波形重構(gòu)裝置、波形重構(gòu)系統(tǒng)以及波形重構(gòu)方法
【專利摘要】波形重構(gòu)裝置(140)具備：相位頻譜算出部(143)，(a)按輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，設(shè)想為輸入光信號(hào)具有給定的相位頻譜，來(lái)進(jìn)行輸入光信號(hào)在光傳輸媒體內(nèi)的傳播模擬，從而算出輸出光信號(hào)的計(jì)算功率譜，(b)以使計(jì)算功率譜和測(cè)量功率譜的按輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度的差異變小的方式，使給定的相位頻譜變化，進(jìn)行傳播模擬，從而探索輸入光信號(hào)的相位頻譜；波形重構(gòu)部(144)，利用探索出的相位頻譜來(lái)對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，相位頻譜算出部(143)只根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果中的一方，來(lái)使給定的相位頻譜變化，或者進(jìn)行傳播模擬。
【專利說(shuō)明】波形重構(gòu)裝置、波形重構(gòu)系統(tǒng)以及波形重構(gòu)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及重構(gòu)光信號(hào)的時(shí)間波形的波形重構(gòu)裝置等。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)利用非線性光學(xué)效果的信息通信系統(tǒng)等的實(shí)用化，光信號(hào)的正 確的時(shí)間波形信息的獲取變得極為重要。對(duì)此，為了取得光信號(hào)的正確的時(shí)間波形信息，可 利用光取樣示波器、自相關(guān)器等，來(lái)測(cè)量光信號(hào)的時(shí)間波形的強(qiáng)度分布。其結(jié)果，根據(jù)測(cè)量 出的強(qiáng)度分布，取得光信號(hào)的振幅信息。但是，根據(jù)測(cè)量出的強(qiáng)度分布，無(wú)法取得光信號(hào)的 相位信息。即，只對(duì)光信號(hào)的強(qiáng)度分布進(jìn)行測(cè)量，并不能取得光信號(hào)的時(shí)間波形的信息。
[0003] 對(duì)此，已有各種各樣用于取得光信號(hào)相位的方法被提出（例如，參照非專利文獻(xiàn)1 以及2)。非專利文獻(xiàn)1以及2所記載的方法是根據(jù)時(shí)間分解分光來(lái)取得光信號(hào)的相位的 方法。具體而言，非專利文獻(xiàn)1以及2所記載的方法中，通過(guò)利用超高速時(shí)間門或者參照光 源，來(lái)取得光信號(hào)的相位。然后，利用所取得的相位，重構(gòu)光信號(hào)的時(shí)間波形。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 非專利文獻(xiàn)
[0006] 非專利文獻(xiàn) 1 :D. J. Kane，R. Trebino, "Characterization of arbitrary femtosecond pulses using frequency-resolved optical gating，'，IEEE J. Quantum Electron，Vol.29,1993, pp.571 ?pp. 579
[0007] 非專利文獻(xiàn)2 :C. Dorre;r，M· JofTre，"Characterization of the spectral phase of ultrashort light pulses^, C. R. Acad. Sci. Paris, Vol. 2, 2001, pp. 1415 發(fā)明概要
[0008] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009] 但是，上述現(xiàn)有的方法需要超高速時(shí)間門或者參照光源，因此要求光信號(hào)和門的 時(shí)間調(diào)整以及穩(wěn)定性和SN(Signal-N 〇ise)比的確保等非常高的技術(shù)水平。


【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]
[0011] 因此，本發(fā)明提供一種能夠簡(jiǎn)單地重構(gòu)光信號(hào)的時(shí)間波形的波形重構(gòu)裝置。
[0012] 用于解決問(wèn)題的手段
[0013] 本發(fā)明的一形態(tài)的波形重構(gòu)裝置，對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，該波形重 構(gòu)裝置具備：輸入頻譜取得部，取得表示上述輸入光信號(hào)的功率譜的信息；輸出頻譜取得 部，對(duì)于多個(gè)強(qiáng)度的上述輸入光信號(hào)，將通過(guò)對(duì)上述輸入光信號(hào)在具有非線性光學(xué)效果的 光傳輸媒體內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量而獲得的功率譜，分別作為測(cè)量功率 譜而取得；相位頻譜算出部，（a)按上述輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，設(shè)想為上述輸入光信號(hào)具 有給定的相位頻譜，來(lái)進(jìn)行上述輸入光信號(hào)在上述光傳輸媒體內(nèi)的傳播模擬，從而算出上 述輸出光信號(hào)的計(jì)算功率譜，（b)以使上述計(jì)算功率譜和上述測(cè)量功率譜的按上述輸入光 信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度的差異變小的方式，使上述給定的相位頻譜變化，并進(jìn)行上述傳播模擬，從 而探索上述輸入光信號(hào)的相位頻譜；波形重構(gòu)部，通過(guò)對(duì)由上述相位頻譜算出部探索出的 相位頻譜和由上述輸入頻譜取得部取得的信息所表示的功率譜，進(jìn)行頻率/時(shí)間變換，從 而對(duì)上述輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，上述相位頻譜算出部，只根據(jù)非線性光學(xué)效果 以及色散效果中的一方，來(lái)使上述給定的相位頻譜變化，或者進(jìn)行上述傳播模擬。
[0014] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠利用輸入光信號(hào)在具有非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體內(nèi)傳播之 后被輸出的輸出光信號(hào)的功率譜，來(lái)重構(gòu)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形。即，如果能夠測(cè)量出功率 譜就能夠重構(gòu)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形，因此能夠簡(jiǎn)單地重構(gòu)光信號(hào)的時(shí)間波形。并且，能夠 只根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果中的一方，來(lái)使給定的相位頻譜變化，或者進(jìn)行傳播 模擬。因此，與根據(jù)或者不根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果的兩者來(lái)進(jìn)行傳播模擬，或者 使給定的相位頻譜變化的情況相比，能夠縮短相位頻譜的探索時(shí)間。
[0015] 另外，例如可以是，上述相位頻譜算出部，按照在設(shè)想為上述輸入光信號(hào)是在只具 有非線性光學(xué)效果以及色散效果中的色散效果的媒體內(nèi)傳播而獲得的信號(hào)的情況下應(yīng)被 滿足的相位頻譜的限制條件，使上述給定的相位頻譜變化。
[0016] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠按照適當(dāng)?shù)南拗茥l件來(lái)使給定的相位頻譜變化。因此，在相位頻 譜的探索中，能夠減少變量的個(gè)數(shù)，從而能夠縮短探索時(shí)間。
[0017] 另外，例如可以是，上述相位頻譜算出部，在探索上述輸入光信號(hào)的相位頻譜時(shí)， 在按照上述限制條件使上述給定的相位頻譜變化并進(jìn)行上述傳播模擬之后，無(wú)論上述限制 條件如何，都使上述給定的相位頻譜變化并進(jìn)行上述傳播模擬。
[0018] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在按照限制條件使給定的相位頻譜變化之后，無(wú)論限制條件如 何都使給定的相位頻譜變化。因此，在相位頻譜的探索中，能夠抑制探索精度降低的同時(shí)縮 短探索時(shí)間。
[0019] 另外，例如可以是，上述相位頻譜算出部只利用與非線性光學(xué)效果和色散效果中 的非線性光學(xué)效果相關(guān)的參數(shù)，來(lái)進(jìn)行上述傳播模擬。
[0020] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠只利用與非線性光學(xué)效果和色散效果中的非線性光學(xué)效果相關(guān) 的參數(shù)來(lái)進(jìn)行傳播模擬。因此，能夠簡(jiǎn)化傳播模擬，從而能夠提高計(jì)算速度。
[0021] 另外，例如可以是，上述相位頻譜算出部，只利用與上述非線性光學(xué)效果相關(guān)的參 數(shù)中的與自相位調(diào)制相關(guān)的參數(shù)，來(lái)進(jìn)行上述傳播模擬。
[0022] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠只利用與非線性光學(xué)效果相關(guān)的參數(shù)中的與自相位調(diào)制相關(guān)的 參數(shù)來(lái)進(jìn)行傳播模擬。因此，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化傳播模擬，從而能夠提高計(jì)算速度。
[0023] 另外，上述光傳輸媒體例如可以是光纖。
[0024] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠簡(jiǎn)單地構(gòu)成具有非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體。
[0025] 另外，本發(fā)明的一形態(tài)的波形重構(gòu)系統(tǒng)，對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，該波 形重構(gòu)系統(tǒng)具備：強(qiáng)度調(diào)節(jié)器，使上述輸入光信號(hào)的強(qiáng)度變化成互不相同的多個(gè)強(qiáng)度；具 有非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體，至少該光傳輸媒體的與非線性光學(xué)效果相關(guān)的參數(shù)是已 知的；頻譜測(cè)量器，按上述輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，對(duì)由上述強(qiáng)度調(diào)節(jié)器進(jìn)行了強(qiáng)度變更的 上述輸入光信號(hào)在上述光傳輸媒體內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)的功率譜進(jìn)行測(cè)量；上 述波形重構(gòu)裝置。上述輸出頻譜取得部取得由上述頻譜測(cè)量器測(cè)量出功率譜，以此作為測(cè) 量功率譜。
[0026] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，如果有與非線性光學(xué)效果相關(guān)的參數(shù)是已知的光傳輸媒體和頻譜測(cè) 量器，就能夠重構(gòu)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形，從而能夠簡(jiǎn)單地重構(gòu)光信號(hào)的時(shí)間波形。并且， 能夠只根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果中的一方，來(lái)使給定的相位頻譜變化，并進(jìn)行傳 播模擬。因此，與根據(jù)或者不根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果的兩者進(jìn)行傳播模擬，或者 使給定的相位頻譜變化的情況相比，能夠縮短相位頻譜的探索時(shí)間。
[0027] 另外可以是，上述光傳輸媒體可以是光纖。
[0028] 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠簡(jiǎn)單地構(gòu)成具有非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體。
[0029] 在此，這些總括性或者具體性的形態(tài)可由系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序或者 計(jì)算機(jī)可讀取的CD-ROM等記錄介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，亦可由系統(tǒng)、方法、集成電路、計(jì)算機(jī)程序或者 記錄介質(zhì)的任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0030] 發(fā)明效果
[0031] 從以上的說(shuō)明可明確看出，根據(jù)本發(fā)明的一形態(tài)，能夠簡(jiǎn)單地重構(gòu)光信號(hào)的時(shí)間 波形。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是表示實(shí)施方式1的波形重構(gòu)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的圖。
[0033] 圖2是表示實(shí)施方式1的波形重構(gòu)裝置的特征性功能結(jié)構(gòu)的方框圖。
[0034] 圖3是表示實(shí)施方式1的波形重構(gòu)裝置的處理動(dòng)作的流程圖。
[0035] 圖4是用于說(shuō)明實(shí)施方式1的分步傅立葉法的圖。
[0036] 圖5是表示實(shí)施方式1中由分光器測(cè)量出的輸出光信號(hào)的功率譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖 表。
[0037] 圖6是表示實(shí)施方式1的相位頻譜探索中的評(píng)價(jià)函數(shù)值的變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖 表。
[0038] 圖7是表示實(shí)施方式1中通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的功率譜和相位頻譜的圖。
[0039] 圖8是表示實(shí)施方式1中由波形重構(gòu)裝置重構(gòu)的輸入光信號(hào)的時(shí)間波形的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果的圖。
[0040] 圖9是表不實(shí)施方式1中的與7種類的輸入光信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的輸出光信號(hào)的功 率譜的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的比較結(jié)果的圖表。
[0041] 圖10是表示實(shí)施方式1中由分光器測(cè)量出的與10種類的輸入光信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng) 的輸出光信號(hào)的功率譜中的，與算出相位頻譜時(shí)未利用的3種類的輸入光信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)應(yīng) 的輸出光信號(hào)的功率譜的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的比較結(jié)果的圖表。
[0042] 圖11是表示實(shí)施方式2的變形例的實(shí)驗(yàn)中使用的輸入光信號(hào)的功率譜的圖表。
[0043] 圖12是表示在實(shí)施方式2的變形例的實(shí)驗(yàn)中，2個(gè)強(qiáng)度的輸入光信號(hào)在高非線性 光纖中傳播之后被分光器測(cè)量出的功率譜的圖表。
[0044] 圖13是表示實(shí)施方式2的變形例的波形重構(gòu)裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0045] 圖14是表示實(shí)施方式2的變形例的波形重構(gòu)裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0046] 圖15是表示實(shí)施方式的變形例的波形重構(gòu)裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0047] 圖16是表示計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0048] 本發(fā)明的一形態(tài)的波形重構(gòu)系統(tǒng)以及波形重構(gòu)裝置，利用能夠引起某多頻譜變化 組合的時(shí)間波形是被限定的這一非線性光學(xué)效果的特征，進(jìn)行輸入光信號(hào)的時(shí)間波形的重 構(gòu)。具體是，波形重構(gòu)系統(tǒng)以及波形重構(gòu)裝置，對(duì)輸入光信號(hào)的強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)顯現(xiàn)的、非 線性光學(xué)效果為因的多個(gè)頻譜變化的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值進(jìn)行比較，并利用該比較結(jié)果來(lái)進(jìn)行 輸入光信號(hào)的時(shí)間波形的重構(gòu)。通過(guò)使按照退火法等最佳化運(yùn)演算法進(jìn)行模擬而計(jì)算出的 計(jì)算功率譜（計(jì)算值）接近測(cè)量功率譜（實(shí)測(cè)值）的方式，來(lái)使相位頻譜變化，從而決定時(shí) 間波形的重構(gòu)所需要的相位頻譜。
[0049] 以下，關(guān)于實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。在此，以下說(shuō)明的實(shí)施方式均為總括性 或者具體性的一個(gè)例子。以下的實(shí)施方式中給出的數(shù)值、形狀、材料、結(jié)構(gòu)要素、結(jié)構(gòu)要素的 配置以及連接形態(tài)、步驟，步驟的順序等也都表示一個(gè)例子，并不意味權(quán)利要求的范圍限定 于此。另外，關(guān)于以下的實(shí)施方式中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)要素中的未被記載于表不最上位概念的獨(dú) 立權(quán)利要求中的結(jié)構(gòu)要素，視其為任意的結(jié)構(gòu)要素。
[0050] (實(shí)施方式1)
[0051] <波形重構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)>
[0052] 圖1是表示實(shí)施方式1的波形重構(gòu)系統(tǒng)100的整體結(jié)構(gòu)的圖。該波形重構(gòu)系統(tǒng) 100是對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)的系統(tǒng)。如圖1所示，波形重構(gòu)系統(tǒng)100具備強(qiáng)度 調(diào)節(jié)器110、高非線性光纖120、分光器130以及波形重構(gòu)裝置140。
[0053] 強(qiáng)度調(diào)節(jié)器110使由光信號(hào)生成裝置200生成的輸入光信號(hào)的強(qiáng)度變化。
[0054] 高非線性光纖120是具有非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體的一個(gè)例子。被強(qiáng)度調(diào)節(jié) 器110進(jìn)行了強(qiáng)度變化之后的輸入光信號(hào)，在該高非線性光纖120內(nèi)傳播。
[0055] 高非線性光纖120是非線性光學(xué)效果的相關(guān)參數(shù)為已知的光纖。在本實(shí)施方式 中，高非線性光纖120是色散效果的相關(guān)參數(shù)也為已知的光纖。具體而言，例如，除了 2階 以及3階之外，與4階色散相關(guān)的參數(shù)也是已知的。
[0056] 分光器130是頻譜測(cè)量器的一個(gè)例子，通過(guò)將輸出光信號(hào)分解成每個(gè)波長(zhǎng)的光， 并對(duì)分解成了每個(gè)波長(zhǎng)的光進(jìn)行0/E變換以及A/D變換，從而生成由數(shù)字值表示的功率譜。 艮P，分光器130對(duì)輸出光信號(hào)的功率譜進(jìn)行測(cè)量。在此所說(shuō)的輸出光信號(hào)是指輸入光信號(hào) 在高非線性光纖120內(nèi)傳播之后被輸出的光信號(hào)。
[0057] 波形重構(gòu)裝置140例如由圖16所示的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行輸入光信號(hào)的時(shí)間波形重 構(gòu)。關(guān)于波形重構(gòu)裝置140,以下將參照?qǐng)D2進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0058] 光信號(hào)生成裝置200生成輸入光信號(hào)。具體而言，光信號(hào)生成裝置200例如具備 MLLD(Mode_Locked Laser Diode)、SMF(Single Mode Fiber)和EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)。光信號(hào)生成裝置200對(duì)于由MLLD輸出的光脈沖，通過(guò)SMF進(jìn)行色散補(bǔ)償，并通 過(guò)EDFA進(jìn)行增幅。
[0059] <波形重構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)>
[0060] 圖2是表示實(shí)施方式1的波形重構(gòu)裝置140的特征性功能結(jié)構(gòu)的方框圖，如圖2 所示，具備輸入頻譜取得部141、輸出頻譜取得部142、相位頻譜算出部143以及波形重構(gòu)部 144。
[0061] 輸入頻譜取得部141取得表示由光信號(hào)生成裝置200生成的輸入光信號(hào)的功率譜 的信息。例如，在由光信號(hào)生成裝置200生成的輸入光信號(hào)的功率譜是已知的情況下，輸 入頻譜取得部141通過(guò)讀取被存放在存儲(chǔ)單元等中的功率譜的數(shù)據(jù)，來(lái)取得表示輸入光信 號(hào)的功率譜的信息。相對(duì)而言，在由光信號(hào)生成裝置200生成的輸入光信號(hào)的功率譜是未 知的情況下，輸入頻譜取得部141取得利用未圖示的分光器等測(cè)量出的輸入光信號(hào)的功率 譜。功率譜是表示光信號(hào)的每個(gè)波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。
[0062] 另外，表示輸入光信號(hào)的功率譜的信息，并非定要表示輸入光信號(hào)的功率譜本身。 例如，表不輸入光信號(hào)的功率譜的信息，除了輸入光信號(hào)的功率譜之外，還可以表不輸入光 信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)。即，表示輸入光信號(hào)的功率譜的信息只要是能夠獲得輸入光信號(hào)的功 率譜的信息，可以是任何形式的信息。
[0063] 輸出頻譜取得部142按多個(gè)強(qiáng)度的輸入光信號(hào)，分別取得輸入光信號(hào)在高非線性 光纖120內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)的、由分光器130測(cè)量出的功率譜，并以此作為測(cè) 量功率譜。在此，測(cè)量功率譜表示輸出光信號(hào)的每個(gè)波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度。
[0064] 相位頻譜算出部143,按輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，設(shè)想為輸入光信號(hào)具有給定的相 位頻譜，來(lái)進(jìn)行輸入光信號(hào)在高非線性光纖120內(nèi)的傳播模擬，從而算出輸出光信號(hào)的計(jì) 算功率譜。并且，相位頻譜算出部143,以使計(jì)算功率譜和測(cè)量功率譜的按每個(gè)強(qiáng)度的差 異變小的方式，來(lái)使給定的相位頻譜變化，并進(jìn)行傳播模擬，從而探索輸入光信號(hào)的相位頻 譜。例如，相位頻譜算出部143按照規(guī)定的演算法，使給定的相位頻譜變化。
[0065] 在此，規(guī)定的演算法是用于探索所給出的函數(shù)的最優(yōu)解或者近似解的演算法。例 如，規(guī)定的演算法可以是退火法、共軛方向法、共軛梯度法、遺傳演算法等。另外，規(guī)定的演 算法并不限定于這些演算法，可以是任何演算法。
[0066]另外，相位頻譜算出部143所探索的相位頻譜是表示光信號(hào)的每個(gè)波長(zhǎng)的相位的 數(shù)據(jù)。
[0067]另外，由相位頻譜算出部143執(zhí)行的傳播模擬，例如是通過(guò)分步傅立葉法等進(jìn)行 的脈沖傳播模擬。即，由相位頻譜算出部143執(zhí)行的傳播模擬，是為了利用高非線性光纖 120所固有的已知的參數(shù)，計(jì)算輸出光信號(hào)的功率譜的光信號(hào)傳播模擬。在此使用的參數(shù)包 含與光學(xué)非線性效果相關(guān)的參數(shù)。在本實(shí)施方式中，參數(shù)也包含與色散效果相關(guān)的參數(shù)。 [0068] 另外，給定的相位頻譜是傳播模擬中給出的相位頻譜，是輸入光信號(hào)的虛擬相位 頻譜。即，給定的相位頻譜是傳播模擬中使用的相位頻譜。在獲得最高評(píng)價(jià)的傳播模擬中 使用的給定的相位頻譜，被決定為輸入光信號(hào)的相位頻譜。
[0069] 波形重構(gòu)部144通過(guò)對(duì)由相位頻譜算出部143探索出的相位頻譜和由輸入頻譜取 得部141取得的信息所表示的功率譜進(jìn)行頻率/時(shí)間變換，來(lái)重構(gòu)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形。 具體是，波形重構(gòu)部144例如對(duì)相位頻譜和功率譜進(jìn)行逆傅里葉變換，來(lái)重構(gòu)時(shí)間波形。
[0070] <波形重構(gòu)裝置的處理動(dòng)作>
[0071] 以下，關(guān)于具有如上所述的結(jié)構(gòu)的波形重構(gòu)裝置140的各種動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0072] 圖3是表示實(shí)施方式1的波形重構(gòu)裝置140的動(dòng)作的流程圖。
[0073] 首先，輸入頻譜取得部141取得表示由光信號(hào)生成裝置200生成的輸入光信號(hào)的 功率譜的信息（步驟S101)。接下來(lái)，輸出頻譜取得部142取得由分光器130測(cè)量出的、 與多個(gè)強(qiáng)度的輸入光信號(hào)分別對(duì)應(yīng)的輸出光信號(hào)的功率譜，并以此作為測(cè)量功率譜（步驟 S102)。
[0074] 然后，相位頻譜算出部143設(shè)定用于傳播模擬的給定的相位頻譜的初始值（步驟 S103)。例如，相位頻譜算出部143將任意的相位頻譜設(shè)定為初始值。另外，例如，相位頻譜 算出部143也可以將在設(shè)想為輸入光信號(hào)是預(yù)先決定的類型的脈沖時(shí)所獲得的相位頻譜， 設(shè)定為初始值。
[0075] 并且，相位頻譜算出部143,按輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，設(shè)想為輸入光信號(hào)具有給 定的相位頻譜，并進(jìn)行輸入光信號(hào)在高非線性光纖120內(nèi)的傳播模擬，從而算出輸出光信 號(hào)的計(jì)算功率譜（步驟S104)。關(guān)于傳播模擬，詳情后述。
[0076] 然后，相位頻譜算出部143判定是否結(jié)束相位頻譜的探索（步驟S105)。例如，相 位頻譜算出部143根據(jù)表示所計(jì)算出的多個(gè)計(jì)算功率譜和由分光器130測(cè)量出的（在步驟 S102取得的）測(cè)量功率譜的差異的值是否在規(guī)定閾值以下，來(lái)判定是否結(jié)束探索。再例如， 相位頻譜算出部143可以根據(jù)表示計(jì)算功率譜和測(cè)量功率譜的差異的值的變化率，來(lái)判定 是否結(jié)束探索。再例如，相位頻譜算出部143可以根據(jù)傳播模擬的反復(fù)次數(shù)是否達(dá)到了上 限次數(shù)，來(lái)判定是否結(jié)束探索。
[0077] 在此，如果判定為不結(jié)束探索（步驟S105為"否")，相位頻譜算出部143就以使計(jì) 算功率譜和測(cè)量功率譜的差異變小的方式，使給定的相位頻譜變化（步驟S106)。具體是， 相位頻譜算出部143例如按照退火法來(lái)設(shè)定用于傳播模擬的新的給定的相位頻譜。并且， 再反復(fù)進(jìn)行從步驟S104開始的處理。
[0078] 另一方面，如果判定為結(jié)束探索（步驟S105為"是"），相位頻譜算出部143就將 獲得了最小差值的傳輸模中使用的給定的相位頻譜，決定為輸入光信號(hào)的相位頻譜（步驟 S107)。
[0079] 如上所述，相位頻譜算出部143通過(guò)一邊使給定的相位頻譜變化一邊反復(fù)進(jìn)行傳 播模擬，來(lái)探索輸入光信號(hào)的相位頻譜，直到被判定為結(jié)束探索為止。即，相位頻譜算出部 143利用按每個(gè)強(qiáng)度對(duì)計(jì)算功率譜和測(cè)量功率譜的差異進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)函數(shù)，來(lái)探索相位 頻譜的最優(yōu)解。
[0080] 評(píng)價(jià)函數(shù)是指根據(jù)測(cè)量功率譜和計(jì)算功率譜的差異量而變化的函數(shù)。例如，作為 評(píng)價(jià)函數(shù)，可以利用對(duì)于測(cè)量功率譜和計(jì)算功率譜的各頻率成分值的差值多接近"0"的程 度進(jìn)行評(píng)價(jià)的函數(shù)。在此情況下，作為表示差異的值，例如可以采用各頻率成分值的絕對(duì)差 值之和或者差值平方之和。再例如，作為評(píng)價(jià)函數(shù)可以利用對(duì)于計(jì)算功率譜相對(duì)于測(cè)量功 率譜的各頻率成分值之比接近"1"的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)的函數(shù)。
[0081] 最后，通過(guò)對(duì)輸入光信號(hào)的功率譜和被決定的相位頻譜進(jìn)行頻率/時(shí)間變換，來(lái) 重構(gòu)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形（步驟S108)，并結(jié)束處理。
[0082] 通過(guò)以上的處理，波形重構(gòu)裝置140能夠利用輸入光信號(hào)在具有非線性光學(xué)效果 的光傳輸媒體內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)的功率譜，來(lái)簡(jiǎn)單地重構(gòu)輸入光信號(hào)的時(shí)間 波形。
[0083] 〈傳播模擬〉
[0084] 以下，詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)分步傅立葉法進(jìn)行的傳播模擬。首先，關(guān)于可對(duì)高非線性光纖 120內(nèi)傳播的光信號(hào)造成影響的色散效果和非線性光學(xué)效果進(jìn)行說(shuō)明。
[0085] 色散效果是指因光與物質(zhì)的相互作用根據(jù)光的波長(zhǎng)而異所造成的現(xiàn)象。由于色散 效果，輸入光信號(hào)的傳播速度根據(jù)頻率而變化。即，輸入光信號(hào)中包含的各頻率成分的相位 發(fā)生偏離，而導(dǎo)致輸入光信號(hào)的時(shí)間波形擴(kuò)大。
[0086] 另外，非線性光學(xué)效果是指因光（例如像超短光脈沖等強(qiáng)度非常強(qiáng)的光）和物質(zhì) 的相互作用而引起的非線性的多樣現(xiàn)象。作為非線性光學(xué)效果，可舉出自相位調(diào)制、自陡峭 和拉曼應(yīng)答等。
[0087] 首先，關(guān)于自相位調(diào)制進(jìn)行說(shuō)明。光纖等光傳輸媒體的折射率，會(huì)與該傳輸媒體其 中傳播的光信號(hào)的強(qiáng)度成比例地稍有變化，因此會(huì)產(chǎn)生光信號(hào)自身的相位調(diào)制。將這樣產(chǎn) 生的相位調(diào)制稱為自相位調(diào)制。
[0088] 以下，關(guān)于自陡峭進(jìn)行說(shuō)明。自陡峭是指時(shí)間波形對(duì)稱的輸入光信號(hào)隨著在光傳 輸媒體中傳播而其時(shí)間波形變得不對(duì)稱，峰值移向后方的現(xiàn)象。引起自陡峭的原因在于群 速度依賴于強(qiáng)度。
[0089] 最后，關(guān)于拉曼應(yīng)答進(jìn)行說(shuō)明。光射入物質(zhì)的情況下，被散射成頻率與入射光相等 的強(qiáng)彈性散射（瑞利散射）光和，頻率與入射光的頻率稍有偏差的極弱的非彈性散射光?？?將非彈性散射光分為，因物質(zhì)中振蕩的原子和離子而被散射的拉曼散射光，因物質(zhì)中的音 波而被散射的布里淵散射光。拉曼散射中，在入射光的強(qiáng)度超過(guò)閾值的情況下因受激發(fā)射 而產(chǎn)生強(qiáng)的拉曼散射光的現(xiàn)象稱之為受激拉曼散射。由于這個(gè)受激拉曼散射，在光傳輸媒 體內(nèi)，能量從光的高頻率成分移向低頻率成分，從而低頻率成分得以強(qiáng)化。這種現(xiàn)象稱之為 拉曼應(yīng)答。
[0090] 因受到如上所述的色散效果和非線性光學(xué)效果的影響而在高非線性光纖120內(nèi) 傳播的輸入光信號(hào)的傳播方程式，如式（1)所示。
[0091]

【權(quán)利要求】
1. 一種波形重構(gòu)裝置，對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，該波形重構(gòu)裝置具備： 輸入頻譜取得部，取得表示上述輸入光信號(hào)的功率譜的信息； 輸出頻譜取得部，對(duì)于多個(gè)強(qiáng)度的上述輸入光信號(hào)，將通過(guò)對(duì)上述輸入光信號(hào)在具有 非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量而獲得的功率譜， 分別作為測(cè)量功率譜而取得； 相位頻譜算出部，（a)按上述輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，設(shè)想為上述輸入光信號(hào)具有給定 的相位頻譜，來(lái)進(jìn)行上述輸入光信號(hào)在上述光傳輸媒體內(nèi)的傳播模擬，從而算出上述輸出 光信號(hào)的計(jì)算功率譜，（b)以使上述計(jì)算功率譜和上述測(cè)量功率譜的按上述輸入光信號(hào)的 每個(gè)強(qiáng)度的差異變小的方式，使上述給定的相位頻譜變化，并進(jìn)行上述傳播模擬，從而探索 上述輸入光信號(hào)的相位頻譜；以及 波形重構(gòu)部，通過(guò)對(duì)由上述相位頻譜算出部探索出的相位頻譜和由上述輸入頻譜取得 部取得的信息所表示的功率譜，進(jìn)行頻率/時(shí)間變換，從而對(duì)上述輸入光信號(hào)的時(shí)間波形 進(jìn)行重構(gòu)， 上述相位頻譜算出部，只根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果中的一方，來(lái)使上述給定 的相位頻譜變化，或者進(jìn)行上述傳播模擬。
2. 如利要求1所述的波形重構(gòu)裝置， 上述相位頻譜算出部，按照在設(shè)想為上述輸入光信號(hào)是在只具有非線性光學(xué)效果以及 色散效果中的色散效果的媒體內(nèi)傳播而獲得的信號(hào)的情況下應(yīng)被滿足的相位頻譜的限制 條件，使上述給定的相位頻譜變化。
3. 如權(quán)利要求2所述的波形重構(gòu)裝置， 上述相位頻譜算出部，在探索上述輸入光信號(hào)的相位頻譜時(shí)，在按照上述限制條件使 上述給定的相位頻譜變化并進(jìn)行上述傳播模擬之后，無(wú)論上述限制條件如何，都使上述給 定的相位頻譜變化，來(lái)進(jìn)行上述傳播模擬。
4. 如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的波形重構(gòu)裝置， 上述相位頻譜算出部只利用與非線性光學(xué)效果和色散效果中的非線性光學(xué)效果相關(guān) 的參數(shù)，來(lái)進(jìn)行上述傳播模擬。
5. 如權(quán)利要求4所述的波形重構(gòu)裝置， 上述相位頻譜算出部，只利用與上述非線性光學(xué)效果相關(guān)的參數(shù)中的與自相位調(diào)制相 關(guān)的參數(shù)，來(lái)進(jìn)行上述傳播模擬。
6. 如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的波形重構(gòu)裝置， 上述光傳輸媒體是光纖。
7. -種波形重構(gòu)系統(tǒng)，對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，該波形重構(gòu)系統(tǒng)具備： 強(qiáng)度調(diào)節(jié)器，使上述輸入光信號(hào)的強(qiáng)度變化成互不相同的多個(gè)強(qiáng)度； 具有非線性光學(xué)效果的光傳輸媒體，至少該光傳輸媒體的與非線性光學(xué)效果相關(guān)的參 數(shù)是已知的； 頻譜測(cè)量器，按上述輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，對(duì)由上述強(qiáng)度調(diào)節(jié)器進(jìn)行了強(qiáng)度變更的 上述輸入光信號(hào)在上述光傳輸媒體內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)的功率譜進(jìn)行測(cè)量；以 及 權(quán)利要求1所述的波形重構(gòu)裝置， 上述輸出頻譜取得部取得由上述頻譜測(cè)量器測(cè)量出功率譜，以此作為測(cè)量功率譜。
8. 如權(quán)利要求7所述的波形重構(gòu)系統(tǒng)， 上述光傳輸媒體是光纖。
9. 一種波形重構(gòu)方法，對(duì)輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)，該波形重構(gòu)方法包括： 取得表示上述輸入光信號(hào)的功率譜的信息的步驟； 對(duì)于多個(gè)強(qiáng)度的上述輸入光信號(hào)，將通過(guò)對(duì)上述輸入光信號(hào)在具有非線性光學(xué)效果的 光傳輸媒體內(nèi)傳播之后被輸出的輸出光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量而獲得的功率譜，分別作為測(cè)量功率 譜而取得的步驟； 按上述輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度，設(shè)想為上述輸入光信號(hào)具有給定的相位頻譜，來(lái)進(jìn)行 上述輸入光信號(hào)在上述光傳輸媒體內(nèi)的傳播模擬，從而算出上述輸出光信號(hào)的計(jì)算功率譜 的步驟； 以使上述計(jì)算功率譜和上述測(cè)量功率譜的按上述輸入光信號(hào)的每個(gè)強(qiáng)度的差異變小 的方式，使上述給定的相位頻譜變化，并進(jìn)行上述傳播模擬，從而探索上述輸入光信號(hào)的相 位頻譜的步驟；以及 對(duì)探索出的上述相位頻譜和取得的上述信息所表示的功率譜，進(jìn)行頻率/時(shí)間變換， 從而對(duì)上述輸入光信號(hào)的時(shí)間波形進(jìn)行重構(gòu)的步驟， 在探索上述輸入光信號(hào)的相位頻譜的步驟中，只根據(jù)非線性光學(xué)效果以及色散效果中 的一方，來(lái)使上述給定的相位頻譜變化，或者進(jìn)行上述傳播模擬。
10. -種程序，用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求9所述的波形重構(gòu)方法。
【文檔編號(hào)】G02F1/365GK104272072SQ201380010306
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月20日
【發(fā)明者】小西毅, 高橋考二, 永島知貴 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人大阪大學(xué)