(57)【要約】  信号光の情報を光・電気変換することなく別の光波に載せかえ、電力損失を低減する。  プローブ光源は、信号光の第１波長と異なる第２波長のプローブ光を出力する。光変調器には、プローブ光源から出力されるプローブ光と信号光とが入力される。光変調器は、プローブ光源から出力されるプローブ光と信号光とを合波して非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質において信号光の強度変化によりプローブ光を変調し、信号光の情報に基づいた第２波長の変調光を出力する。
2010125657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光の波長と異なる波長の光を出力する光源と、
前記光源から出力される前記光と前記信号光とを合波して非線形光学媒質に入力し、前記非線形光学媒質において前記信号光の強度変化により前記光を変調する光変調器と、
を有することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記信号光を波形整形して前記光変調器に出力する波形整形器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記光は、前記信号光の波長と異なる波長を有する波長多重光であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記光の波長は、光ネットワークで伝送されている波長多重光の空位の波長に設定され、
前記光変調器から出力される変調光を前記波長多重光に合波する合波器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記光変調器から出力される変調波長多重光を波長ごとに分波する分波器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第３項記載の光信号処理装置。
【請求項６】
前記波長多重光の波長は、複数の光ネットワークで伝送されている複数の伝送波長多重光の空位の波長に設定され、
前記分波器によって分波された各波長の前記変調波長多重光を前記複数の伝送波長多重光に合波する合波器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第５項記載の光信号処理装置。
【請求項７】
前記波形整形器は、
前記信号光と前記信号光と波長の異なる励起光とが入力される整形用非線形光学媒質と、
前記整形用非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記整形用非線形光学媒質において所定の利得が得られるように前記励起光のパワーを制御する第１のパワー制御器と、
前記整形用非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記整形用非線形光学媒質において前記励起光による利得が飽和するように前記信号光のパワーを制御する第２のパワー制御器と、
を有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の光信号処理装置。
【請求項８】
前記信号光および前記励起光の偏光状態を所定の状態に制御する偏光制御器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第７項記載の光信号処理装置。
【請求項９】
前記整形用非線形光学媒質は、縦続接続された第１の光ファイバと第２の光ファイバとを有し、
前記第１の光ファイバに第１の励起光を出力する第１の偏光制御器と、
前記第２の光ファイバに第２の励起光を出力する第２の偏光制御器と、をさらに有し、
前記第１の偏光制御器と前記第２の偏光制御器は、前記第１の励起光と前記第２の励起光との偏光状態が互いに直交するように制御することを特徴とする請求の範囲第７項記載の光信号処理装置。
【請求項１０】
前記波形整形器は、
第１のポートから入力される前記信号光および励起光を互いに直線偏光に分離して第２のポートおよび第３のポートに導き、前記第２のポートおよび前記第３のポートから入力される前記信号光および前記励起光を偏光合成して第４のポートから出力する光分離合成器と、
前記光分離合成器の第２のポートと第３のポートとの間に設けられる整形用非線形光学媒質と、
前記励起光の偏光状態を制御する偏光制御器と、を有する光回路を有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の光信号処理装置。
【請求項１１】
前記波形整形器は、
前記光回路の出力側に同じ回路の後段光回路を有し、
前記後段光回路で使用される前記励起光の偏光は、前記光回路で使用される前記励起光の偏光に対し４５度異なっていることを特徴とする請求の範囲第１０項記載の光信号処理装置。
【請求項１２】
前記波形整形器は、
整形用非線形光学媒質と、
前記整形用非線形光学媒質の出力側に設けられる偏光子と、
前記整形用非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記偏光子に入力される前記信号光の偏光状態を、前記偏光子の偏光主軸に直交する直線偏光となるように制御する第１の偏光制御器と、
前記整形用非線形光学媒質の入力側に設けられ、励起光の偏光状態を前記信号光の偏光状態から所定の状態だけ変化させるように制御する第２の光偏光制御器と、
前記整形用非線形光学媒質内において前記信号光を前記励起光と同じ偏光状態に光増幅し、前記整形用非線形光学媒質内における前記信号光の光増幅利得が飽和するように前記信号光および前記励起光の少なくとも一方のパワーを制御するパワー制御器と、
を有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の光信号処理装置。
【請求項１３】
前記波形整形器は、
前記信号光が入力される整形用非線形光学媒質と、
前記整形用非線形光学媒質において前記信号光が周波数チャープを得るように前記信号光のパワーを増幅する光アンプと、
周波数チャープにより拡大した前記信号光のスペクトルのうち、所定の帯域を通過させるフィルタと、
を有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の光信号処理装置。
【請求項１４】
前記波形整形器は、位相変調光の前記信号光を波形整形し、
前記波形整形器によって波形整形された前記信号光を強度変調光に復調し、前記光変調器に出力する光復調器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の光信号処理装置。
【請求項１５】
位相変調光の前記信号光を強度変調光に復調し、前記整形用非線形光学媒質に出力する光復調器をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１３項記載の光信号処理装置。
【請求項１６】
前記光変調器は、
前記非線形光学媒質の出力側に設けられる偏光子と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記偏光子に入力される前記光の偏光状態を、前記偏光子の偏光主軸に直交する直線偏光となるように制御する第１の偏光制御器と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記信号光の偏光状態を前記光の偏光状態から所定の状態だけ変化させるように制御する第２の偏光制御器と、
を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項１７】
前記光変調器は、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質に入力される前記信号光の偏光状態を前記光の偏光状態と一致するように制御する偏光制御器と、
前記非線形光学媒質の出力側に設けられ、前記非線形光学媒質において発生する前記光のアイドラ光を抽出するフィルタと、
を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項１８】
前記光変調器は、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質に入力される前記信号光の偏光状態を前記光の偏光状態と一致するように制御する偏光制御器と、
前記非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記非線形光学媒質において前記光を光位相変調するように前記信号光のパワーを制御するパワー制御器と、
を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項１９】
前記信号光は、第１の光ネットワークから受信され、前記光変調器から出力される変調光は、前記第１の光ネットワークとは別の第２の光ネットワークに出力されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光信号処理装置。
【請求項２０】
前記波形整形器から出力される前記信号光と前記光変調器から出力される変調光の品質をモニタするモニタ回路と、
前記モニタ回路によってモニタされた前記品質と所定の閾値を比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて、前記波形整形器および前記光変調器の有するパワー制御器を制御するパワー制御回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて、前記波形整形器および前記光変調器の有する偏光制御器を制御する偏光制御回路と、
を有することを特徴とする請求の範囲第２項記載の光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、信号光を別の光波に載せかえる光信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来の光ネットワークは、例えば、従来の光通信システムをベースとしつつ、中継光ノード等、端局装置から離れた地点に置かれた装置において、信号光の分岐挿入やスイッチング等の処理を行う必要がある。こうした処理は、例えば、端局装置内における場合においては、データである電気信号から、光変調器等を用いて光信号に変換する方式を用いて行われている。しかし、将来の光ネットワークにおける中継光ノード等において、上記端局装置のように電気信号から光信号への変換を用いる場合には、伝送されてきた信号を一旦電気信号に変換し、これを電気的に処理（波形整形等）した後、再び光信号に変換する必要がある。この場合、構成が複雑になるとともに、光・電気変換の際に発生する損失を補償するために、大きな電力が必要となる。【０００３】
なお、関連する技術として、光信号を広い波長範囲に渡って高いスイッチング効率でスイッチングする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、劣化した光信号の波形を効率よく整形する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。さらに、変換帯域が広くかつ偏光依存性のない変換器として使用することができる位相共役変換および波長変換のための装置およびシステムが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８４８５１号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４３１９号公報
【特許文献３】特許第３５６６０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、光ネットワークにおける中継光ノード等において、信号光の分岐挿入やスイッチング等の処理で光信号の情報を別の光波に載せかえる場合、一旦光・電気変換を行うため大きな電力損失が生じるという問題点があった。【０００６】
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、信号光の情報を光・電気変換することなく別の光波に載せかえ、電力損失を低減する光信号処理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】
【０００７】
上記課題を解決するために、光信号処理装置が提供される。この光信号処理装置は、信号光の波長と異なる波長の光を出力する光源と、前記光源から出力される前記光と前記信号光とを合波して非線形光学媒質に入力し、前記非線形光学媒質において前記信号光の強度変化により前記光を変調する光変調器と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記光信号処理装置によれば、電力損失を抑制することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。
【図２】第２の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。
【図３】波形整形器のその１を示した図である。
【図４】Depletionを説明する図である。
【図５】波形整形器のその２を示した図である。
【図６】波形整形器のその３を示した図である。
【図７】波形整形器のその４を示した図である。
【図８】波形整形器のその５を示した図である。
【図９】波形整形器のその６を示した図である。
【図１０】光変調器のその１を示した図である。
【図１１】光変調器のその２を示した図である。
【図１２】光変調器のその３を示した図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。
【図１４】第４の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。
【図１５】第５の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。
【図１６】第６の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。
【図１７】第７の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。
【図１８】第８の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。
【図１９】第９の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。
【図２０】第１０の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。
【図２１】第１１の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、第１の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。図１に示すように、光信号処理装置は、プローブ光源１および光変調器２を有している。
【００１１】
プローブ光源１は、信号光ＥSの波長λSと異なる波長λAのプローブ光ＥAを出力する。プローブ光ＥAは、ＣＷ（Continuous Wave）光であってもよいし、光パルス列であってもよい。
【００１２】
光変調器２には、プローブ光源１から出力されるプローブ光ＥAと信号光ＥSとが入力される。光変調器２は、プローブ光源１から出力されるプローブ光ＥAと信号光ＥSとを合波して非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質において信号光ＥSの強度変化によりプローブ光ＥAを変調し、信号光ＥSの情報（データ）に基づいた波長λAの変調光ＥOを出力する。
【００１３】
このように、光信号処理装置は、波長λAのプローブ光ＥAを非線形光学媒質において波長λSの信号光ＥSの強度変化により変調する。これにより、波長λSの信号光ＥSの情報は、光・電気変換することなく、波長λAの光波に載せかえられて出力されるので、電力損失を抑制することができる。
【００１４】
次に、第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態では、信号光を波形整形して光変調器に入力する。
図２は、第２の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。図２に示すように、光信号処理装置は、図１に対し波形整形器３を有している。図２において、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
信号光ＥSは、光ネットワークでの伝送や分岐挿入、スイッチング等によって雑音が含まれ、また、波形歪が生じる。波形整形器３は、信号光ＥSに含まれる雑音や波形歪を抑制して光変調器２に出力する。これにより、光変調器２から出力される変調光ＥOに雑音や波形歪が含まれることを抑制する。
【００１６】
以下、波形整形器３の光回路例について説明し、その後、光変調器２の光回路例について説明する。図３は、波形整形器のその１を示した図である。図３に示すように、波形整形器３は、偏光制御器１１、非線形光学媒質１２、光フィルタ１３、および光カプラ１４を有している。
【００１７】
偏光制御器１１には、励起光ＥPが入力される。励起光ＥPの波長およびパワーは、波長λPおよびパワーＰPである。偏光制御器１１は、例えば、非線形光学媒質１２における非線形光学効果の効率が最適となるように、励起光ＥPの偏光状態を制御する。
【００１８】
非線形光学媒質１２には、信号光ＥSと励起光ＥPとが光カプラ１４によって合波され、入力される。信号光ＥSの波長およびパワーは、波長λSおよびパワーＰSinである。信号光ＥSは、非線形光学媒質１２において、励起光ＥPにより増幅される。非線形光学媒質１２から出力される信号光ＥSの波長は、非線形光学媒質１２に入力される信号光ＥSの波長と変わらず波長λSである。非線形光学媒質１２から出力される信号光ＥSのパワーは、パワーＰSoutである。
【００１９】
非線形光学媒質１２の出力には、信号光ＥSを抽出するための光フィルタ１３が設けられている。信号光ＥSを抽出するための光フィルタ１３は、光帯域フィルタ、信号光ＥS以外の波長成分（励起光等）を遮断する帯域遮断フィルタ、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光カプラ等を用いてもよい。
【００２０】
非線形光学媒質１２が３次または２次の非線形光学媒質である場合には、非線形光学媒質１２において励起光ＥPによる四光波混合（ＦＷＭ：Four-wave mixing）あるいは三光波混合（ＴＷＭ：Three-wave mixing）等の光パラメトリック効果が発生し、信号光ＥSは光パラメトリック増幅される。この光パラメトリック増幅の利得は、励起光ＥPのパワーＰPが信号光ＥSのパワーＰSinに比べて十分高いときには、信号光ＥSのパワーＰSinに関係なく一定である。
【００２１】
ところが、信号光ＥSのパワーＰSinが大きくなり、励起光ＥPのパワーＰPが信号光ＥSのパワーＰSinに比べて十分大きいとみなされない場合には、光パラメトリック効果を発生させるために消耗される励起光ＥPのパワーが大きくなる。そうすると、非線形光学媒質１２において励起光ＥPのパワーＰPが減衰する「Depletion」と呼ばれる現象が発生する。
【００２２】
図４は、Depletionを説明する図である。ここでは、図４の（ａ）に示すように、波長λSの信号光ＥSおよび波長λPの励起光ＥPが非線形光学媒質１２としての光ファイバに入力されるものとする。なお、励起光ＥPの波長λPは、信号光ＥSの波長λSより長くてもよいし、短くてもよい。
【００２３】
信号光ＥSと励起光ＥPとの間の相互作用において、信号光ＥSは、図４の（ｂ）に示すように、例えば、四光波混合により、信号光ＥSに対応するアイドラ光（波長：λC）が発生する。そして、この四光波混合において、信号光ＥSおよびアイドラ光のパワーが増幅される。このとき、励起光ＥPのエネルギーの一部が、信号光ＥSおよびアイドラ光にほぼ均等に与えられる。なお、信号光ＥSの周波数ωS、励起光ＥPの周波数ωP、およびアイドラ光の周波数ωCは、下記の式（１）を満たす。
【００２４】
ωP−ωC＝ωS−ωP≠０  …（１）
ここで、例えば、非線形光学媒質１２として光ファイバを用いる場合において、光ファイバの長さをＬ、損失をαとする。また、光ファイバにおいて、すべての光波の偏光状態は等しいものとし、励起光ＥPのパワーＰPは、信号光ＥSのパワーＰSinおよびアイドラ光のパワーと比べて十分に大きいものと仮定する。一例として、励起光ＥPの波長λPを光ファイバの零分散波長λ0に調整する場合には、光ファイバから出力される信号光ＥSは、近似的に次の式（２）に示す光パラメトリック利得ＧSを得る。
【００２５】
【数１】
2010125657.tif 000003
【００２６】
φ（Ｌ）は、非線形光位相シフトを表し、次の式（３）で与えられる。
【００２７】
【数２】
2010125657.tif 000004
【００２８】
ここで、ＰP（０）は、励起光ＥPのパワー（入力パワー）を表す。ＰＰ（０）の右式は、非線形相互作用長を表し、γは、三次非線形定数を表し、それぞれ次の式（４）、（５）で与えられる。
【００２９】
【数３】
2010125657.tif 000005
【００３０】
【数４】
2010125657.tif 000006
【００３１】
ここで、ｎ2およびＡeffは、各々光ファイバ内の非線形屈折率および有効コア断面積を表す。
上記の式（２）〜（５）に示すように、光パラメトリック利得ＧSは、非線形定数、励起光ＥPの入力パワー、相互作用長の積の大きさに対して非線形的に変化する。特に、λP＝λ0の条件下においては、光パラメトリック利得ＧSは、相互作用長の積の大きさの二乗に比例する。ここで、光パラメトリック効果の発生効率は、相互作用する光波の偏光状態に強く依存する。具体的には、光ファイバに入力される光波の偏光状態が互いに同じであるときに四光波混合の発生効率が最大となり、光波の偏光状態が互いに直交している場合には四光波混合はほとんど発生しない。従って、励起光ＥPの入力パワーが十分に大きいときは、信号光ＥSは、励起光ＥPと同じ偏光方向に選択的に光パラメトリック増幅される。
【００３２】
上述のモデルにおいて、光ファイバに入力する信号光ＥSの入力パワーを大きくし、励起光ＥPのパワーＰPを信号光ＥSのパワーＰSinに比べて十分に大きいとは言えない状態にすると、光パラメトリック利得ＧSは、次第に飽和してくる。特に、励起光ＥPのパワーＰPが光パラメトリック効果の発生のために費やされ、光ファイバ内で励起光ＥPのパワー自体が低下してくるDepletionと呼ばれる状態が発生すると、光パラメトリック利得ＧSは急速に飽和する。
【００３３】
非線形光学媒質１２において励起光ＥPのDepletionが発生すると、非線形光学媒質１２における利得は飽和する。この結果、非線形光学媒質１２から出力される信号光ＥSのパワーＰSoutは、信号光ＥSのパワーＰSinを増加しても、所定のレベルよりも大きくならず、非線形光学媒質１２は、光リミッタ・アンプとして動作する。光リミッタ・アンプにおいては、入力される信号光ＥSのパワーＰSinが揺らいでいても、出力のパワーＰSoutは一定となる。従って、信号光ＥSの強度雑音を抑圧（特に「１」レベルの雑音を抑制）することが可能な波形整形器３が実現できる。なお、強度雑音は、振幅雑音とも呼ばれる。
【００３４】
このように、図３の波形整形器３においては、励起光ＥPのDepletionが発生する程度に入力する信号光ＥSのパワーＰSinを大きくすることにより（具体的には（個々のケースによるが）、およそ励起光ＥPのパワーＰPの１００分の１〜５０分の１程度以上）、光リミッタ・アンプが実現できる。
【００３５】
なお、励起光ＥPの波長λPを光ファイバの零分散波長よりも長波長側に設定すると共に、非線形位相シフトを用いて位相整合をとるようにしてもよい。これによれば、上記の式（２）で示した場合に比べて、光パラメトリック増幅の効率の向上が図れる。
【００３６】
また、図３には示していないが、波形整形器３は、例えば、非線形光学媒質１２の入力側に設けられ、非線形光学媒質１２において所定の利得が得られるように励起光ＥPのパワーＰPを制御するパワー制御器と、非線形光学媒質１２の入力側に設けられ、非線形光学媒質１２において励起光ＥPによる利得が飽和するように信号光ＥSのパワーＰSinを制御するパワー制御器と、を備え、光リミッタ・アンプの動作が実現される。この光リミッタ・アンプの動作により、信号光ＥSの振幅揺らぎを抑圧できる。すなわち、波形整形器３によって信号光ＥSの波形整形および振幅雑音の抑圧を実現できる。
【００３７】
光パラメトリック増幅は、例えば、光ファイバ等の３次非線形光学媒質内の四光波混合等や、分極反転構造（擬似位相整合構造）のLiNbO3（Periodically-poled LN）導波路等の２次非線形媒質内の三光波混合等を用いて実現可能である。
【００３８】
図５は、波形整形器のその２を示した図である。図５に示す波形整形器３は、入力される信号光ＥSの偏光状態に対する依存性を緩和する。図５において、図３と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
図５に示すように、波形整形器３は、偏光制御器２１を有している。非線形光学媒質１２に入力される信号光ＥSは、光ネットワークの伝送等によって揺らぎを有する場合があり、偏光制御器２１は、非線形光学媒質１２に入力する信号光ＥSを所定の偏光状態に安定させる。高速の偏光制御器２１は、例えば、ファイバ・スクィーザ型の偏光制御器やLiNbO3（LN）光位相変調器等を用いて実現することができる。
【００４０】
偏光制御器１１は、例えば、所定の偏光状態に安定化された信号光ＥSに対し、非線形光学媒質１２における非線形光学効果の効率が最適となるように励起光ＥPの偏光状態を制御する。
【００４１】
図６は、波形整形器のその３を示した図である。図６に示すように、波形整形器３は、偏光制御器３１ａ，３１ｂ、光ファイバ３２ａ，３２ｂ、光フィルタ３３ａ，３３ｂ、および光カプラ３４ａ，３４ｂを有している。図６に示す波形整形器３は、偏光状態が互いに直交する励起光による光パラメトリック増幅により、入力される信号光ＥSの偏光状態に対する依存性を緩和する。
【００４２】
非線形光学媒質の光ファイバ３２ａには、波長λS、パワーＰSinの信号光ＥSおよび信号光ＥSと異なる波長λP1、パワーＰP1の励起光ＥP1が光カプラ３４ａによって合波され、入力される。励起光ＥP1は、偏光制御器３１ａによって、特定の偏光状態に制御され、光ファイバ３２ａへ入力される。ここでは、励起光ＥP1は、右回りの円偏光（Ｒ偏光）に制御されるものとする。
【００４３】
信号光ＥSは、光ファイバ３２ａにおいて、励起光ＥP1により非線形増幅される。光ファイバ３２ａから出力される信号光ＥSの波長は、光ファイバ３２ａに入力する信号光ＥSと変わらず波長λSである。
【００４４】
光ファイバ３２ａの出力には、信号光ＥSの波長λS成分を抽出する光フィルタ３３ａが設けられている。信号光ＥSを抽出するための光フィルタ３３ａは、信号光ＥS以外の波長成分（励起光ＥP1等）を遮断する帯域遮断フィルタ、ＷＤＭ光カプラ等でもよい。
【００４５】
光ファイバ３２ａにおいて励起光ＥP1により非線形増幅された信号光ＥSは、信号光ＥSと異なる波長λP2、パワーＰP2を有する励起光ＥP2と光カプラ３４ｂによって合波され、光ファイバ３２ｂに入力される。
【００４６】
励起光ＥP2は、偏光制御器３１ｂによって、励起光ＥP1と直交する偏光状態に制御され、光ファイバ３２ｂに入力される。ここでは、励起光ＥP2は、左回りの円偏光（Ｌ偏光）に制御される。
【００４７】
非線形光学媒質の光ファイバ３２ｂに入力される信号光ＥSは、光ファイバ３２ｂにおいて、励起光ＥP2により非線形増幅される。光ファイバ３２ｂから出力される信号光ＥSの波長は、光ファイバ３２ａへ入力する信号光ＥSと変わらず波長λSである。
【００４８】
光ファイバ３２ｂの出力には、信号光ＥSの波長λS成分を抽出する光フィルタ３３ｂが設けられている。信号光ＥSを抽出するための光フィルタ３３ｂは、信号光ＥS以外の波長成分（励起光ＥP2等）を遮断する帯域遮断フィルタ、ＷＤＭ光カプラ等でもよい。
【００４９】
このように、図６の波形整形器３では、Ｒ偏光およびＬ偏光の励起光ＥP1，ＥP2を使用して、光パラメトリック増幅することにより、入力される信号光ＥSの偏光状態に対する依存性を緩和して、利得飽和を得ることができる。
【００５０】
図７は、波形整形器のその４を示した図である。図７に示すように、波形整形器３は、偏光制御器４１ａ，４１ｂ、偏光ビームスプリッタ４２ａ，４２ｂ、光ファイバ４３ａ，４３ｂ、光フィルタ４４ａ，４４ｂ、および光カプラ４５ａ，４５ｂを有している。図７に示す波形整形器３では、信号光を２つの偏光状態に分離し、各々の偏光成分を、同じ偏光成分を持つ励起光とともに、１つの非線形光学媒質に別々の端から入力する。そして、双方向励起することにより、偏光依存性を低減した光パラメトリック増幅を実現する。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ４２ａは、図７に示すように、ポートａ〜ｄを有している。偏光ビームスプリッタ４２ａは、ポートａの入力光を互いに直交する直線偏光に分離し、ポートｂ，ｃに導く。また、ポートｂの入力光およびポートｃの入力光は、偏光合成されてポートｄに導かれる。非線形光学媒質の光ファイバ４３ａは、偏光ビームスプリッタ４２ａのポートｂ，ｃとの間に設けられる。
【００５２】
偏光制御器４１ａは、光ファイバ４３ａに入力すべき励起光ＥP1の偏光状態を制御する。偏光制御器４１ａは、励起光ＥP1が偏光ビームスプリッタ４２ａによって互いにほぼ等しい偏光成分（ｐ成分およびｓ成分）に分離されるように、その励起光ＥP1の偏光状態を制御する。
【００５３】
信号光ＥSおよび励起光ＥP1は、光カプラ４５ａによって合波され、偏光ビームスプリッタ４２ａのポートａに導かれる。偏光ビームスプリッタ４２ａは、ポートａの入力光のｐ偏光成分をポートｃに導き、ｓ偏光成分をポートｂに導く。すなわち、信号光ＥSのｐ偏光成分および励起光ＥP1のｐ偏光成分は、ポートｃから出力され、光ファイバ４３ａを介してポートｂへ伝搬される。一方、信号光ＥSのｓ偏光成分および励起光ＥP1のｓ偏光成分は、ポートｂから出力され、光ファイバ４３ａを介してポートｃへ伝搬される。このように、信号光ＥSおよび励起光ＥP1のｐ偏光成分およびｓ偏光成分は、光ファイバ４３ａを互いに反対方向に伝搬される。
【００５４】
ここで、１組の励起光ＥP1（励起光ＥP1のｐ偏光およびｓ偏光）は、光ファイバ４３ａ中を互いに直行した偏光状態で反対方向に透過する。このため、信号光ＥSのｐ偏光は、励起光ＥP1のｓ偏光の影響をほとんど受けず、また、信号光ＥSのｓ偏光は、励起光ＥP1のｐ偏光の影響をほとんど受けない。従って、信号光ＥSのｐ偏光は、実質的に励起光ＥP1のｐ偏光によって光パラメトリック増幅される。同様に、信号光ＥSのｓ偏光は、実質的に励起光ＥP1のｓ偏光によって光パラメトリック増幅される。また、励起光ＥP1，ＥP2のそれぞれは、光源として共通の励起光源を用いることが可能となる。
【００５５】
光フィルタ４４ａは、偏光ビームスプリッタ４２ａのポートｄから出力される信号光ＥSの波長λS成分を抽出する。信号光ＥSを抽出するための光フィルタ４４ａは、信号光ＥS以外の波長成分（励起光ＥP1等）を遮断する帯域遮断フィルタ、ＷＤＭ光カプラ等でもよい。
【００５６】
後段の偏光制御器４１ｂ、偏光ビームスプリッタ４２ｂ、光ファイバ４３ｂ、光フィルタ４４ｂ、および光カプラ４５ｂの光回路は、前段の偏光制御器４１ａ、偏光ビームスプリッタ４２ａ、光ファイバ４３ａ、光フィルタ４４ａ、および光カプラ４５ａの光回路と同様の動作をする。
【００５７】
ただし、後段の光回路で使用される励起光ＥP2の偏光は、前段の光回路で使用される励起光ＥP1の偏光に対して約４５度異なっている。例えば、後段の光回路の偏光ビームスプリッタ４２ｂでは、前段の光回路の偏光ビームスプリッタ４２ａで得られるｐ偏光に対し、＋４５度偏光および−４５度偏光が得られる。
【００５８】
光フィルタ４４ｂは、偏光ビームスプリッタ４２ｂのポートｄから出力される信号光ＥSの波長λS成分を抽出する。信号光ＥSを抽出するための光フィルタ４４ｂは、信号光ＥS以外の波長成分（励起光ＥP1等）を遮断する帯域遮断フィルタ、ＷＤＭ光カプラ等でもよい。
【００５９】
このように、信号光ＥSを２つの偏光状態に分離し、各々の偏光成分を、同じ偏光成分を持つ励起光ＥP1，ＥP2とともに、１つの光ファイバ４３ａ，４３ｂに別々の端から入力する。そして、双方向励起することにより、偏光依存性を低減した光パラメトリック増幅を実現する。これにより、前段の光回路では、偏光ビームスプリッタ４２ａの偏光主軸方向に対して、０度あるいは９０度の偏光方向に対して十分な利得飽和を得ることができる一方、＋４５度偏光および−４５度偏光が得られる後段の偏光ビームスプリッタ４２ｂによって、後段では相対的に低い利得飽和となる。また、前段の光回路では、偏光ビームスプリッタ４２ａの偏光主軸方向に対して、＋４５度あるいは−４５度の偏光方向に対する利得飽和が相対的に低くなるが、０度偏光および９０度偏光が得られる後段の偏光ビームスプリッタ４２ｂによって、十分な利得飽和を得ることができるようになる。
【００６０】
なお、さらに別の偏光状態の励起光を用意すれば、あらゆる信号光に対して、より十分な利得飽和を得ることが可能となる。また、図７の後段の光回路を省略してもよい。すなわち、波形整形器３は、前段の光回路のみを有するようにしてもよい。基本的に、各光回路は線形の光パラメトリック増幅に対しては偏光依存性のない構成であるが、利得飽和条件下における光パラメトリック増幅においては、ある程度の偏光依存性が発生する。しかしながら、その程度の偏光依存性が問題とならないような利用条件においては、前段の光回路のみを用い波形整形を行うことが可能である。
【００６１】
図８は、波形整形器のその５を示した図である。図８に示すように、波形整形器３は、偏光制御器５１ａ，５１ｂ、光ファイバ５２、偏光子５３、および光カプラ５４を有している。
【００６２】
光ファイバ５２の出力には、偏光子５３が配置されている。偏光子５３は、偏光主軸方向（図８の垂直軸方向）の直線偏光成分を透過する。
偏光制御器５１ａは、信号光ＥSの偏光状態を、偏光子５３の偏光主軸に直交するように制御し、偏光子５３によって出力が遮断されるように設定する。
【００６３】
偏光制御器５１ｂは、励起光ＥPの偏光状態を、信号光ＥSの偏光状態から所定の状態だけ変化させるように制御する。偏光制御器５１ｂは、例えば、励起光ＥPの偏光状態を、偏光子５３の偏光主軸に対し、４５度傾斜した直線偏光となるように制御する。
【００６４】
偏光制御器５１ａから出力される信号光ＥSおよび偏光制御器５１ｂから出力される励起光ＥPは、光カプラ５４によって合波され、光ファイバ５２に入力される。
上記したように、信号光ＥSの偏光状態は、偏光子５３によって出力が遮断されるように設定される。しかし、信号光ＥSの偏光状態は、励起光ＥPのパワーＰPを大きくするにつれて、非線形光学媒質の光ファイバ５２により変化する。これにより、一部の信号光ＥSは、偏光子５３を透過するようになる。
【００６５】
偏光子５３の透過光は、励起光ＥPのパワーＰPのさらなる増加とともに、光パラメトリック増幅効果により、飛躍的に増大する（例えば、励起光ＥPのパワーＰPの２乗に比例する）。その結果、偏光子５３の出力は、光スイッチ動作をする。四光波混合は、励起光ＥPと同じ偏光成分の信号光ＥSに対し、選択的に発生するので、励起光ＥPのパワーＰPがある程度大きくなると、光ファイバ５２から出力される信号光ＥSの偏光状態は、励起光ＥPの偏光状態に近づいていく。
【００６６】
図８の波形整形器３では、光ファイバ５２における信号光ＥSの光パラメトリック増幅の利得が飽和するように、信号光ＥSのパワーＰSinと励起光ＥPのパワーＰPとの少なくとも一方のパワーを調整する。例えば、偏光制御器５１ａ，５１ｂの入力側にパワー調整器を設け、パワー調整する。これにより、図８の波形整形器３では、信号光ＥSのパワーＰSinが大きくなるほど利得が低減する光リミッタ・アンプとして動作することができ、信号光ＥSの波形整形が可能となる。
【００６７】
図９は、波形整形器のその６を示した図である。図９に示すように、波形整形器３は、光アンプ６１、光ファイバ６２、およびＢＰＦ（Band Pass Filter）６３を有している。図９には、光ファイバ６２の入力される信号光ＥSのスペクトルの波形Ｗ１と光ファイバ６２から出力される信号光ＥSのスペクトルの波形Ｗ２が示してある。
【００６８】
信号光ＥSは、光アンプ６１で増幅され、非線形光学媒質の光ファイバ６２に出力される。光アンプ６１は、光ファイバ６２で周波数チャープを得るように信号光ＥSのパワーを制御する。信号光ＥSのスペクトルは、波形Ｗ１，Ｗ２に示すように、光ファイバ６２によって自己の光強度により発生する周波数チャープにより拡大する。
【００６９】
ＢＰＦ６３は、周波数チャープにより拡大したスペクトルのうち、所定の帯域の光を通過させる。すなわち、光ファイバ６２から出力される信号光ＥSは、ＢＰＦ６３によって、波長λSから離調した成分（波長λS'）が抽出される。これにより、強度雑音を抑制した信号光ＥSを得ることができる。
【００７０】
なお、図９の波形整形器３は、光ファイバ６２の入力側に光復調器を設け、位相変調光の信号光を強度変調光に復調して、光ファイバ６２に出力するようにしてもよい。
次に、光変調器２について説明する。図１０は、光変調器のその１を示した図である。図１０に示すように、光変調器２は、偏光制御器７１ａ，７１ｂ、光ファイバ７２、偏光子７３、および光カプラ７４を有している。
【００７１】
偏光制御器７１ａには、信号光ＥSの波長と異なる波長λAおよびパワーＰAのプローブ光ＥAが入力される。偏光制御器７１ｂには、波形整形器３によって波形整形された波長λSおよびパワーＰSの信号光ＥSが入力される。
【００７２】
非線形光学媒質の光ファイバ７２には、信号光ＥSとプローブ光ＥAとが光カプラ７４によって合波され、入力される。光ファイバ７２の出力には、偏光子７３が配置されている。偏光子７３は、偏光主軸方向（図１０の垂直軸方向）の直線偏光成分を透過する。
【００７３】
偏光制御器７１ａは、プローブ光ＥAの偏光状態を、偏光子７３の偏光主軸に直交するように制御し、偏光子７３によって出力が遮断されるように設定する。
偏光制御器７１ｂは、信号光ＥSの偏光状態を、プローブ光ＥAの偏光状態から所定の状態だけ変化させるように制御する。例えば、偏光制御部７１ｂは、信号光ＥSの偏光状態を、偏光子７３の偏光主軸に対し、４５度傾斜した直線偏光となるように制御する（プローブ光ＥAの偏光状態は、偏光子５３の偏光主軸に直交している）。
【００７４】
上記したように、プローブ光ＥAの偏光状態は、偏光子７３によって出力が遮断されるように設定される。しかし、プローブ光ＥAの偏光状態は、信号光ＥSのパワーＰSが大きくなるにつれて、非線形光学媒質の光ファイバ７２により変化する。これにより、一部のプローブ光ＥAは、偏光子７３を透過するようになる。
【００７５】
偏光子７３の透過光は、信号光ＥSのパワーＰSのさらなる増加とともに、光パラメトリック増幅効果により、飛躍的に増大する（例えば、信号光ＥSのパワーＰSの２乗に比例する）。その結果、偏光子７３の出力は、光スイッチ動作をする。四光波混合は、信号光ＥSと同じ偏光成分のプローブ光ＥAに対し、選択的に発生するので、信号光ＥSのパワーＰSがある程度大きくなると、光ファイバ７２から出力されるプローブ光ＥAの偏光状態は、信号光ＥSの偏光状態に近づいていく。
【００７６】
図１０の光変調器２では、プローブ光ＥAの波長変換なしに、光のオン−オフ変調を行う。また、偏光子７３によりオフレベルが十分低い値まで遮断され、かつ、光パラメトリック増幅により、オンレベルが利得を持って出力される。これにより、高い消光比と高い光Ｓ／Ｎ比を有する光強度変調が可能である。また、例えば、上記の４５度配置の場合には、偏光子を透過する際に、およそ３ｄＢの損失が発生するが、光パラメトリック増幅の利得により、正味の利得を持つ光強度変調が可能となる。
【００７７】
図１１は、光変調器のその２を示した図である。図１１に示すように、光変調器２は、偏光制御器８１、光ファイバ８２、光フィルタ８３、および光カプラ８４を有している。図１０の光変調器２では、波長λAのプローブ光ＥAを強度変調して、波長λAの変調光ＥOを出力した。図１１の光変調器２では、信号光を励起光とする四光波混合により発生するプローブ光のアイドラ光（波長λC）を、強度変調光として出力する。
【００７８】
偏光制御器８１は、信号光ＥSの偏光状態がプローブ光ＥAの偏光状態と一致するように信号光ＥSの偏光状態を制御する。信号光ＥSとプローブ光ＥAは、光カプラ８４によって合波され、光ファイバ８２に入力される。
【００７９】
光ファイバ８２では、図４で説明したように、プローブ光ＥAと信号光ＥSとの間の相互作用において、四光波混合により、プローブ光ＥAに対応する波長λCのアイドラ光が発生する。光フィルタ８３は、波長λCの信号光を抽出することにより、波長λCの変調光ＥOを得る。
【００８０】
波形整形された信号光ＥS、プローブ光ＥA、およびアイドラ光の各波長は、式（１）を満足する。アイドラ光の発生効率は、励起光である波形整形された信号光ＥSのパワーＰSの２乗に比例するので、高いパワーレベルの信号光ＥSを用意することにより、高い効率での光強度変調が可能となる。
【００８１】
このように、プローブ光ＥAの波長λAとは異なる波長λCに強度変調をした変調光ＥOを得ることができる。なお、光強度変調器としては、上記の他にマッハ・ツェンダ干渉計光ファイバスイッチ、非線形光ループミラー型スイッチ等を用いることも可能である。
【００８２】
図１２は、光変調器のその３を示した図である。図１２に示すように、光変調器２は、偏光制御器９１、パワー制御器９２、光ファイバ９３、光フィルタ９４、光カプラ９５を有している。図１２の光変調器２では、光ファイバ９３中の相互位相変調を用いて信号光を光位相変調する。
【００８３】
偏光制御器９１には、波長λS、パワーＰSの波形整形された信号光ＥSが入力される。偏光制御器９１は、波長λAおよびパワーＰAのプローブ光ＥAの偏光状態に一致するように、波形整形された信号光ＥSの偏光状態を制御する。パワー制御器９２は、偏光制御された信号光ＥSのパワー制御を行う。パワー制御された信号光ＥSは、光カプラ９５によってプローブ光ＥAと合波され、光ファイバ９３に入力される。
【００８４】
信号光ＥSのパワーＰSを用いて、プローブ光ＥAは、相互位相変調によって光位相変調が付加される。相互位相変調の強さは、信号光ＥSのピーク強度に比例する。そこで、パワー制御器９２は、信号光ＥSのピークパワーにおける相互位相変調による位相シフトがπとなるように、信号光ＥSのピークパワーを制御する。
【００８５】
すなわち、プローブ光ＥAは、信号光ＥSのパワーＰSがピークのとき、位相がπシフトされ、信号光ＥSのパワーＰSが０のとき、位相がシフトされない。これにより、図１２の光変調器２では、プローブ光ＥAに２値（０，π）の光位相変調を与えることができる。
【００８６】
このように、光信号処理装置は、波長λAのプローブ光ＥAを、波長λSの信号光ＥSの強度変化により変調する。これにより、波長λSの信号光ＥSの情報は、光・電気変換によることなく、波長λAまたは波長λCの光波に載せかえられて出力されるので、電力損失を抑制することができる。
【００８７】
また、波形整形器３によって信号光ＥSを波形整形して光変調するので、変調光ＥOに雑音や波形歪が含まれることを抑制することができる。
次に、第３の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第３の実施の形態では、信号光が位相変調された信号光であり、この信号光を別の波長の光波に載せかえる。
【００８８】
図１３は、第３の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。図１３に示す光信号処理装置は、図２の光信号処理装置に対し光復調器１０１を有している。図１３において、図２と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
波形整形器３には、位相変調された信号光ＥS（光位相変調信号光）が入力される。光復調器１０１は、波形整形器３によって波形整形された信号光ＥSを、強度変調光に変換する。光復調器１０１は、例えば、１ビット遅延干渉器である。光変調器２は、プローブ光源１から出力されるプローブ光ＥAを、強度変調光に変換された信号光ＥSの強度変化により変調し、信号光ＥSの情報に基づいた波長λAの変調光ＥOを出力する。
【００９０】
なお、図１３の光変調器２に、例えば、図１２で示した光変調器２を適用した場合、プローブ光ＥAは、位相変調光に変調されて出力される。
このように、光信号処理装置は、位相変調された信号光ＥSを、波長λAの変調光ＥOに変調することができる。
【００９１】
次に、第４の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第４の実施の形態では、プローブ光がＷＤＭ光の場合について説明する。
図１４は、第４の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。図１４に示すように、光信号処理装置は、光変調器２およびプローブ光源１１１を有している。図１４の光変調器２は、図１で示した光変調器２と同様であり、その説明を省略する。
【００９２】
プローブ光源１１１は、信号光ＥSの波長λSとは異なる波長λA1，λA2，…，λANのプローブ光ＥA（ＮチャネルのＷＤＭ光）を光変調器２に出力する。光変調器２は、プローブ光源１１１から出力される波長λA1，λA2，…，λANのプローブ光ＥAを、信号光ＥSの強度変化により変調し、信号光ＥSの情報に基づいた波長λA1，λA2，…，λANの変調光ＥOを出力する。すなわち、プローブ光源１１１から出力されるＷＤＭ光の各チャネルは、同じデータで変調される。
【００９３】
このように、プローブ光源１１１からＮチャネルのＷＤＭ光を出力することによって、光・電気変換によることなく、ＮチャネルのＷＤＭ光を信号光ＥSの同じデータによって光強度変調することができ、電力損失を抑制することができる。
【００９４】
なお、波形整形器３によって信号光ＥSを波形整形し、光変調器２に入力することもできる。
次に、第５の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第５の実施の形態では、ある光ネットワークから伝送されてきた信号光を、別の光ネットワークで伝送されているＷＤＭ光に挿入できるように変調し、ＷＤＭ光に挿入する。
【００９５】
図１５は、第５の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。図１５には、光信号処理装置１２１および合波器１２２が示してある。
合波器１２２が挿入されている第１の光ネットワークでは、ＮチャネルのＷＤＭ光が伝送されている。ＮチャネルのＷＤＭ光は、波長λS-iの信号光が空位（用いられていない）となっている。
【００９６】
光信号処理装置１２１は、例えば、図１または図２で示した光信号処理装置である。光信号処理装置１２１は、第２の光ネットワークから波長λSの信号光ＥSを受信し、波長λS-iの信号光（変調光）ＥOに変調する。すなわち、光信号処理装置１２１は、第２の光ネットワークから受信した信号光ＥSの波長λSを、第１の光ネットワークの、ＷＤＭ光の空位の波長λS-iに変調する。
【００９７】
合波器１２２は、光信号処理装置１２１から出力される波長λS-iの信号光ＥSを、ＷＤＭ光に合波する。これにより、合波器１２２からは、Ｎ＋１チャネルのＷＤＭ光が出力される。
【００９８】
このように、光信号処理装置１２１は、第２の光ネットワークで伝送されている波長λSの信号光ＥSを、第１の光ネットワークで伝送されているＷＤＭ光の空位の波長λS-iに変換する。これにより、光・電気変換することなく、第１の光ネットワークで伝送されている信号光を第２の光ネットワークのＷＤＭ光に挿入することができ、電力損失を抑制することができる。
【００９９】
なお、信号光ＥSは、波形整形器３によって波形整形して光変調器２に入力するようにしてもよい。
次に、第６の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第６の実施の形態では、光信号処理装置によってＷＤＭ光の各波長光を同じデータによって光強度変調し、その後分波器で分波する。
【０１００】
図１６は、第６の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。図１６には、光変調器２、プローブ光源１１１、および分波器１３１が示してある。図１６の光変調器２およびプローブ光源１１１は、図１４で示した光変調器２およびプローブ光源１１１と同様であり、その説明を省略する。
【０１０１】
図１６の光伝送システムでは、光変調器２で変調されたＷＤＭ光を、分波器１３１で分波する。分波器１３１は、波長λA1，λA2，…，λANの変調光ＥOに分波する。
このように、各波長チャネルを同じデータで変調したＷＤＭ光を分波することにより、光・電気変換することなく、別々の波長帯の光ネットワークと波長整合をとって、データを分配することが可能となり、電力損失を抑制することができる。
【０１０２】
次に、第７の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第７の実施の形態では、第６の実施の形態で分波された信号光を、複数の光ネットワークのＷＤＭ光に挿入する。
図１７は、第７の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。図１７には、Ｎ個の合波器１４１ａ〜１４１ｎが示してある。図１７の光変調器２、プローブ光源１１１、および分波器１３１は、図１６で示したものと同様であり、その説明を省略する。
【０１０３】
合波器１４１ａが挿入されている第１の光ネットワークでは、Ｍ1チャネルのＷＤＭ光が伝送されている。合波器１４１ｂが挿入されている第２の光ネットワークでは、Ｍ2チャネルのＷＤＭ光が伝送されている。以下同様に、合波器１４１ｎが挿入されている第Ｎの光ネットワークでは、ＭNチャネルのＷＤＭ光が伝送されている。
【０１０４】
分波器１３１からは、Ｎ個の波長λA1，λA2，…，λANの変調光ＥOが出力されている。波長λA1，λA2，…，λANのそれぞれは、第１の光ネットワーク、第２の光ネットワーク、…、第Ｎの光ネットワークで空位になっているとする。
【０１０５】
合波器１４１ａは、ＷＤＭ光−１に波長λA1を合波する。これにより、第１の光ネットワークで伝送されるＷＤＭ光は、Ｍ1＋１チャネルとなる。合波器１４１ｂは、ＷＤＭ光−２に波長λA2を合波する。これにより、第２の光ネットワークで伝送されるＷＤＭ光は、Ｍ2＋１チャネルとなる。以下同様に、合波器１４１ｎは、ＷＤＭ光−Ｎに波長λANを合波する。これにより、第Ｎの光ネットワークで伝送されるＷＤＭ光は、ＭN＋１チャネルとなる。
【０１０６】
このように、分波した信号光を合波器で複数の光ネットワークのＷＤＭ光に挿入することにより、光・電気変換することなく、ＷＤＭ光を伝送する複数の光ネットワークに信号光を挿入することができ、電力損失を抑制することができる。
【０１０７】
次に、第８の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第８の実施の形態では、光信号処理装置に信号光としてＷＤＭ光を入力する。
図１８は、第８の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。図１８には、光信号処理装置１５１が示してある。光信号処理装置１５１は、図１４で示した光信号処理装置である。図１８の光信号処理装置１５１では、図１４の光信号処理装置に対し、信号光としてＮチャネルのＷＤＭ信号光が入力され、ＭチャネルのＷＤＮ変調光が出力される。
【０１０８】
従来では、ＷＤＭ光からチャネル毎（すなわち、波長ごと）に分離した各光信号について、光・電気変換を行った上で、波形整形および光変調を行っていた。これに対し、光信号処理装置１５１においては、光・電気変換なしにＷＤＭ光の強度雑音が直接抑制され、その各々のチャネルを用いた光変調信号光が出力される。
【０１０９】
このように、光信号処理装置１５１では、ＷＤＭ光を光・電気変換することなしに、各光信号のデータによる光変調を実現することができ、電力損失を抑制することができる。
なお、ＷＤＭの信号光を波形整形器によって波形整形して、光変調器に入力するようにしてもよい。この場合、波形整形器の出力には、ＷＤＭの信号光の各波長の中心付近に透過帯域を有する光帯域フィルタを設けるようにしてもよい。この場合、例えば、インターリーバ・フィルタやファイバ・グレーティングを組み合わせたもの等が有効である。また、波形整形器の出力には、ＷＤＭの信号光の波長成分以外を遮断する帯域遮断光フィルタを用いる方法も有効である。
【０１１０】
次に、第９の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１９は、第９の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。図１９には、光信号処理装置１６１、送信機１６２、および受信機１６３が示してある。光信号処理装置１６１は、図１または図２に示した光信号処理装置である。光信号処理装置１６１と送信機１６２は、光伝送路１６４で接続され、光信号処理装置１６１と受信機１６３は、光伝送路１６５で接続されている。
【０１１１】
光信号処理装置１６１は、例えば、光中継装置内に設けられる。光信号処理装置１６１は、光伝送路１６４から受信した光信号によってプローブ光を光変調し、光伝送路１６５に出力する。光信号処理装置１６１は、光伝送路１６４から受信した光信号を波形整形して、プローブ光を光変調するようにしてもよい。
【０１１２】
これにより、光・電気変換なしに、送信機１６２−受信機１６３の間の光信号をやりとりすることが可能となる。また、光信号挿入の際の光Ｓ／Ｎ比劣化を抑圧することができ、光ネットワークノードの消費電力を抑制することができる。
【０１１３】
なお、光伝送路１６４，１６５は、光アンプを利用してパワー増幅しながら信号光を伝送するようにしてもよい。また、光伝送路１６４，１６５は、伝送路ファイバの波長分散を補償するように最適設計するようにしてもよい。
【０１１４】
次に、第１０の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図２０は、第１０の実施の形態に係る光伝送システムを示した図である。図２０には、光信号処理装置１７１および光ネットワーク１７２，１７３が示してある。光信号処理装置１７１は、図１または図２に示した光信号処理装置である。光信号処理装置１７１は、光ネットワーク１７２，１７３の間に接続されている。光信号処理装置１７１は、光ネットワーク１７２の信号光によって、光ネットワーク１７３の空位となっている波長のプローブ光を光変調し、光ネットワーク１７３に出力する。光信号処理装置１７１は、光ネットワーク１７２の信号光を波形整形してプローブ光を光変調するようにしてもよい。
【０１１５】
これにより、光・電気変換なしに、２つの光ネットワーク間の光信号をやりとりすることが可能となる。また、光信号挿入の際の光Ｓ／Ｎ比劣化を抑圧することができ、光ネットワークの消費電力を抑制することができる。
【０１１６】
次に、第１１の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図２１は、第１１の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。図２１に示すように、光信号処理装置は、モニタ回路１８１、比較回路１８２、パワー制御回路１８３、および偏光制御回路１８４を有している。プローブ光源１、光変調器２、および波形整形器３は、図２で示したものと同様であり、その説明を省略する。
【０１１７】
モニタ回路１８１は、波形整形器３から出力される信号光および光変調器２から出力される変調光の品質をモニタする。品質は、例えば、光Ｓ／Ｎ比や符号誤り率等である。なお、モニタ回路１８１は、例えば、信号光の波長を抽出するフィルタやフィルタにより抽出された信号光を受光する受光素子を有している。
【０１１８】
比較回路１８２は、モニタ回路１８１によってモニタされた波形整形された信号光および変調光の品質と所定の閾値とを比較する。所定の閾値は、例えば、信号光および変調光の目標とする光Ｓ／Ｎ比や符号誤り率等である。
【０１１９】
パワー制御回路１８３は、比較回路１８２の比較結果に基づいて、光変調器２の有するパワー制御器および波形整形器３の有するパワー制御器を制御する。パワー制御回路１８３は、光変調器２の光変調に関係する光波および波形整形器３の波形整形に関係する光波の光パワーを制御する。
【０１２０】
偏光制御回路１８４は、比較回路１８２の比較結果に基づいて、光変調器２の有する偏光制御器および波形整形器３の有する偏光制御器を制御する。偏光制御回路１８４は、光変調器２の光変調に関係する光波および波形整形器３の波形整形に関係する光波の偏光状態を制御する。
【０１２１】
このように、フィードバック制御を行うことにより、光変調器２から所望の変調光を得ることができる。
なお、上記で説明した実施の形態において、信号光と励起光の合波用に用いている合波器および出力段で信号光の抽出用に用いている光フィルタとして、ＷＤＭ光カプラを用いてもよい。
【０１２２】
非線形光学媒質として用いる光ファイバとしては、非線形光学効果を高めた非線形光ファイバを用いるのが有効である。光ファイバの長さは、所望の光パラメトリック増幅効率と光リミッタ効果や周波数チャープが得られるように決定される。また、光ファイバの零分散波長（λ0）を信号光に対して最適な離調位置に設定するようにしてもよい。
【０１２３】
光ファイバとしては、例えば、非線形光学効果を高めた高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：High Nonlinear optical Fiber）が有効である。また、光ファイバとして、コアにゲルマニウムやビスマス等をドープして非線形屈折率を高めた光ファイバや光導波路、モードフィールドを小さくすることで光パワー密度を高めた光ファイバや光導波路、カルコゲナイドガラスを用いた光ファイバや光導波路、フォトニック結晶ファイバ構造を用いた光ファイバや光導波路を採用するようにしてもよい。
【０１２４】
他の非線形光学媒質として、量子井戸構造の半導体光アンプ、量子ドット半導体光アンプ、シリコンフォトニクス型導波路等を用いることも可能である。さらに他の非線形光学媒質として、三光波混合などの２次の非線形光学効果を発生させるデバイスを利用することもできる。この場合、これらのデバイスは、例えば、擬似位相整合構造を有するLiNbO3導波路、GaAlAs素子、あるいは２次非線形光学結晶等を用いることもできる。２次の非線形媒質を用いる場合でも、位相整合がとれる波長配置をとるのが好ましい。
【０１２５】
光パラメトリック増幅の励起光は、ＣＷ光であってもよいし、光パルスであってもよい。励起光がＣＷ光である場合は、信号光により伝送される光信号に対するタイミング制御を行う必要がないので、光信号処理装置は簡易な構造で実現される。しかし、非線形光学効果の発生効率は、励起光のピークパワーに依存する。このため、十分な利得を確保するためには、十分に増幅された励起光を光ファイバに入力するようにしてもよい。また、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin scattering）が生じる場合には、入力した励起光は反射されてしまい、光パラメトリック増幅の発生が制限されてしまう。誘導ブリルアン散乱は、光ファイバの長手方向に温度分布を与える方法や、励起光のスペクトルを拡大する方法等を用いて抑圧することができる。励起光のスペクトルの拡大は、例えば、信号光により伝送される信号に比べて、周波数の低い位相変調や周波数変調を行うことにより実現される。
【０１２６】
励起光が光パルスである場合には、ピークパワーを容易に高めることができるので、高い利得が実現される。しかしながら、この場合では、光信号と励起光パルスのタイミングを合わせる必要があり、タイミング再生回路等が必要になる。
【０１２７】
これを回避するため、励起光として、光信号のビットレートに比べて十分に高い繰返し周波数の光パルス列を用いる方法が考えられる。この場合、励起光として、繰返し周波数が光信号のビットレートに比べて高速の光パルス列を用いる。なお、励起光は、例えば、所望の繰返し周波数で発振する半導体モード同期レーザまたはファイバモード同期レーザ等により生成される。あるいは、励起光は、LiNBO3強度変調器または電界吸収型（ＥＡ：Electronic absorption）変調器により生成してもよい。
【０１２８】
励起光が光パルス列である場合、光信号に対して与えられる利得の時間平均は、ほぼ一定になることが好ましい。この場合、励起光パルスは、一定の間隔で生成されてもよいし、そうでなくてもよい。すなわち、光信号のタイミングに同期していなくても、光パラメトリック効果を発生させることが可能である。
【０１２９】
波形整形器に光リミッタ・アンプとして動作する波形整形器を用いる場合は、光強度変調、光位相変調、または光周波数変調等で変調された信号光に適用することが可能であり、周波数チャープにより波形整形する波形整形器を用いる場合は、主に光強度変調された信号光に適用することが可能である。
【０１３０】
光位相変調信号光については、光リミッタ・アンプとして動作する波形整形器により、位相雑音自体を抑圧するわけではないが、強度揺らぎを減らすことにより、光Ｓ／Ｎ比が改善するとともに、強度揺らぎが起因となって発生する位相雑音が低減され効果的である。特に、光ファイバ伝送においては、光ファイバ内の非線形光学効果により、強度雑音が位相雑音に変換される（ＡＭ（Amplitude Modulation）／ＰＭ（Phase Modulation）変換）。そして、光位相変調信号光の伝送限界は、この位相雑音が依存する。よって、図１３の光信号処理装置を利用して強度雑音を抑圧すれば、ＡＭ／ＰＭ変換により発生する位相雑音も小さくなり、光位相変調信号光の品質が向上する。さらに、光Ｓ／Ｎ比も改善できるので、信号光を高い品質で伝送することが可能となる。
【０１３１】
ゼロレベルの揺らぎの抑圧については、図９で示した波形整形器３が有効である。その他にも、例えば、図１３の波形整形器３の前段あるいは後段に、過飽和吸収装置を配置することにより抑圧することができる。過飽和吸収装置としては、半導体過飽和吸収体、半導体アンプ、マッハ・ツェンダ干渉型光スイッチ、非線形光ループミラー型スイッチ等がある。
【０１３２】
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【符号の説明】
【０１３３】
１  プローブ光源
２  光変調器
ＥA  プローブ光
ＥS  信号光
ＥO  変調光
【図１】
2010125657.tif 000007
【図２】
2010125657.tif 000008
【図３】
2010125657.tif 000009
【図４】
2010125657.tif 000010
【図５】
2010125657.tif 000011
【図６】
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【図７】
2010125657.tif 000013
【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】
2010125657.tif 000020
【図１５】
2010125657.tif 000021
【図１６】
2010125657.tif 000022
【図１７】
2010125657.tif 000023
【図１８】
2010125657.tif 000024
【図１９】
2010125657.tif 000025
【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光の波長と異なる波長の光を出力する光源と、
前記光源から出力される前記光と前記信号光とを合波して非線形光学媒質に入力し、前記非線形光学媒質において前記信号光の強度変化により前記光を変調する光変調器と、
を有することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記信号光を波形整形して前記光変調器に出力する波形整形器をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光信号処理装置。
【請求項３】
前記光は、前記信号光の波長と異なる波長を有する波長多重光であることを特徴とする請求項１記載の光信号処理装置。
【請求項４】
前記光の波長は、光ネットワークで伝送されている波長多重光の空位の波長に設定され、
前記光変調器から出力される変調光を前記波長多重光に合波する合波器をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光信号処理装置。
【請求項５】
前記光変調器から出力される変調波長多重光を波長ごとに分波する分波器をさらに有することを特徴とする請求項３記載の光信号処理装置。
【請求項６】
前記波長多重光の波長は、複数の光ネットワークで伝送されている複数の伝送波長多重光の空位の波長に設定され、
前記分波器によって分波された各波長の前記変調波長多重光を前記複数の伝送波長多重光に合波する合波器をさらに有することを特徴とする請求項５記載の光信号処理装置。
【請求項７】
前記波形整形器は、
前記信号光と前記信号光と波長の異なる励起光とが入力される整形用非線形光学媒質と、
前記整形用非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記整形用非線形光学媒質において所定の利得が得られるように前記励起光のパワーを制御する第１のパワー制御器と、
前記整形用非線形光学媒質の入力側に設けられ、前記整形用非線形光学媒質において前記励起光による利得が飽和するように前記信号光のパワーを制御する第２のパワー制御器と、
を有することを特徴とする請求項２記載の光信号処理装置。
【請求項８】
前記信号光および前記励起光の偏光状態を所定の状態に制御する偏光制御器をさらに有することを特徴とする請求項７記載の光信号処理装置。
【請求項９】
前記整形用非線形光学媒質は、縦続接続された第１の光ファイバと第２の光ファイバとを有し、
前記第１の光ファイバに第１の励起光を出力する第１の偏光制御器と、
前記第２の光ファイバに第２の励起光を出力する第２の偏光制御器と、をさらに有し、
前記第１の偏光制御器と前記第２の偏光制御器は、前記第１の励起光と前記第２の励起光との偏光状態が互いに直交するように制御することを特徴とする請求項７記載の光信号処理装置。
【請求項１０】
前記波形整形器は、
第１のポートから入力される前記信号光および励起光を互いに直線偏光に分離して第２のポートおよび第３のポートに導き、前記第２のポートおよび前記第３のポートから入力される前記信号光および前記励起光を偏光合成して第４のポートから出力する光分離合成器と、
前記光分離合成器の第２のポートと第３のポートとの間に設けられる整形用非線形光学媒質と、
前記励起光の偏光状態を制御する偏光制御器と、を有する光回路を有することを特徴とする請求項２記載の光信号処理装置。
【国際調査報告】
2010125657.tif 000028
2010125657.tif 000029
2010125657.tif 000030
2010125657.tif 000031