JP2012249014A

JP2012249014A - 光信号処理装置および光通信システム

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Publication number: JP2012249014A
Application number: JP2011118232A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Watanabe; 茂樹渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: EP2528252B1; EP2528252A1; JP5751015B2; US8676059B2; US20120301148A1

Abstract

【課題】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。
【解決手段】非線形光学媒質１には、搬送光Ｅ_Oが伝搬する。合波器３は、搬送光Ｅ_Oのアイドラ光Ｅ_OCを発生させるための出力制御光Ｅ_Pを搬送光Ｅ_Oに合波する。分波器４は、搬送光Ｅ_Oからアイドラ光Ｅ_OCを分波する。受信機は、分波器４によって分波されたアイドラ光Ｅ_OCから、搬送光Ｅ_Oに多重されている信号を取得する。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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）。

特許第３４３６３１０号公報

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。

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。

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信号を取得する受信機と、を有する。

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。

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。合波器および分波器の波長特性を示した図である。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。合波器および分波器の波長特性を示した図である。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。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。信号光生成装置の他の例を示した図である。信号光生成装置の他の例を示した図である。受信機の例を示した図である。受信機の他の例を示した図である。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。

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。

非線形光学媒質１には、波長λ_Oの搬送光Ｅ_O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。

搬送光Ｅ_Oには、データ信号が多重されている。搬送光Ｅ_O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Ｅ_O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Ｅ_O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。

光ＳＷ２には、波長λ_Sの信号光Ｅ_Sと、波長λ_Pの出力制御光Ｅ_Pとが入力される。波長λ_O，λ_S，λ_P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Ｅ_S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Ｅ_S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。

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Ｅ_O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Ｅ_Pを合波器３に出力する。

合波器３には、光ＳＷ２から出力される信号光Ｅ_Sおよび出力制御光Ｅ_P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Ｅ_Sおよび出力制御光Ｅ_Pの一方を、非線形光学媒質１に入力される搬送光Ｅ_Oに合波する。合波器３は、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）カプラである。

光ＳＷ２が信号光Ｅ_S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Ｅ_Sと搬送光Ｅ_Oが合波され入力される。搬送光Ｅ_O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Ｅ_S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。

また、光ＳＷ２が出力制御光Ｅ_P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Ｅ_Pが合波された搬送光Ｅ_Oが入力される。非線形光学媒質１は、出力制御光Ｅ_Pを励起光とする、波長λ_OCのアイドラ光Ｅ_OC（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。

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Ｅ_O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Ｅ_O、出力制御光Ｅ_Pおよびアイドラ光Ｅ_OCのスペクトルを示している。光ＳＷ２からは、出力制御光Ｅ_Pが出力されているとする。

図２の（Ａ）に示すように、搬送光Ｅ_O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Ｅ_Oに波長λ_Pの出力制御光Ｅ_P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Ｅ_O、出力制御光Ｅ_P、およびアイドラ光Ｅ_OCが出力される。

アイドラ光Ｅ_OCのスペクトルは、図２の（Ｂ）に示すように、波長λ_Pを中心として搬送光Ｅ_O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Ｅ_Pを入力すると、搬送光Ｅ_Oのコピーがアイドラ光Ｅ_OCとして得られる。

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Ｅ_Oを分岐しなくても、分波器４でアイドラ光Ｅ_OC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Ｅ_O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。

図１の説明に戻る。光ＳＷ２が信号光Ｅ_Sを合波器３に出力する場合、搬送光Ｅ_Oと信号光Ｅ_S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Ｅ_Oから信号光Ｅ_Sを分波し、後段の伝送路に信号光Ｅ_Sが伝搬しないようにする。また、光ＳＷ２が出力制御光Ｅ_Pを合波器３に出力する場合、搬送光Ｅ_Oには、出力制御光Ｅ_Pが合波されている。分波器４は、搬送光Ｅ_Oから出力制御光Ｅ_Pを分波し、後段の伝送路に出力制御光Ｅ_Pが伝搬しないようにする。さらに、光ＳＷ２が出力制御光Ｅ_P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Ｅ_OCが発生する。分波器４は、搬送光Ｅ_Oからアイドラ光Ｅ_OCを分波し、後段の伝送路にアイドラ光Ｅ_OC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Ｅ_Oが伝搬するようにする。

なお、分波器４によって分波されたアイドラ光Ｅ_OC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。

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λ_Oの搬送光Ｅ_O、波長λ_Sの信号光Ｅ_S、波長λ_Pの出力制御光Ｅ_P、および波長λ_OCのアイドラ光Ｅ_OCのパワーが示してある。

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Ｅ_O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。

すなわち、図１に示す合波器３と分波器４の搬送光Ｅ_O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Ｅ_Oの波長λ_O、信号光Ｅ_Sの波長λ_S、および出力制御光Ｅ_Pの波長λ_Pを、図３に示すように配置する。これにより、搬送光Ｅ_Oは、損失を抑えたまま、信号光Ｅ_Sによる相互位相変調を受け、出力制御光Ｅ_P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Ｅ_Oが伝搬し、信号光Ｅ_Sおよび出力制御光Ｅ_Pは伝搬しない。

図１の動作について説明する。まず、搬送光Ｅ_O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Ｅ_Sを合波器３に出力する。合波器３に出力された信号光Ｅ_Sは、搬送光Ｅ_Oに合波され、非線形光学媒質１に入力される。搬送光Ｅ_Oは、非線形光学媒質１において、信号光Ｅ_Sによる相互位相変調がかけられ、信号光Ｅ_S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。

なお、信号光Ｅ_S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Ｅ_Oにデータ信号を周波数多重できる。

次に、図１に示す光信号処理装置において、搬送光Ｅ_O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。

この場合、光ＳＷ２は、搬送光Ｅ_Oの波長λ_Oと異なる波長λ_Pの出力制御光Ｅ_P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Ｅ_Pは、搬送光Ｅ_O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Ｅ_Pを励起光とするアイドラ光Ｅ_OCが発生する。

分波器４は、搬送光Ｅ_Oからアイドラ光Ｅ_OCを分波する。アイドラ光Ｅ_OCは、図２で説明したように、搬送光Ｅ_O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Ｅ_Oを分波せずアイドラ光Ｅ_OCを分波し、分波したアイドラ光Ｅ_OC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Ｅ_Oに、パワーロス等の影響を与えないようにして、搬送光Ｅ_Oに多重されているデータ信号を取得することができる。

このように、光信号処理装置は、搬送光Ｅ_Oのアイドラ光Ｅ_OCから、搬送光Ｅ_O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Ｅ_OCを発生させるための出力制御光Ｅ_Pを搬送光Ｅ_O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Ｅ_Oに多重されたデータ信号を、搬送光Ｅ_Oに与える影響を抑制して取得することが可能になる。

また、搬送光Ｅ_O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Ｅ_P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Ｅ_O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。

なお、図１では、光ＳＷ２によって、信号光Ｅ_Sと出力制御光Ｅ_P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Ｅ_OC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Ｅ_Pを合波器３に入力するようにしてもよい。

［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。

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。

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λ_O1の搬送光Ｅ_O1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Ｅ_O1の伝搬方向とは反対方向のＢからＡ方向に、波長λ_O2の搬送光Ｅ_O2が伝搬している。

光ＳＷ２には、波長λ_S1の信号光Ｅ_S1および波長λ_P1の出力制御光Ｅ_P1が入力されている。信号光Ｅ_S1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。

光ＳＷ１１には、波長λ_S2の信号光Ｅ_S2および波長λ_P2の出力制御光Ｅ_P2が入力されている。信号光Ｅ_S2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。

分波器４は、搬送光Ｅ_O1から信号光Ｅ_S1、出力制御光Ｅ_P1、およびアイドラ光Ｅ_OC1を分波する。アイドラ光Ｅ_OC1は、出力制御光Ｅ_P1を励起光とした搬送光Ｅ_O1のアイドラ光である。

分波器１３は、搬送光Ｅ_O2から信号光Ｅ_S2、出力制御光Ｅ_P2、およびアイドラ光Ｅ_OC2を分波する。アイドラ光Ｅ_OC2は、出力制御光Ｅ_P2を励起光とした搬送光Ｅ_O2のアイドラ光である。

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Ｅ_O1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Ｅ_O1に多重されたデータ信号を取得できるようにする。

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Ｅ_O1とは反対方向に伝搬する搬送光Ｅ_O2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Ｅ_O2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。

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λ_O1，λ_O2の搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2、波長λ_S1，λ_S2の信号光Ｅ_S1，Ｅ_S2、波長λ_P1，λ_P2の出力制御光Ｅ_P1，Ｅ_P2、および波長λ_OC1，λ_OC2のアイドラ光Ｅ_OC1，Ｅ_OC2のパワーが示してある。

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Ｅ_O1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。

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Ｅ_O2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。

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。

搬送光Ｅ_O1の波長λ_O1と搬送光Ｅ_O2の波長λ_O2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Ｅ_S1の波長λ_S1と信号光Ｅ_S2の波長λ_S2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Ｅ_P1の波長λ_P1と出力制御光Ｅ_P2の波長λ_P2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Ｅ_OC1の波長λ_OC1とアイドラ光Ｅ_OC2の波長λ_OC2は、透過帯域の外側に対称となるように設定する。

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Ｅ_O1，Ｅ_O2の波長λ_O1，λ_O2を、図５に示すように配置することにより、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2は、ほとんど損失なしに信号光Ｅ_S1，Ｅ_S2による相互位相変調を受けることができる。また、波長λ_S1，λ_S2の信号光Ｅ_S1，Ｅ_S2、波長λ_P1，λ_P2の出力制御光Ｅ_P1，Ｅ_P2、および波長λ_OC1，λ_OC2のアイドラ光Ｅ_OC1，Ｅ_OC2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。

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Ｅ_O1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Ｅ_S1を合波器３に出力する。合波器３に出力された信号光Ｅ_S1は、搬送光Ｅ_O1に合波され、非線形光学媒質１に入力される。搬送光Ｅ_O1は、非線形光学媒質１において、信号光Ｅ_S1による相互位相変調がかけられ、信号光Ｅ_S1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。

ＢからＡ方向に伝搬する搬送光Ｅ_O2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Ｅ_S2を合波器１２に出力する。合波器１２に出力された信号光Ｅ_S2は、搬送光Ｅ_O2に合波され、非線形光学媒質１に入力される。搬送光Ｅ_O2は、非線形光学媒質１において、信号光Ｅ_S2による相互位相変調がかけられ、信号光Ｅ_S2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。

次に、図４に示す光信号処理装置において、搬送光Ｅ_O1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。

この場合、光ＳＷ２は、搬送光Ｅ_O1の波長λ_O1と異なる波長λ_P1の出力制御光Ｅ_P1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Ｅ_P1は、搬送光Ｅ_O1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Ｅ_P1を励起光とするアイドラ光Ｅ_OC1が発生する。

分波器４は、搬送光Ｅ_O1からアイドラ光Ｅ_OC1を分波する。アイドラ光Ｅ_OC1は、搬送光Ｅ_O1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Ｅ_O1を分波せずアイドラ光Ｅ_OC1を分波し、分波したアイドラ光Ｅ_OC1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Ｅ_O1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。

ＢからＡ方向に伝搬する搬送光Ｅ_O2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Ｅ_O2の波長λ_O2と異なる波長λ_P2の出力制御光Ｅ_P2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Ｅ_P2は、搬送光Ｅ_O2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Ｅ_P2を励起光とするアイドラ光Ｅ_OC2が発生する。

分波器１３は、搬送光Ｅ_O2からアイドラ光Ｅ_OC2を分波する。アイドラ光Ｅ_OC2は、搬送光Ｅ_O2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Ｅ_O2を分波せずアイドラ光Ｅ_OC2を分波し、分波したアイドラ光Ｅ_OC2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Ｅ_O2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。

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Ｅ_O1，Ｅ_O2のアイドラ光Ｅ_OC1，Ｅ_OC2から、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2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Ｅ_OC1，Ｅ_OC2を発生させるための出力制御光Ｅ_P1，Ｅ_P2を搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2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Ｅ_O1，Ｅ_O2に多重されたデータ信号を、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2に与える影響を抑制して取得することが可能になる。

［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。

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λ_O1の搬送光Ｅ_O1は、ターミナルＡからターミナルＢ方向へ伝搬し、波長λ_O2の搬送光Ｅ_O2は、ターミナルＢからターミナルＡ方向へ伝搬している。

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。

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。

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。

ｊ番目の光信号処理装置２２には、波長λ_S1j，λ_S2jの信号光Ｅ_S1j，Ｅ_S2jと、波長λ_P1j，λ_P2jの出力制御光Ｅ_P1j，Ｅ_P2jとが入力されている。信号光Ｅ_S1jは、後述するが、周波数ｆ_1j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Ｅ_S2jは、後述するが、周波数ｆ_2j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。

信号光Ｅ_S1jと出力制御光Ｅ_P1jは、光信号処理装置２２の有する合波器によって、搬送光Ｅ_O1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。

信号光Ｅ_S2jと出力制御光Ｅ_P2jは、光信号処理装置２２の有する合波器によって、搬送光Ｅ_O2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。

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，…，ｆ_1j，…，ｆ_1N，ｆ₂₁，…，ｆ_2j，…，ｆ_2N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Ｅ_O1，Ｅ_O2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Ｅ_O1，Ｅ_O2に周波数多重することができる。なお、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2は、ターミナルＡ，Ｂにおいて信号検波される。

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Ｅ_O1，Ｅ_O2のアイドラ光Ｅ_OC1，Ｅ_OC2から、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2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Ｅ_OC1，Ｅ_OC2を発生させるための出力制御光Ｅ_P1，Ｅ_P2を搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2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Ｅ_O1，Ｅ_O2に多重されたデータ信号を、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2に与える影響を抑制して取得することが可能になる。

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Ｅ_S1j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。

発振器４１は、例えば、ＲＦ（Radio Frequency）の周波数ｆ_1jのサブキャリア信号を出力する。
乗算器４２には、搬送光Ｅ_O1で伝送する（搬送光Ｅ_O1に多重する）データ信号Ｂ_1j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Ｂ_1jによって変調し、サブキャリア変調信号Ｂ_1j（ｆ_1j）を光変調器４３に出力する。

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Ｂ_1j（ｆ_1j）に応じたパワーＰ_S1jの信号光Ｅ_S1jを出力する。
光変調器４３から出力される波長λ_S1jの信号光Ｅ_S1j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Ｅ_S1j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Ｅ_O1に合波される。これにより、搬送光Ｅ_O1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Ｅ_S1j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。

このように、信号光生成装置は、データ信号Ｂ_1jによって変調されたサブキャリア変調信号Ｂ_1j（ｆ_1j）により変調された信号光Ｅ_S1j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Ｅ_O1にデータ信号Ｂ_1j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Ｂ_1jを送信することができる。

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Ｅ_S2j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Ｅ_Sおよび図４で説明した信号光Ｅ_S1，Ｅ_S2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、データ信号Ｂ_1j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Ｅ_S1jの偏光状態と搬送光Ｅ_O1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Ｅ_S1jの偏光状態は、偏光制御器を用いて搬送光Ｅ_O1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。

さらに、信号光Ｅ_S1jと搬送光Ｅ_O1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Ｅ_O1を電気信号に変換してデータ信号Ｂ_1j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。

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Ｂ_1j（ｆ_1j）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Ｅ_S1jが出力される。

このように、信号光生成装置は、ＬＤ４４によって信号光Ｅ_S1jを出力する。これにより、搬送光Ｅ_O1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Ｅ_S1j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Ｂ_1jを送信することができる。

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Ｂ_1j（ｆ_1j）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。

信号光生成装置は、波長λ_S1j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Ｂ_1j（ｆ_1j）に基づいて、ＬＤ４５から出力される光を変調し、波長λ_S1jの信号光Ｅ_S1jを出力する。

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Ｅ_S1j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Ｂ_1j（ｆ_1j）に対応して、信号光Ｅ_S1j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。

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Ｅ_S1jとして用いることも可能である。

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。

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。

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。

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。

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Ｅ_O1，Ｅ_O2の信号検波を行うことができる。

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Ｅ_OCをＰＤ５１に入力することにより、搬送光Ｅ_O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Ｅ_OC1，Ｅ_OC2をＰＤ５１に入力することにより、搬送光Ｅ_O1，Ｅ_O2に多重されたデータ信号を復調できる。

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。

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Ｅ_LO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Ｅ_LOを合波する。
局発光Ｅ_LOの周波数は、アイドラ光の周波数と所望の離調周波数（ｆ_if）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（ｆ_if）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。

このように、局発光Ｅ_LO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。

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。

カプラ６１には、分波器４によって分波されたアイドラ光Ｅ_OCが入力される。カプラ６１は、アイドラ光Ｅ_OC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。

ＰＤ６２は、アイドラ光Ｅ_OC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。

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Ｅ_Sが出力されるための切替え信号を出力する。

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Ｅ_O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Ｅ_O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Ｅ_Sを出力するように、切替え信号を出力する。

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Ｅ_O2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Ｅ_O1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Ｅ_O1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Ｅ_O2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。

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。

ここで、式（１）のＰ_P（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。

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Ａ_eff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。

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。

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。

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。

１非線形光学媒質
２光ＳＷ
３合波器
４分波器

Claims

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信号を取得する受信機と、
を有することを特徴とする光信号処理装置。
前記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を切替えて前記合波器に出力するスイッチをさらに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。
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２記載の光信号処理装置。
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。
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。
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、
を有することを特徴とする光通信システム。