JP6096831B2 - 位相共役光変換器及びそれを用いた光伝送システム - Google Patents

Description

この発明は、複数波長から成る光信号を一括して位相共役光に変換する位相共役光変換器及びそれを用いた光伝送システムに関するものである。

ＩＣＴ（Information Communication Technology）の活用による世界規模での産業の拡大が続くと同時に、高齢化社会の到来等の社会背景とともにＩＣＴの活用は社会課題の解決の手段へとその役割を広げている。これらの通信インフラを支える光通信システムは社会インフラとして今後も重要な役割を担うことが期待されている。

光通信システムは、これまでに様々な技術革新により大容量化がなされてきた。近年では、デジタルコヒーレント技術により周波数利用効率の向上による大容量化が急速に進展している。さらなる大容量化に向けては一層の周波数利用効率の向上が求められる。

しかしながら、シャノン理論により、周波数利用効率の向上には、システム内でより高い信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）が要求されることが知られている。これまでは信号（Ｓ）の増大によりＳ／Ｎ比の確保がなされてきたが、ファイバ１本当たりでの通信容量の限界が指摘されはじめている。

その主要因として、伝送路である光ファイバ自体が持つ非線形光学効果により生じる雑音が大容量化の大きな制限となっている。この非線形光学効果により生じる雑音は非線形雑音と呼ばれている。

このため、非線形雑音の補償手段として、位相共役光を積極的に活用する方法の提案や検討が近年急速に進展しはじめている。位相共役光は、位相進行の逆転操作であり、伝搬損失や光増幅過程などを除けば光波にとっての時間反転を生み出すことができる。

この位相共役光を活用した一つの方法としては、位相感応光増幅器（ＰＳＡ）を用いた光信号処理による非線形雑音圧縮である。位相感応光増幅器内で、位相共役光と信号光を相互作用させることで位相雑音が圧縮できることが実験的にも示されている（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、位相及び強度方向に多値化したＱＡＭ信号に対して雑音圧縮が可能であり、この位相感応光増幅器を伝送路の各スパンの中継光増幅器として適用することで、非線形雑音を大幅に低減できる可能性がある。

また別の方法として、信号光と位相共役光を伝送路に同送し、受信器でその両方を受光し光電変換した後、電気領域での信号処理により演算することで非線形雑音の補償を行うブースティング受信（Boosting受信）と呼ばれる方法が提案検討されている（例えば、非特許文献２参照）。

上述した２つの方法は、将来の大容量光伝送システムの実現に向けて有望な技術であるが、それぞれに課題も存在する。

位相感応光増幅器は、中継光増幅器として用いることで、各伝送スパン毎に非線形雑音を圧縮できるため、光伝送システム全体では大きな効果を得ることができる。位相感応光増幅により信号光と位相共役光との相互作用を効果的に引き起こすためには、信号光と位相共役光と励起光との間の位相関係を精度よく合わせる必要がある。

しかしながら、一般的に用いられている光伝送ファイバは波長分散を有しており、それにより生じる信号光と位相共役光との間の相対位相にずれが生じてしまい、位相感応光増幅器を実際の光伝送システム内で効果的に活用することが難しいという課題があった。光伝送ファイバの持つ波長分散とは逆の特性を持つファイバを使った分散補償手段を用いることで位相感応光増幅器を適用することは可能であるが、光伝送システム全体では各スパン毎に導入する必要が生じる分散補償手段による光損失により信号光雑音比（Ｓ／Ｎ比）が劣化するという課題があった。

Boosting受信は、送信段で信号光と対となる位相共役光を生成し、受信段で両方を受光した後の電気領域で信号処理を行う構成のため、既存の光伝送路にそのまま適用が可能であるという大きな利点を持つ。

一方で、Boosting受信は、受信後の一回の信号処理であるため、伝送路内で累積して生じた非線形雑音に対する雑音低減手段としては限界もあった。また、信号処理は光電変換を行い、さらにＡ／Ｄ変換により信号を一定のサンプリングレートでデジタル化した後に行う必要があるため、光電変換に用いるフォトダイオード等の受光器の動作帯域や、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートなどにより低減できる雑音量にも制限があった。つまり、受信器の持つ動作帯域及び分解能以上には非線形雑音を補償することが難しいという課題があった。これは、大容量化を図るために信号光のボーレート（Ｂａｕｄレート）を上げるほど顕著となるため非線形雑音の低減には限界があった。

上述した２つの局所的な信号処理とは異なる方法として、光伝送システムにおける光伝送ファイバで生じた非線形雑音を光伝送ファイバ自体を用いて雑音のキャンセルを行う方法がある。この方法として、光伝送路のほぼ中間地点において信号光を位相共役光に変換し、位相共役光を新たな信号光として位相共役光のみを伝送させる中間地点位相共役変換が知られている（例えば、非特許文献３参照）。

図９（ａ）にこの中間地点位相共役変換の一例を示す。同図において、１は光送信器、２は光伝送ファイバ、３は光増幅器、４は光受信器、５は位相共役光変換器である。位相共役光変換器５は、光送信器１と光受信器４とをつなぐ伝送路のほぼ中間地点に設けられており、光送信器１からの信号光を位相共役光に変換し、位相共役光を新たな信号光として位相共役光のみを伝送させる。図９（ｂ）に光送信器１からの信号光の波長帯域（前半伝送路での波長帯域）と、光受信器４への新たな信号光（位相共役光）の波長帯域（後半伝送路での波長帯域）とを示す。

この方法では、伝送路全体の中間地点で信号光を位相共役光に変換することで、位相共役光の持つ時間反転性を用いて、実効的にファイバ内を逆伝搬させることで非線形雑音のキャンセルが行われる。つまり、光送信器１から中間地点の間の光伝送ファイバ２内で生じた非線形雑音が、中間地点から光受信器４の間の光伝送ファイバ２内を実効的に逆伝搬させることで補償される。

T. Umeki, O. Tadanaga, M.Asobe, Y. Miyamoto and H. Takenouchi., "First demonstration of high-order QAM signal amplification in PPLN-based phase sensitive amplifier," Optics Express, 2014年2月, Vol.22, No.3, p.2473-2482 Xiang Liu, A. R. Chraplyvy, P. J.Winzer, R. W. Tkach and S. Chandrasekhar.,"Phase-conjugated twin waves for communication beyond the Kerr nonlinearity limit" Nature Photonics, Vol7,pp.560-568 (2013) S.Watanabe ,G .Ishikawa ,T .Naito ,and T .Chikama ,"Genaration of optical phase conjugate waves and compensation for pulse shape distortion in a single-mode fiber," J.Lightwave Technol.,vol.12. pp.2139-2146,1994.

しかしながら、従来の中間地点位相共役変換の手法には課題もあった。中間地点での信号光の位相共役光への変換には、例えば高非線形ファイバ中の非線形光学効果を使った波長変換器が使われるため、信号光を位相共役光へ変換した後に周波数がシフトしてしまう。このため、光伝送システムの設計及び構築が非常に困難になるという問題があった。

具体的には、例えば波長帯域として３０ｎｍの波長多重信号（ＷＤＭ信号）をＣ帯を用いて伝送し、伝送路の中間地点でＬ帯へ波長変換することで位相共役光を生成し、Ｌ帯に変換された光を信号光として中間地点以降を伝送させるとする。この場合、中間地点以降は波長帯がＬ帯となってしまうため、中間地点以前と同じ光増幅器を用いることができなくなってしまう。

つまり、この手法を適用するためには、実際には中間地点に位相共役光への変換器を設置するだけでなく、中間地点以降の光増幅器をすべてＬ帯が増幅可能なものにする必要があるという制限が生まれる。特に、既存の光伝送システムに適用するためには、中間地点以降の光増幅器を全て置き換える必要が生じてしまう。

また、中間地点のみで位相共役光に変換するため、非線形雑音の低減量にも限界があった。通常の長距離光伝送システムは全体が数千ｋｍにおよぶ。この中間地点で位相共役光に変換するということは、数千ｋｍ伝送された信号光を、また別の数千ｋｍの光伝送ファイバ中を伝送させることで補償することとなる。位相共役光を用いた逆伝搬特性は、前半の伝送路と、後半の伝送路のファイバ特性が同一であるほどキャンセルの効果が最大化されるが、端と端で数千ｋｍもの距離があり、その間に複数の光増幅器が入っている実際の光伝送システムでは、中間地点以前とそれ以降では伝送特性が異なるため非線形雑音が完全にはキャンセルすることができなかった。

理想的には、光伝送システム全体ではなく、光伝送システムにおける伝送路のスパン（中継スパン）毎に非線形雑音を低減することができることが望ましいが、周波数シフトのある変換では、位相共役光への変換器を配置するたびにそれ以降の光増幅器構成等を見直す必要があり、伝送路の柔軟性が乏しかった。

また、スパン毎に位相共役光変換器を導入するには、従来技術では変換効率が小さいという問題もあった。変換効率が小さいとは、位相共役光へ変換する毎に光の過剰損失が生じることになる。この場合、この過剰損失を補償するために別途光増幅器が必要であり、これはシステム全体では過剰な雑音が生じることを意味している。つまり、非線形雑音をキャンセルするために、新たな過剰雑音が混入してしまうため、スパン毎のような複数回の位相共役光変換を光伝送システムに導入することはできなかった。

また、従来の中間地点位相共役変換の手法は、信号光を位相共役光に変換し、変換後は元の信号波長帯域には信号を伝送しないため、システム全体では帯域を２倍使用してしまうという課題もあった。非線形雑音を低減することでシステム全体での信号雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させることができるが、実効的に２倍の帯域を用いてしまうため、その分だけ周波数利用効率が低下してしまうという課題があった。

これらの課題から、従来の中間地点位相共役変換の手法を既存の光伝送システムに適用することは困難であった。また、従来の中間地点位相共役変換の手法は、上述した今後の新たな技術として期待されている位相感応光増幅器（ＰＳＡ）やBoosting受信などの位相共役光を積極的に活用した局所的な信号処理技術との融合という観点でも課題があり、これまでにこれらの手法を相補的に活用可能な構成は示されていなかった。

つまり、位相感応光増幅器（ＰＳＡ）等の位相共役光を積極的に活用した非線形雑音低減技術と協調が可能であり、かつスパン毎に雑音を圧縮することができ、信号帯域全体では周波数シフトがなく、光伝送システム全体ではなく１中継ごとに光伝送路を逆伝送特性による非線形雑音補償が適用可能であり、かつ位相共役光変換に伴う過剰雑音の発生が少ない、位相共役光変換器はこれまでにはなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、信号帯域全体では周波数シフトがなく、かつ位相共役光変換に伴う過剰雑音の発生が少なく、伝送路のスパン毎に逆伝送特性による非線形雑音補償を行うことが可能な位相共役光変換器及びそれを用いた光伝送システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、複数波長から成る光信号を一括して位相共役光に変換する位相共役光変換器であって、複数波長から成る光信号をその光信号の全帯域における中心波長を基準波長として短波側の波長成分と長波側の波長成分とに分離する波長分離フィルタと、波長分離フィルタによって分離された短波側の波長成分に中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により短波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに励起光を分離する第１の非線形光学デバイスと、波長分離フィルタによって分離された長波側の波長成分に中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により長波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに励起光を分離する第２の非線形光学デバイスと、第１の非線形光学デバイスから出力される短波側の波長成分及びその位相共役光と第２の非線形光学デバイスから出力される長波側の波長成分及びその位相共役光とを入力とし、この入力された光のうち短波側の波長成分の位相共役光と長波側の波長成分の位相共役光とを合波して出力光とする波長合波フィルタとを備えることを特徴とする。

この発明によれば、複数波長から成る光信号が波長分離フィルタによって短波側の波長成分と長波側の波長成分とに分離され、短波側の波長成分が第１の非線形光学デバイスに入力され、長波側の波長成分が第２の非線形光学デバイスに入力される。第１の非線形光学デバイスは、波長分離フィルタからの短波側の波長成分に中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により短波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに励起光を分離し、短波側の波長成分及びその位相共役光を出力する。第２の非線形光学デバイスは、波長分離フィルタからの長波側の波長成分に中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により長波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに励起光を分離し、長波側の波長成分及びその位相共役光を出力する。波長合波フィルタは、第１の非線形光学デバイスから出力される短波側の波長成分及びその位相共役光と第２の非線形光学デバイスから出力される長波側の波長成分及びその位相共役光とを入力とし、この入力された光のうち短波側の波長成分の位相共役光と長波側の波長成分の位相共役光とを合波して出力光とする。

この発明において、複数波長から成る光信号の短波側の波長成分と長波側の波長成分とは、同一帯域内で入れ替える形で位相共役光に変換されるものとなる。この場合、複数波長から成る光信号が一括して位相共役光に変換されるものとなり、複数波長から成る光信号全体の波長帯域としては、周波数がシフトされることがない。また、本発明において、第１および第２の非線形光学デバイスに、直接接合型の導波路を用いるようにすれば、低変換効率による過剰損失の増大を回避し、位相共役光変換に伴う過剰雑音の発生を少なくすることが可能となる。また、本発明の位相共役光変換器を光伝送システムに用いることにより、伝送路のスパン毎に逆伝送特性による非線形雑音補償を行うことが可能となる。

本発明の位相共役光変換器によれば、複数波長から成る光信号をその光信号の全帯域における中心波長を基準波長として短波側の波長成分と長波側の波長成分とに分離し、分離した短波側の波長成分と長波側の波長成分のそれぞれに中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により位相共役光を生成するとともに励起光を分離し、生成された短波側の波長成分の位相共役光と長波側の波長成分の位相共役光とを合波して出力光とするようにしたので、複数波長から成る光信号の短波側の波長成分と長波側の波長成分とが同一帯域内で入れ替える形で位相共役光に変換されるものとなり、信号帯域全体では周波数シフトがなく、かつ位相共役光変換に伴う過剰雑音の発生を少なくすることが可能となる。また、本発明の位相変換器を光伝送システムに用いることにより、伝送路のスパン毎に逆伝送特性による非線形雑音補償を行うことが可能となる。

本発明に係る位相共役光変換器の第１の実施形態（実施の形態１）の構成を示す図である。 実施の形態１の位相共役光変換器の動作を説明する図である。 波長分離フィルタおよび波長合波フィルタとしてインターリーブ型のフィルタ（インターリーバ）を用いた場合の実施の形態１の位相共役光変換器の動作を説明する図である。 本発明に係る位相共役光変換器の第２の実施形態（実施の形態２）の構成を示す図である。 本発明に係る位相共役光変換器の第３の実施の形態（実施の形態３）の構成を示す図である。 本発明に係る位相共役光変換器を用いた光伝送システムの第１の実施の形態（実施の形態４）を示す図である。 本発明に係る位相共役光変換器の第４の実施の形態（実施の形態５）の構成を示す図である。 本発明に係る位相共役光変換器を用いた光伝送システムの第２の実施の形態（実施の形態６）を示す図である。 従来の位相共役光変換器を用いた光伝送システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明の権利範囲に含まれないものも実施の形態として記載されているが、ここでは全て実施の形態として説明する。

〔実施の形態１〕
図１に本発明に係る位相共役光変換器の第１の実施形態（実施の形態１）の構成を示す。この実施の形態１の位相共役光変換器１００は、波長分離フィルタ１０１と、波長合波フィルタ１０２と、第１の非線形光学デバイス１０３と、第２の非線形光学デバイス１０４とを備えている。

この位相共役光変換器１００において、第１の非線形光学デバイス１０３は、入力される光信号と励起光との間で擬似位相整合を満たす周期分極反転構造を有するニオブ酸リチウム導波路（以下、ＰＰＬＮ導波路と言う）１０３ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器１０３ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器１０３ｃとを備えている。

また、第２の非線形光学デバイス１０４も、第１の非線形光学デバイス１０３と同様、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路１０４ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器１０４ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器１０４ｃとを備えている。

また、波長分離フィルタ１０１はダイクロイックミラー型の合分波器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを備えており、波長合波フィルタ１０２はダイクロイックミラー型の合分波器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを備えている。

次に、この実施の形態１の位相共役光変換器１００の動作を、各部の機能を交えながら説明する。

この位相共役光変換器１００には、入力光として、複数波長から成る光信号が入力される。この例では、波長多重信号（ＷＤＭ信号）が入力される（図２（ａ）参照）。入力されたＷＤＭ信号は、波長分離フィルタ１０１によって、短波側の成分（短波長信号）と長波側の成分（長波長信号）とに分離される（図２（ｂ）参照）。

なお、この実施の形態では、ＷＤＭ信号全帯域における中心波長を基準波長としてＷＤＭ信号を短波側の成分と長波側の成分とに分離するが、かならずしも基準波長は中心波長でなくてもよい。

波長分離フィルタ１０１によって分離されたＷＤＭ信号の短波側の成分は第１の非線形光学デバイス１０３に入力される。波長分離フィルタ１０１によって分離されたＷＤＭ信号の長波側の成分は第２の非線形光学デバイス１０４に入力される。

第１の非線形光学デバイス１０３において、ダイクロイックミラー型合波器１０３ｂは、波長分離フィルタ１０１からのＷＤＭ信号の短波側の成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分はＰＰＬＮ導波路１０３ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路１０３ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光を生成する。

ダイクロイックミラー型合波器１０３ｂが合波する励起光は、ＷＤＭ信号を分離した基準波長の半分の波長、本実施の形態ではＷＤＭ信号全帯域における中心波長の半分の波長を有する。中心波長の周波数をω０とすれば、励起光の周波数は２ω０である。ＷＤＭ信号の短波側の成分の１波長の周波数をωｓとすれば、ＰＰＬＮ導波路１０３ａ中の差周波発生により、周波数２ω０−ωｓの変換光が生成される。また、光位相としては、励起光の位相をΦｐ、信号光の位相をΦｓとすれば、差周波発生によりΦｐ−Φｓとなり、励起光の位相を基準として信号光の位相共役光が生成される。つまり、中心波長を基準に波長軸上で折り返した形で長波側に信号光の位相共役光が生成されるものとなる。

ＰＰＬＮ導波路１０３ａにより生成されたＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分とともにダイクロイックミラー型分波器１０３ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器１０３ｃは、ＰＰＬＮ導波路１０３ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の短波側の成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光：図２（ｃ）の上段の図参照）を波長合波フィルタ１０２へ送る。

第２の非線形光学デバイス１０４において、ダイクロイックミラー型合波器１０４ｂは、波長分離フィルタ１０１からのＷＤＭ信号の長波側の成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分はＰＰＬＮ導波路１０４ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路１０４ａは差周波発生により、第１の非線形光学デバイス１０３におけるＰＰＬＮ導波路１０３ａと同様にして、ＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光を生成する。この場合、中心波長を基準に波長軸上で折り返した形で短波側にＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光が生成されるものとなる。

ＰＰＬＮ導波路１０４ａにより生成されたＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分とともにダイクロイックミラー型分波器１０４ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器１０４ｃは、ＰＰＬＮ導波路１０４ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の長波側の成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光：図２（ｃ）の下段の図参照）を波長合波フィルタ１０２へ送る。

波長合波フィルタ１０２は、第１の非線形光学デバイス１０３及び第２の非線形光学デバイス１０４から入力された光のうち、ＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光と長波側の成分の位相共役光のみを合波して出力光とし（図２（ｄ）参照）、新たなＷＤＭ信号として送り出す。

この場合、波長合波フィルタ１０２は、第１の非線形光学デバイス１０３及び第２の非線形光学デバイス１０４から入力される光のうち、元の信号光（ＷＤＭ信号の短波側の成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分）を分離し、出力光として取り出されないように消光する。

以上記述した通り、本実施の形態の位相共役光変換器１００のような構成を採用することにより、ＷＤＭ信号の短波側の成分と長波側の成分とを同一帯域内で入れ替える形で位相共役光に変換することができる。つまり、ＷＤＭ信号の短波側の成分は中心波長を軸に折り返した形で長波側の成分に変換され、ＷＤＭ信号の長波側の成分は中心波長を軸に折り返した形で短波側の成分に変換される。ここで、ＷＤＭ信号全体の波長帯域（信号帯域全体）としては、周波数がシフトすることなく、ＷＤＭ信号を一括して位相共役光に変換することができている。さらに、励起光波長と信号光波長の関係を適切に設定すれば、ＷＤＭ信号内の各信号のグリット位置まで同じ状態で位相共役光に変換できる。

ＷＤＭ信号の短波側の成分と長波側の成分とを入れ替える形で位相共役光に変換する場合、折り返しとなる中心波長と信号光との間にガードバンドと呼ばれる短波側と長波側との間でのクロストークを抑制するために信号を送信しない帯域をある程度設ける必要があるが、本実施の形態の位相共役光変換器１００の構成ではガードバンドを十分小さくできる。図２（ａ）に本実施の形態の位相共役光変換器１００におけるガードバンドをＧＢとして示す。

一例として、波長１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの３０ｎｍの帯域を有するＷＤＭ信号を位相共役光に変換することを試みた。励起光として、ＷＤＭ信号の中心波長１５５０ｎｍの半波長である７７５ｎｍの光を用いた。本実施の形態の位相共役光変換器１００では、ＰＰＬＮ導波路をベースとした非線形光学デバイス１０３，１０４を用いるため、励起光の波長が信号波長と大きく異なる。これにより、誘電体のダイクロイックミラーを用いて低損失に合分波することがでる。かつ、励起光は信号光波長と同じ１５５０ｎｍ帯ではないため、原理的にはＰＰＬＮ導波路の持つ励起光に対する帯域程度のガードバンドを設ければよい。ＰＰＬＮ導波路の持つ励起光に対する帯域は、素子長にも依存するが、５０ｍｍ長さのＰＰＬＮ導波路を用いるものとすれば、０．２ｎｍ（約２５ＧＨｚ）のガードバンドを設ければよいことになる。これはＷＤＭ信号の全帯域３０ｎｍの内の１％程度であり、帯域損失の観点から非常に小さいと言える。

もう一つのガードバンドの制限要因としては、波長合波フィルタ１０２の消光特性である。波長合波フィルタ１０２が十分な消光特性を有していないと、元の信号光が位相共役光に重畳されてしまうため信号品質が劣化する。波長合波フィルタ１０２に十分な消光特性を持たせるためには有限のガードバンドが必要となる。

本実施の形態の位相共役光変換器１００では、誘電体多層膜を用いたダイクロイックミラーを反射と透過において各２枚用いる多段の構成により高い消光比を実現している。これにより３ｎｍのガードバンドを設ければ３０ｄＢ以上の十分な消光特性が得られた。この３ｎｍのガードバンド量は、ＷＤＭ信号の全帯域３０ｎｍの内の１０％程度であり、帯域損失の観点から帯域を２倍使用する必要のある従来の方法と比べれば小さいと言える。なお、本実施の形態では、波長合波フィルタ１０２に誘電体多層膜を用いたダイクロイックミラーを用いたが、より急峻かつ高消光を持つフィルタを形成するためにＬＣＯＳやファイバブラックグレーティングなどの光フィルタを用いてもよい。

さらに、本実施の形態の位相共役光変換器１００では、従来手法の課題であった低変換効率による過剰損失の増大を回避するために、非線形光学デバイス１０３，１０４内のＰＰＬＮ導波路１０３ａ，１０４ａとして、直接接合型の導波路を用いている。ここで、本実施の形態で用いたＰＰＬＮ導波路１０３ａ，１０４ａの作製方法を以下に例示する。

まず、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ₃上に周期が約１７μｍの周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをＺｎ：ＬｉＮｂＯ₃中に形成した。次に、この周期分極反転構造を有するＺｎ：ＬｉＮｂＯ₃基板をクラッドとなるＬｉＴａＯ₃上に直接接合を行い、５００℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。次に、コア層を研磨により５μｍ程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温調が可能であり、導波路の長さは、５０ｍｍとした。このようにして形成されたＰＰＬＮ導波路を有する２次非線形光学素子を１．５μｍ帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュールとした。

なお、この例では、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ₃を用いたが、それ以外の非線形材料である、ＫＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０≦ｘ≦１）若しくはＫＴｉＯＰＯ₄、又はそれらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有している非線形光学材料を用いてもよい。

このようにして作製したＰＰＬＮ導波路１０３ａ，１０４ａを用いて位相共役光の生成を試みた。波長７７５ｎｍの励起光を第１の非線形光学デバイス１０３及び第２の非線形光学デバイス１０４に入力した。各非線形光学デバイス１０３，１０４にはそれぞれ３００ｍＷの光パワーを入力した。直接接合型のＰＰＬＮ導波路１０３ａ，１０４ａを用いたため、１００ｍＷ以上のハイパワーにおいても安定動作し、かつ変換光が利得を持つほど高い変換効率が得られた。変換利得として４ｄＢが得られており、これは波長分離フィルタ１０１及び波長合波フィルタ１０２の全損失３ｄＢを補償することができる値であり、位相共役光変換器１００全体として、無損失での動作が可能であった。

以上の通り、本実施の形態の位相共役光変換器１００のような構成を採用することにより、ガードバンドが小さく、無損失でかつ信号帯域全体としては周波数シフトのない、また位相共役光変換に伴う過剰雑音の発生が少ない位相共役光変換器を得ることができた。

なお、本実施の形態では、波長分離フィルタ１０１としてＷＤＭ信号を短波側の成分と長波側の成分とに分離する特性をもつフィルタを用いたが、また波長合波フィルタ１０２として短波側の成分の位相共役光と長波側の成分の位相共役光とを合波する特性をもつフィルタを用いたが、インターリーブ型のフィルタを用いてもよい。

波長分離フィルタ１０１としてＷＤＭ信号を偶数チャネルの成分と奇数チャネルの成分とに分離する特性をもつインターリーブ型のフィルタを、また波長合波フィルタ１０２として偶数チャネルの成分の位相共役光と奇数チャネルの成分の位相共役光とを合波する特性をもつインターリーブ型のフィルタを用いた場合の動作の様子を図３に示す。

また、図１において、インターリーブ型のフィルタ（インターリーバ）を用いた場合の位相共役光変換器を１００’とし、この位相共役光変換器１００’における波長分離フィルタ（インターリーバ）を１０１’、波長合波フィルタ（インターリーバ）を１０２’とする。

この位相共役光変換器１００’には、入力光として、ＷＤＭ信号が入力される（図３（ａ）参照）。入力されたＷＤＭ信号は、波長分離フィルタ（インターリーバ）１０１’によって、偶数チャネルの成分と奇数チャネルの成分とに分離される（図３（ｂ）参照）。

なお、この実施の形態では、ＷＤＭ信号全帯域における中心波長を基準波長としてＷＤＭ信号を偶数チャネルの成分と奇数チャネルの成分とに分離するが、かならずしも基準波長は中心波長でなくてもよい。

波長分離フィルタ（インターリーバ）１０１’によって分離されたＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分は第１の非線形光学デバイス１０３に入力される。波長分離フィルタ（インターリーバ）１０１’によって分離されたＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分は第２の非線形光学デバイス１０４に入力される。

第１の非線形光学デバイス１０３において、ダイクロイックミラー型合波器１０３ｂは、波長分離フィルタ（インターリーバ）１０１’からのＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分はＰＰＬＮ導波路１０３ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路１０３ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分の位相共役光を生成する。この時、偶数チャネルの成分の位相共役光が奇数チャネルに生成されるよう励起光波長を設定する。具体的には、励起光の２倍の周波数がＷＤＭ信号のチャネル間隔の間となるように設定すればよい。

ＰＰＬＮ導波路１０３ａにより生成されたＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分とともにダイクロイックミラー型分波器１０３ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器１０３ｃは、ＰＰＬＮ導波路１０３ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分＋ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分の位相共役光：図３（ｃ）の上段の図参照）を波長合波フィルタ（インターリーバ）１０２’へ送る。

第２の非線形光学デバイス１０４において、ダイクロイックミラー型合波器１０４ｂは、波長分離フィルタ（インターリーバ）１０１’からのＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分はＰＰＬＮ導波路１０４ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路１０４ａは差周波発生により、第１の非線形光学デバイス１０３におけるＰＰＬＮ導波路１０３ａと同様にして、ＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分の位相共役光を生成する。この時、奇数チャネルの成分の位相共役光は偶数チャネルに生成される。

ＰＰＬＮ導波路１０４ａにより生成されたＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分とともにダイクロイックミラー型分波器１０４ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器１０４ｃは、ＰＰＬＮ導波路１０４ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分＋ＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分の位相共役光：図３（ｃ）の下段の図参照）を波長合波フィルタ（インターリーバ）１０２’へ送る。

波長合波フィルタ（インターリーバ）１０２’は、第１の非線形光学デバイス１０３及び第２の非線形光学デバイス１０４から入力された光のうち、ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分の位相共役光と奇数チャネルの成分の位相共役光のみを合波して出力光とし（図３（ｄ）参照）、新たなＷＤＭ信号として送り出す。

この場合、波長合波フィルタ（インターリーバ）１０２’は、第１の非線形光学デバイス１０３及び第２の非線形光学デバイス１０４から入力される光のうち、元の信号光（ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分＋ＷＤＭ信号の奇数チャネルの成分）を分離し、出力光として取り出されないように消光する。

これにより、ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分と奇数チャネルの成分とを同一帯域内で入れ替える形で位相共役光に変換することができる。本構成では、原理的にカードバンドなしでの動作が可能となる。

〔実施の形態２〕
次に、本発明に係る位相共役光変換器の第２の実施の形態（実施の形態２）について説明する。

本発明における位相共役光変換器においては、２つの非線形光学デバイスを用いるため、２つの光路間で遅延差が存在すると、信号ビットの時間ずれが生じる。実施の形態１に示した位相共役光変換器１００においても、非線形光学デバイス１０３，１０４の光路長を適切に設定すれば遅延差を最小化することができるが、実施の形態２では、ループ型の位相共役光変換器とすることにより、より簡便に遅延差を最小化できるようにする。

図４に実施の形態２の位相共役光変換器の構成を示す。この実施の形態２の位相共役光変換器２００は、サーキュレータ２０１と、波長合分離フィルタ２０２と、第１の非線形光学デバイス２０３と、第２の非線形光学デバイス２０４と、偏波回転素子２０５とを備えている。

この位相共役光変換器２００において、第１の非線形光学デバイス２０３は、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路２０３ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器２０３ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器２０３ｃとを備えている。

また、第２の非線形光学デバイス２０４も、第１の非線形光学デバイス２０３と同様、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路２０４ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器２０４ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器２０４ｃとを備えている。

次に、この実施の形態２の位相共役光変換器２００の動作を、各部の機能を交えながら説明する。この位相共役光変換器２００にも、実施の形態１の位相共役光変換器１００と同様、入力光としてＷＤＭ信号が入力される。

入力されるＷＤＭ信号は、サーキュレータ２０１で受け取られ、波長合分離フィルタ２０２に送られる。波長合分離フィルタ２０２は、サーキュレータ２０１が受け取ったＷＤＭ信号を短波側の成分（短波長信号）と長波側の成分（長波長信号）とに分離する。

波長合分離フィルタ２０２によって分離されたＷＤＭ信号の短波側の成分は第１の非線形光学デバイス２０３に入力される。波長合分離フィルタ２０２によって分離されたＷＤＭ信号の長波側の成分は第２の非線形光学デバイス２０４に入力される。

第１の非線形光学デバイス２０３において、ダイクロイックミラー型合波器２０３ｂは、波長合分離フィルタ２０２からのＷＤＭ信号の短波側の成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分はＰＰＬＮ導波路２０３ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路２０３ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路２０３ａにより生成されたＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分とともにダイクロイックミラー型分波器２０３ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器２０３ｃは、ＰＰＬＮ導波路２０３ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の短波側の成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光）を偏波回転素子２０５へ送る。

第２の非線形光学デバイス２０４において、ダイクロイックミラー型合波器２０４ｂは、波長合分離フィルタ２０２からのＷＤＭ信号の長波側の成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分はＰＰＬＮ導波路２０４ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路２０４ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路２０４ａにより生成されたＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分とともにダイクロイックミラー型分波器２０４ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器２０４ｃは、ＰＰＬＮ導波路２０４ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の長波側の成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光）を偏波回転素子２０５へ送る。

偏波回転素子２０５は、第１の非線形光学デバイス２０３からの光（ＷＤＭ信号の短波側の成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分の位相共役光）の偏波を回転させて、第２の非線形光学デバイス２０４に送る。また、偏波回転素子２０５は、第２の非線形光学デバイス２０４からの光（ＷＤＭ信号の長波側の成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分の位相共役光）の偏波を回転させて、第１の非線形光学デバイス２０３に送る。

本実施の形態において、ＰＰＬＮ導波路２０３ａ，２０４ａはＺカットとされている。このため、ＰＰＬＮ導波路２０３ａ，２０４ａは偏波依存性を有し、ＴＭ偏光の光に対して位相共役光を生成する。この偏波依存性を積極的に活用することで第１の非線形光学デバイス２０３及び第２の非線形光学デバイス２０４の両者の独立性を担保することができる。

具体的には、第１の非線形光学デバイス２０３から出力されるＷＤＭ信号の短波側の成分及びその位相共役光は、偏波回転素子２０５によって偏波が回転された後に第２の非線形光学デバイス２０４に入力されるため、第２の非線形光学デバイス２０４内では、励起光の反射光などが存在していたとしても、非線形過程を生じることがない。このため、反射光の影響が低減された状態で、第２の非線形光学デバイス２０４内を通過し、波長合分離フィルタ２０２へ戻される。

また、第２の非線形光学デバイス２０４から出力されるＷＤＭ信号の長波側の成分及びその位相共役光は、偏波回転素子２０５によって偏波が回転された後に第１の非線形光学デバイス２０３に入力されるため、第１の非線形光学デバイス２０３内では、励起光の反射光などが存在していたとしても、非線形過程を生じることがない。このため、反射光の影響が低減された状態で、第１の非線形光学デバイス２０４内を通過し、波長合分離フィルタ２０２へ戻される。

これにより、第１の非線形光学デバイス２０３と第２の非線形光学デバイス２０４とが同じループ内に配置されていても、お互いに影響を及ぼすことを低減できる。

波長合分離フィルタ２０２は、第１の非線形光学デバイス２０３を通して戻されてくるＷＤＭ信号の長波側の成分及びその位相共役光と第２の非線形光学デバイス２０４を通して戻されてくるＷＤＭ信号の短波側の成分及びその位相共役光とを入力とし、この入力された光のうち短波側の成分の位相共役光と長波側の成分の位相共役光のみを合波して出力光としてサーキュレータ２０１へ送る。サーキュレータ２０１は、波長合分離フィルタ２０２から送られてくる出力光を受け取って新たなＷＤＭ信号として送り出す。

この場合、波長合分離フィルタ２０２は、第１の非線形光学デバイス２０３及び第２の非線形光学デバイス２０４を通して戻されてくる光のうち、元の信号光（ＷＤＭ信号の短波側の成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分）を分離し、出力光として取り出されないように消光する。

この実施の形態２の位相共役光変換器２００では、ループ型の構成としていることによって、波長合分離フィルタ２０２により分離したＷＤＭ信号の短波側の成分と長波側の成分の光路長を厳密に一致化することができる。

なお、この実施の形態では２つの非線形光学デバイス２０３，２０４をループ内に配置したが、ループ構成内での各素子の反射率を非常に小さくすることにより１つの非線形光学デバイスを双方向で励起することによって、ＷＤＭ信号の短波側の成分と長波側の成分の位相共役光の生成を１つの非線形光学デバイスで行うことも可能である。

また、この実施の形態では、波長合分離フィルタ２０２として、ＷＤＭ信号の短波側の成分と長波側の成分とを分離し、短波側の成分の位相共役光と長波側の成分の位相共役光とを合波する特性をもつフィルタを用いたが、ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分と奇数チャネルの成分とを分離し、偶数チャネルの成分の位相共役光と奇数チャネルの成分の位相共役光とを合波する特性をもつインターリーブ型のフィルタを用いてもよい。

〔実施の形態３〕
次に、本発明に係る位相共役光変換器の第３の実施の形態（実施の形態３）について説明する。

本発明における位相共役光変換器において、非線形光学デバイスとしてＰＰＬＮ導波路を用いる場合、実施の形態１及び実施の形態２の構成では、偏波に依存性があった。近年の光通信システムへ適用するためには、偏波無依存で動作可能な構成がより求められる。このため、実施の形態３では、本発明に係る位相共役光変換器を偏波無依存で動作させるための構成を示す。

図５に実施の形態３の位相共役光変換器の構成を示す。この実施の形態３の位相共役光変換器３００は、波長分離フィルタ３０１と、波長合波フィルタ３０２と、第１〜第４の非線形光学デバイス３０３〜３０６と、第１〜第４の偏波合分波素子（偏波ビームスプリッタ：ＰＢＳ）３０７〜３１０とを備えている。

この位相共役光変換器３００において、第１の非線形光学デバイス３０３は、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路３０３ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器３０３ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器３０３ｃとを備えている。

また、第２〜第４の非線形光学デバイス３０４〜３０６も、第１の非線形光学デバイス３０３と同様、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路３０４ａ〜３０６ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器３０４ｂ〜３０６ｃと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器３０４ｃ〜３０６ｃとを備えている。

また、波長分離フィルタ３０１はダイクロイックミラー型の合分波器３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃを備えており、波長合波フィルタ３０２はダイクロイックミラー型の合分波器３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃを備えている。

次に、この実施の形態３の位相共役光変換器３００の動作を、各部の機能を交えながら説明する。

この位相共役光変換器３００には、入力光（複数波長から成る光信号）として、ＷＤＭ信号が入力される。入力されたＷＤＭ信号は、波長分離フィルタ３０１によって、短波側の成分（短波長信号）と長波側の成分（長波長信号）とに分離される。

なお、この実施の形態では、ＷＤＭ信号全帯域における中心波長を基準波長としてＷＤＭ信号を短波側の成分と長波側の成分とに分離するが、かならずしも基準波長は中心波長でなくてもよい。

波長分離フィルタ３０１によって分離されたＷＤＭ信号の短波側の成分は、第１の偏波合分波素子３０７に入力され、Ｘ偏波成分とＹ偏波成分とに分離される。波長分離フィルタ３０１によって分離されたＷＤＭ信号の長波側の成分は、第２の偏波合分波素子３０８に入力され、Ｘ偏波成分とＹ偏波成分とに分離される。

第１の偏波合分波素子３０７によって分離されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分は第１の非線形光学デバイス３０３に入力される。第１の偏波合分波素子３０７によって分離されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分は第２の非線形光学デバイス３０４に入力される。

第２の偏波合分波素子３０８によって分離されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分は第３の非線形光学デバイス３０５に入力される。第２の偏波合分波素子３０８によって分離されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分は第４の非線形光学デバイス３０６に入力される。

第１の非線形光学デバイス３０３において、ダイクロイックミラー型合波器３０３ｂは、第１の偏波合分波素子３０７からのＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分はＰＰＬＮ導波路３０３ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路３０３ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路３０３ａにより生成されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分とともにダイクロイックミラー型分波器３０３ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器３０３ｃは、ＰＰＬＮ導波路３０３ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光）を第３の偏波合分波素子３０９に送る。

第２の非線形光学デバイス３０４において、ダイクロイックミラー型合波器３０４ｂは、第１の偏波合分波素子３０７からのＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分はＰＰＬＮ導波路３０４ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路３０４ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路３０４ａにより生成されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分とともにダイクロイックミラー型分波器３０４ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器３０４ｃは、ＰＰＬＮ導波路３０４ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光）を第３の偏波合分波素子３０９に送る。

第３の偏波合分波素子３０９は、第１の非線形光学デバイス３０３からの励起光が分離された光（ＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光）と、第２の非線形光学デバイス３０４からの励起光が分離された光（ＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分＋ＷＤＭ信号の短波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光）を合波し、波長合波フィルタ３０２へ送る。

第３の非線形光学デバイス３０５において、ダイクロイックミラー型合波器３０５ｂは、第２の偏波合分波素子３０８からのＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分はＰＰＬＮ導波路３０５ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路３０５ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路３０５ａにより生成されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分とともにダイクロイックミラー型分波器３０５ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器３０５ｃは、ＰＰＬＮ導波路３０５ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光）を第４の偏波合分波素子３１０に送る。

第４の非線形光学デバイス３０６において、ダイクロイックミラー型合波器３０６ｂは、第２の偏波合分波素子３０８からのＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分に励起光を合波する。この励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分はＰＰＬＮ導波路３０６ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路３０６ａは差周波発生によりＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路３０６ａにより生成されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光は、励起光が合波されたＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分とともにダイクロイックミラー型分波器３０６ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器３０６ｃは、ＰＰＬＮ導波路３０６ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（ＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光）を第４の偏波合分波素子３１０に送る。

第４の偏波合分波素子３１０は、第３の非線形光学デバイス３０５からの励起光が分離された光（ＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分のＸ偏波成分の位相共役光）と、第４の非線形光学デバイス３０６からの励起光が分離された光（ＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分＋ＷＤＭ信号の長波側の成分のＹ偏波成分の位相共役光）を合波し、波長合波フィルタ３０２へ送る。

波長合波フィルタ３０２は、第３の偏波合分波素子３０９及び第４の偏波合分波素子３１０から入力された光のうち、ＷＤＭ信号の短波側の成分（Ｘ偏波成分＋Ｙ偏波成分）の位相共役光と長波側の成分（Ｘ偏波成分＋Ｙ偏波成分）の位相共役光のみを合波して出力光とし、新たなＷＤＭ信号として送り出す。

この場合、波長合波フィルタ３０２は、第３の偏波合分波素子３０９及び第４の偏波合分波素子３１０から入力される光のうち、元の信号光（ＷＤＭ信号の短波側の成分（Ｘ偏波成分＋Ｙ偏波成分）＋ＷＤＭ信号の長波側の成分（Ｘ偏波成分＋Ｙ偏波成分））を分離し、出力光として取り出されないように消光する。

この実施の形態３の位相共役光変換器３００は、実施の形態１の位相共役光変換器１００の基本構成を２つ用いて偏波のダイバシティ構成を組むものである。なお、この実施の形態では、波長分波した後、偏波を分離したが、逆に偏波分離を行った後、波長分離を行ってもよい。

また、この実施の形態では、波長分離フィルタ３０１として、ＷＤＭ信号の短波側の成分と長波側の成分とに分離する特性をもつフィルタを用いたが、また波長合波フィルタ３０２として短波側の成分の位相共役光と長波側の成分の位相共役光とを合波する特性をもつフィルタを用いたが、波長分離フィルタ３０１として、ＷＤＭ信号の偶数チャネルの成分と奇数チャネルの成分とを分離する特性をもつインターリーブ型のフィルタを、また波長合波フィルタ３０２として偶数チャネルの成分の位相共役光と奇数チャネルの成分の位相共役光とを合波する特性をもつインターリーブ型のフィルタを用いてもよい。

〔実施の形態４〕
本発明に係る位相共役光変換器は、上記の実施の形態１〜３で示した通り、ほぼ無損失で複数波長から成る光信号を一括して位相共役光に変換することが可能であるが、位相共役光変換器内で、波長分離フィルタや偏波合分波素子（ＰＢＳ）による損失をＰＰＬＮ導波路中の光パラメトリック過程により補償するため、信号品質は多少なりとも劣化する。この位相共役光変換器を光通信システムにおいてどのように用いるかで、システム全体としてのＳ／Ｎ比は大きく異なる。

図６に本発明に係る位相共役光変換器を用いた光伝送システムの第１の実施の形態（実施の形態４）を示す。この実施の形態４の光伝送システム４００は、ＷＤＭ信号を生成する光送信器４０１と、複数の光伝送ファイバ４０２と、複数の中継光増幅器４０３と、複数の位相共役光変換器４０４と、光受信器４０５とを備えている。

本実施の形態において、位相共役光変換器４０４としては、実施の形態３に示した偏波無依存構成の位相共役光変換器３００を用いている。また、中継光増幅器４０３には、ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）を用いている。なお、位相共役光変換器４０４として、実施の形態１に示した位相共役光変換器１００や実施の形態２に示した位相共役光変換器２００を用いてもよい。

この光伝送システム４００において、光送信器４０１からのＷＤＭ信号は、光送信器４０１と光受信器４０５との間に多段に接続された光伝送ファイバ４０２を伝送路４０６として、光受信器４０５に送られる。

この光伝送システム４００では、伝送路４０６における光伝送ファイバ４０２で区切られた１つの区間が１スパンとされ、各スパンにおける伝送損失がスパン毎に設けられた中継光増幅器４０３で補償される。

この光伝送システム４００において、光伝送ファイバ４０２としては、８０ｋｍのシングルモードファイバを用いている。約２４ｄＢ伝搬損失の損失があるため、この損失を補償するためにＥＤＦＡを中継光増幅器４０３として用い、多段に光伝送ファイバ４０２を接続している。そして、この中継光増幅器４０３の直後に、位相共役光変換器４０４を配置している。一般に、光増幅器を多段に接続した場合、後段の雑音指数（ＮＦ）は前段の増幅利得（Ｇ）で割った形で寄与することが知られているが、この光伝送システム４００における位相共役光変換器４０４でも同様の効果があった。

中継光増幅器４０３の直後に位相共役光変換器４０４を配置することで、増幅利得２４ｄＢの分だけ位相共役光変換器４０４の信号品質低下の影響を低減できる。つまり、位相共役光変換器４０４の本来の雑音指数（ＮＦ）が４ｄＢ程度あっても、光伝送システム４００全体ではその百分の１以下に低減することができる。これにより、位相共役光変換器４０４自体による信号品質の劣化を最小化し、位相共役光変換器４０４の有する非線形雑音補償特性を最大化することができる。

各スパンの中継光増幅器４０３の直後に位相共役光変換器４０４を配置し、この位相共役光変換器４０４によってＷＤＭ信号を位相共役光に変換することで、各スパン毎に非線形雑音を補償することができる。具体的には、光送信器４０１から送られたＷＤＭ信号の最初の光伝送ファイバ４０２（第１のスパン）で生じた非線形雑音は、次の光伝送ファイバ４０２（第２のスパン）内を伝搬する間に位相共役光の持つ逆伝搬特性により補償される。以下同様に、第３、第４のスパン以降においても、非線形雑音を直ちに補償しながら伝送することができる。

これにより、光伝送システム４００全体で、１０ｄＢ以上のＳ／Ｎ比の向上をもたらすことができた。

〔実施の形態５〕
次に、本発明に係る位相共役光変換器の第４の実施の形態（実施の形態５）について説明する。本発明における位相共役光変換器は、位相感応光増幅器やBoosting受信などの位相共役光を同送した雑音低減手段とも協調可能であり、これにより大幅なシステム特性の改善を実現することができる。

図７に、実施の形態５の位相共役光変換器として、信号光とその信号光の位相共役光を同送するマルチキャリア信号に対して、位相感応光増幅器を中継光増幅器として適用可能とするための、位相共役光変換器の構成を示す。

この実施の形態５の位相共役光変換器５００は、波長分離フィルタ５０１と、波長合波フィルタ５０２と、第１の非線形光学デバイス５０３と、第２の非線形光学デバイス５０４と、第１の光分岐回路５０５と、特定波長のみを透過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０６，５１２と、可変の光減衰器（ＶＯＡ）５０７と、サーキュレータ５０８と、半導体レーザ５０９と、第２の光分岐回路５１０と、光増幅器（ＥＤＦＡ）５１１と、励起光生成用の非線形光学デバイス５１３と、励起光分波器５１４と、第３の光分岐回路５１５とを備えている。

この位相共役光変換器５００において、第１の非線形光学デバイス５０３は、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路５０３ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器５０３ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器５０３ｃとを備えている。

また、第２の非線形光学デバイス５０４も、第１の非線形光学デバイス５０３と同様、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路５０４ａと、励起光を合波するダイクロイックミラー型合波器５０４ｂと、励起光を分波するダイクロイックミラー型分波器５０４ｃとを備えている。

次に、この実施の形態５の位相共役光変換器５００の動作を、各部の機能を交えながら説明する。

この位相共役光変換器５００には、入力光（複数波長から成る光信号）として、複数の信号光と位相共役光との対とパイロットトーン信号光とから成るマルチキャリア信号が入力される。

ここで、パイロットトーン信号光は、連続波光（ＣＷ光）であり、マルチキャリア信号の帯域の中心波長に設定されている。信号光と位相共役光との対は、このパイロットトーン信号光の波長を中心として、短波側及び長波側に、対称に離調されている。マルチキャリア信号は、この信号光と位相共役光との対を複数有している。

入力されたマルチキャリア信号は、その一部の光パワーが第１の光分岐回路５０５により分岐され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０６へ送られる。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０６は、第１の光分岐回路５０５によって分岐されたマルチキャリア信号からパイロットトーン信号光のみを分離し、可変の光減衰器５０７へ送る。

可変の光減衰器５０７は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５０６によって分離されたパイロットトーン信号光を数百から数十マイクロＷになるようにパワーを調整する。このパワーが調整されたパイロットトーン信号光はサーキュレータ５０８を通して半導体レーザ５０９に送られる。

これにより、半導体レーザ５０９は、パイロットトーン信号光に光注入同期され、パイロットトーン信号光と同じ搬送波位相を持つ光をサーキュレータ５０８へ送る。サーキュレータ５０８は、この半導体レーザ５０９からのパイロットトーン信号光と同じ搬送波位相を持つ光を第２の光分岐回路５１０へ送る。

第２の光分岐回路５１０は、サーキュレータ５０８から出力された光を２分岐し、一方を基本波光として、光増幅器５１１へ送る。光増幅器５１１は、第２の光分岐回路５１０からの基本波光を２Ｗまで増幅した後、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１２を通して励起光生成用の非線形光学デバイス５１３に入力する。

励起光生成用の非線形光学デバイス５１３は、第１の非線形光学デバイス５０３及び第２の非線形光学デバイス５０４と同様の構成から成り、周期分極反転構造を有するＰＰＬＮ導波路５１３ａと、ダイクロイックミラー型合波器５１３ｂと、ダイクロイックミラー型分波器５１３ｃとを備えている。

励起光生成用の非線形光学デバイス５１３は、その内部のＰＰＬＮ導波路５１３ａ中の第２高調波発生（ＳＨＧ）過程により、基本波光の半分の波長を持つ励起光を生成する。この例では、励起光生成用の非線形光学デバイス５１３から、１Ｗの励起光が出力される。この励起光は、励起光分波器５１４へ送られて２分岐され、第１の非線形光学デバイス５０３のダイクロイックミラー型合波器５０３ｂ及び第２の非線形光学デバイス５０４のダイクロイックミラー型合波器５０４ｂに送られる。

一方、第１の光分岐回路５０５を透過したマルチキャリア信号は、波長分離フィルタ５０１によって、短波側の成分（信号光）と長波側の成分（位相共役光）とに分離される。波長分離フィルタ５０１によって分離されたマルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）は第１の非線形光学デバイス５０３に入力される。波長分離フィルタ５０１によって分離されたマルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）は第２の非線形光学デバイス５０４に入力される。

第１の非線形光学デバイス５０３において、ダイクロイックミラー型合波器５０３ｂは、波長分離フィルタ５０１からのマルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）に励起光分波器５１４から送られてくる励起光を合波する。この励起光が合波されたマルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）はＰＰＬＮ導波路５０３ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路５０３ａは差周波発生によりマルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路５０３ａにより生成されたマルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）の位相共役光は、励起光が合波されたマルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）とともにダイクロイックミラー型分波器５０３ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器５０３ｃは、ＰＰＬＮ導波路５０３ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（マルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）＋マルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）の位相共役光）を波長合波フィルタ５０２へ送る。

第２の非線形光学デバイス５０４において、ダイクロイックミラー型合波器５０４ｂは、波長分離フィルタ５０１からのマルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）に励起光分波器５１４から送られてくる励起光を合波する。この励起光が合波されたマルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）はＰＰＬＮ導波路５０４ａに入射される。ＰＰＬＮ導波路５０４ａは差周波発生によりマルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）の位相共役光を生成する。

ＰＰＬＮ導波路５０４ａにより生成されたマルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）の位相共役光は、励起光が合波されたマルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）とともにダイクロイックミラー型分波器５０４ｃに送られる。ダイクロイックミラー型分波器５０４ｃは、ＰＰＬＮ導波路５０４ａを通して送られてくる光から励起光を分離し、この励起光を分離した光（マルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）＋マルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光）の位相共役光）を波長合波フィルタ５０２へ送る。

波長合波フィルタ５０２は、第１の非線形光学デバイス５０３及び第２の非線形光学デバイス５０４から入力された光のうち、マルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）の位相共役光と長波側の成分（位相共役光）の位相共役光のみ合波して、第３の光分岐回路５１５へ送る。

この場合、波長合波フィルタ５０２は、第１の非線形光学デバイス５０３及び第２の非線形光学デバイス５０４から入力される光のうち、元の信号光（マルチキャリア信号の短波側の成分（信号光）＋マルチキャリア信号の長波側の成分（位相共役光））を分離し、第３の光分岐回路５１５へ送る光として取り出されないように消光する。

第３の光分岐回路５１５は、第２の光分岐回路５１０を用いて２分岐された光のうちのもう一方の光を新たなパイロットトーン信号光とし、この新たなパイロットトーン信号光と波長合波フィルタ５０２から送られてくる光とを合波して出力光とする。すなわち、第２の波長合波フィルタ５０２から出力された位相共役光に変換された複数の信号光と位相共役光との対と、新たなパイロットトーン信号光とを第３の光分岐回路５１５を用いて合波して出力光とし、新たなマルチキャリア信号として送り出す。

新たなパイロットトーン信号光は、変換光強度に対し十分強いため、第３の光分岐回路５１５として１４対１で光を分岐する構成の光分岐回路を用いてパイロットトーン信号光を合波することで、変換光の損失は１０％以下にすることができた。

これにより、信号光と位相共役光との対を、パイロットトーン信号光との位相関係を保持したまま、一体でそれぞれの位相共役光に変換することが可能となった。なお、本実施の形態では、第１の光分岐回路５０５及び第３の光分岐回路５１５には、波長帯域全体の一定の光強度をタップするものを用いたが、中心波長のパイロットトーン信号光のみを分離し、中心波長以外の光を透過させるバンドリジェクションフィルタを用いてもよい。

また、波長分離フィルタ５０１と波長合波フィルタ５０２との間の構成を実施の形態３（図５）と同様な構成とすることにより、偏波無依存構成とすることもできる。また、実施の形態２に示した位相共役光変換器２００に対して同様の構成を採用するようにしてもよい。

〔実施の形態６〕
本発明に係る位相共役光変換器は、上記実施の形態５で示した通り、信号光と位相共役光との対に対し、その波長関係を入れ替える形で、それぞれの光に対する位相共役光を発生させることで、複数の信号光と位相共役光との対から成るマルチキャリア信号の帯域を保持したまま、位相共役光へ一括で変換することができる。この位相共役光変換器を実現することで、位相感応光増幅器とBoosting受信を併用した非線形雑音補償伝送路を構築することが可能となる。

図８に本発明に係る位相共役光変換器を用いた光伝送システムの第２の実施の形態（実施の形態６）を示す。この実施の形態６の光伝送システム６００は、複数の信号光と位相共役光との対とパイロットトーン信号光とから成るマルチキャリア信号を生成する光送信器６０１と、複数の光伝送ファイバ６０２と、複数の中継光増幅器６０３と、複数の位相共役光変換器６０４と、光受信器（Boosting受信器）６０５とを備えている。

本実施の形態において、位相共役光変換器６０４としては、実施の形態３に示した位相共役光変換器５００、すなわちパイロットトーン信号光との位相関係を保持したまま位相共役光へ変換可能な構成の位相共役光変換器５００を用いている。また、中継光増幅器６０３には、ラマン光増幅器６０６と位相感応光増幅器６０７とを併用して用いている。光受信器６０５は、コヒーレントレシーバ６０５−１と６０５−２とを備え、信号光と位相共役光との対を分離してそれぞれを受信可能な構成とされている。

この光伝送システム６００において、光送信器６０１からのマルチキャリア信号は、光送信器６０１と光受信器６０５との間に多段に接続された光伝送ファイバ６０２を伝送路６０８として、光受信器６０５に送られる。

この光伝送システム６００では、伝送路６０８における光伝送ファイバ６０２で区切られた２つの区間が１スパンとされ、各スパンにおける伝送損失がスパン毎に設けられた中継光増幅器６０３で補償される。

この光伝送システム６００において、伝送路６０８における１スパンは、２つの光伝送ファイバ６０２と位相共役光変換器６０４とで構成される。以下、１スパンを構成する２つの光伝送ファイバ６０２のうち、光送信器６０１側の光伝送ファイバ６０２（６０２Ｆ）を第１の光伝送ファイバと呼び、光受信器６０５側の光伝送ファイバ６０２（６０２Ｒ）を第２の光伝送ファイバと呼ぶ。位相共役光換器６０４は第１の光伝送ファイバ６０２Ｆと第２の光伝送ファイバ６０２Ｒとの間に配置されている。

この光伝送システム６００において、光伝送ファイバ６０２として、８０ｋｍのシングルモードファイバを用いている。また、約２４ｄＢ伝搬損失の損失があるため、この損失の一部を補償するために光伝送ファイバ６０２毎にラマン光増幅器６０６を用いている。１４ｄＢのラマン増幅利得により、８０ｋｍの光伝送ファイバ６０２の損失２４ｄＢの内１４ｄＢを補償し、実効的な損失を１０ｄＢとした。

この光伝送システム６００では、マルチキャリア信号が第１の光伝送ファイバ６０２Ｆを通して８０ｋｍ伝送された後に、位相共役光変換器６０４において一括して位相共役光に変換される。その後、第１の光伝送ファイバ６０２Ｆと同じ８０ｋｍのシングルモードファイバを用いて構成された第２の光伝送ファイバ６０２Ｒを通して、変換後のマルチキャリア信号が伝送される。

位相共役光変換器６０４は、無損失で変換が可能であり、かつ第２の光伝送ファイバ６０２Ｒも第１の光伝送ファイバ６０２Ｆと同様にラマン光増幅器６０６により伝搬損失の一部が補償されているため、１０ｄＢの損失であった。つまり、第１の光伝送ファイバ６０２Ｆと位相共役光変換器６０４と第２の光伝送ファイバ６０２Ｒとで構成される１スパンの伝送路距離は１６０ｋｍであり、伝搬損失は２０ｄＢである。

第１の光伝送ファイバ６０２Ｆおよび第２の光伝送ファイバ６０２Ｒは、同じ仕様で作製したファイバであり、作製誤差範囲で等しいものを用いている。これにより、１スパン内の前半の８０ｋｍで生じた非線形雑音を、後半の８０ｋｍの伝送路自体を伝搬させることでキャンセルすることができた。また、位相共役光を用いることで、非線形雑音を打ち消すだけでなく、シングルモードファイバの持つ波長分散も補償することが可能となり、１スパンで分散補償のされた伝送路を構成することができた。

第２の光伝送ファイバ６０２Ｒを通して伝送されるマルチキャリア信号は位相感応光増幅器６０７で増幅される。１スパン内で分散が補償されているため、信号光と位相共役光との対の間での位相関係がずれることなく、位相感応光増幅器６０７を動作させることが可能となった。これにより、低雑音な光増幅が可能となりシステム全体でのＳ／Ｎ比を改善することができる。また、位相感応光増幅器６０７内での信号光と位相共役光との間の相互作用により、非線形雑音や波長分散の残留した成分を圧縮することで、信号品質をさらに高めることもできる。

１スパン１６０ｋｍの伝送路と位相感応光増幅器６０７による中継増幅を多段に接続することで、長距離の伝送路を構築することができる。１００段接続することで１万６０００ｋｍの伝送路を構築することができる。

さらに、本実施の形態の構成では、各スパン毎の光伝送ファイバ６０２を同一のものを用いる必要がない。つまり、１スパンを構成する前半のファイバ（第１の光伝送ファイバ６０２Ｆ）と後半のファイバ（第２の光伝送ファイバ６０２Ｒ）は同じファイバを用いる必要があるが、スパン毎に異なるファイバを用いてもよい。

例えば、上述した例では、最初のスパンの第１の光伝送ファイバ６０２Ｆ及び第２の光伝送ファイバ６０２Ｒとしてシングルモードファイバを用いるものとしたが、他のスパンでは分散シフトファイバなどの異なるファイバを用いてもよいし、８０ｋｍ以外の長さのファイバを用いてもよい。

これにより、光伝送システム６００を構築するうえで、柔軟性が向上する。個別のスパン毎に前後半で同じファイバを用いればよいだけであるので、システムの一部を変更しても、全体に影響を及ぼすことがない。

このようにして、光送信器６０１からのマルチキャリア信号は、多段に接続された複数の光伝送ファイバ６０２を通して伝送され、光受信器６０５で受信される。光受信器６０５では、信号光と位相共役光との対が分離され、それぞれを別々のコヒーレントレシーバ６０５−１，６０５−２を用いて光の強度と位相情報を電気信号に変換される。その後、個々のデータの和を取ることで、電気での信号処理により非線形雑音が補償される。

各スパン毎の非線形雑音キャンセリングと分散補償と、中継光増幅器６０３での低雑音かつ光信号処理による非線形雑音圧縮と、光受信器６０５での非線形雑音補償により、光伝送システム６００全体で、２０ｄＢ以上のＳ／Ｎ比向上をもたらすことができた。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００（１００’）…位相共役光変換器、１０１（１０１’）…波長分離フィルタ、１０２（１０２’）…波長合波フィルタ、１０３，１０４…第１，第２の非線形光学デバイス、１０３ａ，１０４ａ…ＰＰＬＮ導波路、１０３ｂ，１０４ｂ…ダイクロイックミラー型合波器、１０３ｃ，１０４ｃ…ダイクロイックミラー型分波器、２００…位相共役光変換器、２０１…サーキュレータ、２０２…波長合分離フィルタ、２０３，２０４…第１，第２の非線形光学デバイス、２０３ａ，２０４ａ…ＰＰＬＮ導波路、２０３ｂ，２０４ｂ…ダイクロイックミラー型合波器、２０３ｃ，２０４ｃ…ダイクロイックミラー型分波器、２０５…偏波回転素子、３００…位相共役光変換器、３０１…波長分離フィルタ、３０２…波長合波フィルタ、３０３〜３０６…第１〜第４の非線形光学デバイス、３０３ａ〜３０６ａ…ＰＰＬＮ導波路、３０３ｂ〜３０６ｂ…ダイクロイックミラー型合波器、３０３ｃ〜３０６ｃ…ダイクロイックミラー型分波器、３０７〜３１０…第１〜第４の偏波合分波素子、４００…光伝送システム、４０１…光送信器、４０２…光伝送ファイバ、４０３…中継光増幅器、４０４…位相共役光変換器、４０５…光受信器、４０６…伝送路、５００…位相共役光変換器、５０１…波長分離フィルタ、５０２…波長合波フィルタ、５０３，５０４…第１，第２の非線形光学デバイス、５０３ａ，５０４ａ…ＰＰＬＮ導波路、５０３ｂ，５０４ｂ…ダイクロイックミラー型合波器、５０３ｃ，５０４ｃ…ダイクロイックミラー型分波器、５０５…第１の光分岐回路、５０６…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、５０７…可変の光減衰器（ＶＯＡ）、５０８…サーキュレータ、５０９…半導体レーザ、５１０…第２の光分岐回路、５１１…光増幅器（ＥＤＦＡ）、５１２…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、５１３…励起光生成用の非線形光学デバイス、５１４…励起光分波器、５１５…第３の光分岐回路、６００…光伝送システム、６０１…光送信器、６０２…光伝送ファイバ、６０２Ｆ…第１の光伝送ファイバ、６０２Ｒ…第２の光伝送ファイバ、６０３…中継光増幅器、６０４…位相共役光変換器、６０５…光受信器、６０６…ラマン光増幅器、６０７…位相感応光増幅器、６０８…伝送路。

Claims (6)

1. 複数波長から成る光信号を一括して位相共役光に変換する位相共役光変換器であって、
   前記複数波長から成る光信号をその光信号の全帯域における中心波長を基準波長として短波側の波長成分と長波側の波長成分とに分離する波長分離フィルタと、
   前記波長分離フィルタによって分離された短波側の波長成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記短波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第１の非線形光学デバイスと、
   前記波長分離フィルタによって分離された長波側の波長成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記長波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第２の非線形光学デバイスと、
   前記第１の非線形光学デバイスから出力される前記短波側の波長成分及びその位相共役光と前記第２の非線形光学デバイスから出力される前記長波側の波長成分及びその位相共役光とを入力とし、この入力された光のうち短波側の波長成分の位相共役光と長波側の波長成分の位相共役光とを合波して出力光とする波長合波フィルタと
   を備えることを特徴とする位相共役光変換器。
2. 複数波長から成る光信号を一括して位相共役光に変換する位相共役光変換器であって、
   前記複数波長から成る光信号を受け取るサーキュレータと、
   前記サーキュレータが受け取った複数波長から成る光信号をその光信号の全帯域における中心波長を基準波長として短波側の波長成分と長波側の波長成分とに分離する波長合分離フィルタと、
   前記波長合分離フィルタによって分離された短波側の波長成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記短波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第１の非線形光学デバイスと、
   前記波長合分離フィルタによって分離された長波側の波長成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記長波側の波長成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第２の非線形光学デバイスと、
   前記第１の非線形光学デバイスから出力される前記短波側の波長成分及びその位相共役光の偏波を回転して前記第２の非線形光学デバイスに送り、前記第２の非線形光学デバイスから出力される前記長波側の波長成分及びその位相共役光の偏波を回転して前記第１の非線形光学デバイスに送る偏波回転素子とを備え、
   前記波長合分離フィルタは、
   前記第１の非線形光学デバイスを通して戻されてくる前記長波側の波長成分及びその位相共役光と前記第２の非線形光学デバイスを通して戻されてくる前記短波側の波長成分及びその位相共役光とを入力とし、この入力された光のうち短波側の波長成分の位相共役光と長波側の波長成分の位相共役光とを合波し出力光として前記サーキュレータへ送り、
   前記サーキュレータは、
   前記波長合分離フィルタから送られてくる出力光を受け取って新たな光信号として送り出す
   ことを特徴とする位相共役光変換器。
3. 複数波長から成る光信号を一括して位相共役光に変換する位相共役光変換器であって、
   前記複数波長から成る光信号をその光信号の全帯域における中心波長を基準波長として短波側の波長成分と長波側の波長成分とに分離する波長分離フィルタと、
   前記波長分離フィルタによって分離された短波側の波長成分を第１の偏波成分と第２の偏波成分とに分離する第１の偏波合分波素子と、
   前記波長分離フィルタによって分離された長波側の波長成分を第１の偏波成分と第２の偏波成分とに分離する第２の偏波合分波素子と、
   前記第１の偏波合分波素子によって分離された前記短波側の波長成分の第１の偏波成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記短波側の波長成分の第１の偏波成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第１の非線形光学デバイスと、
   前記第１の偏波合分波素子によって分離された前記短波側の波長成分の第２の偏波成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記短波側の波長成分の第２の偏波成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第２の非線形光学デバイスと、
   前記第２の偏波合分波素子によって分離された前記長波側の波長成分の第１の偏波成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記長波側の波長成分の第１の偏波成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第３の非線形光学デバイスと、
   前記第２の偏波合分波素子によって分離された前記長波側の波長成分の第２の偏波成分に前記中心波長の半分の波長を有する励起光を合波した後、差周波発生により前記長波側の波長成分の第２の偏波成分の位相共役光を生成するとともに前記励起光を分離する第４の非線形光学デバイスと、
   前記第１の非線形光学デバイスから出力される前記短波側の波長成分の第１の偏波成分及びその位相共役光と前記第２の非線形光学デバイスから出力される前記短波側の波長成分の第２の偏波成分及びその位相共役光とを合波し、前記短波側の波長成分及びその位相共役光として出力する第３の偏波合分波素子と、
   前記第３の非線形光学デバイスから出力される前記長波側の波長成分の第１の偏波成分及びその位相共役光と前記第４の非線形光学デバイスから出力される前記長波側の波長成分の第２の偏波成分及びその位相共役光とを合波し、前記長波側の波長成分及びその位相共役光として出力する第４の偏波合分波素子と、
   前記第３の偏波合分波素子から出力される前記短波側の波長成分及びその位相共役光と前記第４の偏波合分波素子から出力される前記長波側の波長成分及びその位相共役光とを入力とし、この入力された光のうち短波側の波長成分の位相共役光と長波側の波長成分の位相共役光とを合波して出力光とする波長合波フィルタと
   を備えることを特徴とする位相共役光変換器。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載された位相共役光変換器において、
   第１の光分岐回路と、半導体レーザと、第２の光分岐回路と、光増幅器と、励起光生成用の非線形光学デバイスと、第３の光分岐回路とを少なくとも備え、
   前記第１の光分岐回路は、
   前記複数波長からなる光信号として中心波長を持つパイロットトーン信号光を含む光信号を分岐し、
   前記半導体レーザは、
   前記パイロットトーン信号光の光注入同期により前記パイロットトーン信号光と同じ搬送波位相を持つ光を発生し、
   前記第２の光分岐回路は、
   前記半導体レーザが発生する光を２分岐して一方を基本波光、他方を新たなパイロットトーン信号光とし、
   前記光増幅器は、
   前記基本波光を増幅し、
   前記励起光生成用の非線形光学デバイスは、
   前記光増幅器によって増幅された基本波光を入力とし第２高調波発生により励起光を生成し、
   前記第３の光分岐回路は、
   前記位相共役光変換器からの出力光に前記新たなパイロットトーン信号光を合波する
   ことを特徴とする位相共役光変換器。
5. 複数波長からなる信号光を光信号として生成する光送信器と、この光送信器が生成した光信号を伝送する伝送路と、この伝送路を通して送られてくる光信号を受信する光受信器とを備え、
   前記伝送路は、
   前記光送信器と前記光受信器との間に多段に接続された光伝送ファイバと、
   前記伝送路における前記光伝送ファイバで区切られた１つの区間を１スパンとし各スパンにおける伝送損失を補償する前記スパン毎に設けられた中継光増幅器と、
   前記中継光増幅器毎にその直後に配置された請求項１〜３の何れか１項に記載された位相共役光変換器と
   を備えることを特徴とする光伝送システム。
6. 複数の信号光と位相共役光との対とパイロットトーン信号光とからなるマルチキャリア信号を光信号として生成する光送信器と、この光送信器が生成した光信号を伝送する伝送路と、この伝送路を通して送られてくる光信号を受信する光受信器とを備え、
   前記伝送路は、
   前記光送信器と前記光受信器との間に多段に接続された光伝送ファイバと、
   前記伝送路における前記光伝送ファイバで区切られた２つの区間を１スパンとし各スパンにおける伝送損失を補償する前記スパン毎に設けられた中継光増幅器と、
   前記スパン毎にそのスパン内の第１の光伝送ファイバと第２の光伝送ファイバとの間に配置された請求項４に記載された位相共役光変換器と
   を備えることを特徴とする光伝送システム。

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