研究紹介
Last updated: Dec. 28, 2005

研究紹介
Research activity


超高速SMZ-DISC型全光ゲート （SMZ-DISC型光信号波長変換）
目的、目標
デジタル光信号Aで光信号B（ここでは連続光）を"デジタル信号処理"する際の光ゲート速度の限界（⇒信号ビットレート限界）やゲート動作効率の理論限界を探る。
SMZ-DISC型全光ゲート方式（図１）は、毎秒160Gビット級の光デジタル信号処理（ビット誤り率<10-9、2001年〜）が実験実証されている世界で唯一の半導体ゲート方式である。

現在の第１研究目標は、160Gビット級の超高速動作に伴って発生すると思われる出力波形歪や信号パターン誘起雑音の発生メカニズムを解明し、理論モデルを築き、第２世代のゲート構造を生み出すこと。この研究を契機として、さらに毎秒400Gビット超の未踏領域に挑戦できるだろうと期待している。

DISC型全光ゲートの第１の応用目標は、光信号波長変換である。第２・第３の応用目標として、偏光変換や光２R再生などの全光機能も期待されている。

DISC型光ゲートの特徴と長所
毎秒100Gビットを超える光信号処理研究では、(1) 入力信号発生方法、(2) 光ゲートデバイス試作、(3) 出力信号測定方法のそれぞれが容易ではなく、研究開発段階の各種最新実験技術を組み合わせた研究活動が必要不可欠であり、研究上の負担が大きい。

DISC型光ゲートの構造は、幸い、超高速半導体全光ゲートの中で最も単純かつ基本的な構造（図１、1998年）である。従って、基本的な動作メカニズムや限界性能の研究に最も適したゲート方式と考えられる。DISCゲート研究で獲得する個々の成果はさらに、他の類似方式や他の機能へと水平展開可能と期待される。

関連する主な共同研究と研究プログラム
国際共同研究： Technical University of Denmark, Research Center COM
産学連携共同研究： KDDI研究所、光信号処理グループ
文科省科研費基盤研究
その外の協力企業・機関
NEC研究所、Pritel Inc、オプトクエスト、産業技術総合研究所 計測標準研究部門、アンリツ 光計測器部門、沖電気研究所、フジクラ 情報通信部門

最近の研究成果
超高速なDISCゲート動作に伴って派生する波形歪を世界で初めて実験的に検出し、以前提起した歪発生モデルの妥当性検証に成功した。図2に示すように、主パルスの間の谷間（間隔100ピコ秒）に残留するサブパルス波形の測定結果（図２の下段）が、モデル計算結果（上段）と良く一致した。
比較的高い時間分解能（2ピコ秒）とダイナミックレンジ(103)を同時に備える相互相関波形計測技術を駆使し、出力波形のMZ干渉位相バイアス依存性を丁寧に解析して達成した研究成果である。

なお、2001年から現在までの最高速ゲート動作実証実験では、もう１つの未知な非線形光学作用が出力波形歪を"不完全に"緩和していると考えられる。以上を踏まえた第2世代ゲート設計を目指し、状況証拠段階にある未知作用の研究を開始した。








SMZ-DISC型全光ゲートの試作機と、
それを取り囲む超高周波光パルス信号発生器、光波形計測器、スペクトル分析器
（西2号館 301実験室）




 超高速な光ファイバー増幅器（上段）と光信号多重回路（４倍多重、下段）、
200〜300Gb/s程度まで光信号を多重する (ともに、米国Pritel, Inc.社製）。



 本学で手作りした光信号多重回路（４倍多重）、
200Gb/s信号まで光多重実験済み。

    最近の発表論文
  • J. Sakaguchi, Y. Ueno, K. Nishimura, and T. Yazaki, 'New method for characterizing the injected-carrier-to-photon conversion efficiencies inside the ultrafast all-optical semiconductor gates,' submitted to 9th International Symposium on Contemporary Photonics Technology (CPT 2006), Tokyo, Jan. 11-13, 2006.
  • 坂口淳、上野芳康、西村公佐、矢崎智基、「超高速全光半導体ゲート内部の注入キャリア-光子変換効率の新しい評価方法」、東京農工大学・電気通信大学21世紀大学COEプログラム第２回合同シンポジウム、2005年12月、東京農工大学、小金井市。予稿論文
  • 坂口淳ほか、「超高速全光ゲートに利用する半導体光増幅器の注入キャリア利用効率評価方法の提案」、第66回応用物理学会学術講演会、2005年9月、徳島大学、徳島市。
  • M.L. Nielsen, J. Mork, R. Suzuki, J. Sakaguchi, and Y. Ueno, 'Experimental and theoretical investigation of the impact of ultra-fast carrier dynamics on high-speed SOA-based all-optical switches,' Optics Express, in press.
  • M.L. Nielsen, J. Mork, R. Suzuki, J. Sakaguchi, and Y. Ueno, 'Theoretical and experimental study of fundamental differences in the noise suppression of high-speed SOA-based all-optical switches,' Optics Express vol. 13, no. 13, pp. 5080-5086, June 2005. online abstract
  • J. Sakaguchi, M.L. Nielsen, T. Ohira, R. Suzuki, and Y. Ueno, 'Observation of small sub-pulses out of the delayed-interference signal-wavelength converter,' Jpn. J. Appl. Phys vol. 44, no. 44, 2005, pp. L1358-1360, Oct. 2005. online abstract , full text
  • J. Sakaguchi, M.L. Nielsen, T. Ohira, R. Suzuki, and Y. Ueno, 'Observation of small sub-pulses generated in the DISC-type wavelength converter,' 10th Optoelectronics and Communications Conference (OECC 2005), Seoul, Korea, July 5-8, 2005, paper 8F1-4. full text
  • 坂口淳、M.L. Nielsen、大平高志、鈴木励、上野芳康、「DISC型全光波長変換器から発生する微小サブパルスの検出」、第52回応用物理学関係連合講演会、2005年3月、埼玉大学、さいたま市、Vol. 3, p. 1347, 31p-ZQ-19。 予稿論文
  • M.L. Nielsen, J. Mork, J. Sakaguchi, R. Suzuki, and Y. Ueno, 'Reduction of nonlinear patterning effects in SOA-based all-optical switches using optical filtering,' Optical Fiber Communication Conference (OFC 2005), Los Angeles, March 6-11, 2005, paper OThE7.
  • Y. Ueno, 'Theoretically predicted nonlinear phase imbalance for delayed-interference signal-wavelength convertors (DISC),' Jpn. J. Appl. Phys. vol. 43, no. 5B, pp. L665-L668, May 2004. online abstract , full text
    参考論文
  • Y. Ueno, S. Nakamura, and K. Tajima, 'Nonlinear phase shifts induced by semiconductor optical amplifiers with control pulses at repetition frequencies in the 40-160 GHz range for use in ultrahigh-speed all-optical signal processing,' J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 19, no. 11, pp. 2573-2589, Nov. 2002. online abstract
  • Y. Ueno, M. Takahashi, S. Nakamura, K. Suzuki, T. Shimizu, A. Furukawa, T. Tamanuki, K. Mori, S. Ae, T. Sasaki, and K. Tajima, "Control scheme for optimizing the interferometer phase bias in the Symmetric-Mach-Zehnder all-optical switch (OECC-awarded paper)," Joint Special Issue on Recent Progress in Optoelectronics and Communications, IEICE Trans. Electron. Vol. E86-C, no. 5, pp. 731-740, May 2003. online abstract, full text
  • S. Nakamura, Y. Ueno, and K. Tajima, '168-Gbit/s all-optical wavelength conversion with a symmetric-Mach-Zehnder-type switch,' IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 13, no. 10, pp. 1091-1093, Oct. 2001. online abstract
  • Y. Ueno, S. Nakamura, and K. Tajima, 'Ultrafast 168-GHz 1.5-ps 1-fJ Symmetric-Mach-Zehnder-type all-optical semiconductor switch,' Jpn. J. Appl. Phys. vol. 39, part 2, no. 8A, pp. L806-808, August 2000. online abstract , full text
  • Y. Ueno, S. Nakamura, and K. Tajima, 'Spectral phase-locking in ultrafast all-optical Mach-Zehnder-type semiconductor wavelength converters,' Jpn. J. Appl. Phys. vol. 38, part 2, no. 11A, pp. L1243-1245, Nov. 1999. online abstract , full text
  • Y. Ueno, S. Nakamura, and K. Tajima, "Record low-power all-optical semiconductor switch operation at ultrafast repetition rates above the carrier cutoff frequency," Opt. Lett. vol. 23, no. 23, pp. 1846-1848, Dec. 1998. online abstract
  • Y. Ueno, S. Nakamura, K. Tajima, and S. Kitamura, "3.8-THz wavelength conversion of picosecond pulses using a semiconductor delayed-interference signal-wavelength converter (DISC)," IEEE Photonics Technol. Lett. vol. 10, no. 3, pp. 346-348, March 1998. online abstract
電気通信大学 電子工学専攻
超高速光ロジック研究室