(57)【要約】【課題】光送信器は、その動作状態や環境温度の変化によって内部温度が不均一に分布し、刻々と変化し得る。装置外の環境や運用状態によっては外部からの振動も装置内の部品間の接続光ファイバや光学部品に加わる。光送信器における２つの信号光アーム間の相対位相にゆらぎを持っていると、光ファイバを伝送した後の、偏波ダイバシティ構成において、２つの偏波が混在したＰＤＭ信号の位相感応光増幅動作に直接悪影響を与える。【解決手段】本発明の光送信器では、主信号光、その位相共役光、パイロット信号などの各信号において、直交する偏波間の位相差を安定化させる構成が提示される。位相調整機構によって、直交する２つの偏波の位相共役光を生成する二次非線形光学素子の各々において、２つの偏波間で主信号光またはパイロット信号の相対位相のドリフトを安定化させる。２つの二次非線形導波路を含むモジュール構成の二次非線形光学素子を備え、直交する２つの偏波間の相対位相を調整する位相調整機構が不要な光送信器も開示される。【選択図】図１
2018207362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主信号光を出力する信号光源と、
前記主信号光を変調する偏波多重変調器と、
偏波多重され変調された前記主信号光の一方の偏波成分に対する位相共役光を生成する第１の二次非線形光学素子と、
前記第１の二次非線形光学素子からの出力光を偏波回転する偏波回転子と、
偏波多重され変調された前記主信号光の他方の偏波成分に対する位相共役光を生成し、主信号光−位相共役光の対を含む偏波多重光群を出力する第２の二次非線形光学素子と、
基本波光を出力する局部発振光源と、
前記基本波光に基づいて、前記第１の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための第１の励起光および前記第２の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための第２の励起光を生成する１つ以上の二次非線形光学素子と、
前記基本波光の一部であって前記第１の二次非線形光学素子を透過するパイロット信号の位相と、前記第１の励起光位相とを同期させ、前記第２の二次非線形光学素子をさらに透過する前記パイロット信号の位相と、前記第２の励起光の位相とを同期させる位相調整機構と
を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記位相調整機構は、
前記第１の二次非線形光学素子の出力側の前記パイロット信号のレベルを検出して、前記第１の二次非線形光学素子の入力側の前記主信号光の位相を調整する第１のフィードバック回路と、
前記第２の二次非線形光学素子の出力側の前記パイロット信号のレベルを検出して、前記第２の二次非線形光学素子の入力側の前記主信号光および前記位相共役光の位相を調整する第２のフィードバック回路と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記第１の二次非線形光学素子、前記第２の二次非線形光学素子および前記１つ以上の二次非線形光学素子は、それぞれ直接接合リッジ導波路を含み、
前記直接接合リッジ導波路は、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂ(x)Ｔａ(1―x)Ｏ3（０≦ｘ≦１）、またはＫＴｉＯＰＯ4のいずれかの材料から構成されるか、または、当該材料のいずれかにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として加えた材料から構成されること
を特徴とする請求項１または２に記載の光送信器。
【請求項４】
主信号光を出力する信号光源と、
前記主信号光を変調する偏波多重変調器と、
偏波多重され変調された前記主信号光の位相共役光を生成し、偏波多重光群を出力する第１の二次非線形光学素子であって、
偏波多重され変調された前記主信号光の一方の偏波成分に対する位相共役光を生成する第１の二次非線形導波路と、
前記第１の二次非線形導波路からの前記主信号光および前記位相共役光を、波長依存性を持って偏波回転する偏光子と、
偏波多重され変調された前記主信号光の他方の偏波成分に対する位相共役光を生成し、主信号光−位相共役光の対を含む前記偏波多重光群を出力する第２の二次非線形導波路と
を含む第１の二次非線形光学素子と、
基本波光を出力する局部発振光源と、
前記基本波光に基づいて、前記第１の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための励起光を生成する第２の二次非線形光学素子と
を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項５】
前記第１の二次非線形光学素子は、直接接合リッジ導波路を用いた前記第１の二次非線形導波路および前記第２の二次非線形導波路並びに前記偏光子が、単一のモジュールにパッケージされた構成を持つことを特徴とする請求項４に記載の光送信器。
【請求項６】
前記直接接合リッジ導波路は、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂ(x)Ｔａ(1―x)Ｏ3（０≦ｘ≦１）、またはＫＴｉＯＰＯ4のいずれかの材料から構成されるか、または、当該材料のいずれかにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として加えた材料から構成されること
を特徴とする請求項５に記載の光送信器。
【請求項７】
異なる波長の光をそれぞれ出力する複数の前記信号光源と、対応する複数の偏波多重変調器と、偏波多重され変調された複数の前記主信号光を合波して、波長多重光を出力する波長合波器を備え、
異なる波長の前記主信号光の各々に位相共役光が生成されることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光送信器。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の光送信器と、
前記光送信器からの前記偏波多重光群の搬送波位相に同期した基本波光を出力する局部発振光源を備え、前記偏波多重光群を２つの偏波成分に分離し、非線形光学素子によって前記２つの偏波成分をそれぞれ光増幅し、光増幅された前記２つの偏波成分を再合波する偏波ダイバシティ構成を有する位相感応光増幅器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光通信システムや光計測システムで用いられる光送信器およびそれを用いた光伝送システムに関する。
【０００２】
従来の光伝送システムでは、光ファイバを伝搬して減衰した信号を再生するために、光信号を電気信号に変換し、ディジタル信号を識別後に光信号を再生する識別再生光中継器が用いられた。識別再生光中継器では、光−電気変換する電子部品の応答速度制限や、消費電力増大の問題があった。そこで、希土類元素を添加した光ファイバに励起光を入射して信号光を光のままで増幅するファイバレーザ増幅器や、半導体レーザ増幅器が登場した。これらレーザ増幅器は、劣化した信号光波形を整形する機能を有していなかった。逆に、不可避的かつランダムに発生する自然放出光が信号成分と全く無関係に混入され、増幅前後で信号光のＳ／Ｎが少なくとも３ｄＢ低下する。Ｓ／Ｎ低下は、ディジタル信号伝送時における伝送符号誤り率を上昇させ、伝送品質を低下させる。
【０００３】
レーザ増幅器の限界を打開する手段として、位相感応光増幅器（Phase Sensitive Amplifier：ＰＳＡ）が検討されている。ＰＳＡは、伝送ファイバの分散の影響による劣化した信号光波形や位相信号を整形する機能を有する。信号とは無関係の直交位相をもった自然放出光を抑圧でき、同相の自然放出光も最小限で済む。このために原理的に増幅前後で信号光のＳ／Ｎを劣化させず同一に保つことができる。
【０００４】
図３は、従来技術のＰＳＡの基本的な構成を示す図である。ＰＳＡ１００は、光パラメトリック増幅を用いた位相感応光増幅部１０１と励起光源１０２と励起光位相制御部１０３と、第１光分岐部１０４−１及び第２の光分岐部１０４−２とを備える。図３に示されるように、ＰＳＡ１００に入力された信号光１１０は、光分岐部１０４−１で２分岐されて、一方は位相感応光増幅部１０１に入射し、他方は励起光源１０２に入射する。励起光源１０２から出射した励起光１１１は、励起光位相制御部１０３を介して位相が調整され、位相感応光増幅部１０１に入射する。位相感応光増幅部１０１は、入力した信号光１１０及び励起光１１１に基づいて出力信号光１１２を出力する。
【０００５】
位相感応光増幅部１０１は、信号光１１０の位相および励起光１１１の位相が一致すると信号光１１０を増幅し、両者の位相が９０度ずれた直交位相関係になると信号光１１０を減衰する特性を有する。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光１１１―信号光１１０間の位相を一致させると、信号光１１０と直交位相の自然放出光が発生せず、また同相の成分に関しても信号光のもつ雑音以上に過剰な自然放出光を発生しない。このため、Ｓ／Ｎ比を劣化させずに信号光１１０を増幅できる。
【０００６】
信号光１１０および励起光１１１の位相同期を達成するために、励起光位相制御部１０３は、第１の光分岐部１０４−１で分岐された信号光１１０の位相と同期するように励起光１１１の位相を制御する。励起光位相制御部１０３は、第２の光分岐部１０４−２で分岐された出力信号光１１２の一部を狭帯域の検出器で検波し、出力信号光１１２の増幅利得が最大となるように励起光１１１の位相を制御する。
【０００７】
上述のパラメトリック増幅を行う非線形光学媒質には、周期分極反転ＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ）導波路に代表される二次非線形光学材料と、石英ガラスファイバに代表される三次非線形光学材料がある。
【０００８】
図４は、ＰＰＬＮ導波路を用いた従来技術のＰＳＡの構成を示す図である（非特許文献１参照）。図４に示したＰＳＡ２００は、エルビウム添加ファイバレーザ増幅器（ＥＤＦＡ）２０１と、第１の二次非線形光学素子２０２及び第２の二次非線形光学素子２０４と、第１の光分岐部２０３−１及び第２の光分岐部２０３−２と、位相変調器２０５と、光ファイバ伸長器２０６と、偏波保持ファイバ２０７と、光検出器２０８と、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路２０９と、を備える。第１の二次非線形光学素子２０２は、第１の空間光学系２１１と、第１のＰＰＬＮ導波路２１２と、第２の空間光学系２１３と、第１のダイクロイックミラー２１４と、を備える。第２の二次非線形光学素子２０４も、同様の構成を持ち詳細は説明を省略する。
【０００９】
図４のＰＳＡ２００に入射した信号光２５０は、光分岐部２０３−１によって分岐されて、一方は第２の二次非線形光学素子２０４に入射する。分岐光の他方は励起基本波光２５１として位相変調器２０５及び光ファイバ伸長器２０６を介して、位相制御されてＥＤＦＡ２０１に入射する。ＥＤＦＡ２０１は、入射した励起基本波光２５１を十分に増幅し、第１の二次非線形光学素子２０２に入射する。ＥＤＦＡ２０１により、微弱な励起基本波光２５１から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得ることができる。第１の二次非線形光学素子２０２では、入射した励起基本波光２５１から第２高調波（以下、ＳＨ光）２５２が発生する。発生したＳＨ光２５２は、偏波保持ファイバ２０７を介して第２の二次非線形光学素子２０４に入射する。第２の二次非線形光学素子２０４では、入射した信号光２５０およびＳＨ光２５２によって縮退パラメトリック増幅を行うことで、位相感応光増幅を行い、出力信号光２５３を出力する。
【００１０】
ＰＳＡにおいては、信号光と位相の合った光のみを増幅するために、上述のように信号光の位相と励起光の位相とが一致するか、または、πラジアンだけずれている必要がある。すなわち二次の非線形光学効果を用いる場合は、ＳＨ光に相当する波長である励起光の位相φ2ωsと、信号光の位相φωsとが以下の式（１）の関係を満たすことが必要となる。ここで、ｎは整数とする。
Δφ＝１／２（φ2ωs−φωs）＝ｎπ          式（１）
【００１１】
図５は、従来技術の二次非線形光学効果を利用したＰＳＡにおける、入力信号光‐励起光間の位相差Δφと利得との関係を示す図である。横軸の位相差Δφが−π、０、またはπのときに、縦軸の利得（ｄＢ）が最大となっていることがわかる。
【００１２】
信号光２５０と励起基本波光２５１との間の位相同期のために、まず位相変調器２０５で微弱なパイロット信号により位相変調を励起基本波光２５１に施し、出力信号光２５３の一部を分岐して検出器２０８で検波する。このパイロット信号成分は、図５に示した位相差Δφが最小となって、位相同期が取れている状態で最小となる。したがって、パイロット信号が最小、つまり増幅出力信号が最大となるようにＰＬＬ回路２０９を用いて、光ファイバ伸長器２０６にフィードバックを行う。励起基本波光２５１の位相を光ファイバ伸長器２０６によって制御して、信号光２５０と励起基本波光２５１との間の位相同期を達成できる。
【００１３】
光通信の高速・大容量化の要請の中で、ＰＳＡにおいても、以下述べるように対応する変調方式や多重化方式の点でその適用範囲が広がっている。図５に示したように、ＰＰＬＮ導波路を用いた従来のＰＳＡは、直交する位相成分を減衰させる特性を有しているため、通常の強度変調や二値の位相変調を用いる強度変調・直接検波（ＩＭＤＤ:Intensity Modulation-Direct Detection）、２値位相変調（ＢＰＳＫ：Binary Phase Shift Keying）、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ：Differential Phase Shift Keying）等の変調信号の増幅に適用できるものの、さらに多値の変調フォーマットであるＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や８ＰＳＫ等の変調信号を増幅できない。
【００１４】
非特許文献２及び非特許文献３は、ＱＰＳＫ等の変調信号を位相感応光増幅し、位相再生増幅が可能な構成を開示している。非特許文献２は三次の非線形光学材料である石英ガラスファイバを用いた方法を、非特許文献３は二次の非線形光学材料であるＰＰＬＮを用いた方法を開示している。
【００１５】
多値の変調フォーマットでは、信号光からキャリア抽出するためには、変調信号の多値度が上がるほどより多くの非線形過程を用いる必要がある。その場合、信号光からキャリア抽出によって生成した基本波光のＳ／Ｎを保つことが難しい。また、非線形過程を複数回用いたキャリア抽出方法の構成では、複数の信号を波長多重したＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）信号を一括して増幅することができなかった。
【００１６】
非特許文献４は、信号光として主信号光およびその位相共役光からなる対を用い、非縮退パラメトリック増幅により、高次多値変調フォーマットの直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）変調信号やマルチキャリア信号に対する位相感応光増幅器を開示している。
【００１７】
図６は、信号光として主信号光およびその位相共役光からなる対を用いた、従来技術の非縮退パラメトリック増幅によるＰＳＡの構成を示した図である。図６に示したＰＳＡ３００は、光送信器３０１および位相感応光増幅器３０２からなる。光送信器３０１では、複数の信号光源３０３からの出力光に対し外部変調器３０４を用いてデータ変調した後に、合波器３０５によって波長多重を行う。信号光源３０３とは別の局部発振光源３０７から出力される基本波光から、二次非線形光学素子３１１により第二高調波（ＳＨ: Second Harmonic）光を発生させて励起光３１２とする。その後、二次非線形光学素子３０６によって、励起光３１２と波長多重された主信号光３１３との差周波光を発生させ、この差周波光を主信号光に対する位相共役光とする。位相共役光は、アイドラ光とも呼ばれる。
【００１８】
光送信器３０１からは、多重化された主信号光３１３およびその位相共役光からなる複数対を含む信号光群３１６と、局部発振器３０７からの基本波光の一部３１４とを別々に位相感応光増幅器３０２へ出力する。位相感応光増幅器３０２では、二次非線形光学素子３２３によって基本波光３１４からＳＨ光である励起光３２９を生成する。さらに二次非線形光学素子３２４において励起光３２９と信号光群３１６との間のパラメトリック増幅過程を用いて位相感応光増幅を行う。
【００１９】
図７は、図６の従来技術の非縮退パラメトリック増幅によるＰＳＡにおいて、各部の光の波長軸上での関係を模式的に説明する図である。いずれの図も横軸は波長を縦軸は光強度を示している。図７の（ａ）に示すように、光送信器３０１からは、主信号光３１３とその位相共役光３１５との複数の対からなる信号光群３１５と、基本波光３１４が出力される。基本励起光３１４を中心として対称な位置関係にある主信号光と位相共光が１つの対となる。尚、対となる信号光と位相共役光は、厳密には周波数軸上において対称な位置関係にあることに留意されたい。図７の（ｂ）は、位相感応光増幅器３０２の二次非線形光学素子３２３により基本波光３１４からＳＨ光である励起光３２９を生成する過程（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）を示している。図７の（ｃ）は、二次非線形光学素子３２４において励起光３２９と信号光群３１６との間のパラメトリック増幅過程（ＯＰＡ: Optical Parametric Amplification）で得られる増幅された信号光群３３０を示している。図６では光送信器３０１から分岐した基本波光３１４を用いた構成例を示したが、長距離ファイバ伝送後の中継増幅器として用いるためには、信号光から搬送波位相を抽出し、搬送波位相に同期した局部発振光を生成する必要がある。その場合は、非特許文献６に示されているように基本波光をパイロット光として同送する方法がある。また、非特許文献７に示されているような光位相同期（光ＰＬＬ)を用いて、信号光の搬送波位相と同期した局部発振光源からの出力光を基本波として用いても良い。
【００２０】
近年のデジタルコヒーレント光通信システムにおいては、偏波多重分離（ＰＤＭ: Polarization Division Multiplexing）技術による偏波多重信号が用いられる。ＰＰＬＮ導波路等の非線形光学媒質は一般に偏波依存性を持つため、従来技術のＰＳＡでは偏波多重信号の増幅を行うことができなかった。これに対し、非特許文献５および非特許文献６は、２つの非線形光学媒質を用いた偏波ダイバシティ構成によって偏波多重信号に対して位相感応光増幅する構成を開示している。
【００２１】
図８は、従来技術の偏波多重信号光を伝送する光伝送システムの概要を示す図である。光伝送システム３５０は、光送信器３５１と、光ファイバ伝送路３６１と、偏波ダイバシティ構成を持つ光増幅装置３５２からなる。非特許文献５および非特許文献６に開示されている偏波ダイバシティ構成は、図８の光伝送システムの光増幅装置３５２と同構成である。偏波ダイバシティ構成３５２では、光ファイバ３６１を伝送された偏波多重信号は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３６２で分離される。分離した２つの偏波成分に対してそれぞれ非線形光学素子からなる位相感応光増幅器３６３、３６４で光増幅を行った後、ＰＢＳ３６５で再度合波する。後述するように、偏波多重信号光を伝送する光伝送システムの送信信号であるＰＤＭ信号は、直交する偏波間で別々の異なるデータに基づき独立に変調される。ＰＤＭ信号は、それぞれのデータに対応した光変調信号をＰＢＳで合波することで生成できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、従来技術の偏波多重信号光を伝送する光伝送システムでは、以下に述べるような光送信器における偏波状態の不安定性に起因する問題があった。主信号光およびその位相共役光からなる対を用い、非縮退のパラメトリック増幅によるＰＳＡを利用するためは、すべての対に対して直交する偏波成分のそれぞれにおいて位相同期条件が満たされる必要がある。図８のような従来技術の光伝送システムの光送信器３５１における偏波多重信号の生成方法では、偏波ダイバシティ構成の位相感応光増幅器３５２で増幅動作が不安定になる問題があった。
【００２３】
再び図８を参照して光送信器の構成を概観すると、光送信器３１は、２つの主信号光−位相共役光の対を生成する２つの信号アーム（ルート）から構成される。信号光源３５３からの搬送波光は光カプラ３５４等で分岐され、２つの光変調器３５５、３５６において異なるデータ信号により搬送波光を変調し、２つの主信号光を生成される。その後、２つの差周波発生器３５７、３５８においてそれぞれの位相共役光を生成する。一方の差周波発生器３５８からの主信号光−位相共役光の対の偏波を偏波回転子３５９で９０°回転し、直交した主信号光−位相共役光の対３６６が得られる。直交した偏波の２つの対が、ＰＢＳ３６０によって合波され、ＰＤＭ信号３６７が出力される。光送信器３５１からのＰＤＭ信号３６７は、伝送路である光ファイバ３６１中で偏波が回転する。偏波回転を受けたＰＤＭ信号３６８が偏波ダイバシティ構成３５２に入力されると、初段のＰＢＳ３６２の２つの偏波軸に対して射影された光電界成分に分岐される。つまり、元の２つの直交する偏波成分がそれぞれ混ざった状態で非線形光学素子３６３、３６４に入射される。
【００２４】
図９は、従来技術のＰＤＭ光の光伝送システムにおける偏波の状態を概念的に説明する図である。図９の（ａ）は、光送信器３５１の出力のＡ点におけるＰＤＭ信号３６７の直交する２つの偏波を示している。横軸をｓ偏光（偏光）状態とすれば縦軸はｐ偏光（偏光）状態を示す。図９の（ｂ）は、光ファイバ３６１を伝送後のＢ点でのＰＤＭ信号３６８の偏波状態を示し、光送信器３５１の出力点ＡのＰＤＭ信号３６７に対して、光ファイバの全体で累積的に生じる偏波回転が加えられている。図９の（ｃ）は、初段のＰＢＳ３６２によって偏波分離された後のＣ１点およびＣ２点での各偏波軸の電界成分を示している。Ｂ点でのＰＤＭ信号の各偏波成分が、ＰＢＳ３６２の２つの軸へ射影した成分が混ざった状態で分離される。
【００２５】
独立した位相感応光増幅を行う位相感応光増幅器３６３、３６４では、図４に示したような位相同期の構成により出力の一部をモニタし、その出力が最大になるように励起光と信号光の相対位相を調整するようにフィードバックを掛ける。偏波ダイバシティ構成３５２では、図９の（ｃ）のように２つの直交する偏波成分がそれぞれ混ざった状態で入射される。２つの直交する偏波成分に対して、各位相感応光増幅器で、同時に位相感応光増幅条件が安定して満たされていないと、光増幅後のＰＤＭ信号を安定化できない。
【００２６】
図９の（ｃ）のように２つの偏波の成分が混ざっている状態自体は、偏波ダイバシティ構成３５２においては問題ない。しかしながら、Ｂ点で受信されるＰＤＭ信号の偏波状態が揺らぐと、位相感応光増器の出力も不安定化してしまう。ここで、光伝送路上で生じる偏波状態のゆらぎは対象としない。問題となるのは、光送信器３５１内でＰＤＭ信号を生成する際の、２つの直交する偏波成分の偏波位相の揺らぎである。
【００２７】
光送信器３５１は、通常、光源、光半導体素子、光学部品、およびこれらを相互に接続する偏波保持ファイバなどから構成される。さらに、これらの要素部品を制御するための制御回路、装置内外のインタフェース回路、電源などを含んだモジュール構成が採られる。このような装置内では、装置の動作状態や環境温度の変化によって、内部温度が不均一に分布し、その分布も刻々と変化し得る。また装置外の環境や運用状態によっては、外部からの振動が装置内の部品間の接続光ファイバや光学部品に加わることもある。図８で説明したように光送信器内では、別々の差周波発生器（二次非線形光学素子）３５７、３７８によって２つの信号アームで信号光群が生成され、ＰＢＳにより偏波多重されるが、この２つの信号アームでは、それぞれ独立して温度変化や振動などによって影響を受け得る。したがって、２つの信号アームによって信号光、位相共役光およびパイロット光の位相も異なる態様で変動し得る。さらに、２つの差周波発生器へ供給される励起光の位相も、異なる態様で変動し得る。偏波多重光を生成する２つのアーム間で位相条件が別個に変動することで、２つの偏波間の相対位相も、周期的にまたは不定期に、刻々と変動し揺らぎが生じる。このように、ＰＤＭ信号が、光送信器における２つの信号光アーム間の相対位相のゆらぎを持っていると、光ファイバ３６１を伝送した後の、偏波ダイバシティ構成において位相感応光増幅動作に直接影響を与えることになる。
【００２８】
図９の（ｃ）を参照すれば、偏波ダイバシティ構成では、２つの偏波成分が混在した形態でＰＢＳにより分離され、混在した２つの偏波成分がそれぞれの位相感応光増幅器に入力される。したがって、ＰＤＭ信号が形成される光送信器において２つの偏波間で信号光群の相対位相が異なっていれば、１つの位相感応光増幅器内で図５および式（１）で示した位相感応光増幅のための位相条件を満たすことはできない。偏波多重された後では光ファイバによって受ける位相変化は、２つの偏波間で同一変化を受けることから相対位相の変化は小さい。一方、光送信器において発生する２つの偏波間の相対位相の変動・ゆらぎは、より直接的であって、光送信器３５１と偏波ダイバシティ構成３５２との間でリアルタイムに影響する。このように光送信器から出力されるＰＤＭ信号の質の揺らぎ自体が、偏波ダイバシティ構成３５２の位相感応光増器３６３，３６４からの出力を不安定化してしまう問題があった。図８に示したようなＰＤＭ信号の光送信器３５１で、偏波多重された主信号―位相共役光の対を、従来技術の構成で安定して生成することはできなかった。
【００２９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものでその目的とするところは、直交する偏波間の位相の変動を抑えたＰＤＭ信号を生成する光送信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、主信号光を出力する信号光源と、前記主信号光を変調する偏波多重変調器と、偏波多重され変調された前記主信号光の一方の偏波成分に対する位相共役光を生成する第１の二次非線形光学素子と、前記第１の二次非線形光学素子からの出力光を偏波回転する偏波回転子と、偏波多重され変調された前記主信号光の他方の偏波成分に対する位相共役光を生成し、主信号光−位相共役光の対を含む偏波多重光群を出力する第２の二次非線形光学素子と、基本波光を出力する局部発振光源と、前記基本波光に基づいて、前記第１の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための第１の励起光および前記第２の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための第２の励起光を生成する１つ以上の二次非線形光学素子と、前記基本波光の一部であって前記第１の二次非線形光学素子を透過するパイロット信号の位相と、前記第１の励起光位相とを同期させ、前記第２の二次非線形光学素子をさらに透過する前記パイロット信号の位相と、前記第２の励起光の位相とを同期させる位相調整機構とを備えたことを特徴とする光送信器である。
【００３１】
上述の１つ以上の二次非線形光学素子は、第１の励起光を生成する第３の二次非線形光学素子と、第２の励起光を生成する第４の二次非線形光学素子とから構成することができる（実施形態１に対応）。また、上述の１つ以上の二次非線形光学素子は、単一の二次非線形光学素子からの励起光を分岐し、前記第１の励起光、前記第２の励起光として、第１、第２の二次非線形光学素子へそれぞれ供給しても良い（実施形態１の変形例に対応）。
【００３２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光送信器であって、前記位相調整機構は、前記第１の二次非線形光学素子の出力側の前記パイロット信号のレベルを検出して、前記第１の二次非線形光学素子の入力側の前記主信号光の位相を調整する第１のフィードバック回路と、前記第２の二次非線形光学素子の出力側の前記パイロット信号のレベルを検出して、前記第２の二次非線形光学素子の入力側の前記主信号光および前記位相共役光の位相を調整する第２のフィードバック回路とを含むことを特徴とする。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の光送信器であって、前記第１の二次非線形光学素子、前記第２の二次非線形光学素子および前記１つ以上の二次非線形光学素子は、それぞれ直接接合リッジ導波路を含み、前記直接接合リッジ導波路は、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂ(x)Ｔａ(1―x)Ｏ3（０≦ｘ≦１）、またはＫＴｉＯＰＯ4のいずれかの材料から構成されるか、または、当該材料のいずれかにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として加えた材料から構成されることを特徴とする。
【００３４】
請求項４に記載の発明は、主信号光を出力する信号光源と、前記主信号光を変調する偏波多重変調器と、偏波多重され変調された前記主信号光の位相共役光を生成し、偏波多重光群を出力する第１の二次非線形光学素子であって、偏波多重され変調された前記主信号光の一方の偏波成分に対する位相共役光を生成する第１の二次非線形導波路と、前記第１の二次非線形導波路からの前記主信号光および前記位相共役光を、波長依存性を持って偏波回転する偏光子と、偏波多重され変調された前記主信号光の他方の偏波成分に対する位相共役光を生成し、主信号光−位相共役光の対を含む前記偏波多重光群を出力する第２の二次非線形導波路とを含む第１の二次非線形光学素子と、基本波光を出力する局部発振光源と、前記基本波光に基づいて、前記第１の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための励起光を生成する第２の二次非線形光学素子とを備えたことを特徴とする光送信器である（実施形態２に対応）。
【００３５】
請求項５に記載の発明は、請求項４の光送信器であって、前記第１の二次非線形光学素子は、直接接合リッジ導波路を用いた前記第１の二次非線形導波路および前記第２の二次非線形導波路並びに前記偏光子が、単一のモジュールにパッケージされた構成を持つことを特徴とする。
【００３６】
請求項６に記載の発明は、請求項５の光送信器であって、前記直接接合リッジ導波路は、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂ(x)Ｔａ(1―x)Ｏ3（０≦ｘ≦１）、またはＫＴｉＯＰＯ4のいずれかの材料から構成されるか、または、当該材料のいずれかにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として加えた材料から構成されることを特徴とする。
【００３７】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６いずれかの光送信器であって、異なる波長の光をそれぞれ出力する複数の前記信号光源と、対応する複数の偏波多重変調器と、偏波多重され変調された複数の前記主信号光を合波して、波長多重光を出力する波長合波器を備え、異なる波長の前記主信号光の各々に位相共役光が生成されることを特徴とする。
【００３８】
請求項８に記載の発明は、上述のいずれかの光送信器と、前記光送信器からの前記偏波多重光群の搬送波位相に同期した基本波光を出力する局部発振光源を備え、前記偏波多重光群を２つの偏波成分に分離し、非線形光学素子によって前記２つの偏波成分をそれぞれ光増幅し、光増幅された前記２つの偏波成分を再合波する偏波ダイバシティ構成を有する位相感応光増幅器とを備えたことを特徴とする光伝送システムである。          
【発明の効果】
【００３９】
本発明により直交する偏波間の相対位相の変動ゆらぎを抑えた光送信器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の実施形態１の光送信器の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態２の光送信器の構成を示す図である。
【図３】図３は、従来技術のＰＳＡの基本的な構成を示す図である。
【図４】図４は、ＰＰＬＮ導波路を用いた従来技術のＰＳＡの構成を示す図である。
【図５】図５は、ＰＳＡの入力信号光励起光間位相差−利得の関係を示す図である。
【図６】図６は、信号光対を用いた従来技術の非縮退型ＰＳＡ構成を示す図である。
【図７】図７は、非縮退型ＰＳＡの各部の光の波長軸上での関係を示す図である。
【図８】図８は、従来技術の偏波多重信号の光伝送システムを示す図である。
【図９】図９は、ＰＤＭ光伝送システムの各部の偏波状態を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施形態１の変形例の光送信器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の光送信器では、主信号光、その位相共役光、励起光、パイロット信号などの各信号において、直交する偏波間の位相差のドリフト変動を安定化させる構成が提示される。偏波多重光群は、偏波多重変調器と、２つの直交する偏波に対して、主信号光の位相共役光を別個に生成する従属接続された２つの二次非線形光学素子とによって生成される。位相調整機構によって、直交する２つの偏波の位相共役光を生成する二次非線形光学素子の各々において、直交する２つの偏波間で主信号光またはパイロット信号の相対位相のドリフトを安定化させる。２つの二次非線形導波路を含むモジュール構成の二次非線形光学素子を備え、２つの偏波間の相対位相を調整する位相調整機構が不要な光送信器も開示される。本発明の光送信器は、中継型の偏波ダイバシティ構成を持つ位相感応光増幅器と組み合わせた光伝送システムも提供する。以下、複数の実施形態とともに、本発明の光送信器の詳細な構成および動作を説明する。
【００４２】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る光送信器の構成を示す図である。本実施形態の光送信器４００は、信号光およびその位相共役光の対からなる偏波多重された信号光群を生成するための光送信器の構成を示す。ここで、１つの主信号光およびその位相共役光を対（ペア）と呼ぶ。第１の偏波に対して、１つのデータ信号による変調によって、変調された主信号光および位相共役光からなる第１の対が得られる。さらに、第１の偏波に直交する第２の偏波に対して、別のデータ信号による変調によって、変調された主信号光および位相共役光からなる第２の対が得られる。後述するように本発明の光送信器では、最初に偏波多重光を生成し、その後、位相共役光が生成される。より具体的には、１つの信号光搬送波に対して、まず２つのデータ信号によって偏波多重された主信号光が得られる。異なる波長の信号光源からの複数の偏波多重された主信号光は、光合波器によって波長多重され、偏波多重され波長多重された主信号光４４５が得られる。光合波器からの主信号光に対して、２つの二次非線形光学素子４０４、４０６において、偏波成分毎に位相共役光が生成される。偏波多重され波長多重された主信号光および対応する位相共役光の複数の対から偏波多重信号光群が得られる。主信号光の波長および位相共役光の波長の中心に位置する波長を持つパイロット光を重畳し、偏波多重信号光群と同時に送信する。
【００４３】
光送信器４００は、異なる波長の信号光を出力する複数の信号光源４０１と、複数の偏波多重変調器４０２と、波長合波器４０３と、差周波発生（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）用の第１の二次非線形光学素子４０４と、偏波回転子４０５と、ＤＦＧ用の第２の二次非線形光学素子４０６と、を備える。光送信器４００は、さらに、基本波を出力する局部発振光源４０７と、基本波光を分岐する光カプラ４０８と、基本波の偏波を回転させる偏光子４０９と、ＥＤＦＡ４０９、４１２と、バンドパスフィルタ（Band Pass Filter：ＢＰＦ）４０９、４１３と、ＳＨ光発生（Second Harmonic Generation：ＳＨＧ）用の二次非線形光学素子４１１、４１４と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）圧電素子を用いた光ファイバ伸縮器４１８、４２２と、光カプラ４１６、４１７と、光検出器４１９、４２３と、ＰＬＬ回路４２０、４２４とを備えている。これらのうち、光ファイバ伸縮器４２１、光カプラ４１６、光検出器４１９、およびＰＬＬ回路４２０を含むループは、第１の位相調整機構を構成している。同様に、光ファイバ伸縮器４２５、光カプラ４１７、光検出器４２３、およびＰＬＬ回路４２４を含むループは、第２の位相調整機構を構成している。
【００４４】
送信器４００において、局部発振光源４０７から出力された連続波光（ＣＷ光）は、光カプラ４０８により３つの光に分波され、それぞれパイロット光４４２、第１の基本波光４４０および第２の基本波光４４１として用いる。ＥＤＦＡ４０９、４１２は、それぞれの第１の基本波光４４０および第２の基本波光４４１を増幅する。ＢＰＦ４１０、４１３は、ＥＤＦＡ４０９、４１２によって発生したノイズ光を排除し、増幅された基本波光のみを透過させる。
【００４５】
ＳＨＧ用の二次非線形光学素子４１１、４１４は、それぞれ、ＰＰＬＮ導波路と、出力側のダイクロイックミラーとを含む。ＢＰＦ４１０を透過した基本波光が二次非線形光学素子４１１に入射すると、ＰＰＬＮ導波路により基本波光の半分の波長（２倍の周波数）のＳＨ光が発生する。ダイクロイックミラーにより、基本波光とＳＨ光とが分離される。同様に、ＢＰＦ４１３を透過した基本波光が二次非線形光学素子４１４に入射すると、ＰＰＬＮ導波路により基本波光の半分の波長を持つＳＨ光が発生し、ダイクロイックミラーにより基本波光とＳＨ光とが分離される。出力されたＳＨ光を、第１の励起光４４３、第２の励起光４４４として、ＤＦＧ用の二次非線形光学素子４０４、４０６にそれぞれに入射する。
【００４６】
複数の信号光源４０１は、それぞれの波長が異なり、局部発振光源４０７の基本波光とも波長が異なる連続波光（ＣＷ光）を出力する。偏波多重変調器４０２は、信号光源からのそれぞれの出力光に対して独立した送信データ４５１、４５２に応じた偏波多重１６ＱＡＭ変調を施す。偏波多重変調器４０２の各々からの偏波多重された変調光は、波長合波器４０３により波長多重される。偏波多重および波長多重された主信号光は、光カプラ４１５によりパイロット光４４２を合波された後、ＤＦＧ用の第１の二次非線形光学素子４０４に入力される。ここでパイロット光４４２の偏光方向は、偏波多重信号の２つの直交する偏波成分の間の偏波状態にした後で、光カプラ４１５により合波されている。本実施形態では、２つの直交する偏波成分を０°、９０°とした場合に、偏光子４０９を用いて４５°の偏光となるようにパイロット光４４２の偏光が調整されている。
【００４７】
ＤＦＧ用の第１の二次非線形光学素子４０４は、入力側のダイクロイックミラーと、ＰＰＬＮ導波路と、出力側のダイクロイックミラーとを含む。光カプラ４１５から出力された多重化された主信号光およびパイロット光と、二次非線形光学素子４１１から出力された励起光４４３とは、ダイクロイックミラーにより合波され、ＰＰＬＮ導波路に入射する。第１の二次非線形光学素子４０４において、主信号光のうち一方の偏波成分について主信号光と励起光４４３との差周波光が発生する。この差周波光が、主信号光に対する位相共役光となる。偏波多重された主信号光の２つの直交する偏波成分をそれぞれＸ偏波成分、Ｙ偏波成分とすると、ＤＦＧ用の第１の二次非線形光学素子４０４内では、主信号光のＸ偏波成分の位相共役光が生成される。一方で、偏波多重された主信号光のＹ偏波成分については、二次非線形光学素子４０４をそのまま通過する。
【００４８】
ＤＦＧ用の第１の二次非線形光学素子４０４の出力は、偏光をλ／２板による偏波回転子４０５で偏波を回転させた後、ＤＦＧ用の第２の二次非線形光学素子４０６に入力される。本実施形態では、偏波回転のためにλ／２板を用いたが、光ファイバを９０度ひねった状態で二次非線形光学素子４０６と接続するなどの偏波回転方法によっても良い。こうして、ＤＦＧ用の第２の二次非線形光学素子４０６内では、偏波多重された主信号光のＹ偏波成分の位相共役光が生成される。一方で、Ｘ偏波成分については、ＤＦＧ用の第２の二次非線形光学素子４０６をそのまま通過する。ＤＦＧ用の第２の二次非線形光学素子４０６からは、光送信器４００のＰＤＭ信号出力として、偏波多重され波長多重された主信号光およびその位相共役光をからなる複数の対を含む偏波多重信号光群４４８が出力される。尚、ＤＦＧ用の二次非線形光学素子４０４、４０６を透過した励起光４４３、４４４は、各々の出力側のダイクロックミラーで分離（４４９、４５０）される。
【００４９】
ＤＦＧ用の二次非線形光学素子４０４、４０６の出力の後には、それぞれ、出力の一部を分岐する光カプラ４１６、４１７が備えられている。光カプラ４１６からの分岐光はＢＰＦ４１８を経由し、光検出器４１９によりパイロット光の光強度の変化が検出される。同様に、光カプラ４１７からの分岐光はＢＰＦ４２２を経由し、光検出器４２３によりパイロット光の光強度の変化が検出される。ＢＰＦ４１８、４２２は、主信号光４４５に合波されたパイロット信号４４６のみを分離する。ＰＬＬ回路４２０によりファイバ伸縮器４２１へフィードバックを行い、ＰＬＬ回路４２４によりファイバ伸縮器４２５へフィードバックを行うことで、二次非線形光学素子４０４、４０６の各出力点で、パイロット光の出力が最大になるよう位相調整を行う。
【００５０】
上述のようにファイバ伸縮器４２１、４２５によって光路の位相を調整することによって、二次非線形光学素子内において、主信号光、位相共役光およびパイロット信号の位相と、励起光の位相を調整していることに留意されたい。したがって、ＰＬＬ回路４２０を含むループは、第１の二次非線形光学素子４０４を透過するパイロット信号の位相と、第１の励起光位相とを同期させている。ＰＬＬ回路４２４を含むループは、第２の二次非線形光学素子４０６をさらに透過するパイロット信号の位相と、第２の励起光の位相とを同期させている。これらの２つのループは、位相調整機構として機能している。
【００５１】
本実施形態の光送信器では、直交する２つの偏波の１つの偏波のみの位相共役光を生成する二次非線形光学素子が縦続接続された偏波多重信号光群を生成する構成において、各々の二次非線形光学素子の入出力間でフィードバックループを構成している。２つのフィードバックループで、それぞれ、パイロット光のレベルを最大化するように入力側の光路の位相を調整することで、２つの偏波間の信号光、位相共役光、励起光の相対位相のドリフト・変動を抑えることができる。
【００５２】
上述のように、光ファイバ伸縮器にフィードバックを行い、温度や振動による、送信器内の２つの直交する偏波間の信号光群の相対位相のドリフトを補償することで、２つの直交した偏波間の相対位相を安定化した状態で偏波多重信号を送信できる。中継器においても、偏波ダイバシティされた位相感応光増幅器を安定動作させることができる。
【００５３】
図１０は、実施形態１の変形例の光送信器の構成を示す図である。光送信器６００の構成は、ＤＦＧ用の二次非線形光学素子４０４、４０６への励起光の供給方法を除いて、図１の光送信器４００の構成と同一である。ＤＦＧ用の第１の二次非線形光学素子４０４および第２の二次非線形光学素子４０６へ十分な光強度の励起光を供給できれば、図１のＳＨＧ用の二次非線形光学素子４１１、４１４を、単一の二次非線形光学素子とすることもできる。図１０に示したように、変形例の光送信器６００では、単一のＳＨＧ用の二次非線形光学素子４１１から励起光を出力し、光カプラ６０２で励起光を分岐して、第１の励起光４４３および第２の励起光４４４としてＤＦＧ用の二次非線形光学素子４０４、４０６へそれぞれ供給している。
【００５４】
したがって本発明の光送信器は、主信号光を出力する信号光源４０１と、前記主信号光を変調する偏波多重変調器４０２と、偏波多重され変調された前記主信号光の一方の偏波成分に対する位相共役光を生成する第１の二次非線形光学素子４０４と、前記第１の二次非線形光学素子からの出力光を偏波回転する偏波回転子４０５と、偏波多重され変調された前記主信号光の他方の偏波成分に対する位相共役光を生成し、主信号光−位相共役光の対を含む偏波多重光群を出力する第２の二次非線形光学素子４０６と、基本波光を出力する局部発振光源４０７と、前記基本波光に基づいて、前記第１の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための第１の励起光および前記第２の二次非線形光学素子で位相共役光を生成するための第２の励起光を生成する１つ以上の二次非線形光学素子４１１、４１４と、前記基本波光の一部であって前記第１の二次非線形光学素子を透過するパイロット信号の位相と、前記第１の励起光位相とを同期させ、前記第２の二次非線形光学素子をさらに透過する前記パイロット信号の位相と、前記第２の励起光の位相とを同期させる位相調整機構とを備えたものとして実施できる。
【００５５】
本実施形態の光送信器では、それぞれの二次非線形光学素子内の非線形光学媒質として、擬似位相整合が可能なＰＰＬＮ導波路を用いている。まず、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ3上に周期が約１７μｍの周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをＺｎ：ＬｉＮｂＯ3中に形成した。次に、この周期分極反転構造を有するＺｎ：ＬｉＮｂＯ3基板をクラッドとなるＬｉＴａＯ3上に直接接合を行い、５００℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。
【００５６】
次に、コア層を研磨により５μｍ程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温度調整が可能である。導波路の長さを５０ｍｍとした。このようにして形成されたＰＰＬＮ導波路を有する二次非線形光学素子を、１．５５μｍ帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュール構成とした。本実施形態では、Ｚｎを添加したＬｉＮｂＯ3を用いたが、それ以外の非線形材料である、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂxＴａ1-xＯ3（０≦ｘ≦１）若しくはＫＴｉＯＰＯ4、又はそれらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有している材料を用いても良い。
【００５７】
上述のように本実施形態に示した光送信器では、光送信器内の局部発振光源からの出力をパイロット光として主信号光と同送しかつ主信号光およびその位相共役光を偏波多重した偏波多重光群を送信することができる。光送信器において２つの偏波間の相対位相が安定化されているため、中継器においても、偏波ダイバシティ構成の位相感応光増幅器を安定して動作させることができる。
【００５８】
本実施形態の光送信器では、信号変調フォーマットとして１６ＱＡＭを用いた例について説明をした。しかしながら、ＩＭＤＤ、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ、６４ＱＡＭ，２５６ＱＡＭ、より多値度の高いＱＡＭなど任意のフォーマットに対しても、本実施形態の光送信器と全く同じ構成で励起光を生成できる。本実施形態の光送信器によれば、多値の変調フォーマットの変調信号を送信することができる。
【００５９】
［実施形態２］
図２は、本発明の実施形態２の光送信器の構成を示す図である。本実施形態の光送信器５００は、実施形態１と同様に信号光およびその位相共役光の対からなる偏波多重された信号光群を生成するための構成を示す。本実施形態の光送信器では、パイロット光は同送されない。
【００６０】
図２の送信器５００は、異なる波長の信号光を出力する複数の信号光源５０１と、複数の偏波多重変調器５０２と、波長合波器５０３と、差周波発生（ＤＦＧ）用の二次非線形光学素子５０４と、基本波を出力する局部発振光源５０５と、ＥＤＦＡ５０６と、ＢＰＦ５０７と、ＳＨ光発生（ＳＨＧ）用の二次非線形光学素子５０８とを備えている。
【００６１】
送信器５００において、局部発振光源５０５から出力された連続波光（ＣＷ光）は、基本波光５３０として用いられる。ＥＤＦＡ５０６は、基本波光を増幅する。ＢＰＦ５０７は、ＥＤＦＡ５０６によって発生したノイズ光を排除し、増幅された基本波光のみを透過させる。
【００６２】
ＳＨＧ用の二次非線形光学素子５０８は、ＰＰＬＮ導波路と、出力側のダイクロイックミラーとを含む。ＢＰＦ５０７を透過した基本波光が二次非線形光学素子５０８に入射すると、ＰＰＬＮ導波路により基本波光の半分の波長（２倍の周波数）を持つＳＨ光が発生する。ダイクロイックミラーによって、基本波光およびＳＨ光が分離される。二次非線形光学素子５０８から出力されたＳＨ光を、励起光５３１としてＤＦＧ用の二次非線形光学素子５０４に入射する。
【００６３】
複数の信号光源５０１は、それぞれ波長が異なり、局部発振光源の基本波光とも波長が異なる連続波光（ＣＷ光）を出力する。偏波多重変調器５０２は、信号光源５０１のそれぞれの出力光に対して独立した送信データ５３５、５３６に応じた偏波多重１６ＱＡＭ変調を施す。偏波多重変調器５０２の各々からの偏波多重された変調光は、波長合波器５０３により波長多重される。偏波多重および波長多重された主信号光５３２は、ＤＦＧ用の二次非線形光学素子５０４に入力される。
【００６４】
ＤＦＧ用の二次非線形光学素子５０４は、入力側のダイクロイックミラーと、第１のＰＰＬＮ導波路５１０および第２のＰＰＬＮ導波路５１３と、２つのＰＰＬＮ導波路の間に配置された偏光子５１２と、出力側のダイクロイックミラーとを含む。波長多重された主信号光と、ＳＨＧ用の二次非線形光学素子５０８から出力された励起光５３１とは、入力側のダイクロイックミラーにより合波され、第１のＰＰＬＮ導波路５１０に入射する。Ｐ第１のＰＬＮ導波路５１０において、偏波多重された主信号光５３２のうち一方の偏波成分について、主信号光の周波数と励起光の周波数との差周波光が発生する。この差周波光は、主信号光５３２に対する位相共役光となる。偏波多重された主信号光５３２の２つの直交する偏波成分をそれぞれＸ偏波成分、Ｙ偏波成分とすると、第１のＰＰＬＮ導波路５１０では、主信号光のＸ偏波成分の位相共役光が生成される。一方で、偏波多重された主信号光５３２のＹ偏波成分に対しては何も作用せず、第１のＰＰＬＮ導波路５１０をそのまま通過する。
【００６５】
第１のＰＰＬＮ導波路５１０からの出力光５３３は、波長依存型の偏光子５１２を通過する。この時、偏光子５１２によって主信号光に対しては９０°偏波を回転させ、励起光に対しては０°または１８０°偏光が回転させる。偏光子５１２により偏波回転した主信号光は、第２のＰＰＬＮ導波路５１３に入力される。第２のＰＰＬＮ導波路５１３内では、主信号光のＹ偏波成分の位相共役光が生成される。一方で、主信号光のＸ偏波成分に対しては何も作用せず、第２のＰＰＬＮ導波路５１３をそのまま通過する。第２のＰＰＬＮ導波路５１３の出力の後には、励起光を分離するためのダイクロイックミラーが配置されている。ダイクロイックミラーを通過後、送信器の出力として、主信号光および対応する位相共役からなる複数の対を含む偏波多重信号光群５３４がファイバ５１４に出力される。尚、二次非線形光学素子５０４を透過した励起光５３１は、出力側のダイクロイックミラーで分離される（５３５）。
【００６６】
図２の送信器５００の構成によれば、波長合波器５０３から出力された主信号光の偏波多重信号５３２を、二次非線形光学素子５０４によって一度も偏波分離することなく、リジッドな光学部品を用いて直交する２つの偏波成分に対する位相共役光を生成することができる。二次非線形光学素子５０４は、２つのＰＰＬＮ導波路５１０、５１３を構成するＬｉＮｂＯ3基板および偏光子５１２を、接続用光ファイバを使用せずにモジュール内に固定して構成できる。したがって、実施形態１の送信器４００のように別個の二次非線形光学素子を光ファイバで相互接続する構成と比べて、直交する偏波間における相対位相のドリフトや変動が無視できるほど小さい。このため、図２の光送信器は、実施形態１の光送信器のように、直交する偏波間の位相同期、相対位相の安定化のための制御機構が不要である利点を有する。
【００６７】
図２の本実施形態に示した光送信器５００の構成では、局部発振光源５０５からの出力をパイロット光として同送することなく、主信号光を偏波多重した光波を送信することができる。偏波間の相対位相のドリフト・変動が生じず安定化されているため、中継器においても、偏波ダイバシティ構成の位相感応光増幅器を安定動作させることができる。
【００６８】
実施形態１、実施形態２で用いた二次非線形光学素子を構成するリッジ導波路の材料は一例にすぎない。すなわち、リッジ導波路は、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂ(x)Ｔａ(1-x)Ｏ3（０≦ｘ≦１）、またはＫＴｉＯＰＯ4のいずれかの材料を用いて構成しても良いし、これらにＭｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｉｎからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として加えた材料でも良い。
【００６９】
以上詳細に説明したように、本発明の光送信器では、主信号光、その位相共役光、励起光、パイロット信号などの各信号において、直交する偏波間の位相差のドリフト変動を安定化させることができる。光送信器における温度変動や振動などによる２つの偏波間で相対位相を安定化する。本発明の光送信器から送信されるＰＤＭ信号によれば、中継器における偏波ダイバシティ構成の位相感応光増幅器でも、安定した光増幅動作が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、一般に通信システムに利用することができる。特に、光伝送システムにおける光送信器に利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１００、２００、３０２、３５２  位相感応光増幅器（ＰＳＡ）
１０２  励起光源
１０３  励起光位相制御部
２０１、３０８、３２１、４０９、４１２、５０６  ＥＤＦＡ
２０２、２０４、３０６、３１１、３２３、３２４、３６３、３６４、４０４、４０６、４１１、４１４、５０４、５０８  二次非線形光学素子
２０６、３２８、４２１、４２５  光ファイバ伸長器
２０７、３６１、５１４  光ファイバ
２０８、３２６、４１９、４２３  光検出器
２０９、３２７、４２０、４２４  ＰＬＬ回路
３０１、３５１、４００、５００、６００  光送信器
３０３、３５３、４０１、５０１  信号光源
３０４、３５５、３５６  外部変調器
４０２、５０２  偏波多重変調器
３０５、４０３、５０３  波長合波器
３０７、４０７、５０５  局部発振光源
３０９、３２２、４１０、４１３、４１８、４２２、５０７  ＢＰＦ
３６０、３６２、３６５  ＰＢＳ
４０５  偏波回転子
４０９、５１２  偏光子
５１０、５１３  ＰＰＬＮ導波路
【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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