JP4182204B2 - 周波数シフトフリー位相共役器及びそれを用いた通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光情報通信に用いられる周波数シフトフリー位相共役器、それを用いた光情報通信システム及び光情報通信方法などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光情報通信において、光ファイバを用いた光通信路が一般的に用いられている。光ファイバによれば、多重化を利用した情報量の多い通信が可能となる。なお、多重化とは、ひとつの伝送路で多数のデジタル信号が相互に混信しないように情報を送信する技術を意味する。
また、波長多重（ＷＤＭ）とは、１本の伝送路（光ファイバなど）上に複数の光信号を伝達するために構築する通信方式のひとつである。同時に流せる信号数が多いものは、特に高密度波長多重送信（ＤＷＤＭ）方式と呼ばれる。これは、波長の異なるレーザービームは互いに干渉しないという性質を利用し、多数の光信号を同時に利用することで光ファイバーを効率的に利用し、伝送量を増加させることにより高速伝送を可能とするものである。
高密度波長多重送信では、既存の光ファイバーはそのままで、両端の多重化装置さえ取り替えれば帯域を拡大できる点や、光増幅器の間隔を広くしても適切に光信号を伝送できるといった利点がある。
【０００３】
ただし、光ファイバを用いた光通信路では、波長分散などにより、信号波形が劣化するという問題がある。この問題を解決するために、光通信路の途中または復号器側で分散補償ファイバを設けるという技術が開発されている。このような分散補償ファイバは、伝送路の分散によってそれぞれに新たに設計する必要があるためコストがかかる。
それに対して光位相共役法は、伝送路の中間地点に位相共役器を置くだけで伝送路中の分散を補償でき簡便である。しかし、光位相共役法にはキャリア波長（キャリア周波数）がシフトするという問題があった。従って、各チャンネルの波長が正確に決まっている波長多重通信システムにおいては、位相共役法を利用できなかった。
【０００４】
最近、高非線形ファイバをサニャック干渉計の中に４光波混合媒質として挿入し、波長シフトが小さい光位相共役器が報告されている（Lim, Futami, Kikuch, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.11, No. 5, May 1999, pp. 578-580.（非特許文献１）参照。）。また、例えば、半導体利得媒質中の４光波混合を用いた新しい光デバイスの可能性が示唆されている（例えば、応用物理 第６３巻 第1２号 ｐｐ１２１９−１２２６（１９９４年）（非特許文献２）参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
非特許文献 Lim, Futami, Kikuch, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.11, No. 5, May 1999, pp. 578-580.
【非特許文献２】
応用物理 第６３巻 第1２号 ｐｐ１２１９−１２２６（１９９４年）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、４光波混合媒質としての半導体光増幅器をサニャック干渉計の中に置き、波長シフトが起きない位相共役光を効率よく取り出すことによって、波長多重通信システム中の分散補償が可能な位相共役器やそのような位相共役器を用いた光情報通信システムなどを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の発明により解決される。
（１）第１の発明は、「連続光を発生する第１の光源（１１）と、
信号光と、前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器（５）と、
連続光を発生する第２の光源（１２）と、
前記第１の合波器で混合させた光が入力される第１の入出力ポート（Ｐ１）と、前記第２の光源から発生する光が入力される第２の入出力ポート（Ｐ２）と、前記第１の入出力ポート（Ｐ１）に入力された前記第１の合波器で混合させた光と前記第２の光源から発生する光とを混合した光を出力する第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）と、を有する光結合器（４）と、
前記光結合器の第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）をループ状に結合し、位相共役光を発生させる半導体光増幅器（３）と、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）と前記第２の光源（１２）との間の光路に設けられた第２の合波器（６）と、
前記ループ内に設けられた偏波面制御器（１３）と、
を含み，
前記第１の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ１[Ｈｚ]、前記第２の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ２[Ｈｚ]、前記信号光の周波数をｆｓ[Ｈｚ]としたときに，２ｆｓ＝Ｆｃｗ１＋Ｆｃｗ２を満たすように制御し、
前記光結合器（４）は、入力光の偏波面によって、出力経路を変えることができるものであり、
前記偏波面制御器（１３）は、前記半導体光増幅器（３）で発生した位相共役光が前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）へ出力されるように偏波面を制御し、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）から出力された位相共役光は、前記第２の合波器（６）を経て出力信号光として出力される、
位相共役器」である。この発明によれば、信号光と同一または近似した周波数を有する位相共役光を出力光として出力することができる。すなわち、周波数シフトフリー位相共役器を提供することができる。また、偏波面制御器により、出力ポート中の光の偏光面を制御することにより、効果的に４波混合現象を引き起こすことができるとともに、位相共役光を特定の出力ポートから出力することができる。
（２）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、光増幅器が、第１の合波器の上流にある信号光の光通信路、第１の光源と第１の合波器の間の光通信路、第２の光源と光結合器の間の光通信路のいずれか又は２つ以上に設けらる。光増幅器を用いることによって、光の強度を増幅し、効果的に伝送路中の分散を補償できる。
（３）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、前記光増幅器が、周期分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。ＰＰＬＮは、光ファイバ通信に用いられる信号光を効果的に増幅するためより好ましい。
（４）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、位相共役光とポンプ光を切り分ける光フィルタが、前記光結合器の下流に設けられる。位相共役光を優先的に通過する光フィルタにより位相共役光が相対強度高く選択される。
（５）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、「前記２つの光源うち少なくとも一方が波長可変レーザである。波長可変レーザを用いれば、様々な波長の入力光についても、効果的に位相共役光を得ることができる。
【０００８】
（６）第２の発明は、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の位相共役器を用いた光情報通信システムである。上記の位相共役器を用いれば、効果的に伝送路中の光分散を補償できる。
（７）第３の発明は、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の位相共役器を用いた波長多重分割通信システムである。上記の位相共役器は、信号光と、出力光である位相共役光との周波数のずれが少ない。したがって、様々な波長を用いた情報通信である波長多重分割通信において効果的に用いることができる。
【０００９】
（８）第４の発明は、「 連続光を発生する第１の光源（１１）と、
信号光と、前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器（５）と、
連続光を発生する第２の光源（１２）と、
前記第１の合波器で混合させた光が入力される第１の入出力ポート（Ｐ１）と、前記第２の光源から発生する光が入力される第２の入出力ポート（Ｐ２）と、前記第１の入出力ポート（Ｐ１）に入力された前記第１の合波器で混合させた光と前記第２の光源から発生する光とを混合した光を出力する第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）と、を有する光結合器（４）と、
前記光結合器の第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）をループ状に結合し、位相共役光を発生させる半導体光増幅器（３）と、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）と前記第２の光源（１２）との間の光路に設けられた第２の合波器（６）と、前記ループ内に設けられた偏波面制御器（１３）と、を含む位相共役器を用い、前記半導体光増幅器における４波混合現象を利用した波長多重分割通信方法であって、
前記２つの光源から出力される２つの連続光の周波数の平均が、前記信号光の周波数と同一又は、±２００ＭＨｚの範囲内となるように制御し、
前記第１の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ１[Ｈｚ]、前記第２の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ２[Ｈｚ]、前記信号光の周波数をｆｓ[Ｈｚ]としたときに，２ｆｓ＝Ｆｃｗ１＋Ｆｃｗ２を満たすように制御し、
前記光結合器（４）は、入力光の偏波面によって、出力経路を変えることができるものであり、
前記偏波面制御器（１３）により、前記半導体光増幅器（３）で発生した位相共役光が前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）へ出力されるように偏波面を制御し、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）から出力された位相共役光は、前記第２の合波器（６）を経て出力信号光として出力される、
ことを特徴とする波長多重分割通信方法」である。この波長多重分割通信方法によれば、分散する光を補償し、効果的に光情報を伝達することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、本発明の実施態様である位相共役器は、連続光を発生する第１の光源１１と、信号光と前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器５と、連続光を発生する第２の光源１２と、前記第１の合波器５で混合させた光と、前記第２の光源２８から発生する光（光増幅器によって増幅されていても良い）とを混合し、出力する２×２の入出力ポートを有する光結合器４と、前記光結合器からの２つの出力ポートをループ状に結合する半導体光増幅器３とを含む位相共役器である。また、光結合器からの２つの出力ポートのうちいずれかひとつの出力ポートには、偏波面制御器１３が設けられ、光結合器４の下流には第２の合波器６が設けられ、その下流には光フィルタ１４（又は１５）が設けられている。図１において、２１−２８は、光通信路を表し、Ｐ１−Ｐ４は、入出力ポートを表す。以下、この実施態様における各構成要素について説明する。なお、この実施態様においては、好ましくは光結合器４と、前記光結合器からの出力ポートＰ３とＰ４とをループ状に結合する半導体光増幅器（ＳＯＡ）３とを含む部分によりサニャック干渉計２を構成する。
【００１１】
なお、サニャック干渉計とは、サニャック（Sagnac）が考案したリング型の光干渉計であり、リングを順方向及び逆方向に伝搬した光を再び入力面で干渉させ出力を取り出すものである。
【００１２】
〔半導体光増幅器〕
本発明に用いられる半導体光増幅器３は、位相共役光を発生させるための非線形媒質を含む。半導体光増幅器としては、応用物理 第６３巻 第1２号 ｐｐ１２１９−１２２６（１９９４年）（非特許文献１）に記載されているような光ファイバ、バルク型半導体光増幅器、多重量子井戸半導体光増幅器など公知の半導体光増幅器を用いることができる。これらのなかでも、半導体光増幅器として、偏波無依存バルク型半導体光増幅器が好ましい。
本発明において、具体的に用いた半導体光増幅器は、AXON製APSOA1015である。
【００１３】
〔光源〕
本発明に用いられる光源１１、１２としては、連続光を発生することのできる２台のレーザ光源が挙げられる。好ましくは、これらの光源のうち少なくとも一方は、波長可変光源である。なお、４光波混合を得るために、通常は２つ又は３つの光をある角度を持って非線形媒質に入射する。４光波混合現象のうち、各入射光が同じ周波数の場合を縮退４光波混合（ＤＦＷＭ）、周波数が異なる場合を非縮退４光波混合（ＮＤＦＷＭ）とよぶ。これらのうちで、特に半導体レーザ増幅器を非線形材質として用いる場合は、ＮＤＦＷＭが好ましい。
【００１４】
〔４光波混合現象〕
以下、４光波混合現象について説明する。
波長の異なる２つの光（強い光をポンプ光（周波数ｆｐ）、弱い光をプローブ光（周波数ｆｑ））を非線形媒質の中に注入すると、ポンプ光を中心として、プローブ光とは対象の周波数位置に、新たな光（シグナル光（周波数ｆｓ））が出力する。これらの周波数には、ｆｓ＝２ｆｐ−ｆｑの関係がある。ポンプ光とプローブ光とのビートによりポンプ光が変調され、シグナル光が発生する。これら４つの光波（ポンプ光は二度登場するので２つと数える。）が関与する光混合現象が、４光波混合現象と呼ばれる現象である。４光波混合が生ずるためには、２つの入力光の差周波数ｆｄ＝ｆｐ−ｆｑに非線形効果が応答しなければならない。ｆｄが数ＧＨｚ以下の場合、主要な光非線形効果は、バンド間遷移によるキャリア数の変化である。この周波数領域を近縮退４光波混合（ＮＤＦＷＭ）とよぶ。ｆｄが更に大きくなると、もはやキャリア数の変化は追随しなくなり、バンド内緩和を期限とする非線形効果が主要なメカニズムとなる。ｆｄが数１００ＧＨｚから数ＴＨｚの領域を、高非縮退４光波混合（ＨＮＤＦＷＭ）とよぶ。
【００１５】
２つの光源から出力される連続光の波長としては、信号光の波長が１５４５ｎｍであれば、例えば、一方の光源は、波長１５３０ｎｍの連続光を、他方の光源は１５６０ｎｍの連続光を放出するように制御することが好ましい。すなわち、２つの光源が出力する２つの連続光の波長（周波数）の平均が、信号光の波長（周波数）となるような２つの連続光を出力するように制御する。連続光の波長としては、好ましくは、1530ｎｍ〜1560ｎｍであり、より好ましくは1540ｎｍ〜1560ｎｍであり、更に好ましくは、1550ｎｍ〜1560ｎｍである。連続光の強度して、好ましくは-3dBm〜3dBmであり、より好ましくは-1dBm〜3dBmであり、更に好ましくは0dBm〜3dBmである。本発明において、具体的に用いた光源は、NetTEST製TUNICS-Referenceである。
【００１６】
〔入力信号光〕
本発明の位相共役器に入力される入力信号光としては、光通信に用いられる光信号であれば、特に限定されるものではなく、公知の光を用いることができ、好ましくは、周波数変動が小さい信号であり、より好ましくは、ITUグリッドに一致している信号である。
【００１７】
〔光結合器〕
光結合器は、ひとつまたはそれ以上の光通信路からの光を、ひとつ又はそれ以上の光通信路に混合又は分配することができるものであれば、特に限定されるものではない。光結合器としては、入力光の偏光面によって、出力経路を変えることができるものが好ましい。
光結合器としては、ミラー型結合器、ファイバ結合器が挙げられ、好ましくは、ファイバ結合器である。本発明で用いた具体的な光結合器は、TATSUTA製216759である。
【００１８】
〔合波器〕
合波器は、ひとつまたはそれ以上の光通信路からの光を、ひとつ又はそれ以上の光通信路に混合又は分配することができるものであれば、特に限定されるものではない。
合波器としては、ハーフミラー、偏光ビームスプリッターなどのビームスプリッター、ファイバ型結合器など公知の合波器を用いることができる。本発明で具体的に用いた合波器は、TATSUTA製216759である。
【００１９】
〔光増幅器〕
４光波混合を効率よく発生させるために、信号光や連続光がサニャック干渉計に入力される前（上流）、及びサニャック干渉計から光が出力された後（下流）には、好ましくは、任意要素である光増幅器７，８，９，１０が設けられている。このような光増幅器としては、半導体レーザ増幅器、光ファイバ増幅器が挙げられ、これらのなかでもより好ましくは、光ファイバ増幅器であり、更に好ましくは、エルビウム添加ファイバ増幅器（erbium-doped fiber amplifer: ＥＤＦＡ）である。ＥＤＦＡは、増幅可能な帯域幅も広く、１．５５マイクロメートル帯で、０．０３マイクロメートル以上の増幅帯域が得られている。これを周波数帯域に換算すると約３．７ＴＨｚにもなる。また、ＥＤＦＡは、入射光の偏派面に依存しないという利点も有する。なお、光ファイバ通信では、一般的に１．５５マイクロメートル帯が用いられるため、光増幅器としては、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が好ましいが、１．３３マイクロメートル帯を用いた光通信においては、ネオジウム添加ファイバ増幅器が好ましい。なお、４波混合現象を得るためには、光増幅器に代えて、又は光増幅器とともにＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）を用いることは本発明の好ましい実施の態様である。ＰＰＬＮ（周期分極ニオブ酸リチウム ：Periodically Poled Lithium Niobate :）は、LiNbO3に周期的な分極反転構造を形成して擬似位相整合 (QPM：quasi-phase-matching) を達成した高効率波長変換素子である。ＰＰＬＮは、ニオブ酸リチウム結晶の中で擬似位相整合 (quase-phase-matching : QPM)に基づく非線形光学結晶で、この擬似位相整合 (QPM)により、波長透過範囲350nm〜 5μmの色々な光作用の位相整合 (the phase matching)に適した結晶の製造ができる。標準周期は、現在 6.4, 6.5, 16.9, 29.3, 30.2μmがある。第二高調波発生(SHG)、差周波発生(DFG) 、和周波混合(SFM)、光パラメトリック発振(OPO) など用に合わせてグレーティングと特注ポーリングの設計が容易にできる。ＰＰＬＮは、長さ1.5cm（周期：6.5μm）の結晶の中をレーザを一回のみ通過（a single pass）させることにより Nd:YAGの第二高周波発生(SHG)により高出力の中赤外光を発生することができる。また、ＰＰＬＮは、Nd:YAG 励起 OPO で光出力中赤外光を発生できる。さらに、ＰＰＬＮは、複屈折による Nd:YAG 位相整合(birefringency phased matched)された発振器と比べて、PPLN結晶に基づく中赤外Nd:YAG励起され た光パラメトリック発振器（ OPO ）は温度と角度アクセプタンスが10から50倍良くなる等の利点がある。ＰＰＬＮについては、M. H. Chou, et.al. Opt. Lett., 23, 1998, p.1004.、M. H. Chou, et.al. IEEE Phot. Tech. Lett., 12, 1998, p.82.、Nakamura, M. et.al., Jpn. J. Appl. Phys. 38, 1999, p.L512.などに記載されている。
本発明で具体的に用いた光増幅器は、IPGLaser製EAD-40C及びEAD-500Cである。
【００２０】
〔光フィルタ〕
位相共役光とポンプ光を切り分けるために、好ましくは任意要素である前記第２の合波器の下流に光フィルタ（１４又は１５）が、設けられている。
光フィルタとしては、信号光を通過させ、ポンプ光の強度を弱めることができるフィルタであれば、特に限定されるものではなく、公知の光フィルタを用いることができる。光フィルタにより、位相共役光が強度よく取り出されることとなる。
光フィルタとしては、ファイバブラッググレーティング、狭帯域光フィルタなど公知の光フィルタを用いることができる。これらのなかでも、通過させる光の領域が狭い狭帯域光フィルタが好ましく、狭帯域光フィルタとしては、誘電体多層幕狭帯域光フィルタが好ましい。
本発明で具体的に用いた狭帯域光フィルタは、応用光電製TFMA-1570-3である。このものは、誘電体多層幕狭帯域光フィルタである。
【００２１】
〔偏波面制御器〕
サニャック干渉計内で光を効率よく干渉させるために、好ましくは任意要素である偏波面制御器が、光結合器からの２つの出力ポートのうちいずれかひとつの出力ポートＰ３又はＰ４に設けらる。４波混合現象が起きるためには、非線形媒体に入力される光の偏光面が制御されていなければならないため、偏波面制御器により、２つの出力ポートのうちいずれかのポートを経由する光の偏光を調整することにより効率的に４波混合現象を引き起こすことができる。
偏波面制御器としては、ファイバループ型、波長板型など公知の偏波面制御器を用いることができる。これらのなかでも、偏波面制御器として、波長板型が好ましい。
本発明で具体的に用いた偏波面制御器は、応用光電製MPCA-1550である。
【００２２】
〔波長多重分割通信方法〕
以下、第１の実施態様である位相共役器１を用いた波長多重分割通信方法について説明する。第１の実施態様における入力光信号は、複数の光信号を、合波装置を用いてひとつの光通信路に混合したものが挙げられる。したがって、出力光信号は、分波装置を用いて分波される。しかしながら、以下では、簡単のため入力光信号は、単一波長として説明する。入力光信号は、第１の光増幅器７で増幅される。一方、連続光は、第１の光源１１から出力され、上記入力信号と同様に、第２の光増幅器８で増幅される。
【００２３】
第１の光増幅器７で増幅された入力光信号（Ｐｉｎ）、及び第２の光増幅器８で増幅された連続光は、第１の合波器５で混合される。合波の割合は、例えば５０：５０（３ｄＢ）である。３ｄＢとは光強度結合率が半分（３ｄＢ）の事を示す。第１の合波器５で混合された光信号は、サニャック干渉計内の光結合器の入力ポートＰ１から、光結合器４に入力される。
【００２４】
一方、第１の光源１１からの光とは異なる波長を有する光を発生させる第２の光源１２から出力され、第３の光増幅器９で増幅された光は、光通信路２７、第３の合波器６を経て、サニャック干渉計内の光結合器の入力ポートＰ２から光結合器４に入力される。
【００２５】
ポートＰ１及びポートＰ２から光結合器４に入力された光は、混合され、２つの出力ポートＰ３、及びＰ４から出力される。これらの光信号は、それぞれループを逆方向に伝搬し、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３に入力される。半導体光増幅器（ＳＯＡ）３において、後述する４波混合現象が引き起こされ、信号光と同一又は、信号光に近い周波数又は波長を有する位相共役光が発生する。なお、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３に入力される光の偏光面を制御するため、ポートＰ３又はポートＰ４には、好ましくは偏波面制御器１３が設けられている。第１の光源１１由来の光及び第２の光源１２由来の光は、それぞれ４波混合現象におけるポンプ光として機能する。
【００２６】
波長シフトがない位相共役波（すなわち、信号光と同じ波長の光）を位相共役器１から出力させるためには、連続光の周波数をfcw1、fcw2とすると、信号光の周波数fsを1/2（fcw1+fcw2）となるように連続光の周波数を調整すればよい。すなわち、２つの連続光の周波数の平均が、信号光の周波数となるようにすればよい。実際には、光源の周波数より、波長を制御することが容易であることから、連続光の波長をλcw1、λcw2とすると、信号光の波長λsを1/2（fcw1+fcw2）となるように連続光の波長を調整すればよい。この場合、信号光の周波数と、位相共役光の周波数、及び波長は若干ずれるが、そのずれがわずかであれば、光情報通信において特に問題とならない。
【００２７】
そして、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３を通過する光や、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３において、発生した位相共役光は、ポートＰ３及びポートＰ４を経て光結合器４に入力される。光結合器４に入力された光は、ポートＰ３の光と、ポートＰ４の光の位相が同じであるか、又は異なるかによってポートＰ１又はポートＰ２から出力される。
【００２８】
この際、位相共役光がポートＰ２から出力されるように、偏波面制御器１３、及び光結合器が調整される。すなわち、半導体光増幅器中で発生した位相共役波の波長は、信号光の波長と一致する（又はおおよそ一致する）が、信号光と位相共役波は光位相が反転しているため、サニャック干渉計２を構成する光結合器４により、信号光と位相共役光が切り分けられ、位相共役光がポート２から出力される。
【００２９】
ポート２から出力された位相共役光は、第２の合波器を経て、第４の光増幅器により増幅され、光通信路２６を経て出力される。なお、ポート２から出力される光には、位相共役光の他に第１の光源１１由来の光及び第２の光源１２由来の光の一部が混在する。この混在した光成分を取り除くために、好ましくは光フィルタが図１の２６又は２５の位置に設けられている。
【００３０】
このようにして、本発明の位相共役器によれば、入力信号光と同一又は近似した波長、又は周波数を持った位相共役光が出力させることとなる。したがって、これまで説明したプロセスを様々な波長を有する入力光に関して適用すれば、それぞれの入力光に対応した位相共役光を出力させることができることとなり、光情報が位相共役光によって、伝播されることとなる。
【００３１】
波長多重通信では、チャンネルごとに波長が正確に決まっている。従って、波長シフトが起きない本発明の位相共役器は、波長多重通信の分散補償システムに適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
波長多重通信によれば、従来に比べ多くの情報量を通信することができるが、本発明の位相共役器は、光情報通信において発生する光分散を、波長多重通信においても補償することができる。すなわち、本発明によれば、波長多重通信システムに応用可能な位相共役器、そのような位相共役器を用いた波長多重通信システム及び通信方法を提供できる。また、本発明の位相共役器は、構造が簡便であり、また設計が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、周波数シフトフリー位相共役器の概図である。
【符号の説明】
１ 位相共役器
２ サニャック干渉計
３ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
４ 光結合器
５ 第１の合波器
６ 第２の合波器
７ 第１の光増幅器
８ 第２の光増幅器
９ 第３の光増幅器
１０ 第４の光増幅器
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 偏波面制御器
１４ 光フィルタ
１５ 光フィルタ
２１−２８ 光通信路
Ｐ１−Ｐ４ 入出力ポート
Ｐin 入力信号光
Pout 出力信号光
【発明の属する技術分野】
この発明は、光情報通信に用いられる周波数シフトフリー位相共役器、それを用いた光情報通信システム及び光情報通信方法などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光情報通信において、光ファイバを用いた光通信路が一般的に用いられている。光ファイバによれば、多重化を利用した情報量の多い通信が可能となる。なお、多重化とは、ひとつの伝送路で多数のデジタル信号が相互に混信しないように情報を送信する技術を意味する。
また、波長多重（ＷＤＭ）とは、１本の伝送路（光ファイバなど）上に複数の光信号を伝達するために構築する通信方式のひとつである。同時に流せる信号数が多いものは、特に高密度波長多重送信（ＤＷＤＭ）方式と呼ばれる。これは、波長の異なるレーザービームは互いに干渉しないという性質を利用し、多数の光信号を同時に利用することで光ファイバーを効率的に利用し、伝送量を増加させることにより高速伝送を可能とするものである。
高密度波長多重送信では、既存の光ファイバーはそのままで、両端の多重化装置さえ取り替えれば帯域を拡大できる点や、光増幅器の間隔を広くしても適切に光信号を伝送できるといった利点がある。
【０００３】
ただし、光ファイバを用いた光通信路では、波長分散などにより、信号波形が劣化するという問題がある。この問題を解決するために、光通信路の途中または復号器側で分散補償ファイバを設けるという技術が開発されている。このような分散補償ファイバは、伝送路の分散によってそれぞれに新たに設計する必要があるためコストがかかる。
それに対して光位相共役法は、伝送路の中間地点に位相共役器を置くだけで伝送路中の分散を補償でき簡便である。しかし、光位相共役法にはキャリア波長（キャリア周波数）がシフトするという問題があった。従って、各チャンネルの波長が正確に決まっている波長多重通信システムにおいては、位相共役法を利用できなかった。
【０００４】
最近、高非線形ファイバをサニャック干渉計の中に４光波混合媒質として挿入し、波長シフトが小さい光位相共役器が報告されている（Lim, Futami, Kikuch, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.11, No. 5, May 1999, pp. 578-580.（非特許文献１）参照。）。また、例えば、半導体利得媒質中の４光波混合を用いた新しい光デバイスの可能性が示唆されている（例えば、応用物理 第６３巻 第1２号 ｐｐ１２１９−１２２６（１９９４年）（非特許文献２）参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
非特許文献 Lim, Futami, Kikuch, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.11, No. 5, May 1999, pp. 578-580.
【非特許文献２】
応用物理 第６３巻 第1２号 ｐｐ１２１９−１２２６（１９９４年）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、４光波混合媒質としての半導体光増幅器をサニャック干渉計の中に置き、波長シフトが起きない位相共役光を効率よく取り出すことによって、波長多重通信システム中の分散補償が可能な位相共役器やそのような位相共役器を用いた光情報通信システムなどを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の発明により解決される。
（１）第１の発明は、「連続光を発生する第１の光源（１１）と、
信号光と、前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器（５）と、
連続光を発生する第２の光源（１２）と、
前記第１の合波器で混合させた光が入力される第１の入出力ポート（Ｐ１）と、前記第２の光源から発生する光が入力される第２の入出力ポート（Ｐ２）と、前記第１の入出力ポート（Ｐ１）に入力された前記第１の合波器で混合させた光と前記第２の光源から発生する光とを混合した光を出力する第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）と、を有する光結合器（４）と、
前記光結合器の第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）をループ状に結合し、位相共役光を発生させる半導体光増幅器（３）と、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）と前記第２の光源（１２）との間の光路に設けられた第２の合波器（６）と、
前記ループ内に設けられた偏波面制御器（１３）と、
を含み，
前記第１の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ１[Ｈｚ]、前記第２の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ２[Ｈｚ]、前記信号光の周波数をｆｓ[Ｈｚ]としたときに，２ｆｓ＝Ｆｃｗ１＋Ｆｃｗ２を満たすように制御し、
前記光結合器（４）は、入力光の偏波面によって、出力経路を変えることができるものであり、
前記偏波面制御器（１３）は、前記半導体光増幅器（３）で発生した位相共役光が前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）へ出力されるように偏波面を制御し、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）から出力された位相共役光は、前記第２の合波器（６）を経て出力信号光として出力される、
位相共役器」である。この発明によれば、信号光と同一または近似した周波数を有する位相共役光を出力光として出力することができる。すなわち、周波数シフトフリー位相共役器を提供することができる。また、偏波面制御器により、出力ポート中の光の偏光面を制御することにより、効果的に４波混合現象を引き起こすことができるとともに、位相共役光を特定の出力ポートから出力することができる。
（２）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、光増幅器が、第１の合波器の上流にある信号光の光通信路、第１の光源と第１の合波器の間の光通信路、第２の光源と光結合器の間の光通信路のいずれか又は２つ以上に設けらる。光増幅器を用いることによって、光の強度を増幅し、効果的に伝送路中の分散を補償できる。
（３）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、前記光増幅器が、周期分極ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）である。ＰＰＬＮは、光ファイバ通信に用いられる信号光を効果的に増幅するためより好ましい。
（４）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、位相共役光とポンプ光を切り分ける光フィルタが、前記光結合器の下流に設けられる。位相共役光を優先的に通過する光フィルタにより位相共役光が相対強度高く選択される。
（５）第１の発明の位相共役器において、好ましくは、「前記２つの光源うち少なくとも一方が波長可変レーザである。波長可変レーザを用いれば、様々な波長の入力光についても、効果的に位相共役光を得ることができる。
【０００８】
（６）第２の発明は、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の位相共役器を用いた光情報通信システムである。上記の位相共役器を用いれば、効果的に伝送路中の光分散を補償できる。
（７）第３の発明は、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の位相共役器を用いた波長多重分割通信システムである。上記の位相共役器は、信号光と、出力光である位相共役光との周波数のずれが少ない。したがって、様々な波長を用いた情報通信である波長多重分割通信において効果的に用いることができる。
【０００９】
（８）第４の発明は、「 連続光を発生する第１の光源（１１）と、
信号光と、前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器（５）と、
連続光を発生する第２の光源（１２）と、
前記第１の合波器で混合させた光が入力される第１の入出力ポート（Ｐ１）と、前記第２の光源から発生する光が入力される第２の入出力ポート（Ｐ２）と、前記第１の入出力ポート（Ｐ１）に入力された前記第１の合波器で混合させた光と前記第２の光源から発生する光とを混合した光を出力する第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）と、を有する光結合器（４）と、
前記光結合器の第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）をループ状に結合し、位相共役光を発生させる半導体光増幅器（３）と、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）と前記第２の光源（１２）との間の光路に設けられた第２の合波器（６）と、前記ループ内に設けられた偏波面制御器（１３）と、を含む位相共役器を用い、前記半導体光増幅器における４波混合現象を利用した波長多重分割通信方法であって、
前記２つの光源から出力される２つの連続光の周波数の平均が、前記信号光の周波数と同一又は、±２００ＭＨｚの範囲内となるように制御し、
前記第１の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ１[Ｈｚ]、前記第２の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ２[Ｈｚ]、前記信号光の周波数をｆｓ[Ｈｚ]としたときに，２ｆｓ＝Ｆｃｗ１＋Ｆｃｗ２を満たすように制御し、
前記光結合器（４）は、入力光の偏波面によって、出力経路を変えることができるものであり、
前記偏波面制御器（１３）により、前記半導体光増幅器（３）で発生した位相共役光が前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）へ出力されるように偏波面を制御し、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）から出力された位相共役光は、前記第２の合波器（６）を経て出力信号光として出力される、
ことを特徴とする波長多重分割通信方法」である。この波長多重分割通信方法によれば、分散する光を補償し、効果的に光情報を伝達することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、本発明の実施態様である位相共役器は、連続光を発生する第１の光源１１と、信号光と前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器５と、連続光を発生する第２の光源１２と、前記第１の合波器５で混合させた光と、前記第２の光源２８から発生する光（光増幅器によって増幅されていても良い）とを混合し、出力する２×２の入出力ポートを有する光結合器４と、前記光結合器からの２つの出力ポートをループ状に結合する半導体光増幅器３とを含む位相共役器である。また、光結合器からの２つの出力ポートのうちいずれかひとつの出力ポートには、偏波面制御器１３が設けられ、光結合器４の下流には第２の合波器６が設けられ、その下流には光フィルタ１４（又は１５）が設けられている。図１において、２１−２８は、光通信路を表し、Ｐ１−Ｐ４は、入出力ポートを表す。以下、この実施態様における各構成要素について説明する。なお、この実施態様においては、好ましくは光結合器４と、前記光結合器からの出力ポートＰ３とＰ４とをループ状に結合する半導体光増幅器（ＳＯＡ）３とを含む部分によりサニャック干渉計２を構成する。
【００１１】
なお、サニャック干渉計とは、サニャック（Sagnac）が考案したリング型の光干渉計であり、リングを順方向及び逆方向に伝搬した光を再び入力面で干渉させ出力を取り出すものである。
【００１２】
〔半導体光増幅器〕
本発明に用いられる半導体光増幅器３は、位相共役光を発生させるための非線形媒質を含む。半導体光増幅器としては、応用物理 第６３巻 第1２号 ｐｐ１２１９−１２２６（１９９４年）（非特許文献１）に記載されているような光ファイバ、バルク型半導体光増幅器、多重量子井戸半導体光増幅器など公知の半導体光増幅器を用いることができる。これらのなかでも、半導体光増幅器として、偏波無依存バルク型半導体光増幅器が好ましい。
本発明において、具体的に用いた半導体光増幅器は、AXON製APSOA1015である。
【００１３】
〔光源〕
本発明に用いられる光源１１、１２としては、連続光を発生することのできる２台のレーザ光源が挙げられる。好ましくは、これらの光源のうち少なくとも一方は、波長可変光源である。なお、４光波混合を得るために、通常は２つ又は３つの光をある角度を持って非線形媒質に入射する。４光波混合現象のうち、各入射光が同じ周波数の場合を縮退４光波混合（ＤＦＷＭ）、周波数が異なる場合を非縮退４光波混合（ＮＤＦＷＭ）とよぶ。これらのうちで、特に半導体レーザ増幅器を非線形材質として用いる場合は、ＮＤＦＷＭが好ましい。
【００１４】
〔４光波混合現象〕
以下、４光波混合現象について説明する。
波長の異なる２つの光（強い光をポンプ光（周波数ｆｐ）、弱い光をプローブ光（周波数ｆｑ））を非線形媒質の中に注入すると、ポンプ光を中心として、プローブ光とは対象の周波数位置に、新たな光（シグナル光（周波数ｆｓ））が出力する。これらの周波数には、ｆｓ＝２ｆｐ−ｆｑの関係がある。ポンプ光とプローブ光とのビートによりポンプ光が変調され、シグナル光が発生する。これら４つの光波（ポンプ光は二度登場するので２つと数える。）が関与する光混合現象が、４光波混合現象と呼ばれる現象である。４光波混合が生ずるためには、２つの入力光の差周波数ｆｄ＝ｆｐ−ｆｑに非線形効果が応答しなければならない。ｆｄが数ＧＨｚ以下の場合、主要な光非線形効果は、バンド間遷移によるキャリア数の変化である。この周波数領域を近縮退４光波混合（ＮＤＦＷＭ）とよぶ。ｆｄが更に大きくなると、もはやキャリア数の変化は追随しなくなり、バンド内緩和を期限とする非線形効果が主要なメカニズムとなる。ｆｄが数１００ＧＨｚから数ＴＨｚの領域を、高非縮退４光波混合（ＨＮＤＦＷＭ）とよぶ。
【００１５】
２つの光源から出力される連続光の波長としては、信号光の波長が１５４５ｎｍであれば、例えば、一方の光源は、波長１５３０ｎｍの連続光を、他方の光源は１５６０ｎｍの連続光を放出するように制御することが好ましい。すなわち、２つの光源が出力する２つの連続光の波長（周波数）の平均が、信号光の波長（周波数）となるような２つの連続光を出力するように制御する。連続光の波長としては、好ましくは、1530ｎｍ〜1560ｎｍであり、より好ましくは1540ｎｍ〜1560ｎｍであり、更に好ましくは、1550ｎｍ〜1560ｎｍである。連続光の強度して、好ましくは-3dBm〜3dBmであり、より好ましくは-1dBm〜3dBmであり、更に好ましくは0dBm〜3dBmである。本発明において、具体的に用いた光源は、NetTEST製TUNICS-Referenceである。
【００１６】
〔入力信号光〕
本発明の位相共役器に入力される入力信号光としては、光通信に用いられる光信号であれば、特に限定されるものではなく、公知の光を用いることができ、好ましくは、周波数変動が小さい信号であり、より好ましくは、ITUグリッドに一致している信号である。
【００１７】
〔光結合器〕
光結合器は、ひとつまたはそれ以上の光通信路からの光を、ひとつ又はそれ以上の光通信路に混合又は分配することができるものであれば、特に限定されるものではない。光結合器としては、入力光の偏光面によって、出力経路を変えることができるものが好ましい。
光結合器としては、ミラー型結合器、ファイバ結合器が挙げられ、好ましくは、ファイバ結合器である。本発明で用いた具体的な光結合器は、TATSUTA製216759である。
【００１８】
〔合波器〕
合波器は、ひとつまたはそれ以上の光通信路からの光を、ひとつ又はそれ以上の光通信路に混合又は分配することができるものであれば、特に限定されるものではない。
合波器としては、ハーフミラー、偏光ビームスプリッターなどのビームスプリッター、ファイバ型結合器など公知の合波器を用いることができる。本発明で具体的に用いた合波器は、TATSUTA製216759である。
【００１９】
〔光増幅器〕
４光波混合を効率よく発生させるために、信号光や連続光がサニャック干渉計に入力される前（上流）、及びサニャック干渉計から光が出力された後（下流）には、好ましくは、任意要素である光増幅器７，８，９，１０が設けられている。このような光増幅器としては、半導体レーザ増幅器、光ファイバ増幅器が挙げられ、これらのなかでもより好ましくは、光ファイバ増幅器であり、更に好ましくは、エルビウム添加ファイバ増幅器（erbium-doped fiber amplifer: ＥＤＦＡ）である。ＥＤＦＡは、増幅可能な帯域幅も広く、１．５５マイクロメートル帯で、０．０３マイクロメートル以上の増幅帯域が得られている。これを周波数帯域に換算すると約３．７ＴＨｚにもなる。また、ＥＤＦＡは、入射光の偏派面に依存しないという利点も有する。なお、光ファイバ通信では、一般的に１．５５マイクロメートル帯が用いられるため、光増幅器としては、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が好ましいが、１．３３マイクロメートル帯を用いた光通信においては、ネオジウム添加ファイバ増幅器が好ましい。なお、４波混合現象を得るためには、光増幅器に代えて、又は光増幅器とともにＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）を用いることは本発明の好ましい実施の態様である。ＰＰＬＮ（周期分極ニオブ酸リチウム ：Periodically Poled Lithium Niobate :）は、LiNbO3に周期的な分極反転構造を形成して擬似位相整合 (QPM：quasi-phase-matching) を達成した高効率波長変換素子である。ＰＰＬＮは、ニオブ酸リチウム結晶の中で擬似位相整合 (quase-phase-matching : QPM)に基づく非線形光学結晶で、この擬似位相整合 (QPM)により、波長透過範囲350nm〜 5μmの色々な光作用の位相整合 (the phase matching)に適した結晶の製造ができる。標準周期は、現在 6.4, 6.5, 16.9, 29.3, 30.2μmがある。第二高調波発生(SHG)、差周波発生(DFG) 、和周波混合(SFM)、光パラメトリック発振(OPO) など用に合わせてグレーティングと特注ポーリングの設計が容易にできる。ＰＰＬＮは、長さ1.5cm（周期：6.5μm）の結晶の中をレーザを一回のみ通過（a single pass）させることにより Nd:YAGの第二高周波発生(SHG)により高出力の中赤外光を発生することができる。また、ＰＰＬＮは、Nd:YAG 励起 OPO で光出力中赤外光を発生できる。さらに、ＰＰＬＮは、複屈折による Nd:YAG 位相整合(birefringency phased matched)された発振器と比べて、PPLN結晶に基づく中赤外Nd:YAG励起され た光パラメトリック発振器（ OPO ）は温度と角度アクセプタンスが10から50倍良くなる等の利点がある。ＰＰＬＮについては、M. H. Chou, et.al. Opt. Lett., 23, 1998, p.1004.、M. H. Chou, et.al. IEEE Phot. Tech. Lett., 12, 1998, p.82.、Nakamura, M. et.al., Jpn. J. Appl. Phys. 38, 1999, p.L512.などに記載されている。
本発明で具体的に用いた光増幅器は、IPGLaser製EAD-40C及びEAD-500Cである。
【００２０】
〔光フィルタ〕
位相共役光とポンプ光を切り分けるために、好ましくは任意要素である前記第２の合波器の下流に光フィルタ（１４又は１５）が、設けられている。
光フィルタとしては、信号光を通過させ、ポンプ光の強度を弱めることができるフィルタであれば、特に限定されるものではなく、公知の光フィルタを用いることができる。光フィルタにより、位相共役光が強度よく取り出されることとなる。
光フィルタとしては、ファイバブラッググレーティング、狭帯域光フィルタなど公知の光フィルタを用いることができる。これらのなかでも、通過させる光の領域が狭い狭帯域光フィルタが好ましく、狭帯域光フィルタとしては、誘電体多層幕狭帯域光フィルタが好ましい。
本発明で具体的に用いた狭帯域光フィルタは、応用光電製TFMA-1570-3である。このものは、誘電体多層幕狭帯域光フィルタである。
【００２１】
〔偏波面制御器〕
サニャック干渉計内で光を効率よく干渉させるために、好ましくは任意要素である偏波面制御器が、光結合器からの２つの出力ポートのうちいずれかひとつの出力ポートＰ３又はＰ４に設けらる。４波混合現象が起きるためには、非線形媒体に入力される光の偏光面が制御されていなければならないため、偏波面制御器により、２つの出力ポートのうちいずれかのポートを経由する光の偏光を調整することにより効率的に４波混合現象を引き起こすことができる。
偏波面制御器としては、ファイバループ型、波長板型など公知の偏波面制御器を用いることができる。これらのなかでも、偏波面制御器として、波長板型が好ましい。
本発明で具体的に用いた偏波面制御器は、応用光電製MPCA-1550である。
【００２２】
〔波長多重分割通信方法〕
以下、第１の実施態様である位相共役器１を用いた波長多重分割通信方法について説明する。第１の実施態様における入力光信号は、複数の光信号を、合波装置を用いてひとつの光通信路に混合したものが挙げられる。したがって、出力光信号は、分波装置を用いて分波される。しかしながら、以下では、簡単のため入力光信号は、単一波長として説明する。入力光信号は、第１の光増幅器７で増幅される。一方、連続光は、第１の光源１１から出力され、上記入力信号と同様に、第２の光増幅器８で増幅される。
【００２３】
第１の光増幅器７で増幅された入力光信号（Ｐｉｎ）、及び第２の光増幅器８で増幅された連続光は、第１の合波器５で混合される。合波の割合は、例えば５０：５０（３ｄＢ）である。３ｄＢとは光強度結合率が半分（３ｄＢ）の事を示す。第１の合波器５で混合された光信号は、サニャック干渉計内の光結合器の入力ポートＰ１から、光結合器４に入力される。
【００２４】
一方、第１の光源１１からの光とは異なる波長を有する光を発生させる第２の光源１２から出力され、第３の光増幅器９で増幅された光は、光通信路２７、第３の合波器６を経て、サニャック干渉計内の光結合器の入力ポートＰ２から光結合器４に入力される。
【００２５】
ポートＰ１及びポートＰ２から光結合器４に入力された光は、混合され、２つの出力ポートＰ３、及びＰ４から出力される。これらの光信号は、それぞれループを逆方向に伝搬し、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３に入力される。半導体光増幅器（ＳＯＡ）３において、後述する４波混合現象が引き起こされ、信号光と同一又は、信号光に近い周波数又は波長を有する位相共役光が発生する。なお、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３に入力される光の偏光面を制御するため、ポートＰ３又はポートＰ４には、好ましくは偏波面制御器１３が設けられている。第１の光源１１由来の光及び第２の光源１２由来の光は、それぞれ４波混合現象におけるポンプ光として機能する。
【００２６】
波長シフトがない位相共役波（すなわち、信号光と同じ波長の光）を位相共役器１から出力させるためには、連続光の周波数をfcw1、fcw2とすると、信号光の周波数fsを1/2（fcw1+fcw2）となるように連続光の周波数を調整すればよい。すなわち、２つの連続光の周波数の平均が、信号光の周波数となるようにすればよい。実際には、光源の周波数より、波長を制御することが容易であることから、連続光の波長をλcw1、λcw2とすると、信号光の波長λsを1/2（fcw1+fcw2）となるように連続光の波長を調整すればよい。この場合、信号光の周波数と、位相共役光の周波数、及び波長は若干ずれるが、そのずれがわずかであれば、光情報通信において特に問題とならない。
【００２７】
そして、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３を通過する光や、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３において、発生した位相共役光は、ポートＰ３及びポートＰ４を経て光結合器４に入力される。光結合器４に入力された光は、ポートＰ３の光と、ポートＰ４の光の位相が同じであるか、又は異なるかによってポートＰ１又はポートＰ２から出力される。
【００２８】
この際、位相共役光がポートＰ２から出力されるように、偏波面制御器１３、及び光結合器が調整される。すなわち、半導体光増幅器中で発生した位相共役波の波長は、信号光の波長と一致する（又はおおよそ一致する）が、信号光と位相共役波は光位相が反転しているため、サニャック干渉計２を構成する光結合器４により、信号光と位相共役光が切り分けられ、位相共役光がポート２から出力される。
【００２９】
ポート２から出力された位相共役光は、第２の合波器を経て、第４の光増幅器により増幅され、光通信路２６を経て出力される。なお、ポート２から出力される光には、位相共役光の他に第１の光源１１由来の光及び第２の光源１２由来の光の一部が混在する。この混在した光成分を取り除くために、好ましくは光フィルタが図１の２６又は２５の位置に設けられている。
【００３０】
このようにして、本発明の位相共役器によれば、入力信号光と同一又は近似した波長、又は周波数を持った位相共役光が出力させることとなる。したがって、これまで説明したプロセスを様々な波長を有する入力光に関して適用すれば、それぞれの入力光に対応した位相共役光を出力させることができることとなり、光情報が位相共役光によって、伝播されることとなる。
【００３１】
波長多重通信では、チャンネルごとに波長が正確に決まっている。従って、波長シフトが起きない本発明の位相共役器は、波長多重通信の分散補償システムに適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
波長多重通信によれば、従来に比べ多くの情報量を通信することができるが、本発明の位相共役器は、光情報通信において発生する光分散を、波長多重通信においても補償することができる。すなわち、本発明によれば、波長多重通信システムに応用可能な位相共役器、そのような位相共役器を用いた波長多重通信システム及び通信方法を提供できる。また、本発明の位相共役器は、構造が簡便であり、また設計が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、周波数シフトフリー位相共役器の概図である。
【符号の説明】
１ 位相共役器
２ サニャック干渉計
３ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
４ 光結合器
５ 第１の合波器
６ 第２の合波器
７ 第１の光増幅器
８ 第２の光増幅器
９ 第３の光増幅器
１０ 第４の光増幅器
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 偏波面制御器
１４ 光フィルタ
１５ 光フィルタ
２１−２８ 光通信路
Ｐ１−Ｐ４ 入出力ポート
Ｐin 入力信号光
Pout 出力信号光
Claims (8)
- 連続光を発生する第１の光源（１１）と、
信号光と、前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器（５）と、
連続光を発生する第２の光源（１２）と、
前記第１の合波器で混合させた光が入力される第１の入出力ポート（Ｐ１）と、前記第２の光源から発生する光が入力される第２の入出力ポート（Ｐ２）と、前記第１の入出力ポート（Ｐ１）に入力された前記第１の合波器で混合させた光と前記第２の光源から発生する光とを混合した光を出力する第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）と、を有する光結合器（４）と、
前記光結合器の第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）をループ状に結合し、位相共役光を発生させる半導体光増幅器（３）と、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）と前記第２の光源（１２）との間の光路に設けられた第２の合波器（６）と、
前記ループ内に設けられた偏波面制御器（１３）と、
を含み，
前記第１の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ１[Ｈｚ]、前記第２の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ２[Ｈｚ]、前記信号光の周波数をｆｓ[Ｈｚ]としたときに，２ｆｓ＝Ｆｃｗ１＋Ｆｃｗ２を満たすように制御し、
前記光結合器（４）は、入力光の偏波面によって、出力経路を変えることができるものであり、
前記偏波面制御器（１３）は、前記半導体光増幅器（３）で発生した位相共役光が前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）へ出力されるように偏波面を制御し、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）から出力された位相共役光は、前記第２の合波器（６）を経て出力信号光として出力される、
位相共役器。 - 光増幅器が、第１の合波器の上流にある信号光の光通信路、第１の光源と第１の合波器の間の光通信路、第２の光源と光結合器の間の光通信路のいずれか又は２つ以上に設けられている請求項１に記載の位相共役器。
- 前記光増幅器の代わりに周期分極ニオブ酸リチウムを用いる請求項２に記載の位相共役器。
- 位相共役光とポンプ光を切り分ける光フィルタが、前記光結合器の下流に設けられる請求項１、請求項２又は請求項３に記載の位相共役器。
- 前記２つの光源うち少なくとも一方が波長可変レーザである請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の位相共役器。
- 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の位相共役器を用いた光情報通信システム。
- 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の位相共役器を用いた波長多重分割通信システム。
- 連続光を発生する第１の光源（１１）と、
信号光と、前記第１の光源から発生した連続光とを混合する第１の合波器（５）と、
連続光を発生する第２の光源（１２）と、
前記第１の合波器で混合させた光が入力される第１の入出力ポート（Ｐ１）と、前記第２の光源から発生する光が入力される第２の入出力ポート（Ｐ２）と、前記第１の入出力 ポート（Ｐ１）に入力された前記第１の合波器で混合させた光と前記第２の光源から発生する光とを混合した光を出力する第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）と、を有する光結合器（４）と、
前記光結合器の第３及び第４の入出力ポート（Ｐ３，Ｐ４）をループ状に結合し、位相共役光を発生させる半導体光増幅器（３）と、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）と前記第２の光源（１２）との間の光路に設けられた第２の合波器（６）と、前記ループ内に設けられた偏波面制御器（１３）と、を含む位相共役器を用い、前記半導体光増幅器における４波混合現象を利用した波長多重分割通信方法であって、
前記２つの光源から出力される２つの連続光の周波数の平均が、前記信号光の周波数と同一又は、±２００ＭＨｚの範囲内となるように制御し、
前記第１の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ１[Ｈｚ]、前記第２の光源からの連続光の周波数をＦｃｗ２[Ｈｚ]、前記信号光の周波数をｆｓ[Ｈｚ]としたときに，２ｆｓ＝Ｆｃｗ１＋Ｆｃｗ２を満たすように制御し、
前記光結合器（４）は、入力光の偏波面によって、出力経路を変えることができるものであり、
前記偏波面制御器（１３）により、前記半導体光増幅器（３）で発生した位相共役光が前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）へ出力されるように偏波面を制御し、
前記光結合器（４）の第２の入出力ポート（Ｐ２）から出力された位相共役光は、前記第２の合波器（６）を経て出力信号光として出力される、
ことを特徴とする波長多重分割通信方法。
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