(57)【要約】  容易に出力波形の特性を変更することが可能で、精確な出力波形を得ることのできる光パルス発生装置を用いた、簡易な構成で、しかも入力信号光に応じて高速に周波数、波長を切り替えることの可能な波長変換装置を提供する。  波長変換装置（９０）を、少なくとも一部に一定または略一定の勾配部分を含む波形を有する光パルスからなり、各々の光パルスの波形が同一である光パルス列を生成する光パルス発生装置（１２）と、光パルス発生装置（１２）から入力された光パルス列の各々の光パルスの勾配の大きさを制御して制御光ＰＣを生成する勾配制御部（１４）と、信号光ＰＳおよび制御光ＰＣを入力し、制御光ＰＣの勾配の大きさに応じて信号光ＰＳの各パルスの中心波長をシフトさせ、信号光ＰＳの波長を可変にして出力する波長変換部（１６）と、を含むように構成した。
2014104038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光パルス列および制御光パルス列を時間的に重ね合わせて入力することにより、信号光パルス列の波長を変換する装置において、
少なくとも一部に一定または略一定の勾配部分を含む波形を有する光パルスからなり、各々の光パルスの波形が同一である光パルス列を生成する光パルス発生装置と、
前記光パルス発生装置から入力された前記光パルス列の各々の光パルスの前記勾配の大きさを制御して制御光パルス列を生成する勾配制御装置と、
信号光パルス列および前記制御光パルス列を入力し、前記制御光パルス列の勾配の大きさに応じて信号光パルス列の各パルスの中心波長をシフトさせ、前記信号光パルス列の波長を可変にして出力する波長変換部と、
を含む波長変換装置。
【請求項２】
前記信号光パルス列が複数のチャネルの光信号を時分割多重した光信号であり、
前記チャネルごとに変換すべき波長を決定し、当該波長のシフト量に応じた勾配を有し、かつ前記チャネルの数を周期とする制御光パルス列が生成されるように前記勾配制御装置を制御する制御装置をさらに含み、
前記波長変換部は、前記信号光パルス列の波長を前記チャネルごとにシフト量を異ならせて変換し出力光信号として出力する
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
前記信号光パルス列の先頭位置を検出する検出装置と、
前記検出装置から入力された前記信号光パルス列および前記勾配制御装置から入力された前記制御光パルス列の少なくとも一方を遅延させ、前記信号光パルス列の先頭位置と前記制御光パルス列の先頭位置との時間差を調整する可変遅延装置と、をさらに含み、
前記制御装置は、前記信号光パルス列と前記制御光パルス列との時間的な重なりが、前記波長変換部において波長変換を生じさせるように前記可変遅延装置を制御して前記時間差を調整する
請求項２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記波長変換部から出力された前記出力光信号を入力する入力端と、前記出力光信号に含まれる前記チャネルを前記波長に応じて分離し出力する複数の出力端を有する分光素子をさらに含む
請求項２または請求項３に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記複数の出力端が各々異なる送信先に接続され、
前記制御装置は、前記チャネルの送信先の変更に伴い、当該チャネルの光信号が出力される出力端が変更後の送信先に接続された出力端となるように、前記勾配制御装置を制御して、当該チャネルに対応する制御光パルス列の各々の光パルスの勾配を変更後の出力端に対応する波長に応じた勾配に変更する
請求項４に記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記信号光パルス列が時系列で配置された複数のパケットからなる光信号であり、
前記パケットごとに変換すべき波長を決定し、当該波長のシフト量に応じた勾配を有し、かつ前記パケットに含まれるビットの数を周期とする制御光パルス列が前記パケットごとに生成されるように前記勾配制御装置を制御する第２の制御装置をさらに含み、
前記波長変換部は、前記信号光パルス列の波長を前記パケットごとにシフト量を異ならせて変換し出力光信号として出力する
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記パケットごとにその先頭位置を検出する検出装置と、
前記検出装置から入力された前記信号光パルス列および前記勾配制御装置から入力された前記制御光パルス列の少なくとも一方を遅延させ、前記信号光パルス列の先頭位置と前記制御光パルス列の先頭位置との時間差を調整する可変遅延装置と、をさらに含み、
前記第２の制御装置は、前記信号光パルス列と前記制御光パルス列との時間的な重なりが、前記波長変換部において波長変換を生じさせるように前記可変遅延装置を制御して前記時間差を調整する
請求項６に記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記波長変換部から出力された前記出力光信号を入力する入力端と、前記出力光信号に含まれる前記パケットを前記波長に応じて分離し出力する複数の出力端を有する分光素子をさらに含む
請求項６または請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記複数の出力端が各々異なる送信先に接続され、
前記第２の制御装置は、前記パケットの送信先の変更に伴い、当該パケットの光信号が出力される出力端が変更後の送信先に接続された出力端となるように、前記勾配制御装置を制御して、当該パケットに対応する制御光パルス列の各々の光パルスの勾配を変更後の出力端に対応する波長に応じた勾配に変更する
請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記制御光パルス列の各々の光パルスの波形が、立ち上がり部および立ち下がり部の少なくとも一方に、一定または略一定の勾配を有する波形である
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記制御光パルス列の各々の光パルスの波形が、立ち上がり部に一定または略一定の勾配を有するとともに立ち下がり部が速やかに立ち下がる鋸歯状波形、または、立ち下がり部に一定または略一定の勾配を有するとともに立ち上がり部が速やかに立ち上がる鋸歯状波形である
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記勾配制御装置は、入力された光パルス列に含まれる各々の光パルスの強度を制御して前記勾配の大きさを制御する
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記波長変換部が非線形ファイバまたは非線形光学結晶を含む非線形光学素子を用いて構成される
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記光パルス発生装置が、出力の一部を分岐し、光スペクトラムアナライザを介して測定された光スペクトル、および、光サンプリングオシロスコープを介して測定されたパルス波形をフィードバックして制御することにより前記パルス波形が同一である光パルス列を生成する光パルスシンセサイザである
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記光パルス発生装置が、パルス光源、前記パルス光源から入力された光パルスの強度および位相を制御して一定または略一定の正の勾配部分を含む波形を有する光パルスを生成し出力する第１の光パルス整形器、前記パルス光源から入力された光パルスの強度および位相を制御して一定または略一定の負の勾配部分を含む波形を有する光パルスを生成し出力する第２の光パルス整形器、および、前記第１の光パルス整形器の出力および前記第２の光パルス整形器の出力のいずれか一方を選択して前記波形が同一である光パルス列として出力する光スイッチを含んで構成される
請求項１ないし請求項１４のいずれか１項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、波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光伝送システムにおける伝送信号の大容量化に伴い、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）通信システムが発展してきた。ネットワーク網としてＷＤＭ通信システムを用いた場合には、異なる経路からの信号光同士の波長が重ならないように波長変換することが要求される。そして、柔軟な光ネットワークを構築するためには、波長変換が高速になされることが肝要である。【０００３】
その高速波長変換技術の一手法として、非線形光学効果の１種である相互位相変調（Cｒｏｓｓ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＸＰＭ）を用いたものがある。相互位相変調とは、信号光と制御光とを非線形媒質に入射した場合に、制御光の強度に比例した位相変調量が信号光に与えられる現象である。光周波数は位相変調の微分であるため、信号光に傾きが一定の位相変調を施せば、周波数シフト（波長変換）が実現できる。また、波長シフトの方向は制御光の強度勾配の正負によって決まり、スペクトルシフト量（変換波長幅）は制御光の強度勾配によって決まる。本手法で用いる非線形媒質としては、高非線形ファイバを代表として、特殊ガラスファイバやシリコン細線導波路など、非線形性の高い素子を広く用いることができる。【０００４】
上記相互位相変調を用いた波長変換の具体的な方法として、信号光パルスと制御光パルスとを時間的に重ね合わせ、非線形媒質中を伝搬させることによって、相互位相変調を介し波長変換する方法がある。そのような波長変換装置の従来例として、制御光にガウシアンパルスを用いる従来例１、および制御光に鋸歯状パルスを用いる従来例２を挙げることができる。【０００５】
図１４に、非特許文献１に開示された従来例１による波長変換装置８００を示す。
図１４（ａ）において太線は光ファイバを示しており、波長変換装置８００は、高非線形ファイバ８０２、光フィルタ８０４、第１の入力ポート８１０、第２の入力ポート８１２、および出力ポート８１４を含んで構成されている。なお、第１の入力ポート８１０、第２の入力ポート８１２、および出力ポート８１４には通常の単一モードファイバが用いられる。【０００６】
図１４（ａ）において、第１の入力ポート８１０に波長λ１の信号光ＰＳ、第２の入力ポート８１２にガウシアンパルス型の制御光ＰＣを入力し、時間的に重ね合わせて高非線形ファイバ８０２中を伝搬させることにより出力ポート８１４から波長変換された波長λ２の波長変換装置出力光ＰＭ（波長変換された信号光ＰＳ）を得ることができる。【０００７】
図１４（ｂ）には、時間領域における信号光ＰＳおよび制御光ＰＣの波形の変化の一例を示している。同図に示すように、信号光ＰＳと制御光ＰＣとを立ち上がり部分が重なるようにして高非線形ファイバ８０２中を伝搬させることにより相互位相変調を生じさせている。ガウス波形をした制御光ＰＣの立ち上がり部分の傾きが信号光ＰＳに位相変調を与えるので、その位相変調量に応じ信号光ＰＳの波長を変化させることができる。その結果、周波数領域での信号光ＰＳおよび制御光ＰＣの変化を表した図１４（ｃ）に示すように、入力された信号光ＰＳの波長がλ１からλ２へと変換され、波長変換装置出力光ＰＭ（波長変換された信号光ＰＳ）として出力される。【０００８】
図１５に、非特許文献２に開示された従来例２による波長変換装置９００を示す。
図１５（ａ）において太線は光ファイバを示しており、波長変換装置９００は、高非線形ファイバ９０２、第１の入力ポート９１０、第２の入力ポート９１２、出力ポート９１４、サーキュレータ９１６、およびＳＳＦＢＧ（Ｓｕｐｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：超構造ファイバブラッググレーティング)９１８を含んで構成されている。なお、第１の入力ポート９１０、第２の入力ポート９１２、および出力ポート９１４には通常の単一モードファイバが用いられる。【０００９】
図１５（ａ）において、第１の入力ポート９１０に波長λ１の信号光ＰＳ、第２の入力ポート９１２にＳＳＦＢＧ９１８で生成された鋸歯状のパルスである制御光ＰＣを入力し、時間的に重ね合わせて高非線形ファイバ９０２中を伝搬させることにより出力ポート９１４から波長変換された波長λ２の波長変換装置出力光ＰＭ（波長変換された信号光ＰＳ）を得ることができる。【００１０】
ＳＳＦＢＧとは、光ファイバ型の帯域反射フィルタであるＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ファイバブラッググレーティング）を周期的に配置し、その間の位相を調整した素子である。本従来例２では、第２の入力ポート９１２から所定の光パルスＰＣ’をＳＳＦＢＧ９１８に入射させることにより、鋸歯状パルスを形成するのに必要な周波数成分を反射させて合成することにより鋸歯状パルスを生成している。【００１１】
図１５（ｂ）には、時間領域における各信号の波形の変化の一例を示している。同図に示すように、信号光ＰＳに制御光ＰＣの立ち上がり部分が重なるようして高非線形ファイバ９０２中を伝搬させることにより相互位相変調を生じさせている。鋸歯状の波形をした制御光ＰＣの立ち上がり部分の傾きが信号光ＰＳに位相変調を与えるので、その位相変調量に応じて信号光ＰＳの波長を変化させることができる。その結果、周波数領域での信号光ＰＳおよび制御光ＰＣの変化を表した図１５（ｃ）に示すように、入力された信号光ＰＳの波長がλ１からλ２へと変換され、波長変換装置出力光ＰＭ（波長変換された信号光ＰＳ）として出力される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Jianjun Yu; Jeppesen, P.; , 80-Gb/s wavelength conversion based on cross-phase modulation in high-nonlinearity dispersion-shifted fiber and optical filtering, Photonics Technology Letters, IEEE , Vol.13, No.8, 2001, pp.833-835
【非特許文献２】Parmigiani, F.; Ibsen, M.; Petropoulos, P.; & Richardson, D. J.; , Efficient All-Optical Wavelength-Conversion Scheme Based on a Saw-Tooth Pulse Shaper, Photonics Technology Letters, IEEE , Vol.21, No.24, 2009, p1837-p1839
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来例１については、制御光ＰＣがガウシアンパルスであるため、立ち上がり部分の傾きが一定の時間範囲Δｔ（図１４（ｂ）参照）が狭く、制御光ＰＣと信号光ＰＳとのタイミング合わせに厳密性が要求される。
さらに、従来例１では、変換された信号光を切り出すための光フィルタ８０４が必要とされる上、信号光ＰＳの変換効率も低い。その理由を以下に説明する。【００１４】
図１４（ｃ）に示すように、信号光ＰＳの光エネルギーのうち、制御光ＰＣの傾きが一定の時間幅に入らなかった部分は、目的とする変換光の周波数とは異なる周波数成分に変換されるので、信号光ＰＳのスペクトルが拡大される。したがって、目的とする波長λ２の波長変換装置出力光ＰＭを切り出すために、中心波長λ２のバンドパス型の光フィルタ８０４を用いる必要がある。
この際、波長λ２以外のスペクトルは除去するので、光エネルギーの変換効率が非常に低いものとなってしまう。【００１５】
一方、従来例２は、制御光ＰＣにおける傾きが一定の時間幅が狭いという従来例１の欠点を、鋸歯状パルスの制御光ＰＣを用いることにより改善している。鋸歯状パルスの立ち上がり部分の傾きは一定であるのでその時間幅は広く、制御光ＰＣと信号光ＰＳとのタイミング合わせに余裕が生じる。また、鋸歯状パルスの傾きが一定の時間幅に信号光ＰＳのパルスを納めることが容易であるため、スペクトルが拡大することもなく波長シフトのみが生ずるので、波長変換効率を高くすることができる。【００１６】
しかしながら、従来例２においては、入出力特性が固定されたＳＳＦＢＧを使用しているので、鋸歯状パルスの幅や波長を任意の値に変えることが困難である。そのため、出力される鋸歯状パルスの勾配も固定されている。したがって、たとえば、パルス列からなる信号光ＰＳの幅や波長が当初の設定から変わったときに、対応することができない。また、信号光ＰＳの各パルス単位で波長を可変にするようなこともできない。【００１７】
さらに、ＳＳＦＢＧは紫外線の干渉縞を光ファイバに照射し、紫外線誘起屈折率変化により周期的な屈折率の変化を光ファイバ中に形成しているので、屈折率の変化を精密に制御するのが難しく、生成される鋸歯状パルスの形状（特に立ち上がり部の直線性）の精確さに欠けるという欠点がある。鋸歯状パルスの立ち上がり部の直線性が悪いと、従来例１のガウシアンパルスによる場合と同様、信号光の波長を精確にシフトすることができない。【００１８】
本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、一定の勾配を有する光パルス列を発生することができ、その強度を調整することによって、入力信号光の波長を切り替えることの可能な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】
【００１９】
本発明の第１の態様に係る波長変換装置は、信号光パルス列および制御光パルス列を時間的に重ね合わせて入力することにより、信号光パルス列の波長を変換する装置において、少なくとも一部に一定または略一定の勾配部分を含む波形を有する光パルスからなり、各々の光パルスの波形が同一である光パルス列を生成する光パルス発生装置と、前記光パルス発生装置から入力された前記光パルス列の各々の光パルスの前記勾配の大きさを制御して制御光パルス列を生成する勾配制御装置と、信号光パルス列および前記制御光パルス列を入力し、前記制御光パルス列の勾配の大きさに応じて信号光パルス列の各パルスの中心波長をシフトさせ、前記信号光パルス列の波長を可変にして出力する波長変換部と、を含むものである。【００２０】
本発明の第２の態様に係る波長変換装置は、第１の態様に係る波長変換装置において、前記信号光パルス列が複数のチャネルの光信号を時分割多重した光信号であり、前記チャネルごとに変換すべき波長を決定し、当該波長のシフト量に応じた勾配を有し、かつ前記チャネルの数を周期とする制御光パルス列が生成されるように前記勾配制御装置を制御する制御装置をさらに含み、前記波長変換部は、前記信号光パルス列の波長を前記チャネルごとにシフト量を異ならせて変換し出力光信号として出力するものである。【００２１】
本発明の第３の態様に係る波長変換装置は、第２の態様に係る波長変換装置において、前記信号光パルス列の先頭位置を検出する検出装置と、前記検出装置から入力された前記信号光パルス列および前記勾配制御装置から入力された前記制御光パルス列の少なくとも一方を遅延させ、前記信号光パルス列の先頭位置と前記制御光パルス列の先頭位置との時間差を調整する可変遅延装置と、をさらに含み、前記制御装置は、前記信号光パルス列と前記制御光パルス列との時間的な重なりが、前記波長変換部において波長変換を生じさせるように前記可変遅延装置を制御して前記時間差を調整するものである【００２２】
本発明の第４の態様に係る波長変換装置は、第２の態様または第３の態様に係る波長変換装置において、前記波長変換部から出力された前記出力光信号を入力する入力端と、前記出力光信号に含まれる前記チャネルを前記波長に応じて分離し出力する複数の出力端を有する分光素子をさらに含むものである。【００２３】
本発明の第５の態様に係る波長変換装置は、第４の態様に係る波長変換装置において、前記複数の出力端が各々異なる送信先に接続され、前記制御装置は、前記チャネルの送信先の変更に伴い、当該チャネルの光信号が出力される出力端が変更後の送信先に接続された出力端となるように、前記勾配制御装置を制御して、当該チャネルに対応する制御光パルス列の各々の光パルスの勾配を変更後の出力端に対応する波長に応じた勾配に変更するものである。【００２４】
本発明の第６の態様に係る波長変換装置は、第１の態様に係る波長変換装置において、前記信号光パルス列が時系列で配置された複数のパケットからなる光信号であり、前記パケットごとに変換すべき波長を決定し、当該波長のシフト量に応じた勾配を有し、かつ前記パケットに含まれるビットの数を周期とする制御光パルス列が前記パケットごとに生成されるように前記勾配制御装置を制御する第２の制御装置をさらに含み、前記波長変換部は、前記信号光パルス列の波長を前記パケットごとにシフト量を異ならせて変換し出力光信号として出力するものである。【００２５】
本発明の第７の態様に係る波長変換装置は、第６の態様に係る波長変換装置において、前記パケットごとにその先頭位置を検出する検出装置と、前記検出装置から入力された前記信号光パルス列および前記勾配制御装置から入力された前記制御光パルス列の少なくとも一方を遅延させ、前記信号光パルス列の先頭位置と前記制御光パルス列の先頭位置との時間差を調整する可変遅延装置と、をさらに含み、前記第２の制御装置は、前記信号光パルス列と前記制御光パルス列との時間的な重なりが、前記波長変換部において波長変換を生じさせるように前記可変遅延装置を制御して前記時間差を調整するものである。【００２６】
本発明の第８の態様に係る波長変換装置は、第６の態様または第７の態様に係る波長変換装置において、前記波長変換部から出力された前記出力光信号を入力する入力端と、前記出力光信号に含まれる前記パケットを前記波長に応じて分離し出力する複数の出力端を有する分光素子をさらに含むものである。【００２７】
本発明の第９の態様に係る波長変換装置は、第８の態様に係る波長変換装置において、前記複数の出力端が各々異なる送信先に接続され、前記第２の制御装置は、前記パケットの送信先の変更に伴い、当該パケットの光信号が出力される出力端が変更後の送信先に接続された出力端となるように、前記勾配制御装置を制御して、当該パケットに対応する制御光パルス列の各々の光パルスの勾配を変更後の出力端に対応する波長に応じた勾配に変更するものである。【００２８】
本発明の第１０の態様に係る波長変換装置は、第１ないし第９のいずれか１つの態様に係る波長変換装置において、前記制御光パルス列の各々の光パルスの波形が、立ち上がり部および立ち下がり部の少なくとも一方に、一定または略一定の勾配を有する波形であるものである。【００２９】
本発明の第１１の態様に係る波長変換装置は、第１ないし第１０のいずれか１つの態様に係る波長変換装置において、前記制御光パルス列の各々の光パルスの波形が、立ち上がり部に一定または略一定の勾配を有するとともに立ち下がり部が速やかに立ち下がる鋸歯状波形、または、立ち下がり部に一定または略一定の勾配を有するとともに立ち上がり部が速やかに立ち上がる鋸歯状波形であるものである。【００３０】
本発明の第１２の態様に係る波長変換装置は、第１ないし第１１のいずれか１つの態様に係る波長変換装置において、前記勾配制御装置は、入力された光パルス列に含まれる各々の光パルスの強度を制御して前記勾配の大きさを制御するものである。【００３１】
本発明の第１３の態様に係る波長変換装置は、第１ないし第１２のいずれか１つの態様に係る波長変換装置において、前記波長変換部が非線形ファイバまたは非線形光学結晶を含む非線形光学素子を用いて構成されるものである。【００３２】
本発明の第１４の態様に係る波長変換装置は、第１ないし第１３のいずれか１つの態様に係る波長変換装置において、前記光パルス発生装置が、出力の一部を分岐し、光スペクトラムアナライザを介して測定された光スペクトル、および、光サンプリングオシロスコープを介して測定されたパルス波形をフィードバックして制御することにより前記パルス波形が同一である光パルス列を生成する光パルスシンセサイザであるものである。【００３３】
本発明の第１５の態様に係る波長変換装置は、第１ないし第１４のいずれか１つの態様に係る波長変換装置において、前記光パルス発生装置が、パルス光源、前記パルス光源から入力された光パルスの強度および位相を制御して一定または略一定の正の勾配部分を含む波形を有する光パルスを生成し出力する第１の光パルス整形器、前記パルス光源から入力された光パルスの強度および位相を制御して一定または略一定の負の勾配部分を含む波形を有する光パルスを生成し出力する第２の光パルス整形器、および、前記第１の光パルス整形器の出力および前記第２の光パルス整形器の出力のいずれか一方を選択して前記波形が同一である光パルス列として出力する光スイッチを含んで構成されるものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、一定の勾配を有する光パルス列を発生することができ、その強度を調整することによって、入力信号光の波長を切り替えることの可能な波長変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施の形態に係る波長変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施例に係る波長変換装置の制御光の波形の実測値および目標値を示す波形図である。
【図３】実施例に係る波長変換装置の各波形のスペクトル、および波長変換動作を説明するための各部波形等の模式図である。
【図４】実施例に係る波長変換装置の入力パワーに対する波長変換幅を示すグラフである。
【図５】実施例に係る波長変換装置の波長変換の有無による波長変換部の出力の光スペクトルを示す図である。
【図６】実施例に係る波長変換装置の固定パターンに対する制御光、変換光の波形を示す波形図である。
【図７】第２の実施の形態に係る波長変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の形態に係る光パルス発生装置で発生させる鋸歯状パルスの波形を示す模式図である。
【図９】第２の実施の形態に係る光パルス発生装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る波長変換装置の各部の波形を示す模式図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る波長変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】第３の実施の形態に係るパケットの構成を示す模式図である。
【図１３】第４の実施の形態に係る波長変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】従来例１による波長変換装置を説明するための模式図である。
【図１５】従来例２による波長変換装置を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００３７】
［第１の実施の形態］
図１に本実施の形態に係る波長変換装置９０に示す。波長変換装置９０は、光パルス発生装置１２、勾配制御部１４、波長変換部１６、光フィルタ６４、第１の入力ポート６６、第２の入力ポート６７、および出力ポート６８を含んで構成されている。
【００３８】
光パルス発生装置１２は、波形において一定または略一定の勾配部分を有する一定強度の光パルスを生成する部位であり、たとえば、後述するように光パルスシンセサイザにより構成することができる。本実施の形態では、該一定強度の光パルスを図８に示すような一定強度の鋸歯状波形のパルスとしている。光パルスシンセサイザを用いることにより、容易に鋸歯状波形パルスの波長や幅を変更することが可能で、精確な制御光波形を生成する光パルス発生装置を構成することができる。
【００３９】
勾配制御部１４は、光パルス発生装置１２から入力された光パルスのピーク強度（図８内のＰｈ）を、たとえば、外部からの信号に基づき変えることにより該光パルスの勾配を制御して、制御光ＰＣを生成する部位である。勾配制御部１４は、一例として、光増幅器や光変調器（光減衰器）等により構成することができる。図８において、パルスの勾配をＰＯとすると、
2014104038.tif 000003
（ここで、Ｔはゼロレベル幅であり、光強度が０の位置の光パルスの時間幅をいう）
なので、ピーク強度Ｐｈを変えることによって、パルスの勾配を制御できる。
なお本実施の形態における制御光ＰＣの波形は、一定または略一定の勾配部分を有する波形であれば、特に鋸歯状波形に限定されることなく適用することができる。
【００４０】
波長変換部１６は、制御光ＰＣの一定または略一定の勾配部分を用いて信号光ＰＳに傾き一定の強度変調を施し、信号光ＰＳに周波数シフト（波長変換）を行う部位であり、たとえば、非線形ファイバや非線形光学結晶などを用いて構成することができる。本実施の形態では、波長変換の方法として、相互位相変調を用いた形態を例示して説明するが、これに限られず一定または略一定の勾配を有する制御光を利用するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。
【００４１】
すなわち、非線形光学素子一般において、該非線形光学素子に一定または略一定の勾配を有する制御光を入射した場合の周波数シフト量Δｆ、あるいは波長シフト量Δλは、次の式で表される。
2014104038.tif 000004
ここで、γ：非線形光学素子の非線形定数、Ｐ０：制御光のパルス強度の勾配、Ｌ：作用長
したがって、本発明では、非線形光学素子の上記特性を用いることにより、波長変換部１６を構成することができる。
【００４２】
波長変換装置９０の第１の入力ポート６６からはパルス状の波長λＳ１の信号光ＰＳが、第２の入力ポート６７からは波長λＣの上記制御光ＰＣが、両者のタイミングをそろえて入力される。そして、図１における横軸が波長のグラフが示すように、波長変換部１６において、信号光ＰＳの波長はλＳ１からλＳ２に変換されて出力ポート６８から波長変換装置出力光ＰＭとして出力される。
【００４３】
ここで、信号光パルスＰＳ、および波長変換装置出力光パルスＰＭは一定のスペクトル分布を有するが、以下では、それぞれのパルスの中心波長λＳ１、λＳ２を単に波長と記載して説明する。
【００４４】
なお、図１において光フィルタ６４は制御光ＰＣを除去するためのフィルタであるが、本実施の形態においては、たとえば波長変換された信号光ＰＳとの関係で必要に応じ設ければよいものであり、以下の実施の形態においてはこれを省略した形態で説明する。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る波長変換装置９０では、波形において一定または略一定の勾配部分を有する一定強度の光パルスを発生する光パルス発生装置１２を採用している。そして、さらにその後段に、光パルス発生装置１２から入力された光パルスの強度を変えることにより該光パルスの勾配を独立に制御して制御光ＰＣを生成することが可能な勾配制御部１４を配置する構成としている。
したがって、本実施の形態に係る波長変換装置によれば、一定の勾配を有する光パルス列を発生することができ、その強度を調整することによって、入力信号光の波長を切り替えることの可能な波長変換装置を提供することができる。
【００４６】
［実施例］
以下に、本実施の形態に係る波長変換装置の実施例について説明する。本実施例では、図１に示す波長変換装置９０を実際に実現し、以下に示す各データを取得している。
【００４７】
図２は、波長変換装置９０の光パルス発生装置１２から出力された、制御光として使用する非対称な鋸歯状の光パルスの波形を示している。先述したように、当該光パルス発生装置１２は、後述の光パルスシンセサイザにより構成されている。図２に実験値で示された波形は繰り返し周波数１０ＧＨｚ、パルス幅１０ｐｓ（半値幅、ＦＷＨＭ）の光パルスであり、光パルス発生装置１２の出力を観測したものである。
【００４８】
図２に示す波形では、ゼロレベル幅を２０ｐｓとしている。また、実験値として示した波形が、実際の波長変換装置において観測した波形であり、目標値として示した波形は、シミュレーションにより求めた理想的な鋸歯状パルス波形である。
【００４９】
図２（ａ）に示す鋸歯状の光パルス波形では立ち上がり、立ち下がりの比を１：２としており、したがって、立ち上がり時間は６．７ｐｓ（ピークピーク値、ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値）、立ち下がり時間（ピークピーク値、ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値）は１３．３ｐｓとなっている。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す光パルス波形を強度軸に対して線対称とした光パルス波形である。したがって、図２（ｂ）に示す光パルス波形の立ち上がり、立ち下がりの比は２：１となっており、立ち上がり時間は１３．３ｐｓ、立ち下がり時間は６．７ｐｓとなっている。
【００５０】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、実験値と目標値とはよく一致していることがわかる。したがって、本実施例に係る波長変換装置によれば、一例として、精確な鋸歯状パルス波形を有する制御光ＰＣを生成することが可能であり、さらに、立ち上がり時間、立ち下がり時間、つまり鋸歯状パルス波形の勾配の設定等に対して柔軟に対応することが可能となっている。
【００５１】
つぎに、波長変換幅についての実施結果について説明する。
先述したように、本実施の形態に係る波長変換装置では、制御光ＰＣの勾配部分を用いて信号光ＰＳに強度変調を施すことにより、勾配に比例した波長シフト量Δλを得ることができる。ここでいう波長変換幅とはこの波長シフト量Δλをさし、信号光ＰＳの波長と波長変換装置出力光パルス（以下、「変換光」という場合がある）ＰＭの波長との差分である。なお、本実施例では、制御光ＰＣ、信号光ＰＳ、および変換光ＰＭの各波長は、各光スペクトラムのピーク値で読み取った波長としている。
【００５２】
本実施例では、波長変換装置９０の第１の入力ポート６６から入力する信号光ＰＳを波長１５４０ｎｍの連続光とし、光パルス発生装置１２からの出力（つまり制御光ＰＣ）を図２（ａ）に示す鋸歯状波形を有する波長１５５０ｎｍの光パルスとした。また、波長変換部１６には、長さ１００ｍの高非線形ファイバを用いた。
【００５３】
図３（ａ）に、図１に示す波長変換装置９０における波長変換部１６の出力で観測した光スペクトルを示す。同図において、波長１５５０ｎｍを中心とする光スペクトルが制御光ＰＣであり、波長１５４０ｎｍの線スペクトルが信号光ＰＳである。
【００５４】
また、信号光ＰＳの両側に発生している光スペクトルが変換光ＰＭの光スペクトルである。信号光ＰＳに対して長波長側に発生している変換光ＰＭは制御光ＰＣの正の勾配に対応して発生した変換光ＰＭであり、いわゆるレッドシフトした変換光である。また、信号光ＰＳに対して短波長側に発生している変換光ＰＭは制御光ＰＣの負の勾配に対応して発生した変換光ＰＭであり、いわゆるブルーシフトした変換光である。
【００５５】
上記の短波長側および長波長側への変換光ＰＭのスペクトルは、それぞれ制御光ＰＣの立ち下がり時間１３．３ｐｓ、および立ち上がり時間６．７ｐｓに対応する光周波数を有する矩形波の光スペクトル（ｓｉｎｃ関数形状）とよく一致している。したがって、原理通りに相互位相変調による波長変換が実現されていることがわかる。
【００５６】
図３（ｂ）ないし（ｆ）には、本実施例に係る波長変換装置の動作について説明するための模式図である。
図３（ｂ）は連続光である信号光ＰＳの波形、図３（ｃ）は図２（ａ）に示す波形を有する制御光ＰＣの波形を示している。なお、同図における横軸のｔは時間を、縦軸のＰは光パワーを表している。
【００５７】
また、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示す制御光ＰＣの立ち上がり部分および立ち下がり部分のそれぞれに対応する、時間に対する変換光ＰＭの光周波数ｆの変化を示している。同図に示すように、制御光ＰＣの立ち上がり部分においては基準となる光周波数ｆ（信号光ＰＳの波長である１５４０ｎｍに対応する周波数）に対して負側に偏移した（レッドシフトした）一定の光周波数となっており、制御光ＰＣの立ち下がり部分においては基準となる光周波数ｆに対して正側に偏移した（ブルーシフトした）一定の光周波数となっている。
【００５８】
さらに、図３(ｅ)は制御光ＰＣの立ち下がり部分に対応する変換光の波形を、図３（ｆ）は制御光ＰＣの立ち上がり部分に対応する変換光の波形を示している。図２（ａ）示す波形を有する制御光ＰＣで連続光である信号光ＰＳを時間的に一部切り出すため、制御光ＰＣの立ち上がり部分および立ち下がり部分に対応する各変換光の波形は、図３（ｅ）および（ｆ）に示すように矩形波になる。
【００５９】
ここで、先述したように、波長変換幅は制御光ＰＣの強度の時間波形の傾き（強度の時間波形の微分値）に比例する。つまり、波長変換幅は制御光ＰＣの強度勾配に比例し、該強度勾配の正負によって波長変換方向がそれぞれ＋方向、−方向（周波数シフトの方向がそれぞれ−方向、＋方向）となる。したがって、本実施の形態に係る波長変換装置では、図２に示す鋸歯状波形を有する制御光ＰＣのピーク強度を変更することによって、変換光ＰＭの変換波長を調整することができる。
【００６０】
図４は、波長が１５４０ｎｍで連続光の信号光ＰＳと、波長１５５０ｎｍの図２に示す鋸歯状波形を有する制御光ＰＣとを波長変換部１６に入力した場合の、制御光ＰＣの光強度（同図では「入力パワー」と表記）に対する波長変換幅を示している。図４（ａ）は、波長変換部１６を構成する高非線形ファイバの長さが１００ｍの場合のレッドシフトおよびブルーシフトの波長変換幅を、図４（ｂ）は、波長変換部１６を構成する高非線形ファイバの長さが２００ｍの場合のブルーシフトの波長変換幅を示している。なお、図４の入力パワーは平均値で表しているが、本実施例に係る制御光ＰＣは、図２に示すようにゼロレベル幅が２０ｐｓで一定の光パルス波形となっているので、制御光ＰＣの入力パワーの変化はすなわち制御光ＰＣのピーク強度の変化となっている。
【００６１】
図４（ａ）に示すように、高非線形ファイバの長さが１００ｍの場合、レッドシフトで約４ｎｍの波長変換幅、ブルーシフトで約３ｎｍの波長変換幅を実現している。また、図４（ｂ）に示すように、高非線形ファイバの長さが２００ｍの場合、ブルーシフトで約６ｎｍの波長変換幅を実現している。したがって、本実施例に係る波長変換装置によれば、高非線形ファイバの長さ、制御光ＰＣの入力パワーを調整することにより、レッドシフトおよびブルーシフトを合わせて１０ｎｍ以上の波長変換幅を有する波長変換装置を構成することが可能である。
【００６２】
また、図４から、先に示した波長シフト量Δλを算出する式のとおり、波長変換幅は制御光ＰＣの入力パワー、すなわち、本実施例では制御光ＰＣのパルス強度の勾配に対して比例して変化していることがわかる。また、図４（ｂ）に示す高非線形ファイバの長さが２００ｍの場合の内挿した直線の傾きは、図４（ａ）に示す高非線形ファイバの長さが１００ｍの場合の内挿した直線の傾きの約２倍となっていることがわかる。つまり、図４の結果から、本実施例に係る波長変換装置が理論通りの動作をしていることがわかる。
【００６３】
つぎに、本実施例に係る波長変換装置の波長変換効率について以下に述べる。
波長変換効率とは、波長変換部１６の出力で観測した場合の、信号光ＰＳに対する波長変換を行った場合の光強度の波長変換を行わない場合の光強度に対する比であり、当該波長変換においてどの程度の光の損失（または増幅）が発生したかを示す指標である。
【００６４】
図５は、波長変換部１６の出力を光フィルタ６４で切り出した、波長変換を行った場合（同図では、「波長変換あり」と表記）の変換光ＰＭの光スペクトルと、行わない場合（同図では、「波長変換なし」と表記）の信号光ＰＳの光スペクトルを示している。図５では、信号光ＰＳにパルス幅約５．５ｐｓのパルス列を用いており、制御光ＰＣは短波長側に波長変換される条件、つまり、鋸歯状波形の光パルスの負の勾配部分を用いる条件としている。また、波長変換を行わない場合では光パルス発生装置１２の動作を停止させ、波長変換部１６に制御光ＰＣを入力しないようにしている。
【００６５】
また、図５においては、波長変換の有無で損失を合わせるため、波長変換なしの場合には信号光ＰＳの波長１５４０ｎｍを中心波長とする光バンドパスフィルタで、波長変換ありの場合には変換光ＰＭの波長１５３８．５ｎｍ（つまり、波長変換の結果、信号光ＰＳの波長は短波長側に１．５ｎｍシフトしている）を中心波長とする光バンドパスフィルタで波長変換部１６の出力を切り出している。
【００６６】
図５から、波長変換なしの場合よりも波長変換ありの場合の方が光強度のピーク値が大きいことがわかる。また、波長変換なしの場合の平均光強度は−３．３ｄＢｍ、波長変換ありの場合の平均光強度は−１．６ｄＢｍとなっており、波長変換効率は１００％を越える１５０％となっていることがわかった。このことから、高非線形ファイバにおいて、相互位相変調による波長変換と同時にパラメトリック増幅が起こっており、本波長変換装置によれば信号光ＰＳの増幅も可能であることがわかった。
【００６７】
ところで、波長変換装置においては、所定の波長に正確に変換することのみならず、波長を変換するために要する時間（波長スイッチング時間）が重要である。そこで、この波長スイッチの速度を示す波長スイッチング時間を確認した結果について図６を参照しつつ説明する。
【００６８】
上記の波長変換効率の測定に際しては、繰り返し周波数１０ＧＨｚの信号光ＰＳの光パルスの各々に対して、同じ強度の光パルスとした制御光ＰＣを作用させていた。ここでは、波長変換動作におけるスイッチング時間を確認するため、図１に示す勾配制御部１４により制御光ＰＣに強度変調を施し、制御光ＰＣのビットごとの光パワーを信号光ＰＳのビットごと対応させて変化させ、信号光ＰＳのビットごとに波長変換を行った。
【００６９】
その際、信号光ＰＳ、および制御光ＰＣのパルスパターンとして固定パターン１１０１および固定パターン１０００の２種類のパターンを用い、光フィルタ６４として光バンドパスフィルタを用いて波長変換部１６の出力を切り出し、各固定パターンに対応する変換光ＰＭの波形を観測した。図６はその観測結果を示しており、図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ固定パターン１１０１の場合の制御光ＰＣの波形および変換光ＰＭの波形を、図６（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ固定パターン１０００の場合の制御光ＰＣの波形および変換光ＰＭの波形を示している。
【００７０】
図６に示すように、パルスパターンの異なる２種類の固定パターンの制御光ＰＣによって１００ｐｓ間隔のパルス列である信号光ＰＣが抜き出されている。このことから、本実施例に係る波長変換装置では、１００ｐｓ以下の波長スイッチング速度が得られていることがわかる。この波長スイッチング速度は、本実施の形態に係る波長変換装置のみならず、後述の波長分割多重伝送装置あるいは波長分割パケット伝送装置に対しても適用可能な速度である。
【００７１】
［第２の実施の形態］
図７に、本実施の形態に係る波長変換装置１０を示す。波長変換装置１０は、単一光で時分割多重（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：ＯＴＤＭ）された入力信号光ＰＳを、波長分割多重された波長変換装置出力光ＰＭに変換する装置である。また、波長変換装置１０は、制御光を鋸歯状パルスとし、相互位相変調により波長変換を行う。
【００７２】
なお、本実施の形態では、入力信号光ＰＳに波長が一定の単一光を適用した場合の形態を例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、各光パルスの波長が異なる信号光、たとえば、波長分割多重された入力信号光ＰＳについても同様に適用が可能である。
【００７３】
図７に示すように、波長変換装置１０は、波長変換部１６、光パルス発生装置１２、勾配制御部１４、可変遅延器２０、同期信号検出部２４、波長変換装置制御部１８、および光カプラ２２を含んで構成されている。光パルス発生装置１２、勾配制御部１４、および可変遅延器２０を具備して制御光生成部３０が構成されている。
【００７４】
同期信号検出部２４は、伝送路から波長変換装置１０に入力された時分割多重された信号光ＰＳから、波長変換処理を行う上で必要となる各種同期信号ＳＳ、すなわち時分割多重信号の多重数、先頭ビットの位置、クロック周波数等の検出を行う。同期信号検出部２４は、たとえば、光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路で処理して同期信号ＳＳを抽出した後、再度光信号に変換する公知の回路を用いて構成することができる。検出された同期信号ＳＳは、波長変換装置制御部１８に送られる。本実施の形態では、一例として、多重数を４とし、時分割多重信号のチャネルをｃｈ１、ｃｈ２、ｓｈ３およびｃｈ４の４チャネルとしている。
【００７５】
制御光生成部３０における、光パルス発生装置１２は、図８に示すような一定強度の鋸歯状波形のパルスを発生する装置であり、たとえば光パルスシンセサイザで構成することができる。
【００７６】
図９に、本実施の形態に係る光パルス発生装置１２の構成例を示す。
図９（ａ）に示す光パルス発生装置１２は、パルスレーザ７０、および光パルス整形器７２を含んで構成されている。パルスレーザ７０は、次段の光パルス整形器７２において鋸歯状波形の制御光パルスに整形するためのパルス光源である。
【００７７】
光パルス整形器７２は光パルスを入力し、該光パルスの各周波数成分の強度と位相とを独立に調整することで任意形状の光パルスを合成する。周波数スペクトルと時間波形はフーリエ変換で結ばれる表裏一体の関係にあるから、光スペクトルを調整すれば、時間波形を任意形状に合成することが可能である。
【００７８】
光パルス整形器７２は、図示しない光スペクトラムアナライザおよび光サンプリングオシロスコープ（または自己相関器）を含んで構成されている。そして、強度および位相の制御には、光出力の一部を分岐して、光スペクトラムアナライザで測定した光スペクトルと、光サンプリングオシロスコープからのパルス波形を元に、理想的な鋸歯状パルスの形状になるようにフィードバック制御を行う。光パルス整形器７２で合成された制御光パルスは、光パルス発生装置出力光ＰＰとして出力される。
【００７９】
図９（ｂ）に、本実施の形態に係る光パルス発生装置１２の他の構成例を示す。
同図に示す光パルス発生装置１２は、単一周波数レーザ７４、光コム発生器７６、信号発生器７８、および光パルス整形器７２を含んで構成されており、図９（ａ）に示す光パルス発生装置１２におけるパルスレーザ７０の代わりに光コム発生器７６を用いた構成例である。
【００８０】
光コム発生器７６は、単一周波数レーザ７４から入力された光パルスを、たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）を材料とする位相変調器で位相変調することにより光周波数コムを発生する。信号発生器７８は該位相変調器を駆動するためのマイクロ波信号を発生するものである。光周波数コムの周波数間隔および生成する光パルス列の繰り返し周波数は、この信号発生器７８で発生されるマイクロ波信号の周波数と等しくなる。光パルス整形器７２で合成された制御光パルスは、光パルス発生装置出力光ＰＰとして出力される。ここで、単一周波数レーザ７４として周波数可変レーザを用いれば、光周波数コムの中心波長を選択することができる。
【００８１】
また、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、光パルス整形器７２は、周波数制御信号ＣＳ１が入力される入力部を有しており、該周波数制御信号ＣＳ１に基づいて生成する制御光パルスの周波数を変更可能なように構成されている。
【００８２】
ここで、図９（ｃ）を参照して、光パルス発生装置１２において、勾配の傾きの正負を切り替える構成について説明する。
光パルス発生装置１２は、任意の形状を有する光パルスを発生させることが可能であるから、たとえば、鋸歯状パルスの勾配の傾きの正負が異なる光パルス（たとえば、図８に示す光パルスと図８に示す光パルスの光強度軸に対して線対称な光パルス）を切り替えて、入力信号光の波長に対する波長シフトの方向を異ならせることが可能である。
【００８３】
しかしながら、光ネットワークにおいては高速な波長切り替えが要求されるため、変換波長の切り替えは波長シフトの方向も含めて、確実に行うことが求められる。図９（ｃ）に示す光パルス発生装置８０は、この点を考慮した構成となっている。
光パルス発生装置８０は、正の傾きを有する鋸歯状パルスを発生する光パルス整形器７２Ａ、負の傾きを有する鋸歯状パルスを発生する光パルス整形器７２Ｂ、パルスレーザ７０、および２×１光スイッチ８２を含んで構成されている。
【００８４】
図９（ｃ）において、光パルス整形器７２Ａと光パルス整形器７２Ｂとは同期をとって並列に動作させるようになっている。そして、波長シフトの方向に応じて、２×１光スイッチ８２を制御することにより、光パルス整形器７２Ａまたは光パルス整形器７２Ｂの出力を切り替えて光パルス発生装置出力光ＰＰとすることにより、鋸歯状パルスの勾配の傾きの正負を速やかに切り換えることが可能となっている。光パルス整形器７２Ａおよび光パルス整形器７２Ｂの切り替え信号は、たとえば、周波数制御信号を送信するＣＳ１に含ませることができる。光パルス発生装置８０によれば、入力信号光において、たとえばビット単位で波長シフトの方向が異なる信号光が混在したとしても、変換の取りこぼしを発生させることなく波長変換を行うことが可能である。
【００８５】
以上のように構成された光パルス発生装置１２によれば、波形等が精密に制御された制御光パルスを発生することが可能である。
【００８６】
制御光生成部３０における勾配制御部１４は、上記鋸歯状パルスの強度を変化させてその勾配を制御する。上述したように、制御光の傾きの大きさにより信号光ＰＳの周波数のシフト量、すなわち変換波長幅を制御できるので、本構成により時分割多重された信号光ＰＳに含まれる各チャネルに対して、ビット単位の波長変換を行うことができる。勾配制御部１４は、光増幅器や光変調器（光減衰器）等により構成してもよい。
【００８７】
制御光生成部３０における可変遅延器２０は、信号光ＰＳのチャネルの配列と勾配を制御された制御光ＰＣの配列とのタイミングを合わせるために、制御光ＰＣに対して必要な遅延を与える。その結果、信号光ＰＳの各チャネルに対して波長が割り当てられ、かつ信号光ＰＳと制御光ＰＣとがタイミングが合わされた状態で光カプラ２２により合波され、波長変換部１６へと導かれる。
【００８８】
波長変換部１６は、合波された信号光ＰＳおよび制御光ＰＣに基づき相互位相変調により波長を変換して、波長変換装置出力光ＰＭとして出力ポート１４６から出力する部位であり、本実施の形態では、高非線形ファイバを採用している。
【００８９】
波長変換装置制御部１８は、同期信号検出部２４から受け取った同期信号ＳＳに基づいて、制御光生成部３０の制御を行う。
【００９０】
まず、同期信号ＳＳに含まれる信号光ＰＳのクロック周波数を、光パルス発生装置１２に周波数制御信号ＣＳ１として送る。
光パルス発生装置１２は、受け取った周波数制御信号ＣＳ１に基づき、光パルス整形器７２に備えられた制御部（図示省略）が発生させる鋸歯状パルスの周波数を決定し、強度一定の鋸歯状パルス列を発生させる。
【００９１】
また、波長変換装置制御部１８は、同期信号ＳＳに含まれる多重数および波長変換装置出力光ＰＭに許容される波長等を考慮して、信号光ＰＳの各チャネルに割り当てる波長配置を決定し、波長制御信号ＣＳ２として勾配制御部１４に送る。
勾配制御部１４は、受け取った波長制御信号ＣＳ２に基づき各チャネルの波長に対応する鋸歯状パルスの強度を決定する。決定した強度に基づき、光パルス発生装置１２から勾配制御部１４に入力された一定強度の鋸歯状パルス列である光パルス発生装置出力光ＰＰに対して、各チャネルに対応する鋸歯状パルスごとに強度を変える。その結果、信号光ＰＳの各チャネルに対応して波長を変えるための制御光ＰＣが得られる。本実施の形態では、一例として、多重数を４としているので、ｃｈ１ないしｃｈ４に対応して、変換波長はλ１、λ２、λ３、およびλ４の４波が決定される。
【００９２】
さらに、波長変換装置制御部１８は、同期信号ＳＳに含まれる信号光ＰＳの先頭ビット位置と上記で生成した制御光ＰＣのパルス列の先頭ビット位置との時間差を計算し、必要な遅延時間を求め、遅延時間制御信号ＣＳ３として可変遅延器２０に送る。
可変遅延器２０は、受け取った遅延時間制御信号ＣＳ３に基づき制御光ＰＣを遅延させて遅延制御光ＰＤとする。その結果、信号光ＰＳと制御光ＰＣとのタイミングを合わせることが可能となる。
なお、可変遅延器２０としては、遅延時間に応じて光路長の異なる伝送線を選択する方式のもの（たとえば、特開平０８−２２０３４３号公報に開示されたもの）等公知のものを用いることができる。
【００９３】
ここで、本実施の形態では、制御光ＰＣを遅延させて信号光ＰＳと制御光ＰＣのタイミングを合わせる形態を例示して説明したが、これを信号光ＰＳを遅延させて行ってもよいし、あるいは制御光ＰＣおよび信号光ＰＳの双方を遅延させて行ってもよい。信号光ＰＳを遅延させる場合には、同期信号検出部２４の後段に可変遅延器２０を配置すればよい。
【００９４】
つぎに、図１０を参照して、タイミングチャートに基づく波長変換装置１０の各部波形について説明する。
【００９５】
図１０（ａ）は、ｃｈ１ないしｃｈ４の時分割多重された信号光ＰＳを示している。このチャネルごと（ビットごと）に波長変換を行う。
図１０（ｂ）は、光パルス発生装置１２から発生した光パルスである光パルス発生装置出力光ＰＰを示している。同図に示すように、光パルス発生装置出力光ＰＰの強度は一定である。
図１０（ｃ）は、勾配制御部１４で光パルスごとに傾きを変化させた制御光ＰＣを示す。同図においてｃｈ１ないしｃｈ４に対応する光パルスの傾きの大きさは、ｃｈ２＞ｃｈ４＞ｃｈ３＞ｃｈ１の順序なので、波長変換される光パルスの波長シフト量はこの順序で大きくなる。
【００９６】
図１０（ｄ）は、光カプラ２２において、信号光ＰＳと可変遅延器２０で遅延された遅延制御光ＰＤとが合波された状態の合波光ＰＧを示している。同図に示されるようにタイミング調整された信号光ＰＳと制御光ＰＣとが、波長変換部１６に入力される。
【００９７】
図１０（ｅ）に示すように、波長変換部１６において、信号光ＰＳの各チャネルの光パルス信号は、対応する制御光ＰＣの鋸歯状パルスの傾きに応じて周波数シフトされ、波長変換装置出力光ＰＭとして出力される。このとき、制御光ＰＣの鋸歯状パルスの傾きは、ｃｈ２＞ｃｈ４＞ｃｈ３＞ｃｈ１であったので、波長変換後の各チャネルの波長λ１、λ２、λ３、λ４は、λ２＞λ４＞λ３＞λ１の順序となる。すなわち、波長変換装置出力光ＰＭの波長配置は、図７の波長配置に示すような配置となる。
【００９８】
ここで、波長制御信号ＣＳ２、鋸歯状パルスの傾き、および変換波長の相互の関係は、予め波長変換装置制御部１８接続されたＲＯＭ等の記憶部（図示省略）に格納しておいてもよい。
【００９９】
以上のような動作によって、波長変換装置１０は、時分割多重された入力信号光ＰＳを波長分割多重された波長変換装置出力光ＰＭとして出力する。
本実施の形態に係る波長変換装置１０によれば、光変調器等により構成された勾配制御部１４において鋸歯状パルスである制御光ＰＣの強度を変化させるだけで波長を変換できるので、高速に波長を切り替える（スイッチングする）ことが可能である。
【０１００】
以上のように、本実施の形態に係る波長変換装置によっても、一定の勾配を有する光パルス列を発生することができ、その強度を調整することによって、入力信号光の波長を切り替えることの可能な波長変換装置を提供することができる。
【０１０１】
［第３の実施の形態］
図１１に、本実施の形態に係る波長変換装置４０を示す。
第２の実施の形態に係る波長変換装置１０がビット単位で波長変換するものであったのに対し、本実施の形態に係る波長変換装置４０はパケット単位で波長変換を行う形態であり、その構成は図７に示す波長変換装置１０と同様である。
【０１０２】
なお、本実施の形態に係る波長変換装置４０では、入力される各パケットの波長は特に限定されるものではなく、各パケットがどのような波長の組み合わせであっても、同様に適用することができる。たとえば、すべて同一の波長のパケットから構成されていてもよいし、波長の異なるパケットを含んでいてもよい。
【０１０３】
図１２に示すように、パケット２００は、通常ヘッダ領域２０４およびデータ領域２０６を含んで構成されている。ヘッダ領域２０４には、送信元アドレス、宛先アドレス等データの伝送に必要な情報が含まれ、データ領域２０６には、伝送すべき情報の本体が含まれている。ヘッダ領域２０４およびデータ領域２０６を併せてフレーム２０２と呼ぶ。パケット通信では、個々のパケットがバースト的に、つまり離散的に伝送されるので、パケット単位で波長変換する波長変換装置にも高速な応答性が要求される。
【０１０４】
図１１を参照して、波長変換装置４０の動作について説明する。同図においては、各パケットを４ビット単位として４本の直線で示しており、時間的に早い順から１ないし４の番号を付してある。また、パケットとパケットの間に設けられたガードタイムも示している。
同期信号検出部２４は、ヘッダ領域２０４に含まれる情報から、パケットの先頭位置、パケットの種別等を読み取り、同期信号ＳＳとして波長変換装置制御部１８へ送る。
【０１０５】
同期信号ＳＳを受け取った波長変換装置制御部１８は、該同期信号ＳＳに基づき、周波数制御信号ＣＳ１を生成して光パルス発生装置１２に送り、波長制御信号ＣＳ２を生成して勾配制御部１４に送り、遅延時間制御信号ＣＳ３を生成して可変遅延器２０に送り、それぞれを制御する。
【０１０６】
波長変換装置４０では、勾配制御部１４から出力される制御光ＰＣがパケット単位で生成されるので、１フレームに含まれるビット数（図１１では４ビット）だけの同一強度の鋸歯状パルス列となる。制御光ＰＣは可変遅延器２０で遅延させて遅延制御光ＰＤとされ、対応するパケット信号の先頭とタイミングを合わせた後、光カプラ２２で合波され、波長変換部１６へ導かれる。波長変換部１６では、同一パケットに含まれる各ビットが同一の波長に変換されて、パケット単位で波長変換され、波長変換装置出力光ＰＭとして出力ポート１４６から出力される。
【０１０７】
その後に引き続くパケットに対しては、変換波長を異ならせて、または同一変換波長で上記同様にパケット単位で波長変換を行う。変換すべき波長の配置（パケットごとの波長の配置）は、ヘッダ領域２０４に含まれる宛先アドレス等に基づいて、波長変換装置制御部１８が行ってもよい。
【０１０８】
図１１においては、パケット１ないしパケット４の波長が、波長変換装置出力光ＰＭにおいて、λ１ないしλ４に変換されている。遅延制御光ＰＤの勾配の大きさが、ｃｈ３＞ｃｈ２＞ｃｈ１＞ｃｈ４となっているので、波長変換後の波長は、λ３＞λ２＞λ１＞λ４となり、波長変換装置出力光ＰＭの波長配置は図１１に示すような配置となる。ここで、パケット４に対応する遅延制御光ＰＤの傾きは負であるので、波長λ４は元の波長に対して小さくなる方向にシフトする。
【０１０９】
なお、本実施の形態では、パケットとパケットの間にガードタイムが設けられているので、たとえば、図１１で波長スイッチング時間として示しているように、勾配制御部１４で勾配を制御する場合において、過渡的に光強度が制御値に達しない状態が発生したとしても問題はなく、ガードタイムの間に光強度が制御値に達すればよい。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態に係る波長変換装置によっても、一定の勾配を有する光パルス列を発生することができ、その強度を調整することによって、入力信号光の波長を切り替えることの可能な波長変換装置を提供することができる。
さらに、本実施の形態に係る波長変換装置は、パケット伝送のようなバースト的な信号の波長変換にも適したものとなっている。
【０１１１】
［第４の実施の形態］
本実施の形態は、第２の実施の形態に係る波長変換装置１０を時分割多重分離装置５０に適用した形態である。時分割多重分離装置とは、時分割多重された単一波長の信号（ＯＴＤＭ信号）をチャネルごとに分離（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＤＥＭＵＸ）する装置である。時分割多重分離装置５０は、チャネルごとに波長を変えて波長変換し、分光素子でチャネルごとに分離する形態を採用している。時分割多重分離装置５０は、変換波長を動的に切り替えることにより、送信先を任意に変更可能な経路スイッチング装置としても機能する。
【０１１２】
図１３を参照して、時分割多重分離装置５０について説明する。
図１３において、時分割多重分離装置５０は、第２の実施の形態に係る波長変換装置１０および波長変換装置１０の出力ポート１４６に接続された分光素子としての分波器５０２、Ｏ／Ｅ変換器（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：光／電気変換器）５０４、および伝送路５０６含んで構成されている。ＯＴＤＭ信号光ＰＳの多重数は４であり、ｃｈ１ないしｃｈ４が多重化されている。図７と同様に、ＯＴＤＭ信号光ＰＳは、波長変換装置１０において各チャネルのビットごとに波長を変えて波長変換が行われ、波長変換装置出力光ＰＭとして波長変換装置１０の出力ポート１４６から出力され、分波器５０２に導かれる。
【０１１３】
分波器５０２は、各チャネルごとの波長に応じて、波長変換装置出力光ＰＭを各チャネルごとに分離する。分離された信号光ＰＳの一部のチャネルは、時分割多重分離装置５０に付随するＯ／Ｅ変換器５０４に入力され、電気信号に変換されて受信信号を生成する。この場合のチャネルはドロップチャネルと呼ばれる場合もある。また、分離された信号光ＰＳの他のチャネルは、そのまま他の伝送路５０６に入力され、さらに他のノード（中継装置等）に向けて伝送される場合もある。この場合のチャネルはスルーチャネルと呼ばれる場合もある。図１３では、ｃｈ１およびｃｈ４がドロップチャネル、ｃｈ２およびｃｈ３がスルーチャネルとなっている。
なお、分波器５０２は、一例として、ＡＷＧなどを用いて構成してもよい。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態に係る時分割多重分離装置５０は、第２の実施の形態に係る波長変換装置１０を採用しているので、時分割多重信号光の一括分離が可能となっている。
【０１１５】
また、時分割多重分離装置５０は、図１３において、制御光生成部３０における制御光の波長を動的に変化させることにより、チャネル単位の高速波長ルーティングを行うことが可能である。すなわち、たとえば、ドロップチャネルであったｃｈ１を、波長を変えることによって分波器５０２の出力端子を変更し、スルーチャネルに変えるようなことが可能である。
さらに、パケット単位で動的に波長を変化させれば、パケット単位の高速波長ルーティングが可能となる。
【０１１６】
以上のように、本実施の形態に係る波長変換装置によっても、一定の勾配を有する光パルス列を発生することができ、その強度を調整することによって、入力信号光の波長を切り替えることの可能な波長変換装置を提供することができる。
【０１１７】
なお、上記各実施の形態においては、各機能における損失を補償するために、適宜な位置にＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：エルビウム添加光ファイバ増幅器）やＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）などの光増幅器を配してもよい。
【０１１８】
日本出願２０１２−２８３０５８の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０    波長変換装置
１２    光パルス発生装置
１４    勾配制御部
１６    波長変換部
１８    波長変換装置制御部
２０    可変遅延器
２２    光カプラ
２４    同期信号検出部
３０    制御光生成部
４０    波長変換装置
５０    時分割多重分離装置
６４    光フィルタ
６６    第１の入力ポート
６７    第２の入力ポート
６８    出力ポート
７０    パルスレーザ
７２、７２Ａ、７２Ｂ  光パルス整形器
７４    単一周波数レーザ
７６    光コム発生器
７８    信号発生器
８０    光パルス発生装置
８２    ２×１光スイッチ
９０    波長変換装置
１４６  出力ポート
２００  パケット
２０２  フレーム
２０４  ヘッダ領域
２０６  データ領域
５０２  分波器
５０４  Ｏ／Ｅ変換器
５０６  伝送路
８００  波長変換装置
８０２  高非線形ファイバ
８０４  光フィルタ
８１０  第１の入力ポート
８１２  第２の入力ポート
８１４  出力ポート
９００  波長変換装置
９０２  高非線形ファイバ
９１０  第１の入力ポート
９１２  第２の入力ポート
９１４  出力ポート
９１６  サーキュレータ
９１８  ＳＳＦＢＧ
ＰＳ    信号光
ＰＣ    制御光
ＰＰ    光パルス発生装置出力光
ＰＤ    遅延制御光
ＰＧ    合波光
ＰＭ    波長変換装置出力光
【図１】
2014104038.tif 000005
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月22日(2014.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチャネルの光信号を時分割多重した光信号である信号光パルス列および制御光パルス列を時間的に重ね合わせて入力することにより、信号光パルス列の波長を変換する装置において、
少なくとも一部に一定または略一定の勾配部分を含む波形を有する光パルスからなり、各々の光パルスの波形が同一である光パルス列を生成する光パルス発生装置と、
前記光パルス発生装置から入力された前記光パルス列の各々の光パルスの前記勾配の大きさを制御して制御光パルス列を生成する勾配制御装置と、
前記信号光パルス列および前記制御光パルス列を入力し、前記制御光パルス列の勾配の大きさに応じて信号光パルス列の各パルスの中心波長をシフトさせ、前記信号光パルス列の波長を可変にして出力する波長変換部と、
前記チャネルごとに変換すべき波長を決定し、当該波長のシフト量に応じた勾配を有し、かつ前記チャネルの数を周期とする制御光パルス列が生成されるように前記勾配制御装置を制御する制御装置と、を含み、
前記波長変換部は、前記信号光パルス列の波長を前記チャネルごとにシフト量を異ならせて変換し出力光信号として出力する
波長変換装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記信号光パルス列の先頭位置を検出する検出装置と、
前記検出装置から入力された前記信号光パルス列および前記勾配制御装置から入力された前記制御光パルス列の少なくとも一方を遅延させ、前記信号光パルス列の先頭位置と前記制御光パルス列の先頭位置との時間差を調整する可変遅延装置と、をさらに含み、
前記制御装置は、前記信号光パルス列と前記制御光パルス列との時間的な重なりが、前記波長変換部において波長変換を生じさせるように前記可変遅延装置を制御して前記時間差を調整する
請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項４】
前記波長変換部から出力された前記出力光信号を入力する入力端と、前記出力光信号に含まれる前記チャネルを前記波長に応じて分離し出力する複数の出力端を有する分光素子をさらに含む
請求項１または請求項３に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記複数の出力端が各々異なる送信先に接続され、
前記制御装置は、前記チャネルの送信先の変更に伴い、当該チャネルの光信号が出力される出力端が変更後の送信先に接続された出力端となるように、前記勾配制御装置を制御して、当該チャネルに対応する制御光パルス列の各々の光パルスの勾配を変更後の出力端に対応する波長に応じた勾配に変更する
請求項４に記載の波長変換装置。
【請求項６】
時系列で配置された複数のパケットからなる光信号である信号光パルス列および制御光パルス列を時間的に重ね合わせて入力することにより、信号光パルス列の波長を変換する装置において、
少なくとも一部に一定または略一定の勾配部分を含む波形を有する光パルスからなり、各々の光パルスの波形が同一である光パルス列を生成する光パルス発生装置と、
前記光パルス発生装置から入力された前記光パルス列の各々の光パルスの前記勾配の大きさを制御して制御光パルス列を生成する勾配制御装置と、
前記信号光パルス列および前記制御光パルス列を入力し、前記制御光パルス列の勾配の大きさに応じて信号光パルス列の各パルスの中心波長をシフトさせ、前記信号光パルス列の波長を可変にして出力する波長変換部と、
前記パケットごとに変換すべき波長を決定し、当該波長のシフト量に応じた勾配を有し、かつ前記パケットに含まれるビットの数を周期とする制御光パルス列が前記パケットごとに生成されるように前記勾配制御装置を制御する制御装置と、を含み、
前記波長変換部は、前記信号光パルス列の波長を前記パケットごとにシフト量を異ならせて変換し出力光信号として出力する
波長変換装置。
【請求項７】
前記パケットごとにその先頭位置を検出する検出装置と、
前記検出装置から入力された前記信号光パルス列および前記勾配制御装置から入力された前記制御光パルス列の少なくとも一方を遅延させ、前記信号光パルス列の先頭位置と前記制御光パルス列の先頭位置との時間差を調整する可変遅延装置と、をさらに含み、
前記制御装置は、前記信号光パルス列と前記制御光パルス列との時間的な重なりが、前記波長変換部において波長変換を生じさせるように前記可変遅延装置を制御して前記時間差を調整する
請求項６に記載の波長変換装置。
【請求項８】
前記波長変換部から出力された前記出力光信号を入力する入力端と、前記出力光信号に含まれる前記パケットを前記波長に応じて分離し出力する複数の出力端を有する分光素子をさらに含む
請求項６または請求項７に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記複数の出力端が各々異なる送信先に接続され、
前記制御装置は、前記パケットの送信先の変更に伴い、当該パケットの光信号が出力される出力端が変更後の送信先に接続された出力端となるように、前記勾配制御装置を制御して、当該パケットに対応する制御光パルス列の各々の光パルスの勾配を変更後の出力端に対応する波長に応じた勾配に変更する
請求項８に記載の波長変換装置。
【請求項１０】
前記制御光パルス列の各々の光パルスの波形が、立ち上がり部および立ち下がり部の少なくとも一方に、一定または略一定の勾配を有する波形である
請求項１、請求項３ないし請求項９のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１１】
前記制御光パルス列の各々の光パルスの波形が、立ち上がり部に一定または略一定の勾配を有するとともに立ち下がり部が速やかに立ち下がる鋸歯状波形、または、立ち下がり部に一定または略一定の勾配を有するとともに立ち上がり部が速やかに立ち上がる鋸歯状波形である
請求項１、請求項３ないし請求項１０のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１２】
前記勾配制御装置は、入力された光パルス列に含まれる各々の光パルスの強度を制御して前記勾配の大きさを制御する
請求項１、請求項３ないし請求項１１のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１３】
前記波長変換部が非線形ファイバまたは非線形光学結晶を含む非線形光学素子を用いて構成される
請求項１、請求項３ないし請求項１２のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１４】
前記光パルス発生装置が、出力の一部を分岐し、光スペクトラムアナライザを介して測定された光スペクトル、および、光サンプリングオシロスコープを介して測定されたパルス波形をフィードバックして制御することにより前記パルス波形が同一である光パルス列を生成する光パルスシンセサイザである
請求項１、請求項３ないし請求項１３のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【請求項１５】
前記光パルス発生装置が、パルス光源、前記パルス光源から入力された光パルスの強度および位相を制御して一定または略一定の正の勾配部分を含む波形を有する光パルスを生成し出力する第１の光パルス整形器、前記パルス光源から入力された光パルスの強度および位相を制御して一定または略一定の負の勾配部分を含む波形を有する光パルスを生成し出力する第２の光パルス整形器、および、前記第１の光パルス整形器の出力および前記第２の光パルス整形器の出力のいずれか一方を選択して前記波形が同一である光パルス列として出力する光スイッチを含んで構成される
請求項１、請求項３ないし請求項１４のいずれか１項に記載の波長変換装置。
【国際調査報告】
2014104038.tif 000020
2014104038.tif 000021
2014104038.tif 000022
2014104038.tif 000023