償する分散補償方法であって、
分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が入射すると、シングルピークを有するパルス状の光を自己相関光として射出し、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が入射すると、拡散された光を相互相関光として射出する空間フィルタに光パルスを入射し、前記空間フィルタから射出する前記自己相関光を分散補償後の光パルスとみなすことによって、前記分散補償対象となる光パルスと相関の強い光パルスに生じた分散を補償する
ことを特徴とする分散補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスに生じた分散を補償する分散補償器に関し、特に、光パルスの相関処理を利用して光パルスの分散補償処理を実現した分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化社会の到来に伴い、光ファイバーを伝送路に使用した光通信ネットワークが整備されてきている。そして、このような光通信ネットワークにおいて、重畳可能な短い光パルスを利用することで、大容量の情報を高速に伝送することができる。さらに、光パルスの時間的な長さが短くなればなるほど、大容量の情報を高速に伝送することができる。【０００３】
ただし、光ファイバーなどの媒質の中では、波長によって光の速度が少しずつ異なり、波長分散、正確には群速度分散が生じる。すなわち、光パルスの時間的な長さが短くなればなるほど、波長に分散などが現れ易くなり、伝送速度や伝送距離が制限されて高速通信の妨げとなる。【０００４】
このため、フェムト秒時間領域（１０-15〜１０-12秒）で光を制御して情報を伝送する光通信ネットワークでは、パルス幅の広がりや変動のような分散を補償するために、分散補償器が必要不可欠である。【０００５】
これに伴い、例えば、チャープファイバーグレーティング（例えば、特許文献１参照。）などを用いた分散補償器など色々と提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１３７１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、予め伝送路が既知である場合は、その分散を打ち消す逆分散を与えることによって、分散が生じた光パルスを元に戻すことができる。一方、伝送路が未知である場合は、分散量をモニタリングしながら、分散を補償する。これにより、様々な伝送路を経由する実際の複雑な光通信ネットワークにおいては、当然、光パルスごとに異なる分散量を持っている。非常に高速に高繰り返しで到着する光パルスを個別に補償することは全く不可能である。また、分散補償器については、ある程度、光パルスの波形の変化に対応することができても、高価な高周波回路や特殊な機構を必要とする問題がある。【０００７】
例えば、チャープファイバーグレーティングを用いた分散補償器では、チャープファイバーグレーティングの長手方向に任意の温度分布を与えてグレーティングピッチを局所的に変化させるため、温度調整素子や温度調整素子を制御するコントローラが必要になる。【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、高価な高周波回路や特殊な機構を要さずとも、光パルスに生じた分散を補償する分散補償器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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係わる分散補償器は、光パルスに生じた分散を補償する分散補償器であって、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が入射すると、シングルピークを有するパルス状の光を自己相関光として射出し、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が入射すると、拡散された光を相互相関光として射出する空間フィルタを備え、前記自己相関光を分散補償後の光パルスとみなすことによって、前記分散補償対象となる光パルスと相関の強い光パルスに生じた分散を補償することを特徴とする。【００１０】
これによって、高価な高周波回路や特殊な機構を必要とせず、空間フィルタを利用した光学的な相関処理だけで、光パルスに生じた分散を補償することができる。また、光を電気に変換せずに、光のままで分散補償処理を行うことができ、スループットの低下を抑制することができる。【００１１】
なお、本発明は、分散補償器として実現されるだけではなく、分散補償器を利用して光パルスに生じた分散を補償する分散補償方法などとして実現されるとしてもよい。また、分散補償器の空間フィルタを備える光源安定器、分散補償器を備える光通信装置などとして実現されるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光パルスに生じた分散を特定し、特定した分散の逆分散を与えなくとも、光パルスの認識処理を利用して、光パルスの分散補償処理を実現することができる。これによって、高価な高周波回路や特殊な機構を要さずとも、光パルスに生じた分散を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係わる実施の形態１における分散補償方法の原理を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係わる実施の形態１における分散補償器を示す図である。
【図３】図３は、本発明に係わる実施の形態１におけるホログラムのパターン情報の計算工程を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係わる実施の形態１におけるホログラムに対する入射光と射出光との関係を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明に係わる実施の形態１におけるホログラムに、分散補償対象となるチャープパルスが入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、分散補償対象外となるチャープパルスが入射した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明に係わる実施の形態１における各ホログラムから射出される射出光のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係わる実施の形態１における空間フィルタを利用した並列処理の概要を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明に係わる実施の形態１における光学フィルタの概観を示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明に係わる実施の形態１における光学フィルタの概観を示す平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明に係わる実施の形態１における光学フィルタを切断線Ａ−Ａ’で切断して矢視方向にみた断面を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明に係わる実施の形態１の変形例における光学フィルタを切断線Ａ−Ａ’で切断して矢視方向にみた断面を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明に係わる実施の形態２における分散補償器を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明に係わる実施の形態２における空間フィルタを利用した並列処理の概要を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明に係わる分散補償器を光源安定器に適用した例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明に係わる分散補償器を光通信ノードに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１０，２０  分散補償器
１１  回折格子
１２  コリメータレンズ
１３  フォーカスレンズ
１４  回析格子
３０  光源安定器
３１  光源
４０  光通信ノード
１００  空間フィルタ
１０１  光学フィルタ
１１０  ホログラム群
１１１〜１１３  ホログラム
１３１〜１３３  入射光
１４１〜１４３  射出光
２００  空間フィルタ
２０１，２０２  光学フィルタ
２１０，２２０  位相分布パターン群
２１１〜２１３，２２１〜２２３  位相分布パターン
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について図面を参照しながら説明する。【００１６】
本実施の形態における分散補償器は、下記（ａ）〜（ｄ）に示される特徴を備える。【００１７】
（ａ）光パルスに生じた分散を補償する分散補償器であって、（ａ１）分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が入射すると、シングルピークを有するパルス状の光を自己相関光として射出し、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が入射すると、拡散された光を相互相関光として射出する空間フィルタを備え、（ａ２）自己相関光を分散補償後の光パルスとみなすことによって、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光パルスに生じた分散を補償する。【００１８】
（ｂ）空間フィルタは、分散補償対象となる光パルスの振幅・位相を記録したホログラムが形成され、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光がホログラムに入射すると、ホログラムから自己相関光が射出され、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光がホログラムに入射すると、ホログラムから相互相関光が射出される。【００１９】
（ｃ）空間フィルタは、分散補償対象となる光パルスごとに対応するホログラムが個別に形成され、各ホログラムは、矩形状であり、短手方向に並ぶようにして配置されている。【００２０】
（ｄ）ホログラムは、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光がホログラムに入射してホログラムから射出される射出光の相関ピークと、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光がホログラムに入射してホログラムから射出される射出光の相関ピークとの比が大きくなる条件で、最適化アルゴリズムを利用して計算された計算機合成ホログラムである。【００２１】
すなわち、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が入射すると、シングルピークを有するパルス状の光を自己相関光として射出し、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が入射すると、拡散された光を相互相関光として射出する空間フィルタに光パルスを入射し、空間フィルタから射出する自己相関光を分散補償後の光パルスとみなすことによって、分散補償対象となる光パルスと相関の強い光パルスに生じた分散を補償する。【００２２】
以上の点を踏まえて、本実施の形態における分散補償器について説明する。【００２３】
先ず、本実施の形態における分散補償器において利用される分散補償方法の原理について説明する。【００２４】
本実施の形態における分散補償器は、チャープが生じている光パルス（以下、チャープパルスと呼称する。）の分散を補償するにあたって、計算機合成ホログラム（以下、ホログラムと略称する。）を利用した光学的な相関処理を行う。このとき、分散補償対象の基準となるチャープパルス（以下、標本光と呼称する。）の振幅・位相を記録したホログラムが複数種類形成されている空間フィルタに、時間領域処理を空間領域処理で実現する時空間光情報処理を利用して入射光を入射する。【００２５】
ここで、時空間光情報処理とは、超高速信号が構成する情報の処理であり、超短光パルス（およそ数ピコ秒から数フェムト秒の領域の光）の空間局在性および広帯域性を活用して、超短光パルスの時間およびスペクトルのプロファイルを同時に２次元空間面に展開することを基本とする処理である。【００２６】
図１は、本実施の形態における分散補償方法の原理を示す図である。図１に示されるように、標本光ｗ（ｔ）の振幅・位相の情報をホログラムとして記録する。そのホログラムに入射光ｓ（ｔ）を入射して射出される射出光ｅ（ｔ）を測定する。このとき、入射光ｓ（ｔ）と標本光ｗ（ｔ）との相関が強いと、周辺と比べて中心に一つ突出したピーク（以下、相関ピークと呼称する。）を振幅に有する光（以下、自己相関光と呼称する。）が射出光ｅ（ｔ）として射出される。一方、入射光ｓ（ｔ）と標本光ｗ（ｔ）との相関が弱いと、周辺と比べて中心に高台になったピークを振幅に有する光（以下、相互相関光と呼称する。）が射出光ｅ（ｔ）として射出される。これによって、射出光ｅ（ｔ）は、下記の数式で示される。【００２７】
【数１】
0004811747.tif 000002
【００２８】
ここで、Ｓ（ω，ｘ）は、入射光ｓ（ｔ）の特性であり、フーリエ面において空間展開された入射光ｓ（ｔ）の位相分布である。Ｗ（ω，ｘ）は、標本光ｗ（ｔ）の特性であり、ホログラムに記録されている標本光ｗ（ｔ）の位相分布である。すなわち、射出光ｅ（ｔ）は、光パルスの時間領域での相関処理に相当する一方で、空間領域のマッチドフィルタリングによって実現することができる。これによって、入射光ｓ（ｔ）の特性Ｓ（ω，ｘ）とホログラムの特性Ｗ（ω，ｘ）とが一致したとき、光パルスのエネルギーを集めた相関ピークとして射出光ｅ（ｔ）が射出される。【００２９】
そして、振幅の強度が狭帯域化されて強く表れている自己相関光と分散補償後のチャープパルスとが等価であることに着目すれば、入射光と標本光との光学的な相関処理を行うことで、チャープパルスの分散補償を行うことができる。すなわち、空間フィルタから射出された自己相関光を、分散補償されたチャープパルスと見立てる。【００３０】
次に、本実施の形態における分散補償器について説明する。【００３１】
図２は、本実施の形態における分散補償器を示す図である。図２に示されるように、分散補償器１０は、回折格子１１、コリメータレンズ１２、フォーカスレンズ１３、回折格子１４、空間フィルタ１００などを備える。回折格子１１は、色々な波長が混ざった光から特定の波長の光を取り出す光学素子である。コリメータレンズ１２は、回折格子１１で取り出された特定の波長の光を平行光束の光にする光学素子である。フォーカスレンズ１３は、空間フィルタ１００で分散補償処理が行われた光を集束する光学素子である。回折格子１４は、フォーカスレンズ１３で集束された光を色々な波長が混ざった光に戻す光学素子である。空間フィルタ１００は、回折格子１１の回折格子が形成されている面に対して斜めから入射することで時間領域から空間領域に変換された光がホログラム群１１０の各ホログラムに並行して入射するように、コリメータレンズ１２とフォーカスレンズ１３との間に配置されている。【００３２】
空間フィルタ１００は、１つの光学フィルタから構成される。ここでは、一例として、ホログラム群１１０が形成されている光学フィルタ１０１から構成される。さらに、光学フィルタ１０１は、ホログラム群１１０のように、標本光ごとに、標本光を記録したホログラムが形成されている。そして、ホログラム群１１０の各ホログラムは、計算機を使用して個別に計算されている。【００３３】
例えば、ホログラム１１１（位相分布Ｗ1（ω，ｘ））は、時間半値幅１００ｆｓ、中心波長８００ｎｍ、波長半値幅１０ｎｍのフーリエ限界パルス（以下、ＴＬパルスと呼称する。）を標本光として記録したＴＬパルス用ホログラムである。ホログラム１１２（位相分布Ｗ2（ω，ｘ））は、ＴＬパルスにチャープ量５００ｆｓを与えた光パルス（以下、チャープパルス（５００ｆｓ）と呼称する。）を標本光として記録したチャープパルス（５００ｆｓ）用ホログラムである。ホログラム１１３（位相分布Ｗ3（ω，ｘ））は、ＴＬパルスにチャープ量１ｐｓを与えた光パルス（以下、チャープパルス（１ｐｓ）と呼称する。）を標本光として記録したチャープパルス（１ｐｓ）用ホログラムである。【００３４】
また、光学フィルタ１０１は、回折格子１１とコリメータレンズ１２とによって時間領域から空間領域に変換された入射光が各ホログラムに並行して入射するように、コリメータレンズ１２とフォーカスレンズ１３との間に配置されている。このとき、入射光とホログラムに記録されている標本光との相関が強いと、自己相関光が射出される。一方、入射光とホログラムに記録されている標本光との相関が弱いと、相互相関光が射出される。【００３５】
次に、本実施の形態における空間フィルタ１００に形成されるホログラムについて説明する。【００３６】
任意の光パルスに対応するホログラムを作製するにあたって、実際の光パルスを用いた記録を行わなくても、計算機を利用して作製することができる。ここでは、計算機を利用してホログラムを作製する。具体的には、計算機合成ホログラムの原理に従って、入射光のチャープ量とホログラムのパターン情報から射出光の波形を計算する。ここでは、一例として、ＴＬパルスに線形のチャープ量を与えた光パルスを入射光とする。そして、ある特定のチャープ量を有する入射光が入射したときは、鋭い相関ピークが表れ、一方、その隣接したレンジのチャープ量を有する入射光が入射したときは、鋭い相関ピークが表れない条件で、ホログラムの位相分布に変調をかけながら、ホログラムのパターン情報を計算する。ただし、このような複合条件を持つ問題は、数学的には簡単に解けないので、ここでは、最適化アルゴリズム（焼きなまし法）を利用して、ホログラムのパターン情報を計算する。【００３７】
最適化アルゴリズム（焼きなまし法）とは，計算機による繰り返し演算を用いた最適化アルゴリズムの一つであり、複数の最適化対象を持つ問題（複合条件問題）の最適解を求める手法である。そして、局所解に捕らわれずに真の最適解を得ることができ、最適化対象の形態に関係なく、あらゆる問題に適用することができ、様々な分野で利用されている。【００３８】
具体的には、最適化アルゴリズム（焼きなまし法）では、問題の最適化の度合いを評価する評価関数を利用する。この評価関数が最適化対象のパラメータの関数として表現され、最適化されるほど評価関数の値が小さくなるように設定されている。そして、はじめに、最適化対象の初期のパラメータをランダムに決定する。このパラメータにランダムな摂動を与える。初期状態では、この摂動量を大きくとり、評価関数の値をランダムに変化させる。ランダムな摂動を繰り返し与えながら、摂動の大きさを徐々に小さくする。摂動が小さくなるにつれて、評価関数の値が極小から抜け出すことが徐々に困難になる。摂動の大きさが十分に小さくなるまで繰り返すことにより、評価関数の極小値が得られ、そのときのパラメータが問題の最適解となる。【００３９】
すなわち、最適化アルゴリズム（焼きなまし法）では、問題の最適化対象のパラメータにランダムな摂動を繰り返し与え、摂動を与えたときの最適化対象の最適化の度合いを評価しながら、摂動の大きさを徐々に小さくする。そして、最適化対象のパラメータを徐々に収束させながら、摂動の大きさが十分に小さくなるまで、これを繰り返す。これによって，局所的な極小に捕まらずに最小値を求めることができ、最適化対象のパラメータの最適解を得ることができる。【００４０】
このように、最適化アルゴリズム（焼きなまし法）では、複数の最適化パラメータに対して同時に最適化処理をかけることができる。また、他のアルゴリズムと比べて評価関数の局所的な解に陥ることなく、真の最適解を得ることに優れている。さらに、評価関数を目的に応じて変えることにより、最適化対象の形態に捕らわれずにあらゆる問題に適用可能である。【００４１】
図３は、本実施の形態におけるホログラムのパターン情報の計算工程を示す図である。図３に示されるように、下記のステップ（Ｓ１０１）〜（Ｓ１０８）の処理を行ってホログラムの位相分布が計算される。【００４２】
まず、初期値として、分散補償対象となる光パルスの波形、分散補償対象外となる光パルスの波形、ホログラム上の選択個所の位相分布に変調を適用する変調の適用確率Ｐを決定する（Ｓ１０１）。【００４３】
次に、ホログラム上の座標をランダムに選択し、選択した座標の位相分布の変調を行う（Ｓ１０２）。【００４４】
次に、分散補償対象となる光パルスおよび分散補償対象外となる光パルスのそれぞれが変調後のホログラムに入射した場合において、変調後のホログラムから射出される各射出光の間で相関ピークの比を計算する。計算した相関ピークの比が、変調前に計算した相関ピークの比と比べて上昇したか否かを判定する（Ｓ１０３）。【００４５】
判定した結果、相関ピークの比が上昇した場合は（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、選択した座標に対して行われた位相分布の変調を適用する（Ｓ１０４）。一方、相関ピークの比が上昇しなかった場合は（Ｓ１０３：Ｎｏ）、適用確率Ｐに応じて（Ｓ１０５）、変調を適用したり（Ｓ１０４）、変調を適用しなかったりする（Ｓ１０６）。【００４６】
十分にループするまで（Ｓ１０７）、適用確率Ｐを少し下げながら（Ｓ１０８）、ステップ（Ｓ１０２）〜（Ｓ１０６）を繰り返し行い（Ｓ１０７：Ｎｏ）、入射光が分散補償対象となる光パルスである場合は、鋭い相関ピークが表れるように変調し、入射光が分散補償対象外となる光パルスである場合は、鋭い相関ピークが表れないように変調し、相関ピークとクロストークのピークの比が最大になるようにホログラムの位相分布を変調させる。すなわち、ホログラムのパターン情報は、相関ピークとクロストークのピークとの比が最大になるように計算される。そして、このようにして計算されたホログラムのパターン情報に従って、ホログラムが空間フィルタ１００に形成される。【００４７】
なお、最適化アルゴリズム（焼きなまし法）を利用して計算する都合上、ホログラムが一意に特定されるわけではない。このため、初期値やループ数の設定によっては、広範囲な分散を補償することができるホログラムや、類似度の高い光パルスを識別することができるホログラムなどを得ることもできる。【００４８】
図４は、本実施の形態におけるホログラムに対する入射光と射出光との関係を示す図である。図５Ａは、所定のチャープパルスの分散を補償するホログラムに、分散補償対象となるチャープパルスが入射して射出される射出光のシミュレーション結果を示す図である。図５Ｂは、分散補償対象外となるチャープパルスが入射して射出される射出光のシミュレーション結果を示す図である。図６は、各ホログラムから射出される射出光のシミュレーション結果を示す図である。【００４９】
ここでは、一例として、３種類の光パルスの分散を補償するホログラムのパターン情報を用意し、入射光のチャープ量を線形で変化させたときの相関ピークをシミュレーションしている。例えば、入射光１３１は、ＴＬパルスである。入射光１３２は、チャープパルス（５００ｆｓ）である。入射光１３３は、チャープパルス（１ｐｓ）である。【００５０】
このとき、図４に示されるように、ホログラム１１２に、入射光１３２のように、分散補償対象となるチャープパルスが入射すると、入射光と標本光との相関が強いので、ホログラム１１２から、射出光１４２のように、自己相関光が射出される（例えば、図５Ａ参照。）。一方、ホログラム１１２に、入射光１３１，１３３のように、分散補償対象外となるチャープパルスが入射すると、入射光と標本光との間で相関が弱いので、ホログラム１１２から、射出光１４１，１４３のように、相互相関光が射出される（例えば、図５Ｂ参照。）。【００５１】
これから、図６に示されるように、ホログラム１１１に入射光１３１が入射すると、ホログラム１１１から自己相関光が射出される。ホログラム１１１に入射光１３２や入射光１３３が入射すると、ホログラム１１１から相互相関光が射出される。また、ホログラム１１２に入射光１３２が入射すると、ホログラム１１２から自己相関光が射出される。ホログラム１１２に入射光１３１や入射光１３３が入射すると、ホログラム１１３から相互相関光が射出される。また、ホログラム１１３に入射光１３３が入射すると、ホログラム１１３から自己相関光が射出される。ホログラム１１３に入射光１３１や入射光１３２が入射すると、ホログラム１１３から相互相関光が射出される。【００５２】
このように、ホログラムから射出される射出光の振幅に表れる相関ピークは、入射光と標本光との相関が強いほど、狭帯域化されて高くなり、相関が弱いほど、広帯域化されて低くなる。そして、入射光と標本光とのチャープ量が一致するときが相関ピークの高さが最大になり、自己相関光としてＴＬパルスが射出される。入射光と標本光とのチャープ量が一致しないときは、入射光のチャープ量と標本光のチャープ量との差に応じて相関ピークが低くなって拡散された光が相互相関光として射出される。すなわち、チャープ量の違いによって、射出光の波形に変化が起こる。【００５３】
図７は、本実施の形態における空間フィルタ１００を利用した並列処理の概要を示す図である。図７に示されるように、入射光１３１と入射光１３２とをホログラム１１１とホログラム１１２とに並列で入射すると、ホログラム１１１から入射光１３１に生じた分散を補償して得られた綺麗な光パルスが射出され、ホログラム１１２から入射光１３２に生じた分散を補償して得られた綺麗な光パルスが射出される。【００５４】
これは、図６に示されるように、入射光１３１がホログラム１１１に入射すると、自己相関光（綺麗な光パルス）がホログラム１１１から射出される。入射光１３２がホログラム１１１に入射すると、相互相関光（拡散された光）がホログラム１１１から射出される。すなわち、入射光１３１と入射光１３２とがホログラム１１１に同時に入射しても、ホログラム１１１から射出される自己相関光は入射光１３１に起因するものである。【００５５】
同様に、入射光１３１がホログラム１１２に入射すると、相互相関光（拡散された光）がホログラム１１２から射出される。入射光１３２がホログラム１１２に入射すると、自己相関光（綺麗な光パルス）がホログラム１１２から射出される。すなわち、入射光１３１と入射光１３２とがホログラム１１２に同時に入射しても、ホログラム１１２から射出される自己相関光は入射光１３２に起因するものである。【００５６】
このように、複数の光パルスが同時に入射しても、そのホログラムから射出される自己相関光と相互相関光とを識別することができるので、複数の光パルスをホログラムに同時に入射することができる。さらに、同時に、複数の光パルスをホログラム群に入射することで、複数の光パルスに生じた分散を並列処理で補償することができる。そこで、ホログラムをアレイ状に並べて空間フィルタ１００を形成する。そして、分散補償対象となる光パルスを複数のホログラムに並列で入射し、分散補償対象となる光パルスと基準となる光パルスとの光学的な相関処理を行うことによって、光パルスの分散補償処理を行う。【００５７】
次に、このようにして計算されたホログラムに従って、電子描画装置を利用して作製された光学フィルタ１０１について説明する。【００５８】
図８Ａは、本実施の形態における光学フィルタ１０１の概観を示す斜視図である。図８Ｂは、本実施の形態における光学フィルタ１０１の概観を示す平面図である。図９Ａ、図９Ｂは、本実施の形態における光学フィルタ１０１を切断線Ａ−Ａ’で切断して矢視方向にみた断面を示す図である。【００５９】
図８Ａ、図８Ｂに示されるように、光学フィルタ１０１は、１辺１インチのガラス基板に各ホログラムが形成されている。各ホログラムは、縦０．８ｍｍ、横７．５ｍｍの大きさであり、短手方向にアレイ状に配置されている。さらに、各ホログラムは、計算機を使用して計算された各ホログラムのパターン情報に従って、深さ０．８８μｍ、幅３．１２５μｍの溝が、電子描画装置を使用して多数形成されている。そして、溝の幅と深さとから決定される面積によって、入射光の位相の遅延が調整され、入射光に対して０とπとのバイナリ位相変調が行われる。【００６０】
なお、各ホログラムは、深さ一定で形成される代わりに（例えば、図９Ａ参照。）、深さ多段（例えば、４段など。）の段で形成されるとしてもよい（例えば、図９Ｂ参照。）。このとき、計算機を使用して設計された各ホログラムに従って、段の幅と高さが決定される。そして、段の幅と高さとから決定される面積によって、入射光の位相の遅延が調整され、入射光に対して０とπとのバイナリ位相変調が行われる。【００６１】
以上、本実施の形態における分散補償器１０によれば、分散補償対象となる光パルスに逆分散をかける代わりに、ホログラムを利用して光パルスの光学的な相関処理を行うことで、光パルスの分散補償処理を実現する。このように、光を電気に変換せずに、光のままで分散補償処理を行うことができるので、スループットの低下を抑制することができる。さらに、複数のホログラムをアレイ状にして利用することで、複数のレンジに渡って分散補償処理を行うことができる。【００６２】
（実施の形態２）
次に、本発明に係わる実施の形態２について図面を参照しながら説明する。【００６３】
本実施の形態における分散補償器は、下記（ａ）、（ｂ）に示される特徴を備える。【００６４】
（ａ）ホログラムは、２種類以上の位相分布パターンを重ね合わせて構成される。【００６５】
（ｂ）ホログラムは、（ｂ１）分散補償対象となる光パルスと相関の強い光が入射すると、ランダムに拡散された光を第１の相互相関光として射出し、分散補償対象となる光パルスと相関の弱い光が入射すると、ランダムに拡散されて第１の相互相関光との相関が弱い光を第２の相互相関光として射出する１段目の位相分布パターンと、（ｂ２）第１の相互相関光が入射すると、自己相関光を射出し、第２の相互相関光が入射すると、相互相関光を射出する２段目の位相分布パターンとから構成される。【００６６】
以上の点を踏まえて、本実施の形態における分散補償器について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。【００６７】
図１０は、本実施の形態における分散補償器を示す図である。図１０に示されるように、分散補償器２０は、実施の形態１における分散補償器１０（例えば、図１参照。）と比べて、空間フィルタ１００の代わりに、空間フィルタ２００を備える点が異なる。【００６８】
空間フィルタ２００は、個別に位相分布が形成されている複数の光学フィルタから構成される。そして、これらの光学フィルタを重ね合わせることによって、実施の形態１における空間フィルタ１００のように機能する。なお、複数の光学フィルタに位相分布を個別に形成するにあたって、実施の形態１において説明した最適化アルゴリズム（焼きなまし法）を利用してホログラムを計算する。計算したホログラムを複数の空間周波数で展開し、展開して得られた各空間周波数の位相分布を個別に形成する。【００６９】
なお、各光学フィルタは、実施の形態１における光学フィルタ１０１のように、各空間周波数の位相分布に従って、電子描画装置を利用して作製される。【００７０】
ここでは、一例として、空間フィルタ２００は、位相分布パターン群２１０が形成されている光学フィルタ２０１と、位相分布パターン群２２０が形成されている光学フィルタ２０２とから構成される。さらに、位相分布パターン群２１０の各位相分布と位相分布パターン群２２０の各位相分布とは、一対一に対応し、対応する位相分布同士を重ね合わせてホログラムを構成する。そして、各ホログラムには、個別に標本光が設定されている。【００７１】
また、空間フィルタ２００は、回折格子１１の回折格子が形成されている面に対して斜めから入射することで時間領域から空間領域に変換された光が各ホログラムに並行して入射するように、コリメータレンズ１２とフォーカスレンズ１３との間に配置されている。ここでは、光学フィルタ２０１は、コリメータレンズ１２で平行光束に変換された光が、位相分布パターン群２１０の各ホログラムに並行して入射するように、コリメータレンズ１２側に配置されている。光学フィルタ２０２は、位相分布パターン群２１０の各ホログラムから射出された光が、位相分布パターン群２２０の対応するホログラムに入射するように、フォーカスレンズ１３側に配置されている。【００７２】
例えば、位相分布パターン群２１０は、位相分布パターン２１１、位相分布パターン２１２、位相分布パターン２１３などから構成されている。位相分布パターン群２２０は、位相分布パターン２２１、位相分布パターン２２２、位相分布パターン２２３などから構成されている。【００７３】
以下、話を簡潔にするために、位相分布パターン２１１、位相分布パターン２１２、位相分布パターン２２１、位相分布パターン２２２についてのみ説明し、位相分布パターン２１３、位相分布パターン２２３については、説明を省略する。【００７４】
位相分布パターン２１１と位相分布パターン２２１とは、一対一に対応し、位相分布パターン２１１と位相分布パターン２２１とを重ね合わせて第１のホログラムを構成する。位相分布パターン２１２と位相分布パターン２２２とは、一対一に対応し、位相分布パターン２１２と位相分布パターン２２２とを重ね合わせて第２のホログラムを構成する。そして、第１のホログラムには、第１の標本光が記録されている。第２のホログラムには、第２の標本光が記録されている。【００７５】
これによって、位相分布パターン２１１に、入射光として第１の標本光と相関の強い光が入射すると、入射光と第１の標本光との相関が強いため、位相分布パターン２２１から自己相関光が射出される。また、入射光として第２の標本光と相関の強い光が入射すると、入射光と第１の標本光との相関が弱いため、位相分布パターン２２１から相互相関光が射出される。【００７６】
同様に、位相分布パターン２１２に、入射光として第１の標本光と相関の強い光が入射すると、入射光と第２の標本光との相関が弱いため、位相分布パターン２２２から相互相関光が射出される。また、入射光として第２の標本光と相関の強い光が入射すると、入射光と第２の標本光との相関が強いため、位相分布パターン２２２から自己相関光が射出される。【００７７】
すなわち、位相分布パターン群２１０と位相分布パターン群２２０とを重ね合わせることによって機能するホログラムに、分散補償対象となるチャープパルス以外が入射しても、相互相関光が射出されるので、そのホログラムに複数のチャープパルスを同時に入射することができる。さらに、同時に、複数のチャープパルスを複数のホログラムに同時に入射することで、並列で、複数のチャープパルスに生じた分散を補償することができる。つまり、空間フィルタ２００は、実施の形態１における空間フィルタ１００のように、複数のチャープパルスに対して、並列で、分散を補償することができる。【００７８】
ここで、位相分布パターン２１１は、第１の標本光、第２の標本光、および位相分布パターン２１２などに記録される光などと相関が弱い光を記録した位相分布パターンである。さらに、第１の標本光と相関の強い光が入射すると、第１の相互相関光が射出され、第１の標本光と相関の弱い光が入射すると、第２の相互相関光が射出される。【００７９】
また、位相分布パターン２１２は、第１の標本光、第２の標本光、および位相分布パターン２１１などに記録される光などと相関が弱い光を記録した位相分布パターンである。さらに、第２の標本光と相関の強い光が入射すると、第３の相互相関光が射出され、第２の標本光と相関の弱い光が入射すると、第４の相互相関光が射出される。【００８０】
さらに、位相分布パターン２２１は、第１の相互相関光と相関が強く、第２の相度相関光と相関が弱い光を記録した位相分布パターンである。また、位相分布パターン２２２は、第３の相互相関光と相関が強く、第４の相互相関光と相関が弱い光を記録した位相分布パターンである。【００８１】
なお、位相分布パターン２１１に記録される光と位相分布パターン２１２に記録される光との相関が弱いことにより、第１の相互相関光と第３の相互相関光との相関も弱い。【００８２】
このとき、第１の標本光と相関の強い光が位相分布パターン２１１に入射すると、位相分布パターン２１１から第１の相互相関光が射出されて位相分布パターン２２１に入射し、位相分布パターン２２１から自己相関光が射出される。一方、第１の標本光と相関の弱い光が位相分布パターン２１１に入射すると、位相分布パターン２１１から第２の相互相関光が射出されて位相分布パターン２２１に入射し、位相分布パターン２２１から相互相関光が射出される。【００８３】
また、第２の標本光と相関の強い光が位相分布パターン２１２に入射すると、位相分布パターン２１２から第３の相互相関光が射出されて位相分布パターン２２２に入射し、位相分布パターン２２２から自己相関光が射出される。一方、第２の標本光と相関の弱い光が位相分布パターン２１２に入射すると、位相分布パターン２１２から第４の相互相関光が射出されて位相分布パターン２２２に入射し、位相分布パターン２２２から相互相関光が射出される。【００８４】
図１１は、本実施の形態における空間フィルタ２００を利用した並列処理の概要を示す図である。図１１に示されるように、具体的には、第１の標本光と相関の強い入射光（チャープパルスｓ１（ｔ））が位相分布パターン２１１（位相分布Ｆ11（ω，ｘ））、位相分布パターン２１２（位相分布Ｆ12（ω，ｘ））などに並行して入射する。これに伴い、位相分布パターン２１１（位相分布Ｆ11（ω，ｘ））から第１の相互相関光（ランダム光Ｒｎ１（ｔ））が射出される。また、位相分布パターン２１２（位相分布Ｆ12（ω，ｘ））から第２の相互相関光（ランダム光Ｒｎ２（ｔ））が射出される。なお、第１の相互相関光（ランダム光Ｒｎ１（ｔ））と第２の相互相関光（ランダム光Ｒｎ２（ｔ））とは独立である。【００８５】
さらに、第１の相互相関光（ランダム光Ｒｎ１（ｔ））が位相分布パターン２２１（位相分布Ｆ21（ω，ｘ））に入射する。また、第２の相互相関光（ランダム光Ｒｎ２（ｔ））が位相分布パターン２２２（位相分布Ｆ22（ω，ｘ））に入射する。これに伴い、第１の相互相関光（ランダム光Ｒｎ１（ｔ））と、位相分布パターン２２１（位相分布Ｆ21（ω，ｘ））に記録されている光との相関が強いので、位相分布パターン２２１（位相分布Ｆ21（ω，ｘ））から自己相関光（綺麗な光パルス）が射出される。また、第２の相互相関光（ランダム光Ｒｎ２（ｔ））と、位相分布パターン２２２（位相分布Ｆ22（ω，ｘ））に記録されている光との相関が弱いので、位相分布パターン２２２（位相分布Ｆ22（ω，ｘ））から相互相関光（拡散された光）が射出される。【００８６】
以上、本実施の形態における分散補償器２０によれば、類似度の高い複数の光が位相分布パターン群２１０に入射しても、それぞれ独立な相互相関光（ランダム光）に一度変換された後に、変換されて得られた相互相関光（ランダム光）に対して相関処理を行うので、識別性を向上させることができ、混信を防ぐことができる。また、それぞれ独立な相互相関光（ランダム光）が射出されるようにすればよいため、各ホログラムの制約が緩くなり設計の自由度を上げることができる。【００８７】
また、位相分布パターン２１２（位相分布Ｆ12（ω，ｘ））から射出される第２の相互相関光（ランダム光Ｒｎ２（ｔ））が位相分布パターン２２２（位相分布Ｆ22（ω，ｘ））に入射すると、拡散された光がさらに拡散されるため、位相分布パターン２１２（位相分布Ｆ12（ω，ｘ））から射出される第２の相互相関光（ランダム光Ｒｎ２（ｔ））よりも、さらに、拡散された光（影響の無い光）が位相分布パターン２２２（位相分布Ｆ22（ω，ｘ））から射出される。結果、相対的にさらに影響の低い光が射出されるので、識別性を向上させることができる。【００８８】
なお、位相分布パターン群２１０と位相分布パターン群２２０とは、２つの光学フィルタに個別に形成されるとしてもよいし、１つの光学フィルタにまとめて形成されるとしてもよい。しかし、１つの光学フィルタにまとめて形成される場合と比べれば、２つの光学フィルタに個別に形成される場合の方が容易に作製することができる。【００８９】
（その他）
なお、本発明は、光パルスに生じた分散を補償する分散補償器以外に、光源から供給される光パルスを安定させる光源安定器としても利用することができる。【００９０】
図１２は、本発明に係わる分散補償器を光源安定器に適用した例を示す図である。図１２に示されるように、光源の状態によっては、その光源から供給される光パルスの波形に分散が生じる。これに対して、本発明に係わる空間フィルタ１００を光源安定器３０に備えることで、光源３１から射出された光パルスを安定して供給することができる。具体的には、光源安定器３０は、光学フィルタ１０１のように、光源３１から供給される光パルスの分散を補償するホログラムが形成されている光学フィルタを備える。そして、その光学フィルタに入射することによって、光源３１から供給される光パルスを安定させる。なお、空間フィルタ１００の代わりに、実施の形態２における空間フィルタ２００を利用するとしてもよい。【００９１】
なお、本発明に係わる分散補償器を、例えば、光ルータなどのように、複数の経路から入力される光パケットを中継する光通信装置に適用するとしてもよい。【００９２】
「光パケット」とは、例えば、ピコ秒、フェムト秒、アト秒等のような光パルスを時間軸上に並べたヘッダとペイロードとから構成されるパケットをいう。【００９３】
図１３は、本発明に係わる分散補償器を光通信ノードに適用した例を示す図である。図１３に示されるように、光通信ノード４０は、空間フィルタ１００を利用して、複数の経路から入力されるアドホックな光パケット（チャープパルス）に生じた分散を補償し、分散補償後の光パケット（綺麗な光パルス）を転送先に出力する。【００９４】
なお、空間フィルタ１００の後段にファイバーアンプが接続されることを想定して、ファイバーアンプに生じる分散を打ち消す逆分散をも考慮に入れてホログラムを計算するとしてもよい。また、ファイバーアンプの代わりに、後段に接続される光通信デバイスに合わせて、その光通信デバイスに生じる分散を打ち消す逆分散をも考慮に入れてホログラムを計算するとしてもよい。【００９５】
これによって、ファイバーアンプや光通信デバイスなどを通ることによって生じる分散を補償することができる。ファイバーアンプや光通信デバイスなどから、分散補償後の光パルスを出力することができる。【００９６】
なお、空間フィルタ１００の代わりに、実施の形態２における空間フィルタ２００を利用するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、光パルスに生じた分散を補償する分散補償器などとして、特に、光パルスの相関処理を利用して光パルスの分散補償処理を実現した分散補償器などとして、利用することができる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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