(57)【要約】【課題】  良好な光リミッタ機能を保ったまま、パターン効果による波形劣化を抑制する。【解決手段】  波長カプラ１０１は、入出力ポート１０２に波長λ１の信号１００を入力し、入出力ポート１０３に、反転符号生成器、すなわち波長変換素子１０６を介して光源１０７が接続されている。入出力ポート１０４から、光サーキュレータ１０８、光リミッタアンプ１０９、入出力ポート１０５の順に光ループが構成されている。光リミッタアンプ１０９の一端に第１波長の入力光信号を入力し、光リミッタアンプ１０９の他端に、入力光信号の論理符号を反転した第２波長の反転信号を入力し、光リミッタアンプ１０９の他端から所定の光強度の第１波長の光信号を出力する。【選択図】  図７
2005333267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号の光強度に関わらず、所定の光強度の光信号を出力する光リミッタアンプにおいて、
低飽和半導体光増幅器を備え、
該低飽和半導体光増幅器の一端に第１波長の入力光信号を入力し、
前記低飽和半導体光増幅器の他端に、前記入力光信号の論理符号を反転した第２波長の反転信号を入力し、
前記低飽和半導体光増幅器の他端から所定の光強度の第１波長の光信号を出力することを特徴とする光リミッタアンプ。
【請求項２】
４つの入出力ポートを有し、前記第１波長の入力光信号を第１入出力ポートに入力し、第２入出力ポートおよび第４入出力ポートに出力する波長カプラと、
該波長カプラの第２入出力ポートに接続され、前記入力光信号の論理符号を反転した第２波長の反転信号を生成する反転符号生成器と、
前記波長カプラの第３入出力ポートと、前記低飽和半導体光増幅器の他端に接続され、前記所定の光強度の第１波長の光信号を出力する光サーキュレータとを備え、
前記波長カプラの第４入出力ポートに前記低飽和半導体光増幅器の一端を接続し、前記波長カプラは、前記第２入出力ポートに入力された前記反転信号を前記第３入出力ポートに出力することを特徴とする請求項１に記載の光リミッタアンプ。
【請求項３】
前記反転符号生成器は、
一端が前記波長カプラの前記第２入出力ポートに接続された波長変換素子と、
該波長変換素子の他端に接続され、前記第２波長の連続光を出力する光源と
を含むことを特徴とする請求項２に記載の光リミッタアンプ。
【請求項４】
前記第１入出力ポートから前記波長カプラを介して前記低飽和半導体光増幅器の一端までの前記第１波長に対する光路長と、前記第１入出力ポートから前記波長カプラを介して前記反転符号生成器までの前記第１波長に対する光路長および前記反転符号生成器から前記波長カプラおよび前記光サーキュレータを介して前記低飽和半導体光増幅器の他端までの第２波長に対する光路長の和とが同一であることを特徴とする請求項２または３に記載の光リミッタアンプ。
【請求項５】
前記波長カプラの前記第４入出力ポートと前記低飽和半導体光増幅器の一端との間に、前記第１波長を透過し、前記第２波長を遮断する波長フィルタを接続したことを特徴とする請求項２、３または４に記載の光リミッタアンプ。
【請求項６】
前記第１波長は、波長範囲±１０ｎｍの複数の波長を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光リミッタアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リミッタアンプに関し、より詳細には、光伝送システムにおける高速パケット通信の受信、中継再生時に適用される光リミッタアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光伝送システムの高速化・高機能化に伴い、４０Ｇｂ／ｓを越える超高速パケット信号による光通信が期待されている。このような光伝送システムにおいては、光信号を電気信号に変換せずに、光信号のまま処理を行う光スイッチ、光アンプなどの機能デバイスが知られている。
【０００３】
図１に、従来の超高速パケットを使用した光通信システムを示す。ユーザ端末５０６〜５０８が、光ルータ５０１〜５０３を介して、光ファイバ５０４、５０５により接続されている。ユーザ端末５０６とユーザ端末５０８との間は、例えば５ｋｍの近距離にあり、ユーザ端末５０７とユーザ端末５０８との間は、例えば３５ｋｍの遠距離にあるとする。
【０００４】
ここで、ユーザ端末５０６，５０７からユーザ端末５０８に向けて、それぞれ超高速パケットを送信する。図２に、ユーザ端末５０８における超高速光パケットの受信波形を示す。図２（ａ）において、波形５０９は、ユーザ端末５０６からの超高速光パケットの受信波形であり、波形５１０は、ユーザ端末５０７からの超高速光パケットの受信波形である。光ファイバは、１ｋｍ当たり０．１〜０．２ｄＢ程度の損失（ここでは一例として０．１５ｄＢとする）があるので、ユーザ端末５０６からの光信号とユーザ端末５０７からの光信号とを比較すると、３０ｋｍの距離差により４．５ｄＢの信号強度差が生じる。
【０００５】
図２（ｂ）は、波形５０９ｂの拡大図である。ユーザ端末５０８における光受信器において閾値レベル５１１を設定し、閾値レベル５１１以上の光信号を論理符号１と判定し、閾値レベル５１１以下の光信号を論理符号０と判定する。従って、ユーザ端末ごとに受信した超高速光パケットの入力レベルに変動があると、最適な閾値レベルが常に変動し、受信波形の判定が困難になる。
【０００６】
そこで、ユーザ端末５０８の光受信器において、等化器、光リミッタアンプなどを設け、波形成形を行ってから、受信波形の判定を行うことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。図３に、ユーザ端末５０８における超高速光パケットの受信波形を示す。図３（ａ）は、比較のために図２（ａ）を再掲した。図３（ｂ）は、ユーザ端末５０８と光ルータ５０３との間に、光リミッタアンプを介して受信した波形である。波形６０１は、ユーザ端末５０６からの超高速光パケットの受信波形であり、波形６０２は、ユーザ端末５０７からの超高速光パケットの受信波形である。光リミッタアンプは、光パケット間の強度差を抑制する機能を有し、ユーザ端末ごとに受信した光信号の入力レベルに関わらず、所定の光強度の信号を出力する。従って、適当な閾値レベル６０３を設定することにより、全てユーザ端末からの受信波形を、一つの閾値レベル６０３で判定することができる。
【０００７】
図４に、従来の光リミッタアンプの構造を示す。光リミッタアンプは、低飽和半導体光増幅器であり、光信号を増幅する活性層７０１と、活性層７０１の両端に接続され、光信号を光ファイバに入出力させるためのスポットサイズ変換部７０２ａ，７０２ｂと、電極７０３，７０４とを備えている。活性層７０１は、半導体レーザと同じｐｎ接合による埋め込み構造を有し、両端面に無反射コーティングを施されている。活性層７０１の一端から入力された光信号は、電極７０３，７０４間に加えられた電流により増幅され、活性層７０１の他端から出力される。
【０００８】
図５に、光リミッタアンプの入出力特性を示す。入力光強度に対する出力光強度を図示したものである。光リミッタアンプは、入力光強度が弱い場合には増幅度が高く、入力光強度が強い場合には増幅度が低い。この特性によって、ある一定の光強度以上の入力光強度に対しては、出力光強度を一定の値にすることができる。
【０００９】
【非特許文献１】Y.Shibata, et al., “Semiconductor laser diode optical amplifiers/gates in photonic packet switching”, J. of Lightwave Technology, vol.16, No.12, pp.2228-2235, 1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の光リミッタアンプにはパターン効果と呼ばれる問題点があった。図６は、パターン効果を説明するための図である。図６（ａ）は、光リミッタアンプへの入力信号を示し、論理符号１０１０１０１０１０１１１１１１１１１１１を０連続符号で挟んだ信号である。図６（ｂ）は、光リミッタアンプの出力信号である。論理符号０が連続した後の最初の論理符号１は、単位時間に入力される平均入力光強度が低いために、相対的に光リミッタアンプの増幅度が高く、光強度の高い波形が出力される。これに対して２番目以降の論理符号は、相対的に光リミッタアンプの増幅度が低いために、光強度の低い波形が出力される。また、光リミッタアンプの動作が入力信号に完全に追従しないために、波形の立ち上がり、立ち下がりともに、所定の光強度レベルにまで達しない。
【００１１】
これに対して、連続した論理符号１が入力されると、光リミッタアンプの動作が入力信号に追従するため、所定の光強度レベル１にまで達する。一方、連続した論理符号０が入力されると、所定の光強度レベル０にまで達する。結果として入力信号の符号によって出力信号の振幅が変化し、波形劣化を引き起こすという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、パターン効果による波形劣化を抑制し、良好な光リミッタ機能を有する光リミッタアンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力光信号の光強度に関わらず、所定の光強度の光信号を出力する光リミッタアンプにおいて、低飽和半導体光増幅器（１０９）を備え、該低飽和半導体光増幅器（１０９）の一端に第１波長の入力光信号を入力し、前記低飽和半導体光増幅器（１０９）の他端に、前記入力光信号の論理符号を反転した第２波長の反転信号を入力し、前記低飽和半導体光増幅器（１０９）の他端から所定の光強度の第１波長の光信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光リミッタアンプにおいて、４つの入出力ポートを有し、前記第１波長の入力光信号（１００）を第１入出力ポート（１０２）に入力し、第２入出力ポート（１０３）および第４入出力ポート（１０５）に出力する波長カプラ（１０１）と、該波長カプラ（１０１）の第２入出力ポート（１０３）に接続され、前記入力光信号の論理符号を反転した第２波長の反転信号を生成する反転符号生成器と、前記波長カプラ（１０１）の第３入出力ポート（１０４）と、前記低飽和半導体光増幅器（１０９）の他端に接続され、前記所定の光強度の第１波長の光信号を出力する光サーキュレータ（１０８）とを備え、前記波長カプラ（１０１）の第４入出力ポート（１０５）に前記低飽和半導体光増幅器（１０９）の一端を接続し、前記波長カプラ（１０１）は、前記第２入出力ポート（１０３）に入力された前記反転信号を前記第３入出力ポート（１０４）に出力することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の前記反転符号生成器は、一端が前記波長カプラ（１０１）の前記第２入出力ポート（１０３）に接続された波長変換素子（１０６）と、該波長変換素子（１０６）の他端に接続され、前記第２波長の連続光を出力する光源（１０７）とを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の光リミッタアンプにおいて、前記第１入出力ポート（１０２）から前記波長カプラ（１０１）を介して前記低飽和半導体光増幅器（１０９）の一端までの前記第１波長に対する光路長と、前記第１入出力ポート（１０２）から前記波長カプラ（１０１）を介して前記反転符号生成器までの前記第１波長に対する光路長および前記反転符号生成器から前記波長カプラ（１０１）および前記光サーキュレータ（１０８）を介して前記低飽和半導体光増幅器（１０９）の他端までの第２波長に対する光路長の和とが同一であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項２、３または４に記載の光リミッタアンプにおいて、前記波長カプラ（２０１）の前記第４入出力ポート（２０５）と前記低飽和半導体光増幅器（２０９）の一端との間に、前記第１波長を透過し、前記第２波長を遮断する波長フィルタ（２１１）を接続したことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の前記第１波長は、波長範囲±１０ｎｍの複数の波長を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、低飽和半導体光増幅器の一端に第１波長の入力光信号を入力し、低飽和半導体光増幅器の他端に、入力光信号の論理符号を反転した第２波長の反転信号を入力し、低飽和半導体光増幅器の他端から所定の光強度の第１波長の光信号を出力するので、良好な光リミッタ機能を保ったまま、パターン効果による波形劣化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図７に、本発明の第１の実施形態にかかる光リミッタアンプを示す。波長カプラ１０１は、入出力ポート１０２に波長λ１の信号１００を入力し、入出力ポート１０３に、反転符号生成器、すなわち波長変換素子１０６を介して光源１０７が接続されている。入出力ポート１０４から、光サーキュレータ１０８、低飽和半導体光増幅器である光リミッタアンプ１０９、入出力ポート１０５の順に光ループが構成されている。波長変換素子１０６は、相互利得変調（ＸＰＭ：cross phase modulation）型または相互位相変調（ＸＰＭ：cross phase modulation）型の波長変換素子である。光リミッタアンプ１０９は、図４に示した低飽和半導体光増幅器である。
【００２１】
このような構成により、第１波長である波長λ１の信号１００を入出力ポート１０２に入力すると、波長カプラ１０１は、信号１００を入出力ポート１０３（バー方向）と入出力ポート１０５（クロス方向）に分岐する。入出力ポート１０３に分岐された信号１００は、波長変換素子１０６の一端に入力される。光源１０７は、波長λ２の連続光を出力し、波長変換素子１０６の他端に入力する。波長変換素子１０６は、信号１００の反転信号、すなわち論理符号０の時１、１の時０の信号を、波長λ２で一端から出力する。
【００２２】
反転信号は、入出力ポート１０３に入力され、入出力ポート１０４（クロス方向）から出力される。反転信号は、光サーキュレータ１０８を経由して、光リミッタアンプ１０９の一端に入力される。そして、入出力ポート１０５に入力され、入出力ポート１０２から出力される。一方、入出力ポート１０５に分岐された信号１００は、光リミッタアンプ１０９の他端に入力される。ここで、入出力ポート１０２から光リミッタアンプ１０９までの波長λ１に対する光路長（Ｌ１）と、入出力ポート１０２から波長変換素子１０６までの波長λ１に対する光路長（Ｌ２）および波長変換素子１０６から光リミッタアンプ１０９までの波長λ２に対する光路長（Ｌ３）の和が同一になるように設定する。  
Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３
【００２３】
このように光路長を設定することにより、光リミッタアンプ１０９の他端に入力される波長λ１の信号１００と、光リミッタアンプ１０９の一端に入力される波長λ２の反転信号とは、まったく同じタイミングで入力される。光リミッタアンプ１０９は、他端に入力された波長λ１の信号１００に対して光リミッタ機能を有する。反転信号は、信号１００の論理符号が「０」のときは「１」、「１」のときは「０」となるので、信号１００に論理符号０が連続するときには論理符号１の連続信号が同時に入力され、逆の場合も同様である。従って、同符号が連続する場合に生じるパターン効果を抑制することができる。
【００２４】
光リミッタアンプ１０９で増幅された信号１００は、光サーキュレータ１０８を経由して出力１１０に出力される。この結果、良好な光リミッタ機能を保ったまま、パターン効果による波形劣化を抑制することができる。
【００２５】
光リミッタアンプ１０９に入力される信号１００と反転信号の光強度がまったく同一の場合には、単位時間に入力される信号が常にうち消しあい一定強度となり、光リミッタ機能を生じない。そこで、信号１００の光強度を、反転信号の光強度に対して３〜６ｄＢ強くし、信号１００に対するリミッタ機能を維持しつつ、反転信号によるパターン効果抑制機能を利用する。
【００２６】
本実施形態では、信号１００の波長をλ１に固定して説明したが、信号１００の波長が時間に応じて変化しても構わない。また、波長変換素子１０６を例に説明したが、入力信号に対して反転信号を出力するものであれば、どのような素子でも構わない。例えば、半導体レーザの発振抑圧を利用する素子等が考えられ、光源１０７が不要となる。
【００２７】
さらに、信号１００として複数の波長（例えば、λ１、λ３）が入力され、それぞれの波長によって光強度が異なる場合でも、光リミッタ機能を維持することができる。このとき、波長カプラ１０１は、波長λ１・λ３に対してバー方向およびクロス方向に、λ２に対してはクロス方向となるように設定する。波長は、例えばλ１を１５５０ｎｍ、λ３を１５５１ｎｍと比較的近い波長とすることで、λ１とλ３の光路長の差を最小限に押さえることができる。異なる波長の信号を入力する場合、光路長の要件から、λ１と大きく異なる波長の信号を用いることはできない。波長の範囲としては、約±１０ｎｍ、本実施形態においては、１５４０ｎｍ〜１５６０ｎｍ（λ１±１０ｎｍ）程度であればよい。またλ２は、例えば１５２５ｎｍに設定する。
【００２８】
図８に、本発明の第２の実施形態にかかる光リミッタアンプを示す。波長カプラ２０１は、入出力ポート２０２に波長λ１の信号２００を入力し、入出力ポート２０３に、波長変換素子２０６を介して光源２０７が接続されている。入出力ポート２０４から、光サーキュレータ２０８、低飽和半導体光増幅器である光リミッタアンプ２０９、波長フィルタ２１１、入出力ポート２０５の順に光ループが構成されている。波長変換素子２０６は、相互利得変調（ＸＰＭ：cross phase modulation）型または相互位相変調（ＸＰＭ：cross phase modulation）型の波長変換素子である。波長フィルタ２１１は、波長λ１の信号を透過し、波長λ２の信号を遮断する。
【００２９】
このような構成により、波長λ１の信号２００を入出力ポート２０２に入力すると、波長カプラ２０１は、信号２００を入出力ポート２０３（バー方向）と入出力ポート２０５（クロス方向）に分岐する。入出力ポート２０３に分岐された信号２００は、波長変換素子２０６の一端に入力される。光源２０７は、波長λ２の連続光を出力し、波長変換素子２０６の他端に入力する。波長変換素子２０６は、信号２００の反転信号、すなわち論理符号０の時１、１の時０の信号を、波長λ２で一端から出力する。
【００３０】
反転信号は、入出力ポート２０３に入力され、入出力ポート２０２（バー方向）と入出力ポート２０４（クロス方向）から出力される。入出力ポート２０４から出力された反転信号は、光サーキュレータ２０８を経由して、光リミッタアンプ２０９の一端に入力される。そして、波長フィルタ２１１に入力されるが、ここで遮断される。一方、入出力ポート２０５に分岐された信号２００は、波長フィルタ２１１を通過して光リミッタアンプ２０９の他端に入力される。ここで、入出力ポート２０２から光リミッタアンプ２０９までの波長λ１に対する光路長（Ｌ１）と、入出力ポート２０２から波長変換素子２０６までの波長λ１に対する光路長（Ｌ２）および波長変換素子２０６から光リミッタアンプ２０９までの波長λ２に対する光路長（Ｌ３）の和が同一になるように設定する。  
Ｌ１＝Ｌ２＋Ｌ３
【００３１】
このように光路長を設定することにより、光リミッタアンプ２０９の他端に入力される波長λ１の信号２００と、光リミッタアンプ２０９の一端に入力される波長λ２の反転信号とは、まったく同じタイミングで入力される。光リミッタアンプ２０９は、他端に入力された波長λ１の信号２００に対して光リミッタ機能を有する。反転信号は、信号２００の論理符号が「０」のときは「１」、「１」のときは「０」となるので、信号２００に論理符号０が連続するときには論理符号１の連続信号が同時に入力され、逆の場合も同様である。従って、同符号が連続する場合に生じるパターン効果を抑制することができる。
【００３２】
光リミッタアンプ２０９で増幅された信号２００は、光サーキュレータ２０８を経由して出力２１０に出力される。この結果、良好な光リミッタ機能を保ったまま、パターン効果による波形劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の超高速パケットを使用した光通信システムを示すブロック図である。
【図２】ユーザ端末における超高速光パケットの受信波形を示す図である。
【図３】光リミッタアンプを介して受信した超高速光パケットの受信波形を示す図である。
【図４】従来の光リミッタアンプの構造を示す斜視図である。
【図５】従来の光リミッタアンプの入出力特性を示す図である。
【図６】光リミッタアンプのパターン効果を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる光リミッタアンプを示す構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる光リミッタアンプを示す構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００，２００  信号
１０１，２０１  波長カプラ
１０２〜１０５，２０２〜２０５  入出力ポート
１０６，２０６  波長変換素子
１０７，２０７  光源
１０８，２０８  光サーキュレータ
１０９，２０９  光リミッタアンプ
１１０，２１０  出力
２１１  波長フィルタ
【図１】
2005333267.tif 000003
【図２】
2005333267.tif 000004
【図３】
2005333267.tif 000005
【図４】
2005333267.tif 000006
【図５】
2005333267.tif 000007
【図６】
2005333267.tif 000008
【図７】
2005333267.tif 000009
【図８】
2005333267.tif 000010