(57)【要約】【課題】位相変調されたポンプ光が通過する光バンドパスフィルタの透過率に光周波数依存性を持たすことにより、光周波数変換効率をほぼ一定に保ち、光周波数変換光に望ましくない強度変調がかかることを低減して良好な光周波数変換を可能にすること。【解決手段】ポンプ光源１０１にて発生したポンプ光（角周波数をωｃとする）を位相変調器１０２にて位相変調する。その結果、瞬時角周波数が時間変動するが、その最大瞬時角周波数をωｃ＋Δω１、最小瞬時角周波数をωｃ−Δω２とする。ポンプ光源１０１の発振光周波数の近傍において、光バンドパスフィルタ１０３が、光周波数変換効率が大きいポンプ光角周波数にて透過率が小さく、光周波数変換効率が小さいポンプ光角周波数にて透過率が大きい特性を有すように構成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ光源と、該ポンプ光源に接続された位相変調器と、該位相変調器に接続された光バンドパスフィルタと、該光バンドパスフィルタに接続され、かつ信号光が入力する光入力部を有する光合波器と、該光合波器に接続された光周波数変換用光ファイバとを具備し、
前記ポンプ光源の発振光周波数の近傍において、前記光バンドパスフィルタが、光周波数変換効率が大きいポンプ光角周波数にて透過率が小さく、光周波数変換効率が小さいポンプ光角周波数にて透過率が大きいことを特徴とする光周波数変換装置。
【請求項２】
前記光バンドパスフィルタと前記光合波器が一体となっていることを特徴とする請求項１に記載の光周波数変換装置。
【請求項３】
前記位相変調器の位相変調が二値位相変調であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光周波数変換装置。
【請求項４】
前記位相変調器の位相変調を擬似ランダムパターンで行うことを特徴とする請求項３に記載の光周波数変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光周波数変換装置に関し、より詳細には、光通信、光交換、光情報処理などの光伝送システム、光ＬＡＮなどに適用される光周波数変換技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光周波数多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）が進歩するに従って、信号光の光周波数を、電気信号に変換せずに光のまま所望の光周波数に変換する光周波数変換技術が期待されている。この種の光周波数変換技術として、光ファイバを用いた四光波混合による光周波数変換方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来の光周波数変換装置の構成図で、図中符号１１０１はポンプ光源、１１０２は位相変調器、１１０３は光バンドパスフィルタ、１１０４は光合波器、１１０５は光周波数変換用光ファイバ、１１０４ａはポンプ光の光合波器１１０４への入力ポート、１１０４ｂは信号光の光合波器１１０４への入力ポート、１１０４ｃは光合波器１１０４の出力ポートを示している。
【０００４】
光バンドパスフィルタ１１０３の透過率は、図９に示すように、ポンプ光の角周波数ωｐｕｍｐ近傍において、光周波数によらず一定であるとする。また、光合波器１１０４において、ポンプ光の入力ポート１１０４ａから出力ポート１１０４ｃへの透過率は、光周波数によらず一定であるとする。
【０００５】
図１０（ａ），（ｂ）は、光周波数変換の様子を示す図で、図１０（ａ）は光周波数変換用光ファイバ入力部における光スペクトル、図１０（ｂ）は光周波数変換用光ファイバ出力部における光スペクトルを示す図である。
【０００６】
ポンプ光と信号光を光周波数変換用光ファイバ１１０５に入力する。信号光は１波でも複数波でも良い。図１０（ａ）は、信号光が２波の場合の、光周波数変換用光ファイバ入力部での光スペクトルである。光周波数変換用光ファイバ１１０５を伝搬するに従って、位相共役光と呼ばれる、光周波数が変換された光が生成される。以後、これを光周波数変換光と呼ぶことにする。ポンプ光・信号光・光周波数変換光の角周波数をそれぞれωｐｕｍｐ、ωｓｉｇｎａｌ、ωｃｏｎｖとすると、光周波数変換光の角周波数はωｃｏｎｖ＝２ωｐｕｍｐ−ωｓｉｇｎａｌとなる。すなわち、光周波数変換光の角周波数は、信号光の角周波数をポンプ光の角周波数に関して折り返したものとなる。図１０（ｂ）に、光周波数変換用光ファイバ出力部での光スペクトルを示す。
【０００７】
一方、光周波数変換効率（＝出力される光周波数変換光パワー÷入力する信号光パワー）は、おおよそｅＰに比例するため（ｅは自然対数の底、Ｐは入力するポンプ光のパワー）、効率を高めるためには、ポンプ光のパワーを強くする必要がある。しかし、光ファイバに高強度の単色光を入力すると、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）と呼ばれる、光と音響フォノンとの相互作用による散乱により入力された光は後方に散乱されてしまい、伝搬しないという問題がある。特に、高非線形ファイバと呼ばれる、コア径の小さなファイバを用いる時は、誘導ブリルアン散乱が起きやすいという問題がある。
【０００８】
そこで、単色のポンプ光に位相変調（典型的には数百ＭＨｚ  〜数ＧＨｚ  程度）をかけることにより、ポンプ光のスペクトルを広げ、誘導ブリルアン散乱を抑制するという手法が一般的に用いられている。これにより、高パワーのポンプ光を光ファイバに入力できるようになるため、高い光周波数変換効率を得ることができる。
【０００９】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ．  ＶＯＬ．  １３．  ＮＯ．  ３．  ＭＡＲＣＨ  ２００１．１９４
【００１０】
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ．  ＶＯＬ．  １３．  ＮＯ．  １２．  ＤＥＣＥＭＢＥＲ  ２００１．  １３２８．
【００１１】
【非特許文献３】
ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ＶＯＬ．  ６．  Ｍａｙ  １９８８．  ７１０
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ポンプ光の中心角周波数ωｃ、位相変調による位相変化をφ（ｔ）  とすると、ポンプ光の位相θ（ｔ）  は、θ（ｔ）  ＝ωｃｔ  ＋φ（ｔ）  となる。また、瞬時角周波数ωｉｎｓｔａｎｔ（ｔ）  はθ（ｔ）  の時間微分で定義される。
【００１３】
すなわち、ωｉｎｓｔａｎｔ（ｔ）  ＝  ｄθ（ｔ）／ｄｔ＝ωｃ＋  ｄφ（ｔ）／ｄｔである。したがって、図１１（ａ）のように位相を変調すると、瞬時角周波数は図１１（ｂ）のように変化する。図１１（ｂ）に示すように、最大瞬時角周波数をωｃ＋Δω１，最小瞬時角周波数をωｃ−Δω２とする。ここでΔω１，Δω２＞０である。
【００１４】
図１２は、ポンプ光角周波数ωｃ＋Δω１，ωｃ，ωｃ−Δω２における光周波数変換効率の入力信号光周波数依存性を示す図である。ここで、すべてのポンプ光角周波数で、ポンプ光パワーは同じであるとした。入力信号光の光周波数を固定して考えたとき、ポンプ光の光周波数によって、光周波数変換効率が変化することがわかる。すなわち、ポンプ光に位相変調をかけると瞬時角周波数が変化するので、光周波数変換効率が時間的に変動し、その結果、強度変調が光周波数変換光にかかる。
【００１５】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、瞬時角周波数変化による光周波数変換光パワー変化の様子を示す図で、図１３（ａ）は瞬時角周波数、図１３（ｂ）は入力信号光の角周波数がωＡの時の光周波数変換光パワー、図１３（ｃ）は入力信号光の角周波数がωＢの時の光周波数変換光パワーを示す図である。
【００１６】
図１３（ｂ）は、入力信号光の角周波数が図１２のωＡの時であり、図１３（ｃ）は、入力信号光の角周波数が図１２のωＢの時である。これらの強度変調は信号の伝送に対して悪影響を与えるため望ましくない。
【００１７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ポンプ光の中心角周波数近傍において、位相変調されたポンプ光が通過する光バンドパスフィルタの透過率に光周波数依存性を持たすことにより、光周波数変換効率をほぼ一定に保ち、光周波数変換光に望ましくない強度変調がかかることを低減し、良好な光周波数変換を可能にした光周波数変換装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
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、ポンプ光源と、該ポンプ光源に接続された位相変調器と、該位相変調器に接続された光バンドパスフィルタと、該光バンドパスフィルタに接続され、かつ信号光が入力する光入力部を有する光合波器と、該光合波器に接続された光周波数変換用光ファイバとを具備し、前記ポンプ光源の発振光周波数の近傍において、前記光バンドパスフィルタが、光周波数変換効率が大きいポンプ光角周波数にて透過率が小さく、光周波数変換効率が小さいポンプ光角周波数にて透過率が大きいことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光バンドパスフィルタと前記光合波器が一体となっていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記位相変調器の位相変調が二値位相変調であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記位相変調器の位相変調を擬似ランダムパターンで行うことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の光周波数変換装置の第１実施例を説明するための図で、図中符号１０１はポンプ光源、１０２は位相変調器、１０３は光バンドパスフィルタ、１０４は光合波器、１０５は光周波数変換用光ファイバを示している。光合波器１０４は、ポンプ光入力ポート１０４ａと信号光入力ポート１０４ｂと出力ポート１０４ｃとを備えている。
【００２３】
ポンプ光源１０１にて発生したポンプ光（角周波数をωｃとする）を位相変調器１０２にて位相変調する。その結果、瞬時角周波数が時間変動するが、その最大瞬時角周波数をωｃ＋Δω１、最小瞬時角周波数をωｃ−Δω２とする。
【００２４】
つまり、ポンプ光源１０１の発振光周波数の近傍において、光バンドパスフィルタ１０３が、光周波数変換効率が大きいポンプ光角周波数にて透過率が小さく、光周波数変換効率が小さいポンプ光角周波数にて透過率が大きい特性を有するように構成されている。
【００２５】
図２は、ポンプ光角周波数ωｃ＋Δω１，ωｃ，ωｃ−Δω２における光周波数変換効率の入力信号光周波数依存性を示す図である。ここで、すべてのポンプ光角周波数で、ポンプ光パワーは同じであるとした。なお、図２においては、ポンプ光より高周波側のみの光周波数変換効率を示したが、低周波側の光周波数変換効率の入力信号光周波数依存性は、ポンプ光の中心角周波数ωｃに関してほぼ対称な形となる。
【００２６】
また光合波器１０４において、ポンプ光の入力ポート１０４ａから出力ポート１０４ｃへの透過率は、角周波数ωｃ−Δω２＜ω＜ωｃ＋Δω１において、一定であるとする。
【００２７】
まず、入力ポート１０４ｂから入力する信号光の角周波数ωｓｉｇｎａｌを、図２に示すωＡとする場合を考える。
【００２８】
この時、図３に示すように、ポンプ光の中心角周波数近傍において光バンドパスフィルタ１０３の透過率が以下のような光周波数依存性を持つようにする。すなわち、瞬時角周波数が高いときにポンプ光の透過パワーが小さくなり、瞬時角周波数が低い時に透過パワーが大きくなるようにし、光周波数変換効率の、ポンプ光パワー依存性とポンプ光角周波数依存性が互いに打ち消しあい、強度変調が小さくなるようにする。
【００２９】
次に、入力ポート１０４ｂから入力する信号光の角周波数ωｓｉｇｎａｌを、図２に示すωＢとする場合を考える。この時、図４に示すように、ポンプ光の中心角周波数近傍において光バンドパスフィルタ１０３の透過率が以下のような光周波数依存性を持つようにする。すなわち、瞬時角周波数が高いときにポンプ光の透過パワーが大きくなり、瞬時角周波数が低い時に透過パワーが小さくなるようにし、光周波数変換効率の、ポンプ光パワー依存性とポンプ光角周波数依存性が互いに打ち消しあい、強度変調が小さくなるようにする。
【００３０】
以上のように、位相変調されたポンプ光が通過する光バンドパスフィルタの透過率に光周波数依存性を持たし、光周波数変換効率の、ポンプ光パワー依存性とポンプ光角周波数依存性を互いに打ち消しあわせることにより、光周波数変換光に望ましくない強度変調がかかることを低減させることができるため、良好な光周波数変換の実現が可能となる。
【００３１】
高パワーのポンプ光を得るために、任意の場所に光増幅器を配置してもよい。例えば、ポンプ光源１０１と位相変調器１０２の間や、位相変調器１０２と光バンドパスフィルタ１０３の間に光増幅器を配置してもよい。
【００３２】
四光波混合を効率良く起こさせるために、一般に、光周波数変換用光ファイバにてポンプ光と信号光の偏光状態を合わせる必要がある。そのために、任意の場所に偏光コントローラを配置しても良い。例えば、ポンプ光源１０１と位相変調器１０２との間、ポンプ光入力ポート１０４ａ、信号光入力ポート１０４ｂなどに偏光コントローラを配置してもよい。
【００３３】
また同様に、光周波数変換用光ファイバにてポンプ光と信号光の偏光状態を合わせるために、偏光子を、ポンプ光と信号光が光周波数変換用光ファイバに入力される前に配置してもよい。例えば、光合波器の入出力ポートに偏光子を配置してもよい。すなわち、ポンプ光入力ポート１０４ａ、信号光入力ポート１０４ｂ、出力ポート１０４ｃなどに偏光子を配置してもよい。
【００３４】
［実施例２］
図５は、本発明の光周波数変換装置の第２実施例を説明するための図で、図中符号６０４は光バンドパスフィルタ機能付光合波器を示している。つまり、図１に示した光バンドパスフィルタ１０３と光合波器１０４が一体となっている。なお、上述した第１実施例と同一機能を有する部分については同一の符号を付してある。
【００３５】
光バンドパスフィルタ機能付光合波器６０４は、ポンプ光入力ポート６０４ａと信号光入力ポート６０４ｂと出力ポート６０４ｃとを有している。
【００３６】
図６（ａ），（ｂ）は、光バンドパスフィルタ機能付光合波器の角周波数依存性を示す図で、図６（ａ）はポンプ光入力ポート６０４ａと出力ポート６０４ｃの間の透過特性、図６（ｂ）は信号光入力ポート６０４ｂと出力ポート６０４ｃの間の透過特性を示す図である。図６（ａ）において、光バンドパス特性を持った光合波器の働きをすることがわかる。また、図６（ｂ）において、図６（ａ）の透過帯域以外の帯域で透過することがわかる。その他の点においては実施例１の場合と同様である。
【００３７】
［実施例３］
図７（ａ），（ｂ）は、本発明の光周波数変換装置の第３実施例を説明するための図で、図７（ａ）は２値位相変調による位相変化、図７（ｂ）は瞬時角周波数の変化を示す図である。
【００３８】
四光波混合による光周波数変換においては、ポンプ光・信号光・光周波数変換光の電場をそれぞれＥｐｕｍｐ，Ｅｓｉｇｎａｌ，Ｅｃｏｎｖと書くと、Ｅｃｏｎｖ∝Ｅｐｕｍｐ２×Ｅｓｉｇｎａｌ＊という関係が成り立つ。ここで＊は複素共役を示す。すなわち、ポンプ光の位相を変調すると、光周波数変換光の位相はその２倍、変調されることになり、光周波数変換光のスペクトルが広がってしまう。これは波長分散のある長距離伝送などにおいて好ましくない。
【００３９】
しかし、図７（ａ）に示すように、位相変調を０／πの２値位相変調することにより、誘導ブリルアン散乱を抑制しつつ、光周波数変換光のスペクトルの広がりを抑制できることが既に報告されている（例えば、非特許文献２参照）。つまり、ポンプ光Ｅｐｕｍｐを０／πの２値位相変調すると、Ｅｐｕｍｐ２は０／２πで位相変調されることになり、Ｅｃｏｎｖは位相変調の影響を受けないため、光周波数変換光のスペクトルの広がりが抑制される。すなわち、位相変調器１０２の位相変調が二値位相変調である。
【００４０】
また、擬似ランダムパターンを用いて０／πの２値位相変調を行なうことにより、ポンプ光のスペクトルが十分に広がることが既に報告されており（例えば、非特許文献３参照）、この場合誘導ブリルアン散乱を十分に抑制しながら、光周波数変換光のスペクトル広がりを抑制することが可能となる。つまり、位相変調器１０２の位相変調を擬似ランダムパターンで行う。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ポンプ光源と、ポンプ光源に接続された位相変調器と、位相変調器に接続された光バンドパスフィルタと、光バンドパスフィルタに接続され、かつ信号光が入力する光入力部を有する光合波器と、光合波器に接続された光周波数変換用光ファイバとを具備し、ポンプ光源の発振光周波数の近傍において、光バンドパスフィルタが、光周波数変換効率が大きいポンプ光角周波数にて透過率が小さく、光周波数変換効率が小さいポンプ光角周波数にて透過率が大きくなるような光周波数依存性を持っているために、ポンプ光位相変調時の光周波数変換効率の変動を減少させることができるため、望ましくない強度変調を抑えた良好な光周波数変換を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光周波数変換装置の第１実施例を説明するための図である。
【図２】ポンプ光角周波数ωｃ＋Δω１，ωｃ，ωｃ−Δω２における光周波数変換効率の入力信号光周波数依存性を示す図である。
【図３】光バンドパスフィルタの透過率の角周波数依存性（その１）を示す図である。
【図４】光バンドパスフィルタの透過率の角周波数依存性（その２）を示す図である。
【図５】本発明の光周波数変換装置の第２実施例を説明するための図である。
【図６】光バンドパスフィルタ機能付光合波器の角周波数依存性を示す図で、（ａ）はポンプ光入力ポート６０４ａと出力ポート６０４ｃの間、（ｂ）は信号光入力ポート６０４ｂと出力ポート６０４ｃの間の透過特性を示す図である。
【図７】本発明の光周波数変換装置の第３実施例を説明するための図で、（ａ）は２値位相変調による位相変化、（ｂ）は瞬時角周波数の変化を示す図である。
【図８】従来の光周波数変換装置の構成図である。
【図９】光バンドパスフィルタの透過率の角周波数依存性を示す図である。
【図１０】四光波混合による光周波数変換の様子を示す図で、（ａ）は光周波数変換用光ファイバ入力部、（ｂ）は光周波数変換用光ファイバ出力部における光スペクトルを示す図である。
【図１１】位相変調による位相変化と瞬時角周波数の変化を示す図で、（ａ）は位相変調による位相変化、（ｂ）は瞬時角周波数の変化を示す図である。
【図１２】ポンプ光角周波数ωｃ＋Δω１，ωｃ，ωｃ−Δω２における光周波数変換効率の入力信号光周波数依存性を示す図である。
【図１３】瞬時角周波数変化による光周波数変換光パワー変化の様子を示す図で、（ａ）は瞬時角周波数、（ｂ）は入力信号光の角周波数がωＡの時の光周波数変換光パワー、（ｃ）は入力信号光の角周波数がωＢの時の光周波数変換光パワーを示す図である。
【符号の説明】
１０１  ポンプ光源
１０２  位相変調器
１０３  光バンドパスフィルタ
１０４  光合波器
１０４ａ  ポンプ光入力ポート
１０４ｂ  信号光入力ポート
１０４ｃ  出力ポート
１０５  光周波数変換用光ファイバ
６０４  光バンドパスフィルタ機能付光合波器
６０４ａ  ポンプ光入力ポート
６０４ｂ  信号光入力ポート
６０４ｃ  出力ポート
１１０１  ポンプ光源
１１０２  位相変調器
１１０３  光バンドパスフィルタ
１１０４  光合波器
１１０４ａ  ポンプ光入力ポート
１１０４ｂ  信号光入力ポート
１１０４ｃ  出力ポート
１１０５  光周波数変換用光ファイバ
【図１】
2004170535.tif 000003
【図２】
2004170535.tif 000004
【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】
2004170535.tif 000013
【図１２】
2004170535.tif 000014
【図１３】
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