JP5979563B2 - 位相感応型光増幅器の設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ通信システムなどに利用可能な位相感応型光増幅器及びその設計方法、並びに、該位相感応型光増幅器を用いたＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器、ＢＰＳＫ信号再生器、ＱＰＳＫ信号逆多重器及びＱＰＳＫ信号再生器に関する。

位相変調信号光に生じた位相雑音を除去するために、位相感応型光増幅器（Ｐｈａｓｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＰＳＡ）の検討が進められている。ＰＳＡでは、ポンプ光と信号光を合波して光ファイバ等の非線形媒体に入射し、そこで生じるパラメトリックプロセスを利用する。
前記パラメトリックプロセスとは、合波して前記非線形媒体に入射された前記ポンプ光と前記信号光が、前記非線形媒体を伝搬する際に生じるカー効果等の非線形効果によって、四光波混合（Ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ；ＦＷＭ）という現象を通じてエネルギーを互いにやりとりするプロセスである。
前記パラメトリックプロセスでは、前記ポンプ光と前記信号光からアイドラ光が発生するが、前記アイドラ光の位相は、入射時の前記信号光及び前記ポンプ光の位相に依存する。前記アイドラ光と前記信号光の周波数が等しくなるように前記ＰＳＡの設計を行った場合、元から存在していた前記信号光と、新たに発生したアイドラ光が互いに干渉する。その結果、前記信号光の得る利得が、前記非線形媒体入射時における前記ポンプ光と前記信号光の相対位相差に依存することになり、前記信号光をその位相状態に応じて増幅あるいは減衰させるための信号処理に用いることが可能となる。

ＰＳＡにはいくつかの形態が存在するが、周波数の異なる２つの連続光（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ；ＣＷ）を前記ポンプ光とし、これらポンプ光と、中心周波数を前記２つのポンプ光の周波数の平均値に一致させた前記信号光とを、光ファイバ等の非線形媒体に入射して、そこで生じる前記パラメトリックプロセスを用いる構成がしばしば用いられる（非特許文献１〜４）。ここでは、この構成のＰＳＡ（Ｄｕａｌ−Ｐｕｍｐ ＰＳＡ；ＤＰ−ＰＳＡとも呼ばれる）にのみ着目し、以降は単にＰＳＡと呼ぶ。

前記ＰＳＡを用いると、前記信号光の位相成分のうち、ある成分が増幅され、一方その成分と直交位相関係を持つ成分が減衰する。この様子を詳しく述べるため、図１（ａ）に複素平面上に位相が９０度ずつずれた４つの信号複素振幅を示す。Ｒｅと示された実軸は、前記信号光と前記ポンプ光を前記非線形媒体に入射する際、ＰＳＡ出力後の前記信号光の増幅利得が最も大きくなるように、前記信号光と前記ポンプ光の初期相対位相差を選んだ場合に、前記信号光の位相が０あるいはπとなるように設定されたものである。
即ち、図１（ａ）に示された４つの信号のうち、実軸上に位置する２つの信号成分は、前記ＰＳＡによる増幅利得が最大になる成分である。このような位相成分を、以下では「同相」成分という。これに対して、図１（ａ）でＩｍと示された虚軸は、「同相」の場合の前記信号光と位相が９０度ずれていることを意味し、この軸上にある２つの信号成分は、前記ＰＳＡによって減衰する成分である。以下ではこれを「直交」成分という。前記信号光の任意の位相成分は、前記同相成分と前記直交成分に分解することができ、前者は増幅利得を得る一方、後者は減衰することになる。一例として、図１（ｂ）に示された信号の同相成分が増幅され、直交成分が減衰した結果、図１（ｃ）に示すような信号が前記ＰＳＡの出力信号として得られる。
二値位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）変調の場合、変調信号の位相が前記ＰＳＡにおける「同相」成分となるように、前記ポンプ光と前記信号光の初期相対位相差を調整することで、「直交」成分に相当する位相雑音を抑圧することができる。

図２にＰＳＡの代表的な構成例を示し、以下にその動作を述べる。
入力信号光１がＰＳＡ１００に入力されると、その一部が分岐されてポンプ光発生手段１０に入力される。
ポンプ光発生手段１０では、周波数の異なる２つの連続光からなるポンプ光を発生させる。
これらのポンプ光は、第１の光強度調整手段１１によって光強度が調整されて出力される。また、入力信号光１は、信号光位相調整手段１２に入力され、入力信号光１と前記ポンプ光との相対位相差が調整されて出力される。前記相対位相差をいかなる値に設定するかは、どのようなＰＳＡ動作をさせるかによって変化するため、外部より位相調整用信号２が入力されるものとするが、あらかじめ動作が規定されたＰＳＡでは、位相調整用信号２を発生させる手段がＰＳＡ１００の内部に設置されていてもよいし、あるいは位相調整用信号２が存在せず、信号光位相調整手段１２の位相調整量がある値に固定されている構成でもよい。
こうして出力される前記ポンプ光と入力信号光１とは、光カプラなどの合波光発生手段１３によって合波される。合波された合波光は、第２の光強度調整手段１４により光強度が調整されて出力される。
光強度の調整された前記合波光は、光ファイバなどの非線形媒体１５に入射され、そこで前記パラメトリックプロセスが生じる。このとき、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、入力信号光１の位相成分のうち、前記同相成分が増幅され、前記直交成分は減衰する。
最後に、非線形媒体１５から出力された信号から、帯域通過フィルタ等の信号光抽出手段１６によって、前記ポンプ光が除去されて出力信号光３のみが出力される。
従来知られているＰＳＡは、おおむね図２の構成を念頭に置いて原理確認が行われた例、あるいは実際それに近い構成で動作した例である。非特許文献２ではＰＳＡの動作原理が実験的に確認され、非特許文献３，４ではおおむね図２の構成にもとづいた前記ＰＳＡが用いられ、位相変調信号光の位相雑音低減効果が実験的に確認されている。なお、ここでは、非線形媒体１５として光ファイバのみを考えている。

Ｃ． Ｊ． ＭｃＫｉｎｓｔｒｉｅ ａｎｄ Ｓ． Ｒａｄｉｃ， "Ｐｈａｓｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｆｉｂｅｒ，" Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ． １２， ｎｏ． ２０， ｐｐ． ２９７３−４９７９ （２００４）． Ｋ． Ｔａｋａｎｏ ｅｔ ａｌ．， "Ｐｈａｓｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｗｏ−ｐｕｍｐ Ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ ｉｎ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ，" ｉｎ Ｐｒｏｃ． Ｅｕｒ． Ｃｏｎｆ． Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ （ＥＣＯＣ ２００６）， Ｃａｎｎｅｓ， Ｆｒａｎｃｅ， Ｐａｐｅｒ Ｔｈ１．３．６． Ｋ． Ｃｒｏｕｓｓｏｒｅ ａｎｄ Ｇｕｉｆａｎｇ Ｌｉ， "Ｐｈａｓｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＲＺ−ＤＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ−Ｐｕｍｐ Ｐｈａｓｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，" ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ． １９， ｎｏ． １１， ｐｐ． ８６４−８６６ （２００７）． Ｆ． Ｐａｒｍｉｇｉａｎｉ ｅｔ ａｌ．， "Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ４０Ｇｂｉｔ／ｓ ＤＰＳＫ Ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ａ Ｂｌａｃｋ−Ｂｏｘ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，" ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （ＣＤ） （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１０）， ｐａｐｅｒ ＰＤＰＣ３． Ｚ． Ｚｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， "Ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＱＰＳＫ／ＱＰＳＫ ｓｉｇｎａｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｈａｓｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，" Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ｖｏｌ． ２８１， ｐｐ． ２７５５−２７５９ （２００８）．

前記ＰＳＡを動作させるにあたって重要な指標となるのは、前記信号光の位相成分のうち前記同相成分の増幅利得と前記直交成分の減衰量の比であり、これを利得消光比（Ｇａｉｎ−Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ；ＧＥＲ）という。前記ＧＥＲが大きい場合、前記同相成分に対する前記直交成分が相対的に小さくなることから、位相変調信号に対する位相雑音の除去という所望の目的を達成することができる。
従来知られている技術では、前記ＰＳＡを構成する際に前記同相成分の増幅利得をできるだけ大きくするよう設計することで、相対的に前記直交成分が小さくなって、結果的に前記ＧＥＲを大きくする方法が採られてきた。
ただし、前記ＰＳＡにおいて、前記同相成分の増幅利得を大きくするためには、前記ポンプ光の光強度を極端に大きくするなど、前記パラメトリックプロセスの程度を極めて大きくする必要がある。
実際、このような設定を行った非特許文献３によると、３０ｄＢという大きな前記ＧＥＲが達成されているが、前記ポンプ光の光強度は３２．５ｄＢｍという大きな値であり、このように大きな光強度は実用化に向けて大きな障害となっている。

ところで、ファイバにおける前記パラメトリックプロセスの発現量を示す指標として、非線形位相シフト量φＮＬを用いることができる。φＮＬは、次式、φＮＬ＝γＰ_ｐＬで与えられる。ただし、γ及びＬはそれぞれ、前記パラメトリックプロセスを発生させるための前記ファイバの非線形定数及び実効長（伝搬長）であり、Ｐ_ｐはポンプ光を前記ファイバに入力する際の強度である。
非特許文献３に開示される設定では、前記非線形媒体として前記非線形定数がγ＝１．１［１／Ｗ／ｍ］、長さが５．６４ｍ、伝搬損失が１．４ｄＢ／ｍ、通常ファイバとの融着損失が片端１．５ｄＢという光ファイバを使用しており、非線形効果に対する実効長Ｌは、Ｌ＝２．６０ｍである。３０ｄＢという大きな前記ＧＥＲを得るために用いたポンプ光の強度は３２．５ｄＢｍであり、融着損失を考慮した結果、前記光ファイバへ実際に入力された光の強度Ｐ_ｐは、Ｐ_ｐ＝３１ｄＢｍ、即ち、１．２６Ｗであるから、このときの前記非線形位相シフト量φＮＬは、φＮＬ＝γＰ_ｐＬ＝３．６ｒａｄと見積もられる。同様に、２０ｄＢの前記ＧＥＲを得るためのポンプ光強度は２９．２ｄＢｍであり、融着損失を考慮した結果、前記ファイバへ実際に入力された光の強度Ｐ_ｐは、Ｐ_ｐ＝２７．７ｄＢｍ、即ち、０．５９Ｗであるから、このときの前記非線形位相シフト量φＮＬは、φＮＬ＝γＰ_ｐＬ＝１．７ｒａｄと見積もられる。
前記ポンプ光の強度Ｐ_ｐを減少させたうえで同じＰＳＡ動作を実現するためには、前記光ファイバの前記非線形定数γと前記長さＬの片方あるいは両方を増加させる必要があり、コスト増につながるため問題である。即ち、小さな前記非線形位相シフト量φＮＬで大きな前記ＧＥＲが実現されなければならない。

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、小さな非線形効果で大きな利得消光比が得られ、位相雑音を効率的に抑圧することが可能な位相感応型光増幅器及びその設計方法、並びに、該位相感応型光増幅器を用いたＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器、ＢＰＳＫ信号再生器、ＱＰＳＫ信号逆多重器及びＱＰＳＫ信号再生器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 周波数の異なる２つの連続光であるポンプ光を発生させるポンプ光発生手段と、中心周波数が前記２つの連続光の中間の周波数に一致する光として入力される信号光と前記ポンプ光とを合波して合波光を発生する合波光発生手段と、前記合波光の前記信号光と前記ポンプ光との相対位相差を調整する位相差調整手段と、相対位相差が調整された前記合波光を入力してパラメトリックプロセスを発生させる非線形媒体と、を有する位相感応型光増幅器に対し、少なくとも、２つの前記ポンプ光、入力される前記信号光、及び２つの前記ポンプ光と入力される前記信号光とにより発生する４つの一次アイドラ光の７波成分に基づいて計算され、目的とする利得消光比によって決定される前記位相感応型光増幅器の出力信号光の複素振幅値を半径とする円を、原点を中心として複素平面上に描いたときに、入力される前記信号光の位相が直交成分に一致する際の前記出力信号光の前記複素振幅値が前記円内に収まるように、前記ポンプ光の強度と、前記非線形媒体の非線形定数、伝搬長及び分散値とを設定することを特徴とする位相感応型光増幅器の設計方法。

本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、小さな非線形効果で大きな利得消光比が得られ、位相雑音を効率的に抑圧することが可能な位相感応型光増幅器及びその設計方法、並びに、該位相感応型光増幅器を用いたＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器、ＢＰＳＫ信号再生器、ＱＰＳＫ信号逆多重器及びＱＰＳＫ信号再生器を提供することができる。

複素平面と、位相が９０度ずつずれた４つの信号複素振幅を示す図である。 入力信号光の１例を示す図である。 入力信号光の同相成分が増幅され、直交成分が減衰された結果、得られる出力信号光を示す図である。 位相感応型光増幅器の基本的な構成を示す図である。 入力信号光とポンプ光の周波数配置を示した概念図である。 ＰＳＡの構成例を示す説明図である。 ＰＳＡ動作の原理を確認するための実験系を示す図である。 ポンプ光と信号光の相対位相が同相の場合のスペクトル図である。 ポンプ光と信号光の相対位相が直交の場合のスペクトル図である。 周波数軸上における入力ポンプ光、入力信号光、ポンプ光−ポンプ光ＦＷＭで発生する一次アイドラ光、ポンプ光−信号光ＦＷＭで発生する一次アイドラ光を示す図である。 非線形位相シフト量φＮＬに対する信号光の利得量又は減衰量を示す図である。 非線形位相シフト量φＮＬを０から１．４ｒａｄで変化させた場合の出力信号光の複素振幅が複素平面上で発展する様子を示した図である。 ファイバの分散値を変化させたときの信号光の複素振幅が発展する様子を示した図である。 ＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器及びＢＰＳＫ信号再生器の構成例を示す図である。 ＱＰＳＫ信号逆多重器の構成例を示す図である。 ＱＰＳＫ信号再生器の構成例を示す図である。

（位相感応型光増幅器）
本発明の位相感応型光増幅器について、図を参照しつつ説明する。
先ず、再び図２を参照して、本発明の位相感応型光増幅器の基本的な構成例を説明する。

＜ポンプ光発生手段＞
ＰＳＡ１００に図示しない信号光入力手段（任意の光源、ＢＰＳＫ信号発生手段、ＱＰＳＫ信号発生手段等）により入力信号光１が入力されると、一部が分岐されてポンプ光発生手段１０に入力される。また、入力信号光１の分岐には、図示しない光カプラなどが用いられる。
ポンプ光発生手段１０では、例えば、インジェクションロッキング機構を持つレーザダイオードなどを光源として、入力信号光１に同期した単一周波数の連続光を発生させる。
この連続光をある周波数Δｆで外部変調することで、周波数間隔がΔｆである光周波数コムが生成される。このコム成分のうち、入力信号光１との周波数配置が図３となるような２成分のみを切り出して、ポンプ光とする。これにより、周波数の異なる２つの連続光からなる前記ポンプ光（コム１及びコム２）が得られる。
また、入力信号光１と前記ポンプ光との関係性から、入力信号光１では、その中心周波数が前記２つの連続光の中間の周波数に一致することとなる。

なお、図３は、入力信号光１と前記ポンプ光の周波数配置を示した概念図であり、該図において、Δｆ’は前記ポンプ光の１つのコム成分と入力信号光１の周波数間隔を示している。
また、本発明に用いられるポンプ光発生手段としては、周波数の異なる２つの連続光であるポンプ光を発生可能である限り、特に制限はなく、前記構成例に限定されるものではない。また、前記信号光入力手段についても、中心周波数が前記２つの連続光の中間の周波数に一致する信号光を入力可能である限り、特に制限はなく、前記構成例に限定されるものではない。

＜合波光発生手段＞
次に、ポンプ光発生手段１０で発生させた前記各ポンプ光と、入力信号光１とは、光カプラなどの合波光発生手段１３によって合波され、合波光とされる。

＜信号光位相調整手段＞
信号光位相調整手段１２は、入力信号光１と前記ポンプ光発生手段１０で発生される前記各ポンプ光との相対位相差を調整し、相対位相差が調整された入力信号光１を前記合波光発生手段１３に出力する。
もっとも、前記相対位相差の調整は、合波の前後どちらかで行えばよく、合波後に調整する場合には、例えば、図４に示すように、ポンプ光発生手段２０、光強度調整手段２１，２４、合波光発生手段２３、信号光位相調整手段２２、非線形媒体２５及び信号光抽出手段２６で構成されたＰＳＡ２００において、合波光発生手段２３で合波された入力信号光１と２つのポンプ光のうち、入力信号光１の位相を調整するように信号光位相調整手段２２を配してもよい。
ただし、合波後に入力信号光１の位相を調整するＰＳＡ２００においては、信号光位相調整手段２２が、合波された前記各ポンプ光と入力信号光１の周波数成分毎に独立して、位相を制御できる手段でなければならない。
なお、図４は、他のＰＳＡの構成例を示す説明図であり、ＰＳＡ２００は、信号光位相調整手段２２の配置以外、ＰＳＡ１００と同様に構成される。

また、前記相対位相差をいかなる値に設定するかは、どのようなＰＳＡ動作をさせるかによって変化するため、外部より位相調整用信号２が入力されるものとする。これにより、前記相対位相差の値を目的に応じて適宜設定することができる。

＜光強度調整手段＞
図２において、ポンプ光発生手段１０から出力される前記各ポンプ光は、光強度調整手段１１により、光の強度が調整される。また、信号光位相調整手段１２から出力される入力信号光１及び前記各ポンプ光は、光強度調整手段１４により、光の強度が調整される。これら光強度調整手段１１，１４は、例えば、各手段から出力される光の強度を増幅させるために用いられ、エルビウム添加光ファイバ増幅器などの光増幅器で構成される。

ただし、光強度調整手段１１，１４としては、前記各手段から出力される光の強度が十分である場合、必ずしも必要ではない。また、光強度調整手段１１のみを配して前記各ポンプ光のみの光の強度を調整してもよく、更に、光強度調整手段１４のみを配して信号光位相調整手段１２から出力される入力信号光１及び前記各ポンプ光の光強度を調整することとしてもよい。また、光強度調整手段１１，１４として前記エルビウム添加光ファイバ増幅器などの光増幅器を用いる場合、増幅利得を調整することで光強度を調整してもよいが、これに代えて増幅利得は大きな値の一定値とし、光強度調整手段１１，１４の後段に可変光減衰器（ＶＯＡ）などを配して、光強度を調整する手段をとってもよい。

光強度調整手段１４から出力される入力信号光１及び前記各ポンプ光の合波光は、光ファイバなどの非線形媒体１５に入射され、そこで前述のパラメトリックプロセスが生じる。このとき、図１（ａ）〜（ｃ）に示したように、入力信号光１の位相成分のうち、前記同相成分が増幅され、前記直交成分は減衰する。

＜非線形媒体＞
非線形媒体１５としては、目的とする前記ＧＥＲが得られる限り、特に制限はなく、光ファイバなどを挙げることができるが、中でも異常分散値を有する光ファイバが好ましい。前記異常分散値を有する光ファイバを用いると、目的とする前記ＧＥＲを前記ＰＳＡの実用化に向けて理想的な設計で達成することができる。
また、非線形媒体１５としては、特に制限はないが、その非線形定数γが次式、γ≧５［１／Ｗ／Ｋｍ］を満たす高非線形光ファイバであることが好ましい。前記非線形定数γが５未満であると、目的とする前記ＧＥＲを達成するための設計幅が限られやすい。
このような非線形媒体１５としては、特に制限はないが、石英ガラスを含む高非線形光ファイバが好ましい。例えば、石英ガラスをベースとし、コア部に屈折率を上昇させる他の材料（ゲルマニウム等）を高濃度でドープし、更にコア部の直径を通常のファイバよりも小さく設計した高非線形光ファイバなどが好ましい。

＜その他の手段＞
非線形媒体１５から出力された信号から、帯域通過フィルタ等の信号光抽出手段１６によって、前記ポンプ光が除去されて、入力信号光１の利得が増幅された出力信号光３のみが出力される。
ただし、信号光抽出手段１６は、前記ＰＳＡに必ず配されるものではなく、例えば、ＰＳＡ１００の外部に備えられていてもよい。
また、本発明の位相感応型光増幅器においては、その効果を妨げない限り、図２に示す手段以外の手段を適宜採用して構成することができる。

＜設計原理＞
前記位相感応型増幅器（ＰＳＡ）は、前記ポンプ光の強度、前記非線形媒体の非線形定数、伝搬長及び分散値が以下に説明する設計原理に従って設定されていることを技術の核とする。

先ず、前記位相感応型増幅器の設計原理の有効性を確認するために行った実験系から説明する。図５は、ＰＳＡ動作の原理を確認するための実験系を示す。
波長可変光源（ＴＬＳ）３０１から出力される波長１，５６１ｎｍの連続光を光パルス発生器（ＯＰＧ）３０２によってパルス変調し、周波数間隔４３ＧＨｚの光周波数コムを発生させる。
このうち、波長１，５６１ｎｍに対応する周波数を中心とする３つの周波数コム成分以外を、帯域通過光フィルタ（ＯＢＰＦ）３０３によって除去する。ＯＢＰＦ３０３を通過した時点で３つの周波数コム成分は位相がそろっており、中心周波数コム成分を信号光、その他の２つのコム成分を合わせてポンプ光とする。
なお、前記ポンプ光を構成する２つのＣＷの周波数差は、８６ＧＨｚであり、波長差に換算すると約０．７ｎｍである。

エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）３０４によって光強度を任意の値に増幅し、ＯＢＰＦ３０５によって自然放出光雑音を除去する。
周波数成分毎の位相調整が可能な可変帯域スペクトル成形器（ＶＢＳ）３０６を用い、ＰＳＡ３００のＰＳＡ動作において、前記信号光の位相が前記同相成分又は前記直交成分のいずれかに一致するように、前記信号光と前記ポンプ光の相対位相差を調整する。
再度、ＥＤＦＡ３０７で前記信号光と前記ポンプ光の光強度を増幅してＯＢＰＦ３０８で雑音を除去した後、異常分散値を持つ高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）３０９に入力する。

ＨＮＬＦ３０９の長さは、６００ｍであり、分散値は、異常分散領域の０．４８２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、非線形定数は、γ＝１０［１／Ｗ／ｋｍ］である。また、分散スロープの値は、０．０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であり、伝搬損失の値は、１ｄＢ／ｋｍ以下である。
なお、ここで用いたＨＮＬＦ３０９としては、石英ガラスをホストガラスとし、コアにゲルマニウムが高濃度でドープされた、非穴あき型のファイバである。この種のファイバは、材料に鉛ガラスやビスマスを用いたもの、あるいは形状が穴あき型のものと比べて、伝搬損失や接続損失が極めて小さく、分散値や分散スロープの制御性に優れているため、ＰＳＡ用途に最も適している。
また、非線形定数がγ≧５［１／Ｗ／ｋｍ］の条件であり、ＳＭＦやＤＳＦなどの伝送用光ファイバと比較して、長さの短尺化及び所要入射強度の低減に大きな効果を発揮する。

ＨＮＬＦ３０９入力前と出力後の光スペクトルを光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）３１０，３１１で測定し、前記信号光の利得又は減衰量を評価する。また、パワーメータ（ＰＭ）３１２で出力光の強度をモニタする。
一例として、ＨＮＬＦ３０９への入力光強度をＰ_ｐ＝２１．８ｄＢｍとし、前記ポンプ光と前記信号光の相対位相差を、信号光の位相がＰＳＡ３００の「同相」成分又は「直交」成分のそれに一致するように設定した場合のスペクトル測定結果を図６に示す。なお、図６（ａ）が前記信号光の位相が「同相」成分に一致する場合のスペクトル測定結果を示し、図６（ｂ）が「直交」成分に一致する場合のスペクトル測定結果を示している。

図６（ａ）及び（ｂ）の結果を比較すると、前記信号光の前記ＧＥＲとして約３０ｄＢという非常に大きな値が得られていることがわかる。このとき、前記非線形位相シフト量φＮＬは、φＮＬ＝０．９ｒａｄである。非特許文献３では、前述のとおり、３０ｄＢの前記ＧＥＲを得るための前記非線形位相シフト量φＮＬがφＮＬ＝３．６ｒａｄと見積もられるが、この値と、前記実験系の値を比較すると、前記実験系では相当小さなφＮＬで大きな前記ＧＥＲを実現できたといえる。

以下では、上述のように効率的なＰＳＡ動作が実現できた理由を解明し、前記ＰＳＡの最適な設計方法を明らかにする。

図７は、入力ポンプ光（ωｐ１及びωｐ２）と入力信号光（ωｓ）、そして前記ファイバで生じるパラメトリックプロセスの結果として生じる、ポンプ光−ポンプ光ＦＷＭで発生する一次アイドラ光（ωｐｐ１及びωｐｐ２）と、ポンプ光−信号光ＦＷＭで発生する一次アイドラ光（ωｐｓ１及びωｐｓ２）を周波数軸上で表したものである。
従来用いられてきたＰＳＡの構成では、図７の点線四角枠で示した入力光成分の間で発生するパラメトリックプロセスにのみ着目していた。
ここでは、これを「３波モデル」と呼び、アイドラ光成分の存在を認めないものとする。前記３波モデルにおいて、効率良く前記パラメトリックプロセスを発生させ、入力される前記信号光に対して大きな前記ＧＥＲを得るためには、前記ポンプ光−ポンプ光ＦＷＭや前記ポンプ光−信号光ＦＷＭで発生する前記一次アイドラ光成分が成長しない構成が必要とされる。
なぜなら、前記一次アイドラ光成分が成長すると、前記ポンプ光のエネルギーがそれらの成分あるいは更には高次のアイドラ光成分に散逸し、前記信号光が十分な増幅利得を得る前に前記パラメトリックプロセスの成長が飽和してしまうためである。
一方、前記パラメトリックプロセスを発生させるための前記ファイバが異常分散値を持つ場合に、前記アイドラ光の利得が著しく大きくなる現象が知られている。これを抑制して前記３波モデルのＰＳＡで信号光の前記ＧＥＲを高めるために、非特許文献２〜非特許文献４では、比較的大きな正常分散値を持つファイバが用いられている。
これに対して本発明では、前記アイドラ光成分（図７参照）を積極的に成長させることで、前記信号光の位相成分のうち、前記直交成分の減衰量をこれまで考えられなかったほどに増大させ、結果的に小さな前記非線形位相シフト量で大きな前記ＧＥＲを達成する。

図５に示す実験系を用いて図６のように得られた高効率ＰＳＡ動作に関して、図７に示されている７つの成分を考慮した解析を行う。ここでは、これを「７波モデル」と呼ぶ。
各光波成分の光強度Ｐ_ｉと位相φ_ｉの伝搬距離ｚに対する発展方程式は、以下の連立常微分方程式で与えられる。

ただし、前記式（２）中、添え字のｉ，ｍ，ｎ，ｐ，ｑ，ｏは、図７に示した７波の各添え字ｓ、ｐ１、ｐ２、ｐｐ１、ｐｐ２、ｐｓ１及びｐｓ２のいずれかを表すものとし、θ_{ｉ，ｍ，ｎ，ｐ}は、

で与えられ、前記式（３）中、Δβ_{ｉ，ｍ，ｎ，ｐ}は、

であり、βは、各成分の周波数における伝搬定数を表す。
ただし、前記式（１）右辺及び前記式（２）右辺の和記号では、ｉ以外の添え字について和を取るものとするが、このうちｐ，ｍ，ｎを含む項は非縮退ＦＷＭに起因するものであり、

の関係が成立する添え字の組み合わせに対して和を取るものとする。
また、ｑ，ｏを含む項は縮退ＦＷＭに起因するものであり、

の関係が成立する添え字の組み合わせに対して和をとるものとする。
なお、前記式（１）及び前記式（２）中、θ_{ｉ，ｑ，ｑ，ｏ}は、θ_{ｉ，ｍ，ｎ，ｐ}と同様に与えられる。

図８は、前記非線形位相シフト量φＮＬ（φＮＬ＝γＰｐＬ）に対する前記信号光の利得量又は減衰量を示したものであり、入力した前記信号光の位相をＰＳＡ３００の前記同相成分又は前記直交成分の位相に一致させた場合に、それぞれ出力される前記信号光の強度の初期値に対する比を、入力する前記ポンプ光の強度Ｐ_ｐを変化させて示したものである。
なお、入力する前記ポンプ光の強度Ｐ_ｐを除く条件は、図６の結果を得たものと同じである。
また、図８中の横軸は、前記非線形位相シフト量φＮＬ（φＮＬ＝γＰ_ｐＬ）を示すが、前記ファイバの非線形定数及び長さは、それぞれγ＝１０［１／Ｗ／ｋｍ］及びＬ＝６００［ｍ］に固定され、入力する前記ポンプ光の強度Ｐ_ｐだけを変化させたものである。同じφＮＬの値に対しては、組み合わせとして異なるγ、Ｐ_ｐ、Ｌの値を用いても、同様の結果が得られるものと考えられる。

この図８において、点は、実験結果を示し、実線は、前記７波モデルを考慮して前記式（１）及び前記式（２）を解いた計算結果を示し、点線は、前記３波モデルを考慮して前記式（１）及び前記式（２）を解いた計算結果を示す。また、縦軸が正の値をとる場合は、前記信号光が初期値に対して増幅されたことを示しており、入力する前記信号光の位相を前記ＰＳＡの前記同相成分の位相に一致させて得られた結果を示す。同様に、縦軸が負の値をとる場合は、前記信号光が初期値に対して減衰したことを示しており、入力する前記信号光の位相を前記ＰＳＡの前記直交成分の位相に一致させて得られた結果を示す。また、１つのφＮＬ＝γＰ_ｐＬに対して、前記「同相」の場合の結果と、前記「直交」の場合の結果の差が、そのφＮＬにおける前記ＧＥＲを意味する。

図８より、φＮＬ＝γＰ_ｐＬ＝０．９［ｒａｄ］、即ち、Ｐ_ｐ＝０．１５［Ｗ］（２１．８ｄＢｍ）の場合に、前記ＧＥＲの最大値３０ｄＢが得られていることがわかる。また、前記７波モデルによる計算結果（実線）が前記３波モデルによる計算結果（点線）よりも実験結果に良く一致している。両モデルの計算結果の相違は、次のように解釈できる。
前記３波モデルでは、前記アイドラ光が存在しないため前記ポンプ光の強度が飽和せず、前記同相の場合の増幅利得が比較的大きい一方で、前記直交の場合の減衰量は、前記同相の場合の利得と逆数（対数軸で正負反転）の関係であるため、劇的に大きな値とはなり得ない。
これに対して、前記７波モデルでは、前記アイドラ成分が成長することで、前記ポンプ光の強度が減少し、前記同相の場合の増幅利得は比較的小さいものの、前記信号光のエネルギーが前記アイドラ成分に移る結果、前記直交の場合の減衰量が急激に大きくなり、結果として大きな前記ＧＥＲが得られたものと考えられる。

次に、前記式（１）及び前記式（２）を用いて前記７波モデルの計算を行い、前記非線形位相シフト量φＮＬを０から１．４ｒａｄまで変化させた場合に、前記ＰＳＡの出力信号光の複素振幅が複素平面上で発展する様子を図９に示す。
図９中、四角及び円で示された各点が、それぞれ前記同相（四角）及び前記直交（円）の場合に該当し、φＮＬを０．１ｒａｄごとに変化させて得られた値を示す。ただし、図６及び図８で示した結果を得た際の条件とは違って、前記ファイバの分散値を０としている。

両方の場合で、原点付近を中心として位相が回転しているが、これは前記信号光自身の自己位相変調及びそれ以外の各成分からの相互位相変調に起因するものである。前記直交の場合でφＮＬ＝０．９［ｒａｄ］のときに、前記信号光の振幅が最も原点に近くなっていて、このときの前記ＧＥＲは計算結果中、最大となる３２ｄＢであった。これから、前記信号光の複素振幅の発展する様子を示す曲線が原点を通過するように前記ＰＳＡのパラメータを決定すれば、その原点でのパラメータにおいて、原理的には無限大の前記ＧＥＲが得られることが予測される。本発明はこの予測に基づいて、前記ＰＳＡの最適設計方法を提供するものである。以下では、前記ファイバの分散値と、前記非線形位相シフト量φＮＬを最適化することにより、大きな前記ＧＥＲを得る設計方法を示す。

図１０は、前記ファイバの分散値を変化させたときの前記信号光の複素振幅が発展する様子を示したものであり、具体的には、入力する前記信号光の位相を前記直交成分の位相に一致させた場合に、０から１．４ｒａｄまで０．１ｒａｄごとのφＮＬに対して前記出力信号光の複素振幅が発展する様子を、前記式（１）及び前記式（２）を用いた前記７波モデルによって計算した結果を示している。
ただし、前記ＰＳＡを構成する前記ファイバの分散値を４通りに変化させていて、四角、円、ひし形、そして三角の点が、それぞれ、−０．２０８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合（四角），０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合（円），０．２０８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合（ひし形），そして０．４９４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合（三角）の結果を示している。
また、分散の効果を大きくするために、前記ポンプ光の波長差を３．５ｎｍとしている。

この図１０に示されるように、前記非線形位相シフト量φＮＬと前記ファイバの分散値によって、前記出力信号光の複素振幅の発展の様子がわかる。いま、前記分散値を異常分散領域の０．２０８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ（ひし形）、前記非線形位相シフト量φＮＬを０．９ｒａｄに設定すると、前記ＧＥＲを最大値４２ｄＢとすることができる。即ち、前記アイドラ光を容認する前記７波モデルを考慮することで、相当に小さな前記非線形位相シフト量のもとで、非常に大きな前記ＧＥＲを達成する前記ＰＳＡの設計が可能になる。
前記φＮＬの所要値を小さくできれば、入力光強度を小さくすることができ、また前記ファイバ長を短くすることができ、更には前記ファイバの前記非線形定数を小さくすることもでき、工業上重要な価値を提供することができる。
特に、前記ファイバとして、前記アイドラ光を積極的に利用する前記異常分散値（分散値が０より大きい）を有するファイバを採用する場合には、強度の減衰量と、自己位相変調や相互位相変調による位相シフト量の双方に適度な異常分散効果が及ぼされ、両者の間でバランスが取れ、結果的に最も原点に近づくように複素振幅を発展させることができており（図１０のひし形の点を参照）、正常分散値を有するものや零分散のものよりも、小さな前記非線形位相シフト量で大きな前記ＧＥＲが得られやすい。ただし、過大な異常分散効果は、前記バランスを崩すため、大きなＧＥＲは逆に得られにくい。前記異常分散値の好ましい上限値としては、０．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度が考えられる。

以上から、所望の前記ＧＥＲ値が与えられた場合、前記ポンプ光の強度と、前記非線形媒体の非線形定数、伝搬長及び分散値の各設定パラメータに幅を持たせて設計することができる。
図１０の結果において、前記φＮＬが０．６ｒａｄより大きい場合、入力する前記信号光の位相が前記同相の場合の前記出力信号光の増幅利得は、前記φＮＬに対してほぼ一定である。よって、この場合の前記ＧＥＲは、入力する前記信号光の位相が前記直交の場合の、前記出力信号光の減衰量によって定まる。
ここで所望される前記ＧＥＲが与えられると、図１０で原点を中心に、所望ＧＥＲの値に応じた前記出力信号光の振幅を半径とする円を描くことができる。
そこで、前記ファイバの分散値と、前記非線形位相シフト量φＮＬ（φＮＬ＝γＰ_ｐＬ）をパラメータとし、前記７波モデルに基づき、前記式（１）及び前記式（２）を用いて前記ＰＳＡ動作時の前記出力信号光の複素振幅の発展の様子を計算し、この複素振幅がその円の内部を通過していれば、そのときの前記分散値と前記非線形位相シフト量φＮＬが所望ＧＥＲを与える設計パラメータとして得られる。
また、このようにして前記分散値と前記非線形位相シフト量φＮＬを決定すれば、一定範囲を持つ設計パラメータが得られるため、前記位相感応型光増幅器を製造する際にも有利である。
具体例として、前記ポンプ光を成す２つの周波数コムの周波数差が４３０ＧＨｚの場合に、目的とする前記ＧＥＲの値を２０ｄＢと設定すると、−０．５２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〜１．０４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍという範囲の前記分散値に対して、条件を満たす前記非線形位相シフト量φＮＬが少なくとも１つ存在することが判明する。

ここで、前記位相感応型光増幅器としては、小さい前記非線形位相シフト量φＮＬで大きな前記ＧＥＲを達成することを目的とする。
したがって、そのＧＥＲの値としては、小さくとも２０ｄＢであり、２５ｄＢ以上が好ましく、３０ｄＢ以上がより好ましい。更には、そのＧＥＲを達成するにあたっての前記非線形位相シフト量φＮＬは、大きくとも１．７ｒａｄ未満であり、１ｒａｄ以下であることが好ましい。

なお、前記ＧＥＲによって決定される前記出力信号光の振幅値を半径とする円を複素平面上に描いたときに、入力される前記信号光の位相が直交成分に一致する際の前記出力信号光の複素振幅値が、ある範囲の前記非線形位相シフト量に対して前記円内に収まるか否かの判断に必要な前記ＧＥＲ及び前記非線形位相シフト量については、前記ＰＳＡの現実の系から、次のように確認することができる。
即ち、前記ＰＳＡの前記同相成分又は前記直交成分のそれに一致するよう、位相を調整した前記信号光を入力し、その出力信号光の強度を測定して、これらの比を取ることで前記ＧＥＲの値を得る。次いで、使用されている光ファイバの前記非線形定数γと長さＬ、そして入力する前記ポンプ光の強度Ｐ_ｐを測定することで、前記非線形位相シフト量を算出する。

（位相感応型光増幅器の設計方法）
本発明の位相感応型光増幅器の設計方法は、周波数の異なる２つの連続光であるポンプ光を発生させるポンプ光発生手段と、中心周波数が前記２つの連続光の中間の周波数に一致する光として入力される信号光と前記ポンプ光とを合波して合波光を発生する合波光発生手段と、前記合波光の前記信号光と前記ポンプ光との相対位相差を調整する位相差調整手段と、相対位相差が調整された前記合波光を入力してパラメトリックプロセスを発生させる非線形媒体と、を有する位相感応型光増幅器に対し、目的とする利得消光比によって決定される前記位相感応型光増幅器の出力信号光の複素振幅値を半径とする円を、原点を中心として複素平面上に描いたときに、入力される前記信号光の位相が直交成分に一致する際の前記出力信号光の前記複素振幅値が前記円内に収まるように、前記ポンプ光の強度と、前記非線形媒体の非線形定数、伝搬長及び分散値とを設定することを特徴とする。

前記ポンプ光発生手段、前記合波光発生手段、前記位相差調整手段、前記非線形媒体については、本発明の前記位相感応型増幅器において説明した事項を適用することができる。
また、前記出力信号光の前記複素振幅値を考慮した前記ポンプ光の強度と、前記非線形媒体の非線形定数、伝搬長及び分散値とを設定方法の詳細についても、本発明の前記位相感応型増幅器の設計原理として説明した事項を適用することができる。
なお、前記位相感応型光増幅器の設計方法は、前記位相感応型光増幅器の基本構成を有する、あらゆる前記位相感応型光増幅器（例えば図２、図４参照）に適用でき、前記位相感応型光増幅器における説明と異なり、目的とする前記ＧＥＲ及びこのＧＥＲを決定したときに設定される前記非線形位相シフト量に制限はないが、小さい前記非線形位相シフト量φＮＬで大きな前記ＧＥＲを達成する観点から、そのＧＥＲの設定値としては、２０ｄＢ以上が好ましく、２５ｄＢ以上がより好ましく、３０ｄＢ以上が特に好ましい。また、前記非線形位相シフト量φＮＬの値としては、１．７ｒａｄ未満であることが好ましく、１ｒａｄ未満であることがより好ましい。

（ＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器及びＢＰＳＫ信号再生器）
本発明の前記位相感応型光増幅器を用いて、ＢＰＳＫ（二値位相シフトキーイング）信号の位相雑音を抑圧することができる。以下に、本発明の前記位相感応型光増幅器を用いた、ＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器及びＢＰＳＫ信号再生器を説明する。

図１１に本発明のＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器及びＢＰＳＫ信号再生器の構成例を示す。
ＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器３０は、ＰＳＡ１００と、位相調整用信号発生手段３２と、信号光モニタ３３とを有する。
ＰＳＡ１００に対しては、外部から入力ＢＰＳＫ信号光３１が入力され、また、位相調整用信号発生手段３２から、入力ＢＰＳＫ信号光３１とＰＳＡ１００のポンプ光発生手段１０（図２参照）で発生される前記各ポンプ光との相対位相差を調整する位相調整用信号とが入力される。
これにより、ＰＳＡ１００から出力信号光が出力され、信号光モニタ（出力信号光モニタ）３３に入力されると、信号光モニタ３３は、前記出力信号光をモニタして位相調整用信号発生手段にフィードバック信号を入力する。
このとき、前記フィードバック信号を前記出力信号光が最も増幅される前記位相調整用信号としてＰＳＡ１００に供給するようにフィードバック制御を行う。即ち、入力ＢＰＳＫ信号光３１の位相がＰＳＡ１００の前記同相成分の位相に一致するように制御を行う。
その結果、ＰＳＡ１００の前記直交成分に相当する位相雑音が抑圧され、フィードバック制御されたＰＳＡ１００を通じて、ＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器３０から目的とする出力ＢＰＳＫ信号光３４が外部出力可能とされる。

出力ＢＰＳＫ信号光３４は、振幅方向に雑音を持っているので、ＢＰＳＫ信号再生器５０では、これを安定化させて出力するようにする。
即ち、ＢＰＳＫ信号再生器５０は、ＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器３０と、出力ＢＰＳＫ信号光３４の振幅を一定値に収束させる振幅安定化器５１とを有して構成される。
この振幅安定化器５１としては、光ファイバ中で発生するパラメトリックプロセスを利用する公知の振幅安定化器を適宜採用して用いることができる。
このＢＰＳＫ信号再生器５０では、位相方向の雑音が抑圧された出力ＢＰＳＫ信号光３４に対して、振幅安定化器５１により、更に振幅方向の雑音が抑圧された出力ＢＰＳＫ信号光５２が得られる。
したがって、結果的に入力信号ＢＰＳＫ信号光３１の雑音を振幅方向、位相方向ともに抑圧することが可能になる。

（ＱＰＳＫ信号逆多重器及びＱＰＳＫ信号再生器）
更に、本発明の前記位相感応型光増幅器を用いて、ＱＰＳＫ（四値位相シフトキーイング）信号光を２つのＢＰＳＫ信号に光のままで逆多重することや位相雑音を抑圧することができる。以下に、本発明の前記位相感応型光増幅器を用いた、ＱＰＳＫ信号逆多重器及びＱＰＳＫ信号再生器を説明する。

図１２に本発明のＱＰＳＫ信号逆多重器の構成例を示す。このＱＰＳＫ信号逆多重器は、ＱＰＳＫ信号光を２つのＢＰＳＫ信号光に変換するＱＰＳＫ信号逆多重器として構成される。
ＱＰＳＫ信号逆多重器７０は、入力ＱＰＳＫ信号光７１を２つに分岐する入力信号光分岐手段と、第１のＢＰＳＫ信号再生器５０Ａと、第２のＢＰＳＫ信号再生器５０Ｂとを有する。これらのＢＰＳＫ信号再生器には、それぞれ本発明の前記ＢＰＳＫ信号再生器が用いられる。なお、前記入力信号光分岐手段としては、３ｄＢ光カプラなどを適用することができる。
ＱＰＳＫ信号逆多重器７０に外部から入力ＱＰＳＫ信号光７１が入力されると、入力ＱＰＳＫ信号光７１は、図示しない前記入力信号光分岐手段により、２つに分岐され、その分岐光として第１のＢＰＳＫ信号再生器５０Ａと、第２のＢＰＳＫ信号再生器５０Ｂにそれぞれ入力される。
入力ＱＰＳＫ信号光７１は、位相成分としてＩチャネルとＱチャネルが合成されたものであるが、第１のＢＰＳＫ信号再生器５０Ａでは、入力ＱＰＳＫ信号光のＩチャネルをＰＳＡ１００（図２及び図１１参照）の同相成分に一致させるように調整され、一方で、第２のＢＰＳＫ信号再生器５０Ａでは、入力ＱＰＳＫ信号光７１のＱチャネルをＰＳＡ１００の同相成分に一致させるように調整されている。
その結果、入力ＱＰＳＫ信号光７１のＩチャネルとＱチャネルのそれぞれが、雑音が抑圧された状態の出力ＢＰＳＫ信号光（第１の出力ＢＰＳＫ信号光５２Ａ及び第２の出力ＢＰＳＫ信号光５２Ｂ）として、逆多重化されて出力される。

なお、前記ＱＰＳＫ信号逆多重器の機能として、前記出力ＢＰＳＫ信号光として振幅方向の雑音まで抑圧されていることは必ずしも必要ではなく、図１２に示すＱＰＳＫ信号逆多重器において、第１のＢＰＳＫ信号再生器５０Ａ及び第２のＢＰＳＫ信号再生器５０Ｂに代えて、図１１に示すＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器３０を２つ用意し、これらを第１のＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器及び第２のＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器として配した構成としてもよい。

次に、図１３を用いて本発明のＱＰＳＫ信号再生器を説明する。図１３は、ＱＰＳＫ信号再生器の構成例を示す。
ＱＰＳＫ信号再生器９０は、図１２に示すＱＰＳＫ信号逆多重器７０と、ＢＰＳＫ信号合波手段９１とを有する。
ＢＰＳＫ信号合波手段９１では、ＱＰＳＫ信号用逆多重器７０から出力される２つの出力ＢＰＳＫ信号光をそれらの相対位相差が９０度となるように調整して合波する。即ち、ＢＰＳＫ信号合波手段９１では、ＱＰＳＫ信号逆多重器７０により雑音が抑圧された２つの出力ＢＰＳＫ信号光を、それらの相対位相差が９０度である第１の出力ＢＰＳＫ信号光５２Ａと第２の出力ＢＰＳＫ信号光５２Ｂとして合波する。
これにより、もとの入力ＱＰＳＫ信号光７１に対して雑音が振幅方向、位相方向ともに抑圧された出力ＱＰＳＫ信号光９２が得られる。この構成は、非特許文献５で提案されているものであるが、本発明の前記位相感応型光増幅器を用いることにより、より実用的かつ高効率な設計パラメータのもとで実現することができる。

なお、図１３に示すＱＰＳＫ信号再生器９０では、雑音が振幅方向、位相方向ともに抑圧された出力ＱＰＳＫ信号光９２が得られることから、第１のＢＰＳＫ信号再生器５０Ａ及び第２のＢＰＳＫ信号再生器５０Ｂに代えて、図１１に示すＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器３０を２つ用意し、これらを第１のＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器及び第２のＢＰＳＫ信号位相雑音抑制器として配した構成としてもよい。

１ 入力信号光
２ 位相調整用信号
３ 出力信号光
１０、２０ ポンプ光発生手段
１１、２１ 光強度調整手段
１２、２２ 信号光位相調整手段
１３、２３ 合波光発生手段
１４、２４ 光強度調整手段
１５、２５ 非線形媒体
１６、２６ 信号光抽出手段
３０ ＢＰＳＫ信号位相雑音抑圧器
３１ 入力ＢＰＳＫ信号光
３２ 位相調整用信号発生手段
３３ 信号光モニタ
３４、５２ 出力ＢＰＳＫ信号光
５０Ａ 第１のＢＰＳＫ信号再生器
５０Ｂ 第２のＢＰＳＫ信号再生器
５０ ＢＰＳＫ信号再生器
５１ 振幅安定化器
５２Ａ 第１の出力ＢＰＳＫ信号光
５２Ｂ 第２の出力ＢＰＳＫ信号光
７０ ＱＰＳＫ信号逆多重器
７１ 入力ＱＰＳＫ信号光
９０ ＱＰＳＫ信号再生器
９１ ＢＰＳＫ信号合波手段
９２ 出力ＱＰＳＫ信号光
１００、２００、３００ ＰＳＡ
３０１ 波長可変光源（ＴＬＳ）
３０２ 光パルス発生器（ＯＰＧ）
３０３、３０５、３０８ 帯域通過先フィルタ（ＯＢＰＦ）
３０４、３０７ エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
３０６ 可変帯域スペクトル成形器（ＶＢＳ）
３０９ 光非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）
３１０、３１１ 光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）
３１２ パワーメータ（ＰＭ）

Claims (1)

1. 周波数の異なる２つの連続光であるポンプ光を発生させるポンプ光発生手段と、
   中心周波数が前記２つの連続光の中間の周波数に一致する光として入力される信号光と前記ポンプ光とを合波して合波光を発生する合波光発生手段と、
   前記合波光の前記信号光と前記ポンプ光との相対位相差を調整する位相差調整手段と、
   相対位相差が調整された前記合波光を入力してパラメトリックプロセスを発生させる非線形媒体と、を有する位相感応型光増幅器に対し、
   少なくとも、２つの前記ポンプ光、入力される前記信号光、及び２つの前記ポンプ光と入力される前記信号光とにより発生する４つの一次アイドラ光の７波成分に基づいて計算され、目的とする利得消光比によって決定される前記位相感応型光増幅器の出力信号光の複素振幅値を半径とする円を、原点を中心として複素平面上に描いたときに、入力される前記信号光の位相が直交成分に一致する際の前記出力信号光の前記複素振幅値が前記円内に収まるように、前記ポンプ光の強度と、前記非線形媒体の非線形定数、伝搬長及び分散値とを設定することを特徴とする位相感応型光増幅器の設計方法。