(57)【要約】【課題】  出力される波長変換光の波長が励起光や入力信号光に近接した場合、あるいは、入力信号光が断続する場合においても、波長変換光の出力パワーが安定した波長変換装置を提供する。【解決手段】  信号光入力端子(102)と、１つまたは複数の励起光源(104)と、励起光源より出力される励起光と信号光とを合波する光合波部(106)と、光合波部の出力光を入力とする２次の非線形感受率を有する光非線形素子(108)とを有する波長変換装置(100)に、光非線形素子から出力される光のうち、励起光と信号光との和周波光または励起光の第２次高調波光（以下、分岐光という。）を分岐する光分岐部(110)と、分岐光のパワーをモニタする受光部(112)と、受光部におけるモニタ結果に基づいて、分岐光のパワーが最大となるように、励起光の波長および光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路(114)とを備えた。【選択図】  図１
2006113489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光入力端子と、
１つまたは複数の励起光源と、
前記励起光源より出力される励起光と前記信号光入力端子から入力される信号光とを合波する光合波部と、
光合波部の出力光を入力とする２次の非線形感受率を有する光非線形素子と
を有する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、前記励起光と前記信号光との和周波光または前記励起光の第２次高調波光を分岐する光分岐部と、
分岐された前記励起光と前記信号光との前記和周波光または前記励起光の前記第２次高調波光のパワーをモニタする受光部と、
前記受光部におけるモニタ結果に基づいて、前記受光部における前記励起光と前記信号光との前記和周波光または前記励起光の前記第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記励起光の波長および前記光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記光非線形素子は擬似位相整合光非線形素子であることを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
信号光入力端子と、
光周波数ｖ１である励起光を出力する励起光源と、
前記励起光源より出力される前記励起光と前記信号光入力端子から入力される信号光を合波する光合波部と、
前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子と
を有し、前記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であって、前記励起光の光周波数がｖ１＝ｖｍである波長変換装置において、
前記擬似位相整合光非線形素子から出力される波長変換光のうち、前記励起光の第２次高調波光を分岐する光分岐部と、
前記光分岐部において分岐された前記励起光の第２次高調波光のパワーをモニタする受光部と、
前記受光部のモニタ結果に基づいて、前記受光部における前記励起光の第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記励起光の波長および前記擬似位相整合光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項４】
信号光入力端子と、
光周波数ｖ１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ｖ２である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記励起光源より出力される前記励起光と、前記信号光入力端子から入力され、光周波数がｖｓである信号光とを合波する光合波部と、
前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子と
を有し、前記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であって、第１の励起光の光周波数がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓであって、第２の励起光の光周波数が、前記信号光の波長変換後の所望の光周波数がｖｄに対して、ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである波長変換装置において、
前記擬似位相整合光非線形素子から出力される前記波長変換光のうち、光周波数がｖ１＋ｖｓである第１の励起光と前記信号光の和周波光を分岐する分岐部と、
前記分岐部において分岐された第１の励起光と前記信号光の前記和周波光のパワーをモニタする受光部と、
前記受光部のモニタ結果に基づいて、前記受光部における第１の励起光と前記信号光の前記和周波光のパワーが最大となるように、第１の励起光の波長および前記擬似位相整合光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項５】
信号光入力端子と、
光周波数ｖ１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ｖ２である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
光周波数ｖ３である第３の励起光を出力する第３の励起光源と、
前記励起光源より出力される前記励起光と、前記信号光入力端子から入力され、光周波数がｖｓである信号光とを合波する光合波部と、
前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子と
を有し、前記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であって、第１の励起光の光周波数がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓであって、第２の励起光の光周波数が、前記信号光の波長変換後の所望の光周波数がｖｄに対して、ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄであって、第３の励起光の光周波数が、ｖ２＝ｖｍである波長変換装置において、
前記光非線形素子より出力される前記波長変換光のうち、光周波数が２ｖ３である第３の励起光の第２次高調波光を分岐する光分岐部と、
前記分岐部において分岐された第３の励起光の前記第２次高調波光のパワーをモニタする受光部と、
前記受光部のモニタ結果に基づいて、前記受光部における、第３の励起光の前記第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記擬似位相整合光非線形素子の温度を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【請求項６】
信号光入力端子と、
光周波数ｖ１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ｖ２である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、
前記励起光源より出力される前記励起光と、前記信号光入力端子から入力さる光周波数がｖｓである信号光とを合波する光合波部と、
前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子と、
を有し、前記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であって、第２の励起光の光周波数が、前記信号光の波長変換後の所望の光周波数がｖｄに対して、ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである波長変換装置において、
前記第１の励起光源は、前記信号光入力端子に前記信号光が入射された場合には光周波数がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓの第１の励起光を出力し、前記信号光入力端子に前記信号光が入射されない場合には光周波数がｖ１＝ｖｍの第１の励起光を出力し、
前記光非線形素子より出力される前記波長変換光のうち、前記信号光入力端子に前記信号光が入射された場合には光周波数が２ｖ１である第１の励起光の第２次高調波光を分岐し、前記信号光が入射されない場合には第１の励起光と前記信号光との和周波光を分岐する光分岐部と、
光分岐部において分岐された第１の励起光の第２次高調波光または第１の励起光と前記信号光との前記和周波光のパワーをモニタする受光部と、
前記受光部における、第１の励起光と前記信号光との前記和周波光または第１の励起光の前記第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記擬似位相整合光非線形素子の温度を制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする波長変換装置。
【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され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】
この波長変換法には、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法は、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、光非線形材料内に励起光と信号光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）を発生させる。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。したがって、安定に波長変換光を得るためには、励起光波長や、素子の温度を制御する必要がある。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ため、精密な制御が必要となる。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擬似位相整合波長の帯域幅はおよそ０．１ｎｍである。
【０００６】
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１の励起光を準備し、入力信号光と第１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。
【０００７】
一方、前述のように、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擬似位相整合波長の帯域幅はおよそ０．１ｎｍであるが、その位相整合波長は０．１ｎｍ／℃程度の温度依存特性を有しているため、１℃程度の材料の温度変化により位相整合条件が満足されなくなり、波長変換光の光パワーが低減する。
【０００８】
しかしながら、その安定化法は従来あまり検討されていなかった。例えば、得られた波長変換光をモニタし、その光パワーが最大となるように、光非線形材料の温度または、励起光の波長を制御する方法が考えられる。
【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、前述の出力される波長変換光の光パワーをモニタする方法では、波長変換光の波長が、入力信号光や励起光の波長と近接する場合には、波長変換光のみを取り出すために、通過帯域幅が狭く、かつ、高い光パワーの励起光を十分抑圧するため抑止波長域での抑圧比が大きい帯域通過光フィルタを用いる必要があった。
【００１１】
更に、このような帯域通過光フィルタを用いる場合には、帯域通過フィルタの通過帯域自体を波長変換光に一致させる必要があるため、高価なサーボ機構が必要であった。
【００１２】
また、近年開発が活発化している光バースト／パケットスイッチングネットワークなどでは、信号光が断続的に入力されるため、モニタ対象の波長変換光が断続的に出力される。これにより、常時、位相整合条件を満足させておくことが不可能となっていた。この場合、信号断続の間に位相整合条件が満足されなくなり、次に到来する光信号に対して所定のパワーの波長変換光が得られなくなるという問題があった。
【００１３】
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、出力される波長変換光の波長が励起光や入力信号光に近接した場合においても、あるいは、入力信号光が断続する場合においても、波長変換光の出力パワーが安定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】
【００１４】
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、１つまたは複数の励起光源と、前記励起光源より出力される励起光と前記信号光入力端子から入力される信号光とを合波する光合波部と、光合波部の出力光を入力とする２次の非線形感受率を有する光非線形素子とを有する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、前記励起光と前記信号光との和周波光または前記励起光の第２次高調波光を分岐する光分岐部と、分岐された前記励起光と前記信号光との前記和周波光または前記励起光の前記第２次高調波光のパワーをモニタする受光部と、前記受光部におけるモニタ結果に基づいて、前記受光部における前記励起光と前記信号光との前記和周波光または前記励起光の前記第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記励起光の波長および前記光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１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ることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、信号光入力端子と、光周波数ｖ１である励起光を出力する励起光源と、前記励起光源より出力される前記励起光と前記信号光入力端子から入力される信号光を合波する光合波部と、前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子とを有し、前記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であって、前記励起光の光周波数がｖ１＝ｖｍである波長変換装置において、前記擬似位相整合光非線形素子から出力される波長変換光のうち、前記励起光の第２次高調波光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部において分岐された前記励起光の第２次高調波光のパワーをモニタする受光部と、前記受光部のモニタ結果に基づいて、前記受光部における前記励起光の第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記励起光の波長および前記擬似位相整合光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、信号光入力端子と、光周波数ｖ１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ｖ２である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、前記励起光源より出力される前記励起光と、前記信号光入力端子から入力され、光周波数がｖｓである信号光とを合波する光合波部と、前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子とを有し、前記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であって、第１の励起光の光周波数がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓであって、第２の励起光の光周波数が、前記信号光の波長変換後の所望の光周波数がｖｄに対して、ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである波長変換装置において、前記擬似位相整合光非線形素子から出力される前記波長変換光のうち、光周波数がｖ１＋ｖｓである第１の励起光と前記信号光の和周波光を分岐する分岐部と、前記分岐部において分岐された第１の励起光と前記信号光の前記和周波光のパワーをモニタする受光部と、前記受光部のモニタ結果に基づいて、前記受光部における第１の励起光と前記信号光の前記和周波光のパワーが最大となるように、第１の励起光の波長および前記擬似位相整合光非線形素子の温度の少なくとも一方を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、信号光入力端子と、光周波数ｖ１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ｖ２である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、光周波数ｖ３である第３の励起光を出力する第３の励起光源と、前記励起光源より出力される前記励起光と、前記信号光入力端子から入力され、光周波数がｖｓである信号光とを合波する光合波部と、前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子とを有し、前記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であって、第１の励起光の光周波数がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓであって、第２の励起光の光周波数が、前記信号光の波長変換後の所望の光周波数がｖｄに対して、ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄであって、第３の励起光の光周波数が、ｖ２＝ｖｍである波長変換装置において、前記光非線形素子より出力される前記波長変換光のうち、光周波数が２ｖ３である第３の励起光の第２次高調波光を分岐する光分岐部と、前記分岐部において分岐された第３の励起光の前記第２次高調波光のパワーをモニタする受光部と、前記受光部のモニタ結果に基づいて、前記受光部における、第３の励起光の前記第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記擬似位相整合光非線形素子の温度を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、信号光入力端子と、光周波数ｖ１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ｖ２である第２の励起光を出力する第２の励起光源と、前記励起光源より出力される前記励起光と、前記信号光入力端子から入力さる光周波数がｖｓである信号光とを合波する光合波部と、前記合波部において合波された前記励起光と前記信号光を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子と、を有し、前記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であって、第２の励起光の光周波数が、前記信号光の波長変換後の所望の光周波数がｖｄに対して、ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄである波長変換装置において、前記第１の励起光源は、前記信号光入力端子に前記信号光が入射された場合には光周波数がｖ１＝２ｖｍ−ｖｓの第１の励起光を出力し、前記信号光入力端子に前記信号光が入射されない場合には光周波数がｖ１＝ｖｍの第１の励起光を出力し、前記光非線形素子より出力される前記波長変換光のうち、前記信号光入力端子に前記信号光が入射された場合には光周波数が２ｖ１である第１の励起光の第２次高調波光を分岐し、前記信号光が入射されない場合には第１の励起光と前記信号光との和周波光を分岐する光分岐部と、光分岐部において分岐された第１の励起光の第２次高調波光または第１の励起光と前記信号光との前記和周波光のパワーをモニタする受光部と、前記受光部における、第１の励起光と前記信号光との前記和周波光または第１の励起光の前記第２次高調波光のパワーが最大となるように、前記擬似位相整合光非線形素子の温度を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本発明によれば、波長変換光を出力される光信号の波長が励起光あるいは、入力信号光の波長に近い場合においても、狭帯域の光バンドパスフィルタやその制御装置を必要とせず、安価に単純な構成で波長変換光の出力パワーを安定化できる。
【００２１】
また、装置内部の励起光の第２次高調波光を利用することにより、常時安定な波長変換光を得ることができるため、入力信号光が断続する光バーストスイッチングネットワークにも適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に図面を参照して、本発明に係る波長変換装置の実施形態を説明する。本発明に係る波長変換装置は光非線形素子を含み、その特性を利用して出力される波長変換光の安定化を図るものである。
【００２３】
図１を参照して、本発明に係る波長変換装置について概念的に説明する。図１に本発明に係る波長変換装置の基本構成を示す。波長変換装置（１００）は、信号光を入力する信号光入力端子（１０２）と、励起光を出力する励起光源（１０４）と、信号光、励起光を合波する光合波部（１０６）と、合波された信号光、励起光を入力し、波長変換光を出力する光非線形素子（１０８）と、励起光と信号光との和周波光または励起光の光を波長変換光から分岐する光分岐部（１１０）と、分岐された励起光と信号光との和周波光または励起光の第２次高調波光をモニタする受光部（１１２）と、受光部から出力される電気信号等に基づき、励起光の波長および光非線形素子の温度少なくとも一方を制御する制御回路（１１４）とを備える。励起光源（１０４）は１つまたは複数とすることができる。
【００２４】
次に、本発明に係る波長変換装置の動作の概要を説明する。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。光周波数ｖｓの信号光が信号光入力端子（１０２）から入力される。励起光源（１０４）は光周波数ｖ１の励起光を出力する。光合波部（１０６）において、信号光と励起光とが合波さる。励起光と合波された信号光は、光非線形素子（１０８）へ入力され、波長変換光として出力される。光非線形素子（１０８）の位相整合光周波数はｖｍである。光分岐部（１１０）において、励起光と信号光との和周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ）または励起光の第２次高調波光（光周波数：２ｖ１）が波長変換光から分岐される。受光部（１１２）は、分岐された励起光と信号光との和周波光または励起光の第２次高調波光がモニタし、電気信号を出力する。制御回路（１１４）は、受光部から出力される電気信号に基づき、受光部（１１２）における分岐された励起光と信号光との和周波光または励起光の第２次高調波光のパワーが最大となるように、励起光の波長および光非線形素子の少なくとも一方を制御する。
【００２５】
（第１の実施例）  
次に図２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。本実施形態の波長変換装置は、光通信波長帯の１．５マイクロメートル帯で動作する波長変換装置を例示するものである。
【００２６】
図２に本実施形態の波長変換装置の構成を示す。波長変換装置（２００）は、信号光を入力する信号光入力端子（２０２）と、励起光を出力する励起光源（２０４）と、信号光と励起光とを合波する光合波部（２０６）と、合波された信号光と励起光とを入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子（２０８）と、励起光の第２次高調波光を波長変換光から分岐する光分岐部（２１０）と、分岐された励起光の第２次高調波光をモニタする受光部（２１２）と、受光部から出力される電気信号に基づき、擬似位相整合光非線形素子を制御する制御回路（２１４）とを備える。
【００２７】
光周波数ｖｓの信号光が信号光入力端子（２０２）から入力される。励起光源（２０４）は、光周波数がｖ１＝ｖｍ（ｖｍ：擬似位相整合光非線形素子（２０８）の位相整合光周波数）の励起光を出力する。光合波部（２０６）において、励起光と信号光とが合波される。光合波部は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できる。合波された励起光と信号光とは、擬似位相整合光非線形素子（２０８）に入力され、波長変換光として出力される。擬似位相整合光非線形素子（２０８）の位相整合光周波数はｖｍである。光分岐部（２１０）において、擬似位相整合光非線形素子（２０８）から出力された波長変換光から光周波数ｖ１の励起光の第２次高調波光（光周波数：２ｖ１）が分岐される。受光部（２１２）は、励起光の第２次高調波光のパワーをモニタし、モニタ結果を電気信号として出力する。制御回路（２１４）は、受光部（２１２）から出力される電気信号に基づいて、受光部においてモニタされる励起光の第２次高調波光のパワーが最大になるように擬似位相整合光非線形素子（２０８）の温度を制御する。
【００２８】
擬似位相整合光非線形素子（２０８）の位相整合光周波数は、励起光の光周波数の近傍にある。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。
【００２９】
位相整合光周波数は、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。本実施形態では、擬似位相整合光非線形素子の位相整合光周波数に近傍に調整された光周波数を有する励起光を擬似位相整合光非線形素子（２０８）に入射する。これにより、励起光の第２次高調波光が光周波数２ｖ１（波長０．７５マイクロメートル帯）に発生する。また、この励起光の第２次高調波光と信号光との差周波光発生過程により、光周波数２ｖ１−ｖｓを有する波長変換光（１．５マイクロメートル帯）が発生する。これらの光周波数の関係を図３に示す。
【００３０】
擬似位相整合光非線形素子の長さが数センチメートルの場合、擬似位相整合波長の帯域幅はおよそ０．１ｎｍである。一方、位相整合波長は０．１ｎｍ／℃程度の温度依存特性を有しているため、１℃程度の温度変化により位相整合条件が満足されなくなり、出力される波長変換光の光パワーが低減する。
【００３１】
本実施形態では、波長変換光をモニタするのではなく、０．７５マイクロメートル帯に生じる励起光の第２次高調波光を受光部（２１２）においてモニタし、受光部第２高調波光パワーが最大になるように擬似位相整合光非線形素子の温度を制御する。この場合、波長変換光のみを取り出すための狭帯域なフィルタを必要とせず、０．７５マイクロメートル帯と１．５マイクロメートル帯を分離するだけのフィルタがあれば十分である。
【００３２】
また本実施形態では、入力信号光や出力される波長変換光が断続する場合においても、第２次高調波光は常時発生するため、適用できるという効果がある。さらに、受光部（２１２）にはシリコンＡＰＤ等の安価な受光素子を適用できる。０．７５マイクロメートル帯の光受信機は１．５ミクロン帯の光に対する感度が小さいため、光分岐部において分岐光に１．５ミクロン帯光が漏洩しても問題がない。
【００３３】
（第２の実施例）  
次に図４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。本実施形態の波長変換装置は、光通信波長帯の１．５マイクロメートル帯で動作する波長変換装置を例示するものである。図４に示す本実施形態の波長変換装置は、入力信号光を任意の波長に変換する構成である。
【００３４】
図４に示す波長変換装置（４００）は、光周波数ｖｓの信号光を入力する信号光入力端子（４０２）と、光周波数ｖ１の励起光１を出力する励起光源１（４０４−１）と、光周波数ｖ２の励起光２を出力する励起光源２（４０４−２）と、信号光、励起光１および励起光２を合波する光合波部（４０６）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擬似位相整合光非線形素子（４０８）と、波長変換光から励起光１と信号光との和周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ）の波長変換光を分岐する光分岐部（４１０）と、分岐された光周波数ｖ１＋ｖｓの波長変換光をモニタする受光部（４１２）と、受光部から出力される電気信号に基づき、励起光源１（４０４−１）から出力される励起光１を制御する制御回路（４１４）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（４１６）とを備える。
【００３５】
光周波数ｖｓの信号光が信号光入力端子（４０２）から入力される。励起光源１（４０４−１）は光周波数ｖ１の励起光１を出力する。励起光源２（４０４−２）は光周波数ｖ２の励起光２を出力する。光合波部（４０６）において、励起光１および２と信号光とが合波される。合波された信号光、励起光１（光周波数ｖ１）および励起光２（光周波数ｖ２）は、擬似位相整合光非線形素子（４０８）に入力され、波長変換光として出力される。擬似位相整合光非線形素子（４０８）の位相整合光周波数はｖｍである。光分岐部（４１０）において、擬似位相整合光非線形素子（２０８）から出力された波長変換光から励起光１と信号光との和周波光（光周波数ｖ１＋ｖｓ）が分岐される。受光部（４１２）は、励起光１と信号光との和周波光のパワーをモニタし、モニタ結果を電気信号として出力する。制御回路（４１４）は、受光部（４１２）から出力される電気信号に基づいて、受光部においてモニタされる励起光１と信号光との和周波光のパワーが最大になるように励起光源１（４０４−１）から出力される励起光１を制御する。
【００３６】
擬似位相整合光非線形素子（４０８）において新たに発生する光の周波数配置を図５に示す。励起光１の光周波数ｖ１は、擬似位相整合光非線形素子（４０８）から出力される励起光１と信号光との和周波光が効率よく発生するように、擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数ｖｍに対してｖ１＝２ｖｍ−ｖｓとなるように調整する。これにより、励起光１と信号光との和周波光が光周波数ｖ１＋ｖｓに発生する。
【００３７】
次に目的とする波長変換光の光周波数をｖｄとすると、先に発生した和周波光（光周波数ｖ１＋ｖｓ）と励起光２との差周波光が効率よく発生するように、励起光２の光周波数ｖ２をｖ２＝２ｖｍ−ｖｄとなるよう調整する。和周波光が擬似位相整合条件を満足しており、その光周波数が２ｖｍであれば、差周波光発生過程は自動的に位相整合条件を満足するため、励起光２の波長を調整することにより任意の波長の波長変換光を得ることができる。
【００３８】
本実施形態では、０．７５マイクロメートル帯に生じる励起光１と信号光の和周波光を分岐モニタし、その和周波光パワーが最大になるように、励起光１の波長を制御する。この場合も、第１の実施形態と同様に、光分岐部に狭帯域なフィルタは必要とせず、０．７５マイクロメートル帯と１．５マイクロメートル帯を分離するだけの波長分離フィルタがあれば十分である。受光部（４１２）としては、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードのような安価なシリコン系受光デバイスを用いることができる。
【００３９】
励起光１と信号光の和周波光が最大となるように励起光１の波長を制御する方法として、励起光１の波長をディザリングする方法を適用することができる。励起光１の波長を適当な周波数で変調し、励起光１と信号光との和周波光の強度変調成分を、変調信号を基準として位相検波（ロックイン検波）することにより、励起光１の中心波長を長波長側あるいは短波長側のどちらに偏移させればよいかを検出することができる。ディザリングの波長幅は位相整合波長帯域幅である際、０．１ｎｍの数分の１から数十分の１程度とすれば十分である。その際、和周波光の光周波数も変調される結果、波長変換光の波長も変調される。これを避ける必要がある場合は、励起光２についても励起光１と同じ変調周波数、同じ位相、同じ波長幅（光周波数幅）でその波長を変調すればよい。これにより、出力光である波長変換光に波長偏移が生じることを抑圧できる。
【００４０】
また、本実施例では、励起光１と信号光との和周波光が最大になるように、励起光１の波長（ディザリングする場合はその中心波長）を制御することとしたが、擬似位相整合光非線形素子（４０８）の温度を制御することとしても良い。
【００４１】
（第三の実施例）  
次に図６を参照して、本発明に係る波長変換装置の第３の実施形態を説明する。本実施形態の波長変換装置は、第２の実施形態に示した波長変換装置と同様に、入力信号光を任意の波長に変換する。本実施形態の波長変換装置の構成は、第２の実施形態に示した励起光源を２個使用した波長変換装置の構成に、信号光が断続的に入力される場合においても常に擬似位相整合光非線形素子の位相整合光周波数を規定の周波数に安定化させるため、光周波数ｖｍの光周波数基準光源として第三の励起光源（励起光源３）をさらに用いた構成である。本実施形態の波長変換装置の構成を図６に示す。
【００４２】
図６に示す波長変換装置（６００）は、光周波数ｖｓの信号光を入力する信号光入力端子（６０２）と、光周波数ｖ１の励起光１を出力する励起光源１（６０４−１）と、光周波数ｖ２の励起光２を出力する励起光源２（６０４−２）と、光周波数ｖ３の励起光３を出力する励起光源３（６０４−３）と、信号光、励起光１、励起光２および励起光３を合波する光合波部（６０６）と、合波された信号光、励起光１、励起光２および励起光３を入力し、波長変換光を出力する擬似位相整合光非線形素子（６０８）と、励起光３の第２次高調波光を波長変換光から分岐する光分岐部（６１０）と、分岐された励起光３の第２次高調波光をモニタする受光部（６１２）と、受光部から出力される電気信号に基づき、擬似位相整合光非線形素子を制御する制御回路（６１４）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（６１６）とを備える。
【００４３】
光周波数ｖｓの信号光が信号光入力端子（６０２）から入力される。励起光源１（６０４−１）は光周波数ｖ１の励起光１を出力する。励起光源２（６０４−２）は光周波数ｖ２の励起光２を出力する。励起光源３（６０４−３）は、擬似位相整合光非線形素子（６０８）の位相整合光周波数ｖｍに調整された光周波数ｖ３の励起光３を出力する。合波部（６０６）において、励起光１、励起光２、励起光３および信号光が合波される。合波された信号光、励起光１（光周波数ｖ１＝２ｖｍ−ｖｓ）、励起光２（光周波数ｖ２＝２ｖｍ−ｖｄ：ｖｄは所望の波長変換光の光周波数）および励起光３（光周波数ｖ１＝ｖｍ）は、擬似位相整合光非線形素子（６０８）に入力され、波長変換光として出力される。
【００４４】
光分岐部（６１０）において、励起光３の第２次高調波光（光周波数：２ｖ３＝２ｖｍ）を波長変換光から分岐する。受光部（６１２）は、励起光３の第２次高調波光のパワーをモニタし、モニタ結果を電気信号として出力する。制御回路（６１４）は、受光部（６１２）から出力される電気信号に基づいて、受光部においてモニタされる励起光３の第２次高調波光のパワーが最大となるように、擬似位相整合光非線形素子（６０８）の温度を制御する。
【００４５】
励起光源３（６０４―３）内部に波長ロッカ等を用いて、励起光３の光周波数ｖ３を安定化させることにより、擬似位相整合光非線形素子（６０８）の位相整合光周波数ｖｍを常に規定の光周波数に安定化することができる。また、励起光３の光パワーを波長変換光の発生に寄与する励起光１及び励起光２よりも十分小さく抑えることにより、不要な変換光の発生を抑圧することができる。
【００４６】
擬似位相整合光非線形素子（６０８）の温度を高温側あるいは低温側のどちらに偏移させるか検出するためには、第２の実施形態で述べたディザリング法を励起光３に適用することができる。すなわち、中心波長を安定化させた励起光３の波長を変調し、その第２次高調波光の強度変調成分を励起光３の変調信号を基準に位相検波する方法である。
【００４７】
（第４の実施形態）  
次に図７を参照して、本発明に係る波長変換装置の第４の実施形態を説明する。本実施形態の波長変換装置は、光通信波長帯の１．５マイクロメートル帯で動作する波長変換装置を例示するものである。図７に示す本実施形態の波長変換装置は、入力信号光を任意の波長に変換する構成である。
【００４８】
図７に示す波長変換装置（７００）は、光周波数ｖｓの信号光を入力する信号光入力端子（７０２）と、信号光を分岐する光分岐部１（７１８）と、可変の光周波数ｖ１の励起光１を出力する励起光源１（７０４−１）と、光周波数ｖ２の励起光２を出力する励起光源２（７０４−２）と、光分岐部１によって分岐された一方の信号光、励起光１および励起光２を合波する光合波部（７０６）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擬似位相整合光非線形素子（７０８）と、励起光１の第２次高調波光（光周波数：２ｖ１）および励起光１と信号光との和周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ）の一方を波長変換光から分岐する光分岐部２（７１０）と、分岐された励起光１の第２次高調波光（光周波数：２ｖ１）および励起光１と信号光との和周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ）の一方のパワーをモニタし、電気信号を出力する受光部１（７１２）と、光分岐部１によって分岐された他方の信号光をモニタし、電気信号を出力する受光部２（７２０）と、受光部１から出力される電気信号に基づき、擬似位相整合光非線形素子の温度を制御するとともに、受光部２から出力される電気信号に基づき、励起光源１から出力される励起光１の波長を制御し、光分岐部２において分岐される励起光１の第２次高調波光（光周波数：２ｖ１）および励起光１と信号光との和周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ）の一方の出力を選択する、制御回路（７１４）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（７１６）とを備える。
【００４９】
光周波数ｖｓの信号光が信号光入力端子（７０２）から入力される。励起光源１（７０４−１）は、信号光が入射した場合に光周波数ｖ１＝２ｖｍ−ｖｓの励起光１を出力し、信号光が入射していない場合に光周波数ｖ１＝ｖｍ（ｖｍ：擬似位相整合光非線形素子の位相整合光周波数）の励起光１を出力する。励起光源２（７０４−２）は光周波数ｖ２の励起光２を出力する。
【００５０】
光合波部（７０６）において、励起光１および２と信号光とが合波される。合波された信号光、励起光１（光周波数ｖ１）および励起光２（光周波数ｖ２）は、擬似位相整合光非線形素子（７０８）に入力され、波長変換光として出力される。光分岐部２（７１０）において、擬似位相整合光非線形素子（７０８）から出力された波長変換光から、信号光が入射していない場合に励起光１の第２次高調波光（光周波数２ｖ１）が、信号光が入射している場合に信号光と励起光１との和周波光（光周波数ｖ１＋ｖｓ）がそれぞれ分岐される。受光部１（７１２）は、励起光１の第２次高調波光または信号光と励起光１との和周波光（光周波数ｖ１＋ｖｓ）のパワーをモニタし、モニタ結果を電気信号として出力する。
【００５１】
制御回路（７１４）は、受光部１から出力される電気信号に基づいて、受光部１においてモニタされる励起光１の第２次高調波光または信号光と励起光１との和周波光のパワーが最大になるように擬似位相整合光非線形素子（７０８）の温度を制御する。また、制御回路（７１４）は、受光部２から出力される電気信号に基づいて、励起光源１から出力される励起光１の波長を制御する。すなわち、信号光入力端子（７０２）に信号光が入射した場合に光周波数ｖ１＝２ｖｍ−ｖｓの励起光１を出力し、信号光が入射していない場合に光周波数ｖ１＝ｖｍの励起光１を出力するように制御する。さらに、制御回路（７１４）は、受光部２から出力される電気信号に基づいて、光分岐部２において分岐される励起光１の第２次高調波光（光周波数：２ｖ１）および励起光１と信号光との和周波光（光周波数：ｖ１＋ｖｓ）の一方の出力を選択する。すなわち、信号光が入射していない場合に励起光１の第２次高調波光（光周波数２ｖ１）が、信号光が入射している場合に信号光と励起光１との和周波光（光周波数ｖ１＋ｖｓ）がそれぞれ分岐されて受光部１へ入力される。
【００５２】
このような構成とすることで、第３の実施形態に示した励起光源３を用いることなく、信号光が入射しない場合においても出力される波長変換光を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る波長変換装置の基本構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における波長の関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における波長の関係を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の構成図である。
【図７】本発明の第４の実施形態の構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００，２００，４００，６００，７００  波長変換装置
１０２，２０２，４０２，６０２，７０２  信号光入力端子
１０４，２０４，４０４−１，４０４−２，６０４−１，６０４−２，６０４−３，７０４−１，７０４−２  励起光源
１０６，２０６，４０６，６０６，７０６，７２０  光合波部
１０８  光非線形素子
１１０，２１０，４１０，６１０，７１０  光分岐部
１１２，２１２，４１２，６１２，７１２  受光部
１１４，２１４，４１４，６１４，７１４  制御回路
１１６，２１６，４１６，６１６，７１６  波長変換光出力端子
２０８，４０８，６０８，７０８  擬似位相整合光非線形素子
【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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