(57)【要約】【課題】  入力光の波長が変化しても出力光の波長を一定とすることができる波長変換装置等を提供する。【解決手段】  波長変換装置(100)は、入射端(01)と出射端(102)との間に直列的に配置された第１波長変換部(110)及び第２波長変換部(120)を備える。第１波長変換部(110)は、入力光（光周波数ｆ０）及び第１励起光（光周波数ｆｐｕｍｐ１）により四光波混合を生じさせ、この四光波混合により新たな波長の中間光（光周波数ｆ１）を発生させ、そして、この中間光及び入力光を出力する。第２波長変換部(120)は、第１波長変換部(110)から出力された中間光及び入力光とともに第２励起光（光周波数ｆｐｕｍｐ２）により四光波混合を生じさせ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光（光周波数ｆ２）を出力する。【選択図】  図１
2005173572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の波長とは異なる波長の出力光を出力する波長変換装置であって、
入力光及び単一波長の第１励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により新たな波長の中間光を発生させ、前記入力光とともに該中間光を出力する第１波長変換部と、
前記第１波長変換部から出力された前記中間光及び前記入力光、さらには第２励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する第２波長変換部とを備えた波長変換装置。
【請求項２】
前記第１波長変換部は、前記第１励起光を出力する第１励起光源と、該第１励起光源から出力された前記第１励起光及び前記入力光を入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した前記中間光を出力する第１非線形光学媒質と、前記第１非線形光学媒質から出力された光のうち前記中間光及び前記入力光を選択的に透過する第１光フィルタとを含み、
前記第２波長変換部は、前記第２励起光を出力する第２励起光源と、前記第１波長変換部から出力された前記中間光及び前記入力光、さらには該第２励起光源から出力された前記第２励起光を入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した前記出力光を出力する第２非線形光学媒質と、前記第２非線形光学媒質から出力された光のうち前記出力光を選択的に透過する第２光フィルタとを含むことを特徴とする請求項１記載の波長変換装置。
【請求項３】
入力光の波長とは異なる波長の出力光を出力する波長変換装置であって、
入力光及び複数チャネルを含む第１励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の第１中間光及び第２中間光を出力する第１波長変換部と、
前記第１波長変換部から出力された前記第１中間光及び前記第２中間光、さらには第２励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する第２波長変換部とを備えた波長変換装置。
【請求項４】
前記第１波長変換部は、前記第１励起光を出力する第１励起光源と、該第１励起光源から出力された前記第１励起光と前記入力光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した前記第１中間光及び前記第２中間光を出力する第１非線形光学媒質と、前記第１非線形光学媒質から出力された光のうち前記第１中間光及び前記第２中間光を選択的に透過する第１光フィルタとを含み、
前記第２波長変換部は、前記第２励起光を出力する第２励起光源と、前記第１波長変換部から出力された前記第１中間光及び前記第２中間光、さらには該第２励起光源から出力された前記第２励起光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した前記出力光を出力する第２非線形光学媒質と、前記第２非線形光学媒質から出力された光のうち前記出力光を選択的に透過する第２光フィルタとを含むことを特徴とする請求項３記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記出力光の波長は、前記入力光の波長に依らず一定であることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記出力光の光周波数変動は、前記入力光の光周波数変動よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項３記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記出力光の消光比は、前記入力光の消光比よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の波長変換装置。
【請求項８】
互いに波長が異なる複数チャネルの信号それぞれを、時間軸に沿って互いに重ならないように重畳された所定波長の出力チャネルの信号として波長変換することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の波長変換装置。
【請求項９】
互いに波長が異なる複数チャネルを含み、それぞれのチャネル信号が断続的に現れる入力光を入力し、時間軸に沿って互いに重ならないように各チャネルの信号に対して遅延を与える光遅延器と、
時間軸に沿ってチャネル間での信号発生時間が重ならないように前記光遅延器により調節された前記複数チャネルの信号それぞれを所定波長の出力チャネルの信号として波長変換することで、該出力チャネルにおける信号存在確率を高める請求項１又は請求項３に記載の波長変換装置とを備えた光ネットワークシステム。
【請求項１０】
互いに波長が異なる複数チャネルを含み、それぞれのチャネル信号が断続的に現れる入力光を入力し、時間軸に沿って互いに重ならないように各チャネルの信号に対して遅延を与える光遅延器と、
時間軸に沿ってチャネル間での信号発生時間が重ならないように前記光遅延器により調節された前記複数チャネルの信号それぞれを所定波長の出力チャネルの信号として波長変換することで、該出力チャネルにおける信号間隔を狭める請求項１又は請求項３に記載の波長変換装置とを備えた光ネットワークシステム。
【請求項１１】
Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の光伝送路と、
前記Ｎ本の光伝送路それぞれの途中に１つずつ設けられたＮ個の光スイッチと、
前記Ｎ個の光スイッチそれぞれから到達した光信号を合波し、該合波光を共通の光伝送路へ出力する第１光合波器と、
前記Ｎ個の光スイッチそれぞれに対応して１つずつ設けられ、対応する光スイッチから到達した光信号に対して遅延を与えて出力するＮ個の光遅延器と、
前記Ｎ個の光遅延器から出力された光信号を合波する第２光合波器と、
前記第２光合波器から出力された合波光の波長変換を行う請求項１又は請求項３に記載の波長変換装置と、
前記波長変換装置から出力された合波光を前記Ｎ個の光スイッチと前記第１光合波器との間に位置する前記Ｎ本の光伝送路の何れか又は前記共通の光伝送路へ戻す信号戻し手段とを備えた光ネットワークシステム。
【請求項１２】
Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の光伝送路と、
前記Ｎ本の光伝送路それぞれの途中に１つずつ設けられ、対応する波長の光信号に対して遅延を与えるＮ個の光遅延器と、
前記Ｎ個の光遅延器から出力された光信号を合波する光合波器と、
前記光合波器から出力された合波光の波長変換を行う請求項１又は請求項３記載の波長変換装置とを備えた光ネットワークシステム。
【請求項１３】
光信号を送出する光送信器と、
前記光送信器から送出された光信号を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路を介して伝送された光信号を受信する光受信器と、
前記光送信器の直後に設けられ、前記光送信器から送出された光信号の波長変換を行う請求項１又は請求項３記載の波長変換装置とを備えた光伝送システム。
【請求項１４】
光信号を送出する光送信器と、
前記光送信器から送出された光信号を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路を介して伝送された光信号を受信する光受信器と、
前記光伝送路の途中に設けられ、前記光伝送路を伝搬する光信号の波長変換を行う請求項１又は請求項３記載の波長変換装置とを備えた光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力光の波長とは異なる波長の出力光を発生させて出力する波長変換装置、該波長変換装置を含む光ネットワークシステム、及び該波長変換装置を含む光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長変換装置は、入力光の波長とは異なる波長（すなわち、異なる光周波数）の出力光を出力する光学デバイスである。一般に、波長変換装置では、入力光と励起光とを非線形光学媒質に入力し、この非線形光学媒質において非線形光学現象の一種である四光波混合を生じさせ、この四光波混合により新たな波長の出力光を発生させる（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。
【０００３】
また、波長変換装置は、互いに波長が異なる複数チャネルの信号成分が多重化された波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength-Division Multiplexing）信号それぞれを、時間軸に沿って互いに重ならないように重畳された所定波長の時分割多重（ＴＤＭ：Time-Division Multiplexing）信号として波長変換することも可能である。このようにＷＤＭ信号をＴＤＭ信号に波長変換する方法としては、例えば非特許文献１及び２に記載された波長変換方法が知られている。
【０００４】
すなわち、非特許文献１には、入力されるＷＤＭ信号に対しスーパーコンティニウムを（supercontinuum）発生させ、各チャネル信号のスペクトルを互いに重なりあう程度まで広げ、その後、フィルタによりスライスすることでＴＤＭ信号に変換する方法が記載されている。また、非特許文献２には、入力光に対する吸収係数が光強度に対して減少するデバイス(electro-absorption modulator: ＥＡＭ)を用い、ＷＤＭ信号と変換されるべき波長を有する連続光（ＣＷ光：Continuous-Wave light）を同時に入射することで該ＣＷ光にＷＤＭ信号の波形がコピーされる特性を利用するＴＤＭ変換方法が記載されている。
【０００５】
なお、入力光が強度変調光である場合には、波長変換により得られる出力光も同様に強度変調された光である。このことから、波長変換装置は、例えば光ネットワークシステムや光伝送システムにおいて伝送される光信号の波長を変換する際に用いられ得る。
【特許文献１】特開平１０−１３３２４０号公報
【特許文献２】特開２０００−０８１６４３号公報
【非特許文献１】H. Sotobayashi et al., “40Gbit/s photonic packet compression and decompression by supercontinuumgeneration” Electronics Letters, Vol. 37, Issue. 2, pp. 110-111, Jan, 2001.
【非特許文献２】J. P. R. Lacey et al., “All-optical WDM to TDM transmultiplexer,” Electronics Letters, Vol. 30, Issue. 19, pp. 1612-1613, Sep, 1994.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、従来の波長変換装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、特許文献１及び２に記載された従来の波長変換装置では、入力光の波長が変化すると出力光の波長も変化する。しかしながら、将来の光ネットワークシステム等において使用される波長変換装置では、入力光の波長が変化しても出力光の波長が一定であることが望ましい場合がある。
【０００７】
加えて、上記非特許文献１及び２に記載された波長変換方法では、変換された信号波形が劣化してしまう。具体的には、上記非特許文献１では、信号スペクトルがフィルタの形状となるため、信号波形はフィルタの形状に大きく依存する。そのため、信号のビットレートや変調形式によってフィルタを変える必要がある。また、上記非特許文献２では、電気のキャリアによる吸収飽和を利用しているため、応答速度に上限があり高速なＴＤＭ信号変換が行われると信号波形が歪みやすくなる。
【０００８】
この発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、入力光の波長が変化しても出力光の波長を安定的に一定にできる波長変換装置、該波長変換装置を含む光ネットワークシステム、及び該波長変換装置を含む光伝送システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る波長変換装置は、入力光の波長とは異なる波長の出力光を発生させて出力する波長変換装置であって、互いに直列に接続された第１波長変換部と、第２波長変換部とを備える。上記第１波長変換部は、入力光及び単一波長の第１励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により新たな波長の中間光を発生させ、この中間光及び入力光を出力する。上記第２波長変換部は、第１波長変換部から出力された中間光及び入力光、さらには第２励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。
【００１０】
この場合、上記第１波長変換部は、第１励起光源と、第１非線形光学媒質と、第１光フィルタとを含むのが好ましい。上記第１励起光源は、第１励起光を出力する。上記第１非線形光学媒質は、第１励起光源から出力された第１励起光と入力光を入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により中間光を出力する。上記第１光フィルタは、第１非線形光学媒質から出力された光のうち中間光及び入力光を選択的に透過する。同様に、上記第２波長変換部も、第２励起光源と、第２非線形光学媒質と、第２光フィルタとを含むのが好ましい。上記第２励起光源は、第２励起光を出力する。上記第２非線形光学媒質は、第１波長変換部から出力された中間光及び入力光、さらには該第２励起光源から出力された第２励起光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した出力光を出力する。上記第２光フィルタは、第２非線形光学媒質から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。
【００１１】
なお、この発明に係る波長変換装置において、上記第１波長変換装置は、入力光及び複数チャネルを含む第１励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の第１中間光及び第２中間光を出力することも可能である。この場合、上記第２波長変換装置は、第１波長変換部から出力された第１中間光及び第２中間光、さらには第２励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。
【００１２】
この場合も、上記第１波長変換部は、第１励起光源、第１非線形光学媒質、及び第１光フィルタを含み、上記第２波長変換部は、第２励起光源、第２非線形光学媒質、及び第２光フィルタを含むのが好ましい。上記第１励起光光源は、第１励起光を出力する。上記第１非線形光学媒質は、第１励起光源から出力された第１励起光と入力光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した第１中間光及び第２中間光を出力する。上記第１光フィルタは、第１非線形光学媒質から出力された光のうち第１中間光及び第２中間光を選択的に透過する。一方、上記第２励起光源は、第２励起光を出力する。上記第２非線形光学媒質は、第１波長変換部から出力された第１中間光及び第２中間光、さらには該第２励起光源から出力された第２励起光とを入力することで四光波混合を発生され、該四光波混合により発生した出力光を出力する。上記第２光フィルタは、第２非線形光学媒質から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。
【００１３】
この発明に係る波長変換装置では、第１波長変換部において入力光が波長変換されて該第１波長変換部から中間光が出力される。続いて、第２波長変換部において入力光及び中間光が更に波長変換されて該第２波長変換部から出力光が出力される。このように２度の波長変換が行われることにより、入力光の波長が異なっていても、出力光の波長は一定になる。また、この発明に係る波長変換装置において、出力光の光周波数変動は入力光の光周波数変動よりも小さいのが好ましい。また、出力光の消光比は、入力光の消光比よりも大きいのが好ましい。
【００１４】
なお、この発明に係る波長変換装置は、互いに波長が異なる複数チャネルのＷＤＭ信号それぞれを、時間軸に沿って互いに重ならないように重畳された所定波長のＴＤＭ信号として波長変換することも可能である。
【００１５】
この発明に係る光ネットワークシステムは、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の光伝送路と、Ｎ個の光スイッチと、第１光合波器と、Ｎ個の光遅延器と、第２光合波器と、上述のような構造を有する波長変換装置（この発明に係る波長変換装置）と、信号戻し手段とを備える。上記Ｎ個の光スイッチは、Ｎ本の光伝送路それぞれの途中に１つずつ設けられている。上記第１光合波器は、Ｎ個の光スイッチそれぞれから到達した光信号を合波し、その合波光を共通の光伝送路へ出力する。上記Ｎ個の光遅延器は、Ｎ個の光スイッチそれぞれに対応して１つずつ設けられ、対応する光スイッチから到達した光信号に対して遅延を与てる。上記第２光合波器は、Ｎ個の光遅延器から出力された光信号を合波する。上記波長変換装置は、第２光合波器から出力された合波光の波長変換を行う。上記信号戻し手段は、波長変換装置から出力された光信号をＮ個の光スイッチと第１光合波器との間のＮ本の光伝送路の何れか又は共通の光伝送路へ戻す。
【００１６】
この本発明に係る光ネットワークシステムでは、各光伝送路により伝送されてきて光スイッチに到達した光信号は、その後の伝送先が光スイッチにより切り替えられて、対応する光遅延器及び第１光合波器のうち何れか一方へ伝送される。第１光合波器に到達した各光信号は第１光合波器により合波されて、その合波光は共通の光伝送路へ出力される。光遅延器に到達した光信号は、光遅延器により所定の遅延が与えられた後に、波長変換装置に入力され波長変換後に出力される。この波長変換装置による波長変換では、入力光信号の光周波数に拘わらず、出力光信号の光周波数は一定である。波長変換装置から出力された光信号は、信号戻し手段により、Ｎ個の光スイッチと第１光合波器との間のＮ本の光伝送路の何れか又は共通の光伝送路へ戻される。
【００１７】
上述のような構造を有する波長変換装置を利用して、ＷＤＭ信号からＴＤＭ信号に波長変換する場合、この発明に係る光ネットワークシステムは、該波長変換装置とともに、各チャネルにおいて断続的現れるＷＤＭ信号を入力し、時間軸に沿って互いに重ならないようにチャネルごとに遅延を与える光遅延器を備えるのが好ましい。このような構成を備えた光ネットワークシステムにおいて、上記光遅延器により信号遅延が調節されることにより、波長変換装置から出力される出力チャネルにおける信号存在確率を高めることが可能になる。また、上記光遅延器により信号遅延が調節されることにより、波長変換装置から出力される出力チャネルにおける信号間隔を狭めることも可能である。
【００１８】
さらに、この発明に係る光伝送システムは、光送信器と、光伝送路と、光受信器と、上述のような構造を有する波長変換装置（この発明に係る波長変換装置）を備える。上記光送信器は、光信号を送出する。上記光伝送は、光送信器から送出された光信号を伝送する。上記光受信器は、光伝送路を伝搬する光信号を受信する。上記波長変換装置は、光送信器の直後に設けられ、光送信器から送出された光信号の波長変換を行う。このような光伝送システムでは、光送信器から出力される光信号のチャープが大きく又は消光比が小さい場合であっても、波長変換装置からの出力光はチャープ補償され波形整形されるので、信号伝送距離の延長が可能になる。
【００１９】
また、この発明に光伝送システムにおいて、上記波長変換装置は、光伝送路の途中に設けられてもよい。この場合、伝送される光信号のチャープが大きく又は消光比が小さい場合であっても、波長変換装置からの出力光はチャープ補償され波形整形されるので、信号伝送距離の延長が可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る波長変換装置によれば、入力光の波長が変化しても出力光の波長を一定とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明に係る波長変換装置、光ネットワークシステム、及び光伝送システムの各実施形態を、図１〜図１６を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
（波長変換装置の第１実施形態）
先ず、この発明に係る波長変換装置の第１実施形態について説明する。図１は、この発明に係る波長変換装置の第１実施形態の構成を示す図である。この第1実施形態に係る波長変換装置１００は、入射端１０１に入力光を入力し、この入力光の波長とは異なる波長の出力光を出射端１０２から出力する。波長変換装置１００は、入射端１０１と出射端１０２との間に直列的に配置された第１波長変換部１１０及び第２波長変換部１２０を備える。
【００２３】
第１波長変換部１１０は、入力光及び第１励起光により四光波混合を発生され、この四光波混合により新たな波長の中間光を発生させ、そして、この中間光及び入力光を出力する。より具体的には、第１波長変換部１１０は、第１励起光源１１１、第１光結合器１１２、第１光増幅器１１３、第１非線形光学媒質１１４及び第１光フィルタ１１５を含む。
【００２４】
第１励起光源１１１は、光周波数ｆｐｕｍｐ１の第１励起光を出力する。第１光結合器１１２は、入力端１０１を介して入力された光周波数ｆ０の入力光と第１励起光源１１１から出力された第１励起光とを合波する。第１光増幅器１１３は、第１光結合器１１２により合波された入力光及び第１励起光を入力し、これら入力光及び第１励起光を増幅する。
【００２５】
第１非線形光学媒質１１４は、第１光増幅器１１３により増幅された入力光及び第１励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数ｆ１の中間光を出力する。第１光フィルタ１１５は、第１非線形光学媒質１１４から出力された光のうち中間光及び入力光を選択的に透過する。
【００２６】
一方、第２波長変換部１２０は、第１波長変換部１１０から出力された中間光及び入力光、さらには第２励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。より具体的には、第２波長変換部１２０は、第２励起光源１２１、第２光結合器１２２、第２光増幅器１２３、第２非線形光学媒質１２４及び第２光フィルタ１２５を含む。
【００２７】
第２励起光源１２１は、光周波数ｆｐｕｍｐ２の第２励起光を出力する。第２光結合器１２２は、第１波長変換部１１０から出力された中間光及び入力光と第２励起光源１２１から出力された第２励起光とを合波する。第２光増幅器１２３は、第２光結合器１２２により合波された中間光，入力光及び第２励起光を入力し、これら中間光，入力光及び第２励起光を増幅する。
【００２８】
第２非線形光学媒質１２４は、第２光増幅器１２３により光増幅された中間光、入力光及び第２励起光を入力することで、これら中間光、入力光及び第２励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数ｆ２の出力光を出力する。第２光フィルタ１２５は、第２非線形光学媒質１２４から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。
【００２９】
第１光増幅器１１３及び第２光増幅器１２３それぞれには、例えば、Ｅｒ元素が光導波領域に添加された光ファイバが光増幅媒体として適用されたＥｒ元素添加光ファイバ増幅器が適している。第１非線形光学媒質１１４及び第２非線形光学媒質１２４それぞれには、例えば、非線形光学係数γが高い光ファイバが適している。第１光増幅器１１３は、第１非線形光学媒質１１４において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第１非線形光学媒質１１４に入力する各光成分を高利得で増幅する。同様に、第２光増幅器１２３は、第２非線形光学媒質１２４において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第２非線形光学媒質１２４に入力する各光成分を高利得で増幅する。
【００３０】
図２は、第１実施形態に係る波長変換装置１における各光周波数の配置関係を説明するための図である。第１波長変換部１１０において、入力光の光周波数ｆ０、中間光の光周波数ｆ１及び第１励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ１の間には、図２（ａ）及び以下の式（１）で表される関係がある。すなわち、第１波長変換部１１０は、縮退四光波混合により発生した光周波数ｆ１の中間光を出力する。
【数１】
2005173572.tif 000003
【００３１】
一方、第２波長変換部１２０では、入力光の光周波数ｆ０、中間光の光周波数ｆ１、出力光の光周波数ｆ２及び第２励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ２の間には、図２（ｂ）及び以下の式（２）で表される関係がある。すなわち、第２波長変換部１２０は、非縮退四光波混合により発生した光周波数ｆ２の出力光を出力する。
【数２】
2005173572.tif 000004
【００３２】
上記式（１）を上記式（２）に代入すると、以下の式（３）が得られる。この式（３）から判るように、出力光の光周波数ｆ２は、入力光の光周波数ｆ０に依存せず、第１励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ１及び第２励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ２のみに依存する。
【数３】
2005173572.tif 000005
【００３３】
このように、この第1実施形態に係る波長変換装置１００は、入力端１０１を介して入力させる入力光の波長が変化しても、出力端１０２を介して出力される出力光の波長を一定にすることができる。
【００３４】
図３は、第１実施形態に係る波長変換装置１００の一利用例を説明するための図である。図３（ａ）は各光周波数の配置関係を示し、図３（ｂ）は各信号が多重化される様子を示す。波長変換装置１００の入力端１０１を介して入力される入力光成分は、光周波数ｆ０１、ｆ０２及びｆ０３の何れかとする。また、光周波数ｆ０１、ｆ０２及びｆ０３それぞれの入力光成分は、バースト信号の如く、或る一定期間には入力端１０１を介して入力されるが、他の期間には入力されないとする。さらに、光周波数ｆ０１、ｆ０２及びｆ０３それぞれの入力光成分のうち２つ以上の光成分が同時には入力されないものとする。このような場合、波長変換装置１００は、入力端１０１を介して入力された各光周波数の入力光成分を波長変換し、これら全てを一定の光周波数ｆ２の出力光として多重化する。そして、このように多重化された出力光が出力端１０２を介して出力される。
【００３５】
また、第１実施形態に係る波長変換装置１００は、波長変換とともに、入力光のチャープを補償し波形整形することができる。図４は、第１実施形態に係る波長変換装置１００におけるチャープ補償及び波形整形を説明するための図である。図４（ａ）は、入力端１０１を介して入力される入力光の光強度及び光周波数それぞれの時間変化を示す。図４（ｂ）は、第１波長変換部１１０から出力される中間光の光強度及び光周波数それぞれの時間変化を示す。また、図４（ｃ）は、出力端１０２から出力される出力光の光強度及び光周波数それぞれの時間変化を示す。
【００３６】
入力端１０１を介して入力される入力光が例えば直接変調駆動のレーザダイオードから出力されたレーザ光である場合、その入力光は、図４（ａ）に示されたように、パルス立上り及びパルス立下りそれぞれの際に光周波数が変動する過渡チャープ現象を示すとともに、光強度のレベルに応じて光周波数が異なる断熱チャープ現象を示す。自己位相変調を利用することにより、過渡チャープについては補償することが可能であるが、断熱チャープについては補償することができない。
【００３７】
しかしながら、この第1実施形態に係る波長変換装置１００では、図４（ｂ）に示されたように、中間光のチャープ分布は、入力光のチャープ分布が反転された状態になる。そして、図４（ｃ）に示されたように、出力光のチャープ分布は、入力光及び中間光それぞれのチャープ分布が互いに相殺された状態となる。このように、出射端１０２を介して出力される出力光は、入射端１０１を介して入力される入力光のチャープが補償された光成分である。したがって、出力光の光周波数変動は入力光の光周波数変動よりも小さくなる。
【００３８】
また、図４（ａ）及び（ｂ）に示されたように、中間光の波形は、その発生の元となる入力光の波形と相似形になる。そして、図４（ｃ）に示されたように、出力光の波形は、その発生の元となる入力光及び中間光それぞれの波形の積で表される。したがって、出射端１０２を介して出力される出力光は、入射端１０１を介して入力される入力光の波形が整形された光成分である。このことから、出力光の消光比は入力光の消光比よりも大きくなる。
【００３９】
以上のようにチャープが補償されるともに信号波形が整形されることにより、直接変調駆動のレーザダイオードを用いた光伝送システムにおいても伝送距離を大幅に延長することができる。
【００４０】
（波長変換装置の第２実施形態）
次に、この発明に係る波長変換装置の第2実施形態について説明する。図５は、この発明に係る波長変換装置の第２実施形態の構成を示す図である。この第2実施形態に係る波長変換装置２００は、入射端２０１を介して入力光を入力し、この入力光の波長とは異なる波長の出力光を出射端２０２を介して出力する。波長変換装置２００は、入射端２０１と出射端２０２との間に直列的に配置された第１波長変換部２１０及び第２波長変換部２２０を備える。
【００４１】
第１波長変換部２１０は、入力光及び第１励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の第１中間光及び第２中間光を出力する。より具体的には、第１波長変換部２１０は、第１励起光源２１１、第１光結合器２１２、第１光増幅器２１３、第１非線形光学媒質２１４及び第１光フィルタ２１５を含む。
【００４２】
第１励起光源２１１は、第１励起光として光周波数ｆｐｕｍｐ１１及び光周波数ｆｐｕｍｐ１２それぞれの励起光成分を出力する。第１光結合器２１２は、入力端２０１を介して入力された光周波数ｆ０の入力光と第１励起光源２１１から出力された２波長の第１励起光とを合波する。第１光増幅器２１３は、第１光結合器２１２により合波された入力光及び第１励起光を入力し、これら入力光及び第１励起光を増幅する。
【００４３】
第１非線形光学媒質２１４は、第１光増幅器２１３により増幅された入力光及び２波長の第１励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数ｆ１１の第１中間光及び光周波数ｆ１２の第２中間光を出力する。第１光フィルタ２１５は、第１非線形光学媒質２１４から出力された光のうち第１中間光及び第２中間光を選択的に透過する。
【００４４】
第２波長変換部２２０は、第１波長変換部２１０から出力された第１中間光及び第２中間光、さらには第２励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。より具体的には、第２波長変換部２２０は、第２励起光源２２１、第２光結合器２２２、第２光増幅器２２３、第２非線形光学媒質２２４及び第２光フィルタ２２５を含む。
【００４５】
第２励起光源２２１は、光周波数ｆｐｕｍｐ２の第２励起光を出力する。第２光結合器２２２は、第１波長変換部２１０から出力された第１中間光及び第２中間光、さらには第２励起光源２２１から出力された第２励起光を入力し、これら第１中間光と第２中間光と第２励起光を合波する。第２光増幅器２２３は、第２光結合器２２２により合波された第１中間光、第２中間光及び第２励起光を入力し、これら第１中間光、第２中間光及び第２励起光を増幅する。
【００４６】
第２非線形光学媒質２２４は、第２光増幅器２２３により増幅された第１中間光、第２中間光及び第２励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数ｆ２の出力光を出力する。第２光フィルタ２２５は、第２非線形光学媒質２２４から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。
【００４７】
第１光増幅器２１３及び第２光増幅器２２３それぞれには、例えば、Ｅｒ元素が光導波領域に添加された光ファイバが光増幅媒体に適用されたＥｒ元素添加光ファイバ増幅器が適している。第１非線形光学媒質２１４及び第２非線形光学媒質２２４それぞれには、例えば、非線形光学係数γが高い光ファイバが適している。第１光増幅器２１３は、第１非線形光学媒質２１４において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第１非線形光学媒質２１４に入力させる各信号を高利得で増幅する。同様に、第２光増幅器２２３は、第２非線形光学媒質２２４において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第２非線形光学媒質２２４に入力させる各信号を高利得で増幅する。
【００４８】
図６は、この第２実施形態に係る波長変換装置２における各光周波数の配置関係を説明するための図である。第１波長変換部２１０において、入力光の光周波数ｆ０、第１中間光の光周波数ｆ１１、第２中間光の光周波数ｆ１２、ならびに、第１励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ１１及びｆｐｕｍｐ１２の間には、図６（ａ）及び以下の式（４）で表される関係がある。すなわち、第１波長変換部２１０は、縮退四光波混合により発生した光周波数ｆ１の中間光を出力する。
【数４】
2005173572.tif 000006
【００４９】
一方、第２波長変換部２２０において、第１中間光の光周波数ｆ１１、第２中間光の光周波数ｆ１２、出力光の光周波数ｆ２及び第２励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ２の間には、図６（ｂ）及び以下の式（５）で表される関係がある。すなわち、第２波長変換部２２０は、非縮退四光波混合により発生した光周波数ｆ２の出力光を出力する。
【数５】
2005173572.tif 000007
【００５０】
上記式（４）を上記式（５）に代入すると、以下の式（６）が得られる。この式（６）から判るように、出力光の光周波数ｆ２は、入力光の光周波数ｆ０に依存せず、第１励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ１１及びｆｐｕｍｐ１２ならびに第２励起光の光周波数ｆｐｕｍｐ２のみに依存する。
【数６】
2005173572.tif 000008
【００５１】
この第２実施形態に係る波長変換装置２００は、上述の第１実施形態に係る波長変換装置１００が奏する効果と同様の効果を奏する他、以下のような効果をも奏する。すなわち、第１実施形態に係る波長変換装置１００では、第２波長変換部１２０において入力光を使用することから、出力光波長を入力光波長と同じにすることはできない。これに対して、第２実施形態に係る波長変換装置２００では、第２波長変換部２２０において入力光を使用しないことから、出力光波長を入力光波長と同じにすることができる。
【００５２】
（光ネットワークシステムの第１実施形態）
次に、この発明に係る光ネットワークシステムの第１実施形態について説明する。図７は、この発明に係る光ネットワークシステムの第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係る光ネットワークシステム１は、Ｎ本の光伝送路１１１〜１１Ｎ、Ｎ個の光スイッチ１２１〜１２Ｎ、第１光合波器１３、Ｎ個の光遅延器１４１〜１４Ｎ、第２光合波器１５、波長変換装置１６、光結合器１７及び光伝送路１８を備える。ここで、Ｎは２以上の整数であり、後に現われるｎは１以上Ｎ以下の任意の整数である。
【００５３】
各光伝送路１１ｎは、光周波数ｆ０ｎの光信号を伝送する。各光スイッチ１２ｎは、光伝送路１１ｎの途中に設けられており、光伝送路１１ｎを伝搬してきた光周波数ｆ０ｎの光信号を入力し、その光信号それぞれを第１光合波器１３及び光遅延器１４ｎの何れか一方へ出力する。第１光合波器１３は、Ｎ本の光伝送路１１１〜１１Ｎそれぞれを伝搬してきた光信号を合波し、その合波光を共通の光伝送路１８へ出力する。
【００５４】
各光遅延器１４ｎは、対応する光スイッチ１２ｎから到達した光信号それぞれに対して遅延を与える。第２光合波器１５は、Ｎ個の光遅延器１４１〜１４Ｎから出力された光信号を合波する。波長変換装置１６は、第２光合波器１５から出力された合波光の波長変換を行い、その波長変化により得られた光周波数ｆ２の光信号を出力する。この波長変換装置１６としては、上述の第１実施形態又は第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００が用いられる。光結合器１７は、波長変換装置１６から出力された光信号を、共通の光伝送路１８へ戻す。
【００５５】
この光ネットワークシステム１は以下のように動作する。各光伝送路１１ｎを介して光スイッチ１２ｎに到達した光周波数ｆ０ｎの光信号は、その後の伝送先が光スイッチ１２ｎにより切り替えられて、対応する光遅延器１４ｎ及び第１光合波器１３のうち何れか一方へ伝送される。第１光合波器１３に到達した各光信号は第１光合波器１３により合波されて、その合波光が光伝送路１８へ出力される。
【００５６】
光遅延器１４ｎに到達した光信号は、光遅延器１４ｎにより所定の遅延が与えられた後に、波長変換装置１６において波長変換される。この波長変換装置１６による波長変換では、入力信号の光周波数に拘わらず、出力信号の光周波数ｆ２は一定である。波長変換装置１６から出力された光信号は、光結合器１７により光伝送路１８に戻される。
【００５７】
以上のように、この第1実施形態に係る光ネットワークシステム１は、上述の第１実施形態又は第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００と同様の構成の波長変換装置１６を備えており、この波長変換装置１６により、波長がことなる光信号を一定の波長の信号に多重化することができる。なお、波長変換装置１６から出力された光信号を、光スイッチ１２ｎと第１光合波器１３との間の光伝送路１１ｎへ戻すようにしてもよい。
【００５８】
（光ネットワークシステムの第２実施形態）
上述の第1実施形態及び第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００は、出力光の光周波数（波長）が入力光の光周波数(波長)に依存しないように波長変換を行うことを特徴としている。例えば、第１波長変換装置１００では、第1波長変換部１１０において、入力光に対して第1励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した中間光と入力光を出力する。続けて、第２波長変換部１２０において、第1波長変換部１１０から出力された中間光及び入力光、さらには第２励起光によって再度四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した第２中間光（出力光）を出力している。
【００５９】
この特徴から言える事は、入力信号（入力光）が互いに波長が異なる複数チャネルの信号が多重化されたＷＤＭ信号である場合、当該波長変換装置１００、２００を利用することでどの信号成分（波長成分）も特定波長に変換されることである。この特徴を生かした例として、波長の異なるバースト状の信号を特定の１波長に変換することにより波長資源の高効率化が可能になることは既に説明されたとおりである（図３参照）。
【００６０】
しかしながら、バースト状ではなく定常的に伝送されるＣＷ信号に対しても上記第1実施形態及び第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００は適用可能である。波長の異なる複数チャネルのパルス信号列に対して波長変換を行う例が図８に示されている。なお、図８（ａ）は、上述の図３（ａ）と同様に、光周波数ｆ０１、ｆ０２、ｆ０３及びｆ０４の入力光信号、光周波数ｆ２の出力信号、及び光周波数ｆｐｕｍｐ１、ｆｐｕｍｐ２の励起光成分の配置関係を示す。
【００６１】
各チャネルの信号（光周波数ｆ０１、ｆ０２、ｆ０３及びｆ０４）は、図８（ｂ）に示されたように、特定のビットレートを有し、該ビットレートで決まる1ビット周期(Ｔｂ)に比べて幅の細いパルス状の信号である。これら入力信号は、ＷＤＭ合波される前に互いが時間軸に対して重ならないようにタイミング調整される。この状態でＷＤＭ合波された後、第１実施形態及び第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００により波長変換されると、全ての変換されたパルスが重ならず同一時間軸上に並ぶため（図８（ｂ）中に示された光周波数ｆ２の出力信号）、ＷＤＭ信号をＴＤＭ信号に変換したことになる。
【００６２】
なお、以上の説明では４チャネルのＷＤＭ信号への適用について説明しているが、２チャネル以上であれば信号チャネル数は特に制限されない。また、図８では、各信号チャネルのビットレートが全て同じとしているが全てのパルス列の周期が特定の値の整数倍となる関係を満たしていれば信号チャネル間で異なるビットレートが行っていてもよい。
【００６３】
上述のようなＷＤＭ信号からＴＤＭ信号への波長変換は、図９に示されたような構成を備えた光ネットワークシステムにより実現可能である。なお、この図９は、この発明も係る光ネットワークシステムの第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係る光ネットワークシステム１Ａは、各チャネルの信号が伝搬するＮ本の光伝送路１１１〜１１Ｎと、Ｎ個の光遅延器１４１〜１４Ｎと、Ｎ個の光増幅器１９１〜１９Ｎと、光合波器１５と、波長変換装置１６とを備える。なお、波長変換装置１６には、上記第１実施形態及び第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００の何れも適用可能である。
【００６４】
この第２実施形態に係る光ネットワークシステム１Ａでは、Ｎ本の伝送路１１１〜１１Ｎを伝搬してきたパルス状の信号列は光合波器１５により合波される前に、光遅延器１４１〜１４Ｎによって各信号が重なり合わないようにタイミングを調整される。その後、これらタイミング調整された各信号は光合波器１５によって波長多重化され、その合波光（ＷＤＭ信号）が波長変換装置１６によりＴＤＭ信号に変換される。この波長変換装置１６に入力される前に各信号のパワーを高める必要があるので、光遅延器１４１〜１４Ｎと光合波器１５との間には、光増幅器１９１〜１９Ｎが配置されている。なお、光増幅器は合波器１５と波長変換装置１６との間に配置されてもよい。特に、図９に示されたように、光合波器１５の直前に光増幅器１９１〜１９Ｎが配置された場合、これら光増幅器１９１〜１９Ｎで発生する光雑音が光合波器１５において除去されるので好ましい。さらに、各信号のパルス幅が重ならない程度に狭くする必要があるため短尺のファイバ等によって波形整形する構成であってもよい。
【００６５】
以上のように、ＷＤＭ信号からＴＤＭ信号への変換は、端末から来た比較的ビットレートの低い信号を1チャネルに纏めてから幹線系ネットワークに送ることで周波数資源を有効利用できる。このような技術は、将来において重要な技術となり得るが、１６０Ｇｂｉｔ／ｓのように非常に高いビットレートの信号である場合、電気的手段による高速な信号生成は不可能であり、光学的手段による信号生成が有力である。
【００６６】
この全信号チャネルにおけるＷＤＭ／ＴＤＭ変換の例としては、いくつか報告されており、1つはスーパーコンティニウムを発生させることで各々のパルスのスペクトルを互いに重複する程度に広げた後、重なった部分をフィルタで切り取ることによりＴＤＭ信号を得る変換方法である。この詳細は上記非特許文献１に記載されているが、変換後の信号波形は切り取るフィルタの特性に大きく依存するため、信号によって使うフィルタを変える必要がある。
【００６７】
また、他の例として入力光の強度に対し吸収係数が減少するような特性を有する媒体に対してパルス状のＷＤＭ信号と同時に特定波長のＣＷ光を入射することで該ＣＷ光にＷＤＭ信号の形状がコピーされることを利用した変換方法も考えられる。この詳細は上記非特許文献２に記載されているが、電気キャリアによる吸収の飽和特性を利用しているため電気的な帯域制限の影響は少なからず受け、高速信号に対しては変換後に波形が歪んでしまう。
【００６８】
これら非特許文献１及び２に記載された変換方法に対して、この発明に係る波長変換装置は、まずフィルタは不要な信号を遮断するためだけにあるためフィルタの帯域が信号に対して充分広ければ影響を与えることはない。また、電気的手段を用いることなくＴＤＭ信号の生成が行われるため、電気的な速度制限は存在しない。
【００６９】
さらに、１６０Ｇｂｉｔ／ｓのように非常に高いビットレートの信号は分散耐力が非常に低い。また、信号にチャープが残っていると少量の分散であっても大きく歪むことが考えられる。それに対し、この発明に係る波長変換装置ではチャープを補償する効果もあるため、分散耐力が比較的高いＴＤＭ信号を生成することが可能である。
【００７０】
（光伝送システムの第１実施形態）
次に、この発明に係る光伝送システムの第１実施形態について説明する。図１０は、この発明に係る光伝送システムの第１実施形態の構成を示す図である。この第１実施形態に係る光伝送システム２は、光送信器２１と光受信器２２との間に順に配置された、光伝送路２３１〜２３Ｍ、光増幅器２４１〜２４Ｍ及び波長変換装置２５を備える。Ｍは２以上の整数である。波長変換装置２５としては、上述の第１実施形態又は第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００が用いられる。
【００７１】
光送信器２１から出力された光信号は、この光送信器２１の直後に設けられた波長変換装置２５により波長変換される。この波長変換装置２５から出力された光信号は、光伝送路２３１〜２３Ｍを伝搬し、その途中に設けられた光増幅器２４１〜２４Ｍにより増幅された後、光受信器２２で受信される。
【００７２】
上述のように波長変換装置２５は、光送信器２１から出力された光信号のチャープ補償及び波形整形が可能である。そのため、光送信器２１に直接変調駆動のレーザーダイオードが適用された場合のように、光送信器２１から出力される光信号のチャープが大きく或いは消光比が小さい場合であっても、波長変換装置２５から出力される光信号はチャープ補償され波形整形されているので、この第１実施形態に係る光伝送システム２では信号伝送距離の延長を可能にする。
【００７３】
（光伝送システムの第２実施形態）
次に、この発明に係る光伝送システムの第２実施形態について説明する。図１１は、この発明に係る光伝送システムの第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係る光伝送システム３は、光送信器３１と光受信器３２との間に順に配置された、光伝送路３３１〜３３４、光増幅器３４１〜３４４及び波長変換装置３５を備える。波長変換装置３５としては、上述の第１実施形態又は第２実施形態に係る波長変換装置１００、２００が用いられる。
【００７４】
光送信器３１から出力された光信号は、光伝送路３３１〜３３４を伝搬し、その途中に設けられた光増幅器３４１〜３４４により増幅された後、光受信器３２に受信される。光送信器３１から光受信器３２へ伝送される光信号は、光送信器３１と光受信器３２との間の光伝送路の途中に設けられた波長変換装置３５により波長変換される。
【００７５】
上述のように波長変換装置３５は、光伝送路を伝搬してきた光信号のチャープ補償及び波形整形が可能である。そのため、光送信器３１に直接変調駆動のレーザーダイオードが適用された場合のように、伝送される光信号のチャープが大きく或いは消光比が小さい場合であっても、或いは、光送信器３１に外部変調器が適用されたた場合でも途中の伝送路内で非線形効果（例えば自己位相変調や相互位相変調）が生じてチャープが発生している場合であっても、波長変換装置３５から出力される光信号はチャープ補償され波形整形される。したがって、この第２実施形態に係る光伝送システム３でも信号伝送距離の延長を可能にする。
【００７６】
光信号が有するチャープは、一般に光伝送路の波長分散に起因して信号波形を劣化させる要因となる。しかしながら、光伝送路の波長分散が負であると、光信号の波形を尖らせて、光受信器３２における受信感度の向上に寄与する場合がある。ただし、光伝送路の波長分散が負であっても、その波長分散の絶対値が大きすぎると、却って信号波形は劣化する。
【００７７】
そこで、光送信器３１と波長変換装置３５との間の光伝送路３３１、３３２の波長分散を負とし、この間の光伝送路３３１、３３２により光信号のチャープを適度に改善しておくのが好ましい。その後に波長変換装置３５により光信号のチャープを除去すれば、信号波形の劣化が抑制でき、信号伝送距離を延長させることができる。
【００７８】
また、非線形光学現象に起因した信号波形の劣化を抑制するために、図１２に示された光伝送システム３Ａのように、光送信器３１の直後に設けられた位相変調器３６により、光信号に対して故意にチャープを与えてもよい。なお、図１２は、この第２実施形態に係る光伝送システムの変形例の構成を示す図である。この場合にも、光伝送路３３１、３３２により光信号のチャープを適度に改善した後に波長変換装置３５により光信号のチャープを除去すれば、信号波形の劣化を抑制することができ、信号伝送距離を延長させることができる。
【実施例１】
【００７９】
次に、本発明に係る波長変換装置のより具体的な実施例について説明する。図１３は、この発明に係る波長変換装置の具体例の構成を示す図である。この図１３に示された波長変換装置３００は、上述の第１実施形態に係る波長変換装置１００の構成と同等の構成を有する。波長変換装置３００は、信号光源３３０とともに用いられる。この信号光源３３０は、２.５Ｇｂ／ｓの直接変調駆動のレーザダイオードを含み、光周波数ｆ０＝１９３.４ＴＨｚの光信号を出力する。
【００８０】
波長変換装置３００は、第１実施形態における第１波長変換部１１０に相当する構成要素として、第１励起光源３１１、第１光結合器３１２、第１光増幅器３１３、第１非線形光学媒質３１４、光カプラ３１５ａ、３１５ｂ、及び光フィルタ３１５ｃ、３１５ｄを備える。
【００８１】
第１励起光源３１１は、光周波数ｆｐｕｍｐ１＝１９３.８ＴＨｚの第１励起光を出力する。第１光結合器３１２は、信号光源３３０から出力された光信号と第１励起光源３１１から出力された第１励起光とを合波する。第１光増幅器３１３は、第１光結合器３１２により合波された光信号及び第１励起光を入力し、これら光信号及び第１励起光を増幅する。なお、この第１光増幅着３１３は、パワー１７ｄＢｍの増幅光を出力する。
【００８２】
第１非線形光学媒質３１４は、第１光増幅器３１３により増幅された光信号及び第１励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数ｆ１＝１９４.２ＴＨｚの中間光を出力する。この第１非線形光学媒質３１４としては、長さ５００ｍの高非線形性光ファイバが用いられる。
【００８３】
光カプラ３１５ａ、３１５ｂ、及び光フィルタ３１５ｃ、３１５ｄは、第１光フィルタを構成する。光カプラ３１５ａは、第１非線形光学媒質３１４から出力された光を２分岐し、その分岐された一方を光フィルタ３１５ｃへ出力するとともに、他方を光フィルタ３１５ｄへ出力する。光フィルタ３１５ｃは、光カプラ３１５ａから到達した光のうち、光周波数ｆ０の光信号を選択的に透過する。光フィルタ３１５ｄは、光カプラ３１５ａから到達した光のうち、光周波数ｆ１の中間光を選択的に透過する。光フィルタ３１５ｃ、３１５ｄは、７５ＧＨｚの透過帯域幅を有するとともに、2nd super-Gaussian 関数で近似される透過特性を有する。光カプラ３１５ｂは、光フィルタ３１５ｃを透過した光信号と光フィルタ３１５ｄを透過した中間光とを合波する。
【００８４】
また、波長変換装置３００は、第１実施形態における第２波長変換部１２０に相当する構成要素として、第２励起光源３２１、第２光結合器３２２、第２光増幅器３２３、第２非線形光学媒質３２４、及び第２光フィルタ３２５を備える。
【００８５】
第２励起光源３２１は、光周波数ｆｐｕｍｐ２＝１９４.０ＴＨｚの第２励起光を出力する。第２光結合器３２２は、光カプラ３１５ｂから出力された中間光及び光信号と第２励起光源３２１から出力された第２励起光とを合波する。第２光増幅器３２３は、第２光結合器３２２により合波された中間光及び光信号、さらには第２励起光を増幅する。この第２光増幅器３２３は、パワー１５ｄＢｍの増幅光を出力する。
【００８６】
第２非線形光学媒質３２４は、第２光増幅器３２３により増幅された中間光、光信号及び第２励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数ｆ２＝１９３.６ＴＨｚの出力光を出力する。この第２非線形光学媒質３２４は、長さ５００ｍの高非線形性光ファイバが用いられる。第２光フィルタ３２５は、第２非線形光学媒質３２４から出力された光のうち出力光を選択的に透過する光学部品であり、７５ＧＨｚの透過帯域幅を有するとともに、2nd super-Gaussian 関数で近似される透過特性を有する。
【００８７】
図１４は、図１３に示された波長変換装置３００における光スペクトルである。図１４（ａ）は、第１非線形光学媒体３１４から出力される光のスペクトルである。また、図１４（ｂ）は、第２非線形光学媒体３２４から出力される光のスペクトルである。この図１４に示されたように、第１非線形光学媒体３１４から出力される光には、光周波数ｆ０の信号成分及び光周波数ｆｐｕｍｐ１の第１励起光成分に加えて、光周波数ｆ１の中間光成分が含まれている。また、第２非線形光学媒体３２４から出力される光には、光周波数ｆ０の信号成分，光周波数ｆ１の中間光成分及び光周波数ｆｐｕｍｐ２の第２励起光成分に加えて、光周波数ｆ２の出力光成分が含まれている。
【００８８】
図１５は、図１３に示された波長変換装置３００における各信号の波形及び光周波数変動を示すグラフである。図１５（ａ）は、信号光源３３０から出力された光周波数ｆ０の光信号の波形及び光周波数変動を示す。図１５（ｂ）は、光カプラ３１５ｂから出力された光周波数ｆ１の中間光の波形及び光周波数変動を示す。また、図１５（ｃ）は、光フィルタ３２５から出力された光周波数ｆ２の出力光の波形及び光周波数変動を示す。この図１５に示されたように、信号光源３３０から出力された光信号は、消光比が７.５ｄＢであって、過渡チャープ及び断熱チャープの双方が認められる。中間光は、消光比については光信号と同程度であるが、チャープについては光信号と比べて反転した状態となっている。そして、出力光は、強度のローレベルが下がって消光比が改善されており、また、断熱チャープが抑制されている。
【００８９】
図１６は、図１３に示された波長変換装置３００を用いた光伝送システムについて伝送後の光信号のアイパターンである。図１６（ａ）は、波長変換装置３００を用いること無く、直接変調駆動レーザダイオードから出力された光信号を直接に長さ１５０ｋｍのシングルモード光ファイバにより伝送した後の光信号のアイパターンである。また、図１６（ｂ）は、直接変調駆動レーザダイオードから出力された光信号を波長変換装置３００により波長変換するとともにチャープ補償して、長さ１５０ｋｍのシングルモード光ファイバにより伝送させた後の光信号のアイパターンである。この図１６から判るように、光信号を波長変換装置３００によりチャープ補償した場合、長さ１５０ｋｍの光ファイバにより伝送された後の光信号の波形劣化が抑制されている。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
この発明に係る波長変換装置によれば、入力光の波長が変化しても出力光の波長を一定とすることができ、光ネットワークシステムや光伝送システムへの適用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】この発明に係る波長変換装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る波長変換装置における各光周波数の配置関係を説明するための図である。
【図３】第１実施形態に係る波長変換装置一利用例を説明するための図である。
【図４】第１実施形態に係る波長変換装置におけるチャープ補償及び波形整形を説明するための図である。
【図５】この発明に係る波長変換装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る波長変換装置における各光周波数の配置関係を説明するための図である。
【図７】この発明に係る光ネットワークシステムの第1実施形態の構成を示す図である。
【図８】ＷＤＭ信号をＴＤＭ信号への波長変換を具体的に説明するための図である。
【図９】この発明に係る光ネットワークシステムの第2実施形態の構成を示す図である。
【図１０】この発明に係る光伝送システムの第１実施形態の構成を示す図である。
【図１１】この発明に係る光伝送システムの第２実施形態の構成を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る光伝送システムの変形例の構成を示す図である。
【図１３】この発明に係る波長変換装置の具体例の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示された波長変換装置における光スペクトルである。
【図１５】図１３に示された波長変換装置における各信号チャネルの波形及び光周波数変動を示すグラフである。
【図１６】図１３に示された波長変換装置を用いた光伝送システムにおいて伝送後の光信号のアイパターンである。
【符号の説明】
【００９２】
１…光ネットワークシステム、２、３、３Ａ…光伝送システム、１１１〜１１Ｎ、１８、２３１〜２３Ｍ、３３１〜３３４…光伝送路、１２１〜１２Ｎ…光スイッチ、１３…第１光合波器、１４１〜１４Ｎ…光遅延器、１５…第２光合波器、１６、２５、３５、１００、２００、３００…波長変換装置、１７…光結合器、２１、３１…光送信器、２２、３２…光受信器、１９１、１９２、〜１９Ｎ、２４１〜２４Ｍ、３４１〜３４４…光増幅器、３６…位相変調器、１０１、２０１…入射端、１０２、２０２…出射端、１１０、２１０…第１波長変換部、１１１、２１１、３１１…第１励起光源、１１２、２１２、３１２…第１光結合器、１１３、２１３、３１３…第１光増幅器、１１４、２１４、３１４…第１非線形光学媒質、１１５、２１５…第１光フィルタ、１２０、２２０…第２波長変換部、１２１、２２１、３２１…第２励起光源、１２２、２２２、３２２…第２光結合器、１２３、２２３、３２３…第２光増幅器、１２４、２２４、３２４…第２非線形光学媒質、１２５、２２５、３２５…第２光フィルタ、３１５ａ、３１５ｂ…光カプラ、３１５ｃ、３１５ｄ…光フィルタ、３３０…信号光源。
【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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【図１６】
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