(57)【要約】【課題】  高度なＬＳＩを使わずに、簡単な手法で、時系列で並んだ多数のチャンネルうちから希望のチャンネルのパルス光のみを選別する。【解決手段】  半導体ラマン増幅器として機能するラマン導波路１１、このラマン導波路１１を励起するポンプ光源としての半導体レーザダイオード４、光サーキュレータ８、及び、ラマン導波路１１の出力光パルス信号から同期増幅された所望のチャンネルの光パルス信号のみを電気信号パルスとして取り出す光電変換回路６から構成されている。半導体レーザダイオード４は、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期光パルス列を発生する。ラマン導波路１１は、ＧａＰコア層と、このＧａＰコア層の下部、上部、及び側面にそれぞれ配置されたＡｌｘＧａ１−ｘＰクラッド層から少なくとも構成されたヘテロ構造を有する。【選択図】      図１
2007300092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上部に配置され、固有のフォノン周波数と一定の増幅帯域幅を有するラマン導波路と、
前記ラマン導波路に、周波数がそれぞれ異なり、且つ、各周波数においてそれぞれ時系列で並んだ多数のチャンネルからなる周波数多重光信号を入力する入力信号入射手段と、
前記基板の上部に配置され、前記各周波数から前記フォノン周波数だけシフトした周波数の光をそれぞれ生成し、該それぞれの周波数の光の周波数変動が前記増幅帯域幅以下にそれぞれ保たれ、該それぞれの周波数の光が前記多数のチャンネルのうちの、特定の周波数の、且つ特定の時系列信号パルスに同期した同期パルスを発生し、該同期パルスを前記ラマン導波路にそれぞれ入力するポンプ光源と、
前記基板の上部に配置され、前記ラマン導波路によりそれぞれ同期増幅された前記特定のチャンネルの光信号をそれぞれ電気信号に変換する光電変換回路
とを備えることを特徴とする光信号処理デバイス。
【請求項２】
固有のフォノン周波数ωｐｈと一定の増幅帯域幅を有するラマン導波路に、周波数がそれぞれ異なる各周波数ωｓにおいて、それぞれ時系列で並んだ多数のチャンネルからなる周波数多重光信号パルスを入力するステップと、
前記多数のチャンネルのうち、特定の周波数の、且つ特定の時系列信号パルスに同期し、ωＬ＝ωｓ＋ωｐｈの条件を満足するように、前記各周波数から前記フォノン周波数ωｐｈだけシフトし、それぞれの周波数の光の周波数変動が前記増幅帯域幅以下である複数のポンプ光パルスをそれぞれ前記ラマン導波路に入力するステップと、
前記複数のポンプ光パルスに同期したそれぞれのチャンネルの光信号パルスを前記各周波数に対応してラマン増幅するステップと、
前記ラマン増幅された前記各周波数の光信号パルスをそれぞれ電気信号に変換するステップ
とを含む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】
本発明は半導体デバイスを用いた光通信システムに関し、特に時系列に配列された多チャンネルの信号の光パルス列から所望のチャンネルのパルス列を高感度で選別して検出する光信号処理システムに用いる光信号処理デバイス（光集積回路）及び光信号処理システムを用いた光信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年光ファイバ通信において一層の大容量化への需要が高まり、複数のチャンネルの信号を同時に送る多チャンネル通信がますます重要になってきている。多チャンネル通信方式は、大容量化のみならず、必要な所に必要な容量のネットワークを拡充するというシステムの拡張性・柔軟性に対しても大きな効果を有している。将来の高度ネットワーク化に対応するためには、多チャンネル化による情報量の一層の高密度化が不可欠となる。
【０００３】
多チャンネル通信には、複数の、時系列に配列された多チャンネルの信号を用いる方式と、複数の波長を搬送波に用いた波長多重通信方式が知られている。
【０００４】
このような高密度光通信システムにおいては、多チャンネルの信号のパルス光がファイバを伝搬し、ネットワークを構成する各受信者に送られる。そして、微弱となった多チャンネル光パルス列から各受信者が特定のチャンネルのパルス列を検知するにはまずｐｉｎフォトダイオードで多チャンネルの電気パルスに変換し、その後、シリコン集積回路により電気的に特定のチャンネルの信号のパルス列を選択する必要がある。しかし、受信者が多数となると、ネットワークの各末端では光強度が弱まるので、高速パルスを高感度で受信し誤り無く選別するのに困難を来すようになって来ている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の、シリコン集積回路を使った上記の方式では、シリコンデバイスの動作速度に支配されるため、例えば、数Ｇｂ／ｓｅｃ以上のパルス列の高感度処理は容易でない。このような困難を解決するため、既に、高速のデバイスである、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）を用いた電気的・光学的な手段による全チャンネルの信号分配できる回路が提案されている。
【０００６】
上記問題点を鑑み、本発明は高速大規模集積回路（高速ＬＳＩ）を使わないで、光学的手段により、時系列で並んだ多数のチャンネルのうちから単一または少数のチャンネルのパルス列のみを高感度で正確に選別することができるコンパクトな光信号処理デバイスを提供することである。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、簡便に受信者が希望の１つのチャンネルのみを高感度で選択して受信することができる光信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体ラマン増幅器として機能するラマン導波路と、このラマン導波路に、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を入力する入力信号入射手段と、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導波路に入力するポンプ光源と、ラマン導波路からポンプ光源により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気信号に変換する光電変換回路とから少なくとも構成される光信号処理システムを基礎とする。
【０００９】
半導体ラマン増幅器においては、信号光の周波数、ポンプ光の周波数、半導体中のフォノンの周波数をそれぞれωｓ，ωＬ，ωｐｈとした時、
ωＬ＝ωｓ＋ωｐｈ    …（１）
の関係を満たせば、周波数ωＬのポンプ光によって信号光ωｓは増幅される。即ち、半導体ラマン増幅器に多チャンネル信号光パルス列を導入するとともに、この多チャンネルの内の特定のチャンネルと同期したポンプ光を導入すれば、半導体ラマン増幅器に導入された多チャンネル光信号のうち、ポンプ光パルスに同期したパルス列のみが増幅され、その振幅が増大する。半導体中のフォノンの周波数ωｐｈは、半導体材料やその結晶方位を選ぶことにより種々の値を用いることが出来る。  
従って、本発明の基礎となる光信号処理システムにおいては、半導体ラマン増幅器が、多チャンネルパルス列から単一のチャンネルを選別し増幅するために使われる。増幅された信号は容易に、光電変換回路により電気信号に変換され検出可能となる。このようにして、極めて簡便な回路により、所望のチャンネルが選択できる。
【００１０】
本発明の基礎となる光信号処理システムにおいて、ラマン導波路は、リン化ガリウム（ＧａＰ）コア層と、このリン化ガリウム（ＧａＰ）コア層の下部、上部、及び側面にそれぞれ配置されたリン化ガリウム・アルミニウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＰ）クラッド層から少なくとも構成されたヘテロ構造とすることが好ましい。ＧａＰは、ラマン散乱断面積が大きく、しかもラマン散乱スペクトルの半値幅が極めて小さいからである。また、ＧａＰは光通信で用いる近赤外の波長領域に結晶欠陥に基づく吸収も無いからである。
【００１１】
本発明の基礎となる光信号処理システムにおいて、ラマン導波路の光入射端に結合した第１の光導波路、この第１の光導波路の一部に設けられた波長選別ファイバカップラ、波長選別ファイバカップラを介して第１の光導波路に結合し、ポンプ光源の光をラマン導波路に入力する第２の光導波路をさらに有することが好ましい。さらに、第１の光導波路に光サーキュレータを介して結合した第３および第４の光導波路をさらに有し、光電変換回路を、この第３の光導波路に結合したｐｉｎフォトダイオードと、このｐｉｎフォトダイオードの出力を入力するゲート回路と、このゲート回路にパルス振幅を弁別するための基準電圧を供給する基準電圧発生器とで構成すれば、雑音の影響を大幅に軽減することができる。
【００１２】
あるいは、第３の光導波路に結合した第１のｐｉｎフォトダイオードと、第４の光導波路に設けられた分岐と、この分岐により、第４の光導波路から分岐した第５の光導波路と、この第５の光導波路に結合した第２のｐｉｎフォトダイオードと、第１及び第２のｐｉｎフォトダイオードに接続された差動増幅器とを更に有するように構成することが好ましい。こうすれば、信号光が単一の光周波数でなく、複数の光周波数が使われる波長多重通信方式においても、有効である。この場合、ポンプ光周波数は一つの光周波数に同調され、且つその周波数内の一つのチャンネルのパルス列に同期されている。
【００１３】
なお、上記の第１乃至第５の光導波路は光ファイバでも良く、半導体導波路でもかまわない。
【００１４】
本発明の他の基礎は、複数の波長の光を搬送波に用いた波長多重通信方式に係わる。即ち、半導体ラマン増幅器として機能するラマン導波路と、このラマン導波路に、周波数のそれぞれ異なる複数の光信号を入力する入力信号入射手段と、複数の光信号のうちの特定の周波数の光信号と同期した同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導波路に入力するポンプ光源と、ラマン導波路から同期増幅された特定の周波数の光信号を電気信号に変換する光電変換回路とから少なくとも構成される光信号処理システムであることであることを他の基礎とする。
【００１５】
波長多重通信方式において、信号光の周波数をωｓ１，ωｓ２，ωｓ３，・・・・・ωｓｎとした時、ポンプ光の周波数ωＬｊが
ωＬｊ＝ωｓｊ＋ωｐｈ    （ｊ＝１，２，３，・・・・・，ｎ）…（２）
の関係を満たせば、周波数ωＬｊのポンプ光によって周波数ωｓｊの信号光が増幅される。即ち、半導体ラマン増幅器に周波数のそれぞれ異なる複数の光信号を導入するとともに、この複数の光信号のうちの特定の周波数の光信号と同期した周波数ωＬｊポンプ光を導入すれば、半導体ラマン増幅器に導入された複数の光信号のうち、ポンプ光パルスに同期した周波数ωｓｊの信号光のみが増幅され、その振幅が増大する。従って、本発明の他の基礎となる光信号処理システムにおいては、半導体ラマン増幅器が、複数の周波数を有した光信号から、特定の単一の周波数ωｓｊの信号光を選別し増幅するために使われる。半導体中のフォノンの周波数ωｐｈは、半導体材料やその結晶方位を選ぶことにより種々の値を用いることが出来る。増幅された信号は容易に、光電変換回路により電気信号に変換され検出可能となる。このようにして、極めて簡便な回路により、所望の周波数ωｓｊのチャンネルが選択できる。本発明の基礎となる光信号処理システムにおいて述べたように、ラマン導波路は、ＧａＰコア層と、このＧａＰコア層の下部、上部、及び側面にそれぞれ配置されたＡｌｘＧａ１−ｘＰクラッド層から少なくとも構成されたヘテロ構造とすることが好ましい。ＧａＰは、ラマン散乱断面積が大きく、しかもラマン散乱スペクトルの半値幅が極めて小さく、近赤外の波長領域に結晶欠陥に基づく吸収も無いからである。
【００１６】
このため、本発明の他の基礎となる光信号処理システムにおいては、ポンプ光源は、複数の周波数ωｓ１，ωｓ２，ωｓ３，・・・・・ωｓｎに対応して、複数の異なる周波数ωＬ１，ωＬ２，ωＬ３，・・・・・ωＬｎの同期パルスを発生すべく複数個配置するように構成しても良い。さらに、複数の周波数を有した光信号のそれぞれの周波数の光信号は、それぞれ時系列で並んだ多数のチャンネルからなり、同期パルスは、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期するようにすれば、それぞれの波長（周波数）について本発明の基礎となる光信号処理システムと同様の処理が可能である。
【００１７】
具体的には、本発明の他の基礎となる光信号処理システムにおいて、ラマン導波路の光入射端に結合した第１の光導波路と、この第１の光導波路の一部に設けられた波長選別ファイバカップラと、この波長選別ファイバカップラを介して第１の光導波路に結合し、複数のポンプ光源の光をラマン導波路に入力する複数の第２の光導波路と、第１の光導波路に光サーキュレータを介して結合した複数の第３の光導波路と、第１の光導波路に光サーキュレータを介して結合した第４の光導波路と、これらの複数の第３の光導波路にそれぞれ結合した複数の第１のｐｉｎフォトダイオードと、第４の光導波路に設けられた分岐と、分岐により、第４の光導波路から分岐した複数の第５の光導波路と、これらの複数の第５の光導波路にそれぞれ結合した複数の第２のｐｉｎフォトダイオードと、複数の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオードに接続された複数の差動増幅器をさらに有して構成すればよい。ここで、第１乃至第５の光導波路は光ファイバでも良く、リッジ構造等の半導体導波路でもかまわない。
【００１８】
本発明の第１の特徴は、光集積回路に係わる。即ち、本発明の第１の特徴は、基板と、基板の上部に配置されたラマン導波路と、ラマン導波路に、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を入力する入力信号入射手段と、基板の上部に配置され、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期パルスを発生し、この同期パルスをラマン導波路に入力するポンプ光源と、基板の上部に配置され、ラマン導波路により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気信号に変換する光電変換回路とから少なくとも構成される光信号処理デバイス（光集積回路）であることである。
【００１９】
本発明の第１の特徴において、「基板」は、半導体基板でもよく、ガラスエポキシ基板等の有機系基板でもよい。また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板や絶縁性金属基板等の基板でもかまわない。ＧａＰ等の半導体基板の上に、ＧａＰコア層とＡｌｘＧａ１−ｘＰクラッド層から少なくとも構成されたヘテロ構造のラマン導波路を集積化すれば、本発明の第１の特徴に係る光信号処理デバイスをモノリシックに集積化できる。この場合、同様なリッジ構造の半導体導波路を、入力信号入射手段やポンプ光源の入力導波路として用いれば良い。これらのラマン導波路やその他の半導体導波路は、エピタキシャル成長技術、フォトリソグラフィー技術及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等を用いれば簡単に製造できる。あるいは、入力信号入射手段やポンプ光源の入力導波路に光ファイバを用いて絶縁基板上にハイブリッドに集積化しても良い。いずれにしても、簡単な構造でコンパクトな光信号処理デバイス（光集積回路）を提供できる。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、半導体のフォノン周波数ωｐｈを有するラマン導波路に、周波数ωｓにおいて、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を入力するステップと、多数のチャンネルのうち特定のチャンネルと同期し、ωＬ＝ωｓ＋ωｐｈの条件を満足するポンプ光をラマン導波路に入力するステップと、ポンプ光に同期した特定のチャンネルの光信号のみをラマン増幅するステップと、このラマン増幅された光信号のみを電気信号に変換するステップとから少なくとも構成される光信号処理方法であることである。
【００２１】
本発明の基礎となる光信号処理システムで述べたように、ωＬ＝ωｓ＋ωｐｈの関係を満たせば、周波数ωＬのポンプ光によって信号光ωｓはラマン増幅される。従って、第２の特徴において、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期したポンプ光を導入すれば、ポンプ光パルスに同期したパルス列のみが増幅され、その振幅が増大する。半導体中のフォノンの周波数ωｐｈは、半導体材料やその結晶方位を選ぶことにより種々の値を用いることが出来る。増幅された信号は容易に、光電変換回路により電気信号に変換し、検出することが可能である。このため、本発明の第２の特徴によれば、極めて簡便に、所望のチャンネルが選択できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体ラマン増幅器の増幅効果により、高速ＬＳＩを使わずに、簡単に希望のチャンネルのパルス光を選別して検出することが可能な光信号処理デバイスを提供できる。
【００２３】
本発明によれば、簡便に、かつ誤り無く、希望のチャンネルのみを高感度で選択して受信することができる光信号処理システム方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光信号処理システムは、半導体ラマン増幅器として機能するラマン導波路１１と、このラマン導波路１１に、時系列で並んだ多数のチャンネルからなる光信号を入力する入力信号入射手段（１０，１２）と、多数のチャンネルのうちの特定のチャンネルと同期した同期パルスを発生し、ラマン導波路１１に入力するためのポンプ光源４と、ラマン導波路１１からポンプ光源４により同期増幅された特定のチャンネルの光信号を電気信号に変換する光電変換回路６とから少なくとも構成されている。半導体ラマン増幅器として機能するラマン導波路１１は、例えば、リン化ガリウム（ＧａＰ）コア層とリン化ガリウム・アルミニウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＰ）クラッド層からなる半導体導波路の構造をしており、周波数ωｓの信号光及び周波数ωＬのポンプ光がコア層を伝搬する。より具体的には、本発明の第１の実施の形態に係るラマン導波路１１は、ＧａＰ基板上に形成されたＡｌｘＧａ１−ｘＰ第１クラッド層、このＡｌｘＧａ１−ｘＰ第１クラッド層の上に形成されたＧａＰコア層、このＧａＰコア層の上部及び側面に形成されたＡｌｘＧａ１−ｘＰ第２クラッド層および、ＡｌｘＧａ１−ｘＰ第２クラッド層を被覆して形成されたＧａＰ保護層等からなるヘテロ構造で構成すればよい。ラマン導波路１１の光入射端１２は無反射コーティングされており、また、反射端１３は反射率１００％に近い多層反射膜が形成されている。多層反射膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）／チタン酸化膜（ＴｉＯ２）等を１０乃至２０層堆積して構成すればよい。ラマン散乱断面積を考慮すると、光入射端１２及び反射端１３は（１００）面になるようにＧａＰコア層の結晶方位を選定すればよい。また、光入射端１２と反射端１３との間隔は、０．５ｍｍ乃至２０ｍｍ、好ましくは、３ｍｍ乃至１０ｍｍ程度に選べばよい。
【００２６】
本発明の第１の実施の形態において、ラマン導波路１１の光入射端１２には、第１の光導波路（第１の光ファイバ）１０が結合し、この第１の光導波路１０には、波長選別ファイバカップラ９が設けられている。本発明の「入力信号入射手段」は、これらの光入射端１２及び第１の光導波路（第１の光ファイバ）１０等から構成される。
【００２７】
さらに、波長選別ファイバカップラ９を介して第１の光導波路１０に結合し、ポンプ光源４の光をラマン導波路１１に入力する第２の光導波路（第２の光ファイバ）３１が設けられている。ポンプ光源４となる半導体レーザダイオードはパルス発生器５によってパルス駆動される。あるいは、パルス発生器５の代わりに、モード同期信号発生器を用いて半導体レーザダイオード４を駆動しても良い。半導体レーザダイオード４からの周波数ωＬのポンプ光及び第１の光ファイバ１０で送られてきた周波数ωｓの多チャンネルパルス信号光が波長選別ファイバーカップラー９で合波されて、第１の光ファイバ１０によりラマン導波路１１の光入射端１２に導入される。
【００２８】
第１の光導波路（第１の光ファイバ）１０には、光サーキュレータ８を介して結合した第３および第４の光導波路（第３および第４の光ファイバ）３２，３４がさらに接続されている。ラマン導波路１１においてラマン増幅されながら反射端１３で反射した信号光は、光サーキュレータ８を介して第３の光導波路（第３光ファイバ）３２を伝達し、光電変換回路６に送られ、電気信号に変換される。
【００２９】
半導体ラマン増幅器として機能するラマン導波路１１のコア層を構成するＧａＰのフォノン周波数ωｐｈは１２ＴＨｚである。従って、たとえば、信号光の周波数ωｓが３５０ＴＨｚ（８５７ｎｍ）の場合は、ポンプ光の周波数ωＬは（１）式より３６２ＴＨｚ（８２９ｎｍ）が選ばれる。
【００３０】
図２（ａ）に入力信号光のパルス列、図２（ｂ）にポンプ光のパルス列、図２（ｃ）に出力信号光のパルス列を示す。図２（ａ）に示すように入力信号光のパルス列は多数のチャンネルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，……が時系列で並んでいる。
【００３１】
本発明の第１の実施の形態においては、すべての信号光パルスは同じ光周波数ωｓを持っているとして、以下の説明をする。また、図２では簡単のため全てのチャンネルがビット１である場合を示した。
【００３２】
チャンネルＣ１を選択するときは、図２（ｂ）に示すようにポンプ光のパルスＰ１は光チャンネルＣ１のパルスに同期されている。その結果、図２（ｃ）に示すように、出力信号はチャンネルＣ１のパルスに対応したチャンネルＯ１のパルスのみが増幅される。図２（ｃ）に示すように、出力信号は、
・信号が無い“０”の状態、
・増幅されない“１”の状態、
・この“１”の状態より信号強度の強い“２”の状態、
とからなる３値の状態のいずれかを有する。ここで、“２”の状態は必ずしも“１”の２倍の強度を有する必要はない。“１”の状態から、明確に識別できるレベルを有し、“１”の状態より信号強度の強くなるようにラマン増幅された信号であればよい。他のそれぞれのチャンネルについても、同様に所望のチャンネルのパルス（パルス列）にポンプ光のパルス（パルス列）を同期させることによって、任意の一つのチャンネルのパルス（パルス列）を増幅し、信号レベルを“２”の状態とすることができる。ＧａＰ半導体ラマン増幅器の場合、増幅帯域幅は２５ＧＨｚであるので１０Ｇｂ／ｓｅｃ以上の高速多チャンネル光パルス列から所望の一つのパルス列を選別することができる。増幅度は例えば、１０ｄＢが得られ、十分誤り無く検出できるレベルとなる。
【００３３】
ラマン導波路１１はテーパ構造を有している。第１の光導波路１０として光ファイバを用いる場合であっても、このラマン導波路１１の光入射端１２を第１の光ファイバ１０のコア径に近い寸法の断面にすることにより容易に高効率で第１の光ファイバ１０とラマン導波路１１とを結合できる。またラマン導波路１１によるラマン増幅は所望の光周波数のみ増幅するので増幅器として不安定な動作をしない。ポンプ光源の半導体レーザダイオード４を電流パルス駆動すると、いわゆるチャーピングが生じ光周波数が変動するが、本発明の第１の実施の形態においては、半導体レーザダイオード４にバイアス電流を与えておくことにより周波数チャーピングをラマン導波路１１によるラマン増幅の帯域幅程度に、あるいはそれ以下に保つことが可能である。光入射端１２は無反射コーティングされているので共振を生じることがない。このため、温度変動のない安定な動作が可能である。
【００３４】
図３は、出力パルス列からラマン増幅された所望の光パルスに対応した電気信号のみを弁別するためのパルス振幅弁別回路１００を有する光電変換回路６を示すブロック図である。ラマン増幅系２００からの信号は光サーキュレータ８を介して第３の光ファイバを伝達し、ｐｉｎフォトダイオード１４に入力される。そして、ｐｉｎフォトダイオード１４で検知された電気信号パルスは、信号が無い“０”の状態か、増幅されない“１”の状態か、それより電圧の高い増幅された“２”の状態の３値の信号レベルを有する（前述したように“２”は、“１”とは異なる状態を意味するのであって、必ずしも“１”の２倍の強度を有する必要はないことに留意すべきである）。従って、ｐｉｎフォトダイオード１４の出力を入力するゲート回路１５を、“１”以上で“２”以下のパルス電圧にしきい値を有するように構成しておけば、このゲート回路１５により、ラマン増幅され、選択されたチャンネルの“２”の状態のみがパルスとして、ゲート回路１５から出力される。図３において１６はゲート回路のしきい値を与える基準電圧発生器である。増幅されないパルスは微弱であるが誤り発生の原因となるので除去しなければならない。パルス振幅弁別回路１００を設けることにより、雑音の影響が大幅に減少し誤り率が向上する。たとえば、増幅されない“１”のレベルが光検知器のＳ／Ｎ比の限界に近い微弱値であったとき、基準電圧をそれより大きくかつ増幅されたレベルより小さく設定することにより、雑音の影響は大幅に軽減される。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブロック図で、図３とは別の光電変換回路を用いた場合の例である。ラマン増幅系２００からの信号は光サーキュレータ８を介して第３の光ファイバを伝達し、第１のｐｉｎフォトダイオード１４に入力され、第１のｐｉｎダイオード１４で検知される。光ファイバからの信号光は分岐２０により参照信号として取り出され、第２のｐｉｎフォトダイオード１９によって検出される。第１のフォトダイオード１４，第２のｐｉｎフォトダイオード１９の出力パルスは差動増幅器２３で比較される。増幅されたパルスのみが差動増幅器の出力電気信号ＯＤとなって取り出される。図４の例は図３に比べて、参照用の分岐２０を必要とするので、信号光強度が減少する欠点がある。しかし、信号光が単一の光周波数でなく、複数の光周波数ωｓ１，ωｓ２，ωｓ３，・・・・・ωｓｎが使われる波長多重通信方式においても、図４の方法は有効である。この場合、ポンプ光周波数ωＬｊは一つの光周波数ωｓｊに同調され、且つその周波数内の一つのチャンネルのパルス列に同期するようにすれば、前述した（２）式の条件を満足する周波数ωｓｊの信号光のみが増幅され、その振幅が増大する。
【００３６】
本発明の第２の実施の形態に係る光信号処理システムにおいて、ポンプ光源は、複数の周波数ωｓ１，ωｓ２，ωｓ３，・・・・・ωｓｎに対応して、複数の異なる周波数ωＬ１，ωＬ２，ωＬ３，・・・・・ωＬｎの同期パルスを発生すべく複数個配置しても良い。即ち、ラマン導波路の光入射端に結合した第１の光導波路１０と、この第１の光導波路１０の一部に設けられた波長選別ファイバカップラと、この波長選別ファイバカップラを介して第１の光導波路１０に結合し、複数のポンプ光源の光をラマン導波路に入力する複数の第２の光導波路とを有するようにすればよい。さらに、図４において、第１の光導波路１０に光サーキュレータ８を介して結合した複数の第３の光導波路３２と、第１の光導波路１０に光サーキュレータを介して結合した第４の光導波路３４と、これらの複数の第３の光導波路３２にそれぞれ結合した複数の第１のｐｉｎフォトダイオード１４と、第４の光導波路３４に設けられた分岐２０と、分岐２０により、第４の光導波路３４から分岐した複数の第５の光導波路３５と、これらの複数の第５の光導波路３５にそれぞれ結合した複数の第２のｐｉｎフォトダイオード１９と、複数の第１及び第２のｐｉｎフォトダイオード１４，１９に接続された複数の差動増幅器２３を有するように構成すればよい。
【００３７】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３８】
例えば、上記の第１及び第２の実施の形態の説明においては、周波数ωＬのポンプ光及び周波数ωｓの多チャンネルパルス信号光が、第１の光ファイバ１０によりラマン導波路１１の光入射端１２に導入される場合を説明したが、第１の光ファイバ１０の代わりにリッジ構造や拡散層構造の半導体導波路を用いてもかまわない。同様に、第２乃至第５の光ファイバ１０の少なくともいずれかを半導体導波路としても良いことは勿論である。さらに、第１乃至第４、若しくは第１乃至第５の光ファイバのすべてを半導体導波路とし、これらをＧａＰ等の半導体基板上にモノリシックに集積化すれば、光集積回路を構成することも可能である。モノリシックに集積化する代わりに、ガラスエポキシ基板等の有機系基板、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や絶縁性金属基板等の基板の上にハイブリッドに集積化してもかまわない。
【００３９】
また、半導体ラマン増幅器として用いる半導体としては、上記のＧａＰ以外に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）等の種々の半導体が使用可能である。
【００４０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における光パルスの同期法を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光信号処理システムにおける光パルスを電気パルスに変換する手段を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光信号処理システムの概略を示すブロック図で、光パルスを電気パルスに変換する他の手段を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
４  ポンプ光源（半導体レーザダイオード）
５  パルス発生器
６  光電変換回路
８  光サーキュレータ
１０  第１の光導波路（第１の光ファイバ）
１１  ラマン導波路
１２  光入射端
１３  反射端
１４  ｐｉｎフォトダイオード（第１のｐｉｎフォトダイオード）
１９  第２のｐｉｎフォトダイオード
１５  ゲート回路
１６  基準電圧発生器
２０  分岐
２３  差動増幅器
３１  第２の光導波路（第２の光ファイバ）
３２  第３の光導波路（第３の光ファイバ）
３４  第４の光導波路（第４の光ファイバ）
３５  第５の光導波路（第５の光ファイバ）
１００  パルス振幅弁別回路
２００  ラマン増幅器系
【図１】
2007300092.tif 000003
【図２】
2007300092.tif 000004
【図３】
2007300092.tif 000005
【図４】
2007300092.tif 000006