JP2003337357A - 四光波混合発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ光が単一周波数であっても、ＳＢＳの
発生を回避しつつ雑音のない出射光を取り出すことがで
きる四光波混合発生器を提供する。 【解決手段】 ポンプ光を発生するポンプ光源１と、ポ
ンプ光と入射端から入射されるプローブ光とが合波され
る合波手段３と、合波された、ポンプ光とプローブ光が
入射され、ポンプ光とプローブ光の四光波混合によりア
イドラ光を発生させる光ファイバ４とから成り、ポンプ
光源１と光ファイバ４との間に配置され、ポンプ光に位
相変調または周波数変調をかける第１変調器６と、光フ
ァイバ４より出射端側に配置され、プローブ光、ポンプ
光、およびアイドラ光のうち少なくとも一つに位相変調
または周波数変調をかける変調手段Ｃとのうち、第２変
調器７を備えている四光波混合発生器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は四光波混合発生器に
関し、更に詳しくは、例えば波長分割多重（Wavelength
Division Multiplexing：以後、ＷＤＭという）通信方
式を利用した光通信システムの構築において、四光波混
合を利用して光信号処理を行うときに必要とされる周波
数変換器、多周波数光源、または光パラメトリック増幅
器の組み立てに用いて有用な四光波混合発生器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ファイバ型光デバイスとして知られてい
る周波数変換器、多周波数光源、およびパラメトリック
増幅器は、いずれも、光ファイバの非線形特性を利用す
るものであり、次のような共通の作動原理を有してい
る。それら光デバイスでは、波長分割多重されたプロー
ブ光（信号光）と、単一周波数ω_pのポンプ光または周
波数ω_p1と周波数ω_p2に光強度のピークを有する２周波
数のポンプ光とを合波し、その合波された光を光ファイ
バに入射する。

【０００３】光ファイバでは四光波混合（Four Wave Mi
xing：以後、ＦＷＭという）が起こり、ポンプ光の周波
数が単一周波数ω_pである場合は、ある，注目している
プローブ光の周波数をω_sとした場合, ω_i＝２ω_p−ω_s の周波数位置に、またポンプ光の周波数が上記した２周
波数ω_p1，ω_p2である場合には、 ω_i＝ω_p1＋ω_p2−ω_s の周波数ω_iに、周波数をω_sのプローブ光の周波数変換
光であるアイドラ光が生成する。

【０００４】そして、光ファイバからは、上記したプロ
ーブ光、ポンプ光、および生成したアイドラ光の３種類
の光が出射する。アイドラ光の数はプローブ光の数と同
じである．周波数変換器では上記した出射光からアイド
ラ光のみを光フィルタで取り出し、それを利用する。多
周波数光源とパラメトリック増幅器の場合は、上記出射
光からプローブ光のみ，またはプローブ光とアイドラ光
の両方，を光フィルタで取り出し、それを利用する。し
たがって、周波数変換器、多周波数光源、およびパラメ
トリック増幅器は、いずれも、四光波混合発生器を心臓
部とするものであり、光ファイバの出射端側に配置する
光フィルタの透過特性がそれぞれ異なっているのみであ
る。

【０００５】ところで、プローブ光の光強度をＰ_s、ポ
ンプ光が単一周波数ω_pのポンプ光であるときの光強度
をＰ_p、ポンプ光が２周波数ω_p1，ω_p2のポンプ光であ
るときの各光強度をＰ_p1，Ｐ_p2とした場合、それらと、
ＦＷＭで生成するアイドラ光の光強度Ｐ_iの間には次式
の関係がある。 （ｉ）ポンプ光が単一周波数ω_pである場合： Ｐ_i∝Ｐ_p ²・Ｐ_s （ii）ポンプ光が２周波数ω_p1，ω_p2である場合： Ｐ_i∝Ｐ_p1・Ｐ_p2・Ｐ_s

【０００６】アイドラ光の光強度Ｐ_iは、一般に小さ
い。したがって、プローブ光の光強度を一定にした状態
で比較的高い光強度のアイドラ光を生成させる場合に
は、上記式からも明らかなように、ポンプ光の光強度を
高めればよいことになる（先行技術１：：O.Aso and S.
Namiki, “Recent Advances of Fiber Optics Ultra-Br
oadband Wavelength Converter”,IEEE Laser and Elec
tro-Optical Society, Annual Meeting, ThA-3, Puerto
Rico, U.S.A., 2000を参照）。

【０００７】しかしながら、他方では、光ファイバへ入
射可能なポンプ光の光強度は、誘導ブリュアン散乱（St
imulated Brillouin Scattering：以後、ＳＢＳとい
う）といわれる別の非線形効果で制限を受けることが知
られている（先行技術２：G.P.Agrawal, “Nonlinear F
iber Optics, second Ed.”Academic Press, San Dieg
o, N.Y., U.S.A., 1995．および、先行技術３：K.Inou
e, T.Hasegawa and H.Toba,“Influence of Stimulated
Brillouin Scattering and Optimum Length in Fiber
Four-Wave Mixing Wavelength Conversion”,Photon. T
echnol. Lett.,7,1995, pp.327〜329.を参照のこと）。

【０００８】そして、光ファイバに単一波長の光波を入
射したときのＳＢＳの発生を回避するためには、入射光
に位相変調や周波数変調をかけることの有効性が知られ
ている（先行技術４：J.Hansryd and P.A.Andrekson,
“Broadband CW Pumped FiberOptical Parametric Ampl
ifier with 49dB Gain and Wavelength Conversion Eff
iciency”, Optical Fiber Communications, Post-Dead
line Paper, PD3, U.S.A.,2000.を参照のこと）。

【０００９】しかしながら、他方では、ＦＷＭの実現に
際して光ファイバに入射させるポンプ光に位相変調をか
けると、生成するアイドラ光に位相雑音が含まれている
ことも知られている（先行技術５：F.S.Yang, M.E.Mari
c and L.G.kazovsky, “CW Fiber Optical Parametric
Amplifier with Net Gain and Wavelength Conversion
Efficiency＞１”, Electron Lett.,32, 1996, pp.2336
〜2338を参照のこと）。

【００１０】この先行技術５で報告されている問題は次
のような理由で発生してくるものと考えられる。まず、
ＦＷＭで生成したアイドラ光の周波数ω_iは、前記した
ように、次のような値になる。 （ｉ）ポンプ光が単一周波数ω_pである場合： ω_i＝２ω_p−ω_s （ii）ポンプ光が２周波数ω_p1，ω_p2である場合： ω_i＝ω_p1＋ω_p2−ω_s ここで、ポンプ光に位相変調Δφを加えたときのアイド
ラ光の位相変化を考える。

【００１１】ポンプ光が単一周波数ω_pである場合、ア
イドラ光の位相は、 ω_iｔ→２（ω_p＋Δφ）−ω_sｔ＝ω_iｔ＋２Δφ に変化する。他方、ポンプ光が２周波数ω_p1，ω_p2であ
る場合、アイドラ光の位相は、 ω_iｔ→（ω_p1ｔ＋Δφ）＋（ω_p2ｔ＋Δφ）−ω_sｔ＝
ω_iｔ＋２Δφ に変化する。なお、上記において、ｔは時間を表す。

【００１２】すなわち、プローブ光は位相変調の影響は
受けないが、アイドラ光の位相には２Δφの位相がのっ
てきて、それがアイドラ光における位相雑音となってく
るのである。前記した先行技術５では、ポンプ光が２周
波数ω_p1，ω_p2である場合には、それぞれの周波数の光
にかける位相変調を逆相にして、アイドラ光の位相雑音
が消去されている。

【００１３】すなわち、位相変調を逆相でかけることに
より、 ω_iｔ→（ω_p1ｔ＋Δφ）＋（ω_p2ｔ−Δφ）−ω_sｔ＝
ω_iｔ となるからである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、ポンプ光
が２周波数ω_p1，ω_p2である場合には、先行技術５に基
づき、当該ポンプ光のそれぞれに逆相の位相変調をかけ
ることにより、光ファイバ内におけるＳＢＳの発生を回
避しながら、位相雑音が消去された高光強度のアイドラ
光を発生させることができる。

【００１５】しかしながら、ポンプ光が単一周波数ω_p
である場合には、上記した先行技術５の逆相の位相変調
による位相雑音の消去という手法を適用することはでき
ない。ところが、実際の光通信システムの構築に際し
て、ポンプ光として単一周波数の光波を採用した方が、
ポンプ光源の数は半減し、それに伴って使用電力量も半
減するという利点を含んでいる。このようなことから、
単一周波数のポンプ光を用いつつも、それに位相変調を
かけた場合でもＳＢＳの発生が回避され、同時に、位相
雑音が発生しない高光強度のアイドラ光を生成させるこ
とが求められている。

【００１６】このような課題に対しては、ＦＷＭを実現
する光ファイバを２分割し、その中間にアイソレータを
配置し、単一周波数のポンプ光を用いてＦＷＭを実施す
る先行技術が開示されている（先行技術６：特開平８−
５４６５３号公報を参照）。しかしながら、この先行技
術６では、ＳＢＳしきい値を高々２倍程度向上させる効
果しか得られていない。

【００１７】本発明は、上記した先行技術における問
題、とりわけ、単一周波数のポンプ光に対しては適用で
きないという先行技術５のかかえている問題を解決し、
２周波数のポンプ光を用いた場合はもちろんのこと、単
一周波数のポンプ光を用い、それらに位相変調または周
波数変調をかけてもＳＢＳの発生が回避されると同時
に、ＦＷＭで生成したアイドラ光（プローブ光の周波数
変換光）、および/または、光ファイバから出射される
プローブ光に雑音を発生させない新規な四光波混合発生
器の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ための研究過程で、本発明者らは、次の点に着目した。 （１）まず、先行技術５では、位相変調でアイドラ光の
雑音を消去しているが、アイドラ光の雑音除去に関して
は、先行技術４にあるように、位相変調だけではなくポ
ンプ光への周波数変調によっても実現可能であるという
ことである。

【００１９】今、ポンプ光が２周波数ω_p1，ω_p2である
場合、これに変調量Ωの周波数変調をかけると、ポンプ
光の周波数変調に基づき、アイドラ光の周波数ω_iは、 ω_i→（ω_p1＋Ω）＋（ω_p2＋Ω）−ω_s＝ω_i＋２Ω となり、２Ωの雑音がのってくる。しかしながら、それ
ぞれの変調量が逆相である周波数変調をポンプ光に互い
に逆相でかけると、アイドラ光は、 ω_i→（ω_p1ｔ＋Ω）＋（ω_p2−Ω）−ω_s＝ω_i となる。すなわち、アイドラ光の雑音は除去される。

【００２０】このようなことから、位相変調を周波数変
調で置換しても、先行技術５で提案されている雑音除去
の技術は実現可能であるといえる。ただし、上記した周
波数変調によるアイドラ光の雑音除去は、あくまでも、
ポンプ光が２周波数である場合に可能なのであって、単
一周波数の場合は実現不可能である。このことは、位相
変調の場合と同じである。

【００２１】（２）第２の着目点は、位相変調または周
波数変調は、ポンプ光のみではなく、ＦＷＭのために光
ファイバに入射させるプローブ光に対してもかけること
ができる、更に光ファイバから出射するプローブ光、ア
イドラ光、ポンプ光に対してもかけることができるとい
うことである。そして、本発明者らは、例えば光ファイ
バに入射させるポンプ光とプローブ光に位相変調をか
け、そして光ファイバから出射する透過プローブ光とア
イドラ光のいずれか一方または両方に逆相の位相変調を
かけることにより、アイドラ光または／およびプローブ
光の雑音を除去することができるとの着想を抱き、その
正しさを以下のとおりに確認した。

【００２２】今、光ファイバの入射端において、ポンプ
光にかける位相変調をΔφ_p、プローブ光にかける位相
変調をΔφ_sとすると、ＦＷＭ後に光ファイバの出射端
におけるプローブ光とアイドラ光の位相は、次のように
変化する。 透過プローブ光：ω_sｔ→ω_sｔ＋Δφ ・・・（１） アイドラ光：ω_iｔ→２（ω_pｔ＋Δφ_p）−（ω_sｔ＋Δφ_s） ＝ω_iｔ＋（２Δφ_p−Δφ_s） ・・・（２） すなわち、（１）式で明らかなように、プローブ光の位
相は光ファイバを透過することで、時間変化動するΔφ
_sが雑音としてのってくる。

【００２３】また、（２）式で明らかなように、位相変
調Δφ_sをかけると、アイドラ光には、２Δφ_p−Δφ_s
の雑音が生じてくる。したがって、位相変調量を、 Δφ_p＝Δφs＝Δφ とした場合のみ、透過プローブ光とアイドラ光の位相雑
音は、 Δφ_s＝２Δφ_p−Δφ_s＝Δφ と同じ値Δφになる。

【００２４】すなわち、このことは、ポンプ光とプロー
ブ光に一括して位相変調をかけて光ファイバに入射すれ
ば、光ファイバ内ではＳＢＳを回避しながらＦＷＭが発
生するが、光ファイバから出射した透過プローブ光とア
イドラ光は、いずれも、Δφの位相雑音を有することを
意味している。したがって、光ファイバからの出射光に
一括して−Δφの位相変調をかければ、透過プローブ光
とアイドラ光の両者から雑音を除去することができる。

【００２５】その後、光フィルタで透過プローブ光とア
イドラ光のうち利用すべき光のみを取り出せば、ＳＢＳ
が回避された状態で雑音が生じていない利用光を得るこ
とがきる。なお、ポンプ光が２周波数ω_p1，ω_p2である
場合、（１）式および（２）式は次のように変化する。

【００２６】 透過プローブ光：ω_sｔ→ω_sｔ＋Δφ_s ・・・（１’） アイドラ光：（ω_p1ｔ＋Δφ_p）＋（ω_p2ｔ＋Δφ_p）−（ω_sｔ＋Δφ_s） ＝ω_iｔ＋（２Δφ_p−Δφ_s） ・・・（２’） この場合、最終的には、光ファイバから出射する透過プ
ローブ光とアイドラ光は、単一周波数のポンプ光の場合
と同じ位相雑音を有している。したがって、この場合
も、単一周波数のポンプ光への位相変調の場合と同じよ
うに、光ファイバからの出射光に一括して−Δφの位相
変調をかけることにより雑音除去は可能である。

【００２７】なお、上記の説明は位相変調をかけた場合
のものであるが、前記したように、位相変調に代えて周
波数変調をかけた場合にも適用可能である。本発明の四
光波混合発生器は、以上説明した観点を踏まえて開発さ
れたものである。すなわち、本発明における第１の発明
は、ポンプ光を発生するポンプ光源と、前記ポンプ光と
入射端から入射されるプローブ光とが合波される合波手
段と、合波された、ポンプ光とプローブ光が入射され、
前記ポンプ光と前記プローブ光の四光波混合によりアイ
ドラ光を発生させる光ファイバとから成り、前記ポンプ
光源と前記光ファイバとの間に配置され、前記ポンプ光
に位相変調または周波数変調をかける変調手段Ａと、前
記光ファイバより入射端側に配置され、前記プローブ光
に位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｂと、前
記光ファイバより出射端側に配置され、前記プローブ
光、前記ポンプ光、および前記アイドラ光のうち少なく
とも一つに位相変調または周波数変調をかける変調手段
Ｃとのうち、前記変調手段Ａを備え、前記変調手段Ｂお
よび／または前記変調手段Ｃが備えられたことを特徴と
する四光波混合発生器である。

【００２８】第２の発明は、ポンプ光を発生するポンプ
光源と、前記ポンプ光と入射端から入射されるプローブ
光とが合波される合波手段と、合波された、ポンプ光と
プローブ光が入射され、前記ポンプ光と前記プローブ光
の四光波混合によりアイドラ光を発生させる光ファイバ
とからなり、前記合波手段と光ファイバの間に、合波さ
れた前記ポンプ光と前記プローブ光の両方に位相変調ま
たは周波数変調をかける変調手段Ｄが備えられたことを
特徴とする四光波混合発生器である。

【００２９】第３の発明は、前記第２の発明において、
前記光ファイバよりも出射端側に、前記プローブ光、前
記ポンプ光、および前記アイドラ光のうち少なくとも一
つに位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｃを備
えたことを特徴とする四光波混合発生器である。第４の
発明は、前記第１または第２の発明において、前記光フ
ァイバより出射端側に、任意の周波数帯域のみを透過さ
せる光透過部品が備えられたことを特徴とする四光波混
合発生器である。

【００３０】第５の発明は、前記第１または第２の発明
において、前記変調手段Ａ、前記変調手段Ｂ、前記変調
手段Ｃ、前記変調手段Ｄは、それぞれ、位相変調または
周波数変調をかける変調器と、前記変調器に付与する変
調信号を発生させる信号発生部とを有することを特徴と
する四光波混合発生器である。第６の発明は、前記第１
または第２の発明において、前記変調手段Ｄの変調信号
と、前記変調手段Ｃの変調信号の間では、互いの位相を
πずらすことを特徴とする四光波混合発生器である。

【００３１】第７の発明は、前記第１または第２の発明
において、前記変調手段Ａもしくは前記変調手段Ｂと、
前記変調手段Ｃとの間では、互いの振幅を２倍ずらし、
互いの位相をπずらすことを特徴とする四光波混合発生
器である。第８の発明は、前記第４の発明において、前
記光透過部品には、その光透過部品で透過されない光を
伝搬する光伝送路が光学的に結合され、その光伝送路の
他の一端は、前記光透過部品で透過された光と前記光透
過部品で透過されない光とが光学的に結合するための第
２光合波器に、光学的に結合されていることを特徴とす
る四光波混合発生器である。

【００３２】第９の発明は、前記第８の発明において、
前記光透過部品で透過された光のみに位相変調または周
波数変調をかけることを特徴とする四光波混合発生器で
ある。第１０の発明は、前記第４の発明において、前記
光透過部品は、任意の周波数帯域を透過させる光フィル
タから成ることを特徴とする四光波混合発生器である。

【００３３】第１１の発明は、前記第１または第２の発
明において、前記変調手段Ａでかけられる変調信号に対
し、前記変調手段Ｂでかけられる変調信号はその振幅が
２倍で位相がπずらされ、かつ、前記変調手段Ｃでかけ
られる変調信号はさらに位相がπずらされることを特徴
とする四光波混合発生器である。第１２の発明は、前記
第１または第２の発明における四光波混合発生器が複数
段接続され、各四光波混合発生器のポンプ光源で発生さ
れるポンプ光の周波数は異なり、前段の四光波混合発生
器からの出射光を後段の四光波混合発生器のプローブ光
として利用することを特徴とする四光波混合発生装置で
ある。

【００３４】第１３の発明は、前記第１２の発明におけ
る前段の四光波混合発生器において、変調手段Ａにおけ
る位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφ_p1，Ω
_p1、変調手段Ｂにおける位相変調量または周波数変調量
をそれぞれΔφ_s1，Ω_s1、変調手段Ｃにおける位相変調
量または周波数変調量をそれぞれΔφ_s2，Ω_s2とし、後
段の四光波混合発生器において、変調手段Ａにおける位
相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφ_p2，Ω_p2、
変調手段Ｃにおける位相変調量または周波数変調量をそ
れぞれΔφ_s3，Ω_s3とした場合、上記した各変調量は、
次式の関係： Δφ_s1＋Δφ_s2＋Δφ_s3＝０ Δφ_s1−Δφ_s2−Δφ_s3＝２Δφ_p1 Δφ_s1＋Δφ_s2−Δφ_s3＝２Δφ_p2 Δφ_s1−Δφ_s2＋Δφ_s3＝２Δφ_p1−２Δφ_p2 または、 Ω_s1＋Ω_s2＋Ω_s3＝０ Ω_s1−Ω_s2−Ω_s3＝２Ω_p1 Ω_s1＋Ω_s2−Ω_s3＝２Ω_p2 Ω_s1−Ω_s2＋Ω_s3＝２Ω_p1−２Ω_p2 を満足する値である四光波混合発生装置である。

【００３５】第１４の発明は、前記第１３の発明におい
て、位相変調量が Δφ_s1＝−Δφ_s3＝Δφ_p1＝Δφ_p2， Δφ_s2＝０ であるか、または周波数変調量が Ω_s1＝−Ω_s3＝Ω_p1＝Ω_p2， Ω_s2＝０ であることを特徴とする四光波混合発生装置である。

【００３６】第１５の発明は、前記第１２の発明におい
て、前段の四光波混合発生器では、第２の発明の変調手
段Ｄによりポンプ光とプローブ光を光合波器で合波した
のち、一括して位相変調もしくは周波数変調を行うこと
を特徴とする四光波混合発生装置である。第１６の発明
は、四光波混合発生器が複数段接続されて成る四光波混
合発生装置において、前記第１または第２の四光波混合
発生器が、少なくとも一つ以上配置されて成ることを特
徴とする四光波混合発生装置である。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の四光波混合発生
器の１構成例Ａ₁を示す。本実施例は、本発明における
第１の実施例であり、第７の発明および第８の発明の具
体的な例である。この四光波混合発生器Ａ₁は、後述す
る四光波混合発生部Ｂ₁と信号発生部Ｃ₁をもって基本的
に構成されている。

【００３８】まず、四光波混合発生部Ｂ₁では、ポンプ
光を出射するポンプ光源１と、そのポンプ光と四光波混
合発生器Ａ₁の入射ポート２Ａからのプローブ光とを合
波する光合波器３と、ポンプ光とプローブ光による四光
波混合を発生させてアイドラ光を生成する光ファイバ４
と、光ファイバ４からの出射光のうち、透過プローブ光
または／およびアイドラ光のみを透過する光フィルタ５
Ａを備えており、そして、光合波器３と光ファイバ４の
入射端の間には、後述する第１変調器６が配置され、ま
た光ファイバ４の出射端と光フィルタ５Ａの間には同じ
く後述する第２変調器７が配置されている。

【００３９】この四光波混合発生器Ａ₁では、まず、入
射ポート２Ａから、１以上の複数の異なる周波数から成
るプローブ光が入射し、そのプローブ光とポンプ光源か
らのポンプ光とが光合波器３で合波される。そして、合
波した光におけるポンプ光とプローブ光のそれぞれは、
第１変調器６で、後述する信号発生部Ｃ₁で発生させた
変調電気信号により位相変調または周波数変調がかけら
れたのち光ファイバ４に入射する。

【００４０】光ファイバ４ではＦＷＭが起こってアイド
ラ光が生成する。ついで、光ファイバ４からの出射光に
は、第２変調器７で、信号発生部Ｃ₁からの、第１変調
器６にかけた変調電気信号と位相がπだけ異なり，振幅
が同じ変調電気信号により，位相変調または周波数変調
がかけられる。そして、最後に、光フィルタ５Ａを透過
プローブ光とアイドラ光のいずれかまたは両方が通過
し、それが四光波混合発生器Ａ₁の出射ポート２Ｂから
取り出される。

【００４１】今、第１変調器６として位相変調器を用
い、そこで位相変調Δφをかけたとすると、光ファイバ
４の出射端における透過プローブ光とアイドラ光の位相
は、下記のとおりになる。 透過プローブ光：ω_sｔ＋Δφ アイドラ光：ω_cｔ＝２ω_pｔ−ω_sｔ＋Δφ したがって、同じく位相変調器である第２変調器７では
逆相の位相変調−Δφを透過プローブ光とアイドラ光に
一括してかけ、また光フィルタ５Ａとしてポンプ光のみ
を除去するものを用いることにより、位相雑音のないプ
ローブ光とアイドラ光を出射ポート２Ｂから取り出すこ
とができ、その両方を利用することができる。光フィル
タ５Ａとしてポンプ光とプローブ光を除去するものを用
いると、位相雑音のないアイドラ光のみを取り出すこと
ができる。

【００４２】この四光波混合発生器Ａ₁に組み込まれる
信号発生部Ｃ₁の１例を図２に示す。この信号発生部Ｃ₁
は、信号発生器からの変調電気信号が分岐器で等分配分
岐され、一方の分岐変調電気信号：Κsin（２πｆｔ）
は第１（位相）変調器６を駆動してポンプ光とプローブ
光に位相変調Δφをかける。他方の分岐変調電気信号
は、位相πの遅延を与えるフェーズシフタを通すことに
より、−Κsin（２πｆｔ）となり、第２（位相）変調
器７を駆動して透過プローブ光とアイドラ光に逆相の位
相変調−Δφをかける。

【００４３】なお、上記した位相変調は変調信号が正弦
波の場合であるが、変調信号はこれに限定されるもので
はなく、第１（位相）変調器６と第２（位相）変調器７
を駆動する変調電気信号の位相がπだけずれておれば、
どのような波形のものであってもよい。変調器が位相変
調器でなくてもよく、周波数変調器であっても，同じ信
号発生部からの信号を用いて周波数変調を行うことで、
雑音除去の効果は達成される。

【００４４】また、第２変調器７と光フィルタ５Ａの配
置の順序を逆にしても、プローブ光とアイドラ光への上
記した雑音除去の効果は達成される。本発明の他の実施
例Ａ₂を図３に示す。本実施例Ａ₂は，本発明における第
２の実施例であり、第９の発明および第１１の発明の具
体的な例である。この四光波混合発生器Ａ₂では、ポン
プ光源１からのポンプ光は、第１変調器６で信号発生部
Ｃ₂からの変調電気信号で位相変調または周波数変調を
かけられたのち、入射ポート２Ａからのプローブ光と光
合波器３で合波される。そして、合波された光は光ファ
イバ４でＦＷＭによりアイドラ光を生成する。ついで、
光ファイバ４からの出射光のうち、アイドラ光のみが光
フィルタ５Ｂを透過し、そのアイドラ光には第２変調器
７で位相変調または周波数変調がかけられる。

【００４５】今、第１変調器６として位相変調器を用
い、そこで、ポンプ光に位相変調Δφをかけたとする
と、光ファイバ４の出射端における透過プローブ光とア
イドラ光の位相は下記のとおりになる。 透過プローブ光：ω_sｔ→ω_sｔ アイドラ光：ω_cｔ＝２ω_pｔ−ω_sｔ＋２Δφ＝ω_cｔ＋
２Δφ したがって、同じく位相変調器である第２変調器７で
は、光フィルタ５Ｂを透過したアイドラ光に位相変調−
２Δφをかけることにより、出射ポート２Ｂからは、位
相雑音のないアイドラ光のみを取り出すことができる。

【００４６】この四光波混合発生器Ａ₂に組み込まれる
信号発生部Ｃ₂の場合、第１（位相）変調器６と第２
（位相）変調器７の変調信号は位相を反転させて同期を
とり、かつ、第２（位相）変調器７における変調信号の
振幅は第１（位相）変調器６における変調信号の振幅の
２倍であることが必要である。このような信号発生部Ｃ
₂の一例を図４に示す。この信号発生部Ｃ₂では、信号発
生器からの変調電気信号は分岐器で等分配分岐され、一
方の分岐変調電気信号：Κsin（２πｆｔ）は第１（位
相）変調器６を駆動してポンプ光に位相変調Δφをかけ
る。

【００４７】他方の分岐変調電気信号は、位相πの遅延
を与えるフェーズシフタを通すにより、−Κsin（２π
ｆｔ）の信号となり、更に増幅器で２倍の振幅に増幅さ
れた分岐変調電気信号：−２Κsin（２πｆｔ）となっ
て第２（位相）変調器７を駆動してアイドラ光に逆相の
位相変調−２Δφをかける。また，変調器が周波数変調
器であれば、同じ信号発生部からの信号を用いて周波数
変調を行うことで、雑音除去の効果は達成される。

【００４８】なお、上記した位相変調は変調信号が正弦
波の場合であるが、変調信号はこれに限定されるもので
はなく、第１（位相）変調器６と第２（位相）変調器７
の駆動する変調信号が互いに逆相であり、かつ後者の振
幅が前者の振幅の２倍になっていれば、どのような波形
のものであってもよい。本発明の他の実施例Ａ₃を図５
に示す。本実施例Ａ₃は，本発明における第３の実施例
であり，第６の発明および第１１の発明の具体的な例で
ある。

【００４９】この四光波混合発生器Ａ₃では、光ファイ
バ４の出射端側に、アイドラ光と透過プローブ光をそれ
ぞれ分波して取り出すことができる光フィルタ５Ｃと、
アイドラ光にのみ位相変調または周波数変調をかける第
２変調器７と、この第２変調器７で変調されたアイドラ
光と前記光フィルタ５Ｃで分波して取り出された透過プ
ローブ光を合波する光合波器３Ｂとが、この順序で配置
されていることを除いては、前記した四光波混合発生器
Ａ₂の場合と同様の構成になっている。すなわち、ポン
プ光源１からのポンプ光は、第１変調器６で信号発生部
Ｃ₂からの変調電気信号で位相変調または周波数変調を
かけられたのち、入射ポート２Ａからのプローブ光と光
合波器３で合波される。そして、合波された光は光ファ
イバ４でＦＷＭによりアイドラ光を生成する構成になっ
ている。ＦＷＭにより光ファイバ４で生成したアイドラ
光を含む出射光のうち、アイドラ光と透過プローブ光は
光フィルタ５Ｃでそれぞれ分波して取り出される。そし
て、アイドラ光のみに対しては第２変調器７で位相変調
または周波数変調がかけられ、その変調したアイドラ光
と光フィルタ５Ｃで取り出されるプローブ光が光合波器
３Ｂで合波される。

【００５０】今、第１変調器６として位相変調器を用
い、そこで、ポンプ光に位相変調Δφをかけたとする
と、光ファイバ４の出射端におけるプローブ光とアイド
ラ光の位相は下記のとおりになる。 プローブ光：ω_sｔ→ω_sｔ アイドラ光：ω_cｔ＝２ω_pｔ−ω_sｔ＋２Δφ＝ω_cｔ＋
２Δφ すなわち、光フィルタ５Ｃで取り出されたプローブ光そ
れ自体には位相雑音は含まれていないが、同じ光フィル
タ５Ｃで取り出されたアイドラ光には２Δφの位相雑音
が含まれている。

【００５１】したがって、上記したアイドラ光に対して
のみ、第２（位相）変調器７で位相変調−２Δφをかけ
ることによりその位相雑音を除去することができる。そ
して、上記したアイドラ光と前記したプローブ光を光合
波器３Ｂで合波することにより、入射プローブ光よりも
チャンネル数が２倍になっていて、かつ位相雑音のない
波長分割多重光を出射ポート２Ｂから取り出すことがで
きる。

【００５２】この四光波混合発生器Ａ₃の場合、信号発
生器Ｃ₂としては四光波混合発生器Ａ ₂で用いたものと同
じものを用いればよい。そして、光フィルタ５Ｃとして
は、所定の周波数以上（たとえば、ポンプ光周波数）の
光は透過して一方の出射端から出射させ、それ以外の低
周波数成分の光は他方の出射端から出射させるような透
過特性を有する光フィルタを２種類組み合わせたものを
使用することができる。その１例５Ｃ₁を図６に示す。

【００５３】図６において、光フィルタ５Ｃ₁は、光フ
ィルタ１と光フィルタ２を直列に接続して構成されてい
る。ここで、光フィルタ１は２個の出射端を有し、ポン
プ光の周波数以上の周波数を有する光を一方の出射端か
ら出射するような透過率に関する周波数特性を備えてい
る。また、光フィルタ２もポンプ光よりも高周波数の光
を一方の出射端から出射するような透過率に関する周波
数特性を備えている。

【００５４】この光フィルタ５Ｃ₁では、まずその光フ
ィルタ５Ｃ₁の入射ポート５ａに光ファイバ４の出射
光、すなわちポンプ光と透過プローブ光とアイドラ光が
入射する。ここで、アイドラ光は，周波数軸上でポンプ
光周波数を対称軸にしたプローブ光の周波数変換光であ
り、図６で示したように、ポンプ光よりも低周波数の光
になっているとする。

【００５５】したがって、出射光のうち、ポンプ光と透
過プローブ光はフィルタ１を透過して一方の出射端から
出射して光フィルタ２に入射し、またポンプ光より低周
波数のアイドラ光はフィルタ１の他方の出射端から出射
し、光フィルタ５Ｃ₁の出射ポート５ｂから取り出され
る。そして、光フィルタ２に入射したポンプ光周波数以
上のポンプ光と透過プローブ光のうち、ポンプ光より高
周波数のポンプ光のみが光フィルタ２を透過して出射ポ
ート５ｃから取り出される。ポンプ光は光フィルタ２の
他の出射端から出射するが、それに対しては無反射端処
理を行うことにより、光フィルタ５Ｃ₁の外部に出射し
ないようにすればよい。例えば、光フィルタ２は、ポン
プ光より高周波数の透過プローブ光のみは通過するが、
ポンプ光が反射するフィルタとして構成し、このフィル
タが、反射するポンプ光を光フィルタ２の他の出射端に
なるように、光軸に対して、斜めに配置して、この他の
出射端を無反射端処理すればよい。

【００５６】光フィルタ５Ｃの他の例５Ｃ₂を図７に示
す。この光フィルタ５Ｃ₂は二個の光フィルタ１、光フ
ィルタ２を用いる構成は図６で示した光フィルタ５Ｃ₁
の場合と同じであるが、用いる光フィルタ１の透過率に
関する周波数特性が、ポンプ光の周波数よりも高周波数
の光を一方の出射端から、ポンプ光の周波数以下の光を
他方の出射端から出射させる。光フィルタ２の透過率に
関する周波数特性は、ポンプ光の周波数よりも低い光を
透過させ、ポンプ光は光フィルタ２の他の出射端から出
射するが、それに対しては無反射端処理を行うことによ
り、光フィルタ５Ｃ₂の外部に出射しないようにすれば
よい。例えば、光フィルタ２は、ポンプ光より低周波数
の透過プローブ光のみは通過するが、ポンプ光は反射す
るフィルタとして構成し、このフィルタが、反射するポ
ンプ光を光フィルタ２の他の出射端になるように、光軸
に対して、斜めに配置して、この他の出射端を無反射端
処理すればよい。

【００５７】今、プローブ光の方がポンプ光より高周波
数の光であるとすると、光ファイバ４から出射して，こ
の光フィルタ５Ｃ₂の入射端５aから入射した，ポンプ光
とプローブ光とアイドラ光のうち、ポンプ光より高周波
数であるプローブ光は光フィルタ５Ｃ₂の出射ポート５
ｂから取り出され、またアイドラ光は光フィルタ２を経
由して光フィルタ５Ｃ₂の出射ポート５ｃから取り出さ
れる。

【００５８】本発明の四光波混合発生器の更に別の例Ａ
₄を図８に示す。本実施例は，本発明における第４の実
施例であり，第９の発明の具体的な例である。この四光
波混合発生器Ａ₄は、信号発生部Ｃ₂としては図４で示し
た信号発生部Ｃ₂と同じタイプのものが用いられ、また
光フィルタ５Ｄとしては、アイドラ光のみを透過するも
のが用いられ、更には光ファイバ４の出射端側には第２
変調器を配置していない。そして、ポンプ光とプローブ
光の両方に、それぞれ独立して、第１変調器６Ａおよび
第１変調器６Ｂで，各々位相変調または周波数変調をか
けたのち両者を光合波器３で合波するタイプのものであ
る。

【００５９】すなわち、この四光波混合発生器Ａ₄で
は、ポンプ光源１からのポンプ光が第１変調器６Ａで信
号発生部Ｃ₂からの変調信号により位相変調または周波
数変調をかけられ、また入射ポート２Ａからのプローブ
光は第１変調器６Ｂで信号発生部Ｃ₂からの変調信号に
より位相変調または周波数変調をかけられ、両者は光合
波器３で合波されたのち光ファイバ４に入射する。

【００６０】そして、ＦＷＭによりアイドラ光が生成さ
れ、それを含む出射光のうち、アイドラ光のみが光フィ
ルタ５Ｄを透過し、出射ポート２Ｂから取り出される。
今、第１変調器６Ａ、第１変調器６Ｂとしていずれも位
相変調器を用い、ポンプ光には位相変調Δφ、プローブ
光には位相変調−２Δφをかけたとすると、光ファイバ
４の出射端におけるプローブ光とアイドラ光の位相は下
記のとおりになる。

【００６１】プローブ光：ω_sｔ→ω_sｔ−２Δφ アイドラ光：ω_cｔ＝２ω_pｔ−ω_sｔ＝ω_cｔ すなわち、プローブ光には−２Δφの位相雑音が生ずる
が、アイドラ光には位相雑音が発生しない。したがっ
て、この四光波混合発生器Ａ₄では、位相雑音のないア
イドラ光のみを光フィルタ５Ｄで取り出し、それを利用
することができる。

【００６２】図９に本発明の他の実施例Ａ₅を示す。本
実施例Ａ₅は、本発明における第５の実施例であり、第
５の発明および第６の発明の具体的な例である。図８で
示した四光波混合発生器Ａ₄の場合には透過プローブ光
に雑音が発生してそれを利用できないタイプであった
が、この四光波混合発生器Ａ₅は、透過プローブ光の雑
音を除去することができ、したがって、雑音の発生して
いないアイドラ光とともにそのプローブ光を利用するこ
とができる。

【００６３】この四光波混合発生器Ａ₅において、ＦＷ
Ｍを発生させる前のポンプ光とプローブ光の両者に、第
１変調器６Ａおよび第１変調器６Ｂを用いてそれぞれ独
立に位相変調または周波数変調をかけることは四光波混
合発生器Ａ₄の場合と同じであるが、変調電気信号発生
部として、後述する信号発生部Ｃ₃を用い、また、光フ
ァイバ４の出射端側に、図６または図７で示した光フィ
ルタ５Ｃを配置してそれからプローブ光とアイドラ光を
別々に取り出し、プローブ光に対しては第２変調器７で
位相変調または周波数変調をかけたのち、それと前記し
たアイドラ光を光合波器３Ｂで合波して取り出すことが
異なっている。

【００６４】今、第１変調器６Ａ，６Ｂ、第２変調器７
がいずれも位相変調器であり、四光波混合発生器Ａ₄の
場合と同様に、ポンプ光には位相変調Δφ、プローブ光
には位相変調−２Δφをかけたとすると、光ファイバ４
の出射端における透過プローブ光とアイドラ光の位相は
下記のとおりになる。 プローブ光：ω_sｔ→ω_sｔ−２Δφ アイドラ光：ω_cｔ＝２ω_pｔ−ω_sｔ＝ω_cｔ アイドラ光には位相雑音は発生していないが、透過プロ
ーブ光には位相雑音−２Δφが発生している。

【００６５】光ファイバ４からの出射光は光フィルタ５
Ｃの入射端５ａから入射し、前記した作用効果を受け、
光フィルタ５Ｃの一方の出射端５ｂからはアイドラ光が
出射し、他方の光フィルタ５Ｃの他方の出射端５ｃから
は位相雑音を有するプローブ光が出射する。そして、上
記透過プローブ光には、第２（位相）変調器７で、信号
発生部Ｃ₃からの変調信号（位相変調２Δφ）による位
相変調がかけられる。その結果、プローブ光の位相雑音
−２Δφは上記位相変調２Δφで相殺されるので、当該
プローブ光からは雑音が除去される。

【００６６】そして、雑音のないアイドラ光と第２（位
相）変調器７で位相雑音が除去されたプローブ光は光合
波器３Ｂで合波され、出射ポート２Ｂから取り出され
る。したがって、この四光波混合発生器Ａ₅からの出射
光は、入射したプローブ光の２倍のチャンネル数を有し
ている。この四光波混合発生器Ａ₅に組み込まれる信号
発生部Ｃ₃の１例を図１０に示す。

【００６７】この信号発生部Ｃ₃において、信号発生器
からの発生する変調電気信号は、分岐器１で３つに等分
配分岐され、１つはフェーズシフタで位相πの遅延を与
えられたのち増幅器で振幅を２倍にしてから第１位相変
調器６Ｂへ送られ、そこでプローブ光の位相変調−２Δ
φに供せられる。分岐されたもう１つの他の分岐変調電
気信号はそのまま第１位相変調器６Ａに送られ、そこで
ポンプ光の位相変調Δφに供せられる。そして、分岐さ
れた更に他の１つの分岐変調電気信号は増幅器で振幅を
２倍にされたのち第２位相変調器７に送られ、そこで透
過プローブ光の位相変調２Δφに供せられる。

【００６８】本発明の更に別の実施例Ａ₆を図１１に示
す。本実施例Ａ₆は、本発明における第５の実施例であ
り、第１２の発明の具体的な例である．この四光波混合
発生装置Ａ₆は、１台の四光波混合発生器Ｂ₆と１台の四
光波混合発生器Ｂ₇を直列に接続し、後述する信号発生
器Ｃ₄の１台が前記２台の四光波混合発生器内の第１変
調器及び第２変調器に対する共通変調電気信号発生部と
して配置され、前段の四光波混合発生器Ｂ₆からの出射
光を後段の四光波混合発生器Ｂ₇のプローブ光として用
いているタイプのものである。

【００６９】前段の四光波混合発生器Ｂ₆において、ポ
ンプ光源１1からのポンプ光と入射ポート２Ａからのプ
ローブ光は、それぞれ、第１変調器６Ａと第１変調器６
Ｂ₁で信号発生部Ｃ₄からの変調電気信号によりそれぞれ
独立に位相変調または周波数変調をかけられたのち光合
波器３Ａで合波される。そして、光ファイバ４₁でのＦ
ＷＭによりアイドラ光が生成し、光ファイバ４₁からの
出射光には、第２変調器７₁で信号発生部Ｃ₄からの変調
電気信号により位相変調または周波数変調がかけられた
のち、光フィルタ５₁で少なくともポンプ光源１1のポン
プ光周波数を除去した、必要とする光のみが取り出さ
れ、それがプローブ光として後段の四光波混合発生器Ｂ
₇に入射される。

【００７０】一方、四光波混合発生器Ｂ₇においては、
ポンプ光源１２からのポンプ光は第１変調器６Ｂ₂で信
号発生部Ｃ₄からの変調電気信号により位相変調または
周波数変調がかけられたのち、前記した四光波混合発生
器Ｂ₆からのプローブ光と光合波器３Ｂで合波され、光
ファイバ４₂に入射する。光ファイバ４₂でのＦＷＭによ
りアイドラ光が生成する。そして、光ファイバ４₂から
の出射光は光フィルタ５₂でポンプ光を除去して必要と
する光が取り出され、ついで第２変調器７₂で信号発生
部Ｃ₄からの変調電気信号により位相変調または周波数
変調がかけられて雑音が除去されたのち出射ポート２Ｂ
から取り出される。

【００７１】ここで、変調が位相変調である場合、雑音
の推移は次のようになる。まず、第１変調器６Ａでの位
相変調をΔφ_p1、第１変調器６Ｂ₁での位相変調をΔφ
_s1、第２変調器７₂での位相変調をΔφ_s2とし、また第
１変調器６Ｂ₂での位相変調をΔφ_s2、第２変調器７₁で
の位相変調をΔφ_s3で表す。また、ポンプ光が単一周波
数であるとする。

【００７２】第１変調器６Ａ，６Ｂ₁による位相変調に
より、ポンプ光とプローブ光の位相は以下のようにな
る。 ポンプ光：ω_p1ｔ＋Δφ_p1 プローブ光：ω_s1ｔ＋Δφ_s1 ついで、光ファイバ４₁の出射端における各光の位相は
以下のようになる。

【００７３】ポンプ光：ω_p1ｔ＋Δφ_p1 透過プローブ光：ω_s1ｔ＋Δφ_s1 アイドラ光：２ω_pｔ−ω_s1ｔ＋（２Δφ_p1−Δφ_s1） これらの光は、第２変調器７₂で位相変調Δφ_s2をかけ
られたのち、光フィルタ５₁でポンプ光が除去される。

【００７４】したがって、四光波混合発生器Ｂ₆からは
プローブ光とアイドラ光が出射することになるが、それ
ぞれの位相は以下のようになる。 プローブ光：ω_s1ｔ＋Δφ_s1＋Δφ_s2 アイドラ光：２ω_p1ｔ＋ω_s1ｔ＋（２Δφ_p1−Δφ_s1＋
Δφ_s2） これらの光は、四光波混合発生部器Ｂ₇のプローブ光に
なるので、上記透過プローブ光をプローブ光１、上記ア
イドラ光をプローブ光２として表現する。

【００７５】四光波混合発生部器Ｂ₇のポンプ光は、第
１変調器６Ｂ₂で位相変調Δφ_p2をかけられるので、そ
の位相は次のようになる。 ポンプ光：ω_p2ｔ＋Δφ_p2 そして、上記したプローブ光１、プローブ光２、ポンプ
光は光合波器３Ｂで合波されたのち光ファイバ４₂に入
射してＦＷＭを起こして、プローブ光１からアイドラ光
１が生成し、プローブ光２からアイドラ光２が生成す
る。したがって、光ファイバ４₂の出射端における各光
の位相は次のようになる。

【００７６】ポンプ光：ω_p2ｔ＋Δφ_p2 プローブ光１：ω_s1ｔ＋Δφ_s1＋Δφ_s2 プローブ光２：２ω_p1ｔ−ω_s1ｔ＋（２Δφ_p1−Δφ_s1
＋Δφ_s2） アイドラ光１：２ω_p2ｔ−ω_s1ｔ＋（２Δφ_p2−Δφ_s1
−Δφ_s2） アイドラ光２：２ω_p2ｔ−２ω_p1ｔ−ω_s1ｔ＋（２Δφ
_p2−２Δφ_p1＋Δφ_s1−Δφ_s2） したがって、光フィルタ５₂でポンプ光が除去され、第
２変調器７₂で位相変調Δφ_s3をかけたのちにおける上
記した各光の位相雑音は次のようになる。

【００７７】プローブ光１：Δφ_s1＋Δφ_s2＋Δφ_s3 プローブ光２：２Δφ_p1−Δφ_s1＋Δφ_s2＋Δφ_s3 アイドラ光１：２Δφ_p2−Δφ_s1−Δφ_s2＋Δφ_s3 アイドラ光２：２Δφ_p2−２Δφ_p1＋Δφ_s1−Δφ_s2＋
Δφ_s3 したがって、入射ポート２Ｂからの出射光が位相雑音を
もたないようにするためには、 Δφ_s1＋Δφ_s2＋Δφ_s3＝０ ２Δφ_p1−Δφ_s1＋Δφ_s2＋Δφ_s3＝０ ２Δφ_p2−Δφ_s1−Δφ_s2＋Δφ_s3＝０ ２Δφ_p2−２Δφ_p1＋Δφ_s1−Δφ_s2＋Δφ_s3＝０ の連立方程式を、Δφ_p1≠０，Δφ_p2≠０の条件下で解
いて、Δφ_p1，Δφ_p2，Δφ_p3を求めればよいことにな
る。

【００７８】ところで、そして、得られた解の変調量で
四光波混合発生器Ｂ₆，Ｂ₇が駆動されることにより、四
光波混合発生装置Ａ₆は、ＳＢＳを回避しながら雑音を
発生することなく作動することになる。上記した連立方
程式の解として、 Δφ_s1＝−Δφ_s3＝Δφ_p1＝Δφ_p2＝Δφ， Δφ_s2＝
０ の場合が考えられる。

【００７９】この解を満足する四光波混合発生装置Ａ₆
としては、図１１で示した四光波混合発生器Ｂ₆の構成
において、第２変調器７₁を配置しない場合のものがあ
る。この場合の四光波混合発生装置Ａ₆を図１２に示
す。この図１２で示した四光波混合発生装置Ａ₆に組み
込まれる信号発生部Ｃ₄の例を図１３に示す。

【００８０】この場合、第２変調器７₁が配置されてい
ないので、この信号発生部Ｃ₄では、信号発生器からの
発生変調電気信号は第１の分岐器で４つに等分配分岐さ
れ、１つの分岐変調電気信号はフェーズシフタで位相π
の遅延を与えられて第２変調器７₂を駆動し、そこで位
相変調−Δφ_s3（−Δφ）をかける。２つ目の分岐変調
電気信号は第１変調器６Ｂ₂を駆動して位相変調Δφを
ポンプ光源１２からのポンプ光にかけ、３つ目の分岐変
調電気信号は第１変調器６Ａを駆動してポンプ光源１1
からのポンプ光に位相変調Δφをかけ、４つ目の残りの
変調電気信号は第１変調器６Ｂ₁を駆動してプローブ光
に位相変調Δφをかける。

【００８１】四光波混合発生装置Ａ₆の別の例を図１４
に示す。この四光波混合発生装置Ａ₆は、前記した連立
方程式の解： Δφ_s1＝−Δφ_s3＝Δφ_p1＝Δφ_p2＝Δφ， Δφ_s2＝
０ に基づいて組み立てられていることは、図１２で示した
四光波混合発生装置の場合と同じである。

【００８２】しかしながら、図１２における第１変調器
６Ａによるポンプ光への位相変調Δφ_p1と第１変調器６
Ｂ₁によるプローブ光への位相変調Δφ_s1とが、 Δφ_p1＝Δφ_s1＝ΔΦ の関係にあることに着目し、ポンプ光とプローブ光を光
合波器３Ａで合波したのち一括して位相変調ΔΦをかけ
ている点が図１２で示した四光波混合発生装置の場合と
異なっている。

【００８３】この四光波混合発生装置Ａ₆の場合は、配
置する変調器の個数は３個であり、全体を図１２で示し
た四光波混合発生装置に比べて簡略化することができ
る。この四光波混合発生装置に組み込まれている信号発
生部Ｃ₄は、図１５に示したように、３個の変調電気信
号を出射するものであればよく、簡略な構成にすること
ができる。

【００８４】なお、以上の説明は位相変調器で位相変調
をかけた場合であるが、位相変調器の代わりに周波数変
調器を用いて周波数変調をかけた場合でも同様の効果を
えることができる。すなわち、図１１の四光波混合発生
装置Ａ₆において、第１変調器６Ａ、第１変調器６Ｂ₁、
第２変調器７₁、第１変調器６Ｂ₂、および第２変調器７
₂での周波数変調量を、それぞれ、Ω_p1，Ω_s1，Ω_s2，
Ω_p2，Ω_s3としたとき、次式： Ω_s1＋Ω_s2＋Ω_s3＝０ ２Ω_p1−Ω_s1＋Ω_s2＋Ω_s3＝０ ２Ω_p2−Ω_s1−Ω_s2＋Ω_s3＝０ ２Ω_p2−２Ω_p1＋Ω_s1−Ω_s2＋Ω_s3＝０ を、Ω_p1≠０，Ω_p2≠０の条件下で解いてΩ_s1，Ω_s2，
Ω_s3を求め、その周波数変調量で動作させればよい。

【００８５】なお、以上説明した本発明の四光波混合発
生器と四光波混合発生装置は、いずれも、出射光には雑
音がのっていない。したがって、本発明の四光波混合発
生器の複数を直列に接続したりすると、雑音を発生させ
ることなく四光波混合を多重に実現することが可能にな
る。本発明に使用される変調器は、外部の変調電気信号
によって、駆動されて、位相変調を得るものであるが、
その１例として、一軸性結晶LiNbO₃を用いた変調器があ
る。今、一軸性結晶の屈折率をn_x＝n_y≠n_zとして、LiNb
O₃のz軸に電圧V₀を印加し、LiNbO₃のz軸、y軸が形成す
るz軸y軸端面から、ｙ、ｚ成分を持つ光の電界を入れる
と、距離lだけx方向に進んだｚ成分を持つ光の電界の位
相φ_zはφ_z＝（２πl／λ）(n_e−１／２n_e ³ｒ₃₃V₀/d)で
与えられるから、V₀＝Vmsin(ω_mｔ)とすると、位相変調
が得られる。λは、真空中の波長、n_e(n_z)は異常光線が
感じる屈折率、ｒ₃₃は電気光学定数テンソル、ｄはLiNb
O₃のz軸上の厚さである。V₀を例えば変調電気信号とす
れば変調指数（πl／λ）（１／n_e ³ｒ₃₃V_m/d)の位相変
調を受けることになる。見方を変えれば、ω_mで周波数
変調を受けたともみなすことができる。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
四光波混合発生器は、ポンプ光が単一周波数であって
も、また異なる２周波数から成る場合であっても、ＳＢ
Ｓの発生を回避しつつ、雑音の除去された出射光を得る
ことができる。したがって、本発明の四光波混合発生器
は、単一周波数のポンプ光を用いることができる多周波
数光源、周波数変換器、光パラメトリック増幅器を実現
することができ、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の四光波混合発生器Ａ₁の構成を示す概
略図である。

【図２】四光波混合発生器Ａ₁に組み込まれる信号発生
部Ｃ₁の構成を示す概略図である。

【図３】本発明の四光波混合発生器Ａ₂の構成を示す概
略図である。

【図４】四光波混合発生器Ａ₂，Ａ₃，Ａ₄に組み込まれ
る信号発生部Ｃ₂の構成を示す概略図である。

【図５】本発明の四光波混合発生器Ａ₃の構成を示す概
略図である。

【図６】四光波混合発生器Ａ₃に組み込まれる光フィル
タの構成を示す概略図である。

【図７】四光波混合発生器Ａ₃に組み込まれる光フィル
タの別の構成を示す概略図である。

【図８】本発明の四光波混合発生器Ａ₄の構成を示す概
略図である。

【図９】本発明の四光波混合発生器Ａ₅の構成を示す概
略図である。

【図１０】四光波混合発生器Ａ₅に組み込まれる信号発
生部Ｃ₃の構成を示す概略図である。

【図１１】本発明の四光波混合発生装置Ａ₆の構成を示
す概略図である。

【図１２】四光波混合発生装置Ａ₆の別の具体的な構成
を示す概略図である。

【図１３】図１２で示した四光波混合発生装置Ａ₆に組
み込まれる信号発生部Ｃ₄の構成を示す概略図である。

【図１４】四光波混合発生装置Ａ₆の具体的な構成を示
す概略図である。

【図１５】図１４の四光波混合発生装置Ａ₆に組み込ま
れる信号発生部Ｃ₄の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１，１１，１２ ポンプ光源 ２Ａ 入射ポート ２Ｂ 出射ポート ３，３Ａ，３Ｂ 光合波器 ４，４₁，４₂ 光ファイバ ５，５₁，５₂，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ 光フィルタ ６，６Ａ，６Ｂ₁，６Ｂ₂ 第１変調器 ７，７₁，７₂ 第２変調器 Ｂ₁，Ｂ₂, Ｂ₃，Ｂ₄, Ｂ₅，Ｂ₆, Ｂ₇ 四光波混合
発生器 Ｃ₁，Ｃ₂, Ｃ₃，Ｃ₄ 信号発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 忠隈 昌輝 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 坂野 操 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 BA03 CA15 DA10 EA30 EB11 EB12 EB15 GA10 HA31

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ光を発生するポンプ光源と、前記
   ポンプ光と入射端から入射されるプローブ光とが合波さ
   れる合波手段と、合波された、ポンプ光とプローブ光が
   入射され、前記ポンプ光と前記プローブ光の四光波混合
   によりアイドラ光を発生させる光ファイバとから成り、
   前記ポンプ光源と前記光ファイバとの間に配置され、前
   記ポンプ光に位相変調または周波数変調をかける変調手
   段Ａと、前記光ファイバより入射端側に配置され、前記
   プローブ光に位相変調または周波数変調をかける変調手
   段Ｂと、前記光ファイバより出射端側に配置され、前記
   プローブ光、前記ポンプ光、および前記アイドラ光のう
   ち少なくとも一つに位相変調または周波数変調をかける
   変調手段Ｃとのうち、前記変調手段Ａを備え、前記変調
   手段Ｂおよび／または前記変調手段Ｃが備えられたこと
   を特徴とする四光波混合発生器。
2. 【請求項２】 ポンプ光を発生するポンプ光源と、前記
   ポンプ光と入射端から入射されるプローブ光とが合波さ
   れる合波手段と、合波された、ポンプ光とプローブ光が
   入射され、前記ポンプ光と前記プローブ光の四光波混合
   によりアイドラ光を発生させる光ファイバとからなり、
   前記合波手段と光ファイバの間に、合波された前記ポン
   プ光と前記プローブ光の両方に位相変調または周波数変
   調をかける変調手段Ｄが備えられたことを特徴とする四
   光波混合発生器。
3. 【請求項３】 前記光ファイバよりも出射端側に、前記
   プローブ光、前記ポンプ光、および前記アイドラ光のう
   ち少なくとも一つに位相変調または周波数変調をかける
   変調手段Ｃを備えたことを特徴とする請求項２に記載の
   四光波混合発生器。
4. 【請求項４】 前記光ファイバより出射端側に、任意の
   周波数帯域のみを透過させる光透過部品が備えられたこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の四光波混合発
   生器。
5. 【請求項５】 前記変調手段Ａ、前記変調手段Ｂ、前記
   変調手段Ｃ、前記変調手段Ｄは、それぞれ、位相変調ま
   たは周波数変調をかける変調器と、前記変調器に付与す
   る変調信号を発生させる信号発生部とを有することを特
   徴とする請求項１または２に記載の四光波混合発生器。
6. 【請求項６】 前記変調手段Ｄの変調信号と、前記変調
   手段Ｃの変調信号の間では、互いの位相をπずらすこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の四光波混合発生
   器。
7. 【請求項７】 前記変調手段Ａもしくは前記変調手段Ｂ
   と、前記変調手段Ｃとの間では、互いの振幅を２倍ずら
   し、互いの位相をπずらすことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の四光波混合発生器。
8. 【請求項８】 前記光透過部品には、その光透過部品で
   透過されない光を伝搬する光伝送路が光学的に結合さ
   れ、その光伝送路の他の一端は、前記光透過部品で透過
   された光と前記光透過部品で透過されない光とが光学的
   に結合するための第２光合波器に、光学的に結合されて
   いることを特徴とする請求項４に記載の四光波混合発生
   器。
9. 【請求項９】 前記光透過部品で透過された光のみに位
   相変調または周波数変調をかけることを特徴とする請求
   項８に記載の四光波混合発生器。
10. 【請求項１０】 前記光透過部品は、任意の周波数帯域
    を透過させる光フィルタから成ることを特徴とする請求
    項４に記載の四光波混合発生器。
11. 【請求項１１】 前記変調手段Ａでかけられる変調信号
    に対し、前記変調手段Ｂでかけられる変調信号はその振
    幅が２倍で位相がπずらされ、かつ、前記変調手段Ｃで
    かけられる変調信号はさらに位相がπずらされることを
    特徴とする請求項１または２に記載の四光波混合発生
    器。
12. 【請求項１２】 請求項１または請求項２記載の四光波
    混合発生器が複数段接続され、各四光波混合発生器のポ
    ンプ光源で発生されるポンプ光の周波数は異なり、前段
    の四光波混合発生器からの出射光を後段の四光波混合発
    生器のプローブ光として利用することを特徴とする四光
    波混合発生装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の四光波混合発生装置
    における前段の四光波混合発生器において、変調手段Ａ
    における位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφ
    _p1，Ω_p1、変調手段Ｂにおける位相変調量または周波数
    変調量をそれぞれΔφ_s1，Ω_s1、変調手段Ｃにおける位
    相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφ_s2，Ω_s2と
    し、後段の四光波混合発生器において、変調手段Ａにお
    ける位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφ_p2，
    Ω_p2、変調手段Ｃにおける位相変調量または周波数変調
    量をそれぞれΔφ_s3，Ω_s3とした場合、上記した各変調
    量は、次式の関係： Δφ_s1＋Δφ_s2＋Δφ_s3＝０ Δφ_s1−Δφ_s2−Δφ_s3＝２Δφ_p1 Δφ_s1＋Δφ_s2−Δφ_s3＝２Δφ_p2 Δφ_s1−Δφ_s2＋Δφ_s3＝２Δφ_p1−２Δφ_p2 または、 Ω_s1＋Ω_s2＋Ω_s3＝０ Ω_s1−Ω_s2−Ω_s3＝２Ω_p1 Ω_s1＋Ω_s2−Ω_s3＝２Ω_p2 Ω_s1−Ω_s2＋Ω_s3＝２Ω_p1−２Ω_p2 を満足する値である四光波混合発生装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の四光波混合発生装
    置において、位相変調量が Δφ_s1＝−Δφ_s3＝Δφ_p1＝Δφ_p2， Δφ_s2＝０ であるか、または周波数変調量が Ω_s1＝−Ω_s3＝Ω_p1＝Ω_p2， Ω_s2＝０ であることを特徴とする四光波混合発生装置。
15. 【請求項１５】 前段の四光波混合発生器では、請求項
    ２記載の変調手段Ｄによりポンプ光とプローブ光を光合
    波器で合波したのち、一括して位相変調もしくは周波数
    変調を行うことを特徴とする請求項１２に記載の四光波
    混合発生装置。
16. 【請求項１６】 四光波混合発生器が複数段接続されて
    成る四光波混合発生装置において、請求項１または２記
    載の四光波混合発生器が、少なくとも一つ以上配置され
    て成ることを特徴とする四光波混合発生装置。