JPH06175170A - 光周波数タップ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波長可変の光フィルタを用いずに、波長多重
光から容易に任意の搬送周波数の光を取り出せる光周波
数タップ回路を提供する。 【構成】 第１の光周波数変換部は、非線形物質におけ
る信号光とポンプ光の相互作用によって、入力した信号
光の周波数変換を行う。第２の光周波数変換部は、第１
の光周波数変換部の出力段からの光信号を入力して、非
線形物質における入力光とポンプ光の相互作用によっ
て、信号光における任意の搬送光周波数を固定のフィル
タ特性で取り出せるように入力光の周波数変換を行う。
そして、固定のフィルタ特性を有する光信号ピックアッ
プ部は、第２の光周波数変換部の出力段からの光信号か
ら所望の信号を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光周波数分割多重伝送
等に適用され広い周波数域の中の任意の搬送周波数を取
り出す光周波数タップ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光周波数分割多重伝送システムにおい
て、任意の周波数搬送波光を選択して取り出す回路とし
て、図９に示すようなマッハツェンダ干渉計分波器列を
用いたものがある。

【０００３】図９において、９１は光ファイバF1からの
光信号をある分岐比をもって光ファイバF2と光ファイバ
F3とに分岐する光分波器、９２は光ファイバF3に接続さ
れ所定の光波群を選択透過するマッハツェンダ干渉計分
波器（ＭＺ¹ ）、９３〜９４はそれぞれ前段のマッハツ
ェンダ干渉計分波器の出力を入力し所定の光波群を選択
透過するマッハツェンダ干渉計分波器（ＭＺ² 〜Ｍ
Ｚ^m ）、９５はマッハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ^m の
出力について検波を行うフォトダイオードである。

【０００４】次に動作について説明する。まず、光ファ
イバF1に中心周波数がａ_1,1 、・・・、ａ_n,1 の周波数
多重された光波群が入力される。中心周波数ａ_1,1 、・
・・、ａ_n,1 は以下のように表される。 〔ａ_n,1 ｜｛ａ_n,1 ｝⊂｛ｆ_k ｜ｆ_k ＝ｆ₁ ＋（ｋ−
１）Δ_f ，１≦ｋ＜２^m ，ｋ∈整数〕 ここで、Δ_f は、周波数軸上で隣り合う信号光同士の周
波数間隔である。光ファイバF1は光分波器９１に接続さ
れ、光分波器９１によって｛ａ_n,1 ｝の光波群の光強度
がある分岐比をもって光ファイバF2と光ファイバF3とに
分岐される。この光ファイバF2からの出力光は、そのま
ま伝送路にもどされる光波群である。光ファイバF3から
の出力光は、マッハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ¹ に入
力する。ここで、ｊ段目のマッハツェンダ干渉計分波
器：ＭＺ^j の透過率の周波数特性Ｔ^j （周波数ｆ）は、 Ｔ^j （ｆ）＝〔１＋Θ^j cos ｛π（ｆ−ｆ₁ ）／（２^j-1 Δ_f ）｝〕／２ （１） で表されるように設計される。また、（１）式における
Θ^j の状態を１と−１に切り替えられるようになってい
る。よって、マッハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ ¹ によ
って、ａ_n,1 をｆ_k で表したときのｋが偶数か奇数の一
方の光波群が選択透過される。透過される光波群の中心
周波数を｛ａ_n,2 ｝とする。

【０００５】さらに、この｛ａ_n,2 ｝の周波数の光波群
がマッハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ¹ に縦続接続され
たマッハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ² に入力し、マッ
ハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ² において、マッハツェ
ンダ干渉計分波器：ＭＺ¹ におけるのと同様の選択透過
がなされる。そのような選択透過がマッハツェンダ干渉
計分波器：ＭＺ¹ ないしマッハツェンダ干渉計分波器：
ＭＺ^m で順次実行されることにより、入力光周波数列
｛ａ_n ｝の内から任意の搬送波周波数ｆ_tappedの光のみ
がマッハツェンダ干渉計分波器：ＭＺ^m から出力され
る。その光が光ファイバF4で取り出されフォトダイオー
ド９５によって検波される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の任意の周波数搬
送波光を選択して取り出す光回路は以上のように構成さ
れているので、縦続接続された全てのマッハツェンダ干
渉計分波器：ＭＺ¹ 〜ＭＺ^m の周波数透過特性が（１）
式で示されるように設定されていなければならない。そ
の特性を完全に満たしていないと信号間のクロストーク
が大きくなる。しかし、マッハツェンダ干渉計分波器の
周波数透過特性の制御は、フィードバック系が大変複雑
であるために、容易ではない。従って、十分な性能を満
たす光周波数タップ回路を構成するのは困難である。

【０００７】また、マッハツェンダ干渉計分波器列は光
の波長可変フィルタとして使用されているので、マッハ
ツェンダ干渉計分波器列以外の光フィルタを使用するこ
とも考えられる。しかし、結局、その光フィルタは波長
可変であることが要求されるが、波長可変の光フィルタ
を構成し使用することに対して高度な技術が要求され
る。さらに、光周波数分割多重伝送においては広い波長
可変域が要求されるが、それを満足することは難しい。
従って、やはり、十分な性能を満たす光周波数タップ回
路を構成するのは困難である。

【０００８】本発明はそのような課題を解消するために
なされたもので、波長可変の光フィルタを用いずに、容
易に任意の搬送周波数の光を取り出せる光周波数タップ
回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る光周波数タップ回路は、入力した信号光の周波数変換
を行う第１の光周波数変換部と、その出力段からの光信
号を入力して周波数変換を行う第２の光周波数変換部
と、その出力段からの光信号から所望の信号を取り出す
光周波数ピックアップ部とを備えたものであって、第１
の光周波数変換部は、２次の光学非線形効果を有する非
線形物質と、その非線形物質にポンプ光と信号光を入力
する入力手段と、その非線形物質の出力光から、その物
質を透過した信号光を取り出して出力するとともに、非
線形物質の出力光から、信号光とポンプ光とによって発
生した非線形光を取り出して出力する出力手段とを含
み、第２の光周波数変換部は第１の光周波数変換部の出
力手段からの光信号を入力し、単一のまたは縦続接続さ
れた複数の変換要素を含む変換部であって、それらの各
変換要素が、２次の光学非線形効果を有する非線形物質
と、この非線形物質にポンプ光と前段にある変換要素ま
たは第１の光周波数変換部の出力手段からの出力光とを
入力する入力手段と、その非線形物質の出力光から、そ
の物質を透過した信号光と、その非線形物質への前段か
らの出力光とポンプ光とによって発生した非線形光との
いずれかを取り出して出力する出力手段とを含み、光周
波数ピックアップ部は、第２の光周波数変換部の最終段
の変換要素からの出力光から、特定の周波数搬送光に乗
っている信号を取り出すピックアップ手段を含むもので
ある。

【００１０】また、請求項２記載の発明に係る光周波数
タップ回路は、入力した信号光を偏光方向が直交する２
つの光信号に分ける偏光部と、この偏光部からの一方の
光信号を入力して周波数変換を行う一方の第１の光周波
数変換部と、この第１の光周波数変換部からの光信号を
入力して周波数変換を行う一方の第２の光周波数変換部
と、偏光部からの他方の光信号を入力して周波数変換を
行う他方の第１の光周波数変換部と、この第１の光周波
数変換部からの光信号を入力して周波数変換を行う他方
の第２の光周波数変換部と、双方の第１の光周波数変換
部からの光信号を合波する第１の合波部と、双方の第２
の光周波数変換部からの光信号を合波する第２の合波部
と、この第２の合波部からの光信号から所望の信号を取
り出す光周波数ピックアップ部とを備えたものであっ
て、各第１の光周波数変換部は、２次の光学非線形効果
を有する非線形物質と、その非線形物質にポンプ光と信
号光を入力する入力手段と、その非線形物質の出力光か
ら、その物質を透過した信号光を取り出して出力すると
ともに、非線形物質の出力光から、信号光とポンプ光と
によって発生した非線形光を取り出して出力する出力手
段とを含み、各第２の光周波数変換部はそれに対応する
第１の光周波数変換部の出力手段からの光信号を入力
し、単一のまたは縦続接続された複数の変換要素を含む
変換部であって、それらの各変換要素が、２次の光学非
線形効果を有する非線形物質と、この非線形物質にポン
プ光と前段にある変換要素または第１の光周波数変換部
の出力手段からの出力光とを入力する入力手段と、その
非線形物質の出力光から、その物質を透過した信号光
と、その非線形物質への前段からの出力光とポンプ光と
によって発生した非線形光とのいずれかを取り出して出
力する出力手段とを含み、光周波数ピックアップ部は、
第２の光周波数変換部の最終段の変換要素からの出力光
から、特定の周波数搬送光に乗っている信号を取り出す
ピックアップ手段を含むものである。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明に係る光周波数タップ回路
において、第１の光周波数変換部の光非線形物質は、偏
光が調整されている信号光およびポンプ光を入力し、非
線形物質におけるポンプ光と信号光との相互作用によっ
て非線形光を発生する。また、第２の光周波数変換部は
波長多重数に応じた段数の変換素子を有し、波長多重
数、使用波長および変換素子の段数に応じた周波数のポ
ンプ光を使用する。そして、第２の光周波数変換部は、
光周波数ピックアップ部のフィルタ特性が固定のもので
済むように、所望の周波数をそのフィルタ特性に対応し
たものとして出力する。

【００１２】また、請求項２記載の発明に係る光周波数
タップ回路において、偏光部は、入力した信号光を偏光
方向が互いに直交する２つの光に分け、それぞれを別々
のパスに導く。そして、２つのパスのそれぞれにある第
１の光周波数変換部の光非線形物質は、信号光およびポ
ンプ光を入力し、非線形物質におけるポンプ光と信号光
との相互作用によって非線形光を発生する。また、双方
のパスのそれぞれにある第２の光周波数変換部は波長多
重数に応じた段数の変換素子を有し、波長多重数、使用
波長および変換素子の段数に応じた周波数のポンプ光を
使用する。さらに、第２の合波部は、偏光が調整された
各第２の光周波数変換部の出力光を合波する。ここで、
各第２の光周波数変換部は、光周波数ピックアップ部の
フィルタ特性が固定のもので済むように、所望の周波数
をそのフィルタ特性に対応したものとして出力してい
る。

【００１３】

【実施例】本発明は、２次の光非線形効果による差周波
発生を動作原理としている。そこで、まず、その動作原
理について説明する。光非線形物質に光を入射したとき
に生ずる分極Ｐは、一般に次のように表される。

【００１４】 Ｐ＝χ⁽¹⁾ Ｅ＝χ⁽²⁾ ＥＥ＋χ⁽³⁾ ＥＥＥ＋・・・ （２） ここで、Ｅは光電場である。χは物質によって決まる定
数であり、テンソルである。分極Ｐおよび光電場Ｅは２
つの偏波成分をもつので、Ｅ，Ｐは一般にベクトル量で
ある。この光非線形物質に周波数ｆ_s の信号光と周波数
ｆ_p のポンプ光とを入力すると、ｘ方向に伝搬する光電
場は次のように表される。

【００１５】 Ｅ＝Ｅ_p exp ｛２πｉｆ_p t −ｉｋ（ｆ_p ）ｘ｝ ＋Ｅ_s ｛２πｉｆ_s t −ｉｋ（ｆ_s ）ｘ｝＋（complex conjugate) （３） （３）式を（２）式に代入すると、（２）式の第２項や
第３項からいろいろな周波数成分の分極が生ずることが
わかる。例えば、第２項から（４）式で表される周波数
ｆ_NL＝ｆ_p −ｆ_s 、波数ｋ（ｆ_p ）−ｋ（ｆ_s ）の非線
形分極Ｐ_NLが生ずる。

【００１６】 Ｐ_NL＝χ⁽²⁾ Ｅ_p Ｅ_s ^* exp ｛２πｉ（ｆ_p −ｆ_s ）ｔ −ｉ（ｋ（ｆ_p ）−ｋ（ｆ_s ））ｘ｝＋（complex conjugate) （４） ここでは、^* は複素共役を表す。

【００１７】この非線形分極から周波数ｆ_NL、波数ｋ
（ｆ_NL）の非線形光が生ずる。ここで、ポンプ光を無変
調光とすると、この周波数ｆ_NLの光は、周波数のｆ_s の
信号光と同じ変調信号を有する。従って、上記の過程に
よって、乗っている情報を保存した状態で周波数ｆ_s か
ら周波数ｆ_NLへ周波数変換される。

【００１８】ところで、非線形光が効率よく生ずるに
は、非線形分極の波数ｋ（ｆ_p ）−ｋ（ｆ_s ）と非線形
光の波数ｋ（ｆ_NL）とが一致している必要がある。これ
を位相整合という。この位相整合の方法は、ｆ_NLとｆ_s
の２つの光波の偏光方向が平行の場合と直交の場合に大
別される。平行の場合をtype１の相互作用と呼び、直交
の場合をtype２の相互作用と呼ぶ。ただし、type１の相
互作用においては、一般に非線形光の分離ができず使用
されない。

【００１９】type２の相互作用において、例えばバルク
結晶では、屈折率の波長分散と結晶の複屈折性を利用す
ると、ｆ_s が常光であったならｆ_NLは異常光、逆にｆ_s
が異常光であったならｆ_NLは常光となる。ここで、関数
τを搬送周波数変換過程を表すと定義する。これを用い
て、例えば、常光の信号光（光周波数ｆ_s ）から異常光
の非線形光（光周波数ｆ_p −ｆ_s ）への周波数変換を表
すと、以下のようになる。

【００２０】 Ｓ（ｆ_S ；ｏ）−τ（ｆp ）→Ｓ（ｆ_p −ｆ_S ；ｅ） （５） となる。（５）式は、信号光Ｓ（ｆ_S ；ｏ）が、搬送周
波数変換過程τ（ｆp ）よって非線形光Ｓ（ｆ_p −
ｆ_S ；ｅ）に変換されたことを示す。ここで、例えば、
Ｓ（ｆ_S ；ｏ）は、周波数がｆ_s で偏光状態がｏである
ような信号光を示す。この表記を拡張することによって
（６）式のような表現ができる。

【００２１】 Ｓ（ｆ₁ ，ｆ_2,・・・_, ｆ_n ；ｏ） −τ→Ｓ（ｆ_n,ｆ_n-1,・・・_, ｆ₁ ；ｅ） （６） （６）式は、光周波数がｆ₁ ，ｆ_2,・・・_, ｆ_n で偏光
状態がｏである信号光列が、変換τによって、光周波数
がｆ_n,ｆ_n-1,・・・_, ｆ₁ で偏光状態がｅの信号光列に
変換されたことを示す。なお、（）内の順番はチャネル
番号に対応している。つまり、ｉ番目にｆ_k と表示され
ていれば、チャネル番号ｉの周波数がｆ _k であることを
表す。よって、変換前のＳ（ｆ₁ ；ｏ）と変換後のＳ
（ｆ_n ；ｅ）とは、同じ情報を持っている。

【００２２】以下、上記のようなtype２の相互作用によ
る非線形過程の光周波数変換を用いた各実施例を説明す
る。図１は本発明の第１の実施例による光周波数タップ
回路の構成を示すブロック図である。図において、１は
入射した信号光の周波数変換を行う＃１光周波数変換
部、２は＃１光周波数変換部１の出力光の周波数変換を
行う＃２光周波数変換部、３は所望の光周波数を取り出
す光周波数ピックアップ部である。

【００２３】そのような構成において、波長多重された
信号光が、光ファイバF5に導かれ＃１光周波数変換部１
に結合される。ここで、信号光は、＃１光周波数変換部
１に結合されるまでに偏波が直線偏波になり、その方向
が所望の方向であるように光路で偏光が調整されてい
る。

【００２４】「光路で偏光が調整されている」とは、光
路上に１／２波長板などの偏光回転子を置くとか、偏波
保持ファイバを使うときにそのファイバをねじるとか、
＃１光周波数変換部１もしくは＃２光周波数変換部２ま
たはその両方の空間的な位置を動かすことなどによって
調整されていることを意味する。以下、「光路で偏光が
調整されている」との記載は、そのように調整されてい
ることを意味する。

【００２５】＃１光周波数変換部１は、入射した信号光
をそのまま透過した光と入射光の周波数変換光とを出力
する。信号光をそのまま透過した光は、光ファイバF6で
取り出され再び伝送路にもどされる。一方、周波数変換
光は、光ファイバF7で取り出され＃２光周波数変換部２
に入力される。ここで、その周波数変換光は＃２光周波
数変換部２に結合されるまでに偏波が直線偏波になり、
その方向が所望の方向であるように光路で偏光が調整さ
れている。そして、＃２光周波数変換部２の出力光は、
光ファイバF8で取り出され光周波数ピックアップ部３に
入力される。

【００２６】図２は＃１光周波数変換部１の詳細な構成
例を示したものである。図において、１１は信号光とポ
ンプ光光源１２からのポンプ光を合波する光カプラ、１
３は光カプラ１１の出力光についてtype２の相互作用に
よる非線形過程を実行する光非線形物質、１４は光非線
形物質１３の出力光からポンプ光を取り除くポンプ光除
去フィルタ、１５は信号光と非線形光とを分岐する偏光
ビームスプリッタ（偏光ＢＳ）である。

【００２７】次に＃１光周波数変換部１の動作について
詳しく説明する。光ファイバF5には波長多重された信号
光（搬送光周波数f_0, ・・・，f _n ）が入射され、光フ
ァイバF9にはポンプ光光源１２からポンプ光（周波数ｆ
ｐ）が入射される。それらの光は光カプラ１１に入力す
る。信号光とポンプ光とは光カプラ１１で合波して光フ
ァイバF10 に出力する。そして、合波された光は、光フ
ァイバF10 から光非線形物質１３に入力される。

【００２８】ここで、信号光が光非線形物質１３内で常
光に結合するように、光非線形物質１３までの光路で偏
光が調整されている。光非線形物質１３内では、 Ｓ（ｆ₀ ，・・・_, ｆ_n-1 ；ｏ）−τ（ｆp ）→Ｓ（fp
−f_0,,・・・_, fp−f _n-1 ；ｅ） の相互作用が生じ、光ファイバF11 には、信号光Ｓ（ｆ
₀ ，・・・_, ｆ_n-1 ；ｏ）、ポンプ光ｆp および非線形
光Ｓ（fp−f_0,,・・・_, fp−f _n-1 ；ｅ）が結合されて
取り出される。

【００２９】信号光が光非線形物質１３内で異常光に結
合するように光非線形物質１３までの光路で偏光が調整
されている場合も、同様に、光非線形物質１３内で、 Ｓ（ｆ₀ ，・・・_, ｆ_n-1 ；ｅ）−τ（ｆp ）→Ｓ（fp
−f_0,,・・・_, fp−f _n-1 ；ｏ） の相互作用が生じ、光ファイバF11 には、信号光Ｓ（ｆ
₀ ，・・・_, ｆ_n-1 ；ｅ）、ポンプ光ｆp および非線形
光Ｓ（fp−f_0,,・・・_, fp−f _n-1 ；ｏ）が結合されて
取り出される。

【００３０】ところで、ファイバが複屈折物質ではない
ので、光ファイバ内で偏光が常光であるか異常光である
かは、互いに偏光方向が直交する光の一方であるか他方
であるかを指し示すことでしかない。そこで、ファイバ
内で直交する２つの偏光方向の違いを明示的に示す必要
があるときには、任意の偏光状態を１とし、これに直交
する偏光状態を２として記述してもよい。それに従う
と、光ファイバF11 内で、信号光、非線形光は、 Ｓ（ｆ₀ ，・・_, ｆ_n-1 ；ｏ）→Ｓ（ｆ₀ ，・・_, ｆ
_n-1 ；１） Ｓ（fp-f_0,, ・・_, fp- f _n-1 ；ｅ）→Ｓ（fp−f_0,,・
・・_, fp−f _n-1 ；２） または、 Ｓ（ｆ₀ ，・・_, ｆ_n-1 ；ｅ）→Ｓ（ｆ₀ ，・・_, ｆ
_n-1 ；１） Ｓ（fp-f_0,, ・・_, fp- f _n-1 ；ｏ）→Ｓ（fp−f_0,,・
・・_, fp−f _n-1 ；２） と表記を変える。

【００３１】それらの光がポンプ光除去フィルタ１４を
通ることによって、ポンプ光ｆp が取り除かれる。そし
て、信号光Ｓ（ｆ₀ ，・・・_, ｆ_n-1 ；ｏ）と非線形光
Ｓ（fp−f_0,,・・・_, fp−f _n-1 ；ｅ）とが光ファイバ
F12 に結合する。光ファイバF12 は偏光ビームスプリッ
タ１５に導かれ、信号光と非線形光とは、偏光ビームス
プリッタ１５でそれらの偏光の違いによって分岐され
る。分岐された信号光は光ファイバF6に、非線形光は光
ファイバF7に結合する。そして、光ファイバF6に結合さ
れた信号光は伝送路にもどされ、光ファイバF7に結合し
た非線形光は＃２光周波数変換部３に入力される。

【００３２】なお、ポンプ光除去フィルタ１４は光非線
形物質１３の後段であればどこに挿入されていてもよ
い。また、信号光や非線形光を光ファイバに結合する際
とか、光ファイバの伝送中に有効にポンプ光が減衰する
ならば、その光ファイバをもってポンプ光除去手段とし
てもよい。

【００３３】図３は＃２光周波数変換部２の構成例を示
すブロック図である。図に示すように、＃２光周波数変
換部２は、ｍ段の縦続接続された変換要素２１〜２３で
構成される。１段目の変換要素２１には、光ファイバF7
によって＃１光周波数変換部１の出力が入力され、ｍ段
目の変換要素２３の出力は、光ファイバF8によって取り
出され、光周波数ピックアップ部３に与えられる。

【００３４】図４は〔ｊ＋１〕段目の変換要素２２の構
成例を詳しく示すブロック図である。図において、２２
１は〔ｊ〕段目の変換要素の出力光とポンプ光光源２２
２からのポンプ光とを合波する光カプラ、２２３は光カ
プラ２２１の出力光について非線形過程を実行する光非
線形物質、２２４は光非線形物質２２３の出力光からポ
ンプ光を取り除くポンプ光除去フィルタ、２２５はポン
プ光光源２２２および偏光回転子２２６を制御するコン
トローラ、２２６はポンプ光除去フィルタ２２４の出力
光の偏光方向を９０°回転する偏光回転子、２２７は偏
光回転子２２６の出力光について所定の偏光を透過する
偏光子である。

【００３５】次に＃２光周波数変換部２の動作について
詳しく説明する。＃２光周波数変換部２の各変換要素２
１〜２３には、「オン」と「オフ」との２つの動作状態
がある。それらは、その変換要素において周波数変換が
行われるか否かに対応している。

【００３６】そこで、まず、〔ｊ＋１〕段目の変換要素
２２の「オン」状態における動作について説明する。光
ファイバF13 に〔ｊ〕段目の変換要素から出力された光
Ｓ（ｆ_1,j,・・ｆ_n,j ）は、光カプラ２２１に導かれ
る。また、ポンプ光光源２２２からのポンプ光は、光フ
ァイバF14 によって光カプラ２２１に導かれる。なお、
ポンプ光光源２２２は、コントローラ２２５に制御され
て作動している。すなわち、「オン」状態において、ポ
ンプ光を出力する。それぞれの光は、光カプラ２２１で
合波され、光ファイバF15 に出力され、光非線形物質２
２３に入力される。

【００３７】信号光は光非線形物質２２３に入力すると
きに、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；ｏ） または、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；ｅ） のように結合される。そして、光非線形物質２２３内
で、 Ｓ（ｆ_0,j ，・・，ｆ_n-1,j ；ｏ）−τ（fp_j+1 ）→Ｓ
（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；ｅ） または、 Ｓ（ｆ_0,j ，・・，ｆ_n-1,j ；ｅ）−τ（fp_j+1 ）→Ｓ
（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；ｏ） の相互作用が生じ、光ファイバF16 には、信号光Ｓ（ｆ
_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｏ）、ポンプ光fp_j+1 および非線形
光Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j；ｅ）
とが、または、信号光Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｅ）ポ
ンプ光fp_j+1 および非線形光Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・
・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；ｏ）とが結合されて取り出され
る。

【００３８】それらの光はポンプ光除去フィルタ２２４
に導かれ、ポンプ光除去フィルタ２２４によって、ポン
プ光ｆp _j+1 が取り除かれる。ポンプ光ｆp _j+1 が取り
除かれた光は、光ファイバF17 に結合される。ここで、
光ファイバF17 に結合されている信号光と非線形光との
偏光状態を、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｏ）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；１） Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；ｅ）→
Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；２） または、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｅ）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；１） Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；ｏ）→
Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；２） とする。光ファイバF17 は偏光回転子２２６に接続され
ているが、この偏光回転子２２６の動作は、コントロー
ラ２２５で制御されている。すなわち、この変換要素２
２において、ポンプ光光源２２２からポンプ光が出力さ
れる「オン」時には、コントローラ２２５は、偏光回転
子２２６に対して入力光の偏光方向を９０°回転するよ
うに制御する。よって、そのとき、偏光回転子２２６へ
の入力光は、偏光方向が９０°回転される。この偏光変
換Ｒによって、信号光と非線形光とは、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）−Ｒ（９０）→Ｓ（ｆ
_0,j,・・ｆ_n-1,j ；２） Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；２）−
Ｒ（９０）→Ｓ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ
_n-1,j ；１） と変換される。変換後のＳ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；２）
とＳ（fp_j+1 −ｆ_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；１）
とは、光ファイバF18 に結合され、偏光子２２７に入力
される。偏光子２２７は、常に１の状態の偏光を透過す
るように設定されているとする。すると、この〔ｊ＋
１〕番目の変換要素２２で発生した光Ｓ（fp _j+1 −ｆ
_0,j ，・・，fp_j+1 −ｆ_n-1,j ；１）のみが透過して光
ファイバF19 に結合され出力される。この変換要素２２
の出力である光をＳ（ｆ_0,j+1,・・ｆ_{n- 1,j+1} ；１）と
呼ぶことにする。

【００３９】次に、〔ｊ＋１〕段目の変換要素２２の
「オフ」状態における動作について説明する。ポンプ光
光源２２２はコントローラ２２５の制御に従ってポンプ
光を出力しない。よって、光ファイバF14 にはポンプ光
は出力されず、光カプラ２２１には、〔ｊ〕番目の変換
要素からの信号光Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）のみが
入力する。この信号光はそのまま光非線形物質２２３に
入力される。この信号光は光非線形物質２２３に入力さ
れるときに、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；ｏ） または、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；ｅ） のように結合される。そして、光非線形物質２２３内を
透過し、光ファイバF16に信号光Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；ｏ）またはＳ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｅ）が結
合されて取り出される。その信号光は、ポンプ光除去フ
ィルタ２２４をそのまま透過し、光ファイバF17 に結合
される。ここで、光ファイバF17 に結合される信号光の
偏光状態を、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｏ）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；１） または、 Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；ｅ）→Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ
_n-1,j ；１） とする。光ファイバF17 は偏光回転子２２７に接続され
ているが、偏光回転子２２７は、このとき（「オフ」
時）コントローラ２２５の制御によって、偏光方向を変
えないようにする。よって、偏光回転子２２７から信号
光Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ _n-1,j ；１）が出力され、光ファイ
バF18 に結合される。そして、偏光子２２７に入力す
る。

【００４０】上述のように、偏光子２２７は常に１の状
態の偏光を出力するように設定されているとする。する
と、この〔ｊ＋１〕番目の変換要素２２に入力された信
号光Ｓ（ｆ_0,j,・・ｆ_n-1,j ；１）はそのまま光ファイ
バF19 に結合されることになる。すなわち、その信号光
はこの変換要素２２の出力であるＳ（ｆ_0,j+1,・・ｆ
_n-1,j+1 ；１）となる。

【００４１】以上のようにして、〔ｊ＋１〕番目の変換
要素２２は、前段の変換要素の出力光を入力して、その
入力光かその光とポンプ光との光非線形効果によって発
生した非線形光かのいずれか任意の一方を出力する。な
お、ここでは〔ｊ＋１〕番目の変換要素２２を例にとっ
て説明したが、その他の変換要素も同様に構成され、同
様に作用する。

【００４２】図５は変換要素の他の構成を示すブロック
図である。図において、２２８は図４における光カプラ
２２１に代えて設けられた偏光ビームスプリッタ（偏光
ＢＳ）であり、２２９は偏光子２２７に代えて設けられ
た偏光ビームスプリッタ（偏光ＢＳ）である。このよう
な構成によって、〔ｊ〕番目の変換要素の出力側の偏光
ビームスプリッタと〔ｊ＋１〕番目の変換要素２２の入
力側の偏光ビームスプリッタとを１つの偏光ビームスプ
リッタ２２８で兼用させることができ、〔ｊ＋１〕番目
の変換要素２２の出力側の偏光ビームスプリッタと〔ｊ
＋２〕番目の変換要素の入力側の偏光ビームスプリッタ
とを１つの偏光ビームスプリッタ２２９で兼用させるこ
とができる。

【００４３】以下、その動作について説明する。この場
合に、光ファイバF20 に入力される〔ｊ〕番目の変換要
素における光信号は、〔ｊ〕番目の変換要素が「オン」
のときのものと「オフ」のときのものとの２通りがあ
る。すなわち、〔ｊ〕番目の変換要素が「オン」のとき
には、２つの直交する偏光状態１と偏光状態２とに信号
があり、このうち偏光状態１の信号が〔ｊ〕番目の変換
要素の出力として有意なものである。また、〔ｊ〕番目
の変換要素が「オフ」のときには、１つの直線偏光した
状態１に信号がある。

【００４４】この場合、偏光ビームスプリッタ２２８
は、光ファイバF20 から光ファイバF21 の方向には状態
１の偏光が透過し、状態２の偏光は透過しないように配
置されている。これは、光ファイバF22 から光ファイバ
F21 の方向には状態２の偏光が透過し、状態１の偏光は
透過しないことを意味する。

【００４５】そこで、〔ｊ〕番目の変換要素が「オン」
のときには、光ファイバF20 から状態１の偏光のみが光
ファイバF21 に結合し、状態２の偏光は透過しない。ま
た、〔ｊ〕番目の変換要素が「オフ」のときには、光フ
ァイバF20 からの信号はそのまま偏光ビームスプリッタ
２２８を透過して光ファイバF21 に結合する。つまり、
結局、〔ｊ〕番目の変換要素の「オン」，「オフ」に関
係なく、光ファイバF21 に結合される信号は、〔ｊ〕番
目の変換要素が出力するように意図する信号だけにな
る。

【００４６】一方、ポンプ光光源２２２からのポンプ光
は、光ファイバF22 によって、偏光ビームスプリッタ２
２８に結合するまでに光路で偏光が調整され状態２の偏
光状態になっている。よって、ポンプ光は、偏光ビーム
スプリッタ２２８を通り光ファイバF21 に状態２の偏光
として結合する。

【００４７】〔ｊ＋１〕番目の変換要素２２が「オフ」
のときには、既に説明したように、光ファイバF21 に結
合された信号は、非線形物質２２３、光ファイバF16 、
ポンプ光除去フィルタ２２４、光ファイバF17 および偏
光回転子２２６をそのまま通過し、光ファイバF23 に偏
光状態１として結合されて取り出される。そして、その
光は光ファイバF23 から偏光ビームスプリッタ２２９に
入力され、光ファイバF24 で取り出される。取り出され
た光は、〔ｊ＋２〕番目の変換要素の入力でもある。

【００４８】また、偏光ビームスプリッタ２２９に入力
している光ファイバF25 は、〔ｊ＋２〕番目の変換要素
におけるポンプ光を入力するためのもので、〔ｊ＋１〕
番目の変換要素２２における光ファイバF22 に相当して
いる。そして、〔ｊ＋２〕番目の変換要素についての光
ファイバF24 は、〔ｊ＋１〕番目の変換要素２２につい
ての光ファイバF21 に相当している。すなわち、偏光ビ
ームスプリッタ２２９は、〔ｊ＋１〕番目の変換要素２
２の出力段と〔ｊ＋２〕番目の変換要素の入力段とに共
用されている。

【００４９】〔ｊ＋１〕番目の変換要素２２が「オン」
のときには、既に説明したように、入力した光信号は、
非線形物質２２３におけるポンプ光との非線形効果によ
って非線形光を発生する。そして、非線形物質２２３の
出力光は、信号光の偏光状態を１、非線形光の偏光状態
を２として光ファイバF16 に結合する。さらに、その光
は、ポンプ光除去フィルタ２２４および光ファイバF17
を経て偏光回転子２２６に導かれる。偏光回転子２２６
に入力した光は、そこで偏光方向の回転を受け、すなわ
ち、〔ｊ〕番目の変換要素からの入力信号の偏光状態が
２、非線形光の偏光状態が１となって光ファイバF23 に
結合する。さらに、〔ｊ＋２〕番目の変換要素の入力段
に共用されている偏光ビームスプリッタ２２９に入力す
る。そして、偏光状態が１の非線形光が光ファイバF24
に取り出される。取り出された光は、〔ｊ＋２〕番目の
変換要素の入力でもある。

【００５０】図６は光周波数ピックアップ部３の構成例
を示すブロック図である。ここでは、所望の光周波数の
信号光に乗った信号をヘテロダイン検波してＩＦ信号と
して取り出す構成が示される。すなわち、＃２光周波数
変換部２の出力光が、光ファイバF8を経て局発光光源３
１１を有するヘテロダイン受信系３１に入力される。そ
して、ヘテロダイン受信系３１によって、光を変調した
信号がＩＦ帯の電気信号列として取り出される。バンド
パスフィルタ３２は、その電気信号列から所望のＩＦ信
号を取り出す。

【００５１】このとき、局発光光源３１１の光周波数
は、ある固定の周波数でよい。なぜなら、＃１光周波数
変換部１と＃２光周波数変換部２によって、伝送路上の
所望の信号の光周波数は、局発光を使ってヘテロダイン
検波できる周波数に既に変換されているからである。

【００５２】図７は光周波数ピックアップ部３の他の構
成例を示すものである。ここでは、所望の光周波数の信
号光を光の段階で取り出す構成が示される。すなわち、
＃２光周波数変換部２の出力光が、光ファイバF8を経て
ファブリペロー干渉フィルタ３３に入力される。そし
て、ファブリペロー干渉フィルタ３３によって、所望の
周波数の光が取り出される。このとき、光周波数フィル
タとしてのファブリペロー干渉フィルタ３３の透過特性
は、ある固定の透過帯をもつものであればよい。なぜな
ら、＃１光周波数変換部１と＃２光周波数変換部２によ
って、伝送路上の所望の信号の光周波数は、このファブ
リペロー干渉フィルタ３３の透過周波数に既に変換され
ているからである。

【００５３】ここで、本実施例による光周波数タップ回
路でどのようにして所望の信号の光周波数が取り出され
るかについて説明する。まず、本構成に関連する全ての
光の周波数についての要件を説明しておく。＃１光周波
数変換部１に入射する波長多重された信号光の搬送波光
周波数列｛ｆ₀,・・・，ｆ_n ｝について、各搬送波光周
波数の周波数間隔をΔ_f とする。すると、搬送波光周波
数列の一般項ｆ_k （｛ｆ₀,・・・，ｆ_n ｝⊂ｆ_k ）は、 ｛ｆ_k ｜ｆ₀ ＋ｋΔ_f ，０≦ｋ，ｋ∈整数｝ で表される。

【００５４】さて、図３に示すように、＃２光周波数変
換部２の中で縦続接続された変換要素は全部でｍ段あっ
た。このｍは以下の（７）式のように決められる。

【００５５】 ｍ＝log₂ (max(k)) を越える最小の整数 ・・（max(k)≧１のとき） （７） １ ・・（max(k)＝１のとき） すると、＃１光周波数変換部１に入力するポンプ光周波
数ｆp と光周波数ピックアップ部３で取り出すことので
きる中心周波数ｆt との差ｆp −ｆt は、ｆ₀、ｆ₀ ＋
Δ_f 、ｆ₀ ＋（２^m −１）Δ_f 、ｆ₀ ＋（２^m −２）Δ
_f のいずれかとなる。＃２光周波数変換部２の変換要素
の｛ｊ｜１≦ｊ≦ｍ｝段目のポンプ光周波数fp_j は、 fp_j ＝Ｆ_2*(m-j) ＋Ｆ_(2*(m-j))-1 ・・・（８） （２
＊（ｍ−ｊ）は２^m-jを示す。すなわち、＊はここでは
べき乗を示す。以下の説明においても同様である。ま
た、Ｆ_n は以下のようである。） ｆt −ｎΔ_f ・・ｆp −ｆt ＝ｆ₀ のとき ｆt −（ｎ−１）Δ_f ・・ｆp −ｆt ＝ｆ₀ ＋Δ_f のとき ｆt ＋ｎΔ_f ・・ｆp −ｆt ＝ｆ₀ ＋（２^m −１）Δ_f のとき ｆt ＋（ｎ−１）Δ_f ・・ｆp −ｆt ＝ｆ₀ ＋（２^m −２）Δ_f のとき ｛ｎ｜０≦ｎ＜２^m ｝ を満たすように決定される。

【００５６】このようにして決定される光周波数や段数
ｍを用いて波長多重光信号から任意の１波を取り出す処
理の一例として、４多重光から１波を取り出す場合につ
いて説明する。

【００５７】伝送路上の４波の光周波数は、ｆ₀ 、
ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃ （ただし、ｆ_k ＝ｆ₀＋ｋΔ_f 、ｋ＝
１，２，３，４）であるとする。このことは、全てのｋ
がある場合であって、全ての信号が等周波数間隔で並ん
でいることに相当する。しかし、一般には、必ずしも全
ての周波数配置箇所に信号が存在している必要はない。

【００５８】ここで、（max(k)）＝３、１＜log₂３＜２
であるから、log₂３を越える最小の整数は２である。よ
って、（７）式より、＃２光周波数変換部２の変換要素
の段数ｍ＝２となる。いま、＃１光周波数変換部１に入
力するポンプ光周波数ｆp と光周波数ピックアップ部３
で取り出すことのできる帯域の中心周波数ｆt との差ｆ
p −ｆt は、上記のｆ₀ 、ｆ₀ ＋Δ_f 、ｆ₀ ＋（２^m −
１）Δ_f 、ｆ₀ ＋（２ ^m −２）Δ_f のうちのｆ₀ に設定
されるとする。

【００５９】ところで、＃１光周波数変換部１では、 Ｓ（ｆ_k ；ｏ）−（τ（ｆp ））→Ｓ（ｆp −ｆ_k ；
ｅ） のように、周波数が変換された光が発生する。光非線形
物質１３をそのまま透過したＳ（ｆ_k ）が伝送路にもど
される一方、Ｓ（ｆp −ｆ_k ）は＃２光周波数変換部２
に入力される。

【００６０】＃２光周波数変換部２において、ｆp −ｆ
_k をＸ_k とおく。すると、Ｘ_k ＝Ｘ ₀ −ｋΔ_f である。
また、光周波数ピックアップ部３で取り出すことのでき
る帯域の中心周波数ｆt はｆp −ｆ₀ であるから、これ
は、Ｘ₀ である。

【００６１】＃２光周波数変換部２の各変換要素は、発
生した光を透過する「オン」状態と入力光を透過する
「オフ」状態とを能動的に選択できる。変換要素の段数
ｍ＝２であるから、「オン」，「オフ」の組み合わせ
は、ｍ² ＝４の４通りとなる。すなわち、 〔１〕段目が「オン」で〔２〕段目が「オン」 〔１〕段目が「オン」で〔２〕段目が「オフ」 〔１〕段目が「オフ」で〔２〕段目が「オン」 〔１〕段目が「オフ」で〔２〕段目が「オフ」 の４通りがある。以下、４通りの各場合について説明す
る。なお、その説明において、偏光状態は要点ではない
ので、偏光状態の記述を省略する。

【００６２】１．〔１〕段目が「オン」のとき 周波数変換光 Ｓ（Ｘ_k ）−（τ（ｆp₁））→Ｓ（ｆp₁
−Ｘ_k ）が出力される。ここで、ポンプ光周波数ｆp
は、 ｆp₁＝Ｘ_2*(2-1) ＋Ｘ_2*(2-1)-1 ＝Ｘ₂ ＋Ｘ₁ であるから、 ｆp₁−Ｘ_k ＝（Ｘ₂ ＋Ｘ₁ ）−Ｘ_k ＝（Ｘ₀ −２Δ_f ）＋（Ｘ₀ −Δ_f ）−（Ｘ₀ −ｋΔ_f ） ＝Ｘ₀ −（３−ｋ）Δ_f ＝Ｘ_3-k である。

【００６３】従って、〔１〕段目の変換素子から、 Ｓ（X_3, X_2, X_1, X₀）−（τ（ｆp₁））→Ｓ（X_0, X_1,
X_2, X₃） の周波数変換光が出力される。これは、Ｘ₂ とＸ₁ の中
間値を中心として、周波数軸上の対象の位置に搬送光周
波数を変換したことを意味する。そして、Ｓ（X_{0 ,} X_1,
X_2, X₃）が、〔２〕段目の変換素子への入力になる。

【００６４】（ａ）〔２〕段目が「オン」のとき ポンプ光周波数ｆp₂は、 ｆp₂＝Ｘ_2*(2-2) ＋Ｘ_2*(2-2)-1 ＝Ｘ₁ ＋Ｘ₀ である。

【００６５】従って、変換光の周波数は、 ｆp₂−Ｘ_k ＝Ｘ₁ ＋Ｘ₀ −Ｘ_k ＝Ｘ₀ −（１−ｋ）Δ_f ＝Ｘ_1-k となる。〔２〕段目「オン」のときには周波数変換光が
出力されるので、このときの出力光は、 Ｓ（X_0, X_1, X_2, X₃）−（τ（ｆp₂））→Ｓ（X_1, X_0,
−_, −） である。そして、このＳ（X_1, X_0, −_, −）が光周波数
ピックアップ部３への入力になる。ここで、Ｓ（−）
は、その信号を搬送する光周波数が着目している領域か
ら外れたことを意味する。

【００６６】（ｂ）〔２〕段目が「オフ」のとき Ｓ（X_0, X_1, X_2, X₃）がそのまま透過して光周波数ピッ
クアップ部３への入力になる。

【００６７】２．〔１〕段目が「オフ」のとき Ｓ（X_3, X_2, X_1, X₀）がそのまま透過して〔２〕段目の
変換要素の入力になる。 （ａ）〔２〕段目が「オン」のとき Ｓ（X_3, X_2, X_1, X₀）−（τ（ｆp₂））→Ｓ（−_, −，
X_0, X₁） の搬送光周波数変換が起こり、Ｓ（−_, −，X_0, X₁）が
光周波数ピックアップ部３への入力になる。

【００６８】（ｂ）〔２〕段目が「オフ」のとき Ｓ（X_3, X_2, X_1, X₀）がそのまま透過して光周波数ピッ
クアップ部３への入力になる。

【００６９】以上のことから、光周波数ピックアップ部
３への入力は、以下の４通りである。 〔１〕段目が「オン」で〔２〕段目が「オン」のとき
Ｓ（X_1, X_0, −_, −） 〔１〕段目が「オン」で〔２〕段目が「オフ」のとき
Ｓ（X_0, X_1, X_2, X₃） 〔１〕段目が「オフ」で〔２〕段目が「オン」のとき
Ｓ（−_, −，X_0, X₁） 〔１〕段目が「オフ」で〔２〕段目が「オフ」のとき
Ｓ（X_3, X_2, X_1, X₀） 光周波数ピックアップ部３が取り出せる光周波数はｆｔ
＝Ｘ₀ の信号であった。上の結果を見ると、全ての信号
は、互いに異なるいずれかの場合にＸ₀ を搬送光周波数
としていることがわかる。よって、変換要素の「オ
フ」，「オフ」を組み合わせることにより、任意の信号
の搬送光周波数を光周波数ピックアップ部３が取り出す
ことができる。例えば、チャネル０の信号を取り出した
い場合には、〔１〕段目を「オン」、〔２〕段目を「オ
ン」とすればよい。

【００７０】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図９は第２の実施例による光周波数タップ回路の構
成を示すブロック図である。この実施例は、光信号の偏
光状態が揃っていない場合のものである。図において、
８１は入射光を偏光方向が直交する２つの光に分ける偏
光ビームスプリッタ、８２は偏光ビームスプリッタ８１
の出力光の周波数変換を行う＃１光周波数変換部、８３
は＃１光周波数変換部８２からの光と＃１光周波数変換
部８４からの光との合波を行う偏光ビームスプリッタ、
８４は偏光ビームスプリッタ８１の他の出力光の周波数
変換を行う＃１光周波数変換部、８５は＃１光周波数変
換部８２の出力光の周波数変換を行う＃２光周波数変換
部、８６は＃１光周波数変換部８４の出力光の周波数変
換を行う＃２光周波数変換部、８７は＃２光周波数変換
部８５からの光と＃２光周波数変換部８６からの光との
合波を行う偏光ビームスプリッタ、３は所望の光周波数
を取り出す光周波数ピックアップ部である。

【００７１】このような構成において、波長多重され偏
光状態が揃っていない信号光が、光ファイバF5に導かれ
偏光ビームスプリッタ８１に入射される。入射した光
は、偏光ビームスプリッタ８１で偏光方向の直交する２
つの光に分けられ、それぞれ光ファイバF27 と光ファイ
バF29 に導かれる。そして、光ファイバF27 は、＃１光
周波数変換部８２に結合される。＃１光周波数変換部８
１からの入力信号光の透過光は、光ファイバF28 で取り
出され偏光ビームスプリッタ８３に入力する。一方、周
波数変換光は、光ファイバF31 で取り出され＃２光周波
数変換部８５に入力する。

【００７２】また、光ファイバF29 は、＃１光周波数変
換部８４に結合される。そして、＃１光周波数変換部８
４からの偏光方向の異なる入力信号光の透過光は、光フ
ァイバF30 で取り出され、偏光ビームスプリッタ８３に
入力する。一方、周波数変換光は、光ファイバF33 で取
り出され＃２光周波数変換部８６に入力する。

【００７３】光ファイバF28 で取り出された光と光ファ
イバF30 で取り出された光とは、偏光ビームスプリッタ
８３で合波され、光ファイバF6から再び伝送路にもどさ
れる。また、＃２光周波数変換部８５から光ファイバF3
2 で取り出された光と＃２光周波数変換部８６から光フ
ァイバF34 で取り出された光とは、偏光ビームスプリッ
タ８７で合波され、光ファイバF35 で結合されて光周波
数ピックアップ部５に入力される。

【００７４】ここでは、＃１光周波数変換部８２と＃１
光周波数変換部８４とにおけるポンプ光は、同一光源か
ら得られたレーザ光を分岐したものとする。また、＃２
光周波数変換部８５と＃２光周波数変換部８６とのそれ
ぞれの変換要素の同一段におけるポンプ光は、同一光源
から得られたレーザ光を分岐したものとする。

【００７５】次に動作についてさらに詳しく説明する。
まず、光ファイバF5によって導かれた信号光は、偏光ビ
ームスプリッタ８１で偏光方向の直交する２つの光に分
けられる。そして、それぞれの光は、＃１光周波数変換
部８２と＃１光周波数変換部８４とに入力する。＃１光
周波数変換部８２と＃１光周波数変換部８４とは、第１
の実施例における＃１光周波数変換部１と同様に動作す
る。よって、それぞれの光は、＃１光周波数変換部８２
と＃１光周波数変換部８４とのそれぞれにおいて、光周
波数の変換を受ける。そして、それらから、それぞれ周
波数変換光と信号光が透過した光とが出てくる。

【００７６】このうち、光ファイバF28 と光ファイバF3
0 で取り出された信号光が透過した光は、互いに偏光方
向が直交するようにそれまでの光路で偏光が調整された
後、偏光ビームスプリッタ８３で合波される。なお、合
波される２つの光信号の間に、それぞれ別の光路を通っ
たことによる遅延が生じている。そこで、合波の際に、
その遅延による劣化を生じないように、光路差が十分小
さくなるように調整しておく必要がある。そして、合波
された光信号は、偏光ビームスプリッタ８３から光ファ
イバF6によって取り出され伝送路にもどされる。

【００７７】＃２光周波数変換部８５と＃２光周波数変
換部８６とは、第１の実施例における＃２光周波数変換
部２と同様に動作する。＃１光周波数変換部８２と＃１
光周波数変換部８４とから出てきた周波数変換光は、各
変換要素において、同じ段の各変換要素毎に共通のポン
プ光で光周波数変換を受ける。従って、光ファイバF31
で取り出された信号光が受けた光周波数上の変換と光フ
ァイバF33 で取り出された信号光が受けた光周波数上の
変換とは、等しい。

【００７８】そして、光ファイバF32 と光ファイバF34
で取り出されたそれぞれの光は、互いに偏光方向が直交
するようにそれまでの光路で偏光が調整された後、偏光
ビームスプリッタ８７で合波される。なお、合波される
２つの光信号の間に、それぞれ別の光路を通ったことに
よる遅延が生じている。そこで、合波の際に遅延による
劣化を生じないように、光路差が十分小さくなるように
調整しておく必要がある。そして、合波された光信号
は、偏光ビームスプリッタ８７から光ファイバF35 によ
って取り出され光周波数ピックアップ部３に入力され
る。

【００７９】ところで、＃１光周波数変換部や＃２光周
波数変換部における周波数変換光の発生は、２次の非線
形過程に起因しているので、それぞれの各段で透過する
信号光の強度、および発生する周波数変換光の強度は、
それぞれの各段で入力された信号光の強度に比例してい
る。また、任意の偏光状態である光が偏光ビームスプリ
ッタ８１で直交する２つの成分に分けられたとき、それ
ぞれの成分の強度は、偏光状態によるある比率（ｒ：１
−ｒ）をなして、光ファイバF27 と光ファイバF29 とに
分かれて取り出される。よって、光ファイバF27 で＃１
光周波数変換部８２に入力された信号光の強度と＃１光
周波数変換部８２から光ファイバF28 で取り出された信
号光の強度とは、比例している。

【００８０】この比例定数は系によって固有な値であ
り、それをｘとすれば、光ファイバF28 で取り出される
信号光の強度は、光ファイバF5に入力された光強度に対
してｘｒとなる。同様に、光ファイバF29 で＃１光周波
数変換部８４に入力された信号光の強度と＃１光周波数
変換部８４から光ファイバF30 で取り出された信号光の
強度とは比例し、その比例定数をｙとすれば、光ファイ
バF30 で取り出される信号光の強度は、光ファイバF5に
入力された光強度に対してｙ（１−ｒ）となる。

【００８１】そこで、例えば、光ファイバF30 から偏光
ビームスプリッタ８３に入力する光に対してｘ／ｙの強
度調整することを考える。すると、偏光ビームスプリッ
タ８３で光ファイバF28 からの光と光ファイバF30 から
の光とが合波されることにより、光ファイバF6に入力す
る光の強度は、光ファイバF5に入力された光強度に対し
て、ｘｒ＋（ｘ／ｙ）ｙ（１−ｒ）＝ｘとなる。

【００８２】つまり、強度調整によって、光ファイバF6
に入力する光の強度は、光ファイバF5に入力された光強
度によらなくなる。さらに、上述した光路差調整が行わ
れることによって、光ファイバF6で取り出される光に
は、光ファイバF5に入力された光に乗っている情報が復
元されていることになる。

【００８３】また、＃１光周波数変換部８２と＃１光周
波数変換部８４とで発生したそれぞれの周波数変換光
は、それぞれの光を通って最終的に偏光ビームスプリッ
タ８７で合波される。このとき、上述したことと同じ理
由により、光ファイバF35 で取り出される光には、強度
調整および光路差調整されることによって光ファイバF5
に入力された光に乗っている情報が復元されている。

【００８４】以上のことから、この第２の実施例におい
ては、光ファイバF5に入力された光の偏光状態をそのま
まにして光ファイバF6に出力し、かつ、光ファイバF35
以降で所望の光信号を取り出すので、この光周波数タッ
プ回路は、入射した信号光の偏光に依存しない。

【００８５】なお、上記各実施例において、光非線形効
果を十分に起こさせるために必要に応じて適当に光増幅
器を挿入してもよい。また、上記各実施例では、光ファ
イバによって光信号を導いたが、光ファイバとそれ以外
の導波路や空間伝搬路などのそれぞれとを任意に組み合
わせることもできる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、光周波数タップ回路が、第１の光周波数変
換部および第２の光周波数変換部における光非線形効果
によって、入射した信号光のうちの任意の搬送光周波数
を固定のフィルタ特性を有する光周波数ピックアップ部
で取り出せるように信号光の周波数変換を行う構成であ
るから、実現の難しい波長可変フィルタを使用せずに、
すなわちより容易に波長多重された信号光の中の任意の
搬送光周波数を取り出せる効果がある。

【００８７】また、請求項２記載の発明によれば、光周
波数タップ回路が、入射した信号光を偏光が互いに直交
する２つに分けた後、それぞれの光について第１の光周
波数変換部および第２の光周波数変換部における光非線
形効果によって、入射した信号光のうちの任意の搬送光
周波数を固定のフィルタ特性を有する光周波数ピックア
ップ部で取り出せるように信号光の周波数変換を行う構
成であるから、実現の難しい波長可変フィルタを使用せ
ずに、すなわちより容易に波長多重された信号光の中の
任意の搬送光周波数を取り出せる効果がある。また、入
射する信号光の偏光状態に関係なく任意の搬送光周波数
を取り出せる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による光周波数タップ回
路の構成を示すブロック図である。

【図２】＃１光周波数変換部の構成例を示すブロック図
である。

【図３】＃２光周波数変換部の構成例を示すブロック図
である。

【図４】＃２光周波数変換部の変換要素の構成例を示す
ブロック図である。

【図５】＃２光周波数変換部の変換要素の他の構成例を
示すブロック図である。

【図６】光周波数ピックアップ部の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図７】光周波数ピックアップ部の他の構成例を示すブ
ロック図である。

【図８】本発明の第２の実施例による光周波数タップ回
路の構成を示すブロック図である。

【図９】従来の任意の周波数搬送波光を取り出す回路の
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，８２，８４ ＃１光周波数変換部 ２，８５，８６ ＃２光周波数変換部 ３ 光周波数ピックアップ部 １１ 光カプラ １２ ポンプ光光源 １３ 光非線形物質 １４ ポンプ光除去フィルタ １５ 偏光ビームスプリッタ ８１，８３，８７ 偏光ビームスプリッタ ２２１ 光カプラ ２２３ 光非線形物質 ２２４ ポンプ光除去フィルタ ２２５ コントローラ ２２６ 偏光回転子 ２２７ 偏光子 ２２８，２２９ 偏光ビームスプリッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力した信号光の周波数変換を行う第１
   の光周波数変換部と、 その出力段からの光信号を入力して周波数変換を行う第
   ２の光周波数変換部と、 その出力段からの光信号から所望の信号を取り出す光周
   波数ピックアップ部とを備えた光周波数タップ回路であ
   って、 前記第１の光周波数変換部は、 ２次の光学非線形効果を有する非線形物質と、 その非線形物質にポンプ光と信号光とを入力する入力手
   段と、 その非線形物質の出力光から、その物質を透過した信号
   光を取り出して出力するとともに信号光とポンプ光とに
   よって発生した非線形光を取り出して出力する出力手段
   とを含み、 前記第２の光周波数変換部は、 前記第１の光周波数変換部の出力手段からの光信号を入
   力し、単一のまたは縦続接続された複数の変換要素を含
   む変換部であって、各変換要素が、 ２次の光学非線形効果を有する非線形物質と、 この非線形物質にポンプ光と前段にある変換要素からの
   出力光または前記第１の光周波数変換部の出力手段から
   の出力光とを入力する入力手段と、 その非線形物質からの出力光から、その物質を透過した
   信号光と、その非線形物質への前段からの出力光とポン
   プ光とによって発生した非線形光とのいずれかを取り出
   して出力する出力手段とを含み、 前記光周波数ピックアップ部は、 前記第２の光周波数変換部の最終段の変換要素からの出
   力光から、特定の周波数搬送光に乗っている信号を取り
   出すピックアップ手段を含む光周波数タップ回路。
2. 【請求項２】 入力した信号光を偏光方向が直交する２
   つの光信号に分ける偏光部と、 この偏光部からの一方の光信号を入力して周波数変換を
   行う一方の第１の光周波数変換部と、 この第１の光周波数変換部からの光信号を入力して周波
   数変換を行う一方の第２の光周波数変換部と、 前記第１の偏光部からの他方の光信号を入力して周波数
   変換を行う他方の第１の光周波数変換部と、 この第１の光周波数変換部からの光信号を入力して周波
   数変換を行う他方の第２の光周波数変換部と、 双方の第１の光周波数変換部からの光信号を合波する第
   １の合波部と、 双方の第２の光周波数変換部からの光信号を合波する第
   ２の合波部と、 この第２の合波部からの光信号から所望の信号を取り出
   す光周波数ピックアップ部とを備えた光周波数タップ回
   路であって、 前記各第１の光周波数変換部は、 ２次の光学非線形効果を有する非線形物質と、 その非線形物質にポンプ光と信号光とを入力する入力手
   段と、 その非線形物質の出力光から、その物質を透過した信号
   光を取り出して出力するとともに信号光とポンプ光とに
   よって発生した非線形光を取り出して出力する出力手段
   とを含み、 前記各第２の光周波数変換部は、 対応する第１の光周波数変換部の出力手段からの光信号
   を入力し、単一のまたは縦続接続された複数の変換要素
   を含む変換部であって、各変換要素が、 ２次の光学非線形効果を有する非線形物質と、 この非線形物質にポンプ光と前段にある変換要素からの
   出力光または前記第１の光周波数変換部の出力手段から
   の出力光とを入力する入力手段と、 その非線形物質からの出力光から、その物質を透過した
   信号光と、その非線形物質への前段からの出力光とポン
   プ光とによって発生した非線形光とのいずれかを取り出
   して出力する出力手段とを含み、 前記光周波数ピックアップ部は、 前記第２の光周波数変換部の最終段の変換要素からの出
   力光から、特定の周波数搬送光に乗っている信号を取り
   出すピックアップ手段を含む光周波数タップ回路。