(57)【要約】【課題】良好な光周波数変換を実現する光周波数変換装置を提供する。【解決手段】第一のポンプ光を入力信号光とともに第一の光合波器１０６で合波し、第一の光周波数変換用光ファイバ１０７に入射することにより第一の光周波数変換光を形成するとともに、第一の光フィルタ１０８で前記第一の光周波数変換光のみを抽出する一方、第二のポンプ光を前記第一の光周波数変換光とともに第二の光合波器１０９で合波し、第二の光周波数変換用光ファイバ１１０に入射することにより第二の光周波数変換光を形成するとともに、第二の光フィルタ１１１で前記第二の光周波数変換光のみを抽出する場合において、前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致するようにした。【選択図】  図１
2004347830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のポンプ光源と、
第二のポンプ光源と、
前記第一のポンプ光源と前記第二のポンプ光源に接続されたポンプ光合波器と、
該ポンプ光合波器に接続された位相変調器と、
該位相変調器に接続されたポンプ光分波器と、
該ポンプ光分波器に接続されて前記第一のポンプ光源からの光を透過させるとともに第二のポンプ光源からの光を遮断する第一のポンプ光フィルタと、
該第一のポンプ光フィルタに接続され、且つ入力信号光が入力する光入力部を有する第一の光合波器と、
該第一の光合波器に接続された第一の光周波数変換用光ファイバと、
該第一の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第一の光周波数変換用光ファイバにて発生した第一の光周波数変換光のみを透過させる第一の光フィルタと、
前記ポンプ光分波器に接続されて第二のポンプ光源からの光を透過させるとともに第一のポンプ光源からの光を遮断する第二のポンプ光フィルタと、
該第二のポンプフィルタに接続され、且つ前記第一の光周波数変換光が入力する光入力部を有する第二の光合波器と、
該第二の光合波器に接続された第二の光周波数変換用光ファイバと、
該第二の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第二の光周波数変換用光ファイバにて発生した第二の光周波数変換光のみを透過させる第二の光フィルタと
を具備し、
前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致していることを特徴とする光周波数変換装置。
【請求項２】
第一のポンプ光源と、
該第一のポンプ光源に接続された第一の位相変調器と、
第二のポンプ光源と、
該第二のポンプ光源に接続された第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器に接続され、且つ信号光が入力する光入力部を有する第一の光合波器と、
該第一の光合波器に接続された第一の光周波数変換用光ファイバと、
該第一の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第一の光周波数変換用光ファイバにて発生した第一の光周波数変換光のみを透過させる第一の光フィルタと、
前記第二の位相変調器に接続され、且つ前記第一の光周波数変換光が入力する光入力部を有する第二の光合波器と、
該第二の光合波器に接続された第二の光周波数変換用光ファイバと、
該第二の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第二の光周波数変換用光ファイバにて発生した第二の光周波数変換光のみを透過させる第二の光フィルタと
を具備し、
前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致していることを特徴とする光周波数変換装置。
【請求項３】
第一のポンプ光源と、
該第一のポンプ光源に接続された第一のサーキュレータと、
第二のポンプ光源と、
該第二のポンプ光源に接続された第二のサーキュレータと、
一方の端子が前記第一のサーキュレータに接続され、もう一方の端子が前記第二のサーキュレータに接続された位相変調器と、
前記第二のサーキュレータに接続され、且つ信号光が入力する光入力部を有する第一の光合波器と、
該第一の光合波器に接続された第一の光周波数変換用光ファイバと、
該第一の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第一の光周波数変換用光ファイバにて発生した第一の光周波数変換光のみを透過させる第一の光フィルタと、
前記第一のサーキュレータに接続され、且つ前記第一の光周波数変換光が入力する光入力部を有する第二の光合波器と、
該第二の光合波器に接続された第二の光周波数変換用光ファイバと、
該第二の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第二の光周波数変換用光ファイバにて発生した第二の光周波数変換光のみを透過させる第二の光フィルタと
を具備し、
前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致していることを特徴とする光周波数変換装置。
【請求項４】
請求項１，２，３の光周波数変換装置において、
第二の光周波数変換用光ファイバの分散スロープの符号が、第一の光周波数変換用光ファイバのそれと逆であることを特徴とする光周波数変換装置。
【請求項５】
請求項１，２，３，４に記載する光周波数変換装置において、
光増幅器を任意の箇所に配置することを特徴とする光周波数変換装置。
【請求項６】
請求項１，２，３，４，５に記載する光周波数変換装置において、
位相変調器を、擬似ランダムパターンで行なうことを特徴とする光周波数変換装置。
【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、特に光通信、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適用して有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
異なるキャリア光周波数を多重する光伝送システム（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。
【０００３】
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ある。この技術は例えば、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ＶＯＬ．１３，ＮＯ．３，ＭＡＲＣＨ２００１，１９４  に記載されている。
【０００４】
この種の従来技術に係る光周波数変換装置を図１１に示す。同図において、１１０１がポンプ光源、１１０２が位相変調器、１１０４が光合波器、１１０５が光周波数変換用光ファイバである。
【０００５】
同図に示すように、当該光周波数変換装置は、ポンプ光と、入力信号光とを光合波器１１０４を介して光周波数変換用光ファイバ１１０５に入力する。入力信号光は１波でも複数波でも良い。
【０００６】
図１２に前記図１１に示す光周波数変換装置における光周波数変換の様子を示す。図１２（ａ）は、入力信号光が２波の場合の、光周波数変換用光ファイバ１１０５の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。
【０００７】
ポンプ光、入力信号光、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、入力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１２（ｂ）に、光周波数変換用光ファイバ１１０５の出力部での光スペクトルを示す。
【０００８】
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。
【０００９】
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に採られる。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。
【００１０】
なお、この種の従来技術に係る公知文献として、前述の如く、次の非特許文献１を挙げることができる。
【００１１】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ＶＯＬ．１３，ＮＯ．３，ＭＡＲＣＨ２００１，１９４
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ光の中心角周波数を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）  と書ける。また、ポンプ光の瞬時角周波数ωｉｎｓｔａｎｔ（ｔ）  はθ（ｔ）  の時間微分で定義される。すなわち、ωｉｎｓｔａｎｔ（ｔ）  ＝ｄθ（ｔ）  ／ｄｔ＝ωｃ＋ｄφ（ｔ）  ／ｄｔである。よって図１３（ａ）のように位相を変調すると、ポンプ光の瞬時角周波数は図１３（ｂ）のように変化する。図１３（ｂ）に示すように、最大瞬時角周波数をωｃ＋ΔωＨ、最小瞬時角周波数をωｃ−ΔωＬとする。ここでΔωＨ，ΔωＬ＞０である。
【００１３】
光周波数変換光の角周波数はωｃｏｎｖ＝２ωｐｕｍｐ−ωｓｉｇｎａｌとなるから、ポンプ光の瞬時角周波数がωｃ−ΔωＬ≦ωｐｕｍｐ≦ωｃ＋ΔωＨの範囲で変動すると、
（２ωｃ−ωｓｉｇｎａｌ）−２ΔωＬ≦ωｃｏｎｖ≦（２ωｃ−ωｓｉｇｎａｌ）＋２ΔωＨのように、ポンプ光の瞬時角周波数の２倍の揺らぎを生じる。これらの周波数変動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。
【００１４】
更に、図１４に、ポンプ光の中心角周波数ωｃが光周波数変換用ファイバの零分散角周波数に一致している時の、ポンプ光角周波数ωｃ＋ΔωＨ，ωｃ，ωｃ−ΔωＬにおける、光周波数変換効率の｜ωｓｉｇｎａｌ−ωｃ｜依存性を示す。横軸が、入力信号光の角周波数ωｓｉｇｎａｌとポンプ光の中心角周波数ωｃの差の絶対値である。
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。
【００１５】
入力信号光の光周波数を固定して考えたとき、ポンプ光の角周波数によって、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、強度変動が、光周波数変換光に生じる。その様子を図１５に示す。同図（ａ）がポンプ光の瞬時角周波数、（ｂ）が光周波数変換光パワーをそれぞれ示す。ここで、図１５（ｂ）は、入力信号光の角周波数が図１４のωＡの時であり、この強度変動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。
【００１６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、第一の光周波数変換用ファイバで発生した第一の光周波数変換光を第二の光周波数変換用ファイバに入射させ、第一の光周波数変換用ファイバで発生した第一の光周波数変換光の周波数変動と、第二のポンプ光の周波数変動のタイミングを一致させることにより、第二の光周波数変換用ファイバで発生する第二の光周波数変換光の周波数変動を抑制し、良好な光周波数変換を実現する光周波数変換装置を提供することを目的とする。
【００１７】
更には、第二の光周波数変換用ファイバの分散スロープの符号を、第一の光周波数変換用ファイバのそれに対して反転させることにより、望ましくない強度変動を抑制し、良好な光周波数変換を実現する光周波数変換装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
【００１９】
１）  第一のポンプ光源と、
第二のポンプ光源と、
前記第一のポンプ光源と前記第二のポンプ光源に接続されたポンプ光合波器と、
該ポンプ光合波器に接続された位相変調器と、
該位相変調器に接続されたポンプ光分波器と、
該ポンプ光分波器に接続されて前記第一のポンプ光源からの光を透過させるとともに第二のポンプ光源からの光を遮断する第一のポンプ光フィルタと、
該第一のポンプ光フィルタに接続され、且つ入力信号光が入力する光入力部を有する第一の光合波器と、
該第一の光合波器に接続された第一の光周波数変換用光ファイバと、
該第一の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第一の光周波数変換用光ファイバにて発生した第一の光周波数変換光のみを透過させる第一の光フィルタと、
前記ポンプ光分波器に接続されて第二のポンプ光源からの光を透過させるとともに第一のポンプ光源からの光を遮断する第二のポンプ光フィルタと、
該第二のポンプフィルタに接続され、且つ前記第一の光周波数変換光が入力する光入力部を有する第二の光合波器と、
該第二の光合波器に接続された第二の光周波数変換用光ファイバと、
該第二の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第二の光周波数変換用光ファイバにて発生した第二の光周波数変換光のみを透過させる第二の光フィルタと
を具備し、
前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致していること。
【００２０】
２）  第一のポンプ光源と、
該第一のポンプ光源に接続された第一の位相変調器と、
第二のポンプ光源と、
該第二のポンプ光源に接続された第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器に接続され、且つ信号光が入力する光入力部を有する第一の光合波器と、
該第一の光合波器に接続された第一の光周波数変換用光ファイバと、
該第一の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第一の光周波数変換用光ファイバにて発生した第一の光周波数変換光のみを透過させる第一の光フィルタと、
前記第二の位相変調器に接続され、且つ前記第一の光周波数変換光が入力する光入力部を有する第二の光合波器と、
該第二の光合波器に接続された第二の光周波数変換用光ファイバと、
該第二の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第二の光周波数変換用光ファイバにて発生した第二の光周波数変換光のみを透過させる第二の光フィルタと
を具備し、
前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致していること。
【００２１】
３）  第一のポンプ光源と、
該第一のポンプ光源に接続された第一のサーキュレータと、
第二のポンプ光源と、
該第二のポンプ光源に接続された第二のサーキュレータと、
一方の端子が前記第一のサーキュレータに接続され、もう一方の端子が前記第二のサーキュレータに接続された位相変調器と、
前記第二のサーキュレータに接続され、且つ信号光が入力する光入力部を有する第一の光合波器と、
該第一の光合波器に接続された第一の光周波数変換用光ファイバと、
該第一の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第一の光周波数変換用光ファイバにて発生した第一の光周波数変換光のみを透過させる第一の光フィルタと、
前記第一のサーキュレータに接続され、且つ前記第一の光周波数変換光が入力する光入力部を有する第二の光合波器と、
該第二の光合波器に接続された第二の光周波数変換用光ファイバと、
該第二の光周波数変換用光ファイバに接続され、且つ該第二の光周波数変換用光ファイバにて発生した第二の光周波数変換光のみを透過させる第二の光フィルタと
を具備し、
前記第一の光周波数変換光の瞬時角周波数の時間変化と、第二のポンプ光の瞬時角周波数の時間変化が一致していること。
【００２２】
４）  上記１），２），３）の光周波数変換装置において、
第二の光周波数変換用光ファイバの分散スロープの符号が、第一の光周波数変換用光ファイバのそれと逆であること。
【００２３】
５）  上記１），２），３），４）に記載する光周波数変換装置において、
光増幅器を任意の箇所に配置すること。
【００２４】
６）  上記１），２），３），４），５）に記載する光周波数変換装置において、
位相変調器を、擬似ランダムパターンで行なうこと。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第一の実施例に係る光周波数変換装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る光周波数変換装置において、１０１は第一のポンプ光源、１０２は第二のポンプ光源、１０３はポンプ光合波器、１０４は位相変調器、１０５はポンプ光分波器、１０６は第一の光合波器、１０７は第一の光周波数変換用光ファイバ、１０８は第一の光フィルタ、１０９は第二の光合波器、１１０は第二の光周波数変換用光ファイバ、１１１は第二の光フィルタ、１１２は第一のポンプ光フィルタ、１１３は第二のポンプ光フィルタである。
【００２７】
当該光周波数変換装置において、第一のポンプ光源１０１より出射した第一のポンプ光（角周波数をωｃ１とする）は、ポンプ光合波器１０３を透過後、位相変調器１０４にて位相変調される。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ωｃ１＋ΔωＨ１、最小瞬時角周波数をωｃ１−ΔωＬ１とする。すなわち、第一のポンプ光の角周波数をωｐｕｍｐ１と書くと、
ωｃ１−ΔωＬ１≦ωｐｕｍｐ１≦ωｃ１＋ΔωＨ１である。
【００２８】
位相変調された第一のポンプ光は、ポンプ光分波器１０５にて分波され、第一のポンプ光フィルタ１１２、第一の光合波器１０６を通過後、第一の光周波数変換用ファイバ１０７に入力される。ここで、第一のポンプ光フィルタ１１２は、第一のポンプ光を透過させ、第二のポンプ光源１０２より出射した第二のポンプ光（角周波数をωｃ２とする）を遮断する機能を有する。
【００２９】
入力信号光（角周波数ωｓｉｇｎａｌ）は、第一の光合波器１０６を通過し、第一の光周波数変換用ファイバ１０７に入力される。
【００３０】
第一の光周波数変換用ファイバ１０７にて、角周波数ωｃｏｎｖ１＝２ωｐｕｍｐ１−ωｓｉｇｎａｌを有する第一の光周波数変換光が生成される。第一のポンプ光の角周波数がωｃ１−ΔωＬ１≦ωｐｕｍｐ１≦ωｃ１＋ΔωＨ１の範囲で変動するので、第一の光周波数変換光の角周波数ωｃｏｎｖ１は
（２ωｃ１−ωｓｉｇｎａｌ）−２ΔωＬ１≦ωｃｏｎｖ１≦（２ωｃ１−ωｓｉｇｎａｌ）＋２ΔωＨ１のように、第一のポンプ光の角周波数の２倍の揺らぎを生じる。その様子を図２に示す。同図（ａ）が第一のポンプ光の瞬時角周波数、（ｂ）が第一の光周波数変換光の瞬時角周波数特性を示す。
【００３１】
第一の光フィルタ１０８は、第一の光周波数変換光を透過させ、第一のポンプ光と入力信号光を遮断する機能を有する。そのため、第二の光合波器１０９を通過して第二の光周波数変換用ファイバ１１０に入力されるのは、第一の光周波数変換光のみとなる。
【００３２】
一方、第二のポンプ光源１０２より出射した第二のポンプ光（角周波数のωｃ２）は、ポンプ光合波器１０３を透過後、位相変調器１０４にて位相変調される。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ωｃ２＋ΔωＨ２、最小瞬時角周波数をωｃ２−ΔωＬ２とする。すなわち、第二のポンプ光の角周波数をωｐｕｍｐ２と書くと、
ωｃ２−ΔωＬ２≦ωｐｕｍｐ２≦ωｃ２＋ΔωＨ２である。位相変調された第二のポンプ光は、ポンプ光分波器１０５にて分波され、第二のポンプ光フィルタ１１３、第二の光合波器１０９を通過後、第二の光周波数変換用ファイバ１１０に入力される。ここで、第二のポンプ光フィルタ１１３は、第二のポンプ光を透過させ、第一のポンプ光を遮断する機能を有する。
【００３３】
第二の光周波数変換光の角周波数はωｃｏｎｖ２＝２ωｐｕｍｐ２−ωｃｏｎｖ１となる。ここで、ωｃｏｎｖ１は上述したように（２ωｃ１−ωｓｉｇｎａｌ）−２ΔωＬ１≦ωｃｏｎｖ１≦（２ωｃ１−ωｓｉｇｎａｌ）＋２ΔωＨ１のように時間的に変動している。
【００３４】
ここで、図３（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、第一の光周波数変換光の角周波数変動と、第二のポンプ光の角周波数変動のタイミングを一致させる。具体的には、位相変調器１０４から第二の光周波数変換用ファイバ１１０に至る２つの光路の差を等しくする、若しくは位相変調信号が周期性を持つ場合は、その光路差を周期に相当する長さの整数倍に設定する。なお、図３（ａ）は第一の光周波数変換光
の瞬時角周波数特性、図（ｂ）は第二のポンプ光の瞬時角周波数特性をそれぞれ示す。
【００３５】
このようにしてタイミングを一致させると、第二の光周波数変換光の角周波数ωｃｏｎｖ２は、以下のようになる。
【００３６】
2004347830.tif 000003
【００３７】
よって、ΔωＨ１とΔωＨ２がほぼ等しく、且つ、ΔωＬ１とΔωＬ２がほぼ等しければ、第二の光周波数変換光の角周波数は時間的にほぼ一定ωｃｏｎｖ２＝ωｓｉｇｎａｌ＋２（ωｃ２−ωｃ１）となる。すなわち、光スペクトルの広がりを抑制した光周波数変換が可能となる。その様子を図３（ｃ）に示す。同図は、第二の光周波数変換光の瞬時角周波数特性を示す図である。
【００３８】
上記の説明においては、入力信号光が１波として説明を行ったが、入力信号光が複数波でも良い。
【００３９】
ポンプ光合波器１０３としては、アレイ導波路回折格子や光カプラを用いることができる。また、ポンプ光分波器１０５として、アレイ導波路回折格子や光カプラを用いることができる。また、アレイ導波路回折格子はフィルタ機能を有するため、ポンプ光分波器１０５としてアレイ導波路回折格子を用いたときは、第一のポンプ光フィルタ１１２および第二のポンプ光フィルタ１１３の機能を、そのアレイ導波路回折格子に持たせても良い。
【００４０】
第一の光合波器１０６や第二の光合波器１０９として、光アドドロップモジュールを用いることができる。また、光アドドロップモジュールはフィルタ機能を有するため、第一の光合波器１０６や第二の光合波器１０９として光アドドロップモジュールを用いたときは、第一のポンプ光フィルタ１１２および第二のポンプ光フィルタ１１３の機能を、その光アドドロップモジュールに持たせても良い。
【００４１】
高パワーのポンプ光を得るために、ポンプ光が通過する任意の場所に光増幅器を配置しても良い。例えば、位相変調器１０４とポンプ光分波器１０５の間や、ポンプ光分波器１０５の出力部に配置する。ポンプ光分波器１０５の出力部に光増幅器を配置した例を図４に示す。同図中の第一の光増幅器３０１および第二の光増幅器３０２である。
【００４２】
また、擬似ランダムパターンを用いて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（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＶＯＬ．６，Ｍａｙ  １９８８，７１０  など）、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。
【００４３】
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、位相変調器１０４とポンプ光分波器１０５との間や、第一の光合波器１０６の入力部や第二の光合波器１０９の入力部に配置する。
【００４４】
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良い。例えば、第一の光合波器１０６の入力部や出力部などに配置する。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態を図５に基づいて説明する。なお、前述した第１の実施の形態と同一部分についての説明は省略し、同一部分には同一符号を付す。
【００４６】
図５において、５０１は第一の位相変調器、５０２は第二の位相変調器である。本形態に係る光周波数変換装置においては、第一の位相変調器５０１および第二の位相変調器５０２に入力する同一の位相変調信号で、第一のポンプ光源１０１のポンプ光と第二のポンプ光源１０２のポンプ光とを別々の位相変調器５０１、５０２を用いて位相変調を行なう。この点を除いて、他は、前記第一の実施の形態に係る光周波数変換装置と同様なので、重複する説明は省略する。
【００４７】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態例を図６に基づいて説明する。なお、同図中、前述した第１の実施の形態と同一部分についての説明は省略し、同一部分には同一符号を付す。
【００４８】
図６は第３の実施の形態に係る光周波数変換装置を示すブロック線図である。同図において、５０３は第一のサーキュレータ、５０４は第二のサーキュレータである。第一のサーキュレータ５０３は、第一の端子５０３ａ、第二の端子５０３ｂ、第三の端子５０３ｃの３つの端子を持つ。第一の端子５０３ａから入力された光は、第二の端子５０３ｂから出力される。第二の端子５０３ｂから入力された光は、第三の端子５０３ｃから出力される。同様に、第二のサーキュレータ５０４は、第一の端子５０４ａ、第二の端子５０４ｂ、第三の端子５０４ｃの３つの端子を持つ。第一の端子５０４ａから入力された光は、第二の端子５０４ｂから出力される。第二の端子５０４ｂから入力された光は、第三の端子５０４ｃから出力される。
【００４９】
すなわち、第一のポンプ光源１０１から出射された第一のポンプ光は、第一の端子５０３ａに入力され、第二の端子５０３ｂから出力される。そして、位相変調器１０４を透過後、第二の端子５０４ｂに入力され、第三の端子５０４ｃから出力された後、第一の光合波器１０６へと向かう。同様に、第二のポンプ光源１０２から出射された第二のポンプ光は、第一の端子５０４ａに入力され、第二の端子５０４ｂから出力される。そして、位相変調器１０４を透過後、第二の端子５０３ｂに入力され、第三の端子５０３ｃから出力された後、第二の光合波器１０９へと向かう。その他の点に関しては第一の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【００５０】
第一の実施の形態においては、第一のポンプ光と第二のポンプ光とを分離するために、ポンプ光分波器１０５を用いていた。その場合、２つのポンプ光を完全に分離できずに、第一のポンプ光に第二のポンプ光が混ざったり、第二のポンプ光に第一のポンプ光が混ざったりする、いわゆるクロストークが発生する可能性がある。
【００５１】
本形態では、ポンプ光分波器１０５を用いずに、互いに逆向きの進行方向にすることにより２つのポンプ光を分離するため、クロストークを抑えることが可能になる。
【００５２】
また、更なるクロストークの低減を実現するために、第三のポート５０４ｃと第一の光合波器１０６との間に、第一のポンプ光を透過させ、第二のポンプ光を遮断する光フィルタを配置しても良い。同様に、第三のポート５０３ｃと第二の光合波器１０９との間に、第二のポンプ光を透過させ、第一のポンプ光を遮断する光フィルタを配置しても良い。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
第一の光周波数変換用ファイバ１０７での、伝搬定数の位相不整合Δβ１を以下の様に定義する。
【００５４】
Δβ１＝βｓｉｇｎａｌ＋βｃｏｎｖ１−２βｐｕｍｐ１
ここでβｓｉｇｎａｌ，βｃｏｎｖ１，βｐｕｍｐ１はそれぞれ入力信号光、第一の光周波数変換光、第一のポンプ光の伝搬定数である。
【００５５】
Δβ１は、以下のように近似できる。
Δβ１＝β１（３）（ωｐｕｍｐ１−ω０１）（ωｐｕｍｐ１−ωｓｉｇｎａｌ）２
ここで、ωｓｉｇｎａｌ，ωｐｕｍｐ１は入力信号光・第一のポンプ光の角周波数である。ω０１は第一の光周波数変換用ファイバ１０７の零分散角周波数である。β１（３）は、第一の光周波数変換用ファイバ１０７の零分散角周波数における伝搬定数の３階微分係数であり、分散スロープに比例する物理量である。
【００５６】
Δβ１＋２γ１Ｐｐ１の値により光周波数変換効率が変化するが、０に近いほど光周波数変換効率が大きくなり、Δβ１＋２γ１Ｐｐ１＝０の時に、光周波数変換効率が最大になることが知られている。ここで、γ１は第一の光周波数変換用ファイバ１０７の非線形定数、Ｐｐ１は、第一の光周波数変換用ファイバ１０７に入力されるポンプ光のパワーである。また、Δβ１の入力信号光角周波数依存性を小さくするために、第一のポンプ光角周波数ωｐｕｍｐ１を第一の光周波数変換用ファイバ１０７の零分散角周波数ω０１の近傍に設定する。具体的には、ωｃ１＝ω０１とする。
【００５７】
図７に分散スロープが正の時の、Δβ１＋２γ１Ｐｐ１の第一のポンプ光角周波数依存性を示す。ω０１とωｓｉｇｎａｌの高低により、２通りの場合に分けられるが、そのどちらの場合も、第一のポンプ光の瞬時角周波数がω０１近傍で変動したとき、低周波側に変化したときにΔβ１＋２γ１Ｐｐ１が０に近づくため、光周波数変換効率が大きくなり、逆に高周波側に変化したときに光周波数変換効率が小さくなる。その様子を図８と、図９に示す。図８は、｜ωｃ１−ωｓｉｇｎａｌ｜に対する光周波数変換効率特性を示す特性図である。また、図９（ａ）乃至（ｅ）は、順に第一のポンプ光の瞬時角周波数特性、第一の光周波数変換光パワー特性、第二のポンプ光の瞬時角周波数特性、第二の光周波数変換用ファイバでの光周波数変換効率特性、第二の光周波数変換光パワー特性を示す特性図である。
【００５８】
図１０に分散スロープが負の時の、Δβ２＋２γ２Ｐｐ２の第二のポンプ光角周波数依存性を示す。ここで、Δβ２は第二の光周波数変換用ファイバ１１０での伝搬定数の位相不整合Δβ２＝βｃｏｎｖ１＋βｃｏｎｖ２−２βｐｕｍｐ２（βｃｏｎｖ２，βｐｕｍｐ２はそれぞれ第二の光周波数変換光と第二のポンプ光の伝搬定数）、γ２は第二の光周波数変換用ファイバ１１０の非線形定数、Ｐｐ２は第二の光周波数変換用ファイバ１１０に入力されるポンプ光のパワーである。
【００５９】
Δβ２は、以下のように近似できる。
Δβ２＝β２（３）（ωｐｕｍｐ２−ω０２）（ωｐｕｍｐ２−ωｃｏｎｖ１）２
【００６０】
ここで、ωｃｏｎｖ１，ωｐｕｍｐ２は第一の光周波数変換光、第二のポンプ光の角周波数である。ω０２は第二の光周波数変換用ファイバ１１０の零分散角周波数である。β２（３）は、第二の光周波数変換用ファイバ１１０の零分散角周波数における伝搬定数の３階微分係数であり、分散スロープに比例する物理量である。
【００６１】
Δβ２の第一の光周波数変換光角周波数依存性を小さくするために、第二のポンプ光角周波数ωｐｕｍｐ２は第二の光周波数変換用ファイバ１１０の零分散角周波数ω０２の近傍に設定する。具体的には、ωｃ２＝ω０２とする。
【００６２】
図１０に示すように、ω０２とωｃｏｎｖ１の高低により２通りの場合に分けられるが、そのどちらの場合も、第二のポンプ光の瞬時角周波数がω０２近傍で変動したとき、高周波側に変化したときにΔβ２＋２γ２Ｐｐ２が０に近づくため、光周波数変換効率が大きくなり、逆に低周波側に変化したときに光周波数変換効率が小さくなる。
【００６３】
図２（ａ）及び図３（ｂ）で示したように、周波数変動によるスペクトル拡がりを抑制するために、第一のポンプ光角周波数の変動により生じた第一の光周波数変換光の角周波数変動と、第二のポンプ光角周波数の変動のタイミングを一致させる必要がある。
【００６４】
よって、第二の光周波数変換用ファイバ１１０の分散スロープが第一の光周波数変換用ファイバ１０７のそれと符号が逆の場合には、第一の光周波数変換用ファイバ１０７での光周波数変換効率が大きいときに、第二の光周波数変換用ファイバ１１０での光周波数変換効率が小さくなり、第二の光周波数変換光パワーの時間変動が抑制される。逆に第一の光周波数変換用ファイバ１０７での光周波数変換効率が小さいときに、第二の光周波数変換用ファイバ１１０での光周波数変換効率が大きくなり、第二の光周波数変換光パワーの時間変動が抑制される。その様子を図９（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示す。
【００６５】
なお、ここでは、第一の光周波数変換用ファイバ１０７の分散スロープが正、第二の光周波数変換用ファイバ１１０の分散スロープが負の場合で説明したが、第一の光周波数変換用ファイバ１０７の分散スロープが負、第二の光周波数変換用ファイバ１１０の分散スロープが正であっても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明である光周波数変換装置においては、第一の光周波数変換用ファイバで発生した第一の光周波数変換光を第二の光周波数変換用ファイバに入射させ、第一の光周波数変換用ファイバで発生した第一の光周波数変換光の周波数変動と、第二のポンプ光の周波数変動のタイミングを一致させることにより、第二の光周波数変換用ファイバで発生する第二の光周波数変換光の周波数変動を抑制して良好な光周波数変換を実現することが可能となる。
【００６７】
更には、第二の光周波数変換用ファイバの分散スロープの符号を、第一の光周波数変換用ファイバのそれに対して反転させることにより、望ましくない強度変動を抑制し、良好な光周波数変換を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る光周波数変換装置を示すブロック線図である。
【図２】上記第一の実施の形態における第一のポンプ光の瞬時角周波数特性を示す特性図（ａ）、および第一の光周波数変換光の瞬時角周波数特性を示す特性図（ｂ）である。
【図３】上記第一の実施の形態における第一の光周波数変換光の瞬時角周波数特性を示す特性図（ａ）、第二のポンプ光の瞬時角周波数特性を示す特性図（ｂ）および第二の光周波数変換光の瞬時角周波数を示す特性図（ｃ）である。
【図４】図１に示す光周波数変換装置に光増幅器を追加した場合の装置を示すブロック線図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示すブロック線図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示すブロック線図である。
【図７】分布スロープが正のときの、Δβ１＋２γ１Ｐｐ１の、第一のポンプ光の角周波数依存性を示す特性図である。
【図８】｜ωｃ１−ωｓｉｇｎａｌ｜に対する光周波数変換効率特性を示す特性図である。
【図９】第一のポンプ光の瞬時角周波数特性（ａ）、第一の光周波数変換光パワー特性（ｂ）、第二のポンプ光の瞬時角周波数特性（ｃ）、第二の光周波数変換用ファイバでの光周波数変換効率特性（ｄ）、第二の光周波数変換光パワー特性（ｅ）をそれぞれ示す特性図である。
【図１０】分布スロープが負のときの、Δβ２＋２γ２Ｐｐ２の、第二のポンプ光の角周波数依存性を示す特性図である。
【図１１】従来技術に係る光周波数変換装置示すブロック線図である。
【図１２】図１１に示す装置における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の様子をそれぞれ示す。
【図１３】図１１に示す装置の特性図で、（ａ）は位相変調による位相変化特性を示す図、（ｂ）はポンプ光の瞬時角周波数特性を示す図である。
【図１４】図１１に示す装置における光周波数変換効率特性を示す特性図である。
【図１５】図１１に示す装置におけるポンプ光の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）はポンプ光の瞬時角周波数特性を示す特性図、（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を示す特性図である。
【符号の説明】
１０１  第一のポンプ光源
１０２  第二のポンプ光源
１０３  ポンプ光合波器
１０４  位相変調器
１０５  ポンプ光分波器
１０６  第一の光合波器
１０７  第一の光周波数変換用光ファイバ
１０８  第一の光フィルタ
１０９  第二の光合波器
１１０  第二の光周波数変換用ファイバ
１１１  第二の光フィルタ
１１２  第一のポンプ光フィルタ
１１３  第二のポンプ光フィルタ
３０１  第一の光増幅器
３０２  第二の光増幅器
５０１  第一の位相変調器
５０２  第二の位相変調器
５０３  第一のサーキュレータ
５０３ａ  第一の端子
５０３ｂ  第二の端子
５０３ｃ  第三の端子
５０４  第二のサーキュレータ
５０４ａ  第一の端子
５０４ｂ  第二の端子
５０４ｃ  第三の端子
１１０１  ポンプ光源
１１０２  位相変調器
１１０４  光合波器
１１０５  光周波数変換用光ファイバ
【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】
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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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