超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器
【課題】偏波保持高非線形ファイバを用いて高品質な光標本化を実現する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器を提供する。
【解決手段】本発明の超高速光標本化方法では、標本化対象の光アナログ信号１と標本化光パルス列２をそれぞれ入力用ファイバ４、５に入力し、カプラ-６で合波して偏波保持高非線形ファイバ７に入力する。偏波保持高非線形ファイバ７の内部で発生する四光波混合により、変換光パルス列３が生成される。偏波保持高非線形ファイバのファイバ長と標本化光パルス列２のピークパワーを適切に設定することにより、高品質な変換光パルス列が得られる。
【解決手段】本発明の超高速光標本化方法では、標本化対象の光アナログ信号１と標本化光パルス列２をそれぞれ入力用ファイバ４、５に入力し、カプラ-６で合波して偏波保持高非線形ファイバ７に入力する。偏波保持高非線形ファイバ７の内部で発生する四光波混合により、変換光パルス列３が生成される。偏波保持高非線形ファイバのファイバ長と標本化光パルス列２のピークパワーを適切に設定することにより、高品質な変換光パルス列が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アナログ信号を光ファイバ内で発生する四光波混合を用いて標本化する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アナログ−ディジタル（ＡＤ）変換及びディジタル−アナログ（ＤＡ）変換は、連続的に変化するアナログ信号と、信号処理、伝達、記録などに適したディジタル信号とを結ぶ技術として研究が行われており、近年の信号処置速度の向上に伴い、電子デバイスの動作制限を受けない超高速光ＡＤ変換、超高速光ＤＡ変換が求められている。
【０００３】
ＡＤ変換には、標本化、量子化、符号化の３つの処理が必要である。電子デバイスの発展には目を見張るものがあり、電気的なＡＤ変換では並列処理を導入して高速化の努力が図られている。しかしながら、電子回路の熱雑音、標本化のアパチャのジッタ、比較器の曖昧性、さらにはハイゼンベルグの不確定性原理などの物理的な限界から標本化周波数は高々数１０ＧＨｚとされている。
【０００４】
そこで、より高速の標本化を実現するものとして、光ＡＤ変換の開発が進められており、特に高速大容量化のニーズが高い通信分野において重要性が高まっている。光ＡＤ変換の概略構成の例を図７に示す。光ＡＤ変換では、連続的な光アナログ信号１０１を例えばサンプリング周期が超高速の標本化光パルス列１０２とともに光標本化部１０３に入力することで、光アナログ信号１０１を超高速に標本化することができ、標本化された信号としてディジタル信号１０４が出力される。
【０００５】
光標本化を実現する方法として、２次の非線形光学結晶中での和周波発生を用いる方法、非線形ループミラー中での相互位相変調を用いる方法、及び光ファイバ中での四光波混合を用いる方法等が既に提案されている。また、半導体光増幅器内の四光波混合を用いた光標本化について、その実現性を確認した報告も行われている（非特許文献１）。
【０００６】
光ファイバ中での四光波混合を用いる方法では、光ファイバ中の３次の非線形分極に起因する四光波混合により、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の３つの光から、それらとは異なる周波数ｆ４の光が発生する。この場合、周波数ｆ４は、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３により決定され、ｆ４＋ｆ１＝ｆ２＋ｆ３の関係が成立する。特に、ｆ２＝ｆ３の場合を縮退四光波混合と呼ぶ。標本化光パルス列と光アナログ信号により新たに発生した光をフィルタにより切り出すことで、光標本化を実現できる。
【０００７】
非特許文献２では、光ファイバ中の四光波混合を用いた１６０ＧＨｚ光サンプリングの例が報告されている。光ファイバ中の四光波混合により、波長１５４０ｎｍの連続光をサンプリング周期１６０ＧＨｚの標本化光パルス列でサンプリングを行った例を図８に示す。
【０００８】
図８（ａ）は、連続光１１１とサンプリング周期１６０ＧＨｚの光パルス列１１２とを高非線形ファイバに入力したとき、該高非線形ファイバの内部で発生する四光波混合によって光パルス列１１３が生成されることを示している。
【０００９】
また、図８（ｂ）は、ポンプ光である光パルス列１１２と四光波混合によって生成された光パルス列１１３の強度を示している。同図より、四光波混合によって生成された光パルス列１１３は、ポンプ光の光パルス列１１２と時間領域で同程度のパルス幅（図中、矢印で示す）を有していることがわかる。
【００１０】
光ファイバ中の四光波混合は、その応答速度が〜数ｆｓと非常に高速であり、原理的にはテラヘルツ領域という非常に高速な光標本化が可能である。
【非特許文献１】西谷隆志他、「前光アナログーディジタル変換における半導体光増幅器内の四光波混合を用いた光標本化の検討」、電子情報通信学会総合大会Ｂ−10−114（２００５）。
【非特許文献２】H. Tobioka et al., “Low-noise ultra-fast fiber parametric wavelength converter for 160 GHz sub-picojule picosecond pulse train using low dispersion slope highly-nonlinear fiber”ECOC2003, We3.7.1, Rimini, Italy
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光ファイバ中の四光波混合により超高速の標本化を実現するためには、標本化光パルス列のパルス幅を狭くする必要があるが、それとともにスペクトル幅が拡がってしまう。そのため、標本化の対象である光アナログ信号と標本化光パルス列との周波数間隔を大きくする必要があり、四光波混合の変換帯域を拡げる必要がある。
【００１２】
これに対し、光ファイバ中の四光波混合は、主として以下にあげる３つの要因により変換帯域が制限されることが知られている。
（１）零分散波長の長手方向の揺らぎ
（２）光ファイバの複屈折に起因する偏光の不一致
（３）位相関係による帯域の制限
【００１３】
上記３つの要因のうち、（１）と（２）の要因の影響が大きいことから、四光波混合の変換帯域を拡げるためには（１）と（２）に対する対策が必要となる。しかしながら、光ファイバを用いた従来の光標本化の方法では、これらの影響を十分に低減することは困難であり、光アナログ信号の高品質な標本化を実現することはできなかった。
【００１４】
四光波混合の変換帯域がファイバ長に逆比例して変化することは従来から知られているが、変換帯域を拡大するためにファイバ長を短くしていくと、非線形効果が低下して四光波混合による波長変換の効率が低下してしまうという問題があった。
【００１５】
また、四光波混合による波長変換効率を高めるために標本化光パルス列のピークパワーを高くしていくと、スペクトルに歪みが生じて四光波混合の品質が低下してしまうという問題があった。
【００１６】
さらに、光ファイバの複屈折に起因する偏光の不一致により、変換帯域が比較的狭い場合であっても、変換効率に無視できない程度のリップル（ripple）が生じ、四光波混合の品質を低下させてしまうといった問題もあった。
【００１７】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、偏波保持高非線形ファイバを用いて高品質な光標本化を実現する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器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】
【００１８】
この発明の超高速光標本化方法の第１の態様は、所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする超高速光標本化方法であって、前記光ファイバに偏波保持高非線形ファイバを用い、前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成し、前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列を前記偏波保持高非線形ファイバに入力して四光波混合を発生させ、前記偏波保持高非線形ファイバの出力光から前記四光波混合で発生された変換光パルス列のみを抽出することを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００１９】
この発明の超高速光標本化方法の第２の態様は、前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定することを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２０】
この発明の超高速光標本化方法の第３の態様は、前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬが、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定されることを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２１】
この発明の超高速光標本化方法の第４の態様は、前記ピークパワーＰ0が、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定されることを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２２】
この発明の超高速光標本化方法の第５の態様は、前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を前記偏波保持高非線形ファイバに入力することを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２３】
この発明の光ＡＤ変換器の第１の態様は、所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする光ＡＤ変換器であって、前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成する標本化光パルス列生成部と、前記光アナログ信号を入力する光アナログ信号入力部と、前記標本化光パルス列生成部で生成された前記標本化光パルス列と前記アナログ信号入力部で入力された前記光アナログ信号とを合波部を介して入力する偏波保持高非線形ファイバと、前記偏波保持高非線形ファイバから出力される出力光を入力して所定の周波数帯域の変換光パルス列のみを抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）とを備えることを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２４】
この発明の光ＡＤ変換器の第２の態様は、前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定することを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２５】
この発明の光ＡＤ変換器の第３の態様は、前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記長さＬが、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定されることを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２６】
この発明の光ＡＤ変換器の第４の態様は、前記ピークパワーＰ0が、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定されることを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２７】
この発明の光ＡＤ変換器の第５の態様は、前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を生成する連続光生成部をさらに備え、前記連続光を前記標本化光パルス列及び前記光アナログ信号とともに前記偏波保持高非線形ファイバに入力することを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、偏波保持高非線形ファイバを用いて高品質な光標本化を実現する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器を提供することができる。
【００２９】
本発明の超高速光標本化方法によれば、偏波保持高非線形ファイバのファイバ長と標本化に用いるポンプ光のピークパワーに対する好ましい設定範囲を提供することができる。また、本発明の超高速光標本化方法に基づいて構成された光ＡＤ変換器では、スペクトル歪みが低減された高品質の変換光パルス列を生成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００３１】
はじめに、縮退四光波混合を用いた光標本化の例を図２を用いて説明する。波長λ１（周波数ｆ１）の光アナログ信号１と波長λ２（周波数ｆ２）の標本化光パルス列２を同時に光ファイバに入射すると、標本化光パルス列２を中心として光アナログ信号１とは対称の波長２λ２−λ１（周波数位置２ｆ２−ｆ１）に、光アナログ信号１の振幅に比例した強度の標本化された変換光パルス列３が出力される。図２において、符号４で示す△λは、△λ＝λ２−λ１と定義される。
【００３２】
変換光パルス列３の強度は、光ファイバの分散値△βにも比例することが知られており、分散値△βは標本化光パルス列２の波長λ２が光ファイバの零分散波長に等しいときに最大となる。よって、標本化光パルス列２の波長λ２を光ファイバの零分散波長に一致させることにより、最も効率よく変換光パルス列３を発生させることができる。
【００３３】
標本化光パルス列２の波長λ２を上記のように設定することにより、標本化された変換光パルス列３の強度が光アナログ信号１の振幅に比例するだけでなく、ポンプ光を上記の標本化光パルス列２とすることによって四光波混合の変換効率向上が期待され、ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering）抑圧のための周波数ディザリングも不要となる。
【００３４】
本発明の超高速光標本化方法について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本発明の超高速光標本化方法の概略構成を示す図である。図１において、標本化対象の光アナログ信号１と標本化光パルス列２をそれぞれ入力用ファイバ４、５に入力し、カプラ-６で合波して偏波保持高非線形ファイバ７に入力する。これにより、偏波保持高非線形ファイバ７の内部では図２で説明したような四光波混合による変換光パルス列３が発生する。
【００３５】
偏波保持高非線形ファイバ７からは、光アナログ信号１と標本化光パルス列２、及び変換光パルス列３を含む光が出力され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８において前記出力光から変換光パルス列３のみを抽出することで、光アナログ信号１の標本化が実現できる。光ファイバとして、偏波保持高非線形ファイバ７を用いた理由は後述する。
【００３６】
図１に示すような構成で光アナログ信号１を標本化するためには、ＢＰＦ８で変換光パルス列３のみを抽出できるようにする必要がある。そのためには、光アナログ信号１と標本化光パルス列２とのスペクトル成分の重なりを避ける必要がある。つまり、光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔Δλ(図２の符号４)を、それぞれのパルス幅に対して充分大きくする必要がある。
【００３７】
光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔Δλを大きくしても、四光波混合の効率がそれほど低下しないようにするためには、偏波保持高非線形ファイバ７の変換帯域を拡大する必要がある。ここで、変換帯域とは、四光波混合の効率(強度)が１/２に低下するときの波長間隔Δλである。
【００３８】
通常、前記変換帯域は、光ファイバを短尺化することで拡大できることが知られており、光ファイバのファイバ長と前記変換帯域とは図３に示すような関係がある。図３は、横軸を光ファイバのファイバ長としたときの変換帯域の変化を示すグラフである。図３において、黒丸１１は変換帯域の測定値を示しており、ファイバ長の逆数に比例して変化する曲線１２とは良い一致を示すことが知られている。
【００３９】
図３に示す通り、光ファイバを短尺化することによって、変換帯域を拡大することが可能である。しかしながら、光ファイバを端尺化して変換帯域を拡大しようとしても、通常は、該光ファイバの複屈折または偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Distribution）によって変換帯域が制限されてしまう。このため、広帯域にわたる変換スペクトルの平坦性は必ずしも良くない。これは、標本化パルス列２が例えば１００ＧＨｚを超えるような超高速になると、スペクトルが拡がるため特に問題となる。
【００４０】
そこで、本発明の超高速光標本化方法では、四光波混合を発生させる光ファイバに偏波保持高非線形ファイバ７を用いている。偏波保持高非線形ファイバ７と従来用いられていた非偏波保持高非線形ファイバのそれぞれについて、前記波長間隔に対する変換効率の実測値の一例を図４に示す。図４（ａ）は、偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値１３を、また図４（ｂ）は、非偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値１４をそれぞれ示す。
【００４１】
図４（ａ）に示す偏波保持高非線形ファイバでは、変換効率が１/２に低下する時の前記波長間隔、すなわち変換帯域が１５に示す範囲だけ確保されており、スペクトルの平坦性が確保されていることがわかる。これに対し図４(ｂ)に示す非偏波保持高非線形ファイバでは、前記変換帯域が１６に示す範囲に狭まっている。
【００４２】
さらに、非偏波保持高非線形ファイバの場合には、高速化によりスペクトル幅が広くなると、偏光の不一致に起因して生じるリップルが大きくなり、１６で示す変換帯域においてもその影響が無視できなくなる。
【００４３】
そこで、本発明の超高速光標本化方法では、図４(ａ)に示す特性を有する偏波保持高非線形ファイバ７を用いることで、高品質な標本化を実現するようにしている。偏波保持高非線形ファイバ７について、図３と同様の変換帯域のファイバ長依存性を実験で測定した結果を図５に示す。
【００４４】
図５に示す測定結果は、偏波保持高非線形ファイバ７においては、ファイバ長をある程度短くすると変換帯域の測定値１７が飽和してしまうことを示している。すなわち、図３に示した非偏波保持高非線形ファイバでは、変換帯域がファイバ長Ｌを短くするにつれてその逆数に比例する曲線１２に沿って拡大したのに対し、偏波保持高非線形ファイバでは、ファイバ長を短くしても変換帯域は飽和してそれ以上拡大されなくなる。
【００４５】
図５では、偏波保持高非線形ファイバについて、ファイバ長に対する変換帯域の測定値１７とともに、変換効率の測定値１８も合わせて表示している。図５に示す通り、ファイバ長を短くすると変換効率の測定値１８は指数関数的に急激に低下することがわかる。
【００４６】
上記の通り、例えば１００ＧＨｚを超えるような超高速の光標本化を実現するためには、四光波混合の変換帯域を拡大する必要があるが、変換帯域を拡大するためにファイバ長を短くしていくと変換効率が大幅に低下してしまう。また、変換効率を高めるために標本化光パルス列のピークパワーを高くしていくと、四光波混合による波長変換の品質が著しく低下してしまう。
【００４７】
そこで、本発明の超高速光標本化方法では、偏波保持高非線形ファイバ７のファイバ長と標本化光パルス列２のピークパワーについて、それぞれの好適な設定範囲を設けている。
【００４８】
以下では、偏波保持高非線形ファイバ７のファイバ長をＬ、非線形定数をγ、光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔を△λとし、標本化光パルス列２のスペクトルパルスのパルス幅を△λsamp、ピークパワーをＰ0として、ファイバ長ＬとピークパワーＰ0の好適な設定範囲を説明する。
【００４９】
まず、上記の通り、光アナログ信号１と標本化光パルス列２とのスペクトル成分の重なりを避けるために、前記波長間隔△λを少なくとも下記の（式１）を満たす範囲まで拡大する。
△λ＞△λsamp/２ (式１)
そして、四光波混合の変換帯域が２△λより大きくなるようファイバ長Ｌを短くして該変換帯域を拡大する。
【００５０】
一方、ファイバ長Ｌを短くし過ぎると十分な非線形効果が得られず変換効率が著しく低下してしまうため、所定の非線形効果が得られるよう、ファイバ長Ｌを下記の（式３）で定義される非線形長より長くしている。すなわち、ファイバ長Ｌが下記の(式２)で表わされる範囲を満たすように設定されている。
Ｌ＞ＬNL (式２)
ここで、ＬNLが前述の非線形長を表しており、次式で定義される。
ＬNL=１/（γＰ0） (式３)
【００５１】
さらに、四光波混合を高品質に発生させるために、標本化光パルス列２のピークパワーＰ0を、次式を満たす範囲に設定している。
γＰ0Ｌ≦３π/２ (式４)
(式４)の左辺は非線形位相シフトを表しており、これを３π/２以下に保つことにより、四光波混合を高品質に発生させるようにしている。
【００５２】
(式２)と(式４)は、ともにファイバ長ＬとピークパワーＰ0に依存していることから、(式２)と(式４)とが同時に満たされるようファイバ長ＬとピークパワーＰ0を調整している。
【００５３】
上記説明の通り、四光波混合を発生させる光ファイバとして偏波保持高非線形ファイバ７を用い、(式１)を満たす△λの２倍より広い変換帯域が得られる範囲において、偏波保持高非線形ファイバ７のファイバ長と標本化パルス列２のピークパワーを、(式２)及び(式４)を同時に満たすように設定することで、光アナログ信号１を高品質に標本化することが可能となる。
【００５４】
つぎに、本発明の超高速光標本化方法を適用した光ＡＤ変換器について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係る光ＡＤ変換器を説明するためのブロック図である。
【００５５】
光ＡＤ変換器２１は、光アナログ信号入力部２２、標本化ポンプ光発生部２３、合波部２４、偏波保持高非線形ファイバ７、及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８から構成されている。外部の光アナログ信号１は、光アナログ信号入力部２２に入力されて合波部２４に送られる。また、標本化ポンプ光発生部２３は、所定のサンプリング周期で標本化光パルス列２を発生させて合波部２４に出力する。
【００５６】
合波部２４に入力された光アナログ信号１と標本化光パルス列２はともに偏波保持高非線形ファイバ７に入力され、偏波保持高非線形ファイバ７の内部で四光波混合を発生させる。偏波保持高非線形ファイバ７からは、光アナログ信号１と標本化光パルス列２、及び四光波混合で発生された変換光パルス列３を含む光が出力され、ＢＰＦ８において変換光パルス列３のみが抽出される。
【００５７】
偏波保持高非線形ファイバ７の長さＬは、 (式１)を満たす前記波長間隔△λの２倍より広い変換帯域が得られる範囲で、標本化パルス列２のピークパワーＰ0との関係において(式２)及び(式４)を満たすよう決定される。これにより、光ＡＤ変換器２１は、入力された光アナログ信号１を高品質な変換光パルス列３に変換することが可能となる。
【００５８】
上記では、周波数ｆ１の光アナログ信号１と周波数ｆ２の標本化光パルス列２を同時に偏波保持高非線形ファイバ７に入射する実施例について説明したが、これに加えてｆ１及びｆ２とは異なる別の周波数ｆ３を有する出力一定の連続光を偏波保持高非線形ファイバ７に入力するようにしてもよい。
【００５９】
すなわち、周波数ｆ１の光アナログ信号１と周波数ｆ２の標本化光パルス列２と周波数ｆ３の連続光とからなる３光波を同時に偏波保持高非線形ファイバ７に入射することにより、縮退のない四光波混合が発生して周波数ｆ４の変換光パルス列が生成される。
【００６０】
縮退のない四光波混合により発生した変換光パルス列の周波数ｆ４は、次式によって決定される。
ｆ４＝ｆ２＋ｆ３―ｆ１ (式５)
よって、前記連続光の周波数ｆ３を適切に選択することにより、変換光パルス列の周波数ｆ４を調整することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の システムの全体構成を説明する図である。
【図２】図２は、縮退四光波混合を用いた光標本化の例を説明する図である。
【図３】図３は、横軸を光ファイバのファイバ長としたときの非偏波保持高非線形ファイバの変換帯域の変化を示すグラフである。
【図４】図４は光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔を△λに対する、四光波混合の変換効率の実測値の一例を示す図である。図４（ａ）は、偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値を、また図４（ｂ）は、非偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値をそれぞれ示す。
【図５】図５は、横軸を光ファイバのファイバ長としたときの偏波保持高非線形ファイバの変換帯域及び変換効率の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の光ＡＤ変換器を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、光ＡＤ変換の概略構成を説明する図である。
【図８】図８は、光ファイバ中の四光波混合により、波長１５４０ｎｍの連続光をサンプリング周期１６０ＧＨｚの標本化光パルス列でサンプリングを行った例を示す。図８（ａ）は、各光のスペクトルを、図８（ｂ）は、各光の強度を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・光アナログ信号
２・・・標本化光パルス列
３・・・変換光パルス列
４、５・・・入力用ファイバ
６・・・カプラ-
７・・・偏波保持高非線形ファイバ
８・・・ＢＰＦ
１１・・・非偏波保持高非線形ファイバの変換帯域測定値
１２・・・ファイバ長の逆数に比例する曲線
１３・・・偏波保持高非線形ファイバの変換効率測定値
１４・・・非偏波保持高非線形ファイバの変換効率測定値
１５・・・偏波保持高非線形ファイバの変換帯域
１６・・・非偏波保持高非線形ファイバの変換帯域
１７・・・偏波保持高非線形ファイバの変換帯域測定値
１８・・・偏波保持高非線形ファイバの変換効率
２１・・・光ＡＤ変換器
２２・・・光アナログ信号入力部
２３・・・標本化ポンプ光発生部
２４・・・合波部
１０１・・・光アナログ信号
１０２・・・標本化光パルス列
１０３・・・光標本化部
１０４・・・ディジタル信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アナログ信号を光ファイバ内で発生する四光波混合を用いて標本化する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アナログ−ディジタル（ＡＤ）変換及びディジタル−アナログ（ＤＡ）変換は、連続的に変化するアナログ信号と、信号処理、伝達、記録などに適したディジタル信号とを結ぶ技術として研究が行われており、近年の信号処置速度の向上に伴い、電子デバイスの動作制限を受けない超高速光ＡＤ変換、超高速光ＤＡ変換が求められている。
【０００３】
ＡＤ変換には、標本化、量子化、符号化の３つの処理が必要である。電子デバイスの発展には目を見張るものがあり、電気的なＡＤ変換では並列処理を導入して高速化の努力が図られている。しかしながら、電子回路の熱雑音、標本化のアパチャのジッタ、比較器の曖昧性、さらにはハイゼンベルグの不確定性原理などの物理的な限界から標本化周波数は高々数１０ＧＨｚとされている。
【０００４】
そこで、より高速の標本化を実現するものとして、光ＡＤ変換の開発が進められており、特に高速大容量化のニーズが高い通信分野において重要性が高まっている。光ＡＤ変換の概略構成の例を図７に示す。光ＡＤ変換では、連続的な光アナログ信号１０１を例えばサンプリング周期が超高速の標本化光パルス列１０２とともに光標本化部１０３に入力することで、光アナログ信号１０１を超高速に標本化することができ、標本化された信号としてディジタル信号１０４が出力される。
【０００５】
光標本化を実現する方法として、２次の非線形光学結晶中での和周波発生を用いる方法、非線形ループミラー中での相互位相変調を用いる方法、及び光ファイバ中での四光波混合を用いる方法等が既に提案されている。また、半導体光増幅器内の四光波混合を用いた光標本化について、その実現性を確認した報告も行われている（非特許文献１）。
【０００６】
光ファイバ中での四光波混合を用いる方法では、光ファイバ中の３次の非線形分極に起因する四光波混合により、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の３つの光から、それらとは異なる周波数ｆ４の光が発生する。この場合、周波数ｆ４は、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３により決定され、ｆ４＋ｆ１＝ｆ２＋ｆ３の関係が成立する。特に、ｆ２＝ｆ３の場合を縮退四光波混合と呼ぶ。標本化光パルス列と光アナログ信号により新たに発生した光をフィルタにより切り出すことで、光標本化を実現できる。
【０００７】
非特許文献２では、光ファイバ中の四光波混合を用いた１６０ＧＨｚ光サンプリングの例が報告されている。光ファイバ中の四光波混合により、波長１５４０ｎｍの連続光をサンプリング周期１６０ＧＨｚの標本化光パルス列でサンプリングを行った例を図８に示す。
【０００８】
図８（ａ）は、連続光１１１とサンプリング周期１６０ＧＨｚの光パルス列１１２とを高非線形ファイバに入力したとき、該高非線形ファイバの内部で発生する四光波混合によって光パルス列１１３が生成されることを示している。
【０００９】
また、図８（ｂ）は、ポンプ光である光パルス列１１２と四光波混合によって生成された光パルス列１１３の強度を示している。同図より、四光波混合によって生成された光パルス列１１３は、ポンプ光の光パルス列１１２と時間領域で同程度のパルス幅（図中、矢印で示す）を有していることがわかる。
【００１０】
光ファイバ中の四光波混合は、その応答速度が〜数ｆｓと非常に高速であり、原理的にはテラヘルツ領域という非常に高速な光標本化が可能である。
【非特許文献１】西谷隆志他、「前光アナログーディジタル変換における半導体光増幅器内の四光波混合を用いた光標本化の検討」、電子情報通信学会総合大会Ｂ−10−114（２００５）。
【非特許文献２】H. Tobioka et al., “Low-noise ultra-fast fiber parametric wavelength converter for 160 GHz sub-picojule picosecond pulse train using low dispersion slope highly-nonlinear fiber”ECOC2003, We3.7.1, Rimini, Italy
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光ファイバ中の四光波混合により超高速の標本化を実現するためには、標本化光パルス列のパルス幅を狭くする必要があるが、それとともにスペクトル幅が拡がってしまう。そのため、標本化の対象である光アナログ信号と標本化光パルス列との周波数間隔を大きくする必要があり、四光波混合の変換帯域を拡げる必要がある。
【００１２】
これに対し、光ファイバ中の四光波混合は、主として以下にあげる３つの要因により変換帯域が制限されることが知られている。
（１）零分散波長の長手方向の揺らぎ
（２）光ファイバの複屈折に起因する偏光の不一致
（３）位相関係による帯域の制限
【００１３】
上記３つの要因のうち、（１）と（２）の要因の影響が大きいことから、四光波混合の変換帯域を拡げるためには（１）と（２）に対する対策が必要となる。しかしながら、光ファイバを用いた従来の光標本化の方法では、これらの影響を十分に低減することは困難であり、光アナログ信号の高品質な標本化を実現することはできなかった。
【００１４】
四光波混合の変換帯域がファイバ長に逆比例して変化することは従来から知られているが、変換帯域を拡大するためにファイバ長を短くしていくと、非線形効果が低下して四光波混合による波長変換の効率が低下してしまうという問題があった。
【００１５】
また、四光波混合による波長変換効率を高めるために標本化光パルス列のピークパワーを高くしていくと、スペクトルに歪みが生じて四光波混合の品質が低下してしまうという問題があった。
【００１６】
さらに、光ファイバの複屈折に起因する偏光の不一致により、変換帯域が比較的狭い場合であっても、変換効率に無視できない程度のリップル（ripple）が生じ、四光波混合の品質を低下させてしまうといった問題もあった。
【００１７】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、偏波保持高非線形ファイバを用いて高品質な光標本化を実現する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器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】
【００１８】
この発明の超高速光標本化方法の第１の態様は、所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする超高速光標本化方法であって、前記光ファイバに偏波保持高非線形ファイバを用い、前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成し、前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列を前記偏波保持高非線形ファイバに入力して四光波混合を発生させ、前記偏波保持高非線形ファイバの出力光から前記四光波混合で発生された変換光パルス列のみを抽出することを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００１９】
この発明の超高速光標本化方法の第２の態様は、前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定することを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２０】
この発明の超高速光標本化方法の第３の態様は、前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬが、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定されることを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２１】
この発明の超高速光標本化方法の第４の態様は、前記ピークパワーＰ0が、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定されることを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２２】
この発明の超高速光標本化方法の第５の態様は、前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を前記偏波保持高非線形ファイバに入力することを特徴とする超高速光標本化方法である。
【００２３】
この発明の光ＡＤ変換器の第１の態様は、所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする光ＡＤ変換器であって、前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成する標本化光パルス列生成部と、前記光アナログ信号を入力する光アナログ信号入力部と、前記標本化光パルス列生成部で生成された前記標本化光パルス列と前記アナログ信号入力部で入力された前記光アナログ信号とを合波部を介して入力する偏波保持高非線形ファイバと、前記偏波保持高非線形ファイバから出力される出力光を入力して所定の周波数帯域の変換光パルス列のみを抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）とを備えることを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２４】
この発明の光ＡＤ変換器の第２の態様は、前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定することを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２５】
この発明の光ＡＤ変換器の第３の態様は、前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記長さＬが、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定されることを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２６】
この発明の光ＡＤ変換器の第４の態様は、前記ピークパワーＰ0が、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定されることを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【００２７】
この発明の光ＡＤ変換器の第５の態様は、前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を生成する連続光生成部をさらに備え、前記連続光を前記標本化光パルス列及び前記光アナログ信号とともに前記偏波保持高非線形ファイバに入力することを特徴とする光ＡＤ変換器である。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、偏波保持高非線形ファイバを用いて高品質な光標本化を実現する超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器を提供することができる。
【００２９】
本発明の超高速光標本化方法によれば、偏波保持高非線形ファイバのファイバ長と標本化に用いるポンプ光のピークパワーに対する好ましい設定範囲を提供することができる。また、本発明の超高速光標本化方法に基づいて構成された光ＡＤ変換器では、スペクトル歪みが低減された高品質の変換光パルス列を生成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００３１】
はじめに、縮退四光波混合を用いた光標本化の例を図２を用いて説明する。波長λ１（周波数ｆ１）の光アナログ信号１と波長λ２（周波数ｆ２）の標本化光パルス列２を同時に光ファイバに入射すると、標本化光パルス列２を中心として光アナログ信号１とは対称の波長２λ２−λ１（周波数位置２ｆ２−ｆ１）に、光アナログ信号１の振幅に比例した強度の標本化された変換光パルス列３が出力される。図２において、符号４で示す△λは、△λ＝λ２−λ１と定義される。
【００３２】
変換光パルス列３の強度は、光ファイバの分散値△βにも比例することが知られており、分散値△βは標本化光パルス列２の波長λ２が光ファイバの零分散波長に等しいときに最大となる。よって、標本化光パルス列２の波長λ２を光ファイバの零分散波長に一致させることにより、最も効率よく変換光パルス列３を発生させることができる。
【００３３】
標本化光パルス列２の波長λ２を上記のように設定することにより、標本化された変換光パルス列３の強度が光アナログ信号１の振幅に比例するだけでなく、ポンプ光を上記の標本化光パルス列２とすることによって四光波混合の変換効率向上が期待され、ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering）抑圧のための周波数ディザリングも不要となる。
【００３４】
本発明の超高速光標本化方法について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本発明の超高速光標本化方法の概略構成を示す図である。図１において、標本化対象の光アナログ信号１と標本化光パルス列２をそれぞれ入力用ファイバ４、５に入力し、カプラ-６で合波して偏波保持高非線形ファイバ７に入力する。これにより、偏波保持高非線形ファイバ７の内部では図２で説明したような四光波混合による変換光パルス列３が発生する。
【００３５】
偏波保持高非線形ファイバ７からは、光アナログ信号１と標本化光パルス列２、及び変換光パルス列３を含む光が出力され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８において前記出力光から変換光パルス列３のみを抽出することで、光アナログ信号１の標本化が実現できる。光ファイバとして、偏波保持高非線形ファイバ７を用いた理由は後述する。
【００３６】
図１に示すような構成で光アナログ信号１を標本化するためには、ＢＰＦ８で変換光パルス列３のみを抽出できるようにする必要がある。そのためには、光アナログ信号１と標本化光パルス列２とのスペクトル成分の重なりを避ける必要がある。つまり、光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔Δλ(図２の符号４)を、それぞれのパルス幅に対して充分大きくする必要がある。
【００３７】
光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔Δλを大きくしても、四光波混合の効率がそれほど低下しないようにするためには、偏波保持高非線形ファイバ７の変換帯域を拡大する必要がある。ここで、変換帯域とは、四光波混合の効率(強度)が１/２に低下するときの波長間隔Δλである。
【００３８】
通常、前記変換帯域は、光ファイバを短尺化することで拡大できることが知られており、光ファイバのファイバ長と前記変換帯域とは図３に示すような関係がある。図３は、横軸を光ファイバのファイバ長としたときの変換帯域の変化を示すグラフである。図３において、黒丸１１は変換帯域の測定値を示しており、ファイバ長の逆数に比例して変化する曲線１２とは良い一致を示すことが知られている。
【００３９】
図３に示す通り、光ファイバを短尺化することによって、変換帯域を拡大することが可能である。しかしながら、光ファイバを端尺化して変換帯域を拡大しようとしても、通常は、該光ファイバの複屈折または偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Distribution）によって変換帯域が制限されてしまう。このため、広帯域にわたる変換スペクトルの平坦性は必ずしも良くない。これは、標本化パルス列２が例えば１００ＧＨｚを超えるような超高速になると、スペクトルが拡がるため特に問題となる。
【００４０】
そこで、本発明の超高速光標本化方法では、四光波混合を発生させる光ファイバに偏波保持高非線形ファイバ７を用いている。偏波保持高非線形ファイバ７と従来用いられていた非偏波保持高非線形ファイバのそれぞれについて、前記波長間隔に対する変換効率の実測値の一例を図４に示す。図４（ａ）は、偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値１３を、また図４（ｂ）は、非偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値１４をそれぞれ示す。
【００４１】
図４（ａ）に示す偏波保持高非線形ファイバでは、変換効率が１/２に低下する時の前記波長間隔、すなわち変換帯域が１５に示す範囲だけ確保されており、スペクトルの平坦性が確保されていることがわかる。これに対し図４(ｂ)に示す非偏波保持高非線形ファイバでは、前記変換帯域が１６に示す範囲に狭まっている。
【００４２】
さらに、非偏波保持高非線形ファイバの場合には、高速化によりスペクトル幅が広くなると、偏光の不一致に起因して生じるリップルが大きくなり、１６で示す変換帯域においてもその影響が無視できなくなる。
【００４３】
そこで、本発明の超高速光標本化方法では、図４(ａ)に示す特性を有する偏波保持高非線形ファイバ７を用いることで、高品質な標本化を実現するようにしている。偏波保持高非線形ファイバ７について、図３と同様の変換帯域のファイバ長依存性を実験で測定した結果を図５に示す。
【００４４】
図５に示す測定結果は、偏波保持高非線形ファイバ７においては、ファイバ長をある程度短くすると変換帯域の測定値１７が飽和してしまうことを示している。すなわち、図３に示した非偏波保持高非線形ファイバでは、変換帯域がファイバ長Ｌを短くするにつれてその逆数に比例する曲線１２に沿って拡大したのに対し、偏波保持高非線形ファイバでは、ファイバ長を短くしても変換帯域は飽和してそれ以上拡大されなくなる。
【００４５】
図５では、偏波保持高非線形ファイバについて、ファイバ長に対する変換帯域の測定値１７とともに、変換効率の測定値１８も合わせて表示している。図５に示す通り、ファイバ長を短くすると変換効率の測定値１８は指数関数的に急激に低下することがわかる。
【００４６】
上記の通り、例えば１００ＧＨｚを超えるような超高速の光標本化を実現するためには、四光波混合の変換帯域を拡大する必要があるが、変換帯域を拡大するためにファイバ長を短くしていくと変換効率が大幅に低下してしまう。また、変換効率を高めるために標本化光パルス列のピークパワーを高くしていくと、四光波混合による波長変換の品質が著しく低下してしまう。
【００４７】
そこで、本発明の超高速光標本化方法では、偏波保持高非線形ファイバ７のファイバ長と標本化光パルス列２のピークパワーについて、それぞれの好適な設定範囲を設けている。
【００４８】
以下では、偏波保持高非線形ファイバ７のファイバ長をＬ、非線形定数をγ、光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔を△λとし、標本化光パルス列２のスペクトルパルスのパルス幅を△λsamp、ピークパワーをＰ0として、ファイバ長ＬとピークパワーＰ0の好適な設定範囲を説明する。
【００４９】
まず、上記の通り、光アナログ信号１と標本化光パルス列２とのスペクトル成分の重なりを避けるために、前記波長間隔△λを少なくとも下記の（式１）を満たす範囲まで拡大する。
△λ＞△λsamp/２ (式１)
そして、四光波混合の変換帯域が２△λより大きくなるようファイバ長Ｌを短くして該変換帯域を拡大する。
【００５０】
一方、ファイバ長Ｌを短くし過ぎると十分な非線形効果が得られず変換効率が著しく低下してしまうため、所定の非線形効果が得られるよう、ファイバ長Ｌを下記の（式３）で定義される非線形長より長くしている。すなわち、ファイバ長Ｌが下記の(式２)で表わされる範囲を満たすように設定されている。
Ｌ＞ＬNL (式２)
ここで、ＬNLが前述の非線形長を表しており、次式で定義される。
ＬNL=１/（γＰ0） (式３)
【００５１】
さらに、四光波混合を高品質に発生させるために、標本化光パルス列２のピークパワーＰ0を、次式を満たす範囲に設定している。
γＰ0Ｌ≦３π/２ (式４)
(式４)の左辺は非線形位相シフトを表しており、これを３π/２以下に保つことにより、四光波混合を高品質に発生させるようにしている。
【００５２】
(式２)と(式４)は、ともにファイバ長ＬとピークパワーＰ0に依存していることから、(式２)と(式４)とが同時に満たされるようファイバ長ＬとピークパワーＰ0を調整している。
【００５３】
上記説明の通り、四光波混合を発生させる光ファイバとして偏波保持高非線形ファイバ７を用い、(式１)を満たす△λの２倍より広い変換帯域が得られる範囲において、偏波保持高非線形ファイバ７のファイバ長と標本化パルス列２のピークパワーを、(式２)及び(式４)を同時に満たすように設定することで、光アナログ信号１を高品質に標本化することが可能となる。
【００５４】
つぎに、本発明の超高速光標本化方法を適用した光ＡＤ変換器について説明する。図６は、本発明の実施の形態に係る光ＡＤ変換器を説明するためのブロック図である。
【００５５】
光ＡＤ変換器２１は、光アナログ信号入力部２２、標本化ポンプ光発生部２３、合波部２４、偏波保持高非線形ファイバ７、及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８から構成されている。外部の光アナログ信号１は、光アナログ信号入力部２２に入力されて合波部２４に送られる。また、標本化ポンプ光発生部２３は、所定のサンプリング周期で標本化光パルス列２を発生させて合波部２４に出力する。
【００５６】
合波部２４に入力された光アナログ信号１と標本化光パルス列２はともに偏波保持高非線形ファイバ７に入力され、偏波保持高非線形ファイバ７の内部で四光波混合を発生させる。偏波保持高非線形ファイバ７からは、光アナログ信号１と標本化光パルス列２、及び四光波混合で発生された変換光パルス列３を含む光が出力され、ＢＰＦ８において変換光パルス列３のみが抽出される。
【００５７】
偏波保持高非線形ファイバ７の長さＬは、 (式１)を満たす前記波長間隔△λの２倍より広い変換帯域が得られる範囲で、標本化パルス列２のピークパワーＰ0との関係において(式２)及び(式４)を満たすよう決定される。これにより、光ＡＤ変換器２１は、入力された光アナログ信号１を高品質な変換光パルス列３に変換することが可能となる。
【００５８】
上記では、周波数ｆ１の光アナログ信号１と周波数ｆ２の標本化光パルス列２を同時に偏波保持高非線形ファイバ７に入射する実施例について説明したが、これに加えてｆ１及びｆ２とは異なる別の周波数ｆ３を有する出力一定の連続光を偏波保持高非線形ファイバ７に入力するようにしてもよい。
【００５９】
すなわち、周波数ｆ１の光アナログ信号１と周波数ｆ２の標本化光パルス列２と周波数ｆ３の連続光とからなる３光波を同時に偏波保持高非線形ファイバ７に入射することにより、縮退のない四光波混合が発生して周波数ｆ４の変換光パルス列が生成される。
【００６０】
縮退のない四光波混合により発生した変換光パルス列の周波数ｆ４は、次式によって決定される。
ｆ４＝ｆ２＋ｆ３―ｆ１ (式５)
よって、前記連続光の周波数ｆ３を適切に選択することにより、変換光パルス列の周波数ｆ４を調整することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における超高速光標本化方法及び光ＡＤ変換器の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の システムの全体構成を説明する図である。
【図２】図２は、縮退四光波混合を用いた光標本化の例を説明する図である。
【図３】図３は、横軸を光ファイバのファイバ長としたときの非偏波保持高非線形ファイバの変換帯域の変化を示すグラフである。
【図４】図４は光アナログ信号１と標本化光パルス列２との波長間隔を△λに対する、四光波混合の変換効率の実測値の一例を示す図である。図４（ａ）は、偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値を、また図４（ｂ）は、非偏波保持高非線形ファイバの変換効率の実測値をそれぞれ示す。
【図５】図５は、横軸を光ファイバのファイバ長としたときの偏波保持高非線形ファイバの変換帯域及び変換効率の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の光ＡＤ変換器を説明するためのブロック図である。
【図７】図７は、光ＡＤ変換の概略構成を説明する図である。
【図８】図８は、光ファイバ中の四光波混合により、波長１５４０ｎｍの連続光をサンプリング周期１６０ＧＨｚの標本化光パルス列でサンプリングを行った例を示す。図８（ａ）は、各光のスペクトルを、図８（ｂ）は、各光の強度を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・光アナログ信号
２・・・標本化光パルス列
３・・・変換光パルス列
４、５・・・入力用ファイバ
６・・・カプラ-
７・・・偏波保持高非線形ファイバ
８・・・ＢＰＦ
１１・・・非偏波保持高非線形ファイバの変換帯域測定値
１２・・・ファイバ長の逆数に比例する曲線
１３・・・偏波保持高非線形ファイバの変換効率測定値
１４・・・非偏波保持高非線形ファイバの変換効率測定値
１５・・・偏波保持高非線形ファイバの変換帯域
１６・・・非偏波保持高非線形ファイバの変換帯域
１７・・・偏波保持高非線形ファイバの変換帯域測定値
１８・・・偏波保持高非線形ファイバの変換効率
２１・・・光ＡＤ変換器
２２・・・光アナログ信号入力部
２３・・・標本化ポンプ光発生部
２４・・・合波部
１０１・・・光アナログ信号
１０２・・・標本化光パルス列
１０３・・・光標本化部
１０４・・・ディジタル信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする超高速光標本化方法であって、
前記光ファイバに偏波保持高非線形ファイバを用い、
前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成し、
前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列を前記偏波保持高非線形ファイバに入力して四光波混合を発生させ、
前記偏波保持高非線形ファイバの出力光から前記四光波混合で発生された変換光パルス列のみを抽出する
ことを特徴とする超高速光標本化方法。
【請求項２】
前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超高速光標本化方法。
【請求項３】
前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬは、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項２に記載の超高速光標本化方法。
【請求項４】
前記ピークパワーＰ0は、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の超高速光標本化方法。
【請求項５】
前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を前記偏波保持高非線形ファイバに入力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超高速光標本化方法。
【請求項６】
所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする光ＡＤ変換器であって、
前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成する標本化光パルス列生成部と、
前記光アナログ信号を入力する光アナログ信号入力部と、
前記標本化光パルス列生成部で生成された前記標本化光パルス列と前記アナログ信号入力部で入力された前記光アナログ信号とを合波部を介して入力する偏波保持高非線形ファイバと、
前記偏波保持高非線形ファイバから出力される出力光を入力して所定の周波数帯域の変換光パルス列のみを抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と
を備えることを特徴とする光ＡＤ変換器。
【請求項７】
前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定する
ことを特徴とする請求項６に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項８】
前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記長さＬは、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項７に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項９】
前記ピークパワーＰ0は、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項１０】
前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を生成する連続光生成部をさらに備え、
前記連続光を前記標本化光パルス列及び前記光アナログ信号とともに前記偏波保持高非線形ファイバに入力する
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項１】
所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする超高速光標本化方法であって、
前記光ファイバに偏波保持高非線形ファイバを用い、
前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成し、
前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列を前記偏波保持高非線形ファイバに入力して四光波混合を発生させ、
前記偏波保持高非線形ファイバの出力光から前記四光波混合で発生された変換光パルス列のみを抽出する
ことを特徴とする超高速光標本化方法。
【請求項２】
前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超高速光標本化方法。
【請求項３】
前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬは、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項２に記載の超高速光標本化方法。
【請求項４】
前記ピークパワーＰ0は、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の超高速光標本化方法。
【請求項５】
前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を前記偏波保持高非線形ファイバに入力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超高速光標本化方法。
【請求項６】
所定波長の光アナログ信号を光ファイバを用いてサンプリングする光ＡＤ変換器であって、
前記光アナログ信号とは異なる波長のパルス光を所定のサンプリング周期で発生させて標本化光パルス列を生成する標本化光パルス列生成部と、
前記光アナログ信号を入力する光アナログ信号入力部と、
前記標本化光パルス列生成部で生成された前記標本化光パルス列と前記アナログ信号入力部で入力された前記光アナログ信号とを合波部を介して入力する偏波保持高非線形ファイバと、
前記偏波保持高非線形ファイバから出力される出力光を入力して所定の周波数帯域の変換光パルス列のみを抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と
を備えることを特徴とする光ＡＤ変換器。
【請求項７】
前記光アナログ信号と前記標本化光パルス列の波長間隔を△λ、前記標本化光パルス列が有するスペクトルパルスのパルス幅を△λsampとしたとき、前記波長間隔△λが次式を満たし、
△λ＞△λsamp/２
前記四光波混合の変換帯域が前記△λの２倍より広くなるよう前記偏波保持高非線形ファイバの長さＬを決定する
ことを特徴とする請求項６に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項８】
前記標本化光パルス列のピークパワーをＰ0とし、前記偏波保持高非線形ファイバの非線形定数をγ、ＬNL=１/（γＰ0）としたとき、前記長さＬは、
Ｌ＞ＬNL
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項７に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項９】
前記ピークパワーＰ0は、
γＰ0Ｌ＜３π/２
を満たすよう決定される
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の光ＡＤ変換器。
【請求項１０】
前記光アナログ信号及び前記標本化光パルス列とは異なる波長を有する出力一定の連続光を生成する連続光生成部をさらに備え、
前記連続光を前記標本化光パルス列及び前記光アナログ信号とともに前記偏波保持高非線形ファイバに入力する
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の光ＡＤ変換器。
【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２００７−１７１４３１（Ｐ２００７−１７１４３１Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６７４２３（Ｐ２００５−３６７４２３）
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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