(57)【要約】【課題】半導体光増幅器の利得の非線型性を用いた波長変換器において、消光比劣化を改善する。【解決手段】半導体光増幅器５が出力する波長λｐ１の光信号に対して、位相が反転した波長λｐ２の光信号を生成し、マッハツェンダ型干渉計を構成することで、半導体光増幅器５が出力する波長λｐ１の光信号のローレベルを、位相が反転した波長λｐ２の光信号のハイレベルで打ち消すことによって消光比の劣化を抑える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号光の変換先波長である第１の波長の強度一定の光を出力する第１の半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザの第１の波長の出力光を前記入力信号光によりその逆相に強度変調する第１の半導体光増幅器と、
前記入力信号光及び第１の半導体レーザの出力光と異なる第２の波長の強度一定の光を出力する第２の半導体レーザと、
前記第２の半導体レーザの第２の波長の出力光を前記入力信号光によりその逆相に強度変調する第２の半導体光増幅器と、
第２の半導体光増幅器の出力光から第２の波長の光を抽出する第１のフィルタと、
前記第１の半導体レーザの第１の波長の出力光を前記第１のフィルタにより抽出された第２の波長の光によりその逆相に強度変調する第３の半導体光増幅器と、
前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光を合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された光から第１の波長の光を抽出する第２のフィルタとを、
備えた波長変換器。
【請求項２】
前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光位相を調整する手段を更に備えた請求項１に記載の波長変換器。
【請求項３】
前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整する手段を更に備えた請求項１又は２に記載の波長変換器。
【請求項４】
入力信号光の平均光電力をモニタして、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整するよう構成された請求項３に記載の波長変換器。
【請求項５】
前記第１の半導体光増幅器の光出力における第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整するよう構成された請求項３に記載の波長変換器。
【請求項６】
前記第２のフィルタにより抽出された第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整するよう構成された請求項３に記載の波長変換器。
【請求項７】
前記第１、第２もしくは第３の半導体光増幅器のいずれか１つもしくは複数に対して、出力光レベルを調整するための強度一定の光信号を印加する第３の半導体レーザを更に備えた請求項１又は２に記載の波長変換器。
【請求項８】
入力信号光の平均光電力をモニタして、前記第３の半導体レーザの光出力レベルを制御するよう構成された請求項７に記載の波長変換器。
【請求項９】
前記第１の半導体光増幅器の光出力における第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第３の半導体レーザの光出力レベルを制御するよう構成された請求項７に記載の波長変換器。
【請求項１０】
前記第２のフィルタにより抽出された第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第３の半導体レーザの光出力レベルを制御するよう構成された請求項７に記載の波長変換器。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１つに記載の波長変換器の要素の一部又は全部が半導体基板上に集積化されている波長変換器。
【請求項１２】
前記第１の半導体レーザが波長可変型レーザである請求項１から１１のいずれか１つに記載の波長変換器。
【請求項１３】
波長多重された複数の波長の光信号からそれぞれの波長に分離する波長分離型光フィルタと、
請求項１２に記載の波長変換器であって、前記波長分離型光フィルタにより分離された光信号それぞれを入力とする複数の波長変換器と、
前記複数の波長変換器から出力された各信号を合波する光合波器とを、
有する光クロスコネクト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された光信号を別波長の光信号に変換し出力する波長変換器及び光クロスコネクト装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長変換器として、半導体光増幅器の利得抑圧現象を利用したものが知られている。図１２は従来の波長変換器の構成を示し、半導体レーザ１０１は波長λｓの入力信号光の変換先波長λｐの強度一定のプローブ光を出力する。そして、波長λｓの入力信号光と半導体レーザ１０１の出力する出力一定で波長λｐのプローブ光とを光合波器１０２に入力して信号光とプローブ光とを合波し、波長λｓ＋λｐの合波光を半導体光増幅器１０３に出力する。半導体光増幅器１０３では信号光の強度が大きい場合は利得が小さくなり、信号光の強度が小さい場合は利得が大きくなる（利得の非線型性）。この利得の変化により波長λｐのプローブ光が強度変調され、実質的に波長λｓの信号光が波長λｐに変換されたのと等価となる。そして、これを光バンドパスフィルタ１０４を通し、波長λｐの信号光を抽出することで波長変換を実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示す構成の波長変換器では、波長λｐに変換された光信号の消光比が減少するという問題がある。図１３に図１２の構成での光波形を示す。図１３（ａ）に示す半導体レーザ１０１の強度一定のプローブ光と図１３（ｂ）に示す信号光とを合波し、半導体光増幅器１０３に入力すると、その出力は図１３（ｃ）のようになり、波長λｐのプローブ光が入力信号光と逆相で変調される。図１３（ｃ）の信号から光バンドパスフィルタ１０４で波長λｐのみの光信号を抽出すると図１３（ｄ）のような波形となる。ここで、図１３（ｄ）に示すようにハイレベルの光電力ＰｐとローレベルのＰｎの比を示す消光比が、図１３（ｂ）に示す入力信号よりも小さくなっている。この消光比の減少によって光受信時の感度劣化を生じさせる要因となる。
【０００４】
本発明はこの波長変換時の消光比減少を抑えることができ、光受信時の感度劣化を抑えることができる波長変換器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明の波長変換器は、上記目的を達成するために、
入力信号光の変換先波長である第１の波長の強度一定の光を出力する第１の半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザの第１の波長の出力光を前記入力信号光によりその逆相に強度変調する第１の半導体光増幅器と、
前記入力信号光及び第１の半導体レーザの出力光と異なる第２の波長の強度一定の光を出力する第２の半導体レーザと、
前記第２の半導体レーザの第２の波長の出力光を前記入力信号光によりその逆相に強度変調する第２の半導体光増幅器と、
第２の半導体光増幅器の出力光から第２の波長の光を抽出する第１のフィルタと、
前記第１の半導体レーザの第１の波長の出力光を前記第１のフィルタにより抽出された第２の波長の光によりその逆相に強度変調する第３の半導体光増幅器と、
前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光を合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された光から第１の波長の光を抽出する第２のフィルタとを、
備えた構成とした。
上記構成により、第１の半導体光増幅器が出力する第１の波長の光信号に対して、位相が反転した第２の波長の光信号を生成し、マッハツェンダ型干渉計を構成するので、第１の半導体光増幅器が出力する第１の波長のローレベルを、位相が反転した第２の波長の光信号のハイレベルで打ち消すことによって消光比の劣化を抑えることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長変換器において、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光位相を調整する手段を更に備えたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の波長変換器において、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整する手段を更に備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の波長変換器において、入力信号光の平均光電力をモニタして、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の波長変換器において、前記第１の半導体光増幅器の光出力における第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の波長変換器において、前記第２のフィルタにより抽出された第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第１、第３の半導体光増幅器の各出力光の光強度を調整することを特徴とする。
【０００８】
請求項７に記載の発明は、請求項１又は２に記載の波長変換器において、前記第１、第２もしくは第３の半導体光増幅器のいずれか１つもしくは複数に対して、出力光レベルを調整するための強度一定の光信号を印加する第３の半導体レーザを更に備えたことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の波長変換器において、入力信号光の平均光電力をモニタして、前記第３の半導体レーザの光出力レベルを制御することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の波長変換器において、前記第１の半導体光増幅器の光出力における第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第３の半導体レーザの光出力レベルを制御することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載の波長変換器において、前記第２のフィルタにより抽出された第１の波長成分から光信号中の下底強度レベルをモニタして、前記第３の半導体レーザの光出力レベルを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１つに記載の波長変換器の前記構成要素の一部又は全部が半導体基板上に集積化されていることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１つに記載の波長変換器において、前記第１の半導体レーザが波長可変型レーザであることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明の光クロスコネクト装置は、
波長多重された複数の波長の光信号からそれぞれの波長に分離する波長分離型光フィルタと、
請求項１２に記載の波長変換器であって、前記波長分離型光フィルタにより分離された光信号それぞれを入力とする複数の波長変換器と、
前記複数の波長変換器から出力された各信号を合波する光合波器とを、
有する構成とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の構成例を示し、各構成要素は半導体基板上に集積化されている。半導体レーザ２は入力信号光の変換先波長λｐ１の強度一定のプローブ光を出力し、この波長λｐ１のプローブ光は光分岐器３、光合波器４を通って半導体光増幅器５に入力される。また、波長λｓの入力信号光も光分岐器１と光合波器４を通って半導体光増幅器５に入力され、波長λｐ１のプローブ光が入力信号光によりその逆相で強度変調される。
【００１１】
半導体レーザ６は入力信号光の波長λｓ、半導体レーザ２の波長λｐ１と異なる波長λｐ２の強度一定のプローブ光を出力し、この波長λｐ２のプローブ光は光合波器７を通って半導体光増幅器８に入力される。また、波長λｓの入力信号光も光分岐器１と光合波器７を通って半導体光増幅器８にも入力され、波長λｐ２のプローブ光が入力信号光によりその逆相で強度変調される。半導体光増幅器８の光出力から光バンドパスフィルタ９で波長λｐ２の光信号のみを抽出して光合波器１０に入力し、また、半導体レーザ２の波長λｐ１のプローブ光を光分岐器３を介して光合波器１０に入力し、波長λｐ１、λｐ２を合波する。
【００１２】
この波長λｐ１、λｐ２の合波光を半導体光増幅器１１に入力して、波長λｐ１のプローブ光が波長λｐ２の光信号と逆相で強度変調される。半導体光増幅器５の出力と半導体光増幅器１１の出力は光合波器１２で合波され、光バンドパスフィルタ１３でλｐ１の波長の信号のみが出力される。
【００１３】
上記構成での波長変換の原理を図２、図３に示す光波形を元に説明する。図２（ａ）に示す波長λｐ１のプローブ光と図２（ｂ）に示す波長λｓの信号光入力とを半導体光増幅器５に入力すると、図２（ｃ）に示すように波長λｐ１のプローブ光の光強度が波長λｓの逆相で変調される。同様に半導体光増幅器８でも波長λｐ２のプローブ光が強度変調され、この波長λｐ２の強度変調信号を光バンドパスフィルタ９で抽出すると、図３（ｄ）に示すように消光比の減少した波形となる。図３（ｄ）に示す波長λｐ２の光信号と波長λｐ１のプローブ光を光合波器１０により合波して半導体光増幅器１１に入力すると、その出力は図３（ｅ）に示すように波長λｐ１のプローブ光が波長λｐ２の光信号と逆相の強度変調した信号となる。
【００１４】
そこで、光合波器１２で波長λｐ１をもつ図３（ｆ）に示すような逆相の２つの信号を合波した場合、マッハツェンダ型干渉計が構成され、その２つの光信号の光領域での位相がλ／２ずれている場合、光信号が打ち消し合う。その際、図３（ｆ）の上下の波形で光電力が近い時間は光が極小となり、光電力が大きく異なる場合は光の打消しは小さい。そのため、図３（ｇ）に示すように、消光比の大きい波長λｐ１の光信号を出力する。
【００１５】
上記のように本発明の波長変換器では、出力する波長λｐ１の光信号に対し位相が反転した波長λｐ２の光信号を生成し、マッハツェンダ型干渉計を構成することで消光比の劣化を抑えた波長変換器を実現している。
【００１６】
（第２の実施の形態）
図４に本発明の第２の実施の形態の構成を示す。第２の実施の形態の波長変換器は、第１の実施の形態の波長変換器において、半導体光増幅器１１と光合波器１２の間に光位相可変器１４を挿入している。光分岐器３から半導体光増幅器５を通り光合波器１２を通るパスと半導体光増幅器１１を通るパスとの位相差を光位相可変器１４によって調整し、光領域での位相差をλ／２に近づけることで消光比をさらに改善できる。
【００１７】
（第３の実施の形態）
図５に本発明の第３の実施の形態の構成を示す。第３の実施の形態の波長変換器は、第１の実施の形態の波長変換器において、半導体光増幅器１１と光合波器１２の間に可変光強度減衰器１５を挿入している。可変光強度減衰器１５によって光分岐器３から半導体光増幅器５を通り光合波器１２を通るパスと半導体光増幅器１１を通るパスとの光強度差を調整し、消光比をさらに改善できる。
【００１８】
（第４の実施の形態）
図６に本発明の第４の実施の形態の構成を示す。第４の実施の形態の波長変換器は、第３の実施の形態の波長変換器において、光分岐器１と光合波器４の間に光分岐器１８を挿入し、さらに光分岐器１８からの光信号を電気信号に変換する光／電気変換器１６と、その光／電気変換器１６の出力電圧をモニタして可変光強度減衰器１５の減衰率を制御する制御回路１７が追加されている。上記のような構成で、波長λｓの入力信号光の平均光電力をモニタし、可変光強度減衰器１５を制御することで、入力信号光の光レベルが変化しても自動で第３の実施例に示すような消光比の改善が行える。
【００１９】
（第５の実施の形態）
図７に本発明の第５の実施の形態の構成を示す。第５の実施の形態の波長変換器は、第３の実施の形態の波長変換器において、半導体光増幅器５と光合波器１２の間に光分岐器１９を挿入し、さらに光分岐器１９からの光信号のうち波長λｐ１の光信号を光バンドパスフィルタ２０で抽出する。光バンドパスフィルタ２０を通過した光信号を光／電気変換器１６で電気信号に変換し、ピーク検出回路２１で光／電気変換器１６の出力電気信号の下底レベルを検出する。ピーク検出回路２１の出力するレベル（つまり半導体光増幅器５の出力する光信号のうち波長λｐ１の光信号のローレベル）が半導体光増幅器１１の出力する光信号のうちの波長λｐ１の光信号のハイレベルとが同一となるように可変光強度減衰器１５を調整することで、入力信号光の光レベルが変化しても自動で第３の実施例に示すような消光比の改善が行える。
【００２０】
（第６の実施の形態）
図８に本発明の第６の実施の形態の構成を示す。第６の実施の形態の波長変換器は、第５の実施の形態の波長変換器において、光分岐器１９と光バンドパスフィルタ２０の代わりに、光バンドパスフィルタ１３の後段に光分岐器２２を追加し、光分岐器２２の出力の一方を光／電気変換器１６に入力するようにしたものである。
【００２１】
ここで、ピーク検出回路２１で本装置出力である波長λｐ１の光信号のローレベルをモニタし、そのレベルが最小となるように可変光強度減衰器１５の減衰率を制御することで入力信号光の光レベルが変化しても自動で第３の実施例に示すような消光比の改善が行える。
【００２２】
（第７の実施の形態）
図９に本発明の第７の実施の形態の構成を示す。第７の実施の形態の波長変換器は、第１の実施の形態の波長変換器において、光合波器１０と半導体光増幅器１１との間に光合波器２４を挿入し、さらに光合波器２４に波長λｐ１、λｐ２とは異なる波長λｐ３の強度一定の光信号を出力する半導体レーザ２３で構成している。
【００２３】
ここで、半導体レーザ２３の光出力レベルによって半導体光増幅器１１の出力する波長λｐ１の光信号の強度が変化し、半導体レーザ２３から半導体光増幅器１１に入力される光信号が大きくなると、半導体光増幅器１１の出力する波長λｐ１の光信号は小さくなる。この現象を利用し、光分岐器３から半導体光増幅器５を通り光合波器１２を通るパスと半導体光増幅器１１を通るパスとの光強度差を調整し、消光比をさらに改善できる。また、入力信号光の平均光電力をモニタしたり、半導体光増幅器５又は光バンドフィルタ１３の光出力における波長λｐ１から光信号中の下底強度レベルをモニタして、半導体レーザ２３の光出力レベルを制御することにより、消光比をさらに改善できる。
【００２４】
（第８の実施の形態）
図１０に本発明の第８の実施の形態の構成を示す。第８の実施の形態の波長変換器は、第１の実施の形態に示した波長変換器において、半導体レーザ２を波長可変レーザ３０に変更したものである。この変更によって、本波長変換器の出力波長λｐ１を適宜変更することが可能な波長変換器を実現できる。
【００２５】
（第９の実施の形態）
図１１に本発明の第９の実施の形態の構成を示す。第９の実施の形態の光クロスコネクト装置は、入力される波長多重光信号の波長分離を行う波長分離型光フィルタ２５と、波長分離型光フィルタ２５で分離した各波長λｓ（１）〜λｓ（Ｎ）の光信号毎に波長変換を行う第９の実施の形態に記載のＮ個の波長変換器２６と、Ｎ個の波長変換器２６の出力するＮ個の光信号を合波する光合波器２７とで構成されている。
【００２６】
波長変換器２６は第９の実施の形態に示したように、出力する波長を変化させる構成であり、入力される波長多重された光信号のそれぞれの波長を変換して再び波長多重する光クロスコネクト装置を実現できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１の半導体光増幅器が出力する第１の波長の光信号に対して、位相が反転した第２の波長の光信号を生成し、マッハツェンダ型干渉計を構成するので、第１の半導体光増幅器が出力する第１の波長のローレベルを、位相が反転した第２の波長の光信号のハイレベルで打ち消すことによって消光比の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図２】本発明の波長変換原理を示す説明図
（ａ）プローブ光出力波形
（ｂ）信号光波形
（ｃ）半導体光増幅器５出力波形
【図３】本発明の波長変換原理を示す説明図
（ｄ）光バンドパスフィルタ９出力波形
（ｅ）半導体光増幅器１１出力波形
（ｆ）光合波器１２入力波形
（ｇ）光バンドパスフィルタ１３出力波形
【図４】本発明の第２の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図５】本発明の第３の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図６】本発明の第４の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図７】本発明の第５の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図８】本発明の第６の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図９】本発明の第７の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図１０】本発明の第８の実施の形態として波長変換器を示す構成図
【図１１】本発明の第９の実施の形態として光クロスコネクト装置を示す構成図
【図１２】従来の波長変換器の構成図
【図１３】従来の波長変換原理を示す説明図
（ａ）半導体レーザ１０１出力波形
（ｂ）信号光波形
（ｃ）半導体光増幅器１０３出力波形
（ｄ）光バンドパスフィルタ１０４出力波形
【符号の説明】
１、３、１８、１９、２２　光分岐器
２、６、２３　半導体レーザ
４、７、１０、１２、２４、２７　光合波器
５、８、１１　半導体光増幅器
９、１３、２０　光バンドパスフィルタ
１４　光位相可変器
１５　可変光強度減衰器
１６　光／電気変換器
１７　制御回路
２１　ピーク検出回路
２５　波長分離型光フィルタ
２６　波長変換器
３０　波長可変レーザ
【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】
2004029511.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004029511.tif 000011
【図１０】
2004029511.tif 000012
【図１１】
2004029511.tif 000013
【図１２】
2004029511.tif 000014
【図１３】
2004029511.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月22日(2003.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004029511.tif 000016