JP7095390B2 - 波長変換装置、光パラメトリック増幅器、伝送装置、及び光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、波長変換装置、光パラメトリック増幅器、伝送装置、及び光伝送システムに関する。

光ファイバ中の四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）効果を用いて信号光の波長を変換する技術が研究・開発されている。ＦＷＭは、２以上の異なる波長の光を高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：Highly Non-Linear Fiber）に入射したときに、入射波長のいずれとも一致しない新たな波長が生じる現象である。変換帯域が広く、かつ波長変換効率の偏波依存性を低減した波長変換技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。信号光の偏波状態に依存しにくい波長変換構成は「偏波ダイバーシティ」と呼ばれている。

非縮退四光波混合を用いた波長変換では、ハイパワーの励起光を非線形の光学媒質に入射するときに誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）が発生する。ＳＢＳは光が物質中で音波と相互作用して振動数がずれることで生じる散乱である。大強度のビームが非線形の光学媒質を伝搬するときに、ビーム自体の電場振動が電歪効果によって光学媒質に超音波振動を生じさせ、この超音波振動（屈折率変動）により、光は入射方向と逆方向に散乱される。

非線形の光学媒質に光アイソレータを配置して、ＳＢＳによる後方散乱光の増大を抑制する構成が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２０００－７５３３０号公報 米国特許出願公開２００７／０２０６９０３号

偏波ダイバーシティ構成の波長変換器で、非線形の光学媒質（たとえば非線形光ファイバ）中に光アイソレータを挿入すると、一方の偏波面の信号光が遮断され、波長変換器として機能しない。この問題を、図１と図２を参照して説明する。

図１は、偏波ダイバーシティ構成の波長変換器の波長変換効率を示す模式図、図２は、図１の構成に光アイソレータを挿入したときの波長変換効率を示す模式図である。偏波ダイバーシティ構成の波長変換器では、ループ状の偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）１２が偏波ビームスプリッタ／コンバイナ（以下では「ＰＢＳ」と略称する）９０に接続されている（図１の（Ａ））。信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_Pが光サーキュレータ８からＰＢＳ９０のポート９０Ａに入力され、互いに直交する２つの偏波成分に分離される。第１の偏波面をもつ光成分（たとえばＴＭモードの電磁界分布を有する光）はポート９０ＢからＰＭＦ１２を伝搬し、第２の偏波面をもつ光成分（たとえばＴＥモードの電磁界分布を有する光）はポート９０ＣからＰＭＦ１２を伝搬する。ＰＭＦ１２の中で四光波混合により変換光Ｅ_Cが発生する。各偏波成分はＰＢＳ９０で合波され、光サーキュレータ８からバンドパスフィルタ１４へ送られ、バンドパスフィルタ１４で変換光Ｅｃが取り出される。

便宜上、ＰＭＦ１２のループをほどくと（図１の（Ｂ））、ＰＭＦ１２を伝搬中に、ポート９０Ｂからポート９０Ｃへ向かう励起光のＴＭパワーは逆方向のＳＢＳ後方散乱光によって減少し、ポート９０Ｃで十分な変換光パワーを得ることができない（図１の（Ｃ））。同様に、ポート９０Ｃからポート９０Ｂへ向かう励起光のＴＥパワーは、逆方向のＳＢＳ後方散乱光によって減少し、ポート９０Ｂで十分な変換光パワーを得ることができない（図１の（Ｄ））。

ＳＢＳ後方散乱を抑制するために、図２のように一方向（たとえばポート９０Ｂからポート９０Ｃへ向かう方向）へ光を透過させる光アイソレータ（図中、「ＩＳＯ」と表記）をＰＭＦ１２に挿入すると、ＴＭ成分の光については、ＳＢＳ後方散乱光が抑制され、ポート９０Ｃで十分な変換光が得られる（図２の（Ｃ））。しかし、ポート９０Ｃからポート９０Ｂに伝搬するＴＥ成分の光は、最初に入力するＩＳＯによってほぼゼロになり、ポート９０Ｂで変換光を得ることができない（図２の（Ｄ））。一方の偏波成分の信号光と励起光が遮断されるため、図２の構成は偏波ダイバーシティ型の波長変換器として機能しない。非線形光学効果を利用して光パラメトリック増幅を行う場合にも同様の問題が起きる。

本発明は、ＳＢＳ後方散乱を抑制して、効率良く非線形光学効果を利用することを目的とする。

一つの態様では、波長変換装置は、
第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、互いに異なる周波数の信号光と励起光を含む入力光を前記第１ポートに入射し、前記入力光を前記第２ポートと前記第３ポートに分離する合分波器と、
一端が前記合分波器の前記第２ポートに光学的に接続され、他端が前記合分波器の前記第３ポートに光学的に接続され、主軸が前記第２ポートと前記第３ポートの間で９０°回転しているループ状の非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質に挿入され、前記非線形光学媒質の中で双方向に発生する誘導ブリルアン後方散乱光を除去する１以上の第１フィルタと、
前記非線形光学媒質を伝搬した後に前記合分波器で合波されて前記第１ポートから出力される出力光の中から、前記信号光と前記励起光の前記周波数のいずれとも異なる第３の周波数を有する変換光を取り出す第２フィルタと、
を有する。

非線形光学媒質を用いるときに生じるＳＢＳ後方散乱が抑制され、非線形光学効果を効率良く利用することができる。

偏波ダイバーシティ型の波長変換構成におけるＳＢＳ後方散乱の問題を説明する図である。 図１の波長変換構成に光アイソレータを挿入することで生じる問題を説明する図である。 第１実施形態の波長変換装置の模式図である。 図３の波長変換装置で用いられる遮断フィルタの構成例を示す図である。 ＳＢＳ後方散乱光と励起光の関係を示す図である。 様々な非線形媒質におけるＳＢＳスペクトルの図である。 第１実施形態の波長変換装置の変形例を示す図である。 図７の波長変換装置の効果を示す模式図である。 実施形態の構成を位相共役変換に適用する例を示す図である。 実施形態の構成を光パラメトリック増幅に適用する例を示す図である。 パラメトリック増幅の原理を説明する図である。 実施形態の波長変換装置を用いた光伝装置と、光伝送システムの概略図である。 第２実施形態の波長変換装置の模式図である。 図１３の波長変換装置で用いられるＳＢＳ遮断可変波長フィルタの構成例を示す図である。 変形例の遮断フィルタの遮断特性を示す図である。 変形例の非縮退ＦＷＭ波長変換器の模式図である。 非線形光学媒質の入力信号と出力信号を示す模式図である。 偏波ダイバーシティ構成の例を示す図である。

実施形態では、非線形の光学媒質中に、ＳＢＳ後方散乱光を遮断する遮断フィルタを１つ以上挿入する。

＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態の波長変換装置１Ａの模式図である。波長変換装置１Ａは、入力される信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_Pを互いに直交する２つの偏波成分に分離及び偏波合成するＰＢＳ９と、ＰＢＳ９に光学的に接続されるループ状の非線形光学媒質と、非線形光学媒質に挿入されてＳＢＳ後方散乱光を双方向に遮断するＳＢＳ遮断フィルタ１０とを有する。非線形光学媒質は、たとえば、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）１２である。

信号光Ｅ_Sは、入力ポート２から入力され、合波器６にて、励起光源４から出力される励起光Ｅ_Pと合波される。合波器６は、たとえば光カプラである。信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_Pは異なるエネルギー（波長）を有する。信号光Ｅ_Sの波長はλ_Sで表され、励起光Ｅ_Pの波長はλ_Pで表される。

合波された信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_Pは、光サーキュレータ８のポート８Ａに入力され、ポート８Ｂから出力される。ポート８ＢはＰＢＳ９のポート９Ａに接続されている。ポート９Ａに入射した信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_Pの合波のうち、たとえば紙面と垂直な偏波面を有する光はポート９Ｂに結合されて、ＰＭＦ１２に入射する。ポート９ＢからＰＭＦ１２に入射した光はＰＭＦ１２のＴＭモードに適合する。一方、ポート９Ａへの入射光のうち、紙面と平行な偏波面を有する光は、ＰＢＳ９のポート９Ｃに結合され、逆方向からＰＭＦ１２に入射する。ポート９ＣからＰＭＦ１２に入射した光は、ＰＭＦ１２のＴＥモードに適合する。

ＰＭＦ１２のループは、ポート９Ｂとポート９Ｃの間で空間的に９０度ねじれている。互いに直交する２つの偏波軸のうち、ポート９Ｂとの接続端でＰＭＦ１２の偏波の主軸は紙面と垂直な方向に一致して、ＴＭ成分の光を伝搬させる。ポート９Ｃとの接続端でＰＭＦ１２の偏波の主軸は、９０度回転して紙面と平行な方向を向いており、ＴＥ成分の光を伝搬させる。

双方からＰＭＦ１２を伝搬するそれぞれの偏波成分のＳＢＳ後方散乱光は、ＳＢＳ遮断フィルタ１０で除去され、信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_P、及び四光波混合により生成された変換光Ｅ_Cが、ＳＢＳ遮断フィルタ１０を透過する。ここで、信号光Ｅ_Sの角周波数をω_S、励起光Ｅ_Pの角周波数をω_P（ω_P≠ω_S）とすると、非線形のＰＭＦ１２の中で四光波混合により角周波数（２ω_P－ω_S）の変換光Ｅ_Cが生成される。

ポート９ＢからＰＭＦ１２を伝搬したＴＭ成分の光は、その偏波方向が９０度回転してポート９Ｃに結合する。ポート９ＣからＰＭＦ１２を伝搬したＴＥ成分の光は偏波方向が９０度回転して、ポート９Ｃからポート９Ａに結合する。ＰＢＳ９によって合波されたＴＭ成分の光とＴＥ成分の光は、光サーキュレータ８のポート８Ｂに入力され、ポート８Ｃから出力される。光サーキュレータ８のポート８Ｃから出力される光には、信号光Ｅ_Sと励起光Ｅ_Pと変換光Ｅ_Cが含まれている。ポート８Ｃから出力された光はバンドパスフィルタ１４に導かれ、変換光Ｅ_Cが取り出されて出力ポート１６から出力される。

図４は、ＰＭＦ１２に挿入されるＳＢＳ遮断フィルタ１０の模式図である。ＳＢＳ遮断フィルタ１０として、狭帯域幅の周波数成分を切出すことのできる市販の光フィルタを用いてもよい。図４の例で、ＳＢＳ遮断フィルタ１０は、狭帯域透過膜１０２を用いて、ＳＢＳ後方散乱光のみを除去し、信号光Ｅ_S、励起光Ｅ_P、及び変換光Ｅ_Cを取り出す。狭帯域透過膜１０２は、たとえばポートＰ１とポートＰ２を有する筐体１０１の中に配置されている。ポートＰ１はＰＢＳ９のポート９Ｂから延びるＰＭＦ１２に接続され、ポートＰ２はＰＢＳ９のポート９Ｃから延びるＰＭＦ１２に接続されている。

ポートＰ１から出射する一方の偏波の光（たとえばＴＭ波）の光のうち、ＳＢＳ後方散乱光のみが狭帯域透過膜１０２を透過し、信号光Ｅ_S、励起光Ｅ_P、及び変換光Ｅ_Cは狭帯域透過膜１０２で反射されて、ポートＰ２に結合する。同様に、ポートＰ２から出射する他方の偏波の光（たとえばＴＥ波）のうち、ＳＢＳ後方散乱光のみが狭帯域透過膜１０２を透過し、信号光Ｅ_S、励起光Ｅ_P、及び変換光Ｅ_Cは狭帯域透過膜１０２で反射されて、ポートＰ１に結合する。

これにより、ＳＢＳ後方散乱光が除去されたＴＭ波とＴＥ波がＰＭＦ１２を伝搬して、ＰＢＳ９で合波される。

図５は、ＳＢＳ後方散乱光と励起光の関係を示す図である。ＳＢＳ後方散乱光は、励起光エネルギー（振動数）から所定のエネルギー量だけ低周波側にシフトした波長位置で発生する（図５の（A））。これは、励起光の電波振動が媒質中に生じさせた音響振動との相互作用によるものである。励起光の波長が１５５０ｎｍのときは、励起光の波長から１１ＧＨｚ前後の量がシフトした光成分が後方散乱される。ストークス遷移過程では、励起光から約１１ＧＨｚだけ、低周波側（長波長側）にシフトした成分が後方散乱される。ＳＢＳ後方散乱光のスペクトル幅は、ＰＭＦ１２の材質にもよるが、たとえば１００ＭＨｚ程度である。

図６は、様々な媒質のＳＢＳスペクトルである。横軸は周波数シフト量、縦軸は光パワー密度である。光ファイバの種類（材料）によって多少の差はあるが、１０．６ＧＨｚ～１１．４ＧＨｚのシフト量となっている。コアの屈折率を高めたＧｓＯ2添加コアファイバでは、ＳＢＳによる周波数シフト量は１１．０ＧＨｚ、そのスペクトル幅は約１００ＭＨｚである。

図５に戻って、励起光から１１．０ＧＨｚ前後離れた周波数のＳＢＳ後方散乱光のみを除去することができれば、励起光の低下を抑制して効果的に波長変換された光を取り出すことができる。フィルタ構成として図４の配置構成を採用することで、双方向から伝搬するＴＭ波とＴＥ波のそれぞれで、ＳＢＳ後方散乱光だけを除去することができる。ＳＢＳ遮断フィルタ１０による光損失は、ＳＢＳ後方散乱光だけであり（図５の（Ｂ））、励起光と信号光の伝搬損失は抑制されている。

狭帯域透過膜１０２は、たとえば、異なる屈折率を有する二種類の膜を繰り返して配置した積層膜によって実現される。透過中心波長をλ₀とすると、異なる二種類の膜の光学膜厚はλ₀／４である。低屈折率側の膜をＬ、高屈折率側の膜をＨとすると、狭帯域透過フィルタの積層は、
Sub/(HL)ⁿ・H・2mL・H・(LH)ⁿ/Air （１）
で表される。ここで、Subは基板、Airは最外層が接する空気層、(LH)ⁿはＬとＨを交互にｎ回配置したミラー層である。２ｍLはキャビティ層であり、低屈折率側の膜Lの厚さを２ｍ倍（ｍは整数）にすることを意味する。キャビティ層に入射する光は両側のミラー層によって反射される。２ｍLを調整することでフィルタの波長が決定される。

式（１）は１つのキャビティを配置しているが、式（１）の基板と空気層の間の構成を式（２）のように多段にすることで、透過特性を急峻にすることができる。

Sub/[(HL)ⁿ・H・2mL・H・(LH)ⁿ・L]^k/Air （２）

図７は、図３の波長変換装置１Ａの変形例である波長変換装置１Ｂの模式図である。波長変換装置１Ｂでは、ＰＭＦ１２に、複数のＳＢＳ遮断フィルタ１０－１、１０－２、１０－３（以下、適宜「ＳＢＳ遮断フィルタ１０」と総称する）を挿入している。それ以外の構成は図３と同じであり、重複する説明を省略する。

複数のＳＢＳ遮断フィルタ１０－１～１０－３を挿入することで、隣接するＳＢＳ遮断フィルタ１０間の各セグメントで発生するＳＢＳ後方散乱を除去することができる。図３のように単一のＳＢＳ遮断フィルタ１０を用いると、ＳＢＳ遮断フィルタ１０よりも後のＰＦＭ１２の中で発生するＳＢＳ後方散乱光が波長変換効率に影響する場合もあり得る。そこで、図７のように複数のＳＢＳ遮断フィルタ１０－１～１０－３を挿入して、ＳＢＳ後方散乱光の抑制効果を高める。

図８は、図７の波長変換装置１Ｂの効果を示す模式図である。図８で、便宜上、ＰＭＦ１２のループをほどくと（図８の（Ａ））、双方向に伝搬する励起光のそれぞれで発生するＳＢＳ後方散乱光の成長は、各ＳＢＳ遮断フィルタ１０で抑制される。

ＰＢＳ９のポート９ＢからＰＭＦ１２に入射された励起光において、非線形光学効果によって逆方向のＳＢＳ後方散乱光が生じるが、このＳＢＳ後方散乱光はＳＢＳ遮断フィルタ１０を通過するごとにリセットされる。ＳＢＳ後方散乱光の成長によるＴＭ波のパワー低下が抑制され、ポート９Ｃで十分な変換光パワーを得ることができる（図８の（Ｃ））。同様に、ポート９ＣからＰＭＦ１２に入射された励起光において、逆方向のＳＢＳ後方散乱光が発生するが、このＳＢＳ後方散乱光はＳＢＳ遮断フィルタ１０を通過するごとにリセットされる。ＳＢＳ後方散乱光の成長によるＴＥ波のパワー低下が抑制され、ポート９Ｂで十分な変換光パワーを得ることができる（図８の（Ｄ））。

ＰＦＭ１２のループを伝搬したＴＭ波（励起光、信号光、及び変換光を含む）とＴＥ波（励起光、信号光、及び変換光を含む）は、ＰＢＳ９で合波されてポート９Ａから出力される。

図９は、第１実施形態の波長変換装置１（波長変換装置１Ａ、１Ｂのいずれでもよい）の構成を位相共役変換に適用する例を示す。送信器２０と受信器３０の間の伝送路４２の中間に位相共役変換器４０が挿入されている。位相共役変換器４０は、たとえば波長変換装置１Ｂと同じ構成である。伝送路４２には、光増幅器４１、４３が挿入され、伝搬損失を補償する。

信号光に、伝送路４２の伝搬中に波長分散による波形歪の影響を受ける。波形歪は伝搬につれて蓄積される。伝送路４２の中間に位相共役変換器４０を配置することで、伝搬する信号波長を、励起光（図中、「Pump」と表記）に対して対称な写像位置の波長域に逆相で変換する。複数の波長信号が密に多重されている場合は、逆相で励起光に対して対称な波長域に一括変換される。位相共役変換波は、もとの信号波が時間反転したかのような振る舞いをもち、伝搬路の前半で蓄積された歪が、伝送路の後半の波長分散による歪みによって補償される。

位相共役変換器の非線形光学媒質に、ＳＢＳ後方散乱光のみを効果的に除去するＳＢＳ遮断フィルタ１０が挿入されているので、入力される波長多重信号を、高い変換効率で位相共役信号光に変換することができる。これにより、波長分散による歪みを補償することができる。

＜光パラメトリック増幅への適用＞
図１０は、第１実施形態の構成を光パラメトリック増幅に適用する例を示す。光パラメトリック増幅器５０の構成自体は、図３または図７の構成と類似するが、波長変換光（アイドラ光）の取得よりも、信号光の増幅を目的としている。したがって、光サーキュレータ８のポート８Ｃからバンドパスフィルタ１４Ａに入射した光から、増幅された信号光Ｅ’_Sが取り出される。

光パラメトリック増幅器５０では、励起光源４Ａの波長と出力パワー、ＰＭＦ１２Ａの非線形定数と伝搬定数、及び信号光の波長が、光パラメトリック増幅の条件を満たすように制御されている。

図１１は光パラメトリック増幅の原理を説明する図である。ＰＭＦ１２Ａへ入射する光には、互いに異なる波長の信号光と励起光が含まれている（図１１の（Ａ））。信号光の波長をλ_S、励起光の波長をλ_Pとする。周波数が互いに異なる信号光と励起光が非線形の光媒質であるＰＭＦ１２に入射すると、非線形光学効果により、信号光と励起光のいずれとも一致しない波長λ_iの変換光またはアイドラ光が発生する。図１０の系で光パラメトリック増幅の条件が満たされている場合、ＰＭＦ１２Ａから出力される信号光のパワーは、励起光のパワーによって入射前よりも増幅されて出力される（図１１の（Ｂ））。

図１１では、ひとつの励起光波長λ_Pが示されているが、２波の励起光（たとえばλ_P1とλ_P2）を用いる場合は、λ_P1とλ_P2をはさんで、λ_Sの信号光と反対側にλ_iの変換光が生成され（非縮退四光波混合）、２つの励起光のエネルギーで入力信号光が増幅される。

光パラメトリック増幅の発生条件は、ＰＭＦ１２Ａの非線形を考慮した位相整合条件
Δβ’＝Δβ－２γＰ_P ＝０ （３）
である。ここで、Δβは、
Δβ＝（β_P－β_S）＋（β_P－β_i） （４）
で表される位相整合条件、γは非線形光学定数、Ｐ_Pは励起光パワーである。

式（４）の位相整合条件のパラメータのうち、β_Pは励起光の伝搬定数、β_Sは信号光の伝搬定数、β_iは４光波混合で発生するアイドラ光の伝搬定数である。

光パラメトリック増幅器５０では、入射信号光の波長λ_Sが既知であるときに、式（３）が満たされるように、ＰＭＦ１２Ａの非線形定数と伝搬定数、励起光源４Ａの波長と励起光パワーが設計される。ＰＭＦ１２Ａを双方向で伝搬する偏波は、ＳＢＳ遮断フィルタ１０によってＳＢＳ後方散乱が除去されるので、ＳＢＳ後方散乱による励起光Ｅ_Pのパワー低下が抑制され、結果として信号光が効率良く増幅され、ハイパワーに増幅された信号光Ｅ’_Sを取り出すことができる。

＜光伝送システムへの適用＞
図１２は、第１実施形態の波長変換装置１を用いた光伝送システム６００の概要図である。この例では、図７の波長変換装置１Ｂを用いているが、図３の波長変換装置１Ａを用いてもよい。

光伝送システム６００は、送信装置６０ＴＸと、受信装置６０ＲＸと、これらを接続する光伝送路６０２を含む。送信装置６０ＴＸと受信装置６０ＲＸは、伝送装置の一例である。一般的には、双方向通信のために送信装置６０ＴＸと受信装置６０ＲＸがひとつの伝送装置内に組み込まれている。

実施形態の波長変換装置１Ｂ（または１Ａ）は、単一バンドの光送受信器または光トランスポンダを有する伝送装置での波長変換を可能にする。

送信装置６０ＴＸは、たとえばＣ帯の波長信号を取り扱う設計となっており、Ｃ帯の送信器２１－１～２１－Ｎ_L、２２－１～２２－Ｎ_C、及び２３－１～２３－Ｎ_Sを有する。

第１グループの送信器２１－１～２１－Ｎ_Lから出力される各波長の信号は、Ｃ帯波長合波器６１－１で多重され、光増増幅器４１－１で増幅されて波長変換装置１Ｂａに入力される。波長変換装置１Ｂａは、入力されたＷＤＭ信号の波長帯域をＣ帯からＬ帯に変換する。波長変換装置１Ｂａは、ＳＢＳ後方散乱光を遮断するＳＢＳ遮断フィルタ１０と、励起光源４（図７参照）を有する。波長変換装置１Ｂａの励起光源４の波長は、Ｃ帯からＬ帯への変換に適した波長、たとえば１５６５ｎｍに設定されている。Ｌ帯域に変換されたＷＤＭ信号はＬ帯光増幅器４４で増幅されて波長合波器６１に入力される。

第２グループの送信器２２－１～２２－Ｎ_Cから出力される各波長の信号は、Ｃ帯波長合波器６１－２で多重され、光増増幅器４１－２で増幅される。第２グループのＷＤＭ信号は、波長変換を受けず、増幅後に波長合波器６１に入力される。

第３グループの送信器２３－１～２３－Ｎ_Sから出力される各波長の信号は、Ｃ帯波長合波器６１－３で多重され、光増増幅器４１－３で増幅されて波長変換装置１Ｂｂに入力される。波長変換装置１Ｂｂは、入力されたＷＤＭ信号の波長帯域をＣ帯からＳ帯の波長に変換する。波長変換装置１Ｂｂは、ＳＢＳ後方散乱光を遮断するＳＢＳ遮断フィルタ１０と、励起光源４（図７参照）を有する。波長変換装置１Ｂｂの励起光源４の波長は、Ｃ帯からＳ帯への変換に適した波長、たとえば１５３０ｎｍに設定されている。Ｌ帯域に変換されたＷＤＭ信号はＳ帯光増幅器４５で増幅されて波長合波器６１に入力される。

波長合波器６１は、Ｌ帯のＷＤＭ信号と、Ｃ帯のＷＤＭ信号と、Ｓ帯のＷＤＭ信号を多重して、伝送路に出力する。これにより広帯域通信が可能になる。光伝送路６０２を伝搬したＷＤＭ信号は、受信装置６１ＲＸで受信される。

受信装置６０ＲＸは、たとえばＣ帯の波長信号を取り扱う設計となっており、Ｃ帯の受信器３１－１～３１－Ｎ_L、３２－１～３２－Ｎ_C、及び３３－１～３３－Ｎ_Sを有する。

光伝送路６０２を伝搬したＷＤＭ信号は、受信装置６０ＲＸの波長分波器６３でＬ帯、Ｃ帯、Ｓ帯の３つの波長帯域に分波される。Ｌ帯の受信信号はＬ帯の光増幅器４６で増幅されて、波長変換装置１Ｂｃに入力される。波長変換装置１Ｂｃは、入力された受信信号の波長帯域をＬ帯からＣ帯の波長に変換する。この波長変換処理は、図９の信号光から変換光への位相共役変換の逆のプロセスである。

波長変換装置１Ｂｃは、ＳＢＳ後方散乱光を遮断するＳＢＳ遮断フィルタ１０と励起光源４を有する。波長変換装置１Ｂｃの励起光源４の波長は、Ｌ帯からＣ帯への変換に適した波長、たとえば１５６５ｎｍに設定されている。Ｃ帯域に変換された受信光信号はＣ帯光増幅器４１－４で増幅されて、Ｃ帯の波長分波器６２－１に入力される。波長分波器６２－１により、Ｃ帯の受信信号は各サブキャリアに分波されて、対応するＣ帯の受信器３１－１～３１Ｎ_Lに供給される。

波長分波器６３で分波されたＣ帯の受信信号は、Ｃ帯の光増幅器４１－５で増幅され、波長変換を受けずに、そのまま波長分波器６２－２で各サブキャリアに分波される。各サブキャリアの信号は、対応するＣ帯の受信器３２－１～３２Ｎ_Cに供給される。

波長分波器６３で分波されたＳ帯の受信信号は、Ｓ帯の光増幅器４７で増幅されて、波長変換装置１Ｂｄに入力される。波長変換装置１Ｂｄは、入力された受信信号の波長帯域をＳ帯からＣ帯の波長に変換する。この波長変換処理は、図９の信号光から変換光への位相共役変換の逆のプロセスである。

波長変換装置１Ｂｄは、ＳＢＳ後方散乱光を遮断するＳＢＳ遮断フィルタ１０と励起光源４を有する。波長変換装置１Ｂｄの励起光源４の波長は、Ｓ帯からＣ帯への変換に適した波長、たとえば１５３０ｎｍに設定されている。Ｃ帯域に変換された受信光信号はＣ帯光増幅器４１－６で増幅されて、Ｃ帯の波長分波器６２－３に入力される。波長分波器６２－３により、Ｃ帯の受信信号は各サブキャリアに分波されて、対応するＣ帯の受信器３３－１～３３Ｎ_Sに供給される。

この光伝送システム６００では、送信側と受信側の双方で、高効率で２以上の信号帯域に変換できるので、通信帯域を広げ、大容量の光通信が可能になる。

＜第２実施形態＞
図１３は、第２実施形態の波長変換装置１Ｃの模式図である。第２実施形態ではＳＢＳ遮断フィルタを、可変波長フィルタにする。

非線形光学媒質には、波長分散がゼロとなる波長が存在する。励起光の波長がゼロ分散波長に一致するときに、広帯域な波長変換が可能となる。そのため、励起光源の波長をゼロ分散波長に合わせて調整することが望ましい。励起光の波長が可変になると、励起光波長から一定波長または一定振動数（たとえば１１ＧＨｚ）離れたエネルギーで発生するＳＢＳ後方散乱光の波長も変動する。ＳＢＳ遮断フィルタ１０として固定波長の狭帯域透過膜１０２（図４参照）を用いると、ＳＢＳ遮断フィルタ１０の除去帯域が、実際のＳＢＳ後方散乱光の波長から外れてしまう、あるいは進行方法に進む励起光を遮断してしまうなどの問題が起きる可能性がある。

そこで、励起光の波長制御に対応して、ＳＢＳ遮断フィルタの遮断波長を制御する。

波長変換装置１Ｃの基本構成は、図３の波長変換装置１Ａと類似する。相違点は、ループ状の偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）１２に挿入されるＳＢＳ遮断フィルタを、ＳＢＢ遮断可変波長フィルタ７０に替えた点である。

波長変換装置１Ｃは、励起光源４の波長とＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０の波長を制御するコントローラ８００に接続されている。コントローラ８００は、プロセッサ８１０とメモリ８２０を有する。

プロセッサ８１０は、励起光源４の波長を制御する励起光波長制御回路８４と、ＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０の波長を制御するフィルタ波長制御回路８１を有する。メモリ８２０は、励起光波長目標値８３と、フィルタ波長目標値８２と、ＳＢＳによる波長シフト量８５を保持する。

励起光波長目標値８３は、あらかじめ使用されるＰＭＦ１２のゼロ分散波長を測定することで、設定可能である。ＳＢＳによる波長シフト量も、用いられるＰＭＦ１２の材料によって、あらかじめＳＢＳ後方散乱による波長または振動数のシフト量（図６参照）を測定しておくことで、設定可能である。励起光源４の目標波長と、ＳＢＳによる波長シフト量が分かれば、ＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０の目標値は設定可能である。

励起光波長制御回路８４は、メモリ８２０の励起光波長目標値８３を参照して、励起光源４の波長を制御する。励起光源から出力される励起光Ｅ_Pの一部をモニタして、モニタ結果を励起光波長制御回路８４にフィードバックしてもよい。

ＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０は、たとえば、非線形媒質の材料、構成などによって異なるゼロ分散波長をあらかじめ測定して複数種類の狭帯域透過膜１０２を形成することで実現されてもよい。この場合は、狭帯域透過膜１０２のそれぞれは、対応する非線形媒質のゼロ分散波長から１０～１１ＧＨｚ離れた周波数のＳＢＳ後方散乱光だけを透過させるように設計される。あるいは、励起光の制御波長に応じて、ＳＢＳ後方散乱光を遮断するブロッカーを用いてもよい。

図１４は、ブロッカーを用いたＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０の構成例である。励起光の波長は、ゼロ分散波長に近づくように制御されるので、励起光の制御波長に応じて物理的に可動するブロッカーと分光器を用いる。

ＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０は、入出力ポートＰ１、合分波器７１、コリメータレンズ７２、可動ブロッカー７３、コリメータレンズ７４、合分波器７５、及び入出力ポートＰ２を有する。可動ブロッカー７３は特定位置で所望の波長だけ遮断するブロッカー７３１を有する。ブロッカー７３１の位置、またはブロッカー７３１までのスリットの高さＨは、プロセッサ８１０のモータ制御回路８１１によって制御される。遮断波長の目標値８２１はあらかじめメモリ８２０に格納されており、プロセッサ８１０はメモリ８２０を参照して目標値の波長が遮断されるように可動ブロッカー７３を制御する。この構成により、入出力ポートＰ１からＰ２へ伝搬する光成分と、入出力ポートＰ２からＰ１へ伝搬する光成分の双方でＳＢＳ後方散乱光が抑制される。

＜その他の変形例＞
図１５は、ＳＢＳ後方散乱光の遮断波長帯域の変形例を示す図である。ＳＢＳ後方散乱光は、励起光の波長から約１１．０ＧＨｚシフトした波長で生じる。上述した実施形態では、狭帯域の遮断フィルタで、約１００ＭＨｚ幅でＳＢＳ後方散乱光を除去していた。

しかし、励起光源４は、通常、±１ＧＨｚ程度の公差を持っており、図１５のように、公差の分だけ、ＳＢＳ遮断フィルタ１０のフィルタ幅に余裕を持たせておくことが望ましい。±１ＧＨｚのマージンを持たせても、ＳＢＳ後方散乱光を、励起光、信号光、及び変換光から区別して除去することができる。

図１６は、別の変形例として、非縮退ＦＷＭ波長変換装置１Ｄを示す。非縮退ＦＷＭ波長変換装置１Ｄは、異なる励起光波長を有する２つの励起光源４ａと４ｂを用いて、非線形光学媒質１２１で四光波混合を生じさせる。励起光源４ａは周波数ν_p1を有し、励起光源４ｂは周波数ν_p2を有する。周波数を「波長」と置き換えてもよい。変換光（またはアイドラ光）の周波数ν_iは、
ν_i＝ν_P1＋ν_P2－ν_S、
ν_i＝νs＋（ν_P2－ν_P1)
などで表される。ここで、ν_Sは入力される信号光の周波数である。

図１６では、ν_P1≠ν_P2であり、非線形光学媒質１２１中で、非縮退四光波混合が生じる。光源ユニット１０５は、励起光源４ａ、４ｂと、光合波器１０４を有する。励起光源４ａ及び４ｂから出力される励起光は、光合波器１０４で合波され、光源ユニット１０５から出力される。異なる２つの周波数を有する励起光は、偏波ビームコンバイナ１０６によって信号光と合波され、非線形光学媒質１２１に入力される。

入力される信号光の周波数をν_Sとすると、非線形光学媒質１２１において、励起光の周波数ν_P1、ν_P2、及び信号光の周波数ν_Sのいずれとも異なる周波数の変換光が生じる。このとき、非線形光学媒質１２１の非線形光学効果によって、ＳＢＳ後方散乱が生じる。非線形光学媒質１２１には、ＳＢＳ遮断フィルタ１０が挿入されており、ＳＢＳ後方散乱を遮断して、励起光、信号光、及び変換光を出力する。２つの励起光のそれぞれに対応する狭帯域透過膜１０２が直列で配置されて、各励起光に対応するＳＢＳ後方散乱光が順次除去される構成としてもよい。

非線形光学媒質１２１の後段に変換光の波長のみを通過させるバンドパスフィルタを配置する場合は、波長変換装置１Ｄとして用いることができる。非線形光学媒質１２１の非線形定数と伝搬定数、励起光源４ａ、４ｂのパワーと波長、及び信号光の波長をパラメトリック増幅の条件を満たすように設計してもよい。この場合、非線形光学媒質１２１の後段に、信号光の波長のみを通過させるバンドパスフィルタを配置することで、波長変換装置１Ｄを、光パラメトリック増幅器として用いることができる。

図１７は、図１６の波長変換装置１Ｄにおいて、信号光と励起光の偏波の方向、及び出力される変換光の偏波の方向を説明する図である。光の振動軸を互いに直交するＸ軸とＹ軸で表す。ＸＹ面に直交する軸を周波数軸νとする。入力される信号光の偏波の方向はＸ軸と平行であり、励起光の偏波の方向はＹ軸と平行である。周波数軸νに沿って２つの励起光、すなわち周波数ν_p1の連続光ＣＷ１と、周波数ν_p2の連続光ＣＷ２が用いられる。２つの励起光の周波数差Δνは、式（５）で表される。

Δν＝ν_p2－ν_p1 （５）

入力される信号光の中心周波数はν_Sであり、信号幅はΔν_Siである。信号光は、たとえば複数のサブキャリアが多重されたＷＤＭ信号である。たとえばＷＤＭ信号がＣ帯の信号である場合、２つの励起光の周波数（または波長）は、Ｃ帯の両端の近傍に設定されてもよい。変換光の中心周波数ν_Cは、式（６）で表される。

ν_C＝ν_S＋Δν （６）

非線形光学効果により、２つの励起光のそれぞれについて、１０～１１ＧＨｚ程度低い周波数位置でＳＢＳ後方散乱光が発生する。非線形光学媒質１２には、２つの励起光のそれぞれのＳＢＳ後方散乱光を遮断する２つのＳＢＳ遮断フィルタ１０が用いられており、ＳＢＳ後方散乱光を除去して、一括波長変換されたＷＤＭ信号（図中の「出力信号光」）を取り出す。この構成により、ＷＤＭ信号を効率良く波長変換して、広帯域の光通信を実現することができる。

図１８は、さらに別の変形例として、偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置１Ｅを示す。波長変換装置１Ｅは非縮退ＦＷＭを利用して波長変換を行う。波長変換装置１Ｅは、光サーキュレータ８、励起光源４ａ、励起光源４ｂ、合波器１０４、ＰＢＳ９、及びＰＢＳ９に光学的に接続されたループ状の非線形光ファイバ１２２を有する。非線形光ファイバ１２２に、ＳＢＳ遮断フィルタ１０と、偏波コントローラ１０７が挿入されている。非線形光ファイバ１２２は偏波保持機能を有していなくてもよい。

信号光Ｅ_Sは、光サーキュレータ８のポート８Ａに入射し、ポート８Ｂから出力されて、ＰＢＳ９のポート９Ａに入射する。実線の矢印で示すように、信号光Ｅ_Sには、縦方向（Ｙ軸方向）の偏波面を有するＴＭ偏波と、横方向（Ｘ軸方向）の偏波面を有するＴＥ偏波が含まれる。

ＰＢＳ９は、Ｘ軸方向の偏波を透過し、Ｙ軸方向の偏波を反射する。ポート９Ａに入射する信号光Ｅ_Sのうち、Ｙ軸方向の偏波はＰＢＳ９で反射されて、ポート９Ｂから非線形光ファイバ１２２に入射する。Ｘ軸方向の偏波はＰＢＳ９を透過して、ポート９Ｃから非線形光ファイバ１２２に入射する。

励起光源４ａから出力される励起光（ν_p1）と励起光源４ｂから出力される励起光（ν_p2）は、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）等の合波器１０６で合波されて、ＰＢＳ９のポート９Ｄに入射する。合波された励起光のＰＢＳ９への入射タイミングと、信号光Ｅ_SのＰＢＳ９への入射タイミングは同期するように制御されている。

点線の矢印で示すように、ＰＢＳ９のポート９Ｄに入射する励起光Ｅ_Pの偏波の主軸は、Ｙ軸またはＸ軸に対して４５°傾いている。励起光Ｅ_PのうちＸ軸方向の偏波成分は、ＰＢＳ９を透過してポート９Ｂに結合し、Ｙ軸方向の偏波成分はＰＢＳ９で反射されてポート９Ｃに結合する。

その結果、ポート９Ｂから非線形光ファイバ１２２に入射する光には、Ｙ軸方向の偏波面を有する信号光Ｅ_Sと、Ｘ軸方向の偏波面を有する励起光Ｅ_Pが含まれる。励起光Ｅ_Pの入射により非線形光ファイバ１２２の屈折率が変化し、信号光Ｅ_Sの位相がシフトして新たな波長の変換光が生成される。また、非線形光学効果によりＳＢＳ後方散乱光が発生する。

一方、ポート９Ｃから非線形光ファイバ１２２に入射する光には、Ｘ軸方向の偏波面を有する信号光Ｅ_Sと、Ｙ軸方向の偏波面を有する励起光Ｅ_Pが含まれる。励起光Ｅ_Pの入射により非線形光ファイバ１２２の屈折率が変化し、信号光Ｅ_Sの位相がシフトして新たな波長の変換光が生成される。また、非線形光学効果によりＳＢＳ後方散乱光が発生する。

非線形光ファイバ１２２で双方向に発生するＳＢＳ後方散乱光は、ＳＢＳ遮断フィルタ１０によって除去される。

偏波コントローラ１０７は、変換光がＰＢＳ９を通過するように、伝搬光の偏波面を制御する。時計回りに非線形光ファイバ１２２を伝搬してポート９Ｃに入射する光のうち、Ｘ軸方向の偏波面を有する変換光はＰＢＳ９を透過してポート９Ａに結合し、Ｙ軸方向の偏波面を有する励起光は、ＰＢＳ９で反射されてポート９Ｄに結合する。

反時計方向に非線形光ファイバ１２２を伝搬してポート９Ｂに入射する光のうち、Ｙ方向の偏波面を有する変換光はＰＢＳ９で反射されてポート９Ａに結合し、Ｘ方向の偏波面を有する励起光はＰＢＳ９で反射されてポート９Ｄに結合する。非線形光ファイバ１２２を双方向に伝搬した励起光はＰＢＳ９で合波され、合波された励起光Ｅ_Pがポート９Ｄから出力される。合波の結果、励起光Ｅ_Pの偏波の主軸は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向から４５°傾いている。

双方向からＰＢＳ９に入射した変換光はＰＢＳ９で合波され、合波された変換光Ｅ_Cはポート９Ａから出力される。出力された変換光Ｅ_Cは、光サーキュレータ８のポート８Ｂに入射して、ポート８Ｃから出力される。ポート８Ｃから出力される変換光Ｅ_Cの一部をカプラ１０８で分岐してＰＤ１０９でモニタし、モニタ結果を偏波コントローラ１０７にフィードバックしてもよい。非線形光ファイバ１２２の偏波変動が抑制されている場合は、フィードバック制御しなくても、初期設定だけで変換光がＰＢＳ９を透過するように制御可能である。

この構成でも、非線形光ファイバ１２２で双方向に発生するＳＢＳ後方散乱光を除去して、効率的に変換光Ｅ_Cを取り出すことができる。

上述した実施形態及び変形例は相互に組み合わせが可能であり、どのように組み合わせてもよい。たとえば、光伝送システム６００で、第２実施形態のＳＢＳ遮断可変波長フィルタ７０を有する波長変換装置１Ｃを用いてもよい。この場合、送信装置６０ＴＸと受信装置６０ＲＸの少なくとも一方で、各波長変換装置の励起光波長をゼロ分散波長に追従させる制御が行われてもよい。

以上の説明に対して、以下の付記を呈示する。
（付記１）
第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、互いに異なる周波数の信号光と励起光を含む入力光を前記第１ポートに入射し、前記入力光を前記第２ポートと前記第３ポートに分離する合分波器と、
一端が前記合分波器の前記第２ポートに光学的に接続され、他端が前記合分波器の前記第３ポートに光学的に接続され、主軸が前記第２ポートと前記第３ポートの間で９０°回転しているループ状の非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質に挿入され、前記非線形光学媒質の中で双方向に発生する誘導ブリルアン後方散乱光を除去する１以上の第１フィルタと、
前記非線形光学媒質を伝搬した後に前記合分波器で合波されて前記第１ポートから出力される出力光の中から、前記信号光と前記励起光の前記周波数のいずれとも異なる第３の周波数を有する変換光を取り出す第２フィルタと、
を有することを特徴とする波長変換装置。
（付記２）
前記第１フィルタは、前記励起光の波長から１１．０±０．５ＧＨｚ低周波側にシフトした周波数位置で前記誘導ブリルアン後方散乱光を除去することを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
（付記３）
前記第１フィルタは、前記周波数位置に所定の透過帯域幅を有する透過膜を有することを特徴とする付記２に記載の波長変換装置。
（付記４）
前記第１フィルタは、前記非線形光学媒質のループの途中に接続される第１のポートと第２のポートを有し、
前記透過膜は、前記第１のポートから前記透過膜に入射した伝搬光のうち、前記誘導ブリルアン後方散乱光を除く光成分を前記第２のポートに結合し、前記第２のポートから前記透過膜に入射した伝搬光のうち、前記誘導ブリルアン後方散乱光を除く光成分を前記第１のポートに結合することを特徴とする付記３に記載の波長変換装置。
（付記５）
前記励起光を出力する励起光源、
をさらに有し、
前記透過膜の前記透過帯域幅は、前記誘導ブリルアン後方散乱光のスペクトル幅に前記励起光源の公差を加えた幅であることを特徴とする付記３に記載の波長変換装置。
（付記６）
前記信号光は、複数のサブキャリアが多重された波長多重信号であり、
前記変換光は、前記複数のサブキャリアの波長が一括して変換された位相共役光であることを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
（付記７）
前記第１フィルタは、前記誘導ブリルアン後方散乱光の遮断周波数を可変に設定することのできる可変波長フィルタであることを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
（付記８）
前記第１フィルタの前記遮断周波数を制御する第１の制御回路と、
前記励起光の波長を制御する第２の制御回路と、
を有し、前記第１の制御回路は、前記励起光の波長に応じて前記遮断周波数を制御することを特徴とする付記７に記載の波長変換装置。
（付記９）
第１の励起光源と第２の励起光源、
を有し、
前記励起光は、前記第１の励起光源から出力される第１励起光と、前記第２の励起光源から出力され前記第１励起光と異なる周波数を有する第２励起光を含んでおり、
前記変換光は、前記非線形光学媒質における非縮退四光波混合によって生成されることを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
（付記１０）
前記第１励起光と前記第２励起光の周波数差をΔν、前記信号光の中心周波数をν_Sとすると、前記変換光の中心周波数はν_S＋Δνで表されることを特徴とする付記９に記載の波長変換装置。
（付記１１）
前記非線形光学媒質のループに挿入される偏波コントローラ、
をさらに有し、
前記偏波コントローラは、前記変換光が前記合分波器を通過するように前記変換光の偏波面を制御することを特徴とする付記１に記載の波長変換装置。
（付記１２）
第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、周波数の異なる信号光と励起光を前記第１ポートで受け取って合波し、合波された光を前記第２ポートと前記第３ポートに分離する合分波器と、
一端が前記合分波器の前記第２ポートに光学的に接続され、他端が前記合分波器の前記第３ポートに光学的に接続され、主軸が前記第２ポートと前記第３ポートの間で９０°回転しているループ状の非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質に挿入され、前記非線形光学媒質の中で双方向に発生する誘導ブリルアン後方散乱光を除去する１以上の第１フィルタと、
前記非線形光学媒質を伝搬した後に合波されて前記合分波器の前記第１ポートから出力される出力光の中から、前記信号光と同じ周波数の光を取り出す第２フィルタと、
を有し、
前記非線形光学媒質の非線形定数と伝搬定数、前記励起光のパワーと波長、及び前記信号光の波長は、所定の条件を満たすように設計されていることを特徴とする光パラメトリック増幅器。
（付記１３）
付記１～１１のいずれかに記載の波長変換装置を有する伝送装置。
（付記１４）
前記波長変換装置は、第１バンドの前記信号光を、前記第１バンドと異なる第２バンドの前記変換光に変換し、
前記伝送装置は、前記第２バンドの前記変換光を光伝送路に出力する送信装置であることを特徴とする付記１３に記載の伝送装置。
（付記１５）
前記波長変換装置は、光伝送路から受信した第２バンドの信号光を、前記第２バンドと異なる第１バンドの前記変換光に変換し、
前記伝送装置は、前記第１バンドの前記変換光を処理する１以上の受信器を有する受信装置であることを特徴とする付記１３に記載の伝送装置。
（付記１６）
付記１～１１のいずれかに記載の波長変換装置を、第１の波長変換装置及び第２の波長変換装置として用いる光伝送システムであって、
前記第１の波長変換装置で第１バンドの信号光を第２バンドの信号光に変換する送信装置と、
前記第２の波長変換装置で前記第２バンドの信号光を前記第１バンドの信号光に変換する受信装置と、
前記送信装置と、前記受信装置との間を接続する光伝送路と、
を有することを特徴とする光伝送システム。

１Ａ～１Ｅ 波長変換装置
９ ＰＢＳ（合分波器）
１０ ＳＢＳ遮断フィルタ（第１フィルタ）
１２ ＰＭＦ（非線形光学媒質）
１４、１４Ａ バンドパスフィルタ（第２フィルタ）
２１－１～２１－Ｎ_L、２２－１～２２－Ｎ_C、２３－１～２３－Ｎ_S 送信器
３１－１～３１－Ｎ_L、３２－１～３２－Ｎ_C、３３－１～３３－Ｎ_S 受信器
５０ 光パラメトリック増幅器
６０ＴＸ 送信装置（伝送装置）
６０ＲＸ 受信装置（伝送装置）
６１ 波長合波器
６３ 波長分波器
７０ ＳＢＳ遮断可変波長フィルタ
８１ フィルタ波長制御回路（第１の制御回路）
８２ フィルタ波長目標値
８３ 励起光波長目標値
８４ 励起光波長制御回路（第２の制御回路）
８５ 波長シフト量
１２１ 非線形光学媒質
１２２ 非線形光ファイバ（非線形光学媒質）
６００ 光伝送システム
６０２ 光伝送路
８００ コントローラ
８１０ プロセッサ
８２０ メモリ

Claims (8)

1. 第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、互いに異なる周波数の信号光と励起光を含む入力光を前記第１ポートに入射し、前記入力光を前記第２ポートと前記第３ポートに分離する合分波器と、
   一端が前記合分波器の前記第２ポートに光学的に接続され、他端が前記合分波器の前記第３ポートに光学的に接続され、主軸が前記第２ポートと前記第３ポートの間で９０°回転しているループ状の非線形光学媒質と、
   前記非線形光学媒質に挿入され、前記非線形光学媒質の中で双方向に発生する誘導ブリルアン後方散乱光を除去する１以上の第１フィルタと、
   前記非線形光学媒質を伝搬した後に前記合分波器で合波されて前記第１ポートから出力される出力光の中から、前記信号光と前記励起光の前記周波数のいずれとも異なる第３の周波数を有する変換光を取り出す第２フィルタと、
   を有し、
   前記第１フィルタは、前記第２ポートから前記非線形光学媒質に入射して前記第１フィルタを第１方向に通過する第１偏波の第１の誘導ブリルアン後方散乱光と、前記第３ポートから前記非線形光学媒質に入射して前記第１フィルタを前記第１方向と逆の第２方向に通過する、前記第１偏波と直交する第２偏波の第２の誘導ブリルアン後方散乱光とを除去する
   ことを特徴とする波長変換装置。
2. 前記第１フィルタは、前記励起光の波長から１１．０±０．５ＧＨｚ低周波側にシフトした周波数位置で前記誘導ブリルアン後方散乱光を除去することを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
3. 前記第１フィルタは、前記周波数位置に所定の透過帯域幅を有する透過膜を有することを特徴とする請求項２に記載の波長変換装置。
4. 前記第１フィルタは、前記非線形光学媒質のループの途中に接続される第１のポートと第２のポートを有し、
   前記透過膜は、前記第１のポートから前記透過膜に入射した伝搬光のうち、前記誘導ブリルアン後方散乱光を除く光成分を前記第２のポートに結合し、前記第２のポートから前記透過膜に入射した伝搬光のうち、前記誘導ブリルアン後方散乱光を除く光成分を前記第１のポートに結合することを特徴とする請求項３に記載の波長変換装置。
5. 前記第１フィルタは、前記誘導ブリルアン後方散乱光の遮断周波数を可変に設定することのできる可変波長フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
6. 第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを有し、周波数の異なる信号光と励起光を前記第１ポートで受け取って合波し、合波された光を前記第２ポートと前記第３ポートに分離する合分波器と、
   一端が前記合分波器の前記第２ポートに光学的に接続され、他端が前記合分波器の前記第３ポートに光学的に接続され、主軸が前記第２ポートと前記第３ポートの間で９０°回転しているループ状の非線形光学媒質と、
   前記非線形光学媒質に挿入され、前記非線形光学媒質の中で双方向に発生する誘導ブリルアン後方散乱光を除去する１以上の第１フィルタと、
   前記非線形光学媒質を伝搬した後に合波されて前記合分波器の前記第１ポートから出力される出力光の中から、前記信号光と同じ周波数の光を取り出す第２フィルタと、
   を有し、
   前記第１フィルタは、前記第２ポートから前記非線形光学媒質に入射して前記第１フィルタを第１方向に通過する第１偏波の第１の誘導ブリルアン後方散乱光と、前記第３ポートから前記非線形光学媒質に入射して前記第１フィルタを前記第１方向と逆の第２方向に通過する、前記第１偏波と直交する第２偏波の第２の誘導ブリルアン後方散乱光とを除去し、
   前記非線形光学媒質の非線形定数と伝搬定数、前記励起光のパワーと波長、及び前記信号光の波長は、光パラメトリック増幅を発生させる位相整合条件を満たすように設計されていることを特徴とする光パラメトリック増幅器。
7. 請求項１～５のいずれか１項に記載の波長変換装置を有する伝送装置。
8. 請求項１～５のいずれか１項に記載の波長変換装置を、第１の波長変換装置及び第２の波長変換装置として用いる光伝送システムであって、
   前記第１の波長変換装置で第１バンドの信号光を第２バンドの信号光に変換する送信装置と、
   前記第２の波長変換装置で前記第２バンドの信号光を前記第１バンドの信号光に変換する受信装置と、
   前記送信装置と、前記受信装置との間を接続する光伝送路と、
   を有することを特徴とする光伝送システム。

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