(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する第１，第２の端面から入射する第１，第２の信号光ビームに基づき内部で発生するポンプ光ビームとの４光波混合により前記第２，第１の端面から夫々に第１，第２の位相共役光ビームを発生する分布帰還レーザダイオードと、
１／４波長板と、ミラーと、を空間の光軸上で光学的に接続する構成を有し、
前記第２の端面からの出力光ビームは前記１／４波長板を通過し、前記ミラーにより反射されて、再び前記１／４波長板を通過することにより偏波面を９０°回転させて該第２の端面に帰還させる偏波面回転手段と、
を備えることを特徴とする４光波混合発生器。
【請求項２】
第１乃至第３のポートを有する光サーキュレータを更に備え、前記何れか一つのポートを分布帰還レーザダイオードの第１の端面に光学的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の４光波混合発生器。
【請求項３】
分布帰還レーザダイオードと偏波面回転手段との間にポンプ光ビームを除去するための帯域除去光フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の４光波混合発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は４光波混合発生器に関し、光通信における信号光の波長変換や位相共役光の発生に適用して好適なるものである。
近年、通信の大容量化に伴い光波長多重信号技術が開発されているが、任意波長の信号光の波長変換を行うことで異なる波長間で信号光を交換することの要求が高まっている。
【０００２】
また、光伝送路における波長分散や自己位相変調（ＳＰＭ：Self-Phase Modulation)の非線形効果は信号光を歪ませて受信信号特性を悪化させるが、歪んだ信号光を位相共役光に変換して再び同じ分散と非線形量の光伝送路を伝搬させることにより、歪みを受ける前の信号光に復元することが可能である。
【０００３】
【従来の技術】
今日、様々な波長変換技術のうち、非縮退４光波混合による方法は、信号光の変調方式に依存せず、また光波長多重信号を一括に波長変換できる等の利点があるため、有望な波長変換技術と考えられている。また４光波混合によって発生する変換光（位相共役光）は、元の信号光の複素共役であることから光伝送路における波長分散と非線形性（ＳＰＭ）の補償に利用することができる。
【０００４】
４光波混合（位相共役光）の発生源としては、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、分布帰還レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）、半導体光アンプ（ＳＯＡ）等が知られているが、これらについては入力の信号光ビームと変換に用いるポンプ光ビームとの偏光軸が一致している必要がある。しかるに、一般的な光ファイバ伝送路は偏波面を保存する能力を有していないため、信号光ビームの偏光状態によって変換光（位相共役光）のレベルは変動してしまう。しかも、何百〜何千ｋｍも伝送された信号光ビームの偏光揺らぎは非常に速いので、外部からの何らかの制御により偏光状態を一定に留める（復元する）ことは非常に困難であり、変換器そのものが原理的に信号光の偏光状態に依存しないことが望まれる。
【０００５】
この点、本件出願人はＤＦＢ−ＬＤを使用した偏光無依存型の位相共役光発生装置を既に提案している（特願平８−８９７３７，特願平８−２２４２８５等）。以下、その内容を図９に従って概説する。
この位相共役光発生装置は、基本的には、入力の信号光ビームをまず互いに直交する偏波成分に分離し、該分離した各偏波成分に基づき夫々にＤＦＢ−ＬＤ内の４光波混合により対応する位相共役光を生成し、該生成した各位相共役光を偏波合成して出力するものである。
【０００６】
具体的に言うと、任意偏波状態にある入力の信号光ビームＥs は偏波ビームスプリッタ７ａにより互いに直交する偏波成分Ｅs1，Ｅs2に偏波分離される。ここで、紙面に平行な振動面を有する偏波を縦偏波、また紙面に垂直な振動面を有する偏波を横偏波と呼ぶことにする。
縦偏波の信号光ビームＥs1はキャリアを高注入されたＤＦＢ−ＬＤ２ａ内に供給され、該ＤＦＢ−ＬＤ２ａ内で発生している縦偏波のポンプ光ビームＥp1との４光波混合により縦偏波の位相共役光ビームＥc1が生成される。この位相共役光ビームＥc1は更に１／２波長板３ａで横偏波の位相共役光ビームＥc1に変換され、偏波ビームスプリッタ７ｂの一方の入力ポートに至る。
【０００７】
一方、横偏波の信号光ビームＥs2はまず１／２波長板３ｂで縦偏波の信号光ビームＥs2に変換された後、同じくキャリアを高注入されたＤＦＢ−ＬＤ２ｂ内に供給され、該ＤＦＢ−ＬＤ２ｂ内で発生している縦偏波のポンプ光ビームＥp2との４光波混合により縦偏波の位相共役光ビームＥc2が生成され、この位相共役光ビームＥc2はそのまま偏波ビームスプリッタ７ｂの他方の入力ポートに至る。
【０００８】
そして、各入力ポートの位相共役光ビームＥc1，Ｅc2は偏波ビームスプリッタ７ｂで偏波合成され、こうして入力の信号光ビームＥs の偏波状態に忠実に対応した出力の位相共役光ビームＥc が得られる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記既提案の方式によると、予め入力の信号光ビームを偏波分離するために、その後の位相共役光ビームの生成ルートが２系統必要となり、装置構成が複雑となる。また、２系統の変換効率を正確にバランスさせるには、各素子の変換特性及び各光路長を同一にする必要があり、装置の製造や調整が困難となる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、簡単な構成により、光伝送路の偏光揺らぎの影響を受けずに、常に安定な４光波混合を発生させることが可能な４光波混合発生器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は例えば図１の構成により解決される。即ち、本発明（１）の４光波混合発生器は、相対向する第１，第２の端面２Ａ，２Ｂから入射する第１，第２の信号光ビームＥs1v ，Ｅs2v に基づき内部で発生するポンプ光ビームＥP との４光波混合により前記第２，第１の端面２Ｂ，２Ａから夫々に第１，第２の位相共役光ビームＥc1v ，Ｅc2v を発生する分布帰還レーザダイオード２と、１／４波長板と、ミラーと、を空間の光軸上で光学的に接続する構成を有し、前記第２の端面２Ｂからの出力光ビームＥs1v ，Ｅc1v ，Ｅs1h は前記１／４波長板を通過し、前記ミラーにより反射されて、再び前記１／４波長板を通過することにより偏波面を９０°回転させて該第２の端面２Ｂに帰還させる偏波面回転手段５０とを備えるものである。
【００１２】
図において、ＤＦＢ−ＬＤ２の第１の端面２Ａに入力する任意偏光状態の信号光ビームＥs は、これを互いに直交する縦偏波成分の信号光ビームＥs1v と横偏波成分の信号光ビームＥs1h とに分けて考えることが可能である。
ＤＦＢ−ＬＤ２の往路において、上記縦偏波成分の信号光ビームＥs1v はキャリアを高注入されたＤＦＢ−ＬＤ２内で発生している縦偏波のポンプ光ビームＥp とは偏波面が一致するため、４光波混合により対応する縦偏波の位相共役光（変換光）ビームＥc1v が生成され、前記縦偏波成分の信号光ビームＥs1v と共にＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂより出力される。一方、上記横偏波成分の信号光ビームＥs1h は縦偏波のポンプ光ビームＥp とは偏波面が直行するため、４光波混合には寄与せず、そのままで第２の端面２Ｂより出力される。
【００１３】
そして、これら第２の端面２Ｂからの出力光ビームＥs1v ，Ｅc1v ，Ｅs1h は偏波面回転手段５０（例えば、１／４波長板と、ミラーと、を空間の光軸上で光学的に接続した構成）により夫々の偏波面を９０°回転され、ＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂに入力する。この時、上記縦偏波成分の信号光ビームＥs1v 及び縦偏波の位相共役光ビームＥc1v は夫々横偏波成分の信号光ビームＥs2h 及び横偏波の位相共役光ビームＥc2h となっており、かつ上記横偏波成分の信号光ビームＥs1h は縦偏波成分の信号光ビームＥs2v となっている。
【００１４】
その結果、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路では、入力の縦偏波成分の信号光ビームＥs2v は縦偏波のポンプ光ビームＥp とは偏波面が一致するため、４光波混合により対応する縦偏波の位相共役光（変換光）ビームＥc2v が生成され、前記縦偏波成分の信号光ビームＥs2v と共にＤＦＢ−ＬＤ２の第１の端面２Ａより出力される。一方、入力の横偏波成分の信号光ビームＥs2h 及び横偏波の位相共役光ビームＥc2h は縦偏波のポンプ光ビームＥp とは偏波面が直行するため、４光波混合には寄与せず、そのままで第１の端面２Ａより出力される。この時、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路で発生した縦偏波の位相共役光ビームＥc2v は、先にＤＦＢ−ＬＤ２の往路で生成され、かつ同一の光路長を並進してきた横偏波の位相共役光ビームＥc2h と同位相で偏波合成され、こうしてＤＦＢ−ＬＤ２の第１の端面２Ａからは入力の任意偏波状態の信号光ビームＥs に忠実に対応した出力の位相共役光ビームＥc が出力される。
【００１５】
上記本発明（１）によれば、予め入力の信号光ビームを偏波分離しない構成により、その後の位相共役光ビームの生成ルートは１系統あれば良く、装置構成が簡単となる。また、１系統の変換特性は均一である上、光路長は互いに並進する信号光ビームと位相共役光ビームとについて同一であるから、位相共役光ビームＥc2h とＥc2v とは同一位相で偏波合成される。従って、常に入力の任意偏波状態の信号光ビームＥs に忠実に対応する出力の位相共役光ビームＥc が容易に得られ、装置の製造や調整が容易となる。また、空間上に１／４波長板とミラーとからなる光学系を配置し、光学的に接続する構成を採用していることにより、偏波ビームスプリッタ、光カブラ、光ファイバなどの光学部品を減らすことができるので偏光の揺らぎの発生を小さくすることができる。
【００１６】
好ましくは、本発明（２）においては、上記本発明（１）において、第１乃至第３のポートａ〜ｃを有する光サーキュレータ１を更に備え、前記何れか一つのポートを分布帰還レーザダイオード２の第１の端面２Ａに光学的に接続したものである。従って、入力の信号光ビームＥs より出力の位相共役光（変換光）ビームＥc を容易に分離・抽出できる。
【００１７】
好ましくは、分布帰還レーザダイオード２は、その実質的な中央部に１／４波長の位相シフト構造を有する回折格子と、活性層にキャリアを高注入するための複数の電極であって前記回折格子の方向に分割されたものとを備え、かつ外部より前記複数の電極に供給する各電流を可変可能に構成したものである。
【００１８】
ところで、ＤＦＢ−ＬＤ２で生成される位相共役光（変換光）ビームの強度はポンプ光ビームＥp の強度の２乗に比例することが知られている。この場合に、もしＤＦＢ−ＬＤ２内で励起されるポンプ光ビームＥp のパワーが往路と復路とで異なる様な場合は、両方向の変換効率に差を生じ、出力の位相共役光（変換光）ビームＥc のレベルが入力の信号光ビームＥs の偏光状態に依存してしまうことになる。
【００１９】
又は、ポンプ光ビームＥp のパワーが往路と復路とで同一であっても、入力される信号光ビームＥS の内のＤＦＢ−ＬＤ２と等しい軸の成分は４光波混合を起こしてから直交してＤＦＢ−ＬＤ２を通過して出力されるのに対し、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸と直交している成分は、ＤＦＢ−ＬＤ２を通過してから４光波混合を発生させるので、変換光ビームの発生過程が異なり、変換効率に差が生じるかもしれない。
【００２０】
そこで、外部よりＤＦＢ−ＬＤ２の複数の電極に供給する各電流を可変可能に構成すると共に、必要ならポンプ光ビームＥp の往路と復路の強度（チップキャリアの分布密度）を微調整し、変換効率のアンバランスを解消する。
また好ましくは、本発明（３）においては、上記本発明（１）において、分布帰還レーザダイオード１と偏波面回転手段５０との間にポンプ光ビームＥp を除去するための帯域除去光フィルタを更に備える。
【００２１】
ＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂより射出された縦偏波のポンプ光ビームＥpはその復路で横偏波のポンプ光ビームＥp となっているため、復路での位相共役光ビームの発生には寄与しない。一方、光通信システムでは、光サーキュレータ１のポートｃより出力される光ビームの中から位相共役光ビームＥc のみを取り出して送信することが行われ、このために位相共役光ビームＥc を抽出するための帯域通過光フィルタが設けられる。この時、本発明（３）によれば、先にＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂより射出されたポンプ光ビームＥp は予め帯域除去光フィルタにより除去されるため、出力の帯域通過光フィルタにかかる負担を大幅に軽減できる。
【００２２】
また好ましくは、偏波面回転手段５０は、例えば図４ （Ａ）に示す如く、分布帰還レーザダイオード１の主面（ポンプ光ビームＥp の振動面）に対して４５°傾いた直交位相差光学軸を有する１／４波長板３と、前記１／４波長板３からの出射光ビームを該１／４波長板３の側に反射させるミラー４とを備えるものである。
【００２３】
これによりＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂより射出された光ビーム（図１のＥs1v ，Ｅc1v ，Ｅs1h 等）は、１／４波長板３を往復する際に夫々の直交偏波成分間にトータルで１／２波長分の位相差が加えられ、夫々に偏波面が９０°回転する。また１／４波長板３とミラー４とからなる構造は構造簡単であると共に、装置を高精度かつ安定に構成できる。
【００２４】
また好ましくは、偏波面回転手段５０は、例えば図６（Ａ）に示す如く、第１乃至第３のポートａ〜ｃを有する偏波ビームスプリッタ７であって、分布帰還レーザダイオード２の第２の端面２Ｂより前記第１のポートａに入力する光ビームを互いに直行する第１，第２の偏波成分ＥS1，ＥS1’等に偏波分離して夫々を前記第２，第３のポートｂ，ｃに出力すると共に、該第２，第３の各ポートｂ，ｃに入力する前記第１，第２の偏波成分と夫々に同じ偏波面を有する第３，第４の偏波成分ＥS2’，ＥS2等を偏波合成して前記第１のポートａに出力するものと、前記第２，第３の各ポート間に光学的（光軸）に介在し、かつ前記偏波ビームスプリッタ７の主面に対して４５°傾いた直交位相差光学軸を有する１／２波長板８とを備えるものである。
【００２５】
これにより、ＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂより射出された各光ビームの内の偏波ビームスプリッタ７で偏波分離された縦偏波成分は１／２波長板８で横偏波成分に変換されて後、偏波ビームスプリッタ７を介して第２の端面２Ｂの側に帰還され、かつ上記偏波ビームスプリッタ７で偏波分離された横偏波成分は１／２波長板８で縦偏波成分に変換されて後、偏波ビームスプリッタ７を介して第２の端面２Ｂの側に帰還される。この場合に、各偏波成分は同一光路長を通過するため、互いの位相同期が維持される。
【００２６】
また好ましくは、偏波面回転手段５０は、例えば図８（Ａ）に示す如く、第１乃至第３のポートａ〜ｃを有する偏波ビームスプリッタ７であって、分布帰還レーザダイオード２の第２の端面２Ｂより前記第１のポートａに入力する光ビームを互いに直行する第１，第２の偏波成分ＥS1，ＥS1’等に偏波分離して夫々を前記第２，第３のポートｂ，ｃに出力すると共に、該第２，第３の各ポートｂ，ｃに入力する前記第１，第２の偏波成分と夫々に同じ偏波面を有する第３，第４の偏波成分ＥS2’，ＥS2等を偏波合成して前記第１のポートａに出力するものと、前記第２，第３のポートｂ，ｃ間に光学的に介在し、かつ該区間における光ビームの偏波面を９０°回転させるように設けられた偏波面保存ファイバ９とを備えるものである。従って、簡単な構造により偏波面を９０°回転できる。
【００２７】
また好ましくは、偏波面保存ファイバ９は分散シフトファイバである。上記の如く分散シフトファイバ（ＤＳＦ）は４光波混合（位相共役光）の発生源として使用されるが、図示の如く、偏波ビームスプリッタ７の第２，第３のポートｂ，ｃ間に偏波面保存型の適当な長さの分散シフトファイバ９を接続すると、ＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂより出力された縦偏波成分の信号光ビームＥs1及び縦偏波のポンプ光ビームＥP が、分散シフトファイバ９中を通過する際の４光波混合により、新たに位相共役光ビームＥc1を生成させ、これにより先に生成された位相共役光ビームＥc1のパワーが増強される。
【００２８】
従って、ＤＦＢ−ＬＤ２の往路で先に生成され、かつ後の偏波面回転手段５０でロスされる様な位相共役光ビームＥc1の強度減衰分を有効に補償できる。
なお、必要なら分散シフトファイバ９をより長くすることにより、ファイバ内部で生成される位相共役光ビームＥc1のパワーを更に増強しても良い。この場合は、同時にＤＦＢ−ＬＤ２に加える電流を調整して復路で生成される位相共役光ビームＥc2v の強度を増強（バランス）させることにより、位相共役光ビームＥc のトータルの変換効率を更に高めることが可能である。
【００２９】
また好ましくは、偏波面回転手段５０は、その光路上に半導体光増幅器を備える。この半導体光光増幅器（ＳＯＡ）は上記分散シフトファイバ９の場合と同様に４光波混合（位相共役光）の発生源として利用できる。又は半導体光光増幅器へのキャリアの高注入により単に特定の波長の光ビーム（例えば位相共役光ビームＥc1v ）の強度を増幅するものとして使用しても良い。
【００３０】
また好ましくは、偏波面回転手段５０は、分布帰還レーザダイオード２から出力されるポンプ光ビームＥp と信号光ビームＥs1v との４光波混合により位相共役光ビームＥc1v を生成させる分散シフトファイバを備えるものである。例えば図５（Ｂ），図７（Ｂ）に示す如く、偏波面回転手段５０の光路の一部に分散シフトファイバ（ＤＳＦ）１０を挿入することで位相共役光ビーム（図１のＥc1v に相当）のパワーを増強できる。
【００３１】
また好ましくは、分散シフトファイバ１０は、位相共役光ビームを生成させるための非線形効果が増すように、そのコア径が通常より小さくされている。
また好ましくは、例えば図７（Ｂ）に示す如く、分散シフトファイバ１０と直列に偏光制御器１２を挿入したものである。
【００３２】
分散シフトファイバ１０がある程度（２０ｋｍ程度に）長くなると、この区間で偏波面が揺らぐ場合も生じ得るが、本発明（１２）によれば、分散シフトファイバ１０と直列に偏光制御器１２を挿入する構成により、偏波面を一定とするように制御可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる複数の実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
まず、図２，図３に従い本発明に利用可能な一例の分布帰還（ＤＦＢ：Distributed  FeedBack)レーザダイオードにつき説明する。図２（Ａ）はＤＦＢレーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）２の一部破断斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ａ断面図である。
【００３４】
図２（Ａ），（Ｂ）において、ｎ−ＩｎＰ基板２１の表面にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２２が形成され、これらの接合面には、膜厚が光進行方向に周期的に変化する様な波形の回折格子（グレーティング）２３が形成されている。回折格子２３は、その実質的な中央部２３ｃで周期をλ／４（λ：導波構造内の光の波長）だけずらした位相シフト構造を備える。
【００３５】
上記ガイド層２２の上にはアンドープト多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２４が形成され、更に活性層２４の上にはｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２５及びｐ−ＩｎＰ層２６がこの順に形成されている。ここで、ＭＱＷ活性層２４は、膜厚７ｎｍのＩｎx'Ｇａ1-x'Ａｓ（ｘ’＝０．５３２）井戸層と膜厚１０ｎｍのＧａx Ｉｎ1-x Ａｓy Ｐ1-y （ｘ＝０．２８３，ｙ＝０．６１１）障壁層とが交互に５層づつ積層されて構成されている。
【００３６】
上記ｐ−ＩｎＰ層２６からｎ−ＩｎＰ基板２１の上部までは下に凸状にパターニングされており、その平面形状は光の進行方向に伸びたストライプ形状となっている。また、ｎ−ＩｎＰ基板２１における前記ストライプ形状の凸部の両側にはｐ−ＩｎＰ層２７及びｎ−ＩｎＰ層２８がこの順に形成され、更にまた、最上のｐ−ＩｎＰ層２６及びｎ−ＩｎＰ層２８の上にはｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層２９が形成されている。そして、ｎ−ＩｎＰ基板２１の下面にはｎ側電極３０が形成され、かつｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層２９の上面には３つに分割されたｐ側電極３１ａ〜３１ｃが夫々形成されている。
【００３７】
更に、ＤＦＢ−ＬＤ２の両端面（第１，第２の励振端）２Ａ，２Ｂには、少なくとも位相共役光（及び信号光）を透過させるための無反射膜３２がコーティングされている。この様なＤＦＢ−ＬＤ２の共振器長は例えば９００μｍ、中央のｐ側電極３１ｂの長さは例えば約５８０μｍ、両端のｐ側電極３１ａ，３１ｃの長さは夫々に例えば約１６０μｍとなっている。
【００３８】
図２（Ｂ）において、ＤＦＢ−ＬＤ２のｐ側電極３１ａ〜３１ｃよりＭＱＷ活性層２４を介してｎ側電極３０に駆動電流を流すことにより、該ＭＱＷ活性層２４において波長１５４９ｎｍの光を出力４０ｍＷで連続発振させる。この場合に、ｐ側電極３１ａ〜３１ｃには例えば４００ｍＡの電流を流す。発振光は、２つの回折格子２３によりＤＦＢ−ＬＤ２の内部に強く閉じ込められる結果、単一モードで、利得帯域幅の狭い、安定したスペクトルが得られ、この発振光を４光波混合のためのポンプ光ωp として使用可能である。また、ＤＦＢ−ＬＤ２の両端面を無反射コートすることにより、発振光と異なる波長の光はレーザ内部で反射されることなく通過する。
【００３９】
この状態で、第１の励振端（端面）２Ａよりプローブ光（信号光）ωs を供給すると、非縮退４光波混合により、第２の励振端（端面）２Ｂからはプローブ光ωs と、一部のポンプ光ωp と、位相共役光ωc とが出力される。ここで、非縮退とは、プローブ光とポンプ光の波長が異なると言う意味で用いられる。また、位相共役光ωc の強度はポンプ光ωp の強度の２乗に比例する。
【００４０】
図３に非縮退４光波混合によるＤＦＢ−ＬＤ２の出力光のスペクトルを示す。プローブ光の角周波数をωs 、ポンプ光の角周波数をωp 、位相共役光の角周波数をωc とすると、これらの間には次式の関係があることが知られている。
ωc ＝２ωp −ωs 
従って、プローブ光（信号光）ωs から位相共役光ωc への光周波数変換（波長変換）が可能となる。
【００４１】
また、３つのｐ側電極３１ａ〜３１ｃに流す電流の大きさを相違させることにより、ＤＦＢ−ＬＤ２の単一の発振モードがシフトすることが知られている。駆動回路４０により、例えば両端のｐ側電極３１ａ，３１ｃに注入する電流を一定に保持し、かつ中央のＰ側電極３１ｂに注入する電流を増すと、発振波長が長波長側にシフトする。従って、ポンプ光ωp の波長を自由に可変でき、これに伴い位相共役光ωc の波長も自由に可変できる。従って、波長分割多重光通信において各チャネルの光信号を所望に波長変換できる。
【００４２】
なお、３つのｐ側電極３１ａ〜３１ｃに流す各電流の大きさ（即ち、ＤＦＢ−ＬＤ２内のキャリア密度分布）を適当な相違をもって微調整することにより、第１の端面２Ａから第２の端面２Ｂに進行するポンプ光ωp の強度と、第２の端面２Ｂから第１の端面２Ａに進行するポンプ光ωp の強度とを相違させることも可能である。
【００４３】
また、この様なＤＦＢ−ＬＤ２により生成される位相共役光ωc は、入力のプローブ光（信号光）ωs の複素共役であることから、光伝送路における波長分散や光カー効果による自己位相変調（ＳＰＭ：Self-Phase Modulation)からなる非線形性の補償に利用可能となる。
図４，図５は第１の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図（１），（２）であり、図４（Ａ）は４光波混合発生器の構成を示している。
【００４４】
図において、１は光サーキュレータ、２はＢＦＢレーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）、３は１／４波長板、４はミラー、５は位相共役光を通過させるための帯域通過光フィルタ（ＢＰＦ）、４０はＤＦＢ−ＬＤ２に電流を供給する駆動回路である。上記各デバイスの間は適当な光学系（光ファイバ，光導波路，レンズ，空間等）により光軸上で接続されている。ここで、１／４波長板３とミラー４とからなる構成は図１の偏波面回転手段５０に相当する。
【００４５】
駆動回路４０よりＤＦＢ−ＬＤ２にキャリアが高注入され、内部ではポンプ光ビームＥp が発生している。ポンプ光ビームＥp は紙面と平行な方向（縦方向）に振動しており、以下、この方向をＤＦＢ−ＬＤ２の軸とも呼ぶ。この状態で、入力の任意偏波状態の信号光ビームＥs は光サーキュレータ１の端子（ポート）ａに入力し、かつ端子ｂより出力し、ＤＦＢ−ＬＤ２の第１の端面２Ａに入力する。この信号光ビームＥs は、例えば長い光伝送路を伝送されたことにより任意方向に偏波しているが、これを紙面に平行な縦偏波成分と、紙面に垂直なを横偏波成分とに分解して考えることが可能である。
【００４６】
こうしてＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ａに入力した信号光ビームＥs は、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸と一致した縦偏波成分Ｅs1がポンプ光ビームＥp との４光波混合に寄与し、ＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂからは入力の信号光ビームＥs （Ｅs1，Ｅs1´）と、漏れ出したポンプ光ビームＥp1と、ＤＦＢ−ＬＤ２内で生成された位相共役光ビームＥc1とが出力される。
【００４７】
ここで、今、注目するのは位相共役光ビームＥc1と信号光ビームＥs とであり、この内の位相共役光ビームＥc1はＤＦＢ−ＬＤ２の軸と平行に偏波している。また信号光ビームＥs にはＤＦＢ−ＬＤ２内における４光波混合に寄与した縦偏波成分Ｅs1と４光波混合に寄与しなかった横偏波成分Ｅs1´とが含まれる。
図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）はＤＦＢ−ＬＤ２の第２の端面２Ｂからミラー４の側を見た場合の各光波の偏波の状態を示しており、図４（Ｂ）は１／４波長板３を通過前の偏波の状態を示している。
【００４８】
図において、１／４波長板３はその屈折率の異なる直交軸ｘ，ｙがＤＦＢ−ＬＤ２の軸と丁度４５°傾く様に設けられている。ここで、例えばｘ軸は屈折率が大きい方の光学軸で、遅い軸（slow axis)とも呼ばれ、またｙ軸は屈折率が小さい方の光学軸で、速い軸（fast axis)とも呼ばれる。この様な配置では１／４波長板３に入射した縦偏波の位相共役光ビームＥc1は、実質的にｘ軸とｙ軸の各偏波成分に２分割されて進行し、かつ１／４波長板３を通過した時点ではｙ軸の成分がｘ軸の成分よりもπ／２だけ位相が進んでいる。その結果、１／４波長板３の出力の位相共役光ビームＥc2は円偏波となる。
【００４９】
図４（Ｃ）は１／４波長板３を通過後の偏波の状態を示している。
図において、位相共役光ビームＥc2は、これをその矢印に向かう方向から見ると、左回転の円偏波（実線で示す）となっている。但し、図は第２の端面２Ｂからミラー４の側を見た場合を示すため右回転となっている。以下も同様である。また、この時、信号光ビームＥs の内の上記４光波混合に寄与した縦偏波成分Ｅs1についても上記と同様のことが起こっており、同様に左回転の円偏波Ｅs2となっている。一方、信号光ビームＥs の内の４光波混合に寄与しなかった横偏波成分Ｅs1´は１／４波長板３を通過した後、右回転の円偏波（破線で示す）Ｅs2´となってる。
【００５０】
図４（Ｄ）はミラー４で反射後の偏波の状態を示している。
上記各円偏波Ｅc2，Ｅs2，Ｅs2´は光軸に対して垂直に設けられたミラー４により逆方向に反射され、夫々の回転方向を保持したままの円偏波Ｅc3，Ｅs3，Ｅs3´となって１／４波長板３の側に戻る。但し、反射によりビームの進行方向が逆転するため、Ｅc3，Ｅs3は右回転の円偏波、Ｅs3´は左回転の円偏波となる。
【００５１】
図４（Ｅ）は再度１／４波長板３を通過後の偏波の状態を示している。
上記右回りの円偏波Ｅc3，Ｅs3については、復路の１／４波長板３によりｙ軸成分がｘ軸成分よりも更にπ／２だけ位相が進む結果、トータルの位相差はπとなり、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸に垂直な横偏波成分Ｅc4，Ｅs4となる。一方、左回りの円偏波Ｅs3´はＤＦＢ−ＬＤ２の軸に平行な縦偏波成分Ｅs4´となり、これらの各直線偏波成分Ｅc4，Ｅs4，Ｅs4´はＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂに入射する。この場合に、ＤＦＢ−ＬＤ２においては、その構造の対称性により、上記ＤＦＢ−ＬＤ２の往路で起こった４光波混合と同様の４光波混合がＤＦＢ−ＬＤ２の復路でも起こる。但し、上記往路で発生した位相共役光ビームＥc1及び信号光ビームＥs の内の４光波混合に寄与した縦偏波成分Ｅs1はＤＦＢ−ＬＤ２の復路ではＤＦＢ−ＬＤ２の軸に垂直な横偏波成分Ｅc4，Ｅs4となっており、これらはそのままで端面２Ａの側に出力される。
【００５２】
一方、入力の信号光ビームＥs の内の上記往路で４光波混合に寄与しなかった横偏波成分Ｅs1´はＤＦＢ−ＬＤ２の復路ではＤＦＢ−ＬＤ２の軸に平行な縦偏波成分Ｅs4´となっており、ＤＦＢ−ＬＤ内で逆向きに発生している励起光をポンプ光ビームとして４光波混合を発生させる。その結果、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路では信号光ビームの縦偏波成分Ｅs4´とポンプ光ビームＥp との４光波混合により新たに位相共役光ビームＥc4´が生成され、これがＤＦＢ−ＬＤ２内を同方向に進む位相共役光ビームＥc4に偏波合成される。
【００５３】
この様に、信号光ビームＥs の直交するいずれの偏光成分も、ＤＦＢ−ＬＤ２内で双方向に発生する励起光Ｅp を利用して４光波混合を発生させるので、光サーキュレータ１から取り出される変換光ビームＥC のレベルは、伝送路の偏光揺らぎの影響を受けない。また、上記ＤＦＢ−ＬＤ２の往路で先に生成された位相共役光ビームＥc1と、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路で位相共役光ビームＥc4を生成させる信号光ビームの縦偏波成分Ｅs4´とは、共に同一の光路を進行してきたために位相が合っており、よって通過する位相共役光ビームＥc4と新たに生成される位相共役光ビームＥc4´とは同一位相で偏波合成される。
【００５４】
更に、ＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ａから出力される光ビームには後段の光通信には不用な信号光ビームＥs やポンプ光ビームＥp が含まれるため、帯域通過光フィルタ５により位相共役光ビームＥc のみを抽出し、出力に提供する。
なお、上記ＤＦＢ−ＬＤ２で生成される位相共役光ビームの強度はポンプ光ビームＥp の強度の２乗に比例する。この場合に、もしＤＦＢ−ＬＤ２内で励起されるポンプ光ビームＥp のパワーが往路と復路とで異なる様な場合は、両方向の変換効率に差を生じ、出力の位相共役光ビームＥc のレベルが入力の信号光ビームＥs の偏光状態に依存してしまう。又は、ポンプ光ビームＥp のパワーが往路と復路とで同一であっても、入力される信号光ビームＥS の内のＤＦＢ−ＬＤ２と等しい軸の成分は４光波混合を起こしてから直交してＤＦＢ−ＬＤ２を通過して出力されるのに対し、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸と直交している成分は、ＤＦＢ−ＬＤ２を通過してから４光波混合を発生させるので、両位相共役光ビームＥp の発生過程が異なり、変換効率に差が生じるかもしれない。
【００５５】
そこで、この駆動回路４０は３つの電極３１ａ〜３１ｃに供給する各電流Ｉａ〜Ｉｃを夫々可変に構成されており、必要ならポンプ光ビームＥp の往路と復路の強度（チップキャリアの分布密度）を微調整し、変換効率のアンバランスを解消できる様になっている。
また、入力の信号光ビームＥs の波長が変わった様な場合には、ＤＦＢ−ＬＤ２を通過する際の損失や変換効率が波長によって相違するため、直交する偏光成分の変換効率が異なって、出力の変換光ビームＥc が入力の信号光Ｅs の偏光状態に依存してしまう可能性がある。そこで、本第１の実施の形態では入力の信号光Ｅs 又は出力の変換光Ｅc の波長、又は出力の変換光Ｅc のレベルをモニタすることにより、これらの変化に起因する上記偏光依存性がなくなるように、ＤＦＢ−ＬＤ２内のチップキャリアを自動制御する制御部６０を備えている。
【００５６】
この場合に、上記入力の信号光Ｅs 又は出力の変換光Ｅc の波長、又は出力の変換光Ｅc のレベルとＤＦＢ−ＬＤ２内のチップキャリア（即ち、駆動電流Ｉａ〜Ｉｃ）との関係は複雑となるため、予め実験又はシミュレーションにより両者の関係を統計的に求め、得られた関係を不図示のＲＯＭ等に記憶しておく。
なお、上記の駆動回路４０、更には制御部６０を備える構成は以下の各実施の形態にも適用可能である。
【００５７】
図５（Ａ）はＤＦＢ−ＬＤ２と１／４波長板３との間にポンプ光ビームＥp を除去するための帯域除去光フィルタ（ＢＳＦ）６を付加した場合を示している。
上記ＤＦＢ−ＬＤ２の往路でその端面２Ｂより射出されたポンプ光ビームＥp は、１／４波長板３及びミラー４を介してＤＦＢ−ＬＤ２の復路に戻った時点では該ＤＦＢ−ＬＤ２の軸に垂直であるため、復路での４光波混合には寄与しない。即ち、不要である。一方、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路に戻ったポンプ光ビームＥp をそのまま通過させると、これがＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ａより新たに射出されたポンプ光ビームＥp と合波される結果、帯域通過光フィルタ５における不要波（ポンプ光ビームＥp 等）の除去負担が大きくなる。
【００５８】
そこで、ＤＦＢ−ＬＤ２と１／４波長板３との間にポンプ光ビームＥp を除去するための帯域除去光フィルタ６を挿入し、ＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂから先に射出されたポンプ光ビームＥp を除去するようにしている。従って、帯域通過光フィルタ５の不用波除去負担が軽減される。
図５（Ｂ）はＤＦＢ−ＬＤ２と１／４波長板３との間に光増幅器（ＯＡ）１３を付加した場合を示している。
【００５９】
上記変換効率のアンバランスを解消する一方法として、ＤＦＢ−ＬＤ２内のキャリア分布密度を調整する場合を述べたが、ＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂの側に光増幅器１３を挿入することによっても変換効率のアンバランスを解消できる。光増幅器１３としては、例えば分散シフトファイバ（ＤＳＦ）１０又は半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１等を使用できる。
【００６０】
分散シフトファイバ（ＤＳＦ）１０を使用する場合は、ＤＦＢ−ＬＤ２の往路で生成された位相共役光ビームＥc1は、分散シフトファイバ１０における往路と復路とで共に並進するポンプ光ビームＥp との４光波混合により新たな位相共役光ビームＥc1，Ｅc4を生成させる。
また一つの半導体光増幅器１１を使用する場合は、該半導体光増幅器１１の往路（又は復路）において、上記分散シフトファイバ１０の場合と同様に、新たに４光波混合を発生させ、又は既に生成された位相共役光ビームＥc1又はＥc4を光増幅できる。。
【００６１】
更には、上記光増幅器１３のゲインを上げることで、位相共役光ビームの変換効率を更に上げることも可能である。但し、ここで増幅されるのはＤＦＢ−ＬＤ２の往路で生成された位相共役光ビームＥc1であるから、これにＤＦＢ−ＬＤ２の復路で生成される位相共役光ビームの強度をバランスさせる必要がある。この方法としては、上記ＤＦＢ−ＬＤ２内のキャリア分布をアンバランスさせる方法、又は光サーキュレータ１の端子ｃの側に光増幅器１３を更に挿入することにより、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路で生成される位相共役光ビームの強度を増幅することが考えられる。
【００６２】
図６，図７は第２の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図（１），（２）であり、図２（Ａ）は第２の実施の形態による基本的な４光波混合発生器の構成を示している。図において、７は偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、８は１／２波長板である。
ＤＦＢ−ＬＤ２の側における動作は上記と同様で良い。また、この構成ではＤＦＢ−ＬＤ２の軸と偏波ビームスプリッタ７の偏波軸との関係は任意で良いが、１／２波長板８の軸は偏波ビームスプリッタ７の偏波軸に対して４５°傾いている必要がある。
【００６３】
今、説明の簡単のために、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸と偏波ビームスプリッタ７の軸は平行（又は垂直）と仮定し、かつ１／２波長板８の軸は偏波ビームスプリッタ７の偏波軸に対して４５°傾いている場合を説明する。偏偏波ビームスプリッタ７の端子ａに入力する光ビームＥs1，Ｅs1´，Ｅc1に着目すると、ＤＦＢ−ＬＤ２の往路において既に４光波混合に寄与した縦偏波成分の信号光ビームＥs1及び位相共役光ビームＥc1は偏波ビームスプリッタ７の端子ｂからそのまま出力されて縦偏波成分のＥs1，Ｅc1となり、１／２波長板８に至る｛同図（Ｂ）参照｝。これらの各縦偏波成分Ｅs1，Ｅc1は１／２波長板８で偏波面が９０°回転され、横偏波成分のＥs2，Ｅc2となって偏波ビームスプリッタ７の端子ｃに至る｛同図（Ｃ）参照｝。
【００６４】
一方、上記ＤＦＢ−ＬＤ２の往路において４光波混合に寄与しなかった横偏波成分の信号光ビームＥs1´は偏波ビームスプリッタ７の端子ｃからそのまま出力されて横偏波成分のＥs1´となり、１／２波長板８に至る｛同図（Ｄ）参照｝。この横偏波成分Ｅs1´は１／２波長板８で偏波面が９０°回転され、縦偏波成分のＥs2´となって偏波ビームスプリッタ７の端子ｂに至る｛同図（Ｅ）参照｝。更に、偏波ビームスプリッタ７では端子ｂからの縦偏波Ｅs2´と端子ｃからの横偏波Ｅs2，Ｅc2とが偏波合成され、最終的にＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂに入力する。
【００６５】
そして、ＤＦＢ−ＬＤ２の復路では、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸と平行な縦偏波成分の信号光ビームＥs2´はポンプ光ビームＥp との４光波混合により新たに縦偏波の位相共役ビームを発生させるが、ＤＦＢ−ＬＤ２の軸と垂直な横偏波の信号光ビームＥs2及び位相共役光ビームＥs2はＤＦＢ−ＬＤ２内をそのまま通過する。従って、入力の任意偏波状態の信号光ビームＥs に忠実に対応した出力の位相共役光ビームＥc が得られる。
【００６６】
次に、図示しないが、偏波ビームスプリッタ７の偏波軸がＤＦＢ−ＬＤ２の軸から任意角度傾いており、かつ１／２波長板８の軸が偏波ビームスプリッタ７の軸から４５°傾いている場合を説明する。位相共役光ビームＥc1に着目すると、該ビームＥc1はＤＦＢ−ＬＤ２の軸に対して任意角度傾いた偏波ビームスプリッタ７により互いに直交する偏波成分Ｅc1a ，Ｅc1b に分離される。Ｅc1a は偏波ビームスプリッタ７に対して４５°傾いた軸を有する１／２波長板８によりその偏波面が９０°回転されて偏波ビームスプリッタ７の端子ｂに至り、またＥc1b は同じく１／２波長板８によりその偏波面が９０°回転（上記と逆方向）されて偏波ビームスプリッタ７の端子ｃに至る。両者は偏波ビームスプリッタ７で合波され、最終的に横偏波の位相共役光ビームＥc2となってＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂに入力する。信号光ビームＥs1についても同様である。一方、信号光ビームＥs1´は最終的に縦偏波の信号光ビームＥs2´となってＤＦＢ−ＬＤ２の端面２Ｂに入力する。
【００６７】
この後者について、上記偏波ビームスプリッタ７の軸がＤＦＢ−ＬＤ２の軸と平行（又は垂直）の場合と異なる点は、前者の場合は位相共役光ビームＥc1の全てが１／２波長板８を含む経路を一方向に進行するのに対して、後者の場合は位相共役光ビームＥc1の直交成分Ｅc1a ，Ｅc1b が１／２波長板８を含む経路を互いに逆方向に進行することである。ここで、直交成分Ｅc1a ，Ｅc1b の分岐比は偏波ビームスプリッタ７とＤＦＢ−ＬＤ２との任意傾き角度によって決まり、傾き角が４５°の場合は１：１となる。
【００６８】
なお、上記いずれの場合も、後述の如く、更にこの経路に光増幅器１３を挿入する構成により、変換光発生効率の更なる向上が図れる。
図７（Ａ）は偏光ビームスプリッタ７の経路に半導体光増幅器（ＳＯＡ）１１を備える場合を示している。ここでは、偏波ビームスプリッタ７の偏波軸はＤＦＢ−ＬＤ２の軸に対して４５°傾いており、また１／２波長板８は偏光ビームスプリッタ７の偏波軸に対して４５°傾いている。また、半導体光増幅器１１における両方向の変換光発生効率を等しくするために、半導体光増幅器１１に偏波依存性の無い素子を用いる。
【００６９】
図７（Ｂ）は偏光ビームスプリッタ７の経路に分散シフトファイバ（ＤＳＦ）１０を備える場合を示している。ここでも、偏波ビームスプリッタ７の偏波軸はＤＦＢ−ＬＤ２の軸に対して４５°傾いており、また１／２波長板８は偏光ビームスプリッタ７の偏波軸に対して４５°傾いている。その結果、ＤＳＦ１０ではＰＢＳ７で分離された信号光ビームＥs1a ，Ｅs1b とポンプ光ビームＥp1a ，Ｅp1b とがそれぞれ両端から入射されて４光波混合を発生させる。また帯域の広い変換特性を得るためには、ＤＦＢ−ＬＤ２の発振波長とＤＳＦ１０の零分散波長とが等しいことが望まれる。
【００７０】
また好ましくは、このＤＳＦ１０は、通常のＤＳＦよりもそのコア半径を小さくし、更には該コアにゲルマニウムを添加することで屈折率を高める等して、４光波混合の非線形効果を大きくする。これにより一層の変換効率の向上を可能にできる。
また、上記４光波混合を発生させるために用いるＤＳＦ１０の距離はあまり長くはないが（〜２０ｋｍ程度）、この区間で少なからず偏光が揺らぎ、出力の変換光ビームＥc のレベルも緩やかに揺らぐ可能性がある。そこで、このようなＤＳＦ１０での偏光揺らぎを補償するために、ＰＢＳ７とＤＳＦ１０間、又はＤＳＦ１０と１／２波長板８との間等に偏光制御器１２を挿入しても良い。この場合は、図示しないが、出力の変換光ビームＥc のレベルの揺らぎを検出して、該揺らぎを無くする方向に偏光制御器１２の偏光量を制御することが可能である。
【００７１】
図８は第３の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図である。
図８（Ａ）において、ここでは、偏光ビームスプリッタ７の端子ｂ，ｃ間が偏波面保存ファイバ９により端子間の偏波面が９０°回転するように接続されている。従って、簡単な構成により確実かつ安定な偏波面回転が得られる。ここで、図８（Ｂ）〜（Ｄ）は図６（Ｂ）〜（Ｄ）と同じ状態を示している。
【００７２】
なお、この偏波面保存ファイバ９を偏波面保持型の分散シフトファイバ９´とする事が可能である。こうすれば、図７（Ｂ）に示す様な偏光制御器１２を必要とせずに、ＤＳＦ９´内での偏光揺らぎを回避できる。また偏波面保持型のＤＳＦ９´を９０°回転させて接続すれば、伝搬する光ビームの偏光も９０°回転するので、１／２波長板８も不要となる。但し、この場合は、ＤＳＦ９´内でも変換光を発生するので、その発生効率を等しくするためには、偏波ビームスプリッタ７はＤＦＢ−ＬＤ２に対して軸を４５°傾けて、ポンプ光の分岐比を等しくする。
【００７３】
なお、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、簡単な構成により、光伝送路の偏光揺らぎの影響を受けずに、常に安定な４光波混合を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】一例のＤＦＢレーザダイオードを説明する図（１）である。
【図３】一例のＤＦＢレーザダイオードを説明する図（２）である。
【図４】第１の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図（１）である。
【図５】第１の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図（２）である。
【図６】第２の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図（１）である。
【図７】第２の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図（２）である。
【図８】第３の実施の形態による４光波混合発生器を説明する図である。
【図９】既提案の位相共役光発生装置を説明する図である。
【符号の説明】
１  光サーキュレータ（Ｏ．Ｃ．）
２  ＢＦＢレーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）
３  １／４波長板
４  ミラー
５  帯域通過光フィルタ（ＢＰＦ）
６  帯域除去光フィルタ（ＢＳＦ）
７  偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
８  １／２波長板
９  偏波面保存ファイバ
９´  偏波面保持型の分散シフトファイバ
１０  分散シフトファイバ（ＤＳＦ）
１１  半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１２  偏光制御器
１３  光増幅器（ＯＡ）
４０  駆動回路
５０  偏波面回転手段
【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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