JP2022110728A - 波長変換器、及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】偏波ダイバーシティ光回路内の偏波状態が最適な状態からずれたときでも出力光パワーの時間変動を抑制して伝送特性を良好に維持する。【解決手段】波長変換器は、入力光を互いに直交する第１偏波と第２偏波に分離する偏波ビームスプリッタと、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第１偏波が入射する第１の入射端と前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第２偏波が前記第１の入射端と異なる位置で入射する第２の入射端とを有する非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質を通過した前記第１偏波と前記非線形光学媒質を通過した前記第２偏波を合波する光合波器と、前記非線形光学媒質と前記光合波器の間に配置され、前記光合波器に入射する前記第１偏波と前記第２偏波の少なくとも一方の偏波軸を補正する光学素子と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、波長変換器、及び光伝送システムに関する。

増大し続ける光ネットワークのトラフィックに対し、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）するチャネル数を増やして伝送容量を拡大する技術が開発されている。そのような技術のひとつが波長変換である。波長変換技術は、従来の帯域で用いられてきた既存の光送受信の機器を使用しながら、伝送路では新規の波長帯域を使って光信号を伝送する。従来の通信帯域であるＣ帯に加えて、Ｃ帯の長波長側のＬ帯、及び短波長側のＳ帯へと通信帯域が拡張される。

波長変換では、非線形光学媒質がもつ非線形光学現象を利用して、入射光と異なる波長の光を生成する。非線形光学現象には偏波依存性があるため、偏波依存性を抑制する偏波ダイバーシティ構成が用いられる。偏波ダイバーシティでは、入射信号光を偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）で互いに直交する偏波成分に分離し、各偏波成分を独立に扱うことで偏波依存性を低減する。

特表２００７－５３１９００号公報

偏波ダイバーシティ光回路内で偏波状態が最適でない場合、出力光のパワーが時間的に変動して、光信号の伝送特性が劣化する。本開示は、偏波ダイバーシティ光回路内の偏波状態が最適な状態からずれたときでも、出力光パワーの時間変動を抑制して伝送特性を良好に維持することを目的とする。

本開示の一態様では、波長変換器は、
入力光を互いに直交する第１偏波と第２偏波に分離する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第１偏波が入射する第１の入射端と、前記偏波ビームスプリッタで分離された第２偏波が前記第１の入射端と異なる位置で入射する第２の入射端とを有する非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質を通過した前記第１偏波と、前記非線形光学媒質を通過した前記第２偏波を合波する光合波器と、
前記非線形光学媒質と前記光合波器の間に配置され、前記光合波器に入射する前記第１偏波と前記第２偏波の少なくとも一方の偏波軸を補正する光学素子と、
を有する。

偏波ダイバーシティ光回路内の偏波が最適状態からずれたときにも、出力光パワーの時間変動が抑制され、伝送特性が良好に維持される。

出力光パワーの時間変動を説明する図である。 実施形態の波長変換器が適用される光伝送システムの模式図である。 実施形態の波長変換器の基本構成を示す図である。 第１実施例の波長変換器の模式図である。 第２実施例の波長変換器の模式図である。 第３実施例の波長変換器の模式図である。 第４実施例の波長変換器の模式図である。 モニタ光に基づくフィードバック制御のフローチャートである。 偏波ダイバーシティ光回路の解析モデル図である。 ループ内偏波角度ずれによる出力光パワーの変化を示す図である。 ＰＢＳの消光比が２０ｄＢのときのループ内偏波角度ずれによる干渉電界の変化を示す図である。 ＰＢＳの消光比が２０ｄＢのときのループ内偏波角度ずれによる出力光パワーの変化を示す図である。 偏波角度ずれによる出力光パワー変動の消光比依存性を示す図である。 ＰＢＳの消光比による出力光パワー変動のずれ角依存性を示す図である。 ループ内に偏光子を追加したときの解析モデル図である。 図１５のモデルでの偏波角度ずれによる出力電界の変化を示す図である。 偏光子追加の効果を示す図である。

図１は、偏波ダイバーシティ光回路の出力光パワーの時間変動を説明する図である。波長変換器で用いられる偏波ダイバーシティ光回路は、出荷時には変換効率が最大になるように最適な状態に調整されている。しかし、サービス中に、振動、温度変化、応力等の外乱の影響で、偏波ダイバーシティ光回路内の偏波が最適状態からずれると、出力光に時間的なパワー変動が生じる。

偏波ダイバーシティ光回路では、入力光信号はＰＢＳで２つの直交する偏波に分離される。入力光信号のパワーは時間的に一定であり、横偏波（Ｅ_Ｘ１）と縦偏波（Ｅ_Ｙ１）が含まれている。ＰＢＳを透過した横偏波は、第１の非線形光学媒質（図中、「非線形光学媒質－１」と表記）中で非線形光学効果を受ける。ＰＢＳで反射された縦偏波は第２の非線形光学媒質（図中、「非線形光学媒質－２」と表記）中で非線形光学効果を受ける。それぞれ非線形光学作用を受けた２つの偏波は、偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）で合波され、出力される。

非線形光学媒質として、通常は高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：Highly Non-linear Fiber）が用いられる。ＨＮＬＦには、光軸と直交する断面で縦偏光と横偏光に対する屈折率が大きく異なる偏波保持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber：ＰＭＦ）と、縦偏光と横偏光に対する屈折率がほぼ同じである偏波非保持のファイバ（ＮＯＮ－ＰＭＦ）がある。ＰＭＦタイプのＨＮＬＦでは、入出力で偏波が保持されるため外乱の影響による偏波状態の変化は非常に小さいが、波長変換で要求される波長分散特性を再現性良く生産することが困難である。波長変換で要求される波長分散特性を比較的再現性良く生産することが可能であるため、波長変換では一般的にＮＯＮ－ＰＭＦタイプのＨＮＬＦが用いられる。このため、非線形光学媒質内を進む過程で偏波が保持されないため、外乱の影響により偏波回転する。

ＰＢＣによる合波の際に、２つの偏波が互いに直交する成分だけを含んでいるか、またはＰＢＣの偏波消光比が無限大の理想的な素子であれば、直交成分だけが合波され、光の干渉は起こらない。ＰＢＣへの入射光の偏波が最適でない場合は、平行成分も合波され、光の干渉が起こる。非線形光学媒質による偏波回転の影響をあらかじめ考慮して、出荷時にはＰＢＣへの入射状態が最適に調整されていたとしても、外乱等の影響で偏波の回転角が変動したときに、ＰＢＣへの入射光に不要な偏波成分が発生する。たとえば、第１の非線形光学媒質からの出射光に電界成分（Ｅ_Ｘ２Ｘ、Ｅ_Ｘ２Ｙ）が含まれ、第２の非線形光学媒質からの出射光に電界成分（Ｅ_Ｙ２Ｘ、Ｅ_Ｙ２Ｙ）が含まれる。このうち、Ｅ_Ｘ２ＹとＥ_Ｙ２Ｘは干渉の原因となる。

ＰＢＣで、目的の偏波Ｅ_Ｘ２Ｘにこれと平行な成分Ｅ_Ｙ２Ｘが合波されと、光の干渉が起きる。同様に、目的の偏波Ｅ_Ｙ２Ｙにこれと平行な成分Ｅ_Ｘ２Ｙが合波されると、光の干渉が起きる。これらの光の干渉は、非線形光学媒質の光路長が長いときに時間的な光パワー変動として観察される。

実施形態では、波長変換器においてＰＢＣに入射する偏波の状態が最適状態からずれたときでも、不要な干渉を回避して時間的な光パワー変動を抑制する。最適状態とは、偏波が互いに直交する固有の状態（主偏波状態：Principle State of Polarization）にあることをいう。偏波を最適状態にするために、非線形光学過程を経た後の２つの偏波を合波する前段に、偏光子、ＰＢＳなどの偏波補正用の光学素子を配置し、ＰＢＣに入射する偏波の状態を最適化する。より好ましい構成では、非線形光学媒質と、偏波補正用の光学素子の間に、偏波回転子または偏波制御器を配置して、非線形光学媒質から出射した光の偏波軸を、補正用の光学素子の偏波軸と、光合波器の偏波軸とに合わせる。

以下で実施形態の具体的な構成を説明する。以下の説明で、同じ構成要素に同じ符号を付けて、重複する説明を省略する場合がある。また、偏波面の方向にかかわらず、ＰＢＳで分離された２つの偏波のいずれか一方を第１偏波と呼び、他方を第２偏波と呼ぶ。

図２は、実施形態の波長変換器３０が用いられる光伝送システム１の模式図である。光伝送システム１は、送信側の光通信装置１０と、受信側の光通信装置２０と、これらの間を接続する光伝送路１８とを有する。光通信装置１０と光通信装置２０はともに、送信側と受信側の双方の機能を有し、同じ構成であるが、説明の便宜上、光通信装置１０の送信側の機能と、光通信装置２０の受信側の機能を例にとって説明する。

光通信装置１０は、第１グループに含まれる光送信器１１－Ｌ１～１１－ＬＮと、第２グループに含まれる光送信器１１－Ｃ１～１１－ＣＮと、第３グループに含まれる光送信器１１－Ｓ１～１１－ＳＮ（以下、適宜「光送信器１１」と総称する）を有する。これらの光送信器１１は、たとえば、光トランスポンダの電気／光変換フロントエンド回路である。複数の光送信器１１は同じ構成を有し、たとえば、Ｃ帯（１５３０～１５６５ｎｍ）の波長チャネルの信号を出力する（図中、「Ｃ帯送信器」と表記されている）。

第１グループの光送信器１１－Ｌ１から１１－ＬＮの出力光は、第１の波長合波器１２－１で合波される。第２グループの光送信器１１－ＬＣから１１－ＣＮの出力光は、第２の波長合波器１２－２で合波される。第３グループの光送信器１１－Ｓ１から１１－ＳＮの出力光は、第３の波長合波器１２－３で合波される。第１の波長合波器１２－１、第２の波長合波器１２－２、及び第３の波長合波器１２－３は、同じ機能と構成を有し、入力された複数の波長チャネルの信号を合波して出力する。

第１の波長合波器１２－１の出力は、第１の光増幅器１３－１で増幅される。第２の波長合波器１２－２の出力は、第２の光増幅器１３－２で増幅される。第３の波長合波器１２－３の出力は、第３の光増幅器１３－３で増幅される。第１の光増幅器１３－１、第２の光増幅器１３－２、及び第３の光増幅器１３－３は、同じ機能と構成を有し、合波されたＣ帯の光信号を増幅する。

第１の光増幅器１３－１で増幅されたＣ帯の信号光は、第１の波長変換器３０－１で波長変換され、波長合波器１６に入力される。この例では、第１の波長変換器３０－１によって、Ｃ帯の信号光はＬ帯の信号光へ一括変換される。第３の光増幅器１３－３で増幅されたＣ帯の信号光は、第２の波長変換器３０－２で波長変換され、波長合波器１６に入力される。この例では、第２の波長変換器３０－２によって、Ｃ帯の信号光はＳ帯の信号光へ一括変換される。

第２の光増幅器１３－２で増幅されたＣ帯の信号光は、波長変換を受けずにそのまま波長合波器１６に入力される。波長合波器１６は、Ｌ帯の信号光と、Ｃ帯の信号光と、Ｓ帯の信号光を合波して、光伝送路１８にＷＤＭ信号を出力する。このＷＤＭ信号には、Ｌ帯からＳ帯までの波長チャネルが含まれており、広帯域の光通信が行われる。ＷＤＭ信号は光伝送路１８を伝搬して、光通信装置２０で受信される。

光通信装置２０で受信された光信号は、波長分波器２６によって、Ｌ帯の信号光と、Ｃ帯の信号光と、Ｓ帯の信号光に分波される。Ｌ帯の信号光は、第３の波長変換器３０－３によってＣ帯の信号光に変換され、光増幅器２３－１で増幅されて、第１の波長分波器２２－１でそれぞれ異なる波長チャネルに分波される。

Ｓ帯の信号光は、第４の波長変換器３０－４によってＣ帯の信号光に変換され、光増幅器２３－３で増幅されて、第３の波長分波器２２－３でそれぞれ異なる波長チャネルに分波される。Ｃ帯の信号光は、波長変換を受けずにそのまま光増幅器２３－２で増幅され、第２の波長分波器２２－２でそれぞれ異なる波長チャネルに分波される。

光増幅器２３－１～２３－３は同じ機能と構成を有する。波長分波器２２－１～２２－３は同じ機能と構成を有し、この例では、Ｃ帯の信号光をそれぞれ異なる波長チャネルに分波する。

第１の波長分波器２２－１で分波された各信号光は、第１グループの光受信器２１－Ｌ１から２１－ＬＮに供給される。第２の波長分波器２２－２で分波された各信号光は、第２グループの光受信器２１－Ｃ１から２１－ＣＮに供給される。第３の波長分波器２２－３で分波された各信号光は、第３グループの光受信器２１－Ｓ１から２１－ＳＮに供給される。光受信器２１－Ｌ１から２１－ＬＮ、２１－Ｃ１から２１－ＣＮ、及び光受信器２１－Ｓ１から２１－ＳＮは、適宜「光受信器２１」と総称される。

光受信器２１は、たとえば、光トランスポンダの光／電気変換フロントエンド回路である。複数の光受信器２１は同じ構成を有し、たとえば、Ｃ帯（１５３０～１５６５ｎｍ）の波長チャネルの光を電気信号に変換する。

光伝送システム１では、個別の帯域の光部品を使わずに、共通の光送受信器、波長合分波器、光増幅器等を使用する。波長変換器３０－１～３０－４を用いることで、振動、温度変化、応力発生等の外乱の影響で偏波ダイバーシティ光回路内の偏波が最適状態からずれた場合でも、最適な偏波状態に制御して、変換光出力パワーの時間的な変動が抑制される。これにより、伝送特性を改善しながら、伝送容量の拡大を実現する。

図３は、波長変換器３０の基本構成図である。波長変換器３０は、ＰＢＳ３１、ＰＢＣ３７、非線形光学媒質３３、光学素子３５、非線形光学媒質３４、及び光学素子３６を有する。これらの光学部品は、たとえばシングルモードファイバや偏波保持ファイバで接続され、偏波ダイバーシティ光回路４０が形成される。ここで偏波保持ファイバで光学部品間の偏波を調整状態を調整する代わりに、空間結合系を用いて所望の偏波状態で接続しても良い。非線形光学媒質３３及び３４としてＮＯＮ－ＰＭＦの非線形ファイバが使用されているものとする。

波長変換器３０に、電界成分（Ｅ_Ｘ１，Ｅ_Ｙ１）をもつ光信号が入力される。この入力光信号は、波長変換の対象となる信号光であり、たとえばＣ帯の信号光である。電界成分の添え字の「１」は、波長変換前の光信号であることを表す。ＰＢＳ３１は、入力光信号を第１偏波と第２偏波に分離する。たとえば、Ｅ_Ｘ１の電界成分の第１偏波は、ＰＢＳ３１を透過して第１パスＰ１を進み、非線形光学媒質３３に入射する。非線形光学媒質３３は、第１偏波を入射する第１の入射端３３１を有する。Ｅ_Ｙ１の電界成分の第２偏波は、ＰＢＳ３１で反射されて第２パスＰ２を進み、非線形光学媒質３４に入射する。非線形光学媒質３４は、第２偏波を入射する第２の入射端３４１を有する。

後述するように、信号光と合波した励起光が非線形光学媒質３３及び３４に入射する。励起光はＰＢＳ３１の前段で信号光と重ねられて波長変換器３０に入力されてもよいし、ＰＢＳ３１の後段で非線形光学媒質に入力されてもよい。ＰＢＳ３１の前段で励起光を入力する場合、励起光は、ＰＢＳ３１によって等分される偏波を含む。第１偏波と第２偏波のそれぞれで、非線形光学媒質３３及び３４に入射する信号光と励起光の偏波軸は平行である。

ＰＢＳ３１からＰＢＣ３７に至る第１パスＰ１で、非線形光学媒質３３とＰＢＣ３７の間に、偏波補正用の光学素子３５が配置されている。ＰＢＳ３１からＰＢＣ３７に至る第２パスＰ２で、非線形光学媒質３４とＰＢＣ３７の間に、偏波補正用の光学素子３６が配置されている。

非線形光学媒質３３からの出力光には、信号光の成分と励起光の成分の他に、非線形光学過程で新たに生成された変換光の成分が含まれているが、説明を簡単にするために、まとめて第１偏波として扱う。非線形光学媒質３３を出た第１偏波には、非線形光学媒質３３内部での偏波回転ずれ等の影響により、電界成分（Ｅ_Ｘ２Ｘ、Ｅ_Ｘ２Ｙ）が含まれている。電界成分の添え字の「２」は波長変換後の光信号であることを表す。また、添え字「２」の後のＸ、Ｙは、波長変換の際に生じた電界成分を表す。

非線形光学媒質３３を出た第１偏波は、ＰＢＣ３７で第２偏波と合波される前に光学素子３５に入射し、光学素子３５によって不要な電界成分Ｅ_Ｘ２Ｙが除去される。光学素子３５は電界成分Ｅ_Ｘ２Ｘを透過させ、かつ、ＰＢＣ３７に入射する第１偏波の偏波軸をＰＢＣ３７の反射偏波軸に整合するように配置されている。例えば、光学素子３５およびＰＢＣ３７の入出力を光ファイバ結合する場合は、光学素子３５の透過偏波軸とＰＢＳ３７の反射偏波軸が整合するように偏波保持ファイバで接続されている。あるいは、光学素子３５とＰＢＳ３７の間の偏波状態が所望の偏波状態になるように空間光学系によって調整されていてもよい。

同様に、非線形光学媒質３４からの出力光には、信号光の成分と励起光の成分の他に、非線形光学過程で新たに生成された変換光の成分が含まれているが、まとめて第２偏波として扱う。非線形光学媒質３４を出た第２偏波には、非線形光学媒質３４内部での偏波回転ずれ等の影響により、電界成分（Ｅ_Ｙ２Ｘ、Ｅ_Ｙ２Ｙ）が含まれている。

非線形光学媒質３４を出た第２偏波は、ＰＢＣ３７で第１偏波と合波される前に光学素子３６に入射し、光学素子３６によって不要な電界成分Ｅ_Ｙ２Ｘが除去される。光学素子３６は電界成分Ｅ_Ｙ２Ｙを透過させ、かつ、ＰＢＣ３７に入射する第２偏波の偏波軸をＰＢＣ３７の透過偏波軸に整合するように配置されている。例えば、光学素子３６およびＰＢＣ３７の入出力を光ファイバ結合し接続する場合は、光学素子３６の透過偏波軸とＰＢＳ３７の透過偏波軸が整合するように偏波保持ファイバで接続されている。あるいは、光学素子３６とＰＢＳ３７の間の偏波状態が所望の偏波状態となるように、空間光学系によって調整されていてもよい。

ＰＢＣ３７の前段に偏波補正用の光学素子３５及び３６を配置することで、外乱等の影響で偏波回転角がずれた場合でも、最適な偏波状態、すなわち互いに直交する偏波状態で合波することができる。干渉の原因となる平行成分が除去され、出力光パワーの時間的な変動が抑制される。

後述するように、非線形光学媒質として、必ずしも個別の非線形光学媒質３３と３４を用いる必要はない。単一の非線形光学媒質を用いて、ＰＢＳ３１で分離された２つの偏波を、互いに異なる入射端から非線形光学媒質に入射させてもよい。この場合も、分離された２つの偏波をそれぞれ独立に扱うことができる。また、偏波の分離と合波を一つのＰＢＳで実現できる。

非線形光学媒質３３と光学素子３５の間に、偏波回転子または偏波制御器を配置してもよい。偏波回転子または偏波制御器は、非線形光学媒質３３から出射した第１偏波の軸を光学素子３５の偏波軸と、ＰＢＣ３７の偏波軸とに整合させるように配置されている。同様に、非線形光学媒質３４と光学素子３６の間に偏波回転子または偏波制御器を配置してもよい。偏波回転子または偏波制御器は、非線形光学媒質３４から出た第２偏波の軸を、光学素子３６の偏波軸とＰＢＣ３７の偏波軸とに整合させるように配置されている。この構成は、光学素子３５、及び３６による偏波軸補正の効果を高めることができる。
＜第１実施例＞

図４は、第１実施例の波長変換器３０Ａの模式図である。第１実施例では、非線形光学媒質として、第１の非線形光学媒質３３Ａと第２の非線形光学媒質３４Ａを用いる。偏波補正用の光学素子３５Ａ、及び３６Ａとして、ＰＢＳを用いる。また、光学素子３５ＡとＰＢＣ３７の間に、第１の偏波回転子（図中、「ＰＲ－１」と表記）４３を配置し、第２の非線形光学媒質３４Ａと光学素子３６Ａの間に、第２の偏波回転子（図中、「ＰＲ－２」と表記）４４を配置する。

電界成分（Ｅ_Ｘ１，Ｅ_Ｙ１）をもつ入力光信号と励起光Ｌpumpは、ＷＤＭカプラ４２によって重ね合わせられ、ＰＢＳ３１に入射する。励起光源であるＬＤ４１は、励起光Ｌpumpとして、ＰＢＳ３１によって等分されるような偏波を出力する。ＰＢＳ３１からＰＢＣ３７に至る第１パスと第２パスＰ２で偏波ダイバーシティ光回路４０Ａが形成される。

ＰＢＳ３１は、入力光信号をＥ_Ｘ１の電界成分をもつ第１偏波と、Ｅ_Ｙ１の電界成分をもつ第２偏波とに分離する。また、励起光Ｌpumpを１：１の割合で分割する。ＰＢＳ３１を透過した第１偏波は、励起光と合波して第１パスＰ１を進み、第１の非線形光学媒質３３Ａの第１の入射端３３１に入射する。第１偏波は、非線形光学媒質３３Ａで非線形光学作用を受けた後に、第１の偏波回転子４３によって、偏波回転される。この偏波回転により、第１偏波の主要偏波軸は、光学素子３５Ａの透過偏波軸と一致し、かつ、ＰＢＣ３７の反射偏波軸と一致するように調整される。

第１の偏波回転子４３を出た第１偏波には、非線形光学過程での偏波回転ずれ等の影響により、（Ｅ_Ｘ２Ｘ，Ｅ_Ｘ２Ｙ）の電界成分が含まれている。ＰＢＳである光学素子３５Ａは、偏波回転された第１偏波のＥ_Ｘ２Ｘを透過させ、Ｅ_Ｘ２Ｙを反射するように配置されている。光学素子３５Ａを出てＰＢＣ３７に入射する第１偏波の軸は、ＰＢＣ３７の反射偏波軸に整合している。

ＰＢＳ３１で反射された第２偏波は、励起光と合波して第２パスＰ２を進み、第２の非線形光学媒質３４Ａにおいて第２の入射端３４１に入射する。第２偏波は、第２の非線形光学媒質３４Ａで非線形光学作用を受けた後に、第２の偏波回転子４４によって偏波回転される。この偏波回転により、第２偏波の主要偏波軸は光学素子３６Ａの透過偏波軸と一致し、かつ、ＰＢＣ３７の透過偏波軸と一致するように調整される。

第２の偏波回転子４４を出た第２偏波には、非線形光学過程での偏波回転ずれ等の影響により、（Ｅ_Ｙ２Ｘ，Ｅ_Ｙ２Ｙ）の電界成分が含まれている。ＰＢＳである光学素子３６Ａは、偏波回転された第２偏波のＥ_Ｙ２Ｙを透過させ、Ｅ_Ｙ２Ｘを反射するように配置されている。光学素子３６Ａを出てＰＢＣ３７に入射する第２偏波の軸は、ＰＢＣ３７の透過偏波軸に整合している。

光学素子３５Ａで反射されたＥ_Ｘ２Ｙ成分と、光学素子３６Ａで反射されたＥ_Ｙ２Ｘ成分はそれぞれ、第１の光検出器（図中、「ＰＤ－１」と表記）４５と、第２の光検出器（図中、「ＰＤ－２」と表記）４６でモニタされて、偏波ずれの検出に用いられてもよい。第１の光検出器４５と第２の光検出器４６からの電気出力は、波長変換器３０Ａのパッケージの内部または外部に配置されるモニタ回路に供給されて、偏波ずれの監視等に用いられてもよい。あるいは、第１の光検出器４５と第２の光検出器４６に入射する光のパワーがモニタされてもよい。検出された偏波ずれ成分が所定の閾値を超えたときに、アラームを発生する構成としてもよい。

波長変換器３０Ａでは、それぞれが変換光を含む互いに直交する偏波、すなわち電界成分Ｅ_Ｘ２ＸとＥ_Ｙ２Ｙが合波され、出力光パワーの時間的な変動が抑制される。
＜第２実施例＞

図５は、第２実施例の波長変換器３０Ｂの模式図である。第２実施例では、ひとつの非線形光学媒質３２を用いる。ＰＢＳ３１と、非線形光学媒質３２の第１の入射端３２１の間に、偏波補正用の光学素子３５Ｂが配置される。ＰＢＳ３１と、非線形光学媒質３２の第２の入射端３２２の間に、偏波補正用の光学素子３６Ｂが配置される。光学素子３５Ｂ及び３６Ｂとして、ＰＢＳを用いる。非線形光学媒質３２と光学素子３５Ｂの間、または非線形光学媒質３２の光学素子３６Ｂの間に、偏波回転子４７が配置される。ＰＢＳ３１から非線形光学媒質３２を経由してＰＢＳ３１に戻る双方向のループで、偏波ダイバーシティ光回路４０Ｂが形成される。ＰＢＳ３１は、偏波ダイバーシティ光回路４０Ｂに入射する光に対してＰＢＳとして機能し、ループ周回後の第１偏波と第２偏波に対して、光合波器すなわちＰＢＣとして機能する。

電界成分（Ｅ_Ｘ１，Ｅ_Ｙ１）をもつある波長帯（たとえばＣ帯）の入力光信号は、ＷＤＭカプラ４２によって励起光Ｌpumpは重ね合わせられ、ＷＤＭカプラ４８を透過して、ＰＢＳ３１に入射する。励起光源であるＬＤ４１は、励起光Ｌpumpとして、ＷＤＭカプラ４８を透過し、かつ、ＰＢＳ３１によって等分される偏波を出射する。

ＰＢＳ３１は、入力光信号をＥ_Ｘ１の電界成分の第１偏波と、Ｅ_Ｙ１の電界成分の第２偏波に分離する。また、励起光Ｌpumpを１：１の割合で分割する。ＰＢＳ３１を透過した第１偏波は、時計回り方向にループを進み、光学素子３５Ｂをそのまま透過し、非線形光学媒質３２の第１の入射端３２１に入射して非線形光学作用を受ける。非線形光学媒質を出た第１偏波には、偏波回転ずれ等の影響で、（Ｅ_Ｘ２Ｘ，Ｅ_Ｘ２Ｙ）の電界成分が含まれている。変換光の成分を含むの第１偏波は、偏波回転子４７によって９０°回転されて光学素子３６Ｂに入射する。この偏波回転により、第１偏波の軸は、光学素子３６Ｂの透過軸に整合し、かつＰＢＳ３１の反射偏波軸に整合する。

ＰＢＳである光学素子３６Ｂは、９０°回転された第１偏波のＥ_Ｘ２Ｘを透過させ、Ｅ_Ｘ２Ｙを反射するように配置されている。光学素子３６Ｂで反射された電界成分は、偏波ずれ成分として、第２の光検出器４６でモニタされてもよい。

偏波ダイバーシティ光回路４０Ｂへの入力光のうち、ＰＢＳ３１で反射された第２偏波は、反時計回り方向にループを進み、光学素子３６Ｂをそのまま透過する。第２偏波は、偏波回転子４７によって９０°回転されて非線形光学媒質３２の第２の入射端３２２に入射する。非線形光学作用を受けた第２偏波には、偏波回転ずれ等の影響で、（Ｅ_Ｙ２Ｘ，Ｅ_Ｙ２Ｙ）の電界成分が含まれている。

ＰＢＳである光学素子３５Ｂは、９０°回転された第２偏波のＥ_Ｙ２Ｙを透過させ、Ｅ_Ｙ２Ｘを反射するように配置されている。これにより、ＰＢＳ３１の透過偏波軸に整合するＥ_Ｙ２Ｙの電界成分がＰＢＳ３１の透過ポートに入射する。光学素子３５Ｂで反射された電界成分は、偏波ずれ成分として第１の光検出器４５でモニタされてもよい。

波長変換後の第１偏波と第２偏波は、ＰＢＳ３１によって合波される。互いに逆方向に偏波ダイバーシティ光回路４０Ｂのループを回ってＰＢＳ３１に戻る第１偏波と第２偏波において、干渉の原因となる平行成分は除去または低減されており、直交する電界成分Ｅ_Ｘ２ＸとＥ_Ｙ２Ｙが合波される。合波された光のうち、信号光と励起光はＷＤＭカプラ４８を透過する。別の波長帯（たとえばＬ帯）に変換された変換光はＷＤＭカプラ４８で反射され、出力光Ｏｕｔとして波長変換器３０Ｂから出力される。

第２実施例の波長変換器３０Ｂにより、互いに直交する２つの偏波が最適な状態で合波され、出力光パワーの時間的な変動が抑制される。
＜第３実施例＞

図６は、第３実施例の波長変換器３０Ｃの模式図である。第３実施例では、偏波ダイバーシティ光回路４０Ｃの光学素子３５Ｃ及び３６Ｃで除去された電界成分のモニタ結果をフィードバック制御に使用する。

第１の非線形光学媒質３３Ｃと、偏波補正用の光学素子３５Ｃの間に、第１の偏波制御器（図中、「偏波制御器‐１」と表記）５３が配置される。光学素子３５Ｃで除去された成分を検出する第１の光検出器４５の電気出力は、第１のコントローラ（図中、「コントローラ‐１」と表記）５５にフィードバックされる。第１のコントローラ５５は、第１の光検出器４５で検出される偏波ずれが最小になるように偏波制御器５３の偏波軸を制御する。

第２の非線形光学媒質３４Ｃと、偏波補正用の光学素子３６Ｃの間に、第２の偏波制御器（図中、「偏波制御器‐２」と表記）５４が配置される。光学素子３６Ｃで除去された成分を検出する第２の光検出器４６の電気出力は、第２のコントローラ（図中、「コントローラ‐２」と表記）５６にフィードバックされる。第２のコントローラ５６は、第２の光検出器４６で検出される偏波ずれが最小になるように偏波制御器５４の偏波軸を制御する。

第１の偏波制御器５３と第２の偏波制御器５４は、たとえば、半波長板と１／４波長板の組み合わせであってよい。第１のコントローラと第２のコントローラは、マイクロプロセッサ、あるいはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のロジックデバイスであってもよい。第１のコントローラ５５と第２のコントローラ５６は、第１の光検出器４５の出力と第２の光検出器４６の出力に基づいて、半波長板と１／４波長板の偏波軸回転機構を調整してもよい。

第１の偏波制御器５３と第２の偏波制御器５４をフィードバック制御することで、光学素子３５Ｃを透過するＥ_Ｘ２Ｘのパワーと、光学素子３６Ｃを透過するＥ_Ｙ２Ｙのパワーが最大に維持される。第３実施例のフィードバック構成は、第１実施例の第１の偏波回転子４３と第２の偏波回転子４４をアクティブ動作させるのと同じ効果を奏する。それ以外の構成は第１実施例と同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。

第３実施例の波長変換器３０Ｃは、外乱等の影響により偏波状態が最適状態からずれた場合でも、互いに直交する偏波を最大のパワーで合波することができる。出力光パワーの時間的な変動が抑制され、かつ出力パワーを高く維持することができる。
＜第４実施例＞

図７は、第４実施例の波長変換器３０Ｄの模式図である。第４実施例では、偏波ダイバーシティ光回路４０Ｄの光学素子３５Ｄ及び３６Ｄで除去された電界成分のモニタ結果をフィードバック制御に使用する。

双方向ループで形成される偏波ダイバーシティ光回路４０Ｄにおいて、偏波補正用の光学素子３５Ｄと３６Ｄのいずれか一方と、非線形光学媒質３２との間に、偏波制御器５１が配置されている。光学素子３５Ｄの反射ポートに接続された第１の光検出器４５の出力と、光学素子３６Ｄの反射ポートに接続された第２の光検出器４６の出力は、コントローラ５２に供給される。

コントローラ５２は、第１の光検出器４５と第２の光検出器４６の検出結果が最小になるように、偏波制御器５１を構成する光学素子の偏波軸の向きを制御する。第１の光検出器４５の電気出力と、第２の光検出器４６の電気出力の和を最小にする制御であってもよいし、２つの電気出力の少なくとも一方に重み付け係数を適用してもよい。

偏波制御器５１による偏波制御により、ループを時計回りに回ってＰＢＳ３１に戻る第１偏波の軸が、光学素子３６Ｄの透過偏波軸に整合し、かつ、ＰＢＳ３１の反射偏波軸に整合する。また、ループを反時計回りに回ってＰＢＳ３１に戻る第２偏波の軸が、光学素子３５Ｄの透過偏波軸に整合し、かつ、ＰＢＳ３１の透過偏波軸に整合する。

第４実施例のフィードバック構成は、第２実施例の偏波回転子４７をアクティブ動作させるのと同じ効果を奏する。それ以外の構成は第２実施例と同じであり、同じ構成要素に同じ符号を付けて、重複する説明を省略する。第４実施例の波長変換器３０Ｄは、外乱等の影響により偏波状態が最適状態からずれた場合でも、互いに直交する偏波が高パワーで合波され、出力光パワーの時間的な変動が抑制される。
＜モニタ光に基づくフィードバック制御＞

図８は、モニタ光に基づくフィードバック制御のフローチャートである。この制御フローは、図６及び図７のフィードバックループにおける処理である。図６の第１のコントローラ５５と第２のコントローラ５６、または図７のコントローラ５２には、あらかじめ許容モニタパワーの上限Ｐlimitと、制御ループの上限回数Ｎが設定されている（Ｓ１１）。

許容モニタパワーの上限とは、第１の光検出器４５と第２の光検出器４６で検出されるパワーの上限である。第１の光検出器４５と第２の光検出器４６で検出される偏波ずれ成分がＰlimit以下であれば、ＰＢＣ３７またはＰＢＳ３１で合波され、出力される変換光のパワーを許容レベル以上に維持することができる。以下では、図７の構成を例にとって説明するが、図６のフィードバック制御にも同じ制御フローが当てはまる。

サービス中に、第１の光検出器４５と第２の光検出器４６で、光学素子３５Ｄと光学素子３６Ｄから入射する光のパワーＰmonをそれぞれ測定し（Ｓ１２）、測定されたパワーＰmonが上限Ｐlimitを超えたか否かを判断する（Ｓ１３）。測定光のパワーＰmonが許容される偏波ずれの上限Ｐlimitを超えていないときは（Ｓ１３でＮｏ）、適正動作中であると判断され、次の監視タイミングまで処理を終了する。

測定光のパワーＰmonが上限Ｐlimitを超えたときは（Ｓ１３でＹｅｓ）、偏波ずれが許容範囲を超えて増大したことを意味する。この場合、コントローラ５２は偏波制御器５１の偏波軸を調整する（Ｓ１４）。偏波制御器５１の偏波軸調整後に、再度、ＰＤへの入力光のパワーＰmonを測定する（Ｓ１５）。次に、この制御ループ数がＮ回未満であるかを判断する（Ｓ１６）。制御ループ数がＮ回に達したときは（Ｓ１６でＮｏ）、所定回数の偏波制御にもかかわらず偏波ずれが解消されないとして、アラートを発生する（Ｓ１８）。

制御ループ数がＮ回未満のときは（Ｓ１６でＹｅｓ）、モニタ光パワーのＰmonが上限Ｐlimitより小さくなったか否かを判断し（Ｓ１７）、Ｐmon＜Ｐlimitであれば処理を終了する。モニタ光パワーのＰmonが上限Ｐlimitより小さくならない場合は（Ｓ１７でＮｏ）、ステップＳ１４に戻って、偏波制御器５１の偏波軸の向きを逆方向に制御し、制御ループ数がＮ回以下の範囲内で、ステップＳ１５～Ｓ１７を繰り返す。

図８のフィードバック制御により、サービス中に外乱等の影響で非線形光学媒質の偏波回転角がずれた場合でも、偏波ずれが減少する方向に制御され、変換光の出力パワーの時間的な変動が抑制される。
＜効果確認＞

図９は、実施形態の構成の効果確認のための解析モデル図である。図９の解析モデル図は、偏波補正用の光学素子のない偏波ダイバーシティ光回路を模擬している。ＰＢＳ-１で入力光が２つの偏波に分波される。第１偏波はパスＡでＰＲ-１によって偏波回転を受け、第２偏波はパスＢでＰＲ-２によって偏波回転を受ける。ＰＢＳ-２で、パスＡで入射した光の電界成分Ｅ_Ａ（Ｅ_Ａ＝Ｅ_ＡＸ＋Ｅ_ＡＹ）と、パスＢで入射した光の電界成分Ｅ_Ｂ（Ｅ_Ｂ＝Ｅ_ＢＸ＋Ｅ_ＢＹ）が合波されて出力される。

図９の解析モデルのパスＡとパスＢは、図９のジョーンズ行列で表される。パスＡとパスＢで、右側の行列がＰＢＳ-１、左側の行列がＰＢＳ-２、中間の行列が偏波回転子ＰＲをそれぞれ表す。行列中で、「ＥＲ」はＰＢＳの偏波消光比を示す。添え字の「Ｒ」と「Ｔ」は、ＰＢＳの反射と透過を表す。

パスＡで、ＰＢＳ‐１で反射された偏波はＰＲ-１でマイナス方向に９０°回転されてＰＢＳ-２の透過ポートに入射する。パスＢで、ＰＢＳ‐１を透過した偏波はＰＲ-２でプラス方向に９０°回転されてＰＢＳ-２の反射ポートに入射する。

パスＡでＰＢＳ-２に入射する光には、ＰＢＳ-２の第４ポートＰ４に反射される成分も含まれ得る。パスＢでＰＢＳ-２に入射する光には、ＰＢＳ-２の第４ポートＰ４に透過する成分も含まれ得る。ＰＢＳ-２の第４ポートＰ４から出力される光は、偏波ダイバーシティ光回路を用いた波長変換にとって不要な干渉光成分である。

図１０は、図９の解析モデルにおける偏波角度ずれによる出力光パワーの変化を示す。実線は、ＰＢＳ-２でＥ_ＡとＥ_Ｂが合波された出力光のパワーである。図１０では、パスＢに着目して、「ＰＢＳ反射出力」と表記されている。破線は、ＰＢＳ-２の第４ポートＰ４の出力パワーである。ループ内の偏波角度ずれが小さいときにＰＢＳ反射出力は高いが、偏波角度ずれが大きくなるにつれて目的とする光のパワーが低下し、偏波角度ずれがπ／２ラジアンで、ＰＢＳ反射出力はゼロになる。

一方、第４ポートＰ４から出力される不要成分は、ループ内の偏波角度ずれが大きくなるにつれて増大し、π／２ラジアンの偏波角度ずれで最大になる。実線と破線の交点、すなわち、目的の出力光と第４ポートＰ４で観察される不要成分が同じレベルになるときの偏波角度ずれは、π／４ラジアンである。

これまでの検証によると、出荷時に偏波ダイバーシティ光回路の偏波状態が最適に調整されていても、使用中に外乱等の影響によって０．２～０．５ラジアン程度の偏波角度ずれが生じると推測される。ＰＭ（偏波保持）の非線形ファイバであれば、偏波角度ずれはここまで大きくならないが、要求する波長分散特性を再現性良く生産可能なＮＯＮ－ＰＭ（偏波非保持）の非線形ファイバを用いているため、偏波角度ずれが大きくなる。

実施形態では、ＰＢＳ-２の手前に偏波補正用の光学素子を配置して、ループ内の偏波角度ずれを低減する。目的の出力光のパワーを最大にするには、偏波角度ずれを０．２ラジアンより小さくする（すなわち、パワー偏差を０．２ｄＢ未満にする）ことが望ましい。

図１０の実線のカーブに着目すると、出力ポートをモニタして偏波角度ずれを０.２ラジアン未満に制御するのは難しい。破線の不要成分の変化の方が大きく、第４ポートＰ４からの出力光をモニタするほうが、より正確に偏波角度ずれを制御できる。この解析結果に基づき、図４～図７の構成では光学素子としてＰＢＳを用い、ＰＢＳの反射ポートに光検出器（ＰＤ）を配置して偏波角度ずれを検出する。

図１１は、ＰＢＳの消光比が２０ｄＢのときのループ内偏波角度ずれによる干渉電界の変化を示す。図１２は、ＰＢＳの消光比が２０ｄＢのときのループ内偏波角度ずれによる出力光パワーの変化を示す。図１１で、横軸は角度（ラジアン）、縦軸は「１」に正規化された出力電界である。一点鎖線は、ＰＢＳ-２から取り出される目的偏波の電界成分Ｅ_ＡＸとＥ_ＢＹである。実線は、ＰＢＳ-２の第４ポートから出力される不要な電界成分Ｅ_ＡＹ、Ｅ_ＢＸである。添え字のＡ、Ｂは図９の解析モデルのパスＡとパスＢを示し、Ｘ、Ｙは偏波成分を示す。

偏波消光比が有限のＰＢＳでは、Ｅ_ＡＸとＥ_ＢＸが干渉し、Ｅ_ＡＹ、Ｅ_ＢＹが干渉する。偏波回転角がずれると、干渉の程度、すなわち、一点鎖線と実線の差分そのものが変動する。干渉程度の変化が、波長変換器の出力光パワーの時間的な変動の原因となる。

図９のジョーンズ行列で、パスＡを透過する電界Ｅ_Ａをより正確に表現すると、

となる。ここで、Ｅ_１は解析モデルの偏波ダイバーシティ光回路への入力電界、ＥＲ_Ｒ１はＰＢＳ-１の反射ポートの偏波消光比、θは第１偏波回転子の偏波回転量、ＥＲ_Ｔ２は、ＰＢＳ-２の透過ポートの偏波消光比である。同様に、パスＢを透過する電界ＥＢをより正確に表現すると、

となる。ＥＲ_Ｔ１は、ＰＢＳ-１の透過ポートの偏波消光比、θは第２偏波回転子の偏波回転量、ＲＲ_Ｒ２は、ＰＢＳ-２の反射ポートの偏波消光比である。入力電界Ｅ_１を、ＰＢＳ-１の偏波軸に対して４５度傾いた直線偏光とすると、Ｅ_ＡとＥ_Ｂは、

と表される。ＥＲ_Ｒ１＝ＥＲ_Ｔ２＝ＥＲ_Ｔ１＝ＥＲ_Ｒ２＝０．０１として、各成分の電界強度を偏波回転の角度ずれ（「偏波ずれ角」と呼ぶ）に対してプロットしたものが、図１１である。

偏波ずれ角がθ＝０で最適状態のときは、不要成分であるＥ_ＡＹ、Ｅ_ＢＸは発生しないが、θが大きくなるにつれて、不要成分Ｅ_ＡＹ、Ｅ_ＢＸは大きくなる。

図１２の実線は強め合う干渉｜Ｅ_Ａ－Ｅ_Ｂ｜を示し、破線は弱め合う干渉｜Ｅ_Ａ＋Ｅ_Ｂ｜を示す。図１１と同様に、θ＝０のときが最適状態であり、干渉状態による光パワーの差分はないが、θが大きくなるにつれて、干渉状態による光パワーの差分が大きくなる。このため干渉により発生する光パワー変動の振幅が大きくなる。

図１３は、偏波角度ずれによる出力光パワー変動の消光比依存性を示す。縦軸は出力光パワー変動（ｄＢ）を示す。出力光パワー変動は、１０ｌｏｇ（|(Ｅ_Ａ－Ｅ_Ｂ)／(Ｅ_Ａ＋Ｅ_Ｂ)|）で表される。偏波回転の角度ずれの範囲を０～π／４ラジアンとしている。

消光比が悪いほど、出力光パワー変動が大きい。偏波消光比が比較的高いとされているＰＢＳの実力消光比は、透過で２９～３４ｄＢ、反射で２４～３０ｄＢである、３０ｄＢの破線に注目すると偏波回転の角度ずれが０．５ラジアンを超えると、出力光パワーの変動が顕著になる。

図１４は、ＰＢＳ消光比による出力光パワー変動の偏波ずれ角依存性を示す。横軸はＰＢＳの偏波消光比である。偏波消光比が２０ｄＢの場合、偏波回転のずれ角が０．５ラジアンの場合、出力光のパワー変動は１ｄＢを超える。同じＰＢＳでも、偏波回転のずれ角を０．２ラジアンにすることで、出力光パワーの変動を半分以下にできる。この傾向は、ＰＢＳの偏波消光比が高い場合でも当てはまるので、実施形態では偏波ダイバーシティ光回路で用いるＰＢＳの種類を問わず、偏波補正用の光学素子を用いて、偏波回転の角度ずれを低減する。

図１５は、光合波器（ＰＢＣ）の手前に偏光子を挿入する実施形態の解析モデル図である。ＰＢＳ-１で入力光が２つの偏波に分波される。第１偏波はパスＡでＰＲ-１によって偏波回転を受け、第１の偏光子で偏波軸が補正されてＰＢＳ-２に入射する。第１の偏光子により、ＰＢＳ-２に入射する第１偏波の主要偏波軸は、ＰＢＳ-２の透過偏波軸に整合する。

第２偏波はパスＢでＰＲ-２によって偏波回転を受け、第２の偏光子で偏波軸が補正されてＰＢＳ-２に入射する。第２の偏光子により、第２偏波の主要偏波軸は、ＰＢＳ-２の反射偏波軸に整合する。第１の偏光子と第２の偏光子は、ＰＢＳであってもよい。この構成では、パスＡで不要なＥ_ＡＹが除去され、パスＢで不要なＥ_ＢＸが除去される。ＰＢＳ-２で合波された出力光に含まれる第１偏波の電界成分Ｅ_Ａは目的とする電界成分Ｅ_ＡＸになり、第２偏波の電界成分Ｅ_Ｂは目的とする電界成分Ｅ_ＢＹとなる。

図１５の解析モデルで、パスＡはジョーンズ行列で、

と表される。Ｅ_１は解析モデルの偏波ダイバーシティ光回路への入力電界、ＥＲ_Ｒ１はＰＢＳ-１の反射ポートの偏波消光比、θは第１偏波回転子の偏波回転量、ＥＲ_Ｔａは、追加した第１の偏光子の偏波消光比、ＥＲ_Ｔ２は、ＰＢＳ-２の透過ポートの偏波消光比である。同様に、パスＢはジョーンズ行列で、

と表される。Ｅ_１は解析モデルの偏波ダイバーシティ光回路への入力電界、ＥＲ_Ｔ１はＰＢＳ-１の透過ポートの偏波消光比、θは第２偏波回転子の偏波回転量、ＥＲ_Ｒａは、追加した第２の偏光子の偏波消光比、ＥＲ_Ｒ２は、ＰＢＳ-２の反射ポートの偏波消光比である。

入力電界Ｅ_１をＰＢＳ-１の偏波軸に対して４５度傾いた直線偏光とすると、Ｅ_ＡとＥ_Ｂは、

となる。ＥＲ_Ｒ１＝ＥＲ_Ｔ２＝ＥＲ_Ｔ１＝ＥＲ_Ｒ２＝ＥＲ_Ｔａ＝ＥＲ_Ｒａ＝０．０１として、各成分の電界強度を偏波回転の角度ずれ（「偏波ずれ角」と呼ぶ）に対してプロットしたものが、図１６である。

図１６で、θ＝０は最適状態であり、不要成分であるＥ_ＢＸはほとんど発生せず、目的とするＥ_ＡＸは最大である。θが大きくなると、目的とする電界成分ＥＡＸは低減するが、不要成分であるＥＢＸは小さく抑えられる。パスＢに着目しても、図１６と同様の効果が得られる。

図１７は、強め合う干渉状態｜ＥＡ－ＥＢ｜と、弱め合う干渉状態｜ＥＡ＋ＥＢ｜での光パワーの比を角度ずれ量に対してプロットした図である。縦軸の出力光パワーの変動（ｄＢ）は、１０ｌｏｇ（|(Ｅ_Ａ－Ｅ_Ｂ)／(Ｅ_Ａ＋Ｅ_Ｂ)|）で表される。破線は、偏光子を追加しない従来構成、実線は光合波器（またはＰＢＣ）の手前に偏光子を配置した実施形態の構成の特性である。

光合波用のＰＢＳ‐２の前段に偏光子を追加することで、偏波回転の角度ずれが増大した場合でも、不要な干渉成分を除去して、出力光の時間的なパワー変動を抑制することができる。図４～図７の構成例のように、偏波補正用の光学素子としてＰＢＳを用いる場合は、比較的安価に入手できる３ポートのＰＢＳを用いて偏波ずれ成分をモニタでき、各偏波の偏波軸を補正できる。

実施形態の構成、及び図１５の解析モデルは、波長変換器に単にフィルタを追加したこととは意味が異なる。単にフィルタを増やす場合、受動素子であるフィルタの順番または配置位置に依存しないので、偏波補正用の光学素子（偏光子またはＰＢＳ）をＰＳＢ-２の前に配置しても後に配置してもよいことになる。しかし、ＰＢＳ-２の後段に偏光子またはＰＢＳを配置しても、干渉がすでに起きた後なので、干渉成分（Ｅ_ＡにおけるＥ_ＡＹ、及びＥ_ＢにおけるＥ_ＢＸ）を除去することはできない。干渉成分の絶対値は小さくなり得るが、目的光に対する比率は変わらない。

解析モデルでは、偏光子のジョーンズ行列の非対角成分をゼロとして計算しているが、実際には、わずかな偏波回転やデポラリゼーションが生じるため、消光比が２０ｄＢの偏光子を２段重ねても、４０ｄＢの消光比は得られない。これに対し、実施形態では、偏光子（偏波補正用の光学素子）を、非線形光学媒質の出力端と、光合波用のＰＢＳまたはＰＢＣの間に配置する。偏光子によって、偏波回転量のずれによって発生した干渉成分を除去し、かつ、光合波器に入射する偏波の軸を光合波器の偏波軸に整合させることで、偏波消光比を改善するのと等価の効果が得られる。

実施形態の波長変換器における非線形光学現象には、四光波混合や、和周波または差周波の発生、高調波発生、光パラメトリック発振等を含む光パラメトリック増幅一般が含まれ、励起光の数、および励起光の信号光との相対的な偏波状態の関係は任意である。いずれの現象を利用する場合も、非線形光学媒質の出射端と光合波器の間に、偏波補正用の光学素子を配置することで、外乱等の影響により偏波回転量が変動しても、出力光の時間的なパワー変動を抑制することができる。

１ 光伝送システム
１０、２０ 光通信装置
１２－１～１２－３ 波長合波器
１６ 波長合波器
１８ 光伝送路
２２－１～２２－３ 波長分波器
２６ 波長分波器
３０、３０Ａ～３０Ｄ 波長変換器
３１ ＰＢＳ（偏波ビームスプリッタ）
３２、３３、３３Ａ、３３Ｃ、３４、３４Ａ、３４Ｃ 非線形光学媒質
３２１、３３１ 第１の入射端
３２２、３４１ 第２の入射端
３５、３５Ａ～３５Ｄ、３６Ａ～３６Ｄ 偏波補正用の光学素子
３７ ＰＢＣ（偏波ビームコンバイナまたは光合波器）
４０、４０Ａ～４０Ｄ 偏波ダイバーシティ光回路
４１ ＬＤ（励起光源）
４３、４４、４７、 偏波回転子
４５ 第１の光検出器
４６ 第２の光検出器
５１ 偏波制御器
５２ コントローラ
５３ 第１の偏波制御器
５４ 第２の偏波制御器
５５ 第１のコントローラ
５６ 第２のコントローラ
Ｐ１ 第１パス
Ｐ２ 第２パス

Claims (11)

1. 入力光を互いに直交する第１偏波と第２偏波に分離する偏波ビームスプリッタと、
   前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第１偏波が入射する第１の入射端と、前記偏波ビームスプリッタで分離された第２偏波が前記第１の入射端と異なる位置で入射する第２の入射端とを有する非線形光学媒質と、
   前記非線形光学媒質を通過した前記第１偏波と、前記非線形光学媒質を通過した前記第２偏波を合波する光合波器と、
   前記非線形光学媒質と前記光合波器の間に配置され、前記光合波器に入射する前記第１偏波と前記第２偏波の少なくとも一方の偏波軸を補正する光学素子と、
   を有する波長変換器。
2. 前記光合波器と前記光学素子の間の偏波状態は、偏波保持ファイバまたは空間光学系によって所望の偏波状態になるように調整されている、
   請求項１に記載の波長変換器。
3. 前記光合波器は、前記偏波ビームスプリッタと異なる偏波ビームコンバイナであり、
   前記非線形光学媒質は、前記偏波ビームスプリッタから前記偏波ビームコンバイナに至る第１パスに配置された第１の非線形光学媒質と、前記偏波ビームスプリッタから前記偏波ビームコンバイナに至る第２パスに配置された第２の非線形光学媒質を含み、
   前記光学素子は、前記第１の非線形光学媒質と前記偏波ビームコンバイナの間に設けられる第１の光学素子と、前記第２の非線形光学媒質と前記偏波ビームコンバイナの間に設けられる第２の光学素子とを含む、
   請求項１または２に記載の波長変換器。
4. 前記第１の光学素子は、前記第１の非線形光学媒質を出た前記第１偏波から偏波ずれ成分を除去し、かつ前記第１偏波の偏波軸が前記偏波ビームコンバイナの第１の偏波軸に整合するように配置され、
   前記第２の光学素子は、前記第２の非線形光学媒質を出た前記第２偏波から偏波ずれ成分を除去し、かつ前記第２偏波の偏波軸が前記偏波ビームコンバイナの第２の偏波軸に整合するように配置されている、
   請求項３に記載の波長変換器。
5. 前記第１の非線形光学媒質と前記第１の光学素子の間に設けられる第１の偏波回転子と、前記第２の非線形光学媒質と前記第２の光学素子の間に設けられる第２の偏波回転子とを有し、
   前記第１の偏波回転子は、前記第１の非線形光学媒質を出た前記第１偏波の偏波軸が、前記第１の光学素子の透過偏波軸に整合するように配置され、
   前記第２の偏波回転子は、前記第２の非線形光学媒質を出た前記第２偏波の偏波軸が、前記第２の光学素子の透過偏波軸に整合するように配置されている、
   請求項４に記載の波長変換器。
6. 前記第１の非線形光学媒質と前記第１の光学素子の間に設けられる第１の偏波制御器と、
   前記第１の光学素子から前記第１の偏波制御器へのフィードバックループに接続されて前記第１の偏波制御器の偏波軸を制御する第１のコントローラと、
   前記第２の非線形光学媒質と前記第２の光学素子の間に設けられる第２の偏波制御器と、
   前記第２の光学素子から前記第２の偏波制御器へのフィードバックループに接続されて前記第２の偏波制御器の偏波軸を制御する第２のコントローラと、
   を有する請求項４に記載の波長変換器。
7. 前記偏波ビームスプリッタから前記非線形光学媒質を通って前記偏波ビームスプリッタへ戻るループが形成され、
   前記非線形光学媒質は、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第１偏波が第１の方向で入射する前記第１の入射端と、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記第２偏波が前記第１の方向と逆の第２の方向で入射する前記第２の入射端とを有し、
   前記偏波ビームスプリッタは、前記第１の方向で前記非線形光学媒質を通って前記偏波ビームスプリッタに戻る前記第１偏波と、前記第２の方向で前記非線形光学媒質を通って前記偏波ビームスプリッタに戻る前記第２偏波を合波し、
   前記光学素子は、前記偏波ビームスプリッタと前記非線形光学媒質の前記第１の入射端の間に配置される第１の光学素子と、前記偏波ビームスプリッタと前記非線形光学媒質の前記第２の入射端の間に配置される第２の光学素子とを含む、
   請求項１または２に記載の波長変換器。
8. 前記非線形光学媒質と、前記第１の光学素子または前記第２の光学素子との間に配置される偏波回転子、
   を有し、前記偏波回転子は、前記非線形光学媒質を出た第１偏波または第２偏波の偏波軸を、前記第２の光学素子または前記第１の光学素子の透過偏波軸に整合させ、かつ、前記偏波ビームスプリッタの反射偏波軸または透過偏波軸に整合させる、
   請求項７に記載の波長変換器。
9. 前記非線形光学媒質と、前記第１の光学素子または前記第２の光学素子との間に配置される偏波制御器と、
   前記第１の光学素子または前記第２の光学素子から前記偏波制御器へのフィードバックループに接続されて前記偏波制御器の偏波軸を制御するコントローラと、
   を有する請求項７に記載の波長変換器。
10. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は偏波補正用のビームスプリッタであり、
    前記第１の光学素子の反射ポートに接続される第１の光検出器と、前記第２の光学素子の反射ポートに接続される第２の光検出器と、
    を有する請求項３～６のいずれか１項に記載の波長変換器。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の波長変換器で、第１の波長帯域の光信号を、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光信号に変換して光伝送路に出力する第１の光通信装置と、
    前記光伝送路から前記第２の波長帯域の光信号を受信して、前記波長変換器で前記第２の波長帯域の光信号を前記第１の波長帯域の光信号に変換する第２の光通信装置と、
    を含む光伝送システム。

Images