(57)【要約】【課題】信号光を任意の波長に変換可能な光回路を提供すること。【解決手段】光往復路８１内の二次光非線形媒質８２，８３にポンプ光入力ポート８４から光周波数νp1，νp2のポンプ光を入力するとともに信号光入力ポート８７から光周波数νinの入力信号光を入力することにより、ν1＝２νp1−νinの第１差周波光を発生させ、さらにν2＝２νp2−ν1の第２差周波光を発生させ、これを繰り返すことによってν2n-1＝ν1＋２Δνp×（ｎ−１）の第２ｎ−１差周波発生光及びν2n＝ν2＋２Δνp−２Δνp×ｎの第２ｎ差周波発生光を発生（但し、Δνp＝νp1−νp2）し、これらの中から分離出力ポート８５，８６及び変換光出力部８８により、所望の光周波数の変換光を取り出す。【選択図】図１５
2006065361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、
前記光往復路上に設置された少なくとも２つの二次光非線形媒質と、
前記二次光非線形媒質のそれぞれに励起光を入力させる励起光入力ポートと、
前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する
ことを特徴とする光回路。
【請求項２】
対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、
前記光往復路上に設置された少なくとも２つの二次光非線形媒質と、
前記二次光非線形媒質のそれぞれに励起光を入力させる励起光入力ポートと、
前記光往復路上に設置され、前記二次光非線形媒質に入力された発生元光もしくは該発生元光及び励起光によって前記二次光非線形媒質で新たに発生した光のいずれか一方をそれ以外の光と分離し、前記光往復路から取り除く少なくとも１つの分離出力ポートと、
前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する
ことを特徴とする光回路。
【請求項３】
対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、
前記光往復路上に設置された二次光非線形媒質と、
光周波数の異なる少なくとも２つの光を出力する少なくとも１つの励起光源と、
前記二次光非線形媒質に前記励起光源から出力される励起光を入力させる励起光入力ポートと、
前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する
ことを特徴とする光回路。
【請求項４】
対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、
前記光往復路上に設置された二次光非線形媒質と、
光周波数の異なる少なくとも２つの光を出力する少なくとも１つの励起光源と、
前記二次光非線形媒質に前記励起光源から出力される励起光を入力させる励起光入力ポートと、
前記光往復路上に設置され、前記二次光非線形媒質に入力された発生元光もしくは該発生元光及び励起光によって前記二次光非線形媒質で新たに発生した光のいずれか一方をそれ以外の光と分離し、光往復路から取り除く少なくとも１つの分離出力ポートと、
前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する
ことを特徴とする光回路。
【請求項５】
二次光非線形媒質に入力信号光を入力する信号光入力ポートを追加したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光回路。
【請求項６】
光増幅器を追加したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光回路。
【請求項７】
二次光非線形媒質として、擬似位相整合が施された光非線形媒質を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光回路。
【請求項８】
入力信号光の光周波数をνinとした時に、任意の整数ｎ及びある周波数差Δνpを用いて、任意の所望の出力光の光周波数がνn＝２ｎΔνp＋νinで表現される時、
二次光非線形媒質として、その周波数差が２Δνpの２つの励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光回路。
【請求項９】
入力信号光の光周波数をνinとした時に、任意の整数ｎ，ｍ及びある光周波数νp1，νp2を用いて、任意の所望の出力光の光周波数が
νn＝２ｎ（νp1−νp2）＋νin
μm＝（２ｍ−１）（νp1−νp2）＋νp1＋νp2−νin
のいずれかで表現される時、
前記二次光非線形媒質として、光周波数２νp1，２νp2の２つの励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光回路。
【請求項１０】
入力信号光の光周波数をνinとした時に、任意の整数ｎ及びある周波数差Δνpを用いて、任意の所望の出力光の光周波数がνn＝２ｎΔνp＋νinで表現される時、
前記二次光非線形媒質として、その光周波数２νp1，２νp2の周波数差が２Δνpに一致し、かつ、ある整数ｎpに対してνp1，νp2のいずれかがνnp＝２ｎpΔνp＋νinに一致するような光周波数２νp1，２νp2の励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光回路。
【請求項１１】
任意の整数ｎ、ある周波数差Δνp及びある光周波数νpを用いて、任意の所望の出力光の光周波数がνn＝ｎΔνp＋νpで表現される時、
前記二次光非線形媒質として、その光周波数が２νp，２（νp±Δνp）の２つの励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重技術を基盤とする光ネットワークにおける光ノード等において用いられる波長変換器、波長可変光源、光周波数コム発生器などの光回路技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長変換法としては、（１）位相変調された光の位相情報を保持でき、（２）電子回路による速度制限を受けず、（３）多波長信号光群を一括に変換可能であるなどの長所を有する光非線形材料を利用した光パラメトリック波長変換が活発に研究されている（非特許文献１，２，３参照）。特に、二次光非線形効果を用いた光パラメトリック波長変換は、擬似位相整合技術により変換効率が向上しており、波長変換として非常に期待されている（非特許文献４，５参照）。
【０００３】
一般に、二次光非線形効果を用いた波長変換では、基本波周波数帯域の信号光（光周波数ｆs）と二次高調波周波数帯域の励起光（ポンプ光）（光周波数２ｆ0）の差周波発生過程を利用し、光周波数２ｆ0−ｆsの変換光を得ることで実現する。光周波数２ｆ0のポンプ光は光周波数ｆ0のポンプ光に対する第二次高調波を利用する場合が多いことを補足しておく。
【非特許文献１】S. J. B. Yoo, "Wavelength conversion technologies for WDM network applications," J. Lightwave Technol., Vol.14, No.6, 1996, pp.955-966
【非特許文献２】K. Inoue, "Tunable and selective wavelength conversion using fiber four-wave mixing with two pumps," IEEE Photonics Technology Letters, Vol.6, No.12, 1994
【非特許文献３】M. H. Chou, I. Brener, M. M. Fejer, E. E. Chaban, and S. B. Christman, "1.5μm-band wavelength conversion based on cascaded second-order nonlinearity in LiNbO3 waveguides," IEEE Photonics Technol. Letters, Vol.11, No.6, June 1999
【非特許文献４】M. Asobe, O. Tadanaga, T. Yamagawa, H. Itoh, and H. Suzuki, "Reducing photorefractive effect in periodically poled ZnO- and MgO- doped LiNbO3 wavelength converters," Applied Physics Letters, Vol.78, No.21, May 2001
【非特許文献５】川口竜生、吉野隆文、今枝美能留、水内公典、北岡康夫、山本和久「貼合せ・リッジ構造ＬＮ光導波路を用いたＱＰＭ−ＳＨＧデバイス」電子情報通信学会信学技報、ＬＱＥ２００２−８、２００２、ｐ．２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ネットワークにおける波長変換では、ネットワーク制御信号に基づいて信号光を任意の波長の変換先信号光に変換する機能が必要とされている。一方、擬似位相整合技術を用いた二次パラメトリック波長変換では、差周波発生過程において光周波数２ｆ0のポンプ光に対してのみ位相整合が成立するため、ポンプ光周波数が２ｆ0に限定される。ポンプ光周波数２ｆ0を自由に変化させることが可能ならば任意波長変換が実現される。しかし、一般にポンプ光周波数が２ｆ0に限定され、得られる変換光周波数は２ｆ0−ｆsとなり、入力信号光によって変換光周波数は一意に決定されてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、信号光を任意の波長に変換可能な光回路を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の目的は、任意の波長の光周波数コムを発生可能な光回路を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の目的は、任意の波長の信号光を発生可能な光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明では次のような特徴的な構成を採用している。
【０００９】
即ち、請求項１では、対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、前記光往復路上に設置された少なくとも２つの二次光非線形媒質と、前記二次光非線形媒質のそれぞれに励起光を入力させる励起光入力ポートと、前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する光回路をもって解決手段とする。
【００１０】
また、請求項２では、対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、前記光往復路上に設置された少なくとも２つの二次光非線形媒質と、前記二次光非線形媒質のそれぞれに励起光を入力させる励起光入力ポートと、前記光往復路上に設置され、前記二次光非線形媒質に入力された発生元光もしくは該発生元光及び励起光によって前記二次光非線形媒質で新たに発生した光のいずれか一方をそれ以外の光と分離し、前記光往復路から取り除く少なくとも１つの分離出力ポートと、前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する光回路をもって解決手段とする。
【００１１】
また、請求項３では、対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、前記光往復路上に設置された二次光非線形媒質と、光周波数の異なる少なくとも２つの光を出力する少なくとも１つの励起光源と、前記二次光非線形媒質に前記励起光源から出力される励起光を入力させる励起光入力ポートと、前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する光回路をもって解決手段とする。
【００１２】
また、請求項４では、対向する２つの光反射手段によって構成された光往復路と、前記光往復路上に設置された二次光非線形媒質と、光周波数の異なる少なくとも２つの光を出力する少なくとも１つの励起光源と、前記二次光非線形媒質に前記励起光源から出力される励起光を入力させる励起光入力ポートと、前記光往復路上に設置され、前記二次光非線形媒質に入力された発生元光もしくは該発生元光及び励起光によって前記二次光非線形媒質で新たに発生した光のいずれか一方をそれ以外の光と分離し、光往復路から取り除く少なくとも１つの分離出力ポートと、前記光往復路内から所望の光周波数の変換光を抽出する変換光出力部とを有する光回路をもって解決手段とする。
【００１３】
また、請求項５では、二次光非線形媒質に入力信号光を入力する信号光入力ポートを追加した請求項１乃至４のいずれかに記載の光回路をもって解決手段とする。
【００１４】
また、請求項６では、光増幅器を追加した請求項１乃至５のいずれかに記載の光回路をもって解決手段とする。
【００１５】
また、請求項７では、二次光非線形媒質として、擬似位相整合が施された光非線形媒質を用いる請求項１乃至６のいずれかに記載の光回路をもって解決手段とする。
【００１６】
また、請求項８では、入力信号光の光周波数をνinとした時に、任意の整数ｎ及びある周波数差Δνpを用いて、任意の所望の出力光の光周波数がνn＝２ｎΔνp＋νinで表現される時、二次光非線形媒質として、その周波数差が２Δνpの２つの励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる請求項１乃至７のいずれかに記載の光回路をもって解決手段とする。
【００１７】
また、請求項９では、入力信号光の光周波数をνinとした時に、任意の整数ｎ，ｍ及びある光周波数νp1，νp2を用いて、任意の所望の出力光の光周波数が
νn＝２ｎ（νp1−νp2）＋νin
μm＝（２ｍ−１）（νp1−νp2）＋νp1＋νp2−νin
のいずれかで表現される時、前記二次光非線形媒質として、光周波数２νp1，２νp2の２つの励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる請求項１乃至７のいずれかに記載の光回路をもって解決手段とする。
【００１８】
また、請求項１０では、入力信号光の光周波数をνinとした時に、任意の整数ｎ及びある周波数差Δνpを用いて、任意の所望の出力光の光周波数がνn＝２ｎΔνp＋νinで表現される時、前記二次光非線形媒質として、その光周波数２νp1，２νp2の周波数差が２Δνpに一致し、かつ、ある整数ｎpに対してνp1，νp2のいずれかがνnp＝２ｎpΔνp＋νinに一致するような光周波数２νp1，２νp2の励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる請求項１乃至７のいずれかに記載の光回路をもって解決手段とする。
【００１９】
また、請求項１１では、任意の整数ｎ、ある周波数差Δνp及びある光周波数νpを用いて、任意の所望の出力光の光周波数がνn＝ｎΔνp＋νpで表現される時、前記二次光非線形媒質として、その光周波数が２νp，２（νp±Δνp）の２つの励起光と信号光周波数領域の光との差周波発生に対して位相整合もしくは擬似位相整合を実現する少なくとも１つの二次光非線形媒質を用いる請求項１乃至７のいずれか記載の光回路をもって解決手段とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明に示す光回路を用いることで、信号光を任意の波長に変換可能で、変換先波長の切換が高速な任意波長変換器が実現できる。また、出力光の波長が固定された光源を励起光源として用いて任意波長変換が可能な点も画期的である。任意波長変換以外にも、本光回路を用いることで光周波数コム発生器や波長可変光源も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
光ネットワークに利用される波長変換器は、前述のように、変換先波長の切り換え機能を備えることが要求される。また、光ネットワークで利用される光周波数はＩＴＵ−Ｔなどで光周波数グリッドとして定められており、その周波数間隔は均一である。従って、ここでは、光グリッド上で動作する波長変換器、光周波数コム発生器、波長可変光源を発明の実施の形態として取り上げる。
【００２２】
［参考例１］
図１は波長変換器を実現する第１の参考例を示すもので、図中、６１は光路、６２，６３は二次光非線形媒質、６４，６５は励起光（ポンプ光）入力ポート、６６，６７は分離出力ポート、６８は信号光入力ポート、６９は変換光出力部である。
【００２３】
ここで、差周波光発生のための二次光非線形媒質６２，６３として、請求項１１記載の擬似位相整合が施された２つの周期分極反転ＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ）を利用した。一般に、二次光非線形媒質として請求項８記載のような擬似位相整合が施された二次光非線形媒質を利用した場合には、同時に多波長の信号光を入力し、励起光によってそれぞれの波長の信号光に対応する多波長の差周波光を発生させた際に、異なる波長を有する差周波発生信号光の間でのクロストークが小さいという長所がある。また、差周波光発生に必要な光周波数２νp1，２νp2の高調波ポンプ光としては、ＰＰＬＮの第二次高調波発生（ＳＨＧ）を通じて光周波数νp1，νp2の基本波ポンプ光が生成するＳＨＧ光を利用する。
【００２４】
請求項１０記載の擬似位相整合が施されたＰＰＬＮを用いる場合、双方のＰＰＬＮで発生する任意の差周波光の周波数は光周波数グリッドに一致させることが可能である。その時、請求項１０記載のように、ポンプ光周波数νp1，νp2として、その周波数差νp1−νp2が光周波数グリッド間隔の半分の周波数に一致し、かつ、一方の基本波ポンプ光周波数νp2が一つの光周波数グリッドに一致するように選ぶことになる。
【００２５】
具体的には、光周波数グリッドとして１００ＧＨｚ間隔を仮定すると、νp1＝２００．０５０ＴＨｚ、νp2＝２００．０００ＴＨｚに設定し、光周波数νp1＝２００．０５０ＴＨｚの光に対して最も効率良くＳＨＧを発生するように擬似位相整合が施されたＰＰＬＮ６２と、光周波数νp2＝２００．０００ＴＨｚの光に対して最も効率良くＳＨＧを発生するように擬似位相整合が施されたＰＰＬＮ６３を用いることになる。ここで、２００．０００ＴＨｚに１つの光周波数グリッドが存在することを仮定した。この時、光周波数νp1，νp2の基本波励起光が、それぞれ、ＰＰＬＮ６２，ＰＰＬＮ６３に入力されることで、２νp1＝４００．１００ＴＨｚ，２νp2＝４００．０００ＴＨｚのＳＨＧポンプ光が誘起される。
【００２６】
分離出力ポート６６は、ＰＰＬＮ６２から出力される光の中から次にＰＰＬＮ６３で起こる差周波発生に必要な光のみを、光ファイバなどによって構成されているループ状の光路６１内に残し、その差周波発生に不要な光を分離して光路６１外に取り除く役割を有する。ここで、分離出力ポート６６，６７は、光サーキュレータ６６ａ，６７ａ及び波長フィルタ６６ｂ，６７ｂを用いて構成されている。
【００２７】
ＰＰＬＮ６２から出力された信号光はサーキュレータ６６ａの第１ポートに入力され、サーキュレータ６６ａの第二ポートから波長フィルタ６６ｂに入力される。ＰＰＬＮ６２の後の分離出力ポート６６内の波長フィルタ６６ｂは、図２（ａ）に示すように光周波数νp1＝２００．０５０ＴＨｚ以下の周波数の光を反射、それより大きい光周波数の光を透過させる高周波透過フィルタ（ＨＰＦ）である。この構成例では、ＰＰＬＮ６２に入射される信号光はνp1以下の光周波数を有するため、そこで発生する差周波光はνp1以上の光周波数を有する。従って、入力信号光及びポンプ光は、分離出力ポート６６内のサーキュレータ６６ａの第三ポートから光路６１外に取り出される。
【００２８】
分離出力ポート６７についてもほぼ同様な動作を示す。波長フィルタ６７ｂとしては、図２（ｂ）に示すように光周波数νp2＝２００．０００ＴＨｚ以上の光周波数の光を反射、それ未満の光周波数の光を透過させる低周波透過フィルタ（ＬＰＦ）を用いる。このようなＨＰＦやＬＰＦとして、誘電体多層膜フィルタやチャープファイバブラッググレーティングなどがある。
【００２９】
信号光入力ポート６８について説明する。入力信号光を光路６１に入力する際には、その光周波数によって適した入力位置がある。具体的には、ＰＰＬＮ６２側へはνp2＝２００．０００ＴＨｚ未満の低周波数帯域の信号光を、ＰＰＬＮ６３側へはνp1＝２００．０５０ＴＨｚ以上の高周波数帯域の信号光を入力するのが適当である。なぜならば、分離出力ポートの構成要素として波長フィルタを用いているため、各ＰＰＬＮで発生した差周波光を光路６１内に留めるためには、その波長フィルタで反射される光周波数帯域の光を入力する必要があるからである。ＰＰＬＮ６２側の分離出力ポート６６はＨＰＦによって構成されるため、νp1以上の光周波数を有する光が光路６１内に留まる。従って、ＰＰＬＮ６２には光周波数νp1以下の光を入力するべきである。
【００３０】
この参考例では、光周波数νp1，νp2付近にその反射／透過エッジを有するＨＰＦ６８ａ及びサーキュレータ６８ｂを用いて、適した入力位置を選択する構成となっている。例えば、光周波数νp1以下の光はＨＰＦ６８ａにより反射され、ＰＰＬＮ６２側から入力される。入力信号光と光路内光は、カップラ６８ｃ，６８ｄを用いて合波される。但し、この場合、入力信号光に対しても、光路内光に対しても損失が伴う。
【００３１】
励起光入力ポート６４，６５は、励起光の波長が一定であるため、光サーキュレータ６４ａ，６５ａ及びファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）６４ｂ，６５ｂを用いて低損失に合波することが可能である。
【００３２】
励起光入力ポート６４のサーキュレータ６４ａの第１ポートから入力された励起光Ｌ６１は、第２ポートのＦＢＧ６４ｂによって反射され、第２ポートから入力された入力信号光・光路内光とともに第３ポートから出力される。励起光入力ポート６５に関しても同様であり、ＦＢＧとしてνp2＝２００．０００ＴＨｚにその反射中心周波数を有するＦＢＧ６５ｂを用いる。
【００３３】
変換光出力部６９は、２つの分離出力ポート６６，６７と、そこから出力される光から所望の光を選択し合波する部分、即ちＡＷＧ６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ、光スイッチ６９ｅ，６９ｆ、波長フィルタ６９ｇ及び光サーキュレータ６９ｈよりなる部分とからなる。
【００３４】
分離出力ポート６６から出力される信号光をＡＷＧ６９ａによって波長毎に分離し、ＡＷＧ６９ａの各ポートにある光スイッチ６９ｅによって所望の光のみを選択する。分離出力ポート６７からの光も同様にして選択する。双方の分離出力ポートからの光は、変換光出力部６９の波長フィルタ６９ｇ及びサーキュレータ６９ｈを用いて合波される。
【００３５】
この他にも、後述する参考例１３のようにＦＢＧなどのバンドパスフィルタを用いて光路から直接抽出する方法やカップラを用いて抽出した一部の光路内光から所望の変換光のみを選択する方法などがある。
【００３６】
以下では、具体的な動作を説明する。
【００３７】
入力信号光がνin＝１９９．０００ＴＨｚ、所望の変換光が１９５．０００ＴＨｚであったとする。入力信号光は、信号光入力ポート６８のＨＰＦ６８ａで反射され、ＰＰＬＮ６２側のカップラ６８ｃから光路６１内へ入射される。
【００３８】
図３に示すように、ＰＰＬＮ６２ではνp1＝２００．０５０ＴＨｚのポンプ光Ｌ６１によって光周波数２νp1＝４００．１００ＴＨｚのＳＨＧ光が発生し、このＳＨＧ光と入力信号光Ｌ６３との差周波光が発生する。ポンプ光が十分大きい場合には、入力信号光以上の強度を有する差周波光が得られる。
【００３９】
差周波発生で得られる光周波数ν1＝２０１．１００ＴＨｚの第１差周波光は、分離出力ポート６６のＨＰＦ６６ｂを透過し、νp2＝２００．０００ＴＨｚの励起光Ｌ６２と合波された後にＰＰＬＮ６３へ入射される。一方、入力信号光は分離出力ポート６６のＨＰＦ６６ｂで反射されるため、分離出力ポート６６から光路６１外へ取り出される。
【００４０】
ＰＰＬＮ６３では光周波数νp2＝２００．０００ＴＨｚの励起光Ｌ６２によって光周波数２νp2＝４００．０００ＴＨｚのＳＨＧ光が発生し、このＳＨＧ光と第１差周波光との差周波光が発生し、光周波数ν2＝１９８．９００ＴＨｚの第２差周波光が得られる。
【００４１】
以下、同様にして光路を周回することで差周波発生を繰り返し、光周波数ν2n-1＝２０１．１００＋０．１００×（ｎ−１）［ＴＨｚ］の第２ｎ−１差周波発生光と光周波数ν2n＝１９９．０００−０．１００×ｎ［ＴＨｚ］の第２ｎ差周波発生光を発生する。従って、図４に示すようにどちらのＰＰＬＮで発生した差周波光も光周波数グリッドに一致していることが分かる。
【００４２】
この参考例では、所望の変換光の光周波数は１９５．０００ＴＨｚであるから、ｎ＝４０とすればν80＝１９５．０００となり、４０周回目で所望の光周波数の変換光がＰＰＬＮ６３で発生することが分かる。
【００４３】
この光は、再度ＰＰＬＮ６２を通過し、分離出力ポート６６から光路６１外に出力され、ＡＷＧ６９ａ，６９ｂ及び光スイッチ６９ｅを通じて出力光として取り出される。所望の光周波数に相当するＡＷＧの出力ポートの光スイッチをＯＮ状態にし、その他の光スイッチをＯＦＦ状態にすることで、必要な光信号のみを出力することができる。主に、ＡＷＧの出力ポート後の光スイッチ切り換え速度によって、この波長変換器の波長切り換え速度が決定されるため、十分に高速切り換え可能な光スイッチを利用することで、高速な出力波長切り換えが可能となる。
【００４４】
また、変換光出力部６９における２つのＡＷＧ６９ａ，６９ｂ及び光スイッチ６９ｅまたはＡＷＧ６９ｃ，６９ｄ及び光スイッチ６９ｆによって構成される光出力信号を選択する機構は、図５に示すように光サーキュレータ、光スイッチ及び２つのＦＢＧを用いて実現することもできる。高速な波長切り換え速度を実現するために、１×２光スイッチ及び２つの反射波長可変ＦＢＧを用意し、一方のＦＢＧを使用している間に他方のＦＢＧの反射中心波長を次の出力波長にセッティングする。
【００４５】
［参考例２］
参考例１では、信号光入力ポートとして任意のＰＰＬＮ側から信号光を入力できる構成を示したが、いずれか一方のＰＰＬＮ側からのみ入力可能な場合でもほぼ同様な動作が可能である。
【００４６】
図６にこのような信号光入力ポート、即ち１つのカップラのみからなる信号光入力ポート７０を備えた波長変換器を実現する第２の参考例を示す。
【００４７】
参考例１とは異なり、ＰＰＬＮ６２側のカップラが無く、専らＰＰＬＮ６３側のカップラから信号光が光路６１内に挿入される。つまり、どのような光周波数の入力信号光であっても、ＰＰＬＮ６３側から入力することになる。νin＝１９９．０００ＴＨｚの場合には、参考例１とは反対側から入力されることになる。
【００４８】
ＰＰＬＮ６３へ入力された信号光は、ポンプ光との差周波発生によりν0＝２０１．０００ＴＨｚの第０差周波光を生成する。この第０差周波光は分離出力ポート６７のＬＰＦで反射され、ポンプ光とともに光路６１外に取り出される。一方、入力信号光は光路６１内に留まり、ＰＰＬＮ６２に入力され、再度、差周波発生により光周波数ν1＝２０１．１００ＴＨｚの第１差周波光を生成する。
【００４９】
この第１差周波光は分離出力ポート６６のＨＰＦを透過し、ＰＰＬＮ６３へ入力される。一方、入力信号光はＨＰＦによって反射され、分離出力ポート６６から光路６１外に出力される。以下の動作は参考例１と同様であるので省略するが、最終的には所望の光周波数の変換光を得ることができる。
【００５０】
ここで一点、補足する。請求項で規定する分離出力ポートの機能は励起光とともに入力光もしくは変換光のいずれか一方を光路外に取り除くことであると記述しているが、参考例１の動作説明からも理解できるように、入力光を取り出す場合が一般的である。しかし、この参考例における第一周回目の分離出力ポート６７の動作は、発生した差周波光（第０差周波光）を光路外に取り出し、入力信号光を光路内に留めるという特異な動作を示す例である。
【００５１】
［参考例３］
参考例１では、信号光入力ポートのカップラを用いて入力信号光と光路内光とを合波したが、波長フィルタを用いて高効率に合波することも可能である。
【００５２】
図７にこのような信号光入力ポート、即ち分離出力ポート６６，６７のＨＰＦ６６ｂ，ＬＰＦ６７ｂと、波長フィルタ（ＬＰＦ）７１ａ及び光サーキュレータ７１ｂ，７１ｃ，７１ｄよりなる部分とからなる信号光入力ポート７１を備えた波長変換器を実現する第３の参考例を示す。
【００５３】
参考例１とは異なり、信号光の入力位置を選択するための波長フィルタがＬＰＦ７１ａであり、光周波数νin＝１９９．０００ＴＨｚの入力信号光はＰＰＬＮ６３側から光路６１内に挿入される。
【００５４】
入力信号光は分離出力ポート６６のＨＰＦ６６ｂで反射され、光路６１を右回りし、ＰＰＬＮ６３へ入射される。ＰＰＬＮ６３で発生した光周波数ν0＝２０１．０００ＴＨｚの第０差周波光は、分離出力ポート６７のＬＰＦ６７ｂで反射され、光路６１外に出力される。一方、入力信号光はＬＰＦ６７ｂを透過し、ＰＰＬＮ６２に入射され、再度差周波発生を起こす。
【００５５】
得られた光周波数ν1＝２０１．１００ＴＨｚの第１差周波光は、分離出力ポート６６のＨＰＦ６６ｂを透過し、ＰＰＬＮ６３へ入射され、第二差周波光を発生する。以下は参考例１と同様に動作する。
【００５６】
この参考例の分離出力ポート６７も、参考例２と同様に、最初の差周波発生に関してのみは差周波発生光を光路外に出力し、入力光を光路内に留めるという特異な動作を示す例である。
【００５７】
［参考例４］
光ネットワークにおけるノード構成によっては、波長変換器に入力される入力信号光の光周波数が固定されている場合もある。その場合には、入力信号光と光路内光はＦＢＧとサーキュレータを用いて高効率に合波可能である。
【００５８】
図８にこのような信号光入力ポート、即ち波長フィルタ（ＦＢＧ）７２ａ及び光サーキュレータ７２ｂからなる信号光入力ポート７２を備えた波長変換器を実現する第４の参考例を示す。
【００５９】
入力信号光の光周波数がνin＝１９９．０００ＴＨｚに固定されていると仮定した場合には、信号光はＰＰＬＮ６２側から光路内に挿入されるべきである。従って、ＦＢＧ７２ａ及びサーキュレータ７２ｂを光路６１内のＰＰＬＮ６２の前に設置する。一方、入力信号光の光周波数が２００．０５０ＴＨｚ以上の場合には、ＰＰＬＮ６３側から挿入されるべきである。ここではＦＢＧを用いた例を示したが、誘電体多層膜フィルタ、ＡＷＧなどその他の波長合分波デバイスを用いる方法も考えられる。
【００６０】
［参考例５］
参考例１〜４において、変換光出力部はＰＰＬＮ６２，６３のいずれの出力光からも所望の光を抽出できる構成であった。これは請求項９、１０の二次光非線形媒質を利用する際に適した構成である。なぜならば、請求項９、１０では、どちらのＰＰＬＮで発生する光も光周波数グリッド上にあり、双方のＰＰＬＮからの出力光が変換光となり得るからである。
【００６１】
一方、請求項８に対応する二次光非線形媒質を利用する場合には、一般に、偶数回の差周波光のみ出力光となり得るため、一方のＰＰＬＮ出力光からのみ抽出可能な変換光出力部の構成でも良い。
【００６２】
図９にこのような変換光出力部、即ち分離出力ポート６６と、ＡＷＧ７３ａ，７３ｂ及び光スイッチ７３ｃよりなる部分とからなる変換光出力部７３を備え、二次光非線形媒質の位相整合波長の設定法に特徴がある波長変換器を実現する第５の参考例を示す。
【００６３】
この場合、信号光入力ポートも一方のＰＰＬＮにのみ入力可能な構成、即ち参考例２で示した信号光入力ポート７０で良い。また、請求項８では、差周波発生のための励起光の周波数差２νp1−２νp2が光周波数グリッドの間隔に一致することのみ規定しているため、ここでは光周波数νp1＝２００．０８０ＴＨｚの光に対して最も効率良くＳＨＧを発生するＰＰＬＮ６２と、光周波数νp2＝２００．０３０ＴＨｚの光に対して最も効率良くＳＨＧを発生するＰＰＬＮ６３を用いることにする。なお、光周波数グリッドの間隔は１００ＧＨｚを仮定している。また、入力信号光の光周波数をνin＝１９９．０００ＴＨｚ、所望の変換光の光周波数を１９５．０００ＴＨｚとする。
【００６４】
入力信号光は、ＰＰＬＮ６２へ入射され、光周波数ν1＝２０１．１６０ＴＨｚの第１差周波光を生成する。第１差周波光は、分離出力ポート６６のＨＰＦを透過し、ＰＰＬＮ６３へ入射される。ＰＰＬＮ６３では光周波数２νp2＝４００．０６０ＴＨｚのポンプ光と第１差周波光との差周波発生が起こり、光周波数ν2＝１９８．９００ＴＨｚの第２差周波光が得られる。以下、同様にして光路を周回することで差周波発生が繰り返される。
【００６５】
ＰＰＬＮ６２では、光周波数ν2n-1＝２０１．１６０＋０．１００×（ｎ−１）［ＴＨｚ］の第２ｎ−１差周波発生光が、ＰＰＬＮ６３では光周波数ν2n＝１９９．０００−０．１００×ｎ［ＴＨｚ］の第２ｎ差周波発生光が発生する。
【００６６】
このようすを図１０に示す。ＰＰＬＮ６３で発生した差周波光は光周波数グリッドに一致しているのに対し、ＰＰＬＮ６２で発生した差周波光は光周波数グリッドから０．０６０ＴＨｚだけずれていることが分かる。
【００６７】
この参考例では、所望の変換光の光周波数は１９５．０００ＴＨｚであるから、ｎ＝４０とすればν80＝１９５．０００となり、４０周回することで所望の光周波数の変換光が得られる。
【００６８】
本参考例の構成では、分離出力ポート６６の波長フィルタが変換光出力部７３の波長フィルタも兼ねており、４０周回目にＰＰＬＮ６３で発生した差周波光はＰＰＬＮ６２の後の分離出力ポート６６を通じて光路から出力される。ＡＷＧ後の光スイッチによって光周波数１９５．０００ＴＨｚの出力光のみ選択し、変換光として出力される。
【００６９】
ここで補足するが、一周回毎に所望の光周波数が得られるように請求項８に対応する二次光非線形媒質を利用する際にも、変換光出力部は任意のＰＰＬＮで発生した差周波光を抽出可能な構成である方がより良い。なぜならば、分離出力ポートが波長フィルタを用いて構成される場合、変換可能な周波数帯域に制限を与えるからである。この詳細は参考例７で説明する。信号光入力ポートが任意のＰＰＬＮ側から入力可能な構成を有し、変換光出力部も任意のＰＰＬＮの出力光から抽出可能な構成を有するならば、変換可能な周波数帯域の制限は半減する。
【００７０】
［参考例６］
図１１は波長変換器を実現する第６の参考例を示す。参考例１〜５とは二次光非線形媒質の位相整合波長の設定法が異なる。
【００７１】
請求項９は、差周波発生のための２つの励起光の周波数差２νp1−２νp2が光周波数グリッド間隔に一致すること、また、偶数回、奇数回の差周波光の光周波数がともに所望の光周波数となるようにそれらの絶対値を設定することを規定している。
【００７２】
請求項１０は、請求項９に含まれる関係にあるため、参考例１（請求項１０に対応）のように、偶数回、奇数回の差周波光がともに同一の光周波数グリッド上になるように２つの光周波数２νp1，２νp2を設定する場合も、請求項９に記述する構成の参考例となり得る。
【００７３】
しかし、ここでは、より一般的な場合、つまり請求項１０には対応しないが、請求項９に対応する参考例を示す。参考例１との相違点は、偶数回目の差周波発生光と奇数回目の差周波発生光は、同一の光周波数グリッド上にはなく、それぞれ別の光周波数グリッド上にある点である。
【００７４】
このような波長変換機能の応用例として、現在、光ファイバ通信で用いることが検討されているＣバンド、Ｌバンド、Ｓバンドなどのバンド間を超えて波長変換したい場合で、かつ、複数の多波長信号を１つのパスとして扱う波長群パスを波長変換する場合が考えられる。この時、波長群パスに対する光周波数グリッドはバンド間で一定のずれがある可能性が想定されるからである。この際、そのずれを考慮して、バンドとバンドの間に基本波励起光周波数を設定することで、バンドによって光周波数グリッドが異なるにも拘わらず、バンドを超えてグリッド上で動作する波長変換が可能となる。
【００７５】
具体的な数字を用いて動作例を示す。Ｃバンドは１５３０〜１５６０ｎｍ、Ｌバンドは１５７０〜１６００ｎｍ辺りであるので、Ｃバンドの波長群パスの光周波数グリッドとして１９２．３，１９２．８，１９３．３００，１９３．８００，１９４．３００，１９４．８００，１９５．３００，１９５．８００，１９６．３００ＴＨｚを仮定し、Ｌバンドの波長群パスの光周波数グリッドとして１８７．５，１８８．０，１８８．５，１８９．０，１８９．５，１９０．０，１９０．５，１９１．０を仮定する時、両者の光周波数グリッドには０．２ＴＨｚのずれがある。
【００７６】
参考例１では、両バンドの光周波数グリッド上で上手く動作しない。そこで、下記式（１）、（２）に示す変換光の光周波数はそれぞれ偶数回目、奇数回目に得られる変換光の光周波数であるが、それぞれを２つのバンドの光周波数グリッドに一致させるようにνp1，νp2を設定する。
【００７７】
νn＝２ｎ（νp1−νp2）＋νin                             （１）
μm＝（２ｍ−１）（νp1−νp2）＋νp1＋νp2−νin         （２）
まず、一方の基本波励起光の光周波数を両光周波数グリッドの中間の光周波数、つまり、νp1＝（１９１．０００＋１９２．３００）／２＝１９１．６５０に設定する。さらに、他方の基本波励起光の光周波数を中間の光周波数からグリッド間隔の半分だけシフトした光周波数、つまり、νp2＝（１９１．０００＋１９２．３００）／２−０．５００／２＝１９１．４００に設定する。
【００７８】
この時、式（１）、（２）は、それぞれ下記式（３）、（４）となり、Ｃバンドの光周波数グリッド上の入力信号光を入力した際には、式（３）が示す光周波数νnはＣバンドへの変換光、式（４）が示す光周波数μmはＬバンドへの変換光となる。また、Ｌバンドの入力信号光を入力した際には、式（３）がＬバンド内、式（４）がＣバンドへの変換光となる。
【００７９】
νn＝２ｎ×０．２５０＋νin                               （３）
μm＝（２ｍ−１）×０．２５０＋３８３．０５０−νin       （４）
従って、ＰＰＬＮ６２としては２νp1＝３８３．３００の励起光と２００ＴＨｚ領域の信号光に対して、差周波発生効率が最大となるような擬似位相整合が施されたものを、ＰＰＬＮ６３としては２νp2＝３８２．８００の励起光と２００ＴＨｚ領域の信号光に対して、差周波発生効率が最大となるような擬似位相整合が施されたものを用いる。
【００８０】
この時、図１１の構成において、入力信号光として中心光周波数が１９０．５００ＴＨｚのＬバンドの波長群パス信号が入力されると、信号光入力ポート６８のＨＰＦで反射され、ＰＰＬＮ６２側から光路６１内に入力される。ＰＰＬＮ６２に入力された波長群パス信号は、光周波数ν1＝１９２．８００ＴＨｚの第一差周波光を発生する。分離出力ポート６６のＨＰＦとしては、Ｃバンドの光を透過するものを用いており、第１差周波発生光はこれを透過し、ＰＰＬＮ６３に入力される。以下、参考例１と同様に動作し、ＰＰＬＮ６２では、光周波数ν2n-1＝１９２．８００＋０．５００×（ｎ−１）［ＴＨｚ］の第２ｎ−１差周波発生光が、ＰＰＬＮ６３では光周波数ν2n＝１９５．０００−０．５００×ｎ［ＴＨｚ］の第２ｎ差周波発生光が発生する。
【００８１】
このようすを図１２に示した。図１２からも伺えるように、これらの差周波光はＣバンド、Ｌバンドの双方において光周波数グリッドに一致することが分かる。
【００８２】
［参考例７］
参考例５の前半部で述べたように、分離出力ポートを波長フィルタを用いて構成する場合には変換光として出力可能な周波数帯域（変換帯域）に制限があることを説明する。
【００８３】
参考例５では、光周波数νin＝１９９．０００ＴＨｚの入力光を仮定しているが、その場合には変換光として得られる光周波数はν2n＝１９９．０００−０．１００×ｎであるから、入力光より小さい光周波数へしか変換できないことが分かる。逆に、入力光の光周波数が励起光周波数より大きく２０１．０００ＴＨｚ以上だと仮定すると、入力信号光の光周波数より大きい光周波数へしか変換できない。従って、変換光帯域に制限があることが分かる。
【００８４】
一般に、上記の例と同様に、分離出力ポートや変換光出力部が波長フィルタを用いて構成される場合には、変換帯域に制限がある。また、変換帯域は変換光出力部の機能に依存し、変換光出力部が一方の二次光非線形媒質からの出力光のみ抽出可能な場合と、任意の二次光非線形媒質からの出力光から選択可能な場合とでは変換帯域が異なる。
【００８５】
表１にそれぞれの場合の変換帯域を示す。ここでは、分離出力ポートが参考例１〜６で示したような波長フィルタによって構成されている場合を仮定している。また、表１に示す変換帯域が信号光入力ポートの機能に依存しない結果となる理由は、参考例３で説明したように、任意のＰＰＬＮ側から入力しても、得られる差周波発生光は同じ結果となるからである。
【００８６】
【表１】
2006065361.tif 000003
【００８７】
表１から変換光出力部が任意のＰＰＬＮから出力される差周波光を抽出可能である場合（参考例１に相当）でも、変換帯域に制限があることが分かる。また、その場合には、分離出力ポート６６にＨＰＦ、分離出力ポート６７にＬＰＦを用いた場合と、それを反転させた場合とでは、変換帯域が入れ替わることが分かる。さらに、その両者の変換帯域は相補的であり、両ケースを加え合わせることで全周波数範囲を網羅できることが分かる。但し、全周波数範囲にはνp1、νp2、νinを含めない。従って、全ての波長フィルタの特性を瞬時にＬＰＦとＨＰＦで交換する機構があれば、全周波数範囲で変換可能となる。
【００８８】
そのような波長フィルタの一例として、図１３に示すように、ＬＰＦとＨＰＦの前後に１×２光スイッチを配置し、外部からの信号によってＬＰＦとＨＰＦの切り換えを可能とした構成を示す。全ての波長フィルタを図１３の構成で置換することで全ての範囲に変換可能となる。
【００８９】
［参考例８］
参考例１〜７では、波長フィルタを用いて分離出力ポートを構成する例を示したが、参考例７で説明したように、この構成では変換可能な周波数領域の制限という問題点がある。
【００９０】
図１４にこの点を改良した波長変換器を実現する第８の参考例を示す。
【００９１】
参考例１〜７と比較して、分離出力ポートの構成に特徴があり、干渉効果を利用した方法で分離出力ポートを構成すると、上記のような変換帯域の問題が起こらない。本参考例では、ＰＰＬＮ６２，６３をそれぞれ含むマッハツェンダ干渉計構成の分離出力ポート７４，７５を備えている。
【００９２】
即ち、分離出力ポート７４，７５はそれぞれ、２つのビームスプリッタ（ＢＳ）７４ａ，７５ａによって構成されたマッハツェンダ干渉計の両方のアームに同一のＰＰＬＮ６２，６３を挿入し、さらに、一方のアームのＰＰＬＮ６２，６３の前に分散媒質７４ｂ，７５ｂを挿入することで、発生した差周波光と信号光を異なる干渉計出力ポートから出力可能となしている。なお、ここでは両方のアーム間での対象性を確保するために、他方のアームのＰＰＬＮ６２，６３の後にも分散媒質７４ｂ，７５ｂを挿入している。
【００９３】
この場合、２次高調波領域の励起光によってＰＰＬＮ６２，６３を励起する必要がある。この詳細に関しては、特開２００２−１８２２５６号公報、もしくは、J. R. Kurz, K. R. Parameswaran, R. V. Roussev and M. M. Fejer, "Optical-frequency balanced mixer," Optics Letters, Vol.26, No.16, August 2001, pp.1283を参照されたい。
【００９４】
さらに、本参考例では、２つのＦＢＧ７６ａ，７６ｂ、２つの光サーキュレータ７６ｃ，７６ｄ及び１×２光スイッチ７６ｅを有し、光スイッチ７６ｅの切り替えによって任意のＰＰＬＮ側から信号光を光路内に入力可能な信号光入力ポート７６を備えており、この切り替えにより変換光として出力可能な周波数帯域を変化させることが可能である。
【００９５】
ＰＰＬＮ６２の励起光周波数を２νp1＝４００．１００ＴＨｚ、ＰＰＬＮ６３の励起光周波数を２νp2＝４００．０００ＴＨｚ、入力信号光の光周波数をνin＝１９７．０００ＴＨｚとする。入力信号光がＰＰＬＮ６２側から入力された場合には、その変換帯域はν≦１９６．９００，２０３．１００≦νであるが、ＰＰＬＮ６３側から入力された場合には、その変換帯域は１９７．１００≦ν≦２０３．１００となる。従って、所望の変換光周波数に従って光スイッチを切り換えることで、任意の光周波数に変換可能となる。
【００９６】
さらにまた、本参考例では、波長フィルタ及び光サーキュレータを合波器に置き換えた変換光出力部７７を備えている。
【００９７】
［実施の形態１］
図１５は請求項１、２、５、７、８、９、１０に対応する光回路の構成によって波長変換器を実現する第１の実施の形態を示すもので、図中、８１は光往復路、８２，８３は二次光非線形媒質（ＰＰＬＮ）、８４は励起光入力ポート、８５，８６は分離出力ポート、８７は信号光入力ポート、８８は変換光出力部である。
【００９８】
ここで、励起光入力ポート８４は、光サーキュレータ８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ及びＦＢＧ８４ｅ，８４ｆを用いて構成されている。また、分離出力ポート８５，８６は、光サーキュレータ８５ａ，８６ａ及び波長フィルタ８５ｂ（ＨＰＦ），８６ｂ（ＬＰＦ）を用いて構成されている。また、信号光入力ポート８７は、２つの分離出力ポート８５，８６とともに、光サーキュレータ８７ａ及び波長フィルタ８７ｂ（ＬＰＦ）を用いて構成されている。また、変換光出力部８８は、２つの分離出力ポート８５，８６と、そこから出力される光から所望の光を選択し合波する部分、即ちＡＷＧ８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ、光スイッチ８８ｅ，８８ｆ、波長フィルタ８８ｇ及び光サーキュレータ８８ｈよりなる部分とから構成されている。
【００９９】
νp1＝２００．０５０ＴＨｚの光に対して高効率なＳＨＧを可能とするＰＰＬＮ８２、νp2＝２００．０００ＴＨｚの光に対して高効率なＳＨＧを可能とするＰＰＬＮ８３を用いる。この時、それぞれ２νp1＝４００．１００ＴＨｚ，２νp2＝４００．０００ＴＨｚのＳＨＧ光と２００ＴＨｚ付近の信号光に対して効率的な差周波発生が期待できる。
【０１００】
ここでは、参考例１と同様に、２νp1＝４００．１００ＴＨｚ，２νp2＝４００．０００ＴＨｚの励起光としては、νp1＝２００．０５０ＴＨｚ，νp2＝２００．０００ＴＨｚの基本波励起光Ｌ８１，Ｌ８２によって発生するＳＨＧを利用する。また、参考例３と同様に、分離出力ポート８５，８６と信号光入力ポート８７とは同一の波長フィルタを共有している。また、分離出力ポート８５，８６のＬＰＦ８５ｂ，ＨＰＦ８６ｂが光往復路８１を構成するための光反射手段としての機能も兼ねている。
【０１０１】
分離出力ポート８５のＬＰＦとしてはνp1以下の光周波数の光を透過し、それより大きい光周波数の光を反射するフィルタを用いる。一方、分離出力ポート８６のＨＰＦとしてはνp2以上の光周波数の光を透過させ、それ未満の光周波数の光を反射するフィルタを用いる。
【０１０２】
光周波数νin＝１９７．０００ＴＨｚの入力信号光は、信号光を入力する位置を選択するためのＬＰＦ８７ｂを透過し、ＰＰＬＮ８２側から入射される。ＰＰＬＮ８２の励起光Ｌ８１の進行方向とは逆なのでＰＰＬＮ８２をそのまま通過し、励起光入力ポート８４でＰＰＬＮ８３のための基本波励起光Ｌ８２と合波された後にＰＰＬＮ８３に入力され、光周波数ν0＝２０３．０００ＴＨｚの第０差周波光を発生する。
【０１０３】
ここで発生した第０差周波光は分離出力ポート８６のＨＰＦ８６ｂを透過する。一方、入力信号光そのものはＨＰＦ８６ｂで反射され、励起光入力ポート８４でＰＰＬＮ８２の励起光Ｌ８１と合波された後にＰＰＬＮ８２に入力される。ＰＰＬＮ８２において、入力信号光は再び差周波発生を起こし、光周波数ν1＝２０３．１００ＴＨｚの第１差周波光を発生する。
【０１０４】
第１差周波光はＬＰＦ８５ｂで反射され、ＰＰＬＮ８２を通過してＰＰＬＮ８３に入射される。ＰＰＬＮ８３で光周波数ν2＝１９６．９００００ＴＨｚの第２差周波光を発生する。以下、同様にして差周波発生を繰り返す。
【０１０５】
ＰＰＬＮ８２では光周波数ν2n-1＝２ｎνp1−２（ｎ−１）νp2−νin＝２０３．０００＋０．１００×（ｎ−１）［ＴＨｚ］の第２ｎ−１差周波光が発生し、ＰＰＬＮ８３では光周波数ν2n＝νin−２ｎ（νp1 − νp2）＝１９７．０００−０．１００×ｎ［ＴＨｚ］の第２ｎ差周波光が発生する。それらは、それぞれ、分離出力ポート８６、分離出力ポート８５から出力され、変換光出力部８８にて所望の光周波数の信号光のみ選択された後、出力される。
【０１０６】
なお、光往復路型の構成でも、参考例１のように信号光入力ポートをカップラを用いて構成する方法や、参考例８のように分離出力ポートを干渉効果を用いて実現する方法や、参考例１３のように変換光出力部をＦＢＧ等の狭帯域バンドパスフィルタを用いて直接光往復路から抽出する方法など、他の例で示す構成を応用できる。
【０１０７】
［実施の形態２］
実施の形態１では、二次光非線形媒質を二つ用いたが、同一の二次光非線形媒質によって２つの異なる光周波数のポンプ光による差周波発生を行うことも可能である。
【０１０８】
図１６にこのような構成を備えた請求項３、４、５、７、８、９、１０に対応する光回路の構成によって波長変換器を実現する第２の実施の形態を示す。即ち、二次光非線形媒質としてＰＰＬＮ８２のみを用い、２つの異なる光周波数のポンプ光をカップラのみからなる励起光入力ポート８９，９０を用いて合波している点が実施の形態１と異なる。
【０１０９】
なお、実施の形態１で述べたように、他にも様々な構成が考えられる。また、その他の構成及び動作は実施の形態１とほぼ等しいので省略する。
【０１１０】
［参考例９］
二次光非線形媒質による差周波発生においては、十分に強力な励起光を用いることで、入力した信号光強度より大きな差周波光強度を得ることが可能である。従って、その他の部分での損失を補い、入力信号光と同一レベルの強度の変換光を得ることも可能となる。
【０１１１】
しかし、十分に大きな励起光の供給が困難な場合、光路内に損失を補償するためにＥｒドープ光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ）などの光増幅器を挿入する方法がある。この場合、光増幅器による光ＳＮＲ劣化が加わるだけでなく、変換可能帯域がＥＤＦＡの増幅帯域で制限されるなどの問題点もある。
【０１１２】
図１７にこのようなＥＤＦＡ９１を備えた波長変換器を実現する第９の参考例を示す。なお、他の構成及び動作は参考例１と同一であるので省略する。
【０１１３】
［参考例１０］
非常に高効率な差周波発生が期待できる場合には、参考例１〜９及び実施の形態１、２で示したように繰り返し差周波発生を起こす必要がない場合が考えられる。
【０１１４】
図１８は波長変換器を実現する第１０の参考例を示すもので、図中、１０１は二次光非線形媒質、１０２は励起光入力ポート、１０３は変換光出力部である。
【０１１５】
二次光非線形媒質１０１として、少なくとも２つの異なる光周波数νp1，νp2の光に対して高効率なＳＨＧが期待できるＰＰＬＮを利用し、その２つの光周波数を有する光を励起光Ｌ１０１，Ｌ１０２としてＰＰＬＮ１０１に入力し、それらのＳＨＧ光である光周波数２νp1，２νp2の光を差周波発生のための励起光として利用する。
【０１１６】
入力信号光の光周波数をνinとすると、ＰＰＬＮ１０１では入力信号光と２つの励起光との差周波発生により光周波数２νp1−νin，２νp2−νinの第１差周波光が発生する。さらに、これらの第１差周波光と励起光の差周波発生により、光周波数νin−２（νp1−νp2），νin＋２（νp1−νp2）の第二差周波光が発生する。さらに、これらの第２差周波光と励起光の差周波発生により第３差周波、さらに第３差周波と励起光により第４差周波が発生する。以下、同様にして式（５）、式（６）に示すような光周波数の信号光がＰＰＬＮ１０１を一回透過する際に発生する。但し、ｎ， ｍは整数である。
【０１１７】
νn＝２ｎ（νp1−νp2）＋νin                             （５）
μm＝（２ｍ−１）（νp1−νp2）＋νp1＋νp2−νin         （６）
発生したこれらの差周波光の中から変換光出力部１０３により所望の光周波数の信号光を選択し出力する。しかし、光周波数νp1，νp2の励起光をＰＰＬＮ１０１に入力する場合には、光周波数２νp1，２νp2のポンプ光と光周波数νp1，νp2の基本波ポンプ光の間でも繰り返し差周波発生が起こり、この差周波発生光が所望の変換光に混合する可能性がある。そのため、ポンプ光領域と入力信号光・出力信号光領域を分離するなどの対策が必要である。
【０１１８】
［参考例１１］
図１９は光周波数コム発生器を実現する第１１の参考例を示すもので、図中、１１１は光路、１１２，１１３は二次光非線形媒質、１１４，１１５は励起光（ポンプ光）入力ポート、１１６，１１７は分離出力ポート、１１８は変換光出力部である。
【０１１９】
ここで、励起光入力ポート１１４，１１５は、光サーキュレータ１１４ａ，１１５ａ及びＦＢＧ１１４ｂ，１１５ｂを用いて構成されている。また、分離出力ポート１１６，１１７は、光サーキュレータ１１６ａ，１１７ａ及び波長フィルタ１１６ｂ（ＬＰＦ），１１７ｂ（ＨＰＦ）を用いて構成されている。また、変換光出力部１１８は、カップラのみから構成されている。
【０１２０】
基本波励起光のＳＨＧによって生成するＳＨＧ光を差周波発生のための励起光として用いて光周波数コムを発生させる場合には、基本波励起光を入力信号光としても利用可能なため、２つの基本波励起光のみ光路１１１内に入力することで光周波数コムを発生できる。
【０１２１】
ＰＰＬＮ１１２のための基本波励起光（Ａ0）の光周波数をνp1、ＰＰＬＮ１１３のための基本波励起光（Ｂ0）の光周波数をνp2とし、νp1＜νp2を仮定する。分離出力ポート１１６内のＬＰＦ１１６ｂは、図２０（ａ）に示すようにνp1以下の光周波数の信号光を透過させる（νp1も透過する）。また、分離出力ポート１１７内のＨＰＦ１１７ｂは、図２０（ｂ）に示すようにνp2以上の光周波数の光を透過させる（νp2も透過する）。
【０１２２】
簡単に動作を説明すると、光周波数νp1の基本波励起光Ａ0はＰＰＬＮ１１２におけるＳＨＧによって光周波数２νp1のＳＨＧ励起光を生成する。一方、ＰＰＬＮ１１３の前で入力された光周波数νp2の基本波励起光Ｂ0の一部はＨＰＦ１１７ｂを透過し、ＰＰＬＮ１１２に入力される。これと光周波数２νp1のＳＨＧ励起光との差周波発生により、２νp1−νp2の第１差周波光Ｂ1が得られる。
【０１２３】
ＰＰＬＮ１１２の後のＬＰＦ１１６ｂによってＢ0は光路１１１外に取り出されるが、第１差周波光Ｂ1は透過し、ＰＰＬＮ１１３に入力される。そこでは、Ｂ1は励起光Ｂ0のＳＨＧ発生光である光周波数２νp2のＳＨＧ励起光と差周波発生により、光周波数３νp2−２νp1の第２差周波光Ｂ2を発生させる。
【０１２４】
さらに、この第二差周波光Ｂ2はＰＰＬＮ１１２に入力され、光周波数４νp1−３νp2の第３差周波光Ｂ3を発生させる。以下、同様にしてＢ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4，Ｂ5，……が発生する。一般に、Ｂnの光周波数νnはνn＝νp2＋（−１）n２ｎΔνpで表され、周波数間隔２ｎΔνpの光周波数コムになっている。
【０１２５】
一方、上記説明では、Ｂ0を差周波発生の種光とした場合の周回過程を考えたが、Ａ0を種光としても同様な現象が発生する。この場合、第ｎ差周波光Ａnの光周波数μnはμn＝νp1−（−１）n２ｎΔνpとなる。但し、Δνp＝νp2−νp1である。このようすを図２１に示した。周波数間隔Δνpの光周波数コムνn＝νp1＋ｎΔνpが発生することが分かる。
【０１２６】
本参考例における差周波光Ａn，Ｂnの振る舞いを示した。この光路内で発生する光周波数コムを光路外に出力する方法にも様々な方法が考えられる。即ち、２つの分離出力ポートのＨＰＦ、ＬＰＦで反射され、サーキュレータから出力される光を合波する方法、光路内にカップラを挿入し、一部抽出する方法などであるが、本参考例では、カップラを用いた抽出法を用いた。この場合、ＰＰＬＮの差周波発生が可能な帯域内で光周波数νn＝νp1＋ｎΔνpの光が出力される（但し、ｎは整数）。カップラの挿入位置によって、得られる光のスペクトルは異なる。
【０１２７】
なお、基本的な光周波数コムの発生原理は波長変換と同様であり、入力信号光に相当する光を光路内に入力する構成など、他の参考例や実施の形態に示すような構成を応用することが可能である。例えば、入力信号光に相当する光を入力する構成では、入力信号光として変調された信号光を入力することで、発生する光周波数コムの各光周波数の光も変調された信号光となるため、この構成は複製器としても利用できる。
【０１２８】
［参考例１２］
図２２は光周波数コム発生器を実現する第１２の参考例を示すもので、図中、１２１は光路、１２２は二次光非線形媒質（ＰＰＬＮ）、１２３は励起光（ポンプ光）入力ポート、１２４は変換光出力部、１２５は光位相調整器、１２６は励起光源、１２７はカップラ、１２８は光位相（光周波数）シフタである。
【０１２９】
ここで、励起光入力ポート１２３は、光サーキュレータ１２３ａ，１２３ｂ及びＦＢＧ１２３ｃ，１２３ｄを用いて構成されている。また、変換光出力部１２４は、カップラのみから構成されている。
【０１３０】
ここで用いるＰＰＬＮ１２２は、異なる２つの光周波数の基本波光に対して高効率にＳＨＧが可能なように擬似位相整合が施されており、２つの異なる光周波数のＳＨＧ励起光に対して高効率な差周波発生が期待できる。参考例１１と同様に、ここでは光周波数νp1，νp2の２つの異なる光周波数の基本波励起光のみを光路１２１内に挿入する。
【０１３１】
動作のようすは、参考例１１で示したものとほぼ同じである。
【０１３２】
光周波数νp1の第１の励起光を種光として光周波数μn＝νp1−（−１）n２ｎΔνpのＡ系列の第ｎ差周波光Ａnと、光周波数νp2の第２の励起光を種光として光周波数νn＝νp2＋（−１）n２ｎΔνpのＢ系列の第ｎ差周波光Ｂnが発生する。これは、周波数間隔Δνpの光周波数コムになっている。但し、Δνp＝νp2−νp1とする。
【０１３３】
参考例１１と異なる点は、分離出力ポートを含んでおらず、同一周波数の光で周回数に差のある光は互いに干渉することである。このため、光路１２１内に光位相調整器１２５を挿入し、周回数に差のある光間で位相が一致するように光路長を動的に制御する必要がある。また、２つの励起光の相対位相の揺らぎも排除することが望ましく、ここでは２つの励起光として同一励起光源１２６からの光をカップラ１２７及び光位相シフタ１２８を用いてその光周波数をシフトさせて利用している。
【０１３４】
この方法では、光周波数シフト量によって光周波数コムの周波数間隔が制限されるが、周波数差が大きい場合にも利用可能な位相ロック法を用いて異なる２つの励起光源を位相ロックすることで、光周波数シフタのシフト量によって光周波数コムの周波数間隔が制限されない構成も可能である。なお、参考例１１と同様に、他の参考例や実施の形態で示すような構成を応用することも可能である。
【０１３５】
［参考例１３］
図２３は波長可変光源を実現する第１３の参考例を示すもので、図中、１３１は光路、１３２，１３３は二次光非線形媒質、１３４，１３５は励起光（ポンプ光）入力ポート、１３６，１３７は分離出力ポート、１３８は変換光出力部である。
【０１３６】
ここで、励起光入力ポート１３４，１３５は、光サーキュレータ１３４ａ，１３５ａ及びＦＢＧ１３４ｂ，１３５ｂを用いて構成されている。また、分離出力ポート１３６，１３７は、光サーキュレータ１３６ａ，１３７ａ及び波長フィルタ１３６ｂ（ＬＰＦ），１３７ｂ（ＨＰＦ）を用いて構成されている。また、変換光出力部１３８は、光サーキュレータ１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃ、ＦＢＧ１３８ｄ，１３８ｅ及び波長フィルタ１３８ｆを用いて構成されている。
【０１３７】
動作原理は光周波数コム発生器にほぼ等しい。参考例１１と同様の動作により光路１３１内に発生する光周波数コムの中から所望の光周波数成分のみを抽出して出力する。この抽出方法として様々な方法が考えられるが、本参考例ではＦＢＧを用いて直接、光路１３１内から抽出する構成となっている。抽出波長の切り換えはＦＢＧの反射中心波長を、ＦＢＧに加える温度・張力などを変化させることで可能である。
【０１３８】
光路内から直接抽出する方法のメリットは、所望の光周波数となった時点でＦＢＧにより光路内から出力するため、その時点で周回が終端されることから余分な差周波発生を抑えられる点である。また、デメリットは、ＦＢＧの反射波長の切り換え速度が比較的低速なため、高速な出力波長の切り換えが不可能な点である。
【０１３９】
この問題への対策法として、抽出のためのＦＧＢを図２４に示すような２つのＦＢＧと２つの１×２光スイッチを用いる構成で置換する方法が考えられる。一方のＦＢＧを使用している間に、他方のＦＢＧを次の所望の波長に設定しておき、高速な光スイッチによって使用するＦＢＧを切り換えるため、波長切り換え速度を高速化できる。なお、ＦＢＧの挿入位置としては他にも考えられる。
【０１４０】
また、ここでは１つの構成例のみ示したが、波長可変光源の基本原理は光路周回により差周波発生を繰り返すことで異なる波長の光を多数発生させることであり、波長変換や光周波数コム発生と同様である。従って、ここで示した構成例以外にも、入力信号光に相当する光を光路内に挿入する構成など、参考例１〜１２及び実施の形態１、２に示すような構成を応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の光回路の第１の参考例を示す構成図
【図２】分離出力ポート内の波長フィルタの光周波数特性図
【図３】２つの二次光非線形媒質で発生する差周波光の一例を示す光周波数特性図
【図４】２つの二次光非線形媒質で発生する各差周波光と光周波数グリッドとの関係を示す光周波数特性図
【図５】変換光出力部における出力光選択機構の他の例を示す構成図
【図６】本発明の光回路の第２の参考例を示す構成図
【図７】本発明の光回路の第３の参考例を示す構成図
【図８】本発明の光回路の第４の参考例を示す構成図
【図９】本発明の光回路の第５の参考例を示す構成図
【図１０】２つの二次光非線形媒質で発生する各差周波光と光周波数グリッドとの関係を示す光周波数特性図
【図１１】本発明の光回路の第６の参考例を示す構成図
【図１２】２つの二次光非線形媒質で発生する各差周波光と光周波数グリッドとの関係を示す光周波数特性図
【図１３】ＬＰＦとＨＰＦを瞬時に切り換え可能な波長フィルタの一例を示す構成図
【図１４】本発明の光回路の第８の参考例を示す構成図
【図１５】本発明の光回路の第１の実施の形態を示す構成図
【図１６】本発明の光回路の第２の実施の形態を示す構成図
【図１７】本発明の光回路の第９の参考例を示す構成図
【図１８】本発明の光回路の第１０の参考例を示す構成図
【図１９】本発明の光回路の第１１の参考例を示す構成図
【図２０】分離出力ポート内の波長フィルタの光周波数特性図
【図２１】光周波数コムの一例を示す光周波数特性図
【図２２】本発明の光回路の第１２の参考例を示す構成図
【図２３】本発明の光回路の第１３の参考例を示す構成図
【図２４】波長を瞬時に切り換え可能なＦＢＧの一例を示す構成図
【符号の説明】
【０１４２】
６１，１１１，１２１，１３１：光路、６２，６３，８２，８３，１０１，１１２，１１３，１２２，１２３，１３２，１３３：二次光非線形媒質、６４，６５，８４，８９，９０，１０２，１１４，１１５，１３４，１３５：励起光入力ポート、６６，６７，７４，７５，８５，８６，１１６，１１７，１３６，１３７：分離出力ポート、８１：光往復路、６８，７０，７１，７２，７３，７６，８７：信号光入力ポート、６９，７７，８８，１０３，１１８，１２４，１３８：変換光出力部、９１：光増幅器、１２５：光位相調整器、１２６：励起光源、１２７：カップラ、１２８：光周波数シフタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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