光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置
【課題】簡易な構成の光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置を提供する。
【解決手段】量子化対象である被量子化光パルスＰ１０を複数の経路に分割して出力する光分割手段２１と、分割された各被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタ２３ａ〜２３ｅと、光フィルタ２３ａ〜２３ｅを介して出力される被量子化光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に光パルスＰ２５を出力する光閾値フィルタ２５とを備える構成とする。
【解決手段】量子化対象である被量子化光パルスＰ１０を複数の経路に分割して出力する光分割手段２１と、分割された各被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタ２３ａ〜２３ｅと、光フィルタ２３ａ〜２３ｅを介して出力される被量子化光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に光パルスＰ２５を出力する光閾値フィルタ２５とを備える構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置に関し、入力された光パルスの強度に比例した数の光パルスを生成する光量子化装置及びこの光量子化装置を用いた光アナログデジタル変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光パルスの強度に比例した数の光パルスを生成する光量子化回路として、例えば米国特許第４７１２０８９号（特許文献１）に記載されたものがある。
【０００３】
この装置では、入力された被量子化光パルスを光分割手段によって量子化レベルの数に分割し、この分割された被量子化光パルスをそれぞれ異なる閾値を持つ複数の光閾値フィルタに入力する。
【０００４】
光閾値フィルタは、入力された被量子化光パルスを閾値と比較し、閾値を超えた場合に光パルスを出力するようになされている。これにより光閾値フィルタからは、被量子化光パルスの強度に比例した数の光パルスが出力される。
【特許文献１】米国特許第４７１２０８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光閾値フィルタは、構成が大型であり、このような大型の閾値フィルタを複数設けると、光量子化装置全体として大型化することを避け得なかった。また、このような大型の閾値フィルタを複数設けると、光の利用効率が低下してしまい、入力に必要な被量子化光パルスの強度が増大し、経済的な光量子化装置全体を構成することが難しかった。
【０００６】
このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、簡易な構成の光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る特徴は、光量子化装置において、量子化対象である被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に光パルスを出力する光閾値フィルタとを備えることである。
【０００８】
また本発明の実施の形態に係る特徴は、光アナログデジタル変換装置において、アナログ光信号を標本化する光標本化手段と、光標本化手段によって標本化されてなる被量子化光パルスを量子化して出力する光量子化手段と、光量子化手段によって量子化されてなる量子化光パルスをバイナリ変換するバイナリ変換手段とを有し、光量子化手段は、被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に量子化光パルスを出力する光閾値フィルタとを備えることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成の光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、各部の寸法等は現実のものと異なる。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光アナログデジタル変換装置１０は、アナログ光信号Ｓ１０（図２（Ａ））を逐次サンプリングして被量子化光パルスＰ１０（図２（Ｂ））の列（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）に変換する光標本化装置１１と、光標本化部１１から出力される被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）を逐次入力して量子化することにより量子化光パルスＰ１２（図２（Ｃ））の列に変換する光量子化装置１２と、光量子化装置１２から出力される量子化光パルスＰ１２の列を逐次入力してバイナリ変換することにより符号化光パルスＰ１３（図２（Ｄ））を得る光バイナリカウンタ１３とを備えている。
【００１２】
光標本化装置１１は、例えば四光波混合を利用するものを用いることができる。この光標本化装置１１は、周波数ω２のアナログ光信号と、周波数ω１のサンプリングパルスを一緒に非線形媒質（分散シフトファイバ等）に通すことで、周波数２ω１−ω２のアナログパルス列（各パルスの振幅はサンプリングした時のアナログ光信号の大きさに比例する）を発生させるものである。因みに、周波数ωと波長λとの関係は、光速をｃとすると、ω＝１πｃ／λによって表される。なお、光標本化装置１１としては、四光波混合を利用するものに限られるものではない。
【００１３】
図３に示すように、本実施の形態に係る光量子化装置１２は、量子化対象である被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）をそれぞれ複数の経路に分割して出力する光分割部２１と、分割された各被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる遅延時間だけ遅延させる複数の遅延線２２ａ〜２２ｅと、遅延線２２ａ〜２２ｅを介して出力される光パルスを異なる透過率で透過させる複数の光フィルタ２３ａ〜２３ｅと、光フィルタ２３ａ〜２３ｅを介して出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを、合成する光合成部２４と、光合成部２４を介して順次出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅの光強度が閾値Ｐｔｈを超えた場合に出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）を出力する光閾値フィルタ２５とを備える。
【００１４】
光量子化装置１２において、光分割部２１は、例えばスターカプラを備える。具体的には、スターカプラには例えばファイバ型または導波路型の１×５スターカプラを用いることができ、１つの入力を５つの出力に分割する方向に設けられる。光分割部２１は、被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）を該光量子化装置１２における量子化レベルの数に分割する。例えば３つの被量子化光パルスＰ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃが順次入力された場合、被量子化光パルスＰ１０ａは、光量子化装置１２の量子化レベルの数（この実施の形態の場合量子化レベル数は「５」であるが、これに限られるものではない）に分割され、被量子化光パルスＰ１０ｂも同様にして、光量子化装置１２の量子化レベルの数に分割され、被量子化光パルスＰ１０ｃも同様にして、光量子化装置１２の量子化レベルの数に分割される。
【００１５】
光分割部２１は、分割されたそれぞれ（Ｐ１０１〜Ｐ１０５）を遅延線アレイ２２に出力する。遅延線アレイ２２は、それぞれ導波路の長さが異なる複数の遅延線２２ａ〜２２ｅを有し、光分割部２１において分割された結果の各被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５を、それぞれ対応する遅延線２２ａ〜２２ｅに入力する。これらの遅延線２２ａ〜２２ｅにおいては、遅延線２２ａの導波路の長さが最も短く、遅延線２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの順に長さが長くなっている、これにより遅延線２２ａにおける遅延時間が最も短く、遅延線２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの順に遅延時間が長くなっている。図中に示す符号τは、遅延時間を表す。
【００１６】
遅延線アレイ２２において各々の遅延時間だけ遅延された被量子化光パルスＰ１０１、Ｐ１０２、Ｐ１０３、Ｐ１０４、Ｐ１０５は、それぞれ光透過アレイ２３の対応する光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅに出力される。光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅは、それぞれ入力される光パルスを異なる透過率で透過させるようになされている。すなわち、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅのうち、最も高い透過率をｔ１、次に高い透過率をｔ２とすると、次式、
【数１】
【００１７】
を満たすように各光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅの光透過率を選択することにより、複数の被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５の光強度が線形を呈するように強度調整することができる。例えば、ｔ１＝１、ｔ２＝１/２とした場合、ｔ３＝１/３、ｔ４＝１/４、ｔ５＝１/５となる。この例の場合、遅延時間が最も短い遅延線２２ａの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ａは、入力された光パルスの光強度を減衰させずに出力するのに対して、２番目に遅延時間が短い遅延線２２ｂの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｂは、入力された光パルスの光強度を１/２に減じて出力し、３番目に遅延時間が短い遅延線２２ｃの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｃは、入力された光パルスの光強度を１/３に減じて出力し、４番目に遅延時間が短い遅延線２２ｄの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｄは、入力された光パルスの光強度を１/４に減じて出力し、遅延時間が最も長い遅延線２２ｅの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｅは、入力された光パルスの光強度を１/５に減じて出力する。なお、入力された光パルスの光強度を減衰させずに出力する光透過率フィルタ２３ａは、光透過率フィルタを設けない場合と等価であり、省略することができる。
【００１８】
これにより、遅延線アレイ２２及び光透過アレイ２３を介して出力される各光パルスＰ２３ａ、Ｐ２３ｂ、Ｐ２３ｃ、Ｐ２３ｄ、Ｐ２３ｅにあっては、最も光強度の大きな光パルスＰ２３ａが出力された後、順次一定の時間間隔で光量レベルが次第に小さくなる光パルスＰ２３ｂ、Ｐ２３ｃ、Ｐ２３ｄ、Ｐ２３ｅが出力される。なお、ｔｉ、ｔｉ＋１はｔ１＝１、ｔ２＝１/２に限らず、例えばｔ１＝１．０、ｔ２＝０．４など、種々の値を設定することができる。
【００１９】
因みに、図４は、ｔ１＝１．０、ｔ２＝０．５、後述する光閾値フィルタの閾値Ｐｔｈを１とした場合の光量子化装置１２における入力パルスと出力パルス数の関係を示す図である。
【００２０】
光透過アレイ２３の出力段には、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅの出力を合成する光合成部２４が設けられている。この光合成部２４は、例えばスターカプラを備える。具体的には、スターカプラには例えばファイバ型または導波路型の１×５スターカプラを用いることができ、５つの入力を１つの出力に合成する方向に設けられる。光合成部２４は、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅの出力を合成することにより、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを所定の時間間隔ごとに順次光閾値フィルタ２５に出力する。ここで、所定の時間間隔とは、前述した遅延線アレイ２２に設けられた複数の遅延線２２ａ〜２２ｅの遅延時間によって決定される時間間隔である。
【００２１】
このように、光量子化装置１２においては、順次入力される被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）をそれぞれ光分割部２１において分割した後、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅにおいて異なる透過率で透過させることにより、１つの被量子化光パルス（例えばＰ１０ａ）について、その光強度を最大として、光強度が順次小さくなる複数の光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを得る。光量子化装置１２においては、遅延線２２ａ〜２２ｅの出力を光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅに入力するようになされていることにより、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅは、一定の時間差をもって順次光合成部２４から光閾値フィルタ２５に出力される。
【００２２】
光閾値フィルタ２５は、光合成部２４から順次出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを所定の閾値Ｐｔｈと比較し、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅのうち、閾値よりも光強度が強い光パルスのみに対応して出力パルスＰ２５を出力するようになされている。因みにこの出力パルスＰ２５が図１について上述した量子化結果である量子化光パルスＰ１２となる。
【００２３】
図５に示すように、光閾値フィルタ２５においては、第１の光増幅器３１ａを光フィルタ３２ａ、３３ａによって挟むことにより第１のレーザ発振部３０ａが構成され、また第２の光増幅器３１ｂを光フィルタ３２ｂ、３３ｂによって挟むことにより第２のレーザ発振部３０ｂが構成される。
【００２４】
光増幅器３１ａ、３１ｂとしては、エルビウム添加光ファイバ増幅器や半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）を用いることができる。また、レーザ発振器構成の光閾値フィルタとすることにより、光の位相に基づくものでないため、ロバスト性に優れている。
【００２５】
光フィルタ３２ａ、３３ａ、３２ｂ、３３ｂは、特定の波長の光のみを反射させ、他の波長の光を透過させるものであり、例えば、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いることができる。このＦＢＧは、周期的な屈折率変化を呈する回折格子を光ファイバのコアに形成したものであり、回折格子の周期と光ファイバの屈折率とに基づく特定の波長の光を反射させ、その他の波長の光は透過させる。この実施の形態の場合、第１のレーザ発振部３０ａを構成する光フィルタ３２ａ、３３ａとして、被量子化光パルスＰ１０とは僅かに異なる特定の波長の光を反射させるようなＦＢＧを用いる。これにより、第１のレーザ発振部３０ａは、この特定の波長の光によって発振するようになされている。
【００２６】
これに対して、第２のレーザ発振部３０ｂを構成する光フィルタ３２ｂ、３３ｂとしては、被量子化光パルスＰ１０の波長及び光フィルタ３２ａ、３３ａの反射波長のいずれに対しても僅かに異なる特定の波長の光を反射させるようなＦＢＧを用いる。これにより、第２のレーザ発振部３０ｂは、この特定の波長の光によって発振するようになされている。
【００２７】
なお、この実施の形態の光増幅器３１ａ、３１ｂとしては、光通信で用いられる1550ｎｍ帯仕様の半導体光増幅器を用い、光閾値フィルタ２５に入力される被量子化光パルスＰ１０として1552.52ｎｍ、第１のレーザ発振部３０ａの光フィルタ３２ａ、３３ａとして反射中心波長が1549.32ｎｍのＦＢＧ、第２のレーザ発振部３０ｂの光フィルタ３２ｂ、３３ｂとして反射中心波長が1558.98ｎｍのＦＢＧを用いる。但しこれらの具体的数値はこれらに限られるものではない。
【００２８】
第１のレーザ発振部３０ａ及び第２のレーザ発振部３０ｂは、光カプラ３４によって結合されており、一方のレーザ発振部で得られるレーザ出力が他方のレーザ発振部の光増幅器に入力されるようになされている。本実施の形態の場合、第１のレーザ発振部３０ａにおいて光増幅器３１ａから光カプラ３４に出力される光のうち、６０パーセントが光フィルタ３２ａに入力され、４０パーセントが第２のレーザ発振部３０ｂの光増幅器３１ｂに入力される。なお、光カプラ３４の分岐比は、ここで説明した６０／４０に限らず、例えば５０／５０など、種々の分岐比を用いることができる。
【００２９】
また、第２のレーザ発振部３０ｂにおいては、光増幅器３１ｂと光フィルタ３３ｂとの間に光カプラ３５が設けられており、この光カプラ３５を介して出力パルスＰ２５が出力されるようになされている。本実施の形態の場合、光カプラ３５として分岐比が５０／５０のものを用いる。但し、この分岐比に限らず、種々の分岐比のものを用いることができる。
【００３０】
ここで、第１のレーザ発振部３０ａは、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を停止させるだけのキャリアを該第２のレーザ発振部３０ｂの光増幅器３１ｂから奪う出力強度を持ち、これに対して、第２のレーザ発振部３０ｂは、単体では第１のレーザ発振部３０ａを停止させるだけの出力強度を持っていないものとする。これにより、初期状態（デフォルト）においては、第１のレーザ発振部３０ａのみが発振するようになされている。
【００３１】
かかる構成の光閾値フィルタ２５において、光合成部２４から光閾値フィルタ２５に対して、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅが一定間隔で順次出力される場合について説明する。光合成部２４から第１のパルスＰ２３ａが出力されると、光閾値フィルタ２５では、この第１のパルスＰ２３ａを第１のレーザ発振部３０ａの光フィルタ３２ａに受ける。光フィルタ３２ａは、上述したように被量子化光パルスＰ１０の波長（すなわち光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅの波長）とは僅かに異なる波長の光を反射させるように設定されていることにより、光フィルタ３２ａは、光合成部２４から出力された光パルスＰ２３ａを透過させる。この透過した光パルスP２３ａは、光カプラ３４を介して光増幅器３１aに入力される。
【００３２】
光増幅器３１ａにおいては、レーザ発振が起こる反射波長と光パルスＰ２３ａとの波長の差が僅かであることにより、光パルスＰ２３ａは、光増幅器３１ａのキャリアを奪い、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力を低下させる。このとき、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力が第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を完全に抑圧するために最低限必要な値を下回ると、第２のレーザ発振部３０ｂはレーザ発振を始める。第２のレーザ発振部３０ｂがわずかでも発振を始めると、そのわずかなレーザ出力も第１のレーザ発振部３０ａの光増幅器３１ａに入力されるため、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力はさらに弱くなる。そして、第１のレーザ発振部３０ａにおけるレーザ出力がさらに弱くなることに応じて、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力はさらに強くなる。このような、第１のレーザ発振部３０ａにおけるレーザ出力の低下と、これに応じた第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力の増大が繰り返されることにより、第１のレーザ発振部３０ａと第２のレーザ発振部３０ｂとによって構成されるフリップフロップの状態は一気に高速で切り替わることとなる。第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力は、光カプラ３５を介して出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）として出力される。
【００３３】
このように、光閾値フィルタ２５においては、光合成部２４から入射される光パルスＰ２３ａの光量に応じて第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力が低下し、この低下によって該レーザ出力が第２のレーザ発振部３０ｂの発振を完全に抑圧するために必要な最低限の光量を下回った場合に、第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂの発振状態が切り替わり、第２のレーザ発振部３０ｂが発振を開始して出力パルスＰ２５が得られる。因みに、光閾値フィルタ２５の出力パルスＰ２５は、レーザ発振部３０ｂのレーザ発振から得られるため、信号再生効果を持っており、コントラストも高いという効果がある。
【００３４】
ここで、第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂによって構成されるフリップフロップにおいて、第２のレーザ発振部３０ｂが発振状態にある場合、第１のレーザ発振部３０ａは発振停止状態となるが、この場合の第１のレーザ発振部３０ａの発振が完全に抑圧される条件について説明する。この実施の形態の場合、第２のレーザ発振部３０ｂにおいては、デフォルト状態でのレーザ出力が第１のレーザ発振部３０ａのデフォルト状態でのレーザ出力と比べて極めて弱く、この状態では第１のレーザ発振部３０ａのレーザ発振を完全に抑圧し得ないように設定されている。すなわち、第１のレーザ発振部３０ａにおいては、第２のレーザ発振部３０ｂが発振状態となった場合に、該第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力と、外部（光合成部２４）から入力される光パルスとの和によって発振停止状態が保持されるようになされている。この場合、光合成部２４から光パルスＰ２３ａが入力されて第１のレーザ発振部３０ａの入射光量が増加し、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力が、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力を完全に抑圧するために最低限必要な光量をわずかでも下回ると、発振状態が切り替わる。この発振状態が切り替わるときの光合成部２４から第１のレーザ発振部３０ａに入射される光パルスの光量と、第２のレーザ発振部３０ｂのデフォルト状態でのレーザ出力との和が、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ発振を完全に抑圧するために最低限必要な光量となる。
【００３５】
このようにして、光合成部２４から光閾値フィルタ２５に第１の光パルスＰ２３ａが入射されてフリップフロップの状態が切り替わり、第２のレーザ発振部３０ｂから出力パルスＰ２５が出力されている状態において、第１の光パルスＰ２３ａの立下りにより、光閾値フィルタ２５に入射される入射光量が減少し、第１のレーザ発振器３０ａに入射される光パルスＰ２３ａと第２のレーザ発振部３０ｂにおけるデフォルト状態でのレーザ出力との和が上述の最低限必要な光量を下回ると、第２のレーザ発振部３０ｂが発振していても、第１のレーザ発振部３０ａが発振を始め、第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂによるフリップフロップの状態が切り替わる。
【００３６】
このように、本実施の形態の光閾値フィルタ２５において、第１のレーザ発振部３０ａは、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を停止させるだけのキャリアを該第２のレーザ発振部３０ｂの光増幅器３１ｂから奪う出力強度を持ち、これに対して、第２のレーザ発振部３０ｂは、単体では第１のレーザ発振部３０ａを停止させるだけの出力強度を持っていないものとすることにより、第１のレーザ発振部３０ａの入力を変化させる（すなわち光パルスを入射させる）ことによって第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂによるフリップフロップの状態を切り替えることができる。
【００３７】
上述したように光閾値フィルタ２５は、光合成部２４から順次出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを順次入力するようになされており、これらの光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅは、被量子化光パルスＰ１０の光強度でなる第１の光パルスＰ２３ａを最大強度として、順次光強度が小さくなるパルス列である。そして、光閾値フィルタ２５において、第１のレーザ発振部３０ａから光カプラ３４を介して第２のレーザ発振部３０ｂに入力されるレーザ出力が、該第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を完全に抑圧するために最低限必要な光量となるための外部光（光パルス）の光強度を閾値Ｐｔｈとすると、入力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅのうち、その光強度が閾値Ｐｔｈよりも大きな光パルスに対応して、図４について上述した光閾値フィルタ２５のフリップフロップ動作が起こり、出力パルスＰ２５が出力される。これに対して、閾値Ｐｔｈよりも光強度が小さな光パルスが入力される場合には、フリップフロップ動作は起こらず（第２のレーザ発振部３０ｂが発振せず）、出力パルスＰ２５は出力されない状態となる。かくして、光量子化装置１２においては、入力される１つの被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）ごとに、その光強度に応じた数の出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）を出力することができる。
【００３８】
光量子化装置１２から出力される量子化光パルスＰ１２は、図１に示した光バイナリカウンタ１３に入力される。光バイナリカウンタ１３は、光ロジックを組み合わせた構成を有し、量子化光パルスＰ１２を逐次バイナリ変換することにより符号化光パルスＰ１３を得る。この符号化光パルスＰ１３は、例えば図２（Ｄ）に示すように、３ビットのパルスとして出力される。
【００３９】
以上の構成において、本実施の形態に係る光アナログデジタル変換装置１０の光標本化装置１１に、アナログ光信号Ｓ１０（図２（Ａ））が入力されると、光標本化装置１１においてこのアナログ光信号Ｓ１０がサンプリングされることにより、被量子化光パルスＰ１０（図２（Ｂ））を得る。この被量子化光パルスＰ１０は、アナログ光信号Ｓ１０を所定のクロック周波数で順次サンプリングした結果であり、アナログ光信号Ｓ１０の各サンプリング点ａ〜ｅでの光強度に対応した信号レベルの被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅとして出力される。なお、ここでは、５つのサンプリング点ａ〜ｅでのサンプリング結果として、５つの被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅが出力される場合について説明する。
【００４０】
光標本化装置１１においてサンプリングされてなる被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅは、光量子化装置１２に順次出力される。光量子化装置１２は、図３について上述したように被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅを量子化することにより、量子化結果である量子化光パルスＰ１２（図２（Ｃ））を得る。この量子化光パルスＰ１２として、各被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅごとに、その光強度に応じた数の量子化光パルスＰ１２ａ〜Ｐ１２ｅが出力される。光量子化装置１２において量子化されてなる量子化光パルスＰ１２ａ〜Ｐ１２ｅは、光バイナリカウンタ１３に出力される。光バイナリカウンタ１３は、量子化光パルスＰ１２ａ〜Ｐ１２ｅをバイナリ変換することにより、符号化光パルスＰ１３（図２（Ｄ））を得る。この実施の形態の場合、符号化光パルスＰ１３は、パルスの大きさを１〜４の４段階として、これを２進数によって３ビットで表し、量子化光パルスＰ１２ａに基づいて符号化された強度２のパルスｐ１３ａ（３ビットで「０１０」）、量子化光パルスＰ１２ｂに基づいて符号化された強度１のパルスＰ１３ｂ（３ビットで「００１」）、量子化光パルスＰ１２ｃに基づいて符号化された強度３のパルスＰ１３ｃ（３ビットで「０１１」）、量子化光パルスＰ１２ｄに基づいて符号化された強度４のパルスＰ１３ｄ（３ビットで「１００」）、量子化光パルスＰ１２ｅに基づいて符号化された強度３のパルスＰ１３ｅ（３ビットで「０１１」）の順に出力される。かくして、アナログ光信号Ｓ１０は、光アナログデジタル変換装置１０によって、３ビットのデジタル信号でなる符号化光パルスＰ１３に変換される。
【００４１】
以上のように本実施の形態においては、光量子化装置１２に入力される被量子化光パルスＰ１０を、光分割部２１によって量子化レベルの数だけ分割した後、該分割された各々の被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる透過率のフィルタ（光フィルタ２３ａ〜２３ｅ）を通すことによって異なる光強度にする。これにより光量子化装置１２に入力される１つの被量子化光パルスＰ１１について、その光強度を最大とし順次光強度が小さくなる複数の光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅが得られる。光閾値フィルタ２５は、複数の光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅのうち、閾値Ｐｔｈを上回る強度を持つ光パルスが入力された場合のみ出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）を出力する。これにより、被量子化光パルスＰ１１の光強度に比例した数の量子化光パルスＰ１２を生成することができる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、量子化レベルの数だけ分割された被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる光透過率の光フィルタ２３ａ〜２３ｅを介して光閾値フィルタ２５に入力させるようにしたことにより、１つの光閾値フィルタ２５によって光量子化処理を実行することができる。これにより、光量子化装置１２及びこれを用いた光アナログデジタル変換装置１０の構成を簡易化することができる。かくして、光信号の光電変換を伴わない光処理を簡易な構成によって実現することができる。
【００４３】
（他の実施の形態）
なお上述の実施の形態においては、光量子化装置１２において、遅延線アレイ２２の後段に光透過率フィルタアレイ２３を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、それらの順番を入れ替えるように構成してもよい。
【００４４】
また上述の実施の形態では、光増幅器３１ａ（３１ｂ）を光フィルタ３２ａ、３３ａ（３２ｂ、３３ｂ）で挟んだ構成のレーザ発振部３０ａ（３０ｂ）を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レーザ発振部としては、リング型や光フィルタも不要となるマイクロリング型等、種々の構成のものを用いることができる。
【００４５】
また光閾値フィルタ２５に代えて、例えば図６に示すように、双安定半導体レーザ５１からなる光閾値フィルタ５０を用いるようにしてもよい。この双安定半導体レーザ５１は、利得領域５２の間に可飽和吸収領域５３が形成されている。レーザへの注入電流を適当な値に設定することにより、外部から注入する光の強度が一定量を上回った場合のみレーザを発振する光閾値動作が得られる。この光閾値フィルタ５０を用いることにより、光量子化装置１２の構成を一段と簡単化することができる。
【００４６】
また光閾値フィルタ２５に代えて、例えば図７に示すように、非線形エタロンからなる光閾値フィルタ６０を用いるようにしてもよい。この光閾値フィルタ６０は、可飽和吸収領域（例えば、GaAs/GaAlAs超格子膜）６１を、多層膜鏡６２で挟んで共振器を構成することにより、入射する光強度の増加に伴い透過率に極めて強い非線形性を得ることができる。この光閾値フィルタ６０を用いることにより、電気的なバイアスが不要となる。
【００４７】
また図８は、光量子化装置１２を光導波路によって集積化した場合の構成例を示す。但し、図８において、光閾値フィルタ２５は省略し、光分割部２１から光合成部２４までの光路を示す。また、図８において量子化レベルの数を８とする。被量子化光パルスＰ１０は、光分割部２１に入力される。光分割部２１としては、Ｙ型分岐やエバネッセント波を介したギャップ型カプラ等、種々の構成のものを用いることができる。また、これらの分岐比を調整することにより、光透過率フィルタアレイ２３を兼ねることができる。このようにして分割された被量子化光パルスＰ１０は、遅延線アレイ２２のような、内側と外側が存在するカーブ状の光路を伝播させることにより遅延配置を異ならせることができる。遅延線アレイ２２を介した光パルスを光合成部２４に入力させることにより、光閾値フィルタ２５に入力させる光パルスＰ２３のパルス列が生成される。なお、図８では、光透過率フィルタアレイ２３の機能を光分割部２１に持たせ、光合成部２４は、全光路のカプリング比が同じであるものとみなしたが、光透過率アレイ２３の機能を光分割部２１と光合成部２４の両方に持たせる等、種々の組み合わせを用いることができる。また、光路の引き回しについても、種々の構成を用いることができる。このような光集積回路は、光リソグラフィー技術等を応用して形成することができるため、入力部から光式値フィルタ２５までの光路を一段と小さく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施の形態に係る光アナログデジタル変換装置を示すを示すブロック図である。
【図２】図１の光アナログデジタル変換装置における信号処理の説明に供する信号波形図である。
【図３】図１の光アナログデジタル変換装置の光量子化装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３の光量子化装置における入力パルス強度と出力パルス数の関係を示すグラフである。
【図５】図３の光量子化装置の光閾値フィルタの構成を示すブロック図である。
【図６】他の実施の形態に係る双安定半導体レーザを用いた光閾値フィルタの構成例を示す略線図である。
【図７】他の実施の形態に係る非線形エタロンからなる光閾値フィルタの構成例を示す略線図である。
【図８】光導波路によって集積化した光量子化装置の構成例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 光アナログデジタル変換装置
１１ 光標本化装置
１２ 光量子化装置
１３ 光バイナリカウンタ
２１ 光分割部
２２ 遅延線アレイ
２３ 光透過率フィルタアレイ
２４ 光合成部
２５、５０、６０ 光閾値フィルタ
３０ａ、３０ｂ レーザ発振部
３１ａ、３１ｂ 光増幅器
３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ 光フィルタ
５１ 双安定半導体レーザ
５２ 利得領域
５３、６１ 可飽和吸収領域
６２ 多層膜鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置に関し、入力された光パルスの強度に比例した数の光パルスを生成する光量子化装置及びこの光量子化装置を用いた光アナログデジタル変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光パルスの強度に比例した数の光パルスを生成する光量子化回路として、例えば米国特許第４７１２０８９号（特許文献１）に記載されたものがある。
【０００３】
この装置では、入力された被量子化光パルスを光分割手段によって量子化レベルの数に分割し、この分割された被量子化光パルスをそれぞれ異なる閾値を持つ複数の光閾値フィルタに入力する。
【０００４】
光閾値フィルタは、入力された被量子化光パルスを閾値と比較し、閾値を超えた場合に光パルスを出力するようになされている。これにより光閾値フィルタからは、被量子化光パルスの強度に比例した数の光パルスが出力される。
【特許文献１】米国特許第４７１２０８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光閾値フィルタは、構成が大型であり、このような大型の閾値フィルタを複数設けると、光量子化装置全体として大型化することを避け得なかった。また、このような大型の閾値フィルタを複数設けると、光の利用効率が低下してしまい、入力に必要な被量子化光パルスの強度が増大し、経済的な光量子化装置全体を構成することが難しかった。
【０００６】
このような技術的課題を解決するためになされた本発明の目的は、簡易な構成の光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る特徴は、光量子化装置において、量子化対象である被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に光パルスを出力する光閾値フィルタとを備えることである。
【０００８】
また本発明の実施の形態に係る特徴は、光アナログデジタル変換装置において、アナログ光信号を標本化する光標本化手段と、光標本化手段によって標本化されてなる被量子化光パルスを量子化して出力する光量子化手段と、光量子化手段によって量子化されてなる量子化光パルスをバイナリ変換するバイナリ変換手段とを有し、光量子化手段は、被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に量子化光パルスを出力する光閾値フィルタとを備えることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成の光量子化装置及び光アナログデジタル変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。また、図面は模式的なものであり、各部の寸法等は現実のものと異なる。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光アナログデジタル変換装置１０は、アナログ光信号Ｓ１０（図２（Ａ））を逐次サンプリングして被量子化光パルスＰ１０（図２（Ｂ））の列（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）に変換する光標本化装置１１と、光標本化部１１から出力される被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）を逐次入力して量子化することにより量子化光パルスＰ１２（図２（Ｃ））の列に変換する光量子化装置１２と、光量子化装置１２から出力される量子化光パルスＰ１２の列を逐次入力してバイナリ変換することにより符号化光パルスＰ１３（図２（Ｄ））を得る光バイナリカウンタ１３とを備えている。
【００１２】
光標本化装置１１は、例えば四光波混合を利用するものを用いることができる。この光標本化装置１１は、周波数ω２のアナログ光信号と、周波数ω１のサンプリングパルスを一緒に非線形媒質（分散シフトファイバ等）に通すことで、周波数２ω１−ω２のアナログパルス列（各パルスの振幅はサンプリングした時のアナログ光信号の大きさに比例する）を発生させるものである。因みに、周波数ωと波長λとの関係は、光速をｃとすると、ω＝１πｃ／λによって表される。なお、光標本化装置１１としては、四光波混合を利用するものに限られるものではない。
【００１３】
図３に示すように、本実施の形態に係る光量子化装置１２は、量子化対象である被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）をそれぞれ複数の経路に分割して出力する光分割部２１と、分割された各被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる遅延時間だけ遅延させる複数の遅延線２２ａ〜２２ｅと、遅延線２２ａ〜２２ｅを介して出力される光パルスを異なる透過率で透過させる複数の光フィルタ２３ａ〜２３ｅと、光フィルタ２３ａ〜２３ｅを介して出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを、合成する光合成部２４と、光合成部２４を介して順次出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅの光強度が閾値Ｐｔｈを超えた場合に出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）を出力する光閾値フィルタ２５とを備える。
【００１４】
光量子化装置１２において、光分割部２１は、例えばスターカプラを備える。具体的には、スターカプラには例えばファイバ型または導波路型の１×５スターカプラを用いることができ、１つの入力を５つの出力に分割する方向に設けられる。光分割部２１は、被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）を該光量子化装置１２における量子化レベルの数に分割する。例えば３つの被量子化光パルスＰ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃが順次入力された場合、被量子化光パルスＰ１０ａは、光量子化装置１２の量子化レベルの数（この実施の形態の場合量子化レベル数は「５」であるが、これに限られるものではない）に分割され、被量子化光パルスＰ１０ｂも同様にして、光量子化装置１２の量子化レベルの数に分割され、被量子化光パルスＰ１０ｃも同様にして、光量子化装置１２の量子化レベルの数に分割される。
【００１５】
光分割部２１は、分割されたそれぞれ（Ｐ１０１〜Ｐ１０５）を遅延線アレイ２２に出力する。遅延線アレイ２２は、それぞれ導波路の長さが異なる複数の遅延線２２ａ〜２２ｅを有し、光分割部２１において分割された結果の各被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５を、それぞれ対応する遅延線２２ａ〜２２ｅに入力する。これらの遅延線２２ａ〜２２ｅにおいては、遅延線２２ａの導波路の長さが最も短く、遅延線２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの順に長さが長くなっている、これにより遅延線２２ａにおける遅延時間が最も短く、遅延線２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの順に遅延時間が長くなっている。図中に示す符号τは、遅延時間を表す。
【００１６】
遅延線アレイ２２において各々の遅延時間だけ遅延された被量子化光パルスＰ１０１、Ｐ１０２、Ｐ１０３、Ｐ１０４、Ｐ１０５は、それぞれ光透過アレイ２３の対応する光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅに出力される。光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅは、それぞれ入力される光パルスを異なる透過率で透過させるようになされている。すなわち、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅのうち、最も高い透過率をｔ１、次に高い透過率をｔ２とすると、次式、
【数１】
【００１７】
を満たすように各光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅの光透過率を選択することにより、複数の被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５の光強度が線形を呈するように強度調整することができる。例えば、ｔ１＝１、ｔ２＝１/２とした場合、ｔ３＝１/３、ｔ４＝１/４、ｔ５＝１/５となる。この例の場合、遅延時間が最も短い遅延線２２ａの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ａは、入力された光パルスの光強度を減衰させずに出力するのに対して、２番目に遅延時間が短い遅延線２２ｂの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｂは、入力された光パルスの光強度を１/２に減じて出力し、３番目に遅延時間が短い遅延線２２ｃの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｃは、入力された光パルスの光強度を１/３に減じて出力し、４番目に遅延時間が短い遅延線２２ｄの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｄは、入力された光パルスの光強度を１/４に減じて出力し、遅延時間が最も長い遅延線２２ｅの出力段に設けられた光透過率フィルタ２３ｅは、入力された光パルスの光強度を１/５に減じて出力する。なお、入力された光パルスの光強度を減衰させずに出力する光透過率フィルタ２３ａは、光透過率フィルタを設けない場合と等価であり、省略することができる。
【００１８】
これにより、遅延線アレイ２２及び光透過アレイ２３を介して出力される各光パルスＰ２３ａ、Ｐ２３ｂ、Ｐ２３ｃ、Ｐ２３ｄ、Ｐ２３ｅにあっては、最も光強度の大きな光パルスＰ２３ａが出力された後、順次一定の時間間隔で光量レベルが次第に小さくなる光パルスＰ２３ｂ、Ｐ２３ｃ、Ｐ２３ｄ、Ｐ２３ｅが出力される。なお、ｔｉ、ｔｉ＋１はｔ１＝１、ｔ２＝１/２に限らず、例えばｔ１＝１．０、ｔ２＝０．４など、種々の値を設定することができる。
【００１９】
因みに、図４は、ｔ１＝１．０、ｔ２＝０．５、後述する光閾値フィルタの閾値Ｐｔｈを１とした場合の光量子化装置１２における入力パルスと出力パルス数の関係を示す図である。
【００２０】
光透過アレイ２３の出力段には、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅの出力を合成する光合成部２４が設けられている。この光合成部２４は、例えばスターカプラを備える。具体的には、スターカプラには例えばファイバ型または導波路型の１×５スターカプラを用いることができ、５つの入力を１つの出力に合成する方向に設けられる。光合成部２４は、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅの出力を合成することにより、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを所定の時間間隔ごとに順次光閾値フィルタ２５に出力する。ここで、所定の時間間隔とは、前述した遅延線アレイ２２に設けられた複数の遅延線２２ａ〜２２ｅの遅延時間によって決定される時間間隔である。
【００２１】
このように、光量子化装置１２においては、順次入力される被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）をそれぞれ光分割部２１において分割した後、光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅにおいて異なる透過率で透過させることにより、１つの被量子化光パルス（例えばＰ１０ａ）について、その光強度を最大として、光強度が順次小さくなる複数の光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを得る。光量子化装置１２においては、遅延線２２ａ〜２２ｅの出力を光透過率フィルタ２３ａ〜２３ｅに入力するようになされていることにより、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅは、一定の時間差をもって順次光合成部２４から光閾値フィルタ２５に出力される。
【００２２】
光閾値フィルタ２５は、光合成部２４から順次出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを所定の閾値Ｐｔｈと比較し、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅのうち、閾値よりも光強度が強い光パルスのみに対応して出力パルスＰ２５を出力するようになされている。因みにこの出力パルスＰ２５が図１について上述した量子化結果である量子化光パルスＰ１２となる。
【００２３】
図５に示すように、光閾値フィルタ２５においては、第１の光増幅器３１ａを光フィルタ３２ａ、３３ａによって挟むことにより第１のレーザ発振部３０ａが構成され、また第２の光増幅器３１ｂを光フィルタ３２ｂ、３３ｂによって挟むことにより第２のレーザ発振部３０ｂが構成される。
【００２４】
光増幅器３１ａ、３１ｂとしては、エルビウム添加光ファイバ増幅器や半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）を用いることができる。また、レーザ発振器構成の光閾値フィルタとすることにより、光の位相に基づくものでないため、ロバスト性に優れている。
【００２５】
光フィルタ３２ａ、３３ａ、３２ｂ、３３ｂは、特定の波長の光のみを反射させ、他の波長の光を透過させるものであり、例えば、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いることができる。このＦＢＧは、周期的な屈折率変化を呈する回折格子を光ファイバのコアに形成したものであり、回折格子の周期と光ファイバの屈折率とに基づく特定の波長の光を反射させ、その他の波長の光は透過させる。この実施の形態の場合、第１のレーザ発振部３０ａを構成する光フィルタ３２ａ、３３ａとして、被量子化光パルスＰ１０とは僅かに異なる特定の波長の光を反射させるようなＦＢＧを用いる。これにより、第１のレーザ発振部３０ａは、この特定の波長の光によって発振するようになされている。
【００２６】
これに対して、第２のレーザ発振部３０ｂを構成する光フィルタ３２ｂ、３３ｂとしては、被量子化光パルスＰ１０の波長及び光フィルタ３２ａ、３３ａの反射波長のいずれに対しても僅かに異なる特定の波長の光を反射させるようなＦＢＧを用いる。これにより、第２のレーザ発振部３０ｂは、この特定の波長の光によって発振するようになされている。
【００２７】
なお、この実施の形態の光増幅器３１ａ、３１ｂとしては、光通信で用いられる1550ｎｍ帯仕様の半導体光増幅器を用い、光閾値フィルタ２５に入力される被量子化光パルスＰ１０として1552.52ｎｍ、第１のレーザ発振部３０ａの光フィルタ３２ａ、３３ａとして反射中心波長が1549.32ｎｍのＦＢＧ、第２のレーザ発振部３０ｂの光フィルタ３２ｂ、３３ｂとして反射中心波長が1558.98ｎｍのＦＢＧを用いる。但しこれらの具体的数値はこれらに限られるものではない。
【００２８】
第１のレーザ発振部３０ａ及び第２のレーザ発振部３０ｂは、光カプラ３４によって結合されており、一方のレーザ発振部で得られるレーザ出力が他方のレーザ発振部の光増幅器に入力されるようになされている。本実施の形態の場合、第１のレーザ発振部３０ａにおいて光増幅器３１ａから光カプラ３４に出力される光のうち、６０パーセントが光フィルタ３２ａに入力され、４０パーセントが第２のレーザ発振部３０ｂの光増幅器３１ｂに入力される。なお、光カプラ３４の分岐比は、ここで説明した６０／４０に限らず、例えば５０／５０など、種々の分岐比を用いることができる。
【００２９】
また、第２のレーザ発振部３０ｂにおいては、光増幅器３１ｂと光フィルタ３３ｂとの間に光カプラ３５が設けられており、この光カプラ３５を介して出力パルスＰ２５が出力されるようになされている。本実施の形態の場合、光カプラ３５として分岐比が５０／５０のものを用いる。但し、この分岐比に限らず、種々の分岐比のものを用いることができる。
【００３０】
ここで、第１のレーザ発振部３０ａは、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を停止させるだけのキャリアを該第２のレーザ発振部３０ｂの光増幅器３１ｂから奪う出力強度を持ち、これに対して、第２のレーザ発振部３０ｂは、単体では第１のレーザ発振部３０ａを停止させるだけの出力強度を持っていないものとする。これにより、初期状態（デフォルト）においては、第１のレーザ発振部３０ａのみが発振するようになされている。
【００３１】
かかる構成の光閾値フィルタ２５において、光合成部２４から光閾値フィルタ２５に対して、光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅが一定間隔で順次出力される場合について説明する。光合成部２４から第１のパルスＰ２３ａが出力されると、光閾値フィルタ２５では、この第１のパルスＰ２３ａを第１のレーザ発振部３０ａの光フィルタ３２ａに受ける。光フィルタ３２ａは、上述したように被量子化光パルスＰ１０の波長（すなわち光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅの波長）とは僅かに異なる波長の光を反射させるように設定されていることにより、光フィルタ３２ａは、光合成部２４から出力された光パルスＰ２３ａを透過させる。この透過した光パルスP２３ａは、光カプラ３４を介して光増幅器３１aに入力される。
【００３２】
光増幅器３１ａにおいては、レーザ発振が起こる反射波長と光パルスＰ２３ａとの波長の差が僅かであることにより、光パルスＰ２３ａは、光増幅器３１ａのキャリアを奪い、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力を低下させる。このとき、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力が第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を完全に抑圧するために最低限必要な値を下回ると、第２のレーザ発振部３０ｂはレーザ発振を始める。第２のレーザ発振部３０ｂがわずかでも発振を始めると、そのわずかなレーザ出力も第１のレーザ発振部３０ａの光増幅器３１ａに入力されるため、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力はさらに弱くなる。そして、第１のレーザ発振部３０ａにおけるレーザ出力がさらに弱くなることに応じて、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力はさらに強くなる。このような、第１のレーザ発振部３０ａにおけるレーザ出力の低下と、これに応じた第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力の増大が繰り返されることにより、第１のレーザ発振部３０ａと第２のレーザ発振部３０ｂとによって構成されるフリップフロップの状態は一気に高速で切り替わることとなる。第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力は、光カプラ３５を介して出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）として出力される。
【００３３】
このように、光閾値フィルタ２５においては、光合成部２４から入射される光パルスＰ２３ａの光量に応じて第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力が低下し、この低下によって該レーザ出力が第２のレーザ発振部３０ｂの発振を完全に抑圧するために必要な最低限の光量を下回った場合に、第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂの発振状態が切り替わり、第２のレーザ発振部３０ｂが発振を開始して出力パルスＰ２５が得られる。因みに、光閾値フィルタ２５の出力パルスＰ２５は、レーザ発振部３０ｂのレーザ発振から得られるため、信号再生効果を持っており、コントラストも高いという効果がある。
【００３４】
ここで、第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂによって構成されるフリップフロップにおいて、第２のレーザ発振部３０ｂが発振状態にある場合、第１のレーザ発振部３０ａは発振停止状態となるが、この場合の第１のレーザ発振部３０ａの発振が完全に抑圧される条件について説明する。この実施の形態の場合、第２のレーザ発振部３０ｂにおいては、デフォルト状態でのレーザ出力が第１のレーザ発振部３０ａのデフォルト状態でのレーザ出力と比べて極めて弱く、この状態では第１のレーザ発振部３０ａのレーザ発振を完全に抑圧し得ないように設定されている。すなわち、第１のレーザ発振部３０ａにおいては、第２のレーザ発振部３０ｂが発振状態となった場合に、該第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力と、外部（光合成部２４）から入力される光パルスとの和によって発振停止状態が保持されるようになされている。この場合、光合成部２４から光パルスＰ２３ａが入力されて第１のレーザ発振部３０ａの入射光量が増加し、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ出力が、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ出力を完全に抑圧するために最低限必要な光量をわずかでも下回ると、発振状態が切り替わる。この発振状態が切り替わるときの光合成部２４から第１のレーザ発振部３０ａに入射される光パルスの光量と、第２のレーザ発振部３０ｂのデフォルト状態でのレーザ出力との和が、第１のレーザ発振部３０ａのレーザ発振を完全に抑圧するために最低限必要な光量となる。
【００３５】
このようにして、光合成部２４から光閾値フィルタ２５に第１の光パルスＰ２３ａが入射されてフリップフロップの状態が切り替わり、第２のレーザ発振部３０ｂから出力パルスＰ２５が出力されている状態において、第１の光パルスＰ２３ａの立下りにより、光閾値フィルタ２５に入射される入射光量が減少し、第１のレーザ発振器３０ａに入射される光パルスＰ２３ａと第２のレーザ発振部３０ｂにおけるデフォルト状態でのレーザ出力との和が上述の最低限必要な光量を下回ると、第２のレーザ発振部３０ｂが発振していても、第１のレーザ発振部３０ａが発振を始め、第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂによるフリップフロップの状態が切り替わる。
【００３６】
このように、本実施の形態の光閾値フィルタ２５において、第１のレーザ発振部３０ａは、第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を停止させるだけのキャリアを該第２のレーザ発振部３０ｂの光増幅器３１ｂから奪う出力強度を持ち、これに対して、第２のレーザ発振部３０ｂは、単体では第１のレーザ発振部３０ａを停止させるだけの出力強度を持っていないものとすることにより、第１のレーザ発振部３０ａの入力を変化させる（すなわち光パルスを入射させる）ことによって第１及び第２のレーザ発振部３０ａ及び３０ｂによるフリップフロップの状態を切り替えることができる。
【００３７】
上述したように光閾値フィルタ２５は、光合成部２４から順次出力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅを順次入力するようになされており、これらの光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅは、被量子化光パルスＰ１０の光強度でなる第１の光パルスＰ２３ａを最大強度として、順次光強度が小さくなるパルス列である。そして、光閾値フィルタ２５において、第１のレーザ発振部３０ａから光カプラ３４を介して第２のレーザ発振部３０ｂに入力されるレーザ出力が、該第２のレーザ発振部３０ｂのレーザ発振を完全に抑圧するために最低限必要な光量となるための外部光（光パルス）の光強度を閾値Ｐｔｈとすると、入力される光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅのうち、その光強度が閾値Ｐｔｈよりも大きな光パルスに対応して、図４について上述した光閾値フィルタ２５のフリップフロップ動作が起こり、出力パルスＰ２５が出力される。これに対して、閾値Ｐｔｈよりも光強度が小さな光パルスが入力される場合には、フリップフロップ動作は起こらず（第２のレーザ発振部３０ｂが発振せず）、出力パルスＰ２５は出力されない状態となる。かくして、光量子化装置１２においては、入力される１つの被量子化光パルスＰ１０（Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂ、Ｐ１０ｃ、…）ごとに、その光強度に応じた数の出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）を出力することができる。
【００３８】
光量子化装置１２から出力される量子化光パルスＰ１２は、図１に示した光バイナリカウンタ１３に入力される。光バイナリカウンタ１３は、光ロジックを組み合わせた構成を有し、量子化光パルスＰ１２を逐次バイナリ変換することにより符号化光パルスＰ１３を得る。この符号化光パルスＰ１３は、例えば図２（Ｄ）に示すように、３ビットのパルスとして出力される。
【００３９】
以上の構成において、本実施の形態に係る光アナログデジタル変換装置１０の光標本化装置１１に、アナログ光信号Ｓ１０（図２（Ａ））が入力されると、光標本化装置１１においてこのアナログ光信号Ｓ１０がサンプリングされることにより、被量子化光パルスＰ１０（図２（Ｂ））を得る。この被量子化光パルスＰ１０は、アナログ光信号Ｓ１０を所定のクロック周波数で順次サンプリングした結果であり、アナログ光信号Ｓ１０の各サンプリング点ａ〜ｅでの光強度に対応した信号レベルの被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅとして出力される。なお、ここでは、５つのサンプリング点ａ〜ｅでのサンプリング結果として、５つの被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅが出力される場合について説明する。
【００４０】
光標本化装置１１においてサンプリングされてなる被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅは、光量子化装置１２に順次出力される。光量子化装置１２は、図３について上述したように被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅを量子化することにより、量子化結果である量子化光パルスＰ１２（図２（Ｃ））を得る。この量子化光パルスＰ１２として、各被量子化光パルスＰ１０ａ〜Ｐ１０ｅごとに、その光強度に応じた数の量子化光パルスＰ１２ａ〜Ｐ１２ｅが出力される。光量子化装置１２において量子化されてなる量子化光パルスＰ１２ａ〜Ｐ１２ｅは、光バイナリカウンタ１３に出力される。光バイナリカウンタ１３は、量子化光パルスＰ１２ａ〜Ｐ１２ｅをバイナリ変換することにより、符号化光パルスＰ１３（図２（Ｄ））を得る。この実施の形態の場合、符号化光パルスＰ１３は、パルスの大きさを１〜４の４段階として、これを２進数によって３ビットで表し、量子化光パルスＰ１２ａに基づいて符号化された強度２のパルスｐ１３ａ（３ビットで「０１０」）、量子化光パルスＰ１２ｂに基づいて符号化された強度１のパルスＰ１３ｂ（３ビットで「００１」）、量子化光パルスＰ１２ｃに基づいて符号化された強度３のパルスＰ１３ｃ（３ビットで「０１１」）、量子化光パルスＰ１２ｄに基づいて符号化された強度４のパルスＰ１３ｄ（３ビットで「１００」）、量子化光パルスＰ１２ｅに基づいて符号化された強度３のパルスＰ１３ｅ（３ビットで「０１１」）の順に出力される。かくして、アナログ光信号Ｓ１０は、光アナログデジタル変換装置１０によって、３ビットのデジタル信号でなる符号化光パルスＰ１３に変換される。
【００４１】
以上のように本実施の形態においては、光量子化装置１２に入力される被量子化光パルスＰ１０を、光分割部２１によって量子化レベルの数だけ分割した後、該分割された各々の被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる透過率のフィルタ（光フィルタ２３ａ〜２３ｅ）を通すことによって異なる光強度にする。これにより光量子化装置１２に入力される１つの被量子化光パルスＰ１１について、その光強度を最大とし順次光強度が小さくなる複数の光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅが得られる。光閾値フィルタ２５は、複数の光パルスＰ２３ａ〜Ｐ２３ｅのうち、閾値Ｐｔｈを上回る強度を持つ光パルスが入力された場合のみ出力パルスＰ２５（量子化光パルスＰ１２）を出力する。これにより、被量子化光パルスＰ１１の光強度に比例した数の量子化光パルスＰ１２を生成することができる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、量子化レベルの数だけ分割された被量子化光パルスＰ１０１〜Ｐ１０５をそれぞれ異なる光透過率の光フィルタ２３ａ〜２３ｅを介して光閾値フィルタ２５に入力させるようにしたことにより、１つの光閾値フィルタ２５によって光量子化処理を実行することができる。これにより、光量子化装置１２及びこれを用いた光アナログデジタル変換装置１０の構成を簡易化することができる。かくして、光信号の光電変換を伴わない光処理を簡易な構成によって実現することができる。
【００４３】
（他の実施の形態）
なお上述の実施の形態においては、光量子化装置１２において、遅延線アレイ２２の後段に光透過率フィルタアレイ２３を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、それらの順番を入れ替えるように構成してもよい。
【００４４】
また上述の実施の形態では、光増幅器３１ａ（３１ｂ）を光フィルタ３２ａ、３３ａ（３２ｂ、３３ｂ）で挟んだ構成のレーザ発振部３０ａ（３０ｂ）を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レーザ発振部としては、リング型や光フィルタも不要となるマイクロリング型等、種々の構成のものを用いることができる。
【００４５】
また光閾値フィルタ２５に代えて、例えば図６に示すように、双安定半導体レーザ５１からなる光閾値フィルタ５０を用いるようにしてもよい。この双安定半導体レーザ５１は、利得領域５２の間に可飽和吸収領域５３が形成されている。レーザへの注入電流を適当な値に設定することにより、外部から注入する光の強度が一定量を上回った場合のみレーザを発振する光閾値動作が得られる。この光閾値フィルタ５０を用いることにより、光量子化装置１２の構成を一段と簡単化することができる。
【００４６】
また光閾値フィルタ２５に代えて、例えば図７に示すように、非線形エタロンからなる光閾値フィルタ６０を用いるようにしてもよい。この光閾値フィルタ６０は、可飽和吸収領域（例えば、GaAs/GaAlAs超格子膜）６１を、多層膜鏡６２で挟んで共振器を構成することにより、入射する光強度の増加に伴い透過率に極めて強い非線形性を得ることができる。この光閾値フィルタ６０を用いることにより、電気的なバイアスが不要となる。
【００４７】
また図８は、光量子化装置１２を光導波路によって集積化した場合の構成例を示す。但し、図８において、光閾値フィルタ２５は省略し、光分割部２１から光合成部２４までの光路を示す。また、図８において量子化レベルの数を８とする。被量子化光パルスＰ１０は、光分割部２１に入力される。光分割部２１としては、Ｙ型分岐やエバネッセント波を介したギャップ型カプラ等、種々の構成のものを用いることができる。また、これらの分岐比を調整することにより、光透過率フィルタアレイ２３を兼ねることができる。このようにして分割された被量子化光パルスＰ１０は、遅延線アレイ２２のような、内側と外側が存在するカーブ状の光路を伝播させることにより遅延配置を異ならせることができる。遅延線アレイ２２を介した光パルスを光合成部２４に入力させることにより、光閾値フィルタ２５に入力させる光パルスＰ２３のパルス列が生成される。なお、図８では、光透過率フィルタアレイ２３の機能を光分割部２１に持たせ、光合成部２４は、全光路のカプリング比が同じであるものとみなしたが、光透過率アレイ２３の機能を光分割部２１と光合成部２４の両方に持たせる等、種々の組み合わせを用いることができる。また、光路の引き回しについても、種々の構成を用いることができる。このような光集積回路は、光リソグラフィー技術等を応用して形成することができるため、入力部から光式値フィルタ２５までの光路を一段と小さく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施の形態に係る光アナログデジタル変換装置を示すを示すブロック図である。
【図２】図１の光アナログデジタル変換装置における信号処理の説明に供する信号波形図である。
【図３】図１の光アナログデジタル変換装置の光量子化装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３の光量子化装置における入力パルス強度と出力パルス数の関係を示すグラフである。
【図５】図３の光量子化装置の光閾値フィルタの構成を示すブロック図である。
【図６】他の実施の形態に係る双安定半導体レーザを用いた光閾値フィルタの構成例を示す略線図である。
【図７】他の実施の形態に係る非線形エタロンからなる光閾値フィルタの構成例を示す略線図である。
【図８】光導波路によって集積化した光量子化装置の構成例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 光アナログデジタル変換装置
１１ 光標本化装置
１２ 光量子化装置
１３ 光バイナリカウンタ
２１ 光分割部
２２ 遅延線アレイ
２３ 光透過率フィルタアレイ
２４ 光合成部
２５、５０、６０ 光閾値フィルタ
３０ａ、３０ｂ レーザ発振部
３１ａ、３１ｂ 光増幅器
３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ 光フィルタ
５１ 双安定半導体レーザ
５２ 利得領域
５３、６１ 可飽和吸収領域
６２ 多層膜鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子化対象である被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、
前記分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、
前記光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に光パルスを出力する光閾値フィルタと
を備えることを特徴とする光量子化装置。
【請求項２】
前記光分割手段は、前記被量子化光パルスを、量子化レベルの数だけ分割することを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項３】
前記分割された複数の被量子化光パルスを、それぞれ異なる時間だけ遅延させる複数の遅延手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項４】
前記光フィルタを透過した各被量子化光パルスを、前記光閾値フィルタに順次出力する光合成手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項５】
前記光閾値フィルタは、半導体光増幅器を有するレーザ発振手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項６】
前記光閾値フィルタは、
前記光フィルタから出力される被量子化光パルスを受けてレーザ出力が減少する第１のレーザ発振手段と、
前記第１のレーザ発振手段のレーザ出力を入力し、このレーザ出力の減少に応じてレーザ発振を開始する第２のレーザ発振手段と、
を備え、
前記光閾値フィルタは、前記第２のレーザ発振手段のレーザ出力を出力することを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のレーザ発振手段は、それぞれ半導体光増幅器を含むことを特徴とする請求項６に記載の光量子化装置。
【請求項８】
前記光閾値フィルタは、可飽和吸収体を含む双安定半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項９】
前記光閾値フィルタは、可飽和吸収体を多層膜鏡で挟んだ共振器によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項１０】
アナログ光信号を標本化する光標本化手段と、
前記光標本化手段によって標本化されてなる被量子化光パルスを量子化して出力する光量子化手段と、
前記光量子化手段によって量子化されてなる量子化光パルスをバイナリ変換するバイナリ変換手段と
を有し、前記光量子化手段は、
前記被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、
前記分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、
前記光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に前記量子化光パルスを出力する光閾値フィルタと
を備えることを特徴とする光アナログデジタル変換装置。
【請求項１】
量子化対象である被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、
前記分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、
前記光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に光パルスを出力する光閾値フィルタと
を備えることを特徴とする光量子化装置。
【請求項２】
前記光分割手段は、前記被量子化光パルスを、量子化レベルの数だけ分割することを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項３】
前記分割された複数の被量子化光パルスを、それぞれ異なる時間だけ遅延させる複数の遅延手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項４】
前記光フィルタを透過した各被量子化光パルスを、前記光閾値フィルタに順次出力する光合成手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項５】
前記光閾値フィルタは、半導体光増幅器を有するレーザ発振手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項６】
前記光閾値フィルタは、
前記光フィルタから出力される被量子化光パルスを受けてレーザ出力が減少する第１のレーザ発振手段と、
前記第１のレーザ発振手段のレーザ出力を入力し、このレーザ出力の減少に応じてレーザ発振を開始する第２のレーザ発振手段と、
を備え、
前記光閾値フィルタは、前記第２のレーザ発振手段のレーザ出力を出力することを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のレーザ発振手段は、それぞれ半導体光増幅器を含むことを特徴とする請求項６に記載の光量子化装置。
【請求項８】
前記光閾値フィルタは、可飽和吸収体を含む双安定半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項９】
前記光閾値フィルタは、可飽和吸収体を多層膜鏡で挟んだ共振器によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の光量子化装置。
【請求項１０】
アナログ光信号を標本化する光標本化手段と、
前記光標本化手段によって標本化されてなる被量子化光パルスを量子化して出力する光量子化手段と、
前記光量子化手段によって量子化されてなる量子化光パルスをバイナリ変換するバイナリ変換手段と
を有し、前記光量子化手段は、
前記被量子化光パルスを複数の経路に分割して出力する光分割手段と、
前記分割された各被量子化光パルスをそれぞれ異なる透過率で透過させる複数の光フィルタと、
前記光フィルタを介して出力される被量子化光パルスを順次受け、該被量子化光パルスの光強度が閾値を超えた場合に前記量子化光パルスを出力する光閾値フィルタと
を備えることを特徴とする光アナログデジタル変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１８７７５７（Ｐ２００７−１８７７５７Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４２１４（Ｐ２００６−４２１４）
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]