(57)【要約】【課題】  波長変換を複数回繰り返した場合においても、出力される波長変換光の波長が規定の範囲に納まる出力波長が正確な波長変換装置を提供する。【解決手段】  信号光入力端子(102)と、位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する光非線形素子(108)と、光周波数ｖｓの信号光に対して、光周波数ｖ１が２ｖｍ−ｖｓである第１の励起光を出力する第１の励起光源(104-1)と、光周波数ｖｄの所望の波長変換光に対して、光周波数ｖ２が２ｖｍ−ｖｄである第２の励起光を出力する第２の励起光源(104-2)と、励起光と信号光を合波し、光非線形素子へ入力する光合波部(106)とを含む波長変換装置に、光非線形素子より出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光と、第二の励起光との差周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ−ｖ２）を分岐する分岐部(110)と、差周波光を入力し、第２の励起光の波長を制御する波長ロッカ(130)とを備える。【選択図】  図１
2006113490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光入力端子と、
位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、
前記信号光入力端子から入力される光周波数ｖｓの信号光に対して、光周波数ｖ１がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓである第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
光周波数ｖｄの所望の波長変換光に対して、光周波数ｖ２がｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部と
を含む波長変換装置において、
前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光と、第二の励起光との差周波光であって、光周波数がｖ１＋ｖｓ−ｖ２である差周波光を分岐する分岐部と、
前記差周波光を入力し、第２の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
信号光入力端子と、
位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、
前記信号光入力端子から入力される光周波数ｖｓの信号光に対して、光周波数ｖ１がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓである第１の励起光を出力する第１の励起光源と、
光周波数ｖｄの所望の波長変換光に対して、光周波数ｖ２がｖ２＝２ｖｍ−ｖｄであって、規定の光周波数グリッドの範囲内である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部と
を含む、波長変換装置において、
前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光であって、光周波数がｖ１＋ｖ２である和周波光を分岐する分岐部と、
前記和周波光を入力し、第１の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項３】
前記光非線形素子は、擬似位相整合光非線形素子であって、当該擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数のひとつがｖｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ネットワークにおける光ルータ、光クロスコネクト等の光ノードに実装することができる波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク上のトラヒックの急増やプロトコルの多様化に対応すべく、ビットレートやプロトコルに依存しない光通信ネットワークの構築が進められている。このような光通信ネットワークでは、光通信ネットワークの構成要素である光中継ノードにおいて、入射する光信号の波長をラベルとして出力方路を決定する事を特徴とする波長パスネットワークが導入されつつある。この波長パスネットワークでは、異なるファイバから出射した同一の波長を有する光信号が、同一の出力ファイバをあて先とすることがある。その場合、重複している光信号の波長を変換することにより、互いにあい異なる波長とした後、波長多重して同一の出力ファイバに収容することができる。
【０００３】
この波長変換には、従来、入力光信号を一旦電気信号に変換し、所望の送信波長を有する光送信器で再度光信号にして送出するＯＥＯ変換法が知られている。従来のＯＥＯ変換法を用いたＯＥＯ変換器の構成は、入力する光信号の変調様式や変調速度等に依存するため、種々の変復調様式を有する光パスの切り替えに対応することが困難であった。
【０００４】
また、従来の波長変換法として、２次の光非線形効果を用いたパラメトリック波長変換法が知られている。２次の光非線形効果を用いたパラメトリック波長変換法を用いた波長変換器は、入力信号光の変調様式や変調速度、あるいは波長多重数に依存せず、波長のみを変換することができるため上記の問題が無い。このため、２次の光非線形効果を用いたパラメトリック波長変換法は、フレキシブルなフォトニックネットワークを提供するための有望な波長変換方法とされている。
【０００５】
パラメトリック波長変換は、光非線形感受率を有する光非線形材料に、波長変換されるべき信号光とともに励起光を入射し、光非線形材料内における励起光と信号光との光非線形相互作用により新たな波長の光（目的とする波長変換光や目的とする波長変換光を得るための過程として発生する光）を発生させ利用する。例えば、光周波数ｖｓの入力信号光と、光周波数ｖｐの励起光との間の相互作用により発生する光周波数ｖｓ＋ｖｐの和周波光や光周波数ｖｓ−ｖｐの差周波光が利用される。
【０００６】
入射する信号光から波長変換光への変換効率は励起光や信号光と新たに発生する光との位相整合条件に大きく依存する。この位相整合条件は、光非線形材料の材料パラメータ、信号光や励起光の波長等に依存する。特に、素子長を長くし、素子全体に渡って位相整合条件を満足させるために、光非線形結晶の光学軸を周期的に反転させた（周期反転構造）擬似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ  Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ）素子では、高い変換効率が得られるが、高い変換効率が得られる位相整合範囲が狭くなる。例えば、長さ５センチメートル程度のニオブ酸リチウム結晶導波路を用いた擬似位相整合光非線形素子の位相整合波長の帯域幅はおよそ０．１ｎｍである。
【０００７】
このような、波長範囲が厳しい位相整合条件を有する光非線形素子を用いつつも、任意の波長から任意の波長へ波長を変換する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。提案された方法は、励起光を２つ使用する。これらの光周波数の配置を図３を参照して説明する。位相整合光周波数ｖｍを有する光非線形素子では、光周波数２ｖｍに発生する和周波光あるいは光周波数２ｖｍの光との差周波光のみが高い効率で生じる。そこでまず、光周波数ｖｓの入力信号光に対しては、光周波数ｖ１がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓの第一の励起光を準備し、入力信号光と第一の励起光の和周波光を光周波数２ｖｍに発生させる。次に目標変換先光周波数がｖｄに対して、光周波数ｖ２がｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである第２の励起光源を準備し、先に発生させた和周波光と第２の励起光の差周波光を発生させ、それを波長変換光として出力させる。すなわち、２つの励起光の光周波数ｖ１とｖ２を調整することにより、任意の光周波数（波長）の信号光を任意の周波数（波長）に変換することができる。
【０００８】
一方、光通信ネットワークでは、１００ＧＨｚ間隔や２００ＧＨｚ間隔など光周波数グリッドを定め、使用する光周波数を、そのグリッドを中心として規定された範囲内で用いることとしている。通常、光送信装置内の光源では半導体レーザモジュールに波長ロッカと呼ばれる発振波長の制御回路を備えている。半導体レーザの発振波長の温度依存性を利用し、発振光の一部をファブリペロー干渉計の周期的な波長−透過光パワー曲線の肩の部分に安定化させ、通常、グリッド間隔の十分の１程度の波長確度を得ている。波長変換装置においても、波長変換後の光周波数はその範囲内になければならない。先に述べたＯＥＯ変換法では、ＯＥＯ波長変換装置の光送信器に波長ロッカを備えることにより、これを実現している。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−９３５８３号公報（第４１乃至第５８段落、第１および３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、パラメトリック波長変換法では、波長変換装置で用いる励起光源内で波長ロッカを使用しても、波長変換光が光周波数グリッド内に納まるとは限らない。なぜなら、波長変換装置を通過するたびに偏差が累積するからである。すなわち個々の励起光源の発振周波数のグリッド中心値からの偏差をδとしたとき、δが規定の偏差に収まっていても、波長変換をＮ回繰り返すと、最悪時の偏差はＮδになるという問題がある。
【００１１】
したがって、波長変換を繰り返しても、波長変換光の光周波数が、光通信ネットワークで規定された範囲内とする、波長制御法が必要とされている。
【００１２】
本発明は、上述の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、波長変換を複数回繰り返した場合においても、出力される波長変換光の波長が規定の範囲に納まる出力波長が正確な波長変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、信号光入力端子と、位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、前記信号光入力端子から入力される光周波数ｖｓの信号光に対して、光周波数ｖ１がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓである第１の励起光を出力する第１の励起光源と、光周波数ｖｄの所望の波長変換光に対して、光周波数ｖ２がｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである第２の励起光を出力する第２の励起光源と、前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部とを含む波長変換装置において、前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光と、第二の励起光との差周波光であって、光周波数がｖ１＋ｖｓ−ｖ２である差周波光を分岐する分岐部と、前記差周波光を入力し、第２の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、信号光入力端子と、位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、前記信号光入力端子から入力される光周波数ｖｓの信号光に対して、光周波数ｖ１がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓである第１の励起光を出力する第１の励起光源と、光周波数ｖｄの所望の波長変換光に対して、光周波数ｖ２がｖ２＝２ｖｍ−ｖｄであって、規定の光周波数グリッドの範囲内である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部とを含む、波長変換装置において、前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光であって、光周波数がｖ１＋ｖ２である和周波光を分岐する分岐部と、前記和周波光を入力し、第１の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の波長変換装置であって、前記光非線形素子は、擬似位相整合光非線形素子であって、当該擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数のひとつがｖｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、本発明によれば、波長変換を多段階繰り返した場合においても、装置出力の波長変換光の光周波数が、規定の範囲に収めえることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明に係る波長変換装置の第１の実施形態を説明する。図１に本実施形態の波長変換装置の基本構成を示す。波長変換装置（１００）は、光周波数ｖｓの信号光を入力する信号光入力端子（１０２）と、光周波数ｖ１の励起光１を出力する励起光源１（１０４−１）と、光周波数ｖ２の励起光２を出力する励起光源２（１０４−２）と、信号光、励起光１および励起光２を合波する光合波部（１０６）と、合波された信号光、励起光１および励起光２を入力し、波長変換光を出力する光非線形素子（１０８）と、波長変換光から光周波数ｖ１＋ｖｓ−ｖ２の波長変換光を分岐する光分岐部（１１０）と、分岐された光周波数ｖ１＋ｖｓ−ｖ２の波長変換光を入力し、励起光源２（１０４−２）から出力される励起光２を制御する波長ロッカ（１３０）と、分岐された光周波数ｖｄの波長変換光を出力する波長変換光出力端子（１１６）とを備える。
【００１８】
次に本実施形態の動作を説明する。本実施形態の波長変換装置（１００）は、光通信波長帯の１．５マイクロメートル帯で動作する。励起光源１（１０４−１）および２（１０４−２）より出力されるそれぞれ光周波数ｖ１とｖ２の励起光１および２と、信号光入力端子（１０２）から入力される光周波数ｖｓの入力信号光とが、光合波部（１０６）で合波される。光合波部（１０６）は、誘電体多層膜やファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を利用した波長多重フィルタや光ファイバカップラなどにより実現することができる。
【００１９】
合波された励起光１、２および信号光は、位相整合光周波数が励起光周波数近傍の擬似位相整合光非線形素子（１０８）に入力される。この光非線形素子は、位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する。例えば、光非線形素子（１０８）として擬似位相整合光非線形素子を用いることができる。擬似位相整合光非線形素子としては、ニオブ酸リチウム結晶の光学軸を周期十数マイクロメートルで周期的に反転させた素子にプロトン交換法などを用いて光導波路を形成したものがすでに開発されていて、これを用いることができる。擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数ｖｍは、ニオブ酸リチウム導波路の実効屈折率等の光学パラメータ、反転周期により決定される。
【００２０】
本実施形態では、背景技術において述べたように、励起光１および２の光周波数は、目標とする変換先光周波数をｖｄとすると、  
ｖ１＝２ｖｍ−ｖｓ、  ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄ
がほぼ満足されるように調整される。但し、位相整合光周波数は位相整合帯域幅内にあれば良い。長さ数センチメートルの擬似位相整合光非線形素子であれば、中心位相整合光周波数±十数ＧＨｚ程度の値が許される。したがって、励起光の光周波数は上式が満足される範囲で、波長変換光の光周波数偏差が規定の値以下となるように調整される。
【００２１】
本実施形態では、光分岐部（１１０）にて、非線形素子（１０８）から出力された波長変換光から光周波数ｖ１＋ｖｓ−ｖ２の波長変換光を抽出する。分岐光は波長ロッカ（１３０）に入力される。
【００２２】
典型的な波長ロッカの構成とファブリペロー干渉計（エタロン）を用いた場合の動作原理をそれぞれ図４および５に示す。エタロン（４０４）を透過する光のパワーが所定の値になるようにフィードバック信号を励起光源２に帰還させ、励起光源２の発振波長（光周波数）を制御する。波長ロッカでは、分岐光の光パワーの変動と波長変動を弁別するためフォトダイオードＰＤ１（４０６）と差動増幅器（４１０）を用いてパワー変動を相殺している。
【００２３】
これにより、出力光である波長変換光の光周波数は、この波長ロッカにより定まる精度で、グリッド周波数に安定化される。
【００２４】
尚、波長変換光出力端子（１１６）において、光非線形素子（１０８）から出力される波長変換光のうちの光周波数がｖｄである所望の波長変換光を得るためには、光通過帯域フィルタ（図示しない）を備える必要がある。例えば、光通過帯域フィルタとして、誘電体多層膜フィルタ、音響光学フィルタ、アレイ回折格子フィルタ等を用いることができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、図２を参照して、本発明に係る波長変換装置の第２の実施形態を説明する。図２に本実施形態の波長変換装置の基本構成を示す。波長変換装置（２００）は、光周波数ｖｓの信号光を入力する信号光入力端子（２０２）と、光周波数ｖ１の励起光１を出力する励起光源１（２０４−１）と、光周波数ｖ２の励起光２を出力する励起光源２（２０４−２）と、信号光、励起光１および励起光２を合波する光合波部（２０６）と、合波された信号光、励起光１および励起光２を入力し、波長変換光を出力する光非線形素子（２０８）と、波長変換光から励起光１と信号光との和周波光である光周波数ｖ１＋ｖ２の波長変換光を分岐する光分岐部（２１０）と、分岐された光周波数ｖ１＋ｖ２の波長変換光を入力し、励起光源２（２０４−２）から出力される励起光２を制御する波長ロッカ（２３０）と、分岐された光周波数ｖｄの波長変換光を出力する波長変換光出力端子（２１６）とを備える。
【００２６】
次に本実施形態の動作を説明する。本実施形態の波長変換装置（２００）は、光通信波長帯の１．５マイクロメートル帯で動作する。励起光源１（２０４−１）および２（２０４−２）よりそれぞれ出力される光周波数ｖ１の励起光１およびと光周波数ｖ２２の励起光２と、信号光入力端子（２０２）から入力される光周波数ｖｓの入力信号光とが、光合波部（２０６）で合波される。光合波部（２０６）は、誘電体多層膜やファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を利用した波長多重フィルタや光ファイバカップラなどにより実現することができる。
【００２７】
合波された励起光１、２および信号光は、位相整合光周波数が励起光周波数近傍の擬似位相整合光非線形素子（２０８）に入力される。この光非線形素子は、位相整合光周波数のひとつがｖｍである２次の光非線形感受率を有する。光非線形素子（２０８）として、擬似位相整合光非線形素子を用いることができる。擬似位相整合光非線形素子としては、ニオブ酸リチウム結晶の光学軸を周期十数マイクロメートルで周期的に反転させた素子にプロトン交換法などを用いて光導波路を形成したものがすでに開発されていて、これを用いることができる。擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数ｖｍは、ニオブ酸リチウム導波路の実効屈折率等の光学パラメータ、反転周期により決定される。
【００２８】
本実施形態では、背景技術において述べたように、励起光１および２の光周波数は、目標とする変換先光周波数をｖｄとすると、  
ｖ１＝２ｖｍ−ｖｓ、  ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄ
がほぼ満足されるように調整される。但し、位相整合光周波数は位相整合帯域幅内にあれば良い。長さ数センチメートルの擬似位相整合光非線形素子であれば、中心位相整合光周波数±十数ＧＨｚ程度の値が許される。したがって、励起光の光周波数は上式が満足される範囲で、波長変換光の光周波数偏差が規定の値以下となるように調整される。
【００２９】
本実施形態では、光分岐部（２１０）にて、出力となる波長変換光を抽出するのではなく、信号光と第一の励起光の和周波光を分岐する。励起光１の光周波数ｖ１はネットワーク制御信号（通常は主信号とは別回線により転送される）より与えられる入力信号光周波数ｖｓに応じて、ｖ１＝２ｖｍ−ｖｓをほぼ満足するように制御される。したがって、信号光と励起光１の和周波光は、ほぼ２ｖｍの光周波数（波長は０．７５マイクロメートル帯）となる。
【００３０】
波長ロッカ（２３０）は、この和周波光が、透過光パワーがある規定値になるように励起光源１（２０４−１）の発振光周波数を制御する。この場合、入力信号光の光周波数にかかわらず、励起光１との和周波光は、擬似位相整合光周波数近傍のある定まった光周波数に発生するため、第１の実施形態の場合と異なり、波長ロッカは周期的な波長−透過特性を有する必要は無い。
【００３１】
励起光源２（２０４−２）は、内部に通常の波長ロッカ（波長ロッカ２）を備えた光源とする。出力される波長変換光の偏差は最大で波長ロッカ１の精度と波長ロッカ２の精度の和となる。したがって、それぞれの精度を通信ネットワークで規定されるグリッドからの許容偏差の半分以下としておけばよい。
【００３２】
尚、波長変換光出力端子（２１６）において、光非線形素子（２０８）から出力される波長変換光のうちの光周波数がｖｄである所望の波長変換光を得るためには、光通過帯域フィルタ（図示しない）を備える必要がある。例えば、光通過帯域フィルタとして、誘電体多層膜フィルタ、音響光学フィルタ、アレイ回折格子フィルタ等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る波長変換装置の第１の実施形態の構成図である。
【図２】本発明に係る波長変換装置の第２の実施形態の構成図である。
【図３】本発明の想定する任意波長変換装置構成での波長関係を示した図である。
【図４】本発明の実施に用いることができる典型的な波長ロッカの構成図である。
【図５】本発明の実施に用いることができる典型的な波長ロッカの原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００，２００  波長変換装置
１０２，２０２  信号光入力端子
１０４−１，１０４−２，２０４−１，２０４−２  励起光源
１０６，２０６  光合波部
１０８，２０８  光非線形素子
１１０，２１０  光分岐部
１１６，２１６  波長変換光出力端子
１３０，２３０  波長ロッカ
４００  波長ロッカ
４０２  スプリッタ
４０４  エタロン
４０６，４０８  フォトダイオード（ＰＤ）
４１０  差動増幅器
【図１】
2006113490.tif 000003
【図２】
2006113490.tif 000004
【図３】
2006113490.tif 000005
【図４】
2006113490.tif 000006
【図５】
2006113490.tif 000007