(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信における信号光の雑音を低減するために、該信号光の通路中に設けられ、かつ、カーボンナノチューブを可飽和吸収体として用いて構成されていることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号光の雑音低減装置において、前記カーボンナノチューブは、赤外領域の吸収帯域の光、或いは信号光に対して可飽和吸収機能を有することを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の信号光の雑音低減装置において、前記可飽和吸収体は、光増幅器と組み合わせることにより、前記信号光とは逆進する光に対しては、光アイソレータとしての機能を有することを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記可飽和吸収体は、前記信号光に対する波形整形器としての機能を有することを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記可飽和吸収体の可飽和吸収可能な波長域は、１２００ｎｍ以上であってかつ２０００ｎｍ以下とすることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記信号光は、光ファイバ増幅器から出射された信号光とすることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項７】
請求項６に記載の信号光の雑音低減装置において、前記光ファイバ増幅器は、エルビウム添加光ファイバ増幅器であることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記信号光は、半導体光増幅器から出射された信号光とすることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項９】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記信号光は、半導体レーザから出射された信号光とすることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記通路中に複数段の前記光ファイバ増幅器を連接して具える場合には、前記可飽和吸収体を、隣接する前記光ファイバ増幅器間毎に、中継器として設けていることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブの双方またはいずれか一方であることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の信号光の雑音低減装置において、前記可飽和吸収体は、透明な光学部品に設けられていることを特徴とする信号光の雑音低減装置。
【請求項１３】
光通信における信号光の通路中に、カーボンナノチューブを可飽和吸収体として配置して、該可飽和吸収体によって信号光の雑音を低減することを特徴とする信号光の雑音低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光通信において信号光の雑音を低減する装置（以下、雑音低減装置と称する。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の飛躍的な進歩とともに、信号光の伝送距離のより一層の長スパン化（長距離化）が望まれている。
【０００３】
伝送距離の長スパン化を図るに当たり、現在、信号光を光増幅させる複数の光増幅器で光ファイバ等の伝送媒体を中継して、信号光強度の伝送距離に伴う減衰を補償する方式が採用されている。
【０００４】
近年、光ファイバ増幅器のなかで、エルビウムの励起光による誘導放出現象を利用した、エルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifier 以下、ＥＤＦＡと称する。）が注目されている。
【０００５】
光ファイバ増幅器は、伝送媒体との整合性が良好なため光伝送システムに適しているが、ＥＤＦＡは、増幅波長域と石英系ファイバの極低損失波長帯域とが１５００ｎｍ波長帯で整合して、高利得及び高効率を実現できるため、特に好適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＤＦＡをはじめとする光増幅器は、励起イオンの反転分布によって増幅信号光を発生する。この信号光の増幅過程において、ランダムに発生する自然放出光も増幅されるため、光増幅器からは増幅自然放出光(ASE:Amplified Spontaneous Emission 以下、ＡＳＥと称する場合がある。)、すなわち、雑音光（ノイズ又は雑音とも称する。）が発生する。
【０００７】
その結果、増幅信号光にランダムな位相を有するＡＳＥが付加されてしまい、信号光対雑音光比（Ｓ／Ｎ比）が著しく劣化してしまう。
【０００８】
ＡＳＥの混入によって、光増幅器から所定の信号光のみを精度良く出力できないうえに、ＡＳＥは、信号光と同様に光ファイバ等の伝搬中に光増幅を繰り返す。
【０００９】
そのため、この不所望に発生するＡＳＥは、伝送距離の長スパン化を図る上で大きな障害となっている。
【００１０】
そこで、上述した問題点を技術的に解決する手法の出現が望まれていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願に係る発明者は、先ず、この雑音光の発生当初の光強度は、通常、信号光の光強度に比べて、かなり小さい点に着目して鋭意研究を行った。その結果、カーボンナノチューブの可飽和吸収体が有する、光パワーの２乗で吸収が低減して透過率が激増する特性を利用すれば、信号光のみを増幅させるとともに雑音光の増幅を抑制させることができ、従って、信号光のみを伝搬させ、かつ、雑音光を遮断することが可能であることが判った。
【００１２】
そこで、この発明の信号光の雑音低減装置は、以下のような構成上の特徴を有する。
【００１３】
すなわち、この雑音低減装置は、カーボンナノチューブを可飽和吸収体として用いて構成されている。そして、この雑音低減装置は、光通信における信号光の雑音を低減するために、信号光の通路中に設けられる。
【００１４】
このような構成にすれば、可飽和吸収体であるカーボンナノチューブが、光強度の弱いＡＳＥ等の透過を遮断する一方で、光強度の強い信号光を透過するので、信号光の雑音を低減することができる。
【００１５】
また、好ましくは、カーボンナノチューブは、光学的な非線形性を有しているのが良い。
【００１６】
また、好ましくは、可飽和吸収体は、光増幅器と組み合わせることにより、信号光とは逆進する光に対しては、光アイソレータとしての機能を有するのが良い。
【００１７】
信号光とは逆進する光として、例えば、信号光の反射光がある。反射光の光強度は信号光の光強度よりも弱い。従って、可飽和吸収体を、更に、信号光と反射光との光アイソレータとして機能させることができ、光通信のための機器構成を簡易にすることができる。
【００１８】
また、好ましくは、可飽和吸収体は、信号光に対する波形整形器としての機能を有するのが良い。
【００１９】
可飽和吸収体が信号光の強度分布のうち光強度の弱い部分を遮断させ、光強度の強い部分を透過させることができるので、可飽和吸収体を透過する信号光のパルス波形を、急峻な波形に整形することができる。
【００２０】
また、好ましくは、可飽和吸収体が可飽和吸収可能な波長域は、１２００ｎｍ以上であってかつ２０００ｎｍ以下であるのが良い。
【００２１】
このようにすると、例えば、現在利用されている石英系光ファイバを伝送媒体とする信号光の波長帯域と整合させることができる。
【００２２】
また、好ましくは、信号光は、光ファイバ増幅器から出射された信号光とするのが良い。
【００２３】
また、好ましくは、光ファイバ増幅器は、エルビウム添加光ファイバ増幅器であるのが良い。
【００２４】
このようにすると、エルビウム添加光ファイバ増幅器における石英系光ファイバの極低損失波長帯域と、可飽和吸収体の可飽和吸収可能な波長域とを整合させることができるので、実用上有用となる。
【００２５】
また、好ましくは、信号光は、半導体光増幅器から出射された信号光とするのが良い。
【００２６】
また、好ましくは、信号光は、半導体レーザから出射された信号光とするのが良い。
【００２７】
また、好ましくは、光路中に複数段の光ファイバ増幅器を連接して具える場合には、可飽和吸収体を、隣接する光ファイバ増幅器間毎に、中継器として設けるのが良い。
【００２８】
このようにすると、連接された光ファイバ増幅器の各々から出射される増幅光に対して可飽和吸収機能が果たされるので、増幅自然放出光の透過を効率良く遮断でき長スパン化に有効となる。
【００２９】
また、好ましくは、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ及び多層カーボンナノチューブの双方またはいずれか一方とするのが良い。
【００３０】
上述した雑音低減装置は、好ましくは、透明基板、透明なプリズム、透明なレンズ、その他の好適な透明な光学材料で形成された光学部品の表面にカーボンナノチューブを設けて構成することができる。或いは、カーボンナノチューブを透明な光学材料間に挟んでも良いし、又は、透明な光学材料中に埋め込んでも良い。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明する。尚、説明に用いる各図は、この発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状及び配置関係などを概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明は、図示例のみに限定されるものではない。
【００３２】
＜１＞  カーボンナノチューブの可飽和吸収機能の検証
（１−１）  カーボンナノチューブの作製
この実施の形態では、炭素原子（Ｃ）の六員環構造によって形成された１枚のグラフェン(graphen)がチューブ構造となっている、単層カーボンナノチューブ（SWWNT:Single-Wall carbon NanoTube、以下、ＳＷＮＴと称する。）を用いる。尚、カーボンナノチューブには、その他に、多層構造のグラフェンがチューブ構造となっている多層カーボンナノチューブ（MWNT:Mnlti-Wall carbon NanoTube、以下、ＭＷＮＴと称する。）もあり、この発明をＳＷＮＴのみに限定するものではない。
【００３３】
ＳＷＮＴの作製は、周知の通り、レーザ蒸発法やアーク放電法等の任意好適な方法を利用することができる。以下に、レーザ蒸発法によるＳＷＮＴの作成方法の一例を簡単に述べる。
【００３４】
先ず、遷移金属元素、例えば、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）を、それぞれ数原子％（例えば、各々０．６原子％とする。）含有する（金属/炭素）コンポジット棒を作製する。
【００３５】
続いて、このコンポジット棒を電気炉中で約１２００℃の温度で加熱した後、５００Ｔｏｒｒの減圧下でアルゴン（Ａｒ）ガスを５０ｓｃｃｍで導入しながら、ネオジウム（Ｎｄ）・ヤグ（ＹＡＧ）パルスレーザ（１０Ｈｚ）等で瞬時に炭素と触媒金属とを蒸発させてＳＷＮＴを作製する。尚、こうして得られたＳＷＮＴには、副生成物である不純物が混入している場合があるので、水熱法、遠心分離法及び限外濾過法等のいずれかの任意好適な方法によって、ＳＷＮＴを精製するのが好ましい。
【００３６】
（１−２）  カーボンナノチューブ薄膜の作製
続いて、ＳＷＮＴが成膜されている薄膜（以下、ＳＷＮＴ薄膜と称する。）を作製する。尚、ＳＷＮＴ薄膜の作製には、ＳＷＮＴの直径が好ましくは０．５ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲内であり、又、ＳＷＮＴの長さが好ましくは５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内のものを使用するのが良い。ＳＷＮＴの直径及び長さをこの範囲内にすれば、可飽和吸収機能を好適に発現させることができる。
【００３７】
そこで、以下の実施の形態では、平均直径が１．３ｎｍ程度、平均長さが１０００ｎｍ程度のＳＷＮＴを用いる。
【００３８】
ＳＷＮＴ薄膜の作製には、ＳＷＮＴを分散媒に分散させて得られた分散液を透明な光学材料、すなわち、ガラス基板等の透明性の被塗布物上にスプレー塗布してＳＷＮＴ薄膜を作製する、スプレー法を採用する。以下に、スプレー法によるＳＷＮＴ薄膜の作製方法の一例を簡単に述べる。尚、ガラス基板として、例えば、平行平面板を用いる。
【００３９】
先ず、（１−１）で説明した方法によって精製されたＳＷＮＴを、分散媒である、例えば、アルコール、ジクロロエタン及びジメチルフォルムアルデヒド等のうちの少なくとも１つに均一分散させ分散液を調製する。尚、分散液の調製は、必要に応じて界面活性剤等を添加しても構わない。尚、ＳＷＮＴの分散濃度は、例えば、エタノールを分散媒とした場合は、１〜２ｍｇ／ｍｌ程度が好適である。尚、分散濃度はこれに限られず、目的及び設計に応じて任意に変更できる。
【００４０】
続いて、調製した分散液を、ガラス基板上にスプレー塗布して乾燥させる。スプレー塗布するガラス基板が低温の場合には、塗布した分散液中のＳＷＮＴが凝集し良好な膜質にならないため、ガラス基板を加温しながらスプレー塗布する。
【００４１】
上述した過程を経ることにより、良質なＳＷＮＴ薄膜を得ることができる。尚、ＳＷＮＴ薄膜の作製方法はこれに限定されず、電気泳動成膜法やポリマー分散法等を利用しても良い。
【００４２】
（１−３）  カーボンナノチューブの吸収スペクトル測定
（１−２）で説明した方法によって作製されたＳＷＮＴ薄膜の光吸収特性の評価を行った。
【００４３】
ＳＷＮＴ薄膜は、精製されたＳＷＮＴ１〜２[ｍｇ]を、分散媒として、例えば、エタノール５[ｍｌ]に分散させた分散液を、透明なガラス基板上にスプレー塗布して作製する。
【００４４】
こうして得られたＳＷＮＴ薄膜の光吸収特性の測定結果を図１に示す。測定は、分光光度計Ｕ−４０００（日立製作所社製）を用いて行った。この図の横軸はＳＷＮＴ薄膜に照射した光のエネルギー[ｅＶ]を表し、縦軸は当該ＳＷＮＴ薄膜の吸光度[−]を表している。
【００４５】
図１に示すように、ＳＷＮＴ薄膜は、赤外領域に複数の吸収帯を有することがわかる。また、このＳＷＮＴ薄膜は、０．８[ｅＶ]付近に吸収端をもつことから半導体の性質を有するものと推察される。
【００４６】
次に、図１に示される最も低いエネルギー（ここでは、１[ｅＶ]付近）に現れている吸収帯を抜き出し、横軸を光の波長[ｎｍ]に変換したものを図２に示す。
【００４７】
図２に示すように、図１における約１[ｅＶ]付近の吸収帯は１２００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長域に存在し、また、吸収ピーク波長は１７８０ｎｍ付近であることが確認された。尚、ＳＷＮＴの吸収ピーク波長は、この実施の形態の条件下では１７８０ｎｍ付近であったが、ＳＷＮＴの直径及び長さを調整することによって、吸収ピーク波長は微少量変化するものと推察される。
【００４８】
（１−４）  カーボンナノチューブの可飽和吸収機能の測定
（１−２）で既に説明した方法で作製されたＳＷＮＴ薄膜に照射光（レーザ光）を照射して、照射光強度とＳＷＮＴ薄膜を透過する透過光強度との関係をＺ−スキャン法によって測定し、ＳＷＮＴ薄膜の可飽和吸収機能の評価を行った。
【００４９】
図３にＺ−スキャン法の測定装置を概略的に示す。図３に示すように、測定装置１０は、半導体レーザ等の光源１２、ＵＶカットフィルタ１４、ＮＤフィルタ１６、焦点距離ｆが１５０ｍｍのレンズ１８及び受光器２０が、光源１２からの照射光の光軸（Ｚ方向）に沿ってこの順序で配置されており、ＳＷＮＴ薄膜１５はレンズ１８と受光器２０との間に配置されている。
【００５０】
そして、ＳＷＮＴ薄膜１５を、レンズ１８の焦点Ｆから受光器２０側に４０ｍｍ程度寄った位置を原点Ｘ（０：ゼロ）として、光軸（Ｚ軸）の紙面左方向（光源１２方向）に沿って移動させ、ＳＷＮＴ薄膜１５に照射される照射光強度での透過率変化を測定した。
【００５１】
このとき、光源１２は、再生増幅器付きチタンサファイアレーザに光パラメトリック増幅(OPA:Optical Parametric Amplifier)を備えており、ＳＷＮＴの吸収ピーク波長である約１７８０ｎｍのレーザ光を出力する。また、レーザ光のパルス幅を２００ｆｓ、繰り返し周期を１ｋＨｚとし、光源１２からのレーザ光強度を、１０μＷ，２０μＷ，３０μＷ，５０μＷ，１００μＷ及び３００μＷの６種類として測定を行った。尚、ＳＷＮＴ薄膜１５に照射される光量は、当該ＳＷＮＴ薄膜１５が焦点Ｆに配置されたとき最も大きくなり、焦点Ｆから遠ざかるにつれて小さくなる。また、一例として、光源１２からのレーザ光強度が１０μＷである場合の、焦点Ｆでのレーザ光径は約０．０５ｍｍであり、焦点Ｆでのレーザ光強度は約６３７ＭＷであった。
【００５２】
ＳＷＮＴ薄膜１５を、原点Ｘ（０）から紙面左方向に４０ｍｍ（−４０ｍｍ）付近にまで移動させた位置、すなわち、ＳＷＮＴ薄膜１５が焦点Ｆ近傍に位置したときの、光源１２からの各レーザ光強度と透過率との関係を図４に示す。図４において、横軸にレーザ光強度（光パワー）［μＷ］を対数表示し、縦軸に透過率[−]をプロットして示す。１０μＷでは約３×１０-2（３％）、２０μＷでは約９．５×１０-2（９．５％）、３０μＷでは約１６．５×１０-2（１６．５％）、５０μＷでは約３２×１０-2（３２％）、１００μＷでは約５５×１０-2（５５％）及び３００μＷでは約８０×１０-2（８０％）であった。
【００５３】
図４からも理解できるように、各レーザ光強度において、照射光強度による透過率の相違はあるものの、レンズ１８の焦点Ｆ近傍である−４０ｍｍ付近で透過率が増加する光学的非線形性が示されている。よって、ＳＷＮＴ薄膜は、赤外領域の吸収帯域の光（或いは信号光）に対して可飽和吸収機能を有することが確認された。
【００５４】
ところで、この実施の形態では、ＳＷＮＴ薄膜表面に好適なコーティング等が施されていないため、当該ＳＷＮＴ薄膜に照射されるレーザ光の拡散は不可避である。よって、この実施の形態において、この拡散によるレーザ光損失が約２０％程度であることを考慮すれば、透過率が約８０×１０-2（８０％）程度では、照射光（レーザ光）をほぼ１００％透過するものと考えられる。
【００５５】
＜２＞  カーボンナノチューブの可飽和吸収機能を利用した構成例
そこで、先ず、可飽和吸収体であるカーボンナノチューブを、光通信での信号光の通路中に設け、信号光の雑音を低減させる雑音低減装置として利用する構成例につき説明する。
【００５６】
更に、雑音低減装置として用いる可飽和吸収体を、光増幅器と組み合わせることにより、信号光とは逆進する光に対する光アイソレータとして利用する。また信号光に対する波形整形器として利用する。
【００５７】
図５は、この発明の、信号光の雑音低減装置を備える光ファイバ増幅器である、ＥＤＦＡについて説明するための概略構成図である。また、図９は、図５との構成の相違を説明するための従来一般的なＥＤＦＡの概略構成図である。尚、図５及び図９は双方向励起型ＥＤＦＡであるがこれに限定されるものではなく、前方向励起型ＥＤＦＡ或いは後方向励起型ＥＤＦＡであってもこの発明を適用して好適である。
【００５８】
また、この実施の形態では、光ファイバ増幅器としてＥＤＦＡを例に挙げて説明するがこれに限られるものではなく、例えば、ラマン増幅器等であってもこの発明を好適に実施することができる。
【００５９】
先ず、図９を参照して、一般的なＥＤＦＡの構成の一例について説明する。
【００６０】
図９に示すように、一般的な双方向励起型ＥＤＦＡ３０は、入力部３２と出力部４２との間に設けられており、光合分波器３４，３４’、励起光源３６，３６’、光アイソレータ３８，３８’及びエルビウム添加光ファイバ（以下、ＥＤＦと称する。）４０を具えている。このとき、光アイソレータ３８，３８’は、主に、ＥＤＦＡ３０と他のファイバとの接続端となる入力部３２及び出力部４２の端部で発生する、信号光とは逆進する反射光（雑音光）を抑制する、非相反回路として機能している。
【００６１】
双方向励起型ＥＤＦＡ３０の動作の概略は、以下の通りである。
【００６２】
先ず、入力部３２から入射された信号光は、光合分波器３４で励起光源３６から出射される励起光と合波された後、光アイソレータ３８を経てＥＤＦ４０で増幅される。そして、増幅された光（増幅光）は、光合分波器３４’及び光アイソレータ３８’で残留励起光等の不要光が分波された後、所望の増幅信号光となって出力部４２に出射される。
【００６３】
このような従来の双方向励起型ＥＤＦＡについて、この発明の信号光の雑音低減装置を適用した一構成例を図５に示す。図５を参照して、この発明の実施の形態の一例を説明する。
【００６４】
図５に示すように、この実施の形態の雑音低減装置は、カーボンナノチューブによる可飽和吸収体で構成してある。尚、このときの可飽和吸収体１５は、（１−３）の項で既に説明したような、透明なガラス基板上に塗布形成されたＳＷＮＴ薄膜である。
【００６５】
この実施の形態では、ガラス基板上のＳＷＮＴ薄膜を、所望の信号光に対して透過率が概ね８０％以上となるような膜厚に形成するのが良い。そうすることにより、所望の信号光の透過を妨げることなく、不所望な雑音光の透過だけを効果的に低減させることができる。尚、以下の説明では、雑音低減装置を、単に可飽和吸収体と称することもある。
【００６６】
この実施の形態では、この雑音低減装置を、双方向励起型ＥＤＦＡ５０の信号光の通路中に挿入して設けてある。この構成例では、図９のＥＤＦ４０の後段の光アイソレータ３８’を、カーボンナノチューブの可飽和吸収体１５で代替させた構成としてある。
【００６７】
但し、ＥＤＦＡは、周知の通り、半導体レーザの励起光（励起波長：９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍ）によるエルビウム（Ｅｒ）の反転分布によって、シリカファイバの極低損失波長域の１５００ｎｍ帯の信号光を光増幅する。そのため、ＳＷＮＴ薄膜が可飽和吸収を起こす波長域（概ね１２００ｎｍ〜２０００ｎｍ）とＥＤＦＡの信号光波長帯（１５００ｎｍ）との整合性をとることができる。
【００６８】
この実施の形態で、光アイソレータ３８’と代替した可飽和吸収体１５は、（１−４）で既に説明したように、光強度の弱い光（雑音光）を遮断する一方で、光強度の強い光（信号光）を透過する特性を有している。
【００６９】
それゆえ、この雑音光の光パワーと信号光の光パワーとの差を上手く利用すれば、カーボンナノチューブで構成された可飽和吸収体１５にこれら光を通すことにより、雑音光の透過率を低下させる（実質的に雑音光を遮断させる）が、信号光をほぼ１００％透過させることが可能であることがわかる。
【００７０】
よって、例えば、双方向励起型ＥＤＦＡ５０で発生する当初の雑音光の光強度（光パワー）が１０μＷ程度であり、これに比して当初の信号光の光強度（光パワー）が５０μＷとか、１００μＷとかそれ以上の大きなレベルの場合には、信号光強度による透過率の差に基づいて光通信システムを構築することにより所望の機能が果たされる。尚、これはあくまで一例であり、所望の設定に応じて任意好適に変更することができる。
【００７１】
続いて、図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、信号光の雑音低減装置を備えるＥＤＦＡによる、信号光波形及び雑音光波形の変化につきより詳細に説明する。尚、図６（Ａ）〜（Ｃ）は、信号光波形及び雑音光波形の変化を概略的に説明する図であり、実際の波形変化を必ずしも示すものではない。また、この図の横軸は時間ｔ（任意の単位）を表し、縦軸は信号光強度（光パワー）（任意の単位）を表している。
【００７２】
図５に示す入力部３２から、信号光ａが、当該信号光ａの伝搬に伴って発生した雑音光ｂと共に双方向励起型ＥＤＦＡ５０に入射される。このときの雑音光ｂの光強度は信号光ａの光強度に比べて充分小さい（図６（Ａ）参照）。
【００７３】
そして、図５に示す双方向励起型ＥＤＦＡ５０の可飽和吸収体１５の前段までにおいて、信号光ａは光増幅されて信号光ａ’となる。また、信号光ａの光増幅過程において、当初の雑音光ｂ及びランダムに発生する自然放出光等も増幅され雑音光ｂ’となる。このときの雑音光ｂ’の光強度は、信号光ａ’の光強度に対して無視できない大きさとなる（図６（Ｂ）参照）。
【００７４】
そして、信号光ａ’及び雑音光ｂ’を、可飽和吸収体１５を介して出力させることにより、光強度の大きな信号光ａ’はほぼ１００％透過されて信号光ａ”となる一方で、雑音光ｂ’はその透過が低減或いは実質的に遮断されるといえる（図６（Ｃ）参照）。尚、信号光ａ”の波形形状は、信号光ａ’の波形形状に比べて波形整形されている（詳細後述）。
【００７５】
また、この実施の形態において、ＳＷＮＴの直径及び長さを調整して（特に、ＳＷＮＴの直径の縮小化は有効である。）、ＳＷＮＴの吸収ピーク波長を１７８０ｎｍ付近から１５００ｎｍ付近にまで推移させることは、ＳＷＮＴの可飽和吸収機能を顕著とするためにも望ましい。しかし、信号光波長とＳＷＮＴの吸収ピーク波長とを必ずしも一致させずとも、ＳＷＮＴの吸収波長域内の信号光波長であれば、ＳＷＮＴは実用上使用可能である。
【００７６】
また、この実施の形態では、図９における光アイソレータ３８’を可飽和吸収体１５で代替させた構成であるが、光アイソレータ３８も可飽和吸収体１５で代替させた構成、或いは、双方向励起型ＥＤＦＡ３０の後段に可飽和吸収体１５を配置させた構成でも、同様の効果を期待できる。
【００７７】
更に、可飽和吸収体１５は、信号光のみならず信号光とは逆進する、この信号光の反射光に対しても同様に可飽和吸収を行うことができる。よって、図５に示す可飽和吸収体１５を、反射光の透過を遮断する光アイソレータとして利用することができるし、或いは、信号光の雑音低減と反射光の光アイソレートとを具える素子として利用することができる。従って、この発明の雑音低減装置は、信号光の伝搬通路に挿入して利用することにより、雑音劣化の少ない良好な光伝送の実現を図ることが可能となる。
【００７８】
更に、図７を参照して、可飽和吸収体１５を波形整形器として利用する場合について説明する。この図の横軸は時間ｔ（任意の単位）を表し、縦軸は信号光強度（光パワー）（任意の単位）を表している。
【００７９】
既に説明したように、光の強度分布のうち中心側の強度の大きい部分の光の透過率は高く、この分布の裾側の強度の小さい部分の光の透過率は低い。従って、図７に示すように、可飽和吸収体１５に入射される前の信号光ａ’（図６における信号光ａ’に対応している。）は、可飽和吸収体１５を介すことによって、当該信号光ａ’のうち光強度の弱い信号光の透過が遮断された信号光ａ”となる。
【００８０】
その結果、可飽和吸収体１５を介して出力されるパルス信号光ａ”は、信号光ａ’の前後端がカットされた波形となる。よって、信号光ａ”のパルス幅Ｙは、信号光ａ’のパルス幅Ｘよりも狭くなる。従って、図５に示す可飽和吸収体１５を、パルス信号光に対して用いる場合には、パルス時間幅を短くかつ信号光を急峻な波形に、例えば、矩形形状のように整形する、波形整形器として利用することとする。
【００８１】
また、可飽和吸収体１５であるカーボンナノチューブを利用したこの発明の雑音低減装置は、光破壊及び機械的破壊に対する耐性や耐水性等を有する長寿命な光デバイスであることから、特に、光通信分野での幅広い活用が期待できる。
【００８２】
以上、この発明の実施の形態における条件等は、上述の組合せのみに限定されない。よって、任意好適な段階において好適な条件を組み合わせ、この発明を適用することができる。
【００８３】
例えば、この発明の雑音低減装置の可飽和吸収機能は、光増幅器からの信号光に限られず任意好適な発生源からの（信号）光に対して適用することができる。例えば、上述した実施の形態では、可飽和吸収体を用いた雑音低減装置を光通信分野に適用した場合について説明したが、半導体デバイス分野にも適宜適用して好適である。
【００８４】
つまり、図８（Ａ）に示すように、半導体デバイス、例えば、光増幅媒体として半導体を用い、レーザから共振器を取り除いた構成である半導体光増幅器６０から出射される光の光路にこの発明の雑音低減装置を挿入して、この出射光に対し可飽和吸収を行うことにより、当該半導体光増幅器６０から不所望に発生して製品の信頼性低下を招くノイズを、低減または排除することができる。また、半導体レーザ６２についても、この出射光の光路にこの発明の雑音低減装置を挿入すれば、上述したノイズの低減または排除等の効果が期待できる。
【００８５】
また、図８（Ｂ）に示すように、信号光の通路中に複数の光ファイバ増幅器（ここでは、例として、図５に示す双方向励起型ＥＤＦＡ５０とする。）を、例えば、３つ連接して具える場合は、可飽和吸収体１５であるカーボンナノチューブを、隣接する光ファイバ増幅器毎に、中継器として設ける構成としても良い。この場合には、連接された光ファイバ増幅器５０から出射される増幅光の各々に対して可飽和吸収がなされるので、不所望なＡＳＥをより効率良く遮断（低減）することができる。
【００８６】
尚、光ファイバ増幅器の連接数は上述した３つに限定されない。例えば、実際には、光ファイバ約８０ｋｍ毎に１つの光ファイバ増幅器を設け、信号光の減衰を補償しながら伝送距離の長スパン化を図っている。このとき、信号光の増幅と共に雑音光も増幅を繰り返すため、雑音光の影響が無視できない程度にまで大きくなり、その結果、信号光の正確な伝搬を妨げる。
【００８７】
そこで、上述したように、光ファイバの連接と共にこの発明の雑音低減装置、すなわち、可飽和吸収体であるカーボンナノチューブを設け、雑音光レベルを、各カーボンナノチューブ毎に、例えば、１０％程度ずつ低減させる構成とするだけでも、例えば、１００００ｋｍ地点での雑音光の影響を極めて効果的に低減でき、Ｓ／Ｎ比の低下を抑制する働きがある。
【００８８】
尚、ガラス基板は、平行平面板に何ら限定されず、用途又は設計に応じて任意好適な形状のガラス基板とすることができる。また、透明な光学材料として、ガラス基板以外のプラスチック等であっても良い。
【００８９】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明によれば、カーボンナノチューブが備える可飽和吸収機能を、信号光強度の弱いＡＳＥ等の透過を遮断する一方で光強度の強い信号光を透過する、信号光の雑音低減装置として光通信分野で利用することができる。その結果、ＡＳＥ等の低減を図ることができるので、伝送距離の一層の長スパン化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＷＮＴ薄膜の光吸収特性の説明に供する図である。
【図２】図１で最も低いエネルギー領域に現れた吸収帯部分について、横軸を光波長に変換した図である。
【図３】ＳＷＮＴ薄膜のＺ−スキャン法の測定装置の説明に供する図である。
【図４】ＳＷＮＴ薄膜のＺ−スキャン法において、ＳＷＮＴ薄膜が−４０ｍｍ付近に位置したときの、各レーザ光強度における透過率の説明に供する図である。
【図５】この発明の信号光の雑音低減装置を備えるＥＤＦＡの説明に供する図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、ＳＷＮＴ薄膜による雑音光の低減効果の説明に供する図である。
【図７】ＳＷＮＴ薄膜による波形整形効果の説明に供する図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、  実施の形態の変形例の説明に供する図である。
【図９】一般的なＥＤＦＡの構成の説明に供する図である。
【符号の説明】
１０：Ｚ−スキャン法測定装置
１２：光源
１４：ＵＶカットフィルタ
１５：ＳＷＮＴ薄膜（可飽和吸収体）
１６：ＮＤフィルタ
１８：レンズ
２０：受光器
３０：一般的な双方向励起型ＥＤＦＡ
３２：入力部
３４，３４’：光合分波器
３６，３６’：励起光源
３８，３８’：光アイソレータ
４０：エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）
４２：出力部
５０：この実施の形態の双方向励起型ＥＤＦＡ
６０：半導体光増幅器
６２：半導体レーザ
【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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