(57)【要約】【課題】簡単な構成によって信号光を均一に増幅すること。【解決手段】信号光入力部１１には信号光が入力される。合波器１２は、信号光入力部１１から入力された信号光と、信号光とは波長が異なるパルス励起光と、を合波する。第１非線形光学媒質１３は、合波器１２によって合波された光を通過させる。分散媒質１４は、第１非線形光学媒質１３を通過した光を通過させる。第２非線形光学媒質１５は、分散媒質１４を通過した光を通過させる。【選択図】図１
2009177641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光が入力される入力手段と、
前記入力手段から入力された信号光と、前記信号光とは波長が異なる励起光と、を合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された光を通過させる第１非線形光学媒質と、
前記第１非線形光学媒質を通過した光を通過させる分散媒質と、
前記分散媒質を通過した光を通過させる第２非線形光学媒質と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記合波手段は、前記励起光としてパルス励起光を合波することを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記入力手段には、前記信号光として、複数の信号光が波長多重された波長多重信号が入力されることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記分散媒質は、通過する前記信号光および前記パルス励起光の相対的なタイミングがシフトする長さを有することを特徴とする請求項２に記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記分散媒質は、前記タイミングをシフトさせる量が、前記パルス励起光のパルス間隔の約半分となる長さを有することを特徴とする請求項４に記載の光信号処理装置。
【請求項６】
前記第１非線形光学媒質の後段に、前記分散媒質および前記第２非線形光学媒質の組み合わせを複数段備え、前記分散媒質は、前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質のうちの前段の非線形光学媒質を通過した光を通過させることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項７】
前記第１非線形光学媒質の後段に、前記分散媒質および前記第２非線形光学媒質の組み合わせをＮ段備え、前記分散媒質は、前記タイミングをシフトさせる量が、前記パルス励起光のパルス間隔の約１／（Ｎ＋１）となる長さを有することを特徴とする請求項４に記載の光信号処理装置。
【請求項８】
前記合波手段によって合波される前記励起光を、互いに直交する二つの直線偏光成分からなる励起光にする偏光調節手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の光信号処理装置と、
前記光信号処理装置の前記第２非線形光学媒質を通過した光を受信する受信手段と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の光信号処理装置と、
前記光信号処理装置の前記第２非線形光学媒質を通過した光を送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする光中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学効果を用いて信号光を増幅する光信号処理装置、光受信装置および光中継装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信の大容量化および長距離化に伴って、光技術を利用した通信デバイスおよび通信システムが普及してきている。光通信において、伝送速度（データのビットレート）、総伝送容量（１チャネル当たりの伝送速度×チャネル数）および伝送可能な距離は、信号光の波形歪み、位相歪み、または光Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ：信号対雑音比）などによって制限される。
【０００３】
信号光の波形歪みや位相歪みは、伝送路を構成する光ファイバの波長分散（含高次分散）や非線形光学効果などによって発生する。波長分散による波形歪みに対しては、正常分散ファイバと異常分散ファイバとを交互に配置した伝送路や、分散補償ファイバなどの波長分散補償器を用いた分散補償技術が用いられている。
【０００４】
光ファイバにおける信号光の損失に対しては、光ファイバアンプなどの光アンプを用いた損失補償技術が用いられている。光Ｓ／Ｎ比は、光ファイバにおける信号光の損失によるパワー低下および上記損失を補償する光アンプから発生する自然放出光（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音や送受信機内の雑音などに依存する。
【０００５】
現状の大きな課題の一つは、４０Ｇｂ／ｓや１６０Ｇｂ／ｓといった高速の信号光の長距離伝送を実現することである。しかし、高精度の波長分散補償器と良質な光アンプを組み合わせても、残留する波形歪みおよび位相歪みや、光アンプから発生するＡＳＥ雑音による光Ｓ／Ｎ比の低減が大きい。このため、実用的な伝送距離は、４０Ｇｂ／ｓで数百ｋｍ、１６０Ｇｂ／ｓでは数ｋｍ程度に制限されている。
【０００６】
こうした高速の信号光の長距離伝送を実現するためには、歪んだ波形の整形や位相歪みを整形するとともに、累積したＡＳＥ雑音や位相雑音などを抑圧可能な光信号処理装置の実現が不可欠である。これに対して、光リミッタ機能を利用して信号光の波形を制御する光信号処理装置が開示されている（たとえば、下記特許文献１，２参照。）。
【０００７】
この光信号処理装置では、光ファイバなどの非線形光学媒質に信号光および励起光（パルス励起光）が入力される。この光信号処理装置は、信号光と励起光との相対的なパワーを調節することによって非線形光学効果による信号光の利得を飽和させ、信号光の「１」レベルの強度雑音を抑圧する。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３１９０１号公報
【特許文献２】特開２０００−４９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の光信号処理装置では、パルス励起光に光パルスを用いる場合に、信号光と光パルスとのタイミングが合わないと信号光を均一に増幅することができないという問題がある。信号光と光パルスとのタイミングを合わせるためには、クロック再生回路などが必要になる。また、この場合は、信号光の変調方式、ビットレートおよびパルス幅などによって異なるクロック再生回路を設ける必要がある。
【００１０】
このため、複数種類の信号光に対応するためにはクロック再生回路が複数必要となり、装置が大型化、複雑化および高コスト化するという問題がある。これに対して、励起光に連続光を用いることが考えられる。しかしながら、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、非線形光学効果の発生効率を高めて十分な利得を確保するためには、連続光の全体のパワーを増加させる大出力の線形光アンプなどが必要になるという問題がある。
【００１１】
また、たとえば非線形光学媒質に光ファイバを用いた場合は、連続光のパワーを増加させようとすると光ファイバ内で誘導ブリルアン散乱が生じ、連続光の一部が反射される。したがって、大出力の線形光アンプを用いて連続光のパワーを増加させても、光ファイバ内の連続光のパワーを十分に増加させることは困難である。このため、励起光に連続光を用いる場合には十分な利得を確保することができないという問題がある。
【００１２】
また、信号光が波長多重信号である場合は、波長多重信号における各チャネルの信号光の到着のタイミングはランダムである。このため、各チャネルの信号光に対して波形整形を行うためには波長多重信号をチャネルごとに分岐し、個別に波形整形を行う必要がある。このため、各チャネルに対応した複数の励起光生成回路およびクロック再生回路などが必要になり、装置が大型化、複雑化および高コスト化するという問題がある。
【００１３】
開示の光信号処理装置、光受信装置および光中継装置は、上述した問題点を解消するものであり、簡単な構成によって信号光を均一に増幅することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の光信号処理装置は、信号光が入力される入力手段と、前記入力手段から入力された信号光と、前記信号光とは波長が異なる励起光と、を合波する合波手段と、前記合波手段によって合波された光を通過させる第１非線形光学媒質と、前記第１非線形光学媒質を通過した光を通過させる分散媒質と、前記分散媒質を通過した光を通過させる第２非線形光学媒質とを備えることを要件とする。
【００１５】
上記構成によれば、励起光としてパルス励起光を用いる場合は、互いに波長が異なる信号光およびパルス励起光を分散媒質に対して通過させることで、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせることができる。これにより、第１非線形光学媒質および第２非線形光学媒質のそれぞれにおいて、パルス励起光による信号光の励起タイミングが異なるようにすることができる。このため、信号光に対して時間的により均一な利得を与えることができる。
【００１６】
また、信号光が波長多重信号であり、励起光として連続光を用いる場合は、波長多重信号に含まれる各信号光を分散媒質に対して通過させることで、各信号光の相対的なタイミングをシフトさせることができる。これにより、第１非線形光学媒質および第２非線形光学媒質のそれぞれにおいて各信号光に対して時間的に均一な利得を与えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
開示の光信号処理装置、光受信装置および光中継装置によれば、簡単な構成によって信号光を均一に増幅することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光信号処理装置、光受信装置および光中継装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光信号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光信号処理装置１０は、信号光入力部１１と、合波器１２と、第１非線形光学媒質１３と、分散媒質１４と、第２非線形光学媒質１５と、を備えている。光信号処理装置１０は、非線形光学効果を用いて信号光を増幅する。
【００２０】
信号光入力部１１は、他の通信装置から送信された信号光が入力される入力手段である。信号光入力部１１へ入力される信号光の波長をλSとする。また、信号光入力部１１には、波長が異なる複数の信号光が波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）された波長多重信号が入力される。信号光入力部１１は、入力された信号光を合波器１２へ出力する。
【００２１】
合波器１２には、信号光入力部１１から出力された信号光と、信号光とは波長が異なるパルス励起光と、が入力される。合波器１２は、入力された信号光とパルス励起光を合波する合波手段である。合波器１２へ入力されるパルス励起光の波長を波長λP（≠λS）とする。合波器１２は、合波した信号光およびパルス励起光を第１非線形光学媒質１３へ出力する。ここで、合波器１２から出力される信号光のパワーをＰS−ｉｎ、合波器１２から出力されるパルス励起光のパワーをＰＰとする。
【００２２】
第１非線形光学媒質１３は、合波器１２から出力された信号光およびパルス励起光を通過させる。第１非線形光学媒質１３を通過した信号光およびパルス励起光は分散媒質１４へ出力される。ここで、第１非線形光学媒質１３を通過した信号光のパワーをＰS−ｏｕｔとする。第１非線形光学媒質１３を通過した信号光の波長は、第１非線形光学媒質１３を通過する前と同じくλSである。第１非線形光学媒質１３は、たとえば光ファイバ、量子井戸構造の半導体光アンプ、または量子ドット構造の半導体光アンプである。
【００２３】
第１非線形光学媒質１３は、三光波混合などの２次の非線形光学効果を発生させる媒質であってもよい。たとえば、第１非線形光学媒質１３は、擬似位相整合構造を有するＬｉＮｂＯ3導波路（ＰＰＬＮ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）、ＧａＡｌＡｓ素子、または２次非線形光学結晶でもよい。この場合は、第１非線形光学媒質１３を通過するパルス励起光に応じた三光波混合が発生する。
【００２４】
分散媒質１４は、第１非線形光学媒質１３から出力された信号光およびパルス励起光を通過させる。分散媒質１４はたとえば分散ファイバである。分散媒質１４を通過した信号光およびパルス励起光は第２非線形光学媒質１５へ出力される。第２非線形光学媒質１５は、分散媒質１４から出力された信号光およびパルス励起光を通過させる。第２非線形光学媒質１５を通過した信号光およびパルス励起光は光信号処理装置の外部へ出力される。
【００２５】
第２非線形光学媒質１５の具体例は、第１非線形光学媒質１３と同様であるため説明を省略する。なお、パルス励起光を遮断するフィルタを第２非線形光学媒質１５の後段に設けてもよい。たとえば、波長λPの光を遮断するフィルタを第２非線形光学媒質１５の後段に設ける。これにより、第２非線形光学媒質１５を通過した信号光およびパルス励起光のうちの、信号光のみを抽出することができる。
【００２６】
図２は、図１に示した光信号処理装置の具体的な構成例を示すブロック図である。図２において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、ここでは、図１に示した構成に加えて励起光生成部２１を備えている。この場合は、励起光生成部２１および合波器１２によって、入力された信号光とパルス励起光を合波する合波手段が構成される。
【００２７】
励起光生成部２１は、波長λPのパルス励起光を生成する。励起光生成部２１は、生成したパルス励起光を合波器１２へ出力する。ここでは、励起光生成部２１は、パルス励起光として、信号光入力部１１へ入力される信号光の変調速度よりも高い繰り返し周波数（パルス周波数）の光パルス列からなるパルス励起光を生成する。
【００２８】
励起光生成部２１は、たとえば、複数の光パルスを時間分割多重することで高い繰り返し周波数のパルス光を生成する。たとえば、パルス励起光を分岐器によって分岐し、一方のパルス励起光を遅延回路によって遅延させ、各パルス励起光を合波器で合波することで時間分割多重を行うことができる。
【００２９】
励起光生成部２１は、たとえばパルスレーザ光源である。励起光生成部２１によるパルス励起光の生成には、従来のあらゆるパルス生成方法が適用可能である。パルス励起光は、たとえば所望の繰り返し周波数で発振させた半導体モード同期レーザや、ファイバモード同期レーザによって生成される光パルス列である。
【００３０】
励起光生成部２１は、具体的には、光源と、ＬｉＮｂＯ3強度変調器や電界吸収型（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器などの強度変調器と、によって構成される。この場合は、パルス励起光は、光源から出力された連続光を、強度変調器において所望の繰り返し周波数の電気信号で変調することで生成される。
【００３１】
または、励起光生成部２１から出力されるパルス励起光は、たとえば光位相変調器によって所望の繰り返し周波数の電気信号で変調することで発生する光コム、あるいは光コムを光帯域フィルタなどで所望の帯域だけ抽出して生成した光パルス列であってもよい。または、パルス励起光は、たとえば所望の繰り返し周波数だけ離調したコヒーレント光のビート光による光パルス列であってもよい。
【００３２】
また、パルス励起光は、たとえば非線形ファイバに所望の繰り返し周波数の光パルスを入力して発生するＳＣ（Ｓｕｐｅｒ  Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ：スーパーコンティニューム）光、あるいはＳＣ光を光帯域フィルタなどで所望の帯域だけ抽出して生成する光パルス列であってもよい。また、励起光生成部２１は、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５における信号光パワーを増幅するパワーレベルのパルス励起光を生成する。
【００３３】
また、ここでは、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５としてそれぞれ光ファイバ２２および光ファイバ２４を用いている。信号光とともにパルス励起光が光ファイバ２２および光ファイバ２４へ入力されることによって、光ファイバ２２および光ファイバ２４を通過する信号光に対して、同時に通過するパルス励起光に応じた四光波混合（ＦＷＭ：Ｆｏｕｒ  Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ）が発生する。
【００３４】
光ファイバ２２および光ファイバ２４を同材質の光ファイバで構成するとともに、励起光生成部２１が、生成するパルス励起光の波長λPを光ファイバ２２および光ファイバ２４の平均零分散波長とほぼ一致させる構成としてもよい。また、光ファイバ２２および光ファイバ２４の温度制御などにより、光ファイバ２２および光ファイバ２４の平均零分散波長をパルス励起光の波長λPとほぼ一致させる構成としてもよい。これにより位相整合をとり、四光波混合による光パラメトリック増幅を効率よく発生させることができる。
【００３５】
また、光信号処理装置１０において使用する波長帯域に渡って、光ファイバ２２および光ファイバ２４に直線状の分散傾斜（３次分散）をもたせる方法も有効である。すなわち、使用する波長帯域に渡って、光ファイバ２２および光ファイバ２４の４次分散を０に（あるいは十分小さく）する。さらに、光パルスの波長λPを信号光の波長λSよりも長波長側に設定するとともに、非線形位相シフトを用いて位相整合をとってもよい。これらの方法により、四光波混合による光パラメトリック増幅をさらに効率よく発生させることができる。
【００３６】
光ファイバ２２および光ファイバ２４は、非線形光学効果を発生させるために十分な長さが必要である。光ファイバ２２および光ファイバ２４の各長さは、光パラメトリック増幅の発生効率がほぼ等しくなるように設定される。または、光ファイバ２２および光ファイバ２４の各長さは、リミッタ効果が最適となるように設定される。
【００３７】
光ファイバ２２および光ファイバ２４として、たとえば非線形光学効果を高めた高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：Ｈｉｇｈｌｙ  ＮｏｎＬｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ）などを用いてもよい。高非線形光ファイバには、ゲルマニウム、ビスマスまたはガルコゲナイトなどをコアにドープして非線形屈折率を高めたものを用いることができる。
【００３８】
また、高非線形光ファイバには、モードフィールドを小さく設計（狭小化）することにより光パワー密度を高めたものを用いることができる。また、高非線形光ファイバには、フォトニック結晶ファイバを用いてもよい。また、同様の構成において、光パラメトリック増幅ではなく光ラマン増幅を用いてもよい。光パラメトリック増幅となるか光ラマン増幅となるかは、信号光の波長λSに対するパルス励起光の波長λPの関係により決まる。
【００３９】
また、ここでは、分散媒質１４として、単位長さ当たりの波長分散が大きな分散ファイバ２３を用いている。たとえば、信号光が１．５μｍ帯である場合は、平均零分散波長が１．３μｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）や分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ）などを分散ファイバ２３として用いることができる。
【００４０】
一例として、波長分散が＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのシングルモードファイバを用いて、１００ＧＨｚのパルス列からなるパルス励起光を、信号光に対して５ｐｓだけタイミングシフトさせる場合を考える。ここで、信号光とパルス励起光の波長差λS−λPを５０ｎｍとすると、長さ５ｍのシングルモードファイバを用いればよいことがわかる。
【００４１】
また、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５の少なくとも一方の出力端に光帯域フィルタを設けてもよい。この光帯域フィルタには、波長多重された信号光に含まれる複数の信号光の各中心波長付近に透過ピークを有するものを用いる。光信号処理装置１０においては、信号光にパルス励起光を合波することで、信号光よりも高い周波数成分が発生する。このため、入力時に比べて信号光のスペクトルが拡大する。
【００４２】
これに対して、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５の少なくとも一方の出力端に光帯域フィルタを設けることで、信号光に発生した高周波成分を等化することができる。光帯域フィルタには、たと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や、共振器構造の周期フィルタなどを用いることができる。共振器構造の周期フィルタには、ファブリ・ペロー・フィルタなどを用いることができる。
【００４３】
図３は、信号光およびパルス励起光の波長位置を示す図である。図３〜図５を用いて、第１非線形光学媒質１３における光パラメトリック増幅について説明するが、第２非線形光学媒質１５における光パラメトリック増幅も同様である。図３において、横軸は、信号光およびパルス励起光の波長λ（λS，λP）を示している。縦軸は、信号光のパワーＰSおよびパルス励起光のパワーＰＰを示している。（ａ）は、第１非線形光学媒質１３へ入力される信号光およびパルス励起光の波長位置を示している。
【００４４】
（ｂ）は、第１非線形光学媒質１３から出力される信号光およびパルス励起光の波長位置を示している。符号３１は、信号光の波長位置を示している。符号３２は、パルス励起光の波長位置を示している。ここでは、第１非線形光学媒質１３へ入力される信号光の波長λSは、第１非線形光学媒質１３へ入力されるパルス励起光の波長λPより短いとしているが、逆の場合もある。信号光とパルス励起光との波長差（λP−λS）は、たとえば数ｎｍ〜数十ｎｍである。
【００４５】
符号３３は、信号光とともにパルス励起光が第１非線形光学媒質１３へ入力されたときに発生する四光波混合によって生成される、信号光に対応するアイドラ光を示している。アイドラ光の波長は、パルス励起光を中心として信号光と対称な周波数に対する波長λC（ωC＝２ωP−ωS：ωは周波数）となる。このとき、パルス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。これにより、信号光は、符号３４に示すように光パラメトリック増幅される。
【００４６】
光パラメトリック増幅による利得は、パルス励起光のパワーＰPが信号光のパワーＰSに比べて十分に高い場合（たとえば１０倍以上）、パルス励起光のパワーＰPのほぼ二乗に比例して増加する。一方、パルス励起光のパワーＰPが信号光のパワーＰSに比べて十分に高くない場合、四光波混合によるパルス励起光のパワーＰPの消耗が大きくなるため、符号３５に示すようにパルス励起光のパワーＰPが減衰するデプレションが発生する。
【００４７】
図４は、信号光の入力パワーと光パラメトリック増幅との関係を示す特性図である。図４において、横軸は、信号光入力部１１へ入力される信号光の入力パワーＰS-in（ｄＢｍ）を示している。縦軸は、第１非線形光学媒質１３における光パラメトリック増幅による信号光の利得ＧS（ｄＢ）を示している。ここでは、合波器１２へ入力されるパルス励起光の入力パワーＰPは一定であるものとする。
【００４８】
信号光の入力パワーＰS-inが一定のしきい値パワーＰ１よりも小さい場合、符号４１に示すように、光パラメトリック増幅による利得ＧSは一定（＝ＧS0）である。信号光の入力パワーＰS-inがしきい値パワーＰ１より大きくなると、パルス励起光のデプレションが発生し、光パラメトリック増幅による信号光の利得が急激に飽和する。このため、符号４２に示すように、光パラメトリック増幅による信号光の利得ＧSが減少する。
【００４９】
パルス励起光の入力パワーＰPは一定であるとして説明したが、実際に光パラメトリック増幅を飽和させるためには、信号光とパルス励起光との相対的なパワーを調節する。たとえば、励起光生成部２１が、信号光入力部１１へ入力される信号光のパワーとほぼ等しいパワーのパルス励起光を出力することで、光パラメトリック増幅を飽和させる。
【００５０】
図５は、信号光の入力パワーと出力パワーとの関係を示す特性図である。図５において、横軸は、信号光入力部１１へ入力される信号光の入力パワーＰS-in（ｄＢｍ）を示している。縦軸は、第１非線形光学媒質１３（または第２非線形光学媒質１５）から出力される信号光の出力パワーＰS-out（ｄＢｍ）を示している。
【００５１】
実線は、第１非線形光学媒質１３において光パラメトリック増幅されて出力された信号光の出力パワーＰS-outを示している。点線は、第１非線形光学媒質１３における光パラメトリック増幅による利得ＧSがゼロであるとした場合の信号光の出力パワーＰS-outを示している。ここでは、パルス励起光の入力パワーは一定であるものとする。
【００５２】
信号光の出力パワーＰS-outは、信号光の入力パワーＰS-inの増加に伴って大きくなる。また、信号光の出力パワーＰS-out（実線）は、信号光の入力パワーＰS-inが一定のしきい値パワーＰ１よりも小さい場合は、符号５１に示すように、光パラメトリック増幅によって利得ＧS0分増加する。
【００５３】
信号光の出力パワーＰS-out（実線）は、信号光の入力パワーＰS-inがしきい値パワーＰ１よりも大きくなると光パラメトリック増幅による利得ＧSが減少する（図４参照）ため、符号５２に示すように、光パラメトリック増幅による利得ＧSがゼロである場合の出力パワーＰS-out（点線）に近づいていく。
【００５４】
このため、信号光の入力パワーＰS-inが増加しても、第１非線形光学媒質１３から出力される信号光のパワーＰS-outはある値よりも大きくならない。したがって、光信号処理装置１０は、信号光の入力パワーＰS-inがしきい値パワーＰ１以下の範囲では線形利得の光アンプとして動作する一方、信号光の入力パワーＰS-inがしきい値パワーＰ１より大きい範囲では出力パワーＰS-outの強度揺らぎを抑圧する光リミッタアンプとして動作する。
【００５５】
信号光におけるゼロレベルの強度揺らぎを抑圧するために、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５の少なくとも一方の前段または後段に、過飽和吸収手段を設けてもよい。過飽和吸収手段には、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：Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｏｏｐ  Ｍｉｒｒｏｒ）型スィッチなどを用いることができる。
【００５６】
図６は、信号光とパルス励起光のタイミングのシフトを示す図である。図６において、符号６１および符号６２は、信号光およびパルス励起光の波形をそれぞれ示している。合波器１２によって合波された信号光およびパルス励起光が光ファイバ２２へ入力されると、符号６３に示すように、信号光における、パルス励起光の立ち上がり部分と同じタイミングで入力された部分のみが増幅される。
【００５７】
光ファイバ２２から出力された信号光およびパルス励起光が分散ファイバ２３を通過すると、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングがシフトする。分散ファイバ２３から出力された信号光およびパルス励起光が光ファイバ２４へ入力されると、信号光の、パルス励起光の立ち上がり部分と同じタイミングで入力された部分のみが増幅される。
【００５８】
このとき、符号６４に示すように、光ファイバ２２および光ファイバ２４のそれぞれにおいて、信号光とパルス励起光の相対的なタイミングが異なるため、光ファイバ２４においては、信号光の、光ファイバ２２によって増幅された部分とは異なる部分が増幅される。これにより、符号６５に示すように、光ファイバ２４から出力された信号光は、各タイミングで均一に増幅され、時間的に均一な利得が与えられた信号光となる。
【００５９】
また、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせる量が、パルス励起光のパルス間隔の約半分となるように分散ファイバ２３の長さを設定するとよい。たとえば、パルス励起光がおよそ１００ＧＨｚのパルス列であれば、各励起光の相対的なタイミングをシフトさせる量が約５ｐｓとなるように分散ファイバ２３の長さを設定する。
【００６０】
これにより、光ファイバ２２および光ファイバ２４のそれぞれにおいて、信号光とパルス励起光の相対的なタイミングをパルス励起光の半周期分だけずらすことができる。このため、光ファイバ２４において、信号光の、光ファイバ２２によって増幅されていない部分を中心として増幅させることができる。
【００６１】
これは、従来のように分散ファイバ２３および光ファイバ２４を設けない構成において、光ファイバ２２に対して２倍の繰り返し周波数のパルス励起光を入力した場合に相当する。すなわち、実施の形態１にかかる光信号処理装置１０においては、信号光を均一に増幅するために必要なパルス励起光の繰り返し周波数を従来の半分にすることができる。
【００６２】
図７は、図２に示した光信号処理装置の変形例を示すブロック図である。図７において、図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図７に示すように、図２に示した光信号処理装置１０の光ファイバ２２の後段に、分散ファイバ２３および光ファイバ２４の組み合わせ７０を複数段設けてもよい。
【００６３】
これにより、複数の分散ファイバ２３によって信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングを複数回シフトさせ、シフトさせるごとに光ファイバ２４によって信号光を増幅することができる。これにより、最終段の光ファイバ２４から出力された信号光は、時間的にさらに均一な利得が与えられた信号光となる。
【００６４】
光ファイバ２２の後段に設ける組み合わせ７０の段数をＮ（Ｎ＝２，３，…）とする。この場合は、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングがＮ回シフトする。このとき、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせる量が、パルス励起光のパルス間隔の約１／（Ｎ＋１）となるように各分散ファイバ２３の長さを設定する。
【００６５】
たとえば、光ファイバ２２の後段に分散ファイバ２３および光ファイバ２４の組み合わせ７０を２段設ける場合はＮ＝３となる。この場合は、各分散ファイバ２３において、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせる量が、パルス励起光のパルス間隔の約１／３となるように各分散ファイバ２３の長さを設定する。
【００６６】
図８は、光信号処理装置の波長多重信号に対する波形整形を示す図である。図８において、符号８１Ａ〜８１Ｅは、光信号処理装置１０へ入力される波長多重信号に含まれる各信号光（波長λA〜λE）を示している。図８に示すように、光信号処理装置１０へ入力される波長多重信号に含まれる各信号光のそれぞれの到着タイミングはランダムである。
【００６７】
これに対して、光信号処理装置１０は、分散媒質１４、あるいは分散ファイバ２３により、各信号光とパルス励起光との相対的なタイミングをシフトさせることで、各信号光の到着タイミングにかかわらず、各信号光を均一に増幅することができる。このため、各チャネルに対応した複数の励起光生成回路およびクロック再生回路などを設けることなく、各信号光を均一に波形整形することができる。
【００６８】
このように、実施の形態１にかかる光信号処理装置１０によれば、互いに波長が異なる信号光およびパルス励起光を分散媒質１４に対して通過させることで、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせることができる。これにより、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５のそれぞれにおいて、パルス励起光による信号光の励起タイミングが異なるようにすることができる。このため、信号光に対して時間的に均一な利得を与え、信号光を均一に増幅することができる。
【００６９】
また、光信号処理装置１０は、分散媒質１４および第２非線形光学媒質１５を設けるだけで信号光を均一に増幅することができるため、簡単な構成によって実現することができる。たとえば、パルス励起光の繰り返し周波数を高くするために、パルス励起光を、分岐器、遅延回路および合波器などによって時間分割多重する場合に比べて、大幅な小型化、低コスト化を図ることができる。また、光信号処理装置１０において光信号処理装置１０を時間分割多重する構成とすれば、信号光をさらに均一に増幅することができる。
【００７０】
なお、実施の形態１においては、励起光生成部２１が、パルス励起光として、信号光入力部１１へ入力される信号光の変調速度よりも高い繰り返し周波数の光パルス列からなるパルス励起光を生成する場合について説明したが、光信号処理装置１０の構成はこれに限られない。一般的に、パルス励起光の繰り返し周波数が高いほど信号光を均一に増幅することができるが、光信号処理装置１０は、パルス励起光の繰り返し周波数に対する信号光の増幅の均一化の効率を向上させることができる。
【００７１】
また、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせる量が、パルス励起光のパルス間隔の約１／（Ｎ＋１）となるように各分散ファイバ２３の長さを設定する場合について説明したが、光信号処理装置１０の構成はこれに限られない。すなわち、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせる量が、パルス励起光のパルス間隔と同じにならないように各分散ファイバ２３の長さを設定すれば、信号光に対する増幅の均一化を図ることができる。
【００７２】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２にかかる光信号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。図９において、図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、実施の形態２にかかる光信号処理装置１０は、図２に示した光信号処理装置１０の構成に加えて、分岐器９１、偏光調節部９２、偏光調節部９３および合波器９４を備えている。
【００７３】
分岐器９１、偏光調節部９２、偏光調節部９３および合波器９４は、励起光生成部２１から出力されたパルス励起光を、互いに逆回りの偏光方向の二つの円偏光成分からなるパルス励起光にする偏光調節手段を構成する。分岐器９１は、励起光生成部２１から出力されたパルス励起光を分岐する。分岐器９１は、分岐した各パルス励起光をそれぞれ偏光調節部９２および偏光調節部９３へ出力する。
【００７４】
偏光調節部９２は、分岐器９１から出力されたパルス励起光の偏光状態を、右回りの円偏光（円偏光Ｒ）となるように調節する。偏光調節部９２は、偏光状態を調節したパルス励起光を合波器９４へ出力する。偏光調節部９３は、分岐器９１から出力されたパルス励起光の偏光状態を、左回りの円偏光（円偏光Ｌ）となるように調節する。偏光調節部９３は、偏光状態を調節したパルス励起光を合波器９４へ出力する。
【００７５】
合波器９４は、偏光調節部９２から出力されたパルス励起光と、偏光調節部９３から出力されたパルス励起光と、を合波して合波器１２へ出力する。合波器９４から合波器１２へ出力されるパルス励起光は、互いに逆回りの偏光方向の二つの円偏光成分からなるパルス励起光（円偏光Ｒ＋Ｌ）となる。合波器１２へ出力されるパルス励起光に含まれる二つの円偏光成分の各パワーはほぼ同じとなるようにする。
【００７６】
たとえば、分岐器９１における分岐比を１：１とすることで、二つの円偏光成分の各パワーを同じにすることができる。合波器１２は、信号光入力部１１から出力された信号光と、合波器９４から出力されたパルス励起光と、を合波する。これにより、信号光入力部１１へ入力される信号光の偏光状態にかかわらず、光ファイバ２２および光ファイバ２４において均一の効率で信号光をパラメトリック増幅することができる。
【００７７】
図１０は、図９に示した光信号処理装置の変形例を示すブロック図である。図１０において、図９に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、実施の形態２にかかる光信号処理装置１０は、図９に示した光信号処理装置１０の構成において、偏光調節部９２および偏光調節部９３に代えて偏光調節部１０１および偏光調節部１０２を備えていてもよい。
【００７８】
分岐器９１、偏光調節部１０１、偏光調節部１０２および合波器９４は、励起光生成部２１から出力されたパルス励起光を、互いに直交する二つの直線偏光成分からなるパルス励起光にする偏光調節手段を構成する。分岐器９１は、分岐した各パルス励起光をそれぞれ偏光調節部１０１および偏光調節部１０２へ出力する。偏光調節部１０１は、分岐器９１から出力されたパルス励起光の偏光状態を直線偏光（直線偏光ｐ）となるように調節する。偏光調節部１０１は、偏光状態を調節したパルス励起光を合波器９４へ出力する。
【００７９】
偏光調節部１０２は、分岐器９１から出力されたパルス励起光の偏光状態を、偏光調節部１０１から合波器９４へ出力されるパルス励起光の偏光方向と直交する直線偏光（直線偏光ｓ）となるように調節する。偏光調節部１０２は、偏光状態を調節したパルス励起光を合波器９４へ出力する。合波器９４は、偏光調節部１０１から出力されたパルス励起光と、偏光調節部１０２から出力されたパルス励起光と、を合成する。
【００８０】
合波器９４から合波器１２へ出力されるパルス励起光は、互いに直交する二つの直線偏光成分からなるパルス励起光（直線偏光ｐ＋ｓ）となる。合波器１２へ出力されるパルス励起光に含まれる二つの直線偏光成分の各パワーはほぼ同じとなるようにする。これにより、信号光入力部１１へ入力される信号光の偏光状態にかかわらず、光ファイバ２２および光ファイバ２４において均一の効率で信号光をパラメトリック増幅することができる。
【００８１】
このように、実施の形態２にかかる光信号処理装置１０によれば、実施の形態１にかかる光信号処理装置１０の効果を奏するとともに、励起光生成部２１から出力されたパルス励起光を、互いに直交する二つの直線偏光成分からなるパルス励起光、または互いに直交する二つの直線偏光成分からなるパルス励起光とすることで、信号光入力部１１へ入力される信号光の偏光状態にかかわらず信号光を均一に増幅することができる。
【００８２】
なお、ここでは、励起光生成部２１から出力されたパルス励起光を分岐器９１によって分岐して、分岐した各パルス励起光の偏光状態をそれぞれ調節する構成について説明したが、励起光生成部をもう一つ設け、この励起光生成部および励起光生成部２１から出力された各パルス励起光の偏光状態をそれぞれ調節する構成としてもよい。この場合は、各励起光生成部が出力する各パルス励起光の波長は、所望の励起効果を提供可能な波長域に入るように設定する。
【００８３】
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３にかかる光信号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。図１１において、図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１１に示すように、実施の形態３にかかる光信号処理装置１０は、図２に示した光信号処理装置１０の構成に加えて、分岐器１１１と、分岐器１１２と、パワーモニタ部１１３と、比較部１１４と、パワー調節部１１５と、パワー調節部１１６と、分岐器１１７と、偏光モニタ部１１８と、偏光調節部１１９と、を備えている。
【００８４】
分岐器１１１、分岐器１１２およびパワーモニタ部１１３は、光ファイバ２２へ入力される光のパワーと、光ファイバ２２を通過した光のパワーと、をモニタするパワーモニタ手段を構成する。具体的には、分岐器１１１は、合波器１２から光ファイバ２２へ出力される光の一部を分岐してパワーモニタ部１１３へ出力する。分岐器１１２は、光ファイバ２４から外部へ出力される光の一部を分岐してパワーモニタ部１１３へ出力する。
【００８５】
パワーモニタ部１１３は、分岐器１１１から出力された光のパワーをモニタする。パワーモニタ部１１３は、モニタしたパワーに応じた電気信号を、信号光の増幅前のパワーの情報として比較部１１４へ出力する。また、パワーモニタ部１１３は、分岐器１１２から出力された光のパワーをモニタする。パワーモニタ部１１３は、モニタしたパワーに応じた電気信号を、信号光の増幅後のパワーの情報として比較部１１４へ出力する。
【００８６】
比較部１１４、パワー調節部１１５およびパワー調節部１１６は、分岐器１１１、分岐器１１２およびパワーモニタ部１１３によるモニタ結果に基づいて、合波器１２によって合波される信号光およびパルス励起光の各パワーを制御するパワー制御手段を構成する。具体的には、比較部１１４は、パワーモニタ部１１３から出力された信号光の増幅前のパワーの情報と、信号光の増幅後のパワーの情報と、を比較して信号光の利得を算出する。
【００８７】
比較部１１４は、算出した利得の情報をパワー調節部１１５およびパワー調節部１１６へ出力する。パワー調節部１１５は、比較部１１４から出力された利得の情報に基づいて、信号光入力部１１から合波器１２へ出力される信号光のパワーを調節する。パワー調節部１１６は、比較部１１４から出力された利得の情報に基づいて、励起光生成部２１から合波器１２へ出力されるパルス励起光のパワーを調節する。
【００８８】
パワー調節部１１５およびパワー調節部１１６は、比較部１１４から出力された情報が示す利得が所望の利得となるように、合波器１２へ入力される信号光およびパルス励起光の相対的なパワーを調節する。たとえば、パワー調節部１１５およびパワー調節部１１６は、信号光の利得が飽和するように信号光およびパルス励起光の相対的なパワーを調節することで、光信号処理装置１０を光リミッタアンプとして動作させる。
【００８９】
分岐器１１７および偏光モニタ部１１８は、光ファイバ２２または光ファイバ２４へ入力されるパルス励起光の偏光状態をモニタする偏光モニタ手段を構成する。具体的には、分岐器１１７は、合波器１２から光ファイバ２２へ出力される光に含まれるパルス励起光の一部を分岐して偏光モニタ部１１８へ出力する。分岐器１１７は、たとえば、パルス励起光の波長λＰの光成分のみを分離する光カプラである。
【００９０】
偏光モニタ部１１８は、分岐器１１７から出力されたパルス励起光の偏光状態をモニタする。偏光モニタ部１１８は、たとえば、分岐器１１７から出力されたパルス励起光の偏光状態を示す情報として、パルス励起光のストークスパラメータを検出する。偏光モニタ部１１８は、モニタした偏光状態を示す情報を偏光調節部１１９へ出力する。
【００９１】
偏光調節部１１９は、偏光モニタ手段によるモニタ結果に基づいて、合波器１２によって合波されるパルス励起光の偏光状態を制御する偏光制御手段を構成する。具体的には、偏光調節部１１９は、光ファイバ２２および光ファイバ２４で発生する四光波混合などの非線形光学効果の発生効率が最適化されるように、励起光生成部２１から合波器１２へ出力されるパルス励起光の偏光状態を調節する。
【００９２】
たとえば、偏光調節部１１９は、偏光モニタ部１１８から出力されたストークスパラメータと、あらかじめ与えられた目標のストークスパラメータと、の差分が小さくなるようにパルス励起光の偏光状態を調節する。なお、合波器１２および光ファイバ２２の間に分岐器１１７を設けて、合波器１２から光ファイバ２２へ出力される光を分岐する構成について説明したが、図の点線に示すように、光ファイバ２２および分散ファイバ２３の間、または分散ファイバ２３および光ファイバ２４の間に分岐器１１７を設けてもよい。
【００９３】
図１２は、図１１に示した光信号処理装置の制御の一例を示すフローチャートである。図１１に示した光信号処理装置１０において、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などによって構成される制御手段を設け、図１１に示した各構成を制御して以下のような処理を行う。図１２に示すように、まず、偏光モニタ部１１８が、分岐器１１７から出力されるパルス励起光に基づいて、光ファイバ２２へ入力されるパルス励起光の偏光状態をモニタする（ステップＳ１２１）。
【００９４】
つぎに、偏光調節部１１９が、ステップＳ１２１によってモニタされた偏光状態に基づいて、励起光生成部２１から合波器１２へ出力されるパルス励起光の偏光状態を所望の状態となるように調節する（ステップＳ１２２）。つぎに、パワーモニタ部１１３が、分岐器１１１から出力された光に基づいて、光ファイバ２２および光ファイバ２４による増幅の前の信号光のパワーをモニタする（ステップＳ１２３）。
【００９５】
つぎに、パワー調節部１１５が、ステップＳ１２３によってモニタされたパワーに基づいて、信号光入力部１１から合波器１２へ出力される信号光のパワーを調節する（ステップＳ１２４）。つぎに、パワーモニタ部１１３が、分岐器１１１から出力された光と、分岐器１１２から出力された光と、に基づいて、光ファイバ２２および光ファイバ２４による増幅の前後の各信号光のパワーをモニタする（ステップＳ１２５）。
【００９６】
つぎに、比較部１１４が、ステップＳ１２５によってモニタされた各パワーに基づいて信号光の利得を算出する（ステップＳ１２６）。つぎに、パワー調節部１１６が、ステップＳ１２６によって算出された利得に基づいて、励起光生成部２１から出力されるパルス励起光のパワーを調節し（ステップＳ１２７）、一連の制御を終了する。
【００９７】
このように、実施の形態３にかかる光信号処理装置によれば、実施の形態１にかかる光信号処理装置１０の効果を奏するとともに、光ファイバ２２へ入力される光のパワーと、光ファイバ２２を通過した光のパワーとをモニタし、モニタ結果に基づいて合波器１２によって合波される信号光およびパルス励起光の各パワーを制御することで、光ファイバ２２および光ファイバ２４において信号光に与える利得を精度よく制御することができる。
【００９８】
また、光ファイバ２２または光ファイバ２４へ入力されるパルス励起光の偏光状態をモニタし、モニタ結果に基づいて合波器１２によって合波されるパルス励起光の偏光状態を制御することで、光ファイバ２２および光ファイバ２４における非線形光学効果の発生効率を精度よく最適化することができる。
【００９９】
なお、光ファイバ２２および光ファイバ２４による増幅の前後の各信号光のパワーをモニタする構成について説明したが、光ファイバ２４から出力された信号光の品質をモニタして、モニタした品質が最適となるように信号光およびパルス励起光のパワー、またはパルス励起光の偏光状態を制御する構成としてもよい。ここでいう信号光の品質とは、たとえば光Ｓ／Ｎ比、Ｑ値またはビットエラーレートなどの各種のパラメータである。
【０１００】
（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４にかかる光通信システムの一例を示すブロック図である。図１３に示すように、実施の形態４にかかる光通信システム１３０は、光送信装置１３１と、光受信装置１３２と、から構成されている。光送信装置１３１は、光強度変調、光位相変調または光周波数変調などで変調した信号光を伝送路を介して光受信装置１３２へ送信する。伝送路においては、必要に応じて光アンプ１３４を用いて光増幅中継伝送を行う。
【０１０１】
また、光送信装置１３１は、信号光として波長多重信号を送信する構成としてもよい。光受信装置１３２は、光信号処理装置１０と、光受信機１３３と、を備えている。光信号処理装置１０は、光送信装置１３１から送信された信号光を波形整形する。光信号処理装置１０は、波形整形した信号光を光受信機１３３へ出力する。光受信機１３３は、光信号処理装置１０の光ファイバ２４を通過した信号光を受信する受信手段である。
【０１０２】
図１４は、実施の形態４にかかる光通信システムの他の例を示すブロック図である。図１４において、図１３に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１４に示すように、実施の形態４の他の例にかかる光通信システム１４０は、光送信装置１３１と、光中継装置１４１と、光受信装置１４２と、を備えている。光送信装置１３１は、伝送路を介して信号光を光中継装置１４１へ送信する。
【０１０３】
光中継装置１４１は、光送信装置１３１から光受信装置１４２へ送信される信号光を中継する中継装置である。光中継装置１４１は、光信号処理装置１０と、光送信機１４３と、を備えている。光信号処理装置１０は、光送信装置１３１から送信された信号光を波形整形する。光信号処理装置１０は、波形整形した信号光を光送信機１４３へ出力する。
【０１０４】
光送信機１４３は、光信号処理装置１０の光ファイバ２４から出力された信号光を光受信装置１４２へ送信する送信手段である。光受信装置１４２は、光中継装置１４１から送信された信号光を受信する。また、光受信装置１４２も、図１３に示した光受信装置１３２と同様に光信号処理装置１０および光受信機１３３を備える構成としてもよい。図１３および図１４に示した光信号処理装置１０には、実施の形態１〜３に示した各光信号処理装置１０を適用することができる。
【０１０５】
このように、実施の形態４にかかる光通信システムによれば、上述した各実施の形態にかかる光信号処理装置１０を光受信装置１３２あるいは光中継装置１４１に適用することができる。これにより、上述した各実施の形態にかかる光信号処理装置１０の効果を奏するとともに、光信号処理装置１０をたとえばリミッタアンプとして動作させることで、精度の高い波形整形を行うことができる。このため、通信装置間の光アンプ１３４の数を減らすことができる。また、光アンプ１３４によって発生するＡＳＥ雑音を抑圧することができるため、光アンプの数を増やして通信装置間の距離Ｌを長くすることもできる。
【０１０６】
以上説明したように、開示の光信号処理装置、光受信装置および光中継装置によれば、簡単な構成によって信号光を均一に増幅することができる。なお、上記の光信号処理装置１０による各々の増幅過程においては、信号光の位相は影響を受けないため、上記波形整形の方法は、光強度変調、光位相変調および光周波数変調などで変調された信号光に適用することが可能である。光位相変調信号光については、位相雑音自体を抑圧するわけではないが、光信号処理装置１０を光リミッタアンプとして動作させることによって、強度揺らぎを減らし、強度揺らぎが起因となって発生する位相雑音を低減することができる。
【０１０７】
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（ＡＭ／ＰＭ変換：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ／Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ変換）、これが光位相変調信号光の伝送限界を決める要因の一つとなっている。光信号処理装置１０を用いることにより、このＡＭ／ＰＭ変換雑音を抑圧することが可能である。
【０１０８】
また、上述した各実施の形態においては、信号光入力部１１に波長多重信号が入力される構成について説明したが、光信号処理装置１０の構成はこれに限らず、波長多重されていない信号光が信号光入力部１１へ入力される構成としてもよい。この場合も、信号光と光パルスとのタイミングを合わせることができるため、クロック再生回路などを設けることなく信号光を均一に増幅することができる。
【０１０９】
ところで、非線形光学媒質である光ファイバ２２および光ファイバ２４内で信号光が光パラメトリック増幅される際に、パルス励起光のパワーに比例した相互位相変調（ＸＰＭ：ＣＲＯＳＳ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の影響を受ける場合がある。信号光全体に同じ強度のＸＰＭを受ける場合には問題にならないが、光信号処理装置１０のように、狭い時間幅のパルスで励起する場合には、ピーク付近ではＸＰＭが大きく、立ち上がり部分および立下り部分ではＸＰＭが小さい。
【０１１０】
また、非線形光学効果のスロープが急峻な部分では、傾斜に比例するチャープが発生する場合もある。こうした場合でも、光信号処理装置１０によれば、信号光およびパルス励起光の相対的なタイミングをシフトさせることで、ＸＰＭの影響を信号光全体に均一に与え、ＸＰＭの影響を分散させることができる。
【０１１１】
すなわち、各非線形光学媒質におけるパルス励起光のパルスの立ち上がり部分と立ち下り部分がほぼ重なるように、パルス励起光のパルス形状と間隔を調節する。これにより、ＸＰＭをピーク付近での値にほぼ一致させるとともに、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５内で信号光が受けるチャープを相殺することができる。このため、ＸＰＭの影響を補償した効率のよい光リミッタアンプを実現することができる。
【０１１２】
また、上述した各実施の形態においては、合波器１２へ入力する励起光としてパルス励起光を用いる構成について説明したが、光信号処理装置１０はこのような構成以外にも有用である。たとえば、信号光が波長多重信号であり、合波器１２へ入力する励起光として連続光を用いる構成とした場合は、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５において、波長多重信号に含まれる各信号光の相対的なタイミングをシフトさせることができる。これにより、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５における、波長多重信号に含まれる各信号光に対する各利得を均一にすることができる。
【０１１３】
また、上述した各実施の形態においては、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５の間に分散媒質１４を設ける構成について説明したが、分散媒質１４を設ける代わりに、パルス励起光をあらかじめ二つにパワー分岐し、一方を第１非線形光学媒質１３へ入力し、他方をタイミング調節した後に第２非線形光学媒質１５へ入力してもよい。
【０１１４】
これにより、第１非線形光学媒質１３および第２非線形光学媒質１５のそれぞれにおいて、パルス励起光による信号光の励起タイミングが異なるようになり、信号光を均一に増幅することができる。上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１１５】
（付記１）信号光が入力される入力手段と、
前記入力手段から入力された信号光と、前記信号光とは波長が異なる励起光と、を合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された光を通過させる第１非線形光学媒質と、
前記第１非線形光学媒質を通過した光を通過させる分散媒質と、
前記分散媒質を通過した光を通過させる第２非線形光学媒質と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
【０１１６】
（付記２）前記合波手段は、前記励起光としてパルス励起光を合波することを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１１７】
（付記３）前記入力手段には、前記信号光として、複数の信号光が波長多重された波長多重信号が入力されることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１１８】
（付記４）前記分散媒質は、通過する前記信号光および前記パルス励起光の相対的なタイミングがシフトする長さを有することを特徴とする付記２に記載の光信号処理装置。
【０１１９】
（付記５）前記分散媒質は、前記タイミングをシフトさせる量が、前記パルス励起光のパルス間隔の約半分となる長さを有することを特徴とする付記４に記載の光信号処理装置。
【０１２０】
（付記６）前記第１非線形光学媒質の後段に、前記分散媒質および前記第２非線形光学媒質の組み合わせを複数段備え、前記分散媒質は、前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質のうちの前段の非線形光学媒質を通過した光を通過させることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１２１】
（付記７）前記第１非線形光学媒質の後段に、前記分散媒質および前記第２非線形光学媒質の組み合わせをＮ段備え、前記分散媒質は、前記タイミングをシフトさせる量が、前記パルス励起光のパルス間隔の約１／（Ｎ＋１）となる長さを有することを特徴とする付記４に記載の光信号処理装置。
【０１２２】
（付記８）前記合波手段によって合波される前記励起光を、互いに逆回りの偏光方向の二つの円偏光成分からなる励起光にする偏光調節手段を備えることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１２３】
（付記９）前記合波手段によって合波される前記励起光を、互いに直交する二つの直線偏光成分からなる励起光にする偏光調節手段を備えることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１２４】
（付記１０）前記合波手段は、前記パルス励起光として、前記信号光の変調速度よりも高い繰り返し周波数のパルス励起光を合波することを特徴とする付記２に記載の光信号処理装置。
【０１２５】
（付記１１）前記合波手段は、前記パルス励起光として、複数の光パルスを時間分割多重して生成したパルス励起光を合波することを特徴とする付記１０に記載の光信号処理装置。
【０１２６】
（付記１２）前記合波手段は、前記励起光として、前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質における前記信号光の利得が飽和するパワーの励起光を合波することを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１２７】
（付記１３）前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質の少なくとも一方の出力端に設けられ、前記複数の信号光の各中心波長付近に透過ピークを有する光帯域フィルタを備えることを特徴とする付記３に記載の光信号処理装置。
【０１２８】
（付記１４）前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質は、光ファイバであり、通過する前記信号光に対して、通過する励起光に応じた四光波混合を発生させることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１２９】
（付記１５）前記光ファイバの平均零分散波長は、前記励起光の波長とほぼ一致することを特徴とする付記１４に記載の光信号処理装置。
【０１３０】
（付記１６）前記光ファイバは、モードフィールドを狭小化した高非線形光ファイバであることを特徴とする付記１４に記載の光信号処理装置。
【０１３１】
（付記１７）前記光ファイバは、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付記１４に記載の光信号処理装置。
【０１３２】
（付記１８）前記光ファイバは、フォトニック結晶ファイバであることを特徴とする付記１４に記載の光信号処理装置。
【０１３３】
（付記１９）前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質は、擬似位相整合構造のＬｉＮｂＯ3導波路であり、通過する前記信号光に対して、通過する励起光に応じた三光波混合を発生させることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１３４】
（付記２０）前記分散媒質は分散ファイバであることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１３５】
（付記２１）前記第１非線形光学媒質および前記第２非線形光学媒質の少なくとも一方の前段または後段に、過飽和吸収手段を備えることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１３６】
（付記２２）前記第１非線形光学媒質へ入力される光のパワーと、前記第２非線形光学媒質を通過した光のパワーと、をモニタするパワーモニタ手段と、
前記パワーモニタ手段によるモニタ結果に基づいて、前記合波手段によって合波される前記信号光および前記励起光の各パワーを制御するパワー制御手段と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１３７】
（付記２３）前記第１非線形光学媒質または前記第２非線形光学媒質へ入力される前記励起光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基づいて、前記合波手段によって合波される前記励起光の偏光状態を制御する偏光制御手段と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の光信号処理装置。
【０１３８】
（付記２４）前記合波手段は、前記励起光として連続光を合波することを特徴とする付記３に記載の光信号処理装置。
【０１３９】
（付記２５）付記１〜２４のいずれか一つに記載の光信号処理装置と、
前記光信号処理装置の前記第２非線形光学媒質を通過した光を受信する受信手段と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【０１４０】
（付記２６）付記１〜２４のいずれか一つに記載の光信号処理装置と、
前記光信号処理装置の前記第２非線形光学媒質を通過した光を送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする光中継装置。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】実施の形態１にかかる光信号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した光信号処理装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】信号光およびパルス励起光の波長位置を示す図である。
【図４】信号光の入力パワーと光パラメトリック増幅との関係を示す特性図である。
【図５】信号光の入力パワーと出力パワーとの関係を示す特性図である。
【図６】信号光とパルス励起光のタイミングのシフトを示す図である。
【図７】図２に示した光信号処理装置の変形例を示すブロック図である。
【図８】光信号処理装置の波長多重信号に対する波形整形を示す図である。
【図９】実施の形態２にかかる光信号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示した光信号処理装置の変形例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態３にかかる光信号処理装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示した光信号処理装置の制御の一例を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態４にかかる光通信システムの一例を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態４にかかる光通信システムの他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  光信号処理装置
１２，９４  合波器
２２，２４  光ファイバ
２３  分散ファイバ
９１，１１１，１１２，１１７  分岐器
１３０，１４０  光通信システム
１３２，１４２  光受信装置
１３４  光アンプ
１４１  光中継装置
【図１】
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【図２】
2009177641.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009177641.tif 000007
【図６】
2009177641.tif 000008
【図７】
2009177641.tif 000009
【図８】
2009177641.tif 000010
【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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