JP2008233544A - 光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速な信号光を長距離伝送すること。
【解決手段】信号光入力部１１には信号光が入力される。励起光生成部１３は、信号光の変調周波数よりも高い周波数の励起光を生成する。非線形光学媒質１６は、信号光入力部１１によって入力された信号光と、励起光生成部１３によって生成された励起光と、を通過させる。パワー調節部１２，１４は、非線形光学媒質１６における非線形光学効果による信号光の利得が飽和するように信号光および励起光の少なくとも一方のパワーを調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、劣化した信号光の波形制御を行う光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置に関する。

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、または光信号対雑音（Ｓ／Ｎ：Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比などによって制限される。

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。

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。

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。

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波形制御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光信号の波形を制御する光波形制御装置が開示されている（たとえば、下記特許文献１，２参照。）。

この光波形制御装置では、光ファイバなどの非線形光学媒質に信号光および補助光（励起光）が入力される。この光波形制御装置は、信号光と補助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」レベルの強度雑音が抑圧する。

特開２０００−３１９０１号公報 特開２０００−４９７０３号公報

しかしながら、上述した光波形制御装置では、特別な波長配置や波長に対するチューニングの機能が必要であるため、適用可能な信号光の波長が限定されるという問題がある。このため、たとえば、様々な波長の信号光を波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）したＷＤＭ信号光にこの光波形制御装置を適用することは困難であるという問題がある。

また、上述した光波形制御装置では、励起光に光パルスを用いる場合、信号光と光パルスとのタイミングを合わせるためにクロック再生回路などが必要になるという問題がある。また、この場合、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。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ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を用いることが考えられる。しかし、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、ＣＷ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。

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、ＣＷ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、ＣＷ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ＣＷ光のパワーを増加させても、光ファイバ内のＣＷ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ＣＷ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。

また、信号光がＷＤＭ信号光である場合、ＷＤＭ信号光において各チャネルの信号光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制御を行うためにはＷＤＭ信号光をチャネル毎に分岐し、個別に波形制御を行う必要がある。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。

本発明は、上述した問題点を解消するものであり、高速な信号光を長距離伝送することができる光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる光波形制御装置は、信号光が入力される入力手段と、前記信号光の変調周波数よりも高い周波数の励起光を生成する生成手段と、前記入力手段によって入力された信号光と、前記生成手段によって生成された励起光と、を通過させる非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質における非線形光学効果による前記信号光の利得が飽和するように前記信号光および前記励起光の少なくとも一方のパワーを調節するパワー調節手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、非線形光学効果による信号光の利得を飽和させることで、減衰した信号光に対して線形利得を与えて信号光の光Ｓ／Ｎ比を回復させるとともに、信号光に含まれる強度雑音を抑圧して信号光を波形整形することができる。

本発明によれば、高速な信号光を長距離伝送することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる光波形制御装置、光信号処理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。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１にかかる光波形制御装置１０は、他の通信装置から送信された信号光の波形を制御する波形制御装置である。図１に示すように、光波形制御装置１０は、信号光入力部１１と、パワー調節部１２と、励起光生成部１３と、パワー調節部１４と、結合部１５と、非線形光学媒質１６と、を備えている。

信号光入力部１１には、他の通信装置から送信された信号光が入力される。信号光入力部１１は、入力された信号光をパワー調節部１２へ出力する。信号光入力部１１に入力される信号光の波長をλｓとする。パワー調節部１２は、信号光入力部１１から出力された信号光のパワーを調節する。パワー調節部１２は、パワーを調節した信号光を結合部１５へ出力する。

励起光生成部１３は、信号光入力部１１に入力される信号光の波長λｓとは異なる波長λｐ（≠λｐ）の励起光を生成する。励起光生成部１３は、生成した励起光をパワー調節部１４へ出力する。また、励起光生成部１３は、励起光として、信号光入力部１１に入力される信号光の変調周波数よりも高い繰返し周波数（パルス周波数）の光パルス列を生成する。

信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数とは、たとえば信号光の変調周波数の約１．５倍を超えるパルス周波数である。励起光生成部１３は、たとえばパルスレーザー光源である。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。励起光は、たとえば所望の繰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より発生する光パルス列である。

また、励起光は、たとえばＬｉＮｂＯ₃強度変調器や電界吸収型（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器を所望の繰返し周波数の電気信号で変調して発生する光パルス列である。また、励起光は、たとえば光位相変調器を所望の繰返し周波数の電気信号で変調させて発生する光コム、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する光パルス列である。

また、励起光は、たとえば非線形ファイバに所望の繰返し周波数の光パルスを入力して発生するスーパーコンティニューム（ＳＣ：Ｓｕｐｅｒ Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）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る。また、励起光は、たとえば所望の繰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る。

パワー調節部１４は、励起光生成部１３から出力された励起光のパワーを調節する。パワー調節部１４は、パワーを調節した励起光を結合部１５へ出力する。パワー調節部１２およびパワー調節部１４は、たとえば光アンプ、光アッテネータまたはこれらの組み合わせである。

ここで、パワー調節部１２から出力される信号光のパワーをＰｓ−ｉｎ、パワー調節部１４から出力される励起光のパワーをＰｐとする。結合部１５は、パワー調節部１２から出力された信号光と、パワー調節部１４から出力された励起光と、を結合する。結合部１５は、結合した信号光および励起光を非線形光学媒質１６へ出力する。結合部１５は、たとえば光カプラあるいは合波器である。

非線形光学媒質１６は、結合部１５から出力された信号光および励起光を通過させる。非線形光学媒質１６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。ここで、非線形光学媒質１６を通過した信号光のパワーをＰｓ−ｏｕｔとする。非線形光学媒質１６を通過した信号光の波長は、非線形光学媒質１６を通過する前と同じくλｓである。

また、非線形光学媒質１６は、三光波混合などの２次の非線形光学効果を有効に発生させる媒質であってもよい。たとえば、非線形光学媒質１６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あってもよい。

なお、励起光を遮断するフィルタを非線形光学媒質１６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非線形光学媒質１６の後段に設ける。これにより、非線形光学媒質１６を通過した信号光および励起光のうち、信号光のみを抽出することができる。また、励起光生成部１３が励起光として生成した光パルス列のパルス幅を圧縮などによって適宜調整する構成としてもよい。

図２は、光波形制御装置に光ファイバを適用した構成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、上述した非線形光学媒質１６として光ファイバ２１を用いた場合、信号光とともに励起光が光ファイバ２１に入力されることによって、四光波混合（ＦＷＭ：Ｆｏｕｒ Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ）が発生する。

励起光生成部１３は、生成する励起光の波長λｐを、光ファイバ２１の平均零分散波長とほぼ等しくする構成としてもよい。また、光ファイバ２１の温度制御などにより、光ファイバ２１の平均零分散波長を励起光の波長λｐとほぼ等しくする構成としてもよい。これにより、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。光ファイバ２１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２１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、ゲルマニウムやビスマスなどをコアにドープして非線形屈折率を高めたタイプ、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タイプや、フォトニック結晶ファイバ構造を用いたタイプなどがある。

図３は、信号光および励起光の波長位置を示す図である。図３において、横軸は、信号光および励起光の波長λ（λｓ，λｐ）を示している。縦軸は、信号光のパワーＰｓおよび励起光のパワーＰｐを示している。（ａ）は、非線形光学媒質１６に入力される信号光および励起光の波長位置を示している。（ｂ）は、非線形光学媒質１６から出力される信号光および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、励起光の波長位置を示している。ここでは、非線形光学媒質１６に入力される信号光の波長λｓは、非線形光学媒質１６に入力される励起光の波長λｐより短いとする。信号光と励起光との波長差（λｐ−λｓ）は、たとえば数ｎｍ〜数十ｎｍである。

符号３３は、信号光とともに励起光が非線形光学媒質１６に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、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、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。

光パラメトリック増幅による利得は、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）、励起光のパワーＰｐのほぼ二乗に比例して増加する。一方、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に示すように励起光のパワーＰｐが減衰するデプレション（Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）が発生する。

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に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、非線形光学媒質１６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、励起光の入力パワーＰｐは一定であるものとする。

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よりも大きくなると、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が減少してゆく。

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、パワー調節部１２およびパワー調節部１４によって信号光と励起光との相対的なパワーを調節する。たとえば、パワー調節部１２およびパワー調節部１４は、信号光のパワーと励起光のパワーとがほぼ等しくなるように調節することで光パラメトリック増幅を飽和させる。

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に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、非線形光学媒質１６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。

実線は、非線形光学媒質１６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、非線形光学媒質１６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、励起光の入力パワーは一定であるものとする。

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、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。

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。

このため、信号光の入力パワーＰｓ−ｉｎが増加しても、非線形光学媒質１６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。このため、光波形制御装置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リミッタとして動作する。

図６は、非線形光学媒質から出力される信号光を示す図である。図６において、符号６１は、非線形光学媒質１６へ入力される信号光の一例を示している。信号光６１は、パワーが「０」または「１」の強度変調信号光である。信号光の他の例としては、光位相変調信号光、光周波数変調信号光、あるいはＲＺパスルに位相変調や周波数変調を施した信号光などがある。符号６１ａは、信号光６１に含まれるＡＳＥ雑音などによる強度雑音を示している。信号光６１のパワーＰｓ−ｉｎは、パワー調節部１２によって、光パラメトリック増幅が飽和するように調節されている（Ｐｓ−ｉｎ＞Ｐ１）。

符号６２は、光パラメトリック増幅が飽和していないと仮定した場合に非線形光学媒質１６から出力される信号光を示している。光パラメトリック増幅が飽和していない場合は強度揺らぎが抑圧されないため、信号光６２は強度雑音６２ａをそのまま含んだまま非線形光学媒質１６から出力される。

符号６３は、光パラメトリック増幅が飽和している場合に非線形光学媒質１６から出力される信号光を示している。光パラメトリック増幅が飽和している場合は強度揺らぎが抑圧されるため、信号光６３は、「１」レベルの強度雑音が除去されて非線形光学媒質１６から出力される。

上述した光波形制御装置１０の構成において、まず、パワー調節部１４によって、十分な光パラメトリック増幅が発生するように励起光のパワーを調節する。つぎに、パワー調節部１２によって、光パラメトリック増幅が飽和するように信号光のパワーを調節する。これにより、光波形制御装置１０は光リミッタアンプとなる。

また、励起光生成部１３が信号光の変調周波数よりも十分に高いパルス（繰返し）周波数の励起光を出力することで、１つの信号光に対していずれかの光パルスを同期させることができる。したがって、励起光の出力タイミングを信号光に合わせて調節することなく信号光と励起光とを同期させることができる。この際、励起光のパルス周波数を高くするほど、信号光と励起光とを同期させやすくなる。

なお、「同期」とは、通常時間的にタイミングが揃った状態を保持しながら信号光と光パルスが伝搬されることを意味するが、本発明においては、タイミングが一致する時間が短い場合や、信号光と光パルスのタイミングが部分的に一致する場合も含めて「同期」と記載する。

また、信号光の波長λｓと励起光の波長λｐとが異なるため、非線形光学媒質１６において、信号光と励起光とが波長分散や揺らぎによって時間的にすれ違う。これにより、それぞれの信号光に対して励起光が平均的に同期し、それぞれの信号光に対して均一な利得を与えることができる。

また、光波形制御装置１０は、たとえば強度変調または光周波数変調などで変調された信号光に対して波形制御を行うことができる。具体的には、光波形制御装置１０は、強度変調または光周波数変調などで変調された信号光を増幅しつつ、信号光に含まれる強度雑音を低減することができる。

また、光波形制御装置１０による波形制御は信号光の位相に影響を与えないため、光波形制御装置１０は、光位相変調された信号光に対しても波形制御を行うことができる。このため、光波形制御装置１０は、光位相変調された信号光に対して、強度雑音を低減することで、強度雑音に起因して伝送路ファイバ、光回路、光／電気変換回路等で発生する位相雑音（ＡＭ／ＰＭ変換雑音）を低減することができる。

なお、パワー調節部１２およびパワー調節部１４によって信号光および励起光の両方のパワーを調節する場合について説明したが、光パラメトリック増幅を飽和させるためには信号光および励起光の相対的なパワーを調節すればよく、パワー調節部１２およびパワー調節部１４の一方のみを設ける構成としてもよい。

また、非線形光学媒質１６としての光ファイバ２１の波長分散を大きくする構成としてもよい。また、光ファイバ２１などの非線形光学媒質１６に、波長毎に異なるタイミングシフトを与える媒質を挿入してもよい。たとえば、単位長さ当たりの分散が大きい分散補償ファイバや単一モードファイバ（ＳＭＦ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）などを光ファイバ２１に挿入する。これにより、信号光と励起光との時間的なすれ違いがさらに大きくなり、信号光に対してより均一な利得を与えることができる。

また、非線形光学媒質１６における非線形光学効果として光パラメトリック増幅を用いる構成について説明したが、励起光の波長λｐの設定により、非線形光学媒質１６における非線形光学効果として光ラマン増幅を用いる構成とすることもできる。光ラマン増幅を用いる構成においても、上述した構成と同様に光波形制御装置１０を光リミッタアンプとすることができる。

このように、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０によれば、非線形光学効果による信号光の利得を飽和させることで、減衰した信号光に対して線形利得を与えて信号光の光Ｓ／Ｎ比を回復（Ｒｅ−ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）させるとともに、信号光に含まれる強度雑音を抑圧して信号光を波形整形（Ｒｅ−ｓｈａｐｉｎｇ）することができる。すなわち、劣化した信号光に対して波形制御（２Ｒ再生）を行うことができる。

また、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０によれば、信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を出力することで、１つの信号光に対していずれかの光パルスを同期させることができる。これにより、励起光の出力タイミングを信号光に合わせて調節することなく信号光と励起光とを同期させることができる。

したがって、信号光のタイミングを検出するクロック再生回路などを設ける必要がない。また、複数種類の信号光に対応する場合にも、それぞれの信号光に対応する複数のクロック再生回路を設ける必要がない。このため、装置の小型化、単純化および低コスト化を図ることができる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。図７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７に示すように、実施の形態２にかかる光波形制御装置７０の励起光生成部１３は、信号光よりも狭い幅の（デューティ比が小さい）光パルス列を時間多重することによって、信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を生成する。

具体的には、励起光生成部１３は、発振器７１と、分岐部７２と、遅延部７３と、多重化部７４と、を備えている。発振器７１は、信号光よりも狭い幅の光パルス列を生成して分岐部７２へ出力する。分岐部７２は、発振器７１から出力された光パルス列を分岐して、分岐した一方の光パルス列を多重化部７４へ出力し、分岐した他方の光パルス列を遅延部７３へ出力する。

遅延部７３は、分岐部７２から出力された光パルス列を遅延させて多重化部７４へ出力する。遅延部７３による光パルス列の遅延量は、たとえば光パルスの半周期分である。これにより、均一な間隔の光パルス列からなる励起光を生成することができる。ただし、遅延部７３による光パルス列の遅延量はこれに限られず、励起光は均一な間隔の光パルス列でなくてもよい。

多重化部７４は、分岐部７２から出力された光パルス列と、遅延部７３から出力された光パルス列と、を合成してパワー調節部１４へ出力する。これにより、発振器７１から出力されて分岐部７２によって分岐された光パルス列が時間多重され、高いパルス周波数の励起光を生成することができる。また、光パルスはＣＷ光と比べてピークパワーを容易に高くすることができるため、ピークパワーの高い励起光を生成することができる。

なお、単一の発振器７１によって生成された光パルス列を分岐して時間多重する構成について説明したが、複数の発振器７１によって生成されたそれぞれの光パルス列を時間多重する構成としてもよい。また、２つの光パルス列を時間多重する構成ついて説明したが、さらに多くの光パルス列を時間多重する構成としてもよい。たとえば、３〜１６程度の光パルス列を用いて、それぞれの光パルス列に異なる遅延を与えて時間多重を行う構成としてもよい。

このように、実施の形態２にかかる光波形制御装置１０によれば、信号光よりも幅の狭い光パルス列を時間多重することにより、ピークパワーおよびパルス周波数が高い励起光を容易に生成することができる。このため、信号光に対してより大きな利得を与えるとともに、信号光と励起光とをより効率的に同期させて信号光に対して均一な利得を与えることができる。なお、実施の形態２にかかる光波形制御装置７０の構成は、以下に説明する各実施の形態に適用することができる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。図８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８に示すように、実施の形態３にかかる光波形制御装置８０の信号光入力部１１には、波長がそれぞれλ１〜λＮの信号光を波長多重したＷＤＭ信号光が入力される。

励起光生成部１３は、ＷＤＭ信号光に含まれるそれぞれの信号光の変調周波数よりも高い周波数の光パルス列を励起光として生成する。これにより、ＷＤＭ信号光に含まれるそれぞれの信号光に対していずれかの光パルスを同期させることができる。これにより、励起光の出力タイミングを信号光に合わせて調節することなく信号光と励起光とを同期させることができる。

したがって、信号光のタイミングを検出するクロック再生回路などを設ける必要がない。また、多くの信号光が波長多重されたＷＤＭ信号光に対応する場合にも、それぞれの信号光に対応する複数のクロック再生回路を設ける必要がない。このため、装置の小型化、単純化および低コスト化を図ることができる。

また、励起光生成部１３は、ＷＤＭ信号光に含まれるそれぞれの信号光の波長と異なる波長（λｐ≠λ１〜λＮ）の励起光を生成する。これにより、ＷＤＭ信号光に含まれるそれぞれの信号光と励起光とが時間的にシフトし、ＷＤＭ信号光に含まれるそれぞれの信号光に対して均一な利得を与えることができる。

また、励起光の波長λｐを光ファイバ２１の平均零分散波長付近に設定してもよい。この場合、光ファイバ２１の分散スロープを利用して、各チャネルの信号光の波長における分散量を大きくすることができる。これにより、四光波混合の発生効率をＷＤＭ信号光の各チャネルにおいて一定とすることができる。

このように、実施の形態３にかかる光波形制御装置８０によれば、波長に対するチューニングを行うことなく波形制御を行うことができる。このため、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の効果を奏するとともに、適用可能な信号光の波長が限定されず、ＷＤＭ信号光に対して波形制御を行うことができる。

また、ＷＤＭ信号光をチャネル毎に分岐することなく一括して波形制御することができる。これにより、多くの信号光が波長多重されたＷＤＭ信号光に対応する場合にも、それぞれの信号光に対応する複数のクロック再生回路を設ける必要がない。このため、装置の小型化、単純化および低コスト化を図ることができる。

（実施の形態４）
図９は、実施の形態４にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。図９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９に示すように、実施の形態４にかかる光波形制御装置９０は、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の構成に加えて、偏光調節部９１と、偏光調節部９２と、偏光子９３と、を備えている。

パワー調節部１２は、パワーを調節した信号光を偏光調節部９１へ出力する。偏光調節部９１は、パワー調節部１２から出力された信号光の偏光状態を制御し、偏光状態を制御した信号光を結合部１５へ出力する。パワー調節部１４は、パワーを調節した励起光を偏光調節部９２へ出力する。偏光調節部９２は、パワー調節部１４から出力された励起光の偏光状態を制御し、偏光状態を制御した励起光を結合部１５へ出力する。

偏光調節部９１および偏光調節部９２は、非線形光学媒質１６へ入力される信号光と励起光とが互いに異なる方向の偏光状態となるように、信号光および励起光の相対的な偏光状態を調節する。偏光調節部９１および偏光調節部９２は、たとえば波長板型偏光コントローラ、ＬｉＮｂＯ₃型偏光コントローラ、応力型偏光コントローラまたはファラデー回転子である。

結合部１５は、偏光調節部９１から出力された信号光と、偏光調節部９２から出力された励起光と、を結合して非線形光学媒質１６へ出力する。非線形光学媒質１６は、結合部１５から出力された信号光および励起光を通過させる。非線形光学媒質１６は、通過させた信号光および励起光を偏光子９３へ出力する。

偏光子９３は、主軸を有しており、非線形光学媒質１６から出力された光のうち主軸方向の直線偏光成分のみを抽出する。この主軸は、たとえば非線形光学媒質１６から出力される信号光の偏光方向と直交する方向である。これにより、偏光子９３は、非線形光学媒質１６へ入力される信号光の偏光状態と同じ偏光状態の偏光成分を遮断する。

上述した光波形制御装置９０の構成において、たとえば、偏光調節部９１は、信号光の偏光状態を偏光子９３の主軸に対して直交する直線偏光に調節する。この偏光状態の信号光は偏光子９３によって遮断される。また、偏光調節部９２は、励起光の偏光状態を、偏光子９３の主軸に対して４５度傾斜した直線偏光に調節する。

これにより、信号光とともに励起光が非線形光学媒質１６を通過すると、励起光のパワーＰｐに応じて信号光の偏光状態が変化し、励起光の偏光状態に近づいていく。このため、信号光において偏光子９３の主軸方向の偏光成分が発生し、この偏光成分が偏光子９３を通過する。

これにより、励起光生成部１３が出力する励起光のオン／オフを切り替えることによって、偏光子９３を通過して出力される信号光のオン／オフを切り替える光スイッチを構成することができる。この構成においても、パワー調節部１２およびパワー調節部１４は、非線形光学効果による信号光の利得を飽和させるように信号光および励起光のパワーを調節する。

これにより、信号光が出力される場合の信号光の波形制御を行うことができる。また、信号光が偏光子９３を通過する際、信号光の「０」レベルの部分が十分低い値となるまで遮断される。このため、信号光に含まれる「０」レベルの強度雑音や波長分散や分散スロープよる波形の崩れ、隣接パルスからのクロストーク等を抑圧することができる。

なお、偏光調節部９１および偏光調節部９２をそれぞれパワー調節部１２およびパワー調節部１４の後段に設ける構成について説明したが、偏光調節部９１および偏光調節部９２をそれぞれパワー調節部１２およびパワー調節部１４の前段に設ける構成としてもよい。

このように、実施の形態４にかかる光波形制御装置９０によれば、上述した実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の効果を奏するとともに、信号光および励起光の偏光状態を制御することで、励起光のオン／オフを切り替えることによって信号光の出力／非出力を切り替える光スイッチとしての機能を有する。

また、上述した実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の効果を奏して信号光の「１」レベルの強度雑音を除去するとともに、信号光が偏光子９３を通過することにより、信号光の「０」レベルの部分が十分低い値まで遮断されるため、信号光に含まれる「０」レベルの強度雑音を除去することができる。

（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。図１０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１０に示すように、実施の形態４にかかる光波形制御装置１００は、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の構成に加えて、過飽和吸収媒質１０１を備えている。非線形光学媒質１６は、通過させた信号光および励起光を過飽和吸収媒質１０１へ出力する。

過飽和吸収媒質１０１は、非線形光学媒質１６から出力された信号光の「０」レベルの強度揺らぎを抑圧する。これにより、信号光に含まれる「０」レベルの強度雑音を除去することができる。過飽和吸収媒質１０１は、たとえば半導体過飽和吸収体、半導体アンプ、マッハツェンダ干渉型光ファイバスイッチ、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ：Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｏｏｐ Ｍｉｒｒｏｒ）型スイッチである。

なお、過飽和吸収媒質１０１を非線形光学媒質１６の後段に設ける構成について説明したが、過飽和吸収媒質１０１は非線形光学媒質１６の後段に限らず信号光を通過させる位置に設ければよい。たとえば、過飽和吸収媒質１０１を非線形光学媒質１６の前段に設けてもよい。

このように、実施の形態５にかかる光波形制御装置１００によれば、上述した実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の効果を奏するとともに、過飽和吸収媒質１０１によって信号光の「０」レベルの強度揺らぎが抑圧される。このため、信号光に含まれる「０」レベルの強度雑音を除去することができる。

（実施の形態６）
図１１は、実施の形態６にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。図１１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。実施の形態６にかかる光波形制御装置１１０は、偏波ダイバーシティを利用して、入力される信号光の偏光状態に対する依存性を回避する。

図１１に示すように、光波形制御装置１１０は、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の構成に加えて、偏光ビームスプリッタ１１１と、偏光調節部１１２と、偏光調節部１１３と、合成部１１４と、遅延部１１５（τ）と、偏光子１１６と、を備えている。信号光入力部１１は、入力された信号光を偏光ビームスプリッタ１１１へ出力する。

偏光ビームスプリッタ１１１（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）は、信号光入力部１１から出力された信号光を、互いに直交する１組の偏光成分に分離する。偏光ビームスプリッタ１１１は、分離した一方の偏光成分を偏光調節部１１２へ出力し、他方の偏光成分を偏光調節部１１３へ出力する。

偏光調節部１１２および偏光調節部１１３は、偏光ビームスプリッタ１１１から出力されたそれぞれの偏光成分を、互いに同じ方向の直線偏光の偏光成分に変換する。偏光調節部１１２および偏光調節部１１３は、変換したそれぞれの偏光成分を合成部１１４へ出力する。

偏光調節部１１３と合成部１１４との間には遅延部１１５が設けられている。遅延部１１５は、偏光調節部１１３から合成部１１４へ出力される偏光成分に遅延τを与えることで、偏光調節部１１２および偏光調節部１１３から合成部１１４へ出力されるそれぞれの偏光成分のタイミングを一致させる。遅延部１１５は、たとえば光遅延素子やファラデー回転子である。

なお、偏光調節部１１２および偏光調節部１１３から合成部１１４へ出力されるそれぞれの偏光成分のタイミングが遅延部１１５を設けなくても一致する場合には、遅延部１１５を設けない構成としてもよい。合成部１１４は、偏光調節部１１２および偏光調節部１１３から出力されたそれぞれの偏光成分を合成する。合成部１１４は、合成した偏光成分をパワー調節部１２へ出力する。

合成部と調節部との間に偏光子１１６を設けてもよい。また、この偏光子１１６から出力される信号光のパワーをモニタし、モニタしたパワーが最大となるように偏光調節部１１２および偏光調節部１１３による偏光状態の調節を制御してもよい。また、この場合、偏光子１１６の代わりに偏光ビームスプリッタを設けてもよい。

このように、実施の形態６にかかる光波形制御装置１１０によれば、上述した各実施の形態にかかる光波形制御装置１０の効果を奏するとともに、偏波ダイバーシティを利用することで、入力される信号光の偏光状態に関わらず信号光に対して安定して波形制御を行うことができる。

なお、上記においては、非線形光学媒質に入力信号光を単一偏光状態にする偏波ダイバーシティ方式を示したが、他に、二つの直交偏光成分の各々に対して、同一の光波形制御装置を用意し、各々の偏光成分を波形整形した後、偏波合成する偏波ダイバーシティ方式、直交する二つの偏光成分を持つ励起光を用意して波形整形する偏波ダイバーシティ方式、さらに励起光の偏光状態を偏波スクランブラ等によりランダム変調し、信号光のあらゆる偏光状態に対して平均的な波形整形を行う方式等も利用可能である。

（実施の形態７）
図１２は、実施の形態７にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。図１２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１２に示すように、実施の形態７にかかる光波形制御装置１２０は、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の構成に加えて、モニタ部１２１と、比較部１２２と、パワー制御部１２３と、を備えている。

モニタ部１２１は、非線形光学媒質１６に入力される信号光および非線形光学媒質１６から出力される信号光のパワーを検出する。具体的には、モニタ部１２１は、非線形光学媒質１６に入力される信号光の一部を分岐して取得し、取得した信号光のパワー（入力パワー）を検出する。また、モニタ部１２１は、非線形光学媒質１６から出力される信号光の一部を分岐して取得し、取得した信号光のパワー（出力パワー）を検出する。モニタ部１２１は、検出した入力パワーと出力パワーとの情報を比較部１２２へ出力する。

比較部１２２は、モニタ部１２１から出力された入力パワーと出力パワーとの情報に基づいて、出力パワーと入力パワーとの差を算出することにより非線形光学媒質１６における利得を算出する。比較部１２２は、算出した利得の情報をパワー制御部１２３へ出力する。また、比較部１２２は、モニタ部１２１から出力された入力パワーまたは出力パワーと、所定のしきい値との差を算出する構成としてもよい。

パワー制御部１２３は、比較部１２２から出力された利得の情報に基づいてパワー調節部１２およびパワー調節部１４の制御を行う。たとえば、パワー制御部１２３は、光パラメトリック増幅によって十分な利得が得られるようにパワー調節部１４のパワー調節量の制御を行う。つぎに、パワー制御部１２３は、光パラメトリック増幅による利得が低下するまでパワー調節部１２のパワー調節量の制御を行うことで、光パラメトリック増幅を飽和させる。

図１３は、実施の形態７にかかる光波形制御装置の構成の変形例を示すブロック図である。図１３において、図１２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。実施の形態７にかかる光波形制御装置１２０の変形例は、受信機１３１を備えている。

受信機１３１は、非線形光学媒質１６から出力された信号光および励起光を受信する。受信機１３１は、受信した信号光をモニタ部１２１へ出力する。モニタ部１２１は、受信機１３１から出力される信号光の受信状態を監視する。信号光の受信状態とは、たとえば信号光の光Ｓ／Ｎ比、Ｑ値またはビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）である。

モニタ部１２１は、信号光の受信状態の情報を比較部１２２へ出力する。比較部１２２は、モニタ部１２１から出力された信号光の受信状態の情報と所定のしきい値との差を算出する。比較部１２２は、算出した信号光の受信状態に関する差の情報をパワー制御部１２３へ出力する。

パワー制御部１２３は、比較部１２２から出力された信号光の受信状態に関する差の情報に基づいてパワー調節部１２およびパワー調節部１４の制御を行う。たとえば、パワー制御部１２３は、信号光の受信状態が最適となるようにパワー調節部１２およびパワー調節部１４のパワー調節量の制御を行う。

このように、実施の形態７にかかる光波形制御装置１２０によれば、上述した実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の効果を奏するとともに、波形制御した信号光のモニタ結果をフィードバックすることで、信号光および励起光のパワーを自動制御することができる。このため、信号光の波形制御を自動で行うことができる。

なお、図示しないが、上述した光波形制御装置９０（図９参照）において、波形制御した信号光のモニタ結果をフィードバックすることで、信号光および励起光の偏光状態を自動制御する構成としてもよい。具体的には、偏光制御部を設け、偏光制御部は、比較部１２２から出力された信号光の受信状態に関する情報に基づいて偏光調節部９１および偏光調節部９２の制御を行う。

（実施の形態８）
図１４は、実施の形態８にかかる光信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１４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１４に示すように、実施の形態８にかかる光信号処理装置１４０は、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０に加えて、光電（Ｏ／Ｅ）変換部１４１と、デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１４２と、デジタル信号処理部１４３（ＤＳＰ）と、を備えている。

符号１６４は、通信装置間に設けられた光アンプを示している。光波形制御装置１０は、波形制御した信号光を光電変換部１４１へ出力する。光電変換部１４１は、光波形制御装置１０から出力された信号光を電気信号に変換してデジタル変換部１４２へ出力する。デジタル変換部１４２は、光電変換部１４１から出力された電気信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理部１４３へ出力する。

デジタル信号処理部１４３（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）は、デジタル変換部１４２から出力されたデジタル信号に対してデジタル信号処理を行う。デジタル変換部１４２は、たとえばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などによって構成される。デジタル変換部１４２は、デジタル信号処理として、信号光に対して波形整形または振幅雑音の抑制を行う。

または、デジタル変換部１４２は、電気的分散補償（ＥＤＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）、前方誤り訂正（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）、受信信号を量子符号推定する処理、最尤系列推定（ＭＬＳＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）、受信信号を量子符号化して計算機シミュレーションと併用しながら逐次的に推定する処理、またはその他の各種デジタル信号処理を行う。

光波形制御装置１０によって信号光の波形制御を行うことで、信号光の波形を整形するとともに光Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。波形を整形するとともに光Ｓ／Ｎ比を向上させた信号光に対してデジタル信号処理を行うことで、デジタル信号処理の精度を向上させることができる。このため、光通信システムのマージンを拡大することができる。

たとえば、デジタル変換部１４２が信号光に対してＥＤＣを行う場合、波形制御によって信号光の波形が整形されるとともに光Ｓ／Ｎ比が向上しているため、ＥＤＣの効果を改善し、その分伝送距離や中継用の光アンプの間隔を長くすることができる。このため、光アンプの台数を削減することができる。

また、たとえば、デジタル変換部１４２が信号光に対してＦＥＣを行う場合、波形制御によって信号光の波形が整形されるとともに光Ｓ／Ｎ比が向上しているため、必要なＢＥＲを確保するために信号光に付加する冗長を小さくすることができる。このため、光通信システムの実効的な伝送レートを高くすることなく必要なＢＥＲを確保することができる。

なお、光信号処理装置１４０に光波形制御装置１０を適用する構成について説明したが、光信号処理装置１４０には、光波形制御装置１０以外にも上述した各実施の形態にかかる光波形制御装置７０，８０，９０，１００，１１０，１２０を適用することができる。また、光波形制御装置１０による信号光の波形制御は、たとえばデジタル信号処理によって向上した信号の品質が十分な品質となるまで行う構成としてもよい。

図１５は、実施の形態８にかかる光信号処理装置の構成の変形例を示すブロック図である。図１５において、図１４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１５に示すように、実施の形態８にかかる光信号処理装置１４０の変形例は、上述した光波形制御装置８０（図８参照）と、分波部１５１と、を備えている。

また、光信号処理装置１４０の変形例は、ＷＤＭ信号光の多重数Ｎに対応して、光電変換部１４１と、デジタル変換部１４２と、デジタル信号処理部１４３と、をＮ個ずつ備えている。光波形制御装置８０は、ＷＤＭ信号光を一括して波形制御して分波部１５１へ出力する。

分波部１５１は、光波形制御装置８０から出力されたＷＤＭ信号光を波長毎（λ１〜λＮ）に分波する。分波部１５１は、分波したＮ個の信号光をそれぞれ光電変換部１４１−１〜１４１−Ｎへ出力する。光電変換部１４１−１〜１４１−Ｎは、分波部１５１から出力されたそれぞれの信号光を電気信号に変換してデジタル変換部１４２−１〜１４２−Ｎへ出力する。

デジタル変換部１４２−１〜１４２−Ｎは、光電変換部１４１−１〜１４１−Ｎから出力されたそれぞれの電気信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理部１４３−１〜１４３−Ｎへ出力する。デジタル信号処理部１４３−１〜１４３−Ｎは、デジタル変換部１４２−１〜１４２−Ｎから出力されたそれぞれのデジタル信号に対してデジタル信号処理を行う。

なお、光波形制御装置８０から出力されたＷＤＭ信号光を波長毎に分波して個別にデジタル信号処理を行う構成について説明したが、ＷＤＭ信号光を波長毎に分波せずに、ＷＤＭ信号光に対して一括してデジタル信号処理を行う構成としてもよい。

このように、実施の形態８にかかる光信号処理装置１４０によれば、上述した実施の形態１にかかる光波形制御装置１０の効果を奏するとともに、光波形制御装置１０によって波形制御された信号光に対してデジタル信号処理を行うことでデジタル信号処理の精度を向上させ、光通信システムのマージンを拡大することができる。

たとえば、光波形制御装置１０によって波形制御された信号光に対して、デジタル信号処理部１４３によってさらに波形整形または振幅雑音の抑制を行うことで、より精度の高い波形制御を行うことができる。このため、通信装置間の光アンプ１６４の数を減らすことができる。また、光アンプ１６４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（図１６，図１７参照）を長くすることができる。

なお、上述した各実施の形態において、光波形制御装置１０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０が備える励起光生成部１３は、励起光として、信号光入力部１１に入力される信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の光パルス列を生成するものとして説明したが、光信号処理装置１４０に適用するこれらの光波形制御装置が備える励起光生成部１３の構成はこれに限られない。

たとえば、光信号処理装置１４０に適用する光波形制御装置が備える励起光生成部１３は、励起光として、信号光入力部１１に入力される信号光の変調周波数と同じパルス周波数の光パルス列を生成する構成としてもよい。この場合、クロック再生回路などによって信号光のタイミングを検出し、信号光のタイミングに合わせて励起光を出力することで信号光と励起光とを同期させることができる。

また、励起光生成部１３は、励起光としてＣＷ光を生成する構成としてもよい。この場合、励起光の出力タイミングを信号光に合わせて調節することなく信号光と励起光とを同期させることができる。したがって、信号光のタイミングを検出するクロック再生回路などを設ける必要がない。

このように、励起光生成部１３が励起光として信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の光パルス列を生成する構成でない場合であっても、実施の形態８にかかる光信号処理装置１４０によれば、光波形制御装置１０によって波形制御された信号光に対してデジタル信号処理を行うことでデジタル信号処理の精度を向上させ、光通信システムのマージンを拡大することができる。

（実施の形態９）
図１６は、実施の形態９にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。図１６において、図１４または図１５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１６に示すように、実施の形態９にかかる光通信システム１６０は、光送信装置１６１と、光受信装置１６２と、を備えている。

光送信装置１６１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１６２へ送信する。伝送路においては、必要に応じて光アンプ１６４を用いて光増幅中継伝送を行う。また、光送信装置１６１は、信号光としてＷＤＭ信号光を送信する構成としてもよい。光受信装置１６２は、光信号処理装置１４０と、光受信機１６３と、を備えている。

光信号処理装置１４０は、光送信装置１６１から送信された信号光を波形制御してデジタル信号処理する。光信号処理装置１４０は、デジタル信号処理したデジタル信号を光受信機１６３へ出力する。光受信機１６３は、光信号処理装置１４０から出力されたデジタル信号を受信して復調する。

図１７は、実施の形態９にかかる光通信システムの構成の変形例１を示すブロック図である。図１７において、図１６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１７に示すように、実施の形態９にかかる光通信システム１６０の変形例１は、光送信装置１６１と、光中継装置１７１と、光受信装置１７２と、を備えている。

光送信装置１６１は、信号光を伝送路を介して光中継装置１７１へ送信する。光中継装置１７１は、光送信装置１６１から光受信装置１７２へ送信される信号光を中継する中継装置であり、上述した光波形制御装置１０から構成されている。光波形制御装置１０は、光送信装置１６１から送信された信号光を波形制御して光受信装置１７２へ送信する。

光受信装置１７２は、光中継装置１７１から送信された信号を受信して復調する。このように、光波形制御装置１０による波形制御のみで光受信装置１７２における受信に十分な特性の信号光が得られる場合には、デジタル信号処理を施す必要はなく、光中継装置１７１を光波形制御装置１０によって構成することができる。

図１８は、実施の形態９にかかる光通信システムの構成の変形例２を示すブロック図である。図１８において、図１７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１８に示すように、実施の形態９にかかる光通信システム１６０の変形例２は、光送信装置１６１と、光中継装置１８１と、光受信装置１７２と、を備えている。光送信装置１６１は、信号光を伝送路を介して光中継装置１８１へ送信する。

光中継装置１８１は、光送信装置１６１から光受信装置１７２へ送信される信号光を中継する中継装置であり、上述した光信号処理装置１４０と、光送信機１８２と、を備えている。光信号処理装置１４０は、光送信装置１６１から送信された信号光を波形制御してデジタル信号処理する。

光信号処理装置１４０は、デジタル信号処理した信号を光送信機１８２へ出力する。光送信機１８２は、光信号処理装置１４０から出力されたデジタル信号を信号光に変換して光受信装置１７２へ送信する。光受信装置１７２は、光中継装置１８１から送信された信号を受信して復調する。

このように、実施の形態９にかかる光通信システム１６０によれば、実施の形態８にかかる光信号処理装置１４０を光受信装置１６２あるいは光中継装置１８１に適用することができる。また、実施の形態１にかかる光波形制御装置１０を光中継装置１７１に適用することができる。これにより、デジタル信号処理の精度を向上させ、光通信システム１６０のマージンを拡大することができる。

なお、光信号処理装置１４０を光受信装置１６２に適用する構成について説明したが、光信号処理装置１４０に代えて上述した各実施の形態にかかる光波形制御装置１０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０を光受信装置１６２に適用する構成としてもよい。この場合、光受信機１６３は、これらの光波形制御装置によって波形制御された信号光を受信する。

また、光波形制御装置１０を光中継装置１７１に適用する構成について説明したが、光波形制御装置１０に代えて上述した各実施の形態にかかる光波形制御装置７０，８０，９０，１００，１１０，１２０を光中継装置１７１に適用する構成としてもよい。この場合、光受信装置１７２は、これらの光波形制御装置によって波形制御されて送信された信号光を受信する。

以上説明したように、本発明にかかる光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置によれば、非線形光学効果による信号光の利得を飽和させることで、減衰した信号光に対して線形利得を与えて信号光の光Ｓ／Ｎ比を回復させるとともに、信号光に含まれる強度雑音を抑圧して信号光を波形整形することができる。

また、本発明にかかる光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置によれば、光波形制御装置１０によって波形制御された信号光に対してデジタル信号処理を行うことでデジタル信号処理の精度を向上させ、光通信システムのマージンを拡大することができる。このため、たとえば４０Ｇｂ／ｓや１６０Ｇｂ／ｓといった高速な信号光を長距離伝送することができる。

また、本発明にかかる光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置によれば、信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を出力することで、クロック再生回路などを設けることなく信号光と励起光とを同期させることができる。このため、装置の小型化、単純化および低コスト化を図ることができる。

また、本発明にかかる光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置によれば、波長に対するチューニングを行うことなく波形制御を行うことができる。このため、適用可能な信号光の波長が限定されず、たとえばＷＤＭ信号光に対して適用することができる。また、ＷＤＭ信号光に対して一括して波形制御を行うことができる。このため、ＷＤＭ伝送に適用する場合、装置の小型化、単純化および低コスト化を図ることができる。

（付記１）信号光が入力される入力手段と、
前記信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を生成する生成手段と、
前記入力手段によって入力された信号光と、前記生成手段によって生成された励起光と、を通過させる非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質における非線形光学効果による前記信号光の利得が飽和するように前記信号光および前記励起光の少なくとも一方のパワーを調節するパワー調節手段と、
を備えることを特徴とする光波形制御装置。

（付記２）前記入力手段には、前記信号光として波長多重信号光が入力され、
前記生成手段は、前記波長多重信号光に含まれるそれぞれの信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を生成することを特徴とする付記１に記載の光波形制御装置。

（付記３）前記生成手段は、前記信号光よりも狭い幅の光パルス列を時間多重することによって前記励起光を生成することを特徴とする付記１または２に記載の光波形制御装置。

（付記４）前記パワー調節手段は、前記信号光のパワーと前記励起光のパワーとがほぼ等しくなるように調節することで前記信号光の利得を飽和させることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記５）前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光と前記励起光とが互いに異なる方向の偏光状態となるように、前記信号光および前記励起光の少なくとも一方の偏光状態を調節する偏光調節手段と、
前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の偏光状態と同じ偏光状態の偏光成分を遮断する偏光子と、をさらに備え、
前記生成手段は、前記励起光のオン／オフを切り替えることによって前記信号光の出力／非出力を切り替えることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記６）前記非線形光学媒質を通過した光のうち前記信号光の波長とは異なる所定波長の光を遮断するフィルタをさらに備え、
前記生成手段は、前記所定波長の励起光を生成することを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記７）前記非線形光学媒質を通過した信号光をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて、前記信号光の利得が低下するまで前記パワー調節手段による前記パワーの調節を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記８）前記非線形光学媒質を通過した信号光をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて前記偏光調節手段による前記偏光状態の調節を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする付記５に記載の光波形制御装置。

（付記９）前記生成手段は、前記非線形光学媒質において、前記非線形光学効果として光パラメトリック増幅が発生する波長の励起光を生成することを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１０）前記生成手段は、前記非線形光学媒質において、前記非線形光学効果として光ラマン増幅が発生する波長の励起光を生成することを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１１）前記非線形光学媒質は光ファイバであることを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１２）前記生成手段は、前記光ファイバの平均零分散波長と同じ波長の励起光を生成することを特徴とする付記１１に記載の光波形制御装置。

（付記１３）前記非線形光学媒質は、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１〜１０のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１４）前記非線形光学媒質は、ゲルマニウムまたはビスマスがコアに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１〜１０のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１５）前記非線形光学媒質は、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１〜１０のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１６）前記非線形光学媒質は、擬似位相整合構造を有するＬｉＮｂＯ₃導波路であることを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１７）前記入力手段によって入力された信号光を互いに直交する１組の偏波成分に分離する分離手段と、
前記１組の偏波成分を互いに同じ方向の直線偏光の偏光成分に調節する第２偏光調節手段と、
前記第２偏光調節手段によって調節された１組の偏波成分を合成する合成手段と、
をさらに備えることを特徴とする付記１〜１６のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１８）前記入力手段によって入力された信号光を通過させる過飽和吸収媒質をさらに備えることを特徴とする付記１〜１７のいずれか一つに記載の光波形制御装置。

（付記１９）光通信システムにおいて伝送される信号光を中継する光中継装置であって、
付記１〜１８のいずれか一つに記載の光波形制御装置と、
前記光波形制御装置の前記非線形光学媒質を通過した信号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。

（付記２０）付記１〜１９のいずれか一つに記載の光波形制御装置と、
前記光波形制御装置の前記非線形光学媒質を通過した信号光を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された前記電気信号に対してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理手段と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。

（付記２１）信号光が入力される入力手段と、
前記信号光に対する励起光を生成する生成手段と、
前記入力手段によって入力された信号光と、前記生成手段によって生成された励起光と、を通過させる非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質における非線形光学効果による前記信号光の利得が飽和するように前記信号光および前記励起光の少なくとも一方のパワーを調節するパワー調節手段と、
前記光波形制御装置の前記非線形光学媒質を通過した信号光を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された前記電気信号に対してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理手段と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。

（付記２２）光通信システムにおいて伝送される信号光を中継する光中継装置であって、
付記２０または２１に記載の光信号処理装置と、
前記光信号処理装置によってデジタル信号処理されたデジタル信号を信号光に変換して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。

（付記２３）送信機より出力され伝送路を伝送される信号光を付記１〜１８のいずれか一つに記載の光波形制御装置により光中継する光中継装置と、
前記光中継装置によって光中継された信号光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって変換された前記電気信号に対してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理手段と、を備える光信号処理装置を用いて受信する光受信装置と、
を備えることを特徴とする光通信システム。

以上のように、本発明にかかる光波形制御装置、光信号処理装置および光中継装置は、大容量で長距離の光通信に有用であり、特に、ＷＤＭによって光通信を行う場合に適している。

実施の形態１にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 光波形制御装置に光ファイバを適用した構成を示すブロック図である。 信号光および励起光の波長位置を示す図である。 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。 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。 非線形光学媒質から出力される信号光を示す図である。 実施の形態２にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態５にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態６にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態７にかかる光波形制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態７にかかる光波形制御装置の構成の変形例を示すブロック図である。 実施の形態８にかかる光信号処理装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態８にかかる光信号処理装置の構成の変形例を示すブロック図である。 実施の形態９にかかる光通信システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態９にかかる光通信システムの構成の変形例１を示すブロック図である。 実施の形態９にかかる光通信システムの構成の変形例２を示すブロック図である。

符号の説明

１０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０ 光波形制御装置
１５ 結合部
２１ 光ファイバ
７１ 発振器
７２ 分岐部
７３ 遅延部
７４ 多重化部
９３，１１６ 偏光子
１１１ 偏光ビームスプリッタ
１１４ 合成部
１４０ 光信号処理装置
１６０ 光通信システム
１６２ 光受信装置
１６４ 光アンプ
１７１ 光中継装置

Claims (11)

1. 信号光が入力される入力手段と、
   前記信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を生成する生成手段と、
   前記入力手段によって入力された信号光と、前記生成手段によって生成された励起光と、を通過させる非線形光学媒質と、
   前記非線形光学媒質における非線形光学効果による前記信号光の利得が飽和するように前記信号光および前記励起光の少なくとも一方のパワーを調節するパワー調節手段と、
   を備えることを特徴とする光波形制御装置。
2. 前記入力手段には、前記信号光として波長多重信号光が入力され、
   前記生成手段は、前記波長多重信号光に含まれるそれぞれの信号光の変調周波数よりも高いパルス周波数の励起光を生成することを特徴とする請求項１に記載の光波形制御装置。
3. 前記生成手段は、前記信号光よりも狭い幅の光パルス列を時間多重することによって前記励起光を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の光波形制御装置。
4. 前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光と前記励起光とが互いに異なる方向の偏光状態となるように、前記信号光および前記励起光の少なくとも一方の偏光状態を調節する偏光調節手段と、
   前記非線形光学媒質へ入力される前記信号光の偏光状態と同じ偏光状態の偏光成分を遮断する偏光子と、をさらに備え、
   前記生成手段は、前記励起光のオン／オフを切り替えることによって前記信号光の出力／非出力を切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光波形制御装置。
5. 前記非線形光学媒質を通過した光のうち前記信号光の波長とは異なる所定波長の光を遮断するフィルタをさらに備え、
   前記生成手段は、前記所定波長の励起光を生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光波形制御装置。
6. 前記非線形光学媒質を通過した信号光をモニタするモニタ手段と、
   前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて、前記信号光の利得が低下するまで前記パワー調節手段による前記パワーの調節を制御する制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光波形制御装置。
7. 前記生成手段は、前記非線形光学媒質において、前記非線形光学効果として光パラメトリック増幅が発生する波長の励起光を生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光波形制御装置。
8. 前記非線形光学媒質は光ファイバであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光波形制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の光波形制御装置と、
   前記光波形制御装置の前記非線形光学媒質を通過した信号光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記光電変換手段によって変換された前記電気信号に対してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理手段と、
   を備えることを特徴とする光信号処理装置。
10. 光通信システムにおいて伝送される信号光を中継する光中継装置であって、
    請求項９に記載の光信号処理装置と、
    前記光信号処理装置によってデジタル信号処理されたデジタル信号を信号光に変換して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。
11. 送信機より出力され伝送路を伝送される信号光を請求項１〜８のいずれか一つに記載の光波形制御装置により光中継する光中継装置と、
    前記光中継装置によって光中継された信号光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって変換された前記電気信号に対してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理手段と、を備える光信号処理装置を用いて受信する光受信装置と、
    を備えることを特徴とする光通信システム。

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