(57)【要約】【課題】  ＳＯＡの動作を安定化する。【解決手段】  信号光は、入力端子１０から可変光減衰器１４を介してＷＤＭ光カップラ１６に入力する。ＷＤＭ光カップラ１６は、信号光にプローブ光を合波し、合波光を半導体光増幅器（ＳＯＡ）１８に供給する。定電流源２４は、ＳＯＡ１８を駆動する電流Ｉｄｒを発生する。定電流源２４の出力電流Ｉｄｒが、インダクタンス２６を介してＳＯＡ１８の電極１８ａに印加される。電極１８ａには、ＳＯＡ１８の印加電流Ｉｄｒと、ＳＯＡ１８に入力する光の強度とに応じた振幅の高周波が誘起される。この高周波は、コンデンサ２８及び電気バンドパスフィルタ３０を介して高周波電力も似た３２に印加される。制御装置３４は、高周波電力モニタ３２の計測電力が一定に維持されるように、可変光減衰器１４の利得を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号波長の入力信号光の光強度を調整する光強度調整器（１４）と、
プローブ波長のプローブ光を入力するプローブ光入力手段（１２）と、
当該信号波長の入力光の強度に従い当該プローブ波長の入力光を相互変調する半導体光相互変調素子であって、当該光強度調整器（１４）から出力される信号光と、当該プローブ光入力手段により入力される当該プローブ光とが入力する半導体光相互変調素子（１８）
と、
当該半導体光相互変調素子（１８）を直流駆動する直流駆動回路（２４）と、
当該半導体光相互変調素子（１８）に誘起される高周波を計測する高周波計測器（３２）と、
当該高周波計測器（３２）の測定結果に従い、当該光強度調整器（１４）の光強度調整量を制御する制御装置（３４）
とを具備することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
更に、当該半導体光相互変調素子（１８）の出力光から当該プローブ波長の光成分を抽出する光フィルタ（２０）を具備することを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項３】
当該半導体光相互変調素子（１８）が電極（１８ａ）を具備し、当該直流駆動回路（２４）の出力がインダクタンス（２６）を介して当該電極（１８ａ）に接続し、当該電極（１８ａ）がコンデンサ（２８）を介して当該高周波計測器（３２）の入力に接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
当該光強度調整器が可変光減衰器（１４）からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項５】
当該光強度調整器が可変光アンプからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項６】
当該半導体光相互変調素子が半導体光増幅器からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項７】
信号波長の信号光を入力する信号光入力手段（１１０）と、
プローブ波長のプローブ光を入力するプローブ光入力手段（１１２）と、
当該信号光と当該プローブ光が入力し、当該信号光の強度に従い当該プローブ光を相互変調する半導体光相互変調素子（１１８）と、
当該半導体光相互変調素子（１１８）を直流駆動する直流駆動回路（１２４）と、
当該半導体光相互変調素子（１１８）に誘起される高周波を計測する高周波計測器（１３２）と、
当該高周波計測器（１３２）の測定結果に従い、当該直流駆動回路（１２４）の直流出力を制御する制御装置（１３４）
とを具備することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項８】
更に、当該半導体光相互変調素子（１１８）の出力光から当該プローブ波長の光成分を抽出する光フィルタ（１２０）を具備することを特徴とする請求項７に記載の光信号処理装置。
【請求項９】
当該半導体光相互変調素子（１１８）が電極（１１８ａ）を具備し、当該直流駆動回路（１２４）の出力がインダクタンス（１２６）を介して当該電極（１１８ａ）に接続し、当該電極（１１８ａ）がコンデンサ（１２８）を介して当該高周波計測器（１３２）の入力に接続することを特徴とする請求項７又は８に記載の光信号処理装置。
【請求項１０】
更に、当該信号光入力手段（１１０）により入力される当該信号光と、当該プローブ光入力手段（１１２）により入力されるプローブ光を合波し、その合波光を当該半導体光相互変調素子（１１８）に印加する光カップラ（１１６）を具備することを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項１１】
当該半導体光相互変調素子が半導体光増幅器及び電気吸収型光相互変調器の何れか一方からなることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項１２】
信号波長の信号光とプローブ波長のプローブ光が入力する干渉計であって、第１及び第２のアームを具備し、入力信号光が当該第１のアームを伝搬し、入力プローブ光が２分割されて一方が当該第１のアームを伝搬し、他方が第２のアームを伝搬する干渉計（２１６，２４２，２４４）と、
当該干渉計の第１のアーム上に配置され、当該信号光の光強度に従い当該プローブ光を相互変調する第１の半導体光相互変調素子（２１８）と、
当該干渉計の干渉出力光から当該プローブ波長の成分光を抽出する光フィルタ（２２０）と、
当該干渉計に入力する前の当該信号光の光強度を調整する光強度調整器（２１４）と、
当該第１の半導体光相互変調素子（２１８）を直流駆動する直流駆動回路（２２４）と、
当該第１の半導体光相互変調素子（２１８）に誘起される高周波を計測する高周波計測器（２３２）と、
当該高周波計測器（２３２）の測定結果に従い、当該光強度調整器（２１４）の光強度調整量を制御する制御装置（２３４）
とを具備することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１３】
信号波長の信号光とプローブ波長のプローブ光が入力する干渉計であって、第１及び第２のアームを具備し、入力信号光が当該第１のアームを伝搬し、入力プローブ光が２分割されて一方が当該第１のアームを伝搬し、他方が第２のアームを伝搬する干渉計（２１６，２４２，２４４）と、
当該干渉計の第１のアーム上に配置され、当該信号光の光強度に従い当該プローブ光を相互変調する第１の半導体光相互変調素子（２１８）と、
当該干渉計の干渉出力光から当該プローブ波長の成分光を抽出する光フィルタ（２２０）と、
当該第１の半導体光相互変調素子（２１８）を直流駆動する直流駆動回路（２２４）と、
当該第１の半導体光相互変調素子（２１８）に誘起される高周波を計測する高周波計測器（２３２）と、
当該高周波計測器（２３２）の測定結果に従い、当該直流駆動回路（２２４）の直流出力を制御する制御装置（２４６）
とを具備することを特徴とする光信号処理装置。
【請求項１４】
当該干渉計が、
当該入力プローブ光を２分割する光分波器（２４２）と、
当該入力信号光と当該光分波器（２４２）の一方の出力光を合波し、合波光を当該第１のアームに出力する第１の光合波器（２１６）と、
当該第１及び第２のアームの出力光を合波する第２の光合波器（２４４）
とを具備し、当該光分波器（２４２）の他方の出力光が当該第２のアームに入力することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光信号処理装置。
【請求項１５】
当該半導体光相互変調素子（２１８）が電極（２１８ａ）を具備し、当該直流駆動回路（２２４）の出力がインダクタンス（２２６）を介して当該電極（２１８ａ）に接続し、当該電極（２１８ａ）がコンデンサ（２２８）を介して当該高周波計測器（２３２）の入力に接続することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光信号処理装置。
【請求項１６】
当該光強度調整器が可変光減衰器（２１４）からなることを特徴とする請求項１２に記載の光信号処理装置。
【請求項１７】
当該光強度調整器が可変光アンプからなることを特徴とする請求項１２に記載の光信号処理装置。
【請求項１８】
当該半導体光相互変調素子が半導体光増幅器及び電気吸収型光変調器の何れか一方からなることを特徴とする請求項１３乃至１７の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項１９】
更に、当該第２のアーム上に配置される第２の半導体光相互変調素子（２４０）を具備することを特徴とする請求項１３乃至１８の何れか１項に記載の光信号処理装置。
【請求項２０】
信号波長の信号光の強度に従いプローブ波長のプローブ光を相互変調する半導体光相互変調素子を安定動作するように制御する方法であって、
当該半導体光相互変調素子への光入力により誘起される高周波を測定し、
測定された高周波の大きさに従い、当該半導体光相互変調素子に入力しようとする信号光の光強度を調整する
ことを特徴とする半導体光相互変調素子の制御方法。
【請求項２１】
直流駆動の下で、信号波長の信号光の強度に従いプローブ波長のプローブ光を相互変調する半導体光相互変調素子を安定動作するように制御する方法であって、
当該半光相互変調素子への光入力により誘起される高周波を測定し、
測定された高周波の大きさに従い、当該半導体光相互変調素子の駆動直流電圧を調整する
ことを特徴とする半導体光相互変調素子の制御方法。
【請求項２２】
当該高周波が、当該半導体光相互変調素子に入力する当該信号光の変動成分周波数に応じた周波数を具備することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号処理装置に関し、より具体的には、半導体光増幅器（ＳＯＡ）等の半導体光相互変調素子を使って２つの光を相互作用させる光信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は一般に光に対して大きな感受性を持っている。特に、禁止帯幅に相当するエネルギー付近又はそれ以上のエネルギーを有する光が入力すると、内部のキャリア（電子・正孔対）と大きな相互作用を起こす。このような光とキャリアの相互作用を利用した半導体光相互変調素子は、従来から広く知られており、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ）及び電気吸収型光変調器（ＥＡＭ）がある。
【０００３】
例えば、ＳＯＡに直流駆動電流を印加し、プローブ波長λｐに対して利得Ｇを具備する状態で、ＳＯＡに信号波長λｓのパルス変調された信号光と、ＣＷ（Continuous wave）のプローブ波長λｐのプローブ光を一緒に入射する。波長λｓ，λｐは、ともに、ＳＯＡの吸収波長帯に入っている。
【０００４】
ＳＯＡ内では、波長λｓの信号光によりキャリアが消費され、その結果として、プローブ光に対するゲインが減少する。この現象は、相互利得変調（ＸＧＭ）と呼ばれる。この現象を利用すると、信号波長λｓのパルス信号光の強度パターンを反転して、プローブ光に転写することが可能である。ＳＯＡの出力光から光バンドパスフィルタによりプローブ波長λｐの成分のみを抽出すれば良い。これにより、強度パターンを反転するものの、信号を搬送する光キャリア波長をλｓからλｐに変換できる。
【０００５】
ＳＯＡの代わりにＥＡＭを使用しても類似の現象が誘起され、波長変換が可能になる。ＥＡＭのｐｎ接合に逆バイアスの直流電圧を印加しておく。この状態で、信号波長λｓをＥＡＭの吸収帯域付近に設定し、プローブ波長λｐを逆バイアス状態のＥＡＭで吸収される波長に設定しておく。
【０００６】
信号波長λｓのパルス信号光とプローブ波長λｐのプローブ光を同時にＥＡＭに入射すると、ＥＡＭは、信号波長λｓのパルス信号光を吸収し、それによりＥＡＭ内部にキャリアを生成する。生成されたキャリアは、ＥＡＭの内部電界を弱める。その結果、プローブ光に対する吸収量が減少する。この現象は、相互吸収変調（ＸＡＭ）と呼ばれる。この作用により、ＥＡＭから出力されるプローブ光は、その強度パターンが信号波長λｓのパルス信号光の強度パターンと相似したものになる。ＥＡＭの出力光からプローブ波長λｐの成分を抽出することで、信号波長λｓのパルス信号光と同じ強度パターンのプローブ波長λｐの信号光を取り出すことができる。即ち、信号を搬送する光キャリア波長をλｓからλｐに変換できる。
【０００７】
ＳＯＡ及びＥＡＭのどちらでも、信号光により素子内部のキャリア量が変動するので、プローブ光に対する光路長が、ＸＧＭ又はＸＡＭ以外に位相オーダーで変動する。このような位相変調効果は、相互位相変調（ＸＰＭ）と呼ばれる。このＸＰＭを利用した干渉計型光スイッチも数多く提案されている。
【０００８】
例えば、ＳＯＡをマッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）の両方のアームに組み込んだ光スイッチが知られている。ＣＷプローブ光を両方のアーム、即ち両方のＳＯＡに入力し、パルス信号光を一方のアームのみに、即ち一方のＳＯＡのみに供給する。そして、光バンドパスフィルタにより両アームの出力光の合波光、即ちＭＺＩの出力光からプローブ波長λｐの成分を抽出する。
【０００９】
パルス信号光が入力しない定常状態で、両アームから出力されるプローブ光がデストラクティブ（ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）に干渉して出力プローブ光が現れないように、両アームの位相差を調整しておいたとする。この状態で、パルス信号光が入力するＳＯＡにおいて、パルス信号光の入力による、プローブ光に対するＸＰＭ量が概略πになるように調整されているとすると、両アームの出力端において、プローブ光の相対的な位相差が反転するので、出力光にプローブ光が現れる。このようにして、パルス信号光の光強度パターンに相似な光強度パターンを持つプローブ波長λｐの光を生成できる。信号の光キャリア波長をλｓからλｐに変換する波長変換を実現できる。
【００１０】
プローブ光がパルス光とすると、上述の波長変換装置は、プローブパルス光をパルス信号光によりゲートする光ゲート装置としても動作する。即ち、半導体光相互変調素子のＸＧＭ、ＸＡＭ、及びＸＰＭを利用することで、プローブ光とパルス信号光の論理演算素子を容易に実現できる。
【００１１】
このような半導体光相互変調素子を用いた光信号処理では、安定な信号処理を得るためにも、半導体光相互変調素子の変調量をモニタする必要がある。
【００１２】
例えば、ＳＯＡを両アーム上に配置したマッハツェンダ干渉計を使う波長変換装置において、アーム上の各ＳＯＡの動作点を監視する以下のような構成が採用されている。即ち、信号光（若しくは、光スイッチ又は光ゲートの場合の制御光）とプローブ光以外に、第３の波長の比較的微弱な光（モニタ光）を両アーム上のＳＯＡに入射する。モニタ光がプローブ光と同程度又は一定の比例関係の変調度で信号光により変調されることを利用する。ＭＺＩの出力光からモニタ光の両サイドバンド成分を分離してその強度を測定し、その結果により一方のアーム上のＳＯＡの印加電流を制御する。
【００１３】
また、光変調器の特性を安定化する構成として、光変調器の出力信号光をモニタし、そのモニタ結果に従い光変調器のバイアスを制御する構成が提案されている（例えば、特許文献１及びこれに対応する特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−７６０６８号公報
【特許文献２】米国特許第５６２９７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
半導体光相互変調素子の入出力特性は、その印加電流又は駆動電圧、入力信号光の強度、半導体素子自体の経時変化及び周囲の温度等の影響を受ける。従って、ＳＯＡの動作状態を監視し、動作点を一定に維持する回路機構を設けるのが望ましい。従来の方法は、個々のＳＯＡの動作状態を監視し、制御するには不十分であるか、回路構成が複雑又は高価であった。
【００１５】
モニタ光の変調度を測定する従来の方法では、ＳＯＡの変調度を厳密に測定できるが、第３の波長のモニタ光をＳＯＡに入力する必要があること、干渉出力光からモニタ光の両サイドバンドを分離し、その強度を測定する必要があることから、光スペクトラムアナライザなどの大がかりな装置が必要になる。
【００１６】
また、波長分割多重（ＷＤＭ）システムでは、各信号波長に対してモニタ光を用意し、その変調度を測定する必要がある。波長数が多くなるほど、大掛かりな装置構成になり、現実的はなくなる。
【００１７】
半導体光相互変調素子を安定的に動作させるには、半導体光相互変調素子の変調度を厳密に測定できる必要はなく、変調度の変動を測定できれば足りる。
【００１８】
本発明は、モニタ光無しで半導体光相互変調素子の動作状態を監視し、半導体光相互変調素子を制御できる光信号処理装置及び半導体光相互変調素子の制御方法を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る光信号処理装置は、信号波長の入力信号光の光強度を調整する光強度調整器と、プローブ波長のプローブ光を入力するプローブ光入力手段と、当該信号波長の入力光の強度に従い当該プローブ波長の入力光を相互変調する半導体光相互変調素子であって、光当該光強度調整器から出力される信号光と、当該プローブ光入力手段により入力される当該プローブ光とが入力する半導体光相互変調素子と、当該半導体光相互変調素子を直流駆動する直流駆動回路と、当該半導体光相互変調素子に誘起される高周波を計測する高周波計測器と、当該高周波計測器の測定結果に従い、当該光強度調整器の光強度調整量を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る光信号処理装置は、信号波長の信号光を入力する信号光入力手段と、プローブ波長のプローブ光を入力するプローブ光入力手段と、当該信号光と当該プローブ光が入力し、当該信号光の強度に従い当該プローブ光を相互変調する半導体光相互変調素子と、当該半導体光相互変調素子を直流駆動する直流駆動回路と、当該半導体光相互変調素子に誘起される高周波を計測する高周波計測器と、当該高周波計測器の測定結果に従い、当該直流駆動回路の直流出力を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る光信号処理装置は、信号波長の信号光とプローブ波長のプローブ光が入力する干渉計であって、第１及び第２のアームを具備し、入力信号光が当該第１のアームを伝搬し、入力プローブ光が２分割されて一方が当該第１のアームを伝搬し、他方が第２のアームを伝搬する干渉計と、当該干渉計の第１のアーム上に配置され、当該信号光の光強度に従い当該プローブ光を相互変調する第１の半導体光相互変調素子と、当該干渉計の干渉出力光から当該プローブ波長の成分光を抽出する光フィルタと、当該干渉計に入力する前の当該信号光の光強度を調整する光強度調整器と、当該第１の半導体光相互変調素子を直流駆動する直流駆動回路と、当該第１の半導体光相互変調素子に誘起される高周波を計測する高周波計測器と、当該高周波計測器の測定結果に従い、当該光強度調整器の光強度調整量を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る半導体光相互変調素子の制御方法は、信号波長の信号光の強度に従いプローブ波長のプローブ光を相互変調する半導体光相互変調素子を安定動作するように制御する方法である。当該半導体光相互変調素子への光入力により誘起される高周波を測定する。そして、測定された高周波の大きさに従い、当該半導体光相互変調素子に入力しようとする信号光の光強度を調整する。
【００２３】
本発明に係る半導体光相互変調素子の制御方法は、直流駆動の下で、信号波長の信号光の強度に従いプローブ波長のプローブ光を相互変調する半導体光相互変調素子を安定動作するように制御する方法である。当該半光相互変調素子への光入力により誘起される高周波を測定する。そして、測定された高周波の大きさに従い、当該半導体光相互変調素子の駆動直流電圧を調整する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、半導体光相互変調素子の動作状態を常時監視して、その動作点を一定に維持できる。プローブ光に対する相互変調量を一定に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の第１実施例の概略構成ブロック図を示す。入力端子１０には、図示しない信号光源又は光伝送路等から波長λｓの信号光が入力し、入力端子１２には、プローブ波長λｐのプローブ光が入力する。プローブ波長λｐは、信号波長λｓとは異なる。この実施例では、プローブ光は、連続（ＣＷ）光、又は、入力端子１０に入力する信号光パルスに同期する光パルスクロックからなる。ここでは、理解が容易なように、プローブ光がＣＷ光であるとする。
【００２７】
信号波長λｓは、直流駆動された半導体光増幅器１８で吸収される波長に設定され、プローブ波長λｐは、直流駆動された半導体光増幅器１８で利得を有する波長に設定される。
【００２８】
信号光は、入力端子１０から減衰率を変更可能な可変光減衰器（又は、利得を変更可能な可変光アンプ）１４に入力する。ＷＤＭ光カップラ１６が、可変光減衰器１４の出力光（信号光）と入力端子１２からのプローブ光を合波し、合波光をＳＯＡ１８に印加する。
【００２９】
ＳＯＡ１８は、後述するように、直流電流を印加されている。この状態のＳＯＡ１８は、プローブ波長λｐに対して利得を有する。ＳＯＡ１８は、波長λｓの信号光の入力によりキャリアを誘起し、誘起されるキャリアの密度は、波長λｓの入力光の強度変動に従って変動する。そのキャリア変動により、ＳＯＡ１８は、入力するプローブ光の利得と位相を、それぞれ相互利得変調（ＸＧＭ）及び相互位相変調（ＸＰＭ）により変調する。ＳＯＡ１８の出力光は、プローブ波長λｐを抽出する光バンドパスフィルタ２０に印加される。光バンドパスフィルタ２０により、利得及び位相を信号光パルスにより変調されたプローブ光が抽出される。光バンドパスフィルタ２０で抽出されたプローブ波長の光、即ちＳＯＡ１８で利得及び位相を変調されたプローブ光が、出力端子２２から外部に出力される。
【００３０】
信号光の光パルスが存在するとき、ＳＯＡ１８のプローブ波長における利得が大きくなり、ＳＯＡ１８は、プローブ光を大きな利得で光増幅する。一方、信号光の光パルスが存在しないとき、ＳＯＡ１８のプローブ波長における利得が抑制され、ＳＯＡ１８は、プローブ光をより小さい利得で増幅する。従って、ＳＯＡ１８から出力されるプローブ光は、信号光の光強度パターンを反転した光強度パターンを具備し、ＳＯＡ１８は、いわば、論理反転素子として機能する。このように、ＳＯＡ１８は、光信号により別の光信号を制御する全光信号処理デバイスとして働く。プローブ光がＣＷの場合には、ＳＯＡ１８は、信号の光キャリアの波長をλｓからλｐに変換する波長変換素子として機能する。
【００３１】
ＳＯＡ１８は、電極１８ａ，１８ｂを具備する。電極１８ｂは、アースに接続する。定電流源２４は、ＳＯＡ１８を駆動する電流Ｉdrを発生する。定電流源２４の出力電流Ｉdrが、インダクタンス又はリアクトル２６を介してＳＯＡ１８の電極１８ａに印加される。
【００３２】
電極１８ａはまた、コンデンサ２８及び電気バンドパスフィルタ３０を介して高周波電圧モニタ３２に接続する。インダクタンス２６とコンデンサ２８からなる部分は、所謂、バイアスティーと呼ばれる。電気バンドパスフィルタ３０の中心周波数は、ＳＯＡ１８に入力するパルス信号光がＲＺ形式の場合、そのクロック周波数ｆ０に相当する周波数に設定され、パルス信号光がＮＲＺ形式の場合、そのクロック周波数ｆ０の半分ｆ０／２に相当する周波数に設定される。
【００３３】
電極１８ａには、ＳＯＡ１８の駆動電流Ｉdrと、ＳＯＡ１８に入力する光（信号光とプローブ光）の光強度とに応じて決定される振幅の高周波が誘起される。ＳＯＡ１８の駆動電流Ｉdrとプローブ光の光強度が一定である場合、誘起される高周波の振幅は、ＳＯＡ１８に入力する信号光の光強度に依存する。電極１８ａに誘起される高周波は、コンデンサ２８及びバンドパスフィルタ３０を介して高周波電力モニタ３２に印加され、高周波電力モニタ３２は、その高周波の電力を計測する。高周波電力モニタ３２により計測された高周波電力は、ＳＯＡ１８の動作状態を示す。
【００３４】
制御装置３４は、高周波電力モニタ３２で計測された高周波電力が一定に維持されるように、可変光減衰器１４の減衰率を制御する。例えば、高周波電力モニタ３２で計測された高周波電力が増加した場合、制御装置３４は、可変光減衰器１４の減衰率を大きくする。その結果、ＳＯＡ１８に入力する信号光の光強度が小さくなり、電極１８ａに誘起される高周波の振幅が小さくなり、高周波電力モニタ３２で計測される高周波電力が小さくなる。逆に、高周波電力モニタ３２で計測された高周波電力が減少した場合、制御装置３４は、可変光減衰器１４の減衰率を小さくする。このような帰還制御により、ＳＯＡ１８の動作点を一定に維持できる。
【００３５】
本実施例は、ＳＯＡ１８で２つの光を相互作用させる場合の絶対的な変調度を測定するのには適さないが、相対的な変化を監視し、その変化を少なくするようにＳＯＡ１８を制御できる。即ち、本実施例は、ＳＯＡ１８の動作を常時監視でき、その動作点を安定化でき、その結果として、プローブ光に対する相互変調量を一定に維持できる。
【００３６】
図１に示す実施例では、ＳＯＡ１８で発生する高周波信号の電力に従い、ＳＯＡ１８の入力信号光の強度を制御したが、ＳＯＡ１８の駆動電流Ｉdrを制御しても良いし、又は、ＳＯＡ１８の入力制御光の強度とＳＯＡ１８の駆動電流Ｉdrの両方を制御しても良い。
【００３７】
プローブ光が直流である場合、及び、プローブ光がパルス光で、その基本周波数が制御光の基本周波数と同じである場合、電極１８ａに誘起される高周波は、信号光の振幅を代表するので、バンドパスフィルタ３０は無くても良い。プローブ光がパルス光で、その基本周波数が信号光の基本周波数と異なる場合に、バンドパスフィルタ３０により、信号光に従って電極１８ａに誘起される高周波成分を抽出する必要がある。
【００３８】
プローブ光が一定繰り返し及び一定振幅のＲｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ（ＲＺ）光パルスであり、信号光がプローブ光と同じ基本繰り返し周波数を有するデータ変調された光パルスである場合には、信号光の光パルスとプローブ光の光パルスが同時にＳＯＡ１８に入射するように両者のタイミングを調整する必要がある。この場合、図１に示す実施例は、プローブ光を信号光によりゲートする光素子、又は、信号光とプローブ光とを論理演算する演算素子として機能する。
【００３９】
図１に示す実施例では、信号光とプローブ光をＳＯＡ１８内で同方向に伝搬させたが、ＳＯＡ１８内を互いに逆方向に伝搬させてもよい。
【実施例２】
【００４０】
次に、ＳＯＡの代わりにＥＡＭを使用する場合の実施例を説明する。図２は、その実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００４１】
入力端子１１０には、図示しない信号光源又は光伝送路等から波長λｓの信号光が入力し、入力端子１１２には、プローブ波長λｐのプローブ光が入力する。プローブ波長λｐは、信号波長λｓとは異なる。この実施例では、プローブ光は、連続（ＣＷ）光、又は、入力端子１１０に入力する信号光パルスに同期する光パルスクロックからなる。信号波長λｓ及びプローブ波長λｐはともに、逆バイアスされたＥＡＭ１１８で吸収される波長に設定される。
【００４２】
ＷＤＭカップラ１１６が、入力端子１１０からの信号光と入力端子１１２からのプローブ光を合波し、合波光をＥＡＭ１１８に印加する。
【００４３】
ＥＡＭ１１８は、後述するように逆バイアスされている。逆バイアスされたＥＡＭ１１８は、波長λｓの信号光の入力を吸収し、その吸収によりキャリアを誘起する。誘起されるキャリアの密度は、波長λｓの入力光の強度変動に従って変動する。そのキャリア変動により、ＥＡＭ１１８は、入力するプローブ光の光強度を相互吸収変調（ＸＡＭ）により変調する。
【００４４】
ＥＡＭ１１８の出力光は、プローブ波長λｐを抽出する光バンドパスフィルタ１２０に印加される。光バンドパスフィルタ１２０により、利得を信号光パルスにより変調されたプローブ光が抽出される。光バンドパスフィルタ１２０で抽出されたプローブ波長λｐの光、即ちＥＡＭ１１８で光強度を変調されたプローブ光が、出力端子１２２から外部に出力される。
【００４５】
信号光の光パルスが存在するとき、ＥＡＭ１１８のプローブ波長における吸収が小さくなり、ＥＡＭ１１８は、プローブ光を低吸収率で透過する。一方、信号光の光パルスが存在しないとき、ＥＡＭ１１８のプローブ波長における吸収率が大きなままになり、ＥＡＭ１１８は、プローブ光をより大きな吸収率で減衰させる。従って、ＥＡＭ１１８は、プローブ光の光強度を信号光の強度パターンに従って変調する。プローブ光がＣＷの場合、ＥＡＭ１１８から出力されるプローブ光の光強度パターンは、信号光の光強度パターンと極めて近似した光強度パターンになる。
【００４６】
このように、ＥＡＭ１１８もまた、ＳＯＡ１８と同様に、光信号により別の光信号を制御する全光信号処理デバイスとして働く。プローブ光がＣＷの場合には、ＥＡＭ１１８は、信号の光キャリアの波長をλｓからλｐに変換する波長変換素子として機能する。
【００４７】
ＥＡＭ１１８は、電極１１８ａ，１１８ｂを具備する。電極１１８ｂは、アースに接続する。直流電圧源１２４は、ＥＡ変調器１１８のｐｎ接合を逆バイアスする直流電圧を発生する。直流電圧源１２４の出力電圧は、インダクタンス１２６を介してＥＡＭ１１８の電極１１８ａに印加される。
【００４８】
電極１１８ａはまた、コンデンサ１２８及び電気バンドパスフィルタ１３０を介して高周波電圧モニタ１３２に接続する。インダクタンス１２６とコンデンサ１２８からなる部分は、所謂、バイアスティーと呼ばれる。電気バンドパスフィルタ１３０の中心周波数は、ＥＡＭ１１８に入力するパルス信号光がＲＺ形式の場合、そのクロック周波数ｆ０に相当する周波数に設定され、パルス信号光がＮＲＺ形式の場合、そのクロック周波数ｆ０の半分ｆ０／２に相当する周波数に設定される。
【００４９】
電極１１８ａには、ＥＡＭ１１８の印加電圧と、ＥＡＭ１１８に入力する光（信号光とプローブ光）の光強度とに応じて決定される振幅の高周波が誘起される。ＥＡＭ１１８の駆動電圧とプローブ光の光強度が一定である場合、誘起される高周波の振幅は、ＥＡＭ１１８に入力する信号光の光強度に依存する。電極１１８ａに誘起される高周波は、コンデンサ１２８及びバンドパスフィルタ１３０を介して高周波電力モニタ１３２に印加され、高周波電力モニタ１３２は、その高周波の電力を計測する。高周波電力モニタ１３２により計測された高周波電力は、ＥＡＭ１１８の動作状態を示す。
【００５０】
制御装置１３４は、高周波電力モニタ１３２で計測された高周波電力が一定に維持されるように、直流電圧源１２４の出力電圧を制御する。例えば、高周波電力モニタ１３２で計測された高周波電力が増加したとする。この場合、ＥＡＭ１１８に入射する信号光の光強度が増加していることになり、その結果としてプローブ光に対する吸収率の変化が大きくなりすぎる。そこで、制御装置１３４は、直流電圧源１２４の出力電圧を低くする。ＥＡＭ１１８の逆バイアス電圧が低くなると、プローブ光に対する吸収率の変化を少なくなり、入射信号光に対して発生するキャリア量も減少する。この結果として、高周波電力モニタ１３２で計測される高周波電力が小さくなる。逆に、高周波電力モニタ１３２で計測された高周波電力が減少した場合、制御装置１３４は、直流電圧源１２４の出力電圧を高くする。このような帰還制御により、ＥＡＭ１１８の動作点を一定に維持できる。本実施例では、ＥＡＭ１１８の動作を常時監視でき、プローブ光に対するＸＡＭ量を一定に保つことができる。
【００５１】
図２に示す実施例では、ＥＡＭ１１８で発生する高周波の電力量に従い、ＥＡＭ１１８の逆バイアス電圧を制御したが、図１に示す実施例と同様に、可変減衰器等によりＥＡＭ１１８に入射する前の信号光の光強度を制御してもよい。
【００５２】
図２に示す実施例でも、プローブ光が直流である場合、及び、プローブ光がパルス光で、その基本周波数が制御光の基本周波数と同じである場合、電極１１８ａに誘起される高周波は、信号光の振幅を代表するので、バンドパスフィルタ１３０は無くても良い。プローブ光がパルス光で、その基本周波数が信号光の基本周波数と異なる場合に、バンドパスフィルタ１３０により、信号光に従って電極１１８ａに誘起される高周波成分を抽出する必要がある。
【００５３】
プローブ光が一定繰り返し及び一定パルス振幅のＲＺ光パルスであり、信号光がプローブ光と同じ基本繰り返し周波数を有するデータ変調された光パルスである場合には、信号光の光パルスとプローブ光の光パルスが同時にＥＡＭ１１８に入射するように両者のタイミングを調整する必要がある。この場合、図２に示す実施例は、図１に示す実施例と同様に、プローブ光を信号光によりゲートする光素子、又は、信号光とプローブ光とを論理演算する演算素子として機能する。
【００５４】
信号光とプローブ光をＥＡＭ１１８内で同方向に伝搬させたが、ＥＡＭ１１８内を互いに逆方向に伝搬させてもよい。
【実施例３】
【００５５】
次に、両アーム上にＳＯＡを配置するマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）構造の波長変換器又は光ゲートに本発明を適用した実施例を説明する。この実施例では、ＳＯＡのＸＰＭを利用する。図３は、その概略構成図を示す。
【００５６】
入力端子２１０には、図示しない信号光源又は光伝送路等から波長λｓの信号光が入力し、入力端子２１２には、プローブ波長λｐのプローブ光が入力する。プローブ波長λｐは、信号波長λｓとは異なる。この実施例では、プローブ光は、連続（ＣＷ）光、又は、入力端子２１０に入力する信号光パルスに同期する光パルスクロックからなる。ここでは、理解が容易なように、プローブ光がＣＷ光であり、図３に示す実施例が波長変換器として使用されるとする。
【００５７】
信号波長λｓは、直流駆動されたＳＯＡ２１８で吸収される波長に設定され、プローブ波長λｐは、直流駆動されたＳＯＡ２１８，２４０で利得を有する波長に設定される。
【００５８】
信号光は、入力端子２１０から減衰率を変更可能な可変光減衰器（又は、利得を変更可能な可変光アンプ）２１４を介して光カップラ２１６に入力する。プローブ光は、入力端子２１２から光カップラ２４２に入力し、光カップラ２４２により２つに分割される。光カップラ２１６は、可変光減衰器２１４からの信号光と、光カップラ２４２により分割された一方のプローブ光とを合波して、ＳＯＡ２１８に印加する。また、光カップラ２４２により分割された他方のプローブ光は、別のＳＯＡ２４０に印加される。ＳＯＡ２１８が、ＭＺＩの一方のアーム上に位置し、ＳＯＡ２４０がＭＺＩの別のアーム上に位置する。結局、ＳＯＡ２１８には、信号光とプローブ光が入射し、ＳＯＡ２４０にはプローブ光のみが入射する。
【００５９】
ＳＯＡ１１８には、直流電流Ｉｄｒ１が印加され、ＳＯＡ２４０には直流電流Ｉｄｒ２が印加されている。図３では、ＳＯＡ１４０に対する直流電流源を省略してある。これにより、ＳＯＡ２１８，２４０は、プローブ波長λｐに対して利得を有する。そして、ＳＯＡ２１８には、信号光も入射するので、図１に示す実施例で説明したように、ＳＯＡ２１８は、入射する信号光の光強度変動に応じて、プローブ光の利得と位相を変調する。ここでは、ＸＰＭを利用する。ＳＯＡ２１８の駆動電流、信号光の光強度及びプローブ光の光強度を、信号光の有無でプローブ光の光位相がπだけ異なるように、予め調整しておく。
【００６０】
合波器２４４は、ＳＯＡ２１８，２４０の出力光を合波し、合波光を、プローブ波長の光を透過する光バンドパスフィルタ２２０に印加する。光バンドパスフィルタ２２０は、合波器２４４の出力光からプローブ波長λｐの光を抽出し、出力端子２２２に供給する。
【００６１】
信号光（の光パルス）が存在するか否かで、合波器２４４の出力におけるプローブ波長の光の強度が異なる。どちらになるかは、ＭＺＩの、ＳＯＡ２１８が置かれるアームとＳＯＡ２４０が置かれるアームの光路長の差による。両アーム間の光路長の差がゼロの場合、合波器２４４の出力におけるプローブ波長の光の強度は、信号光が存在しないときに強くなり、信号光が存在するときに弱くなる。両アーム間の光路長の差がπの場合、合波器２４４の出力におけるプローブ波長の光の強度は、信号光が存在しないときに弱くなり、信号光が存在するときに強くなる。いうまでもないが、合波器２４４を合分波器に代えて、ＭＺＩにデストラクティブ出力とコンストラクティブ出力の両方を設ければ、両方の形態の出力光を得ることができる。
【００６２】
図３に示す実施例でも、図１に示す実施例と同様に、ＳＯＡ２１８に入力する信号光の光強度が調節される。そのための構成は、図１に示す実施例と実質的に同じである。
【００６３】
ＳＯＡ２１８は、電極２１８ａ，２１８ｂを具備する。電極２１８ｂは、アースに接続する。定電流源２２４は、ＳＯＡ２１８を駆動する電流Ｉdr１を発生する。定電流源２２４の出力電流Ｉdr１が、インダクタンス又はリアクトル２２６を介してＳＯＡ２１８の電極２１８ａに印加される。
【００６４】
電極２１８ａはまた、コンデンサ２２８及び電気バンドパスフィルタ２３０を介して高周波電圧モニタ２３２に接続する。インダクタンス２２６とコンデンサ２２８からなる部分は、所謂、バイアスティーと呼ばれる。電気バンドパスフィルタ２３０の中心周波数は、ＳＯＡ２１８に入力するパルス信号光がＲＺ形式の場合、そのクロック周波数ｆ０に相当する周波数に設定され、パルス信号光がＮＲＺ形式の場合、そのクロック周波数ｆ０の半分ｆ０／２に相当する周波数に設定される。
【００６５】
電極２１８ａには、ＳＯＡ２１８の駆動電流Ｉdr１と、ＳＯＡ２１８に入力する光（信号光とプローブ光）の光強度とに応じて決定される振幅の高周波が誘起される。ＳＯＡ２１８の駆動電流Ｉdr１とプローブ光の光強度が一定である場合、誘起される高周波の振幅は、ＳＯＡ２１８に入力する信号光の光強度に依存する。電極２１８ａに誘起される高周波は、コンデンサ２２８及びバンドパスフィルタ２３０を介して高周波電力モニタ２３２に印加され、高周波電力モニタ２３２は、その高周波の電力を計測する。高周波電力モニタ２３２により計測された高周波電力は、ＳＯＡ２１８の動作状態を示す。
【００６６】
制御装置２３４は、高周波電力モニタ２３２で計測された高周波電力が一定に維持されるように、可変光減衰器２１４の減衰率を制御する。例えば、高周波電力モニタ２３２で計測された高周波電力が増加した場合、制御装置２３４は、可変光減衰器２１４の減衰率を大きくする。その結果、ＳＯＡ２１８に入力する信号光の光強度が小さくなり、電極２１８ａに誘起される高周波の振幅が小さくなり、高周波電力モニタ２３２で計測される高周波電力が小さくなる。逆に、高周波電力モニタ２３２で計測された高周波電力が減少した場合、制御装置２３４は、可変光減衰器２１４の減衰率を小さくする。このような帰還制御により、ＳＯＡ２１８によるプローブ光に対するＸＰＭ量を一定に保つことができる。
【００６７】
図３に示す実施例では、ＳＯＡ２１８で発生する高周波信号の電力に従い、ＳＯＡ２１８の入力信号光の強度を制御したが、ＳＯＡ２１８の駆動電流Ｉdr１を制御しても良いし、又は、ＳＯＡ２１８の入力制御光の強度とＳＯＡ２１８の駆動電流Ｉdr１の両方を制御しても良い。
【実施例４】
【００６８】
図４は、信号光の光強度を調節する代わりに、駆動電流Ｉdr１を制御するように図３に示す実施例を変更した実施例の概略構成図を示す。図３と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００６９】
可変光減衰器２１４が除去され、制御装置２３４に代わる制御装置２４６が、高周波電力モニタ２３２で計測された高周波電力が一定になるように、直流電流源２２４の出力電流Ｉdr１を制御する。
【００７０】
実施例１−４により、主として波長変換の場合の実施例を説明したが、上記各実施例は、光ゲートスイッチ又は光論理演算装置としても動作可能であり、本発明は、波長変換器、光ゲートスイッチ及び光論理演算装置等の光装置に広く適用可能である。
【００７１】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例１の概略構成図を示す。
【図２】本発明の実施例２の概略構成図を示す。
【図３】本発明の実施例３の概略構成図を示す。
【図４】本発明の実施例４の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００７３】
１０：信号光入力端子
１２：プローブ光入力端子
１４：可変光減衰器
１６：ＷＤＭ光カップラ
１８：半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１８ａ，１８ｂ：電極
２０：光バンドパスフィルタ
２２：出力端子
２４：定電流源
２６：インダクタンス
２８：コンデンサ
３０：電気バンドパスフィルタ
３２：高周波電力モニタ
３４：制御装置
１１０：信号光入力端子
１１２：プローブ光入力端子
１１６：ＷＤＭ光カップラ
１１８：電気吸収型光変調器（ＥＡＭ）
１１８ａ，１１８ｂ：電極
１２０：光バンドパスフィルタ
１２２：出力端子
１２４：直流電圧源
１２６：インダクタンス
１２８：コンデンサ
１３０：電気バンドパスフィルタ
１３２：高周波電力モニタ
１３４：制御装置
２１０：信号光入力端子
２１２：プローブ光入力端子
２１４：可変光減衰器
２１６：ＷＤＭ光カップラ
２１８：半導体光増幅器（ＳＯＡ）
２１８ａ，２１８ｂ：電極
２２０：光バンドパスフィルタ
２２２：出力端子
２２４：定電流源
２２６：インダクタンス又はリアクトル
２２８：コンデンサ
２３０：電気バンドパスフィルタ
２３２：高周波電力モニタ
２３４：制御装置
２４０：半導体光増幅器（ＳＯＡ）
２４２：光カップラ
２４４：合波器
２４６：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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