(57)【要約】【課題】  光信号の波形を光信号のまま整形する光波形整形器において、光信号のＳＮ比を改善する。【解決手段】  干渉計１０、２０は、それぞれ、主に自己位相変調により動作するマッハツェンダ干渉計である。出力ポート１６ａ、２６ａは、正の伝達関数に従って得られる信号光を出力する。出力ポート１６ｂ、２６ｂは、負の伝達関数に従って得られる信号光を出力する。正の伝達関数および負の伝達関数は、互いに相補的な関数であり、それぞれ入力光パワーに対して概ね周期的に変化する。干渉計１０は正の伝達関数を使用し、干渉計２０は負の伝達関数を使用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の干渉計を有する光波形整形器であって、
上記複数の干渉計は、それぞれ、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が正であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第１の伝達関数、または、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第２の伝達関数であり、
上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、上記第２の伝達関数が使用される
ことを特徴とする光波形整形器。
【請求項２】
請求項１に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計は、
入力ポートと、
互いに異なる光非線形性を有し、それぞれ上記入力ポートを介して入力された光を伝搬する第１および第２の伝送路と、
上記第１および第２の伝送路により伝搬された光を合波する合波器と、
上記合波器により合波された光を出力する出力ポート、
を有することを特徴とする光波形整形器。
【請求項３】
請求項２に記載の光波形整形器であって、
上記第１および／または第２の伝送路における上記入力光の自己位相変調により、上記第１の伝送路を伝搬する光と上記第２の伝送路を伝搬する光に位相差が生じることを特徴とする光波形整形器。
【請求項４】
請求項１に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計において、干渉現象を生じさせる１組の光伝送路の少なくとも一部が一本の光伝送路を共有することを特徴とする光波形整形器。
【請求項５】
請求項１に記載の光波形整形器であって、
当該光波形整形器により波形が整形される信号光の波長と異なる波長の調整光を生成する光源と、
上記光源により生成される調整光を上記干渉計に導くガイド手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【請求項６】
信号光を互いに直交する第１および第２の偏光成分に分離する偏光素子と、
上記第１および第２の偏光成分についてそれぞれ波形整形を行う第１および第２の光波形整形部と、
上記第１および第２の光波形整形部の出力を偏波合成する偏光素子、を有し
上記第１および第２の光波形整形部はそれぞれ請求項１に記載の光波形整形器であることを特徴とする光波形整形器。
【請求項７】
請求項１に記載の光波形整形器であって、
各干渉計を構成する１組の伝搬路の光路長差を検出する検出手段と、
各干渉計を構成する１組の伝搬路の少なくとも一方の光路長を調整する調整手段と、
上記検出手段により検出される光路長差に基づいて上記調整手段に対して指示を与える制御手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【請求項８】
請求項１に記載の光波形整形器であって、
各干渉計は、１組の光伝送路を互いに直交する略直線偏光が通過し、それらの互いに直交する略直線偏光が偏光子によって分離および合成される偏光干渉計である
ことを特徴とする光波形整形器。
【請求項９】
第１の干渉計およびその第１の干渉計の出力が与えられる第２の干渉計を含む光波形整形器であって、
上記第１および第２の干渉計の伝達関数は、それぞれ、主に自己位相変調による位相変化により動作し、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が正であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第１の伝達関数、または入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第２の伝達関数であり、
上記第１または第２の干渉計の少なくとも一方において、上記第２の伝達関数が使用されるように構成されており、
下記の４つのパラメータａ１、ａ２、Ｔ１、Ｔｍが下記の（１）、（２）、（３）、（４）のいずれかの条件を満たすように設定されることを特徴とする光波形整形器。
ａ１：第１の干渉計の１組のパスの間の単位光パワーに比例する位相変化量の差
ａ２：第２の干渉計の１組のパスの間の単位光パワーに比例する位相変化量の差
Ｔ１：第１の干渉計における利得と損失を考慮に入れた干渉作用を含まない透過率
Ｔｍ：第１の干渉計と第２の干渉計の間の利得と損失を考慮に入れた透過率
（１）１段目が上記第２の伝達関数を持ち、２段目が上記第1の伝達関数を持つ２段構成の干渉計であり、1.5  < a2 / a1 ×T1 ×  Tm < 7 である。
（２）１段目が上記第２の伝達関数を持ち、２段目が上記第１の伝達関数を持つ２段構成の干渉計であり、0.2   < a2 / a1 ×T1 ×  Tm < 0.8 である。
（３）１段目が上記第１の伝達関数を持ち、２段目が上記第２の伝達関数を持つ２段構成の干渉計であり、0   < a2 / a1 ×T1 ×  Tm < 0.8 である。
（４）１段目が上記第2の伝達関数を持ち、２段目が上記第２の伝達関数を持つ２段構成の干渉計であり、0   < a2 / a1 ×T1 ×  Tm <  3 である。
【請求項１０】
直列に接続された複数の干渉計を有する光波形整形器であって、
上記複数の干渉計は、それぞれ、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての１次微分が実質的にゼロであり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第１の伝達関数、または、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第２の伝達関数であり、
上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、上記第２の伝達関数が使用される
ことを特徴とする光波形整形器。
【請求項１１】
直列に接続された複数の干渉計を有する光波形整形器であって、
上記複数の干渉計は、それぞれ、入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する伝達関数であり、
上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負である伝達関数が使用される
ことを特徴とする光波形整形器。
【請求項１２】
第１の干渉計およびその第１の干渉計の出力が与えられる第２の干渉計を含む光波形整形器であって、
上記第１および第２の干渉計は、それぞれ、入力光パワーに対して光パワーが概ね周期的に変化する互いに相補的な第１の出力光および第２の出力光を生成する干渉計であり、
上記第１の干渉計は上記第１の出力光を出力し、上記第２の干渉計は上記第２の出力光を出力する
ことを特徴とする光波形整形器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の波形を電気信号に変換することなく光信号のまま整形する光波形整形器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信、信号処理、計測等の分野において、光信号を利用する構成または方法が実用化されてきている。そして、これらの光技術は、今後、さらに発展していくものと思われる。
【０００３】
光信号のＳＮ比を改善するためには、光信号の波形を整形する必要がある。すなわち、例えば、光通信システムにおいて送信装置から送出された光信号は伝送路上で減衰するので、受信装置に到着する信号の波形は、送信装置から送出された信号の波形と比較して崩れている。この場合、ＳＮ比が劣化し、受信装置は、受信信号を正しく復調／復号できなくなるおそれがある。
【０００４】
光信号のＳＮ比を改善する技術としては、非線形ループミラー（ＮＯＬＭ：Nonlinear Optical Loop Mirror）を用いる構成（例えば、非特許文献１参照。）、あるいは波長変換器を用いる構成（例えば、非特許文献２参照。）が知られている。
【０００５】
非線形ループミラーは、例えば、図４５（ａ）に示すように、方向性結合器、高非線形光ファイバ、光減衰器などから構成される。入力光は、方向性結合器により分離され、一方の光は図４５（ａ）において高非線形光ファイバを時計回りに伝搬され、他方の光は、光減衰器により減衰された後に高非線形光ファイバを反時計回りに伝搬される。そして、これらの光が方向性結合器により結合されて出力される。このとき、この出力光は、入力光を再生したものであり、その波形は整形されている。なお、非特許文献１では、非線形ループミラーを連接することによって、波形整形効果が向上する旨の実験結果が記載されている。
【０００６】
波長変換器は、例えば、図４５（ｂ）に示すように、複数の半導体光アンプを含む。ここで、一方の半導体光アンプには、信号光およびその信号光とは異なる波長を持つ連続（ＣＷ：Continuous Wave）光が入力され、他方の半導体光アンプには上記連続光のみが入力される。そして、これらの半導体光アンプの出力を合波することにより、信号光の波長が連続光に基づいて変換される。このとき、出力される信号光の波形は、整形されている。また、非特許文献２においては、半導体光アンプを直列接続する構成も記載されている。
【０００７】
なお、波形整形またはパルス再生に係わる技術として、下記の特許文献１〜４が知られている。
【特許文献１】特開平７−３２１７４２号公報（図１０）
【特許文献２】特開平９−１３３８２５号公報（図１〜図３）
【特許文献３】特開平１０−２９３３３２号公報（図１７〜図２１）
【特許文献４】特開２００３−１８６０６７号公報（図１４）
【非特許文献１】Ｂ．Ｋ．Ｎａｙａｒ，  ｅｔ  ａｌ．  「Ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｌｏｏｐ  ｍｉｒｒｏｒ  ｓｗｉｔｃｈｅｓ」  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｏｐｔｉｃｓ，  １９９３，  ｖｏｌ．４０，  Ｎｏ．１２  ２３２７〜２３３２ページ
【非特許文献２】Ｋ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ  ｅｔ  ａｌ．  「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」  Ｐｒｏｃ．  ２２ｎｄ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ＥＣＯＣ‘９６，  ＴｈＢ．２．１，１９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非線形ループミラーまたは波長変換器は、入力光信号の波形を整形するが、雑音（たとえば、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission））が大きいときは、ＳＮ比を十分に改善することはできない。特に、入力信号のマークレベルに大きな雑音が乗っている場合は、ＳＮ比を改善することは困難である。ここで、マークレベルは、光信号が発光状態と消光状態（又は、低発光状態）から構成される場合における発光状態に相当する。なお、消光状態は、スペースレベルまたはベースレベルと呼ばれることがある。
【０００９】
また、非特許文献１、２において、非線形ループミラーまたは波長変換器を多段接続する構成が開示されている。そして、そのような多段接続により、１段構成の場合と比較して良好な波形整形効果が得られる旨が記載されている。しかし、そのような多段接続であっても、雑音が大きく入力信号のＳＮ比が著しく低いときは、波形改善効果が低く、かえって信号波形を劣化させてしまうこともある。
【００１０】
本発明の目的は、光信号の波形を光信号のまま整形する光波形整形器において、光信号のＳＮ比を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光波形整形器は、直列に接続された複数の干渉計を有する構成である。各干渉計は、それぞれ、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が正であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが周期的に変化する第１の伝達関数、または、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが周期的に変化する第２の伝達関数を提供する。そして、上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、上記第２の伝達関数が使用される。
【００１２】
光波形整形器の特性は、入力光パワーと出力光パワーとの関係を表す伝達関数により表される。ここで、複数の干渉計が直列に接続された光波形整形器においては、概ね、各干渉計の伝達関数を合成した合成伝達関数によりその光波形整形器の特性が表される。すなわち、光波形整形器の特性を改善するためには、各干渉計の伝達関数を適切に組み合わせる必要がある。
【００１３】
本発明においては、少なくとも１つの干渉計において第２の伝達関数が使用される。これにより、入力光パワーがゼロから離れた領域において、広い入力光パワー領域に渡って出力光パワーが概ね一定となるような合成伝達関数を得ることが可能になる。そして、入力信号の光パワーが上記領域内にあれば、その信号に雑音が乗っていても、概ね一定の出力光パワーを得ることができる。
【００１４】
上記波形整形器において、上記第１の伝達関数を使用する干渉計および上記第２の伝達関数を使用する干渉計が混在するようにしてもよい。この場合、入力光パワーがゼロから離れた領域において広い入力光パワー領域に渡って出力光パワーが概ね一定となることに加え、入力光パワーがゼロに近い領域において有る程度の入力光パワー領域に渡って出力光パワーが概ね一定となる合成伝達関数を得ることができる。この結果、入力信号の「発光レベル」だけでなく、「消光レベル（または、低発光レベル）」においても耐雑音性が改善される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、広い入力光パワー領域に渡って出力光パワーが概ね一定となるような合成伝達関数を得ることが出来る。このため、その入力光パワー領域における信号であれば、雑音の影響を排除することができ、光Ｓ／Ｎ比が改善される。
【００１６】
また、入力光パワーがゼロから離れた領域において広い入力光パワー領域に渡って出力光パワーが概ね一定となるので、入力信号が発光状態のときに大きな雑音が発生しても、光Ｓ／Ｎ比を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の光波形整形器の使用形態の一例を示す図である。ここでは、光波形整形器１は、光通信システムにおいて使用されている。
図１に示す光通信システムにおいて、送信端局から送出された光信号は、伝送路上に設けられている光アンプによって増幅されながら受信端局へ伝搬される。このとき、この光信号の波形は、伝送路上で徐々に崩れていく。
【００１８】
光波形整形器１は、送信端局と受信端局との間の伝送路上または受信端局に設けられ、光信号に対して光２Ｒ機能を提供する。ここで、光２Ｒ機能は、光信号のまま、その光信号の再生（Regenerate）およびその光信号の波形再生（Reshape）を行うことをいう。
【００１９】
なお、本発明の光波形整形器は、このような用途に限定されるものではなく、例えば、光信号処理や光計測の分野においても利用可能である。
図２は、本発明に係る光波形整形器の第１の構成例を示す図である。本発明の光波形整形器は、直列に接続された複数の干渉計を有する。ただし、ここでは、２個の干渉計が接続された光波形整形器について説明をする。また、各干渉計は、マッハツェンダ干渉計であるものとする。
【００２０】
干渉計１０は、入力ポート１１ａ、１１ｂ、高非線形光ファイバ１２、低非線形光ファイバ１３、概３dB分岐の方向性結合器１４、１５、出力ポート１６ａ、１６ｂを備える。ここで、信号光は、入力ポート１１ａを介して入力されるものとする。なお、以下の記述において高非線形光ファイバと低非線形光ファイバを干渉計の構成要素とする例で説明をする場合が多いが、光ファイバ以外の半導体材料光導波路、ガラス材料光導波路、その他の高分子材料を含む非線形材料の光導波路、及び、バルク型の非線形材料を用いても同様な構成で光波形整形器を構成できる。
【００２１】
特に半導体材料光導波路は以下の（１）〜（４）の光導波路を含む。
（１）信号光の波長が光導波路の材料の吸収端より長い波長の場合の３次の非線形分極による自己位相変調を生じる光導波路。
（２）信号光の波長が利得帯域内にある半導体光アンプでの、主に屈折率のキャリア変動に伴うプラズマ分散による屈折率変化に起因する自己位相変調を生じる光導波路。
（３）信号光の波長が利得帯域より長い波長にある半導体光アンプでの、主に屈折率のキャリア変動に伴うプラズマ分散とホットキャリア生成による屈折率変化に起因する自己位相変調を生じる光導波路。
（４）信号光の波長が吸収帯域内にある電界吸収型半導体光変調器での、主に光吸収起因の電荷発生による局所的な電圧変化と導波路材料のエネルギーギャップ変動による吸収率変化に伴う屈折率変化による自己位相変調を生じる光導波路。
【００２２】
入力ポート１１ａを介して入力される信号光は、方向性結合器１４により高非線形光ファイバ１２および低非線形光ファイバ１３に導かれる。高非線形光ファイバ１２および低非線形光ファイバ１３を介してそれぞれ伝搬された信号光は、方向性結合器１５により結合され、出力ポート１６ａおよび１６ｂを介して出力される。このとき、出力ポート１６ａおよび１６ｂを介して出力される信号の光パワーは、互いに相補的な関係を満たしている。
【００２３】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、干渉計１０の出力ポート１６ａおよび１６ｂを介して出力される信号光に係る入出力伝達関数を示す図である。ここで、入出力伝達関数とは、入力光パワー（又は、入力光強度）と、出力光パワー（又は、出力光強度）との関係を表す。
【００２４】
出力ポート１６ａおよび１６ｂを介して出力される信号光に係る伝達関数は、いずれも入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する。ただし、これらの伝達関数の特性は、互いに異なっている。すなわち、出力ポート１６ａを介して出力される信号光に係る伝達関数は、入力光パワーがゼロ近傍であるときに、入力光パワーについての１次微分は概ねゼロであり、その２次微分は正の値である。一方、出力ポート１６ｂを介して出力される信号光に係る伝達関数は、入力光パワーがゼロ近傍であるときに、入力光パワーについての１次微分は正の値であり、その２次微分は負の値である。なお、以下では、前者を「正の伝達関数」、後者を「負の伝達関数」と呼ぶことがある。
【００２５】
このように、伝達関数は、入力光パワーがゼロ近傍であるときに以下の特性を有する。
正の伝達関数：
ｄＰout／ｄＰin  ＝  ０（実質的にゼロである場合を含む）
ｄ２Ｐout／（ｄＰin）２  ＞  ０
負の伝達関数：
ｄＰout／ｄＰin  ＞  ０
ｄ２Ｐout／（ｄＰin）２  ＜  ０
【００２６】
図２に戻る。干渉計２０は、基本的な構成は干渉計１０と同じであり、入力ポート２１ａ、２１ｂ、高非線形光ファイバ２２、低非線形光ファイバ２３、方向性結合器２４、２５、出力ポート２６ａ、２６ｂを備える。ここで、干渉計１０から出力される信号光は、入力ポート２１ａに導かれるものとする。また、出力ポート２６ａおよび２６ｂを介して出力される信号の光パワーは、互いに相補的な関係を満たしている。そして、出力ポート２６ａを介して出力される信号光に係る伝達関数は正の伝達関数であり、出力ポート２６ｂを介して出力される信号光に係る伝達関数は負の伝達関数である。
【００２７】
第１の構成例の光波形整形器では、干渉計１０の出力ポート１６ａの出力が干渉計２０の入力ポート２１ａに導かれると共に、干渉計２０の出力ポート２６ｂの出力が光波形整形器の出力として使用される。すなわち、干渉計１０では正の伝達関数が使用され、干渉計２０では負の伝達関数が使用される。なお、入力または出力として使用しないポートは、導波路端面を斜め研磨加工または光アイソレータ利用などの無反射終端を施してもちいる。
【００２８】
図４は、第１の構成例の光波形整形器全体の入出力伝達関数（すなわち、干渉計１０、２０の合成伝達関数）を示す図である。なお、ここでは、以下のパラメータが与えられたものとする。
高非線形光ファイバ１２、２２のγ値：２５．０（１／Ｗ−ｋｍ）
高非線形光ファイバ１２、２２の波長分散：−０．５（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）
高非線形光ファイバ１２、２２の波長分散スロープ：０．０８（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）
低非線形光ファイバ１３、２３のγ値：１．３（１／Ｗ−ｋｍ）
低非線形光ファイバ１３、２３の波長分散：−０．５（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）
低非線形光ファイバ１３、２３の波長分散スロープ：０．０８（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）
高非線形光ファイバ１２の長さ＝低非線形光ファイバ１３の長さ＝５ｋｍ
高非線形光ファイバ２２の長さ＝低非線形光ファイバ２３の長さ＝４ｋｍ
入力光パワーの範囲：０〜１４０ｍＷ
【００２９】
第１の構成例の光波形整形器の伝達関数では、図４に示すように、入力光パワーがゼロから大きくなるにつれて出力光パワーも大きくなっていく。そして、入力パワーが５０ｍＷ〜１１０ｍＷの範囲のときは、ほぼ一定の安定した出力光パワーが得られている。このように、第１の構成例の光波形整形器においては、広い入力光パワー範囲に渡って、ほぼ一定の安定した出力光パワーが得られる。そして、このことが、光ＳＮ比の改善に大きく寄与する。
【００３０】
図５〜図６は、伝達関数と再生される信号との関係を説明する図である。なお、以下では、信号光が高発光状態であることを「マークレベル」と呼び、信号光が低発光状態であることを「スペースレベル」と呼ぶことがある。また、入力光パワーに対して伝達関数が平坦であり光波形整形器からの出力光が高発光状態（すなわち、マークレベル）となる入力光パワー領域のことを「マーク平坦領域ＦＷｍ」と呼ぶことがある。
【００３１】
図５は、マーク平坦領域ＦＷｍが狭い光波形整形器における信号再生を示している。なお、信号光Ｓout1〜Ｓout3は、それぞれ、信号光Ｓin1〜Ｓin3が入力された場合における出力光を表している。ここで、信号光Ｓin1は、雑音の無い理想的な信号光である。また、信号光Ｓin2は、小さな雑音が乗っている信号光である。さらに、信号光Ｓin3は、大きな雑音が乗っている信号光（特に、マークレベルに大きな雑音（例えば、ＡＳＥが付加されると信号光との干渉作用によりマークレベルの雑音が大きくなる）が乗っている信号光）である。
【００３２】
マーク平坦領域ＦＷｍが狭い光波形整形器であっても、雑音の無い信号光Ｓin1が入力された場合には、アイ開口の大きな信号光Ｓout1が得られる。すなわち、良好なＳＮ比を持った信号光が出力される。
【００３３】
しかし、小さな雑音の乗った信号光Ｓin2が入力されたときに得られる信号光Ｓout2は、そのアイ開口が広くなっている。すなわち、この場合には、ＳＮ比が改善される。しかし、マークレベルに大きな雑音の乗った信号光Ｓin3が入力されると、光波形整形器から出力される信号光Ｓout3のアイ開口は実質的にゼロになってしまう。すなわち、この場合、信号を再生することが出来なくなってしまう。
【００３４】
図６は、マーク平坦領域ＦＷｍが広い光波形整形器における信号再生を示している。すなわち、本発明の第１の構成例の光波形整形器における信号再生を示している。なお、信号光Ｓin1〜Ｓin3は、図５を参照しながら説明したものと同じである。
【００３５】
マーク平坦領域ＦＷｍが広い場合には、雑音が無い場合あるいは雑音が小さい場合だけでなく、マークレベルに大きな雑音の乗った信号光Ｓin3が入力された場合であっても、光波形整形器から出力される信号光Ｓout3のアイ開口は十分に大きい。すなわち、入力光に大きな雑音が乗っていても、再生される信号光のＳＮ比は大幅に改善される。
【００３６】
このように、大きな雑音の乗った入力光を再生した際のＳＮ比を改善するためには、広いマーク平坦領域ＦＷｍが要求される。また、伝達関数としては、以下の特性を有していることが望ましい。なお、「ＦＷｓ」は、入力光パワーに対して伝達関数が平坦であり光波形整形器からの出力光が低発光状態（すなわち、スペースレベル）となる入力光パワー領域のことをいう。また、「Ｗｔｒ」は、伝達関数の立上り領域のことをいう。
ＦＷｍ／ＦＷｓ  ≫  １
Ｗｔｒ  ＜  ＦＷｍ
図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ本発明に係る光波形整形器の第２および第３の構成例を示す図である。なお、第２および第３の構成例の光波形整形器の基本構成要素は、いずれも図２に示した第１の構成例と同じである。
【００３７】
第２の構成例の光波形整形器は、図７（ａ）に示すように、干渉計１０の出力ポート１６ｂの出力が干渉計２０の入力ポート２１ａに導かれる。そして、干渉計２０の出力ポート２６ａの出力が光波形整形器の出力として使用される。すなわち、干渉計１０では負の伝達関数が使用され、干渉計２０では正の伝達関数が使用される。
【００３８】
図８（ａ）は、図７（ａ）に示す第２の構成例の光波形整形器の入出力伝達関数を示す図である。このように、第２の構成例によっても広いマーク平坦領域ＦＷｍが得られる。なお、上述した第１の構成例と同じパラメータが与えられている。ただし、干渉計１０、２０を構成するファイバの長さは以下の通りである。
高非線形光ファイバ１２の長さ＝低非線形光ファイバ１３の長さ＝１ｋｍ
高非線形光ファイバ２２の長さ＝低非線形光ファイバ２３の長さ＝８ｋｍ
【００３９】
第３の構成例の光波形整形器は、図７（ｂ）に示すように、干渉計１０の出力ポート１６ｂの出力が干渉計２０の入力ポート２１ａに導かれる。そして、干渉計２０の出力ポート２６ｂの出力が光波形整形器の出力として使用される。すなわち、干渉計１０および干渉計２０の双方において負の伝達関数が使用される。
【００４０】
図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示す第３の構成例の光波形整形器の入出力伝達関数を示す図である。このように、第３の構成例においては、正の伝達関数を使用する干渉計が存在しないので、光波形整形器全体の伝達関数は、入力光パワーがゼロに近い領域から急激に立ち上がる。このため、第１または第２の構成例と比較すると、入力スペースレベルにおいて雑音低減効果は少ない。しかし、広いマーク平坦領域ＦＷｍを持つ光リミッタとして有用である。なお、上述した第１の構成例と同じパラメータが与えられている。ただし、干渉計１０、２０を構成するファイバの長さは以下の通りである。
高非線形光ファイバ１２の長さ＝低非線形光ファイバ１３の長さ＝１ｋｍ
高非線形光ファイバ２２の長さ＝低非線形光ファイバ２３の長さ＝２ｋｍ
【００４１】
このように、第１〜第３の構成例の光波形整形器においては、複数の干渉計（実施例では、２個の干渉計）のなかの少なくとも１個の干渉計において負の伝達関数が使用されるようにそれらの干渉計が直列的に接続されている。そして、この構成を導入することにより、広いマーク平坦領域ＦＷｍが実現される。
【００４２】
なお、例えば、上述した非特許文献１には、干渉計（ただし、非線形ループミラー）を多段接続する構成が記載されている。しかし、各干渉計において「正の伝達関数」が使用されている。この結果、図９に示すように、干渉計の段数を１から５まで増加させても、広いマーク平坦領域ＦＷｍが得られるものではない。すなわち、多段接続された複数の干渉計を有する光波形整形器において広いマーク平坦領域ＦＷｍを得るためには、それらのなかの少なくとも１個の干渉計において負の伝達関数が使用される必要がある。そして、本件出願人は、この事実を発見した。
【００４３】
図１０（ａ）は、本発明に係る光波形整形器の第４の構成例を示す図である。第４の構成例の光波形整形器においては、各干渉計は、それぞれ、入力部および出力部にＹ字型の分岐導波路が設けられており、１つの入力ポートおよび１つの出力ポートを有している。そして、１段目の干渉計には、低非線形光ファイバ１３を介して伝搬された信号光の位相を「π」だけ遅延させるための位相調整器３１が設けられている。これにより、１段目の干渉計は、図３（a）に示すような正の伝達関数を提供する。一方、２段目の干渉計は、図３（b）に示すような負の伝達関数を提供する。
【００４４】
なお、位相調整器３１は、低非線形光ファイバ１３を介して伝搬された信号光の位相を調整する代わりに、高非線形光ファイバ１２を介して伝搬された信号光の位相を調整するために設けられてもよい。また、位相調整器３１は、２段目の干渉計のみに設けられてもよいし、１段目の干渉計および２段目の干渉計の双方に設けられてもよい。
【００４５】
図１０（ｂ）は、本発明に係る光波形整形器の第５の構成例を示す図である。ここで、第５の構成例の光波形整形器は、第１〜第３の構成例と第４の構成例との組合せにより実現される。なお、第１〜第３の構成例において使用される干渉計、および第４の構成例において使用される干渉計は、任意に組み合わせることが可能である。ただし、少なくとも１個の干渉計が負の伝達関数を提供することが必要である。
【００４６】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、本発明に係る光波形整形器の第６および第７の構成例を示す図である。第６の構成例は、図１１（ａ）に示すように、ミラー３２およびハーフミラー３３等を利用した空間ビーム系により第１〜第５の構成例と同等の光波形整形器を実現している。なお、各干渉計の入力側に設けられているハーフミラー３３は、入力光を分岐して高非線形光ファイバ１２、２２および低非線形光ファイバ１３、２３に導く。また、各干渉計の出力側に設けられているハーフミラー３３は、高非線形光ファイバ１２、２２および低非線形光ファイバ１３、２３により伝搬された光を合波する。
【００４７】
第７の構成例は、図１１（ｂ）に示すように、ミラー３２及び偏光ビームスプリッタ（偏光子）３４、３５等を利用した空間ビーム系により第１〜第５の構成例と同等の光波形整形器を実現している。なお、各干渉計の入力側に設けられている偏光ビームスプリッタ３４は、入力光を偏光成分ごとに分離して高非線形光ファイバ１２、２２および低非線形光ファイバ１３、２３に導く。また、各干渉計の出力側に設けられている偏光ビームスプリッタ３４は、高非線形光ファイバ１２、２２および低非線形光ファイバ１３、２３により伝搬された光を合波する。さらに、偏光ビームスプリッタ３５は、所定の回転角が与えられている。
【００４８】
図１２は、本発明の光波形整形器による波形改善効果の一例（計算値）を示す図である。なお、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ、ＮＲＺ符号の信号についての入力光波形および出力光波形を示している。ここで、この例では、入力光は大きな雑音を含んでいる。特に、マークレベルにおける雑音が大きい。しかし、本発明の光波形整形器により再生された出力光は、アイ開口も広く、その波形が大幅に改善されている。この結果、ＳＮ比も改善される。
【００４９】
なお、本発明の光波形整形器においては、入力光パワーに比例する自己位相変調による位相変化量を利用することにより干渉計での干渉状態を変化させて光波形の整形を実現している。このため、瞬時的な入力光パワーの変動に対しても干渉計が追従できるので、ＲＺ符号信号だけでなく、「０（スペースレベル）」または「１（マークレベル）」が継続し得るＮＲＺ符号信号であっても、正常に動作する。
【００５０】
これに対して、入力光パワーの時間微分値を利用して動作する光波形整形器は、各ビット中に光パワーの変移点のないＮＲＺ符号信号の波形を十分に改善できない。このような光波形整形器としては、例えば、光パルス強度の変化点での自己位相変調の時間微分による周波数変化と光バンドパスフィルタを利用する構成が相当する。
【００５１】
上述のように、本発明の光波形整形器は、複数の干渉計を有し、それらのうちの少なくとも１個の干渉計が負の伝達関数を使用する構成である。そして、この構成自体、従来技術にはない新規な構成であるが、より良好な波形整形効果を得るためには、各干渉計の伝達関数を適切に調整する必要がある。
【００５２】
干渉計の伝達関数は、例えば、干渉計を構成する光ファイバのγ値、干渉計を構成する光ファイバの長さ、信号光の位相シフト量を調整することにより調整することができる。そして、以下では、信号光の位相シフト量を調整する方法について説明する。
【００５３】
図１３は、信号光に対する伝達関数についてのバイアス光の効果を示す図である。ここで、バイアス光は、信号光が配置されている波長帯域内の一定パワーの光であり、干渉計に供給される。ただし、バイアス光の波長は、信号光の波長と異なっている。そして、信号光の位相は、図１３に示すように、バイアス光に起因する相互位相変調によりシフトすることになる。なお、信号光の位相シフト量は、バイアス光のパワー及び波長などによって調整可能である。
【００５４】
図１４〜図１５は、干渉計にバイアス光を供給する構成を示す図である。なお、図１４〜図１５においては、バイアス光を生成する光源は省略する。
図１４（ａ）に示す構成では、バイアス光は、干渉計の入力側から供給される。このとき、バイアス光は、信号光と合波されて干渉計に供給される。なお、信号光およびバイアス光を合波する構成は、公知の技術により実現される。また、干渉計の入力側から供給されたバイアス光は、信号光といっしょに出力されることとなる。したがって、干渉計の出力側には、信号光の波長成分を通過させると共にバイアス光の波長成分を除去するための光フィルタ３６が設けられている。
【００５５】
図１４（ｂ）に示す構成では、バイアス光は、干渉計の出力側から供給される。このとき、バイアス光は、信号光を出力するための伝送路を利用して干渉計に供給される。
図１４（ｃ）および図１４（ｄ）に示す構成は、それぞれ、実質的に、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示す構成と等価である。ただし、図１４（ｃ）および図１４（ｄ）に示す構成の干渉計は、例えばマッハツェンダ干渉計のように、複数の入力ポートまたは出力ポートを備えている。そして、図１４（ｃ）に示す構成では、未使用の入力ポートを介してバイアス光が供給される。一方、図１４（ｄ）に示す構成では、出力信号を取り出すポート以外の出力ポートを介してバイアス光が供給される。
【００５６】
図１４においては、各干渉計に対してバイアス光を供給する構成を示した。続いて、図１５では、干渉計が２段接続された光波形整形器にバイアス光を供給する構成を示す。なお、バイアス光を干渉計に導く構成自体は、図１４に示した任意の構成を利用できるものとする。
【００５７】
図１５（ａ）に示す構成では、バイアス光は１段目の干渉計の入力側から供給される。このため、バイアス光は、１段目の干渉計を通過し、信号光と共に２段目の干渉計にも供給される。すなわち、１つの光源により生成されるバイアス光が双方の干渉計に供給される。
【００５８】
図１５（ｂ）に示す構成では、バイアス光は、図１５（ａ）に示す構成と同様に、１段目の干渉計の入力側から供給される。ただし、１段目の干渉計と２段目の干渉計との間には、バイアス光を遮るための光フィルタ３６が設けられている。すなわち、この構成においては、１段目の干渉計のみにバイアス光が供給される。
【００５９】
図１５（ｃ）に示す構成では、バイアス光は２段目の干渉計の入力側から供給される。すなわち、この構成においては、２段目の干渉計のみにバイアス光が供給される。
図１５（ｄ）に示す構成では、バイアス光１が１段目の干渉計の入力側から供給され、バイアス光が２段目の干渉計の入力側から供給される。すなわち、各干渉計に対して異なるバイアス光（例えば、互いに波長の異なるバイアス光）を供給できる。
【００６０】
図１５（ｅ）に示す構成は、図１５（ｄ）に示す構成に加えて、１段目の干渉計と２段目の干渉計との間に光フィルタ３６を設けられている。すなわち、この構成においては、バイアス光１が２段目の干渉計の供給されることが回避される。
【００６１】
次に、図１６〜図１７を参照しながら、干渉計として非線形ループミラーを用いた光波形整形器について説明する。
図１６は、本発明に係る光波形整形器の第８の構成例を示す図である。ここでは、２個の非線形ループミラーが接続された光波形整形器について説明する。
【００６２】
非線形ループミラー４０は、入出力ポート４１、４２、方向性結合器４３、高非線形光ファイバ４４、光減衰器４５を備えている。一方、非線形ループミラー５０は、入出力ポート５１、５２、方向性結合器５３、高非線形光ファイバ５４、光減衰器５５を備えている。また、非線形ループミラー４０、５０間には、光サーキュレータ６１が設けられている。さらに、入出力ポート５２には、無反射終端器６２が接続されている。
【００６３】
入出力ポート４１を介して入力される信号光は、方向性結合器４３により分離され、一方の光は、高非線形光ファイバ４４を矢印Ｘの方向に伝搬され、他方の光は、高非線形光ファイバ４４を矢印Ｙの方向に伝搬される。すなわち、方向性結合器４３により分離された信号光は、互いに逆方向に高非線形光ファイバ４４を介して伝搬される。そして、高非線形光ファイバ４４を介して互いに逆方向に伝搬された光は、方向性結合器４３により結合され、入出力ポート４２を介して出力される。
【００６４】
このとき、矢印Ｙの方向に伝搬される信号光は、光減衰器４５により減衰された後に高非線形光ファイバ４４を伝搬されるので、矢印Ｘの方向に伝搬される信号光と比較して非線形効果は小さくなる。このため、方向性結合器４３により結合された信号光の光パワーは、図２に示した干渉計１０または２０と同様に、入力光パワーに対して図３（ａ）および図３（ｂ）に示す特性を示すことになる。すなわち、非線形ループミラー４０は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す入出力伝達関数を提供する。そして、ここでは、入出力ポート４１を介して入力される信号光に対する入出力ポート４２を介して出力される信号光の伝達関数が図３（ａ）に示す正の伝達関数であり、入出力ポート４１を介して出力される信号光の伝達関数が図３（ｂ）に示す負の伝達関数である。すなわち、この光波形整形器では、非線形ループミラー４０は、正の伝達関数を使用する。
【００６５】
非線形ループミラー４０の入出力ポート４２を介して出力された信号光は、光サーキュレータ６１により非線形ループミラー５０の入出力ポート５１に導かれる。
非線形ループミラー５０の構成および動作は、基本的に、非線形ループミラー４０と同じである。ただし、非線形ループミラー５０においては、入出力ポート５１の出力が非線形ループミラー５０から出力される信号光として使用される。また、非線形ループミラー５０においては、入出力ポート５１を介して入力される信号光に対する入出力ポート５２を介して出力される信号光の伝達関数が正の伝達関数であり、入出力ポート５１を介して出力される信号光の伝達関数が負の伝達関数である。すなわち、この光波形整形器では、非線形ループミラー５０は、負の伝達関数を使用する。
【００６６】
非線形ループミラー５０の入出力ポート５１を介して出力された信号光は、光サーキュレータ６１により、波形再生された信号光として出力される。
このように、図１６に示す第８の構成例の光波形整形器においては、非線形ループミラー４０が正の伝達関数を使用し、非線形ループミラー５０が負の伝達関数を使用する。したがって、第８の構成例の光波形整形器は、図２に示す光波形整形器と同等な構成と言える。
【００６７】
なお、図１６に示す構成では、光減衰器４５、５５を設けることによって、高非線形光ファイバ４４を矢印Ｘの方向に伝搬する経路の非線形性と矢印Ｙの方向に伝搬する経路の非線形性を互いに異なるようにしているが、この手法に限定されるものではない。すなわち、例えば、方向性結合器４３、５３の分岐比を非対称にする構成や、光減衰器の代わりに光りアンプや波長分散素子を設けた構成であってもよい。
【００６８】
また、非線形ループミラーでは、高非線形光ファイバ上に互いに逆方向に信号光を伝搬させる２本の経路が存在するので、それらの経路間で相互位相変調によるクロストークが発生し得る。したがって、このクロストークを十分に小さくする必要がある。
【００６９】
図１７（ａ）は、本発明に係る光波形整形器の第９の構成例を示す図である。第９の構成例の光波形整形器では、非線形ループミラー４０が負の伝達関数を使用し、且つ、非線形ループミラー５０が正の伝達関数を使用するようにそれらが接続される。これにより、図７（ａ）に示す構成と実質的に等価な光波形整形器が実現される。
【００７０】
図１７（ｂ）は、本発明に係る光波形整形器の第１０の構成例を示す図である。第１０の構成例の光波形整形器では、非線形ループミラー４０が負の伝達関数を使用し、且つ、非線形ループミラー５０も負の伝達関数を使用するようにそれらが接続される。これにより、図７（ｂ）に示す構成と実質的に等価な光波形整形器が実現される。
【００７１】
なお、上述した第１〜第１０の構成例の光波形整形器において、干渉計内の伝搬経路が長い場合は、１組の伝搬経路（非線形ループミラーにおいては、１本の伝送路上に形成される仮想的な２本の経路）を介して伝搬された後の信号の偏光状態を互いに一致させることが困難な場合がある。この問題を解決するためには、例えば、図１８に示すように、干渉計の前段に偏光制御器７１を設け、信号光を一定の偏光状態にした後に干渉計に入力するようにしてもよい。この場合、干渉計を構成する光学系自体も偏光状態を保存することが好適である。このような構成とすれば、干渉計に対する外部の振動や温度変化等の影響を大幅に低減することができる。
【００７２】
あるいは、図１９に示す構成により、入力信号光の偏光を制御することなく偏光依存性をある程度低減させることもできる。すなわち、信号光を互いに直交する１組の偏光成分（例えば、互いに直交する１組の直線偏光成分）に分離する偏光ビームスプリッタ等の偏光素子８１を設ける。また、１組の光波形整形器８２ａ、８２ｂを用意する。ここで、光波形整形器８２ａ、８２ｂは、上述した第１〜第９の構成例の中の任意の光波形整形器を用いることができる。そして、光波形整形器８２ａ、８２ｂを用いて偏光成分ごとに独立して波形整形を行い、偏光素子８３を用いてそれらを偏波合成する。
【００７３】
ただし、偏光素子８１により得られる１組の偏光成分の光パワーの比は、入力光の偏光状態に依存する。よって、光波形整形器８２ａ、８２ｂの前段に光パワー調整器８４ａ、８４ｂを設け、その光パワー比が適切に調整されることが望ましい。ここで、光パワー調整器８４ａ、８４ｂは、例えば、光アンプまたは光減衰器により実現される。また、干渉計を構成する伝送路として偏波面保持ファイバを使用する場合には、偏光素子８１により得られる１組の偏光成分を、その偏波面保持ファイバの屈折率異方性の軸に合わせて入力することが望ましい。
【００７４】
図２０は、干渉計の特性を動的に調整する機能を持つ光波形整形器の基本構成を示す図である。干渉計内の２つの伝搬経路が物理的に分離している場合（例えば、２本の光ファイバにより構成されている場合）は、局所的な温度変化によって干渉条件が変化し得る。そして、干渉条件が変化すると、光波形整形器の特性が劣化する。そこで、実施形態の光波形整形器は、このような特性の劣化を回避するために、各干渉計内の２つの伝搬経路の少なくとも一方に光路長を微調整するための光路長調整器９０ａ、９０ｂを有する。
【００７５】
光路長調整器９０ａ、９０ｂは、例えば、以下の機能を提供することで光路長を微調整する。
（１）干渉計内の光導波路の温度を変化させることによりその屈折率を変化させる機能
（２）干渉計内の光導波路の温度を変化させることにより光導波路自体を膨張させる機能
（３）光導波路の導波方向に力を加えることによる光導波路自体の伸張させる機能
（４）キャリア密度を変化させることにより光導波路の屈折率を変化させる機能
（５）電界を印可することのより光導波路を構成する材料の屈折率を変化させる機能
（６）空間ビーム光学系で光路長を変化させる機能
【００７６】
図２１は、干渉計の特性を動的に調整する機能を持つ光波形整形器の実施例である。ここでは、図２に示した構成例１の光波形整形器をベースにしている。そして、各干渉計１０、２０には、それぞれ光路長調整器９０ａ、９０ｂが設けられている。
【００７７】
モニタ光源９１ａ、９１ｂは、それぞれ、干渉計１０、２０に供給すべきモニタ光を生成する。モニタ光は、信号光の波長帯域外に配置される互いに異なる複数の波長成分を含んでいる。また、モニタ光は、信号光の変調帯域内の周波数帯では変調されておらず、信号光と比較して十分に光パワーが小さい。なお、モニタ光源９１ａ、９１ｂは、例えば、ＬＥＤまたはマルチモードレーザダイオードにより実現される。
【００７８】
モニタ光は、それぞれ、干渉計１０、２０の出力側から供給される。ここで、モニタ光源９１ａによって生成されるモニタ光は、光学部品９４を利用して干渉計１０に供給される。光学部品９４は、干渉計１０から出力される信号光を干渉計２０へ導き、モニタ光源９１ａにより生成されるモニタ光を干渉計１０に導く。なお、光学部品９４は、例えば、バンド阻止光フィルタを用いて実現するようにしてもよい。一方、モニタ光源９１ｂにより生成されるモニタ光は、未使用出力ポートを介して干渉計２０に供給される。なお、光フィルタ９５は、モニタ光源９１ｂにより生成されるモニタ光が干渉計１０に供給されることを阻止するために設けられている。
【００７９】
モニタ部９２ａ、９２ｂは、それぞれ、モニタ光源９１ａ、９１ｂにより生成されたモニタ光を検出する。なお、モニタ部９２ａ、９２ｂは、例えば、フォトダイオード等の光電変換素子により実現される。
【００８０】
制御部９３ａ、９３ｂは、モニタ部９２ａ、９２ｂの出力を参照し、モニタ光の波長帯域内の成分が最大になるように光路長調整器９０ａ、９０ｂの動作または特性を制御する。なお、光路長調整器９０ａ、９０ｂは、制御部９３ａ、９３ｂからの指示に従い、上述した（１）〜（６）のなかの任意の機能を利用して伝搬経路の光路長を調整する。
【００８１】
モニタ光の光パワーは、信号光のそれと比較して十分に小さい。このため、例えば、干渉計１０において、モニタ光は、高非線形光ファイバ１２を伝搬する際にほとんど非線形効果を起こさない。また、低非線形光ファイバ１３においては、実質的に非線形効果は起こらない。よって、干渉計１０を構成する２本の伝搬経路（すなわち、高非線形光ファイバ１２、低非線形光ファイバ１３）の光路長が互いに同じに当初に設定してあれば、モニタ部９２ａにより検出されるモニタ光の光パワーの平均値は、信号光パワー平均値が一定で、かつ、干渉計の光路長差が変化しなければ、概一定の平均値になるはずである。したがって、信号光の波長帯域内の周波数成分が当初の平均値と等しくになるように光路長調整器９０ａ、９０ｂを制御すれば、各干渉計１０、２０において、それぞれ、干渉計を構成する２本の伝搬経路の光路長差を当初の値のゼロ（または、半波長）に保てる。これにより、波形整形効果の劣化を回避できる。
【００８２】
また、モニタ光は、単一波長光であってもよい。ただし、干渉計を構成する２本の伝搬経路の光路長差がその波長の整数倍であった場合には、その光路長差がゼロ（または、半波長）であるか否かを検出できない。よって、モニタ光は、互いに異なる複数の波長成分を含んでいることが望ましい。
【００８３】
ところで、干渉計を利用して波形を再生する光波形整形器による波形改善効果は、各干渉計の伝達関数の特性、入力信号の光パワーのピーク値、入力信号の雑音幅に依存する。よって、これらの要因を考慮した光波形整形器を設計することは有効である。
【００８４】
図２２は、入力信号の光パワーまたは雑音量に応じて特性を調整する機能を持った光波形整形器の構成図である。光分岐部１０１は、入力信号光を分岐する。光分岐部１０１により分岐された信号光の大部分は光波形整形部１０２に導かれ、残りの信号光が検出部１０３に導かれる。光波形整形部１０２は、例えば、上述した構成例１〜１０のなかの任意の光波形整形器である。ただし、光波形整形部１０２は、信号光についての伝達関数を調整する機能を有している。
【００８５】
検出部１０３は、信号光の光パワー（あるいは、そのピーク値）を検出する。制御部１０４は、検出部１０３による検出結果に基づいて光パワー調整部１０５を制御する。ここで、光パワー調整部１０５は、光アンプまたは光減衰器であり、信号光の光パワーを調整する。また、制御部１０４は、検出部１０３による検出結果に基づいて光波形整形部１０２の伝達関数を制御するようにしてもよい。具体的には、光波形整形部１０２が有する複数の干渉計の中の少なくとも１つの伝達関数を調整する。
【００８６】
また、検出部１０３は、信号光の光パワーを検出するかわりに、信号光の雑音量を検出または推定するようにしてもよい。この場合、制御部１０４は、検出または推定された雑音量に基づいて光パワー調整部１０５および／または光波形整形器１０２を制御する。さらに、雑音量は、シミュレーション等で得られる予想値を用いてもよい。
【００８７】
上述したように、本発明の光波形整形器は、複数の干渉計を備え、それらの中の少なくとも１つの干渉計において「負の伝達関数」を使用する構成である。しかし、このような構成を導入したからといって必ずしも良好な波形整形効果が得られるわけではない。すなわち、良好な波形整形効果を実現するためには、各干渉計の伝達関数を合成することにより得られる光波形整形器全体の伝達関数を適切に調整する必要がある。
【００８８】
良好な合成伝達関数は、例えば、以下の手順で実現する。
（１）正の伝達関数を持つ干渉計および負の伝達関数を持つ干渉計を直列に接続する。これにより、合成伝達関数は、入力光パワーがゼロの近い領域において傾きが小さくなる。すなわち、図６に示すスペース平坦領域ＦＷｓとしてある程度の幅を確保できる。この結果、入力信号のスペース領域に雑音が乗っていても、出力信号は「０（スペース状態）」になるので、信号が正しく再生されることになる。
【００８９】
（２）各干渉計の非線形効果の大きさを変えることにより、各干渉計の伝達関数のピーク位置をシフトさせる。各干渉計の伝達関数のピーク位置は、合成伝達関数のマーク平坦領域ＦＷｍが広くなるように調整される。
【００９０】
（３）上記（２）により良好な合成伝達関数に近い関数が得られた後、各干渉計の非線形効果を決定するパラメータ（干渉計を構成する光ファイバの長さ、およびそのγ値）を微調整することにより、良好な合成伝達関数が得られる組み合わせを探す。
【００９１】
次に、良好な合成伝達関数を得るための手順に係わる実施例を示す。最初の実施例１においては、任意の組合せでは必ずしも良い特性の光波形整形器が得られる訳ではないことを示し、実施例２において良い特性の光波形整形器を得られる条件を示す。
【実施例１】
【００９２】
光波形整形器の構成は、図２に示す第１の構成例または図７（ａ）に示す第２の構成例であるものとする。すなわち、光波形整形器は、干渉計１０、２０が接続された構成であり、それらのうちの一方が正の伝達関数を使用し、他方が負の伝達関数を使用するものとする。また、以下のパラメータが与えられたものとする。
高非線形光ファイバ１２、２２のγ値：２５．０（１／Ｗ−ｋｍ）
高非線形光ファイバ１２、２２の波長分散：−０．５（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）
高非線形光ファイバ１２、２２の波長分散スロープ：０．０８（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）
低非線形光ファイバ１３、２３のγ値：１．３（１／Ｗ−ｋｍ）
低非線形光ファイバ１３、２３の波長分散：−０．５（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）
低非線形光ファイバ１３、２３の波長分散スロープ：０．０８（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）
【００９３】
＜実施例１−１＞
構成：図２に示す第１の構成例
干渉計１０のファイバ長：１．０ｋｍ
干渉計２０のファイバ長：１．０〜１０．０ｋｍの範囲
合成伝達関数：図２３参照
【００９４】
図２３において、関数Ａは、干渉計２０のファイバ長が１ｋｍの場合の伝達関数を表している。しかし、関数Ａは、１つの干渉計（ここでは、干渉計１０）の伝達関数と同程度である。すなわち、干渉計１０のファイバ長が短い場合は、その後段に干渉計２０を接続しても、合成伝達関数が改善されないことがわかる。
【００９５】
なお、良好な伝達関数とは、図６を参照しながら説明したように、以下の要件を満たしている関数をいうものとする。
（１）スペース平坦領域ＦＷｓがゼロではなく、ある程度の幅を持っている。この要件が満たされると、入力信号の「０（スペースレベル）」に雑音が乗っていても、出力信号として「０」が得られる。
（２）マーク平坦領域ＦＷｍが広い。この要件が満たされると、ＡＳＥ等により入力信号の「１（マークレベル）」に大きな雑音が乗っていても、出力信号として「１」が得られる。
【００９６】
＜実施例１−２＞
構成：図７（ａ）に示す第２の構成例
干渉計１０のファイバ長：２．０ｋｍ
干渉計２０のファイバ長：１．０〜１０．０ｋｍの範囲
合成伝達関数：図２４参照
この形態では、干渉計２０のファイバ長をどのように変化させても、良好な合成伝達関数は得られない。すなわち、広いマーク平坦領域ＦＷｍが得られることはない。
【００９７】
＜実施例１−３＞
構成：図７（ａ）に示す第２の構成例
干渉計１０のファイバ長：３．０ｋｍ
干渉計２０のファイバ長：１．０〜１０．０ｋｍの範囲
合成伝達関数：図２５参照
この形態では、干渉計１０または２０を単独で使用した場合と比較して、ある程度の波形改善効果は認められる。しかし、入力光パワーのマーク領域に対して合成伝達関数が平坦になる領域の幅は、入力光パワーのスペース領域に対して合成伝達関数が平坦になる領域の幅よりも狭い。すなわち、スペース平坦領域幅が約１３０ｍＷ（０〜１３０ｍＷ）であるのに対し、マーク平坦領域幅は、最も良好な場合（ここでは、干渉計２０のファイバ長が９ｋｍの場合）においても約４０ｍＷ（２００〜２４０ｍＷ）程度である。ここで、入力信号の雑音は、一般に、ＡＳＥによる雑音が支配的なので、マークレベルに大きな雑音が乗っている。よって、スペース平坦領域幅よりもマーク平坦領域幅の方が広いことが望ましい。
【００９８】
＜実施例１−４＞
構成：図２に示す第１の構成例
干渉計１０のファイバ長：３．０ｋｍ
干渉計２０のファイバ長：１．０〜１０．０ｋｍの範囲
合成伝達関数：図２６参照
この形態では、干渉計２０のファイバ長が２ｋｍのときに良好な合成伝達関数が得られる。なお、図２６において、関数Ｂは、干渉計２０のファイバ長が２ｋｍの場合の伝達関数を表している。そして、この場合、スペース平坦領域幅が約２０ｍＷ（０〜２０ｍＷ）であるのに対し、マーク平坦領域幅は約８０ｍＷ（８０〜１６０ｍＷ）である。
【００９９】
このように、良好な合成伝達関数を得るための計算例の一部を示したが、大きな波形整形効果を持った合成伝達関数を導出することは必ずしも容易ではない。
【実施例２】
【０１００】
光波形整形器の構成は、図２に示す第１の構成例、図７（ａ）に示す第２の構成例、または図７（ｂ）に示す第３の構成例であるものとする。すなわち、光波形整形器は、干渉計１０、２０が接続された構成であり、それらのうちの少なくとも一方が負の伝達関数を使用するものとする。そして、干渉計１０、２０は、マッハツェンダ干渉計であるものとする。また、ここでは、干渉計１０、２０の特性を下記の式で表す。
【０１０１】
１段目の干渉計が正の伝達関数を使用した場合（即ち、干渉計１０の出力端末１６ａを介して信号光が出力される場合）の伝達関数は、下記（１）式で表される。
P1s = T1 * Tm * P0 * (sin[a1 * P0 / 2])^2  ・・・・・（１）
Ｐ１ｓ：干渉計１０の出力ポート１６ａの出力光パワー
P0：干渉計１０の入力光パワー
ａ１：干渉計１０を構成する２本のパス（高非線形光ファイバ１２、低非線形光ファイバ１３）間の単位光パワーに比例する位相変化量の差
Ｔ１：干渉計１０の利得と損失を考慮に入れた干渉作用を含まない透過率
Ｔｍ：干渉計１０、２０間の利得を考慮に入れた透過率
１段目の干渉計が負の伝達関数を使用した場合（すなわち、干渉計１０の出力端末１６ｂを介して信号光が出力される場合）の伝達関数は、下記（２）式で表される。
【０１０２】
P1c = T1 * Tm * P0 * (cos[a1 * P0 / 2])^2  ・・・・・（２）
Ｐ１ｃ：干渉計１０の出力ポート１６ｂの出力光パワー
１段目の干渉計が負の伝達関数を使用し、２段目の干渉計が正の伝達関数を使用した場合（即ち、図７（ａ）に示す構成で信号光が出力される場合）の伝達関数は、下記（３）式で表される。
【０１０３】
P2css= P1c * (sin[a2 * P1c / 2])^2  ・・・・・（３）
Ｐ２ｃｓｓ：干渉計１０が負の伝達関数を使用した場合における干渉計２０の出力ポート２６ａの出力光パワー
ａ２：干渉計２０を構成する２本のパス（高非線形光ファイバ２２、低非線形光ファイバ２３）間の単位光パワーに比例する位相変化量の差
１段目の干渉計が正の伝達関数を使用し、２段目の干渉計が負の伝達関数を使用した場合（即ち、図２に示す構成で信号光が出力される場合）の伝達関数は、下記（４）式で表される。
【０１０４】
P2scc = P1s * (cos[a2 * P1s / 2])^2  ・・・・・（４）
Ｐ２ｓｃｃ：干渉計１０が正の伝達関数を使用した場合における干渉計２０の出力ポート２６ｂの出力光パワー
１段目および２段目の干渉計が共に負の伝達関数を使用した場合（即ち、図７（ｂ）に示す構成で信号光が出力される場合）の伝達関数は、下記（５）式で表される。
【０１０５】
P2ccc = P1c * (cos[a2 * P1c / 2])^2  ・・・・・（５）
Ｐ２ｃｃｃ：干渉計１０が負の伝達関数を使用した場合における干渉計２０の出力ポート２６ｂの出力光パワー
【０１０６】
＜実施例２−１＞
構成：図７（ａ）参照
伝達関数：上記（３）式
上記（３）式の伝達関数は、上記（２）式を利用して下記のように展開できる。
P2css= P1c * (sin[a2 * P1c / 2])^2
= P1c * ( sin[a2 *  T1 * Tm * P0 * ( cos[a1 * P0])^2] )^2  ・・・（６）
上記（６）式において、出力光パワー（P2css）は、概ね、「a2 *  T1 * Tm」および「a1」によって規定される。
【０１０７】
図２７は、「1.5 < a2 / a1×T1×Tm < ７」の範囲における出力光パワー（P2css）を表す図である。なお、図２７では、「T1×Tm = 1」および「a1 = 1」という条件が与えられている。すなわち、図２７は、「a2 / a1」をパラメータとして入力光パワーと出力光パワーとの関係を示している。また、図２８は、図２７に示す３次元グラフを「a2 / a1」をパラメータとして切断した断面グラフである。
【０１０８】
出力光パワー（P2css）は、下記（７）式の範囲内においては、なだらかに変化している。また、図２８に示すように、「a2 / a1」として適切な値が設定されれば、マーク平坦領域の広い良好な伝達関数が得られる。
【０１０９】
1.5 < a2 / a1×T1×Tm < ７  ・・・・・（７）
また、上記（７）式の範囲内では、出力光パワー（P2css）の３次元グラフの形状は一定である。以下、パラメータを変化させた場合の３次元グラフを図２９〜図３１に示す。
【０１１０】
図２９は、「T1*Tm = １０」の場合の出力光パワー（P2css）を表す図である。すなわち、図２９は、図２７と比較すると、「T1*Tm」を１０倍にした場合の伝達関数を示している。この場合、「a2 / a1」を１０分の１にすることにより、図２７に示したものと同じ形状（即ち、相似形）の３次元グラフが得られている。
【０１１１】
図３０は、「a1 = 0.1」かつ「T1*Tm = １」の場合の出力光パワー（P2css）を表す図である。すなわち、図３０は、図２７と比較すると、「a1」を１０分の１にした場合の伝達関数を示している。この場合、「a2」も同様に１０分の１にすることにより、図２７に示したものと同じ形状（即ち、相似形）の３次元グラフが得られている。
【０１１２】
図３１は、「a1 = １０」かつ「T1*Tm = １」の場合の出力光パワー（P2css）を表す図である。すなわち、図３１は、図２７と比較すると、「a1」を１０倍にした場合の伝達関数を示している。この場合、「a2」も同様に１０倍にすることにより、図２７に示したものと同じ形状（即ち、相似形）の３次元グラフが得られている。
【０１１３】
このように、上記（７）式により表される範囲は、変化しない。
図３２は、上記（７）式の範囲よりも広い範囲に渡って出力光パワー（P2css）を描いた図である。この場合、入力光パワーに対して出力パワーが急峻に変化する領域が出現する。このため、広いマーク平坦領域が得られなくなる。
【０１１４】
＜実施例２−２＞
構成：図７（ａ）参照
伝達関数：上記（３）式
実施例２−２の構成および伝達関数は、上述した実施例２−１と同じである。そして、この場合、上述した（７）式の他に、下記の（８）式により表される範囲においてもマーク平坦領域の広い良好な伝達関数が得られる。
０．２ < a2 / a1×T1×Tm < ０．８  ・・・・・（８）
【０１１５】
図３３は、上記（８）式により表される範囲における出力光パワー（P2css）を表す図である。なお、図３３では、「T1×Tm = １」という条件が与えられている。すなわち、図３３は、「a2 / a1」をパラメータとして入力光パワーと出力光パワーとの関係を示している。また、図３４は、図３３に示す３次元グラフを「a2 / a1」をパラメータとして切断した断面グラフである。
【０１１６】
出力光パワー（P2css）は、上記（８）式の範囲内において、なだらかに変化する。また、図３４に示すように、「a2 / a1」として適切な値が設定されれば、マーク平坦領域の広い良好な伝達関数が得られる。さらに、上記（８）式を満たす限りは、出力光パワー（P2css）の３次元形状は同じ（相似形）である。すなわち、実施例２−２においても、実施例２−１のケースと同様に、上記（８）式により表される範囲は変化しない。
【０１１７】
図３５は、上記（８）式の範囲よりも広い範囲に渡って出力光パワー（P2css）を描いた図である。この場合、入力光パワーに対して出力パワーが急峻に変化する領域が出現する。このため、広いマーク平坦領域が得られなくなる。
【０１１８】
＜実施例２−３＞
構成：図２参照
伝達関数：上記（４）式
上記（４）式の伝達関数は、上記（１）式を利用して下記のように展開できる。
P2scc= P1s * (cos[a2 * P1s / 2])^2
= P1s * ( cos[a2 *  T1 * Tm * P0 * ( sin[a1 * P0])^2] )^2  ・・・（９）
上記（９）式において、出力光パワー（P2scc）は、概ね、「a2 *  T1 * Tm」および「a1」によって規定される。
【０１１９】
図３６は、「０ < a2 / a1×T1×Tm < 0.8」の範囲における出力光パワー（P2scc）を表す図である。なお、図３６では、「T1×Tm = 1」という条件が与えられている。すなわち、図３６は、「a2 / a1」をパラメータとして入力光パワーと出力光パワーとの関係を示している。また、図３７は、図３６に示す３次元グラフを「a2 / a1」をパラメータとして切断した断面グラフである。
【０１２０】
出力光パワー（P2scc）は、下記（１０）式の範囲内においては、なだらかに変化している。また、図３７に示すように、「a2 / a1」として適切な値が設定されれば、マーク平坦領域の広い良好な伝達関数が得られる。
【０１２１】
０ < a2 / a1×T1×Tm < 0.8  ・・・・・（１０）
更に、上記（１０）式を満たす限りは、出力光パワー（P2scc）の３次元形状は同じ（相似形）である。すなわち、実施例２−３においても、実施例２−１のケースと同様に、上記（１０）式により表される範囲は変化しない。
【０１２２】
図３８は、上記（１０）式の範囲よりも広い範囲に渡って出力光パワー（P2scc）を描いた図である。この場合、入力光パワーに対して出力パワーが急峻に変化する。このため、広いマーク平坦領域が得られなくなる。
【０１２３】
＜実施例２−4＞
構成：図７（ｂ）参照
伝達関数：上記（５）式
上記（５）式の伝達関数は、上記（２）式を利用して下記のように展開できる。
P2ccc= P1c * (cos[a2 * P1c / 2])^2
= P1c * ( cos[a2 *  T1 * Tm * P0 * ( cos[a1 * P0])^2] )^2  ・・（１１）
上記（１１）式において、出力光パワー（P2ccc）は、概ね、「a2 *  T1 * Tm」および「a1」によって規定される。
【０１２４】
図３９は、「０ < a2 / a1×T1×Tm < ３」の範囲における出力光パワー（P2ccc）を表す図である。なお、図３９では、「T1×Tm = 1」という条件が与えられている。すなわち、図３９は、「a2 / a1」をパラメータとして入力光パワーと出力光パワーとの関係を示している。また、図４０は、図３９に示す３次元グラフを「a2 / a1」をパラメータとして切断した断面グラフである。
【０１２５】
出力光パワー（P2ccc）は、下記（１２）式の範囲内においては、なだらかに変化している。また、図４０に示すように、「a2 / a1」として適切な値が設定されれば、マーク平坦領域の広い良好な伝達関数が得られる。
【０１２６】
０ < a2 / a1×T1×Tm <  ３  ・・・・・（１２）
更に、上記（１２）式を満たす限りは、出力光パワー（P2ccc）の３次元形状は同じ（相似形）である。すなわち、実施例２−４においても、実施例２−１のケースと同様に、上記（１２）式により表される範囲は変化しない。
【０１２７】
図４１は、上記（１２）式の範囲よりも広い範囲に渡って出力光パワー（P2ccc）を描いた図である。この場合、入力光パワーに対して出力パワーが急峻に変化する。このため、広いマーク平坦領域が得られなくなる。
【０１２８】
次に、図１１（ｂ）に示した第７の構成例について詳細に説明をする。第７の構成例の光波形整形器における偏光状態の一例を図４２に示す。図４２において、円の中の矢印は、光の進行方向に対して後方から見た電界の振動方向を示している。また、図４２において矢印が指し示す縦方向および横方向は、それぞれ、図１１（ｂ）の紙面に垂直な方向および紙面に平行な方向に相当する。
【０１２９】
図１１（ｂ）または図４２に示す第１段目の干渉計を透過後に偏光子３４で合波された光の偏光が楕円偏光化するのは、図４３に示すように、２つの偏光の間に自己位相変調により発生した位相差によって、偏波合成した偏光が楕円化するためである。なお、図４３（ａ）は、互いに直交する偏波光の位相を示す図であり、図４３（ｂ）は、それらを合波した光の状態を示す図である。
【０１３０】
第７の構成例の光波形整形器においては、この楕円偏光から、第１段目の干渉計入力と同じ直線偏光成分を偏光子３５により切出し、その切り出した直線偏光成分を第２段目の干渉計に信号光を入力させる。そして、第２段目の干渉計において、片側の経路で位相差πを与え、干渉計出力の直線偏光の方位を入力直線偏光と直交するように設定する。これにより、第１段目の干渉計の出力偏光と直交する偏光成分を取り出すことと同じ作用が実現される。なお、この作用は、図１１（ｂ）において、位相差πを与えることなく、第１段目および第２段目の出力偏光子３５を、信号光の進行方向に垂直な面内で互いに直交する配置にすることでも実現される。
【０１３１】
続いて、自己位相変調により発生した位相差による偏光変調型の干渉計が、通常のマッハツェンダ干渉計と等価な働きをすることを以下に示す。なお、以下では、信号光の進行方向に直交する平面PLN1内の図１１（ｂ）の紙面に平行な方位をＸ軸、その平面PLN1内でＸ軸に直交する方位をＹ軸とする。
【０１３２】
Ｘ軸に平行な電界成分を「Ｅ1x」、Ｙ軸に平行な電界成分を「Ｅ1y」、高非線形光ファイバ１２において信号光の自己位相変調によって生じる位相差を「Δφ1」とする。また、低非線形光ファイバ１３における自己位相変調による位相差、光結合損失、および偏光子における損失を無視するものとする。そうすると、電界Ｅ1xおよび電界Ｅ1yは、以下のように表される。
Ｅ1x  ＝√２／２・√Ｔ・Ｅ0 ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ＋Δφ1）
Ｅ1y  ＝√２／２・√Ｔ・Ｅ0 ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ）
ここで、「Ｅ0 」は信号光の電界強度、「ω」は信号光の角周波数、「ｔ」は時間、「θ」は位相遅延、「Ｔr1」は光ファイバ１２、１３の透過率である。
【０１３３】
また、図４４に示すように、偏光子３５から出力される２つの偏光の偏波面とそれぞれ一致する方向の軸をＸ’軸およびＹ’軸とすると、Ｘ’軸に平行な電界Ｅ1x'は、以下のように表される。
Ｅ1x' ＝√２／２・（Ｅ1x＋Ｅ1y）
＝√Ｔr1／２・Ｅ0 ・（ cos（ωｔ＋θ＋Δφ1）＋cos （ωｔ＋θ） ）
＝√Ｔr1・Ｅ0 ・cos （ωｔ＋θ＋Δφ1／２）・cos （Δφ1／２）
ここで、「Δφ1／２＝０」とすれば、「Ｅ1x'＝√Ｔ・Ｅ0 ・cos （ωｔ＋θ）」が得られる。
一方、「Δφ1／２＝π／２」とすれば、「Ｅ1x'＝０」が得られる。
【０１３４】
このように、偏光子３５の出力光のＸ’軸方向の成分は、信号光の入力によって高非線形光ファイバ１２において生じる位相変化Δφ1が「０」のときに最大となり、その位相変化Δφ1が「π」のときに最小になる。
【０１３５】
この偏光干渉計から出力される信号光の強度Ｓout は、偏光子の損失を無視すると、以下のように表される。
Ｓout1＝Ｅ1x'^2
＝Ｔr1・[Ｅ0 ・cos （ωｔ＋θ＋Δφ1／２）・cos （Δφ1／２）]^2
ここで、信号光の強度Ｓout を表す式において、通常、平均値として測定される１０14Ｈｚ光の振動数に依存する値[ cos （ωｔ＋θ＋Δφ1／２）]^２は、数１０10Ｈｚ以下の周波数帯域の光受信器で測定すると平均値でしか現れない。よって、信号光強度Ｓout1は、下記のように表される。
Ｓout1  ∝  [ cos （Δφ1／２）]^2
【０１３６】
第２段目の干渉計において、入力する直線偏光の電界振動方向は、第１段目の干渉計の入力における方向と同じになっている。偏光干渉型ではあるが、第１段目の干渉計と第２段目の干渉計との間に偏光子３５が設けられているので、第１段目の偏光干渉計による第２段目の偏光干渉計への影響は、入力する光パワーの変化分だけである。故に、第２段目の偏光干渉計における電界は、第１段目の偏光干渉計の場合と同様に、以下のように表現される。なお、第２段目の干渉計においては、Ｘ軸に平行な電界成分を「Ｅ2x」、Ｙ軸に平行な電界成分を「Ｅ2y」、高非線形光ファイバ２２において信号光の自己位相変調によって生じる位相差を「Δφ2」とする。また、低非線形光ファイバ２３における自己位相変調による位相差、光結合損失、および偏光子における損失を無視するものとする。そうすると、電界Ｅ2xおよび電界Ｅ2yは、以下のように表される。
Ｅ2x  ＝√２／２・√Ｔr2・Ｅ1x' ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ＋Δφ2）
Ｅ2y  ＝√２／２・√Ｔr2・Ｅ1x' ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ + π）
ここで、「Ｅ1x' 」は、第１段目の偏光干渉計から出射される信号光の電界強度であり、「Ｔr2」は、光ファイバ２２、２３の透過率である。
【０１３７】
図４４において、偏光子３５から出力される２つの偏光の偏波面とそれぞれ一致する方向の軸をＸ’軸およびＹ’軸とすると、Ｘ’軸に平行な電界Ｅ2x' は、以下のように表される。
Ｅ2x' ＝√２／２・（Ｅ2x＋2y）
＝√Ｔr2／２・Ｅ1x' ・（ cos（ωｔ＋θ＋Δφ2）＋cos （ωｔ＋θ + π） ）
＝√Ｔr2／２・Ｅ1x' ・（ cos（ωｔ＋θ＋Δφ2）− cos （ωｔ＋θ ） ）
＝√Ｔr2・Ｅ1x' ・sin （ωｔ＋θ＋Δφ2／２）・sin （Δφ2／２）
ここで、「Δφ2／２＝π/2」とすれば、「Ｅ2x'＝√Ｔr2・Ｅ1x' ・sin （ωｔ＋θ + π/2）」が得られる。
一方、「Δφ2／２＝０」とすれば、「Ｅ2x'＝０」が得られる。
【０１３８】
このように、偏光子３５の出力光のＸ’軸方向の成分は、信号光の入力によって高非線形光ファイバ２２において生じる位相変化Δφ2が「π」のときに最大となり、その位相変化Δφ2が「０」のときに最小になる。
【０１３９】
第２段目の偏光干渉計から出力される信号光の強度Ｓout2 は、偏光子の損失を無視すると、以下のように表される。
Ｓout2＝Ｅ2x'^2
＝Ｔr2・[Ｅ1x' ・sin（ωｔ＋θ＋Δφ2／２）・sin （Δφ2／２）]^2
この信号光の強度Ｓout2は、上述した信号光強度Ｓout1と同様に、平均値で表されるとすると、下記の関係が得られる。
Ｓout2  ∝  Ｔr2・[Ｅ1x' ・ sin （Δφ2／２）]^2
ここで、「E1x' ^2  ∝  [ cos （Δφ1／２）]^2」および「Δφ2」を、上述した実施例２で定義した、「a1」「a2」「P1c」を利用して表現すると以下のようになる。
E1x' ^2  =P1c *Tr1 / (T1 * Tm)
Δφ2= a2 * P1c
よって、信号光強度Ｓout2は、「Tr1 = T1」である場合、下記のように表すことができる。
Ｓout2  ∝  Ｔr2 / Tm・P1c ・[  sin （a2 * P1c／２）]^2
そして、この式は、「Tm= 1」において、上述した実施例２の（３）式と同等である。ただし、実施例２の（３）式では、「Tr2 = 1」として損失を無視している。
【０１４０】
また、同様の議論を適用すれば、図１１（ｂ）に示す第１段目の偏光干渉計と第２段目の偏光干渉計とを入れ替えた構成の出力パワーは、上述した実施例２の（４）式と同等の結果を得ることになる。
【０１４１】
さらに、図１１（ｂ）に示す第１段目の偏光干渉計を２段重ねた構成は、上述した実施例２の（５）式により表される。
このように、図１１（ｂ）に示す偏光干渉型の光波形整形器においても、入出力特性について、上述した実施例２と同等の議論が成り立つ。
【０１４２】
以上の実施例１〜２を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）直列に接続された複数の干渉計を有する光波形整形器であって、
上記複数の干渉計は、それぞれ、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が正であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第１の伝達関数、または入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第２の伝達関数であり、
上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、上記第２の伝達関数が使用される
ことを特徴とする光波形整形器。
【０１４３】
（付記２）付記１に記載の光波形整形器であって、
上記第１の伝達関数を使用する干渉計および上記第２の伝達関数を使用する干渉計が混在することを特徴とする光波形整形器。
【０１４４】
（付記３）付記１に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計は、
入力ポートと、
互いに異なる光非線形性を有し、それぞれ上記入力ポートを介して入力された光を伝搬する第１および第２の伝送路と、
上記第１および第２の伝送路により伝搬された光を合波する合波器と、
上記合波器により合波された光を出力する出力ポート、
を有することを特徴とする光波形整形器。
【０１４５】
（付記４）付記３に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計は、マッハツェンダ干渉計であることを特徴とする光波形整形器。
（付記５）付記３に記載の光波形整形器であって、
上記第１および／または第２の伝送路における上記入力光の自己位相変調により、上記第１の伝送路を伝搬する光と上記第２の伝送路を伝搬する光に位相差が生じることを特徴とする光波形整形器。
【０１４６】
（付記６）付記１に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計において、干渉現象を生じさせる１組の光伝送路の少なくとも一部が一本の光伝送路を共有することを特徴とする光波形整形器。
【０１４７】
（付記７）付記６に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計は、非線形ループミラーであることを特徴とする光波形整形器。
（付記８）付記１に記載の光波形整形器であって、
当該光波形整形器により波形が整形される信号光の波長と異なる波長の調整光を生成する光源と、
上記光源により生成される調整光を上記干渉計に導くガイド手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１４８】
（付記９）付記１に記載の光波形整形器であって、
上記干渉計の前段に、当該光波形整形器により波形が整形されるべき信号光を単一の偏光状態の光として出力する偏光制御デバイスをさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１４９】
（付記１０）信号光を互いに直交する第１および第２の偏光成分に分離する偏光素子と、
上記第１および第２の偏光成分についてそれぞれ波形整形を行う第１および第２の光波形整形部と、
上記第１および第２の光波形整形部の出力を偏波合成する偏光素子、を有し
上記第１および第２の光波形整形部はそれぞれ付記１に記載の光波形整形器であることを特徴とする光波形整形器。
【０１５０】
（付記１１）付記１に記載の光波形整形器であって、
各干渉計を構成する１組の伝搬路の光路長差を検出する検出手段と、
各干渉計を構成する１組の伝搬路の少なくとも一方の光路長を調整する調整手段と、
上記検出手段により検出される光路長差に基づいて上記調整手段に対して指示を与える制御手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１５１】
（付記１２）付記１に記載の光波形整形器であって、
入力信号光の光パワーまたは雑音を検出する検出手段と、
干渉計の前段に設けられ、入力信号光の光パワーを調整する調整手段と、
上記検出手段による検出結果に基づいて上記調整手段を制御する制御手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１５２】
（付記１３）付記１に記載の光波形整形器であって、
入力信号光の光パワーまたは雑音を検出する検出手段と、
上記検出手段による検出結果に基づいて上記干渉計の伝達関数を調整する制御手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１５３】
（付記１４）付記１に記載の光波形整形器であって、
各干渉計は、１組の光伝送路を互いに直交する略直線偏光が通過し、それらの互いに直交する略直線偏光が偏光子によって分離および合成される偏光干渉計である
ことを特徴とする光波形整形器。
【０１５４】
（付記１５）付記１４に記載の光波形整形器であって、
当該光波形整形器により波形が整形される信号光の波長と異なる波長の調整光を生成する光源と、
上記光源により生成される調整光を上記干渉計に導くガイド手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１５５】
（付記１６）付記１４に記載の光波形整形器であって、
信号光を互いに直交する第１および第２の偏光成分に分離する偏光素子と、
上記第１および第２の偏光成分についてそれぞれ波形整形を行う第１および第２の光波形整形部と、
上記第１および第２の光波形整形部の出力を偏波合成する偏光素子、を有し
上記第１および第２の光波形整形部はそれぞれ請求項１に記載の光波形整形器であることを特徴とする光波形整形器。
【０１５６】
（付記１７）付記１４に記載の光波形整形器であって、
各干渉計を構成する１組の伝搬路の光路長差を検出する検出手段と、
各干渉計を構成する１組の伝搬路の少なくとも一方の光路長を調整する調整手段と、
上記検出手段により検出される光路長差に基づいて上記調整手段に対して指示を与える制御手段、
をさらに有することを特徴とする光波形整形器。
【０１５７】
（付記１８）第１の干渉計およびその第１の干渉計の出力が与えられる第２の干渉計を含む光波形整形器であって、
上記第１および第２の干渉計の伝達関数は、それぞれ、主に自己位相変調による位相変化により動作し、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が正であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第１の伝達関数、または入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第２の伝達関数であり、
上記第１または第２の干渉計の少なくとも一方において、上記第２の伝達関数が使用されるように構成されており、
下記の４つのパラメータａ１、ａ２、Ｔ１、Ｔｍが予め決められた条件を満たすように設定されることを特徴とする光波形整形器。
ａ１：第１の干渉計の１組のパスの間の単位光パワーに比例する位相変化量の差
ａ２：第２の干渉計の１組のパスの間の単位光パワーに比例する位相変化量の差
Ｔ１：第１の干渉計における利得と損失を考慮に入れた干渉作用を含まない透過率
Ｔｍ：第１の干渉計と第２の干渉計の間の利得を考慮に入れた透過率（請求項９の一部）
（付記１９）付記１８に記載の光波形整形器であって、
（ａ２／ａ１）×Ｔ１×Ｔｍが予め決められた所定の範囲に入るように各パラメータが選択されることを特徴とする光波形整形器。
【０１５８】
（付記２０）付記１９に記載の光波形整形器であって、
上記第１の干渉計が上記第２の伝達関数を使用し、
上記第２の干渉計が上記第１の伝達関数を使用し、
１．５＜（ａ２／ａ１）×Ｔ１×Ｔｍ＜７を満たすことを特徴とする光波形整形器。
【０１５９】
（付記２１）付記１９に記載の光波形整形器であって、
上記第１の干渉計が上記第２の伝達関数を使用し、
上記第２の干渉計が上記第１の伝達関数を使用し、
０．２＜（ａ２／ａ１）×Ｔ１×Ｔｍ＜０．８を満たすことを特徴とする光波形整形器。
【０１６０】
（付記２２）付記１９に記載の光波形整形器であって、
上記第１の干渉計が上記第１の伝達関数を使用し、
上記第２の干渉計が上記第２の伝達関数を使用し、
０＜（ａ２／ａ１）×Ｔ１×Ｔｍ＜０．８を満たすことを特徴とする光波形整形器。
【０１６１】
（付記２３）付記１９に記載の光波形整形器であって、
上記第１の干渉計が上記第２の伝達関数を使用し、
上記第２の干渉計が上記第２の伝達関数を使用し、
０＜（ａ２／ａ１）×Ｔ１×Ｔｍ＜３を満たすことを特徴とする光波形整形器。
【０１６２】
（付記２４）直列に接続された複数の干渉計を有する光波形整形器であって、
上記複数の干渉計は、それぞれ、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての１次微分が実質的にゼロであり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第１の伝達関数、または、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負であり且つ入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する第２の伝達関数であり、
上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、上記第２の伝達関数が使用される
ことを特徴とする光波形整形器。
【０１６３】
（付記２５）直列に接続された複数の干渉計を有する光波形整形器であって、
上記複数の干渉計は、それぞれ、入力光パワーに対して出力光パワーが概ね周期的に変化する伝達関数であり、
上記複数の干渉計の中の少なくとも１つにおいて、入力光パワーがゼロ近傍であるときに入力光パワーについての２次微分が負である伝達関数が使用される
ことを特徴とする光波形整形器。
【０１６４】
（付記２６）第１の干渉計およびその第１の干渉計の出力が与えられる第２の干渉計を含む光波形整形器であって、
上記第１および第２の干渉計は、それぞれ、入力光パワーに対して光パワーが概ね周期的に変化する互いに相補的な第１の出力光および第２の出力光を生成する干渉計であり、
上記第１の干渉計は上記第１の出力光を出力し、上記第２の干渉計は上記第２の出力光を出力する
ことを特徴とする光波形整形器。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明の光波形整形器の使用形態の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る光波形整形器の第１の構成例を示す図である。
【図３】干渉計から出力される信号光に係る入出力伝達関数を示す図である。
【図４】第１の構成例の光波形整形器の伝達関数を示す図である。
【図５】伝達関数と再生される信号との関係を説明する図（その１）である。
【図６】伝達関数と再生される信号との関係を説明する図（その２）である。
【図７】本発明に係る光波形整形器の第２および第３の構成例を示す図である。
【図８】第２および第３の構成例の光波形整形器の伝達関数を示す図である。
【図９】従来技術の一例の伝達関数を示す図である。
【図１０】本発明に係る光波形整形器の第４および第５の構成例を示す図である。
【図１１】本発明に係る光波形整形器の第６および第７の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の光波形整形器による波形改善効果の一例を示す図である。
【図１３】信号光に対する伝達関数についてのバイアス光の効果を示す図である。
【図１４】干渉計にバイアス光を供給する構成例（その１〜４）である。
【図１５】干渉計にバイアス光を供給する構成例（その５〜９）である。
【図１６】本発明に係る光波形整形器の第８の構成例を示す図である。
【図１７】本発明に係る光波形整形器の第９および第１０の構成例を示す図である。
【図１８】干渉計の前段に偏光制御器を設けた構成を示す図である。
【図１９】偏光依存性を低減する機能を持った光波形整形器の実施例である。
【図２０】干渉計の特性を動的に調整する機能を持つ光波形整形器の基本構成を示す図である。
【図２１】干渉計の特性を動的に調整する機能を持つ光波形整形器の実施例である。
【図２２】入力信号の光パワーまたは雑音量に応じて特性を調整する機能を持った光波形整形器の構成図である。
【図２３】実施例１−１における合成伝達関数を示す図である。
【図２４】実施例１−２における合成伝達関数を示す図である。
【図２５】実施例１−３における合成伝達関数を示す図である。
【図２６】実施例１−４における合成伝達関数を示す図である。
【図２７】実施例２−１における伝達関数を示す図（その１）である。
【図２８】図２７に示す３次元グラフの断面グラフである。
【図２９】実施例２−１における伝達関数を示す図（その２）である。
【図３０】実施例２−１における伝達関数を示す図（その３）である。
【図３１】実施例２−１における伝達関数を示す図（その４）である。
【図３２】実施例２−１における伝達関数を示す図（その５）である。
【図３３】実施例２−２における伝達関数を示す図（その１）である。
【図３４】図３３に示す３次元グラフの断面グラフである。
【図３５】実施例２−２における伝達関数を示す図（その２）である。
【図３６】実施例２−３における伝達関数を示す図（その１）である。
【図３７】図３６に示す３次元グラフの断面グラフである。
【図３８】実施例２−３における伝達関数を示す図（その２）である。
【図３９】実施例２−４における伝達関数を示す図（その１）である。
【図４０】図３９に示す３次元グラフの断面グラフである。
【図４１】実施例２−４における伝達関数を示す図（その２）である。
【図４２】第７の構成例の光波形整形器における偏光状態の一例を示す図である。
【図４３】直交偏波間の位相差による合成光の楕円偏光化を説明する図である。
【図４４】電界の回転について説明する図である。
【図４５】波形整形器を実現する従来技術を示す図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１          光波形整形器
１０、２０  干渉計（マッハツェンダ干渉計）
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ  入力ポート
１２、２２  高非線形光ファイバ
１３、２３  低非線形光ファイバ
１４、１５、２４、２５  方向性結合器
１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ  出力ポート
３１        位相調整器
３２        ミラー
３３        ハーフミラー
３４、３５  偏光ビームスプリッタ（偏光子）
３６        光フィルタ
４０、５０  非線形ループミラー
４１、４２、５１、５２  入出力ポート
４３、５３  方向性結合器
４４、５４  高非線形光ファイバ
４５、５５  光減衰器
６１        光サーキュレータ
６２        無反射終端器
７１        偏光制御器
８１、８３  偏光素子
８２ａ、８２ｂ  光波形整形器
８４ａ、８４ｂ  光パワー調整器
９０ａ、９０ｂ  光路長調整器
９１ａ、９１ｂ  モニタ光源
９２ａ、９２ｂ  モニタ部
９３ａ、９３ｂ  制御部
１０１      光分岐部
１０２      光波形整形部
１０３      検出部
１０４      制御部
１０５      光パワー調整部
【図１】
2005316374.tif 000003
【図２】
2005316374.tif 000004
【図３】
2005316374.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005316374.tif 000007
【図６】
2005316374.tif 000008
【図７】
2005316374.tif 000009
【図８】
2005316374.tif 000010
【図９】
2005316374.tif 000011
【図１０】
2005316374.tif 000012
【図１１】
2005316374.tif 000013
【図１３】
2005316374.tif 000014
【図１４】
2005316374.tif 000015
【図１５】
2005316374.tif 000016
【図１６】
2005316374.tif 000017
【図１７】
2005316374.tif 000018
【図１８】
2005316374.tif 000019
【図１９】
2005316374.tif 000020
【図２０】
2005316374.tif 000021
【図２１】
2005316374.tif 000022
【図２２】
2005316374.tif 000023
【図２７】
2005316374.tif 000024
【図２８】
2005316374.tif 000025
【図２９】
2005316374.tif 000026
【図３０】
2005316374.tif 000027
【図３１】
2005316374.tif 000028
【図３２】
2005316374.tif 000029
【図３３】
2005316374.tif 000030
【図３４】
2005316374.tif 000031
【図３５】
2005316374.tif 000032
【図３６】
2005316374.tif 000033
【図３７】
2005316374.tif 000034
【図３８】
2005316374.tif 000035
【図３９】
2005316374.tif 000036
【図４０】
2005316374.tif 000037
【図４１】
2005316374.tif 000038
【図４２】
2005316374.tif 000039
【図４３】
2005316374.tif 000040
【図４４】
2005316374.tif 000041
【図４５】
2005316374.tif 000042
【図１２】
2005316374.tif 000043
【図２３】
2005316374.tif 000044
【図２４】
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【図２５】
2005316374.tif 000046
【図２６】
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