(57)【要約】【課題】入力信号光パワーのダイナミックレンジを拡大した光波長変換装置を提供する。【解決手段】第１の半導体光増幅器と第２の半導体光増幅器からなる２つの半導体光増幅器が光導波路上に並列に配置されてなるマッハシェンダ干渉計を１つ以上搭載し、前記マッハシェンダ干渉計毎に、信号光を入射するために一端が前記マッハシェンダ干渉計に接続された透明導波路上に、信号光パワーの増幅及び減衰を行う第３の半導体光増幅器、および前記第３の半導体光増幅器よりも前記マッハシェンダ干渉計側に、信号光を透過させかつ前記第３の半導体光増幅器が増幅する他の光波長帯域の自然放出光を除去する光波長フィルタ素子を配置した光波長変換装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体光増幅器と第２の半導体光増幅器からなる２つの半導体光増幅器が光導波路上に並列に配置されてなるマッハシェンダ干渉計を１つ以上搭載し、前記マッハシェンダ干渉計毎に、信号光を入射するために一端が前記マッハシェンダ干渉計に接続された透明導波路上に、信号光パワーの増幅及び減衰を行う第３の半導体光増幅器、および前記第３の半導体光増幅器よりも前記マッハシェンダ干渉計側に、信号光を透過させかつ前記第３の半導体光増幅器が増幅する他の光波長帯域の自然放出光を除去する光波長フィルタ素子を配置したことを特徴とする光波長変換装置。
【請求項２】
光波長フィルタ素子が方向性結合器からなることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
【請求項３】
光波長フィルタ素子が多モード干渉カプラからなることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
【請求項４】
光波長フィルタ素子が透明導波路上に形成されたレーティング部からなることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
全光ネットワークにおけるノードでの光波長変換装置として半導体光増幅器(ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier)を用いた光波長変換装置がある。従来の光波長変換装置はインジウムと燐(リン)の化合物結晶で形成された半導体基板上に形成され、第１のＳＯＡと第２のＳＯＡ(５)が並列に配置され、透明導波路でそれらＳＯＡが接続されることで干渉計が構成され、第１のＳＯＡと接続される透明導波路上に電極を蒸着することで作製された第１の位相調整導波路、第２のＳＯＡと接続される透明導波路上に電極を蒸着することで作製された第２の位相調整導波路、第１のＳＯＡと透明導波路により接続された信号光入力端子、第１のＳＯＡと第２のＳＯＡに透明導波路により接続されたプローブ光入力端子、第１のＳＯＡと第２のＳＯＡに透明導波路により接続され、プローブ光入力端子の対極に位置する光出力端子を有する。プローブ光入力端子からプローブ光(ＣＷ)が入力され、信号光入力端子から信号光(ＯＮ−Ｏｆｆ信号)が入力され、光出力端子より波長変換光が出射される(例えば下記特許文献１参照)。
【０００３】
波長１５５０ｎｍ帯の信号光が信号光入力端子に入力されると透明導波路を進行し、第１のＳＯＡに入力される。第１のＳＯＡのバイアス電流を調整することにより、入力信号光は第１のＳＯＡにおいて増幅作用を受けるが、同時にＳＯＡのキャリア密度は入力信号光パワーの増減と同期し変調されるため、入力信号光に同期して第１のＳＯＡにおける利得及び第１のＳＯＡの屈折率も変調される。一方、信号光と光波長が異なるプローブ光がプローブ光入力端子より入力されると透明導波路上で分岐され、第１のＳＯＡと第２のＳＯＡに入力される。第１のＳＯＡに入力されるプローブ光は第１のＳＯＡにおいて信号光に同期した利得及び位相変調を受ける。一方、第２のＳＯＡのバイアス電流を調整することにより、プローブ光は第２のＳＯＡにおいて増幅作用を受ける。第１のＳＯＡと第２のＳＯＡを通過したプローブ光は干渉することにより位相変調から強度変調に変換され、プローブ光は波長変換光となり出力端子から出射する。出射する波長変換光は第１の位相調整導波路と第２の位相調整導波路によりプローブ光の位相差を調整することができ、高い消光比を得ることができる。理想的に位相だけを変化させることができる位相調整導波路ができれば、いずれか一方の位相調整導波路だけでよいが、実際には増減するキャリアにより導波路内の光損失が増減するため、両方に電流を流し位相差を調整することで、損失を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のようなＳＯＡを用いた従来の波長変換器では、第１のＳＯＡのキャリア密度変化を利用し、プローブ光の振幅及び位相を変調し、第１のＳＯＡと第２のＳＯＡを通過したプローブ光の干渉により位相変調を強度変調に変換するため、振幅、位相の両方のパラメータを最適化する必要があり、入力信号光のパワーが変動した場合、第１のＳＯＡのキャリア密度が変動し、第１のＳＯＡを通過するプローブ光の振幅、位相が変動するため、波長変換動作する入力信号光のパワー許容範囲が狭いという課題があった。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、入力信号光パワーのダイナミックレンジを拡大した光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】
この発明は、第１の半導体光増幅器と第２の半導体光増幅器からなる２つの半導体光増幅器が光導波路上に並列に配置されてなるマッハシェンダ干渉計を１つ以上搭載し、前記マッハシェンダ干渉計毎に、信号光を入射するために一端が前記マッハシェンダ干渉計に接続された透明導波路上に、信号光パワーの増幅及び減衰を行う第３の半導体光増幅器、および前記第３の半導体光増幅器よりも前記マッハシェンダ干渉計側に、信号光を透過させかつ前記第３の半導体光増幅器が増幅する他の光波長帯域の自然放出光を除去する光波長フィルタ素子を配置したことを特徴とする光波長変換装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、入力信号光パワーのダイナミックレンジを拡大した光波長変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による光波長変換装置の構成図である。
【図２】図１の方向性結合部の一例の構造図である。
【図３】図１の方向性結合部の両側の透明導波路の信号光の伝搬の様子をビーム伝播法によりシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】図１の方向性結合部における波長に対する結合効率を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２による光波長変換装置の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態３による光波長変換装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明では、入力信号光のパワー許容範囲が狭いという課題を解消するために、第３のＳＯＡを第１のＳＯＡと信号光入力端子との間に配置する。信号光入力端子から第３のＳＯＡに入力される入力信号光パワーは第３のＳＯＡのキャリア密度を操作することで増幅及び吸収を行い、第１のＳＯＡに入力される信号光パワーを一定に保つことで、入力信号光パワーのダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１１】
しかしながらこの場合、入力信号光パワーが小さいとき、第３のＳＯＡにおいて入力信号光パワーを増幅させるが、入力信号光パワーの増幅と共に第３のＳＯＡにおいて増幅された自然放出光(ＡＳＥ:Amplified spontaneous emission)が発生するため、このＡＳＥがノイズとなり、Ｓ／Ｎ比が劣化し波長変換波形が劣化する問題がある。ＡＳＥは広い光波長帯域に渡り放射されるため、この点を解消するために、第３のＳＯＡと第１のＳＯＡの間に光波長フィルタを入れる。
【００１２】
この発明では、第３のＳＯＡと第１のＳＯＡの間に光波長フィルタ機能を有する導波路構造を形成し、このフィルタ機能において信号光を効率よく透過させ、その他の広い光波長帯域に発生するＡＳＥを除去する。
【００１３】
以下、この発明による光波長変換装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光波長変換装置の構成図である。半導体基板上に各素子が形成される光波長変換装置は、信号光を入力する信号光入力端子１とプローブ光を入力するプローブ光入力端子２及び、波長変換された光を出力する光出力端子３を有している。プローブ光入力端子２は第１のＳＯＡ４および第２のＳＯＡ５と、途中で２つに分岐したＹ字型の透明導波路により接続されている。Ｙ字型の透明導波路の透明導波路８と透明導波路１２により第１のＳＯＡ４の一端とプローブ光入力端子２が接続され、透明導波路８と透明導波路１３により第２のＳＯＡ５の一端とプローブ光入力端子２が接続されている。
【００１５】
同様に光出力端子３は第１のＳＯＡ４および第２のＳＯＡ５と途中で２つに分岐したＹ字型の透明導波路により接続されている。Ｙ字型の透明導波路の、透明導波路の一部に電極を蒸着することで製作された第１の位相調整導波路１７を有する透明導波路１４と透明導波路１６により第１のＳＯＡ４の他端と光出力端子３が接続され、透明導波路の一部に電極を蒸着することで製作された第２の位相調整導波路１８を有する透明導波路１５と透明導波路１６により第２のＳＯＡ５の他端と光出力端子３が接続されている。
【００１６】
従って、透明導波路８、透明導波路１２、透明導波路１３、第１のＳＯＡ４、第２のＳＯＡ５と、透明導波路１４、透明導波路１５および透明導波路１６でマッハシェンダ干渉計(ＭＺＩ：Mach-Zehnder Interferometer)を構築し、そのうち透明導波路８，１２，１３，１４，１５，１６が光導波路を構成している。
【００１７】
信号光入力端子１と第３のＳＯＡ７の一端は透明導波路６により接続されており、また、方向性結合部１０において、第３のＳＯＡ７の他端に接続された透明導波路９を伝搬する信号光が透明導波路１１に結合するように構成されており、透明導波路１１は透明導波路１２と接続されている。
【００１８】
次に動作について説明する。光波長１５５０ｎｍの入力信号光が信号光入力端子１に入射されると、透明導波路６を通過して第３のＳＯＡ７に入射する。第３のＳＯＡ７のバイアス電流を調整することで、第３のＳＯＡ７のキャリア密度が変化し、第３のＳＯＡ７において信号光の増幅及び減衰が行われる。第３のＳＯＡ７を通過した信号光は方向性結合部１０において、透明導波路９から透明導波路１１に結合し、信号光以外のＡＳＥ光は方向性結合部１０において減衰する。第１のＳＯＡ４のバイアス電流を調整することで、第３のＳＯＡ７を通過した信号光が透明導波路１１から透明導波路１２に進行し、第１のＳＯＡ４に入射したとき、入力信号光のパワーの増減に同期し信号光の利得及び第１のＳＯＡ４の屈折率が変化する。
【００１９】
光波長１５５３ｎｍのような信号光とは異なるプローブ光がプローブ光入力端子２より入射されると、透明導波路８を進行し途中、透明導波路１２と透明導波路１３に分岐し進行する。透明導波路１２を進行し、第１のＳＯＡ４に入射されたプローブ光は第１のＳＯＡ４により増幅及び位相変調を受ける。第２のＳＯＡ５のバイアス電流を調整することで、透明導波路１３を進行し、第２のＳＯＡ５に入射するプローブ光は増幅される。第２のＳＯＡ５を通過し透明導波路１５を進行するプローブ光と第１のＳＯＡ４を通過して透明導波路１４を進行するプローブ光は透明導波路１６で干渉する。この干渉効果により、プローブ光は位相変調から強度変調に変換され波長変換光として光出力端子３から出射される。
【００２０】
ＭＺＩの両アームで発生するプローブ光の位相差を調整する目的で第１の位相調整導波路１７と第２の位相調整導波路１８が設けられており、それら位相調整導波路のバイアス電流を調整することで、大きな消光比を得ることができる。理想的に位相だけを変化させることができる位相調整導波路ができれば、いずれか一方の位相調整導波路だけでよいが、実際には増減するキャリアにより導波路内の光損失が増減するため、両方に電流を流し位相差を調整することで、損失を抑制することができる。
【００２１】
この発明では、第３のＳＯＡ７において発生するＡＳＥを方向性結合部１０で減衰させ、信号光のみを透過させるものであり、透明導波路９を進行する信号光を効率良く透明導波路１１に結合させ、信号光波長以外の広い帯域で発生するＡＳＥの透明導波路９から透明導波路１１への結合損失を発生させ減衰さるものである。
【００２２】
図２に方向性結合部１０の一例の構造図を示す。導波路の幅、高さ及び導波路間隔は波長１５５０ｎｍの信号光が透明導波路内をシングルモード伝搬し、透明導波路９から透明導波路１１に結合するように幅０．７５μｍ、高さ０．２５μｍ、導波路間隔１．５μｍとしている。
【００２３】
透明導波路９及び透明導波路１１の信号光の伝搬の様子をビーム伝播法(ＢＰＭ：Beam Propagation Method)によりシミュレーションした結果を図３に示す。図３の横軸は伝播距離、縦軸は伝播垂直方向位置を示す。信号光は透明導波路９と透明導波路１１間を往復しながら進行する。そのため、透明導波路９と透明導波路１１の干渉長Ｌを選択することで、透明導波路９から透明導波路１１への信号光の結合効率を選択することができる。
【００２４】
図４に方向性結合部１０における波長に対する結合効率を示す。図４は透明導波路９から透明導波路１１に信号光が効率よく結合し、ＡＳＥの結合を抑制することができる干渉長Ｌを６１７．７μｍとしたときの計算結果であり、信号光波長１５５０ｎｍから波長がずれることで結合損失が大きくなるため、ＡＳＥのような広帯域な波長を含む光は方向性結合部１０において減衰することになる。
【００２５】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による光波長変換装置の構成図である。図５の光波長変換装置は、図１の実施の形態１の光波長変換装置における方向性結合部１０を、多モード干渉カプラ１９に置換えたものである。第３のＳＯＡ７において発生するＡＳＥを多モード干渉カプラ１９により減衰させ、信号光のみ透明導波路１１に結像させるものである。光波長及び多モード干渉カプラ１９の導波路幅に依存して多モード干渉カプラ内では高次モードが発生する。信号光波長１５５０ｎｍにおいて多モード干渉カプラ１９の長さを０次モード(モードの重ね合わせ)の像が励起される長さとすることで、透明導波路１１に最もよく結合する。波長に対し励起されるモードが変わり、結像する位置も変化するため、第３のＳＯＡ７において発生する広帯域な光波長を持つＡＳＥは多モード干渉カプラ１９において減衰し、信号光のみ透明導波路１１に効率よく結合する。
【００２６】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による光波長変換装置の構成図である。図６の光波長変換装置は、図１の実施の形態１の光波長変換装置における方向性結合部１０を、グレーティング部２０に置換えたものである。第３のＳＯＡ７において発生するＡＳＥをグレーティング部２０により減衰させ、信号光のみグレーティング部２０を通過させるものである。グレーティング部２０は導波路の等価屈折率とグレーティング周期に依存し逆方向結合(反射)する波長が決定し、反射波長は２Λｎで求めることがでる。ここで、Λは周期、ｎは導波路内の等価屈折率である。例えば、屈折率を３．２とし、周期を４８１ｎｍとすると、反射波長は１５４０ｎｍとなる。周期Λを変化させることで反射波長帯域を広げることができる。従って、信号光波長１５５０ｎｍを透過させ、第３のＳＯＡ７において発生する広帯域な光波長を持つＡＳＥを減衰させることができる。
【００２７】
なお、上記各実施の形態では半導体基板上に１つの光波長変換装置を形成した場合について説明したが、一つの半導体基板上にそれぞれ同一の構成の複数の光波長変換装置を形成してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  信号光入力端子、２  プローブ光入力端子、３  光出力端子、４  第１のＳＯＡ、５  第１のＳＯＡ、６，８，９，１１〜１６  透明導波路、７  第３のＳＯＡ、１０  方向性結合部、１７  第１の位相調整導波路、１８  第２の位相調整導波路、１９  多モード干渉カプラ、２０  グレーティング部。
【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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