專利名稱：波形整形器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波長分割多重光再生系統(tǒng)和波長分割多重光再生方法。
背景技術(shù)：
探索通信系統(tǒng)的傳送容量增加的一個途徑，通過使用光纖的光通信系 統(tǒng)，傳送容量顯著增加。例如，通信系統(tǒng)劃分為點到點的干線系統(tǒng)、測量 系統(tǒng)和訪問系統(tǒng)，但是前者的千線系統(tǒng)中，光通信系統(tǒng)己經(jīng)普及，在后者 中，也正在進行從電通信系統(tǒng)向光通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移。即通信系統(tǒng)全體要由 光通信系統(tǒng)構(gòu)筑。
近年，通過波長分割多重方式，可以用1條光纖傳送的信息量大幅度 增加。在在同方式下，如果以頻譜變換效率0.4bit/Hz利用光纖的低損失頻 帶，則用1條光纖傳送的容量變?yōu)?.2Tbit/s。具體而言，當為現(xiàn)在利用的 多通道(波長)信號光的傳送速度的10Gbit/s時，由320通道實現(xiàn)該傳送
可是，信號光在長距離中傳播時，信號波形、定時以及強度一定惡化。 而且，在某程度的距離中傳播的信號光有必要進行再生處理。因此，在光 通信系統(tǒng)中，通常組入用于再生惡化的信號光的光信號再生系統(tǒng)。該光信 號再生系統(tǒng)例如具有接收惡化的信號光，把它變換為電信號的接收裝置; 對該電信號進行放大、噪聲除去、波形再生、時鐘再生等所需的再生處理 的再生裝置；然后把接受再生處理的電信號再變換為信號光，把它向光傳 送路線中發(fā)送的發(fā)送裝置。
具體而言，當插入所述通道數(shù)達到320個的多個信號光傳播的光纖中的光信號再生系統(tǒng)時，與該通道數(shù)對應，組入320臺光接收裝置、再生裝 置、發(fā)送裝置。
這樣包含多個裝置的再生系統(tǒng)難以小型化，而且存在耗電大的問題。
進而，如上所述，當在測量系統(tǒng)和訪問系統(tǒng)中使用光通信系統(tǒng)時，有 必要在各中繼位置設(shè)置了多個320通道的光信號再生系統(tǒng)，所以光通信系 統(tǒng)全體大型化，引起成本的增加和耗電的增加。
作為解決這樣的問題的一個方法，列舉出削減波長分割多重方式中的 通道數(shù)，提高各通道的傳送速度的方法。當實現(xiàn)同一傳送容量時，各通道 的傳送速度和波長分割多重通道數(shù)存在反比例的關(guān)系。
然而，所述光信號再生系統(tǒng)中使用的再生裝置是對電信號進行處理的 電設(shè)備，在物理上具有響應速度的上限。例如電設(shè)備可以處理的信號的傳 送速度界限現(xiàn)在為40Gbit/s，在該傳送速度下，需要約80個通道。因此， 在使用電設(shè)備的光信號再生系統(tǒng)中，在各通道的傳送速度中存在上限，在 現(xiàn)實中，小型化和耗電的減少是困難的。
在解決使用電設(shè)備的光信號再生系統(tǒng)的問題的方法之一中，有不把信 號光變換為電信號，保持光的狀態(tài)進行信號再生處理的全光信號再生方 法。使用該全光信號再生方法的裝置通常由高速電調(diào)制器和利用物質(zhì)的非 線性光學效果的再生裝置構(gòu)成。
可是，全光信號再生裝置使用電調(diào)制器，所以與進行光電變換的光信 號再生系統(tǒng)同樣，在處理速度上存在上限。當再生處理40Gbit/s以上的傳 送速度的信號光時，通過分時使傳送信號光的傳送速度降低，進行信號再 生后，有必要進行分時多重，所以變?yōu)榇笠?guī)模的裝置。
另外，所述全光信號再生裝置在光信號的再生中使用非線性光學響應 (非線性光學效果)，但是這時也發(fā)生以下的問題。
即在大容量光通信系統(tǒng)中，包含彼此波長不同的多個信號光的波長分 割多重光在光傳送路線中傳播時，傳播后的波長分割多重光中包含的各信 號光的偏振光狀態(tài)在各波長中稍微不同。對于處于這樣的狀態(tài)的波長分割 多重光，統(tǒng)一進行基于利用非線性光學效果的全光信號再生裝置的再生處 理時，按照入射光的偏振光狀態(tài)，非線性光學效果的大小大幅度變化，所 以再生的波長分割多重光中包含未良好再生、或完全未再生的信號光。在以上，矚目于光再生裝置的輸入傳送光的偏振光狀態(tài)，表示該問題。 在以下，矚目于光再生系統(tǒng)，表示其現(xiàn)狀和問題。光再生意味著再生由于
傳送而惡化的光信號的強度、波形整形、定時的功能(re-amplification、 re畫shaping和re-timing，以下簡稱為03R)。在具有該功能的光再生系統(tǒng)中， 可以變?yōu)闊o限遠(長距離)的光纖傳送。
關(guān)于上述的無限遠(長距離)傳送，由Leuthold等報告(Leuthold等 人，Electron. Lett.， 38, p.890, 2002)。在該報告中，描述使用03R在生器的 40Gb/sl,000，000km傳送。
Leuthold等在本報告中，時間再生所必要的光時鐘抽出(與傳送信號 光同步的時鐘脈沖列的發(fā)生技術(shù))和開關(guān)(switching)中，使用電子電路 技術(shù)。因此，在該裝置中，不可以對應用電子電路技術(shù)無法對應的傳送速 度。例如不可以應用于160Gb/s系統(tǒng)那樣的具有電子電路限制以上的傳送 速度的系統(tǒng)。
還有，關(guān)于160Gb/s系統(tǒng)，報告有使用光開關(guān)的光再生系統(tǒng)(Schubert 等人，Electron. Lett., 38, p.903, 2002)。可是，在該系統(tǒng)中，因為不具有時 鐘抽出裝置，所以認為無法作為03R裝置起作用。
如果總結(jié)以上，則現(xiàn)狀是未實現(xiàn)以有效的全光技術(shù)為基本的03R。可 是，關(guān)于成為03R的各元素波形整形技術(shù)以及時間再生技術(shù)單體，有多個 報告。以下表示這些報告?？墒?，這里集中在與本發(fā)明關(guān)聯(lián)的以光纖為基 本的技術(shù)。
首先說明全光波形整形技術(shù)。技術(shù)手法大致分為2個方式。第一是充
分利用作為光纖的光非線性和異常色散性的復合效果的結(jié)果而形成的孤 波的手法(Hasegawa and Tapoert， Appl. Phys. Lett, 23, p.142, 1973 )?；?該手法的波形整形器稱作soliton coiwerter。另一個是通過光纖非線性的基 于光脈沖的自己相位調(diào)制效果的手法(Mamyshev， EOC， 98， p.475， 1998)。 它來源于提出者的名字，稱作Mamyshev濾光器。充分利用超連續(xù)光的方 法相當于它的追究型。
作為使用前者(soliton converter)的系統(tǒng)實驗，報告4X40Gb/s信號 的10,000km傳送(Dany等人，Opt. Lett, 25， p.793, 2000)。后者(Mamyshev 濾光器)在所述Leuthold等的l，OOO,OOOkm傳送路線中利用(Leuthold等人，Electron. Lett., 38， p.890, 2002)。它們都是來自系統(tǒng)觀點的報告，未明 確記載作為設(shè)備單體的性能(數(shù)量少的報告例是Dany等人，ECOC'Ol， We.P.45， 2001)。在soliton converter中，通過孤波效果的噪聲增大也成為 問題(Kubota等人,J.Opt.Soc.Am.B，16,p.2223， 1999)，所以從設(shè)備性能的 觀點出發(fā)的設(shè)計也變得重要。即使這些設(shè)備性能明確，取得設(shè)備單體的最 佳設(shè)計方針成為今后的課題。
下面，說明時間再生技術(shù)。該技術(shù)的主流是光時鐘抽出和光開關(guān)技術(shù) 的復合法。圖38表示該構(gòu)成。由光時鐘抽出部和光開關(guān)部構(gòu)成。前者(光 時鐘抽出部)使輸入信號(相當于傳送信號的光信號或電信號)和局部光 (也稱作可以變?yōu)闀r鐘基準的光脈沖列、光本地振蕩器(光LO))的相位 一致。換言之，通過取得輸入光和局部光之間的同步，實現(xiàn)光時鐘的抽出。 因此，在光LO中重復頻率可變性是必要的。
后者(光開關(guān)部)是利用實現(xiàn)光區(qū)域中的乘法功能的利用光纖的非線 性效果的光器件例如四光波混合(four wave mixing: FWM)器件或非線 性光環(huán)鏡(nonlinear optical loop mirror: NOLM)的光開關(guān)。以下，詳細 描述光時鐘抽出和光開關(guān)技術(shù)。
在圖38中，用虛線包圍的部分是光時鐘抽出部，它由光相位比較部、 光LO發(fā)生部和控制電路構(gòu)成。在光相位比較器中，檢測外部信號光和光 LO的相位差，調(diào)整光LO的振蕩頻率(與脈沖列的重復頻率對應)，以減 小該誤差。
結(jié)果，實現(xiàn)外部信號光和光LO的同步，把與外部信號取得同步的時 間位置正確的脈沖列(今后稱作時鐘脈沖列)作為輸出取得。在比較兩者 的相位的部分中，不是電子電路技術(shù)，通過充分利用非線性光學效果，實 現(xiàn)超過160GHz的可以進行高速動作的相位比較器。使用以上的光區(qū)域的 相位比較器的同步法稱作光學鎖相環(huán)(OPLL)。實際上，提出基于使用 NOLM取得來自2臺LD的節(jié)拍光和外部信號光的同步的時鐘抽出(Bigo 等人，US6,239，893 B1)。
這里應該注意的內(nèi)容是該OPLL的輸出光時鐘列的定時抖動(時鐘脈 沖的時間抖動)。定時抖動意味著時鐘脈沖的時間位置的偏移量。因為該 抖動成為傳送系統(tǒng)的性能惡化的要因，所以其壓制是重要的。時鐘脈沖列的定時抖動與OPLL動作速度具有相關(guān)，OPLL動作越高速，抖動越減少。 即OPLL高速化對降低抖動是有效的。
可是，如果象所述技術(shù)(Bigo等人，US6， 239， 893， Bl)，則因為 OPLL環(huán)路變得很長，所以限制OPLL動作頻帶。結(jié)果難以降低抖動。為 了解決它，相位比較器中使用的光非線性器件的光纖變短是重要的。通過 使光纖變短，OPLL動作頻帶不受限制，換言之，可以實現(xiàn)OPLL的高速 動作，可以產(chǎn)生低抖動的高質(zhì)量時鐘脈沖。
與上述時鐘抽出技術(shù)一起在時間再生技術(shù)中必要的是光開關(guān)技術(shù)。這 里，說明充分利用光纖的非線性效果的光開關(guān)的典型例FMW的手法。如 果對光纖輸入波長不同的2色光波，則當這些輸入光的任意一個在非線性 效果中具有充分的光功率時，產(chǎn)生與它們顏色不同的新的光波。這是FWM 現(xiàn)象。
當時鐘脈沖列和信號光輸入到光纖中時，不僅輸入信號光的信息重疊 在該FMW發(fā)生光上，而且脈沖定時由時鐘脈沖列決定。因此，取得帶信 息的低抖動的光信號脈沖列。這是以FWM為基本的時間再生的原理。可 是，在光纖中傳播的光脈沖中，不僅非線性效果，色散效果也產(chǎn)生影響。
由于該效果或這些效果的復合，在脈沖傳播中，脈沖波形變化。結(jié)果 產(chǎn)生FWM光的波形變形。為了壓制它，進行光纖色散值或輸入功率的最 優(yōu)化是有效的，但是具體的數(shù)值和控制方法并未明確。
以上，描述了光再生系統(tǒng)中必要的最低限度的部分(component)。另 外，提高光再生系統(tǒng)的性能的技術(shù)也是重要的。這里，總結(jié)與本發(fā)明關(guān)聯(lián) 的以下的兩個部分。(1)把光脈沖波形變換為適合于光開關(guān)的波形的裝 置；(2)分離光脈沖成分和光噪聲成分的裝置。
首先，總結(jié)與上述(1)把光脈沖波形變換為適合于光開關(guān)的波形的 裝置關(guān)聯(lián)的對壓制光開關(guān)的強度噪聲增大有效的脈沖矩形化技術(shù)。 一般， 在光開關(guān)中，作為光非線性和色散的相互作用的結(jié)果，把輸入的傳送信號 脈沖的時間抖動(相位抖動)在時間上變換為再生的輸出信號光的強度抖 動。圖39說明它。
這里，考慮具有抖動的脈沖列和時鐘脈沖列的光開關(guān)。光開關(guān)輸出脈 沖功率與傳送脈沖和時鐘脈沖的時間重疊存在相關(guān)。因此，抖動引起的兩者脈沖重疊的變化變換為光開關(guān)輸出脈沖功率抖動。為了抑制從該相位抖 動向光強度抖動的變換，傳送信號光或抽出的時鐘脈沖的矩形化變換是有
效的(圖39B)。
作為矩形化方法，大致分為充分利用波長色散和偏振色散的方法、充 分利用非線性效果和正常色散的復合效果的方法。前者的例子是使用光纖 布拉格光柵或偏振波保持光纖的手法(Lee等人，OFC2001， PD30-1，2001 和Schubert等人，Electron. Lett., 38, p.903，2002)，后者的例子是正常色散光 纖的方式(原理的報告是Nakatsuka等人，Phys. Rev丄ett.，47,p.910,1981 )。
在前者的以線性動作為基本的方式中，變換的矩形化的上升和下降的 急劇程度由輸入脈沖寬度決定。即為了取得急劇的矩形化脈沖，有必要輸 入與此對應的超短光脈沖。與此相比，后者具有可以進行向急劇的矩形波 的波形變換的優(yōu)點，但是為了取得矩形化所必要的非線性效果和色散效 果，輸入光的高功率化和光纖的變長成為必須。
下面，說明上述的(2)分離光脈沖成分和光噪聲成分的裝置。這里， 總結(jié)噪聲除去部分。對光脈沖附加噪聲。該噪聲的主要成本是伴隨著光放 大而產(chǎn)生的自然發(fā)光(amplified spontaneous emission light: ASE)。 一般， 噪聲具有比信號光更寬的光譜，所以信號光頻帶外的噪聲成分可以由濾光 器在某種程度上除去。
可是，信號光頻帶內(nèi)的噪聲成分殘留。為了除去該噪聲，除去進行所 述的波形整形，還有充分利用光孤波的性質(zhì)的方法。這里，矚目于與本發(fā) 明關(guān)聯(lián)的后者。
報告有在光孤波傳播中，由于受激拉曼散射(stimulated Raman scattering:SRS)，孤波向長波長一側(cè)移動的現(xiàn)象(孤波自己頻率移動SSFS: soliton self-frequency shift ) ( Mitschke and Mollenauer ， Opt ， Lett.,ll，p,659， 1986)。在孤波中附加ASE噪聲，也可以產(chǎn)生該現(xiàn)象。作為 充分利用該性質(zhì)的噪聲除去法，提出充分利用該現(xiàn)象，分離孤波和ASE 噪聲成分(在頻率上)，濾光的方法(并木等，特開2001-109024號)。圖 40A表示該噪聲除去裝置的構(gòu)成。
它由異常色散光纖(anomalous-dispersion fiber: ADF)和濾光器構(gòu)成。 圖40B上部所示的具有噪聲成分的光孤波輸入到ADF中。在這里的傳送中，由SRS對光孤波成分進行SSFS。這里應該注意的是通過SRS，孤波 成分移動到長波長一側(cè)，但是噪聲成分不移動到長波長一側(cè)。因此，通過 輸出濾光器只抽出移動后的孤波成分，也可以除去信號光頻帶內(nèi)的噪聲成 分(圖40B下部)。
而且，在該現(xiàn)象中，也伴隨著波長移動，通過SSFS的控制，也可以 把信號光調(diào)整為所需的波長。可是， 一般SSFS是在毫微微秒?yún)^(qū)域中產(chǎn)生 的現(xiàn)象，所以為了微微秒孤波傳送中的SSFS或其效率化，需要下更多工 夫。
以上記述了光再生系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決這些問題，并且提供簡易的03R系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的目的在于提供解決所述問題，可以實現(xiàn)大傳送容量， 可以實現(xiàn)小型化和省電，并且可以再生波長分割多重光的全部信號光的波 長分割多重光再生系統(tǒng)和波長分割多重光再生方法。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的第一形態(tài)是包含具有孤波 變換器(Soliton Converter )、脈沖滾筒(Pulse Roller)、克爾快門 (Kerr-shutter)、或孤波純化器(Soliton Purifier)中的至少一種儀器的再 生裝置，并且再生惡化的信號光的光再生系統(tǒng)。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是在所述再生裝置的前級或所述再 生裝置的內(nèi)部設(shè)置了偏振波變換器的光再生系統(tǒng)。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是當在所述再生裝置的前級或所述 再生裝置的內(nèi)部設(shè)置了偏振波變換器時，在所述偏振波變換器的前級設(shè)置 了分波裝置的光再生系統(tǒng)。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是在所述再生裝置的后級設(shè)置了合 波裝置的光再生系統(tǒng)。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的再一形態(tài)是在所述再生裝置的前級，當在所述 再生裝置的前級設(shè)置了所述所述偏振波變換器時，在所述偏振波變換器的 前級，或當在所述偏振波變換器的前級設(shè)置了所述分波裝置時，在所述分 波裝置的前級設(shè)置了色散補償器的光再生系統(tǒng)。本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是在所述再生裝置的出射一側(cè)設(shè)置 了把由所述再生裝置再生的信號光和其他信號光合波的合波裝置。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是以多級連接所述再生裝置的光再 生系統(tǒng)。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是在以多級連接的所述再生裝置之 間設(shè)置了光開關(guān)的光再生系統(tǒng)。
本發(fā)明的光再生系統(tǒng)的其他形態(tài)是在以所述再生裝置的前級進行輸 入功率的調(diào)整的光再生系統(tǒng)。
本發(fā)明的波形整形器的第一形態(tài)是設(shè)置了具有光纖波長為孤波周期
的2倍以下的異常色散光纖(Anomalous-dispersion fiber: ADF)的孤波變 換器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是在所述異常色散光纖的后級設(shè)置 了濾光器的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是在所述異常色散光纖的前級設(shè)置 了光放大器的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是代替孤波變換器，具有Mamyshev 濾光器或NOLM的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是在入射一側(cè)設(shè)置了脈沖壓縮器的 波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是所述脈沖壓縮器利用斷熱壓縮方 式的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是對所述脈沖壓縮器使用在光纖的 長度方向色散特性減少的色散減少光纖的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是對所述脈沖壓縮器使用具有在光 纖的長度方向色散特性為階梯狀的曲線的SDPF的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是對所述脈沖壓縮器使用具有在光 纖的長度方向色散特性為梳齒狀的曲線的CDPF的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是對所述脈沖壓縮器使用在長度方 向非線性特性增大的光纖的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是對所述脈沖壓縮器使用在長度方向非線性特性具有階梯狀的曲線的光纖的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是對所述脈沖壓縮器使用在長度方 向非線性特性梳齒狀的曲線的光纖的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是在所述脈沖壓縮器中具有拉曼放 大器的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是代替孤波變換器，使用具有可飽和 吸收特性的可飽和吸收體的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是具有調(diào)整所述可飽和吸收體的位 置，使可飽和吸收特性可變的位置調(diào)整機構(gòu)的波形整形器。
本發(fā)明的波形整形器的其他形態(tài)是所述可飽和吸收特性具有面內(nèi)分 布的波形整形器。
本發(fā)明的克爾快門的第一形態(tài)是具有分波器、OPLL (Optical Phase-Locked Loop)、光開關(guān)部的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是克爾快門，其特征在于如果所述
OPLL的位速度差為△"，環(huán)長度為U。P， v為光纖中的光速度，連接所述 分波器和所述光開關(guān)部的光纖的長度為LA—B， n為光纖的折射率，X為任意 數(shù)，就決定L證為△ " (L證)〈v X/n La-b的失系成立。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)具有使所述OPLL產(chǎn)生光LO信號的 光LO發(fā)生器、檢測從外部輸入的信號光和所述光LO信號的相位差的相 位比較器、根據(jù)所述相位差調(diào)整所述LO信號的頻率的控制部。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是在所述光相位比較器設(shè)置了產(chǎn)生F麗 光的F麗部、濾光器、受光部的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是對所述F麗部使用高非線性光纖、 PPLN (周期性極化鈮酸鋰Periodically-poled LiN03)或SOA (半導體光 放大器Semi-conductive Optical Amplifier)的任意一個的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)的特征在于所述受光部在前級配置脈 沖滾筒，監(jiān)視入射到該受光部的脈沖的頻率特性。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是在所述LO發(fā)生器中設(shè)置了節(jié)拍光發(fā) 生器的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是所述節(jié)拍光發(fā)生器包含產(chǎn)生CW光的具有2以上頻率成分的1臺以上半導體激光器、把所述CW光合波的光耦合為。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是串聯(lián)驅(qū)動所述半導體激光器。 本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是在所述節(jié)拍光發(fā)生器和所述開關(guān)部 之間具有光纖壓縮器的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)的特征在于在所述相位比較器中設(shè)置
了PD (Photo Diode)、環(huán)路濾波器、LD控制部，該PD通過二光子吸收產(chǎn) 生光電流。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是所述PD使用硅雪崩光電二極管 (SiAPD)的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)在所述光開關(guān)部中設(shè)置了 F麗部、濾光 部、相位調(diào)整部。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是把所述相位調(diào)整部控制為對于環(huán)境 溫度的變化，相位調(diào)整量不變化。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是根據(jù)輸出脈沖，反饋控制所述相位調(diào) 整量的克爾快門。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是在所述F麗部中，在泵光和信號光的 頻率間隔A u (失調(diào)量)、輸入泵脈沖的頻譜寬度A up、輸入信號脈沖的頻 譜寬度A ^之間具有以下數(shù)學式的關(guān)系。
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本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是在所述F觀部中，光纖長度AL、輸 入泵脈沖的頻譜寬度A Up、輸入信號脈沖的頻譜寬度A 。s之間具有以下 數(shù)學式的關(guān)系。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是由在所述F麗部中，光纖長度L由以 下數(shù)學式?jīng)Q定。<formula>formula see original document page 17</formula><formula>formula see original document page 18</formula>
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)是在所述FWM部中，光纖長度L由以下 數(shù)學式?jīng)Q定。
<formula>formula see original document page 18</formula>
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)用包含以下步驟的方法設(shè)計 在泵脈沖(Atp, △ Up)和信號脈沖(Ats， △ 中，使用以下數(shù)學
式，
<formula>formula see original document page 18</formula>
決定用于頻譜重疊的失調(diào)量A u的步驟；決定可以取得2A u以上的
FWM頻帶的光纖長度L的步驟；使用數(shù)學式
<formula>formula see original document page 18</formula>
決定沒有頻譜波形變形，產(chǎn)生F麗的泵峰值功率的Pp步驟; 使用數(shù)學式<formula>formula see original document page 19</formula>
決定抑制伴隨著光纖傳播的脈沖時間波形變形所必要的3次色散值P 3的步驟。
本發(fā)明的克爾快門的其他形態(tài)共享在所述光相位比較器中設(shè)置了的 F麗部、在所述光開關(guān)部中設(shè)置了的F麗部，還具有光L0發(fā)生器、控制部。 本發(fā)明的脈沖滾筒的第一形態(tài)包括具有高非線性特性的脈沖滾筒光纖。
本發(fā)明的脈沖滾筒的其他形態(tài)中，所述脈沖滾筒光纖是在長度方向具 有正常分布值增大的特性的正常色散增大光纖。
本發(fā)明的脈沖滾筒的其他形態(tài)中，所述脈沖滾筒光纖是在長度方向具 有非線性值減少的特性的光纖。
本發(fā)明的脈沖滾筒的其他形態(tài)中，所述脈沖滾筒光纖是由組合在長度 方向正常色散特性和非線性特性不同的2種以上光纖的色散管理光纖構(gòu) 成。
本發(fā)明的脈沖滾筒的其他形態(tài)中，所述色散管理光纖中，配置在長度 方向色散效果占支配地位的光纖、在長度方向非線性效果占支配地位的光 纖。
本發(fā)明的脈沖滾筒的其他形態(tài)中，所述色散管理光纖中，配置為所述 色散效果占支配地位的光纖的色散特性和所述非線性效果占支配地位的 光纖的非線性特性變?yōu)殡A梯狀的曲線。
本發(fā)明的脈沖滾筒的其他形態(tài)中，所述色散管理光纖中，配置為所述 色散效果占支配地位的光纖的色散特性和所述非線性效果占支配地位的 光纖的非線性特性變?yōu)槭猃X狀的曲線。
本發(fā)明的OTDM信號發(fā)生器的第一形態(tài)具有脈沖滾筒、光開關(guān)部。本發(fā)明的孤波凈化器的第一形態(tài)把孤波光纖配置在2個濾光器之間。 本發(fā)明的孤波凈化器的其他形態(tài)中，在所述孤波光纖中，控制感應拉
曼散射引起的增益傾斜，實現(xiàn)孤波的波長移動。
本發(fā)明的孤波凈化器的其他形態(tài)中，所述孤波光纖是高非線性光纖。 本發(fā)明的孤波凈化器的其他形態(tài)具有產(chǎn)生外部泵光的泵光發(fā)生器，通
過所述外部泵光，產(chǎn)生感應拉曼散射。
本發(fā)明的孤波凈化器的其他形態(tài)在入射一側(cè)還具有脈沖壓縮器。 本發(fā)明的孤波凈化器的其他形態(tài)一邊進行孤波絕熱壓縮， 一邊產(chǎn)生感
應拉曼散射。
本發(fā)明的孤波噪聲的抑制方法的第一形態(tài)在使用光孤波列的光非線 性信號處理中，通過占空比(脈沖間隔對于脈沖寬度的比)和色散距離，
決定給定的噪聲方大增益的最大傳播距離。
本發(fā)明的孤波噪聲的抑制方法的其他形態(tài)使用CS-RZ脈沖列作為調(diào)制 方法。
本發(fā)明的光傳送系統(tǒng)的第一形態(tài)串聯(lián)多級光再生系統(tǒng)。


下面簡要說明附圖。
圖1是本發(fā)明實施方式1的波長分割1112系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
圖2是圖1的再生系統(tǒng)中包含的再生裝置15的概略構(gòu)成圖。
圖3是圖2的再生裝置15中包含的時鐘再生裝置21的概略構(gòu)成圖。
圖4是圖2的再生裝置15中包含的其他時鐘再生裝置21的概略構(gòu)成圖。
圖5是圖2的再生裝置15中包含的波形再生裝置19的概略構(gòu)成圖。 圖6是圖2的再生裝置15中包含的其他波形再生裝置19的概略構(gòu)成圖。
圖7是圖1的再生系統(tǒng)中包含的偏振波變換器13的概略構(gòu)成圖。 圖8是圖1的再生系統(tǒng)中包含的其他偏振波變換器13的概略構(gòu)成圖。 圖9是圖1的再生系統(tǒng)中包含的其他偏振波變換器13的概略構(gòu)成圖。 圖10是圖7的偏振波變換器13的一形態(tài)的概略構(gòu)成圖。
20.1是圖7的偏振波變換器13的其他形態(tài)的概略構(gòu)成圖。 L2是圖7的偏振波變換器13的其他形態(tài)的概略構(gòu)成圖。 [3是本發(fā)明實施方式2的波長分割多重光再生系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。 14是本發(fā)明實施方式3的波長分割多重光再生系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。 是本發(fā)明實施方式4的波長分割多重光再生系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。 L6是本發(fā)明實施方式5的波長分割多重光再生系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。 L7是本發(fā)明的再生裝置的一構(gòu)成圖。 !8是圖17的孤波變換器的一構(gòu)成圖。 [9是表示圖17的孤波變換器的其他形態(tài)的概略構(gòu)成圖。 圖20A是表示來自孤波變換器的輸出脈沖的光信號噪聲比OSNR的 曲線圖。
圖20B是表示頻譜線寬增大率A u/A Ui。的孤波次數(shù)N依存性的曲線圖。
圖21是表示來自孤波變換器的輸出脈沖自相關(guān)波形寬度AtAc的輸入 功率Pin的依存性。左部的曲線是輸出濾光器的輸入前的輸出脈沖自相關(guān) 波形寬度A tAC，右部的曲線是輸出濾光器的輸入后的輸出脈沖自相關(guān)波形
寬度AtAC。
圖22中，左邊的曲線是O、 20、 40、 80m長的SMF傳送后的脈沖，
中央的曲線和右邊的曲線是進行Pin調(diào)整時的來自孤波變換器的輸出脈沖
的自相關(guān)波形。中央的曲線是輸出濾光器的輸入前，右部的曲線是輸出濾 光器的輸出后。
圖23是表示孤波變換器的輸出孤波的自相關(guān)寬度A 1ac和OSNR的Pin 的依存性的曲線圖。
圖24是克爾快門的一構(gòu)成圖。
圖25A是表示LD對的獨立驅(qū)動時的定時抖動特性的曲線圖。
圖25B是表示串聯(lián)驅(qū)動時的定時抖動特性的曲線圖。
圖26A是受光部的一構(gòu)成圖。
圖26B是圖25A的變形例。
圖26C是圖26A的另一變形例。
圖27是克爾快門的其他構(gòu)成圖，表示相位比較部和光開關(guān)部的FWM光纖融合的一例。
圖28是脈沖滾筒的一構(gòu)成圖。 圖29A是正常色散增大光纖的色散曲線。 圖29B是階梯狀色散曲線光纖的色散曲線。 圖29C表示梳齒狀色散曲線光纖的色散曲線。 圖30A是脈沖滾筒的一構(gòu)成圖，表示脈沖矩形化實驗傳送路線。 圖30B表示圖30A的脈沖滾光纖的色散曲線。 圖31是表示圖30A、 B的脈沖傳送仿真結(jié)果的曲線圖。 圖32是由脈沖滾筒和光開關(guān)部構(gòu)成的時間再生裝置或分時裝置的一 構(gòu)成圖。
圖33是組合脈沖滾筒和OPLL的時鐘抽出器的一構(gòu)成圖。 圖34A、 B表示來自脈沖滾筒的輸出脈沖的時間波形和線性調(diào)頻脈沖 特性。
圖35A、 B表示用于識別相位差的受光部。
圖36A是孤波凈化器的一構(gòu)成圖。
圖36B表示對孤波凈化器使用HNLF的一實施例。
圖36C表示對孤波凈化器使用拉曼放大的一實施例。
圖37是說明孤波區(qū)域中的增益傾斜的曲線圖。
圖38是關(guān)于以往的時間再生技術(shù)的說明圖。
圖39A、 B是以往的脈沖矩形化技術(shù)的說明圖。
圖40A是以往的噪聲除去裝置的構(gòu)成圖。
圖40B是表示噪聲除去的機構(gòu)的曲線圖。
圖41A是表示輸入脈沖的波形圖。
圖41B D是圖41A向矩形脈沖變換的波形圖。
圖42是表示脈沖強度和瞬時頻率的關(guān)系的波形圖。
圖43是本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一構(gòu)成圖。
圖44是本發(fā)明的再生系統(tǒng)的一構(gòu)成圖。
圖45是本發(fā)明的再生裝置的一構(gòu)成圖。
圖46是利用本發(fā)明的再生裝置的再生系統(tǒng)的一構(gòu)成圖。
圖47是表示可飽和吸收體的輸入光強度和輸出光強度的關(guān)系的曲線圖。
圖48是利用可飽和吸收體的器件的一構(gòu)成圖。
圖49是表示圖48的器件的變形例的一構(gòu)成圖。
圖50是表示圖48的器件的另一變形例的一構(gòu)成圖。
圖51A是表示用時間表示橫軸時的FWM的輸入脈沖和輸出脈沖的圖。
圖51B是表示用頻率表示橫軸時的FWM的輸入脈沖和輸出脈沖的圖。
圖52是表示FWM所必要的頻帶寬度和光纖長度的關(guān)系的曲線圖。 圖53是說明用于決定FWM的最佳光纖長度的一設(shè)計手法的程序流 程圖。
圖54是通過圖53的程序流程圖最優(yōu)化光纖長度，進行基于FWM的 波長變換的實驗構(gòu)成圖。
圖55是表示圖54的實驗的輸入輸出脈沖的曲線圖。
圖56是表示圖54的實驗的輸入輸出時的自相關(guān)波形的曲線圖。
圖57是使用FWM和SPM的波形整形器的一構(gòu)成圖。
圖58是表示波形整形器的脈沖波形的曲線圖。
圖59是表示圖57的波形整形器的輸入泵功率和輸出FWM功率的關(guān) 系的曲線圖。
圖60A是對FWM部不使用光纖，檢測相位差的一構(gòu)成例。 圖60B表示FWM部的變形例。
圖61是說明在時間上改變OPLL動作的矩形脈沖的振幅的方法的曲 線圖。
圖62是本發(fā)明的OTDM信號發(fā)生器的一構(gòu)成圖。 圖63是表示拉曼放大器的放大增益和孤波的頻譜的關(guān)系的說明圖。 圖64是對于位速度、傳送距離，通過數(shù)值計算求出噪聲放大的峰值 增益的曲線圖。
圖65是表示在圖64中，重復頻率為320GHz,傳送距離為lkm時的 輸出脈沖列的頻譜的曲線圖。
圖66是表示利用非線性效果的器件的偏振波保持的一構(gòu)成圖。圖67是表示重復頻率為160GHz，半值寬度lps的光孤波列在2km的 HNLF中傳播時的輸入和輸出頻譜的曲線圖。
圖68是圖24所示的克爾快門的變形例，是表示從最初的分波器到光 開關(guān)部的光纖長度在通過OPLL部時和直接時幾乎為相同長度的構(gòu)成概略 圖。
圖69是表示圖67中使用的HNLF的長度(距離)和色散值的關(guān)系的 曲線圖。
圖70是表示多級串聯(lián)圖1所示的再生系統(tǒng)的光傳送系統(tǒng)的構(gòu)成概略圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，如后所述，利用非線性光學效果，再生包含惡化的信號 光的波長分割多重光。因此，首先說明非線性光學效果。
當強度大的光入射到非線性光學常數(shù)大的介質(zhì)(以下也稱作非線性光 學介質(zhì))中時，顯著產(chǎn)生非線性光學效果。具體而言，作為非線性光學常 數(shù)大的介質(zhì)，可以列舉出摻雜了例如鍺、氟、稀土類元素等的光纖(以下 也稱作高非線性光纖)、LiNb03等強電介質(zhì)、半導體等。另外作為強度大 的光，可以列舉信號光自身、在信號光之外為了產(chǎn)生該效果而準備的一個 或兩個以上控制光或激勵光。
當產(chǎn)生非線性光學效果時，例如入射到該介質(zhì)中的信號光的波形形狀 的變化或相位的調(diào)制發(fā)生。另外，產(chǎn)生與控制光或激勵光頻率不同的高次 諧波或差頻或和頻。作為這樣的非線性光學效果，可以列舉出自相位調(diào)制 (以下稱作SPM)、相互相位調(diào)制(以下稱作XPM)或四光波混合(以下 稱作FWM)、拉曼放大、參量放大、孤波效果以及超連續(xù)效果(以下稱作 SC)。
這里，非線性光學效果的大小例如頻率調(diào)制的程度或產(chǎn)生的高次諧波 的強度對于入射的光的強度是非線性的。
而且，非線性光學效果的大小具有偏振依存性?？紤]例如強度大的光 不是無偏振光，而具有某偏振光狀態(tài)，并且在與該強度大的光的入射方向 正交的面內(nèi)，非線性光學介質(zhì)具有各向異性的情形。這時，非線性光學效果的大小具有依存于光的偏振光狀態(tài)和介質(zhì)的向?qū)Ψ轿坏钠褚来嫘?。?外，當介質(zhì)中沒有這樣的各向異性時，非線性光學效果的大小在強度大的 光為控制光或激勵光時，強烈依存于信號光的偏振光狀態(tài)與控制光或激勵 光的偏振光狀態(tài)的相關(guān)關(guān)系。
下面，參照

本發(fā)明實施方式。
圖1表示本發(fā)明實施方式1的波長分割多重光再生系統(tǒng)1 (以下，稱 作再生系統(tǒng)l)。
再生系統(tǒng)1在組入波長分割多重通信系統(tǒng)中的狀態(tài)下，例如插入構(gòu)成
光傳送系統(tǒng)的一部分的光纖4和光纖6之間的狀態(tài)下使用。
而且，再生系統(tǒng)1把波長分割多重光中包含的信號光，即波長分割多 重光由于在波長分割多重通信系統(tǒng)中的傳送路線中傳播而惡化的信號光 復原或再生為傳送以前的狀態(tài)，例如從發(fā)信器出射之后的狀態(tài)。還有，信 號光的惡化是指信號光的強度、相位、頻率、偏振光狀態(tài)或它們中的多個 超過給定的允許范圍變化。
再生系統(tǒng)1具有分波裝置8和合波裝置10。
分波裝置8具有一個入射端口 8a和多個出射端口，在入射端口 8a上 連接光纖4。把從光纖4通過入射端口 8a入射到分波裝置8的波長分割多 重光分波為多個信號光A!、人2、入3、."、 An。然后，各信號光入！、入2、
入3、，**、入n分別從對各波長不同的分波裝置8的出射端口出射?？墒牵?br> 希望具有用于補償分波前由傳送路線色散附加的線性調(diào)頻脈沖的色散補
償器300。圖43表示該形態(tài)。作為色散補償器的例子，可以應用利用光纖 布拉格光柵的模塊、利用標準具的模塊、DCF (Dispersion shifted fiber) 模塊、利用棱鏡對和光柵的模塊。還有，上述的色散補償器300可以是固 定型、可變型，但是可變型一方的線性調(diào)頻脈沖補償?shù)姆秶鷮?，所以適合。 而合波裝置10具有多個入射端口和一個出射端口 10a，在出射端口 10a上連接光纖6。把通過各入射端口入射到合波裝置10的信號光A n入 2、入3、***、入n合波，變?yōu)椴ㄩL分割多重光，通過出射端口 10a向光纖6 傳播。
還有，分波裝置8和合波裝置10都可以由陣列波導衍射光柵、濾光 器型合分波器、FBG (Fiber Bragg Grating)型合分波器構(gòu)成。
25在分波裝置8和合波裝置IO之間有多個光路12,、 122、 123、*"、 12n 延伸，各光路12" 122、 123、***、 12n的兩端連接在分波裝置8的出射端 口和合波裝置10的入射端口上。
在這些光路12,、 122、 123、、 12。的至少一個光路d中，從分波 裝置8側(cè)按順序插入偏振波變換器13、光信號再生裝置15 (以下記述為 再生裝置15)。
在各光路12,、 122、 123、"*、 12n中傳播的信號光^、入2、入3、*"、 入n的惡化程度，適當決定在再生系統(tǒng)l中，在光路12,、 122、 123、*'*、 12n中的哪個光路中插入所述偏振波變換器13、再生裝置15。還有，不包 含偏振波變換器13的圖44的形態(tài)也是可能的。
各光路12。 122、 123、"，、 12n，可以由單模光纖或色散移動光纖等 光纖、光波導、空間或它們的組合構(gòu)成?？墒?，關(guān)于12i中的在偏振波變 換器13、再生裝置15之間延伸的部分，由于后面描述的理由，希望由可 以保持在那里傳播的光的偏振光狀態(tài)的偏振波保持型波導12a構(gòu)成。作為 偏振波保持型波導12a，例如可以列舉出偏振波保持光纖、半導體光波導、 玻璃制平面型波導。
向偏振波變換器13入射的信號光、在偏振波變換器13中，在偏振 光狀態(tài)適合于后面描述的再生裝置15的再生處理的所需偏振光狀態(tài)，例 如變換為直線偏振光后，從偏振波變換器13出射。
可是，在入射到偏振波變換器13的時刻，信號光入,具有與自己的波 長、或由發(fā)信器產(chǎn)生到入射到偏振波變換器13之間的傳播光路長度、種 類或狀態(tài)對應的偏振光狀態(tài)。即信號光入,具有與光路的波長色散、偏振 模式色散(也包含基于光彈性效果的色散)對應的偏振光狀態(tài)。
偏振波變換器13對于根據(jù)各種不確定的要因而可以取得的任意偏振 光狀態(tài)的信號光A,進行偏振變換，把偏振光狀態(tài)變換為所需的偏振。即 偏振波變換器13具有不依存于入射到那里的時刻的信號光的偏振光狀態(tài)， 使所需的偏振光狀態(tài)的光出射，即把任意的偏振光狀態(tài)變換為所需的偏振 光狀態(tài)的功能。
從偏振波變換器13出射的信號光入i在偏振波保持型波導12a中傳播， 入射到再生裝置15。
26這里，在偏振波保持型波導12a中傳播的信號光可以維持其偏振光狀 態(tài)傳播。因此，出射偏振波變換器13的信號光A ,可以維持其偏振光狀態(tài) 向再生裝置15入射。
如果更具體說明，偏振光變換后的信號光入，是直線偏振光，另外當 使用偏振波保持光纖作為偏振波保持型波導12a時，通過使信號光的偏振 面和偏振波保持光纖的主軸即進相軸或遲相軸一致，在偏振波變換器13 和再生裝置15之間保持信號光入i的偏振光狀態(tài)。
可是，不使用如上所述偏振波保持型波導12a，也可以保持偏振的狀 況時，即使是通常的波導也無妨。通過縮短偏振波變換器13和再生裝置 15之間的光路12,的長度，可以在它們之間保存信號光入,的偏振光狀態(tài) 或抑制其變化。
進而，當偏振波變換器13和再生裝置15之間的光路12,不是偏振波 保持型波導12a時，如果該光路12,的雙折射為已知，就考慮該雙折射， 進行偏振波變換器13的偏振變換的設(shè)定，可以使所需偏振光狀態(tài)的信號 光入i向再生裝置15入射。
再生裝置15對入射的信號光入，進行利用非線性光學效果的再生處 理，再生信號光入i。
從再生裝置15出射，并且在光路12,中傳播的信號光、通過其入射 端口向各合波裝置10入射。而在合波裝置10中，通過其他光路122、
123、."、 12n傳送來的信號光人2、入3、'"、 An也分別通過彼此不同的入
射端口入射。合波裝置10把包含信號光A ,的這些信號光A !、 A 2、入3、 、 入n合波，成為波長分割多重光，從出射端口10a出射。
還有，如圖70所示，可以構(gòu)筑以任意間隔串聯(lián)多級上述的再生系統(tǒng)l 的光傳送系統(tǒng)。實際上當作為光傳送系統(tǒng)，配置再生系統(tǒng)1時，變?yōu)閳D70 那樣的構(gòu)成。即由傳送的光纖4或光纖6的特性影響或傳送速度，信號光 惡化，但是可以在應該再生該惡化的地方配置再生系統(tǒng)1。當在長距離區(qū) 間傳播信號光時，圖70所示的光傳送系統(tǒng)是有效的。
以下參照圖1說明使用所述再生系統(tǒng)1的波長分割多重光再生方法A (以下稱作方法A)。
方法A包括分波步驟、偏振變換步驟、再生步驟。
27首先，在分波步驟中，分波裝置8把波長分割多重光按各波長分波為 多個信號光、、A2、 A3、、 An。
然后，在偏振變換步驟中，偏振波變換器13對分波步驟中取得的多 個信號光入,、入2、入3、"*、入n中的至少一個信號光、進行偏振變換。 該偏振變換把信號光入i的偏振光狀態(tài)變換為再生裝置15中適合于所需的 非線性光學效果的發(fā)現(xiàn)的偏振光狀態(tài)、或再生裝置15中最好地再生信號 光的偏振光狀態(tài)。
然后，在再生步驟中，再生裝置15對在偏振變換步驟中變換的信號 光入i進行利用非線性光學效果的再生處理。
這些再生系統(tǒng)1和方法A具有以下的作用。
波長分割多重光中包含的波長彼此不同的多個信號光，在波長分割多 重光，例如從通信系統(tǒng)中的發(fā)信器出射并在該通信系統(tǒng)中傳播后，它們的 偏振光狀態(tài)按照波長彼此不同。因此，由利用非線性光學效果的再生裝置 統(tǒng)一再生波長不同的多個信號光時，對各波長，信號光的再生程度不同。 即可能發(fā)生某一個波長的信號光可以良好地再生，但是其他波長的信號光 未再生的情形。
因此，在再生系統(tǒng)1和方法A中，有必要考慮信號光的偏振光狀態(tài) 具有波長依存性；利用非線性光學效果的信號光的再生裝置的再生程度強 烈依存于信號光的偏振光狀態(tài)與控制光或激勵光的偏振光狀態(tài)的相對關(guān) 系。因此，首先把波長分割多重光按各波長分波為多個信號光，獨立處理 各信號光。然后在此基礎(chǔ)上，在向信號光的再生裝置15入射之前，把需 要基于再生裝置15的再生處理的信號光的偏振光狀態(tài)調(diào)整為適合于再生 的偏振光狀態(tài)。
據(jù)此，再生系統(tǒng)1和方法A可以把需要再生處理的信號光忠實地再現(xiàn) 為從發(fā)信器出射之后的狀態(tài)或惡化前的信號光的狀態(tài)。結(jié)果，可以良好地 再生包含再生的信號光的波長分割多重光的波形。
在再生系統(tǒng)1和方法A中，不把信號光變換為電信號，再生，所以傳 送容量不由電器件限制。因此，根據(jù)再生系統(tǒng)1和方法A，可以提高各波 長(通道)的信號光的傳送速度，超過40Gbit/s，可以減少波長分割多重 光的通道數(shù)。結(jié)果再生系統(tǒng)1可以由比以往少的再生裝置15構(gòu)成，所以可以實現(xiàn)小型化和省電化。
下面，詳細描述再生裝置15。
再生裝置15如圖2所示，包含放大裝置17、波形再生裝置19、時鐘 再生裝置21和噪聲除去裝置23。
再生裝置15按照再生系統(tǒng)1中要求的再生可以力，包含從由光放大 裝置17、波形再生裝置19、時鐘再生裝置21和噪聲除去裝置23構(gòu)成的 群中選擇的一個或2個以上。另外，選擇的裝置利用非線性光學效果進行 再生處理。另外，這些放大裝置17、波形再生裝置19、時鐘再生裝置21 和噪聲除去裝置23的排列并未限定，可以根據(jù)需要適當變更。例如可以 在波形再生裝置19的前級配置時鐘再生裝置21。
這里，放大裝置17把衰減的信號光放大，波形再生裝置19把信號光 的波形再生，時鐘再生裝置21進行信號光的時鐘再生，然后噪聲除去裝 置23除去信號光中包含的噪聲。
還有，即使是由放大裝置17放大，作為噪聲包含自然放出光(無偏 振光)的信號光，通過透過偏振鏡，也可以使信號光中包含的噪聲減半。 即可以把放大裝置17和偏振鏡的組合作為噪聲除去裝置23使用。
作為放大裝置17，例如可以列舉出拉曼放大器、半導體光放大器、參 量光放大器等。
在拉曼放大器中，拉曼增益依存于入射到那里的信號光和激勵光之間 的偏振光狀態(tài)的相對關(guān)系。再生系統(tǒng)1中，偏振波變換器13預先把信號 光變換為適合于取得所需的拉曼增益的偏振光狀態(tài)，所以拉曼放大器可以 穩(wěn)定放大信號光。
與拉曼放大器同樣，半導體光放大器、參量光放大器也在各自的增益 中存在偏振依存性。再生系統(tǒng)1中，偏振波變換器13預先把信號光變換 為適合于取得所需的拉曼增益的偏振光狀態(tài)，所以半導體光放大器、參量 光放大器可以穩(wěn)定放大信號光。
時鐘再生裝置21可以列舉出利用XPM或FWM作為非線性光學效果 的裝置。
作為前者的(利用XPM)的時鐘再生裝置21，有圖3所示裝置。該 時鐘再生裝置21具有出射脈沖狀的控制光的控制光發(fā)生裝置25;通過光學延遲部件27以及控制部29使信號光的相位與控制光一致的相位同步 部件31;通過光耦合器33插入光路中，傳播控制脈沖光和信號光，產(chǎn)生 XPM的高非線性光纖35;使控制光入射高非線性光纖35或從那里出射的 WDM耦合器37、 39。另外，優(yōu)選該時鐘再生裝置21具有防止來自高 非線性光纖35的信號光的返回光的隔離器41、濾光器43。
另外，作為后者的(利用FWM)的時鐘再生裝置21，有圖4所示的 裝置。該時鐘再生裝置21具有出射脈沖狀的激勵光的激勵光出射裝置 45;把信號光的相位與激勵光一致的相位同步部件31;激勵光和信號光通 過合波器47 (例如WDM耦合器或3Db耦合器)入射后FWM發(fā)生的非 線性光學介質(zhì)49。在時鐘再生裝置21中，入射非線性光學介質(zhì)49的信號 光與使用FWM進行波長變換的信號光一起從非線性光學介質(zhì)49出射， 所以未進行波長變換的信號光和激勵光與使用濾光器、WDM耦合器51 通過波長變換取得的信號光分離。
圖3和圖4所示的時鐘再生裝置21，利用高非線性光纖35或非線性 光學介質(zhì)49中的XPM或FWM，對信號光進行時鐘再生處理。在該時鐘 再生處理中，當可以取得的非線性光學效果小時，無法良好地再生信號光 的時鐘。因此，在信號光和控制光或激勵光之間，有必要把各自的偏振光 狀態(tài)維持給定的相對關(guān)系，把取得的非線性光學效果的大小維持在給定的 大小。
具體而言，當入射到時鐘再生裝置21中的信號光的偏振光狀態(tài)為直 線偏振光時，維持信號光的偏振光狀態(tài)，使激勵光或控制狀的偏振面與信 號光的偏振面彼此平行。據(jù)此，時鐘再生裝置21可以以給定程度進行信 號光的時鐘再生。
在波形再生裝置19中有利用孤波效果或SPM或SC作為非線性光學 效果的裝置。
前者的(利用孤波效果)的波形再生裝置19如圖5所示，由放大裝 置17a、非線性光學介質(zhì)53、光纖(帶通濾波器)55構(gòu)成。這里，作為非 線性光學介質(zhì)53，可以列舉出高非線性光纖和半導體元件。還有，在圖5 中，表示在波形裝置19內(nèi)配置放大裝置17a的例?？墒?，如圖2所示， 配置放大裝置17，只用放大裝置17就可以充分提高入射到波形再生裝置19中的信號光的強度時，就沒必要一定配置放大裝置17a。即可以根據(jù)需 要配置波形再生裝置19內(nèi)的放大裝置17a。
在圖5的再生裝置19中，由放大裝置17a提高強度的信號光入射到 非線性光學介質(zhì)53中，通過介質(zhì)53中發(fā)生的孤波效果，除去信號光中包 含的時間上的噪聲成分，再生信號光的波形。
作為后者的(利用SPM或SC)的波形再生裝置19，有圖6所示的裝 置。該波形再生裝置19由放大裝置17a、非線性光學介質(zhì)56、濾光器55、 波長變換部57構(gòu)成。還有，由于與圖5同樣的理由，根據(jù)需要配置放大 裝置17a。
在圖6的波形再生裝置19中，由放大裝置17a提高強度的信號光入 射到非線性光學介質(zhì)53中，通過該介質(zhì)56中產(chǎn)生的SPM或SC，只關(guān)于 除去時間上的噪聲成分的信號光，擴展波長帶。
然后，把波長帶擴展的信號光向濾光器55入射，只有具有給定波長 帶的信號光透過濾光器55，再生信號光的波形。再生波形的信號光入射到 波長變換部57，進行波長變換。
這里，基于波長變換部57的波長變換是為了把從波形再生裝置19出 射的信號光的波長帶恢復到由介質(zhì)56擴展前的波長帶。因此，當沒有必 要恢復波長帶時，就沒必要在波形再生裝置19中設(shè)置了波長變換部57。
在波長變換部57中有例如FWM、 XPM或SPM作為非線性光學效果 的。其中，使用FWM或XPM的基本上具有與所述時鐘再生裝置21相同 的構(gòu)成。因此，波長變換部57也可以兼任時鐘再生裝置21，圖6所示的 波形再生裝置19中，沒必要在出射一側(cè)配置時鐘再生裝置21。
另外，當對波長變換部57利用SPM時，可以通過放大裝置、非線性 光纖和濾光器構(gòu)成。
如上所述，基于波形再生裝置19的信號光的波形再生處理利用介質(zhì) 53、 56、 35、 49中的SPM、 XPM、 FWM、孤波效果和SC等非線性光學 介質(zhì)。而且，當利用XPM、 FWM的波形再生處理時，通過使從控制光或 激勵光發(fā)生裝置25、 45出射的控制光或激勵光、信號光入射同一介質(zhì)35、 49，產(chǎn)生XPM或FWM。
在這樣的波形再生處理中，取得的非線性光學效果無論過大，還是過小，都有可能無法良好再生信號光的波形。因此，有必要在信號光、控制 光或激勵光之間，用給定的相關(guān)關(guān)系維持各偏振光狀態(tài)，把產(chǎn)生的非線性 光學效果的大小維持在所需的大小。
噪聲除去裝置23與波形再生裝置19同樣，可以由放大器、非線性光 學介質(zhì)、濾光器等構(gòu)成。噪聲除去裝置23使用SPM或SC等非線性光學 效果，擴大信號成分的波長帶后，分離信號部分和噪聲部分。
還有，作為所述波形再生裝置19、時鐘再生裝置21或噪聲除去裝置 23中使用的控制光或激勵光的發(fā)生裝置，希望使用利用梳型色散配置(梳 型色散曲線)的光脈沖光源、由光纖型壓縮裝置壓縮的光脈沖光源、超連 續(xù)光源、孤波脈沖光源、光纖環(huán)形激光器的任意一個。這是因為這些光源 能夠產(chǎn)生脈沖時間寬度窄的高重復脈沖，而且，考慮信號光的頻率等，可 以適當設(shè)定脈沖時間寬度和重復的圖案。
下面，參照圖7說明偏振波變換器13。
偏振波變換器13如上所述，可以是具有把任意的偏振光狀態(tài)變換為 所需的偏振光狀態(tài)的功能就可以。這樣的偏振波變換器13至少對入射的 光(信號光)進行偏振變換，作為所需的偏振光狀態(tài)的偏振光變換部71。
具體而言，當控制光或激勵光為直線偏振光時，用偏振波變換器13 控制，使作為信號光的所需偏振光狀態(tài)，與控制光或激勵光變?yōu)槠衩嫫?行的直線偏振光。
而且，偏振波變換器13如圖7所示，檢測入射到偏振光變換部71中 的信號光的偏振光狀態(tài)，根據(jù)該檢測結(jié)果，反饋控制偏振光變換部71?；?者偏振波變換器13如圖8所示，檢測從偏振光變換部71出射的信號光的 偏振光狀態(tài)，根據(jù)該檢測結(jié)果，反饋控制偏振光變換部71。因此，如圖7 和圖8所示，希望偏振波變換器13具有檢測部73和控制部75。其理由是 因為可以把信號光可靠變換為所需的偏振光狀態(tài)。
如果具體說明，則作為檢測部73，列舉出可以檢測由光分配器77分 波的信號光的偏振光狀態(tài)以及強度的偏振波分析儀或只檢測強度的功率 計。另外，控制部可以由計算機構(gòu)成。
下面，參照圖9，表示把入射的信號光變換為直線偏振光的偏振波變 換器，即不具有檢測部和控制部的一構(gòu)成例。該偏振光變換部71具有把入射的信號光分離為偏振面彼此正交的 兩個偏振光的偏振光分離元件79;把這兩個偏振光合波的合波器81。而
且，在偏振光分離元件79和合波器81之間兩個光路延伸，只在其中一方 的光路中插入A/2波長板83。
如果信號光入射到該偏振光變換部71，則由偏振光分離元件79分離 的偏振光中， 一方的偏振光如圖中箭頭所示，保持與紙面平行的偏振面， 入射到合波器81。而具有與紙面垂直的偏振面的另一方偏振光通過入/2 波長板83，從而器偏振面旋轉(zhuǎn)90。，入射到合波器81。因此，在入射合波 器81的時刻，在兩個光路中傳播的各偏振光的偏振面變一致，通過這些 偏振光在合波器81中合波而取得的信號光一定變?yōu)橹本€偏振光。
另外，圖IO表示把入射的信號光變換為直線偏振光的偏振波變換器， 即具有用于反饋控制偏振光變換部71的檢測部73和控制部75。
該偏振光變換部71具有把入射的信號光分離為彼此正交的兩個偏 振光的偏振光分離元件79;把這兩個偏振光合波的合波器81。而且，在 偏振光分離元件79和合波器81之間兩個光路延伸，在其中一方的光路中 插入A /2波長板83，自另一方的光路中插入使光學光路長度可變的光學延 遲部件85。
另外，在合波器81的出射一側(cè)配置以給定強度比把入射的信號光分 光為兩個光的光分配器77。在光分配器77的一方的出射一側(cè)，作為檢測 部73，配置接收信號光，測定其強度的功率計。而且，由計算機構(gòu)成的控 制部75為了從檢測部73的檢測結(jié)果控制信號光的強度，與檢測部73電 連接。在一方，控制部75為了通過光學延遲部件85可變控制另一方光路 的光學光路長度，從而使從檢測部73輸出的檢測結(jié)果即由檢測部73檢測 的信號光的強度變?yōu)樽畲?，也與光學延遲部件85電連接。
圖11表示把入射的信號光變換為不局限于直線偏振光，而具有任意 偏振光狀態(tài)的信號光的偏振波變換器，即具有用于反饋控制偏振光變換部 71的光分配器77、檢測部73和控制部75。
該偏振波變換器的偏振光變換部71由沿著視準透鏡86、 87間延伸的 信號光的光路上按順序配置的入/4波長板89、入/2波長板91、入/4波長 板93和、為了把這些波長板的光軸作為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而安裝在各波長板上的旋轉(zhuǎn)部件95、 97、 99構(gòu)成。即在偏振光變換部71中，通過旋轉(zhuǎn)部件95、 97、 99使波長板89、 91、 93旋轉(zhuǎn)，各波長板89、 91、 93的進相軸以及遲 相軸對于信號光的偏振光狀態(tài)的方位是可變的。
檢測部73由作為信號光的偏振光狀態(tài)，例如由能夠求出斯托克司參 數(shù)的偏振波分析儀構(gòu)成，控制部75調(diào)節(jié)各旋轉(zhuǎn)部件95、 97、 99的旋轉(zhuǎn)角， 使該斯托克司參數(shù)變?yōu)樗璧闹?。因此，根?jù)圖ll所示的偏振波變換器， 可以把具有任意偏振光狀態(tài)的光變換為所需的偏振光狀態(tài)。
還有，在圖11的偏振波變換器中，偏振光變換部71把信號光變換為 直線偏振光時，如圖12所示，在偏振光變換部71的出射一側(cè)配置直線偏 振鏡101，使適合于基于再生裝置15的再生處理的直線偏振光透過，并且 檢測部75希望為檢測信號光的強度的功率計。
其理由在于信號光入，通過偏振鏡101，可以提高信號光的偏振度，可 以使基于再生裝置15的再生程度進一步穩(wěn)定。另外，如后所述，當在偏 振波變換器13的入射一側(cè)配置光放大器105時(參照圖13)，除去由光放 大器105放大的噪聲即附加在信號光、中的無偏振光即自然光，可以提 高信號光入，的信噪比。
還有，振變換部71代替波長板89、 91、 93，可以配置一個以上雙折 射材料。這時，由控制部75進行雙折射材料的控制，從而透過偏振鏡101 后的光功率在檢測部73變?yōu)樽畲蟆＿€有，從偏振鏡101到再生裝置15 (參 照圖1)希望由可以保持偏振光狀態(tài)的偏振波保持波導12a (參照圖1)構(gòu) 成。偏振鏡101的主軸設(shè)定為在偏振波保持波導12a中保持偏振光的角度。
當利用具有偏振鏡101的偏振波變換器時，控制的抖動表現(xiàn)為輸出光 強度的變動。而不使用偏振鏡101,可以按照偏振波保持波導12a中保持 偏振光的角度，把偏振光入射。這時控制的抖動以消光比的增加的形式表 現(xiàn)。即使用偏振鏡101的偏振波變換器，在光功率的變動容限比消光比的 變動的容限取更大值的非線性信號處理中變得有效。
圖13表示本發(fā)明實施方式2的波長分割多重光再生系統(tǒng)103(以下稱
作再生系統(tǒng)103)。
再生系統(tǒng)103除了在分波裝置8和偏振波變換器13之間延伸的光路 12i、 122、 123、'"、 12 中插入光放大器105，并且在偏振波變換器13和
34光信號再生裝置15之間延伸的偏振波保持型波導12a、 12b、 12c、，"12n 中插入可變色散補償器07以外，具有與再生系統(tǒng)1 (參照圖IO相同的構(gòu) 成。
光放大器105配置在分波裝置8和偏振波變換器13之間，接收從分 波裝置8在光路12,、122、123、 "'、12n中傳播來的信號光Ai、入2、入3、、 入 。而且，光放大器105把信號光A,、 A2、 A3、***、 An放大為給定強 度后，向光路12,、 122、 123、"*、 12 出射。
即光放大器105把入射到那里的信號光A,、人2、人3、'"、 An的強 度放大為給定強度后，向光路12,、 122、 123、"*、 12n出射。
即光放大器105把入射到那里的信號光A卜入2、入3、*"、 A。的強
度適當放大，出射，據(jù)此即使在波長分割多重通信系統(tǒng)中傳播來的信號光
入pA2、入3、，，*、An的衰減大時，也可以補償該衰減。
可是，配置光放大器105的位置并不局限于分波裝置8和偏振波變換 器13之間，可以是分波裝置8和再生裝置15之間的任意位置?；蛘?，光 放大器105配置在分波裝置8的入射端口 8a —側(cè)，在包含在波長分割多 重光中的狀態(tài)下，把信號光Ap A2、入3、hv入 放大。
另外，基于光放大器105的信號光的放大率可以由偏振波變換器13 中包含的檢測部和控制部進行反饋控制或前饋控制。
在分波裝置8和再生裝置15之間配置可變色散補償器107，從偏振波 變換器13出射的信號光A,、 A 2、 A3、"*、入n在偏振波保持型波導12a、 12b、 12c、 H，12n中傳播，入射到可變色散補償器107中?？勺兩⒀a償 器107修正由于在傳送路線中傳播而積蓄的傳送路線中的波長色散引起的 信號光的波形變形后，向偏振波保持型波導12a、 12b、 12c、 H，12n出射。
還有，配置可變色散補償器107的位置并未特別限定，除了偏振波變 換器13和再生裝置15之間，還可以是分波裝置8和光放大器105之間、 光放大器105和偏振波變換器13之間、再生裝置15和合波裝置10之間。
圖14表示本發(fā)明實施方式3的波長分割多重光再生系統(tǒng)109(以下稱 作再生系統(tǒng)109)。
再生系統(tǒng)109與圖13所示的再生系統(tǒng)103的不同之處在于在可變 色散補償器107和再生裝置15之間延伸的偏振波保持型波導12a、 12b、12c、 12n中插入偏振模式色散補償裝置110。
該偏振模式色散補償裝置110是補償傳送路線中局部或隨機存在的雙 折射偏振模式下提供傳播速度差，使信號光的時間波形變形的偏振模式色 散的裝置。
因此，根據(jù)再生系統(tǒng)109，因為可以補償傳送路線中的偏振波模式色 散引起的波形變形，所以可以延長出射再生系統(tǒng)109后的信號光或波長分 割多重光的可傳送距離。
圖15表示本發(fā)明實施方式4的波長分割多重光111再生系統(tǒng)(以下 稱作再生系統(tǒng)lll。
再生系統(tǒng)111與再生系統(tǒng)103的不同之處在于合波裝置是具有偏振 波交錯功能的偏振波交錯器112，另外，在偏振波交錯器112的出射一側(cè) 設(shè)置了有用于把從偏振波交錯器112出射的波長分割多重光的偏振光狀態(tài) 變換的偏振波變換器114。
偏振波交錯器112具有在把彼此波長不同的多個信號光入p入2、入 3、***、入n合波時，把波長中彼此相鄰的信號光合波為偏振光狀態(tài)彼此正 交的偏振波交錯功能。
因此，當由偏振波交錯器112合波的波長分割多重光在同一光路中傳 播時，可以抑制波長中彼此相鄰的信號間，換言之彼此相鄰的通道間的相 互作用引起的信號光的惡化。
另外，偏振波變換器114，在偏振波變換器114和波長分割多重光再 生系統(tǒng)或接收器之間延伸的光傳送路線(光纖6)中，對從偏振波交錯器 112的出射端口 112a出射的波長分割多重光進行偏振變換，從而使偏振模 式色散對波長分割多重光的影響變?yōu)樽钚　?br> 因此，根據(jù)再生系統(tǒng)111，不僅再生入射到該再生系統(tǒng)111中的波長 分割多重光，從再生系統(tǒng)lll出射后，也可以使波長分割多重光的偏振光 狀態(tài)變?yōu)檫m合于傳播的光路的偏振光狀態(tài)。例如再生系統(tǒng)111可以在入射 到下一波長分割多重光再生系統(tǒng)或接收器中之前抑制波長分割多重光的 惡化。
還有，在再生系統(tǒng)lll中，將光放大器105，不是在分波裝置8和偏 振波變換器13之間，而在偏振波變換器13和再生裝置15之間延伸的偏振波保持型波導12a、 12b、 12c、 12n中插入，根據(jù)由偏振波變換器13 的檢測部檢測的信號光Ap A2、 A3、"*、 An的強度，前饋控制光放大 器105。
這時可以使入射到再生裝置15的信號光A" A2、 A3、，**、 A。的強 度一定，所以可以進一步使基于再生裝置15的信號光A^ A 2、入3、'"、
入n的再生程度穩(wěn)定化。
圖16表示本發(fā)明實施方式5的波長分割多重光再生系統(tǒng)116 (以下稱 作再生系統(tǒng)116)。
再生系統(tǒng)116包含彼此連接的多個子系統(tǒng)116a、 116b。 各子系統(tǒng)116a、 116b除了在光路12,的兩端附近即分波裝置8 — 側(cè)和合波裝置112—側(cè)插入光開關(guān)118a、 118b'"以及120a、 120b"*以 外，具有與再生系統(tǒng)lll相同的構(gòu)成。還有，圖16中為了避免線的錯綜， 省略了各子系統(tǒng)116a、 116b "'中的光路12,以外的光路122、 123、'*'12n 的記載。
在圖16所示的系統(tǒng)中，用光路122連接光開關(guān)118a和118b之間， 用光路124連接光開關(guān)120a和120b之間。
因此，各子系統(tǒng)116a、 116b"'通過在光路12i或偏振波保持型波導 12a中插入至少一個光開關(guān)，不僅從自身的分波裝置8分波的信號光，對 從波長分割多重光通信系統(tǒng)的其他地方傳送來的信號光也可以實現(xiàn)再生 處理。
而且，通過用光路122、 124連接各子系統(tǒng)116a、 116b，再生系統(tǒng)116
作為全體，具有路由器功能。
還有，光開關(guān)118a、 118b'H或光開關(guān)120a和120b希望是半導體光 開關(guān)。這是因為可以防止再生系統(tǒng)116的大型化，并且可以在子系統(tǒng)116a、 116b間提高切換光路的開關(guān)速度。
具體而言，半導體光開關(guān)是對半導體材料應用各向異性蝕刻或犧牲層 蝕刻等顯微機械加工技術(shù)而形成的光開關(guān)，是Micro-Electro-Mechanical-System (以下，稱作MEMS)的一種。
本發(fā)明并不局限于所述實施方式，可以有各種變形。例如，可以把圖 2的再生裝置15作為集成電路而形成在半導體襯底上，使再生裝置15 —體化和小型化。
另外，在再生裝置15中，波形再生裝置、噪聲除去裝置和時鐘再生 裝置在利用彼此相同的非線性光學效果時具有相同的功能，所以可以省略 其中之一或兩個，因此可以減少構(gòu)成再生裝置15的裝置數(shù)。
下面，進一步詳細說明本發(fā)明的再生裝置(參照圖l)。
圖17是表示再生裝置200的一實施例的概念圖。該再生裝置200，按 順序配置孤波變換器202、脈沖滾筒204、克爾快門206、孤波凈化器208 而構(gòu)成。還有，作為再生系統(tǒng)l，如圖1所示，希望在再生裝置200的前 級配置偏振波變換器13，但是如果是保持偏振波的狀況，也可以是不要它 的如圖44那樣的系統(tǒng)形態(tài)。
首先，由于傳送而惡化的光信號210通過孤波變換器202除去殘留線 性調(diào)頻脈沖，并且進行波形整形。然后，輸入到脈沖滾筒204中，在那里， 波形整形的信號光變換為適合于下級的克爾快門206的波形即矩形波。以 上的前處理后，使用克爾快門206，不僅在波形上再生信號光，而且可以 在時間上再生。最后，為了進一步使再生的信號光為高質(zhì)量，由孤波凈化 器208除去孤波以外的成分例如伴隨著光放大而產(chǎn)生的自然放出光等。該 再生裝置200的各部件的動作根據(jù)光非線性，所以常常具有偏振波依存性。 因此，如圖45所示，在各部件202、 204、 206、 208的輸入一側(cè)根據(jù)需要 配置偏振波控制器302或偏振鏡304。還有，在再生裝置200內(nèi)，偏振波 狀態(tài)變化小時，不要這些。另外，如圖46所示，可以構(gòu)筑利用再生裝置 200內(nèi)的各部件202、 204、 206、 208中的至少一個部件的系統(tǒng)。例如，如 圖46所示，可以構(gòu)筑由器件A、作為我們的器件而配置的孤波變換器、 器件B構(gòu)成的系統(tǒng)。按照系統(tǒng)的目的，從上述的各部件202、 204、 206、 208適當選擇我們的器件，配置與各部件202、 204、 206、 208對應的器件 A、器件B。
以下，說明該再生裝置200的各部件。
再生裝置200的初級是孤波變換器202。還有，孤波變換器202的關(guān) 聯(lián)技術(shù)記載在Dany等人，Opt. Lett, 25,p.793， 2000或Matsumoto等人, 正EE Photon. Technol. Lett, 14， p.319,2002中。
圖18是孤波變換器202的一構(gòu)成例。孤波變換器202由異常色散光
38纖(anomalous-dispersion fiber: ADF) 212、濾光器(帶通濾波器:BPF) 214構(gòu)成。入射的信號光伴隨著異常色散光纖中的傳播，通過異常色散性 和非線性的相互作用，變換為孤波類的脈沖列。通過濾光器214，實現(xiàn)光 限制器功能，也能夠除去噪聲。可是，當對ADF212的輸入光功率不足以 產(chǎn)生孤波效果時，如圖18所示，在ADF212的前級配置光放大器216和 用于除去那里產(chǎn)生的自然放出光的濾光器218。
還有，在圖18所示的孤波變換器202的構(gòu)成中，有時通過孤波傳播 中的孤波效果的輸入噪聲的放大成為問題(Kubota等人，J.Opt. Soc. Am. B， p.2223,1999)。這是因為具有噪聲的孤波在光纖傳播中，通過異常色散 和非線性的相互作用而產(chǎn)生的參量增益，把振幅和相位噪聲放大。
為了壓制它，在孤波變換器202中，希望縮短ADF212的光纖長度。 如果ADF212的光纖長度縮短，則噪聲和孤波傳播的距離減少，與它們的 相互作用的壓制關(guān)聯(lián)。因此，ADF212的縮短對于減少伴隨著波形整形的 噪聲放大是有效的。還有，后面敘述ADF212的光纖長度的細節(jié)。
而與此相反，為了實現(xiàn)充分的波形整形功能，非線性效果是必須的。 因此，非線性效果的發(fā)生所必要的光纖長度(非線性長度)以上的光纖長 度在孤波變換器202中成為必要。另夕卜，在公知文獻(Deny等人,Opt，Lett., 25,p.793，2000)中，在孤波變換器中，需要孤波周期Zq以上的光纖長度。 可是，zo由以下數(shù)學式提供。
<formula>formula see original document page 39</formula>
To是對于輸入脈沖的強度變?yōu)榉逯档?/e的點的半值寬度。P2是孤波 變換器的色散值。為了在實驗上明確該孤波變換器202的性能的光纖長度 依存性，測定來自孤波變換器的輸出脈沖對由孤波周期標準化的光纖長度 (標準化光纖長度z)不同的3種光纖的光信噪比(0SNR)和頻譜線寬 度增大的輸入功率P^依存性。圖20A和圖20B表示其結(jié)果。可是，在橫 軸取孤波次數(shù)N。 N是用基本孤波激勵功率把Pin標準化的值的平方根，由 以下數(shù)學式提供。[數(shù)學式2]
還有，Y是光纖非線性稀疏。
從圖20A和圖20B可知，不根據(jù)標準化光纖長度z，在全部孤波變換 器中，伴隨著N的增大，OSNR惡化?？墒?，在ADF212的光纖長度為孤 波周期的2周期左右的光纖長度下，表現(xiàn)出惡化小。另外，只有該孤波變 換器表現(xiàn)出頻譜線寬(△ WA uin)不增大。從以上的實驗結(jié)果可知，標 準化光纖長度z為2以下的孤波變換器對壓制噪聲的放大是有效的。還有， 因為可以取得與圖20A、圖20B的最上級相同的結(jié)果，所以z-2以下的N 禾口OSNR、或N和A WA Ui。的關(guān)系省略圖示。
另外，孤波變換器202配置在再生裝置200的初級，所以輸入脈沖有 時由于殘留色散，具有線性調(diào)頻脈沖。信號光如果具有線性調(diào)頻脈沖，則 在變換為脈沖時，產(chǎn)生脈沖寬度擴大的問題。因此，孤波變換器202中， 對于輸入脈沖具有的線性調(diào)頻脈沖的性能也是重要的。
為了研究它，把由于(在孤波變換器前)在單模光纖(SMF)中傳播 而附加線性調(diào)頻脈沖的脈沖輸入孤波變換器202中，測定輸出的脈沖波形。 圖21表示輸出脈沖的自相關(guān)波形寬度AtAc的輸入功率依存性。圖21的左 部表示輸入到輸出光纖前的功率寬度，圖21的右部表示從輸出光纖輸出 的脈沖寬度。
從圖21可知，當使輸入線性調(diào)頻脈沖量增大時(使SMF長度增加)， 通過使Pi。增大，與輸入的線性調(diào)頻脈沖量(SMF長度)無關(guān)，表現(xiàn)AU 減少的傾向。即如果解釋該實驗結(jié)果，通過Pi。的調(diào)整，能夠補償輸入的 線性調(diào)頻脈沖依存性。圖22表示通過實驗直接確認它的結(jié)果。
圖22的左部表示輸入脈沖波形，圖22的中央部表示進行Pin的調(diào)整 時來自孤波變換器的輸出脈沖波形，圖22的右部表示來自輸出濾波器的輸 出脈沖波形。如圖22的左部所示，即使把特性不同的脈沖列輸入孤波變 換器中，通過調(diào)整Pin，輸出脈沖波形可以取得同樣的波形。作為具體的 Pin的調(diào)節(jié)方法之一，考慮到在孤波變換器之前配置可變衰減器，控制光功率的手法。
圖23表示本實施例的短長方形孤波變換器的輸出孤波的自相關(guān)寬度 △ tAe、 OSNR的Pin依存性。如上所述，與長的長方形相比，可以在某種程 度上抑制OSNR惡化。而在A"U變?yōu)闃O小的Pin下，OSNR顯著惡化。
換言之，脈沖壓縮和噪聲增大存在抵消關(guān)系。作為同時實現(xiàn)噪聲的壓 制和脈沖壓縮的手法是本發(fā)明之一的壓縮器和波形整形器的組合(圖19)。 是在波形整形器之前配置脈沖壓縮器的構(gòu)成。這里，波形整形器不僅包含 上述的孤波變換器，還包含Mamyshev濾波器或NOLM等。 一般輸入脈 沖峰值功率越高，以光纖非線性效果為基本的波形整形器的性能可以越提 高。本發(fā)明充分利用它。是事先把脈沖列壓縮，使峰值功率增大，輸入到 波形整形器中的方式。
特別是以低噪聲性優(yōu)異的絕熱壓縮方式為基本的壓縮器適于它。為了 實現(xiàn)該方式，有使用光纖長度方向色散值減少的光纖(色散減少光纖)或 具有緩和的增益的光纖(例如拉曼放大光纖)的手法。另外，提出了通過 多種光纖的連接模仿前者光纖的具有階梯狀色散曲線的光纖(SDPF)、具 有梳齒狀色散曲線的光纖(CDPF)。特別是由2種光纖的組合構(gòu)成的CDPF 在制作上是容易的。
還有，光脈沖的絕熱壓縮利用光孤波是色散效果和非線性效果可以均 衡的穩(wěn)定脈沖，如果使任意的效果增減，則另一方效果追隨它，光脈沖的 參數(shù)自動變化。這里，色散效果與光纖的色散值以及脈沖寬度的倒數(shù)的平 方成比例，非線性效果與光纖的非線性常數(shù)以及脈沖電力成比例。即在非 線性效果一定的狀況下，如果使光纖的色散值減少，則為了填補它，脈沖 寬度的倒數(shù)的平方必須增大，結(jié)果脈沖寬度減小。
根據(jù)以上的原理，為了實現(xiàn)脈沖的絕熱壓縮，除了所述在長度方向減 少光纖的色散值的方法，考慮到使用分布拉曼放大器的方法、在長度方向 使光纖的非線性增大的方法。前者的方法中，由于分布拉曼放大，光線的 電力在傳送中增大，所以非線性效果增加，在色散值和非線性常數(shù)一定的 光纖中，脈沖寬度減小，從而色散效果追隨它。
而后者的方法中，在色散值一定，非線性效果在長度方向增加(即使 由于光纖損失，脈沖電力衰減，光線非線性常數(shù)充分增加，電力和非線性常數(shù)的積在長度方向增加，結(jié)果非線性效果增加)的光纖中，為了追隨增 大的非線性效果，色散效果必須增大，脈沖的寬度減小。
使光纖的非線性常數(shù)增加的方法除了在長度方向連續(xù)增加的方法，也 可以通過變化為階梯狀的方法、按梳齒形狀配置非線性常數(shù)而近似的方法 實現(xiàn)。
以上說明光纖型波形整形器，但是實現(xiàn)波形整形功能的不僅局限于光 線。 一般在輸入輸出特性中，具有閾值和飽和特性的(把它稱作可飽和吸 收特性)器件具有波形整形功能。以下表示該可飽和吸收體。
在全光再生中繼(03R)或模式同步激光器中，具有可飽和吸收特性 的器件是不可缺少的。以往有對可飽和吸收體使用光纖的非線性的，但是 作為直接應用材料的可飽和吸收特性的，提出使用半導體可飽和吸收鏡 (SESAM; semiconductor saturable absorber mirror) (S.Tsuda，W.H.Knox, E.A.de Souza，W.Y.Jan，and J.E. Cunningham, "Low-loss intracavity AlAsGaAs saturable Bragg reflector for femtosecond mode locking in solid-state lasers," Opt,Lett., Vol.20，No.l2，pp.l406-1408，June15，1995)或碳納管(CNT; Carbon Nanotube) ( S.Y. Set，H. Yaguchi， Y.Tanaka，M. Jablonski， Y.Sakakibara, A.Rozhin，M.Tokumoto,H. Kataura,Y. Achiba，K. Kikuchi， "Mode-locked fiber lasers based on a saturable absorber incorporating carbon nanotubes," Postdeadline papers, OFC2003， PD 44.，2003)?？墒?，當利用上述的SESAM 的可飽和吸收體時，為了取得所需的特性，有必要把材料的可飽和吸收特 性最優(yōu)化，存在材料制作時的條件的穩(wěn)定性或再現(xiàn)性難的問題。
在利用SESAM時，可飽和吸收特性由可飽和吸收層的組成、吸收頻 譜、厚度、布拉格反射鏡和可飽和吸收層的相對位置關(guān)系決定。由布拉格 反射鏡反射的光與入射光一起形成駐波，所以總光強度密度對于半導體深 度方向具有分布?？娠柡臀諏雍凸鈴姸让芏确植嫉南鄬﹃P(guān)系對于相同的 入射光強度，也成為提供不同的可飽和吸收特性的要因。當CNT時，可 以帶隙或厚度變?yōu)橹饕O(shè)計參數(shù)。在任意時候，難以正確實現(xiàn)所需的可飽 和吸收特性，在03R或模式同步激光器等系統(tǒng)的構(gòu)筑中，存在成品率和特 性的限制。
另外，在模式同步激光器中，振蕩脈沖特性由可飽和吸收特性左右，所以取得的脈沖特性由可飽和吸收體的選擇決定。不僅模式同步激光器的 成品率變差，也與振蕩的脈沖特性的限制關(guān)聯(lián)。另外，脈沖振蕩所必要的 可飽和吸收特性、用于實現(xiàn)更短脈沖動作和高能量動作的可飽和吸收特性 存在原理上不同的問題，為了使脈沖振蕩，產(chǎn)生必須犧牲穩(wěn)定動作下的脈 沖特性的問題。
為了解決這些問題，作為本發(fā)明的一實施例，上述的可飽和吸收體采 用可飽和吸收特性可變的構(gòu)造。如果可飽和吸收特性可變，則在制造時可 以組成調(diào)整特性，實現(xiàn)所需特性的步驟，可以提高成品率。另外，作為系 統(tǒng)，如果在鋪設(shè)后也可以調(diào)整可飽和吸收特性，則即使由于干擾或系統(tǒng)設(shè) 定的變更，動作條件變更，也可以靈活地對應。
另外，如果在模式同步激光器中，可飽和吸收特性是可變的，就從使 脈沖振蕩時的可飽和吸收特性保持脈沖動作，使取得所需的脈沖特性的可 飽和吸收特性可變，從而可以同時實現(xiàn)以往難以實現(xiàn)的脈沖振蕩和短脈沖 高能量動作。
以下用圖說明上述的內(nèi)容。圖47表示典型的可飽和吸收特性。橫軸
是輸入光強度，縱軸是輸出光強度。與線性時不同，其特征在于在低輸 入光強度區(qū)域中具有閾值特性，在光輸入光強度區(qū)域中，表現(xiàn)飽和特性。 使可飽和吸收特性可變意味著可以自由調(diào)整該曲線。如果詳細描述，則可 以使閾值飽和特性對于一定的光強度變化。是使圖47的曲線如圖中那樣 伸縮，使傾斜變化。
一般，如果向可飽和吸收體入射的光強度密度可變，就能夠使可飽和
吸收特性可變。圖48表示該系統(tǒng)。在把從光纖306出射的光聚光，再結(jié) 合到另一方的光纖308中之前的過程中，根據(jù)在哪個位置配置可飽和吸收 體310，入射到可飽和吸收體310中的光強度密度不同。圖48表示透過型， 圖49表示反射型的構(gòu)造。當反射型時，通過使光學系統(tǒng)移動，從而光束 消耗變化，也可以取得同樣的效果。
另外，也可以使SESAM或CNT的可飽和吸收特性具有面向分布。例 如在SESAM中，可以成形為利用膜厚的面向分布，在面內(nèi)使布拉格鏡和 可飽和吸收層的位置關(guān)系連續(xù)變化?；蛘叽娌祭耒R和可飽和吸收層的 位置關(guān)系，通過在面內(nèi)使可飽和吸收層的組成或膜厚變化，可以使可飽和
43吸收特性具有面向分布。在CNT中，使膜厚具有面向分布，或在制造時 使襯底具有溫度梯度，在面內(nèi)以可以帶隙為主，使CNT的構(gòu)造變化，從 而可以使可飽和吸收特性具有面向分布。
這樣，如圖50所示，在由空間結(jié)合系統(tǒng)中結(jié)合的光纖306、 308間的 光路中可移動地配置在可飽和吸收特性中具有面向分布的可飽和吸收體 310，可以實現(xiàn)可飽和吸收特性可變的器件。移動可能的方向可以是縱、 橫、斜、對于光路傾斜的方向。這是為了使通過可飽和吸收體310的光路 長度可變。還有，該可飽和吸收體的移動方向在圖48的透過型、圖49的 反射型中，采用同樣的構(gòu)造就可以。
把本發(fā)明應用于模式同步激光器中時，從使脈沖振蕩的可飽和吸收特 性，通過進行調(diào)整，使位于圖47的曲線漸漸向上伸展，分別使脈沖寬度 和能量增大。如果以圖48為例，則它與可飽和吸收體310漸漸從中心312 向透鏡316—側(cè)移動對應。還有，在圖48中，使可飽和吸收體310從中 心312向透鏡314—側(cè)移動，也可以取得同樣的效果。
如果這樣使可飽和吸收體310移動，則向可飽和吸收體310的入射光 強度密度減小，所以在圖47中，與曲線在縱橫軸方向延伸對應。當如圖 50的構(gòu)成時，如果可飽和吸收體310向可飽和吸收特性弱的一方移動，就 可以取得同樣的效果。弱的可飽和吸收特性如果以CNT為例，就與CNT 的膜厚度薄而對應。這樣的可變性在制造時可以在調(diào)整可飽和吸收特性中 使用，在系統(tǒng)使用時，可以作為可變控制的器件使用。
圖24表示時間再生裝置即克爾快門206的實施例。本實施例由OPLL (叩tical phase-locked loop) 220和光開關(guān)部222構(gòu)成。OPLL220由光相位 比較器224、光LO發(fā)生器226、控制部228構(gòu)成。
在OPLL220中，通過相位比較器224檢測從外部輸入的信號光和LO 信號光(以下稱作LO)的相位差，用控制部228根據(jù)該相位差調(diào)整光LO 的重復頻率。作為結(jié)果，可以取得與外部信號光同步的光時鐘脈沖列。通 過在光區(qū)域中切換該時鐘脈沖列和信號光，可以取得在時間上再生的信號 光。以下詳細表示本發(fā)明的各部。
如上所述，本實施例的OPLL220由光相位比較器224、光LO發(fā)生器 226、控制部228構(gòu)成。光相位比較器224以由光纖構(gòu)成的FWM部230、光纖232、受光部234為基本構(gòu)成。FWM部230由非線性光纖或未圖示 的進行PPLN (Periodically-poled LiN03)、 SOA (semi-conductive optical amplifier)等FWM的光學元件構(gòu)成。
在OPLL220中，來自外部的信號光和光LO通過輸入FWM部230中， 新產(chǎn)生FWM光。該FWM光由濾光器232抽出，由光電二極管 (photo-diode: PD)構(gòu)成的受光部234受光。
在受光部234和控制部228中，把該輸出電信號作為相位差信號識別， 根據(jù)該識別，調(diào)整光LO的振蕩頻率(與重復頻率對應)。結(jié)果，可以與外 部信號光對應，取得同步的時鐘脈沖列。還有，為了在FWM部230中充 分發(fā)生非線性(高效產(chǎn)生FWM)，根據(jù)需要(如圖24所示)，把EDFA或 半導體光放大器等光放大器236和濾光器(未圖示)配置在FWM部230 的前級。還有，為了取得相位差信號，可以對FWM部使用可以進行PPLN、 SOA等FWM的光學元件。這時，OPLL環(huán)長度進一步縮短，OPLL的頻 帶進一步增大。
為了識別外部信號光和光LO的相位關(guān)系，把FWM部變換為PPLN 或非線性光學結(jié)晶，利用第二高次諧波發(fā)生光(SHG; Second-Harmonic Generation)的強度變化。另外，入射到對輸入信號光的波長不具有靈敏 度，對更短波長的光具有靈敏度的PD，通過PD內(nèi)的二光子吸收，把相位
關(guān)系變換為光電流量，進行檢測。
另一方面，光LO發(fā)生器226由節(jié)拍光生器238構(gòu)成。具體而言，希 望具有兩個以上頻率成分的一臺以上的半導體激光器，在圖24中，表示 其一例的由2個半導體激光器(laser diode:LD)構(gòu)成的。從節(jié)拍光生器238 輸出的CW光通過光耦合器240合波，可以取得節(jié)拍光。還有，通過調(diào)整 節(jié)拍光生器238的至少一方的驅(qū)動電流和溫度，控制節(jié)拍光的頻率。
把該節(jié)拍光作為光LO向光相位比較器224輸入，并且作為時鐘信號 也向光開關(guān)部222輸入。另外，如果必要在向光開關(guān)部222輸入之前，由 光纖壓縮器239從節(jié)拍光變換為孤波列，事先把時鐘信號波形調(diào)整為適合 于光開關(guān)部222的波形。
在時鐘抽出中最重要的是減少輸出的時鐘脈沖列的定時抖動。換言 之，脈沖的時間位置的正確程度。在本實施例中，為了減少定時抖動，采用以下3個手法。
第一是OPLL220的環(huán)形縮短化。定時抖動與OPLL220的環(huán)長度有關(guān)， 環(huán)形縮短化(光纖縮短化)對壓制抖動是有效的。特別是，在本實施例中， 相位比較器224變?yōu)橐訤WM為基本的構(gòu)成,所以與以往的NOLM型相比， 可以實現(xiàn)環(huán)形的進一步縮短。結(jié)果，在本實施例中，可以取得壓制抖動的 時鐘脈沖列。作為相位比較器224的FWM部230的光線，與通常的傳送 路用光纖相比，采用5倍以上的非線性系數(shù)的高非線性光纖 (highly-nonlinearfiber: HNLF)，也可以實現(xiàn)環(huán)形(光纖)長度的縮短。
第二是使圖68的光纖長度LA-B[m]和光纖長度LA-c[m]的長度幾乎相 同。光纖長度LA.B是直接連接分波器A和光開關(guān)B的光纖的長度，光纖 長度lM.c是從分波器A通過時鐘抽出部、光纖壓縮器，連接到光開關(guān)C 上的光纖的長度。由分波器分支的信號到達光開關(guān)B所需的時間TA.8，或
通過時鐘抽出部、壓縮器到達光開關(guān)C的時間TA-C記述如下。TA_B
(Wv)[s]、 T八-c為(:Wv) [s]。這里，v[m/s]是光纖中的光速度。 圖68的光纖壓縮器中，數(shù)km的長度是必要的。因此，如果在分波器A和 光開關(guān)B之間不附加與光纖長度LA.c[m]相同程度長度的光纖，則到達光
開關(guān)的信號的時間差l T A-B- T A-Cl變?yōu)閿?shù)li S。光開關(guān)的信號光和光LO的位
速度差的上限對于時間差，以A "〈1 6B+SL|X 1 TA_B-TA-C l表示。這里， SB[Hz]記述信號的位速度的線寬，SL[Hz]記述LO輸出光的頻率線寬。 因此，通過減小lLA.B -LA.C|，位速度差A"減小，可以減少進行光開關(guān) 的定時抖動。
第三是LD對驅(qū)動電路。在光L0發(fā)生器226中，通過串聯(lián)2個LD，可 以取消驅(qū)動直流源引起的LD波長抖動。實際上圖25表示測定該LD串聯(lián) 驅(qū)動引起的噪聲壓制效果的結(jié)果。圖25A表示LD對的獨立驅(qū)動時的定時 抖動特性，圖25B表示LD對的串聯(lián)驅(qū)動時的定時抖動特性。與獨立驅(qū)動 時相比，串聯(lián)驅(qū)動時的抖動表現(xiàn)出降低到1/10。 LD的串聯(lián)驅(qū)動引起的噪 聲減少的理由是兩個LD的驅(qū)動電流變化相等。代替LD對驅(qū)動電路，使用
電流鏡電流，也可以實現(xiàn)相同的狀況。
如圖24所示， 一般0PLL部220和光開關(guān)部222分離，光LO發(fā)生器 226內(nèi)的光脈沖壓縮器239具有長度L (m)。輸入的信號光由最初的分波器241 (圖24的輸入的信號光由OPLL和光幵關(guān)部分波的分波器)分配后， 通過相位調(diào)整部246到達光開關(guān)部222的時間為t 1,在OPLL部220取得 同步后，如果同步信號到達光開關(guān)部222的時間為t 2，則t 1和t 2不同， 以時間延遲T^H t2-Tl卜n.L/c表示。還有，n是光纖的折射率，c是 光速。輸入信號光的頻率wl (t-t1)和時鐘抽出后從光L0發(fā)生器226 輸出的節(jié)拍光的頻率"2 (t-t2) —般不同。光開關(guān)部222的輸入信號光 和由光L0發(fā)生器226產(chǎn)生的同步信號的相位差A 4)記述為A 4)二2ji ("2 (t-T2)-"1 (t-t l)) 'Tw二A " .Tlag。當相位誤差A小的允許值為0.05 (rad)時，△ "〈0.05(n'c)/(2JiL)(Hz)。作為一例，當L二1000 (m) ， n=l. 5 時，如果頻率誤差A "〈約500Hz，就允許相位誤差。這樣依存于光脈沖壓 縮器239的長度L，決定光L0發(fā)生器226的輸出節(jié)拍光的頻率線寬的允許
下面參照圖24和圖68說明環(huán)形長度的最優(yōu)化。還有，這是所說的環(huán) 路長度表示圖68所示的光時鐘抽出器(optical clock extraction)內(nèi) 的光纖長度。如上所述，如果位速度差為Ao)，環(huán)形長度為L匿，v是光 纖中的光速度，La.b是連接分波器A和光開關(guān)B的光纖長度，n是光纖的 折射率，X為任意數(shù)，則決定L匿，從而A " (U。p) 〈v X/n LA.B的關(guān) 系成立。即在本發(fā)明中，使用高非線性光纖作為F麗部230，所以U。p縮短。 結(jié)果，Aco也減小，所以與定時抖動的減少有關(guān)。
光開關(guān)部222由F麗部242、濾光器244和相位調(diào)整部246構(gòu)成(參 照圖24)。相位調(diào)整部246以外，是與相位比較器224同樣的構(gòu)成。
在光開關(guān)部222中，首先，把信號光和時鐘脈沖列向F麗部242輸入。 在來自F職部242的輸出中，在時間上再生的信號光作為F麗光發(fā)生。該 光波由濾光器244與輸入光成分分離，輸出。
可是，時鐘脈沖和信號光由0PLL220同步(頻率一致)，但是有必要 使相位一致。因此，通過插入信號光或時鐘脈沖的至少一方光脈沖中的由 可變光延遲線(DL; delay line)構(gòu)成的相位調(diào)整部246調(diào)整相位。
還有，相位調(diào)整部246中，延遲長度可以是半固定的，也可以是可變 的。還有，相位調(diào)整部246為半固定時，有必要把系統(tǒng)全體的溫度控制為 一定，從對于環(huán)境的溫度變化，必要的調(diào)整量不變化。另外，相位調(diào)整部246可變時，根據(jù)接收輸出脈沖的一部分而取得得電信號，決定相位調(diào)整
這里，說明光纖型的FWM部242。在FWM部242中，有時產(chǎn)生伴 隨著脈沖的光纖傳播的色散和非線性效果引起的波形變形。為了壓制它， 適合于輸入脈沖條件的波長(頻率)配置和光纖選擇成為重要。關(guān)于該壓 制方法，按以下的(1) ~ (4)的順序說明。這里，輸入泵脈沖的時間寬 度為Atp，頻譜寬度為A Up，峰值功率為Pp(參照圖51)，考慮頻率配置和
使用的光纖的設(shè)計。
(1) 在F麗中，有必要充分確保泵光和的頻率間隔A u (失調(diào)量)，
從而3光波的頻譜成分不重疊。由以下數(shù)學式提供該條件。 [數(shù)學式3]
|Av +△、
Av〉-
2
(2) 在以上數(shù)學式中考慮的對A "的波長變換中，至少2A u以上的 頻率成為必要。而在FWM的光纖的頻帶限制要因中，考慮有(a)基于波長 色散的相位不匹配；(b)偏振波色散；(c)相干惡化。對于要因(a)，通 過采用滿足相位匹配條件的頻率配置，即讓泵波長和光纖的零色散波長一 致，可以避免。另外， 一般(c)的要因比(b)的要因影響小。因此，在 通常的FWM中，基于(b)偏振色散的頻帶限制變?yōu)橹湫缘?。對于頻帶限 制，光纖的偏振波保持(S. Watanabe等人，EC0C97, PD7， 1998.)是有效的， 但是制作的困難是問題。作為其他寬帶化手法，光纖縮短化是有效的
(0. Aso等人，EL， vol. 36， p. 709， 2000.)。圖52表示它。根據(jù)圖52所示 的光纖長度和頻帶關(guān)系，準備可以確保失調(diào)A u所必要的頻帶的光纖長度 AL。
(3) 為了取得足以發(fā)生FWM的非線性效果，對于輸入泵脈沖的非線 性長度W左右的光纖長度L是必要的。由以下數(shù)學式把它定量化。
L肌
48可是，如上所述，為了確保F麗，L中存在上限。因此，為了滿足以 上數(shù)學式，YP。的增大化變?yōu)橹匾６诟吖β拭}沖的光纖中傳播中，由 于非線性效果，從自相位調(diào)制(SPM)產(chǎn)生的頻譜波形變形成為問題。從 壓制它的觀點出發(fā)，在通過SPM把泵脈沖頻譜雙峰化的非線性相位移動3 兀/2 (阿古拉瓦爾著，"非線性光纖光學"，吉岡書店)以下，把上限設(shè)定 為YPpL。
<formula>formula see original document page 49</formula>
從以上兩個數(shù)學式無頻譜變形地進行FWM的YPp的范圍變得明確。 (4)在FWM傳播中，由于對輸入泵脈沖和信號光的色散效果，有 時在時間波形中產(chǎn)生變形。為了壓制它，有必要減少對脈沖的2次和3次 色散效果。該條件由以下數(shù)學式提供。
<formula>formula see original document page 49</formula>
這里，在滿足相位匹配條件的波長(頻率)配置中，輸入泵波長的2 次色散值小。因此，對于泵脈沖，3次色散效果變?yōu)橹湫缘?，壓制它?條件由以下數(shù)學式提供。
<formula>formula see original document page 49</formula>
另外，輸入信號光脈沖波長的2次色散值由2n e3A u提供，該壓制
條件由以下數(shù)學式提供。<formula>formula see original document page 50</formula>
根據(jù)以上(1) ~ (4)所述的數(shù)學式，設(shè)計沒有時間波形變形的FWM 所必要的光纖。圖53的流程圖總結(jié)該設(shè)計步驟。
作為實際的FWM的實施例，表示使用具有根據(jù)圖53的步驟設(shè)計的 光纖的FWM器，對160GHz微微秒脈沖列的波長變換進行實驗的結(jié)果。 圖54的構(gòu)成是把1556nm的160GHz、 2ps的脈沖列、1540nm的CW光由 3dB耦合器合波，輸入到0.2km長度的低傾斜HNLF中。產(chǎn)生的FWM成 分由2級構(gòu)成的BPF (透過中心波長1572nm，半值寬度4.5nm)抽出。還 有，這里使用的HNLF的Y和色散傾斜分別為24.1/W/km和 0.014ps/nm2/km。它們由圖53所示的步驟決定。圖55表示輸入脈沖和CW 的功率分別為19dBm和13dBm時的HNLF輸入輸出頻譜波形。在輸出中， 表示在1572nm附近、1524nm附近發(fā)生FWM成分。圖56表示FWM脈 沖的自相關(guān)波形。為了比較，也表示輸入脈沖的自相關(guān)波形。通過FWM 成分抽出中使用的2級構(gòu)成的BPF，脈沖寬度增大10%，但是表現(xiàn)為沒有 脈沖時間波形變形，進行波長變換。通過2級構(gòu)成的BPF后的FWM功率 是-2犯m。
還有，在圖54中，BP為2級構(gòu)成，但是如果可以充分除去輸入脈沖 和CW的成分，就可以是l級構(gòu)成、4級構(gòu)成'"n級構(gòu)成。另外，在圖 54和圖55中，使用透過中心波長為1572nm的BPF，只通過FWM把長 波長一側(cè)發(fā)生的1572附近作為輸出脈沖取出，但是未圖示，如果使用透 過中心波長為1524nm的BPF，就可以取得短波長一側(cè)發(fā)生的FWM成分。
在本實施例中，作為輸入脈沖，使用相鄰脈沖間的相位變?yōu)榉聪嚓P(guān)系 的壓制載波的脈沖即所謂的CS-RZ脈沖(carrier Suppressed Retum-to-Zero)。首先，考慮由于FWM而產(chǎn)生的脈沖列的相鄰脈沖間的 相位關(guān)系。當輸入CW光作為FWM泵起作用時，短波長一側(cè)產(chǎn)生的FWM 變換光(在本實施例中，1524nm附近的成分)是相鄰脈沖間變?yōu)榉聪嗟?CS-RZ脈沖列。而輸入脈沖列作為FWM泵起作用時，長波長一側(cè)產(chǎn)生的 FWM變換光(在本實施例中，1572附近的成分)是相鄰脈沖間為同相位關(guān)系的RZ脈沖列。通過使用該特性，可以把CS-RZ脈沖列變換為RZ脈 沖列。另外，當想保持相鄰脈沖間的相位關(guān)系時，必須把輸入脈沖作為 FWM的泵使用。
以上表示使用FWM的光開關(guān)和波長變換器，但是作為使用FWM的 其他形態(tài)，也可以實現(xiàn)具有波形整形功能的器件。圖57表示其構(gòu)成，圖 58表示現(xiàn)象。構(gòu)成要素自身與圖54的實施例構(gòu)成幾乎是同樣的。不同之 處在于使輸入泵功率增大，積極利用基于SPM的頻譜寬帶化。伴隨著此， 發(fā)生的FWM脈沖的頻譜也寬帶化。并且通過使輸入信號光的輸入脈沖功 率增大，作為非線性效果的相互相位調(diào)制效果的結(jié)果，F(xiàn)WM脈沖頻譜進 一步擴大。
即當泵功率低時，F(xiàn)WM脈沖的頻譜寬度與泵脈沖或信號光脈沖的它 為同程度，但是當泵功率高時，F(xiàn)WM脈沖頻譜寬帶化。因此，通過配置 具有適當?shù)腇WHM的BPF，切去寬帶化的頻譜，所以可以實現(xiàn)非線性損 失。因此，輸入泵功率和輸出FWM功率的關(guān)系變?yōu)槿鐖D59那樣，可以 實現(xiàn)閾值和飽和特性。結(jié)果，該FWM器件可以實現(xiàn)具有波形整形功能的 光開關(guān)，如果使用它，就可以實現(xiàn)03R。
下面，參照圖26A 圖26C，說明受光部234 (參照圖24)識別相位 誤差信號的電子電路的構(gòu)成。圖26A是受光部234的一構(gòu)成例。受光部 234由光電二極管(PD)、環(huán)路濾波器和LD控制部構(gòu)成。還有，LD控制部 是控制LD的驅(qū)動電流、溫度的機構(gòu)。
在圖26的受光部234中，由PD接收相位比較部224的輸出光后，用 環(huán)路濾波器把低頻信號成分抽出。根據(jù)該輸出電信號，控制LD驅(qū)動電流， 從而控制節(jié)拍光發(fā)生部的LD輸出波長即節(jié)拍頻率。
圖26B是圖26A的變形例，由2臺PD、加法器、環(huán)路濾波器、LD 控制器構(gòu)成。在圖26B中，不僅相位比較部的輸出光，由2臺PD接收信 號光脈沖的光功率，把它們的輸出差輸入環(huán)路濾波器中。據(jù)此，基于信號 光脈沖和光LO的相位偏移的相位差信號的變化消光比提高。圖26B的受 光部的構(gòu)成中，變?yōu)楦哽`敏度。
圖26C是圖26A的變形例，由PD、乘法器、環(huán)路濾波器、加法器、 LD控制器、參照信號發(fā)生器構(gòu)成。由PD接收光開關(guān)輸出后，通過環(huán)路
51濾波器抽出與參照信號相乘的電信號的低頻成分。根據(jù)它與參照信號的
差，控制LD。在圖26C的受光部的構(gòu)成中，可以更高效地發(fā)現(xiàn)相位比較 部的輸出光功率最大值的點。
圖60A是相位比較部224的變形例，是對FWM部不是用光線，檢測 相位差的構(gòu)成例。作為FWM光發(fā)生元件500，可以利用SOA或PPLN。 另外，代替FWM光發(fā)生元件500，作為SHG發(fā)生元件，可以利用PPLN 和非線性光學結(jié)晶。另外，如圖60B所示，把PD置換為SiPD (硅光電二 極管)，通過二光子吸收，也能夠檢測相位差。
另外，可以使上述的光時間再生系統(tǒng)的相位比較部224和光開關(guān)的 FWM光纖融合。圖27表示其構(gòu)成。光相位比較器和光開關(guān)部由公共的 FWM部250和光LO發(fā)生部252構(gòu)成。各部要素與所述的圖24是同樣的。 把輸入信號光和光LO輸入FWM部250中，用濾光器254抽出那里發(fā)生 的FWM光。把該FWM光作為相位誤差信號輸入到光LO頻率控制部中， 并且作為時鐘脈沖列輸出。
以上，記述了光再生系統(tǒng)所必要的最低限度的部件。在本發(fā)明的再生 裝置200 (參照圖17)中，為了提高其性能，使用脈沖滾筒和孤波凈化器。 以下介紹它們的實施方式例。
圖28表示脈沖滾筒204的一實施例。是信號光脈沖輸入脈沖滾筒光 纖260中的構(gòu)成。由于該脈沖滾筒光纖260的正常色散性和非線性效果的 相互作用，輸入的信號光矩形化。非線性效果使脈沖頻譜寬帶化，通過正 常色散效果，把脈沖時間波形矩形化。
這里，參照圖41A D以及圖42，說明脈沖矩形化。圖41A的脈沖在 正常色散光纖中傳播時，向矩形脈沖變形，但是這時正常色散的效果和非 線性效果(克爾效果)的相互作用是不可缺少的。即通過非線性效果，產(chǎn) 生圖42的下部的上線性調(diào)頻脈沖，由于正常色散效果，低頻成分快速傳 播，高頻成分緩慢傳播。結(jié)果，變形為如圖41B那樣的形狀。
如果詳細描述，則如圖42所示，在相當于脈沖強度的拐點的^和T2 之間，由于上線性調(diào)頻脈沖，由于正常色散效果，脈沖線性擴大。還有， To是脈沖的中心位置。而在TtVcT^和T一T2(i;是任意時間)，變?yōu)橄戮€性
調(diào)頻脈沖，所以在脈沖前端部，越前端，越象剛才那樣(m越大)緩慢傳播，在后端部，越后端，(m越大)，越快速傳播。即能量集中在時間t,
和T2的部分，對于時間，脈沖強度急劇變化。該急劇性與L和T2的瞬時 頻率的最大值成比例。
在本發(fā)明中發(fā)生高效率的矩形化現(xiàn)象，作為脈沖滾筒光纖260，使用 正常色散增大光纖(normal-dispersion-increasing fiber:NDIF)。圖29A表示 NDIF的色散曲線。從圖29A到圖29C的縱軸表示負的色散值[ps/nm/km]， 坐標越向上，色散值越接近0。
如圖29A所示，因為在NDIF的輸入一側(cè)具有低色散值，所以非線性 效果相對變?yōu)橹湫缘?。而NDIF的輸出一側(cè)具有高色散值，所以正常色 散結(jié)果變?yōu)橹湫缘?。因此，在NDIF的輸入一側(cè)，脈沖充分寬帶化。而 且，在NDIF的輸出一側(cè)，脈沖由于強正常色散效果，脈沖時間波形以高 效矩形化。
結(jié)果，脈沖滾筒光纖260 (光纖NDIF)的縮短成為可能。這是如果 使用非線性長度LwL和色散長度Ld，定量表示時，則設(shè)計為在輸入端 LD LNL，在輸出端為Lo《LNL?？墒?，色散長度LD由L^To^P2l表示。 To和P2表示輸入脈沖時間寬度和色散值。另外，Lnl=1/yP。。 y和P。是 非線性系數(shù)和輸入峰值功率。
進而，通過采用NDIF，如圖41C所示，可以形成頭頂部完全平坦的矩 形脈沖。這是因為在L^〉L見的區(qū)域中，脈沖變形為上線性調(diào)頻的超高斯 型脈沖，接著在Ld^^l的區(qū)域中，由于正常色散效果，可以線性擴展脈 沖。上線性調(diào)頻的超高斯型脈沖在正常色散作用的線性傳送路線中傳播 時，頭頂部完全變平坦的事實可以通過理論計算確認。以下，說明NDIF 的詳細原理。
以往，當對脈沖滾筒使用色散值一定的光纖時，為了產(chǎn)生非線性效果， 需要大的輸入功率，為了產(chǎn)生色散效果，需要某種程度大的色散值。其理 由是色散值低時，即使由于非線性效果，產(chǎn)生上線性調(diào)頻脈沖，以為色散 的效果小，所以波形不變化為矩形。而當色散值大時，具有由于非線性效 果而產(chǎn)生的上線性調(diào)頻脈沖的成分立刻由于該色散效果擴散，峰值功率減 小，所以不存儲上線性調(diào)頻脈沖，脈沖傳播。
結(jié)果，如圖41B所示，脈沖的上升變平緩，頭頂部與原來的圖41A所2008 示的脈沖的上升沒有本質(zhì)的區(qū)別，變?yōu)樯贤?。脈沖的上升的急劇程度依存 頻譜中包含的高頻成分，所以上升變平緩的事實與未發(fā)生基于充分的非線 性效果的高頻成分對應。
根據(jù)上述內(nèi)容，為了高效地把脈沖矩形化，首先在不太影響色散的狀 態(tài)下，充分存儲基于非線性效果的上線性調(diào)頻脈沖，然后通過大的色散效 果使脈沖變形。如果使用對長度方向，使正常色散值增大的光纖，就可以 實現(xiàn)這樣的狀況。
如果進一步詳細描述，則首先在光纖的入射端，把與脈沖的入射電力 對應的非線性距離設(shè)計為比入射脈沖的寬度和色散值所對應的色散距離 短很多。結(jié)果，與色散效果相比，非線性效果變?yōu)橹湫缘?，在傳播初?可以存儲充分大的上線性調(diào)頻脈沖。
在光纖的出射端，設(shè)計為色散距離比非線性距離還短，色散效果變?yōu)?支配性的。由于非線性效果，已經(jīng)產(chǎn)生高頻成分，所以脈沖的上升變?yōu)榧?劇。而這時的脈沖可以用具有大的上線性調(diào)頻脈沖的超高斯型函數(shù)近似。
這樣的脈沖在正常色散效果占支配地位的光纖中傳播時，如圖41C所示， 通過簡單的計算，可以確認變?yōu)槊}沖中心部從上凸變?yōu)橄峦沟暮瘮?shù)。通過 在從圖41B變形為圖41C的狀態(tài)的途中，輸出脈沖，如圖41D所示，可以
生成頭頂部幾乎平坦的矩形脈沖。
如上所述，在光纖輸入端，非線性效果占支配地位，并且在輸出端， 色散效果占支配性的狀況除了在長度方向使(正常)色散值放大的方法， 還是色散值一定，在長度方向使非線性常數(shù)減少的手法。還有，當使光纖 的非線性常數(shù)減少時，除了在長度方向連續(xù)減少以外，還可以是控制非線 性常數(shù)，使特性變化為具有階梯狀的曲線的手法，或使特性變化為具有梳 齒狀曲線。
下面，說明脈沖滾筒204的其他實施例。圖29B和圖29C是圖29A 的其他實施例。作為NDIF (參照圖29A)的代替，是使用組合色散值和 非線性系數(shù)不同的2種以上光纖的色散管理光纖260 (階梯型和梳齒型色 散曲線光纖)的脈沖滾筒204。
具有圖29B和圖29C的光纖中的任意一個的脈沖滾筒204具有與包含 圖29A的脈沖滾筒光纖260的滾筒同樣的作用和效果。即脈沖滾筒204在
54輸入端一側(cè)部分，非線性效果的作用是支配性的，在輸出端一側(cè)的部分， 色散作用的效果是支配性的。
圖29B、圖29C所示的脈沖滾筒204是脈沖滾筒光纖260按順序配置 非線性效果變?yōu)橹湫缘墓饫w、色散效果變?yōu)橹湫缘墓饫w的組合。
圖30A表示脈沖滾筒光纖260使用由2種光纖構(gòu)成的脈沖滾筒204的 脈沖矩形化的一實驗構(gòu)成例。是把以160GHz重復的2ps脈沖列輸入脈沖 滾筒光纖260中的構(gòu)成。圖30B表示該脈沖滾筒光纖260的色散曲線。圖 30B中，橫軸是光纖的長度，縱軸是色散值。還有，圖30B所示的脈沖滾 筒由HNLF和NDF構(gòu)成，HNLF的長度為200m，色散值為D=-0.7ps/nm/km， NDF的長度為80m ， D=-7.5ps/nm/km。
這里，對非線性效果變?yōu)橹湫缘墓饫w使用高非線性光纖 (highly-nonlinear fiber: HNLF)。 HNLF是擁有傳送路線用光纖具有的非 線性常數(shù)以上的非線性常數(shù)的光纖。通過使用HNLF，可以使光纖變短。 還有，當使用HNLF時，不使用圖29A 圖29C的NDIF，即使作為一定
色散值，與使用通常的光纖時相比，可以縮短。
圖31表示圖30B的脈沖滾筒中的2ps脈沖傳送仿真的結(jié)果。實線是 輸出脈沖的實際時間波形，用虛線表示與它對應的自相關(guān)波形。Po是輸入 峰值功率。Po=23.5dBm時，由實線表示的輸出脈沖波形矩形化。這時的 自相關(guān)波形(虛線)變?yōu)槿切巍?br> 與此相對，白圈是自相關(guān)波形的實驗結(jié)果。在實驗中，使用160GHz 脈沖列，所以在產(chǎn)生脈沖下降邊部分的脈沖重疊的區(qū)域中，白圈和虛線的 乖離大，但是在脈沖中心部分，兩者很好地一致。因此，在實驗中，與仿 真同樣，在Po-23.5dBm時，可以取得由實線表示的矩形化脈沖。
通過把上述的脈沖滾筒204配置在光開關(guān)部(參照圖24)的前級，能 夠?qū)崿F(xiàn)時間再生裝置、分時裝置的高性能化。即如果參照圖24，則配置在 第一耦合器和光開關(guān)部之間、或光LO發(fā)生器和光開關(guān)部之間。圖32表示 其一實施例。
在圖32中，上述的脈沖滾筒204配置在光開關(guān)部222的前級，通過 脈沖滾筒204把外部信號光或時鐘脈沖矩形化后，由光開關(guān)部222切換光 的構(gòu)成。還有，這時，光開關(guān)部222的構(gòu)成并不限于圖24所示的FWM構(gòu)
55成，可以是NOLM型、SOA (semi-conductive optical amplifier)型。
而因為一方的脈沖矩形化，所以可以壓制基于外部信號光定時抖動的 從兩者相對時間位置偏移向強度抖動的變換。該原理如上所述(圖39)。 矩形化脈沖的平坦寬度相當于該壓制范圍。
這里，記述組合所述脈沖滾筒204和OPLL220的時鐘抽出器的實施 例。圖33表示其構(gòu)成。由脈沖滾筒204和圖24內(nèi)的時鐘抽出器構(gòu)成。
信號光脈沖由脈沖滾筒204矩形化后，把該矩形化脈沖和光LO輸入 FWM部中。由受光部把那里發(fā)生的FWM光變換為電信號。本發(fā)明的一 個特征在于在把FWM光識別為誤差信號的方式在中利用脈沖滾筒的輸 出脈沖特性。
在圖24所示的光開關(guān)部中，輸入信號光和光LO的峰值的射定變?yōu)橹?要。為了從光開關(guān)輸出的平均功率的變化檢測輸入信號光和光LO的相位 差，有必要把兩者的峰值的時間位置錯開。
在圖24所示的光開關(guān)部中，當使用圖26所示的受光部時，利用光的 平均強度進行相位檢測，所以有必要使光開關(guān)部和光LO的光信號的峰值 時間位置相等。因此，圖24所示的光開關(guān)部有必要與OPLL分別工作。
另外，通過來自加了頻率調(diào)制的光LO的輸出光進行相位檢測的方法 使輸入脈沖峰值和來自LO的輸出光的強度峰值平均一致，但是各脈沖的 峰值彼此的時間差按調(diào)制頻率變化。來自LO的輸出光進行了頻率調(diào)制， 所以多次進行光再生時，有時定時抖動會積累。
而在圖35A和圖35B所示的受光部中，基于FWM光的頻譜的相位檢 測是平均值處理，而且峰值一致。因此，可以一度執(zhí)行光開關(guān)部和OPLL 雙方的功能。
在圖34A、 34B的最上部表示典型的脈沖滾筒輸出脈沖的時間波形和 線性調(diào)頻脈沖(瞬時頻率的時間變化)特性。 一般，在由于正常色散和非 線性效果的相互作用而矩形化的脈沖中存儲線性調(diào)頻脈沖。從該脈沖和變 換界限脈沖(圖34A、圖34B的中央部)發(fā)生的FWM光也具有線性調(diào)頻 脈沖。圖34A、圖34B的最下部表示該FWM脈沖特性。
因為矩形脈沖具有線性調(diào)頻脈沖，所以輸入脈沖間的時間偏移變換為 輸出FWM光的頻率偏移。因此，通過減少該FWM光的頻率偏移，可以識別以輸入脈沖間的相位差。圖35A、圖35B表示從FWM光識別相位差 的受光部。
該受光部如圖35A所示，由分波器262、 2個以上的濾光器264 (在 圖35A中配置3個)和各濾光器輸出光功率比較器266構(gòu)成。代替分波器 262和多個濾光器264，雖然未圖示，但是可以使用AWG (arrayed waveguide )。
在該受光部中，首先用分波器262把FWM光分波為3，把各光波輸 入倒具有不同的透過頻率的濾光器264中。各濾光器輸出功率的差與FWM 光的頻率偏移即光相位比較器輸入脈沖間的時間偏移對應。因此，可以通 過減少該功率差，識別脈沖間的時間位置偏移，根據(jù)它調(diào)整光LO的頻率。 還有，圖35B是圖35A所示的受光部的其他實施例，由光柵和PD構(gòu)成。 圖35B的受光部具有與圖35A同樣的效果。
作為使用矩形脈沖的OPLL動作的應用，如圖61所示，使脈沖振幅 在時間上變化，把時間位置的偏移作為強度偏移檢測的OPLL動作也是可 能的。如圖61所示，作為使矩形脈沖的振幅在時間上變化的方法，考慮 使成為增益峰值的相位從矩形脈沖的中心稍微錯開的進行同步調(diào)制的方 法。
圖32所示的脈沖滾筒204和光開關(guān)222的組合不僅作為圖17所述的 再生裝置200，而且對具有高質(zhì)量的重復特性的OTDM信號發(fā)生器也能夠 應用。
圖62表示OTDM信號發(fā)生器的全體圖。重復頻率為NxfIGHz]的脈沖 光源604重復特性非常好，不帶信息。而脈沖光源606的重復頻率為 fTGHz]，可以把時間寬度壓縮為N通道的光分時成為可能，進行f[Gbit/s] 的數(shù)據(jù)調(diào)制。脈沖光源604和N個脈沖光源606全部與產(chǎn)生的電時鐘信號 602取得同步。還有，在圖62中，為了使脈沖光源604和脈沖光源606 同步，利用電時鐘信號602，但是并不局限于此。例如可以利用節(jié)拍光等 光信號。
從N個脈沖光源606發(fā)生的信息信號，由光分時多重器608分時多路 復用。脈沖光源606和光分時多重器608的組合是以往就使用的，但是一 般具有定時抖動等，不能說重復特性高。由光分時多重器608多路復用的信號由矩形化器610矩形化。
而由脈沖光源604產(chǎn)生的光信號通過延遲線612與矩形化器610的輸 出信號在時間上位置一致，由合波器614合波后，通過脈沖開關(guān)616，只 有OTDM的邏輯信號復制為由脈沖發(fā)生器604產(chǎn)生的光脈沖，結(jié)果，重 復特性能取得與由脈沖發(fā)生器604取得的脈沖同等的高質(zhì)量。
延遲線612可以配置在矩形化器610的前后，可以組入光分時多重器 608內(nèi)。另外，為了提高矩形化器610的效率，可以在其前插入孤波變換 器。
圖36A表示本實施例的噪聲除去裝置即孤波凈化器208。是孤波光纖 272配置在2臺濾光器270、 274之間的構(gòu)成。
首先，簡單描述孤波變換器208的動作。首先，通過BPF270除去信 號頻帶以外的區(qū)域的噪聲，接著使用孤波光纖272中的拉曼自頻率移動現(xiàn) 象，在頻率軸上使信號頻譜移動BPF270的頻帶以上的量。這時，原來的 信號頻帶中存在的噪聲的頻率不移動，孤波和噪聲的分離是可能的。最后， 用BPF274除去信號頻帶以外的噪聲。結(jié)果信號的噪聲大幅度降低。
輸入到孤波凈化器208中的光信號脈沖由輸入一側(cè)濾光器270除去信 號頻帶以外的噪聲。然后，輸入到具有異常色散性的孤波光纖272中。在 該孤波光纖272中，重要的是控制孤波，從而在頻帶內(nèi)感到感應拉曼散射 引起的增益的傾斜(以后稱作增益傾斜)。作為該增益傾斜的存在的結(jié)果， 孤波的波長移動。該現(xiàn)象是作為孤波的拉曼自頻率移動而知道的現(xiàn)象 (Mitschke等人，Opt. Lett.，vol.ll,p.659(1986).和Gordon,Opt. Lett"voL 11,p.662(1986)丄由輸出一側(cè)濾光器274抽出波長移動的孤波。
這里，本發(fā)明的特征在于為了高效實現(xiàn)孤波的波長移動，控制增益 傾斜。在本實施例中，進行以下2個手法。
第一手法充分利用HNLF作為孤波光纖(圖36B)。如果孤波在光纖 中傳播，則孤波自身變?yōu)楸?，在低頻率一側(cè)形成拉曼增益。孤波自身感到 該增益傾斜，從而孤波的中心頻率向低頻一側(cè)移動。該現(xiàn)象是孤波自頻率 移動(soliton self-frequency shift:SSFS)。圖37A表示一般的HNLF中的拉 曼增益。為了比較，也表示SMF的拉曼增益。
HNLF與SMF相比，具有更大的增益傾斜，所以即使光纖長度縮短，SSFS效果也增強。因此，通過使用HNLF，可以縮短光纖，作為結(jié)果，不 僅可以減少光纖損失，也可以壓制孤波間的相互作用。
第二手法是通過外部泵光進行拉曼放大(圖36C)。在圖36C中，泵 光發(fā)生器的配置為前方和后方。泵光發(fā)生器的配置可以前方和后方的任意 一方或雙方。
該構(gòu)成的孤波凈化器通過基于外部泵光的放大調(diào)整，進行SSFS效果 的控制。圖63在頻率軸上記述基于拉曼放大器的放大增益和孤波的頻譜 的關(guān)系。如果泵光的頻率為up，則拉曼放大增益約在up-13THz取峰值。 而增益對于頻率的傾斜變?yōu)樽畲蟮氖羌sup-10THz，但是通過孤波的中心 頻率us設(shè)定為該值，SSFS的效果可以增強到最大限度。另外，如果向通 過SSFS移動的頻率量為A u，則通過設(shè)定為us-A u = up-13THz，可以 限制孤波的頻率移動量。
對于單位傳播距離的孤波的自頻率移動量與脈沖寬度的4次方成反 比。因此，在孤波凈化器208的前級插入脈沖壓縮器，壓縮脈沖，可以更 高效地實現(xiàn)頻率移動。
如圖36C所示，通過設(shè)計為當進行前方和后方激勵拉曼放大時，光電 力對于傳送距離緩慢增加，可以實現(xiàn)絕熱壓縮，可以在傳播中壓縮脈沖， 仍然高效進行頻率移動。
當考慮使用重復特性好的光孤波列的全光非線性信號處理時，信號頻 帶附近的噪聲放大成為問題。圖67表示重復頻率為160GHz，脈沖的半值 寬度lps的光孤波列在2km的HNLF中傳播時的輸入和輸出頻譜，是由試 驗取得的。從圖67可知，知道中心頻率附近的噪聲被放大的樣子。使用 的HNLF色散值如圖69所示，從約3.5ps/nm/km到約1.8ps/nm/km連續(xù)減 少，非線性為Sl.SW^km-1,損失是ldB/km。在圖69中，直線(a)是用 直線近似由測定取得的色散值，色散值D[ps/nm/km]和距離z[km]存在由 D-3.5-0.9z的數(shù)學式表示的關(guān)系。而曲線(b)是由》3.25X10-^的數(shù)學 式表示的函數(shù)，D值減少的比例是ldB/km。即從圖69可知，光纖的色散 值對于長度，幾乎按直線減少，但是因為距離短，所以也可以用指數(shù)函數(shù) 近似，這時的減少比例為ldB/km，可以視為光纖的損失值的減少比例 ldB/km —致。對于傳播距離，當基于光纖損失的光電力的衰減量、色散
59值的衰減量均衡時，傳送系統(tǒng)可以視為與無損失等價(K. Tajima， "Compensation of soliton broadening in nonlinear optical fibers with loss," Opt丄ett.，voU2，pp.54-56.1987.)，所以與在該光纖中，基本孤波跨1.6km的 有效距離，無損失地在光纖中傳播是等價的。圖67的噪聲放大是重復特 性極高的光脈沖列的離散頻譜的參量過程引起的。當占空比(=脈沖的半 值寬度/脈沖間隔)大時(0.2以上)，光孤波無損失地傳播，所以放大的噪 聲的峰值增益由只由占空比和傳播距離決定。
圖64是，通過對位速度和傳播距離進行數(shù)值計算，求出噪聲放大的 峰值增益的，脈沖寬度lps的孤波列與噪聲一起在光纖(色散值3 [ps/nm/km]、非線性常數(shù)20[l/km/W])中傳播。這時的色散距離計算為 O.lkm，圖中的距離L變換為對于色散距離的比Z，噪聲放大增益只由占 空比和Z決定。例如當重復頻率為160GHz (占空比0.16)，想把這時的噪 聲頻率抑制在15dB以下時，孤波可傳播的最大距離從圖64可知為0.5km 即色散距離的5倍。噪聲放大增益由占空比和用色散距離標準化的距離等 兩個決定的事實在任意的物理刻度、對于初始孤波電力可以視為微小的任 意初始噪聲電力時為真。
而如果占空比增大，則噪聲放大的樣子依存于孤波列的相鄰脈沖間相 位差。圖65中，關(guān)于光纖和脈沖，是與前項同樣的參數(shù)，通過數(shù)值計算， 算出重復頻率為320GHz，傳播距離為lkm時的輸出脈沖列的頻譜。可明 確知道與同相脈沖列相比，相鄰脈沖間相位差為"的CS-RZ脈沖列壓制噪 聲放大。
因此，當考慮重復特性好的孤波列傳播時，如果采用CS-RZ列，則壓 制噪聲放大。還有，圖65的計算結(jié)果在輸入脈沖列為重復頻率1600 GHz， 脈沖寬度2ps，傳播距離4km時，也可以取得同樣的結(jié)果。
以上詳細表示再生裝置。如上所述，它們主要是充分利用光纖非線性 效果的器件和它們的組合。 一般光非線性效果依存于輸入光偏振波，所以 通過這樣的器件中使用的光纖的偏振波保持化，可以謀求器件的高性能化 和高穩(wěn)定化。圖66表示一個形態(tài)。是由極化器702和偏振波保持光纖 (PMF) 704構(gòu)成的構(gòu)成。
輸入光通過極化器702，只有單一偏振波成分通過，輸入到PMF704中。極化器702的通過偏振波對于PMF704最優(yōu)化。為了減少極化器702 中的損失，在極化器702之前配置偏振波控制器706，通過偏振波控制器 706把輸入光偏振波狀態(tài)最優(yōu)化。以上的非線性器件的PM的優(yōu)化不僅引 起性能的提高，而且對器件的小型化也是有效的。PMF704因為光纖彎曲 引起的損失和雙折射的影響小，所以可以減少纏繞光纖的線筒的直徑。作 為線筒小型化的結(jié)果，器件尺寸也可以小型化。
因此，根據(jù)本發(fā)明的波長分割多重光再生系統(tǒng)和波長分割多重光再生 方法，可以提高波長分割多重光再生系統(tǒng)中的波長分割多重光的傳播速 度，例如超過位速度40Gbit/s，同時波長分割多重光再生系統(tǒng)的小型化和 省電化成為可能。
進而，在分多級通過具有本發(fā)明的波長分割多重光再生系統(tǒng)的中繼電 臺時，可以在各中繼電臺中可靠再生波長分割多重光，所以總可以維持波 長分割多重光的信號強度、波形、定時等的質(zhì)量。結(jié)果根據(jù)本發(fā)明，可以 實現(xiàn)超長距離間的光通信系統(tǒng)。
因此，本發(fā)明的波長分割多重光再生系統(tǒng)和波長分割多重光再生方法 在通信產(chǎn)業(yè)中的利用價值是極大的。
權(quán)利要求
1. 一種光再生系統(tǒng)，包括具有孤波變換器(soliton converter)、脈沖滾筒(Pulse Roller)、克爾快門(kerr-shutter)、或孤波純化器(SolitonPurifier)中的至少一種儀器的再生裝置，并且再生惡化了的信號光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光再生系統(tǒng)，其中，在所述再生裝置的前級或所述再生裝置的內(nèi)部設(shè)置了偏振波變換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光再生系統(tǒng)，其中， 當在所述再生裝置的前級或所述再生裝置的內(nèi)部設(shè)置了偏振波變換器時，在所述偏振波變換器的前級設(shè)置了分波裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的光再生系統(tǒng)，其中， 在所述再生裝置的后級設(shè)置了合波裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項所述的光再生系統(tǒng)，其中， 在所述再生裝置的前級，當在所述再生裝置的前級設(shè)置了所述所述偏振波變換器時，在所述偏振波變換器的前級，或當在所述偏振波變換器的 前級設(shè)置了所述分波裝置時，在所述分波裝置的前級設(shè)置了色散補償器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光再生系統(tǒng)，其中，在所述再生裝置的出射一側(cè)設(shè)置了把由所述再生裝置再生的信號光 和其他信號光進行合波的合波裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光再生系統(tǒng)，其中， 以多級連接了所述再生裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光再生系統(tǒng)，其中，在以多級連接的所述再生裝置之間設(shè)置了光開關(guān)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中的任意一項所述的光再生系統(tǒng)，其中， 在以所述再生裝置的前級進行輸入功率的調(diào)整。
10. —種波形整形器，代替孤波變換器，使用了具有可飽和吸收特性 的可飽和吸收體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的波形整形器，其中， 設(shè)置了調(diào)整所述可飽和吸收體的位置，使可飽和吸收特性可變的位置調(diào)整機構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的波形整形器，其中， 所述可飽和吸收特性具有面內(nèi)分布。
13. —種克爾快門，其中，設(shè)置了分波器、光學鎖相環(huán)、和光開關(guān)部。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的克爾快門，其特征在于 在所述光學鎖相環(huán)的位速度差為Ao)，環(huán)長度為LLooP， v為光纖中的光速度，連接所述分波器和所述光開關(guān)部的光纖的長度為LA-B， n為光纖 的折射率，X為任意數(shù)時，決定了Llqop，以使Aco(LLOOP)<vX/n.LA-B的關(guān) 系成立。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的克爾快門，具有 使所述光學鎖相環(huán)中產(chǎn)生光本地振蕩信號的光本地振蕩發(fā)生器；檢測從外部輸入的信號光和所述光本地振蕩信號的相位差的相位比較器；和根 據(jù)所述相位差調(diào)整所述本地振蕩信號的頻率的控制部。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的克爾快門，其中，在所述光相位比較器上設(shè)置了產(chǎn)生四光波混合光的四光波混合部、濾 光器、和受光部。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的克爾快門，其中，對所述四光波混合部使用了高非線性光纖、周期性極化鈮酸鋰或半導 體光放大器的任意一個。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的克爾快門，其中，所述受光部在前級配置脈沖滾筒，并監(jiān)視入射到該受光部的脈沖的頻 率特性。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的克爾快門，其中， 在所述本地振蕩發(fā)生器中設(shè)置了節(jié)拍光發(fā)生器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的克爾快門，其中，所述節(jié)拍光發(fā)生器包括:產(chǎn)生CW光的具有2以上頻率成分的1臺以 上的半導體激光器、和把所述CW光進行合波的光耦合器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的克爾快門，其中， 串聯(lián)驅(qū)動了所述半導體激光器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13 21中的任意一項所述的克爾快門，其中， 在所述節(jié)拍光發(fā)生器和所述開關(guān)部之間具有光纖壓縮器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15 17中的任意一項所述的克爾快門，其中， 在所述相位比較器中設(shè)置光電二極管、環(huán)路濾波器、和激光二極管控制部，該光電二極管通過二光子吸收產(chǎn)生光電流。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的克爾快門，其中， 所述光電二極管使用了硅雪崩光電二極管。
25. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的克爾快門，其中， 在所述光開關(guān)部中設(shè)置了四光波混合部、濾光部、和相位調(diào)整部。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的克爾快門，其中，把所述相位調(diào)整部控制為對于環(huán)境溫度的變化，使相位調(diào)整量不變化。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的克爾快門，其中， 根據(jù)輸出脈沖，反饋控制所述相位調(diào)整量。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的克爾快門，其中，在所述四光波混合部中，在泵光和信號光的頻率間隔Ai)(失調(diào)量)、輸 入泵脈沖的頻譜寬度Ai)p、輸入信號脈沖的頻譜寬度Ai)s之間具有以下數(shù) 學式的關(guān)系。 <formula>formula see original document page 4</formula>
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的克爾快門，其中，在所述四光波混合部中，光纖長度AL、輸入泵脈沖的頻譜寬度Ai)p、 輸入信號脈沖的頻譜寬度Ai)s之間具有以下數(shù)學式的關(guān)系。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的克爾快門，其中， L肌
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的克爾快門，其中， 在所述四光波混合部中，光纖長度L由以下數(shù)學式?jīng)Q定。<formula>formula see original document page 5</formula>
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的克爾快門，其中， 用包含以下次序的方法設(shè)計-在泵脈沖(Atp，Ai)p)和信號脈沖(Ats， A"s)中，使用以下數(shù)學式，<formula>formula see original document page 5</formula>決定用于頻譜重疊的失調(diào)量的步驟；決定可以取得2A"以上的四 光波混合頻帶的光纖長度L的步驟；使用數(shù)學式<formula>formula see original document page 5</formula>肌 決定沒有頻譜波形變形，產(chǎn)生四光波混合的泵峰值功率的Pp步驟; 使用數(shù)學式 <formula>formula see original document page 5</formula>決定抑制伴隨著光纖傳播的脈沖時間波形變形所必要的3次色散值(33 的步驟。
33. —種克爾快門，共享在權(quán)利要求16中所述的光相位比較器中設(shè) 置的四光波混合部、在權(quán)利要求25中所述的光開關(guān)部中設(shè)置的四光波混 合部，還具有光本地振蕩發(fā)生器、和控制部。
34. —種脈沖滾筒，包括具有高非線性特性的脈沖滾筒光纖。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的脈沖滾筒，其中，所述脈沖滾筒光纖是在長度方向具有正常分布值增大的特性的正常 色散增大光纖。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的脈沖滾筒，其中，所述脈沖滾筒光纖是在長度方向具有非線性值減少的特性的光纖。
37. 根據(jù)權(quán)利要求34 36中的任意一項所述的脈沖滾筒，其中，所述脈沖滾筒光纖是由組合在長度方向正常色散特性和非線性特性 不同的2種以上光纖的色散管理光纖構(gòu)成。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的脈沖滾筒，其中，所述色散管理光纖中，配置了在長度方向色散效果占支配地位的光 纖、和在長度方向非線性效果占支配地位的光纖。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的脈沖滾筒，其中，所述色散管理光纖中，配置了為所述色散效果占支配地位的光纖的色 散特性和所述非線性效果占支配地位的光纖的非線性特性變?yōu)殡A梯狀的 曲線。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的脈沖滾筒，其中，所述色散管理光纖中，配置了為所述色散效果占支配地位的光纖的色 散特性和所述非線性效果占支配地位的光纖的非線性特性變?yōu)槭猃X狀的 曲線。
41. 一種OTDM信號發(fā)生器，包括權(quán)利要求35~38中的任意一項 所述的脈沖滾筒、和權(quán)利要求38所述的光開關(guān)部。
42. —種孤波凈化器，在2個濾光器之間配置了孤波光線。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的脈沖滾筒，其中，在所述孤波光纖中，控制感應拉曼散射引起的增益傾斜，實現(xiàn)孤波的波長移動。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的脈沖滾筒，其中， 所述孤波光纖是高非線性光纖。
45. 根據(jù)權(quán)利要求42 44中的任意一項所述的脈沖滾筒，其中， 具有產(chǎn)生外部泵光的泵光發(fā)生器，通過所述外部泵光，產(chǎn)生感應拉曼散射。
46. 根據(jù)權(quán)利要求42 45中的任意一項所述的脈沖滾筒，其中， 在入射一側(cè)還設(shè)置了脈沖壓縮器。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的脈沖滾筒，其中， 一邊進行孤波絕熱壓縮， 一邊產(chǎn)生感應拉曼散射。
48. —種孤波噪聲的抑制方法，在使用光孤波列的光非線性信號處理 中，通過占空比即脈沖間隔對于脈沖寬度的比和色散距離，決定給定的噪 聲放大增益的最大傳播距離。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的孤波噪聲的抑制方法，其中， 使用CS-RZ脈沖列作為調(diào)制方法。
50. —種光傳送系統(tǒng)，串聯(lián)地多級連接了權(quán)利要求卜9中的任意一項 所述的光再生系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波形整形器，在本發(fā)明中，還提供具有孤波變換器、脈沖滾筒、克爾快門或孤波凈化器中的至少一個儀器的再生裝置，把惡化的信號光進行再生的光再生系統(tǒng)。孤波變換器使用光纖長度為孤波周期的3倍以下的異常色散光纖，脈沖滾筒包含具有高非線性特性的脈沖滾筒光纖?？藸柨扉T具有產(chǎn)生光LO的光LO發(fā)生器、檢測從外部輸入的信號光和光LO的相位差的相位比較器、根據(jù)所述相位差調(diào)整光LO的重復頻率的控制部。孤波凈化器配置在孤波光纖為2個的濾光器之間。
文檔編號H04B10/18GK101453275SQ20081018371
公開日2009年6月10日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
發(fā)明者五十嵐浩司, 井上崇, 并木周, 廣石治郎, 松下俊一, 飛岡秀明, 高坂繁弘 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社