光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置
【課題】光ディジタル信号を光のまま超高速で光アナログ信号に変換できる光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置を提供すること。
【解決手段】上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号を入力するとともに前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を入力する光信号入力ステップと、非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記入力した光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換ステップと、を含む。
【解決手段】上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号を入力するとともに前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を入力する光信号入力ステップと、非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記入力した光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換ステップと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディジタル信号を超高速で光アナログ信号に変換する光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から光ディジタル信号を光アナログ信号に変換する光ディジタル／アナログ変換装置が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された光ディジタル／アナログ変換装置は、光ディジタル信号をいったん電気信号に変換してからディジタル／アナログ変換を行い、その後電気信号を光アナログ信号に変換して出力するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８４２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたような電気信号への変換を行う光ディジタル／アナログ変換装置の場合、動作速度がディジタル／アナログ変換を行う電子デバイスの応答速度に制限されるため、近年の超高速の光通信や電子計算機などにおける高速化に対する要求に応えることが難しくなってきている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光ディジタル信号を光のまま超高速で光アナログ信号に変換できる光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号を入力するとともに前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を入力する光信号入力ステップと、非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記入力した光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整ステップを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位光ディジタル信号とを合成する光合成ステップを含み、前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記合成した光ディジタル信号を入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号の入力受付を行う光信号入力部と、前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を発生する光パルス列発生部と、非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換器と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整器を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを合成する光合成器を備え、前記光ディジタル／アナログ変換器は、光入力端子と、光出力端子と、非線形光学媒質を含む光干渉計と、前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光合成器から出力される光ディジタル信号を入力する光合波器と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光ディジタル／アナログ変換器は、光入力端子と、光出力端子と、１つ以上の非線形光学媒質を含む光干渉計と、前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように伝搬するように入力する２つの光合波器と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、超高速応答の可能な非線形光学効果を用い、上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル入力信号の光強度によって光パルス列の光強度を制御することで、光パルス列を光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力するので、光ディジタル信号を電気信号に変換せずに光のまま超高速で光アナログ信号に変換できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置の構成の概略を示すブロック図である。本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００は、上位ビットと下位ビットとからなる２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin１を入力すると、１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換して出力するものである。なお、光ディジタル信号Ｓin１の符号化の種類はグレイコードである。
【００２１】
図１において、光ディジタル／アナログ変換装置１００は、光信号入力部１０１と、光パルス列発生部１０２と、光ディジタル／アナログ変換器１０３とを有する。また、光信号入力部１０１は、光強度調整器１０５を備える。
【００２２】
光信号入力部１０１は、２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin１の入力を受け付ける。光ディジタル信号Ｓin１は、時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4においてそれぞれ３、２、１、０の値を有するアナログ情報がグレイコードで符号化されたものであり、上位ビットに対応する２値の上位光ディジタル信号Ｓin１１と、下位ビットに対応する２値の下位光ディジタル信号Ｓin１２とからなる。上位光ディジタル信号Ｓin１１は、時刻ｔ1、ｔ2では所定の光強度を有し符号“１”が割り当てられ、時刻ｔ3、ｔ4では光強度が実質的に零であり符号“０”が割り当てられている。下位光ディジタル信号Ｓin１２は、時刻ｔ1、ｔ4では光強度が実質的に零であり符号“０”が割り当てられ、時刻ｔ2、ｔ3では所定の光強度を有し符号“１”が割り当てられている。すなわち、光ディジタル信号Ｓin１は、時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4において、それぞれ“１０”、“１１”、“０１”、“００”の値を有する。上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２は同期しており、波長はそれぞれλ11、λ11´である。
【００２３】
また、光信号入力部１０１に備えられた光強度調整器１０５は、符号化の種類に応じて上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。
【００２４】
一方、光パルス列発生部１０２は、波長がλ12であり、時刻ｔ1〜ｔ4で所定の光強度を有する光パルス列Ｓp１を発生し、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２と同期させて光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。なお、波長λ11、λ11´と波長λ12とは異なる値を有する。
【００２５】
光ディジタル／アナログ変換器１０３は、非線形光学効果を用いて上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度によって光パルス列Ｓp１の光強度を制御することにより、光パルス列Ｓp１を１ビットの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換し、光ディジタル／アナログ変換装置１００の外部に出力する。
【００２６】
光アナログ信号Ｓout１は時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4においてそれぞれ相対的に３、２、１、０の光強度を有する。すなわち、グレイコードで符号化された２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin１が、対応する１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換される。
【００２７】
次に、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００の詳細な構成を説明する。図２は、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００の詳細な構成を説明するブロック図である。光信号入力部１０１は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２からなる光ディジタル信号Ｓin１の入力を受け付ける。次に、偏波コントローラＰＣ１は下位光ディジタル信号Ｓin１２の偏波状態を調整し、さらに可変光減衰器ＶＯＡは下位光ディジタル信号Ｓin１２を減衰して光強度を調整する。一方、偏波コントローラＰＣ２は上位光ディジタル信号Ｓin１１の偏波状態を調整する。そして、光合成器ＯＣ０は上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２を合成して合成光ディジタル信号Ｓin１３とし、光増幅器ＯＡ１は合成光ディジタル信号Ｓin１３を増幅して光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２は波長が互いに異なるので、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の位相がずれたときでも信号間の干渉が起こらず、合成光ディジタル信号Ｓin１３の強度が不安定にならない。なお、光合成器ＯＣ０はたとえば３ｄＢカプラなどである。
【００２８】
一方、光パルス列発生部１０２は、パルス光源ＬＳ１から光パルス列Ｓp１を発生し、光ディレイラインＯＤＬ１によって合成光ディジタル信号Ｓin１３と同期するように光パルス列Ｓp１の位相を調整し、光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。なお、この位相の調整は、合成光ディジタル信号Ｓin１３の一部を分岐するためのモニタカプラを設け、分岐された光信号をモニタし、モニタの結果を光ディレイラインＯＤＬ１に入力することによって行うことができる。
【００２９】
光ディジタル／アナログ変換器１０３に入力した光パルス列Ｓp１は、光サーキュレータＯＣＩＲ１を通って光干渉計である非線形光ループミラー１０４に入力する。非線形光ループミラー１０４は、光入力端子１０４ａと、光出力端子１０４ｂと、非線形光学媒質である高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を含む光ファイバループ１０４ｃと、光入力端子１０４ａから入力した光パルス列Ｓp１の光を２分岐し、２分岐した光を、光ファイバループ１０４ｃ内を互いに異なる経路を通るように反対方向に伝搬させた後に結合し、光出力端子１０４ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ１と、光ファイバループ１０４ｃ内の非線形光ファイバＨＮＬＦ１に光合成器ＯＣ０から出力される合成光ディジタル信号Ｓin１３を入力する光合波器ＯＣ２と、光ファイバループ内１０４ｃを伝搬する光の偏波状態を調整するための偏波コントローラＰＣ４とを有する。
【００３０】
非線形光ループミラー１０４は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１において発生する非線形光学効果を用いて合成光ディジタル信号Ｓin１３の光強度によって光パルス列Ｓp１の光強度を制御して１シンボルの４値の光アナログ信号に変換し、光出力端子１０４ｂから出力する。以下、非線形光ループミラー１０４の動作原理について図を用いて具体的に説明する。
【００３１】
図３は、非線形光ループミラー１０４の動作原理を説明するブロック図である。波長がλ12であって光強度がＰp１である光パルス列Ｓp１が光サーキュレータＯＣＩＲ１を通って光入力端子１０４ａに入力すると、光方向性結合器ＯＣ１によって光強度が１：１の光パルス列Ｓp１１および光パルス列Ｓp１２に２分岐され、光パルス列Ｓp１１は光ファイバループ１０４ｃ内を時計回りの方向ｄ１１に伝搬し、光パルス列Ｓp１２は光ファイバループ１０３ｃ内を反時計回りの方向ｄ１２に伝搬する。一方、波長がλ11、λ11´であって所定の光強度を有する合成光ディジタル信号Ｓin１３は偏波コントローラＰＣ３によって偏波状態が調整されて、光合波器ＯＣ２により光ファイバループ１０４ｃ内に入力する。合成光ディジタル入力信号Ｓin１３と光パルス列Ｓp１１は同期しており、時間的に重ね合わせられて時計回りの方向ｄ１３から高非線形光ファイバＨＮＬＦ１に入力する。
【００３２】
高非線形光ファイバＨＮＬＦ１は、光ファイバループ１０４ｃを構成する光ファイバよりも光学非線形性が高い光ファイバである。光パルス列Ｓp１１は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を伝搬中に、時間的に重ね合わせられて伝搬する合成光ディジタル入力信号Ｓin１３によって非線形光学効果である相互位相変調（Cross Phase Modulation：XPM）を受ける。その結果、光パルス列Ｓp１１は光の位相が変化する。この位相の変化量をφ１１、上位光ディジタル信号Ｓin１１の光強度をＰin１、下位光ディジタル信号Ｓin１２の光強度をＰin２、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１の非線形定数をγ、長さをＬとすると、φ１１はφ１１＝２ＡγＬＰin１＋２ＢγＬＰin２で表される。２ＡγＬＰin１＝φ１は、上位光ディジタル信号Ｓin１１による位相の変化量であり、２ＢγＬＰin２＝φ２は、下位光ディジタル信号Ｓin１２による位相の変化量である。なお、Ａ、Ｂは２／３より大きく２より小さい係数であり、Ａは光パルス列Ｓp１１と上位光ディジタル信号Ｓin１１との偏波状態の関係により定まり、Ｂは光パルス列Ｓp１１と下位光ディジタル信号Ｓin１２との偏波状態の関係により定まる。本実施の形態１においては上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２はそれぞれ偏波コントローラＰＣ１、ＰＣ２によって別々に偏波状態を調整することができるので、ＡおよびＢが高い値となるように偏波コントローラＰＣ１、ＰＣ２を調節して、より少ない光強度で効率よく位相を変化させることができる。
【００３３】
一方、光パルス列Ｓp１２は、反時計回りの方向ｄ１４から高非線形光ファイバＨＮＬＦ１に入力するが、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を伝搬中であっても反対方向に伝播する合成光ディジタル入力信号Ｓin１３によってXPMを受けない。したがって光パルス列Ｓp１２は光の位相はほとんど変化しない。すなわち、光パルス列Ｓp１２の光の位相の変化量をφ１２とするとφ１２≒０である。
【００３４】
高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を通過した光パルス列Ｓp１１、Ｓp１２は、光ファイバループ１０４ｃ内を伝搬し、光方向性結合器ＯＣ１によって結合される。結合した光は光アナログ信号として光出力端子１０４ｂから出力される。光出力端子１０４ｂから出力される光アナログ信号Ｓout１の光強度をＰout、位相シフト量をΔφ＝φ１１−φ１２≒φ１＋φ２とすると、光方向性結合器ＯＣ１の光結合の特性に従って、Ｐout＝Ｐp１（１−ｃｏｓΔφ）／２が成立する。φ１は上位光ディジタル信号Ｓin１１の光強度であるＰin１に比例し、φ２は下位光ディジタル入力信号Ｓin１２の光強度であるＰin２に比例するから、非線形光ループミラー１０４の入力光強度に対する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度に応じて周期的に変化することになる。その結果、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整して位相シフト量を所定値に設定することにより、非線形光ループミラー１０４から出力される光アナログ信号Ｓout１を、光ディジタル信号Ｓin１をディジタル／アナログ変換した信号とすることができる。
【００３５】
次に、具体的な位相シフト量の設定について説明する。図４は、非線形光ループミラー１０４によってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。なお、このグラフでは位相シフト量は２πまで表示している。
【００３６】
上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整して、φ１＝π、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図４において、光ディジタル信号Ｓin１が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝φ２＝１．２３となり、ｃｏｓ１．２３＝１／３であるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp１となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝φ１＋φ２＝π＋１．２３となり、ｃｏｓ（π＋１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp１となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝πとなり、ｃｏｓπ＝−１であるから、ＰoutはＰp１となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin１が“００”、“０１”、“１１”、“１０”のときに、光アナログ信号Ｓout１の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp１、（２／３）Ｐp１、Ｐp１となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、グレイコードの光ディジタル信号Ｓin１をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００３７】
また、非線形光ループミラー１０４によって、２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換することもできる。図５は、非線形光ループミラー１０４によって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整して、φ１＝π−１．２３、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図５において、光ディジタル信号Ｓin１が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝φ２＝１．２３となり、ｃｏｓ１．２３＝１／３であるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp１となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝π−１．２３となり、ｃｏｓ（π−１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp１となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝φ１＋φ２＝πとなり、ｃｏｓπ＝−１であるから、ＰoutはＰp１となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin１が“００”、“０１”、“１０”、“１１”のときに、光アナログ信号Ｓout１の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp１、（２／３）Ｐp１、Ｐp１となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、２進コードの光ディジタル信号Ｓin１をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００３８】
図４および５における位相シフト量に対する出力光強度を示すグラフは、いずれも非線形光ループミラー１０４の特性を示すものであり、構成を変更しなくても、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整し、位相シフト量の設定を変更するだけで、いずれの符号化がされた光ディジタル信号であっても光ディジタル／アナログ変換を実現することができる。
【００３９】
なお、高非線形光ファイバなどのガラス中で発生する非線形光学効果はフェムト秒オーダーの応答速度を持つため、周波数が数百〜数テラＨｚ以上での動作が原理的に可能である。したがって、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を有する非線形光ループミラー１０４は、今後の高速化の要求への対応が可能な超高速動作をするものとなる。
【００４０】
次に、光ディジタル／アナログ変換器１０３は、光出力端子１０４ｂから出力された光アナログ信号Ｓout１を光バンドパスフィルタＢＰＦ１に入力し、光ディジタル／アナログ変換装置１００の外部へと出力する。光バンドパスフィルタＢＰＦ１は、波長がλ12の光アナログ信号Ｓout１を透過するが、波長がλ11、λ11´の合成光ディジタル信号Ｓin１３を透過しないので、光ディジタル／アナログ変換装置１００の外部には合成光ディジタル信号Ｓin１３が漏洩しない。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００は、超高速応答の可能な非線形光学効果を用いて２ビットの２値の光ディジタル信号の光強度によって光パルス列の光強度を制御することにより、光パルス列を光ディジタル信号に対する１シンボルの４値の光アナログ信号に変換して出力するので、光信号を電気に変換せず光のまま超高速でアナログ／ディジタル変換を行うことができる。また、光ディジタル信号の光強度によって光パルス列の光強度を制御するので、光ディジタル信号の光強度を調整するのみで、符号化の種類がグレイコードと２進コードのいずれであっても構成を変更することなくディジタル／アナログ変換を行うことができる。さらに、光ディジタル／アナログ変換装置１００は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２間の位相を同期させる必要がないため、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２が異なる光源から出力されたものでも光伝送路を異なる経路で伝送したものでもディジタル／アナログ変換することができるので、応用範囲の広い光ディジタル／アナログ変換装置となる。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置について説明する。本実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上位および下位の光ディジタル信号を合成せずに別々に光ディジタル／アナログ変換器に入力する点が、実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置とは異なる。
【００４３】
図６は、本実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置の詳細な構成を説明するブロック図である。図６において、光ディジタル／アナログ変換装置２００は、光信号入力部２０１と、光パルス列発生部２０２と、光ディジタル／アナログ変換器２０３とを有する。また、光信号入力部２０１は、光強度調整器２０５を備える。
【００４４】
光信号入力部２０１は、実施の形態１における上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２と同様の特性を有する上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２からなる２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin２の入力を受け付ける。次に、光強度調整器２０５に備えられた光増幅器ＯＡ３は上位光ディジタル信号Ｓin２１を増幅して光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器２０３に出力する。また、光増幅器ＯＡ２は下位光ディジタル信号Ｓin２２を増幅して光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器２０３に出力する。
【００４５】
一方、光パルス列発生部２０２は、パルス光源ＬＳ２から光パルス列Ｓp１と同様の特性を有する光パルス列Ｓp２を発生し、光ディジタル／アナログ変換器２０３に出力する。
【００４６】
光ディジタル／アナログ変換器２０３に入力した光パルス列Ｓp２は、光サーキュレータＯＣＩＲ２を通って光干渉計である非線形光ループミラー２０４に入力する。非線形光ループミラー２０４は、光入力端子２０４ａと、光出力端子２０４ｂと、非線形光学媒質である高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を含む光ファイバループ２０４ｃと、光入力端子２０４ａから入力した光パルス列Ｓp２の光を２分岐し、２分岐した光を、光ファイバループ２０４ｃ内を互いに異なる経路を通るように反対方向に伝搬させた後に結合し、光出力端子２０４ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ３と、非線形光ファイバＨＮＬＦ２の一端から下位光ディジタル信号Ｓin２２を反時計回りの方向に伝搬するように入力させる光合波器ＯＣ５と、非線形光ファイバＨＮＬＦ２のもう一端から上位光ディジタル信号Ｓin２１を時計回りの方向に伝搬するように、つまり、下位光ディジタル信号Ｓin２２とは異なる経路を通るように入力させる光合波器ＯＣ４と、光方向性結合器ＯＣ３によって２分岐した光パルス列Ｓp２のうち光ファイバループ２０４ｃを時計回りに伝搬する光パルス列と上位光ディジタル信号Ｓin２１とが同期するように位相を調整するための光ディレイラインＯＤＬ２と、２分岐した光パルス列Ｓp２のうち光ファイバループ２０４ｃを反時計回りに伝搬する光パルス列と下位光ディジタル信号Ｓin２２とが同期するように位相を調整するための光ディレイラインＯＤＬ３と、光ファイバループ２０４ｃ内を伝搬する光の偏波状態を調整するための偏波コントローラＰＣ７とを有する。また、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２は、光合波器ＯＣ４またはＯＣ５に入力する前に、偏波コントローラＰＣ５またはＰＣ６により偏波状態が調整される。また、上記の位相の調整は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の一部を分岐するためのモニタカプラを設け、分岐された光信号をモニタし、モニタの結果を光ディレイラインＯＤＬ２またはＯＤＬ３に入力することによって行うことができる。
【００４７】
非線形光ループミラー２０４は、実施の態様１の場合と同様に、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２において発生する非線形光学効果を用いて上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度によって光パルス列Ｓp２の光強度を制御して１シンボルの４値の光アナログ信号に変換し、光出力端子２０４ｂから出力する。以下、非線形光ループミラー２０４の動作原理について図を用いて具体的に説明する。
【００４８】
図７は、非線形光ループミラー２０４の動作原理を説明するブロック図である。波長がλ22であって光強度がＰp２である光パルス列Ｓp２が光サーキュレータＯＣＩＲ２を通って光入力端子２０４ａに入力すると、光方向性結合器ＯＣ３によって光強度が１：１の光パルス列Ｓp２１および光パルス列Ｓp２２に２分岐され、光パルス列Ｓp２１は光ファイバループ２０４ｃ内を時計回りの方向ｄ２１に伝搬し、光パルス列Ｓp２２は光ファイバループ２０４ｃ内を反時計回りの方向ｄ２２に伝搬する。一方、波長がλ21であって所定の光強度を有する上位光ディジタル信号Ｓin２１は偏波コントローラＰＣ６によって偏波状態が調整されて、光合波器ＯＣ４により光ファイバループ２０４ｃ内に入力する。上位光ディジタル信号Ｓin２１と光パルス列Ｓp２１とは光ディレイラインＯＤＬ２によって同期しており、時間的に重ね合わせられて時計回りの方向ｄ２３から高非線形光ファイバＨＮＬＦ２に入力する。他方、波長がλ21であって所定の光強度を有する下位光ディジタル信号Ｓin２２は偏波コントローラＰＣ５によって偏波状態が調整されて、光合波器ＯＣ５により光ファイバループ２０４ｃ内に入力する。下位光ディジタル信号Ｓin２２と光パルス列Ｓp２２とは光ディレイラインＯＤＬ３によって同期しており、時間的に重ね合わせられて反時計回りの方向ｄ２４から高非線形光ファイバＨＮＬＦ２に入力する。
【００４９】
光パルス列Ｓp２１は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を伝搬中に上位光ディジタル信号Ｓin２１によってXPMを受け、光パルス列Ｓp２２は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を伝搬中に下位光ディジタル信号Ｓin２２によってXPMを受ける。その結果、光パルス列Ｓp２１および光パルス列Ｓp２２は光の位相が変化する。この位相の変化量をそれぞれφ２１、φ２２、上位光ディジタル信号Ｓin２１の光強度をＰin１、下位光ディジタル信号Ｓin２２の光強度をＰin２、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２の非線形定数をγ、長さをＬとすると、φ２１はφ２１＝２ＡγＬＰin１＝φ１、φ２２はφ２２＝２ＢγＬＰin２＝φ２で表される。なお、ＡおよびＢは２／３より大きく２より小さい係数であり、Ａは光パルス列Ｓp２１と上位光ディジタル信号Ｓin２１との偏波状態の関係により定まり、Ｂは光パルス列Ｓp２２と下位光ディジタル信号Ｓin２２との偏波状態の関係により定まる。本実施の形態２においても上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２はそれぞれ偏波コントローラＰＣ６、ＰＣ５で別々に偏波状態を調整することができるので、ＡおよびＢが高い値となるように偏波コントローラＰＣ６、ＰＣ５とを調節して、より少ない光強度で効率よく位相を変化させることができる。
【００５０】
次に、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を通過した光パルス列Ｓp２１、Ｓp２２は、光ファイバループ２０４ｃ内を伝搬し、光方向性結合器ＯＣ３によって結合される。結合した光は光アナログ信号として光出力端子２０４ｂから出力される。光出力端子２０４ｂから出力される光アナログ信号Ｓout２の光強度をＰout、位相シフト量をΔφ＝｜φ２１−φ２２｜＝｜φ１−φ２｜とすると、実施の形態１の場合と同様に、Ｐout＝Ｐp２（１−ｃｏｓΔφ）／２が成立する。φ１は上位光ディジタル信号Ｓin２１の光強度であるＰin１に比例し、φ２は下位光ディジタル入力信号Ｓin２２の光強度であるＰin２に比例するから、非線形光ループミラー２０４の入力光強度に対する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度に応じて周期的に変化することになる。その結果、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整して位相シフト量を所定値に設定することにより、非線形光ループミラー２０４から出力される光アナログ信号Ｓout２を、光ディジタル信号Ｓin２をディジタル／アナログ変換した信号とすることができる。なお、実施の形態１においては位相シフト量がΔφ＝φ１＋φ２、つまりφ１とφ２との和で表されたが、本実施の形態２では、位相シフト量はΔφ＝｜φ１−φ２｜、つまりφ１とφ２との差で表される点で異なる。
【００５１】
次に、具体的な位相シフト量の設定について説明する。図８は、非線形光ループミラー２０４によってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。なお、このグラフでは位相シフト量は２πまで表示している。
【００５２】
上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整して、φ１＝π、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図８において、光ディジタル信号Ｓin２が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝｜−φ２｜＝１．２３となり、ｃｏｓ１．２３＝１／３であるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp２となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝｜φ１−φ２｜＝π−１．２３となり、ｃｏｓ（π−１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp２となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝πとなり、ｃｏｓπ＝−１であるから、ＰoutはＰp２となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin２が“００”、“０１”、“１１” 、“１０”のときに、光アナログ信号Ｓout２の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp２、（２／３）Ｐp２、Ｐp２となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、グレイコードの光ディジタル信号Ｓin２をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００５３】
また、実施の形態１の場合と同様に、非線形光ループミラー２０４によって、２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換することもできる。図９は、非線形光ループミラー２０４によって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整して、φ１＝π＋１．２３、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図９において、光ディジタル信号Ｓin２が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝｜−φ２｜＝１．２３となるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp２となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝π＋１．２３となり、ｃｏｓ（π＋１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp２となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝｜φ１−φ２｜＝πとなるから、ＰoutはＰp２となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin２が“００”、“０１”、“１０”、“１１”のときに、光アナログ信号Ｓout２の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp２、（２／３）Ｐp２、Ｐp２となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、２進コードの光ディジタル信号Ｓin２をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００５４】
実施の態様１の場合と同様に、図８および９における位相シフト量に対する出力光強度を示すグラフは、いずれも非線形光ループミラー２０４の特性を示すものであり、構成を変更しなくても、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整し、位相シフト量の設定を変更するだけで、いずれの符号化がされた光ディジタル信号であっても光ディジタル／アナログ変換を実現することができる。
【００５５】
次に、光ディジタル／アナログ変換器２０３は、光出力端子２０４ｂから出力された光アナログ信号Ｓout１を光バンドパスフィルタＢＰＦ２に入力し、光ディジタル／アナログ変換装置２００の外部へと出力する。光バンドパスフィルタＢＰＦ２は、実施の態様１に係るバンドパスフィルタＢＰＦ１と同様の透過特性を有するので、光ディジタル／アナログ変換装置２００の外部には上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２が漏洩しない。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置２００は、実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００と同様に、２ビットの２値の光ディジタル信号を電気に変換せず光のまま超高速でアナログ／ディジタル変換を行うことができる。また、光ディジタル信号の光強度を調整するのみで、符号化の種類がグレイコードと２進コードのいずれであっても構成を変更することなくディジタル／アナログ変換を行うことができる。
【００５７】
なお、実施の形態１、２における光ディジタル信号Ｓin１、Ｓin２は、遠方の送信ノードで符号化された後に所定の距離の光伝送路を伝送してから、中継ノードに備えた光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００に入力するものでもよいし、所定の光パルス列を光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００に入力する直前に変調器などで符号化して生成したものでもよい。また、光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００の動作確認をする際には、たとえばモードロックした光ファイバリングレーザから出力される所望の繰返し周期を有する光パルス列に対して光時分割多重化装置を用いて繰り返しパターンを変換した後に２つに分波し、さらに分波した２つの光パルス列を別々の光ディレイラインを用いてタイミングをずらすことによって擬似的に符号化して生成した光ディジタル信号を用いることができる。たとえばこの光パルス列の波長は１５６０ｎｍ付近、パルス幅は３．１ｐｓ、繰り返し周期は１０ＧＨｚである。
【００５８】
また、実施の形態１、２に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００に備えたパルス光源ＬＳ１、ＬＳ２として、たとえば図１０に示すものを用いることができる。図１０は、パルス光源ＬＳ１の具体的構成の一例を示すブロック図である。このパルス光源ＬＳ１は、波長可変レーザ光源ＴＬＳと、偏波コントローラＰＣ８、９と、３ｄＢカプラなどの光合波器ＯＣ８と、高非線形光ファイバＨＮＬＦ３と、光バンドパスフィルタＢＰＦ３と、光増幅器ＯＡ４と、光時分割多重化装置ＯＭＵＸとを備える。
【００５９】
このパルス光源ＬＳ１においては、波長可変レーザ光源ＴＬＳは波長がλcwの連続レーザ光Ｓcwを発振し、偏波コントローラＰＣ８は連続レーザ光Ｓcwの偏波状態を調整する。光合波器ＯＣ８は、パルス光源ＬＳ１の外部に備えたファイバリングレーザＦＲＬが出力する波長がλ11の光パルス列Ｓp０と連続レーザ光Ｓcwとを合波し、高非線形光ファイバＨＮＬＦ３に入力する。高非線形光ファイバＨＮＬＦ３は、非線形光学効果である四光波混合によって波長がλ12であって光パルス列Ｓp０と同じ繰返し周期を有する光パルス列Ｓp１を発生する。したがって、高非線形光ファイバＨＮＬＦ３から出力する光のスペクトルは波長λを横軸として図１０に示すものとなる。このとき、λcw、λ11、λ12の間には、１／λ12＝２／λ11−１／λcwの関係が成立し、λcwが１５５０ｎｍ、λ11が１５６０ｎｍならば、λ12は１５７０ｎｍである。その後、光バンドパスフィルタＢＰＦ３は高非線形光ファイバＨＮＬＦ３から出力する光のうち波長がλ12の光パルス列Ｓp１のみを透過し、その他の波長の光は遮断する。そして、光増幅器ＯＡ４は光パルス列Ｓp１の光強度を増幅し、光時分割多重化装置ＯＭＵＸは増幅した光パルス列Ｓp１を時分割多重して所望の繰り返し周波数とし、偏波コントローラＰＣ９は時分割多重した光パルス列Ｓp１の偏波状態を調整して出力する。たとえば光パルス列Ｓp１のパルス幅は２．６ｐｓ、繰り返し周期は４０ＧＨｚである。なお、上述のファイバリングレーザＦＲＬを用いる代わりに、上位または下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の生成に用いる光ファイバリングレーザから出力する光パルス列の一部を分岐して光合波器ＯＣ８に入力すれば、光パルス列Ｓp１と上位または下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２との同期がとりやすくなるので好ましい。
【００６０】
また、上述した実施の形態１、２では、いずれも光干渉計として非線形光ループミラーを用いて光ディジタル／アナログ変換器を実現しているが、これにかぎらず、各種の非線形光学効果を用いた光干渉計や光スイッチを用いてもよい。たとえば、非線形光媒質を含む導波路型マハツェンダ干渉計を用いて実現してもよいし、非線形光媒質を含む複屈折性光導波路と偏光子を組み合わせた光カーシャッターを用いて実現してもよい。
【００６１】
図１１は、実施の形態１の変形例として光ディジタル／アナログ変換器１０３において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計１１０を用いた構成を説明するブロック図である。マハツェンダ干渉計１１０は、光入力端子１１０ａと、光出力端子１１０ｂと、非線形光学媒質である高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１を含む光導波路１１０ｄと、光導波路１１０ｅと、光入力端子１１０ａから入力した光パルス列Ｓp１の光を２分岐し、２分岐した光を、互いに異なる光導波路１１０ｄ、１１０ｅを通るように伝搬させた後に結合し、光出力端子１１０ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ９、ＯＣ１０と、光導波路１１０ｄ内の高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１に合成光ディジタル信号Ｓin１３を入力する光合波器ＯＣ１１とを有する。
【００６２】
導波路型マハツェンダ干渉計１１０は、光導波路１１０ｄを構成する導波路よりも光学非線形性が高い高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１において発生する非線形光学効果を用いて合成光ディジタル信号Ｓin１３の光強度によって光パルス列Ｓp１の光強度を制御して、光パルス列Ｓp１を１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換し、光出力端子１１０ｂから出力する。
【００６３】
導波路型マハツェンダ干渉計１１０の動作原理は非線形光ループミラー１０４とほぼ同様である。すなわち、光方向性結合器ＯＣ９が偏波コントローラＰＣ１０により偏波状態を調整した光パルス列Ｓp１を１：１に分岐する。そして導波路１１０ｄを伝搬する光パルス列は高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１において合成光ディジタル信号Ｓin１３によってXPMを受けて光の位相が変化し、導波路１１０ｅを伝搬する光パルス列はXPMを受けずに光の位相が変化しない。その結果、方向性結合器ＯＣ１０が２つの光パルス列を合波して出力する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度に応じて周期的に変化することになる。なお、図１０における光バンドパスフィルタＢＰＦ４は、図２における光バンドパスフィルタＢＰＦ１に対応する。
【００６４】
図１２は、実施の形態２の変形例として光ディジタル／アナログ変換器２０３において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計２１０を用いた構成を説明するブロック図である。マハツェンダ干渉計２１０は、光入力端子２１０ａと、光出力端子２１０ｂと、非線形光学媒質である高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２を含む光導波路２１０ｄと、非線形光学媒質である高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ３を含む光導波路２１０ｅと、光入力端子２１０ａから入力した光パルス列Ｓp２の光を２分岐し、２分岐した光を、互いに異なる光導波路２１０ｄ、２１０ｅを通るように伝搬させた後に結合し、光出力端子２１０ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ１２、ＯＣ１３と、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２に上位光ディジタル信号Ｓin２１を入力する光合波器ＯＣ１４と、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ３に下位光ディジタル信号Ｓin２２を入力する光合波器ＯＣ１５とを有する。
【００６５】
導波路型マハツェンダ干渉計２１０は、光導波路２１０ｄ、２１０ｅを構成する導波路よりも光学非線形性が高い高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２、ＨＮＬＷＧ３において発生する非線形光学効果を用いて上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度によって光パルス列Ｓp２の光強度を制御して、光パルス列Ｓp２を１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout２に変換し、光出力端子２１０ｂから出力する。
【００６６】
導波路型マハツェンダ干渉計２１０の動作原理は非線形光ループミラー２０４とほぼ同様である。すなわち、光方向性結合器ＯＣ１２が偏波コントローラＰＣ１３により偏波状態を調整された光パルス列Ｓp２を１：１に分岐する。そして導波路２１０ｄを伝搬する光パルス列は、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２において、偏波コントローラＰＣ１１により偏波状態を調整し光ディレイラインＯＤＬ４によって光パルス列と同期した上位光ディジタル信号Ｓin２１によってXPMを受けて光の位相が変化する。一方、導波路２１０ｅを伝搬する光パルス列は、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ３において、偏波コントローラＰＣ１２により偏波状態を調整し光ディレイラインＯＤＬ５によって光パルス列と同期した下位光ディジタル信号Ｓin２２によってXPMを受けて光の位相が変化する。その結果、方向性結合器ＯＣ１３が２つの光パルス列を合波して出力する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度に応じて周期的に変化することになる。なお、図１１における光バンドパスフィルタＢＰＦ５は、図５における光バンドパスフィルタＢＰＦ２に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置の詳細な構成を説明するブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る非線形光ループミラーの動作原理を説明するブロック図である。
【図４】図３に示す非線形光ループミラーによってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図５】図３に示す非線形光ループミラーによって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボル４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置の詳細な構成を説明するブロック図である。
【図７】実施の形態２に係る非線形光ループミラーの動作原理を説明するブロック図である。
【図８】図７に示す非線形光ループミラーによってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図９】図７に示す非線形光ループミラーによって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図１０】実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置に備えたパルス光源の具体的構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態１の変形例として光ディジタル／アナログ変換器において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計を用いた構成を説明するブロック図である。
【図１２】実施の形態２の変形例として光ディジタル／アナログ変換器において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計を用いた構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、２００ 光ディジタル／アナログ変換装置
１０１、２０１ 光信号入力部
１０２、２０２ 光パルス列発生部
１０３、２０３ 光ディジタル／アナログ変換器
１０４、２０４ 非線形光ループミラー
１０４ａ、１１０ａ、２０４ａ、２１０ａ 光入力端子
１０４ｂ、１１０ｂ、２０４ｂ、２１０ｂ 光出力端子
１０４ｃ、２０４ｃ 光ファイバループ
１０５、２０５ 光強度調整器
１１０、２１０ 導波路型マハツェンダ干渉計
１１０ｄ、１１０ｅ、２１０ｄ、２１０ｅ 光導波路
ＢＰＦ１〜５ 光バンドパスフィルタ
ＦＲＬ 光ファイバリングレーザ
ＨＮＬＦ１〜３ 高非線形光ファイバ
ＨＮＬＷＧ１〜３ 高非線形光導波路部
ＬＳ１、２ パルス光源
ＯＡ１〜４ 光増幅器
ＯＣ０ 光合成器
ＯＣ１、ＯＣ３、ＯＣ９〜１０、ＯＣ１２〜１３ 光方向性結合器
ＯＣ２、ＯＣ４〜５、ＯＣ８、ＯＣ１１、ＯＣ１４〜１５ 光合波器
ＯＣＩＲ１、２ 光サーキュレータ
ＯＤＬ１〜５ 光ディレイライン
ＯＭＵＸ 光時分割多重化装置
ＰＣ１〜１３ 偏波コントローラ
Ｓin１、Ｓin２ 光ディジタル信号
Ｓin１１、Ｓin２１ 上位光ディジタル信号
Ｓin１２、Ｓin２２ 下位光ディジタル信号
Ｓin１３ 合成光ディジタル信号
Ｓout１、Ｓout２ 光アナログ信号
Ｓp０〜Ｓp２ 光パルス列
Ｓcw 連続レーザ光
ＴＬＳ 波長可変レーザ光源
ＶＯＡ 可変光減衰器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディジタル信号を超高速で光アナログ信号に変換する光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から光ディジタル信号を光アナログ信号に変換する光ディジタル／アナログ変換装置が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された光ディジタル／アナログ変換装置は、光ディジタル信号をいったん電気信号に変換してからディジタル／アナログ変換を行い、その後電気信号を光アナログ信号に変換して出力するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８４２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたような電気信号への変換を行う光ディジタル／アナログ変換装置の場合、動作速度がディジタル／アナログ変換を行う電子デバイスの応答速度に制限されるため、近年の超高速の光通信や電子計算機などにおける高速化に対する要求に応えることが難しくなってきている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光ディジタル信号を光のまま超高速で光アナログ信号に変換できる光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号を入力するとともに前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を入力する光信号入力ステップと、非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記入力した光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整ステップを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位光ディジタル信号とを合成する光合成ステップを含み、前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記合成した光ディジタル信号を入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法は、上記の発明において、前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号の入力受付を行う光信号入力部と、前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を発生する光パルス列発生部と、非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換器と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整器を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを合成する光合成器を備え、前記光ディジタル／アナログ変換器は、光入力端子と、光出力端子と、非線形光学媒質を含む光干渉計と、前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光合成器から出力される光ディジタル信号を入力する光合波器と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光ディジタル／アナログ変換器は、光入力端子と、光出力端子と、１つ以上の非線形光学媒質を含む光干渉計と、前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように伝搬するように入力する２つの光合波器と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上記の発明において、前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、超高速応答の可能な非線形光学効果を用い、上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル入力信号の光強度によって光パルス列の光強度を制御することで、光パルス列を光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力するので、光ディジタル信号を電気信号に変換せずに光のまま超高速で光アナログ信号に変換できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ディジタル／アナログ変換方法および光ディジタル／アナログ変換装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置の構成の概略を示すブロック図である。本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００は、上位ビットと下位ビットとからなる２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin１を入力すると、１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換して出力するものである。なお、光ディジタル信号Ｓin１の符号化の種類はグレイコードである。
【００２１】
図１において、光ディジタル／アナログ変換装置１００は、光信号入力部１０１と、光パルス列発生部１０２と、光ディジタル／アナログ変換器１０３とを有する。また、光信号入力部１０１は、光強度調整器１０５を備える。
【００２２】
光信号入力部１０１は、２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin１の入力を受け付ける。光ディジタル信号Ｓin１は、時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4においてそれぞれ３、２、１、０の値を有するアナログ情報がグレイコードで符号化されたものであり、上位ビットに対応する２値の上位光ディジタル信号Ｓin１１と、下位ビットに対応する２値の下位光ディジタル信号Ｓin１２とからなる。上位光ディジタル信号Ｓin１１は、時刻ｔ1、ｔ2では所定の光強度を有し符号“１”が割り当てられ、時刻ｔ3、ｔ4では光強度が実質的に零であり符号“０”が割り当てられている。下位光ディジタル信号Ｓin１２は、時刻ｔ1、ｔ4では光強度が実質的に零であり符号“０”が割り当てられ、時刻ｔ2、ｔ3では所定の光強度を有し符号“１”が割り当てられている。すなわち、光ディジタル信号Ｓin１は、時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4において、それぞれ“１０”、“１１”、“０１”、“００”の値を有する。上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２は同期しており、波長はそれぞれλ11、λ11´である。
【００２３】
また、光信号入力部１０１に備えられた光強度調整器１０５は、符号化の種類に応じて上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。
【００２４】
一方、光パルス列発生部１０２は、波長がλ12であり、時刻ｔ1〜ｔ4で所定の光強度を有する光パルス列Ｓp１を発生し、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２と同期させて光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。なお、波長λ11、λ11´と波長λ12とは異なる値を有する。
【００２５】
光ディジタル／アナログ変換器１０３は、非線形光学効果を用いて上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度によって光パルス列Ｓp１の光強度を制御することにより、光パルス列Ｓp１を１ビットの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換し、光ディジタル／アナログ変換装置１００の外部に出力する。
【００２６】
光アナログ信号Ｓout１は時刻ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4においてそれぞれ相対的に３、２、１、０の光強度を有する。すなわち、グレイコードで符号化された２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin１が、対応する１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換される。
【００２７】
次に、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００の詳細な構成を説明する。図２は、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００の詳細な構成を説明するブロック図である。光信号入力部１０１は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２からなる光ディジタル信号Ｓin１の入力を受け付ける。次に、偏波コントローラＰＣ１は下位光ディジタル信号Ｓin１２の偏波状態を調整し、さらに可変光減衰器ＶＯＡは下位光ディジタル信号Ｓin１２を減衰して光強度を調整する。一方、偏波コントローラＰＣ２は上位光ディジタル信号Ｓin１１の偏波状態を調整する。そして、光合成器ＯＣ０は上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２を合成して合成光ディジタル信号Ｓin１３とし、光増幅器ＯＡ１は合成光ディジタル信号Ｓin１３を増幅して光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２は波長が互いに異なるので、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の位相がずれたときでも信号間の干渉が起こらず、合成光ディジタル信号Ｓin１３の強度が不安定にならない。なお、光合成器ＯＣ０はたとえば３ｄＢカプラなどである。
【００２８】
一方、光パルス列発生部１０２は、パルス光源ＬＳ１から光パルス列Ｓp１を発生し、光ディレイラインＯＤＬ１によって合成光ディジタル信号Ｓin１３と同期するように光パルス列Ｓp１の位相を調整し、光ディジタル／アナログ変換器１０３に出力する。なお、この位相の調整は、合成光ディジタル信号Ｓin１３の一部を分岐するためのモニタカプラを設け、分岐された光信号をモニタし、モニタの結果を光ディレイラインＯＤＬ１に入力することによって行うことができる。
【００２９】
光ディジタル／アナログ変換器１０３に入力した光パルス列Ｓp１は、光サーキュレータＯＣＩＲ１を通って光干渉計である非線形光ループミラー１０４に入力する。非線形光ループミラー１０４は、光入力端子１０４ａと、光出力端子１０４ｂと、非線形光学媒質である高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を含む光ファイバループ１０４ｃと、光入力端子１０４ａから入力した光パルス列Ｓp１の光を２分岐し、２分岐した光を、光ファイバループ１０４ｃ内を互いに異なる経路を通るように反対方向に伝搬させた後に結合し、光出力端子１０４ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ１と、光ファイバループ１０４ｃ内の非線形光ファイバＨＮＬＦ１に光合成器ＯＣ０から出力される合成光ディジタル信号Ｓin１３を入力する光合波器ＯＣ２と、光ファイバループ内１０４ｃを伝搬する光の偏波状態を調整するための偏波コントローラＰＣ４とを有する。
【００３０】
非線形光ループミラー１０４は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１において発生する非線形光学効果を用いて合成光ディジタル信号Ｓin１３の光強度によって光パルス列Ｓp１の光強度を制御して１シンボルの４値の光アナログ信号に変換し、光出力端子１０４ｂから出力する。以下、非線形光ループミラー１０４の動作原理について図を用いて具体的に説明する。
【００３１】
図３は、非線形光ループミラー１０４の動作原理を説明するブロック図である。波長がλ12であって光強度がＰp１である光パルス列Ｓp１が光サーキュレータＯＣＩＲ１を通って光入力端子１０４ａに入力すると、光方向性結合器ＯＣ１によって光強度が１：１の光パルス列Ｓp１１および光パルス列Ｓp１２に２分岐され、光パルス列Ｓp１１は光ファイバループ１０４ｃ内を時計回りの方向ｄ１１に伝搬し、光パルス列Ｓp１２は光ファイバループ１０３ｃ内を反時計回りの方向ｄ１２に伝搬する。一方、波長がλ11、λ11´であって所定の光強度を有する合成光ディジタル信号Ｓin１３は偏波コントローラＰＣ３によって偏波状態が調整されて、光合波器ＯＣ２により光ファイバループ１０４ｃ内に入力する。合成光ディジタル入力信号Ｓin１３と光パルス列Ｓp１１は同期しており、時間的に重ね合わせられて時計回りの方向ｄ１３から高非線形光ファイバＨＮＬＦ１に入力する。
【００３２】
高非線形光ファイバＨＮＬＦ１は、光ファイバループ１０４ｃを構成する光ファイバよりも光学非線形性が高い光ファイバである。光パルス列Ｓp１１は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を伝搬中に、時間的に重ね合わせられて伝搬する合成光ディジタル入力信号Ｓin１３によって非線形光学効果である相互位相変調（Cross Phase Modulation：XPM）を受ける。その結果、光パルス列Ｓp１１は光の位相が変化する。この位相の変化量をφ１１、上位光ディジタル信号Ｓin１１の光強度をＰin１、下位光ディジタル信号Ｓin１２の光強度をＰin２、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１の非線形定数をγ、長さをＬとすると、φ１１はφ１１＝２ＡγＬＰin１＋２ＢγＬＰin２で表される。２ＡγＬＰin１＝φ１は、上位光ディジタル信号Ｓin１１による位相の変化量であり、２ＢγＬＰin２＝φ２は、下位光ディジタル信号Ｓin１２による位相の変化量である。なお、Ａ、Ｂは２／３より大きく２より小さい係数であり、Ａは光パルス列Ｓp１１と上位光ディジタル信号Ｓin１１との偏波状態の関係により定まり、Ｂは光パルス列Ｓp１１と下位光ディジタル信号Ｓin１２との偏波状態の関係により定まる。本実施の形態１においては上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２はそれぞれ偏波コントローラＰＣ１、ＰＣ２によって別々に偏波状態を調整することができるので、ＡおよびＢが高い値となるように偏波コントローラＰＣ１、ＰＣ２を調節して、より少ない光強度で効率よく位相を変化させることができる。
【００３３】
一方、光パルス列Ｓp１２は、反時計回りの方向ｄ１４から高非線形光ファイバＨＮＬＦ１に入力するが、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を伝搬中であっても反対方向に伝播する合成光ディジタル入力信号Ｓin１３によってXPMを受けない。したがって光パルス列Ｓp１２は光の位相はほとんど変化しない。すなわち、光パルス列Ｓp１２の光の位相の変化量をφ１２とするとφ１２≒０である。
【００３４】
高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を通過した光パルス列Ｓp１１、Ｓp１２は、光ファイバループ１０４ｃ内を伝搬し、光方向性結合器ＯＣ１によって結合される。結合した光は光アナログ信号として光出力端子１０４ｂから出力される。光出力端子１０４ｂから出力される光アナログ信号Ｓout１の光強度をＰout、位相シフト量をΔφ＝φ１１−φ１２≒φ１＋φ２とすると、光方向性結合器ＯＣ１の光結合の特性に従って、Ｐout＝Ｐp１（１−ｃｏｓΔφ）／２が成立する。φ１は上位光ディジタル信号Ｓin１１の光強度であるＰin１に比例し、φ２は下位光ディジタル入力信号Ｓin１２の光強度であるＰin２に比例するから、非線形光ループミラー１０４の入力光強度に対する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度に応じて周期的に変化することになる。その結果、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整して位相シフト量を所定値に設定することにより、非線形光ループミラー１０４から出力される光アナログ信号Ｓout１を、光ディジタル信号Ｓin１をディジタル／アナログ変換した信号とすることができる。
【００３５】
次に、具体的な位相シフト量の設定について説明する。図４は、非線形光ループミラー１０４によってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。なお、このグラフでは位相シフト量は２πまで表示している。
【００３６】
上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整して、φ１＝π、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図４において、光ディジタル信号Ｓin１が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝φ２＝１．２３となり、ｃｏｓ１．２３＝１／３であるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp１となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝φ１＋φ２＝π＋１．２３となり、ｃｏｓ（π＋１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp１となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝πとなり、ｃｏｓπ＝−１であるから、ＰoutはＰp１となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin１が“００”、“０１”、“１１”、“１０”のときに、光アナログ信号Ｓout１の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp１、（２／３）Ｐp１、Ｐp１となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、グレイコードの光ディジタル信号Ｓin１をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００３７】
また、非線形光ループミラー１０４によって、２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換することもできる。図５は、非線形光ループミラー１０４によって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整して、φ１＝π−１．２３、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図５において、光ディジタル信号Ｓin１が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝φ２＝１．２３となり、ｃｏｓ１．２３＝１／３であるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp１となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝π−１．２３となり、ｃｏｓ（π−１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp１となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝φ１＋φ２＝πとなり、ｃｏｓπ＝−１であるから、ＰoutはＰp１となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin１が“００”、“０１”、“１０”、“１１”のときに、光アナログ信号Ｓout１の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp１、（２／３）Ｐp１、Ｐp１となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、２進コードの光ディジタル信号Ｓin１をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００３８】
図４および５における位相シフト量に対する出力光強度を示すグラフは、いずれも非線形光ループミラー１０４の特性を示すものであり、構成を変更しなくても、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度を調整し、位相シフト量の設定を変更するだけで、いずれの符号化がされた光ディジタル信号であっても光ディジタル／アナログ変換を実現することができる。
【００３９】
なお、高非線形光ファイバなどのガラス中で発生する非線形光学効果はフェムト秒オーダーの応答速度を持つため、周波数が数百〜数テラＨｚ以上での動作が原理的に可能である。したがって、高非線形光ファイバＨＮＬＦ１を有する非線形光ループミラー１０４は、今後の高速化の要求への対応が可能な超高速動作をするものとなる。
【００４０】
次に、光ディジタル／アナログ変換器１０３は、光出力端子１０４ｂから出力された光アナログ信号Ｓout１を光バンドパスフィルタＢＰＦ１に入力し、光ディジタル／アナログ変換装置１００の外部へと出力する。光バンドパスフィルタＢＰＦ１は、波長がλ12の光アナログ信号Ｓout１を透過するが、波長がλ11、λ11´の合成光ディジタル信号Ｓin１３を透過しないので、光ディジタル／アナログ変換装置１００の外部には合成光ディジタル信号Ｓin１３が漏洩しない。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００は、超高速応答の可能な非線形光学効果を用いて２ビットの２値の光ディジタル信号の光強度によって光パルス列の光強度を制御することにより、光パルス列を光ディジタル信号に対する１シンボルの４値の光アナログ信号に変換して出力するので、光信号を電気に変換せず光のまま超高速でアナログ／ディジタル変換を行うことができる。また、光ディジタル信号の光強度によって光パルス列の光強度を制御するので、光ディジタル信号の光強度を調整するのみで、符号化の種類がグレイコードと２進コードのいずれであっても構成を変更することなくディジタル／アナログ変換を行うことができる。さらに、光ディジタル／アナログ変換装置１００は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２間の位相を同期させる必要がないため、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２が異なる光源から出力されたものでも光伝送路を異なる経路で伝送したものでもディジタル／アナログ変換することができるので、応用範囲の広い光ディジタル／アナログ変換装置となる。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置について説明する。本実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置は、上位および下位の光ディジタル信号を合成せずに別々に光ディジタル／アナログ変換器に入力する点が、実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置とは異なる。
【００４３】
図６は、本実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置の詳細な構成を説明するブロック図である。図６において、光ディジタル／アナログ変換装置２００は、光信号入力部２０１と、光パルス列発生部２０２と、光ディジタル／アナログ変換器２０３とを有する。また、光信号入力部２０１は、光強度調整器２０５を備える。
【００４４】
光信号入力部２０１は、実施の形態１における上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２と同様の特性を有する上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２からなる２ビットの２値の光ディジタル信号Ｓin２の入力を受け付ける。次に、光強度調整器２０５に備えられた光増幅器ＯＡ３は上位光ディジタル信号Ｓin２１を増幅して光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器２０３に出力する。また、光増幅器ＯＡ２は下位光ディジタル信号Ｓin２２を増幅して光強度を調整し、光ディジタル／アナログ変換器２０３に出力する。
【００４５】
一方、光パルス列発生部２０２は、パルス光源ＬＳ２から光パルス列Ｓp１と同様の特性を有する光パルス列Ｓp２を発生し、光ディジタル／アナログ変換器２０３に出力する。
【００４６】
光ディジタル／アナログ変換器２０３に入力した光パルス列Ｓp２は、光サーキュレータＯＣＩＲ２を通って光干渉計である非線形光ループミラー２０４に入力する。非線形光ループミラー２０４は、光入力端子２０４ａと、光出力端子２０４ｂと、非線形光学媒質である高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を含む光ファイバループ２０４ｃと、光入力端子２０４ａから入力した光パルス列Ｓp２の光を２分岐し、２分岐した光を、光ファイバループ２０４ｃ内を互いに異なる経路を通るように反対方向に伝搬させた後に結合し、光出力端子２０４ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ３と、非線形光ファイバＨＮＬＦ２の一端から下位光ディジタル信号Ｓin２２を反時計回りの方向に伝搬するように入力させる光合波器ＯＣ５と、非線形光ファイバＨＮＬＦ２のもう一端から上位光ディジタル信号Ｓin２１を時計回りの方向に伝搬するように、つまり、下位光ディジタル信号Ｓin２２とは異なる経路を通るように入力させる光合波器ＯＣ４と、光方向性結合器ＯＣ３によって２分岐した光パルス列Ｓp２のうち光ファイバループ２０４ｃを時計回りに伝搬する光パルス列と上位光ディジタル信号Ｓin２１とが同期するように位相を調整するための光ディレイラインＯＤＬ２と、２分岐した光パルス列Ｓp２のうち光ファイバループ２０４ｃを反時計回りに伝搬する光パルス列と下位光ディジタル信号Ｓin２２とが同期するように位相を調整するための光ディレイラインＯＤＬ３と、光ファイバループ２０４ｃ内を伝搬する光の偏波状態を調整するための偏波コントローラＰＣ７とを有する。また、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２は、光合波器ＯＣ４またはＯＣ５に入力する前に、偏波コントローラＰＣ５またはＰＣ６により偏波状態が調整される。また、上記の位相の調整は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の一部を分岐するためのモニタカプラを設け、分岐された光信号をモニタし、モニタの結果を光ディレイラインＯＤＬ２またはＯＤＬ３に入力することによって行うことができる。
【００４７】
非線形光ループミラー２０４は、実施の態様１の場合と同様に、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２において発生する非線形光学効果を用いて上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度によって光パルス列Ｓp２の光強度を制御して１シンボルの４値の光アナログ信号に変換し、光出力端子２０４ｂから出力する。以下、非線形光ループミラー２０４の動作原理について図を用いて具体的に説明する。
【００４８】
図７は、非線形光ループミラー２０４の動作原理を説明するブロック図である。波長がλ22であって光強度がＰp２である光パルス列Ｓp２が光サーキュレータＯＣＩＲ２を通って光入力端子２０４ａに入力すると、光方向性結合器ＯＣ３によって光強度が１：１の光パルス列Ｓp２１および光パルス列Ｓp２２に２分岐され、光パルス列Ｓp２１は光ファイバループ２０４ｃ内を時計回りの方向ｄ２１に伝搬し、光パルス列Ｓp２２は光ファイバループ２０４ｃ内を反時計回りの方向ｄ２２に伝搬する。一方、波長がλ21であって所定の光強度を有する上位光ディジタル信号Ｓin２１は偏波コントローラＰＣ６によって偏波状態が調整されて、光合波器ＯＣ４により光ファイバループ２０４ｃ内に入力する。上位光ディジタル信号Ｓin２１と光パルス列Ｓp２１とは光ディレイラインＯＤＬ２によって同期しており、時間的に重ね合わせられて時計回りの方向ｄ２３から高非線形光ファイバＨＮＬＦ２に入力する。他方、波長がλ21であって所定の光強度を有する下位光ディジタル信号Ｓin２２は偏波コントローラＰＣ５によって偏波状態が調整されて、光合波器ＯＣ５により光ファイバループ２０４ｃ内に入力する。下位光ディジタル信号Ｓin２２と光パルス列Ｓp２２とは光ディレイラインＯＤＬ３によって同期しており、時間的に重ね合わせられて反時計回りの方向ｄ２４から高非線形光ファイバＨＮＬＦ２に入力する。
【００４９】
光パルス列Ｓp２１は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を伝搬中に上位光ディジタル信号Ｓin２１によってXPMを受け、光パルス列Ｓp２２は、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を伝搬中に下位光ディジタル信号Ｓin２２によってXPMを受ける。その結果、光パルス列Ｓp２１および光パルス列Ｓp２２は光の位相が変化する。この位相の変化量をそれぞれφ２１、φ２２、上位光ディジタル信号Ｓin２１の光強度をＰin１、下位光ディジタル信号Ｓin２２の光強度をＰin２、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２の非線形定数をγ、長さをＬとすると、φ２１はφ２１＝２ＡγＬＰin１＝φ１、φ２２はφ２２＝２ＢγＬＰin２＝φ２で表される。なお、ＡおよびＢは２／３より大きく２より小さい係数であり、Ａは光パルス列Ｓp２１と上位光ディジタル信号Ｓin２１との偏波状態の関係により定まり、Ｂは光パルス列Ｓp２２と下位光ディジタル信号Ｓin２２との偏波状態の関係により定まる。本実施の形態２においても上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２はそれぞれ偏波コントローラＰＣ６、ＰＣ５で別々に偏波状態を調整することができるので、ＡおよびＢが高い値となるように偏波コントローラＰＣ６、ＰＣ５とを調節して、より少ない光強度で効率よく位相を変化させることができる。
【００５０】
次に、高非線形光ファイバＨＮＬＦ２を通過した光パルス列Ｓp２１、Ｓp２２は、光ファイバループ２０４ｃ内を伝搬し、光方向性結合器ＯＣ３によって結合される。結合した光は光アナログ信号として光出力端子２０４ｂから出力される。光出力端子２０４ｂから出力される光アナログ信号Ｓout２の光強度をＰout、位相シフト量をΔφ＝｜φ２１−φ２２｜＝｜φ１−φ２｜とすると、実施の形態１の場合と同様に、Ｐout＝Ｐp２（１−ｃｏｓΔφ）／２が成立する。φ１は上位光ディジタル信号Ｓin２１の光強度であるＰin１に比例し、φ２は下位光ディジタル入力信号Ｓin２２の光強度であるＰin２に比例するから、非線形光ループミラー２０４の入力光強度に対する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度に応じて周期的に変化することになる。その結果、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整して位相シフト量を所定値に設定することにより、非線形光ループミラー２０４から出力される光アナログ信号Ｓout２を、光ディジタル信号Ｓin２をディジタル／アナログ変換した信号とすることができる。なお、実施の形態１においては位相シフト量がΔφ＝φ１＋φ２、つまりφ１とφ２との和で表されたが、本実施の形態２では、位相シフト量はΔφ＝｜φ１−φ２｜、つまりφ１とφ２との差で表される点で異なる。
【００５１】
次に、具体的な位相シフト量の設定について説明する。図８は、非線形光ループミラー２０４によってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。なお、このグラフでは位相シフト量は２πまで表示している。
【００５２】
上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整して、φ１＝π、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図８において、光ディジタル信号Ｓin２が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝｜−φ２｜＝１．２３となり、ｃｏｓ１．２３＝１／３であるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp２となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝｜φ１−φ２｜＝π−１．２３となり、ｃｏｓ（π−１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp２となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝πとなり、ｃｏｓπ＝−１であるから、ＰoutはＰp２となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin２が“００”、“０１”、“１１” 、“１０”のときに、光アナログ信号Ｓout２の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp２、（２／３）Ｐp２、Ｐp２となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、グレイコードの光ディジタル信号Ｓin２をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００５３】
また、実施の形態１の場合と同様に、非線形光ループミラー２０４によって、２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換することもできる。図９は、非線形光ループミラー２０４によって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について、位相シフト量に対する光出力端子への出力光強度を示すグラフを用いて説明する図である。上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整して、φ１＝π＋１．２３、φ２＝１．２３となるようにしておくと、以下の特性が実現できる。すなわち、図９において、光ディジタル信号Ｓin２が“００”の場合、位相シフト量であるΔφは０であるから、出力光強度であるＰoutは０である。また、“０１”の場合は、Δφ＝｜−φ２｜＝１．２３となるから、Ｐoutは（１／３）Ｐp２となる。また、“１０”の場合は、Δφ＝φ１＝π＋１．２３となり、ｃｏｓ（π＋１．２３）＝−１／３であるから、Ｐoutは（２／３）Ｐp２となる。また、“１１”の場合は、Δφ＝｜φ１−φ２｜＝πとなるから、ＰoutはＰp２となる。すなわち、光ディジタル信号Ｓin２が“００”、“０１”、“１０”、“１１”のときに、光アナログ信号Ｓout２の光強度はそれぞれ０、（１／３）Ｐp２、（２／３）Ｐp２、Ｐp２となり、相対的な光強度は０、１、２、３となるから、２進コードの光ディジタル信号Ｓin２をディジタル／アナログ変換したものとなる。
【００５４】
実施の態様１の場合と同様に、図８および９における位相シフト量に対する出力光強度を示すグラフは、いずれも非線形光ループミラー２０４の特性を示すものであり、構成を変更しなくても、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度を調整し、位相シフト量の設定を変更するだけで、いずれの符号化がされた光ディジタル信号であっても光ディジタル／アナログ変換を実現することができる。
【００５５】
次に、光ディジタル／アナログ変換器２０３は、光出力端子２０４ｂから出力された光アナログ信号Ｓout１を光バンドパスフィルタＢＰＦ２に入力し、光ディジタル／アナログ変換装置２００の外部へと出力する。光バンドパスフィルタＢＰＦ２は、実施の態様１に係るバンドパスフィルタＢＰＦ１と同様の透過特性を有するので、光ディジタル／アナログ変換装置２００の外部には上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２が漏洩しない。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置２００は、実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００と同様に、２ビットの２値の光ディジタル信号を電気に変換せず光のまま超高速でアナログ／ディジタル変換を行うことができる。また、光ディジタル信号の光強度を調整するのみで、符号化の種類がグレイコードと２進コードのいずれであっても構成を変更することなくディジタル／アナログ変換を行うことができる。
【００５７】
なお、実施の形態１、２における光ディジタル信号Ｓin１、Ｓin２は、遠方の送信ノードで符号化された後に所定の距離の光伝送路を伝送してから、中継ノードに備えた光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００に入力するものでもよいし、所定の光パルス列を光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００に入力する直前に変調器などで符号化して生成したものでもよい。また、光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００の動作確認をする際には、たとえばモードロックした光ファイバリングレーザから出力される所望の繰返し周期を有する光パルス列に対して光時分割多重化装置を用いて繰り返しパターンを変換した後に２つに分波し、さらに分波した２つの光パルス列を別々の光ディレイラインを用いてタイミングをずらすことによって擬似的に符号化して生成した光ディジタル信号を用いることができる。たとえばこの光パルス列の波長は１５６０ｎｍ付近、パルス幅は３．１ｐｓ、繰り返し周期は１０ＧＨｚである。
【００５８】
また、実施の形態１、２に係る光ディジタル／アナログ変換装置１００、２００に備えたパルス光源ＬＳ１、ＬＳ２として、たとえば図１０に示すものを用いることができる。図１０は、パルス光源ＬＳ１の具体的構成の一例を示すブロック図である。このパルス光源ＬＳ１は、波長可変レーザ光源ＴＬＳと、偏波コントローラＰＣ８、９と、３ｄＢカプラなどの光合波器ＯＣ８と、高非線形光ファイバＨＮＬＦ３と、光バンドパスフィルタＢＰＦ３と、光増幅器ＯＡ４と、光時分割多重化装置ＯＭＵＸとを備える。
【００５９】
このパルス光源ＬＳ１においては、波長可変レーザ光源ＴＬＳは波長がλcwの連続レーザ光Ｓcwを発振し、偏波コントローラＰＣ８は連続レーザ光Ｓcwの偏波状態を調整する。光合波器ＯＣ８は、パルス光源ＬＳ１の外部に備えたファイバリングレーザＦＲＬが出力する波長がλ11の光パルス列Ｓp０と連続レーザ光Ｓcwとを合波し、高非線形光ファイバＨＮＬＦ３に入力する。高非線形光ファイバＨＮＬＦ３は、非線形光学効果である四光波混合によって波長がλ12であって光パルス列Ｓp０と同じ繰返し周期を有する光パルス列Ｓp１を発生する。したがって、高非線形光ファイバＨＮＬＦ３から出力する光のスペクトルは波長λを横軸として図１０に示すものとなる。このとき、λcw、λ11、λ12の間には、１／λ12＝２／λ11−１／λcwの関係が成立し、λcwが１５５０ｎｍ、λ11が１５６０ｎｍならば、λ12は１５７０ｎｍである。その後、光バンドパスフィルタＢＰＦ３は高非線形光ファイバＨＮＬＦ３から出力する光のうち波長がλ12の光パルス列Ｓp１のみを透過し、その他の波長の光は遮断する。そして、光増幅器ＯＡ４は光パルス列Ｓp１の光強度を増幅し、光時分割多重化装置ＯＭＵＸは増幅した光パルス列Ｓp１を時分割多重して所望の繰り返し周波数とし、偏波コントローラＰＣ９は時分割多重した光パルス列Ｓp１の偏波状態を調整して出力する。たとえば光パルス列Ｓp１のパルス幅は２．６ｐｓ、繰り返し周期は４０ＧＨｚである。なお、上述のファイバリングレーザＦＲＬを用いる代わりに、上位または下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の生成に用いる光ファイバリングレーザから出力する光パルス列の一部を分岐して光合波器ＯＣ８に入力すれば、光パルス列Ｓp１と上位または下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２との同期がとりやすくなるので好ましい。
【００６０】
また、上述した実施の形態１、２では、いずれも光干渉計として非線形光ループミラーを用いて光ディジタル／アナログ変換器を実現しているが、これにかぎらず、各種の非線形光学効果を用いた光干渉計や光スイッチを用いてもよい。たとえば、非線形光媒質を含む導波路型マハツェンダ干渉計を用いて実現してもよいし、非線形光媒質を含む複屈折性光導波路と偏光子を組み合わせた光カーシャッターを用いて実現してもよい。
【００６１】
図１１は、実施の形態１の変形例として光ディジタル／アナログ変換器１０３において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計１１０を用いた構成を説明するブロック図である。マハツェンダ干渉計１１０は、光入力端子１１０ａと、光出力端子１１０ｂと、非線形光学媒質である高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１を含む光導波路１１０ｄと、光導波路１１０ｅと、光入力端子１１０ａから入力した光パルス列Ｓp１の光を２分岐し、２分岐した光を、互いに異なる光導波路１１０ｄ、１１０ｅを通るように伝搬させた後に結合し、光出力端子１１０ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ９、ＯＣ１０と、光導波路１１０ｄ内の高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１に合成光ディジタル信号Ｓin１３を入力する光合波器ＯＣ１１とを有する。
【００６２】
導波路型マハツェンダ干渉計１１０は、光導波路１１０ｄを構成する導波路よりも光学非線形性が高い高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１において発生する非線形光学効果を用いて合成光ディジタル信号Ｓin１３の光強度によって光パルス列Ｓp１の光強度を制御して、光パルス列Ｓp１を１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout１に変換し、光出力端子１１０ｂから出力する。
【００６３】
導波路型マハツェンダ干渉計１１０の動作原理は非線形光ループミラー１０４とほぼ同様である。すなわち、光方向性結合器ＯＣ９が偏波コントローラＰＣ１０により偏波状態を調整した光パルス列Ｓp１を１：１に分岐する。そして導波路１１０ｄを伝搬する光パルス列は高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ１において合成光ディジタル信号Ｓin１３によってXPMを受けて光の位相が変化し、導波路１１０ｅを伝搬する光パルス列はXPMを受けずに光の位相が変化しない。その結果、方向性結合器ＯＣ１０が２つの光パルス列を合波して出力する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin１１、Ｓin１２の光強度に応じて周期的に変化することになる。なお、図１０における光バンドパスフィルタＢＰＦ４は、図２における光バンドパスフィルタＢＰＦ１に対応する。
【００６４】
図１２は、実施の形態２の変形例として光ディジタル／アナログ変換器２０３において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計２１０を用いた構成を説明するブロック図である。マハツェンダ干渉計２１０は、光入力端子２１０ａと、光出力端子２１０ｂと、非線形光学媒質である高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２を含む光導波路２１０ｄと、非線形光学媒質である高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ３を含む光導波路２１０ｅと、光入力端子２１０ａから入力した光パルス列Ｓp２の光を２分岐し、２分岐した光を、互いに異なる光導波路２１０ｄ、２１０ｅを通るように伝搬させた後に結合し、光出力端子２１０ｂから出力するように接続した分岐比が１：１の光方向性結合器ＯＣ１２、ＯＣ１３と、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２に上位光ディジタル信号Ｓin２１を入力する光合波器ＯＣ１４と、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ３に下位光ディジタル信号Ｓin２２を入力する光合波器ＯＣ１５とを有する。
【００６５】
導波路型マハツェンダ干渉計２１０は、光導波路２１０ｄ、２１０ｅを構成する導波路よりも光学非線形性が高い高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２、ＨＮＬＷＧ３において発生する非線形光学効果を用いて上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度によって光パルス列Ｓp２の光強度を制御して、光パルス列Ｓp２を１シンボルの４値の光アナログ信号Ｓout２に変換し、光出力端子２１０ｂから出力する。
【００６６】
導波路型マハツェンダ干渉計２１０の動作原理は非線形光ループミラー２０４とほぼ同様である。すなわち、光方向性結合器ＯＣ１２が偏波コントローラＰＣ１３により偏波状態を調整された光パルス列Ｓp２を１：１に分岐する。そして導波路２１０ｄを伝搬する光パルス列は、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ２において、偏波コントローラＰＣ１１により偏波状態を調整し光ディレイラインＯＤＬ４によって光パルス列と同期した上位光ディジタル信号Ｓin２１によってXPMを受けて光の位相が変化する。一方、導波路２１０ｅを伝搬する光パルス列は、高非線形光導波路部ＨＮＬＷＧ３において、偏波コントローラＰＣ１２により偏波状態を調整し光ディレイラインＯＤＬ５によって光パルス列と同期した下位光ディジタル信号Ｓin２２によってXPMを受けて光の位相が変化する。その結果、方向性結合器ＯＣ１３が２つの光パルス列を合波して出力する出力光強度は、上位および下位光ディジタル信号Ｓin２１、Ｓin２２の光強度に応じて周期的に変化することになる。なお、図１１における光バンドパスフィルタＢＰＦ５は、図５における光バンドパスフィルタＢＰＦ２に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置の詳細な構成を説明するブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る非線形光ループミラーの動作原理を説明するブロック図である。
【図４】図３に示す非線形光ループミラーによってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図５】図３に示す非線形光ループミラーによって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボル４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る光ディジタル／アナログ変換装置の詳細な構成を説明するブロック図である。
【図７】実施の形態２に係る非線形光ループミラーの動作原理を説明するブロック図である。
【図８】図７に示す非線形光ループミラーによってグレイコードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図９】図７に示す非線形光ループミラーによって２進コードの２ビットの２値の光ディジタル信号を１シンボルの４値の光アナログ信号に変換する場合の位相シフト量の設定について説明する図である。
【図１０】実施の形態１に係る光ディジタル／アナログ変換装置に備えたパルス光源の具体的構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態１の変形例として光ディジタル／アナログ変換器において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計を用いた構成を説明するブロック図である。
【図１２】実施の形態２の変形例として光ディジタル／アナログ変換器において光干渉計として導波路型マハツェンダ干渉計を用いた構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、２００ 光ディジタル／アナログ変換装置
１０１、２０１ 光信号入力部
１０２、２０２ 光パルス列発生部
１０３、２０３ 光ディジタル／アナログ変換器
１０４、２０４ 非線形光ループミラー
１０４ａ、１１０ａ、２０４ａ、２１０ａ 光入力端子
１０４ｂ、１１０ｂ、２０４ｂ、２１０ｂ 光出力端子
１０４ｃ、２０４ｃ 光ファイバループ
１０５、２０５ 光強度調整器
１１０、２１０ 導波路型マハツェンダ干渉計
１１０ｄ、１１０ｅ、２１０ｄ、２１０ｅ 光導波路
ＢＰＦ１〜５ 光バンドパスフィルタ
ＦＲＬ 光ファイバリングレーザ
ＨＮＬＦ１〜３ 高非線形光ファイバ
ＨＮＬＷＧ１〜３ 高非線形光導波路部
ＬＳ１、２ パルス光源
ＯＡ１〜４ 光増幅器
ＯＣ０ 光合成器
ＯＣ１、ＯＣ３、ＯＣ９〜１０、ＯＣ１２〜１３ 光方向性結合器
ＯＣ２、ＯＣ４〜５、ＯＣ８、ＯＣ１１、ＯＣ１４〜１５ 光合波器
ＯＣＩＲ１、２ 光サーキュレータ
ＯＤＬ１〜５ 光ディレイライン
ＯＭＵＸ 光時分割多重化装置
ＰＣ１〜１３ 偏波コントローラ
Ｓin１、Ｓin２ 光ディジタル信号
Ｓin１１、Ｓin２１ 上位光ディジタル信号
Ｓin１２、Ｓin２２ 下位光ディジタル信号
Ｓin１３ 合成光ディジタル信号
Ｓout１、Ｓout２ 光アナログ信号
Ｓp０〜Ｓp２ 光パルス列
Ｓcw 連続レーザ光
ＴＬＳ 波長可変レーザ光源
ＶＯＡ 可変光減衰器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号を入力するとともに前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を入力する光信号入力ステップと、
非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記入力した光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換ステップと、を含むことを特徴とする光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項２】
前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項３】
前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位光ディジタル信号とを合成する光合成ステップを含み、
前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記合成した光ディジタル信号を入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項４】
前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項５】
前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする請求項３または４に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項６】
前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項３または４に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項７】
上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号の入力受付を行う光信号入力部と、
前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を発生する光パルス列発生部と、
非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換器と、
を有することを特徴とする光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項８】
前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整器を備えることを特徴とする請求項７に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項９】
前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを合成する光合成器を備え、
前記光ディジタル／アナログ変換器は、
光入力端子と、
光出力端子と、
非線形光学媒質を含む光干渉計と、
前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、
前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光合成器から出力される光ディジタル信号を入力する光合波器と、
を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１０】
前記光ディジタル／アナログ変換器は、
光入力端子と、
光出力端子と、
１つ以上の非線形光学媒質を含む光干渉計と、
前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、
前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように伝搬するように入力する２つの光合波器と、
を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１１】
前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１２】
前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１】
上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号を入力するとともに前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を入力する光信号入力ステップと、
非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記入力した光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換ステップと、を含むことを特徴とする光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項２】
前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項３】
前記光信号入力ステップは、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位光ディジタル信号とを合成する光合成ステップを含み、
前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記合成した光ディジタル信号を入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項４】
前記光ディジタル／アナログ変換ステップは、光干渉計内に備えられた非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように入力して、前記光干渉計に入力した光パルス列の光強度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項５】
前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする請求項３または４に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項６】
前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項３または４に記載の光ディジタル／アナログ変換方法。
【請求項７】
上位ビットと下位ビットとからなり２値の光強度を有する光ディジタル信号の入力受付を行う光信号入力部と、
前記光ディジタル信号の波長と異なる波長を有する光パルス列を発生する光パルス列発生部と、
非線形光学効果を用いて前記光ディジタル信号の光強度によって前記光パルス列の光強度を制御することにより、前記光パルス列を前記光ディジタル信号に対応し１シンボルで４値の光強度を有する光アナログ信号に変換して出力する光ディジタル／アナログ変換器と、
を有することを特徴とする光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項８】
前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の符号化の種類に応じて前記光ディジタル信号の光強度を調整する光強度調整器を備えることを特徴とする請求項７に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項９】
前記光信号入力部は、前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応し該上位光ディジタル信号とは異なる波長を有する下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを合成する光合成器を備え、
前記光ディジタル／アナログ変換器は、
光入力端子と、
光出力端子と、
非線形光学媒質を含む光干渉計と、
前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、
前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光合成器から出力される光ディジタル信号を入力する光合波器と、
を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１０】
前記光ディジタル／アナログ変換器は、
光入力端子と、
光出力端子と、
１つ以上の非線形光学媒質を含む光干渉計と、
前記光入力端子から入力した前記光パルス列の光を２分岐し、該２分岐した光を、前記光干渉計内を互いに異なる経路で伝搬させた後に結合し、前記光出力端子から出力するように接続した１つ以上の光方向性結合器と、
前記光干渉計内の前記非線形光学媒質に前記光ディジタル信号の上位ビットに対応する上位光ディジタル信号と下位ビットに対応する下位光ディジタル信号とを互いに異なる経路を通るように伝搬するように入力する２つの光合波器と、
を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１１】
前記光干渉計は、非線形光ループミラーであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【請求項１２】
前記光干渉計は、マハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ディジタル／アナログ変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−７０５６３（Ｐ２００８−７０５６３Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４８５８０（Ｐ２００６−２４８５８０）
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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