(57)【要約】【課題】結合損失のばらつきが生じることがない簡易なポート構成を実現する波長分割多重用半導体光デバイスを提供する。【解決手段】λ１〜λ８の多重化された光信号がＡＷＧ１０５の入力ポート１０１に入力され、分波出力ポート１０２、合波入力ポート１０３に分波される。λ５〜λ８の光が出力される合波入力ポート１０３にλ１〜λ４の波長の光を分波出力ポート１０２から不図示のＳＯＡを介して入力すると、その対称位置の合波出力ポート１０４にλ１〜λ４の光の合波出力を取り出すことが可能である。合波入力ポート１０３のλ５〜λ８の光は、ＳＯＡを介して合波入力ポート１０３のλ１〜λ４の光と反対側の位置の分波出力ポート１０２からＡＷＧ１０５に入力することになるため、λ１〜λ４の光の合波出力と同一の合波出力ポート１０４へ合波されることはない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のポートに入力された波長分割多重された連続光を個々の波長の光に分波し、前記第１のポート又は第２のポートに入力された波長分割多重された変調信号光を個々の波長の光に分波し、分波した個々の波長の光に基づいて合波して得られた波長分割多重された出力信号光を前記第２のポートに出力するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）と、
前記ＡＷＧによって分波された変調信号光から、該変調信号光の変調信号を前記ＡＷＧによって分波された連続光に重畳することによって、当該重畳された連続光の波長を有し分波された波長変換光を生成する波長変換手段とを備え、
前記ＡＷＧは、前記波長変換手段によって生成された波長変換光を合波して前記出力信号光を得ることを特徴とする波長分割多重用半導体光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分割多重用半導体光デバイスにおいて、
前記ＡＷＧは、
前記第２のポートに入力された波長分割多重された変調信号光を個々の波長の光に分波し、分波した変調信号光と分波した連続光とを分波出力ポートから出力して波長変換手段へ渡し、
前記波長変換手段によって生成された波長変換光の波長に対応する合波入力ポートに入力された波長変換光を合波することを特徴とする波長分割多重用半導体光デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の波長分割多重用半導体光デバイスにおいて、
光を分離する分離手段をさらに備え、
波長分割多重された変調信号光は、前記分離手段を介して前記第２のポートに入力され、
前記第２のポートに出力された前記出力信号光は、前記分離手段を介して波長分割多重された変調信号光と分離されることを特徴とする波長分割多重用半導体光デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の波長分割多重用半導体光デバイスにおいて、
前記ＡＷＧは、
前記第１のポートに入力された波長分割多重された変調信号光を個々の波長の光に分波し、分波した変調信号光を合波入力ポートから出力して波長変換手段へ渡し、分波した連続光を分波出力ポートから出力して波長変換手段へ渡し、
前記波長変換手段によって生成された波長変換光の波長に対応する前記合波入力ポートに入力された波長変換光を合波することを特徴とする波長分割多重用半導体光デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の波長分割多重用半導体光デバイスにおいて、
光を結合する結合手段をさらに備え、
波長分割多重された変調信号光及び波長分割多重された連続光は、前記結合手段を介して前記第１のポートに入力されることを特徴とする波長分割多重用半導体光デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の波長分割多重用半導体光デバイスにおいて、
前記光波長変換手段は、相互利得変調を用いて前記波長変換光を生成する半導体光増幅器（ＳＯＡ）であることを特徴とする波長分割多重用半導体光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ；ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用半導体光デバイスに関し、より詳しくは、ＷＤＭ通信システムで用いられる半導体光デバイスの波長変換技術に係る波長分割多重用半導体光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信システムの高速大容量化に対応する方策のひとつとして、一本の光ファイバに複数の波長の異なる光信号を重畳させて同時に伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）方式の研究が盛んに行われ、一部実用化も始まっている。さらに光信号のまま信号のルーティングを行う光波ネットワークの研究も進められ、ルーティングのポイント（ノード）における信号の識別と切り替えに、光の波長情報を用いることが検討されている。このようなシステムにおいては光の波長が信号の識別として用いられるため、その安定性や制御性が重要である。
【０００３】
光の波長による識別と分離を行うデバイスの代表的なものとして、アレイ導波路格子（ＡＷＧ；ａｒｒａｙｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇ）がある。これは光路長が少しずつ異なる光導波路を並べることで、光の位相のずれを干渉させ、光を波長ごとに異なる光導波路に導くことを可能にする。このため、それぞれの光導波路に導かれる光の波長は等間隔となり、ＷＤＭシステムの分波器として適している。また、これとはまったく逆の動作原理によって、複数の異なる導波路を伝播してきた異なる波長の光を、ひとつの導波路に合波することが可能である。このときそれぞれの光の波長（周波数）をＷＤＭのグリッドにあわせておくことで、チャンネルごとの波長制御は不要となり、ＡＷＧの素子としての温度を制御することでＷＤＭシステムに対応した光信号の合分波が可能となる。
【０００４】
このようなＷＤＭグリッドに対応した波長の光信号を別の波長の光信号に変換する機能は、先に述べた光波ネットワークでは必要不可欠のものとなる。これまでこのような波長変換機能を持つＡＷＧを用いた素子の例として、伊藤らによる８チャンネル波長変換器がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
これは石英で作られた平面光波回路（ＰＬＣ）によるＡＷＧを２つ用いてそれぞれ合波および分波し、その間に配置された半導体光増幅器（ＳＯＡ；ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）による相互利得変調（Ｃｒｏｓｓ  Ｇａｉｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；  ＸＧＭ）を用いて、入力される変調信号光の変調信号を他のポートから入力された入力ｃｗ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）光（連続光）に重畳し出力することによって、変調信号光をｃｗ光の波長に変換する機能を有す。
【０００６】
この素子では、波長多重されたｃｗ光と、それぞれの信号光とを個々のＡＷＧのポートへ入力し、多重化された信号を取り出すことを特徴としている。この場合は変換する変調信号光を個別に入力するため入力信号光の数だけ入力ポートを要すること、またｃｗ光は波長多重化して別のポートから入力する必要があった。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｔ．  Ｉｔｏｕ他、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．  １３、Ｎｏ．  １０、  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の波長分割多重用半導体光デバイスにおいては、複数の入力ポートを備える必要がある場合、実際の波長変換機能デバイスとして組み立てる際にはそれぞれデバイスと入出力用光ファイバとの間で光結合部分の調芯が必要となり、ポート間での結合損失のばらつきを生じる可能性がある。また変換する信号光の波長を別の波長の信号光に切り替える操作を要し、その際には別のポートに入力する必要があるため、複数の波長に対応する場合は多くの入力ポートを作製する必要がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、結合損失のばらつきが生じることがない簡易なポート構成を実現した波長分割多重用半導体光デバイスを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の波長分割多重用半導体光デバイスは、第１のポートに入力された波長分割多重された連続光を個々の波長の光に分波し、前記第１のポート又は第２のポートに入力された波長分割多重された変調信号光を個々の波長の光に分波し、分波した個々の波長の光に基づいて合波して得られた波長分割多重された出力信号光を前記第２のポートに出力するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）と、前記ＡＷＧによって分波された変調信号光から、該変調信号光の変調信号を前記ＡＷＧによって分波された連続光に重畳することによって、当該重畳された連続光の波長を有し分波された波長変換光を生成する波長変換手段とを備え、前記ＡＷＧは、前記波長変換手段によって生成された波長変換光を合波して前記出力信号光を得ることを特徴とする（実施形態１、２、図１〜３に対応）。
【００１１】
ここで、前記ＡＷＧは、前記第２のポートに入力された波長分割多重された変調信号光を個々の波長の光に分波し、分波した変調信号光と分波した連続光とを分波出力ポートから出力して波長変換手段へ渡し、前記波長変換手段によって生成された波長変換光の波長に対応する合波入力ポートに入力された波長変換光を合波することを特徴とする（実施形態１、図２に対応）。
【００１２】
また、光を分離する分離手段をさらに備え、波長分割多重された変調信号光は、前記分離手段を介して前記第２のポートに入力され、前記第２のポートに出力された前記出力信号光は、前記分離手段を介して波長分割多重された変調信号光と分離されることを特徴とする（実施形態１、図２に対応）。
【００１３】
また、前記ＡＷＧは、前記第１のポートに入力された波長分割多重された変調信号光を個々の波長の光に分波し、分波した変調信号光を合波入力ポートから出力して波長変換手段へ渡し、分波した連続光を分波出力ポートから出力して波長変換手段へ渡し、前記波長変換手段によって生成された波長変換光の波長に対応する前記合波入力ポートに入力された波長変換光を合波することを特徴とする（実施形態２、図３に対応）。
【００１４】
また、光を結合する結合手段をさらに備え、波長分割多重された変調信号光及び波長分割多重された連続光は、前記結合手段を介して前記第１のポートに入力されることを特徴とする（実施形態２、図３に対応）。
【００１５】
さらに、前記光波長変換手段は、相互利得変調を用いて前記波長変換光を生成する半導体光増幅器（ＳＯＡ）であることを特徴とする（実施形態１、２、図１〜３に対応）。
【００１６】
なお、特許請求の範囲と対応する実施形態及び図番を（）で示す。ただし、特許請求の範囲に記載した構成要素は上記（）部の実施形態の構成部に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の以上の構成により、波長多重化された信号を合分波する素子としてＡＷＧを用いる場合、ＡＷＧの特徴の１つである入力光ポートと出力光ポートとのそれぞれの位置が入出力する光の波長差によって決まり光の波長の絶対値にはよらないこと、および入力分波用ＡＷＧと出力合波用ＡＷＧとを同一のものを用いる。これにより、擬似的に１つのＡＷＧに対して２つの入力ポートを利用することが可能となるという特徴を利用できる。これはＳＯＡの入力側端子と出力側端子とがそれぞれ同一のＡＷＧの異なるポートに接続されることによる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図面において同様の機能を有する箇所には同一の符号を付し、説明の重複は省略する。
【００１９】
［基本原理］
図１は、本発明のＷＤＭ用半導体光デバイスの基本原理を説明する図である。図中符号１００は合波と分波に同じＡＷＧ１０５を用いたＷＤＭ用半導体光デバイス、１０１は入力ポート、１０２は分波出力ポート、１０３は合波入力ポート、１０４は合波出力ポート、１０５はＡＷＧである。
【００２０】
図１に示すように、８つの異なる波長λ１〜λ８の多重化された光信号がＡＷＧ１０５の入力ポート１０１に入力され、それぞれ分波出力ポート１０２、合波入力ポート１０３に分波される。この場合、λ５〜λ８の光が出力される合波入力ポート１０３にλ１〜λ４の波長の光を分波出力ポート１０２から不図示のＳＯＡを介して入力すると、その対称位置の合波出力ポート１０４にλ１〜λ４の光の合波出力を取り出すことが可能である。
【００２１】
このとき合波入力ポート１０３のλ５〜λ８の光は、ＳＯＡを介して合波入力ポート１０３のλ１〜λ４の光と反対側の位置の分波出力ポート１０２からＡＷＧ１０５に入力することになるため、λ１〜λ４の光の合波出力と同一の合波出力ポート１０４へ合波されることはない。
【００２２】
ここで、ｃｗ光を波長λ１〜λ４に、変調信号光を波長λ５〜λ８にとると、一つのポート（入力ポート１０１）からλ１〜λ８の波長の光を入力し、かつ出力としては変調されたｃｗ光の波長の光信号λ１〜λ４のみを合波出力ポート１０４から取り出すことが可能となる。
【００２３】
上述の基本原理に基づく実施形態１、２を以下に説明する。
【００２４】
［実施形態１］
図２は、本実施形態１のＷＤＭ用半導体光デバイスの説明図である。図中符号２００は合波と分波に同じＡＷＧ２０９を用いたＷＤＭ用半導体光デバイス、２０１はｃｗ光入力ポート、２０２はサーキュレータ、２０３は変調信号光入力、２０４はｃｗ光分波出力ポート／変調信号光分波出力ポート、２０５は変調信号光分波入力ポート／波長変換光出力ポート、２０６はＳＯＡ、２０７は波長変換出力合波入力ポート、２０８は波長変換光出力、２０９はＡＷＧである。
【００２５】
以下に本発明の実施形態１として、ＡＷＧの一つの入力ポートにｃｗ信号を、他方のポートに変調信号光を入力し、信号光入力側へ波長多重化されたｃｗ光を同時に出力する場合の動作を、図２を用いて説明する。
【００２６】
波長多重化されたｃｗ光は、ＡＷＧ２０９のｃｗ光入力ポート２０１に、波長多重化された変調信号光は、サーキュレータ２０２からの変調信号光入力２０３として変調信号光分波入力ポート／波長変換光出力ポート２０５に、それぞれ入力される。ｃｗ光は波長ごとに分波され、ｃｗ光分波出力ポート／変調信号光分波出力ポート２０４からそれぞれ異なる光導波路に導かれる。同時に変調信号光もまた変調信号光分波入力ポート／波長変換光出力ポート２０５でＡＷＧ２０９へ入力され波長ごとに分波されるが、その波長を選択することによって、ｃｗ光と同じポート２０４へ出力することが可能である。
【００２７】
個々の導波路には、光強度のスイッチングや増幅を可能とするＳＯＡ２０６がそれぞれ配置されている。ここで変調信号光のｏｎ／ｏｆｆによってＳＯＡ２０６の利得が変化する。これはＳＯＡ２０６に入力された変調信号によってＳＯＡ２０６内部のキャリア密度が変化するためである。このとき同時に入力しているｃｗ光に、ＳＯＡ２０６のキャリア密度、つまり利得の変化によって変調光信号が重畳される（ＸＧＭ）。変調信号光がｏｎのときは変調信号光と同位相の光の誘導放出が生じるためキャリア密度が減少し、ｏｆｆのときは逆に増加するため、ｃｗ光に重畳される変調信号は、もとの変調信号光とは反転した信号となる。
【００２８】
このようにしてｃｗ光として入力された光の波長を持ち、変調信号が重畳された光信号は、再びＡＷＧ２０９の波長変換出力合波入力ポート２０７に入力され合波される。このとき、変調信号が重畳された光信号（もとのｃｗ光）は合波され変調信号光分波入力ポート／波長変換光出力ポート２０５に出力されるが、波長の異なるもとの変調信号光は同じポート２０５へは合波されないため、出力として取り出される信号は、変調信号が新たに重畳された光信号のみとなる。なお、変調信号光分波入力ポート／波長変換光出力ポート２０５は変調光信号の入力ポートと兼用しているため、ここにサーキュレータ２０２を配置することで、入力変調光信号と変換された出力変調信号とを分離し波長変換光出力２０８を出力することが可能である。
【００２９】
この結果、変調信号は元の波長から異なる波長へ変換されることとなる。なおこの際、用いるｃｗ光および変調信号光の波長グリッドをＷＤＭのチャンネルに合わせることで、同一のＷＤＭチャンネル間での信号光波長の変換が行われる。また、ＳＯＡに通じる光導波路を複数作製することによって、入力ポート数は１つのまま、複数のＷＤＭのチャンネル間で変調信号の変換が可能となる。
【００３０】
［実施形態２］
図３は、本実施形態２のＷＤＭ用半導体光デバイスの説明図である。図中符号３００は合波と分波に同じＡＷＧ３０９を用いたＷＤＭ用半導体光デバイス、３０１は光カプラ、３０２はｃｗ光入力、３０３は変調信号光入力、３０４は分波入力ポート、３０５はｃｗ光分波出力ポート、３０６は変調信号光分波出力ポート／波長変換出力合波入力ポート、３０７はＳＯＡ、３０８は波長変換光出力ポート、３０９はＡＷＧである。
【００３１】
以下に本発明の実施形態２として、ＡＷＧの一つの入力ポートにｃｗ信号と変調信号光を波長多重化して入力し、波長変換された出力光信号を取り出す場合の動作を、図３を用いて説明する。
【００３２】
光カプラ３０１で波長多重化されたｃｗ光入力３０２と変調信号光入力３０３は、そのままＡＷＧ３０９の分波入力ポート３０４に入力される。ｃｗ光は波長ごとに分波され、ｃｗ光分波出力ポート３０５からそれぞれ異なる光導波路に導かれる。同時に変調信号光もまた波長ごとに分波されるが、その波長を選択することによって、変調信号光分波出力ポート／波長変換出力合波入力ポート３０６ポートへ出力することが可能である。
【００３３】
個々の導波路には、光強度のスイッチングや増幅を可能とするＳＯＡ３０７がそれぞれ配置されている。ここで変調信号光のｏｎ／ｏｆｆによってＳＯＡ３０７の利得が変化する。これはＳＯＡ３０７に入力された変調信号によってＳＯＡ３０７内部のキャリア密度が変化するためである。このとき同時に入力しているｃｗ光に、ＳＯＡ３０７のキャリア密度、つまり利得の変化によって変調光信号が重畳される（ＸＧＭ）。変調信号光がｏｎのときは変調信号光と同位相の光の誘導放出が生じるためキャリア密度が減少し、ｏｆｆのときは逆に増加するため、ｃｗ光に重畳される変調信号は、もとの変調信号光とは反転した信号となる。
【００３４】
このようにしてｃｗ光として入力された光の波長を持ち、変調信号が重畳された光信号は、再びＡＷＧ３０９の変調信号光分波出力ポート／波長変換出力合波入力ポート３０６に入力され合波されて波長変換光出力ポート３０８に出力される。このとき、変調信号光はｃｗ光分波出力ポート３０５からＡＷＧ３０９へ入力されるが、波長の異なるもとの変調信号光は同じポート３０８へは合波されないため、出力として取り出される信号は、変調信号があらたに重畳された光信号のみとなる。
【００３５】
この結果、変調信号は元の波長から異なる波長へ変換されることとなる。なおこの際、用いるｃｗ光および変調信号光の波長グリッドをＷＤＭのチャンネルにあわせることで、同一のＷＤＭチャンネル間での信号光波長の変換が行われる。また、ＳＯＡに通じる光導波路を複数作製することによって、入力ポート数は１つのまま、複数のＷＤＭのチャンネル間で変調信号の変換が可能となる。
【００３６】
［実施形態の効果］
以上説明した実施形態１、２のように構成されたＷＤＭ用半導体光デバイスを使用すれば、複数の波長多重化された変調信号光の変調信号を、複数の波長多重化されたｃｗ光へ重畳し、この信号のみを取り出すことによって、複数の変調信号光を同時に変換することが可能となる。また入出力ともに実施形態１、２のＷＤＭ用半導体光デバイス内で波長多重化されるため、入出力ポート数は信号光の波長チャンネル数によらずそれぞれ１つとすることが可能となる。さらにＷＤＭ用半導体光デバイス作製後あるいは使用後においても、本デバイスを基本的に変更することなく、変換する波長を変更することが可能であり、実施形態１、２のＷＤＭ用半導体光デバイス側で入力ポートを切り替えるという操作がないため、変換する波長を変更することが必要であれば外部あるいは遠隔地での操作も実現される。
【００３７】
即ち、本実施形態１、２では、入力する変調信号光と変調信号を重畳する波長多重されたｃｗ光とを、波長多重化して入力することを可能とするので、入力ポート数は波長によらず１つでよいため、結合損失のばらつきが生じない。また波長多重化されて入力されるため、実施形態１、２のＷＤＭ用半導体光デバイス側で入力ポートを切り替えるという操作がないため、必要であれば外部あるいは遠隔地での操作も可能とするものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、波長分割多重用半導体光デバイスは、第１のポートに入力された波長分割多重連続光を分波し、第１のポート又は第２のポートに入力された波長分割多重変調信号光を分波し、分波した個々の光に基づいて合波して得られた波長分割多重出力信号光を第２のポートに出力するＡＷＧと、分波された変調信号光から、その変調信号を分波された連続光に重畳することによって、重畳された連続光の波長を有し分波された波長変換光を生成する波長変換手段とを備え、ＡＷＧは波長変換手段によって生成された波長変換光を合波して出力信号光を得る。
【００３９】
これにより、入力する変調信号光と変調信号を重畳する波長多重された連続光とを、波長多重化して入力することを可能とするので、入力専用のポートの数は波長によらず１つでよい。
【００４０】
このため、結合損失のばらつきが生じることがない簡易なポート構成を実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＷＤＭ用半導体光デバイスの基本原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態１のＷＤＭ用半導体光デバイスの説明図である。
【図３】本発明の実施形態２のＷＤＭ用半導体光デバイスの説明図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００  ＷＤＭ用半導体光デバイス
１０１  入力ポート
１０２  分波出力ポート
１０３  合波入力ポート
１０４  合波出力ポート
１０５  ＡＷＧ
２０１  ｃｗ光入力ポート
２０２  サーキュレータ
２０３  変調信号光入力
２０４  ｃｗ光分波出力ポート／変調信号光分波出力ポート
２０５  変調信号光分波入力ポート／波長変換光出力ポート
２０６  ＳＯＡ
２０７  波長変換出力合波入力ポート
２０８  波長変換光出力
２０９  ＡＷＧ
３０１  光カプラ
３０２  ｃｗ光入力
３０３  変調信号光入力
３０４  分波入力ポート
３０５  ｃｗ光分波出力ポート
３０６  変調信号光分波出力ポート／波長変換出力合波入力ポート
３０７  ＳＯＡ
３０８  波長変換光出力ポート
３０９  ＡＷＧ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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