(57)【要約】      （修正有）【課題】高度に非線形の微細構造ファイバの波長依存性の効果を打ち消す手段を提供する。【解決手段】非線形効果の大きさは、微細構造ファイバの非線形係数およびポンプ光の強度よって異なるので、非線形係数またはポンプ光の強度を調整する。非線形係数は、ポンプ光または信号光の強度分布の逆関数特性をもつ非線形屈折率プロファイルを導入することによって修正する。ポンプ光の強度は、制御手段の制御により光増幅器、光減衰器、またはプレエンファシスフィルタによって調整される。制御手段は、事前に経験的または計算によって作製したルックアップテーブル、またはポンプ波長および信号波長の関数に基いて、ポンプ光の強度を制御する。【選択図】図１
2005284190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加するような非線形屈折率プロファイルを有する微細構造光ファイバ。
【請求項２】
断面において、前記非線形屈折率プロファイルが所定の半径から外側の半径領域において一定になっていることを特徴とする請求項１に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項３】
前記コアの中心から外に向かった半径方向に階段状に前記非線形屈折率が増加することを特徴とする請求項１に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項４】
ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光に非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該ポンプ光の強度を調整する調整手段と、
信号光への非線形効果の波長依存性をキャンセルするように、該調整手段を調整して、該ポンプ光の強度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項５】
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて前記ポンプ光の強度を制御することを特徴とする請求項４に記載の光信号処理装置。
【請求項６】
前記制御手段に、信号波長、あるいは、ポンプ波長についての情報を提供するため、信号波長、あるいは、ポンプ波長をモニタする光スペクトルアナライザを更に備えることを特徴とする請求項４に記載の光信号処理装置。
【請求項７】
ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光へ非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該信号光への非線形効果の波長依存性によって起こる、得られた信号の強度を調整する等化フィルタと、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項８】
前記等化フィルタは、透過率のスペクトル特性を調整可能なフィルタであり、
更に、
前記信号光への非線形効果の波長依存性に起因する、非線形微細構造ファイバからの出力信号のチルトがキャンセルされるように、前記等化フィルタの透過率のスペクトル特性を制御する制御手段
を備えることを特徴とする請求項７に記載の光信号処理装置。
【請求項９】
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの出力信号のチルトを制御することを特徴とする請求項８に記載の光信号処理装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの入力信号のチルトを制御することを特徴とする請求項８に記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全光信号処理の応用において、高度に非線形な微細構造ファイバの非線形係数の波長依存性に起因する影響を打ち消すことに関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路（光ファイバを含む）における非線形現象によって、従来の電気領域での信号処理によって与えられる多くの制限を取り払うことができる全光信号処理が可能になる。このような非線形現象は、自己位相変調、相互位相変調、４波混合、及び、ラマン増幅などの効果を含む。
【０００３】
最も期待される非線形導波路の１つは、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）と呼ばれる、コアの小さい、微細構造光ファイバである。ＰＣＦのコアとクラッド間の屈折率の大きな差によって、コア領域に光を強く閉じ込める。したがって、小さなコア、及び、高い非線形屈折率のコア材質を使用によって、従来の高度に非線形なファイバの非線形係数よりも十分大きい、非線形係数γのファイバを実現することができる。非線形係数を増加することによって、ある大きさの非線形性を達成するために必要とされる長さを短くすることができる。これによって、相互位相変調（非特許文献１参照）、４波混合（ＦＷＭ）（非特許文献２参照）、及びパラメトリック増幅などのさまざまな全光信号処理への応用における波長範囲を制限する、色分散特性に関する条件を緩めることができる。しかし、今まで見過ごされてきた他の制限が非線形係数の波長依存性によって生じる。
【０００４】
以下では、自己位相変調（ＳＰＭ）及び相互位相変調（ＸＰＭ）の場合に有効な式を与える。長さＬのファイバを伝搬する波長λｉの光が経験する非線形位相シフトは、
【０００５】
【数１】
2005284190.tif 000003
で与えられる（非特許文献３参照）。ここで、Ｐｊは、非線形効果を誘導する波長λｊの光の光入力パワーであり、Ｌｅｆｆは、有効長であり、
【０００６】
【数２】
2005284190.tif 000004
である。添え字ｉは、信号光を示し、添え字ｊは、ポンプ光を示す。
減衰α（λ）は、波長に依存する。定数ｂの値は、非線形効果（ＳＰＭ、あるいは、ＸＰＭ）の種類と共に、信号光（λｉ）とポンプ光（λｊ）の偏波の状態や変化にも依存する。非線形係数は、
【０００７】
【数３】
2005284190.tif 000005
によって定義される（非特許文献４参照）。ここで、ｎ２（ｘ、ｙ）は、局所非線形屈折率、Ｉ（ｘ、ｙ、λ）は、ある波長λに対する光強度分布であり、
【０００８】
【数４】
2005284190.tif 000006
は、平均非線形屈折率であり、
【０００９】
【数５】
2005284190.tif 000007
は、いわゆる有効領域である。
ＦＷＭの場合、（３）の重なり積分は、関連する４波長の空間的場の分布に渡って行われる。
【非特許文献１】Photonics Technology Letter, vol. 15, no. 3 March 2003 p 437
【非特許文献２】Photonics Technology Letters, vol. 15, no. 3, March 2003 p440
【非特許文献３】"Nonlinear fiber optics", Academic Press, 2nd edition, (1995)
【非特許文献４】T. Kato, Y. Suetsugu, and M. Nishimura, "Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers", Opt, Lett., 20(22): 2279-2281 (1995)
【非特許文献５】G. Agrawal, "Nonlinear fiber optics", Academic Press, 2nd edition, (1995) ch. 10, p. 408
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１５は、正方格子に穴が形成されたフォトニック結晶ファイバの断面図である。
非線形位相シフトの波長依存性は、例えば、図１５に示されるような正方格子の穴構成のＰＣＦにおいて、ＸＰＭについて研究されている。コアは、４つの中央の穴を外側に０．１Λだけ移動することによって形成される。穴の直径ｄと格子周期Λの比は、ｄ／Λ＝０．９に設定される。シリカガラスマトリックスは、純粋なシリカに比べファクタ１．４で非線形屈折率を増加する１ｗｔ−％で、Ｆがドープされている（T. Kato, Y. Suetsugu, and M. Nishimura, "Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers", Opt. Lett. 20(22): 2279-2281）。
【００１１】
図１５の構成では、光は領域Ａに閉じ込められるが、領域Ａ外に光が染み出す。（１）と（３）で定義される非線形位相シフトを計算するために、有限要素法がＰＣＦにおける光強度分布を決定するために用いられる。この例では、信号光とポンプ光の波長は、２ｎｍ以下の間隔に設定される。したがって、２つの波長の強度分布は同じであると考えることができる。
【００１２】
図１６は、異なるコアサイズ及び非線形係数の異なる値に対応する、さまざまな格子周期について、４０ｎｍの範囲に渡って相対非線形位相シフトをプロットしたものである。コアサイズを小さくすると、相対非線形位相シフトの波長依存性Φ（λ）／Φ（１５５０ｎｍ）が増加することが分かる。７２Ｗ−１ｋｍ−１のγについて、相対変化は、４０ｎｍの波長範囲にわたって、６．５％になる。
【００１３】
上の例では、ポンプ波長と信号波長は、ほぼ同じ群速度で伝搬する、すなわち、２つの波長のずれは無視できると仮定した。更に、ＰＣＦへの結合効率と伝送損失は、波長に依存しないとした。
【００１４】
上記したように、ＰＣＦにおいて、非線形位相シフトの波長依存性がある。非線形位相シフトは、非線形装置としてのＰＣＦの効率に対応するので、異なる波長についての非線形位相シフトの差は、ＰＣＦで構成される、異なる波長についての非線形装置の効率の差を誘発する。波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムに非線形装置としてＰＣＦを使用することを考えるとき、これは問題である。
【００１５】
本発明の課題は、高度に非線形の微細構造ファイバの波長依存性の効果を打ち消す手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の微細構造光ファイバは、コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加するような非線形屈折率プロファイルを有する微細構造光ファイバである。
本発明の第１の光信号処理装置は、ポンプ光源と、ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光に非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、該ポンプ光の強度を調整する調整手段と、信号光への非線形効果の波長依存性をキャンセルするように、該調整手段を調整して、該ポンプ光の強度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の光信号処理装置は、ポンプ光源と、ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光へ非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、該信号光への非線形効果の波長依存性によって起こる、得られた信号の強度を調整する等化フィルタとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高度に非線形な微細構造ファイバの波長依存性の効果を打ち消す装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
I)  第１の実施例では、微細構造ファイバ自体の非線形係数の波長依存性を減少させることによって問題を解決する。
【００２０】
式（１）から分かるように、非線形位相シフトは、非線形係数によって変わるので、非線形係数を適切に修正することによって非線形位相シフトの波長依存性を減少させる。
図１および図２は、本発明の第１の実施例の説明図である。
【００２１】
屈折率導波型の光ファイバでは、有効領域は波長が大きくなるにつれて拡大する。こうして、図１に示すように、非線形屈折率プロファイルｎ’２（ｒ）を、ｎ’２を外側に向かって増加させることにより、波長が大きくなるとモードフィールドが拡大する領域のｎ’２によって中央部の強度の低下を少なくとも部分的には補償することが出来る。
【００２２】
非線形位相シフトの波長依存性のバランスして打ち消すために、非線形屈折率プロファイルを、外側方向に増加させる。シリカガラスマトリックス（シリカ製のＰＣＦで、断面に孔をマトリックス状に配置）では、例えば、非線形屈折率は、ＦまたはＧｅＯ２のドーピングによって増加させることが出来る（Optical Letters 1995 p2279）。
a)  第１の望ましい非線形屈折率プロファイルは、信号光の強度分布の逆関数に正比例する。微細構造ファイバの強度分布は、回転対称ではないが、ガウス型の回転対称分布によって近似計算できる。
【００２３】
【数６】
2005284190.tif 000008
望ましいプロファイルは、
【００２４】
【数７】
2005284190.tif 000009
である。
ただし、微細構造ファイバは、通常はキャピラリをロッドの周りに積み重ねて形成するプリフォームから引っぱり出される。従って、いわゆる積み重ね＆線引き法による作製過程では、半径Ｒの中央ガラスロッドの外側に延びる非線形屈折率プロファイルを連続して増加させることが出来ない。このため、非線形屈折率は、中央ガラスロッド領域の外側では、一定の値担ってしまう（図１５の領域A）。
【００２５】
【数８】
2005284190.tif 000010
式（３）の強度分布関数が正規化されているものとする。ここで、式（３）の分母が１となる。光パワーはコア領域に集中するので、式（３）の分子の重なり積分への主な寄与は、この領域にある。この領域には、局所信号強度にｎ２を掛けた結果が定数値となるので、積分は略、１であるポンプ強度分布の範囲にわたったものとなる。この非線形屈折率プロファイルは、λｓが一定となるアプリケーションに使用するのが望ましい。
ｂ）  望ましい第２の非線形屈折率は、ポンプ光の強度分布の逆関数に正比例する。
【００２６】
【数９】
2005284190.tif 000011
Ｒは中央ロッド領域の半径である。
この非線形屈折率プロファイルは、λｐが一定となるアプリケーションに使用するのが望ましい。
【００２７】
指数プロファイルは、非線形屈折率を外側方向に段階的に増加するものによって近似できる。
図２は、望ましい非線形屈折率プロファイルを示す。プロファイルは、コアロッド内で連続的に変化し、また、段階的に増加する。
【００２８】
シリカのＦまたはGeO2のドーピングによる非線形屈折率の増加の可能な変化には、限度があり（Optical Letters 1995 p2279）、プロファイルを完全に実現できない場合があり、波長依存性の低下が抑えられる。
II)  第２の実施例では、入力ポンプパワーを調整することによって、システムのレベルにおいて問題を解決する。式（１）で分かるように、非線形位相シフトは、ポンプ光のパワーによって変わる。従って、ポンプ光のパワーを調整することによって、非線形位相シフトの波長依存性を補償することができる。この方法は、単一の信号波長を用いたアプリケーションまたは狭いスペクトル範囲内の少数の信号波長を用いたアプリケーションに適している。
1)  図３から図６に、本発明の第２の実施例の第１の具体的な構成を示す。
【００２９】
第１の具体的な構成は、高度に非線形な微細構造ファイバ１４を使用した全光信号処理装置、局所ポンプ光源１１および光ポンプパワーを調整する手段で構成され、非線形係数の波長依存性を補償する。制御手段１０は、ポンプ光源１１の波長およびポンプ光パワーを増幅するＥＤＦＡ１７の後段のＡＳＥフィルタ１２の中心波長を調整する。ＦＷＭの場合には、制御手段１０は微細構造ファイバ１４の後段のフィルタ１８の中心波長も調整する。光カプラ１９は、微細構造ファイバ１４の前段で信号およびポンプ光を組み合わせる。フィルタ１２は、ポンプ光のみを通して、ＡＳＥノイズなどのノイズ光を除去する。フィルタ１８は、出力信号光のみを通して、他のすべてのスペクトル要素を除去する。偏波コントローラ１５および１６は、ポンプ光および信号光を調整して、両方の光の偏波を一致させる。すなわち、これらの光の偏波の差は、ＰＣＦ１４の非線形効果に悪い効果をもたらすからである。ポンプ光および信号光の偏波が一致するとＰＣＦの非線形効果の効率を最大にすることができる。
【００３０】
ポンプパワーを調整する手段は、次のいずれかである。
a)  図３に示すように。ＥＤＦＡ１７と光カプラ１９の間の光路に配置した静的プレエンファシスフィルタ１３。プレエンファシスフィルタ１３の透過率のスペクトル特性は、非線形係数の波長依存性が、与えられた信号波長に対して、ポンプパワーによって補償できるように設計される。すなわち、プレエンファシスフィルタ１３は、適切な伝送特性を用いてポンプ光のパワーを減衰し、ポンプ光の各種の波長に対する非線形係数の波長依存性を補償することができる。図１３では、ポンプ光源は、波長変換可能な光源である。
b1）  図４に示すように、ポンプレーザーの出力光の調整は、制御手段１０および一定の利得のＥＤＦＡ１７によって行う。制御は、光ダイオード２１によるポンプ光のパワーおよび光スペクトルアナライザ２０による信号光の波長の測定に基いて行う。
b2)  図５に示すように、ポンプ光源１１からの光および一定のレーザ出力パワーは、制御手段１０によって制御される可変の利得のＥＤＦＡ１７によって調整される。
b3)  図６に示すように、ポンプ光源１１からの光および一定のレーザ出力パワーは、一定の増幅利得のＥＤＦＡ１７によって増幅される。ポンプ光のパワーの制御は、制御手段１０によって調整される可変減衰器２２によって行う。
【００３１】
上記ｂ１からｂ３の構成では、ポンプパワーの調整は、必要なポンプパワーデータをλpumpの関数として含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）の情報に基いて行う。さらに、上記ｂ１からｂ３の構成では、光タップカプラは、一部のポンプ光を光ダイオード２１に分岐させ、ポンプ光パワーをモニタして、フィードバック信号を制御手段１０に与える。
【００３２】
図７は、制御手段１０に格納したルックアップテーブルの模式図である。
非線形位相シフトのポンプ波長および信号波長への依存性は、経験的に評価するか、または式（１）から（３）を用いて微細構造ファイバの構造に基いて算出することが出来る。
【００３３】
獲得した情報から、非線形位相シフトの波長依存性を補償するのに必要なポンプパワーを引き出し、そのデータは、図７のルックアップテーブルまたは対応する関数Ｐ＝Ｐ（λｓ、λｐ）に要約される。ＬＵＴの場合には、テーブルに格納された波長は、すべての信号処理装置の指定の動作波長領域のＩＴＵ格子に割り付けられる。対応する関数の場合には、マイクロプロセッサが（λｓ、λｐ）の組み合わせを算出し、その関数の係数が事前に格納される。
2)  第２の構成は、第２の実施例の第１の構成の構成ｂ１からｂ３を拡張したものである。
【００３４】
信号波長を検出し、その情報を制御手段１０に提供するために、信号光の一部が光スペクトルアナライザ３０に結合されている。制御手段１０は、必要なポンプパワーデータをλpumpおよびλsignalの関数として含むルックアップテーブルの情報に基いて、ポンプ光の光パワーを調整する。制御手段１０は、λpumpおよびλsignal（ＦＷＭ）の関数およびλsignal（ＸＰＭ）の関数として微細構造ファイバ１４の後段に配置するフィルタ１８の中心波長も調整する。
【００３５】
図８から図１０に、本発明の第２の実施例の第３の構成を示す。この図では、第１の構成の同一の構成要素は、同じ番号で示す。
3)  第３の構成は、高度に非線形の微細構造ファイバ１４を使用する全光信号処理装置、および非線形係数の波長依存性を補償するために光ポンプパワーを調整する手段で構成させる。ポンプ光として使用する入力光の一部は、波長を検出し、その情報を制御手段１０に提供するために、光スペクトルアナライザ２０に結合される。制御手段１０は、ポンプ光パワーを増幅する、ＥＤＦＡ１７の後段にあるＡＳＥフィルタ１２の中心波長を調整する。ＦＷＭの場合には、制御手段１０は、微細構造ファイバの後段に配置するフィルタ１８の中心波長の調整も行う。光カプラ１９は、信号光とポンプ光を微細構造ファイバの前段で組み合わせる。
【００３６】
ポンプパワーを調整する手段は、次のいづれかである。
a)  図８に示すように、ポンプ光のパワーは、プレエンファシスフィルタ１３によって調整される。その他の要素については、図３と同じであるので、ここでは説明を省く。
b1)  図９に示すように、ポンプ光のパワーは、ＥＤＦＡ１７によって調整し、ＥＤＦＡ１７の利得を制御手段１０によって制御する。また、この場合、信号光の波長は可変である。信号光の波長は、制御手段１０で調整すると同時に、フィルタ１８の通過波長は、信号光を通すように調整される。この構成は図５と類似であるので説明は省略する。
b2)  図１０に示すように、ポンプ光のパワーは、可変減衰器２２によって調整し、制御手段１０によって制御する。その他の説明については、図６および図９の構成と類似であるので省略する。
【００３７】
ｂ１とｂ２の場合には、必要なポンプパワーデータをλpumpの関数として含むルックアップテーブルの情報に基いて調整を行う。さらに、ｂ１とｂ２の組み合わせにおいては、ポンプ光パワーをモニターし、フィードバック信号を制御手段１０に渡すために、光タップをポンプ光の一部を光ダイオードに結合する。
4)  第４の構成は、第２の実施例の構成ｂ１からｂ２を拡張したものである。この構成では、信号レーザ光源の波長は可変である。制御手段は、信号波長を調整し、また、必要なポンプパワーデータをλpumpおよびλsignalの関数として含むルックアップテーブルの情報に基いてポンプ光の光パワーを調整する。また、制御手段は、微細構造ファイバの後段に配置するフィルタの中心波長を、λpumpおよびλsignal（ＦＷＭ）の関数およびλsignal（ＸＰＭ）の関数として調整する。
【００３８】
図１１および図１２に、本発明の第３の実施例の構成を示す。
III)  第３の実施例では、高度に非線形の微細構造ファイバの出力において、フィルタを等化する手段を用いて出力パワーを調整することによってシステムレベルの問題点を解決する。
【００３９】
第３の実施例では、信号光は、複数の波長を含むＷＤＭ信号である。ＷＤＭ信号は、分波器ＸＹａによって各波長に分離される。各波長の光の偏波は、偏波コントローラ１６aによってそれぞれ個別に、微細構造ファイバ１４での非線形効果の効率が最大になるように調整される。そこで、ＷＤＭ信号光は、合波器ＸＹｂによって多重化される。ポンプ光源１１からのポンプ光は、ＥＤＦＡ１４によって増幅され、フィルタ１２を通過する。次に、偏波の調整が行われる。ポンプ光は、信号光と結合してＰＣＦ１４に入力される。ＰＣＦ１４の非線形効果の大きさは各信号波長で異なり、それぞれの信号波長の強度の差が生じる。従って、ＰＣＦ１４の非線形効果による影響を受けたあとのＷＤＭ光の各波長の強度は、フィルタ１８を通過したあと、等化フィルタ３５によって一定に保持される。ＰＣＦ１４の非線形効果の波長依存性の結果（各波長の強度の差）を除去することによって、実質的に波長に依存しない信号処理装置の動作が得られる。
1)  第３の実施例の第１の構成では、図１１に示すように、非線形係数の波長依存性を補償するために、等化フィルタ３５がＰＣＦ１４の出力側に配置される。
2)  第３の実施例の第２の構成では、図１２に示すように、ポンプ波長と等化フィルタ３５が調整可能である。等化フィルタ３５の透過率のスペクトル特性が、非線形係数の波長依存性のために出力されたスペクトルの結果のパワーチルトを打ち消すために適用される。
【００４０】
図１３及び図１４に本発明の第４の実施例の構成を示す。
IV)  第４の実施例では、高度に非線形の微細構造ファイバの入力側に等化フィルタ４０を配置して信号入力パワーを調整することによってシステムレベルで問題点を解決する。ＰＣＦ１４からの出力光の強度がＰＣＦ１４への入力光の強度に比例していることに基いて、入力光の強度がＰＣＦ１４の前段の等化フィルタ４０によって調整される。
1)  第４の実施例の第１の構成では、図１３に示すように、非線形係数の波長依存性を補償するために、等化フィルタ４０が、光カプラ１９の前段の高度に非線形の微細構造ファイバ１４の入力側に配置される。その他の構成要素は、図１１に類似しているので、詳細な説明は省略する。
2)  第４の実施例の第２の構成では、図１４に示すように、ポンプ波長と等化フィルタ４０が調整可能である。等化フィルタ４０の透過率のスペクトル特性が、非線形係数の波長依存性のために出力されたスペクトルの結果のパワーチルトを打ち消すために適用される。その他の構成要素は、図１２に類似しているので、詳細な説明は省略する。
【００４１】
（付記１）
コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加するような非線形屈折率プロファイルを有する微細構造光ファイバ。
【００４２】
（付記２）
非線形屈折率プロファイルが横断面においてポンプ光または信号光の強度分布の逆関数の形をとることを特徴とする付記１に記載の微細構造光ファイバ。
【００４３】
（付記３）
断面において、前記非線形屈折率プロファイルが所定の半径から外側の半径領域において一定になっていることを特徴とする付記１に記載の微細構造光ファイバ。
【００４４】
（付記４）
前記コアの中心から外に向かった半径方向に階段状に前記非線形屈折率が増加することを特徴とする付記１に記載の微細構造光ファイバ。
【００４５】
（付記５）
ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光に非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該ポンプ光の強度を調整する調整手段と、
信号光への非線形効果の波長依存性をキャンセルするように、該調整手段を調整して、該ポンプ光の強度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【００４６】
（付記６）
前記調整手段は、プレエンファシスフィルタであることを特徴とする付記５に記載の光信号処理装置。
【００４７】
（付記７）
前記調整手段は、光増幅器であることを特徴とする付記５に記載の光信号処理装置。
（付記８）
前記調整手段は、光減衰器であることを特徴とする付記５に記載の光信号処理装置。
【００４８】
（付記９）
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて前記ポンプ光の強度を制御することを特徴とする付記５に記載の光信号処理装置。
【００４９】
（付記１０）
前記制御手段は、信号波長およびポンプ波長の関数として必要なパワーを示す所定の関数から求めたデータに基いてポンプ光の強度を制御することを特徴とする付記５に記載の光信号処理装置。
【００５０】
（付記１１）
前記制御手段に、信号波長、あるいは、ポンプ波長についての情報を提供するため、信号波長、あるいは、ポンプ波長をモニタする光スペクトルアナライザを更に備えることを特徴とする付記９または１０に記載の光信号処理装置。
【００５１】
（付記１２）
ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光へ非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該信号光への非線形効果の波長依存性によって起こる、得られた信号の強度を調整する等化フィルタと、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【００５２】
（付記１３）
前記等化フィルタは、透過率のスペクトル特性を調整可能なフィルタであり、
更に、
前記信号光への非線形効果の波長依存性に起因する、非線形微細構造ファイバからの出力信号のチルトがキャンセルされるように、前記等化フィルタの透過率のスペクトル特性を制御する制御手段
を備えることを特徴とする付記１２に記載の光信号処理装置。
【００５３】
（付記１４）
前記等化フィルタ非線形微細構造ファイバの外側に配置したことを特徴とする付記１２に記載の光信号処理装置。
【００５４】
（付記１５）
前記等化フィルタ非線形微細構造ファイバの内側に配置したことを特徴とする付記１２に記載の光信号処理装置。
【００５５】
（付記１６）
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの出力信号のチルトを制御することを特徴とする付記１３に記載の光信号処理装置。
【００５６】
（付記１７）
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの入力信号のチルトを制御することを特徴とする付記１３に記載の光信号処理装置。
【００５７】
（付記１８）
前記制御手段は、信号波長およびポンプ波長の関数として必要なパワーを示す所定の関数から求めたデータに基いて微細構造ファイバの出力信号のチルトを制御することを特徴とする付記１３に記載の光信号処理装置。
【００５８】
（付記１９）
前記制御手段は、信号波長およびポンプ波長の関数として必要なパワーを示す所定の関数から求めたデータに基いて微細構造ファイバの入力信号のチルトを制御することを特徴とする付記１３に記載の光信号処理装置。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施例の説明図（その１）である。
【図２】本発明の第１の実施例の説明図（その２）である。
【図３】本発明の第２の実施例の第１の具体的な構成図（その１）を示す。
【図４】本発明の第２の実施例の第１の具体的な構成図（その２）を示す。
【図５】本発明の第２の実施例の第１の具体的な構成図（その３）を示す。
【図６】本発明の第２の実施例の第１の具体的な構成図（その４）を示す。
【図７】制御手段１０に格納されたルックアップテーブルの模式図である。
【図８】本発明の第２の実施例の第３の構成図（その１）を示す。
【図９】本発明の第２の実施例の第３の構成図（その２）を示す。
【図１０】本発明の第２の実施例の第３の構成図（その３）を示す。
【図１１】本発明の第３の実施例の構成図（その１）を示す。
【図１２】本発明の第３の実施例の構成図（その２）を示す。
【図１３】本発明の第４の実施例の構成図（その１）を示す。
【図１４】本発明の第４の実施例の構成図（その２）を示す。
【図１５】正方格子の孔を設けたフォトニック結晶ファイバの横断面図である。
【図１６】各種の格子周期の４０nmの範囲にわたる非線形位相シフトを相対的にプロットした図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０      制御手段   
１１      ポンプ光源
１２      ＡＳＥフィルタ       
１３      プレエンファシスフィルタ 
１４      微細構造ファイバ(フォトニック結晶ファイバ)
１５、１６      偏波コントローラ
１７      ＥＤＦＡ
１８      フィルタ
１９      カプラ
２０，３０      光スペクトルアナライザ 
２１      光ダイオード
２２      減衰器
３１      可変信号光源
３５，４０      等化フィルタ
ＸＹａ      分波器
ＸＹｂ      合波器
【図１】
2005284190.tif 000012
【図２】
2005284190.tif 000013
【図３】
2005284190.tif 000014
【図４】
2005284190.tif 000015
【図５】
2005284190.tif 000016
【図６】
2005284190.tif 000017
【図７】
2005284190.tif 000018
【図８】
2005284190.tif 000019
【図９】
2005284190.tif 000020
【図１０】
2005284190.tif 000021
【図１１】
2005284190.tif 000022
【図１２】
2005284190.tif 000023
【図１３】
2005284190.tif 000024
【図１４】
2005284190.tif 000025
【図１５】
2005284190.tif 000026
【図１６】
2005284190.tif 000027
【外国語明細書】
[Title of the invention] Device for canceling the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient of microstructured fibers
[Technical field]
The present invention relates to the cancellation of the effects caused by the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient of highly nonlinear microstructured fibers in all-optical signal processing applications.
[Background art]
Nonlinear phenomena in optical waveguides (including optical fibers) enable all-optical signal processing, which can overcome many limitations given by conventional signal processing in the electrical domain. These nonlinear phenomena include effects such as self-phase modulation, cross-phase modulation, four wave mixing and Raman amplification.
One of the most promising nonlinear waveguides are small-core microstructured optical fibers, also called photonic crystal fibers (PCFs). The high index contrast between core and cladding in PCFs strongly confines the light in the core region. Thus, a small core and the use of a core material with a high nonlinear refractive index allow the realization of fibers with a nonlinearity coefficient γ well above that of conventional highly nonlinear fibers. Increasing the nonlinearity coefficient reduces the length required to achieve a certain  magnitude of nonlinearity . This relaxes requirements regarding the chromatic dispersion characteristics, which limit the wavelength range of various all-optical signal processing applications such as cross-phase modulation (see non-patent document 1), four wave mixing (FWM) (see non-patent document 2) and parametric amplification. However, another limitation that so far has not been overlooked arises due to the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient.
In the following, equations valid in the case of self- (SPM) and cross-phase modulation (XPM) will be given. The nonlinear phase shift experienced by light of the wavelength λi propagating through a fiber with the length L is given by (see non-patent document 3),
【０００１】
【数１】
2005284190.tif 000028
where Pj is the optical input power of the light of the wavelength λj inducing the nonlinear effect, Leff the effective length,
【０００３】
【数２】
2005284190.tif 000029
The index i represents the signal light and index j the pump light.
The attenuation α(λ) is wavelength dependent. The value of the constant b depends on the type of nonlinear effect (SPM or XPM), as well as on the state and evolution of the polarizations of signal (λi) and pump (λj) light. The nonlinearity coefficient is defined by (see non-patent document 4) 
【０００５】
【数３】
2005284190.tif 000030
where n2(x,y) is the local nonlinear refractive index, I(x,y,λ) the optical intensity distribution for a certain wavelength λ,
【０００７】
【数４】
2005284190.tif 000031
is the average nonlinear refractive index, and
【０００９】
【数５】
2005284190.tif 000032
is the so called effective area.
In the case of FWM the overlap integrals in (3) are taken over spatial field distributions of the four wavelengths involved (see non-patent document 5).
[non-patent document 1]
Photonics Technology Letter vol. 15, no. 3 March 2003 p437
[non-patent document 2]
Photonics Technology letters, vol. 15, no. 3, March 2003 p440
[non-patent document 3]
"Nonlinear fiber optics", Academic Press, 2nd edition, (1995)
[non-patent document 4]
T.Kato, Y.Suetsugu, and M.Nishimura, "Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers", Opt. Lett., 20(22): 2279-2281 (1995)
[non-patent document 5]
G.Agrawal, "Nonlinear fiber optics", Academic Press, 2nd edition, (1995) ch. 10, p. 408
[Disclosure of the invention]
[The problem to be solved by the invention]
Fig. 15 shows a cross sectional view of a square-lattice hole structured photonic crystal fiber.
The wavelength dependence of the nonlinear phase shift is exemplarily studied for XPM in a PCF with a square-lattice hole structure as depicted in Fig. 15. The core is formed by displacing the four center holes outwards by δ=0.1Λ. The ratio between the hole-diameter d and the lattice period Λ is set to d/Λ=0.9. The silica glass matrix is assumed to be F-doped with 1wt-%, which increases the nonlinear refractive index by a factor of 1.4 compared to pure silica [T.Kato, Y.Suetsugu, and M.Nishimura, "Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers", Opt. Lett. 20(22): 2279-2281].
In the structure of Fig. 15, light is confined in area A but penetration of light outside the area A occurs.       In order to calculate the nonlinear phase shift defined by (1) and (3) a finite element method is employed for determining the optical intensity distribution in the PCF. In this example the wavelength of the signal and the pump light are set less than 2nm apart. Thus, the intensity distributions of the two wavelengths can be assumed to be identical.
Fig. 16 plots the relative nonlinear phase shift over a range of 40nm for various lattice periods, which correspond to different core sizes and thus different values of the nonlinearity coefficient. The results reveal that with decreasing core size the wavelength dependence of the relative nonlinear phase shift Φ(λ)/Φ(1550nm) increases. For a γ of 72W-1km-1 the relative change amounts to 6.5% over a wavelength range of 40nm.
In the above example, it was assumed that pump and signal wavelength propagate with nearly the same group velocity, i.e., the walk-off between the two wavelengths is negligible. Moreover, it was assumed that the coupling efficiency into the PCF and the transmission loss are wavelength independent.
As described above, in the PCFs, there is wavelength dependence of the nonlinear phase shift. As the nonlinear phase shift corresponds to the efficiency of PCFs as nonlinear device, the difference in nonlinear phase shifts for different wavelengths induces the difference in the efficiency of nonlinear device for different wavelengths, which is made from PCFs. When considering using the PCFs for nonlinear devices in the wavelength division multiplexing (WDM) transmission system, this causes the problem.
The object of the present invention is to provide  a means to cancel out the effect of the wavelength dependence of the highly nonlinear microstructured fibers.
[Means to solve the problem]
A microstructured optical fiber according to the present invention is a microstructured optical fiber which has a nonlinear refractive index profile in which the nonlinear refractive index increases in outward radial direction from core center.
The first optical signal processing device according to the present invention is an optical signal processing device, comprising: a pump light source; a nonlinear microstructured fiber receiving a pump light and a signal light, and causing nonlinear effect on the signal light depending on an intensity of the pump light; an adjustment unit adjusting the intensity of the pump light; and a control unit controlling the intensity of the pump light by adjusting the adjustment unit so that the wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light is canceled.
The second optical signal processing device according to the present invention is an optical signal processing device, comprising: a pump light source; a nonlinear microstructured fiber receiving a pump light and a signal light, and causing nonlinear effect on the signal light depending on the intensity of the pump light; and an equalizing filter adjusting the resultant signal intensity caused by the wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light.
[Effect of the invention]
According to the present invention, the device to cancel out the effect of the wavelength dependence of the highly nonlinear microstructured fibers is provided.
[Best mode to carry out the invention]
The embodiments of the present invention are described in reference to attached figures.
I)     The first embodiment solves the problem by reducing the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient in the microstructured fiber itself.
As is seen from the equation (1), the nonlinear phase shift depends on the nonlinearity coefficient. Therefore, the appropriate modification of the nonlinearity coefficient reduces wavelength dependence of nonlinear phase shift.
Figs. 1 and 2 explain the first embodiment of the present invention.
In index-guided optical fibers, the effective area becomes larger with increasing wavelength. Thus, as shown in Fig. 1, by introducing a nonlinear refractive index profile n'2(r) with increasing n'2 in outward direction, the reduction of the intensity in the center can be, at least partly, compensated by the larger n'2 in the regions into which the mode field expands for larger wavelengths.
In order to counterbalance the wavelength dependence of the nonlinear phase shift, the nonlinear refractive index profile has to increase in outward direction. In a silica glass matrix (PCF made of silica with holes arranged in matrix form in cross section), for instance, the nonlinear refractive index can be increased by F- or GeO2-doping (Optical Letters 1995 p2279).
a)     A first preferred nonlinear refractive index profile is proportional to the inverse of the intensity distribution of the signal light. Although the intensity distribution in microstructured fiber is not rotationally symmetric, it can be approximated by a rotationally symmetric distribution of Gaussian shape
【００１１】
【数６】
2005284190.tif 000033
【００１２】
The desirable profile would be
【００１３】
【数７】
2005284190.tif 000034
【００１４】
However, microstructured fibers are drawn from preforms that a typically produced by stacking capillaries around a rod. Therefore, this so called stack-and-draw fabrication process does not allow the realization of a continuously increasing nonlinear refractive index profile extending outside the center glass rod of radius R. For this reason, the nonlinear refractive index is kept constant outside the center glass rod region (area A of Fig. 15).
【００１５】
【数８】
2005284190.tif 000035
【００１６】
Let the intensity distribution functions in equation (3) be normalized. Then, the denominator of the equation (3) becomes one. Since the optical power is concentrated in the core region the main contribution to the overlap integral in the numerator of equation (3) comes from this region. Since in this region the local signal intensity multiplied by n2 results in a constant value, the integral approximately reduces to the integration over the pump power intensity, which is one. This nonlinear refractive index profile is preferably used for applications in which λs is kept constant.
b)     A second preferred nonlinear refractive index is proportional to the inverse of the intensity distribution of the pump light.
【００１７】
【数９】
2005284190.tif 000036
【００１８】
where R is the radius of the center rod region.
This nonlinear refractive index profile is preferably used for applications in which λp is kept constant.
The exponential profile can be approximated by a stepwise increase of the nonlinear refractive index in outward direction.
Fig. 2 shows the desired nonlinear refractive index profile, the profile with a continuous change within the core rod, and the profile with stepwise increase.
Since the achievable change of the nonlinear refractive index increase through F- or GeO2-doping of silica is limited (Optical Letters 1995 p2279), the profile may not be perfectly realized, thus reducing the amount of reduction of the wavelength dependence.
II)    The second embodiment solves the problem on a system level by adjusting the input pump power. As is seen from equation (1), the nonlinear phase shift depends on the power of the pump light. Therefore, adjusting the power of the pump light can compensate the wavelength dependence of the nonlinear phase shift. This method is suitable for applications with a single signal wavelength or with a small number of signal wavelengths within a narrow spectral range.
1)     Figs. 3 through 6 show the first concrete configuration of the second embodiment of the present invention.
The first concrete configuration is an all-optical signal processing device employing a highly nonlinear microstructured fiber 14, a local pump light source 11, and a means to adjust the optical pump power in order to compensate for the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient. A control unit 10 adjusts the wavelength of the local pump laser 11 and the center wavelength of the ASE filter 12 after the EDFA 17 that boosts the pump light power. In the case of FWM, the control unit 10 also adjusts the center wavelength of the filter 18 placed after the microstructured fiber 14. An optical coupler 19 combines the signal and the pump light before the microstructured fiber 14. The filter 12 passes only the pump light and eliminates noise light such as ASE noise. The filter 18 passes only the output signal light and eliminates  all other spectral components. Polarization controllers 15 and 16 adjust polarizations of the pump light and the signal light so that the polarizations of both lights matches because difference of the polarizations of both lights causes adverse effect on efficiency of nonlinear effect in PCF 14. Matching the polarizations of the pump light and the signal light maximizes efficiency of the nonlinear effect in PCF 14, which is preferable.
The means to adjust the pump power is either:
a)     as in Fig. 3, a static pre-emphasizing filter 13 placed in the optical path between the EDFA 17 and the optical coupler 19: the spectral characteristic of the transmissivity of the pre-emphasizing filter 13 is designed such that the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient is compensated by the launched pump power for a given signal wavelength. That is, pre-emphasizing filter 13 attenuates the power of the pump light with an appropriate transmitting characteristics to compensate the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient for various wavelengths of the pump light, because, in Fig. 3, the pump light source is a wavelength tunable one. 
b1)    as in Fig. 4, adjustment of the pump laser output power is conducted by the control unit 10 and the EDFA 17 with constant gain. The control is based on the measurement of the power of the pump light by photodiode 21 and of the wavelength of the signal light by the optical spectrum analyzer 20.
b2)    as in Fig. 5, light from the pump light source 11 with constant laser output power are adjusted by EDFA 17 with variable gain controlled by the control unit 10.
b3)    as in Fig. 6, light from the pump light source 11 with constant laser output power are amplified by the optical amplifier 17 with constant amplifier gain. The control of the power of the pump light is conducted by a variable attenuator 22 adjusted by the control unit 10.
In configurations b1-b3 the adjustment of the pump power is based on the information in a look-up table (LUT) that contains the required pump power data as a function of λpump. Moreover, in configurations b1-b3 an optical tap coupler splits a part of the pump light to a photodiode 21 in order to monitor the pump light power and provide a feedback signal to the control unit 10.
Fig. 7 is a schematic diagram of a look-up table stored in the control unit 10.
The dependence of the nonlinear phase shift on the pump and signal wavelength can be either evaluated experimentally or calculated on the basis of the structure of the microstructured fiber employing equation (1)-(3).
From the obtained information, the pump power that is required to compensate for the wavelength dependence of the nonlinear phase shift is derived and the resulting data summarized either in a look-up table of Fig. 7 or in a fitting function P=P(λs,λp). In the case of a LUT, the wavelengths stored in the table are allocated on the ITU-grid in the specified operational wavelength region of the all-optical signal processing device. In the case of the fitting function a microprocessor calculates the value for a certain combination of (λs,λp) and the coefficients of the fitting function are pre-stored.
2)     The second configuration is an extension of the configurations b1-b3 of the first configuration of the second embodiment.
A part of the signal light is coupled to an optical spectrum analyzer 30 in order to detect the signal wavelength and provide the information to the control unit 10. The control unit 10 adjusts the optical power of the pump light on the basis of the information in a look-up table that contains the required pump power data as a function of λpump and λsignal. The control unit 10 also adjusts the center wavelength of the filter 18 placed after the microstructured fiber 14 as a function of λpump and λsignal(FWM) and as a function of λsignal (XPM).
Figs. 8 through 10 show the third configuration of the second embodiment of the present invention. In these figures, like numbers are attached to like elements in the figures of the first configuration.
3)     The third configuration is an all-optical signal-processing device employing a highly nonlinear microstructured fiber 14, and a means to adjust the optical pump power in order to compensate for the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient. A part of the incoming light, which is used as pump light, is coupled to an optical spectrum analyzer 30 in order to detect the wavelength and provide the information to the control unit 10. The control unit 10 adjusts the center wavelength of the ASE filter 12 after the EDFA 17 that boosts the pump light power. In the case of FWM, the control unit 10 also adjusts the center wavelength of the filter 18 placed after the microstructured fiber. An optical coupler 19 combines the signal and the pump light before the microstructured fiber.
The means to adjust the pump power is either:
a)     as in Fig. 8, the power of the pump light is adjusted by the pre-emphasizing filter 13. As the other elements are the same as that in Fig. 3, the detailed explanation is omitted.
b1)    As in Fig. 9, the power of the pump light is adjusted by the EDFA 17 by changing the gain of the EDFA 17 under the control of the control unit 10. Further, the wavelength of the signal light is variable in this case. The wavelength of the signal light is adjusted by the control unit 10 and simultaneously the pass wavelength of filter 18 is also adjusted to pass the signal light. The other explanations are omitted as this configuration is similar to that of Fig. 5.
b2)    as in Fig. 10, the power of the pump light is adjusted by the optical attenuator 22 under the control of the control unit 10. The other explanations are omitted as this configuration is similar to that of Fig. 6 and Fig. 9.
In cases b1-b2 the adjustment is based on the information in a look-up table that contains the required pump power data as a function of λpump. Moreover, in the configurations b1-b2 an optical tap couples a part of the pump light to a photodiode in order to monitor the pump light power and provide a feedback signal to the control unit 10.
4)     The fourth configuration is an extension of the configuration b1-b2 of the second embodiment. In this configuration, the signal laser light source is wavelength tunable. The control unit adjusts the signal wavelength; moreover, it adjusts the optical power of the pump light on the basis of the information in a look-up table that contains the required pump power data as a function of λpumpand λsignal. The control unit also adjusts the center wavelength of the filter placed after the microstructured fiber as a function of λpumpand λsignal (FWM) and as a function of λsignal (XPM).
Figs. 11 and 12 show the configurations of the third embodiment of the present invention.
III)   The third embodiment solves the problem on a system level, by adjusting the output power by means of an equalizing filter at the output of the highly nonlinear microstructured fiber.
In the third embodiment, the signal light is a WDM signal including a plurality of wavelengths. The WDM signal light is demultiplexed  into each wavelength by a wavelength demultiplexing device XYa. The polarization of the light of each wavelength is adjusted independently to each other by means of polarization controllers 16a in order to maximize the efficiency of the nonlinear effect in microstructured fiber 14. Then, the WDM signal lights are multiplexed by means of a wavelength multiplexing device XYb . The pump light emitted from the pump light source 11 is amplified by EDFA 14 and passes through filter 12. Next, its polarization is adjusted. Then, the pump light is coupled together with the signal lights and inputted to PCF 14. The magnitude of the nonlinear effect in PCF 14 is different for each signal wavelength, resulting in a difference in intensity of each signal wavelength . Therefore, the intensity of each wavelength of the WDM light after affected by the nonlinear effect in PCF 14 is made constant by the equalizing filter 35 after passing through the filter 18. By eliminating the result of the wavelength dependency of the nonlinear effect in PCF 14 (difference in intensity of each wavelength ), a virtually wavelength independent operation of the signal processing device is obtained.
1)     In the first configuration of the third embodiment, as in Fig. 11, an equalizing filter 35 is placed at the output of the PCF 14 in order to compensate for the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient.
2)     In the second configuration of the third embodiment, as in Fig. 12, the pump wavelength and the equalizing filter 35 are adjustable. The spectral characteristic of the transmissivity of the equalizing filter 35 is adapted such that the resulting power tilt of the output spectrum due to the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient is canceled.
Figs. 13 and 14 show the configurations of the fourth embodiment of the present invention.
IV)    The fourth embodiment solves the problem on a system level, by adjusting the signal input powers by means of an equalizing filter 40 at the input of the highly nonlinear microstructured fiber. Based on the fact that the intensity of output light from PCF 14 is linearly proportional to the intensity of input light to PCF 14, the intensity of input light is adjusted by the equalizing filter 40 before PCF 14.
1)     In the first configuration of the fourth embodiment, as in Fig. 13, a equalizing filter 40 is placed at the input of the highly nonlinear microstructured fiber 14 before the coupler 19 in order to compensate for the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient. The other components are similar to that of Fig. 11. Therefore, further explanations are omitted. 
2)     In the second configuration of the fourth embodiment, as in Fig. 14, the pump wavelength and the equalizing filter 40 are adjustable. The spectral characteristic of the transimssivity of the equalizing filter 40 is adapted such that the resulting power tilt of the output spectrum due to the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient is canceled. The other components are similar to that of Fig. 12. Therefore, further explanations are omitted.
[appendix 1]
A microstructured optical fiber which has a nonlinear refractive index profile in which the nonlinear refractive index increases in outward radial direction from core center.
[appendix 2]
The microstructured optical fiber according to appendix 1, wherein
the nonlinear refractive index profile has a shape of an inverse of intensity distribution of a pump light or signal light in cross section.
[appendix 3]
The microstructured optical fiber according to appendix 1, wherein
the nonlinear refractive index profile becomes constant at an outside radial region from a predetermined radius in cross section.
[appendix 4]
The microstructured optical fiber according to appendix 1, wherein
the nonlinear refractive index increases stepwise in outward radial direction from the core center.
[appendix 5]
An optical signal processing device, comprising:
a pump light source;
a nonlinear microstructured fiber receiving a pump light and a signal light, and causing nonlinear effect on the signal light depending on an intensity of the pump light;
an adjustment unit adjusting an intensity of the pump light; and
a control unit controlling an intensity of the pump light by adjusting the adjustment unit so that a wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light is canceled.
[appendix 6]
The optical signal processing device according to appendix 5, wherein
the adjustment unit is a pre-emphasizing filter.
[appendix 7]
The optical signal processing device according to appendix 5, wherein
the adjustment unit is an optical amplifier.
[appendix 8]
The optical signal processing device according to appendix 5, wherein
the adjustment unit is an optical attenuator.
[appendix 9]
The optical signal processing device according to appendix 5, wherein
the control unit controls an intensity of the pump light based on data in a look-up table containing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[appendix 10]
The optical signal processing device according to appendix 5, wherein
the control unit controls the intensity of the pump light based on data obtained from a predetermined function describing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[appendix 11]
The optical signal processing device according to appendix 9 or 10, further comprising:
an optical spectrum analyzer monitoring the signal wavelength or the pump wavelength in order to provide information on the signal wavelength or the pump wavelength to the control unit.
[appendix 12]
An optical signal processing device, comprising:
a pump light source;
a nonlinear microstructured fiber receiving a pump light and a signal light, and causing nonlinear effect on the signal light depending on an intensity of the pump light; and
an equalizing filter adjusting a resultant signal intensity caused by a wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light.
[appendix 13]
The optical signal processing device according to appendix 12, wherein
the equalizing filter is an adjustable filter of a spectral characteristic of transmissivity, and
further comprising:
a control unit controlling the spectral characteristic of transimissivity of the equalizing filter so that a tilt of an output signal from the nonlinear microstructured fiber caused by the wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light is canceled.
[appendix 14]
The optical signal processing device according to appendix 12, wherein
the equalizing filter is placed at the output side of the nonlinear microstructured fiber.
[appendix 15]
The optical signal processing device according to appendix 12, wherein
the equalizing filter is placed at the input side of the nonlinear microstructured fiber.
[appendix 16]
The optical signal processing device according to appendix 13, wherein
the control unit controls the tilt of the output signal from the microstructured fiber based on data in a look-up table containing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[appendix 17]
The optical signal processing device according to appendix 13, wherein
the control unit controls the tilt of the input signal from the microstructured fiber based on data in a look-up table containing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[appendix 18]
The optical signal processing device according to appendix 13, wherein
the control unit controls a tilt of the output signal from the microstructured fiber based on data obtained from a predetermined function describing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[appendix 19]
The optical signal processing device according to appendix 13, wherein
the control unit controls the tilt of the input signal from the microstructured fiber based on data obtained from a predetermined function describing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[Brief description of the drawings]
[Fig. 1] explains the first embodiment of the present invention (No. 1).
[Fig. 2] explains the first embodiment of the present invention (No. 2).
[Fig. 3] shows the first concrete configuration of the second embodiment of the present invention (No. 1).
[Fig. 4] shows the first concrete configuration of the second embodiment of the present invention (No. 2).
[Fig. 5] shows the first concrete configuration of the second embodiment of the present invention (No. 3).
[Fig. 6] shows the first concrete configuration of the second embodiment of the present invention (No. 4).
[Fig. 7] a schematic diagram of a look-up table stored in the control unit 10.
[Fig. 8] shows the third configuration of the second embodiment of the present invention (No.1).
[Fig. 9] shows the third configuration of the second embodiment of the present invention (No.2).
[Fig. 10] shows the third configuration of the second embodiment of the present invention (No. 3).
[Fig. 11] shows the configurations of the third embodiment of the present invention (No. 1).
[Fig. 12] shows the configurations of the third embodiment of the present invention (No. 2).
[Fig. 13] shows the configurations of the fourth embodiment of the present invention (No. 1).
[Fig. 14] shows the configurations of the fourth embodiment of the present invention (No. 2).
[Fig. 15] shows a cross sectional view of a square-lattice hole structured photonic crystal fiber.
[Fig. 16] plots the relative nonlinear phase shift over a range of 40nm for various lattice periods.
[Explanation of codes]
10     control unit
11     pump light source
12     ASE filter
13     pre-emphasizing filter
14     microstructured fiber (photonic crystal fiber)
15, 16 polarization controller
17     EDFA
18     filter
19     coupler
20, 30 optical spectrum analyzer
21     photodiode
22     attenuator
31     variable signal light source
35, 40 equalizing filter
XYa    wavelength demultiplexer
XYb    wavelength multiplexer
[claim 1]
A microstructured optical fiber which has a nonlinear refractive index profile in which the nonlinear refractive index increases in outward radial direction from core center.
[claim 2]
The microstructured optical fiber according to claim 1, wherein
the nonlinear refractive index profile becomes constant at an outside radial region from a predetermined radius in cross section.
[claim 3]
The microstructured optical fiber according to claim 1, wherein
the nonlinear refractive index increases stepwise in outward radial direction from the core center.
[claim 4]
An optical signal processing device, comprising:
a pump light source;
a nonlinear microstructured fiber receiving a pump light and a signal light, and causing nonlinear effect on the signal light depending on an intensity of the pump light;
an adjustment unit adjusting the intensity of the pump light; and
a control unit controlling the intensity of the pump light by adjusting the adjustment unit so that the wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light is canceled.
[claim 5]
The optical signal processing device according to claim 4, wherein
the control unit controls the intensity of the pump light based on data in a look-up table containing the required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[claim 6]
The optical signal processing device according to claim 4, further comprising:
an optical spectrum analyzer monitoring the signal wavelength or the pump wavelength in order to provide information on the signal wavelength or the pump wavelength to the control unit.
[claim 7]
An optical signal processing device, comprising:
a pump light source;
a nonlinear microstructured fiber receiving a pump light and a signal light, and causing a nonlinear effect on the signal light depending on the intensity of the pump light; and
an equalizing filter adjusting the resultant signal intensity caused by the wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light.
[claim 8]
The optical signal processing device according to claim 7, wherein
the equalizing filter is an adjustable filter of a spectral characteristic of transmissivity, and
further comprising:
a control unit controlling the spectral characteristic of transimissivity of the equalizing filter so that the tilt of an output signal from the nonlinear microstructured fiber caused by the wavelength dependence of the nonlinear effect on the signal light is canceled.
[claim 9]
The optical signal processing device according to claim 8, wherein
the control unit controls tilt of the output signal from the microstructured fiber based on data in a look-up table containing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[claim 10]
The optical signal processing device according to claim 8, wherein
the control unit controls the tilt of the input signal from the microstructured fiber based on data in a look-up table containing a required power as a function of the signal wavelength and the pump wavelength.
[Summary]
[Problem] provide a means to cancel out the effect of the wavelength dependence of the nonlinearity coefficient of highly nonlinear microstructured fibers.
[Means to solve the problem] Since the magnitude of a nonlinear effect depends on the nonlinearity coefficient of the microstructured fiber and the intensity of pump light, either the nonlinearity coefficient or the intensity of pump light are adjusted. The nonlinearity coefficient is modified by introducing a nonlinear refractive index profile that has the inverse characteristic of the intensity distribution of either the pump or the signal light. The intensity of the pump light is adjusted by an optical amplifier, an optical attenuator, or a pre-emphasizing filter under the control of a control unit. The control unit controls the intensity of the pump light based on a look-up table which is prepared in advance by experiment or calculation, or based on a function of the pump  and signal  wavelength.
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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