(57)【要約】【課題】入力する光通信信号強度（確率密度）においてマークレベルとスペースレベルが非対称な分布形状をしている一般の場合においても、ビットエラーの発生を最小限に抑えたまま光通信信号の再生が行える光信号再生中継器を提供する。【解決手段】光信号再生中継器は、入力光通信信号として受信した光通信信号パルスを制御光としてゲートの開閉が行なわれるとともに、クロック光パルスもしくは連続光が被制御光として供給され、ゲートの開閉に応じて被制御光へデータを転写することにより再生光通信信号を得る光ゲート部３を有する。光ゲート部３は、入力光の強度分布を二値のレベルに対して圧縮する機能を有し、光ゲート部３において、入力光通信信号に対する最適識別閾値と強度分布の圧縮の分離境界線とがほぼ一致するように設定する。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
品質の劣化した入力光通信信号として光通信信号パルスを受信し、該光通信信号パルスを再生して再生光通信信号を出力する光信号再生中継器であって、
前記光通信信号パルスを制御光としてゲートの開閉が行なわれるとともに、クロック光パルスもしくは連続光が被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて前記被制御光へデータを転写することにより前記再生光通信信号を得る光ゲート部を有し、
前記光ゲート部は、入力光の強度分布を二値のレベルに対して圧縮する機能を有し、前記光ゲート部において、前記入力光通信信号に対する最適識別閾値と前記強度分布の圧縮の分離境界線とがほぼ一致するように設定されている、光信号再生中継器。
【請求項２】
前記光ゲートは駆動条件が調整可能であり、前記駆動条件の調整により、前記分離境界線が前記最適識別閾値に一致させられている、請求項１に記載の光信号再生中継器。
【請求項３】
前記光ゲート部は、干渉型光ゲートにより構成されている、請求項１に記載の光信号再生中継器。
【請求項４】
前記干渉型光ゲートは、少なくとも線形位相シフタと非線形位相シフタとを備え、前記線形位相シフタによって位相バイアスφ0が調節可能であるとともに前記非線形位相シフタによって非線形位相シフト量Δφが調節可能であり、前記位相バイアス及び前記非線形位相シフト量の調整によって前記分離境界線を調整可能である、請求項３に記載の光信号再生中継器。
【請求項５】
前記光ゲート部の内部または前記光ゲート部の出力に接続して、光リミッタ効果及び／または光閾値効果を有するデバイスが配置されている、請求項３に記載の光信号再生中継器。
【請求項６】
品質の劣化した入力光通信信号として光通信信号パルスを受信し、該光通信信号パルスを再生して再生光通信信号を出力する光信号再生中継器であって、
前記光通信信号パルスを制御光としてゲートの開閉が行なわれるとともに、クロック光パルスもしくは連続光が第１の被制御光として供給され、ゲートの開閉に応じて前記第１の被制御光へデータを転写することにより中間信号光を得る第１の光ゲート部と、
前記中間信号光を制御光としてゲートの開閉が行なわれるとともに、クロック光パルスもしくは連続光が第２の被制御光として供給され、ゲートの開閉に応じて前記第２の被制御光へデータを転写することにより前記再生光通信信号を得る第２の光ゲート部と、
を有し、
前記各光ゲート部は、入力光の強度分布を二値のレベルに対して圧縮する機能を有し、前記各光ゲート部において、前記入力光通信信号に対する最適識別閾値と前記強度分布の圧縮の分離境界線とがほぼ一致するように設定されている、光信号再生中継器。
【請求項７】
前記各光ゲート部は、干渉型光ゲートにより構成されている、請求項６に記載の光信号再生中継器。
【請求項８】
前記干渉型光ゲートは、少なくとも線形位相シフタと非線形位相シフタとを備え、前記線形位相シフタによって位相バイアスφ0が調節可能であるとともに前記非線形位相シフタによって非線形位相シフト量Δφが調節可能であり、前記位相バイアス及び前記非線形位相シフト量の調整によって前記分離境界線を調整可能である、請求項７に記載の光信号再生中継器。
【請求項９】
前記第１の光ゲート部及び第２の光ゲート部はいずれも負論理ゲートとして動作している、請求項７に記載の光信号再生中継器。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記光ゲート部の内部または少なくとも１つの前記光ゲート部の出力に接続して、光リミッタ効果及び／または光閾値効果を有するデバイスが配置されている、請求項７に記載の光信号再生中継器。
【請求項１１】
前記第１の光ゲート部及び第２の光ゲート部はいずれも負論理ゲートとして動作している、請求項１０に記載の光信号再生中継器。
【請求項１２】
品質の劣化した入力光通信信号として光通信信号パルスを受信し、該光通信信号パルスを再生して再生光通信信号を出力する光信号再生中継器の駆動条件の設定方法であって、
前記光信号再生中継器は、前記光通信信号パルスを制御光としてゲートの開閉が行なわれるとともに、クロック光パルスもしくは連続光が被制御光として供給され、前記ゲートの開閉に応じて前記被制御光へデータを転写することにより前記再生光通信信号を得る光ゲート部を有し、
前記光ゲート部は、入力光の強度分布を二値のレベルに対して圧縮する機能を有し、前記光ゲート部において、前記入力光通信信号に対する最適識別閾値に対して前記強度分布の圧縮の分離境界線がほぼ一致するように設定する、設定方法。
【請求項１３】
前記光ゲートは、少なくとも線形位相シフタと非線形位相シフタとを備える干渉型光ゲートであって、前記線形位相シフタによって位相バイアスφ0を調節し、かつ、前記非線形位相シフタによって非線形位相シフト量Δφが調節することにより、前記入力光通信信号に対する最適識別閾値に対して前記強度分布の圧縮の分離境界線がほぼ一致するように設定される、請求項１２に記載の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル光通信において用いられる光中継器に関し、特に、デジタル信号光を光信号のまま識別再生しながら中継する光信号再生中継器と、そのような光信号再生中継器における駆動条件の設定方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル光通信においては、光通信信号（デジタル信号光）は、光ファイバ伝送路を伝搬する際に、波長分散、非線形効果、タイミングジッタなどの様々な要因により劣化する。そのため、劣化した光通信信号を、劣化する前の品質と同じ程度に再生しながら中継する光信号再生中継器が一般に必要となる。
【０００３】
光信号再生中継器は、その機能に応じていくつかのものに分類されるが、そのような光信号再生中継器の１つに、強度再生(Reamplifying)、波形再生(Reshaping)、タイミング再生(Retiming)の３Ｒ処理（それぞれの頭文字がＲであることによって３Ｒ処理と呼ばれている）を、光信号を電気信号に変換することなく光のままで行う光３Ｒ中継器がある。ここで、強度再生処理は、弱まった信号光強度を増幅する処理であり、波形再生処理は、歪んだ信号波形を整形する処理であり、タイミング再生処理は、増幅・整形された光信号を正しい時間（ビット）間隔で送出する処理である。
【０００４】
図１（ａ）に、光３Ｒ中継器の一般的な構成を示す（特許文献１及び非特許文献１、２参照）。この光３Ｒ中継器は、光分岐器１とクロック抽出器兼クロック光源２と光ゲート部３とから構成されている。光分岐器１は、劣化した波長λ1の光通信信号パルスを２つに分岐し、この分岐された光通信信号パルスの一方は制御光として光ゲート部３に供給され、もう一方はクロック抽出器兼クロック光源２に供給されるようになっている。クロック抽出器兼クロック光源２は、光分岐器１から供給された光通信信号パルスからクロック（電気信号もしくは光信号）を抽出し、その抽出したクロックに同期して波長λ2のクロック光パルスを生成する。クロック抽出器兼クロック光源２で生成されたクロック光パルスは、光ゲート部３に供給される。そして、劣化した光通信信号パルス（制御光）によって光ゲート部３のゲートの開閉を制御しながら、クロック抽出器兼クロック光源２からのクロック光パルスを光ゲート部３に通すことにより、通信データをクロック光パルスに転写させる。こうして、劣化データの識別再生が行われる。
【０００５】
また、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）に示した光３Ｒ中継器のクロック抽出器兼クロック光源２の代わりに連続光源９０を用い、クロック光パルスの代わりに連続光を光ゲートに供給した場合には、タイミング再生効果を有さない光２Ｒ中継器として機能する。
【０００６】
ところで最近では、インターネットの急速な発展に伴って、光通信の大容量化への要望が高まり、伝送速度（ビットレート）が４０Ｇｂ（ギガビット）／ｓ以上の高速光ゲートが要求されている。そのような４０Ｇｂ／ｓ以上のビットレートに対応する高速光ゲートとしては、光の干渉を利用したプッシュ／プル型光ゲートがある。その代表的なものとして、図２に示す対称マッハツェンダ型光ゲート（ＳＭＺ（特許文献２、非特許文献３参照））、図３に示す偏波分離型ＳＭＺ光ゲート（ＰＤ−ＳＭＺまたはＵＮＩ：Ultrafast Nonlinear Interferometer（特許文献３、非特許文献１、４参照））、図４に示す非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ、ＳＬＡＬＯＭ：Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror、もしくは、ＴＯＡＤ：Terahertz Optical Asymmetric Demultiplexer（特許文献１、非特許文献５参照））などがある。図中の点線で囲まれた部分が光ゲート部に対応する。
【０００７】
図２に示す対称マッハツェンダ型光ゲートは、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルス（制御光）を２つに分岐する光分岐器１ａと、波長λ2の被制御光（クロック光パルスに相当する）を２つに分岐する光分岐器１ｂと、光分岐器１ａの一方の出力と光分岐器１ｂの一方の出力とを合成する光結合器４ａと、光分岐器１ａの他方の出力に接続され、Δｔの遅延を与える光遅延回路１０と、光分岐器１ｂの他方の出力と光遅延回路１０の出力とを合成する光結合器４ｂと、光結合器４ａ，４ｂの出力にそれぞれ設けられた非線形光位相シフタ１１ａ，１１ｂと、非線形光位相シフタ１１ｂの出力に接続された線形光位相シフタ５と、非線形光位相シフタ１１ａの出力と線形光位相シフタ５との出力とを合成する光結合器４ｃと、光結合器４ｃの出力に設けられた波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、を備えており、波長バンドパスフィルタ１２の出力光が、波長λ2のゲート透過光となっている。光遅延回路１０を設けたことにより光結合器４ａ，４ｂからそれぞれ出力される信号光パルスにはΔｔだけの時間差が生じることとなり、この時間差内にクロック光パルスが位置するようにされている。なお、図２及びそれ以降の各図において、品質が劣化した光パルスは、破線のパルス波形で示されており、クロック光パルスや品質が劣化していない信号光パルスなどは、実線のパルス波形で示されている。
【０００８】
図３に示す偏波分離型ＳＭＺ光ゲートは、波長λ2の被制御光（クロック光パルスに相当する）を偏波分離する偏波分離器１３ａと、偏波分離器１３ａからの垂直成分光（⊥）に対しΔｔの遅延を与える光遅延回路１０ａと、偏波分離器１３ａからの平行成分光（//）と光遅延回路１０ａの出力光とを偏波合成する偏波結合器１４ａと、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルス（制御光）と偏波結合器１４ａの出力とを合成する光結合器４と、光結合器４の出力に設けられた非線形光位相シフタ１１と、非線形光位相シフタ１１の出力光を偏波分離する偏波分離器１３ｂと、偏波分離器１３ｂからの平行成分光（//）に対しΔＴの遅延を与える光遅延回路１０ｂと、偏波分離器１３ｂの垂直成分光（⊥）側の出力に接続された線形光位相シフタ５と、光遅延回路１０ｂの出力と線形光位相シフタ５との出力とを偏波合成する偏波合成器１４ｂと、偏波合成器１４ｂの出力側に設けられた偏光子１５と、偏光子１５の出力に設けられた波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、を備えており、波長バンドパスフィルタ１２の出力光が、波長λ2のゲート透過光となっている。光遅延回路１０ａを設けたことにより光結合器４の出力において双方の偏波成分でのクロック光パルス間にΔｔだけの時間差が生じるが、この時間差内に信号光パルスが位置するようにされている。なお偏波成分間でのこの時間差Δｔは、光遅延回路１０ｂにより解消されるようになっている。なお、波長バンドパスフィルタ１２の位置は、非線形位相シフタ１１もしくは偏波結合器１４ｂの直後でもよい。
【０００９】
図４に示す非線形光ループミラー型光ゲートは、ループ状の光伝送路を備えており、このループ光伝送路には、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルス（制御光）を例えば図示右回りでループ伝送路に導入するための光結合器４と、非線形光位相シフタ１１と、Δｔの遅延を与える光遅延回路１０と、波長λ2の被制御光（クロック光パルスに相当する）を左回り及び右回りに分岐してループ伝送路に導入するとともに、出力光をループ伝送路から取り出す光カプラ１６とが設けられている。さらにこの光ゲートは、光カプラ１６の出力ポートに接続された波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２を備えており、波長バンドパスフィルタ１２の出力光が、波長λ2のゲート透過光となっている。
【００１０】
図２〜図４に示した光ゲートは上述したように干渉型のものであって、これらの光ゲートにおいて、非線形光位相シフタは、光伝送路／ループを構成する光ファイバそのものであってもかまわない。これらの光ゲートは、すべて、ゲート制御光パルスにより後続する被制御光パルスに非線形位相シフトを発生させ、出力ポートにおける干渉状態の変化を利用して高速にゲートの開閉を行うタイプの光ゲートである。
【００１１】
また、Ueno（上野）らは１９９８年に発行された“Y. Ueno et al., IEEE Photonics Technology Letters, No. 10, pp. 346-348, 1998（ＩＥＥＥフォトニクス・テクノロジー・レターズ」第１０号、第３４６頁〜第３４８頁）”（非特許文献６）において、ＤＩＳＣ（遅延干渉型波長変換器；Delayed-Interference Signal-wavelength Converter）型波長変換器を提案しているが、これも干渉型光ゲートの一種である。このＤＩＳＣ型波長変換器は、入力信号光とは波長の異なる連続光に対して、非線形光位相シフタを用いて入力信号光により時間軸上で断片的に位相シフトを与えた後、その連続光自身のレプリカをある時間だけ遅延させてから干渉させることにより、その遅延時間分の光を切り出し、波長の変換された信号光として出力するものである。これも、タイミング再生(Retiming)機能を持たない光２Ｒ中継器として機能するものである。さらに、Leuthold（ロイトルド）らは、前記のＤＩＳＣ型波長変換器において、連続光の代わりにクロックパルス光を用い、かつ干渉の際にずらす時間量をビットピリオドと同じとすることにより、光３Ｒ中継器としても機能することを、２００１年に発行された“J. Leuthold et al., IEEE Photonics Technology Letters, No. 13, pp. 860-862, 2001（ＩＥＥＥフォトニクス・テクノロジー・レターズ」第１３号、第８６０頁〜第８６２頁）（非特許文献７）において提唱している。
【００１２】
これら干渉型光ゲートを用いた場合における、入力信号光の強度（確率密度）分布の圧縮と波形整形の原理を図５に示す。光増幅器における利得飽和効果などがない純粋な干渉型光ゲートの伝達関数は、図示されるように三角関数で表され、その関数曲線の傾きがゼロに近い領域（“０”及び“１”近傍）において、入力信号光強度（雑音）分布が圧縮される。すなわち、入力光における強度のばらつきが出力光においては圧縮され、入力光における強度分布が出力光における二値のレベルに向けて圧縮されることになる。すなわち、入力光が“０”に対応するスペース(space)である場合に多少の光強度があっても、出力光の強度はほとんど０となり、入力光が“１”に対応するマーク(mark)である場合に光強度が多少ばらついていても、出力光における光強度はほとんど１となる。ここでは入力信号光強度のマークレベルの平均値を“１”と規格化し、その入力信号光強度が“１”のときの非線形位相シフト量Δφを“π”、また位相バイアス（入力信号光“０”の場合、出力信号光も“０”となる時の位相を“０”とおいた場合の初期位相）φ0を“０”と仮定した。
【００１３】
また、一般に、干渉型光ゲート内の非線形位相シフタにおける非線形位相シフト量がπに到達しない場合には、その分布圧縮・波形整形効果は減少してしまうが、特許文献４では、その場合においても、入力光信号に対して同等の波形再生（信号光強度分布の圧縮）効果を発揮させるために、光ゲート部を２段構成にしたものが開示されている。
【００１４】
また特許文献５、６には、上述したＮＯＲＭを光ゲートとして用いてそのような光ゲートを２段接続し、１段目の光ゲートにおいて入力信号光によって第１のプローブ光を変調して中間光信号を出力し、２段目の光ゲートにおいて中間光信号によって第２のプローブ光を変調して出力光信号を得る構成が開示されている。ここでは、後述する光強度分布圧縮での分離境界線（≒識別閾値）の最適化に関する具体的な記述はないものの、ファイバループを両方向に伝搬するプローブ光における位相差Δψを考えて、Δψ＝０に入力光信号のスペースレベル、Δψ＝πに入力光信号のマークレベルを割当てることが開示されている。
【００１５】
特許文献５、６に示された構成において、光ゲートにおける伝達関数曲線は、光強度（確率密度）分布の分離境界線（≒識別閾値）となる光強度レベル（伝達関数曲線における変曲点が位置するレベル）を境にして反対称となっており、かつ、入力光パワーに対して一定周期で振動する。これは、干渉型の光ゲートでは不可避の特性であり、一般にこの曲線では、入力光パワーや光ゲートにおける位相の調整では、この関数曲線には入力光強度に対する相対的な拡大・縮小またはシフトが起こるのみである。したがって、マークレベルとスペースレベルの光強度（確率密度）分布が非対称である一般の光信号に対しては、特許文献５、６の構成では、最適な識別再生を行うことができない。つまり、ここで述べた拡大・縮小またはシフトにより分離境界線（≒識別閾値）のみを最適化（光通信信号に対する最適識別閾値を光ゲートにおける光強度分布の分離境界線を一致）させた場合、伝達関数曲線の傾きがほぼゼロになる入力光レベル（光強度分布（雑音）が圧縮されるレベル）がマークレベルもしくはスペースレベルからずれてしまい、再生効果が伴わなくなってしまうばかりか、その分布（雑音）を広げてしまうことにもなり得る。
【００１６】
なお、波形整形・信号識別再生を行う上記とは別の方法として、干渉型光ゲートを用いずに、ある一定のパワー以上の光入力に対して光出力がほぼ一定値に制限されるような光リミッタ効果のあるデバイスと、ある一定パワー以下の光は出力しないような光閾値効果のあるデバイスのみを組み合わせた構成による方法も提案されている（特許文献７、８を参照）。
【００１７】
例えば特許文献８には、スペースレベルの雑音を圧縮する光ゲートとマークレベルの雑音を圧縮する光ゲートとを２段接続させ、入力信号光パワーを変化させることにより、相対的にその伝達関数曲線における強度分布圧縮の分離境界線（≒識別閾値）をシフトさせ、波形再生／雑音圧縮効果を低下させることなく、最適識別再生を行う技術が開示されている。つまり、入力信号光強度を変化させることによって、光通信信号に対する最適識別閾値と光ゲートにおける光強度分布の分離境界線を一致させることが示されている。ただし、分離境界線（≒識別閾値）を最適化することについての具体的な記述はない。なお、特許文献８に示すものでは、光ゲートとして例えば電界吸収型光変調器や利得クランプ増幅器を使用しており、干渉型光ゲートは使用していない。また、特許文献８に記載のものでは、入力信号光パワーを変化させて分離境界線を調整する際、場合によっては、その入力光平均パワーの絶対値が１０ｄＢｍを超えるほど必要であったり、変化量が１０ｄＢ近く必要であったり、また光ゲートに入射させるプローブ光のパワーも同時に調整しなければならないなど、一般にはその分離境界線（≒識別閾値）の最適化は容易ではない。
【００１８】
ところで、上述したような光信号再生中継器に適用可能なクロック抽出器兼クロック光源部としては、以下のようなものがある。
【００１９】
（１）光電変換器及びモード同期レーザ：
光通信信号パルスを光電変換した電気信号から「高Ｑ値(High-Q)フィルタ」等を用いてクロックを抽出し、その抽出した電気クロックをモード同期レーザへ印加して同期パルス発振を行わせる。このときの出力パルス時間幅は、そのレーザ固有のものとなる。
【００２０】
（２）モード同期レーザのみを使用（例えば、非特許文献８を参照）：
この場合は、光通信信号パルスをモード同期レーザへ直接注入して同期パルス発振をさせる。このときも、出力パルス時間幅は、そのレーザ固有のものとなる。
【００２１】
（３）光電変換器及び光強度変調器を備えたＣＷレーザ（例えば、非特許文献９を参照）：
光通信信号パルスを光電変換して得た電気信号からクロックを抽出し、その抽出した電気クロックにより光強度変調器を駆動してＣＷ（連続）光からクロックパルスを生成する。このときの出力パルス時間幅は、変調の時間形状に依存する。「High-Qフィルタ」を用いて抽出した電気クロックの時間形状はほぼ正弦波となっているため、短パルスの生成は困難だが、ビットピリオドの半分程度の時間幅を持つパルスを生成することが可能である。
【特許文献１】特開平８−１６３０４７号公報
【特許文献２】特開平０７−０２０５１０号公報
【特許文献３】特開平０８−１７９３８５号公報
【特許文献４】特開２００２−２２９０８１号公報
【特許文献５】特開２００１−２４９３７１号公報
【特許文献６】特開２００１−１１７１２５号公報
【特許文献７】特開平０９−２４４０７３号公報
【特許文献８】特開２００３−０１５０９７号公報
【非特許文献１】H. J. Thiele et al., Electron. Lett., 35, 230 (1999)
【非特許文献２】H. Kurita et al., Proc. of ECOC '99, PD3-6 (1999)
【非特許文献３】K. Tajima, Japan J. Appl. Phys., 32, L1746 (1993)
【非特許文献４】K. Tajima et al., Appl. Phys. Lett., 67, 3709 (1995)
【非特許文献５】M.C. Farries et al., Appl. Phys. Lett., 55, 25 (1995)
【非特許文献６】Y. Ueno et al., IEEE Photonics Technology Lett., 10, 346 (1998)
【非特許文献７】J. Leuthold et al., IEEE Photonics Technology Lett., 13, 860 (2001)
【非特許文献８】H. Kurita et al., IEICE Trans. Electron., E81-C, 129 (1998)
【非特許文献９】B. Lavigne et al., Proc. of ECOC 2001, We.F.2.6, (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、干渉型光ゲートを用いて信号光強度（確率密度）分布圧縮・波形整形を行う際、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、入力信号光強度におけるその圧縮の向きが逆になる分離境界線（この光ゲートにおける信号識別閾値とも見なせる）は、常に、光ゲートの伝達関数を表す三角関数曲線の変曲点が存在するレベルに設定されてしまう。つまりΔφ＝π、φ0＝０の場合には、その分離境界線はちょうど中心である０．５のレベルに固定される。そのため、図６（ａ）に示すようにマークレベルとスペースレベルとが非対称な光強度（確率密度）分布を持つ一般の光信号に対して、同時にマークとスペースの光強度（雑音）分布を圧縮させようとした場合、信号最適識別閾値（図６（ａ）では、“０．２”近傍）と分離境界線（“０．５”）の不一致により、一見波形再生はするものの、ビットエラーは逆に増加してしまう可能性が高くなる。なお、図６（ａ）に示した光強度分布では、入力光強度Ｉiが０．２のところで確率分布が極小となっており、このレベルをもってマークとスペースとの判別の閾値とすることが好ましい。
【００２３】
分離境界線とは、上述したように干渉型光ゲートを使用して信号光強度分布の圧縮を行い、入力信号光のレベルがマークレベル（“１”）またはスペースレベル（“０”）にいずれか一方に近づくようにする場合に、入力信号光にレベルに応じて“０”または“１”のどちら側に近づくかの境界となるレベルのことである。後述するような正論理ゲート動作を行わせる場合であれば、分離境界線より大きなレベルの信号は“１”に向けて圧縮され、分離境界線より小さなレベルの信号は“０”に向けて圧縮される。このように分離境界線と入力光のレベルとの大小関係に応じてスペースレベルあるいはマークレベルへの圧縮のいずれかが起こることから、信号光強度（確率密度）分布の圧縮は、入力信号光がマークレベルのものかスペースレベルのものかの識別の一形態であると考えることができ、分離境界線は、そのような識別における識別閾値であるとみなすことができるのである。
【００２４】
信号の最適識別閾値とは、入力信号光のレベルを検知してその入力信号光がマークレベルのものなのかスペースレベルのものかを識別するために最適な閾値であって、入力光強度の（確率密度）分布が、それぞれマークレベルとスペースレベルとに対応する２つのピークを有していわゆる双峰型（２こぶラクダ型）に分布を示す場合には、一般には、マーク及びスペースにそれぞれ対応する２つのピーク間で分布密度が最小となるレベルに相当する。
【００２５】
したがって、強度分布の圧縮によって入力信号光がマークレベルなのかスペースレベルなのかを識別する場合には、分離境界線（≒識別閾値）が信号の最適識別閾値（単に最適閾値ともいう）とほぼ一致している状態が最も好ましく、そのような状態においてビットエラーが最小になるものと考えられる。
【００２６】
最適閾値と分離境界線とがレベル上で異なることは、タイミング再生作用を持たない光２Ｒ中継器においても同様に問題となる。図７は、伝達関数が図６（ｃ）で表されるπシフト光ゲートを用いて、再生処理をカスケードに連続して行った場合の信号光強度分布の変化を表しているが、徐々にマークレベルの分布の裾の部分がスペースレベル側に引き寄せられていってしまう様子が分かる。
【００２７】
本発明の目的は、光信号強度（確率密度）分布においてマークレベルとスペースレベルとが非対称な形状をしている一般的な入射光信号を処理する場合においても、信号最適識別閾値と光ゲートにおける光強度分布の分離境界線（≒光ゲートの識別閾値）がほぼ一致し、ビットエラーの発生を最小限に抑えたまま光通信信号の再生が行える光信号再生中継器と、光信号再生中継器における駆動条件の設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
従来から用いられている干渉型光ゲートにおいては、位相バイアス（入力信号光が“０”の場合に出力信号光も“０”となる時の位相を“０”とおいた場合の初期位相）φ0、ならびに信号光パワー“１”（以下、入力信号光強度のマークレベルの平均値を“１”と規格化する。）に対応する非線形位相シフト量Δφを調整することが、一般に可能である。位相バイアスφ0を変化させるためには、干渉型光ゲート内部に配置された線形位相シフタを用いる。そのような線形位相シフタは、例えば、熱光学素子、電気光学素子、圧電素子、あるいは波長板などを用いて構成することができる。一方、非線形位相シフト量Δφを変化させる具体的な方法としては、光ゲート内部の非線形光位相シフタへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度・エネルギー、及び半導体光増幅器（ＳＯＡ）への注入電流（光ゲート内部の非線形位相シフタとしてＳＯＡを用いた場合）を調整するなどが考えられる。非線形光位相シフタは、例えば、半導体光増幅器、高非線形性光ファイバなどを用いて構成できる。
【００２９】
そこで本発明の駆動条件の設定方法は、一般的に設定される駆動条件：例えば、φ0＝０またはπ、Δφ＝π、から意図的に条件をずらすことにより、光ゲートの伝達関数を変形させ、分離境界線を任意のレベルにシフトさせるものである。また、本発明の光信号再生中継器は、そのように駆動設定されていることを特徴とするものである。これにより、本発明によれば、信号最適識別閾値と光強度分布圧縮の分離境界線のずれに起因するビットエラーの発生を最小限に抑えることができる。
【００３０】
ただし、これら分離境界線のシフトを行うと、伝達関数曲線での傾きがゼロとなる部分がマーク及びスペースの双方の平均レベルに必ずしも配置されなくなるため、単一の光ゲートでマークレベルとスペースレベルとの同時での雑音分布圧縮を行うことは難しくなる。つまり分布圧縮性能が低下する。
【００３１】
分布圧縮性能の低下を防止するためのひとつの補助手段として、干渉型光ゲートの内部もしくは直後に、光増幅器における利得飽和や光ファイバ内での非線形現象を利用した光リミッタ効果を有するデバイス、もしくは、可飽和吸収体（ＳＡ）などによる弱パワー光信号の除去効果（光閾値効果）を有するデバイスを配置する。これにより、分離境界線のシフトを行いつつ、マーク及びスペースの平均レベル近傍で伝達関数曲線の傾きをゼロとすることが可能となる。
【００３２】
また、もうひとつの補助手段として、上述したような干渉型光ゲートに対してもう１段の干渉型光ゲートを連結させ、負論理ゲート動作を２回連続して行う方法もある（例えば特許文献４を参照）。
【００３３】
これらの雑音分布圧縮性能の低下を補償するための構成が、本発明のもうひとつの特徴である。
【００３４】
［作用］
以下、本発明の作用について説明する。
【００３５】
図８は、干渉型光ゲートにおいて位相バイアスφ0を変化させた場合の光ゲート伝達関数ほ変化を示すものであり、図９は、同じく干渉型光ゲートにおいて非線形位相シフトΔφを変化させた場合の光ゲート伝達関数を示している。これらの図において、（ａ）は、光ゲートが正論理で動作している場合、すなわち、入力信号光における“０”レベルを出力信号光における“０”レベルに転写し、同様に“１”レベルを“１”レベルにそれぞれ転写し、論理はそのままとする場合の伝達関数を示している。一方、（ｂ）は、光ゲートが負論理で動作している場合、すなわち、入力信号光における“０”レベルを出力信号光における“１”レベルに転写し、同様に“１”レベルを“０”レベルに転写して、論理を反転させる動作をしている場合に対応する。当然のことながら、負論理ゲート動作を２段重ねて実行すれば、正論理ゲート動作を行わせた場合と実質的に同じ結果となる。
【００３６】
本発明では、以上の分離境界線の可変性を利用し、最適識別閾値と光ゲートの分離境界線が一致するようにφ0ならびにΔφを調整し、光ゲートにおける信号識別再生動作を最適化する。図１０に例として、Δφ＝０．６π、φ０＝−０．６π（負論理動作）と調整し、最適閾値と分離境界線を一致させた場合を示す。
【００３７】
次に、図１１は、Δφ＝πである干渉型光ゲートと、光リミッタ効果と光閾値効果のあるデバイスとを併用したときの伝達関数を示している。図１２は、Δφ＜πである干渉型光ゲートと光リミッタ効果のあるデバイスとを併用したときの伝達関数を示し、図１３は、Δφ＞πである干渉型光ゲートと光リミッタ効果のあるデバイスとを併用したときの伝達関数を示している。これらの図においても（ａ），（ｂ）は、それぞれ、光ゲートが正論理及び負論理動作をしている場合に対応する。これらの図から明らかになるように、光リミッタ効果及び／または光閾値効果を有するデバイスを干渉型光ゲートと併用することにより、分離境界線のシフトを行いつつ、マーク及びスペースの平均レベル近傍で伝達関数曲線の傾きをゼロとすることが可能である。
【００３８】
図１４は、干渉型光ゲートを用いた再生処理による信号光強度分布の変化を説明するための図であり、図示左端の強度分布を有する信号光が入力されたとして、上段は、Δφ＝πで正論理ゲート動作の光ゲートにおける分布圧縮後の光強度分布を示しており、下段は、Δφ＝０．６πで負論理ゲート動作の光ゲートを２段にカスケード接続することによって再生処理を２回連続して行った場合の分布圧縮後の光強度分布を示している（特許文献４参照）。各段の光ゲートでは、“１”及び“０”のいずれか一方のレベルのみの光強度（雑音）分布圧縮を行うようにしており（ここでは、“０”のレベルのみの分布圧縮を行っている）、２段接続とすることによって、両方のレベル（“０”と“１”）の分布圧縮を実現している。そうすることにより、光ゲートにおける強度分布圧縮の分離境界線のシフト（伝達関数の変形）によって低下した分布圧縮性能を補償することができる。すなわち、Δφ＝πでない干渉型光ゲートを用いた場合であっても、カスケード接続を行うことによって、Δφ＝πの干渉型光ゲートを用いる場合とほぼ同等な効果が得られる。
【００３９】
このとき、図１５に示す通り、どちらの光ゲートにおいても、最適識別閾値と光ゲートの分離境界線とがほぼ一致するようにφ0ならびにΔφを調整し、信号再生動作の最適化を行う。図１５は、負論理ゲート動作の干渉型光ゲートをカスケードに２段接続した構成を示すとともに、各光ゲートでの入力光における強度分布と分離境界線の設定位置とを示している。図示したものでは、初段の干渉型光ゲートに対し、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルスが供給され、また、この入力光通信信号パルスから抽出されたクロックに基づく波長λ2のクロック光パルスがクロック抽出器兼クロック光源から供給されている。その結果、初段の干渉型光ゲートからは、分布圧縮がなされた波長λ2の信号パルスが出力され、これは、２段目の干渉型光ゲートに供給される。２段目の干渉型光ゲートには、初段の干渉型光ゲートの出力信号パルスから抽出されたクロックに基づく波長λ1のクロック光パルスがクロック抽出器兼クロック光源から供給されている。これにより、２段目の干渉型光ゲートは、分布圧縮がなされた波長λ1の信号パルスを出力する。上述したようにこの出力信号パルスにおいては、マーク及びスペースの両方のレベルにおいて分布圧縮がなされている。
【００４０】
ここで、上記の２段構成化に加えて、さらに分布圧縮性能の補償を十分行うために、各干渉型光ゲートの内部もしくは後段に、光増幅器における利得飽和や光ファイバ内での非線形現象を利用した光リミッタ効果を有するデバイス、もしくは、可飽和吸収体（ＳＡ）などによる弱パワー光信号の除去効果（光閾値効果）を有するデバイスを配置することも可能である。その場合には、各光ゲートの伝達関数曲線を図１１〜１３に示すように変形させて、上記の光ゲート２段構成化による分布圧縮性能の補償作用をさらに補助することが可能となる。ただし、上記の２段構成の光信号再生中継器において、強度分布圧縮の分離境界線のシフト（伝達関数の変形）による分布圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、その補償もほとんど必要ないのであれば、特に負論理ゲート動作を２回続けて行う必要もなく、あらゆるφ0、Δφ、及び光ゲートの組み合わせを用いることができる。
【００４１】
以上により、本発明によれば、ビットエラーの発生を最小限に抑えつつ光３Ｒ中継または光２Ｒ中継を実行することができる。すなわち本発明によれば、基本的には干渉型光ゲートを使用するものの、再生効果を低下させることなく、容易に分離境界線（≒識別閾値）を最適化できる。
【００４２】
なお、干渉型光ゲートを用いずに、光リミッタ効果を有するデバイスと光閾値効果を有するデバイスのみを組み合わせて波形整形・信号識別再生を行う方法（特許文献７、８を参照）もあるが、その場合には、デバイスの駆動条件の調整によって光強度（確率密度）分布圧縮の分離境界線（≒識別閾値）のみを変化させることは困難であり、その伝達関数は、デバイス作製時にほぼ決まってしまう。また、入力信号光強度を変化させて信号光強度分布の相対位置を調整する際、場合によっては、その入力光平均パワーの絶対値が１０ｄＢｍを超えるほど必要であったり、変化量が１０ｄＢ近く必要であったり、また光ゲートに入射させるプローブ光のパワーも同時に調整しなければならないなど、一般にはその分離境界線（≒識別閾値）の最適化は容易ではない。本発明においては、光リミッタ効果を有するデバイスと光閾値効果を有するデバイスは、あくまでも補助的な役割をするものである。本発明は、干渉型光ゲートの駆動条件調整により光強度（確率密度）分布圧縮の分離境界線（≒識別閾値）のみを自由かつ簡単に変化できる点を本質とするものであって、前述した他の従来のものとは大きく異なっている。特に本発明では、基本的には、入力信号光パワー及びプローブ光パワーの大幅な調整はほとんど行わずに、独立かつ容易に分布境界線（≒識別閾値）の調整及び最適化を行うことが可能である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明は、光信号再生中継器において、マークレベルとスペースレベルの光強度分布が非対称な一般の光信号に対しても、信号最適識別閾値と光強度分布圧縮の分離境界線のずれに起因するビットエラーの発生を最小限に抑えつつ光３Ｒ／２Ｒ信号再生を行うことが可能となるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
［第１の実施形態］
図１６は、本発明の第１の実施形態の光信号再生中継器の構成を示している。図中、（ａ）は、光３Ｒ中継器として構成した場合を示し、（ｂ）は、光２Ｒ中継器として構成した場合を示している。これらの光信号再生中継器は、いずれも、図１（ａ），（ｂ）にそれぞれ示した一般の光３Ｒ中継器及び光２Ｒ中継器において光ゲート部３に対して干渉型光ゲート２３を適用させた形となっている。この実施形態では、干渉型光ゲート２３の後段には、光リミッタデバイスや光閾値デバイスは挿入されていない。
【００４６】
本実施形態では、この構成において、光ゲートにおける非線形位相シフト量Δφ及び位相バイアスφ0の調整、つまり干渉型光ゲート２３の駆動条件（駆動電流、入射光パワー、位相調整電圧など）による伝達関数形状の調整を行い、信号最適識別閾値と光ゲート２３の分離境界線とを一致させている。また、光ゲート２３の内部
おいて半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの光増幅器が使用されている場合などのように、干渉型光ゲートの干渉系内部に光リミッタ効果を有するデバイスもしくは光閾値効果を有するデバイスが含まれている場合には、上述したような駆動条件の設定によっては、図１１〜１３に示したような光リミッタ効果及び光閾値効果も期待することができ、それらを有効に利用することも可能である。
【００４７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態では、図１７〜１９に示すように、図１６（ａ）に示す光３Ｒ中継器において、干渉型光ゲート２３の出力側すなわち後段に、光リミッタ効果を有するデバイス、あるいは光閾値効果を有するデバイス、またはこれらの両方を配置している。
【００４８】
図１７に示す光信号再生中継器は、図１６（ａ）の後段に光リミッタ効果を有するデバイス６を配置し、このデバイス６からの出力を出力光パルス信号としている。この構成では、光ゲート２３の駆動条件の調整に加え、光リミッタデバイス６の駆動条件の調整も行い、図１２、図１３に示したように伝達関数形状の調整を行うこととなる。
【００４９】
図１８に示す光信号再生中継器は、図１６（ａ）の後段に光閾値効果を有するデバイス７を配置し、このデバイス７からの出力を出力光パルス信号としている。この構成では、光ゲート２３の駆動条件の調整に加え、光閾値デバイス７の駆動条件の調整も行い、図１１に示したように伝達関数形状の調整を行うこととなる。
【００５０】
図１９に示す光信号再生中継器は、図１６（ａ）の後段に光閾値効果を有するデバイス７と光リミッタ効果を有するデバイス６とを直列に配置し、デバイス７を通過したデバイス６からの出力を出力光パルス信号としている。もっとも、光閾値効果を有するデバイス７と光リミッタ効果を有するデバイス６との配置の順序は、この逆で合ってもかまわない。そしてこの構成では、光ゲート２３の駆動条件の調整に加え、光リミッタデバイス６と光閾値デバイス７の駆動条件の調整も行い、図１１に示したように伝達関数形状の調整を行うこととなる。
【００５１】
本実施形態では、このように構成することにより、Δφ及びφ0のみの調整では減少してしまう雑音圧縮効果を、補償することが可能である。ここで、図１６（ｂ）のようにクロック抽出器兼クロック光源２を連続光源９０で置き換えると、タイミング再生機能を備えない光２Ｒ中継器が得られる。そのような光２Ｒ中継器も本実施形態の範囲内のものである。
【００５２】
［第３の実施形態］
図２０は、本発明の第３の実施形態の光信号再生中継器を示している。この光信号再生中継器は、光分岐器１ａ、クロック抽出器兼クロック光源２ａ及び干渉型光ゲート２３ａからなる第１の光３Ｒ中継器と、光分岐器１ｂ、クロック抽出器兼クロック光源２ｂ及び干渉型光ゲート２３ｂからなる第２の光３Ｒ中継器とを直列に接続したものである。ここでは、波長λ1の劣化した光通信信号パルスを第１の光３Ｒ中継器に供給することにより、そのような劣化光通信信号パルスに対して前述した３Ｒ機能による処理が２回連続して行われ、第２の光３Ｒ中継器から出力光信号パルスが得られるようになっている。なお、各光３Ｒ中継器の干渉型光ゲート２３ａ，２３ｂの後段側には、光リミッタデバイスや光閾値デバイスは挿入されていない。
【００５３】
この光信号再生中継器において、まず、第１の光３Ｒ中継器では、入力された光通信信号パルスが光分岐器１ａによって２つに分岐され、分岐した一方の光通信信号パルスがゲートの開閉を行う制御光として光ゲート２３ａに供給され、分岐した他方の光通信信号パルスはクロック抽出器兼クロック光源２ａに供給される。クロック抽出器兼クロック光源２ａは、光分岐器１ａから供給された光通信信号パルスのクロックを抽出し、その抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ2）を生成する。このクロック光パルスは、被制御光として光ゲート２３ａに供給される。光ゲート２３ａは、光分岐器１ａを介して供給された光通信信号パルスによってゲートの開閉が制御されることで、クロック抽出器兼クロック光源２ａから供給されたクロック光パルスに通信データを転写する。こうして通信データが転写された波長λ2のクロック光パルスは、中間信号光として第２の光３Ｒ中継器に供給される。
【００５４】
第２の光３Ｒ中継器では、光ゲート２３ａから供給された中間信号光（波長λ2）が光分岐器１ｂによって２つに分岐され、分岐した一方の中間信号光はゲートの開閉を行う制御光として光ゲート２３ｂに供給され、分岐した他方の中間信号光はクロック抽出器兼クロック光源２ｂに供給される。クロック抽出器兼クロック光源２ｂは、分岐器１ｂから供給された中間信号光のクロックを抽出し、その抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ3）を生成する。このクロック抽出器兼クロック光源２ｂで生成されたクロック光パルスは、被制御光として光ゲート２３ｂに供給される。光ゲート２３ｂは、光分岐器１ｂから供給された中間信号光によってゲートの開閉が制御されることで、クロック抽出器兼クロック光源２ｂから供給されたクロック光パルス（波長λ3）に通信データを転写する。こうして通信データが転写されたクロック光パルスは、再生光通信信号パルスとして、この光信号再生中継器から出力される。
【００５５】
光３Ｒ中継器を２段直列に接続したこの光信号再生中継器では、２つの光ゲートにおけるΔφ及びφ0の調整、つまり干渉型光ゲート２３ａ，２３ｂの駆動条件（駆動電流、入射光パワー、位相調整電圧など）の調節による伝達関数形状の調整を行い、信号最適識別閾値と光ゲート２３ａ，２３ｂにおける強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。その際に、光強度（雑音）分布の圧縮効果が低下するが、その低下は、両方の光ゲートとも負論理ゲート動作をさせることにより補償する。また、光ゲート２３ａ，２３ｂの内部で半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの光増幅器が使用されている場合などのように、光ゲートの干渉系内部に光リミッタ効果を有するデバイスもしくは光閾値効果を有するデバイスが含まれている場合には、それらのデバイスに対する駆動条件の設定によって、上述の図１１〜１３に示したような光リミッタ効果及び光閾値効果も期待ができ、それを有効に利用することも可能である。
【００５６】
図２１は、第３の実施形態の光信号再生中継器の別の構成例を示している。図２１に示す光信号再生中継器は、図２０に示す構成において、干渉型光ゲート２３ａ，２３ｂの直後にデバイス８ａ，８ｂをそれぞれ配置したものである。デバイス８ａ，８ｂは、いずれも、光リミッタ効果を有するデバイス、あるいは光閾値効果を有するデバイス、あるいは、その両方を直列に接続したもの（配列順番はどちらが先でもかまわない）である。デバイス８ａ，８ｂは相互に異なる種類のものであってもよい。このように構成することにより、上述したような光ゲートの２段構成化による雑音圧縮効果の補償をさらに補助することが可能である。この場合には、光ゲート２３ａ，２３ｂの駆動条件の調整に加え、光リミッタ効果及び／または光閾値効果を有するデバイスであるデバイス８ａ，８ｂの駆動条件の調整も行うことによって、図１１〜１３に示したような伝達関数形状の調整を行うこととなる。
【００５７】
［第４の実施形態］
第３の実施形態の光信号再生中継器においては、第２の光３Ｒ中継器のクロック抽出器兼クロック光源２ｂは、第１の光３Ｒ中継器の光ゲート２３ａから出力された中間信号光からクロックを抽出しているが、クロック抽出器兼クロック光源２ａで生成されたクロック光パルスからクロックを抽出するようにしてもよい（クロックの転用）。ここでは、そのようなクロックの転用を採用した実施形態について説明する。
【００５８】
図２２は、第４の実施形態の光信号再生中継器の概略構成を示すブロック図である。この光信号再生中継器は、図２１に示した構成において、クロック抽出器兼クロック光源２ａから出力されたクロック光パルスを光分岐器１ｂによって２つに分岐し、分岐したクロック光パルスの一方を被制御光として光ゲート２３ａに供給し、他方をクロック発生部９に供給するようにしたものであり、それ以外は、上述した第３の実施形態のものと同じ構成になっている。クロック発生部９としては、例えば、上述したようなクロック抽出器兼クロック光源を用いることができる。ここでは、各光ゲート２３ａ、２３ｂの後段に、デバイス８ａ，８ｂ（光リミッタ効果を有するデバイス及び／または光閾値効果を有するデバイス）が設けられているが、これらデバイス８ａ，８ｂは、特に設けなくてもかまわない。
【００５９】
さらに図２２の構成においては、第２の光３Ｒ中継器のクロック発生部９として、クロック抽出器兼クロック光源の代わりに波長変換器を用いることもできる。波長変換器を用いる場合には、クロック抽出部２ａから出力されたクロック光パルス（波長λ2）は光分岐器１ｂで２つに分岐され、分岐したクロック光パルスの一方は被制御光として光ゲート２３ａに供給され、他方はクロック発生部９である波長変換器に供給される。波長変換器は、供給されたクロック光パルス（波長λ2）の波長をλ3（≠λ2）に変換し、被制御光として光ゲート２３ｂに供給する。
【００６０】
この光３Ｒ中継器構成においては、２つの光ゲートにおけるΔφ及びφ0の調整、つまり光ゲート２３ａ，２３ｂの駆動条件（駆動電流、入射光パワー、位相調整電圧など）による伝達関数形状の調整を行い、信号最適識別閾値と光ゲート２３ａ，２３ｂの強度分布圧縮の分離境界線とを一致させる。その際、雑音分布圧縮効果が低下するが、その低下は、両方の光ゲートとも負論理ゲート動作をさせることにより補償する。また、光ゲート２３ａ，２３ｂの内部でＳＯＡなどの光増幅器が使用されている場合などのように光ゲートの干渉系内部に光リミッタ効果を有するデバイスもしくは光閾値効果を有するデバイスが含まれている場合には、それらのデバイスに対する駆動条件の設定によっては、図１１〜１３に示したような光リミッタ効果及び光閾値効果も期待ができ、それを有効に利用することも可能である。
【００６１】
また、光ゲート２３ａ，２３ｂの後段に、デバイス８ａ，８ｂとして、光リミッタ効果を有するデバイス、もしくは光閾値効果を有するデバイス、またはその両方が直列に接続されたもの（配列順番はどちらが先でもかまわない）が配置されている場合には、上記光ゲートの２段構成化による雑音圧縮効果の補償をさらに補助することが可能である。この場合には、光ゲート２３ａ，２３ｂの駆動条件の調整に加え、デバイス８ａ，８ｂの駆動条件の調整も行い、図１１〜１３に示したような伝達関数形状の調整を行うこととなる。
【００６２】
［第５の実施形態］
図２３に示したように、図２１に示した光信号再生中継器におけるクロック抽出器兼クロック光源２ｂを連続光源９０に置き換えた構成も考えられる。その場合には、連続光源９０から波長λ3（≠λ2）の連続光を、被制御光として光ゲート２３ｂに供給する。ここでも、各光ゲート２３ａ，２３ｂの後段に設けられた光リミッタ効果及び／または光閾値効果を有するデバイス８ａ，８ｂは、特に設けなくてもかまわない。
【００６３】
この第５の実施形態においても、２つの光ゲートにおけるΔφ及びφ0の調整、つまり光ゲート２３ａ，２３ｂの駆動条件（駆動電流、入射光パワー、位相調整電圧など）による伝達関数形状の調整を行い、信号最適識別閾値と光ゲート２３ａ，２３ｂの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。その際に雑音分布圧縮効果が低下するが、その低下は、両方の光ゲートとも負論理ゲート動作をさせることにより補償する。また、光ゲート２３ａ，２３ｂの内部でＳＯＡなどの光増幅器が使用されている場合などのように光ゲートの干渉系内部に光リミッタ効果を有するデバイスもしくは光閾値効果を有するデバイスが含まれている場合には、それらのデバイスに対する駆動条件の設定によって、図１１〜１３に示したような光リミッタ効果及び光閾値効果も期待ができ、それを有効に利用することも可能である。
【００６４】
また、光ゲート２３ａ，２３ｂの後段に、デバイス８ａ，８ｂとして、光リミッタ効果を有するデバイス、もしくは光閾値効果を有するデバイス、またはその両方が直列に接続されたもの（配列順番はどちらが先でもかまわない）が配置されている場合には、上記光ゲートの２段構成化による雑音圧縮効果の補償をさらに補助することが可能である。この場合には、光ゲート２３ａ，２３ｂの駆動条件の調整に加え、デバイス８ａ，８ｂの駆動条件の調整も行い、図１１〜１３に示したような伝達関数形状の調整を行うこととなる。
【００６５】
以上のように、クロック抽出器兼クロック光源の配置や構成、または光ゲートに供給する被制御光の形態を変えた様々なものが、図２１に示した光信号再生中継器の派生形態として考えられる。
【００６６】
最後に、上述した第３〜５の実施形態において、クロック抽出器兼クロック光源を連続光源で置き換えることも可能であるが、すべてのクロック抽出器兼クロック光源を連続光源で置き換えた場合には、タイミング再生機能を有さない光２Ｒ中継器として構成されることになる。また、雑音圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、雑音圧縮効果の補償もほとんど必要ないのであれば、あえて負論理ゲート動作を２回続けて行う必要はなく、任意のゲート動作をさせてもよいことは、言うまでもない。
【実施例】
【００６７】
次に、具体的な実施例を用いて上述した各実施形態の光信号再生中継器の動作をさらに詳細に説明する。ただし、以下では光ゲート部のみを記述し、クロック抽出部については記載を省略する。
【００６８】
（実施例１）
図２４〜２７に本発明の第１の実施例として、それぞれ干渉型光ゲートに対称マッハツェンダ型光ゲート（ＳＭＺ）を用いた光信号再生中継器を示す。
【００６９】
図２４に示した光信号再生中継器は、第１の波長λ1の劣化した入力光通信信号パルスを２つに分岐する光分岐器１ａと、第２の波長λ2のクロック光パルスを２つに分岐する光分岐器１ｂと、光分岐器１ａの一方の出力と光分岐器１ｂの一方の出力とを合成する光結合器４ａと、光分岐器１ａの他方の出力に接続された光遅延回路１０と、光分岐器１ｂの他方の出力と光遅延回路１０の出力とを合成する光結合器４ｂと、光結合器４ａ，４ｂの出力にそれぞれ設けられた非線形光位相シフタである第１及び第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ａ，１１１ｂと、第１のＳＯＡ１１１ａの出力に接続された線形光位相シフタ５と、第２のＳＯＡ１１１ｂの出力と線形光位相シフタ５との出力とを合成する光結合器４ｃと、光結合器４ｃの出力に設けられた波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、を備えており、波長バンドパスフィルタ１２の出力光が、波長λ2の再生信号光となっている。この光信号再生中継器では、波長λ1の劣化光信号パルスを光分岐器１ａにより２分岐し、一方の光パルスに対して光遅延回路１０により時間遅延Δｔを与えた後、これらの光パルスをＳＭＺの制御光として、非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂへそれぞれ入射させている。それと同時に、同じく光分岐器１ｂにより２分岐した波長λ2のクロック光パルスを、２つの制御光によって時間的に挟まれるようなタイミングで、第１及び第２のＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂへ入射させる。その後、ＳＭＺの両経路をそれぞれ通過した２つのクロック光パルスを光結合器４ｃにおいて干渉させ、波長バンドパスフィルタ１２で波長λ2の被制御光のみを通過させている。これによって、波長λ2の再生信号光が得られることになる。波長λ2のクロック光パルスは、図２４には示されていないが、例えば、波長λ1の入力光通信信号パルスからクロックを抽出して波長λ2のクロック光パルスを発生するクロック抽出器兼クロック光源から供給される。
【００７０】
図２５〜２７にそれぞれ示した光信号再生中継器は、図２４に示したものと同様のものであるが、波長バンドパスフィルタ１２の後に、光リミッタデバイスとしての第３の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ｃが挿入されている点（図２５に示す場合）、光閾値デバイスとしての可飽和吸収体（ＳＡ）３０が挿入されている点（図２６に示す場合）、あるいはＳＯＡ１１１ｃとＳＡ３０の両方が挿入されている点（図２７に示す場合）で異なっている。図２５〜２７に示した例においては、バンドパスフィルタ１２を通過した信号光は、その後、光リミッタデバイスとしての第３のＳＯＡ１１１ｃ、光閾値デバイスとしてのＳＡ３０、またはその両方をそれぞれ通過する。
【００７１】
図２４〜２７のいずれに示した光信号再生中継器においても、光３Ｒ識別再生が行われる。そのいずれの場合においても、線形位相シフタ５の調整によりφ0を、また、光ゲートへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度及び半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ａ，１１１ｂの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに図２５〜２７に示したものの場合には、ＳＯＡ１１１ｃ及びＳＡ３０の駆動条件も調整して強度分布圧縮効果の補助を行う。以上により、この実施例の光信号再生中継器では、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えることが可能となる。
【００７２】
（実施例２）
図２８に示す本発明の実施例２の光信号再生中継器は、光ゲートとして、偏波分離型ＳＭＺ光ゲート（ＰＤ−ＳＭＺまたはＵＮＩ）を用いるものである。すなわちこの光信号再生中継器は、波長λ2のクロック光パルスを偏波分離する偏波分離器１３ａと、偏波分離器１３ａからの一方の偏波成分光に対し遅延を与える光遅延回路１０ａと、偏波分離器１３ａからの他方の偏波成分光と光遅延回路１０ａの出力光とを偏波合成する偏波結合器１４ａと、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルスと偏波結合器１４ａの出力とを合成する光結合器４と、光結合器４の出力に設けられた非線形光位相シフタである第１のＳＯＡ１１１ａと、ＳＯＡ１１１ａの出力光を偏波分離する偏波分離器１３ｂと、偏波分離器１３ｂの一方の偏波成分光側の出力に接続された線形光位相シフタ５と、偏波分離器１３ｂからの他方の偏波成分光に対し遅延を与える光遅延回路１０ｂと、光遅延回路１０ｂの出力と線形光位相シフタ５との出力とを偏波合成する偏波合成器１４ｂと、偏波合成器１４ｂの出力側に設けられた偏光子１５と、偏光子１５の出力に設けられた波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、バンドパスフィルタ１２の出力に設けられた第２のＳＯＡ１１１ｂと、第２のＳＯＡ１１１ｂの出力に設けられたＳＡ３０と、を備えており、ＳＡ３０の出力光が、波長λ2の再生信号光となっている。波長λ2のクロック光パルスは、例えば、不図示のクロック抽出器兼クロック光源から供給される。
【００７３】
この光信号再生中継器では、まず、第２の波長λ2のクロック光パルスを光偏波分離器１３ａにより２分岐し、一方の偏波成分パルスに対して第１の光遅延回路１０ａにより相対的な時間遅延Δｔを与えた後、再度、光偏波結合器１４ａによって合流させ、非線形位相シフタである第１のＳＯＡ１１１ａへ入射させる。それと同時に、光結合器４により合流した第１の波長λ1の劣化光信号パルスを、前述した２つの互いに直交する偏波成分パルスによって時間的に挟まれるようなタイミングで、第１のＳＯＡ１１１ａへ入射させる。その後、２つの互いに直交する偏波成分のクロック光パルスを、再度、光偏波分離器１３ｂにより２分岐し、第１の光遅延回路１０ａで遅延させなかったもう一方の偏波成分パルスに対して第２の光遅延回路１０ｂにより相対的な時間遅延Δｔを与えた後、光偏波結合器１４ｂによって合流・干渉させ、偏光子１５によって任意の直線偏波成分のみを選択する。その後、波長バンドパスフィルタ１２で波長λ2の被制御光のみを通過させ、さらに、光リミッタデバイスとしての第２のＳＯＡ１１１ｂ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０を通過させる。ここで、ＳＯＡ１１１ｂ、ＳＡ３０は設けなくてもよく、また、いずれか一方だけを設けてもかまわない。この実施例の光信号再生中継器では、以上により、光３Ｒ識別再生が行われる。このとき、線形位相シフタ５の調整によりφ0を、また、光ゲートへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度及びＳＯＡ１１１ａの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに、ＳＯＡ１１１ｂ及びＳＡ３０の駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えることが可能となる。ここで、波長バンドパスフィルタ１２の位置は、第１のＳＯＡ１１１ａの直後、もしくは偏光子１５の直前でもよい。また、偏波分離器１３ａと光遅延回路１０ａと偏波結合器１４ａ、または、偏波分離器１３ｂと光遅延回路１０ｂと偏波結合器１４ｂは、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて置き換えることも可能である。
【００７４】
（実施例３）
図２９に示す本発明の実施例３の光信号再生中継器は、光ゲートとして、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭあるいはＳＬＡＬＯＭ）を用いるものである。すなわちこの光信号再生中継器は、ループ状の光伝送路（ファイバループ）を備えており、このループ光伝送路には、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルスをループ伝送路に導入するための光結合器４と、非線形光位相シフタである第１のＳＯＡ１１１ａと、光遅延回路１０と、波長λ2のクロック光パルスをループ伝送路に導入するとともに、出力光をループ伝送路から取り出す光カプラ１６とが挿入されている。さらにこの光信号再生中継器は、光カプラ１６の出力ポートに接続された波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、バンドパスフィルタ１２の出力に設けられた第２のＳＯＡ１１１ｂと、第２のＳＯＡ１１１ｂの出力に設けられたＳＡ３０と、を備えており、ＳＡ３０の出力光が、波長λ2の再生信号光となっている。波長λ2のクロック光パルスは、例えば、不図示のクロック抽出器兼クロック光源から供給される。
【００７５】
この光信号再生中継器では、第２の波長λ2のクロック光パルスを光カプラ１６によりファイバループの右回り及び左回りの２方向に分岐する。ファイバループにおいて光カプラ１６のちょうど反対位置には非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａが配置されているが、そこに至る２経路の一方のみに光遅延回路１０が挿入されており、２つに分岐されたクロック光パルスは時間遅延Δｔだけずれて第１のＳＯＡ１１１ａに入射する。それと同時に、光結合器４により合流した第１の波長λ1の劣化光信号パルスを、前記の互いに回転方向の異なる２つのクロック光パルスによって時間的に挟まれるようなタイミングで、第１のＳＯＡ１１１ａへ入射させる。その後、互いに回転方向の異なる２つのクロック光パルスを光カプラ１６によって再度合流・干渉させ、波長バンドパスフィルタ１２で波長λ2の被制御光のみを通過させ、さらに、光リミッタデバイスとしての第２のＳＯＡ１１１ｂ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０を通過させる。ここで、ＳＯＡ１１１ｂ、ＳＡ３０は設けなくてもよく、また、いずれか一方のみだけを設けてもかまわない。この実施例の光信号再生中継器では、以上により、光３Ｒ識別再生が行われる。このとき、光ゲートへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度及びＳＯＡ１１１ａの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに、ＳＯＡ１１１ｂ及びＳＡ３０の駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えることが可能となる。
【００７６】
一般に、光ゲートとしてＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）を用いた場合には、右回り、左回りともに同じ経路を通過するため、φ0を調整することは難しいが、仮にそれが行える場合には、識別再生処理のさらなる最適化（ビットエラー発生確率の低減）が可能となる。なお、波長バンドパスフィルタ１２の位置は、第１のＳＯＡ１１１ａと光遅延回路１０の間、もしくは光遅延回路１０と光カプラ１６の間でもよい。
【００７７】
（実施例４）
図３０に示す本発明の実施例４の光信号再生中継器は、光ゲートとしてＤＩＳＣ型のものを用いたものである。すなわちこの光信号再生中継器は、波長λ1の劣化した入力光通信信号パルスと波長λ2のクロック光パルス１４ａとを合成する光結合器４と、光結合器４の出力に設けられた非線形光位相シフタである第１のＳＯＡ１１１ａと、ＳＯＡ１１１ａの出力光を偏波分離する偏波分離器１３と、偏波分離器１３の一方の偏波成分光側の出力に接続された線形光位相シフタ５と、偏波分離器１３からの他方の偏波成分光に対し遅延を与える光遅延回路１０と、光遅延回路１０の出力と線形光位相シフタ５との出力とを偏波合成する偏波合成器１４と、偏波合成器１４の出力側に設けられた偏光子１５と、偏光子１５の出力に設けられた波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、バンドパスフィルタ１２の出力に設けられた第２のＳＯＡ１１１ｂと、第２のＳＯＡ１１１ｂの出力に設けられたＳＡ３０と、を備えており、ＳＡ３０の出力光が、波長λ2の再生信号光となっている。波長λ2のクロック光パルスは、例えば、不図示のクロック抽出器兼クロック光源から供給される。
【００７８】
この光信号再生中継器では、第１の波長λ1の劣化光信号パルスを、第２の波長λ2のクロック光パルスによって時間的に挟まれるようなタイミングで光結合器４により合流させ、非線形位相シフタである第１のＳＯＡ１１１ａへ入射させる。その後、クロック光パルスを光偏波分離器１３により２つの互いに直交する偏波成分パルスへ分離し、一方の偏波成分パルスのみに対して光遅延回路１０によりビットピリオドと同じ時間遅延Δｔを与え、光偏波結合器１４によって再度合流・干渉させ、偏光子１５によって任意の直線偏波成分のみを選択する。その後、波長バンドパスフィルタ１２で波長λ2の被制御光のみを通過させ、さらに、光リミッタデバイスとしての第２のＳＯＡ１１１ｂ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０を通過させる。ここで、ＳＯＡ１１１ｂ、ＳＡ３０は設けなくてもよく、また、いずれか一方のみだけを設けるようにしてもよい。この実施例の光信号再生中継器では、以上により、光３Ｒ識別再生が行われる。このとき、線形位相シフタ５の調整によりφ0を、また、光ゲートへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度及びＳＯＡ１１１ａの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに、ＳＯＡ１１１ｂ及びＳＡ３０の駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えることが可能となる。ここで、波長バンドパスフィルタ１２の位置は、第１のＳＯＡ１１１ａの直後、もしくは偏光子１５の直前でもよい。また、偏波分離器１３、光遅延回路１０及び偏波結合器１４は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて置き換えることも可能である。
【００７９】
（実施例５）
図３１に示す本発明の実施例５の光信号再生中継器は、光ゲートにＳＭＺ型光ゲートを用いた光３Ｒ中継器を２段連結したものである。各光３Ｒ中継器としては、実施例１に示した光信号再生中継器と同様のものが使用されている。
【００８０】
この光信号再生中継器では、光通信信号パルス（波長λ1）は、１段目の光３Ｒ中継器を構成する第１のＳＭＺ型光ゲート及び第１のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出器兼クロック光源では、供給された光通信信号パルス（波長λ1）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ2）が生成される。このクロック光パルス（波長λ2）は被制御光として第１のＳＭＺ型光ゲートに供給される。
【００８１】
第１のＳＭＺ型光ゲートでは、光通信信号パルスが制御光として供給されると同時に、第１のクロック抽出器兼クロック光源からのクロック光パルスが被制御光として供給される。供給された光通信信号パルスは、光分岐器１ａにおいて第１及び第２の光通信信号パルスに分けられる。第１の光通信信号パルスは、光結合器４ａを介して非線形位相シフタである半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ａへ供給され、第２の光通信信号パルスは、光遅延回路１０ａにおいて遅延時間Δｔだけ遅延を受けた後、光結合器４ｂを介して非線形位相シフタである半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ｂへ供給される。第１のクロック抽出器兼クロック光源から供給されたクロック光パルス（波長λ2）は、光分岐器１ｂにおいて第１及び第２のクロック光パルスに分けられる。第１のクロック光パルスは、光結合器４ａを介してＳＯＡ１１１ａへ供給され、第２のクロック光パルスは、光結合器４ｂを介してＳＯＡ１１１ｂへ供給される。
【００８２】
第１及び第２のクロック光パルスがそれぞれＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂに到達するタイミングは同じである。第１の光通信信号パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングよりも早い。第２の光通信信号パルスがＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングは、第２のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングよりも遅い。
【００８３】
このような到達タイミングによれば、被制御光である第１のクロック光パルス（または第２のクロック光パルス）が制御光である第１及び第２の光通信信号パルスによって時間的に挟まれた状態で、第１のＳＭＺ型光ゲートが動作することになる。具体的には、ＳＯＡ１１１ａにおいては、第１の光通信信号パルスにより第１のクロック光パルスに非線形位相シフトが生じ、ＳＯＡ１１１ｂにおいては、第２のクロック光パルスは第２の光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過する。
【００８４】
ＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂをそれぞれ通過した第１及び第２のクロック光パルスは、光結合器４ｃに到達する。この光結合器４ｃでは、正論理ゲート動作時には、干渉により、入力された被制御光パルスの間に位相差を生じている場合にのみ光パルスが出力される。位相差が生じていない場合は、被制御光パルスは互いに打ち消し合うことになるため、光パルスは出力されない。ＳＯＡ１１１ａからの非線形位相シフトを生じた第１のクロック光パルスとＳＯＡ１１１ｂからの非線形位相シフトを生じなかった第２のクロック光パルスとの間には位相差が生じているため、正論理ゲート動作時には、光結合器４ｃでは、それらクロック光パルスが合波された光パルス（波長λ2）が出力される。この光結合器４ｃからの光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｅ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ａを通過後、中間信号光（波長λ2）として、１段目の光３Ｒ中継器から出力される。
【００８５】
１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光は、２段目の光３Ｒ中継器を構成する第２のＳＭＺ型光ゲート及び第２のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出器兼クロック光源では、１段目の光３Ｒ中継器から供給された中間信号光（波長λ2）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ3）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第２のＳＭＺ型光ゲートに供給される。
【００８６】
第２のＳＭＺ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光（波長λ2）が制御光として供給されると同時に、第２のクロック抽出器兼クロック光源から出力されたクロック光パルス（波長λ3）が被制御光として供給される。供給された中間信号光は、光分岐器１ｃにおいて第１及び第２の中間信号光に分けられる。第１の中間信号光は、光結合器４ｄを介して非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ｃへ供給され、第２の中間信号光は、光遅延回路１０ｂにおいて遅延時間Δｔ’だけ遅延を受けた後、光結合器４ｅを介して非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ｄへ供給される。第２のクロック抽出器兼クロック光源から供給されたクロック光パルス（波長λ3）は、光分岐器１ｄにおいて第１及び第２のクロック光パルスに分けられる。第１のクロック光パルスは、光結合器４ｄを介してＳＯＡ１１１ｃへ供給され、第２のクロック光パルスは、光結合器４ｅを介してＳＯＡ１１１ｄへ供給される。
【００８７】
第１及び第２のクロック光パルスがそれぞれＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄに到達するタイミングは同じである。第１の中間信号光がＳＯＡ１１１ｃに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ｃに到達するタイミングよりも早い。第２の中間信号光がＳＯＡ１１１ｄに到達するタイミングは、第２のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ｄに到達するタイミングよりも遅い。
【００８８】
このような到達タイミングによれば、被制御光である第１のクロック光パルス（または第２のクロック光パルス）が制御光である第１及び第２の中間信号光によって時間的に挟まれた状態で、第２のＳＭＺ型光ゲートが動作することになる。具体的には、ＳＯＡ１１１ｃにおいては、第１の中間信号光により第１のクロック光パルスに非線形位相シフトが生じ、ＳＯＡ１１１ｄにおいては、第２のクロック光パルスは第２の中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過する。
【００８９】
ＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄを通過した第１及び第２のクロック光パルスは、光結合器４ｆに到達する。この光結合器４ｆでは、正論理ゲート動作時には、干渉により、入力された被制御光パルスの間に位相差を生じている場合にのみ光パルスが出力される。位相差が生じていない場合は、被制御光パルスは互いに打ち消し合うことになるため、光パルスは出力されない。ＳＯＡ１１１ｃからの非線形位相シフトを生じた第１のクロック光パルスとＳＯＡ１１１ｄからの非線形位相シフトを生じなかった第２のクロック光パルスとの間には位相差が生じているため、正論理ゲート動作時には、それらクロック光パルスが合波された光パルス（波長λ3）が光結合器４ｆから出力される。この光結合器４ｆの出力光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｆ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ｂを通過後、再生光通信信号パルス（波長λ3）として、この光信号再生中継器から外部へと出力される。
【００９０】
本実施例の光信号再生中継器においては、線形位相シフタ５ａ，５ｂの調整によりφ0を、また、光ゲート内部の非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａ〜１１１ｄへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度及びＳＯＡ１１１ａ〜１１１ｄの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに光ゲートの後段に配置された光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｅ，１１１ｆ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ａ，３０ｂの駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。なお、両方の光ゲートともに負論理動作をさせることにより、雑音分布圧縮効果の低下を補償する。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えたまま、光３Ｒ／２Ｒ中継を行うことが可能となる。
【００９１】
ここで、光３Ｒ中継器を２段に配置することのみで雑音分布圧縮効果の補償が十分可能であるならば、ＳＯＡ１１１ｅ，１１１ｆ及びＳＡ３０ａ，３０ｂは設けなくてもよく、また、ＳＯＡ及びＳＡのいずれか一方のみを設けるようにしてもかまわない。また、雑音圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、その補償もほとんど必要ないのであれば、あえて負論理ゲート動作を２回続けて行なわせる必要はなく、任意のゲート動作をさせてもよいことは、言うまでもない。
【００９２】
（実施例６）
図３２に示す本発明の実施例６の光信号再生中継器は、光ゲートとしてＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートを用いた光３Ｒ中継器を２段連結したものである。各光３Ｒ中継器としては、実施例２に示した光信号再生中継器と同様のものが使用されている。
【００９３】
この光信号再生中継器では、光通信信号パルス（波長λ1）は、１段目の光３Ｒ中継器を構成する第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲート及び第１のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出器兼クロック光源では、供給された光通信信号パルス（波長λ1）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ2）が生成される。このクロック光パルス（波長λ2）は、被制御光として第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートに供給される。
【００９４】
第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートでは、第１のクロック抽出器兼クロック光源から供給されたクロック光パルスは、光偏波分離器１３ａにおいて、偏波成分が互いに直交する第１及び第２の偏波成分パルスに分離される。第２の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ａで相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４ａにおいて第１の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスは、光結合器４ａを介して非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａに順次供給される。同時に、光通信信号パルスも光結合器４ａを介してＳＯＡ１１１ａに供給される。
【００９５】
光通信信号パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングは、第１の偏波成分パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングよりも遅く、第２の偏波成分パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングよりも早い。この到達タイミングによれば、制御光である光通信信号パルスが被制御光である第１及び第２の偏波成分パルスによって時間的に挟まれた状態で、第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートが動作することになる。
【００９６】
ＳＯＡ１１１ａでは、第１の偏波成分パルスは光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２の偏波成分パルスは、光通信信号パルスより後に到達するので、光通信信号パルスよる非線形位相シフトを受ける。このＳＯＡ１１１ａを通過した第１及び第２の偏波成分パルスは、光偏波分離器１３ｂにより再び分離される。再分離した第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｂで相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４ｂにおいて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスは干渉・合波し、その後、偏光子１５ａにおいて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｃ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ａを通過後、中間信号光（波長λ2）として、１段目の光３Ｒ中継器から出力される。
【００９７】
１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光は、２段目の光３Ｒ中継器を構成する第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲート及び第２のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出器兼クロック光源では、１段目の光３Ｒ中継器から供給された中間信号光（波長λ2）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ3）が生成される。このクロック光パルスは、被制御光として第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートに供給される。
【００９８】
第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートでは、第２のクロック抽出器兼クロック光源から供給されたクロック光パルス（波長λ3）は、光偏波分離器１３ｃにおいて、偏波成分が互いに直交する第１及び第２の偏波成分パルスに分離される。第２の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｃで相対的な時間遅延Δｔ’が与えられた後、光偏波結合器１４ｃにおいて第１の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスは、光結合器４ｂを介して非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ｂに順次供給される。同時に、１段目の光３Ｒ中継器から制御光として供給された中間信号光（波長λ2）も光結合器４ｂを介してＳＯＡ１１１ｂに供給される。
【００９９】
中間信号光がＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングは、第１の偏波成分パルスがＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングよりも遅く、第２の偏波成分パルスがＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングよりも早い。この到達タイミングによれば、中間信号光（制御光）が第１及び第２の偏波成分パルス（被制御光）によって時間的に挟まれた状態で、第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートが動作することになる。
【０１００】
ＳＯＡ１１１ｂでは、第１の偏波成分パルスは中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２の偏波成分パルスは、中間信号光より後に到達するので、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。このＳＯＡ１１１ｂを通過した第１及び第２の偏波成分パルスは、光偏波分離器１３ｄにより再び分離される。再分離した第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｄで相対的な時間遅延Δｔ’が与えられた後、光偏波結合器１４ｄにおいて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスは干渉・合波し、偏光子１５ｂにおいて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｄ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ｂを通過後、再生光通信信号パルス（波長λ3）として、この光信号再生中継器の外部へと出力される。
【０１０１】
本実施例の光信号再生中継器においては、線形位相シフタ５ａ，５ｂの調整によりφ0を、また、光ゲート内部の非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度、及びＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに光ゲート後の光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄ及びＳＡ３０ａ，３０ｂの駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。なお、両方の光ゲートともに負論理ゲート動作をさせることにより、雑音分布圧縮効果の低下を補償する。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えたまま、光３Ｒ／２Ｒ中継を行うことが可能となる。
【０１０２】
ここで、光３Ｒ中継器を２段に配置することのみで雑音分布圧縮効果の補償が十分可能であるならば、ＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄ及びＳＡ３０ａ，３０ｂは設けなくてもよく、また、ＳＯＡ及びＳＡのいずれか一方のみを設けるようにしてもかまわない。また、雑音圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、その補償もほとんど必要ないのであれば、あえて負論理ゲート動作を２回続けて行なわせる必要はなく、任意のゲート動作をさせてもよいことは、言うまでもない。
【０１０３】
第１のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ａの位置は、ＳＯＡ１１１ａの直後、もしくは偏光子１５ａの直前であってもよい。さらに、偏波分離器１３ａと光遅延回路１０ａと偏波結合器１４ａを含む伝送路部、または、偏波分離器１３ｂと光遅延回路１０ｂと偏波結合器１４ｂを含む伝送路部は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて置き換えることも可能である。
【０１０４】
第２のＰＤ−ＳＭＺ（ＵＮＩ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、ＳＯＡ１１１ｂの直後、もしくは偏光子１５ｂの直前であってもよい。さらに、偏波分離器１３ｃと光遅延回路１０ｃと偏波結合器１４ｃを含む伝送路部、または、偏波分離器１３ｄと光遅延回路１０ｄと偏波結合器１４ｄを含む伝送路部は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて置き換えることも可能である。
【０１０５】
（実施例７）
図３３に示す本発明の実施例７の光信号再生中継器は、光ゲートとしてＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートを用いた光３Ｒ中継器を２段連結したものである。各光３Ｒ中継器としては、実施例３に示した光信号再生中継器と同様のものが使用されている。
【０１０６】
この光信号再生中継器では、光通信信号パルス（波長λ1）は１段目の光３Ｒ中継器を構成する第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲート及び第１のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出器兼クロック光源では、供給された光通信信号パルス（波長λ1）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ2）が生成される。このクロック光パルス（波長λ2）は光カプラ１６ａを介して被制御光として第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートに供給される。
【０１０７】
第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートは、ループ構造になっており、ファイバループの、光カプラ１６ａと対向する位置に非線形光位相シフタであるＳＯＡ１１１ａを備える。このファイバループの、光カプラ１６ａとＳＯＡ１１１ａを結ぶ伝送路上には、光結合器４ａ及び光遅延回路１０ａが設けられている。
【０１０８】
第１のクロック抽出器兼クロック光源からのクロック光パルス（波長λ2）が光カプラ１６ａからファイバループ内に導入されると同時に、制御光である光通信信号パルス（λ1）が光結合器４ａからファイバループ内に導入される。第１のクロック抽出器兼クロック光源から光カプラ１６ａを介してファイバループ内に導入されたクロック光パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬する第１のクロック光パルスと反時計回り方向に伝搬する第２のクロック光パルスとに分けられる。
【０１０９】
第１のクロック光パルスは、そのままＳＯＡ１１１ａに到達し、第２のクロック光パルスは、光遅延回路１０ａで時間遅延Δｔが与えられた後、ＳＯＡ１１１ａに到達する。光結合器４ａからファイバループ内に導入された光通信信号パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬してＳＯＡ１１１ａに到達する。ＳＯＡ１１１ａには、第１のクロック光パルス、光通信信号パルス、第２のクロック光パルスの順で各光パルスが到達する。この到達タイミングによれば、光通信信号パルス（制御光）が第１及び第２のクロック光パルス（被制御光）によって時間的に挟まれた状態で、第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートが動作することになる。ＳＯＡ１１１ａでは、第１のクロック光パルスは、光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、光通信信号パルスより後に到達するので、光通信信号パルスによる非線形位相シフトを受ける。
【０１１０】
ＳＯＡ１１１ａを通過した第２のクロック光パルスは、そのまま光カプラ１６ａに到達する。一方、ＳＯＡ１１１ａを通過した第１のクロック光パルスは、光遅延回路１０ａで遅延時間Δｔの分だけ遅延を受けた後、光カプラ１６ａに到達する。よって、これら第１及び第２のクロック光パルスの光カプラ１６ａへの到達タイミングは同じになり、これら第１及び第２のクロック光パルスが干渉する。この干渉では、第１及び第２のクロック光パルスの間に位相差を生じているため、一般には、これらクロック光パルスが合波された光パルス（波長λ2）が光カプラ１６ａからファイバループ外へ取り出される。こうして取り出された光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｃ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ａを通過後、中間信号光（波長λ2）として１段目の光３Ｒ中継器から出力される。
【０１１１】
１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光は、２段目の光３Ｒ中継器を構成する第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲート及び第２のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出器兼クロック光源では、１段目の光３Ｒ中継器から供給された中間信号光（波長λ2）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ3）が生成される。この波長λ3のクロック光パルスは、被制御光として、第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートに供給される。
【０１１２】
第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートも、ループ構造になっており、ファイバループの、光カプラ１６ｂと対向する位置に、非線形光位相シフタとしてのＳＯＡ１１１ｂを備える。このファイバループの、光カプラ１６ｂとＳＯＡ１１１ｂを結ぶ一方の伝送路上には光結合器４ｂが設けられており、他方の伝送路上には光遅延回路１０ｂが設けられている。
【０１１３】
第２のクロック抽出器兼クロック光源からのクロック光パルス（波長λ3）が光カプラ１６ｂからファイバループ内に導入されると同時に、制御光である中間信号光（波長λ2）が光結合器４ｂからファイバループ内に導入される。第２のクロック抽出部から光カプラ１６ｂを介してファイバループ内に導入されたクロック光パルスは、ファイバループを時計回り方向に伝搬する第１のクロック光パルスと反時計回り方向に伝搬する第２のクロック光パルスに分けられる。
【０１１４】
第１のクロック光パルスは、そのままＳＯＡ１１１ｂに到達し、第２のクロック光パルスは、光遅延回路１０ｂで時間遅延Δｔ’が与えられた後、ＳＯＡ１１１ｂに到達する。光結合器４ｂからファイバループ内に導入された中間信号光は、ファイバループを時計回り方向に伝搬してＳＯＡ１１１ｂに到達する。ＳＯＡ１１１ｂには、第１のクロック光パルス、中間信号光、第２のクロック光パルスがこの順に到達する。この到達タイミングによれば、中間信号光（制御光）が第１及び第２のクロック光パルス（被制御光）によって時間的に挟まれた状態で、第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートが動作することになる。ＳＯＡ１１１ｂでは、第１のクロック光パルスは、中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、中間信号光より後に到達するので、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。
【０１１５】
ＳＯＡ１１１ｂを通過した第２のクロック光パルスは、そのまま光カプラ１６ｂに到達する。一方、ＳＯＡ１１１ｂを通過した第１のクロック光パルスは、光遅延回路１０ｂで遅延時間Δｔ’の分だけ遅延を受けた後、光カプラ１６ｂに到達する。よって、これら第１及び第２のクロック光パルスの光カプラ１６ｂへの到達タイミングは同じになり、これら第１及び第２のクロック光パルスが干渉する。この干渉では、第１及び第２のクロック光パルスの間に位相差を生じているため、一般には、これらクロック光パルスが合波された光パルス（波長λ3）が光カプラ１６ｂからファイバループ外へ取り出される。こうして取り出された光パルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｄ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ｂを通過後、再生信号パルス（波長λ3）として２段目の光３Ｒ中継器から出力される。
【０１１６】
第１のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ａの位置は、ＳＯＡ１１１ａと光遅延回路１０ａの間、もしくは光遅延回路１０ａと光カプラ１６ａの間であってもよい。同様に第２のＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートにおいて、波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、ＳＯＡ１１１ｂと光遅延回路１０ｂの間、もしくは光遅延回路１０ｂと光カプラ１６ｂの間であってもよい。
【０１１７】
本実施例の光信号再生中継器においては、光ゲート内部の非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度、及びＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに光ゲート後の光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄ及びＳＡ３０ａ，３０ｂの駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。なお一般に、ＮＯＬＭ（ＳＬＡＬＯＭ）型光ゲートを用いた場合には、右回り、左回りともに同じ経路を通過するためφ0を調整することは難しいが、仮にそれが行える場合、両方の光ゲートともに負論理ゲート動作を行わせて雑音分布圧縮効果の低下を補償するとともに、最適識別閾値と光ゲートの分離境界線を一致させる。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えたまま、光３Ｒ／２Ｒを行うことが可能となる。
【０１１８】
ここで、光３Ｒ中継器を２段に配置することのみで雑音分布圧縮効果の補償が十分可能であるならば、ＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄ及びＳＡ３０ａ，３０ｂは設けなくてもよく、また、ＳＯＡ及びＳＡのいずれか一方のみを設けるようにしてもかまわない。また、雑音圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、その補償もほとんど必要ないのであれば、あえて負論理ゲート動作を２回続けて行なわせる必要はなく、任意のゲート動作をさせてもよいことは、言うまでもない。
【０１１９】
（実施例８）
図３４に示す本発明の実施例８の光信号再生中継器は、光ゲートとしてＤＩＳＣ型光ゲートを用いた光３Ｒ中継器を２段連結したものである。各光３Ｒ中継器としては、実施例４に示した光信号再生中継器と同様のものが使用されている。
【０１２０】
この光信号再生中継器では、光通信信号パルス（波長λ1）は１段目の光３Ｒ中継器を構成する第１のＤＩＳＣ型光ゲート及び第１のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第１のクロック抽出器兼クロック光源では、供給された光通信信号パルス（波長λ1）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ2）が生成される。このクロック光パルスは被制御光として第１のＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。
【０１２１】
第１のＤＩＳＣ型光ゲートでは、上記の光通信信号パルス（波長λ1）が制御光として供給されており、この供給された光通信信号パルスが光結合器４ａを介して非線形位相シフタである半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ａへ供給されると同時に、第１のクロック抽出器兼クロック光源から供給されたクロック光パルス（波長λ2）が光結合器４ａを介してＳＯＡ１１１ａへ供給される。
【０１２２】
ここ光通信信号パルスは、クロック光パルスにおける連続する第１及び第２のクロック光パルスの間に挿入される。光通信信号パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングよりも遅く、第２のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ａに到達するタイミングよりも早い。このような到達タイミングによれば、制御光である光通信信号パルスが被制御光である第１及び第２のクロック光パルスによって時間的に挟まれた状態で、第１のＤＩＳＣ型光ゲートが動作することになる。
【０１２３】
ＳＯＡ１１１ａでは、第１のクロック光パルスは、光通信信号パルスより前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、光通信信号パルスより後に到達するので、光通信信号パルスによる非線形位相シフトを受ける。ＳＯＡ１１１ａを通過した第１及び第２のクロック光パルスは、光偏波分離器１３ａにおいて、偏波成分が互いに直交する第１及び第２の偏波成分パルスに分離される。第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ａによって（ビットピリオドに対応する）相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４ａにおいて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスが干渉・合波し、偏光子１５ａにおいて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ａを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｃ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ａを通過後、中間信号光（波長λ2）として、１段目の光３Ｒ中継器から出力される。
【０１２４】
１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光は、２段目の光３Ｒ中継器を構成する第２のＤＩＳＣ型光ゲート及び第２のクロック抽出器兼クロック光源（不図示）にそれぞれ供給される。第２のクロック抽出器兼クロック光源では、１段目の光３Ｒ中継器から供給された中間信号光（波長λ2）からクロックが抽出され、この抽出したクロックに同期したクロック光パルス（波長λ3）が生成される。このクロック光パルスは、被制御光として、第２のＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。
【０１２５】
第２のＤＩＳＣ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光（波長λ2）が制御光として供給されており、この供給された中間信号光が光結合器４ｂを介して非線形位相シフタである半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ｂへ供給されると同時に、第２のクロック抽出器兼クロック光源から被制御光として供給されたクロック光パルス（波長λ3）が光結合器４ｂを介してＳＯＡ１１１ｂへ供給される。中間信号光は、クロック光パルスの連続する第１及び第２のクロック光パルスの間に挿入される。中間信号光がＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングは、第１のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングよりも遅く、第２のクロック光パルスがＳＯＡ１１１ｂに到達するタイミングよりも早い。この到達タイミングによれば、制御光である中間信号光が被制御光である第１及び第２のクロック光パルスによって時間的に挟まれた状態で、第２のＤＩＳＣ型光ゲートが動作することになる。
【０１２６】
ＳＯＡ１１１ｂでは、第１のクロック光パルスは、中間信号光より前に到達するので、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、第２のクロック光パルスは、中間信号光より後に到達するので、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。このＳＯＡ１１１ｂを通過した第１及び第２のクロック光パルスは、光偏波分離器１３ｂにおいて、偏波成分が互いに直交する第１、第２の偏波成分パルスに分離される。第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｂで（ビットピリオドに対応する）相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４ｂにおいて第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスが干渉・合波し、偏光子１５ｂにおいて任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルスは、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｄ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ｂを通過後、再生光通信信号パルス（波長λ3）として、この光信号再生中継器の外部へと出力される。
【０１２７】
本実施例において、第１のＤＩＳＣ型光ゲートでの波長バンドパスフィルタ１２ａの位置は、ＳＯＡ１１１ａの直後、もしくは偏光子１５ａの直前であってもよい。また、偏波分離器１３ａ、光遅延回路１０ａ及び偏波結合器１４ａは、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて形成してもよい。同様に第２のＤＩＳＣ型光ゲートでの波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、ＳＯＡ１１１ｂの直後、もしくは偏光子１５ｂの直前であってもよい。また、偏波分離器１３ｂ、光遅延回路１０ｂ及び偏波結合器１４ｂは、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて形成してもよい。
【０１２８】
本実施例の光信号再生中継器においては、線形位相シフタ５ａ，５ｂの調整によりφ0を、また、光ゲート内部の非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度、及びＳＯＡ１１１ａ，１１１ｂの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに光ゲート後の光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄ及びＳＡ３０ａ，３０ｂの駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。なお、両方の光ゲートとも負論理ゲート動作を行わせることにより、雑音分布圧縮効果の低下を補償する。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えたまま、光３Ｒ／２Ｒを行うことが可能となる。
【０１２９】
ここで、光３Ｒ中継器を２段に配置することのみで雑音分布圧縮効果の補償が十分可能であるならば、ＳＯＡ１１１ｃ，１１１ｄ及びＳＡ３０ａ，３０ｂは設けなくてもよく、また、ＳＯＡ及びＳＡのいずれか一方のみを設けるようにしてもかまわない。また、雑音圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、その補償もほとんど必要ないのであれば、あえて負論理ゲート動作を２回続けて行なわせる必要はなく、任意のゲート動作をさせてもよいことは、言うまでもない。
【０１３０】
（実施例９）
図３５に示す本発明の実施例９の光信号再生中継器は、図３１に示した実施例５の光信号再生中継器において、２段目の光３Ｒ中継器をＤＩＳＣ型光ゲートで置き換えるとともに、２段目の光３Ｒ中継器には、クロック光パルスの代わりに波長λ3の連続光を供給するようにしたものである。
【０１３１】
この光信号再生中継期において、１段目の光３Ｒ中継器における動作は、図３１に示したものと同じである。１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光（波長λ2）は、制御光としてＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。同時に、連続光（波長λ3）が被制御光としてＤＩＳＣ型光ゲートに供給される。
【０１３２】
２段目の光３Ｒ中継器すなわちＤＩＳＣ型光ゲートでは、１段目の光３Ｒ中継器から出力された中間信号光が光結合器４ｄを介して非線形位相シフタである半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１１ｃへ供給されると同時に、被制御光として供給された連続光が光結合器４ｄを介してＳＯＡ１１１ｃへ供給される。中間信号光（波長λ2）は、連続光（波長λ3）に対して任意のタイミングで挿入される。ＳＯＡ１１１ｃでは、連続光のうち、中間信号光より前に到達した第１の部分は、非線形位相シフトを受けることなくそのまま通過し、中間信号光より後に到達した第２の部分は、中間信号光による非線形位相シフトを受ける。このＳＯＡ１１１ｃを通過した連続光は、光偏波分離器１３において、偏波成分が互いに直交する第１及び第２の偏波成分パルスに分離される。第１の偏波成分パルスは、光遅延回路１０ｂで相対的な時間遅延Δｔが与えられた後、光偏波結合器１４において第２の偏波成分パルスと結合される。こうして結合された第１及び第２の偏波成分パルスが干渉・合波し、偏光子１５において任意の直線偏波成分が選択される。選択された直線偏波成分のパルス（パルス時間幅は、光遅延回路１０ｂで与えられる時間遅延Δｔでほぼ決まる）は、波長バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２ｂを通過し、さらに光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｅ及び光閾値デバイスとしてのＳＡ３０ｂを通過後、再生光通信信号パルス（波長λ3）としてこの光信号再生中継器の外部へと出力される。
【０１３３】
本実施例において、ＤＩＳＣ型光ゲートにおける波長バンドパスフィルタ１２ｂの位置は、ＳＯＡ１１１ｃの直後、もしくは偏光子１５の直前であってもよい。また、偏波分離器１３、光遅延回路１０ｂ及び偏波結合器１４は、複屈折性を持つ結晶やファイバによって一つにまとめて構成してもよい。
【０１３４】
本実施例の光信号再生中継器においては、線形位相シフタ５ａ，５ｂの調整によりφ0を、また、光ゲート内部の非線形位相シフタであるＳＯＡ１１１ａ〜１１１ｃへ入射させる信号光（制御光）とクロックパルスもしくは連続光（被制御光）の強度、及びＳＯＡ１１１ａ〜１１１ｃの注入電流を調整することによりΔφを変化させ、最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線を一致させる。さらに光ゲート後の光リミッタデバイスとしてのＳＯＡ１１１ｄ，１１１ｅ及びＳＡ３０ａ，３０ｂの駆動条件を調整することにより、強度分布圧縮効果の補助を行う。なお、両方の光ゲートともに負論理ゲート動作を行わせることにより、雑音分布圧縮効果の低下を補償する。以上により、強度分布圧縮（≒信号識別）時のビットエラー発生を最小限に抑えたまま、光３Ｒ／２Ｒを行うことが可能となる。
【０１３５】
ここで、光３Ｒ中継器を２段に配置することのみで雑音分布圧縮効果の補償が十分可能であるならば、ＳＯＡ１１１ｄ，１１１ｅ及びＳＡ３０ａ，３０ｂは設けなくてもよく、また、ＳＯＡ及びＳＡのいずれか一方のみを設けるようにしてもかまわない。また、雑音圧縮効果の低下がそれほど大きくなく、その補償もほとんど必要ないのであれば、あえて負論理ゲート動作を２回続けて行なわせる必要はなく、任意のゲート動作をさせてもよいことは、言うまでもない。
【０１３６】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明においては、上述した各実施例の光ゲートの組み合わせ以外に、任意の干渉型光ゲートの組み合わせも可能である。また、以上の実施例の全てにおいて、クロック抽出部兼クロックパルス光源を連続光源で置き換え、クロック光を連続光とすることも可能である。ただし、すべてのクロック光を連続光に置き換えた場合には、タイミング再生機能の無い光２Ｒ中継器として構成されることになる。
【０１３７】
なお、本発明は上記各実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】（ａ）は、従来の光３Ｒ中継器の基本構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、従来の光２Ｒ中継器の基本構成を示すブロック図である。
【図２】対称マッハツェンダ型光ゲートの構成を示すブロック図である。
【図３】偏波分離型対称マッハツェンダ型光ゲートの構成を示すブロック図である。
【図４】非線形光ループミラー型光ゲートの構成を示すブロック図である。
【図５】干渉型光ゲートにおける、信号光強度（確率密度）分布の圧縮を説明する図である。
【図６】干渉型光ゲートにおいて信号最適識別閾値と光ゲートの強度分布圧縮の分離境界線が一致していない場合を示す図であって、（ａ）は、入力信号光強度分布を示す図であり、（ｂ），（ｃ）は光ゲートの伝達関数曲線を示す図である。
【図７】干渉型光ゲートにおいて信号最適識別閾値と強度分布圧縮の分離境界線が一致していない場合に、連続して再生処理を行ったときの光強度分布の変化を示す図である。
【図８】干渉型光ゲートにおいて、入力光強度が“１”のときに対応する非線形位相シフト量Δφがπの場合における、位相バイアスφ0を変化させたときの伝達関数曲線の変化を示す図であって、（ａ）は正論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線の変化を示す図であり、（ｂ）は負論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線の変化を示す図である。
【図９】干渉型光ゲートにおいて、位相バイアスφ0を固定したまま、入力光強度が“１”のときに対応する非線形位相シフト量Δφを変化させた場合の伝達関数曲線の変化を示す図であって、（ａ）は正論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線の変化を示す図であり、（ｂ）は負論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線の変化を示す図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、干渉型光ゲートにおいて信号最適識別閾値と強度分布圧縮の分離境界線とが一致している場合の入力信号光強度分布及び光ゲートの伝達関数曲線を示す図である。
【図１１】干渉型光ゲート（Δφ＝π）と、光リミッタ効果及び光閾値効果とを有するデバイスを併用した場合の伝達関数曲線を示す図であって、（ａ）は正論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線を示す図であり、（ｂ）は負論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線を示す図である。
【図１２】干渉型光ゲート（Δφ＜π）と光リミッタ効果を有するデバイスとを併用した場合の伝達関数曲線を示す図であって、（ａ）は正論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線を示す図であり、（ｂ）は負論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線を示す図である。
【図１３】干渉型光ゲート（Δφ＞π）と光リミッタ効果を有するデバイスとを併用した場合の伝達関数曲線を示す図であって、（ａ）は正論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線を示す図であり、（ｂ）は負論理ゲート動作をさせている場合の伝達関数曲線を示す図である。
【図１４】干渉型光ゲートを用いた再生処理による信号光強度分布の変化を示す図である。
【図１５】光３Ｒ中継器をカスケードに２段つなぎ、負論理ゲート動作による再生処理を２回続けて行った場合の、信号光強度分布の変化と、各光ゲートにおける分離境界線の最適設定位置を示す図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の光信号再生中継器の構成を示す図である。
【図１７】干渉型ゲートの出力側に光リミッタデバイスを設けたことによる、本発明の第２の実施形態の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図１８】干渉型ゲートの出力側に光閾値デバイスを設けたことによる、第２の実施形態の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図１９】干渉型ゲートの出力側に光閾値デバイスと光リミッタデバイスとを設けたことによる、第２の実施形態の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図２０】第３の実施形態の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図２１】第３の実施形態の光信号再生中継器の別の構成例を示すブロック図である。
【図２２】第４の実施形態の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図２３】第５の実施形態の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図２４】実施例１の光信号再生中継器の第１の構成例を示すブロック図である。
【図２５】実施例１の光信号再生中継器の第２の構成例を示すブロック図である。
【図２６】実施例１の光信号再生中継器の第３の構成例を示すブロック図である。
【図２７】実施例１の光信号再生中継器の第４の構成例を示すブロック図である。
【図２８】実施例２の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図２９】実施例３の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図３０】実施例４の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図３１】実施例５の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図３２】実施例６の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図３３】実施例７の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図３４】実施例８の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【図３５】実施例９の光信号再生中継器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１，１ａ〜１ｄ    光分岐器
２，２ａ，２ｂ    クロック抽出器兼クロック光源
３    光ゲート部
４，４ａ〜４ｆ    光結合器
５，５ａ，５ｂ    線形光位相シフタ
６    光リミッタデバイス
７    光閾値デバイス
８，８ａ，８ｂ    デバイス（光リミッタデバイス及び／または光閾値デバイス）
９    クロック発生部（クロック抽出器兼クロック光源もしくは波長変換器）
１０，１０ａ〜１０ｄ    光遅延回路
１１，１１ａ，１１ｂ    非線形光位相シフタ
１２，１２ａ，１２ｂ    波長バンドパスフィルタ
１３，１３ａ〜１３ｄ    偏波分離器
１４，１４ａ〜１４ｄ    偏波結合器
１５，１５ａ，１５ｂ    偏光子
１６，１６ａ，１６ｂ    光カプラ
２３，２３ａ，２３ｂ    干渉型光ゲート
３０，３０ａ，３０ｂ    可飽和吸収体（ＳＡ）
９０    連続光源
１１１ａ〜１１１ｆ    半導体光増幅器（ＳＯＡ）
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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