(57)【要約】      （修正有）【課題】回路規模を大きくすることなく適切に信号光の周波数変換を実現する。【解決手段】波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６は、信号光とポンプ光との合成光から、第１の偏波成分と、第１の偏波成分と直交する第２の偏波成分とを、２つの出力ポートに出力する。２つの出力ポートの間をループ状に接続した伝送路である波長変換ループ上には、波長変換回路１８が設けられ、波長変換回路１８は第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれについて四光波混合により周波数変換された信号光を生じさせる。信号光は波長変換ループ中を伝搬し、ＰＢＳ１６において、再度合波され、ＰＢＳ１６の入力ポートから出力された合成光は、周波数変換された信号光の周波数ｆｃのみを通過させるＢＰＦ１９を通過し、ＢＰＦ１９から周波数変換された信号光が出力される。【選択図】図１
2010066428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路を伝搬した、偏波多重伝送による、直交する偏波状態の２つの光信号が多重された、偏波直交多重信号の信号光を受け入れ、当該信号光の波長を変換して、波長変換された信号光を出力する波長変換装置であって、
前記信号光の周波数ｆｓと異なる波長ｆｐのポンプ光（ただし、ｆｃ＝２ｆｐ−ｆｓ  ｆｃ：波長変換された信号光の周波数）を発生するポンプ光発生手段と、
前記信号光の偏波状態を制御する第１の偏波制御手段と、
前記第１の偏波制御手段から出力された信号光と、前記ポンプ光とを合波する合波手段と、
前記合波手段からの合成光を入力ポートに受け入れて、前記合成光から、第１の偏波成分と、当該第１の偏波成分と直交する第２の偏波成分とを、２つの出力ポートに出力する偏光ビームスプリッタ、前記２つの出力ポートの間をループ状に接続した伝送路である波長変換ループ、並びに、前記波長変換ループ上に配置され、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれにおいて、四光波混合により周波数ｆｃの光を生じさせる波長変換手段を有する波長変換ループ手段と、
前記波長変換ループ手段の前記波長変換ループ中を伝搬し、前記偏光ビームスプリッタにおいて、再度合波されて前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから出力された、前記周波数ｆｃの信号光を含む合成光を受け入れ、前記合成光のうち周波数ｆｃの光を通過させる帯域通過フィルタ手段と、
少なくとも３つのポートを有し、それぞれのポートが前記合波手段、前記波長変換ループ手段、および、前記帯域通過フィルタ手段と接続され、前記合波手段からの合成光を前記波長変換ループ手段に出力し、前記波長変換ループ手段からの前記周波数ｆｃの信号光を含む合成光を前記帯域通過フィルタ手段に出力する光経路決定手段と、を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記ポンプ光の偏波状態を制御する第２の偏波制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記第１の偏波制御手段が、前記信号光の偏波状態を、前記偏波直交多重信号の前記第１の偏波成分が、前記偏光ビームスプリッタにおける第１の軸に対して直線偏光となるよう制御するとともに、
前記第２の偏波制御手段が、前記ポンプ光の偏波状態を、前記ポンプ光を含む合成光が前記偏光ビームスプリッタに入力されるときに、当該偏光ビームスプリッタにおける前記第１の軸に対して４５度の直線偏光となるように制御することを特徴とする請求項２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記第１の偏波制御手段が、前記信号光の偏波状態を、前記偏波直交多重信号の前記第１の偏波成分が、前記偏光ビームスプリッタにおける第１の軸に対して直線偏光となるよう制御し、  前記ポンプ光の偏波状態を、前記ポンプ光を含む合成光が前記偏光ビームスプリッタに入力されるときに、当該偏光ビームスプリッタにおける前記第１の軸に対して４５度の直線偏光となるように、前記ポンプ光を所定の角度だけ回転させるポンプ光偏波調整手段を備え、
前記ポンプ光発生手段から、前記偏光スプリッタに至るまでの伝送路が、その偏波状態を保持するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記波長変換ループ手段が、前記波長変換ループ上に配置され、第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を調整する偏波調整手段を有することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記偏光ビームスプリッタが、前記入力される合成光の偏波状態が維持されて、前記２つの出力ポートから、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分が出力されるように構成され、
前記波長変換ループを構成するジャンパケーブル、および、前記波長変換手段が、その偏波状態を保持するように構成され、かつ、
前記偏波調整手段が、受け入れた第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれの偏波状態を９０°回転させるように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記第１の偏波成分が前記偏光ビームスプリッタの第１の出力ポートから出力されて、前記波長変換ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、前記第２の偏波成分が第２の出力ポートから出力されて、前記波長変換ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、
前記偏波調整手段が、
前記第１の偏波成分が、前記第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第２のポートから出力されたときの、第２の偏波成分の偏波状態と同一となり、かつ、
前記第２の偏波成分が、前記第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第１のポートから出力されたときの、第１の偏波成分の偏波状態と同一となるように、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を制御することを特徴とする請求項５に記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記偏光ビームスプリッタが、何れか一方の偏波成分の偏波状態のみを９０°回転して出力されるように構成され、かつ、
前記波長変換ループを構成するジャンパケーブル、および、前記波長変換手段が、偏波を保持するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
前記第１の偏波制御手段と前記合波手段との間に配置された第１の分波手段と、
前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備え、
前記第１の偏波制御手段の出力ポートから、前記第１の分波手段、前記合波手段、前記光経路決定手段を経て、前記波長変換ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートに至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし８の何れか一項に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
前記波長変換ループ手段において、前記偏光ビームスプリッタの一方の出力ポートからの波長変換ループ上に配置された第１の分波手段と、
前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし８の何れか一項に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
前記帯域通過フィルタ手段の出力ポートからの光伝送路上に配置された第２の分波手段と、
前記第２の分波手段により分波された、波長変換された信号光を受け入れて、前記波長変換された信号光のそれぞれの偏波成分を取得する偏波取得手段と、前記偏波取得手段により取得された偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備え、
前記波長変換ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから、前記光経路決定手段、前記帯域通過フィルタ手段、および、前記第２の分波手段を経て、前記偏波取得手段に至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
前記波長変換ループ手段における前記偏光ビームスプリッタの２つの出力ポートからの前記波長変換ループ上に、それぞれ配置された第２の分波手段および第３の分波手段と、
前記第２の分波手段および第３の分波手段により分波された、偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波多重された信号光の波長を変換する波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光信号による伝送ネットワークにおいては、波長分割多重（ＷＤＭ）によって、伝送路中を複数の波長の信号が多重化されて伝送される。ここでは、異なるチャンネルで同一の波長が使われると、信号の衝突が発生する。したがって、伝送ネットワーク中に配置され、複数の伝送路からの信号光を入射して、信号を重ね合わせる装置（交換装置）においては、信号の衝突を避けるために、入射した信号光の波長を変換して、波長変換された信号光を重ね合わせる必要がある。
【０００３】
上述した波長変換は、従来、電気信号処理を用いて実現されている。しかしながら、電気信号処理の処理速度の限界や消費電力増大などの点から、光信号処理を用いることにより、電気信号処理の問題点を解決できると期待されている。光信号処理では、光ファイバなどデバイス次第で、フェムト秒以上の応答速度があるため、伝送速度が更に高速化されても、十分な応答速度が期待される。
【０００４】
たとえば、特許文献１、特許文献２には、光信号処理を用いた波長変換が提案されている。特に、特許文献１では、四光波混合（ＦＷＭ）により波長変換を実現している。四光波混合とは、周波数ｆ１、ｆ２およびｆ３の３つの光を非線形デバイスに入射した際に、第４の光（周波数ｆ４＝ｆ１＋ｆ２−ｆ３）が発生する現象である。ｆ１＝ｆ２であるときには、縮退四光波混合と称され、第４の光の周波数はｆ４＝２ｆ１−ｆ３となる。ポンプ光の周波数をｆ１、波長変換される信号光の周波数をｆ３とすれば、周波数ｆ４の波長変換された光を得ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１０９５９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０７８０号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、高周波数利用効率や超高速大容量伝送の実現のために、偏波多重伝送に関する研究が進められている。偏波多重伝送では、進行方向の垂直方向において、それぞれ９０度向きが異なる（たとえば、水平および垂直）２つの偏波に情報を載せる。これにより、従来の単一の偏波を用いた伝送に比べて、
２倍の情報量を伝送可能である。すなわち、同一の情報量を送る場合、従来の単一方向の偏波を用いた伝送に比べて、半分の伝送速度（シンボルレート）で伝送が可能である。
【０００６】
偏波多重伝送においても、それぞれの偏波に複数の波長の信号を多重化することにより、より多くのデータ伝送が可能となる。しかしながら、今場合にも、信号の衝突を防止するために、信号光の波長変換が必要である。
【０００７】
偏波多重信号に対して、たとえば、特許文献１および特許文献２に開示された、単一方向の偏波のための波長変換装置を、直接、適用することは不可能である。実際には、２つの波長変換装置を用意して、偏波多重信号を一旦分離して、それぞれの偏波に対して、波長変換装置を通した上で、合波する必要がある。しかしながら、この場合には、２系統の波長変換装置を備える必要があるため、回路規模が大きくなるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、回路規模を大きくすることなく適切に信号光の波長を変換することが可能な波長変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、伝送路を伝搬した、偏波多重伝送による、直交する偏波状態の２つの光信号が多重された、偏波直交多重信号の信号光を受け入れ、当該信号光の波長を変換して、波長変換された信号光を出力する波長変換装置であって、
前記信号光の周波数ｆｓと異なる波長ｆｐのポンプ光（ただし、ｆｃ＝２ｆｐ−ｆｓ  ｆｃ：波長変換された信号光の周波数）を発生するポンプ光発生手段と、
前記信号光の偏波状態を制御する第１の偏波制御手段と、
前記第１の偏波制御手段から出力された信号光と、前記ポンプ光とを合波する合波手段と、
前記合波手段からの合成光を入力ポートに受け入れて、前記合成光から、第１の偏波成分と、当該第１の偏波成分と直交する第２の偏波成分とを、２つの出力ポートに出力する偏光ビームスプリッタ、前記２つの出力ポートの間をループ状に接続した伝送路である波長変換ループ、並びに、前記波長変換ループ上に配置され、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれにおいて、四光波混合により周波数ｆｃの光を生じさせる波長変換手段を有する波長変換ループ手段と、
前記波長変換ループ手段の前記波長変換ループ中を伝搬し、前記偏光ビームスプリッタにおいて、再度合波されて前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから出力された、前記周波数ｆｃの信号光を含む合成光を受け入れ、前記合成光のうち周波数ｆｃの光を通過させる帯域通過フィルタ手段と、
少なくとも３つのポートを有し、それぞれのポートが前記合波手段、前記波長変換ループ手段、および、前記帯域通過フィルタ手段と接続され、前記合波手段からの合成光を前記波長変換ループ手段に出力し、前記波長変換ループ手段からの前記周波数ｆｃの信号光を含む合成光を前記帯域通過フィルタ手段に出力する光経路決定手段と、を備えたことを特徴とする波長変換装置により達成される。
【００１０】
好ましい実施態様においては、前記ポンプ光の偏波状態を制御する第２の偏波制御手段を備える。
【００１１】
より好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段が、前記信号光の偏波状態を、前記偏波直交多重信号の前記第１の偏波成分が、前記偏光ビームスプリッタにおける第１の軸に対して直線偏光となるよう制御するとともに、
前記第２の偏波制御手段が、前記ポンプ光の偏波状態を、前記ポンプ光を含む合成光が前記偏光ビームスプリッタに入力されるときに、当該偏光ビームスプリッタにおける前記第１の軸に対して４５度の直線偏光となるように制御する。
【００１２】
別の好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段が、前記信号光の偏波状態を、前記偏波直交多重信号の前記第１の偏波成分が、前記偏光ビームスプリッタにおける第１の軸に対して直線偏光となるよう制御し、  前記ポンプ光の偏波状態を、前記ポンプ光を含む合成光が前記偏光ビームスプリッタに入力されるときに、当該偏光ビームスプリッタにおける前記第１の軸に対して４５度の直線偏光となるように、前記ポンプ光を所定の角度だけ回転させるポンプ光偏波調整手段を備え、
前記ポンプ光発生手段から、前記偏光スプリッタに至るまでの伝送路が、その偏波状態を保持するように構成される。  また、好ましい実施態様においては、前記波長変換ループ手段が、前記波長変換ループ上に配置され、第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を調整する偏波調整手段を有する。
【００１３】
より好ましい実施態様においては、前記偏光ビームスプリッタが、前記入力される合成光の偏波状態が維持されて、前記２つの出力ポートから、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分が出力されるように構成され、
前記波長変換ループを構成するジャンパケーブル、および、前記波長変換手段が、その偏波状態を保持するように構成され、かつ、
前記偏波調整手段が、受け入れた第１の偏波成分および第２の偏波成分のそれぞれの偏波状態を９０°回転させるように構成される。
【００１４】
別の好ましい実施態様においては、前記第１の偏波成分が前記偏光ビームスプリッタの第１の出力ポートから出力されて、前記波長変換ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、前記第２の偏波成分が第２の出力ポートから出力されて、前記波長変換ループ上を伝搬して、前記偏光ビームスプリッタの第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力され、
前記偏波調整手段が、
前記第１の偏波成分が、前記第２のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第２のポートから出力されたときの、第２の偏波成分の偏波状態と同一となり、かつ、
前記第２の偏波成分が、前記第１のポートにおいて再度偏光ビームスプリッタに入力されるときに、その偏波状態が、前記第１のポートから出力されたときの、第１の偏波成分の偏波状態と同一となるように、前記第１の偏波成分および第２の偏波成分の偏波状態を制御する。
【００１５】
また、好ましい実施態様においては、前記偏光ビームスプリッタが、何れか一方の偏波成分の偏波状態のみを９０°回転して出力されるように構成され、かつ、
前記波長変換ループを構成するジャンパケーブル、および、前記波長変換手段が、偏波を保持するように構成される。
【００１６】
好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
前記第１の偏波制御手段と前記合波手段との間に配置された第１の分波手段と、
前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備え、
前記第１の偏波制御手段の出力ポートから、前記第１の分波手段、前記合波手段、前記光経路決定手段を経て、前記波長変換ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートに至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成される。
【００１７】
また、好ましい実施態様においては、前記第１の偏波制御手段に対する第１の制御信号を生成する信号光偏波制御手段であって、
前記波長変換ループ手段において、前記偏光ビームスプリッタの一方の出力ポートからの波長変換ループ上に配置された第１の分波手段と、
前記第１の分波手段により分波された信号光を受け入れて、前記信号光の偏波状態に基づく指標値を算出する第１の偏波状態観測手段と、前記第１の偏波状態観測手段により算出された指標値に基づいて、前記指標値が最適となるように、前記第１の偏波制御手段を制御する第１の制御信号を生成する信号光制御信号生成手段と、を有する信号光偏波制御手段を備える。
【００１８】
別の好ましい実施態様においては、前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
前記帯域通過フィルタ手段の出力ポートからの光伝送路上に配置された第２の分波手段と、
前記第２の分波手段により分波された、波長変換された信号光を受け入れて、前記波長変換された信号光のそれぞれの偏波成分を取得する偏波取得手段と、前記偏波取得手段により取得された偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備え、
前記波長変換ループ手段の前記偏光ビームスプリッタの入力ポートから、前記光経路決定手段、前記帯域通過フィルタ手段、および、前記第２の分波手段を経て、前記偏波取得手段に至るまでの光経路が、その偏波を保持するように構成される。
【００１９】
また、好ましい実施態様においては、前記第２の偏波制御手段に対する第２の制御信号を生成するポンプ光偏波制御手段であって、
前記波長変換ループ手段における前記偏光ビームスプリッタの２つの出力ポートからの前記波長変換ループ上に、それぞれ配置された第２の分波手段および第３の分波手段と、
前記第２の分波手段および第３の分波手段により分波された、偏波成分のそれぞれの光強度に基づく指標値を算出する第２の偏波状態観測手段と、前記第２の偏波状態観測手段により算出された前記指標値が最適となるように、前記第２の偏波制御手段を制御する第２の制御信号を生成するポンプ光制御信号生成手段と、を有するポンプ光偏波制御手段を備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、回路規模を大きくすることなく適切に信号光の波長を変換することが可能な波長変換装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の本実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。波長変換装置１０は、偏波多重伝送システムの伝送路中、特に、ＰＸＣ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔ）の入出力端に隣接して配置され、入射した信号光の波長を変換して出力する。なお、波長変換装置においては、説明の便宜上、波長を取り扱うのではなく、その逆数である周波数を用いることが多い。そこで、本実施の形態においても、信号光の周波数をｆｓ、周波数変換（波長変換）された信号光の周波数をｆｃと表す。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる波長変換装置１０は、伝送路から入力された信号光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１１、所定の波長のポンプ光を発生するポンプ光発生回路１２、ポンプ光発生回路１２から出力されたポンプ光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１３、信号光およびポンプ光を合波する光カプラ１４、光カプラ１４からの合成光を受け入れて、当該合成光を、後述する波長変換ループ回路２０に出力するとともに、波長変換ループ回路からの光信号を受け入れて、受け入れた光信号を、出力側に配置された帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１９に出力する光サーキュレータ１５と、を有する。また、本実施の形態にかかる波長変換装置１０は、光サーキュレータ１５からの合成光を受け入れて、合成光に含まれる信号光の周波数を変換するための波長変換ループ回路２０を有する。
【００２３】
波長変換ループ回路２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６、偏波調整回路１７および波長変換回路１８を有する。
【００２４】
概略的には、本実施の形態にかかる波長変換装置１０は、以下のように動作する。本実施の形態においては、伝送路中を、直交する偏波状態の２つの光信号が多重された偏波直交多重信号が、信号光として伝搬され、波長変換装置１０に受け入れられる。
【００２５】
信号光の偏波状態（ＳＯＰ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、偏波直交多重信号の成分であるＸ偏波、若しくは、Ｙ偏波の何れかのＳＯＰが、ＰＢＳ１６のＸ軸と同一軸上の直線偏光となるように、偏波コントローラ１１により調整される。
【００２６】
偏波コントローラ１１は、たとえば、１以上のλ／２板および１以上のλ／４板を有している。λ／２板およびλ／４板は、制御信号によってそれぞれ光軸を中心に回転でき、偏波直交多重信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分の偏波の向きを同時に調整することができる。偏波コントローラ１３についても同様である。なお、偏波コントローラ１１、１３を用いた偏波状態の制御については後に詳述する。
【００２７】
ポンプ光発生回路１２は、信号光の周波数ｆｓと異なる周波数ｆｐの連続光（ＣＷ光）であるポンプ光を発生する。偏波コントローラ１３は、ＰＢＳ１６の出力ポートのそれぞれからの光強度が等しくなるように、ポンプ光の偏波状態（ＳＯＰ）を調整する。理想的には、ポンプ光は、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となる。偏波コントローラ１１から出力された信号光、および、偏波コントローラ１３から出力されたポンプ光は、光カプラ１４により合波される。
【００２８】
光サーキュレータ１５は、各ポートから受け入れた光を隣接する一方のポートから出力させる。図１に示す光サーキュレータ１５は、図１おいて時計回りの方向に隣接するポートから、入力した光を出力する。たとえば、光カプラ１４から出力された合成光は、光サーキュレータ１５を経て、ＰＢＳ１６に入射される。また、ＰＢＳ１６から出力された光は、光サーキュレータ１５を経て、ＢＰＦ１９に入射される。
【００２９】
波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６に入射された合成光中、信号光Ｓ（ｆｓ）については、Ｘ偏波成分Ｓ１（ｆｓ）およびＹ偏波成分Ｓ２（ｆｓ）に分波される。また、ポンプ光Ｓ（ｆｐ）については、理想的にはＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となっているため、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートから、同一光強度の信号が出力される。ＰＢＳ１６の出力ポートにおいて、Ｘ偏波、Ｙ偏波それぞれの信号光およびポンプ光の偏波状態は、同一方向の直線偏光となる。図２（ａ）は、信号光の周波数ｆｓおよびポンプ光の周波数ｆｐの例を示す図、図２（ｂ）は、ＰＢＳ１６の入力ポート１０１における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図、図２（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、ＰＢＳ１６の出力ポート１０２、１０３における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図である。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、ＰＢＳ１６の入力ポート１０１においては、信号光のＸ偏波成分Ｓ１（ｆｓ）およびＹ偏波成分Ｓ２（ｆｓ）、および、ＰＢＳ１６の軸に対して４５度の直線偏光となっているポンプ光Ｓ（ｆｐ）が現れる。ＰＢＳ１６を通過した後の出力ポート１０３においては、信号光のＹ偏波成分Ｓ２（ｆｓ）およびポンプ光のうちのＹ偏波成分Ｓ２（ｆｐ）が現れる。その一方、出力ポート１０２においては、信号光のＸ偏波成分Ｓ１（ｆｓ）およびポンプ光のうちのＸ偏波成分Ｓ１（ｆｐ）が現れる。なお、ＰＢＳ１６を通過する信号については、図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００３１】
波長変換ループ回路２０において、ＰＢＳ１６からポート１０２に出力された光（図２（ｃ）参照）は、時計回りにループ上の伝送路（波長変換ループ）を伝搬され、ＰＢＳ１６からポート１０３に出力された光（図２（ｄ）参照）は、反時計回りに波長変換ループを伝搬される。時計回りの波長変換ループおよび反時計回りの波長変換ループを経て伝搬された光は、それぞれ波長変換回路１８によって波長変換が施される。本実施の形態においては、四光波混合を用いた波長変換が行なわれる。
【００３２】
四光波混合について以下に説明する。四光波混合とは、周波数ｆ１、ｆ２およびｆ３の３つの光を非線形デバイスに入射した際に、第４の光（周波数ｆ４＝ｆ１＋ｆ２−ｆ３）が発生する現象である。ｆ１＝ｆ２であるときには、縮退四光波混合と称され、第４の光の周波数はｆ４＝２ｆ１−ｆ３となる。また、四光波混合を生じさせるためには、一定の位相整合条件を満たす必要がある。
【００３３】
本実施の形態においては、縮退四光波混合を用いた波長変換を実現している。図2（ａ）に示すように、本実施の形態では、ポンプ光（周波数ｆｐ）を上記周波数ｆ１の光、信号光（周波数ｆｓ）を上記周波数ｆ３の光として、波長変換された信号光（周波数ｆｃ＝２ｆｐ−ｆｓ）を得る。本実施の形態では、上記四光波混合を用いた波長変換を実現するために、波長変換回路１８として、高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：Ｈｉｇｈ  Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ  Ｆｉｂｅｒ）が用いられている。
【００３４】
波長変換されたＸ偏波およびＹ偏波の光は、ＰＢＳ１６において再度合波される。なお、本実施の形態においては、波長変換ループ回路２０の波長変換ループ上に偏波調整回路１７が配置され、時計回りの波長変換ループおよび反時計回りの波長変換ループを経て伝搬される光の偏波状態が調整される。偏波調整回路１７の機能についても後述する。
【００３５】
ＰＢＳ１６において合波された光は、光サーキュレータ１５を経てＢＰＦ１９に入射される。ＢＰＦ１９は、波長変換された信号光の周波数ｆｃの光を通過するように構成される。したがって、ＢＰＦ１９により波長変換された信号光のみが通過し、最終的に波長変換された信号光が出力される。ＢＰＦ１９から出力された、波長変換された信号光は伝送路に送出される。
【００３６】
以下、本実施の形態にかかる波長変換ループ回路２０について説明する。ＰＢＳ１６の各ポートにおいて、入出力信号の偏波の向きが規定されている。そのため、入力信号は、規定されている偏波の向きで入射する必要があり、出力信号は、規定されている偏波の向きで信号が出力される。
【００３７】
たとえば、１ポート入力２ポート出力のＰＢＳの、出力ポートの偏波状態としては、以下のような２つの態様が考えられる。
（１）偏波直交多重信号の入力信号の０°（水平）、９０°（垂直）が、２出力ポートで０°、９０°の偏波状態として出力される。
（２）偏波直交多重信号の入出力信号の０°、９０°が、２出力ポートのいずれも０°、若しくは９０°となる偏波状態として出力される。つまり、一方の成分が９０°回転させられて出力される。
【００３８】
本実施の形態においては、上記（１）の態様のＰＢＳ１６が用いられる。図３において、入力ポートでは、信号光は、実線で示す０°の偏波（Ｘ偏波）および破線で示す９０°の偏波（Ｙ偏波）を含み（符号３００参照）、ＰＢＳ１６を経て、反時計回りに波長変換ループを伝搬する９０°の偏波（Ｙ偏波）（符号３０１、３０２参照）、および、時計回りに波長変換ループを伝搬する０°の偏波（Ｘ偏波）（符号３０３、３０４参照）に分けられる。
【００３９】
波長変換ループ回路２０の波長変換ループを構成するジャンパケーブル中、および、波長変換回路１８中で、伝搬する光（Ｘ偏波の光およびＹ偏波の光）の偏波状態が保持される場合を考える。たとえば、ジャンパケーブル、および、波長変換回路１８を構成する高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）が、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成された場合である。
【００４０】
偏波調整回路１７によって、時計回りに波長変換ループを伝搬する光、および、反時計回りに波長変換ループを伝搬する光を、偏波調整回路１７において、その偏波状態を９０°回転させることにより、それぞれを再度ＰＢＳ１６に入力させて合波させることが可能となる。すなわち、この場合には、偏波調整回路１７によって、それぞれの光の偏波状態を９０°回転させれば良い。偏波調整回路１７として、λ／２板を使うことができる。或いは、偏波調整回路１７として、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上備えた偏波コントローラを適用しても良い。
【００４１】
或いは、波長板に代えて、偏波調整回路１７としてアダプタを用いて、アダプタの接続点でファイバの軸が９０°回転するようにアダプタのキーを調整することで、０°および９０°の偏波状態を入れ替えることも可能である。
【００４２】
偏波調整回路１７によって、時計回りに波長変換ループを伝搬する０°の偏波状態の光（符号３０３参照）は９０°回転され（符号３０５参照）、また、反時計回りに波長変換ループを伝搬する９０°の偏波状態の光（符号３０１参照）も９０°回転される（符号３０６参照）。
【００４３】
また、波長変換ループを構成するジャンパケーブルおよび波長変換回路１８が、ＰＭＦで構成されていない場合には、図４に示すように、時計回りに波長変換ループを伝搬する０°の偏波状態の光（符号３０３参照）および反時計回りに波長変換ループを伝搬する９０°の偏波状態の光（符号３０１参照）は、ともに任意の偏波状態となる（符号４０２、４０１参照）。したがって、この場合には、偏波調整回路１７として、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上備えた偏波コントローラを適用して、λ／２板およびλ／４板を所定の角度回転させることで、偏波状態を適切に制御する。すなわち、ジャンパケーブル等における偏波の変化分を考慮の上、ＰＢＳ１６のポートにおける偏波の向きが適切となるように、偏波調整回路１７が偏波を調整する。
【００４４】
次に、本実施の形態にかかる信号光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１１および偏波コントローラ１１に対する制御信号の生成について説明する。信号光については、波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６において、偏波直交多重信号の偏波分離を適切に行うために、偏波直交多重信号のＸ偏波成分が、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して直線偏光になるよう、偏波状態を制御する必要がある。Ｙ偏波成分をＰＢＳ１６のＹ軸に対して直線偏光とすることも同様に必要である。特に、伝送路を伝搬されてきた信号光については、常に伝送路の状態が変化し、入射される偏波直交多重信号の偏波状態が変化するため、常に偏波状態の制御が必要である。
【００４５】
図５は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。図５に示すように、本実施の形態にかかる信号光偏波制御部３０は、偏波コントローラ１１と光カプラ１４との間の伝送路上に配置された光カプラ３１と、光カプラから出力された光を受け入れる偏光子３２と、偏波状態観測部３３と、制御信号生成部３４とを有している。
【００４６】
本実施の形態においては、ＰＢＳ１６に入射される信号光の偏波制御をするために、ポンプ光と合波するための光カプラ１４より手前（上流側）に光カプラ３１を設けて、その信号光をモニタしている。したがって、偏波コントローラ１１の出力ポートから、その下流方向に、波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６の入力ポートまで（符号５００参照）、信号光の偏波状態が一定である必要がある。そこで、本実施の形態では、偏波コントローラ１１の出力ポートから、波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６の入力ポートまでの伝送路５００を、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成している。
【００４７】
図５に示す信号光偏波制御部３０の動作について以下に説明する。光カプラ３１により、信号光が分岐され、偏光子３２に入力される。偏光子３２の代わりにＰＢＳを利用しても良い。偏光子３２の軸（ＰＢＳを使用している場合にはＰＢＳの軸）は、波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６の軸と同一である。したがって、偏光子３２において適切に偏波状態が制御されていれば、波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６の入力ポートにおいても、適切な偏波状態が得られることになる。
【００４８】
偏光子３２の出力は、偏波状態観測部３３に送られて、偏波状態観測部３３および制御信号生成部３４により偏波コントローラ１１のための制御信号が生成され、出力される。たとえば、偏波状態観測部３３および制御信号生成部３４は、以下のように動作する。
【００４９】
ＰＢＳ１６で偏波分離されるべき直交偏波信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分が、ＰＢＳ１６で適切に分離されない場合には、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分が１ポートに同時に出力される。上述したようなＸ偏波成分およびＹ偏波成分を含む光を光受信器で受信した場合にはビート信号が観測される。ビート信号が発生している場合、ビート信号が発生していない場合に比べ、電気信号の電力が増加する。そこで、偏波制御状態観測部３３は、光受信器および電力観測器を有し、電力の状態を示す信号を制御信号生成部３４に出力する。制御信号生成部３４は、電力の状態を示す信号を受信して、電力が減少するように偏波コントローラ１１に対して制御信号を出力する（干渉検出法）。偏波コントローラ１１は、制御信号にしたがって、λ／２板およびλ／４板の角度を回転させる。
【００５０】
或いは、偏波状態観測部３３および制御信号生成部３４は、以下のような構成を備えていても良い。たとえば、送信器において、送信信号である偏波直交信号のＸ偏波或いはＹ偏波の一方に低周波強度変調を施し、或いは、Ｘ偏波およびＹ偏波の双方に、異なる周波数の低周波強度変調を施して、偏波状態観測部３３が低周波変調成分をモニタする。
【００５１】
より具体的には、偏波状態観測部３３は、光受信器を用いてＸ偏波或いはＹ偏波を電気信号として、中心周波数を低周波変調の周波数とする、電気信号用の帯域通過フィルタを通過させ、低周波変調成分のみを抽出する。次いで、その電力を、電気パワーメータなどを用いて観測する。制御信号生成部３４は、上記電力が最適（最大或いは最小）になるように、偏波コントローラ１１に対して制御信号を出力する。
【００５２】
次に、本実施の形態にかかるポンプ光の偏波状態を制御する偏波コントローラ１３および偏波コントローラ１３に対する制御信号の生成について説明する。
【００５３】
光カプラ１４において信号光と合波され、ＰＢＳ１６に入射するポンプ光の偏波状態は、偏波の変動状況に応じて動的に制御する必要がある。ポンプ光については、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートで、光強度が等しく２つの信号が出力されるように、偏波コントローラ１３が、その偏波状態を調整する。ポンプ光は、理想的には、ＰＢＳ１６に入射されるときに、ＰＢＳ１６の軸に対して４５度となる直線偏光である。
【００５４】
ポンプ光については、ポンプ光発生回路１２とＰＢＳ１６との間の物理的な距離が短く、この間のジャンパケーブルが固定され、ＰＢＳ１６に入力するポンプ光の偏波状態がほとんど変化しない状況においては、初期的に一度偏波状態を調整すれば十分であり、動的な制御は必要ない。しかしながら、ジャンパケーブル長が長く、ＰＢＳ１６に入力するポンプ光の偏波状態が変化するような環境においては、動的な制御が必要となる。本実施の形態では、偏波状態の動的な制御を行っている。
【００５５】
図６は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。図６に示すように、本実施の形態にかかるポンプ光偏波制御部４０は、波長変換された信号光を出力するＢＰＦ１９の出力を分波する光カプラ４１と、光カプラ４１から出力された光を分離するＰＢＳ４２と、偏波状態観測部４３と、制御信号生成部４４とを有している。なお、前述した図５においては、偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部３０のみが記載され、この図６においては、偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部４０のみが記載されている。実際には、波長変換装置１０は、信号光偏波制御部３０およびポンプ光偏波制御部４０の双方を含んでいる。図５および図６は説明の便宜上、それぞれ一方を図示したものである。
【００５６】
ポンプ光偏波制御部４０は、波長変換された偏波直交多重信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分のそれぞれの光強度を観測する。本実施の形態においては、波長変換によってＸ偏波成分およびＹ偏波成分とも波長変換される。ＰＢＳ１６の２つの出力ポートに等しい光強度でポンプ光が出力されていない場合は、この波長変換がＸ偏波およびＹ偏波について均等に行わない。したがって、モニタ箇所である光カプラ４１においては、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分の光強度が異なる。
【００５７】
そこで、ポンプ光偏波制御部４０は、波長変換された偏波直交多重信号のＸ偏波成分およびＹ偏波成分の光強度が同一になるように、制御信号を生成して、偏波コントローラ１３に出力する。すなわち、この実施の形態においては、偏波状態観測部４３が、ＰＢＳ４２から出力されたＸ偏波成分の光強度とＹ偏波成分の光強度との差分値を算出する。制御信号生成部４４は、偏波状態観測部４３からの差分値に基づいて、当該差分値を目標値である「０」とするように偏波コントローラ１３に対する制御信号を生成して出力する。
【００５８】
本実施の形態のように、波長変換された信号光（ＢＰＦ１９の出力光）をモニタする場合には、波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６と光サーキュレータ１５との間、および、光サーキュレータからＢＰＦ１９、光カプラ４１を経て、ＰＢＳ４２までの伝送路（符号６００参照）を、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成する必要がある。これは、モニタ箇所で、周波数変換された信号光の偏波多重信号を再度、偏波分離して、Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分の光強度を観測するため、モニタ用のＰＢＳ４２の軸と波長変換ループ回路２０のＰＢＳ１６の軸を同一にする必要があるからである。
【００５９】
次に、本実施の形態にかかる光中継装置における構成要素の変形例について説明する。まず、光サーキュレータの機能を実現する他の構成例について説明する。第１の実施の形態において用いられた光サーキュレータ１５は、各ポートから受け入れた光を所定の隣接する一方のポートから出力させている。光サーキュレータ１５の機能は光アイソレータおよび光カプラを用いても実現することができる。
【００６０】
図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図７において、第１の実施の形態および第２の実施の形態にかかる波長変換装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００６１】
図７に示すように、第２の実施の形態にかかる波長変換装置７０は、光カプラ１４から出力された光を受け入れて、所定の方向に出力するとともに、波長変換ループ回路２０から戻ってきた光を他の所定の方向に出力する光路決定部７１を備えている。光路決定部７１は、光アイソレータ７２および光カプラ７３を有する。光アイソレータ７３は、光カプラ１４と光カプラ７３との間に配置され、一方向の光、つまり、光カプラ１４から出力された光のみを、光アイソレータ７３に出力するように構成されている。その一方、光カプラ７３からの光は遮断されて光カプラ１４の側には出力されない。
【００６２】
２入力２出力の光３ｄＢカプラは、たとえば、２つの入力ポートに入射された光信号の光強度をａ、ｂとした場合、２つの出力ポートにそれぞれ（ａ＋ｂ）／２、（ａ＋ｂ）／２で光強度を出力する性質を有する。これを利用して、本実施の形態にかかる光アイソレータ７３では、上述したような光カプラ７３を１入力２出力として用いて、１つの入力ポートに光アイソレータ７２からの光を入射し、これを波長変換ループ回路２０に出力する。その一方、波長変換ループ回路２０から出力された光が光カプラ７３に与えられると、その１／２はＢＰＦ１９に出力され、残りの１／２が光アイソレータ７２の側に出力される。光アイソレータ７２では光カプラ７３からの光は遮断される。その一方、ＢＰＦ１９に出力された光は、ＢＰＦにおいて周波数ｆｃの信号のみが取り出されて出力される。
【００６３】
次に、波長変換ループ回路におけるＰＢＳの他の例について説明する。図３に示すように、第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、ＰＢＳ１６においては、偏波直交多重信号の入力信号の０°（水平）、９０°（垂直）の偏波状態が、２出力ポートで０°、９０°の偏波状態として出力されている。その一方、前述したように、ＰＢＳでは、偏波直交多重信号の入出力信号の０°、９０°の偏波状態が、２出力ポートのいずれも０°、若しくは９０°となる偏波状態として出力されるものも存在する。
【００６４】
上述したように一方の成分が９０°回転されて出力されるＰＢＳを適用する場合について説明する。図８に示すように、波長変換ループ１２０において、ＰＢＳ１１６の入力ポートでは、信号光は、実線で示す０°の偏波（Ｘ偏波）および破線で示す９０°の偏波（Ｙ偏波）とを含む（符号３００参照）。ＰＢＳ１１６からは、入力ポートにおけるＹ偏波成分に相当する、反時計回りに波長変換ループを伝搬する光が出力される（符号８０１参照）。符号８０１に示すように、この光の偏波状態はＰＢＳ１１６により９０°回転される。また、ＰＢＳ１１６からは、入力ポートにおけるＸ偏波成分に相当する、時計回りに波長変換ループを伝搬する光が出力される（符号８０２参照）。この光は回転されずにそのまま出力される。
【００６５】
波長変換ループ回路１２０の波長変換ループを構成するジャンパケーブル中、および、波長変換回路１８中で、伝搬する光（Ｘ偏波の光およびＹ偏波の光）の偏波状態が保持される場合を考える。たとえば、ジャンパケーブル、および、波長変換回路１８を構成する高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）が、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成された場合である。この場合には、０°（９０°）で入力された偏波は、０°（９０°）のまま伝搬する。ＰＢＳ１１６の２つの出力ポートの偏波の向きは同一であるため、ＰＢＳ１１６の一方で出力された信号はそのまま、他方のポートに直接入力することが可能である。すなわち、波長変換ループにおける偏波調整は不要である。
【００６６】
その一方、波長変換ループを構成するジャンパケーブルおよび波長変換回路１８が、ＰＭＦで構成されていない場合には、反時計回りに波長変換ループを伝搬する光および時計回りに波長変換ループを伝搬する光は、ともに任意の偏波状態となる。したがって、この場合には、図４を参照して説明したように、波長変換ループ中に偏波調整回路１２１を配置する。偏波調整回路１２１は、たとえば、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上を備え、λ／２板およびλ／４板を所定の角度にすることで、偏波状態を適切に制御する。
【００６７】
次に、信号光偏波制御部の他の構成例について説明する。図９は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。図９に示すように、信号光偏波制御部８０は、波長変換ループ回路２０の波長変換ループにおいて、ＰＢＳ１６と偏波制御回路１７との間に配置された光カプラ８１と、光カプラ８１から分波された光から周波数ｆｓの光をとりだす帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）８２と、偏波状態観測部８３と、制御信号生成部８４とを有している。
【００６８】
図９に示す信号光偏波制御部８０においては、ＰＢＳ１６の出力ポートからの光（矢印９０１参照）が光カプラ８１を経てＢＰＦ８２に入射される。ＢＰＦ８２においては周波数ｆｓの信号光が取り出され、取り出された周波数ｆｓの信号光が偏波状態制御部８３に与えられる。
【００６９】
偏波状態制御部８３および制御信号生成部８４は、図５に示す偏波状態制御部３３および制御信号生成部３４と同様に動作する。すなわち、偏波制御状態観測部８３は、光受信器および電力観測器を有し、電力の状態を示す信号を制御信号生成部８４に出力する。制御信号生成部８４は、電力の状態を示す信号を受信して、電力が減少するように偏波コントローラ１１に対して制御信号を出力する。偏波コントローラ１１は、制御信号にしたがって、λ／２板およびλ／４板の角度を回転させる。
【００７０】
なお、図９に示す信号光偏波制御部８０を備えた波長変換装置では、信号光のモニタ箇所が、波長変換ループ中のＰＢＳ１６と偏波制御回路１７との間である。したがって、偏波コントローラ１１から波長変換ループ回路２０の光カプラ８１の間に至るジャンパケーブルなどを偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成する必要がない。
【００７１】
次に、ポンプ光偏波制御部の他の構成例について説明する。図１０は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。図１０に示すように、ポンプ光偏波制御部９０は、波長変換ループ回路２０の波長変換ループにおいて、ＰＢＳ１６と偏波制御回路１７との間に配置された光カプラ９１と、光カプラ９１により分波された光から、周波数ｆｐの光を取り出す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）９２と、波長変換ループにおいて、ＰＢＳ１６と波長変換回路１８との間に配置された光カプラ９３と、光カプラ９３により分波された光から、周波数ｆｐの光を取り出す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）９４と、偏波状態観測部９５と、制御信号生成部９６とを有している。
【００７２】
上記構成のポンプ光偏波制御部９０においては、ＰＢＳ１６の２つの出力ポートから出力される光の光強度を観測し、両者の光強度が等しくなるように、偏波コントローラ１３を制御する。偏波状態観測部９５は、ＢＰＦ９２およびＢＰＦ９４からの光信号の光強度を測定して、その差分値を算出する。制御信号生成部９６は、偏波状態観測部９５からの差分値に基づいて、当該差分値を目標値である「０」とするように偏波コントローラ１３に対する制御信号を生成して出力する。
【００７３】
なお、図１０に示すポンプ光偏波制御部９０を備えた波長変換装置では、ポンプ光のモニタ箇所が、波長変換ループ中である。したがって、偏波コントローラ１３から波長変換ループ回路２０の光カプラ９１、９３の間に至るジャンパケーブルなどを偏波保持ファイバで構成する必要がない。
【００７４】
図１１は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる波長変換装置を適用した一例を示すブロックダイヤグラムである。図１１に示す交換装置１１は、一般には、リングネットワーク中に配置される。伝送ネットワークにおいて、光アドドロップを行う場合、追加する信号の波長と伝送されてきた信号の波長が同一の場合、衝突が発生する。これを回避するために、波長変換装置が、入力されてきた信号の周波数を、加えようとする回線側で、使用されていない波長に変換する。これにより、信号を追加する際の衝突を防止することが可能となる。図１１の例では、伝送ネットワーク（リングネットワーク）では、波長分割多重（ＷＤＭ）の信号が伝搬される。
【００７５】
図１１において、交換装置１１００は、フォトニッククロスコネクト（ＰＸＣ）１１０１、光マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１０３〜１１０４を備える。また、光ＭＵＸ１１０４と、ＰＸＣ１１０１との間の波長ごとの伝送路に、本実施の形態にかかる波長変換装置１０が配置される。リング状ネットワークの伝送路（符号１１１１、１１１２参照）において、交換装置１１００に入射した信号は、光ＭＵＸ１１０２により、波長ごとに分離されＰＸＣ１１０１に入射される。ＰＸＣ１１０１においては、入射された信号のうち所定の信号が、経路を変更して光ＭＵＸ１１０５に入射され、波長多重化されて伝送路１１１３に送出される。
【００７６】
伝送路１１１４を経て光ＭＵＸ１１０４に入射した光は、ＰＸＣ１１０１において、伝送路１１１１を経て入射した光に加えられる。ここで、同一波長の信号が衝突することを避けるために、波長変換装置１０において信号に波長変換が施される。
【００７７】
光アドドロップのみを行うリング状ネットワークならず、フルメッシュ型の光ネットワークにおいても、波長の衝突を回避するために交換装置は波長変換機能を備える必要がある。図１２は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる波長変換装置を適用した他の例を示すブロックダイヤグラムである。図１２に示す交換装置１２００は、ＰＸＣ１２０１および複数の光ＭＵＸ（たとえば、符号１２０２参照）を有する。複数の光ＭＵＸのそれぞれは、フルメッシュ型の伝送ネットワークを構成する伝送路と接続される。
【００７８】
光ＭＵＸ（たとえば、光ＭＵＸ１２０２）とＰＸＣ１２０１との間の波長ごとの伝送路に、本実施の形態にかかる波長変換装置１０が配置される。たとえば、伝送路を経て光ＭＵＸ１２０２に入射した光は、同一波長の信号が衝突することを避けるために、波長変換装置１０において信号に波長変換が施されて、ＰＸＣ１２０１に入射される。
【００７９】
図１１や図１２に示すように、伝送ネットワーク中に配置された交換装置に、本実施の形態にかかる波長変換装置を設ける場合、波長変換装置において、波長変換された信号光の波長（周波数）を制御し、ポンプ光発生回路１２で発生するポンプ光の周波数ｆｐを決定し、ＢＰＦ１９の中心周波数を、波長変換された信号光の周波数ｆｃと一致させる必要がある。
【００８０】
上記ポンプ光の周波数ｆｐや波長変換された信号の周波数ｆｃは、交換装置１１００、１２００において独立して決定しても良い。この場合には、交換装置１１００、１２００は、現在受信している信号光の波長を検出して、当該波長と一致しないような波長（周波数）を新たな信号光に割り当てて、新たな信号光を、割り当てた波長に波長変換する。或いは、交換装置１１００は、伝送ネットワーク上に配置された他の交換装置から、伝送ネットワーク或いは他のネットワークを介して、信号光の波長の情報を受け入れ、当該受け入れた波長の情報にしたがって、交換装置１１００自身で使用できる波長(周波数)を決定して、信号光を波長変換しても良い。
【００８１】
また、交換装置とは別に、伝送ネットワーク中を伝送される信号光の波長（周波数）を管理する制御システムを設け、制御システムが、伝送ネットワーク中に配置される交換装置のそれぞれに対して、信号光に割り当てる周波数を通知するように構成しても良い。
【００８２】
交換装置は、波長変換すべき信号光の周波数、および、波長変換された信号光の周波数を取得すると、波長変換のためのポンプ光の周波数をｆｃ＝２ｆｐ−ｆｓ（ｆｃ：波長変換された信号光の周波数、ｆｓ：波長変換すべき信号光の周波数、ｆｐ＝ポンプ光の周波数）に基づいて算出する。交換装置に設けられた所定の波長変換装置においては、周波数ｆｐのポンプ光を発生するようにポンプ光発生回路１２が制御される。また、ＢＰＦ１９が、波長ｆｃの周波数の信号光を出力するように、ＢＰＦ１９の中心周波数が制御される。
【００８３】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００８４】
上記本発明の実施の形態においては、ポンプ光発生回路１２から出力されたポンプ光が、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５の直線偏光となるように、偏波コントローラ１３が、ポンプ光の偏波状態を制御している。また、偏波コントローラ１３における制御は、たとえば、図６に示す光カプラ４１、ＰＢＳ４２、偏波状態観測部４３、制御信号生成部４４を有するポンプ光偏波制御部４０で生成された制御信号により実現される。しかしながら、上記構成に限定されるものではない。図１３は、本発明の第３の実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【００８５】
図１３に示すように、第３の実施の形態にかかる波長変換装置１００は、ポンプ光発生回路１２で発生したポンプ光を受け入れて、ポンプ光を、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となるように、ポンプ光の偏波状態を調整する偏波調整回路１１３を有し、偏波調整回路１１３から出力された光が、光カプラ１４に入射され、偏波コントローラ１１から出力された信号光と合成される。本実施の形態では、ポンプ光発生回路１２からは、０度の直線偏光でポンプ光が出力される。したがって、偏波調整回路１１３は、入射された光を４５度回転させる。
【００８６】
たとえば、偏波調整回路１１３として、λ／２板およびλ／４板をそれぞれ１つ以上備えた偏波コントローラを適用しても良い。或いは、アダプタを用いてもよい。アダプタを用いる場合には、アダプタの接続点でファイバの軸が４５°回転するようにアダプタのキーを調整することで、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となるように、ポンプ光の偏波状態を調整可能である。若しくは、偏波調整回路１１３の両端のＰＭＦファイバを４５°回転するように、融着接続することによっても、ポンプ光の偏波状態を調整可能である。
【００８７】
また、本実施の形態においては、ポンプ光発生回路１２と偏波調整回路１１３との間、偏波調整回路１３と光カプラ１４との間、および、光カプラ１４からＰＢＳ１６との間、つまり、ポンプ光発生回路１２からＰＢＳ１６までの伝送路（１３００）を、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成している。これにより、ポンプ光は、ＰＢＳのＸ軸に対して４５度の直線偏光の状態を保ったままＰＢＳ１６に入射することが可能となる。
【００８８】
第３の実施の形態においては、偏波調整回路によって、ＰＢＳ１６のＸ軸に対して４５度の直線偏光となるポンプ光が出力される。また、ポンプ光発生回路１２からＰＢＳ１６までの伝送路（１３００）を、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）で構成して、ポンプ光の偏波状態を保持する。したがって、第１の実施の形態や第２の実施の形態のように、ポンプ光の偏波状態を制御するための偏波コントローラ１３や、偏波コントローラ１３に制御信号の生成するための構成（たとえば、図６に示すポンプ光偏波制御部４０）が不要となる。
【００８９】
また、本発明にかかる波長変換装置は、位相変調信号および強度変調信号の双方について適用可能である。
【００９０】
また、偏波多重信号については、インターリーブタイプ、および、ノンインターリーブタイプの２種類が知られている。本発明にかかる波長変換装置は、いずれのタイプの偏波多重信号に対しても適用可能である。ノンインターリーブタイプについては、Ｘ偏波とＹ偏波のビットの位置が一致している。その一方、インターリーブタイプは、Ｘ偏波とＹ偏波のビットの位置が一致しておらず、半ビット分ずらす方式である。この場合、偏波状態観測および制御信号生成に干渉検出法を用いることができない。したがって、ノンインターリーブの場合には、電気信号のクロック成分の電力をモニタすることで、制御することが可能である。
【００９１】
また、前記実施の形態においては、ポンプ光発生回路１２は、信号光の周波数ｆｓと異なる周波数ｆｐの連続光（ＣＷ光）であるポンプ光を発生しているがこれに限定されるものではない。たとえば、ポンプ光発生回路は、信号光を受け入れ、信号光のデータ変調と同期したクロック光であるポンプ光を発生しても良い。
【００９２】
さらに、上記実施の形態において、ポンプ光および信号光を、増幅する光増幅器を設けても良い。図１４は、本発明の第4の実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１４に示す波長変換装置において、図１に示す第１の実施の形態の構成部分と同一の構成部分には同一の符号を付している。図１４に示すように、第４の実施の形態にかかる波長変換装置１４０は、偏波コントローラ１１から出力される信号光を増幅する光増幅器１４１と、偏波コントローラ１３から出力されるポンプ光を増幅する光増幅器１４２を備えている。第４の実施の形態においては、光増幅器１４１の出力光および光増幅器１４２の出力光が光カプラ１４に入射される。
【００９３】
第４の実施の形態においては、偏波コントローラ１１、１３の出力側に、それぞれ光増幅器１４１、１４２を設けることにより、より高いパワーの光信号を光ループに入射することが可能となる。また、偏波コントローラの入力側に光増幅器を設け、光増幅器からの出力を偏波コントローラに入射する場合と比較すると、第４の実施の形態では、偏波コントローラの損失の影響を受けないため、その分だけ、光増幅器１４１，１４２における利得を抑えることが可能となる。
【００９４】
第２の実施の形態および第３の実施の形態においても、第４の実施の形態と同様に、光増幅器を付加しても良い。第２の実施の形態については、図９の偏波コントローラ１１からの信号光を増幅して光カプラ１４に入射する増幅器と、偏波コントローラ１３からのポンプ光を増幅して光カプラ１４に入射する増幅器とを設ければよい。また、第３の実施の形態については、偏波コントローラ１１からの信号光を増幅して光カプラ１４に入射する増幅器と、偏波調整回路１１３からのポンプ光を増幅して光カプラ１４に入射する増幅器とを設ければ良い。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】図１は、本発明の第１の本実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２（ａ）は、信号光の周波数ｆｓおよびポンプ光の周波数ｆｐの例を示す図、図２（ｂ）は、ＰＢＳ１６の入力ポート１０１における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図、図２（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、ＰＢＳ１６の出力ポート１０２、１０３における信号光およびポンプ光の偏波状態を示す図である。
【図３】図３は、本実施の形態における光の偏波状態の例を説明する図である。
【図４】図４は、本実施の形態における光の偏波状態の他の例を説明する図である。
【図５】図５は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。
【図６】図６は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部を含むブロックダイヤグラムである。
【図７】図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図８】図８は、本実施の形態における光の偏波状態のさらに他の例を説明する図である。
【図９】図９は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１１への制御信号を生成する信号光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。
【図１０】図１０は、本実施の形態にかかる信号光の偏波コントローラ１３への制御信号を生成するポンプ光偏波制御部の他の構成例を含むブロックダイヤグラムである。
【図１１】図１１は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる波長変換システムを適用した例を示すブロックダイヤグラムである。
【図１２】図１２は、偏波多重伝送システムにおいて、本実施の形態にかかる波長変換システムを適用した他の例を示すブロックダイヤグラムである。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態にかかる波長変換装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【符号の説明】
【００９６】
１０      波長変換装置
１１      偏波コントローラ
１２      ポンプ光発生回路
１３      偏波コントローラ
１４      光カプラ
１５      光サーキュレータ
１６      ＰＢＳ
１７      偏波調整回路
１８      波長変換回路
１９      ＢＰＦ
２０      波長変換ループ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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