(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個の低次群信号チャネルからなる時分割多重信号光パルス列が入力される入力端と、
前記低次群信号チャネルの基本周波数と等しい繰り返し周波数を有すると共に、前記Ｎ個の時分割多重信号光パルスが占有する時間領域をカバーするパルス幅を有し、前記時分割多重信号光パルス列とは異なる波長を有し、前記時分割多重信号光パルス列と同期しており、かつ、その光周波数が時間的に単調に変化するチャープを有する局発チャーブクロック光を発生させる局発光パルス光源と、
前記時分割多重信号光パルス列と前記局発チャーブクロック光を合波して出力する光合波手段と、
前記時分割多重信号光パルス列から前記局発チャーブクロック光に対する相互位相変調を利用して前記局発チャーブクロック光の有するチャープを変調し、前記時分割多重信号光パルス列の各パルスを互いに異なる波長に変換する非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質を伝搬した光から前記時分割多重信号光パルス列の低次群信号チャネルに対応する光周波数の制御光パルスを分波する光分波手段と、
を具備する全光型シリアル−パラレル変換回路において、
前記非線形光学媒質が正の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をアップチャープとし、前記非線形光学媒質が負の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をダウンチャープとし、前記入力端の時分割多重信号光パルスの符号と論理反転した符号の信号を出力することを特徴とする全光型シリアル−パラレル変換回路。
【請求項２】
Ｎ個の低次群信号チャネルからなる時分割多重信号光パルス列が入力される入力端と、
前記低次群信号チャネルの基本周波数と等しい繰り返し周波数を有すると共に、前記Ｎ個の時分割多重信号光パルスが占有する時間領域をカバーするパルス幅を有し、前記時分割多重信号光パルス列とは異なる波長を有し、前記時分割多重信号光パルス列と同期しており、かつ、その光周波数が時間的に単調に変化するチャープを有する局発チャーブクロック光を発生させる局発光パルス光源と、
前記時分割多重信号光パルス列と前記局発チャーブクロック光を合波して出力する光合波手段と、
前記時分割多重信号光パルス列から前記局発チャーブクロック光に対する相互位相変調を利用して前記局発チャーブクロック光の有するチャープを変調し、前記時分割多重信号光パルス列の各パルスを互いに異なる波長に変換する非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質を伝搬した光から前記時分割多重信号光パルス列の低次群信号チャネルに対応する光周波数の制御光パルス列を分波し、この制御光パルス列を前記時分割多重信号光パルス列に代わる波長分割多重信号光パルス列として出力する光分波手段と、
を具備する全光型シリアル−パラレル変換回路において、
前記非線形光学媒質が正の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をアップチャープとし、前記非線形光学媒質が負の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をダウンチャープとし、前記入力端の時分割多重信号光パルスの符号と論理反転した符号の信号を出力することを特徴とする全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路。
【請求項３】
前記光分波手段は、入力光をＮ分岐する光分岐器と、
前記光分岐器によって分岐された光を透過させるＮ個の光バンドパスフィルタと、該光バンドパスフィルタの各出力を結合する光結合器とからなることを特徴とする請求項２に記載の全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路。
【請求項４】
前記光分波手段は、アレイ導波路格子を用いた１入力Ｎ出力の光分波器に、さらにアレイ導波路格子を接続して構成したことを特徴とする請求項２に記載の全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非線形光学効果を利用して、時間軸上で直列に送信される超高速の時分割多重信号光を時間軸上で並列な複数の時分割多重信号光に変換する全光シリアル−パラレル変換回路および時分割多重信号光を波長分割多重信号光に変換する全光型ＴＤＭ（光時分割多重）−ＷＤＭ（波長分割多重）変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に、従来の全光型シリアル−パラレル変換回路の構成例を示す（特願平10-199298号参照）。信号光パルスをガウシアン型の時間強度波形を有するものとし、これらのうち、１つの信号光パルスと、局発チャーブクロック光（局発光クロックパルス）がその１つの信号光パルスと時間的に重なる部分のみに着目する。非線形光学媒質３は正の非線形屈折率を持つとする。
図９に信号光パルスと局発チャーブクロック光の時間軸上での関係を示す。ここで、局発チャーブクロック光は光周波数が先端部（νL）から後端部（νT）へ線形に減少する線形ダウンチャープ（νL＞νT）を有する。また、入力信号光パルスの中心と局発チャーブクロック光の周波数ν0の部分は時間軸上でt0において重なる。この時、非線形光学媒質３において、相互位相変調により信号光パルスによって局発チャーブクロック光に誘起される光周波数シフトを図１０（b）に示す。
【０００３】
すなわち、信号光パルスの中心部（図１０（b）において破線で示した領域）において、局発チャーブクロック光は時間に対して周波数がほぼ線形に増加するブルーシフトの光周波数変化（アップチャープ）を受ける。従って、局発チャーブクロック光が有するダウンチャープは信号光から受けるアップチャープにより補償され、結果として、信号光の中心と時間的に重なる光周波数ν0前後の光周波数成分がν0へ変換され、ν0近傍のスペクトル強度が増大する。この様子を図（d）に示す。図１１（c）は信号光により相互位相変調を受けた局発チャーブクロック光の時間分解分光スペクトルを示す。また、図１１（a）、（b）はそれぞれ信号光による周波数シフトを受けていない局発チャーブクロック光の時間分解分光スペクトルおよび光スペクトル強度分布を示す。
【０００４】
図１１（b）、（d）より、局発チャーブクロック光の光周波数ν0成分の強度は、信号光の有無によりP1およびP0となることが分かる。従って、局発光クロックパルスを光周波数ν0近傍を透過させる光バンドパスフィルタで切り出すことによって信号光の有無により強度変調を受けた光パルス列を得ることができる。
【０００５】
以上、１つの信号光パルスと、それと重なる局発チャーブクロック光の一部分について説明したが、個々の信号光パルスは局発チャーブクロック光の異なる波長を有する部分と時期的に重なるため、上記の光スペクトル強度の変調は同時に異なる波長において並列的に行われる。結果として、時分割多重された入力信号光パルス列は異なる波長に展開された波長分割多重信号光に変換され、全光シリアル−パラレル変換が行われたことになる。またそれらを互いに分波する波長フィルタを用いれば、全光時分割分離回路となる。
【０００６】
なお、本説明では、非線形光学媒質３が正の非線形屈折率を有する場合について述べたが、非線形光学媒質３が負の非線形屈折率を有する場合は、局発チャーブクロック光をパルスの先端部の光周波数が後端部より小さいアップチャープとすることにより上記と全く同様の動作となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の全光型シリアル−パラレル変換回路は、図１１（b）および（d）に示したように、信号光パルスが局発チャーブクロック光と時間軸上で重なる部分において、局発チャーブクロック光の光強度を増幅させることを利用して、信号を局発チャーブクロック光の対応する周波数成分に波長変換できることを利用している。従って、波長変換されたバイナリデータのon/off消光比は図１１（b）および（d）からP1/P0となる。通常、外部変調器を利用して生成されるバイナリデータのon/off消光比は20dB程度であるが、従来の全光型シリアル−パラレル変換回路では５dB程度と小さく、符号誤り率の劣化を生じさせていた。
【０００８】
本発明は、上述した問題を解決するために為されたものであり、局発チャーブクロック光のチャープ変調を利用した全光型シリアル−パラレル変換回路のon/off消光比を改善し、S/N劣化の小さい全光型シリアル−パラレル変換回路および全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、Ｎ個の低次群信号チャネルからなる時分割多重信号光パルス列が入力される入力端と、前記低次群信号チャネルの基本周波数と等しい繰り返し周波数を有すると共に、前記Ｎ個の時分割多重信号光パルスが占有する時間領域をカバーするパルス幅を有し、前記時分割多重信号光パルス列とは異なる波長を有し、前記時分割多重信号光パルス列と同期しており、かつ、その光周波数が時間的に単調に変化するチャープを有する局発チャーブクロック光を発生させる局発光パルス光源と、前記時分割多重信号光パルス列と前記局発チャーブクロック光を合波して出力する光合波手段と、前記時分割多重信号光パルス列から前記局発チャーブクロック光に対する相互位相変調を利用して前記局発チャーブクロック光の有するチャープを変調し、前記時分割多重信号光パルス列の各パルスを互いに異なる波長に変換する非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質を伝搬した光から前記時分割多重信号光パルス列の低次群信号チャネルに対応する光周波数の制御光パルスを分波する光分波手段とを具備する全光型シリアル−パラレル変換回路において、前記非線形光学媒質が正の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をアップチャープとし、前記非線形光学媒質が負の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をダウンチャープとし、前記入力端の時分割多重信号光パルスの符号と論理反転した符号の信号を出力することを特徴とする全光型シリアル−パラレル変換回路である。
【００１０】
上記全光型シリアル−パラレル変換回路は、図８に示した従来の構成において、局発チャーブクロック光に与えるチャープを、非線形光学媒質の非線形屈折率n2が正の場合はアップチャープとし、負の場合はダウンチャープとすることを特徴としている。
【００１１】
非線形光学媒質の非線形屈折率n2が正の場合について説明する。図２に本発明における光周波数スペクトルとその時間分解スペクトルを、非線形光学媒質の前（（a），（b））と後（（c），（d））について示す。
図２（b）に示すように、本発明では、局発チャーブクロック光に与えるチャープを従来と逆のアップチャープ（光周波数がパルスの先端部から後端部へ時間と共に増加する）とする。従来は局発チャーブクロック光のチャープが補償されて、信号光パルスと時間的に重なる部分の光周波数成分の強度が増幅されていた（図１１（d）参照）。これと対照的に、本発明では図２（d）に示すように、対応する光周波数成分（ν0）が削り取られて減少する。従来技術では光周波数ν0近傍の光エネルギーをν0成分に変換している。ν0近傍の光エネルギーには限りがあるため、ν0成分の増幅率を大きくすることは難しく、on/off消光比は通常、約５dB以下である。一方、本発明ではこれとは逆に光周波数ν0のスペクトル成分のエネルギーを近傍の周波数成分に変換することによりν0成分を減衰させている。減衰量は基本的に相互位相変調による周波数シフト量が大きくなる程大きくなるため、もとの光強度（P0）に対する比率は従来構成と比較すると大きくすることができ20dB程度が可能である。
【００１２】
数値シミュレーションの結果を図３に示す。図３（a）および（b）は、それぞれ従来構成の場合および本発明の場合であり、非線形光学媒質から出力される局発チャーブクロック光の光スペクトルを示している。（ａ）と（ｂ）は局発チャーブクロック光のチャープの符号のみ（アップチャープかダウンチャープ）異なり、信号光パワーその他のパラメータは全く同じである。 on/off消光比を、
｜10・log（P1/P2）｜
なる式で定義すると、従来構成では2.2dBであるのに対して、本発明では12.0dBと約10dB改善されていることが分かる。また、図３より分かるように、変換された信号はもとの信号に対して論理が反転する。
【００１３】
以上述ベたように、本発明によって、局発チャーブクロック光のチャープ変調を利用した全光型シリアル−パラレル変換回路のon/off消光比を改善することが可能である。
なお、以上の説明では、非線形光学媒質の非線形屈折率n2が正の場合について説明したが、屈折率n2が負の場合、局発チャーブクロック光に与えるチャープをダウンチャープ（光周波数がパルスの先端部から後端部へ時間と共に減少する）に設定すれば、上記と同様の作用／効果を得ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、Ｎ個の低次群信号チャネルからなる時分割多重信号光パルス列が入力される入力端と、前記低次群信号チャネルの基本周波数と等しい繰り返し周波数を有すると共に、前記Ｎ個の時分割多重信号光パルスが占有する時間領域をカバーするパルス幅を有し、前記時分割多重信号光パルス列とは異なる波長を有し、前記時分割多重信号光パルス列と同期しており、かつ、その光周波数が時間的に単調に変化するチャープを有する局発チャーブクロック光を発生させる局発光パルス光源と、前記時分割多重信号光パルス列と前記局発チャーブクロック光を合波して出力する光合波手段と、前記時分割多重信号光パルス列から前記局発チャーブクロック光に対する相互位相変調を利用して前記局発チャーブクロック光の有するチャープを変調し、前記時分割多重信号光パルス列の各パルスを互いに異なる波長に変換する非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質を伝搬した光から前記時分割多重信号光パルス列の低次群信号チャネルに対応する光周波数の制御光パルス列を分波し、この制御光パルス列を前記時分割多重信号光パルス列に代わる波長分割多重信号光パルス列として出力する光分波手段とを具備する全光型シリアル−パラレル変換回路において、前記非線形光学媒質が正の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をアップチャープとし、前記非線形光学媒質が負の非線形屈折率の場合には前記局発チャープクロック光をダウンチャープとし、前記入力端の時分割多重信号光パルスの符号と論理反転した符号の信号を出力することを特徴とする全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路において、前記光分波手段は、入力光をＮ分岐する光分岐器と、前記光分岐器によって分岐された光を透過させるＮ個の光バンドパスフィルタと、該光バンドパスフィルタの各出力を結合する光結合器とからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路において、前記光分波手段は、アレイ導波路格子を用いた１入力Ｎ出力の光分波器に、さらにアレイ導波路格子を接続して構成したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の一実施の形態について説明する。図１は同実施の形態による全光型シリアル−パラレル変換回路の構成を示すブロック図である。図において符号３は負の非線形屈折率を有する非線形光学媒質を示す。符号５は光合波器、符号７は局発チャーブクロック光を出力する局発光源、符号６は１入力Ｎ出力の光分波器を示す。
【００１８】
チャネル１からチャネルＮの低次群信号チャネルを時分割多重した光周波数νsの時分割多重信号光は、光増幅器８を介して光合波器５に入力される。局発光源７は、時分割多重信号光の各低次群信号チャネルと等しい繰り返しを有し、光周波数が先端部から後端部へ線形に増加する線形アップチャープを有する局発チャーブクロック光を発生する。時分割多重信号光の各低次群信号チャネル＃1，＃2，＃3，…，＃Ｎと局発チャーブクロック光の光周波数ν1，ν2，ν3，…，νNを有する部分がそれぞれ時間軸上で重なる様に同期して、両者は光合波器５で合波され非線形光学媒質３へ導かれる。
【００１９】
局発チャーブクロック光は時分割多重信号光により相互位相変調による光周波数シフトを受ける。すなわち、局発チャーブクロック光の光周波数ν1，ν2，ν3，…，νNを中心とする光スペクトル成分はそれぞれ時分割多重信号光の各低次群信号チャネル＃1，＃2，＃3，…，＃Ｎによって強度変調を受ける。非線形光学媒質３を通過した局発チャーブクロック光は光分波器６で各波長に応じた出力ポートに分離して出力される。図４に時分割多重信号光と局発光および分離信号光の時間軸上での関係を示す。この図において、破線はデータ無しを示し、実線はデータ有りを示している。
【００２０】
また、図５に第１実施形態の数値計算によるシミュレーション結果を示す。図５（a）は入力信号光強度の時間波形を示す。変調パターン“1011010101”を与えている。この信号光を用いてスペクトル変調を受けた局発チャーブクロック光の光スペクトルを図５（b）に示す。前述したように、信号パルスにより局発チャーブクロック光のスペクトル成分が減衰され、信号パルスの有無すなわちパターンに応じて対応する局発光クロックパルスのスペクトル成分が変調を受けていることが分かる。
【００２１】
図６は本発明の第２の実施形態による全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路の構成を示すブロック図である。本実施形態の特徴は、図１に示す全光型パラレル−シリアル変換回路の構成において、１入力Ｎ出力の光分波器６に替えて、光周波数νsの時分割多重信号光を除去し、光周波数ν1…νNの局発光を通過させる光分波器９を用いる構成にある。光分波器９より前段の構成は図１の回路と全く同様である。
【００２２】
本実施形態では、全光型パラレル−シリアル変換回路と同様に、光周波数ν1，ν2，ν3，…，νNの局発チャーブクロック光は、時分割多重信号光の各低次群信号チャネルによって強度変調を受け、時分割多重信号光とともに光分波器９に入力される。光分波器９から出力される局発光は、時分割多重信号光の各低次群信号チャネルが光周波数ν1，ν2，ν3，…，νNで置き換えられた波長分割多重信号光として出力される。
【００２３】
光分波器９の構成例を図７に示す。図７（a）に示す光分波器は、入力光をＮ分岐する光分岐器１０と、透過光周波数ν1，ν2，…，νNの光バンドパスフィルタ１１−１〜１１−Ｎ、および光バンドパスフィルタ１１−１〜１１−Ｎの出力を結合する光結合器１２により構成される。また、図７（b）に示す光分波器は、アレイ導波路格子を用いた１入力Ｎ出力の光分波器に、さらにもう一つアレイ導波路格子を接続して、１段目のアレイ導波路格子で分波された光周波数ν1，ν2，ν3，…，νNを２段目のアレイ導波路格子で合波して出力する構成である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の全光型シリアル−パラレル変換回路は、非線形光学効果のひとつである相互位相変調により、局発のチャープした光クロックパルスのチャープが局所的に変調されることを利用した全光型シリアル−パラレル変換回路において、on/off消光比を改善し、S/N劣化の小さい全光型シリアル−パラレル変換回路を提供することが可能である。このことは、システム全体におけるS/Nマージンを増大させ、総伝送距離、伝送システムの信頼性向上等の効果を生じさせる。本発明は、光時分割多重伝送システムにおいて全光型の時分割分離回路として応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施形態による全光型シリアル−パラレル変換回路の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明における局発チャーブクロック光の時間分解スペクトルと光周波数スペクトルを、非線形光学媒質の前（（a），（b））と後（（c），（d））について示した図である。
【図３】  数値計算により求めた非線形光学媒質から出力される局発チャーブクロック光の光スペクトルを示す図であり、（ａ）は従来の構成の場合、（ｂ）は本発明の場合である。
【図４】  図１に示す実施形態における時分割多重信号光と局発チャーブクロック光および分離信号光の時間軸上での位置関係を示す図である。
【図５】  数値計算により求めた同実施形態における各部の信号波形であり、（ａ）は入力信号光強度の時間波形、（ｂ）は非線形光学媒質３から出力される局発チャーブクロック光の光スペクトルを示す図である。
【図６】  この発明の第２の実施形態による全光型ＴＤＭ−ＷＤＭ変換回路の構成を示すブロック図である。
【図７】  図６における光分波器９の第１の構成例（ａ）および第２の構成例（ｂ）を示す図である。
【図８】  従来の全光型シリアル−パラレル変換回路の構成例を示すブロック図である。
【図９】  図８における信号光パルスと局発チャーブクロック光の時間軸上での位置関係を示す図である。
【図１０】  ガウシアン型光パルスの相互位相変調によって局発チャーブクロック光に誘起される光周波数シフトを示す図である。
【図１１】  図８における局発チャーブクロック光の時間分解スペクトルと光周波数スペクトルを、非線形光学媒質３の前（（a），（b））と後（（c），（d））について示した図である。
【符号の説明】
３…非線形光学媒質
５…光合波器
６…１入力Ｎ出力光分波器
７…局発光源
８…光増幅器
９…光分波器
１０…１入力Ｎ出力光分岐器
１１−１〜１１−Ｎ…光バンドパスフィルタ
１２…Ｎ入力１出力光結合器
【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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