(57)【要約】【課題】  本発明は，光信号の波形歪みを誘起することなく，高ビットレートの光信号の波長を変換し，入力信号のフォーマットによらず波長変換を行うことができる光信号波長変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の光信号波長変換装置は，第１，第２のサブＭＺ導波路（ＭＺＡ，ＭＺＢ）２，３と，メインＭＺ導波路８と，第１の電極９と，第２の電極１０と，メインＭＺ電極１１と，信号源１２とを有する。そして，メインＭＺ導波路８は，光信号の入力部４，ＭＺＡ，ＭＺＢ，分岐部５，合波部，及び出力部７を含む。そして，光信号部４は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを含む。出力部７は，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを含む。分岐部５及び合波部６は，ともに方向性結合器を含む。【選択図】図１
2010197753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）（２）と；
第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）（３）と；
光信号の入力部（４）と，前記光信号が前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）とへ分岐する分岐部（５）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と，前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）から出力される光信号が合波される合波部（６）と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（７）とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）（８）と；
前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）に電圧を印加するための第１の電極（９）と；
前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）に電圧を印加するための第２の電極（１０）と；
前記メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）に電圧を印加して，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）からの出力信号と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極（１１）と；
を含む光信号波長変換装置であって，
前記光信号部（４）は，
前記分岐部（５）と光学的に接続された２つの導波路（４ａ，４ｂ）を含み，
前記出力部（７）は，
前記合波部（６）と光学的に接続された２つの導波路（７ａ，７ｂ）を含み，
前記分岐部（５）及び前記合波部（６）は，ともに方向性結合器を含む，
光信号波長変換装置。
【請求項２】
前記分岐部（５）と光学的に接続された前記２つの導波路（４ａ，４ｂ）を第１の入力導波路（４ａ）及び第２の入力導波路（４ｂ）とし，
前記合波部（６）と光学的に接続された前記２つの導波路（７ａ，７ｂ）を第１の出力導波路（７ａ）及び第２の出力導波路（７ｂ）とし，
前記第１の入力導波路（４ａ）に波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力され，
前記第２の入力導波路（４ｂ）に波長λ２の情報Ｓ２を有する光信号が入力された場合に，
前記第１の出力導波路（７ａ）から，波長λ１の情報Ｓ２を有し，波長λ２の情報Ｓ１を有する光信号として出力する，
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記分岐部（５）と光学的に接続された前記２つの導波路（４ａ，４ｂ）を第１の入力導波路（４ａ）及び第２の入力導波路（４ｂ）とし，
前記合波部（６）と光学的に接続された前記２つの導波路（７ａ，７ｂ）を第１の出力導波路（７ａ）及び第２の出力導波路（７ｂ）とし，
前記第１の入力導波路（４ａ）に波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力され，
前記第２の入力導波路（４ｂ）に波長λ１の情報Ｓ２を有する光信号が入力された場合に，
前記第１の出力導波路（７ａ）から，前記情報Ｓ１及び前記情報Ｓ２を異なる波長の光に重畳した光信号として出力する，
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記分岐部（５）と光学的に接続された前記２つの導波路（４ａ，４ｂ）を第１の入力導波路（４ａ）及び第２の入力導波路（４ｂ）としたときに，
前記第１の入力導波路（４ａ）は，その途中にサーキュレータを有し，
前記合波部（６）と光学的に接続された前記２つの導波路（７ａ，７ｂ）を第１の出力導波路（７ａ）及び第２の出力導波路（７ｂ）としたときに，
前記第１の出力導波路（７ａ）は，ミラーと接続される，
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項５】
さらに，信号源（１２），２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ），及び制御装置（２２）を有し，
前記信号源（１２）は，前記第１の電極（９），前記第２の電極（１０）及び前記メインマッハツェンダー電極（１１）に電圧を供給するものであり，
前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）は，それぞれ前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）と接続され，
前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）と情報を受け取ることができるように接続され，
前記制御装置（２２）は，
前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）から，前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）から出力された光の強度に関する情報を受け取り，
前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）からの出力強度がともに最小値となる様に前記第１の電極（９）及び前記第２の電極（１０）に印加する電圧を求め，
前記第１の電極（９）及び前記第２の電極（１０）のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を前記信号源（１２）へ伝え，
これによりサブマッハツェンダー導波路のバイアス点をヌル点に維持しつつ，前記光信号波長変換装置を駆動する，
請求項１に記載の光信号波長変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光信号波長変換装置を含むルータ。
【請求項７】
光信号波長変換装置を用いた光信号波長変換方法であって，
前記光信号波長変換装置は，
第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）（２）と；
第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）（３）と；
光信号の入力部（４）と，前記光信号が前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）とへ分岐する分岐部（５）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と，前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）から出力される光信号が合波される合波部（６）と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（７）とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）（８）と；
前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）に電圧を印加するための第１の電極（９）と；
前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）に電圧を印加するための第２の電極（１０）と；
前記メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）に電圧を印加して，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）からの出力信号と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極（１１）と；
を含み，
前記光信号部（４）は，
前記分岐部（５）と光学的に接続された２つの導波路（４ａ，４ｂ）を含み，
前記出力部（７）は，
前記合波部（６）と光学的に接続された２つの導波路（７ａ，７ｂ）を含み，
前記分岐部（５）及び前記合波部（６）は，ともに方向性結合器を含み，
前記分岐部（５）と光学的に接続された前記２つの導波路（４ａ，４ｂ）を第１の入力導波路（４ａ）及び第２の入力導波路（４ｂ）とし，
前記合波部（６）と光学的に接続された前記２つの導波路（７ａ，７ｂ）を第１の出力導波路（７ａ）及び第２の出力導波路（７ｂ）とした時に，
前記第１の入力導波路（４ａ）に波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力される工程と，
前記第２の入力導波路（４ｂ）に波長λ２の情報Ｓ２を有する光信号が入力される工程と，
前記第１の出力導波路（７ａ）から，波長λ１の情報Ｓ２を有し，波長λ２の情報Ｓ１を有する光信号として出力する工程とを含む，
光信号波長変換方法。
【請求項８】
光信号波長変換装置を用いた光信号波長変換方法であって，
前記光信号波長変換装置は，
第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）（２）と；
第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）（３）と；
光信号の入力部（４）と，前記光信号が前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）とへ分岐する分岐部（５）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と，前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）から出力される光信号が合波される合波部（６）と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（７）とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）（８）と；
前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）に電圧を印加するための第１の電極（９）と；
前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）に電圧を印加するための第２の電極（１０）と；
前記メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）に電圧を印加して，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）からの出力信号と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極（１１）と；
を含み，
前記光信号部（４）は，
前記分岐部（５）と光学的に接続された２つの導波路（４ａ，４ｂ）を含み，
前記出力部（７）は，
前記合波部（６）と光学的に接続された２つの導波路（７ａ，７ｂ）を含み，
前記分岐部（５）及び前記合波部（６）は，ともに方向性結合器を含み，
前記分岐部（５）と光学的に接続された前記２つの導波路（４ａ，４ｂ）を第１の入力導波路（４ａ）及び第２の入力導波路（４ｂ）とし，
前記合波部（６）と光学的に接続された前記２つの導波路（７ａ，７ｂ）を第１の出力導波路（７ａ）及び第２の出力導波路（７ｂ）とした時に，
前記第１の入力導波路（４ａ）に波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力される工程と，
前記第２の入力導波路（４ｂ）に波長λ２の情報Ｓ２を有する光信号が入力される工程と，
前記第１の出力導波路（７ａ）から，前記情報Ｓ１及び前記情報Ｓ２を異なる波長の光信号に重畳された光信号として出力する工程とを含む，
光信号波長変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は,入れ子型のマッハツェンダー導波路の分岐路及び合波部に方向性結合器を用いた光信号波長変換装置および光信号波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ルータにおいて光信号の波長を変換する方法として，半導体光増幅器（ＳＯＡ)の相互位相変調（ＸＰＭ）を利用する方法が知られている。この方法は，ＳＯＡ内部のキャリアの緩和時間に起因して，入力信号の光信号レベルに依存した波長変換後の光信号の歪み（パターン効果）が生じるという問題がある。また，緩和時間が短いＳＯＡの開発は進んでいない。このため，マッハツェンダー（ＭＺ）構造の両アームにＳＯＡを集積化することで，時間差をつけて制御用光パルスを各々に入射させ，ＳＯＡのパターン効果を抑制する方法が提案されている（Ｓ.  Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｔ．  Ｔａｍａｎｕｋｉ，  Ｙ.  Ｕｅｎｏ，  Ｋ，  Ｔａｊｉｍａ：  ＯＦＣ２００３，  ＷＧ１）。しかしながら，この方法は，時分割多重光信号に対する利用を想定したものである。このため，波長変換前の光信号としてリターントゥーゼロ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ）フォーマットの強度変調信号である必要がある。よって，この方法では用いることができる光信号が限られてしまう。
【０００３】
一方，特開２００７−０５７７８２号公報（米国特許出願第１２／０６４５９７号，参照することにより本明細書に取り込まれる。）には，入れ子型のマッハツェンダー導波路を用いた光変調器が開示されている。この光変調器は，メインマッハツェンダー（ＭＺ）型導波路のＹ分岐に非対称方向性結合器を用いている（請求項２）。この光変調器は，サブＭＺ型導波路のうち少なくとも一方に強度変調器を有する。そして，非対称方向性結合器を用いて，入力光を不均一に分け，それぞれのサブＭＺ型導波路に導入して，強度変調器で安定なバイアス状態を得る。この光変調器は，安定なバイアス状態を得ることを目的としており，光信号の波長を変換する方法に用いることは意図されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０５７７８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｓ.  Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｔ．  Ｔａｍａｎｕｋｉ，  Ｙ.  Ｕｅｎｏ，  Ｋ，  Ｔａｊｉｍａ：  ＯＦＣ２００３，  ＷＧ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで，本発明は，光信号の波形歪みを誘起することなく，高ビットレートの光信号の波長を変換する光信号波長変換装置を提供することを目的とする。また，入力信号のフォーマットによらず波長変換を行うことができる光信号波長変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は，基本的には，メインマッハツェンダー（ＭＺ）型導波路のＹ分岐の替わりに方向性結合器を用いる光信号波長変換装置に関する。すなわち，本発明は，メインＭＺ導波路の分岐路及び合波部に方向性結合器を用いる。
【０００８】
本発明の光信号波長変換装置は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）２と，第２のサブマッハツェンダー導波路ＭＺＢ３と，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）８と，第１の電極９と，第２の電極１０と，メインマッハツェンダー電極１１と，信号源１２とを有する。そして，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）８は，光信号の入力部４と，光信号がＭＺＡとＭＺＢとへ分岐する分岐部５と，ＭＺＡと，ＭＺＢと，ＭＺＡとＭＺＢから出力される光信号が合波される合波部６と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部７とを含む。そして，光信号部４は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを含む。出力部７は，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを含む。分岐部５及び合波部６は，ともに方向性結合器を含む。
【０００９】
本発明の第１の側面は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）２と；第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）３と；光信号の入力部４と，光信号が第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）とへ分岐する分岐部５と，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）と，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）と第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）から出力される光信号が合波される合波部６と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部７とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）８と；第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）に電圧を印加するための第１の電極９と；第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）に電圧を印加するための第２の電極１０と；メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）に電圧を印加して，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）からの出力信号と第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極１１と；を含む光信号波長変換装置に関する。
【００１０】
そして，光信号部４は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを含む。出力部７は，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを含む。そして，分岐部５及び合波部６は，ともに方向性結合器を含む。
【００１１】
本発明の第１の側面の好ましい態様は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを第１の入力導波路４ａ及び第２の入力導波路４ｂとし，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂとする。第１の入力導波路４ａに波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力され，第２の入力導波路４ｂに波長λ２の情報Ｓ２を有する光信号が入力された場合に，第１の出力導波路７ａから，波長λ１の情報Ｓ２を有し，波長λ２の情報Ｓ１を有する光信号として出力する。
【００１２】
本発明の第１の側面の好ましい態様は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを第１の入力導波路４ａ及び第２の入力導波路４ｂとし，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂとし，第１の入力導波路４ａに波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力され，第２の入力導波路４ｂに波長λ１の情報Ｓ２を有する光信号が入力された場合に，第１の出力導波路７ａから，情報Ｓ１及び情報Ｓ２を異なる波長の光に重畳した光信号として出力する。
【００１３】
本発明の第１の側面の好ましい態様は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを第１の入力導波路４ａ及び第２の入力導波路４ｂとしたときに，第１の入力導波路４ａは，その途中にサーキュレータを有する。ここで，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを第１の出力導波路７ａ及び第２の出力導波路７ｂとする。すると，第１の出力導波路７ａは，ミラーと接続される。
【００１４】
本発明の第１の側面の好ましい態様は，さらに，信号源１２，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂ，及び制御装置２２を有する。そして，信号源１２は，第１の電極９，第２の電極１０及びメインマッハツェンダー電極１１に電圧を供給する。２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，それぞれ出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂと接続される。制御装置２２は，信号源１２へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂと情報を受け取ることができるように接続される。
【００１５】
一方，制御装置２２は，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取る。また，制御装置２２は，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度がともに最小値となる様に第１の電極９及び第２の電極１０に印加する電圧を求め，第１の電極９及び第２の電極１０のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を信号源１２へ伝える。この態様の光信号波長変換装置は，このような構成を採用することで，サブマッハツェンダー導波路のバイアス点をヌル点に維持しつつ，光信号波長変換装置を駆動する。
【００１６】
本発明の第１の側面の好ましい態様は，上記いずれかの光信号波長変換装置を含むルータである。すなわち，光信号波長変換装置は，波長変換装置として用いることができるのでルータに採用することができる。このルータは，波長変換装置以外は既に知られた構成を採用することができる。
【００１７】
本発明の第２の側面のある態様は，上記いずれかに記載の光信号波長変換装置を用いた光信号波長変換方法に関する。この方法は，第１の入力導波路４ａに波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力される工程と，第２の入力導波路４ｂに波長λ２の情報Ｓ２を有する光信号が入力される工程と，第１の出力導波路７ａから，波長λ１の情報Ｓ２を有し，波長λ２の情報Ｓ１を有する光信号として出力する工程とを含む。
【００１８】
本発明の第２の側面のある態様は，上記いずれかに記載の光信号波長変換装置を用いた光信号波長変換方法に関する。この方法は，第１の入力導波路４ａに波長λ１の情報Ｓ１を有する光信号が入力される工程と，第２の入力導波路４ｂに波長λ２の情報Ｓ２を有する光信号が入力される工程と，第１の出力導波路７ａから，情報Ｓ１及び情報Ｓ２を異なる波長の光信号に重畳された光信号として出力する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば，電気光学効果による光変調技術に基づいた光信号波長変換装置および方法を提供することができる。本発明によれば，パターン効果による光信号の劣化を回避し，光信号の波長を変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は，本発明の光信号波長変換装置の例を示す概略図である。
【図２】図２は，光信号波長変換装置の動作を説明するための図である。
【図３】図３は，ポート１から入射し，ポート１’から出射する光信号のスペクトル遷移を示す図である。
【図４】図４は，ポート２から入射し，ポート１’から出射する光信号のスペクトル遷移を示す図である。
【図５】図５は，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点からずれている場合を説明するための図である。
【図６】図６は，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点と一致している場合を説明するための図である。
【図７】図７は，光信号波長変換装置を周波数交換に用いる例を説明するための図である。
【図８】図８は，光信号波長変換装置を波長衝突回避用の波長変換装置として用いる例を説明するための図である。
【図９】図９は，光信号波長変換装置を波長衝突回避用の波長変換装置として用いる上記とは別の例を説明するための図である。
【図１０】図１０は，実施例で用いた光周波数スワップ装置の構成図である。
【図１１】図１１は，出射ポート１’から出射された光のスペクトルを示す図である。
【図１２】図１２は，出射ポート２’から出射された光のスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は，本発明の光信号波長変換装置の例を示す概略図である。図１に示す光信号波長変換装置は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）２と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）３と，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）８と，第１の電極９と，第２の電極１０と，メインマッハツェンダー電極１１と，信号源１２とを有する。図１中，符号２１ａ，２１ｂは，それぞれ光強度測定装置を示し，符号２２は制御装置を示す。そして，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺＣ）８は，光信号の入力部４と，光信号がＭＺＡとＭＺＢとへ分岐する分岐部５と，ＭＺＡと，ＭＺＢと，ＭＺＡとＭＺＢから出力される光信号が合波される合波部６と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部７とを含む。
【００２２】
たとえば，非特許文献１では，ひとつのＭＺ型導波路を単に波長変換後の信号のＯＮ／ＯＦＦ切り替えのために用いている。しかしながら，本発明の光信号波長変換装置では，入射光を変調して生成した側帯波のうち不要な成分を抑圧するために，入れ子型のＭＺ導波路を用いている。そして，抑圧されずに残留する側帯波は，入射光に比べて中心周波数を所定量シフトさせることができる。この側帯波には，入射光の位相情報を持たせることができる。このように，本発明の光信号波長変換装置では，入射光のフォーマットによらず波長を変換することができる。
【００２３】
そして，光信号部４は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを含む。出力部７は，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを含む。分岐部５及び合波部６は，ともに方向性結合器を含む。方向性結合器の例は３ｄＢの方向性結合器である。３ｄＢの方向性結合器は，入力光の強度を５０：５０に分ける方向性結合器である。方向性結合器は，カプラともよばれる。
【００２４】
導波路４ａからの入力光の複素振幅をＥ１とし，導波路４ｂからの入力光の複素振幅をＥ２とする。そして，ＭＺＡ２へと分岐される光の複素振幅をＥ１’，ＭＺＢ３へと分岐される光の複素振幅をＥ２’とする。方向性結合器による入射光のパワー分岐比は，方向性結合器の導波路の結合部の長さ及び等価屈折率と入射光波長との比に依存する。このことは，以下のαにより示されるとおりである。
【００２５】
Ｅ１’＝Ｅ１ｃｏｓα＋ｉＥ２ｓｉｎα，Ｅ２’＝ｉＥ１ｓｉｎα＋Ｅ２ｃｏｓα
【００２６】
すなわち，導波路４ａからＭＺＡ２へと進む光は，入射光と出射光の位相が同じである。導波路４ｂからＭＺＢ３へと進む光も，入射光と出射光の位相が同じである。一方，導波路４ａからＭＺＢ３へと進む光は，入射光と出射光の位相が９０°シフトする。導波路４ｂからＭＺＡ２へと進む光も，入射光と出射光の位相が９０°シフトする。
【００２７】
第１の電極９は，ＭＺＡに電圧を印加するための電極である。一方，第２の電極１０は，ＭＺＢに電圧を印加するための電極である。メインマッハツェンダー電極１１は，ＭＺＣに電圧を印加することで，ＭＺＡからの出力信号とＭＺＢからの出力信号との位相差を制御するための電極である。
【００２８】
信号源１２は，第１の電極９，第２の電極１０及びメインマッハツェンダー電極１１に電圧を供給するものである。そして，後述するように，本発明の光信号波長変換装置は，信号源１２が，ＭＺＡ２及びＭＺＢ３のバイアス点をヌル点に維持しつつ，光信号波長変換装置を駆動することができるものが好ましい。信号源１２は，第１の電極９，第２の電極１０及びメインマッハツェンダー電極１１にバイアス電圧を供給するためのバイアス信号源を含んでいてもよい。また，信号源１２は，メインマッハツェンダー電極１１にラジオ周波数信号を供給するための高周波信号源を含んでもよい。高周波信号源は，メインマッハツェンダー電極１１のみならず，第１の電極９，及び第２の電極１０のいずれか又は両方にラジオ周波数信号を供給するものでもよい。
【００２９】
２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度を測定するための装置である。光強度測定装置の例は，フォトダイオードである。２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，それぞれ出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂと接続される。２つの光強度測定装置が測定した２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度を用いることにより，メインＭＺ導波路の光透過率が最小となるバイアス電圧に対する現在のバイアス電圧のずれの大きさや極性を把握することができる。この情報を用いることで，サブＭＺ導波路の光透過率が最小となるバイアス電圧を容易に達成できる。
【００３０】
制御装置２２は，信号源１２へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂと情報を受け取ることができるように接続される。制御装置２２は，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取る。また，制御装置２２は，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度がともに最小値となる様に第１の電極９及び第２の電極１０に印加する電圧を求める。そして，制御装置は，第１の電極９及び第２の電極１０のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を信号源１２へ伝える。
【００３１】
図２は，光信号波長変換装置の動作を説明するための図である。以下の例では，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）は，２つのアームの光路長差が入力信号の概ね半波長分となるように調整する。また，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）も，２つのアームの光路長差が入力信号の概ね半波長分となるように調整する。２つの方向性結合器として，３ｄＢのカプラとする。光信号波長変換装置が，振幅Ａ，周波数ｆ０の正弦波ｒｆ信号により駆動されるとする。一方，第１の電極と第２の電極にはπ／２位相がずれた状態で駆動信号が印加されるとする。さらにメインＭＺ（ＭＺＣ）導波路のバイアスをπ／２にセットする。また，入射光の強度をＥ０（ｔ）とする。すると，ポートｋ（ｋ＝１，２）から入射し，ポートｌ’（ｌ’＝１’，２’）から出射した光の複素振幅を，以下の式（１）のようにあらわすことができる。
【００３２】
【数１】
2010197753.tif 000003
【００３３】
式（１）を複素フーリエ級数により展開すると以下の式（２）のようになる。
【００３４】
【数２】
2010197753.tif 000004
【数３】
2010197753.tif 000005
【００３５】
ここで，θ＝−π／４とし，ｒｆ信号の振幅Ａが０．１２πより小さいとすると，ポート１’から出力される光の複素振幅を，式（２）及び式（３）を用いて，以下のように表すことができる。
【００３６】
【数４】
2010197753.tif 000006
【００３７】
すなわち，ポート１から光信号を入射すると，ポート１’，及びポート２’から出射する光信号はそれぞれ，−Δｆ０，及び＋Δｆ０の周波数シフトを受けることとなる。
【００３８】
図３は，ポート１から入射し，ポート１’から出射する光信号のスペクトル遷移を示す図である。ポート１から入射した光信号は，方向性結合器を経て，分波される。そして，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）へと向かう光信号は，入射した光信号と同じ位相である。一方，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）へと向かう光信号は，入射した光信号と比べて位相がπ／２ずれる。サブマッハツェンダーの両アームには半波長分光路差が設けられている。第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）から出力された光信号は，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）から出力された光信号に比べ，π／２位相がシフトする。そして，ＭＺＡから出力された光信号とＭＺＢから出力された光信号とが，方向性結合器において結合する。この際，ポート１’から出力される光信号については，理想的には，入射光より短波長側にシフトした成分が互いに打ち消しあい，入射光より長波長側にシフトした成分は互いに強めあう。この結果，入射光より長波長側にシフトした成分が出力される。
【００３９】
図４は，ポート２から入射し，ポート１’から出射する光信号のスペクトル遷移を示す図である。動作については図３におけるものと同様に考えることができる。
【００４０】
波長変換装置は，バイアス電圧をヌル点に維持しながら駆動することが望ましい。本発明の光信号波長変換装置は，バイアス電圧をヌル点に維持しながら駆動する機能を有している。以下，その点について説明する。
【００４１】
図５は，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）のバイアスがヌル点からずれている場合を説明するための図である。光は，図５の入力ポート１から入力されたとする。ここでは，簡単のため，θ＝０と仮定するが，本発明は任意のθについて同じ結論を得ることができる。また，Ｖｂ（第２の電極に印加される電圧）がある値をとっているとする。図５のポート１’から出力した光の強度をＩ１’とし，ポート２’から出力した光の強度をＩ２’とする。ポート１’及びポート２’から出力する光は，ＭＺＡからの出力光とＭＺＢからの出力光が合波され，方向性結合器で分岐されたものである。ポート１’から出力する光について，ＭＺＡからの出力光とＭＺＢからの出力光は逆位相となる。一方，ポート２’から出力する光について，ＭＺＡからの出力光とＭＺＢからの出力光は同位相となる。この場合，Ｉ１’が最小値となる第１の電極に印加する電圧Ｖ１’ａと，Ｉ２’の最小値となる第１の電極に印加する電圧Ｖ２’ａとが異なることとなる。たとえば，いくつかのＶｂにおいてＶ１’ａとＶ２’ａを求める。そして，Ｖ１’ａとＶ２’ａをとの差が小さくなるように，Ｖｂを調整する。このようにして，バイアス電圧のずれの大きさや極性を把握できることとなる。最終的には，Ｖ１’ａと，Ｖ２’ａとが同じとなるようにＶｂを調整すればよい。
【００４２】
図６は，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点と一致している場合を説明するための図である。図６に示されるように，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点である場合は，Ｉ１’の最小値を与えるＶ１’ａと，Ｉ２’の最小値を与えるＶ２’ａとが同じとなる。
【００４３】
第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）のバイアス電圧Ｖｂのヌル点を求める場合には，いくつかのＶｂにてＩ１’とＩ２’とを測定する。そして，測定したＩ１’とＩ２’から，そのＶｂにおけるＶ１’ａとＶ２’ａを求める。Ｖ１’ａとＶ２’ａを与える点は，Ｉ１’とＩ２’の増減が変化する点である。よって，制御装置は，Ｉｊ’（Ｊ＝１，２）−Ｖａグラフの微分を求めることで，Ｖ１’ａとＶ２’ａを与える点を自動的に求めることができる。そして，いくつかのＶｂにおけるＶ１’ａとＶ２’ａとの差を求めることができる。そして，制御装置は，Ｖｂを増やした方がよいか，減らした方がよいか把握するとともに，どの程度増減するかを求める。基本的には，Ｖ１’ａとＶ２’ａとの差が小さくなる方向にＶｂを調整すればよい。
【００４４】
図７は，光信号波長変換装置を周波数交換（光スワップ）に用いる例を説明するための図である。光通信用信号のグリッド間隔は知られている。そこで，情報Ｓ１が波長λ１の光信号に載せられているとする。また，情報Ｓ２が波長λ２の光信号に載せられているとする。この場合，光信号波長変換装置の駆動信号の周波数ｆ０を，ｃ／（１／λ１−１／λ２）とすることで，周波数の交換を行うことができる。なお，ｃは光速を意味する。図７に示されるように，光スイッチを経ることで，情報Ｓ２が波長λ１の光に載せられ，情報Ｓ１が波長λ２の光に載せられて出力されることとなる。このように，情報を搭載している光信号の波長（周波数）が交換される。
【００４５】
図８は，光信号波長変換装置を波長衝突回避用の波長変換装置として用いる例を説明するための図である。すなわち，同じ行き先の信号２つが同じ波長に重畳されてルータに到着した場合は信号処理が困難となる。しかし，本発明では，同じ波長の光に情報が載せられていても，入力ポートが異なるだけで，分離することができる。すなわち，情報Ｓ１が波長λ１の光に載せられているとする。また，情報Ｓ２が波長λ１の光に載せられているとする。図８に示されるように，光スイッチを経ることで，情報Ｓ２が波長λ２の光に載せられ，情報Ｓ１が波長λ３の光に載せられて出力されることとなる。図８の場合は，図７に用いられているものと駆動信号の周波数を変えればよい。
【００４６】
図９は，光信号波長変換装置を波長衝突回避用の波長変換装置として用いる上記とは別の例を説明するための図である。簡単に説明すると，図９の光信号波長変換装置は，図７及び図８の光信号波長変換装置を併せたものである。この波長変換装置は，一方の入力ポートから入射した光信号の周波数を変化させるものである。この例では，ポート１と方向性結合器との間の導波路にサーキュレータが設けられる。また，ポート１’は，ミラーと接続されている。ミラーは受信した光信号を反射する。ここで，情報Ｓ１と情報Ｓ２がともに波長λ１光に載せられているとする。これらの光が光スイッチに入射する際，サーキュレータは無視できる。ポート１’から出力された光は，ミラーにより反射され，ポート１’を経る。そして，サーキュレータを経て出力される。すなわちサーキュレータから，情報Ｓ２が波長λ１の光に載せられ，情報Ｓ１が波長λ１＋２Δλの光に載せられて出力されることとなる。なお，図９のような光信号波長変換装置では，共振型電極を用いることが望ましい。
【実施例１】
【００４７】
周波数スワップ装置
図１０は，実施例で用いた光周波数スワップ装置の構成図である。入力光として，中心波長が１６１１．５ｎｍの連続光を用いた。２つの方向性結合器として，３ｄＢのカプラを用いた。第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＡ）は，２つのアームの光路長差が入力信号の半波長分となるように調整した。第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺＢ）も，２つのアームの光路長差が入力信号の半波長分となるように調整した。変調信号として，強度が２３ｄＢｍ，周波数が１０ＧＨｚである２つのラジオ周波数（ｒｆ）信号を用いた。１つのｒｆ信号をｒｆハイブリッドカプラで２つに分けた，一方のｒｆ信号をサブＭＺＡに印加した。残りのｒｆ信号は位相調整器で位相遅延を与えた後，サブＭＺＢに印加した。
【００４８】
図１１は，出射ポート１’から出射された光のスペクトルを示す図である。図の縦軸は光強度（任意単位）であり，横軸は入射光の波長からのずれである。実線は入射ポート１から入射した光を示し，点線は入射ポート２から入射した光を示す。このように，周波数スワップ装置は，入射ポートが異なると，光波長のシフトを変化させることができる。
【００４９】
図１２は，出射ポート２’から出射された光のスペクトルを示す図である。図の縦軸は光強度（任意単位）であり，横軸は入射光の波長からのずれである。実線は入射ポート１から入射した光を示し，点線は入射ポート２から入射した光を示す。このように，周波数スワップ装置は，入射ポートが異なると，光波長のシフトを変化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は光情報通信の分野で好適に利用されうる。
【符号の説明】
【００５１】
１  光信号波長変換装置
２  第１のサブマッハツェンダー導波路
３  第２のサブマッハツェンダー導波路
４  入力部
４ａ，４ｂ  導波路
５  分岐部
６  合波部
７  出力部
７ａ，７ｂ  導波路
８  メインマッハツェンダー導波路
９  第１の電極
１０  第２の電極
１１  メインマッハツェンダー電極
１２  信号源
２１ａ，２１ｂ  光強度測定装置
２２  制御装置
【図１】
2010197753.tif 000007
【図２】
2010197753.tif 000008
【図３】
2010197753.tif 000009
【図４】
2010197753.tif 000010
【図５】
2010197753.tif 000011
【図６】
2010197753.tif 000012
【図７】
2010197753.tif 000013
【図８】
2010197753.tif 000014
【図９】
2010197753.tif 000015
【図１０】
2010197753.tif 000016
【図１１】
2010197753.tif 000017
【図１２】
2010197753.tif 000018