JP4028295B2 - 四光波混合発生器および四光波混合発生装置 - Google Patents
四光波混合発生器および四光波混合発生装置 Download PDFInfo
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Description
【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ωpのポンプ光または周波数ωp1と周波数ωp2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 Mixing：以後、ＦＷＭという）が起こり、ポンプ光の周波数が単一周波数ωpである場合は、ある，注目しているプローブ光の周波数をωsとした場合,
ωi＝２ωp−ωs
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ωp1，ωp2である場合には、
ωi＝ωp1＋ωp2−ωs
の周波数ωiに、周波数をωs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Ｐs、ポンプ光が単一周波数ωpのポンプ光であるときの光強度をＰp、ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2のポンプ光であるときの各光強度をＰp1，Ｐp2とした場合、それらと、ＦＷＭで生成するアイドラ光の光強度Ｐiの間には次式の関係がある。
（ｉ）ポンプ光が単一周波数ωpである場合：
Ｐi∝Ｐp 2・Ｐs
（ii）ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2である場合：
Ｐi∝Ｐp1・Ｐp2・Ｐs
【０００６】
アイドラ光の光強度Ｐi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-Broadband Wavelength Converter”,IEEE Laser and Electro-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（Stimulated 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 Fiber Optics, second Ed.”Academic Press, San Diego, N.Y., U.S.A., 1995．および、先行技術３：K.Inoue, T.Hasegawa and H.Toba,“Influence of Stimulated Brillouin Scattering and Optimum Length in Fiber Four-Wave Mixing Wavelength Conversion”,Photon. Technol. 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 Fiber Optical Parametric Amplifier with 49dB Gain and Wavelength Conversion Efficiency”, Optical Fiber Communications, Post-Deadline 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.Maric 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ωi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ωpである場合：
ωi＝２ωp−ωs
（ii）ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2である場合：
ωi＝ωp1＋ωp2−ωs
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ωpである場合、アイドラ光の位相は、
ωiｔ→２（ωp＋Δφ）−ωsｔ＝ωiｔ＋２Δφ
に変化する。
他方、ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2である場合、アイドラ光の位相は、
ωiｔ→（ωp1ｔ＋Δφ）＋（ωp2ｔ＋Δφ）−ωsｔ＝ωiｔ＋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ωp1，ωp2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、
ωiｔ→（ωp1ｔ＋Δφ）＋（ωp2ｔ−Δφ）−ωsｔ＝ωiｔ
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ωp1，ωp2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ωp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および四光波混合発生装置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ωp1，ωp2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ωiは、
ωi→（ωp1＋Ω）＋（ωp2＋Ω）−ωs＝ωi＋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、
ωi→（ωp1ｔ＋Ω）＋（ωp2−Ω）−ωs＝ωi
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Δφp、プローブ光にかける位相変調をΔφs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：ωsｔ→ωsｔ＋Δφ ・・・（１）
アイドラ光：ωiｔ→２（ωpｔ＋Δφp）−（ωsｔ＋Δφs）＝ωiｔ＋（２Δφp−Δφs） ・・・（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Δφs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Δφsをかけると、アイドラ光には、２Δφp−Δφsの雑音が生じてくる。
したがって、位相変調量を、
Δφp＝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、
Δφs＝２Δφp−Δφs＝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ωp1，ωp2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：ωsｔ→ωsｔ＋Δφs ・・・（１’）
アイドラ光：（ωp1ｔ＋Δφp）＋（ωp2ｔ＋Δφp）−（ωsｔ＋Δφs）＝ωiｔ＋（２Δφp−Δφs） ・・・（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Δφp1，Ωp1、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Δφs1，Ωs1、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Δφs2，Ωs2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Δφp2，Ωp2、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Δφs3，Ωs3とした場合、
上記した各変調量は、次式の関係：
Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
Δφs1−Δφs2−Δφs3＝２Δφp1
Δφs1＋Δφs2−Δφs3＝２Δφp2
Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝２Δφp1−２Δφp2
または、
Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
Ωs1−Ωs2−Ωs3＝２Ωp1
Ωs1＋Ωs2−Ωs3＝２Ωp2
Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝２Ωp1−２Ωp2
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
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2，
Δφs2＝０
であるか、または周波数変調量が
Ωs1＝−Ωs3＝Ωp1＝Ωp2，
Ωs2＝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５Ａ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：ωsｔ＋Δφ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＋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：ωsｔ→ωsｔ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＋２Δφ＝ωcｔ＋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Ｃ2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（２πｆｔ）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：ωsｔ→ωsｔ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＋２Δφ＝ωcｔ＋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Ａ2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５ｂ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Ａ4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：ωsｔ→ωsｔ−２Δφ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＝ωcｔ
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、ＦＷＭ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：ωsｔ→ωsｔ−２Δφ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＝ωcｔ
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５Ｃ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−２Δφ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６Ｂ1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ＦＷＭ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Ｂ7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Δφp1、第１変調器６Ｂ1での位相変調をΔφs1、第２変調器７2での位相変調をΔφs2とし、また第１変調器６Ｂ2での位相変調をΔφs2、第２変調器７1での位相変調をΔφs3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：ωp1ｔ＋Δφp1
プローブ光：ωs1ｔ＋Δφs1
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：ωp1ｔ＋Δφp1
透過プローブ光：ωs1ｔ＋Δφs1
アイドラ光：２ωpｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp1−Δφs1）
これらの光は、第２変調器７2で位相変調Δφs2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：ωs1ｔ＋Δφs1＋Δφs2
アイドラ光：２ωp1ｔ＋ωs1ｔ＋（２Δφp1−Δφs1＋Δφs2）
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Δφp2をかけられるので、その位相は次のようになる。
ポンプ光：ωp2ｔ＋Δφp2
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：ωp2ｔ＋Δφp2
プローブ光１：ωs1ｔ＋Δφs1＋Δφs2
プローブ光２：２ωp1ｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp1−Δφs1＋Δφs2）
アイドラ光１：２ωp2ｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp2−Δφs1−Δφs2）
アイドラ光２：２ωp2ｔ−２ωp1ｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp2−２Δφp1＋Δφs1−Δφs2）
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Δφs3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：Δφs1＋Δφs2＋Δφs3
プローブ光２：２Δφp1−Δφs1＋Δφs2＋Δφs3
アイドラ光１：２Δφp2−Δφs1−Δφs2＋Δφs3
アイドラ光２：２Δφp2−２Δφp1＋Δφs1−Δφs2＋Δφs3
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、
Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
２Δφp1−Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
２Δφp2−Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝０
２Δφp2−２Δφp1＋Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝０
の連立方程式を、Δφp1≠０，Δφp2≠０の条件下で解いて、Δφp1，Δφp2，Δφp3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、
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2＝Δφ， Δφs2＝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−Δφs3（−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：
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2＝Δφ， Δφs2＝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Δφp1と第１変調器６Ｂ1によるプローブ光への位相変調Δφs1とが、
Δφp1＝Δφs1＝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７2での周波数変調量を、それぞれ、Ωp1，Ωs1，Ωs2，Ωp2，Ωs3としたとき、次式：
Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
２Ωp1−Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
２Ωp2−Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝０
２Ωp2−２Ωp1＋Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝０
を、Ωp1≠０，Ωp2≠０の条件下で解いてΩs1，Ωs2，Ωs3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nx＝ny≠nzとして、LiNbO3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φzはφz＝（２πl／λ）(ne−１／２ne 3ｒ33V0/d)で与えられるから、V0＝Vmsin(ωmｔ)とすると、位相変調が得られる。λは、真空中の波長、ne(nz)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LiNbO3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／ne 3ｒ33Vm/d)の位相変調を受けることになる。見方を変えれば、ωm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、ＳＢＳ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
【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ωpのポンプ光または周波数ωp1と周波数ωp2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 Mixing：以後、ＦＷＭという）が起こり、ポンプ光の周波数が単一周波数ωpである場合は、ある，注目しているプローブ光の周波数をωsとした場合,
ωi＝２ωp−ωs
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ωp1，ωp2である場合には、
ωi＝ωp1＋ωp2−ωs
の周波数ωiに、周波数をωs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Ｐs、ポンプ光が単一周波数ωpのポンプ光であるときの光強度をＰp、ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2のポンプ光であるときの各光強度をＰp1，Ｐp2とした場合、それらと、ＦＷＭで生成するアイドラ光の光強度Ｐiの間には次式の関係がある。
（ｉ）ポンプ光が単一周波数ωpである場合：
Ｐi∝Ｐp 2・Ｐs
（ii）ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2である場合：
Ｐi∝Ｐp1・Ｐp2・Ｐs
【０００６】
アイドラ光の光強度Ｐi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-Broadband Wavelength Converter”,IEEE Laser and Electro-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（Stimulated 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 Fiber Optics, second Ed.”Academic Press, San Diego, N.Y., U.S.A., 1995．および、先行技術３：K.Inoue, T.Hasegawa and H.Toba,“Influence of Stimulated Brillouin Scattering and Optimum Length in Fiber Four-Wave Mixing Wavelength Conversion”,Photon. Technol. 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 Fiber Optical Parametric Amplifier with 49dB Gain and Wavelength Conversion Efficiency”, Optical Fiber Communications, Post-Deadline 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.Maric 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ωi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ωpである場合：
ωi＝２ωp−ωs
（ii）ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2である場合：
ωi＝ωp1＋ωp2−ωs
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ωpである場合、アイドラ光の位相は、
ωiｔ→２（ωp＋Δφ）−ωsｔ＝ωiｔ＋２Δφ
に変化する。
他方、ポンプ光が２周波数ωp1，ωp2である場合、アイドラ光の位相は、
ωiｔ→（ωp1ｔ＋Δφ）＋（ωp2ｔ＋Δφ）−ωsｔ＝ωiｔ＋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ωp1，ωp2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、
ωiｔ→（ωp1ｔ＋Δφ）＋（ωp2ｔ−Δφ）−ωsｔ＝ωiｔ
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ωp1，ωp2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ωp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および四光波混合発生装置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ωp1，ωp2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ωiは、
ωi→（ωp1＋Ω）＋（ωp2＋Ω）−ωs＝ωi＋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、
ωi→（ωp1ｔ＋Ω）＋（ωp2−Ω）−ωs＝ωi
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Δφp、プローブ光にかける位相変調をΔφs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：ωsｔ→ωsｔ＋Δφ ・・・（１）
アイドラ光：ωiｔ→２（ωpｔ＋Δφp）−（ωsｔ＋Δφs）＝ωiｔ＋（２Δφp−Δφs） ・・・（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Δφs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Δφsをかけると、アイドラ光には、２Δφp−Δφsの雑音が生じてくる。
したがって、位相変調量を、
Δφp＝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、
Δφs＝２Δφp−Δφs＝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ωp1，ωp2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：ωsｔ→ωsｔ＋Δφs ・・・（１’）
アイドラ光：（ωp1ｔ＋Δφp）＋（ωp2ｔ＋Δφp）−（ωsｔ＋Δφs）＝ωiｔ＋（２Δφp−Δφs） ・・・（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Δφp1，Ωp1、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Δφs1，Ωs1、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Δφs2，Ωs2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Δφp2，Ωp2、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Δφs3，Ωs3とした場合、
上記した各変調量は、次式の関係：
Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
Δφs1−Δφs2−Δφs3＝２Δφp1
Δφs1＋Δφs2−Δφs3＝２Δφp2
Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝２Δφp1−２Δφp2
または、
Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
Ωs1−Ωs2−Ωs3＝２Ωp1
Ωs1＋Ωs2−Ωs3＝２Ωp2
Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝２Ωp1−２Ωp2
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
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2，
Δφs2＝０
であるか、または周波数変調量が
Ωs1＝−Ωs3＝Ωp1＝Ωp2，
Ωs2＝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５Ａ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：ωsｔ＋Δφ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＋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：ωsｔ→ωsｔ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＋２Δφ＝ωcｔ＋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Ｃ2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（２πｆｔ）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：ωsｔ→ωsｔ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＋２Δφ＝ωcｔ＋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Ａ2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５ｂ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Ａ4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：ωsｔ→ωsｔ−２Δφ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＝ωcｔ
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、ＦＷＭ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：ωsｔ→ωsｔ−２Δφ
アイドラ光：ωcｔ＝２ωpｔ−ωsｔ＝ωcｔ
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５Ｃ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−２Δφ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６Ｂ1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ＦＷＭ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Ｂ7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Δφp1、第１変調器６Ｂ1での位相変調をΔφs1、第２変調器７2での位相変調をΔφs2とし、また第１変調器６Ｂ2での位相変調をΔφs2、第２変調器７1での位相変調をΔφs3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：ωp1ｔ＋Δφp1
プローブ光：ωs1ｔ＋Δφs1
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：ωp1ｔ＋Δφp1
透過プローブ光：ωs1ｔ＋Δφs1
アイドラ光：２ωpｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp1−Δφs1）
これらの光は、第２変調器７2で位相変調Δφs2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：ωs1ｔ＋Δφs1＋Δφs2
アイドラ光：２ωp1ｔ＋ωs1ｔ＋（２Δφp1−Δφs1＋Δφs2）
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Δφp2をかけられるので、その位相は次のようになる。
ポンプ光：ωp2ｔ＋Δφp2
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：ωp2ｔ＋Δφp2
プローブ光１：ωs1ｔ＋Δφs1＋Δφs2
プローブ光２：２ωp1ｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp1−Δφs1＋Δφs2）
アイドラ光１：２ωp2ｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp2−Δφs1−Δφs2）
アイドラ光２：２ωp2ｔ−２ωp1ｔ−ωs1ｔ＋（２Δφp2−２Δφp1＋Δφs1−Δφs2）
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Δφs3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：Δφs1＋Δφs2＋Δφs3
プローブ光２：２Δφp1−Δφs1＋Δφs2＋Δφs3
アイドラ光１：２Δφp2−Δφs1−Δφs2＋Δφs3
アイドラ光２：２Δφp2−２Δφp1＋Δφs1−Δφs2＋Δφs3
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、
Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
２Δφp1−Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
２Δφp2−Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝０
２Δφp2−２Δφp1＋Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝０
の連立方程式を、Δφp1≠０，Δφp2≠０の条件下で解いて、Δφp1，Δφp2，Δφp3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、
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2＝Δφ， Δφs2＝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−Δφs3（−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：
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2＝Δφ， Δφs2＝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Δφp1と第１変調器６Ｂ1によるプローブ光への位相変調Δφs1とが、
Δφp1＝Δφs1＝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７2での周波数変調量を、それぞれ、Ωp1，Ωs1，Ωs2，Ωp2，Ωs3としたとき、次式：
Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
２Ωp1−Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
２Ωp2−Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝０
２Ωp2−２Ωp1＋Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝０
を、Ωp1≠０，Ωp2≠０の条件下で解いてΩs1，Ωs2，Ωs3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nx＝ny≠nzとして、LiNbO3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φzはφz＝（２πl／λ）(ne−１／２ne 3ｒ33V0/d)で与えられるから、V0＝Vmsin(ωmｔ)とすると、位相変調が得られる。λは、真空中の波長、ne(nz)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LiNbO3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／ne 3ｒ33Vm/d)の位相変調を受けることになる。見方を変えれば、ωm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、ＳＢＳ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
Claims (16)
- 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、前記ポンプ光源と前記光ファイバとの間に配置され、前記ポンプ光に所定振幅および所定位相を有する変調信号によって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出射端側に配置され、前記アイドラ光に前記所定振幅とは異なる振幅および前記所定位相とは異なる位相を有する変調信号によって位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｃと、を備えたことを特徴とする四光波混合発生器。
- 前記変調手段Ｃは、前記アイドラ光に前記所定振幅の２倍の振幅および前記所定位相とはπだけ異なる位相を有する変調信号によって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１に記載の四光波混合発生器。
- 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、前記ポンプ光源と前記光ファイバとの間に配置され、前記ポンプ光に所定振幅および所定位相を有する変調信号によって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、前記プローブ光に前記所定振幅とは異なる振幅および前記所定位相とは異なる位相を有する変調信号によって位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｂと、を備えたことを特徴とする四光波混合発生器。
- 前記変調手段Ｂは、前記プローブ光に前記所定振幅の２倍の振幅および前記所定位相とはπだけ異なる位相を有する変調信号によって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３に記載の四光波混合発生器。
- 前記光ファイバより出射端側に配置され、前記プローブ光に前記所定振幅の２倍の振幅および前記所定位相と同位相を有する変調信号によって位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｅを備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の四光波混合発生器。
- 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、前記合波手段と光ファイバの間に配置され、前記ポンプ光と前記プローブ光の両方に所定振幅および所定位相を有する変調信号によって位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｄと、前記光ファイバよりも出射端側に配置され、前記プローブ光、および前記アイドラ光のうち少なくとも一つに前記所定振幅と同一の振幅および前記所定位相とはπだけ異なる位相を有する変調信号によって位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｆとを備えたことを特徴とする四光波混合発生器。
- 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、前記変調手段Ｅ、前記変調手段Ｆ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１〜６のいずれか１つに記載の四光波混合発生器。
- 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１〜７のいずれか１つに記載の四光波混合発生器。
- 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８に記載の四光波混合発生器。
- 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または９に記載の四光波混合発生器。
- 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８〜１０のいずれか１つに記載の四光波混合発生器。
- 請求項１〜６のいずれか２つに記載の四光波混合発生器が直列接続され、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。
- 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、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Ａ１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又は周波数変調をかける変調手段Ｂ１と、前記光ファイバより出射端側に配置され、前記プローブ光および前記アイドラ光に位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｃ１と、を備えた前段四光波混合発生器と、
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、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Ａ２と、前記光ファイバより出射端側に配置され、前記プローブ光および前記アイドラ光に位相変調または周波数変調をかける変調手段Ｃ２と、を備えた後段四光波混合発生器と、
が直列接続され、前記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、前記前段四光波混合発生器からの出射光を前記後段四光波混合発生器のプローブ光として利用するとともに、前記前段四光波混合発生器において、変調手段Ａ１における位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφp1，Ωp1、変調手段Ｂ１における位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφs1，Ωs1、変調手段Ｃ１における位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφs2，Ωs2とし、前記後段四光波混合発生器において、変調手段Ａ２における位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφp2，Ωp2、変調手段Ｃ２における位相変調量または周波数変調量をそれぞれΔφs3，Ωs3とした場合、
上記した各変調量は、次式の関係：
Δφs1＋Δφs2＋Δφs3＝０
Δφs1−Δφs2−Δφs3＝２Δφp1
Δφs1＋Δφs2−Δφs3＝２Δφp2
Δφs1−Δφs2＋Δφs3＝２Δφp1−２Δφp2
または、
Ωs1＋Ωs2＋Ωs3＝０
Ωs1−Ωs2−Ωs3＝２Ωp1
Ωs1＋Ωs2−Ωs3＝２Ωp2
Ωs1−Ωs2＋Ωs3＝２Ωp1−２Ωp2
を満足する値であることを特徴とする四光波混合発生装置。 - 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
Δφs1＝−Δφs3＝Δφp1＝Δφp2，
Δφs2＝０
であるか、または周波数変調量が
Ωs1＝−Ωs3＝Ωp1＝Ωp2，
Ωs2＝０
であることを特徴とする四光波混合発生装置。 - 前記前段四光波混合発生器では、前記ポンプ光と前記プローブ光を前記合波手段で合波したのち、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１４に記載の四光波混合発生装置。
- 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１〜６のいずれか１つに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。
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