JP2010015069A - 光再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を大きくすることなく適切に信号光を再生させる。
【解決手段】光ループ再生回路２０のＰＢＳ１６は、信号光とポンプ光との合成光から、第１の偏波成分と、第１の偏波成分と直交する第２の偏波成分とを、２つの出力ポートに出力する。２つの出力ポートの間をループ状に接続した伝送路である光再生ループ上には、再生回路１８が設けられ、再生回路１８は第１の偏波成分および第２の偏波成分を、パラメトリック増幅する。光再生ループ中を伝搬し、ＰＢＳ１６において、再度合波され、ＰＢＳ１６の入力ポートから出力された合成光は、信号光の波長λｓの光を通過させるＢＰＦ１９を通過し、ＢＰＦ１９から再生された信号光が出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏波多重された光信号の光再生装置に関する。

高周波数利用効率や超高速大容量伝送の実現のために、偏波多重伝送に関する研究が進められている。偏波多重伝送では、進行方向の垂直方向において、それぞれ９０度向きが異なる（たとえば、水平および垂直）２つの偏波に情報を載せる。これにより、従来の単一の偏波を用いた伝送に比べて、
２倍の情報量を伝送可能である。すなわち、同一の情報量を送る場合、従来の単一方向の偏波を用いた伝送に比べて、半分の伝送速度（シンボルレート）で伝送が可能である。

しかしながら、偏波多重伝送では、偏波合波部・分離部における偏波クロストークや、偏波モード分散（ＰＭＤ）の影響による偏波クロストークの影響を受けやすい。このため、伝送特性が劣化し、伝送距離や波長数に制限が生じる。したがって、伝送路上に、光信号を再生する光再生装置を配置することが必要である。

信号再生技術において、従来、電気信号処理を用いて信号再生が実現されている。しかしながら、電気信号処理の処理速度の限界や消費電力増大などの点から、光信号処理を用いることにより、電気信号処理の問題点を解決できると期待されている。光信号処理では、光ファイバなどデバイス次第で、フェムト秒以上の応答速度があるため、伝送速度が更に高速化されても、十分な応答速度が期待される。

信号再生には、２Ｒ再生（reamplifying, reshaping）と３Ｒ再生（reamplifying,
reshaping, retiming）とがある。これまで、光再生装置については、単一方向の偏波のみを用いた伝送において、適用検討が多く行われてきた。

偏波多重信号に対して、単一方向の偏波のための光再生装置を、直接、適用することは不可能である。もし、そのまま適用する場合には、偏波多重信号を一旦分離して、それぞれの偏波に対して、光再生を適用することになる。

単一方向の偏波であって、任意の偏波状態の信号について、たとえば、特許文献１には、光サーキュレータ、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）および過飽和吸収体を備え、偏光ビームスプリッタおよび過飽和吸収体によりループを形成して、そのループをビームスプリッタからの光を通過させるために光再生を実現する装置が提案されている。この装置においては、入射する光の偏波状態に依存しないような光再生を実現しようとしている。

上記特許文献１に開示された光再生手法は、偏波ダイバーシティ手法とも称され、任意の偏波状態の光がＰＢＳに入射されることにより、Ｘ偏波成分、Ｙ偏波成分に分離され、それぞれの偏波成分に対して、光再生が施され、再び、合波される。光再生としては、過飽和吸収デバイスを用いている。過飽和吸収デバイスでは、光入力パワーが低い場合には損失が大きく、光入力パワーが高い場合には損失が低い特性を持ち、強度変調信号のスペース（０）側のノイズ低減が可能である。

しかしながら、特許文献１に開示された偏波ダイバーシティ手法を、そのまま偏波多重信号に適用した場合、有効に作用しない。すなわち、偏波分離時に、信号の偏波状態をＰＢＳの偏光軸に揃えずに入射した場合、偏波多重信号のＸ偏波成分、Ｙ偏波成分が同一のＰＢＳ出力ポートに出力されて、信号の劣化を生じる。
特開２００７−３１６１８９号公報 「Ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｖｅｌ ｅｑｕａｌｉｓａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇａｉｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｉｂｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」 Ｋ．Ｉｎｏｕｅ著、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３６、ｎｏ．１２、２０００年６月発行 「３Ｒ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ４０−Ｇｂｉｔ／ｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ ｂｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｈｉｇｈ−Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ」 Ｃ．Ｙｕ他著、ＯＦＣ２００５、ＯｔｕＯ１、２００５年３月発行

一般に、偏波多重信号に対して、単一方向の偏波のための光再生装置を、直接、適用することは不可能である。もし、そのまま適用する場合には、二つの同様な光再生回路を備えておき、偏波多重信号を一旦分離して、一方の偏波について一方の光再生回路を使用し、他方の偏波については他方の光再生回路を使用する必要がある。

また、光再生手法の１つに、パラメトリック増幅を用いた光再生手法がある。この手法では、光ファイバが非線形媒体となり発生するパラメトリック過程を用いる。入力された信号（ポンプ光）の２個の光子から、位相整合条件を持たす２波長において、それぞれ１個の光子が生成される。特に、ポンプ光とともに、位相整合条件を満たす波長の信号光を入射すると、パラメトリック過程により、信号光が増幅される（パラメトリック増幅）
。この増幅特性は、信号光の入射パワーを増加した場合に、飽和する特性を持っている。この飽和特性によりリミット効果が得られる。

上記パラメトリック増幅のリミット効果を用いて光２Ｒ再生および光３Ｒ再生を行なうことが、それぞれ、非特許文献１、非特許文献２に開示されている。

しかしながら、上記パラメトリック増幅を用いた光再生においても、上述した問題点、つまり、２系統の光再生回路を備え、偏波多重信号を一旦分離して、一方の偏波について一方の光再生回路を使用し、他方の偏波については他方の光再生回路を適用しなければならないという問題点は依然として残される。

本発明は、回路規模を大きくすることなく適切に信号光を再生させることが可能な光再生装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、伝送路を伝搬した、偏波多重伝送による、直交する偏波状態の２つの光信号が多重された、偏波直交多重信号の信号光を受け入れ、当該信号光を再生して出力する光再生装置であって、
前記信号光の波長λｓと異なる波長λｐのポンプ光を発生するポンプ光発生手段と、
前記信号光の偏波状態を制御する第１の偏波制御手段と、
前記ポンプ光の偏波状態を制御する第２の偏波制御手段と、
前記第１の偏波制御手段から出力された信号光と、前記第２の偏波制御手段から出力されたポンプ光とを合波する合波手段と、
前記合波手段からの合成光を入力ポートに受け入れて、前記合成光から、第１の偏波成分と、当該第１の偏波成分と直交する第２の偏波成分とを、２つの出力ポートに出力する偏光ビームスプリッタ、前記２つの出力ポートの間をループ状に接続した伝送路である光再生ループ、並びに、前記光再生ループ上に配置され、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分を、パラメトリック増幅する再生手段を有する光再生ループ手段と、
前記光再生ループ手段の前記光再生ループ中を伝搬し、前記偏光ビームスプリッタにおいて、再度合波されて前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから出力された、再生された合成光を受け入れ、前記信号光の波長λｓの光を通過させる帯域通過フィルタ手段と、
少なくとも３つのポートを有し、それぞれのポートが前記合波手段、前記光再生ループ手段、および、前記帯域通過フィルタ手段と接続され、前記合波手段からの合成光を前記光再生ループ手段に出力し、前記光再生ループ手段からの再生された合成光を前記帯域通過フィルタ手段に出力する光経路決定手段と、を備えたことを特徴とする光再生装置により達成される。

好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段が、前記信号光の偏波状態を、前記偏波直交多重信号の前記第１の偏波成分が、前記偏光ビームスプリッタにおける第１の軸に対して直線偏光となるよう制御するとともに、
前記第２の偏波制御手段が、前記ポンプ光の偏波状態を、前記ポンプ光を含む合成光が前記偏光ビームスプリッタに入力されるときに、当該偏光ビームスプリッタにおける前期第１の軸に対して４５度の直線偏光となるように制御する。

また、好ましい実施態様においては、前記光再生ループ手段が、前記光再生ループ上に配置され、第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を調整する偏波調整手段を有する。

より好ましい実施態様においては、前記偏光ビームスプリッタが、前記入力される合成光の偏波状態が維持されて、前記２つの出力ポートから、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分が出力されるように構成され、
前記光再生ループを構成するジャンパケーブル、および、前記再生手段が、その偏波状態を保持するように構成され、かつ、
前記偏波調整手段が、受け入れた第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれの偏波状態を９０°回転させるように構成される。

別の好ましい実施態様においては、前記第１の偏波成分が前記偏光ビームスプリッタの第１の出力ポートから出力されて、前記光再生ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、前記第２の偏波成分が第２の出力ポートから出力されて、前記光再生ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、
前記偏波調整手段が、
前記第１の偏波成分が、前記第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第２のポートから出力されたときの、第２の偏波成分の偏波状態と同一となり、かつ、
前記第２の偏波成分が、前記第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第１のポートから出力されたときの、第１の偏波成分の偏波状態と同一となるように、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を制御する。

また、さらに別の好ましい実施態様においては、前記偏光ビームスプリッタが、何れか一方の偏波成分の偏波状態のみを９０°回転して出力されるように構成され、かつ、
前記光再生ループを構成するジャンパケーブル、および、前記再生手段が、偏波を保持するように構成される。

好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
前記第１の偏波制御手段と前記合波手段との間に配置された第１の分波手段と、
前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備え、
前記第１の偏波制御手段の出力ポートから、前記第１の分波手段、前記合波手段、前記光経路決定手段を経て、前記光再生ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートに至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成される。

別の好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
前記光再生ループ手段において、前記偏光ビームスプリッタの一方の出力ポートからの光再生ループ上に配置された第１の分波手段と、
前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備える。

また、好ましい実施態様においては、前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
前記帯域通過フィルタ手段の出力ポートからの光伝送路上に配置された第２の分波手段と、
前記第２の分波手段により分波された、再生された信号光を受け入れて、前記信号光のそれぞれの偏波成分を取得する偏波取得手段と、前記偏波取得手段により取得された偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備え、
前記光再生ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから、前記光経路決定手段、前記帯域通過フィルタ手段、および、前記第２の分波手段を経て、前記偏波取得手段に至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成される。

別の好ましい実施態様においては、前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
前記光再生ループの前記偏光ビームスプリッタの２つの出力ポートからの光再生ループ上に、それぞれ配置された第２の分波手段および第３の分波手段と、
前記第２の分波手段および第３の分波手段により分波された、偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備える。

好ましい実施態様においては、前記ポンプ光発生手段が、前記波長λｐの連続光を発生する。

また、別の好ましい実施態様においては、前記ポンプ光発生手段が、信号光を受け入れ、前記信号光のデータ変調と同期したクロック光であるポンプ光を発生する。

本発明によれば、回路規模を大きくすることなく適切に信号光を再生させることが可能な光再生装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の本実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。光再生装置１０は、偏波多重伝送システムの伝送路中に配置され、伝送品質の劣化した光信号を再生して出力することができる。図１に示すように、本実施の形態にかかる光再生装置１０は、伝送路から入力された信号光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１１、所定の波長のポンプ光を発生するポンプ光発生回路１２、ポンプ光発生回路１２から出力されたポンプ光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１３、信号光およびポンプ光を合波する光カプラ１４、光カプラ１４からの合成光を受け入れて、当該合成光を、後述する光再生ループ回路２０に出力するとともに、光再生ループ回路からの光信号を受け入れて、受け入れた光信号を、出力側に配置された帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１９に出力する光サーキュレータ１５とを有する。また、本実施の形態にかかる光再生装置１０は、光サーキュレータ１５からの合成光を受け入れて、合成光に含まれる信号光を再生させるための光再生ループ回路２０を有する。

光再生ループ回路２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６、偏波調整回路１７および再生回路１８を有する。

概略的には、本実施の形態にかかる光再生装置１０は、以下のように動作する。本実施の形態においては、伝送路中を、直交する偏波状態の２つの光信号が多重された偏波直交多重信号が、信号光として伝搬され、光再生装置１０に受け入れられる。

信号光の偏波状態（ＳＯＰ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、偏波直交多重信号の成分であるＸ偏波、若しくは、Ｙ偏波の何れかのＳＯＰが、ＰＢＳ１６のＸ軸と同一軸上の直線偏光となるように、偏波コントローラ１１により調整される。偏波コントローラ１１は、たとえば、１以上のλ／２板および１以上のλ／４板を有している。λ／２板およびλ／４板は、制御信号によってそれぞれ光軸を中心に回転でき、偏波直交多重信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分の偏波の向きを同時に調整することができる。偏波コントローラ１３についても同様である。なお、偏波コントローラ１１、１３を用いた偏波状態の制御については後に詳述する。

ポンプ光発生回路１２は、信号光の波長λｓと異なる波長λｐの連続光（ＣＷ光）であるポンプ光を発生する。偏波コントローラ１３は、ＰＢＳ１６の出力ポートのそれぞれからの光強度が等しくなるように、ポンプ光の偏波状態（ＳＯＰ）を調整する。理想的には、ポンプ光は、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となる。偏波コントローラ１１から出力された信号光、および、偏波コントローラ１３から出力されたポンプ光は、光カプラ１４により合波される。

光サーキュレータ１５は、各ポートから受け入れた光を隣接する一方のポートから出力させる。図１に示す光サーキュレータ１５は、図１おいて時計回りの方向に隣接するポートから、入力した光を出力する。たとえば、光カプラ１４から出力された合成光は、光サーキュレータ１５を経て、ＰＢＳ１６に入射される。また、ＰＢＳ１６から出力された光は、光サーキュレータ１５を経て、ＢＰＦ１９に入射される。

光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６に入射された合成光中、信号光Ｓ（λｓ）については、Ｘ偏波成分Ｓ_１（λｓ）およびＹ偏波成分Ｓ_２（λｓ）に分波される。また、ポンプ光Ｓ（λｐ）については、理想的にはＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となっているため、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートから、同一光強度の信号が出力される。ＰＢＳ１６の出力ポートにおいて、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれの信号光およびポンプ光の偏波状態は、同一方向の直線偏光となる。図２（ａ）は、信号光の波長λｓおよびポンプ光の波長λｐの例を示す図、図２（ｂ）は、ＰＢＳ１６の入力ポート１０１における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図、図２（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、ＰＢＳ１６の出力ポート１０２、１０３における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図である。

図２（ｂ）に示すように、ＰＢＳ１６の入力ポート１０１においては、信号光のＸ偏波成分Ｓ_１（λｓ）およびＹ偏波成分Ｓ_２（λｓ）、および、ＰＢＳ１６の軸に対して４５度の直線偏光となっているポンプ光Ｓ（λｐ）が現れる。ＰＢＳ１６を通過した後の出力ポート１０３においては、信号光のＹ偏波成分Ｓ_２（λｓ）およびポンプ光のうちのＹ偏波成分Ｓ_２（λｐ）が現れる。その一方、出力ポート１０２においては、信号光のＸ偏波成分Ｓ_１（λｓ）およびポンプ光のうちのＸ偏波成分Ｓ_１（λｐ）が現れる。なお、ＰＢＳ１６を通過する信号については、図３を参照してさらに詳細に説明する。

光再生ループ回路２０において、ＰＢＳ１６からポート１０２に出力された光（図２（ｃ）参照）は、時計回りにループ上の伝送路（光再生ループ）を伝搬され、ＰＢＳ１６からポート１０３に出力された光（図２（ｄ）参照）は、反時計回りに光再生ループを伝搬される。時計回りの光再生ループおよび反時計回りの光再生ループを経て伝搬された光は、それぞれ再生回路１８によって光再生が施される。本実施の形態においては、パラメトリック増幅を用いた光再生が行なわれる。

パラメトリック増幅においては、光ファイバが非線形媒体となり発生するパラメトリック過程を用いる。入力された信号（ポンプ光）の２個の光子から、位相整合条件を持たす２波長において、それぞれ１個の光子が生成される。特に、ポンプ光とともに、位相整合条件を満たす波長の信号光を入射すると、パラメトリック過程により、信号光が増幅される（パラメトリック増幅） 。この増幅特性は、信号光の入射パワーを増加した場合に、飽和する特性を持っている。この飽和特性からリミット効果を得られる。本実施の形態では、上記パラメトリック増幅を実現するために、再生回路１８として、高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：Ｈｉｇｈ Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ）が用いられている。

光再生されたＸ偏波およびＹ偏波の光は、ＰＢＳ１６において再度合波される。なお、本実施の形態においては、光再生ループ回路の光再生ループ上に偏波調整回路１７が配置され、時計回りの光再生ループおよび反時計回りの光再生ループを経て伝搬される光の偏波状態が調整される。偏波調整回路１７の機能についても後述する。

ＰＢＳ１６において合波された光は、光サーキュレータ１５を経てＢＰＦ１９に入射される。ＢＰＦ１９は、波長λｓの光を通過するように構成される。したがって、ＢＰＦ１９により信号光のみが通過し、最終的に光再生された信号光が出力される。ＢＰＦ１９から出力された、光再生された信号光は伝送路に送出される。

以下、本実施の形態にかかる光再生ループ回路２０について説明する。ＰＢＳ１６の各ポートにおいて、入出力信号の偏波の向きが規定されている。そのため、入力信号は、規定されている偏波の向きで入射する必要があり、出力信号は、規定されている偏波の向きで信号が出力される。

たとえば、１ポート入力２ポート出力のＰＢＳの、出力ポートの偏波状態としては、以下のような２つの態様が考えられる。
（１）偏波直交多重信号の入力信号の０°（水平）、９０°（垂直）が、２出力ポートで０°、９０°の偏波状態として出力される。
（２）偏波直交多重信号の入出力信号の０°、９０°が、２出力ポートのいずれも０°、若しくは９０°となる偏波状態として出力される。つまり、一方の成分が９０°回転させられて出力される。

本実施の形態においては、上記（１）の態様のＰＢＳ１６が用いられる。図３において、入力ポートでは、信号光は、実線で示す０°の偏波（Ｘ偏波）および破線で示す９０°の偏波（Ｙ偏波）とを含み（符号３００参照）、ＰＢＳ１６を経て、反時計回りに光再生ループを伝搬する９０°の偏波（Ｙ偏波）（符号３０１、３０２参照）、および、時計回りに光再生ループを伝搬する０°の偏波（Ｘ偏波）（符号３０３、３０４参照）に分けられる。

光再生ループ回路２０の光再生ループを構成するジャンパケーブル中、および、再生回路１８中で、伝搬する光（Ｘ偏波の光およびＹ偏波の光）の偏波状態が保持される場合を考える。たとえば、ジャンパケーブル、および、再生回路１８を構成する高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）が、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成された場合である。偏波調整回路１７によって、時計回りに光再生ループを伝搬する光、および、反時計回りに光再生ループを伝搬する光を、偏波調整回路１７において、その偏波状態を９０°回転させることにより、それぞれを再度ＰＢＳ１６に入力させて合波させることが可能となる。すなわち、この場合には、偏波調整回路１７によって、それぞれの光の偏波状態を９０°回転させれば良い。偏波調整回路１７として、λ／２板を使うことができる。或いは、偏波調整回路１７として、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上備えた偏波コントローラを適用しても良い。

或いは、波長板に代えて、偏波調整回路１７としてアダプタを用いて、アダプタの接続点でファイバの軸が９０°回転するようにアダプタのキーを調整することで、０°および９０°の偏波状態を入れ替えることも可能である。

偏波調整回路１７によって、時計回りに光再生ループを伝搬する０°の偏波状態の光（符号３０３参照）は９０°回転され（符号３０５参照）、また、反時計回りに光再生ループを伝搬する９０°の偏波状態の光（符号３０１参照）も９０°回転される（符号３０６参照）。

また、光再生ループを構成するジャンパケーブルおよび再生回路１８が、ＰＭＦで構成されていない場合には、図４に示すように、時計回りに光再生ループを伝搬する０°の偏波状態の光（符号３０３参照）および反時計回りに光再生ループを伝搬する９０°の偏波状態の光（符号３０１参照）は、ともに任意の偏波状態となる（符号４０２、４０１参照）。したがって、この場合には、偏波調整回路１７として、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上備えた偏波コントローラを適用して、λ／２板およびλ／４板を所定の角度回転させることで、偏波状態を適切に制御する。すなわち、ジャンパケーブル等における偏波の変化分を考慮の上、ＰＢＳ１６のポートにおける偏波の向きが適切となるように、偏波調整回路１７が偏波を調整する。

次に、本実施の形態にかかる信号光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１１および偏波コントローラ１１に対する制御信号の生成について説明する。信号光については、光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６において、偏波直交多重信号の偏波分離を適切に行うために、偏波直交多重信号のＸ偏波成分が、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して直線偏光になるよう、偏波状態を制御する必要がある。Ｙ偏波成分をＰＢＳ１６のＹ軸に対して直線偏光とすることも同様に必要である。特に、伝送路を伝搬されてきた信号光については、常に伝送路の状態が変化し、入射される偏波直交多重信号の偏波状態が変化するため、常に偏波状態の制御が必要である。

図５は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。図５に示すように、本実施の形態にかかる信号光偏波制御部３０は、偏波コントローラ１１と光カプラ１４との間の伝送路上に配置された光カプラ３１と、光カプラから出力された光を受け入れる偏光子３２と、偏波状態観測部３３と、制御信号生成部３４とを有している。

本実施の形態においては、ＰＢＳ１６に入射される信号光の偏波制御をするために、ポンプ光と合波するための光カプラ１４より手前（上流側）に光カプラ３１を設けて、その信号光をモニタしている。したがって、偏波コントローラ１１の出力ポートから、その下流方向に、光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６の入力ポートまで（符号５００参照）、信号光の偏波状態が一定である必要がある。そこで、本実施の形態では、偏波コントローラ１１の出力ポートから、光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６の入力ポートまでの伝送路５００を、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成している。

図５に示す信号光偏波制御部３０の動作について以下に説明する。光カプラ３１により、信号光が分岐され、偏光子３２に入力される。偏光子３２の代わりにＰＢＳを利用しても良い。偏光子３２の軸（ＰＢＳを使用している場合にはＰＢＳの軸）は、光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６の軸と同一である。したがって、偏光子３２において適切に偏波状態が制御されていれば、光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６の入力ポートにおいても、適切な偏波状態が得られることになる。

偏光子３２の出力は、偏波状態観測部３３に送られて、偏波状態観測部３３および制御信号生成部３４により偏波コントローラ１１のための制御信号が生成され、出力される。

たとえば、偏波状態観測部３３および制御信号生成部３４は、以下のように動作する。

ＰＢＳ１６で偏波分離されるべき直交偏波信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分が、ＰＢＳ１６で適切に分離されない場合には、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分が１ポートに同時に出力される。上述したようなＸ偏波成分およびＹ偏波成分を含む光を光受信器で受信した場合にはビート信号が観測される。ビート信号が発生している場合、ビート信号が発生していない場合に比べ、電気信号の電力が増加する。そこで、偏波制御状態観測部３３は、光受信器および電力観測器を有し、電力の状態を示す信号を制御信号生成部３４に出力する。制御信号生成部３４は、電力の状態を示す信号を受信して、電力が減少するように偏波コントローラ１１に対して制御信号を出力する（干渉検出法）。偏波コントローラ１１は、制御信号にしたがって、λ／２板およびλ／４板の角度を回転させる。

或いは、偏波状態観測部３３および制御信号生成部３４は、以下のような構成を備えていても良い。たとえば、送信器において、送信信号である偏波直交信号のＸ偏波或いはＹ偏波の一方に低周波強度変調を施し、或いは、Ｘ偏波およびＹ偏波の双方に、異なる周波数の低周波強度変調を施して、偏波状態観測部３３が低周波信号をモニタする。

より具体的には、偏波状態観測部３３は、光受信器を用いてＸ偏波或いはＹ偏波を電気信号として、中心周波数を低周波変調の周波数とする、電気信号用の帯域通過フィルタを通過させ、低周波信号のみを抽出する。次いで、その電力を電気パワーメータなどを用いて観測する。制御信号生成部３４は、上記電力が最適（最大或いは最小）になるように、偏波コントローラ１１に対して制御信号を出力する。

次に、本実施の形態にかかるポンプ光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１３および偏波コントローラ１３に対する制御信号の生成について説明する。

光カプラ１４において信号光と合波され、ＰＢＳ１６に入射するポンプ光の偏波状態は、偏波の変動状況に応じて動的に制御する必要がある。ポンプ光については、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートで、光強度が等しく２つの信号が出力されるように、偏波コントローラ１３が、その偏波状態を調整する。ポンプ光は、理想的には、ＰＢＳ１６に入射されるときに、ＰＢＳ１６の軸に対して４５度となる直線偏光である。

ポンプ光については、ポンプ光発生回路１２とＰＢＳ１６との間の物理的な距離が短く、この間のジャンパケーブルが固定され、ＰＢＳ１６に入力するポンプ光の偏波状態がほとんど変化しない状況においては、初期的に一度偏波状態を調整すれば十分であり、動的な制御は必要はない。しかしながら、ジャンパケーブル長が長く、ＰＢＳ１６に入力するポンプ光の偏波状態が変化するような環境においては、動的な制御が必要となる。本実施の形態では、偏波状態の動的な制御を行っている。

図６は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。図６に示すように、本実施の形態にかかるポンプ光偏波制御部４０は、光再生された信号光を出力するＢＰＦ１９の出力を分波する光カプラ４１と、光カプラ４１から出力された光を分離するＰＢＳ４２と、偏波状態観測部４３と、制御信号生成部４４とを有している。なお、前述した図５においては、偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部３０のみが記載され、この図６においては、偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部４０のみが記載されている。実際には、光再生装置１０は、信号光偏波制御部３０およびポンプ光偏波制御部４０の双方を含んでいる。図５および図６は説明の便宜上、それぞれ一方を図示したものである。

ポンプ光偏波制御部４０は、光再生された偏波直交多重信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分のそれぞれの光強度を観測する。本実施の形態においては、光再生のためにパラメトリック増幅を用いるため、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分とも増幅されるが、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートに等しい光強度でポンプ光が出力されていない場合は、この増幅が均等に行わない。したがって、モニタ箇所である光カプラ４１においては、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分の光強度が異なる。そこで、ポンプ光偏波制御部４０は、光再生された偏波直交多重信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分の光強度が同一になるように、制御信号を生成して、偏波コントローラ１３に出力する。すなわち、この実施の形態においては、偏波状態観測部４３が、ＰＢＳ４２から出力されたＸ偏波成分の光強度とＹ偏波成分の光強度との差分値を算出する。制御信号生成部４４は、偏波状態観測部４３からの差分値に基づいて、当該差分値を目標値である「０」とするように偏波コントローラ１３に対する制御信号を生成して出力する。

本実施の形態のように、光再生された信号光（ＢＰＦ１９の出力光）をモニタする場合には、光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６と光サーキュレータ１５との間、および、光サーキュレータからＢＰＦ１９、光カプラ４１を経て、ＰＢＳ４２までの伝送路（符号６００参照）を、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成する必要がある。これは、モニタ箇所で、再生された偏波多重信号を再度、偏波分離して、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分の光強度を観測するため、モニタ用のＰＢＳ４２の軸と光再生ループ回路２０のＰＢＳ１６の軸を同一にする必要があるからである。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、ポンプ光発生回路１２が、信号光の波長λｓと異なる波長λｐの連続光（ＣＷ光）であるポンプ光を発生している。したがって、ここでは、光２Ｒ再生が実現されている。第２の実施の形態においては、ポンプ光としてクロック光を使用する。したがって、第２の実施の形態においては、光３Ｒ再生が実現される。なお、第２の実施の形態においては、クロック光を生成するために光信号処理を用いている。しかしながら、後述するような電気信号処理を用いてクロック光を生成することも可能である。

以下に詳細に説明するように、光信号処理を用いてクロック光を取得する場合には、モード同期レーザ（ＭＬＬＤ）の注入同期を用いてクロック信号を発生することが可能である。本実施の形態においては、信号光の波長と、クロック信号の波長が等しい。しかしながら、パラメトリック増幅を適用して光再生を行うためには、クロック光の波長と信号光の波長が異なることが必要である。そのため、なんからの形で、波長変換させることが必要である。本実施の形態においても、たとえば、四光波混合（ＦＷＭ）を用いた光信号処理による波長変換など必要な波長変換を行なっている。

図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図７において、図１に示す第１の実施の形態にかかる光再生装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。図７に示すように、第２の実施の形態にかかる光再生装置５０は、信号光を分波する光カプラ５１と、光カプラ５１からの信号光を入力して、クロック光であるポンプ光を発生するポンプ光発生回路５２を備えている。

図８は、第２の実施の形態にかかるポンプ光発生回路の詳細を示すブロックダイヤグラムである。図８に示すように、ポンプ光発生回路５２は、波長変換用光源６１、モード同期レーザ（ＭＬＬＤ）６２、波長変換用デバイス６３、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６４および遅延線６５を有している。ポンプ光発生回路５２においては、ＭＬＬＤ６２に、信号光を入射して、信号光に基づくポンプ光（クロック光）を生成する。ＭＬＬＤでは信号光のデータ変調と同期したクロック光が発生される。本実施の形態においては、このポンプ光の波長は信号光の波長と同一のλｓである。

また、波長変換用光源６１では、波長λｐの連続光（ＣＷ光）が出力される。ＭＬＬＤ６２からのポンプ光および波長変換用光源６１からの連続光は波長変換デバイス６３に与えられる。

波長変換用デバイス６３は、たとえば、高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）から構成され、四光波混合（ＦＷＭ）を用いた光信号処理による波長変換を実現する。これにより、ＭＬＬＤ６２からのポンプ光の波長λｓを、波長変換用光源６１からの波長λｐに変換する。これにより、波長変換用デバイス６３からは、波長λｐのクロック光が出力される。波長変化用デバイス６３から出力されたクロック光はＢＰＦ６４に与えられ、ＢＰＦ６４において波長λｐの光のみが取り出され、その後、遅延線６５を経て信号光とのタイミングが合わせられて、ポンプ光発生回路５２から出力される。ポンプ光発生回路５２から出力されたポンプ光（クロック光）は、偏波コントローラ１３を経て、光カプラ１４において信号光と合波される。

第２の実施の形態における光サーキュレータ１５、光再生ループ回路２０、ＢＰＦ１９、偏波コントローラ１１、および、偏波コントローラ１３の構成および機能は第１の実施の形態のものと同様である。

次に、本実施の形態にかかる光中継装置における構成要素の変形例について説明する。まず、光サーキュレータの機能を実現する他の構成例について説明する。第１の実施の形態および第２の実施の形態において用いられた光サーキュレータ１５は、各ポートから受け入れた光を所定の隣接する一方のポートから出力させている。光サーキュレータ１５の機能は光アイソレータおよび光カプラを用いても実現することができる。

図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図９において、第１の実施の形態および第２の実施の形態にかかる光再生装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、第３の実施の形態にかかる光再生装置では、第１の実施の形態と同様に、ポンプ光発生回路１２は連続光のポンプ光を出力するが、これに限定されるものではなく、第２の実施の形態のように、クロック光のポンプ光を出力しても良い。

図９に示すように、第３の実施の形態にかかる光再生装置７０は、光カプラ１４から出力された光を受け入れて、所定の方向に出力するとともに、光再生ループ回路２０から戻ってきた光を他の所定の方向に出力する光路決定部７１を備えている。光路決定部７１は、光アイソレータ７２および光カプラ７３を有する。光アイソレータ７３は、光カプラ１４と光カプラ７３との間に配置され、一方向の光、つまり、光カプラ１４から出力された光のみを、光アイソレータ７３に出力するように構成されている。その一方、光カプラ７３からの光は遮断されて光カプラ１４の側には出力されない。

２入力２出力の光カプラは、たとえば、２つの入力ポートに入射された光信号の光強度をａ、ｂとした場合、２つの出力ポートにそれぞれ（ａ＋ｂ）／２、（ａ＋ｂ）／２で光強度を出力する性質を有する。これを利用して、本実施の形態にかかる光アイソレータ７３は、上述したような光カプラ７３を１入力２出力として用いて、１つの入力ポートに光アイソレータ７２からの光を入射し、これを光再生ループ回路２０に出力する。その一方、光再生ループ回路２０から出力された光が光カプラ７３に与えられると、その１／２はＢＰＦ１９に出力され、残りの１／２が光アイソレータ７２の側に出力される。光アイソレータ７２では光カプラ７３からの光は遮断される。その一方、ＢＰＦ１９に出力された光は、ＢＰＦにおいて波長λｓの信号のみが取り出されて出力される。

次に、光再生ループ回路におけるＰＢＳの他の例について説明する。図３に示すように、第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、ＰＢＳ１６においては、偏波直交多重信号の入力信号の０°（水平）、９０°（垂直）の偏波状態が、２出力ポートで０°、９０°の偏波状態として出力されている。その一方、前述したように、ＰＢＳでは、偏波直交多重信号の入出力信号の０°、９０°の偏波状態が、２出力ポートのいずれも０°、若しくは９０°となる偏波状態として出力されるものも存在する。

上述したように一方の成分が９０°回転されて出力されるＰＢＳを適用する場合について説明する。図１０に示すように、光再生ループ１２０において、ＰＢＳ１１６の入力ポートでは、信号光は、実線で示す０°の偏波（Ｘ偏波）および破線で示す９０°の偏波（Ｙ偏波）とを含む（符号３００参照）。ＰＢＳ１１６からは、入力ポートにおけるＹ偏波成分に相当する、反時計回りに光再生ループを伝搬する光が出力される（符号１００１参照）。符号１００１に示すように、この光の偏波状態はＰＢＳ１１６により９０°回転される。また、ＰＢＳ１１６からは、入力ポートにおけるＸ偏波成分に相当する、時計回りに光再生ループを伝搬する光が出力される（符号１００２参照）。この光は回転されずにそのまま出力される。

光再生ループ回路１２０の光再生ループを構成するジャンパケーブル中、および、再生回路１８中で、伝搬する光（Ｘ偏波の光およびＹ偏波の光）の偏波状態が保持される場合を考える。たとえば、ジャンパケーブル、および、再生回路１８を構成する高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）が、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成された場合である。この場合には、０°（９０°）で入力された偏波は、０°（９０°）のまま伝搬する。ＰＢＳ１１６の２つの出力ポートの偏波の向きは同一であるため、ＰＢＳ１１６の一方で出力された信号はそのまま、他方のポートに直接入力することが可能である。すなわち、光再生ループにおける偏波調整は不要である。

その一方、光再生ループを構成するジャンパケーブルおよび再生回路１８が、ＰＭＦで構成されていない場合には、反時計回りに光再生ループを伝搬する光および時計回りに光再生ループを伝搬する光は、ともに任意の偏波状態となる。したがって、この場合には、図４を参照して説明したように、光再生ループ中に偏波調整回路１２１を配置する。偏波調整回路１２１は、たとえば、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上を備え、λ／２板およびλ／４板を所定の角度にすることで、偏波状態を適切に制御する。

次に、信号光偏波制御部の他の構成例について説明する。図１１は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。図１１に示すように、信号光偏波制御部８０は、光再生ループ回路２０の光再生ループにおいて、ＰＢＳ１６と偏波制御回路１７との間に配置された光カプラ８１と、光カプラ８１から分波された光から波長λｓの光をとりだす帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）８２と、偏波状態観測部８３と、制御信号生成部８４とを有している。

図１１に示す信号光偏波制御部８０においては、ＰＢＳ１６の出力ポートからの光が、光カプラ８１およびＢＰＦ８２を経て波長λｓの信号光が取り出され、取り出された波長λｓの信号光が偏波状態制御部８３に与えられる。偏波状態制御部８３および制御信号生成部８４は、図５に示す偏波状態制御部３３および制御信号生成部３４と同様に動作する。すなわち、偏波制御状態観測部８３は、光受信器および電力観測器を有し、電力の状態を示す信号を制御信号生成部８４に出力する。制御信号生成部８４は、電力の状態を示す信号を受信して、電力が減少するように偏波コントローラ１１に対して制御信号を出力する。偏波コントローラ１１は、制御信号にしたがって、λ／２板およびλ／４板の角度を回転させる。

なお、図１１に示す信号光偏波制御部８０を備えた光再生装置では、信号光のモニタ箇所が、光再生ループ中のＰＢＳ１６と偏波制御回路１７との間である。したがって、偏波コントローラ１１から光再生ループ回路２０の光カプラ８１の間に至るジャンパケーブルなどを偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成する必要がない。

次に、ポンプ光偏波制御部の他の構成例について説明する。図１２は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。図１２に示すように、ポンプ光偏波制御部９０は、光再生ループ回路２０の光再生ループにおいて、ＰＢＳ１６と偏波制御回路１７との間に配置された光カプラ９１と、光カプラ９１により分波された光から、波長λｐの光を取り出す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）９２と、光再生ループにおいて、ＰＢＳ１６と再生回路１８との間に配置された光カプラ９３と、光カプラ９３により分波された光から、波長λｐの光を取り出す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）９４と、偏波状態観測部９５と、制御信号生成部９６とを有している。

上記構成のポンプ光偏波制御部９０においては、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートから出力される光の光強度を観測し、両者の光強度が等しくなるように、偏波コントローラ１３を制御する。偏波状態観測部９５は、ＢＰＦ９２およびＢＰＦ９４からの光信号の光強度を測定して、その差分値を算出する。制御信号生成部９６は、偏波状態観測部９５からの差分値に基づいて、当該差分値を目標値である「０」とするように偏波コントローラ１３に対する制御信号を生成して出力する。

なお、図１２に示すポンプ光偏波制御部９０を備えた光再生装置では、ポンプ光のモニタ箇所が、光再生ループ中である。したがって、偏波コントローラ１３から光再生ループ回路２０の光カプラ９１、９３の間に至るジャンパケーブルなどを偏波保持ファイバで構成する必要がない。

次に、第２の実施の形態にかかるポンプ光発生回路の他の構成例について説明する。図８に示すポンプ光発生回路では、光信号処理によりクロック光であるポンプ光を発生しているが、図１３に示す他の構成例では、電気信号処理によりクロック光であるポンプ光を発生している。図１３に示すように、ポンプ光発生回路５２は、光レシーバ１３１、クロックリカバリー回路１３２、モード同期レーザ（ＭＬＬＤ）１３３および遅延線１３４を有している。図１３のポンプ光発生回路５２では、光レシーバ１３１の出力からＭＬＬＤ１３３の入力に至るまでの信号ライン（符号１３５）が電気信号の信号ラインとなる。

図１３に示すポンプ光発生回路５２においては、光レシーバ１３１が、信号光を光電変換して電気信号を得る。次いで、クロックリカバリー回路１３２が、信号光のデータ変調と同期したクロック信号を得る。電気信号によるクロック信号でＭＬＬＤ１３３を駆動することでクロック光であるポンプ光を得ることができる。得られたポンプ光は、遅延線１３４を経て信号光とのタイミングが合わせられて、ポンプ光発生回路５２から出力される。ポンプ光発生回路５２から出力されたポンプ光（クロック光）は、偏波コントローラ１３を経て、光カプラ１４において信号光と合波される。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態においては、ポンプ光発生回路５２は、光再生装置に入力された信号光、つまり光再生される前の信号光に基づいてクロック光であるポンプ光を発生している。第４の実施の形態にかかる光再生装置において、ポンプ光発生回路５２は、光再生された後の信号光に基づいてポンプ光を発生している。

図１４は、本発明の第４の実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１４において、図７に示す第２の実施の形態にかかる光再生装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１４に示すように、第４の実施の形態にかかる光再生装置１４０は、ＢＰＦ１９から出力された、再生された信号光を分波する光カプラ１４１を備え、光カプラ１４１から出力された信号光が、ポンプ光発生回路５２に入射される。ポンプ光発生回路５２は、図８に示すものであっても良いし、図１３に示すものであっても良い。

図１５は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる光再生システムを適用した例を示すブロックダイヤグラムである。この例では、偏波多重伝送システムの所定の中継箇所に、本実施の形態にかかる光再生装置を含む中継装置を配置し、伝送品質の劣化した光信号を再生し、伝送距離の延長をはかっている。図１５の例では、送信装置１５００の送信器ＴＸからの光信号が偏波多重デバイスにおいて偏波多重化されて伝送路１５０１に送出される。伝送路１５０１に配置された中継装置１５０２は、光再生装置１０を有し、伝送品質の劣化した光信号を再生して、再度伝送路に出力する。受信機１５０３においては、偏波分離デバイスによって、信号光を分離し、それぞれの信号光を受信器ＲＸにより受信する。

特に、従来の単一方向の偏波を用いた伝送から、大容量伝送のために、送信器および受信器を変更することで、偏波多重伝送に拡張可能である。しかしながら、その際に、偏波多重伝送では、偏波クロストークの影響により、伝送可能距離が短くなる可能性がある。これに対応するために、本実施の形態にかかる光再生装置を含む中継装置を配置することで、短くなる伝送距離を補償し、従来と同じ位置に、送受信システムを設置可能となる。

また、本実施の形態にかかる光再生装置は、ＷＤＭ信号に対しても適用可能である。ただし、本実施の形態にかかる光再生装置は、単一の波長に対してのみ、光再生が可能であるため、ＷＤＭのような複数波の信号に対して、直接適用することは不可能である。したがって、図１６に示すように、中継装置１６０１においては、信号処理の前に、波長多重分離し、それぞれの波長に対する光再生装置が、対応する波長の信号光を再生する。このような構成により、ＷＤＭ信号に対しても、本実施の形態にかかる光再生装置を適用することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

たとえば、本発明にかかる光再生装置は、位相変調信号に対しても適用が可能である。一般的な光再生手法においては、振幅はノイズ低減効果があるものの、位相情報については、劣化する特性がある。その一方、本実施の形態においては、光再生にパラメトリック増幅を用いており、振幅についてノイズ低減効果があり、かつ、位相情報についても劣化なく保持できる。このため、位相変調信号に対して、適用可能である。

特に、近年では、偏波多重信号と４相の位相変調方式（ＤＱＰＳＫ変調）を用いて、高周波数利用効率で長距離大容量伝送を実現した報告が多く見られることから、本方式の適用が期待される。

また、偏波多重信号については、インターリーブタイプ、および、ノンインターリーブタイプの２種類が知られている。本発明にかかる光再生装置は、いずれのタイプの偏波多重信号に対しても適用可能である。ノンインターリーブタイプについては、Ｘ偏波とＹ偏波のビットの位置が一致している。その一方、インターリーブタイプは、Ｘ偏波とＹ偏波のビットの位置が一致しておらず、半ビット分ずらす方式である。この場合、偏波状態観測および制御信号生成に干渉検出法を用いることができない。したがって、ノンインターリーブの場合には、電気信号のクロック成分の電力をモニタすることで、制御することが可能である。

また、第２の実施の形態においては、信号光の波長とクロック信号の波長とが等しい。しかしながら、これに限定されず、ＭＬＬＤの注入同期を用いて信号を取得する際に、信号光の波長とクロック信号の波長は同一でなくても実現可能である。図１７は、ポンプ光発生回路の他の例を示す図である。図１７に示すように、この例では、ポンプ光発生回路５２は、ＭＬＬＤ６２および遅延線６５を有する。図１７に示すポンプ光発生回路５２において、信号光とクロック光の波長が同一でなく、クロック光がポンプ光として所望の波長である場合には、波長変換は不要となる。なお、波長が同一でないが、ポンプ光として所望の波長でない場合、若しくは、図８に示すように同一波長の時は、波長変換が必要となる。

図１は、本発明の第１の本実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。 図２（ａ）は、信号光とポンプ光の波長の例を示す図、図２（ｂ）は、ＰＢＳ１６の入力ポート１０１における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図、図２（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、ＰＢＳ１６の出力ポート１０２、１０３における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図である。 図３は、本実施の形態における光の偏波状態の例を説明する図である。 図４は、本実施の形態における光の偏波状態の他の例を説明する図である。 図５は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。 図６は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。 図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。 図８は、第２の実施の形態にかかるポンプ光発生回路の詳細を示すブロックダイヤグラムである。 図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。 図１０は、本実施の形態における光の偏波状態のさらに他の例を説明する図である。 図１１は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。 図１２は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。 図１３は、第２の実施の形態にかかるポンプ光発生回路の他の構成例を示すブロックダイヤグラムである。 図１４は、本発明の第４の実施の形態にかかる光再生装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。 図１５は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる光再生システムを適用した例を示すブロックダイヤグラムである。 図１６は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる光再生システムを適用した他の例を示すブロックダイヤグラムである。 図１７は、ポンプ光発生回路の他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 光再生装置
１１ 偏波コントローラ
１２ ポンプ光発生回路
１３ 偏波コントローラ
１４ 光カプラ
１５ 光サーキュレータ
１６ ＰＢＳ
１７ 偏波調整回路
１８ 再生回路
１９ ＢＰＦ
２０ 光ループ再生回路

Claims (12)

1. 伝送路を伝搬した、偏波多重伝送による、直交する偏波状態の２つの光信号が多重された、偏波直交多重信号の信号光を受け入れ、当該信号光を再生して出力する光再生装置であって、
   前記信号光の波長λｓと異なる波長λｐのポンプ光を発生するポンプ光発生手段と、
   前記信号光の偏波状態を制御する第１の偏波制御手段と、
   前記ポンプ光の偏波状態を制御する第２の偏波制御手段と、
   前記第１の偏波制御手段から出力された信号光と、前記第２の偏波制御手段から出力されたポンプ光とを合波する合波手段と、
   前記合波手段からの合成光を入力ポートに受け入れて、前記合成光から、第１の偏波成分と、当該第１の偏波成分と直交する第２の偏波成分とを、２つの出力ポートに出力する偏光ビームスプリッタ、前記２つの出力ポートの間をループ状に接続した伝送路である光再生ループ、並びに、前記光再生ループ上に配置され、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分を、パラメトリック増幅する再生手段を有する光再生ループ手段と、
   前記光再生ループ手段の前記光再生ループ中を伝搬し、前記偏光ビームスプリッタにおいて、再度合波されて前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから出力された、再生された合成光を受け入れ、前記信号光の波長λｓの光を通過させる帯域通過フィルタ手段と、
   少なくとも３つのポートを有し、それぞれのポートが前記合波手段、前記光再生ループ手段、および、前記帯域通過フィルタ手段と接続され、前記合波手段からの合成光を前記光再生ループ手段に出力し、前記光再生ループ手段からの再生された合成光を前記帯域通過フィルタ手段に出力する光経路決定手段と、を備えたことを特徴とする光再生装置。
2. 前記第１の偏波制御手段が、前記信号光の偏波状態を、前記偏波直交多重信号の前記第１の偏波成分が、前記偏光ビームスプリッタにおける第１の軸に対して直線偏光となるよう制御するとともに、
   前記第２の偏波制御手段が、前記ポンプ光の偏波状態を、前記ポンプ光を含む合成光が前記偏光ビームスプリッタに入力されるときに、当該偏光ビームスプリッタにおける前期第１の軸に対して４５度の直線偏光となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の光再生装置。
3. 前記光再生ループ手段が、前記光再生ループ上に配置され、第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を調整する偏波調整手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光再生装置。
4. 前記偏光ビームスプリッタが、前記入力される合成光の偏波状態が維持されて、前記２つの出力ポートから、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分が出力されるように構成され、
   前記光再生ループを構成するジャンパケーブル、および、前記再生手段が、その偏波状態を保持するように構成され、かつ、
   前記偏波調整手段が、受け入れた第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれの偏波状態を９０°回転させるように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の光再生装置。
5. 前記第１の偏波成分が前記偏光ビームスプリッタの第１の出力ポートから出力されて、前記光再生ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、前記第２の偏波成分が第２の出力ポートから出力されて、前記光再生ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、
   前記偏波調整手段が、
   前記第１の偏波成分が、前記第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第２のポートから出力されたときの、第２の偏波成分の偏波状態と同一となり、かつ、
   前記第２の偏波成分が、前記第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第１のポートから出力されたときの、第１の偏波成分の偏波状態と同一となるように、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を制御することを特徴とする請求項３に記載の光再生装置。
6. 前記偏光ビームスプリッタが、何れか一方の偏波成分の偏波状態のみを９０°回転して出力されるように構成され、かつ、
   前記光再生ループを構成するジャンパケーブル、および、前記再生手段が、偏波を保持するように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光再生装置。
7. 前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
   前記第１の偏波制御手段と前記合波手段との間に配置された第１の分波手段と、
   前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備え、
   前記第１の偏波制御手段の出力ポートから、前記第１の分波手段、前記合波手段、前記光経路決定手段を経て、前記光再生ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートに至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の光再生装置。
8. 前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
   前記光再生ループ手段において、前記偏光ビームスプリッタの一方の出力ポートからの光再生ループ上に配置された第１の分波手段と、
   前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の光再生装置。
9. 前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
   前記帯域通過フィルタ手段の出力ポートからの光伝送路上に配置された第２の分波手段と、
   前記第２の分波手段により分波された、再生された信号光を受け入れて、前記信号光のそれぞれの偏波成分を取得する偏波取得手段と、前記偏波取得手段により取得された偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備え、
   前記光再生ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから、前記光経路決定手段、前記帯域通過フィルタ手段、および、前記第２の分波手段を経て、前記偏波取得手段に至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし８の何れか一項に記載の光再生装置。
10. 前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
    前記光再生ループの前記偏光ビームスプリッタの２つの出力ポートからの光再生ループ上に、それぞれ配置された第２の分波手段および第３の分波手段と、
    前記第２の分波手段および第３の分波手段により分波された、偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし８の何れか一項に記載の光再生装置。
11. 前記ポンプ光発生手段が、前記波長λｐの連続光を発生することを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一項に記載の光再生装置。
12. 前記ポンプ光発生手段が、信号光を受け入れ、前記信号光のデータ変調と同期したクロック光であるポンプ光を発生することを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一項に記載の光再生装置。

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