光信号分岐装置、光信号伝送システム及び光信号伝送方法
【課題】本発明は、伝送距離を拡大し、またはより多くの光信号受信装置を接続する光伝送システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、光伝送システムの幹線側光伝送路７０に挿入して伝送される変調光信号を光信号受信装置２０へ分岐する光信号分岐装置１００において、前記変調光信号と光信号処理デバイス又は光信号受信装置２０からのプローブ光信号との相互作用により前記変調光信号を情報複製して、前記伝送光信号を受信装置２０で受信し、同時に変調光信号を後段の光信号受信装置２０へ伝送することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、光伝送システムの幹線側光伝送路７０に挿入して伝送される変調光信号を光信号受信装置２０へ分岐する光信号分岐装置１００において、前記変調光信号と光信号処理デバイス又は光信号受信装置２０からのプローブ光信号との相互作用により前記変調光信号を情報複製して、前記伝送光信号を受信装置２０で受信し、同時に変調光信号を後段の光信号受信装置２０へ伝送することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の技術の進歩により、光ファイバーネットワークは、基幹ネットワークから企業内ネットワーク、さらには家庭内ネットワークへと広く利用されている。これらの光ファイバ伝送路を用いた光信号伝送システムの一形態としてバス型接続の光信号伝送システムがある。添付の図を参照して従来技術について説明する。
【０００３】
図２３に従来のバス型接続の光信号伝送システムの一例を示す。図２３は１の光信号送信装置から１以上のＮの光信号受信装置へ光信号を伝送する場合の例を示している。
【０００４】
図２３において、光信号分岐装置は光信号送信装置９１０に近い方から順に、光信号分岐装置９４０ａ、光信号分岐装置９４０ｂ、・・・と表示し、総数は（ｎ−１）であるが、図面の煩雑さをさけるために光信号分岐装置９４０（ｎ−１）は図示していない。以下の説明において、光信号分岐装置９４０ａ、光信号分岐装置９４０ｂ、・・・光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の全体を示す場合は光信号分岐装置９４０と表記する。
【０００５】
図２３において、幹線側光伝送路は光信号送信装置９１０に近い方から順に、幹線側光伝送路９７０ａ、幹線側光伝送路９７０ｂ、・・・幹線側光伝送路９７０ｎと表示し、総数はｎである。以下の説明において、幹線側光伝送路９７０ａ、幹線側光伝送路９７０ｂ、・・・幹線側光伝送路９７０ｎの全体を示す場合は幹線側光伝送路９７０と表記する。
【０００６】
図２３において、支線側光伝送路は光信号送信装置９１０に近い方から順に、支線側光伝送路９７１ａ、支線側光伝送路９７１ｂ、・・・と表示し、総数は（ｎ−１）であるが、図面の煩雑さをさけるために支線側光伝送路９７１（ｎ−１）は図示していない。以下の説明において、支線側光伝送路９７１ａ、支線側光伝送路９７１ｂ、・・・支線側光伝送路９７１（ｎ−１）の全体を示す場合は支線側光伝送路９７１と表記する。
【０００７】
光信号受信装置は光信号送信装置９１０に近い方から順に、光信号受信装置９２０ａ、光信号受信装置９２０ｂ、・・・光信号受信装置９２０ｎと表示し、総数はｎである。以下の説明において、光信号受信装置９２０ａ、光信号受信装置９２０ｂ、・・・光信号受信装置９２０ｎの全体を示す場合は光信号受信装置９２０と表記する。
【０００８】
光信号受信器は光信号送信装置９１０に近い方から順に、光信号受信器９２１ａ、光信号受信器９２１ｂ、・・・光信号受信器９２１ｎと表示している。以下の説明において、光信号受信器９２１ａ、光信号受信器９２１ｂ、・・・光信号受信器９２１ｎの全体を示す場合は光信号受信器９２１と表記する。
【０００９】
図２３において、光信号送信装置９１０に備える光信号送信器９１１の出力は幹線側光伝送路９７０ａを介して光信号分岐装置９４０ａに入力され、光信号分岐装置９４０ａの出力は幹線側光伝送路９７０ｂを介して光信号分岐装置９４０ｂに入力され、以後同様に、図示していない（ｎ−１）番目の幹線側光伝送路９７０（ｎ−１）を介して図示していない光信号分岐装置９４０（ｎ−１）に入力される。さらに最後の幹線側光伝送路９７０ｎは光信号分岐装置を介することなく光信号受信装置９２０ｎに接続される。
【００１０】
一方、前記光信号分岐装置９４０ａの分岐出力は支線側光伝送路９７１ａを介して受信装置９２０ａに備える受信器９２１ａに入力され、前記光信号分岐装置９４０ｂの分岐出力は支線側光伝送路９７１ｂを介して受信装置９２０ｂに備える受信器９２１ｂに入力され、以後同様に図示していない（ｎ−１）番目の光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の分岐出力は、図示していない受信器９２１（ｎ−１）に入力される。
【００１１】
さらに、ｎ番目の光信号受信器９２１ｎには幹線側光伝送路９７０ｎにより、図示していない前記光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の出力が入力される。
【００１２】
図２３に示す従来技術の第一例として、前記光信号分岐装置９４０に３ｄＢカプラを使用する場合を説明する。前記３ｄＢカプラを使用する場合、前記光信号分岐装置９４０の分岐損失が累積され、後段の前記光信号受信装置９２０に入力される前記分岐出力または前記光信号が減衰するので、前記光信号受信装置９２０における受信光信号の信号対雑音比が劣化し、接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数が限られる。
【００１３】
そこで、前記光信号送信器９１１の出力を高めることにより、接続可能な前記光信号受信装置９２０の数を増加させることは可能であるが、前記光信号送信器９１１の出力にも上限があるので、接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数は前記３ｄＢカプラの損失で制限される。ここで、前記光信号送信装置９１０から最も遠方に接続される前記光信号受信器９２１ｎに入力される前記光信号は３（ｎ−１）ｄＢの分岐損失を受けることになる。
【００１４】
非特許文献１を参照すると、前記光信号送信装置１０をＩＥＥＥ８０２．３ａｈにより定められた１０００ＢＡＳＥ−ＰＸ２０−Ｄ規格とした場合、送信光強度の最大値は７ｄＢｍであり、光信号の伝送速度を１．２５Ｇｂｐｓとして、前記光信号受信器９２１ｎをＩＥＥＥ８０２．３ａｈにより定められた１０００ＢＡＳＥ−ＰＸ２０−Ｕ規格とした場合、前記光信号受信器９２１ｎにおける信号誤り率を１０−１２以下とするために、前記光信号受信器９２１ｎの最小受光強度は−７ｄＢｍと規定されている。
【００１５】
前記のＩＥＥＥ８０２．３ａｈの規格に従い、図２３に示すバス型光信号伝送システムにおいて前記３ｄＢカプラの過剰損失及び前記幹線側光伝送路９７０及び支線側光伝送路９７１の損失を無視した場合、前記光信号受信装置の総数ｎは１１となる（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１６】
以上説明したように、前記第一例は前記３ｄＢカプラの損失と前記支線側光伝送路９７１の光損失により、接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数が少ないという欠点があった。
【００１７】
次に、図２３により従来技術の第二例を説明する。従来技術の第二例においては、図２３に示す前記光信号分岐装置９４０として非対称カプラを使用する場合である。図２４は前記非対称カプラの原理図である。図２４において、非対称カプラ９４１は端子Ａ９４２、端子Ｂ９４３、端子Ｃ９４４、端子Ｄ９４５を備え、端子Ａ９４２から入力された光信号を１とすると、Ｘが前記端子Ｃ９４４へ出力され、残りの（１−Ｘ）が前記端子Ｄ９４５へ出力されるように、前記端子Ｃ９４４と前記端子Ｄ９４５へ出力される光信号の比を非対称に調節した光カプラである。ここで、０＜Ｘ＜１であり、分岐比と呼ぶ。
【００１８】
図２３において、光信号送信装置９１０に近い前記光信号分岐装置９４０ａから、光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の方向へ、前記光信号分岐装置の分岐比を、１／ｎ、１／（ｎ−１）、・・・１／（ｎ−（ｉ−１））、・・・１／２とした時に、前記光信号送信装置９１０と前記光信号受信装置９２０ｎの間の光信号損失を最小にすることができる。ここで、前記ｉは前記光信号送信装置９１０からｉ番目を意味する。ｎを２０とすると、前記光信号受信器９２１の各々は全て前記光信号送信器９１１の出力の１／２０の光強度、すなわち光強度が１３ｄＢ減衰した光信号を受信することになる。前記ＩＥＥＥ８０２．３ａｈにより定められた標準規格の値の場合、前記光信号受信器９２１の各々の受信する光強度は−８ｄＢｍとなり、伝送速度が１．２５Ｇｂｐｓの場合は十分な強度の光信号を受信できることになる（例えば、特許文献１参照。）。
【００１９】
しかし、前記第二例には以下の２つの課題がある。第一は前記光信号分岐装置９４０の各々の分岐比を異なる値に設定する必要があり、価格が高くなるという課題がある。第二は前記光信号分岐装置９４０の総数ｎの増加に従って、前記非対称カプラ９４１の分岐比の設定が困難になるという課題がある。
【００２０】
以下に上記の第二の課題について説明する。前記第二例において、前記光信号受信装置９２０の総数ｎと前記非対称カプラ９４１の前記端子Ｃ９４４と前記端子Ｄ９４５の前記分岐比は次の式で与えられる。
Ｃ：Ｄ＝１／（１−ｉ＋ｎ）：（１−１／（１−ｉ＋ｎ）） （１）
ここで、ｉは前記光信号送信装置９１０の方から数えた前記光信号分岐装置９４０の番号であり、ｉ≦ｎである。
【００２１】
図２５に前記光信号受信装置９２０の総数ｎを５、１０、１５、２０とした時の最適分岐比を示す。図２５において、上側の曲線群は前記非対称カプラ９４１の前記端子Ｄ９４５への分岐比を示し、下側の曲線群は前記非対称カプラ９４１の前記端子Ｃ９４４への分岐比を示している。光信号受信装置９２０の総数ｎが増加すると、前記光信号送信装置９１０に近い前記光信号分岐装置９４０の分岐比ほど後段への影響が大きいために、正確な分岐比の設定が必要となる。例えば、ｎが２０の場合、光信号送信装置９１０から１番目の光信号分岐装置９４０ａと２番目の光信号分岐装置９４０ｂの各々の支線側光伝送路９７１ａ及び支線側光伝送路９７１ｂへの分岐装比は０．２ｄＢ程度となる。
【００２２】
一方、前記非対称カプラ９４１の過剰損失は分岐比率及び製造プロセスにより大きく異なり、０．１〜１ｄＢ程度のばらつきを生じる。さらに、前記非対称カプラ９４１の各端子と幹線側光伝送路９７０ａ及び支線側光伝送路９７１ａとの接続における光ファイバ同士の突合せの位置ずれによって０．１〜１ｄＢ程度のばらつきを生じる。従って、上記の分岐装比０．２ｄＢ程度という値を実現するのは非常に難しいという課題がある。
【００２３】
次に、図２３に示す従来技術の第三例を説明する。第三例は前記光信号分岐装置９４０を前記３ｄＢカプラとし、かつ光増幅器を使用することにより、接続可能な前記光信号受信装置９２０の数を増加させる方法である。第三例は図２３に示す幹線側光伝送路９７０の各々の光損失を前記光増幅器により補償することにより、前記光信号受信装置９２０の総数を前記第一の例及び前記第二の例よりも増加させることができる（例えば、特許文献２参照。）。
【００２４】
上記の第三例においては、光信号受信装置９２０の総数と同数の光増幅器を必要とするので価格が高くなり、経済的なネットワークを構築するのは困難という課題がある。
【００２５】
【特許文献１】特開平６−２６８６５４号公報
【特許文献２】特開平５−１６０４７３号公報
【非特許文献１】ＩＥＥＥ ｓｔｄ ８０２．３−２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上記のように、従来の光バス型ネットワークは伝送路の構成が簡易であるという利点があるが、光カプラのような光信号の分岐デバイスを前記幹線側光伝送路９７０と前記支線側光伝送路９７１の接続点に設置し、前記光信号送信装置９１０から送信された光信号の一部を前記光信号受信装置９２０の各々へ分岐するために正確な分岐損失を考慮しなければならず、伝送距離の拡大及び接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数の増加が困難であった。
【００２７】
本発明は、上記の課題を解決し、伝送距離の拡大、あるいは接続可能な光信号受信装置の総数の増加を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、上記目的を達成するため、光信号送信装置から送信する光信号と光信号分岐装置内の光信号処理デバイスとの相互作用、または光信号受信装置から送信するプローブ光と光信号分岐装置内の光信号処理デバイスとの相互作用、により前記光信号送信装置から送信する前記光信号を分岐することなく、前記光信号の情報を前記光信号受信装置へ取得することを可能にすることにより前記光信号分岐装置の分岐損失を考慮することなく伝送距離の拡大、及び前記光信号受信装置の総数の増加を可能にする光信号分岐装置及び光信号伝送システム及び光信号伝送方法である。
【００２９】
具体的には、本発明に係る光信号分岐装置は、入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用又は前記第二入力ポートから入力されるプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力する。
【００３０】
本発明に係る光信号分岐装置は、光伝送路を経由して入力される変調された変調光信号を分岐して減衰させることなく後段の光伝送路へ向けて出力するとともに、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を別途出力し光信号受信装置へ送信することができるので、変調光信号をより遠隔の、多くの光信号受信装置へ伝送することができる。
【００３１】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号の角周波数をｗ１とし、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の角周波数をｗ２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ｗ３＝２ｗ２―ｗ１、およびｗ４＝２ｗ１―ｗ２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号のうちの少なくとも１を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、を備える。
【００３２】
本発明に係る光信号分岐装置は、４光波混合波発生素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３３】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光増幅度が減少し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光増幅度が増大することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、を備える。
【００３４】
本発明に係る光信号分岐装置は、前記半導体光増幅器を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３５】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の透過度が増大し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の透過度が減少することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する可飽和光吸収素子と、前記可飽和光吸収素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、を備える。
【００３６】
本発明に係る光信号分岐装置は、前記可飽和光吸収素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３７】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、前記第一入力ポートからの変調光信号がマークレベルのとき屈折率分布が変化し前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を屈折率が大きくなった方向へ変化させ、スペースレベルのとき前記屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を変化させないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の変化した前記プローブ光信号又は前記光路の変化しない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する屈折率変化素子と、前記屈折率変化素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の差により分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、を備える。
【００３８】
本発明に係る光信号分岐装置は、屈折率変化素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３９】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光を吸収して発生した熱により屈折率分布が変化し、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を前記屈折率が大きくなった方向へ切換え、スペースレベルのとき屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光路を切換えないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の切換わった前記プローブ光信号又は前記光路の切換わっていない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する熱光学素子と、前記熱光学素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の切換わりにより分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、を備える。
【００４０】
本発明に係る光信号分岐装置は、前記熱光学素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００４１】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光カー効果により屈折率異方性を生じ前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を楕円偏光状態に変化させ、スペースレベルのとき屈折率異方性を生じず前記第二入力ポートからのプローブ光信号の偏光状態を変化させないことにより前記変調光信号の前記マークレベルと前記変調光信号の前記スペースレベルが前記プローブ光信号の偏光状態の変化として情報複製された複製光信号を発生するカー効果素子と、前記カー効果素子からの前記変調光信号と偏光状態により分離した複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号として第二出力ポートに出力する出力部と、を備える。
【００４２】
前記カー効果素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００４３】
本発明に係る光信号伝送システムは、変調された変調光信号を幹線側光伝送路に向けて送信する光信号送信装置と、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記光信号送信装置に縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置と、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、前記プローブ光信号を第二入力ポートに送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の光信号受信装置と、を備えることを特徴とする。
【００４４】
前記光信号分岐装置を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し受信し、かつ前記変調光信号を後段へ送信し、伝送距離の拡大または前記変調光信号をより多くの前記光信号受信装置へ送信することが可能になる。
【００４５】
本発明に係る光信号伝送方法は光信号送信装置に変調された変調光信号を縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置へ送信させ、光信号受信装置にプローブ光信号を前記光信号分岐装置へ送信させ、前記変調光信号と前記光信号分岐装置に備える光信号処理デバイスとの相互作用又は前記変調光信号を制御するためのプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記光信号分岐装置に前記変調光信号を情報複製させ、情報複製した複製光信号を前記光信号分岐装置に各々の前記光信号受信装置へ送信させることを特徴とする。
【００４６】
前記光信号伝送方法により、前記変調光信号を容易に情報複製し受信し、かつ前記変調光信号を後段へ送信し、伝送距離の拡大または前記変調光信号をより多くの前記光信号受信装置へ送信することが可能になる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、光伝送システムの伝送距離の拡大又は光信号受信装置の接続可能台数の増加を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。
【００４９】
（実施形態１）
本発明の第一の実施形態について説明する。図１により本実施形態の前記光信号分岐装置の構成を説明する。図１において前記光信号分岐装置１００は外部への入出力ポートとして、第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４を備えている。前記光信号分岐装置１００の内部には、波長合波回路１２０、波長分波回路１３０、光信号処理デバイス１４０を備えている。
【００５０】
前記光信号分岐装置１００の内部において、前記第一入力ポート１０１は光伝達手段により前記波長合波回路１２０の入力端子１２１に接続され、第二入力ポート１０２は光伝達手段により波長合波回路１２０の入力端子１２２に接続されている。波長合波回路１２０の出力端子１２３は光伝達手段により光信号処理デバイス１４０の入力端子１４１に接続されている。光信号処理デバイス１４０の出力端子１４２は光伝達手段により波長分波回路１３０の入力端子１３１に接続されている。波長分波回路１３０の出力端子１３２は光伝達手段により第一出力ポート１０３に接続され、波長分波回路１３０の出力端子１３３は第二出力ポート１０４に接続されている。ここで前記光伝達手段は例えば光ファイバで構成する。
【００５１】
次に、図１により本実施の形態の光信号分岐装置１００を構成する各部の動作を説明する。前記波長合波回路１２０は前記入力端子１２１及び前記入力端子１２２から入力される波長の異なる光信号を合波して、前記出力端子１２３へ出力する機能を有する。前記波長分波回路１３０は前記入力端子１３１へ入力される波長合波された光信号を波長毎に分波して前記出力端子１３２及び前記出力端子１３３の各々へ出力する機能を有する。前記光信号処理デバイス１４０は４光波混合を発生するχ（３）媒質により構成する。χ（３）媒質とは３次非線形光学効果を起こすことができる媒質のことである。
【００５２】
図1に示す前記光信号処理デバイス１４０の前記入力端子１４１に各周波数ｗ１及び各周波数ｗ２の異なる波長の２波の光信号を入力した場合、前記出力端子１４２には各周波数ｗ１及び各周波数ｗ２の異なる波長の２波の光信号に加えて、各周波数ｗ３及び各周波数ｗ４の２波の光が混在して出力される。ここで、
ｗ３＝２ｗ２−ｗ１ （２）
ｗ４＝２ｗ１−ｗ２ （３）
の関係がある。上記の数１と数２の関係を波長領域に変換すれば次のようになる。前記各周波数ｗ１の光信号の波長をλ１、前記各周波数ｗ２の光信号の波長をλ２、前記各周波数ｗ３の光信号の波長をλ３、前記各周波数ｗ４の光信号の波長をλ４とした場合、次波長λ３と波長λ４は次の式で表される。
λ３＝１／（１／（２／λ２−１／λ１）） （４）
λ４＝１／（１／（２／λ１−１／λ２）） （５）
図２にλ１＝１５４６ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍとして、前記光信号処理デバイス１４０としてのχ（３）媒質に非線形ファイバを使用した場合の前記光信号処理デバイス１４０の出力端子１４２の出力スペクトルを示す。λ１＝１５４６ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍを数３及び数４に代入すると、λ３＝１５５４ｎｍ、λ４＝１５４２ｎｍとなり、４光波混合が起きていることが確認できる。ここで、４光波混合の発生効率は入力する光信号の強度に依存するので、４光波混合により発生する前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号は入力される前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号の強度に対応して変化する。従って、前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号のいずれか、あるいは両方が情報信号により変調されていた場合、前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号に情報複製される。
【００５３】
光信号処理デバイス１４０の入力端子１４１にマークとスペースにより構成されるディジタル情報信号により変調された変調光信号を前記波長λ１の光信号として入力し、変調されていない光信号を前記波長λ２の光信号として入力した場合、出力端子１４２から前記波長λ１の変調光信号及び前記波長λ２の光信号とともに、前記波長λ１の光信号のマークとスペースにより構成されるディジタル情報信号が情報複製された複製光信号としての前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号が出力される。従って、前記光信号処理デバイス１４０は前記変調光信号を分岐することなく、情報複製された複製光信号としての前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号を抽出することができる。
【００５４】
前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号が前記光信号処理デバイス１４０としての前記χ（３）媒質に入力された場合に、前記χ（３）媒質から出力される前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号及び前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号の様子を図３に模式的に示す。
【００５５】
図３においては、合波器１５１の合波入力端子１６１及び合波入力端子１６２の各々に波長λ１の光信号１７１及び波長λ２の光信号１７２を入力した場合、前記波長λ１の光信号１７１及び前記波長λ２の光信号１７２は合波されて、χ（３）媒質１５０に入力され、前記χ（３）媒質１５０からは波長λ１の光信号及び波長λ２の光信号及び波長λ３の光信号及び波長λ４の光信号が出力され、分波器１５２により分波され、分波出力端子１６３へ波長λ１の光信号１７３が出力され、分波出力端子１６４へ波長λ３の光信号１７４が出力され、分波出力端子１６５へ波長λ４の光信号１７５が出力され、分波出力端子１６６へ波長λ２の光信号１７６が出力され、前記波長λ３の光信号１７４及び前記波長λ４の光信号１７５には前記波長λ１の光信号１７１のマークとスペースの変調光信号が情報複製されていることを示している。
【００５６】
上記の図３により説明した原理により、図１に示す光信号処理デバイス１４０は入力される変調光信号を分岐することなく前記変調光信号の情報を他の波長の光信号に情報複製した複製光信号を出力する機能を有する。
【００５７】
次に図1に示す前記光信号分岐装置１００の動作を説明する。図１に示す前記第一入力ポート１０１に、例えば前記波長λ１の変調光信号を入力し、第二入力ポート１０２に変調されていない例えば前記波長λ２のプローブ光信号を入力する。前記変調光信号は波長合波回路１２０の入力端子１２１へ入力され、前記プローブ光信号は前記波長合波回路１２０の入力端子１２２へ入力される。入力端子１２１へ入力された前記変調光信号と入力端子１２２へ入力された前記プローブ光信号は前記波長合波回路１２０により合波されて、前記出力端子１２１に出力され、さらに前記光伝達手段により、入力端子１４１を経由して前記光信号処理デバイス１４０に入力される。前記光信号処理デバイス１４０に入力された前記変調光信号と前記プローブ光信号は前述の４光混合の原理により発生した波長λ３の光信号及び波長λ４の光信号とともに、前記光伝達手段により、入力端子１３１を経由して前記波長分波回路１３０に入力される。前記波長分波回路１３０に入力された前記変調光信号及び前記プローブ光信号及び前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号は前記波長分波回路１３０により分波され、前記変調光信号は出力端子１３２を経由して前記第一出力ポート１０３へ出力され、前記波長λ３の光信号又は前記波長λ４の光信号は前述の原理により前記変調光信号が情報複製された複製光信号として出力端子１３３を経由して前記第二出力ポート１０４へ出力される。
【００５８】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００５９】
（実施形態２）
本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００の前記光信号処理デバイス１４０として光増幅器を使用する場合である。
【００６０】
本実施の形態の前記光信号分岐装置の構成は、図１に示す前記第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００の構成において、前記光信号処理デバイス１４０として前記光増幅器を使用する以外は、前記第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様である。従って、本実施の形態の前記光信号分岐装置を図１に示す前記光信号分岐装置１００として説明する。
【００６１】
前記光信号処理デバイス１４０として使用する前記半導体光増幅器は入力した光信号の光強度により増幅利得が変化するため、入力した前記変調光信号と前記プローブ光信号を同時に入力した場合、前記プローブ光信号に前記変調光信号が情報複製され、複製光信号を発生する。
【００６２】
図４及び図５に前記半導体光増幅器による情報複製の原理を模式的に示す。図４において、波長λ５の光信号１９１を、合波器１８１の合波入力端子１８３に入力し、半導体光増幅器１８０により増幅し、分波器１８２により分波した場合、分波出力端子１８５に前記波長λ５の光信号１９１が増幅された波長λ５の光信号１９３が出力され、この増幅過程における半導体光増幅器１８０の利得は半導体増幅器の利得１９０のように変化するが、前記波長λ５の光信号１９３は波長λ５の光信号１９１が増幅された状態である。ここで、合波器１８１の合波入力端子１８４には波長λ６の光信号１９２は入力されていないので、分波出力端子１８６には波長λ６の光信号１９４は出力しない。
【００６３】
次に、図５において、前記波長λ５の光信号１９１及び前記波長λ６の光信号１９２をそれぞれ前記合波器１８１の前記合波入力端子１８３及びに前記合波入力端子１８４に入力して合波し、前記半導体光増幅器１８０により増幅し、前記分波器１８２により分波した場合、前記分波出力端子１８５に前記波長λ５の光信号１９１が増幅された前記波長λ５の光信号１９３が出力され、前記分波出力端子１８６には前記波長λ６の光信号１９４が出力されるが、この増幅過程における半導体光増幅器１８０の利得は前記半導体増幅器の利得１９０のように変化するので、前記波長λ６の光信号１９４は前記波長λ５の光信号１９１が反転して情報複製された光信号となって増幅された状態となる。
【００６４】
以上説明した原理により、前記光信号分岐装置１００は前記変調光信号のマークとスペースが反転した状態で前記プローブ光信号に情報複製し出力する。このように前記変調光信号のマークとスペースが反転した状態で情報複製された前記プローブ光信号からは容易にマークとスペースを再度反転して、前記変調光信号のマークとスペースの情報を再現することができる。
【００６５】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号の情報を複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００６６】
（実施形態３）
本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態の前記光信号分岐装置１００の前記光信号処理デバイス１４０として可飽和吸収素子を使用する場合である。
【００６７】
本実施の形態の前記光信号分岐装置の構成は、図１に示す前記第一の実施形態の前記光信号分岐装置１００の構成において、前記光信号処理デバイス１４０として前記可飽和吸収素子を使用する以外は、前記第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様である。従って、本実施の形態の前記光信号分岐装置を図２に示す前記光信号分岐装置１００として説明する。
【００６８】
前記光信号処理デバイス１４０として使用する前記可飽和吸収素子はある光強度（以下においては閾値レベルという）以上の光信号が入力されると、入力された光信号の強度に応じて吸収係数が減少し光吸収率が飽和するために、透明領域となるか飽和吸収効果を利用した素子である。可飽和吸収素子としてはカーボンナノチューブや可飽和吸収ミラー等があげられる（非特許文献６）
【００６９】
図６に可飽和吸収ミラーの光吸収特性の波長特性を示す。図６において縦軸が光反射率であり、横軸が波長である。図６に実線で示すように、光強度が−２０ｄＢｍと弱い場合には１５５０ｎｍ付近の波長において反射率が減少し、強い吸収が現れていることが分かる。また、図６に破線で示すように、光強度を強くした場合、１５５０ｎｍ吸収率が変化し、可飽和吸収効果が現れているのが確認できる。
【００７０】
前記可飽和吸収ミラーに励起光として波長λ７＝１５４０ｎｍ、プローブ光として波長λ８＝１５５１ｎｍ、光強度０ｄＢｍの光を入力した時の反射率の前記励起光の強度及び前記プローブ光の強度への依存性のグラフを図７に示す。
【００７１】
図７において、前記励起光の強度を強くしても反射率はほとんど変化しないが、前記プローブ光の強度を強くした場合は反射率が上昇することが分かる。
【００７２】
以上の結果から、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号が前記可飽和吸収ミラーに与えるエネルギーをＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記波長λ８＝１５５１ｎｍ前記プローブ光の反射率、あるいは透過率を変化させることが可能である。
【００７３】
従って、上記可飽和吸収素子の反射率が大きく変化する前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度を閾値レベルＰｔｈとした場合、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度がＰｔｈを超える範囲では前記可飽和吸収素子は透明化し、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光が通過し、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度がＰｔｈを超えない範囲では上記可飽和吸収素子は不透明であり、前記波長λ８＝１５５１ｎｍ前記プローブ光が通過できないことになる。
【００７４】
上記の原理により、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度を、例えばマークとスペースで変調された変調光信号として、マークの光強度をＰａとし、スペースの光高度をＰｂとして、一方、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光の光信号強度をＰｃとし場合に、
Ｐａ＞Ｐｔｈ＞Ｐｂ＋Ｐｃ （６）
と設定することにより、前記変調光信号のマークとスペースの情報を前記プローブ光に情報複製し、複製光信号として出力することができる。上記の情報複製の過程を図８及び図９に示す。
【００７５】
図８は前記可飽和吸収素子に前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号を前記変調光信号として入力した場合であり、図８（Ａ）に示す前記変調光信号のマーク部分で前記閾値Ｐｔｈを越えて、前記可飽和吸収素子が透過領域にあり、図８（Ｂ）に示すようにマークが出力され、図８（Ａ）に示す前記変調光信号のスペース部分では前記閾値Ｐｔｈを越えていないので吸収領域にあり、図８（Ｂ）に示すようにスペース部分のレベルが低下して出力されることを示している。
【００７６】
図９（Ａ）は前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号を前記変調光信号として、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの光信号を前記プローブ光信号として、前記変調光信号と前記プローブ光信号を合波して前記可飽和吸収素子に入力した状態を示し、図９（Ｂ）は前記可飽和吸収素子の出力を示し、前記変調光信号のスペース部分が減衰している様子を示している。図９（Ｃ）は前記可飽和吸収素子の出力を前記波長λ７＝１５４０ｎｍの前記変調光信号及び前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光信号に分波した状態を示し、前記変調光信号は前記可飽和吸収素子に入力される前の状態の情報を保持し、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光には前記変調光信号が情報複製された複製光信号となっていることを示している。
【００７７】
本実施の形態の前記光信号分岐装置１００においては、前記変調光を例えば前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号として前記第一入力ポート１０１から入力し、前記プローブ光信号を例えば前記波長λ８＝１５５１ｎｍの光信号として前記第二入力ポート１０２から入力すると、上述の前記可飽和吸収の原理により、前記第二出力ポート１０４から、前記変調光信号を情報複製した前記複製光信号を出力する。
【００７８】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００７９】
（実施形態４）
本発明の第四の実施形態について説明する。本発明の第四の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様な動作を熱光学素子により実現する場合である。
【００８０】
熱光学素子は、熱レンズ効果を利用した素子のことであり、温度上昇に伴って屈折率が低くなる媒質を、入力する光に対して透明となる媒質で挟んだ構造となっている。ここで、温度上昇に伴って屈折率が低くなる媒質としては、水などの液体やフッ素芳香族ポリイミドなどが挙げられる（例えば、非特許文献２、３、４参照。）。
【非特許文献２】Ｅｄｕａｒｄ Ｗｙｓｓ，Ｍｉｃｈｅｌｌ Ｒｏｔｈ，Ｔｈｏｍａｓ Ｇｒａｆ， Ｈｅｉｎｚ Ｐ Ｗｅｂｅｒ，“Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒｓ”ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ１２，２００２
【非特許文献３】Ｊ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｙ．Ｉｎｏｕｅ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｕｒａ，ａｎｄ Ｔ．Ｍａｒｒｕｎｏ， ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｅ８１−Ｃ，ｐｐ．１０２０−１０２６ １９９８
【非特許文献４】Ｙｏｓｈｉｈａｒｕ Ｔｅｒｕｉ ａｎｄ Ｓｈｉｎｊｉ Ａｎｄｏ，“Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｉｎ ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｒｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８３，Ｎｏ．２３，２００３
【００８１】
図１０は熱光学素子２００に対して、波長の異なる２波の光が入力されている状況を示している。図１０において、比較的ビーム幅の広い所定の光強度、すなわち閾値Ｐｔｈ以上の励起光２１０が前記熱光学素子２００に入力されると前記励起光２１０の強度分布によって光軸を中心とした温度勾配が形成され、前記熱光学素子２００の屈折率は温度上昇に伴い低下するため、励起光の強い光軸の中心ほど屈折率が低く、周辺部ほど屈折率が高い状態の熱レンズ２０１が形成される。前記熱レンズ２０１の屈折率分布は凹レンズと等価であるため、前記励起光２１０と波長が異なり、かつ比較的ビーム幅の狭いプローブ光２２０を励起光の光軸からずらして入力すると、凹レンズを通過した状態となり前記プローブ光２２０の熱レンズ光軸２１１と異なる方向へ光路を切換えることができる。
【００８２】
図１１に前記熱光学素子２００を使用した場合の本実施形態に係る光信号分岐装置の構成を示す。図１１において、光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４、光信号処理デバイスとしての前記熱光学素子２００、入力部としてのミラー２３０、出力部としてのハーフミラー２３１、ミラー２３２、ミラー２３３、フィルター２３４により構成し、前記光信号分岐装置１００内は空間光学系で構成されている場合を示している。
【００８３】
図１１に示す前記光信号分岐装置１００の構成と動作を、変調光信号のみが入力される場合により説明する。図１１において前記変調光信号は第一入力ポート１０１から入力し、ミラー２３０により反射され、ハーフミラー２３１を介して熱光学素子２００に入力する。ここで、前記熱光学素子２００の前記閾値Ｐｔｈを以下のように設定する。
Ｐａ＋Ｐｃ＞Ｐｔｈ＞Ｐａ （７）
かつ
Ｐｔｈ＞Ｐｂ＋Ｐｃ （８）
ここで、Ｐａは前記変調光信号のマークの光強度、Ｐｂは前記変調光信号のスペースの光強度、Ｐｃはプローブ光信号の光強度である。
【００８４】
図１１は前記プローブ光信号が入力されていない状態であり、前記変調光信号は前記閾値以下であるので前記熱光学素子２００の屈折率は変化しないために、前記熱光学素子２００を通過した前記変調光信号はフィルター２３４を通過し、第一出力ポート１０３から出力される。ここで、フィルター２３４は前記変調光信号を通過させ、前記プローブ光信号を通過させない波長特性を有している。図１１において前記変調光信号は実線により示している。
【００８５】
次に、図１２により、前記変調光信号及び前記プローブ光信号の両方が入力される場合を説明する。図１２において、前記プローブ光信号は破線で示しており、第二入力ポート１０２から入力され、前記ハーフミラー２３１を通過し、前記変調光信号の光軸から所定の間隔を隔てた位置の光軸に従って前記熱光学素子２００に入力される。
【００８６】
ここで、図１３に数７及び数８で示した前記変調光信号の光強度及び前記プローブ光信号の光強度の関係を模式的に示す。図１３において、図１３（Ａ）は前記変調光信号の光強度であり、マークの光強度でも前記閾値以下である。図１３（Ｂ）は前記プローブ光信号であり、変調されていない一定の強度を持っている。図１３（Ｃ）は前記変調光信号と前記プローブ光信号を合波した光信号の光強度であり、前記変調光信号の前記スペースに相当する部分では前記閾値以下であるが、前記変調光信号の前記マークに相当する部分で前記閾値を越えている。
【００８７】
従って、数７及び数８の条件が成立した状態では、前記熱光学素子２００は前記変調光信号の前記マークに相当する部分で前記屈折率が変化し、前記熱レンズ効果により、前記変調光信号の光軸と異なる光軸をもって入力する前記プローブ光信号の光路を切換える。
【００８８】
図１２において、前記変調光信号のスペースに相当する時間の前記プローブ光信号の光路をプローブ光信号光路Ａ２３５と示し、前記変調光信号のマークに相当する時間の前記プローブ光信号の光路をプローブ光信号光路Ｂ２３６と示している。前記変調光信号のスペースに相当する時間には前記プローブ光信号は前記熱光学素子２００を通過した後、前記フィルター２３４に達し、ここで阻止される。一方、前記変調光信号のマークに相当する時間には前記プローブ光信号は前記熱光学素子２００を通過した後、光路を曲げられて、前記ミラー２３２に反射され、さらにミラー２３３に再度反射され、第二出力ポート１０４から出力される。
【００８９】
上記の過程において、前記プローブ光信号は前記変調光信号の前記マークに相当する時間のみ第二出力ポート１０４から出力されるので、前記変調光信号を情報複製した前記複製光信号となって出力されている。
【００９０】
上記の例においては、図１０に示すように、前記熱光学素子２００に形成させた前記熱レンズ２０１の光軸と平行に前記プローブ光信号を入力した場合を説明したが、図１４に示すように、前記プローブ光信号を前記熱レンズ２０１に対して、所定の角度を持って入力することもできる。
【００９１】
図１４に前記熱光学素子２００に対して前記励起光を斜め方向から入力する場合の原理を示す。図１４において、前記励起光２１０は熱光学素子２００の水平軸（Ｘ）に対しに対してθ０の角度で入射した場合、空気の屈折率をｎ０、ｄｎ／ｄＴ≒０、（但し、Ｔは温度）の時の前記熱光学素子２００の屈折率をｎ１、屈折角をθ１とすると、Ｘ軸に対して、
θ１＝ｓｉｎ−１（（ｎ１／ｎ０）ｓｉｎθ０） （９）
数９で示す角度だけ回転した新たな座標系Ｘ´軸が光軸となるため、前記励起光によって形成される前記熱レンズもＸ軸からθ１回転することになる。さらに、形成された前記熱レンズ２０１の焦点位置からＸ軸上に延長線を引いた位置から前記プローブ光信号２２１を入力することによって、前記熱レンズ２０１通過後は光軸に対して平行になる。
【００９２】
図１５に、図１４により説明した前記熱光学素子２００に対して前記励起光を斜め方向から入力する場合の光信号分岐装置１００の構成を示す。図１５において、光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４を備えることは図１１により説明した光信号分岐装置１００と同様である。図１５において、光信号分岐装置１００は、光信号処理デバイスとしての熱光学素子２００、入力部としてのミラー２３０、出力部としてのミラー２３７、フィルター２３４を備える。
【００９３】
図１５に示す光信号分岐装置１００の構成と動作を説明する。図１５において、前記変調光信号及び前記プローブ光信号は図１１及び図１２で説明した光信号分岐装置１００の場合と同様に設定する。図１５において、前記変調光信号は第一入力ポート１０１から入力され、ミラー２３０により反射され熱光学素子２００を通過し、さらにミラー２３７により反射され、フィルター２３４を通過し、第一出力ポート１０３から出力される。一方、前記プローブ光信号は第二入力ポート１０２から入力され、前記熱光学素子２００に入力されるが、前記変調光信号がマークの時間は前記プローブ光信号の光路が切換わり、前記プローブ光信号の一部はプローブ光信号光路Ａ２３５を通り、ミラー２３７により反射され、フィルター２３４により阻止される。また、前記変調光信号がスペースの時間には、前記熱光学素子２００に入力された前記プローブ光信号はプローブ光信号の光路Ｂ２３６を通り、第二出力ポート１０４から出力される。従って、前記プローブ光信号の一部は前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースが逆転して情報複製された前記複製光信号となって出力される。前記マーク及び前記スペースが逆転して情報複製された前記複製光信号から既存の技術により容易に前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースを再現することができる。
【００９４】
ここで、前記変調光信号の波長をλ９とし、前記プローブ光信号の波長をλ１０として、前記変調光信号及び前記プローブ光信号の第一出力ポート１０３及び第二出力ポート１０４から出力される光信号波形を図１６に示す。図１６（Ａ）に示すように、第一出力ポート１０３からは前記変調光信号が出力され、かつ前記プローブ光信号は出力されず、一方、図１６（Ｂ）に示すように、第二出力ポート１０４からは、前記変調光信号は出力されず、前記プローブ光信号に前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースが逆転して情報複製された複製光信号が出力される。
【００９５】
以上の説明においては前記光路が切換わり前記プローブ光を前記複製光信号として、前記第二出力ポート１０４から出力する場合を説明した。しかし、前記光路が切換わっていない前記プローブ光には前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースが逆転して複製されているので、前記光路が切換わっていない前記プローブ光を前記複製光信号として出力することもできる。具体的には、図１１及び図１２、及び図１５に示す前記フィルター２３４を波長分波回路に置き換えることにより、前記変調光信号と前記光路が切換わっていない前記プローブ光を分波して、別途用意する光伝達手段により、前記変調光信号を第一出力ポート１０３から出力し、前記光路が切換わっていない前記プローブ光を前記複製光信号として前記第二出力ポート１０４から出力することもできる。
【００９６】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００９７】
（実施形態５）
本発明の第五の実施形態について説明する。本発明の第五の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様な動作をカー媒質により実現する場合である。
【００９８】
本実施の形態の前記光信号分岐装置においては、前記カー媒質に前記変調光信号を入力して、入力した光強度に応じて屈折率異方性を生じさせ、異方性が生じた時のみ前記プローブ光信号を透過させる構成としている。
【００９９】
図１７に本実施の形態の前記光信号分岐装置の構成を示す。図１７において、本実施の形態の前記光信号分岐装置１００は、第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４、光信号処理デバイスとしてのカー媒質３００、入力部としてのミラー３１１、偏光子３１２、偏光子３１３、出力部としてのミラー３１４、検光子３１５により構成し、前記光信号分岐装置１００内は空間光学系で構成されている場合を示している。ここで、偏光子３１３の偏光方向と検光子３１５の偏光方向は直交するクロスニコルに配置され、また、偏光子３１２の偏光方向は偏光子３１３の偏光方向に対して４５°傾けた状態に設置してある。
【０１００】
図１７は本実施の形態の前記光信号分岐装置１００に第一入力ポート１０１から前記変調光信号のみが入力される場合を示し、前記変調光信号を実線で示している。図１７において、前記変調光信号は第一入力ポート１０１から入力され、ミラー３１１で反射され、偏光子３１２を通過し、さらにカー媒質３００を通過し、ミラー３１４で反射され、第一出力ポート１０３から出力される。
【０１０１】
次に、図１８は本実施の形態の前記光信号分岐装置１００に第一入力ポート１０１から前記変調光信号及び第二入力ポート１０２から前記プローブ光信号が入力される場合を示し、前記プローブ光信号の光路を破線で示している。
【０１０２】
図１８において、最初に前記プローブ光信号のみが入力された状態では、前記プローブ光信号は偏光子３１３を通過し、カー媒質３００を通過し、検光子３１５に達するが、ここで偏光子３１３と検光子３１５は偏光軸が直交するクロスニコルに配置されているので、前記プローブ光信号は検光子３１５を通過できないので、第二出力ポート１０４には光信号は出力しない。次に、前記変調光信号が入力されている状態では、前記変調光信号のマークの部分により、前記カー媒質３００の屈折率は前記変調光信号の偏光方向と、その垂直方向に異方性を生じるために、偏光子３１３を通過した直線偏波の前記プローブ光信号は前記カー媒質３００を通過すると楕円偏波に変わり、前記プローブ光信号の一部は検光子３１５を通過し第二出力ポート１０４から出力される。
【０１０３】
図１９は偏光子３１３、カー媒質３００、検光子３１５、前記変調光信号及び前記プローブ光信号の偏光状態を示している。
【０１０４】
以上説明したように、本実施の形態の前記光信号分岐装置１００は前記変調光信号の前記マークの部分で前記プローブ光信号の一部を前記第二出力ポート１０４から出力し、前記変調光信号の前記スペースの部分で前記プローブ光信号を前記第二出力ポート１０４から出力しないので、前記第二出力ポート１０４からは前記変調光信号を情報複製した複製光信号が出力される。
【０１０５】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【０１０６】
（実施形態６）
本発明の第六の実施形態について説明する。本発明の第六の実施形態に係る光信号伝送システムは請求項１から７のいずれかに記載の前記光信号分岐装置１００を使用した光信号伝送システム及び光伝送方法である。
【０１０７】
図２０は本発明の第六の実施形態に係る光信号伝送システムの構成例である。図２０においては、光信号分岐装置１００について、光信号送信装置１０に近い方から順に光信号分岐装置１００ａ、光信号分岐装置１００ｂ、・・・と表記しており、さらに第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４、幹線側光伝送路７０、支線側光伝送路７１、支線側光伝送路７２、光信号受信装置２０、光信号発生器２１、光信号受信器２２についても同様の方法で表記している。
【０１０８】
図２０において、光信号送信装置１０の備える光信号送信器１１の出力端子は第一の伝送区間を構成する幹線側光伝送路７０ａにより光信号分岐装置１００ａの第一入力ポート１０１aに接続されている。前記光信号分岐装置１００ａの第一出力ポート１０３ａは第二の伝送区間を構成する幹線側光伝送路７０ｂにより光信号分岐装置１００ｂの第一入力ポート１０１ｂへ接続されている。前記光信号分岐装置１００ｂの第二出力ポート１０４ｂは第三の伝送区間を構成する幹線側光伝送路７０ｃに接続され、さらに同様に繰り返して所定の数の前記光信号分岐装置１００が接続されている。図２０においては前記光信号分岐装置１００を２台のみ図示しているが、所定の台数を接続することができる。
【０１０９】
一方、前記光信号分岐装置１００ａの第二入力ポート１０２ａは支線側光伝送路７１ａにより光信号受信装置２０ａの光信号発生器２１ａに接続され、前記光信号分岐装置１００ａの第二出力ポート１０４ａは支線側光伝送路７２ａにより前記光信号受信装置２０ａの光信号受信器２２ａに接続されている。さらに前記光信号分岐装置１００ｂの第二入力ポート１０２ｂは支線側光伝送路７１ｂにより光信号受信装置２０ｂの光信号発生器２１ｂに接続され、前記光信号分岐装置１００ｂの第二出力ポート１０４ｂは支線側光伝送路７２ｂにより前記光信号受信装置２０ｂの光信号受信器２２ｂに接続されている。
【０１１０】
本光信号伝送システムをｎ区間の前記幹線側光伝送路７０で構成する場合は、前記光信号分岐装置１００及び前記光信号受信器２０をｎ−１台接続し、ｎ区間目の幹線側光伝送路の終端部分は前記光信号分岐装置１００を経由することなく、図示していない終端光信号受信装置を接続することになるが、前記終端光信号受信装置は前記光信号受信器２０と類似の構成で容易に実現できるので説明は省略する。
【０１１１】
図２０に示す前記光信号伝送システムの動作を説明する。前記光信号送信装置１０から送信される前記変調光信号は、幹線側光伝送路７０ａ及び前記第一入力ポート１０１ａを経由して前記光信号分岐装置１００ａに入力される。前記光信号分岐装置１００ａに入力された前記変調光信号は前述の原理に従って第二出力ポート１０４ａへ出力され、さらに幹線側光伝送路７０ｂを経由して、光信号分岐装置１００ｂへ入力される。
【０１１２】
一方、光信号受信装置２０ａの光信号発生器２１ａから前記プローブ光信号を出力した場合、出力された前記プローブ光信号は支線側光伝送路７１ａ及び光信号分岐装置１００ａの第二入力ポート１０２ａを経由して光信号分岐装置１００ａに入力され、前述の原理により、前記変調光信号を情報複製した前記複製光信号が前記第二出力ポート１０４ａから出力される。前記第二出力ポート１０４ａから出力された前記複製光信号は支線側光伝送路７２ａを経由して前記光信号受信装置２０ａの光信号受信器２２ａに入力され受信される。
【０１１３】
上記の図２０においては、前記光信号分岐装置１００と前記光信号受信装置２０の間を前記支線側光伝送路７１及び前記支線側光伝送路７２の２条の支線側光伝送路により接続する場合を示しているが、前記光信号分岐装置１００と前記光信号受信装置２０の間を１条の伝送路により接続する場合を図２１及び図２２に示す。
【０１１４】
図２１及び図２２においては前記光信号分岐装置１００と前記光信号受信装置２０の間の接続関係のみを示して説明するが、他の部分の構成及び動作は図２０の場合と同様である。
【０１１５】
図２１により、前記光信号分岐装置１００及び光信号受信装置２０にそれぞれサーキュレータを備えて、前記光信号分岐装置１００と光信号受信装置２０の間を１条の支線側光伝送路７３で接続する場合を説明する。
【０１１６】
図２１において、前記光信号分岐装置１００ａの第二入力ポート１０２ａは光伝達手段によりサーキュレータ３０ａの第三端子３３ａに接続され、第二出力ポート１０４ａは光伝達手段により前記サーキュレータ３０ａの第一端子３１ａに接続されている。前記サーキュレータ３０ａの第二端子３２ａは支線側光伝送路７３ａにより光信号受信装置２０ａの備えるサーキュレータ４０ａの第一端子４１ａに接続されている。前記光信号受信装置２０ａにおいて前記サーキュレータ４０ａの第二端子４２ａは光信号受信器２２ａに接続され、第三端子４３ａは光伝達手段により光信号発生器２１ａに接続されている。前記サーキュレータ３０ａは前記第一端子３１ａに入力された光信号を前記第二端子３２ａに出力し、前記第二端子３２ａに入力された光信号を前記第三端子３３ａに出力し、前記第三端子３３ａを入力された光信号は前記第一端子３１ａに出力する機能を有する。前記サーキュレータ４０ａは前記第一端子４１ａに入力された光信号を前記第二端子３２ａに出力し、前記第二端子４２ａに入力された光信号は前記第三端子４３ａに出力し、前記第三端子４３ａに入力された光信号を前記第一端子４１ａに出力する機能を有する。
【０１１７】
図２１に示す前記光信号分岐装置１００ａ及び光信号受信装置２０ａの動作について、図２０により説明した動作と異なる部分を説明する。幹線側光伝送路７０ａから伝送されて来る前記変調光信号は光信号分岐装置１００ａの第一入力ポート１０１ａを介して光信号分岐装置１００ａに入力され、さらに前述と同様に第二出力ポート１０４ａを介して幹線側光伝送路７０ｂへ伝送される。
【０１１８】
一方、前記光信号受信装置２０ａの前記光信号発生器２１ａが前記プローブ光信号を出力した場合、前記プローブ光信号は前記光伝達手段により前記サーキュレータ４０ａの前記第三端子４３ａに入力される。前記第三端子４３ａに入力された前記プローブ光信号は前記端子４１ａ及び前記支線側光伝送路７３ａを経由して、前記サーキュレータ３０ａの前記第二端子３２ａに入力される。前記第二端子３２ａに入力された前記プローブ光信号は前記サーキュレータ３０ａの前記第三端子３３ａを経由し、前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力される。前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力された前記プローブ光信号は前述と同様の原理により、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を第二出力ポート１０４ａへ出力する。
【０１１９】
第二出力ポート１０４ａから出力された前記複製光信号は前記光伝達手段により前記サーキュレータ３０ａの前記第一端子３１ａに入力される。前記サーキュレータ３０ａの前記第一端子３１ａに入力された前記複製光信号は前記第二端子３２ａを経由し、支線側光伝送路７３ａにより光信号受信装置２０ａの前記サーキュレータ４０ａの前記第一端子４１ａに入力される。前記サーキュレータ４０ａの前記第一端子４１ａに入力された前記複製光信号は前記第二端子４２ａを経由し前記光伝達手段により前記光信号受信器２２ａに入力され、受信される。
【０１２０】
次に、図２２により、前記光信号分岐装置１００及び光信号受信装置２０にそれぞれ合分波器を備えて、前記光信号分岐装置１００と光信号受信装置２０の間を１条の支線側光伝送路７３で接続する場合を説明する。図２２において、前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａは光伝達手段により合分波器５０ａの第二端子５２ａに接続され、前記第二出力ポート１０４ａは光伝達手段により前記合分波器５０ａの第三端子５３ａに接続されている。前記合分波器５０ａの第一端子５１ａは支線側光伝送路７３ａにより光信号受信装置２０ａの備える合分波器６０ａの第一端子６１ａに接続されている。
【０１２１】
前記光信号受信装置２０ａにおいて前記合分波器６０ａの第三端子６３ａは光信号受信器２２ａに接続され、第二端子６２ａは光伝達手段により光信号発生器２１ａに接続されている。
【０１２２】
前記合分波器５０ａは前記第一端子５１ａに異なる所定の波長を持つ２波の光信号が合波された光信号が入力された場合は分波して、前記第二端子５２ａ及び前記第三端子５３ａのそれぞれに出力し、さらに、前記第二端子５２ａ及び前記第三端子５３ａのそれぞれに波長の異なる所定の波長の光信号が入力された場合は合波して、前記第一端子５１ａに合波光信号として出力する機能を有する。
【０１２３】
前記合分波器６０ａは前記第一端子６１ａに異なる所定の波長を持つ２波の光信号が合波された光信号が入力された場合は分波して、前記第二端子６２ａ及び前記第三端子６３ａのそれぞれに出力し、さらに、前記第二端子６２ａ及び前記第三端子６３ａのそれぞれに波長の異なる所定の波長の光信号が入力された場合は合波して、前記第一端子６１ａに合波光信号として出力する機能を有する。
【０１２４】
図２２に示す前記光信号分岐装置１００ａ及び光信号受信装置２０ａの動作について、図２０により説明した動作と異なる部分を説明する。幹線側光伝送路７０ａから伝送されて来る前記変調光信号は光信号分岐装置１００ａの第一入力ポート１０１ａを介して光信号分岐装置１００ａに入力され、さらに前述と同様に第二出力ポート１０４ａを介して幹線側光伝送路７０ｂへ伝送される。
【０１２５】
一方、前記光信号受信装置２０ａの前記光信号発生器２１ａが前記プローブ光信号を出力した場合、前記プローブ光信号は前記光伝達手段により前記合分波器６０ａの前記第二端子６２ａに入力される。前記第二端子６２ａに入力された前記プローブ光信号は前記端子６１ａ及び前記支線側光伝送路７３ａを経由して、前記合分波器５０ａの前記第一端子５１ａに入力される。前記第一端子５１ａに入力された前記プローブ光信号は前記合分波器５０ａの前記第二端子５２ａを経由し、前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力される。前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力された前記プローブ光は前述と同様の原理により、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を第二出力ポート１０４ａへ出力する。
【０１２６】
第二出力ポート１０４ａから出力された前記複製光信号は前記光伝達手段により前記合分波器５０ａの前記第三端子５３ａに入力される。前記合分波器５０ａの前記第三端子５３ａに入力された前記複製光信号は前記合分波器５０ａの前記第一端子５１ａに出力され、支線側光伝送路７３ａを経由して光信号受信装置２０ａの前記合分波器６０ａの前記第一端子６１ａに入力される。前記合分波器６０ａの前記第一端子６１ａに入力された前記複製光信号は前記第三端子６３を経由し前記光伝達手段により前記光信号受信器２２ａに入力され受信される。
【０１２７】
以上説明したように、本発明の光信号伝送システム及び光信号伝送方法は、伝送されて来る変調光信号を分岐装置において分岐することなく次の伝送区間へ送信し、同時に前記分岐装置において前記変調光信号を情報複製した複製光信号を光信号受信装置へ送信するので、光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する受信装置の増加に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の光信号分岐装置、光信号伝送システム及び光信号伝送方法は、簡易な装置構成により多数の光信号受信装置に情報を伝送する情報分配ネットワークなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】実施形態に係る光信号分岐装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る４光波混合の測定例の説明図である。
【図３】実施形態に係る光信号波形の説明図である。
【図４】実施形態に係る原理の説明図である。
【図５】実施形態に係る原理の説明図である。
【図６】実施形態に係る可飽和吸収特性の説明図である。
【図７】実施形態に係る可飽和吸収特性の説明図である。
【図８】実施形態に係る情報複製の説明図である。
【図９】実施形態に係る情報複製の説明図である。
【図１０】実施形態に係る熱光学素子の説明図である。
【図１１】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図１２】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図１３】実施形態に係る光信号波形の説明図である。
【図１４】実施形態に係る熱光学素子の説明図である。
【図１５】実施形態に係る光信号分岐装置の他の構成の説明図である。
【図１６】実施形態に係る光信号波形の説明図である。
【図１７】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図１８】実施形態に係る光信号分岐装置の動作の説明図である。
【図１９】実施形態に係る光学系の偏光の状態の説明図である。
【図２０】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図２１】実施形態に係る光信号分岐装置の他の構成の説明図である。
【図２２】実施形態に係る光信号分岐装置の他の構成の説明図である。
【図２３】従来の光信号伝送システムの構成の説明図である。
【図２４】非対称カプラの原理図を説明する図である。
【図２５】従来の光信号伝送システムにおける最適分岐比を説明する図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０ 光信号送信装置
１１ 光信号送信器
２０ 光信号受信装置
２０ａ 光信号受信装置
２０ｂ 光信号受信装置
２１ 光信号発生器
２１ａ 光信号発生器
２１ｂ 光信号発生器
２２ 光信号受信器
２２ａ 光信号受信器
２２ｂ 光信号受信器
３０ａ サーキュレータ
３１ａ 第一端子
３２ａ 第二端子
３３ａ 第三端子
４０ａ サーキュレータ
４１ａ 第一端子
４２ａ 第二端子
４３ａ 第三端子
５０ａ 合分波器
５１ａ 第一端子
５２ａ 第二端子
５３ａ 第三端子
６０ａ 合分波器
６１ａ 第一端子
６３ａ 第三端子
６２ａ 第二端子
７０ 幹線側光伝送路
７０ａ 幹線側光伝送路
７０ｂ 幹線側光伝送路
７０ｃ 幹線側光伝送路
７１ 支線側光伝送路
７１ａ 支線側光伝送路
７１ｂ 支線側光伝送路
７２ 支線側光伝送路
７２ａ 支線側光伝送路
７２ｂ 支線側光伝送路
７３ａ 支線側光伝送路
１００ 光信号分岐装置
１００ａ 光信号分岐装置
１００ｂ 光信号分岐装置
１０１ 第一入力ポート
１０１ａ 第一入力ポート
１０１ｂ 第一入力ポート
１０２ 第二入力ポート
１０２ａ 第二入力ポート
１０２ｂ 第二入力ポート
１０３ 第一出力ポート
１０３ａ 第一出力ポート
１０３ｂ 第一出力ポート
１０４ 第二出力ポート
１０４ａ 第二出力ポート
１０４ｂ 第二出力ポート
１１０ 光信号処理デバイス
１２０ 波長合波回路
１２１ 入力端子
１２２ 入力端子
１２３ 出力端子
１３０ 波長分波回路
１３１ 入力端子
１３２ 出力端子
１３３ 出力端子
１４０ 光信号処理デバイス
１４１ 入力端子
１４２ 出力端子
１５０ χ（３）媒質
１５１ 合波器
１５２ 分波器
１６１ 合波入力端子
１６２ 合波入力端子
１６３ 分波出力端子
１６４ 分波出力端子
１６５ 分波出力端子
１６６ 分波出力端子
１７１ 波長λ１の光信号
１７２ 波長λ２の光信号
１７３ 波長λ１の光信号
１７４ 波長λ３の光信号
１７５ 波長λ４の光信号
１７６ 波長λ２の光信号
１８０ 半導体光増幅器
１８１ 合波器
１８２ 分波器
１８３ 合波入力端子
１８４ 合波入力端子
１８５ 分波出力端子
１８６ 分波出力端子
１９０ 半導体増幅器の利得
１９１ 波長λ５の光信号
１９２ 波長λ６の光信号
１９３ 波長λ５の光信号
１９４ 波長λ６の光信号
２００ 熱光学素子
２０１ 熱レンズ
２１０ 励起光
２１１ 熱レンズの光軸
２１２ 熱レンズの焦点
２２０ プローブ光
２３０ ミラー
２３１ ハーフミラー
２３２ ミラー
２３３ ミラー
２３４ フィルター
２３５ プローブ光信号光路Ａ
２３６ プローブ光信号光路
２３７ ミラー
３００ カー媒質
３１１ ミラー
３１２ 偏光子
３１３ 偏光子
３１４ ミラー
３１５ 検光子
９１０ 光信号送信装置
９１１ 光信号送信器
９２０ａ 光信号受信装置
９２０ｂ 光信号受信装置
９２０ｎ 光信号受信装置
９２１ａ 光信号受信器
９２１ｂ 光信号受信器
９２１ｎ 光信号受信器
９４０ａ 光信号分岐装置
９４０ｂ 光信号分岐装置
９４０（ｎ−１） 光信号分岐装置
９４１ 非対称カプラ
９７０ａ 幹線側光伝送路
９７０ｂ 幹線側光伝送路
９７０ｎ 幹線側光伝送路
９７１ａ 支線側光伝送路
９７１ｂ 支線側光伝送路
９７１（ｎ−１） 支線側光伝送路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の技術の進歩により、光ファイバーネットワークは、基幹ネットワークから企業内ネットワーク、さらには家庭内ネットワークへと広く利用されている。これらの光ファイバ伝送路を用いた光信号伝送システムの一形態としてバス型接続の光信号伝送システムがある。添付の図を参照して従来技術について説明する。
【０００３】
図２３に従来のバス型接続の光信号伝送システムの一例を示す。図２３は１の光信号送信装置から１以上のＮの光信号受信装置へ光信号を伝送する場合の例を示している。
【０００４】
図２３において、光信号分岐装置は光信号送信装置９１０に近い方から順に、光信号分岐装置９４０ａ、光信号分岐装置９４０ｂ、・・・と表示し、総数は（ｎ−１）であるが、図面の煩雑さをさけるために光信号分岐装置９４０（ｎ−１）は図示していない。以下の説明において、光信号分岐装置９４０ａ、光信号分岐装置９４０ｂ、・・・光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の全体を示す場合は光信号分岐装置９４０と表記する。
【０００５】
図２３において、幹線側光伝送路は光信号送信装置９１０に近い方から順に、幹線側光伝送路９７０ａ、幹線側光伝送路９７０ｂ、・・・幹線側光伝送路９７０ｎと表示し、総数はｎである。以下の説明において、幹線側光伝送路９７０ａ、幹線側光伝送路９７０ｂ、・・・幹線側光伝送路９７０ｎの全体を示す場合は幹線側光伝送路９７０と表記する。
【０００６】
図２３において、支線側光伝送路は光信号送信装置９１０に近い方から順に、支線側光伝送路９７１ａ、支線側光伝送路９７１ｂ、・・・と表示し、総数は（ｎ−１）であるが、図面の煩雑さをさけるために支線側光伝送路９７１（ｎ−１）は図示していない。以下の説明において、支線側光伝送路９７１ａ、支線側光伝送路９７１ｂ、・・・支線側光伝送路９７１（ｎ−１）の全体を示す場合は支線側光伝送路９７１と表記する。
【０００７】
光信号受信装置は光信号送信装置９１０に近い方から順に、光信号受信装置９２０ａ、光信号受信装置９２０ｂ、・・・光信号受信装置９２０ｎと表示し、総数はｎである。以下の説明において、光信号受信装置９２０ａ、光信号受信装置９２０ｂ、・・・光信号受信装置９２０ｎの全体を示す場合は光信号受信装置９２０と表記する。
【０００８】
光信号受信器は光信号送信装置９１０に近い方から順に、光信号受信器９２１ａ、光信号受信器９２１ｂ、・・・光信号受信器９２１ｎと表示している。以下の説明において、光信号受信器９２１ａ、光信号受信器９２１ｂ、・・・光信号受信器９２１ｎの全体を示す場合は光信号受信器９２１と表記する。
【０００９】
図２３において、光信号送信装置９１０に備える光信号送信器９１１の出力は幹線側光伝送路９７０ａを介して光信号分岐装置９４０ａに入力され、光信号分岐装置９４０ａの出力は幹線側光伝送路９７０ｂを介して光信号分岐装置９４０ｂに入力され、以後同様に、図示していない（ｎ−１）番目の幹線側光伝送路９７０（ｎ−１）を介して図示していない光信号分岐装置９４０（ｎ−１）に入力される。さらに最後の幹線側光伝送路９７０ｎは光信号分岐装置を介することなく光信号受信装置９２０ｎに接続される。
【００１０】
一方、前記光信号分岐装置９４０ａの分岐出力は支線側光伝送路９７１ａを介して受信装置９２０ａに備える受信器９２１ａに入力され、前記光信号分岐装置９４０ｂの分岐出力は支線側光伝送路９７１ｂを介して受信装置９２０ｂに備える受信器９２１ｂに入力され、以後同様に図示していない（ｎ−１）番目の光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の分岐出力は、図示していない受信器９２１（ｎ−１）に入力される。
【００１１】
さらに、ｎ番目の光信号受信器９２１ｎには幹線側光伝送路９７０ｎにより、図示していない前記光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の出力が入力される。
【００１２】
図２３に示す従来技術の第一例として、前記光信号分岐装置９４０に３ｄＢカプラを使用する場合を説明する。前記３ｄＢカプラを使用する場合、前記光信号分岐装置９４０の分岐損失が累積され、後段の前記光信号受信装置９２０に入力される前記分岐出力または前記光信号が減衰するので、前記光信号受信装置９２０における受信光信号の信号対雑音比が劣化し、接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数が限られる。
【００１３】
そこで、前記光信号送信器９１１の出力を高めることにより、接続可能な前記光信号受信装置９２０の数を増加させることは可能であるが、前記光信号送信器９１１の出力にも上限があるので、接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数は前記３ｄＢカプラの損失で制限される。ここで、前記光信号送信装置９１０から最も遠方に接続される前記光信号受信器９２１ｎに入力される前記光信号は３（ｎ−１）ｄＢの分岐損失を受けることになる。
【００１４】
非特許文献１を参照すると、前記光信号送信装置１０をＩＥＥＥ８０２．３ａｈにより定められた１０００ＢＡＳＥ−ＰＸ２０−Ｄ規格とした場合、送信光強度の最大値は７ｄＢｍであり、光信号の伝送速度を１．２５Ｇｂｐｓとして、前記光信号受信器９２１ｎをＩＥＥＥ８０２．３ａｈにより定められた１０００ＢＡＳＥ−ＰＸ２０−Ｕ規格とした場合、前記光信号受信器９２１ｎにおける信号誤り率を１０−１２以下とするために、前記光信号受信器９２１ｎの最小受光強度は−７ｄＢｍと規定されている。
【００１５】
前記のＩＥＥＥ８０２．３ａｈの規格に従い、図２３に示すバス型光信号伝送システムにおいて前記３ｄＢカプラの過剰損失及び前記幹線側光伝送路９７０及び支線側光伝送路９７１の損失を無視した場合、前記光信号受信装置の総数ｎは１１となる（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１６】
以上説明したように、前記第一例は前記３ｄＢカプラの損失と前記支線側光伝送路９７１の光損失により、接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数が少ないという欠点があった。
【００１７】
次に、図２３により従来技術の第二例を説明する。従来技術の第二例においては、図２３に示す前記光信号分岐装置９４０として非対称カプラを使用する場合である。図２４は前記非対称カプラの原理図である。図２４において、非対称カプラ９４１は端子Ａ９４２、端子Ｂ９４３、端子Ｃ９４４、端子Ｄ９４５を備え、端子Ａ９４２から入力された光信号を１とすると、Ｘが前記端子Ｃ９４４へ出力され、残りの（１−Ｘ）が前記端子Ｄ９４５へ出力されるように、前記端子Ｃ９４４と前記端子Ｄ９４５へ出力される光信号の比を非対称に調節した光カプラである。ここで、０＜Ｘ＜１であり、分岐比と呼ぶ。
【００１８】
図２３において、光信号送信装置９１０に近い前記光信号分岐装置９４０ａから、光信号分岐装置９４０（ｎ−１）の方向へ、前記光信号分岐装置の分岐比を、１／ｎ、１／（ｎ−１）、・・・１／（ｎ−（ｉ−１））、・・・１／２とした時に、前記光信号送信装置９１０と前記光信号受信装置９２０ｎの間の光信号損失を最小にすることができる。ここで、前記ｉは前記光信号送信装置９１０からｉ番目を意味する。ｎを２０とすると、前記光信号受信器９２１の各々は全て前記光信号送信器９１１の出力の１／２０の光強度、すなわち光強度が１３ｄＢ減衰した光信号を受信することになる。前記ＩＥＥＥ８０２．３ａｈにより定められた標準規格の値の場合、前記光信号受信器９２１の各々の受信する光強度は−８ｄＢｍとなり、伝送速度が１．２５Ｇｂｐｓの場合は十分な強度の光信号を受信できることになる（例えば、特許文献１参照。）。
【００１９】
しかし、前記第二例には以下の２つの課題がある。第一は前記光信号分岐装置９４０の各々の分岐比を異なる値に設定する必要があり、価格が高くなるという課題がある。第二は前記光信号分岐装置９４０の総数ｎの増加に従って、前記非対称カプラ９４１の分岐比の設定が困難になるという課題がある。
【００２０】
以下に上記の第二の課題について説明する。前記第二例において、前記光信号受信装置９２０の総数ｎと前記非対称カプラ９４１の前記端子Ｃ９４４と前記端子Ｄ９４５の前記分岐比は次の式で与えられる。
Ｃ：Ｄ＝１／（１−ｉ＋ｎ）：（１−１／（１−ｉ＋ｎ）） （１）
ここで、ｉは前記光信号送信装置９１０の方から数えた前記光信号分岐装置９４０の番号であり、ｉ≦ｎである。
【００２１】
図２５に前記光信号受信装置９２０の総数ｎを５、１０、１５、２０とした時の最適分岐比を示す。図２５において、上側の曲線群は前記非対称カプラ９４１の前記端子Ｄ９４５への分岐比を示し、下側の曲線群は前記非対称カプラ９４１の前記端子Ｃ９４４への分岐比を示している。光信号受信装置９２０の総数ｎが増加すると、前記光信号送信装置９１０に近い前記光信号分岐装置９４０の分岐比ほど後段への影響が大きいために、正確な分岐比の設定が必要となる。例えば、ｎが２０の場合、光信号送信装置９１０から１番目の光信号分岐装置９４０ａと２番目の光信号分岐装置９４０ｂの各々の支線側光伝送路９７１ａ及び支線側光伝送路９７１ｂへの分岐装比は０．２ｄＢ程度となる。
【００２２】
一方、前記非対称カプラ９４１の過剰損失は分岐比率及び製造プロセスにより大きく異なり、０．１〜１ｄＢ程度のばらつきを生じる。さらに、前記非対称カプラ９４１の各端子と幹線側光伝送路９７０ａ及び支線側光伝送路９７１ａとの接続における光ファイバ同士の突合せの位置ずれによって０．１〜１ｄＢ程度のばらつきを生じる。従って、上記の分岐装比０．２ｄＢ程度という値を実現するのは非常に難しいという課題がある。
【００２３】
次に、図２３に示す従来技術の第三例を説明する。第三例は前記光信号分岐装置９４０を前記３ｄＢカプラとし、かつ光増幅器を使用することにより、接続可能な前記光信号受信装置９２０の数を増加させる方法である。第三例は図２３に示す幹線側光伝送路９７０の各々の光損失を前記光増幅器により補償することにより、前記光信号受信装置９２０の総数を前記第一の例及び前記第二の例よりも増加させることができる（例えば、特許文献２参照。）。
【００２４】
上記の第三例においては、光信号受信装置９２０の総数と同数の光増幅器を必要とするので価格が高くなり、経済的なネットワークを構築するのは困難という課題がある。
【００２５】
【特許文献１】特開平６−２６８６５４号公報
【特許文献２】特開平５−１６０４７３号公報
【非特許文献１】ＩＥＥＥ ｓｔｄ ８０２．３−２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上記のように、従来の光バス型ネットワークは伝送路の構成が簡易であるという利点があるが、光カプラのような光信号の分岐デバイスを前記幹線側光伝送路９７０と前記支線側光伝送路９７１の接続点に設置し、前記光信号送信装置９１０から送信された光信号の一部を前記光信号受信装置９２０の各々へ分岐するために正確な分岐損失を考慮しなければならず、伝送距離の拡大及び接続可能な前記光信号受信装置９２０の総数の増加が困難であった。
【００２７】
本発明は、上記の課題を解決し、伝送距離の拡大、あるいは接続可能な光信号受信装置の総数の増加を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、上記目的を達成するため、光信号送信装置から送信する光信号と光信号分岐装置内の光信号処理デバイスとの相互作用、または光信号受信装置から送信するプローブ光と光信号分岐装置内の光信号処理デバイスとの相互作用、により前記光信号送信装置から送信する前記光信号を分岐することなく、前記光信号の情報を前記光信号受信装置へ取得することを可能にすることにより前記光信号分岐装置の分岐損失を考慮することなく伝送距離の拡大、及び前記光信号受信装置の総数の増加を可能にする光信号分岐装置及び光信号伝送システム及び光信号伝送方法である。
【００２９】
具体的には、本発明に係る光信号分岐装置は、入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用又は前記第二入力ポートから入力されるプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力する。
【００３０】
本発明に係る光信号分岐装置は、光伝送路を経由して入力される変調された変調光信号を分岐して減衰させることなく後段の光伝送路へ向けて出力するとともに、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を別途出力し光信号受信装置へ送信することができるので、変調光信号をより遠隔の、多くの光信号受信装置へ伝送することができる。
【００３１】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号の角周波数をｗ１とし、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の角周波数をｗ２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ｗ３＝２ｗ２―ｗ１、およびｗ４＝２ｗ１―ｗ２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、前記４光波混合波発生素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号のうちの少なくとも１を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、を備える。
【００３２】
本発明に係る光信号分岐装置は、４光波混合波発生素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３３】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光増幅度が減少し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光増幅度が増大することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、を備える。
【００３４】
本発明に係る光信号分岐装置は、前記半導体光増幅器を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３５】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の透過度が増大し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の透過度が減少することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する可飽和光吸収素子と、前記可飽和光吸収素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、を備える。
【００３６】
本発明に係る光信号分岐装置は、前記可飽和光吸収素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３７】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、前記第一入力ポートからの変調光信号がマークレベルのとき屈折率分布が変化し前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を屈折率が大きくなった方向へ変化させ、スペースレベルのとき前記屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を変化させないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の変化した前記プローブ光信号又は前記光路の変化しない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する屈折率変化素子と、前記屈折率変化素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の差により分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、を備える。
【００３８】
本発明に係る光信号分岐装置は、屈折率変化素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００３９】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光を吸収して発生した熱により屈折率分布が変化し、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を前記屈折率が大きくなった方向へ切換え、スペースレベルのとき屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光路を切換えないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の切換わった前記プローブ光信号又は前記光路の切換わっていない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する熱光学素子と、前記熱光学素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の切換わりにより分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、を備える。
【００４０】
本発明に係る光信号分岐装置は、前記熱光学素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００４１】
本発明に係る前記光信号処理デバイスは、異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光カー効果により屈折率異方性を生じ前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を楕円偏光状態に変化させ、スペースレベルのとき屈折率異方性を生じず前記第二入力ポートからのプローブ光信号の偏光状態を変化させないことにより前記変調光信号の前記マークレベルと前記変調光信号の前記スペースレベルが前記プローブ光信号の偏光状態の変化として情報複製された複製光信号を発生するカー効果素子と、前記カー効果素子からの前記変調光信号と偏光状態により分離した複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号として第二出力ポートに出力する出力部と、を備える。
【００４２】
前記カー効果素子を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し、前記複製光信号を出力することができる。
【００４３】
本発明に係る光信号伝送システムは、変調された変調光信号を幹線側光伝送路に向けて送信する光信号送信装置と、前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記光信号送信装置に縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置と、前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、前記プローブ光信号を第二入力ポートに送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の光信号受信装置と、を備えることを特徴とする。
【００４４】
前記光信号分岐装置を備えることにより、前記変調光信号を容易に情報複製し受信し、かつ前記変調光信号を後段へ送信し、伝送距離の拡大または前記変調光信号をより多くの前記光信号受信装置へ送信することが可能になる。
【００４５】
本発明に係る光信号伝送方法は光信号送信装置に変調された変調光信号を縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置へ送信させ、光信号受信装置にプローブ光信号を前記光信号分岐装置へ送信させ、前記変調光信号と前記光信号分岐装置に備える光信号処理デバイスとの相互作用又は前記変調光信号を制御するためのプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記光信号分岐装置に前記変調光信号を情報複製させ、情報複製した複製光信号を前記光信号分岐装置に各々の前記光信号受信装置へ送信させることを特徴とする。
【００４６】
前記光信号伝送方法により、前記変調光信号を容易に情報複製し受信し、かつ前記変調光信号を後段へ送信し、伝送距離の拡大または前記変調光信号をより多くの前記光信号受信装置へ送信することが可能になる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、光伝送システムの伝送距離の拡大又は光信号受信装置の接続可能台数の増加を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。
【００４９】
（実施形態１）
本発明の第一の実施形態について説明する。図１により本実施形態の前記光信号分岐装置の構成を説明する。図１において前記光信号分岐装置１００は外部への入出力ポートとして、第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４を備えている。前記光信号分岐装置１００の内部には、波長合波回路１２０、波長分波回路１３０、光信号処理デバイス１４０を備えている。
【００５０】
前記光信号分岐装置１００の内部において、前記第一入力ポート１０１は光伝達手段により前記波長合波回路１２０の入力端子１２１に接続され、第二入力ポート１０２は光伝達手段により波長合波回路１２０の入力端子１２２に接続されている。波長合波回路１２０の出力端子１２３は光伝達手段により光信号処理デバイス１４０の入力端子１４１に接続されている。光信号処理デバイス１４０の出力端子１４２は光伝達手段により波長分波回路１３０の入力端子１３１に接続されている。波長分波回路１３０の出力端子１３２は光伝達手段により第一出力ポート１０３に接続され、波長分波回路１３０の出力端子１３３は第二出力ポート１０４に接続されている。ここで前記光伝達手段は例えば光ファイバで構成する。
【００５１】
次に、図１により本実施の形態の光信号分岐装置１００を構成する各部の動作を説明する。前記波長合波回路１２０は前記入力端子１２１及び前記入力端子１２２から入力される波長の異なる光信号を合波して、前記出力端子１２３へ出力する機能を有する。前記波長分波回路１３０は前記入力端子１３１へ入力される波長合波された光信号を波長毎に分波して前記出力端子１３２及び前記出力端子１３３の各々へ出力する機能を有する。前記光信号処理デバイス１４０は４光波混合を発生するχ（３）媒質により構成する。χ（３）媒質とは３次非線形光学効果を起こすことができる媒質のことである。
【００５２】
図1に示す前記光信号処理デバイス１４０の前記入力端子１４１に各周波数ｗ１及び各周波数ｗ２の異なる波長の２波の光信号を入力した場合、前記出力端子１４２には各周波数ｗ１及び各周波数ｗ２の異なる波長の２波の光信号に加えて、各周波数ｗ３及び各周波数ｗ４の２波の光が混在して出力される。ここで、
ｗ３＝２ｗ２−ｗ１ （２）
ｗ４＝２ｗ１−ｗ２ （３）
の関係がある。上記の数１と数２の関係を波長領域に変換すれば次のようになる。前記各周波数ｗ１の光信号の波長をλ１、前記各周波数ｗ２の光信号の波長をλ２、前記各周波数ｗ３の光信号の波長をλ３、前記各周波数ｗ４の光信号の波長をλ４とした場合、次波長λ３と波長λ４は次の式で表される。
λ３＝１／（１／（２／λ２−１／λ１）） （４）
λ４＝１／（１／（２／λ１−１／λ２）） （５）
図２にλ１＝１５４６ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍとして、前記光信号処理デバイス１４０としてのχ（３）媒質に非線形ファイバを使用した場合の前記光信号処理デバイス１４０の出力端子１４２の出力スペクトルを示す。λ１＝１５４６ｎｍ、λ２＝１５５０ｎｍを数３及び数４に代入すると、λ３＝１５５４ｎｍ、λ４＝１５４２ｎｍとなり、４光波混合が起きていることが確認できる。ここで、４光波混合の発生効率は入力する光信号の強度に依存するので、４光波混合により発生する前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号は入力される前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号の強度に対応して変化する。従って、前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号のいずれか、あるいは両方が情報信号により変調されていた場合、前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号に情報複製される。
【００５３】
光信号処理デバイス１４０の入力端子１４１にマークとスペースにより構成されるディジタル情報信号により変調された変調光信号を前記波長λ１の光信号として入力し、変調されていない光信号を前記波長λ２の光信号として入力した場合、出力端子１４２から前記波長λ１の変調光信号及び前記波長λ２の光信号とともに、前記波長λ１の光信号のマークとスペースにより構成されるディジタル情報信号が情報複製された複製光信号としての前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号が出力される。従って、前記光信号処理デバイス１４０は前記変調光信号を分岐することなく、情報複製された複製光信号としての前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号を抽出することができる。
【００５４】
前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号が前記光信号処理デバイス１４０としての前記χ（３）媒質に入力された場合に、前記χ（３）媒質から出力される前記波長λ１の光信号及び前記波長λ２の光信号及び前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号の様子を図３に模式的に示す。
【００５５】
図３においては、合波器１５１の合波入力端子１６１及び合波入力端子１６２の各々に波長λ１の光信号１７１及び波長λ２の光信号１７２を入力した場合、前記波長λ１の光信号１７１及び前記波長λ２の光信号１７２は合波されて、χ（３）媒質１５０に入力され、前記χ（３）媒質１５０からは波長λ１の光信号及び波長λ２の光信号及び波長λ３の光信号及び波長λ４の光信号が出力され、分波器１５２により分波され、分波出力端子１６３へ波長λ１の光信号１７３が出力され、分波出力端子１６４へ波長λ３の光信号１７４が出力され、分波出力端子１６５へ波長λ４の光信号１７５が出力され、分波出力端子１６６へ波長λ２の光信号１７６が出力され、前記波長λ３の光信号１７４及び前記波長λ４の光信号１７５には前記波長λ１の光信号１７１のマークとスペースの変調光信号が情報複製されていることを示している。
【００５６】
上記の図３により説明した原理により、図１に示す光信号処理デバイス１４０は入力される変調光信号を分岐することなく前記変調光信号の情報を他の波長の光信号に情報複製した複製光信号を出力する機能を有する。
【００５７】
次に図1に示す前記光信号分岐装置１００の動作を説明する。図１に示す前記第一入力ポート１０１に、例えば前記波長λ１の変調光信号を入力し、第二入力ポート１０２に変調されていない例えば前記波長λ２のプローブ光信号を入力する。前記変調光信号は波長合波回路１２０の入力端子１２１へ入力され、前記プローブ光信号は前記波長合波回路１２０の入力端子１２２へ入力される。入力端子１２１へ入力された前記変調光信号と入力端子１２２へ入力された前記プローブ光信号は前記波長合波回路１２０により合波されて、前記出力端子１２１に出力され、さらに前記光伝達手段により、入力端子１４１を経由して前記光信号処理デバイス１４０に入力される。前記光信号処理デバイス１４０に入力された前記変調光信号と前記プローブ光信号は前述の４光混合の原理により発生した波長λ３の光信号及び波長λ４の光信号とともに、前記光伝達手段により、入力端子１３１を経由して前記波長分波回路１３０に入力される。前記波長分波回路１３０に入力された前記変調光信号及び前記プローブ光信号及び前記波長λ３の光信号及び前記波長λ４の光信号は前記波長分波回路１３０により分波され、前記変調光信号は出力端子１３２を経由して前記第一出力ポート１０３へ出力され、前記波長λ３の光信号又は前記波長λ４の光信号は前述の原理により前記変調光信号が情報複製された複製光信号として出力端子１３３を経由して前記第二出力ポート１０４へ出力される。
【００５８】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００５９】
（実施形態２）
本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００の前記光信号処理デバイス１４０として光増幅器を使用する場合である。
【００６０】
本実施の形態の前記光信号分岐装置の構成は、図１に示す前記第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００の構成において、前記光信号処理デバイス１４０として前記光増幅器を使用する以外は、前記第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様である。従って、本実施の形態の前記光信号分岐装置を図１に示す前記光信号分岐装置１００として説明する。
【００６１】
前記光信号処理デバイス１４０として使用する前記半導体光増幅器は入力した光信号の光強度により増幅利得が変化するため、入力した前記変調光信号と前記プローブ光信号を同時に入力した場合、前記プローブ光信号に前記変調光信号が情報複製され、複製光信号を発生する。
【００６２】
図４及び図５に前記半導体光増幅器による情報複製の原理を模式的に示す。図４において、波長λ５の光信号１９１を、合波器１８１の合波入力端子１８３に入力し、半導体光増幅器１８０により増幅し、分波器１８２により分波した場合、分波出力端子１８５に前記波長λ５の光信号１９１が増幅された波長λ５の光信号１９３が出力され、この増幅過程における半導体光増幅器１８０の利得は半導体増幅器の利得１９０のように変化するが、前記波長λ５の光信号１９３は波長λ５の光信号１９１が増幅された状態である。ここで、合波器１８１の合波入力端子１８４には波長λ６の光信号１９２は入力されていないので、分波出力端子１８６には波長λ６の光信号１９４は出力しない。
【００６３】
次に、図５において、前記波長λ５の光信号１９１及び前記波長λ６の光信号１９２をそれぞれ前記合波器１８１の前記合波入力端子１８３及びに前記合波入力端子１８４に入力して合波し、前記半導体光増幅器１８０により増幅し、前記分波器１８２により分波した場合、前記分波出力端子１８５に前記波長λ５の光信号１９１が増幅された前記波長λ５の光信号１９３が出力され、前記分波出力端子１８６には前記波長λ６の光信号１９４が出力されるが、この増幅過程における半導体光増幅器１８０の利得は前記半導体増幅器の利得１９０のように変化するので、前記波長λ６の光信号１９４は前記波長λ５の光信号１９１が反転して情報複製された光信号となって増幅された状態となる。
【００６４】
以上説明した原理により、前記光信号分岐装置１００は前記変調光信号のマークとスペースが反転した状態で前記プローブ光信号に情報複製し出力する。このように前記変調光信号のマークとスペースが反転した状態で情報複製された前記プローブ光信号からは容易にマークとスペースを再度反転して、前記変調光信号のマークとスペースの情報を再現することができる。
【００６５】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号の情報を複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００６６】
（実施形態３）
本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態の前記光信号分岐装置１００の前記光信号処理デバイス１４０として可飽和吸収素子を使用する場合である。
【００６７】
本実施の形態の前記光信号分岐装置の構成は、図１に示す前記第一の実施形態の前記光信号分岐装置１００の構成において、前記光信号処理デバイス１４０として前記可飽和吸収素子を使用する以外は、前記第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様である。従って、本実施の形態の前記光信号分岐装置を図２に示す前記光信号分岐装置１００として説明する。
【００６８】
前記光信号処理デバイス１４０として使用する前記可飽和吸収素子はある光強度（以下においては閾値レベルという）以上の光信号が入力されると、入力された光信号の強度に応じて吸収係数が減少し光吸収率が飽和するために、透明領域となるか飽和吸収効果を利用した素子である。可飽和吸収素子としてはカーボンナノチューブや可飽和吸収ミラー等があげられる（非特許文献６）
【００６９】
図６に可飽和吸収ミラーの光吸収特性の波長特性を示す。図６において縦軸が光反射率であり、横軸が波長である。図６に実線で示すように、光強度が−２０ｄＢｍと弱い場合には１５５０ｎｍ付近の波長において反射率が減少し、強い吸収が現れていることが分かる。また、図６に破線で示すように、光強度を強くした場合、１５５０ｎｍ吸収率が変化し、可飽和吸収効果が現れているのが確認できる。
【００７０】
前記可飽和吸収ミラーに励起光として波長λ７＝１５４０ｎｍ、プローブ光として波長λ８＝１５５１ｎｍ、光強度０ｄＢｍの光を入力した時の反射率の前記励起光の強度及び前記プローブ光の強度への依存性のグラフを図７に示す。
【００７１】
図７において、前記励起光の強度を強くしても反射率はほとんど変化しないが、前記プローブ光の強度を強くした場合は反射率が上昇することが分かる。
【００７２】
以上の結果から、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号が前記可飽和吸収ミラーに与えるエネルギーをＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、前記波長λ８＝１５５１ｎｍ前記プローブ光の反射率、あるいは透過率を変化させることが可能である。
【００７３】
従って、上記可飽和吸収素子の反射率が大きく変化する前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度を閾値レベルＰｔｈとした場合、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度がＰｔｈを超える範囲では前記可飽和吸収素子は透明化し、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光が通過し、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度がＰｔｈを超えない範囲では上記可飽和吸収素子は不透明であり、前記波長λ８＝１５５１ｎｍ前記プローブ光が通過できないことになる。
【００７４】
上記の原理により、前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号の強度を、例えばマークとスペースで変調された変調光信号として、マークの光強度をＰａとし、スペースの光高度をＰｂとして、一方、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光の光信号強度をＰｃとし場合に、
Ｐａ＞Ｐｔｈ＞Ｐｂ＋Ｐｃ （６）
と設定することにより、前記変調光信号のマークとスペースの情報を前記プローブ光に情報複製し、複製光信号として出力することができる。上記の情報複製の過程を図８及び図９に示す。
【００７５】
図８は前記可飽和吸収素子に前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号を前記変調光信号として入力した場合であり、図８（Ａ）に示す前記変調光信号のマーク部分で前記閾値Ｐｔｈを越えて、前記可飽和吸収素子が透過領域にあり、図８（Ｂ）に示すようにマークが出力され、図８（Ａ）に示す前記変調光信号のスペース部分では前記閾値Ｐｔｈを越えていないので吸収領域にあり、図８（Ｂ）に示すようにスペース部分のレベルが低下して出力されることを示している。
【００７６】
図９（Ａ）は前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号を前記変調光信号として、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの光信号を前記プローブ光信号として、前記変調光信号と前記プローブ光信号を合波して前記可飽和吸収素子に入力した状態を示し、図９（Ｂ）は前記可飽和吸収素子の出力を示し、前記変調光信号のスペース部分が減衰している様子を示している。図９（Ｃ）は前記可飽和吸収素子の出力を前記波長λ７＝１５４０ｎｍの前記変調光信号及び前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光信号に分波した状態を示し、前記変調光信号は前記可飽和吸収素子に入力される前の状態の情報を保持し、前記波長λ８＝１５５１ｎｍの前記プローブ光には前記変調光信号が情報複製された複製光信号となっていることを示している。
【００７７】
本実施の形態の前記光信号分岐装置１００においては、前記変調光を例えば前記波長λ７＝１５４０ｎｍの光信号として前記第一入力ポート１０１から入力し、前記プローブ光信号を例えば前記波長λ８＝１５５１ｎｍの光信号として前記第二入力ポート１０２から入力すると、上述の前記可飽和吸収の原理により、前記第二出力ポート１０４から、前記変調光信号を情報複製した前記複製光信号を出力する。
【００７８】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００７９】
（実施形態４）
本発明の第四の実施形態について説明する。本発明の第四の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様な動作を熱光学素子により実現する場合である。
【００８０】
熱光学素子は、熱レンズ効果を利用した素子のことであり、温度上昇に伴って屈折率が低くなる媒質を、入力する光に対して透明となる媒質で挟んだ構造となっている。ここで、温度上昇に伴って屈折率が低くなる媒質としては、水などの液体やフッ素芳香族ポリイミドなどが挙げられる（例えば、非特許文献２、３、４参照。）。
【非特許文献２】Ｅｄｕａｒｄ Ｗｙｓｓ，Ｍｉｃｈｅｌｌ Ｒｏｔｈ，Ｔｈｏｍａｓ Ｇｒａｆ， Ｈｅｉｎｚ Ｐ Ｗｅｂｅｒ，“Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒｓ”ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ１２，２００２
【非特許文献３】Ｊ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｙ．Ｉｎｏｕｅ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｕｒａ，ａｎｄ Ｔ．Ｍａｒｒｕｎｏ， ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｅ８１−Ｃ，ｐｐ．１０２０−１０２６ １９９８
【非特許文献４】Ｙｏｓｈｉｈａｒｕ Ｔｅｒｕｉ ａｎｄ Ｓｈｉｎｊｉ Ａｎｄｏ，“Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｉｎ ｔｈｅｒｍｏ−ｏｐｔｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｒｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８３，Ｎｏ．２３，２００３
【００８１】
図１０は熱光学素子２００に対して、波長の異なる２波の光が入力されている状況を示している。図１０において、比較的ビーム幅の広い所定の光強度、すなわち閾値Ｐｔｈ以上の励起光２１０が前記熱光学素子２００に入力されると前記励起光２１０の強度分布によって光軸を中心とした温度勾配が形成され、前記熱光学素子２００の屈折率は温度上昇に伴い低下するため、励起光の強い光軸の中心ほど屈折率が低く、周辺部ほど屈折率が高い状態の熱レンズ２０１が形成される。前記熱レンズ２０１の屈折率分布は凹レンズと等価であるため、前記励起光２１０と波長が異なり、かつ比較的ビーム幅の狭いプローブ光２２０を励起光の光軸からずらして入力すると、凹レンズを通過した状態となり前記プローブ光２２０の熱レンズ光軸２１１と異なる方向へ光路を切換えることができる。
【００８２】
図１１に前記熱光学素子２００を使用した場合の本実施形態に係る光信号分岐装置の構成を示す。図１１において、光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４、光信号処理デバイスとしての前記熱光学素子２００、入力部としてのミラー２３０、出力部としてのハーフミラー２３１、ミラー２３２、ミラー２３３、フィルター２３４により構成し、前記光信号分岐装置１００内は空間光学系で構成されている場合を示している。
【００８３】
図１１に示す前記光信号分岐装置１００の構成と動作を、変調光信号のみが入力される場合により説明する。図１１において前記変調光信号は第一入力ポート１０１から入力し、ミラー２３０により反射され、ハーフミラー２３１を介して熱光学素子２００に入力する。ここで、前記熱光学素子２００の前記閾値Ｐｔｈを以下のように設定する。
Ｐａ＋Ｐｃ＞Ｐｔｈ＞Ｐａ （７）
かつ
Ｐｔｈ＞Ｐｂ＋Ｐｃ （８）
ここで、Ｐａは前記変調光信号のマークの光強度、Ｐｂは前記変調光信号のスペースの光強度、Ｐｃはプローブ光信号の光強度である。
【００８４】
図１１は前記プローブ光信号が入力されていない状態であり、前記変調光信号は前記閾値以下であるので前記熱光学素子２００の屈折率は変化しないために、前記熱光学素子２００を通過した前記変調光信号はフィルター２３４を通過し、第一出力ポート１０３から出力される。ここで、フィルター２３４は前記変調光信号を通過させ、前記プローブ光信号を通過させない波長特性を有している。図１１において前記変調光信号は実線により示している。
【００８５】
次に、図１２により、前記変調光信号及び前記プローブ光信号の両方が入力される場合を説明する。図１２において、前記プローブ光信号は破線で示しており、第二入力ポート１０２から入力され、前記ハーフミラー２３１を通過し、前記変調光信号の光軸から所定の間隔を隔てた位置の光軸に従って前記熱光学素子２００に入力される。
【００８６】
ここで、図１３に数７及び数８で示した前記変調光信号の光強度及び前記プローブ光信号の光強度の関係を模式的に示す。図１３において、図１３（Ａ）は前記変調光信号の光強度であり、マークの光強度でも前記閾値以下である。図１３（Ｂ）は前記プローブ光信号であり、変調されていない一定の強度を持っている。図１３（Ｃ）は前記変調光信号と前記プローブ光信号を合波した光信号の光強度であり、前記変調光信号の前記スペースに相当する部分では前記閾値以下であるが、前記変調光信号の前記マークに相当する部分で前記閾値を越えている。
【００８７】
従って、数７及び数８の条件が成立した状態では、前記熱光学素子２００は前記変調光信号の前記マークに相当する部分で前記屈折率が変化し、前記熱レンズ効果により、前記変調光信号の光軸と異なる光軸をもって入力する前記プローブ光信号の光路を切換える。
【００８８】
図１２において、前記変調光信号のスペースに相当する時間の前記プローブ光信号の光路をプローブ光信号光路Ａ２３５と示し、前記変調光信号のマークに相当する時間の前記プローブ光信号の光路をプローブ光信号光路Ｂ２３６と示している。前記変調光信号のスペースに相当する時間には前記プローブ光信号は前記熱光学素子２００を通過した後、前記フィルター２３４に達し、ここで阻止される。一方、前記変調光信号のマークに相当する時間には前記プローブ光信号は前記熱光学素子２００を通過した後、光路を曲げられて、前記ミラー２３２に反射され、さらにミラー２３３に再度反射され、第二出力ポート１０４から出力される。
【００８９】
上記の過程において、前記プローブ光信号は前記変調光信号の前記マークに相当する時間のみ第二出力ポート１０４から出力されるので、前記変調光信号を情報複製した前記複製光信号となって出力されている。
【００９０】
上記の例においては、図１０に示すように、前記熱光学素子２００に形成させた前記熱レンズ２０１の光軸と平行に前記プローブ光信号を入力した場合を説明したが、図１４に示すように、前記プローブ光信号を前記熱レンズ２０１に対して、所定の角度を持って入力することもできる。
【００９１】
図１４に前記熱光学素子２００に対して前記励起光を斜め方向から入力する場合の原理を示す。図１４において、前記励起光２１０は熱光学素子２００の水平軸（Ｘ）に対しに対してθ０の角度で入射した場合、空気の屈折率をｎ０、ｄｎ／ｄＴ≒０、（但し、Ｔは温度）の時の前記熱光学素子２００の屈折率をｎ１、屈折角をθ１とすると、Ｘ軸に対して、
θ１＝ｓｉｎ−１（（ｎ１／ｎ０）ｓｉｎθ０） （９）
数９で示す角度だけ回転した新たな座標系Ｘ´軸が光軸となるため、前記励起光によって形成される前記熱レンズもＸ軸からθ１回転することになる。さらに、形成された前記熱レンズ２０１の焦点位置からＸ軸上に延長線を引いた位置から前記プローブ光信号２２１を入力することによって、前記熱レンズ２０１通過後は光軸に対して平行になる。
【００９２】
図１５に、図１４により説明した前記熱光学素子２００に対して前記励起光を斜め方向から入力する場合の光信号分岐装置１００の構成を示す。図１５において、光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４を備えることは図１１により説明した光信号分岐装置１００と同様である。図１５において、光信号分岐装置１００は、光信号処理デバイスとしての熱光学素子２００、入力部としてのミラー２３０、出力部としてのミラー２３７、フィルター２３４を備える。
【００９３】
図１５に示す光信号分岐装置１００の構成と動作を説明する。図１５において、前記変調光信号及び前記プローブ光信号は図１１及び図１２で説明した光信号分岐装置１００の場合と同様に設定する。図１５において、前記変調光信号は第一入力ポート１０１から入力され、ミラー２３０により反射され熱光学素子２００を通過し、さらにミラー２３７により反射され、フィルター２３４を通過し、第一出力ポート１０３から出力される。一方、前記プローブ光信号は第二入力ポート１０２から入力され、前記熱光学素子２００に入力されるが、前記変調光信号がマークの時間は前記プローブ光信号の光路が切換わり、前記プローブ光信号の一部はプローブ光信号光路Ａ２３５を通り、ミラー２３７により反射され、フィルター２３４により阻止される。また、前記変調光信号がスペースの時間には、前記熱光学素子２００に入力された前記プローブ光信号はプローブ光信号の光路Ｂ２３６を通り、第二出力ポート１０４から出力される。従って、前記プローブ光信号の一部は前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースが逆転して情報複製された前記複製光信号となって出力される。前記マーク及び前記スペースが逆転して情報複製された前記複製光信号から既存の技術により容易に前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースを再現することができる。
【００９４】
ここで、前記変調光信号の波長をλ９とし、前記プローブ光信号の波長をλ１０として、前記変調光信号及び前記プローブ光信号の第一出力ポート１０３及び第二出力ポート１０４から出力される光信号波形を図１６に示す。図１６（Ａ）に示すように、第一出力ポート１０３からは前記変調光信号が出力され、かつ前記プローブ光信号は出力されず、一方、図１６（Ｂ）に示すように、第二出力ポート１０４からは、前記変調光信号は出力されず、前記プローブ光信号に前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースが逆転して情報複製された複製光信号が出力される。
【００９５】
以上の説明においては前記光路が切換わり前記プローブ光を前記複製光信号として、前記第二出力ポート１０４から出力する場合を説明した。しかし、前記光路が切換わっていない前記プローブ光には前記変調光信号の前記マーク及び前記スペースが逆転して複製されているので、前記光路が切換わっていない前記プローブ光を前記複製光信号として出力することもできる。具体的には、図１１及び図１２、及び図１５に示す前記フィルター２３４を波長分波回路に置き換えることにより、前記変調光信号と前記光路が切換わっていない前記プローブ光を分波して、別途用意する光伝達手段により、前記変調光信号を第一出力ポート１０３から出力し、前記光路が切換わっていない前記プローブ光を前記複製光信号として前記第二出力ポート１０４から出力することもできる。
【００９６】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【００９７】
（実施形態５）
本発明の第五の実施形態について説明する。本発明の第五の実施形態に係る光信号分岐装置は、図１により説明した第一の実施形態一の前記光信号分岐装置１００と同様な動作をカー媒質により実現する場合である。
【００９８】
本実施の形態の前記光信号分岐装置においては、前記カー媒質に前記変調光信号を入力して、入力した光強度に応じて屈折率異方性を生じさせ、異方性が生じた時のみ前記プローブ光信号を透過させる構成としている。
【００９９】
図１７に本実施の形態の前記光信号分岐装置の構成を示す。図１７において、本実施の形態の前記光信号分岐装置１００は、第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４、光信号処理デバイスとしてのカー媒質３００、入力部としてのミラー３１１、偏光子３１２、偏光子３１３、出力部としてのミラー３１４、検光子３１５により構成し、前記光信号分岐装置１００内は空間光学系で構成されている場合を示している。ここで、偏光子３１３の偏光方向と検光子３１５の偏光方向は直交するクロスニコルに配置され、また、偏光子３１２の偏光方向は偏光子３１３の偏光方向に対して４５°傾けた状態に設置してある。
【０１００】
図１７は本実施の形態の前記光信号分岐装置１００に第一入力ポート１０１から前記変調光信号のみが入力される場合を示し、前記変調光信号を実線で示している。図１７において、前記変調光信号は第一入力ポート１０１から入力され、ミラー３１１で反射され、偏光子３１２を通過し、さらにカー媒質３００を通過し、ミラー３１４で反射され、第一出力ポート１０３から出力される。
【０１０１】
次に、図１８は本実施の形態の前記光信号分岐装置１００に第一入力ポート１０１から前記変調光信号及び第二入力ポート１０２から前記プローブ光信号が入力される場合を示し、前記プローブ光信号の光路を破線で示している。
【０１０２】
図１８において、最初に前記プローブ光信号のみが入力された状態では、前記プローブ光信号は偏光子３１３を通過し、カー媒質３００を通過し、検光子３１５に達するが、ここで偏光子３１３と検光子３１５は偏光軸が直交するクロスニコルに配置されているので、前記プローブ光信号は検光子３１５を通過できないので、第二出力ポート１０４には光信号は出力しない。次に、前記変調光信号が入力されている状態では、前記変調光信号のマークの部分により、前記カー媒質３００の屈折率は前記変調光信号の偏光方向と、その垂直方向に異方性を生じるために、偏光子３１３を通過した直線偏波の前記プローブ光信号は前記カー媒質３００を通過すると楕円偏波に変わり、前記プローブ光信号の一部は検光子３１５を通過し第二出力ポート１０４から出力される。
【０１０３】
図１９は偏光子３１３、カー媒質３００、検光子３１５、前記変調光信号及び前記プローブ光信号の偏光状態を示している。
【０１０４】
以上説明したように、本実施の形態の前記光信号分岐装置１００は前記変調光信号の前記マークの部分で前記プローブ光信号の一部を前記第二出力ポート１０４から出力し、前記変調光信号の前記スペースの部分で前記プローブ光信号を前記第二出力ポート１０４から出力しないので、前記第二出力ポート１０４からは前記変調光信号を情報複製した複製光信号が出力される。
【０１０５】
以上説明したように、本発明の前記光信号分岐装置１００は第一入力ポート１０１から入力される前記変調光信号を分岐することなく、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を出力することができるので、後述する光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する光信号受信装置の増加に有効である。
【０１０６】
（実施形態６）
本発明の第六の実施形態について説明する。本発明の第六の実施形態に係る光信号伝送システムは請求項１から７のいずれかに記載の前記光信号分岐装置１００を使用した光信号伝送システム及び光伝送方法である。
【０１０７】
図２０は本発明の第六の実施形態に係る光信号伝送システムの構成例である。図２０においては、光信号分岐装置１００について、光信号送信装置１０に近い方から順に光信号分岐装置１００ａ、光信号分岐装置１００ｂ、・・・と表記しており、さらに第一入力ポート１０１、第二入力ポート１０２、第一出力ポート１０３、第二出力ポート１０４、幹線側光伝送路７０、支線側光伝送路７１、支線側光伝送路７２、光信号受信装置２０、光信号発生器２１、光信号受信器２２についても同様の方法で表記している。
【０１０８】
図２０において、光信号送信装置１０の備える光信号送信器１１の出力端子は第一の伝送区間を構成する幹線側光伝送路７０ａにより光信号分岐装置１００ａの第一入力ポート１０１aに接続されている。前記光信号分岐装置１００ａの第一出力ポート１０３ａは第二の伝送区間を構成する幹線側光伝送路７０ｂにより光信号分岐装置１００ｂの第一入力ポート１０１ｂへ接続されている。前記光信号分岐装置１００ｂの第二出力ポート１０４ｂは第三の伝送区間を構成する幹線側光伝送路７０ｃに接続され、さらに同様に繰り返して所定の数の前記光信号分岐装置１００が接続されている。図２０においては前記光信号分岐装置１００を２台のみ図示しているが、所定の台数を接続することができる。
【０１０９】
一方、前記光信号分岐装置１００ａの第二入力ポート１０２ａは支線側光伝送路７１ａにより光信号受信装置２０ａの光信号発生器２１ａに接続され、前記光信号分岐装置１００ａの第二出力ポート１０４ａは支線側光伝送路７２ａにより前記光信号受信装置２０ａの光信号受信器２２ａに接続されている。さらに前記光信号分岐装置１００ｂの第二入力ポート１０２ｂは支線側光伝送路７１ｂにより光信号受信装置２０ｂの光信号発生器２１ｂに接続され、前記光信号分岐装置１００ｂの第二出力ポート１０４ｂは支線側光伝送路７２ｂにより前記光信号受信装置２０ｂの光信号受信器２２ｂに接続されている。
【０１１０】
本光信号伝送システムをｎ区間の前記幹線側光伝送路７０で構成する場合は、前記光信号分岐装置１００及び前記光信号受信器２０をｎ−１台接続し、ｎ区間目の幹線側光伝送路の終端部分は前記光信号分岐装置１００を経由することなく、図示していない終端光信号受信装置を接続することになるが、前記終端光信号受信装置は前記光信号受信器２０と類似の構成で容易に実現できるので説明は省略する。
【０１１１】
図２０に示す前記光信号伝送システムの動作を説明する。前記光信号送信装置１０から送信される前記変調光信号は、幹線側光伝送路７０ａ及び前記第一入力ポート１０１ａを経由して前記光信号分岐装置１００ａに入力される。前記光信号分岐装置１００ａに入力された前記変調光信号は前述の原理に従って第二出力ポート１０４ａへ出力され、さらに幹線側光伝送路７０ｂを経由して、光信号分岐装置１００ｂへ入力される。
【０１１２】
一方、光信号受信装置２０ａの光信号発生器２１ａから前記プローブ光信号を出力した場合、出力された前記プローブ光信号は支線側光伝送路７１ａ及び光信号分岐装置１００ａの第二入力ポート１０２ａを経由して光信号分岐装置１００ａに入力され、前述の原理により、前記変調光信号を情報複製した前記複製光信号が前記第二出力ポート１０４ａから出力される。前記第二出力ポート１０４ａから出力された前記複製光信号は支線側光伝送路７２ａを経由して前記光信号受信装置２０ａの光信号受信器２２ａに入力され受信される。
【０１１３】
上記の図２０においては、前記光信号分岐装置１００と前記光信号受信装置２０の間を前記支線側光伝送路７１及び前記支線側光伝送路７２の２条の支線側光伝送路により接続する場合を示しているが、前記光信号分岐装置１００と前記光信号受信装置２０の間を１条の伝送路により接続する場合を図２１及び図２２に示す。
【０１１４】
図２１及び図２２においては前記光信号分岐装置１００と前記光信号受信装置２０の間の接続関係のみを示して説明するが、他の部分の構成及び動作は図２０の場合と同様である。
【０１１５】
図２１により、前記光信号分岐装置１００及び光信号受信装置２０にそれぞれサーキュレータを備えて、前記光信号分岐装置１００と光信号受信装置２０の間を１条の支線側光伝送路７３で接続する場合を説明する。
【０１１６】
図２１において、前記光信号分岐装置１００ａの第二入力ポート１０２ａは光伝達手段によりサーキュレータ３０ａの第三端子３３ａに接続され、第二出力ポート１０４ａは光伝達手段により前記サーキュレータ３０ａの第一端子３１ａに接続されている。前記サーキュレータ３０ａの第二端子３２ａは支線側光伝送路７３ａにより光信号受信装置２０ａの備えるサーキュレータ４０ａの第一端子４１ａに接続されている。前記光信号受信装置２０ａにおいて前記サーキュレータ４０ａの第二端子４２ａは光信号受信器２２ａに接続され、第三端子４３ａは光伝達手段により光信号発生器２１ａに接続されている。前記サーキュレータ３０ａは前記第一端子３１ａに入力された光信号を前記第二端子３２ａに出力し、前記第二端子３２ａに入力された光信号を前記第三端子３３ａに出力し、前記第三端子３３ａを入力された光信号は前記第一端子３１ａに出力する機能を有する。前記サーキュレータ４０ａは前記第一端子４１ａに入力された光信号を前記第二端子３２ａに出力し、前記第二端子４２ａに入力された光信号は前記第三端子４３ａに出力し、前記第三端子４３ａに入力された光信号を前記第一端子４１ａに出力する機能を有する。
【０１１７】
図２１に示す前記光信号分岐装置１００ａ及び光信号受信装置２０ａの動作について、図２０により説明した動作と異なる部分を説明する。幹線側光伝送路７０ａから伝送されて来る前記変調光信号は光信号分岐装置１００ａの第一入力ポート１０１ａを介して光信号分岐装置１００ａに入力され、さらに前述と同様に第二出力ポート１０４ａを介して幹線側光伝送路７０ｂへ伝送される。
【０１１８】
一方、前記光信号受信装置２０ａの前記光信号発生器２１ａが前記プローブ光信号を出力した場合、前記プローブ光信号は前記光伝達手段により前記サーキュレータ４０ａの前記第三端子４３ａに入力される。前記第三端子４３ａに入力された前記プローブ光信号は前記端子４１ａ及び前記支線側光伝送路７３ａを経由して、前記サーキュレータ３０ａの前記第二端子３２ａに入力される。前記第二端子３２ａに入力された前記プローブ光信号は前記サーキュレータ３０ａの前記第三端子３３ａを経由し、前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力される。前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力された前記プローブ光信号は前述と同様の原理により、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を第二出力ポート１０４ａへ出力する。
【０１１９】
第二出力ポート１０４ａから出力された前記複製光信号は前記光伝達手段により前記サーキュレータ３０ａの前記第一端子３１ａに入力される。前記サーキュレータ３０ａの前記第一端子３１ａに入力された前記複製光信号は前記第二端子３２ａを経由し、支線側光伝送路７３ａにより光信号受信装置２０ａの前記サーキュレータ４０ａの前記第一端子４１ａに入力される。前記サーキュレータ４０ａの前記第一端子４１ａに入力された前記複製光信号は前記第二端子４２ａを経由し前記光伝達手段により前記光信号受信器２２ａに入力され、受信される。
【０１２０】
次に、図２２により、前記光信号分岐装置１００及び光信号受信装置２０にそれぞれ合分波器を備えて、前記光信号分岐装置１００と光信号受信装置２０の間を１条の支線側光伝送路７３で接続する場合を説明する。図２２において、前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａは光伝達手段により合分波器５０ａの第二端子５２ａに接続され、前記第二出力ポート１０４ａは光伝達手段により前記合分波器５０ａの第三端子５３ａに接続されている。前記合分波器５０ａの第一端子５１ａは支線側光伝送路７３ａにより光信号受信装置２０ａの備える合分波器６０ａの第一端子６１ａに接続されている。
【０１２１】
前記光信号受信装置２０ａにおいて前記合分波器６０ａの第三端子６３ａは光信号受信器２２ａに接続され、第二端子６２ａは光伝達手段により光信号発生器２１ａに接続されている。
【０１２２】
前記合分波器５０ａは前記第一端子５１ａに異なる所定の波長を持つ２波の光信号が合波された光信号が入力された場合は分波して、前記第二端子５２ａ及び前記第三端子５３ａのそれぞれに出力し、さらに、前記第二端子５２ａ及び前記第三端子５３ａのそれぞれに波長の異なる所定の波長の光信号が入力された場合は合波して、前記第一端子５１ａに合波光信号として出力する機能を有する。
【０１２３】
前記合分波器６０ａは前記第一端子６１ａに異なる所定の波長を持つ２波の光信号が合波された光信号が入力された場合は分波して、前記第二端子６２ａ及び前記第三端子６３ａのそれぞれに出力し、さらに、前記第二端子６２ａ及び前記第三端子６３ａのそれぞれに波長の異なる所定の波長の光信号が入力された場合は合波して、前記第一端子６１ａに合波光信号として出力する機能を有する。
【０１２４】
図２２に示す前記光信号分岐装置１００ａ及び光信号受信装置２０ａの動作について、図２０により説明した動作と異なる部分を説明する。幹線側光伝送路７０ａから伝送されて来る前記変調光信号は光信号分岐装置１００ａの第一入力ポート１０１ａを介して光信号分岐装置１００ａに入力され、さらに前述と同様に第二出力ポート１０４ａを介して幹線側光伝送路７０ｂへ伝送される。
【０１２５】
一方、前記光信号受信装置２０ａの前記光信号発生器２１ａが前記プローブ光信号を出力した場合、前記プローブ光信号は前記光伝達手段により前記合分波器６０ａの前記第二端子６２ａに入力される。前記第二端子６２ａに入力された前記プローブ光信号は前記端子６１ａ及び前記支線側光伝送路７３ａを経由して、前記合分波器５０ａの前記第一端子５１ａに入力される。前記第一端子５１ａに入力された前記プローブ光信号は前記合分波器５０ａの前記第二端子５２ａを経由し、前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力される。前記光信号分岐装置１００ａの前記第二入力ポート１０２ａへ入力された前記プローブ光は前述と同様の原理により、前記変調光信号を情報複製した複製光信号を第二出力ポート１０４ａへ出力する。
【０１２６】
第二出力ポート１０４ａから出力された前記複製光信号は前記光伝達手段により前記合分波器５０ａの前記第三端子５３ａに入力される。前記合分波器５０ａの前記第三端子５３ａに入力された前記複製光信号は前記合分波器５０ａの前記第一端子５１ａに出力され、支線側光伝送路７３ａを経由して光信号受信装置２０ａの前記合分波器６０ａの前記第一端子６１ａに入力される。前記合分波器６０ａの前記第一端子６１ａに入力された前記複製光信号は前記第三端子６３を経由し前記光伝達手段により前記光信号受信器２２ａに入力され受信される。
【０１２７】
以上説明したように、本発明の光信号伝送システム及び光信号伝送方法は、伝送されて来る変調光信号を分岐装置において分岐することなく次の伝送区間へ送信し、同時に前記分岐装置において前記変調光信号を情報複製した複製光信号を光信号受信装置へ送信するので、光伝送システムの伝送距離の拡大又は接続する受信装置の増加に有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の光信号分岐装置、光信号伝送システム及び光信号伝送方法は、簡易な装置構成により多数の光信号受信装置に情報を伝送する情報分配ネットワークなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】実施形態に係る光信号分岐装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る４光波混合の測定例の説明図である。
【図３】実施形態に係る光信号波形の説明図である。
【図４】実施形態に係る原理の説明図である。
【図５】実施形態に係る原理の説明図である。
【図６】実施形態に係る可飽和吸収特性の説明図である。
【図７】実施形態に係る可飽和吸収特性の説明図である。
【図８】実施形態に係る情報複製の説明図である。
【図９】実施形態に係る情報複製の説明図である。
【図１０】実施形態に係る熱光学素子の説明図である。
【図１１】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図１２】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図１３】実施形態に係る光信号波形の説明図である。
【図１４】実施形態に係る熱光学素子の説明図である。
【図１５】実施形態に係る光信号分岐装置の他の構成の説明図である。
【図１６】実施形態に係る光信号波形の説明図である。
【図１７】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図１８】実施形態に係る光信号分岐装置の動作の説明図である。
【図１９】実施形態に係る光学系の偏光の状態の説明図である。
【図２０】実施形態に係る光信号分岐装置の構成の説明図である。
【図２１】実施形態に係る光信号分岐装置の他の構成の説明図である。
【図２２】実施形態に係る光信号分岐装置の他の構成の説明図である。
【図２３】従来の光信号伝送システムの構成の説明図である。
【図２４】非対称カプラの原理図を説明する図である。
【図２５】従来の光信号伝送システムにおける最適分岐比を説明する図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０ 光信号送信装置
１１ 光信号送信器
２０ 光信号受信装置
２０ａ 光信号受信装置
２０ｂ 光信号受信装置
２１ 光信号発生器
２１ａ 光信号発生器
２１ｂ 光信号発生器
２２ 光信号受信器
２２ａ 光信号受信器
２２ｂ 光信号受信器
３０ａ サーキュレータ
３１ａ 第一端子
３２ａ 第二端子
３３ａ 第三端子
４０ａ サーキュレータ
４１ａ 第一端子
４２ａ 第二端子
４３ａ 第三端子
５０ａ 合分波器
５１ａ 第一端子
５２ａ 第二端子
５３ａ 第三端子
６０ａ 合分波器
６１ａ 第一端子
６３ａ 第三端子
６２ａ 第二端子
７０ 幹線側光伝送路
７０ａ 幹線側光伝送路
７０ｂ 幹線側光伝送路
７０ｃ 幹線側光伝送路
７１ 支線側光伝送路
７１ａ 支線側光伝送路
７１ｂ 支線側光伝送路
７２ 支線側光伝送路
７２ａ 支線側光伝送路
７２ｂ 支線側光伝送路
７３ａ 支線側光伝送路
１００ 光信号分岐装置
１００ａ 光信号分岐装置
１００ｂ 光信号分岐装置
１０１ 第一入力ポート
１０１ａ 第一入力ポート
１０１ｂ 第一入力ポート
１０２ 第二入力ポート
１０２ａ 第二入力ポート
１０２ｂ 第二入力ポート
１０３ 第一出力ポート
１０３ａ 第一出力ポート
１０３ｂ 第一出力ポート
１０４ 第二出力ポート
１０４ａ 第二出力ポート
１０４ｂ 第二出力ポート
１１０ 光信号処理デバイス
１２０ 波長合波回路
１２１ 入力端子
１２２ 入力端子
１２３ 出力端子
１３０ 波長分波回路
１３１ 入力端子
１３２ 出力端子
１３３ 出力端子
１４０ 光信号処理デバイス
１４１ 入力端子
１４２ 出力端子
１５０ χ（３）媒質
１５１ 合波器
１５２ 分波器
１６１ 合波入力端子
１６２ 合波入力端子
１６３ 分波出力端子
１６４ 分波出力端子
１６５ 分波出力端子
１６６ 分波出力端子
１７１ 波長λ１の光信号
１７２ 波長λ２の光信号
１７３ 波長λ１の光信号
１７４ 波長λ３の光信号
１７５ 波長λ４の光信号
１７６ 波長λ２の光信号
１８０ 半導体光増幅器
１８１ 合波器
１８２ 分波器
１８３ 合波入力端子
１８４ 合波入力端子
１８５ 分波出力端子
１８６ 分波出力端子
１９０ 半導体増幅器の利得
１９１ 波長λ５の光信号
１９２ 波長λ６の光信号
１９３ 波長λ５の光信号
１９４ 波長λ６の光信号
２００ 熱光学素子
２０１ 熱レンズ
２１０ 励起光
２１１ 熱レンズの光軸
２１２ 熱レンズの焦点
２２０ プローブ光
２３０ ミラー
２３１ ハーフミラー
２３２ ミラー
２３３ ミラー
２３４ フィルター
２３５ プローブ光信号光路Ａ
２３６ プローブ光信号光路
２３７ ミラー
３００ カー媒質
３１１ ミラー
３１２ 偏光子
３１３ 偏光子
３１４ ミラー
３１５ 検光子
９１０ 光信号送信装置
９１１ 光信号送信器
９２０ａ 光信号受信装置
９２０ｂ 光信号受信装置
９２０ｎ 光信号受信装置
９２１ａ 光信号受信器
９２１ｂ 光信号受信器
９２１ｎ 光信号受信器
９４０ａ 光信号分岐装置
９４０ｂ 光信号分岐装置
９４０（ｎ−１） 光信号分岐装置
９４１ 非対称カプラ
９７０ａ 幹線側光伝送路
９７０ｂ 幹線側光伝送路
９７０ｎ 幹線側光伝送路
９７１ａ 支線側光伝送路
９７１ｂ 支線側光伝送路
９７１（ｎ−１） 支線側光伝送路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、
前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用又は前記第二入力ポートから入力されるプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力することを特徴とする光信号分岐装置。
【請求項２】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号の角周波数をｗ１とし、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の角周波数をｗ２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ｗ３＝２ｗ２―ｗ１、およびｗ４＝２ｗ１―ｗ２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
前記４光波混合波発生素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号のうちの少なくとも１を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項３】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光増幅度が減少し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光増幅度が増大することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項４】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の透過度が増大し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の透過度が減少することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する可飽和光吸収素子と、
前記可飽和光吸収素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項５】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、
前記第一入力ポートからの変調光信号がマークレベルのとき屈折率分布が変化し前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を屈折率が大きくなった方向へ変化させ、スペースレベルのとき前記屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を変化させないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の変化した前記プローブ光信号又は前記光路の変化しない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する屈折率変化素子と、
前記屈折率変化素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の差により分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項６】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光を吸収して発生した熱により屈折率分布が変化し、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を前記屈折率が大きくなった方向へ切換え、スペースレベルのとき屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光路を切換えないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の切換わった前記プローブ光信号又は前記光路の切換わっていない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する熱光学素子と、
前記熱光学素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の切換わりにより分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項７】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光カー効果により屈折率異方性を生じ前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を楕円偏光状態に変化させ、スペースレベルのとき屈折率異方性を生じず前記第二入力ポートからのプローブ光信号の偏光状態を変化させないことにより前記変調光信号の前記マークレベルと前記変調光信号の前記スペースレベルが前記プローブ光信号の偏光状態の変化として情報複製された複製光信号を発生するカー効果素子と、
前記カー効果素子からの前記変調光信号と偏光状態により分離した複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号として第二出力ポートに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項８】
変調された変調光信号を幹線側光伝送路に向けて送信する光信号送信装置と、
前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記光信号送信装置に縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、前記プローブ光信号を第二入力ポートに送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の光信号受信装置と、
を備えることを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項９】
光信号送信装置に変調された変調光信号を縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置へ送信させ、光信号受信装置にプローブ光信号を前記光信号分岐装置へ送信させ、前記変調光信号と前記光信号分岐装置に備える光信号処理デバイスとの相互作用又は前記変調光信号を制御するためのプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記光信号分岐装置に前記変調光信号を情報複製させ、情報複製した複製光信号を前記光信号分岐装置に各々の前記光信号受信装置へ送信させることを特徴とする光信号伝送方法。
【請求項１】
入出力ポートとして第一入力ポート、第二入力ポート、第一出力ポート及び第二出力ポート、及び光との相互作用により光信号処理する光信号処理デバイスを備える光信号分岐装置であって、
前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号に前記光信号処理デバイスを通過させて前記第一出力ポートから出力し、
前記第一入力ポートから入力される変調された変調光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用又は前記第二入力ポートから入力されるプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記変調光信号を情報複製した複製光信号を前記第二出力ポートから出力することを特徴とする光信号分岐装置。
【請求項２】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号の角周波数をｗ１とし、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の角周波数をｗ２とした場合、４光波混合により、前記変調光信号を情報複製した角周波数ｗ３＝２ｗ２―ｗ１、およびｗ４＝２ｗ１―ｗ２の前記複製光信号を発生する４光波混合波発生素子と、
前記４光波混合波発生素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号のうちの少なくとも１を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項３】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光増幅度が減少し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光増幅度が増大することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項４】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を波長合波する波長合波回路と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の透過度が増大し、スペースレベルのとき前記第二入力ポートからのプローブ光信号の透過度が減少することによって、前記変調光信号の前記マークレベルと前記スペースレベルが前記プローブ光信号の光レベルの変化に情報複製された複製光信号を発生する可飽和光吸収素子と、
前記可飽和光吸収素子からの合波された前記変調光信号と前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに波長分波する波長分波回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項５】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、
前記第一入力ポートからの変調光信号がマークレベルのとき屈折率分布が変化し前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を屈折率が大きくなった方向へ変化させ、スペースレベルのとき前記屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を変化させないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の変化した前記プローブ光信号又は前記光路の変化しない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する屈折率変化素子と、
前記屈折率変化素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の差により分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項６】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光を吸収して発生した熱により屈折率分布が変化し、前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の光路を前記屈折率が大きくなった方向へ切換え、スペースレベルのとき屈折率分布が変化することなく前記第二入力ポートからのプローブ光信号の光路を切換えないことによって、前記変調光信号のマークとスペースが前記光路の切換わった前記プローブ光信号又は前記光路の切換わっていない前記プローブ光信号の切換わりに情報複製された複製光信号を発生する熱光学素子と、
前記熱光学素子からの前記変調光信号と前記複製光信号の中から光路の切換わりにより分離した１の前記複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、複製光信号を第二出力ポートに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項７】
前記光信号処理デバイスは、
異なる波長の前記第一入力ポートからの前記変調光信号と前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号の各々の前記光信号処理デバイスへの入射角度及び位置を所定の関係に保って入力する入力部と、
前記第一入力ポートからの前記変調光信号がマークレベルのとき光カー効果により屈折率異方性を生じ前記第二入力ポートからの前記プローブ光信号を楕円偏光状態に変化させ、スペースレベルのとき屈折率異方性を生じず前記第二入力ポートからのプローブ光信号の偏光状態を変化させないことにより前記変調光信号の前記マークレベルと前記変調光信号の前記スペースレベルが前記プローブ光信号の偏光状態の変化として情報複製された複製光信号を発生するカー効果素子と、
前記カー効果素子からの前記変調光信号と偏光状態により分離した複製光信号のうち、前記変調光信号を第一出力ポートに、前記複製光信号として第二出力ポートに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号分岐装置。
【請求項８】
変調された変調光信号を幹線側光伝送路に向けて送信する光信号送信装置と、
前記幹線側光伝送路の途中に前記第一入力ポート及び前記第一出力ポートを介在させることによって前記光信号送信装置に縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置と、
前記第二入力ポート及び前記第二出力ポートを介して支線側光伝送路によって前記光信号分岐装置のそれぞれに接続され、前記プローブ光信号を第二入力ポートに送信し、前記第二出力ポートからの複製光信号を受信する１以上の光信号受信装置と、
を備えることを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項９】
光信号送信装置に変調された変調光信号を縦続接続された１以上の請求項１から７のいずれかに記載の光信号分岐装置へ送信させ、光信号受信装置にプローブ光信号を前記光信号分岐装置へ送信させ、前記変調光信号と前記光信号分岐装置に備える光信号処理デバイスとの相互作用又は前記変調光信号を制御するためのプローブ光信号と前記光信号処理デバイスとの相互作用により前記光信号分岐装置に前記変調光信号を情報複製させ、情報複製した複製光信号を前記光信号分岐装置に各々の前記光信号受信装置へ送信させることを特徴とする光信号伝送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００８−３１００６９（Ｐ２００８−３１００６９Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５８１８２（Ｐ２００７−１５８１８２）
【出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１５日（２００７．６．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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