JP5830872B2 - 光信号処理装置、光通信方法、受信機、および光ネットワークシステム - Google Patents

Description

本件は、搬送光に情報を多重する光信号処理装置、光通信方法、受信機、および光ネットワークシステムに関する。

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。

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

しかし従来の光ネットワークでは、情報を光ネットワークに挿入して伝送する場合、例えば、複数の特定場所に配置された中継光ノードや端局装置にいったん情報を集めそれぞれの情報を専用の光波を用いて伝送していた。

本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、光ネットワークを伝搬している搬送光に情報を多重して任意の場所での情報伝送を容易にする光信号処理装置、光通信方法、受信機、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。

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において前記搬送光を相互位相変調するために前記搬送光に合波される、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した制御光を出力する光変調器、を有する。

また、上記課題を解決するために、光通信方法が提供される。この光通信方法は、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調された制御光を出力し、搬送光が伝搬する非線形光学媒質において前記搬送光を相互位相変調するために前記搬送光に前記制御光を合波する。

また、上記課題を解決するために、受信機が提供される。この受信機は、搬送光を受光し電気信号に変換する受光部と、前記受光部の前記電気信号に基づいてデータ信号を復調する復調部と、を備え、前記搬送光は非線形光学媒質において前記データ信号によって変調されたキャリア信号により変調された制御光によって相互位相変調されている。

また、上記課題を解決するために、光ネットワークシステムが提供される。この光ネットワークシステムは、搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した制御光を出力する光変調器と、前記非線形光学媒質において前記搬送光を前記制御光によって相互位相変調するために前記搬送光に前記制御光を合波する合波器と、を有する光信号処理装置と、を有する。

開示の装置、方法、およびシステムによれば、光ネットワークの任意の場所での情報伝送が容易となる。

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。 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。 第３の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。 第４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４の光ネットワークを伝搬する搬送光の周波数特性を示した図である。 第５の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。 第６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７の光ネットワークを伝搬する搬送光の周波数特性を示した図である。 第７の実施の形態に係る受信機を示した図である。 第８の実施の形態に係る光信号処理装置を示した図である。 第９の実施の形態に係る受信機を示した図である。 第１０の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの適用例を示した図のその１である。 図１２を応用した双方向光伝送システムの例を示した図である。 第１０の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの適用例を示した図のその２である。 第１１の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの情報収集例を示した図のその１である。 第１１の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの情報収集例を示した図のその２である。 第１２の実施の形態に係る光信号処理装置を説明する図である。 第１３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１８のカプラの波長特性を説明する図である。 第１４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２０のカプラの波長特性を説明する図である。 第１５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２２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。 第１６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１８の光ネットワークシステムの応用例を示した図である。 図２５の光ネットワークシステムの応用例を示した図である。 図１８の光ネットワークシステムの他の応用例を示した図である。 第１７の実施の形態に係る受信機を示した図である。 第１８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、第１の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
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には、波長λ_Sの搬送光Ｅ_Sが伝搬する非線形光学媒質５が示してある。搬送光Ｅ_Sは、例えば、連続発振（ＣＷ：Continuous Wave）光、あるいは情報信号により変調された制御光である。非線形光学媒質５は、例えば、光ネットワークを形成している光ファイバの一部である。非線形光学媒質５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。また、図１には、光変調器３から出力される制御光Ｅ_Ctと搬送光Ｅ_Sとを合波する合波器４が示してある。

光信号処理装置は、発振器１、乗算器２、および光変調器３を有している。
発振器１は、例えば、ＲＦ（Radio Frequency）の周波数ｆのキャリア信号を出力する。

乗算器２には、搬送光Ｅ_Sで伝送する（搬送光Ｅ_Sに多重する）データ信号Ｂと、発振器１から出力されるキャリア信号とが入力される。乗算器２は、キャリア信号をデータ信号Ｂによって変調し、変調信号Ｂ（ｆ）を光変調器３に出力する。

光変調器３は、乗算器２から出力される変調信号Ｂ（ｆ）に応じた波長λ_Ctの制御光Ｅ_Ctを合波器４に出力する。なお、制御光Ｅ_Ctの波長λ_Ctは、搬送光Ｅ_Sの波長λ_Sと異なっている。

合波器４は、非線形光学媒質５を伝搬する搬送光Ｅ_Sに制御光Ｅ_Ctを合波する。合波器４は、例えば、光カプラである。これにより、搬送光Ｅ_Sは、非線形光学媒質５の相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）により、制御光Ｅ_Ctのパワーに比例した位相変調を受け、波長λ_Sの変調搬送光Ｅ_S’として出力される。

このように、光信号処理装置は、搬送光Ｅ_Sが伝搬する非線形光学媒質５において、データ信号Ｂによって変調された制御光Ｅ_Ctにより搬送光Ｅ_Sを相互位相変調する。これにより、光ネットワークを伝搬している搬送光Ｅ_Sにデータ信号Ｂを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を伝送することが可能となる。

なお、制御光Ｅ_Ctの偏光状態と搬送光Ｅ_S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４に入力するようにしてもよい。例えば、制御光Ｅ_Ctの偏光状態は、偏光制御器を用いて搬送光Ｅ_S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。

なお、制御光Ｅ_Ctと搬送光Ｅ_S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_Sを電気信号に変換してデータ信号Ｂ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。

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２の実施の形態では、第１の実施の形態の光変調器の例について説明する。
図２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２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２の光信号処理装置は、ＬＤ（Laser Diode）１１を有している。乗算器２から出力される変調信号Ｂ（ｆ）は、ＬＤ１１の駆動電流としてＬＤ１１に入力される。これにより、ＬＤ１１からは、変調された制御光Ｅ_Ctが出力される。

このように、光信号処理装置は、ＬＤ１１によって制御光Ｅ_Ctを出力する。これにより、非線形光学媒質５を伝搬する搬送光Ｅ_Sは、非線形光学媒質５において制御光Ｅ_Ct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を光ファイバ伝送することが可能となる。

次に、第３の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、ＬＤ１１を変調信号Ｂ（ｆ）で駆動し、直接変調する場合を示した。第３の実施の形態では、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。

図３は、第３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３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３の光信号処理装置は、波長λ_Ctの光を出力するＬＤ１２を有している。ＬＤ１２の光は、光変調器３に出力される。

光変調器３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３は、乗算器２から出力される変調信号Ｂ（ｆ）に基づいて、ＬＤ１２から出力される光を変調し、波長λ_Ctの制御光Ｅ_Ctを合波器４に出力する。

このように、光信号処理装置は、光源と外部変調器を用いた変調によって制御光Ｅ_Ct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、光信号処理装置は、図２で説明した直接変調の場合よりも、高周波の変調信号Ｂ（ｆ）に対応して、制御光Ｅ_Ctを出力することが期待できる。なお、図２の直接変調の場合は、図３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。

次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、光信号処理装置を光ネットワークに複数設け、データ信号を光周波数多重する場合について説明する。
図４は、第４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４には、合波器２１，２３、分波器２２，２４、および非線形光学媒質２５，２６が示してある。図４の合波器２１，２３には、図１〜図３で説明した発振器１、乗算器２、光変調器３、およびＬＤ１１，１２等を有する光信号処理装置が接続されているが図示を省略している。合波器２１，２３および分波器２２，２４は、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光カプラである。非線形光学媒質２５，２６は、図１で説明した非線形光学媒質５と同様であり、その説明を省略する。

合波器２１には、波長λ_Ct-(j-1)の制御光Ｅ_Ct-(j-1)が入力される。合波器２１は、非線形光学媒質２５を伝搬する波長λ_Sの変調搬送光Ｅ_S-(j-2)’に制御光Ｅ_Ct-(j-1)を合波する。これにより、非線形光学媒質２５からは、制御光Ｅ_Ct-(j-1)によって相互位相変調された変調搬送光Ｅ_S-(j-1)’と、制御光Ｅ_Ct-(j-1)とが出力される。

分波器２２は、非線形光学媒質２５から出力される変調搬送光Ｅ_S-(j-1)’と制御光Ｅ_Ct-(j-1)から制御光Ｅ_Ct-(j-1)を分波する。すなわち、分波器２２は、後段の非線形光学媒質２６に、合波器２１で合波された制御光Ｅ_Ct-(j-1)が伝搬しないようにする。

合波器２３には、波長λ_Ct-jの制御光Ｅ_Ct-jが入力される。合波器２３は、非線形光学媒質２６を伝搬する波長λ_Sの変調搬送光Ｅ_S-(j-1)’に制御光Ｅ_Ct-jを合波する。これにより、非線形光学媒質２６からは、制御光Ｅ_Ct-jによって相互位相変調された搬送光Ｅ_S-j’と、制御光Ｅ_Ct-jとが出力される。

分波器２４は、非線形光学媒質２６から出力される変調搬送光Ｅ_S-j’と制御光Ｅ_Ct-jから制御光Ｅ_Ct-jを分波する。すなわち、分波器２４は、後段の非線形光学媒質に、合波器２３で合波された制御光Ｅ_Ct-jが伝搬しないようにする。

図５は、図４の光ネットワークを伝搬する搬送光の周波数特性を示した図である。図５の（Ａ）は、図４の分波器２２の後段における搬送光Ｅ_S-(j-1)’の周波数特性を示している。図５の（Ｂ）は、図４の分波器２４の後段における搬送光Ｅ_S-j’の周波数特性を示している。図５の（Ａ），（Ｂ）に示すλ_Sは、搬送光の周波数における周波数特性を示している。

図４のｊ−１番目の地点（図４の合波器２１の地点）における光信号処理装置のキャリア信号の周波数と、ｊ番目の地点（図４の合波器２３の地点）における光信号処理装置のキャリア信号の周波数は異なっている。これにより、図５の（Ｂ）に示す‘ｊ’の帯域のように、搬送光Ｅ_S-j’には、ｊ番目のデータ信号の情報が追加される。すなわち、異なる周波数のキャリア信号を有する光信号処理装置を光ネットワークに設けることにより、キャリア信号の周波数がｆ_jのｊ番目のデータ信号を搬送光に追加することができる。

このように、光ネットワークに複数の光信号処理装置を設け、それぞれのキャリア信号の周波数を異なるようにすることにより、１つの搬送光に複数のデータ信号を光周波数多重することができる。また、複数の情報を伝送する場合でも、複数の光ファイバや複数の波長光を用意せずに、複数の任意の場所からデータ信号を伝送することが容易となる。

次に、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、複数のデータ信号を光ネットワークで伝送する場合について説明する。
図６は、第５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６には、波長λ_Sの搬送光Ｅ_Sが伝搬する非線形光学媒質３６が示してある。非線形光学媒質３６は、例えば、光ネットワークに敷設されている光ファイバの一部である。非線形光学媒質３６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。また、図６には、合波器３４と分波器３５が示してある。合波器３４と分波器３５は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。

図６に示すように、光信号処理装置は、発振器３１ａ〜３１ｎ、乗算器３２ａ〜３２ｎ、および光変調器３３を有している。
発振器３１ａは、例えば、ＲＦの周波数ｆ₁のキャリア信号を出力する。発振器３１ｎは、例えば、ＲＦの周波数ｆ_nのキャリア信号を出力する。複数の発振器３１ａ〜３１ｎは、それぞれ異なる周波数ｆ₁〜ｆ_nのキャリア信号を出力する。

乗算器３２ａ〜３２ｎのそれぞれには、非線形光学媒質３６で伝送する複数のデータ信号Ｂ₁〜Ｂ_nが入力される。乗算器３２ａは、周波数ｆ₁のキャリア信号をデータ信号Ｂ₁によって変調し、変調信号Ｂ₁（ｆ₁）を光変調器３３に出力する。また、乗算器３２ｎは、周波数ｆ_nのキャリア信号をデータ信号Ｂ_nによって変調し、変調信号Ｂ_n（ｆ_n）を光変調器３３に出力する。すなわち、乗算器３２ａ〜３２ｎは、ｎチャネルのサブキャリア信号をデータ信号Ｂ₁〜Ｂ_nによって変調し、サブキャリア変調した変調信号Ｂ₁（ｆ₁）〜Ｂ_n（ｆ_n）を光変調器３３に出力する。

光変調器３３には、乗算器３２ａ〜３２ｎから出力される合成された変調信号Ｂ₁（ｆ₁）〜Ｂ_n（ｆ_n）が入力される。光変調器３３は、合成された変調信号Ｂ₁（ｆ₁）〜Ｂ_n（ｆ_n）に応じた波長λ_Ctの制御光Ｅ_Ctを合波器３４に出力する。光変調器３３は、例えば、図２で説明したＬＤ１１や図３で説明したＬＤ１２および光変調器３である。なお、制御光Ｅ_Ctの波長λ_Ctは、搬送光Ｅ_Sの波長λ_Sと異なっている。

合波器３４は、非線形光学媒質３６を伝搬している搬送光Ｅ_Sに制御光Ｅ_Ctを合波する。これにより、搬送光Ｅ_Sは、非線形光学媒質３６で発生する相互位相変調により、制御光Ｅ_Ctのパワーに比例した位相変調を受け、波長λ_Sの変調搬送光Ｅ_S’として出力される。

分波器３５は、非線形光学媒質３６を伝搬している変調搬送光Ｅ_S’から制御光Ｅ_Ctを分波する。すなわち、分波器３５は、その後段の光ネットワークに制御光Ｅ_Ctを伝搬しないようにする。

このように、光信号処理装置は、サブキャリア変調された複数の変調信号Ｂ₁（ｆ₁）〜Ｂ_n（ｆ_n）によって変調された制御光Ｅ_Ctにより、非線形光学媒質３６を伝搬する搬送光Ｅ_Sを相互位相変調する。これにより、複数のデータ信号を任意の場所から伝送することが容易となる。

次に、第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態では、複数の光信号処理装置を光ネットワークに配置し、複数の光信号処理装置の複数のデータ信号を光ネットワークで伝送する場合について説明する。

図７は、第６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７に示すように、光ネットワークシステムは、搬送光が伝搬する非線形光学媒質４１ａ〜４１ｇおよび光信号処理装置４２ａ〜４２ｅを有している。光信号処理装置４２ａ〜４２ｅは、図７の左側から、１番目、…、ｊ−１番目、ｊ番目、ｊ＋１番目、…、ｍ番目と呼ぶこともある。光信号処理装置４２ａ〜４２ｅは、各々非線形光学媒質を有するが、これら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。

ｊ番目の光信号処理装置４２ｃは、発振器５１ａ〜５１ｎ、乗算器５２ａ〜５２ｎ、光変調器５３、合波器５４、および分波器５５を有している。光信号処理装置４２ｃは、図６で説明した光信号処理装置と同様であり、その詳細な説明は省略する。

光信号処理装置４２ａ，４２ｂ，４２ｄ，４２ｅも光信号処理装置４２ｃと同様の各部を有している。ただし、光信号処理装置４２ａ，４２ｂ，４２ｄ，４２ｅのそれぞれのサブキャリア信号の周波数は、異なっている。

例えば、１番目の光信号処理装置４２ａのサブキャリア信号には、周波数ｆ₁₁〜ｆ_1nが割り当てられている。２番目の光信号処理装置のサブキャリア信号には、周波数ｆ₂₁〜ｆ_2nが割り当てられている。ｍ番目の光信号処理装置４２ｅのサブキャリア信号には、周波数ｆ_m1〜ｆ_mnが割り当てられている。

なお、上記例では、光信号処理装置４２ａ〜４２ｅのサブキャリア信号はｎチャネルとしているがこれに限るものではない。光信号処理装置４２ａ〜４２ｅのそれぞれは、異なるチャネル数のサブキャリア信号を出力するようにしてもよい。

図８は、図７の光ネットワークを伝搬する搬送光の周波数特性を示した図である。図８に示すＢａｎｄ−１は、図７の１番目の光信号処理装置４２ａによって光ネットワークに挿入されたデータ信号の周波数特性を示している。Ｂａｎｄ−２は、２番目の光信号処理装置によって光ネットワークに挿入されたデータ信号の周波数特性を示している。Ｂａｎｄ−ｊは、ｊ番目の光信号処理装置４２ｃによって光ネットワークに挿入されたデータ信号の周波数特性を示している。Ｂａｎｄ−ｍは、ｍ番目の光信号処理装置４２ｅによって光ネットワークに挿入されたデータ信号の周波数特性を示している。

ｊ番目の光信号処理装置４２ｃのデータ信号Ｂ_j1〜Ｂ_jnは、Ｂａｎｄ−ｊ内の周波数を有し、他の光信号処理装置のデータ信号と重複しない。すなわち、光信号処理装置４２ａ〜４２ｅのそれぞれのサブキャリア信号の周波数は重複しないように割り当てられているので、光信号処理装置４２ａ〜４２ｅのそれぞれのデータ信号は、図８のＢａｎｄ−１〜Ｂａｎｄ−ｍに示すように重複しない。

なお、図８では、１番目の光信号処理装置４２ａから順に周波数が高くなるようにデータ信号の帯域が割り当てられているが、周波数配置の順番は任意である。
このように、光ネットワークシステムは、非線形光学媒質４１ａ〜４１ｇと光信号処理装置４２ａ〜４２ｅを備え、各光信号処理装置において、異なる周波数でサブキャリア変調した変調信号に基づく制御光によって搬送光を相互位相変調するようにした。これにより、光ネットワークシステムは、搬送光に周波数ｆ_j周りのサブキャリア信号を順次周波数多重することができ、複数のデータ信号を複数の任意の場所で伝送することが容易となる。

なお、図７の光信号処理装置４２ａ〜４２ｅは、図１で示した光信号処理装置であってもよい。すなわち、複数の光信号処理装置のそれぞれは、１つのデータ信号を搬送光に多重するようにしてもよい。このときも、光信号処理装置のそれぞれのキャリア信号は、異なる周波数が割り当てられる。

次に、第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態では、受信機について説明する。
図９は、第７の実施の形態に係る受信機を示した図である。図９に示すように受信機は、ＰＤ（Photo Diode）６１、増幅器６２、ＢＰＦ（Band Pass Filter）６３、復調回路６４、およびＬＰＦ（Low Pass Filter）６５を有している。

ＰＤ６１には、搬送光Ｅ_Sが入力される。ＰＤ６１は、搬送光Ｅ_Sを電気信号に変換する受光器である。ＰＤ６１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６２は、ＰＤ６１から出力される電気信号を増幅する。ＢＰＦ６３は、キャリア信号の周波数を中心に、増幅器６２から出力される電気信号を通過させる。例えば、ＢＰＦ６３は、増幅器６２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、ＢＰＦ６３は、増幅器６２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、ＢＰＦ６３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６４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６４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。

ＬＰＦ６５は、復調回路６４から出力される信号の低域周波数成分を通過させる。例えば、ＬＰＦ６５は、データ信号の基本帯域以下の信号を通過させる。これにより、ＬＰＦ６５の出力から、データ信号を得ることができる。なお、ＢＰＦ６３により必要なチャネルの信号が十分な特性で抽出されている場合は、ＬＰＦを用いる必要はない。

このように、受信機は、非線形光学媒質においてデータ信号によって変調されたキャリア信号により変調された制御光によって相互位相変調されたデータ信号を復調することができる。

なお、搬送光Ｅ_Sに局発光を合波して、ＰＤ６１に入力するようにしてもよい。この場合、局発光の周波数（波長）は、搬送光の周波数（波長）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、ＰＤ６１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。この受信機の例については、以下で図を用いて説明する。

また、ＬＰＦ６５の後段には、復調したデータ信号の誤り検出や揺らぎ等を解消するデジタル信号処理回路を設けてもよい。
次に、第８の実施の形態について説明する。第８の実施の形態では、制御光を増幅する例について説明する。

図１０は、第８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１０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１０に示すように、光信号処理装置は、光変調器３と合波器４との間に光アンプ７１を有している。光アンプ７１は、光変調器３から出力される制御光Ｅ_Ctを増幅して合波器４に出力する。光アンプ７１には、例えば、光ファイバアンプ、半導体光アンプ、または光パラメトリックアンプなどを適用することができる。

このように、制御光Ｅ_Ctを増幅して非線形光学媒質５に挿入することにより、受信機において適切なデータ信号Ｂを復調することが可能となる。
なお、図２や図３などに示した光信号処理装置においても、図１０と同様に、光変調器の出力に光アンプを設けることができる。

また、非線形光学媒質５を伝搬している搬送光Ｅ_S自体を光アンプで増幅するようにしてもよい。例えば、図１０の合波器４の前段に光アンプを設け、搬送光Ｅ_Sを増幅するようにしてもよい。これによっても、受信機において適切なデータ信号Ｂを復調することが可能となる。

次に、第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態では、搬送光を増幅して受信機に入力する例について説明する。
図１１は、第９の実施の形態に係る受信機を示した図である。図１１において、図９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に示すように、受信機は、ＰＤ６１の前段に光アンプ７２を有している。光アンプ７２は、非線形光学媒質を伝搬してきた搬送光Ｅ_Sを増幅して、ＰＤ６１に入力する。光アンプ７２には、例えば、光ファイバアンプ、半導体光アンプ、または光パラメトリックアンプなどを適用することができる。

このように、搬送光Ｅ_Sを増幅してＰＤ６１に入力することにより、ＬＰＦ６５から適切なデータ信号Ｂを得ることが可能となる。
次に、第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態では、光信号処理装置または光ネットワークシステムの適用例について説明する。

図１２は、第１０の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの適用例を示した図のその１である。図１２に示す地点１、…、Ｎには、光信号処理装置または光ネットワークシステムの光信号処理装置が設けられている。

図１２に示すように、波長λ_Sの搬送光Ｅ_Sは、Ａ地点からＢ地点に伝搬しているとする。光信号処理装置または光ネットワークシステムは、途中の任意の地点１、…、Ｎにおいて、データ信号を制御光にて搬送光Ｅ_Sに多重する。情報１〜Ｎは、例えば、光ネットワークのセンサ／モニタ情報や電力情報、ローカルエリアネットワークにおけるユーザのリクエスト情報等である。また、図１２の適用例は、例えば、データセンタ内のサーバ間を結ぶ光配線等にも適用することが可能である。

図１３は、図１２を応用した双方向光伝送システムの例を示した図である。Ｂ地点の端局Ｂでは、ベースバンド情報Ｂ₁、および周波数ｆのキャリア信号を情報Ｂ₂により変調したＲＦ信号の合成信号により光変調器を変調し、この変調光（波長λ_B）を出力し、Ａ地点まで伝送する。Ａ地点ではこの変調光を分波した後、割り当てられた周波数ｆのＲＦ信号、あるいはベースバンド信号を受信する。一方、Ａ地点からは、波長λ_Sの搬送光Ｅ_SをＢ地点に向け伝搬しており、光信号処理装置において情報１〜Ｎを制御光にて搬送光Ｅ_Sに多重し、端局Ｂまで伝送し、分波した後、受信する。なお、本システムにおいてＢ地点からＡ地点に伝送される多重信号のうちのベースバンド情報Ｂ₁は、例えば従来のＰＯＮ（Passive Optical Network）システム等で伝送されるベースバンド信号等（100Mb/s、１Gb/s、10Gb/s信号等）である。この場合、情報Ｂ₂は、上記情報Ｂ₁と同じ帯域（ビットレート）の情報信号であってもよいし、異なる帯域の情報信号であってもよいが、ともにデジタル信号である場合には、Ａ地点で受信する際に、同様な受信感度となるように、変調度、ビットレート、パワー等を調整する。

図１４は、第１０の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの適用例を示した図のその２である。図１４に示すように、波長λ_Sの搬送光Ｅ_Sは、Ａ地点から反時計回りに伝搬しているとする。光信号処理装置または光ネットワークシステムは、途中の任意の地点１、…、Ｎにおいて、データ信号を制御光にて搬送光Ｅ_Sに多重する。搬送光Ｅ_Sに多重する情報１〜Ｎは、図１２で説明した例と同様である。

このように、光信号処理装置および光ネットワークシステムは、情報を任意の場所から伝送することが容易となる。また、光信号処理装置および光ネットワークでは、複数の情報を伝送する場合でも、複数の光ファイバや複数の波長を用意しなくてよい。すなわち、光ネットワークを伝搬している１つの搬送光Ｅ_Sに情報を多重して容易に情報を伝送することができる。もちろん、光ネットワークに複数の搬送光を伝搬させ、それらの搬送光に情報を多重することも可能である。

なお、図１２、図１４において、途中の任意の地点において、それ以前の光信号処理装置により搬送光Ｅ_Sに多重された情報を抽出して観測することも可能である。例えば、搬送光Ｅ_Sの一部をパワー分岐回路等によりタップして抽出する方法、または、制御光と同様の波長のＣＷ光を搬送光Ｅ_Sと合波し、ファイバ内で発生する四光波混合により発生するアイドラ光を光フィルタあるいはＷＤＭカプラ等により抽出する方法などがある。

次に、第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態では、搬送光に多重する情報の収集例について説明する。
図１５は、第１１の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの情報収集例を示した図のその１である。図１５に示す地点１、…、Ｎには、光信号処理装置または光ネットワークシステムの光信号処理装置が設けられている。

地点１、…、Ｎには、図１５に示すように、搬送光Ｅ_Sで伝送する情報であるデータ信号Ｂ_j1〜Ｂ_jnが集められる。地点１、…、Ｎに設けられた光信号処理装置は、集められたデータ信号Ｂ_j1〜Ｂ_jnを、例えば、図６で説明したように搬送光Ｅ_Sに周波数多重して伝搬する。データ信号Ｂ_j1〜Ｂ_jnを地点１、…、Ｎに集める方法は、有線、無線のいずれの手段を用いてもよい。

図１６は、第１１の実施の形態に係る光信号処理装置または光ネットワークシステムの情報収集例を示した図のその２である。図１６に示す地点１、…、Ｎには、光信号処理装置または光ネットワークシステムの光信号処理装置が設けられている。

地点１、…、Ｎには、図１６に示すように、変調信号Ｂ_j1（ｆ_j1）〜Ｂ_jn（ｆ_jn）が集められる。変調信号Ｂ_j1（ｆ_j1）〜Ｂ_jn（ｆ_jn）は、搬送光Ｅ_Sで伝送する情報であるデータ信号をキャリア信号で変調した信号である。変調信号Ｂ_j1（ｆ_j1）〜Ｂ_jn（ｆ_jn）は、例えば、携帯電話の信号やテレビ信号などである。変調信号Ｂ_j1（ｆ_j1）〜Ｂ_jn（ｆ_jn）を地点１、…、Ｎに集める方法は、有線、無線のいずれの手段を用いてもよい。

図１６の例では、データ信号は変調信号Ｂ_j1（ｆ_j1）〜Ｂ_jn（ｆ_jn）の送信元ですでに変調されているため、光信号処理装置では発振器および乗算器が不要となる。光信号処理装置は、光変調器によって、集められた変調信号Ｂ_j1（ｆ_j1）〜Ｂ_jn（ｆ_jn）に応じた制御光を出力すればよい。

このように、データ信号または変調信号を有線または無線などによって地点１、…、Ｎに集め、搬送光Ｅ_Sに多重して伝送することもできる。
次に、第１２の実施の形態について説明する。第１２の実施の形態では、狭い周波数帯域に多くの情報を周波数多重する例について説明する。

図１７は、第１２の実施の形態に係る光信号処理装置を説明する図である。図１７の（Ａ）は、一般の周波数多重方式を示している。図１７の（Ｂ）は、本件で適用する周波数多重方式を示している。

図１７の（Ａ）に示すように、帯域Ｂｄの情報を周波数多重する場合には、キャリア間隔を２Ｂｄ以上に設定し、隣接チャネルからのクロストークを防止する。周波数間隔を２Ｂｄに設定すれば、各情報信号の変調帯域のうち、メインローブの部分を含むことができ、良質な情報伝送が可能である。

一方、図１７の（Ｂ）では、キャリア間隔を２Ｂｄより狭い周波数間隔のβＢｄ（β＜１）に設定し、このような周波数間隔においてもクロストークが発生しないように、フィルタによって情報信号の帯域を制限する。

例えば、図６において、乗算器３２ａ〜３２ｎのデータ信号Ｂ₁〜Ｂ_nの入力部分にＬＰＦを設ける。そして、乗算器３２ａ〜３２ｎに入力されるデータ信号Ｂ₁〜Ｂ_nの帯域をＬＰＦにより制限し、光変調器３３には、図１７の（Ｂ）に示すような周波数特性の変調信号Ｂ₁（ｆ）〜Ｂ_n（ｆ）が入力されるようにする。

また、図６において、光変調器３３の変調信号Ｂ₁（ｆ）〜Ｂ_n（ｆ）の入力部分にＢＰＦを設ける。そして、光変調器３３に入力される変調信号Ｂ₁（ｆ）〜Ｂ_n（ｆ）の帯域をＢＰＦにより制限し、光変調器３３には、図１７の（Ｂ）に示すような周波数特性の変調信号Ｂ₁（ｆ）〜Ｂ_n（ｆ）が入力されるようにする。

また、図６において、光変調器３３の制御光Ｅ_Ctの出力部分に帯域透過光フィルタを設ける。そして、制御光Ｅ_Ctに含まれる変調信号Ｂ₁（ｆ）〜Ｂ_n（ｆ）の成分を図１７の（Ｂ）に示すように帯域制限する。

また、等価的手段として、多値変調や光多重方式を用いることも可能である。なお、情報の帯域制限による品質低下に対しては、必要に応じて、誤り訂正符号や受信機にデジタル信号処理回路等を設けるなどの補償手段を行うことができる。

このように、情報信号の帯域制限を行うことにより、狭い周波数帯域で多くの情報を周波数多重することができるようになる。
なお、上記では、図６において帯域制限するＢＰＦやＬＰＦを設ける例を説明したが、図７の光ネットワークシステムにおいても同様にＢＰＦやＬＰＦを設けて、情報信号の帯域制限を行うことができる。

次に、第１３の実施の形態について説明する。第１３の実施の形態では、光ネットワークにおける双方向のデータ信号の多重について説明する。
図１８は、第１３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１８に示すように、光ネットワークシステムは、光信号処理装置８１，８３、カプラ８２，８４、および非線形光学媒質８５を有している。

非線形光学媒質８５には、波長λ₀₁の搬送光Ｅ₀₁と波長λ₀₂の搬送光Ｅ₀₂とが伝搬している。搬送光Ｅ₀₂は、搬送光Ｅ₀₁の伝搬方向と反対の方向で非線形光学媒質８５を伝搬している。例えば、搬送光Ｅ₀₁は、図１８において右方向に非線形光学媒質８５を伝搬し、搬送光Ｅ₀₂は、図１８において左方向に非線形光学媒質８５を伝搬している。非線形光学媒質８５は、例えば、光ネットワークを形成している光ファイバの一部である。非線形光学媒質８５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。

光信号処理装置８１は、例えば、図１で説明した光信号処理装置である。光信号処理装置８１の有する光変調器は、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した、波長λ_S1の制御光Ｅ_S1を出力する。

カプラ８２は、非線形光学媒質８５を伝搬する搬送光Ｅ₀₁に、光信号処理装置８１から出力される制御光Ｅ_S1を合波する。カプラ８２は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。これにより、搬送光Ｅ₀₁は、非線形光学媒質８５の相互位相変調により位相変調を受け、データ信号が多重される。

光信号処理装置８３は、例えば、図１で説明した光信号処理装置である。光信号処理装置８３の有する光変調器は、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した、波長λ_S2の制御光Ｅ_S2を出力する。

カプラ８４は、非線形光学媒質８５を伝搬する搬送光Ｅ₀₂に、光信号処理装置８３から出力される制御光Ｅ_S2を合波する。カプラ８４は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。これにより、搬送光Ｅ₀₂は、非線形光学媒質８５の相互位相変調により位相変調を受け、データ信号が多重される。

図１９は、図１８のカプラの波長特性を説明する図である。図１９の横軸は波長を示し、縦方向はパワーを示している。
図１９には、図１８で説明した波長λ₀₁の搬送光Ｅ₀₁と、波長λ₀₂の搬送光Ｅ₀₂のパワーが示してある。また、図１９には、図１８で説明した波長λ_S1の制御光Ｅ_S1と、波長λ_S2の制御光Ｅ_S2のパワーが示してある。

図１９に示す点線矢印Ａ１１は、カプラ８２，８４の遮断波長を示している。カプラ８２，８４は、搬送光Ｅ₀₁と搬送光Ｅ₀₂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制御光を通過させ、点線矢印Ａ１１に示す遮断波長以上の波長の制御光の通過を遮断（分波）する。このとき、カプラ８２，８４は、制御光Ｅ_S1と制御光Ｅ_S2の入力ポートに対しては、通過と遮断の関係は逆になる。すなわち、点線矢印Ａ１１に示す遮断波長より長い波長の制御光を通過させ、点線矢印Ａ１１に示す遮断波長以下の波長の制御光の通過を遮断（分波）する。

搬送光Ｅ₀₁の波長λ₀₁と搬送光Ｅ₀₂の波長λ₀₂は、搬送光Ｅ₀₁と搬送光Ｅ₀₂の入力ポートに対して、カプラ８２，８４の透過帯域内となるように設定する。また、制御光Ｅ_S1の波長λ_S1と制御光Ｅ_S2の波長λ_S2は、カプラ８２，８４の透過帯域の外側となるように設定する。

すなわち、図１８に示すカプラ８２，８４の搬送光Ｅ₀₁と搬送光Ｅ₀₂の入力ポートに対する遮断波長を点線矢印Ａ１１に示すように設定し、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂の波長λ₀₁，λ₀₂と、制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2の波長λ_S1，λ_S2とを図１８に示すように配置することにより、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂および制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2を効率よく非線形光学媒質８５に入力することができる。従って、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂は、ほとんど損失なしに制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2による光位相変調を受けることができる。そして、搬送光Ｅ₀₁に合波された制御光Ｅ_S1と、搬送光Ｅ₀₂に合波された制御光Ｅ_S2は、カプラ８４，８２によって、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遮断される。なお、上記では、図１９に示した波長特性を有するカプラ（ＷＤＭ光カプラ）を用いる例を示したが、光パワー合成器と帯域透過光フィルタを組み合わせて形成することも可能である。しかし、この場合、ＷＤＭ光カプラを用いる場合に比べて、パワー合成の際にパワーが低減する。

このように、光ネットワークシステムは、非線形光学媒質８５を伝搬している双方向の搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂に、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2を合波して相互位相変調する。これにより、双方向通信における光ネットワークの任意の場所での情報伝達が可能となる。

なお、上記では、図１８に示す光信号処理装置８１，８３は、図１に示した光信号処理装置として説明したが、図２、図３、または図１０に示した光信号処理装置であってもよい。また、光信号処理装置において、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制御光として用いることも可能である。この場合、上記差周波数をサブキャリア周波数として、光位相変調を行うことが可能であり、より高い周波数での広帯域相互位相変調を利用して、より高いデータレートの信号の周波数多重が可能となる。また、広帯域相互位相変調を利用して、より多数のチャネルの信号を周波数多重することが可能となる。

次に、第１４の実施の形態について説明する。第１４の実施の形態では、搬送光に制御光を合波するカプラとは別に、搬送光から制御光を分波するカプラが設けられている。
図２０は、第１４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２０において図１８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

カプラ８２ａは、非線形光学媒質８５を伝搬する搬送光Ｅ₀₁に、光信号処理装置８１から出力される制御光Ｅ_S1を合波する。カプラ８２ａは、例えば、ＷＤＭ光カプラである。
カプラ８２ｂは、非線形光学媒質８５を伝搬する搬送光Ｅ₀₁から、制御光Ｅ_S1を分波する。すなわち、カプラ８２ｂは、非線形光学媒質８５の後段に、カプラ８２ａで合波された制御光Ｅ_S1が伝搬しないようにする。カプラ８２ｂは、例えば、ＷＤＭ光カプラである。

カプラ８４ａは、非線形光学媒質８５を伝搬する搬送光Ｅ₀₂に、光信号処理装置８３から出力される制御光Ｅ_S2を合波する。カプラ８４ａは、例えば、ＷＤＭ光カプラである。
カプラ８４ｂは、非線形光学媒質８５を伝搬する搬送光Ｅ₀₂から、制御光Ｅ_S2を分波する。すなわち、カプラ８４ｂは、非線形光学媒質８５の後段に、カプラ８４ａで合波された制御光Ｅ_S2が伝搬しないようにする。カプラ８４ｂは、例えば、ＷＤＭ光カプラである。

図２１は、図２０のカプラの波長特性を説明する図である。図２１の横軸は波長を示し、縦方向はパワーを示している。
図２１には、図２０で説明した波長λ₀₁の搬送光Ｅ₀₁と、波長λ₀₂の搬送光Ｅ₀₂のパワーが示してある。また、図２１には、図２０で説明した波長λ_S1の制御光Ｅ_S1と、波長λ_S2の制御光Ｅ_S2のパワーが示してある。

図２１に示す点線矢印Ａ２１は、カプラ８２ａ，８２ｂの遮断波長を示している。カプラ８２ａ，８２ｂは、点線矢印Ａ２１に示す遮断波長より小さい波長の制御光を通過させ、点線矢印Ａ２１に示す遮断波長以上の波長の制御光の通過を遮断（分波）する。

図２１に示す点線矢印Ａ２２は、カプラ８４ａ，８４ｂの遮断波長を示している。カプラ８４ａ，８４ｂは、点線矢印Ａ２２に示す遮断波長以下の波長の制御光を遮断し、点線矢印Ａ２２に示す遮断波長より大きい波長の制御光を通過させる。

点線矢印Ａ２２に示すカプラ８４ａ，８４ｂの遮断波長は、図２１に示すように、点線矢印Ａ２１に示すカプラ８２ａ，８２ｂの遮断波長より小さいとする。すなわち、図２１に示す点線矢印Ａ２１と点線矢印Ａ２２の間の波長が、制御光の透過帯域となるようにする。

搬送光Ｅ₀₁の波長λ₀₁と搬送光Ｅ₀₂の波長λ₀₂は、透過帯域内となるように設定する。また、制御光Ｅ_S1の波長λ_S1と制御光Ｅ_S2の波長λ_S2は、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂の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２０に示すカプラ８２ａ，８２ｂ，８４ａ，８４ｂの遮断波長を点線矢印Ａ２１，Ａ２２に示すように設定し、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂の波長λ₀₁，λ₀₂と、制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2の波長λ_S1，λ_S2とを図２１に示すように配置することにより、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂は、ほとんど損失なしに制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2による光位相変調を受けることができる。そして、搬送光Ｅ₀₁に合波された制御光Ｅ_S1と、搬送光Ｅ₀₂に合波された制御光Ｅ_S2は、カプラ８２ｂ，８４ｂによって、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遮断される。

このように、制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2の波長λ_S1，λ_S2を、搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂の透過帯域外において対称となるように配置することにより、通信帯域を有効利用し、柔軟な波長配置が可能となる。

次に、第１５の実施の形態について説明する。第１５の実施の形態では、第１３の実施の形態で説明した光ネットワークシステムを複数設け、データ信号を光周波数多重する場合について説明する。

図２２は、第１５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２２に示すように、光ネットワークシステムは、光信号処理装置９１ａ〜９１ｃ，９３ａ〜９３ｃ、カプラ９２ａ〜９２ｃ，９４ａ〜９４ｃ、および非線形光学媒質９５ａ〜９５ｃを有している。

図２２に示すターミナルＡ，Ｂは、非線形光学媒質９５ａ〜９５ｃを有する伝送路の両端に接続されている。ターミナルＡからターミナルＢの方向には、波長λ₀₁の搬送光Ｅ₀₁が伝搬し、ターミナルＢからターミナルＡの方向には、波長λ₀₂の搬送光Ｅ₀₂が伝搬している。搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂は、ターミナルＡ，Ｂにおいて信号検波される。

光信号処理装置９１ａ，９３ａ、カプラ９２ａ，９４ａ、および非線形光学媒質９５ａは、図１８で説明した光ネットワークシステムと同様であり、その説明を省略する。光信号処理装置９１ｂ，９３ｂ、カプラ９２ｂ，９４ｂ、および非線形光学媒質９５ｂは、図１８で説明した光ネットワークシステムと同様であり、その説明を省略する。光信号処理装置９１ｃ，９３ｃ、カプラ９２ｃ，９４ｃ、および非線形光学媒質９５ｃは、図１８で説明した光ネットワークシステムと同様であり、その説明を省略する。なお、図２２には、３つの光ネットワークシステムを示しているが、Ｎ個配置されているとする。また、図２２の光ネットワークシステムは、左側から順に、１番目、…、ｊ番目、…、Ｎ番目の光ネットワークシステムと呼ぶことがある。

光信号処理装置９１ａ〜９１ｃ，９３ａ〜９３ｃには、異なる周波数のキャリア信号が割り当てられている。各光ネットワークシステムは、異なる周波数のキャリア信号で変調した制御光を出力する。

例えば、ターミナルＡからターミナルＢ方向の光通信において、１番目の光ネットワークシステムのキャリア信号には、周波数ｆ₁₁が割り当てられている。ｊ番目の光ネットワークシステムのキャリア信号には、周波数ｆ_1jが割り当てられている。Ｎ番目の光ネットワークシステムのキャリア信号には、周波数ｆ_1Nが割り当てられている。光信号処理装置９１ａ〜９１ｃのそれぞれは、異なる周波数ｆ₁₁〜ｆ_1Nのキャリア信号で変調した、波長λ_S11〜λ_S1Nの制御光Ｅ_S11〜Ｅ_S1Nを搬送光Ｅ₀₁に合波する。

また、ターミナルＢからターミナルＡ方向の光通信において、１番目の光ネットワークシステムのキャリア信号には、周波数ｆ₂₁が割り当てられている。ｊ番目の光ネットワークシステムのキャリア信号には、周波数ｆ_2jが割り当てられている。Ｎ番目の光ネットワークシステムのキャリア信号には、周波数ｆ_2Nが割り当てられている。光信号処理装置９３ａ〜９３ｃのそれぞれは、異なる周波数ｆ₂₁〜ｆ_2Nのキャリア信号で変調した、波長λ_S21〜λ_S2Nの制御光Ｅ_S21〜Ｅ_S2Nを搬送光Ｅ₀₂に合波する。

図２３は、図２２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。なお、図２３には、図２２で示したｊ番目の光ネットワークシステムも示してある。
図２３のスペクトル１０１は、図２２のターミナルＡからターミナルＢ方向の光通信における、ｊ番目の光ネットワークシステムの前段の搬送光Ｅ₀₁のスペクトルを示している。スペクトル１０２は、図２２のターミナルＡからターミナルＢ方向の光通信における、ｊ番目の光ネットワークシステムの後段の搬送光Ｅ₀₁のスペクトルを示している。

ターミナルＡからターミナルＢ方向の光通信における、ｊ−１番目の光ネットワークの光ネットワークシステムのキャリア信号と、ｊ番目の光ネットワークシステムのキャリア信号の周波数は異なっている。これにより、スペクトル１０２に示す‘１ｊ’の帯域のように、搬送光Ｅ₀₁には、ｊ番目のデータ信号が追加される。すなわち、異なる周波数のキャリア信号を有する光ネットワークシステムを光ネットワークに設けることにより、キャリア信号の周波数がｆ_1jのｊ番目のデータ信号を搬送光Ｅ₀₁に追加することができる。

図２３のスペクトル１０３は、図２２のターミナルＢからターミナルＡ方向の光通信における、ｊ番目の光ネットワークシステムの前段の搬送光Ｅ₀₂のスペクトルを示している。スペクトル１０４は、図２２のターミナルＢからターミナルＡ方向の光通信における、ｊ番目の光ネットワークシステムの後段の搬送光Ｅ₀₂のスペクトルを示している。

ターミナルＢからターミナルＡ方向の光通信における、ｊ＋１番目の光ネットワークの光ネットワークシステムのキャリア信号と、ｊ番目の光ネットワークシステムのキャリア信号の周波数は異なっている。これにより、スペクトル１０４に示す‘２ｊ’の帯域のように、搬送光Ｅ₀₂には、ｊ番目のデータ信号が追加される。すなわち、異なる周波数のキャリア信号を有する光ネットワークシステムを光ネットワークに設けることにより、キャリア信号の周波数がｆ_2jのｊ番目のデータ信号を搬送光Ｅ₀₂に追加することができる。

このように、光ネットワークに複数の光信号処理装置を設け、それぞれのキャリア信号の周波数を異なるようにすることにより、双方向の搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂に複数のデータ信号を周波数多重することができる。また、複数の情報を伝送する場合でも、複数の光ファイバや複数の波長光を用意せずに、複数の任意の場所からデータ信号を伝送することが可能となる。

なお、図２２で説明したＮ個の光ネットワークシステムは、図２０で説明した光ネットワークシステムであってもよい。
次に、第１６の実施の形態について説明する。第１６の実施の形態では、複数のデータ信号を双方向で伝送する場合について説明する。

図２４は、第１６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２４に示すように、光ネットワークシステムは、発振器１１１ａ，１１１ｂ，１２１ａ，１２１ｂ、乗算器１１２ａ，１１２ｂ，１２２ａ，１２２ｂ、光変調器１１３，１２３、カプラ１１４，１２４、および非線形光学媒質１３０を有している。発振器１１１ａ，１１１ｂおよび乗算器１１２ａ，１１２ｂは、ｎ₁個存在し、発振器１２１ａ，１２１ｂおよび乗算器１２２ａ，１２２ｂは、ｎ₂個存在している。搬送光Ｅ₀₂は、搬送光Ｅ₀₁に対し、反対方向にて伝送路を伝搬している。

ｎ₁個の発振器１１１ａ〜１１１ｂは、例えば、ＲＦの周波数ｆ₁₁〜ｆ_1n1のキャリア信号を出力する。ｎ₁個のキャリア信号の周波数ｆ₁₁〜ｆ_1n1は、それぞれ異なっている。
ｎ₁個の乗算器１１２ａ〜１１２ｂのそれぞれには、複数のデータ信号Ｂ₁₁〜Ｂ_1n1が入力される。複数のデータ信号Ｂ₁₁〜Ｂ_1n1は、非線形光学媒質１３０で一方向（図２４の左から右方向）に伝送されるデータである。乗算器１１２ａは、周波数ｆ₁₁のキャリア信号をデータ信号Ｂ₁₁によって変調し、変調信号Ｂ₁₁（ｆ₁₁）を光変調器１１３に出力する。同様に、乗算器１１２ｂは、周波数ｆ_1n1のキャリア信号をデータ信号Ｂ_1n1によって変調し、変調信号Ｂ_1n1（ｆ_1n1）を光変調器１１３に出力する。すなわち、乗算器１１２ａ〜１１２ｂは、ｎ₁チャネルのサブキャリア信号をデータ信号Ｂ₁₁〜Ｂ_1n1によって変調し、サブキャリア変調した変調信号Ｂ₁₁（ｆ₁₁）〜Ｂ_1n1（ｆ_1n1）を光変調器１１３に出力する。

光変調器１１３には、乗算器１１２ａ〜１１２ｂから出力される合成された変調信号Ｂ₁₁（ｆ₁₁）〜Ｂ_1n1（ｆ_1n1）が入力される。光変調器１１３は、例えば、図２で説明したＬＤ１１や図３で説明したＬＤ１２および光変調器３である。光変調器１１３は、合成された変調信号Ｂ₁₁（ｆ₁₁）〜Ｂ_1n1（ｆ_1n1）に応じた波長λ_S1の制御光Ｅ_S1をカプラ１１４に出力する。

カプラ１１４は、非線形光学媒質１３０を伝搬している搬送光Ｅ₀₁に制御光Ｅ_S1を合波する。カプラ１１４は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。これにより、搬送光Ｅ₀₁は、非線形光学媒質１３０の相互位相変調により位相変調を受け、複数のデータ信号Ｂ₁₁〜Ｂ_1n1が多重される。

ｎ₂個の発振器１２１ａ〜１２１ｂは、例えば、ＲＦの周波数ｆ₂₁〜ｆ_2n2のキャリア信号を出力する。ｎ₂個のキャリア信号の周波数ｆ₂₁〜ｆ_2n2は、それぞれ異なっている。
ｎ₂個の乗算器１２２ａ〜１２２ｂのそれぞれには、複数のデータ信号Ｂ₂₁〜Ｂ_2n2が入力される。複数のデータ信号Ｂ₂₁〜Ｂ_2n2は、非線形光学媒質１３０で一方向（図２４の右から左方向）に伝送されるデータである。乗算器１２２ａは、周波数ｆ₂₁のキャリア信号をデータ信号Ｂ₂₁によって変調し、変調信号Ｂ₂₁（ｆ₂₁）を光変調器１２３に出力する。同様に、乗算器１２２ｂは、周波数ｆ_2n2のキャリア信号をデータ信号Ｂ_2n2によって変調し、変調信号Ｂ_2n2（ｆ_2n2）を光変調器１２３に出力する。すなわち、乗算器１２２ａ〜１２２ｂは、ｎ₂チャネルのサブキャリア信号をデータ信号Ｂ₂₁〜Ｂ_2n2によって変調し、サブキャリア変調した変調信号Ｂ₂₁（ｆ₂₁）〜Ｂ_2n2（ｆ_2n2）を光変調器１２３に出力する。

光変調器１２３には、乗算器１２２ａ〜１２２ｂから出力される合成された変調信号Ｂ₂₁（ｆ₂₁）〜Ｂ_2n2（ｆ_2n2）が入力される。光変調器１２３は、例えば、図２で説明したＬＤ１１や図３で説明したＬＤ１２および光変調器３である。光変調器１２３は、合成された変調信号Ｂ₂₁（ｆ₂₁）〜Ｂ_2n2（ｆ_2n2）に応じた波長λ_S2の制御光Ｅ_S2をカプラ１２４に出力する。

カプラ１２４は、非線形光学媒質１３０を伝搬している搬送光Ｅ₀₂に制御光Ｅ_S2を合波する。カプラ１２４は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。これにより、搬送光Ｅ₀₂は、非線形光学媒質１３０の相互位相変調により位相変調を受け、複数のデータ信号Ｂ₂₁〜Ｂ_2n2が多重される。

なお、カプラ１１４，１２４の波長特性は、図１９と同様の波長特性を有している。または、図２４の光ネットワークシステムにおいて、図２０、図２１で説明したように、制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2を搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂から分波するカプラを設けてもよい。

このように、光ネットワークシステムは、サブキャリア変調された複数の変調信号Ｂ₁₁（ｆ₁₁）〜Ｂ_1n1（ｆ_1n1），Ｂ₂₁（ｆ₂₁）〜Ｂ_2n2（ｆ_2n2）によって変調された制御光Ｅ_S1，Ｅ_S2により、非線形光学媒質１３０を伝搬する双方向の搬送光Ｅ₀₁，Ｅ₀₂を相互位相変調する。これにより、複数のデータ信号を任意の場所から双方向にて伝送することが容易となる。

なお、図２４の光ネットワークシステムは、光ネットワークに複数設けることもできる。例えば、図２２で説明した１番目、…、ｊ番目、…、Ｎ番目の光ネットワークシステムに、図２４の光ネットワークシステムを適用することができる。この場合、１番目、…、ｊ番目、…、Ｎ番目のそれぞれの光ネットワークシステムには、キャリア信号の周波数を重複しないように割り当てる。

また、変調信号Ｂ₁₁（ｆ₁₁）〜Ｂ_1n1（ｆ_1n1），Ｂ₂₁（ｆ₂₁）〜Ｂ_2n2（ｆ_2n2）には、振幅変調信号、位相変調信号、周波数変調信号、およびこれらの多値変調信号、あるいは直交周波数多重信号等を適用することができる。

以下、図１８の応用例について説明する。応用例では、第１の端局において、搬送光Ｅ₀₁に搬送光Ｅ₀₂を合波し、搬送光Ｅ₀₁の伝搬方向の第２の端局に予め伝搬しておく。
図２５は、図１８の光ネットワークシステムの応用例を示した図である。図２５に示すように、光ネットワーク装置は、端局１５０，１６０および光ファイバ１７１を有している。

端局１５０は、サーキュレータ１５１、カプラ１５２、および合波器１５３を有している。カプラ１５２および合波器１５３は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。
サーキュレータ１５１には、波長λ₀₁の搬送光Ｅ₀₁が入力される。端局１５０は、例えば、図示しない光源を有し、搬送光₀₁はその光源から出力される。サーキュレータ１５１は、入力された搬送光Ｅ₀₁をカプラ１５２に出力する。

また、サーキュレータ１５１には、端局１６０から送信される変調された搬送光Ｅ₀₂が入力される。サーキュレータ１５１は、変調された搬送光Ｅ₀₂を搬送光Ｅ₀₁が入力されるポートとは別のポートに出力する。

カプラ１５２は、搬送光Ｅ₀₁に制御光Ｅ_S1を合波する。制御光Ｅ_S1は、図示しない光信号処理装置から出力される。光信号処理装置は、例えば、図１８で説明した光信号処理装置８１と同様である。搬送光Ｅ₀₁は、光ファイバ１７１の相互位相変調により位相変調を受け、データ信号が多重される。

合波器１５３は、カプラ１５２から出力される搬送光Ｅ₀₁に搬送光Ｅ₀₂を合波する。端局１５０は、例えば、図示しない光源を有し、搬送光Ｅ₀₂はその光源から出力される。
端局１６０は、サーキュレータ１６１、カプラ１６２、および光ファイバ１６３を有している。カプラ１６２は、例えば、ＷＤＭ光カプラである。

サーキュレータ１６１には、端局１５０で搬送光Ｅ₀₁に合波された搬送光Ｅ₀₂が入力される。サーキュレータ１６１は、搬送光Ｅ₀₁に合波された搬送光Ｅ₀₂をカプラ１６２に出力する。また、サーキュレータ１６１は、光ファイバ１６３から出力される相互位相変調された搬送光Ｅ₀₂を光ファイバ１７１に出力する。

カプラ１６２は、搬送光Ｅ₀₂に制御光Ｅ_S2を合波する。制御光Ｅ_S2は、図示しない光信号処理装置から出力される。光信号処理装置は、例えば、図１８で説明した光信号処理装置８３と同様である。搬送光Ｅ₀₂は、光ファイバ１６３の相互位相変調により位相変調を受け、データ信号が多重される。

光ファイバ１６３は、変調用の光ファイバである。光ファイバ１６３は、相互位相変調によって、データ信号を多重し、サーキュレータ１６１へ出力する。すなわち、光ファイバ１６３によって変調された搬送光Ｅ₀₂は、サーキュレータ１６１に出力される。

図２５の例では、搬送光Ｅ₀₂は、端局１５０において搬送光Ｅ₀₁と合波され、光ファイバ伝送により端局１６０に送信される。端局１６０に送信された搬送光Ｅ₀₂は、端局１６０において制御光Ｅ_S2と合波され、変調用の光ファイバ１６３による相互位相変調によってデータ信号が多重される。変調された搬送光Ｅ₀₂は、再び光ファイバ１７１を伝送した後、端局１５０において受信される。端局１６０よりも端局１５０に搬送光光源を配置した方が有利な場合等への応用が可能である。

なお、端局１６０は、搬送光Ｅ₀₂を搬送光Ｅ₀₁から分波した後、制御光Ｅ_S2と合波してもよい。また、図２０の光ネットワークにおいても図２５の応用例を適用することが可能である。

図２６は、図２５の光ネットワークシステムの応用例を示した図である。図２６において、図２５と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図２６の光ネットワークシステムは、端局１８１，１８２を有している、図２６では、端局１６０，１８１，１８２の３台しか示していないがＮ台存在しているとする。以下では、端局１６０を端局Ｂ１、端局１８１を端局Ｂ２、…、端局１８２を端局ＢＮと呼ぶことがある。図２６では、光ファイバ１７１を伝送する光信号は、端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮに分配される。

端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮの有する光信号処理装置には、例えば、第１５の実施の形態や第１６の実施の形態で説明したように、それぞれ異なるキャリア信号の周波数が割り当てられている。すなわち、端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮの制御光には、それぞれ異なるキャリア信号の周波数が割り当てられている。

図２６の例では、端局１５０は、搬送光Ｅ₀₁を用いてＮ台の端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮにデータを伝送するとともに、搬送光Ｅ₀₂を搬送光Ｅ₀₁に合波して端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮに送信する。端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮは、それぞれ制御光を用いて搬送光Ｅ₀₂にデータを載せた後、パワー合成して端局１５０に光ファイバ伝送する。端局１５０は、その搬送光Ｅ₀₂を受信する。Ｎ個の制御光には、上記したようにそれぞれ異なるサブキャリア周波数が割り当てられている。

図２７は、図１８の光ネットワークシステムの他の応用例を示した図である。図２７において、図２５と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
図２７の光ネットワークシステムは、端局１９０，２０１，２０２を有している。図２７では、端局１９０，２０１，２０２の３台しか示していないがＮ台存在しているとする。以下では、端局１９０を端局Ｂ１、端局２０１を端局Ｂ２、…、端局２０２を端局ＢＮと呼ぶことがある。図２７では、光ファイバ１７１を伝送する光信号は、端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮに分配される。

端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮの有する光信号処理装置には、例えば、第１５の実施の形態や第１６の実施の形態で説明したように、それぞれ異なるキャリア信号の周波数が割り当てられている。すなわち、端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮの制御光には、それぞれ異なるキャリア信号の周波数が割り当てられている。

図２７の端局１５０は、図２５の端局１５０に対し、合波器１５３を有していない。すなわち、図２７では、端局１５０は、搬送光Ｅ₀₁に搬送光Ｅ₀₂を合波しない。
端局Ｂ１は、カプラ１９１および光ファイバ１９２を有している。カプラ１９１は、波長λ₀₂の搬送光Ｅ₀₂に、波長λ_S2の制御光Ｅ₀₂を合波する。制御光Ｅ_S2は、図示しない光信号処理装置から出力される。光信号処理装置は、例えば、図１８で説明した光信号処理装置８３と同様である。搬送光Ｅ₀₂は、例えば、端局１９０の外部から入力される。または、端局Ｂ１が搬送光Ｅ₀₂を出力する光源を有していてもよい。搬送光Ｅ₀₂は、光ファイバ１９２の相互位相変調により位相変調を受け、データ信号が多重される。端局Ｂ１は、搬送光Ｅ₀₁を受信する。

光ファイバ１９２は、変調用の光ファイバである。光ファイバ１９２は、相互位相変調によってデータ信号を多重し、端局Ｂ２へ出力する。すなわち、光ファイバ１９２によって変調された搬送光Ｅ₀₂は、端局Ｂ２に出力される。

端局Ｂ２，…ＢＮ−１は、端局Ｂ１と同様にカプラおよび光ファイバを有している。ただし、端局Ｂ２，…ＢＮ−１には、前段の端局から出力された搬送光Ｅ₀₂が入力されるところが異なる。

端局ＢＮは、端局Ｂ１と同様にカプラおよび光ファイバを有している。ただし、端局ＢＮは、変調した搬送光Ｅ_S2を光ファイバ１７１に出力するところが異なる。
図２７の例では、端局Ｂ１に入力された搬送光Ｅ₀₂が、端局Ｂ２，…，ＢＮを伝搬するようになっている。端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮ−１のそれぞれは、制御光を用いて搬送光Ｅ₀₂にデータを載せた後、パワー合成して、次段の端局に出力する。端局ＢＮは、制御光を用いて搬送光Ｅ₀₂にデータを載せた後、光ファイバ１７１に出力する。Ｎ個の制御光には、上記したようにそれぞれ異なるサブキャリア周波数が割り当てられている。

なお、図２７では、Ｎ台の端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮに変調用の光ファイバを配置し、相互位相変調により信号を周波数多重するようにしたが、端局ＢＮに共通の変調用の光ファイバを配置し、Ｎ台の端局Ｂ１，Ｂ２，…，ＢＮからの制御光を用いてまとめて信号を光周波数多重することも可能である。

次に、第１７の実施の形態について説明する。第１７の実施の形態では、受信機について説明する。
図２８は、第１７の実施の形態に係る受信機を示した図である。図２８において、図９と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図２８の受信機は、図９の受信機に対し、ＬＤ１３１および合波器１３２を有している。ＬＤ１３１は、局発光Ｅ_LOを出力する。合波器１３２は、ＰＤ６１に入力される搬送光Ｅ₀₁または搬送光Ｅ₀₂に局発光Ｅ_LOを合波する。局発光Ｅ_LOの周波数は、搬送光Ｅ₀₁または搬送光Ｅ₀₂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、ＰＤ６１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。

このように、受信機は、非線形光学媒質においてデータ信号によって変調されたキャリア信号により変調された制御光によって相互位相変調されたデータ信号を復調することができる。

なお、双方向通信においても、図９や図１１に示した受信機を適用することができ、また、図２８の受信機を片方向通信に適用することもできる。
次に、第１８の実施の形態について説明する。第１８の実施の形態では、光信号処理装置のフィードバック処理について説明する。

図２９は、第１８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２９に示すように、光信号処理装置は、光変調器１４１、モニタ回路１４２、比較回路１４３、パワー制御回路１４４、偏光制御回路１４５、偏光制御器１４６、および光パワー制御器１４７，１４８を有している。

光変調器１４１は、例えば、図１に示した非線形光学媒質５に対応する。
モニタ回路１４２は、光変調器１４１から出力される変調搬送光の品質をモニタする。モニタ回路１４２は、例えば、変調搬送光の波長を抽出するフィルタとフィルタにより抽出された搬送光を受光する受光素子とを有している。

比較回路１４３は、モニタ回路１４２によってモニタされた変調搬送光の光パワー、波形、スペクトル等に基づいて、搬送光の動作特性を算出し、所定の閾値と比較する。
パワー制御回路１４４は、比較回路１４３の比較結果に基づいて、光変調器１４１の相互位相変調に関係する制御光および搬送光の光パワーを制御する。例えば、パワー制御回路１４４は、制御光の光パワーを制御する光パワー制御器１４７を制御する。また、パワー制御回路１４４は、搬送光の光パワーを制御する光パワー制御器１４８を制御する。

偏光制御回路１４５は、比較回路１４３の比較結果に基づいて、光変調器１４１の相互位相変調に関係する制御光および搬送光の偏光状態を制御する。例えば、偏光制御回路１４５は、制御光の偏光状態を制御する偏光制御器１４６を制御する。また、偏光制御回路１４５は、光変調器１４１の有する搬送光の偏光状態を制御する偏光制御器を制御する。

偏光制御器１４６には、制御光が入力される。偏光制御器１４６は、偏光制御回路１４５の制御に応じて、制御光の偏光状態を制御する。
このように、光信号処理装置は、フィードバック制御を行うことにより、光変調器１４１から適切に変調された変調搬送光を出力することができる。

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。また、搬送光と制御光の偏光状態は、一致しているものとする。この場合、搬送光は、制御光のパワーＰ_Ctに比例する以下の位相変調を受ける。

ここで、式（１）のＰ_Ct（０）は制御光の光パワー、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、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。
この制御光による相互位相変調により、搬送光に光位相変調を与えることが可能である。与えられる位相変調の大きさφ（Ｌ）は、制御光の強度と光ファイバの非線形係数および長さにより決めることができる。

制御光と搬送光の合波には、ＷＤＭ光カプラ等を用いる。また、光ファイバの出力端において、変調された搬送光を抽出するため、光帯域フィルタ、搬送光以外の波長成分（制御光等）を遮断する帯域遮断フィルタ、ＷＤＭ光カプラ等を用いる。特に、ＷＤＭ光カプラは、透過損失が小さく、搬送光にほとんど影響を与えることなく、制御光を合波および分波することができる。

なお、光ファイバとしては、非線形光学効果を発生するのに十分な長さのものを用いる。いわゆる高非線形ファイバであれば、非線形定数が１０〜３０（１／Ｗ／ｋｍ）のものが実用化されており、これを数１０〜数１００ｍ程度用いることにより、１０ｍＷ程度の制御光を用いて搬送光を変調できる。

また、伝送路ファイバの適当な長さを抽出し、その前後にＷＤＭ光カプラを配置し、伝送路ファイバ内の非線形光学効果を用いて、搬送光に情報信号を載せてもよい。通常の伝送路ファイバの非線形定数は、２（１／Ｗ／ｋｍ）程度であるから、上記のモデルでは、１００ｍ〜１ｋｍ程度の長さがあれば搬送光を変調できる。実際の光ネットワーク／リンクにおいては、上記のように伝送路ファイバの一部を相互位相変調器として用いることができれば、光ネットワーク／リンク内の任意の場所において搬送光を変調することができる。また、その際、制御光が入力されない場合には、搬送光は何ら影響を受けず、従来の光ネットワークとの整合がよい。

特に非線形効果を高めた媒質を用いる場合には、例えば、光ファイバとしては、高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：High Nonlinear optical Fiber）をはじめ、コアにゲルマニウムやビスマス等をドープして非線形屈折率を高めたファイバや導波路構成、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ファイバや導波路構成、カルコゲナイドガラスを用いたファイバや導波路構成、フォトニック結晶ファイバや導波路構成等を採用するようにしてもよい。また、他の非線形光学媒質として、量子井戸構造の半導体光アンプ、量子ドット半導体光アンプ、シリコンフォトニクス型導波路等を用いることも可能である。さらに、他の非線形光学媒質として、三光波混合などの２次の非線形光学効果を発生させるデバイスを利用することもできる。この場合、これらのデバイスは、例えば、擬似位相整合構造を有するLiNbO₃導波路、GaAlAs素子、あるいは２次非線形光学結晶等を用いることもできる。２次の非線形媒質を用いる場合でも、位相整合がとれる波長配置をとる構成が好ましい。

（付記１） 搬送光が伝搬する非線形光学媒質において前記搬送光を相互位相変調するために前記搬送光に合波される、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した制御光を出力する光変調器、
を有することを特徴とする光信号処理装置。

（付記２） 前記非線形光学媒質は光ファイバであり、前記搬送光は前記光ファイバによって相互位相変調されることを特徴とする付記１記載の光信号処理装置。
（付記３） 前記データ信号は複数存在し、前記データ信号ごとに前記キャリア信号の周波数が異なっていることを特徴とする付記２記載の光信号処理装置。

（付記４） 前記制御光および前記搬送光は、異なる波長を有することを特徴とする付記２記載の光信号処理装置。
（付記５） 前記非線形光学媒質には、前記搬送光から前記制御光を分波するＷＤＭ光カプラが配置されることを特徴とする付記２記載の光信号処理装置。

（付記６） 前記制御光および前記搬送光の偏光状態を制御する偏光制御部をさらに有することを特徴とする付記２記載の光信号処理装置。
（付記７） 前記非線形光学媒質によって相互位相変調された前記搬送光をモニタし、モニタした前記搬送光に基づいて、前記制御光および前記搬送光の偏光状態および光パワーを制御することを特徴とする付記２記載の光信号処理装置。

（付記８） 前記キャリア信号の周波数間隔は、前記データ信号の帯域より小さくなるように設定されることを特徴とする付記３記載の光信号処理装置。
（付記９） 前記データ信号がクロストークしないように前記データ信号の帯域を削減する低域通過型フィルタをさらに有することを特徴とする付記８記載の光信号処理装置。

（付記１０） 前記データ信号がクロストークしないように変調信号の前記データ信号の帯域を削減する帯域通過型フィルタをさらに有することを特徴とする付記８記載の光信号処理装置。

（付記１１） 前記データ信号がクロストークしないように前記制御光に含まれる前記データ信号の帯域を削減する帯域透過光フィルタをさらに有することを特徴とする付記８記載の光信号処理装置。

（付記１２） データ信号によって変調されたキャリア信号により変調された制御光を出力し、
搬送光が伝搬する非線形光学媒質において前記搬送光を相互位相変調するために前記搬送光に前記制御光を合波する、
ことを特徴とする光通信方法。

（付記１３） 搬送光を受光し電気信号に変換する受光部と、
前記受光部の前記電気信号に基づいてデータ信号を復調する復調部と、
を備え、
前記搬送光は非線形光学媒質において前記データ信号によって変調されたキャリア信号により変調された制御光によって相互位相変調されていることを特徴とする受信機。

（付記１４） 前記制御光の有する前記データ信号は、サブキャリア変調されており、
前記受光部によって変換された前記電気信号から前記サブキャリア変調の周波数数成分のサブキャリア信号を抽出するフィルタをさらに有することを特徴する付記１３記載の受信機。

（付記１５） 搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、
データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した制御光を出力する光変調器と、
前記非線形光学媒質において前記搬送光を前記制御光によって相互位相変調するために前記搬送光に前記制御光を合波する合波器と、
を有することを特徴とする光ネットワークシステム。

（付記１６） 前記データ信号は複数存在し、前記データ信号ごとに前記キャリア信号の周波数が異なっていることを特徴とする付記１５記載の光ネットワークシステム。
（付記１７） 前記光変調器を備えた光信号処理装置が複数存在し、前記光信号処理装置ごとにおいて前記キャリア信号の周波数が異なっていることを特徴とする付記１５または１６記載の光ネットワークシステム。

（付記１８） 前記非線形光学媒質によって相互位相変調された前記搬送光を受光し、電気信号に変換する受光部と、前記受光部の前記電気信号に基づいて前記データ信号を復調する復調部と、を有する受信機をさらに有することを特徴とする付記１５記載の光ネットワークシステム。

（付記１９） 前記搬送光の受信局において、前記搬送光と異なる波長の光をベースバンドのデータ信号およびデータ信号によって変調された前記キャリア信号の合成信号により変調し、この変調光を前記制御光により前記搬送光を変調する地点まで伝送し、受信することを特徴とする付記１５記載の光ネットワークシステム。

（付記２０） 第１の方向と前記第１の方向とは反対方向の第２の方向とで搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、
データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した制御光を出力する第１の光変調器および第２の光変調器と、
前記非線形光学媒質において前記第１の方向の前記搬送光を相互位相変調するために、前記第１の方向の前記搬送光に前記第１の光変調器の前記制御光を合波する第１のカプラと、
前記非線形光学媒質において前記第２の方向の前記搬送光を相互位相変調するために、前記第２の方向の前記搬送光に前記第２の光変調器の前記制御光を合波する第２のカプラと、
を有することを特徴とする光ネットワークシステム。

（付記２１） 前記第１の光変調器の前記制御光および前記第２の光変調器の前記制御光は、前記第１のカプラおよび前記第２のカプラによって、伝送路への伝搬が遮断されることを特徴とする付記２０記載の光ネットワークシステム。

（付記２２） 前記非線形光学媒質には、前記第１の方向の前記搬送光から前記第１の光変調器の前記制御光を分波する第３のカプラと、前記第２の方向の前記搬送光から前記第２の光変調器の前記制御光を分波する第４のカプラとが配置されることを特徴とする付記２０記載の光ネットワークシステム。

（付記２３） 前記第１の光変調器または前記第２の光変調器を備えた光信号処理装置が複数存在し、前記光信号処理装置ごとにおいて前記キャリア信号の周波数が異なっていることを特徴とする付記２０記載の光ネットワークシステム。

（付記２４） 前記データ信号は複数存在し、前記データ信号ごとに前記キャリア信号の周波数が異なっていることを特徴とする付記２０記載の光ネットワークシステム。
（付記２５） 第１の非線形光学媒質と、
データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した第１の制御光を出力する第１の光変調器と、前記第１の非線形光学媒質において第１の搬送光を相互位相変調するために、前記第１の搬送光に前記第１の制御光を合波する第１のカプラと、前記第１のカプラから出力される前記第１の搬送光に第２の搬送光を合波する合波器と、を有する第１の端局と、
第２の非線形光学媒質と、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した第２の制御光を出力する第２の光変調器と、前記第２の非線形光学媒質において前記第２の搬送光を相互位相変調するために、前記第２の搬送光に前記第２の制御光を合波する第２のカプラと、前記第１の端局から送信された前記第１の搬送光に合波された前記第２の搬送光を前記第２のカプラに出力し、前記第２の非線形光学媒質から出力される相互位相変調された前記第２の搬送光を前記第１の端局に送信するサーキュレータと、を有する第２の端局と、
を有することを特徴とする光ネットワークシステム。

（付記２６） 第１の非線形光学媒質と、
データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した第１の制御光を出力する第１の光変調器と、前記第１の非線形光学媒質において第１の搬送光を相互位相変調するために、前記第１の搬送光に前記第１の制御光を合波する第１のカプラと、を有する第１の端局と、
第２の非線形光学媒質と、データ信号によって変調されたキャリア信号により変調した第２の制御光を出力する第２の光変調器と、前記第２の非線形光学媒質において第２の搬送光を相互位相変調するために、前記第２の搬送光に前記第２の制御光を合波する第２のカプラと、を有する複数の第２の端局と、を備え、
前記第２の端局は、前記第２の非線形光学媒質によって相互位相変調された前記第２の搬送光を次端局に出力することを特徴とする光ネットワークシステム。

１ 発振器
２ 乗算器
３ 光変調器
４ 合波器
５ 非線形光学媒質

Claims (9)

1. 搬送光が伝搬する非線形光学媒質において前記搬送光を相互位相変調するために前記搬送光に合波される、複数のデータ信号によってそれぞれ変調された複数のサブキャリア信号の組により変調した制御光を出力する光変調器、
   を有し、
   前記データ信号ごとに前記サブキャリア信号の周波数が異なっている
   ことを特徴とする光信号処理装置。
2. 前記非線形光学媒質は光ファイバであり、前記搬送光は前記光ファイバによって相互位相変調される
   ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理装置。
3. 前記制御光および前記搬送光の偏光状態を制御する偏光制御部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項２記載の光信号処理装置。
4. 前記サブキャリア信号の周波数間隔は、前記データ信号の帯域より小さくなるように設定される
   ことを特徴とする請求項１記載の光信号処理装置。
5. 複数のデータ信号によってそれぞれ変調された複数のサブキャリア信号の組により変調された制御光を出力し、搬送光が伝搬する非線形光学媒質において前記搬送光を相互位相変調するために前記搬送光に前記制御光を合波する工程を含み、
   前記データ信号ごとに前記サブキャリア信号の周波数が異なっている
   ことを特徴とする光通信方法。
6. 搬送光を受光し電気信号に変換する受光部と、
   前記受光部の前記電気信号に基づいて複数のデータ信号を復調する復調部と、
   を備え、
   前記搬送光は非線形光学媒質において前記複数のデータ信号によってそれぞれ変調された複数のサブキャリア信号の組により変調された制御光によって相互位相変調されており、
   前記データ信号ごとに前記サブキャリア信号の周波数が異なっている
   ことを特徴とする受信機。
7. 搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、
   複数のデータ信号によってそれぞれ変調された複数のサブキャリア信号の組により変調した制御光を出力する光変調器と、
   前記非線形光学媒質において前記搬送光を前記制御光によって相互位相変調するために前記搬送光に前記制御光を合波する合波器と、
   を有し、
   前記データ信号ごとに前記サブキャリア信号の周波数が異なっている
   ことを特徴とする光ネットワークシステム。
8. 前記光変調器を備えた光信号処理装置が複数存在し、前記光信号処理装置ごとにおいて前記サブキャリア信号の周波数が異なっている
   ことを特徴とする請求項７記載の光ネットワークシステム。
9. 第１の方向と前記第１の方向とは反対方向の第２の方向とで搬送光が伝搬する非線形光学媒質と、
   複数のデータ信号によってそれぞれ変調された複数のサブキャリア信号の組により変調した制御光を出力する第１の光変調器および第２の光変調器と、
   前記非線形光学媒質において前記第１の方向の前記搬送光を相互位相変調するために、前記第１の方向の前記搬送光に前記第１の光変調器の前記制御光を合波する第１のカプラと、
   前記非線形光学媒質において前記第２の方向の前記搬送光を相互位相変調するために、前記第２の方向の前記搬送光に前記第２の光変調器の前記制御光を合波する第２のカプラと、
   を有し、
   前記データ信号ごとに前記サブキャリア信号の周波数が異なっている
   ことを特徴とする光ネットワークシステム。
   
   

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