(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の波長を前記波長と異なる波長の出力光に変換する波長変換装置であって、前記入力光を光増幅器に入力する手段と、光増幅器と、前記入力光を透過し前記出力光を反射するような第１の反射手段と、前記入力光の強度に応じて前記出力光の入出力間の光強度増幅特性が変化する波長変換素子と、前記入力光を反射し前記出力光を透過する第２の反射手段と、前記第２の反射手段に前記入力光を入力する手段とが前記の順序で順次直列に接続され、前記入力光は、前記光増幅素子と前記第１の反射手段と前記波長変換素子を透過後に、前記第２の反射手段で反射されて再び前記波長変換素子に入力されるとともに、前記出力光は第２の反射手段と前記波長変換素子を透過後に第１の反射手段で反射されて再び前記波長変換素子に入力され、前記入力光の強度に応じて変調されて出力されることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の波長変換装置において、前記第１の反射手段と前記波長変換素子との間の位置的な距離及び前記第２の反射手段と前記波長変換素子との間の位置的な距離Ｌ（ｍｍ）がいずれも、前記位置的な距離Ｌの間の光導波路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／ｓ）、入力信号の１ビットあたりに要する時間をｔ（ｓ）とした場合に、Ｌ＝（ｃ×ｔ）／（２ｍ×ｎ）以下として、ジッタを１ビットの１／ｍ（ｍは光信号の１ビットに要する時間を許容されるジッタ（時間ばらつき）で割った値：ｍは整数）とすることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の波長変換装置において、前記ｍ（ｍは整数である）が、ｍ＞１０であることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４】
前記請求項１に記載の波長変換装置において、前記波長変換光の前段に光アイソレータを設け、前記第２の反射手段の後段に光サーキュレータを設けたことを特徴とする波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重を利用した光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システム及びそのデモ実験等に用いられる波長変換装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）が高度化するに従って、光ファイバを伝搬する光信号の波長を異なる波長へと変換することが必要とされる。半導体光増幅器の相互利得変調（ｃｒｏｓｓ  ｇａｉｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＸＧＭと称する、参考文献：Ｓ．Ｃｈｅｌｌｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．９，ｐｐ．７５８，１９９７）を用いた光波長変換器は簡単な構成で容易に、かつ効率よく波長変換を実現することができるため、有望と考えられている。
【０００３】
図３は、従来例の概略構成を説明するための模式図であり、１００１は例えば２.５Ｇｂ／ｓの信号を伝搬する被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、１００２は被変換波長光１００１が伝搬する光ファイバ、１００３は光増幅器、１００４は半導体光増幅器のＸＧＭを用いた光波長変換器、１００５はＣＷ（連続光：Ｃontinuous Ｗave）変換波長入力光１００６が伝搬する光ファイバ、１００６はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、１００７はＣＷ変換波長入力光１００６が光波長変換器１００４によって逆相（ｏｎ信号がｏｆｆ信号に、ｏｆｆ信号がｏｎ信号）に変調された２.５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）である。
【０００４】
この構成により、光波長変換器１００４の相互利得変調を利用して、被変換波長光１００１が持つ２．５Ｇｂ／ｓの信号を異なる波長の波長変換出力光１００７に変換する（移す）、いわゆる波長変換が可能になる。ここで、後述のように、被変換波長光１００１の光強度を強くすることが大事になる。そのため、光増幅器１００３によって、被変換波長光１００１を増幅した後に光波長変換器１００４に入力することが必要になる。
【０００５】
なお、光増幅器１００３と光波長変換器１００４は同じ半導体光増幅器ではあるが、一般に入力信号の光強度を増幅するために用いる光増幅器１００３は素子長を長く（例えば９００ミクロン）する。これに対して、ＸＧＭによる光波長変換器として用いる１００４はキャリアを高密度につめることでキャリアの寿命を短くするため、一般に素子長を短く（例えば３００ミクロン）する。これによって例えば２．５Ｇｂ／ｓといった高速信号に対して波長変換機能が追従することができる。
【０００６】
また、同図においては、被変換波長光１００１と波長変換出力光１００７は逆方向（いわゆるカウンター）に進む。この構成により、光サーキュレータ等を用いることで被変換波長光１００１と波長変換出力光１００７を容易に分離することができる。
【０００７】
図４は、横軸を被変換波長光１００１の強度とし、縦軸を波長変換出力光１００７の強度としたときの半導体光増幅器のＸＧＭを説明する図である。ここで、光波長変換器（半導体光増幅器）１００４としては、例えば、バルクのＩｎＧａＡｓＰ狭メサを活性層とし、ｐｎ接合による埋め込み構造を持つもの（参考文献：Ｔ．Ｉｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏ１．Ｅ８１−Ｃ，ｐｐ１２３７，１９９８）を利用し、注入電流は７５ｍＡとする。同図からわかるように、被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ（１ｍＷ）を越す時点で波長変換出力光１００７の強度が減少し、被変換波長光１００１の強度が１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）になると、１０ｄＢの波長変換出力光１００７の光強度が減少しているのがわかる。従って、被変換波長光１００１を０〜１０ｄＢｍの間で変調させることによって、波長変換出力光１００７を逆相で変調させることができる。
【０００８】
ところが、一般に、通常の光システムで利用される光強度は−１０ｄＢｍ〜０ｄＢｍ程度である。そのため、前記図３では光増幅器１００３によって被変換波長光１００１を増幅したのちに、光波長変換器１００４に入射する形態をとっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の構成には以下のような問題があった。すなわち、光増幅器１００３も光波長変換器１００４と同じ構成をとる光増幅器であり、また、光増幅器１００３にＣＷ変換波長入力光１００６と被変換波長光１００１の両方が入射される構成になっているために、光増幅器１００３においてもＸＧＭの波長変換が起こってしまう。さらに、光増幅器１００３は素子長が長く、キャリアの寿命が十分に短くないために、信号の特に低周波成分だけが選択的に波長変換される。これは、もとの高周波信号に対してノイズ成分として働くという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、被変換波長光と波長変換出力光を逆方向に進ませる構成を取りながら、波長変換器として用いる光増幅器には被変換波長光と波長変換出力光の２波長を入射すると同時に、増幅器として用いる光増幅器には被波長変換器のみを入射する波長変換装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１３】
（１）入力光の波長を前記波長と異なる波長の出力光に変換する波長変換装置であって、前記入力光を光増幅器に入力する手段と、光増幅器と、前記入力光を透過し前記出力光を反射するような第１の反射手段と、前記入力光の強度に応じて前記出力光の入出力間の光強度増幅特性が変化する波長変換素子と、前記入力光を反射し前記出力光を透過する第２の反射手段と、前記第２の反射手段に前記入力光を入力する手段とが前記の順序で順次直列に接続され、前記入力光は、前記光増幅素子と前記第１の反射手段と前記波長変換素子を透過後に、前記第２の反射手段で反射されて再び前記波長変換素子に入力されるとともに、前記出力光は第２の反射手段と前記波長変換素子を透過後に第１の反射手段で反射されて再び前記波長変換素子に入力され、前記入力光の強度に応じて変調されて出力されるものである。
【００１４】
（２）前記手段（１）の波長変換装置において、前記第１の反射手段と前記波長変換素子との間の位置的な距離及び前記第２の反射手段と前記波長変換素子との間の位置的な距離Ｌ（ｍｍ）がいずれも、前記位置的な距離Ｌの間の光導波路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／ｓ）、入力信号の１ビットあたりに要する時間をｔ（ｓ）とした場合に、Ｌ＝（ｃ×ｔ）／（２ｍ×ｎ）以下として、ジッタを１ビットの１／ｍ（ｍは光信号の１ビットに要する時間を許容されるジッタ（時間ばらつき）で割った値：ｍは整数）とするものである。
【００１５】
（３）前記手段（２）の波長変換装置において、前記ｍ（ｍは整数とする）がｍ＞１０である。
【００１６】
（４）前記手段（１）の波長変換装置において、前記波長変換光の前段に光アイソレータを設け、前記第２の反射手段の後段に光サーキュレータを設けたものである。
【００１７】
前記手段からわかるように、本発明によれば、被変換波長光と波長変換出力光を逆方向に進ませる構成を取りながら、波長変換器として用いる光増幅器には被変換波長光と波長変換出力光の２波長を入射すると同時に、増幅器として用いる光増幅器には被波長変換器のみを入射することができる。これにより、光ファイバを伝搬する光信号の波長を異なる波長へと変換する際に発生するノイズを低減し、かつ、簡単な構成で効率よく波長変換することができる。
【００１８】
以下に、本発明について、実施形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明による実施例１の反射型波長変換装置の概略構成を示す模式図である。図１において、１０１は被変換波長光１０７が伝搬する光ファイバ、１０２は光ファイバ１０１からの被変換波長光１０７を増幅するための光増幅器、１０３は被変換波長光１０７を透過し、ＣＷ波長変換光１０８を反射するようなグレーティング、１０４は半導体光増幅器のＸＰＭ（相互利得変調）を用いた光波長変換器、１０５はＣＷ（連続光：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）波長変換光１０８を透過し、被変換波長光１０７を反射するようなグレーティング、１０６は光ファイバ、１０７は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を伝搬する被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、１０８はＣＷ波長変換光、１０９は波長変換出力光である。
【００２０】
グレーティングとしては、例えば、光ファイバに紫外線を照射して、光の通るコアの屈折率を長手方向に周期的に変化させることにより、特定波長（Ｂｒａｇｇ波長）の光信号のみを反射させる、いわゆる光ファイバグレーティングを用いる。この構成により光波長変換器１０４のＸＧＭを利用して、被変換波長光１０７が持つ２．５Ｇｂ／ｓの信号を異なる波長の波長変換出力光１０９に変換する（いわゆる波長変換が可能になる）。ここでの特徴は、光波長変換器１０４において被変換波長光１０７とＣＷ波長変換光１０８の２波長が入射されるためにＸＧＭによる波長変換が可能になるとともに、光増幅器１０２においては被変換波長光１０７のみが選択的に増幅され、かつ、被変換波長光１０７と波長変換出力光１０９が逆方向に進む構成になっていることである。
【００２１】
また、グレーティングの反射波長を制御する機能を持たせることもできる。これは、光ファイバグレーティングを加熱または物理的に伸張することで行う。
【００２２】
さらに、別な構成としては、グレーティングを半導体導波路で作製し、半導体光増幅器とモノリシック集積する方法もある（参考文献：Ｋ．Ｓａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏ１．３，ｎｏ．２，ｐｐ２５０−２５５，１９９７）。この場合、反射波長を制御するためにはグレーティング部分に電流を注入すればよい。
【００２３】
（実施例２）
本発明による実施例２の反射型波長変換装置の概略構成を示す模式図である。図２において、２０１は光ファイバ、２０２は光増幅器、２０３はグレーティング、２０４は光波長変換器、２０５はグレーティング、２０６は光ファイバ、２０７は被変換波長光、２０８はＣＷ波長変換光、２０９は波長変換出力光、２１０はアイソレータ、２１１は光サーキュレータである。
【００２４】
本実施例２の反射型波長変換装置は、図２に示すように、前記図１の実施例１に比べて、さらに光アイソレータ２１０と光サーキュレータ２１１を備えたものである。このように構成することにより、左方向に進む被変換波長光２０７を消去するとともに、ＣＷ波長変換光２０８と波長変換出力光２０９を分離することができる。
【００２５】
（実施例３）
以下、本実施例３について説明する。実際の装置においては、図２に示す被変換波長光２０７の行きと帰りで異なるビット情報が光波長変換器２０４に入力される心配がある。例えば、２．５Ｇｂ／ｓの信号の場合１ビットの間に要する時間は４００ｐｓとなるので、この間信号は光ファイバ中を１ビット当り約８ｃｍ伝搬する。これは、光速の３×１０１０ｃｍ／ｓを光ファイバの屈折率１．５で割り、４００ｐｓを掛けた値に等しい。いま、波長変換に許容されるジッタ（時間ばらつき）を１ビットの１／ｍ（ｍは整数である）とすると、光信号が行きと帰りで４０ｐｓ、すなわち、８ｍｍの伝搬が許される。従って、光波長変換器２０４とグレーティング２０５は位置的に４ｍｍ以下の距離にある必要がある。
【００２６】
より一般的には、光波長変換器２０４とグレーティング２０５の間の位置的な距離Ｌ（ｍｍ）は、光導波路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／ｓ）、入力信号の１ビットあたりに要する時間をｔ（ｓ）とした場合、数１の式に示す値以下であるとするとよい。グレーティング２０３と光波長変換器２０４の間の距離も同様である。
【００２７】
【数１】
Ｌ＝（ｃ×ｔ）／（２ｍ×ｎ）    （ｍは整数である）
なお、ジッタを１ビットの１／１０以下にするには、前記距離Ｌ（ｍｍ）を数２の式に示す値以下にする必要がある。
【００２８】
【数２】
Ｌ＝（ｃ×ｔ）／（２０×ｎ）
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被変換波長光と波長変換出力光を逆方向に進ませる構成を取りながら、波長変換器として用いる光増幅器には被変換波長光と波長変換出力光の２波長を入射すると同時に、増幅器として用いる光増幅器には被波長変換器のみを入射する反射型光増幅装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例１の反射型波長変換装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明による実施例２の反射型波長変換装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】従来例の概略構成を説明するための模式図である。
【図４】従来例の特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１…光ファイバ                  １０２…光増幅器
１０３…グレーティング              １０４…光波長変換器
１０５…グレーティング              １０６…光ファイバ
１０７…被変換波長光                １０８…ＣＷ波長変換光
１０９…波長変換出力光              ２０１…光ファイバ
２０２…光増幅器                    ２０３…グレーティング
２０４…光波長変換器                ２０５…グレーティング
２０６…光ファイバ                  ２０７…被変換波長光
２０８…ＣＷ波長変換光              ２０９…波長変換出力光光
２１０…アイソレータ                ２１１…光サーキュレータ
１００１…被変換波長光              １００２…光ファイバ
１００３…光増幅器                  １００４…光波長変換器
１００５…光ファイバ                １００６…ＣＷ波長変換光
１００７…波長変換出力光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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