(57)【要約】【課題】高精度の波長制御を要することなくデータ信号を得る。【解決手段】分散媒質１には、データ信号によって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて位相変調された搬送光ＥCが入力される。抽出部２は、分散媒質１から出力される光からデータ信号を抽出する。【選択図】図１
2013078093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ信号によって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて位相変調された搬送光が入力される分散媒質と、
前記分散媒質から出力される光から前記データ信号を抽出する抽出部と、
を有することを特徴とする光受信装置。
【請求項２】
前記抽出部は、
前記分散媒質から出力される光を電気信号に変換する変換部と、
前記変換部から出力される前記電気信号をサブキャリア周波数に分配する分配器と、
前記分配器によってサブキャリア周波数に分配された前記電気信号を復調する復調部と、
を有することを特徴とする請求項１記載の光受信装置。
【請求項３】
前記変換部から出力される前記電気信号の電力に基づいて、前記分散媒質の分散特性を制御する制御部をさらに有することを特徴とする請求項２記載の光受信装置。
【請求項４】
前記分散媒質は、波長分散媒質、複屈折媒質、多モード導波路、および遅延干渉計のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光受信装置。
【請求項５】
前記搬送光は、前記サブキャリア変調信号によって光変調された光サブキャリア変調信号が合波され、伝送路中の非線形光学媒質によって位相変調されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光受信装置。
【請求項６】
前記搬送光は、外部変調器に入力され、電気信号の前記サブキャリア変調信号によって位相変調されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光受信装置。
【請求項７】
搬送光が伝搬する伝送路と、
データ信号によって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて前記搬送光を位相変調する光多重装置と、
位相変調された前記搬送光を受信し、前記データ信号を抽出する光受信装置と、
を備え、
位相変調された前記搬送光を入力して出力する分散媒質が、前記伝送路中および前記光受信装置の一方または両方に設けられることを特徴とする光ネットワークシステム。
【請求項８】
ベースバンド変調された信号光を、非線形光学媒質によって、光ビートにより光相互変調し、分散媒質に入力することで、光アップコンバート信号に変換することを特徴とする光アップコンバージョン装置。
【請求項９】
周波数チャープを有する信号光を、光アップコンバージョン装置によって光アップコンバート信号に変換し、ＣＷ光を光アップコンバート信号により光相互変調することにより周波数チャープのない信号光を発生することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、情報が多重された搬送光を受信する光受信装置および光ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、情報を光多重伝送する技術として、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）がある。ＷＤＭは、異なる波長の光信号を多重化し、１本の光ファイバで複数の情報を伝送することができる。
【０００３】
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。その際、できるだけ光信号と電気信号とを、それらの間で変換しないで情報を伝搬・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。
【０００４】
しかし、現状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、伝送されてきた信号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−電気変換のために大きな電力を必要とする。
【０００５】
ところで、光ネットワークでは、各所においてリアルタイムに各種情報をモニタし、その情報を基に、有効なネットワーク制御を行っている。将来の光ネットワークにおいては、この情報の情報量は増大し、省エネルギーの光ネットワークを実現することが有効となる。また、より柔軟な光ネットワークを実現するためには、光ノードに限らず、任意の地点において情報をネットワークに挿入できる機能が有効となる。
【０００６】
しかし、現状では、情報の挿入は、光ノード装置や端局装置において行われており、特にモニタ情報は、信号光を光−電気変換して信号光のヘッダ部に書き込むか、または、専用の光波を用いるなどして伝搬されている。
【０００７】
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、送信局からの入力信号光および励起光を非線形光学媒質に供給する信号光／励起光供給手段と、非線形光学媒質に供給された入力信号光および励起光により発生した出力信号光および位相共役光を抽出する信号光／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】
【０００８】
【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】
【０００９】
ところで、ＷＤＭより高密度のデータ伝送を行う方式として、光周波数分割多重伝送が考えられる。光周波数分割多重伝送は、伝送路で伝送するデータ信号でサブキャリア信号を変調し、単一の搬送波に周波数分割多重して、データ信号を伝送する。
【００１０】
しかし、光周波数分割多重伝送では、搬送光に位相変調により周波数分割多重されたデータ信号を得るのに、高精度な波長制御を要するという問題点があった。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、高精度の波長制御を要することなくデータ信号を得ることができる光受信装置および光ネットワーク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】
【００１１】
上記課題を解決するために、光受信装置が提供される。この光受信装置は、データ信号によって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて位相変調された搬送光が入力される分散媒質と、前記分散媒質から出力される光から前記データ信号を抽出する抽出部と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
開示の装置およびシステムによれば、高精度の波長制御を要することなくデータ信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る光受信装置のブロック図である。
【図２】第２の実施の形態に係る光ネットワークシステムを示した図である。
【図３】光ネットワークの動作を説明する図である。
【図４】光多重装置のブロック例を示した図である。
【図５】光ヘテロダイン検波によってデータ復調する光受信装置のブロック図である。
【図６】光フィルタを備えた光受信装置のブロック図である。
【図７】光波長分波器を備えた光受信装置のブロック図である。
【図８】図２の光受信装置のブロック図である。
【図９】図８の光受信装置の動作を説明する図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る光受信装置のブロック図である。
【図１１】光受信装置と同様に分散媒質を用いた光アップコンバージョン装置のブロック図である。
【図１２】図１１の光アップコンバージョン装置を用いたチャープレス信号発生装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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受信装置のブロック図である。図１に示すように、光受信装置は、分散媒質１および抽出部２を有している。図１には、分散媒質１に入力される搬送光ＥCのスペクトル３も示している。横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。スペクトル３に示すωCは、搬送光ＥCの光周波数を示している。
【００１５】
搬送光ＥCは、例えば、図示しない伝送路に設けられた複数の光多重装置によって、データ信号が周波数分割多重されている。搬送光ＥCは、データ信号によって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて位相変調され、データ信号が多重されている。
【００１６】
例えば、図示しない伝送路に光多重装置Ａ1〜ＡNが設けられているとする。光多重装置Ａ1は、サブキャリア周波数ω1のサブキャリア信号を、伝送路で伝送するデータ信号で変調する。光多重装置Ａ1は、データ信号で変調したサブキャリア信号（サブキャリア変調信号）に応じた光強度を有する光サブキャリア変調信号を生成する。光多重装置Ａ1は、生成した光サブキャリア変調信号を、伝送路を伝搬している搬送光ＥCに合波し、伝送路中に設けられた非線形光学媒質において、搬送光ＥCを位相変調する。これにより、搬送光ＥCには、スペクトル３に示すように、サブキャリア周波数ω1のデータ信号が多重される。
【００１７】
また、光多重装置Ａ2は、サブキャリア周波数ω2のサブキャリア信号を、伝送路で伝送するデータ信号で変調する。光多重装置Ａ2は、データ信号で変調したサブキャリア変調信号に応じた光強度を有する光サブキャリア変調信号を生成する。光多重装置Ａ2は、生成した光サブキャリア変調信号を、伝送路を伝搬している搬送光ＥCに合波し、伝送路中に設けられた非線形光学媒質において、搬送光ＥCを位相変調する。これにより、搬送光ＥCには、スペクトル３に示すように、サブキャリア周波数ω2のデータ信号が多重される。
【００１８】
同様に、光多重装置ＡNは、サブキャリア周波数ωNのサブキャリア信号を、伝送路で伝送するデータ信号で変調する。光多重装置ＡNは、データ信号で変調したサブキャリア変調信号に応じた光強度を有する光サブキャリア変調信号を生成する。光多重装置ＡNは、生成した光サブキャリア変調信号を、伝送路を伝搬している搬送光ＥCに合波し、伝送路中に設けられた非線形光学媒質において、搬送光ＥCを位相変調する。これにより、搬送光ＥCには、スペクトル３に示すように、サブキャリア周波数ωNのデータ信号が多重される。
【００１９】
分散媒質１には、サブキャリア変調信号に基づいて位相変調された搬送光ＥCが入力される。例えば、分散媒質１には、上記したＮ個の光サブキャリア変調信号によって位相変調された搬送光ＥCが入力される。
【００２０】
抽出部２には、分散媒質１を透過した搬送光ＥCが入力される。抽出部２は、分散媒質１を透過した搬送光ＥCから、搬送光ＥCに多重されたデータ信号を抽出する。例えば、抽出部２は、分散媒質１から出力される光を光−電気変換し、復調処理を施して、データ信号を得る。
【００２１】
ここで、分散媒質１に搬送光ＥCを透過させないでデータ信号を得る方法として、例えば、光ヘテロダイン検波が考えられる。光ヘテロダイン検波は、搬送光ＥCの光周波数と異なる光周波数のローカル光を搬送光ＥCに合波してデータ信号を得ることができる。しかし、光ヘテロダイン検波では、搬送光ＥCからデータ信号を分離するのに、ローカル光の波長を高精度に制御することを要する。
【００２２】
また、光フィルタによって、例えば、スペクトル３に示す−ω1，−ω2，…，−ωNの周波数成分を搬送光ＥCから除去し、その光を光−電気変換することによってデータ信号を得る方法が考えられる。この方法では、ω1，ω2，…，ωNの電力を減衰しないように−ω1，−ω2，…，−ωNの電力を十分に減衰する、高性能な箱形の波長特性を有する光フィルタを要する。
【００２３】
これに対し、図１の光受信装置では、分散媒質１を透過させた搬送光ＥCからデータ信号を抽出する。この場合、後述するが、抽出部２は、搬送光ＥCにローカル光を合波したり、搬送光ＥCを光フィルタに通したりしなくても、搬送光ＥCに多重されたデータ信号を得ることができる。すなわち、図１の光受信装置は、高精度の波長制御を要することなくデータ信号を得ることができる。
【００２４】
このように、光受信装置は、データ信号によって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて位相変調された搬送光ＥCを分散媒質１に入力する。そして、光受信装置は、分散媒質１から出力される光から、搬送光ＥCに多重されたデータを抽出するようにした。これにより、光受信装置は、高精度の波長制御を要することなくデータ信号を得ることができる。
【００２５】
［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。
図２は、第２の実施の形態に係る光ネットワークシステムを示した図である。図２に示すように、光ネットワークシステムは、光多重装置１１〜１３、光受信装置２１、および伝送路３１を有している。伝送路３１は、例えば、光ファイバである。伝送路３１には、搬送光ＥCが伝搬している。
【００２６】
搬送光ＥCは、ＣＷ（Continuous Wave）光である。または、搬送光ＥCは、ベースバンド変調された信号光である。ベースバンド変調された信号光のビットレートは、以下で説明する光サブキャリア変調信号の周波数（光強度の周波数）に比べ十分低いものとする。図２では、光多重装置１１〜１３は、３台しか示していないが、Ｎ台存在しているとする。
【００２７】
図３は、光ネットワークの動作を説明する図である。図３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。
光多重装置１１〜１３は、伝送路３１で伝送するデータ信号を、搬送光ＥCに周波数分割多重する。図３に示すＤ１〜ＤＮは、光多重装置１１〜１３によって搬送光ＥCに多重されるデータ信号を示している。例えば、データ信号Ｄ１は、光多重装置１１によって、搬送光ＥCに多重される。データ信号Ｄ２は、光多重装置１２によって、搬送光ＥCに多重される。同様に、データ信号ＤＮは、光多重装置１３によって、搬送光ＥCに多重される。
【００２８】
光多重装置１１〜１３は、異なるサブキャリア周波数ω1〜ωNのサブキャリア信号を、データ信号Ｄ１〜ＤＮで変調する。例えば、光多重装置１１は、サブキャリア周波数ω1のサブキャリア信号を、データ信号Ｄ１で変調する。光多重装置１２は、サブキャリア周波数ω2のサブキャリア信号を、データ信号Ｄ２で変調する。同様にして、光多重装置１３は、サブキャリア周波数ωNのサブキャリア信号を、データ信号ＤＮで変調する。
【００２９】
図３に示すｍa1、ｍa2、およびｍaNは、データ信号Ｄ１〜ＤＮで変調されたサブキャリア信号の振幅変調成分を示している。ｍP1、ｍP2、およびｍPNは、データ信号Ｄ１〜ＤＮで変調されたサブキャリア信号の位相変調成分を示している。
【００３０】
図３には、データ信号Ｄ１〜ＤＮで変調されたサブキャリア信号（サブキャリア変調信号）のスペクトル４１〜４３が示してある。スペクトル４１は、データ信号Ｄ１で変調された、サブキャリア周波数ω1のサブキャリア変調信号のスペクトルを示している。スペクトル４２は、データ信号Ｄ２で変調された、サブキャリア周波数ω2のサブキャリア変調信号のスペクトルを示している。スペクトル４３は、データ信号ＤＮで変調された、サブキャリア周波数ωNのサブキャリア変調信号のスペクトルを示している。横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。
【００３１】
図３には、伝送路３１を伝搬している搬送光ＥCのスペクトル５１〜５４が示してある。スペクトル５１は、光多重装置１１に入力される搬送光ＥCのスペクトルを示している。スペクトル５２は、光多重装置１１から出力される搬送光ＥCのスペクトルを示している。スペクトル５３は、光多重装置１２から出力される搬送光ＥCのスペクトルを示している。スペクトル５４は、光多重装置１３から出力される搬送光ＥCのスペクトルを示している。横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。ωCは、搬送光ＥCの光周波数を示す。
【００３２】
光多重装置１１〜１３は、伝送路３１を伝搬する搬送光ＥCにデータ信号Ｄ１〜ＤＮを多重する。以下で詳細に説明するが、光多重装置１１〜１３のそれぞれは、データ信号Ｄ１〜ＤＮで変調したサブキャリア変調信号に応じた光強度を有する光サブキャリア変調信号を生成し、伝送路３１を伝搬している搬送光ＥCに合波する。光サブキャリア変調信号が合波された搬送光ＥCは、伝送路３１中に設けられている非線形光学媒質によって位相変調され、データ信号Ｄ１〜ＤＮが多重される。
【００３３】
例えば、光多重装置１１には、スペクトル５１に示すように、光周波数ωCの搬送光ＥCが入力される。光多重装置１１は、スペクトル５２に示すように、データ信号Ｄ１で変調したサブキャリア周波数ω1のサブキャリア変調信号を搬送光ＥCに多重する。光多重装置１２は、スペクトル５３に示すように、データ信号Ｄ２で変調したサブキャリア周波数ω2のサブキャリア変調信号を搬送光ＥCに多重する。光多重装置１３は、スペクトル５４に示すように、データ信号ＤＮで変調したサブキャリア周波数ωNのサブキャリア変調信号を搬送光ＥCに多重する。
【００３４】
光受信装置２１は、伝送路３１を伝搬した搬送光ＥCを受信する。光受信装置２１は、受信した搬送光ＥCを分散媒質に透過させ、分散媒質を透過した搬送光ＥCからデータ信号Ｄ１〜ＤＮを抽出する。
【００３５】
光受信装置２１を説明する前に、光多重装置１１〜１３を説明する。次いで、光ヘテロダイン検波によってデータ信号を得る方式、光フィルタによってデータ信号を得る方式、および波長分波器によってデータ信号を得る方式について説明する。その後、光受信装置２１について説明する。
【００３６】
図４は、光多重装置のブロック例を示した図である。図４に示すように、光多重装置１１は、発振器６１、乗算器６２、光変調器６３、合波器６４、および非線形光学媒質６５を有している。
【００３７】
発振器６１は、サブキャリア周波数ω1のサブキャリア信号を出力する。発振器６１は、例えば、正弦波のサブキャリア信号を出力する。
乗算器６２には、搬送光ＥCで伝送する（搬送光ＥCに多重する）データ信号Ｄ１と、発振器６１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６２は、サブキャリア信号をデータ信号Ｄ１によって変調し、サブキャリア変調信号を出力する。
【００３８】
光変調器６３は、乗算器６２から出力されるサブキャリア変調信号の変化に応じた光強度の光サブキャリア変調信号を出力する。光変調器６３は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）である。
【００３９】
合波器６４は、伝送路３１を伝搬している搬送光ＥCに、光変調器６３から出力される光サブキャリア変調信号を合波する。合波器６４は、例えば、光カプラである。光サブキャリア変調信号が合波された搬送光ＥCは、非線形光学媒質６５に入力される。
【００４０】
非線形光学媒質６５に入力された搬送光ＥCは、非線形光学媒質６５によって、光サブキャリア変調信号により光相互変調され、光サブキャリア変調信号が多重される。これにより、例えば、図３のスペクトル５２に示すように、サブキャリア周波数ω1のサブキャリア変調信号が搬送光ＥCに多重される。
【００４１】
非線形光学媒質による光相互変調としては、相互位相変調による光位相変調や光パラメトリック効果による光強度変調などを用いることができる。非線形光学媒質としては、例えば、光ファイバ、周期分極反転ニオブ酸リチウム、半導体光増幅器、シリコン細線導波路等の高屈折率差光導波路を用いることができる。なお、伝送路３１の光ファイバを非線形光学媒質６５として利用し、搬送光ＥCを光サブキャリア変調信号により光相互変調してもよい。
【００４２】
なお、図４に示す光多重装置１１のブロックは一例であり、搬送光ＥCを位相変調する方式は、図４のブロックに限るものではない。例えば、光多重装置１１は、伝送路３１を伝搬している搬送光ＥCを、乗算器６２から出力される電気信号のサブキャリア変調信号で電気−光位相変調してもよい。
【００４３】
例えば、電気−光位相変調器は、マッハ・ツェンダ変調器（ＬＮ（Lithium Niobate）変調器）などの外部変調器である。外部変調器には、伝送路３１を伝搬している搬送光ＥCと、乗算器６２から出力されるサブキャリア変調信号とを入力する。外部変調器は、電気信号のサブキャリア変調信号によって、伝送路３１を伝搬している搬送光ＥCを位相変調する。
【００４４】
また、図４の光多重装置１１は、１つのサブキャリア変調信号を生成するようになっているが、複数のサブキャリア変調信号を生成するようにしてもよい。例えば、光多重装置１１は、異なるサブキャリア周波数のサブキャリア信号を出力する発振器を複数備える。光多重装置１１は、複数の乗算器で、複数の発振器から出力されるサブキャリア信号と、異なる複数のデータ信号とを乗算する。光多重装置１１は、複数の乗算器から出力されるサブキャリア変調信号を加算し、光変調器６３で変調する。
【００４５】
また、光変調器６３から出力される光サブキャリア変調信号は、搬送光ＥCと同一の偏波となるように制御して合波器６４に出力するようにしてもよい。
光多重装置１２，１３も図４と同様のブロックを有し、その説明を省略する。
【００４６】
光ヘテロダイン検波について説明する。光サブキャリア変調信号によって位相変調された搬送光ＥCは、次の式（１）のように表すことができる。
【００４７】
【数１】
2013078093.tif 000003
【００４８】
ここで、Ｅ0は電界振幅、ω0は搬送光ＥCの光周波数、ωjはサブキャリア変調周波数である。また、ｍaj（ｔ）およびｍpj（ｔ）は、データ信号によって変調されたサブキャリア信号の振幅変調成分および位相変調成分（データ変調成分）である。φ0jは初期位相である。
【００４９】
ｊは、正の整数であり、図２に示す光多重装置１１〜１３に対応する。例えば、図２の左側の光多重装置１１から、ｊ＝１、ｊ＝２、…、ｊ＝ｎとなる。以下では、光サブキャリア変調信号によって位相変調された搬送光ＥCを、光サブキャリア位相変調信号と呼ぶことがある。
【００５０】
式（１）で示される光サブキャリア位相変調信号は、ベッセル関数を用いて周波数成分ω0，ω0＋ωj，ω0−ωjの和として次の式（２）のように表すことができる。
【００５１】
【数２】
2013078093.tif 000004
【００５２】
ここで、Ｊ1は、１次の第一種ベッセル関数であり、ｍajは十分小さいとして０次の第一種ベッセル関数Ｊ0＝１での２次以降の第一種ベッセル関数を無視する。式（２）で示される光サブキャリア位相変調信号の光電力は、Ｐ（ｔ）＝｜Ｅ（ｔ）｜2で求められ、次の式（３）で示される。
【００５３】
【数３】
2013078093.tif 000005
【００５４】
光サブキャリア位相変調信号をＰＤ（Photo Detector）により強度検波すると、式（３）に示すように、データ変調成分のｍajおよびｍpjの項が消える。このため、光サブキャリア位相変調信号の全ての周波数成分をＰＤにより電気信号に変換すると、サブキャリア変調信号を受信することができない。
【００５５】
そこで、光サブキャリア位相変調信号にローカル光源ＥLを合波して、光ヘテロダイン検波することを考える。ローカル光源ＥLが合波された光サブキャリア位相変調信号は、次の式（４）で示される。
【００５６】
【数４】
2013078093.tif 000006
【００５７】
ここで、ＥLはローカル光源の電界振幅、ωLはローカル光源の光周波数である。
ローカル光源ＥLが合波された光サブキャリア位相変調信号の光電力は、Ｐ（ｔ）＝｜Ｅhd（ｔ）｜2で求められ、次の式（５）で示される。
【００５８】
【数５】
2013078093.tif 000007
【００５９】
式（５）では、データ変調成分のｍajおよびｍpjの項が残っている。すなわち、光ヘテロダイン検波では、ＰＤによるデータ信号の受信が可能となる。
図５は、光ヘテロダイン検波によってデータ復調する光受信装置のブロック図である。図５に示すように、光受信装置は、光源７１、光合波器７２、ＰＤ７３、分配器７４、および復調部７５〜７７を有している。図５では、復調部７５〜７７は、３個しか示していないが、Ｎ個存在しているとする。
【００６０】
図５には、光合波器７２に入力される搬送光ＥCのスペクトル８１が示してある。また、光合波器７２から出力される光のスペクトル８２が示してある。また、図５には、ＰＤ７３から出力される電気信号のスペクトル８３が示してある。横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。
【００６１】
光源７１は、光周波数ωLのローカル光を出力する。ローカル光は、ＣＷ光である。
光合波器７２には、搬送光ＥC（光サブキャリア位相変調信号）と、光源７１から出力されるローカル光とが入力される。光合波器７２は、搬送光ＥCにローカル光を合波する。これにより、光合波器７２から出力される光は、スペクトル８２に示すように、光周波数ωLにローカル光のスペクトルが立つ。
【００６２】
ＰＤ７３は、光合波器７２から出力される光を電気信号に変換する。ＰＤ７３から出力される電気信号のスペクトルは、スペクトル８３に示すようになる。なお、ωjとω’jとの間には、次の式（６）に示す関係がある。
【００６３】
ω’j＝｜ωL−（ωC＋ωj）｜  …（６）
分配器７４は、ＰＤ７３から出力される電気信号を周波数に基づいて分配し、復調部７５〜７７に出力する。例えば、分配器７４は、周波数ω’1の電気信号を復調部７５に出力する。また、分配器７４は、周波数ω’2の電気信号を復調部７６に出力する。同様にして、分配器７４は、周波数ω’Nの電気信号を復調部７７に出力する。
【００６４】
復調部７５〜７７は、分配器７４によって分配された電気信号を復調し、データ信号を得る。
光フィルタによってデータ信号を得る方式について説明する。周波数成分ω0＋ωjの光を通過させ、周波数成分ω0−ωjの光を阻止する光フィルタに、光サブキャリア位相変調信号を通過させた場合を考える。この場合、光フィルタから出力される光サブキャリア位相変調信号は、式（２）の第３項を削除した式で表すことができる。この光フィルタを通過させた光サブキャリア位相変調信号の光電力は、次の式（７）で示される。
【００６５】
【数６】
2013078093.tif 000008
【００６６】
式（７）には、データ変調成分ｍajおよびｍpjの項が残っている。すなわち、光受信装置は、周波数成分ω0＋ωjの光を通過させ、周波数成分ω0−ωjの光を阻止する光フィルタに光サブキャリア位相変調信号を通し、ＰＤにより電気信号に変換することによって、データ信号を得ることができる。
【００６７】
図６は、光フィルタを備えた光受信装置のブロック図である。図６に示すように、光受信装置は、光フィルタ９１、ＰＤ９２、分配器９３、および復調部９４〜９６を有している。図６では、復調部９４〜９６は、３個しか示していないが、Ｎ個存在しているとする。
【００６８】
図６には、光フィルタ９１に入力される搬送光ＥCのスペクトル１０１が示してある。また、光フィルタ９１から出力される光のスペクトル１０２が示してある。また、ＰＤ９２から出力される電気信号のスペクトル１０３が示してある。横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。
【００６９】
光フィルタ９１は、箱形特性のフィルタであり、周波数成分ω0＋ωjの光を通過させ、周波数成分ω0−ωjの光を阻止する。従って、光フィルタ９１を透過した光サブキャリア位相変調信号のスペクトルは、スペクトル１０２に示すようになる。
【００７０】
ＰＤ９２は、光フィルタ９１を通過した光サブキャリア位相変調信号を電気信号に変換する。ＰＤ７３から出力される電気信号のスペクトルは、スペクトル１０３に示すようになる。
【００７１】
分配器９３は、ＰＤ９２から出力される電気信号を周波数に基づいて分配し、復調部９４〜９６に出力する。例えば、分配器９３は、サブキャリア周波数ω1の電気信号を復調部９４に出力する。また、分配器９３は、サブキャリア周波数ω2の電気信号を復調部９５に出力する。同様にして、分配器９３は、サブキャリア周波数ωNの電気信号を復調部９６に出力する。
【００７２】
復調部９４〜９６は、分配器９３によって分配された電気信号を復調し、データ信号を得る。
光波長分波器によってデータ信号を得る方式について説明する。光受信装置は、式（２）より、周波数成分ω0＋ωjの各ｊにおける光サブキャリア位相変調信号を抽出して電気信号に変換できれば、データ信号を得ることができる。または、光受信装置は、周波数成分ω0−ωjの各ｊにおける光サブキャリア位相変調信号を抽出して電気信号に変換できれば、データ信号を得ることができる。
【００７３】
図７は、光波長分波器を備えた光受信装置のブロック図である。図７に示すように、光受信装置は、波長分波器１１１、ＰＤ１１２〜１１４、および復調部１１５〜１１７を有している。図７では、ＰＤ１１１〜１１４および復調部１１５〜１１７は、それぞれ３個しか示していないが、Ｎ個存在しているとする。
【００７４】
図７には、波長分波器１１１に入力される搬送光ＥCのスペクトル１２１が示してある。横軸は周波数を示し、縦軸はパワーを示す。
波長分波器１１１は、受信した光サブキャリア位相変調信号を周波数に基づいて分波し、ＰＤ１１２〜１１４に出力する。例えば、波長分波器１１１は、分波した光周波数ωC＋ω1の光をＰＤ１１２に出力する。また、波長分波器１１１は、分波した光周波数ωC＋ω2の光をＰＤ１１３に出力する。同様にして、波長分波器１１１は、分波した光周波数ωC＋ωNの光をＰＤ１１４に出力する。すなわち、波長分波器１１１は、光サブキャリア位相変調信号を、スペクトル１２１に示すスペクトルごとに分波して、ＰＤ１１２〜１１４に出力する。
【００７５】
ＰＤ１１２〜１１４は、波長分波器１１１から出力される光を電気信号に変換する。ＰＤ１１２〜１１４のそれぞれからは、サブキャリア周波数ω1〜ωNのサブキャリア変調信号が出力される。
【００７６】
復調部１１５〜１１７は、ＰＤ１１２〜１１４から出力されるサブキャリア変調信号を復調し、データ信号を得る。
図２の光受信装置２１について説明する。光受信装置２１は、受信した光サブキャリア位相変調信号を分散媒質に透過して光−電気変換し、データ信号Ｄ１〜ＤＮを得る。以下、分散媒質が、１．波長分散媒質である場合、２．複屈折媒質である場合、３．遅延干渉計または多モード導波路である場合について説明する。
【００７７】
１．波長分散媒質
光受信装置２１は、波長分散媒質を用いることで、光サブキャリア位相変調信号のデータ変調成分を光電力成分として抽出することができる。伝搬定数β、長さＬの波長分散媒質透過後の光サブキャリア位相変調信号の電界は、次の式（８）で示される。
【００７８】
【数７】
2013078093.tif 000009
【００７９】
βは、上記したように波長分散媒質の伝搬定数であり、光周波数ω0付近のテイラー級数展開は次の式（９）で示される。
【００８０】
【数８】
2013078093.tif 000010
【００８１】
ここで、式（９）のβm（ｍ：正の整数）は、次の式（１０）で示される。
【００８２】
【数９】
2013078093.tif 000011
【００８３】
よって、式（２）の各項は、それぞれ異なる群遅延が与えられ、式（１１）で示すようになる。
【００８４】
【数１０】
2013078093.tif 000012
【００８５】
式（１１）において２次分散まで（式（９）の第３項まで）を考慮すると、波長分散媒質透過後の光電力は、次の式（１２）で示される。
【００８６】
【数１１】
2013078093.tif 000013
【００８７】
式（１２）より、波長分散媒質を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力は、データ変調成分のｍajおよびｍpjが残ることが分かる。すなわち、波長分散媒質を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力からは、データ信号Ｄ１〜ＤＮを得ることができる。
【００８８】
データ変調成分のｍajおよびｍpjは、式（１２）より、次の式（１３）で示される条件を満たすとき最大となる。
【００８９】
【数１２】
2013078093.tif 000014
【００９０】
従って、最適な波長分散媒質長は、次の式（１４）に示すようになる。
【００９１】
【数１３】
2013078093.tif 000015
【００９２】
なお、λ0は中心波長（λ0＝２πｃ／ω0）、Ｄは波長分散（Ｄ＝２πｃβ2／λ02）、ｃは光速、ｎは自然数である。
２．複屈折媒質
光受信装置２１は、複屈折媒質を用いることで、光サブキャリア位相変調信号のデータ変調成分を光電力成分として抽出することができる。複屈折媒質を透過した光サブキャリア位相変調信号の電界は、次の式（１５）で示される。
【００９３】
【数１４】
2013078093.tif 000016
【００９４】
ＤPは偏波モード分散パラメータであり、光周波数ω0付近のテイラー級数展開は、次の式（１６）で示される。
【００９５】
【数１５】
2013078093.tif 000017
【００９６】
ここで、式（１６）のＤPm（ｍ：正の整数）は、次の式（１７）で示される。
【００９７】
【数１６】
2013078093.tif 000018
【００９８】
よって、式（２）の各項は、それぞれ異なる偏波モード分散が与えられ、式（１８）に示すようになる。
【００９９】
【数１７】
2013078093.tif 000019
【０１００】
式（１８）において２次の偏波モード分散まで（式（１６）の第３項まで）を考慮すると、複屈折分散媒質を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力は、次の式（１９）で示される。
【０１０１】
【数１８】
2013078093.tif 000020
【０１０２】
式（１９）より、複屈折媒質を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力は、データ変調成分のｍajおよびｍpjが残ることが分かる。すなわち、複屈折媒質を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力からは、データ信号Ｄ１〜ＤＮを得ることができる。
【０１０３】
データ変調成分のｍajおよびｍpjは、式（１９）より、次の式（２０）で示される条件を満たすとき最大となる。
【０１０４】
【数１９】
2013078093.tif 000021
【０１０５】
従って、最適な複屈折媒質長は、次の式（２１）に示すようになる。
【０１０６】
【数２０】
2013078093.tif 000022
【０１０７】
なお、ｎは自然数である。
３．遅延干渉計または多モード導波路
光受信装置２１は、遅延干渉計の分岐経路の遅延時間差または多モード導波路のモード分散を利用して、光サブキャリア位相変調信号のデータ変調成分を光電力成分として抽出することができる。遅延干渉計または多モード導波路を透過した光サブキャリア位相変調信号の電界は、次の式（２２）で示される。
【０１０８】
【数２１】
2013078093.tif 000023
【０１０９】
ここで、Ｃa，Ｃbは各経路への分岐係数またはモード結合係数、Ｌa，Ｌbは遅延干渉計の場合の各経路長、βa，βbは多モード導波路の場合の各モードの伝搬定数である。遅延干渉計または多モード導波路を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力は、次の式（２３）で示される。
【０１１０】
【数２２】
2013078093.tif 000024
【０１１１】
式（２３）より、遅延干渉計または多モード導波路を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力は、データ変調成分のｍajおよびｍpjが残ることが分かる。すなわち、遅延干渉計または多モード導波路を透過した光サブキャリア位相変調信号の光電力からは、データ信号Ｄ１〜ＤＮを得ることができる。
【０１１２】
データ変調成分のｍajおよびｍpjは、式（２３）より、次の式（２４ａ）、式（２４ｂ）で示される条件を満たすとき最大となる。
【０１１３】
【数２３】
2013078093.tif 000025
【０１１４】
なお、ｍ，ｎは自然数である。
図５で説明した光ヘテロダイン検波では、光源７１の波長（光周波数）を高精度に制御することを要する。また、図６で説明した光フィルタ９１は、周波数成分ω0＋ωjを減衰することなく通過させ、周波数成分ω0−ωjを十分に阻止する高性能の箱形特性を要する。特に、サブキャリア変調信号のサブキャリア周波数が低い場合、光フィルタ９１は、急峻な箱型特性を要する。また、図７で説明した波長分波器１１１は、他の波長成分を含まないように、所望の波長に分波する高性能の波長分波器であることを要する。
【０１１５】
これに対し、図２の光受信装置２１は、分散媒質を備え、光サブキャリア位相変調信号を透過させる。これにより、光受信装置２１は、光サブキャリア位相変調信号の光電力から、データ変調成分ｍajおよびｍpjが得られる。すなわち、光受信装置２１は、光源や光フィルタ、波長分波器を備えないでデータ信号Ｄ１〜ＤＮを得ることができる。つまり、光受信装置２１は、高精度の波長制御を行わないで、光サブキャリア位相変調信号を分散媒質に透過させることによって、データ信号Ｄ１〜ＤＮを得ることができる。
【０１１６】
図８は、図２の光受信装置のブロック図である。図８に示すように、光受信装置２１は、分散媒質１３１、ＰＤ１３２、分配器１３３、および復調部１３４〜１３６を有している。図８では、復調部１３４〜１３６は、３個しか示していないが、Ｎ個存在しているとする。
【０１１７】
分散媒質１３１には、伝送路３１を伝搬してきた搬送光ＥCが入力される。搬送光ＥCは、例えば、光多重装置１１〜１３から出力される光サブキャリア変調信号によって位相変調され、データ信号Ｄ１〜ＤＮが多重されている。
【０１１８】
分散媒質１３１は、例えば、光サブキャリア位相変調信号の両側波帯成分に群遅延（位相差）を与える波長分散媒質である。波長分散媒質としては、例えば、光ファイバ、ファイバブラッググレーティング、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）などがある。
【０１１９】
または、分散媒質１３１は、例えば、入力される光の２つの異なる偏波成分に対して、それぞれ異なる群遅延を与える複屈折媒質である。複屈折媒質としては、例えば、偏波保持ファイバや、光電界分布の円周方向に対して均一でない構造を有する光導波路または複屈折光学結晶がある。
【０１２０】
または、分散媒質１３１は、例えば、入力される信号光を２つの経路に分け、それぞれの経路で異なる光遅延時間を与える遅延干渉計である。遅延干渉計としては、例えば、光スプリッタと、２つの異なる経路長を有する光遅延線と、光コンバイナとを有するマッハ・ツェンダ干渉計がある。または、光スプリッタと、非線形光学媒質と、制御光源とを有する非線形ループミラーがある。または、複屈折媒質の偏波主軸から４５度ずれた偏波面で複屈折媒質に光を入力することで、２つの偏波モードの遅延時間差を生じさせる遅延干渉計がある。
【０１２１】
または、分散媒質１３１は、例えば、入力される光を複数の異なる伝搬モードに変換し、それぞれの伝搬モードに対して異なる群遅延を与える多モード導波路である。多モード導波路としては、例えば、マルチモードファイバや多モード光導波路（ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）、高屈折率差導波路）がある。
【０１２２】
ＰＤ１３２は、分散媒質１３１から出力される光を電気信号に変換する。なお、分散媒質１３１に多モード導波路を用いた場合、ＰＤ１３２の前段にモード変換器を設けるようにする。すなわち、光受信装置２１は、多モード導波路から出力される光を、モード変換器によって、ＰＤ１３２が受信できる導波モードに変換するようにする。ただし、ＰＤ１３２の径が十分に大きい場合は、モード変換器は不要である。
【０１２３】
分配器１３３は、ＰＤ１３２から出力される電気信号をサブキャリア周波数に基づいて分配し、復調部１３４〜１３６に出力する。
復調部１３４〜１３６は、分配器１３３によって分配された電気信号（サブキャリア変調信号）を復調し、データ信号Ｄ１〜ＤＮを得る。
【０１２４】
復調部１３４〜１３６は、例えば、包絡線検波器、位相検波器、または周波数検波器である。例えば、サブキャリア変調信号が、データ信号Ｄ１〜ＤＮによって振幅変調されている場合、復調部１３４〜１３６は、包絡線検波器である。また、サブキャリア変調信号が、データ信号Ｄ１〜ＤＮによって位相変調されている場合、復調部１３４〜１３６は、位相検波器である。また、サブキャリア変調信号が、データ信号Ｄ１〜ＤＮによって周波数変調されている場合、復調部１３４〜１３６は、周波数検波器である。なお、図４の例の場合、サブキャリア変調信号は、振幅変調される。従って、この場合、復調部１３４〜１３６は、包絡線検波器となる。
【０１２５】
図９は、図８の光受信装置の動作を説明する図である。図９において図８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図９には、分散媒質１３１に入力される搬送光ＥCのスペクトル１４１が示してある。また、ＰＤ１３２から出力される電気信号のスペクトル１４２が示してある。
【０１２６】
搬送光ＥCには、スペクトル１４１に示すように、サブキャリア周波数ω1，ω2，…，ωNのサブキャリア変調信号が多重されている。スペクトル１４１に示す搬送光ＥCは、分散媒質１３１を透過し、ＰＤ１３２によって電気信号に変換される。
【０１２７】
ＰＤ１３２から出力される電気信号は、スペクトル１４２に示すように、サブキャリア周波数ω1，ω2，…，ωNを有するサブキャリア変調信号である。分配器１３３は、サブキャリア周波数ω1，ω2，…，ωNを有するサブキャリア変調信号を、サブキャリア周波数ω1，ω2，…，ωNの成分に分配し、復調部１３４〜１３６に出力する。例えば、分配器１３３は、サブキャリア周波数ω1のサブキャリア変調信号を復調部１３４に出力する。また、分配器１３３は、サブキャリア周波数ω2のサブキャリア変調信号を復調部１３５に出力する。同様にして、分配器１３３は、サブキャリア周波数ωNのサブキャリア変調信号を復調部１３６に出力する。
【０１２８】
復調部１３４〜１３６は、分配器１３３で分配されたサブキャリア変調信号を復調する。例えば、復調部１３４は、分配器１３３で分配されたサブキャリア周波数ω1のサブキャリア変調信号から、データ信号Ｄ１を復調する。復調部１３５は、分配器１３３で分配されたサブキャリア周波数ω2のサブキャリア変調信号から、データ信号Ｄ２を復調する。同様にして復調部１３６は、分配器１３３で分配されたサブキャリア周波数ωNのサブキャリア変調信号から、データ信号ＤＮを復調する。
【０１２９】
このように、光受信装置２１は、データ信号Ｄ１〜ＤＮによって変調されたサブキャリア変調信号に基づいて位相変調された搬送光ＥCを分散媒質１３１に入力する。そして、光受信装置２１は、分散媒質１３１から出力される光から、搬送光ＥCに多重されたデータを抽出するようにした。これにより、光受信装置２１は、高精度の波長制御を要することなくデータ信号を得ることができる。
【０１３０】
なお、上記では、光受信装置２１が分散媒質１３１を有するようにしたが、伝送路３１中に設けてもよい。光受信装置２１は、分散媒質１３１で適切に分散された搬送光ＥCを受信できれば、データ信号Ｄ１〜ＤＮを抽出できるからである。すなわち、分散媒質１３１は、伝送路３１中および光受信装置２１の一方または両方に設けてもよい。
【０１３１】
また、搬送光ＥCがベースバンド変調されている場合、光サブキャリア変調信号の周波数は、ベースバンド変調された搬送光ＥCのビットレートより十分大きくなるように設定する。これにより、ベースバンド変調された搬送光ＥCの分散媒質１３１による分散の影響は、小さくすることができる。
【０１３２】
［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、ＰＤによって光−電気変換された電気信号のパワー（電力）をモニタし、モニタしたパワーに基づいて分散媒質を制御する。
【０１３３】
図１０は、第３の実施の形態に係る光受信装置のブロック図である。図１０において図８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０の光受信装置２１は、図８の光受信装置２１に対し、フィルタ１５１、モニタ部１５２、および制御部１５３を有している。
【０１３４】
フィルタ１５１には、分配器１３３から出力されるサブキャリア周波数ω1〜ωNのサブキャリア変調信号が入力される。フィルタ１５１は、１または複数の特定のサブキャリア周波数成分のサブキャリア変調信号を通過させ、モニタ部１５２に出力する。なお、フィルタ１５１は、全サブキャリア周波数成分のサブキャリア変調信号を通過させてもよい。
【０１３５】
モニタ部１５２は、フィルタ１５１から出力されるサブキャリア変調信号のパワーをモニタする。
制御部１５３は、モニタ部１５２のモニタ結果に基づいて、分散媒質１３１の分散特性を制御する。例えば、制御部１５３は、モニタ部１５２でモニタされるパワーが最大となるように分散媒質１３１の分散特性を制御する。具体的には、制御部１５３は、波長分散媒質の伝搬定数βや複屈折媒質の偏波モード分散パラメータＤp、遅延干渉計の遅延時間を制御することによって、モニタ部１５２でモニタされるパワーが最大となるように制御する。
【０１３６】
このように、光受信装置２１は、ＰＤ１３２から出力される電気信号のパワーに基づいて、分散媒質１３１の分散特性を制御するようにした。これにより、光受信装置２１は、データ信号Ｄ１〜ＤＮの受信感度を高めることができる。
【０１３７】
なお、フィルタ１５１には、ＰＤ１３２から出力される電気信号を入力するようにしてもよい。
図１１は、光受信装置と同様に分散媒質を用いた光アップコンバージョン装置のブロック図である。図１１の光アップコンバート装置は、ビート光源１６１、合波器１６２、非線形光学媒質１６３、および分散媒質１６４を有している。分散媒質１６４は、光フィルタであってもよい。
【０１３８】
ビート光源１６１は、周波数間隔ωの二つ以上の光を出力する。
合波器１６２は、図示しない光送信装置より入力される信号光ＥSとビート光源１６１から出力される光ビート信号を合波する。光ビート信号が合波された信号光ＥSは、非線形光学媒質１６３に入力される。
【０１３９】
非線形光学媒質１６３に入力された信号光ＥSは、非線形光学媒質１６３によって、光ビート信号により光相互変調され、周波数ωで位相変調される。周波数ωで位相変調された信号光は、光フィルタまたは分散媒質１６４に入力される。
【０１４０】
また、非線形光学媒質１６３による光相互変調は、電気−光位相変調器による周波数ωの発振器で電気−光位相変調してもよい。
光フィルタまたは分散媒質１６４に入力された、信号光ＥSは周波数ωで強度変調された光アップコンバート信号ＥSUに変換される。
【０１４１】
図１２は、図１１の光アップコンバージョン装置を用いたチャープレス信号発生装置のブロック図である。図１２のチャープレス信号発生装置は、周波数チャープを有する信号光から周波数チャープのない信号光を発生し、光アップコンバータ１７１、ＣＷ光源１７２、合波器１７３、および非線形光学媒質１７４を有している。
【０１４２】
信号光ＥSは周波数ωの光アップコンバータ１７１により光アップコンバート信号ＥSUに変換される。
ＣＷ光源１７２は、光アップコンバート信号ＥSUと異なる波長のＣＷ光を出力する。
【０１４３】
合波器１７３は、ＣＷ光源１７２から出力されるＣＷ光と光アップコンバータ１７１から出力される光アップコンバート信号ＥSUとを合波する。光アップコンバート信号ＥSUが合波されたＣＷ光ＥSは、非線形光学媒質１７４に入力される。
【０１４４】
非線形光学媒質１７４に入力されたＣＷ光は、非線形光学媒質１７４によって、光アップコンバート信号ＥSUにより光相互変調され、周波数ωの光サブキャリア変調信号ＥS’となる。ここで、信号光のもつ周波数チャープは非線形光学媒質１７４による光相互変調に関与しないため、光サブキャリア変調信号ＥS’は周波数チャープを有しない。
【符号の説明】
【０１４５】
１  分散媒質
２  抽出部
３  スペクトル
【図１】
2013078093.tif 000026
【図２】
2013078093.tif 000027
【図３】
2013078093.tif 000028
【図４】
2013078093.tif 000029
【図５】
2013078093.tif 000030
【図６】
2013078093.tif 000031
【図７】
2013078093.tif 000032
【図８】
2013078093.tif 000033
【図９】
2013078093.tif 000034
【図１０】
2013078093.tif 000035
【図１１】
2013078093.tif 000036
【図１２】
2013078093.tif 000037