(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、上記第１及び第２の光路を接続するループ光路を形成するための非線形光学媒質と、上記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた装置の製造方法であって、
（ａ）光ファイバをカットして複数の区間に分割するステップと、
（ｂ）上記非線形光学媒質を用いた３次非線形効果による変換帯域が最大になるように上記複数の区間を並べ替えてつなぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えた方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
上記ステップ（ｂ）は上記複数の区間の各々の分散値を測定するステップを含み、
上記非線形光学媒質の両端に近い側に比較的零分散波長のバラツキが小さい区間が配置されるように上記複数の区間が並べ替えられる方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
上記複数の区間の少なくとも一部は分散値の正負が交互になるようにつなぎ合わされる方法。
【請求項４】
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、上記第１及び第２の光路を接続するループ光路を形成するための非線形光学媒質と、上記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた装置の製造方法であって、
（ａ）光ファイバをカットして複数の区間に分割するステップと、
（ｂ）上記複数の区間の各々の分散値を測定するステップと、
（ｃ）上記非線形光学媒質を用いた３次非線形効果による所要の変換帯域を得るのに十分小さい分散値を有する区間だけを選んでつなぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えた方法。
【請求項５】
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、上記第１及び第２の光路を接続するループ光路を形成するための非線形光学媒質と、上記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた装置の製造方法であって、
（ａ）光ファイバの零分散波長の偏差を測定するステップと、
（ｂ）上記偏差が予め定められた範囲を超えている場合に上記光ファイバをカットし、カットされた各ファイバの零分散波長の偏差が上記範囲内に入るようにするステップと、
（ｃ）実質的に等しい零分散波長を有する上記光ファイバ又は上記カットされたファイバを選んでつなぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ゲート装置、該装置の製造方法及び該装置を備えたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来知られている光ゲート装置として、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型光ゲートがある。この光ゲートは、位相シフトを与えるための第１及び第２の非線形光学媒質を含むマッハツェンダ干渉計を例えば光導波路基板上に集積化して構成される。連続波（ＣＷ）光としてのプロープ光が等分配されて第１及び第２の非線形光学媒質に供給される。このとき、等分配されたプローブ光の干渉により出力光が得られないように干渉計の光路長が設定されている。
【０００３】
第１及び第２の非線形光学媒質の一方には更に光信号が供給される。光信号及びプローブ光のパワーを適切に設定することによって、光信号に同期する変換光信号がこの光ゲートから出力される。変換光信号はプローブ光と同じ波長を有している。
【０００４】
第１及び第２の非線形光学媒質の各々として半導体光アンプ（ＳＯＡ）を用いることが提案されている。例えば、波長１．５μｍ帯において、両端面を無反射化処理したＩｎＧａＡｓ−ＳＯＡを各非線形光学媒質として用い、これらをＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ基板上に集積化したものが作製されている。
【０００５】
従来知られている他の光ゲート装置として、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）がある。ＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続するループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている。
【０００６】
ループ光路の一部または全体を非線形光学媒質から構成するとともに、第１及び第３の光路にそれぞれプローブ光及び光信号を供給することによって、変換光信号が第２の光路から出力される。
【０００７】
ＮＯＬＭにおける非線形光学媒質としては光ファイバが一般的である。特に、非線形光学媒質としてＳＯＡを用いたＮＯＬＭはＳＬＡＬＯＭ（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）と称される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＺＩ型光ゲートは小型集積化の点で優れているが、その製造技術が確立されていないという問題がある。
【０００９】
非線形光学媒質としてＳＯＡを有する光ゲートにあっては、ＳＯＡで付加される増幅された自然放出光（ＡＳＥ）雑音の影響により信号対雑音比（ＳＮＲ）等の基本特性に影響を与えるという問題がある。
【００１０】
一方、ＮＯＬＭの場合には、所要の非線形光学効果を得るために長いファイバを必要とするので、波長分散による信号速度制限が生じる他、入力光信号の偏波状態に対する依存性やループ内での偏波変動に対する対策が難しいといった課題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、比較的短い光ファイバを非線形光学媒質として使用することを可能にする光ゲート装置、該装置の製造方法及び該装置を備えたシステムを提供することである。
【００１４】
本発明の他の側面によると、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続するループ光路を形成するための非線形光学媒質と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた装置の第１乃至第３の製造方法が提供される。
【００１５】
第１の製造方法は、（ａ）光ファイバをカットして複数の区間に分割するステップと、（ｂ）上記非線形光学媒質を用いた３次非線形効果による変換帯域が最大になるように上記複数の区間を並べ替えてつなぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えている。
【００１６】
第２の製造方法は、（ａ）光ファイバをカットして複数の区間に分割するステップと、（ｂ）上記複数の区間の各々の分散値を測定するステップと、（ｃ）上記非線形光学媒質を用いた３次非線形効果による所要の変換帯域を得るのに十分小さい分散値を有する区間だけを選んでつなぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えている。
【００１７】
第３の製造方法は、（ａ）光ファイバの零分散波長の偏差を測定するステップと、（ｂ）上記偏差が予め定められた範囲を超えている場合に上記光ファイバをカットし、カットされた各ファイバの零分散波長の偏差が上記範囲内に入るようにするステップと、（ｃ）実質的に等しい零分散波長を有する上記光ファイバ又は上記カットされたファイバを選んでつなぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付されている。
【００２０】
図１を参照すると、ＭＺＩ型光ゲート（従来技術）の構成が示されている。この光ゲートは、位相シフトを与えるための２つの非線形光学媒質ＮＬ−１及びＮＬ−２を含むマッハツェンダ干渉計を有している。波長λｐｒｏｂｅを有するプローブ光が非線形光学媒質ＮＬ−１及びＮＬ−２に均等に入力されている。プローブ光は連続波（ＣＷ）光あるいは光パルスであり得る。ここでは、プローブ光はＣＷ光であるとする。
【００２１】
波長λｓｉｇを有する光信号が非線形光学媒質ＮＬ−１及びＮＬ−２に非対称に入力される。ここでは、光信号は光パルスによって与えられ、光信号は一方の非線形光学媒質ＮＬ−１だけに入力されている。
【００２２】
図では、プローブ光及び光信号は同じ向きで入力されているが、これらが互いに対向するように入力されていてもよい。
光信号が入力されているときにおける非線形光学媒質ＮＬ−１及びＮＬ−２でのプローブ光の非線形位相シフトがそれぞれφ１及びφ２となるように設定される。マッハツェンダ干渉計の適切な光路長の設定によって、この光ゲートから出力される変換光信号の強度は［１−ｃｏｓ（φ１−φ２）］／２に比例する。変換光信号の波長はプローブ光の波長に等しい。即ちλｐｒｏｂｅである。
【００２３】
いま、非線形効果として光カー効果（プローブ光及び光信号による相互位相変調（ＸＰＭ））を用いるとすると、位相シフトφは（γＰＬ）2 に比例する。ここで、γは各非線形光学媒質の非線形係数、Ｐは各非線形光学媒質内における光パワー、Ｌは各非線形光学媒質における光カー効果の相互作用長である。
【００２４】
このように、位相シフトφは光パワーＰの二乗に比例するので、図１に示される光ゲートの入出力特性は図２に示されるようになる。
図２において、縦軸は変換光信号のパワーＰｏｕｔ、横軸は入力光信号のパワーＰｓｉｇである。横軸には入力パワーに対応する位相シフトが目盛られている。位相シフトが２ｎπ（ｎは整数）になるところで変換光信号のパワーＰｏｕｔは極小値を取る。その結果、入力光信号及びプローブ光のパワーを適切に設定することによって、入力光信号を変換光信号に変換することができる。このとき、波長はλｓｉｇからλｐｒｏｂｅ（λｐｒｏｂｅ≠λｓｉｇ）に変換されることになる。
【００２５】
ＭＺＩ型光ゲートを用いた波長変換においては、［１−ｃｏｓ（φ１−φ２）］／２に比例する形で変換が行なわれるので、特に入力光信号の雑音の抑圧が可能になる。
【００２６】
図３を参照すると、ＮＯＬＭ（従来技術）の構成が示されている。このＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路２及び４を含む第１の光カプラ６と、第１及び第２の光路２及び４を接続するループ光路８と、ループ光路８に方向性結合される第３の光路１０を含む第２の光カプラ１２とを備えている。
【００２７】
ループ光路８の一部または全部は非線形光学媒質ＮＬによって提供されている。第１の光カプラ６のカップリング比は１：１に設定される。
このＮＯＬＭの動作を簡単に説明すると、波長λｐｒｏｂｅを有するプローブ光が光カプラ６の第１の光路２に入力され、波長λｓｉｇを有する光信号が光カプラ１２の第３の光路１０に入力されたときに、波長λｐｒｏｂｅを有する変換光信号が光カプラ６の第２の光路４から出力されるというものである。
【００２８】
プローブ光は、光カプラ６によりパワーが等しい２成分に分けられ、これら２成分は、ループ光路８をそれぞれ時計回り及び反時計回りに伝搬し、非線形光学媒質ＮＬにより共に等しい位相シフトφを受けた後、光カプラ６により合成される。光カプラ６における合成に際して、２成分のパワーは等しく位相も一致しているので、合成により得られた光はあたかもミラーにより反射されるがごとく第１の光路２から出力され、ポート４からは出力されない。
【００２９】
ループ光路８の途中から光カプラ１２により光信号が入力されると、この光信号はループ光路８の一方向（図では時計回り）にだけ伝搬し、この方向に伝搬する光に対しては、オンパルスが通るときだけ非線形光学媒質ＮＬの非線形屈折率が変化する。従って、プローブ光の２成分が光カプラ６で合成されるに際して、光信号のオフパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は一致するが、光信号のオンパルスと同期した部分のプローブ光の２成分の位相は異なる。その位相差をΔφとすると、光カプラ６の第２の光路４には｛１−ｃｏｓ（Δφ）｝／２に比例する出力が得られる。
【００３０】
今、位相差がπになるように入力光信号のパワーを設定すれば、オンパルスのときに合成された２成分が第２の光路４だけから出力されるようなスイッチ動作が可能になる。このようにして、波長λｓｉｇの光信号から波長λｐｒｏｂｅの変換光信号への変換が行なわれる。この場合に雑音の抑圧が可能であることは、図１に示されるＭＺＩ型光ゲートと同様である。
【００３１】
図４は本発明によるＮＯＬＭの第１実施形態を示す図である。本発明によると、ループ光路８は非線形光学媒質としての光ファイバによって提供される。その光ファイバは、例えば、その光ファイバが偏波面保存能力を有する程度にその光ファイバの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を有している。特に、この実施形態では、ループ光路８を構成する光ファイバは、高非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）によって提供されている。それにより、超高速・超広帯域波長変換や雑音抑圧機能を用いた光２Ｒ中継等の光信号処理を実現可能にしている。ここで、「２Ｒ」はリシェイピング（波形等化）及びリアンプリフィケイション（振幅再生）の２つの機能を意味している。
【００３２】
図４に示される実施形態における光信号によるスイッチング動作は図３により説明した通りであるのでその説明を省略する。
光通信システムにおける光信号処理に適用可能な非線形光学効果としては、主に、２次非線形光学媒質中の三光波混合あるいは、３次非線形光学媒質中の自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）及び四光波混合（ＦＷＭ）等の光カー効果が考えられる。２次非線形光学媒質としては、ＩｎＧａＡｓ及びＬｉＮｂＯ3 等がある。３次非線形光学媒質としては、半導体光アンプ（ＳＯＡ）及び発振状態にある分布帰還レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）等の半導体媒質あるいは光ファイバが考えられる。
【００３３】
本発明では、特に光ファイバ内の光カー効果を用いる。光ファイバとしては単一モードファイバが適しており、特に波長分散が比較的小さい分散シフトファイバ（ＤＳＦ）が望ましい。
【００３４】
一般に、光ファイバの３次非線形係数γは、
γ＝ωｎ2 ／ｃＡeff                                 ・・・・・（１）
で表される。ここに、ωは光角周波数、ｃは真空中の光速を表し、ｎ2 及びＡeff は光ファイバの非線形屈折率及び有効コア断面積をそれぞれ表す。
【００３５】
従来のＤＳＦの非線形係数はγ＝２．６Ｗ-1ｋｍ-1程度と小さいので、十分な変換効率を得るためには数ｋｍ〜１０ｋｍ以上の長さが必要である。より短尺のＤＳＦで十分な変換効率を実現することができるとすれば、零分散波長を高精度に管理することが可能となり、高速・高帯域変換を実現することができる。
【００３６】
一般に、光ファイバの３次非線形効果を高めるためには、（１）式において非線形屈折率ｎ2 を大きくし、あるいは有効コア断面積Ａeff に対応するモードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくして光強度を高くするのが有効である。
【００３７】
非線形屈折率ｎ2 を大きくするためには、例えば、クラッドにフッ素等をドープしあるいはコアに高濃度のＧｅＯ2 をドープすればよい。コアにＧｅＯ2 を２５〜３０ｍｏｌ％ドープすることによって、非線形屈折率ｎ2 として５×１０-20 ｍ2 ／Ｗ以上の大きな値が得られている（通常のシリカファイバでは約３．２×１０-20 ｍ2 ／Ｗ）。
【００３８】
一方、ＭＦＤを小さくすることは、コア及びクラッド間の比屈折率差Δあるいはコア形状の設計により可能である。このようなＤＳＦの設計は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の場合と同様である。例えば、コアにＧｅＯ2 を２５〜３０ｍｏｌ％ドープし、且つ、比屈折率差Δを２．５〜３．０％に設定することによって、４μｍよりも小さなＭＦＤが得られている。そして、非線形屈折率ｎ2 を大きくすることとＭＦＤを小さくすることとの総合効果として、１５Ｗ-1ｋｍ-1以上の大きな非線形係数γを有する光ファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ）が得られている。
【００３９】
他に重要な要素として、上述のように大きな非線形係数γを有するＨＮＬ−ＤＳＦが、用いる波長帯で零分散を持つことである。この点に関しても各パラメータを以下のように設定することにより満足することができる。通常のＤＣＦにおいては、一般にＭＦＤを一定にした条件で比屈折率差Δを大きくすると、分散値は正常分散領域で大きくなる。一方、コア径を大きくすると分散は減少し、逆にコア径を小さくすると分散は大きくなる。従って、用いる波長帯においてＭＦＤをある値に設定した状態で、コア径を大きくしていくと分散を０とすることが可能である。
【００４０】
長さＬの光ファイバ中での光カー効果による位相シフトは、γＰP Ｌに比例する。ここに、ＰP は平均ポンプ光パワーである。従って、非線形係数γが１５Ｗ-1ｋｍ-1のファイバは通常のＤＳＦに比べて２．６／１５≒１／５．７程度の長さで同じ変換効率を達成可能である。上述のように通常のＤＳＦでは１０ｋｍ程度の長さが必要であるが、このように大きな非線形係数γを有するＨＮＬ−ＤＳＦにあっては、１〜２ｋｍ程度の長さで同様の効果が得られることになる。実用上は、ファイバが短くなる分損失も小さくなるので、同じ効率を得るために更にファイバを短くすることができる。このように短いファイバにおいては、零分散波長の制御性がよくなり、以下に説明するように極めて広帯域の変換が可能になる。更に、数ｋｍのファイバ長であれば、定偏波化が可能になり偏波面保存能力が確保されているので、ＨＮＬ−ＤＳＦの本発明への適用は、高い変換効率及び広い変換帯域を達成し且つ偏波依存性を排除する上で極めて有効である。
【００４１】
光ファイバを用いて光カー効果、特にＸＰＭを有効に発生させて、光信号から変換光信号への変換効率を高めるためには、プローブ光と光信号との間の位相整合をとる必要がある。図５によりこれを説明する。
【００４２】
図５は図４に示される第１実施形態における位相整合の説明図である。ここでは、光路２に供給される波長λｐｒｏｂｅのプローブ光及び光路１０に供給される波長λｓｉｇの光信号の各々が光パルスであると仮定する。プローブ光としての光パルスは、光カプラ６においてループ光路８を時計回りに伝搬する第１プローブパルスと反時計回りに伝搬する第２プローブパルスとに分岐される。また、光信号としての光パルスは、光カプラ１２を通って信号パルスとしてループ光路８内に時計回りに導入される。
【００４３】
ループ光路８における位相整合条件は、ループ光路８内を共に時計回りに伝搬する信号パルス及び第１プローブパルスのタイミングの一致性により与えられる。もし、信号パルス及び第１プローブパルスのタイミングが一致しない場合には、ＸＰＭによる光カーシフトが制限され、有効なスイッチ動作あるいはゲート動作が困難になる。
【００４４】
信号パルス及び第１プローブパルスの波長は異なるので、ループ光路８における信号パルス及び第１プローブパルスの群速度は異なり、結果としてループ光路８の長さに比例するタイミングずれが生じる。これを回避するためには、信号パルス及び第１プローブパルスの群速度が一致するような波長配置を選択することが望ましい。
【００４５】
タイミングずれを最小限に抑えるための最も有効な波長配置は、信号パルスの波長及び第１プローブパルスの波長をループ光路８の零分散波長に対して実質的に対称に位置させることにより得られる。零分散波長に近い広い帯域に渡って、波長分散はほぼ直線的に変化しており、上述の波長配置により信号パルス及び第１プローブパルスの群速度を一致させて、良好な位相整合条件を得ることができる。
【００４６】
このように、本発明のある側面によると、ループ光路の零分散波長をλ0 とするときに、λｓｉｇ＋λｐｒｏｂｅ＝２λ0 とすることによって、位相整合条件を得ることができ、光信号から変換光信号への変換効率を高めることができる。
【００４７】
しかし、このような波長配置をとっても、零分散波長自体がファイバ長手方向に変動していると、群速度間にずれが生じ、これが変換帯域及び変換可能な信号速度に制限を与える。このように、ファイバによる変換帯域は分散により制限されることになる。長手方向の分散が完全に制御され、例えば全長（正確には非線形長）に渡り唯一の零分散波長を有するファイバが作られたとすれば、プローブ光の波長と光信号の波長とをこの零分散波長に関して対称な位置に配置することにより事実上無限大の（分散の波長依存性が直線状である範囲で制限のない程広い）変換帯域が得られることになる。しかし、実際には、零分散波長が長手方向にばらつくため、位相整合条件が理想状態からずれ、これにより帯域が制限される。
【００４８】
広帯域化を実現するための第１の方法は、ＨＮＬ−ＤＳＦを用いることである。ＨＮＬ−ＤＳＦを用いた場合には、１〜２ｋｍ程度の長さで十分な変換が可能になるので、分散の制御性がよくなり、広帯域特性を得やすい。その際、特に光カー効果の発生効率が高い入力端付近の零分散波長のばらつきを小さく抑えることができれば、最も効率よく帯域を拡大可能である。更に、ファイバを複数の小区間に分割し、零分散波長が似ている区間同士をスプライス等により繋ぎ合わせていく（当初のファイバ端から数えた順番とは違う順番で）ことにより、全長における平均分散は同じであるにも係わらず、広い変換帯域を得ることができる。
【００４９】
あるいは又、十分広い変換帯域を得るのに必要な程度に高精度な分散制御が可能な長さ（例えば数１００ｍ以下）のファイバを予め多数用意しておき、所要の零分散波長のものを組み合わせてスプライスして、所要の変換効率を得るのに必要な長さのファイバを作ることも可能である。
【００５０】
このようにして変換帯域を拡大する場合には、光強度の高い入力端（例えば非線形光学媒質の両端）付近に零分散波長のばらつきの少ない部分を集めるのが有効である。また、必要に応じて順次分割数を増やしたり、入力端から離れた位置で比較的分散の大きな部分では、分散の正負を交互に配置する等により小区間を適切に組み合わせることによって、更に変換帯域を拡大することができる。
【００５１】
光ファイバを分割するに際して各区間をどの程度短くすれば十分か否かの目安としては、例えば、非線形長を基準にすればよい。非線形長に比べて十分短いファイバ内でのＦＷＭにおいては、位相整合はそのファイバの平均分散値に依存すると考えることができる。一例として、非線形係数γが２．６Ｗ-1ｋｍ-1のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いたＦＷＭにおいては、非線形長は１２．８ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち１ｋｍ程度が１つの目安となる。他の例としては、非線形係数γが１５Ｗ-1ｋｍ-1のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いたＦＷＭにおいては、非線形長は２．２ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち２００ｍが１つの目安となろう。いずれにしても、非線形長に比べて十分短いファイバの平均零分散波長を測定し、ほぼ同じ値のものを組み合わせて所要の変換効率のファイバを構成すれば、広い変換帯域を得ることができる。
【００５２】
このように、本発明によると、光ゲートの機能を得るために非線形光学媒質を有するＮＯＬＭを製造するための第１の方法が提供される。この方法では、まず、光ファイバがカットされて複数の区間に分割され、次いで、非線形光学媒質を用いた３次非線形効果による変換帯域が最大になるように複数の区間が並べ換えられて繋ぎ合わされることにより非線形光学媒質が得られる。この非線形光学媒質を用いてＮＯＬＭを構成し、プローブ光を用いて光信号を変換光信号に変換したときに、広い変換帯域を得ることができる。
【００５３】
望ましくは、複数の区間の各々の分散値が測定され、非線形光学媒質の入出力端に近い側に比較的零分散波長のばらつきが小さい区間が配置されるように複数の区間が並べ換えられる。これにより、光パワーが高い部分で効果的に位相整合条件を得ることができるので、変換帯域が効果的に拡大される。
【００５４】
望ましくは、複数の区間の少なくとも一部は分散値の正負が交互になるように繋ぎ合わされる。これにより、光ファイバの各部分の平均分散を小さく抑えることができるので、変換帯域の効果的な拡大が可能になる。
【００５５】
また、本発明によると、光ゲートの機能を得るために非線形光学媒質を有するＮＯＬＭを製造するための第２の方法が提供される。この方法では、まず、光ファイバがカットされて複数の区間に分割され、次いで、複数の区間の各々の分散値が測定され、その後、非線形光学媒質を用いた３次非線形効果による所要の変換帯域を得るのに十分小さい分散値を有する区間だけが選ばれて繋ぎ合わされることにより非線形光学媒質が得られる。この非線形光学媒質を用いてＮＯＬＭを構成し、プローブ光を用いて光信号を変換光信号に変換することによって、広い変換帯域を得ることができる。
【００５６】
本発明による第１及び第２の方法の各々においては、最初に光ファイバがカットされて複数の区間に分割されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、次のように必要に応じて光ファイバを切断することもできる。
【００５７】
即ち、本発明によると、光ゲートの機能を得るために非線形光学媒質を有するＮＯＬＭを製造するための第３の方法が提供される。この方法では、まず、光ファイバの零分散波長の偏差が測定され、次いで、測定された偏差が予め定められた範囲を超えている場合に光ファイバがカットされ、カットされた各ファイバの零分散波長の偏差が予め定められた範囲内に入るようにされ、その後、実質的に等しい零分散波長を有する光ファイバ又はカットされたファイバが選ばれて、選ばれたファイバを繋ぎ合わせることにより非線形光学媒質が得られる。この非線形光学媒質を用いてＮＯＬＭを構成し、プローブ光を用いて光信号を変換光信号に変換することによって、広い変換帯域を得ることができる。
【００５８】
零分散波長の測定は、例えば、零分散波長に従ってＦＷＭの発生効率が異なることを用いて行なうことができる。一般に、波長分散は、群速度の波長依存性を測定することにより求めることができるのであるが、ＦＷＭにおける位相整合はポンプ光波長と零分散波長とが一致するときに最良の条件となるので、零分散波長は、ポンプ光と信号光の波長差を例えば１０〜２０ｎｍ程度の比較的大きな一定の値にした状態でポンプ光波長に対するＦＷＭの発生効率を測定し、最大の発生効率を与えるポンプ光波長として求めることができる。
【００５９】
また、ＦＷＭの発生効率はポンプ光の強度の二乗に比例する。従って、零分散波長が光ファイバの長手方向に変化している場合、一般的には、信号光及びポンプ光を光ファイバの一方の端面から入力した場合と他方の端面から入力した場合とで異なる零分散波長が測定される。従って、これら２つの零分散波長の測定値に基づいてその光ファイバの零分散波長の偏差を求めることができる。具体的には次の通りである。
【００６０】
図６を参照すると、零分散波長の偏差が小さい非線形光学媒質を製造するためのプロセス１４が示されている。ステップ１６においては、零分散波長の許容範囲Δλ0 が決定される。範囲Δλ0 は、所要の変換帯域からシステムの要求特性として決定することができ、その具体的な値は例えば２ｎｍである。
【００６１】
次いでステップ１８では、零分散波長の偏差δλが測定される。例えば、光ファイバＦ１が与えられると、前述したＦＷＭの発生効率により、信号光及びポンプ光を光ファイバＦ１の第１端から入力した場合に得られる零分散波長λ01と、光ファイバＦ１の第２端から信号光及びポンプ光を入力した場合に得られる零分散波長λ02とが測定される。この場合、｜λ01−λ02｜をもって零分散波長の偏差δλの代替値とすることができる。
【００６２】
続いてステップ２０で、偏差δλが範囲Δλ0 よりも小さいか否かが判断される。ここでは、Δλ0 ≦δλであるとして先のフローを説明すると、ステップ２２では、光ファイバＦ１がカットされて光ファイバＦ１Ａ及びＦ１Ｂに２分割される。
【００６３】
ステップ２２の後ステップ１８に戻り、光ファイバＦ１Ａ及びＦ１Ｂの各々について偏差δλが測定され、各測定値についてステップ２０で判断がなされる。ここでは、各偏差δλがΔλ0 より小さいとすると、このフローは終了する。尚、ステップ２２における光ファイバＦ１のカット位置は任意であり、従って、光ファイバＦ１Ａ及びＦ１Ｂの長さは等しいかも知れないし異なるかも知れない。
【００６４】
上述の説明では、ステップ１８及び２０が繰り返されているが、ステップ１８及び２０は繰り返されないかも知れないし更に多く繰り返されるかも知れない。例えば、零分散波長の偏差が小さい光ファイバＦ２が与えられた場合には、ステップ２０における１回目の判断で条件が満たされ、この場合には光ファイバＦ２はカットされない。一方、零分散波長が長手方向に大きくばらついている光ファイバＦ３が与えられると、光ファイバＦ３は最初のステップ２２で光ファイバＦ３Ａ及びＦ３Ｂに分割され、２度目の判断ステップ２０で光ファイバＦ３Ａは条件を満たすものの光ファイバＦ３Ｂが条件を満たさない場合には、２度目のステップ２２において光ファイバＦ３Ｂが光ファイバＦ３Ｂ１及びＦ３Ｂ２に分割されてこのプロセス１４が終了するかも知れない。この場合、オリジナルの光ファイバＦ３から３つの光ファイバＦ３Ａ，Ｆ３Ｂ１及びＦ３Ｂ２が得られており、各ファイバの零分散波長の偏差は許容範囲Δλ0 よりも小さくなっていることとなる。
【００６５】
このようにして得られた複数の光ファイバ片（光ファイバＦ１Ａ，Ｆ１Ｂ，…）を零分散波長の値毎に整理しておき、実質的に等しい零分散波長を有する光ファイバ片を選んで繋ぎ合わせて所要の変換効率を得ることができる長さにすることによって、長手方向における零分散波長のばらつきが極めて小さい非線形光学媒質を得ることができる。この非線形光学媒質を用いてＮＯＬＭを構成することによって、広い変換帯域を得ることができる。
【００６６】
零分散波長λ01及びλ02の値がほぼ一致しているとしても、零分散波長の長手方向のばらつきが大きい光ファイバがあるかも知れない。例えば、零分散波長の長手方向の分布が光ファイバの長手方向の中央に対して対称な場合である。このような場合には、プロセス１４に先立って、その光ファイバを少なくとも２つの光ファイバ片に分割することを行なって、各光ファイバ片についてプロセス１４を適用すればよい。あるいは、プロセス１４を複数回繰り返してもよい。
【００６７】
尚、ＦＷＭの発生には、ファイバの零分散波長とポンプ光の波長とがほぼ一致するように設定するのが有効であるが、その際、ポンプ光、信号光あるいは変換光のパワーがファイバ内の誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）のしきい値を超えると、ＦＷＭの発生効率が低下する。ＳＢＳの影響を抑圧するためには、ポンプ光又は信号光について周波数変調又は位相変調を行なえばよい。その際の変調速度は数１００ｋＨｚ程度で十分であり、信号光の信号速度がＧｂ／ｓ以上の高速信号である場合には変調による影響はほとんどない。
【００６８】
図４に示される実施形態では、ループ光路８をＨＮＬ−ＤＳＦから構成している。ＨＮＬ−ＤＳＦにあっては、従来のＤＳＦに比べて３次非線形係数を５〜１０倍に大きくすることが可能であるため、位相差Δφをπとするために必要な光パワーと長さの積を１／５〜１／１０にすることが可能である。従って、同じ信号パワーに対する所要長も１／５〜１／１０で足り、その結果１ｋｍあるいはそれ以下の長さで十分な特性を得ることができる。その結果、波長分散による信号速度制限が少なくしかも入力光信号の偏波状態に対する依存性を排除することができ、ループ光路８内における偏波変動に対する対策が不要なＮＯＬＭの提供が可能になる。
【００６９】
図７は本発明によるＮＯＬＭの第２実施形態を示す図である。ここでは、ループ光路８は、各々位相シフトΔφ／２を与える半部分８−１及び８−２からなる。半部分８−１及び８−２の各々は、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）型に構成されるＨＮＬ−ＤＳＦからなる。
【００７０】
半部分８−１及び８−２の両方により与えられる位相シフトはΔφとなるので、図４の実施形態と同じようにして光ゲートの機能が可能である。
特にこの実施形態では、ループ光路８の中点即ち半部分８−１及び８−２の接続点に偏波状態を直交させるためのλ／２板機能２４を付加している。このλ／２板機能２４は、例えば、半部分８−１及び８−２の主軸が互いに直交するようにこれらをスプライス接続することにより得られる。
【００７１】
これにより、変換効率が入力光信号の偏波状態に依存しなくなり、しかも、λ／２板機能２４が付加されているので、各偏波保持ファイバの２偏波モード間の群速度の違いに起因する偏波分散を抑圧することができる。
具体的には、光カプラ６を介してループ光路８に導入されるプローブ光の偏波面を各偏波保持ファイバの主軸に対して４５°傾斜させておくことによって、光カプラ１２からループ光路８に導入される光信号の偏波状態に依存しない変換効率を得ることができる。
【００７２】
尚、変換効率は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号のパワーと光カプラ６を介してループ光路８から取り出される変換光信号のパワーとの比により定義される。
【００７３】
図８は本発明によるＮＯＬＭの第３実施形態を示す図である。ＮＯＬＭにおける光ゲートの動作は、光カー効果、特にＸＰＭにおける位相シフトの大きさに依存するため、ループ光路８に導入される入力光信号及びプローブ光のパワーを調節し得るようにしておくことが望ましい。そこで、この実施形態では、プローブ光のパワーを調節するためにパワーコントローラ２６を設け、入力光信号のパワーを調節するためにパワーコントローラ２８を設けている。
【００７４】
パワーコントローラ２６及び２８の各々としては、可変光アッテネータあるいは可変利得を有する光アンプを用いることができる。
また、プローブ光、信号光、あるいは変換光の帯域外の雑音光を抑圧するために、光フィルタ３０，３２及び３４が用いられている。光フィルタ３０は、光カプラ６からループ光路８に導入されるプローブ光に作用させるために、パワーコントローラ２６と光カプラ６の第１の光路２との間に設けられている。光フィルタ３０としては、プローブ光の波長λｐｒｏｂｅを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを用いることができる。
【００７５】
光フィルタ３２は、光カプラ１２を介してループ光路８に導入される入力光信号に作用させるために、パワーコントローラ２８と光カプラ１２の第３の光路１０との間に設けられている。光フィルタ３２としては、入力光信号の波長λｓｉｇを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタあるいはプローブ光の波長λｐｒｏｂｅを含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。このような光帯域阻止フィルタを用いた場合にもＳＮＲが改善されるのは、一般に光ゲートの処理を行なうべき光信号は伝送によりＡＳＥ雑音を伴っているので、変換光信号の波長λｐｒｏｂｅの近傍で予めＡＳＥ雑音の成分を除去しておくことによって、変換光信号のＳＮＲが改善されるからである。
【００７６】
光フィルタ３４は、ループ光路８から光カプラ６を介して出力される変換光信号に作用させるために、光カプラ６の第２の光路４に接続されている。光フィルタ３４としては、変換光信号の波長λｐｒｏｂｅを含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタあるいは入力光信号の波長λｓｉｇを含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタを用いることができる。
【００７７】
尚、各フィルタの通過帯域あるいは阻止帯域の中心波長は、プローブ光の中心波長あるいは入力光信号の中心波長に一致する。
また、各フィルタの通過帯域又は阻止帯域の幅は、入力光信号の帯域にほぼ等しいかそれよりも僅かに広い。
【００７８】
各フィルタの具体例としては、誘電体多層膜フィルタ、ファイバグレーティングフィルタ等を用いることができる。
図９は本発明によるＮＯＬＭの第４実施形態を示す図である。ここでは、プローブ光のパワーを調節するためのパワーコントローラ２６と入力光信号のパワーを調節するためのパワーコントローラ２８とが制御回路３６により自動制御される。制御回路３６は、例えば、光カプラ３８により光カプラ６の第２の光路４から抽出された変換光信号の一部を受けるパワーモニタ４０の出力信号に基づき、パワーモニタ４０により検出された変換光信号のパワーが大きくなるようにパワーコントローラ２６及び２８の少なくともいずれか一方を制御する。
【００７９】
その代わりに、制御回路３６は、例えば、光カプラ４２により光カプラ６の第１の光路２からプローブ光と逆向きに出力される光の一部を受けるパワーモニタ４４の出力信号に基づき、パワーモニタ４４により検出されるパワーが小さくなるようにパワーコントローラ２６及び２８の少なくともいずれか一方を制御するようにしてもよい。
【００８０】
この構成によると、ループ光路８において適切な位相差が生じるように入力光信号及びプローブ光の少なくともいずれか一方のパワーを制御することができるので、自動的に高い変換効率を維持することができる。
【００８１】
図１０は本発明によるシステムの第１実施形態を示す図である。このシステムは、本発明による光ゲート装置４６を有している。光ゲート装置４６は、本発明によるＮＯＬＭの種々の実施形態により提供され得る。光ゲート装置４６は、プローブ光のための入力ポート４６Ａと、変換光信号のための出力ポート４６Ｂと、入力光信号のための入力ポート４６Ｃとを有している。ポート４６Ａ，４６Ｂ及び４６Ｃはそれぞれ例えば図４に示される第１乃至第３の光路２，４及び１０に対応している。
【００８２】
ポート４６Ａにはプローブ光源４８が接続されており、プローブ光源４８から出力されたプローブ光Ｅｐｒｏｂｅは光ゲート装置４６に供給される。
ポート４６Ｃには第１の光ファイバ伝送路５０が接続されており、光ファイバ伝送路５０により伝送された光信号Ｅｓが光ゲート装置４６に供給される。
【００８３】
ポート４６Ｂには第２の光ファイバ伝送路５２が接続されており、光ファイバ伝送路５２は光ゲート装置４６から出力された変換光信号Ｅｃを伝送する。
特にこの実施形態では、第１の光ファイバ伝送路５０に光信号Ｅｓを供給するために送信局５４が設けられており、第２の光ファイバ伝送路５２により伝送された変換光信号Ｅｃを受けるために受信局５６が設けられている。
【００８４】
送信局５４における光信号の変調方法としては、例えば光振幅（強度）変調が採用される。この場合、受信局５６における復調は、例えば直接検波を採用することができる。
【００８５】
光ファイバ伝送路５０及び５２の各々としては、単一モードのシリカファイバ、１．３μｍ零分散ファイバ、１．５５μｍ分散シフトファイバ等を用いることができる。
【００８６】
光ゲート装置４６において非線形光学媒質として用いられるＨＮＬ−ＤＳＦを単一モード型に構成し、そのモードフィールド径を光ファイバ伝送路５０及び５２の各々のモードフィールド径よりも小さくすることによって、ＨＮＬ−ＤＳＦの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を得ることができる。
【００８７】
このシステムによると、光ゲート装置４６において、光信号Ｅｓ及びプローブ光Ｅｐｒｏｂｅに基づく光ゲート動作が可能になると共に、その光ゲート動作に従って、第１の光ファイバ伝送路５０からの光信号Ｅｓについて波長変換を行い得られた変換光信号Ｅｃを第２の光ファイバ伝送路５２により伝送することができる。
【００８８】
図示はしないが、光ファイバ伝送路５０及び５２を含む光路上に単一又は複数の光増幅器が設けられていてもよい。各光増幅器としてエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられている場合、各光増幅器ではＡＳＥ雑音が発生しこれが累積するので、図１０に示されるシステムでは、前述した光ゲート装置４６における雑音抑圧の原理に従って、ＳＮＲが改善される。
【００８９】
この実施形態では、光ゲート装置４６を中継器として用いているが、受信局５６内に光ゲート装置を設けることによって、受信感度を改善することができる。
図示はしないが、図１０に示されるシステムは、光ファイバ伝送路５０及び５２の少なくともいずれか一方の分散を補償するための分散補償器を更に備えていてもよい。分散補償器は、例えば、各光ファイバ伝送路の分散と逆符号の分散を与える。分散補償器の分散の絶対値は、例えば、受信局５６における受信状態が最適になるように調整される。分散補償器を用いることによって、光ファイバ伝送路で生じる波長分散を抑圧することができるので、長距離の伝送が可能になる。
【００９０】
図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示す図である。ここでは、第１の光ファイバ伝送路５０の入力端は光マルチプレクサ５８に接続されている。光マルチプレクサ５８には、光送信機６０（＃１，…，＃４）から出力された４チャネルの光信号ＥS1，…，ＥS4がそれぞれ光遅延回路６２（＃１，…，＃４）により時間軸上の位置を調節された後に供給されている。
【００９１】
光信号ＥS1，…，ＥS4の波長はそれぞれλS1，…，λS4であり、互いに異なる。光信号ＥS1，…，ＥS4はデータの繰り返し時間Ｔに比べて十分短い時間幅を有する短パルスによる強度変調により得られている。これらの光信号は、光遅延回路６２（＃１，…，＃４）により順にＴ／４の時間だけシフトさせられる。従って、光マルチプレクサ５８からは、時間軸上で一致しない波長分割多重信号となる。
【００９２】
このような波長分割多重信号が光ゲート装置４６に供給されると、４チャネルの波長全てがプローブ光の波長λｐｒｏｂｅに変換されるので、光ゲート装置４６から光ファイバ伝送路５２に出力される変換光信号は、時分割多重信号となる。
【００９３】
このように、図１１に示されるシステムによると、波長分割多重信号を時分割多重信号に変換することができる。
ここでは、４チャネルの波長分割多重信号を用いているが、チャネル数は４には限定されない。例えば、Ｎ（Ｎは１より大きい整数）チャネルの波長分割多重信号が用いられている場合には、Ｎチャネルの時分割多重信号が得られる。この場合、Ｎ台の光遅延回路が用いられ、これらにおける時間シフトはＴ／Ｎに設定される。
【００９４】
図１２は本発明によるシステムの第３実施形態を示す図である。ここでは、図１１に示されるシステムにおいて得られた時分割多重信号が第１の光ファイバ伝送路５０により光ゲート装置４６に供給され、プローブ光源４８からは時分割多重信号のいずれかのチャネルに同期した光パルスによって与えられるプローブ光が光ゲート装置４６に供給されている。
【００９５】
こうすると、プローブ光に同期したチャネルの光信号だけが光ゲート装置４６において変換光信号に変換されるので、時分割多重信号についてのデマルチプレキシングあるいはアッド／ドロップの動作が可能になる。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、比較的短い光ファイバを非線形光学媒質として使用することを可能にする光ゲート装置、該装置の製造方法及び該装置を備えたシステムの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はＭＺＩ型光ゲート（従来技術）の構成を示す図である。
【図２】図２は図１に示される光ゲートの入出力特性を示す図である。
【図３】図３はＮＯＬＭ（従来技術）の構成を示す図である。
【図４】図４は本発明によるＮＯＬＭの第１実施形態を示す図である。
【図５】図５は図４に示される第１実施形態における位相整合の説明図である。
【図６】図６は本発明による方法の実施形態を示す図である。
【図７】図７は本発明によるＮＯＬＭの第２実施形態を示す図である。
【図８】図８は本発明によるＮＯＬＭの第３実施形態を示す図である。
【図９】図９は本発明によるＮＯＬＭの第４実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は本発明によるシステムの第１実施形態を示す図である。
【図１１】図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示す図である。
【図１２】図１２は本発明によるシステムの第３実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２  第１の光路
４  第２の光路
６  第１の光カプラ
８  ループ光路
１０  第２の光路
１２  第２の光カプラ
ＮＬ  非線形光学媒質
【図１】
0003989627.tif 000002
【図２】
0003989627.tif 000003
【図３】
0003989627.tif 000004
【図４】
0003989627.tif 000005
【図５】
0003989627.tif 000006
【図６】
0003989627.tif 000007
【図７】
0003989627.tif 000008
【図８】
0003989627.tif 000009
【図９】
0003989627.tif 000010
【図１０】
0003989627.tif 000011
【図１１】
0003989627.tif 000012
【図１２】
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