JP4832836B2 - アイドラの広帯域化の無い複数ポンプパラメトリック装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、複数ポンプパラメトリック装置に関し、より詳細には、アイドラ信号の広帯域化の無い複数ポンプパラメトリック装置に関する。

高非線形性ファイバ（ＨＮＬＦ）におけるパラメトリックプロセスは、パラメトリック増幅、波長変換、超高速光サンプリング、および複数チャネルペナルティ緩和において使用される。ＨＮＬＦにおける２−ポンプパラメトリック相互作用の独特の特性は、従来の１ポンプデバイスによって得ることができないマルチスペクトルスイッチングを可能にする。パラメトリック設計の技術を進める上でかなりの進歩が今までにあったが、多くの実際上の問題がいまだ解決される必要がある。ブリルアン（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ）散乱の発生は、使用可能なポンプ出力を制限し、その結果、利用可能なパラメトリック利得／効率を制限するため、高いパラメトリック性能に対する主要な障害を意味する。高い連続波（ｃｗ）光出力を必要とするパラメトリックファイバ応用では、ＳＢＳ（誘導ブリルアン散乱）が抑制されなければならない。これは、搬送波成分を抑制し、ポンプスペクトルを広帯域化するために、ｃｗ光の、周波数変調、デジタル位相変調、またはアナログ位相変調によって一般に達成される。ポンプ光の周波数変調は通常、ソースレーザの周波数を反復してディザリングすることによって達成される。デジタル位相変調は、通常、かなり高いデータレート（＞１Ｇｂ／ｓ）の、ＰＲＢＳ（擬似ランダムビットストリーム）などの電子信号によって反復して駆動される外部の（別個のデバイスの）位相変調器によって達成される。アナログ位相変調は、複数の調波からなる電子信号によって反復して駆動される外部位相変調器によって達成される。高いｃｗ光出力を必要とする応用は、ブリルアン閾値を増加させるために、ポンプスペクトルの広帯域化を使用するが、１ポンプアーキテクチャでは、これによって、根本的な悪化を引き起こすアイドラスペクトルの過剰な広帯域化が生ずる。この基本的な制限は、原理上、ＰＲＢＳまたは複数調波ポンプ位相変調または周波数変調を使用する時に、ポンプの変調を逆相同期させることによる、２−ポンプアーキテクチャで完全に除去される可能性がある。こうした配置構成では、１つのポンプの位相が増加すると、他のポンプの位相が減少し、または、その逆であり、それによって、一定の平均ポンプ光周波数、アイドラの広帯域化をなくす条件が維持される。デジタル位相変調の場合、２つのポンプは、それぞれ、ＰＲＢＳシーケンスとその相補的シーケンス、ＰＲＢＳバーによって、または、別の適当なシーケンスとその相補的なシーケンスによって同期して駆動される別個の位相変調器によって位相変調される。

ファイバパラメトリック増幅器は、高出力ポンプ増幅器が入力信号（複数可）を増幅し、新しい波長で１つまたは複数のアイドラを作成する、高ｃｗ出力を必要とする応用の例である。しかし、ＳＢＳを抑制するためにポンプスペクトルを広帯域化するのに位相変調を採用することによって、アイドラが広帯域化を受けるという望ましくない結果を生ずる。これは、種々の伝送およびフィルタリング環境においてアイドラを悪化させる可能性がある。米国特許５，３８６，３１４号では、ファイバパラメトリック増幅器においてアイドラの広帯域化を防止する技法が開示された。この特許は、ＳＢＳ閾値を上げるのに使用されるポンプ変調から生ずる歪作用が、２つのポンプ信号に対して、符号が反対であるが、同じ変調を使用することによって、なくなる可能性があることを開示した。結果として、入力信号と２つの変調されたポンプビームとの位相共役混合積は、したがって、ポンプ変調によるＳＢＳ抑制を普通は伴う低周波歪を有さないであろう。

つい最近、Ｓ．Ｒａｄｉｃ，Ｃ．Ｊ．ＭｃＫｉｎｓｔｒｉｅ，Ｒ．Ｍ．Ｊｏｐｓｏｎ，Ｊ．Ｃ．Ｃｅｎｔａｎｎｉ，Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ，Ｃ．Ｇ．Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ，Ｋ．ＢｒａｒおよびＣ．Ｈｅａｄｌｅｙによる論文「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｉｄｌｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｉｎ Ｔｗｏ−Ｐｕｍｐ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ」ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ，Ｖ．１５，ｐ６７３，Ｍａｙ １，２００３は、同相同期したポンプ変調は単一位相変調器の使用を可能にするが、ポンプの逆相同期は、本質的に、２つの同期した位相変調を必要とすることを開示している。しかし、名目上は同じ電子増幅器によって駆動される２つの名目上は同じ高速位相変調器の電気光学的応答は、正確には同じでない。電子的応答および電気光学的応答のこれらの差は、ポンプが完全に逆相同期していないために、アイドラ（複数可）の悪化につながる可能性がある。
米国特許５，３８６，３１４号 Ｓ．Ｒａｄｉｃ，Ｃ．Ｊ．ＭｃＫｉｎｓｔｒｉｅ，Ｒ．Ｍ．Ｊｏｐｓｏｎ，Ｊ．Ｃ．Ｃｅｎｔａｎｎｉ，Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ，Ｃ．Ｇ．Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ，Ｋ．ＢｒａｒおよびＣ．Ｈｅａｄｌｅｙによる論文「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｉｄｌｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｉｎ Ｔｗｏ−Ｐｕｍｐ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ」ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ，Ｖ．１５，ｐ６７３，Ｍａｙ １，２００３ Ｐ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ，Ｌ．Ｅｓｋｉｌｄｅｎ，Ｓ．Ｇ．Ｇｒｕｂｂ，Ａ．Ｍ．Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒ，Ｓ．Ｋ．Ｋｏｒｏｔｋｙ，Ｔ．Ａ．Ｓｔｒａｓｓｅｒ，Ｊ．Ｅ．Ｊ Ａｌｐｈｏｎｓｕｓ，Ｊ．Ｊ．Ｖｅｓｅｌｋａ，Ｄ．Ｊ．ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ，Ｄ．Ｗ．Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｅ．Ｃ．Ｂｅｃｋ，Ｄ．Ｔｒｕｘａｌ，Ｗ．Ｙ．Ｃｈｅｕｎｇ，Ｓ．Ｇ．Ｋｏｓｉｎｓｋｉ，Ｄ．Ｇａｓｐｅｒ，Ｐ．Ｆ．Ｗｙｓｏｃｋｉ，Ｖ．Ｌ．ｄａ Ｓｉｌｖｉａ，Ｊ．Ｂ．Ｓｉｍｐｓｏｎによる「５２９ ｋｍ ｕｎｒｅｐｅａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ ２．４８８ ＧＢｉｔ／ｓ ｕｓｉｎｇ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｆｏｒｗａｒｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｐｏｓｔ−ａｎｄ ｐｒｅ−ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｐｕｍｐｅｄ ｂｙ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ Ｒａｍａｎ ｌａｓｅｒｓ」Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３１，Ｉｓｓ．１７，１７ Ａｕｇ １９９５ ｐｐ１４６０−１４６１

したがって、アイドラ（複数可）を悪化させることなくＳＢＳをなくすために、ファイバパラメトリック応用において、ＳＢＳを減らすか、または、なくすという継続した必要性が存在する。

本発明の装置および動作方法によれば、アイドラ（複数可）を悪化させることなくＳＢＳをなくすために、１つの位相変調器のみを使用する複数ポンプ位相変調器装置が開示される。１つの位相変調器のみが使用されるため、ポンプに対して得られる変調は、符号が正確に反対であるようにより容易にさせられ、そのため、ＳＢＳ閾値を上げるのに使用される位相変調から生ずる位相歪作用は、より容易になくされる。より具体的には、本発明の実施形態では、複数ポンプ位相変調器装置は、
複数の光波長ポンプ信号を受信する手段と、
上記複数のポンプ信号を位相変調して、所定の変調期間を有する変調信号を使用して位相変調された複数のポンプ信号を形成する単一位相変調器と、
上記位相変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分ける波長選択性信号分割器と、
他の波長群に対して上記所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させる遅延装置と、
上記遅延した第１波長群を上記他の波長群と合成して、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する合成器とを備える。

別の実施形態では、複数ポンプパラメトリック装置は、
複数の光波長ポンプ信号を受信する手段と、
上記複数のポンプ信号を位相変調して、所定の変調期間を有する変調信号を使用して位相変調された複数のポンプ信号を形成する単一位相変調器と、
上記位相変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分ける波長選択性信号分割器と、
他の波長群に対して上記所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させる遅延装置と、
上記遅延した第１波長群を上記他の波長群と合成して、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する合成器と、
パラメトリック装置とを備え、前記パラメトリック装置は、上記合成され変調された複数のポンプ信号を受信し、入力信号Ｓを増幅し、上記パラメトリック装置によって生成された増幅された入力信号および１つまたは複数のアイドラを含む群から選択された信号を出力する。

他の実施形態は、光スイッチ、サンプラー、従属抽出機、および再生器の部品としての、複数ポンプ位相パラメトリック装置の使用を含む。

本発明の１つの特徴は、パラメトリック装置を動作させる方法を対象としており、方法は、
複数の光波長ポンプ信号を受信する工程と、
単一位相変調器を使用する工程であって、それによって、上記複数のポンプ信号を位相変調して、所定の変調期間を有する変調信号を使用して複数の位相変調されたポンプ波長信号を形成する、単一位相変調器を使用する工程と、
上記変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分ける工程と、
他の波長群に対して上記所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させる工程と、
上記遅延した第１波長群を上記他の波長群と合成する工程であって、それによって、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する、合成する工程とを含む。

本発明は、添付図面に照らして読まれるべきである以下の詳細な説明を考慮することによってより完全に理解されるであろう。

以下の説明では、同じ要素は、異なる図において同じ要素を指定する。さらに、要素の指定において、最初の数字は、その要素が最初に位置する（ｌｏｃａｔｅ）図を指す（たとえば、１１２は、図１に最初に位置する）。

本発明は、１つの位相変調器を使用した複数ポンプ位相変調装置を対象とする。複数のポンプパラメトリック装置は、複数ポンプ位相変調装置をパラメトリック増幅器装置と組み合わせることによって形成される。本発明者等の複数ポンプ共役器装置は、２つ以上のポンプと共に使用されてもよい。しかし、例示の都合上、２−ポンプおよび３−ポンプの実施形態のみが述べられる。４つ以上のポンプを使用した実施形態は、述べられる２−ポンプおよび３−ポンプの実施形態の簡単な拡張であることが理解されるべきである。
２−ポンプの実施形態

最初に、２−ポンプ位相変調器および２−ポンプパラメトリック装置のみが述べられる。そのため、図１〜８の以下の説明では、ポンプ信号Ｐ_１（λ_１）およびＰ_２（λ_２）ならびに関連する回路が述べられる。この説明では、「ポンプ信号」という成句は、「ポンプ」という用語と交換可能に使用される。第３ポンプ信号Ｐ_３（λ_３）、および、図３〜６に示す３−ポンプの実施形態に必要とされる追加回路の使用は、応用の３−ポンプの実施形態の章で説明されるであろう。

図１には、４つの主帯域１−、１＋、２−、２＋を有する２−ポンプパラメトリック装置の出力である。図１００は、ポンプＰ１およびＰ２がオフの間の、入力信号Ｓに応答して２−ポンプパラメトリック装置の得られる出力信号１０２を示す。こうした場合、ポンプＰ１およびＰ２はオフであるため、２−ポンプパラメトリック装置による増幅は存在せず、出力信号１０２は、２−ポンプパラメトリック装置の損失だけ減衰した入力信号Ｓである。図１０１は、ポンプの両方がオンである時の出力１１２を示す。示すように、ポンプＰ１とＰ２の両方がオンである時、入力信号Ｓ（１つまたは複数のｆ１〜ｆ９）は、増幅され、付加的なアイドラ信号帯域Ｉ１〜Ｉ３が生成される。この例では、入力信号Ｓは、１＋として指定した帯域内に位置し、異なる大きさの複数の周波数ｆ１〜ｆ９を含むと仮定する。

示すように、２−ポンプパラメトリック装置の出力は、内部帯域（１＋および２−）および外部帯域（１−および２＋）を含む４つの主帯域を有する。内部帯域は、２つのポンプ波長間に位置する帯域（１＋および２−）であり、外部帯域（１−および２＋）は、２つのポンプ波長Ｐ_１およびＰ_２の間ではなく、その外側に位置する帯域である。入力信号Ｓの信号増幅は、２つの共役アイドラおよび１つの非共役アイドラを伴う。１１０で示すように、信号Ｓが内部帯域１＋にある時、信号Ｓは、それぞれ、外部帯域１−および２＋にアイドラＩ１および１つの非共役アイドラＩ３を、内部帯域２−に１つの共役アイドラＩ２を生成する。１２０で示すように、信号Ｓが外部帯域１−にある時、信号Ｓは、それぞれ、内部帯域１＋および２−に共役アイドラＩ１および１つの非共役アイドラＩ２を、外部帯域２＋に１つの共役アイドラＩ３を生成する。信号Ｓは、複数の波長ｆ１〜ｆ９を含むとして示されるが、信号Ｓは、より一般的には、１つまたは複数の波長を含む。入力信号Ｓが、他の帯域２−および２＋に提供されると、入力信号Ｓは、ポンプＰ_１およびＰ_２がオンである時に同様な出力信号を生成することになることに留意されたい。

述べるように、２−ポンプパラメトリック装置は、入力信号の位相共役複製または入力信号の非共役複製を生成する。１１０および１２０で示すように、入力信号Ｓがどの帯域に位置するかに応じて、アイドラＩ１、Ｉ２、Ｉ３のうちの異なる１つが、入力信号Ｓに対して共役になるか、非共役になるであろう。その結果、２−ポンプパラメトリック装置からの出力は、信号Ｓまたはアイドラ信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のうちの１つであるように選択される可能性があり、したがって、出力信号は、信号スペクトルＳのミラーリングしたもの（波長シフトし、かつ、共役な）または変換したもの（位相シフトし、かつ、非共役な）である可能性がある。

以下の表は、異なる帯域の入力信号Ｓについての異なる出力帯域におけるアイドラ位相同期を要約する。示すように、第１欄は入力帯域を示し、第２欄は出力信号帯域を示し、第３欄はアイドラ位相同期を示す。第１行は、入力信号Ｓがポンプ信号Ｐ１の周波数未満の周波数を有する時に入力帯域１−を示す。入力帯域１＋は、入力信号Ｓが、ポンプ信号Ｐ１の周波数を超えるが、ポンプ信号Ｐ１およびＰ２の周波数の平均未満の周波数を有する時である。入力帯域２−は、入力信号Ｓが、ポンプ信号Ｐ１およびＰ２の周波数の平均を超え、かつ、ポンプ信号Ｐ２の周波数未満の周波数を有する時である。最後に、入力帯域２＋は、入力信号Ｓが、ポンプ信号Ｐ２の周波数を超える周波数を有する時である。以下の表の異なる行エントリは、所与の入力信号Ｓについて示し、その出力帯域は、入力信号Ｓに対して非共役か、共役のいずれかである出力信号を得るのに使用されるべきである。
入力Ｓ帯域 出力帯域 アイドラ位相同期
１− １＋ 共役
１− ２− 非共役
１− ２＋ 共役
１＋ １− 共役
１＋ ２− 共役
１＋ ２＋ 非共役
および、同様に、
２− ２＋ 共役
２− １＋ 共役
２− １− 非共役
２＋ ２− 共役
２＋ １＋ 非共役
２＋ １− 共役

例１１０を参照すると、入力信号Ｓが帯域１＋にある場合、得られる３つのアイドラ帯域はＩ１、Ｉ２、およびＩ３である。示すように、アイドラＩ３は、帯域２＋内の非共役信号１１１であり、アイドラＩ１およびＩ２は、それぞれ、帯域１−および２−で得られる共役信号である。そのため、非共役アイドラ１１１は、入力信号Ｓと同じ相対波長振幅分布ｆ１’〜ｆ９’を有する信号ｆ１’〜ｆ９’を有するが、共役アイドラＩ１およびＩ２は、入力信号Ｓとして、それぞれ、逆のスペクトル分布ｆ１’’〜ｆ９’’およびｆ１’’’〜ｆ９’’’を有する。そのため、１１０を参照すると、帯域１＋内の入力信号Ｓの場合、非共役出力信号が望まれる場合、帯域２＋内のアイドラ信号Ｉ３は、出力信号として選択され、共役出力信号が望まれる場合、それぞれ、帯域１−および２−内のアイドラ信号Ｉ１かＩ３のいずれかが選択される。示すように、出力信号、たとえば、Ｉ３が入力信号Ｓの非共役複製である時、入力信号Ｓの波長振幅分布１１２（ｆ１〜ｆ９）、および、出力信号Ｉ３のスペクトル分布１１１（ｆ１’〜ｆ９’）は、同じように変わる。出力信号、たとえば、Ｉ２は入力信号Ｓの共役複製である時、入力信号Ｓのスペクトル分布１１２（ｆ１〜ｆ９）、および、出力信号Ｉ２、すなわち、１１３は、逆の方法で変わる。

例１２０を参照すると、入力信号Ｓが帯域１−内にある時、得られる３つのアイドラ帯域Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３は、それぞれ、帯域１＋、２−、および２＋に位置する。そのため、入力信号Ｓが帯域１−内にある時、非共役出力信号１１３は、帯域２−内のアイドラＩ２を使用して得られ、共役出力信号は、それぞれ、帯域１＋および２＋内のアイドラＩ１またはアイドラＩ３を使用して得られる可能性がある。

図１の例１１０および１２０で示す理想的な条件下で、アイドラスペクトルＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、信号スペクトルＳの、ミラーリングされた複製、または、変換された複製である。しかし、実際に、ブリルアン閾値を増加させるのに必要とされるポンプ位相変調は必ず、アイドラスペクトルを広帯域化する。非同期ポンプ位相変調は、３つ全てのアイドラ波の過剰なスペクトル広帯域化を生ずる。逆位相同期したポンプ変調は、悪化しない（ｉｍｐａｉｒｅｄ）アイドラ波を生成するのに使用される可能性がある、すなわち、内部帯域信号は悪化しない内部帯域アイドラを生成するが、外部帯域信号は悪化しない外部帯域アイドラを生成することが米国特許５，３８６，３１４号で示された。同位相同期したポンプ変調は、信号が内部（外部）帯域を占有する時の外部（内部）帯域における悪化しないアイドラの発生を実証するために、先に参照したＲａｄｉｃ等の論文で使用された。

図２は、同位相同期したポンプ変調と逆位相同期したポンプ変調の両方を可能にする、先に参照したＲａｄｉｃ等の論文に記載される従来技術の一般化された２−ポンプパラメトリック装置の図である。示すように、入力信号帯域２０１は、合成された位相変調されたポンプ信号２０２と共に、カプラＣ１を介して位相変調回路２０３からパラメトリック装置２５０に結合される。パラメトリック装置２５０は、カプラＣ１、高非線形性ファイバ（ＨＮＬＦ）から形成されるパラメトリック増幅器、帯域分割器カプラＣ２、および任意選択の波長選択性フィルタＦを含む。ＨＮＬＦからの信号は、カプラＣ２によって、出力信号２０４（任意選択で、フィルタＦによってフィルタリングされる）およびモニタ信号２０５に分割される。制御信号ＦＳは、出力信号ＯＵＴ２０４の所望の波長帯域（１−、１＋、２−、または、２＋）を選択するように、フィルタＦを制御するのに使用される。

位相変調回路２０３は、ほぼ同じ応答を有する２つの位相変調源２１０および２２０を含み、その出力信号は、カプラＣ_Ｐ２３０において合成され、逆位相同期し変調されたポンプ信号２０２になる。位相変調源２１０は、波形Ｄ_１によって変調される、偏光コントローラＰＣ_１を介して位相変調器ＰＭ１に結合するポンプ信号λ_１を含む。位相変調器ＰＭ１の出力は、遅延回路τ_１で遅延され、偏光コントローラＰＣ_２を介してカプラ２３０に結合される。位相変調源２２０は、位相変調器２１０と同じであり、波形Ｄ_２によって変調される、偏光コントローラＰＣ_２を介して位相変調器ＰＭ_２に結合するポンプ信号λ_２を含む。理想的には、位相変調器ＰＭ_２は、ＰＭ_１と同じである。ポンプλ_１およびλ_２の偏光は直交するように維持されることに留意されたい。

波形Ｄ_２は、波形Ｄ_１と同じか、相補的かのいずれかである。位相変調器ＰＭ_２の出力は、遅延回路τ_２で遅延され、偏光コントローラＰＣ_４を介してカプラ２３０に結合される。そのため、図２の２−ポンプパラメトリック装置は、同じか、相補的かのいずれかの波形Ｄ_１およびＤ_２によって駆動される２つの位相変調器２１０および２２０を使用して、任意の、悪化しないアイドラ生成を可能にする。遅延回路τ_１およびτ_２は、位相変調器２１０および２２０の動作を同期させるように調整される。

好ましくないことに、図２の同期式ポンプ変調技法は、的確な経路釣り合いを必要とし、２１０および２２０内の２つの位相変調器は、ほぼ同じ応答を有するべきである。後者の要件は、原理上、１つの位相変調器のみを使用してポンピングすることによって、同相同期した動作について回避されるが、種々の部品の波長分散は、正確に同相同期した動作を妨げる場合がある。残念ながら、逆相同期した動作は、ほぼ同じ応答を有する２つの別個の変調器デバイスをやはり必要とする。

図３は、単一位相変調器を用いて実施された、遅延および一致（ｍａｔｃｈ）ポンプ−位相変調技法を使用する、本発明者等の新規な複数ポンプパラメトリック装置（本発明者等の新規な２−ポンプ位相変調器装置を含む）を示す。１つの位相変調器のみが使用されるため、ＳＢＳ閾値を上げるのに使用される位相変調から生ずる位相歪効果は、２つのポンプ信号λ_１およびλ_２に対して、符号が逆だが同じ変調を使用することによってより容易になくなる。示すように、２−ポンプ位相変調器装置は、位相変調源３４０、遅延および一致ユニット３３０、およびパラメトリック装置（増幅器）２５０を含む。単一位相変調器３０２の使用は、同相同期したポンプ変調と逆相同期したポンプ変調の両方について別個の位相変調器を必要とする、図２に示す従来技術の配置構成によって必要とされる的確な経路釣り合いを克服する。単一位相変調器３０２はまた、ほぼ同じ応答を有する２つの位相変調器を有するという要件をなくす。示すように、２つのポンプ信号λ_１およびλ_２は、偏光コントローラＰＣ_１およびＰＣ_２を介して結合され、合成器カプラ（Ｃ_Ｐ１）３０１内で加算される。偏光維持ファイバは、偏光コントローラＰＣ_１およびＰＣ_２と置き換えられてもよいことが留意されるべきである。さらに、本発明者等の新規な複数ポンプパラメトリック装置（本発明者等の新規な２−ポンプ位相変調器装置を含む）の動作は、直交して偏光する、２つのポンプ信号、たとえば、λ_１およびλ_２を必要としない。２つの信号は、同方向に偏光するか、または、ランダムなどの一部の他の偏光関係を有する場合がある。

合成したポンプ信号は、両方のポンプ信号（λ_１およびλ_２）に加えられる所定の位相パターンに対応する周期的電気波形Ｄ１Ｄ２を使用して駆動される、位相変調器（ＰＭ）３０２によって変調される。例示的に、ＢＥＲＴ（ビットエラーレート試験セット）３１０は、擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）である場合がある所定の位相パターンＤ１およびＤ２を生成するのに使用される。ＢＥＲＴ３１０は、シフトレジスタを使用してよく知られた方法で実施されることができる。こうしたＢＥＲＴは、種々の２^Ｎ−１ビットサイズで利用可能であり、ここで、Ｎは７、１０、１５、２３などである。遅延要素３０６は通常、ファイバ長Ｎを使用して実施されるため、Ｎは、被変調ポンプ信号の所望のスペクトル特性を同様に考慮して、遅延要素３０６を実施するのに必要とされる実用的なファイバ長を決定することによって選択される。本発明者等の２−ポンプ位相共役器装置は好ましくは、デジタルＰＲＢＳ信号を使用する所定の位相パターンＤ１およびＤ２を使用するが、他の実施形態では、非ＰＲＢＳデジタル信号またはアナログ信号が使用されてもよいことが留意されるべきである。

周期的電気波形サブパターン（Ｄ１、Ｄ２）は、継続時間（τ_Ｄ１＝τ_Ｄ２＝τ_Ｄ１Ｄ２／２）と同じである。位相変調器３０２の変調されたポンプ信号出力は、帯域分割要素（Ｃ_Ｐ２）３０３によって、変調されたλ_１信号および変調されたλ_２信号にデマルチプレクスされる。

変調されたλ_１信号は、変調されたλ_１とλ_２の間の所望の偏光関係を達成するのに使用される可能性がある偏光コントローラＰＣ_３Ａ、３０５を通過する。変調されたλ_２信号は、信号を時間τだけ遅延させる遅延要素３０６を通過する。後のパラグラフで説明されるように、τ遅延要素３０６は、変調サブパターンの継続時間τ_Ｄ１＝τ_Ｄ２＝τ_Ｄ１Ｄ２／２に一致するように選択される。τ遅延要素３０６は、単一モードファイバ（ＳＭＦ）の長さを使用して実施されてもよい。

遅延して変調されたλ_１およびλ_２ポンプ信号は、合成信号を増幅する増幅器３０８に挿入する前に、合成器カプラ（Ｃ_Ｐ３）３０７によって変調された複数ポンプ信号に合成される。増幅器３０８の出力は、パラメトリック装置２５０に結合する。図２で先に説明したように、パラメトリック装置２５０は通常、高非線形性ファイバ（ＨＮＬＦ）を含むが、任意の非線形光学要素を使用して実施されてもよい。パラメトリック装置２５０はまた、合成して変調されたλ_１とλ_２ポンプ信号と共に入力信号Ｓを受信し、出力信号ＯＵＴを生成する。ポンプλ_１とλ_２がいずれも存在しない時に入力信号Ｓがパラメトリック装置２５０に印加される時、出力信号ＯＵＴは、アイドラＩ１〜Ｉ３がない状態で、入力信号Ｓの減衰したもの１０２であることになる（図１の１００に示す）。しかし、図１を参照すると、ポンプλ_１とλ_２の両方が存在し、１１０、入力信号Ｓがパラメトリック装置２５０に印加される時、その出力フィルタＦは、入力信号Ｓ、または、１１４、１１３、および１１１として例示的に示されるアイドラＩ１〜Ｉ３の任意のものの増幅したもの１１２であるように、出力信号ＯＵＴの波長帯域を選択するのに使用される可能性がある。図１を参照して先に説明したように、波形帯域（１−、１＋、２−、２＋）からの特定の出力信号ＯＵＴの選択は、出力信号ＯＵＴが、入力信号スペクトルＳの、ミラーリングされたものであるか、または、変換されたものであるかによって決まる。この例では、パラメトリック装置２５０からの選択された出力信号ＯＵＴは、アイドラ信号Ｉ１〜Ｉ３を悪化することなく、ＳＢＳをなくした出力信号ＯＵＴである。

図３で使用される、同相同期したポンプ方式または逆相同期したポンプ方式は、パターンの簡単な選択、すなわち、３１２で示すＤ１＝Ｄ２（同相同期）、または、３１１で示す

（逆相同期）を使用することによって実現される。例示的に、変調サブパターンは、所定のビット数のワードＤ１およびＤ２に形成されるＰＲＢＳシーケンスであってよい。Ｄ１ワードはＰＲＢＳシーケンスであり、Ｄ２ワードは相補的ＰＲＢＳバー

シーケンスである。交互ワードＤ１およびＤ２のシーケンス（

の時に３１１およびＤ１＝Ｄ２の時に３１２）は、位相変調器３０２に入力される。

要素Ｃ_Ｐ２、３０３によってデマルチプレクスされた後の、変調されたλ_２ポンプ信号に導入されるτ光遅延３０６は、理想的には、厳密に、Ｄ１またはＤ２シーケンスの時間長（変調期間とも呼ばれる）である。そのため、要素３０６のτ遅延は、τ遅延を実施するのに使用されるファイバセクションの長さＬに対応し、理想的には、変調サブパターンの継続時間（τ_Ｄ１＝τ_Ｄ２）に等しい飛行時間または移動時間（ｎＬ／ｃ）である。ここで、ｃ／ｎは、波長λ_２を有する信号のファイバの群速度である。同相同期したポンプ変調および逆相同期したポンプ変調は、相補的な

波形および連結した（Ｄ１＝Ｄ２）波形に対応する。具体的に、両方の方式は、パターン発生器によって生成される２^Ｎ−１ビット長ＰＲＢＳワードを使用する。すなわち、相補的方式はＰＲＢＳワードおよびその相補物を反復し、一方、連結方式は単に、ＰＲＢＳワードを反復する。ファイバ遅延（τ）の物理的長さＬは、ＰＲＢＳワードの継続時間、すなわち、
Ｌ＝（２^Ｎ−１）×ｃ／ｎｆ
によって求められ、ここで、ＮはＰＲＢＳ次数であり、ｃ／ｎは遅延したポンプ（λ_２）の群速度であり、ｆは位相変調周波数である。本発明の一態様によれば、パターン長およびポンプ群速度に一致するようにτ光遅延３０６で使用されるファイバ長を精密に調整するのではなく、必要とされる光遅延３０６は、約１ｃｍ（約５０ｐｓ遅延に等しい）以内に調整されるか、または、プリセットされる。その後、正確な遅延は、ＢＥＲＴパターン発生器３１０の位相変調周波数ｆ（ビットレート）を同調させる（または、調整する）ことによって達成される。この手順は、τ光遅延３０６に使用されるファイバ長の大きな長さエラー（〜ｃｍ）が、短いＰＲＢＳ長（Ｎ＝７）についてさえも、少しの周波数脱同調によって補償されることを可能にする。すなわち、１０ＧＨｚポンプ変調は、ファイバ遅延不一致の各１センチメートルについて＋／−４０ＭＨｚの調整を必要とする。より重要なことには、この方法は、遅延したポンプ群速度の正確な知識を必要としない。

逆相同期したポンプ方式が利用される時

、τ光遅延３０６は、Ｄ２変調したλ_１信号に、Ｄ１変調したλ_２信号と同時に合成器３０７に到達させるように設定される（利用される場合、ＢＥＲＴパターン発生器３１０が調整されてもよい）。そのため、λ_１信号の変調は、λ_２信号の変調の相補的なものである。正味の結果は、２つの変調したλ_１およびλ_２ポンプ信号が、正確に逆相同期した（すなわち、λ_１がＤ１によって変調され、λ_２がＤ２によって変調され、また、その逆）パラメトリック増幅器３０９に入いることであり、変調したλ_１およびλ_２ポンプ信号が共に、同じ変調器／駆動電子部品３０２によって変調されたため、図３の装置の電子／電気光学要素の異なる周波数応答による、変調したλ_１およびλ_２ポンプ信号間の不一致が存在しない。λ_１およびλ_２ポンプ信号の相補的な変調

のために、結果は、変調したλ_１ポンプの位相が増加すると、他の変調したλ_２ポンプの位相が減少し、また、その逆であることであり、それによって、一定の平均ポンプ光周波数、アイドラの広帯域化をなくす条件が維持される。その結果、出力信号ＯＵＴに対するＳＢＳの影響が、なくされるか、減ってしまい、アイドラ信号の悪化は存在しない。

本発明は、ポンプ信号の変調について、デジタル信号パターンＤ１、Ｄ２を使用するとして述べられたが、アナログ信号を変調信号として使用されてもよいことが理解されるべきである。４つの周波数を含む１つのこうしたアナログ変調信号は、Ｐ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ，Ｌ．Ｅｓｋｉｌｄｅｎ，Ｓ．Ｇ．Ｇｒｕｂｂ，Ａ．Ｍ．Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒ，Ｓ．Ｋ．Ｋｏｒｏｔｋｙ，Ｔ．Ａ．Ｓｔｒａｓｓｅｒ，Ｊ．Ｅ．Ｊ Ａｌｐｈｏｎｓｕｓ，Ｊ．Ｊ．Ｖｅｓｅｌｋａ，Ｄ．Ｊ．ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ，Ｄ．Ｗ．Ｐｅｃｋｈａｍ，Ｅ．Ｃ．Ｂｅｃｋ，Ｄ．Ｔｒｕｘａｌ，Ｗ．Ｙ．Ｃｈｅｕｎｇ，Ｓ．Ｇ．Ｋｏｓｉｎｓｋｉ，Ｄ．Ｇａｓｐｅｒ，Ｐ．Ｆ．Ｗｙｓｏｃｋｉ，Ｖ．Ｌ．ｄａ Ｓｉｌｖｉａ，Ｊ．Ｂ．Ｓｉｍｐｓｏｎによる「５２９ ｋｍ ｕｎｒｅｐｅａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ ２．４８８ ＧＢｉｔ／ｓ ｕｓｉｎｇ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｆｏｒｗａｒｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅｍｏｔｅ ｐｏｓｔ− ａｎｄ ｐｒｅ−ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｐｕｍｐｅｄ ｂｙ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ Ｒａｍａｎ ｌａｓｅｒｓ」Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３１，Ｉｓｓ．１７，１７ Ａｕｇ １９９５ ｐｐ１４６０−１４６１という名称の論文に記載された。一実施形態では、これらの周波数は、およそ３倍だけ、たとえば、５０ＭＨｚ、１５０ＭＨｚ、４５０ＭＨｚ、および１３５０ＭＨｚ、間隔を空け、振幅は、搬送波に最も近い２つの位相変調光側波帯のそれぞれにおいて、位相変調後の光出力が搬送波の出力に等しいように調整される。一実施形態では、正確な周波数は、必要な場合に、逆相同期したポンプ変調または同相同期したポンプ変調を提供するように選択されるであろう。

アイドラの広帯域化をなくすことは、パラメトリック増幅器内のある点、通常、ＨＮＬＦにおいて、ポンプ変調アライメントに依存する。一部の実施形態の場合、このアライメントは、先のパラグラフで説明した、ポンプ変調を合成器カプラ（Ｃ_Ｐ３）、３０７において位置合わせすることと異なる場合がある。こうした差は、特に、ポンプが増幅される場合の波長分散の存在、または、ポンプの経路の付加的な分割から生ずる場合がある。こうした差が存在する場合、τ光遅延３０６で使用されるファイバ長、および、ＢＥＲＴパターン発生器３１０の位相変調周波数ｆ（ビットレート）の適した選択によって、任意所望の点で位置合わせされる可能性がある。

しかし、ポンプ波長を変更することは、ポンプ変調が位置合わせされる点をシフトさせるであろう。これは、その点と位相変調器３０２の間の波長分散によって引き起こされる。たとえば、装置が、１６ｐｓ／ｎｍの波長分散を有する５０メートルの標準単一モードファイバを含む場合、ポンプ変調アライメントは、ポンプλ_１またはλ_２の１つの波長がナノメートル変化するごとに０．８ｐｓだけ変化するであろう。この分散はまた、ポンプに加えられる位相変調の歪を引き起こす。両方の問題は、分散補償によって緩和される可能性がある。分散補償は、分散補償フィルタによって最も都合よく提供されるが、分散を保障する他の手段がよく知られている。波長分散によって引き起こされる歪を完全になくすために、各ポンプは、変調器と所望のアライメント点の間で正味のゼロ分散を提供するように補償されるべきである。これは、他のポンプからデマルチプレクスされる、帯域分割要素３０３と合成器カプラ３０７の間の経路の各ポンプを個別に補償することによって達成される可能性がある。しかし、一般に、ポンプが結合される、合成器３０７と増幅器３０８の間などの場所において分散補償のほとんどを提供することがより経済的であろう。この補償が十分でない場合、帯域分割要素３０３と合成器カプラ３０７の間の経路、または、ポンプがデマルチプレクスされる他の経路の各ポンプについて、補償に対する少しの付加的な調整が個別に行われる可能性がある。非常に短いポンプ変調パターン長の場合、作動遅延自体が、分散補償によって提供される可能性があり、ポンプを個別にデマルチプレクスし、再マルチプレクスする必要がなくなる。

図４は、各ポンプ信号について別個の増幅器を使用する本発明の第２の実施形態を示す。そのため、２つのポンプ信号配置構成について、２つの増幅器４０１および４０２が、図３で使用される１つの共通増幅器３０８を置き換える。単一増幅器が両方のポンプ周波数をカバーすることができない時か、または、１つの増幅器が不十分な光出力を提供する時に、２つの増幅器配置構成が望ましい。総ポンプ出力は、合成器３０７が周波数選択性を持つ場合、２つの増幅器が使用されると、２倍になる可能性がある。

増幅器４０１は変調したλ_１ポンプ信号を増幅し、増幅器４０２は変調したλ_２ポンプ信号を増幅する。この配置構成では、遅延３０６は、使用される位相変調パターン、ファイバ波長分散、およびセクション４３０の経路長差（増幅器４０１と４０２の間の遅延差を含む）によって引き起こされる、（λ_１とλ_２の間の）相対ポンプ位相同期などの作動遅延を補正するように設定される。図４では、合成器３０７の出力は、パラメトリック装置２５０に結合される。

図３について述べたように、遅延要素３０６は、装置のある点、しばしば、ＨＮＬＦへの入力などの、パラメトリック増幅器内の点において、変調サブパターンの継続時間、τ＝τ_Ｄ１＝τ_Ｄ２＝τ_Ｄ１Ｄ２／２、または、その奇数倍に一致するように設定される。図４はまた、簡単なパターンの選択、３１２で示されるＤ１＝Ｄ２（同相同期）または３１１で示される

（逆相同期）によって、同相ポンプ方式か、逆相ポンプ方式のいずれかについて、使用される可能性がある。

図５は、分散補償モジュール（ＤＣＭ）５０１を利用する複数ポンプ位相共役器の第３の実施形態を示す。図５では、波長分散は、分散補償フィルタを使用して実施される場合があるＤＣＭ５０１を使用することによって補正される。こうした位相共役器は、複数ポンプ位相共役器における波長分散の効果及び／又は非線形光学効果の一部又は全てを逆にするのに使用されてもよい。ＤＣＭ５０１は、波長λ_１及びλ_２が進む経路の両方において利用される分散補償ファイバのコイルに加えて、図３の３３０に示す要素の全てを含むであろう。そのため、図３及び図４では、ＤＣＭ５０１の能力は、ＰＭ３０２と分割器３０３の間の経路内、分割器Ｃ_Ｐ、３０３からの各経路内、増幅器３０８、４０１、及び４０２への各経路内、又は、合成器３０７からの経路内などの、１つ又は複数の場所に分散補償ファイバを付加することによって提供される。ＤＣＭ５０１は、ポンプ波長λ_１及びλ_２の変更を可能にするのに使用される可能性があることに留意されたい。より具体的には、ＤＣＭ５０１は、必要とされる遅延が、ポンプ波長の同じでかつ反対の変化によって影響を受けないように、図３及び図４の実施形態に付加される可能性がある。ポンプ波長の同じでかつ反対の変化は、パラメトリック装置３０９がファイバで構成される時にポンプ波長λ_１及びλ_２を同調するのにほぼまさしく必要とされるものである。ポンプ同調が、正確に同じでなくかつ反対でないポンプ波長λ_１及びλ_２の変化を必要とする時に、ＤＣＭ５０１が位相同期を補正するように設計される可能性があることを、当業者は理解するであろう。ＤＣＭ５０１について実際の分散補償を提供するファイバは、変調器３０２及びパラメトリック装置３０８の間のどこにでも設置される可能性があることも理解されるであろう。

図６は、本発明者等によって実施される可能性がある他の動作機能を説明する時に役立つ、複数ポンプ変調装置６００の一般化した実施形態を示す。示すように、２−ポンプ変調装置６００は、単一位相変調器ユニット３４０、分散補償ユニット６０１、および強度または振幅変調器６０２を含む。２−ポンプ変調装置６００に対するパラメトリック装置２５０の付加によって、２−ポンプパラメトリック装置が形成される。単一位相変調器ユニット３４０およびパラメトリック装置２５０は、先に説明したように動作する。分散補償ユニット６０１は、先に説明した装置３３０、４３０、および５０１を使用して実施されてもよい。

図６に示す２−ポンプ位相共役器装置６００は、ポンプＰ１およびＰ２をオンまたはオフするポンプ振幅制御回路を使用することによって（たとえば、スイッチ６２１および６２２）、あるいは別法として、ポンプ強度変調信号６１２をオンまたはオフすることによって、スイッチとして利用されてもよい。そのため、波長選択性フィルタＦの制御信号ＦＳは、出力信号ＯＵＴの出力帯域（１−、１＋、２−、または、２＋）を選択するのに使用される。１００に示すように、両方のポンプＰ１およびＰ２がオフで、出力帯域が入力信号帯域と同じ波長帯域に設定される場合、出力ＯＵＴは、図１の減衰した入力信号か、または、残留入力信号１０２である。しかし、１００に示すように、ポンプＰ１とＰ２の両方がオフで、出力帯域が入力信号帯域と異なる波長帯域に設定される場合、出力ＯＵＴ信号はゼロになるであろう。１０１に示すように、ポンプＰ１とＰ２の両方がオンで、出力帯域が入力信号帯域と同じ波長帯域に設定される場合、出力ＯＵＴは、図１の増幅した入力信号１１２である。また、ポンプＰ１とＰ２の両方がオンで、出力帯域が入力信号帯域と異なる波長帯域に設定される場合、出力ＯＵＴは、入力信号１１２の、増幅され、波長シフトした複製（たとえば、１１１）、または、波長シフトした共役バージョン（たとえば、１１４または１１３）である。

図６に示す２−ポンプ位相共役器装置６００はまた、ポンプＰ１とＰ２の両方がオンの状態のサンプラー回路として利用されてもよい。こうした配置構成では、図２のパラメトリック装置２５０のカプラＣ２は、サンプル（モニタ）信号として使用される信号帯域を選択するように使用される帯域分割器である。モニタ信号は、出力信号ＯＵＴの波長シフトした複製である。サンプルまたはモニタ信号は、選択される波長帯域に応じて、出力信号ＯＵＴの非共役バージョンまたは共役バージョンであるように選択されてもよい。いずれの場合も、モニタ信号は、パラメトリック装置２５０を通過する信号のサンプルを提供する。

別の実施形態では、２−ポンプ位相共役器装置６００はまた、ポンプＰ１とＰ２の両方がオンの状態の従属抽出機として利用されてもよい。従属抽出機は、２値入力信号Ｓの全てのｎ番目のビットを出力信号ＯＵＴとして抽出するのに使用される。従属抽出機は、分散補償ユニット６０１からの、合成され変調された２−ポンプ信号の強度を変調するために、ポンプ強度変調信号６１２を使用するポンプ強度変調器６０２を含む。ビットサンプラー回路６１１は、ｎビットごとに１パルスを有するポンプ強度変調信号６１２を生成するために、入力信号Ｓのクロックを回復するように入力信号Ｓをサンプリングするのに使用される。ビットサンプラー回路６１１は、従属抽出機によってどのビットが抽出されるかを選択するために、制御信号６１３によって制御される。ビットサンプラー回路６１１は、光電子工学回路として実施されてもよい。この従属抽出機では、所望の場合、カプラＣ２は、抽出される出力信号ＯＵＴをモニタ信号としてサンプリングするのに使用される。

例示的に、ｎ＝４の場合、図７に示すように、ポンプ強度変調信号６１２は、入力信号Ｓの４番目のビットごとにオンする。ポンプ強度変調信号６１２は、出力信号ＯＵＴになる入力信号Ｓの全ての４番目のビットを増幅するように、パラメトリック装置２５０がポンプＰ１およびＰ２を使用することを可能にする。再び、出力信号ＯＵＴの帯域は、フィルタＦによって選択される。入力信号Ｓが入力信号波長ｆ１〜ｆ９（図１の１１２で示す）の多数を含む場合、信号波長は、全ての波長、たとえば、ｆ１〜ｆ９の同時従属抽出を可能にするために、同じクロック位相を有さなければならないことに留意されたい。

さらに別の実施形態では、図６に示す２−ポンプ位相共役器装置はまた、再生器として利用されてもよい。再生器は一般に、入力信号Ｓとして単一波長（たとえば、図１の１１２のｆ９）を使用する。再生器の出力信号ＯＵＴは、図１に示されない付加的な波長８０１および８０２を有する。付加的な波長は、たとえば、２乗した信号（ｓｉｇｎａｌ ｓｑｕａｒｅｄ）とポンプ間の高次混合から生ずる可能性がある。例の出力信号ＯＵＴスペクトルは、図８に示され、１＋および２−帯域のみが示される。出力フィルタＦは、ｆ２＋またはｆ３＋などの再生に役立つ信号を流すように同調される。ｆ２＋の振幅は、ｆ２＋の振幅は、出力信号スペクトルが入力信号Ｓのスペクトルの再生であるように、良好な信号対雑音比を提供するのに十分に大きくなければならないことに留意されたい。出力信号スペクトル対入力信号スペクトルの理想的な伝達関数は、ゼロと１の中間の階段（ｓｔａｉｒ ｓｔｅｐ ｈａｌｆｗａｙ）である。この場合、出力信号は、０と１／２の間の入力についてゼロであり、出力信号は、１／２より大きい入力パワーについて１である。

３−ポンプ実施形態
図３〜６を参照すると、第３ポンプ信号Ｐ_３（λ_３）および３−ポンプ実施形態に必要とされる付加的な回路の使用が説明される。３−ポンプ実施形態についての種々の利得帯域の出力波形は、出力スペクトルが図１に示すものより複雑になるため、図１には示されていないことに留意されたい。３以上のポンプの使用は、所与の入力信号周波数について、出力周波数の選択におけるさらなる柔軟性を提供する可能性がある。たとえば、図１を参照すると、１１０において信号Ｓに作用するＰ１およびＰ２はＩ３を生成するであろう。図２に示すＨＮＬＦの適した分散曲線および適した偏光によって、Ｉ３に作用する同時の第３ポンプＰ３は、図１に示す範囲以外の周波数でアイドラＩ３に対する共役を生成するであろう。得られる共役の過剰に広帯域化を回避するために、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３の位相変調は、適切に選択されなければならず、この場合、Ｐ３およびＰ２の変調は、同相同期すべきであり、Ｐ１の変調は、Ｐ２およびＰ３に対して逆相同期すべきである。図３を参照すると、３−ポンプ位相共役装置は単一位相変調器ユニット３４０（付加的な第３ポンプ信号Ｐ_３（λ_３）を有する）、偏光コントローラＰＣ_３、および遅延および一致ユニット３３０（付加的な回路３２１を有する）を含む。３つの波長λ_１〜λ_３および単に２つの位相状態（同相同期および逆相同期）によって、少なくとも２つの波長が常に、同相同期するか、または、逆相同期しなければならないことが留意されるべきである。もちろん、３つ全ての波長が同相同期する可能性がある。付加的な回路３２１は、λ_１およびλ_３が同相信号であり、λ_２が逆相信号である場合、ＰＣ_３の遅延と同じ遅延を含んでもよい。そのため、波長λ_３についての３−ポンプ位相共役装置の動作は、波長λ_１について先に述べた動作と同じである。

あるいは、付加的な回路３２１は、λ_３およびλ_２が同相信号であり、λ_１が逆相信号である場合に遅延がτに等しい回路であってよい。この場合、λ_３についての３−ポンプ位相共役装置の動作は、波長λ_２について先に述べた動作と同じであることになる。λ_１およびλ_２が同相同期する時、λ_１のみを以前に処理した、３２０の同じ回路によって、λ_１とλ_２の両方が処理されるように、帯域分割器カプラＣＰ_２は、λ_３からλ_１とλ_２の両方を分割するように作られる可能性がある。こうして、付加的な別個のλ_２回路３２１は、付加される必要がなくなるであろう。同様に、λ_３およびλ_２が同相同期する場合、λ_２のみを以前に処理した、３２０の回路３０６によって、λ_２とλ_３の両方が処理されるように、帯域分割器カプラＣＰ_２は、λ_１からλ_２とλ_３の両方を分割するように作られる可能性がある。これらの２つの場合のいずれにおいても、付加的な別個のλ_３回路３２１は、付加される必要がなくなるであろう。

図４に示す３−ポンプ位相共役装置は、ユニット４３０がユニット３３０に取って代わる以外は、図３に示す３−ポンプ位相共役装置と基本的に同じである。図４のユニット４３０では、波長λ_３経路はまた、増幅器４０１および４０２と同じ方法で増幅する増幅器４０３を有する。再び、図４の３−ポンプ位相共役装置は、波長λ_３の場合に図３の３−ポンプ位相共役装置について上述したのと実質的に同じ方法でλ_３について動作する。そのため、動作は、λ_３が、それぞれ、λ_１およびλ_２に対して同相同期するか、逆相同期するかによって決まるであろう。

図５に示す３−ポンプ位相共役装置はまた、付加的な第３ポンプ信号Ｐ_３（λ_３）および偏光コントローラＰＣ_３を含む。ＤＣＭ５０１は、ここで、図３の３３０に示す要素の全てを含むことになり、分散補償は、波長λ_１、λ_２、およびλ_３が進む経路の全てで利用される。再び、波長λ_３の場合の図５の３−ポンプ位相共役装置の動作は、波長λ_３の場合に図３の３−ポンプ位相共役装置について上述したのと実質的に同じである。そのため、動作は、λ_３が、それぞれ、λ_１およびλ_２に対して同相同期するか、逆相同期するかによって決まるであろう。

図６に示す、一般化した３−ポンプ位相共役装置はまた、付加的な第３ポンプ信号Ｐ_３（λ_３）および偏光コントローラＰＣ_３を含む。再び、波長λ_３の場合の図６の３−ポンプ位相共役装置の動作は、波長λ_３の場合に図３の３−ポンプ位相共役装置について上述したのと実質的に同じである。

本発明の本発明者等の複数ポンプ位相共役器装置は、２つまたは３つの波長を使用するとして説明されたが、装置が３つ以上の波長を使用してもよいことが理解されるべきである。そのため、述べられたものは本発明の例示である。本発明の種々の変更を当業者が思いつくであろう。それでも、本原理およびその等価物に基本的に依存する本明細書の具体的な教示からの全ての逸脱は、述べられ、請求される本発明の範囲内であると、当然のことながら考えられる。

ポンプがオンおよびオフの状態の、複数ポンプパラメトリック装置の種々の利得帯域の出力波形を示す図である。 同相同期したポンプ変調および逆相同期したポンプ変調を含む従来技術の一般化した２−ポンプパラメトリック装置を示す図である。 １つの位相変調器を使用した遅延および一致ポンプ−位相変調装置を含む本発明者等の複数ポンプパラメトリック装置の第１の実施形態を示す図である。 各ポンプ信号について別個の増幅器を有する複数ポンプパラメトリック装置の第２の実施形態を示す図である。 分散補償モジュールを使用する複数ポンプパラメトリック装置の第３の実施形態を示す図である。 本発明の光スイッチ、サンプラー、従属抽出機、および再生器に使用されることができる複数ポンプパラメトリック装置の一般化した実施形態を示す図である。 従属抽出機で使用される例示的なポンプ変調信号を示す図である。 単一波長入力信号を有する再生器用の出力スペクトルの例を示す図である。

Claims (10)

1. １つのパラメトリック装置を備えた複数ポンプパラメトリック装置において使用される複数ポンプ位相変調装置であって、
   複数の光波長ポンプ信号を受信する手段と、
   該複数の光波長ポンプ信号を位相変調して、変調期間を有する変調信号を使用して位相変調された複数のポンプ信号を形成する単一位相変調器と、
   該位相変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分ける波長選択性信号分割器と、
   他の波長群に対して該変調期間だけ第１波長群を遅延させる遅延装置と、
   該遅延した第１波長群を該他の波長群と合成して、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する合成器とを備え、
   該パラメトリック装置は、該合成され変調された複数のポンプ信号を受信し、入力信号Ｓを増幅し、該パラメトリック装置によって生成された増幅された入力信号及び１つ又は複数のアイドラを含む群から選択された信号を出力する複数ポンプ位相変調装置。
   
2. 複数ポンプパラメトリック装置であって、
   複数の光波長ポンプ信号を受信する手段と、
   該複数のポンプ信号を位相変調して、所定の変調期間を有する変調信号を使用して位相変調された複数のポンプ信号を形成する単一位相変調器と、
   該位相変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分ける波長選択性信号分割器と、
   他の波長群に対して該所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させる遅延装置と、
   該遅延した第１波長群を該他の波長群と合成して、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する合成器と、
   パラメトリック装置とを備え、該パラメトリック装置は、該合成され変調された複数のポンプ信号を受信し、入力信号Ｓを増幅し、該パラメトリック装置によって生成された増幅された入力信号及び１つ又は複数のアイドラを含む群から選択された信号を出力する複数ポンプパラメトリック装置。
   
3. 請求項２に記載の複数ポンプパラメトリック装置において、
   連続した変調期間における該変調信号は、交互相補的か同じかのいずれかである複数ポンプパラメトリック装置。
   
4. 請求項１に記載の複数ポンプ位相変調装置において、
   該位相変調器は、ワードに形成された、ビットシーケンスを含む変調信号を使用し、
   該遅延装置は、該ワード長の整数倍にほぼ等しい該変調期間だけ、他の波長群に対して該第１波長群を遅延させる複数ポンプ位相変調装置。
   
5. 請求項１に記載の複数ポンプ位相変調装置において、
   該位相変調器は、ワードに形成された、ビットシーケンスを含む変調信号を使用し、
   該遅延装置は、該ワード長の整数倍に等しい該変調期間だけ、他の波長群に対して該第１波長群を遅延させ、装置は、
   ワード長の整数倍が、該遅延装置の該遅延に等しいように該ビットレートが変わる、該ビットシーケンスを生成する可変ビットレート発生器を備える複数ポンプ位相変調装置。
   
6. １つのパラメトリック装置を備えた複数ポンプパラメトリック装置において使用される複数ポンプ位相変調装置であって、
   複数のポンプ波長信号を受信する手段と、
   該複数のポンプ波長信号を位相変調して、所定の変調期間を有する変調信号を使用して複数の位相変調されたポンプ波長信号を形成する単一位相変調器と、
   該複数の位相変調されたポンプ波長信号を受信し、該受信された複数のポンプ波長信号における、波長分散及び非線形光学効果を補償する分散補償モジュール、ＤＣＭとを備え、
   該パラメトリック装置は、該補償され位相変調された複数のポンプ信号を受信し、入力信号Ｓを増幅し、該パラメトリック装置によって生成された増幅された入力信号及び１つ又は複数のアイドラを含む群から選択された信号を出力する複数ポンプ位相変調装置。
   
7. 請求項６に記載の複数ポンプ位相変調装置において、
   該ＤＣＭは、
   該変調された複数のポンプ波長信号を少なくとも２つの波長群に分ける波長選択性信号分割器と、
   他の波長群に対して該所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させる遅延装置とを備え、
   該ＤＣＭは、該波長群のうちの少なくとも１つに生ずる波長分散及び非線形光学効果を補償し、
   該遅延した第１波長群を該他の波長群と合成して、合成され変調された複数のポンプ波長信号を形成する合成器を備える複数ポンプ位相変調装置。
   
8. 請求項６に記載の複数ポンプ位相変調装置において、
   該変調された複数のポンプ波長信号を少なくとも２つの波長群に分ける波長選択性信号分割器と、
   他の波長群に対して該所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させる遅延装置と、
   該遅延した第１波長群を該他の波長群と合成して、合成され変調された複数のポンプ波長信号を形成する合成器とをさらに備え、
   該ＤＣＭは、該合成され変調された複数のポンプ波長信号に生ずる波長分散及び非線形光学効果を補償する複数ポンプ位相変調装置。
   
9. パラメトリック装置を動作させる方法であって、
   複数の光波長ポンプ信号を受信するステップと、
   単一位相変調器を使用するステップであって、それによって、該複数のポンプ信号を位相変調して、変調期間を有する変調信号を使用して複数の位相変調されたポンプ波長信号を形成する、単一位相変調器を使用するステップと、
   該変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分けるステップと、
   他の波長群に対して該所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させるステップと、
   該遅延した第１波長群を該他の波長群と合成するステップであって、それによって、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する、合成するステップと、
   パラメトリック装置において、該合成され変調された複数のポンプ信号を受信し、入力信号Ｓを増幅し、該パラメトリック装置によって生成された増幅された入力信号及び１つ又は複数のアイドラ（ｉｄｌｅｒ）を含む群から選択された信号を出力するステップとを含む方法。
   
10. １つのパラメトリック装置を備えた複数ポンプパラメトリック装置において使用される複数ポンプ位相変調装置を動作させる方法であって、
    複数の光波長ポンプ信号を受信するステップと、
    単一位相変調器を使用するステップであって、それによって、該複数の光波長ポンプ信号を位相変調して、変調期間を有する変調信号を使用して複数の位相変調されたポンプ波長信号を形成する、単一位相変調器を使用するステップと、
    該変調された複数のポンプ信号を少なくとも２つの波長群に分けるステップと、
    他の波長群に対して該所定の変調期間だけ第１波長群を遅延させるステップと、
    該遅延した第１波長群を該他の波長群と合成するステップであって、それによって、合成され変調された複数のポンプ信号を形成する、合成するステップとを含み、
    該パラメトリック装置は、該合成され変調された複数のポンプ信号を受信し、入力信号Ｓを増幅し、該パラメトリック装置によって生成された増幅された入力信号及び１つ又は複数のアイドラを含む群から選択された信号を出力する方法。

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