WO2003104886A1

WO2003104886A1 - 波長分割多重光再生システム及び波長分割多重光再生方法

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Publication number: WO2003104886A1
Application number: PCT/JP2003/007433
Authority: WO
Inventors: 五十嵐　浩司; 松下　俊一; 並木　周; 繁弘高坂; 井上　崇; 秀明飛岡; 廣石　治郎
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-01
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2004-12-01
Also published as: CN1659474A; US20060204170A1; EP2375593A1; EP2375594A1; EP2375592A2; JP2013057957A; EP2375592A3; JPWO2003104886A1; EP1531355A1; AU2003242289A1; EP1531355A4; JP2010022042A; CN100454125C; EP2375595A1; US20120027343A1; US8059966B2

Abstract

本発明では、ソリトンコンバータ(Soliton Converter)、パルスローラ(Pulse Roller)、カーシャッタ(Kerr-shutter)、又はソリトンピュリファイア(Soliton Purifier)のうち少なくとも１つの機器を有する再生装置が備えられ、劣化した信号光を再生する光再生システムを供給する。ソリトンコンバータは、ファイバ長がソリトン周期の3倍以下である異常分散ファイバ(Anomalous-dispersion fiber: ADF)が用いられ、パルスローラは、高非線形特性を有するパルスローラファイバが備えられる。カーシャッタは、OPLLに、光LOを発生させる光LO発生器と、外部から入力される信号光と光LOの位相差を検出する位相比較器と、前記位相差に基づき光LOの繰返し周波数を調整する制御部とが備えられる。ソリトンピュリファイアは、ソリトンファイバが２つの光フィルタの間に配置される。

Description

明細書波長分割多重光再生システム及び波長分割多重光再生方法

技術分野

本発明は、波長分割多重光再生システム及び波長分割多重光再生方法に関する背景技術

通信システムの伝送容量は増加の一途をたどっており、光ファイバ一を用いた光通信システムにより伝送容量は著しく増加している。例えば、通信システムは、ポイント ' トゥー 'ポイントの幹線系と、メトロ系及びアクセス系とに分けられるが、前者の幹線系では既に光通信システムが普及し、後者においても電気通信システムから光通信システムへの移行が進められている。すなわち、通信システム全体が光通信システムによって構築されようとしている。近年、波長分割多重方式により、 1本の光ファイバ一で伝送可能な情報量が飛躍的に増加した。同方式では、光ファイバ一の低損失帯域をスペクトル変換効率

0. 4bit/Hzで利用すると、 1本の光ファイバ一で伝送可能な伝送容量は約 3. 2Tbit /sとなる。具体的には、この伝送容量は、各チャンネル（波長）の信号光の伝送速度が現在利用されている 10Gbit/sであるとした場合、 320のチャンネルによつて実現される。ところで、信号光は、長距離を伝搬する際、必ず、その信号波形、タイミング、及び強度が劣化する。そして、ある程度の距離を伝播した信号光は必ず再生処理を行なう必要がある。そのため、光通信システムには、通常、劣化した信号光を再生するための光信号再生システムが組み込まれてレ、る。この光信号再生システムは、例えば、劣化した信号光を受信してそれを電気信号に変える受信装置と、この電気信号に対して増幅、雑音除去、波形再生、クロック再生等の所望の再生処理を行なう再生装置と、そして再生処理を受けた電気信号を再び信号光に変換してそれを光伝送路へ送信する送信装置とを備えている。具体的には、上記したチャンネル数が 3 2 0にまでおよぶ複数の信号光が伝播する光ファイバに介揷される光信号再生システムの場合には、このチャンネル数に対応して、 3 2 0台の光受信装置、再生装置、及び送信装置が組み込まれる。このように多数の装置を含む光信号再生システムは、小型化が困難であり、また、消費電力が大きいという問題がある。

更には、上述したように光通信システムがメトロ系及びアクセス系に使用された場合、 3 2 0チャンネルの光信号再生システムを各中継所に多数設置する必要が生じるため、光通信システム全体が大型化し、コストの増加や消費電力の増加を招く。このような問題を解決する一つの方法としては、波長分割多重方式におけるチャンネル数を削減し、各チヤンネルの伝送速度を上昇させる方法があげられる。同一の伝送容量を達成する場合には、各チャンネルの伝送速度と、波長分割多重チャンネル数とは反比例の関係にあるからである。しかし、上記した光信号再生システムに用いられている再生装置は、電気信号に対して処理を行なう電気デパイスであって、物理的に応答速度の上限をもつ。例えば、電気デバイスで処理可能な信号の伝送速度の限界は、現在 40Gbit/sであり、この伝送速度では、なお約 8 0ものチャンネル数が必要である。更には、電気デバイスをそのように高速駆動させるためには高い電力が必要となる。したがつて、電気デバイスを用いた光信号再生システムにおいては、各チャンネルの伝送速度には上限があり、現実には、その小型化及び消費電力の低減は困難である

このような電気デバイスを用いた光信号再生システムにおける問題を解決する方法の一つに、信号光を電気信号へと変換することなく、光の状態のまま信号再生処理を行なう全光信号再生方法がある。この全光信号再生方法を用いた装置は、通常、高速の電気変調器と物質の非線形光学効果を利用した再生装置とからなる。しかしながら、この全光信号再生装置は、電気変調器を用いるため、光電変換を行なう光信号再生システムと同様にその処理速度に上限がある。さらに 40Gbit 以上の伝送速度の信号光を再生処理する場合、時間分割することで伝送信号光の伝送速度を落とし、信号再生を行なった後、時間分割多重する必要が生じるため、大規模な装置になる。また、上記した全光信号再生装置は、光信号の再生に非線形光学応答（非線形光学効果）を利用しているが、その場合には、以下の問題も発生する。

すなわち、大容量光通信システムにおいて、互いに波長の異なる複数の信号光を含む波長分割多重光が光伝送路を伝搬した場合、伝搬後の波長分割多重光に含まれる各信号光の偏光状態は波長毎にわずかに異なる。このような状態にある波長分割多重光に対して、一括して、非線形光学効果を利用した全光信号再生装置による再生処理を施した場合、入射光の偏光状態に応じて非線形光学効果の大小が大きく変化するため、再生された波長分割多重光には、良好に再生されない、もしくは全く再生されない信号光が含まれてしまうという問題である。以上では光再生装置の入力伝送光偏波状態に注目して、その問題点を示した。以下では、光再生システムに注目して、その現状とその問題点を示す。光^生とは伝送によって劣化した光信号の強度、波形整形そしてタイミングを再生する機能 (re - amplification, re_shapingと re - timing、以下では 03Rと略す）を意味する。この機能を有する光再生システムでは、無限遠（長距離）の光ファイバ伝送が可能となりえる。上述した無限遠（長距離）伝送に関しては Leutholdらにより報告されている（Le PC漏画 33 uthold et al.， Electron. Lett. , 38, p. 890， 2002) 。この報告では、 03R再生器を用いる 40Gb/s 1, 000, 000 km伝送について記述されている。

Leutholdらは、本報告において、時間再生に必要な光クロック抽出（伝送信号光に同期するクロックパルス列の発生技術）及びスィツチングにおいて電子回路技術を用いている。このため、この装置では電子回路技術では対応不可能な伝送スピードには対応できない。例えば 160Gb/sシステムのような電子回路制限以上の伝送スピードを有するシステムには適用不可能である。なお、 160 Gb/sシステムに関しては、光スィッチを用いる光再生システムが報告されている（Schubert et al. , Electron. Lett. , 38， p. 903, 2002) 。しかしながら、このシステムでは、クロック抽出装置を有していない為に 03R装置として機能出来ないと考えられる。上述をまとめると、有効な全光技術を基本とする 03Rは、実現されていないのが現状である。しかしながら、 03Rの各コンポーネントとなる波形整形技術及び時間再生技術単体に関しては多数の報告がある。以下にこれらの報告を示す。ただし、ここでは本発明に関連する光ファイバを基本とする技術に絞っている。はじめに、全光波形整形技術について説明する。この技術手法は 2つの方式に大另 IJされる。一つ目は、光ファイバの光非線形性と異常分散性の複合的効果の結果として形成されるソリトンを活用する手法である（Hasegawa and Tappert, Appl . Phys. Lett. , 23， p. 142, 1973) 。この手法に基づく波形整形器は、 soliton converterと呼ばれる。もう一つは、光ファイバ非線形 1生を介した光パルスの自己位相変調効果に基づく手法である（Mamyshev、 EC0C， 98, p. 475, 1998) 。これは提案者の名前に由来し Mamyshevフィルタと称されている。ス一パーコンティニューム光を活用する方法はこれの追究型と位置づけられる。前者（soliton converter) を用いたシステム実験としては、 4 X 40Gb/s信号の 10 ，000 km伝送が報告されている（Dany et al.、 Opt. Lett. , 25, p. 793, 2000) 。後者（Mamyshevフィルタ）は前述した Leutholdらの 1， 000， 000 km伝送路に活用されている（Leuthold et al. , Electron. Lett. , 38， p. 890, 2002) 。これらはいずれもシステムの観点からの報告であり、それらデバイス単体としての性能は明確に記述されていない (数少ない報告例が Dany et al. , EC0C' 01， We. P. 45 , 2001である）。特に、 soliton converterでは、ソリトン効果を介する雑音増大も問題となる（Kubota et al. , J. Opt. Soc. Am. B， 16, p. 2223， 1999) 為、デバイス性能の観点からの設計も重要となる。つまり、これらのデバイス性能を明らかにし、デバイス単体の最適設計指針を得ることが今後の課題となる。次に時間再生技術について説明する。この技術の主流は光クロック抽出と光スィツチ技術の複合法である。この構成を図 3 8に示す。光クロック抽出部と光スィツチ部から構成される。前者（光クロック抽出部）は、入力信号（伝送信号に相当する光信号もしくは電気信号）と局所光（クロック基準となり得る光パルス列、光 local oscillator (光 L0) とも称される）の位相を一致させるものである。言い換えると、光クロック抽出は、入力光と局所光との間の同期を取ることによつて実現される。その為、光 L0には繰返し周波数可変性が必要である。後者（光スィッチ部）は、光領域での乗算機能を実現する光ファイバにおける非線形効果を活用する光デパイス、例えば四光波混合（four wave mixing: FWM) デノイスや非線形光ループミラー (.nonlinear optical loop mirror: N0LM) 、を利用した光スィッチである。以下に、光クロック抽出及び光スィッチ技術の詳細について述べる。図 3 8において破線で囲まれている部分が光ク口ック抽出部であり、これは光位相比較部、光 L0発生部とコントローラ回路から成る。光位相比較器において外部信号光と光 L0の位相差を検出し、その誤差が小さくなるように光 L0の発振周波数 (パルス列の繰返し周波数に対応）を調整する。この結果、外部信号光と光 L0の同期が実現され、外部信号と同期の取れた時間位置が正確なパ^^ス列（今後はクロックパルス列と呼ぶ）が出力として得られる。両者の位相を比較する部分に、電子回路技術ではなく、非線形光学効果を活用することによって 160 GHzを超える高速動作可能な位相比較器が実現される。以上のような光領域における位相比較器を用いる同期法は optical phase locked loo p (OPLL) と称される。実際に、 NOLMを用いて 2台の LDからのビート光と外部信号光の同期を取ることによるクロック抽出が提案されている（Bigo et al. , US6， 2 39, 893 Bl) 。ここで注目すべき内容は、この 0PLLの出力光クロック列のタイミングジッタ（クロックパルスの時間揺らぎ）である。タイミングジッタとは、クロックパルスの時間位置のズレ量を意味する。このジッタは伝送システムの' I"生能劣化の要因となり得る為に、この抑圧は重要である。クロックパルス列のタイミングジッタは 0P LL動作速度と相関があり、 0PLL動作が高速であるほどジッタは減少する。即ち、 0PLL高速化がジッタ低減化に効果的である。しかしながら、上記技術（Bigo et al,， US6, 239, 893 Bl) のように NOLMを用いると OPLLループが長尺となる為に OPLL動作帯域が制限されてしまう。その結果、ジッタ低減が困難となる。これを解決する為には、位相比較器に用いる光非線形デバイスのフアイバ短尺化が重要となろう。フアイバを短尺化することにより、 0PLL動作帯域が制限されず、言い換えるに 0PLLの高速動作が実現され、低ジッタな高品質ク口ックパルス列発生が可能となる。上述ク口ック抽出技術と共に時間再生技術に必要なのが光スィツチ技術である。ここでは、光ファイバの非線形効果を活用した光スィツチの典型例である FWMを活用する手法について説明する。光ファイバに波長が異なる 2色の光波を入力すると、それら入力光の何れかが非線形効果に充分な光パワーを有する場合においては、それらとは色の異なる新たな光波が発生する。これが FWM現象である。クロックパルス列と信号光が光ファイバに入力された場合、その FWM発生光には入力信号光の情報が重畳されているだけでなく、そのパルスタイミングはク口ックパルス列によって決定される。従って、情報が乗った低ジッタの光信号パルス列が得られる。これが FWMを基本とする時間再生の原理である。ただし、光ファィパ伝搬する光パルスには非線形効果だけではなく分散効果も影響を与える。この効果或いはこれら効果の複合により、パルス伝搬においてパルス波形が変化する。その結果、 FWM光の波形歪が生じる。これを抑圧する為には、ファイバ分散値や入力パワーの最適化を行うことが有効であるが、具体的な数値やその制御方法等は明らかにされていない。以上、光再生システムに必要最低限のコンポーネントに関して記述した。この他に光再生システムの性能を向上させる技術も重要である。ここでは本発明に関連する以下の二つのコンポーネントについてまとめる。（1)光パルス波形を光スィツチに適した波形に変換する装置、（2)光パルス成分と光雑音成分を分離する装

はじめに、上述した（1)光パルス波形を光スィツチに適した波形に変換する装置に関連する、光スィツチにおける強度雑音増大の抑圧に有効なパルス矩形化技術をまとめる。一般に、光スィッチでは光非線形性と分散の相互作用の結果として、入力される伝送信号パルスの時間揺らぎ（位相揺らぎ）が時間再生された出力信号光の強度揺らぎに変換される。これを説明するのが図 3 9 Aである。ここでは、ジッタを有するパルス列とクロックパルス列の光スィッチを考える。光スィツチ出力パルスパワーは伝送パルスとクロックパルスの時間重なりに相関がある。その為に、ジッタによる両者パルス重なりの変化が光スィッチ出力パルスパワー揺らぎに変換される。この位相揺らぎから光強度揺らぎへの変換を抑制する為には、伝送信号光パルスあるいは抽出したクロックパルスの矩形化変換が有効である（図 3 9 B )。

この矩形化方法としては、波長分散や偏波分散を活用する方法と、非線形効果と正常分散の複合的効果を活用する方法に大別される。前者の例はファイバブラッググレーティングや偏波保持ファイバを用いた手法（Leeet al. , 0FC2001, PD3 0-1， 2001および Schubertet al.， Electron. Lett. , 38, p. 903， 2002) であり、後者の例は正常分散ファイバを用いる方式（原理の報告は Nakatsuka et al. , Phys. Rev. Lett. , 47, p. 910, 1981) である。前者の線形動作を基本とする方式では、変換される矩形化の立下り '立上りの急峻さは入力パルス幅によって決定される。即ち、急峻な矩形化パルスを得る為には、それに対応する超短光パルスの入力が必要となる。それに比べて、後者は急峻な矩形波への波形変換が可能である利点を有しているが、矩形化に必要な非線形効果と分散効果を得る為には、入力光の高パヮ一化ゃファィバ長尺化が必須となる。次に、上述した（2 ) 光パルス成分と光雑音成分を分離する装置について説明する。ここでは、雑音除去コンポーネントについてまとめる。光パルスには雑音が付加されている。この雑音の主な成分は、光増幅に伴い発生する自然放出光（am plified spontaneous emission light : ASE) である。一般に、雑音は信号光よりも広帯域な光スぺクトルを有している為、信号光帯域外の雑音成分は光フィルタによってある程度除去することができる。しかしながら、信号光帯域内の雑音成分は残留する。この雑音を除去する為には、前述の波形整形を行う他に光ソリトンの性質を活用する方法がある。ここでは本発明に関連した後者に注目する。光ソリトン伝搬では、誘導ラマン散乱（stimulated Raman scattering : SRS) によってソリトンが長波長側にシフトする現象（ソリトン自己周波数シフト： SSFS ： sol iton self-frequency shift) 力 S報告されてレヽる (Mitschke and Mollenaue r, Opt. Lett. , 11， p. 659, 1986) 。この現象は、ソリトンに A S E雑音が付加されていても生じ得る。この性質を活用するノイズ除去法としては、この現象を活用し、ソリトンと A S E雑音成分を（周波数的に）分離し、フィルタリングする方法が提案されている（並木ら、特開 2001 - 109024号）。その雑音除去装置の構成を図 4 O Aに示す。これは異常分散ファイノ (anomalous-dispersion fiber : ADF) と光フィルタから成る。図 4 0 B上部に示すような雑音成分を有する光ソリトンが ADFに入力される。そこでの伝搬では、光ソリトン成分が SRSによって SSFSする。ここで注目すべきは、この SRSによってソリトン成分は長波長側にシフトするが、雑音成分は長波長側に波長シフトしない点である。従って、シフト後のソリトン成分のみを出力光フィルタによって抽出することによつて信号光帯域内であつた雑音成分をも除去することが可能となる（図 4 0 B下部）。更に、この現象では波長シフトも伴う為に、 SSFSの制御によって信号光を所望の波長に調整することも可能である。し力しながら、一般に SSFSはフェムト秒領域において生じる現象である為に、ピコ秒ソリトン伝搬における SSFSやその効率化の為には更なる工夫が必要である。以上、光再生システムにおける現状とその問題を記述した。本発明はこれら問題点を解決し、かつ簡素な 03Rシステムを提供することを目的とする。また、本発明は上記した問題を解決し、大伝送容量、小型化及び省電力化が実現可能であり'、かつ、波長分割多重光における全ての信号光を再生することができる波長分割多重光再生システム及び波長分割多重光再生方法の提供を目的とする。発明の開示

上記した目的を達成するために、本発明の光再生システムの第 1の態様は、ソリトン: 3ンノータ（Soliton Converter) , ノヽ⁰ノレスローラ（Pulse Roller) , カーシャッタ（Kerr- shutter)、又はソリトンピユリファイア（Soliton Purifier)のうち少なくとも 1つの機器を有する再生装置が備えられ、劣化した信号光を再生する光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置の前段又は前記再生装置の内部に偏波コンバータが備えられた光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置の前段、又は、前記再生装置の前段に前記偏波コンバータが備えられた場合には前記偏波コンバータの前段に、分波装置が備えられた光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置の後段に、合波装置が備えられた光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置の前段、前記再生装置の前段に前記偏波コンバータが備えられた場合には前記偏波コンバータの前段、又は、前記前記偏波コンバータの前段に前記分波装置が備えられた場合には前記分波装置の前段に、分散補償器が備えられた光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置の出射側に、前記再生装置により再生された信号光と他の信号光とを合波する合波装置が備えられた光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置が多段に接続された光再生システムである。

本発明の光再生システムの他の態様は、多段に接続された前記再生装置の間に光スィツチが備えられた光再生システムである。本発明の光再生システムの他の態様は、前記再生装置の前段で入力パワーの調整を行なう光再生システムである。

本発明の波形整形器の第 1の態様は、ファイバ長がソリトン周期の 2倍以下である異常分散ファイバ（Anomalous- dispersion fiber: ADF)を有するソリトンコンバータが備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記異常分散ファィバの後段に光フィルタが備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記異常分散ファイバの前段に光増幅器が備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、ソリトンコンバータの代わりに、 Mamyshev フィ;レタ-又は N0LMが備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、入射側にパルス圧縮器が備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器は、断熱圧縮方式を利用した波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、光ファイバの長手方向に分散特性が減少する分散減少ファイバが用いられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、光ファイバの長手方向に分散特性がステップ状のプロフアイルを持っ^) PFが用レヽられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、光ファイバの長手方向に分散特性が櫛状のプロフアイルを持つ CDPFが用レヽられた波形整形器である。本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、長手方向に非線形特性が増大する光ファイバが用いられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、長手方向に非線形特性がステップ状のプロファイルを持つ光ファイバが用いられた波形整形器である本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、長手方向に非線形特性が櫛状のプロファイルを持つ光ファイバが用いられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記パルス圧縮器に、ラマン増幅器が備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、ソリトンコンバータの代わりに、可飽和吸収特性を持つ可飽和吸収体が用いられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記可飽和吸収体の位置を調整して、可飽和吸収特性を可変にする位置調整機構が備えられた波形整形器である。

本発明の波形整形器の他の態様は、前記可飽和吸収特性が面内分布を有する波形整形器である。

本発明のカーシャツタの第 1の態様は、分波器と、 OPLL (Optical Phase-Locke d Loop)と、光スィッチ部と、が備えられたカーシャツタである。

本発明のカーシャッタの他の態様は、前記 0PLLにおけるビットレート差を Δ ω 、ループ長を！^。。 _ρとし、 Vを光ファイバ中の光の速度、前記分波器と前記光スィッチ部とを接続したファイバの長さを！^ _Β、 ηを光ファイバの屈折率、 Xを任意の数とすると、 L _L。。_Pは、 Δ ω ( L _{L o o p}) く v ' X/ n ' L_A— _Bの関係が成り立つように決定されることを特徴とするカーシャッタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記 0PLLに、光 L0信号を発生させる光 L0 発生器と、外部から入力される信号光と前記光 L0信号の位相差を検出する位相比較器と、前記位相差に基づき前記光 L0信号の周波数を調整する制御部と、が備えられたカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記光位相比較器に、 FWM光を発生させる FWM部と、光フィルタと、受光部が備えられたカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記 FWM部に、高非線形光ファイバ、 P P L N (Periodically-poled LiN03) 又は S O A (Semi-conductive Optical A mplifier)のいずれかが用いられたカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記受光部は、前段にパルスローラが配置され、該受光部に入射されたパルスの周波数特性をモニタすることを特徴とする記載のカーシャツタである。本発明のカーシャツタの他の態様は、前記 L O発生器に、ビート光発生器が備えられたカーシャッタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記ビート光発生器は、 CW光を発生する 2つ以上の周波数成分を持つ 1台以上の半導体レーザと、前記 CW光を合波する光カップラーと、が備えられたカーシャッタである。

本発明のカーシャッタの他の態様は、前記半導体レーザが直列駆動されたカーシャツタである。

本発明のカーシャッタの他の態様は、前記ビート光発生器と前記光スィツチ部との間に、光ファイバ圧縮器が備えられたカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記位相比較器に、 P D (Photo Diode) と、 Loop Filterと、 LDコントロール部が備えられ、該 P Dは、二光子吸収によつて光電流が発生することを特徴とするカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記 P Dは、シリコンァパランシェフォトダイオード（SiAPD) が用いられたカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記光スィッチ部に、 FWM部と、光フィルタと、位相調整部と、が備えられたカーシャツタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記位相調整部が、環境温度の変化に対して位相調整量が変化しないように制御されたカーシャッタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記位相調整量が、出力パルスに基づいてフィードバック制御されるカーシャッタである。

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記 FWM部において、ポンプ光と信号光の周波数間隔 Δ ν (離調量）と、入力ポンプパルスのスペクトル幅を Δ V _ρと、入力信号パルスのスぺクトル幅 A v _s、の間に下式の関係を有するカーシャツタである。

Δν + Δν„

Δν > ~~ ^ρ-—— - 2

本発明のカーシャツタの他の態様は、前記 FWM部において、ファイバ長厶 L と、入力ポンプパルスのスぺクトル幅を Δ ν _ρと、入力信号パルスのスぺクトル幅厶 V _s、の間に下式の関係を有するカーシャツタである。

Δ L> Δ V p + (Δ Vノ 2)

本発明のカーシャッタの他の態様は、前記 FWM部において, 長 Lが下式により定められるカーシャツタである。

L

1<

L NL 本発明のカーシャッタの他の態様は、前記 FWM部において、長 Lが下式より定められるカーシャツタである。

L L 1

- < <一

T T

^SOD ム -^TOD 2

n 1.7628^{3 3}

β₃ぐ

2 L

1.7628² At;

β₃<

4π LAv 本発明のカーシャッタの他の態様は、

Pumpパルス（Δΐ_ρ， Δν_ρ) と Signalパルス（At_s， A v_s) ：おいて、

Δν>—

2 の式を用いて、スぺクトル重なりを回避するための離調量 Δ Vを定める行程と 2厶 V以上の FWM帯域が得られるファイバ長 Lを定める行程と、

L

1<

L NL

3π

yP_PL≤

ρ 2

の式を用いて、スぺクトル波形歪が無く FWMを発生させるポンプピークパワー Ρ_ρ を定める行程と、

1.7628³ Ρ

β₃ < "

2 L

。 1.7628² At_s ²

β, < ―

ド ³ 4π LAv

の式を用いて、フアイバ伝搬に伴うパルス時間波形歪抑制に必要な 3次分散値 β ₃を定める行程と、

を備えた手順で設計されたカーシャツタである。

本発明のカーシャッタの他の態様は、前記光位相比較器に備えられた FWM部と、前記光スィッチ部に備えられた FWM部とが共有され、更に、光 L0発生器と、制御部と、が備えられたカーシャツタである。

本発明のパルスローラの第 1の態様は、高非線形特性を有するパルスローラフアイバが備えられたパルスローラである。

本発明のパルスローラの他の態様は、前記パルスローラファイバが、長手方向に正常分布値が増大する特性を持つ正常分散増大ファイバであるパルスローラである。

本発明のパルスローラの他の態様は、前記パルスローラファイバは、長手方向に非線形値が減少する特性を持つ光フアイバであるパルスローラである。

本発明のパルスローラの他の態様は、前記パルスローラファイバは、長手方向に正常分散特性と非線形特性が異なる 2種類以上の光ファィバを組合せた分散マネージメント光ファイバからなるパルスローラである。

本発明のパルスローラの他の態様は、前記分散マネージメント光ファイバで、長手方向に分散効果が支配的な光ファイバと、長手方向に非線形効果が支配的な光ファイバとが配置されたパルスローラである。

本明のパルスローラの他の態様は、前記分散マネージメント光ファイバで、前記分散効果が支配的な光ファィバの分散特性と前記非線形効果が支配的な光ファィパの非線形特性とが、ステツプ状のプ口ファイルとなるように配置されたパルスローラである。本究明のパルスローラの他の態様は、前記分散マネージメント光：

前記分散効果が支配的な光フ了ィパの分散特性と前記非線形効果が支配的な光フアイバの非線形特性とが、櫛歯状のプロファイルに変化するように配置されたパルスローラである。

本発明の 0TDM信号宪生器の第 1の態様は、パルスローラと、光スィツチ部とが備えられた 0TDM信号発生器である。

本発明のソリトンピユリファイアの第 1の態様は、ソリトンファイバが 2つの光フィルタの間に配置されたソリトンピュリファイァである。

本発明のソリトンピユリファイアの他の態様は、前記ソリトンファイバにおいて、誘導ラマン散乱による利得の傾き（利得スロープ）が制御され、ソリトンの波長シフトを実現するソリトンピュリファイアである。

本発明のソリトンピユリファイアの他の態様は、前記ソリトンファイバが、高非線形ファイバであるソリトンピユリファイアである。

本発明のソリトンピユリファイアの他の態様は、外部ポンプ光を発生するポンプ光発生器が備えられ、前記外部ポンプ光により誘導ラマン散乱を発生させるのソリトンピュリファイァである。

本発明のソリトンピユリファイアの他の態様は、入射側に更にパルス圧縮器が備えられたソリトンピユリファイアである。

本発明のソリトンピユリファイアの他の態様は、ソリトン断熱圧縮を行いながら、誘導ラマン散乱を発生させるソリトンピユリファイアである。

本発明のソリトン雑音の制御方法の第 1の態様は、光ソリトン列を用いた光非線形信号処理において、 Duty比（パルス幅に対するパルス間隔の比）と分散距離によって、所定の雑音増幅利得における最大伝搬距離を定めるソリトン雑音の制御方法である。

本発明のソリトン雑音の制御方法の他の態様は、変調方法として C S— R Zパルス列を用いたソリトン雑音の制御方法である。

本発明の光伝送システムの第 1の態様は、光再生システムが直列に多段接続された光伝送システムである。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係る第 1実施形態の波長分割多重光再生システムの概略構成図である。

図 2は、図 1の再生システムに含まれる再生装置 1 5の概略構成図である。図 3は、図 2の再生装置 1 5に含まれるクロック再生装置 2 1の概略構成図である。

図 4は、図 2の再生装置 1 5に含まれる他のクロック再生装置 2 1の概略構成図である。

図 5は、図 2の再生装置 1 5に含まれる波形再生装置 1 9の概略構成図である。図 6は、図 2の再生装置 1 5に含まれる他の波形再生装置 1 9の概略構成図である。

図 7は、図 1の再生システムに含まれる偏波コンバータ 1 3の概略構成図である図 8は、図 1の再生システムに含まれる他の偏波コンバータ 1 3の概略構成図でめる。

図 9は、図 1の再生システムに含まれるまた他の偏波コンバータ 1 3の概略構成図である。

図 1 0は、図 7の偏波コンバータ 1 3の一形態の概略構成図である。

図 1 1は、図 7の偏波コンバータ 1 3の他の形態の概略構成図である。

図 1 2は、図 7の偏波コンバータ 1 3の更に他の形態の概略構成図である。図 1 3は、本発明に係る第 2実施形態の波長分割多重光再生システムの概略構成図である。

図 1 4は、本発明に係る第 3実施形態の波長分割多重光再生システムの概略構成図である。

図 1 5は、本発明に係る第 4実施形態の波長分割多重光再生システムの概略構成図である。図 1 6は、本発明に係る第 5実施形態の波長分割多重光再生システムの概略構成図である。

図 1 7は、本発明に係る再生装置の一構成図である。

図 1 8は、図 1 7の soliton converterの一構成図である

図 1 9は、図 1 7の soliton converterの他の形態を示す概略構成図である図 2 O Aは、 soliton converterからの出力パルスの光信号雑音比 0SNRを示すグラフである。

図 2 0 Bは、スぺクトル線幅増大率 Δ w / Δ υ i _η のソリトン次数 Ν依存性を示すグラフである。

図 2 1は、 soliton converterからの出力パルス自己相関波开幅 Δ t _{A c}の入力パワー P i _n依存†生を示す。左部のグラフは出力光フィルタの入力前、右部のダラフは出力光フィルタの出力後の出力パルス自己相関波形幅 Δ t _{A c}である。図 2 2は、左のグラフは、 0、 2 0、 4 0及び 8 0 m長の S M F伝搬後のパルスであり、中央のグラフ及ぴ右のグラフは P i _n の調整を行った場合の soliton converterからの出力パルスの自己相関波形である。中央のグラフは出力光フィルタの入力前であり、右部のグラフは出力光フィルタの出力後を示す。

図 2 3は、 soliton converterにおける出力ソリトンの自己相関幅厶 t _{A c}及び

O S N Rの _n の依存性を示すグラフである。

図 2 4は、 Kerr- shutterの一構成図である。

図 2 5 Aは、は L Dペアの独立駆動時のタイミングジッタ特 I¹生を示すグラフである。

図 2 5 Bは直列駆動時のタイミングジッタ特性を示すグラフである。

図 2 6 Aは、光受光部の一構成図である。

図 2 6 Bは図 2 5 Aの変形例である。

図 2 6 Cは図 2 6 Aの更なる変形例である。

図 2 7は、 Kerr- shutterの他の構成図であり、位相比較部と光スィツチ部の FW

Mフアイパを融合化させた一例を示す。

図 2 8は、 pulse rollerの一構成図である。図 2 9 Aは、は正常分散増大ファイバの分散プロファイルである。

図 2 9 Bはステップ状分散プロファイルファイバの分散プロファイルである。図 2 9 Cは櫛状分散プロファイルファイバの分散プロファイル.を示す。

図 3 O Aは、は pulse rollerの一構成図であり、パルス矩形化実験伝送路を示す図 3 0 Bは図 3 O Aの pulse rollerファイバの分散プロファイルを示す。

図 3 1は、図 3 O A, Bにおけるパルス伝搬シミュレーションの結果を示すグラフである。

図 3 2は、 pulse rollerと光スィッチ部から成る時間再生装置或いは時間分割装置の一構成図である。

図 3 3は、 pulse rollerと O P L Lを組合せたクロック抽出器の一構成図である図 3 4 A, Bは、は、 pulse rollerからの出力パルスの時間波形とチヤ一プ特性を示す。

図 3 5 A, Bは、位相差を認識するための光受光部を示す。

図 3 6 Aは、 soliton purifierの一構成図である。

図 3 6 Bは、 soliton purifierに HN L Fを使用した一実施例を示す。

図 3 6 Cは、 soliton purifierにラマン増幅を利用した一実施例を示す。

図 3 7は、ソリトン帯域での利得スロープを説明するグラフである。

図 3 8は、従来の時間再生技術に関する説明図である。

図 3 9 A, Bは、従来のパルス矩形化技術の説明図である。

図 4 O Aは、従来の雑音除去装置の構成図である。

図 4 0 Bは、雑音除去のメカニズムを示すグラフである。

図 4 1 Aは、入力パルスを示す波形図である。

図 4 1 B〜Dは、図 4 1 Aが矩形パルスへ変換した波形図である。

図 4 2は、パルス強度と瞬時周波数の関係を示す波形図である。

図 4 3は、本発明に係る再生システの一構成図である。

図 4 4は、本発明に係る再生システムの一構成図である。図 4 5は、本発明に係る再生装置の一構成図である。

図 4 6は、本発明に係る再生装置を利用した再生システムを示す一構成図である図 4 7は、可飽和吸収体の入力光強度と出力光強度の関係を示すグラフである。図 4 8は、可飽和吸収体を利用したデバイスの一構成図である。

図 4 9は、図 4 8のデバイスの変形例を示す一構成図である。

図 5 0は、図 4 8のデバイスの更なる変形例を示す一構成図である。

図 5 1 Aは、横軸を時間で示した場合の FWMにおける入力パルスと出力パルスを示す図である。

図 5 1 Bは、横軸を周波数で示した場合の FWMにおける入力パルスと出力パルスを示す図である。

図 5 2は、 FWMに必要な帯域幅とファイバの長さの関係を示したグラフである図 5 3は、 FWMにおける最適なファイバ長を決定するための一設計手法を説明したフロー図である。

図 5 4は、図 5 3のフロー図によりファイバ長が最適化され、 FWMによる波長変換を行った実験構成図である。

図 5 5は、図 5 4の実験による入出力パルス波形を示すグラフである。

図 5 6は、図 5 4の実験による入出力時の自己相関波形を示すグラフである。図 5 7は、 FWMと S PMを用いた波形整形器の一構成図である。

図 5 8は、波形整形器でのパルス波形を示すグラフである。

図 5 9は、図 5 7の波形整形器における入力ポンプパワーと出力 FWMパワーの関係を示すグラフである。

図 6 O Aは、 FWM部に光ファイバを用いずに位相差を検出するための一構成例である。

図 6 0 Bは FWM部の変形例を示す。

図 6 1は、 O P L L動作における矩形パルスの振幅を時間的に変化させる方法を説明するグラフである。図 6 2は、本発明に係る O T DM信号発生器の一構成図である。

図 6 3は、ラマン増幅器による増幅利得とソリトンのスペクトルの関係を示した説明図である。

図 6 4は、雑音増幅のピーク利得を、ビットレートと、伝搬距離に対して数値計算により求めたグラフである。

図 6 5は、図 6 4において、繰り返し周波数を 3 2 O GHz、伝搬距離を l k mとした場合の出力パルス列のスぺクトルを示したグラフである。

図 6 6は、非線形効果を利用したデバイスの偏波保持を示した一構成図である。図 6 7は、繰り返し周波数が 160GHzで、半値幅が lpsの光ソリトン列を 2 kmの H LFに伝搬させた際の入力および出カスへ。クトルを表したグラフである。

図 6 8は、図 2 4に示した Kerr- shutterの変形例であり、最初の分波器から光スイッチ部までのファイバ長が、 O P L L部を介した場合と、直接の場合とでほぼ同じ長さであることを示した構成概略図である。

図 6 9は、図 6 7で使用した HN L Fの長さ（距離）と分散値の関係を示すダラフである。

図 7 0は、図 1に示した再生システムを直列的に多段接続させた光伝送システムを示す構成概略図である。発明を実施するための最良の形態

本発明では、劣化した信号光を含む波長分割多重光は、後述するように非線形光学効果を利用して再生される。そこで、まず、非線形光学効果について説明する。非線形光学効果は、非線形光学定数が大きい媒質（以下、非線形光学媒質ともいう）に強度の大きな光が入射したときに顕著に発生する。詳しくは、非線形光学定数が大きい媒質としては、例えば、ゲルマニウム、フッ素、希土類元素等をドープした光ファイバ（以下、高非線形ファイバともいう）、 LiNb03等の強誘電体、及び半導体等があげられる。また強度の大きな光としては、信号光自体、又は、信号光とは別にこの効果を発生させるために用意された一つ若しくは二つ以上の制御光若しくは励起光があげられる。非線形光学効果が生じた場合、例えば、この媒質に入射している信号光の波形形状の変化若しくはその位相の変調が生じる。また、制御光若しくは励起光と周波数の異なる高調波又は差周波若しくは和周波が発生する。このような非線形光学効果としては、自己位相変調（以下、 S P Mという）、相互位相変調（以下、 X PMという）若しくは四光波混合（以下、 FWMという）、ラマン増幅、パラメトリック増幅、ソリトン効果及びスーパーコンティ-ユウム効果（以下、 S C という）等が挙げられる。ここで、非線形光学効果の大きさ、例えば、周波数変調の程度や発生した高調波の強度は、入射した光の強度に対して非線形である。

そして、非線形光学効果の大きさは、偏波依存性を有する。例えば、強度の大きな光が無偏光ではなく、ある偏光状態を有し、かつ、この強度の大きな光の入射方向と直交する面内において非線形光学媒質が異方性を有する場合を考える。この場合、非線形光学効果の大きさは、この光の偏光状態と媒質の相対方位に依存するという偏波依存性を有する。また、媒質にこのような異方性がない場合であっても、非線形光学効果の大きさは、強度の大きな光が制御光若しくは励起光であるときには、信号光の偏光状態と、制御光若しくは励起光の偏光状態との相対関係に強く依存する。以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

図 1は、本発明に係る第 1実施形態の波長分割多重光再生システム 1 (以下、再生システム 1という）を示している。再生システム 1は、波長分割多重通信システムに組み込まれた状態、例えばこの光伝送システムの一部を構成する光ファイバ 4と光ファイバ 6との間に介揷された状態で使用される。そして、再生システム 1は、波長分割多重光に含まれている信号光であって、波長分割多重光が波長分割多重通信システムの伝送路中を伝搬することによって劣化した信号光を、伝搬する以前の状態、例えば発信器から出射した直後の状態へと復元もしくは再生する。なお、信号光の劣化とは、例えば、信号光の強度、位相、周波数、偏光状態またはこれらのうち複数が所定の許容範囲を超えて変化することをいう。再生システム 1は分波装置 8と合波装置 1 0とを備えている。

分波装置 8は、一つの入射ポート 8 aと複数の出射ポートとを有し、この入射ポート 8 aには光ファイバ 4が接続されている。光ファイバ 4から入射ポート 8 aを介して分波装置 8に入射した波長分割多重光は、複数の信号光えい λ ₂、 λ ₃、 …； L _nへと分波される。そして各信号光えいぇ₂、えい …えは、それぞれ、波長毎に異なる分波装置 8の出射ポートから出射する。ただし、分波する前に伝送路分散によって付加されたチヤープを補償する為の分散補償器 3 0 0があるのが好ましい。この形態を図 4 3に示す。分散補償器の例としては、ファイバブラッググレーティングを利用したモジュール、エタ口ンを利用したモジユーノレ、 D C F (Dispersion shifted fiber) モジユー/レ、プリズム対とグレーティングを利用したモジュールなどの一般的に利用されているものが適用できる。なお、上述した分散補償器 3 0 0は、固定型、可変型のどちらでも構わないが、可変型である方が、チヤープ補償の範囲が広がるため、好都合である。

—方、合波装置 1 0は、複数の入射ポートと一つの出射ポート 1 0 aとを有し、この出射ポート 1 0 aには光ファイバ 6が接続されている。各入射ポートを介して合波装置 1 0に入射した信号光; Lいぇ₂、 λ ₃、 '·· λ _ηは、合波されて波長分割多重光となり、出射ポート 1 0 aを介して光ファイバ 6へと伝搬する。なお、これら分波装置 8及び合波装置 10は共に、例えばアレイ導波路回折格子、フィルター型合分波器、 FBG (Fiber Bragg Grating) 型合分波器により構成することができる。分波装置 8と合波装置 10との間には、複数の光路 12い 12₂、 12₃、 ··· 12„が延びており、各光路 12い 12₂、 12₃、 12_ηの両端は、分波装置 8の出射ポートと合波装置 10の入射ポートに接続されている。これら光路 12い 12₂、 12ぃ … 12„のうち少なくとも一つの光路 12i には、分波装置 8側から順に、偏波コンバータ 13と、光信号再生装置 15 (以下、再生装置 15と記述する）とが介挿されている。再生システム 1においては、光路 12い 12い 1 2₃、 ·'·12_ηのうち、どの光路に上記した偏波コンバータ 13及び再生装置 15を介挿するかという点については、各光路 12い 12₂、 12₃、 … 12_ηを伝搬する信号光えいえい λ₃ 、 … L_nの劣化の程度に応じて適宜決定することができる。なお、偏波コンパ一タ 13を含まない図 44の形態も可能である。各光路 12い 12₂、 12₃、 … 12_nは、例えば、シングルモードファイバー若しくは分散シフトファイバ等の光ファイバ、光導波路、空間、又はこれらの組み合わせにより構成することができる。しかしながら、光路 12₁のうち、偏波コンバータ 13と再生装置 15との間を延びる部分については、後述する理由により、そこを伝播する光の偏光状態を保持することが可能な偏波保持型導波路 1 2 aで構成することが好ましい。このような偏波保持型導波路 12 aとしては、例えば、偏波保持光ファイバ、半導体光導波路、及びガラス製平面形導波路などをあげることができる。偏波コンバータ 13へ入射した信号光は、この偏波コンバータ 13において、その偏光状態が後述する再生装置 1 5による再生処理に適した所望の偏光状態、例えば直線偏光へと偏光変換された後、偏波コンバータ 1 3から出射する。ところで、偏波コンバータ 1 3に入射する時点において、信号光； ^は、自らの波長、または、発信器で生成されてから偏波コンバータ 1 3に入射するまでの伝搬光路の長さ、種類もしくは状態等に対応したある偏光状態を有している。すなわち、信号光は、光路の波長分散、偏波モード分散（光弾性効果によるものも含む）等に応じた偏光状態を有している。 ' 偏波コンバータ 1 3は、このように様々かつ不確定な要因に基づきあらゆる偏光状態を取り得る信号光 λ！に対して偏光変換を施し、その偏光状態を所望の偏光状態へと変換する。すなわち、偏波コンバータ 1 3は、そこに入射した時点における信号光の偏光状態に依存することなく、所望の偏光状態の光を出射させるものであって、任意の偏光状態を所望の偏光状態へと偏光変換する機能を有している。偏波コンバータ 1 3から出射された信号光は、偏波保持型導波路 1 2 aを伝搬して再生装置 1 5へ入射される。

ここにおいて、偏波保持型導波路 1 2 aを伝搬する信号光は、その偏光状態を維持したまま伝搬することができる。よって、偏波コンバータ 1 3を出射した信号光は、その偏光状態を維持したまま再生装置 1 5へと入射することができる。より具体的に説明すると、偏光変換後の信号光； ^が直線偏光であり、また、偏波保持型導波路 1 2 aとして偏波保持光ファイバを用いた場合には、信号光の偏光面と偏波保持光ファイバの主軸、すなわち進相軸若しくは遅相軸とを一致させることにより、偏波コンバータ 1 3と再生装置 1 ⁵との間で、信号光えの偏光状態は保存される。 PC蒙菌 33

ただし、前述のとおり偏波保持型導波路 1 2 aを用いなくとも偏波が保持される状況であれば、通常の導波路でも構わない。例えば、偏波コンバータ 1 3と再生装置 1 5との間の光路 1 2 iの長さを短くすることによつても、それらの間で信号光 λ ₁の偏光状態の保存もしくはその変化を抑制することができる。さらに、偏波コンバータ 1 3と再生装置 1 5との間の光路 1 2 iが偏波保持型導波路 1 2 aではない場合であっても、この光路 1 2 !の複屈折が既知であれば、その複屈折を考慮して偏波コンバータ 1 3の偏光変換の設定を行なうことにより、所望の偏光状態の信号光； Wを再生装置 1 5へ入射させることができる。再生装置 1 5は、入射した信号光え！に非線形光学効果を利用した再生処理を施して信号光え！を再生する。再生装置 1 5力ら出射し、光路 1 2 iを伝搬した信号光は、合波装置 1 0へとその入射ポートを介して入射する。一方、合波装置 1 0には、その他の光路 1 2₂、 1 2₃、 … 1 2 _nを伝搬してきた信号光; L ₂、 λ ₃、 …え _ηもそれぞれ互いに異なる入射ポートを介して入射している。合波装置 1 0は、信号光; ^を含むこれらの信号光えいぇ₂、 λ ₃、 … ^を合波して波長分割多重光とし、出射ポート 1 0 aから出射させる。なお、図 7 0に示すように、上述した再生システム 1を、任意の間隔で直列的に多段接続させた光伝送システムを構築してもよレ、。実際に光伝送システムとして再生システム 1が配置される場合、図 7 0のような構成となる。つまり、伝送される光ファイバ 4もしくは光ファイバ 6の特性の影響、もしくは伝送速度により信号光は劣化されるが、この劣化を再生すべき場所に再生システム 1を配置させればよレ、。特に、長距離区間で信号光を伝搬させる場合、図 7 0に示した光伝送システムは有効である。以下では、上記した再生システム 1を用いた、波長分割多重光再生方法 A (以下、方法 Aという）を、図 1を用いて説明する。方法 Aは、分波工程と、偏光変換工程と、再生工程とを備える。

まず、分波工程において、分波装置 8が波長分割多重光を波長毎に複数の信号光； 1ぃ ₂、 λ ₃、 …； L _nに分波する。その後に、偏光変換工程において偏波コンバータ 1 3が、分波工程で得られた複数の信号光えい λ ₂、ぇ₃、 · ' _ηのうち、少なくとも 1つの信号光; L i に偏光変換を施す。この偏光変換は、信号光； L iの偏光状態を、再生装置 1 5において所望の非線形光学効果の発現に適合した偏光状態、若しくは、再生装置 1 5において信号光がもつともよく再生される偏光状態へと偏光変換する。そして、再生工程において再生装置 1 5が、偏光変換工程で偏光変換された信号光え i に対して非線形光学効果を利用した再生処理を施す。

これらの再生システム 1及び方法 Aは、以下の作用を有する。

波長分割多重光に含まれる互いに波長の異なる複数の信号光は、波長分割多重光が例えば通信システム中の発信器から出射してこの通信システム中を伝搬した後では、それらの偏光状態は波長に応じて互いに異なっている。そのため、波長の異なる複数の信号光を、非線形光学効果を利用した再生装置にて一括して再生した場合、その波長毎に、信号光の再生の程度が異なってしまう。すなわち、ある一つの波長の信号光は良好に再生できたが、他の波長の信号光は再生されなかつたという場合が起こり得る。そこで、再生システム 1及び方法 Aにあっては、信号光の偏光状態が波長依存性を有していること、ならびに、非線形光学効果を利用した信号光の再生の程度は、信号光の偏光状態と、制御光若しくは励起光の偏光状態との相対関係に強く依存することを考慮する必要がある。このため、まず、波長分割多重光を波長毎に複数の信号光へと分波して、それぞれの信号光を独立ィヒして扱う。そしてその上で、再生装置 1 5による再生処理が必要な信号光の偏光状態を、信号光の再生装置 1 5への入射に先立つて再生に適合する偏光状態に調整する。これにより、再生システム 1及び方法 Aは、再生処理が必要な信号光を、発信器から出射した直後の状態、もしくは劣化前の信号光の状態へと忠実に再現することができる。その結果、再生された信号光を含む波長分割多重光の波形を良好に再生することができる。更に、再生システム 1及び方法 Aにおいては、信号光は電気信号に変換されることなく再生されるので、伝送容量が電気デバィス等によって制限されることがない。そのため、再生システム 1及び方法 Aによれば、各波長（チャンネル）の信号光の伝送速度を 40Gbit/sを超えて高めることが可能であり、波長分割多重光のチャンネル数を減らすことができる。その結果、再生システム 1は、従来に比ベて少ない再生装置 1 5で構成されるので、その小型ィヒ及び省電力化が可能である。以下では、再生装置 1 5について詳述する。

再生装置 1 5は、図 2に示したように、増幅装置 1 7、波形再生装置 1 9、クロック再生装置 2 1及び雑音除去装置 2 3を含む。再生装置 1 5は、再生システム 1に求められる再生能力に応じて、光増幅装置 1 7、波形再生装置 1 9、クロック再生装置 2 1及び雑音除去装置 2 3よりなる群のうちから選択された一つ又は二つ以上を含む。また、その選択された装置は、非線形光学効果を利用して再生処理を行なうものである。また、これら増幅装置 1 7、波形再生装置 1 9、クロック再生装置 2 1及び雑音除去装置 2 3の配列は、限定されることはなく、必要に応じて適宜変更することが可能である。例えば、波形再生装置 1 9の前段にクロック再生装置 2 1を配置してもよい。ここで、増幅装置 1 7は減衰した信号光を増幅し、波形再生装置 1 9は信号光の波形を再生し、クロック再生装置 2 1は信号光のクロック再生を行ない、そして、雑音除去装置 2 3は信号光に含まれる雑音を除去する。なお、増幅装置 1 7により増幅され、雑音として自然放出光（無偏光）を含む信号光であっても、偏光子を透過させることにより、信号光に含まれる雑音を半減させることができる。すなわち、増幅装置 1 7と偏光子とを組み合わせたものは、雑音除去装置 2 3として用いることができる。増幅装置 1 7としては、例えば、エルビウム添加ファイバ型増幅器、ラマン増幅器、半導体光増幅器、パラメトリック光増幅器等をあげることができる。ラマン増幅器では、そこに入射される信号光と、励起光との間における偏光状態の相対関係にラマン利得が依存する。再生システム 1においては、所望のラマン利得を得るのに適した偏光状態へと、偏波コンバータ 1 3が信号光を予め偏光変換するので、ラマン増幅器は安定して信号光を増幅することができる。ラマン増幅器と同じように、半導体光増幅器やパラメトリック光増幅器もそれぞれの利得に偏光依存性がある。再生システム 1においては、所望の利得を得るのに適した偏光状態へと、偏波コンバータ 1 3が信号光を予め偏光変換するので、半導体光増幅器やパラメトリック光増幅器は安定して信号光を増幅することができる。クロック再生装置 2 1は、非線形光学効果として、例えば、 X PM若しくは F WMを利用するものがあげられる。

前者の（X PMを利用する）クロック再生装置 2 1としては、図 3に例示したものがある。このクロック再生装置 2 1は、パルス状の制御光を出射する制御光発生装置 2 5と、光学遅延手段 2 7及び制御部 2 9により制御光に対して信号光の位相を揃える位相同期手段 3 1と、光力ブラ 3 3を介して光路に介揷され、制御パルス光と信号光とが伝搬して X P Mが発生する高非線形ファイバ 3 5と、高非線形フアイパ 3 5に制御光を入射若しくはそこから出射させる WDM力ブラ 3 7、 3 9とを備えている。また、このクロック再生装置 2 1は、高非線形フアイパ 3 5からの信号光の戻り光を防止するアイソレータ 4 1と、光フィルター 4 3 を備えることが望ましい。また、後者の（FWMを利用する）クロック再生装置 2 1としては、図 4に例示したものがある。このクロック再生装置 2 1は、パルス状の励起光を出射する励起光出射装置 4 5と、励起光に対して信号光の位相を揃える位相同期手段 3 1 と、合波器 4 7 (例えば WDM力ブラや 3 d B力ブラ）を介して励起光と信号光とが入射して FWMが発生する非線形光学媒質 4 9とを備える。このクロック再生装置 2 1においては、非線形光学媒質 4 9に入射した信号光が、 FWMを用いて波長変換された信号光とともに非線形光学媒質 4 9から出射するので、波長変換されていない信号光及び励起光は、光フィルタや、 WDMカプラ 5 1を用いて波長変換によって得られた信号光と分離される。図 3及び図 4に示したクロック再生装置 2 1は、高非線形ファイバ 3 5若しくは非線形光学媒質 4 9中における X P Mや FWMを利用して信号光に対してク口ック再生処理を施している。このようなクロック再生処理においては、得られる非線形光学効果が小さい場合、良好に信号光のクロック再生をすることができなくなる。そのため、信号光と、制御光若しくは励起光との間において、それぞれの偏光状態を所定の相対関係に維持し、得られる非線形光学効果の大きさを所定の大きさに維持する必要がある。具体的には、クロック再生装置 2 1に入射する信号光の偏光状態が直線偏光の場合、励起光若しくは制御光の偏光面と信号光の偏光面とが互いに平行になるように、信号光の偏光状態を維持する。これにより、クロック再生装置 2 1は、所定の程度にて信号光のクロック再生を行うことができる。波形再生装置 1 9には、非線形光学効果としてソリトン効果、又は、 S PM若しくは S Cを利用するものがある。前者の（ソリトン効果を利用する）波形再生装置 1 9は、例えば図 5に示したように、増幅装置 1 7 aと、非線形光学媒質 5 3と、光フィルター（バンドパスフィルター） 5 5とから構成されている。ここで非線形光学媒質 5 3としては、高非線形ファイバおよび半導体素子があげられる。なお、図 5では、波形装置 1 9内に増幅装置 1 7 aを配置させた例を示した。しかしながら、図 2に示したように増幅装置 1 7が配置され、この増幅装置 1 7のみで波形再生装置 1 9に入射する信号光の強度を充分に高めることが出来る場合は、増幅装置 1 7 aを必ず配置させる必要はない。つまり、波形再生装置 1 9内の増幅装置 1 7 aは、必要に応じて配置させればよい。図 5の再生装置 1 9においては、増幅装置 1 7 aで強度が高められた信号光が非線形光学媒質 5 3に入射し、この媒質中 5 3中で発生するソリトン効果により、信号光に含まれる時間的な雑音成分が除去され、信号光の波形が再生される。後者の（S PM若しくは S Cを利用する）波形再生装置 1 9としては、図 6に例示したものがある。この波形再生装置 1 9は、増幅装置 1 7 aと、非線形光学媒質 5 6と、光フィルター 5 5と、波長変換部 5 7とから構成されている。なお、図 5と同様の理由で、増幅装置 1 7 aは必要に応じて配置される。図 6の波形再生装置 1 9においては、増幅装置 1 7 aで強度が高められた信号光が非線形光学媒質 5 3に入射し、この媒質中 5 6中で発生する S PM若しくは s cによって、時間的な雑音成分が除かれた信号光についてのみ波長帯が広げられる。そして、この波長帯が広げられた信号光が光フィルター 5 5へと入射し、所定の波長帯を有する信号光のみが光フィルター 5 5を透過することにより、信号光の波形が再生される。波形が再生された信号光は、波長変換部 5 7に入射して波長変換を施される。ここで、波長変換部 5 7による波長変換は、波形再生装置 1 9から出射される信号光の波長帯を、媒質 5 6にて広げられる前の波長帯に戻すためである。よつて、波長帯を戻す必要がない場合には、波長変換部 5 7を波形再生装置 1 9に設ける必要はない。波長変換部 5 7には、非線形光学効果として、例えば FWM、 X PMもしくは S PMを利用するものがある。これらのうち、 FWM若しくは X PMを用いるものは、基本的に上記したクロック再生装置 2 1と同じ構成を有する。したがって、波長変換部 5 7はクロック再生装置 2 1を兼ねることができ、図 6に示した波形再生装置 1 9の場合は、その出射側にクロック再生装置 2 1を配置する必要はない。また、波長変換部 5 7に S PMを利用した場合は、増幅装置と、非線形フアイバと光フィルターによって構成することができる。

上述したように、波形再生装置 1 9による信号光の波形再生処理は、媒質 5 3 、 5 6、 3 5、 4 9中にぉけるS PM、 X PM、 FWM, ソリトン効果及び S C 等の非線形光学効果を利用している。そして、 X PMと FWMを利用した波形再生処理の場合には、制御光若しくは励起光の発生装置 2 5、 4 5から出射した制御光若しくは励起光と、信号光とを同一の媒質 3 5、 4 9に入射させることにより X PM若しくは FWMを発生させる。このような波形再生処理においては、得られる非線形光学効果が大きすぎても小さすぎても良好に信号光の波形を再生することができなくなるおそれがある。そのため、信号光と、制御光若しくは励起光との間において、それぞれの偏光状態を所定の相対関係にて維持し、発生する非線形光学効果の大きさを所望の大きさに維持する必要がある。雑音除去装置 2 3は、波形再生装置 1 9と同様に、増幅器、非線形光学媒質、および光フィルターなどで構成することができる。雑音除去装置 2 3は、 S P M や S C等の非線形光学効果を用いて、信号成分の波長帯を広げた後、信号部分と雑音部分とを分離している。なお、上記した波形再生装置 1 9、クロック再生装置 2 1、もしくは雑音除去装置 2 3において用いられる制御光または励起光の発生装置としては、櫛型分散配置（櫛型分散プロファイル）を利用した光パルス光源、ファイバ型圧縮装置により圧縮された光パルス光源、ス一パーコンティニュアム光源、ソリトンパルス光源、ファイバーリングレーザのいずれかを用いるのが好ましい。なぜならば、これらの光源は、パルス時間幅が狭い高繰り返しパルスを発生させることが可能であって、更に、パルス時間幅及び繰り返しのパターンを、例えば信号光の周波数等を考慮して適宜設定することができるからである。次に、図 7を参照して、偏波コンバータ 1 3について詳述する。

偏波コンバータ 1 3は、上記したように、任意の偏光状態を所望の偏光状態へと偏光変換する機能を有するものであればよい。このような偏波コンバータ 1 3 は、少なくとも、入射した光（信号光）に対して偏光変換を施して所望の偏光状態とする偏光変換部 7 1を備えている。具体的には、制御光若しくは励起光が直線偏光である場合には、信号光の所望の偏光状態としては、制御光若しくは励起光と偏光面が平行である直線偏光となるように、偏波コンバータ 1 3で制御する。そして、偏波コンバータ 1 3は、図 7に示すように、偏光変換部 7 1に入射する信号光の偏光状態を検出し、この検出結果に基づき偏光変換部 7 1をフィードフォワード制御する。あるいは、偏波コンバータ 1 3は、図 8に示すように、偏光変換部 7 1から出射した信号光の偏光状態を検出し、この検出結果に基づき偏光変換部 7 1をフィードバック制御する。このため、図 7および図 8に示すように、偏波コンバータ 1 3は、検出部 7 3及び制御部 7 5を備えているのが好ましい。その理由は、信号光を所望の偏光状態へと確実に偏光変換することができるからである。具体的に説明すると、検出部 7 3としては、光分配器 7 7により分波された信号光の偏光状態及び強度を検出可能な偏波アナライザー若しくは強度のみを検出可能なパワーメータ等があげられる。また、制御部はコンピュータにより構成することができる。次に、図 9を参照し、入射した信号光を直線偏光へと変換する偏波コンバータであって、検出部及び制御部を備えていなレ、一構成例を示す。この偏光変換部 7 1は、入射した信号光を偏光面が互いに直交する 2つの偏光へと分離する偏光分離素子 7 9と、これらの 2つの偏光を合波する合波器 8 1とを備えている。そして、これら偏光分離素子 7 9と合波器 8 1との間には、 2つの光路が延びており、そのうち一方の光路にのみ Z 2波長板 8 3が介挿されている。この偏光変換部 7 1に信号光が入射すると、偏光分離素子 7 9により分離された偏光のうち、一方の偏光は、図中矢印で示したように紙面と平行な偏光面のまま合波器 8 1へと入射される。一方、紙面と垂直な偏光面を有する他方の偏光は、 λ 2波長板 8 3を通過することによりその偏光面が 9 0 ° 回転させられて合波器 8 1へと入射する。したがって、合波器 8 1に入射した時点においては 2つの光路を伝搬してきた各偏光の偏光面は揃っており、これら偏光が合波器 8 1において合波されることにより得られる信号光は、必ず直線偏光となる。また、図 1 0は、入射した信号光を直線偏光へと変換する偏波コンバータであつて、偏光変換部 7 1をフィードバック制御するための検出部 7 3及び制御部 7 5を備えたものを示している。この偏光変換部 7 1は、入射した信号光を偏光面が互いに直交する 2つの偏光へと分離する偏光分離素子 7 9と、これら 2つの偏光を合波する合波器 8 1とを備えている。そして、これら偏光分離素子 7 9と合波器 8 1との間には、 2つの光路が延ぴており、そのうち一方の光路には 1ノ 2波長板 8 3が介揷され、他方の光路には、光学光路長を可変とするための光学遅延手段 8 5が介挿されている

また、合波器 8 1の出射側には、入射した信号光を所定の強度比で 2つの光へ分光する光分配器 7 7が配置されている。光分配器 7 7の一方の出射側には、検出部 7 3として、信号光を受光してその強度を測定するパワーメータが配置されている。そして、コンピュータ等からなる制御部 7 5は、検出部 7 3の検出結果から信号光の強度を制御するために、検出部 7 3と電気的に接続されている。その一方で制御部 7 5は、検出部 7 3から入力される検出結果、すなわち検出部 7 3で検出する信号光の強度が最大となるように、光学遅延手段 8 5を介して他方の光路の光学光路長を可変制御するために、光学遅延手段 8 5とも電気的に接続されている。更に、図 1 1は、入射した信号光を、直線偏光に限らず任意の偏光状態を有する信号光へと変換する偏波コンバータであって、偏光変換部 7 1をフィードバック制御するための光分配器 7 7、検出部 7 3及び制御部 7 5を有するものを示している。この偏波コンバータの偏光変換部 7 1は、コリメータ 8 6、 8 7間を延びる信号光の光路上に順に配置されたぇノ 4波長板 8 9と、ぇノ2波長板 9 1と、； Ι Ζ 4波長板 9 3と、これら波長板の光軸を回転軸として回転させるために各波長板に装着された回転手段 9 5、 9 7、 9 9とからなる。すなわち、この偏光変換部 7 1においては、回転手段 9 5、 9 7、 9 9によって波長板 8 9、 9 1、 9 3を回転させることにより、信号光の偏光状態に対する各波長板 8 9、 9 1、 9 3の進相軸及ぴ遅相軸の方位が可変である。検出部 7 3は信号光の偏光状態として例えばストークスパラメータを求めることが可能な偏波アナライザーからなり、制御部 7 5はこのストークスパラメータが所望の値となるように各回転手段 9 5、 9 7、 9 9の回転角を調節する。したがって、図 1 1に示す偏波コンバータによれば、任意の偏光状態を有する光を、所望の偏光状態へと偏光変換することができる。なお、図 1 1の偏波コンバータにおいて、偏光変換部 7 1が信号光を直線偏光へと偏光変換する場合には、図 1 2に例示したように、再生装置 1 5による再生処理に適した直線偏光を透過させるように、偏光変換部 7 1の出射側に直線偏光子 1 0 1を配置し、かつ、検出部 7 5は信号光の強度を検出するパワーメータとするのが好ましい。その理由は、信号光; ^が偏光子 1 0 1を通過することにより、信号光の偏光度を高めることができ、再生装置 1 5による再生の程度を一層安定させることができるからである。また、後述するように偏波コンバータ 1 3の入射側に光增幅器 1 0 5が配置された場合（図 1 3を参照）には、この光増幅器 1 0 5にて増幅された雑音、すなわち、信号光； ^に付加された無偏光である自然放出光が除去され、信号光； ^の信号雑音比を向上させることができるからである。なお、偏波コンバータの偏光変換部 7 1は、波長板 89、 9 1、 9 3の替わりに、複屈折材料を一つ以上、配置して構成されてもよい。この際、偏光子 1 0 1を透過した後の光のパワーが、検出部 73で最大となるように制御部 75にて復屈折材料の制御を行なう。なお、偏光子 10 1から再生装置 1 5 (図 1参照）まで' は、偏光状態を保持することが可能な偏波保持導波路 1 2 a (図 1参照）で構成することが好ましい。偏光子 1 0 1の主軸は、偏波保持導波路 1 2 aにおいて偏光が保持される角度に設定される。この偏光子 1 0 1を用いた偏波コンバータを用いた場合、制御のゆらぎは出力光強度の変動として現れる。これに対し、偏光子 1 01を用いずに、偏波保持導波路 1 2 aにおいて偏光が保持される角度に偏光を入射することは可能である。この場合、制御のゆらぎは、消光比の増加という形で現われる。つまり、偏光子 1 0 1を用いた偏波コンバータは、消光比の変動のトレランスよりも光パワーの変動のトレランスを大きくとれるような非線形信号処理において有効となる。図 1 3は、本発明に係る第 2実施形態の波長分割多重光再生システム 1 0 3 ( 以下、再生システム 1 03という）を示している。

再生システム 1 03は、分波装置 8と偏波コンバータ 1 3との間を延びる光路 1 2ぃ 1 2₂、 1 2₃、 ··· 1 2_n に光増幅器 1 05が介挿され、かつ、偏波コンバータ 1 3と光信号再生装置 1 5との間を延びる偏波保持型導波路 1 2 a、 1 2 b、 1 2 c、 ·'.1 2 nに可変分散補償器 1 0 7が介揷されている以外は、再生システム 1 (図 1参照）と同じ構成を有している。光増幅器 1 05は、分波装置 8と偏波コンバータ 1 3との間に配置され、分波装置 8から光路 1 2い 1 2₂、 1 2₃、 ··· 1 2_n を伝搬してきた信号光； Iい λ₂ 、 ₃、 ·'·λ_η を受光する。そして、光増幅器 105は信号光; Lいえいえい · •·λ_η を所定の強度へと増幅した後、光路 12い 12₂、 12₃、 ··· 12_ηへと出射させる。すなわち、光増幅器 105はそこに入射した信号光; Iいえい λ₃、 '"え。の強度を適宜増幅して出射し、そのことによって、例えば波長分割多重通信システムを伝搬してきた信号光えいえいぇ₃、 ··· λ_η の減衰が大きい場合であっても、その減衰を補償することができる。ただし、光増幅器 105を配置する位置は、分波装置 8と偏波コンバータ- 13 との間に限定されることはなく、分波装置 8と再生装置 15までの間のいずれの位置であってもよい。あるいは、光増幅器 105は分波装置 8の入射ポート 8 a 側に配置され、波長分割多重光に含まれた状態にて信号光えいぇ₂、 ₃、 "'λ _η を増幅してもよい。また、光増幅器 105による信号光の増幅率は、偏波コンバータ 13に含まれる検出部及び制御部によりフィードバック制御若しくはフィードフォヮ一ド制御してもよい。偏波コンバータ 13と再生装置 1 5との間には可変分散補償器 107が配置され、偏波コンバータ 13から出射した信号光 Lい λ₂、えい '··λ_η は、偏波保持型導波路 12 a、 12 b、 12 c --- l 2nを伝搬して可変分散補償器 107 に入射する。可変分散補償器 107は、伝送路を伝搬することで蓄積された伝送路の波長分散による信号光の波形歪みを補正した後、偏波保持型導波路 12 a、 12 b、 12 c ··· 12 nへと出射させる。なお、可変分散補償器 107を配置する位置は格段限定されることはなく、偏波コンバータ 13と再生装置 15との間の他、分波装置 8と光増幅器 105との間、光増幅器 1 0 5と偏波コンバータ 1 3との間、再生装置 1 5と合波装置 1 0 との間であってもよい。図 1 4は、本発明に係る第 3実施形態の波長多重分割光再生システム 1 0 9 ( 以下、再生システム 1 0 9という）を示している。再生システム 1 0 9は、偏波モード分散補償装置 1 1 0が、可変分散補償器 1 0 7と再生装置 1 5との間を延びる偏波保持型導波路 1 2 a、 1 2 b、 1 2 c、 · · · 1 2 nに介揷されている点が、図 1 3に示した再生システム 1 0 3と異なつている。この偏波モード分散補償装置 1 1 0は、伝送路中に局所的かつランダムに存在する複屈折が、偏波モードに伝搬速度差を与え信号光の時間波形を歪ませるという、偏波モード分散を補償する装置である。したがって、再生システム 1 0 9によれば、伝送路中の偏波モード分散による波形歪みが補償されるので、再生システム 1 0 9を出 #fした後における信号光若しくは波長分割多重光の伝送可能距離を延長することができる。図 1 5は、本発明に係る第 4実施形態の波長分割多重光再生システム 1 1 1 ( 以下、再生システム 1 1 1という）を示している。この再生システム 1 1 1は、合波装置が偏波インターリーバ機能を有する偏波インターリーバ 1 1 2であり、また、偏波インターリーバ 1 1 2の出射側に、偏波インターリーバ 1 1 2から出射した波長分割多重光の偏光状態を偏光変換するための偏波コンバータ 1 1 4が設置されている点において、再生システム 1 0 3 と異なっている。偏波インターリーバ 1 1 2は、互いに波長の異なる複数の信号光；い ₂、 λ ₃、 … L _nを合波する際に、波長において隣り合う信号光同士を、互いに偏光状態が直交するように合波する偏波ィンターリープ機能を有している。したがって、偏波インターリーバ 1 1 2により合波された波長分割多重光が同一の光路を伝搬した際には、波長において隣り合う信号光間、言い換えれば、隣り合うチヤンネル同士間での相互作用による信号光の劣化が抑制される。また、偏波コンバータ 1 1 4は、偏波コンバータ 1 1 4と、次の波長分割多重再生システム、もしくは、受信器との聞を延びる光伝送路（光ファイバ 6 ) において、波長分割多重光に対する偏波モード分散の影響が最小となる偏光状態へと、偏波インターリーバ 1 1 2の出射ポート 1 1 2 aから出射した波長分割多重光に偏光変換を施す。したがって、この再生システム 1 1 1によれば、この再生システム 1 1 1に入射した波長分割多重光を再生するのみでなく、波長分割多重光の偏光状態を再生システム 1 1 1から出射した後に、伝搬する光路に適した偏光状態とすることが可能である。例えば、再生システム 1 1 1は、次の波長分割多重再生システム若しくは受信器に入射するまでの間、波長分割多重光の劣化を抑制することができる。なお、この再生システム 1 1 1においては、光増幅器 1 0 5を、分波装置 8と偏波コンバータ 1 3との間ではなく、偏波コンバータ 1 3と再生装置 1 5との間を延びる偏波保持導波路 1 2 a、 1 2 b、 1 2 c、 · · · 1 2 nに介揷し、偏波コンバータ 1 3の検出部にて検出された信号光えいえいえい …； L _nの強度に基づき光増幅器 1 0 5をフィードフォワード制御している。この場合、再生装置 1 5に入射する信号光い ₂、 λ ₃、 … l _nの強度を一定にすることができるので、より一層再生装置 1 5による信号光えいぇ₂、 λ₃、 … の再生の程度を安定化することができる。図 1 6は、本発明に係る第 5実施形態の波長分割多重再生システム 1 1 6 (以下、再生システム 1 1 6という）を示している。この再生システム 1 1 6は、互いに接続された複数のサブシステム 1 1 6 a、 1 1 6 b, …を含んでいる。

各サブシステム 1 1 6 a、 1 1 6 b, …は、光路 1 2 の両端近傍、すなわち分波装置 8側及び合波装置 1 1 2側に、それぞれ、光スィツチ 1 1 ⁸ a、 1 1 8 b、 …及び 1 20 a、 1 20 b, …が介揷されている以外は、再生システム 1 1 1と同じ構成を有する。なお、図 1 6中、線の錯綜をさけるために各サブシステム 1 1 6 a、 1 1 6 b、 …における光路 1 2 以外の光路 1 2₂， 1 2₃， … 1 2n の記載を省略した。図 1 6に示したシステム 1 1 6においては、光スィツチ 1 1 8 aと 1 1 8 bとの間が光路 1 22で接続され、光スィツチ 1 20 aと 1 20 bとの間が光路 1 2 4で接続されている。したがって、各サブシステム 1 1 6 a、 1 1 6 b, …は、光路 1 2iもしくは偏波保持型導波路 1 2 aに少なくとも 1つの光スィツチが介揷されていることにより、自身の分波装置 8により分波された信号光ではなく、波長分割多重光通信システムの他の箇所から伝搬してきた信号光に対しても再生処理を施すことができる。そして、これら各サブシステム 1 1 6 a、 1 1 6 b, …を光路 1 22、 1 24 で接続することにより、再生システム 1 1 6は全体としてルータ機能を備えている。なお、光スィツチ 1 1 8 a、 1 1 8 b、 …ゝもしくは、光スィツチ 1 2 0 a、 1 2 0 bは、半導体光スィツチであるのが好ましい。再生システム 1 1 6の大型化を防止できるとともに、サブシステム 1 1 6 a、 1 1 6 b、 …間で光路を切換えるスイッチング速度を高めることができるからである。詳しくは、半導体光スィッチは、半導体材料に、異方性エッチング若しくは犠牲層ェツチング等のマイクロマシーユング技術を適用して形成された光スィツチであって、 Micro- Electro - Mechanical-System (以下、 MEM Sという）の一種である。本発明は、上記した実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能である。例えば、図 2の再生装置 1 5を半導体基板上に集積回路として形成することで、再生装置 1 5を一体ィ匕 ·小型化することができる。また、再生装置 1 5においては、波形再生装置、雑音除去装置及びクロック再生装置は、互いに同じ非線形光学効果を利用する場合には同一の機能を有することがあることから、これらのうちいずれか一つ又は二つを省くことが可能であり、もって再生装置 1 5を構成する装置の数を減少させることができる。以下に、本発明の再生装置（図 1参照）についてさらに詳述する。

図 1 7は、再生装置 2 0 0の一実施例を示す概念図である。この再生装置 2 0 0 は、 soliton converter 2 0 2、 pulse roller 2 0 4、 Kerr- shutter 2 0 6そして soliton pur ier 2 0 8が順に配置されて構成される。なお、再生システム 1 としては、図 1のようにこの再生装置 2 0 0の前段に偏波コンバータ 1 3を配置するのが望ましいが、偏波が保持される状況であればそれを要しない図 4 4のようなシステム形態でも構わない。はじめに、伝送によって劣化された光信号 2 1 0が soliton converter 2 0 2によって残留チヤープ除去とともに波形整形される。その後、 pulse roller 2 0 4 に入力され、そこでは波形整形された信号光が次段の Kerr- shutter 2 0 6に適した波形である矩形波に変換される。以上のような前処理の後、 Kerr- shutter 2 0 6を用いて信号光は波形再生されるだけでなく時間再生され得る。最後に、その再生された信号光をより高品質にする為に、 soliton purifier 2 0 8によってソリトン以外の成分、例えば光増幅に伴い発生する自然放出光などを除去する。この再生装置 2 0 0の各コンポーネントの動作は光非線形性に基づいている為に偏波依存性を有していることが多い。よって、図 4 5に示すように各コンポーネント 2 0 2、 2 0 4、 2 0 6、 2 0 8の入力側に必要に応じて偏波コントローラ 3 0 2や偏光子 3 0 4を配置するのが好ましい。なお、再生装置 2 0 0内において、偏波状態変化が小さい場合、これらは不要となる。また、図 4 6のように再生装置 2 0 0内の各コンポーネント 2◦ 2、 2 0 4、 2 0 6、 2 0 8のうち、少なくとも一つのコンポーネントを利用したシステムを構築してもよい。例えば、図 4 6に示すように、 device Aと、 our deviceとして酉己置れた soliton converte rと、 device Bとからなるシステムを構築させてもよい。システムの目的に応じて、 our d eviceを上述した各コンポーネント 2 0 2、 2 0 4、 2 0 6、 2 0 8から適宜選択し、この各コンポーネント 2 0 2、 2 0 4、 2 0 6、 2 0 8に対応する device

A、 device Bを配置させればよい。

以下では、この再生装置 2 0 0の各コンポーネントについて説明する。再生装置 2 0 0の初段は、 soliton converter 2 0 2である。なお、 soliton con verter 2 0 2の関連技術は、 Dany et al.、 Opt. Lett. , 25， p. 793， 2000や、 Ma tsumoto et al. , IEEE Photon. Technol. Lett. , 14, p. 319， 2002に記載されている。図 1 8は、 soliton converter 2 0 2の一構成例である。 soliton converter 2 0 2は、異常分散ファイバ（anomalous- dispersion fiber ： AD F ) 2 1 2と、光フィルタ（band- pass filter: BPF) 2 1 4とで構成される。入力された信号光は異常分散ファイバ伝搬に伴い異常分散性と非線形性の相互作用により soliton- likeなパルス列に変換される。更に、光フィルタ 2 1 4を通過することによって、光リミッタ機能が実現され、雑音除去も可能である。ただし、 AD F 2 1 2への入力光パワーがソリトン効果発生に不充分な場合は、図 1 8に示すように、 A D F 2 1 2の前段に光増幅器 2 1 6とそこで発生する自然放出光を除去する為の光フィルタ 2 1 8を配置させてもよい。なお、図 1 8に示した soliton converter 2 0 2の構成では、ソリトン伝搬におけるソリトン効果を介する入力雑音の増幅が問題となる場合がある（Kubota et al. , J. Opt. Soc. Am. B， 16， p. 2223, 1999) 。これは雑音を有するソリトンがフアイパ伝搬にぉレ、ては異常分散と非線形性の相互作用によって生じるパラメトリック利得を介して振幅 ·位相雑音が増幅される為である。これを抑圧する為には、 soliton converter 2 0 2において、 A D F 2 1 2のフアイパ長を短くすることが好ましい。 AD F 2 1 2のファイバ長が短くなると、雑音とソリトンが伝搬する距離が減少し、そのままそれらの相互作用の抑圧につながる。従って、 AD F 2 1 2の短尺化は波形整形に伴う雑音増幅の低減ィヒに有効である。なお、 AD F 2 1 2のファイバ長の詳細については後述する。これに反し、充分な波形整形機能の実現には、非線形効果が必須である。従って、非線形効果発生に必要なファイバ長（非線形長）以上のファイバ長が soliton converter 2 0 2に必要となる。また、公知文献（Deny et al. , Opt. Lett. , 25 ， p. 793, 2000) では soliton converterにはソリトン周期 z。以上のファイバ長が必要であることが示されている。ただし、は以下の式で与えられる。

【数 1】

₇ 一— _ 0_ T₀は入力パルスに対する強度がピークの 1/eとなる点の半値幅である。 ^は soli ton converterの分散値である。この soliton converter 202の性能のファイノく長依存性を実験的に明らかにする為、ソリトン周期で規格化したファイバ長（規格化ファイバ長： z) が異なる 3種類の光ファイバに対する soliton converter からの出力パルスの光信号雑音比（0SNR) とスペクトル線幅増大の入力パワー Pi _n依存性を測定した。その結果を図 20Aと図 20Bに示す。ただし、ソリトン次数 Nをその横軸にとった。 Nは/⁷ _inを基本ソリトン励起パワーで規格ィ匕した値の平方根であり、以下の式で与えられる。

【数 2】

なお、 γはファイバ非線形係数である。図 2 OAおよび図 20 Βからわかるように、規格化ファイバ長： zによらず、全ての soliton converterにおいて Nの増大に伴い 0SNRが劣化する。しかしながら、 ADF 212のファイバ長が、ソリトン周期の 2周期程度のファイバ長ではその劣化が小さいことが示されている。また、この soliton converterのみがスぺクトル線幅（Δ _υΖΔ υ_ίη) が増大しないことも示されている。以上の実験結果から、規格化ファイバ長 ζが 2以下の soliton converterが雑音増幅抑圧に有効であることが示された。なお、 z = 2以下の Nと OSNR、もしくは Nと Δ υ/厶 w_inの関係は、図 20A、図 20 Bの最上段と同じ結果が得られるため、図示は省略する。また、 soliton converter 202は再生装置 200の初段に配置される為、その入力パルスは残留分散によってチヤープを有する場合がある。信号光は、チヤ一プを有すると、パルスに変換される際、パルス幅が広がってしまうという問題が生じる。このため、 sol iton converter 2 0 2は、入力パルスが有するチヤープに対する性能も重要となる。これを検討する為、（ソリトンコンバータの前に） single- mode fiber (SMF) を伝搬させることによってチヤープが付加されたパルスを soliton converter 2 0 2に入力し、出力されたパルス波形を測定した。その出力パルスの自己相関波形幅厶 t_{A C}の入力パワー _n依存性を図 2 1に示す。図 2 1の左部は、出力光フィルタに入力する前のパルス幅を示し、図 2 1の右部は出力光フィルタから出力されたパルス幅である。図 2 1からわかるように、入力チヤ一プ量を増大させた（S M F長を増加させた ) 場合、 P_{i n}を増大させることにより、入力のチヤープ量（S M Fの長さ）にかかわらず A t_{A C}が減少する傾向が示されている。つまり、この実験結果を解釈すると、入力チヤープ依存性は ^ _n調整によつて補償することが可能ということである。これを直接的に実験によって確認した結果を図 2 2に示す。図 2 2の左部は、入力パルス波形を示し、図 2 2の中央部は、 P_{i n}調整を行った場合の soliton converterからの出力パルス波形を示し、図 2 2の右部は出カフィルタからの出力パルス波形を示している。図 2 2の左部のように、特性が異なるパルス列を soliton converterに入力しても、 _πを調整することにより、出力パルス波形は、同様なパルス波形が得られることが示されている。具体的な Pi _η の調節方法の一例としては、 sol iton converterの前に可変減衰器を配置し、光パワーを制御する手法が考えられる。本実施例の短尺 soliton converterにおける出力ソリトンの自己相関幅 A t_{A C}と、 0SNRの P_{i n}依存性を図 2 3に示す。上述したように、長尺型に比べて 0SNR劣化がある程度抑圧されている。その一方で、 A t_{A C}が極小となる P_{i n}においては 0SNRが著しく劣化してしまう。言い換えると、パルス圧縮と雑音増大にはトレードオフ関係がある。雑音抑圧とパルス圧縮を両立する手法が本発明の一つである圧縮器と波形整形器の組合せである（図 1 9 ) 。波形整形器の前にパルス圧縮器が配置される構成である。ここでは、波形整形器は前述の soliton converterだけでなく Mamyshev フィルタや NO LMなども含まれる。一般に、入力パルスピークパワーが高いほどファイバ非線形効果を基本とする波形整形器の性能は向上され得る。これを活用するのが本発明である。事前にパルス列を圧縮しピークパワーを増大させ波形整形器に入力する方式である。特に、これには低雑音性に優れる断熱圧縮方式を基本とする圧縮器が適している。この方式の実現には、ファイバ長手方向に分散値が減少するファイバ（分散減少ファイバ）や緩やかな利得を有するファイバ（例えばラマン増幅ファイバ）を用いる手法がある。また、前者ファイバを数種類のファイバの連結によって模倣するステップ状分散プロファイルを持つファイバ（SDPF) や櫛状分散プロフアイルを有するファイバ（CDPF) も提案されている。特に、 2種類のファイバの組合せで構成される CDPFは、作製が容易であるため好ましい。なお、光パルスの断熱圧縮は、光ソリトンが分散効果と非線形効果がつりあってできる定常パルスであり、どちらかの効果を増減させると、もう一方の効果がそれに追随するように、光パルスのパラメータが自動的に変化することを利用している。ここで、分散効果はファイバの分散値およびパルス幅の逆数の 2乗、そして非線形効果はファイバの非線形定数およびパルス電力に、それぞれ比例する。つまり、非線形効果が一定の状況で、ファイバの分散値を減少させると、それを補填するべくパルス幅の逆数の 2乗が大きくならなければならず、結果的にパルス幅が小さくなる。以上の原理にもとづくと、パルスの断熱圧縮を実現させるためには、上述したような、ファイバの分散値を長手方向に減少させる方法の他に、分布ラマン増幅器を用いる方法と、ファイバの非線形性を長手方向に増大させる方法が考えられる。前者の方法は、光パルスの電力が分布ラマン増幅によって伝搬中に大きくなるため、非線形効果が増加し、分散値と非線形定数が一定のファイバにおいては、分散効果がそれに追随するように、パルスの幅が小さくなる。一方、後者の方法は、分散値が一定で、非線形効果が長手方向に増加する（ファィパ損失によってパルス電力が減衰したとしても、ファイバ非線形定数が十分増加していて、電力と非線形定数の積が長手方向に増加すれば、結果的に非線形効果は増加する）ようなファイバにおいては、増大する非線形効果に追随するために、分散効果も大きくならねばならず、やはりパルスの幅が小さくなる。ファイバの非線形定数を増加させる方法は、長手方向に連続的に增加させる方法の他に、ステップ状に変化させる方法や、櫛形に非線形定数配置して近似する方法によっても実現できる。以上、ファイバ型波形整形器について記述してきたが、波形整形機能を実現するのはファイバのみとは限らなレ、。一般に、入出力特性において閾値と飽和特性を有する（これを可飽和吸収特性とよぶ）デバイスは、波形整形機能を有する。以下では、この可飽和吸収体に関して示す。全光再生中継（03R) やモード同期レーザにおいて、可飽和吸収特性を有するデバイスは不可欠である。従来、可飽和吸収体には、光ファイバの非線形性を用いたものもあるが、材料の可飽和吸収特性を直接応用したものとしては、半導体可飽和吸収鏡 (SESAM； semiconductor saturable absorber mirror) (S. Tsuda, W. H. Knox, E. A. de Souza, W. Y. Jan, and J. E. Cunningham, Low-loss in tracavity AlAsAlGaAs saturable Bragg reflector for femtosecond mode lock ing in solid-state lasers, " Opt. Lett. , Vol. 20, No. 12, pp. 1406 - 1408， June 15， 1995. ) やカーボンナノチューブ（CNT ; Carbon Nanotube) (S. Y. Set ， H. Yaguchi, Y. Tanaka, M. Jablonski, Y. Sakakibara, A. Rozhin, M. Toku moto, H. Kataura, Y. Achiba, K. Kikuchi, "Mode-locked fiber lasers base d on a saturable absorber incorporating carbon nanotubes, Postdeadlme papers, OFC2003, PD 44. , 2003) を用いたものが提案されている。しかしながら、上述した S E S AMの可飽和吸収体を利用する場合、所望の特性を得るためには、材料の可飽和吸収特性を最適化する必要があり、材料作製時における条件の安定性や再現性が難しいとレ、う問題がある。可飽和吸収特性は、 SESAMを利用する場合、可飽和吸収層周辺の組成、吸収スぺクトル、厚み、ブラッグ · ミラーと可飽和吸収層との相対位置関係などで決まる。特に、プラッグ · ミラーで反射する光が入射光とともに定在波を形成するため、トータルの光強度密度は、半導体深さ方向に対して分布を持つ。可飽和吸収層とこの光強度密度分布との相対関係は、同じ入射光強度に対しても異なる可飽和吸収特性を与える要因となる。 CNTの場合は、バンドギヤップゃ厚みが主な設計パラメータとなる。いずれの場合でも、所望の可飽和吸収特性を正確に実現することが難しく、 03Rやモード同期レーザなど、システムの構築において歩留まりや特性の制限がある。また、モード同期レーザでは、発振パルス特性が可飽和吸収特性によつて左右されるため、得られるパルス特性は、可飽和吸収体の選定により決定される。これは、モード同期レーザの歩留まりが悪くなるだけでなく、発振されるパルス特性の制限にもつながる。また、パルス発振するために必要な可飽和吸収特性と、より短パルス動作ならびに高エネルギー動作を実現するための可飽和吸収特性とは、原理的に異なるという問題もあり、パルスを発振するために、定常動作でのパルス特性を犠牲にせざるを得ないという問題が生じていた。これらの問題を解決するため、本発明の一実施例として、上述した可飽和吸収体は、可飽和吸収特性を可変構造とした。可飽和吸収特性が可変であれば、製造時に特性を調整し所望の特性を実現するよう工程を組むことができ、歩留まりを向上できる。また、システムとして敷設後でも可飽和吸収特性を調整することができれば、動作条件が外乱やシステム設定の変更等によつて変更となっても柔軟に対応することができる。また、モード同期レーザにおいて可飽和吸収特性が可変であれば、パルスを発振するときの可飽和吸収特性からパルス動作を保持したまま、さらに所望のパルス特性が得られるよう可飽和吸収特性を可変することも可能となり、従来難しかつたパルス発振と短パルス ·高エネルギー動作の両立が可能となる。以下、上述した内容を図で説明する。図 4 7に、典型的な可飽和吸収特性を示す。横軸は入力光強度であり、縦軸は出力光強度である。線形の場合と異なり、低入力光強度領域では閾値特性を有し、光入力光強度領域では、飽和特性を示すのが特徴である。可飽和吸収特性を可変にするということは、この曲線を自由に調整できることを意味する。さらに、詳述すると、この閾値飽和特性が一定の光強度に対して変えることができるようにするということである。つまり、図 4 7の曲線を図にあるように伸び縮みさせたり、傾きを変化させたりするということである。一般に、可飽和吸収体へ入射する光強度密度を可変にすれば、可飽和吸収特' I¹生を可変にすることが可能である。図 4 8にその系を示す。光ファイバ 3 0 6から出射した光を集光し、再びもう一方の光ファイバ 3 0 8に結合するまでの過程で、どの位置に可飽和吸収体 3 1 0を配置させるかによつて、可飽和吸収体 3 1 0に入射する光強度密度が異なる。図 4 8は、透過型であるが、図 4 9は、反射型の構造を示している。反射型の場合は、ビームウェイストが変化するように光学系を動かすことで同様の効果が得られる。 PC漏 3/0 また、 SESAMや CNTの可飽和吸収特性に面内分布を持たせることもできる。例えば、 SESAMでは、ブラッグ · ミラーと可飽和吸収層との位置関係を膜厚の面内分布を利用して面内で連続的に変化するように成形することができる。あるいは、ブラッグ · ミラーと可飽和吸収層の位置関係の変わりに、可飽和吸収層の組成や膜厚を面内で変化させることによって可飽和吸収特性に面内分布をもたせることもできる。 CNTでも、 fl莫厚に面内分布をもたせたり、製造時基板に温度勾配を持たせるなどして面内でパンドギャップをはじめ、 CNTの構造を変化させたりすることで、可飽和吸収特性に面内分布をもたせることもできる。このように、可飽和吸収特性に面内分布を有する可飽和吸収体 3 1 0を、図 5 0 のように空間結合系で結合する光ファイバ 3 0 6、 3 0 8間の光路に移動可能に配置させることで、可飽和吸収特性が可変のデバイスが実現できる。移動可能な方向は、縦、横、斜め、また光路に対し傾斜させる方向にしてもよレ、。いずれも、可飽和吸収体 3 1 0を通過する光路長を可変にするためである。なお、この可飽和吸収体の移動方向は、図 4 8の透過型、図 4 9の反射型においても同様の構造にすればよレ、。本発明をモード同期レーザに応用する際、パルスを発振する可飽和吸収特性から、図 4 7にある曲線を徐々に上方向へ伸ばすように調整することで、徐々に、パルス幅とエネルギーをそれぞれ、狭く大きくすることができる。これは、図 4 8 を例にすると、可飽和吸収体 3 1 0を徐々に中心 3 1 2からレンズ 3 1 6側に向かって移動することに対応する。なお、図 4 8では、中心 3 1 2よりレンズ 3 1 6側に可飽和吸収体 3 1 0を移動させたが、中心 3 1 2よりレンズ 3 1 4側に可飽和吸収体 3 1 0を移動させても、同様の効果が得られる。このように可飽和吸収体 3 1 0を移動させると、可飽和吸収体 3 1 0への入射光強度密度が小さくなるため、図 4 7では曲線が縦'横軸方向に伸びることに対応する。このことは、図 5 0のような構成の場合、可飽和吸収特性の弱い方へ可飽和吸収体 3 1 0を移動させると、同様の効果が得られる。弱い可飽和吸収特性とは、たとえば、 CNTを例にすると、 CNTの膜厚が薄いことに対応する。このような可変性は、製造時に可飽和吸収特性を調整するために用いても良いし、システム使用時に可変制御可能なデバイスとして応用しても良い。次に、時間再生装置である Kerr- shutter 2 0 6の実施例を図 2 4に示す。本実施例は O P L L (optical phase-locked loop) 2 2 0と光スィツチ部 2 2 2と力らなる。 O P L L 2 2 0は、光位相比較器 2 2 4と、光 L O発生器 2 2 6と、制御部 2 2 8とから構成される。

O P L L 2 2 0では、位相比較器 2 2 4によって外部から入力される信号光と光 L O信号光（以下、光 L Oと呼ぶ）の位相差を検出し、制御部 2 2 8ではその位相差に基づき光 L Oの繰返し周波数を調整する。その結果として、外部信号光と同期した光クロックパルス列が得られる。このクロックパルス列と外部信号光を光領域でスイッチングすることによって、時間再生された信号光が得られる。以下では、本発明各部の詳細を示す。上述したように、本実施例の O P L L 2 2 0は、光位相比較器 2 2 4と、光 L O 発生器 2 2 6と、制御部 2 2 8とから構成される。光位相比較器 2 2 4は、光フアイバから構成される FWM部 2 3 0と、光フィルタ 2 3 2と、受光部 2 3 4を基本構成としたものである。 FWM部 2 3 0は、非線形性光ファイバもしくは、図示されていないが P P L N (Periodically - poled LiN03)、 S O A (semi - conduc tive optical amplifier)等の FWMが行われる光学素子から構成される。

O P L L 2 2 0では、外部からの信号光と光 L Oを FWM部 2 3 0に入力することにより、新規に FWM光が発生する。この FWM光は、光フィルタ 2 3 2により抽出されフォトダイオード（photo - diode :PD) からなる受光部 2 3 4に受光される。受光部 2 3 4及び制御部 2 2 8では、この出力電気信号を位相差信号として認識し、この認識に基づき光 L Oの発振周波数（繰返し周波数に対応）を調整する。この結果、外部信号光に同期したクロックパルス列が得られる。なお、 FWM部 2 3 0において非線形性を充分に起こす（FWMを効率良く発生させる）為には、必要に応じて（図 2 4に示すように）、 EDFAや半導体光増幅器などの光増幅器 2 3 6及ぴ光フィルタ (図示せず）を FWM部 2 3 0の前段に配置させてもよい。なお、位相差信号を取得するためには、 FWM部に P P L N、 S O A等の FW Mが行われる光学素子を使用することが可能である。この場合、 O P L Lループ長がさらに短尺化され、 O P L Lの帯域がより大きくなる。さらに、外部信号光と光 L Oの位相関係を認識するために F WM部を P P L Nや非線形光学結晶に変え、第二次高調波発生光（S H G； Second-Harmonic Genera tion) の強度変化を利用しても良い。また、入力信号光の波長には感度を持たずより短波長の光に感度を持つ P Dに入射し、 P D内の二光子吸収により位相関係を光電流量に変換して検出しても良い。一方、光 L O発生器 2 2 6はビート光発生器 2 3 8から構成される。具体的には、 2つ以上の周波数成分を持つ一台以上の半導体レーザが好ましく、図 2 4では、その一例である 2台の半導体レーザ（laser diode : L D) から構成されるものを示した。ビート光発生器 2 3 8から出力された CW光は、光力プラ 2 4 0により合波することによってビート光が得られることになる。なお、ビート光の周波数は、ビート光発生器 2 3 8の少なくとも一方の駆動電流及び温度を調整することによって制御される。このビート光を光 L Oとして光位相比較器 2 2 4へ入力させるとともに、クロック信号として光スィツチ部 2 2 2にも入力される。また必要であれば、光スイツチ部 2 2 2に入力する前に、光ファイバ圧縮器 2 3 9によってビート光からソリトン列へ変換し事前に光スィツチ部 2 2 2に適した波形にク口ック信号波形を整形してもよい。クロック抽出において最も重要なのは、出力されるクロックパルス列のタイミングジッタ低減ィヒである。言い換えると、パルスの時間的位置の正確さである。本実施例においては、タイミングジッタを低減ィ匕する為に、以下の 3つの手法がなされている。一つ目は、 O P L L 2 2 0の —プ短尺化である。タイミングジッタは O P L L 2 2 0のループ長に相関があり、ジッタ抑圧にループ短尺化（ファイバ短尺化）が有効である。特に、本実施例では、位相比較器 2 2 4が FWMを基本とした構成となっているため、従来の N O LM型に比べ、よりループの短尺化を実現することができる。この結果、本実施例では、ジッタが抑圧されたクロックパルス列を得ることが可能となる。位相比較器 2 2 4の FWM部 2 3 0の光ファイバとしては、通常の伝送路用フアイバに比べて 5倍以上の非線形係数を有する高非線形ファイバ（highly- nonlinear fiber: HNLF) を採用することでも、ループ長（フ；長）の減少化が実現される。二つ目は、図 6 8におけるファイバ長 L_A__B[m]とファイバ長 L_A— _c[m]の長さをほぼ同じ長さにすることである。ファイバ長 L_A-_Bとは、分波器 Aと光スィッチ Bをダィレクトに接続したファイバの長さであり、ファイバ長 L_A— cとは、分波器 Aからク口ック抽出部、ファイバ圧縮器を介して光スィツチ Cに接続されたファイバの長さである。分波器 Aで分岐した信号が光スィツチ Bに到達するまでの時間て _A_B 、もしくはクロック抽出部、圧縮器を介して光スィッチ Cに到達するまでの時間 τ _Α— _cは、次のように記述される。 τ _Α— Βは（=L_A—_B/v) [s]、 T _{A c}は（=L_A__c/v) [s]である。ここで、 v[m/s]はファイバ中の光の速度である。図 6 8のファイバ圧縮器は、例えば数 kmの長さを必要とする。そのため分波器 Aと光スィッチ Bとの間に；長 L_A__c[m]と同程度の長さのファイバを付カ卩しなければ、光スィツチに到 07433 達する信号の時間差 i て _A__B -て _A__c|は、数となる。光スィッチにおける信号光と光 L0のビットレート差の上限は時間差に対して、 Δ ωく | S B+ 5 L | x | _T _A-B - て _A__c|で示される。ここで S B [H z] は信号のビットレートの線幅、 δ L [ H z] は、 LO出力光の周波数線幅、と記述される。よって、時間差 I τ_Α__Β- τ _A— _ciを小さくすることにより（言い換えると、ファイバ長差 |L_A— _B- L_A-_C|を小さくすることにより）、ビットレート差 Δ ωが小さくなり光スィッチを行うタイミングジッタを低減化できる。三つ目は、 LDペア駆動回路である。光 LO発生器 2 2 6では、 2台の LDを直列駆動することにより、駆動電流源に由来する L D波長揺らぎをキヤンセルすることが可能となる。実際に、この LD直列駆動による雑音抑圧効果を測定した結果を図 2 5に示す。図 2 5 Αは、 LDペアの独立駆動時のタイミングジッタ特性を示し、図 2 5 Bは、 LDペアの直列駆動時のタイミングジッタ特性を示すものである。独立駆動時に比べて直列駆動時のジッタが 1ノ1 0に低減されていることが示されている。 LDの直列駆動による雑音低減の理由は、二つの LDの駆動電流変化が等しい為である。この LDペア駆動回路の代わりに、カレントミラー回路を用いても同じ状況が実現される。図 24のように、一般に O P L L部 2 2 0と光スィツチ部 2 2 2が分離していて、光 LO発生器 2 2 6内の光パルス圧縮器 2 3 9は、長さ L(m)を持つ。入力した信号光が最初の分波器 24 1 (図 24の入力した信号光が O P L Lと光スイツチ部に分波される分波器）で分配された後、位相調整部 24 6を通過して光スィツチ部 2 2 2に到達する時間を τ ΐとし、 OP L L部 2 2 0で同期を取った後、光スィッチ部 2 2 2に同期信号が到達する時間をて 2とすると、て 1 とて 2は異なり、時間遅延 T_lag= I _τ 2— τ 1 I =n'L/cで表される。なお、 nはファイバの屈折率、 cは光速である。入力信号光の周波数 ω 1 ( t - τ 1) とクロック抽出後に光 LO発生器 2 2 6から出力されたビート光の周波数 ω 2 ( t— τ 2) は、一般的に異なる。光スィツチ部 22 2における入力信号光と、光 LO発生器 2 2 0307433

6で発生された同期信号との位相差 Δ φは、 Δ φ = 2 π (0) 2 ( t—て 2) — ω 1 ( t - τ 1) ) 'Thg^A co'Tlagと記述される。位相誤差 Δ φの許容値が 0. 05 (r a d) である時、 Δ c <0.05(n'c)パ 2 π L) (Hz)となる。一例としては、 L=1000(m)、 n=l.5の場合、周波数誤差 Δ ω <約 500Hzであれば、位相誤差が許容される。このように光パルス圧縮器 2 3 9の長さ Lに依存して光 LO発生器 2 2 6の出力ビート光の周波数線幅の許容量が決定される。次に、図 24と図 6 8を用いて、ループ長の最適化について説明する。なお、ここでいうループ長とは、図 6 8に示した光クロック抽出器（optical clock extractio n)内の光ファイバ長のことを示す。上述のように、ビットレート差を Δ ω、ループ長を！^。。 _ρ、 Vを光ファイバ中の光の速度、 L_A__Bを分波器 Αと光スィッチ Βとを接続したファイバの長さ、 nを光ファイバの屈折率、 Xを任意の数とすると、 L_L。。_pは、 ω (L_{Lo o p}) < v 'XZn ' L_A— _Bの関係が成り立つように決定されることが好ましい。つまり、本発明では、 FWM部 2 3 0として高非線形フアイパを用いたため、 L_L。。_Pが短くなる。この結果、 Δ ωも小さくなるため、タイミングジッタの低減化につながる。光スィツチ部 2 2 2は、 FWM部 24 2と、光フィルタ 244と位相調整部 24 6から構成される（図 24を参照）。位相調整部 24 6以外は、位相比較器 2 2 4と同様の構成である。光スィツチ部 2 2 2では、まず、信号光とク口ックパルス列を FWM部 24 2に入力する。 FWM部 24 2からの出力では時間再生された信号光が FWM光として発生する。その光波は光フィルタ 244によって入力光成分と分離され出力されるただし、クロックパルスと信号光は OP L L 2 20によって同期している（周波数は一致している）ものの、その位相を合わせる必要がある。その為に、信号光 PC謂細 33 もしくはクロックパルスの少なくとも一方の光パスに揷入された可変光遅延線 (

DL； delay line) 力^なる位相調整部 246によって位相が調整される。なお、位相調整部 246は遅延長が半固定であっても可変であっても良い。位相調整部 246が半固定である場合は環境の温度変化に対して必要とされる調整量が変化しないように、系全体の温度を一定に制御する必要がある。また、位相調整部 246が可変である場合、位相調整量は、出力パルスの一部を受光して得られる電気信号に基づき決定される。こでは、ファイバ型の FWM部 242について説明する。このファイバ型 FW M部では、パルスの光フアイバ伝搬に伴う分散及ぴ非線形効果による波形歪が生じる場合がある。これを抑圧する為には、入力パルス条件に適した波長（周波数 ) 配置とファイバ選択が重要となる。この抑圧方法について以下の（1) 〜（4 ) の順に説明する。ここでは、入力ポンプパルスの時間幅を At_p、スペクトル幅を厶 v_p、ピークパワーを/⁷ pとし、入力信号パルスの時間幅を At_s、スペクトル幅を A v _s、ピークパワーを^と表し（図 51参照）、周波数配置と使用するフアイパの設計を考える。

(1) FWMにおいては、 3光波のスペクトル成分が重ならないようにポンプ光と信号光の周波数間隔 Δ ν (離調量）を充分に確保する必要がある。この条件を以下の式で与える。

【数 3】

【0000】

(2) 上式で与えられる Δ Vに対する波長変換においては、少なくとも 2 Δ _ν以上の帯域が必要となる。一方で、 FWMにおけるファイバの帯域制限の要因には、 (a) 波長分散による位相不整合、（b) 偏波分散、（c) コヒーレンス劣化、が考えられる。要因（a ) に対しては、位相整合条件を満足する周波数配置にする、即ち、ポンプ波長とファイバのゼロ分散波長を一致させることによって回避可能である。また、一般に（c ) の要因は、（b ) の要因よりも影響が少ない。従って、通常の FWMでは（b ) 偏波分散による帯域制限が支配的となる。この帯域制限に対してはファイバの偏波保持ィ匕（S. Watanabe et al. , EC0C97, PD 7, 1998. ) が有効であるが、作製の困難さが問題である。この他の広帯域化手法としてはファイバ短尺化が有効である（0. Aso et al. , EL, vol. 36, p. 709， 2 000. ) 。それを示したのが図 5 2である。この図 5 2に示されたファイバ長と帯域の関係に基づき離調 Δ Vに必要な帯域を確保できるファイバ長 Δ Lを準備する

( 3 ) FWM発生に充分な非線形効果を得るためには、入力ポンプパルスに対する非線形長程度のファイバ長が必要である。これを以下の式で定量化する。【数 4】

ただし、上述したように FWM帯域を確保する為にには上限がある。従って、上式条件を満足させる為には y尸。の増大化が重要となる。その一方で、髙パワーパルスのファイバ伝搬では、非線形効果により自己位相変調（S P M) から生じるスペクトル波形歪が問題となる。これを抑圧する観点から、 S P Mによってポンプパルススぺクトルが双峰化する非線形位相シフトである 3 π /2 (アグラヮル著、「非線形ファイバ光学」、吉岡書店）以下に y尸に上限を設定する。

【数 5】

以上の二つの式からスぺクトル歪無く FWMを行う γ尸。の範囲が明らかになった ( 4 ) FWM伝搬では、入力ポンプパルスと信号光パルスに対する分散効果によつて、それら時間波形に歪みが生じる場合がある。これらを抑圧する為には、それらパルスに対する 2次 · 3次分散効果を低減化する必要がある。この条件は以下の式で与えられる。

【数 6】

L 1 L 1

<―, く―

Τ T 1

ム SQD ム TOD "

ここで、位相整合条件を満足する波長（周波数）配置では、入力ポンプ波長での 2次分散値は小さい。その為に、ポンプパルスに対しては 3次分散効果が支配的となり、これを抑圧する条件は以下の式で与えられる。

【数 7】 β 。 < 1.7628³ t_p Ρ—³

また、入力信号光パルス波長での 2次分散値は 2 π ^ 3 A Vによって与えられ、この抑圧条件は以下の式で与えられる。

【数 8】 _n 1.7628² At_s ²

β < ―

3 4π LAv 以上の（1 ) から（4 ) に記した数式により、時間波形歪の無い FWMに必要なファイバが設計される。その設計手順を図 5 3のフロー図にまとめる。次に、実際の FWMの実施例として、図 5 3の手順に基づき設計されたファイバを用いた F WM器を用いて 160GHzピコ秒パルス列の波長変換を実験した結果を示す。その実験系を図 5 4に示す。図 5 4の構成は、 1556nmの 160GHz、 2 psのパルス列と、 1540nmの CW光を 3 dBカプラによって合波し、 0. 2km長の低スロープ HNL Fに入力するものである。発生された FWM成分は、 2段構成の B P F (透過中心波長は 1572nm、半値幅 4. 5nm) によって抽出される。なお、ここで用いた HNLF の γと分散スロープはそれぞれ 24. 1/W/kmと 0. 014ps/nm2/kmである。これらは図 5 3に示された手順で決定されている。入力パルスと CWのパワーがそれぞれ 19dB mと 13dBmの時の HNLF入出力スぺクトル波形を図 5 5に示す。出力において 1572nm 付近と、 1524nm付近に FWM成分が発生しているのが示されている。この FWM パルスの自己相関波形を図 5 6に示す。比較の為に入力パルスの自己相関波形も示した。 FWM成分抽出に用いた 2段構成の B P Fによってパルス幅が 1 0 %程度増大しているものの、パルス時間波形歪み無く波長変換されていることが示されている。 2段構成の B P F通過後の FWMパワーは- 2 dBmであった。なお、図 5 4では、 B P Fを 2段構成としたが、入力パルスと CWの成分が十分に除去出来れば一段構成でも良く、さらには 3段構成、 4段構成 · ' · η段構成としても良い。また、図 5 4および図 5 5では、透過中心波長が 1572nmである Β Ρ Fを用い、 FWMにより長波長側に発生した 1572nm付近のみを出力パルスとして取り出したが、図示しないが、透過中心波長が 1524nmの B P Fを使用すれば、短波長側に発生した F WM成分を取り出せることは言うまでも無い。この実施例では、入力パルスとして、隣接パルス間の位相が逆相関係になっているキャリア抑圧されたパルス、レ、わゆる C S— R Zパルス（Carrier Suppressed Return - to - Zero) が用いられている点に注目する。まず、 FWMによって発生するパルス列の隣接パルス間の位相関係を考える。入力 CW光が FWMポンプとして機能した際、短波長側に発生する FWM変換光（本実施例では 1 5 2 4 n m付近の成分）は、隣接パルス間が逆位相となる C S -R Zパルス列である。一方で、入力パルス列が FWMポンプとして機能した際、長波長側に発生する FWM変換光（本実施例では 1 5 7 2 n m付近の成分）は、隣接パルス間が同位相関係の R Zパルス列である。この特性を用いることにより、 C S - R Zパルス列を R Z パルス列に変換することが可能となった。また、隣接パルス間の位相関係を保持したい場合は、入力パルスを FWMのポンプとして使用しなければよい。以上は、 FWMを用いた光スィッチ及び波長変換器について示したが、 FWM現象を用いる他の形態としては、波形整形機能を実現するデバイスも実現可能である。この構成を図 5 7に示し、現象については図 5 8に示す。構成要素自体は、図 5 4の実施例構成とほぼ同様である。異なるのは入力ポンプパワーを増大化させ、 SPMによるスペクトル広帯域ィヒを積極的に活用する点である。これに伴い、発生する FWMパルスのスペクトルも広帯域ィ匕される。加えて、入力信号光の入力パルスパワーを増大化させることにより、この非線形効果における相互位相変調効果の結果として、 FWMパルススぺクトルは更に拡大する。即ち、ポンプパワーが低い場合、 FWMパルスのスぺクトル幅は、ポンプパルスあるいは信号光パルスのそれと同程度であるが、ポンプパヮ一が高レ、場合では、 FWMパルススペクトルが広帯域化される。従って、適切な FWHMを有する B P Fを配置することによって、広帯域化されたスぺクトルがカツトされる為、非線形ロスを実現できる。従って、入力ポンプパワーと出力 FWMパワーの関係は図 5 9のようになり、閾値及び飽和特性が実現される。この結果、この FWMデバイスは波形整形機能を有する光スィツチを実現でき、これを用いれば 03Rが実現される。次に図 2 6 Aから図 2 6 Cを参照し、光受光部 2 3 4 (図 2 4参照）における位相誤差信号を認識する電子回路の構成を説明する。図 2 6 Aは、光受光部 2 3 4 の一構成例である。光受光部 2 3 4は、 Photo diode ( P D) と、 loop filterと、 L Dコントロール部とからなる。なお、 L Dコントロール部は、 L Dの駆動電流や、温度を制御する機構である。図 2 6 Aの光受光部 2 3 4では、位相比較部 2 2 4での出力光を P Dで受光した後、その低周波信号成分を loop filterで揷出する。この出力電気信号に基づき、 LD駆動電流を制御することによって、ビート光発生部の LD出力波長、すなわちビート周波数をコントロールする。図 26Bは、図 26 Aの変形例であり、 2台の PDと、加算器と、 loop filte rと、 LDコントローラとから構成される。図 26 Bでは、位相比較部での出力光だけでなく、信号光パルスの光パワーを 2台の PDで受光し、それらの出力差を loop filterに入力する。これによつて、信号光パルスと光 L Oの位相ズレに基づく位相差信号の変化の消光比が向上される。図 26 Bの光受光部の構成では、より高感度となる。図 26Cは、図 26 Aの更なる変形例であり、 PDと、乗算器と、 loop filte rと、加算器と、 LDコントローラと、参照信号発生器とから構成される。光スィツチ出力を PDで受光した後に、参照信号と乗算した電気信号の低周波成分を loop filterによって揷出する。さらに、それと参照信号の差に基づき L Dをコントロールする。図 26 Cの光受光部の構成では、より効率的に位相比較部での出力光パワー最大値のボイントを見出すことができる。図 60 Aは、位相比較部 224の変形例であり、 FWM部に光ファイバを用いずに位相差を検出するための構成例である。 FWM光発生素子 500としては、 S OAや PPLNなどが利用できる。また、 FWM光発生素子 500の代わりに、 SHG発生素子として、 PPLNや非線形光学結晶なども利用することが可能で. ある。また、図 60 Bに示されるように PDを S i PD (シリコンフォトダイォ一ド）に置き換え二光子吸収により位相差を検出することも可能である。また、上述の光時間再生システムの位相比較部 224と光スィツチ部 222の F WMファイバを融合ィヒさせることも可能である。その構成を図 27に示す。光位相比較器と光スィツチ部が共通の FWM部 250と光 LO発生部 252から成る。各部要素は前述の図 24と同様である。入力信号光と光 LOを FWM部 250 に入力し、そこで発生する FWM光を光フィルタ 2 5 4で抽出する。その FWM 光を位相誤差信号として光 L O周波数コントロール部に入力すると共に、クロックパルス列として出力する。以上、光再生システムに必要最低限のコンポーネントに関して記述した。更に、本発明の再生装置 2 0 0 (図 1 7参照）では、その性能を向上させる為に pulse rollerと soliton purifierを用いる。以下ではそれらの実施形態例を紹介する。 pulse roller 2 0 4の一実施例を図 2 8に示す。信号光パルスを pulse rollerフアイバ 2 6 0に入力する構成である。その pulse rollerファイバ 2 6 0における正常分散个生と非線形効果の相互作用によつて入力された信号光は矩形化される。非線形効果がパルススぺクトルを広帯域ィヒさせ、加えて正常分散効果によってパルス時間波形が矩形化される。

ここで、パルス矩形化について、図 4 1 A〜D及び図 4 2を参照して説明する。図 4 1 Aのパルスが正常分散ファイバを伝搬する際、矩形パルスへ変形するが、この際、正常分散の効果と非線形効果 (Kerr効果)の相互作用が不可欠である。つまり非線形効果によって、図 4 2の下部のようなアップチヤープが生じ、正常分散の効果で低い周波数成分が速く、高レ、周波数成分が遅く伝搬する。この結果、図 4 1 Bのような形に変形する。

詳しく述べると、図 4 2に示すように、パルス強度の変曲点に相当する 1\ と T ₂ の間では、線形アップチヤープによって、正常分散の効果でパルスが線形的に広がる。なお、 T。はパルスの中心位置である。一方、 Τ _χ < 1\ および Τ _χ > Τ ₂ では（Τ _χ とは任意の時間）、ダウンチヤープとなっているため、パルス先端部では先端ほど（| τ |が大きいほど）ゆつくり、後端部では後端ほど（| τ Iが大きいほど)速く伝搬する。つまり時間 τ\ および τ ₂ の部分にエネルギーが集まり、パルス強度は時間に対して急峻に変化するようになる。その急峻さは、 τ\ および τ ₂ における瞬時周波数の最大値に比例する。本発明では高効率な矩形化現象を起こす為に、 pulse rollerファイバ 260として正常分散: t冒大ファイノく (normal— dispersion— increasing fiber: ND I F) ¾r 用いている。この ND I Fの分散プロファイルを図 29 Aに示す。図 29 Aから図 2 9 Cの縦軸は、すべて負の分散値 [ps/nm/km]を表しており、座標が上に行くほど分散値は 0に近くなる。図 29 Aに示すように、 ND I Fの入力側では低分散値を有する為に、相対的に非線形効果が支配的となる。一方、 ND I Fの出力側は、高分散値を有する為に、正常分散効果が支配的となる。従って、 ND I Fの入力側において、パルスは充分にスペクトル広帯域ィヒされる。そして、 ND I Fの出力側において、パルスは強正常分散効果によってそのパルス時間波形が効率良く矩形化される。この結果、 pulse rollerファイバ 260 (光ファイバ： ND I F) の短尺化が可能となる。これは、非線形長 L_NLと分散長 L_Dを用いて定量的に示すと、入力端では L_D»L_NI_であり、出力端では L_D《Lj ^と設計されている。ただし、分散長は、 L_D = ToV I β 2 Iで表される。 Toと j3₂は入力パルス時間幅と分散値を表す。また、 L_NL = 1/Y Poである。 yと P。は非線形係数と入力ピークパワーである。さらに、 ND I Fを採用することにより、図 4 1 Cのように、頭頂部が完全に平坦な矩形パルスを作り出すことができる。これは、 L_D》L_NLである領域において、パルスはアップチヤープされたスーパーガウシアン型パルスへと変形され、次いで L_D《L_NLなる領域において、正常分散効果によってパルスを線形的に広げることができるためである。アップチヤープされたス一バーガゥシァン型パルスは、正常分散が作用する線形伝送路を伝搬する場合、頭頂部が完全に平坦となる事実は、理論計算により確認できる。以下では、 ND I Fの詳細な原理について説明する。従来のように、 pulse rollerに分散値が一定のファイバを使用する場合、非線形効果を発生させるために大きな入力パワーと、分散効果を発生させるためにある程度大きな分散値の両方が必要だった。この理由は、分散値が低い場合、非線形効果によってアップチヤープは生じても、分散の効果が小さいために、波形が矩形に変化しないためである。一方、分散値が大きい場合、非線形効果によって生じたアップチヤープを持つ成分が、分散の効果ですぐに拡散してしまい、さらにピークパヮ一が小さくなることからチヤープが蓄積されないままパルスが伝搬することになる。 - この結果、図 4 1 Bのようにパルスの立ち上がりは鈍く、頭頂部はもとの図 4 1 Aに示したパルスの立ち上がりとは本質的に変わらず、上に凸なものとなる。ノルスの立ち上がりの急峻さは、スぺクトルに含まれる高周波成分に依存するため、立ち上がりが鈍いという事実は、十分な非線形効果による高周波成分の発生がなされていないことにも対応する。上述内容から効率的にパルスを矩形化するためには、まず分散の影響があまりない状態において、非線形効果によるアップチヤープを十分に蓄積した上で、その後大きな分散効果によってパルスを変形させればよい。そのような状況は、長さ方向に対して正常分散値を増大させるような光ファイバを用いれば実現できる。より詳細に述べると、まず光ファイバの入射端では、パルスの入射電力に対応する非線形距離が、入射パルスの幅と分散値に対応する分散距離よりも、十分短いように設計する。この結果、分散の効果よりも非線形効果が支配的になり、伝搬初期に十分に大きなアップチヤープが蓄積される。さらに光ファイバの出射端では、分散距離が非線形距離よりも短く、分散効果が支配的となるように設計する。すでに非線形効果によって高周波成分が発生しているため、パルスの立ち上がりは急峻なものとなる。一方、そのときのパルスは大きなアップチヤープを持つス一パーガゥシァン型関数で近似できる。そのよう 03 07433 なパルスは、正常分散の効果が支配的なファイバを伝搬する際、図 4 1 Cのようにパルス中心部が上に凸から下に凸の関数になること力簡単な計算によって確認できる。図 4 1 Bから図 4 1 Cの状態に変形する途中でパルスを出力させることにより、図 4 1 Dのように頭頂部がほぼ平らな矩形パルスを作り出すことができる。上述したように、ファイバ入射端においては非線形効果が支配的で、出射端においては分散効果が支配的であるような状況は、（正常）分散値を長手方向に増大させる方法の他に、分散値が一定で、非線形定数を長手方向に減少させる手法がある。なお、ファイバの非線形定数を減少させる場合、長手方向に連続的に減少させる以外は、ステップ状のプロファイルを持つように特性を変化させる手法や、櫛形にプロファイルを持つように特性が変化するように非線形定数が制御されていれば良い。次に pulse roller 2 0 4の他実施例について説明する。図 2 9 Bおよび図 2 9 C は、図 2 9 Aの他実施例である。 N D I F (図 2 9 A参照）の代替として、分散値 ·非線形係数が異なる 2種類以上の光ファイバを組合せた分散マネージメント光ファイバ 2 6 0 (ステップ型およぴ櫛型分散プロファイルファイバ）を用いた pulse roller 2 0 4である。図 2 9 Bおよび図 2 9 Cのファイバの内、いずれかを有する pulse roller 2 0 4 も図 2 9 Aの pulse rollerファイバ 2 6 0を有するものと同様の作用 ·効果を有する。つまり、いずれの pulse roller 2 0 4も、入力端側の部分では非線形効果の作用が支配的であり、出力端側の部分では分散効果の作用が支配的である。図 2 9 B、図 2 9 Cに示す pulse roller 2 0 4は、 pulse rollerフアイバ 2 6 0 力非線形効果が支配的となる光ファイバと、分散効果が支配的な光ファイバとを順に配置させた組合せである。次に、 pulse rollerファイバ 260が 2種の光ファイバから構成される pulse ro Her 204を用いたパルス矩形化の一実験構成例を図 30 Aに示す。 160GHz 繰返しの 2 psパルス列を pulse rollerファイバ 260に入力する構成である。この pulse rollerファイバ 260の分散プロファイルを図 30 Bに示す。図 30 B は、横軸が光ファイバの長さであり、縦軸が分散値である。なお、図 30Bに示す pulse rollerファイバは、 HN L Fと ND Fとから構成され、 HNLFの長さが 200m、分散値が D =— 0. 7ps/nm/kmであり、 NDFの長さが 80m、 D =— 7. 5ps/nm/kmである。ここでは、非線形効果が支配的となる光ファイバに高非線形ファイバ（highly-n onlinear fiber: HNLF) を用いている。 HNLFは、伝送路用ファイバが持つ非線形定数以上のそれを有する光ファイバである。この HNLFを用いることによって、光ファイバの短尺化が可能となる。なお、 HNLFを用いる場合は、図 29 A〜図 29 Cのような ND I Fを用いずに一定分散値としても、通常のファィバを用いた場合と比較して、短尺化が可能である。次に、図 30Bの pulse rollerファイバにおける 2psパルス伝搬シミュレーションの結果を図 31に示す。実線が出力パルスの実時間波形であり、それに対応する自己相関波形が破線で示されている。 P。は入力ピークパワーである。 P。=23.5d Bmにお、て実線で示された出力パルス波形が矩形化されていることが示されている。その時の自己相関波形（破線）は三角状となる。これらに対して、白丸が自己相関波形の実験結果である。実験では 160GHzパルス列を用いている為に、パルス裾部分のパルス重なりが生じる領域では白丸と破線の乖離が大きいものの、パルス中心部分では両者が良く一致することが示されている。従って、実験でもシミュレーションと同様に P。 =23.5dBmにおいて実線で示された矩形化パルスが得られていると考える。上述した pulse roller 2 0 4を光スィツチ部（図 2 4を参照）の前段に配置することによって、時間再生装置 '時間分割装置の高性能化が実現可能である。つまり、図 2 4を参照すると、第一の力ブラと光スィッチ部の間、もしくは光 L O発生器と光スィッチ部の間に配置されることになる。その一実施例を図 3 2に示す

図 3 2では、上述した pulse roller 2 0 4は、光スィツチ部 2 2 2の前段に配置され、外部信号光あるいはクロックパルスを pulse roller 2 0 4によって矩形化した後、光スィッチ部 2 2 2にて光スィッチする構成である。なお、この場合、光スィッチ部 2 2 2の構成は、図 2 4に示したような FWM構造に限定されず、 N O LM型、 S O A (semi-conductive optical amplifier)型としても良い。一方のパルスが矩形化されている為、外部信号光のタイミングジッタによる両者の相対時間位置ズレからの強度揺らぎへの変換が抑圧される。この原理は前述（図 3 9 ) した通りである。矩形化パルスの平坦幅がこの抑圧範囲に相当する。ここでは前述の pulse roller 2 0 4と O P L L 2 2 0を組合せたクロック抽出器の実施例を記述する。その構成を図 3 3に示す。 pulse roller 2 0 4と図 2 4内のクロック抽出器から成る。信号光パルスは pulse roller 2 0 4によって矩形化された後に、その矩形化パルスと光 L Oを FWM部に入力する。そこで発生する FWM光を受光部で電気信号に変換する。本発明の一つの特徴は、この FWM光を誤差信号と認識する方式に pulse rollerの出力パルス特 1"生を利用する点である。図 2 4に示す光スィッチ部では、入力信号光と光 L Oのピーク値の設定が重要となる。光スィツチ出力の平均パワーの変化から入力信号光と光 L Oの位相差を検出する為には、両者のピークの時間位置をズラす必要がある。図 2 4に示す光スィツチ部において、図 2 6に示した光受光部を使用する場合、光の平均強度を利用して位相検出を行うため、光スィツチ部と光 L Oの光信号のピークの時間位置を等しくする必要がある。このため、図 2 4に示した光スイツチ部は、 O P L Lと別々に動作させる必要がある。また、周波数変調が加えられた光 L Oからの出力光により位相検出を行う方法は、入力パルスピークと光 L Oからの出力光の強度ピークが平均的には一致するが、各パルスのピーク同士の時間差は変調周波数で変化する。さらに、光 L Oからの出力光は、周波数変調が加えられているため、複数回、光再生を行うたぴにタィミングジッタが積算される場合がある。これらに対し、図 3 5 Aおよぴ図 3 5 Bに示す光受光部では、 FWM光のスぺクトルによる位相検出は、平均値処理でありながらピーク値が一致する。そのため、光スィツチ部と O P L Lの両方の機能を一度に行うことができる。典型的な pulse roller出力パルスの時間波形とチヤープ（瞬時周波数の時間変化 ) 特性をそれぞれ図 3 4 A、 3 4 Bの最上部に示す。一般に、正常分散と非線形効果の相互作用によって矩形化されるパルスには線形チヤープが蓄積される。このパルスと変換限界パルス（図 3 4 A、図 3 4 Bの中央部）から発生する FWM 光も線形チヤープを有する。この FWMパルス特性を図 3 4 A、図 3 4 Bの最下部に示す。矩形パルスが線形チャープを有する為に、入力パルス間の時間ズレが出力 F WM 光の周波数ズレに変換される。よって、この FWM光の周波数ズレをモニタリングすることで入力パルス間の位相差を認識できる。 FWM光から位相差を認識する光受光部を図 3 5 A、図 3 5 Bに示す。この光受光部は、図 3 5 Aに示すように、分波器 2 6 2と、 2つ以上の光フィルタ 2 6 4 (図 3 5 Aでは 3つ配置）と各フィルタ出力光パワー比較器 2 6 6とから構成される。この分波器 2 6 2と複数の光フィルタ 2 6 4の変わりに、図示しないが、 AWG (arrayed waveguide) を用いることも可能である。この光受光部では、まず FWM光を分波器 2 6 2で 3分波し、各光波を異なる透過周波数を有する光フィルタ 2 6 4に入力する。各フィルタ出力パワーの差は F WM光の周波数ズレ、即ち光位相比較器入力パルス間の時間ズレ、に対応する。従って、このパワー差のモニタリングによってパルス間の時間位置ズレを認識することができ、これに基づき光 L Oの周波数を調整する。なお、図 3 5 Bは図 3 5 Aに示した光受光部の他実施例であり、グレーティングと P Dからなる。図 3 5 Bの光受光部は、図 3 5 Aと同様の効果を有する。矩形化パルスを用いた OPLL動作の応用として、図 6 1に示すようにパルス振幅を時間的に変化させ、時間位置のずれを強度ずれとして検出することによる OPLL動作も可能である。図 6 1のように、矩形パルスの振幅を時間的に変化させる方法としては、利得ピークとなる位相を矩形パルスの中心から少しずらした、同期変調を行うなどの方法が考えられる。図 3 2で述べたような、 pulse roller 2 0 4と optical switch 2 2 2の糸且み合わせは、図 1 7に述べたような再生装置 2 0 0としてのみではなく、高品質な繰り返し特性を持つ、 0TDM信号発生器にも、応用可能である。図 6 2は、 0TDM信号発生器の全体図を示している。繰り返し周波数が Nrf [GHz]のパルス光源 6 0 4は、繰り返し特性が非常によく、情報が載せられていない。一方、パルス光源 6 0 6は、繰り返し周波数が f [GHz]であり、 Nチャネルの光時分割が可能なほど時間幅が圧縮されており、さらに f [Gbit/s]のデータ変調が行わ P T/JP03/07433 れているものとする。パルス光源 6 0 4および N個のパルス光源 6 0 6は、すべて発生した電気クロック信号 6 0 2と同期が取れているものとする。なお、図 6 2では、パルス光源 6 0 4とパルス光源 6 0 6を同期させるために電気クロック信号 6 0 2を利用したが、これに限定されない。例えば、ビート光などの光信号を利用することができる。

N個のパルス光源 6 0 6から発生された情報信号は、光時分割多重器 6 0 8で時分割多重化される。パルス光源 6 0 6と光時分割多重器 6 0 8の組み合わせは、従来用いられているものであるが、一般にタイミングジッタを持つなど、繰り返し特性が極めて高いとは言えない。光時分割多重器 6 0 8で多重化された信号は、矩形化器 6 1 0で矩形化される。一方、パルス光源 6 0 4で発生された光信号は遅延線 6 1 2によって、矩形化器 6 1 0の出力信号と時間的な位置を合わせられ、合波器 6 1 4で合波された後、パルススィツチ 6 1 6によって、 0TDMされた論理信号のみがパルス発生器 6 0 4 で発生された光パルスにコピーされ、その結果繰り返し特性がパルス発生器 6 0 4で得られたパルスと同等の、高品質なものが得られる。遅延線 6 1 2は矩形化器 6 1 0の前後に配置してもよいし、光時分割多重器 6 0 8内に組み込んでもよい。また、矩形化器 6 1 0での効率を上げるため、その前にソリトンコンバータが揷入されていてもよい。次に、本実施例の雑音除去装置である soliton purifier 2 0 8を図 3 6 Aに示す。ソリトンファイバ 2 7 2が 2台の光フィルタ 2 7 0、 2 7 4の間に配置される構成である。まず、 soliton purifier 2 0 8の動作を簡単に述べる。まず、 BPF 2 7 0によつて信号帯域以外の帯域の雑音を除去し、次いでソリトンファイバ 2 7 2中のラマン自己周波数シフト現象を用い、信号スぺクトルを BPF270の帯域以上の量を周波数軸上でシフトさせる。このとき、元の信号帯域に存在していた雑音は周波数シフトせず、ソリトンと雑音の分離が可能である。最後に BPF274で再び信号帯域外の雑音を除去する。結果的に信号の雑音が大きく低減される。 soliton purifier 208に入力される光信号パルスは、入力側光フィルタ 270 によって信号光帯域外の雑音が除去される。その後、異常分散性を持つソリトンファイバ 272に入力される。このソリトンファイバ 272では、ソリトンが帯域内において、誘導ラマン散乱による利得の傾き（以後利得スロープと呼ぶ）を感じるように制御されている点が重要である。この利得ス口ープの存在の結果として、ソリトンが波長シフトする。この現象は、ソリトンのラマン自己周波数シフトとして知られている現象である（Mitschke et al. , Opt. Lett. , vol.11, .659(1986).および Gordon, Opt. Lett. , vol.11, p.662 (1986). ) 。波長シフトしたソリトンは出力側光フィルタ 274によって抽出される。ここで本発明の特徴は、ソリトンの波長シフトを効率良く実現する為に利得ス口ープが制御されている点である。本実施例では、以下の 2つの手法が成されている。一つ目の手法は、ソリトンファイバとして HNLFを活用した点である（図 36B) ) 。ファイバにソリトンが伝搬すると、ソリトン自身がポンプとなり低周波側にラマン利得を形成させる。その利得スロープをソリトン自身が感じたことによつて、ソリトンの中心周波数が低周波側にシフトする。この現象がソリトン自己周波数シフト（soliton self- frequency sldft: SSFS) である。一般的な、 H NLFにおけるラマン利得を図 37 Aに示す。比較の為に SMFのラマン利得も示す。

HNLFは、 SMFに比べて大きな利得スロープを有する為、ファイバ長が短くても S S F S効果が増強され得る。従って、 HN L Fを使用することにより、フアイバを短尺化することが可能となり、その結果としてファイバ損失が低減されるだけでなく、ソリトン間の相互作用も抑圧され得る。二つ目の手法は、外部ポンプ光によってラマン増幅する点である（図 3 6 C) 。図 3 6 Cでは、ポンプ光発生器の配置を前方と後方とした。このポンプ光発生器の配置は、前方 ·後方のいずれ、もしくは両方でも構わない。この構成の soliton purifierは、外部ポンプ光による増幅調整を通じて S S F S 効果のコントロールを行うものである。図 6 3は、ラマン増幅器による增幅利得と、ソリトンのスぺクトルの関係を、周波数軸上で記述したものである。ポンプ光の周波数を v pとすると、ラマン增幅利得は約 v p - 13THzでピーク値をとる。一方、周波数に対する利得のスロープが最大となるのは、約 v p- ΙΟΤΗζなる周波数であるが、ソリトンの中心周波数 v sをこの値に設定することで、 SSFSの効果が最大限に増強される。また、 SSFSによってシフトさせたい周波数の量を Δ Vとおくと、 V s— Δ V = v p - 13THZと設定することで、ソリトンの周波数シフト量を制限することができる。単位伝搬距離に対する、ソリトンの自己周波数シフトの量は、パルス幅の 4乗に逆比例することが知られている。そこで、 soliton purifier 2 0 8の前段にパルス圧縮器を揷入してパルスを圧縮することで、より効率的に周波数シフトを実現させることができる。図 3 6 Cのように前方および後方励起ラマン増幅を行う際に、光電力が伝搬距離に対してゆるやかに増加し、断熱ソリトン圧縮が実現できるように設計することで、パルスは伝搬中に圧縮され、やはり効率的に周波数シフトさせることができる。繰り返し特性のよい光ソリトン列を用いた全光非線形信号処理を考えた場合、信号帯域付近の雑音が増幅されることが問題となる。図 6 7は、繰り返し周波数が 160GHzで、パルスの半値幅が lpsである光ソリトン列が、 2 kmの HNLFを伝搬するときの入力および出力スペクトルを表し、実験により得られたものである。図 6 7からわかるように、中心周波数付近の雑音が増幅されている様子がわかる。使用した HNLFの分散値は、図 6 9に示すように、約 3. 5ps/nm/kmから約 1. 8ps/nm/kra へと連続的に減少していて、非線形性は 21. 8Ψ-½Γ 損失は ldB/kmである。図 6 9において、直線 ( a ) は、測定で得られた分散値を直線近似したもので、分散値 D [ps/nm/km] と距離 z [km] 力 D =3. 5 - 0. 9 zの式で表せる関係にある。一方、曲線（b ) は、 D =3· 25 X 10-°· の式で表せる関数であり、 Dの値が減少する割合は、 l d B/ k mである。つまり、図 6 9から、ファイバの分散値は長さに対してほぼ直線的に減少しているが、距離が短いために指数関数でも近似することができ、その際の減少の割合は 1 d B / k mであり、ファイバの損失値の減少する割合である 1 d B / k mと一致しているとみなせる。伝搬距離に対して、ファイバ損失による光電力の減衰量と、分散値の減衰量がつりあつている場合、伝送系は無損失と等価であるとみなすことが出来るため（K. Tajima, "Compe nsation of soliton broadening in nonlinear optical fibers with loss, Op t. Lett. , vol. 12, pp. 54-56， 1987. ) 、このファイバでは基本ソリトンが 1. 6 kmの実効距離にわたって、無損失でファイバを伝搬していることと等価である。図 6 7における雑音増幅は、繰り返し特性の極めて高い光パルス列の離散スぺクトルによる、パラメトリックプロセスに起因するものである。 Duty比（=パルスの半値幅 ÷パルス間隔）が大きい場合（0 . 2以上）、光ソリトン列は無損失で伝搬されるため、増幅された雑音のピーク利得は、 Duty比と伝搬距離のみで決定される。図 6 4は、雑音増幅のピーク利得を、ビットレートと伝搬距離に対して数値計算により求めたものであり、パルス幅 lpsのソリトン列が、雑音とともにファイバ (分散値 3 [_PS/nra/km]、非線形定数 20 [l/km/W] ) を伝搬することを想定している。この場合の分散距離は 0. 1kmと計算され、図中の距離 Lは、分散距離に対する比 Zに変換され、雑音増幅利得は Duty比と Zのみで決定される。例えば、繰り返し周波数を 1 6 O GH z (duty比 0. 16) とし、そのときの雑音増幅を 1 5 d B以下に抑えたい場合、ソリトンが伝搬可能な最大距離は、図 6 4より 0. 5km, すなわち分散距離の 5倍までと判断できる。雑音増幅利得が Duty比と分散距離で規格化された距離の二つで決定されるという事実は、任意の物理スケールおよび、初期ソリトン電力に対して微小とみなせる任意の初期雑音電力の場合において真である。一方、 duty比が大きくなると、雑音増幅の様子は、ソリトン列の隣接パルス間位相差に依存する。図 6 5は、ファイバとパルスについて前項と同様のパラメータであり、繰り返し周波数を 3 2 O GHz, 伝搬距離を 1 k mとおいた場合の出力パルス列のスペクトルを数値計算によって算出したものである。明らかに、同相パルス列よりも、隣接パルス間位相差が πである CS-RZパルス列の方が、雑音増幅が抑圧されているのがわかる。したがって、繰り返し特性がよいソリトン列を伝搬させることを考える場合、 C S - RZ列を採用すると、雑音増幅が抑圧されることがわかる。なお図 6 5の計算結果は、入力パルス列として繰り返し周波数が 160GHz、パルス幅を 2 psとし、伝搬距離を 4kmとした場合についても、同様の結果が得られる。以上、再生装置の詳細を示してきた。上述したように、これらは、主に光フアイパの非線形効果が活用されるデバイス及ぴそれらの組合せである。一般に、光非線形効果は入力光偏波に依存する為、このようなデバイスに使用するファイバの偏波保持ィ匕によってデバイスの高性能化、および高安定化が図られる。その一形態を図 6 6に示す。ポラライザ 7 0 2と偏波保持ファイバ（PMF) 7 0 4とからなる構成である。入力光はポラライザ 7 0 2によって単一偏波成分のみが通過し、 PMF 7 0 4に入力される。ボラライザ 7 0 2の通過偏波は、 PMF 7 0 4に対して最適化されている。ボラライザ 7 0 2でのロスを低減化する為、ボラライザ 7 0 2の前に偏波コントローラ 7 0 6を配置し、その偏波コントローラ 7 0 6によって入力光偏波状態を最適化するのが好ましい。以上のような非線形デバイスの PMの適正化は、性能向上をもたらすだけでなくデバイスの小型化にも有効である。 P F 7 0 4は、ファイバ曲げ誘起のロスゃ複屈折の影響が小さい為、ファイバを卷くボビンの径の低減化が可能となる。ボビン小型化の結果としてデバイス寸法も小型化される。したがって、本発明の波長分割多重光再生システム及ぴ波長分割多重光再生方法によれば、波長分割多重光通信システムにおける波長分割多重光の伝送速度を、例えばビットレート 40Gbit/sを超えて高めることが可能であると同時に、波長分割多重光再生システムの小型化及び省電力化が可能である。更に、本発明の波長分割多重光再生システムを備えた中継局を多段通過した場合にあっては、各中継局で波長分割多重光が確実に再生されることから、波長分割多重光の信号強度、波形、及びタイミング等の品質は常に維持される。その結果、本発明によれば、超長距離間の光通信システムを実現可能である。

よって、本発明の波長分割多重光再生システム及び波長分割多重再生方法の通信産業における利用価値は極めて大である。

Claims

請求の範囲

I . ソジ卜ンンノータ（Soliton Converter) / ゾレスローラ（Pulse Roller )、カーシャツタ（Kerr- shutter)、又はソリトンピユリファイア（Soliton Purifi er)のうち少なくとも 1つの機器を有する再生装置が備えられ、劣化した信号光を再生する光再生システム。

2 . 前記再生装置の前段又は前記再生装置の内部に偏波コンバータが備えられたクレーム 1に記載の光再生システム。

3 . 前記再生装置の前段、又は、前記再生装置の前段に前記偏波コンバータが備えられた場合には前記偏波コンバータの前段に、分波装置が備えられたクレーム 1又は 2に記載の光再生システム。

4 . 前記再生装置の後段に、合波装置が備えられたクレーム 1から 3の何れカ 1項に記載の光再生システム。

5 . 前記再生装置の前段、前記再生装置の前段に前記偏波コンバータが備えられた場合には前記偏波コンバータの前段、又は、前記前記偏波コンバータの前段に前記分波装置が備えられた場合には前記分波装置の前段に、分散補償器が備えられたクレーム 1から 4の何れ力、 1項に記載の光再生システム。

6 . 前記再生装置の出射側に、前記再生装置により再生された信号光と他の信号光とを合波する合波装置が備えられたクレーム 1に記載の光再生システム。

7 . 前記再生装置が多段に接続されたクレーム 1に記載の光再生システム。

8 . 多段に接続された前記再生装置の間に光スィツチが備えられたクレーム 7に記載の光再生システム。

9 . 前記再生装置の前段で入力パワーの調整を行なうクレーム 1から 8の何れか 1項に記載の光再生システム。

1 0 . ファイバ長がソリトン周期の 2倍以下である異常分散ファイバ (Anoma lous- dispersion fiber: ADF)を有するソリトンコンバータが備えられた波形整形 ¾。

I I . 前記異常分散ファイバの後段に光フィルタが備えられたクレーム 1 0 に記載の波形整形器。

1 2 . 前記異常分散ファイバの前段に光増幅器が備えられたクレーム 1 0又は 1 1に記載の波形整形器。

1 3 . ソリトンコンバータの代わりに、 Mamyshevフィルタ-又は N0LMが備えられた波形整形器。

1 4 · 入射側にパルス圧縮器が備えられたクレーム 1 0から 1 3の何れか 1 項に記載の波形整形器。

1 5 . 前記パルス圧縮器は、断熱圧縮方式を利用したクレーム 1 4に記載の波形整形器。

1 6 . 前記パルス圧縮器に、光ファイバの長手方向に分散特性が減少する分散減少ファイバが用いられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

1 7 . 前記パルス圧縮器に、光ファイバの長手方向に分散特性がステップ状のプロファイルを持つ SDPFが用いられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

1 8 . 前記パルス圧縮器に、光ファイバの長手方向に分散特性が櫛状のプロファイルを持つ CDPFが用いられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

1 9 . 前記パルス圧縮器に、長手方向に非線形特性が増大する光ファイバが用いられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

2 0 . 前記パルス圧縮器に、長手方向に非線形特性がステップ状のプロファィルを持つ光ファイバが用いられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

2 1 . 前記パルス圧縮器に、長手方向に非線形特性が櫛状のプロファイルを持つ光ファイバが用いられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

2 2 . 前記パルス圧縮器に、ラマン増幅器が備えられたクレーム 1 4に記載の波形整形器。

2 3 . ソリトンコンバータの代わりに、可飽和吸収特性を持つ可飽和吸収体が用いられた波形整形器。

2 4 . 前記可飽和吸収体の位置を調整して、可飽和吸収特性を可変にする位置調整機構が備えられたクレーム 2 3に記載の波形整形器。

2 5 · 前記可飽和吸収特·生が面内分布を有するクレーム 2 3又は 2 4に記載の波形整形器。

26. 分波器と、 OPLL (Optical Phase-Locked Loop)と、光スイツチ部と、が備えられたカーシャツタ。

27. 前記 0PLLにおけるビットレート差を Δ ループ長を L_L。。_Pとし、 Vを光ファイバ中の光の速度、前記分波器と前記光スィッチ部とを接続したファィバの長さを L_A__B、 nを光ファイバの屈折率、 Xを任意の数とすると、

L_L。。_Pは、 Δω (L_Loop) <v'X/n'L_A—_Bの関係が成り立つように決定されることを特徴とするクレーム 26に記載のカーシャツタ。

28. 前記 0PLLに、光 L0信号を発生させる光 L0発生器と、外部から入力される信号光と前記光 L0信号の位相差を検出する位相比較器と、前記位相差に基づき前記光 L0信号の周波数を調整する制御部と、が備えられたクレーム 26又は 27 に記載のカーシャツタ。

29. 前記光位相比較器に、 FWM光を発生させる FWM部と、光フィルタと、受光部が備えられたクレーム 28に記載のカーシャツタ。

30. 前記 FWM部に、高非線形光ファイバ、 P P LN (Periodically- pole d LiN03) 又は S OA (Semi- conductive Optical Amp! fier)のいずれかが用いられたクレーム 29に記載のカーシャツタ。

31. 前記受光部は、前段にパルスローラが配置され、該受光部に入射されたパルスの周波数特性をモニタすることを特徴とするクレーム 29または 30に記載のカーシャツタ。

32. 前記 LO発生器に、ビート光発生器が備えられたクレーム 28に記載のカーシャッタ。

33. 前記ビート光発生器は、 CW光を発生する 2つ以上の周波数成分を持つ 1台以上の半導体レーザと、前記 CW光を合波する光カップラーと、が備えられたクレーム 32項に記載のカーシャツタ。

34. 前記半導体レーザが直列駆動されたクレーム 33に記載のカーシャッタ。

35. 前記ビート光発生器と前記光スィッチ部との間に、光ファイバ圧縮器が備えられたクレーム 26から 34の何れ力 1項に記載のカーシャッタ。

36. 前記位相比較器に、 PD (Photo Diode)と、 Loop Filterと、 LDコントロール部が備えられ、該 PDは、二光子吸収によって光電流が発生することを特徴とするクレーム 28から 30の何れか 1項に記載のカーシャツタ。

37. 前記 PDは、シリコンァパランシェフオトダイオード（SiAPD) が用いられたクレーム 36に記載のカーシャッタ。

38. 前記光スィッチ部に、 FWM部と、光フィルタと、位相調整部と、が備えられたクレーム 2 1に記載のカーシャツタ。

39. 前記位相調整部が、環境温度の変化に対して位相調整量が変化しないように制御されたクレーム 38に記載のカーシャツタ。

40. 前記位相調整量が、出力パルスに基づいてフィードバック制御されるクレーム 3 9に記載のカーシャツタ。

41. 前記 FWM部において、ポンプ光と信号光の周波数間隔 Δ V (離調量）と、入力ポンプパルスのスぺクトル幅を Δ ν _ρと、入力信号パ^^スのスぺクトル幅 Δ V _s、の間に下式の関係を有するクレーム 38に記載のカーシャツタ。

42. 前記 FWM部において、ファイバ長 ALと、入力ポンプパルスのスぺクトル幅を Δ V _ρと、入力信号パルスのスぺクトル幅 Δ V _s、の間に下式の関係を有するクレーム 38記載のカーシャツタ。

厶 L> Δ V _p+ (Δ V _s/2)

43. 前記 FWM部において、ファイバ長 Lが下式により定められるクレーム 3 8に記載の力、

K - = yP₀L

NL

3π

P_PL<

2

44. 前記 FWM部において、ファイバ長 Lが下式により定められるクレーム 3 8に記載のカーシャツタ。

L I L \

< ―, く―

LsOD "TOD

■ 1.7628³ t

β '₃ z

3 _<—り，

2 L

1.7628² At.

β₃<

4π LAv

45. Pumpパルス（At_p, Δ ν_ρ) と Signalパルス（At_s， A v_s) において、

の式を用いて、スぺクトル重なりを回避するための離調量 Δνを定める行程と、 2厶 V以上の FWM帯域が得られるファイバ長 Lを定める行程と、

警

の式を用いて、スぺクトル波形歪が無く FWMを発生させるポンプピークパワー P_p を定める行程と、

。 1.7628² At_s ²

β₃ < ―

4π LAv

の式を用いて、ファイバ伝搬に伴うパルス時間波形歪抑制に必要な 3次分散値 J3 ₃を定める行程と、

を備えた手順で設計されたクレーム 38に記載のカーシャツタ。

4 6 . クレーム 2 9に記載の前記光位相比較器に備えられた FWM部と、クレーム 3 8の前記光スィッチ部に備えられた FWM部とが共有され、更に、光 L0発生器と、制御部と、が備えられたカーシャツタ。

4 7 . 高非線形特性を有するパルスローラファイバが備えられたパルスロー

4 8 . 前記パルスローラファイバが、長手方向に正常分布値が増大する特性を持つ正常分散増大ファイバであるクレーム 4 7に記載のパルスローラ。

4 9 . 前記パルスローラファイバは、長手方向に非線形値が減少する特性を持つ光ファイバであるクレーム 4 7に記載のパルスローラ。

5 0 . 前記パルスローラファイバは、長手方向に正常分散特个生と非線形特性が異なる 2種類以上の光ファイバを糸且合せた分散マネージメント光ファイバからなるクレーム 4 7から 5 0の何れか 1項に記載のパルスローラ。

5 1 . 前記分散マネージメント光ファイバで、長手方向に分散効果が支配的な光ファイバと、長手方向に非線形効果が支配的な光フアイバとが配置されたクレーム 5 0に記載のパルスローラ。

5 2 . 前記分散マネージメント光ファイバで、前記分散効果が支配的な光ファィバの分散特性と前記非線形効果が支配的な光フ了ィバの非線形特性とが、ステツプ状のプロファイルとなるように配置されたクレーム 5 1に記載のパルス口ーラ。

5 3 . 前記分散マネージメント光ファイバで、前記分散効果が支配的な光ファィバの分散特性と前記非線形効果が支配的な光ファィバの非線形特性と力櫛歯状のプロファイルに変化するように配置されたクレーム 5 1に記載のパルス口ーラ。

5 4 . クレーム 4 8から 5 1の何れか 1項に記載のパルスローラと、クレーム 3 8に記載の光スィツチ部とが備えられた 0TDM信号発生器。

5 5 . ソリトンファイバが 2つの光フィルタの間に配置されたソリトンピュリファイァ。

5 6 . 前記ソリトンファイバにおいて、誘導ラマン散乱による利得の傾き（利得スロープ）が制御され、ソリトンの波長シフトを実現するクレーム 5 5に記載のソリトンピユリファイア。

5 7 . 前記ソリトンファイバが、高非線形ファイバであるクレーム 5 5又は 5 6に記載のソリトンピユリファイア。 .

5 8 . 外部ポンプ光を発生するポンプ光発生器が備えられ、前記外部ポンプ光により誘導ラマン散乱を発生させるクレーム 5 5から 5 7の何れか 1項に記載のソリトンピユリファイア。

5 9 . 入射側に更にパルス圧縮器が備えられたクレーム 5 5から 5 8の何れか 1項に記載のソリトンピユリファイア。

6 0 . ソリトン断熱圧縮を行いながら、誘導ラマン散乱を発生させるクレーム 5 8又は 5 9に記載のソリトンピュリファイァ。

6 1 . 光ソリトン列を用いた光非線形信号処理において、 Duty比（パルス幅に対するパルス間隔の比）と分散距離によって、所定の雑音増幅利得における最大伝搬距離を定めるソリトン雑音の制御方法。

6 2 . 変調方法として C S—R Zパルス列を用いたクレーム 6 1に記載のソリトン雑音の制御方法。

6 3 . クレーム 1力ら 9に記載の光再生システムが直列に多段接続された光伝送システム。