DE69738491T2 - Optische Signalverarbeitungsvorrichtung und optisches Signalverarbeitungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten, Messen oder Speichern von optischen Hochgeschwindigkeitssignalen.
  • Ein Beispiel einer vorbekannten optischen Signalverarbeitungsschaltung ist in 1 dargestellt. In der Figur bezeichnen die Bezugszeichen 201 und 205 Beugungsgitter, 202 und 204 sind Linsen und 203 bezeichnet ein Raumfilter oder ein optisches Speichermedium. Wenn ein zeitserielles Signallicht an diese optische Schaltung angelegt wird, wird eine Fourier-Transformation des zeitseriellen Signallichts, das bedeutet, eine Frequenzspektralverteilung davon auf dem Raumfilter 203 durch die Frequenzzerlegungsfunktion des Beugungsgitters 201 und die Fourier-Transformationsfunktion der Linse 202 gebildet. Wenn die Frequenzspektralverteilung mittels des Raumfilters 203 moduliert wird, kann die Wellenform des zeitseriellen Signals moduliert werden. Hier kann die Wellenform durch das Raumfilter 203 gesteuert werden, auch wenn das zeitserielle Signal hinsichtlich der Geschwindigkeit sehr hoch ist.
  • Als ein Beispiel weist, wenn ein optisches Signal von einer Impulsbreite von 200 fs und einem Impulsintervall von 5 ps, das in dem oberen Teil von 2 dargestellt ist, angelegt wird, das einfallende optische Spektrum eine Form auf, wie sie in dem oberen Teil von 3 dargestellt ist, welche eine durch die gestrichelte Linie in dem Mittelteil von 3 dargestellte optische Leistungsverteilung auf dem Raumfilter 203 nach Durchlaufen durch das Beugungsgitter 201 und die Linse 202 aufweist, und wenn dieses durch das Raumfilter 203 moduliert wird, weist es eine Form, wie in dem unteren Teil von 3 dargestellt ist, in dem Spektrum nach Durchgehen durch das Raumfilter 203 auf. Eine dem Spektrum entsprechende zeitabhängige Wellenform ist die in dem unteren Teil von 3 dargestellte Impulssequenz. Somit kann die optische Signalverarbeitung erzielt werden, indem das Frequenzspektrum des optischen Signals von dem Raumfilter 203 moduliert wird. Dies bedeutet, dass eine unterschiedliche Wellenform-Formung gemäß dem Filter möglich ist.
  • Ferner wird mit 203, das in 1 dargestellt ist, und das als ein optisches Speichermedium verwendet wird, indem ein zeitserielles Signallicht und Referenzlicht gleichzeitig verwendet wird, ein Interferenzstreifen von beiden Lichtstrahlenbündeln auf dem optischen Speichermedium 203 Hologrammaufgezeichnet. Nach der Aufzeichnung wird, wenn lediglich das Referenzlicht einfällt, das Signallicht reproduziert und ausgegeben. Derartige Untersuchungen werden beispielsweise berichtet in A. M. Weiner, "Programable shaping of Femtosecond optical Pulses by use of 128-Element Liquid Crystal Phase Modulator," IEEE J Quantum Electronics, Vol. 28 No. 4, pp. 908–920 (1992); A. Weiner et al., "Spectral holography of Shaped femtosecond pulses", Optics Letters, vol. 17, pp. 224–226 (1992).
  • Mit dem Fortschritt in der optischen Kommunikationstechnologie betragen die Impulsbreiten von bei der optischen Transmission verwendeten optischen Signalen 100 ps (ex; FA-10G System) in der praktischen Anwendungsstufe und von denjenigen von Vorrichtungen der nächsten Generation mit sehr hoher Transmissionskapazität wird erwartet, dass sie Picosekunden-Impulse von 1–10 ps nutzen. Optische Impulse des Femtosekundenbereichs sind ein Anwendungsgebiet zur Zeit in der For schung und Entwicklung sowie der Materialevaluierung von stabilen Lichtquellen und von ihnen wird erwartet, dass sie nicht unmittelbar in der optischen Kommunikation angewandt werden. Das bedeutet, dass eine grundlegende Vorrichtung und ein Verfahren, welche eine optische Impulserzeugung, Wellenform-Formung, Wellenform-Messung, Wellenform-Aufzeichnung, Korrelationsverarbeitung und dergleichen ermöglichen, benötigt werden, um Systeme mit sehr hoher Kapazität der nächsten Generation zu bauen.
  • Jedoch weist der oben beschriebene Stand der Technik die folgenden Probleme auf. Das bedeutet, dass bei der Modulation oder der Hologrammaufzeichnung alle Beugungsgitter 201, 203, die Linsen 202 und 204 und das Raumfilter 203 in hoher Präzision ausgelegt werden müssen, leicht durch die äußere Umgebung beeinflusst werden können, somit schwierig modular zu strukturieren sind und beinahe unmöglich zu betreiben sind außer in einer sogenannten experimentellen Umgebung. Demgemäß ist dieser im gegenwärtigen Stadium nicht praktikabel.
  • Desweiteren ist, wenn ein zeitserielles Signal behandelt wird, die Signalverarbeitung im Prinzip möglich mittels eines eindimensionalen Beugungsgitters und einer Linse. Jedoch weisen das Beugungsgitter und die Linse eine redundante zweidimensionale Struktur auf, die eine langwierige Positionierung erfordert, welche inhärent unnötig ist.
  • Noch weiter ist es, wenn eine lange Impulssequenz von über 10 ps oder ein Impuls von großer Impulsbreite gehandhabt wird, erforderlich, den einfallenden Strahldurchmesser zu vergrößern, welcher dann wieder ein(e) großformatige(s) Beugungsgitter oder Linse und somit eine großformatige Vorrichtung benötigt.
  • Das bedeutet, dass die Struktur gemäß dem Stand der Technik, welche das Beugungsgitter-Paar und die Linse verwendet, die für Femtosekunden-Impulse effektiv sind, eine äußerst großformatige Vorrichtung für Picosekunden-Impulse benötigt und schwierig in eine Transmissionsvorrichtung von ungefähr 30 × 40 × 3 cm zu packen ist. Ferner ist es erforderlich, ein optisches Verbindungssystem mit der optischen Faser zu verwenden, und eine flexible Vorrichtungskonzeption entsprechend der Impulse ist unmöglich.
  • Vordem ist ein modengekoppelter Halbleiter-Laser bekannt als eine Picosekunden-Impulserzeugungseinrichtung.
  • 4 zeigt die Struktur eines modengekoppelten Lasers gemäß einem bekannten Stand der Technik zur Verwendung als eine Kurzimpuls-Lichtquelle.
  • In der Figur umfasst der modengekoppelte Laser eine optisches Verstärkungs- bzw. Gewinn-Medium 51, eine Pumpschaltung 52 zum Erzeugen einer Besetzungsinversion für das optische Gewinn-Medium 51, Spiegel 53-1 und 53-2, welche einen optischen Resonator bilden, einen in dem optischen Resonator angeordneten optischen Modulator 54 und einen Taktgenerator 55 zum Treiben des optischen Modulators 54. In dieser Konstruktion ist, wenn der Taktgenerator 55 den optischen Modulator 54 bei einer Taktfrequenz treibt, die gleich dem Resonanz-Modenabstand des optischen Resonators oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ist, eine optische Kurzimpuls-Sequenz einer Wiederholungsfrequenz gleich der Taktfrequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen davon.
  • 5 zeigt die Struktur einer Vielfach-Wellenlängen-Lichtquelle zur simultanen Oszillation von Licht aus einer Vielzahl von Wellenlängen.
  • In der Figur umfasst die Vielfach-Wellenlängen-Lichtquelle ein optisches Verstärkungs- bzw. Gewinn-Medium 61, eine Wellenleiter-Gitter-Anordnung 62, eine Linse 63 zum Koppeln des optischen Gewinn-Mediums 61 mit der Wellenleiter-Gitter-Anordnung 62, einen Spiegel hoher Reflexion 64 und einen Spiegel niedriger Reflexion 65, die an beiden Endflächen des optischen Gewinn-Mediums 61 angeordnet sind, und einen Spiegel hoher Reflexion 66, der an dem anderen Ende der Wellenleiter-Gitter-Anordnung angeordnet ist.
  • Die Wellenleiter-Gitter-Anordnung 62 umfasst einen Eingabe-Wellenleiter 71, eine Wellenleiter-Anordnung 73, die eine Vielzahl von Wellenleitern umfasst, die allmählich bezüglich der Länge um eine Wellenleiterlängendifferenz ΔL zunehmen, eine Vielzahl von Ausgabe-Wellenleitern 75, einen Stab-Wellenleiter 72 zum Verbinden des Eingabe-Wellenleiters 71 mit der Wellenleiter-Anordnung 73 und einen Stab-Wellenleiter 74 zum Verbinden der Wellenleiter-Anordnung 73 mit dem Ausgabe-Wellenleiter 75, welche auf einem Substrat 70 ausgebildet sind.
  • Licht, das in den Eingabe-Wellenleiter 71 einfällt, breitet sich durch Beugung in dem Stab-Wellenleiter 72 aus und fällt in gleicher Phase in die einzelnen Wellenleiter der Wellenleiter-Anordnung 73 ein und verteilt sich in diesen. Das Licht, das in die einzelnen Wellenleiter der Wellenleiter-Anordnung 73 übertragen wird und den Stab-Wellenleiter 74 erreicht, weist eine Phasendifferenz auf, die der Wellenleiterlängendifferenz ΔL entspricht. Da sich die Phasendifferenz mit der Wellenlänge verändert, wenn auf die Fokalebene durch den Linseneffekt des Stab-Wellenleiters 74 fokussiert wird, wird das Licht an verschiedenen Positionen durch die Wellenlängen fokussiert. Demgemäß wird Licht von unterschiedlichen Wellenlängen aus den einzelnen Wellenleitern des Ausgabe-Wellenleiters 75 entnommen.
  • In der Vielfach-Wellenlängen-Lichtquelle, die eine derartige Wellenleiter-Gitter-Anordnung 62 verwendet, wird ein optischer Resonator zwischen dem Spiegel hoher Reflexion 64 und dem Spiegel hoher Reflexion 66 gebildet und Licht aus einer Vielzahl von Wellenlängen kann gleichzeitig oszillieren, indem ständig das optische Gewinn-Medium angeregt wird.
  • Jedoch weist der modengekoppelte Laser gemäß einem bekannten Stand der Technik die folgenden Probleme auf.
    • (1) Das Oszillationsmodeneinhüllungsspektrum wird in hohem Maße durch die Betriebsbedingung verändert und es ist schwierig, die zentrale Wellenlänge und die Impulsbreite einzustellen.
    • (2) Da die Amplitude und die Phase jeder Mode nicht unabhängig gesteuert werden können, ist eine Impulsformkonzeption schwierig.
    • (3) Eine sehr große Anzahl von Moden wird angeregt, jedoch ist die Korrelation zwischen den Moden unzureichend aufgrund der Dispersion und des nichtlinearen Effekts des Halbleitermediums des langen Resonators und es ist schwierig, eine transformationsgrenzwertige optische Kurzimpulssequenz zu erzeugen.
  • Ferner ist es, da die Phase von jeder Mode in der Vielfach-Wellenlänge, wie in 5 dargestellt ist, nicht gesteuert werden kann, unmöglich, eine optische Kurzimpulssequenz von hoher Wiederholungsfrequenz durch Modenkopplung zu erzeugen.
  • Wie oben beschrieben wurde, gab es vordem einen modengekoppelten Halbleiter-Laser als eine Picosekunden-Erzeugungseinrichtung, jedoch ist es, um ihn als eine Lichtquelle für optische Kommunikationen zu nutzen, erforderlich, dass die Phase und die Intensität stabil sind, dass die zentrale Wellenlänge und die Impulsbreite und die Impulsform eingestellt werden können (hinsichtlich Design bzw. Entwurf und Fertigung) und dass ein hochqualitativer Impuls nahe an der Transformationsgrenze erzeugt wird. Jedoch tun sich gegenwärtige modengekoppelte Halbleiter-Laser schwer damit, diese Erfordernisse gleichzeitig zu erfüllen. Ferner ist es sehr schwierig, den in 1 dargestellten bekannten Stand der Technik in einen modengekoppelten Halbleiter-Laser zu inkorporieren und keine Untersuchungen haben über die Probleme berichtet.
  • In einer optischen Höchstgeschwindigkeitsübertragungsvorrichtung ist die Verzerrung einer Wellenform aufgrund der Gruppengeschwindigkeitsdispersion in einer optischen Faser ein erster Faktor, welcher den Übertragungsabstand begrenzt. Die Dispersionseigenschaften einer Übertragungsleitung (optische Faser) hängen von der Umgebungstemperatur, dem Material und der Abdeckung mit dem Lauf der Zeit ab. Ferner werden die Dispersionseigenschaften geändert, wenn die optische Faser zu einer anderen optischen Faser geändert wird in Verknüpfung mit einer Fehlfunktion oder einer Ersetzung der Übertragungsleitung. Oder es wird, auch wenn die Dispersion der optischen Faser unverändert ist, der auf das optische Signal angewandte Dispersionswert geändert durch Änderungen der Lichtwellenlänge oder der Filtereigenschaften.
  • Da sogar die dispersionsverschobenen optischen Fasern von kleiner Dispersion, welche im allgemeinen verwendet werden, eine Dispersion von ungefähr ±1 ps/nm/km aufweisen, weist ein Übertragungsabschnitt von 80 km eine Dispersion von ±80 ps/nm auf. Da eine optische Bandbreite eines optischen Signals von einer Impulsbreite von 10 ps bei 20 Gbit/s ungefähr 1 nm beträgt, wird eine Impulsverbreiterung von maximal 80 ps erzeugt. Jedoch ist der Zeitschlitz eines 20 Gbit/s-Signals 50 ps und wird eine große Zwischensymbol-Wechselwirkung erzeugt, um große Fehler zu erzeugen. Demgemäß ist eine Vorrichtung zum Kompensieren (Gleichmachen) der Dispersion einer Übertragungsleitung unerlässlich für eine Höchstgeschwindigkeitsübertragungsvorrichtung.
  • Ein Beispiel des bekannten Stands der Technik ist in 6 dargestellt. In 6 ist 01 ein optischer Verstärker, ist 02 ein optischer Schalter und ist 03 eine Dispersionskompensationsfaser.
  • In dem bekannten Stand der Technik wird das optische Signal durch eine andere optische Faser, die Dispersionseigenschaften aufweist, die umgekehrt zu der Dispersion der Übertragungsleitung sind, durchgelassen, um die Dispersion zu kompensieren, wobei eine gute Wellenform erzielt wird.
  • Da die Dispersionseigenschaften der Dispersionskompensationsfaser 03 nicht variabel sind, ist es wesentlich, Fasern von unterschiedlichen Dispersionseigenschaften vorzusehen, um die Dispersion gemäß Änderungen der Dispersionseigenschaften der Übertragungsleitung zu kompensieren.
  • Jedoch weist der bekannte Stand der Technik die folgenden Probleme auf.
    • (i) Die Kompensation ist für eine Dispersion höherer Ordnung schwierig.
    • (ii) Eine Anzahl von Fasern muß vorgesehen werden, um die Dispersion zu kompensieren. Insbesondere sind, da die Toleranz der Dispersion in einem optischen Höchstgeschwindigkeitssignal eng ist, Fasern von kleinem Inkrement des Dispersionswerts erforderlich. Folglich wird die Vorrichtung groß hinsichtlich der Baugröße und ein optischer Schalter von vielen Schaltern wird benötigt.
    • (iii) Da die Dispersionskompensationsfaser von einem optischen Schalter geschaltet wird, tritt eine momentane Abschaltung des optischen Signals während des Schaltvorgangs auf. Ferner gibt es als andere Stand-der-Technik-Beispiele Konstruktionen aus einem gechirpten Fasergitter und einem vielfach-verbundenen MZ-Interferometer, jedoch weisen diese die folgenden Probleme auf.
    • (iv) Die Steuerungsbreite der zentralen Wellenlänge der Dispersionskompensation ist klein und die Kompensationsbandbreite ist schmal.
  • In einer optischen Höchstgeschwindigkeitsübertragungsvorrichtung ist ein zweiter Faktor zum Begrenzen des Übertragungsabstands die Verzerrung der Wellenform aufgrund der Selbstphasenmodulation in der optischen Faser. Ein anderes Beispiel des bekannten Stands der Technik ist in 7 dargestellt. In 7 bezeichnet das Symbol 04 einen optischen Übertrager, ist 05 eine Faser mit hoher Dispersion, ist 06 ein optischer Verstärker, ist 07 eine optische Übertragungsleitung, ist 08 eine Dispersionskompensationsschaltung und ist 09 ein optischer Empfänger.
  • Diese Konstruktion liefert ein Übertragungsverfahren, bei dem ein optisches Signal vorher durch ein Hochdispersionsmedium unter der Voraussetzung einer Kompensation durchgelassen wird, um die Impulsbreite zu vergrößern, wobei die Selbstphasenmodulation reduziert wird. Da die Selbstphasenmodulation nahezu proportional zu der optischen Impulsspitzenintensität erzeugt wird, kann die Modulation reduziert werden, indem die Impulsbreite erhöht wird, um die Peak- bzw. Spitzenleistung zu verringern. Da die Dispersion kompensiert werden kann, um die Wellenform zu reproduzieren, jedoch die Verschlechterung der Wellenform aufgrund der Selbstphasenmodulation, die ein nichtlineares Phänomen ist, durch ein normales lineares Wellenform-Ausgleichungsverfahren nicht reproduziert werden kann, wird eine Übertragungsvorrichtung benötigt, die nicht ein nichtlineares Phänomen in der Übertragungsleitung erzeugt.
  • Jedoch weist der Stand der Technik die folgenden Probleme auf.
    • (v) Da Änderungen der Dispersion in der Übertragungsleitung nicht vorher abgeschätzt werden können, gibt es eine Möglichkeit, dass die Dispersion zufällig in dem Verlauf der Übertragungsleitung ausgeglichen wird, was zur Selbstphasenmodulation führt, die zu einer Zunahme der Wellenform-Verschlechterung und zu Fehlern führt.
  • Wie oben beschrieben wurde, gibt es als eine Picosekunden-Impulswellenform-Formungs-(z. B. Dispersionskompensation)Einrichtung andere optische Fasern, welche umgekehrte Dispersionseigenschaften zu der Dispersion in der Übertragungsleitung aufweisen, ein gechirptes Fasergitter und ein vielfach verbundenes MZ-Interferometer. Jedoch ist es mit diesen Mitteln bzw. dieser Einrichtung schwierig, eine Kompensation für die Dispersion höherer Ordnung, eine variable Dispersionskompensation und eine Breitband-Kompensation zu erzielen. Ferner ist der in 1 dargestellte Stand der Technik sehr klein hinsichtlich des kompensierbaren Dispersionsbetrags. Beispielsweise kann er für einen optischen Impuls von 2 ps in der Impulsbreite lediglich eine Kompensation von ungefähr 5 ps/nm liefern.
  • Die optische Signalverarbeitungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, wird benötigt, um eine Wellenform von optischen Signalen von höherer Geschwindigkeit zu messen.
  • Vordem gibt es als Wellenform-Mess- und Aufzeichnungsmittel einen O/E-Wandler sehr hoher Geschwindigkeit oder eine Streak- bzw. Schmierbild-Kamera. Jedoch ist die Bandbreite des O/E-Wandlers so groß wie 50 GHz und es ist unmöglich, Picosekunden-Impulse von 1–10 ps zu messen. Ferner wird, da die Streak- bzw. Schmierbild-Kamera niedrig hinsichtlich der Empfindlichkeit in dem optischen Kommunikationswellenlängenbereich ist, ein ausreichendes S/N nicht durch einen einzelnen Durchlauf erzielt und eine Echtzeit-Wellenform kann nicht beobachtet werden. Es gibt keinen Bericht einer Studie, welche den in 1 dargestellten Stand der Technik verwendet. Wenn der Stand der Technik angewandt wird, wie er ist, ist, da das Licht zweidimensional auf der Fourier-Transformationsebene verteilt ist, die Messung von hohem S/N schwierig, außer wenn ein spezifisches optisches System erdacht wird.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, besteht darin, eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung und ein optisches Signalverarbeitungsverfahren vorzusehen, das die Erzeugung, Wellenform-Formung, Wellenform-Messung, Wellenform-Aufzeichnung, Korrelationsverarbeitung und dergleichen von optischen Impulsen von 1–10 ps ermöglicht.
  • Das obige Ziel wird durch optische Signalverarbeitungsvorrichtungen erreicht, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
  • Eine grundlegende Konstruktion einer optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine erste und eine zweite optische Signalverarbeitungsvorrichtung auf. Die erste optische Signalverarbeitungsvorrichtung umfasst eine Kurzimpuls-Lichtquelle, einen ersten optischen Verstärker, einen ersten optischen Wellenlängenfilter, eine erste optische Trenneinrichtung zum Aufteilen des Ausgabelichts des ersten optischen Wellenlängenfilters in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht, erste n Einheiten von optischen Modulationsschaltungen, erste n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern, eine erste Wellenleiteranordnung mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen, eine erste Verteilungseinrichtung zum Verteilen des Ausgabelichts der ersten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern auf die erste Wellenleiteranordnung, eine erste Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Ausgabelichts der ersten Wellenleiteranordnung, um eine erste optische Ausgabe zu erhalten, ein erstes Raumfilter, das in der Nähe der Brennebene der ersten Fokussiereinrichtung angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der ersten optischen Ausgabe, eine erste Reflexionseinrichtung zum Reflektieren von durch das erste Raumfilter moduliertem Licht, um reflektiertes Licht zu erhalten, eine optische Trenneinrichtung zum Entnehmen des reflektierten Lichts aus den ersten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern, eine optische Kombinationseinrichtung zum Synthetisieren des reflektierten Lichts aus den n Einheiten einer zweiten optischen Trenneinrichtung, und einen zweiten optischen Verstärker. Die zweite optische Signalverarbeitungsvorrichtung um fasst eine optische Übertragungsleitung, einen dritten optischen Verstärker, einen zweiten optischen Wellenlängenfilter, eine dritte optische Trenneinrichtung zum Aufteilen des Ausgabelichts des zweiten optischen Wellenlängenfilters in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht, zweite n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern, eine zweite Wellenleiteranordnung mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen, eine zweite Verteilungseinrichtung zum Verteilen des Ausgabelichts der zweiten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleiter auf die zweite Wellenleiteranordnung, eine zweite Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Ausgabelichts der zweiten Wellenleiteranordnung, um eine zweite optische Ausgabe zu erhalten, ein zweites Raumfilter, das in der Nähe der Brennebene der zweiten Fokussiereinrichtung angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der zweiten optischen Ausgabe, eine zweite Reflexionseinrichtung zum Reflektieren von durch das zweite Raumfilter moduliertem Licht, eine vierte optische Trenneinrichtung zum Entnehmen des reflektierten Lichts aus dem zweiten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleiter, und n Einheiten von optischen Empfängern zum Empfang des reflektierten Lichts von den n Einheiten der vierten optischen Trenneinrichtung.
  • Eine grundlegende Konstruktion einer optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste und eine zweite optische Signalverarbeitungsvorrichtung. Die erste optische Signalverarbeitungsvorrichtung umfasst eine Kurzimpuls-Lichtquelle, einen ersten optischen Verstärker, einen ersten optischen Wellenlängenfilter, eine erste optische Trenneinrichtung zum Aufteilen des Ausgabelichts des ersten optischen Wellenlängenfilters in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht, erste n Einheiten von optischen Modulationsschaltungen, erste n Einhei ten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern, eine erste Wellenleiteranordnung mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen, eine erste Verteilungseinrichtung zum Verteilen des Ausgabelichts der ersten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern auf die erste Wellenleiteranordnung, eine erste Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Ausgabelichts der ersten Wellenleiteranordnung, um eine erste optische Ausgabe zu erhalten, ein erstes Raumfilter, das in der Nähe der Brennebene der ersten Fokussiereinrichtung angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der ersten optischen Ausgabe, eine zweite Wellenleiteranordnung mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen, eine zweite Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des durch das erste Raumfilter modulierten Lichts auf die zweite Wellenleiteranordnung, erste n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern, eine erste optische Kombinationseinrichtung zum Synthetisieren des Ausgabelichts der zweiten Wellenleiteranordnung und Koppeln mit den ersten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern, eine zweite optische Kombinationseinrichtung zum Koppeln einer Ausgabe der ersten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern, und einen zweiten optischen Verstärker. Die zweite optische Signalverarbeitungsvorrichtung umfasst eine optische Übertragungsleitung, einen dritten optischen Verstärker, einen zweiten optischen Wellenlängenfilter, eine dritte Trenneinrichtung zum Aufteilen des Ausgabelichts des zweiten optischen Wellenlängenfilters in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht, zweite n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern, eine dritte Wellenleiteranordnung mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen, eine zweite Verteilungseinrichtung zum Verteilen des Ausgabelichts des optischen Wellenleiters von dem zweiten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleiter auf die dritte Wellenleiteran ordnung, eine dritte Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Ausgabelichts der dritten Wellenleiteranordnung, um eine zweite optische Ausgabe zu erhalten, ein zweites Raumfilter, das in der Nähe der Brennebene der dritten Fokussiereinrichtung angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der zweiten optischen Ausgabe, eine vierte Wellenleiteranordnung mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen, eine vierte Fokussiereinrichtung zum Fokussieren von durch das zweite Raumfilter moduliertem Licht auf die vierte Wellenleiteranordnung, zweite n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern, eine dritte optische Kopplungseinrichtung zum Koppeln des Ausgabelichts der vierten Wellenleiteranordnung und Koppeln mit den zweiten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern, und n Einheiten von optischen Empfängern zum Empfang von Ausgabelicht von dem zweiten optischen Ausgabe-Wellenleiter.
  • Die obigen und andere Ziele, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch ersichtlicher anhand der nachfolgenden Beschreibung von Vergleichsbeispielen und Ausführungsformen davon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche ein Beispiel einer optischen Signalverarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine Impulsamplitude eines optischen Eingabe-Signals und Ausgabesignals in der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt;
  • 3 ist ein Diagramm, welches ein optisches Spektrum eines optischen Eingabe-Signals, die Raumfilter-Transmittanz des optischen Signals und das optische Spektrum eines optischen Ausgabe-Signals in der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt;
  • 4 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur eines modengekoppelten Lasers zeigt, der als eine Kurzimpuls-Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik verwendet wird;
  • 5 ist eine schematische Ansicht, welche eine Vielfach-Wellenlängen-Lichtquelle gemäß dem Stand der Technik zum gleichzeitigen Oszillieren von Licht von Vielfach-Wellenlängen zeigt;
  • 6 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur einer dispersionskompensierbaren optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt;
  • 7 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur einer anderen dispersionskompensierbaren optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt;
  • 8 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt, das nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckt ist;
  • 9 ist eine schematische Ansicht, welche eine andere Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zeigt;
  • 10 ist eine schematische Ansicht, welche eine noch weitere Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zeigt;
  • 11 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt, das nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckt ist;
  • 12 ist eine schematische Ansicht, welche ein Modifikationsbeispiel der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel zeigt;
  • 13 ist eine schematische Ansicht, welche eine andere Modifikation der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel zeigt;
  • 14 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel zeigt, das nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckt ist;
  • 15A ist eine schematische Ansicht, welche den Wellenleiteranordnungsteil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel zeigt;
  • 15B ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche den Sternkoppler-Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung zeigt, die in 15A dargestellt ist;
  • 16 ist ein Diagramm, welches eine Impuls-Wellenform von Eingabe-Licht zu der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckten vierten Vergleichsbeispiel zeigt, um die vorliegende Ausführungsform zu erläutern;
  • 17 ist ein Diagramm, welches eine Impuls-Wellenform von Ausgabe-Licht zu der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem vierten Beispiel zeigt, um die vorliegende Ausführungsform zu erläutern;
  • 18 ist ein Diagramm, welches eine Impuls-Wellenform von Ausgabe-Licht zu der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem vierten Beispiel zeigt, um die vorliegende Ausführungsform zu erläutern;
  • 19 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem behandelten optischen Impuls und der Anzahl von maximal verarbeitbaren optischen Impulsen zeigt, wenn die Vorrichtung gemäß dem vierten Beispiel und die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik verwendet werden;
  • 20 ist eine schematische Ansicht, welche die optische Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckten Vergleichsbeispiel 5 zeigt;
  • 21A ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht einer Fresnel-Linse der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung;
  • 21B ist eine schematische Draufsicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 zeigt;
  • 22 ist ein Diagramm, welches eine Impulsamplitude eines Eingabe-Signals und Ausgabe-Signals in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 zeigt;
  • 23 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem optischen Spektrum eines optischen Eingabe-Signals, der relativen Position eines Phasenfilters und dem optischen Spektrum eines optischen Ausgabe-Signals in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5 zeigt;
  • 24A ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Fresnel-Linsenteils eines Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5;
  • 24B ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Fresnel-Linsenteils eines anderen Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5;
  • 24C ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Fresnel-Linsenteils eines noch weiteren Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5;
  • 24D ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Fresnel-Linsenteils eines nochmals weiteren Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5;
  • 24E ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Fresnel-Linsenteils eines nochmals weiteren Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 5;
  • 25A ist eine schematische Querschnittansicht, welche den Raumfilter-Teil zeigt, der den Flüssigkristall der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckten Vergleichsbeispiel 6 aufweist;
  • 25B ist eine schematische Draufsicht, welche eine den Raumfilter der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 6 bildende transparente Elektrode zeigt;
  • 26A ist eine schematische Draufsicht, welche die Struktur in der Nähe der Ausgabe eines Stab-Wellenleiters der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckten Vergleichsbeispiel 7 zeigt;
  • 26B ist eine schematische Querschnittansicht, welche die Struktur in der Nähe der Ausgabe des Stab-Wellenleiters der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 7 zeigt;
  • 27 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 8 zeigt;
  • 28 ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht in der Nähe des Raumfilters, das an einem zentralen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 8 vorgesehen ist;
  • 29A ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht in der Nähe des Raumfilters eines Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 8;
  • 29B ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht in der Nähe des Raumfilters eines anderen Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 8;
  • 29C ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht in der Nähe des Raumfilters eines noch weiteren Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 8;
  • 29D ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht in der Nähe des Raumfilters eines nochmals weiteren Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 8;
  • 30 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 9 zeigt;
  • 31 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 9 zeigt;
  • 32 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 10 zeigt;
  • 33 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 11 zeigt;
  • 34 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 12 zeigt;
  • 35 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 13 zeigt;
  • 36 ist eine schematische Querschnittansicht in der Nähe der Fresnel-Linse der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13;
  • 37A ist eine schematische Draufsicht, welche das Raumfilter der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 37B ist eine schematische Querschnittansicht, welche das Raumfilter der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 38A ist eine vertikale schematische Querschnittansicht, welche die Fresnel-Linse der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 38B ist eine schematische Draufsicht, welche die Fresnel-Linse der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 38C ist eine horizontale schematische Querschnittansicht, welche die Fresnel-Linse der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 39 ist ein Diagramm, welches die Belichtungsabhängigkeit der Entwicklungstiefe von PMGI zeigt, was in dem Raumfilter und der Fresnel-Linse der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 verwendet wird;
  • 40 ist eine schematische Querschnittansicht, welche die Fresnel-Linse zeigt, die durch Ätzen eines Quarz-Substrats unter Verwendung von PMGI als einer Maske in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 gebildet wird;
  • 41 ist ein Diagramm, welches die Filtereigenschaft (positive Dispersion) der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 42 ist ein Diagramm, welches die Filtereigenschaft (negative Dispersion) der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 13 zeigt;
  • 43 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 15 zeigt;
  • 44 ist ein Blockdiagramm, welches eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung im breiten Sinne gemäß einem Beispiel 16 zeigt;
  • 45 ist ein Diagramm, welches eine Zeit-Wellenform der Ausgabe-Lichtamplitude eines Modulators der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 16 und eine Ausgabe-Wellenform nach Durchlaufen durch die optische Signalverarbeitungsvorrichtung zeigt;
  • 46 ist ein Diagramm, welches die Charakteristik eines Raumfilters (unter Verwendung von Termen dritter und höherer Ordnung) zeigt, wenn die Vorrichtung des Beispiels 13 als die optische Signalverarbeitungsvorrichtung des Gegenstandes in dem Beispiel 16 verwendet wird;
  • 47 ist ein Diagramm, welches die Charakteristik eines Raumfilters (vollständig zufällige Phasenänderungen) zeigt, wenn die Vorrichtung des Beispiels 13 als die optische Signalverarbeitungsvorrichtung des Gegenstandes in dem Beispiel 15 verwendet wird;
  • 48 ist ein Diagramm, welches die Charakteristik eines Amplitudenfilters zeigt, wenn ein Filter zum Reduzieren lediglich der Umgebung der zentralen Frequenz als das Amplitudenfilter der Empfangsseite der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung des Gegenstandes in dem Beispiel 16 verwendet wird;
  • 49A ist ein Diagramm, welches die Charakteristik eines Phasenfilters in dem Fall einer reflexionsartigen Konstruktion der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 17 zeigt;
  • 49B ist ein Diagramm, welches die Charakteristik eines Phasenfilters in dem Fall einer reflexionsartigen Konstruktion der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 17 zeigt;
  • 50A ist ein Diagramm, welches die Frequenzspektrum-Amplitude eines Amplitudenmodulationssignals in dem Beispiel 17 zeigt;
  • 50B ist ein Diagramm, welches die Frequenzspektralamplitude eines Winkel-Modulationssignals in dem Beispiel 17 zeigt;
  • 51 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 52 ist ein Diagramm, welches die mittlere optische Amplitudenverteilung auf einer Filterebene in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 53 ist ein Diagramm, welches Wellenformen eines Modulationssignals, ein phasenmoduliertes Signal und ein demoduliertes Signal nach Reproduktion in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 54 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 55 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem nicht durch die vorliegende Erfindung gedeckten Beispiel 18 zeigt;
  • 56 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz des einfallenden Lichts auf den Stab-Wellenleiter 72 und der Fokussierungsposition x auf der Brennebene des Stab-Wellenleiters 74 in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 18 zeigt;
  • 57 ist ein Diagramm, welches das Reflexionsspektrum zeigt, wenn der Abstand des Ausgabe-Wellenleiters 75 auf 50 μm und eine Kernbreite von 10 μm in dem Beispiel 18 eingestellt wird;
  • 58 ist ein Diagramm, welches das Oszillationswellenlängenspektrum der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 18 zeigt;
  • 59 ist ein Diagramm, welches die Oszillationsimpulswellenlänge der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 18 zeigt;
  • 60 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel eines Oszillationsfrequenzspektrums zeigt, das durch die optische Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann;
  • 61 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 19 zeigt;
  • 62A ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 20 zeigt;
  • 62B ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur in der Nähe eines Phasenfilters zeigt, das zur Bildung einer Dispersionskompensation im Resonator in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß dem Beispiel 20 verwendet wird;
  • 63 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 21 zeigt;
  • 64 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 22 zeigt;
  • 65 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 23 zeigt;
  • 66 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche die in 65 dargestellte Vorrichtung zeigt;
  • 67 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 24 zeigt;
  • 68A ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 25 zeigt;
  • 68B ist eine schematische Querschnittansicht entlang der Linie A-A' von 68A;
  • 69 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche einen Teil der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (Kurzimpuls-Lichtquelle) gemäß einem Beispiel 26 zeigt;
  • 70 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 27 zeigt;
  • 71A ist eine schematische Draufsicht, welche die Struktur eines hochreflektierenden Spiegels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 27 zeigt;
  • 71B ist eine schematische Querschnittansicht, welche die Struktur des hochreflektierenden Spiegels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 27 zeigt;
  • 72 ist eine schematische Ansicht, welche das Layout bzw. den Entwurf in der Nähe des hochreflektierenden Spiegels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 27 zeigt;
  • 73A ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 28 zeigt;
  • 73B ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur eines Modifikationsbeispiels der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 28 zeigt;
  • 73C ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche die in 73B dargestellte Struktur zeigt;
  • 73D ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur einer Fotodiodenanordnung zeigt, die in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 28 verwendet wird; und
  • 74 ist eine schematische Ansicht, welche die Struktur der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß einem Beispiel 29 zeigt.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Ein Verfahren und eine Anordnung davon zum Verarbeiten eines optischen Signals gemäß einem ersten Beispiel werden unter Bezugnahme unter 8 beschrieben werden.
  • Wie in 8 dargestellt ist, wird ein optisches Eingabe-Signal u(t), nachdem es auf einen Quarz-Wellenleiter 1 einfällt, in einer Gitteranordnung 3 von N Wellenleitern mittels eines Sternkopplers 2 aufgeteilt. Die Wellenleiteranordnung 3 ist so eingestellt, dass einzelne Wellenleiter eine optische Weglängendifferenz von ΔL zwischen einer Einfallsoberfläche S1 und einer Ausgangsoberfläche S2 aufweisen.
  • In diesem Fall sind spektroskopische Bestleistungseigenschaften dargestellt, wenn S1 auf dem Umfang um das Eingabe-Ende zu dem Sternkoppler 2 des Quarz-Wellenleiters 1 ist und S2 auf dem Umfang um das Zentrum von S3 angeordnet ist.
  • Folglich ist, da ein benachbartes Lichtstrahlenbündel eine Phasendifferenz von nΔL (n ist ein Brechungsindex des Wellenleiters) an dem Ausgabe-Ende von der Wellenleiteranordnung 3 zu einem Stab-Wellenleiter 4 aufweist, von der Struktur bekannt, dass sie die gleiche Wellenteilungsfunktion wie ein Beugungsgitter aufweist (beispielsweise H. Takahashi et al., IEEE J. Lightwave Tech. Vol. 12 (No. 6), pp. 989–995 (1994); M. K. SMIT Electron. Lett. Vol. 24, pp. 383–386 (1998); C. Dragone et al., IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 3, pp. 896–899 (1991)).
  • Vordem ist die Verwendung einer derartigen Wellenleiteranordnung wohlbekannt als ein optischer Wellenlängen-Demultiplexer in optischen Wellenlängenteilungsmultiplex-Übertragungssystemen.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn ein optisches zeitserielles Signal an die Wellenleiteranordnung 3 angelegt wird, ein Zeitfrequenzspektrum des optischen Signals als ein räumliches Bild gebildet werden kann, auch ohne eine Linse zu verwenden. Ferner haben die Erfinder ein Wellenleiteranordnungsentwurfsverfahren mit hoher Auflösung und dessen erdachte Anwendungen bei der auf diesem Prinzip beruhenden optischen Signalverarbeitung gefunden.
  • Das bedeutet, dass, wenn eine Wellenleiteranordnung verwendet wird, eine Fourier-Transformation U(n) des einfallenden optischen Signals auf eine Brennebene S3 des Stab-Wellenleiters 4 fokussiert werden kann.
  • Es wurde herausgefunden, dass, wenn ein Beugungslicht m-ter Ordnung verwendet wird, die Frequenzauflösung proportional zu Nm ist. Darin ist N die Anzahl von Wellenleitern der Wellenleiteranordnung 3. Demgemäß kann, wenn m erhöht wird, eine erhöhte Auflösung im Vergleich zu einem gewöhnlichen Beugungsgitter erzielt werden, bei dem die Frequenzauflösung proportional zu N ist. Wenn gemäß der Richtlinie optimal konzipiert wird, kann eine Wellenleiteranordnung mit einer sehr hohen optischen Auflösung erzielt werden, wobei eine spektrale Aufteilung einer langen optischen Impulssequenz mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
  • Wenn ein reflektierendes Raumfilter 5 auf der Brennebene S3 der oben beschriebenen hochauflösenden Wellenleiteranordnung angeordnet wird, wird ein optisches Muster aus U(v)H(v) reflektiert, über den Sternkoppler 2 zurückgeführt und von dem Quarz-Wellenleiter 1 ausgegeben, wobei H(v) ein räumliches Muster des Raumfilters 5 ist.
  • Das optische Ausgabe-Signal ist u(t)·h(t), wobei · eine Faltung von zwei Signalen bezeichnet.
  • In spezifischer Weise kann durch Anordnen des optionalen Raumfilters 5 die Verarbeitung in dem Frequenzbereich des einfallenden Signallichts durchgeführt werden. Die Eingabe/Ausgabe zwischen dem äußeren Teil und dem Quarz-Wellenleiter 1 wird bewirkt, indem beispielsweise eine optische Faser mit einem Koppler verwendet wird.
  • Da in der in 8 dargestellten Konfiguration die Brennebene S3 auf dem Umfang um das Zentrum von S2 ist, wenn das Raumfilter 5 flach ist, tritt im allgemeinen eine Verzerrung in der Ausgabe-Wellenform auf. Wenn die Phase quadratisch be züglich der zentralen Frequenz geändert wird, wird die Verzerrung angenähert, wobei diese Konfiguration annähernd eine quadratische Dispersionscharakteristik aufweist. Um dies zu kompensieren, kann das Eingabe-Licht oder Ausgabe-Licht durch ein Dispersionsmedium, das dieselbe Größe und ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist, durchgehen. Oder das Raumfilter 5 kann konzipiert werden, um die Dispersionskompensation einzuschließen.
  • Als ein praktisches Anwendungsbeispiel dieses Verfahrens wird ein Fall betrachtet, bei dem das optische Signal u(t) durch eine Vorrichtung durchgeht, beispielsweise eine optische Faserübertragungsleitung mit langer Distanz, und einer Verzerrung wie f(t) = u(t)·h(t) unterworfen wird.
  • Um das verzerrte Signal f(t) zurück in das ursprüngliche Signal u(t) zurückzuformen, kann eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung, wie in 9 dargestellt ist, verwendet werden. Eine Struktur vom Reflexionstyp ist in 8 dargestellt, welche das Prinzip der optischen Signalverarbeitung zeigt, während die in 9 dargestellte Vorrichtung ein Transmissionstyp ist.
  • Wie in 9 dargestellt ist, wird das eine bestimmte Verzerrung aufweisende optische Signal f(t) an eine optische Quarz-Schaltung 8 von einer optischen Faser 7 über einen optischen Verbinder 6 angelegt.
  • Die optische Quarz-Schaltung 8 weist, wie in 10 dargestellt ist, Wellenleiter 9 und 13, Sternkoppler 10 und 14, Wellenleiteranordnungen 11 und 15 und Stab-Wellenleiter 12 und 16 auf, welche symmetrisch zu einem Raumfilter 17 angeordnet sind.
  • Die Wellenleiteranordnungen 11 und 15 sind, soweit notwendig, auf halbem Wege mit Halbwellen-Plättchen 18 und 18 versehen, um eine Polarisationsabhängigkeit zu beseitigen.
  • Das Eingabe-Signallicht fällt, nach Übertragung in den Wellenleiter 9, auf die Wellenleiteranordnung 11 mittels des Sternkopplers 10 ein, und fokussiert eine Fourier-Transformation F(v) = U(v)H(v) auf die Brennebene S3 in dem Stab-Wellenleiter 12.
  • Hier ist eines, das die folgende Struktur aufweist, als das Raumfilter 17 auf der Brennebene angeordnet, wobei U(v) durch das Produkt mit dem Signal gegeben ist. H·(v)/|H(v)|2
  • Wenn es durch den Stab-Wellenleiter 16, die Wellenleiteranordnung 15 und den Sternkoppler 14 durchgegangen ist, ist das Signal invers Fourier-transformiert, und das wiederhergestellte optische Signal u(t) kann aus dem Wellenleiter 13 entnommen werden. Wenn die Amplitudendämpfung groß ist, wird das Signal an die Außenseite von dem optischen Verbinder 6 über einen optischen Verstärker 19 ausgegeben.
  • Hier kann das Raumfilter 17 ein fixiertes oder überschreibbares Muster sein. In dem Fall eines fixierten Musters kann eines, welches mit einem Muster einer vorbestimmten Phase oder eines Durchlassgrads gebildet ist, das durch Abscheidung oder dergleichen auf einem Substrat wie einem Glassubstrat gebildet wird, angeordnet sein. Für ein überschreibbares Muster wird ein optischer Modulator, welcher einen Flüssigkristall oder Halbleiter aufweist, als ein Raumfilter verwendet, wobei die Phase oder der Durchlaßgrad von jedem Pixel bzw. Bildele ment auf dem optischen Modulator durch eine Spannungsausgabe von einer Raumfilter-Steuerungseinrichtung 20 gesteuert wird.
  • Tatsächlich wurde es unter Verwendung der optischen Schaltung der Struktur von 10 bestätigt, dass eine Formung der Verzerrung der optischen Impulssequenz von 1500 nm in einer Wellenlänge mit 100 Impulsen einer einzelnen Impulsbreite von 0.2 ps und einer Periode von 0.5 ps möglich ist und zwar mittels eines Raumfilters einer auf einem Glassubstrat ausgebildeten fixierten Struktur.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Ein Verfahren und dessen Anordnung zum Erzeugen eines optischen Impulses gemäß einem zweiten Beispiel wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden.
  • In dem vorliegenden Beispiel ist ein computergeneriertes Hologramm (CGH) vom Reflexionstyp auf der Brennebene S3 angeordnet. In dieses computergenerierte Hologramm 21 ist beispielsweise die Fourier-Transformation U(t) einer optischen Impulssequenz u(t) als ein Raum- bzw. Ortsfrequenzmuster geschrieben.
  • Demgemäß wird, wenn Lese-Licht an einen Stab-Wellenleiter 23 von einem optischen Wellenleiter 22 angelegt wird, das von dem Hologramm reflektierte optische Muster U(v) in der Reihenfolge des Stab-Wellenleiters 23, einer Wellenleiteranordnung 24 und eines Sternkopplers 25 übertragen, Fouriertransformiert durch das in dem Beispiel 1 beschriebene Prinzip und die optische Impulssequenz u(t) wird von einem Wellenleiter 26 ausgegeben.
  • In dem vorliegenden Beispiel kann lediglich durch Anlegen eines optischen Impulses als ein Lese-Licht eine in das computergenerierte Hologramm geschriebene gewünschte optische Impulssequenz erzeugt werden.
  • Als eine Modifikation des vorliegenden Beispiels kann beispielsweise, wie in 12 dargestellt ist, Lese-Licht an eine Wellenleiteranordnung 43 über einen Wellenleiter 41 und einen Sternkoppler 42 angelegt werden und an das computergenerierte Hologramm 21 als ein Fourier-transformiertes Bild angelegt werden. Jedoch kann das Lese-Licht ein optischer Kurzimpuls sein.
  • Ferner kann als eine andere Modifikation des vorliegenden Beispiels beispielsweise, wie in 13 dargestellt ist, ein computergeneriertes Hologramm 31 vom Transmissionstyp verwendet werden. Das bedeutet, dass, wenn Lese-Licht an einen Stab-Wellenleiter 34 von einer Wellenleiteranordnung 32 und von einem Wellenleiter 33 an der gegenüberliegenden Seite angelegt wird, das durch das Hologramm durchgegangene optische Muster u(v) in der Reihenfolge eines Stab-Wellenleiters 35, einer Wellenleiteranordnung 32 und eines Sternkopplers 36 übertragen wird, invers Fourier-transformiert wird, wie oben beschrieben wurde, und die optische Impulssequenz u(v) von einem optischen Wellenleiter 37 ausgegeben wird.
  • Tatsächlich wurde unter Verwendung einer optischen Schaltung der Struktur von 11 die Erzeugung einer optischen Impulssequenz bestätigt, welche 100 Impulse einer einzelnen Impulsbreite von 0.2 ps und einer Periode von 0.5 ps aufweist.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Ein Verfahren und dessen Anordnung zum zeitweisen Speichern eines optischen Impulses gemäß einem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 14 beschrieben werden. In dem vorliegenden Beispiel ist ein fotoempfindliches optisches Aufzeichnungsmedium 51 auf der Brennebene S3 angeordnet.
  • Wie in 14 dargestellt ist, wird das optische Eingabe-Signal u(t) in die Vorrichtung von der Außenseite mittels eines optischen Verbinders 52 eingeführt und mittels eines optischen Verstärkers 53 verstärkt. Dann wird das Signal von einem optischen Koppler 54 in Signal-Licht und Referenz-Licht aufgeteilt und das Signal-Licht wird, wie es ist, an eine optische Quarz-Schaltung 55 angelegt.
  • In der optischen Quarz-Schaltung 55 wird, wie in 15 dargestellt ist, das Signal-Licht, nachdem es an einen Wellenleiter 56 angelegt wird, in eine Wellenleiteranordnung 58 durch einen Sternkoppler 57 aufgeteilt.
  • Licht, das von jeder Wellenleiteranordnung 58 ausgegeben wird, wird in einen Stab-Wellenleiter 59 übertragen, wobei es räumlich die Fourier-Transformation U(v) des optischen Eingabe-Signals auf der Brennebene S3 fokussiert.
  • Andererseits wird das von dem Signal-Licht getrennte Referenz-Licht durch den optischen Koppler 54 aufgeteilt, wird nach Durchlaufen durch einen optischen Modulator 60 an die optische Quarz-Schaltung 55 angelegt, wie in 15 dargestellt ist, gelangt durch einen Referenz-Wellenleiter 61 und wird dann an den Stab-Wellenleiter 59 angelegt.
  • 15B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Sternkopplers 57 in 15A. In diesem Fall ist das Eingabe-Wellenleiterende der Wellenleiteranordnung auf einem Umfang angeordnet und zwar auf einem Umfang aus einem Umfang um das Eingabe-Ende von dem Referenz-Wellenleiter 61 zu dem Sternkoppler 57 und einem Umfang um das Eingabe-Ende von dem Wellenleiter 56 zu dem Sternkoppler 57. Normalerweise ist die Anzahl von auf jedem Umfang angeordneten Wellenleitern nahezu gleich zueinander eingestellt.
  • Folglich wird durch Interferenz des Referenz-Lichts mit dem Signal-Licht U(v) als ein Hologramm auf dem optischen Aufzeichnungsmedium 51 aufgezeichnet.
  • Danach wird, wenn Licht derselben Wellenlänge als das Referenz-Licht angelegt wird als ein Lese-Licht von einem Wellenleiter W2, U(v), welches auf dem Hologramm aufgezeichnet ist, gelesen, invers Fourier transformiert während der Übertragung in der Reihenfolge des Stab-Wellenleiters 59, der Wellenleiteranordnung 58 und des Sternkopplers 57, und die optische Impulssequenz u(t) wird von dem Wellenleiter 56 ausgegeben.
  • In diesem Fall dient der optische Modulator 60 dazu, einen optischen Impuls für das Referenz-Licht oder Lese-Licht von einem Teil des Signal-Lichts abzuschneiden.
  • Somit wird die optische Impulssequenz mittels des oben beschriebenen Prinzips gespeichert.
  • Während das vorliegende Beispiel eine Anordnung vom Reflexionstyp zeigt, ist es ebenso möglich, eine Konstruktion zu verwenden, die ein Hologramm vom Transmissionstyp nutzt, bei welchem der Lese-Wellenleiter an der gegenüberliegenden Seite des Hologramms angeordnet ist. Ferner ist, wie in 12, eine Anordnung ebenso möglich, bei welcher das Referenz-Licht und das Lese-Licht über eine Wellenleiteranordnung angelegt werden.
  • Das optische Aufzeichnungsmedium 51 kann beispielsweise eine fotorefraktive Einrichtung einer Halbleiter-Vielfach-Quantentrogstruktur oder ein fotoempfindlicher Film sein.
  • Noch weiter ist es ebenso möglich, eine Vielzahl von Referenz-Lichtwellenleitern vorzusehen, so dass eine Anzahl von optischen Impulssequenzmustern auf dem Hologramm entsprechend dem individuellen Referenz-Licht aufgezeichnet wird.
  • Noch weiter kann, wenn eine optische Sensoranordnung anstelle des Hologramm-Mediums auf der Brennebene angeordnet wird und lediglich das Signal-Licht ohne Einführen des Referenz-Lichts eingeführt wird, das Leistungsspektrum des Signal-Lichts eingestellt werden.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • Indem die Anordnung von 8 verwendet wird, wird die Anzahl N der Wellenleiteranordnungen auf 340 eingestellt und die Beugungsordnung m wird auf 59 eingestellt. Das Eingabe-Licht ist die Ausgabe eines Cr/YAG-Lasers, die bandbegrenzt von einem Wellenlängenfilter wird, um einen Impuls mit einer zentralen Wellenlänge von 1549 nm, eine spektrale Breite von 2.3 nm und eine Impulsbreite von 1.1 ps zu erzeugen.
  • Eine Impuls-Wellenform des Eingabe-Lichts ist, wenn die optische Signalerzeugung mit der obigen Anordnung durchgeführt wird, in 16 dargestellt. Eine Ausgabe-Wellenform ist, wenn sie mittels Bereitstellen von Amplitudenfiltern vom Reflexionstyp zur Impulserzeugung auf der Brennebene verarbeitet wird, in 17 und 18 dargestellt. Es wurde anhand von
  • 17 und 18 bestätigt, dass die optische Signalverarbeitungsvorrichtung und das optische Signalverarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wie konzipiert funktionieren.
  • Die Beziehung zwischen der behandelten Impulsbreite und der maximalen Anzahl von verarbeitbaren Impulsen ist, wenn eine Wellenleiteranordnung verwendet wird und wenn ein Beugungsgitter gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, in 19 dargestellt.
  • Ein erster Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Signalverarbeitungskapazität (verarbeitbare Impulssequenzlänge) hoch ist. Wie aus 18 ersehen werden kann, ist die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung lang hinsichtlich der verarbeitbaren Impulssequenzlänge im Vergleich zu der Anordnung gemäß dem Stand der Technik und dem Entwurf bzw. Konzept gemäß der Impulsbreite des zu verarbeitenden optischen Impulses durch Änderung der Beugungsordnung (m). Indem numerische Formeln verwendet werden, sind die maximal verarbeitbare Impulssequenzlänge (T0) und minimale Impulsbreite (τ) wie folgt.
    T0 ≅ mN/2v0 (jedoch in dem Stand der Technik ist m = 1, v0: zentrale Frequenz, N: Anzahl von Wellenleitern, bei dem Stand der Technik ist τ die Anzahl von mit einem optischen Strahlenbündel bestrahlten Beugungsgittern)
    τ ≅ (2fλ0/v0Hd)α (Stand der Technik, d: Furchenabstand des Beugungsgitters, λ0: zentrale Wellenlänge, f: Linsenbrennweite, H: Filtergröße, α: Konstante (normalerweise 0.3–0.4, abhängig von der Impulswellenform)
    τ ≅ (m/2v0)α (vorliegende Erfindung)
  • Wenn die Dispersionskompensation und dergleichen unter Verwendung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, ist die Verarbeitungskapazität proportional zu der verarbeitbaren Impulssequenzlänge. Das bedeutet, dass die Schaltung der vorliegenden Erfindung ungefähr das 10fache der Kapazität des Standes der Technik aufweist.
  • Ein zweiter Effekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung kompakt in der Struktur ausgebildet werden kann. In dem Stand der Technik ist, wie aus 1 ersehen werden kann, die Gesamtlänge gleich 4f. Jedoch werden unter der Annahme einer kleinen Verzeichnung der Linse zumindest f = 10 cm und ein Durchmesser von 10 cm benötigt, um die Performance bzw. Güte von 18 zu erzielen, und die Gesamtlänge ist ungefähr 60–70 cm und die Breite/Höhe ist ungefähr 30 cm. Wenn das optische Faseroptik-Eingabe/Ausgabe-System umfasst wird, ist hinsichtlich der Abmessungen die Vorrichtung sehr groß, welche unmöglich an einer optischen Kommunikationsvorrichtung einzurichten ist. Jedoch kann in der vorliegenden Erfindung die optische Schaltung gekrümmt und angeordnet werden und da das Wellenleitermaterial einen höheren Brechungsindex als die Luft aufweist, kann die Vorrichtung kleiner hinsichtlich der Größe konstruiert werden, wobei eine Vorrichtung mit der Güte von 19 mit einem Quarz-Substrat von ungefähr 10 cm im Quadrat gefertigt werden kann. Mit einem Halbleiter-Wellenleiter beträgt die Größe ungefähr 5 cm im Quadrat.
  • Ein dritter Effekt besteht darin, dass die Integration mit anderen optischen Schaltungen möglich ist. Beispielsweise ist ein optischer Verstärker inkorporiert, wobei die optische Signalverarbeitung mit reduziertem Verlust erzielt wird.
  • Ein Effekt, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Picosekunden-Impulserzeugungseinrichtung angewandt wird, besteht darin, dass eine Impulssequenz nahe an der Transformationsgrenze leicht durch Dispersionskompensation in dem Resonator erzielt werden kann und dass die Impulsform durch Steuerung über einzelne Moden konzipiert werden kann.
  • Ein Effekt, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Dispersionskompensationsschaltung angewandt wird, besteht darin, dass eine Dispersionskompensation hoher Ordnung, eine variable Dispersionskompensation und eine Breitbandkompensation möglich sind. Für einen optischen Impuls von 2 ps in der Impulsbreite ist eine Kompensation bis hinauf zu ungefähr 100 ps/nm möglich. Ferner ist es möglich, eine Kinoform (Fresnel-Linse) zwischen dem Stab-Wellenleiter und dem Filter/Spiegel anzuordnen, um eine Wellenform-Formung ohne Verzerrung zu erzielen.
  • Ein Effekt, wenn die vorliegende Erfindung auf eine Übertragungs- bzw. Transmissionsvorrichtung angewandt wird, besteht darin, dass eine Dispersionskompensation, welche einer Änderung der Dispersion der Übertragungsleitung folgt, möglich ist, eine Systemkonstruktion mit reduzierter Übertragungswellenformverschlechterung aufgrund einer Selbstphasenmodulation möglich ist und dass eine Amplitudenmodulations-Winkelmodulations-Umwandlungsschaltung leicht konstruiert werden kann.
  • (Vergleichsbeispiel 5)
  • 20 zeigt ein Beispiel 5. In der Vorrichtung des vorliegenden Beispiels sind ein erster Stab-Wellenleiter 105 zur Verteilung der Ausgabe eines optischen Wellenleiters 104, ei ne Wellenleiteranordnung 106, die aus einer Vielzahl von optischen Wellenleitern gebildet ist, die allmählich bezüglich der Wellenleiterlänge zunehmen, um eine Phasendifferenz zu erzeugen, indem sich die optische Weglänge von verteiltem Licht des Stab-Wellenleiters 105 unterscheidet, und ein zweiter Stab-Wellenleiter 107 mit einer kreisförmigen Endfläche und einer Linsenfunktion auf einem Quarz-Substrat 101 integriert. In der Figur ist 200 eine Wellenleitergitter-Anordnung.
  • An der optischen Eingabeseite zu dem Quarz-Substrat 101 wird Signal-Licht durch eine optische Faser 103 eingegeben, wobei ein optischer Zirkulator 102 zum Entnehmen von zurückreflektiertem Licht in dem Verlauf der optischen Faser 103 angeordnet ist. In diesem Fall weist ein optischer Faserkoppler dieselbe Funktion auf und kann verwendet werden, jedoch hat er einen zusätzlichen Verlust von zumindest 6 dB.
  • Andererseits sind an der optischen Ausgabeseite des Quarz-Substrats 101 eine durch eine Fresnel-Linse 108 oder Kinoform dargestellte Phasenraummodulationseinrichtung, ein Raumfilter 109 und ein Spiegel 110 als Reflexionsmittel vorhanden.
  • 21 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, welche die Fresnel-Linse 108 als eine Phasenraummodulationseinrichtung, das Raumfilter 109 und dergleichen zeigt, die auf dem Quarz-Substrat 101 angeordnet sind, wie in 21A dargestellt ist, die Fresnel-Linse (Kinoform) 108, ein Halte-Substrat 113, das Raumfilter 109 und der Spiegel 110 sind so vorgesehen, dass sie zwischen Quarz-Substraten 11 angeordnet sind, ein Filter niedriger Reflexion 112 ist auf der Oberfläche der Fresnel-Linse (Kinoform) 108 und der Oberfläche des Raumfilters 109 festgeklebt. In diesem Falle ist die Seitenoberflächenform der Fresnel-Linse (Kinoform) 108, wie in 21B dargestellt ist, so geformt, dass der Umrißteil elliptisch ist und die Krümmung in der kleineren Durchmesserrichtung gleich der Brennweite des Stab-Wellenleiters 107 ist, welcher durch Ätzen eines Materials hergestellt werden kann, das in dem Betriebswellenlängenbereich transparent ist. Die Struktur und das Herstellungsverfahren der Fresnel-Linse werden ausführlich nachstehend beschrieben werden.
  • Obgleich sie größer hinsichtlich der Filmdicke ist als eine Fresnel-Linse, kann sie hergestellt werden durch Ätzen einer sphärischen oder asphärischen Linse oder dergleichen und kann verwendet werden anstelle der Fresnel-Linse 108. Das Herstellungsverfahren ist ähnlich wie bei der Fresnel-Linse.
  • Die Funktion der in 20 und 21 dargestellten Struktur ist im wesentlichen äquivalent zu der Funktion der in 1 dargestellten Struktur gemäß dem Stand der Technik, wobei im Hinblick auf die große Baugröße, welche ein Problem zum Beispiel bei dem Stand der Technik ist, in einem Beispiel eines Wiederholungssignals (22 oberer Teil) eines Impulsintervalls 50 ps und einer Impulsbreite 2 ps ein optisches System eines Strahldurchmessers von beispielsweise zumindest 15 mm benötigt wird und eine Vorrichtung von ungefähr 50 × 100 cm in der Größe benötigt wird hinsichtlich des effektiven Durchmessers der Linse. Andererseits kann in dem vorliegenden Beispiel eine optische Weglängendifferenz von maximal ungefähr 10 mm in dem Quarz-Wellenleiter vorgesehen werden, welcher auf einem Substrat von ungefähr 5 × 5 cm integriert werden kann, wobei es somit eine große Differenz hinsichtlich der Größe gibt.
  • Der erste Stab-Wellenleiter 105, die Wellenleiteranordnung 106 und der zweite Stab-Wellenleiter 107 sind auf dem Quarz-Substrat integriert, von denen sich die Wellenleiteranordnung 106 hinsichtlich der Wellenleiterlänge um ΔL zwischen benachbarten individuellen Wellenleitern unterscheidet, um eine optische Weglängendifferenz von nΔL aufzuweisen, wobei n ein Brechungsindex des Wellenleiters ist. Das bedeutet, dass die Wellenleiteranordnung 106 eine Wellenteilungsfunktion aufweist, welche dieselbe ist wie bei einem Beugungsgitter.
  • Das Ausgabe-Ende der Wellenleiteranordnung ist in einer Umfangsform eines Radius f ausgebildet und mit dem zweiten Stab-Wellenleiter 107 verbunden, wobei der zweite Stab-Wellenleiter 107 als eine Linse von einer Brennweite f fungiert. Das bedeutet, dass in dem Fall einer Linse, während sie eine Fourier-Transformationsfunktion eines Bildes zwischen Brennebenen von beiden Enden der Linse in der Nähe der optischen Achse aufweist, der zweite Stab-Wellenleiter 107 ebenso eine eindimensionale Fourier-Transformationsfunktion eines Ausgabe-Bildes der Wellenleiteranordnung 106 aufweist. Da der Fokus bzw. die Brennweite des zweiten Stab-Wellenleiters auf der Umfangsfläche auf der optischen Achse des zweiten Stab-Wellenleiters 107 positioniert ist, ist die Fresnel-Linse (Kinoform) 108 an der Ausgabeseite vorgesehen, um die Brennebene flach zu machen. Die Brennebene in der Wellenleiter-Oberfläche der Fresnel-Linse (Kinoform) 108 wird eingestellt, dass sie gleich dem oben beschriebenen f ist. Die Anordnung des Raumfilters 109 zum Modulieren durch die niedrig-reflektierende Beschichtung 112 und des Spiegels zur Reflexion ist so, wie in 21A dargestellt ist, jedoch können die Fresnel-Linse (Kinoform) 108 und das Raumfilter (in dem Fall eines Phasenfilters) hergestellt werden, indem ein Material geätzt wird, das für die Betriebswellenlänge transparent ist, oder sie können hergestellt werden in einer gewünschten Form, indem die Belichtung für das fotoempfindliche Material durch direkte Abbildung eines Elektronenstrahls eingestellt wird, da die entwickelte Dicke in umgekehrtem Verhältnis zu der Belichtung bestimmt wird. Ferner ist es ebenso möglich, die Fresnel-Linse 108 und das Raumfilter 109 durch Ätzen des Substrats herzustellen, indem das fotoempfindliche Material als eine Maske verwendet wird, um die Substratform zu verarbeiten. Noch weiter kann in dem Fall eines Amplitudenfilters der Lichtabsorptionsfilm in Streifen mit einem gesteuerten Linien-Raumverhältnis geätzt werden. Im Hinblick darauf, ob ein Phasenfilter oder ein Amplitudenfilter ausgewählt wird, wobei das erstere ein Problem aufweist, dass es schwer zu konzipieren ist, und das letztere ein Problem von hohem Verlust aufweist, kann es gemäß dem Zweck ausgewählt werden oder es sind beide vorgesehen.
  • 22 zeigt eine Eingabe-Impulswellenform eines Wiederholungssignals von einem Impulsintervall 50 ps und einer Impulsbreite 2 ps. Das Eingabe-Signallicht gelangt durch den in 20 dargestellten Zirkulator, wird an den optischen Wellenleiter 104 angelegt und an einzelnen Wellenleitern der Wellenleiteranordnung 106 von dem ersten Stab-Wellenleiter 105 verteilt. Dann wird das Signallicht von der Wellenleiteranordnung 106 entsprechend der optischen Weglängendifferenz aufgeteilt, Fourier-transformiert durch den zweiten Stab-Wellenleiter 107, phasenmoduliert durch das Raumfilter (in diesem Fall versuchsweise ein Phasenfilter) 109 über die Fresnel-Linse (Kinoform) 108, zurückgelenkt durch Reflexion des Spiegels 110, invers Fourier-transformiert und als ein Ausgabe-Licht von dem optischen Zirkulator 102 entnommen. Der untere Teil von 22 zeigt die Ausgabe-Lichtwellenform, welche 5fache Impulswiederholungen aufweist.
  • In diesem Falle weist das Raumfilter eine Positionsabhängigkeit der relativen Phase auf, wie im mittleren Teil von 23 dargestellt ist.
  • Wo t1 eine Impulsbreite des verarbeiteten optischen Impulses ist und v0 eine zentrale Frequenz ist, schwingt die Amplitude n-mal in dem Impuls. n = v0 t1
  • In diesem Fall, wenn eine Phasenvariation d die folgende Formel erfüllt, n ≥ d/2πkann die Phasenvariation approximiert werden als
    d' ≡ Mod[d, 2π] (wobei [u, v] einen Rest bezeichnet, indem v als ein Modul bzw. Modulo verwendet wird.).
  • Das bedeutet, dass in einer Reflexionsanordnung, da Licht zweimal durch das Phasenfilter durchgeht, das Filter mit einer maximalen Phasenänderung von π hergestellt werden kann. Ferner kann für den Fall eines Transmissionstyps die Phasenvariation approximiert werden als d'' ≡ Mod[d, 2π] und das Filter kann mit einer maximalen Phasenänderung von 2π hergestellt werden.
  • Natürlich ist es, obgleich hinsichtlich der Filmdicke vergrößert wird, überflüssig zu erwähnen, dass ein Phasenfilter zum Erzielen einer notwendigen Phasenvariation verwendet werden kann.
  • Der obere Teil von 23 zeigt ein Frequenzspektrum eines einfallenden Signals und der untere Teil von 23 zeigt ein Frequenzspektrum von Signal-Licht nach Durchlaufen durch das Raumfilter 109. Der untere Teil von 23 ist lediglich eine Phasenmodulation und weist keine spektrale Änderung auf.
  • Somit kann eine zeitserielle Wellenform moduliert werden.
  • Wenn die Modulation durch numerische Formeln dargestellt wird, ist das einfallende Signallicht u(t), ist die Transmissionsfunktion des Filters (vorwärts und rückwärts) h(x), ist t die Zeit, ist x eine strukturelle Position auf dem Filter. Ein frequenzspektrales Bild ist als U(ν(x)) dargestellt, indem die Fourier-Transformation U von u verwendet wird. Dabei zeigt ν eine Frequenz bezüglich der Wiederholungsstruktur des Filters.
  • Das Spektrum nach Durchlaufen durch das Filter ist S(ν(x)) = U(ν(x))·h(x). Die Wellenform des Ausgabe-Lichts ist invers Fourier-transformiert zu s(t) = u(t)·H(t). Dabei bezeichnet · eine Faltungsintegration.
  • Wie in 22 dargestellt ist, wird die Wiederholungsfrequenz eines Impulses 5 mal erhöht, was durch Wiederholungen desselben Musters in dem Phasenfilter gebildet wird. Wo das Muster g(x) ist und die Wiederholungsperiode ν1(x1) ist, ist die Wiederholungsperiode des Impulses 1/ν1(x1).
  • Ferner unterscheidet sich im allgemeinen die Impulsamplitude hinsichtlich der Periode. Um die Impulsamplitude auszurichten, kann jedes Muster eine binäre Phase entsprechend M-Folgen sein, beispielsweise kann die Wiederholungsperiode in 15 Teile aufgeteilt werden (π, 0, 0, 0, π, 0, 0, π, π, 0, π, 0, π, π, π).
  • Wo eine gewünschte Wellenform s(t) ist und deren Fourier-Transformation S(ν(x)) ist, kann eine gewünschte Wellenform erzielt werden mit einem Filter, das eine Transmissionsfunktion aufweist, welche dargestellt wird durch h(x) = S(ν(x))/U(ν(x)).
  • 24 zeigt eine Modifikation hinsichtlich der Struktur (Beispiel 5) von 20 und 21, wobei 24A ein Beispiel zeigt, das mit sowohl einem Phasenfilter 109a als auch einem Amplitudenfilter 109b für das Raumfilter 109 versehen ist, wobei der optische Signalverarbeitungsbereich durch Steuern von beiden Filtern eher als durch Steuern von einem der zwei Filter, von Phase und Amplitude ausgeweitet wird.
  • 24B zeigt ein Beispiel, welches dasselbe hinsichtlich der Funktion wie 21 ist, jedoch ist die Fresnel-Linse (Kinoform) 108 auf der oberen Fläche des Filters befestigt, welches einfach hinsichtlich der Fertigung ist. Jedoch muß die Brennweite der Fresnel-Linse (Kinoform) 108 f/ns sein, wobei ns ein Brechungsindex des Stab-Wellenleiters 107 ist.
  • 24C zeigt ein Beispiel, bei dem ein Struktur-Spiegel 114 sowohl als der in 21 dargestellte Spiegel 110 als auch als das Amplitudenfilter 109 dient, was einfach hinsichtlich der Fertigung ist.
  • 24D zeigt ein Beispiel, das anstelle des Stab-Wellenleiters 107 und der Fresnel-Linse (Kinoform) 108 mit einer Linse 115 lediglich in diesem Teil versehen ist, welche geringfügig größer hinsichtlich der Baugröße ist, jedoch eine Fourier-Transformation hoher Genauigkeit möglich ist.
  • Ferner zeigt 24E ein Beispiel, das mit einem Phasenfilter 116 versehen ist, welches sowohl als die Fresnel-Linse 108 als auch als das Raumfilter (Phasenfilter) 109 dient. Diese Konstruktion ist schwierig hinsichtlich der Konzeption, jedoch einfach hinsichtlich der Fertigung.
  • Während das Beispiel 5 beschrieben wird, indem die Verwendung von Quarz-Wellenleitern vorausgesetzt wird, ist es überflüssig zu erwähnen, dass dieselbe optische Schaltung mit Halbleiter-Wellenleitern wie InP, GaAs oder Si oder mit optischen Wellenleitern aus dielektrischem Material wie LiNbO3 oder optischen Wellenleitern aus organischem Material wie Polyimid hergestellt werden kann. Insbesondere ist es mit optischen Halbleiter-Wellenleitern möglich, sogar eine kompaktere Vorrichtung aufgrund ihres hohen Brechungskoeffizienten zu konstruieren, wobei ein optischer Verstärker in der optischen Schaltung inkorporiert werden kann.
  • (Vergleichsbeispiel 6)
  • 25A zeigt ein Beispiel, bei dem das in 21 dargestellte Raumfilter aus einem Flüssigkristall hergestellt ist, wobei 301a und 301b transparente Elektroden sind, 392 ein Ausrichtungsfilm ist, 303 ein Abstandshalter ist, 304 ein nematischer Flüssigkristall ist und 305 ein Viertelwellenlängenplättchen ist. Das Viertelwellenlängenplättchen ist notwendig zum Eliminieren der Polarisationsabhängigkeit, wenn ein polarisationsabhängiges Raumfilter verwendet wird, und die f-Achse und s-Achse des Viertelwellenlängenplättchens sind mit einer 45-Grad-Neigung zu der Wellenleiter-Facettenfläche (A-A'-Linie in 25A) angeordnet. Die Orientierung des Flüssigkristalls ist eine homogene Orientierung parallel oder senkrecht zu der Wellenleiter-Facettenfläche (A-A'-Linie in 25A).
  • 25B zeigt die Struktur der transparenten Elektrode 301a, welche streifenförmige Elektroden aufweist, und an die einzelne Elektrode kann eine optionale Spannung angelegt werden. Durch Anlegen einer Spannung wird die Orientierung des Kristalls geändert, wird die Phasendifferenz zwischen den transparenten Elektroden 301a und 301b geändert, da die Elektroden in Streifen vorgesehen sind, und kann ein gewünschtes Raum- bzw. Orts-Phasenfilter erzielt werden. Das bedeutet, dass es in diesem Beispiel möglich ist, die optische Signalverarbeitung soweit notwendig durchzuführen, indem das Phasenfilter eingestellt wird. Ferner kann ein verdrehter nematischer Flüssigkristall als der Flüssigkristall verwendet werden. In diesem Fall ist das Viertelwellenlängenplättchen unnötig. Wenn die angelegte Spannung ausreichend hoch ist, fungiert diese Anordnung als ein polarisationsunabhängiger Phasenmodulator.
  • (Vergleichsbeispiel 7)
  • 26 zeigt ein Beispiel, bei dem der optische Weg gekrümmt bzw. geknickt ist, um eine noch kleiner bemessene Vorrichtung zu bilden. In 26 ist 401 ein Kern eines optischen Wellenleiters, ist 402 ein Spiegel, ist 403 eine Furche auf einer schrägen (7–8 Grad) Endfläche. In dem vorliegenden Beispiel wird eine optische Biege-Einheit aus der Furche 403 zum Krümmen von Licht und dem Spiegel 402 gebildet, so dass die Brennebene des Stab-Wellenleiters 107 auf dem Spiegel 110 ist. In dem vorliegenden Beispiel kann, da das Filter auf dem Quarz-Substrat angeordnet werden kann, eine noch kleiner bemessene Vorrichtung konstruiert werden. Die Furche kann leicht ausgebildet werden, indem eine Reaktiv-Ionenätzvorrichtung verwendet wird.
  • (Vergleichsbeispiel 8)
  • 27 zeigt eine transmissionsartige Struktur, bei der ein erstes Quarz-Substrat 101A, das die erste Wellenleiteranordnung 106 aufweist, und ein zweites Quarz-Substrat 101B, das eine zweite Wellenleiteranordnung 505 aufweist, auf einem Kühlkörper 501 angeordnet sind. Die zwei Quarz-Substrate 101A und 101E sind symmetrisch hinsichtlich der Struktur. Das bedeutet, dass das Quarz-Substrat 101A darauf mit einem ersten Stab-Wellenleiter 105 zur Wellenaufteilung, einer ersten Wellenleiteranordnung 106 und einem zweiten Stab-Wellenleiter 107 zum Fokussieren integriert ist, wobei das zweite Quarz-Substrat ebenso darauf mit einem ersten Stab-Wellenleiter 504, einer zweiten Wellenleiteranordnung 505 und einem zweiten Stab-Wellenleiter 506 zur Wellensynthese integriert ist. Ein Raumfilter und dergleichen sind zwischen den Quarz-Substraten 101A und 101E angeordnet. 502 bezeichnet einen optischen Verstärker.
  • Eine Wellenleiter-Gitteranordnung 200A ist auf dem Quarz-Substrat 101A auf dem Kühlkörper 501 ausgebildet und in ähnlicher Weise ist eine zweite Wellenleiter-Gitteranordnung 200B auf dem Quarz-Substrat 101E auf dem Kühlkörper 501 ausgebildet und zwar symmetrisch um das Raumfilter. Die erste Wellenleiter-Gitteranordnung 200A weist einen optischen Wellenleiter 104, einen ersten Stab-Wellenleiter 105 und eine Wellenleiteranordnung 196 sowie einen zweiten Stab-Wellenleiter 107 auf. Die andere zweite Wellenleiter-Gitteranordnung 200B weist in ähnlicher Weise einen ersten Stab-Wellenleiter 504, eine Wellenleiteranordnung 505, einen zweiten Stab-Wellenleiter 506 und einen optischen Wellenleiter 507 auf.
  • 28 ist eine vergrößerte Ansicht, wobei das Raumfilter eines ist, welches ähnlich wie jenes von 25 ist, da es jedoch ein Transmissionstyp ist, ist es erforderlich, zumindest eine Phasendifferenz (2π) zu erzielen. Ferner sind der Spiegel 110 und das Viertelwellenlängenplättchen 305 von 25 unnötig und sind weggelassen. Da diese Konstruktion eine Polarisationsabhängigkeit aufweist, können, wenn die Abhängigkeit eliminiert wird, zwei Stufen von Filtern senkrecht verbunden werden. Die transmissionsartige Konstruktion des vorliegenden Beispiels ist im Betrieb äquivalent zu der in 20 dargestellten Konstruktion. Während die Vorrichtung groß wird, ist der Zirkulator 102 von 20 unnötig und der Verlust kann reduziert werden. 503 in 27 bezeichnet eine Filtersteuerungseinheit.
  • 29 zeigt eine Modifikation des Beispiels 8, was in 27 und 28 dargestellt ist, 27A ist ein Beispiel unter Verwendung eines fixierten Raumfilters, 29B ist ein Beispiel unter Verwendung der auf dem Substrat ausgebildeten Fresnel-Linse (Kinoform) 108, 29C ist ein Beispiel unter Verwendung eines Phasenfilters 116, das sowohl als Fresnel-Linse (Kinoform) als auch als Phasenfilter dient, und 29D ist ein Beispiel unter Verwendung einer Linse 115 anstelle der ersten Stab-Wellenleiter 107 und 504. In diesem Fall kann, da das Raumfilter transmissionsartig ist, zumindest eine Phasendifferenz von 2π erzielt werden.
  • (Vergleichsbeispiel 9)
  • 30 zeigt ein anderes Beispiel eines Transmissionstyps, bei dem die Phaseneinstellung durch Erwärmen erzielt wird. Das bedeutet, dass 601 eine Wellenleiteranordnung ist, 602 eine Heizelektrode ist, 603 eine Verdrahtung ist und 604 eine Steuerungseinheit ist. 31 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Wellenleiteranordnung. Hier ist 605 eine in dem Wellenleiter vorgesehenen Furche, ist 606 eine Konusstruktur zum Reduzieren des Verbindungsverlusts und ist 607 ein Halbwellenlängenplättchen. Die Furche 605, der Konus 606 und das Halbwellenlängenplättchen sind eine Struktur zum Reduzieren der Polarisationsabhängigkeit des Wellenleiters, welche ebenso in einer anderen Wellenleiteranordnung soweit notwendig verwendet werden kann. Da im allgemeinen der Brechungsindex eines Materials eine Temperaturabhängigkeit aufweist, kann die optische Weglänge eines Wellenleiters, das bedeutet, die Phase, durch Erwärmen moduliert werden. In diesem Fall kann die Phase von jedem Wellenleiter der Wellenleiteranordnung 601 eingestellt werden, indem der Strom in der Elektrode 602 eingestellt wird. Das bedeutet, dass, wenn er so angeordnet wird, dass das Eingabe-Ende der Wellenleiteranordnung 601 eine Fourier-Transformationsebene von dem Stab-Wellenleiter 107 ist, die Wellenleiteranordnung 601, die Heizelektrode 602, die Furche 605, der Konus 606 und das Halbwellenlängenplättchen 607 als ein variables Phasenfilter fungieren. Um die Phasensteuerung zu ermöglichen, wird die Fertigung so durchgeführt, dass die Phasendifferenz zwischen individuellen Wellenleitern der Wellenleiteranordnung 601 ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist. Ebenso werden in dem vorliegenden Beispiel gleichermaßen wie in dem Fall von 25 eine optionale Phasenvariation und ein flexibles optisches Signal erzielt.
  • Ferner ist, wie durch die virtuelle Linie in 31 angezeigt wird, eine Konstruktion möglich, in welcher das Raumfilter und das Halbwellenlängenplättchen in dem Zentrum angeordnet sind, um mit dem Phaseneinstellungswellenleiteranordnungsende verbunden zu werden.
  • (Vergleichsbeispiel 10)
  • 32 zeigt ein Beispiel zur Hologrammaufzeichnung, bei dem 701 ein Referenzlicht-Eingabewellenleiter ist, 702 ein Stab-Wellenleiter als Verteilungseinrichtung ist, 703 eine zweite Wellenleiteranordnung ist und 704 ein optisches Aufzeichnungsmedium ist. Für 704, ein fotorefraktiver Kristall wie Halbleiter-MQW oder Bariumtitanat, kann ein Thermoplast verwendet werden. In diesem Fall ist das optische System 104–106 des Signallichts dasselbe hinsichtlich der Konstruktion wie das optische System 701–703 des Referenzlichts. Wenn ein Signallicht in den Zirkulator 102 und ein kohärentes Kurzimpuls-Referenzlicht in den optischen Wellenleiter 701 eingespeist wird, werden das Signallicht und Referenzlicht Fouriertransformiert und erfahren eine Interferenz auf dem Medium 704 und ein Hologramm wird aufgezeichnet. Nach der Aufzeichnung wird, wenn ein kohärentes Kurzimpuls-Referenzlicht erneut eingespeist wird, phasenkonjugiertes Licht des Signallichts von dem Zirkulator 102 ausgegeben. Das bedeutet, dass die vorliegende Ausführungsform eine Funktion zum Aufzeichnen eines optischen Signals hoher Geschwindigkeit und zum Erzeugen von phasenkonjugiertem Licht aufweist.
  • (Vergleichsbeispiel 11)
  • 33 ist ein anderes Beispiel einer Hologrammaufzeichnung, welches einen Transmissionstyp zeigt. In der Figur ist 801 ein Stab-Wellenleiter als zweite Fokussierungseinrichtung, ist 802 eine Wellenleiteranordnung, ist 803 ein Stab-Wellenleiter als Wellensyntheseeinrichtung und ist 804 ein optischer Wellenleiter. Wie in dem Beispiel von 32, wenn Signallicht in den ersten Wellenleiter 104 und Referenzlicht in den Wellenleiter 701 eingespeist wird, wird das optische Signal Hologramm-aufgezeichnet auf dem Wellenleiter 704. Nach der Aufzeichnung wird, wenn kohärentes Kurzimpuls-Referenzlicht erneut eingespeist wird, Signallicht von dem Wellenleiter 804 reproduziert. Wenn ein anderes Signallicht anstelle des Referenzlichts eingespeist wird, kann ein korreliertes Signal zwischen den zwei Signallichtbündeln ausgegeben werden.
  • (Vergleichsbeispiel 12)
  • 34 zeigt ein Wellenformbeobachtungsbeispiel eines optischen Signals mit sehr hoher Geschwindigkeit, bei dem 901 eine CW-Lichtquelle von monochromatischem Licht ist, 902 ein optischer Wellenleiter ist, 903 ein Stab-Wellenleiter ist und 904 eine optische Empfängeranordnung ist. Wenn Signallicht in den Wellenleiter 104 und Referenzlicht in den Wellenleiter 701 eingespeist wird, wird eine Beugung durch das Hologramm auf dem Medium 704 bewirkt. Wenn das gebeugte Licht auf der Anordnung 904 fokussiert wird, wird eine zeitweilige Wellenform als eine optische Raumamplitudenverteilung gebildet. Durch Umwandlung in ein elektrisches Signal durch die Anordnung 904 und durch Umwandlung in ein zeitserielles Signal durch eine Parallel-Seriell-Umwandlungsschaltung 905 kann ein optisches Signal von sehr hoher Geschwindigkeit beobachtet werden. Ein optisches Filter 906 dient dazu, die Wellenlänge der CW-Lichtquelle auf eine Wellenlänge einzustellen, welche sich von dem Signallicht und dem Steuerungslicht unterscheidet, um die Eingabe von Signallicht und Referenzlicht in die Anordnung 904 zu blockieren.
  • In der Beschreibung der obigen Zeichnungen bezeichnen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile.
  • Die Stab-Wellenleiter 107 und 504 und dergleichen als Fokussierungseinrichtung dienen dazu, die Brennebene in Kombination mit der Fresnel-Linse (Kinoform) flach zu machen, wobei im allgemeinen eine große Verzeichnung auftritt, außer wenn die optische Signalverarbeitung im Frequenzraum auf der Brennebene durchgeführt wird, jedoch kann die Fresnel-Linse und dergleichen in Abhängigkeit von der Krümmung der Brennebene eliminiert werden.
  • Ferner kann, wie oben beschrieben wurde, das Raumfilter eines Phasenfilters oder Amplitudenfilters oder beide vorgesehen werden.
  • Noch weiter wird beschrieben, dass in dem Beispiel von 20 die Brennweite der Fresnel-Linse (Kinoform) gleich der Brennweite des Stab-Wellenleiters der Kopplungseinrichtung ist, jedoch ist sie nicht notwendigerweise gleich zueinander, sondern kann danach bestimmt werden, ob die Dispersion erzeugt wird oder die Dispersionskompensation durchgeführt wird.
  • Desweiteren können die in 26B dargestellten Vertikalrichtungskrümmungsmittel angewandt werden, beispielsweise in 32, wobei in diesem Fall das Raumfilter 109 und der Spiegel 110, die in 26B dargestellt sind, durch ein optisches Aufzeichnungsmedium ersetzt werden.
  • Wie aus den obigen ersichtlich ist, können Beispiele und Ausführungsformen der einzelnen Figuren soweit nötig aufeinander angewandt werden.
  • (Vergleichsbeispiel 13)
  • Ein Beispiel 13 ist in 35 dargestellt. Das Beispiel 13 ist hinsichtlich der grundlegenden Struktur ähnlich wie die Vorrichtung des Beispiels 4, unterscheidet sich jedoch darin, dass ein optischer Verstärker 120, ein optisches Filter 121 und ein optischer Verstärker 122 an der Lichtquellenseite vorgesehen sind.
  • Eine ausführliche Konstruktion in der Nähe der Fresnel-Linse ist in 36 dargestellt. In 36 bezeichnet das Bezugszeichen 111 ein Quarz-Substrat, 112 ist ein niedrigreflektierender Beschichtungsfilm und 113 ist ein Halte-Substrat.
  • Die Fresnel-Linse 108 kann hergestellt werden, indem ein Material geätzt wird, das in dem Betriebswellenlängenbereich transparent ist. Die Kontur der Fresnel-Linse ist elliptisch. Die Krümmung der Fresnel-Linse 108 in der kleineren Achsenrichtung ist so eingestellt, dass sie eine Brennweite einer optischen Weglänge der Linsenoberfläche und der Endoberfläche des Stab-Wellenleiters 107 aufweist. Die Krümmung in der größeren Achsenrichtung der Fresnel-Linse 108 ist so eingestellt, dass sie gleich der Brennweite des Stab-Wellenleiters 107 ist.
  • Die Signallicht-Eingabe in die optische Faser 103 wird von dem optischen Verstärker 102 verstärkt, nachdem unnötiges ASE-Licht durch das optische Filter entfernt wird, gelangt durch den Zirkulator 121 und wird in den optischen Wellenleiter 104 eingespeist. Dann wird das Signallicht durch den ersten Stab-Wellenleiter 105 in einzelne Wellenleiter der Wellenleiteranordnung 106 verteilt. Die benachbarten einzelnen Wellenleiter der Wellenleiteranordnung 106 unterscheiden sich hinsichtlich der Wellenleiterlänge um ΔL. Demgemäß weisen, wobei n ein Brechungsindex des Wellenleiters ist, benachbarte Wellenleiter eine Phasendifferenz von nΔL auf. Das bedeutet, dass die Wellenleiteranordnung 106 eine Wellenteilungsfunktion aufweist, welche dieselbe ist wie bei einem Beugungsgitter.
  • Demgemäß wurde die Wellenleiter-Gitteranordnung 200, welche den ersten Stab-Wellenleiter 105, die Wellenleiteranordnung 106 und den zweiten Stab-Wellenleiter 107 aufweist, bisher als ein Wellenlängen-Demultiplexer in einer Wellenlängenteilungsmultiplex-Übertragungsvorrichtung verwendet.
  • Das Ausgabe-Ende der Wellenleiteranordnung 106 ist mit dem zweiten Stab-Wellenleiter 107 verbunden und auf einem Kreis eines Radius f angeordnet. Das bedeutet, dass der zweite Stab-Wellenleiter 107 als eine Linse mit einer Brennweite von f fungiert.
  • Die Brennebene des zweiten Stab-Wellenleiters 107 ist auf einem Kreis mit dem Zentrum an dem Ausgabe-Ende der Wellenleiteranordnung 106 auf der optischen Achse des zweiten Stab-Wellenleiters 107 angeordnet.
  • Die optische Signalverarbeitung in Frequenzraum gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt im allgemeinen eine große Verzeichnung, außer wenn sie auf der Brennebene ausgeführt wird. Demgemäß ist die Fresnel-Linse 108 an der Ausgabe-Seite des Stab-Wellenleiters 107 angeordnet. Die Brennebene wird durch die Fresnel-Linse 108 in eine flache Ebene umgewandelt. Die Brennweite in der Wellenleiter-Oberfläche der Fresnel-Linse 108 ist so eingestellt, dass sie gleich f ist.
  • Das Eingabe-Licht wird durch das Raumfilter 109 durchgelassen, von dem Spiegel 110 reflektiert und erneut durch das Raumfilter 109 durchgelassen.
  • 37 und 38 zeigen Einzelheiten des Raumfilters 109 und der Fresnel-Linse 108. In diesem Fall können das Raumfilter 109 und die Fresnel-Linse mittels desselben Prozesses herge stellt werden. Die Dicke des Raumfilters 109 ist gleich λ0/(2nL), da ein Maximum der Phasendifferenz 2π in der Vorwärts- und Rückwärts-Richtung in einem Reflexionstyp notwendig ist, wobei λ0 eine Röhren-Zentralwellenlänge des Signals ist und nL ein Brechungsindex des Materials des Raumfilters 109 ist.
  • Ferner ist, da in der Fresnel-Linse Licht von der Linse in die Luft ausgegeben wird, die Linsendicke so konzipiert, dass sie eine Brennweite aufweist, welche gleich dem zweiten Stab-Wellenleiter 107 ist, um die Brennebene des zweiten Stab-Wellenleiters 107 in eine flache Ebene umzuwandeln.
  • Noch weiter ist die Krümmung in der Richtung (y) senkrecht zu dem Wellenleiter-Substrat so eingestellt, dass die Brennweite in dem Quarz-Substrat 111 gleich der Dicke des Quarz-Substrats 11 ist, um das Ausgabe-Licht von der Linse in paralleles Licht umzuwandeln. Wo die Krümmungen in der x-Richtung und der y-Richtung Rx und Ry sind, ist ein elliptischer Ring der Fresnel-Linse 108 dargestellt durch die folgende Formel (1).
  • m = 1, 2, ... (Ganzzahl) entspricht einer Diskontinuität der gekrümmten Oberfläche.
  • Figure 00580001
  • Ferner werden die Krümmung R und die Brennweite f umgewandelt durch die folgende Formel (2). R = (nL – 1)f (2)
  • Das Raumfilter 109 und die Fresnel-Linse 108 können beispielsweise hergestellt werden, indem PMGI (PolyMethiGlutarImid) belichtet wird mittels einer Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung, gefolgt durch eine Entwicklung.
  • 39 zeigt einen Graphen einer Belichtungsabhängigkeit der Entwicklungstiefe von PMGI.
  • Ferner ist die Herstellung ebenso möglich, indem PMGI als eine Maske durch Ätzen des Quarz-Substrats 111 verwendet wird. Dies ist in 40 dargestellt.
  • Es ist überflüssig zu erwähnen, dass ein Abdruck bzw. eine Replica basierend auf dem Quarz-Substrat 111 hergestellt werden kann.
  • Zur Darstellung durch mathematische Formeln wird das einfallende Signallicht als u(t) und eine Transmissionsfunktion (vorwärts und rückwärts) des Raumfilters 109 als h(x) angenommen.
  • Dabei ist f die Zeit und x ist eine Position auf dem Raumfilter 109.
  • Das Signallicht u(t) wird von der Wellenleiteranordnung 106 aufgeteilt und auf eine unterschiedliche Position x auf dem Raumfilter 109 fokussiert. Das aufgeteilte Frequenzspektralbild wird dargestellt als U(ω(x)) unter Verwendung einer Fourier-Transformation U von u. Das Spektrum nach Durchlaufen des Raumfilters 109, wo die zentrale Frequenz des Signals x = 0 entspricht, ist dargestellt als die folgende Formel (3) U(ω(x))·(x) (3)
  • Das reflektierte Licht wird erneut durch die Wellenleiteranordnung 106 durchgelassen und invers Fourier-transformiert.
  • Wenn Licht durch ein Medium, das eine Gruppengeschwindigkeitsdispersion aufweist, durchgeht, wird die Eingabe/Ausgabe-Beziehung in dem Frequenzraum dargestellt durch die folgenden Formeln (4) und (5). Uout(ω) = Uin(ω)·Exp(iϕ(ω)) (4)
    Figure 00600001
    wobei ω eine Winkelfrequenz ist, ω0 eine zentrale Winkelfrequenz ist, wobei der erste Term des Phasenterms eine absolute Phase zeigt, der zweite Term eine Position auf der Zeitbasis ist und der dritte Term und danach einen Dispersionseffekt hoher Ordnung bezeichnet. Eine Impulsverbreiterung wird hauptsächlich durch den Effekt des dritten Terms erzeugt.
  • Jedoch kann, da, wenn ein durch die folgende Formel (6) dargestelltes Phasenfilter vorgesehen ist, und durch das Phasenfilter nach der Fourier-Transformation von der optischen Schaltung des vorliegenden Beispiels durchgelassen wird, der dritte Term aus der Formel (3) gestrichen werden kann, die Wellenform-Verschlechterung aufgrund der Gruppengeschwindigkeitsdispersion ausgeglichen werden.
  • Figure 00600002
  • Das Phasenfilter, wie in 40 dargestellt ist, kann hergestellt werden, indem ein Material geätzt wird, das in dem Betriebswellenlängenbereich transparent ist. Da die Herstellung eines Filters von einer großen Phasendifferenz schwierig hinsichtlich der Konstruktion des Reflexionstyps ist, kann das Filter durch Faltung mit einer Phasendifferenz π hergestellt werden. In dem Fall eines Reflexionstyps wird, da das Licht zweimal durchgelassen wird, die charakteristische Formel des Dispersionskompensationsfilters dargestellt durch die folgende Formel (6').
  • Figure 00610001
  • Die Approximation der Formeln (6) und (6') ist wirksam für Licht einer Impulsbreite von mehr als 100 fs. Es ist überflüssig zu erwähnen, dass ein Filter, das eine Dicke aufweist, die gleich der Phasendifferenz ist, hergestellt werden kann.
  • 41 und 42 zeigen ein Beispiel von Filter-Charakteristiken des Beispiels 13. In diesem Fall wird vorausgesetzt, dass die Charakteristik eines Dispersionskompensationsfilters zum Kompensieren einer Änderung der Fourier-Phase in dem Medium, das eine Gruppengeschwindigkeitsdispersion aufweist, ax2 in der Fourier-Transformationsebene ist.
  • 41 und 42 entsprechen einer positiven und negativen Dispersion.
  • Folglich ist es für den Fall einer relativen Phase ϕ, welche an einer Position (x) auf dem Raumfilter ist, möglich, eine optische Schaltung herzustellen, welche eine Charakteristik aufweist, welche ϕ(x) = Mod[ax2, π] (a: Konstante) nähert (wobei Mod[u, v] einen Rest bezeichnet, der v als ein Modul bzw. Modulo verwendet.).
  • Während das vorliegende Beispiel lediglich einen festen Dispersionswert kompensieren kann, wenn ein Filter zum Kompensieren bis hinauf zu einem Term höherer Ordnung der Formel (5) vorgesehen wird, kann eine Dispersion höherer Ordnung anhand der Formel (3) bis Formel (6') kompensiert werden.
  • (Vergleichsbeispiel 14)
  • Ein Beispiel 14 wird unter Bezugnahme auf 25A, 25B und 35 beschrieben werden. Das Raumfilter der Vorrichtung des vorliegenden Beispiels ist in 25A und 25B dargestellt. Andere Teile sind ähnlich wie jene in dem in 35 dargestellten Beispiel und eine ausführliche Beschreibung davon wird weggelassen werden.
  • Das Viertelwellenlängenplättchen ist notwendig, wenn ein Raumfilter mit einer Polarisationsabhängigkeit verwendet wird, um es polarisationsunabhängig zu machen. Der Flüssigkristall kann homogen parallel oder senkrecht zu der Wellenleiterfläche bzw. Wellenleiter-Facette (A-A'-Linie in 25A) orientiert werden. Die f-Achse und s-Achse des Viertelwellenlängenplättchens 305 sind um 45 Grad zu der Wellenleiter-Oberfläche geneigt.
  • Wie in 25B dargestellt ist, ist die transparente Elektrode 301-a eine streifenförmige Elektrode und an jede Streifen-Elektrode kann eine optionale Spannung angelegt werden. Wenn eine Spannung angelegt wird, wird die Orientierung des Flüssigkristalls und die Phasendifferenz zwischen den transparenten Elektroden 301-a und 301-b geändert. Da die Elektrode in Streifen vorgesehen ist, kann ein gewünschtes Raum-Phasenfilter erzielt werden. Das bedeutet, dass es in dem vorliegenden Beispiel durch Einstellen des Phasenfilters mög lich ist, die zentrale Wellenlänge der Dispersionskompensation zu ändern, den Dispersionskompensationsbetrag zu ändern oder eine Dispersionskompensation entsprechend der Anforderung durchzuführen.
  • (Vergleichsbeispiel 15)
  • Ein Beispiel 15 wird unter Bezugnahme auf 43 und oben dargestellte 28 beschrieben werden. In 43 ist 200A eine erste Wellenleiter-Gitteranordnung, ist 200B eine zweite Wellenleiter-Gitteranordnung, ist 501 ein Kühlkörper, ist 503 eine Filtersteuerungseinheit, ist 504 ein Stab-Wellenleiter als zweite Fokussierungseinrichtung, ist 505 eine zweite Wellenleiteranordnung, ist 506 ein Stab-Wellenleiter als Wellensyntheseeinrichtung und ist 507 ein zweiter optischer Wellenleiter.
  • Der optische Wellenleiter 104, der zweite Stab-Wellenleiter 105, die Wellenleiteranordnung 106 und der zweite Stab-Wellenleiter 107, sowie der erste Stab-Wellenleiter 404, die Wellenleiteranordnung 505, der zweite Stab-Wellenleiter 506, und der optische Wellenleiter 507 sind symmetrisch hinsichtlich der Konstruktion.
  • Während das Raumfilter (28) dasselbe Filter ist, wie in dem Beispiel 14 verwendet wurde, da es ein Transmissionstyp ist, ist es erforderlich, das Doppelte der Phasendifferenz (2π) zu erhalten. Ferner werden der Spiegel und das Viertelwellenlängenplättchen weggelassen werden, da sie unnötig sind. Da diese Konstruktion eine Polarisationsabhängigkeit aufweist, können, um sie polarisationsunabhängig zu machen, die Filter zum Erzielen einer Phasendifferenz senkrecht in zwei Stufen verbunden werden. Die transmissionsartige Konstruktion des vorliegenden Beispiels ist im Betrieb äquiva lent zu der in den Beispielen 13 und 14 dargestellten reflexionsartigen Konstruktion.
  • (Vergleichsbeispiel 16)
  • 44 zeigt ein Beispiel 16.
  • In 44 ist 1001 eine Lichtquelle, ist 1002 ein optischer Modulator, ist 1003 ein optischer Modulationssignalgenerator, ist 1004 eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung wie eine von denen, die in dem Beispiel 13 bis Beispiel 15 dargestellt sind, ist 1005 eine Übertragungsleitung, welche eine optische Faser und ein optisches Filter, einen optischen Verstärker und dergleichen aufweist, ist 1006 eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung wie eine von denen, die in dem Beispiel 13 bis Beispiel 15 dargestellt sind, und ist 1007 ein optischer Empfänger.
  • Die Selbstphasenmodulation, die ein größerer Faktor der Signalverschlechterung in der Übertragungsleitung ist, wird nahezu im Verhältnis zu der optischen Impulsspitzenleistung erzeugt. Die Impulsbreite kann vergrößert werden, um die Spitzenleistung zu reduzieren, während die durchschnittliche Leistung aufrechterhalten wird, wobei die Selbstphasenmodulation reduziert wird.
  • In dem vorliegenden Beispiel wird eine Phasenmodulation in der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung 1004 bewirkt, um die Wellenform zu zerhacken, um die optische Leistung flach zu machen, wobei die Spitzenleistung des optischen Signals reduziert wird.
  • 45 zeigt Beispiele einer Zeit-Wellenform einer optischen Modulatorausgangsamplitude und einer Ausgabe-Wellenform nach Durchlaufen durch die optische Signalverarbeitungsvorrichtung 1004.
  • Die Dispersion in der Übertragungsleitung ist hauptsächlich eine Gruppengeschwindigkeitsdispersion des dritten Terms der Formel (3), welcher ein quadratischer Term bezüglich der Frequenz ist.
  • Wenn das Zerhacken mittels des Phasenfilters der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung hauptsächlich durch den quadratischen Term bewirkt wird, wird eine Kompensation mit der Dispersionscharakteristik der Übertragungsleitung in dem Verlauf der Übertragungsleitung durchgeführt, um die Wellenform zu reproduzieren, kann eine beträchtliche Selbstphasenmodulation auftreten, welche zur unkompensierbaren Verschlechterung der Wellenform führt. Demgemäß ist die Phasenfiltercharakteristik geeignet, eine Dispersion von demselben Vorzeichen wie die Dispersion der Übertragungsleitung für den quadratischen Term zu erzeugen. Oder ein tertiärer oder höherer Term wird verwendet oder ein Filter mit einer ziemlich zufälligen Phasenänderung wird verwendet.
  • Für den Fall der Verwendung der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung des Beispiels 13 sind Beispiele eines Phasenfilters in 46 (unter Verwendung eines tertiären oder höheren Terms) und in 47 (ziemlich zufällige Phasenänderung) dargestellt. Das Phasenfilter der Empfangsseite der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung ist konzipiert, um die Dispersion durch die Übertragungsleitung und die vorher durch die optische Signalverarbeitungsvorrichtung 1004 gegebene Phasenzerhackung zu kompensieren. Zur Darstellung mittels mathematischer Formeln wird die Signallichtausgabe von dem optischen Modulator 1002 als u(t), die Phasenfiltercharakteristik der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung (vorwärts und rückwärts für den Reflexionstyp) als h1(ω(x)), die Fourier-Transformation als H1(t)) und die durch Dispersion der Übertragungsleitung hervorgerufene Wellenform-Verzerrung als J(t) angenommen, auf die optische Signalverarbeitungsvorrichtung 1006 einfallendes Signallicht s(t) wird approximiert durch die nachfolgende Formel (7), wobei · eine Faltung bedeutet. S(t) = u(t)·H1(t)·J(t) (7)
  • Um die ursprüngliche Wellenform zu reproduzieren, können die Phasenfiltercharakteristiken der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung 506 eingestellt werden als die folgende Formel (8).
  • Figure 00660001
  • Ferner kann es einen Fall geben, bei dem die Modulation an der Übertragungsseite einer optischen Spektralamplitude ein optisches S/N an der Empfängerseite sein kann. Das bedeutet, dass, da S/N nicht gleichmäßig bezüglich der Frequenz ist, die optische Signalverarbeitungsvorrichtung 504 ein niedriges s/N-Frequenzsignal anhebt unter Verwendung eines Amplitudenfilters und eine Transmission bzw. Übertragung bewirkt, wobei ein Phasenfilter zum Kompensieren der Dispersion der Übertragungsleitung an der Empfängerseite und ein Amplitudenfilter, das die umgekehrten Charakteristiken zu der Transmissions- bzw. Übertragungsseite aufweist, verwendet werden, um S/N bezüglich der Frequenz gleich zu machen, wobei die Empfängerempfindlichkeit gesteigert wird.
  • Desweiteren wird ein Filter zum Reduzieren lediglich der Umgebung der zentralen Frequenz verwendet als das Amplitudenfilter der Empfängerseite der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung 1006, um die Niederfrequenzkomponente der Zeit-Wellenform abzuschwächen, und die Interferenz zwischen Codes, welche aufgrund eines nichtlinearen Effekts und dergleichen erzeugt wird, wird reduziert, wobei die Empfangsempfindlichkeit erhöht wird. Charakteristiken eines derartigen Amplitudenfilters sind in 48 dargestellt.
  • (Vergleichsbeispiel 17)
  • Charakteristiken eines Phasenfilters eines Beispiel 17 sind in 49A und 49B für eine Konfiguration vom Reflexionstyp dargestellt. Die Konfiguration ist, anders als das Filter, dieselbe wie in den Beispielen 13 bis 14. Von dem Eingabe-Signallicht wird angenommen, dass es ein amplitudenmoduliertes Signallicht ist. Die spektrale Amplitude des amplitudenmodulierten Signals ist in 50A und 50B dargestellt. Es gibt Seitenbänder oberhalb und unterhalb der Trägerfrequenz. Andererseits weist die spektrale Amplitude des winkelmodulierten Signallichts die Form auf, wie in 20B dargestellt ist. Ein Unterschied von der frequenzspektralen Amplitude der Amplitudenmodulation besteht darin, dass die oberen und unteren Seitenbänder umgekehrt hinsichtlich der Phase sind.
  • Das bedeutet, dass, wie in 50A und 50B dargestellt ist, wenn die Phasenfiltercharakteristiken in dem Fall des Reflexionstyps folgendermaßen sind: ϕ(x) = π/2(x > 0) und ϕ(x) = 0(x < 0), oder ϕ(x) = 0(x > 0) und ϕ(x) = π/2(x < 0) eine Umwandlung einer Modulationsmode von der Amplitudenmodulation bis zur Drehmodulation durchgeführt wird. Es ist überflüssig zu erwähnen, dass eine umgekehrte Umwandlung erzielt wird, indem ein Phasen-invertiertes Filter verwendet wird. Ferner weist ein Filter vom Transmissionstyp das Doppelte des Phasenänderungsbetrags auf, wobei es gesetzt werden kann als ϕ(x) = π(x > 0) und ϕ(x) = 0(x < 0), oder ϕ(x) = 0(x > 0) und ϕ(x) = π(x < 0).
  • Da das winkelmodulierte Licht nahezu konstant hinsichtlich der durchschnittlichen optischen Amplitude ist, ist es schwer, einen nichtlinearen Effekts zu erzeugen, und der Übertragungsabstand kann vergrößert werden.
  • Noch weiter ist es wie in dem Beispiel 16 möglich, dass, indem ebenso ein Amplitudenfilter verwendet wird, ein niedriges S/N-Frequenzsignal hervorgehoben und übertragen wird, ein Amplitudenfilter, das die umgekehrten Charakteristiken zu der Transmissions- bzw. Übertragungsseite aufweist, an der Empfängerseite verwendet wird, um die Empfängerempfindlichkeit zu erhöhen.
  • (Ausführungsform 1)
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dargestellt. In 51 ist 1011 eine Kurzimpuls-Lichtquelle, ist 1012 ein optischer Verstärker, ist 1013 ein optisches Wellenlängenfilter, ist 1014 ein optischer Verteiler, ist 1015 n Einheiten von optischen Modulationsschaltungen, ist 1016 n Einheiten von optischen Zirkulatoren, ist 1017 n Einheiten von Eingabe-Wellenleitern, ist 1018 ein optischer Kombinierer, ist 1019 ein optischer Verstärker, ist 1020 eine optische Transmissions- bzw. Übertragungsleitung, ist 1021 ein optischer Verstärker, ist 1022 ein optisches Wellenlängenfilter, ist 1023 ein optischer Verteiler, ist 1024 n Einheiten von optischen Zirkulatoren und ist 1025 n Einheiten von optischen Empfängerschaltungen.
  • Diese Anordnung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Beispiel 17 darin, dass die vorliegende Ausführungsform hauptsächlich ein Multiplexen eines optischen Signals bewirkt.
  • Bei optischen Kommunikationen unter Verwendung eines kurzen Impulses, wird die optische Bandbreite hauptsächlich durch die Impulsbreite bestimmt.
  • Falls das minimale Impuls-Intervall auf ungefähr die Impulsbreite verengt werden kann, kann die Bandbreite effizient genutzt werden.
  • Jedoch kann, da die Betriebsgeschwindigkeit der Modulationsschaltung so hoch wie 50 Gbit/s ist, die Bandbreite (ungefähr 400 GHz für eine Gauß-Wellenform) einer Impulsbreite 1 ps nicht effizient genutzt werden. Demgemäß wird in der vorliegenden Ausführungsform, um es innerhalb des Betriebsgeschwindigkeitsbereichs der Modulationsschaltung zu bewerkstelligen, der Impuls in n Einheiten von Modulationsschaltungen aufgeteilt, um eine Modulation erzielen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird jedes Modulationssignal unterschiedlich phasenmoduliert in Frequenzbereichen und synthetisiert und multiplext.
  • In diesem Fall ist es so angeordnet, dass die Phasenmodulation zu jedem Modulationssignal in Korrelation zueinander reduziert wird.
  • Für eine derartige Phasenmodulation kann beispielsweise eine unterschiedliche oder verschobene PN-(Pseudorandom Noise bzw. pseudozufälliges Rauschen)Sequenz oder M-(maximaler Längen-Code)Sequenz verwendet werden.
  • In der Konstruktion vom Reflexionstyp wird die Raumfilter-Phase hinsichtlich der relativen Phase von [0, π/2] entsprechend [1, 0] der Sequenz geändert.
  • Eine Einhüllende der durchschnittlichen optischen Amplitudenverteilung auf der Filter-Ebene ist in 52 dargestellt.
  • Obgleich die zentralen Frequenzen der einzelnen Modulationssignale auf der Filter-Ebene dieselben sind, werden sie an verschiedenen Positionen fokussiert, was verschiedene Positionen der Eingabe-Wellenleiter reflektiert.
  • Die Einhüllende der optischen Intensitätsverteilungen, welche dem (k – 1), k und (k + 1)-ten Kanal entsprechen, werden bei Abständen getrennt, welche gleich dem Abstand din an der Verbindung des optischen Eingabe-Wellenleiters zu dem Stab-Wellenleiter 105 sind.
  • Demgemäß ist es möglich, eine unterschiedliche Phasenmodulation zu jedem Modulationssignal in dem Frequenzbereich zu bewirken. Phasenmoduliertes Licht wird von dem optischen Zirkulator 1016 zu der optischen Syntheseeinrichtung 1018 Wellenleiter-geführt.
  • An der Empfangseite wird, während das optische Signal in n Einheiten aufgeteilt wird, jedes aufgeteilte Signal in dem Frequenzbereich demoduliert, indem ein Raumfilter verwendet wird, welches phasenkonjugiert zu der Übertragungs- bzw.
  • Transmissionsseite der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung ist.
  • Wenn die Korrelation zwischen einzelnen Phasenmodulationen klein ist, wird eine andere Signalwellenform nicht reproduziert und lediglich ein mittleres Hintergrundrauschen ist vorhanden.
  • Um die Anwesenheit eines Impulses aus dem Hintergrundrauschen zu bestimmen, muß die Empfängerschaltung ein hohes Leistungsvermögen aufweisen, um ausreichend auf den Impuls zu reagieren. Für eine Diskrimination von sehr hoher Geschwindigkeit wird eine nichtlineare Einrichtung, ein nichtlinearer optischer Empfänger oder eine opto-elektrische Umwandlungseinrichtung von hoher Geschwindigkeit und eine Flip-Flop-Schaltung verwendet.
  • 53 zeigt Wellenformen eines Modulationssignals nach der Phasenmodulation und ein demoduliertes Signal nach der Reproduktion. Das bedeutet, dass die vorliegende Ausführungsform als eine spektralverbreiterte Übertragungsvorrichtung in dem optischen Frequenzbereich fungiert. Da es, wenn die Anzahl von Multiplex-Vorgängen zunimmt, schwierig wird, die Korrelation der Phasenmodulation für alle Kombinationen zu reduzieren, nimmt das Hintergrundrauschen zu, und ein Multiplexen wird schwierig, jedoch ist es möglich, eine Bandbreite zu nutzen, welche der Impulsbreite mit einer Effizienz von ungefähr 50% entspricht.
  • Beispielsweise ist es unter Verwendung eines Impulses von 1 ps möglich, eine Transmissions- bzw. Übertragungsvorrichtung zu konstruieren, welche 4 Kanäle bei einer Kanalmodulationsgeschwindigkeit von 50 Gbit/s, insgesamt ungefähr 200 Gbit/s aufweist.
  • (Ausführungsform 2)
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dargestellt. In 54 ist 1031 eine Kurzimpuls-Lichtquelle, ist 1032 ein optischer Verstärker, ist 1033 ein optischer Verteiler, ist 1034 eine optische Aufteilungseinrichtung, ist 1035 n Einheiten von optischen Modulationsschaltungen, sind 1036, 1037 und 109 dieselbe optische Signalverarbeitungsvorrichtung vom Transmissionstyp, wie in 43 dargestellt ist, wobei die Eingabe/Ausgabe-Wellenleiter zu n Einheiten vergrößert wird, ist 1038 ein optischer Kombinierer, ist 1039 ein optischer Verstärker, ist 1040 eine optische Transmissions- bzw. Übertragungsleitung, ist 1041 ein optischer Verstärker, ist 1042 ein optisches Wellenlängenfilter, ist 1043 ein optischer Verteiler, sind 1044, 1045 und 109 dieselbe optische Signalverarbeitungsvorrichtung vom Transmissionstyp, wie in 43 dargestellt ist und wie oben beschrieben wurde, und 1046 ist n Einheiten von optischen Empfängerschaltungen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Ausführungsform mit einer Phasenmodulationsschaltung vom Transmissionstyp konstruiert und der Betrieb ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Jedoch wird, da sie der Transmissionstyp ist, die relative Phase des Raumfilters bei [0, π] geändert.
  • (Vergleichsbeispiel 18)
  • 55 zeigt ein Beispiel 18, das eine Kurzimpuls-Lichtquelle ist. In der Figur umfasst die Kurzimpuls-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung einen optischen Modulator 2011, eine Treiberschaltung 2012 zum Treiben des optischen Modulators 1011, ein optisches Verstärkungs- bzw. Gewinnmedium 2013 und eine Pumpschaltung 2014 zum Erzeugen einer Besetzungsinversion in dem optischen Gewinnmedium 2013, eine Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 mit dem aus der in 5 dargestellten Wellenleiter-Gitteranordnung 62 eliminierten Eingabe-Wellenleiter 71, eine optische Kopplungseinrichtung 2016 zum Koppeln des optischen Modulators (optische Modulationsmittel) 2011 und des optischen Gewinnmediums (optische Gewinnmittel) 2013 sowie eine optische Kopplungseinrichtung 2017 zum Koppeln des optischen Gewinnmediums 2013 und der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015. Die Seite der optischen Kopplungseinrichtung 2016 des optischen Modulators 2011 ist mit einer niedrig-reflektierenden Beschichtung 2018 versehen und ein hoch-reflektierender Spiegel 2019 ist an der gegenüberliegenden Seite (Außenseite) angeordnet. Die Seite der optischen Kopplungsmittel 2017 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 ist mit einer niedrig-reflektierenden Beschichtung 2020 versehen und ein hoch-reflektierender Spiegel 2021 ist an der gegenüberliegenden Seite (Außenseite) angeordnet.
  • Der optische Modulator 2011 kann ein MQW-Modulator, ein LN-Modulator oder dergleichen sein. Das optische Gewinnmedium 2013 kann ein optischer Halbleiterverstärker vom Wanderwellentyp, ein mit seltenen Erden dotierter optischer Faserverstärker oder dergleichen sein. Die Pumpschaltung 1014 ist eine Stromquelle, wenn das optische Gewinnmedium 1013 ein optischer Halbleiterverstärker vom Wanderwellentyp ist, und eine Pumplichtquelle für den Fall des mit seltenen Erden dotierten optischen Faserverstärkers. Ferner kann das Substrat 70 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 ein Halbleitersubstrat wie InP oder GaAs zusätzlich zu dem Quarz-Substrat sein.
  • Die Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 umfasst einen Stab-Wellenleiter 72, eine Wellenleiteranordnung 73 mit einer Vielzahl von Wellenleitern, die allmählich hinsichtlich der Länge um eine Wellenleiterlängendifferenz ΔL zunehmen, einen Stab-Wellenleiter 74 und eine Vielzahl von auf dem Substrat 70 ausgebildeten Ausgabe-Wellenleitern.
  • Dabei ist ns ein Brechungsindex der Stab-Wellenleiter 72 und 74, ist nc ein Brechungsindex der Wellenleiteranordnung 73, ist d ein Abstand der Wellenleiteranordnung 73 auf der Stab-Wellenleiter-Endoberfläche, ist θ eine Fokussierungsrichtung bezüglich der zentralen Achse des Stab-Wellenleiters 74, ist fs eine Brennweite und ist λ eine Licht-Wellenlänge, wobei die Fokussierungsposition gegeben ist durch: ns·d sinθ + nc ΔL = mλ (m = 1, 2, ...)Der Wert von m beträgt im allgemeinen einige zehn bis einige hundert. Die Beziehung zwischen der auf den Stab-Wellenleiter einfallenden optischen Frequenz und der Fokussierungsposition x auf der Brennebene des Stab-Wellenleiters ist so, wie in 46 dargestellt ist. Die lineare Dispersion (dx/df = fs·dθ/df) ist 1 [μm/GHz].
  • Licht, das auf den Stab-Wellenleiter 72 einfällt, wird von dem hochreflektierenden Spiegel 2021 über den Ausgabe-Wellenleiter 75, der bei einem Abstand von Δx mit der Endoberfläche des Stab-Wellenleiters 74 verbunden ist, reflektiert und erneut in der umgekehrten Richtung von dem Stab-Wellenleiter 72 ausgegeben. Das Reflexionsspektrum einer derartigen Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 ist entsprechend dem Abstand Δx und der Kernbreite des Ausgabe-Wellenleiters 75. Beispielsweise ist ein Reflexionsspektrum, wenn Δx gleich 50 μm ist und die Kernbreite gleich 10 μm ist, in 57 dargestellt. Entsprechend der Position des Ausgabe-Wellenleiters 75 wird ein kammförmiges Reflexionsspektrum mit Reflexionsspitzen bei jeweils 50 GHz erhalten.
  • In der Konstruktion des vorliegenden Beispiels wird ein optischer Resonator zwischen dem hochreflektierenden Spiegel 2017 und dem hochreflektierenden Spiegel 2021 gebildet, wobei gleichzeitig Licht aus einer Vielzahl von Wellenlängen oszilliert, wenn der Gewinn des optischen Gewinnmediums ausreichend hoch ist. Ferner tritt, wenn eine ausreichend tiefe Modulation angelegt wird, indem der optische Modulator mit einer Sinuswelle der Frequenz f durch die Treiberschaltung 2012 getrieben wird, eine Kopplung zwischen den Oszillationsmoden auf, um eine modengekoppelte Oszillation zu bewirken. Die Treiberfrequenz f wird dargestellt als f = k·c/(2·Leff) = Δx/(dx/df)wobei Leff ein äquivalenter optischer Abstand zwischen dem hochreflektierenden Spiegel 2019 und dem hochreflektierenden Spiegel 2021 ist und k eine ganze Zahl ist. In diesem Fall wird die Phasenbeziehung von jeder vertikalen Mode konstant gehalten und eine optische Kurzimpuls-Sequenz von einer Wiederholungsfrequenz f wird erzeugt. Das Oszillationsspektrum ist in 58 dargestellt und die Oszillationsimpulswellenform ist in 59 dargestellt.
  • Bei dem Laser vom modengekoppelten Typ gemäß dem Stand der Technik war es schwierig, die Frequenz von jeder Mode einzustellen. Jedoch kann bei der Konstruktion des vorliegenden Beispiels, da die Frequenz von jeder Mode durch das Intervall Δx des Ausgabe-Wellenleiters 75 der Wellenleiter- Gitteranordnung 2015 bestimmt wird, die Frequenz von jeder Mode im einzelnen eingestellt werden. Ferner ist, wenn die Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 auf einem Quarz-Substrat ausgebildet ist, eine Oszillation möglich bei einer Frequenz, die gegenüber Temperaturänderungen stabil ist.
  • Noch weiter war es bei dem Laser vom modengekoppelten Typ gemäß dem Stand der Technik schwierig, die Impulsbreite einzustellen. Jedoch kann bei der Konstruktion des vorliegenden Beispiels durch Steuerung der Anzahl von Ausgabe-Wellenleitern 75 der Wellenleiter-Gitteranordnung 15 und der Reflektivität des hochreflektierenden Spiegels 2021, das bedeutet, durch Einstellen der Oszillationsimpulsbreite, die Impulsbreite vorher eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Gauß-artiges Einhüllungsspektrum, wie in 60 dargestellt ist, erzielt werden. In diesem Fall ist die Impuls-Wellenform auf der Zeitbasis ebenso vom Gauß-Typ.
  • (Vergleichsbeispiel 19)
  • 61 zeigt ein Beispiel 19, welches eine Kurzimpuls-Lichtquelle ist.
  • Die grundlegende Struktur ist dieselbe wie bei dem Beispiel 18, das in 55 dargestellt ist. Hier ist eine vergrößerte Ansicht des Stab-Wellenleiters 74 und eines Teils des Ausgabe-Wellenleiters 75 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2018 dargestellt.
  • Das vorliegende Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass Längen von individuellen Wellenleitern des Ausgabe-Wellenleiters 75 so geändert werden, dass eine Dispersion in dem optischen Resonator kompensiert werden kann.
  • Im allgemeinen weist ein Halbleitermaterial eine große Dispersion auf, wobei das meiste der Dispersion in dem optischen Resonator der vorliegenden Erfindung für eine Halbleitermaterial-Dispersion in dem optischen Modulator 2011 und dem optischen Gewinnmedium 2013 gehalten wird. Die Dispersion beträgt ungefähr 0.005 ps/nm. Wenn der Ausgabe-Wellenleiter 75 mit einem Abstand von 50 μm zu der Wellenleiteranordnung 73, welche eine lineare Dispersion von 1 μm/GHz aufweist, angeordnet wird, falls die benachbarte Wellenleiter-Längendifferenz 0.4 μm beträgt, ist es möglich, die Dispersion in dem optischen Resonator zu kompensieren. In diesem Fall kann jede Wellenleiter-Länge so eingestellt werden, dass eine Phasendifferenz in dem Resonator zu jeder Mode 2 mπ(m = 1, 2, ...) beträgt.
  • Somit kann die benachbarte Wellenleiter-Längendifferenz eingestellt werden wie folgt; 0.4 μm ± mλk/2neff wobei λk die Wellenlänge einer k-ten Mode ist und neff der effektive Brechungsindex des Ausgabe-Wellenleiters ist.
  • Dies erzeugt einen Impuls, der nahe an der Transformationsgrenze ist. Wenn die Wellenleiter-Gitteranordnung 2015, die einen hohen freien Spektralbereich aufweist, verwendet wird, kann eine sehr kurze Impulssequenz von Subpicosekunden erzeugt werden.
  • (Vergleichsbeispiel 20)
  • 62 zeigt ein Beispiel 20, welches eine optische Kurzimpuls-Lichtquelle ist.
  • Die grundlegende Struktur ist dieselbe wie bei dem in 55 dargestellten Beispiel 18. Hier ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Stab-Wellenleiters 75 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 in dem Beispiel 18 dargestellt.
  • Das vorliegende Beispiel ist gekennzeichnet durch eine Linsenanordnung und einen Flüssigkristall-Raummodulator, der einen hochreflektierenden Spiegel auf einer Seite anstelle des hochreflektierenden Spiegels 2021 an der Endoberfläche des Ausgabe-Wellenleiters 75 aufweist. Die Linsenanordnung weist eine bei Abständen von Δx angeordnete Brechungsindexgradientenlinse 2022 auf. Der Flüssigkristall-Raummodulator weist eine Polarisator-Platte 2023, ein Glassubstrat 2024-1, einen verdrehten nematischen Flüssigkristall 2025, der zwischen einer transparenten Elektrode 2025 und einer Polarisator-Platte 2026 untergebracht ist und bei einem Abstand von Δx angeordnet ist, einen hochreflektierenden Spiegel 2028 und ein Glassubstrat 2024-2 auf, welche gestapelt sind. Die Endoberfläche des Ausgabe-Wellenleiters 75 und beide Oberflächen der Brechungsindexgradientenlinse 2022 und die Polarisationsplatte 2023 sind mit einer niedrigreflektierenden Beschichtung 2029 versehen.
  • Der Flüssigkristall-Raummodulator kann die Reflektivität von dem hochreflektierenden Spiegel 2028 zu dem Ausgabe-Wellenleiter 75 durch Anlegen einer Spannung zwischen der gegenüberliegenden transparenten Elektrode 2025 steuern. Dies ermöglicht eine dynamische Modensteuerung und kann die Impuls-Wellenform soweit nötig ändern.
  • Der Raummodulator ist in diesem Fall nicht auf den Flüssigkristall-Raummodulator beschränkt, sondern ein anderer Modulator wie ein MQW-Modulator, ein Modulator mittels des Franz- Keldish-Effekts, ein LN-Modulator oder ein Modulator mittels eines nichtlinearen Materials kann verwendet werden.
  • Ferner ist es überflüssig zu erwähnen, dass, um eine Dispersionskompensation in dem Resonator durchzuführen, das oben beschriebene Dispersionskompensationsphasenfilter verwendet werden kann. Eine Querschnitt-Struktur in diesem Fall ist in 62B dargestellt. In der Figur ist 74 ein Stab-Wellenleiter, ist 2024 ein Halte-Substrat, ist 2028 ein hochreflektierender Spiegel und ist 3000 ein Dispersionskompensationsphasenfilter.
  • (Vergleichsbeispiel 21)
  • 63 zeigt ein Beispiel 21 (Kurzimpuls-Lichtquelle).
  • Die grundlegende Konstruktion des vorliegenden Beispiels ist dieselbe wie bei dem in 55 dargestellten Beispiel 18. Hier ist eine vergrößerte Ansicht des Stab-Wellenleiters 74 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 und eines Teils des Ausgabe-Wellenleiters 75 dargestellt.
  • Das vorliegende Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Beugungsgitter 2030 in dem Ausgabe-Wellenleiter anstelle der Verwendung des hochreflektierenden Spiegels 2021 gebildet ist. Dieses Beugungsgitter 2030 kann als ein sehr schmalbandiger hochreflektierender Spiegel funktional eingesetzt werden. Da er eine spektroskopische Charakteristik aufweist, ermöglicht er eine sehr genaue Modenwellenlängeneinstellung. Indem ferner das Beugungsgitter an einer geeigneten Position angeordnet wird, ist eine Dispersionskompensation in dem optischen Resonator wie in dem Beispiel 18 möglich und kann einen Impuls erzeugen, der nahe an der Transformationsgrenze ist.
  • (Vergleichsbeispiel 22)
  • 64 zeigt ein Beispiel 22 (Kurzimpuls-Lichtquelle).
  • Die grundlegende Konstruktion des vorliegenden Beispiels ist dieselbe wie bei dem in 55 dargestellten Beispiel 18. Hier ist eine vergrößerte Ansicht des Stab-Wellenleiters 74 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 und eines Teils des Ausgabe-Wellenleiters 75 dargestellt.
  • Das vorliegende Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei oder mehr Einheiten der Ausgabe-Wellenleiter, die mit dem Beugungsgitter 2030 wie in dem Beispiel 20 versehen sind, mit einem optischen Koppler 2031 verbunden sind. Durch Kopplung von Licht aus den vorbestimmten Wellenleitern des Ausgabe-Wellenleiters 75 mittels des optischen Kopplers 2031 ist es möglich, eine vorbestimmte Mode zu koppeln, wenn eine modengekoppelte Oszillation bewirkt wird, wobei verschiedene Impuls-Wellenformen erzeugt werden. Beispielsweise kann, wenn lediglich eine ungeradzahlige oder geradzahlige Mode, die auszugeben ist, gekoppelt wird, eine optische Kurzimpuls-Sequenz von der doppelten Wiederholungssequenz der modengekoppelten Frequenz erzeugt werden.
  • (Vergleichsbeispiel 23)
  • 65 zeigt ein Beispiel 23 (Kurzimpuls-Lichtquelle).
  • In der Figur weist eine Wellenleiter-Gitteranordnung 2032 eine Konstruktion auf, bei der der Ausgabe-Wellenleiter 75 aus der Wellenleiter-Gitteranordnung 2015 in dem Beispiel 18 eliminiert ist, und eine Vielzahl von hochreflektierenden Spiegeln 2021 sind bei Abständen von Δx auf der Brennebene des Stab-Wellenleiters 74 angeordnet. Eine andere Konstruktion ist dieselbe wie bei dem Beispiel 18.
  • 66 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Stab-Wellenleiter-Teils 74 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2032.
  • In der Figur ist die Endoberfläche des Substrats 70 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2032 entlang der Brennebene des Stab-Wellenleiters 74 geschnitten und eine Vielzahl von hochreflektierenden Spiegeln 2021 sind bei Abständen von Δx auf der Endoberfläche angeordnet. Ferner ist, um die Endoberflächenreflexion von Teilen außer den hoch-reflektierenden Spiegeln 2021 zu verringern, die gesamte Endoberfläche des Substrats 70 mit einer niedrig-reflektierenden Beschichtung versehen.
  • (Vergleichsbeispiel 24)
  • 67 zeigt ein Beispiel 24 (Kurzimpuls-Lichtquelle).
  • Die grundlegende Konstruktion des vorliegenden Beispiels ist dieselbe wie bei dem in 65 dargestellten Beispiel 23. Hier ist eine vergrößerte Ansicht des Stab-Wellenleiter-Teils 74 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2032 dargestellt.
  • Das vorliegende Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Beugungsgitter 2033 auf der Brennebene des Stab-Wellenleiters 74 anstelle der Verwendung des hoch-reflektierenden Spiegels 2021 gebildet ist.
  • Das Beugungsgitter kann geschrieben werden, indem ultraviolettes Licht wie in einem in einer optischen Faser gebildeten Beugungsgitter verwendet wird. Da ein Quarz-Substrat hinsichtlich der Kopplungskonstante des Beugungsgitters klein ist und hinsichtlich des Verlusts klein ist, kann das Beugungsgitter als ein sehr schmalbandiger hoch-reflektierender Spiegel funktional eingesetzt werden. Ferner kann, zusätzlich zu der spektroskopischen Funktion der Wellenleiter-Gitteranordnung, da der hoch-reflektierende Spiegel durch das Beugungsgitter 2033 in dem Stab-Wellenleiter 74 eine spektroskopische Charakteristik aufweist, eine sehr genaue Modenwellenlänge eingestellt werden. Noch weiter ist durch Versetzen von individuellen Positionen des Beugungsgitters 2033 auf der Normal-Linie der Brennebene eine Dispersionskompensation in dem optischen Resonator wie in dem Beispiel 18 möglich, wobei ein Impuls nahe an der Transformationsgrenze erzeugt wird.
  • (Vergleichsbeispiel 25)
  • 68 zeigt ein Beispiel 25 (Kurzimpuls-Lichtquelle).
  • Die grundlegende Konstruktion des vorliegenden Beispiels ist dieselbe wie bei dem in 67 dargestellten Beispiel 24. Hier ist eine vergrößerte Ansicht des Stab-Wellenleiter-Teils 74 der Wellenleiter-Gitteranordnung 2032 dargestellt. 68A ist eine Draufsicht und 68B ist eine Querschnittansicht von 68A entlang der Linie A-A'. Das Bezugszeichen 76 bezeichnet einen Wellenleiter-Kern.
  • Das vorliegende Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Verwendung des hoch-reflektierenden Spiegels 2021 eine Furche 2034 senkrecht zu dem Substrat 70 entlang der Brennebene des Stab-Wellenleiters 74 gebildet wird und ein mit einer Vielzahl von Spiegeln 2035 ausgebildeter Polyimid-Film 2036 in die Furche eingefügt ist.
  • Der Polyimid-Film 2036 ist, um unnötig reflektiertes Licht von der Wellenleiter-Endoberfläche zu eliminieren, mit einem Klebstoff befestigt, welcher bei der Betriebswellenlänge transparent ist und klein hinsichtlich des Brechungsindexunterschiedes zu dem äquivalenten Brechungsindex des Wellenleiters ist. Ferner ist, um reflektiertes Licht von einem Teil ohne den Spiegel 2035 des Polyimid-Films 2036 zu eliminieren, die Oberfläche mit einer niedrig-reflektierenden Beschichtung 2038 versehen. Noch weiter ist, um eine Reflexion von der Rückfläche zu vermeiden, die Rückseite mit einem Lichtabsorptionsfilm 2039 beschichtet. Noch weiter können in dem vorliegenden Beispiel außer einem Polyimid-Film verschiedene Filme verwendet werden.
  • Desweiteren sind die Wellenleiter-Gitteranordnungen in den Beispielen 18 bis 24 in eine Kurzimpuls-Lichtquelle eingesetzt, wobei die Wellenleiter-Gitteranordnung dieser Beispiele ebenso in anderen Anwendungen wie eine Wellenform-Formung und Dispersionskompensation angewandt werden kann.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • 69 zeigt ein Beispiel 26 (Kurzimpuls-Lichtquelle).
  • Das vorliegende Beispiel zeigt eine Konstruktion, bei der der optische Modulator 2011 und das optische Gewinnmedium 2013 integriert sind. Ein n-InP-Substrat 2040 ist mit einer optischen Modulations-MQW-Schicht 2041, einer i-Ätzstopp-Schicht 2042, einer Laser-MQW-Schicht 2043, einer n-InP-Schicht 2044, einer n-InGaAsP-Schicht 2045 und einer AuZnNi-Elektrode 2046 beschichtet und eine AuGeNi-Elektrode 2047 ist auf der Rückseite der n-InP-Schicht 2040 angebracht. Eine Endoberfläche an der Seite des optischen Modulators 2011 ist mit einem hoch-reflektierenden Spiegel 2048 (2019) versehen und eine Endoberfläche des optischen Gewinnmediums 2013 ist mit einer niedrig-reflektierenden Beschichtung 2049 versehen. Durch ei ne derartige Integration wird die Anzahl von Teilen der Impulslichtquelle reduziert und das optische Kopplungsmittel ist lediglich an einer Position zwischen den Wellenleiter-Gitteranordnungen 2015 und 2032 ausreichend, wobei eine wirtschaftliche und zuverlässige Kurzimpuls-Lichtquelle erzielt wird.
  • (Vergleichsbeispiel 27)
  • In 70 ist 2011 ein optischer Modulator vom Faserausgabetyp, der mit einer niedrig-reflektierenden Struktur an der Ausgabeoberfläche und mit einer hoch-reflektierenden Struktur auf der gegenüberliegenden Oberfläche versehen ist, ist 2102 eine Modulatortreiberschaltung, ist 2103 ein optisches Gewinnmedium vom Faserausgabetyp, ist 2104 eine Gewinnmedium-Pumpschaltung, ist 2105 ein optischer Zirkulator vom 4-Anschlußtyp, ist 2106 ein Nichtreflexionsabschlußstück, ist 2107 ein optischer Koppler, ist 2108 eine optische Polarisationsaufrechterhaltungsfaser, ist 2109 eine Wellenleiter-Gitteranordnung, ist 2110 ein optischer Wellenleiter, ist 2111 ein erster Stab-Wellenleiter, ist 2112 eine Wellenleiteranordnung, ist 2113 ein zweiter Stab-Wellenleiter, ist 2114 eine Linse, ist 2115 ein hoch-reflektierender Spiegel und ist 2116 ein Feinbewegungstisch.
  • Eine vergrößerte Ansicht des hoch-reflektierenden Spiegels 2115 von 70 ist in 71 dargestellt. 71A ist eine strukturelle Draufsicht, 71B ist eine Endflächenansicht. Hier ist 2117 ein Quarz-Substrat, ist 2118 eine Punktreflexionsbeschichtung, ist 2119 ein hoch-reflektierender Spiegel wie Au/Cr. Jeder Spiegel ist konstant hinsichtlich der Breite und geeignet, den benachbarten Spiegelabstand in y-Richtung von 71A zu ändern.
  • 72 zeigt die Konzeption in der Nähe des Spiegels 2115. In der Figur ist 2120 ein Linsensubstrat, ist 2114 eine Linse, welche eine Funktion aufweist, um die zylindrische Fokussierungsebene von 2109 in eine flache Ebene umzuwandeln. Die Oberfläche, welche den Spiegel 2115 aufweist, ist so angeordnet, dass sie in Linie mit der Fokussierungsebene ist. In der Figur ist eine vertikal zu der Papierfläche verlaufende Richtung die y-Richtung und ein Drehwinkel um die y-Achse ist θ. Durch den mit dem Spiegel 2115 verbundenen Feinbewegungstisch 2116 kann der Spiegel in der x- und y-Richtung sowie der θ-Richtung fein bewegt werden. In dem vorliegenden Beispiel können, indem der Spiegel 2115 in der x-Richtung bewegt wird, die zentrale Frequenz während der modengekoppelten Oszillation und die Oszillationsfrequenz von jeder Mode gesteuert werden. Durch Bewegen in der y-Richtung kann, da der Abstand des Spiegels 2119 geändert wird, das Moden-Intervall, das bedeutet, die Wiederholungsperiode des Impulses gesteuert werden. Ferner wird, um eine Erzeugung eines modengekoppelten Zustands zu erleichtern, die θ-Richtung so gesteuert werden, dass die Verzögerungszeit in dem Resonator ein ganzzahliges Vielfaches oder Inverses davon der Wiederholungsperiode des Impulses ist.
  • Das vorliegende Beispiel 27 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungsperiode und die zentrale Frequenz der Impulssequenz leicht gesteuert werden können. Während einzelne Teile so dargestellt sind, dass sie mit der optischen Faser verbunden sind, ist es überflüssig zu erwähnen, dass sie mit der Linse wie in den anderen Ausführungsformen und Beispielen verbunden sein können. Ferner können in den anderen Ausführungsformen und Beispielen die Teile mit der optischen Faser wie in dem vorliegenden Beispiel verbunden werden.
  • (Vergleichsbeispiel 28)
  • 72 zeigt ein Beispiel 28. Das vorliegende Beispiel bezieht sich auf eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung, welche eine Beobachtung einer Echtzeit-Wellenform des optischen Signals liefern kann.
  • In 73 ist 3101 ein Signallicht-Eingabe-Wellenleiter zur Eingabe von Signallicht. 3102 ist ein Stab-Wellenleiter, welcher eine Funktion aufweist, um Ausgabelicht des Signallicht-Eingabe-Wellenleiters an eine Wellenleiteranordnung 3103 zu verteilen. Die Wellenleiteranordnung 3103 weist eine Funktion zur Zeit-Raum-Wandlung des einfallenden Signallichts auf.
  • Ferner ist 3104 ein Referenzlicht-Eingabe-Wellenleiter zur Eingabe von Referenzlicht. 3105 ist ein erster Stab-Wellenleiter für das Referenzlicht und weist eine Funktion zum Verteilen des Ausgabelichts des Referenzlicht-Eingabe-Wellenleiters 3104 an eine Wellenleiteranordnung 3106 auf. Die Wellenleiteranordnung 3106 weist eine Funktion zur Zeit-Raum-Umwandlung des einfallenden Referenzlichts auf.
  • 3107 ist ein zweiter Stab-Wellenleiter, welcher eine Funktion einer Fourier-Transformation von Ausgabelicht individuell von der Wellenleiteranordnung 3103 und der Wellenleiteranordnung 3106 aufweist. 3108 ist eine Fotodioden-(PD)-Anordnung, welche eine elektrische Feldamplitudenverteilung eines Fourier-Transformationshologramms detektiert, das auf der Brennebene des zweiten Stab-Wellenleiters 3107 erzeugt wird durch Interferenz des Signallichts, das durch den zweiten Stab-Wellenleiter 3107 Fourier-transformiert wird, mit dem Referenzlicht. 3109 ist eine optische Signalwiederherstellungsschaltung zum Wiederherstellen des Eingabesignallichts von der elektrischen Feldstärke-Verteilung des Fourier transformierten Hologramms, das von der PD-Anordnung 3108 detektiert wird. Ferner ist 200 eine Wellenleiter-Gitteranordnung, welche die Wellenleiter 3101 und 3104, die Stab-Wellenleiter 3102, 3105 und 3107 und die Wellenleiteranordnung 3103 und 3106 aufweist. In diesem Fall sind, wenn eine Zeit-Raum-Umwandlung des Signallichts durch die Wellenleiteranordnung 3103 und die Wellenleiteranordnung 3106 durchgeführt wird, da ein Hologramm nicht erhalten wird, falls die räumliche Basis zueinander hinsichtlich der Zeitbasis invertiert ist, die zwei Wellenleiteranordnungen 3103 und 3106 in derselben Richtung, wie in 73 dargestellt ist, gekrümmt, wobei das Vorzeichen der räumlichen Basis zu der Zeitbasis auf der Ausgabeoberfläche der Wellenleiteranordnungen ausgerichtet wird.
  • Desweiteren kann in dem vorliegenden Beispiel 28, während die PD-Anordnung 3108 beinahe dicht mit der Brennebene des zweiten Stab-Wellenleiters 3107 in Kontakt ist, eine Linse ferner auf der Brennebene des zweiten Stab-Wellenleiters 107 vorgesehen werden, um eine Phasenkompensation durchzuführen. Desweiteren ist, wenn die zwei Wellenleiteranordnungen konzipiert werden, wie in 73 dargestellt ist, die Signallicht-Wellenleiteranordnung 3103 an der Ausgabeseite vorgesehen, ist die Referenzlicht-Wellenleiteranordnung an der Eingabeseite individuell mit einer geraden Wellenleiteranordnung von ungefähr 1 cm vorgesehen, wobei die Wellenleiteranordnungen daran gehindert werden, miteinander zu überlappen.
  • Desweiteren ist als eine Konstruktion, welche dieselbe Funktion aufweist, eine in 73B dargestellte Konstruktion ebenso möglich. In 73B ist 3110 ein zweiter Stab-Wellenleiter für Referenzlicht und 3111 ist ein Halb-Spiegel. Der Halb-Spiegel 3111 wird eingeführt, nachdem der Wellenleiter ausgebildet wird durch Ausbilden einer Furche in dem Sub strat mittels eines Zerstückelungssägeschnitts und durch Einsetzen. Die Position des Halb-Spiegels wird so bestimmt, dass das auf den Stab-Wellenleiter 3110 einfallende Referenzlicht an dem Halb-Spiegel 3111 reflektiert wird und auf die Brennebene des Stab-Wellenleiters 3107 fokussiert wird. In diesem Fall muß, um eine außeraxiale Hologramm-Anordnung zu erzielen, die optische Achse des Referenzlichts in einem Winkel von 3 bis 30 Grad bezüglich der optischen Achse des Signallichts eingestellt werden. Obgleich die Auflösung verbessert wird, wenn der Winkel zwischen dem Signallicht und dem Referenzlicht so klein wie möglich ist, um das Signallicht von dem Referenzlicht zu trennen, wie in 73C dargestellt ist, ist es notwendig, die Einstellung so vorzunehmen, dass einzelne Strahlenbündel des Referenzlichts und Signallichts nicht miteinander überlagert werden.
  • Der Wellenleiter in 73 ist als ein Beispiel ausgebildet, wie unten dargestellt ist. Zuerst werden eine untere Mantel-Schicht und eine Kern-Schicht in dieser Reihenfolge durch ein Flammenhydrolysezerlegungsverfahren (FHD-Verfahren) auf einem einkristallinen Siliziumsubstrat aufgestapelt, auf eine hohe Temperatur in einem Temper-Ofen erhitzt, um einen transparenten Glasfilm auszubilden, der das Siliziumsubstrat bedeckt. Danach wird eine Strukturierung auf der Form des Wellenleiters durchgeführt, eine unnötige Kern-Schicht wird durch Trockenätzen entfernt, eine obere Mantel-Schicht wird erneut aufgestapelt unter Verwendung des FHD-Verfahrens und auf eine hohe Temperatur erhitzt, um die obere Mantel-Schicht transparent auszubilden. Obgleich das oben beschriebene Verfahren in dem vorliegenden Beispiel 28 verwendet wird, ist es ersichtlich, dass eine Halbleiter-Wellenleiterstruktur, welche durch epitaktisches Wachstum eines Halbleiters hergestellt wird, der einen höheren Brechungsindex als ein Mantel aus InGaAsP als eine Kern-Schicht einer Halbleiterschicht wie InP auf weist, nach Strukturieren und Ätzen und erneutem Aufwachsen von InP als eine obere Mantel-Schicht dieselbe Funktion aufweist. In diesem Fall ist es erwünscht, dass die Materialien transparent in dem Betriebswellenlängenbereich sind.
  • Ferner ist eine detaillierte Ansicht der in dem vorliegenden Beispiel verwendeten Fotodiodenanordnung in 73D dargestellt. Die Größe von einem Element der Fotodiode in 256 Einheiten einer eindimensionalen Anordnung beträgt 200 μm in der Länge und 30 μm in der Breite und einzelne Pixel sind in einer Periode von 50 μm angeordnet. Die in jedem Pixel erzeugte elektrische Ladung wird in dem Ladungsintegrator 3114 akkumuliert. Die akkumulierte Ladung wird gelesen, indem die Pixel durch das CMOS-Schieberegister 3115 sequentiell betätigt werden.
  • Noch weiter umfasst die optische Signalwiederherstellungsschaltung 3109 einen Computer und ein Hologramm zum Durchführen einer mathematischen Operation, was später beschrieben werden wird, auf der Verteilung eines Hologramm-Interferenzmusters, das durch die Fotodiodenanordnung erfaßt wird, und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der elektrischen Feldverteilung des wiederhergestellten ursprünglichen optischen Signals.
  • Wenn Signallicht s1(t), das zu beobachten ist, in den Wellenleiter 3101 eingegeben wird und bekanntes Referenzlicht r1(t) in den Wellenleiter 3104 eingegeben wird, sind an den Ausgabe-Enden der einzelnen Wellenleiter 3103 und 3106, wenn die Koordinatenachse x1 ist, das Signallicht und das Referenzlicht individuell in s2(x1) und r2(x1) Zeit-Raum-umgewandelt. Diese optischen Signale s2(x1) und r2(x1) werden Fouriertransformiert mittels Beugung, während sie durch den Wellen leiter 3107 durchgelassen werden, und das Signallicht und das Referenzlicht werden individuell in S(ξ) und R(ξ) umgewandelt, wobei ξ eine Ortsfrequenzachse in den Brennebenenkoordinaten ist. Dabei sind S(ξ) und R(ξ) eine Fourier-Transformation von s2(x1) und r2(x1). Auf der Brennebene des Stab-Wellenleiters 3107 interferieren S(ξ) und R(ξ) miteinander, um ein Hologramm zu erzeugen. Die elektrische Feldstärkenverteilung G(ξ) kann dargestellt werden als: G(ξ) = |S(ξ) + R(ξ)|2 = |S(ξ)|2 + |R(ξ)|2 + S(ξ) × R·(ξ) + S·(ξ) × R(ξ) (1)
  • In der Formel (1) stellen S·(ξ) und R·(ξ) in individueller Weise konjugiert Komplexe von S(ξ) und R(ξ) dar. Durch Erfassen der Verteilung eines derartigen Hologramms G(ξ) und Durchführen der mathematischen Operation mittels Multiplizieren G(ξ)/|R(ξ)|2, kann G(ξ) × R(ξ)/|R(ξ)|2, = (|S(ξ)|2/R(ξ)|2+1) × R(ξ) + S(ξ) + S·(ξ) × {R(ξ)}2/|R(ξ)|2 (2)abgeleitet werden. Obgleich es nicht ausdrücklich in der Formel (2) dargestellt ist, da in dem Stab-Wellenleiter 3107 das Signallicht s2(x1) und Referenzlicht r2(x1) von verschiedenen Positionen angelegt werden, ist dies eine Konstruktion, die äquivalent zu dem außeraxialen Verfahren in der Holographie ist.
  • Demgemäß entsprechen individuelle Terme, die in der Formel (2) erscheinen, (|S(ξ)|2/R(ξ)|2+1) × R(ξ) S(ξ) S·(ξ) × ((R(ξ))2/|R(ξ)|2)individuell der 0-ten Ordnung, (+1)-ten Ordnung und (–1)-ten Ordnung von Beugungskomponenten, welche sich hinsichtlich der Beugungsrichtung unterscheiden. Demgemäß ist es möglich, eine elektrische Komponente, die auf den abzuleitenden mathematischen Formeln zu beobachten ist, in der optischen Wiederherstellungsschaltung 3109 zu trennen.
  • Ferner ist in der Praxis die Brennebene des zweiten Stab-Wellenleiters 3107 ein Bogen, er wird jedoch in dem vorliegenden Beispiel auf einer geraden Linie in der Nähe der Brennebene geschnitten, wobei die Brennebene und die Schnittfläche nicht streng in einer Linie zueinander sind. Das bedeutet, dass das zeitlich-räumlich geänderte Signallicht nicht ein strenges Fourier-Transformationsbild auf der geraden Schnittebene ist. Demgemäß tritt, wenn die ursprüngliche Signalwellenform aus dem von der Fotodiodenanordnung empfangenen Hologramm-Interferenzmuster reproduziert wird, ein Fehler zu dem Zeitpunkt der Durchführung der inversen Fourier-Transformation auf.
  • In dem vorliegenden Beispiel wird als ein Verfahren zum Lösen des Problems mit einem derartigen Fehler eine Kompensation durchgeführt, indem eine Fresnel-Linse zum Kompensieren der Dispersion aufgrund einer Phasenverschiebung auf der Schnittfläche des zweiten Stab-Wellenleiters 3107 aufgeklebt wird, jedoch ist es, wenn die Wellenform des Signallichts durch die Berechnung reproduziert wird, wie oben beschrieben wurde, auch ohne die Fresnel-Linse ebenso möglich, die Korrektur durch Kompensieren der Dispersion aufgrund der Phasenverschiebung durchzuführen, um die Berechnung des Beugungslichts unter Verwendung einer noch gewöhnlicheren Beugungsformel eher durchzuführen als die Fourier-Transformation in dem Prozeß der Berechnung der Beugung durch die Linse, das bedeutet, in dem Prozeß zum Durchführen der inversen Fourier-Transformation.
  • Tatsächlich wurde es unter Verwendung des optischen Systems von 73 anhand der elektrischen Feldstärkenverteilung, wenn ein Satz von 13 Impulsen von ungefähr 42 ps im Impulsintervall als ein Signallicht von dem Signallicht-Eingabe-Wellenleiter 3101 eingegeben wird, und ein einzelner optischer Impuls nahe an der Transformationsgrenze von 1 ps hinsichtlich der Impulsbreite als ein Referenzlicht von dem Referenzlicht-Eingabe-Wellenleiter 3104 eingegeben wird, bestätigt, dass die elektrische Feldverteilung der optischen Eingabesignal-Impulssequenz mathematisch wiederhergestellt werden kann.
  • (Vergleichsbeispiel 29)
  • 74 zeigt ein Beispiel 29, welches sich auf eine Wellenform-beobachtbare optische Signalverarbeitungsvorrichtung bezieht. In 74 ist 3101 ein Beugungsgitter, welches eine Funktion zur Zeit-Raum-Umwandlung von Eingabe-Signallicht 3204 und Eingabe-Referenzlicht 3205 aufweist. 3102 ist eine Linse, welche eine Funktion zur Fourier-Transformierung des Signallichts und Referenzlichts aufweist, das durch das Beugungsgitter 3201 gebeugt wird. 3203 ist eine Fotodioden-(PD)-Anordnung, die in der Nähe der Brennebene der Linse 3202 angeordnet ist, um die elektrische Feldstärkenverteilung des Fourier-Transform-Hologramms zu erfassen, das auf der Brennebene der Linse 3202 durch Interferenz des Fouriertransform- Signallichts und Referenzlichts gebildet wird. 3206 ist eine optische Wiederherstellungsschaltung zum Wiederherstellen des Eingabe-Signallichts von der elektrischen Feldstärkenverteilung des Fouriertransform-Hologramms, das durch die PD-Anordnung 3203 erfaßt wird. Ähnlich wie bei dem Beispiel 28 ist es möglich, das Signallicht durch eine mathematische Operation aus dem Fourier-Transform-Hologramm des außeraxialen Verfahrens abzuleiten.
  • Es wurde bestätigt, dass die elektrische Feldverteilung des Eingabe-Signallichts aus der elektrischen Feldstärkenverteilung des Fouriertransform-Hologramms wiederhergestellt werden kann, wenn das optische System, wie es in 74 dargestellt ist, angeordnet wird, das optische System mit einem Zufallssignal gespeist wird, das durch geeignete Modulation mit einer 100-Einheiten-Impulssequenz von 0.3 ps in der Impulsbreite und ungefähr 8.3 ps im Impulsintervall erhalten wird, und ein einzelner Impuls nahe an der Transformationsgrenze von 0.1 ps in der Impulsbreite eingegeben wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im einzelnen bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele beschrieben und anhand des vorstehenden wird nunmehr für jene ersichtlich, die in dem Fachgebiet sachverständig sind, dass Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung in deren breiteren Aspekten abzuweichen, und es soll die Erfindung demgemäß in den beigefügten Ansprüchen alle derartigen Änderungen und Modifikationen abdecken.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Signalverarbeitungsvorrichtung und ein optisches Signalverarbeitungsverfahren, welche die Erzeugung, Wellenform-Formung, Wellenform-Messung, Wellenform-Aufzeichnung, Korrelationsverarbeitung und dergleichen von optischen Impulsen von 1–10 ps ermögli chen. Eine grundlegende Konstruktion der optischen Signalverarbeitungsvorrichtung umfasst einen optischen Wellenleiter (9), (13), (22), (26), (33), (37), (41), (56), eine erste Einrichtung (2), (10), (14), (25), (36), (42), (57) zur Gleichverteilung von Ausgabelicht des optischen Wellenleiters, einen optischen Wellenleiter, der eine Gruppe von optischen Wellenleitern aufweist, die sich hinsichtlich der optischen Weglänge um einen konstanten Abstand ändern, eine Wellenleiteranordnung (3), (11), (15), (24), (32), (43), (58) zum Aufteilen des Ausgabelichts, eine zweite Einrichtung (4), (12), (16), (23), (34), (35), (59) zum Fokussieren der optischen Ausgabe der Wellenleiteranordnung und einen Spiegel (110), (402), (2021), (2048), 2115) zum Empfangen und Reflektieren des einfallenden Lichts, das durch die zweite Einrichtung fokussiert wird. Oder die Vorrichtung umfasst einen optischen Wellenleiter, eine erste Einrichtung zum Gleichverteilen von Ausgabelicht des optischen Wellenleiters, eine Wellenleiteranordnung, die eine Gruppe von optischen Wellenleitern aufweist, die sich hinsichtlich der optischen Weglänge um einen konstanten Abstand ändern, um das Ausgabelicht aufzuteilen, eine zweite Einrichtung zum Fokussieren der optischen Ausgabe der Wellenleiteranordnung und ein Raumfilter (5), (17), (109) zum Empfangen von Licht, das von der zweiten Einrichtung fokussiert wird, um das einfallende Licht auf einer geraden Linie zu verteilen, und zum Durchführen einer gewünschten Amplituden- oder Phasenmodulation des Lichts entsprechend der Position auf der geraden Linie und Reflektieren des Lichts.

Claims (2)

  1. Optische Signalverarbeitungsvorrichtung, gekennzeichnet durch: eine erste optische Signalverarbeitungsvorrichtung mit: einer Kurzimpuls-Lichtquelle (1011); einem ersten optischen Verstärker (1012); einem ersten optischen Wellenlängenfilter (1013); einer ersten optischen Trenneinrichtung (1014) zum Aufteilen des Ausgabelichts des ersten optischen Wellenlängenfilters (1013) in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht; ersten n Einheiten von optischen Modulationsschaltungen (1015); ersten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (1017); einer ersten Wellenleiteranordnung (106) mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen; einer ersten Verteilungseinrichtung (105) zum Verteilen des Ausgabelichts der ersten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (1017) auf die erste Wellenleiteranordnung (106); einer ersten Fokussiereinrichtung (107) zum Fokussieren des Ausgabelichts der ersten Wellenleiteranordnung (106), um eine erste optische Ausgabe zu erhalten; einem ersten Raumfilter (109), das in der Nähe der Brennebene der ersten Fokussiereinrichtung (107) angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der ersten optischen Ausgabe; einer ersten Reflexionseinrichtung (110) zum Reflektieren von durch das erste Raumfilter (109) moduliertem Licht, um reflektiertes Licht zu erhalten; einer optischen Trenneinrichtung (1016) zum Entnehmen des reflektierten Lichts aus den ersten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (1017); einer optischen Kombinationseinrichtung (1018) zum Synthetisieren des reflektierten Lichts aus den n Einheiten einer zweiten optischen Trenneinrichtung (1016); und einem zweiten optischen Verstärker (1019); und eine zweite optische Signalverarbeitungsvorrichtung mit: einer optischen Übertragungsleitung (1020); einem dritten optischen Verstärker (1021); einem zweiten optischen Wellenlängenfilter (1022); einer dritten optischen Trenneinrichtung (1023) zum Aufteilen des Ausgabelichts des zweiten optischen Wellenlängenfilters (1022) in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht; zweiten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (1027); einer zweiten Wellenleiteranordnung (106) mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen; einer zweiten Verteilungseinrichtung (105) zum Verteilen des Ausgabelichts der zweiten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleiter (1027) auf die zweite Wellenleiteranordnung (106); einer zweiten Fokussiereinrichtung (107) zum Fokussieren des Ausgabelichts der zweiten Wellenleiteranordnung (106), um eine zweite optische Ausgabe zu erhalten; einem zweiten Raumfilter (109), das in der Nähe der Brennebene der zweiten Fokussiereinrichtung (107) angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der zweiten optischen Ausgabe; einer zweiten Reflexionseinrichtung (110) zum Reflektieren von durch das zweite Raumfilter (109) moduliertem Licht; einer vierten optischen Trenneinrichtung (1024) zum Entnehmen des reflektierten Lichts aus den zweiten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (1027); und n Einheiten von optischen Empfängern (1025) zum Empfangen des reflektierten Lichts von den n Einheiten der vierten optischen Trenneinrichtung (1024).
  2. Optische Signalverarbeitungsvorrichtung, gekennzeichnet durch: eine erste optische Signalverarbeitungsvorrichtung mit: einer Kurzimpuls-Lichtquelle (1031); einem ersten optischen Verstärker (1032); einem ersten optischen Wellenlängenfilter (1033); einer ersten optischen Trenneinrichtung (1034) zum Aufteilen des Ausgabelichts des ersten optischen Wellenlängenfilters (1033) in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht; ersten n Einheiten von optischen Modulationsschaltungen (1035); ersten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (104); einer ersten Wellenleiteranordnung (106) mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen; einer ersten Verteilungseinrichtung (105) zum Verteilen des Ausgabelichts der ersten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (104) auf die erste Wellenleiteranordnung (106); einer ersten Fokussiereinrichtung (107) zum Fokussieren des Ausgabelichts der ersten Wellenleiteranordnung, um eine erste optische Ausgabe zu erhalten; einem ersten Raumfilter (109), das in der Nähe der Brennebene der ersten Fokussiereinrichtung (107) angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der ersten optischen Ausgabe; einer zweiten Wellenleiteranordnung (505) mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen; einer zweiten Fokussiereinrichtung (504) zum Fokussieren des durch das erste Raumfilter (109) modulierten Lichts auf die zweite Wellenleiteranordnung (505); ersten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern (507); einer ersten optischen Kombinationseinrichtung (506) zum Synthetisieren des Ausgabelichts der zweiten Wellenleiteranordnung (505) und Koppeln mit den ersten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern (507); einer zweiten optischen Kombinationseinrichtung (1038) zum Koppeln einer Ausgabe der ersten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern; einem zweiten optischen Verstärker (1039); und eine zweite optische Signalverarbeitungsvorrichtung mit: einer optischen Übertragungsleitung (1040); einem dritten optischen Verstärker (1041); einem zweiten optischen Wellenlängenfilter (1042); einer dritten Trenneinrichtung (1043) zum Aufteilen des Ausgabelichts des zweiten optischen Wellenlängenfilters (1042) in n (Ganzzahl) Einheiten von Licht; zweiten n Einheiten von optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleitern (104); einer dritten Wellenleiteranordnung (106) mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen; einer zweiten Verteilungseinrichtung (105) zum Verteilen des Ausgabelichts des optischen Wellenleiters von dem zweiten optischen Eingabe-/Ausgabe-Wellenleiter auf die dritte Wellenleiteranordnung (106); einer dritten Fokussiereinrichtung (107) zum Fokussieren des Ausgabelichts der dritten Wellenleiteranordnung (106), um eine zweite optische Ausgabe zu erhalten; einem zweiten Raumfilter (109), das in der Nähe der Brennebene der dritten Fokussiereinrichtung (107) angeordnet ist, zum Modulieren eines Lichtbildes basierend auf der zweiten optischen Ausgabe; einer vierten Wellenleiteranordnung (505) mit einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die allmählich in Wellenleiterlänge zunehmen; einer vierten Fokussiereinrichtung (504) zum Fokussieren von durch das zweite Raumfilter moduliertem Licht auf die vierte Wellenleiteranordnung (505); zweiten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern (507); einer dritten optischen Kopplungseinrichtung (506) zum Koppeln des Ausgabelichts der vierten Wellenleiteranordnung (505) und Koppeln mit den zweiten n Einheiten von optischen Ausgabe-Wellenleitern (507); und n Einheiten von optischen Empfängern (1046) zum Empfangen von Ausgabelicht von dem zweiten optischen Ausgabe-Wellenleiter.
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