JP5437223B2 - 光受信機、光通信システム及びコヒーレント検波方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号をコヒーレント同期検波する光受信機、これを含む光通信システム及びそのコヒーレント同期検波方法に関する。

ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に代表される光アクセスシステムの普及と共に、より高速な通信に対する要求が増大している。この要求を解決する手段として、高感度かつ帯域外雑音を抑制した受信が可能なことが知られているコヒーレント検波をアクセスシステムに適用したＯＦＤＭＡ （Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ） ＰＯＮ（例えば、非特許文献１を参照。）や光符号分割多重（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ；ＣＤＭＡ） ＰＯＮ（例えば、非特許文献２を参照。）が検討されている。

Ｎ．Ｃｖｉｊｅｔｉｃ， Ｄ．Ｑｉａｎ， Ｊ．Ｈｕ， ａｎｄ Ｔ．Ｗａｎｇ，"Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ ＰＯＮ （ＯＦＤＭＡ−ＰＯＮ） ｆｏｒ ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ ｕｐｓｔｒｅａｍ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｙｏｎｄ １０ Ｇｂ／ｓ，" ＩＥＥＥ Ｊ． Ｓｅｌｅｃｔ． Ａｒｅａｓ Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．２８， ｎｏ．６， ｐｐ．７８１−７９０， Ａｕｇ．２０１０． Ｍ．Ｙｏｓｈｉｎｏ， Ｓ．Ｋａｎｅｋｏ， Ｔ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ， Ｎ．Ｍｉｋｉ， Ｋ．Ｋｕｍｏｚａｋｉ， Ｔ．Ｉｍａｉ， Ｎ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ， ａｎｄ Ｍ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ， "Ｂｅａｔ ｎｏｉｓｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｃｏｄｉｎｇ ＯＣＤＭＡ ｕｓｉｎｇ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２６， ｎｏ．８， ｐｐ．９６３−９７０， Ａｐｒ．２００８． Ｋ．Ｋａｓａｉ， Ｊ．Ｈｏｎｇｏ， Ｍ．Ｙｏｓｈｉｄａ， ａｎｄ Ｍ．Ｎａｋａｚａｗａ， "Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ５００ ｋｍ ｕｓｉｎｇ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ"， ＩＥＩＣＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ．４， ｎｏ．３， ｐｐ．７７−８１， Ｆｅｂ．２００７． Ｓ．Ｒｉｓｔｉｃ， Ａ．Ｂｈａｒｄｗａｊ Ｍ．Ｊ．Ｒｏｄｗｅｌｌ， Ｌ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎ， ａｎｄ Ｌ．Ａ．Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ， "Ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２８， ｎｏ．４， ｐｐ．５２６−５３８， Ｆｅｂ．２０１０． Ｍ．Ｆｕｊｉｗａｒａ， Ｊ．Ｋａｎｉ， Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ， Ｋ．Ａｒａｙａ， ａｎｄ Ｍ．Ｔｅｓｈｉｍａ， "Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｕｌｔｉ ｃａｒｒｉｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ １２．５ＧＨｚ ｓｐａｃｅｄ ２５６ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｈｙｂｒｉｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，" Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３７， ｐｐ．９６７−９６８， Ｊｕｌ．２００１． Ｍ．Ｙｏｓｈｉｎｏ， Ｎ．Ｍｉｋｉ， Ｎ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ， ａｎｄ Ｋ．Ｋｕｍｏｚａｋｉ， "Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ＯＣＤＭ ｕｓｉｎｇ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｖｏｌ．２７， ｎｏ．２０， ｐｐ．４５２４−４５２９， Ｏｃｔ．２００９． 種村 拓夫、加藤 一弘、菊池 和朗、「ねじり光ファイバを用いた偏波無依存型非対称四光波混合」、２００５年電子情報通信学会総合大会Ｃ−４−９ 吉野 學、吉本 直人、坪川 信、「チャープ同期受信による光干渉抑圧」、２００８年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０−５３ 吉野 學、金子 慎、三鬼 準基、坪川 信，「隣接スペクトルチップの漏れ込みに強いＳＡＣ−ＯＣＤＭＡ用復号器」、２００７年電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０−２２ Ｏ．Ｉｓｈｉｄａ ａｎｄ Ｔ．Ｏｋｏｓｈｉ， "Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｆｓｅｔ ｉｎ ＤＰＳＫ ｐｈａｓｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ"， ＥＣＯＣ， １９８８， ｐｐ．１５５−１５８．

コヒーレント検波は、信号光と局発光とのビートにより、信号光で搬送する信号を中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）（２つの光の周波数差に相当する周波数）信号に変換し、信号を復調する。コヒーレント検波には、包絡線検波と同期検波が存在する。この内、コヒーレント同期検波では、局発光の動的な位相同期技術が重要となる。これは、伝送後の信号光と局発光の位相が同期していないと、ＩＦ信号の位相が揺らいでしまい正確な復調が出来なくなるためである（例えば、非特許文献３を参照。）。揺らぎは、信号の伝送速度に比べて無視できる程度にする必要があるため、高速の信号を受信するためには、より高速な動的な位相同期が必要となる。

動的な位相同期は、光位相同期ループ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐｓ；ＯＰＬＬ）により行う。光位相同期ループは通常、２光を光検波器により光検波し、検出した光位相の誤差情報を、電気回路で局発光源にフィードバックする構成になっている。実用的な光位相同期ループを実現するには、２光のフリーランニング時の光周波数差が光位相同期ループの周波数引き込み範囲以内に常に収まり、位相誤差が小さくなるように、光源の線幅を細くし、ループ長を短くし、光位相同期ループの帯域幅を広くする必要がある。例えば、線幅１０ＭＨｚ程度の信号光の場合、ＧＨｚの帯域幅が要求される。ＧＨｚの帯域幅のためには、ループ遅延時間とループ長は高々０．１マイクロ秒と２〜３ｃｍ程度にする必要がある。そのため、狭線幅の光源（例えば、非特許文献３を参照。）を用いることや光検波器と電気回路部品を集積化して光位相同期ループを短くすること（例えば、非特許文献４を参照。）などが提案されている。しかし、更なる高速化は困難である。

また、ポイント−マルチポイント光通信システムにおいて、秘匿性、妨害耐性に優れた占有型光サービスを提供する方式として光符号分割多重が期待されている。特に加入者側装置に簡便なシステムを使用できるスペクトル領域の強度符号を用いた光符号分割多重が期待されている。スペクトル領域の強度符号は、異なる光周波数の複数の光の組み合わせにより符号化する。このスペクトル領域の強度符号を用いた光符号分割多重では、同一のスペクトルを使用する信号光間のビート雑音による伝送特性の劣化が生ずる。このため、異なる光周波数の複数の光からなる局発光を用いたコヒーレント受信方式の適用が提案されている。この光符号分割多重では他送信機からの信号光と位相差のばらつきのために多重アクセス干渉（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＡＩ）が生ずるため、信号光を構成する複数の光とそれと対応するそれぞれの局発光の位相関係を一定にすることが求められている（例えば、非特許文献２を参照。）。

上述のコヒーレント同期検波における位相同期の課題を解決するためには、例えば、位相関係が一定の信号光と局発光を時分割多重又は偏波分割多重（但し偏波分割多重は信号光と局発光が異なる光周波数を用いるヘテロダイン検波に限る）して送信機から送る方式とすることで、信号光と局発光の位相関係を一定にすることができる。しかしこの方法は、信号光と共に局発光を同方向に伝搬するので、伝送路の利用効率が劣化し望ましくない。更に、同一光周波数の複数の信号光が同時に到着する可能性のある光符号分割多重の場合、コヒーレントクロストークが発生するために、同じ光周波数の局発光を複数の送信機から同時に伝送することは出来ない。また、光符号分割多重で複数の送信機が存在した場合、異なる送信機から到着する信号光のそれぞれの位相が異なるため、異なる位相の多数の信号光に一つの局発光の位相を同期することは本質的に不可能である。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、信号光と位相関係が一定の局発光を信号光と共に伝送することも、局発光の動的な光位相同期ループを用いることなく、１又は複数の信号光を位相及び光周波数のゆらぎに関わらずコヒーレント同期検波することができる光受信機、光通信システム及びコヒーレント同期検波方法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、本発明に係る光受信機、光通信システム及びコヒーレント同期検波方法は、初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数の光を四光波混合部にポンプ光として入力し、信号光とポンプ光との四光混合のアイドラ光を複数出力させ、これらの出力されたアイドラ光同士の生成する中間周波数信号を、ポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号で同期検波することとした。

具体的には、本発明に係る光受信機は、信号光、及び初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数のポンプ光が入力され、前記信号光と前記ポンプ光との四光波混合を発生させ、少なくとも一組の光周波数間隔が中間周波数であるアイドラ光を複数出力する四光波混合部と、前記四光波混合部からの前記アイドラ光を光検波し、アイドラ光同士の中間周波数信号を、前記中間周波数であり且つ前記ポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号でコヒーレント同期検波する同期検波部と、を備える。

本発明に係る光受信機は、信号光、及び初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数のポンプ光から、前記信号光と前記ポンプ光との四光波混合を発生させ、少なくとも一組の光周波数間隔が中間周波数であるアイドラ光を複数出力し、前記アイドラ光を光検波し、アイドラ光同士の中間周波数信号を、前記中間周波数であり且つ前記ポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号でコヒーレント同期検波するコヒーレント同期検波方法を採用する。

また、本発明に係る光通信システムは、前記光受信機と、前記光受信機に前記信号光を送信する光送信機と、を含む。

四光波混合部は、それぞれ初期位相と位相雑音項が等しいアイドラ光を出力する。さらに、同期検波の際の電気信号の位相を、このアイドラ光同士の中間周波数信号の位相差としている。初期位相と位相雑音項が等しいアイドラ光同士の中間周波数信号の位相は、信号光の位相及び光周波数揺らぎによらずに一定となる。このため、本発明に係る光受信機、コヒーレント同期検波方法及び光通信システムは、一つのアイドラ光を信号光、もう一つのアイドラ光を局発光としてコヒーレント同期検波することができる。

従って、本発明は、信号光と位相関係が一定の局発光を信号光と共に伝送することも、局発光の動的な光位相同期ループを用いることなく、１又は複数の信号光を位相及び光周波数のゆらぎに関わらずコヒーレント同期検波することができる光受信機、光通信システム及びコヒーレント同期検波方法を提供することができる。

本発明において前記信号光は、複数の互いに光周波数が異なる光から構成され、前記信号光と前記ポンプ光は、前記同期検波部でのコヒーレント同期検波の対象となる前記アイドラ光の内、前記信号光を構成する異なる光周波数の光に基づく前記アイドラ光同士の光周波数間隔が前記伝送帯域の倍以上かつ前記中間周波数の４倍以上になる光周波数であることが好ましい。

本発明に係る光受信機及び光通信システムは、信号光を構成する複数の光のそれぞれに対応して互いに同期したアイドラ光の組がそれぞれ独立して発生するため、それぞれ混信することなくコヒーレント同期検波を行うことができる。

本発明において前記信号光は、複数の互いに光周波数が異なる光から構成され、前記信号光と前記ポンプ光は、前記同期検波部でのコヒーレント同期検波の対象となる前記アイドラ光の内、前記信号光を構成する異なる光周波数の光に基づく前記アイドラ光同士の光周波数間隔が前記伝送帯域以上かつ前記中間周波数の倍以上になる光周波数であり、前記四光波混合部は、前記信号光毎に前記アイドラ光を出力し、前記同期検波部は、前記信号光毎に前記アイドラ光をコヒーレント同期検波することとしてもよい。

本発明に係る光受信機及び光通信システムは、光符号分割多重の信号を受信することができる。また、本発明に係る光受信機及び光通信システムは、信号光を構成する複数の光のそれぞれに対応して互いに同期したアイドラ光の組がそれぞれ独立して発生するため、それぞれ混信することなくコヒーレント同期検波を行うことができる。

本発明において前記信号光は、複数の光周波数の光で光符号分割多重されており、前記四光波混合部は、復号する符号に応じて分岐した信号光の前記アイドラ光をそれぞれ出力又は前記アイドラ光を復号する符号に応じて分岐して出力し、前記同期検波部は、前記四光波混合部からの符号に応じて出力された前記アイドラ光をそれぞれ同期検波し、同期検波する信号を符号に応じて加減算することが好ましい。

本発明に係る光受信機及び光通信システムは、すべての複数の光符号多重の信号光をそれぞれ構成する複数の光（スペクトルチップ）に対応してそれぞれ、初期位相と位相雑音項が等しい信号光と局発光の組を生成してコヒーレント同期検波を行うことができる。本発明に係る光受信機及び光通信システムは、信号光−局発光間の位相差ばらつきによるＭＡＩの課題を解消することができる。

本発明において前記信号光は、時間に対して光周波数が変化し、前記ポンプ光は、前記信号光の光周波数変化に同期して光周波数が変化することとしてもよい。

本発明に係る光受信機及び光通信システムは、スペクトルチップの光周波数変動とポンプ光の光周波数変動とを同期させており、信号光−局発光間の位相差ばらつきによるＭＡＩの課題を解消することができる。

本発明において前記ポンプ光は、互いに同一の円偏波状態であり、前記四光波混合部は、円偏波ねじり光ファイバで前記アイドラ光を生成することが好ましい。

コヒーレント同期検波をするためには局発光と信号光の偏波を一致させ、偏波依存性を解消する必要がある。本発明に係る光受信機及び光通信システムは、四光波混合部を非特許文献７に記載される偏波無依存型四光波混合としている。すなわち、四光波混合部にポンプ光を入力する際に同一の円偏波状態とし、四光波混合部を円偏波ねじり光ファイバとすることで、四光波混合における偏波依存性を解消することができる。従って、本発明に係る光受信機及び光通信システムは、コヒーレント同期検波の偏波依存性を解消することができる。

本発明において前記四光波混合部は、非線形媒質部と偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）とからなるループで前記アイドラ光を生成してもよい。

非線形媒質とＰＢＣとを組み合わせることで直交するいずれの偏波成分に対しても同様の四光波混合を発生させることができる。この結果、それぞれのコヒーレント同期検波の出力の総和は偏波に拠らず一定となる。従って、本発明に係る光受信機及び光通信システムは、四光波混合における偏波依存性を解消でき、コヒーレント同期検波の偏波依存性を解消できる。

本発明において前記ポンプ光は、それぞれ互いの偏波が直交し、互いの光強度が等しい２つの光からなることでもよい。

互いに直交する偏波のポンプ光に対応するアイドラ光の偏波が保持される場合、互いに直交する偏波のアイドラ光同士のビート成分は発生しない。従って、本発明に係る光受信機及び光通信システムは、四光波混合における偏波依存性を解消でき、コヒーレント同期検波の偏波依存性を解消できる。

本発明は、信号光と位相関係が一定の局発光を信号光と共に伝送することも、局発光の動的な光位相同期ループを用いることなく、１又は複数の信号光を位相及び光周波数のゆらぎに関わらずコヒーレント同期検波することができる光受信機、光通信システム及びコヒーレント同期検波方法を提供することができる。

本発明に係る光通信システムの概略構成図である。 本発明に係る光通信システムの概略構成図である。 本発明に係る光通信システムの概略構成図である。 本発明に係る光通信システムの概略構成図である。 本発明に係る光通信システムの概略構成図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 図６の場合に本発明に係る光通信システムの光検波器が出力する電気スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 図８の場合に本発明に係る光通信システムの光検波器が出力する電気スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが備える非線形媒質部を説明する図である。 本発明に係る光通信システムが備える非線形媒質部を説明する図である。 本発明に係る光受信機の非線形媒質部が出力する光スペクトルの模式図である。 （ａ）本発明に係る光受信機の非線形媒質部が出力する光スペクトルの模式図である。（ｂ）信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄ及び信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ３との光周波数間隔Ｈの関係を説明する図である。 本発明に係る光受信機の非線形媒質部が出力する光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光受信機の非線形媒質部が出力する光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが備える四光波混合部を説明する図である。 本発明に係る光通信システムの実施例の効果を検証した実験系を説明する図である。 本発明に係る光通信システムの実施例の効果を検証した実験系での光濾波器後の（Ａ）光のスペクトルと（Ｂ）電気のスペクトルを説明する図である。 信号光の位相揺らぎを摸擬した位相変調器での位相シフトに対する信号振幅の変化を説明する図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。 本発明に係る光通信システムが伝送する信号光の光スペクトルの模式図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の光通信システム５０１の概略構成図である。光通信システム５０１は、光受信機３０１と、光受信機３０１に信号光を送信する光送信機４０１と、光受信機３０１にポンプ光を供給するポンプ光源４０２と、を含む。光送信機４０１は光周波数（図中ｆｓ）の信号光を出力する。ここで、ポンプ光源４０２は、信号光に対して動的な光位相同期ループをかける必要がないため、動的な光位相同期ループを用いる光受信機とは異なり、当該光源で用いる電気信号を光受信機に供給可能であれば、図１に示すように光受信機３０１の外部に設置することが可能であり、複数の光受信機３０１でポンプ光源４０２を共用することも可能である。ポンプ光源４０２は光受信機３０１とは独立ではなく、光受信機３０１内部に内蔵される構成であってもよい。ここでは、後述の同期検波部での同期検波の際に用いる電気信号を、ポンプ光を生成する際の電気信号を用いることを前提に説明しているが、例えばパルス光源のパルス光を光検波してパルスの位相を検出すること等で、ポンプ光と位相が同期した電気信号を生成することが出来れば、ポンプ光を生成する際の電気信号に限らなくともよいし、電気信号にて一対のポンプ光を生成しなくともよい。これは以降の説明でも同様である。

以下、ポンプ光が２で、縮退四光波混合を利用する場合で説明するが、後述するようにポンプ光は３以上でもよく、縮退以外の四光波混合を用いても良い。ポンプ光源４０２が出力するポンプ光は、初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差になっている。このようなポンプ光を出力するポンプ光源４０２は、例えば、連続光（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：ＣＷ）光源１０１、正弦波信号発生器１０２及び強度変調器１０３を有する。正弦波信号発生器１０２は、例えば発信器である。強度変調器１０３はＣＷ光源１０１からの光周波数ｆｐの連続光を正弦波信号発生器１０２からの正弦波信号で変調する。ここで、強度変調器１０３は、ＣＷ光源１０１の出力であるキャリア成分を抑圧し、二つの変調サイドバンドのみ出力する状態に調整し、ポンプ光として出力する。ポンプ光は強度変調の二つの変調サイドバンドであるため、互いの位相は等しい。このような変調サイドバンドを用いた光源として非特許文献５及び６に示されるものなどがある。

また、以下、中間周波数信号の位相が零の場合を例に説明を行うが、ポンプ光の互いの初期位相と位相雑音項が等しくなっており、それらの初期位相と位相雑音項が等しい場合、アイドラ光の初期位相と位相雑音項も一定となり、同期検波する電気信号の位相との差が９０度以外であれば、コヒーレント同期検波の出力は零以外の一定の値となる。そのため、９０度以外の場合も、出力強度の絶対値は減少するが位相が零の場合と同様である。また、光源として変調サイドバンドを用いる例で示したが、初期位相と位相雑音項が等しければ、モードロックレーザや光周波数コム等の他の光源を用いても良い。

光受信機３０１は、四光波混合部３１と同期検波部２１とを備える。具体的には、光受信機３０１は、信号光と、初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数のポンプ光と、が入力され、信号光とポンプ光との四光波混合のアイドラ光を複数出力する四光波混合部３１と、四光波混合部３１からのアイドラ光を光検波し、アイドラ光同士の中間周波数信号を前記中間周波数でポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号で同期検波する同期検波部２１と、を備える。ここで、アイドラ光の少なくとも一組の光周波数間隔を中間周波数とするためには、ポンプ光の光周波数間隔で調整することができる。また、同期検波部で同期検波する際に用いる電気の信号を調整し、同期検波部での検波対象となるアイドラ光を少なくとも一組出力するようにしてもよい。

光受信機３０１は、信号光と、初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数のポンプ光と、から、信号光とポンプ光との四光波混合のアイドラ光を複数生成し、アイドラ光同士を前記中間周波数でポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号で同期検波する。ここで、複数のポンプ光の光周波数は、アイドラ光の少なくとも一組の光周波数間隔が中間周波数となる周波数である。

四光波混合部３１は、信号光とポンプ光を入力して四光波混合を発生する非線形媒質部１１、非線形媒質部１１の出力する四光波混合のアイドラ光を抜き出す光濾波器１２とを有する。非線形媒質部１１は、例えば、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）、高非線形ファイバ （Ｈｉｇｈ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ：ＨＮＬＦ）、ゼロ分散シフトファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ：ＤＳＦ）等を用いることができる。非線形媒質部１１は、信号光及びポンプ光の波長分散等を考慮しても十分な相互作用長が取れるものとする。

四光波混合部３１は、信号光及び初期位相と位相雑音項が等しいポンプ光が入力されると、一方のポンプ光の縮退四光波混合のアイドラ光、他方のポンプ光の縮退四光波混合のアイドラ光、及び両ポンプ光の四光波混合のアイドラ光を出力する。これらのアイドラ光の初期位相と位相雑音項は等しい。

ここで、信号光、ポンプ光及びアイドラ光に、信号光Ｌｓ、一方のポンプ光Ｌｐ１、他方のポンプ光Ｌｐ２、ポンプ光Ｌｐ１の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌａ１、ポンプ光Ｌｐ２の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌａ２、ポンプ光Ｌｐ１及びポンプ光Ｌｐ２の四光波混合のアイドラ光Ｌａ３と名づけて説明する。信号光Ｌｓ、一方のポンプ光Ｌｐ１、他方のポンプ光Ｌｐ２、ポンプ光Ｌｐ１の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌａ１、ポンプ光Ｌｐ２の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌａ２、ポンプ光Ｌｐ１及びポンプ光Ｌｐ２の四光波混合のアイドラ光Ｌａ３の位相をそれぞれφ１，φｐ１，φｐ２，φ１’，φ１’’，φ１’’’とする。また、信号光Ｌｓ、一方のポンプ光Ｌｐ１、他方のポンプ光Ｌｐ２、ポンプ光Ｌｐ１の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌａ１、ポンプ光Ｌｐ２の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌａ２、ポンプ光Ｌｐ１及びポンプ光Ｌｐ２の四光波混合のアイドラ光Ｌａ３の光周波数をそれぞれｆ１，ｆｐ１，ｆｐ２，ｆ１’，ｆ１’’，ｆ１’’’、とする。さらにポンプ光同士の光周波数間隔をｄｆとすると次式が成り立つ。
ｆ１’＝２ｆｐ１−ｆ１
ｆ１’’＝２ｆｐ２−ｆ１＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆ１
ｆ１’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆ１＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆ１
φ１’＝２φｐ１−φ１
φ１’’＝２φｐ２−φ１＝２φｐ１−φ１
φ１’’’＝φｐ１＋φｐ２−φ１＝２φｐ１−φ１
ここで、アイドラ光（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）は全て初期位相と位相雑音項が等しい。

なお、ポンプ光と信号光の光周波数関係について示していないが、ポンプ光、信号光、アイドラ光は、その変調による光周波数拡がりを考慮して、それぞれ重ならないことが望ましい。ポンプ光と信号光またはポンプ光とアイドラ光が重なった場合、信号光やアイドラ光もポンプ光の一部となり、その変調成分が、不必要にそのポンプ光から生成されるアイドラ光に重畳される恐れがある。但し、信号光やアイドラ光とポンプ光とが重なる影響は、信号光やアイドラ光とポンプ光の強度比によるので、ポンプ光の強度が信号光やアイドラ光の強度に対して、例えば３０ｄＢのように十分に大きい場合、無視することができる。後述の同期検波の対象となるアイドラ光と他の光が重なった時は、後述のように光濾波器１２で、アイドラ光のみを取り出すことができないので、光濾波器１２で取り除けない成分が雑音となる。特に、重なる光がアイドラ光に対して強度が大きいポンプ光の場合は、その影響が大きくなる。

図１２は、信号光が１つ、ポンプ光が２つの場合でポンプ光、信号光、アイドラ光が互いに光周波数が重ならない例である。図１２では、光周波数の低いほうから順に、信号光Ｌｓ、ポンプ光Ｌｐ１、ポンプ光Ｌｐ２、アイドラ光Ｌａ１、アイドラ光Ｌａ３、アイドラ光Ｌａ２の順で並んでいる。ここで光周波数の高低を反転してもよく、この高低の反転は以降の説明でも同様に可能である。
信号光Ｌｓの光周波数ｆ１＝ｆｓ、
ポンプ光Ｌｐ１の光周波数ｆｐ１＝ｆｓ＋Ｄ、
ポンプ光Ｌｐ２の光周波数ｆｐ２＝ｆｐ１＋ｄｆ＝ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ、
アイドラ光Ｌａ１の光周波数ｆ１’
＝２ｆｐ１−ｆｓ＝２ｆｓ＋２Ｄ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ、
アイドラ光Ｌａ３の光周波数ｆ１’’’
＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋ｄｆ、
アイドラ光Ｌａ２の光周波数ｆ１’’
＝２ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ
と表せる。ここで、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔をＤ、ポンプ光間の光周波数間隔ｄｆを同期検波する中間周波数とし、信号光の伝送帯域Ｂを中間周波数の半分とした。

ここで、光送信機４０１の伝送信号による変調は、伝送帯域に制限しており、変調メインローブ以外の変調成分は無視できる前提で、中間周波数は伝送帯域の２倍とした。このような変調は、光送信機４０１において光変調器または直接変調レーザを変調する信号自体を３ｄＢ帯域が変調帯域の０．５−０．８倍の電気の低域濾波器等を通過させる等によって帯域制限した変調により実現できる。メインローブより高周波の変調成分が無視できない場合、中間周波数は、伝送帯域にメインローブより高周波成分で無視できない変調成分の周波数幅を加えた周波数とすればよい。逆に無視できる場合は無視できる変調成分の周波数幅を現じた周波数とすればよい。これらは以降の説明でも同様である。

この時、変調を考慮して信号光とポンプ光が重ならないためには、
｛ｆｐ１｝−｛ｆｓ＋Ｂ｝＝｛ｆｓ＋Ｄ｝−｛ｆｓ＋Ｂ｝
＝Ｄ−Ｂ≧０、即ちＤ≧Ｂが成立すればよい。
また、変調を考慮してアイドラ光とポンプ光が重ならないためには、
｛２ｆｐ１−ｆｓ−Ｂ｝−｛ｆｐ２｝
＝｛ｆｓ＋２Ｄ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ｝＝Ｄ−Ｂ−ｄｆ≧０、
即ちＤ≧Ｂ＋ｄｆが成立すればよい。
従って、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄは、伝送帯域Ｂとポンプ光間隔ｄｆの和以上であればこの条件を満たす。伝送帯域Ｂがポンプ光間隔ｄｆの半分の場合、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄは、ポンプ光間隔ｄｆの１．５倍以上であればこの条件を満たす。

ここで、後述する光濾波器１２の透過光周波数と遮断光周波数は光周波数軸上でステップ上に切り替わることを前提としている。透過光周波数と遮断光周波数の切替わりがなだらかな場合は、アイドラ光とポンプ光の間隔は、伝送帯域Ｂに相当するポンプ光間隔の半分の０．５ｄｆ以上の代わりに、ポンプ光が十分遮断できる間隔とすればよい。この光濾波器の特性の考慮は以降の説明においても同様に考慮すればよい。また、伝送帯域Ｂと中間周波数の関係は２倍としたが、後述する電気濾波器で中間周波数成分を抜き出すに必要な関係であれば良く２倍以上であっても良い。この電気濾波器の特性の考慮は以降の説明においても同様に考慮すればよい。逆に、ＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ ＳｉｄｅＢａｎｄ）変調し、変調サイドバンドの抑圧が十分に小さい場合は、信号光の伝送帯域Ｂを中間周波数とすることもできる。

更に、伝送帯域よりも小さい中間周波数であってもよい。そのような中間周波数は、例えば、ホモダイン検波でパワーペナルティが無視できる中間周波数である。例えば、非特許化文献１０に示されるように、ホモダイン検波でパワーペナルティ１ｄＢ以下が期待される値である伝送帯域の２％以下の値とすればよい。但し、この非特許化文献の値は、２つの光のビートによる間の中間周波数信号であるが、本願では３つの光が関与するため、非特許化文献の値よりも厳しい、例えば１％等の値とすればよい。
この時、変調を考慮して信号光とポンプ光が重ならないためには、
｛ｆｐ１｝−｛ｆｓ＋Ｂ｝＝｛ｆｓ＋Ｄ｝−｛ｆｓ＋Ｂ｝
＝Ｄ−Ｂ≧０、即ちＤ≧Ｂが成立すればよい。
また、変調を考慮してアイドラ光とポンプ光が重ならないためには、
｛２ｆｐ１−ｆｓ−Ｂ｝−｛ｆｐ２｝
＝｛ｆｓ＋２Ｄ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ｝＝Ｄ−Ｂ−ｄｆ≧０、
即ちＤ≧Ｂ＋ｄｆが成立すればよい。
従って、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄは、伝送帯域Ｂにポンプ光間隔ｄｆを加えた周波数以上であればこの条件を満たす。これらは以降の説明でも同様である。

なお、以降の説明で、特記なき場合は、中間周波数が伝送帯域よりも大きい場合に関して説明している。

以下、図１の説明に戻る。光濾波器１２は、アイドラ光（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）のみを抜き出し、光検波器１３に入力する。ここで、信号光及びポンプ光の強度が中間周波数信号の同期検波の際に無視できる程度であれば、光濾波器１２はなくともよい。無視できる程度とは、受信時に要求される信号対雑音比（ＳＮ）の要求条件による。例えば、この箇所での信号光及びポンプ光の強度に伴うＳＮ劣化が信号の１／１０００以下まで許容できるのであれば、１／１０００以下に相当する程度である。これは以降の実施形態でも同様である。

同期検波部２１は、光検波器１３と、光検波器１３の出力から中間周波数信号を抜き出す電気濾波器１４と電気濾波器１４の抜き出した中間周波数信号とポンプ光を生成する際の電気信号を乗じて同期検波するミキサー１８とを有する。ここで、アイドラ光（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）は全て初期位相と位相雑音項が等しいため、光検波器１３は一のアイドラ光を信号光、他のアイドラ光を局発光とみなすことでコヒーレント同期検波が可能となる。ここで、中間周波数信号の同期検波の際に所望の中間周波数成分以外が無視できる程度であれば、電気濾波器１４もなくともよい。これも以降の実施形態でも同様である。

図１に示すように、光濾波器１２が、アイドラ光（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）を全て導通する場合、光検波器１３にて、アイドラ光Ｌａ１−アイドラ光Ｌａ３、アイドラ光Ｌａ２−アイドラ光Ｌａ３によりポンプ光間隔ｄｆ（図中ｆ_ＩＦ１）の中間周波数信号が発生し、アイドラ光Ｌａ１−アイドラ光Ｌａ２によりポンプ光間隔の倍の２ｄｆ（図中ｆ_ＩＦ２）の中間周波数信号が発生する。電気濾波器１４は、例えば、中間周波数２ｄｆの中間周波数信号を十分に抑圧し、中間周波数ｄｆの中間周波数信号を抜き出すことにより、アイドラ光Ｌａ１−アイドラ光Ｌａ３とアイドラ光Ｌａ２−アイドラ光Ｌａ３の中間周波数信号のコヒーレント同期を容易にする。この構成は信号強度的にはもっとも望ましい。

電気濾波器１４は、アイドラ光Ｌａ１−アイドラ光Ｌａ２の中間周波数信号である２ｄｆの中間周波数信号を抜き出してもよい。また、光濾波器１２がアイドラ光（Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３）の内の任意の二つを抜き出してもよい。例えば、アイドラ光Ｌａ１−アイドラ光Ｌａ３とアイドラ光Ｌａ２−アイドラ光Ｌａ３のいずれかを抜き出してもよい。この場合、抜き出したアイドラ光同士の中間周波数信号しか光検波器１３で発生しないこととなる。なお、アイドラ光Ｌａ１−アイドラ光Ｌａ２のみを抜き出すと、電気濾波器１４の低周波側の減衰要求が緩和される効果もある。即ち光周波数２ｄｆの中間周波数信号を抜き出す電気濾波器１４が光周波数ｄｆの中間周波数信号を完全に抑圧できなくとも、光受信機３０１はコヒーレント同期検波が可能である。

同期検波に用いる電気信号はポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号である。電気信号は、ポンプ光を生成する際の電気信号の周波数を逓倍し、伝搬による位相回転分を考慮して、アイドラ光の位相差と同じ位相にてミキサーにおける同期検波する電気信号であることが望ましい。この場合、同一の電気信号源を用いるため、電気の信号源の位相揺らぎの効果も相殺される。図では、電気信号の周波数を逓倍する逓倍器１０４を光源４０２中に具備しているが、他の箇所、例えば同期検波部２５などに具備していてもよい。また、ポンプ光源４０２と同期検波部２５とで異なる電気の信号源を互いに同期して用いてもよい。この場合電気の信号源同士の位相同期が必要となるが、光位相同期ループを構成する場合と比べて、帯域積等の制限は実用上無視できる。アイドラ光同士の初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差であるために、中間周波数信号の位相も一定である。このため、同期検波に用いる電気信号の位相は、ポンプ光を生成する際の電気信号自体に同期することも可能であるし、局発光源で用いる電気信号源と同一の外部クロックに同期した電気信号源を用いることも可能であるし、中間周波数信号に同期してもよい。このように、安定性が１０^−６などであり、光源と比べて、安定な電気信号源からの電気信号で同期検波を行うために、光信号から生成した中間周波数信号自身の包絡線検波と比べて、雑音の少ない信号が得られる。また包絡線検波と異なり、乗ずる電気信号での選択性が高いため電気濾波器で取りきれない雑音成分を除去する効果も高い。

上記説明では、信号光Ｌｓ１の中心光周波数は一定であることを前提としたが、非特許文献８に記載されるように時間に対して光周波数が変化する光であってもよい。光フィルタ１２を用いる場合、アイドラ光が光フィルタ１２を導通するように、ポンプ光（Ｌｐ１、Ｌｐ２）の光周波数が信号光Ｌｓ１の時間に対する光周波数変化に同期して変化すればよい。

本実施形態では、光増幅器を示していないが適宜使用することとしてもよい。

本実施形態では、ポンプ光を２つ用いた縮退四光波混合を例として説明を加えたが、３以上のポンプ光を用いてもよい。例えば、光周波数軸上で信号光の低周波数側に１ポンプ光、高周波数側に２ポンプ光が配置される３ポンプ光を用いるとする。ここで、低周波数側のポンプ光の光周波数をｆｐ１とし、高周波数側のポンプ光の光周波数をｆｐ２とｆｐ２＋ｄｆとする。このときｆｐ２よりも高周波数側の光周波数ｆ１の信号光に対する光周波数がｆｐ１とｆｐ２のポンプ光に対するアイドラ光の光周波数をｆ＆、光周液数がｆｐ１とｆｐ２＋ｄｆのポンプ光に対するアイドラ光の光周波数をｆ＆＆とする。このときアイドラ光の光周波数ｆ１＆とｆ１＆＆について次式が成り立つ。
ｆ１＆＝ｆｐ２＋ｆ１−ｆｐ１＝（ｆｐ２−ｆｐ１）＋ｆ１
ｆ１＆＆＝ｆｐ２＋ｄｆ＋ｆ１−ｆｐ１＝（ｆｐ２−ｆｐ１）＋ｆ１＋ｄｆ

この場合、周波数間隔がｄｆだけ離れた光周波数ｆ１＆とｆ１＆＆の２つのアイドラ光が生成する。この２つのアイドラ光を光検波することにより、中間周波数ｄｆでの同期検波が可能となる。なお、ここで、高周波側に２つのポンプ光を配したが、低周波数側に２つのポンプ光を配するとしても同様である。両ポンプ光は、信号光とアイドラ光がその両ポンプ光の間に収まる間隔であればよい。収まる間隔とは、変調による光周波数拡がりを考慮して、それぞれ重ならない、又は重なっても場合、信号に対する影響が例えば３０ｄＢのように十分に小さくなる間隔である。

光周波数ｆ１＆とｆ１＆＆のアイドラ光の光周波数は、ｆ１＆とｆ１＆＆のアイドラ光を、信号光、ポンプ光、光周波数ｆ１＆とｆ１＆＆以外のアイドラ光から光濾波器１２で十分遮断できる光周波数であるか、電気濾波器１４で遮断できる光周波数であるか、同期検波で抑圧できる光周波数、例えばｄｆ以上異なるとする。

ここで、ポンプ光の間に信号光が入る例で示したが、信号光の高周波側又は、低周波側にポンプ光が位置していても良い。図１３は、信号光が１つ、ポンプ光が３つの場合で互いに光周波数が重ならない例である。図１３では、光周波数の低いほうから順に、信号光Ｌｓ、ポンプ光Ｌｐ１、ポンプ光Ｌｐ２、第３のポンプ光Ｌｐ３、アイドラ光Ｌａ１、Ｌａ３、アイドラ光Ｌａ２、ポンプ光Ｌｐ３とポンプ光Ｌｐ１又はポンプ光Ｌｐ２とのアイドラ光（Ｌａ４、Ｌａ５とする）、ポンプ光Ｌｐ３の縮退四光波混合のアイドラ光Ｌｐ６の順で並んでいるが、光周波数の高低を反転してもよい。また図１３では、アイドラ光Ｌａ４とＬａ５の中間周波数信号を同期検波の対象としているが、アイドラ光Ｌａ１、Ｌａ３、Ｌａ２の中間周波数信号を用いて同期検波をしても良い。
信号光の光周波数ｆ１＝ｆｓ、
ポンプ光Ｌｐ１の光周波数ｆｐ１＝ｆｓ＋Ｄ、
ポンプ光Ｌｐ２の光周波数ｆｐ２＝ｆｐ１＋ｄｆ＝ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ、
ポンプ光Ｌｐ３の光周波数ｆｐ３＝ｆｓ＋Ｈ、
アイドラ光Ｌａ１、Ｌａ３、Ｌａ２、Ｌａ４、Ｌａ５、Ｌａ６の光周波数をそれぞれ
ｆ１’＝２ｆｐ１−ｆｓ＝２ｆｓ＋２Ｄ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ、
ｆ１’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋ｄｆ、
ｆ１’’＝２ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ、
ｆ１’’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆｓ＝ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ、
ｆ１’’’’’＝ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆｓ＝ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ＋ｄｆ、
ｆ１’’’’’’＝２ｆｐ３−ｆｓ＝２ｆｓ＋２Ｈ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｈ
と表せる。ここで、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔をＤ、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ３との光周波数間隔をＨ、ポンプ光Ｌｐ１とポンプ光Ｌｐ２との間の光周波数間隔ｄｆを同期検波する中間周波数、信号光の伝送帯城Ｂを、中間周波数の半分とした。

この時、変調を考慮して、信号光とポンプ光が重ならないためには、変調サイドバンドが伝送帯域Ｂとすると
｛ｆｐ１｝−｛ｆｓ＋Ｂ｝＝｛ｆｓ＋Ｄ｝−｛ｆｓ＋Ｂ｝
＝Ｄ−Ｂ≧０、即ちＤ≧Ｂが成立すればよい。
変調を考慮してアイドラ光とポンプ光が重ならないためには、
｛２ｆｐ１−ｆｓ−Ｂ｝−｛ｆｐ３｝
＝｛ｆｓ＋２Ｄ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｈ｝＝２Ｄ−Ｈ−Ｂ≧０、
即ちＨ≦２Ｄ−Ｂが成立すればよい。
それぞれの変調を考慮して同期検波対象とするアイドラ光Ｌａ４と同期検波対象としないアイドラ光Ｌａ２が重ならないためには、
｛ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆｓ−Ｂ｝−｛２ｆｐ２−ｆｓ＋Ｂ｝
＝｛ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ＋Ｂ｝＝Ｈ−Ｄ−２ｄｆ−２Ｂ≧０、
即ちＨ≧Ｄ＋２ｄｆ＋２Ｂが成立すればよい。
それぞれの変調を考慮して同期検波対象とするアイドラ光Ｌａ５と同期検波対象としないアイドラ光Ｌａ６が重ならないためには、
｛２ｆｐ３−ｆｓ−Ｂ｝−｛ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆｓ＋Ｂ｝
＝｛ｆｓ＋２Ｈ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ＋ｄｆ＋Ｂ｝
＝Ｈ−Ｄ−ｄｆ−２Ｂ≧０、
即ちＨ≧Ｄ＋ｄｆ＋２Ｂが成立すればよい。

従って、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄ及び信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ３との光周波数間隔Ｈは、図１３（ｂ）の斜線に示す領域の関係にあれば、この条件を満たす。ポンプ光Ｌｐ３がポンプ光Ｌｐ１よりも低周波数の場合も、同様である。

また例えば、周波数間隔がｄｆの互いに初期位相と位相雑音項が等しい４ポンプ光を用いる場合、縮退四光波混合以外の６つのアイドラ光の光周波数をそれぞれｆａ、ｆｂ、ｆｃ、ｆｄ、ｆｅ、ｆｆとすると次式が成り立つ。
ｆａ＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆ１＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆ１
ｆｂ＝ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆ１＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆ１
ｆｃ＝ｆｐ１＋ｆｐ４−ｆ１＝２ｆｐ１＋３ｄｆ−ｆ１
ｆｄ＝ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆ１＝２ｆｐ１＋３ｄｆ−ｆ１
ｆｅ＝ｆｐ２＋ｆｐ４−ｆ１＝２ｆｐ１＋４ｄｆ−ｆ１
ｆｆ＝ｆｐ３＋ｆｐ４−ｆ１＝２ｆｐ１＋５ｄｆ−ｆ１
なお、縮退四光波混合の４つのアイドラ光の光周波数はｆ１’＝２ｆｐ１−ｆ１、ｆ１’’＝ｆｂ、ｆｅ、２ｆｐ１＋６ｄｆ−ｆ１である。この場合、ｄｆ、２ｄｆ、３ｄｆ、４ｄｆ、５ｄｆ、６ｄｆの中間周波数信号が発生するので、任意の中間周波数信号を選択して同期検波すればよい。

次に、本実施形態では、信号光の位相揺らぎ及び周波数揺らぎをアイドラ光同士の中間周波数信号では相殺できるために、光位相同期ループによる動的な光位相同期が不要で、静的な位相同期が可能であることを説明する。

まず、本願は初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差のポンプ光による四光波混合を利用している。受信した信号光は、初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差のポンプ光と共に非線形媒質に入力される。非線形媒質中で信号光とポンプ光の四光波混合によりアイドラ光が生成される。アイドラ光は光検波器に入力され、１又は複数の組のアイドラ光が、コヒーレント検波の信号光と局発光として作用する。光検波器の出力信号はミキサーにて電気の正弦波信号と乗ずる。ここで電気の正弦波信号の周波数はアイドラ光同士のビート信号（中間周波数信号）の内で同期検波対象の中間周波数の信号と同じ周波数である。位相は中間周波数信号と同位相である。このような正弦波信号は、例えばポンプ光を生成する光源に供給する電気の正弦波信号を、その周波数を逓倍した信号とすれば得ることが出来る。信号光一つに中間周波数だけ離れた一組の初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差のポンプ光を用いる場合を想定する。更に信号光とそれぞれのポンプ光の縮退四光波混合で生ずるアイドラ光同士即ち３つのアイドラ光のうちの外側の二つから生ずる中間周波数信号を用いる場合は、光源を駆動する電気の正弦波信号の４倍の周波数の正弦波信号で同期検波すればよい。ここで、中間周波数信号と電気の正弦波の位相は一致するように線路長を調整する。

この時二つの外側のアイドラ光の間の中間周波数と初期位相は次式のように示せる。
ｆＩＦ＝｛２ｆｐ２−ｆａ｝−｛２ｆｐ１−ｆａ｝
＝｛２（ｆｐ１＋ｆＤ）−ｆａ｝−｛２ｆｐ１−ｆａ｝＝２ｆＤ
ＯＩＦ＝｛２Ｏｐ２−Ｏａ｝−｛２Ｏｐ１−Ｏａ｝＝２｛Ｏｐ２−Ｏｐ１｝
ここで、ｆＩＦとＯＩＦは中間周波数と中間周波数信号の初期位相、ｆａとｆｐ１とｆｐ２は信号光とポンプ光の周波数、ｆＤは二つのポンプ光間の周波数差、ＯａとＯｐｊ（ｊ＝１、２）は信号光とポンプ光の初期位相を意味する。上記の式に示されるように、信号光の周波数変動と位相変動の成分は中間周波数信号では相殺される。ポンプ光は単一の光を変調して生成したとすると、Ｏｐ１−Ｏｐ２は一定となり、ポンプ光の間の周波数差のみが影響することがわかる。このようにして、信号光の周波数揺らぎと位相揺らぎに関係なく、中間周波数信号の位相は常時一定となることがわかる。

図１７は本実施例の効果を検証した実験系である。非線形媒質として、シングルモードファイバとの接続損が少なく、フェムト秒オーダーの応答時間であるＨＮＬＦを用いた。応答時間が早いため、応答時間に起因するアイドラ光の波形歪みは無視でき、かつ応答時間に起因する位相同期までの遅延も無視できる。初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差のポンプ光源は、ＤＦＢ ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；ＬＤ）と強度変調器（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ＩＭ）と強度変調器を駆動する６２５ＭＨｚの正弦波信号を出力する発振器で構成した。発振器の出力と強度変調器はキャリアを抑圧し、１．２５ＧＨｚ間隔のデュアルサイドバンドを生成するように調整した。信号光は強度変調器によりＰＰＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）からの１００Ｍｂｉｔ／ｓの“１０”交番パターンで変調した。信号光の位相は、位相揺らぎによる効果を検証するために位相変調器（Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ＰＭ）で位相を２π以上シフトした。信号光とポンプ光を光カプラ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ；ＯＣ）で合波し、光増幅器で増幅した後にＨＮＬＦに入力した。ＨＮＬＦの出力はアイドラ光以外の強度を抑圧するために透過幅１ｎｍの光濾波器で濾波した。濾波後の光のスペクトルと電気のスペクトルを図１８に示す。図の１８Ａに示されるように、信号光とポンプ光、ポンプ光とアイドラ光の波長間隔は約１．２ｎｍである。図１８Ｂに示されるように、隣接するアイドラ光の周波数差は１．２５ＧＨｚである。濾波後の光を光検波器で検波した信号から外側二つのアイドラ光の中間周波数信号を抜き出すために透過周波数１．５ＧＨｚ〜３．５ＧＨｚの電気濾波器（Ｂａｎｄｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；ＢＰＦ）で濾波した。濾波した電気信号は、光源で用いた発信器と同一の１０ＭＨｚの外部参照クロックに同期した別の発信器からの２．５ＧＨｚの正弦波信号でミキサーにて同期検波した。図１９に、信号光の位相揺らぎを摸擬した位相変調器での位相シフトに対する信号振幅の変化を示す。黒丸が実測値であり、実線が位相同期されていない場合の振幅変化の例の計算値を示した。計算は位相シフト量０で位相が合致している場合の例である。図１９に示されるように、位相シフトの影響は無視できることが分かる。

以上示したように、本実施形態の光受信機３０１及び光通信システム５０１は、信号光と初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の局発光を信号光と同じ伝送路で伝送せずに、局発光の動的な位相同期を行う光位相同期ループを用いずにコヒーレント同期検波を実現することができる。

（第２の実施形態）
図２は、信号光に複数の光周波数が含まれる場合の光通信システム５０２を説明する概略図である。図１の光通信システム５０１と図２の光通信システム５０２の違いは信号光のみである。本光通信システム５０２が伝送する信号光は、異なる光周波数の複数の光からなる。

図６は、信号光を構成する異なる光周波数の光の数が２、その周波数間隔が中間周波数の４倍、伝送帯域の８倍とした場合の光スペクトルの模式図である。図７は、この場合に光検波器１３が出力する電気スペクトルの模式図である。図６の横軸は光周波数で、縦の矢印は光スペクトルの中心周波数で、実線の台形は変調成分を意味する。図７の横軸は周波数で、実線の台形は変調成分を意味し、台形内の縦線は電気スペクトルの中心周波数を意味し、破線の台形は電気濾波器１４の透過帯域を意味する。図６に示すように、信号光を構成する異なる光周波数の二つの光の間隔が４ｄｆ以上であれば、信号光を構成する異なる光周波数の二つの光に対応するアイドラ光は光周波数でポンプ光間隔の倍の２ｄｆ以上離れる。このため、中間周波数ｄｆの中間周波数信号を抜き出す電気濾波器１４は、図７に示すように中間周波数の倍の２ｄｆの中間周波数信号を十分抑圧可能であり、光検波器１３の出力から中間周波数ｄｆの中間周波数成分のみを抜き出すことが可能である。従って、図２の光受信機３０１は、信号光を構成する異なる光周波数の複数の光間でのビートによる雑音を抑圧でき、信号光を構成する異なる光周波数の複数の光の内の光濾波器１２で選択した任意の光に対応するアイドラ光をコヒーレント同期検波が可能となる。なお、図２、図６、図７では光濾波器１２で異なる光周波数の複数の光に対応するアイドラ光を同時にコヒーレント同期検波するとしているが信号光を構成する異なる光周波数の複数の光のいずれかに対応するアイドラ光を光濾波器１３で選択するとしてよい。この場合は、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光同士が重ならなければ良いので、図８に示すように信号光を構成する異なる光周波数の二つの光の間隔が３ｄｆ以上であればよい。更に、コヒーレント同期検波するアイドラ光のみを選択する場合は、図２０に示すように信号光を構成する異なる光周波数の二つの光の間隔が２ｄｆ以上であればよい。

ここで、光送信機４０１の伝送信号による変調は、伝送帯域に制限しており、変調メインローブ以外の変調成分は無視できる前提で、中間周波数は伝送帯域の２倍とした。このような変調は、光送信機４０１において光変調器または直接変調レーザを変調する信号自体を３ｄＢ帯域が変調帯域の０．５−０．８倍の電気の低域濾波器等を通過させる等によって帯域制限した変調により実現できる。メインローブより高周波の変調成分が無視できない場合、中間周波数は、伝送帯域にメインローブより高周波成分で無視できない変調成分の周波数幅を加えた周波数の２倍以上とすればよい。逆にＳＳＢ変調の場合は、中間周波数は、伝送帯域であってもよい。図６に対応するＳＳＢ変調の場合の例を図２１に示す。

なお、ポンプ光間隔が伝送帯域の倍で、ポンプ光間隔の倍の２ｄｆの中間周波数信号を、電気濾波器１４で取り出して同期検波するためには、信号光を構成する異なる光周波数の光の周波数間隔をポンプ光間隔の５倍以上離せばよい。この場合、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光はポンプ光間隔の３倍の３ｄｆ以上離れる。

なお、上記の例ではポンプ光と信号光の光周波数関係について示していないが、同期検波の対象となるアイドラ光同士の光周波数間隔に加えて、ポンプ光、信号光、アイドラ光は、その変調による光周波数拡がりを考慮して、それぞれ重ならないことが望ましい。例えば、コヒーレント同期検波の対象となるアイドラ光の組同士は２ｄｆ間隔以上はなれることが望ましい。また、コヒーレント同期検波の対象とならないアイドラ光は光濾波器１２によって遮断することを前提とすると、コヒーレント同期検波の対象のアイドラ光と対象でないアイドラ光同士が重ならないことが望ましい。

図１４は、信号光が２つ、ポンプ光が２つの場合でポンプ光、信号光、アイドラ光および異なる信号光のアイドラ光が互いに光周波数が重ならない例である。図１４では、光周波数の低いほうから順に、信号光Ｌｓ１、Ｌｓ２、ポンプ光Ｌｐ１、Ｌｐ２、信号光Ｌｓ１のアイドラ光、信号光Ｌｓ２のアイドラ光の順で並んでいる。ここで、光周波数の配置の高低は反転してもよい。
信号光Ｌｓ１の光周波数ｆ１＝ｆｓ、
信号光Ｌｓ２の光周波数ｆ２＝ｆｓ＋Ｓ、
ポンプ光Ｌｐ１の光周波数ｆｐ１＝ｆｓ＋Ｄ、
ポンプ光Ｌｐ２の光周波数ｆｐ２＝ｆｐ１＋ｄｆ＝ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ、
信号光Ｌｓ１とポンプ光Ｌｐ１及びＬｐ２とのアイドラ光の光周波数をそれぞれ
ｆ１’＝２ｆｐ１−ｆｓ＝２ｆｓ＋２Ｄ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ、
ｆ１’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋ｄｆ、
ｆ１’’＝２ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ、
信号光Ｌｓ２とポンプ光Ｌｐ１及びＬｐ２のアイドラ光の光周波数をそれぞれ
ｆ２’＝２ｆｐ１−ｆ２＝ｆｓ＋２Ｄ−Ｓ、
ｆ２’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆ２＝ｆｓ＋２Ｄ＋ｄｆ−Ｓ、
ｆ２’’＝２ｆｐ２−ｆ２＝ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ−Ｓ
と表せる。ここで、信号光間の光周波数間隔をＳ、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔をＤ、ポンプ光間の光周波数間隔ｄｆを同期検波する中間周波数、信号光の伝送帯域Ｂを、中間周波数の半分とした。

ここで、光送信機４０１の伝送信号による変調は、伝送帯域に制限しており、変調メインローブ以外の変調成分は無視できる前提で、中間周波数は伝送帯域の２倍とした。このような変調は、光送信機４０１において光変調器または直接変調レーザを変調する信号自体を３ｄＢ帯域が変調帯域の０．５−０．８倍の電気の低域濾波器等を通過させる等によって帯域制限した変調により実現できる。メインローブより高周波の変調成分が無視できない場合、中間周波数は、伝送帯域にメインローブより高周波成分で無視できない変調成分の周波数幅を加えた周波数とすればよい。

この時、コヒーレント同期検波対象とするアイドラ光と、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光が重ならないためには、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光同士が２ｄｆ以上離れればよい。従って、
ｆ１’−ｆ２’’−２ｄｆ＝｛２ｆｐ１−ｆ１｝−｛２ｆｐ２−ｆ２｝−２ｄｆ
＝｛ｆｓ＋２Ｄ｝−｛ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ−Ｓ｝−２ｄｆ＝Ｓ−４ｄｆ≧０、
即ち、Ｓ≧４ｄｆを満たせばよい。
変調を考慮して信号光とポンプ光が重ならないためには、
｛ｆｐ１｝−｛ｆ２＋Ｂ｝＝｛ｆｓ＋Ｄ｝−｛ｆｓ＋Ｓ＋Ｂ｝
＝Ｄ−Ｓ−Ｂ≧０、
即ちＤ≧Ｓ＋Ｂが成立すればよい。
変調を考慮してアイドラ光とポンプ光が重ならないためには、
｛２ｆｐ１−ｆ２−Ｂ｝−｛ｆｐ２｝
＝｛ｆｓ＋２Ｄ−Ｓ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ｝
＝Ｄ−Ｓ−ｄｆ−Ｂ≧０、
即ちＤ≧Ｓ＋ｄｆ＋Ｂが成立すればよい。
従って、伝送帯域Ｂがｄｆの半分の場合、信号光間の光周波数間隔Ｓは４ｄｆ、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄは、ポンプ光間隔ｄｆの５．５倍以上であればこの条件を満たす。

ここで、後述する光濾波器１２の透過光周波数と遮断光周波数は光周波数軸上でステップ上の切り替わることを前提としている。透過光周波数と遮断光周波数の切替わりがなだらかな場合は、アイドラ光とボンプ光の間隔は、伝送帯域Ｂに相当するポンプ光間隔の半分の０．５ｄｆの代わりに，ポンプ光が十分遮断できる間隔とすればよい。また。伝送帯域Ｂと中間周波数の関係は２倍としたが、後述する電気濾波器及び同期検波によりで中間周波数成分を抜き出すに必要な関係であれば良く、２倍以上であっでも良い。

また、伝送帯域よりも小さい中間周波数である場合、コヒーレント同期検波対象とするアイドラ光と、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光が重ならないためには、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光同士が２Ｂ以上離れればよい。従って、
ｆ１’−ｆ２’’−２Ｂ＝｛２ｆｐ１−ｆ１｝−｛２ｆｐ２−ｆ２｝−２Ｂ
＝｛ｆｓ＋２Ｄ｝−｛ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ−Ｓ｝−２Ｂ＝Ｓ−２Ｂ−２ｄｆ≧０、
即ち、図２２に示すように、Ｓ≧２Ｂ＋２ｄｆが成立すればよい。なお、ＳＳＢ変調である場合は、図２３に示すようにＳ≧Ｂ＋２ｄｆが成立すればよい。
変調を考慮して信号光とポンプ光が重ならないためには、
｛ｆｐ１｝−｛ｆ２＋Ｂ｝＝｛ｆｓ＋Ｄ｝−｛ｆｓ＋Ｓ＋Ｂ｝
＝Ｄ−Ｓ−Ｂ≧０、
即ちＤ≧Ｓ＋Ｂが成立すればよい。
変調を考慮してアイドラ光とポンプ光が重ならないためには、
｛２ｆｐ１−ｆ２−Ｂ｝−｛ｆｐ２｝
＝｛ｆｓ＋２Ｄ−Ｓ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ｝
＝Ｄ−Ｓ−ｄｆ−Ｂ≧０、
即ちＤ≧Ｓ＋ｄｆ＋Ｂが成立すればよい。
従って、信号光間の光周波数間隔Ｓは２Ｂ＋２ｄｆ以上、信号光Ｌｓとポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔Ｄは３Ｂ＋２ｄｆ以上であればこの条件を満たす。

また、中間周波数が伝送帯域より大きく、コヒーレント同期検波対象とするアイドラ光を信号毎に、後述の第３の実施形態と同様に光濾波器でそれぞれ分岐し、それぞれ異なる光検波器でコヒーレント同期検波する場合は、異なる信号光に対応するアイドラ光の変調成分同士が重ならなければよい。即ち伝送帯域の倍であるｄｆ以上離れればよいので、縮退四光波混合のアイドラ光同士でコヒーレント同期検波する場合は信号光間の光周波数間隔ＳはＳ≧３ｄｆ、縮退四光波混合と縮退四光波混合以外のアイドラ光同士でコヒーレント同期検波する場合は信号光間の光周波数間隔ＳはＳ≧２ｄｆを満たせばよいのは明らかである。この関係は以降の説明でも同様である。

また、中間周波数が伝送帯域より小さく、コヒーレント同期検波対象とするアイドラ光を信号毎に、後述の第３の実施形態と同様に光濾波器でそれぞれ分岐し、それぞれ異なる光検波器でコヒーレント同期検波する場合は、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光でコヒーレント同期検波対象のアイドラ光の変調成分同士が重ならなければよい。即ちデュアルサイドバンドの場合は図２４に示すように伝送帯域の倍にポンプ光間隔の倍を加えた２Ｂ＋２ｄｆ以上離れればよいので、ポンプ光の間隔を無視すれば、信号光間の光周波数間隔ＳはＳ≧２Ｂ＋２ｄｆを満たせばよいのは明らかである。なお、ＳＳＢの場合は、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光でコヒーレント同期検波対象のアイドラ光の変調成分同士が重ならないためには伝送帯域にポンプ光間隔を加えたＢ＋ｄｆ以上離れればよい。これらの関係は以降の説明でも同様である。

また、信号光が３以上の場合は、信号光間の光周波数間隔Ｓに信号光数から１を引いた数を乗じた光周波数間隔で、信号光とポンプ光の光周波数間隔の関係式を計算すれば同様に求まる。この関係は以降の説明でも同様である。

ポンプ光が３以上の場合も、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光同士が重ならず、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光の内で同一の光検波器で光検波するアイドラ光の間隔が、コヒーレント同期検波する中間周波数から伝送帯域を減じた周波数からコヒーレント同期検波する中間周波数から伝送帯域を加えた周波数に内容にするのは同様である。例えば、信号光を構成する異なる光周波数の光は、伝送帯域の２倍以上かつ電気濾波器１４で取り出して同期検波したい中間周波数以上離れることが望ましい。

例えば、光周波数軸上で信号光の低周波数側に１つのポンプ光、高周波数側に２つのポンプ光が配置される３ポンプ光を用いるとする。ここで、低周波数側のポンプ光の光周波数をｆｐ１とし、高周波数側のポンプ光の光周波数をｆｐ２とｆｐ２＋ｄｆとする。このときｆｐ２よりも高周波数側に位置する光周波数ｆ１及びｆ２の信号光を構成する異なる光周波数の光に対する光周波数がｆｐ１とｆｐ２のポンプ光に対するアイドラ光の光周波数をｆ１＆、ｆ１＆＆、光周波数ｆ２の信号光に対する光周波数がｆｐ１とｆｐ２＋ｄｆのポンプ光に対するアイドラ光の光周波数をｆ２＆、ｆ２＆＆とする。このときアイドラ光の光周波数ｆ１＆、ｆ１＆＆、ｆ２＆、ｆ２＆＆について次式が成り立つ。
ｆ１＆＝ｆｐ２＋ｆ１−ｆｐ１＝（ｆｐ２−ｆｐ１）＋ｆ１
ｆ１＆＆＝ｆｐ２＋ｄｆ＋ｆ１−ｆｐ１＝（ｆｐ２−ｆｐ１）＋ｆ１＋ｄｆ
ｆ２＆＝ｆｐ２＋ｆ２−ｆｐ１＝（ｆｐ２−ｆｐ１）＋ｆ２
ｆ２＆＆＝ｆｐ２＋ｄｆ＋ｆ２−ｆｐ１＝（ｆｐ２−ｆｐ１）＋ｆ２＋ｄｆ

この場合、隣接する信号光に対するアイドラ光の間隔が伝送帯域の２倍以上かつ３ｄｆ以上であれば、それぞれの信号光を独立してコヒーレント同期検波することが可能である。このため、信号光を構成する異なる光周波数の複数の光の光周波数間隔は、｜ｆ２−ｆ１｜≧３ｄｆ以上、即ち、ポンプ光間隔の３倍以上とする。ここで、高周波側に２つのポンプ光を配したが、低周波数側に２つのポンプ光を配するとしても同様である。なお、両ポンプ光は、信号光とアイドラ光がその両ポンプ光の間に収まる間隔であればよい。

光周波数ｆ１＆とｆ１＆＆のアイドラ光の光周波数は、信号光、ポンプ光、光周波数ｆ１＆とｆ１＆＆以外のアイドラ光から光濾波器１２で十分遮断できる光周波数であるか、電気濾波器１４で遮断できる光周波数であるか、同期検波で遮断できる光周波数、例えばｄｆ以上異なるとする。

ここで、ポンプ光の間に信号光が入る例で示したが、信号光の高周波側又は低周波側にポンプ光が位置していても良い。図１５は、信号光が２つ、ポンプ光が３つの場合で互いに光周波数が重ならない例である。図１５では、光周波数の低いほうから順に、信号光を構成する異なる光周波数の光Ｌｓ１、Ｌｓ２、ポンプ光Ｌｐ１、Ｌｐ２、Ｌｐ３、信号光を構成する光Ｌｓ２とポンプ光Ｌｐ１とＬｐ２に対応するアイドラ光、信号光を構成する光Ｌｓ１とポンプ光Ｌｐ１とＬｐ２に対応するアイドラ光、信号光を構成する光Ｌｓ２とポンプ光Ｌｐ３とＬｐ１又は２に対応するアイドラ光、信号光を構成する光Ｌｓ１とポンプ光Ｌｐ３とＬｐ１ 又はＬｐ２に対応するアイドラ光、信号光を構成する光Ｌｓ２又はＬｓ１とポンプ光Ｌｐ３に対応するアイドラ光の順で並んでいる。光周波数の高低は反転してもよい。また図１５では、ポンプ光Ｌｐ３とＬｐ１又はＬｐ２に対応するアイドラ光をコヒーレント同期検波の対象としている。

信号光を構成する光の光周波数をそれぞれ
ｆ１＝ｆｓ、
ｆ２＝ｆｓ＋Ｓ、
ポンプ光Ｌｐ１、Ｌｐ２、Ｌｐ３の光周波数をそれぞれ
ｆｐ１＝ｆｓ＋Ｄ、
ｆｐ２＝ｆｐ１＋ｄｆ＝ｆｓ＋Ｄ＋ｄｆ、
ｆｐ３＝ｆｓ＋Ｈ、
アイドラ光の光周波数をそれぞれ
ｆ２’＝２ｆｐ１−ｆ２＝２ｆｓ＋２Ｄ−ｆｓ−Ｓ＝ｆｓ＋２Ｄ−Ｓ、
ｆ２’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆ２＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆｓ−Ｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋ｄｆ−Ｓ、
ｆ２’’＝２ｆｐ２−ｆ２＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆｓ−Ｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ−Ｓ、 ｆ２’’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆ２＝ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ−Ｓ、
ｆ２’’’’’＝ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆ２＝ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ＋ｄｆ−Ｓ、
ｆ２’’’’’’＝２ｆｐ３−ｆ２＝２ｆｓ＋２Ｈ−ｆｓ−Ｓ＝ｆｓ＋２Ｈ−Ｓ、
ｆ１’＝２ｆｐ１−ｆｓ＝２ｆｓ＋２Ｄ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ、
ｆｌ’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋ｄｆ、
ｆ１’’＝２ｆｐ２−ｆｓ＝２ｆｐ１＋２ｄｆ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ、
ｆ１’’’’＝ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆｓ＝ｆｓ＋１Ｄ＋Ｈ、
ｆ１’’’’’＝ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆｓ＝ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ＋ｄｆ、
ｆ１’’’’’’’＝２ｆｐ３−ｆｓ＝２ｆｓ＋２Ｈ−ｆｓ＝ｆｓ＋２Ｈ
と表せる。ここで、信号光を構成する光の間の光周波数間隔をＳ、信号光を構成する光Ｌｓ１とポンプ光Ｌｐ１との光周波数間隔をＤ、信号光を構成する光Ｌｓ１とポンプ光Ｌｐ３との光周波数間隔をＨ、ポンプ光Ｌｐ１とポンプ光Ｌｐ２との間の光周波数間隔ｄｆを同期検波する中間周波数、信号光の伝送帯域Ｂを、中間周波数の半分とした。

この時、同期検波対象とするアイドラ光の中で、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光の中間周波数信号がコヒーレント同期検波する中間周波数信号に重ならないためには、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ光同士が２ｄｆ以上離れればよいので、
｛ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆｓ｝−｛ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆ２｝−２ｄｆ
＝｛ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ＋ｄｆ−Ｓ｝−２ｄｆ
＝Ｓ−３ｄｆ≧０、
即ち、Ｓ≧３ｄｆを満たせばよい。
変調を考慮して、信号光とポンプ光が重ならないためには、変調サイドバンドが伝送帯域Ｂとすると、
｛ｆｐ１｝−｛ｆ２＋Ｂ｝＝｛ｆｓ＋Ｄ｝−｛ｆｓ＋Ｓ＋Ｂ｝
＝Ｄ−Ｓ−Ｂ≧０、
即ちＤ≧Ｓ＋Ｂ、Ｂ＝０．５ｄｆの場合Ｄ≧３．５ｄｆが成立すればよい。
変調を考慮してアイドラ光とポンプ光が重ならないためには、
｛２ｆｐ１−ｆ２−Ｂ｝−｛ｆｐ３｝
＝｛ｆｓ＋２Ｄ−Ｓ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｈ｝＝２Ｄ−Ｈ−Ｓ−Ｂ≧０、
即ちＨ≦２Ｄ−Ｓ−Ｂが成立すればよい。
それぞれの変調を考慮して同期検波対象とするアイドラ光と同期検波対象としないアイドラ光が重ならないためには、
｛ｆｐ１＋ｆｐ３−ｆｓ２−Ｂ｝−｛２ｆｐ２−ｆｓ＋Ｂ｝
＝｛ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ−Ｓ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋２Ｄ＋２ｄｆ＋Ｂ｝＝Ｈ−Ｄ−Ｓ−２ｄｆ＝２Ｂ≧０、
即ちＨ≧Ｄ＋Ｓ＋２ｄｆ＋２Ｂ、Ｂ＝０．５ｄｆの場合Ｈ≧Ｄ＋６ｄｆ
及び
｛２ｆｐ３−ｆｓ２−Ｂ｝−｛ｆｐ２＋ｆｐ３−ｆｓ＋Ｂ｝
＝｛ｆｓ＋２Ｈ−Ｓ−Ｂ｝−｛ｆｓ＋Ｄ＋Ｈ＋ｄｆ＋Ｂ｝＝Ｈ−Ｄ−Ｓ−ｄｆ−２Ｂ≧０、
即ちＨ≧Ｄ＋Ｓ＋ｄｆ＋２Ｂ、Ｂ＝０．５ｄｆの場合Ｈ≧Ｄ＋５ｄｆが成立すればよい。ポンプ光Ｌｐ３がポンプ光Ｌｐ１よりも低周波数の場合も、同様である。
なお、複数の信号光のうちのいずれか一つの信号光に対応するアイドラ光を光濾波器１２で四光波混合部に入力する前に信号光を選択するとしてもよい。本願では、選択する信号光を変更しても、それに応じて同期検波部を調整しなおす必要はない。また四光波混合部からの、各信号光に対応するアイドラ光を後述の第３の実施形態のようにそれぞれ分岐し、分岐した数の同期検波部を持つとしてもよい。

以上述べたように、本光通信システム５０２は、それぞれの信号光に対応して互いに同期したアイドラ光の組が独立して発生するため、それぞれ混信することなくコヒーレント同期検波を行うことができる。更に、従来のシステムでは複数の信号光を受信するためにはそれぞれに対応してＰＬＬの調整が必要となるが、本光通信システム５０２では、その必要がなく、同時の受信することもできる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態の光通信システム５０３を説明する概略図である。図２の光通信システム５０２と光通信システム５０３との違いは、受信機３０２の代替として受信機３０３を有している点である。光受信機３０３は、信号を構成する異なる光周波数の光毎にアイドラ光を出力する四光波混合部３３、及び信号を構成する異なる光周波数の光毎にアイドラ光を、ポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号で同期検波する同期検波部２３を有する。

四光波混合部３３は復号器１５を持ち、異なる光周波数の光のアイドラ光毎にアイドラ光を出力する。同期検波部２３は、異なる光周波数の光のアイドラ光毎に光検波する光検波器（１３ａ〜１３ｄ）を持つ。なお、図では異なる光周波数の光のアイドラ光と１対１対応で光検波器を備えるとしたが、後述のように同一の光検波器で光検波する異なる光周波数の光のアイドラ光同士のビートが影響しないとの前提で、複数の光周波数の光のアイドラ光を同一の光検波器で光検波してもよい。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。信号光は、互いの光周波数間隔が前記帯域の６倍以上の光周波数、且つ前記中間周波数の３倍以上の光周波数であり、ポンプ光は２波長である場合で説明する。

図８は、信号光を構成する異なる光周波数の光の数が２、その周波数間隔が中間周波数の３倍、伝送帯域の６倍とした場合の光スペクトルの模式図である。図９は、この場合に光検波器（１３ａ〜１３ｄ）が出力する電気信号のスペクトルの模式図である。図８の横軸は周波数で、縦の矢印は光スペクトルの場合は中心周波数で、実線の台形は変調成分を、破線の台形は濾波器の透過帯域を意味する。図８に示すように、信号光を構成する異なる光周波数の二つの光に対応するアイドラ光はｄｆ以上離れる。このため、第２の実施形態と異なり、信号光を構成する異なる光周波数の二つの光のアイドラ光同士の周波数間隔がｄｆとなる。図２の構成で、ポンプ光が中間周波数ｄｆだけ異なる２波長とした場合、光検波した後では、信号光を構成する異なる光周波数の複数の光間でのビートを電気濾波器１４で除去できないので、ビートによる雑音が無視できない。しかし、本実施形態の光受信機３０３は、復号器１５で信号光を構成する異なる光周波数の複数の光毎に分離し、それぞれを光検波器（１３ａ〜１３ｄ）で光検波するので、異なる光周波数の複数の光間でのビートが発生しない。復号器１５は例えば、異なる光周波数の複数の光にそれぞれ対応するアイドラ光を分岐する光分波器である。光検波器（１３ａ〜１３ｄ）で光検波した電気信号は、電気濾波器１４ａ〜１４ｄで必要な中間周波数の信号だけ取り出され、電気濾波器１４ａ〜１４ｄの抜き出した中間周波数信号を、それぞれポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号をミキサー１８で乗じて同期検波する。このため、本光通信システムは、信号光を構成する異なる光周波数の複数の光毎にコヒーレント同期検波が可能となる。

光送信機４０１の伝送信号による変調は、第２の実施形態と同様に伝送帯域に制限しており、変調メインローブ以外の変調成分は無視できる前提で、中間周波数は伝送帯域の２倍とした。メインローブより高周波の変調成分が無視できない場合も同様に、中間周波数は、伝送帯域にメインローブより高周波成分で無視できない変調成分の周波数幅を加えた周波数とすればよい。さらに、信号光を構成する複数の光周波数間隔は、この中間周波数の４倍以上とすればよい。

このようにして、光通信システム５０３は、非特許文献２に示された構成における信号光を構成する異なる光周波数の光（スペクトルチップ）の光周波数間隔の最小値の３ｄｆである信号光を２ポンプ光の場合に、コヒーレント同期検波することができる。非特許文献２に記載の光符号分割多重の信号光を受信する場合は、その受信対象となる符号に応じて各スペクトルチップの電気信号を加減算器（不図示）で加減算して復号する。さらに、第２の実施形態に示したように、３ポンプ光の場合に、光周波数間隔２ｄｆの信号光をコヒーレント同期検波することも可能である。また、光濾波器１２により、アイドラ光を間引くことで、信号光を構成する異なる光周波数の光に対応するアイドラ間のビート成分を削減することも可能である。

以上述べたように、光通信システム５０３は、それぞれの信号光に対応して互いに同期したアイドラ光の組が独立して発生するため、それぞれ混信することなくコヒーレント同期検波を行うことができる。

（第４の実施形態）
図４及び図５は、第４の実施形態の光通信システム５０４及び光通信システム５０５を説明する概略図である。光通信システム（５０４、５０５）は、信号光を構成するスペクトルチップを用いた光符号多重の信号光を受信する。このような光符号分割多重の信号光は同一の光周波数の光を複数の信号光で利用する。

図２の光通信システム５０２と光通信システム（５０４、５０５）との違いは、送受信機で送受する信号光が光符号多重の信号光であることに加えて、受信機３０１の代替として受信機３０４又は受信機３０５を有している点である。光受信機３０４又は受信機３０５は、アイドラ光を復号する符号に応じて分岐して出力する四光波混合部（３３、３５）と、四光波混合部（３３、３５）からの分岐されたアイドラ光をコヒーレント同期検波後に復号する符号に応じてそれぞれ加減算する同期検波部２４又は同期検波部２５を有する。

図４の光受信機３０４は、光濾波器１２の後に、例えば、非特許文献２に記載される信号光を構成するスペクトルチップを復号する符号に応じて分岐する復号器１５を四光波混合部３３に持ち、復号器１５で分岐した出力を差動検波する差動光検波器１６を同期検波部２５に持つ。差動光検波器１６の出力は中間周波数の電気濾波器１４へ入力される。図４には記載されないが、同期検波部２５は、図３の同期検波部２３のように復号器１５と各出力を検波する光検波器（１３ａ〜１３ｄ）、それぞれの光検波器の出力を中間周波数の電気濾波器（１４ａ〜１４ｄ）を通し、符号に合わせて加減算する加減算器を有していてもよい。

なお、アイドラ光と信号光は光周波数の並びが反転することを鑑みて、復号器１５の符号は符号器で符号化するときの符号と光周波数軸で反転した並びとなっている。図４では、符号（１１００）及びその並びの反転した（００１１）に応じた復号器１５で説明している。ここで、符号は例であり、他の符号でもよいし、４以外の符号長であってもよい。各スペクトルチップの周波数間隔は、各スペクトルチップの復号対象とするアイドラ光の間隔となっている。

また、復号器１５又は光濾波器１２により、アイドラ光を間引くことで、異なるスペクトルチップに対応するアイドラ間のビート成分を削減することも可能である。

また、光濾波器１２は、復号器１５の後に配置してもよいし、復号器と一体であってもよい。

図４の光受信機３０４と図５の光受信機３０５との違いは、復号器１５の配置にある。図５の光受信機３０５の場合、復号器１５は、非線形媒質部１１の前に位置し、信号光のみが入力される。また、光受信機３０５は、少なくとも加算するスペクトルチップと、減算するスペクトルチップとが入力される複数の非線形媒質部１１を具備する。それぞれの非線形媒質部１１は、復号器１５の各出力をそれぞれ四光波混合する。なお、非線形媒質部１１はスペクトルチップ毎に具備してもよい。この構成は、光周波数の並びが反転するアイドラ光ではなく、信号光をそのまま復号器１５に入力するので、復号器１５の符号は光周波数軸で反転した並びではなく、符号器で符号化したときと同じスペクトルチップの並びとなる。また、復号器１５の符号の周波数間隔も信号光のスペクトルチップの周波数間隔と等しく、光送信機４０１に搭載される符号器と同じ構成の復号器をそのまま使用できる。

以上述べたように、光通信システム（５０４、５０５）は、すべての複数の光符号多重の信号光を構成する複数のスペクトルチップに対応して初期位相と位相雑音項が等しい信号光と局発光の組をそれぞれ生成してコヒーレント同期検波を行う。このため、光通信システム（５０４、５０５）は、信号光−局発光間の位相差ばらつきによるＭＡＩの課題を解消することができる。

（第５の実施形態）
本光通信システムと第４の実施形態の光通信システム（５０４、５０５）との違いは、信号光、ポンプ光、復号器が用いる符号にある。その他は第４の実施形態と同様である。本光通信システムの信号光は、信号光を構成するスペクトルチップがそれぞれ時間に対して周波数が同様に変化する。具体的には複数のスペクトルチップのそれぞれが、非特許文献８に示されるように変化する。

ポンプ光は所望のアイドラ光の光周波数変動に伴い光濾波器１２を導通しない場合に、当該アイドラ光が光濾波器１２を導通するように信号光の時間に対する周波数変化に同期して周波数が同様に変化する光である。また、符号は、非特許文献９で提案された隣接スペクトルチップでの漏れ込みで直交化のために不足するスペクトルチップを追加している符号であってもよい。その場合、具体的には、符号の巡回性を用いて、漏れ込みのあるスペクトルチップに対応するチップを符号の反対側に配置した符号を復号する復号器１５としている。例えば、元の符号が００１０１１１であり、±１スペクトルチップ漏れ込みの場合、１００１０１１１０とする。漏れ込みのあるスペクトルチップ数の範囲内でスペクトルチップシフトして同じ符号となる符号による干渉は避けられないので、それらの符号同士は同時には用いない。使用しない符号数は隣接スペクトルチップの漏れ込み以外が無視できる場合、スペクトルチップシフトしたＭ系列符号では半分、ウオルシュアダマール符号では高々１となる。

本光通信システムは、この符号を用い、且つ図５の構成をとることで、各スペクトルチップの周波数間隔に応じた復号器１５であっても、光符号分割多重の信号をコヒーレント同期検波することが可能である。これは、通常、復号器に用いられる光濾波器では、透過強度が減少するところで光の位相が回転するため、信号光と局発光の位相差が変化する。このため、上記のような信号光の場合、一つのシンボル時間内でも位相関係が変動する。そのため、各スペクトルチップの周波数間隔に応じた復号器では、信号光−局発光間の位相差ばらつきによるＭＡＩが発生する。しかし、本光通信システムは、位相差ばらつきが発生しないため信号光−局発光間の位相差ばらつきによるＭＡＩを解消することができる。

（第６の実施形態）
本光通信システムは、互いに同一の円偏波状態であるポンプ光を使用し、円偏波ねじり光ファイバの四光波混合部で前記アイドラ光を生成する。本光通信システムと第１から第５の実施形態との違いは、ポンプ光源４０２からのポンプ光の偏波と非線形媒質部１１にある。即ち、ポンプ光源４０２はポンプ光を同一の円偏波状態とし、四光波混合部３１は円偏波ねじり光ファイバとする。このため、本光通信システムは、四光波混合における偏波依存性を解消でき、コヒーレント周期検波の偏波依存性を解消できる。

（第７の実施形態）
本光通信システムは、非線形媒質７１と偏波ビームコンバイナ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｂｉｎｅｒ：ＰＢＣ）７２を含む非線形媒質部１１を備える。非線形媒質７１は、例えば、非線形媒質ファイバである。非線形媒質部１１は、非線形媒質ファイバの両端から信号光及びポンプ光を入力し、アイドラ光を生成する。

非線形媒質部１１は、図１０に示すように非線形媒質７１とＰＢＣ７２とでループを形成する。ＰＢＣ７２は直交する両偏波で等しい光強度のポンプ光を非線形媒質７１の両端から入力する。図１０では、入力された光はＰＢＣ７２で互いに直交する２偏波に分離され、それぞれＰＢＣ７２の一端から非線形媒質７１を経て再びＰＢＣ７２に戻る。この際、ＰＢＣ７２から出力されたときと再びＰＢＣ７２に戻ってくる際の偏波は同一である。あるいは、非線形媒質部１１は、図１１に示すように非線形媒質７１とＰＢＣ７２とのループ及びＰＢＣ７２への入出力を分離する光サーキュレータ７３からなる。図１１の非線形媒質部１１の構成では、非線形媒質７１の中点で偏波が９０度回転しているが、ループの別の箇所であってもよい。図１１の構成では、途中で偏波が９０度回転しているため、ＰＢＣ７２から出力されたときと直交する偏波で再びＰＢＣ７２に戻ってくる。また図１０及び図１１の非線形媒質７１は分布型でなく、集中型であってもよい。図１０及び図１１の横矢印αと二重丸βはそれぞれ直交する偏波を意味する。図１０及び図１１に示すように直交するいずれの偏波成分に対しも同様に四光波混合を発生するので、それぞれのコヒーレント同期検波の出力の総和は偏波に拠らず一定となる。

このため、本光通信システムは、四光波混合における偏波依存性を解消でき、コヒーレント同期検波の偏波依存性を解消できる。

（第８の実施形態）
本光通信システムと第１から第５実施形態との違いは、ポンプ光にある。本光通信システムのポンプ光は第１から第５実施形態に示す一つのポンプ光に対して、直交する異なる偏波の等強度の二つのポンプ光から構成される。アイドラ光の偏波がポンプ光の偏波と同一偏波に保持される場合、異なる偏波のアイドラ光同士のビート成分は発生しない。

一つのポンプ光に対応する互いに直交する偏波の二つのポンプ光の光周波数差は、それぞれの偏波のアイドラ光同士から発生する中心周波数信号が電気濾波器１４の導通帯域に入る程度の範囲内であり、且つ異なる偏波の二つのポンプ光が単一の偏波の一つのポンプ光とならない程度の光周波数差であれば好ましい。光検波の前に偏波毎に分離してそれぞれ光検波後に電気信号を合流する必要がない。

一方、光検波の前に偏波毎に分離してそれぞれ光検波後に電気信号を合流する場合は、異なる偏波の二つのポンプ光が単一の偏波の一つのポンプ光とならない程度の光周波数差であればよい。

異なる偏波の二つのポンプ光が合波すると単一の偏波の一つのポンプ光となる場合、四光波混合部は、信号光を直交する二つの偏波に分離し、分離した信号光と同一偏波のポンプ光との四光波混合のアイドラ光をそれぞれ出力する四光波混合部とする。偏波が直交するポンプ光に加えて直交する偏波のそれぞれに対応する四光波混合部を備えることで、直交するいずれの偏波成分に対しても同様の四光波混合を発生させることができる。このような四光波混合部の例を図１６に示す。図１６ではＰＢＣで直交する偏波に分離し、偏波毎に非線形媒質を経由してＰＢＣで再合波するとしているが、再合波せずにそれぞれ別の同期検波部で同期検波しても良い。いずれの場合も偏波分離した信号光又はその同期検波の出力を合流するまでの経路長差は、シンボル長に比べて十分短い長さ、例えばシンボル長の数十分の１程度に抑える。この結果、それぞれの同期検波の出力の総和は信号光の偏波によらず一定となる。なお、同期検波部は偏波毎にそれぞれ備えてもよいが、直交する偏波の信号光とポンプ光に対応するアイドラ光の偏波が保持される場合、直交する偏波のアイドラ光同士のビート成分は発生しないので、単一の同期検波部に入力しても良い。

このため、本光通信システムは、四光波混合における偏波依存性を解消でき、コヒーレント同期検波の偏波依存性を解消できる。

１１：非線形媒質部
１２：光濾波器
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ：光検波器
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ：電気濾波器
１５：復号器
１６：差動光検波器
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ：ミキサー
２１、２３、２４、２５：同期検波部
３１、３３、３５：四光波混合部
７１：非線形媒質
７２：偏波ビームコンバイナ（ＰＢＣ）
７３：サーキュレータ
１０１：ＣＷ光源
１０２：正弦波信号発生器
１０３：強度変調器
１０４：逓倍器
３０１、３０３、３０４、３０５：光受信機
４０１：光送信機
４０２：ポンプ光源
５０１〜５０５：光通信システム

Claims (10)

1. 信号光、及び初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数のポンプ光が入力され、前記信号光と前記ポンプ光との四光波混合を発生させ、少なくとも一組の光周波数間隔が中間周波数であるアイドラ光を複数出力する四光波混合部と、
   前記四光波混合部からの前記アイドラ光を光検波し、アイドラ光同士の中間周波数信号を、前記中間周波数であり且つ前記ポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号でコヒーレント同期検波する同期検波部と、
   を備える光受信機。
2. 前記信号光は、複数の互いに光周波数が異なる光から構成され、
   前記信号光と前記ポンプ光は、前記同期検波部でのコヒーレント同期検波の対象となる前記アイドラ光の内、前記信号光を構成する異なる光周波数の光に基づく前記アイドラ光同士の光周波数間隔が前記伝送帯域の倍以上かつ前記中間周波数の４倍以上になる光周波数であることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
3. 前記信号光は、複数の互いに光周波数が異なる光から構成され、
   前記信号光と前記ポンプ光は、前記同期検波部でのコヒーレント同期検波の対象となる前記アイドラ光の内、前記信号光を構成する異なる光周波数の光に基づく前記アイドラ光同士の光周波数間隔が前記伝送帯域以上かつ前記中間周波数の倍以上になる光周波数であり、
   前記四光波混合部は、前記信号光毎に前記アイドラ光を出力し、
   前記同期検波部は、前記信号光毎に前記アイドラ光をコヒーレント同期検波する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
4. 前記信号光は、複数の光周波数の光で光符号分割多重されており、
   前記四光波混合部は、復号する符号に応じて分岐した信号光の前記アイドラ光をそれぞれ出力又は前記アイドラ光を復号する符号に応じて分岐して出力し、
   前記同期検波部は、前記四光波混合部からの符号に応じて出力された前記アイドラ光をそれぞれ同期検波し、同期検波する信号を符号に応じて加減算
   することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光受信機。
5. 前記信号光は、時間に対して光周波数が変化し、
   前記ポンプ光は、前記アイドラ光が光濾波器で遮断されないように前記信号光の光周波数変化に同期して光周波数が変化することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光受信機。
6. 前記ポンプ光は、互いに同一の円偏波状態であり、
   前記四光波混合部は、円偏波ねじり光ファイバで前記アイドラ光を生成することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光受信機。
7. 前記四光波混合部は、非線形媒質部と偏波ビームコンバイナとからなるループで前記アイドラ光を生成することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光受信機。
8. 前記ポンプ光は、それぞれ互いの偏波が直交し、互いの光強度が等しい２つの光からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光受信機。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の光受信機と、
   前記光受信機に前記信号光を送信する光送信機と、
   を含む光通信システム。
10. 信号光、及び初期位相と位相雑音項が等しく所定の周波数差の複数のポンプ光から、前記信号光と前記ポンプ光との四光波混合を発生させ、少なくとも一組の光周波数間隔が中間周波数であるアイドラ光を複数出力し、
    前記アイドラ光を光検波し、アイドラ光同士の中間周波数信号を、前記中間周波数であり且つ前記ポンプ光を生成する際の電気信号と位相が同期した電気信号でコヒーレント同期検波するコヒーレント同期検波方法。

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