(57)【要約】【課題】変換効率が高く、波長の制約の小さな位相変調光通信用の波長変換器を提供する。【解決手段】入射光は入射光分岐部（１１）で第１と第２の分岐光に分岐し、第１の分岐光と第２の分岐光は合波干渉部（１４）で合波干渉されて第１の波長の強度変調光を発生し、位相変調部（１６）は、強度変調光を入力するとともに第２の波長と等しい波長の連続光を入力することにより、入射光の位相変調に基いて連続光の相互位相変調を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の入射位相変調光の入力により第２の波長の位相変調光を出力する波長変換器であって、
前記入射光を第１と第２の分岐光に分岐する入射光分岐部と、
前記第１の分岐光と前記第２の分岐光とを合波干渉させて前記第１の波長の強度変調光を発生する合波干渉部と、
前記強度変調光と前記第２の波長と等しい波長の連続光とを入力することにより、前記入射光の位相変調に基いて前記連続光の相互位相変調を行う位相変調部と、を備えた波長変換器。
【請求項２】
前記合波干渉部は、前記第１の分岐光を入射し前記入射光と等しい第１の波長の連続光を発生する注入同期レーザ素子と、該注入同期レーザ素子より発生した前記第１の波長の連続光と前記第２の入射分岐光とを合波する合波用光カプラと、を有する請求項１記載の波長変換器。
【請求項３】
前記合波干渉部は、前記第１と第２の分岐光の一方  を他方の分岐光より１ビット遅延させて干渉させる遅延手段を備えた請求項１記載の波長変換器。
【請求項４】
前記位相変調部は相互位相変調効果を有する素子として半導体光増幅器を備えた請求項２または３に記載の波長変換器。
【請求項５】
前記位相変調部は相互位相変調効果を有する素子として電界吸収型光変調器を備えた請求項２または３に記載の波長変換器。
【請求項６】
前記位相変調部は、前記合波干渉部から発生された前記第１の波長の強度変調光と、前記第２の波長の連続光とが入射され相互位相変調を行う第１の位相変調器と、前記強度変調光と前記第１の位相変調器から出力された前記第２の波長の位相変調光とが入射され相互位相変調を行う第２の位相変調器とを２つ以上縦列に接続したことを特徴とする請求項２または３に記載の波長変換器。
【請求項７】
前記合波干渉部は、前記第１と第２の分岐光の一方を他方の分岐光より１ビット分の時間より短い時間遅延させる遅延手段を備え、前記第１と第２の分岐光を合波干渉させて光パルスを発生する請求項１記載の波長変換器。
【請求項８】
さらに、前記合波干渉部から発生された前記光パルスの入力により、光出力の大きさを変化させた前記第１の波長の強度変調光を得る光双安定素子と、該光双安定素子により得られる前記強度変調光と前記第２の波長の連続光とが前記位相変調部に入射され、前記第２の波長の位相変調光を出力する請求項７記載の波長変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長変換器に関し、特に、コヒーレント（可干渉性）光通信や全光クロスコネクトなどに使用する位相変調光信号用の波長変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大容量光通信方式として、波長分割多重（ＷＤＭ）光通信の開発が進められている。このような光通信方式ではネットワークのノードで信号波長を変換すれば、ネットワークの性能を飛躍的に向上できる。そこで、従来、実用的な位相変調方式の波長変換素子として、４光波混合を用いるものが一般的に知られており、半導体レーザ増幅器の相互利得変調、又は相互位相変調を利用したり、光ファイバの４光波混合を用いた波長変換装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来の波長変換器の概略構成を示す図である。同図に示す４光波混合を用いる光位相変調通信用の波長変換器では、波長λ１の入力位相変調光は、レーザダイオードＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）からの波長λ３の連続光（ポンプ光）と光カプラで合波された後、半導体光増幅器ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの非線型光学効果を有する光媒質に入射される。この半導体光増幅器ＳＯＡにおいて、４光波混合により波長λ２（＝２λ３−λ１）の位相共役波が発生され、この位相共役波（波長λ２）は、波長軸において波長λ３に関して波長λ１と対称をなしている。この位相共役波を光フィルタを介して取り出すことにより、波長λ１と同じ位相変調が施された波長λ２の波長変換光が得られる。
【０００４】
また、別の従来技術としては、電界吸収（ＥＡ）型変調器に入力信号光とプローブ光源からの連続波（ＣＷ）プローブ光が入射され、電界吸収（ＥＡ）型変調器から出力されるプローブ光は、入力信号光の波形を反映した波形を有し、サーキュレータにより、後段に供給される波長変換器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、別の従来技術としては、非線型屈折率変化を起こす導波路と、相異なる光路長の２つの光路を有する遅延干渉回路と、連続波（ＣＷ）光源等を備え、構成と制御が簡単で動作の安定した強度変調光信号用の波長変換器が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、別の従来技術としては、非対称分離カプラを利用し、唯一の半導体光増幅器のみを有する遅延干渉構成内のモノリシックに集積された遅延ループを具備する強度変調光信号用の波長変換器が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−７８５９５号公報（段落００１７〜００１０、図１１〜１４）
【特許文献２】
特開２０００−２３６３０２号公報（段落００３０、図１）
【特許文献３】
特開平１０−３０１１５１号公報（段落００１５−００２０、図１）
【特許文献４】
特開２００２−４０５０４号公報（段落０００８〜００１０、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の波長変換器では、半導体光増幅器（ＳＯＡ）等による非線型光学効果の一種である４光波混合を用いているために、得られる波長変換光の強度が入力すべき波長λ３の連続光に対して弱く、変換効率が小さいという問題があった。
【０００９】
また、波長λ１、λ２、λ３の間には  λ２＝２×λ３−λ１  という関係があるため、入射光を任意の波長に変換することができず、波長に対する制約が大きいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、変換効率が高く、波長の制約の小さな位相変調光通信用の波長変換器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る波長変換器は、第１の波長の入射位相変調光の入力により第２の波長の位相変調光を出力する波長変換器であって、入射光を第１と第２の分岐光に分岐する入射光分岐部と、第１の分岐光と第２の分岐光とを合波干渉させて第１の波長の強度変調光を発生する合波干渉部とを備え、更に、強度変調光を入力するとともに第２の波長と等しい波長の連続光を入力することにより、入射光の位相変調に基いて連続光の相互位相変調を行う位相変調部を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４を用いて本発明の実施の形態について詳述する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略している。
【００１３】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る波長変換器の概略構成を示す図である。同図において、参照番号１１は光分岐部として機能する第１の光カプラ、１２は第１の光サーキュレータ、１３は第１のレーザダイオード（注入同期ＬＤ）、１４は合波部として機能する第２の光カプラ、１５は第２の光サーキュレータ、１６は半導体光増幅器（ＳＯＡ）、１７は連続波（ＣＷ）光の光源として機能する第２のレーザダイオード（ＬＤ）である。
【００１４】
入力ポートＰｉｎから入力された波長λ１の入射光（入力信号）Ｌｉｎは、光カプラ１１で２つの入射分岐光Ｌ１とＬ２に分岐される。分岐された一方の分岐光Ｌ１は第１の分岐導波路Ｐ１を進み、３ポート型の第１光サーキュレータ１２を経由して導波路Ｐ３を進み、第１レーザダイオード（注入同期ＬＤ）１３に入射される（波長λ１の光Ｌ３で示す）。第１レーザダイオード１３からは入射光Ｌ１と等しい波長λ１の連続（ＣＷ）光Ｌ４が発生する。この波長λ１の連続光Ｌ４は第１光サーキュレータ１２を経由して導波路Ｐ４を進み、第２光カプラ１４に入射される。
【００１５】
第１光カプラ１１で分岐されたもう一方の入射分岐光Ｌ２は第２の分岐導波路Ｐ２を進み、第２光カプラ１４に入射される。このようにして波長λ１の入射分岐光Ｌ２と波長λ１の連続光Ｌ４は第２光カプラ１４で合波干渉することにより、波長λ１の強度変調光Ｌ５が発生される。
【００１６】
この強度変調光Ｌ５を第２光サーキュレータ１５を経由して半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６などの相互位相変調効果を有する素子に入射する。これと同時に、第２レーザダイオード（ＬＤ）１７から発生された波長λ２の励起連続光（ポンプ光）Ｌ６を半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６に入射させる。この波長λ２の励起連続光Ｌ６が半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６の相互位相変調効果により入射光の位相変調と同じ位相変調を受けて波長λ２の位相変調光Ｌ７となる。このようにして得られた波長λ２の位相変調光Ｌ７が、第２光サーキュレータ１５を経由して波長λ２の出力光Ｌｏｕｔとして出力ポートＰｏｕｔから出力される。即ち、波長λ１の入力光Ｌｉｎが位相変調された波長λ２の出力光Ｌｏｕｔに変換される。
【００１７】
本実施の形態１の構成によれば、波長λ２の出力光を大きくするためには、第２レーザダイオード（ＬＤ）１７からの波長λ２の連続光の出力を大きくすることにより、実現できる。また、相互位相変調効果を有する半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６の使用可能波長帯域は約３０ｎｍであるので、この範囲において、出力光の波長λ２を入力光の波長λ１に対して任意に設定できる。よって、本実施の形態によれば、変換効率が高く、波長の制約の小さな位相変調光通信用の波長変換器を実現することができる。
【００１８】
なお、本実施の形態１では、相互位相変調効果を有する素子１６として半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いたが、電界吸収型（ＥＡ）光変調器を用いても良い。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施形態について図２を参照して以下に説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る波長変換器の概略構成を示す図である。本実施の形態２は、実施の形態１で説明した波長変換器において第１光サーキュレータ１２と第１レーザダイオード（注入同期ＬＤ）１３とを省略し、光路Ｐ１と光路Ｐ２間に光路差を設定した変形例である。
【００２０】
図２において、波長λ１の入射光Ｌｉｎは第１光カプラ１１で２つの入射分岐光Ｌ１とＬ２に分岐される。光路Ｐ１と光路Ｐ２間に光路差を設けることにより、分岐光Ｌ１は一方の分路（光路Ｐ１）を伝播して第２光カプラ１４に到達するのに伝播時間ｔだけかかり、分岐光Ｌ２は他方の分路（即ち、遅延線光路Ｐ２）を介して時間ｔよりも遅延時間Δｔだけ遅れて伝播時間（ｔ＋Δｔ）で第２光カプラ１４に到達するように設定されている。
【００２１】
この遅延時間Δｔを信号１ビット分の周期（符号間隔）に相当する時間となるように設定する。このように光路差を設定することにより、位相変調光（入力信号）の分岐光Ｌ１が第２光カプラ１４で他方の分岐光Ｌ２と干渉することにより強度変調光Ｌ５の信号に変換される。この強度変調光Ｌ５が光サーキュレータ１５を経由して半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６などの相互位相変調効果を有する素子に入射される。
【００２２】
これと同時に、レーザダイオード（ＬＤ）１７からの波長λ２の励起用連続光Ｌ６を半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６に入射させると、この波長λ２の励起用連続光Ｌ６が半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６の相互位相変調効果により位相変調を受けて波長λ２の位相変調光Ｌ７となり、これが光サーキュレータ１５を経由して波長λ２の出力光Ｌｏｕｔとして出力される。このようにして、波長λ１の入力光Ｌｉｎが位相変調された波長λ２の出力光Ｌｏｕｔに変換される。
【００２３】
よって、本実施の形態２によれば、実施の形態１よりも簡略な構成で、変換効率が高く、波長の制約の小さな位相変調光通信用の波長変換器を実現することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態２では、相互位相変調効果を有する素子として半導体光増幅器（ＳＯＡ１６）を用いたが、電界吸収型（ＥＡ）光変調器を用いても良い。
【００２５】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施形態について図３を参照して以下に説明する。図３は、本発明の実施の形態３に係る波長変換器の概略構成を示す図である。本実施の形態３は、実施の形態２で説明した波長変換器において、更に第３の光カプラ１８と第２の光サーキュレータ１９と第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０とを追加して強度変調光より得られる位相変調光の位相変調度を大きくした変形例である。
【００２６】
本実施の形態では、図３に示すように、目標とする位相変調光Ｌ７の位相変調度を大きくするために、半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの相互位相変調効果を有する位相変調素子を縦列に２段以上接続した多段構成の位相変調部（ＳＯＡ）を採用している。上記構成において、第３の分岐用光カプラ１８により分岐光Ｌ５１とＬ５２とが得られ、後段部においても同様に、導波光路Ｐ８とＰ９及び第２半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０を介して発生される位相変調光Ｌ８が、波長λ２の出力光Ｌｏｕｔとして得られる。
【００２７】
ここで、第１半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６の位相変調度をΔφ１、第２半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０の位相変調度をΔφ２とすると、出力光Ｌｏｕｔとして得られる位相変調光の位相変調度ΔφはΔφ＝Δφ１＋Δφ２となる。
【００２８】
このように、本実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、出力として得られる位相変調光の位相変調度を実施の形態２の場合よりも大きくすることができる。
【００２９】
なお、図示の例では、半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの相互位相変調効果を有する素子を縦列に接続した２段構成としているが、２段以上の多段構成として縦列に接続した位相変調部を用いてもよい。
また、本実施の形態３では、相互位相変調効果を有する素子として半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いたが、電界吸収型（ＥＡ）光変調器を用いても良い。
【００３０】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施形態について図４を参照して以下に説明する。図４は本発明の実施の形態４に係る波長変換器の概略構成を示す図である。本実施の形態４の基本構成は実施の形態２と同様であり、相違点は、本実施の形態４では、１ビットの周期よりも遅延時間の短い光導波路を用いて、入射パルスの（０，１）符号の変わり目で強度変調光パルスが発生する干渉計を構成したことである。
【００３１】
図４に示すように、第１光カプラ１１からの出力光のうち、一方の分岐導波路Ｐ１を伝播する分岐光Ｌ１は第２光カプラ１４に到達するのに時間ｔだけかかり、他方の分岐導波路（遅延線）Ｐ２を伝播する分岐光Ｌ２はそれよりも遅延時間Δｔだけ遅れて時間（ｔ＋Δｔ）で第２光カプラ１４に到達し、この遅延時間Δｔが信号１ビットの周期（符号間隔）よりも短い長さとなるように光路差を設定した光導波路を用いている。
【００３２】
これにより、２値入力信号パルスの（０，１）符号の変わり目で強度変調光パルスＬｐが発生する干渉計を構成する。即ち、第２光カプラ１４は、入射パルスの位相が“０”→“１”または“１”→“０”のときに、強度が“１”となるパルス列Ｌｐを発生する。
【００３３】
第２光カプラ１４と光サーキュレータ１５との間には、光フリップフロップ等により構成された光双安定素子２１が縦列に接続され、強度変調光パルスＬｐはこの光双安定素子２１を介してＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）の強度変調信号光Ｌ５’に変換される。強度が“１”のパルス列Ｌｐが入力されたとき、光双安定素子２１は状態が変化してその光出力Ｌ５’の大きさが変化する。
【００３４】
光双安定素子２１で得られた強度変調光Ｌ５’は、光サーキュレータ１５を経由して半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの相互位相変調効果を有する位相変調素子１６に入射される。これと同時に、レーザダイオード（ＬＤ）１７からの波長λ２の励起用連続光Ｌ６を半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６に入射させる。
【００３５】
この波長λ２の連続光Ｌ６が半導体光増幅器（ＳＯＡ）１６の相互位相変調効果により位相変調を受けて波長λ２の位相変調光Ｌ７となる。この位相変調光Ｌ７が、光サーキュレータ１５を経由して波長λ２の出力光Ｌｏｕｔとして出力される。このようにして、波長λ１の入力光Ｌｉｎが位相変調された波長λ２の出力光Ｌｏｕｔに変換される。
【００３６】
よって、本実施の形態４においても、実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、入射パルスＬ１の（０，１）符号の変わり目で強度変調光パルスが発生する干渉計を構成している。
【００３７】
なお、本発明に係る光回路の構成においては、相互位相変調効果を有する素子としては、半導体光増幅器（ＳＯＡ）以外に、電界吸収型光変調器、光ファイバ増幅器、非線型光学効果の大きな光ファイバ等を用いてもよい。
【００３８】
また、本発明に係る光回路の構成においては、光導波路として光ファイバを用いてもよく、さらには半導体光導波路を用いてもよい。さらに、本発明で用いる光カプラとしては、光ファイバ型カプラや半導体光導波路を用いた光カプラであってもよい。
【００３９】
また、本発明では、連続波光発生用光源（ＬＤ）と位相変調素子を同一基板上にモノリシックに集積してもよく、これにより、光装置全体を小型化できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、変換効率が高く、波長の制約の小さな位相変調光通信用の波長変換器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る波長変換器の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態２に係る波長変換器の概略構成を示す図。
【図３】本発明の実施の形態３に係る波長変換器の概略構成を示す図。
【図４】本発明の実施の形態４に係る波長変換器の概略構成を示す図。
【図５】従来の波長変換器の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１１，１４，１８  光カプラ、    １２，１５，１９  光サーキュレータ、  １３，１７  レーザダイオード、    １６，２０  位相変調素子、    ２１  光双安定素子、    Ｐ１〜Ｐ９  光導波路、    Ｐｉｎ  入力ポート、    Ｐｏｕｔ  出力ポート
【図１】
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【図２】
2004219447.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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