(57)【要約】【課題】外部から入力する信号光から送信用の光キャリアを発生させるノードにおいて、同一波長クロストークの発生を回避するための光キャリアを発生する。【解決手段】最小飽和入力強度以上かつ最大飽和入力強度以下の入力光強度に対して出力光強度が飽和する入出力特性を有する光強度飽和手段と、入力光の波長を変換する波長変換手段とを備え、光強度の最小値が最小飽和入力強度以上であり、光強度の最大値が最大飽和入力強度以下であるように強度変調された信号光を光強度飽和手段に入力して光強度が飽和した連続光を生成し、その連続光を波長変換手段に入力し、信号光に対して所定の波長差をもつ新たな波長の連続光を出力する構成である。【選択図】        図１
2004289287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最小飽和入力強度以上かつ最大飽和入力強度以下の入力光強度に対して出力光強度が飽和する入出力特性を有する光強度飽和手段と、
入力光の波長を変換する波長変換手段とを備え、
光強度の最小値が前記最小飽和入力強度以上であり、光強度の最大値が前記最大飽和入力強度以下であるように強度変調された信号光を前記光強度飽和手段に入力して光強度が飽和した連続光を生成し、その連続光を前記波長変換手段に入力し、前記信号光に対して所定の波長差をもつ新たな波長の連続光を出力する構成である
ことを特徴とする光キャリア発生装置。
【請求項２】
最小飽和入力強度以上かつ最大飽和入力強度以下の入力光強度に対して出力光強度が飽和する入出力特性を有する光強度飽和手段と、
入力光の波長を変換する波長変換手段とを備え、
前記波長変換手段を通過して前記光強度飽和手段に入力する光強度の最小値が前記最小飽和入力強度以上であり、前記波長変換手段を通過して前記光強度飽和手段に入力する光強度の最大値が前記最大飽和入力強度以下であるように強度変調された信号光を前記波長変換手段に入力し、その波長変換光を前記光強度飽和手段に入力して光強度が飽和した連続光を生成し、前記信号光に対して所定の波長差をもつ新たな波長の連続光を出力する構成である
ことを特徴とする光キャリア発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光キャリア発生装置において、
前記光強度飽和手段に入力される信号光の光強度の最小値が前記最小飽和入力強度以上であり、その最大値が前記最大飽和入力強度以下になるように調整する光強度調整手段を備えた
ことを特徴とする光キャリア発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光キャリア発生装置において、
前記光強度飽和手段および前記波長変換手段は、非線形光学媒質に前記強度変調された信号光および所定の波長の励起光を入力し、非線形光学効果により発生する前記信号光に対して所定の波長差をもつ連続光を出力する構成である
ことを特徴とする光キャリア発生装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光キャリア発生装置と、
前記光キャリア発生装置から出力される連続光を送信信号により強度変調して出力する光強度変調手段とを備え、
前記光キャリア発生装置に入力する信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を出力する構成である
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光変調装置と、
前記光強度飽和手段に入力する信号光の一部を分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段で分岐された信号光を受信処理する光受信手段とを備え、
前記信号光を受信するとともに、前記信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を前記光変調装置から出力する構成である
ことを特徴とする光信号送受信装置。
【請求項７】
複数のノードが光ファイバ伝送路を介して接続され、各ノードでは、他のノードから送信された所定の波長の信号光を受信するとともに、他のノードへ所定の波長の信号光を送信する光通信システムにおいて、
前記各ノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、前記光ファイバ伝送路からそのノードに割り当てた波長の信号光を分岐して前記光信号送受信装置に入力し、かつ前記光信号送受信装置から出力された前記信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を前記光ファイバ伝送路に挿入する波長分岐挿入手段とを備えた
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項８】
センタノードと複数のリモートノードが、波長ルータおよび光ファイバ伝送路を介してスター状に接続され、各リモートノードでは、センタノードから送信された所定の波長の下り信号光を受信するとともに、センタノードへ所定の波長の上り信号光を送信する光通信システムにおいて、
前記各リモートノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、前記光ファイバ伝送路から入力する下り信号光を前記光信号送受信装置に入力し、前記光信号送受信装置から出力された前記下り信号光に対して所定の波長差をもつ上り信号光を前記光ファイバ伝送路に接続する光双方向結合手段とを備えた
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項９】
センタノードと複数のリモートノードが、光スターカプラおよび光ファイバ伝送路を介してスター状に接続され、各リモートノードでは、センタノードから送信された所定の波長の下り信号光を受信するとともに、センタノードへ所定の波長の上り信号光を送信する光通信システムにおいて、
前記各リモートノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、前記光ファイバ伝送路からそのリモートノードに割り当てた波長の下り信号光を分波して前記光信号送受信装置に入力し、前記光信号送受信装置から出力された前記下り信号光に対して所定の波長差をもつ上り信号光を前記光ファイバ伝送路に接続する光フィルタおよび光双方向結合手段とを備えた
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の光通信システムにおいて、
前記各リモートノードの光フィルタは、分波する波長が可変である波長可変フィルタである
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
センタノードと複数のリモートノードが光ファイバ伝送路を介してリング状に接続され、各リモートノードでは、センタノードから送信された所定の波長の下り信号光を受信するとともに、センタノードへ所定の波長の上り信号光を送信する光通信システムにおいて、
前記各リモートノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、前記光ファイバ伝送路からそのリモートノードに割り当てた波長の下り信号光を分岐して前記光信号送受信装置に入力し、前記光信号送受信装置から出力された前記下り信号光に対して所定の波長差をもつ上り信号光を前記光ファイバ伝送路に挿入する波長分岐挿入手段とを備えた
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光通信システムにおいて、
前記各リモートノードの波長分岐挿入手段は、分岐・挿入する波長が可変である構成である
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれかに記載の光通信システムにおいて、
請求項６に記載の光信号送受信装置に用いる請求項５に記載の光変調装置に請求項４に記載の光キャリア発生装置を用い、
前記光通信システム中のノードまたはリモートノードは、所定の波長の励起光を出力する励起光源を備え、その励起光を前記光キャリア発生装置の非線形光学媒質に入力する構成である
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項１４】
請求項７〜１２のいずれかに記載の光通信システムにおいて、
請求項６に記載の光信号送受信装置に用いる請求項５に記載の光変調装置に請求項４に記載の光キャリア発生装置を用い、
前記光通信システム中の特定のノードから、前記光ファイバ伝送路を介して信号光とともに信号光と異なる波長の励起光を送信し、他のノードでその励起光を前記光キャリア発生装置の非線形光学媒質に入力する構成である
ことを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から入力される強度変調された信号光から所定の波長の連続光（光キャリア）を発生する光キャリア発生装置に関する。また、この光キャリア発生装置から出力される光キャリアを変調し、入力信号光と異なる波長の信号光を出力する光変調装置に関する。また、光キャリア発生装置に入力する信号光を受信し、光キャリア発生装置から出力される光キャリアを変調して入力信号光と異なる波長の信号光を出力する光信号送受信装置、さらにこの光信号送受信装置を用いた光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、センタノードに光源を集中的に配置する従来の光通信システムの構成例を示す（非特許文献１、特願２００２−１４７２５０号）。
【０００３】
図において、光通信システムは、センタノード５０と複数のリモートノード５１−１〜５１−ｎが、光ファイバ伝送路５２および１：ｎ波長ルータ５３を介してスター状に接続された構成である。各リモートノード５１−１〜５１−ｎは、光双方向結合素子５５を介して光ファイバ伝送路５２から入力する信号光を光信号送受信装置６０に入力し、光信号送受信装置６０から出力される信号光を光ファイバ伝送路５２に接続する。光信号送受信装置６０は、入力する信号光を２分岐する光分岐素子６１、分岐された一方の信号光を受信する光受信器６２、他方の信号光を入力する光強度飽和素子６３および光強度変調器６４から構成される。
【０００４】
センタノード５０は、消光比をやや低く設定した複数の波長チャネルの下り信号光を波長多重し、光ファイバ伝送路５２を介して１：ｎ波長ルータ５３に送出する。１：ｎ波長ルータ５３は、センタノード５０から送信された波長多重信号光を各波長の信号光に分波し、それぞれ対応するリモートノード５１−１〜５１−ｎへ送信する。各リモートノードには、それぞれ割り当てられた波長の下り信号光が入力され、光双方向結合素子５５を介して光信号送受信装置６０に入力される。光信号送受信装置６０では、下り信号光の一部を光分岐素子６１で分岐して受信処理するとともに、光強度飽和素子６３で下り信号光の強度変調成分を抑圧し、これにより得られた下り信号光と同一波長の光キャリアを光強度変調器６４に入力し、送信信号により強度変調して出力する。新たに生成された信号光は、光双方向結合素子５５を介して１：ｎ波長ルータ５３へ送信され、他のリモートノードから送信された各波長の信号光と合波してセンタノード５０へ送信される。
【０００５】
このように、センタノード５０に集中的に光源を配置することにより、各リモートノード５１−１〜５１−ｎに光源を配置することなく、それぞれ１つの波長を用いてセンタノード５０と各リモートノード５１−１〜５１−ｎとの間の双方向通信が可能になる。よって、各リモートノードにそれぞれ個別の波長の光源を配置する波長多重光通信システムに比べて、保守が容易な波長多重光通信システムを構築することができる。
【０００６】
図１７は、従来の光通信システムの他の構成例を示す（特願２００２−１４７２５０号）。本構成例は、光強度飽和素子６３を用いた光信号送受信装置６０を含むリモートノードをリング型に接続したものである。
【０００７】
図において、光通信システムは、センタノード５０および複数のリモートノード５１−１〜５１−３を光ファイバ伝送路５２を介してリング状に接続した構成である。リモートノード５１−２は、図１６と同様の光信号送受信装置６０と、リモートノード５１−１からリモートノード５１−２，５１−３に伝送される波長多重信号光に対して、リモートノード５１−２に割り当てた波長の信号光を分岐・挿入する波長分岐挿入素子５６を備える。他のリモートノードも同様である。
【０００８】
センタノード５０は、消光比をやや低く設定した複数の波長チャネルの下り信号光を波長多重し、光ファイバ伝送路５２を介して各リモートノードへ送出する。各リモートノードでは、センタノード５０から送信された波長多重信号光からそれぞれ割り当てられた波長の下り信号光を分波し、光信号送受信装置６０に入力する。光信号送受信装置６０では、下り信号光の一部を光分岐素子６１で分岐して受信処理するとともに、光強度飽和素子６３で下り信号光の強度変調成分を抑圧し、これにより得られた下り信号光と同一波長の光キャリアを光強度変調器６４に入力し、送信信号により強度変調して出力する。新たに生成された信号光は、波長分岐挿入素子５６を介して他の信号光と合波して光ファイバ伝送路５２へ再入力され、センタノード５０へ送信される。
【０００９】
これにより、各リモートノード５１−１〜５１−３に光源を配置することなく、それぞれ１つの波長を用いてセンタノード５０と各リモートノード５１−１〜５１−３との間の双方向通信が可能になる。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｈ．Ｔａｋｅｓｕｅ  ａｎｄ  Ｔ．Ｓｕｇｉｅ，”Ｄａｔａ  ｒｅｗｒｉｔｅ  ｏｆ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｕｓｉｎｇ  ｓａｔｕｒａｔｅｄ  ＳＯＡ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  ＷＤＭ  ｍｅｔｒｏ／ａｃｃｅｓｓ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｗｉｔｈ  ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅｓ”，  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ２８ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，  ＥＣＯＣ  ２００２，  Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ，  Ｐａｐｅｒ８．５．６，  ２００２年９月８日
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１６に示す光通信システムにおいて、光ファイバ伝送路５２の利用効率を上げるには、センタノード５０と１：ｎ波長ルータ５３とを双方向接続する光ファイバ伝送路５２、さらに１：ｎ波長ルータ５３と各リモートノード５１−１〜５１−ｎとを双方向接続する光ファイバ伝送路５２として、それぞれ１本の光ファイバで構成されることが望ましい。しかし、このような１心双方向伝送において、同一波長の光が双方向に伝搬する構成では、例えば下り信号光が光ファイバケーブルの接続点などで反射すると、その反射戻り光が上り信号光に対するクロストーク光となる。このクロストーク光は上り信号光と同一波長であるため、異波長のクロストーク光によりも大きなパワーペナルティを生じさせる問題がある。
【００１２】
一方、図１７の光通信システムでは、リング状に接続された光ファイバ伝送路５２中の光の伝送方向は一方向であるので、図１６の光通信システムのような双方向伝送におけるクロストーク問題は発生しない。しかし、波長分岐挿入素子５６の遮断特性が不十分であると、波長分岐挿入素子５６を通過する光キャリア成分が、光信号送受信装置６０から出力される上り信号光に対する同一波長のクロストーク光となる。そのため、波長分岐挿入素子５６の遮断特性に対する要求条件が厳しくなる問題がある。
【００１３】
本発明は、外部から入力する信号光から送信用の光キャリアを発生させるノードにおいて、同一波長クロストークの発生を回避するための光キャリアを発生する光キャリア発生装置を提供することを目的とする。また、この光キャリア発生装置から出力される光キャリアを変調して出力する光変調装置、この光変調装置を用いた光信号送受信装置、さらにこの光信号送受信装置を用いた光通信システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（光キャリア発生装置：請求項１〜４）
請求項１の光キャリア発生装置は、最小飽和入力強度以上かつ最大飽和入力強度以下の入力光強度に対して出力光強度が飽和する入出力特性を有する光強度飽和手段と、入力光の波長を変換する波長変換手段とを備え、光強度の最小値が最小飽和入力強度以上であり、光強度の最大値が最大飽和入力強度以下であるように強度変調された信号光を光強度飽和手段に入力して光強度が飽和した連続光を生成し、その連続光を波長変換手段に入力し、信号光に対して所定の波長差をもつ新たな波長の連続光を出力する構成である。
【００１５】
請求項２の光キャリア発生装置は、最小飽和入力強度以上かつ最大飽和入力強度以下の入力光強度に対して出力光強度が飽和する入出力特性を有する光強度飽和手段と、入力光の波長を変換する波長変換手段とを備え、波長変換手段を通過して光強度飽和手段に入力する光強度の最小値が最小飽和入力強度以上であり、波長変換手段を通過して光強度飽和手段に入力する光強度の最大値が最大飽和入力強度以下であるように強度変調された信号光を波長変換手段に入力し、その波長変換光を光強度飽和手段に入力して光強度が飽和した連続光を生成し、信号光に対して所定の波長差をもつ新たな波長の連続光を出力する構成である。
【００１６】
ここで、光強度飽和手段に入力される信号光の光強度の最小値が最小飽和入力強度以上であり、その最大値が最大飽和入力強度以下になるように調整する光強度調整手段を備えてもよい（請求項３）。
【００１７】
また、光強度飽和手段および波長変換手段は、非線形光学媒質に強度変調された信号光および所定の波長の励起光を入力し、非線形光学効果により発生する信号光に対して所定の波長差をもつ連続光を出力する構成としてもよい（請求項４）。
【００１８】
（光変調装置：請求項５）
請求項５の光変調装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の光キャリア発生装置と、光キャリア発生装置から出力される連続光を送信信号により強度変調して出力する光強度変調手段とを備え、光キャリア発生装置に入力する信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を出力する構成である。
【００１９】
（光信号送受信装置：請求項６）
請求項６の光信号送受信装置は、請求項５に記載の光変調装置と、光強度飽和手段に入力する信号光の一部を分岐する光分岐手段と、光分岐手段で分岐された信号光を受信処理する光受信手段とを備え、信号光を受信するとともに、信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を光変調装置から出力する構成である。
【００２０】
（光通信システム：請求項７〜１４）
請求項７の発明は、複数のノードが光ファイバ伝送路を介して接続され、各ノードでは、他のノードから送信された所定の波長の信号光を受信するとともに、他のノードへ所定の波長の信号光を送信する光通信システムにおいて、各ノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、光ファイバ伝送路からそのノードに割り当てた波長の信号光を分岐して光信号送受信装置に入力し、かつ光信号送受信装置から出力された信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を光ファイバ伝送路に挿入する波長分岐挿入手段とを備える。
【００２１】
請求項８の発明は、センタノードと複数のリモートノードが、波長ルータおよび光ファイバ伝送路を介してスター状に接続され、各リモートノードでは、センタノードから送信された所定の波長の下り信号光を受信するとともに、センタノードへ所定の波長の上り信号光を送信する光通信システムにおいて、各リモートノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、光ファイバ伝送路から入力する下り信号光を光信号送受信装置に入力し、光信号送受信装置から出力された下り信号光に対して所定の波長差をもつ上り信号光を光ファイバ伝送路に接続する光双方向結合手段とを備える。
【００２２】
請求項９の発明は、センタノードと複数のリモートノードが、光スターカプラおよび光ファイバ伝送路を介してスター状に接続され、各リモートノードでは、センタノードから送信された所定の波長の下り信号光を受信するとともに、センタノードへ所定の波長の上り信号光を送信する光通信システムにおいて、各リモートノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、光ファイバ伝送路からそのリモートノードに割り当てた波長の下り信号光を分波して光信号送受信装置に入力し、光信号送受信装置から出力された下り信号光に対して所定の波長差をもつ上り信号光を光ファイバ伝送路に接続する光フィルタおよび光双方向結合手段とを備える。
【００２３】
ここで、各リモートノードの光フィルタは、分波する波長が可変である波長可変フィルタとしてもよい（請求項１０）。
【００２４】
請求項１１の発明は、センタノードと複数のリモートノードが光ファイバ伝送路を介してリング状に接続され、各リモートノードでは、センタノードから送信された所定の波長の下り信号光を受信するとともに、センタノードへ所定の波長の上り信号光を送信する光通信システムにおいて、各リモートノードは、請求項６に記載の光信号送受信装置と、光ファイバ伝送路からそのリモートノードに割り当てた波長の下り信号光を分岐して光信号送受信装置に入力し、光信号送受信装置から出力された下り信号光に対して所定の波長差をもつ上り信号光を光ファイバ伝送路に挿入する波長分岐挿入手段とを備える。
【００２５】
ここで、各リモートノードの波長分岐挿入手段は、分岐・挿入する波長が可変である構成としてもよい（請求項１２）。
【００２６】
請求項１３の発明は、請求項７〜１２のいずれかに記載の光通信システムにおいて、請求項６に記載の光信号送受信装置に用いる請求項５に記載の光変調装置に請求項４に記載の光キャリア発生装置を用い、光通信システム中のノードまたはリモートノードは、所定の波長の励起光を出力する励起光源を備え、その励起光を光キャリア発生装置の非線形光学媒質に入力する構成である。
【００２７】
請求項１４の発明は、請求項７〜１２のいずれかに記載の光通信システムにおいて、請求項６に記載の光信号送受信装置に用いる請求項５に記載の光変調装置に請求項４に記載の光キャリア発生装置を用い、光通信システム中の特定のノードから、光ファイバ伝送路を介して信号光とともに信号光と異なる波長の励起光を送信し、他のノードでその励起光を光キャリア発生装置の非線形光学媒質に入力する構成である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（光キャリア発生装置の第１の実施形態）
図１は、本発明の光キャリア発生装置の第１の実施形態を示す。図において、本実施形態の光変調装置は、光強度飽和素子１と波長変換素子２により構成される。入力信号光は強度変調された信号光であり、その光強度の最大値をＰＭ  、最小値をＰＳ  とする。
【００２９】
光強度飽和素子１の光入出力特性は、図２に示すように、入力光強度が小さい領域では出力光強度が入力光強度にほぼ比例し、入力光強度が所定値以上になると出力光強度が飽和し、入力光強度の変化に対する出力光強度の変化が抑圧される。この所定値を「最小飽和入力強度」とする。光強度飽和素子１の性質によっては、最小飽和入力強度を越えて入力光強度をさらに増大してゆき、入力光強度が所定値以上になると入力光強度の変化に対する出力光強度の変化が再び大きくなる場合がある。この所定値を「最大飽和入力強度」とする。出力光強度が飽和する最小飽和入力強度以上最大飽和入力強度以下の入力光強度の領域を「飽和入力領域」と定義する。
【００３０】
ここで、光強度の最小値ＰＳ  および最大値ＰＭ  が飽和入力領域にあるように強度変調された信号光（波長λ）を光強度飽和素子１に入力すると、強度変調成分（光強度の最大値と最小値の差）が抑圧された信号光（連続光）が出力される。この連続光（波長λ）を波長変換素子２に入力して別波長に変換することにより、入力信号光の波長に対して所定の波長差をもつ新たな光キャリア（波長λ′）を発生することができる。
【００３１】
なお、光強度飽和素子１と波長変換素子２の接続の順序を入れ換えてもよい。この場合には、入力信号光の光強度の最大値ＰＭ  および最小値ＰＳ  が、波長変換素子２を通過して光強度飽和素子１に入力される時点で飽和入力領域にあるように強度変調される。
【００３２】
（光キャリア発生装置の第２の実施形態）
図３は、本発明の光キャリア発生装置の第２の実施形態を示す。本実施形態は、第１の実施形態の光強度飽和素子１の前段に光増幅器３を配置した構成である。
【００３３】
第１の実施形態では、入力信号光の光強度の最小値ＰＳ  および最大値ＰＭ  が光強度飽和素子１の飽和入力領域にあるとしたが、これらが最小飽和入力強度に満たない場合には光増幅器３を用い、光強度の最小値ＰＳ  および最大値ＰＭ  が飽和入力領域にあるように増幅して光強度飽和素子１に入力する。これにより、入力光強度が小さい場合でも動作可能な光キャリア発生装置を実現することができる。
【００３４】
一方、入力信号光の光強度の最大値ＰＭ  が最大飽和入力強度を越える場合には、光増幅器３の代わりに光減衰器を用い、入力信号光の光強度の最小値ＰＳ  および最大値ＰＭ  が光強度飽和素子１の飽和入力領域にあるように調整することにより、入力光強度が大きい場合でも動作可能な光キャリア発生装置を実現することができる。
【００３５】
以上示した実施形態において、波長変換素子２には、音響光学周波数シフタまたは光ＳＳＢ（ｓｉｎｇｌｅ  ｓｉｄｅ  ｂａｎｄ）  変調器を用いることができる。音響光学周波数シフタでは、音響光学効果により入力する信号光（連続光）に対して所定の波長差をもつ信号光（連続光）が出力される。光ＳＳＢ変調器では、電気光学効果により入力する信号光（連続光）に対して所定の波長差をもつ信号光（連続光）が出力される（Ｍ．Ｉｚｕｔｓｕ，  Ｓ．Ｓｈｉｋａｍａ  ａｎｄ  Ｔ．Ｓｕｅｔａ，”Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ＳＳＢ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ／ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔｅｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．ＱＥ−１７，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ．２２２５−２２２７，  １９８１）。
【００３６】
また、波長変換素子２は、非線形光学媒質に信号光（連続光）と所定の波長の励起光を入力することにより、非線形光学効果により信号光（連続光）に対して所定の波長差をもつ信号光（連続光）を生成する構成としてもよい。例えば、２次の非線形光学媒質であるＰＰＬＮでは、信号光と励起光の和（差）周波数の信号光が生成される。また、高非線形光ファイバや半導体光増幅器では、信号光と励起光の四光波混合光が生成される。波長変換素子２としては、非線形光学媒質の出力光からこれらの波長変換光を光フィルタで選択出力する。
【００３７】
（光キャリア発生装置の第３の実施形態）
図４は、本発明の光キャリア発生装置の第３の実施形態を示す。本実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態における光強度飽和素子１と波長変換素子２を兼ねるものとして、非線形光学媒質１１における入力信号光と励起光との間の非線形光学効果（ここでは縮退四光波混合）を利用する構成である。非線形光学媒質１１に、入力信号光（光周波数ｆＳ  ）と励起光レーザ１２から出力される励起光（光周波数ｆＰ  ）を光合波器１３で合波して入力すると、新たに四光波混合光（光周波数２ｆＰ  −ｆＳ  ）が発生する。非線形光学媒質１１から出力される信号光、励起光、四光波混合光を光バンドパスフィルタ１４に入力し、四光波混合光のみを入力信号光に対して波長変換された光キャリアとして出力する。
【００３８】
ここで、非線形光学媒質１１の分散、非線形利得係数等のパラメータや、励起光および信号光のパワーを適切に調整することにより、入力する信号光の光強度と出力される四光波混合光（波長変換光）の光強度との間に、図５に示すような光入出力特性を実現することができる。すなわち、光強度の最小値ＰＳ  および最大値ＰＭ  が飽和入力領域にある信号光を非線形光学媒質１１に入力すると、その飽和特性により変調パターンが除去された四光波混合光（波長変換光）が出力される。このような機能を有する非線形光学媒質１１としては、高非線形光ファイバや半導体光増幅器などを用いることができる。
【００３９】
（光キャリア発生装置の第４の実施形態）
図６は、本発明の光キャリア発生装置の第４の実施形態を示す。本実施形態は、第３の実施形態における励起光レーザ１２を用いず、外部から波長多重された信号光と励起光を入力する構成である。信号光と励起光は光分波器１５で分波し、分波した励起光を光増幅器１６で増幅する。増幅された励起光は、光合波器１３で再度信号光と合波され、非線形光学媒質１１に入力される。なお、光分波器１５および光増幅器１６は、ここでは光キャリア発生装置の外部に配置した例を示したが、光キャリア発生装置の内部にあってもよい。
【００４０】
（光キャリア発生装置の第５の実施形態）
図７は、本発明の光キャリア発生装置の第５の実施形態を示す。本実施形態は、複数の非線形光学媒質を用いて複数の光周波数の光キャリアを一括発生させる構成である。
【００４１】
光周波数ｆＳ１，ｆＳ２，…，ｆＳｍの波長多重信号光は、光分波器１７で各光周波数の信号光に分波される。励起光レーザ１２から出力される光周波数ｆＰ  の励起光は光分岐器１８でｍ分岐され、光合波器１３−１〜１３−ｍで光周波数ｆＳ１，ｆＳ２，…，ｆＳｍの信号光とそれぞれ合波され、非線形光学媒質１１−１〜１１−ｍに入力される。各非線形光学媒質１１−１〜１１−ｍは、それぞれ光周波数２ｆＰ  −ｆＳ１，２ｆＰ  −ｆＳ２，…，２ｆＰ  −ｆＳｍの四光波混合光を発生する。各非線形光学媒質１１−１〜１１−ｍから出力される信号光、励起光、四光波混合光は、それぞれ対応する光バンドパスフィルタ１４−１〜１４−ｍに入力され、四光波混合光のみが入力信号光に対して波長変換された光キャリアとして出力される。
【００４２】
本実施形態では、１つの励起光レーザ１２を備えるだけで、波長多重信号光の各光周波数に応じた複数の光周波数の光キャリアを一括して発生させることができる。なお、図６の第４の実施形態のように、波長多重信号光に波長多重された励起光を分波、増幅して入力するようにしてもよい。
【００４３】
（光キャリア発生装置の第６の実施形態）
図８は、本発明の光キャリア発生装置の第６の実施形態を示す。本実施形態は、１つの非線形光学媒質を用いて複数の光周波数の光キャリアを一括発生させる構成である。
【００４４】
光周波数ｆＳ１，ｆＳ２，…，ｆＳｍの波長多重信号光と、励起光レーザ１２から出力される光周波数ｆＰ  の励起光は光合波器１３で合波され、非線形光学媒質１１に入力される。非線形光学媒質１１は、それぞれ光周波数２ｆＰ  −ｆＳ１，２ｆＰ  −ｆＳ２，…，２ｆＰ  −ｆＳｍの四光波混合光を発生し、光分波器１７を介して各光周波数の四光波混合光のみが入力信号光に対して波長変換された光キャリアとして出力される。本実施形態では、１つの励起光レーザ１２と１つの非線形光学媒質１１を備えるだけで、波長多重信号光の各光周波数に応じた複数の光周波数の光キャリアを一括して発生させることができる。
【００４５】
なお、図７および図８の構成において、図６の第４の実施形態のように、波長多重信号光に波長多重された励起光を分波、増幅して入力するようにしてもよい。
【００４６】
（光変調装置の第１の実施形態）
図９は、本発明の光変調装置の第１の実施形態を示す。図において、本実施形態の光変調装置は、本発明の光キャリア発生装置の波長変換素子２の後段に光強度変調器４を接続した構成である。ここでは、図１に示す光キャリア発生装置の第１の実施形態に適用した例を示すが、図３の第２の実施形態の構成、図４の第３の実施形態、図６の第４の実施形態の構成にも同様に適用できる。
【００４７】
光キャリア発生装置の波長変換素子２は、入力信号光の波長λに対して所定の波長差をもつ波長λ′の光キャリアを出力する。この光キャリアを光強度変調器４に入力し、送信信号で強度変調することにより、入力信号光の波長λに対して所定の波長差をもつ新たな波長λ′の信号光を出力することができる。
【００４８】
（光変調装置の第２の実施形態）
図１０は、本発明の光変調装置の第２の実施形態を示す。図において、本実施形態の光変調装置は、図７に示す第５の実施形態の光キャリア発生装置の各光バンドパスフィルタ１４−１〜１４−ｍの後段に光強度変調器４−１〜４−ｍを接続し、各光周波数２ｆＰ  −ｆＳ１，２ｆＰ  −ｆＳ２，…，２ｆＰ  −ｆＳｍの光キャリアを強度変調した信号光を光合波器１９で合波して出力する構成である。
【００４９】
なお、図８に示す第６の実施形態の光キャリア発生装置の光分波器１７の後段に光強度変調器４−１〜４−ｍを接続し、各光周波数の光キャリアを強度変調した信号光を光合波器１９で合波して出力する構成としてもよい。
【００５０】
（光信号送受信装置の実施形態）
図１１は、本発明の光信号送受信装置の実施形態を示す。図において、本実施形態の光信号送受信装置１０は、本発明の光キャリア発生装置の波長変換素子２の後段に光強度変調器４を接続した光変調装置に加え、光キャリア発生装置の光強度飽和素子１に入力する信号光を２分岐する光分岐素子５と、分岐された信号光を受信する光受信器６により構成される。ここでは、図１に示す光キャリア発生装置の第１の実施形態に適用した例を示すが、図３の第２の実施形態の構成、図４の第３の実施形態の構成、図６の第４の実施形態の構成にも同様に適用できる。
【００５１】
光信号送受信装置１０に入力される信号光（波長λ）は、光分岐素子５を介して光受信器６に受信されるとともに、光強度飽和素子１で強度変調成分が抑圧された光キャリア（波長λ）に変換される。この光キャリアは波長変換素子２に入力され、入力信号光の波長λに対して所定の波長差をもつ波長λ′の光キャリアに波長変換され、光強度変調器４で送信信号により変調することにより、入力信号光の波長λに対して所定の波長差をもつ新たな波長λ′の信号光を出力することができる。
【００５２】
また、図１０に示す光変調装置を用いて光信号送受信装置を構成する場合には、光合波器１３−１〜１３−ｍの前段に、各光周波数の信号光を２分岐する光分岐素子と、分岐された信号光を受信する光受信器を備えることにより、複数の信号光の送受信に対応することができる。さらに、図８に示す光キャリア発生装置を用いる場合には、波長多重信号光を光分岐素子で分岐した後に光分波器で各波長の信号光に分波し、それぞれ対応する光受信器で波長チャネルごとに受信する構成とする。
【００５３】
（光通信システムの第１の実施形態）
図１２は、本発明の光通信システムの第１の実施形態を示す。図において、本実施形態の光通信システムは、複数のノード２１−１〜２１−３を光通信網２２を介して接続した構成である。各ノード２１−１〜２１−３は、図１１に示す本発明の光信号送受信装置１０と、それぞれ割り当てられ波長の信号光を分岐し、分岐する波長と異なる波長の信号光を挿入する波長分岐挿入素子２３を備える。ここで、ノード２１−２で分岐する波長をλ１  、挿入する波長をλ２  とする。
【００５４】
ノード２１−１から送信された波長多重信号光は、光通信網２２を介してノード２１−２の波長分岐挿入素子２３に入力され、波長λ１  の信号光が分岐して光信号送受信装置１０に入力される。光信号送受信装置１０では、波長λ１  の信号光を受信処理するとともに、信号光波長λ１  に対して所定の波長差をもつ波長λ２  の信号光を生成して出力する。新たに生成された波長λ２  の信号光は、波長分岐挿入素子２３を介して波長多重信号光に多重され、光通信網２２を介してノード２１−３へ送信される。これにより、ノード２１−１からノード２１−２への信号光伝送と、ノード２１−２からノード２１−３への信号光伝送が可能になる。また、同一波長クロストーク抑圧のために波長分岐挿入素子２３に要求される遮断特性に対する条件を緩和することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、波長分岐挿入素子２３はノード内に配置されているが、光通信網２２中に配置してもよい。また、光通信網２２としては、光ファイバ通信網の他に、空間伝送を用いた光通信網であってもよい。
【００５６】
（光通信システムの第２の実施形態）
図１３は、本発明の光通信システムの第２の実施形態を示す。図において、本実施形態の光通信システムは、センタノード３０と複数のリモートノード３１−１〜３１−ｎが、光ファイバ伝送路３２および１：ｎ波長ルータ３３を介してスター状に接続された構成である。１：ｎ波長ルータ３３は、センタノード３０から送信された波長多重信号光を各波長の信号光に分波し、それぞれ対応するリモートノードに送信し、各リモートノードから送信された各波長の信号光を合波してセンタノード３０に送信する。ここで、各リモートノードは、図１１に示す本発明の光信号送受信装置１０と、１：ｎ波長ルータ３３との間でそれぞれ所定の波長の信号光を双方向接続する光双方向結合素子３４を備える。光双方向結合素子３４としては、光サーキュレータ、光カプラ、ＷＤＭカプラ等を用いることができる。
【００５７】
センタノード３０から送信された波長多重信号光は光ファイバ伝送路３２を介して１：ｎ波長ルータ３３に入力され、各波長の信号光に分波してそれぞれ対応するリモートノード３１−１〜３１−ｎに伝送される。各リモートノードには、それぞれ割り当てられた波長の信号光が入力され、その信号光が光双方向結合素子３４を介して光信号送受信装置１０に入力される。光信号送受信装置１０では、入力信号光を受信処理するとともに、入力信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を生成して出力する。新たに生成された信号光は、光双方向結合素子３４を介して１：ｎ波長ルータ３３に送信され、他のリモートノードからの信号光と波長多重されてセンタノード３０へ送信される。これにより、センタノード３０と各リモートノード３１−１〜３１−ｎとの間で、異なる波長を用いた双方向伝送が可能になる。
【００５８】
本実施形態では、センタノード３０から各リモートノード３１−１〜３１−ｎへ伝送される下り信号光の波長と、各リモートノード３１−１〜３１−ｎからセンタノード３０へ伝送される上り信号光の波長が異なっているため、光ファイバ伝送路３２の接続点における反射等により発生するクロストーク光は、同一方向の信号光に対して異なる波長となる。したがって、同一波長のクロストーク光による信号品質の劣化を回避することができる。
【００５９】
なお、１：ｎ波長ルータ３３としてルーティング特性に周期性のあるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）などを用いた場合に、各リモートノードの光信号送受信装置１０に入力する信号光の波長と、光信号送受信装置１０から送信される信号光の波長との間に、１：ｎ波長ルータ３３のフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）の整数倍の関係があれば、図１３に示すようにセンタノード３０と１：ｎ波長ルータ３３との間を１本の光ファイバ伝送路３２で接続することができる。
【００６０】
（光通信システムの第３の実施形態）
図１４は、本発明の光通信システムの第３の実施形態を示す。図において、本実施形態の光通信システムは、センタノード３０と複数のリモートノード３１−１〜３１−ｎが、光ファイバ伝送路３２および光スターカプラ３５を介してスター状に接続された構成である。ここで、各リモートノードは、図１１に示す本発明の光信号送受信装置１０と、それぞれ割り当てられた波長の信号光を通過する光フィルタ３６および光双方向結合素子３４を備える。
【００６１】
センタノード３０から送信された波長多重信号光は光ファイバ伝送路３２を介して光スターカプラ３５に入力され、リモートノード３１−１〜３１−ｎに伝送される。各リモートノードでは、波長多重信号光が光双方向結合素子３４を介して光フィルタ３６に入力され、それぞれ割り当てられた波長の信号光を分波して光信号送受信装置１０に入力される。光信号送受信装置１０では、入力信号光を受信処理するとともに、入力信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を生成して出力する。新たに生成された信号光は、光双方向結合素子３４を介して光スターカプラ３５に送信され、他のリモートノードからの信号光と波長多重されてセンタノード３０へ送信される。これにより、センタノード３０と各リモートノード３１−１〜３１−ｎとの間で、異なる波長を用いた双方向伝送が可能になる。
【００６２】
なお、各リモートノードの光フィルタ３６として波長可変フィルタを用いることにより、各リモートノードの送受信波長を可変させることができ、波長可変のスター型ＷＤＭシステムを構成することができる。
【００６３】
（光通信システムの第４の実施形態）
図１５は、本発明の光通信システムの第４の実施形態を示す。図において、本実施形態の光通信システムは、センタノード３０と複数のリモートノード３１−１〜３１−３を光ファイバ伝送路３２を介してリング状に接続した構成である。各リモートノード３１−１〜３１−３は、図１１に示す本発明の光信号送受信装置１０と、それぞれ割り当てられ波長の信号光を分岐し、分岐する波長と異なる波長の信号光を挿入する波長分岐挿入素子３７を備える。
【００６４】
センタノード３０から送信された波長多重信号光は、光ファイバ伝送路３２を介してリモートノード３１−２の波長分岐挿入素子３７に入力され、リモートノード３１−２に割り当てられた波長の信号光が分岐して光信号送受信装置１０に入力される。光信号送受信装置１０では、入力信号光を受信処理するとともに、入力信号光に対して所定の波長差をもつ信号光を生成して出力する。新たに生成された信号光は、波長分岐挿入素子３７を介して波長多重信号光に多重され、光ファイバ伝送路３２を介してセンタノード３０へ送信される。これにより、センタノード３０と各リモートノード３１−１〜３１−ｎとの間で、異なる波長を用いた双方向伝送が可能になる。また、同一波長クロストーク抑圧のために波長分岐挿入素子３７に要求される遮断特性に対する条件を緩和することができる。
【００６５】
なお、各リモートノードの波長分岐挿入素子３７として、分岐挿入波長が可変である素子を用いることにより、各リモートノードの送受信波長を可変させることができ、波長可変のリング型ＷＤＭシステムを構成することができる。
【００６６】
（光通信システムの第５の実施形態）
以上示した光通信システムにおいて、各リモートノードの光信号送受信装置１０の光キャリア発生装置として、図４に示す非線形光学媒質１１を用いる構成では、各リモートノードに励起光レーザ１２を配置することになる。この場合は、各リモートノードの励起光波長は共通でも、それぞれに割り当てられた下り信号光の波長に応じて、上り信号光となる光キャリアの波長は個別に設定されることになる。すなわち、各リモートノードに個別の波長の上り信号光用の光源を配置する場合と異なり、共通波長の励起光光源で対応することができる利点がある。
【００６７】
また、以上示した光通信システムにおいて、各リモートノードの光信号送受信装置１０の光キャリア発生装置として、図６に示す外部入力の励起光を用いる構成では、センタノードまたは他のリモートノードから励起光を供給することになる。図１２または図１５に示す光通信システムでは、各ノードにそれぞれ割り当てられた波長の信号光を分波するとともに、所定の波長の励起光を分波し、増幅して光信号送受信装置１０の非線形光学媒質に入力する。図１３に示す光通信システムでは、１：ｎ波長ルータ３３に所定の波長の励起光をｎ分配する機能を付加し、各リモートノードにそれぞれ割り当てられた波長の信号光とともに励起光を分配し、さらに各リモートノードで所定の波長の励起光を分波し、増幅して光信号送受信装置１０の非線形光学媒質に入力する。図１４に示す光通信システムでは、各リモートノードの光フィルタ３６でそれぞれ割り当てられた波長の信号光を分波する前に光分波器を用いて励起光を分波し、その励起光を増幅して光信号送受信装置１０の非線形光学媒質に入力する。これらの構成では、各ノードに共通波長の励起光を供給しながら、それぞれ個別の波長の上り信号光用の光キャリアを生成することができる。
【００６８】
また、各ノードにおいて、図１０に示す光変調装置を用いて複数の波長の信号光を受信する光信号送受信装置を構成した場合には、異なる波長の信号光を新たに生成し波長多重して送信することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光キャリア発生装置は、外部から入力する強度変調された信号光と異なる波長の光キャリアを発生させることができる。本発明の光変調装置は、外部から入力する強度変調された信号光と異なる波長および信号成分を有する新たな信号光を発生させることができる。この光変調装置を用いた光信号送受信装置は、入力する信号光を受信するとともに、その信号光と異なる波長および信号成分を有する新たな信号光を発生させ、送信することができる。
【００７０】
さらに、波長多重光通信システムのノードにおいて、この光信号送受信装置を用いることにより、波長資源を有効に活用しつつ上り信号と下り信号の伝送容量に対する制限を緩和し、かつ同一波長クロストークの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光キャリア発生装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】光強度飽和素子１の光入出力特性を示す図。
【図３】本発明の光キャリア発生装置の第２の実施形態を示す図。
【図４】本発明の光キャリア発生装置の第３の実施形態を示す図。
【図５】非線形光学媒質１１の光入出力特性を示す図。
【図６】本発明の光キャリア発生装置の第４の実施形態を示す図。
【図７】本発明の光キャリア発生装置の第５の実施形態を示す図。
【図８】本発明の光キャリア発生装置の第６の実施形態を示す図。
【図９】本発明の光変調装置の第１の実施形態を示す図。
【図１０】本発明の光変調装置の第２の実施形態を示す図。
【図１１】本発明の光信号送受信装置の実施形態を示す図。
【図１２】本発明の光通信システムの第１の実施形態を示す図。
【図１３】本発明の光通信システムの第２の実施形態を示す図。
【図１４】本発明の光通信システムの第３の実施形態を示す図。
【図１５】本発明の光通信システムの第４の実施形態を示す図。
【図１６】従来の光通信システムの構成例を示す図。
【図１７】従来の光通信システムの他の構成例を示す図。
【符号の説明】
１  光強度飽和素子
２  波長変換素子
３  光増幅器
４  光強度変調器
５  光分岐素子
６  光受信器
１０  光信号送受信装置
１１  非線形光学媒質
１２  励起光レーザ
１３  光合波器
１４  光バンドパスフィルタ
１５  光分波器
１６  光増幅器
１７  光分波器
１８  光分岐器
１９  光合波器
２１  ノード
２２、３２  光ファイバ伝送路
２３、３７  波長分岐挿入素子
３０  センタノード
３１  リモートノード
３３  １：ｎ波長ルータ
３４  光双方向結合素子
３５  光スターカプラ（ＳＣ）
３６  光フィルタ
【図１】
2004289287.tif 000003
【図２】
2004289287.tif 000004
【図３】
2004289287.tif 000005
【図４】
2004289287.tif 000006
【図５】
2004289287.tif 000007
【図６】
2004289287.tif 000008
【図７】
2004289287.tif 000009
【図８】
2004289287.tif 000010
【図９】
2004289287.tif 000011
【図１０】
2004289287.tif 000012
【図１１】
2004289287.tif 000013
【図１２】
2004289287.tif 000014
【図１３】
2004289287.tif 000015
【図１４】
2004289287.tif 000016
【図１５】
2004289287.tif 000017
【図１６】
2004289287.tif 000018
【図１７】
2004289287.tif 000019