(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、
前記搬送光のアイドラ光を発生させるための制御光と、前記非線形光学媒質による相互位相変調により前記搬送光に信号を多重する信号光と、の出力を切替えるスイッチと、
前記スイッチから出力された前記制御光または前記信号光を前記搬送光に合波する合波器と、
前記搬送光から前記アイドラ光を分波する分波器と、
前記分波器によって分波された前記アイドラ光から前記搬送光に多重されているデータ信号を取得する受信機と、
を備え、
前記スイッチは、
当該装置からデータ信号を前記搬送光に多重させて出力する場合には、前記信号光を出力し、
当該装置で前記搬送光に多重されているデータ信号を取得する場合には、前記制御光を出力する、
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記スイッチは、他光信号処理装置からの要求に応じて前記信号光を前記合波器に出力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】
前記搬送光は、前記非線形光学媒質を双方向に伝搬し、
前記合波器は、第１の方向に伝搬する前記搬送光に第１の制御光を合波する第１の合波器と前記第１の方向とは反対の第２の方向に伝搬する前記搬送光に第２の制御光を合波する第２の合波器とを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４】
前記搬送光に多重されている信号は、サブキャリア信号光によって前記搬送光に多重されてい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】
双方向の搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、前記搬送光のアイドラ光を発生させるための制御光と、前記非線形光学媒質による相互位相変調により前記搬送光に信号を多重する信号光と、の出力を切替えるスイッチと、前記スイッチから出力された前記制御光または前記信号光を前記搬送光に合波する合波器と、前記搬送光から前記アイドラ光を分波する分波器と、前記分波器によって分波された前記アイドラ光から前記搬送光に多重されているデータ信号を取得する受信機と、を備えた複数の光信号処理装置と、
前記複数の光信号処理装置が挿入された伝送路と、
を備え、
前記スイッチは、
前記光信号処理装置からデータ信号を前記搬送光に多重させて出力する場合には、前記信号光を出力し、
前記光信号処理装置で前記搬送光に多重されているデータ信号を取得する場合には、前記制御光を出力する、
ことを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、搬送光を伝搬する光信号処理装置および光通信システムに関する。
【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おかれた装置において、制御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。その際、できるだけ光信号と電気信号との間の変換なしに、情報を伝搬・処理していくことが、エネルギー効率の観点から有効である。
【０００３】
現在の中継光ノード等においては、端局装置のように光−電気変換を用いて信号処理を行っており、例えば、伝送されてきた制御光をいったん電気信号に変換し、これを電気的に処理した後、再び光信号に変換している。このため、装置構成は複雑となり、また、光−電気変換による損失を補償するために大きな電力を必要とする。
【０００４】
ところで、光ネットワークは、例えば、光ネットワークの各所において各種情報をモニタし、そのモニタ信号を光ネットワークの別の地点に送信する場合がある。例えば、光ネットワークのある地点に設けられた光信号処理装置は、伝送路を伝搬している搬送光に、当該装置が設けられている地点のモニタ信号を多重し、別の地点の光信号処理装置にそのモニタ信号を送信する。
【０００５】
なお、従来、送信局と、受信局との間に、光伝送路を介して敷設される中継局に、送信局からの入力制御光および励起光を非線形光学媒質に供給する制御光／励起光供給手段と、非線形光学媒質に供給された入力制御光および励起光により発生した出力制御光および位相共役光を抽出する制御光／位相共役光抽出手段とを有する位相共役光発生装置と、励起光を中継局固有の監視データにより変調する変調手段を備え、変調された監視データを含む位相共役光を受信局へ送信することを特徴とする位相共役光を用いた中継局が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４３６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、信号が多重された搬送光を伝送路から分岐して信号を受信するようにすると、伝送路を伝搬している搬送光に、例えば、パワーロス等の影響が生じるという問題点があった。
【０００８】
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、搬送光に多重された信号を、搬送光に与える影響を抑制して取得することが可能になる光信号処理装置および光通信システム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】
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、搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、前記搬送光のアイドラ光を発生させるための制御光と、前記非線形光学媒質による相互位相変調により前記搬送光に信号を多重する信号光と、の出力を切替えるスイッチと、前記スイッチから出力された前記制御光または前記信号光を前記搬送光に合波する合波器と、前記搬送光から前記アイドラ光を分波する分波器と、前記分波器によって分波された前記アイドラ光から前記搬送光に多重されているデータ信号を取得する受信機と、を備え、前記スイッチは、当該装置からデータ信号を前記搬送光に多重させて出力する場合には、前記信号光を出力し、当該装置で前記搬送光に多重されているデータ信号を取得する場合には、前記制御光を出力する。
【発明の効果】
【００１０】
開示の装置およびシステムによれば、搬送光に多重された信号を、搬送光に与える影響を抑制して取得することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】図１の光ネットワークを伝搬する搬送光のスペクトルを示した図である。
【図３】合波器および分波器の波長特性を示した図である。
【図４】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５】合波器および分波器の波長特性を示した図である。
【図６】第３の実施の形態に係る光通信システムを示した図である。
【図７】信号光を生成する信号光生成装置の例を示した図である。
【図８】信号光生成装置の他の例を示した図である。
【図９】信号光生成装置の他の例を示した図である。
【図１０】受信機の例を示した図である。
【図１１】受信機の他の例を示した図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
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、非線形光学媒質１、光ＳＷ（ＳＷ：switch）２、合波器３、および分波器４を有している。
【００１３】
非線形光学媒質１には、波長λOの搬送光ＥOが伝搬している。非線形光学媒質１は、例えば、光ネットワークの伝送路を形成している光ファイバの一部であってもよい。また、非線形光学媒質１は、非線形光学効果を高めた非線形光ファイバであってもよい。
【００１４】
搬送光ＥOには、データ信号が多重されている。搬送光ＥOに多重されているデータ信号は、例えば、図１に示す光信号処理装置より上流側（図１中のＡ側）に設けられた、図示しない光信号処理装置によって、搬送光ＥOに多重されている。データ信号の多重は、後述する方法と同様の方法によって、搬送光ＥOに多重されている。データ信号は、例えば、前記の上流側に設けられた光信号処理装置の地点における温度や映像などのモニタ信号、あるいはその地点から発信される情報信号などである。
【００１５】
光ＳＷ２には、波長λSの信号光ＥSと、波長λPの出力制御光ＥPとが入力される。波長λO，λS，λPは、それぞれ異なる波長である。光ＳＷ２は、例えば、下流側（図１中のＢ側）に設けられた、図示しない光信号処理装置にデータ信号を送信する場合、信号光ＥSを合波器３に出力する。図示しない下流側の光信号処理装置に送信するデータ信号は、例えば、図１に示す光信号処理装置の地点における温度や映像などのモニタ信号、あるいはその地点から発信される情報信号などである。信号光ＥSは、後述するが、周波数ｆのキャリア信号をデータ信号により変調したキャリア変調信号によって光変調した光である。
【００１６】
また、光ＳＷ２は、例えば、図示しない上流側の光信号処理装置によって搬送光ＥOに多重されたデータ信号を、図１の光信号処理装置で受信する場合、出力制御光ＥPを合波器３に出力する。
【００１７】
合波器３には、光ＳＷ２から出力される信号光ＥSおよび出力制御光ＥPの一方が入力される。合波器３は、光ＳＷ２から出力される信号光ＥSおよび出力制御光ＥPの一方を、非線形光学媒質１に入力される搬送光ＥOに合波する。合波器３は、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラである。
【００１８】
光ＳＷ２が信号光ＥSを出力する場合、非線形光学媒質１には、合波器３によって信号光ＥSと搬送光ＥOが合波され入力される。搬送光ＥOは、非線形光学媒質１の相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）により、信号光ＥSのパワーに比例した位相変調を受け、これによりデータ信号が多重される。多重されたデータ信号は、例えば、下流の図示しない光信号処理装置で受信される。
【００１９】
また、光ＳＷ２が出力制御光ＥPを出力する場合、非線形光学媒質１には、合波器３によって出力制御光ＥPが合波された搬送光ＥOが入力される。非線形光学媒質１は、出力制御光ＥPを励起光とする、波長λOCのアイドラ光ＥOC（非線形光学媒質１が光ファイバの場合、四光波混合光）を発生する。
【００２０】
図２は、図１の光ネットワークを伝搬する搬送光のスペクトルを示した図である。図２の（Ａ）は、図１の合波器３の入力における搬送光ＥOのスペクトルを示している。図２の（Ｂ）は、非線形光学媒質１の出力における搬送光ＥO、出力制御光ＥPおよびアイドラ光ＥOCのスペクトルを示している。光ＳＷ２からは、出力制御光ＥPが出力されているとする。
【００２１】
図２の（Ａ）に示すように、搬送光ＥOには、例えば、図１に図示しない上流側の光信号処理装置によって、ｊ−１個のデータ信号が多重されているとする。この搬送光ＥOに波長λPの出力制御光ＥPが合波され、非線形光学媒質１に入力されると、非線形光学媒質１からは、図２の（Ｂ）に示すスペクトルの搬送光ＥO、出力制御光ＥP、およびアイドラ光ＥOCが出力される。
【００２２】
アイドラ光ＥOCのスペクトルは、図２の（Ｂ）に示すように、波長λPを中心として搬送光ＥOのスペクトルを折り返したスペクトルとなっている。すなわち、非線形光学媒質１に出力制御光ＥPを入力すると、搬送光ＥOのコピーがアイドラ光ＥOCとして得られる。
【００２３】
これにより、図１に示す光信号処理装置は、伝送路から搬送光ＥOを分岐しなくても、分波器４でアイドラ光ＥOCを分岐すれば、例えば、図示しない上流側の光信号処理装置によって多重されたデータ信号を得ることができる。つまり、図１に示す光信号処理装置は、伝送路を伝搬している搬送光ＥOに与える影響を抑制して、データ信号を得ることが可能となる。
【００２４】
図１の説明に戻る。光ＳＷ２が信号光ＥSを合波器３に出力する場合、搬送光ＥOと信号光ＥSが合波され、非線形光学媒質１に入力されている。分波器４は、搬送光ＥOから信号光ＥSを分波し、後段の伝送路に信号光ＥSが伝搬しないようにする。また、光ＳＷ２が出力制御光ＥPを合波器３に出力する場合、搬送光ＥOには、出力制御光ＥPが合波されている。分波器４は、搬送光ＥOから出力制御光ＥPを分波し、後段の伝送路に出力制御光ＥPが伝搬しないようにする。さらに、光ＳＷ２が出力制御光ＥPを合波器３に出力する場合、非線形光学媒質１にてアイドラ光ＥOCが発生する。分波器４は、搬送光ＥOからアイドラ光ＥOCを分波し、後段の伝送路にアイドラ光ＥOCが伝搬しないようにする。すなわち、光ネットワークの伝送路には、搬送光ＥOが伝搬するようにする。
【００２５】
なお、分波器４によって分波されたアイドラ光ＥOCは、例えば、受信機のＰＤ（Photo Diode）にて電気信号に変換され、データ信号に復調される。分波器４は、例えば、ＷＤＭカプラである。
【００２６】
図３は、合波器および分波器の波長特性を示した図である。図３の横軸は波長を示し、縦方向はパワーを示している。図３には、図１で説明した波長λOの搬送光ＥO、波長λSの信号光ＥS、波長λPの出力制御光ＥP、および波長λOCのアイドラ光ＥOCのパワーが示してある。
【００２７】
図３に示す点線矢印Ａ１は、合波器３と分波器４の遮断波長を示している。合波器３と分波器４は、例えば、搬送光ＥOの入力ポートに対して、点線矢印Ａ１に示す遮断波長より短い波長の光を通過させ、点線矢印Ａ１に示す遮断波長以上の波長の光の通過を遮断（分波）する。
【００２８】
すなわち、図１に示す合波器３と分波器４の搬送光ＥOの入力ポートに対する遮断波長を、点線矢印Ａ１に示すように設定し、搬送光ＥOの波長λO、信号光ＥSの波長λS、および出力制御光ＥPの波長λPを、図３に示すように配置する。これにより、搬送光ＥOは、損失を抑えたまま、信号光ＥSによる相互位相変調を受け、出力制御光ＥPによる四光波混合光を発生することができる。そして、光ネットワークの伝送路には、搬送光ＥOが伝搬し、信号光ＥSおよび出力制御光ＥPは伝搬しない。
【００２９】
図１の動作について説明する。まず、搬送光ＥOにデータ信号を多重する場合について説明する。光ＳＷ２は、例えば、図示しない下流側の光信号処理装置のモニタ要求に応じて、信号光ＥSを合波器３に出力する。合波器３に出力された信号光ＥSは、搬送光ＥOに合波され、非線形光学媒質１に入力される。搬送光ＥOは、非線形光学媒質１において、信号光ＥSによる相互位相変調がかけられ、信号光ＥSの有するデータ信号が周波数多重される。これにより、図１に示す光信号処理装置の地点におけるデータ信号を下流側に送信することができる。
【００３０】
なお、信号光ＥSは、例えば、上記したように、周波数ｆのキャリア信号をデータ信号により変調したキャリア変調信号によって光変調した光である。従って、例えば、光ネットワークの伝送路に設けられている各光信号処理装置のキャリア変調信号の周波数を変えることによって、搬送光ＥOにデータ信号を周波数多重できる。
【００３１】
次に、図１に示す光信号処理装置において、搬送光ＥOに多重されているデータ信号を取得する場合について説明する。すなわち、図１の光信号処理装置より上流側の地点におけるモニタ情報を取得する場合について説明する。
【００３２】
この場合、光ＳＷ２は、搬送光ＥOの波長λOと異なる波長λPの出力制御光ＥPを合波器３に出力する。合波器３に出力された出力制御光ＥPは、搬送光ＥOに合波され、非線形光学媒質１に入力される。非線形光学媒質１では、出力制御光ＥPを励起光とするアイドラ光ＥOCが発生する。
【００３３】
分波器４は、搬送光ＥOからアイドラ光ＥOCを分波する。アイドラ光ＥOCは、図２で説明したように、搬送光ＥOのコピーといえる。従って、光信号処理装置は、伝送路から搬送光ＥOを分波せずアイドラ光ＥOCを分波し、分波したアイドラ光ＥOCからデータ信号を取得することができる。すなわち、光信号処理装置は、伝送路を伝搬する搬送光ＥOに、パワーロス等の影響を与えないようにして、搬送光ＥOに多重されているデータ信号を取得することができる。
【００３４】
このように、光信号処理装置は、搬送光ＥOのアイドラ光ＥOCから、搬送光ＥOに多重されているデータ信号を取得するために、アイドラ光ＥOCを発生させるための出力制御光ＥPを搬送光ＥOに合波するようにした。これにより、光信号処理装置は、搬送光ＥOに多重されたデータ信号を、搬送光ＥOに与える影響を抑制して取得することが可能になる。
【００３５】
また、搬送光ＥOは、分岐による損失を生じることなく伝送路を伝搬し、また、出力制御光ＥPのパワーが十分大きい場合、光パラメトリック増幅により線形増幅される。よって、光信号処理装置は、搬送光ＥOの光信号対雑音比をほとんど低下させることなく、データ信号を取得することが可能となる。
【００３６】
なお、図１では、光ＳＷ２によって、信号光ＥSと出力制御光ＥPとを切替えて合波器３に出力するようにしたが、分波器４で分波したアイドラ光ＥOCから、データ信号のみを受信する場合には、光ＳＷ２を設けずに出力制御光ＥPを合波器３に入力するようにしてもよい。
【００３７】
［第２の実施の形態］
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１の実施の形態では、搬送光が伝送路を一方向に伝搬する場合について説明した。第２の実施の形態では、搬送光が伝送路を双方向に伝搬する場合について説明する。
【００３８】
図４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４に示すように、光信号処理装置は、非線形光学媒質１、光ＳＷ２，１１、合波器３，１２、および分波器４，１３を有している。図４において、図１と同じものには同じ符号が付してある。
【００３９】
図４に示す光ネットワークの伝送路には、ＡからＢ方向に、波長λO1の搬送光ＥO1が伝搬している。また、光ネットワークの伝送路には、搬送光ＥO1の伝搬方向とは反対方向のＢからＡ方向に、波長λO2の搬送光ＥO2が伝搬している。
【００４０】
光ＳＷ２には、波長λS1の信号光ＥS1および波長λP1の出力制御光ＥP1が入力されている。信号光ＥS1は、周波数ｆ1のキャリア信号をデータ信号により変調したキャリア変調信号によって光変調した光である。
【００４１】
光ＳＷ１１には、波長λS2の信号光ＥS2および波長λP2の出力制御光ＥP2が入力されている。信号光ＥS2は、周波数ｆ2のキャリア信号をデータ信号により変調したキャリア変調信号によって光変調した光である。
【００４２】
分波器４は、搬送光ＥO1から信号光ＥS1、出力制御光ＥP1、およびアイドラ光ＥOC1を分波する。アイドラ光ＥOC1は、出力制御光ＥP1を励起光とした搬送光ＥO1のアイドラ光である。
【００４３】
分波器１３は、搬送光ＥO2から信号光ＥS2、出力制御光ＥP2、およびアイドラ光ＥOC2を分波する。アイドラ光ＥOC2は、出力制御光ＥP2を励起光とした搬送光ＥO2のアイドラ光である。
【００４４】
図４に示す非線形光学媒質１、光ＳＷ２、合波器３、および分波器４は、図１で説明した非線形光学媒質１、光ＳＷ２、合波器３、および分波器４と同様である。すなわち、図４に示す非線形光学媒質１、光ＳＷ２、合波器３、および分波器４は、ＡからＢ方向に伝搬する搬送光ＥO1にデータ信号を多重し、また、上流側（図４中のＡ側）にて搬送光ＥO1に多重されたデータ信号を取得できるようにする。
【００４５】
非線形光学媒質１、光ＳＷ１１、合波器１２、および分波器１３も、図１で説明した非線形光学媒質１、光ＳＷ２、合波器３、および分波器４と同様である。ただし、図４に示す非線形光学媒質１、光ＳＷ１１、合波器１２、および分波器１３は、搬送光ＥO1とは反対方向に伝搬する搬送光ＥO2にデータ信号を多重し、また、下流側（図４中のＢ側）にて搬送光ＥO2に多重されたデータ信号を取得できるようにする。すなわち、非線形光学媒質１、光ＳＷ１１、合波器１２、および分波器１３は、非線形光学媒質１、光ＳＷ２、合波器３、および分波器４とは逆に、上流方向にデータ信号を送信するようにし、下流方向から送信されるデータ信号を取得（受信）するようにする。
【００４６】
図５は、合波器および分波器の波長特性を示した図である。図５の横軸は波長を示し、縦方向はパワーを示している。図５には、図４で説明した波長λO1，λO2の搬送光ＥO1，ＥO2、波長λS1，λS2の信号光ＥS1，ＥS2、波長λP1，λP2の出力制御光ＥP1，ＥP2、および波長λOC1，λOC2のアイドラ光ＥOC1，ＥOC2のパワーが示してある。
【００４７】
図５に示す点線矢印Ａ１１は、合波器３と分波器４の遮断波長を示している。合波器３と分波器４は、例えば、搬送光ＥO1の入力ポートに対して、点線矢印Ａ１１に示す遮断波長より短い波長の光を通過させ、点線矢印Ａ１１に示す遮断波長以上の波長の光の通過を遮断（分波）する。
【００４８】
図５に示す点線矢印Ａ１２は、合波器１２と分波器１３の遮断波長を示している。合波器１２と分波器１３は、例えば、搬送光ＥO2の入力ポートに対して、点線矢印Ａ１２に示す遮断波長より長い波長の光を通過させ、点線矢印Ａ１２に示す遮断波長以下の波長の光の通過を遮断（分波）する。
【００４９】
点線矢印Ａ１１に示す合波器３と分波器４の遮断波長は、図５に示すように、点線矢印Ａ１２に示す合波器１２と分波器１３の遮断波長より大きいとする。すなわち、図５に示す点線矢印Ａ１１と点線矢印Ａ１２の間の波長が、伝送路を伝搬する光の透過帯域となるようにする。
【００５０】
搬送光ＥO1の波長λO1と搬送光ＥO2の波長λO2は、点線矢印Ａ１１と点線矢印Ａ１２との間の透過帯域内となるように設定する。また、信号光ＥS1の波長λS1と信号光ＥS2の波長λS2は、透過帯域の外側に対称となるように設定する。また、出力制御光ＥP1の波長λP1と出力制御光ＥP2の波長λP2は、透過帯域の外側に対称となるように設定する。さらに、アイドラ光ＥOC1の波長λOC1とアイドラ光ＥOC2の波長λOC2は、透過帯域の外側に対称となるように設定する。
【００５１】
すなわち、図４に示す合波器３，１２と分波器４，１３の遮断波長を点線矢印Ａ１１，Ａ１２に示すように設定し、搬送光ＥO1，ＥO2の波長λO1，λO2を、図５に示すように配置することにより、搬送光ＥO1，ＥO2は、ほとんど損失なしに信号光ＥS1，ＥS2による相互位相変調を受けることができる。また、波長λS1，λS2の信号光ＥS1，ＥS2、波長λP1，λP2の出力制御光ＥP1，ＥP2、および波長λOC1，λOC2のアイドラ光ＥOC1，ＥOC2を、図５に示すように配置することにより、光ネットワークを形成している伝送路を伝搬しないようにすることができる。
【００５２】
図４の動作について説明する。まず、ＡからＢ方向の搬送光ＥO1にデータ信号を多重する場合について説明する。光ＳＷ２は、例えば、図示しない下流側の光信号処理装置のモニタ要求に応じて、信号光ＥS1を合波器３に出力する。合波器３に出力された信号光ＥS1は、搬送光ＥO1に合波され、非線形光学媒質１に入力される。搬送光ＥO1は、非線形光学媒質１において、信号光ＥS1による相互位相変調がかけられ、信号光ＥS1の有するデータ信号が周波数多重される。これにより、図４に示す光信号処理装置は、当該装置の地点におけるデータ信号を下流側に送信することができる。
【００５３】
ＢからＡ方向に伝搬する搬送光ＥO2にデータ信号を多重する場合には、光ＳＷ１１は、例えば、図示しない上流側の光信号処理装置のモニタ要求に応じて、信号光ＥS2を合波器１２に出力する。合波器１２に出力された信号光ＥS2は、搬送光ＥO2に合波され、非線形光学媒質１に入力される。搬送光ＥO2は、非線形光学媒質１において、信号光ＥS2による相互位相変調がかけられ、信号光ＥS2の有するデータ信号が周波数多重される。これにより、図４に示す光信号処理装置は、当該装置の地点におけるデータ信号を上流側に送信することができる。
【００５４】
次に、図４に示す光信号処理装置において、搬送光ＥO1に多重されているデータ信号を取得する場合について説明する。すなわち、図４に示す光信号処理装置より上流側におけるモニタ情報を取得する場合について説明する。
【００５５】
この場合、光ＳＷ２は、搬送光ＥO1の波長λO1と異なる波長λP1の出力制御光ＥP1を合波器３に出力する。合波器３に出力された出力制御光ＥP1は、搬送光ＥO1に合波され、非線形光学媒質１に入力される。非線形光学媒質１では、出力制御光ＥP1を励起光とするアイドラ光ＥOC1が発生する。
【００５６】
分波器４は、搬送光ＥO1からアイドラ光ＥOC1を分波する。アイドラ光ＥOC1は、搬送光ＥO1のコピーといえる。従って、光信号処理装置は、伝送路から搬送光ＥO1を分波せずアイドラ光ＥOC1を分波し、分波したアイドラ光ＥOC1から上流側のデータ信号を取得することができる。すなわち、光信号処理装置は、伝送路を伝搬する搬送光ＥO1に、パワーロス等の影響を与えないようにして、上流側のデータ信号を取得することができる。
【００５７】
ＢからＡ方向に伝搬する搬送光ＥO2から、図４に示す光信号処理装置より下流側のデータ信号を取得する場合には、光ＳＷ１１は、搬送光ＥO2の波長λO2と異なる波長λP2の出力制御光ＥP2を合波器１２に出力する。合波器１２に出力された出力制御光ＥP2は、搬送光ＥO2に合波され、非線形光学媒質１に入力される。非線形光学媒質１では、出力制御光ＥP2を励起光とするアイドラ光ＥOC2が発生する。
【００５８】
分波器１３は、搬送光ＥO2からアイドラ光ＥOC2を分波する。アイドラ光ＥOC2は、搬送光ＥO2のコピーといえる。従って、光信号処理装置は、伝送路から搬送光ＥO2を分波せずアイドラ光ＥOC2を分波し、分波したアイドラ光ＥOC2から下流側のデータ信号を取得することができる。すなわち、光信号処理装置は、伝送路を伝搬する搬送光ＥO2に、パワーロス等の影響を与えないようにして、下流側のデータ信号を取得することができる。
【００５９】
このように、光信号処理装置は、非線形光学媒質１を双方向に伝搬する搬送光ＥO1，ＥO2のアイドラ光ＥOC1，ＥOC2から、搬送光ＥO1，ＥO2に多重されているデータ信号を取得するために、アイドラ光ＥOC1，ＥOC2を発生させるための出力制御光ＥP1，ＥP2を搬送光ＥO1，ＥO2に合波するようにした。これにより、光信号処理装置は、搬送光ＥO1，ＥO2に多重されたデータ信号を、搬送光ＥO1，ＥO2に与える影響を抑制して取得することが可能になる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
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、光ネットワークの伝送路に複数の光信号処理装置を挿入した光通信システムについて説明する。
【００６１】
図６は、第３の実施の形態に係る光通信システムを示した図である。図６に示すように、光通信システムは、光信号処理装置２１〜２３および伝送路３１を有している。光信号処理装置２１〜２３は、伝送路３１の間に挿入され、伝送路３１の両端には、ターミナルＡ，Ｂが接続されている。波長λO1の搬送光ＥO1は、ターミナルＡからターミナルＢ方向へ伝搬し、波長λO2の搬送光ＥO2は、ターミナルＢからターミナルＡ方向へ伝搬している。
【００６２】
なお、図６では、光信号処理装置２１〜２３は、３個しか示していないが、Ｎ個存在しているものとする。以下では、光信号処理装置２１〜２３のそれぞれを１番目、…、ｊ番目、…、Ｎ番目の光信号処理装置と呼ぶことがある。また、ターミナルＡ側を上流側、ターミナルＢ側を下流側とする。
【００６３】
図６に示す光信号処理装置２１〜２３のそれぞれは、図４で説明した光信号処理装置に対応する。すなわち、光信号処理装置２１〜２３のそれぞれは、図４で説明した光信号処理装置と同様に、１個の非線形光学媒質、２個の光ＳＷ、２個の合波器、および２個の分波器を有している。非線形光学媒質は、例えば、伝送路３１を形成している光ファイバの一部であってもよい。
【００６４】
以下、ｊ番目の光信号処理装置２２について説明する。１番目の光信号処理装置２１およびＮ番目の光信号処理装置２３は、ｊ番目の光信号処理装置２２のｊをｊ＝１、ｊ＝Ｎとした場合と同様である。
【００６５】
ｊ番目の光信号処理装置２２には、波長λS1j，λS2jの信号光ＥS1j，ＥS2jと、波長λP1j，λP2jの出力制御光ＥP1j，ＥP2jとが入力されている。信号光ＥS1jは、後述するが、周波数ｆ1jのサブキャリア信号をデータ信号により変調したサブキャリア変調信号によって光変調した光である。また、信号光ＥS2jは、後述するが、周波数ｆ2jのサブキャリア信号をデータ信号により変調したサブキャリア変調信号によって光変調した光である。
【００６６】
信号光ＥS1jと出力制御光ＥP1jは、光信号処理装置２２の有する合波器によって、搬送光ＥO1に合波される。これにより、ｊ番目の光信号処理装置２２は、例えば、下流側の光信号処理装置からの要求に応じて、光信号処理装置２２の地点におけるデータ信号を下流側に送信することができる。また、ｊ番目の光信号処理装置２２は、上流側の光信号処理装置のデータ信号を取得することができる。
【００６７】
信号光ＥS2jと出力制御光ＥP2jは、光信号処理装置２２の有する合波器によって、搬送光ＥO2に合波される。これにより、ｊ番目の光信号処理装置２２は、例えば、上流側の光信号処理装置からの要求に応じて、光信号処理装置２２の地点におけるデータ信号を上流側に送信することができる。また、ｊ番目の光信号処理装置２２は、下流側の光信号処理装置のデータ信号を取得することができる。
【００６８】
Ｎ個の光信号処理装置のそれぞれにおけるサブキャリア信号の周波数ｆ11，…，ｆ1j，…，ｆ1N，ｆ21，…，ｆ2j，…，ｆ2Nは異なるように割り当てられている。これにより、光ネットワークに設けられたＮ個の光信号処理装置は、データ信号を搬送光ＥO1，ＥO2に周波数多重することができる。例えば、図２の（Ｂ）に示すように、データ信号を搬送光ＥO1，ＥO2に周波数多重することができる。なお、搬送光ＥO1，ＥO2は、ターミナルＡ，Ｂにおいて信号検波される。
【００６９】
このように、光通信システムは、伝送路３１に挿入された光信号処理装置２１〜２３において、非線形光学媒質を双方向に伝搬する搬送光ＥO1，ＥO2のアイドラ光ＥOC1，ＥOC2から、搬送光ＥO1，ＥO2に多重されているデータ信号を取得するために、アイドラ光ＥOC1，ＥOC2を発生させるための出力制御光ＥP1，ＥP2を搬送光ＥO1，ＥO2に合波するようにした。これにより、光通信システムは、搬送光ＥO1，ＥO2に多重されたデータ信号を、搬送光ＥO1，ＥO2に与える影響を抑制して取得することが可能になる。
【００７０】
図７は、信号光を生成する信号光生成装置の例を示した図である。図７には、ｊ番目の光信号処理装置２２に入力される信号光ＥS1jを生成する信号光生成装置を示している。図７に示すように、信号光生成装置は、発振器４１、乗算器４２、および光変調器４３を有している。
【００７１】
発振器４１は、例えば、ＲＦ（Radio Frequency）の周波数ｆ1jのサブキャリア信号を出力する。
乗算器４２には、搬送光ＥO1で伝送する（搬送光ＥO1に多重する）データ信号Ｂ1jと、発振器４１から出力されるサブキャリア信号とが入力される。乗算器４２は、サブキャリア信号をデータ信号Ｂ1jによって変調し、サブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）を光変調器４３に出力する。
【００７２】
光変調器４３は、乗算器４２から出力されるサブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）に応じたパワーＰS1jの信号光ＥS1jを出力する。
光変調器４３から出力される波長λS1jの信号光ＥS1jは、図６に示すｊ番目の光信号処理装置２２の光ＳＷに入力される。信号光ＥS1jは、ｊ番目の光信号処理装置２２の光ＳＷの切替え制御によって合波器に出力され、搬送光ＥO1に合波される。これにより、搬送光ＥO1は、ｊ番目の光信号処理装置２２の有する非線形光学媒質の相互位相変調により、信号光ＥS1jのパワーに比例した位相変調を受け、データ信号が周波数多重される。
【００７３】
このように、信号光生成装置は、データ信号Ｂ1jによって変調されたサブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）により変調された信号光ＥS1jを出力する。これにより、光ネットワークを伝搬している搬送光ＥO1にデータ信号Ｂ1jを周波数多重することができ、光ネットワークの任意の場所からデータ信号Ｂ1jを送信することができる。
【００７４】
なお、信号光生成装置は、光信号処理装置２２が有していてもよい。また、信号光ＥS2jも図７と同様の信号光生成装置によって生成される。その他の光信号処理装置に入力される信号光も図７と同様の信号光生成装置によって生成される。また、図１で説明した信号光ＥSおよび図４で説明した信号光ＥS1，ＥS2も図７と同様の信号光生成装置によって生成される。
【００７５】
また、データ信号Ｂ1jには、振幅変調信号、位相変調信号、周波数変調信号、多値変調信号、または直交周波数多重信号等の信号を適用することもできる。
また、信号光ＥS1jの偏光状態と搬送光ＥO1の偏光状態は、所望の相互位相変調を得ることができるように調整して、合波器に入力するようにしてもよい。例えば、信号光ＥS1jの偏光状態は、偏光制御器を用いて搬送光ＥO1の偏光状態に一致させる。または、２つの直交偏波ごとに変調度のほぼ同じ光位相変調をかける偏光ダイバーシティ方式を用いてもよい。
【００７６】
さらに、信号光ＥS1jと搬送光ＥO1の偏光状態が一致している場合に比べ、互いに直交している場合の相互位相変調の変調度は約２／３（−２ｄＢ）に低下する。この場合、例えば、受信機において、搬送光ＥO1を電気信号に変換してデータ信号Ｂ1jに復調した後、補償回路やデジタル信号処理回路等を用いて変調度の差を補償することもできる。
【００７７】
図８は、信号光生成装置の他の例を示した図である。図８において、図７と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図８の信号光生成装置は、ＬＤ（Laser Diode）４４を有している。乗算器４２から出力されるサブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）は、ＬＤ４４の駆動電流としてＬＤ４４に入力される。これにより、ＬＤ４４からは、光変調された信号光ＥS1jが出力される。
【００７８】
このように、信号光生成装置は、ＬＤ４４によって信号光ＥS1jを出力する。これにより、搬送光ＥO1は、ｊ番目の光信号処理装置２２の非線形光学媒質において信号光ＥS1jにて相互位相変調され、光ネットワークの任意の場所からデータ信号Ｂ1jを送信することができる。
【００７９】
図９は、信号光生成装置の他の例を示した図である。図９において、図７と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図８では、ＬＤ４４をサブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）で駆動し、直接変調する場合を示した。図９では、光源と外部変調器を用いて変調する場合について説明する。
【００８０】
信号光生成装置は、波長λS1jの光を出力するＬＤ４５を有している。ＬＤ４５の光は、光変調器４３に出力される。
光変調器４３は、例えば、マッハ・ツェンダ変調器やＬＮ（Lithium Niobate）変調器である。光変調器４３は、乗算器４２から出力されるサブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）に基づいて、ＬＤ４５から出力される光を変調し、波長λS1jの信号光ＥS1jを出力する。
【００８１】
このように、信号光生成装置は、光源と外部変調器を用いた変調によって信号光ＥS1jを出力することもできる。この場合、広帯域の外部変調器を用いることにより、信号光生成装置は、図８で説明した直接変調の場合よりも、高周波のサブキャリア変調信号Ｂ1j（ｆ1j）に対応して、信号光ＥS1jを出力することが期待できる。なお、図８の直接変調の場合は、図９の外部変調に対し、部品点数が少なくて済み、コストを抑制することができる。
【００８２】
なお、信号光生成装置のその他の例として、異なる波長（周波数）を有する２つの光波を合波した際の差周波数成分として得られるビート光を信号光ＥS1jとして用いることも可能である。
【００８３】
図１０は、受信機の例を示した図である。図６に示すＮ個の光信号処理装置は、例えば、図１０に示す受信機を有している。受信機には、例えば、光信号処理装置の有する分波器によって分波されたアイドラ光が入力される。図１０に示すように、受信機は、ＰＤ５１、増幅器５２、ＢＰＦ（Band Pass Filer）５３、および復調回路５４を有している。
【００８４】
ＰＤ５１には、分波器によって分波されたアイドラ光が入力される。ＰＤ５１は、アイドラ光を電気信号に変換する受光器である。ＰＤ５１からは、例えば、ｎチャネルのサブキャリア変調された電気信号が出力される。
【００８５】
増幅器５２は、ＰＤ５１から出力される電気信号を増幅する。ＢＰＦ５３は、サブキャリア信号の周波数を中心に、増幅器５２から出力される電気信号を通過させる。例えば、ＢＰＦ５３は、増幅器５２からｎチャネルのサブキャリア信号を含む電気信号が出力される場合、ｎ個のサブキャリア信号のそれぞれの周波数を中心に電気信号を通過させる。すなわち、ＢＰＦ５３は、増幅器５２から出力される電気信号をチャネルごとに分離する。もちろん、ＢＰＦ５３は、ｎチャネル全てを通過させる必要はなく、必要なチャネルのサブキャリア信号を通過させるようにしてもよい。
【００８６】
復調回路５４は、例えば、データ信号の変調方式に応じて、データ信号を復調させる回路である。復調回路５４は、例えば、包絡線検波器、２乗検波器、位相検波器、周波数検波器などである。
【００８７】
このように、受信機は、分波器によって分波されたアイドラ光からデータ信号を復調することができる。
なお、図１０の受信機は、ターミナルＡ，Ｂに設けることもできる。すなわち、ターミナルＡ，Ｂは、図１０の受信機によって、搬送光ＥO1，ＥO2の信号検波を行うことができる。
【００８８】
また、図１０の受信機は、図１および図４の光信号処理装置においても適用できる。例えば、図１のアイドラ光ＥOCをＰＤ５１に入力することにより、搬送光ＥOに多重されたデータ信号を復調できる。また、図４のアイドラ光ＥOC1，ＥOC2をＰＤ５１に入力することにより、搬送光ＥO1，ＥO2に多重されたデータ信号を復調できる。
【００８９】
また、復調回路５４の後段には、復調したデータ信号の誤り検出や揺らぎ等の影響を補償するデジタル信号処理回路を設けてもよい。
図１１は、受信機の他の例を示した図である。図１１において、図１０と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００９０】
図１１の受信機は、ＬＤ５５および合波器５６を有している。ＬＤ５５は、局発光ＥLOを出力する。合波器５６は、ＰＤ５１に入力されるアイドラ光に局発光ＥLOを合波する。
局発光ＥLOの周波数は、アイドラ光の周波数と所望の離調周波数（ｆif）分だけ異なるようにする。これにより、ＰＤ５１からは、中間周波数帯（ｆif）の電気信号を得ることができる。あるいはまた、アイドラ光を受光した後、デジタル信号処理装置を用いて電気信号を復調することもできる。
【００９１】
このように、局発光ＥLOを用いた受信機においても、分波器によって分波されたアイドラ光からデータ信号を復調することができる。
［第４の実施の形態］
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、光ＳＷの制御について説明する。
【００９２】
図１２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１２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。図１２に示すように、光信号処理装置は、カプラ６１、ＰＤ６２、モニタ回路６３、および制御回路６４を有している。
【００９３】
カプラ６１には、分波器４によって分波されたアイドラ光ＥOCが入力される。カプラ６１は、アイドラ光ＥOCを分岐し、ＰＤ６２と図示しない受信機とに出力する。図示しない受信機は、例えば、図１０、図１１に示した受信機である。
【００９４】
ＰＤ６２は、アイドラ光ＥOCを電気信号に変換する受光器である。ＰＤ６２からは、例えば、ｎチャネルのサブキャリア変調された電気信号が出力される。
モニタ回路６３は、ｎチャネルのサブキャリア変調された電気信号のうち、所定の電気信号を復調する。例えば、モニタ回路６３は、データ信号の送信要求を示す制御信号を復調する。モニタ回路６３には、例えば、図１０、図１１に示した受信機を適用してもよい。
【００９５】
制御回路６４は、モニタ回路６３から出力される制御信号に基づいて、光ＳＷ２の出力を切替える切替え信号を出力する。例えば、制御回路６４は、データ信号の送信要求を示す制御信号がモニタ回路６３から出力された場合、光ＳＷ２から信号光ＥSが出力されるための切替え信号を出力する。
【００９６】
このように、光ＳＷ２の出力を切替えるための制御信号を搬送光ＥOに多重して伝送することにより、光信号処理装置は、光ＳＷ２の出力を切替えることができる。
なお、上記では、光ＳＷ２を切替えるための制御信号を搬送光ＥOに多重して伝送するようにしたが、例えば、ワイヤレス通信された制御信号を制御回路６４に入力して、光ＳＷ２の切替え制御を行うこともできる。例えば、下流側の光信号処理装置において、図１２に示す光信号処理装置の地点の光ネットワークの状態をモニタしたい場合、下流側の光信号処理装置は、ワイヤレス通信で制御回路６４に制御信号を送信する。制御回路６４は、受信した制御信号に基づき、光ＳＷ２が信号光ＥSを出力するように、切替え信号を出力する。
【００９７】
また、図１２のカプラ６１、ＰＤ６２、モニタ回路６３、および制御回路６４は、双方向通信の図４の光信号処理装置および図６の光通信システムにも適用できる。この場合、例えば、下流側の光信号処理装置は、搬送光ＥO2に制御信号を多重して、上流側の光信号処理装置にデータ信号の送信要求を行うことができる。上流側の光信号処理装置は、下流側の光信号処理装置からのデータ信号の送信要求に応じて、搬送光ＥO1にデータ信号を多重し、下流側の光信号処理装置にデータ信号を送信することができる。同様に、例えば、上流側の光信号処理装置は、搬送光ＥO1に制御信号を多重して、下流側の光信号処理装置にデータ信号の送信要求を行うことができる。下流側の光信号処理装置は、上流側の光信号処理装置からのデータ信号の送信要求に応じて、搬送光ＥO2にデータ信号を多重し、上流側の光信号処理装置にデータ信号を送信することができる。
【００９８】
以下、光ファイバ内の相互位相変調について説明する。
光ファイバの長さをＬ、損失をαとする。この場合、搬送光の光位相変調量φ（Ｌ）は、次の式（１）で近似される。
【００９９】
【数１】
0005751015.tif 000002
【０１００】
【数２】
0005751015.tif 000003
【０１０１】
ここで、式（１）のＰP（０）は信号光の光パワー、式（２）は非線形相互作用長を示す。また、式（１）のγは、三次非線形定数を表し、次の式（３）で示される。
【０１０２】
【数３】
0005751015.tif 000004
【０１０３】
ここで、ｃは光速、ωは搬送光の各周波数を示す。また、ｎ2およびＡeffは、それぞれ光ファイバ内の非線形屈折率および有効コア断面積を示す。
上記で説明した各実施の形態において、搬送光が波長多重されている場合には、信号を一括して多重することができ、搬送光が流れたままの状態において、リアルタイムに新たな情報を多重することができる。これにより、例えば、各地点ｊに非線形光ファイバを配置し、その入出力端に信号光を合波および分波するためのＷＤＭカプラを配置することにより、搬送光への信号多重が可能となる。
【０１０４】
非線形光ファイバは、例えば、数ｍから数１００ｍ程度の非線形光ファイバであり、この非線形光ファイバにデータ信号を周波数多重するのに十分なパワーの信号光を入力する。例えば、搬送光に１％の光位相変調（マーク率１／２）をかける場合に、長さ１００ｍ、非線形定数２０（１／Ｗ／ｋｍ）の非線形光ファイバを用いるとすると、必要となる信号光のパワーは、５ｍＷ程度である。なお、実際に必要となる変調度は、データ信号のビットレートや検出感度に依存する。
【０１０５】
また、非線形光ファイバとして、伝送路の適当な長さの部分を用い、その前後に、例えば、ＷＤＭカプラを配置して、データ信号を多重することも可能である。すなわち、伝送路の非線形光学効果を用いて、データ信号を多重することも可能である。例えば、通常の伝送路の光ファイバの非線形定数は、２（１／Ｗ／ｋｍ）程度であるから、前記のモデルでは、１００ｍ〜１ｋｍ程度の長さがあれば、上記で説明した各実施の形態の光信号処理装置を実現することができる。また、搬送光は、信号光が入力されない場合には、何ら影響を受けずに透過し、従来システムとの整合性が極めてよい。
【０１０６】
非線形光ファイバの長さを短くにする場合には、非線形効果を高めた非線形光ファイバを用いればよい。例えば、光ファイバとしては、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：High Nonlinear optical Fiber）をはじめ、コアにゲルマニウムやビヒマス等をドープして、非線形屈折率を高めた光ファイバが考えられる。また、導波路構成や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が考えられる。また、カルコゲナイドガラスを用いた光ファイバやフォトニック結晶ファイバ等が考えられる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  非線形光学媒質
２  光ＳＷ
３  合波器
４  分波器
【図１】
0005751015.tif 000005
【図２】
0005751015.tif 000006
【図３】
0005751015.tif 000007
【図４】
0005751015.tif 000008
【図５】
0005751015.tif 000009
【図６】
0005751015.tif 000010
【図７】
0005751015.tif 000011
【図８】
0005751015.tif 000012
【図９】
0005751015.tif 000013
【図１０】
0005751015.tif 000014
【図１１】
0005751015.tif 000015
【図１２】
0005751015.tif 000016