JP3556657B2 - Application of phase conjugate optics to optical systems - Google Patents

Description

【００１８】
特に、４光波混合における信号光、励起光及びアイドラ光の周波数配置を図２に示す。Ωは信号光と励起光の離調周波数である。周波数軸上において、信号光及びアイドラ光は励起光を中心として対称の位置にあることがわかる。
【００１９】
図１の原理における非線形光学効果の相互作用長をＬとすれば、生成方程式は以下のように与えられる。
【００２０】
【数２】

【００２１】
となる。ｎ及びχ^（３）はそれぞれ非線形媒質ＮＯＭの屈折率及び３次の非線形光学定数を表す。また、＜χ^（３）＞は非線形光学定数χ^（３）の非線形媒質ＮＯＭにおける偏波状態についての平均を表す。（３）， （４）式より、信号光及びアイドラ光に対する利得Ｇ_Ｓ及びＧ_Ｉは、
【００２２】
【数３】

【００２３】
で与えられることがわかる。通常、ω_Ｉ／ω_Ｓ≒１であるから、非線形光学効果による位相共役光の発生においては、信号の増幅が実現されることがわかる。また、この場合における利得は、励起光の強度に依存するので、本発明の位相共役光発生装置において光変調を行って、位相共役光発生装置から出力される光に新たな情報を載せることができる。
【００２４】
図１の原理に基づいて発生する出力アイドラ光Ｅ_Ｉ′は入力信号光Ｅ_Ｓに対する位相共役光になっている。このことは、（３）， （４）式において、入力アイドラ光がない場合（Ｅ_Ｉ＝０）を考えてみれば明らかである（Ｅ_Ｉ′はＥ_Ｓの複素共役に相当）。
【００２５】
次に、この位相共役光の大きな特徴である時間反転の性質について説明する。いま、＋ｚ方向に進行する入力プローブ光（変調されていない入力信号光に相当）が平面波として次の式で表されるものとする。
【００２６】
【数４】

【００２７】
ここで、Ａ_Ｓ（ｒ）は電場の複素振幅、ｒは空間座標ベクトル、ω_Ｓはプローブ光の周波数、ｔは時間、ｋ_Ｓは波数ベクトルを表し、ｃ．ｃ．はその直前の項の複素共役をとることを意味する。但し、波数ベクトルの大きさｋ_Ｓは、光路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃとすると、ｋ_Ｓ＝ω_Ｓｎ／ｃで与えられる。このとき、（９） 式で表される光の位相共役光は、次の（１０）， （１１）式で表される。
【００２８】
【数５】

【００２９】
ここで、（１０）式は＋ｚ方向の進行波である透過型位相共役光を表し、（１１）式は−ｚ方向の進行波である反射型位相共役光を表す。（９），（１１）式より
明らかなように、反射型位相共役光については、
【００３０】
【数６】

【００３１】
が成り立ち、位相共役光が時間反転の性質を持つことがわかる。また、（９），（１０）式から、透過型位相共役光については、横方向の空間座標成分について時間反転の性質を持つことがわかる。この時間反転の性質を用いることによって、光伝送路で受ける線形の位相歪み（例えば波長分散の影響）や偏波変動等の位相揺らぎを補償可能である。
【００３２】
図３は本発明の位相共役光発生装置の基本構成を示すブロック図である。１は非線形光学媒質、２は励起光源、３は信号光入力ポート、４は信号光／励起光供給手段、５は信号光出力ポート、６は位相共役光出力ポート、７は信号光／位相共役光抽出手段をそれぞれ表している。
【００３３】
励起光源２は励起光を出力する。信号光／励起光供給手段４は、信号光入力ポート３に供給された入力信号光を励起光源２からの励起光とともに非線形光学媒質１に供給する。信号光／位相共役光抽出手段７は、非線形光学媒質１に供給された入力信号光と励起光との相互作用により発生した出力信号光及び位相共役光を抽出してそれぞれ信号光出力ポート５及び位相共役光出力ポート６から出力する。
【００３４】
この構成によると、信号光と励起光を非線形光学媒質１に入射させて位相共役光を発生させることができる。また、発生した位相共役光を位相共役光出力ポート６から取り出すことができるので、この装置を種々の光システムに適用可能である。
【００３５】
図４は本発明の第１実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。この実施例では、図３の信号光／励起光供給手段４は、少なくとも３つのポートを有する光カプラ１１を含む。光カプラ１１はポート１１Ａ，１１Ｂ及び１１Ｃを有し、ポート１１Ａ及び１１Ｂに供給された光をポート１１Ｃから出力するように機能する。光カプラ１１のポート１１Ａは信号光入力ポート３に接続され、ポート１１Ｂは励起光源２に接続され、ポート１１Ｃは非線形光学媒質１の第１端に接続される。尚、本願明細書において「接続」という語は、動作的な接続を意味し、光学的に直接接続される場合を含み、さらに、光フィルタ、光アイソレータ及び光増幅器等の光デバイスを介して接続される場合を含む。光カプラ１１としては、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、偏光ビームスプリッタ、光合波器等を使用可能である。また、非線形光学媒質１としては、光ファイバ、半導体レーザ、半導体光増幅器、その他２次又は３次の非線形光学効果を呈する光学結晶等を採用可能である。
【００３６】
この実施例のように光カプラ１１を用いて信号光及び励起光を非線形光学媒質１に供給すると、信号光及び励起光は非線形光学媒質１の第１端から同一光路で非線形光学媒質１に入射するので、非線形光学媒質１内においては信号光及び励起光が同一方向に伝搬し、例えば非線形光学媒質１が３次の非線形光学効果を呈する場合に、片方向励起型の４光波混合を生じさせて、位相共役光を非線形光学媒質１の第２端から取り出すことができる。
【００３７】
励起光源２から供給される励起光の強度が十分に高い場合、前述したように、非線形光学媒質１においては利得が生じ、増幅された信号光及び位相共役光が非線形光学媒質１から出力される。これら信号光及び位相共役光を分離して取り出すために、この実施例では、図３の信号光／位相共役光抽出手段７は、光デバイダ１２と光フィルタ１３及び１４とを含む。光デバイダ１２はポート１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃを有し、ポート１２Ａに供給された光を２分岐してそれぞれポート１２Ｂ及び１２Ｃから出力するように機能する。光デバイダ１２のポート１２Ａは非線形光学媒質１の第２端に接続される。光デバイダ１２としては、例えば、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、偏光ビームスプリッタ、光分波器等が使用される。光フィルタ１３は光デバイダ１２のポート１２Ｂと信号光出力ポート５の間の光路に挿入され、その通過帯域は出力信号光の周波数を包含する。光フィルタ１４は光デバイダ１２のポート１２Ｃと位相共役光出力ポート６の間の光路に挿入され、その通過帯域は位相共役光の周波数を包含する。
【００３８】
励起光の周波数と信号光の周波数を僅かに異ならせて非線形光学媒質１において非縮退型の４光波混合を生じさせる場合には、このようにして出力信号光及び位相共役光を光学的に分離することができる。励起光源２として例えばレーザダイオードが用いられている場合、その駆動電流に情報信号を重畳して励起光の振幅変調又は強度変調を行うことによって、非線形光学媒質１における利得を変調して、その結果変調された出力信号光及び位相共役光を得ることができる。
【００３９】
図５は本発明の第２及び第３実施例を説明するための位相共役光発生装置の主要部のブロック図である。これらの実施例は、周波数が等しい２つの励起光をそれぞれ非線形光学媒質１に互いに逆向きに入射させ、双方向励起型の４光波混合を生じさせている点で特徴付けられる。図３の励起光源２に対応して２つの励起光源２１及び２２が設けられている。励起光源２１及び２２からの励起光を非線形光学媒質１にそれぞれ互いに逆向きで入射させるために、図３の信号光／励起光供給手段４は、２つの光カプラ２３及び２４を含む。光カプラ２３はポート２３Ａ，２３Ｂ及び２３Ｃを有し、ポート２３Ａ及び２３Ｂに供給された光をポート２３Ｃから出力し、ポート２３Ｃに供給された光をポート２３Ａから出力するように機能する。光カプラ２３のポート２３Ｂは励起光源２１に接続され、ポート２３Ｃは非線形光学媒質１の第１端に接続される。光カプラ２４はポート２４Ａ，２４Ｂ及び２４Ｃを有し、ポート２４Ａに供給された光をポート２４Ｃから出力し、ポート２４Ｂに供給された光をポート２４Ａから出力するように機能する。光カプラ２４のポート２４Ａは非線形光学媒質１の第２端に接続され、ポート２４Ｂは励起光源２２に接続される。図示された例では、独立した２つの励起光源２１及び２２を用いているが、出力強度が高い１つの励起光源からの励起光を２分岐してそれぞれ光カプラ２３のポート２３Ｂと光カプラ２４のポート２４Ｂに供給するようにしてもよい。この場合、２つの励起光の周波数を一致させるための制御が不要になる。
【００４０】
図６は本発明の第２実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。この実施例は、図５の主要部の非線形光学媒質１において双方向励起型の４光波混合により後方向に発生した位相共役光を取り出すのに適している。非線形光学媒質１内を伝搬する信号光と逆向きに発生した位相共役光を取り出すために、この実施例では、図３の信号光／位相共役光抽出手段７は、光デバイダ３１と光フィルタ３２及び３３とを含む。光デバイダ３１はポート３１Ａ，３１Ｂ及び３１Ｃを有し、ポート３１Ａに供給された光をポート３１Ｃから出力し、ポート３１Ｃに供給された光をポート３１Ｂから出力するように機能する。光フィルタ３２は光カプラ２４のポート２４Ｃと信号光出力ポート５の間の光路に挿入され、その通過帯域は出力信号光の周波数を包含する。光フィルタ３３は光デバイダ３１のポート３１Ｂと位相共役光出力ポート６の間の光路に挿入され、その通過帯域は位相共役光の周波数を包含する。
【００４１】
図７は本発明の第３実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。この実施例は、図５の主要部の非線形光学媒質１において双方向励起型の４光波混合により前方向及び後方向にそれぞれ発生した位相共役光を取り出すのに適している。前方向及び後方向にそれぞれ発生した位相共役光を取り出すために、この実施例では、図３の位相共役光出力ポート６に対応して位相共役光出力ポート６Ａ及び６Ｂが設けられており、信号光／位相共役光抽出手段７は、光デバイダ３１及び４１と光フィルタ３３，４２及び４３とを含む。光デバイダ３１及び光フィルタ３３は、図６の第２実施例におけるのと同じように後方向に発生した位相共役光を抽出するためのもので、光フィルタ３３には位相共役光出力ポート６Ｂが接続される。光デバイダ４１と光フィルタ４２及び４３は前方向に発生した位相共役光を取り出すためのものである。光デバイダ４１はポート４１Ａ，４１Ｂ及び４１Ｃを有し、ポート４１Ａに供給された光を２分岐してそれぞれポート４１Ｂ及び４１Ｃから出力する。光デバイダ４１のポート４１Ａは光カプラ２４のポート２４Ｃに接続される。光フィルタ４２は光デバイダ４１のポート４１Ｂと信号光出力ポート５の間の光路に挿入され、その通過帯域は出力信号光の周波数を包含する。光フィルタ４３は光デバイダ４１のポート４１Ｃと位相共役光出力ポート６Ａの間の光路に挿入され、その通過帯域は位相共役光の周波数を包含する。
【００４２】
図８は本発明の第４実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。この実施例は、図３の基本構成に対比して、入力データに基づき励起光を変調する変調手段５１をさらに備えている点で特徴付けられる。変調手段５１が励起光の強度又は振幅を変調する場合、それに伴って非線形光学媒質１における利得が変化するので、信号光出力ポート５から出力される信号光と位相共役光出力ポート６から出力される位相共役光の双方について変調を行うことができる。また、変調手段５１が励起光の周波数を変調する場合には、信号光の周波数と励起光の周波数の差が励起光の周波数と位相共役光の周波数の差に等しいという関係から、位相共役光についての周波数変調が可能になる。尚、変調手段５１が励起光の強度を変調する場合には、変調度を小さくして変調成分を出力信号光及び／又は位相共役光に重畳するようにしても良いし、変調度を大きくして、位相共役光をオン・オフ変調するようにしてもよい。変調手段５１を図６の第２実施例又は図７の第３実施例に適用して励起光源の強度変調を行う場合には、変調手段５１により励起光源２１及び２２のいずれか一方から出力される励起光が変調されるようにすればよい。尚、以上の位相共役光発生装置の実施例では、必要に応じて励起光、出力信号光、位相共役光について光増幅を行うようにしても良い。
【００４３】
図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃは本発明の第５実施例を示す中継光伝送システムのブロック図である。これらのシステムは、それぞれ、送信局６１と、受信局６２と、送信局６１及び受信局６２間に敷設された光伝送路６３と、光伝送路６３の途中に挿入された中継局６４とを備えている。
【００４４】
図９Ａに示された例では、中継局６４は位相共役光発生装置６５を含み、この位相共役光発生装置６５は、送信局６１から光伝送路６３を介して信号光入力ポート３に供給された光を入力信号光として受け、この入力信号光に基づいて発生した位相共役光を、位相共役光出力ポート６から光伝送路６３を介して受信局６２に向けて送出する。位相共役光発生装置６５は例えば図３に示された基本構成を有する。この構成によると、光伝送路６３の途中に位相共役光発生装置６５を設けているので、光伝送路６３において生じた波長分散等を補償することができ、長距離の光伝送が可能になる。また、位相共役光発生装置６５で位相共役光に対する利得が生じるようにしておくことによって、光伝送路６３で減衰した信号光強度を補償することができる。
【００４５】
図９Ｂに示された例では、中継局６４は、位相共役光発生装置６５に加えて、入力データに基づき励起光を変調する変調手段６６をさらに含む。この入力データは例えば中継局６４の監視データを含む。この構成によると、監視データ等の中継局６４に固有の情報を受信局６２に伝送することができる。尚、位相共役光発生装置６５の信号光出力ポート５からの出力信号光が受信局６２に伝送されるようにし、位相共役光出力ポート６から出力された変調された位相共役光が送信局６１に伝送されるように構成を変更しても良い。
【００４６】
図９Ｃに示された例では、送信局６１が送出する光は伝送データにより変調されており、中継局６４は、位相共役光発生装置６５に加えて、復調手段６７を含む。復調手段６７は、位相共役光発生装置６５の信号光出力ポート５から出力される出力信号光を受け、送信局６１における伝送データに対応した復調データを再生する。送信局６１における変調方式は、例えば、コヒーレントな光若しくはコヒーレントでない光に対する強度変調又はコヒーレントな光に対する振幅変調若しくは角度変調である。受信局６２における検波方式としては、送信局６１における変調方式が強度変調である場合には、フォトダイオード等の受光器を用いた直接検波が適しており、送信局６１における変調方式がコヒーレント光に対する振幅変調又は角度変調である場合には、フォトダイオード等の受光器の受光面上に受信光とローカル光とを同一光路で入射させるようにしたヘテロダイン検波又はホモダイン検波が適している。この構成によると、送信局６１から受信局６２に伝送される伝送データを中継局６４でモニタすることができる。
【００４７】
図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃのシステムは周波数分割多重伝送にも適用可能である。この場合、中継局６４は各周波数毎の励起光源を有していることが望ましいが、周波数分割多重間隔が密である場合には、１つの励起光源を用いて全てのチャネルの位相共役光を発生させることもできる。
【００４８】
図１０は本発明の第６実施例を示す中継光伝送システムのブロック図である。この実施例は、図９Ａ，図９Ｂ又は図９Ｃに示されたシステムと対比して、送信局６１と受信局６２の間にＮ台（Ｎは１より大きい自然数）の中継局６４（＃１〜＃Ｎ）が挿入されている点で特徴付けられる。送信局６１の側から数えて１番目の中継局６４（＃１）が有する位相共役光発生装置６５の信号光入力ポート３は送信局６１に接続される。また、中継局６４（＃１〜＃Ｎ）のうち送信局６１の側から数えてｎ番目（ｎは１よりも大きく且つ（Ｎ＋１）よりも小さい自然数）の中継局が有する位相共役光発生装置６５の信号光入力ポート３は、（ｎ−１）番目の中継局が有する位相共役光発生装置６５の位相共役光出力ポート６に接続される。さらに、受信局６２の側から数えて１番目の中継局６４（＃Ｎ）が有する位相共役光発生装置６５の位相共役光出力ポート６は受信局６２に接続される。この実施例によると、図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃのいずれかの実施例に比べてさらに長距離の光伝送が可能になる。
【００４９】
図１１は本発明の第７実施例を示す双方向中継光伝送システムのブロック図である。このシステムは、光送信機７１及び光受信機７２を有する送受信局７３と、光送信機７４及び光受信機７５を有するもう一つの送受信局７６と、送受信局７３及び７６間に敷設された上り光伝送路７７及び下り光伝送路７８と、上り及び下り光伝送路７７及び７８の途中に挿入された中継局７９とを備えている。中継局７９は、双方向伝送に適用するように変更を加えられた位相共役光発生装置６５′を含む。位相共役光発生装置６５′は、第１及び第２の励起光をそれぞれ出力する図示しない第１及び第２の励起光源を有しており、発生した位相共役光は位相共役光出力ポート６Ａ及び６Ｂから出力する。
【００５０】
図１２は図１１のシステムにおける各光の周波数配置の説明図である。ω_Ｐ１は第１の励起光、ω_Ｓ１は光送信機７１から上り光伝送路７７を介して位相共役光発生装置６５′の信号光入力ポート３に供給される第１の信号光、ω_Ｉ１は第１の励起光と第１の信号光に基づき位相共役光発生装置６５′において発生する第１の位相共役光、ω_Ｐ２は第２の励起光、ω_Ｓ２は光送信機７４から下り光伝送路７８を介して位相共役光発生装置６５′の信号光出力ポート５に供給される第２の信号光、ω_Ｉ２は第２の励起光と第２の信号光に基づき位相共役光発生装置６５′において発生する第２の位相共役光の周波数をそれぞれ表している。第１の励起光と第２の励起光は例えば互いに異なる周波数を有しており、第１及び第２の信号光の周波数はそれぞれ第１及び第２の励起光の周波数と僅かに異なるように設定される。第１及び第２の位相共役光は、それぞれ、第１及び第２の励起光を中心として第１及び第２の信号光に対して対称の周波数軸上の位置に出現する。尚、第１及び第２の信号光が、これらが混信しない程度にわずかに異なる周波数を有している場合には、第１及び第２の信号光が利得帯域に入るような単一周波数（帯域）の第１及び第２の励起光を用いてもよい。
【００５１】
位相共役光発生装置６５′は、信号光入力ポート３に供給された第１の信号光と第１の励起光に基づき第１の位相共役光を発生し、この第１の位相共役光は、位相共役光出力ポート６Ａから上り光伝送路７７を介して光受信機７５に伝送される。また、位相共役光発生装置６５′は、光送信機７４から信号光出力ポート５に供給された第２の信号光と第２の励起光に基づいて第２の位相共役光を発生させ、この第２の位相共役光は位相共役光出力ポート６Ｂから下り光伝送路７８を介して光受信機７２に伝送される。尚、位相共役光発生装置６５′は、図７の第３実施例に準じて構成することができる。図７の第３実施例では、信号光出力ポート５は出力信号光を送出するためのものであるが、図１１の第７実施例では、この信号光出力ポート５を下り方向のための入力ポートとして用いている。また、図９Ａ〜図９Ｃの第５実施例に周波数分割多重を適用可能であるのと同様に、図１１の第７実施例にも周波数分割多重を適用可能である。
【００５２】
図１３は本発明の第８実施例を示す双方向中継光伝送システムのブロック図である。この実施例は、図１１の第７実施例と対比して、送受信局７３及び７６間にＮ台（Ｎは１より大きい自然数）の中継局７９（＃１〜＃Ｎ）を設けている点で特徴付けられる。各中継局７９（＃１〜＃Ｎ）はそれぞれ図１１の位相共役光発生装置６５′を有している。送受信局７３の側から数えて１番目の中継局７９（＃１）が有する位相共役光発生装置６５′の信号光入力ポート３及び位相共役光出力ポート６Ｂは、それぞれ光送信機７１及び光受信機７２に接続される。また、中継局７９（＃１〜＃Ｎ）のうち送受信局７３の側から数えてｎ番目
（ｎは１より大きく且つ（Ｎ＋１）より小さい自然数）の中継局が有する位相共役光発生装置６５′の信号光入力ポート３及び位相共役光出力ポート６Ｂは、（ｎ−１）番目の中継局が有する位相共役光発生装置６５′のそれぞれ位相共役光出力ポート６Ａ及び信号光出力ポート５に接続される。さらに、送受信局７６の側から数えて１番目の中継局７９（＃Ｎ）が有する位相共役光発生装置６５′の信号光出力ポート５及び位相共役光出力ポート６Ａはそれぞれ光送信機７４及び光受信機７５に接続される。この実施例において、各位相共役光発生装置６５′における第１の励起光を同一周波数にし、各位相共役光発生装置６５′における第２の励起光を同一周波数にするためには、信号光と位相共役光の周波数配置関係を交互に逆転させれば良い。例えば、中継局７９（＃１）が有する位相共役光発生装置６５′における周波数配置が図２のように設定されている場合には、中継局７９（＃２）が有する位相共役光発生装置６５′における周波数配置が、ω_Ｓ＝ω_Ｐ−Ω，ω_Ｉ＝ω_Ｐ＋Ωとなるようにすれば良い。
【００５３】
図１４は本発明の第９実施例を示す光分配システムのブロック図である。このシステムは位相共役光発生装置６５を複数備えており、これら複数の位相共役光発生装置６５のうちの上位のものの信号光出力ポート５及び位相共役光出力ポート６はそれぞれすぐ下位のものの信号光入力ポート３に接続される。この実施例においては、位相共役光発生装置６５を１台通過する毎のＳＮ比の劣化は最小で３ｄＢ（量子雑音の付加）で済む。一方、従来の光分配システムにおいては、一つの光分配部が少なくとも１台の１：１光カプラと光増幅器とを有しているので、分配による損失を０ｄＢに抑えるためには、一つの光分配部で最小でも６ｄＢのＳＮ比の劣化があった。従って、この実施例によると、極めて低雑音で且つ分配による損失のない光分配が可能になる。尚、位相共役光発生装置６５のポート５及び６からそれぞれ出力される信号光及び位相共役光に対する利得は、（７）， （８）式に示されたように互いに異なるが、Ｇ≫１，ω_Ｉ／ω_Ｓ≒１の条件の下で位相共役光発生装置６５を動作させることによって、この利得差を無視することができる。
【００５４】
図１５は本発明の第１０実施例を示す光スイッチングシステムのブロック図である。この実施例は、図３の基本構成に対比して、励起光源２をオン・オフするスイッチング手段８１をさらに備えている点で特徴付けられる。励起光源２のオン状態においては、非線形光学媒質１において位相共役光が発生するように励起光の強度が制御され、励起光源２のオフ状態においては、非線形光学媒質１で位相共役光が発生しないように励起光の強度が制御される。この実施例によると、スイッチング手段８１の動作により位相共役光が発生する状態と発生しない状態とを択一的に切り換えることが可能になる。
【００５５】
図１６は本発明の第１１実施例を示す光選択システムのブロック図である。この実施例は、図３の基本構成に対比して、励起光源２から出力される励起光の周波数を掃引する掃引手段９１をさらに備えている点と、信号光入力ポート３に周波数分割多重された複数の信号光が供給される点とで特徴付けられる。周波数分割多重された複数の信号光を供給するために、この実施例では、周波数が互いに異なる信号光を出力する複数の光源９２（＃１，＃２，…）が用いられており、これらの光源９２（＃１，＃２，…）からの信号光はマルチプレクサ等の多重化手段９３で多重化されて信号光入力ポート３に供給される。この実施例において、励起光の周波数を掃引手段９１により変化させると、それに伴って、位相共役光を発生する利得帯域も周波数軸上で掃引される。従って、複数の信号光のうち利得帯域にある信号光を択一的に選択して、その信号光に対応する位相共役光を発生させることができるので、周波数分割多重システムにおけるチャネル選択を容易に行うことができる。
【００５６】
図１７は本発明の第１２実施例を示す光アンド回路システムのブロック図である。この実施例では、図６の第２実施例における励起光源２１及び２２と光カプラ２３及び２４と光デバイダ３１と光フィルタ３３とが用いられ、さらに励起光制御手段１０１が設けられている。励起光制御手段１０１は、励起光源２１から光カプラ２３のポート２３Ｂに供給される励起光の強度を入力論理データＱ_１のハイ及びローに従って変化させる駆動回路１０２と、励起光源２２から光カプラ２４のポート２４Ｂに供給される励起光の強度を入力論理データＱ_２のハイ及びローに従って変化させる駆動回路１０３とを含む。信号光入力ポート３には光源１０４からの例えば変調されていない信号光が供給される。そして、入力論理データＱ_１及びＱ_２がともにハイのときにのみ位相共役光出力ポート６から位相共役光が出力されるように信号光及び励起光の強度を調整しておく。このときの入力論理データＱ_１及びＱ_２とこれらに対する位相共役光の論理レベルＸ_１との関係を表に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
表から明らかなように、この実施例によると、２つの入力論理データに対する位相共役光の強度レベルがアンド回路の出力として得られていることがわかる。尚、２つの論理データは電気信号であっても良いし光信号であっても良い。また、この実施例においては、非線形光学媒質１における非線形光学効果自体の応答時間はピコ秒程度であるので、極めて高速な演算の実現が可能になる。
【００５９】
ところで、光の波動性を積極的に利用した光計測や光通信に用いられる光を振動電場と考えると、この振動電場の振幅や位相は種々の原因で揺らいでいる。取り分け、場の量子論的揺らぎは避けることができないものである。従って、このような揺らぎが光計測における精度や光通信における受信感度を究極的に律することになる。場のある量の揺らぎはその量と特定の関係にあるもう１つの量との間の不確定性関係で律せられている。即ち、これら２つの量の揺らぎの大きさの積は所定値以下にはならない。しかし、一方の量の揺らぎが大きくなることを許容すれば、他方の量の揺らぎを小さくすることができる可能性は残されている。このような考えに基づいて、揺らぎの少ない場を作ろうという試みがなされている。こうして作られた場はスクイズド状態と称され、この状態における光はスクイズド光と称される。
【００６０】
本発明の位相共役光発生装置を用いてスクイズド状態を生成することができる。即ち、励起光の強度が高い場合、出力信号光と位相共役光についての量子論的取り扱いが可能になり、出力信号光及び位相共役光が互いにパラメトリックな量子相関を有することを用いてスクイズド状態の生成が可能になり、光計測における測定精度や光通信における感度を高めることができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明の第１の適用態様によると、種々の光システムに適用可能な新規な構成を有する位相共役光発生装置の提供が可能になるという効果が生じる。また、この位相共役光発生装置を備えた種々の有用な光システムを提供することができるようになるという効果が生じる。
【００６２】
次に本発明の第２の適用分野について説明する。本発明の以下の実施例は、位相共役光を用いた光通信システムに関する。
【００６３】
本発明の第２の適用分野における目的は、多機能性を有する位相共役光発生手段を用い、これを光通信システムに適用することである。
【００６４】
具体的には、本発明の以下の実施例の目的は、光伝送路での位相揺らぎを補償した光通信システムを提供することにある。
【００６５】
本発明によると、主局と従局の間に光伝送路を設けてなる光通信システムであって、上記主局は位相共役光発生手段及び第１の変調手段を有し、上記従局はプローブ光発生手段及び第１の復調手段を有し、上記プローブ光発生手段はプローブ光を上記光伝送路の第１端に供給し、上記位相共役光発生手段は上記光伝送路の第２端から出力した上記プローブ光に対する位相共役光を発生して該位相共役光を上記光伝送路の第２端に供給し、上記第１の変調手段は第１の入力データに従って上記位相共役光を変調し、上記第１の復調手段は上記光伝送路の第１端から出力した上記位相共役光に基づいて上記第１の入力データを復調するシステムが提供される。
【００６６】
このシステムにおいては、光伝送路を介して従局から伝送されたプローブ光に対する位相共役光を主局で発生させ、この位相共役光を例えばデータ信号により変調して光伝送路を介して従局に伝送するようにしているので、位相共役光における時間反転の性質により、光伝送路での位相揺らぎが補償される。
【００６７】
以下、本発明の第２の適用分野における実施例を添付図面に従って詳細に説明する。
【００６８】
図１８は本発明の光通信システムの基本構成を示すブロック図である。このシステムは、主局２０１と従局２０２を光伝送路２０３により接続して構成される。主局２０１は位相共役光発生手段２０４及び（第１の）変調手段２０５を有する。従局２０２はプローブ光発生手段２０６及び（第１の）復調手段２０７を有する。プローブ光発生手段２０６は、変調された或いは変調されていないプローブ光を光伝送路２０３の第１端に供給する。位相共役光発生手段２０４は、光伝送路２０３の第２端から出力したプローブ光を受け、そのプローブ光に対する位相共役光を発生して、この位相共役光を光伝送路２０３の第２端に供給する。変調手段２０５は、入力データに従って位相共役光を変調する。復調手段２０７は、光伝送路２０３の第１端から出力した位相共役光に基づいて入力データを復調する。変調手段２０５は、位相共役光発生手段２０４に動作的に接続されて位相共役光を内部変調するように構成されていても良いし、位相共役光発生手段２０４とは独立して位相共役光発生手段２０４から光伝送路２０３の第２端に供給される位相共役光を外部変調するように構成されていても良い。
【００６９】
図１９は図１８の主局２０１の具体的構成例を示すブロック図である。位相共役光発生手段２０４は、非線形光学媒質２１１と、励起光を発生する励起光発生手段２１２と、プローブ光／励起光供給手段２１３とを含む。プローブ光／励起光供給手段２１３は、励起光発生手段２１２から供給された励起光を、図１８の従局２０２から光伝送路２０３を介して供給されたプローブ光とともに非線形光学媒質２１１に供給する。非線形光学媒質２１１内で発生した位相共役光は、プローブ光の供給経路と同じ経路を逆向きに経て或いはプローブ光の供給経路とは異なる経路を経て図１８の光伝送路２０３に供給される。
【００７０】
図１９のように構成された位相共役光発生手段２０４が用いられている場合、位相共役光を変調する変調手段２０５は、入力データに従って励起光を変調する励起光変調手段２１４を含むことができる。励起光変調手段２１４は、励起光発生手段２１２の光源を直接変調し、或いは励起光発生手段２１２からプローブ光／励起光供給手段２１３を介して非線形光学媒質２１１に供給される励起光を間接変調する。非線形光学媒質２１１を用いて位相共役光を発生させる場合、パラメトリック光増幅（光パラメトリックプロセス）又は４光波混合によるのが望ましい。パラメトリック光増幅は２次の非線形光学効果を用いるのに対し、４光波混合は３次の非線形光学効果を用いる。４光波混合により位相共役光を発生させる場合、励起光として同一周波数の第１及び第２の励起光を用い、これら第１及び第２の励起光を非線形光学媒質に互いに逆向きに供給するのが望ましい。このような双方向励起型の４光波混合による場合には、効率的に位相共役光を発生させることができる。勿論一つの励起光源を用いて４光波混合を発生させても良い。
【００７１】
図２０は、同一周波数の第１及び第２の励起光を３次の非線形光学効果を呈する非線形光学媒質に互いに逆向きに供給して４光波混合を生じさせる場合における位相共役光の発生原理の説明図である。３次の非線形光学効果を呈する非線形光学媒質ＮＯＭに第１及び第２の励起光Ｅ_Ｐ１及びＥ_Ｐ２を互いに反対の向きで入射させている状態で、非線形光学媒質ＮＯＭに入力信号光（プローブ光に相当）を供給すると、３次の非線形光学プロセス（具体的には第１及び第２の励起光のいずれか一方と入力信号光とにより形成される空間回折格子による第１及び第２の励起光のいずれか他方の回折）により、周波数ω_Ｓ、波数ｋ_Ｓの入力信号光Ｅ_Ｓから、周波数ω_Ｓ、波数ｋ_Ｓの出力信号光Ｅ_Ｓ′と周波数ω_Ｉ、波数ｋ_Ｉの出力アイドラ光Ｅ_Ｉ′とが生成される。出力アイドラ光Ｅ_Ｉ′が入力信号光Ｅ_Ｓの位相共役光に相当するものであることは後述する。特に、互いに反対の向きで供給された第１及び第２の励起光が同じ周波数（ω_Ｐ）である場合には、波数についてｋ_Ｉ＝−ｋ_Ｓとなるから、アイドラ光は入力信号光の入射方向と反対方向に出力され、これにより反射型の位相共役光発生装置（位相共役ミラー）が実現される。このとき、エネルギー保存則により次の関係が成り立つ。
【００７２】
【数７】

【００７３】
図２１は、４光波混合における信号光、励起光及びアイドラ光の周波数配置を説明するための図である。Ωは信号光と励起光の離調周波数を表す。周波数軸上において、信号光及びアイドラ光は励起光を中心として対称の位置にあることが分かる。
【００７４】
図２０の原理における非線形光学効果の相互作用長をＬとすれば、生成方程式は以下のように与えられる。
【００７５】
【数８】

【００７６】
となる。ｎ及びχ^（３）はそれぞれ非線形媒質ＮＯＭの屈折率及び３次の非線形光学定数を表す。また、＜χ^（３）＞は非線形光学定数χ^（３）の全ての偏波状態についての平均を表す。
【００７７】
（１４），（１５） 式より、信号光及びアイドラ光に対するそれぞれの利得Ｇ_Ｓ及びＧ_Ｉは、
【００７８】
【数９】

【００７９】
で与えられることがわかる。通常、ω_Ｉ／ω_Ｓ≒１であるから、非線形光学効果による位相共役光の発生においては、信号の増幅が実現されることがわかる。また、この場合における利得は、励起光の強度に依存するので、励起光の強度を変調することで、アイドラ光について強度変調を行うことができる。図２０の原理に基づいて発生する出力アイドラ光Ｅ_Ｉ′は入力信号光Ｅ_Ｓに対する位相共役光になっている。このことは、（１４），（１５） 式において、入力アイドラ光がない場合（Ｅ_Ｉ＝０）を考えてみれば明らかである（Ｅ_Ｉ′はＥ_Ｓの複素共役に相当）。
【００８０】
次に、この位相共役光の大きな特徴である時間反転の性質について説明する。いま、＋ｚ方向に進行する入力信号光（変調されていない入力プローブ光に相当）が平面波として次の式で表されるものとする。
【００８１】
【数１０】

【００８２】
ここで、Ａ_Ｓ（ｒ）は電場の複素振幅、ｒは空間座標ベクトル、ω_Ｓはプローブ光の周波数、ｔは時間、ｋ_Ｓは波数ベクトルを表し、ｃ．ｃ．はその直前の項の複素共役をとることを意味する。但し、波数ベクトルの大きさｋ_Ｓは、光路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃとすると、ｋ_Ｓ＝ω_Ｓｎ／ｃで与えられる。このとき、（２０）式で表される光の位相共役光は、次の（２１）式で表される。
【００８３】
【数１１】

【００８４】
（２１）式は−ｚ方向の進行波である反射型の位相共役光を表している。（２１）式より明らかなように、反射型の位相共役光については、
【００８５】
【数１２】

【００８６】
が成り立ち、位相共役光が時間反転の性質を持つことがわかる。この時間反転の性質を用いることによって、光伝送路で受ける定常的な位相歪み（例えば波長分散の影響）や偏波変動等の位相揺らぎを補償可能である。
【００８７】
図２２は図１８及び図１９の主局２０４の実施例を示すブロック図である。この実施例では、図１９の非線形光学媒質２１１として光ファイバ２２１が用いられている。光ファイバ２２１は望ましくは石英系のシングルモードファイバである。また、図１９の励起光発生手段２１２に対応して２つのレーザダイオード２２２及び２２３が用いられている。レーザダイオード２２２及び２２３はそれぞれ第１及び第２の励起光を出力し、これらの周波数は等しい。非線形光学媒質２１１としては、光ファイバ２２１の他にＢａＴｉＯ_３等の光誘起屈折率（フォトリフラクティブ）効果媒質、各種の有機化合物、各種半導体、特に進行波型の半導体光増幅器やファブリペロ型の半導体光増幅器を用いることもできる。また、ＬｉＮｂＯ_３等による光導波構造も採用可能である。いずれにしても、これらの媒質の主にＦＷＭを用いることにより位相共役光の発生が可能であり、位相共役光の発生効率が高い非線形光学媒質を用いてその光路長を短くすることが、位相整合を容易にして広帯域化を図る上で有効である。レーザダイオード２２２及び２２３からの第１及び第２の励起光を非線形光学媒質としての光ファイバ２２１にそれぞれ互いに逆向きで入射させるために、図１９のプローブ光／励起光供給手段２１３は、２つの光カプラ２２４及び２２５を含む。光カプラ２２４はポート２２４Ａ，２２４Ｂ及び２２４Ｃを有し、少なくとも、ポート２２４Ａに供給された光をポート２２４Ｂから出力しポート２２４Ｂに供給された光をポート２２４Ｃから出力するように機能する。光カプラ２２４のポート２２４Ａはレーザダイオード２２２に接続され、ポート２２４Ｂは光ファイバ２２１の第１端に接続され、ポート２２４Ｃは信号光出力用のポート２２６に接続される。光カプラ２２５はポート２２５Ａ，２２５Ｂ及び２２５Ｃを有し、少なくとも、ポート２２５Ａに供給された光をポート２２５Ｂから出力しポート２２５Ｂに供給された光をポート２２５Ｃから出力しポート２２５Ｃに供給された光をポート２２５Ｂから出力するように機能する。光カプラ２２５のポート２２５Ａはレーザダイオード２２３に接続され、ポート２２５Ｂは光ファイバ２２１の第２端に接続され、ポート２２５Ｃはプローブ光入力及び位相共役光出力のためのポート２２７に接続される。光カプラ２２４及び２２５としては、例えば、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、光合波器、偏光ビームスプリッタ等が使用される。
【００８８】
この実施例では、図１９の励起光変調手段２１４は、レーザダイオード２２２及び２２３の駆動制御回路２２８を含む。駆動制御回路２２８は、光ファイバ２２１に供給される第１及び第２の励起光によって入力プローブ光に対する位相共役光が発生するようにレーザダイオード２２２及び２２３に駆動電流を供給し、また、レーザダイオード２２２及び／又は２２３に供給する駆動電流を入力データに従って変化させる。位相共役光について強度変調又は振幅変調を行う場合には、駆動制御回路２２８は、入力データに従って第１及び第２の励起光の少なくともいずれか一方の強度又は振幅が変調されるように、レーザダイオード２２２及び２２３に与える駆動電流を制御する。また、位相共役光について周波数変調を行う場合には、駆動制御回路２２８は、入力データに従って第１及び第２の励起光の周波数が変調されるように、レーザダイオード２２２及び２２３に与える駆動電流を制御する。レーザダイオード２２２及び２２３から光ファイバ２２１にそれぞれ供給される第１及び第２の励起光が周波数変調されると、信号光の周波数と励起光の周波数の差が励起光の周波数と位相共役光の周波数の差に等しいという関係（図２１参照）から、位相共役光が周波数変調される。
【００８９】
この実施例によると、レーザダイオード２２２及び２２３からの第１及び第２の励起光を非線形光学媒質としての光ファイバ２２１にそれぞれ互いに逆向きに供給することができるので、双方向励起型の４光波混合を生じさせて、入力プローブ光に対する位相共役光を効率的に発生させることができる。また、ポート２２７から入力プローブ光の供給経路と同一の経路で位相共役光を取り出すことができるので、ポート２２７を図１８の光伝送路２０３に接続することによって、図１８のシステムを容易に実現することができる。尚、図２２のポート２２６は、ポート２２７に供給されるプローブ光が後述のように変調されている場合に、復調のために用いることができる。
【００９０】
図２３Ａ及び２３Ｂは、図２２の駆動制御回路２２８が位相共役光を強度変調すべくレーザダイオード２３に与える駆動電流を変化させて第２の励起光を強度変調する場合についての位相共役光及び第２の励起光の波形を説明するための図である。図２３Ａにおいて、下段は第２の励起光Ｅ_Ｐ２の波形を表し、上段は位相共役光Ｅ_Ｉ′の波形を表している。第２の励起光Ｅ_Ｐ２はアナログ信号（この例では正弦波信号）により強度変調されており、第２の励起光Ｅ_Ｐ２が信号利得Ｇ＝１を満足する値Ｅ_Ｐ２ ^（０）よりも高い値のときにのみ位相共役光が出力される。従って、位相共役光Ｅ_Ｉ′の波形は、正弦波信号を半波整流した波形と等価になる。図２３Ｂは第２の励起光がデジタル信号により強度変調されている場合についてを図２３Ａに準じて表示した位相共役光及び第２の励起光の波形図である。この例においても、第２の励起光Ｅ_Ｐ２がしきい値Ｅ_Ｐ２ ^（０）よりも高い値のときにのみ位相共役光が出力される。尚、第２の励起光の強度又は振幅を常にしきい値Ｅ_Ｐ２ ^（０）よりも高い領域で変化させる場合にも、本発明を実施可能である。
【００９１】
図２４は本発明の光通信システムの他の基本構成を示すブロック図である。この基本構成は、図１８の基本構成と対比して、主局２０１の第１の変調手段２０５が第１の入力データに従って位相共役光を変調している点と、従局２０２が第２の入力データに従ってプローブ光を変調する第２の変調手段２３１をさらに有している点と、主局２０１が位相共役光発生手段２０４の出力光に基づいて第２の入力データを復調する第２の復調手段３２をさらに有する点とで特徴付けられる。この構成によると、従局２０２から主局２０１に向かう方向にはプローブ光に伝送データをのせ、主局２０１から従局２０２に向かう方向については位相共役光に伝送データをのせることができるので、双方向伝送が可能になるとともに、主局２０１から従局２０２に向かう方向について光伝送路での位相揺らぎを補償することができる。
【００９２】
第２の変調手段２３１がプローブ光の周波数又は位相を変調する場合には、第１の変調手段２０５における位相共役光に対する変調方式としては、強度変調又は振幅変調を採用可能である。こうすることで、第１及び第２の復調手段２０７及び２３２がそれぞれ容易に第１及び第２の入力データを復調することができる。また、第２の変調手段２３１がプローブ光の強度又は振幅を比較的低い変調度で変調し、第１の変調手段２０５が位相共役光の強度又は振幅を比較的高い変調度で変調するようにしても、或いはその逆でも良好に復調を行うことができる。尚、図２４の第２の復調手段２３２は、例えば図２２のポート２２６に接続され、図２２の光ファイバ２２１内で増幅された信号光（増幅された変調プローブ光に相当）に基づいて、第２の入力データを復調する。
【００９３】
図２５は図１８又は図２４のシステムに適用可能な従局の第１実施例を示すブロック図である。この実施例では、位相共役光が強度変調されている場合に、直接検波により伝送データを復調する。光カプラ２４１はポート２４１Ａ，２４１Ｂ及び２４１Ｃを有し、ポート２４１Ａに供給された光をポート２４１Ｂから出力しポート２４１Ｃに供給された光をポート２４１Ａから出力するように機能する。光カプラ２４１としては例えば光サーキュレータを用いることができる。光カプラ２４１のポート２４１Ａは図１８又は図２４の光伝送路２０３に接続され、ポート２４１Ｂはフォトダイオード等の受光器２４２に接続され、ポート２４１Ｃはプローブ光の光源としてのレーザダイオード２４４に接続される。
【００９４】
強度変調された位相共役光が光カプラ２４１のポート２４１Ａ及び２４１Ｂをこの順に経て受光器２４２に供給されると、受光器２４２の出力電気信号は伝送されてきた位相共役光の強度変化に対応して変化する。従って、識別器等を用いて通常通り構成される復調回路２４３により受光器２４２の出力電気信号を処理することで、伝送データを再生することができる。プローブ光の光源としてのレーザダイオード２４４は駆動回路２４５により駆動される。この実施例の従局を図１８のシステムに適用する場合には、駆動回路２４５はレーザダイオード２４４を定常駆動し、レーザダイオード２４４からは一定のプローブ光が出力され、このプローブ光は光カプラ２４１のポート２４１Ｃ及び２４１Ａをこの順に経て図１８の光伝送路２０３に送出される。一方、この実施例の従局が図２４のシステムに適用される場合には、レーザダイオード２４４から変調されたプローブ光が出力されるように、駆動回路２４５がレーザダイオード２４４を駆動する。コヒーレントな位相共役光に対して振幅変調、位相変調又は周波数変調が行われている場合には、従局では、ローカル光を用いてヘテロダイン検波により伝送データを再生することができる。この場合、従局に伝送された位相共役光をローカル光と共に受光器の受光面に入射させて、ヘテロダイン検波を行うことができる。
【００９５】
図２６は図１８又は図２４のシステムに適用可能な従局の第２実施例を示すブロック図である。この実施例は、従局でヘテロダイン検波を行う場合に、一つの光源からのプローブ光を２分岐し、その一方をローカル光として用いている点で特徴付けられる。図１８又は図２４の光伝送路２０３により伝送された位相共役光は、光カプラ２４１のポート２４１Ａ及び２４１Ｂをこの順に経てさらにハーフミラー２５１を透過してフォトダイオード等の受光器２５２に入射する。レーザダイオード２５３から出力されたプローブ光は、ハーフミラー２５４で分岐され、分岐プローブ光の一方は光カプラ２４１のポート２４１Ｃ及び２４１Ａをこの順に経て光伝送路に送出される。分岐プローブ光の他方は、ハーフミラー２５４で反射してローカル光としてさらにハーフミラー２５１で反射し、位相共役光と同一光路で受光器２５２の受光面に入射する。
【００９６】
この場合、ローカル光源と信号光源を共通化できる上、ローカル光源は受信機の近傍に設置されるので、高い光パワーレベルでのローカル光の受光が可能であり、従って、高い受信感度の確保も容易である。位相共役光及びローカル光が受光器２５２の受光面に同一光路で入射すると、位相共役光の周波数とローカル光の周波数の差に相当する周波数を有する中間周波信号が、受光器２５２の出力として得られる。従って、フィルタ検波方式或いは同期検波方式により通常通り構成される復調回路２５６を用いて、受光器２５２から供給される中間周波信号に基づいて伝送データを復調することができる。尚、図２６において、符号２５５はレーザダイオード２５３の駆動回路を表しており、この駆動回路２５５は図２５の駆動回路２４５に対応している。
【００９７】
図２７は図２６の受光器２５２から出力される中間周波信号のスペクトルの説明図である。図２１で説明したように、非線形光学媒質を用いて４光波混合により位相共役光を発生させる場合、プローブ光と励起光の離調周波数をΩとすると、励起光と位相共役光の離調周波数もΩとなり、その結果、プローブ光の周波数と位相共役光の周波数の差は２Ωとなる。従って、図２６の実施例において、分岐プローブ光をローカル光として用いた場合には、中間周波信号の中心周波数は２Ωとなる。
【００９８】
ところで、図２６の実施例のように、ヘテロダイン検波を行う場合には、受光器２５２に入射する位相共役光及びローカル光の偏光面を一致させておくことが、中間周波信号の出力レベルを安定化する上で要求される。レーザダイオード２５３の出力光は通常直線偏光に近い偏光状態を有しているので、レーザダイオード２５３からハーフミラー２５４及び２５１を介して受光器２５２に供給されるローカル光は一定の偏光面を有する直線偏光と見なすことができる。一方、光伝送路としてよく用いられるシングルモードファイバの伝搬モードには、偏光面が互いに直交する２つの偏光モードが存在し、これら２つの偏光モードは各種の外乱の影響により結合して、結果として、シングルモードファイバの第１端に供給される光の偏光状態はそのファイバの第２端から出力される光の偏光状態に一致しない。従って、図２６の光カプラ２４１のポート２４１Ａに接続される光伝送路としてシングルモードファイバが用いられている場合には、光カプラ２４１のポート２４１Ｂからハーフミラー２５１を介して受光器２５２に供給される位相共役光の偏光状態は、環境変化等によって時間とともに変動する。このような偏光状態の変動があると、受光器２５２から出力される中間周波信号のレベルが変動し、最悪の場合位相共役光とローカル光が干渉せずに受信不能状態となる。
【００９９】
このような問題に対処するために、従来のコヒーレント光通信システムでは、受光器に供給される信号光（図２６の実施例における位相共役光に相当）及び／又はローカル光について、これらの偏光状態が一致するような偏光制御を行っていた。偏光制御に代えて、光伝送路としての偏波保持ファイバの使用或いは偏波ダイバーシティ方式の適用によっても上述の問題に対処することができるが、いずれにしても、システムの構成が複雑になるという欠点がある。
【０１００】
図２８は偏光制御その他の対策を行うことなしに中間周波信号の高いレベルを維持することができる実施例を示す光通信システムのブロック図である。従局２０２としては例えば図２６に示されたものが用いられる。主局２０１と従局２０２を接続する光伝送路２０３は、この実施例ではシングルモードファイバ２６１である。主局２０１は２つの位相共役光発生装置２６２及び２６３と偏光ビームスプリッタ２６４とを有している。位相共役光発生装置２６２及び２６３は、供給された直線偏光のプローブ光に対して同じ偏光面を有する直線偏光の位相共役光を発生してこの位相共役光をプローブ光供給経路と逆向きに送出する。偏光ビームスプリッタ２６４はポート２６４Ａ，２６４Ｂ及び２６４Ｃを有し、ポート２６４Ａに供給された光を直交２偏光成分に分離してそれぞれポート２６４Ｂ及び２６４Ｃから出力しポート２６４Ｂ及び２６４Ｃにそれぞれ供給された直交２偏光成分をポート２６４Ａから出力するように機能する。偏光ビームスプリッタ２６４のポート２６４Ａはシングルモードファイバ２６１に接続され、ポート２６４Ｂ及び２６４Ｃは、定偏波ファイバ等の偏光状態保持機能を有する伝送路を介してそれぞれ位相共役光発生装置２６２及び２６３に接続される。
【０１０１】
シングルモードファイバ２６１により従局２０２から主局２０１に送られたプローブ光は、偏光ビームスプリッタ２６４で偏光面が互いに直交する２つの偏光成分に偏光分離される。プローブ光のこれら２偏光成分はその偏光状態を保ったままそれぞれ位相共役光発生装置２６２及び２６３に供給され、ここでそれぞれ対応した偏光面を有する位相共役光が発生する。位相共役光発生装置２６２及び２６３から出力した位相共役光は、偏光ビームスプリッタ２６４で偏光合成され、シングルモードファイバ２６１により従局２０２に伝送される。位相共役光発生装置２６２及び２６３から送出される位相共役光の２偏光成分は、プローブ光の偏光状態の変動を正確にさかのぼって従局２０２に伝送されるので、シングルモードファイバ２６１における偏光状態の変動の周期が主局２０１及び従局２０２間の光の往復時間に比べて十分に大きい場合には、シングルモードファイバ２６１の出力端における位相共役光の偏光状態は、プローブ光としてシングルモードファイバ２６１に供給された状態に戻り、従って、常に最適な偏光状態でのヘテロダイン検波が可能になる。このように本実施例によると、偏光制御や偏波ダイバーシティ方式の適用が不要になるので、簡単且つ高性能なシステムの提供が可能になる。尚、位相共役光発生装置２６２及び偏光ビームスプリッタ２６４間の光路長と位相共役光発生装置２６３及び偏光ビームスプリッタ２６４間の光路長の差は、光源のコヒーレント長よりも短く設定されることが望ましい。
【０１０２】
主局２０１は、一つの位相共役光発生装置２６２のみを有するように構成されても良い。この場合、図２８の主局２０１の構成要素のうち位相共役光発生装置２６３及び偏光ビームスプリッタ２６４が省略され、位相共役光発生装置２６２は偏波能動制御器を介してシングルモード光ファイバ２６１に接続される。そして、シングルモードファイバ２６１から主局２０１に入力する任意の偏波状態の光を偏波能動制御器により位相共役光発生装置２６２で発生させる位相共役光の偏波状態（通常は直線偏波）と同じ状態に変換して位相共役光発生装置２６２に入力する。こうすると、発生した位相共役光は偏波能動制御器で再びシングルモードファイバ２６１から出力された際の偏波状態に変換される。従って、この位相共役光がシングルモードファイバ２６１を逆方向に伝搬して従局２０２に戻った際には、最初の偏波状態と等しくなるのである。
【０１０３】
図１８又は図２４のシステムにおいて、プローブ光発生手段２０６から光伝送路２０３に供給されるプローブ光が周波数分割多重された複数のプローブ光である場合には、周波数分割多重数と同数の位相共役光発生手段２０４を用いるか、或いは、周波数分割多重された複数のプローブ光に対して位相共役光をそれぞれ発生し得る広帯域の位相共役光発生手段２０４を用いることで、周波数分割多重光伝送が可能になる。
【０１０４】
図２９は本発明を光分配系に適用した実施例を示す光通信システムのブロック図である。この系での第１の実施例は、それぞれが主局２０１に対応する複数の加入者２７１と、従局２０２に対応する分配局２７２とを光マルチ／デマルチプレクサ２７３を介して接続している場合である。分配局２７２からの単一周波数の或いは周波数分割多重されたプローブ光は、光マルチ／デマルチプレクサ２７３で分配されて、各加入者２７１に供給される。各加入者２７１では、各分配プローブ光に基づき伝送データが再生され、一方、各加入者２７１からのリクエスト信号等の伝送データは位相共役光により分配局７２に伝送される。この実施例では、各加入者２７１では出力信号光及び位相共役光についての増幅を行わせることができるので、光マルチ／デマルチプレクサ２７３における分配損失を補償することができ、簡単な構成の光加入者システムを実現することができる。各加入者２７１は例えば図１９の主局の具体的構成例を有しており、この場合、各励起光発生手段２１２が発生する各励起光の周波数を異ならせておくことによって、分配局２７２の側で例えばいずれの加入者からのリクエスト信号であるかを検出することが容易になる。
【０１０５】
この系での第２の実施例は、主局に対応する分配局２７２と従局に対応する複数の加入者２７１を光マルチ／デマルチプレクサ２７３を介して接続している場合である。各加入者２７１の各々に割り当てられた周波数のプローブ光或いは共通の光源から分配されたプローブ光は、光マルチ／デマルチプレクサ２７３で合成されて、分配局２７２に供給される。分配局２７２は、プローブ光を位相共役光に変換し、この位相共役光に伝送データを載せた後、再び各加入者２７１に伝送する。位相共役光の生成においては、各加入者の各々に別々の周波数のプローブ光が割り当てられている場合には、加入者の数と同数の位相共役光発生手段を用いるか、或いは、複数のプローブ光に対して位相共役光を発生し得る広帯域の位相共役光発生手段が用いられる。また、各加入者からのプローブ光には各加入者からのリクエスト信号を載せておくことも可能である。
【０１０６】
以上説明したように、本発明の第２の適用態様によると、多機能性を有する位相共役光発生手段を用いてこれを光通信システムに適用することができるので、所定の機能を簡単な構成で実現することができるようになるという効果が生じる。また、本発明によると、光伝送路での位相揺らぎを補償した光通信システムの提供が可能になるという効果が生じる。
【０１０７】
続いて、本発明の第３の適用分野について説明する。本発明の以下の実施例は、種々の光システムに適用可能な光変調器に関する。
【０１０８】
従来、光変調器としては、電気信号により光デバイスを変調するものが知られている。例えば、レーザダイオードの注入電流の変調による振幅変調や周波数（位相）変調、ＬｉＮｂＯ_３光導波路のバイアス電圧の変調による強度変調や位相変調等が盛んに行われている。光システムの高速化に際し、従来の光変調器の性能は限界に近づきつつある。その一方で、光システムのさらなる高速化への期待もある。また、光増幅中継が盛んになるにつれ、伝送速度に依存しない光中継器が求められるようになってきている。こうした要求に応えるためには、電気的な処理を介さない光による光変調器（所謂全光変調器）の開発が要求される。
【０１０９】
本発明の第３の適用分野における目的は、このような光変調器を提供することにある。
【０１１０】
図３０は本発明の光変調器の基本構成を示すブロック図である。この光変調器は、プローブ光源３０１と、励起光源３０２と、非線形光学媒質３０３と、プローブ光源３０１からのプローブ光を励起光源３０２からの励起光とともに非線形光学媒質３０３に供給するプローブ光／励起光供給手段３０４と、励起光源３０２に動作的に接続されて励起光を情報信号により変調する変調手段３０５とを備える。そして、非線形光学媒質３０３から変調された位相共役光が出力される。
【０１１１】
非線形光学媒質を用いた４光波混合（ＦＷＭ）による位相共役光の発生及びその性質については、例えば第２の適用分野において（１３）式乃至（２２）式により説明したので、ここでは出力アイドラ光（位相共役光）がどのように変調されるかについて、振幅（強度）変調、周波数変調、位相変調を例にとり説明する。いま、ＦＷＭにおける入力信号光（プローブ光）Ｅ_Ｓ（ω_Ｓ，ｔ）、励起光Ｅ_Ｐ（ω_Ｐ，ｔ）及び出力アイドラ光Ｅ_Ｉ′（ω_Ｐ，ｔ）がそれぞれ次のように表されるものとする。Ａ_Ｓ（ω_Ｓ，ｔ），Ａ_Ｐ（ω_Ｐ，ｔ）及びＡ_Ｉ（ω_Ｉ，ｔ）はそれぞれプローブ光、励起光及び出力アイドラ光の振幅、ω_Ｓ，ω_Ｐ及びω_Ｉはそれぞれプローブ光、励起光及び出力アイドラ光の周波数、ｔは時間、φ_Ｓ（ｔ），φ_Ｐ（ｔ）及びφ_Ｉ（ｔ）はそれぞれプローブ光、励起光及び出力アイドラ光の位相を表している。
【０１１２】
【数１３】

【０１１３】
ここで、入力アイドラ光がない場合（Ｅ_Ｉ＝０）を考えると、（１３）式乃至（１６）式より以下の関係が得られる。
【０１１４】
【数１４】

【０１１５】
（１）振幅（強度）変調
（２６）式より、励起光の振幅Ａ_Ｐ（ω_Ｐ，ｔ）を変化させると、その絶対値の二乗に比例して出力アイドラ光（位相共役光）の振幅Ａ_Ｉ（ω_Ｉ，ｔ）が変化することがわかる。即ち、（２９）式及び（３０）式で表されるように励起光に振幅（強度）変調をかけると、（３１）式で与えられるように出力アイドラ光が振幅（強度）変調されるものである。
【０１１６】
【数１５】

【０１１７】
このとき、励起光Ｅ_Ｐ（ω_Ｐ，ｔ）の消光比をγとすると、得られるアイドラ光Ｅ_Ｉ′（ω_Ｐ，ｔ）の消光比はγ^２となる。例えば、γ＝−１５ｄＢとすると、γ^２＝−３０ｄＢとなるから、大幅な消光比の改善が可能になる。
【０１１８】
アイドラ光Ｅ_Ｉ′（ω_Ｐ，ｔ）は、励起光Ｅ_Ｐ（ω_Ｐ，ｔ）が信号利得Ｇ＝１を満足する値Ｅ_Ｐ ^（０）よりも高い値のときにのみ出力される。この様子を図３１Ａに示す。ここでは、励起光を正弦波で変調している。励起光をデジタル信号によりオン−オフ変調する場合には、図３１Ｂに示すような波形になる。ところで、特にデジタル変調の場合に励起光のパルス形状は実際には図３１Ｃに示すように矩形からなまった形状であり、アイドラ光の振幅が励起光の振幅の二乗に比例することを考慮すると、アイドラ光のパルス幅は励起光のパルス幅に比べて狭くなることがわかる。この様子を図３１Ｃに示す。従って、このような性質を用いて、任意のデューティ比及び形状を有するＲＺパルスを生成することが可能になる。
（２）周波数変調
励起光に（３２）式で表されるような周波数変調をかけるとすると、出力アイドラ光は（３３）式で与えられるように周波数変調される。
【０１１９】
【数１６】

【０１２０】
この場合、出力アイドラ光に対する変調度が励起光に対するそれの二倍になるため、出力アイドラ光に変調度ｍの周波数変調を与えるために必要な励起光の変調度はその半分のｍ／２でよいことになる。
（３）位相変調
励起光に（３４）式で示されるように位相変調をかけるとすると、出力アイドラ光は（３５）式で与えられるように位相変調される。
【０１２１】
【数１７】

【０１２２】
この場合にも、周波数変調の場合と同様に、アイドラ光に対する変調度は励起光に対するそれの二倍になるため、アイドラ光に変調度ｍの周波数変調を与えるための励起光の変調度はその半分のｍ／２でよいことになる。（３３）式及び（３４）式より、出力アイドラ光の位相雑音は励起光の位相雑音の二倍と信号光の位相雑音との和になる。従って、光周波数変調或いは光位相変調を行う場合には、用いる光源の位相雑音が極力小さいことが望ましい。即ち、プローブ光源及び励起光源としてはコヒーレント光源を用いるのが望ましい。
【０１２３】
図３０において、ＦＷＭによりアイドラ光を生成するための非線形媒質３０３の具体例としては、ＴｉＢａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等の結晶媒質、各種の有機媒質、各種の半導体（例えば半導体光増幅器）、さらには光ファイバ等があげられる。いずれの場合にも、対向励起配置にすれば位相共役鏡（ＰＣＭ）型光変調器を構成することができ、前方励起配置にすれば透過型の位相共役器型光変調器を構成することができる。本発明を光ファイバ通信に適用する場合には、光伝送路との整合性から、非線形光学媒質としては光ファイバが適している。以下、非線形光学媒質として光ファイバを用いたいくつかの例を説明する。
【０１２４】
図３２は本発明の光変調器の第１実施例を示すブロック図である。図３０の非線形光学媒質３０３、励起光源３０２、プローブ光／励起光供給手段３０４、プローブ光源３０１及び変調手段３０５にそれぞれ対応する光ファイバ３２１、励起ＬＤ（レーザダイオード）３２２、光カプラ３２３、プローブＬＤ３２４及び変調回路３２５が用いられる。非線形光学媒質としての光ファイバ３２１は望ましくはシングルモードファイバである。この場合において、プローブ光の波長と励起光の波長をわずかに異ならせて非縮退型のＦＷＭを生じさせるときには、光ファイバ３２１の零分散を与える波長が励起光の波長（励起ＬＤ３２２の発振波長）に一致するようにしておく。光カプラ３２３は４つのポート３２３Ａ，３２３Ｂ，３２３Ｃ及び３２３Ｄを有している。ポート３２３ＡにはプローブＬＤ３２４が接続され、ポート３２３Ｂには励起ＬＤ３２２が接続され、ポート３２３Ｃには光ファイバ３２１の第１端が接続され、ポート３２３Ｄはデッドエンドにされる。光カプラ３２３は、少なくとも、ポート３２３Ａ及び３２３Ｂに供給された光をポート３２３Ｃから出力するように機能し、この光カプラ３２３としては、例えば、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、光合波器、偏光ビームスプリッタ等が使用される。
【０１２５】
この構成によると、光カプラ３２３のポート３２３Ａに供給されたプローブ光とポート３２３Ｂに供給された励起光とを共に非線形光学媒質である光ファイバ３２１に導波させることができるので、ＦＷＭにより透過型の位相共役光（アイドラ光）を発生することができる。そして、励起ＬＤ３２２に接続されている変調回路３２５によって励起光が変調されているので、前述した原理に従って光ファイバ３２１の第２端からは変調されたアイドラ光を出力させることができる。この変調されたアイドラ光は例えば図示しない光ファイバからなる光伝送路に送出される。
【０１２６】
非線形光学媒質として光ファイバを用いる場合、光ファイバ内でＦＷＭを効率よく生じさせるためには、プローブ光とアイドラ光の位相整合をとることが望ましい。そのための有効な方法としては、励起光とプローブ光の波長を一致させた縮退ＦＷＭを用いる方法や、励起光の波長を光ファイバの零分散波長に一致させる方法等がある。特に、後者の方法を採用する場合には、プローブ光とアイドラ光が互いに複素共役の関係を保ちつつこれらの位相速度を等しくすることができ（２次分散までの近似において）、結果として理想的な位相整合が可能になる。
【０１２７】
ところで、光ファイバ内のＦＷＭにより光変調を行う場合には、変調効率を大きくするために励起光の強度を大きくすると誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）により励起光が光ファイバ内で反射されてしまい、それにより変換効率が飽和してしまう。特に、振幅（強度）変調や変調をかけない場合（ＣＷ）には、シングルモードファイバにおいては約＋７〜８ｄＢｍ程度の入力パワーでＳＢＳがおきる。このようなＳＢＳの影響を排除した実施例を次に説明する。
【０１２８】
図３３は本発明の光変調器の第２実施例を示すブロック図である。この実施例では、比較的低い周波数ω′の発振器３２７により周波数変調されている励起ＬＤ３２２からの励起光を光変調器３２６を介して光カプラ３２３のポート３２３Ｂに入力している。光変調器３２６は、情報信号が入力する変調回路３２５により駆動されて、通過する励起光を振幅（強度）変調する。こうすると、光ファイバ３２１内における励起光の単位周波数当たりのパワー密度を低下させてＳＢＳを抑圧することができる。光変調器３２６により励起光を間接変調することに代えて、励起光を直接変調する場合には、周波数ω′の低周波信号を情報信号に重畳して励起ＬＤ３２２に供給すれば良い。尚、発振器３２６の周波数ω′は変調回路３２５に供給される情報信号に影響を及ぼさないために十分に低速であることが望ましい。この実施例では、変調された位相共役光を得るに際して励起光の低速な周波数変調を行っているが、前述した実施例のように変調されていない位相共役光を得る場合においても、励起光を周波数変調することによりＳＢＳを抑圧することができる。
【０１２９】
図３４は本発明の光変調器の第３実施例を示すブロック図である。この実施例は、図３２の第１実施例と対比して、光ファイバ３２１内で発生した位相共役光（出力アイドラ光）を、光バンドパスフィルタ３３１及び光増幅器３３２をこの順に介して図示しない光伝送路に送出している点で特徴付けられる。光増幅器３３２は例えば線形光増幅器である。光増幅器３３２の一つの構成例は、Ｅｒ（エルビウム）等の希土類元素がドープされたドープファイバと、ポンプ光を出力するポンプ光源と、このポンプ光を増幅すべき光（ここでは出力アイドラ光）とともにドープファイバに供給する手段とを含む。光バンドパスフィルタ３３１は、プローブＬＤ３２４及び励起ＬＤ３２２からの光や雑音光等の不所望な光を除去するためのものであり、これにより変調された出力アイドラ光のみをこの光変調器から出力することができる。また、このような不要な光を除去することによって、例えば、励起ＬＤ３２２からの励起光によって光増幅器３３２の動作が飽和することが回避され、光ファイバ３２１内で生じた出力アイドラ光を十分に増幅することができる。また、一般に励起ＬＤ３２２からの励起光の強度はプローブ光及び出力アイドラ光の強度に比べて極めて高いので、光バンドパスフィルタ３３１を用いて励起光等の不要な光を除去することによって、高強度な励起光が後段の光伝送路内でさらに非線形光学効果を生じさせる恐れがない。さらに、光バンドパスフィルタ３３１で不要な光を除去することによって、変調された出力アイドラ光に基づき受信側で復調信号を再生するに際して、励起光の存在による復調の困難を排除することができる。尚、励起ＬＤ３２２から供給される励起光の強度が十分に高い場合には、光ファイバ３２１に供給されたプローブ光の強度よりも光ファイバ３２１内で発生する出力アイドラ光の強度が高くなることがあるので、このような増幅作用が生じている場合には、光増幅器３２２は用いなくてもよい。
【０１３０】
図３５は本発明の光変調器の第４実施例を示すブロック図である。この実施例は、図３２の第１実施例に対比して、励起ＬＤ３２２と光カプラ３２３のポート３２３Ｂとの間に偏光スクランブラ３４１を設けている点で特徴付けられる。一般にシングルモードファイバの伝搬モードには、偏光面が互いに直交する２つの偏光モードが存在し、各種の外乱の影響によりこれら２つの偏光モードが結合して、結果としてシングルモードファイバの第１端に供給される光の偏光状態はこのシングルモードファイバの第２端から出力される光の偏光状態に一致しない。従って、本発明の光変調器を光中継器に内蔵させる場合等のように、プローブＬＤ３２４からのプローブ光が比較的長いシングルモードファイバを介して光カプラ３２３に供給されているような場合には、非線形光学媒質としての光ファイバ３２１に供給されるプローブ光の偏光状態は、環境変化等によって時間とともに変動する。一方、前述した出力アイドラ光（位相共役光）の発生原理から明らかなように、プローブ光から位相共役光への変換効率は、非線形光学媒質に供給されるプローブ光の偏光状態と励起光の偏光状態との関係に依存する。図３５の第４実施例によると、励起ＬＤ３２２からの励起光を偏光スクランブラ３４１を介してプローブ光と合流させるようにしているので、供給されるプローブ光の偏光状態が時間とともに変動する場合でも、プローブ光から位相共役光への変換効率を一定にして光変調器の動作を安定にすることができる。
【０１３１】
偏光スクランブラ３４１は、１／２波長板及び１／４波長板等を用いて通常通り構成され、例えば、励起ＬＤ３２２から供給される励起光がほぼ直線偏光である場合にその偏光面を回転するように機能する。供給されるプローブ光の偏光状態の環境条件の変化等に起因する変動は比較的ゆっくりであるので、偏光スクランブラ３４１の動作周波数（例えば偏光面の回転周期の逆数）を１〜１００ＫＨｚ程度に設定しておくことによって、十分に偏光依存性を排除することができる。この例では、励起ＬＤ３２２から供給される励起光に対して偏光スクランブラ３４１を作用させているが、偏光スクランブラをプローブ光に対して作用させるようにしてもよい。
【０１３２】
図３６は本発明の光変調器の第５実施例を示すブロック図である。この実施例では、プローブＬＤ３２４から供給されたプローブ光を偏光面が互いに直交する第１及び第２偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタ３５１と、偏光ビームスプリッタ３５１からの第１及び第２偏光成分に基づいてそれぞれ位相共役光（出力アイドラ光）を発生させる位相共役光発生器３５２及び３５３と、位相共役光発生器３５２及び３５３からの各位相共役光を合流させる偏光合成器３５４とが用いられる。偏光合成器３５４は例えば偏光ビームスプリッタであり、偏光合成器３５４で合成された位相共役光は図示しない光伝送路に送出される。位相共役光発生器３５２及び３５３としては、例えば、図３２の第１実施例の構成からプローブＬＤ３２４及び変調回路３２５を除いたものを用いることができる。位相共役光発生器３５２及び３５３における励起光を変調するために、変調回路３２５′が設けられている。
【０１３３】
この実施例によると、各位相共役光発生器３５２及び３５３に供給されるプローブ光の第１及び第２偏光成分はともに直線偏光であるから、位相共役光発生器３５２及び３５３において、供給されたプローブ光（第１又は第２偏光成分）の偏光状態を励起光の偏光状態に一致させるのが容易であり、偏光依存性を排除することができる。つまり、プローブＬＤ３２４から供給されるプローブ光の偏光状態の変動にかかわらず、位相共役光の発生効率を一定にすることができるのである。この実施例では、偏光ビームスプリッタ３５１から位相共役光発生器３５２を経て偏光合成器３５４に至る光路の光路長と偏光ビームスプリッタ３５１から位相共役光発生器３５３を経て偏光合成器３５４に至る光路の光路長との差を信号の１タイムスロットＴにおける光の進行距離に比べて十分小さくすることが望ましい。例えば、変調回路３２５′に供給される情報信号が１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号である場合には、その１タイムスロットＴにおける光の進行距離は約２ｍｍとなるから、光路長差はその１／１０に相当する０．２ｍｍ程度以下に抑えることが望ましい。
【０１３４】
図３７は本発明の光変調器の第６実施例を示す図である。プローブ光／励起光供給手段としては光カプラ３２３が用いられ、非線形光学媒質としては偏波保持ファイバ３５５が用いられている。プローブＬＤ３２４からのプローブ光と励起ＬＤ３２２からの励起光は、光カプラ３２３で合流されて偏波保持ファイバ３５５に入力する。励起光は予め定められた偏波面を有する実質的な直線偏光であり、この予め定められた偏波面が偏波保持ファイバ３５５の主軸に対してほぼ４５°傾斜するように励起ＬＤ３２２の配置等が設定される。こうしておくと、励起光パワーの偏波保持ファイバ内での直交２偏波成分を等しく一定に保つことができるので、任意の偏光状態のプローブ光に対して出力アイドラ光の生成効率を安定に保つことができる。
【０１３５】
図３７の実施例では、非線形光学媒質として使用される偏波保持ファイバ３５５の長さが長くなるのに従って、偏波保持ファイバ３５５の２つの主軸方向の偏波に対する屈折率のわずかな違いによる位相ずれが生じる可能性があるので、励起光パワーを高くするか或いは偏波保持ファイバ３５５の非線形定数を大きくすることによって、短い偏波保持ファイバ３５５で足りるようにすることが望ましい。この直交２偏波成分間の位相ずれの程度は、偏波保持ファイバ３５５の材料や構造により決定される。標準的なファイバにおいては、１０ｍの長さに対して１７ｐｓのずれが発生する。従って、ビットレートが６０Ｇｂ／ｓ程度の信号に対して１ビットの偏波分散となって現れる。この場合、実際に伝送可能な信号の伝送速度は１０Ｇｂ／ｓ程度になる。偏波保持ファイバ３５５の長さが長くなればさらに伝送可能な信号の伝送速度は低下する。次に、非線形光学媒質としての偏波保持ファイバの長さを短くすることなしに高ビットレートの信号に対応可能な実施例を説明する。
【０１３６】
図３８は本発明の光変調器の第７実施例を示すブロック図である。この実施例は、図３７の実施例と対比して、非線形光学媒質がほぼ同じ長さの２本の偏波保持ファイバ３５５Ａ及び３５５Ｂからなる点で特徴付けられる。偏波保持ファイバ３５５Ａ及び３５５Ｂはこれらの主軸同士が互いに直交するように接続される。励起光は予め定められた偏波面を有する実質的な直線偏光である。光カプラ３２３で合流したプローブ光と励起光は、偏波保持ファイバ３５５Ａの第１端に供給される。ここで、励起光の偏波面が偏波保持ファイバ３５５Ａの主軸に対してほぼ４５°傾斜するように、励起ＬＤ３２２の配置等が設定される。偏波保持ファイバ３５５Ａの第２端は偏波保持ファイバ３５５Ｂの第１端に接続されている。偏波保持ファイバ３５５Ｂの第２端からは、偏波保持ファイバ３５５Ａ及び３５５Ｂ内で生じた変調された位相共役光が出力する。この実施例では、ほぼ同じ特性を有する偏波保持ファイバ３５５Ａ及び３５５Ｂの長さを等しく設定しているので、偏波保持ファイバ３５５Ａで生じた直交２偏波成分間の位相ずれは偏波保持ファイバ３５５Ｂにおいて生じる直交２偏波成分間の位相ずれと相殺され、偏波保持ファイバ３５５Ａ及び３５５Ｂの総長が長い場合でも、これによって信号の伝送速度が制限されることがない。
【０１３７】
図３９は本発明の光変調器の第８実施例を示すブロック図である。励起光源として励起ＬＤ３２２が用いられ、非線形光学媒質として光ファイバ３２１が用いられている点は前述の図３２乃至図３５の実施例と同じである。この実施例では、プローブ光及び励起光を光ファイバ３２１に双方向に導波させるために、プローブ光／励起光供給手段は、光カプラ３６１と偏光ビームスプリッタ３６２とを含む。光カプラ３６１はポート３６１Ａ，３６１Ｂ及び３６１Ｃを有し、ポート３６１Ａ及び３６１Ｂに供給された光をポート３６１Ｃから出力する。ポート３６１ＡにはプローブＬＤ３２４が接続され、ポート３６１Ｂには励起ＬＤ３２２が接続される。偏光ビームスプリッタ３６２はポート３６２Ａ，３６２Ｂ，３６２Ｃ及び３６２Ｄを有し、ポート３６２Ａ及び３６２Ｂに供給された光を直交２偏光成分に偏光分離し、これらの２偏光成分をそれぞれポート３６２Ｃ及び３６２Ｄから出力する。また、偏光ビームスプリッタ３６２は、ポート３６２Ｃ及び３６２Ｄに供給された光を直交２偏光成分に偏光分離し、これらの２偏光成分をそれぞれポート３６２Ａ及び３６２Ｂから出力する。ポート３６２Ａには光カプラ３６１のポート３６１Ｃが接続され、ポート３６２Ｂには図示しない光伝送路が接続され、ポート３６２Ｃ及び３６２Ｄ間には光ファイバ３２１が接続される。光ファイバ３２１の途中には、１／４波長板及び１／２波長板等を用いて通常通り構成される偏光制御器３６３が設けられており、この偏光制御器３６３は光ファイバ３２１に供給された光の偏光状態と光ファイバ３２１から出力する光の偏光状態とが一致するような制御を行う。
【０１３８】
光カプラ３６１に供給されたプローブ光は励起ＬＤ３２２からの励起光と合流され、これらプローブ光及び励起光は、偏光ビームスプリッタ３６２で第１偏光成分とこの第１偏光成分の偏光面に直交する偏光面を有する第２偏光成分とに分離される。第１及び第２偏光成分は、それぞれ光ファイバ３２１を互いに逆方向に伝搬して、さらにもう一度偏光ビームスプリッタ３６２を通過するときに偏光合成されてポート３６２Ｂから出力される。励起ＬＤ３２２から出力される励起光の偏光面は、偏光ビームスプリッタ３６２で分離される第１及び第２偏光成分への、励起ＬＤ３２２からの励起光の分配比が１：１になるように、設定される。即ち、偏光ビームスプリッタ３６２のポート３６２Ａに供給される励起光の偏光面は、第１及び第２偏光成分の偏光面に対してそれぞれほぼ４５°傾斜するように、励起ＬＤ３２２が設定される。こうしておくと、光ファイバ３２１に互いに逆方向に導波されるプローブ光の直交２偏光成分に対して、励起光の直交２偏光成分がそれぞれ一致した偏光面でもって作用するので、光ファイバ３２１内で互いに逆方向に発生した位相共役光を偏光ビームスプリッタ３６２で合成してポート３６２Ｂから出力したときに、供給されたプローブ光の偏光状態の変動にかかわらず一定の変換効率で位相共役光を得ることができる。
【０１３９】
図４０は本発明の光変調器の第９実施例を示すブロック図である。この実施例は、図３９の実施例と対比して、非線形光学媒質として偏波保持ファイバ３２１′を用いている点で特徴付けられる。偏波保持ファイバ３２１′は、偏波保持ファイバ３２１′に供給された光の偏光状態が偏波保持ファイバ３２１′から出力される光の偏光状態に一致するように、偏光ビームスプリッタ３６２に接続される。この場合、偏波保持ファイバ３２１′の主軸は、偏光ビームスプリッタ３６２で偏光分離される直線偏光の偏光面に平行である。この実施例によると、図３９の偏波制御器３６３が不要になるので、装置の構成を簡単にすることができる。
【０１４０】
図４１は本発明の光変調器の第１０実施例を示すブロック図である。非線形光学媒質としての光ファイバ３２１と、励起ＬＤ３２２と、プローブＬＤ３２４と、偏光ビームスプリッタ３６２と、偏光制御器３６３とが用いられている点は、図３９の実施例と同じである。この実施例では、位相共役光の発生に際して消費されずに残った励起光を発生した位相共役光と分離するために、プローブ光／励起光供給手段は、光カプラ３７１と１／２波長板３７３と偏光ビームスプリッタ３６２とを含む。また、励起光を供給するポートと位相共役光を取り出すポートとを分離するために、プローブ光／励起光供給手段はさらに光サーキュレータ３７２を含む。光サーキュレータ３７２は３つのポート３７２Ａ，３７２Ｂ及び３７２Ｃを有し、ポート３７２Ａに供給された光をポート３７２Ｂから出力し、ポート３７２Ｂに供給された光をポート３７２Ｃから出力し、ポート３７２Ｃに供給された光をポート３７２Ａから出力するように機能する。ポート３７２ＡにはプローブＬＤ３２４が接続され、ポート３７２Ｃは図示しない光伝送路に接続される。光カプラ３７１は４つのポート３７１Ａ，３７１Ｂ，３７１Ｃ及び３７１Ｄを有し、ポート３７１Ａ及び３７１Ｂに供給された光を等分配してポート３７１Ｃ及び３７１Ｄから出力し、ポート３７１Ｃ及び３７１Ｄに供給された光を等分配してポート３７１Ａ及び３７１Ｂから出力する。光カプラ３７１としては、例えばハーフミラーやファイバ融着型のものが用いられる。ポート３７１Ａには励起ＬＤ３２２が接続され、ポート３７１Ｂにはサーキュレータ３７２のポート３７２Ｂが接続され、ポート３７１Ｄは偏光ビームスプリッタ３６２のポート３６２Ｂに接続される。１／２波長板３７３は光カプラ３７１のポート３７１Ｃと偏光ビームスプリッタ３６２のポート３６２Ａの間の光路に挿入され、この１／２波長板３７３は供給された光の偏光面を９０°回転させる。この実施例では、光カプラ３７１のポート３７１Ａに供給される励起光の偏光状態と、プローブＬＤ３２４から光サーキュレータ３７２を介して光カプラ３７１のポート３７１Ｂに供給されるプローブ光の偏光状態とが一致するようにされている。
【０１４１】
いま、これらの励起光及びプローブ光がそれぞれ紙面に垂直な偏光面を有する直線偏光であるとしてこの実施例における動作を説明する。光カプラ３７１のポート３７１Ａ及び３７１Ｂにそれぞれ供給された励起光及びプローブ光は、等分配されてポート３７１Ｃ及び３７１Ｄから出力する。ポート３７１Ｃから出力されたプローブ光及び励起光は、１／２波長板３７３で偏光面を９０°回転させられ、紙面に平行な偏光面を有する直線偏光として偏光ビームスプリッタ３６２のポート３６２Ａに供給される。ポート３６２Ａに供給されたプローブ光及び励起光は、ポート３６２Ｄから光ファイバ３２１に供給され、光ファイバ３２１内で図の反時計回りに伝搬するときに同方向に位相共役光が発生する。この位相共役光と残留した励起光は、ポート３６２Ｃから偏光ビームスプリッタ３６２に供給されポート３６２Ｂから出力する。一方、光カプラ３７１のポート３７１Ｄから偏光ビームスプリッタ３６２のポート３６２Ｂに供給されたプローブ光及び励起光は、紙面に垂直な偏光面を有しているので、これらプローブ光及び励起光は、ポート３６２Ｄから光ファイバ３２１に供給され、光ファイバ３２１内で図中の反時計回りに伝搬するときに位相共役光が発生する。この位相共役光と残留した励起光は、ポート３６２Ｃから偏光ビームスプリッタ３６２に供給され、ポート３６２Ａから出力される。ポート３６２Ａから１／２波長板３７３に供給された位相共役光及び励起光は、偏光面を９０°回転させられて紙面に平行な直線偏光として光カプラ３７１のポート３７１Ｃに供給される。１／２波長板３７３からポート３７１Ｃに供給される励起光及び位相共役光と偏光ビームスプリッタ３６２のポート３６２Ｂから光カプラ３７１のポート３７１Ｄに供給される励起光及び位相共役光とは、ともに紙面に平行な偏光面を有しており、且つ、これらが経てきた光路の長さは完全に一致する。従って、光カプラ３７１においてポート３７１Ｃ及び３７１Ｄに供給された励起光及び位相共役光のうち、励起光は主としてポート３７１Ａから出力され、位相共役光は主としてポート３７１Ｂから出力される。光カプラ３７１のポート３７１Ｂから出力された光は、光サーキュレータ３７２を介して図示しない光伝送路に送出される。
【０１４２】
本実施例によると、非線形光学媒質としての光ファイバ３２１内での位相共役光の発生に際して残留した励起光と発生した位相共役光とを、光フィルタ（例えば図３４の光バンドパスフィルタ３３１）を用いることなしに分離することができる。位相共役光の発生に際して用いられる励起光の強度はプローブ光及び発生した位相共役光の強度に比べて極めて高いので、このような高強度の励起光を位相共役光と分離する上で、図４１の実施例は有用である。
【０１４３】
以上説明した実施例では、プローブ光は１つであるが、周波数分割多重された複数のプローブ光に対しても本発明を適用可能である。
【０１４４】
図４２は本発明の光変調器の第１１実施例を示すブロック図である。シングルモードファイバＳＭＦ−１からのプローブ光は、光カプラ３８２の第１ポートに入力する。光ファイバ３８２の第２ポートには、情報信号源３８４により変調される励起光源３８６からの励起光が、偏波制御器３８８を介して供給される。光カプラ３８２で加え合わされたプローブ光及び励起光が非線形光学媒質３９０に入力すると、ここで位相共役光が発生し、この位相共役光は光カプラ３９２で２分岐される。分岐された一方の位相共役光は、シングルモードファイバＳＭＦ−２に送出され、分岐された他方の位相共役光は光フィルタ３９４を通って受光器３９６で電気信号に変換される。比較器３９８は、受光器３９６の出力レベルが最大になるように、励起光の偏波状態と励起光源３８６の発振波長とを制御する。励起光の波長は、励起光源３８６として使用されるレーザダイオードの温度やバイアス電流により制御される。
【０１４５】
この実施例によると、励起光の偏光状態をプローブ光の偏光状態に合わせて能動的に制御するようにしているので、プローブ光の偏光状態にかかわらず安定した変換効率で位相共役光を発生させることができる。
【０１４６】
以上説明した本発明の光変調器の実施例では、プローブ光源を非線形光学媒質の比較的近くに設置してこの光変調器を送信局に適用しているが、この光変調器は中継局にも適用可能である。即ち、送信局から送られてきたプローブ光を中継局で励起光（変調されている）とともに非線形光学媒質に入力することで、非線形光学媒質において生じる位相共役光に情報の書き込みを行うことができるのである。
【０１４７】
本発明は以下の付記を含むものである。
【０１４８】
（付記１） 非線形光学媒質（１） と、
励起光を出力する励起光源（２） と、
信号光入力ポート（３） に供給された入力信号光を上記励起光源（２） からの上記励起光とともに上記非線形光学媒質（１） に供給する信号光／励起光供給手段（４） と、
上記非線形光学媒質（１） に供給された上記入力信号光及び上記励起光の相互作用により発生した出力信号光及び位相共役光を抽出してそれぞれ信号光出力ポート（５） 及び位相共役光出力ポート（６） から出力する信号光／位相共役光抽出手段（７） とを備えた位相共役光発生装置。
【０１４９】
（付記２） 上記非線形光学媒質（１） においては２次の非線形光学効果に基づく光パラメトリックプロセス又は３次の非線形光学効果に基づく４光波混合プロセスにより上記位相共役光が発生する付記１に記載の位相共役光発生装置。
【０１５０】
（付記３） 上記信号光／励起光供給手段（４） は、上記信号光入力ポート（３） と上記励起光源（２） と上記非線形光学媒質（１） の第１端とにそれぞれ接続された第１乃至第３ポート（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ） を有し該第１及び第２ポート（１１Ａ，１１Ｂ） に供給された光を該第３ポート（１１Ｃ） から出力する光カプラ（１１）を含む付記１に記載の位相共役光発生装置。
【０１５１】
（付記４） 上記非線形光学媒質（１） においては片方向励起型の４光波混合により上記位相共役光が発生し、
上記信号光／位相共役光抽出手段（７） は、
第１乃至第３ポート（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ） を有し、該第１ポート（１２Ａ） は上記非線形光学媒質（１） の第２端に接続され、該第１ポート（１２Ａ） に供給された光を２分岐してそれぞれ該第２及び第３ポート（１２Ｂ，１２Ｃ） から出力する光デバイダ（１２）と、該光デバイダ（１２）の第２ポート（１２Ｂ） と上記信号光出力ポート（５） の間の光路に挿入されその通過帯域は上記出力信号光の周波数を包含する第１の光フィルタ（１３）と、
上記光デバイダ（１２）の第３ポート（１２Ｃ） と上記位相共役光出力ポート（６） の間の光路に挿入されその通過帯域は上記位相共役光の周波数を包含する第２の光フィルタ（１４）とを含む付記３に記載の位相共役光発生装置。
【０１５２】
（付記５） 上記励起光源（２） は周波数が等しい励起光をそれぞれ出力する第１及び第２の励起光源（２１，２２） であり、
上記信号光／励起光供給手段（４） は、
第１乃至第３ポート（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ） を有し、該第２ポート（２３Ｂ） は上記第１の励起光源（２１）に接続され、該第３ポート（２３Ｃ） は上記非線形光学媒質（１） の第１端に接続され、該第１及び第２ポート（２３Ａ，２３Ｂ） に供給された光を該第３ポート（２３Ｃ） から出力し、該第３ポート（２３Ｃ） に供給された光を該第１ポート（２３Ａ） から出力する第１の光カプラ（２３）と、
第１乃至第３ポート（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ） を有し、該第１ポート（２４Ａ） は上記非線形光学媒質（１） の第２端に接続され、該第２ポート（２４Ｂ） は上記第２の励起光源（２２）に接続され、該第１ポート（２４Ａ） に供給された光を該第３ポート（２４Ｃ） から出力し、該第２ポート（２４Ｂ） に供給された光を該第１ポート（２４Ａ） から出力する第２の光カプラ（２４）とを含む付記１に記載の位相共役光発生装置。
【０１５３】
（付記６） 上記非線形光学媒質（１） においては双方向励起型の４光波混合により上記位相共役光が発生し、
上記信号光／位相共役光抽出手段（７） は、
第１乃至第３ポート（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ） を有し、該第１ポート（３１Ａ） は上記信号光入力ポート（３） に接続され、該第３ポート（３１Ｃ） は上記第１の光カプラ（２３）の第１ポート（２３Ａ） に接続され、その第１ポート（３１Ａ） に供給された光を該第３ポート（３１Ｃ） から出力し、該第３ポート（３１Ｃ） に供給された光を該第２ポート（３１Ｂ） から出力する光デバイダ（３１）と、
上記第２の光カプラ（２４）の第３ポート（２４Ｃ） と上記信号光出力ポート（５） の間の光路に挿入されその通過帯域は上記出力信号光の周波数を包含する第１の光フィルタ（３２）と、
上記光デバイダ（３１）の第２ポート（３１Ｂ） と上記位相共役光出力ポート（６） の間の光路に挿入されその通過帯域は上記位相共役光の周波数を包含する第２の光フィルタ（３３）とを含む付記５に記載の位相共役光発生装置。
【０１５４】
（付記７） 上記非線形光学媒質（１） においては双方向励起型の４光波混合により上記位相共役光が発生し、
上記位相共役光出力ポート（６） は第１及び第２の位相共役光出力ポート（６Ａ，６Ｂ） であり、
上記信号光／位相共役光抽出手段（７） は、
第１乃至第３ポート（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ） を有し、該第１ポート（４１Ａ） は上記第２の光カプラ（２４）の第３ポート（２４Ｃ） に接続され、該第１ポート（４１Ａ） に供給された光を２分岐してそれぞれ該第２及び第３ポート（４１Ｂ，４１Ｃ） から出力する第１の光デバイダ（４１）と、
該第１の光デバイダ（４１）の第２ポート（４１Ｂ） と上記信号光出力ポート（５） の間の光路に挿入されその通過帯域は上記出力信号光の周波数を包含する第１の光フィルタ（４２）と、
上記第１の光デバイダ（４１）の第３ポート（４１Ｃ） と上記第１の位相共役光出力ポート（６Ａ）の間の光路に挿入されその通過帯域は上記位相共役光の周波数を包含する第２の光フィルタ（４３）と、
第１乃至第３ポート（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ） を有し、該第１ポート（３１Ａ） は上記信号光入力ポート（３） に接続され、該第３ポート（３１Ｃ） は上記第１の光カプラ（２３）の第１ポート（２３Ａ） に接続され、その第１ポート（３１Ａ） に供給された光を該第３ポート（３１Ｃ） から出力し、該第３ポート（３１Ｃ） に供給された光を該第２ポート（３１Ｂ） から出力する第２の光デバイダ（３１）と、
該第２の光デバイダ（３１）の第２ポート（３１Ｂ） と上記第２の位相共役光出力ポート（６Ｂ）の間の光路に挿入されその通過帯域は上記位相共役光の周波数を包含する第３の光フィルタ（３３）とを含む付記５に記載の位相共役光発生装置。
【０１５５】
（付記８） 入力データに基づき上記励起光を変調する変調手段（５１）をさらに備えた付記１に記載の位相共役光発生装置。
【０１５６】
（付記９） 上記変調手段（５１）は上記励起光の強度又は振幅を変調する付記８に記載の位相共役光発生装置。
【０１５７】
（付記１０） 上記変調手段（５１）は上記励起光の周波数を変調する付記８に記載の位相共役光発生装置。
【０１５８】
（付記１１） 送信局（６１）と、
受信局（６２）と、
該送信局（６１）及び該受信局（６２）間に敷設された光伝送路（６３）と、
該光伝送路（６３）の途中に挿入された少なくとも一つの中継局（６４）とを備え、
該中継局（６４）は請求項１に記載の位相共役光発生装置（６５）を含み、
該位相共役光発生装置（６５）は、上記送信局（６１）の側から供給された光を上記入力信号光として受け、上記位相共役光を上記受信局（６２）の側に向けて送出する中継光伝送システム。
【０１５９】
（付記１２） 上記中継局（６４）は入力データに基づき上記励起光を変調する変調手段（６６）をさらに含み、
上記入力データは当該中継局（６４）の監視データを含む付記１１に記載の中継光伝送システム。
【０１６０】
（付記１３） 上記送信局（６１）が送出する光は伝送データにより変調されており、
上記中継局（６４）は、上記位相共役光発生装置（６５）から出力される上記出力信号光を受け上記伝送データに対応した復調データを再生する復調手段（６７）をさらに含む付記１１に記載の中継光伝送システム。
【０１６１】
（付記１４） 上記中継局（６４）は複数あり、
該複数の中継局（６４）のうち上記送信局（６１）の側から数えて１番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置（６５）の上記信号光入力ポート（３） は上記送信局（６１）に接続され、
該複数の中継局（６４）のうち上記送信局の側から数えてｎ（ｎは１より大きい自然数）番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置（６５）の上記信号光入力ポート（３） は（ｎ−１）番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置（６５）の上記位相共役光出力ポート（６） に接続され、
該複数の中継局（６４）のうち上記受信局（６２）の側から数えて１番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置（６５）の上記位相共役光出力ポート（６） は上記受信局（６２）に接続される付記１１に記載の中継光伝送システム。
【０１６２】
（付記１５） 第１の光送信機（７１）及び第１の光受信機（７２）を有する第１の送受信局（７３）と、
第２の光送信機（７４）及び第２の光受信機（７５）を有する第２の送受信局（７６）と、該第１及び第２の送受信局（７３，７６） 間に敷設された上り及び下り光伝送路（７７，７８） と、
該上り及び下り光伝送路（７７，７８） の途中に挿入された少なくとも１つの中継局（７９）とを備え、
該中継局（７９）は付記１に記載の位相共役光発生装置 （６５′） を含み、
該位相共役光発生装置 （６５′） の上記励起光源（２） は第１及び第２の励起光をそれぞれ出力する第１及び第２の励起光源であり、
上記位相共役光発生装置 （６５′） の上記位相共役光出力ポート（６） は第１及び第２の位相共役光出力ポート（６Ａ，６Ｂ） であり、
上記位相共役光発生装置 （６５′） は、上記第１の送受信局（７３）の側から上記信号光入力ポート（３） に供給された光を第１の信号光として受け、該第１の信号光及び上記第１の励起光に基づき第１の位相共役光を発生させ、該第１の位相共役光を上記第１の位相共役光出力ポート（６Ａ）から上記第２の送受信局（７６）の側に向けて送出するとともに、上記第２の送受信局（７６）の側から上記信号光出力ポート（５） に供給された光を第２の信号光として受け、該第２の信号光及び上記第２の励起光に基づき第２の位相共役光を発生させ、該第２の位相共役光を上記第２の位相共役光出力ポート（６Ｂ）から上記第１の送受信局（７３）の側に向けて送出する双方向中継光伝送システム。
【０１６３】
（付記１６） 上記中継局（７９）は複数あり、
該複数の中継局（７９）のうち上記第１の送受信局（７３）の側から数えて１番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置 （６５′） の上記信号光入力ポート（３） 及び上記第２の位相共役光出力ポート（６Ｂ）はそれぞれ上記第１の光送信機（７１）及び上記第１の光受信機（７２）に接続され、
該複数の中継局（７９）のうち上記第１の送受信局（７３）の側から数えてｎ（ｎは１より大きい自然数）番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置 （６５′） の上記信号光入力ポート（３） 及び上記第２の位相共役光出力ポート（６Ｂ）は（ｎ−１）番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置 （６５′） のそれぞれ上記第１の位相共役光出力ポート（６Ａ）及び上記信号光出力ポート（５） に接続され、
該複数の中継局（７９）のうち上記第２の送受信局（７６）の側から数えて１番目の中継局が有する上記位相共役光発生装置 （６５′） の上記信号光出力ポート（５） 及び上記第１の位相共役光出力ポート（６Ａ）はそれぞれ上記第２の光送信機（７４）及び上記第２の光受信機（７５）に接続される付記１５に記載の双方向中継光伝送システム。
【０１６４】
（付記１７） 付記１に記載の位相共役光発生装置（６５）を複数備え、
該複数の位相共役光発生装置（６５）のうちの上位のものの上記信号光出力ポート（５） 及び上記位相共役光出力ポート（６） はそれぞれ該複数の位相共役光発生装置（６５）のうちのすぐ下位のものの上記信号光入力ポート（３） に接続される光分配システム。
【０１６５】
（付記１８） 付記１に記載の位相共役光発生装置と、該装置の上記励起光源（２） をオン・オフするスイッチング手段（８１）とを備え、
該スイッチング手段（８１）の動作により上記位相共役光が発生する状態と発生しない状態とを択一的に切り換える光スイッチングシステム。
【０１６６】
（付記１９） 付記１に記載の位相共役光発生装置と、該装置における上記励起光の周波数を掃引する掃引手段（９１）とを備え、
該装置の上記信号光入力ポート（３） には周波数分割多重された複数の信号光が供給され、
上記掃引手段（９１）の動作により上記複数の信号光から択一的に選択された信号光に対応する位相共役光が発生する光選択システム。
【０１６７】
（付記２０） 付記５に記載の位相共役光発生装置と、第１及び第２の入力論理データのハイ及びローに従ってそれぞれ上記装置の上記第１及び第２の励起光源の発光強度を変化させる励起光制御手段（１０１） とを備え、
上記第１及び第２の入力論理データがともにハイのときにのみ上記位相共役光が発生する光アンド回路システム。
【０１６８】
（付記２１） 主局（２０１） と従局（２０２） の間に光伝送路（２０３） を設けてなる光通信システムであって、
上記主局（２０１） は位相共役光発生手段（２０４） 及び第１の変調手段（２０５） を有し、
上記従局（２０２） はプローブ光発生手段（２０６） 及び第１の復調手段（２０７） を有し、
上記プローブ光発生手段（２０６） はプローブ光を上記光伝送路（２０３） の第１端に供給し、
上記位相共役光発生手段（２０４） は上記光伝送路（２０３） の第２端から出力した上記プローブ光に対する位相共役光を発生して該位相共役光を上記光伝送路（２０３） の第２端に供給し、
上記第１の変調手段（２０５） は第１の入力データに従って上記位相共役光を変調し、
上記第１の復調手段（２０７） は上記光伝送路（２０３） の第１端から出力した上記位相共役光に基づいて上記第１の入力データを復調する光通信システム。
【０１６９】
（付記２２） 上記位相共役光発生手段（２０４） は、非線形光学媒質（２１１） と、励起光を出力する励起光発生手段（２１２） と、該励起光発生手段（２１２） から供給された上記励起光を上記プローブ光とともに上記非線形光学媒質（２１１） に供給するプローブ光／励起光供給手段（２１３） とを含む付記２１に記載の光通信システム。
【０１７０】
（付記２３） 上記非線形光学媒質（２１１） は３次の非線形光学効果を呈し、該非線形光学媒質（２１１） においては４光波混合により上記位相共役光が発生する付記２２に記載の光通信システム。
【０１７１】
（付記２４） 上記第１の変調手段（２０５） は、上記第１の入力データに従って上記励起光を変調する励起光変調手段（２１４） を含む付記２２に記載の光通信システム。
【０１７２】
（付記２５） 上記励起光は上記非線形光学媒質（２１１） に互いに逆向きに供給される同一周波数の第１及び第２の励起光である付記２４に記載の光通信システム。
【０１７３】
（付記２６） 上記励起光変調手段（２１４） は上記第１及び第２の励起光の少なくともいずれか一方の強度又は振幅を変調する付記２５に記載の光通信システム。
【０１７４】
（付記２７） 上記励起光変調手段（２１４） は上記第１及び第２の励起光の周波数を変調する付記２５に記載の光通信システム。
【０１７５】
（付記２８） 上記従局（２０２） は、第２の入力データに従って上記プローブ光を変調する第２の変調手段（２３１） をさらに有し、
上記主局（２０１） は、上記位相共役光発生手段（２０４） の出力光に基づいて上記第２の入力データを復調する第２の復調手段（２３２） をさらに有する付記２１に記載の光通信システム。
【０１７６】
（付記２９） 上記第２の変調手段（２３１） は上記プローブ光の周波数又は位相を変調し、
上記第１の変調手段（２０５） は上記位相共役光の強度又は振幅を変調する付記２８に記載の光通信システム。
【０１７７】
（付記３０） 上記第２の変調手段（２３１） は上記プローブ光の強度又は振幅を比較的低い変調度で変調し、
上記第１の変調手段（２０５） は上記位相共役光の強度又は振幅を比較的高い変調度で変調する付記２８に記載の光通信システム。
【０１７８】
（付記３１） 上記第１の変調手段（２０５） は上記位相共役光の強度を変調し、上記第１の復調手段（２０７） は、上記光伝送路（２０３） の上記第１端から出力した上記位相共役光を電気信号に変換する受光器（２４２） を含み、
上記第１の復調手段（２０７） においては直接検波が行われる付記２１に記載の光通信システム。
【０１７９】
（付記３２） 上記第１の変調手段（２０５） は上記位相共役光の振幅、位相又は周波数を変調し、
上記第１の復調手段（２０７） は、上記光伝送路（２０３） の上記第１端から出力した上記位相共役光をローカル光とともに同一受光面で受けて電気信号に変換する受光器（２５２） を含み、
上記第１の復調手段（２０７） においてはヘテロダイン検波が行われる付記２１に記載の光通信システム。
【０１８０】
（付記３３） 上記従局（２０２） は、上記プローブ光発生手段（２０６） からの上記プローブ光を第１及び第２のプローブ光に分岐する光分岐手段（２５４） をさらに有し、
該第１のプローブ光は上記光伝送路（２０３） の上記第１端に供給され、
該第２のプローブ光は上記ローカル光として上記受光器（２５２） に供給される付記３２に記載の光通信システム。
【０１８１】
（付記３４） 上記光伝送路（２０３） はシングルモードファイバ（２６１） であり、上記位相共役光発生手段（２０４） は第１及び第２の位相共役光発生装置（２６２，２６３） であり、
上記主局（２０１） は、第１乃至第３ポート（２６４Ａ，２６４Ｂ，２６４Ｃ）を有し該第１ポート（２６４Ａ）は上記シングルモードファイバ（２６１） に接続され該第２及び第３ポート（２６４Ｂ，２６４Ｃ） はそれぞれ上記第１及び第２の位相共役光発生装置（２６２，２６３） に接続され該第１ポート（２６４Ａ）に供給された光を直交２偏光成分に分離してそれぞれ該第２及び第３ポート（２６４Ｂ，２６４Ｃ） から出力し該第２及び第３ポート（２６４Ｂ，２６４Ｃ） にそれぞれ供給された直交２偏光成分を該第１ポート（２６４Ａ）から出力する偏光ビームスプリッタ（２６４） をさらに有する付記３３に記載の光通信システム。
【０１８２】
（付記３５） 上記光伝送路（２０３） の上記第１端に供給される上記プローブ光は周波数分割多重された複数のプローブ光である付記２１に記載の光通信システム。
【０１８３】
（付記３６） 上記従局（２０２） は、第２の入力データに従って上記プローブ光を変調する第２の変調手段（２３１） をさらに有し、
上記主局（２０１） は複数あり、
該複数の主局（２０１） は、それぞれ、上記位相共役光発生手段（２０４） の出力光に基づいて上記第２の入力データを復調する第２の復調手段（２３２） をさらに有する付記２１に記載の光通信システム。
【０１８４】
（付記３７） 上記複数の主局（２０１） の各上記位相共役光発生手段（２０４） は、それぞれ、非線形光学媒質（２１１） と、励起光を発生する励起光発生手段（２１２） と、該励起光発生手段（２１２） から供給された上記励起光を上記プローブ光とともに上記非線形光学媒質（２１１） に供給するプローブ光／励起光供給手段（２１３） とを含み、
各上記励起光発生手段（２１２） が発生する各上記励起光の周波数は異なる付記３６に記載の光通信システム。
【０１８５】
（付記３８） 上記従局（２０２） は複数ある付記２１に記載の光通信システム。
【０１８６】
（付記３９） プローブ光源（３０１） と、
励起光源（３０２） と、
非線形光学媒質（３０３） と、
上記プローブ光源（３０１） からのプローブ光を上記励起光源（３０２） からの励起光とともに上記非線形光学媒質（３０３） に供給するプローブ光／励起光供給手段（３０４） と、
上記励起光源（３０２） に動作的に接続されて上記励起光を情報信号により変調する変調手段（３０５） とを備え、
上記非線形光学媒質（３０３） から変調された位相共役光が出力される光変調器。
【０１８７】
（付記４０） 上記非線形光学媒質（３０３） は３次の非線形光学効果を呈し、該非線形光学媒質（３０３） においては４光波混合により上記位相共役光が発生する付記３９に記載の光変調器。
【０１８８】
（付記４１） 上記変調手段（３０５） は上記励起光の振幅又は強度を変調する付記３９に記載の光変調器。
【０１８９】
（付記４２） 上記変調手段（３０５） は上記励起光の周波数を変調する付記３９に記載の光変調器。
【０１９０】
（付記４３） 上記変調手段（３０５） は上記励起光の位相を変調する付記３９に記載の光変調器。
【０１９１】
（付記４４） 上記非線形光学媒質（３０３） に動作的に接続され、その通過帯域は上記位相共役光の波長を包含する光バンドパスフィルタ（３３１） をさらに備えた付記３９に記載の光変調器。
【０１９２】
（付記４５） 上記光バンドパスフィルタ（３３１） に動作的に接続され、上記位相共役光を増幅する光増幅器（３３２） をさらに備えた付記４４に記載の光変調器。
【０１９３】
（付記４６） 上記非線形光学媒質（３０３） は光ファイバ（３２１） である付記３９に記載の光変調器。
【０１９４】
（付記４７） 上記プローブ光の波長と上記励起光の波長はわずかに異なり、上記光ファイバ（３２１） の零分散を与える波長は上記励起光の波長にほぼ一致する付記４６に記載の光変調器。
【０１９５】
（付記４８） 上記励起光は上記情報信号よりも十分に低速な信号により周波数変調される付記３９に記載の光変調器。
【０１９６】
（付記４９） 上記プローブ光を偏光面が互いに直交する第１及び第２偏光成分に分離する偏光分離手段（３５１） と、偏光合成手段（３５４） とをさらに備え、上記非線形光学媒質は、上記プローブ光の上記第１及び第２偏光成分を受けて該第１及び第２偏光成分に対する位相共役光をそれぞれ出力し、該各位相共役光が上記偏光合成手段（３５４） で合成される付記３９に記載の光変調器。
【０１９７】
（付記５０） 上記非線形光学媒質は偏波保持ファイバ（３５５） であり、
上記励起光は予め定められた偏波面を有する実質的な直線偏波であり、
上記予め定められた偏波面が上記偏波保持ファイバ（３５５） の主軸に対してほぼ４５°傾斜するように上記励起光源が設定される付記３９に記載の光変調器。
【０１９８】
（付記５１） 上記非線形光学媒質はほぼ同じ長さの第１及び第２の偏波保持ファイバ（３５５Ａ，３５５Ｂ） であり、
該第１及び第２の偏波保持ファイバ（３５５Ａ，３５５Ｂ）
はこれらの主軸同士が互いに直交するように接続され、
上記励起光は予め定められた偏波面を有する実質的な直線偏波であり、
上記励起光は上記第１の偏波保持ファイバ（３５５Ａ）に供給され、
上記予め定められた偏波面が上記第１の偏波保持ファイバ（３５５Ａ）の主軸に対してほぼ４５°傾斜するように上記励起光源が設定される付記３９に記載の光変調器。
【０１９９】
（付記５２） 上記プローブ光／励起光供給手段は、
第１乃至第３ポート（３６１Ａ，３６１Ｂ，３６１Ｃ）を有し、該第１及び第２ポート（３６１Ａ，３６１Ｂ） にはそれぞれ上記プローブ光源及び上記励起光源が接続され、該第１及び第２ポート（３６１Ａ，３６１Ｂ） に供給された光を該第３ポート（３６１Ｃ）から出力する光カプラ（３６１） と、
第４乃至第７ポート（３６２Ａ，３６２Ｂ，３６２Ｃ，３６２Ｄ） を有し、該第４ポート（３６２Ａ）は上記第３ポート（３６１Ｃ）に接続され、該第５ポート（３６２Ｂ）から上記変調された位相共役光が出力され、該第６及び第７ポート（３６２Ｃ，３６２Ｄ） は上記光ファイバ（３２１） の第１端及び第２端にそれぞれ接続され、該第４及び第５ポート（３６２Ａ，３６２Ｂ） に供給された光の直交２偏光成分をそれぞれ該第６及び第７ポート（３６２Ｃ，３６２Ｄ） から出力し、該第６及び第７ポート（３６２Ｃ，３６２Ｄ） に供給された光の直交２偏光成分をそれぞれ該第４及び第５ポート（３６２Ａ，３６２Ｂ） から出力する偏光ビームスプリッタ（３６２） とを含み、
該第４ポート（３６２Ａ）に供給される上記励起光の偏光面が上記直交２偏光成分の偏光面に対してそれぞれほぼ４５°傾斜するように上記励起光源が設定される付記４６に記載の光変調器。
【０２００】
（付記５３） 上記光ファイバ（３２１） に供給される光の偏光状態と上記光ファイバ（３２１） から出力される光の偏光状態とが一致するように制御する偏光制御器（３６３） をさらに備えた付記５２に記載の光変調器。
【０２０１】
（付記５４） 上記光ファイバ（３２１） は偏波保持ファイバ（３２１′） である付記５２に記載の光変調器。
【０２０２】
（付記５５） 上記プローブ光／励起光供給手段は、
第１乃至第４ポート（３７１Ａ，３７１Ｂ，３７１Ｃ，３７１Ｄ） を有し、該第１ポート（３７１Ａ）には上記励起光が供給され、該第２ポート（３７１Ｂ）には上記プローブ光が供給され、該第１及び第２ポート（３７１Ａ，３７１Ｂ） に供給された光を等分配して該第３及び第４ポート（３７１Ｃ，３７１Ｄ） から出力し、該第３及び第４ポート（３７１Ｃ，３７１Ｄ） に供給された光を等分配して該第１及び第２ポート（３７１Ａ，３７１Ｂ） から出力する光カプラ（３７１） と、
第５乃至第８ポート（３６２Ａ，３６２Ｂ，３６２Ｃ，３６２Ｄ） を有し、該第６ポート（３６２Ｂ）は該第４ポート（３７１Ｄ）に接続され、該第７及び第８ポート（３６２Ｃ，３６２Ｄ） は上記光ファイバ（３２１） の第１端及び第２端にそれぞれ接続され、該第５及び第６ポート（３６２Ａ，３６２Ｂ） に供給された光の直交２偏光成分を該第７及び第８ポート（３６２Ｃ，３６２Ｄ） から出力し、該第７及び第８ポート（３６２Ｃ，３６２Ｄ） に供給された光の直交２偏光成分を該第５及び第６ポート（３６２Ａ，３６２Ｂ） から出力する偏光ビームスプリッタ（３６２） と、
該第３ポート（３７１Ｃ）及び該第５ポート（３６２Ａ）間の光路に挿入される１／２波長板（３７３） とを含み、
該第１及び第２ポート（３７１Ａ，３７１Ｂ） にそれぞれ供給される上記励起光及び上記プローブ光の偏光状態は一致する付記４６に記載の光変調器。
【０２０３】
（付記５６） 上記プローブ光源に接続された第９ポート（３７２Ａ）と上記第２ポート（３７１Ｂ）に接続された第１０ポート（３７２Ｂ）と上記変調された位相共役光が出力する第１１ポート（３７２Ｃ）とを有し、該第９ポート（３７２Ａ）に供給された光を該第１０ポート（３７２Ｂ）から出力し該第１０ポート（３７２Ｂ）に供給された光を該第１１ポート（３７２Ｃ）から出力する光サーキュレータ（３７２） をさらに備えた付記５５に記載の光変調器。
【０２０４】
（付記５７） 上記プローブ光／励起光供給手段は、
上記プローブ光が供給される第１ポート（３２３Ａ）と上記励起光が供給される第２ポート（３２３Ｂ）と上記光ファイバ（３２１） の第１端に接続される第３ポート（３２３Ｃ）とを有し該第１及び第２ポート（３２３Ａ，３２３Ｂ） にそれぞれ供給された上記プローブ光及び上記励起光を該第３ポート（３２３Ｃ）から出力する光カプラ（３２３） を含み、
上記光ファイバ（３２１） の第２端から上記変調された位相共役光が出力される付記４６に記載の光変調器。
【０２０５】
（付記５８） 上記プローブ光源と上記第１ポート（３２３Ａ）間の光路に挿入され上記プローブ光の偏光状態を攪乱する偏光スクランブラをさらに備えた付記５７に記載の光変調器。
【０２０６】
（付記５９） 上記励起光源と上記第２ポート（３２３Ｂ）間の光路に挿入され上記励起光の偏光状態を攪乱する偏光スクランブラ（３４１） をさらに備えた付記５７に記載の光変調器。
【０２０７】
【発明の効果】
以上のように、本発明により位相共役光学を光システムに適用することによって、従来の光技術では得られなかった新しい機能の達成や光システムの特性の改善が可能になる。本発明により得られる他の効果については以上説明したとおりであるのでその説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は位相共役光の発生原理の説明図である。
【図２】図２は信号光、励起光及びアイドラ光の周波数配置の説明図である。
【図３】図３は本発明の基本構成を示す位相共役光発生装置のブロック図である。
【図４】図４は本発明の第１実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。
【図５】図５は本発明の第２及び第３実施例を説明するための位相共役光発生装置の主要部のブロック図である。
【図６】図６は本発明の第２実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。
【図７】図７は本発明の第３実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。
【図８】図８は本発明の第４実施例を示す位相共役光発生装置のブロック図である。
【図９】図９Ａ，図９Ｂ及び図９Ｃは本発明の第５実施例を示す中継光伝送システムのブロック図である。
【図１０】図１０は本発明の第６実施例を示す中継光伝送システムのブロック図である。
【図１１】図１１は本発明の第７実施例を示す双方向中継光伝送システムのブロック図である。
【図１２】図１２は図１１のシステムにおける周波数配置の説明図である。
【図１３】図１３は本発明の第８実施例を示す双方向中継光伝送システムのブロック図である。
【図１４】図１４は本発明の第９実施例を示す光分配システムのブロック図である。
【図１５】図１５は本発明の第１０実施例を示す光スイッチングシステムのブロック図である。
【図１６】図１６は本発明の第１１実施例を示す光選択システムのブロック図である。
【図１７】図１７は本発明の第１２実施例を示す光アンド回路システムのブロック図である。
【図１８】図１８は本発明の光通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図１９】図１９は本発明における主局の具体的構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は位相共役光の発生原理の説明図である。
【図２１】図２１は信号光、励起光及びアイドラ光（位相共役光）の周波数配置の説明図である。
【図２２】図２２は本発明における主局の実施例を示すブロック図である。
【図２３】図２３Ａ及び図２３Ｂは位相共役光の強度変調の説明図である。
【図２４】図２４は本発明の光通信システムの他の基本構成を示すブロック図である。
【図２５】図２５は本発明における従局の第１実施例を示すブロック図である。
【図２６】図２６は本発明における従局の第２実施例を示すブロック図である。
【図２７】図２７は図２６の実施例における中間周波信号のスペクトルの説明図である。
【図２８】図２８は偏光制御を不要にした実施例を示す光通信システムのブロック図である。
【図２９】図２９は本発明を光分配系に適用した実施例を示す光通信システムのブロック図である。
【図３０】図３０は本発明の光変調器の基本構成を示すブロック図である。
【図３１】図３１Ａ，図３１Ｂ及び図３１Ｃは励起光の変調による出力アイドラ光の変調の説明図である。
【図３２】図３２は本発明の光変調器の第１実施例を示すブロック図である。
【図３３】図３３は本発明の光変調器の第２実施例を示すブロック図である。
【図３４】図３４は本発明の光変調器の第３実施例を示すブロック図である。
【図３５】図３５は本発明の光変調器の第４実施例を示すブロック図である。
【図３６】図３６は本発明の光変調器の第５実施例を示すブロック図である。
【図３７】図３７は本発明の光変調器の第６実施例を示すブロック図である。
【図３８】図３８は本発明の光変調器の第７実施例を示すブロック図である。
【図３９】図３９は本発明の光変調器の第８実施例を示すブロック図である。
【図４０】図４０は本発明の光変調器の第９実施例を示すブロック図である。
【図４１】図４１は本発明の光変調器の第１０実施例を示すブロック図である。
【図４２】図４２は本発明の光変調器の第１１実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 非線形光学媒質
２ 励起光源
３ 信号光入力ポート
４ 信号光／励起光供給手段
５ 信号光出力ポート
６ 位相共役光出力ポート
７ 信号光／位相共役光抽出手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention generally relates to the application of phase conjugate optics to optical communication, optical measurement, optical information processing and other fields, and more particularly, to a first phase conjugate light generator and a relay light provided with the same. The present invention relates to a transmission system, a bidirectional repeater optical transmission system, an optical distribution system, an optical switching system, an optical selection system, and an optical AND circuit system, secondly, to an optical communication system using phase conjugate light, and thirdly to these systems. It relates to a possible light modulator.
[0002]
[Prior art]
First, a first field of application of the present invention will be described. The following embodiments of the present invention relate to a phase conjugate light generating apparatus and a relay optical transmission system, a bidirectional relay optical transmission system, an optical distribution system, an optical switching system, an optical selection system, and an optical AND circuit system including the apparatus.
[0003]
By using nonlinear optics, it is possible to achieve new functions and to improve the characteristics of optical systems, which cannot be obtained by conventional optical technology. In particular, if phase conjugate light, which has been actively studied recently, is used, compensation for phase fluctuations and chromatic dispersion in optical transmission lines, reading of sensitive information, amplification of low noise, and quantum states such as squeezed states are possible. A wide range of applications of optical technology to the generation of light is possible.
[0004]
Conventionally, for example, in order to realize functions such as optical amplification, branching, and addition of information, a system is combined with an optical device having only each function (specifically, an optical amplifier, an optical splitter, an optical coupler, etc.). Was composed. Further, for example, a method of compensating for phase fluctuations, chromatic dispersion, and the like received in an optical transmission line has been mainly used on the signal transmission / reception side, particularly on the reception side.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the first application field of the present invention is to provide a phase conjugate light generator having a novel configuration applicable to various optical systems.
[0006]
Another object of the first field of application of the present invention is to provide a useful optical system equipped with this phase conjugate light generator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Of the present inventionAccording to one aspect, an optical communication system includes an optical transmission path provided between a master station and a slave station, the master station comprising: a phase conjugate light generating unit; Modulating means, and second demodulating means for demodulating the second data, the slave station according to the probe light generating means, the first demodulating means for demodulating the first input data, and the second input data. A second modulator for modulating the probe light output from the probe light generator in the slave station in accordance with second input data by the second modulator; The main station generates a phase conjugate light with respect to the probe light output from the second end of the optical transmission line by the phase conjugate light generating means, and transmits the phase conjugate light to the optical transmission line. To the second end of the path, and to the output of the phase conjugate light generating means. The second input data is demodulated by the second demodulation means based on the light, and the slave station outputs the second input data based on the phase conjugate light from the master station output from the first end of the optical transmission line. An optical communication system for demodulating the first input data by a first demodulation means is provided..
[0008]
Of the present inventionAccording to another aspect, the second demodulation unit demodulates the second input data based on the probe light amplified by the phase conjugate light generation unit.
[0009]
Of the present inventionAccording to another aspect, the phase conjugate light generation means includes a nonlinear optical medium, excitation light generation means for outputting excitation light, and the excitation light supplied from the excitation light generation means together with the probe light. Probe light / excitation light supply means for supplying to the optical medium.
[0010]
Of the present inventionAccording to another aspect, the optical transmission line is a single mode fiber, and the master station has first to third ports and separates the light supplied to the first port into two orthogonal polarization components. A polarization beam splitter that outputs from the second and third ports, respectively, wherein the first port of the polarization beam splitter is connected to the single mode fiber, and is connected to the second port or the third port of the polarization beam splitter. Either one is an optical communication system connected to the phase conjugate light generator..
[0011]
Of the present inventionAccording to another aspect, the optical transmission line is a single mode fiber, the phase conjugate light generation means is first and second phase conjugate light generation devices, and the master station is a first to third port. And the first port is connected to the single mode fiber, and the second and third ports are connected to the first and second phase conjugate light generators, respectively, to orthogonalize the light supplied to the first port. Optical communication further comprising a polarizing beam splitter that separates into two polarization components, outputs from the second and third ports, respectively, and outputs the orthogonal two-polarization components supplied to the second and third ports, respectively, from the first port. SystemYou.
[0012]
Of the present inventionAccording to another aspect, there is provided an optical communication system having an optical transmission line provided between a master station and a slave station, wherein the master station has a phase conjugate light generating means and a first modulation means, and the slave station has Probe light generating means, first demodulating means, and light branching means for branching the probe light from the probe light generating means into first and second probe lights, wherein the first probe light is The phase conjugate light is supplied to the first end of the optical transmission path, and the phase conjugate light generating means generates phase conjugate light for the probe light output from the second end of the optical transmission path and converts the phase conjugate light to the optical transmission path. And the first modulating means modulates the amplitude, phase or frequency of the phase conjugate light according to the first input data, and the first demodulating means modulates the first end of the optical transmission line. Demodulating the first input data based on the phase conjugate light output from A light receiving device that receives the phase conjugate light output from the first end of the path together with the second probe light on the same light receiving surface and converts the light into an electric signal, and performs heterodyne detection in the first demodulation means; Optical communication system providedYou.
[0013]
Of the present inventionAccording to an aspect, the optical transmission line is a single mode fiber, and the master station has first to third ports, separates the light supplied to the first port into two orthogonal polarization components, and separates the light into two orthogonal polarization components. A polarizing beam splitter for outputting from the second and third ports, wherein the first port of the polarizing beam splitter is connected to the single mode fiber, and wherein either the second port or the third port of the polarizing beam splitter is provided. One is an optical communication system connected to the phase conjugate light generator.You.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention in a first application field will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of generating phase conjugate light by the nonlinear optical effect. When generating phase conjugate light using a nonlinear optical medium, it is desirable to use parametric light amplification (optical parametric process) or four-wave mixing. Parametric optical amplifiers use a second-order nonlinear optical effect, whereas four-wave mixing uses a third-order nonlinear optical effect, but are physically the same phenomenon.
[0016]
Now, as shown in FIG._P(Frequency ω_P) Is incident on the nonlinear optical medium NOM, and the frequency ω_SSignal light E_SAnd frequency ω_IIdler light E_IIs incident on the nonlinear optical medium NOM, the frequency ω is increased by the second-order or third-order nonlinear optical process._SSignal light E_S′ And frequency ω_IIdler light E_I'Are output from the nonlinear optical medium NOM. At this time, the following relationship is established according to the law of conservation of energy.
[0017]
(Equation 1)

[0018]
In particular, FIG. 2 shows the frequency arrangement of signal light, pump light and idler light in four-wave mixing. Ω is the detuning frequency between the signal light and the pump light. It can be seen that on the frequency axis, the signal light and the idler light are located symmetrically about the pump light.
[0019]
Assuming that the interaction length of the nonlinear optical effect in the principle of FIG. 1 is L, the generation equation is given as follows.
[0020]
(Equation 2)

[0021]
It becomes. n and χ⁽³⁾Represents the refractive index of the nonlinear medium NOM and the third-order nonlinear optical constant, respectively. Also, <χ⁽³⁾> Is the nonlinear optical constant χ⁽³⁾Represents the average of the polarization state in the nonlinear medium NOM. From the expressions (3) and (4), the gain G for the signal light and the idler light is obtained._SAnd G_IIs
[0022]
(Equation 3)

[0023]
Is given by Usually ω_I/ Ω_SSince ≒ 1, it is understood that signal amplification is realized in the generation of phase conjugate light due to the nonlinear optical effect. Further, since the gain in this case depends on the intensity of the pump light, it is necessary to carry out light modulation in the phase conjugate light generator of the present invention and to add new information to the light output from the phase conjugate light generator. it can.
[0024]
The output idler light E generated based on the principle of FIG._I'Is the input signal light E_SIs phase conjugate light. This means that, in equations (3) and (4), when there is no input idler light (E_I= 0) is obvious (E_I'Is E_S).
[0025]
Next, the property of time reversal, which is a major feature of this phase conjugate light, will be described. Now, it is assumed that input probe light traveling in the + z direction (corresponding to unmodulated input signal light) is represented by the following equation as a plane wave.
[0026]
(Equation 4)

[0027]
Where A_S(R) is the complex amplitude of the electric field, r is the spatial coordinate vector, ω_SIs the frequency of the probe light, t is time, k_SRepresents a wave number vector, c. c. Means that the complex conjugate of the term immediately before is taken. However, the magnitude k of the wave number vector_SIs given by n, where n is the refractive index of the optical path and c is the speed of light in vacuum._S= Ω_SIt is given by n / c. At this time, the phase conjugate light of the light represented by the equation (9) is represented by the following equations (10) and (11).
[0028]
(Equation 5)

[0029]
Here, equation (10) represents transmission-type phase conjugate light that is a traveling wave in the + z direction, and equation (11) represents reflection-type phase conjugate light that is a traveling wave in the −z direction. From equations (9) and (11)
As is clear, for the reflection-type phase conjugate light,
[0030]
(Equation 6)

[0031]
Holds that the phase conjugate light has the property of time reversal. From equations (9) and (10), it can be seen that the transmissive phase conjugate light has a time reversal property with respect to the horizontal spatial coordinate component. By using the nature of the time reversal, it is possible to compensate for phase fluctuations such as linear phase distortion (for example, the influence of chromatic dispersion) and polarization fluctuation received on the optical transmission line.
[0032]
FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration of the phase conjugate light generating device of the present invention. 1 is a nonlinear optical medium, 2 is a pump light source, 3 is a signal light input port, 4 is a signal light / pump light supply means, 5 is a signal light output port, 6 is a phase conjugate light output port, and 7 is a signal light / phase conjugate. The light extraction means are respectively shown.
[0033]
The excitation light source 2 outputs excitation light. The signal light / pumping light supply unit 4 supplies the input signal light supplied to the signal light input port 3 to the nonlinear optical medium 1 together with the pumping light from the pumping light source 2. The signal light / phase conjugate light extracting means 7 extracts the output signal light and the phase conjugate light generated by the interaction between the input signal light supplied to the nonlinear optical medium 1 and the pump light, and extracts the signal light output port 5 and the signal light output port 5 respectively. Output from the phase conjugate light output port 6.
[0034]
According to this configuration, the signal light and the pump light can be made incident on the nonlinear optical medium 1 to generate phase conjugate light. Further, since the generated phase conjugate light can be extracted from the phase conjugate light output port 6, the apparatus can be applied to various optical systems.
[0035]
FIG. 4 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, the signal light / pumping light supply means 4 of FIG. 3 includes an optical coupler 11 having at least three ports. The optical coupler 11 has ports 11A, 11B, and 11C, and functions to output light supplied to the ports 11A and 11B from the port 11C. The port 11A of the optical coupler 11 is connected to the signal light input port 3, the port 11B is connected to the pump light source 2, and the port 11C is connected to the first end of the nonlinear optical medium 1. In the specification of the present application, the term “connection” means an operative connection, including a case where optical connection is directly made, and further, connection through an optical device such as an optical filter, an optical isolator and an optical amplifier. Including As the optical coupler 11, a fiber fusion type, a half mirror, a polarization beam splitter, an optical multiplexer, or the like can be used. Further, as the nonlinear optical medium 1, an optical fiber, a semiconductor laser, a semiconductor optical amplifier, an optical crystal exhibiting a secondary or tertiary nonlinear optical effect, or the like can be used.
[0036]
When the signal light and the excitation light are supplied to the nonlinear optical medium 1 using the optical coupler 11 as in this embodiment, the signal light and the excitation light enter the nonlinear optical medium 1 from the first end of the nonlinear optical medium 1 through the same optical path. Therefore, in the nonlinear optical medium 1, the signal light and the pump light propagate in the same direction. For example, when the nonlinear optical medium 1 exhibits a third-order nonlinear optical effect, one-way pump-type four-wave mixing occurs. Thus, the phase conjugate light can be extracted from the second end of the nonlinear optical medium 1.
[0037]
When the intensity of the excitation light supplied from the excitation light source 2 is sufficiently high, a gain is generated in the nonlinear optical medium 1 as described above, and the amplified signal light and phase conjugate light are output from the nonlinear optical medium 1. . In order to separate and extract the signal light and the phase conjugate light, in this embodiment, the signal light / phase conjugate light extraction means 7 in FIG. 3 includes an optical divider 12 and optical filters 13 and 14. The optical divider 12 has ports 12A, 12B, and 12C, and functions to split the light supplied to the port 12A into two and output from the ports 12B and 12C, respectively. The port 12A of the optical divider 12 is connected to the second end of the nonlinear optical medium 1. As the optical divider 12, for example, a fiber fusion type, a half mirror, a polarization beam splitter, an optical demultiplexer, or the like is used. The optical filter 13 is inserted in the optical path between the port 12B of the optical divider 12 and the signal light output port 5, and its pass band includes the frequency of the output signal light. The optical filter 14 is inserted in the optical path between the port 12C of the optical divider 12 and the phase conjugate light output port 6, and its pass band includes the frequency of the phase conjugate light.
[0038]
When non-degenerate four-wave mixing is caused in the nonlinear optical medium 1 by slightly changing the frequency of the pump light and the frequency of the signal light, the output signal light and the phase conjugate light are optically separated in this manner. can do. For example, when a laser diode is used as the excitation light source 2, the gain in the nonlinear optical medium 1 is modulated by superimposing an information signal on the drive current and performing amplitude modulation or intensity modulation of the excitation light. Modulated output signal light and phase conjugate light can be obtained.
[0039]
FIG. 5 is a block diagram of a main part of a phase conjugate light generator for explaining the second and third embodiments of the present invention. These embodiments are characterized in that two pumping lights having the same frequency are respectively incident on the nonlinear optical medium 1 in opposite directions to each other to generate bidirectional pumping four-wave mixing. Two excitation light sources 21 and 22 are provided corresponding to the excitation light source 2 in FIG. The signal light / pumping light supply unit 4 in FIG. 3 includes two optical couplers 23 and 24 in order to cause the pumping light from the pumping light sources 21 and 22 to enter the nonlinear optical medium 1 in opposite directions. The optical coupler 23 has ports 23A, 23B and 23C, and functions to output the light supplied to the ports 23A and 23B from the port 23C and output the light supplied to the port 23C from the port 23A. The port 23B of the optical coupler 23 is connected to the pump light source 21, and the port 23C is connected to the first end of the nonlinear optical medium 1. The optical coupler 24 has ports 24A, 24B, and 24C, and functions to output the light supplied to the port 24A from the port 24C and output the light supplied to the port 24B from the port 24A. The port 24A of the optical coupler 24 is connected to the second end of the nonlinear optical medium 1, and the port 24B is connected to the pump light source 22. In the illustrated example, two independent pumping light sources 21 and 22 are used. However, the pumping light from one pumping light source having a high output intensity is branched into two, and the port 23B of the optical coupler 23 and the You may make it supply to the port 24B. In this case, control for matching the frequencies of the two pump lights becomes unnecessary.
[0040]
FIG. 6 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is suitable for extracting the phase conjugate light generated in the backward direction by bidirectional pumping four-wave mixing in the nonlinear optical medium 1 in the main part of FIG. In order to extract the phase conjugate light generated in the opposite direction to the signal light propagating in the nonlinear optical medium 1, in this embodiment, the signal light / phase conjugate light extraction means 7 of FIG. And 33. The optical divider 31 has ports 31A, 31B, and 31C, and functions to output the light supplied to the port 31A from the port 31C and output the light supplied to the port 31C from the port 31B. The optical filter 32 is inserted in the optical path between the port 24C of the optical coupler 24 and the signal light output port 5, and its pass band includes the frequency of the output signal light. The optical filter 33 is inserted in the optical path between the port 31B of the optical divider 31 and the phase conjugate light output port 6, and its pass band includes the frequency of the phase conjugate light.
[0041]
FIG. 7 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is suitable for extracting phase conjugate light generated in the forward direction and the backward direction by the bidirectional pumping four-wave mixing in the nonlinear optical medium 1 in the main part of FIG. In order to extract the phase conjugate light generated in the forward direction and the backward direction, in this embodiment, phase conjugate light output ports 6A and 6B are provided corresponding to the phase conjugate light output port 6 of FIG. The light / phase conjugate light extraction means 7 includes optical dividers 31 and 41 and optical filters 33, 42 and 43. The optical divider 31 and the optical filter 33 are for extracting the phase conjugate light generated in the backward direction as in the second embodiment of FIG. 6, and the optical filter 33 has a phase conjugate light output port 6B. Connected. The optical divider 41 and the optical filters 42 and 43 are for extracting the phase conjugate light generated in the forward direction. The optical divider 41 has ports 41A, 41B and 41C, branches the light supplied to the port 41A into two, and outputs the light from the ports 41B and 41C, respectively. The port 41A of the optical divider 41 is connected to the port 24C of the optical coupler 24. The optical filter 42 is inserted in the optical path between the port 41B of the optical divider 41 and the signal light output port 5, and its pass band includes the frequency of the output signal light. The optical filter 43 is inserted in the optical path between the port 41C of the optical divider 41 and the phase conjugate light output port 6A, and its pass band includes the frequency of the phase conjugate light.
[0042]
FIG. 8 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is characterized in that a modulator 51 for modulating the pump light based on the input data is further provided as compared with the basic configuration of FIG. When the modulating means 51 modulates the intensity or amplitude of the pump light, the gain in the nonlinear optical medium 1 changes accordingly, so that the signal light output from the signal light output port 5 and the signal light output from the phase conjugate light output port 6 are output. The modulation can be performed on both of the phase conjugate light. Further, when the modulating means 51 modulates the frequency of the pump light, the phase conjugate light is modulated because the difference between the signal light frequency and the pump light frequency is equal to the difference between the pump light frequency and the phase conjugate light frequency. Can be frequency modulated. When the modulating means 51 modulates the intensity of the excitation light, the modulation degree may be reduced to superimpose the modulation component on the output signal light and / or the phase conjugate light, or the modulation degree may be increased. Thus, the phase conjugate light may be modulated on / off. When the modulation means 51 is applied to the second embodiment of FIG. 6 or the third embodiment of FIG. 7 to perform intensity modulation of the excitation light source, the modulation means 51 outputs the light from one of the excitation light sources 21 and 22. The excitation light may be modulated. In the above-described embodiment of the phase conjugate light generating device, optical amplification may be performed on the pump light, the output signal light, and the phase conjugate light as needed.
[0043]
9A, 9B and 9C are block diagrams of a relay optical transmission system according to a fifth embodiment of the present invention. These systems respectively include a transmitting station 61, a receiving station 62, an optical transmission line 63 laid between the transmitting station 61 and the receiving station 62, and a relay station 64 inserted in the optical transmission line 63. Have.
[0044]
In the example shown in FIG. 9A, the relay station 64 includes a phase conjugate light generator 65, and the phase conjugate light generator 65 is supplied from the transmitting station 61 to the signal light input port 3 via the optical transmission line 63. The phase conjugate light generated based on the input signal light is transmitted from the phase conjugate light output port 6 to the receiving station 62 via the optical transmission line 63. The phase conjugate light generator 65 has, for example, the basic configuration shown in FIG. According to this configuration, since the phase conjugate light generator 65 is provided in the middle of the optical transmission line 63, chromatic dispersion and the like generated in the optical transmission line 63 can be compensated, and long-distance optical transmission becomes possible. . In addition, by setting the gain for the phase conjugate light in the phase conjugate light generation device 65, the signal light intensity attenuated in the optical transmission line 63 can be compensated.
[0045]
In the example shown in FIG. 9B, the relay station 64 further includes, in addition to the phase conjugate light generator 65, a modulation unit 66 that modulates the pump light based on the input data. The input data includes, for example, monitoring data of the relay station 64. According to this configuration, information unique to the relay station 64, such as monitoring data, can be transmitted to the receiving station 62. The output signal light from the signal light output port 5 of the phase conjugate light generator 65 is transmitted to the receiving station 62, and the modulated phase conjugate light output from the phase conjugate light output port 6 is transmitted to the transmitting station 61. The configuration may be changed so as to be transmitted to
[0046]
In the example shown in FIG. 9C, the light transmitted by the transmitting station 61 is modulated by transmission data, and the relay station 64 includes a demodulation unit 67 in addition to the phase conjugate light generating device 65. The demodulation means 67 receives the output signal light output from the signal light output port 5 of the phase conjugate light generator 65 and reproduces demodulated data corresponding to the transmission data in the transmitting station 61. The modulation scheme in the transmitting station 61 is, for example, intensity modulation for coherent light or non-coherent light, or amplitude modulation or angle modulation for coherent light. As the detection method in the receiving station 62, when the modulation method in the transmitting station 61 is intensity modulation, direct detection using a photodetector such as a photodiode is suitable, and the modulation method in the transmitting station 61 is suitable for coherent light. In the case of amplitude modulation or angle modulation, heterodyne detection or homodyne detection in which the received light and the local light are made incident on the light receiving surface of a light receiver such as a photodiode on the same optical path is suitable. According to this configuration, the transmission data transmitted from the transmitting station 61 to the receiving station 62 can be monitored by the relay station 64.
[0047]
9A, 9B and 9C are also applicable to frequency division multiplex transmission. In this case, it is desirable that the relay station 64 has an excitation light source for each frequency, but when the frequency division multiplexing interval is close, the phase conjugate light of all channels is converted using one excitation light source. It can also be generated.
[0048]
FIG. 10 is a block diagram of a relay optical transmission system according to a sixth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the system shown in FIG. 9A, FIG. 9B or FIG. 9C in that N (N is a natural number greater than 1) relay stations 64 (# 1) between the transmitting station 61 and the receiving station 62. ~ # N) is inserted. The signal light input port 3 of the phase conjugate light generator 65 included in the first relay station 64 (# 1) counted from the transmitting station 61 side is connected to the transmitting station 61. Also, the phase conjugate light generator of the n-th (n is a natural number larger than 1 and smaller than (N + 1)) counting from the transmitting station 61 side among the relay stations 64 (# 1 to #N). The 65 signal light input port 3 is connected to the phase conjugate light output port 6 of the phase conjugate light generator 65 of the (n-1) th relay station. Further, the phase conjugate light output port 6 of the phase conjugate light generator 65 of the first relay station 64 (#N) counted from the receiving station 62 is connected to the receiving station 62. According to this embodiment, optical transmission over a longer distance becomes possible as compared with any of the embodiments shown in FIGS. 9A, 9B and 9C.
[0049]
FIG. 11 is a block diagram of a bidirectional repeater optical transmission system according to a seventh embodiment of the present invention. This system includes a transmission / reception station 73 having an optical transmitter 71 and an optical receiver 72, another transmission / reception station 76 having an optical transmitter 74 and an optical receiver 75, and an uplink installed between the transmission / reception stations 73 and 76. An optical transmission line 77 and a downstream optical transmission line 78 are provided, and a relay station 79 inserted between the upstream and downstream optical transmission lines 77 and 78 is provided. Relay station 79 includes a phase conjugate light generator 65 'modified to apply to bidirectional transmission. The phase conjugate light generator 65 'has first and second excitation light sources (not shown) for outputting the first and second excitation lights, respectively. The generated phase conjugate light is output to the phase conjugate light output port 6A and 6B.
[0050]
FIG. 12 is an explanatory diagram of the frequency arrangement of each light in the system of FIG. ω_P1Is the first excitation light, ω_S1Is a first signal light, ω, supplied from the optical transmitter 71 to the signal light input port 3 of the phase conjugate light generator 65 ′ via the upstream optical transmission line 77._I1Is the first phase conjugate light generated in the phase conjugate light generator 65 ′ based on the first pump light and the first signal light, ω_P2Is the second excitation light, ω_S2Is the second signal light, ω, supplied from the optical transmitter 74 to the signal light output port 5 of the phase conjugate light generator 65 ′ via the downstream optical transmission line 78._I2Represents the frequency of the second phase conjugate light generated in the phase conjugate light generator 65 'based on the second pump light and the second signal light. The first pump light and the second pump light have different frequencies, for example, and the frequencies of the first and second signal lights are slightly different from the frequencies of the first and second pump lights, respectively. Is set. The first and second phase conjugate lights appear at positions on the frequency axis symmetric with respect to the first and second signal lights with the first and second pump lights as centers. If the first and second signal lights have slightly different frequencies so that they do not interfere with each other, a single frequency (such as the first and second signal lights entering the gain band) is used. Band) may be used.
[0051]
The phase conjugate light generation device 65 'generates a first phase conjugate light based on the first signal light and the first pump light supplied to the signal light input port 3, and the first phase conjugate light is The light is transmitted from the phase conjugate light output port 6A to the optical receiver 75 via the upstream optical transmission line 77. Further, the phase conjugate light generation device 65 ′ generates a second phase conjugate light based on the second signal light and the second pump light supplied from the optical transmitter 74 to the signal light output port 5. The second phase conjugate light is transmitted from the phase conjugate light output port 6B to the optical receiver 72 via the downstream optical transmission line 78. Incidentally, the phase conjugate light generator 65 'can be configured according to the third embodiment of FIG. In the third embodiment of FIG. 7, the signal light output port 5 is for sending out the output signal light. In the seventh embodiment of FIG. 11, the signal light output port 5 is connected to the input port for the down direction. Used as a port. 9A to 9C, the frequency division multiplexing can be applied to the seventh embodiment of FIG. 11 as well.
[0052]
FIG. 13 is a block diagram of a bidirectional repeater optical transmission system showing an eighth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the seventh embodiment in FIG. 11 in that N (N is a natural number greater than 1) relay stations 79 (# 1 to #N) are provided between the transmitting and receiving stations 73 and 76. It is characterized by. Each of the relay stations 79 (# 1 to #N) has a phase conjugate light generator 65 'in FIG. The signal light input port 3 and the phase conjugate light output port 6B of the phase conjugate light generation device 65 'of the first relay station 79 (# 1) counted from the transmitting / receiving station 73 have the optical transmitter 71 and the light receiving port, respectively. Device 72. Also, among the relay stations 79 (# 1 to #N), the n-th
The signal light input port 3 and the phase conjugate light output port 6B of the phase conjugate light generator 65 'of the relay station (where n is a natural number larger than 1 and smaller than (N + 1)) are the (n-1) th relay station. Are connected to the phase conjugate light output port 6A and the signal light output port 5 of the phase conjugate light generation device 65 '. Further, the signal light output port 5 and the phase conjugate light output port 6A of the phase conjugate light generator 65 'of the first relay station 79 (#N) counted from the transmitting / receiving station 76 are connected to the optical transmitter 74 and the optical transmitter 74, respectively. Connected to receiver 75. In this embodiment, in order to set the first pump light in each phase conjugate light generator 65 'to the same frequency and to set the second pump light in each phase conjugate light generator 65' to the same frequency, the signal light and the What is necessary is just to reverse the frequency arrangement relationship of the phase conjugate light alternately. For example, when the frequency arrangement in the phase conjugate light generator 65 'of the relay station 79 (# 1) is set as shown in FIG. 2, the phase conjugate light generator 65 of the relay station 79 (# 2) is set. 'Is ω_S= Ω_P−Ω, ω_I= Ω_PIt may be set to + Ω.
[0053]
FIG. 14 is a block diagram of an optical distribution system showing a ninth embodiment of the present invention. This system is provided with a plurality of phase conjugate light generators 65, and the signal light output port 5 and the phase conjugate light output port 6 of the upper one of the plurality of phase conjugate light generators 65 are respectively the signal light output ports of the immediately lower one. Connected to input port 3. In this embodiment, the degradation of the S / N ratio every time one light beam passes through one phase conjugate light generator 65 can be reduced to 3 dB (addition of quantum noise) at a minimum. On the other hand, in a conventional optical distribution system, one optical distribution unit has at least one 1: 1 optical coupler and an optical amplifier. At the distribution unit, the SN ratio was degraded by at least 6 dB. Therefore, according to this embodiment, light distribution with extremely low noise and no loss due to distribution can be realized. The gains for the signal light and the phase conjugate light output from the ports 5 and 6 of the phase conjugate light generator 65 are different from each other as shown in the equations (7) and (8). ω_I/ Ω_SBy operating the phase conjugate light generator 65 under the condition of ≒ 1, this gain difference can be ignored.
[0054]
FIG. 15 is a block diagram of an optical switching system showing a tenth embodiment of the present invention. This embodiment is characterized in that a switching means 81 for turning on and off the pumping light source 2 is further provided as compared with the basic configuration of FIG. When the excitation light source 2 is on, the intensity of the excitation light is controlled such that phase conjugate light is generated in the nonlinear optical medium 1, and when the excitation light source 2 is off, no phase conjugate light is generated in the nonlinear optical medium 1. In this way, the intensity of the excitation light is controlled. According to this embodiment, it is possible to selectively switch between a state where the phase conjugate light is generated and a state where the phase conjugate light is not generated by the operation of the switching means 81.
[0055]
FIG. 16 is a block diagram of an optical selection system showing an eleventh embodiment of the present invention. This embodiment is different from the basic configuration shown in FIG. 3 in that a sweep unit 91 for sweeping the frequency of the pump light output from the pump light source 2 is further provided. And a plurality of signal lights are supplied. In this embodiment, a plurality of light sources 92 (# 1, # 2,...) That output signal lights having different frequencies are used in order to supply a plurality of frequency-division multiplexed signal lights. The signal light from the light sources 92 (# 1, # 2,...) Is multiplexed by multiplexing means 93 such as a multiplexer and supplied to the signal light input port 3. In this embodiment, when the frequency of the pump light is changed by the sweep means 91, the gain band for generating the phase conjugate light is also swept on the frequency axis. Therefore, the signal light in the gain band can be alternatively selected from the plurality of signal lights, and the phase conjugate light corresponding to the signal light can be generated, so that the channel selection in the frequency division multiplexing system can be easily performed. It can be carried out.
[0056]
FIG. 17 is a block diagram of an optical AND circuit system showing a twelfth embodiment of the present invention. In this embodiment, the pump light sources 21 and 22, the optical couplers 23 and 24, the optical divider 31, and the optical filter 33 in the second embodiment of FIG. 6 are used, and the pump light control means 101 is further provided. The pumping light control means 101 determines the intensity of the pumping light supplied from the pumping light source 21 to the port 23B of the optical coupler 23 as input logical data Q₁And a drive circuit 102 that changes the intensity of the excitation light supplied from the excitation light source 22 to the port 24B of the optical coupler 24 according to the input logic data Q₂And a driving circuit 103 that changes according to the high and low of the driving circuit. The signal light input port 3 is supplied with, for example, unmodulated signal light from the light source 104. Then, the input logic data Q₁And Q₂Are adjusted so that the phase conjugate light is output from the phase conjugate light output port 6 only when both are high. The input logic data Q at this time₁And Q₂And the logical level X of the phase conjugate light for these₁Is shown in the table.
[0057]
[Table 1]

[0058]
As is apparent from the table, according to this embodiment, the intensity level of the phase conjugate light with respect to the two input logic data is obtained as the output of the AND circuit. The two logical data may be electrical signals or optical signals. Further, in this embodiment, since the response time of the nonlinear optical effect itself in the nonlinear optical medium 1 is on the order of picoseconds, an extremely high-speed operation can be realized.
[0059]
By the way, when light used for optical measurement or optical communication utilizing the wave nature of light is considered as an oscillating electric field, the amplitude and phase of the oscillating electric field fluctuate for various reasons. In particular, quantum fluctuation of the field is inevitable. Therefore, such fluctuations ultimately determine the accuracy in optical measurement and the receiving sensitivity in optical communication. Fluctuations in one quantity of a field are governed by the uncertainty relationship between that quantity and another quantity in a particular relationship. That is, the product of the magnitudes of the fluctuations of these two amounts does not fall below the predetermined value. However, if the fluctuation of one amount is allowed to increase, there is a possibility that the fluctuation of the other amount can be reduced. Based on this idea, attempts have been made to create a place with less fluctuation. The field thus created is called a squeezed state, and the light in this state is called a squeezed light.
[0060]
A squeezed state can be generated by using the phase conjugate light generation device of the present invention. That is, when the intensity of the pump light is high, the quantum handling of the output signal light and the phase conjugate light becomes possible, and the output signal light and the phase conjugate light have a parametric quantum correlation with each other, and the squeezed state is obtained. Generation becomes possible, and measurement accuracy in optical measurement and sensitivity in optical communication can be increased.
[0061]
As described above, according to the first aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to provide a phase conjugate light generation device having a novel configuration applicable to various optical systems. In addition, there is an effect that various useful optical systems including the phase conjugate light generator can be provided.
[0062]
Next, a second field of application of the present invention will be described. The following embodiments of the present invention relate to an optical communication system using phase conjugate light.
[0063]
An object of the second application field of the present invention is to use a multifunctional phase conjugate light generating means and apply it to an optical communication system.
[0064]
Specifically, an object of the following embodiments of the present invention is to provide an optical communication system in which phase fluctuation in an optical transmission line is compensated.
[0065]
According to the present invention, there is provided an optical communication system in which an optical transmission line is provided between a master station and a slave station, wherein the master station has a phase conjugate light generating means and a first modulation means, and the slave station has a probe light. Generating means and first demodulating means, wherein the probe light generating means supplies the probe light to a first end of the optical transmission path, and the phase conjugate light generating means outputs a signal from a second end of the optical transmission path. Generating a phase conjugate light with respect to the probe light and supplying the phase conjugate light to a second end of the optical transmission line, wherein the first modulating means modulates the phase conjugate light according to first input data; A system is provided in which the first demodulation means demodulates the first input data based on the phase conjugate light output from a first end of the optical transmission line.
[0066]
In this system, a phase conjugate light for the probe light transmitted from the slave station via the optical transmission line is generated in the master station, and the phase conjugate light is modulated by, for example, a data signal and transmitted to the slave station via the optical transmission line. Therefore, phase fluctuations in the optical transmission line are compensated by the nature of the time inversion in the phase conjugate light.
[0067]
Hereinafter, embodiments of the present invention in the second field of application will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0068]
FIG. 18 is a block diagram showing a basic configuration of the optical communication system of the present invention. This system is configured by connecting a master station 201 and a slave station 202 via an optical transmission line 203. The main station 201 has a phase conjugate light generation means 204 and a (first) modulation means 205. The slave station 202 has a probe light generator 206 and a (first) demodulator 207. The probe light generator 206 supplies the modulated or unmodulated probe light to the first end of the optical transmission line 203. The phase conjugate light generating means 204 receives the probe light output from the second end of the optical transmission line 203, generates a phase conjugate light for the probe light, and outputs the phase conjugate light to the second end of the optical transmission line 203. Supply. The modulating means 205 modulates the phase conjugate light according to the input data. The demodulation unit 207 demodulates input data based on the phase conjugate light output from the first end of the optical transmission path 203. The modulating means 205 may be operatively connected to the phase conjugate light generating means 204 to internally modulate the phase conjugate light, or may generate the phase conjugate light independently of the phase conjugate light generating means 204. The phase conjugate light supplied from the means 204 to the second end of the optical transmission path 203 may be externally modulated.
[0069]
FIG. 19 is a block diagram showing a specific configuration example of the main station 201 in FIG. The phase conjugate light generation means 204 includes a nonlinear optical medium 211, excitation light generation means 212 for generating excitation light, and probe light / excitation light supply means 213. The probe light / excitation light supply unit 213 supplies the excitation light supplied from the excitation light generation unit 212 to the nonlinear optical medium 211 together with the probe light supplied from the slave station 202 in FIG. The phase conjugate light generated in the nonlinear optical medium 211 is supplied to the optical transmission path 203 in FIG. 18 via the same path as the probe light supply path in the opposite direction or via a path different from the probe light supply path.
[0070]
When the phase conjugate light generation means 204 configured as shown in FIG. 19 is used, the modulation means 205 for modulating the phase conjugate light can include the excitation light modulation means 214 for modulating the excitation light according to the input data. . The pumping light modulator 214 directly modulates the light source of the pumping light generator 212 or indirectly modulates the pumping light supplied from the pumping light generator 212 to the nonlinear optical medium 211 via the probe light / pumping light supplier 213. I do. When generating phase conjugate light using the nonlinear optical medium 211, it is desirable to use parametric amplification (optical parametric process) or four-wave mixing. Parametric optical amplification uses a second-order nonlinear optical effect, while four-wave mixing uses a third-order nonlinear optical effect. When the phase conjugate light is generated by four-wave mixing, first and second pump lights having the same frequency are used as the pump light, and the first and second pump lights are supplied to the nonlinear optical medium in opposite directions. Is desirable. In the case of such two-way pumping type four-wave mixing, phase conjugate light can be efficiently generated. Of course, four-wave mixing may be generated using one excitation light source.
[0071]
FIG. 20 shows the principle of generation of phase conjugate light when four-wave mixing is caused by supplying first and second pumping lights of the same frequency to a nonlinear optical medium exhibiting a third-order nonlinear optical effect in opposite directions. FIG. First and second excitation light E are applied to a nonlinear optical medium NOM exhibiting a third-order nonlinear optical effect._P1And E_P2When the input signal light (corresponding to the probe light) is supplied to the nonlinear optical medium NOM in a state where the light is incident in opposite directions to each other, the third-order nonlinear optical process (specifically, the first and second pump light Of the first and second excitation lights by the spatial diffraction grating formed by any one of the above and the input signal light)._S, Wave number k_SInput signal light E_SFrom the frequency ω_S, Wave number k_SOutput signal light E_S′ And frequency ω_I, Wave number k_IOutput idler light E_I'Is generated. Output idler light E_I'Is the input signal light E_SIt will be described later that it corresponds to the phase conjugate light. In particular, the first and second pump lights supplied in opposite directions have the same frequency (ω_P), The wave number k_I= -K_STherefore, the idler light is output in the direction opposite to the direction of incidence of the input signal light, thereby realizing a reflection type phase conjugate light generator (phase conjugate mirror). At this time, the following relationship holds according to the law of conservation of energy.
[0072]
(Equation 7)

[0073]
FIG. 21 is a diagram for explaining the frequency arrangement of signal light, pump light, and idler light in four-wave mixing. Ω represents the detuning frequency of the signal light and the pump light. It can be seen that on the frequency axis, the signal light and the idler light are located symmetrically about the pump light.
[0074]
Assuming that the interaction length of the nonlinear optical effect in the principle of FIG. 20 is L, the generation equation is given as follows.
[0075]
(Equation 8)

[0076]
It becomes. n and χ⁽³⁾Represents the refractive index of the nonlinear medium NOM and the third-order nonlinear optical constant, respectively. Also, <χ⁽³⁾> Is the nonlinear optical constant χ⁽³⁾Represents the average for all polarization states.
[0077]
From the expressions (14) and (15), the respective gains G for the signal light and the idler light are obtained._SAnd G_IIs
[0078]
(Equation 9)

[0079]
Is given by Usually ω_I/ Ω_SSince ≒ 1, it is understood that signal amplification is realized in the generation of phase conjugate light due to the nonlinear optical effect. Further, since the gain in this case depends on the intensity of the excitation light, the intensity of the idler light can be modulated by modulating the intensity of the excitation light. The output idler light E generated based on the principle of FIG._I'Is the input signal light E_SIs phase conjugate light. This means that, in equations (14) and (15), when there is no input idler light (E_I= 0) is obvious (E_I'Is E_S).
[0080]
Next, the property of time reversal, which is a major feature of this phase conjugate light, will be described. Now, it is assumed that an input signal light traveling in the + z direction (corresponding to an unmodulated input probe light) is represented by the following equation as a plane wave.
[0081]
(Equation 10)

[0082]
Where A_S(R) is the complex amplitude of the electric field, r is the spatial coordinate vector, ω_SIs the frequency of the probe light, t is time, k_SRepresents a wave number vector, c. c. Means that the complex conjugate of the term immediately before is taken. However, the magnitude k of the wave number vector_SIs given by n, where n is the refractive index of the optical path and c is the speed of light in vacuum._S= Ω_SIt is given by n / c. At this time, the phase conjugate light of the light represented by the expression (20) is represented by the following expression (21).
[0083]
(Equation 11)

[0084]
Equation (21) represents reflection-type phase conjugate light that is a traveling wave in the −z direction. As is clear from equation (21), for the reflection-type phase conjugate light,
[0085]
(Equation 12)

[0086]
Holds that the phase conjugate light has the property of time reversal. By using this time reversal property, it is possible to compensate for phase fluctuations such as stationary phase distortion (for example, the influence of chromatic dispersion) and polarization fluctuation received in the optical transmission line.
[0087]
FIG. 22 is a block diagram showing an embodiment of the master station 204 shown in FIGS. In this embodiment, an optical fiber 221 is used as the nonlinear optical medium 211 in FIG. The optical fiber 221 is preferably a silica-based single mode fiber. Further, two laser diodes 222 and 223 are used corresponding to the excitation light generating means 212 in FIG. Laser diodes 222 and 223 output first and second pump lights, respectively, and their frequencies are equal. As the nonlinear optical medium 211, in addition to the optical fiber 221, BaTiO₃For example, a light-induced refractive index (photorefractive) effect medium, various organic compounds, various semiconductors, particularly a traveling-wave semiconductor optical amplifier or a Fabry-Perot semiconductor optical amplifier can be used. In addition, LiNbO₃An optical waveguide structure based on the above-described method can be adopted. In any case, it is possible to generate phase conjugate light by mainly using FWM of these media, and to shorten the optical path length by using a nonlinear optical medium having high generation efficiency of phase conjugate light is required to reduce the phase length. This is effective in facilitating matching and achieving a wider band. In order to make the first and second pump lights from the laser diodes 222 and 223 enter the optical fiber 221 as a nonlinear optical medium in opposite directions, respectively, the probe light / pump light supply means 213 in FIG. Optical couplers 224 and 225 are included. The optical coupler 224 has ports 224A, 224B, and 224C, and functions to output at least light supplied to the port 224A from the port 224B and output light supplied to the port 224B from the port 224C. The port 224A of the optical coupler 224 is connected to the laser diode 222, the port 224B is connected to the first end of the optical fiber 221, and the port 224C is connected to the signal light output port 226. The optical coupler 225 has ports 225A, 225B, and 225C, and outputs at least the light supplied to the port 225A from the port 225B, outputs the light supplied to the port 225B from the port 225C, and outputs the light supplied to the port 225C. It functions to output from the port 225B. Port 225A of optical coupler 225 is connected to laser diode 223, port 225B is connected to the second end of optical fiber 221, and port 225C is connected to port 227 for probe light input and phase conjugate light output. As the optical couplers 224 and 225, for example, a fiber fusion type, a half mirror, an optical multiplexer, a polarization beam splitter, or the like is used.
[0088]
In this embodiment, the excitation light modulation means 214 in FIG. 19 includes a drive control circuit 228 for the laser diodes 222 and 223. The drive control circuit 228 supplies a drive current to the laser diodes 222 and 223 so that the first and second excitation lights supplied to the optical fiber 221 generate phase conjugate light with respect to the input probe light. The drive current supplied to 222 and / or 223 is changed according to the input data. When performing the intensity modulation or the amplitude modulation on the phase conjugate light, the drive control circuit 228 controls the laser diode so that the intensity or the amplitude of at least one of the first and second excitation lights is modulated according to the input data. The drive current supplied to 222 and 223 is controlled. When frequency modulation is performed on the phase conjugate light, the drive control circuit 228 supplies a drive current to be supplied to the laser diodes 222 and 223 so that the frequencies of the first and second excitation lights are modulated according to the input data. Control. When the first and second pump lights supplied from the laser diodes 222 and 223 to the optical fiber 221 are frequency-modulated, the difference between the frequency of the signal light and the frequency of the pump light becomes the difference between the frequency of the pump light and the phase conjugate light. The phase conjugate light is frequency-modulated from the relationship that it is equal to the frequency difference (see FIG. 21).
[0089]
According to this embodiment, the first and second pumping lights from the laser diodes 222 and 223 can be supplied to the optical fiber 221 as the nonlinear optical medium in opposite directions, respectively. By mixing, phase conjugate light with respect to the input probe light can be efficiently generated. Also, since the phase conjugate light can be extracted from the port 227 along the same path as the supply path of the input probe light, the system of FIG. 18 can be easily realized by connecting the port 227 to the optical transmission path 203 of FIG. can do. Note that the port 226 in FIG. 22 can be used for demodulation when the probe light supplied to the port 227 is modulated as described later.
[0090]
FIGS. 23A and 23B show the phase conjugate light and the second conjugate light in the case where the drive control circuit 228 in FIG. 22 changes the drive current supplied to the laser diode 23 to intensity-modulate the phase conjugate light to intensity-modulate the second excitation light. FIG. 4 is a diagram for explaining a waveform of excitation light No. 2; In FIG. 23A, the lower part is the second excitation light E_P2The upper stage shows the phase conjugate light E_I′. Second excitation light E_P2Is intensity-modulated by an analog signal (in this example, a sine wave signal), and the second excitation light E_P2Is a value E satisfying the signal gain G = 1._P2 ⁽⁰⁾The phase conjugate light is output only when the value is higher than. Therefore, the phase conjugate light E_IIs equivalent to a waveform obtained by half-wave rectification of a sine wave signal. FIG. 23B is a waveform diagram of the phase conjugate light and the second excitation light in which the intensity of the second excitation light is modulated by a digital signal according to FIG. 23A. Also in this example, the second excitation light E_P2Is the threshold E_P2 ⁽⁰⁾The phase conjugate light is output only when the value is higher than. Note that the intensity or amplitude of the second excitation light is always set to the threshold value E._P2 ⁽⁰⁾The present invention can be practiced even when changing in a higher region.
[0091]
FIG. 24 is a block diagram showing another basic configuration of the optical communication system of the present invention. This basic configuration is different from the basic configuration in FIG. 18 in that the first modulating means 205 of the main station 201 modulates the phase conjugate light according to the first input data, and the slave station 202 Second modulation means 231 for modulating the probe light according to the data, and second demodulation in which main station 201 demodulates the second input data based on the output light of phase conjugate light generation means 204 And means 32. According to this configuration, the transmission data can be loaded on the probe light in the direction from the slave station 202 to the master station 201, and the transmission data can be loaded on the phase conjugate light in the direction from the master station 201 to the slave station 202. It is possible to perform directional transmission and to compensate for phase fluctuations in the optical transmission path in the direction from the master station 201 to the slave station 202.
[0092]
When the second modulating means 231 modulates the frequency or phase of the probe light, the first modulating means 205 can employ intensity modulation or amplitude modulation as a modulation method for the phase conjugate light. By doing so, the first and second demodulation means 207 and 232 can easily demodulate the first and second input data, respectively. Further, the second modulating means 231 modulates the intensity or amplitude of the probe light with a relatively low modulation degree, and the first modulating means 205 modulates the intensity or amplitude of the phase conjugate light with a relatively high modulation degree. However, demodulation can be performed well even if the reverse is true. The second demodulation means 232 in FIG. 24 is connected to, for example, the port 226 in FIG. 22, and is based on the signal light (corresponding to the amplified modulation probe light) amplified in the optical fiber 221 in FIG. Demodulate the second input data.
[0093]
FIG. 25 is a block diagram showing a first embodiment of a slave station applicable to the system of FIG. 18 or FIG. In this embodiment, when the phase conjugate light is intensity-modulated, the transmission data is demodulated by direct detection. The optical coupler 241 has ports 241A, 241B, and 241C, and functions to output the light supplied to the port 241A from the port 241B and output the light supplied to the port 241C from the port 241A. As the optical coupler 241, for example, an optical circulator can be used. The port 241A of the optical coupler 241 is connected to the optical transmission line 203 in FIG. 18 or FIG. 24, the port 241B is connected to a light receiver 242 such as a photodiode, and the port 241C is connected to a laser diode 244 as a probe light source. You.
[0094]
When the intensity-modulated phase conjugate light is supplied to the light receiver 242 via the ports 241A and 241B of the optical coupler 241 in this order, the output electric signal of the light receiver 242 corresponds to the intensity change of the transmitted phase conjugate light. Change. Therefore, the transmission data can be reproduced by processing the output electric signal of the light receiver 242 by the demodulation circuit 243 configured as usual using the discriminator or the like. The laser diode 244 as a light source of the probe light is driven by the drive circuit 245. When the slave station of this embodiment is applied to the system of FIG. 18, the drive circuit 245 drives the laser diode 244 in a steady state, and a constant probe light is output from the laser diode 244. The light passes through the ports 241C and 241A in this order and is transmitted to the optical transmission line 203 in FIG. On the other hand, when the slave station of this embodiment is applied to the system of FIG. 24, the driving circuit 245 drives the laser diode 244 so that the modulated probe light is output from the laser diode 244. When amplitude modulation, phase modulation, or frequency modulation is performed on the coherent phase conjugate light, the slave station can reproduce transmission data by heterodyne detection using local light. In this case, heterodyne detection can be performed by causing the phase conjugate light transmitted to the slave station to enter the light receiving surface of the light receiver together with the local light.
[0095]
FIG. 26 is a block diagram showing a second embodiment of the slave station applicable to the system of FIG. 18 or FIG. This embodiment is characterized in that, when heterodyne detection is performed in a slave station, the probe light from one light source is split into two and one of them is used as local light. The phase conjugate light transmitted by the optical transmission line 203 in FIG. 18 or 24 passes through the ports 241A and 241B of the optical coupler 241 in this order, further passes through the half mirror 251 and enters the light receiver 252 such as a photodiode. The probe light output from the laser diode 253 is split by the half mirror 254, and one of the split probe lights is sent to the optical transmission path through the ports 241C and 241A of the optical coupler 241 in this order. The other one of the branched probe lights is reflected by the half mirror 254, is further reflected as local light by the half mirror 251 and is incident on the light receiving surface of the light receiver 252 along the same optical path as the phase conjugate light.
[0096]
In this case, the local light source and the signal light source can be shared, and since the local light source is installed near the receiver, it is possible to receive the local light at a high optical power level, and therefore, it is possible to secure a high receiving sensitivity. Easy. When the phase conjugate light and the local light enter the light receiving surface of the light receiver 252 in the same optical path, an intermediate frequency signal having a frequency corresponding to the difference between the frequency of the phase conjugate light and the frequency of the local light is obtained as the output of the light receiver 252. Can be Therefore, the transmission data can be demodulated based on the intermediate frequency signal supplied from the photodetector 252 by using the demodulation circuit 256 configured as usual by the filter detection method or the synchronous detection method. In FIG. 26, reference numeral 255 denotes a drive circuit of the laser diode 253, and this drive circuit 255 corresponds to the drive circuit 245 of FIG.
[0097]
FIG. 27 is an explanatory diagram of the spectrum of the intermediate frequency signal output from the light receiver 252 of FIG. As described with reference to FIG. 21, when phase conjugate light is generated by four-wave mixing using a nonlinear optical medium, the detuning frequency between the probe light and the excitation light is Ω, and the detuning frequency between the excitation light and the phase conjugate light is Also becomes Ω, and as a result, the difference between the frequency of the probe light and the frequency of the phase conjugate light becomes 2Ω. Therefore, when the branch probe light is used as the local light in the embodiment of FIG. 26, the center frequency of the intermediate frequency signal is 2Ω.
[0098]
By the way, when heterodyne detection is performed as in the embodiment of FIG. 26, it is necessary to make the polarization planes of the phase conjugate light and the local light incident on the light receiver 252 coincide with each other to stabilize the output level of the intermediate frequency signal. Required for Since the output light of the laser diode 253 usually has a polarization state close to linearly polarized light, the local light supplied from the laser diode 253 to the light receiver 252 via the half mirrors 254 and 251 is a linear light having a constant polarization plane. It can be considered as polarized light. On the other hand, in the propagation mode of a single mode fiber often used as an optical transmission line, there are two polarization modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and these two polarization modes are coupled due to various disturbances, and as a result, The polarization state of the light supplied to the first end of the single mode fiber does not match the polarization state of the light output from the second end of the fiber. Therefore, when a single mode fiber is used as the optical transmission path connected to the port 241A of the optical coupler 241 in FIG. 26, the optical fiber is supplied from the port 241B of the optical coupler 241 to the light receiver 252 via the half mirror 251. The polarization state of the phase conjugate light varies with time due to environmental changes and the like. If the polarization state fluctuates, the level of the intermediate frequency signal output from the light receiver 252 fluctuates, and in the worst case, the phase conjugate light and the local light do not interfere with each other, and the signal cannot be received.
[0099]
In order to cope with such a problem, in the conventional coherent optical communication system, the polarization state of the signal light (corresponding to the phase conjugate light in the embodiment of FIG. 26) and / or the local light supplied to the optical receiver is changed. The polarization was controlled so that Instead of polarization control, use of a polarization maintaining fiber as an optical transmission line or application of a polarization diversity system can also address the above-mentioned problem, but in any case, the system configuration becomes complicated. There are drawbacks.
[0100]
FIG. 28 is a block diagram of an optical communication system showing an embodiment capable of maintaining a high level of the intermediate frequency signal without taking polarization control or other measures. As the slave station 202, for example, the one shown in FIG. 26 is used. The optical transmission line 203 connecting the master station 201 and the slave station 202 is a single mode fiber 261 in this embodiment. The main station 201 has two phase conjugate light generators 262 and 263 and a polarization beam splitter 264. The phase conjugate light generators 262 and 263 generate linearly-polarized phase conjugate light having the same polarization plane with respect to the supplied linearly-polarized probe light, and transmit the phase conjugate light in the opposite direction to the probe light supply path. I do. The polarizing beam splitter 264 has ports 264A, 264B, and 264C, separates the light supplied to the port 264A into two orthogonal polarization components, outputs the light from the ports 264B and 264C, and outputs the orthogonal light from the ports 264B and 264C, respectively. It functions to output the polarization component from port 264A. The port 264A of the polarization beam splitter 264 is connected to the single mode fiber 261, and the ports 264B and 264C are connected to the phase conjugate light generators 262 and 263 via a transmission line having a polarization state maintaining function such as a polarization maintaining fiber. Is done.
[0101]
The probe light transmitted from the slave station 202 to the master station 201 via the single mode fiber 261 is polarized and separated by the polarization beam splitter 264 into two polarization components whose polarization planes are orthogonal to each other. These two polarized components of the probe light are supplied to the phase conjugate light generators 262 and 263, respectively, while maintaining their polarization state, where the phase conjugate light having the corresponding polarization planes is generated. The phase conjugate lights output from the phase conjugate light generators 262 and 263 are polarization-synthesized by the polarization beam splitter 264 and transmitted to the slave station 202 by the single mode fiber 261. Since the two polarization components of the phase conjugate light transmitted from the phase conjugate light generators 262 and 263 are transmitted to the slave station 202 exactly following the change in the polarization state of the probe light, the change in the polarization state in the single mode fiber 261 is performed. Is longer than the round trip time of the light between the master station 201 and the slave station 202, the polarization state of the phase conjugate light at the output end of the single mode fiber 261 is supplied to the single mode fiber 261 as probe light. In this way, it is possible to always perform heterodyne detection in the optimum polarization state. As described above, according to the present embodiment, there is no need to apply the polarization control or the polarization diversity system, and thus it is possible to provide a simple and high-performance system. Note that the difference between the optical path length between the phase conjugate light generator 262 and the polarization beam splitter 264 and the optical path length between the phase conjugate light generator 263 and the polarization beam splitter 264 is desirably set shorter than the coherent length of the light source. .
[0102]
The main station 201 may be configured to have only one phase conjugate light generator 262. In this case, the phase conjugate light generator 263 and the polarization beam splitter 264 among the components of the main station 201 in FIG. 28 are omitted, and the phase conjugate light generator 262 is connected to the single mode optical fiber 261 via the polarization active controller. Connected. Then, the polarization state of the phase conjugate light (usually linear polarization) in which light having an arbitrary polarization state input from the single mode fiber 261 to the main station 201 is generated by the phase conjugate light generator 262 by the active polarization controller. And input to the phase conjugate light generator 262. In this way, the generated phase conjugate light is converted by the polarization active controller into a polarization state when output from the single mode fiber 261 again. Therefore, when this phase conjugate light propagates through the single mode fiber 261 in the reverse direction and returns to the slave station 202, the phase becomes the same as the first polarization state.
[0103]
In the system shown in FIG. 18 or FIG. 24, when the probe light supplied from the probe light generating means 206 to the optical transmission line 203 is a plurality of frequency division multiplexed probe lights, the same number of phase conjugates as the number of frequency division multiplexing are used. Frequency division multiplexing optical transmission is possible by using the light generating means 204 or by using the broadband phase conjugate light generating means 204 which can respectively generate phase conjugate light for a plurality of frequency division multiplexed probe lights. become.
[0104]
FIG. 29 is a block diagram of an optical communication system showing an embodiment in which the present invention is applied to an optical distribution system. In the first embodiment in this system, a plurality of subscribers 271 each corresponding to the master station 201 and a distribution station 272 corresponding to the slave station 202 are connected via an optical multi / demultiplexer 273. It is. The single frequency or frequency division multiplexed probe light from the distribution station 272 is distributed by the optical multi / demultiplexer 273 and supplied to each subscriber 271. In each subscriber 271, transmission data is reproduced based on each distribution probe light, while transmission data such as a request signal from each subscriber 271 is transmitted to the distribution station 72 by phase conjugate light. In this embodiment, since each subscriber 271 can amplify the output signal light and the phase conjugate light, the distribution loss in the optical multi / demultiplexer 273 can be compensated, and the optical addition with a simple configuration can be performed. User system can be realized. Each subscriber 271 has, for example, a specific configuration example of the master station shown in FIG. 19, and in this case, the frequency of each pump light generated by each pump light generating means 212 is made different, so that the distribution station 272 is provided. Side, for example, it is easy to detect which subscriber is the request signal.
[0105]
The second embodiment in this system is a case where a distribution station 272 corresponding to a master station and a plurality of subscribers 271 corresponding to a slave station are connected via an optical multi / demultiplexer 273. The probe light of the frequency assigned to each of the subscribers 271 or the probe light distributed from the common light source is combined by the optical multi / demultiplexer 273 and supplied to the distribution station 272. The distribution station 272 converts the probe light into phase conjugate light, places transmission data on the phase conjugate light, and transmits the data to each subscriber 271 again. In generating phase conjugate light, when probe light of a different frequency is assigned to each of the subscribers, the same number of phase conjugate light generating means as the number of subscribers are used, or a plurality of probes are used. A wide-band phase conjugate light generating means capable of generating phase conjugate light with respect to light is used. It is also possible to carry a request signal from each subscriber on the probe light from each subscriber.
[0106]
As described above, according to the second aspect of the present invention, since the phase conjugate light generating means having multi-functionality can be applied to the optical communication system, the predetermined function can be simplified. This has the effect of being able to be realized by Further, according to the present invention, it is possible to provide an optical communication system that compensates for phase fluctuations in an optical transmission line.
[0107]
Subsequently, a third application field of the present invention will be described. The following embodiments of the present invention relate to an optical modulator applicable to various optical systems.
[0108]
Conventionally, as an optical modulator, an optical modulator that modulates an optical device with an electric signal is known. For example, amplitude modulation or frequency (phase) modulation by modulation of injection current of a laser diode, LiNbO₃2. Description of the Related Art Intensity modulation, phase modulation, and the like by modulating a bias voltage of an optical waveguide are actively performed. As optical systems speed up, the performance of conventional optical modulators is approaching its limits. On the other hand, there are also expectations for higher speed optical systems. In addition, as optical amplification repeaters have become popular, optical repeaters that do not depend on the transmission speed have been required. In order to meet such demands, the development of an optical modulator using light without electrical processing (a so-called all-optical modulator) is required.
[0109]
An object in a third field of application of the invention is to provide such an optical modulator.
[0110]
FIG. 30 is a block diagram showing a basic configuration of the optical modulator according to the present invention. This optical modulator includes a probe light source 301, an excitation light source 302, a nonlinear optical medium 303, and a probe light / excitation light for supplying the probe light from the probe light source 301 to the nonlinear optical medium 303 together with the excitation light from the excitation light source 302. It comprises a supply means 304 and a modulation means 305 operatively connected to the excitation light source 302 for modulating the excitation light with an information signal. Then, the modulated phase conjugate light is output from the nonlinear optical medium 303.
[0111]
The generation and the properties of the phase conjugate light by the four-wave mixing (FWM) using the nonlinear optical medium have been described, for example, in the second application field using the equations (13) to (22). How (phase conjugate light) is modulated will be described by taking amplitude (intensity) modulation, frequency modulation, and phase modulation as examples. Now, the input signal light (probe light) E in the FWM_S(Ω_S, T), excitation light E_P(Ω_P, T) and output idler light E_I′ (Ω_P, T) are represented as follows. A_S(Ω_S, T), A_P(Ω_P, T) and A_I(Ω_I, T) are the amplitudes of the probe light, the excitation light and the output idler light, respectively, ω_S, Ω_PAnd ω_IIs the frequency of the probe light, excitation light and output idler light, t is time, φ_S(T), φ_P(T) and φ_I(T) represents the phases of the probe light, the excitation light, and the output idler light, respectively.
[0112]
(Equation 13)

[0113]
Here, when there is no input idler light (E_I= 0), the following relationships are obtained from Expressions (13) to (16).
[0114]
[Equation 14]

[0115]
(1) Amplitude (intensity) modulation
From equation (26), the amplitude A of the excitation light_P(Ω_P, T), the amplitude A of the output idler light (phase conjugate light) is proportional to the square of its absolute value._I(Ω_I, T) change. That is, when amplitude (intensity) modulation is applied to the pump light as expressed by the equations (29) and (30), the output idler light is amplitude (intensity) modulated as given by the equation (31) It is.
[0116]
(Equation 15)

[0117]
At this time, the excitation light E_P(Ω_P, T) is γ, the resulting idler light E_I′ (Ω_P, T) has an extinction ratio of γ²It becomes. For example, if γ = −15 dB, γ²= −30 dB, so that the extinction ratio can be greatly improved.
[0118]
Idler light E_I′ (Ω_P, T) is the excitation light E_P(Ω_P, T) is a value E satisfying the signal gain G = 1._P ⁽⁰⁾Only output when the value is higher than This is shown in FIG. 31A. Here, the excitation light is modulated by a sine wave. When the excitation light is modulated on-off by a digital signal, the waveform becomes as shown in FIG. 31B. By the way, in particular, in the case of digital modulation, the pulse shape of the excitation light is actually a rectangular shape as shown in FIG. 31C, and considering that the amplitude of the idler light is proportional to the square of the amplitude of the excitation light, It can be seen that the pulse width of the idler light is narrower than the pulse width of the excitation light. This is shown in FIG. 31C. Therefore, it is possible to generate an RZ pulse having an arbitrary duty ratio and shape by using such a property.
(2) Frequency modulation
Assuming that the excitation light is subjected to frequency modulation as represented by Expression (32), the output idler light is frequency-modulated as given by Expression (33).
[0119]
(Equation 16)

[0120]
In this case, the modulation factor for the output idler light is twice that of the pump light, so that the modulation factor of the pump light required to give the output idler light the frequency modulation of the modulation factor m is half that of m / 2. It will be good.
(3) Phase modulation
Assuming that the pump light is subjected to phase modulation as shown by the equation (34), the output idler light is phase-modulated as given by the equation (35).
[0121]
[Equation 17]

[0122]
Also in this case, similarly to the case of the frequency modulation, the modulation factor for the idler light is twice as large as that for the excitation light. A half m / 2 is sufficient. From equations (33) and (34), the phase noise of the output idler light is the sum of twice the phase noise of the pump light and the phase noise of the signal light. Therefore, when performing optical frequency modulation or optical phase modulation, it is desirable that the phase noise of the light source used is as small as possible. That is, it is desirable to use a coherent light source as the probe light source and the excitation light source.
[0123]
In FIG. 30, as a specific example of the nonlinear medium 303 for generating idler light by FWM, TiBaO₃And LiNbO₃And other organic media, various semiconductors (for example, semiconductor optical amplifiers), and optical fibers. In either case, a phase conjugation mirror (PCM) type optical modulator can be configured by using the counter excitation configuration, and a transmission type phase conjugator type optical modulator can be configured by using the front excitation configuration. it can. When the present invention is applied to optical fiber communication, an optical fiber is suitable as a nonlinear optical medium in view of matching with an optical transmission line. Hereinafter, some examples using an optical fiber as a nonlinear optical medium will be described.
[0124]
FIG. 32 is a block diagram showing a first embodiment of the optical modulator according to the present invention. An optical fiber 321 corresponding to the nonlinear optical medium 303, the excitation light source 302, the probe light / excitation light supply means 304, the probe light source 301 and the modulation means 305, an excitation LD (laser diode) 322, an optical coupler 323, and a probe LD 324 in FIG. And a modulation circuit 325. The optical fiber 321 as a nonlinear optical medium is preferably a single mode fiber. In this case, when a non-degenerate FWM is generated by making the wavelength of the probe light slightly different from the wavelength of the pump light, the wavelength that gives the zero dispersion of the optical fiber 321 is the wavelength of the pump light (the oscillation wavelength of the pump LD 322). To match. The optical coupler 323 has four ports 323A, 323B, 323C and 323D. The probe LD 324 is connected to the port 323A, the pumping LD 322 is connected to the port 323B, the first end of the optical fiber 321 is connected to the port 323C, and the port 323D is dead-ended. The optical coupler 323 functions to output at least the light supplied to the ports 323A and 323B from the port 323C. As the optical coupler 323, for example, a fiber fusion type, a half mirror, an optical multiplexer, A polarizing beam splitter or the like is used.
[0125]
According to this configuration, both the probe light supplied to the port 323A of the optical coupler 323 and the pump light supplied to the port 323B can be guided to the optical fiber 321 which is a nonlinear optical medium. Phase conjugate light (idler light) can be generated. Since the pump light is modulated by the modulation circuit 325 connected to the pump LD 322, the modulated idler light can be output from the second end of the optical fiber 321 according to the above-described principle. The modulated idler light is transmitted to, for example, an optical transmission line including an optical fiber (not shown).
[0126]
When an optical fiber is used as the non-linear optical medium, it is desirable to match the phases of the probe light and the idler light in order to efficiently generate FWM in the optical fiber. Effective methods for this include a method using a degenerate FWM in which the wavelengths of the pump light and the probe light are matched, and a method of matching the wavelength of the pump light with the zero dispersion wavelength of the optical fiber. In particular, when the latter method is adopted, the phase velocities of the probe light and the idler light can be equalized while maintaining a complex conjugate relationship with each other (in the approximation up to the second-order dispersion). Phase matching becomes possible.
[0127]
By the way, when optical modulation is performed by the FWM in the optical fiber, if the intensity of the excitation light is increased to increase the modulation efficiency, the excitation light is reflected in the optical fiber by stimulated Brillouin scattering (SBS). , The conversion efficiency is saturated. In particular, when amplitude (intensity) modulation or no modulation is applied (CW), SBS occurs at an input power of about +7 to 8 dBm in a single mode fiber. An embodiment excluding such an influence of SBS will be described below.
[0128]
FIG. 33 is a block diagram showing a second embodiment of the optical modulator according to the present invention. In this embodiment, the pumping light from the pumping LD 322 frequency-modulated by the oscillator 327 having a relatively low frequency ω ′ is input to the port 323B of the optical coupler 323 via the optical modulator 326. The optical modulator 326 is driven by the modulation circuit 325 to which the information signal is input, and modulates the amplitude (intensity) of the excitation light passing therethrough. This makes it possible to reduce the power density of the pumping light per unit frequency in the optical fiber 321 and suppress the SBS. In the case where the pump light is directly modulated instead of indirectly modulated by the optical modulator 326, a low-frequency signal having a frequency ω 'may be superimposed on the information signal and supplied to the pump LD 322. It is desirable that the frequency ω ′ of the oscillator 326 be sufficiently low so as not to affect the information signal supplied to the modulation circuit 325. In this embodiment, when the modulated phase conjugate light is obtained, the excitation light is subjected to low-speed frequency modulation. However, even when the unmodulated phase conjugate light is obtained as in the above-described embodiment, the excitation light is not modulated. SBS can be suppressed by frequency modulation.
[0129]
FIG. 34 is a block diagram showing a third embodiment of the optical modulator according to the present invention. In this embodiment, in contrast to the first embodiment of FIG. 32, the phase conjugate light (output idler light) generated in the optical fiber 321 is not shown through the optical bandpass filter 331 and the optical amplifier 332 in this order. It is characterized in that it is transmitted to an optical transmission line. The optical amplifier 332 is, for example, a linear optical amplifier. One configuration example of the optical amplifier 332 includes a doped fiber doped with a rare earth element such as Er (erbium), a pump light source that outputs pump light, and light to amplify the pump light (here, an output idler light). Means for supplying to the doped fiber. The optical band-pass filter 331 is for removing undesired light such as light from the probe LD 324 and the pump LD 322 and noise light, and outputs only the output idler light modulated by the light modulator from the optical modulator. be able to. Further, by removing such unnecessary light, for example, the operation of the optical amplifier 332 is prevented from being saturated by the pumping light from the pumping LD 322, and the output idler light generated in the optical fiber 321 is sufficiently amplified. can do. In general, since the intensity of the excitation light from the excitation LD 322 is extremely higher than the intensity of the probe light and the output idler light, unnecessary light such as the excitation light is removed by using the optical bandpass filter 331 to obtain high intensity. There is no fear that the exciting pump light will cause a further nonlinear optical effect in the optical transmission line at the subsequent stage. Further, by removing unnecessary light with the optical bandpass filter 331, it is possible to eliminate the difficulty of demodulation due to the presence of the pump light when reproducing the demodulated signal on the receiving side based on the modulated output idler light. When the intensity of the excitation light supplied from the excitation LD 322 is sufficiently high, the intensity of the output idler light generated in the optical fiber 321 may be higher than the intensity of the probe light supplied to the optical fiber 321. Therefore, when such an amplifying action occurs, the optical amplifier 322 may not be used.
[0130]
FIG. 35 is a block diagram showing a fourth embodiment of the optical modulator according to the present invention. This embodiment is characterized in that a polarization scrambler 341 is provided between the pump LD 322 and the port 323B of the optical coupler 323, as compared with the first embodiment of FIG. Generally, in the propagation mode of a single mode fiber, there are two polarization modes whose polarization planes are orthogonal to each other, and these two polarization modes are coupled under the influence of various disturbances. The polarization state of the supplied light does not match the polarization state of the light output from the second end of the single mode fiber. Therefore, when the probe light from the probe LD 324 is supplied to the optical coupler 323 via a relatively long single mode fiber, such as when the optical modulator of the present invention is incorporated in an optical repeater, or the like. The polarization state of the probe light supplied to the optical fiber 321 as a nonlinear optical medium fluctuates with time due to environmental changes and the like. On the other hand, as is apparent from the principle of generating the output idler light (phase conjugate light), the conversion efficiency from the probe light to the phase conjugate light depends on the polarization state of the probe light supplied to the nonlinear optical medium and the polarization state of the excitation light. Depends on state and relationship. According to the fourth embodiment shown in FIG. 35, the excitation light from the excitation LD 322 is combined with the probe light via the polarization scrambler 341. Therefore, even when the polarization state of the supplied probe light changes with time. In addition, the operation of the optical modulator can be stabilized by keeping the conversion efficiency from the probe light to the phase conjugate light constant.
[0131]
The polarization scrambler 341 is configured as usual using a 波長 wavelength plate, a 板 wavelength plate, or the like. For example, when the excitation light supplied from the excitation LD 322 is substantially linearly polarized, the polarization plane is rotated. Works as follows. Since the fluctuation of the polarization state of the supplied probe light due to a change in environmental conditions and the like is relatively slow, the operating frequency of the polarization scrambler 341 (eg, the reciprocal of the rotation period of the polarization plane) is set to about 1 to 100 KHz. By doing so, the polarization dependency can be sufficiently eliminated. In this example, the polarization scrambler 341 acts on the excitation light supplied from the excitation LD 322, but the polarization scrambler may act on the probe light.
[0132]
FIG. 36 is a block diagram showing a fifth embodiment of the optical modulator according to the present invention. In this embodiment, a polarization beam splitter 351 for separating the probe light supplied from the probe LD 324 into first and second polarization components whose polarization planes are orthogonal to each other, and first and second polarization components from the polarization beam splitter 351 are formed. Phase conjugate light generators 352 and 353 that respectively generate phase conjugate light (output idler light) based on the above, and a polarization combiner 354 that combines the phase conjugate lights from the phase conjugate light generators 352 and 353 are used. The polarization combiner 354 is, for example, a polarization beam splitter, and the phase conjugate light combined by the polarization combiner 354 is transmitted to an optical transmission path (not shown). As the phase conjugate light generators 352 and 353, for example, those obtained by removing the probe LD 324 and the modulation circuit 325 from the configuration of the first embodiment in FIG. 32 can be used. A modulation circuit 325 'is provided for modulating the excitation light in the phase conjugate light generators 352 and 353.
[0133]
According to this embodiment, since the first and second polarization components of the probe light supplied to the phase conjugate light generators 352 and 353 are both linearly polarized light, the probe light is supplied to the phase conjugate light generators 352 and 353. It is easy to make the polarization state of the probe light (first or second polarization component) coincide with the polarization state of the excitation light, and the polarization dependence can be eliminated. That is, the generation efficiency of the phase conjugate light can be kept constant regardless of the change in the polarization state of the probe light supplied from the probe LD 324. In this embodiment, the optical path length of the optical path from the polarization beam splitter 351 to the polarization combiner 354 via the phase conjugate light generator 352 and the optical path length from the polarization beam splitter 351 to the polarization combiner 354 via the phase conjugate light generator 353. It is desirable to make the difference from the optical path length sufficiently smaller than the traveling distance of light in one time slot T of the signal. For example, when the information signal supplied to the modulation circuit 325 'is a 10 Gb / s NRZ signal, the traveling distance of light in one time slot T is about 2 mm, and the optical path length difference is 1/10 of that. Is desirably suppressed to about 0.2 mm or less.
[0134]
FIG. 37 is a diagram showing a sixth embodiment of the optical modulator according to the present invention. An optical coupler 323 is used as a probe light / excitation light supply unit, and a polarization maintaining fiber 355 is used as a nonlinear optical medium. The probe light from the probe LD 324 and the pump light from the pump LD 322 are combined by the optical coupler 323 and input to the polarization maintaining fiber 355. The excitation light is substantially linearly polarized light having a predetermined polarization plane, and the arrangement of the excitation LD 322 and the like are set such that the predetermined polarization plane is inclined by approximately 45 ° with respect to the main axis of the polarization maintaining fiber 355. Is set. This makes it possible to keep the two orthogonal polarization components of the pump light power within the polarization maintaining fiber constant, so that the generation efficiency of the output idler light is stably maintained with respect to the probe light having an arbitrary polarization state. be able to.
[0135]
In the embodiment of FIG. 37, as the length of the polarization maintaining fiber 355 used as the nonlinear optical medium increases, the phase due to the slight difference in the refractive index of the polarization maintaining fiber 355 with respect to the polarization in the two main axis directions is increased. Since a shift may occur, it is desirable to increase the pump light power or increase the nonlinear constant of the polarization maintaining fiber 355 so that a short polarization maintaining fiber 355 is sufficient. The degree of the phase shift between the two orthogonal polarization components is determined by the material and structure of the polarization maintaining fiber 355. In a standard fiber, a shift of 17 ps occurs for a length of 10 m. Therefore, a signal having a bit rate of about 60 Gb / s appears as 1-bit polarization dispersion. In this case, the transmission speed of a signal that can be actually transmitted is about 10 Gb / s. As the length of the polarization maintaining fiber 355 increases, the transmission speed of a transmittable signal further decreases. Next, a description will be given of an embodiment capable of coping with a signal having a high bit rate without shortening the length of the polarization maintaining fiber as the nonlinear optical medium.
[0136]
FIG. 38 is a block diagram showing a seventh embodiment of the optical modulator according to the present invention. This embodiment is characterized in that the non-linear optical medium consists of two polarization maintaining fibers 355A and 355B of substantially the same length as compared to the embodiment of FIG. The polarization maintaining fibers 355A and 355B are connected such that their main axes are orthogonal to each other. The excitation light is substantially linearly polarized light having a predetermined polarization plane. The probe light and the excitation light that have been combined by the optical coupler 323 are supplied to the first end of the polarization maintaining fiber 355A. Here, the arrangement and the like of the pump LD 322 are set such that the polarization plane of the pump light is inclined at approximately 45 ° with respect to the main axis of the polarization maintaining fiber 355A. A second end of the polarization maintaining fiber 355A is connected to a first end of the polarization maintaining fiber 355B. From the second end of the polarization maintaining fiber 355B, modulated phase conjugate light generated in the polarization maintaining fibers 355A and 355B is output. In this embodiment, since the lengths of the polarization maintaining fibers 355A and 355B having substantially the same characteristics are set to be equal, the phase shift between the two orthogonal polarization components generated in the polarization maintaining fiber 355A is reduced. Even if the total length of the polarization maintaining fibers 355A and 355B is long, the transmission speed of the signal is not limited even if the phase shift between the two orthogonal polarization components generated at 355B is canceled.
[0137]
FIG. 39 is a block diagram showing an eighth embodiment of the optical modulator according to the present invention. The pump LD 322 is used as the pump light source, and the optical fiber 321 is used as the nonlinear optical medium, which is the same as the embodiments shown in FIGS. In this embodiment, the probe light / excitation light supply means includes an optical coupler 361 and a polarization beam splitter 362 in order to guide the probe light and the excitation light to the optical fiber 321 in both directions. The optical coupler 361 has ports 361A, 361B and 361C, and outputs the light supplied to the ports 361A and 361B from the port 361C. The probe LD324 is connected to the port 361A, and the excitation LD322 is connected to the port 361B. The polarizing beam splitter 362 has ports 362A, 362B, 362C and 362D, separates the light supplied to the ports 362A and 362B into two orthogonal polarization components, and outputs these two polarization components from the ports 362C and 362D, respectively. . The polarization beam splitter 362 separates the light supplied to the ports 362C and 362D into two orthogonal polarization components, and outputs these two polarization components from the ports 362A and 362B, respectively. The port 362A is connected to the port 361C of the optical coupler 361, the port 362B is connected to an optical transmission line (not shown), and the port 362C and the optical fiber 321 are connected between 362D. In the middle of the optical fiber 321, there is provided a polarization controller 363, which is configured normally using a 波長 wavelength plate, a 波長 wavelength plate, or the like. The polarization controller 363 is supplied to the optical fiber 321. The control is performed so that the polarization state of the reflected light and the polarization state of the light output from the optical fiber 321 match.
[0138]
The probe light supplied to the optical coupler 361 is combined with the excitation light from the excitation LD 322, and the probe light and the excitation light are polarized by the polarization beam splitter 362 into a first polarization component and a polarization orthogonal to the polarization plane of the first polarization component. And a second polarized light component having a surface. The first and second polarization components respectively propagate through the optical fiber 321 in opposite directions, and are polarized and combined when passing through the polarization beam splitter 362 again, and output from the port 362B. The polarization plane of the excitation light output from the excitation LD 322 is set such that the distribution ratio of the excitation light from the excitation LD 322 to the first and second polarization components separated by the polarization beam splitter 362 is 1: 1. Is done. That is, the excitation LD 322 is set such that the polarization plane of the excitation light supplied to the port 362A of the polarization beam splitter 362 is inclined by approximately 45 ° with respect to the polarization planes of the first and second polarization components. By doing so, the orthogonal two-polarized light components of the probe light guided in opposite directions to the optical fiber 321 act on the polarization planes in which the orthogonal two-polarized light components of the excitation light coincide with each other. When the phase conjugate lights generated in the opposite directions are combined by the polarization beam splitter 362 and output from the port 362B, the phase conjugate light is obtained with a constant conversion efficiency regardless of the change in the polarization state of the supplied probe light. be able to.
[0139]
FIG. 40 is a block diagram showing a ninth embodiment of the optical modulator according to the present invention. This embodiment is characterized in that a polarization maintaining fiber 321 'is used as a nonlinear optical medium as compared with the embodiment of FIG. The polarization maintaining fiber 321 'is connected to the polarization beam splitter 362 such that the polarization state of the light supplied to the polarization maintaining fiber 321' matches the polarization state of the light output from the polarization maintaining fiber 321 '. You. In this case, the main axis of the polarization maintaining fiber 321 ′ is parallel to the plane of polarization of linearly polarized light separated by the polarization beam splitter 362. According to this embodiment, since the polarization controller 363 of FIG. 39 is not required, the configuration of the device can be simplified.
[0140]
FIG. 41 is a block diagram showing a tenth embodiment of the optical modulator according to the present invention. An optical fiber 321 as a nonlinear optical medium, an excitation LD 322, a probe LD 324, a polarization beam splitter 362, and a polarization controller 363 are the same as in the embodiment of FIG. In this embodiment, the probe light / excitation light supply means includes an optical coupler 371 and a half-wave plate 373 in order to separate the excitation light remaining without being consumed when the phase conjugate light is generated from the generated phase conjugate light. And a polarizing beam splitter 362. The probe light / excitation light supply unit further includes an optical circulator 372 to separate the port for supplying the excitation light from the port for extracting the phase conjugate light. The optical circulator 372 has three ports 372A, 372B and 372C, outputs the light supplied to the port 372A from the port 372B, outputs the light supplied to the port 372B from the port 372C, and supplies the light to the port 372C. It functions to output light from port 372A. The probe LD324 is connected to the port 372A, and the port 372C is connected to an optical transmission line (not shown). The optical coupler 371 has four ports 371A, 371B, 371C and 371D, distributes the light supplied to the ports 371A and 371B equally, outputs the light from the ports 371C and 371D, and outputs the light supplied to the ports 371C and 371D. Evenly distributed and output from ports 371A and 371B. As the optical coupler 371, for example, a half mirror or a fiber fusion type is used. The pump LD 322 is connected to the port 371A, the port 372B of the circulator 372 is connected to the port 371B, and the port 371D is connected to the port 362B of the polarization beam splitter 362. The half-wave plate 373 is inserted into the optical path between the port 371C of the optical coupler 371 and the port 362A of the polarization beam splitter 362, and the half-wave plate 373 rotates the polarization plane of the supplied light by 90 °. In this embodiment, the polarization state of the excitation light supplied to the port 371A of the optical coupler 371 matches the polarization state of the probe light supplied to the port 371B of the optical coupler 371 from the probe LD 324 via the optical circulator 372. It has been like that.
[0141]
Now, the operation in this embodiment will be described assuming that these excitation light and probe light are linearly polarized light having a polarization plane perpendicular to the paper surface. The excitation light and the probe light supplied to the ports 371A and 371B of the optical coupler 371 are equally distributed and output from the ports 371C and 371D. The probe light and the excitation light output from the port 371C are rotated by 90 ° in the polarization plane by the half-wave plate 373, and supplied to the port 362A of the polarization beam splitter 362 as linearly polarized light having a polarization plane parallel to the paper. You. The probe light and the excitation light supplied to the port 362A are supplied from the port 362D to the optical fiber 321. When the probe light and the excitation light propagate in the optical fiber 321 counterclockwise in the drawing, phase conjugate light is generated in the same direction. The phase conjugate light and the remaining pump light are supplied from the port 362C to the polarization beam splitter 362 and output from the port 362B. On the other hand, since the probe light and the excitation light supplied from the port 371D of the optical coupler 371 to the port 362B of the polarization beam splitter 362 have a polarization plane perpendicular to the paper, the probe light and the excitation light are supplied to the port 362D. From the optical fiber 321, and propagates in the optical fiber 321 in the counterclockwise direction in the figure to generate phase conjugate light. The phase conjugate light and the remaining pump light are supplied from the port 362C to the polarization beam splitter 362, and output from the port 362A. The phase conjugate light and the excitation light supplied from the port 362A to the 波長 wavelength plate 373 are supplied to the port 371C of the optical coupler 371 as linearly polarized light parallel to the paper surface after the polarization plane is rotated by 90 °. The excitation light and the phase conjugate light supplied from the half-wave plate 373 to the port 371C and the excitation light and the phase conjugate light supplied from the port 362B of the polarizing beam splitter 362 to the port 371D of the optical coupler 371 are both printed on the paper. They have parallel planes of polarization, and the lengths of the optical paths through which they pass are exactly the same. Therefore, of the pump light and the phase conjugate light supplied to the ports 371C and 371D in the optical coupler 371, the pump light is mainly output from the port 371A, and the phase conjugate light is mainly output from the port 371B. The light output from the port 371B of the optical coupler 371 is transmitted to an optical transmission line (not shown) via the optical circulator 372.
[0142]
According to this embodiment, the excitation light remaining when the phase conjugate light is generated in the optical fiber 321 as the nonlinear optical medium and the generated phase conjugate light are passed through an optical filter (for example, the optical bandpass filter 331 in FIG. 34). Can be separated without use. Since the intensity of the excitation light used for generating the phase conjugate light is extremely higher than the intensity of the probe light and the generated phase conjugate light, the separation of the high intensity excitation light from the phase conjugate light requires the steps shown in FIG. Is useful.
[0143]
In the embodiment described above, the number of the probe light is one. However, the present invention can be applied to a plurality of frequency division multiplexed probe lights.
[0144]
FIG. 42 is a block diagram showing an eleventh embodiment of the optical modulator according to the present invention. The probe light from the single mode fiber SMF-1 enters the first port of the optical coupler 382. The second port of the optical fiber 382 is supplied with excitation light from an excitation light source 386 modulated by an information signal source 384 via a polarization controller 388. When the probe light and the excitation light added by the optical coupler 382 enter the nonlinear optical medium 390, phase conjugate light is generated here, and the phase conjugate light is branched into two by the optical coupler 392. One of the split phase conjugate lights is sent out to the single mode fiber SMF-2, and the other split phase conjugate light passes through the optical filter 394 and is converted into an electric signal by the optical receiver 396. The comparator 398 controls the polarization state of the pump light and the oscillation wavelength of the pump light source 386 so that the output level of the light receiver 396 becomes maximum. The wavelength of the excitation light is controlled by the temperature and bias current of the laser diode used as the excitation light source 386.
[0145]
According to this embodiment, since the polarization state of the excitation light is actively controlled in accordance with the polarization state of the probe light, phase conjugate light is generated with stable conversion efficiency regardless of the polarization state of the probe light. be able to.
[0146]
In the embodiment of the optical modulator according to the present invention described above, the probe light source is installed relatively close to the nonlinear optical medium, and the optical modulator is applied to the transmitting station. Is also applicable. That is, by inputting the probe light sent from the transmitting station to the nonlinear optical medium together with the excitation light (modulated) at the relay station, it is possible to write information on the phase conjugate light generated in the nonlinear optical medium. It is.
[0147]
The present invention includes the following supplementary notes.
[0148]
(Supplementary Note 1) Nonlinear optical medium (1)
An excitation light source (2) for outputting excitation light;
Signal light / excitation light supply means (4) for supplying the input signal light supplied to the signal light input port (3) to the nonlinear optical medium (1) together with the excitation light from the excitation light source (2);
The output signal light and the phase conjugate light generated by the interaction of the input signal light and the pump light supplied to the nonlinear optical medium (1) are extracted to output a signal light output port (5) and a phase conjugate light output port, respectively. (6) A signal conjugate / phase conjugate light extracting means (7) output from the phase conjugate light generator.
[0149]
(Supplementary Note 2) The non-linear optical medium (1), wherein the phase conjugate light is generated by an optical parametric process based on a second-order nonlinear optical effect or a four-wave mixing process based on a third-order nonlinear optical effect. Phase conjugate light generator.
[0150]
(Supplementary Note 3) The signal light / pumping light supply means (4) is connected to the signal light input port (3), the pumping light source (2), and the first end of the nonlinear optical medium (1), respectively. An optical coupler (11) having first to third ports (11A, 11B, 11C) and outputting light supplied to the first and second ports (11A, 11B) from the third port (11C). 2. The phase conjugate light generation device according to claim 1, including:
[0151]
(Supplementary Note 4) In the nonlinear optical medium (1), the phase conjugate light is generated by one-way excitation type four-wave mixing,
The signal light / phase conjugate light extraction means (7)
It has first to third ports (12A, 12B, 12C). The first port (12A) is connected to the second end of the nonlinear optical medium (1), and is supplied to the first port (12A). An optical divider (12) for splitting the divided light into two and outputting from the second and third ports (12B, 12C) respectively; a second port (12B) of the optical divider (12) and the signal light output port ( 5) a first optical filter (13) inserted into the optical path between and having a pass band including the frequency of the output signal light;
A second optical filter (14) inserted in the optical path between the third port (12C) of the optical divider (12) and the phase conjugate light output port (6) and having a pass band including the frequency of the phase conjugate light. 4. The phase conjugate light generator according to claim 3, comprising:
[0152]
(Supplementary Note 5) The pumping light sources (2) are first and second pumping light sources (21, 22) that respectively output pumping lights having the same frequency.
The signal light / pumping light supply means (4) includes:
It has first to third ports (23A, 23B, 23C), the second port (23B) is connected to the first excitation light source (21), and the third port (23C) is connected to the nonlinear optical medium. (1) is connected to the first end, and the light supplied to the first and second ports (23A, 23B) is output from the third port (23C) and supplied to the third port (23C). A first optical coupler (23) for outputting the reflected light from the first port (23A);
It has first to third ports (24A, 24B, 24C), the first port (24A) is connected to the second end of the nonlinear optical medium (1), and the second port (24B) is connected to the second port (24B). Connected to the second excitation light source (22), outputs the light supplied to the first port (24A) from the third port (24C), and outputs the light supplied to the second port (24B) to the second port (24B). 2. The phase conjugate light generator according to claim 1, further comprising a second optical coupler (24) for outputting from one port (24A).
[0153]
(Supplementary Note 6) In the non-linear optical medium (1), the phase conjugate light is generated by bidirectionally pumped four-wave mixing,
The signal light / phase conjugate light extraction means (7)
There are first to third ports (31A, 31B, 31C). The first port (31A) is connected to the signal light input port (3), and the third port (31C) is connected to the first light. The light connected to the first port (23A) of the coupler (23) and supplied to the first port (31A) is output from the third port (31C) and supplied to the third port (31C). An optical divider (31) for outputting light from the second port (31B);
A first optical filter which is inserted into an optical path between a third port (24C) of the second optical coupler (24) and the signal light output port (5) and whose pass band includes the frequency of the output signal light; (32)
A second optical filter (33) is inserted in the optical path between the second port (31B) of the optical divider (31) and the phase conjugate light output port (6) and has a pass band including the frequency of the phase conjugate light. 6. The phase conjugate light generator according to claim 5, comprising:
[0154]
(Supplementary Note 7) In the nonlinear optical medium (1), the phase conjugate light is generated by bidirectionally excited four-wave mixing,
The phase conjugate light output ports (6) are first and second phase conjugate light output ports (6A, 6B),
The signal light / phase conjugate light extraction means (7)
It has first to third ports (41A, 41B, 41C), and the first port (41A) is connected to the third port (24C) of the second optical coupler (24), and is connected to the first port (41C). 41A) a first optical divider (41) that splits the light supplied to the second port and outputs the two from the second and third ports (41B, 41C), respectively.
A first optical filter which is inserted into an optical path between a second port (41B) of the first optical divider (41) and the signal light output port (5) and whose pass band includes the frequency of the output signal light; (42),
An optical path is inserted between the third port (41C) of the first optical divider (41) and the first phase conjugate light output port (6A), and its pass band includes the frequency of the phase conjugate light. Two optical filters (43);
There are first to third ports (31A, 31B, 31C). The first port (31A) is connected to the signal light input port (3), and the third port (31C) is connected to the first light. The light connected to the first port (23A) of the coupler (23) and supplied to the first port (31A) is output from the third port (31C) and supplied to the third port (31C). A second optical divider (31) for outputting light from the second port (31B);
The second optical divider (31) is inserted in an optical path between a second port (31B) of the second optical divider (31) and the second phase conjugate light output port (6B), and its pass band includes the frequency of the phase conjugate light. 6. The phase conjugate light generation device according to supplementary note 5, including the third optical filter (33).
[0155]
(Supplementary Note 8) The phase conjugate light generation device according to supplementary note 1, further comprising a modulation unit (51) that modulates the excitation light based on the input data.
[0156]
(Supplementary note 9) The phase conjugate light generating apparatus according to supplementary note 8, wherein the modulation means (51) modulates the intensity or amplitude of the excitation light.
[0157]
(Supplementary note 10) The phase conjugate light generating apparatus according to supplementary note 8, wherein the modulation unit (51) modulates a frequency of the excitation light.
[0158]
(Supplementary Note 11) The transmitting station (61),
A receiving station (62);
An optical transmission line (63) laid between the transmitting station (61) and the receiving station (62);
At least one relay station (64) inserted in the optical transmission line (63),
The relay station (64) includes the phase conjugate light generator (65) according to claim 1;
The phase conjugate light generator (65) receives the light supplied from the transmitting station (61) as the input signal light, and sends out the phase conjugate light toward the receiving station (62). Relay optical transmission system.
[0159]
(Supplementary Note 12) The relay station (64) further includes a modulation unit (66) that modulates the pump light based on input data,
12. The relay optical transmission system according to appendix 11, wherein the input data includes monitoring data of the relay station (64).
[0160]
(Supplementary Note 13) The light transmitted by the transmitting station (61) is modulated by transmission data.
12. The repetition station according to claim 11, wherein the relay station (64) further includes demodulation means (67) for receiving the output signal light output from the phase conjugate light generation device (65) and reproducing demodulated data corresponding to the transmission data. Optical transmission system.
[0161]
(Supplementary Note 14) There are a plurality of the relay stations (64),
The signal light input port (3) of the phase conjugate light generator (65) included in the first relay station of the plurality of relay stations (64) counted from the transmission station (61) is the transmission station. Connected to (61),
The signal light input port (3) of the phase conjugate light generator (65) of the n-th (n is a natural number greater than 1) relay station counted from the transmitting station side among the plurality of relay stations (64). ) Is connected to the phase conjugate light output port (6) of the phase conjugate light generator (65) of the (n-1) th relay station,
The phase conjugate light output port (6) of the phase conjugate light generator (65) of the first relay station of the plurality of relay stations (64), counted from the receiving station (62) side, is connected to the reception station. The relay optical transmission system according to attachment 11, connected to the station (62).
[0162]
(Supplementary Note 15) A first transmitting / receiving station (73) including a first optical transmitter (71) and a first optical receiver (72);
A second transmitting / receiving station (76) having a second optical transmitter (74) and a second optical receiver (75), and laid between the first and second transmitting / receiving stations (73, 76). Upstream and downstream optical transmission lines (77, 78);
At least one relay station (79) inserted in the middle of the upstream and downstream optical transmission lines (77, 78);
The relay station (79) includes the phase conjugate light generator (65 ') according to Appendix 1,
The excitation light source (2) of the phase conjugate light generator (65 ') is a first and second excitation light source for outputting first and second excitation light, respectively.
The phase conjugate light output port (6) of the phase conjugate light generator (65 ') is a first and a second phase conjugate light output port (6A, 6B).
The phase conjugate light generator (65 ') receives light supplied to the signal light input port (3) from the first transmitting / receiving station (73) as a first signal light, and receives the first signal light. A first phase conjugate light is generated based on the signal light and the first pump light, and the first phase conjugate light is transmitted from the first phase conjugate light output port (6A) to the second transmitting / receiving station (76). ) And receives the light supplied to the signal light output port (5) from the second transmitting / receiving station (76) as a second signal light, and receives the second signal light. And generating a second phase conjugate light based on the second pump light, and transmitting the second phase conjugate light from the second phase conjugate light output port (6B) to the first transmitting / receiving station (73). Bidirectional relay optical transmission system that sends out to the side.
[0163]
(Supplementary Note 16) There are a plurality of the relay stations (79),
The signal light input port (3) of the phase conjugate light generator (65 ') of the first relay station counted from the first transmitting / receiving station (73) among the plurality of relay stations (79). And the second phase conjugate optical output port (6B) is connected to the first optical transmitter (71) and the first optical receiver (72), respectively.
The phase conjugate light generator (65 ') of the n-th (n is a natural number greater than 1) relay station counted from the first transmitting / receiving station (73) among the plurality of relay stations (79). The signal light input port (3) and the second phase conjugate light output port (6B) are respectively connected to the first phase of the phase conjugate light generator (65 ') of the (n-1) th relay station. Connected to the conjugate light output port (6A) and the signal light output port (5),
The signal light output port (5) of the phase conjugate light generator (65 ') of the first relay station counted from the second transmission / reception station (76) among the plurality of relay stations (79). And the first phase conjugate optical output port (6A) is connected to the second optical transmitter (74) and the second optical receiver (75), respectively. system.
[0164]
(Supplementary Note 17) A plurality of the phase conjugate light generation devices (65) according to Supplementary Note 1 are provided,
The signal light output port (5) and the phase conjugate light output port (6) of a higher one of the plurality of phase conjugate light generators (65) are respectively provided by the plurality of phase conjugate light generators (65). An optical distribution system connected to the signal light input port (3) immediately below.
[0165]
(Supplementary Note 18) The apparatus includes the phase conjugate light generation device according to Supplementary Note 1, and switching means (81) for turning on and off the excitation light source (2) of the device.
An optical switching system for selectively switching between a state in which the phase conjugate light is generated and a state in which the phase conjugate light is not generated by the operation of the switching means (81).
[0166]
(Supplementary Note 19) The apparatus includes the phase conjugate light generation device according to Supplementary Note 1, and a sweep unit (91) that sweeps a frequency of the excitation light in the device.
The signal light input port (3) of the device is supplied with a plurality of frequency division multiplexed signal lights,
An optical selection system in which a phase conjugate light corresponding to a signal light selected from the plurality of signal lights is generated by an operation of the sweep means (91).
[0167]
(Supplementary note 20) The phase conjugate light generating apparatus according to Supplementary note 5, and excitation that changes emission intensities of the first and second excitation light sources of the apparatus according to high and low of the first and second input logic data, respectively. Light control means (101).
An optical AND circuit system in which the phase conjugate light is generated only when both the first and second input logic data are high.
[0168]
(Supplementary Note 21) An optical communication system in which an optical transmission line (203) is provided between a master station (201) and a slave station (202),
The main station (201) has a phase conjugate light generation means (204) and a first modulation means (205),
The slave station (202) has a probe light generation means (206) and a first demodulation means (207).
The probe light generating means (206) supplies the probe light to a first end of the optical transmission line (203),
The phase conjugate light generating means (204) generates a phase conjugate light with respect to the probe light output from the second end of the optical transmission line (203) and converts the phase conjugate light into a second light of the optical transmission line (203). Feed to the end,
The first modulating means (205) modulates the phase conjugate light according to first input data,
An optical communication system for demodulating the first input data based on the phase conjugate light output from a first end of the optical transmission line (203);
[0169]
(Supplementary Note 22) The phase conjugate light generating means (204) includes a nonlinear optical medium (211), a pumping light generating means (212) for outputting pumping light, and the above-described pumping light supplied from the pumping light generating means (212). The optical communication system according to appendix 21, further comprising: a probe light / excitation light supply unit (213) for supplying excitation light to the nonlinear optical medium (211) together with the probe light.
[0170]
(Supplementary note 23) The optical communication system according to supplementary note 22, wherein the nonlinear optical medium (211) exhibits a third-order nonlinear optical effect, and the phase conjugate light is generated by four-wave mixing in the nonlinear optical medium (211).
[0171]
(Supplementary note 24) The optical communication system according to supplementary note 22, wherein the first modulation unit (205) includes a pumping light modulation unit (214) that modulates the pumping light according to the first input data.
[0172]
(Supplementary note 25) The optical communication system according to supplementary note 24, wherein the pumping light is first and second pumping lights having the same frequency and supplied to the nonlinear optical medium (211) in opposite directions.
[0173]
(Supplementary note 26) The optical communication system according to supplementary note 25, wherein the pumping light modulation means (214) modulates the intensity or amplitude of at least one of the first and second pumping lights.
[0174]
(Supplementary note 27) The optical communication system according to supplementary note 25, wherein the pumping light modulation means (214) modulates the frequencies of the first and second pumping lights.
[0175]
(Supplementary Note 28) The slave station (202) further includes a second modulation unit (231) that modulates the probe light according to second input data,
22. The optical communication according to supplementary note 21, wherein the master station (201) further comprises a second demodulation means (232) for demodulating the second input data based on the output light of the phase conjugate light generation means (204). system.
[0176]
(Supplementary Note 29) The second modulating means (231) modulates the frequency or phase of the probe light,
The optical communication system according to attachment 28, wherein the first modulating means (205) modulates the intensity or amplitude of the phase conjugate light.
[0177]
(Supplementary Note 30) The second modulating means (231) modulates the intensity or amplitude of the probe light at a relatively low modulation degree,
29. The optical communication system according to attachment 28, wherein the first modulating means (205) modulates the intensity or amplitude of the phase conjugate light at a relatively high degree of modulation.
[0178]
(Supplementary Note 31) The first modulating means (205) modulates the intensity of the phase conjugate light, and the first demodulating means (207) outputs the light from the first end of the optical transmission line (203). A photodetector (242) for converting the phase conjugate light into an electric signal,
The optical communication system according to appendix 21, wherein direct detection is performed in the first demodulation means (207).
[0179]
(Supplementary Note 32) The first modulating means (205) modulates the amplitude, phase or frequency of the phase conjugate light,
The first demodulating means (207) is a photodetector (252) for receiving the phase conjugate light output from the first end of the optical transmission line (203) together with local light on the same light receiving surface and converting the same into an electric signal. Including
22. The optical communication system according to attachment 21, wherein the first demodulation means (207) performs heterodyne detection.
[0180]
(Supplementary Note 33) The slave station (202) further includes a light branching unit (254) that branches the probe light from the probe light generation unit (206) into first and second probe lights.
The first probe light is supplied to the first end of the optical transmission path (203),
33. The optical communication system according to appendix 32, wherein the second probe light is supplied to the light receiver (252) as the local light.
[0181]
(Supplementary Note 34) The optical transmission line (203) is a single mode fiber (261), and the phase conjugate light generation means (204) is a first and a second phase conjugate light generation device (262, 263).
The master station (201) has first to third ports (264A, 264B, 264C), and the first port (264A) is connected to the single mode fiber (261) and the second and third ports (264). 264B, 264C) are connected to the first and second phase conjugate light generators (262, 263), respectively, and separate the light supplied to the first port (264A) into two orthogonally polarized light components. A polarization beam splitter (264) that outputs orthogonal two-polarized light components output from the second and third ports (264B, 264C) and supplied to the second and third ports (264B, 264C) from the first port (264A). 34. The optical communication system according to supplementary note 33, further comprising:
[0182]
(Supplementary note 35) The optical communication system according to supplementary note 21, wherein the probe light supplied to the first end of the optical transmission path (203) is a plurality of frequency division multiplexed probe lights.
[0183]
(Supplementary Note 36) The slave station (202) further includes a second modulating means (231) for modulating the probe light according to second input data,
There are a plurality of said main stations (201),
The master station (201) further includes a second demodulation means (232) for demodulating the second input data based on the output light of the phase conjugate light generation means (204). An optical communication system according to claim 1.
[0184]
(Supplementary note 37) Each of the phase conjugate light generation means (204) of the plurality of master stations (201) is a nonlinear optical medium (211), an excitation light generation means (212) for generating excitation light, and A probe light / excitation light supply means (213) for supplying the excitation light supplied from the excitation light generation means (212) together with the probe light to the nonlinear optical medium (211).
37. The optical communication system according to supplementary note 36, wherein the frequencies of the pump lights generated by the pump light generating means (212) are different.
[0185]
(Supplementary note 38) The optical communication system according to supplementary note 21, wherein there are a plurality of the slave stations (202).
[0186]
(Supplementary Note 39) Probe light source (301)
An excitation light source (302);
A nonlinear optical medium (303);
Probe light / excitation light supply means (304) for supplying the probe light from the probe light source (301) together with the excitation light from the excitation light source (302) to the nonlinear optical medium (303);
Modulating means (305) operatively connected to said pumping light source (302) to modulate said pumping light with an information signal;
An optical modulator that outputs modulated phase conjugate light from the nonlinear optical medium (303).
[0187]
(Supplementary note 40) The optical modulator according to supplementary note 39, wherein the nonlinear optical medium (303) exhibits a third-order nonlinear optical effect, and the phase conjugate light is generated by four-wave mixing in the nonlinear optical medium (303).
[0188]
(Supplementary note 41) The optical modulator according to supplementary note 39, wherein the modulation unit (305) modulates amplitude or intensity of the excitation light.
[0189]
(Supplementary note 42) The optical modulator according to supplementary note 39, wherein the modulation unit (305) modulates a frequency of the excitation light.
[0190]
(Supplementary note 43) The optical modulator according to supplementary note 39, wherein the modulation unit (305) modulates a phase of the excitation light.
[0191]
(Supplementary note 44) The optical modulator according to supplementary note 39, further comprising an optical bandpass filter (331) operatively connected to the nonlinear optical medium (303) and having a pass band including the wavelength of the phase conjugate light. .
[0192]
(Supplementary note 45) The optical modulator according to supplementary note 44, further comprising: an optical amplifier (332) operatively connected to the optical bandpass filter (331) and amplifying the phase conjugate light.
[0193]
(Supplementary note 46) The optical modulator according to supplementary note 39, wherein the nonlinear optical medium (303) is an optical fiber (321).
[0194]
(Supplementary note 47) The optical modulator according to supplementary note 46, wherein the wavelength of the probe light and the wavelength of the pumping light are slightly different, and the wavelength of the optical fiber (321) that gives the zero dispersion is substantially equal to the wavelength of the pumping light. .
[0195]
(Supplementary note 48) The optical modulator according to supplementary note 39, wherein the excitation light is frequency-modulated by a signal that is sufficiently slower than the information signal.
[0196]
(Supplementary Note 49) The apparatus further includes a polarization separation unit (351) that separates the probe light into first and second polarization components whose polarization planes are orthogonal to each other, and a polarization combination unit (354). Receiving the first and second polarization components of the probe light and outputting phase conjugate light for the first and second polarization components, respectively, and adding the respective phase conjugate lights to the polarization combining means (354). An optical modulator according to claim 1.
[0197]
(Supplementary Note 50) The nonlinear optical medium is a polarization maintaining fiber (355).
The pump light is substantially linearly polarized light having a predetermined polarization plane,
40. The optical modulator according to Appendix 39, wherein the pumping light source is set such that the predetermined polarization plane is inclined at approximately 45 ° with respect to a main axis of the polarization maintaining fiber (355).
[0198]
(Supplementary Note 51) The nonlinear optical medium is first and second polarization maintaining fibers (355A, 355B) having substantially the same length,
The first and second polarization maintaining fibers (355A, 355B)
Are connected such that their main axes are orthogonal to each other,
The pump light is substantially linearly polarized light having a predetermined polarization plane,
The pump light is supplied to the first polarization maintaining fiber (355A),
40. The optical modulator according to attachment 39, wherein the excitation light source is set such that the predetermined polarization plane is inclined at approximately 45 ° with respect to a main axis of the first polarization maintaining fiber (355A).
[0199]
(Supplementary Note 52) The probe light / excitation light supply unit may include:
There are first to third ports (361A, 361B, 361C), and the probe light source and the excitation light source are connected to the first and second ports (361A, 361B), respectively. (361A, 361B) an optical coupler (361) for outputting the light supplied from the third port (361C);
Fourth to seventh ports (362A, 362B, 362C, 362D) are provided, the fourth port (362A) is connected to the third port (361C), and the modulated signal is transmitted from the fifth port (362B). The phase conjugate light is output. The sixth and seventh ports (362C, 362D) are connected to the first and second ends of the optical fiber (321), respectively, and the fourth and fifth ports (362A, 362B). ) Outputs the orthogonal two-polarized light components of the light supplied from the sixth and seventh ports (362C, 362D), respectively, and outputs the orthogonal two-polarized light components of the light supplied to the sixth and seventh ports (362C, 362D). A polarizing beam splitter (362) for outputting a component from the fourth and fifth ports (362A, 362B), respectively.
49. The light according to Supplementary note 46, wherein the excitation light source is set such that the polarization plane of the excitation light supplied to the fourth port (362A) is inclined at approximately 45 ° with respect to the polarization planes of the two orthogonal polarization components. Modulator.
[0200]
(Supplementary Note 53) A polarization controller (363) that controls the polarization state of light supplied to the optical fiber (321) to be the same as the polarization state of light output from the optical fiber (321) is further provided. 53. The optical modulator according to supplementary note 52.
[0201]
(Supplementary note 54) The optical modulator according to supplementary note 52, wherein the optical fiber (321) is a polarization maintaining fiber (321 ').
[0202]
(Supplementary Note 55) The probe light / excitation light supply means may include:
It has first to fourth ports (371A, 371B, 371C, 371D), the first port (371A) is supplied with the excitation light, and the second port (371B) is supplied with the probe light. , The light supplied to the first and second ports (371A, 371B) is equally distributed and output from the third and fourth ports (371C, 371D), and the third and fourth ports (371C, 371D) ) An optical coupler (371) for equally dividing the light supplied to and outputting the light from the first and second ports (371A, 371B);
It has fifth to eighth ports (362A, 362B, 362C, 362D), the sixth port (362B) is connected to the fourth port (371D), and the seventh and eighth ports (362C, 362D). Is connected to a first end and a second end of the optical fiber (321), respectively, and outputs orthogonal two-polarized light components of the light supplied to the fifth and sixth ports (362A, 362B) to the seventh and eighth ports. (362C, 362D) and a polarization beam splitter for outputting orthogonal two-polarized light components of the light supplied to the seventh and eighth ports (362C, 362D) from the fifth and sixth ports (362A, 362B). (362) and
A half-wave plate (373) inserted into the optical path between the third port (371C) and the fifth port (362A).
47. The optical modulator according to attachment 46, wherein the polarization states of the excitation light and the probe light supplied to the first and second ports (371A, 371B) respectively match.
[0203]
(Supplementary Note 56) A ninth port (372A) connected to the probe light source, a tenth port (372B) connected to the second port (371B), and an eleventh port (372) for outputting the modulated phase conjugate light. 372C), and outputs the light supplied to the ninth port (372A) from the tenth port (372B) and outputs the light supplied to the tenth port (372B) to the eleventh port (372C). 55. The optical modulator according to supplementary note 55, further comprising: an optical circulator (372) that outputs the light from the circulator.
[0204]
(Supplementary Note 57) The probe light / excitation light supply means
A first port (323A) to which the probe light is supplied, a second port (323B) to which the excitation light is supplied, and a third port (323C) connected to a first end of the optical fiber (321). An optical coupler (323) for outputting the probe light and the excitation light supplied to the first and second ports (323A, 323B) from the third port (323C), respectively.
The optical modulator according to attachment 46, wherein the modulated phase conjugate light is output from a second end of the optical fiber (321).
[0205]
(Supplementary note 58) The optical modulator according to supplementary note 57, further comprising a polarization scrambler inserted into an optical path between the probe light source and the first port (323A) to disturb the polarization state of the probe light.
[0206]
(Supplementary note 59) The optical modulator according to supplementary note 57, further comprising: a polarization scrambler (341) inserted into an optical path between the excitation light source and the second port (323B) to disturb the polarization state of the excitation light.
[0207]
【The invention's effect】
As described above, by applying the phase conjugate optics to the optical system according to the present invention, it is possible to achieve new functions and improve the characteristics of the optical system, which cannot be obtained by the conventional optical technology. Other effects obtained by the present invention are as described above, and the description thereof will be omitted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of generation of phase conjugate light.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a frequency arrangement of signal light, pump light, and idler light.
FIG. 3 is a block diagram of a phase conjugate light generator showing a basic configuration of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a main part of a phase conjugate light generating device for explaining second and third embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of a phase conjugate light generator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 9A, 9B and 9C are block diagrams of a relay optical transmission system showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of a relay optical transmission system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram of a bidirectional repeater optical transmission system showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a frequency arrangement in the system of FIG. 11;
FIG. 13 is a block diagram of a bidirectional repeater optical transmission system showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram of an optical distribution system showing a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram of an optical switching system showing a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram of an optical selection system showing an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram of an optical AND circuit system showing a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a block diagram illustrating a basic configuration of an optical communication system according to the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing a specific configuration of a master station in the present invention.
FIG. 20 is a diagram illustrating the principle of generation of phase conjugate light.
FIG. 21 is an explanatory diagram of a frequency arrangement of signal light, pump light, and idler light (phase conjugate light).
FIG. 22 is a block diagram showing an embodiment of a master station according to the present invention.
23A and 23B are explanatory diagrams of intensity modulation of phase conjugate light.
FIG. 24 is a block diagram showing another basic configuration of the optical communication system of the present invention.
FIG. 25 is a block diagram showing a first embodiment of a slave station according to the present invention.
FIG. 26 is a block diagram showing a second embodiment of the slave station according to the present invention.
FIG. 27 is an explanatory diagram of the spectrum of the intermediate frequency signal in the embodiment of FIG. 26;
FIG. 28 is a block diagram of an optical communication system showing an embodiment in which polarization control is not required.
FIG. 29 is a block diagram of an optical communication system showing an embodiment in which the present invention is applied to an optical distribution system.
FIG. 30 is a block diagram illustrating a basic configuration of an optical modulator according to the present invention.
FIG. 31A, FIG. 31B, and FIG. 31C are explanatory diagrams of modulation of output idler light by modulation of excitation light.
FIG. 32 is a block diagram showing a first embodiment of the optical modulator of the present invention.
FIG. 33 is a block diagram showing a second embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 34 is a block diagram showing a third embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 35 is a block diagram showing a fourth embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 36 is a block diagram showing a fifth embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 37 is a block diagram showing a sixth embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 38 is a block diagram showing a seventh embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 39 is a block diagram showing an eighth embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 40 is a block diagram showing a ninth embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 41 is a block diagram showing a tenth embodiment of the optical modulator according to the present invention.
FIG. 42 is a block diagram showing an eleventh embodiment of the optical modulator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 nonlinear optical medium
2 Excitation light source
3 Signal light input port
4 Signal light / pumping light supply means
5 Signal light output port
6 Phase conjugate optical output port
7. Signal light / phase conjugate light extraction means

Claims (27)

An optical communication system provided with an optical transmission path between a master station and a slave station,
Main station has a phase conjugate light generation means, a first modulating means for modulating in accordance with the first input data, a second demodulation means for demodulating the second data,
The driven station includes a probe light generating means, a first demodulating means for demodulating the first input data, a second modulating means for modulating in accordance with the second input data,
In the slave station, the probe light output from the probe light generation means is modulated by the second modulation means in accordance with second input data, and supplied to the first end of the optical transmission path;
In the main station, and generates a phase conjugate light by the second Shi pair to the probe light outputted from the end phase conjugate light generation means of the optical transmission path, the second end of the optical transmission path a phase conjugate light And demodulates the second input data by the second demodulation means based on the output light of the phase conjugate light generation means ,
At the driven stations, optical communication system for demodulating the input data of the first by the first demodulation means on the basis of the phase conjugate light from the main station which is outputted from the first end of the optical transmission path. 2. The optical communication system according to claim 1, wherein said second demodulation means demodulates said second input data based on said probe light amplified by said phase conjugate light generation means. The phase conjugate light generating means includes: a nonlinear optical medium;
Pumping light generating means for outputting pumping light,
3. The optical communication system according to claim 1, further comprising: a probe light / excitation light supply unit that supplies the excitation light supplied from the excitation light generation unit together with the probe light to the nonlinear optical medium. 4. The optical communication system according to claim 3 , wherein said first modulating means includes pumping light modulating means for modulating said pumping light according to said first input data. The nonlinear optical medium exhibits a third-order nonlinear optical effect,
The optical communication system according to claim 3 , wherein the phase conjugate light is generated in the nonlinear optical medium by four-wave mixing. The nonlinear optical medium exhibits a second-order nonlinear optical effect;
  The optical communication system according to claim 3, wherein the phase conjugate light is generated in the nonlinear optical medium by an optical parametric process. The optical communication system according to claim 5 , wherein the pump light is first and second pump lights of the same frequency supplied to the nonlinear optical medium in opposite directions. An optical communication system according to claim 7 wherein the pumping light modulating means for modulating at least one of the intensity or amplitude of the first and second excitation light. 8. The optical communication system according to claim 7 , wherein said pumping light modulating means modulates the frequencies of said first and second pumping lights. The second modulating means modulates the frequency or phase of the probe light,
3. The optical communication system according to claim 1, wherein the first modulating means modulates intensity or amplitude of the phase conjugate light. The second modulating means modulates the intensity or amplitude of the probe light;
3. The optical communication system according to claim 1, wherein the first modulating means modulates the intensity or amplitude of the phase conjugate light at a modulation degree higher than the modulation degree of the modulation by the second modulating means . The first modulating means modulates the intensity of the phase conjugate light;
The first demodulation means includes a photodetector that converts the phase conjugate light output from the first end of the optical transmission path into an electric signal,
3. The optical communication system according to claim 1, wherein the first demodulation unit performs direct detection. The first modulating means modulates the amplitude, phase or frequency of the phase conjugate light,
The first demodulation means includes a light receiver that receives the phase conjugate light output from the first end of the optical transmission path together with local light on the same light receiving surface and converts the light into an electric signal,
3. The optical communication system according to claim 1, wherein the first demodulator performs heterodyne detection. The slave station further includes an optical branching unit that branches the probe light from the probe light generation unit into first and second probe lights,
The first probe light is supplied to the first end of the optical transmission line,
The optical communication system according to claim 13 , wherein the second probe light is supplied to the light receiver as the local light. The optical transmission line is a single mode fiber,
  The master station has a polarizing beam splitter having first to third ports, separating the light supplied to the first port into two orthogonal polarization components, and outputting the light from the second and third ports, respectively.
  15. The polarization beam splitter, wherein the first port is connected to the single mode fiber, and one of the second port and the third port of the polarization beam splitter is connected to the phase conjugate light generator. The optical communication system according to claim 1. The optical transmission line is a single mode fiber,
The phase conjugate light generator is a first and second phase conjugate light generator,
The master station has first to third ports, the first port is connected to the single mode fiber, and the second and third ports are connected to the first and second phase conjugate light generators, respectively. The light supplied to the first port is separated into two orthogonal polarization components, and output from the second and third ports, respectively. The optical communication system according to claim 14 , further comprising a polarization beam splitter that outputs a signal from the optical disc. 3. The optical communication system according to claim 1, wherein the probe light supplied to the first end of the optical transmission path is a plurality of frequency division multiplexed probe lights. The master station has the same number of phase conjugate light generating means as the number of multiplexed probe lights, outputs the frequency-division multiplexed phase conjugate light to the second end of the optical transmission line, and performs frequency division multiplex transmission. Item 18. The optical communication system according to item 17. 18. The optical communication system according to claim 17, wherein the phase conjugate light generation means has a band for generating phase conjugate light for each of the frequency-division multiplexed probe lights, and performs frequency division multiplex transmission. There are a plurality of said master stations,
Each of the phase conjugate light generating means of the plurality of main stations is respectively a nonlinear optical medium,
Pumping light generating means for generating pumping light; and probe light / pumping light supplying means for supplying the pumping light supplied from the pumping light generating means to the nonlinear optical medium together with the probe light. optical communication system according to the frequencies of the excitation light generating means generates different claims 1 or claim 2. The plurality of master stations are connected to the slave stations via an optical multi / demultiplexer;
  21. The optical communication system according to claim 20, wherein the slave station detects which of the plurality of master stations the phase conjugate light is from based on the frequency of the phase conjugate light. The driven station Ri multiple Oh,
3. The optical communication system according to claim 1, wherein the plurality of slave stations output probe lights having different frequencies . The plurality of slave stations are connected to the master station via an optical multi / demultiplexer;
  The master station has the same number of phase conjugate light generation means as the plurality of slave stations, and outputs the phase conjugate light from the plurality of slave stations to the probe lights having different frequencies from each other to the second end of the optical transmission line. Item 23. The optical communication system according to item 22. The plurality of slave stations are connected to the master station via an optical multi / demultiplexer;
  23. The optical communication system according to claim 22, wherein the phase conjugate light generating means has a band for generating phase conjugate light for each of the probe lights having different frequencies from the plurality of slave stations. An optical communication system provided with an optical transmission path between a master station and a slave station,
  The master station has a phase conjugate light generation means and a first modulation means,
  The slave station has probe light generating means, first demodulating means, and light branching means for branching the probe light from the probe light generating means into first and second probe lights,
  The first probe light is supplied to the first end of the optical transmission line;
  The phase conjugate light generating means generates a phase conjugate light for the probe light output from the second end of the optical transmission line and supplies the phase conjugate light to a second end of the optical transmission line,
  The first modulating means modulates the amplitude, phase or frequency of the phase conjugate light according to first input data;
  The first demodulation means demodulates the first input data based on the phase conjugate light output from the first end of the optical transmission line;
  The first demodulation means includes a photodetector that receives the phase conjugate light output from the first end of the optical transmission path together with the second probe light on the same light receiving surface and converts the received light into an electric signal,
  An optical communication system in which heterodyne detection is performed in the first demodulation means. The optical transmission line is a single mode fiber,
  The master station has first to third ports, and a polarization beam splitter that separates light supplied to the first port into two orthogonal polarization components and outputs the light from the second and third ports, respectively.
  26. The polarization beam splitter, wherein the first port is connected to the single mode fiber, and one of the second port and the third port of the polarization beam splitter is connected to the phase conjugate light generator. The optical communication system according to claim 1. The optical transmission line is a single mode fiber,
The phase conjugate light generator is a first and second phase conjugate light generator,
The master station has first to third ports, the first port is connected to the single mode fiber, and the second and third ports are connected to the first and second phase conjugate light generators, respectively. The light supplied to the first port is separated into two orthogonal polarization components, and output from the second and third ports, respectively. 26. The optical communication system according to claim 25 , further comprising: a polarization beam splitter that outputs the light beam from the polarization beam splitter.

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