(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なる信号光、励起光、制御光が入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において所定の利得が得られるように前記励起光のパワーを制御する第１のパワー制御器と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において前記励起光による利得が飽和するように前記制御光のパワーを制御する第２のパワー制御器と、
前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の入力パワーおよび前記非線形光学媒質から出力される前記信号光の出力パワーをモニタするモニタ手段と、を有し、
前記第２のパワー制御器は、前記信号光の入力パワーおよび出力パワーから算出される前記非線形光学媒質における利得が所定レベルだけ低下するまで前記制御光のパワーを高める
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記信号光は、複数の光信号を伝送するＷＤＭ光である
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記制御光は、前記信号光によって伝送される信号よりも狭いパルス幅の光パルス列である
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、平均零分散波長が前記励起光の波長と一致または略一致する光ファイバである
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として、互いに直交する１組の直線偏光を生成する偏光制御手段をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光信号処理装置であって、
前記制御光は、前記１組の直線偏光に対して４５度の直線偏光である
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として、互いに直交する１組の直線偏光励起光を生成する第１の偏光制御手段と、
前記制御光として、前記第１の偏光制御手段により得られる１組の直線偏光励起光と同じ偏光状態の１組の直線偏光制御光を生成する第２の偏光制御手段をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として互いに直交する１組の直線偏光を生成する偏光制御手段をさらに備え、
前記非線形光学媒質は、第１および第２の光ファイバを含み、
第１の励起光を前記第１の光ファイバに入力し、第２の励起光を前記第２の光ファイバに入力することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光信号処理装置であって、
前記第１の光ファイバの出力端に、信号光成分を抽出する光フィルタ、および抽出した信号光と前記第２の励起光とを合波する合波器を配置することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として互いに４５度の偏光関係を有する２組の互いに直交する直線偏光を生成する偏光制御手段をさらに備え、
前記非線形光学媒質は、４つの光ファイバを含み、
１組目の励起光を第１および第２の光ファイバに順次入力し、２組目の励起光を第３および第４の光ファイバに順次入力することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光信号処理装置であって、
前記第１に光ファイバ、第２の光ファイバ、および第３の光ファイバの出力端に、それぞれ、信号光成分を抽出する光フィルタ、および抽出した信号光と対応する励起光とを合波する合波器を配置することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は２つの光ファイバを含み、
前記２つの光ファイバの間において波長毎に異なる遅延を与えることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質へ入力される前記励起光または制御光の少なくとも一方の偏光状態をモニタする偏光モニタ手段と、
前記偏光モニタ手段によるモニタ結果に応じて前記励起光または制御光の少なくとも一方の偏光状態を制御する偏光制御手段、をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１４】
非線形光学媒質に互いに波長の異なる信号光、励起光、制御光を入力し、
前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の入力パワーおよび前記非線形光学媒質から出力される前記信号光の出力パワーに基づいて前記励起光による利得をモニタし、
所望の利得を得るために、前記非線形光学媒質の前段において、前記励起光のパワーを制御し、
前記非線形光学媒質における利得が飽和するように前記利得が所定レベルだけ低下するまで前記制御光のパワーを高める
ことを特徴とする光信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理装置に係わり、例えば、光ファイバ伝送により劣化した光信号の波形を整形する装置、或いは光ファイバ伝送により付加された雑音により劣化した光信号の品質（特に、光Ｓ／Ｎ）を改善する装置に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいては、伝送速度（データのビットレート）あるいは総データ伝送容量（１チャンネル当りの伝送速度×チャンネル数）、および伝送可能な距離の限界は、光Ｓ／Ｎ比（Optical Signal-to-Noise Ratio）および光信号の波形歪みや位相歪みに依存する。そして、光信号の波形歪および位相歪みは、伝送路光ファイバの波長分散（高次分散を含む）や非線形光学効果等に大きく依存する。また、光Ｓ／Ｎ比は、光ファイバの損失を補償するための光アンプにおいて生成される自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）雑音や送信機または受信機内の雑音特性等に依存する。
【０００３】
波長分散による光信号の波形歪みを補償する技術としては、下記が知られている。
（１）正常分散ファイバおよび異常分散ファイバを交互に配置した伝送路
（２）分散補償ファイバ等の波長分散補償器
（３）受信した光信号を電気信号に変換したのち、電気的な信号処理を行う構成
現在までに、光アンプを用いて伝送損失を補償しながら大陸間で１０Ｇｂ／ｓのデータ伝送を行う光ファイバ伝送システムが開発されている。そして、より高速な長距離データ伝送（例えば、４０Ｇｂ／ｓ、１６０Ｇｂ／ｓ）の開発、およびフォトニックネットワークに拡張可能なシステム余裕を与える方式の開発が進められている。
【０００４】
しかしながら、高精度の分散補償および高品質の光アンプを組み合わせても、残留する波形歪みや、光アンプにより生成されるＡＳＥ雑音による光Ｓ／Ｎ比の劣化が厳しい。このため、実用的な伝送距離が制限されている。したがって、高速信号の長距離光ファイバ伝送を実現するためには、歪んだ光波形を整形する技術、位相歪みを補正する技術、累積したＡＳＥ雑音や位相雑音等を抑圧する技術を備える光信号再生装置の実現が望まれている。
【０００５】
関連する技術として、偏光制御器、非線形光学媒質、偏光子を備える光スイッチが知られている。偏光制御器は、信号光の偏光方向を制御する。非線形光学媒質には、偏光制御器により偏光方向が制御された信号光が入力される。偏光子は、非線形光学媒質の出力側に設けられ、非線形光学媒質から出力される信号光の偏光方向と直交する偏光主軸を有する。信号光は、非線形光学媒質において制御光パルスによりほぼその制御光パルスの偏光方向に光パラメトリック増幅される。これにより、制御光パルスと時間的に重複する領域の光信号が偏光子を通過する。
【０００６】
光信号の波形を整形する技術として、第１および第２のパワー制御器、および非線形光学媒質を備える光波形整形装置が知られている。第１のパワー制御器は、信号光のパワーを制御する。第２のパワー制御器は、信号光と異なる波長を持った励起光のパワーを制御する。非線形光学媒質は、第１のパワー制御器によりパワーが制御された信号光および第２のパワー制御器によりパワーが制御された励起光が入力される。そして、第１のパワー制御器は、非線形光学媒質において励起光による利得が飽和するように信号光のパワーを制御する。これにより光リミッタ機能が実現され、光波形が整形される。
【特許文献１】特開２００６−１８４８５１号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術においては、主に、信号光の入力パワーが概ね一定であるシステム、あるいは１つの波長でデータを伝送するシステムが想定されていた。このため、従来技術では、信号光の入力パワーが変動する場合には、光信号の波形を十分に整形できなかった。また、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）光により伝送される複数の光信号の波形を一括して処理する光信号処理装置は実現されていなかった。なお、ＷＤＭシステムでは、多重化されるチャネル数が変わると、それに応じてＷＤＭ光のパワーも変化する。
【０００８】
したがって、信号光の入力パワーの影響を受けることなく光信号の波形整形および雑音抑制を行うことが出来る光信号処理装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の光信号処理装置は、互いに波長の異なる信号光、励起光、制御光が入力される非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において所定の利得が得られるように前記励起光のパワーを制御する第１のパワー制御器と、前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において前記励起光による利得が飽和するように前記制御光のパワーを制御する第２のパワー制御器、を備える。
【００１０】
上記光信号処理装置は、前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の入力パワーおよび前記非線形光学媒質から出力される前記信号光の出力パワーをモニタするモニタ手段をさらに備えるようにしてもよい。この場合、前記第２のパワー制御器は、前記信号光の入力パワーおよび出力パワーから算出される前記非線形光学媒質における利得が低下するまで前記制御光のパワーを高める。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態の光信号処理装置によれば、信号光の入力パワーの影響を受けることなく光信号の波形整形および雑音抑制を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜関連技術の説明＞
図１は、実施形態の光信号処理装置に関連する光波形整形装置の基本構成を示す図である。なお、この関連技術は、例えば、上述した特許文献２にも記載されている。
【００１３】
図１において、非線形光学媒質１には、信号光および励起光が入力される。ここで、非線形光学媒質１に入力される信号光の波長は「λs」である。また、この信号光の入力パワーは「Ｐsin」である。一方、励起光の波長は「λp」であり、信号光の波長と異なっている。また、励起光の入力パワーは「Ｐp」である。信号光は、非線形光学媒質１において、励起光により増幅される。非線形光学媒質１から出力される信号光の波長は、非線形光学媒質１へ入力する信号光と変わらず、「λs」である。非線形光学媒質１の出力側には、必要に応じて、その非線形光学媒質１の出力光から信号光の波長成分を抽出する光帯域フィルタが設けられる。信号光を抽出するための光フィルタは、信号光以外の波長成分（励起光等）を遮断する帯域遮断フィルタ等でもよい。
【００１４】
非線形光学媒質１が３次または２次の非線形光学媒質である場合には、非線形光学媒質１において励起光による四光波混合（ＦＷＭ：Four-Wave Mixing）あるいは三光波混合（ＴＷＭ：Three-Wave Mixing ）等の光パラメトリック効果が発生し、信号光は光パラメトリック増幅される。この光パラメトリック増幅の利得は、励起光のパワーＰpが信号光のパワーＰsに比べて十分高いときには、Ｐsに関係なく一定である。しかし、Ｐsが大きくなり、ＰpがＰsに比べて十分大きいとみなされない場合には、光パラメトリック効果を発生させるために消耗される励起光のパワーが大きくなる。そうすると、非線形光学媒質１において励起光パワーＰpが減衰する「Depletion」と呼ばれる現象が発生する。
【００１５】
図２は、Depletionについて説明する図である。ここでは、図２（ａ）に示すように、波長λsの信号光および波長λpの励起光が非線形光学媒質１としての光ファイバに入力されるものとする。なお、励起光波長λpは、信号光波長λsより長くてもよいし、短くてもよい。
【００１６】
信号光と励起光との間の相互作用において、信号光は、図２（ｂ）に示すように、例えば四光波混合により、信号光に対応するアイドラ光（波長：λI）が発生する。そして、この四光波混合において、信号光およびアイドラ光のパワーが増幅される。このとき、励起光のエネルギーの一部が、信号光およびアイドラ光にほぼ均等に与えられる。なお、信号光の周波数ωs、励起光の周波数ωp、アイドラ光の周波数ωIは、下記の関係を満足する。
ωp −ωI ＝ωs −ωp ≠０
ここで、例えば非線形光学媒質１として光ファイバを用いる場合において、光ファイバの長さを「Ｌ」、その損失を「α」とする。また、光ファイバにおいて、すべての光波の偏光状態が等しいものとし、励起光の入力パワーＰpは、信号光のパワーおよびアイドラ光のパワーと比べて十分に大きいものと仮定する。一例として、励起光の波長λpを光ファイバの零分散波長λ0に調整する場合には、光ファイバから出力される信号光は、近似的に、下記（１）式に示す利得Ｇsを得る。
【００１７】
【数１】
0005347333.tif 000002
なお、「φ（Ｌ）」は、非線形光位相シフトを表す。「Ｐp(0)」は、励起光の入力パワーを表す。
0005347333.tif 000003
は、相互作用長を表す。「γ」は、三次非線形定数を表す。「ｎ2」および「Ａeff」は、それぞれ、光ファイバ内の非線形屈折率および有効コア断面積を表す。
上述した（１）〜（３）式に示すように、光パラメトリック利得Ｇs は、非線形定数、励起光の入力パワー、相互作用長の積の大きさに対して非線形的に変化する。特に、線形の位相整合条件（λp=λ0）が成り立つ場合には、（1）式に示したように、Ｇs は上記積の大きさの二乗に比例する。ここで、光パラメトリック効果の発生効率は、相互作用する光波の偏光状態に強く依存する。具体的には、光ファイバに入力される光波の偏光状態が互いに同じであるときに四光波混合の発生効率が最大となり、光波の偏光状態が互いに直交している場合には四光波混合はほとんど発生しない。したがって、励起光の入力パワーが十分に大きいときは、信号光は、励起光と同じ偏光方向に選択的に光パラメトリック増幅される。
【００１８】
上述のモデルにおいて、光ファイバに入力する信号光の入力パワーを大きくし、励起光のパワーＰpが信号光パワーと比べて十分に大きいとは言えない状態になるものとする。そうすると、光利得Ｇsは、次第に飽和（すなわち、低下）してくる。特に、励起光のパワーＰpが光パラメトリック効果の発生のために費やされ、光ファイバ内で励起光のパワー自体が低下してくる「depletion」と呼ばれる状態が発生すると、光利得は急速に飽和する。
【００１９】
非線形光学媒質１において励起光のDepletion が発生すると、非線形光学媒質１における利得は飽和（すなわち、低下）する。この結果、信号光の入力パワーを増加しても、非線形光学媒質１から出力される信号光パワーは所定のレベルよりも大きくならず、非線形光学媒質１は、いわゆる光リミッタ・アンプとして動作する。光リミッタ・アンプにおいては、入力信号光のパワーが揺らいでいても、出力パワーは一定となる。したがって、光信号の強度が変動する強度雑音を抑圧（特に、「１」レベルの雑音を抑制）することができる光波形整形が実現される。なお、強度雑音は、振幅雑音とも呼ばれる。
【００２０】
このように、関連技術の光波形整形装置においては、励起光のDepletionが発生する程度に信号光の入力パワーを大きくすることにより、光リミッタ・アンプが実現される。しかしながら、実際のシステムにおいては、このような条件を設定できないことがある。すなわち、一般に、信号光の入力パワーは一定ではなく、励起光パワーＰpと比べて小さい値であることが多い。特に、互いに異なる波長を利用して複数の光信号を伝送するＷＤＭシステムでは、各チャネルの光パワーが均一ではないので、チャネル毎に雑音抑圧効果が異なることがある。
【００２１】
＜実施形態の概要＞
実施形態の光信号処理装置は、互いに波長の異なる信号光、励起光、制御光が入力される非線形光学媒質と、非線形光学媒質の入力側に設けられ、その非線形光学媒質において所定の利得が得られるように励起光のパワーを制御する第１のパワー制御器と、非線形光学媒質の入力側に設けられ、その非線形光学媒質において励起光による利得が飽和するように制御光のパワーを制御する第２のパワー制御器を備える。
【００２２】
上記構成の光信号処理装置においては、信号光（またはＷＤＭ光）を増幅（例えば、光パラメトリック増幅）する際に、励起光および制御光のパワーを調整することにより光リミッタ・アンプ動作が実現される。そして、この光リミッタ・アンプ動作により、光信号の振幅揺らぎが抑圧される。すなわち、波形整形および／または振幅雑音の抑圧が実現される。
【００２３】
このように、実施形態の光信号処理装置では、信号光の入力パワーに依存することなく常に光リミッタ・アンプ動作を実現するために、非線形光学媒質に制御光が入力される。すなわち、励起光と制御光との間の相互作用により、光リミッタ・アンプを実現する。そして、光リミッタ・アンプとして作用する非線形光学媒質に信号光を入力することにより、信号光の入力パワーに依存することなしに、信号光に対する光リミッタ・アンプ動作が実現される。したがって、ＷＤＭ信号光により伝送される各チャネルの光信号について、一括して、波形整形および雑音抑制が可能となる。
【００２４】
光パラメトリック増幅は、例えば、光ファイバ等の３次非線形光学媒質内の四光波混合等や、分極反転構造（擬似位相整合構造）のLiNbO3（Periodically-poled LN）導波路等の２次非線形媒質内の三光波混合等を用いて実現可能である。
【００２５】
＜実施形態の光信号処理装置＞
図３は、実施形態の光信号処理装置の基本構成を示す図である。図３において、非線形光学媒質１には、信号光Ｅs、励起光Ｅp、制御光ＥContが入力される。非線形光学媒質１に入力される信号光、励起光、制御光の波長は、それぞれ「λs」「λp」「λCont」である。信号光、励起光、制御光の波長は、互いに異なっている。また、信号光、励起光、制御光の入力パワーは、それぞれ「ＰＳin」「Ｐp」「ＰCont」である。
【００２６】
信号光、励起光、制御光の入力パワーは、それぞれパワー制御器によって制御される。ここで、パワー制御器は、例えば、光アンプまたは光アテネータである。非線形光学媒質１から出力される信号光の波長は、非線形光学媒質１へ入力する信号光と変わらず「λs」である。非線形光学媒質１の出力側には、必要に応じて、その非線形光学媒質１の出力光から信号光の波長成分を抽出する光帯域フィルタが設けられる。また、励起光の偏光状態は、非線形光学媒質１における非線形光学効果の効率が最適となるように、偏光制御器等を用いて調整されるようにしてもよい。
【００２７】
上記構成の光信号処理装置において、信号光は、非線形光学媒質１において、励起光により増幅される。このとき、励起光のパワーＰpを大きくすると、光パラメトリック効果による光パラメトリック利得が得られる。ここで、信号光の入力パワーを「ＰSin」、パワー利得を「Ｇ」とすると、信号光の出力パワーＰSoutは下式で表される。
PSout ＝Ｇ・ＰSin
ここで、利得Ｇを１よりも大きくすれば、信号光のパワーは増幅される。例えば、非線形光学媒質１として光ファイバを用い、その光ファイバの長さおよび励起光のパワーＰpを調整することにより、十分に大きな利得Ｇを得ることが可能である。このとき、この利得Ｇを飽和させることにより、非線形光学媒質１の出力パワーを一定にする（或いは、パワー変動を抑制する）光リミッタ・アンプが実現される。そして、この光リミッタ・アンプにより、例えば、強度雑音を抑圧する波形整形が可能となる。なお、光ファイバ内の光パラメトリック増幅の応答時間は、超高速（フェムト秒オーダー）であり、テラビットを超える超高速信号の波形整形が期待できる。
【００２８】
図４は、非線形光学媒質１において得られる利得と制御光との関係を示す図である。ここでは、励起光のパワーは一定であるものとする。そうすると、制御光のパワーＰContが小さいときは、利得（例えば、光パラメトリック利得）ＧSは一定（図４では、「ＧSO」）である。この場合、非線形光学媒質１に入力される信号光は、線形増幅される。
【００２９】
これに対して、制御光のパワーＰContが閾値パワーＰ1よりも大きい領域では、光パラメトリック利得ＧSは飽和する。すなわち、制御光のパワーＰContが閾値パワーＰ1よりも大きい領域では、制御光のパワーＰContが閾値パワーＰ1よりも小さい領域と比較して、非線形光学媒質１において得られる利得は小さくなる。
【００３０】
実施形態の光信号処理装置において、非線形光学媒質１は、制御光のパワーを適切に制御することにより、利得飽和領域で使用される。すなわち、非線形光学媒質１には、図４に示す閾値パワーＰ1と同等かあるいはそれよりも大きなパワーを持った制御光が入力される。あるいは、非線形光学媒質１には、信号光とのパワーの和が図４に示す閾値パワーＰ1よりも大きい制御光が入力される。
【００３１】
図５は、非線形光学媒質１が線形増幅領域で使用される場合の動作を説明する図である。ここでは、励起光のパワーは一定であるものとする。また、制御光のパワーは、図４に示す閾値パワーＰ1よりも十分小さい所定の値に制御されている。この場合、信号光として入力される光信号は、線形増幅される。すなわち、光信号が利得Ｇで増幅されると、その光信号に乗っている強度雑音も同様に利得Ｇで増幅される。したがって、波形整形効果または雑音抑制効果は得られない。
【００３２】
図６は、非線形光学媒質１が利得飽和領域で使用される場合の動作を説明する図である。ここでは、励起光のパワーは一定であるものとする。また、制御光のパワーは、図４に示す閾値パワーＰ1と同等かあるいはそれよりも大きな所定の値に制御されている。なお、図６において付されている数値は、光パワーを表す。ただし、これらの数値は、実施形態の光信号処理装置の動作を説明するためのものであり、厳密さまたは正確さは無視している。
【００３３】
図６に示す例では、信号光として入力される光パルス信号のパワー（あるいは、光信号の「１」レベルのパワー）が「１００」である。そして、その光パルス信号のパワーは、強度雑音により「８０」から「１２０」の範囲で揺らいでいる。すなわち、強度雑音の大きさは「４０」である。ここで、非線形光学媒質１の利得は飽和している。このため、光信号のパワーが大きくなると、それに応じてその光信号が受ける利得は小さくなっていく。図６に示す例では、説明を簡単にするために、光信号の入力パワーが「８０」「１００」「１２０」であるときの利得がそれぞれ「1.15」「1.10」「1.05」であるものとしている。そうすると、非線形光学媒質１から出力される光パルス信号のパワーは「１１０」である。ところが、入力パワーが「１００」よりも大きい信号成分の増幅率は小さく、入力パワーが「１００」よりも小さい信号成分の増幅率は大きい。この結果、非線形光学媒質１から出力される光パルス信号のパワー揺らぎは、「９２」から「１２６」の範囲に納まることになる。すなわち、強度雑音の大きさは「３４」に抑圧される。全体としてパワーが1.1倍に増幅されることを考慮すれば、強度揺らぎは「４０」から「３１」に低減される。
【００３４】
このように、実施形態の光信号処理装置においては、信号光および励起光の他に制御光を入力することにより、非線形光学媒質１は利得飽和状態に制御されている。すなわち、非線形光学媒質１は、光リミッタ・アンプとして動作する。そして、信号光は、そのようにして利得飽和状態に制御されている非線形光学媒質１に入力される。したがって、信号光の入力パワーにかかわらず、その信号光の強度雑音が抑制される。すなわち、信号光の入力パワーが小さい場合であっても、或いは、ＷＤＭ光の各チャネルのパワーが等化されていない場合であっても、信号光の強度雑音を抑制することができる。このとき、光信号の「１」に相当する時間領域において強度雑音が抑制されるので、光信号の波形が整形される。また、同様の作用によって、強度の揺らぎも抑制される。この結果、光Ｓ／Ｎ比が改善する。
【００３５】
図７は、実施形態の光信号処理装置における波長配置を示す図である。ここでは、非線形光学媒質の一例として、３次非線形光学媒質である光ファイバを使用するものとする。そして、この光ファイバに、信号光、励起光、制御光が入力される。信号光、励起光、制御光は、例えば、光カプラにより結合されて光ファイバに入力される。
【００３６】
光ファイバに入力する信号光、励起光、制御光の波長は、図７（ａ）に示すように、それぞれ「λs」「λp」「λCont」である。信号光および制御光の波長は、励起光より短くてもよいし、励起光より長くてもよい。また、信号光、励起光、制御光の波長差は、特に限定されるものではないが、例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍである。なお、励起光および制御光は、連続（ＣＷ：Continuous Wave ）光であってもよいし、光パルス列であってもよい。また、信号光がＷＤＭ信号である場合には、その中の一つの波長の信号光を制御光として用いてもよい。
【００３７】
光ファイバ内では、図７（ｂ）に示すように、励起光と信号光との非線形相互作用において、信号光が増幅されると共に、その信号光のアイドラ光（波長：λI）が生成される。同様に、励起光と制御光との相互作用において、制御光が増幅されると共に、その制御
光のアイドラ光（波長：λI-Cont）が生成される。なお、励起光の周波数ωp、信号光の周波数ωs、信号光のアイドラ光の周波数ωI、制御光の周波数ωCont、制御光のアイドラ光の周波数ωI-Contは、下記の関係を満足する。
ωp −ωI ＝ωs −ωp ≠０
ωp −ωI-Cont ＝ωCont −ωp ≠０
制御光のパワーは、例えば、励起光のパワーの１０パーセントから同等程度であり、励起光による光ファイバの利得が飽和するように制御される。信号光のパワーは、励起光と比較して小さい。
【００３８】
図８は、信号光がＷＤＭ光である場合の波長配置の実施例である。ここでは、複数の光信号を伝送するＷＤＭ光は、Ｃバンドに配置されている。この場合、励起光は、例えば、１５７０ｎｍ付近に配置される。また、制御光は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｃバンドの短波長側、または、Ｌバンド内の長波長側に配置される。また、ＷＤＭ光の最短波長、あるいは最長波長に制御光を配置される場合もある。
【００３９】
非線形光学媒質１としての光ファイバは、上述したように、制御光によって利得飽和状態に制御されている。よって、ＷＤＭ光により伝送される複数のチャネルの光信号は、互いにパワーが異なっていても、それぞれ強度雑音が抑制される。すなわち、複数の光信号の波形が、一括して整形される。
【００４０】
＜第１の実施例＞
図９は、第１の実施例に係る光信号処理装置の構成を示す図である。第１の実施例においては、非線形光学媒質として、光ファイバ１１を使用する。光ファイバ１１は、非線形光ファイバである。
【００４１】
光ファイバ１１の長さは、所望の光パラメトリック増幅効率が得られるように、或いは光リミッタ効果が最適となるように、決定される。また、光パラメトリック増幅の帯域を十分広範囲に確保するためには、励起光波長（λp）を、光ファイバ１１の零分散波長（λ0）に一致または略一致するようにして線形の位相整合を図ってもよい。また、励起光波長を光ファイバ１１の零分散波長よりも長波長側に設定すると共に、非線形位相シフトを用いて位相整合をとるようにしてもよい。これらの構成によれば、光パラメトリック増幅の効率の向上が図れる。
【００４２】
光ファイバ１１としては、例えば、非線形光学効果を高めた高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）が有効である。また、光ファイバ１１として、コアにゲルマニウムやビスマス等をドープして非線形屈折率を高めた構成、モードフィールドを小さくすることで光パワー密度を高めた構成、カルコゲナイドガラスを用いた構成、フォトニック結晶ファイバ構造を用いた構成を採用するようにしてもよい。
【００４３】
他の非線形光学媒質として、量子井戸構造の半導体光アンプ、量子ドット構造の半導体光アンプ、シリコンフォトニクス型導波路等を用いることも可能である。さらに他の非線形光学媒質として、三光波混合などの２次の非線形光学効果を発生させるデバイスを利用することもできる。この場合、これらのデバイスは、例えば、擬似位相整合構造を有するLiNbO3導波路（ＰＰＬＮ）、GaAlAs素子、あるいは２次非線形光学結晶等を用いることもできる。２次の非線形媒質を用いる場合でも、位相整合がとれる波長配置をとる構成が好ましい。
【００４４】
励起光は、ＣＷ光であってもよいし、光パルスであってもよい。励起光がＣＷ光である場合は、信号光により伝送される光信号に対するタイミング制御を行う必要がないので、光信号処理装置は簡易な構成で実現される。しかし、非線形光学効果の発生効率は、励起
光のピークパワーに依存する。このため、十分な利得を確保するためには、十分に増幅された励起光を光ファイバ１１に入力するようにしてもよい。また、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）が生じる場合には、入力した励起光は反射されてしまい、光パラメトリック増幅の発生が制限されてしまう。誘導ブリルアン散乱は、励起光のスペクトルを拡大することで抑圧することができる。励起光のスペクトルの拡大は、例えば、信号光により伝送される信号と比べて周波数の低い位相変調や周波数変調を行うことにより実現される。
【００４５】
励起光が光パルスである場合には、ピークパワーを容易に高めることができるので、高い利得が実現される。しかしながら、この構成では、光信号と励起光パルスのタイミングを合わせる必要があり、タイミング再生回路等が必要になる。
【００４６】
この課題を回避するため、図１０に示すように、励起光として、光信号のビットレートに比べて十分に高い繰返し周波数の光パルス列を用いる構成が考えられる。図１０において、励起光生成部２１は、パルスレーザ光源であり、波長λpの光パルス列を生成する。この光パルス列の繰返し周波数は、光信号のビットレートに比べて高速である。なお、励起光は、例えば、所望の繰返し周波数で発振する半導体モード同期レーザまたはファイバモード同期レーザにより生成される。あるいは、励起光は、LiNBO3強度変調器または電解吸収型（ＥＡ：Electronic Absorption）により生成されるようにしてもよい。
【００４７】
励起光が光パルス列である場合、光信号に対して与えられる利得の時間平均がほぼ一定になることが好ましい。この場合、励起光パルスは、一定の間隔で生成されてもよいし、そうでなくてもよい。すなわち、光信号のタイミングに同期していなくても、光パラメトリック効果を発生させることは可能である。
【００４８】
制御光も、ＣＷ光であってもよいし、光パルス列であってもよい。この場合、制御光生成部２２が、上述のような光パルス列を生成する。さらに、励起光としてＣＷ光を用い、制御光として光パルス列を用いるようにしてもよい。あるいは、励起光として光パルス列を用い、制御光としてＣＷ光を用いるようにしてもよい。特に、励起光としてＣＷ光を用いると共に、制御光として上述のような光パルス列を用いる場合には、制御光の光パルスが存在する時間領域で光ファイバ１１の利得が飽和し、強度雑音が抑圧される。
【００４９】
＜第２の実施例＞
実施形態の光信号処理装置は、入力信号光の偏光状態に依存することなく動作することが好ましい。第２の実施例は、この課題を解決することができる。
【００５０】
図１１は、第２の実施例に係る光信号処理装置の構成を示す図である。第２の実施例では、１組の励起光ＥP1、ＥP2が使用される。励起光ＥP1の波長およびパワーは「λP1」「ＰP1」である。また、励起光ＥP2の波長およびパワーは「λP2」「ＰP2」である。なお、励起光ＥP1、ＥP2の波長は異なるが、共に信号光に対して十分な光パラメトリック効果を発生するように設定する。また、励起光ＥP1、ＥP2のパワーは、互いに同一、またはほぼ同じである。
【００５１】
１組の励起光ＥP1、ＥP2は、その偏光状態が互いに直交するように制御される。すなわち、例えば、偏光制御器３１は、励起光ＥP1をｐ偏光に制御する。一方、偏光制御器３２は、励起光ＥP2をｓ偏光に制御する。これにより、互いに直交する１組の励起光が生成されて光ファイバ１１に入力される。この構成においては、入力信号光の偏光状態に依存することなく、常に均一の効率で光パラメトリック増幅効果が得られる。
【００５２】
また、偏光制御器３３は、制御光ＥContの偏光状態を最適化する。制御光ＥContは、一例としては、偏光制御器３３により、ｐ偏光励起光およびｓ偏光励起光に対して４５度の
直線偏光に制御される。この構成においては、制御光ＥContは、ｐ偏光励起光およびｓ偏光励起光により均等に利得を受けることになる。
【００５３】
＜第２の実施例の応用例１＞
図１１に示す例では、互いに直行する１組の励起光ＥP1、ＥP2を用いて偏光依存性を回避する構成を示したが、図１２（ａ）に示すように、ほぼ同一の特性を有する光ファイバ１２、１３を直列に設けるようにしてもよい。この場合、例えば、励起光ＥP1は光ファイバ１２に入力される。そして、光ファイバ１２においてｐ偏光成分が処理される。一方、励起光ＥP2は、光ファイバ１３に入力される。そして、光ファイバ１３においてｓ偏光成分が処理される。なお、２つの光ファイバ１２、１３の間に、信号光以外の波長成分を遮断するする光フィルタ、および信号光と励起光ＥP2を合波する合波器を配置するようにしてもよい。
【００５４】
＜第２の実施例の応用例２＞
信号光のあらゆる偏光状態に対して十分な利得飽和を発生させるためには、上述した１組の互いに直交する励起光に加え、さらに別方向の偏光状態の互いに直交する１組の励起光を用いるようにしてもよい。図１２（ｂ）に、上述した励起光ＥP1、ＥP2に対して４５度の偏光方向を有する第２の１組の励起光ＥP3、ＥP4を用いる構成を示す。例えば、１組の励起光ＥP1、ＥP2を用いる場合には、これらの励起光の偏光方向に対して、４５度の偏光方向の信号に対する利得飽和が相対的に甘くなるが、本実施例のようにさらに第２の１組の励起光ＥP3、ＥP4を用いることにより、こうした偏光方向の信号光に対しても十分な利得飽和を実現可能である。さらに別な偏光状態の励起光を用意すれば、あらゆる信号光に対して、より十分な利得飽和を実現可能である。
なお、上記２つの応用例を用いて、偏光依存性のない線形の光パラメトリック増幅や四光波混合、三光波混合、波長変換、光位相共役等を実現可能である。この場合には、制御光は不要である。
【００５５】
＜第３の実施例＞
第３の実施例は、第２の実施例の変形例である。第２の実施例では、図１３に示すように、１組の励起光ＥP1、ＥP2および１組の制御光ＥCont1、ＥCont2を使用する。制御光ＥCont1の波長およびパワーは、「λCont1」「ＰCont1」である。また、制御光ＥCont2の波長およびパワーは、「λCont2」「ＰCont2」である。なお、制御光ＥCont1、ＥCont2の波長は、互いに異なが、共に信号光に対して十分な利得飽和を発生するように設定する。また、制御光ＥCont1、ＥCont2のパワーは、互いに同じまたはほぼ同じである。
【００５６】
偏光制御器３１および３２は、第２の実施例と同様に、ｐ偏光励起光およびｓ偏光励起光を生成する。また、偏光制御器３４および３５は、ｐ偏光制御光およびｓ偏光制御光を生成する。すなわち、１組の励起光と同じ偏光状態の１組の制御光が生成される。
【００５７】
＜第４の実施例＞
第４の実施例では、図１４に示すように、光信号処理装置４１に、複数の信号が波長多重（ＷＤＭ）された信号光が入力される。光信号処理装置４１は、例えば、第１〜第３の実施例に記載した通りである。
【００５８】
ＷＤＭ光により伝送される複数の光信号は、一般に、互いに同期しておらず、また、偏光状態もランダムである。さらに、各光信号のピークパワーの総和は、時間領域において一定でない。このため、従来技術においては、ＷＤＭ光からチャネル毎（すなわち、波長ごと）に分離した各光信号についてそれぞれ波形整形を行っていた。
【００５９】
これに対して、実施形態の光信号処理装置においては、信号光の入力パワーの影響を受
けることなく、光信号の強度雑音が抑制され、その光信号の波形が整形される。したがって、実施形態の光信号処理装置においては、ＷＤＭ光をチャネル毎に分離することなく、ＷＤＭ光をそのまま入力するだけで、各光信号の波形を整形することができる。なお、ＷＤＭ信号光内のある１つの波長、あるいは複数の波長を、上述した制御光として使用することも可能である。この場合、例えば、波形整形する必要のないチャンネルが制御光として利用される。
【００６０】
光信号処理装置の出力端には、ＷＤＭ信号光の各波長の中心付近に透過帯域の中心を有する光帯域フィルタを設けるようにしてもよい。この場合、例えば、インターリーバ・フィルタやファイバ・グレーティングを組み合わせたもの等が有効である。また、光信号処理装置の出力端には、ＷＤＭ信号光の波長成分以外を遮断する帯域遮断光フィルタを用いる方法も有効である。
【００６１】
＜第４の実施例の応用例＞
利得飽和は、ＷＤＭ信号光の全てのチャンネルの同一タイミングでのピークパワーの総和に依存する。したがって、全ての信号に対して平均的に利得飽和を発生するために、同一タイミングでのピークパワーの総和を平均化することが有効である。図１５に、光ファイバを分割し、それらの間において波長毎に異なる遅延を与える実施例を示す。波長の異なる信号光に対して異なる遅延を与える構成は、例えば、波長分散媒質を用いることで実現される。一例としては、分散ファイバにより実現される。例えば、１０ｎｍ離調した２チャンネルの１００Ｇｂ／ｓ−ＷＤＭ信号であれば、２つのチャンネル間に５ｐｓだけ遅延を与えれば平均化できる。この場合、例えば、波長分散が２０ps/nm/km程度の光ファイバを２５ｍ程度用いればよい。
【００６２】
なお、上記の応用例を用いて、偏光依存性のない線形の光パラメトリック増幅や四光波混合、三光波混合、波長変換、光位相共役等を実現可能である。この場合には、制御光は不要である。
【００６３】
＜第５の実施例＞
実施形態の光信号処理装置においては、光ファイバ１１内での増幅過程で信号光の位相は影響を受けない。このため、上述の波形整形方法は、光強度変調、光位相変調、または光周波数変調等で変調された信号光に適用することが可能である。
【００６４】
光位相変調信号光については、光リミッタ・アンプにより、位相雑音自体を抑圧するわけではないが、強度揺らぎを減らすことにより、強度揺らぎが起因となって発生する位相雑音の低減に有効である。特に、光ファイバ伝送においては、光ファイバ内の非線形光学効果により、強度雑音が位相雑音に変換される（ＡＭ／ＰＭ変換）。そして、光位相変調信号光の伝送限界は、この位相雑音が依存する。よって、実施形態の光信号処理装置を利用して強度雑音を抑圧すれば、ＡＭ／ＰＭ変換により発生する位相雑音も小さくなり、光位相変調信号光の品質が向上する。さらに、本発明により光Ｓ／Ｎ比も改善できるので、信号光を高い品質で伝送することが可能となる。
【００６５】
なお、ゼロレベルの揺らぎは、例えば、実施形態の光信号処理装置の前段あるいは後段に、過飽和吸収装置を配置することにより抑圧することができる。過飽和吸収装置としては、半導体過飽和吸収体、半導体アンプ、マッハツェンダー干渉型光ファイバスィッチ、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）型スィッチ等がある。
【００６６】
＜第６の実施例＞
第６の実施例では、実施形態の光信号処理装置は、光通信システムにおいて使用される。図１６（ａ）に示す実施例では、光信号処理装置４１は、送信機５１と受信機５２との間の光伝送路上に設けられている。この場合、光信号処理装置４１は、例えば、光中継装置内に設けられる。そして、光信号処理装置４１は、光伝送路Ａから受信した光信号の波形を整形して光伝送路Ｂに導く。なお、光伝送路Ａ、Ｂは、光アンプを利用してパワー増幅しながら伝送する構成、伝送路ファイバの波長分散を補償するように最適設計された構成等であってもよい。
【００６７】
図１６（ｂ）に示す実施例では、光信号処理装置４１は、受信機５２の近く（または、受信装置内）に設けられる。この場合、受信機５２は、波形が整形された光信号を受信することができる。
【００６８】
第６の実施例によれば、受信感度が改善し、伝送特性が向上する。特に、光増幅中継伝送するシステムにおいては、送信パワーの低減、光アンプの中継間隔の延長、さらには光アンプ台数の削減等の効果が期待できる。
【００６９】
＜第７の実施例＞
図１７は、フィードバック系を備える光信号処理装置の構成を示す図である。なお、非線形光学媒質１は、２次または３次の非線形光学媒質（χ(2) ／χ(3) ）であり、例えば、上述した光ファイバ１１により実現される。
【００７０】
偏光制御器６１ｐは、励起光の偏光状態を制御する。また、偏光制御器６１ｃは、制御光の偏光状態を制御する。なお、偏光制御器６１ｐ、６１ｃは、それぞれ、偏光制御回路６２からの指示に従って、励起光、制御光の偏光状態を制御する。また、偏光制御器６１ｐ、６１ｃは、例えば、波長板型偏光コントローラ、LiNbO3型偏光コントローラ、応力型偏光コントローラ、ファラデー回転子等により実現される。
【００７１】
パワー制御器６３ｓは、入力信号光のパワーを調整する。パワー制御器６３ｐは、偏光制御器６１ｐにより偏光状態が制御された励起光のパワーを調整する。パワー制御器６３ｃは、偏光制御器６１ｃにより偏光状態が制御された制御光のパワーを調整する。なお、パワー制御器６３ｓ、６３ｐ、６３ｃは、それぞれ、パワー制御回路６４からの指示に従って、信号光、励起光、制御光のパワーを制御する。また、パワー制御器６３ｓ、６３ｐ、６３ｃは、例えば、光アンプまたは光アテネータ（あるいは、光アンプと光アテネータ等との組合せ）により実現される。
【００７２】
モニタ回路６５は、非線形光学媒質１へ入力される信号光のパワーおよび非線形光学媒質１から出力される信号光のパワーをモニタする。なお、モニタ回路６５は、例えば、信号光の波長λsを抽出するフィルタ、フィルタにより抽出された信号光を受光する受光素子を含んで構成される。
【００７３】
比較回路６６は、信号光の入力パワーおよび出力パワーに基づいて、非線形光学媒質１における利得を算出する。また、比較回路６６は、必要に応じて、信号光の入力パワーおよび／または出力パワーを所定の閾値パワーと比較する。
【００７４】
偏光制御回路６２は、比較回路６６の出力を参照し、偏光制御器６１ｐ、６１ｃに対して偏光状態を調整するための指示を与える。また、パワー制御回路６４は、比較回路６６の出力を参照し、パワー制御器６３ｓ、６３ｐ、６３ｃに対して光パワーを調整するための指示を与える。
【００７５】
なお、特に図示しないが、上記構成の光信号処理装置は、励起光源、制御光源、および光帯域フィルタを備える。励起光源は、励起光（ＣＷ光または光パルス）を生成する。制御光源は、制御光（ＣＷ光または光パルス）を生成する。また、光帯域フィルタは、例え
ば、信号光の波長と同じ透過周波数を持った光波長フィルタであり、非線形光学媒質１の後段に設けられる。この光帯域フィルタは、非線形光学媒質１の出力光から信号光の波長成分を抽出する。
【００７６】
偏光制御器６１ｐ、６１ｃ、パワー制御器６１ｓ、６１ｐ、６１ｃは、例えば、下記の手順に従って調整される。
まず、偏光制御器６１ｐ、６１ｃの状態を調整する。ここで、励起光および制御光の偏光状態は、非線形光学媒質１において効率よく非線形光学効果が発生するように調整される。なお、非線形光学効果（特に、四光波混合）は、励起光および制御光の偏光状態が互いに同じ場合に最も効率よく発生する。よって、偏光制御器６１ｐ、６１ｃは、励起光および制御光の偏光状態が互いに一致するように制御を行うようにしてもよい。ただし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、励起光および制御光の偏光方向が互いに所定の角度だけ異なる偏光方向に制御してもよい。
【００７７】
続いて、パワー制御回路６４がパワー制御器６３ｐの状態を調整する。すなわち、非線形光学媒質１において所望のまたは十分な光パラメトリック利得が得られるように、励起光のパワーが制御される。このとき、制御光の入力パワーは小さく、励起光のパワーはその制御光のパワーと比較して十分に大きいものとする。すなわち、制御光のパワーは、図４に示す閾値パワーＰ1よりも小さいものとする。
【００７８】
この後、非線形光学媒質１における光パラメトリック利得をモニタしながら、制御光のパワーを増加させていく。ここで、制御光の入力パワーが図４に示す閾値パワーＰ1よりも小さいうちは、光パラメトリック利得は概ね一定である。しかし、制御光のパワーをさらに増加させ、閾値パワーＰ1よりも大きくなると、光パラメトリック利得は飽和して低下していく。そして、パワー制御回路６４は、光パラメトリック利得が所定レベルだけ低下した時点でパワー制御器６３ｃの調整を終了する。
【００７９】
なお、上記調整手順において光パラメトリック利得をどの程度低下させるのかは、要求される光リミッタ機能（すなわち、波形整形機能）のレベルに依存する。例えば、入力光信号の波形が比較的良好であることが見込まれるシステムでは、波形整形効果よりも利得を効率的に得ることを優先し、光パラメトリック利得を僅かに低下させるだけでもよい。一方、入力信号光の波形が大幅に劣化していることが見込まれるシステムでは、十分な波形整形効果を得るために、光パラメトリック利得を大幅に低下させるようにしてもよい。
【００８０】
信号光の入力パワーは、必要に応じて調整される。例えば、信号光がＷＤＭ光である場合には、そのＷＤＭ光の総パワーをチャネル数で割り算した値が所定値に保持されるようにパワー制御器６３ｓを制御するようにしてもよい。さらに、非線形光学媒質１から出力される信号光をモニタし、その品質（光Ｓ／Ｎ比、Ｑ値、ビットエラー率など）が最適になるように、信号光、励起光、制御光のパワーをフィードバック制御するようにしてもよい。
【００８１】
＜第８の実施例＞
第８の実施例では、デジタル信号処理を利用して性能の向上が図られる。図１８（ａ）に示す構成では、上述の光信号処理装置４１の後段に、Ｏ／Ｅ変換器７１、Ａ／Ｄ変換器７２、デジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）７３を備える。Ｏ／Ｅ変換器７１は、光信号処理装置４１によって波形が整形され且つ強度雑音が抑制された光信号を電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器７２は、Ｏ／Ｅ変換器７１から出力される信号をデジタル信号に変換する。ＤＳＰ７３は、例えば、誤り訂正符号を用いた処理（ＦＥＣ）、受信信号を量子符号推定する処理、最尤系列推定（ＭＬＳＥ：Maximum Likelihood Sequence Estimation）などを実行する。このとき、ＤＳＰ７３は、受信信号を量子符号化し、計算機シミュレ
ーションとの併用しながら逐次近似的に推定する方法等をあわせて実行するようにしてもよい。
【００８２】
図１８（ｂ）に示す構成では、ＷＤＭ信号光が処理される。この場合、光信号処理装置４１の後段に分波器７４が設けられる。分波器７４は、ＷＤＭ信号光により伝送される各光信号を分離する。そして、各光信号ごとに、Ｏ／Ｅ変換器７１、Ａ／Ｄ変換器７２、ＤＳＰ７３が設けられる。この構成によれば、複数の信号は、光領域では、一括して処理される。なお、ＤＳＰ７３が、全ての波長を一括して処理できる場合には、分波器７４は不用であり、また、波長ごとにＯ／Ｅ変換器およびＡ／Ｄ変換器も設ける必要はない。
【００８３】
ＤＥＰ７３において信号処理を実行する際、光信号処理装置４１から出力される光信号の品質が良好であれば、演算量が少なくなる。例えば、ＤＳＰ７３において誤り訂正処理を実行する場合には、光信号の品質が高ければエラー率が低くなるので、誤り訂正演算を行う頻度が低くなる。また、ＤＳＰ７３において最尤系列推定を実行する場合には、光信号の品質が高ければ、推定のための収束時間が短くなる。
【００８４】
＜他の態様＞
実施形態の光信号処理装置は、ラマン増幅器にも適用可能である。ラマン増幅は、よく知られているように、励起光の波長よりも約１００ｎｍだけ波長の長い領域に利得が得られる。そして、この利得領域に信号光（または、ＷＤＭ信号光）が配置される。したがって、このラマン増幅器を光リミッタ・アンプとして使用する場合には、利得領域内またはその利得領域の近傍に制御光を配置する。そして、ラマン利得が飽和するように、その制御光のパワーが調整される。この構成によっても、強度雑音が抑圧され、光信号の波形が整形される。
【００８５】
以上説明したように、実施形態の光信号処理装置によれば、ＷＤＭ光により伝送される複数の光信号の波形を一括して整形できる。これにより、ＷＤＭ光信号の光Ｓ／Ｎ比が改善され、高速光通信システムに必要であった高度の要求（例えば、高精度の分散補償など）が緩和され、光ネットワークの高性能化と低コスト化を実現可能である。また、実施形態によれば、光強度変調、光位相変調および光周波数変調された信号光の強度揺らぎおよび強度雑音を抑圧する光信号処理が可能である。さらに、光ネットワークにおける消費電力を抑えることができる。
【００８６】
上述の各実施例を含む実施形態に関し、さらに下記の付記を開示する。
（付記１）
互いに波長の異なる信号光、励起光、制御光が入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において所定の利得が得られるように前記励起光のパワーを制御する第１のパワー制御器と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において前記励起光による利得が飽和するように前記制御光のパワーを制御する第２のパワー制御器、
を備える光信号処理装置。
（付記２）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の入力パワーおよび前記非線形光学媒質から出力される前記信号光の出力パワーをモニタするモニタ手段をさらに備え、
前記第２のパワー制御器は、前記信号光の入力パワーおよび出力パワーから算出される前記非線形光学媒質における利得が低下するまで前記制御光のパワーを高める
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記３）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記信号光は、複数の光信号を伝送するＷＤＭ光である
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記４）
付記３に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質の出力側に設けられ、前記ＷＤＭ光の波長帯を透過させる光フィルタをさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記５）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光は、前記信号光によって伝送される信号よりも狭いパルス幅の光パルス列である
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記６）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記制御光は、前記信号光によって伝送される信号よりも狭いパルス幅の光パルス列である
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記７）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、光ファイバであり、前記励起光による四光波混合により前記信号光を増幅する
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記８）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、平均零分散波長が前記励起光の波長と一致または略一致する光ファイバである
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記９）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、モードフィールドの小さな高非線形光ファイバである
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１０）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、そのコアにゲルマニウム、ビスマス、またはガルコゲナイトがドープされた高非線形光ファイバである
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１１）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、フォトニック結晶ファイバである
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１２）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は、擬似位相整合構造を有するLiNbO3導波路である
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１３）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として、互いに直交する１組の直線偏光を生成する偏光制御手段をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１４）
付記１３に記載の光信号処理装置であって、
前記制御光は、前記１組の直線偏光に対して４５度の直線偏光である
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１５）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として、互いに直交する１組の直線偏光励起光を生成する第１の偏光制御手段と、
前記制御光として、前記第１の偏光制御手段により得られる１組の直線偏光励起光と同じ偏光状態の１組の直線偏光制御光を生成する第２の偏光制御手段をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１６）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質の前段または後段に過飽和吸収媒質をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記１７）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として互いに直交する１組の直線偏光を生成する偏光制御手段をさらに備え、
前記非線形光学媒質は、第１および第２の光ファイバを含み、
第１の励起光を前記第１の光ファイバに入力し、第２の励起光を前記第２の光ファイバに入力することを特徴とする光信号処理装置。
（付記１８）
付記１７に記載の光信号処理装置であって、
前記第１の光ファイバの出力端に、信号光成分を抽出する光フィルタ、および抽出した信号光と前記第２の励起光とを合波する合波器を配置することを特徴とする光信号処理装置。
（付記１９）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記励起光として互いに４５度の偏光関係を有する２組の互いに直交する直線偏光を生成する偏光制御手段をさらに備え、
前記非線形光学媒質は、４つの光ファイバを含み、
１組目の励起光を第１および第２の光ファイバに順次入力し、２組目の励起光を第３および第４の光ファイバに順次入力することを特徴とする光信号処理装置。
（付記２０）
付記１９に記載の光信号処理装置であって、
前記第１に光ファイバ、第２の光ファイバ、および第３の光ファイバの出力端に、それぞれ、信号光成分を抽出する光フィルタ、および抽出した信号光と対応する励起光とを合波する合波器を配置することを特徴とする光信号処理装置。
（付記２１）
付記３に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質は２つの光ファイバを含み、
前記２つの光ファイバの間において波長毎に異なる遅延を与えることを特徴とする光信号処理装置。
（付記２２）
光ファイバ伝送路を含む光通信システムにおいて使用される光中継装置であって、
第１の光ファイバ伝送路を介して伝送される信号光が入力される付記１に記載の光信号処理装置を備え、
前記光信号処理装置から出力される信号光が第２の光ファイバ伝送路に導かれることを特徴とする光中継装置。
（付記２３）
光ファイバ伝送路を含む光通信システムにおいて使用される光受信装置であって、
付記１に記載の光信号処理装置と、
前記光信号処理装置から出力される信号光を受光する受光器、
を備える光受信装置。
（付記２４）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質へ入力される前記励起光または制御光の少なくとも一方の偏光状態をモニタする偏光モニタ手段と、
前記偏光モニタ手段によるモニタ結果に応じて前記励起光または制御光の少なくとも一方の偏光状態を制御する偏光制御手段、をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記２５）
付記１に記載の光信号処理装置であって、
前記非線形光学媒質から出力される信号光を電気信号に変換する受光器と、
前記電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル信号を用いて送信信号を再生する復調器、をさらに備える
ことを特徴とする光信号処理装置。
（付記２６）
非線形光学媒質に互いに波長の異なる信号光、励起光、制御光を入力し、
前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の入力パワーおよび前記非線形光学媒質から出力される前記信号光の出力パワーに基づいて前記励起光による利得をモニタし、
所望の利得を得るために、前記非線形光学媒質の前段において、前記励起光のパワーを制御し、
前記利得が飽和するように前記制御光のパワーを制御する
ことを特徴とする光信号処理方法。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】関連技術に係わる光波形整形装置の基本構成を示す図である。
【図２】Depletionについて説明する図である。
【図３】実施形態の光信号処理装置の基本構成を示す図である。
【図４】非線形光学媒質の利得と制御光との関係を示す図である。
【図５】非線形光学媒質が線形増幅領域で使用される場合の動作を説明する図である。
【図６】非線形光学媒質が利得飽和領域で使用される場合の動作を説明する図である。
【図７】実施形態の光信号処理装置における波長配置を示す図である。
【図８】信号光がＷＤＭ光である場合の波長配置の実施例である。
【図９】第１の実施例に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【図１０】励起光または制御光として光パルス列を使用する構成の実施例である。
【図１１】第２の実施例に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【図１２】第２の実施例の応用例を示す図である。
【図１３】第３の実施例に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【図１４】ＷＤＭ光を処理する構成を示す図である。
【図１５】第４の実施例の応用例を示す図である。
【図１６】通信システムにおいて光信号処理装置を使用する構成を示す図である。
【図１７】フィードバック系を備える光信号処理装置の構成を示す図である。
【図１８】ＤＳＰを含む光信号処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１        非線形光学媒質
１１〜１３  光ファイバ
２１        励起光生成部
２２        制御光生成部
３１〜３５  偏光制御器
４１        光信号処理装置
５１        送信機
５２        受信機
６３ｓ、６３ｐ、６３ｃ  パワー制御器
６５        モニタ回路
６６        比較回路
７３        デジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）
【図１】
0005347333.tif 000004
【図２】
0005347333.tif 000005
【図３】
0005347333.tif 000006
【図４】
0005347333.tif 000007
【図５】
0005347333.tif 000008
【図６】
0005347333.tif 000009
【図７】
0005347333.tif 000010
【図８】
0005347333.tif 000011
【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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