WO2023073769A1

WO2023073769A1 - 光伝送システム

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Publication number: WO2023073769A1
Application number: PCT/JP2021/039326
Authority: WO
Inventors: 毅伺梅木; 友哉赤塚; 亮一笠原; 克弥小栗
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-05-04
Also published as: JPWO2023073769A1

Abstract

第１の局から第２の局へ伝送媒体を介して第１の周波数の光周波数基準を伝送するための光伝送システムであって、第１の局に配置された、第１の周波数の２倍の周波数または前記第１の周波数の第１の光と伝送媒体を伝搬して雑音が付加された第２の局からの光との差周波発生により位相共役光を発生する位相共役変換器を備え、第１の局から第２の局へ伝送媒体を介して位相共役光を送信する、光伝送システム。第１の局に配置された、第１の周波数の光を発生する第１の光源と、第１の周波数の光から第１の周波数の２倍の周波数の前記第１の光を発生する第二高調波発生器と、をさらに備えてもよい。第１の周波数の２倍の周波数の前記第１の光を発生する第１の光源をさらに備えてもよい。

Description

光伝送システム

　本開示は、光伝送システムに関し、より詳細には、位相共役変換を利用して雑音を補償する光伝送システムに関する。

　近年、セシウム原子時計よりも数桁高い精度を持つ光時計の研究開発が進められている。光時計が出力する光周波数基準を、その周波数精度を保ったまま光ファイバで伝送するためには、光がファイバ伝搬中に受ける位相・周波数雑音（ファイバ雑音）を補償するための技術が必須である。光干渉計を用いてファイバ雑音を検出し、周波数シフタを用いて補償する手法は、１９９０年代にアメリカで考案され（たとえば非特許文献１参照）、現在では、この手法をもとに改良を加えた構成が広く用いられている。

L.-S. Ma et al., "Delivering the same optical frequency at two places: accurate cancellation of phase noise introduced by an optical fiber of other time-varying path", Optics Letters vol. 19, pp. 1777-1779 (1994) T. Akatsuka et al., "Optical frequency distribution using laser repeater stations with planar lightwave circuits", Optics Express vol. 28, pp. 9186-9197 (2020) F. Guillou-Camargo et al., "First industrial-grade coherent fiber link for optical frequency standard dissemination", Applied Optics vol. 57, pp.7203-7210 (2018) S. L. Jansen, "Long-haul DWDM transmission systems employing optical phase conjugation", IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol. 12, pp. 505-520 (2006) T. Umeki et al., "Multi-span transmission using phase and amplitude regeneration in PPLN-based PSA", Optics Express vol. 21, pp. 18170-18177 (2013). Y. Okamura et al., "Optical pump phase locking to a carrier wave extracted from phase-conjugated twin waves for phase-sensitive optical amplifier repeaters", Optics Express vol. 24, pp. 26300-26306 (2016)

　本開示は、簡便な構成で、光周波数基準のファイバ伝送時に問題となる位相・周波数雑音を補償する光伝送システムを提供することを目的とする。

　本開示の一実施形態に係る光伝送システムは、第１の局から第２の局へ伝送媒体を介して第１の周波数の光周波数基準を伝送するための光伝送システムであって、第１の局に配置された、第１の周波数の２倍の周波数または前記第１の周波数の第１の光と伝送媒体を伝搬して雑音が付加された第２の局からの光との差周波発生により位相共役光を発生する位相共役変換器を備え、第１の局から第２の局へ伝送媒体を介して位相共役光を送信する。

Ａ局からＢ局へ周波数ν_１の光周波数基準をファイバ伝送する一参考構成を示す図である。Ａ局からＢ局へ周波数ν_１の光周波数基準をファイバ伝送する一参考構成を示す図である。Ａ局からＢ局へ周波数ν_１の光周波数基準をファイバ伝送する一参考構成を示す図である。光干渉計の構成を説明するための図で、（ａ）は空間光学系の構成を、（ｂ）はファイバ光学系の構成を、（ｃ）は平面光波回路を用いた構成を示す図である。位相共役変換器の構成を示す図である。本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。図６Ａに示した光伝送システムのＢ局の構成の変形例を示す図である。図６Ａに示した光伝送システムのＡ局の構成の変形例を示す図である。図６Ａに示した光伝送システムのＢ局の構成の変形例を示す図である。図６Ａに示した光伝送システムのＢ局の構成の変形例を示す図である。図６Ａに示した光伝送システムのＢ局の構成の変形例を示す図である。本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等のファイバドープ型の光増幅器を用いた双方向光増幅器の構成例を示す図である。双方向光増幅器を構成するエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の構成例を示す図である。本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。位相共役変換器の出力を光ファイバへ入力する構成例を示す図であり、（ａ）は部分反射ミラーと光アイソレータを用いる構成を示す図であり、（ｂ）は偏波ビームスプリッタを用いる構成を示す図であり、（ｃ）は波長合分波器を用いる構成を示す図である。位相共役変換器の出力を光ファイバへ入力する構成例を示す図であり、（ａ）は図８を参照して説明したミラーを用いる構成を示す図であり、（ｂ）はファラデーミラーを用いる構成を示す図であり、（ｃ）は回折格子を用いる構成を示す図である。位相共役変換器の出力のうちの位相共役光のみを光ファイバへ入力する構成例を示す図であり、（ａ）はミラーと波長合分離フィルタとの組み合わせを用いる構成を示す図であり、（ｂ）はミラーとバンドパスフィルタとの組み合わせを用いる構成を示す図である。Ｂ局からＡ局へ伝送される光に対して位相状態が９０°異なる光をＡ局からＢ局へ返送する構成例を示す図であり、（ａ）はＡ局において偏波ビームスプリッタを用いる構成を示す図であり、（ｂ）はＢ局において第二次高調波を発生させるタイプＩＩの位相整合条件を満たす位相状態の光を選択的に差周波発生器へ入力する構成を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本開示の実施形態について詳細に説明する。以下の説明中の同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示すものとし、重複する説明を省略する場合がある。

　本開示の実施形態を説明する前に、本開示の実施形態の理解に役立つ光伝送システムの参考形態を説明する。

（光周波数伝送方式のための伝送システムの参考構成）
（参考構成１）
　図１は、Ａ局からＢ局へ周波数ν_１の光周波数基準をファイバ伝送するための手法として、非特許文献１で考案された構成例を示す図である。

　図１に示すように、Ａ局は、基準光源１１０と、周波数シフタ１１１と、光干渉計１１２と、可変ＲＦ発振器１１５と、分周器１１６と、光検出器１１７と、位相比較器１１８と、位相同期回路１１９と、を備える。光干渉計１１２は、部分反射ミラー１１３と、ミラー１１４と、を備えている。

　また、Ｂ局は、周波数シフタ１５０と、部分反射ミラー１５１と、ＲＦ発振器１５２とを備えている。Ｂ局の周波数シフタ１５０は、光ファイバ１３０を介してＡ局の光干渉計１１２と接続されている。

　Ａ局では、周波数ν_１の基準光源１１０の出力を周波数シフタ１５０に通してから光干渉計１１２に入力する。光干渉計１１２では、光を部分反射ミラー１１３で２つに分割し、一方はミラー１１４で反射して参照光として光検出器１１７へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ伝送する。Ｂ局では、伝送された光を周波数シフタ１５０に通してから部分反射ミラー１５１によって一部を反射し、同じ経路で反対方向に再び周波数シフタ１５０に通してから光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ返送する。

　ここで、周波数シフタ１１１は、周波数２ｆ_１の可変ＲＦ発振器１１５の出力を分周器１１６で１／２の周波数にした信号で駆動し、通過した光に－ｆ_１の周波数シフトを与える。周波数シフタ１５０は、周波数ｆ_２のＲＦ発振器１５２で駆動し、通過した光に＋ｆ_２の周波数シフトを与える。また、光が光ファイバ１３０を片道分伝送することで、光周波数に＋δのファイバ雑音が付加されるものとする。

　Ａ局において、返送光を光干渉計１１２に入力し、部分反射ミラー１１３によって反射した光を光検出器１１７へ入力する。光検出器１１７では、周波数ν_１－ｆ_１の参照光と、周波数ν_１－ｆ_１＋２ｆ_２＋２δの返送光が干渉することにより、周波数２ｆ_２＋２δの干渉信号が検出される。位相比較器１１８は、光検出器１１７からの干渉信号と可変ＲＦ発振器１１５の出力（２ｆ_１）を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力する。位相同期回路１１９は、位相比較器１１８からの信号を用いることで、可変ＲＦ発振器１１５の周波数を干渉信号に一致させるように（２ｆ_１＝２ｆ_２＋２δとなるように）制御して、可変ＲＦ発振器１１５を駆動する。

　このときＢ局において、部分反射ミラー１５１を通過した光の周波数はν_１－ｆ_１＋ｆ_２＋δ＝ν_１となり、ファイバ雑音が補償された基準光源の周波数が再生される。

（参考構成２）
　図２は、Ａ局の構成は参考構成１と同じで、Ｂ局にリピータ光源を用いた構成例である。

　図２に示すように、Ｂ局は、リピータ光源２５０と、光干渉計２５１と、光検出器２５４と、位相比較器２５５と、位相同期回路２５６と、ＲＦ発振器２５７と、を備えている。リピータ光源２５０は、通信波長帯の光を出力する波長可変光源である。位相同期回路２５６は、Ａ局から伝送された光とリピータ光源２５０から出力する光とを位相同期させる信号をリピータ光源２５０へ供給する。これにより、リピータ光源２５０は、位相同期回路２５６からの信号に基づいて、周波数揺らぎを除去し、Ａ局から伝送された光周波数とＲＦ発振器２５７の周波数との和または差の周波数となる。光干渉計２５１は、部分反射ミラー２５２と、ミラー２５３と、を備えている。Ｂ局の光干渉計２５１は、光ファイバ１３０を介してＡ局の光干渉計１１２と接続されている。

　Ｂ局において、Ａ局からの伝送光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を光検出器２５４へ入力する。また、周波数ν_２のリピータ光源２５０の出力を光干渉計２５１に入力し、部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して参照光として光検出器２５４へ入力する。もう一方は伝送光と同じ経路で反対方向にＡ局へ返送する。

　光検出器２５４では、周波数ν_２の参照光と、周波数ν_１－ｆ_１＋δのＡ局からの伝送光が干渉することにより、周波数ν_２－（ν_１－ｆ_１＋δ）の干渉信号が検出される。位相比較器２５５は、光検出器２５４からの干渉信号と周波数２ｆ_２のＲＦ発振器２５７の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力する。位相同期回路２５６は、位相比較器２５５からの信号を用いることで、光検出器２５４で検出される干渉信号の周波数をＲＦ発振器２５７の周波数に一致させるように［ν_２－（ν_１－ｆ_１＋δ）＝２ｆ_２となるように］、リピータ光源２５０の周波数を制御する。これにより、リピータ光源２５０の周波数はν_２＝ν_１－ｆ_１＋２ｆ_２＋δとなり、参考構成１のＢ局において周波数シフタ１５０１を２回通ってＡ局へ返送される光の周波数と同じになる。

　Ａ局において、参考構成１と同様に、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して返送された光を使って光検出器１１７で干渉信号の検出を行い、可変ＲＦ発振器１１５の周波数を制御して２ｆ_１＝２ｆ_２＋２δとする。

　このときＢ局において、リピータ光源２５０の周波数はν_２＝ν_１－（ｆ_２＋δ）＋２ｆ_２＋δ＝ν_１＋ｆ_２となり、ファイバ雑音が補償された基準光源の周波数が再生される（ν_２の中に、雑音補償されたν_１が再生される）。

（参考構成３）
　図３は、Ｂ局の構成は参考構成２と同じで、Ａ局の周波数シフタ１１１と光干渉計１１２の配置を入れ替えた構成例である。

　図３に示すように、Ａ局は、周波数ν_１の基準光源１１０と、光干渉計１１２と、周波数シフタ１１１と、光検出器１１７と、ＲＦ発振器３００と、位相比較器１１８と、位相同期回路１１９と、可変ＲＦ発振器１１５と、を備える。光干渉計１１２は、部分反射ミラー１１３と、ミラー１１４と、を備える。周波数シフタ１１１は、可変ＲＦ発振器１１５の出力で駆動する。Ａ局の周波数シフタ１１１は、光ファイバ１３０を介してＢ局の光干渉計２５１と接続されている。

　Ａ局では、周波数ν_１の基準光源１１０の出力を光干渉計１１２に入力し、部分反射ミラー１１３で２つに分割し、一方はミラー１１４で反射して参照光として光検出器１１７へ入力する。もう一方は周波数シフタ１１１を通して－ｆ_１の周波数シフトを与えてから光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ伝送する。

　Ｂ局では、参考構成２と同様に、光検出器２５４において、リピータ光源２５０からの参照光とＡ局からの伝送光との干渉することによる、干渉信号の検出を行い、ＲＦ発振器２５７、位相比較器２５５および位相同期回路２５６を用いて、リピータ光源２５０の周波数をν_２＝ν_１－ｆ_１＋２ｆ_２＋δとなるように制御して、周波数を制御したリピータ光源２５０からの光をＡ局へ返送する。

　Ａ局において、Ｂ局から返送された光を周波数シフタ１１１に通し、再び－ｆ_１の周波数シフトを与えてから光干渉計１１２へ入力し、部分反射ミラー１１３によって一部反射した光を光検出器１１７へ入力する。光検出器１１７では、周波数ν_１の参照光と、周波数ν_２－ｆ_１＋δ＝ν_１－２ｆ_１＋２ｆ_２＋２δの返送光との干渉信号が検出される。ここで、ｆ_１＜ｆ_２と設定した場合、この干渉信号の周波数は－２ｆ_１＋２ｆ_２＋２δとなる。

　位相比較器１１８は、光検出器１１７からの干渉信号と周波数２ｆ_３のＲＦ発振器３００の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力する。位相同期回路１１９は、位相比較器１１８からの信号を用いることで、可変ＲＦ発振器１１５の周波数を、干渉信号の周波数をＲＦ発振器３００の周波数に一致させるように（－２ｆ_１＋２ｆ_２＋２δ＝２ｆ_３となるように）制御して、可変ＲＦ発振器１１５を駆動する。したがって、ｆ_１＝ｆ_２－ｆ_３＋δとなる。

　このときＢ局において、リピータ光源２５０の周波数はν_２＝ν_１－ｆ_１＋２ｆ_２＋δ＝ν_１－（ｆ_２－ｆ_３＋δ）＋２ｆ_２＋δ＝ν_１＋ｆ_２＋ｆ_３となり、ファイバ雑音が補償された基準光源の周波数が再生される。

　以上が、参考となる基本的な光周波数伝送方式であるが、他にも、参考構成３のＡ局と参考構成１のＢ局の組み合わせや、参考構成２および３においてＢ局に周波数シフタを置く方式もある。また、参考構成３では、Ｂ局で再生される光周波数にＡ局のＲＦ発振器３００の周波数が付加されるが、Ａ局とＢ局間でのＲＦ発振器の精度のずれをキャンセルする方式も考案されている（たとえば非特許文献２参照）。

（光干渉計の構成）
　光干渉計の構成としては、種々の構成を用いることができる。図４（ａ）は、参考構成１～３における光干渉計１１２（または、光干渉計２５１）の構成である。光干渉計１１２は、部分反射ミラー１１３と、ミラー１１４とを備える。図４（ａ）の空間光学系の他に、図４（ｂ）のファイバ光学系や、図４（ｃ）の平面光波回路を用いた構成がある。図４（ｂ）は、図４（ａ）の部分反射ミラー１１３の代替としてカプラ４００を用いた構成である。図４（ｃ）は、図４（ａ）の部分反射ミラー１１３およびミラー１１４の機能を２つカプラ４０１および４０２を組み合わせて実装し、さらに光検出器１１７を差動光検出器４０３で実装した構成である。図４（ｃ）の平面光波回路の干渉計は、マッハ・ツェンダー型などいくつかの構成が考案されている。また、長距離のファイバ伝送の場合は、伝送光と返送光の偏波を直交させる方式が多く用いられ、光干渉計の部分反射ミラー１１３の代わりに偏光ビームスプリッタが、ミラー１１４の代わりにファラデーミラーが利用される。また、一般に光ファイバ１３０はシングルーモードファイバが用いられるため、光干渉計を動作させるために偏波制御器（不図示）がさらに用いられる。（たとえば、非特許文献２参照）

　上述した参考構成は、光干渉計および光検出器により検出したファイバ雑音を、周波数シフタにより補償する方式である。光周波数に付加されたファイバ雑音を電気的な干渉信号によって取り出し、電気回路によってフィードバック信号へ変換し、ファイバ雑音の逆位相成分を伝送光に付加する、という一連の制御を行うため、光検出器、位相比較器、位相同期回路といった装置の複雑なパラメータ調整が必要であり、また、電気回路が発生する雑音が光周波数に影響を与えるという課題もある。さらに、従来技術では電気回路によってフィードバックを行うため、用いる電気回路により補償できる周波数帯域に制限があった。

　また、光時計が出力する光周波数基準は可視光帯が多く、一方で遠距離のファイバ伝送に用いる光は通信波長帯であるため、光周波数変換が必要である。一般には光周波数コムが用いられるが、ストロンチウム光格子時計では、時計光波長６９８ｎｍの２倍波長１３９７ｎｍの伝送光を用いることで、時計系と伝送系を第二高調波発生のみで接続する方式もある（たとえば非特許文献２参照）。このような技術では、光時計の装置とファイバ伝送の装置を独立に構築し、さらに周波数変換の装置を使って接続するため、全体の実験装置が大きくなるという課題がある。

　さらに、光通信システムでは、ＥＤＦＡ等のファイバドープ型の光増幅器を併用することが難しいという課題もあった。ＥＤＦＡ等の光増幅器は、反射光を抑制する必要があることから通常では増幅器内に光アイソレータが組み込まれており、入力から出力への一方向のみである。一方、周波数シフタでの周波数の離調量は、電気回路の応答する周波数範囲で行う必要があることから、大きくても数百ＭＨｚ程度～数ＧＨｚ程度である。このため、往路と復路での光の周波数はほぼ同じであり、ＥＤＦＡ等のファイバドープ型の光増幅器を用いると、同じ光路に反射光やリピータ光を返送することができない。このため、双方向型のＥＤＦＡといった特殊な光増幅器を用いる方法が検討されている（たとえば非特許文献３参照）。しかしながら、光アイソレータを増幅器内に配置することができないため、システム全体として反射光に対して脆弱になってしまうという課題があった。

　さらに、再生中継を繰り返す数珠つなぎでの配信となるため、一つの光周波数基準を別の複数拠点に配信（マルチキャスト）することが困難であった。従来方式ではマルチキャストする場合、基準光を複数に光分岐し、分岐した各基準光に周波数シフタを設け、各拠点からの返送光を用い周波数シフタへのフィードバックを行う必要がある。しかしながら、周波数シフタでシフトできる周波数は限られているため、各周波数シフタでの周波数シフト量はほぼ同じ帯域になってしまう。このため、フィードバック信号の干渉による相互影響が課題となる。また、基準光を複数に光分岐する必要があるため、マルチキャストする拠点数が多くなると十分な光強度を得ることができなくなるという課題があった。

　以下、本開示の種々の実施形態を説明する。本開示一実施形態に係る光伝送システムは、電気信号を用いた光の位相・周波数雑音の補償とは異なり、光の位相共役変換を利用して雑音を補償し、簡便な装置で高精度な光周波数基準のファイバ伝送を実現する光伝送システムに関する。一実施形態にかかる光伝送システムは、通信波長帯でのファイバ伝送の機能と、通信波長帯と可視光帯の波長変換の機能を同時に行い得るものであり、可視光帯の光時計をファイバネットワーク化するのに好適である。さらに、一実施形態にかかる光伝送システムは、複数の波長の光に対する一括位相共役変換を用いることで、複数の拠点に高精度な光周波数基準を伝送することを可能にし得る。このような光伝送システムは、複数拠点への光周波数基準配信網と、複数拠点間の信号伝送網とを独立に運用でき、光時計をファイバネットワーク化するのに好適である。

（位相共役変換器の構成）
　図５に、位相共役変換器の構成を示す。図５の位相共役変換器５００は、分極反転ニオブ酸リチウム（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ　Ｐｏｌｅｄ　Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｎｉｏｂａｔｅ：ＰＰＬＮ）導波路５０１と、ダイクロイックミラー５０２とを備える。位相共役変換器５００は、以下に説明する本開示の種々の実施形態の光伝送システムに、位相共役変換器５１０として含まれる。位相共役変換器５００は、周波数ν_ｓのシグナル光と周波数ν_ｐのポンプ光を入力すると、これらの２つの光はダイクロイックミラー５０２で合波されてからＰＰＬＮ導波路５０１に入力され、差周波発生によりν_ｉ＝ν_ｐ－ν_ｓの位相共役光が出力されるように構成されている。シグナル光とポンプ光の周波数関係がν_ｐ≒２ν_ｓの（近似的に等しい関係）場合、位相共役光とシグナル光は周波数が近く（ν_ｉ≒ν_ｓ）、位相が共役関係となる。ここでシグナル光と周波数の異なる周波数ν_ｓ２の第二のシグナル光をポンプ光と同時にＰＰＬＮ導波路５０１に入力すると差周波発生によりν_ｉ２＝ν_ｐ－ν_ｓ２の第二の位相共役光が出力される。同様に、第三、第四と複数の周波数の異なるシグナル光を入力すると、それに応じた複数の位相共役光を出力させることができる。

　以下の実施形態では、位相共役変換光は、ＰＰＬＮに代表される二次の非線形光学媒質を用いた形態として記述するが、位相共役変換光の生成は二次の非線形光学媒質に限らず、高非線形光ファイバやＳｉ、ＳｉＮ、半導体などの三次の非線形光学媒質を用いてもよい。

　これまで、光情報通信において位相共役変換を利用した例としては、波長分散の補償を行うことでパルス信号の再生や、変調信号の雑音補償などが考案されている（たとえば非特許文献３参照）が、光周波数基準の雑音補償に利用された例はない。

　また、光情報通信において、光ファイバでの信号を伝送した後、ホモダイン検出や位相感応光増幅（Ｐｈａｓｅ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＰＳＡ）を行うために、伝送された信号光と位相同期した局発光が必要となる場合がある。しかしながら、従来方式では、光位相同期回路（たとえば非特許文献４参照)や光注入同期(たとえば非特許文献５参照）を用いて、伝送されてきた信号光と局発光とを同期させる手法が用いられてきた。伝送されてきた信号光には、光ファイバ中の雑音を含むため、ホモダイン検出や位相感応光増幅の性能を最大限引き出すことはできなかった。また、光ファイバ中の雑音を含む信号の一部から位相同期を行う必要があり、伝送路中の光ファイバに生じる瞬時的な雑音も補償する必要があり、構成が複雑で高い周波数帯域が必要なため、安定的に動作させることは困難であった。

（第１の実施形態）
　図６Ａは、本開示の第１の実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本実施形態の光伝送システムは、Ａ局において位相共役変換器を用い、Ｂ局において参考構成２および３と同様にリピータ光源を用いた構成であり、Ａ局からＢ局へ通信波長帯の周波数ν_１の光周波数基準を伝送する構成である。

　図６Ａに示すように、Ａ局は、周波数ν_１の基準光源１１０と、第二高調波発生器６１０と、位相共役変換器５１０と、ミラー６１１と、を備える。位相共役変換器５１０は、ＰＰＬＮ導波路５１１と、ダイクロイックミラー５１２と、を備えている。Ｂ局は、リピータ光源２５０と、光干渉計２５１と、光検出器２５４と、位相比較器２５５と、位相同期回路２５６と、ＲＦ発振器２５７と、を備えている。光干渉計２５１は、部分反射ミラー２５２と、ミラー２５３と、を備えている。Ｂ局の光干渉計２５１は、光ファイバ１３０を介してＡ局の位相共役変換器５１０と接続されている。

　Ｂ局では、周波数ν_２のリピータ光源２５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して参照光として光検出器２５４へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δが付加される。

　Ａ局において、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数ν_１の基準光源１１０からの光を第二高調波発生器６１０に入力し、周波数２ν_１に変換した光を、位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０を介してＢ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δが付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_２の光がＢ局に届く。なお、位相共役変換器５１０から出力される光に関する光パスについて、本実施形態では、位相共役変換器５１０により発生された位相共役光をＡ局からＢ局へ返送するために、Ａ局において位相共役変換器５１０から出力された位相共役光をミラー６１１で反射して位相共役変換器５１０へ再び入射する光パスを説明した。しかし、図１３Ａを参照して後述するように、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が位相共役変換器５１０に再び入射することなく（位相共役変換器５１０を迂回して）光ファイバ１３０に入射する光パスを構成することもできる。光パスは、空間光学系、ファイバ光学系、平面光波回路、またはこれらのうちの複数の組み合わせにより構成することができる。

　Ｂ局において、Ａ局から光ファイバ１３０を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を光検出器２５４へ入力する。リピータ光源２５０の周波数をν_２＞ν_１と設定した場合、光検出器２５４では、周波数ν_２の参照光と、周波数２ν_１－ν_２の返送光とが干渉することにより、周波数２ν_２－２ν_１の干渉信号が検出される。

　位相比較器２５５は、光検出器２５４からの干渉信号と、周波数２ｆのＲＦ発振器２５７の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力する。位相同期回路２５６は、位相比較器２５５からの信号を用いることで、光検出器２５４で検出される干渉信号の周波数をＲＦ発振器２５７の周波数に一致させるように（２ｆ＝２ν_２－２ν_１となるように）、リピータ光源２５０の周波数を制御する。

　したがって、リピータ光源２５０の周波数はν_２＝ν_１＋ｆとなり、Ｂ局において、ファイバ雑音が補償された基準光源１１０の周波数が再生される。

（変形例１）
　図６Ｂは、図６Ａに示した光伝送システムの構成の変形例を示す図である。図６Ａに示した光伝送システムの構成では、Ｂ局から伝送したリピータ光自身が光ファイバ１３０を往復した戻り光が、Ａ局から光ファイバ１３０を介して返送された光に混入していると、Ｂ局での干渉信号に不要な成分が重畳してしまう可能性がある。そこで、図６Ｂに示すように、Ｂ局の構成を変更している。Ｂ局は、周波数ν_２のリピータ光源２５０と光干渉計２５１との間に、周波数シフタ６５１および部分反射ミラー６５２を備える。部分反射ミラー６５２により分岐したリピータ光源２５０の出力の一方を光干渉計２５１へ入力する。部分反射ミラー６５２により分岐したリピータ光源２５０の出力の他方を周波数シフタ６５１へ入力する。周波数ν_２＋αにシフトした周波数シフタ６５１の出力を光干渉計２５１へ入力する。部分反射ミラー６５２から光干渉計２５１へ入力された周波数ν_２の光を、部分反射ミラー２５２を透過して光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。周波数シフタ６５１から光干渉計２５１へ入力した周波数ν_２＋αの光を参照光として光検出器２５４へ入力する。Ａ局から光ファイバ１３０を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２で反射して光検出器２５４へ入力する。光検出器２５４では、周波数ν_２＋αの参照光と、周波数２ν_１－ν_２の返送光との干渉信号が検出される。この干渉の信号の周波数は、２ν_２－２ν_１＋αとなることから、光ファイバ１３０を往復したリピータ光の既知の周波数αを干渉信号の周波数から電気領域でのフィルタ等（不図示）により分離できる。このようにして、図６Ａの構成と同様に、位相比較器２５５は、周波数２ν_２－２ν_１の干渉信号と、周波数２ｆのＲＦ発振器２５７の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力することになる。

（変形例２）
　図６Ｃは、図６Ａに示した光伝送システムの構成の変形例を示す図である。図６Ｃに示すように、Ａ局の構成を変更している。Ａ局は、光ファイバ１３０と位相共役変換器５１０との間にダイクロイックミラー６１３と、位相共役変換器５１０の出力側に周波数シフタ６１２とを備える。Ａ局において、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光をダイクロイックミラー６１３に入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光を周波数シフタ６１２へ入力する。周波数２ν_１－（ν_２＋δ）＋αにシフトした周波数シフタ６１２の出力をダイクロイックミラー６１３に入力し、光ファイバ１３０を介してＢ局へ返送する。Ｂ局において、光検出器２５４では、リピータ光源２５０からの周波数ν_２の参照光と、周波数２ν_１－ν_２＋αの返送光とが干渉することにより、周波数２ν_２－２ν_１－αの干渉信号が検出される。変形例１と同様に、リピータ光自身が光ファイバ１３０を往復した戻り光が、Ａ局から光ファイバ１３０を介して返送された光に混入しても、光ファイバ１３０を往復したリピータ光の既知の周波数αを干渉信号の周波数から電気領域でのフィルタ等（不図示）により分離できる。このようにして、図６Ｂの構成と同様に、位相比較器２５５は、周波数２ν_２－２ν_１の干渉信号と、周波数２ｆのＲＦ発振器２５７の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力することになる。

（変形例３）
　図６Ｄは、図６Ａに示した光伝送システムの構成の変形例を示す図である。図６Ｄに示すように、Ｂ局の構成を変更している。Ｂ局は、周波数ν_２のリピータ光源２５０と光干渉計２５１との間に部分反射ミラー２６３と、部分反射ミラー２５２と光検出器２５４との間に和周波発生器６５５およびダイクロイックミラー６５６と、部分反射ミラー６５３とダイクロイックミラー６５６との間に第二高調波発生器６５４とを備える。部分反射ミラー６５３により２分岐したリピータ光源２５０の出力の一方を光干渉計２５１へ入力し、他方を第二高調波発生器６５４へ入力する。光干渉計２５１へ入力された周波数ν_２の光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器６５５へ入力し、もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局から光ファイバ１３０を介して届く周波数２ν_１－ν_２の返送光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器６５５へ入力する。和周波発生器６５５から周波数２ν_１－ν_２の返送光と周波数ν_２の光との和周波が出力される。周波数２ν_１の和周波発生器６５５の出力をダイクロイックミラー６５６へ入力する。また、周波数２ν_２の第二高調波発生器６５４の出力をダイクロイックミラー６５６へ入力する。ダイクロイックミラー６５６を通して光検出器２５４へ入力された周波数２ν_１の和周波発生器６５５の出力と、ダイクロイックミラー６５６により反射されて光検出器２５４へ参照光として入力された第二高調波発生器６５４の出力とを光検出器２５４に入力する。光検出器２５４では、周波数２ν_２の参照光と周波数２ν_１の光とが干渉することにより、周波数２ν_２－２ν_１の干渉信号が検出される。位相比較器２５５は、光検出器２５４からの干渉信号と、周波数２ｆのＲＦ発振器２５７の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力する。位相同期回路２５６は、位相比較器２５５からの信号を用いることで、光検出器２５４で検出される干渉信号の周波数をＲＦ発振器２５７の周波数に一致させるように（２ｆ＝２ν_２－２ν_１となるように）、リピータ光源２５０の周波数を制御する。このようにして、リピータ光源２５０の周波数はν_２＝ν_１＋ｆとなり、Ｂ局において、ファイバ雑音が補償された基準光源１１０の周波数が再生される。

（変形例４）
　図６Ｅは、図６Ａに示した光伝送システムの構成の変形例を示す図である。図６Ｅに示すように、Ｂ局の構成を変更している。Ｂ局は、部分反射ミラー２５２と光検出器２５４との間に和周波発生器６５５およびダイクロイックミラー６５６と、位相同期回路２５６に出力を入力とする局発光源６５７と、局発光源６５７とダイクロイックミラー６５６との間に部分反射ミラー６５８とを備える。Ｂ局では、周波数ν_２のリピータ光源２５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して参照光として光検出器２５４へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局から光ファイバ１３０を介して届く周波数２ν_１－ν_２の返送光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器６５５へ入力する。和周波発生器６５５から周波数２ν_１－ν_２の返送光と周波数ν_２の光との和周波が出力される。周波数２ν_３の局発光源６５７の出力を、部分反射ミラー６５８により２つに分割し、一方をダイクロイックミラー６５６へ入力し、もう一方を基準光源１１０の周波数を再生した光として出力する。ダイクロイックミラー６５６を通して光検出器２５４へ入力された周波数２ν_１の和周波発生器６５５の出力と、ダイクロイックミラー６５６により反射されて光検出器２５４へ参照光として入力された局発光源６５７の出力とを光検出器２５４に入力する。光検出器２５４では、周波数２ν_３の参照光と周波数２ν_１の光とが干渉することにより、周波数２ν_３－２ν_１の干渉信号が検出される。位相比較器２５５は、光検出器２５４からの干渉信号と、周波数２ｆのＲＦ発振器２５７の出力を入力とし、これらの周波数の差分を示す信号を出力する。位相同期回路２５６は、位相比較器２５５からの信号を用いることで、光検出器２５４で検出される干渉信号の周波数をＲＦ発振器２５７の周波数に一致させるように（２ｆ＝２ν_３－２ν_１となるように）、局発光源６５７の周波数ν_３を制御する。このようにして、局発光源６５７の周波数はν_３＝ν_１＋ｆとなり、Ｂ局において、ファイバ雑音が補償された基準光源１１０の周波数が再生される。なお、図６ＥのＢ局の構成におけるリピータ光源２５０は、Ａ局から伝送された光との位相同期する波長可変光源である必要はない。したがって、リピータ光源２５０の代わりに後述するようなピックアップ光源が用いられてもよい。

（変形例５）
　図６Ｆは、図６Ａに示した光伝送システムの構成の変形例を示す図である。図６Ｅに示すように、図６Ｅに示した光伝送システムのＢ局の構成において、部分反射ミラー６５８とダイクロイックミラー６５６との間に周波数ν_３の第二高調波発生器６５４を追加した構成である。周波数ν_３の局発光源６５７の出力を、部分反射ミラー６５８により２つに分割し、一方を第二高調波発生器６５４へ入力し、もう一方を基準光源１１０の周波数を再生した光として出力する。周波数２ν_３の第二高調波発生器６５４の出力を、ダイクロイックミラー６５６を介して、光検出器２５４へ参照光として入力する。光検出器２５４では、周波数２ν_３の参照光と周波数２ν_１の光とが干渉することにより、周波数２ν_３－２ν_１の干渉信号が検出される。このようにして、図６Ｅの示した光伝送システムと同様に、図６Ｆの図６Ｅの示した光伝送システムのＢ局において、ファイバ雑音が補償された基準光源１１０の周波数が再生される。なお、図６Ｅの構成と同様に、図６ＦのＢ局の構成におけるリピータ光源２５０の代わりに後述するようなピックアップ光源が用いられてもよい。

（第２の実施形態）
　図７は、本開示の第２の実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本実施形態の光伝送システムは、Ａ局の基準光源を可視光帯として、Ｂ局ではリピータ光源と電気回路を使わずに基準光源を再生する構成である。

　図７に示すように、Ａ局は、周波数２ν_１の基準光源７１０と、位相共役変換器５１０と、ミラー６１１と、を備えている。位相共役変換器５１０は、ＰＰＬＮ導波路５１１と、ダイクロイックミラー５１２と、を備えている。Ｂ局は、ピックアップ光源７５０と、光干渉計２５１と、和周波発生器７５１と、を備えている。光干渉計２５１は、部分反射ミラー２５２と、ミラー２５３と、を備えている。ピックアップ光源７５０は、通信波長帯の光（ピックアップ光ともいう）を出力する光源である。Ｂ局の光干渉計２５１は、光ファイバ１３０を介してＡ局の位相共役変換器５１０と接続されている。図２を参照して上述した参考構成２の構成と異なり、本実施形態のＢ局は、Ｂ局からＡ局へ伝送する光とＡ局から伝送された光との位相同期のための機構を有さない。和周波発生器７５１は、ピックアップ光源７５０の周波数揺らぎを含む光と、Ａ局から伝送された光に含まれるピックアップ光源７５０の周波数揺らぎと逆位相の光との和周波を発生させることで、ピックアップ光源７５０の周波数揺らぎを除去することができる。

　Ｂ局では、周波数ν_２のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δが付加される。

　Ａ局において、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０を介してＢ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δが付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_２の光がＢ局に届く。

　Ｂ局において、Ａ局から光ファイバ１３０を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償された、基準光源７１０の周波数が再生される。

（第３の実施形態）
　図８は、本開示の第３の実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本実施形態の光伝送システムは、図７を参照して説明した第２の実施形態にかかる光伝送システムにおいて、ピックアップ光と返送光の偏波を直交させることで、反射光の影響を抑制し、より高精度に光周波数基準を再生する構成ある。

　図８に示すように、Ａ局は、周波数２ν_１の基準光源７１０と、位相共役変換器５１０と、λ／４位相板８１１と、ミラー６１１と、を備えている。位相共役変換器５１０は、ＰＰＬＮ導波路５１１と、ダイクロイックミラー５１２と、を備えている。Ｂ局は、ピックアップ光源７５０と、光干渉計２５１と、和周波発生器７５１と、を備えている。光干渉計２５１は、偏光ビームスプリッタ８５２と、λ／４位相板８５１と、ミラー２５３と、を備えている。ピックアップ光源７５０は、通信波長帯の光（ピックアップ光ともいう）を出力する光源である。Ｂ局の光干渉計２５１は、光ファイバ１３０を介してＡ局の位相共役変換器５１０と接続されている。

　Ｂ局では、周波数ν_２のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を偏光ビームスプリッタ８５２で偏光分離し、一方はλ／４位相板８５１を通過させた後にミラー２５３で反射して再度λ／４位相板８５１を通過させて和周波発生器７５１へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δが付加される。ミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力するピックアップ光は、λ／４位相板８５１を２回通過することで光の偏光状態が９０°回転している。

　Ａ局において、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光の偏光状態を９０°回転させた後、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。具体的には、位相共役変換器５１０からの位相共役光をλ／４位相板８１１を通過させた後、ミラー６１１で反射し再度λ／４位相板８１１を通過させることで光の偏光状態を９０°回転させることができる。λ／４位相板８１１とミラー６１１との組み合わせの代わりに、ファラデーローテータと反射ミラーを組み合わせたファラデーミラーを用いても良い。λ／４位相板８１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光は、ポンプ光と向きが逆であることに加え、光の偏光状態が９０°回転しているため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。ＰＰＬＮ導波路に代表される非線形光学媒質は、偏波依存性を有し、「ある特定の偏波」に対してのみ位相共役光を発生させるからである。一方、ＰＰＬＮ導波路の端面やＰＰＬＮ導波路の後段の要素（レンズ、ミラー、光ファイバ等の光導波路の端面）からの反射光が、「ある特定の偏波」である場合には、位相共役変換器５１０の中で不要な位相共役変換を生じさせる可能性がある。図７に示した構成においては、例えば位相共役変換器５１０の中でポンプ光の反射光があると、Ｂ局へ返送される返送光と相互作用することで不要な位相共役光が生じる可能性があるが、本実施形態では返送光との光の偏光状態が９０°回転しているため、もしポンプ光の反射光があったとしても、不要な変換光を抑制することができる。光ファイバ１３０を介してＢ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δが付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_２の光がＢ局に届く。

　Ｂ局において、Ａ局から光ファイバ１３０を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、偏光ビームスプリッタ８５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。ただし、本実施形態においては、Ａ局から返送された光（位相共役光とピックアップ光の反射光）を、偏光ビームスプリッタ８５２へ入力し、ピックアップ光源７５０からのピックアップ光と偏波分離した後、和周波発生器７５１へ入力する。光ファイバ１３０を伝送中にノイズが付加されるピックアップ光の反射光は、ピックアップ光源７５０からのピックアップ光と分離される。和周波発生器７５１において、Ａ局から返送された位相共役光とピックアップ光源７５０からのピックアップ光との和周波が生じる。第２の実施形態においては、例えばピックアップ光の反射光が存在すると、返送光に対しての雑音となる可能性があるが、本実施形態ではピックアップ光と返送光とは光の偏光状態が９０°回転しているため、もしピックアップ光の反射光があったとしても、不要な雑音を抑制することができる。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からの光ピックアップ光とＡ局からの返送光の和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

（第４の実施形態）
　図９は、本開示の第４の実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本実施形態の光伝送システムは、図７を参照して説明した第２の実施形態にかかる光伝送システムにおいて、双方向の光増幅器を適用することで、光ファイバ等の伝送媒質の損失に伴う光強度の補償を行い、より高精度に光周波数基準を再生する構成である。

　図９に示すように、Ａ局は、周波数２ν_１の基準光源７１０と、位相共役変換器５１０と、ミラー６１１と、を備えている。位相共役変換器５１０は、ＰＰＬＮ導波路５１１と、ダイクロイックミラー５１２と、を備えている。Ｂ局は、ピックアップ光源７５０と、光干渉計２５１と、和周波発生器７５１と、を備えている。光干渉計２５１は、部分反射ミラー２５２と、ミラー２５３と、を備えている。ピックアップ光源７５０は、通信波長帯の光（ピックアップ光ともいう）を出力する光源である。Ｂ局の光干渉計２５１は、光ファイバ１３０を介してＡ局の位相共役変換器５１０と接続されている。光ファイバ１３０には、双方向光増幅器９３０が挿入されている。

　Ｂ局では、周波数ν_２のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局への伝送路の途中で、双方向光増幅器９３０によりピックアップ光を増幅する。Ａ局に伝送された光にはファイバ雑音＋δと、双方向光増幅器９３０で生じるファイバ雑音＋Δが付加される。

　Ａ局において、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ＋Δ）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０を介してＢ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δと双方向光増幅器９３０で生じるファイバ雑音＋Δとが付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_２の光がＢ局に届く。

　ここで、図１０を参照して、双方向光増幅器９３０の構成例を説明する。図１０Ａは、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等のファイバドープ型の光増幅器を用いた双方向光増幅器の構成例を示す。図１０Ｂは双方向光増幅器９３０を構成するＥＤＦＡの構成例を示す。図１０Ａに示すように、双方向光増幅器９３０は、双方向ポート１００１および１００２と、波長多重（ＷＤＭ）カプラ１００３、１００４、１００５および１００６と、ＥＤＦＡ１００７とを備えている。ＷＤＭカプラ１００３は、双方向ポート１００１からの光をＷＤＭカプラ１００４へ向けて出力し、およびＷＤＭカプラ１００５からの光を双方向ポート１００１へ向けて出力するように構成されている。ＷＤＭカプラ１００４は、ＷＤＭカプラ１００３からの光をＥＤＦＡ１００７へ向けて出力し、およびＷＤＭカプラ１００６からの光をＥＤＦＡ１００７へ向けて出力するように構成されている。ＷＤＭカプラ１００５は、ＷＤＭカプラ１００６からＷＤＭカプラ１００４を介してＥＤＦＡ１００７へ入力され増幅された光をＷＤＭカプラ１００３へ向けて出力し、およびＷＤＭカプラ１００３からＷＤＭカプラ１００４を介してＥＤＦＡ１００７へ入力され増幅された光をＷＤＭカプラ１００６へ向けて出力するように構成されている。ＷＤＭカプラ１００６は、双方向ポート１００２からの光をＷＤＭカプラ１００４へ向けて出力し、およびＷＤＭカプラ１００５からの光を双方向ポート１００２へ向けて出力するように構成されている。

　図１０Ｂに示すように、ＥＤＦＡ１００７は、ＥＤＦ１０１３と、ＷＤＭカプラ１０１１および１０１２と、ＷＤＭカプラ１０１１および１０１２を介してＥＤＦ１０１３とそれぞれ接続されたポンプ光源１００９および１０１０と、ＷＤＭカプラ１０１１を介してＥＤＦ１０１３と接続された光アイソレータ１００８と、を備える。ＷＤＭカプラ１０１１は、光アイソレータ１００８を介して入力される信号（信号光）およびポンプ光源１００９からのポンプ光をＥＤＦ１０１３へ向けて出力するように構成されている。ＷＤＭカプラ１０１２は、ポンプ光源１０１０からのポンプ光をＥＤＦ１０１３へ向けて出力し、ＥＤＦ１０１３からの光を増幅された信号光として出力するように構成されている。光アイソレータ１００８の代替としてまたは追加して、光アイソレータ（不図示）をＷＤＭカプラ１０１２に接続して、ＥＤＦ１０１３からの光が、増幅された信号光として、光アイソレータを介して出力されるように構成してもよい。

　双方向光増幅器は、入力信号光を、ＷＤＭカプラ１００３および１００４（１００６および１００４）を通過させた後、ＥＤＦＡ等のファイバドープ型の光増幅器１００７を用いて光強度を増幅し、さらに増幅後の光をＷＤＭカプラ１００５および１００６（１００５および１００３）を通過させた後に出力する。双方向ポート１００１から入力される入力信号光と、双方向ポート１００２から入力される入力信号光（逆入力信号光という）は、互いに波長が異なる。このため、双方向ポート１００２からの逆入力信号光は、ＷＤＭカプラを通過後は、双方向ポート１００１から入力信号光とは異なる経路を通過した後、ファイバドープ型の光増幅器であるＥＤＦＡ１００７に、双方向ポート１００１から入力信号光と同じ方向（ＷＤＭカプラ１００４からＷＤＭカプラ１００５に向かう方向）から入力することができる。さらに、増幅された逆入力信号光は、ＷＤＭカプラにより入力信号光が入力された同じ場所である双方向ポート１００１から出力される。これにより、光増幅器内に光アイソレータを内蔵した形での双方光増幅器を９３０用いることができる。本構成で生じるファイバ雑音は、ファイバドープ型の光増幅器であるファイバ長の長いＥＤＦＡ１００７が支配的であり、往路と復路でほぼ同じファイバ雑音＋Δが付加される。ＷＤＭでの波長合分波に光路の違いによる雑音量の違いを抑制するために、ＷＤＭカプラは、空間系や光導波路回路を用いて振動等による雑音が生じにくい形態にすることもできる。

（第５の実施形態）
　図１１は、本開示の第５の実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本実施形態の光伝送システムは、Ａ局の光周波数基準を、再生中継することなく複数の拠点に配信する構成である。本実施形態では、Ａ局の光周波数基準をＢ局、Ｃ局およびＤ局の３つの拠点に配信する例を示すが、４つ以上の拠点に配信することもできる。

　図１１に示すように、実施形態にかかる光伝送システムのＡ局およびＢ局の構成はそれぞれ、図７および８の光伝送システムのＡ局およびＢ局の構成と同じである。Ｂ局、Ｃ局およびのＤ局の構成は、ピックアップ光源７５０の周波数が互いに異なる点を除き、同じである。Ｂ局、Ｃ局およびのＤ局の光干渉計２５１は、ＷＤＭカプラ１１３０_１、１１３０_２および１１３０_３を介してＡ局の位相共役変換器５１０とそれぞれ接続されている。位相共役変換器５１０は、光ファイバ１３０_１を介してＷＤＭカプラ１１３０_１と、光ファイバ１３０_２を介してＷＤＭカプラ１１３０_２と、光ファイバ１３０_３を介してＷＤＭカプラ１１３０_３とそれぞれ接続されている。光ファイバ１３０_１を伝送する光にはファイバ雑音＋δ１が付加され、光ファイバ１３０_２を伝送する光にはファイバ雑音＋δ２が付加され、光ファイバ１３０_３を伝送する光にはファイバ雑音＋δ３が付加される。

　Ｂ局では、周波数ν_２のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方はＷＤＭカプラ１１３０_１を介して光ファイバ１３０_１へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δ１が付加される。Ａ局において、Ｂ局から光ファイバ１３０_１を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ１）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０_１へ入力し、Ｂ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０_１を介してＢ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δ１が付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_２の光がＷＤＭカプラ１１３０_１で波長分離されてＢ局に届く。Ｂ局において、Ａ局から光ファイバ１３０_１を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

　Ｃ局では、周波数ν_３のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方はＷＤＭカプラ１１３０_２を介して光ファイバ１３０_２へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δ１＋δ２が付加される。Ａ局において、Ｃ局から光ファイバ１３０_１および１３０_２を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_３＋δ１＋δ２）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０_１へ入力し、Ｃ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０_１および１３０_２を介してＣ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δ１＋δ２が付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_３の光がＷＤＭカプラ１１３０_２で波長分離されてＣ局に届く。Ｃ局において、Ａ局から光ファイバ１３０_１および１３０_２を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

　Ｄ局では、周波数ν_４のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方はＷＤＭカプラ１１３０_３を介して光ファイバ１３０_３へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δ１＋δ２＋δ３が付加される。Ａ局において、Ｄ局から光ファイバ１３０_１、１３０_２および１３０_３を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_４＋δ１＋δ２＋δ３）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器を５１０通して光ファイバ１３０_１へ入力し、Ｄ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０_１、１３０_２および１３０_２を介してＤ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δ１＋δ２＋δ３が付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_４の光がＷＤＭカプラ１１３０_３で波長分離されてＤ局に届く。Ｄ局において、Ａ局から光ファイバ１３０_１、１３０_２および１３０_３を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

（第６の実施形態）
　図１２は、本開示の第５の実施形態にかかる光伝送システムを示す図である。本実施形態の光伝送システムは、Ａ局の光周波数基準を、個別の光ファイバを用いて複数の拠点に配信する構成である。本実施形態では、Ａ局の光周波数基準をＢ局、Ｃ局およびＤ局の３つの拠点に配信する例を示すが、４つ以上の拠点に配信することもできる。

　図１２に示すように、実施形態にかかる光伝送システムのＡ局の構成は、波長合分波器１２１０を備えている点を除き、図１１の光伝送システムのＡ局の構成と同じである。Ｂ局、Ｃ局およびＤ局の構成はそれぞれ、図１１の光伝送システムのＢ局、Ｃ局およびＤ局の構成と同じである。Ｂ局、Ｃ局およびのＤ局の光干渉計２５１は、互いに独立した光ファイバ１３０_１、１３０_２および１３０_３を介してＡ局の波長合分波器１２１０とそれぞれ接続されている。光ファイバ１３０_１を伝送する光にはファイバ雑音＋δ１が付加され、光ファイバ１３０_２を伝送する光にはファイバ雑音＋δ２が付加され、光ファイバ１３０_３を伝送する光にはファイバ雑音＋δ３が付加される。

　Ｂ局では、周波数ν_２のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０_１へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δ１が付加される。Ａ局において、波長合分波器１２１０を介して、Ｂ局から光ファイバ１３０_１を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_２＋δ１）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して、波長合分波器１２１０を介して光ファイバ１３０_１へ入力し、Ｂ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０_１を介してＢ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δ１が付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_２の光が届く。Ｂ局において、Ａ局から光ファイバ１３０_１を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

　Ｃ局では、周波数ν_３のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０_２へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δ２が付加される。Ａ局において、波長合分波器１２１０を介して、Ｃ局から光ファイバ１３０_２を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_３＋δ２）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して、波長合分波器１２１０を介して光ファイバ１３０_２へ入力し、Ｃ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０_２を介してＣ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δ２が付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_３の光が届く。Ｃ局において、Ａ局から光ファイバ１３０_２を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

　Ｄ局では、周波数ν_４のピックアップ光源７５０の出力を光干渉計２５１へ入力し、光を部分反射ミラー２５２で２つに分割し、一方はミラー２５３で反射して和周波発生器７５１へ入力する。もう一方は光ファイバ１３０_３へ入力し、Ａ局へ伝送する。Ａ局に伝送された光には、ファイバ雑音＋δ３が付加される。Ａ局において、波長合分波器１２１０を介して、Ｄ局から光ファイバ１３０_３を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の基準光源７１０からの光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０からは、周波数２ν_１－（ν_４＋δ３）の位相共役光が出力される。位相共役変換器５１０からの光をミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して、波長合分波器１２１０を介して光ファイバ１３０_３へ入力し、Ｄ局へ返送する。ミラー６１１から位相共役変換器５１０へ向かう反射光はポンプ光と向きが逆であるため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。光ファイバ１３０_３を介してＤ局へ返送された光には、再びファイバ雑音＋δ３が付加されるため、ファイバ雑音が補償された周波数２ν_１－ν_４の光が届く。Ｄ局において、Ａ局から光ファイバ１３０_３を介して返送された光を光干渉計２５１へ入力し、部分反射ミラー２５２によって一部反射した光を和周波発生器７５１へ入力する。和周波発生器７５１では、部分反射ミラー２５２により分割されたピックアップ光源７５０からのピックアップ光とＡ局からの返送光との和周波である周波数２ν_１の光が出力されるため、ファイバ雑音の補償と同時にピックアップ光の雑音も補償され、基準光源の周波数が再生される。

（変形形態）
　上述した種々の実施形態における光伝送システムにおける光干渉計２５１は、空間光学系の構成に限定されず、図４（ｂ）に示したファイバ光学系の構成としてもよく、図４（ｃ）平面光波回路を用いた構成としてもよい。

　また、上述した種々の実施形態における光伝送システムにおける位相共役変換器５１０の向きは、反対向きでもよい。この場合、Ｂ局からＡ局へ伝送された光は、位相共役変換器５１０を通過し、ミラー６１１で反射された後に位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。

　さらに、上述した種々の実施形態における光伝送システムにおいて、Ｂ局からＡ局へ伝送した光を返送する方法は、ミラー６１１で反射させる方法に限らない。位相共役変換器５１０の出力を再び位相共役変換器５１０を通らないように迂回させて、部分反射ミラーやファイバカプラで伝送光と合波させて光ファイバ１３０へ入力してもよい。さらに、ピックアップ光と返送光は波長が異なるため、波長合分波器を用いて位相共役変換器５１０の出力を迂回させて、光ファイバ１３０へ入力してもよい。

　図１３Ａは、位相共役変換器５１０の出力が再び位相共役変換器５１０を通らないように迂回させるループにより、位相共役変換器５１０の出力光を光ファイバ１３０へ入力する構成を示す図である。図１３Ａ（ａ）は、部分反射ミラー１３０２と光アイソレータ１３０１を用いて位相共役変換器５１０からの位相共役光と伝送光を合波させて光ファイバ１３０へ入力する構成を示す図である。図１３Ａ（ａ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を部分反射ミラー１３０２へ入力する。部分反射ミラー１３０２を透過した光ファイバ１３０からの光の一部を、位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、ミラー（不図示）等を用いて、光アイソレータ１３０１へ入力する。光アイソレータ１３０１を透過した位相共役光および残存したポンプ光を、ミラー（不図示）等を用いて部分反射ミラー１３０２に入力して、部分反射ミラー１３０２により反射されて再び光ファイバ１３０へ入力されるようする。つまり複数のミラー（不図示）と、光アイソレータ１３０１と、部分反射ミラー１３０２とを用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が位相共役変換器５１０を迂回する空間光学系の光パスを構成する。このようにして、図７等の構成においてミラー６１１によってポンプ光が位相共役変換器５１０に向かって反射されることを防止できる。したがって、位相共役変換器５１０の中におけるポンプ光の反射光と位相共役光との相互作用による不要な位相共役光の発生が防止される。なお、光アイソレータ１３０１により、光ファイバ１３０からの光のうちの部分反射ミラー１３０２により反射された一部が位相共役変換器５１０へ逆向きに入力されることも防止される。

　図１３Ａ（ｂ）は、λ／２位相板１３０３および偏波ビームスプリッタ１３０４を用いて位相共役変換器５１０からの位相共役光と伝送光とを合波させて光ファイバ１３０へ入力する構成を示す図である。図１３Ａ（ｂ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を偏波ビームスプリッタ１３０４へ入力する。偏波ビームスプリッタ１３０４を透過した光ファイバ１３０からの光の一部（Ｂ局において光ファイバ１３０へ入力された偏光、たとえばｓ偏光）を、位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、λ／２位相板１３０３に入力する。λ／２位相板１３０３により光の偏光状態を９０°回転させた位相共役光およびシグナル光の残りを、ミラー（不図示）等を用いて偏波ビームスプリッタ１３０４に入力して、光ファイバ１３０へ入力されるようする。つまり複数のミラー（不図示）と、λ／２位相板１３０３と、偏波ビームスプリッタ１３０４とを用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が位相共役変換器５１０を迂回する空間光学系の光パスを構成する。このようにして、図７等の構成においてミラー６１１によってポンプ光が位相共役変換器５１０に向かって反射されることを防止できる。また位相共役光の偏光状態が９０°回転しているため、もし位相共役変換器５１０中にポンプ光の反射光があったとしても、位相共役光とポンプ光の反射光との不要な変換光を抑制することができる。なお、λ／２位相板１３０３の代替として、入力された光の偏光状態を９０°回転させて出力するように捻った光ファイバを用いてもよい。

　図１３Ａ（ｃ）は、波長合分波器１３０５を用いて位相共役変換器５１０からの位相共役光および伝送光のうちの位相共役光のみを分離して光ファイバ１３０へ入力する構成を示す図である。波長合分波器１３０５は、入力される光の波長のうち、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送される光の波長および波長合分波器１３０５が出力する位相共役光の波長をそれぞれ分離して出力するように構成されている。図１３Ａ（ｃ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を波長合分波器１３０５へ入力する。波長合分波器１３０５により波長分離された光ファイバ１３０からの光の一部（たとえばν_２＋δ）を、位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、ミラー（不図示）等を用いて波長合分波器１３０５に入力して、波長合分波器１３０５により波長分離された位相共役光のみが光ファイバ１３０へ入力されるようする。つまり複数のミラー（不図示）と、波長合分波器１３０５とを用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が位相共役変換器５１０を迂回する空間光学系の光パスを構成する。このようにして、図７等の構成においてミラー６１１によってポンプ光が位相共役変換器５１０に向かって反射されることを防止できるとともに、シグナル光の残り（Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光の一部）をＡ局からＢ局へ返送することを防止できる。

　図１３Ｂは、位相共役変換器の出力を光ファイバへ入力する構成例を示す図である。図１３Ｂ（ａ）は、図６Ａを参照して説明したミラー６１１を用いて位相共役変換器５１０の出力（位相共役光および伝送光）を反射して再び位相共役変換器５１０へ入力する構成を示す図である。つまりミラー６１１を用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が再び位相共役変換器５１０へ入射する空間光学系の光パスを構成した例である。図１３Ｂ（ａ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、ミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。

　図１３Ｂ（ｂ）は、ファラデーローテータと反射ミラーを組み合わせたファラデーミラーを用いて位相共役変換器５１０の出力を反射して再び位相共役変換器５１０へ入力する構成を示す図である。つまりファラデーミラー１３０６を用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が再び位相共役変換器５１０へ入射する空間光学系の光パスを構成した例である。図８を参照して説明したλ／４位相板８１１とミラー６１１との組み合わせの代わりに、反射ミラー１３０６ａとファラデーローテータ１３０６ｂとを組み合わせたファラデーミラー１３０６を用いる構成である。図１３Ｂ（ｂ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、ファラデーミラー１３０６で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。図１３Ｂ（ｂ）の構成においても、ファラデーミラー１３０６から位相共役変換器５１０へ向かう位相共役光およびシグナル光の残りは、ポンプ光と向きが逆であることに加え、光の偏光状態が９０°回転しているため、位相共役変換されずに位相共役変換器５１０を通過する。したがって、位相共役変換器５１０の中におけるポンプ光の反射光と位相共役光との相互作用による不要な位相共役光の発生が防止される。

　図１３Ｂ（ｃ）は、回折格子１３０７を用いて位相共役変換器５１０からの位相共役光および伝送光のうちの位相共役光のみフィルタして再び位相共役変換器５１０へ入力する構成を示す図である。つまり回折格子１３０７を用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が再び位相共役変換器５１０へ入射する空間光学系の光パスを構成した例である。図１３Ｂ（ｃ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを回折格子１３０７へ入力する。回折格子１３０７は、位相共役光の周波数のみを位相共役変換器５１０に向けて反射するように構成されている。位相共役光のみが光ファイバ１３０へ入力されるようする。このようにして、図１３Ａ（ｃ）と同様に、ポンプ光が位相共役変換器５１０に向かって反射されることを防止できるとともに、シグナル光の残り（Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光の一部）をＡ局からＢ局へ返送することを防止できる。

　位相共役変換器５１０からの位相共役光およびシグナル光の残りのうちの位相共役光のみを分離して光ファイバ１３０へ入力する構成は、上述した構成に限られない。

　図１４Ａ（ａ）は、図１３Ｂ（ｃ）に示した回折格子１３０７の代替として、ミラー６１１と波長合分波器１４０１との組み合わせを用いた構成である。つまりミラー６１１と波長合分波器１４０１を用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が再び位相共役変換器５１０へ入射する空間光学系の光パスを構成した例である。波長合分波器１４０１は、波長合分離フィルタまたはＷＤＭフィルタとして機能する。図１４Ａ（ａ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、波長合分波器１４０１に入力して、位相共役光とシグナル光の残りと波長分離する。位相共役光のみをミラー６１１で反射して、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。

　１４Ａ（ｂ）は、図１３Ｂ（ｃ）に示した回折格子１３０７の代替として、ミラー６１１とバンドパスフィルタ１４０２との組み合わせを用いた構成である。つまりミラー６１１とバンドパスフィルタ１４０２を用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が再び位相共役変換器５１０へ入射する空間光学系の光パスを構成した例である。図１４Ａ（ｂ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光を位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光とポンプ光の一部との位相共役光およびシグナル光の残りを、バンドパスフィルタ１４０２に入力する。バンドパスフィルタ１４０２を通過した位相共役光のみをミラー６１１で反射し、同じ経路で位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。

　また、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送される光の偏光状態が９０°回転してＡ局からＢ局へ返送する方法は、図８を参照して説明したミラー６１１とλ／４位相板８１１との組み合わせた構成に限られない。Ａ局において、ミラー６１１とλ／４位相板８１１との組み合わせの代替として、ミラー６１１と偏波ビームスプリッタと組み合わせを用いてもよい。若しくはＢ局において、Ｂ局からＡ局へ伝送される光に対して位相状態が９０°異なるＡ局からＢ局へ返送された光を選択的に和周波発生器７５１へ入力してもよい。

　図１４Ｂ（ａ）は、Ｂ局からＡ局へ伝送される光に対して位相状態が９０°異なる光をＡ局からＢ局へ返送する構成を示す図である。

　図１４Ｂ（ａ）は、Ａ局において、λ／４位相板８１１およびミラー６１１の組み合わせ（図８）または偏波ビームスプリッタ１４０３を用いて位相共役変換器５１０の出力のうちから、Ｂ局からＡ局へ伝送される光に対して位相状態が９０°異なる光のみを分離してミラー６１１で反射して位相共役変換器５１０へ再び入射する構成である。つまりミラー６１１とλ／４位相板８１１または偏波ビームスプリッタ１４０３とを用いることで、位相共役変換器５１０から出力された位相共役光が再び位相共役変換器５１０へ入射する空間光学系の光パスを構成した例である。図１４Ｂ（ａ）に示すように、Ｂ局から光ファイバ１３０を介して伝送された光（Ｂ局において光ファイバ１３０へ入力された偏光、たとえばｓ偏光）を、位相共役変換器５１０へシグナル光として入力する。また、周波数２ν_１の光を位相共役変換器５１０へポンプ光として入力する。第二次高調波を発生させるタイプＩＩの位相整合条件を満たす位相共役変換器５１０から出力されるシグナル光の一部とポンプ光との位相共役光およびシグナル光の残りを、偏波ビームスプリッタ１４０３に入力する。第二次高調波を発生させるタイプＩＩの位相整合条件を満たす位相共役変換器５１０の偏波依存性により位相共役光の偏光状態は、シグナル光に対して９０°回転させられている（たとえば、ｐ偏光となっている）。偏波ビームスプリッタ１４０３により、位相共役光（ｐ偏光）とシグナル光の残り（ｓ偏光）とを偏波分離して、位相共役光のみをミラー６１１反射して、同じ経路で偏波ビームスプリッタ１４０３および位相共役変換器５１０を通して光ファイバ１３０へ入力し、Ｂ局へ返送する。

　図１４Ｂ（ｂ）は、Ｂ局からＡ局へ伝送される光（たとえばｓ偏光）に対して位相状態が９０°異なる光（たとえばｐ偏光）をＡ局からＢ局が受信する構成を示す図である。図８を参照して説明したように、Ａ局にいて、位相共役変換器５１０の出力側にλ／４位相板８１１とミラー６１１との組み合わせ（またはファラデーミラー）を配置して、ポンプ光とシグナル光の一部から生じた位相共役光の偏光状態を９０°回転させて、Ａ局からＢ局へ送信することができる。また、シグナル光の残りも、偏光状態を９０°回転させられてＡ局からＢ局へ送信される。図１４Ｂ（ｂ）に示すように、Ａ局から光ファイバ１３０を介して送信された位相共役光（ｐ偏光）およびシグナル光の残り（ｐ偏光）が受信される。Ａ局から受信した光は、部分反射ミラー２５２により反射されて、ミラー２５３により反射されたピックアップ光（ｓ波）とともに、和周波発生器７５１へ入力する。このとき、第二次高調波を発生させるタイプＩＩの位相整合条件を満たす位相状態の光（位相共役光（ｐ偏光）とピックアップ光（ｓ波））の和周波を発生させることで、ピックアップ光源７５０の周波数揺らぎを除去することができる。したがって、図７を参照して説明した光Ｂ局の構成においても、図８を参照して説明した光Ｂ局の構成と同様に、ピックアップ光源７５０の周波数揺らぎを除去することができる。

　また、上述した種々の実施形態における光伝送システムにおいて、光を伝送する媒体は光ファイバ１３０に限らない。自由空間中を伝送する場合でも、伝送媒体となる空気の揺らぎ等で伝送光に付加される位相・周波数雑音を補償するために実施できる。

　さらに、伝送光は通信波長帯に限らない。位相共役変換や和周波発生が可能な波長帯であれば実施できる。

　柔術した本開示の一実施形態に係るによれば、従来技術で必要であった光検出器、位相比較器、位相同期回路といった電気的な装置の複雑なパラメータ調整が必要なくなり、光伝送システムにおける装置の簡便化、コスト低減とともに、電気的な装置が発生する雑音が光周波数に与える影響を低減することができる。

　また、本開示の一実施形態に係る光伝送システムは、通信波長帯でのファイバ伝送の機能と、通信波長帯と可視光帯の波長変換の機能を同時に実現することが可能となり、可視光帯の光時計をファイバネットワーク化する際に装置全体を簡便化することが可能となる。

　簡便な構成で、光周波数基準のファイバ伝送時に問題となる位相・周波数雑音を補償する光伝送システムを提供することができる。

１１０、７１０　基準光源
１１１　周波数シフタ
１１２　光干渉計
１１３　部分反射ミラー
１１４　ミラー
１１５　可変ＲＦ発振器
１１６　分周器
１１７　光検出器
１１８　位相比較器
１１９　位相同期回路
１３０　光ファイバ
１５０　周波数シフタ
１５１　部分反射ミラー
１５２　ＲＦ発振器
２５０　リピータ光源
２５１　光干渉計
２５２　部分反射ミラー
２５３　ミラー
２５４　光検出器
２５５　位相比較器
２５６　位相同期回路
２５７、３００　ＲＦ発振器
４００、４０１、４０２　カプラ
４０３　差動光検出器
５１０　位相共役変換器
５１１　ＰＰＬＮ導波路
５１２、６１３、６５６　ダイクロイックミラー
６１０　第二高調波発生器
６１１　ミラー
６１２　周波数シフタ
６５１　周波数シフタ
６５２　部分反射ミラー
６５３　部分反射ミラー
６５４　第二高調波発生器
６５５　和周波発生器
６５７　局発光源
６５８　部分反射ミラー
７５０　ピックアップ光源
７５１　和周波発生器
８１１、８５１　λ／４位相板
８５２　偏光ビームスプリッタ
９３０　双方向光増幅器
１００１、１００２　双方向ポート
１００３、１００４、１００５、１００６１０１１、１０１２、１１３０　ＷＤＭカプラ
１００７　エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
１００９、１０１０　ポンプ光源
１０１３　エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）
１２１０、１３０５、１４０１　波長合分波器
１３０７　回折格子
１４０２　バンドパスフィルタ
１４０３　偏波ビームスプリッタ

Claims

　第１の局から１つまたは複数の第２の局へ伝送媒体を介して第１の周波数の光周波数基準を伝送するための光伝送システムであって、
　前記第１の局に配置された、
　　前記第１の周波数の２倍の周波数または前記第１の周波数の第１の光と前記伝送媒体を伝搬して雑音が付加された前記第２の局からの光との差周波発生により位相共役光を発生する位相共役変換器
を備え、
　前記第１の局から前記第２の局へ前記伝送媒体を介して位相共役光を送信する、光伝送システム。
　前記第１の局に配置された、
　　前記第１の周波数の光を発生する第１の光源と、
　　前記第１の周波数の光から前記第１の周波数の２倍の周波数の前記第１の光を発生する第二高調波発生器と、
をさらに備えた、請求項１に記載の光伝送システム。
　前記第１の局に配置された、
　前記第１の周波数の２倍の周波数の前記第１の光を発生する第１の光源
をさらに備えた、請求項１または２のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記位相共役変換器により発生された前記位相共役光を反射して、前記位相共役変換器に再び入射する光パス
をさらに備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記位相共役変換器により発生された前記位相共役光を、前記位相共役変換器に再び入射することなく、前記伝送媒体に入射する光パス
をさらに備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記位相共役変換器の出力側に配置された４分の１波長板
をさらに備えた、請求項４または５に記載の光伝送システム。
　前記位相共役変換器により発生された前記位相共役光を反射して、前記位相共役変換器に再び入射する前記光パスは、ミラー、ファラデーミラー、または回折格子を含む、
請求項４に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　前記第１の光の周波数と異なる第３の周波数の第３の光を発生する第２の光源と、
　　前記第３の光から分岐された一部と前記伝送媒体を伝搬して前記雑音が付加された前記位相共役光との干渉光を検出する光検出器と、
をさらに備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　前記第３の光から分岐された一部の周波数をシフトする周波数シフタ
をさらに備え、
　前記光検出器は、周波数がシフトされた前記第３の光から分岐された一部と前記伝送媒体を伝搬して前記雑音が付加された前記位相共役光との干渉光を検出する、請求項８に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　前記第１の光の周波数と異なる第３の周波数の第３の光を発生する第２の光源と、
　　前記第３の光から分岐された一部の第二高調波を発生する第二高調波発生器と、
　　前記第３の光から分岐された一部と前記伝送媒体を伝搬して前記雑音が付加された前記位相共役光との和周波を発生する和周波発生器と、
　　前記第二高調波と前記和周波との干渉光を検出する光検出器と
を備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　第４の周波数を発生する発振器と、
　　検出された前記干渉光の周波数と前記第４の周波数とを比較する比較器と、
　　前記比較の結果に基づいて、前記第２の光源を制御するように構成された回路と
をさらに備えた、請求項８から１０のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　前記第１の光の周波数と異なる第３の周波数の第３の光を発生する第２の光源と、
　　前記第３の光から分岐された一部と前記伝送媒体を伝搬して前記雑音が付加された前記位相共役光との和周波を発生する和周波発生器と、
　　第４の周波数を発生する発振器と、
　　第５の周波数の光を発生する第３の光源と、
　　前記和周波と前記第５の周波数との干渉光を検出する光検出器と、
　　検出された前記干渉光の周波数と前記第４の周波数とを比較する比較器と、
　　前記比較の結果に基づいて、前記第３の光源を制御するように構成された回路と
を備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　前記第１の光の周波数と異なる第３の周波数の第３の光を発生する第２の光源と、
　　前記第３の光から分岐された一部と前記伝送媒体を伝搬して前記雑音が付加された前記位相共役光との和周波を発生する和周波発生器と、
　　第４の周波数を発生する発振器と、
　　第６の周波数の光を発生する第３の光源と、
　　前記第６の周波数の光から分岐された一部の第二高調波を発生する第二高調波発生器と、
　　前記和周波と前記第６の周波数の前記第二高調波との干渉光を検出する光検出器と、
　　検出された前記干渉光の周波数と前記第４の周波数とを比較する比較器と、
　　前記比較の結果に基づいて、前記第３の光源を制御するように構成された回路と
を備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記第２の局に配置された、
　　前記第１の周波数と異なる第３の周波数の第３の光を発生する第２の光源と、
　　前記第３の光から分岐された一部と前記伝送媒体を伝搬して前記雑音が付加された前記位相共役光との和周波を発生する和周波発生器と、
を備えた、請求項１から７のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記第１の局と前記第２の局との間に配置され、前記伝送媒体と接続された双方向光増幅器をさらに備えた、請求項１から１４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
　前記伝送媒体は光ファイバであり、
　複数の前記第２の局はそれぞれＷＤＭカプラを介して前記光ファイバに接続され、
　複数の前記第２の局の前記第２の光源は、互いに異なる前記第３の周波数の前記第３の光を発生するように構成されている、請求項１４に記載の光伝送システム。
　前記伝送媒体は光ファイバであり、
　前記第１の局は前記光ファイバと前記位相共役変換器との間に波長合分波器をさらに備え、
　複数の前記第２の局はそれぞれ前記光ファイバを介して前記波長合分波器に接続され、
　複数の前記第２の局の前記第２の光源は、互いに異なる前記第３の周波数の前記第３の光を発生するように構成されている、請求項１４に記載の光伝送システム。