JPH0933967A - ４光波混合光発生回路およびそれを用いた光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長フィルタ等の波長分離手段を用いずに、
４光波混合光（波長変換光，位相共役光）を信号光およ
び励起光から分離して取り出すことができる４光波混合
光発生回路およびそれを用いた光回路を実現する。 【解決手段】 ２×２の光分岐結合器のポートと光非
線形媒質とを所定の長さと伝搬定数を有する分散性媒質
で接続し、ポートと光非線形媒質とを所定の長さと伝
搬定数を有する分散性媒質で接続し、信号光Ｓ（キャリ
ア角周波数ω_S ）と励起光Ｐ₁,Ｐ₂ （キャリア角周波数
ω_p1, ω_p2）を光分岐結合器２０のポートから入射
し、ポートから光非線形媒質で発生した４光波混合光
（キャリア角周波数ω_f ＝ω_p1＋ω_p2−ω_s ）を取り出
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光非線形媒質中に
誘起される３次の光パラメトリック効果を利用して４光
波混合光を発生する４光波混合光発生回路、およびそれ
を用いて波長変換、位相共役光の発生（スペクトル反
転）、全光スイッチング（光パルス分離）の各手段とし
て用いられる光回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２１は、従来の４光波混合光発生回路
の構成を示す。図において、信号光Ｓ（キャリア角周波
数ω_s ) と、励起光Ｐ₁,Ｐ₂(キャリア角周波数ω_p1, ω
_p2) は光合波器１１で結合され、光非線形媒質１２に同
時に入力されて伝搬することにより、３次の光パラメト
リック効果が誘起される。そして、４光波混合過程によ
りキャリア角周波数ω_f（＝ω_p1＋ω_p2−ω_s）の４光波
混合光Ｆが発生する。

【０００３】この４光波混合光Ｆは、キャリア角周波数
(ω_p1＋ω_p2)／２に対して信号光Ｓのスペクトルと鏡映
対称の関係にあり、信号光Ｓの位相共役光でもある。す
なわち、４光波混合光発生回路は位相共役光発生回路に
もなる。図２２には、縮退した励起光Ｐ（キャリア角周
波数ω_p ）を用いた場合の構成を示す。また、４光波混
合光発生回路は、波長多重信号光の各波長を一括変換す
る波長変換回路にもなる。たとえば、４光波混合光発生
回路に波長多重されたＮ個の信号光Ｓ₁ 〜Ｓ_N （キャリ
ア角周波数ω_s1〜ω_sN）を入力すると、キャリア角周波
数ω_f1〜ω_fN（ω_fj＝ω_p1＋ω_p2−ω_sj、ｊ＝1〜N）の
４光波混合光Ｆ₁ 〜Ｆ_Nが発生し、波長多重信号光の各
波長を一括変換することができる。図２３には、縮退し
た励起光Ｐ（キャリア角周波数ω_p ）を用いた場合の構
成を示す。

【０００４】なお、図２１〜図２３に示す従来構成で
は、信号光Ｓ、励起光Ｐ₁,Ｐ₂,Ｐ、４光波混合光Ｆのす
べてが光非線形媒質１２から同一方向に重なって出射さ
れるので、４光波混合光Ｆを取り出すためにキャリア角
周波数ω_f の光のみを通す波長フィルタ１３が用いられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、信号光Ｓか
ら４光波混合光Ｆへの変換利得（４光波混合光強度／信
号光強度）を大きくするには、信号光と励起光のキャリ
ア角周波数ω_s ，ω_p1，ω_p2を接近させ、励起光強度を
大きくする必要があった。したがって、波長フィルタ１
３としては、４光波混合光強度に対して通常大きな強度
を有する励起光を抑圧し、かつ励起光とキャリア角周波
数が接近した４光波混合光を通過させる性能が要求され
た。しかし、この場合、１段の波長フィルタでは励起光
を十分に抑圧することが困難であり、多数段組み合わせ
ることによる損失の増加や構成の複雑化が避けられなか
った。

【０００６】また、従来の４光波混合光発生回路では、
信号光Ｓのスペクトルが反転した位相共役光（４光波混
合光Ｆ）が生成される際に、キャリア角周波数が上記の
例ではω_s からω_f（＝ω_p1＋ω_p2−ω_s）にシフトす
る。このため、位相共役光発生回路として光ファイバ伝
送路中で用いる場合には、その前後における信号光と位
相共役光に対する波長分散値の変化が避けられなかっ
た。

【０００７】また、波長多重信号光の一括波長変換回路
として用いる場合には、２つの信号光Ｓ_{m ,} Ｓ_n のキャ
リア角周波数ω_sm，ω_snと励起光Ｐ₁,Ｐ₂ のキャリア角
周波数ω_p1, ω_p2が、 ω_sm＋ω_sn＝ω_p1＋ω_p2 の関係にあれば、４光波混合光Ｆ_m , Ｆ_n のキャリア角
周波数は、入れ替わってω_sn，ω_smとなり、信号光のキ
ャリア角周波数の交換と同等の効果が得られる。しか
し、従来の４光波混合光発生回路では、信号光Ｓ_m と４
光波混合光Ｆ_n 、信号光Ｓ_n と４光波混合光Ｆ_m のキャ
リア角周波数が同じになり、波長フィルタ１３で分離す
ることが不可能であった。

【０００８】本発明は、波長フィルタ等の波長分離手段
を用いずに、４光波混合光（波長変換光，位相共役光）
を信号光および励起光から分離して取り出すことができ
る４光波混合光発生回路およびそれを用いた光回路を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の４光波混合光発
生回路は、２×２の光分岐結合器のポートと光非線形
媒質とを所定の長さと伝搬定数を有する分散性媒質で接
続し、ポートと光非線形媒質とを所定の長さと伝搬定
数を有する分散性媒質で接続し、信号光Ｓ（キャリア角
周波数ω_S ）と励起光Ｐ₁,Ｐ₂ （キャリア角周波数
ω_p1, ω_p2）を光分岐結合器２０のポートから入射
し、ポートから光非線形媒質で発生した４光波混合光
（キャリア角周波数ω_f＝ω_p1＋ω_p2−ω_s）を取り出
す。

【００１０】

【発明の実施の形態】

（請求項１の実施形態）図１は、請求項１の４光波混合
光発生回路の実施形態を示す。図において、２×２の光
分岐結合器２０のポート，を接続する分散性媒質中
に光非線形媒質１２が挿入される。ここで、ポートと
光非線形媒質１２とを接続する分散性媒質２１の長さを
Ｌ₁ 、伝搬定数をＫ₁(ω) とし、ポートと光非線形媒
質１２とを接続する分散性媒質２２の長さをＬ₂ 、伝搬
定数をＫ₂(ω)とする。光分岐結合器２０は、キャリア
角周波数ω_s ，ω_p1，ω_p2，ω_f(＝ω_p1＋ω_p2−ω_s ）
の光を等しい強度および等しい偏波で分岐する特性を有
する。

【００１１】キャリア角周波数ω_s の信号光Ｓとキャリ
ア角周波数ω_p1, ω_p2の励起光Ｐ₁,Ｐ₂ は光分岐結合器
２０のポートから入射され、それぞれ等しい強度およ
び等しい偏波でポート，に分岐される。ただし、ポ
ートに対してクロスポートとなるポートから出射さ
れる信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ は、スルーポートと
なるポートから出射される信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,
Ｐ₂ に対して光の位相が90度遅れる。したがって、ポー
トにおける信号光Ｓの複素電界振幅をＡ_s とし、励起
光Ｐ₁,Ｐ₂ の複素電界振幅をＡ_p1，Ａ_p2とすると、ポー
トにおける信号光Ｓの複素電界振幅はＡ_s exp(−ｉπ
/2）となり、励起光Ｐ₁,Ｐ₂ の複素電界振幅はＡ_p1 exp
(−ｉπ/2），Ａ_p2 exp(−ｉπ/2）となる。

【００１２】このように、光分岐結合器２０のポート
に分岐された信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ は、分散性
媒質２１→光非線形媒質１２→分散性媒質２２→ポート
の順に右回りで伝搬する。ここで、ポートから分散
性媒質２１を介して光非線形媒質１２に入射される右回
りの信号光Ｓの複素電界振幅Ａ_sRおよび励起光Ｐ₁ ,Ｐ
₂ の複素電界振幅Ａ_p1R ，Ａ_p2R は、 Ａ_sR ＝Ａ_s exp(−ｉＫ₁(ω_s)Ｌ₁) …(1) Ａ_p1R＝Ａ_p1 exp(−ｉＫ₁(ω_p1)Ｌ₁) …(2) Ａ_p2R＝Ａ_p2 exp(−ｉＫ₁(ω_p2)Ｌ₁) …(3) と表される。

【００１３】一方、光分岐結合器２０のポートに分岐
された信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁ ,Ｐ₂ は、分散性媒質
２２→光非線形媒質１２→分散性媒質２１→ポートの
順に左回りで伝搬する。ここで、ポートから分散性媒
質２２を介して光非線形媒質１２に入射される左回りの
信号光Ｓの複素電界振幅Ａ_sLおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ の複
素電界振幅Ａ_p1L ，Ａ_p2L は、 Ａ_sL ＝Ａ_s exp(−ｉＫ₂(ω_s)Ｌ₂−ｉπ/2） …(4) Ａ_p1L＝Ａ_p1 exp(−ｉＫ₂(ω_p1)Ｌ₂−ｉπ/2） …(5) Ａ_p2L＝Ａ_p2 exp(−ｉＫ₂(ω_p2)Ｌ₂−ｉπ/2） …(6) と表される。

【００１４】光非線形媒質１２中では、信号光Ｓと励起
光Ｐ₁,Ｐ₂ が右回りと左回りでそれぞれ同時に伝搬する
ことで誘起される３次の光パラメトリック効果により、
キャリア角周波数ω_f (＝ω_p1＋ω_p2−ω_s）の４光波混
合光Ｆが発生する。この右回り成分と左回り成分は、再
び光分岐結合器２０に入射して干渉する。ただし、信号
光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ は、光非線形媒質１２および
分散性媒質２１，２２中で波長分散による位相変化を受
け、光非線形媒質１２中で非線形効果（自己位相変調，
相互位相変調）による位相変化を受けるが、右回りと左
回りによる位相差は生じない。したがって、本回路は、
信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ に対して、いわゆる光ル
ープミラーとして動作し（D.B.Mortimore, "Fiberloop
reflectors", IEEE Journal of Lightwave Technology,
vol.6, pp.1217-1224, 1988) 、信号光Ｓおよび励起光
Ｐ₁,Ｐ₂ はポートに 100％出射される。

【００１５】一方、 (1),(2),(3)式で示される右回りの
信号光Ｓと励起光Ｐ₁,Ｐ₂ から発生する右回りの４光波
混合光Ｆの複素電界振幅Ａ_fRは、 Ａ_fR＝ＣＡ_sR ^* Ａ_p1R Ａ_p2R ＝ＣＡ_s ^*Ａ_p1Ａ_p2 exp[i(Ｋ₁(ω_s)−Ｋ₁(ω_p1)−Ｋ₁(ω_p2))Ｌ₁] …(7) と表される。また (4),(5),(6)式で示される左回りの信
号光Ｓと励起光Ｐ₁,Ｐ₂から発生する左回りの４光波混
合光Ｆの複素電界振幅Ａ_fLは、 Ａ_fL＝ＣＡ_sL ^* Ａ_p1L Ａ_p2L ＝ＣＡ_s ^*Ａ_p1Ａ_p2 exp[i(Ｋ₂(ω_s)−Ｋ₂(ω_p1)−Ｋ₂(ω_p2))Ｌ₂−iπ/2] …(8) と表される。なお、Ｃは変換効率（４光波混合光Ｆの強
度／（信号光Ｓの強度×励起光Ｐ₁ の強度×励起光Ｐ₂
の強度））の平方根である。

【００１６】この右回りと左回りの４光波混合光Ｆがそ
れぞれ分散性媒質２２，２１を介してポート，に到
達したときの複素電界振幅Ａ₄ ，Ａ₃ は、 Ａ₄ ＝Ａ_fR exp(−ｉＫ₂(ω_f)Ｌ₂) ＝ＣＡ_s ^*Ａ_p1Ａ_p2exp[−i(K₁(ω_f)L₁＋K₂(ω_f)L₂)]exp(iΔK₁L₁) …(9) Ａ₃ ＝Ａ_fL exp(−ｉＫ₁(ω_f)Ｌ₁) ＝ＣＡ_s ^*Ａ_p1Ａ_p2exp[−i(K₁(ω_f)L₁＋K₂(ω_f)L₂)]exp(iΔK₂L₂−iπ/2) …(10) と表される。なお、 ΔＫ₁ ＝Ｋ₁(ω_s)＋Ｋ₁(ω_f)−Ｋ₁(ω_p1)−Ｋ₁(ω_p2) …(11) ΔＫ₂ ＝Ｋ₂(ω_s)＋Ｋ₂(ω_f)−Ｋ₂(ω_p1)−Ｋ₂(ω_p2) …(12) である。

【００１７】光分岐結合器２０ではこの右回りと左回り
の４光波混合光Ｆが干渉し、ポート，に出射される
４光波混合光Ｆの複素電界振幅Ａ₁ ，Ａ₂ は、 Ａ₁ ∝Ａ₃＋Ａ₄ exp(−ｉπ/2) ∝ exp(ｉΔＫ₂Ｌ₂)＋exp(ｉΔＫ₁Ｌ₁) …(13) Ａ₂ ∝Ａ₃ exp(−ｉπ/2)＋Ａ₄ ∝−exp(ｉΔＫ₂Ｌ₂)＋exp(ｉΔＫ₁Ｌ₁) …(14) と表される。したがって、分散性媒質２１，２２が ΔＫ₂Ｌ₂＝ΔＫ₁Ｌ₁＋(２ｎ−１)π （ｎは整数） …(15) となる条件を満たすとき、４光波混合光Ｆをポートに
100％出射させることができ、ポートに出射される信
号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ と完全に分離することがで
きる。

【００１８】縮退した励起光を用いる場合には、上記の
式をω_p1＝ω_p2、Ａ_p1＝Ａ_p2とおけばよい。なお、(15)
式に示す条件に所定の許容誤差α（０≦α＜1／2) を認
めると、 ΔＫ₂Ｌ₂＝ΔＫ₁Ｌ₁＋(2ｎ−１±α)π （ｎは整数） …(16) となる。その場合には、許容誤差αに応じてポートに
出射される４光波混合光Ｆのレベルは低下するが、ポー
トに出射される信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂に対す
る干渉条件は変わらず、アイソレーションには影響がな
いので実用上の問題はない。

【００１９】以上のように４光波混合光発生回路を構成
し、(15),(16) 式に示す条件を満たす分散性媒質２１，
２２を用いることにより、波長フィルタ等の波長分離手
段を用いることなく、光非線形媒質１２で発生した４光
波混合光Ｆと信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ とを分離す
ることができる。なお、信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁ ,Ｐ
₂ に雑音光成分が含まれる場合も、雑音光成分はポート
から信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ とともに出射され
るので、４光波混合光Ｆに混入することはない。

【００２０】（請求項２の実施形態）図２は、請求項２
の４光波混合光発生回路の実施形態を示す。４光波混合
光発生回路の構成は、図１のものと同じである。ここで
は、ω_s とω_f が(ω_p1＋ω_p2)／２に関して対称とな
り、発生した４光波混合光Ｆが位相共役光となることを
示す。図のように、信号光Ｓと励起光Ｐ₁,Ｐ₂ のキャリ
ア角周波数をω_p1＜ω_s ＜ω_p2とし、ω_s ＝(ω_p1＋ω
_p2)／２とすると、信号光Ｓと４光波混合光（位相共役
光）Ｆのキャリア角周波数が一致する。この場合でも、
信号光Ｓと４光波混合光（位相共役光）Ｆの分離は、上
述した原理により可能である。

【００２１】（請求項３の実施形態）図３は、請求項３
の４光波混合光発生回路の実施形態を示す。４光波混合
光発生回路の構成は図１のものと同じである。ここで
は、キャリア角周波数ω_sj（ｊ＝1,2,…,N）の波長多重
信号光Ｓ_j と、キャリア角周波数ω_p1, ω_p2の励起光Ｐ
₁,Ｐ₂ を光分岐結合器２０のポートから入射する。た
だし、各信号光の強度は、信号光相互の非線形相互作用
が無視できる程度に設定する。

【００２２】光分岐結合器２０のポートに分岐された
波長多重信号光Ｓ_j と励起光Ｐ₁ ,Ｐ₂ は、分散性媒質
２１→光非線形媒質１２→分散性媒質２２→ポートの
順に右回りで伝搬する。ここで、ポートから分散性媒
質２１を介して光非線形媒質１２に入射される右回りの
波長多重信号光Ｓ_j の複素電界振幅Ａ_sjR は、 Ａ_sjR＝Ａ_sjexp(−ｉＫ₁(ω_sj)Ｌ₁) …(1') と表される。

【００２３】一方、光分岐結合器２０のポートに分岐
された波長多重信号光Ｓ_j と励起光Ｐ₁,Ｐ₂ は、分散性
媒質２２→光非線形媒質１２→分散性媒質２１→ポート
の順に左回りで伝搬する。ここで、ポートから分散
性媒質２２を介して光非線形媒質１２に入射される左回
りの波長多重信号光Ｓ_j の複素電界振幅Ａ_sjL は、 Ａ_sjL＝Ａ_sjexp(−ｉＫ₂(ω_sj)Ｌ₂−ｉπ/2） …(4') と表される。

【００２４】光非線形媒質１２中では、波長多重信号光
Ｓ_j と励起光Ｐ₁,Ｐ₂ が右回りと左回りでそれぞれ同時
に伝搬することで誘起される３次の光パラメトリック効
果により、キャリア角周波数ω_fj (＝ω_p1＋ω_p2−
ω_sj）の波長多重された４光波混合光Ｆ_j が発生する。
この右回り成分と左回り成分は、再び光分岐結合器２０
に入射して干渉し、波長多重信号光Ｓ_j と励起光Ｐ₁,Ｐ
₂ はポートに 100％出射される。

【００２５】一方、右回りの波長多重信号光Ｓ_j と励起
光Ｐ₁,Ｐ₂ から発生する右回りの波長多重された４光波
混合光Ｆ_j の複素電界振幅Ａ_fjR は、 Ａ_fjR＝ＣＡ_sj ^* Ａ_p1Ａ_p2 exp[i(Ｋ₁(ω_sj)-Ｋ₁(ω_p1)-Ｋ₁(ω_p2))Ｌ₁] …(7') と表される。また左回りの波長多重信号光Ｓ_j と励起光
Ｐ₁,Ｐ₂ から発生する左回りの波長多重された４光波混
合光Ｆ_j の複素電界振幅Ａ_fjL は、 Ａ_fjL＝ＣＡ_sj ^*Ａ_p1Ａ_p2exp[i(Ｋ₂(ω_sj)-Ｋ₂(ω_p1)-Ｋ₂(ω_p2))Ｌ₂-iπ/2] …(8') と表される。

【００２６】この右回りと左回りの波長多重された４光
波混合光Ｆ_j がそれぞれ分散性媒質２２，２１を介して
ポート，に到達したときの複素電界振幅Ａ_4j，Ａ_3j
は、 Ａ_4j＝ＣＡ_sj ^*Ａ_p1Ａ_p2exp[−i(K₁(ω_fj)L₁＋K₂(ω_fj)L₂)]exp(iΔK_1jL₁) …(9') Ａ_3j＝ＣＡ_sj ^*Ａ_p1Ａ_p2exp[-i(K₁(ω_fj)L₁+K₂(ω_fj)L₂)]exp(iΔK_2jL₂-iπ/2) …(10') と表される。なお、 ΔＫ_1j＝Ｋ₁(ω_sj)＋Ｋ₁(ω_fj)−Ｋ₁(ω_p1)−Ｋ₁(ω_p2) …(11') ΔＫ_2j＝Ｋ₂(ω_sj)＋Ｋ₂(ω_fj)−Ｋ₂(ω_p1)−Ｋ₂(ω_p2) …(12') である。

【００２７】光分岐結合器２０では、この右回りと左回
りの４光波混合光Ｆ_j が各波長ごとに干渉し、ポート
，に出射される波長多重された４光波混合光Ｆ_j の
複素電界振幅Ａ_1j，Ａ_2jは、 Ａ_1j∝ exp(ｉΔＫ_2jＬ₂)＋exp(ｉΔＫ_1jＬ₁) …(13') Ａ_2j∝−exp(ｉΔＫ_2jＬ₂)＋exp(ｉΔＫ_1jＬ₁) …(14') と表される。したがって、分散性媒質２１，２２が ΔＫ_2jＬ₂＝ΔＫ_1jＬ₁＋(２ｎ−１)π （ｎは整数） …(15') となる条件を満たすとき、波長多重された４光波混合光
Ｆ_j をポートに 100％出射させることができ、ポート
に出射される波長多重信号光Ｓ_j および励起光Ｐ₁,Ｐ
₂ と完全に分離することができる。

【００２８】縮退した励起光を用いる場合には、上記の
式をω_p1＝ω_p2、Ａ_p1＝Ａ_p2とおけばよい。なお、(1
5') 式に示す条件に所定の許容誤差α（０≦α＜1／2)
を認めると、 ΔＫ_2jＬ₂＝ΔＫ_1jＬ₁＋(2ｎ−１±α)π （ｎは整数） …(16') となる。その場合には、許容誤差αに応じてポートに
出射される波長多重された４光波混合光Ｆ_j のレベルは
低下するが、ポートに出射される波長多重信号光Ｓ_j
と励起光Ｐ₁,Ｐ₂ に対する干渉条件は変わらず、アイソ
レーションには影響がないので実用上の問題はない。

【００２９】以上のように４光波混合光発生回路を構成
し、(15'),(16') 式に示す条件を満たす分散性媒質２
１，２２を用いることにより、波長フィルタ等の波長分
離手段を用いることなく、波長多重信号光Ｓ_j（ｊ＝1,
2,…,N)の各波長を一括変換した４光波混合光Ｆ_j を、
波長多重信号光Ｓ_j および励起光Ｐ₁,Ｐ₂ から分離して
取り出すことができる。

【００３０】また、２つの信号光Ｓ_m ，Ｓ_n のキャリア
角周波数ω_sm，ω_snと、励起光Ｐ₁,Ｐ₂ のキャリア角周
波数ω_p1, ω_p2が、 ω_sm＋ω_sn＝ω_p1＋ω_p2 の関係にあれば、発生する４光波混合光Ｆ_m ，Ｆ_n のキ
ャリア角周波数は入れ替わってω_sn，ω_smとなり、２つ
の信号光Ｓ_m ，Ｓ_n の波長交換が行われる。

【００３１】ところで、光非線形媒質１２では、キャリ
ア角周波数ω_p1＋ω_p2−ω_sjの４光波混合光Ｆ_j の他
に、励起光Ｐ₁,Ｐ₂ をそれぞれ縮退した励起光として、
キャリア角周波数２ω_p1−ω_sj，２ω_p2−ω_sjの不要な
４光波混合光がω_p1−ω_p2の間隔で発生する。４光波混
合光Ｆ_j と不要な４光波混合光との間を遠ざけ分離を容
易にするには、図４に示すように、波長多重信号光Ｓ_j
と励起光Ｐ₁,Ｐ₂ のキャリア角周波数を ω_p1＜ω_sj＜ω_p2 のように設定すればよい（請求項４）。このとき、非縮
退励起光に対する４光波混合光Ｆ_j は、ω_p1とω_p2の間
にキャリア角周波数ω_p1＋ω_p2−ω_sjで発生する。一
方、縮退励起光に対する不要な４光波混合光は、ω_p1と
ω_p2の外側にキャリア角周波数２ω_p1−ω_sj ,２ω_p2−
ω_sjで発生する。これにより、両者を容易に分離するこ
とができる。

【００３２】

【実施例】以下、請求項１の４光波混合光発生回路を
「４光波混合光発生回路」といい、請求項２の４光波混
合光発生回路を「位相共役光発生回路」といい、請求項
３，４の４光波混合光発生回路を「波長多重信号光の一
括波長変換回路」という。 （縮退励起光を用いた構成）図５は、縮退励起光を用い
た４光波混合光発生回路の実施例構成を示す。

【００３３】本実施例の特徴は、図１の構成において、
縮退した励起光、すなわちキャリア角周波数がω_p ＝ω
_p1＝ω_p2の励起光Ｐを用いるところにある。本実施例で
は、キャリア角周波数ω_s の信号光Ｓおよびキャリア角
周波数ω_pの励起光Ｐを光分岐結合器２０のポートか
ら入射すると、光非線形媒質１２中でキャリア角周波数
ω_f(＝２ω_p−ω_s) の４光波混合光Ｆが発生する。この
４光波混合光Ｆは光分岐結合器２０のポートから出射
され、信号光Ｓおよび励起光Ｐがポートから出射され
る。

【００３４】図６は、縮退励起光を用いた波長多重信号
光の一括波長変換回路の実施例構成を示す。本実施例の
特徴は、図３の構成において、縮退した励起光、すなわ
ちキャリア角周波数がω_p ＝ω_p1＝ω_p2の励起光Ｐを用
いるところにある。本実施例では、キャリア角周波数ω
_sj（ｊ＝1,2,…,N）の波長多重信号光Ｓ_jおよびキャリ
ア角周波数ω_p の励起光Ｐを光分岐結合器２０のポート
から入射すると、光非線形媒質１２中でキャリア角周
波数ω_fj(＝２ω_p−ω_sj) の４光波混合光Ｆ_j が発生す
る。この波長多重された４光波混合光Ｆ_j は光分岐結合
器２０のポートから出射され、波長多重信号光Ｓ_j お
よび励起光Ｐがポートから出射される。

【００３５】なお、２つの信号光Ｓ_m ，Ｓ_n のキャリア
角周波数ω_sm，ω_snと、励起光Ｐのキャリア角周波数ω
_p が、 ω_sm＋ω_sn＝２ω_p の関係にあれば、発生する４光波混合光Ｆ_m ，Ｆ_n のキ
ャリア角周波数は入れ替わってω_sn，ω_smとなり、２つ
の信号光Ｓ_m ，Ｓ_n の波長交換が行われる。

【００３６】（偏波保持型の構成）図７は、偏波保持型
の４光波混合光発生回路の実施例構成を示す。本実施例
の特徴は、図１の構成の各部を偏波保持型とし、偏波保
持型の光分岐結合器２３、偏波保持型の光非線形媒質２
４、偏波保持型の分散性媒質２５，２６を用いた構成に
ある。これは、図２に示す位相共役光発生回路および図
３，図４に示す波長多重信号光の一括波長変換回路にお
いても同様である。回路中における信号光および励起光
の偏波状態の変動は、４光波混合光に対する信号光およ
び励起光の漏れ込みを引き起こす。そこで、各部を偏波
保持型とすることにより、回路中の偏波クロストークを
抑圧し、４光波混合光に対する信号光および励起光のア
イソレーションを向上させる。この偏波保持型部品に
は、偏波保持光ファイバ等の複屈折性素子を用い、これ
らの複屈折の主軸に沿った偏波状態の信号光および励起
光を入射することにより、回路中での偏波状態は維持さ
れる。このような偏波保持手段に加えて、回路入出力部
またはループ中に偏光子等の単一偏波素子を挿入する方
法も効果的である。

【００３７】（偏波分散補償手段を備えた構成）図８は
偏波分散補償手段を備えた４光波混合光発生回路の実施
例構成を示す。本実施例の特徴は、図７の偏波保持構成
にそれぞれ複屈折導波路等の偏波分散補償手段２７を設
けた構成にある。これは、図２に示す位相共役光発生回
路および図３，図４に示す波長多重信号光の一括波長変
換回路においても同様である。

【００３８】入力される信号光の偏波状態が変化する
と、出力される４光波混合光の波形および強度が変化す
る。これは、偏波保持のために導入された回路部品の複
屈折（偏波分散）が信号光波形に歪みを生じさせるため
である。そこで、複屈折導波路等の偏波分散補償手段２
７を回路中に挿入し、偏波保持型の光非線形媒質２４の
２つの複屈折の主軸に対する信号光の変換利得を等しく
する。たとえば、偏波保持光ファイバのような各偏波軸
に対する変換効率が等しい偏波保持型の光非線形媒質２
４を用いる場合には、励起光を各偏波軸に１：１の強度
比で入射する。また、半導体光増幅器のような２つの偏
波軸に対する変換効率が異なるものを用いる場合には、
各偏波軸に対する変換利得が等しくなるように励起光の
強度比を設定する。これにより、偏波保持型の光分岐結
合器２３、光非線形媒質２４および分散性媒質２５，２
６中の偏波分散による４光波混合光の波形劣化を防ぐこ
とができる。

【００３９】なお、偏波分散補償手段２７は、図に示す
ように４光波混合光の出射部（光分岐結合器２３のポー
ト）に配置する他に、信号光および励起光の入射部
（光分岐結合器２３のポート）、あるいはループ中
（光分岐結合器２３のポート，間）に配置してもよ
い。また、特開平６−６７０５３号公報（偏波無依存型
光パルス分離回路および偏波無依存型光パルス多重回
路）に示すように、ループ内の光非線形媒質２４や分散
性媒質２５，２６を中点直交接続する方法をとってもよ
い。

【００４０】（信号光と励起光の合波手段を備えた構
成）図９は、信号光と励起光の合波手段を備えた４光波
混合光発生回路の実施例構成を示す。本実施例の特徴
は、図１の構成において、光分岐結合器２０のポート
の前段に、信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ を結合する光
合波器１１を配置する構成にある。これは、図２に示す
位相共役光発生回路および図３，図４に示す波長多重信
号光の一括波長変換回路においても同様である。

【００４１】なお、波長変換回路として用いる場合に
は、４光波混合光Ｆのキャリア角周波数ω_f は、励起光
Ｐ₁,Ｐ₂ のキャリア角周波数ω_p1，ω_p2を変えることに
より同調可能である。 （戻り信号光および励起光を阻止する構成）図１０は、
戻り信号光および励起光を阻止する４光波混合光発生回
路の実施例構成を示す。

【００４２】本実施例の特徴は、図１の構成において、
光分岐結合器２０のポートから出射される信号光Ｓお
よび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ を阻止する手段を備えた構成にあ
る。これは、図２に示す位相共役光発生回路および図
３，図４に示す波長多重信号光の一括波長変換回路にお
いても同様である。信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ は入
力したポートに戻る。このため、特に強い励起光Ｐ₁,
Ｐ₂ は信号光光源や励起光光源に悪影響を及ぼしかねな
い。そこで、信号光Ｓおよび励起光Ｐ₁,Ｐ₂ を入射する
光分岐結合器２０のポートに戻り光の阻止手段２８を
配置し、ポートから出射される信号光Ｓおよび励起光
Ｐ₁,Ｐ₂ を阻止する。なお、戻り光の阻止手段２８に
は、光アイソレータや光サーキュレータを用いることが
できる。

【００４３】（４光波混合光に漏れ込んだ不要光成分の
抑圧）図１１は、４光波混合光に漏れ込んだ不要光成分
を抑圧する４光波混合光発生回路の実施例構成を示す。
本実施例の特徴は、図１の構成において、光分岐結合器
２０のポートから出射される４光波混合光Ｆに漏れ込
んだ不要な光成分を抑圧する手段を備えた構成にある。
これは、図２に示す位相共役光発生回路および図３，図
４に示す波長多重信号光の一括波長変換回路においても
同様である。

【００４４】光分岐結合器２０の分岐比（50％：50％）
の非対称性や、光分岐結合器２０、光非線形媒質１２、
分散性媒質２１，２２中における信号光Ｓ，Ｓ₁ 〜Ｓ_N
および励起光Ｐ₁,Ｐ₂ の偏波クロストークは、出射光に
信号光や励起光が漏れ込む原因となる。また、キャリア
角周波数ω_s ，ω_p1，ω_p2の信号光および励起光からキ
ャリア角周波数ω_f（＝ω_p1＋ω_p2−ω_s）の４光波混合
光Ｆを発生させる場合に、それと同時にキャリア角周波
数２ω_p1−ω_s，２ω_p2−ω_sの４光波混合光も発生す
る。

【００４５】そこで、４光波混合光ＦまたはＦ₁ 〜Ｆ_N
を出射する光分岐結合器２０のポートにキャリア角周
波数ω_f またはω_f1〜ω_fNのみを通す波長フィルタ１３
を配置し、ポートから出射される不要な光成分を抑圧
する。 （角度変調励起光を用いた構成）図１２は、角度変調励
起光を用いた位相共役光発生回路の実施例構成を示す。

【００４６】図１３は、角度変調励起光を用いた波長多
重信号光の一括波長変換回路の実施例構成を示す。本実
施例の特徴は、図２および図３の構成において、２つの
励起光Ｐ₁,Ｐ₂ に位相変調または周波数変調等の角度変
調を加えることである。スペクトル幅の小さいＣＷ励起
光を用いると、光非線形媒質１２および分散性媒質２
１，２２中で発生する誘導ブリルアン散乱光や誘導回折
格子による非線形後方散乱光が光分岐結合器２０のポー
トから出力される。本実施例のように励起光に角度変
調を加えて励起光スペクトルの帯域を広げることによ
り、後方散乱光発生の閾値強度が増大するので、強い励
起光の入射が可能となる。特に、図１２，図１３に示す
ように２つの励起光に互いに共役な角度変調を加える
と、瞬時のキャリア角周波数(ω_p1＋ω_p2)／２が一定に
保たれるので、発生する４光波混合光Ｆ，Ｆ_j のキャリ
ア角周波数の変動を防ぐことができる。

【００４７】一般には、信号光の角度変調量φ_s(t)（ま
たはφ_sj(t) ）と、励起光の角度変調量φ_p1(t)_,φ
_p2(t) を φ_p1(t)＋φ_p2(t)−φ_s(t)＝０（またはφ_p1(t)＋φ
_p2(t)−φ_sj(t)＝０） に設定すれば、発生する４光波混合光のキャリア角周波
数の変動を防ぐことができる。

【００４８】（強度変調励起光を用いた構成）図１４
は、強度変調励起光を用いた位相共役光発生回路の実施
例構成を示す。図１５は、強度変調励起光を用いた波長
多重信号光の一括波長変換回路の実施例構成を示す。本
実施例の特徴は、図２および図３の構成において、２つ
の励起光Ｐ₁,Ｐ₂ に信号光Ｓ（波長多重信号光Ｓ_j ）に
同期した強度変調を加えることである。

【００４９】本実施例によっても、図１２，図１３に示
す実施例と同様に後方散乱光の発生を抑圧することがで
きる。さらに、本実施例では、平均励起光強度を一定に
したままピーク励起光強度を増加させることができる。
なお、本実施例の強度変調と角度変調を併用することが
可能である。図１６は、本発明の位相共役光発生回路の
実際の動作例を示す。

【００５０】ここでは、偏波保持型の光非線形媒質２４
および分散性媒質２５，２６として偏波保持光ファイバ
を用い、２つの励起光Ｐ₁,Ｐ₂ に位相変調を加えた。
(a) は光分岐結合器２３のポートに入射する信号光Ｓ
および励起光Ｐ₁,Ｐ₂ の時間−波長像であり、(b) は光
分岐結合器２３のポートから出射される位相共役光Ｆ
の時間−波長像である。このように、信号光Ｓの波長と
同じ波長で位相共役光Ｆが発生可能である。

【００５１】（光ゲート回路）図１７は、２入力の光ゲ
ート回路（光ＡＮＤ回路）となる４光波混合光発生回路
の実施例構成を示す。本実施例の特徴は、光合波器１１
で入力光パルスＳ_inとゲート光パルスＧを結合し、光ア
イソレータ２８を介して光分岐結合器２０のポートに
入力する構成により、２入力１出力の光ゲート回路（光
ＡＮＤ回路）を実現したところにある。

【００５２】本実施例では、キャリア角周波数ω_s の信
号光Ｓを入力光パルスＳ_inとし、キャリア角周波数ω_p
の励起光Ｐをゲート光パルスＧとし、キャリア角周波数
ω_f（＝２ω_p−ω_s）の４光波混合光Ｆを出力光パルス
Ｓ_out とする。この入力光パルスＳ_inとゲート光パルス
Ｇが光非線形媒質１２中で重なるように入射されたとき
（タイムスロットt₂) に出力光パルスＳ_out が発生す
る。ただし、本実施例の光ゲート回路は波長変換（ω_s
→ω_f）を伴う。

【００５３】図１８は、３入力の光ゲート回路（光ＡＮ
Ｄ回路）となる４光波混合光発生回路の実施例構成を示
す。本実施例の特徴は、図１７の光ゲート回路と同様の
構成により、波長変換を伴わない３入力１出力の光ゲー
ト回路（光ＡＮＤ回路）を実現したところにある。本実
施例では、入力光パルスＳ_inのキャリア角周波数ω_s に
対して、 ２ω_s＝ω_p1＋ω_p2 の関係を有するキャリア角周波数ω_p1，ω_p2のゲート光
パルスＧ₁ ，Ｇ₂ を用いる。これにより、光非線形媒質
１２中で入力光パルスＳ_inとゲート光パルスＧ₁,Ｇ₂ が
重なったときに発生する４光波混合光のキャリア角周波
数はω_s となる。すなわち、入力光パルスＳ_inと、出力
光パルスＳ_out のキャリア角周波数は同じになる。ただ
し、キャリア角周波数ω_s の入力光パルスＳ_inは、ゲー
ト光パルスＧ₁ ，Ｇ₂ とともに光分岐結合器２０のポー
トに入射され、またポートから出射される。一方、
キャリア角周波数ω_s の出力光パルスＳ_out は、光分岐
結合器２０のポートから出射される。

【００５４】（光パルス分離回路）図１９は、光パルス
分離回路となる４光波混合光発生回路の実施例構成を示
す。本実施例の特徴は、図１７の光ゲート回路を複数段
接続することにより、時分割多重された光パルス信号を
分離する光パルス分離回路を実現するところにある。

【００５５】本実施例では、キャリア角周波数ω_s の入
力光パルスＳ_inに対して、第１段の光ゲート回路ではキ
ャリア角周波数ω_p のゲート光パルスＧ₁ を入力し、そ
のタイムスロット（t₂, t₄）にキャリア角周波数ω_f(＝
２ω_p−ω_s）の出力光パルスＳ_out1を出力させる。これ
により、まずタイムスロット（t₂, t₄）の２チャネルを
分離する。次に、このキャリア角周波数ω_f の出力光パ
ルスＳ_out1に対して、第２段の光ゲート回路ではキャリ
ア角周波数ω_p のゲート光パルスＧ₂ を入力し、タイム
スロット（t₄）にキャリア角周波数ω_s(＝２ω_p−ω_f）
の出力光パルスＳ_out2を出力させる。これにより、最終
的にゲート光パルスＧ₁ ，Ｇ₂ が共にオンとなるタイム
スロット（t₄）の１チャネルが分離される。

【００５６】なお、第１段の光ゲート回路では、キャリ
ア角周波数ω_s の入力光パルスＳ_inからキャリア角周波
数ω_f の出力光パルス（４光波混合光）Ｓ_out1が発生す
る。また、第２段の光ゲート回路では、キャリア角周波
数ω_f の出力光パルスＳ_out1からキャリア角周波数ω_s
の出力光パルス（４光波混合光）Ｓ_out2が発生する。こ
れにより、入力光パルスＳ_inと出力光パルスＳ_out2の入
出力関係は図１８の３入力の光ゲート回路と同じで、ゲ
ート光Ｇ₁ ，Ｇ₂ の波長が１種類ですむ特徴がある。光
ゲート回路の複数段接続は、図１８の３入力の光ゲート
回路にも適用可能である。

【００５７】図２０は、光パルス分離回路となる４光波
混合光発生回路の実施例構成を示す。本実施例の特徴
は、図１７の光ゲート回路と、４波長分波型の光分波器
２９を組み合わせることにより、時分割多重された光パ
ルス信号のうち４チャネルを一括して分離する光パルス
分離回路を実現するところにある。

【００５８】図において、キャリア角周波数ω_s の入力
光パルスＳ_inに対して、各タイムスロットt_k(k＝1,2,3,
4)ごとに異なるキャリア角周波数ω_pkのゲート光パルス
Ｇ_kを入力し、各タイムスロットt_kごとにキャリア角周
波数ω_fk(＝２ω_pk−ω_s）の出力光パルスＳ_outkを出力
させる。この出力光パルスＳ_out1，Ｓ_out2，Ｓ_out3，Ｓ
_out4は、光分波器２９でキャリア角周波数ω_f1，ω_f2，
ω_f3，ω_f4ごとに分波することにより、４チャネルを一
括して分離することができる。

【００５９】なお、ｋ＝1,2,3,4 に対して、関係式 ｛Ｋ₂(ω_s)＋Ｋ₂(ω_fk)−２Ｋ₂(ω_pk)｝Ｌ₂＝｛Ｋ
₁(ω_s)＋Ｋ₁(ω_fk)−Ｋ₁(ω_pk)｝Ｌ₁＋(2ｎ−１±α)π が満足されるものとする。以上示した光パルス分離回路
の実施例構成では、各タイムスロットにおいて縮退した
ゲート光による４光波混合を用いたが、縮退しないゲー
ト光を用いても同様の効果を得ることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の４光波混
合光発生回路は、波長フィルタ等の光合分波手段を用い
ることなく、所定の条件を満たす分散性媒質を用いるこ
とにより、発生した４光波混合光と信号光および励起光
とを分離することができる。したがって、波長フィルタ
による帯域制限を受けないので、超高速光信号の処理が
可能となり、さらに信号光と励起光の波長を接近させて
４光波混合光の発生効率を向上させることができる。

【００６１】また、本発明の４光波混合光発生回路は、
入射信号光のキャリア角周波数と等しい、または近接し
たキャリア角周波数の位相共役光を発生させ、信号光お
よび励起光から分離して取り出すという、従来不可能で
あった効果を得ることができる。さらに、本発明の４光
波混合光発生回路は、波長多重信号光の一括波長変換に
も適用でき、従来不可能であった波長多重信号光相互の
波長交換を実現することができる。

【００６２】なお、信号光および励起光に雑音光成分が
含まれる場合も、雑音光成分は信号光および励起光とと
もに出射され、４光波混合光（位相共役光，波長変換
光）に不要な雑音が重畳されることはないので、４光波
混合光のＳＮ比を向上させることができる。したがっ
て、本発明の４光波混合光発生回路を用いた光回路を構
成することにより、高効率、高ＳＮ比、広帯域の波長変
換、位相共役光の発生（スペクトル反転）、全光スイッ
チング（光パルス分離）が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の４光波混合光発生回路の実施形態を
示す図。

【図２】請求項２の４光波混合光発生回路の実施形態を
示す図。

【図３】請求項３の４光波混合光発生回路の実施形態を
示す図。

【図４】請求項４の４光波混合光発生回路の実施形態を
示す図。

【図５】縮退励起光を用いた４光波混合光発生回路の実
施例構成を示す図。

【図６】縮退励起光を用いた波長多重信号光の一括波長
変換回路の実施例構成を示す図。

【図７】偏波保持型の４光波混合光発生回路の実施例構
成を示す図。

【図８】偏波分散補償手段を備えた４光波混合光発生回
路の実施例構成を示す図。

【図９】信号光と励起光の合波手段を備えた４光波混合
光発生回路の実施例構成を示す図。

【図１０】戻り信号光および励起光を阻止する４光波混
合光発生回路の実施例構成を示す図。

【図１１】４光波混合光に漏れ込んだ不要光成分を抑圧
する４光波混合光発生回路の実施例構成を示す図。

【図１２】角度変調励起光を用いた位相共役光発生回路
の実施例構成を示す図。

【図１３】角度変調励起光を用いた波長多重信号光の一
括波長変換回路の実施例構成を示す図。

【図１４】強度変調励起光を用いた位相共役光発生回路
の実施例構成を示す図。

【図１５】強度変調励起光を用いた波長多重信号光の一
括波長変換回路の実施例構成を示す図。

【図１６】本発明の位相共役光発生回路の実際の動作例
を示す図。

【図１７】２入力の光ゲート回路（光ＡＮＤ回路）とな
る４光波混合光発生回路の実施例構成を示す図。

【図１８】３入力の光ゲート回路（光ＡＮＤ回路）とな
る４光波混合光発生回路の実施例構成を示す図。

【図１９】光パルス分離回路となる４光波混合光発生回
路の実施例構成を示す図。

【図２０】光パルス分離回路となる４光波混合光発生回
路の実施例構成を示す図。

【図２１】従来の４光波混合光発生回路の構成を示す
図。

【図２２】従来の位相共役光発生回路の構成を示す図。

【図２３】従来の波長多重信号光の一括波長変換回路の
構成を示す図。

【符号の説明】

１１ 光合波器 １２ 光非線形媒質 １３ 波長フィルタ（ω_f ) ２０ 光分岐結合器 ２１，２２ 分散性媒質 ２３ 偏波保持型の光分岐結合器 ２４ 偏波保持型の光非線形媒質 ２５，２６ 偏波保持型の分散性媒質 ２７ 偏波分散補償手段 ２８ 光アイソレータ ２９ 光分波器

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリア角周波数ω_s ，ω_p1，ω_p2の光
   からキャリア角周波数ω_f(＝ω_p1＋ω_p2−ω_s)の光を発
   生させる光非線形媒質と、 キャリア角周波数ω_s ，ω_p1，ω_p2，ω_f の光をそれぞ
   れ等しい強度および等しい偏波で分岐する２入力２出力
   の光分岐結合器と、 前記光分岐結合器の第１の出力ポートと前記光非線形媒
   質の一端とを結合する長さＬ₁ ，伝搬定数Ｋ₁(ω）の第
   １の分散性媒質と、 前記光分岐結合器の第２の出力ポートと前記光非線形媒
   質の他端とを結合する長さＬ₂ ，伝搬定数Ｋ₂(ω）の第
   ２の分散性媒質とを備え、 キャリア角周波数ω_s の信号光およびキャリア角周波数
   ω_p1，ω_p2の励起光を前記光分岐結合器の第１の入力ポ
   ートに入射し、前記光分岐結合器の第２の入力ポートか
   ら前記光非線形媒質中で発生したキャリア角周波数ω
   _f(＝ω_p1＋ω_p2−ω_s)の光を出射させ、 前記キャリア角周波数ω_s ，ω_p1，ω_p2は、整数ｎ、許
   容誤差をα（０≦α＜1／2）としたときに、 ｛Ｋ₂(ω_s)＋Ｋ₂(ω_f)−Ｋ₂(ω_p1)−Ｋ₂(ω_p2)｝Ｌ₂＝
   ｛Ｋ₁(ω_s)＋Ｋ₁(ω_f)−Ｋ₁(ω_p1)−Ｋ₁(ω_p2)｝Ｌ₁＋
   (2ｎ−１±α)π の関係を有することを特徴とする４光波混合光発生回
   路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の４光波混合光発生回路
   において、 信号光のキャリア角周波数ω_s と、励起光のキャリア角
   周波数ω_p1，ω_p2が、 ω_p1＜ω_s ＜ω_p2 に設定されたことを特徴とする４光波混合光発生回路。
3. 【請求項３】 キャリア角周波数ω_sj（ｊ＝1,2,…,
   N），ω_p1，ω_p2の光からキャリア角周波数ω_fj (＝ω
   _p1＋ω_p2−ω_sj) の光を発生させる光非線形媒質と、 キャリア角周波数ω_sj，ω_p1，ω_p2，ω_fjの光をそれぞ
   れ等しい強度および等しい偏波で分岐する２入力２出力
   の光分岐結合器と、 前記光分岐結合器の第１の出力ポートと前記光非線形媒
   質の一端とを結合する長さＬ₁ ，伝搬定数Ｋ₁(ω）の第
   １の分散性媒質と、 前記光分岐結合器の第２の出力ポートと前記光非線形媒
   質の他端とを結合する長さＬ₂ ，伝搬定数Ｋ₂(ω）の第
   ２の分散性媒質とを備え、 キャリア角周波数ω_sjの波長多重信号光およびキャリア
   角周波数ω_p1，ω_p2の励起光を前記光分岐結合器の第１
   の入力ポートに入射し、前記光分岐結合器の第２の入力
   ポートから前記光非線形媒質中で発生したキャリア角周
   波数ω_fj (＝ω_p1＋ω_p2−ω_sj) の光を出射させ、 前記キャリア角周波数ω_sj，ω_p1，ω_p2は、整数ｎ、許
   容誤差をα（０≦α＜1／2）としたときに、 ｛Ｋ₂(ω_fj)＋Ｋ₂(ω_sj)−Ｋ₂(ω_p1)−Ｋ₂(ω_p2)｝Ｌ₂
   ＝｛Ｋ₁(ω_fj)＋Ｋ₁(ω_sj)−Ｋ₁(ω_p1)−Ｋ₁(ω_p2)｝Ｌ
   ₁＋(2ｎ−１±α)π の関係を有することを特徴とする４光波混合光発生回
   路。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の４光波混合光発生回路
   において、 波長多重信号光のキャリア角周波数ω_sj（ｊ＝1,2,…,
   N）と、励起光のキャリア角周波数ω_p1，ω_p2が、 ω_p1＜ω_sj＜ω_p2 に設定されたことを特徴とする４光波混合光発生回路。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の４光波混合光発生回路において、 光非線形媒質、光分岐結合器、第１の分散性媒質および
   第２の分散性媒質が偏波保持性を有することを特徴とす
   る４光波混合光発生回路。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の４光波混合光発生回路において、 偏波保持型の光非線形媒質、光分岐結合器、分散性媒質
   中の偏波分散を補償する手段を備えたことを特徴とする
   ４光波混合光発生回路。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の４光波混合光発生回路において、 信号光および励起光を結合する光合波器を備え、その光
   合波器の出力光を光分岐結合器の第１の入力ポートに入
   射することを特徴とする４光波混合光発生回路。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の４光波混合光発生回路において、 光分岐結合器の第１の入力ポートから出射される信号光
   および励起光を阻止する手段を備えたことを特徴とする
   ４光波混合光発生回路。
9. 【請求項９】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の４光波混合光発生回路において、 光分岐結合器の第２の入力ポートの出射光からキャリア
   角周波数ω_f(＝ω_p1＋ω_p2−ω_s)またはω_fj (＝ω_p1＋
   ω_p2−ω_sj) の４光波混合光のみを通過させる光フィル
   タを備えたことを特徴とする４光波混合光発生回路。
10. 【請求項１０】 請求項１から請求項４のいずれかに記
    載の４光波混合光発生回路において、 信号光または励起光が角度変調されていることを特徴と
    する４光波混合光発生回路。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の４光波混合光発生
    回路において、 信号光の角度変調量φ_s(t)またはφ_sj(t) および励起光
    の角度変調量φ_p1(t)_,φ_p2(t) が、 φ_p1(t)＋φ_p2(t)−φ_s(t)＝０ または φ_p1(t)＋φ_p2(t)−φ_sj(t)＝０ の関係に設定されたことを特徴とする４光波混合光発生
    回路。
12. 【請求項１２】 請求項１から請求項４のいずれかに記
    載の４光波混合光発生回路において、 キャリア角周波数ω_p1，ω_p2の励起光が信号光に同期し
    て強度変調されていることを特徴とする４光波混合光発
    生回路。
13. 【請求項１３】 請求項７に記載の４光波混合光発生回
    路をＭ段縦続に接続し、 第１段の４光波混合光発生回路に、時分割多重されたキ
    ャリア角周波数ω_s0の入力光パルス列と所定のチャネル
    に同期したキャリア角周波数ω_p11,ω_p21 の第１のゲー
    ト光パルスとを入射し、キャリア角周波数ω_s1（＝ω
    _p11＋ω_p21−ω_s0）の光を出射し、 第ｎ段（ｎ＝1,2,…,M）の４光波混合光発生回路に、第
    ｎ−１段の４光波混合光発生回路から出射される所定の
    チャネルに対応したキャリア角周波数ω_s(n-1)の光と、
    前記所定のチャネルに同期したキャリア角周波数ω_p1n
    ω_p2n の第ｎのゲート光パルスとを入射し、キャリア角
    周波数ω_sn (＝ω_p11＋ω_p21−ω_s(n-1)) の光を出射す
    る構成であることを特徴とする光回路。
14. 【請求項１４】 時分割多重されたキャリア角周波数ω
    _s の入力光パルス列と、これに同期し、第ｋチャネル
    (ｋ＝1,2,…,N）に対応するキャリア角周波数ω_p1k，ω
    _p2kのゲート光パルスとを合波する光合波器と、 光分岐結合器の第１の入力ポートに前記光合波器の出力
    光を入射し、光分岐結合器の第２の入力ポートから、前
    記所定のチャネルに対応したキャリア角周波数ω_fk (＝
    ω_p1k＋ω_p2k−ω_s ) の光を出射する請求項１に記載の
    ４光波混合光発生回路と、 前記キャリア角周波数ω_fkの光を分離する光分波器とを
    備えたことを特徴とする光回路。