(57)【要約】【課題】入力信号光及び出力信号光の波長を、それぞれ特定及び選択して波長変換することが可能である。【解決手段】波長変換装置100は、光増幅器42と、入力波長特定部50と、非線形光ファイバ68と、出力波長選択部70と、波長制御部48とを具える。入力信号光41は光増幅器で増幅され、入力波長特定部に入力されてその波長が特定されて、非線形光ファイバに入力される。非線形光ファイバではSC光が発生し、このSC光は出力波長選択部に入力される。出力波長選択部に入力されたSC光は、波長選択されて出力信号光77として出力される。波長制御部から、光スイッチ制御信号が入力波長特定部及び出力波長選択部に供給される。これらの光スイッチ制御信号によって、λi（i＝1、2、...、N）の入力信号光の波長を変換して波長λj（j＝1、2、...、N）の出力信号光に変換することができる。【選択図】図３
2007058049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号光として入力される第1入力信号光を強度が増幅された第2入力信号光として出力する光増幅器と、
該第2入力信号光の波長を特定させて第3入力信号光として出力する入力波長特定部と、
該第3入力信号光を励起光としてスーパーコンティニューム光を発生させて出力する非線形光導波路と、
該スーパーコンティニューム光の波長を選択して出力信号光として出力する出力波長選択部と、
前記入力波長特定部及び前記出力波長選択部に対して、それぞれ波長特定及び波長選択のための制御信号を供給する波長制御部と
を具えることを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
入力信号光として入力される第1入力信号光を強度が増幅された第2入力信号光として出力する光増幅器と、
第2入力信号光を濾波して第3入力信号光として出力する光バンドパスフィルタと、
該第3入力信号光を励起光としてスーパーコンティニューム光を発生させて出力する非線形光導波路と、
該スーパーコンティニューム光の波長を選択して出力信号光として出力する出力波長選択部と、
該出力波長選択部に対して波長選択のための制御信号を供給する波長制御部と
を具えることを特徴とする波長変換装置。
【請求項３】
入力信号光として入力される第1入力信号光を強度が増幅された第2入力信号光として出力する光増幅器と、
該第2入力信号光の波長を特定させて第3入力信号光として出力する入力波長特定部と、
該第3入力信号光を励起光としてスーパーコンティニューム光を発生させて出力する非線形光導波路と、
該スーパーコンティニューム光を濾波して出力信号光として出力する光バンドパスフィルタと、
前記入力波長特定部に対して波長特定のための制御信号を供給する波長制御部と
を具えることを特徴とする波長変換装置。
【請求項４】
前記入力波長特定部が、第1アレー型光導波路と、光スイッチと、第2アレー型光導波路とを具え、
前記第1アレー型光導波路は、1入力N（N≧2を満たす整数である。）出力型のアレー型光導波路であり、第2アレー型光導波路は、N入力1出力型のアレー型光導波路であって、
前記第1アレー型光導波路の第J（J＝1，2，...，Nである。）出力端子と前記第2アレー型光導波路の第J入力端子とが1入力1出力の光導波路で結合されており、
該1入力1出力の光導波路の途中には光スイッチが設置されていること
を特徴とする請求項1又は3に記載の波長変換装置。
【請求項５】
前記出力波長選択部が、第1アレー型光導波路と、光スイッチと、第2アレー型光導波路とを具え、
前記第1アレー型光導波路は、1入力N（N≧2を満たす整数である。）出力型のアレー型光導波路であり、第2アレー型光導波路は、N入力1出力型のアレー型光導波路であって、
前記第1アレー型光導波路の第J（J＝1，2，...，Nである。）出力端子と前記第2アレー型光導波路の第J入力端子とが1入力1出力の光導波路で結合されており、
該1入力1出力の光導波路の途中には光スイッチが設置されていること
を特徴とする請求項1又は2に記載の波長変換装置。
【請求項６】
前記波長制御部が、光スイッチ制御器と光スイッチドライバとを具え、
前記光スイッチ制御器は、前記光スイッチを透過状態及び遮断状態のいずれか一方の状態に設定するための光スイッチ制御信号を出力し、
前記光スイッチドライバは、前記光スイッチ制御信号を前記光スイッチが動作可能な強度まで増幅して前記光スイッチに供給する
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の波長変換装置。
【請求項７】
入力信号光として入力される第1入力信号光を強度が増幅された第2入力信号光として出力する光増幅器と、
該第2入力信号光の波長を特定させて第3入力信号光として出力する入力波長特定部と、
該第3入力信号光を励起光としてスーパーコンティニューム光を発生させて出力する非線形光導波路と、
該スーパーコンティニューム光の波長を選択して出力信号光として出力する出力波長選択部と、
前記入力波長特定部及び前記出力波長選択部に対して、それぞれ波長特定及び波長選択のための制御信号を供給する波長制御部と
を具え、
前記入力波長特定部及び前記出力波長選択部がともに、第1アレー型光導波路と、光スイッチと、第2アレー型光導波路とを具え、
前記第1アレー型光導波路は、1入力N（N≧2を満たす整数である。）出力型のアレー型光導波路であり、第2アレー型光導波路は、N入力1出力型のアレー型光導波路であって、
前記第1アレー型光導波路の第J（J＝1，2，...，Nである。）出力端子と前記第2アレー型光導波路の第J入力端子とが1入力1出力の光導波路で結合されており、
該1入力1出力の光導波路の途中には光スイッチが設置されており、
前記波長制御部が、光スイッチ制御器と光スイッチドライバとインバータとを具え、
前記光スイッチ制御器から出力される光スイッチ制御信号は、前記光スイッチドライバによって、前記出力波長選択部を構成する光スイッチが動作可能な強度まで増幅されて前記出力波長選択部を構成する光スイッチに供給され、
前記光スイッチドライバによって増幅された光スイッチ制御信号の一部が分岐されて前記インバータを介して前記入力波長特定部を構成する光スイッチに供給される
ことを特徴とする波長変換装置。
【請求項８】
前記光スイッチは、電界吸収型光変調器であることを特徴とする請求項4から7のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【請求項９】
前記非線形光導波路は、非線形光ファイバであることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号光の波長を変換する波長変換装置に関し、特に、光通信システムに利用して好適な、任意の波長の信号光を任意の波長の信号光へ高速に変換する波長変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送速度が1 Tbit/s 以上である大容量光通信ネットワークを構築するために様々な手段が検討されているが、その中で注目されている技術の一つが波長多重である。波長多重光通信ネットワークを実現するためには、波長変換装置が必要とされる。例えば、光クロスコネクトノードに波長変換装置を採用すると、チャンネル間の衝突の回避や、波長の再利用が可能となる他、ネットワークの管理やネットワークそのものの改良(アップグレード)がしやすくなり、その結果新たな通信帯域を利用できるようになるなどの利点がある。
【０００３】
波長多重光通信ネットワークに利用される波長変換装置には、光処理部と制御部とを具えて構成された波長同期型光処理装置が知られている（例えば、特許文献1参照）。光処理部には、入力信号光と基準光とが入力される。制御部は、光処理部で行われる波長選択動作又は波長変換動作を制御する。以下の説明において、特許文献1に開示されている波長変換装置に関する説明を含め、波長変換される前の信号光を入力信号光といい、波長変換器で波長が変換されて出力される信号光を出力信号光ということとする。
【０００４】
図1(A)及び(B)を参照して、特許文献1に開示された波長変化装置の構造とその機能について説明する。図1(A)は、特許文献1に開示されている、光電変換部12と光変調部14とを具えた光処理部10で構成された、波長同期型光処理装置の主要部分の概略的ブロック構成図である。光電変換部12には入力信号光11が、光変調部14には基準光13が入力される。入力信号光11は電気信号15に変換されて光変調部14に入力される。基準光13は、電気信号15により変調され、出力信号光17として出力される。
【０００５】
この波長変換装置によれば、入力信号光11の波長に大きな揺らぎが存在しても、安定波長の基準光13によって基準光の波長と同一の安定化された波長の出力信号光が得られる。入力信号光11は光電変換部12によって一旦光電変換して電気信号15に変換され、この電気信号15が光変調部14の変調信号として使われる。一方基準光13は、光変調部14に入力されて、電気信号15に同期した出力信号光17として出力される。すなわち、入力信号光11を電気信号15に変換する必要があり、それだけ装置が複雑になる。また、出力信号光17の波長は、基準光13の波長に等しく固定された波長となる。
【０００６】
図１(B)を参照して、波長変換用の半導体レーザ22を利用して光処理部20が構成される従来の波長変換装置の構造及びその機能を説明する。この波長変換装置では、入力信号光21と基準光23とが半導体レーザ22に入力される。半導体レーザ22は制御部（図示を省略してある。）によって動作条件が制御されている。この波長変換装置では、出力信号光25を生成するための元となる光は、半導体レーザ22の出力光である。従って、この場合にも出力信号光25の波長は可変とすることは難しく、固定された波長となる。
【０００７】
波長変換装置として上述の光変換装置とはその動作原理が異なる波長変換装置も知られている（例えば、特許文献2参照）。この波長変換装置では、非線形光学媒質中で発生するスーパーコンティニューム（SC：Supercontinuum)光を利用することによって出力信号光が生成される。
【０００８】
図2は、特許文献2に開示されているSC光を利用する波長変換装置の主要部分の概略的ブロック構成図である。波長変換装置30は、SC光が発生するために十分な強度まで入力信号光を増幅するための光増幅器32、光増幅器32で発生する自然放出光をカットし出力信号光の波長を確定するための第1光バンドパスフィルタ34、SC光を発生させるための非線形光ファイバ36、及び出力信号光の波長を確定するための第2光バンドパスフィルタ38を具えて構成される。この波長変換装置30では、非線形光ファイバ36中で発生するSC光を利用することによって出力信号光が生成される。
【０００９】
すなわち、波長がλである入力信号光31を光増幅器32でその強度を増幅し、透過中心波長がλである第1光バンドパスフィルタ34で濾波して光増幅器32で発生した自然放出光を除去してから非線形光ファイバ36に入射させる。そして、この非線形光ファイバ36中で発生するSC光を、透過中心波長がλ’である第2光バンドパスフィルタ38によって濾波することによって、入力信号光31の波長λとは異なる波長λ’の出力信号光39として出力する。この波長変換装置30によれば、入力信号光31の波長及び出力信号光39の波長は固定されている。
【００１０】
特許文献2に開示されている波長変換装置を、複数通りの波長の入力信号に対応でき、しかも複数通りの波長の出力信号光として出力可能である波長変換装置とするためには、透過中心波長が可変であるタイプの光バンドパスフィルタを利用する必要がある。透過中心波長が可変であるタイプの光バンドパスフィルタとしては、音響光学効果を利用するものがある。しかし音響光学効果の応答時間は長く、光通信システムで利用するために要請される高速度の応答速度には対応できない。
【特許文献１】特開平5-63656号公報
【特許文献２】特開2004-258411号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の目的は、入力信号光及び出力信号光の波長が単一波長に固定されて制限される専用装置ではなく、必要に応じて複数通りの入力信号光及び出力信号光の波長に対応することができ、かつ高速度で波長変換することが可能である波長変換装置を提供することにある。
【００１２】
また、この発明の他の目的は、入力信号光を電気信号に変換するというステップを含まず、簡便な構造で波長変換が実現可能である波長変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、第1発明の波長変換装置は、光増幅器と、入力波長特定部と、非線形光導波路と、出力波長選択部と、波長制御部とを具えている。光増幅器は、入力信号光として入力される第1入力信号光を強度が増幅された第2入力信号光として出力する。入力波長特定部は、第2入力信号光の波長を特定させて第3入力信号光として出力する。非線形光導波路は、第3入力信号光を励起光としてSC光を発生させて出力する。出力波長選択部は、このSC光の波長を選択して出力信号光として出力する。波長制御部は、入力波長特定部及び出力波長選択部に対して、それぞれ波長特定及び波長選択のための制御信号を供給する。
【００１４】
第2発明の波長変換装置は、上述の第1発明の波長変換装置が具える入力波長特定部に換えて光バンドパスフィルタを具えることが特徴である。すなわち、第2発明の波長変換装置は、光増幅器と、光バンドパスフィルタと、非線形光導波路と、出力波長選択部と、出力波長選択部に対して波長選択のための制御信号を供給する波長制御部とを具えている。光バンドパスフィルタは、光増幅器から出力される第2入力信号光を濾波して、この入力信号光に混入している自然放出光成分を除去して第3入力信号光として出力する。
【００１５】
第3発明の波長変換装置は、上述の第1発明の波長変換装置が具える出力波長選択部に換えて光バンドパスフィルタを具えることが特徴である。すなわち、第3発明の波長変換装置は、光増幅器と、入力波長特定部と、非線形光導波路と、光バンドパスフィルタと、入力波長特定部に対して波長特定のための制御信号を供給する波長制御部とを具えている。光バンドパスフィルタは、SC光を濾波して、その波長を選択して出力信号光として出力する。
【００１６】
第1から第3発明の波長変換装置において、入力波長特定部及び出力波長選択部を次のように構成するのが好適である。すなわち、入力波長特定部及び出力波長選択部は、第1アレー型光導波路と、光スイッチと、第2アレー型光導波路とを具えている。
【００１７】
第1アレー型光導波路は、1入力N（N≧2を満たす整数である。）出力型のアレー型光導波路であり、第2アレー型光導波路は、N入力1出力型のアレー型光導波路である。第1アレー型光導波路の第J（J＝1，2，...，Nである。）出力端子と第2アレー型光導波路の第J入力端子とは1入力1出力の光導波路で結合されており、この光導波路の途中には光スイッチが設置されている。以後の説明においては、第1アレー型光導波路の第J出力端子と第2アレー型光導波路の第J入力端子とを結合する1入力1出力の光導波路を単に光導波路と称する。
【００１８】
また、第1から第3発明の波長変換装置において、波長制御部を次のように構成するのが好適である。すなわち、波長制御部は、光スイッチ制御器と光スイッチドライバとを具えている。光スイッチ制御器は、第1アレー型光導波路の出力端子と第2アレー型光導波路の入力端子とを結合する光導波路の途中に設置される光スイッチを、透過状態及び遮断状態のいずれか一方の状態に設定するための光スイッチ制御信号を出力する。光スイッチドライバは、この光スイッチ制御信号を光スイッチが動作可能な強度まで増幅して光スイッチに供給する。
【００１９】
第1から第3発明の波長変換装置において、入力波長特定部あるいは出力波長選択部を、第1アレー型光導波路と、光スイッチと、第2アレー型光導波路とを具えて構成した場合には、波長制御部から供給される制御信号とは、それぞれ以下に説明する光スイッチ制御信号を意味する。すなわち、入力波長特定部に波長制御部から供給される波長特定のための制御信号とは、入力波長特定部の具える光スイッチに光スイッチ制御器から供給される光スイッチ制御信号を指す。一方、出力波長選択部に波長制御部から供給される波長選択のための制御信号とは、出力波長選択定部の具える光スイッチに光スイッチ制御器から供給される光スイッチ制御信号を指す。
【００２０】
第4発明の波長変換装置は、波長制御部の構成が第1発明の波長変換装置と異なっている。すなわち、波長制御部が、光スイッチ制御器と光スイッチドライバとインバータとを具えている。光スイッチ制御器から出力される光スイッチ制御信号は、光スイッチドライバによって出力波長選択部を構成する光スイッチが動作可能な強度まで増幅して出力波長選択部を構成する光スイッチに供給される。また、光スイッチドライバによって増幅された光スイッチ制御信号の一部が分岐されてインバータを介して入力波長特定部を構成する光スイッチに供給される。
【００２１】
上述の第1発明から第4発明の波長変換装置において、光スイッチは、電界吸収型光変調器(EAM: Electro-Absorption Modulator)を利用して形成するのが好適である。EAMは、電界を印加すると半導体光導波路を通過する光が吸収される効果を用いて、光の透過・遮断させる光スイッチ動作を実現する外部光変調器の一種である。EAMは、非常に小型で装置に組み込みやすく、偏波依存損失が小さいという特長がある。また、非線形光導波路は、非線形光ファイバで形成するのが好適である。 
【発明の効果】
【００２２】
第1発明の波長変換装置によれば、光増幅器によって入力信号光として入力される第1入力信号光の強度が、非線形光導波路においてSC光を発生させるために必要とされる十分な値まで増幅される。光増幅器から出力される第2入力信号光は、入力波長特定部に入力されて波長の特定が行われる。入力波長特定部においては、複数通りの特定可能な波長から一の波長を特定して第3入力信号光として出力することが可能であるので、第1発明の波長変換装置に入力される入力信号光の波長は単一波長に固定されて制限されることはない。
【００２３】
すなわち、波長の異なる入力信号光が波長変換装置に次々に入力される場合であっても、入力波長特定部においてそれぞれの波長に対応して波長の特定を行って、第3入力信号光として後段へと出力される。入力波長特定部は、あらかじめ特定可能である波長として設定されている波長であれば、いかなる波長の入力信号光であっても波長変換可能である。
【００２４】
また、光増幅器から出力される第2入力信号光には、光増幅器で発生する自然放出光が混入しており、この自然放出光は光雑音となる。しかしながら、入力波長特定部においてこの自然放出光は除去される。すなわち、入力波長特定部が有する波長特定機能によって、この自然放出光も非特定波長成分として除去される。
【００２５】
第2入力信号光は入力波長特定部で波長特定が行われて、第3入力信号光として、非線形光導波路に入力される。非線形光導波路では、第3入力信号光を励起光とするSC光が発生する。第3入力信号光はパルス光であるので、その強度が十分大きければ、非線形光導波路中においてSC光発生の励起光パルスとしての役割を果たす。このSC光は、励起光パルス（第3入力信号光）のスペクトルの半値全幅よりも広い波長帯域にわたって分布するパルス光である。SC光が発生するメカニズムの詳細は後述するが、その概略を以下に説明する。
【００２６】
例えば、非線形光学媒質に、狭いスペクトル帯域を持つ光、すなわち単色光パルスを入射させると、この非線形光学媒質中で、自己位相変調現象によって入射光のスペクトル幅が広がる。この単色光パルスが第3入力信号光に相当する。スペクトル幅が広がった入射光は、この広がったスペクトル幅の波長帯域が四光波混合の利得帯域に重なる波長範囲にわたって、入射光がコヒーレントにそのスペクトル帯域幅が広がる。このようにして、狭いスペクトル帯域を持つ入射光パルスが、広いスペクトル帯域を持つ光パルスに変換される。この変換された広いスペクトル帯域を持つパルス光がSC光である。
【００２７】
すなわち、入力波長特定部によって波長特定されて出力される入力信号光は、狭いスペクトル帯域を持つ単色光パルスであり、この単色光パルスが非線形光導波路において広いスペクトル帯域を持つSC光に変換される。出力波長選択部において、広いスペクトル帯域を持つSC光から、この広いスペクトル帯域のうちの一部分の波長帯域成分のみが濾波されることによって、狭いスペクトル帯域を持つ単色光パルスが生成されて、この単色光パルスが出力信号光として選択されて出力される。
【００２８】
波長制御部から供給される制御信号によって、入力波長特定部から出力される単色光パルス（第3入力信号光）の波長及び出力波長選択部から出力される単色光パルス（出力信号光）の波長を、任意に特定及び選択させることができる。従って、入力波長特定部によって波長特定されて出力される第3入力信号光の波長と、出力波長選択部から出力される出力信号光の波長とは異なる波長にすることができる。
【００２９】
すなわち、入力信号光及び出力信号光の波長が単一波長に固定されて制限されることなく、必要に応じて入力信号光及び出力信号光の波長を、それぞれ特定し及び選択して波長変換することが可能となる。また、上述したことから明らかなように、入力信号光を電気信号に変換するというステップを踏むことなく波長変換が実現可能である。
【００３０】
第2発明の波長変換装置によれば、光増幅器と、光バンドパスフィルタと、非線形光導波路と、出力波長選択部と、出力波長選択部に対して波長選択のための制御信号を供給する波長制御部とを具えている。従って、光増幅器によって第1入力信号光の強度が、非線形光導波路においてSC光を発生させるために必要とされる十分な値まで増幅され、第2入力信号光として出力される。
【００３１】
上述したように、光増幅器から出力される第2入力信号光には、光増幅器で発生する自然放出光が混入している。そこで、第2発明の波長変換装置は、光増幅器から出力される第2入力信号光を光バンドパスフィルタによって濾波する構成となっている。すなわち、光バンドパスフィルタによって、光増幅器で発生する自然放出光を非特定成分として除去して第3入力信号として出力する。従って、第2発明の波長変換装置によれば、入力信号光の波長は、光バンドパスフィルタの透過波長帯に固定される。
【００３２】
光バンドパスフィルタから出力される第3入力信号光は、非線形光導波路に入力される。非線形光導波路では、上述したように、狭いスペクトル帯域を持つ単色光パルスである第3入力信号光を励起光とし、広いスペクトル帯域を持つSC光が発生する。このSC光は、出力波長選択部に入力されて、広いスペクトル帯域を持つSC光から、この広いスペクトル帯域のうちのいずれかの波長帯域成分のみが濾波されることによって、狭いスペクトル帯域を持つ単色光パルスが生成されて、出力信号光として出力される。
【００３３】
出力波長選択部には、波長制御部から供給される制御信号によって、出力波長選択部から出力される単色光パルス（出力信号光）の波長を任意に選択させることができる。従って、光バンドパスフィルタから出力される第3入力信号光の波長と、出力波長選択部から出力される出力信号光の波長とは異なる波長にすることができる。
【００３４】
すなわち、出力信号光の波長が単一波長に固定されて制限されることなく、必要に応じて出力信号光の波長を選択して波長変換することが可能となる。また、上述したことから明らかなように、入力信号光を電気信号に変換するというステップを踏むことなく波長変換が実現可能である。
【００３５】
第2発明の波長変換装置によれば、上述したように入力信号光の波長は、光バンドパスフィルタの透過波長帯に固定される。しかしながら、波長変換装置を光通信システムに利用する形態如何によっては、入力信号光の波長は固定されても、出力信号光（変換光）の波長が選択できれば問題がない場合もある。このような利用の形態においては、入力波長特定部をその構成がはるかに簡単である光バンドパスフィルタによって置き換えられているので、波長変換装置としてはより単純な構成とすることができる利点がある。
【００３６】
第3発明の波長変換装置によれば、光増幅器と、入力波長特定部と、非線形光導波路と、光バンドパスフィルタと、入力波長特定部に対して波長特定のための制御信号を供給する波長制御部とを具えている。従って、光増幅器によって第1入力信号光の強度が、非線形光導波路においてSC光を発生させるために必要とされる十分な値まで増幅されて、第2入力信号光として出力される。光増幅器から出力される第2入力信号光は、入力波長特定部に入力されて波長特定が行われる。
【００３７】
すなわち、入力波長特定部において、第2入力信号光の波長を特定することが可能であるので、入力信号光の波長は単一波長に固定されて制限されることはない。入力波長特定部において特定可能である波長であれば、いかなる波長の入力信号光であっても波長変換可能である。また、光増幅器から出力される第2入力信号光に混入する自然放出光は、上述したように、非特定波長成分として除去される。
【００３８】
第2入力信号光は、入力波長特定部において波長特定されて出力され、第3入力信号光として、非線形光導波路に入力される。非線形光導波路では、第3入力信号光を励起光とするSC光が発生する。このSC光は、光バンドパスフィルタに入力されて、この光バンドパスフィルタの透過波長に等しい波長の出力信号光が出力される。従って、第3発明の波長変換装置によれば、出力信号光の波長は、光バンドパスフィルタの透過波長帯に固定される。
【００３９】
第3発明の波長変換装置によれば、上述したように出力信号光の波長は、光バンドパスフィルタの透過波長帯に固定される。しかしながら、波長変換装置を光通信システムに利用する形態如何によっては、出力信号光の波長は固定されても、入力信号光（被変換光）の波長が特定できれば問題がない場合もある。このような利用の形態においては、出力波長選択部をその構成がはるかに簡単である光バンドパスフィルタによって置き換えられているので、波長変換装置としてはより単純な構成とすることができる利点がある。
【００４０】
入力波長特定部あるいは出力波長選択部は、第1アレー型光導波路と、光スイッチと、第2アレー型光導波路とを具えて構成することによって、波長制御部から波長特定及び波長選択のための制御信号を受けて、それぞれ波長特定及び波長選択を行う動作を容易に実現できる。すなわち、第1アレー型光導波路の出力端子と第2アレー型光導波路の入力端子とを結合する光導波路の途中に設置される光スイッチに対して、電気制御信号を供給するだけで、波長特定及び波長選択動作を実現できる。
【００４１】
入力波長特定部あるいは出力波長選択部を上述のように、光スイッチを具えて構成することによって、波長制御部を光スイッチ制御器と光スイッチドライバとを具えた簡便な構成とすることができる。光スイッチドライバを具えることによって、光スイッチ制御信号を光スイッチが動作可能な強度まで増幅して光スイッチに供給することが可能となる。
【００４２】
第4発明の波長変換装置によれば、波長制御部が、光スイッチ制御器と光スイッチドライバとインバータとを具えており、光スイッチ制御信号は、出力波長選択部を構成する光スイッチに供給されるとともに、インバータを介して入力波長特定部を構成する光スイッチにも供給される。そのため、後述するように、出力信号光の波長は指定されているが、入力信号光の波長が不明であるという状況下で使用するのに好適な波長変換装置となる。光通信システムを構築する場合、出力信号光の波長のみが指定されており、入力信号光の波長は不明であるという状況下で利用できる波長変換装置が求められる場合が多い。
【００４３】
光スイッチを、EAMを利用して形成すれば、数十Gbit/s程度の高速光通信システムに利用できる波長変換装置を実現できる。また、非線形光導波路を、非線形光ファイバで形成すれば、十分な長さの非線形光ファイバは容易に入手できる上、光導波路としての全長が長くともコイル状に巻いて束ねて配置できるという利点がある。非線形光導波路として、基板に作りつけられたプレーナー型の非線形光導波路を利用するよりも、非線形光ファイバを利用した方が、この発明の波長変換装置を構成するには適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図3から図7を参照して、この発明の実施例につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。以下の説明においては、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。
【００４５】
また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また、各図において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で、電気信号の経路を細線で示してあり、これら太線および細線に付された番号および記号は、それぞれ光信号あるいは電気信号を意味する。ただし、光信号の経路そのものを番号で示している場合には、例外的に、その経路に平行して示す矢印に番号を付してその経路を伝播する光信号を示してある。
【００４６】
＜第1実施例＞
図3を参照して、第1実施例の波長変換装置100の構成とその動作原理を説明する。第1実施例の波長変換装置100は、光増幅器42と、入力波長特定部50と、非線形光導波路68と、出力波長選択部70と、波長制御部48とを具えている。第1実施例の波長変換装置100は、光通信システムの動作状況に応じて、入力信号光の波長および出力信号光の波長を、それぞれ特定及び選択するための個別の波長制御信号が、この光通信システムに配置された光スイッチ制御信号生成器44から供給されることを想定して構成されている。
【００４７】
入力信号光は、入力端子40から第1入力信号光41として、光増幅器42に入力されて増幅され、第2入力信号光43として出力される。第2入力信号光43は、入力波長特定部50に入力されその波長が特定されて第3入力信号光67として出力され、非線形光導波路として機能する非線形光ファイバ68に入力される。非線形光ファイバ68では、第3入力信号光67を励起光してSC光が発生する。このSC光は出力波長選択部70に入力されて波長選択されて出力信号光77として出力される。すなわち、入力信号光（第1入力信号光41）はその波長を変換されて出力信号光77として、出力端子90から出力される。
【００４８】
図4(A)から(C)を参照して、入力端子から入力された入力信号光の波長が、波長変換装置100によっていかなる過程を経て、その波長が変換されて出力信号として出力されるかについて、順を追って説明する。図4(A)から(C)において、波長を横軸にとり、光強度を縦軸にとって、それぞれ任意スケールで示してある。各図におけるスペクトルの形状は、説明を分かりやすくするために、概略的な形状を模式的に示しているにすぎず、実際のSC光のスペクトル形状を正確に表現したものではない。
【００４９】
入力信号光及び出力信号光は、いずれも光パルス列から構成されるので、ここでは、入力信号光及び出力信号光を構成する入力信号光パルス及び出力信号光パルスについて、そのスペクトル形状がどのように変化するかについて説明する。従って、第1から第3入力信号光41、43及び67を、第1から第3入力信号光パルス41、43及び67と表現し、出力信号光77を出力信号光パルス77と表現する。
【００５０】
図4(A)は、入力信号光パルスのスペクトルを示しており、第1入力信号光パルス41のスペクトルを(a)、第2入力信号光パルス43のスペクトルを(b)及び第3入力信号光パルス67のスペクトルを(c)でそれぞれ示してある。図4(B)は、SC光のスペクトルを、図4(C)は、出力信号光パルス77のスペクトルをそれぞれ示している。図4(A)から(C)においては、入力信号光パルスの波長がλiであるとし、波長変換されて出力される出力信号光パルスの波長がλjであるとして示してある。
【００５１】
第1入力信号光パルス41が光増幅器で増幅されて得られる第2出力信号光パルス43は、図4(A)の(b)に示すように、ピーク強度は図4(A)の(a)に示す第1入力信号光パルス41より大きくなっているが、図4(A)において、b-1およびb-2と示す波長領域に自然放出光成分が現れている。入力波長特定部50から出力される第3入力信号光パルス67のスペクトルは、図4(A)の(c)に示すように、ピーク強度は第2出力信号光パルス43よりも多少小さくなるが、自然放出光成分は遮断されている。当然のことながら、第1入力信号光パルス41、第2入力信号光パルス43及び第3入力信号光パルス67のピーク波長は、λiでありすべて等しい。
【００５２】
非線形光導波路68に第3入力信号光パルス67が入力されると第3入力信号光パルス67が励起光としてSC光が発生する。このSC光のスペクトルの波長帯域は、第3入力信号光パルス67のピーク強度を十分に大きくすることによって、図4(B)に示すように、波長λ１からλNまでの全ての波長成分を含むようにすることができる。SC光のスペクトルが波長λ１からλNまでの全ての波長成分を含むようにするために、第3入力信号光パルス67の強度を最低でもどの程度にすればよいかについての詳細は後述する。
【００５３】
このSC光は出力波長選択部70において、波長λjの波長成分だけが選択されて出力信号光77として出力される。従って、図4(C)に示すように、出力信号光パルス77のスペクトルは、その中心波長がλjである。
【００５４】
以下において、再び図3を参照して、波長変換装置100の構成及びその動作について詳細に説明する。
【００５５】
入力波長特定部50は、第1アレー型光導波路52と、光スイッチと、第2アレー型光導波路54とを具えている。第1アレー型光導波路52は、1入力N（Nは、N≧2を満たす整数である。）出力型のアレー型光導波路であり、第2アレー型光導波路54は、N入力1出力型のアレー型光導波路である。
【００５６】
第1アレー型光導波路52の入力端子51に、第2入力信号光43が入力される。第1アレー型光導波路52は、またN個の出力端子52-1、52-2、...、52-Nを具えている。
【００５７】
一般に、アレー型光導波路はM個の入力端子とK個の出力端子（M≧K又はM≦Kのいずれかである。）を具えて構成され、入力端子から広い波長帯域の波長成分を含む光が入力されると、この広い波長帯域内の狭い波長帯域成分の光に分割して、K個の出力端子からそれぞれ異なる波長帯域を有する光を出力する機能を具えている。すなわち、アレー型光導波路に入力される広い波長帯域の波長成分を含む光は、狭い波長帯域の光に変換されて出力されるので、アレー型光導波路は、一種の光バンドパスフィルタの機能も兼ね具えている。アレー型光導波路は、入力された光を、波長選択性を有する複数の光導波路を集積させることによって構成されており、その構造及び機能については、例えば、非特許文献1「Optical Networks: A Practical Perspective」Morgan Kaufmann Publishers, p. 122 (1998年出版)に説明されている。
【００５８】
ここでは、説明の便宜上、第2入力信号光43の波長は、λ1、λ2、...、λNのうちのいずれかλi（i＝1、 2,...、Nである。）であるものとし、第1アレー型光導波路52のN個の出力端子52-1、52-2、...、52-Nは、それぞれ波長がλ1、λ2、...、λNである入力信号光が出力されるように設計されているものとする。例えば、第2入力信号光43の波長がλ1である場合には、第1アレー型光導波路52に入力されると、出力端子52-1から出力される。同様に、第2入力信号光43の波長がλiである場合には、第1アレー型光導波路52に入力されると、出力端子52-iから出力される。
【００５９】
一方、第2アレー型光導波路54は、上述の第1アレー型光導波路52と入力端子及び出力端子の数が逆で、N入力1出力型のアレー型光導波路である。すなわち、第2アレー型光導波路54は、N個の入力端子54-1、54-2、．．．、54-N、及び1個の出力端子55を具えている。
【００６０】
第1アレー型光導波路52の第J（J＝1，2，...，Nである。）出力端子と第2アレー型光導波路54の第J入力端とが光導波路で結合されており、この光導波路の途中には光スイッチが設置されている。すなわち、第1アレー型光導波路52の第1（J＝1）出力端子52-1と第2アレー型光導波路54の第1入力端54-1とが光導波路である光ファイバで結合されており、この光ファイバの途中に光スイッチ56が設置されている。また、第2（J＝2）出力端子52-2と、第2入力端54-2とが光導波路である光ファイバで結合されており、この光ファイバの途中に光スイッチ58が設置されている。同様に、第N（J＝N）出力端子52-Nと、第N入力端54-Nとが光導波路である光ファイバで結合されており、この光ファイバの途中に光スイッチ60が設置されている。
【００６１】
なお、図3では、第1アレー型光導波路52の出力端子のうち第3出力端子から第（N-1）出力端子の図示を省略してある。また、同様に第2アレー型光導波路54の入力端子のうち第3入力端子から第（N-1）入力端子を省略してある。これにともなってこれらの端子同士を結合する光ファイバ及びこれらの光ファイバの途中に設置される光スイッチの図示を省略してある。図3において省略され光スイッチ等の動作は、省略せずに示されている光スイッチ類と同様の動作をし、その動作は説明するまでもなく当業者に明らかである。
【００６２】
光スイッチ56、58及び60等は、EAMを利用して構成されている。光スイッチとしてEAMを利用して構成されたものを利用するのが好適であるが、波長変換装置の設計上の都合から、半導体光増幅器を利用して構成される光スイッチを採用することも可能である。半導体光増幅器もその応答速度が数十Gbit/sであるビットレートに対応可能である点は共通する。
【００６３】
EAMは、相異なる導電型のクラッド層で活性層を挟んだダブルへテロ接合構造のp-n接合を有する半導体素子であって、活性層は光導波路としての機能も有する。このp-n接合には、通常状態では、直流バイアス電源から、-1.5 Vから-2.0 V程度の範囲内の負の電位（逆バイアス電位）が与えられおり、この状態では、EAMは光スイッチとして遮断状態となっている。
【００６４】
この状態のEAMに、スイッチ制御信号としてp-n接合に与えられている上述の直流逆バイアス電位を打ち消す以上の大きさの順方向電圧が印加されると、EAMは光スイッチとして透過状態となる。すなわち、光スイッチであるEAMに入力された信号光は透過する。従って、このスイッチ制御信号とは、ここでは、p-n接合に順方向の電圧信号である。なお、スイッチ制御信号については、その詳細を後述する。
【００６５】
光スイッチ56、58及び60には、波長制御部48が具える光スイッチドライバ62、64及び66からそれぞれスイッチ制御信号が供給される。このスイッチ制御信号によって、光スイッチ56、58及び60が透過状態及び遮断状態のいずれか一方の状態となる。
【００６６】
入力信号光53-1、53-2、...、53-Nのうち、透過状態である光スイッチを通過する入力信号光のみが第2アレー型光導波路54の入力端子に入力される。そして、第2アレー型光導波路54の入力端子に入力された入力信号光は、第2アレー型光導波路54の出力端子55から第3入力信号光として出力されて、非線形光ファイバ68に入力される。
【００６７】
例えば、波長がλ1である入力信号光の波長を特定する必要がある場合には、光スイッチ56を透過状態に設定し、これ以外の光スイッチ58、60等は遮断状態に設定する。このように光スイッチの状態を設定するためには、波長制御部48から制御信号を光スイッチ56に供給し、光スイッチ56を透過状態に設定する。すなわち、光スイッチ56を構成しているEAMのp-n接合に、順方向の電圧信号をスイッチ制御信号として与えればよい。波長がλ2あるいはλN等である入力信号光を波長変換する必要がある場合には、同様にして光スイッチ58あるいは60を構成しているEAMのp-n接合に、順方向の電圧信号をスイッチ制御信号として与えればよい。
【００６８】
波長変換装置100に入力される入力信号光の波長に関する情報は、事前に光通信システムの管理装置から光スイッチ制御信号生成器44に、入力波長情報45−1として伝えられ、入力信号光の波長に対応する光スイッチを透過状態として、それ以外の光スイッチを遮断状態となるように設定される。
【００６９】
このようにして、入力信号光の波長がλ1、λ2、...、λNであることに対応して、それぞれ対応する光スイッチが透過状態とされ、これ以外の光スイッチは遮断の状態のままとされる。従って、第2アレー型光導波路54に到達する光の波長は、入力信号光の波長と等しく、第2アレー型光導波路54の出力端子55から第3入力信号光として出力される。すなわち、入力波長特定部50は、光増幅器42から出力される第2入力信号光43の波長を特定し、第2入力信号光の波長と等しい第3入力信号光67が出力される。
【００７０】
入力波長特定部50の出力端子55から出力される第3入力信号光67は、非線形光ファイバ68に入力される。非線形光ファイバ68では、第3入力信号光67を励起光としてSC光が発生する。非線形光ファイバ68から出力されるSC光は、出力波長選択部70に入力される。
【００７１】
出力波長選択部70は、第1アレー型光導波路72と、光スイッチと、第2アレー型光導波路74とを具えている。第1アレー型光導波路72は、1入力N出力型のアレー型光導波路であり、第2アレー型光導波路74は、N入力1出力型のアレー型光導波路である。
【００７２】
第1アレー型光導波路72の入力端子71に、SC光が入力される。第1アレー型光導波路72は、N個の出力端子72-1、72-2、...、72-Nを具えている。SC光の波長は、上述したように、波長λ1、λ2、...、λNの全てを含む波長帯域をカバーしている。
【００７３】
出力波長選択部70が具える第1アレー型光導波路72も、入力波長特定部50が具える第1アレー型光導波路52と同一の構造であり、N個の出力端子72-1、72-2、...、72-Nは、それぞれ波長がλ1、λ2、...、λNである出力信号光が出力されるように設計されている。従って、第1アレー型光導波路72の入力端子71に入力されたSC光は、波長がλ1、λ2、...、λNである出力信号光に波長分割されて、それぞれN個の出力端子72-1、72-2、...、72-Nから出力される。
【００７４】
一方、第2アレー型光導波路74は、第1アレー型光導波路72と入力端子及び出力端子の数が逆で、N入力1出力型のアレー型光導波路である。すなわち、第2アレー型光導波路74は、N個の入力端子74-1、74-2、．．．、74-N、及び1個の出力端子75を具えている。
【００７５】
第1アレー型光導波路72の第J（J＝1，2，...，Nである。）出力端子と第2アレー型光導波路74の第J入力端とが光導波路で結合されており、この光導波路の途中には光スイッチが設置されている。すなわち、第1アレー型光導波路72の第1（J＝1）出力端子72-1と第2アレー型光導波路74の第1入力端74-1とが光導波路である光ファイバで結合されており、この光ファイバの途中に光スイッチ76が設置されている。また、第2（J＝2）出力端子72-2と、第2入力端74-2とが光導波路である光ファイバで結合されており、この光ファイバの途中に光スイッチ78が設置されている。同様に、第N（J＝N）出力端子72-Nと、第N入力端74-Nとが光導波路である光ファイバで結合されており、この光ファイバの途中に光スイッチ80が設置されている。
【００７６】
なお、図3では、入力波長特定部50の場合と同様に、第1アレー型光導波路72の出力端子のうち第3出力端子から第（N-1）出力端子の図示を省略してある。また、同様に第2アレー型光導波路74の入力端子のうち第3入力端子から第（N-1）入力端子の図示を省略してある。これにともなってこれらの端子同士を結合する光ファイバ及びこれらの光ファイバの途中に設置される光スイッチの図示を省略してある。図3において省略され光スイッチ等の動作は、省略せずに示されている光スイッチ類と同様の動作をし、その動作は説明するまでもなく当業者に明らかである。また、光スイッチ76、78及び80等は、光スイッチ56、58及び60等と同様に、EAMを利用して構成されている。
【００７７】
光スイッチ76、78及び80には、波長制御部48の光スイッチドライバ82、84及び86からそれぞれスイッチ制御信号が供給される。このスイッチ制御信号によって、光スイッチ76、78及び80が透過状態及び遮断状態のいずれか一方の状態となる。N個の出力端子72-1、72-2、...、72-Nから出力される、SC光に含まれる波長がλ1、λ2、...、λNである出力信号光うち、透過状態である光スイッチを通過する出力信号光のみが第2アレー型光導波路74の入力端子に入力される。そして、第2アレー型光導波路74の入力端子に入力されたSC光は、第2アレー型光導波路74の出力端子75から出力されて、波長変換装置100の出力端子90から出力信号光77として出力される。
【００７８】
例えば、出力信号光の波長をλ1とする必要がある場合には、光スイッチ76を透過状態に設定し、これ以外の光スイッチ78、80等は遮断状態に設定する。このように光スイッチの状態を設定するためには、波長制御部48から制御信号を光スイッチ76に供給し、光スイッチ76を透過状態に設定する。すなわち、光スイッチ76を構成しているEAMのp-n接合に、順方向の電圧信号をスイッチ制御信号として与えればよい。出力信号光の波長をλ2あるいはλN等とする必要がある場合には、同様にして光スイッチ78あるいは80を構成しているEAMのp-n接合に、順方向の電圧信号をスイッチ制御信号として与えればよい。
【００７９】
出力信号光の波長をλ1、λ2、...、λNとすることに対応して、それぞれ対応する光スイッチ76、78、...、80の光スイッチが透過状態とされ、これ以外の光スイッチは遮断の状態とされる。すなわち、出力波長選択部70は、非線形光導波路68から出力されるSC光の波長を選択して出力信号光77として出力する。
【００８０】
上述の説明から、波長変換装置100に入力端子40から入力される入力信号光41の波長がλ1である場合、出力波長選択部70においても非線形光導波路68から出力されるSC光の波長から波長がλ1である波長成分を選択し、出力信号光77として出力する場合も含まれることが分かる。すなわち、入力信号光41の波長と出力信号光の波長77とを等しくすることも、第1実施例の波長変換装置では可能である。
【００８１】
この場合は波長変換を実現してはいないが、波長変換を行わないという機能も、波長変換装置として具えるべき重要な機能である。光通信システムの構成要素の一つとして波長変換装置を組み込む場合、光通信システムの動作状況如何では、信号光の波長を変換させないで波長変換装置を通過させなければならないケースも想定されるためである。
【００８２】
入力波長特定部50において、第1アレー型光導波路52の第J出力端子と第2アレー型光導波路54の第J入力端子とを結合する光導波路を、光ファイバとした例を採り上げて説明したが、プレーナー型光導波路を利用することも可能である。プレーナー型光導波路を利用すれば、単一結晶基板に、第1アレー型光導波路52、第2アレー型光導波路54および光スイッチを一体化して形成することも可能である。同様に、出力波長選択部70も単一結晶基板に一体化形成することが可能である。
【００８３】
波長制御部48は、光スイッチ制御器46と光スイッチドライバ62、64、66、82、84、及び86とを具えている。光スイッチ制御器46は、入力波長特定部50に光スイッチ制御信号を送る第1サブ光スイッチ制御器46-aと、出力波長選択部70に光スイッチ制御信号を送る第2サブ光スイッチ制御器46-bの2つの部分を具えている。
【００８４】
例えば、入力信号光の波長がλ1でありこの波長をλNに変換して出力する動作を実行するためには、入力波長特定部50の光スイッチ56を透過状態とし、これ以外の光スイッチ58及び60等は遮断状態とする。また、出力波長選択部70の光スイッチ80を透過状態とし、これ以外の光スイッチ76及び78等は遮断状態とする。
【００８５】
光スイッチ56を透過状態とするために、第1サブ光スイッチ制御器46-aの出力端子46-1から光スイッチ制御信号47が出力される。光スイッチ制御信号47は、光スイッチドライバ62で光スイッチ56が動作可能な強度まで増幅されて、光スイッチ制御信号63として光スイッチ56に供給される。光スイッチ56以外の光スイッチ58及び60等を遮断状態としておくためには、光スイッチ58及び60等を制御するための光スイッチ制御信号を出力する光スイッチドライバ64及び66等に、光スイッチ制御器46-aから光スイッチ制御信号が供給されなければ良い。すなわち、光スイッチ56だけを透過状態とするためには、第1サブ光スイッチ制御器46-aの出力端子46-1からのみ光スイッチ制御信号を出力し、他の出力端子46-2及び46-3からは光スイッチ制御信号が出力されない状態とする。このように、光スイッチドライバ62から光スイッチ制御信号63が、入力波長特定部50の光スイッチ56に供給されることによって、入力信号光の波長をλ1に設定できる。
【００８６】
一方、出力波長選択部70の光スイッチ80を透過状態とするために、第2サブ光スイッチ制御器46-bの出力端子46-6から光スイッチ制御信号49が出力される。光スイッチ制御信号49は、光スイッチドライバ86で光スイッチ80が動作可能な強度まで増幅されて、光スイッチ制御信号87として光スイッチ80に供給される。光スイッチ80以外の光スイッチ76及び78等を遮断状態としておくためには、光スイッチ76及び78等を制御するための光スイッチ制御信号を出力する光スイッチドライバ82及び84等に、光スイッチ制御器46から光スイッチ制御信号が供給されなければ良い。すなわち、光スイッチ80だけを透過状態とするためには、第2サブ光スイッチ制御器46-bの出力端子46-6からのみ光スイッチ制御信号を出力し、他の出力端子46-4及び46-5からは光スイッチ制御信号が出力されない状態とする。このように、光スイッチドライバ86から光スイッチ制御信号87が、出力波長選択部70の光スイッチ80に供給されることによって、出力信号光の波長をλNに設定できる。
【００８７】
以上説明したように、波長制御部48から光スイッチ制御信号が、入力波長特定部50及び出力波長選択部70に供給されることによって、波長λ1の入力信号光43の波長が変換されて波長λNの出力信号光77として出力される。一般に、λi（i＝1、2、...、N）の入力信号光43の波長を変換して波長λj（j＝1、2、...、N）の出力信号光77に変換する場合も同様である。すなわち、波長制御部48から、入力波長特定部50において波長λiに関する光スイッチのみを透過状態となるように、また出力波長選択部70において波長λjに関する光スイッチのみを透過状態となるように、光スイッチ制御信号を送ればよい。
【００８８】
入力波長特定部50で特定される波長に関する入力波長情報、すなわち、光スイッチ56、58及び60のいずれに光スイッチ制御信号を送るかについての情報は、入力波長情報45-1として波長制御部48を構成する光スイッチ制御器46-aに入力される。また、出力波長選択部70で選択される波長に関する入力波長情報、すなわち、光スイッチ76、78及び80のいずれに光スイッチ制御信号を送るかについての情報は、出力波長情報45-2として波長制御部48を構成する光スイッチ制御器46-bに入力される。
【００８９】
波長変換装置が光通信システムに組み込まれた場合、入力波長情報45-1及び、出力波長情報45-2は、この光通信システムのシステム管理装置（図示を省略）から光スイッチ制御信号生成器44を介して波長制御部48に入力される。例えば、波長変換装置が組み込まれた光通信システムが非特許文献2（"Optical Packet Switching" European Conference on Optical Communication 2004, Th161, 2004）に開示されている。これによれば、入力波長情報45-1及び出力波長情報45-2に相当する信号は、制御処理部（Control Processor）から供給されている。
【００９０】
＜第2実施例＞
図5を参照して、第2実施例の波長変換装置102の構成とその動作原理を説明する。第2実施例の波長変換装置102は、光増幅器94と、光バンドパスフィルタ96と、非線形光導波路98と、出力波長選択部70と、波長制御部120とを具えている。第2実施例の波長変換装置102は、光通信システムの動作状況に応じて、出力信号光の波長を選択するための波長制御信号が、この光通信システムに配置された光スイッチ制御信号生成器122から供給されることを想定して構成してある。
【００９１】
入力信号光は、入力端子92から第1入力信号光93として光増幅器94に入力されて増幅され、第2入力信号光95として出力される。第2入力信号光95は、光バンドパスフィルタ96に入力される。
【００９２】
第2入力信号光95は、光バンドパスフィルタ96で濾波されて第3入力信号光97として出力され、非線形光導波路として機能する非線形光ファイバ98に入力される。例えば、波長がλi(i＝1、2、...、N)である入力信号光の波長を、この波長変換装置102によって変換する必要がある場合には、光バンドパスフィルタ96として透過中心波長がλiである光バンドパスフィルルタを利用すればよい。
【００９３】
非線形光ファイバ98では、第3入力信号光97を励起光としてSC光が発生する。非線形光ファイバ98から出力されるSC光は、出力波長選択部70に入力される。出力波長選択部70の構造は、第1実施例の波長変換装置が具える出力波長選択部と同様であるので、その説明を省略する。
【００９４】
波長変換装置102に入力端子92から入力される第1入力信号光93の波長がλi(i＝1、2、...、N)であって、この波長を変換して出力端子124から波長がλj(j＝1、2、...、N)である出力信号光125を出力させる場合、出力波長選択部70において非線形光ファイバ98から出力されるSC光の波長から波長がλjである波長成分を選択し、出力信号光125として出力する。
【００９５】
波長制御部120は、上述の第1実施例の光スイッチ制御器46と同一の構造の光スイッチ制御器の第2サブ光スイッチ制御器46-bのみが機能するようにセットされている。第1実施例の波長変換装置と同様に、出力波長選択部70に第2サブ光スイッチ制御器46-bから光スイッチ制御信号が供給されて、出力波長選択部70において、出力信号光の波長である波長λjが選択される。出力波長選択部70で選択される波長に関する出力波長情報、すなわち、光スイッチ76、78及び80のいずれに光スイッチ制御信号を送るかについての情報は、出力波長情報123として波長制御部120を構成する光スイッチ制御器46-bに入力される。
【００９６】
＜第3実施例＞
図6を参照して、第3実施例の波長変換装置104の構成とその動作原理を説明する。第3実施例の波長変換装置104は、光増幅器128と、入力波長特定部50と、非線形光導波路142と、光バンドパスフィルタ146と、波長制御部148とを具えている。第3実施例の波長変換装置104は、光通信システムの動作状況に応じて、出力信号光の波長を選択するための波長制御信号が、この光通信システムに配置された光スイッチ制御信号生成器158から供給されることを想定して構成してある。
【００９７】
入力信号光は、入力端子126から第1入力信号光127として光増幅器94に入力され、増幅されて第2入力信号光129として出力される。第2入力信号光129は、入力波長特定部50に入力される。
【００９８】
第2入力信号光129は、入力波長特定部50で波長特定されて第3入力信号光141として出力され、非線形光導波路として機能する非線形光ファイバ142に入力される。例えば、波長がλi(i＝1、2、...、N)である入力信号光の波長を、この波長変換装置102によって変換する必要がある場合には、入力波長特定部50で波長がλiである光だけが特定されるように、光スイッチ56、58及び60等の状態を設定すればよい。入力波長特定部50の構造は、第1実施例の波長変換装置が具えている入力波長特定部と同様であるので、その説明を省略する。
【００９９】
非線形光ファイバ142ではSC光が発生し、このSC光は、光バンドパスフィルタ146に入力される。
【０１００】
波長変換装置104に入力端子126から入力される第1入力信号光127の波長がλi(i＝1、2、...、N)であって、この波長を変換して出力端子160から波長がλj(j＝1、2、...、N)である出力信号光を出力させる場合、透過中心波長がλjである光バンドパスフィルタ146を設置すればよい。非線形光ファイバ142で発生したSC光の波長帯域から、光バンドパスフィルタ146によって、波長がλjである出力信号光161が選択されて出力端子160から出力される。
【０１０１】
波長制御部148は、上述の第1実施例の光スイッチ制御器46と同一の構造の光スイッチ制御器の第1サブ光スイッチ制御器46-aのみが機能するようにセットされている。第1実施例の波長変換装置と同様に、入力波長特定部50に第1サブ光スイッチ制御器46-aから光スイッチ制御信号が供給されて、入力波長特定部50において、入力信号光の波長である波長λiが特定される。入力波長特定部50で特定される波長に関する入力波長情報、すなわち、光スイッチ56、58及び60のいずれに光スイッチ制御信号を送るかについての情報は、入力波長情報159として波長制御部148を構成する光スイッチ制御器46-aに入力される。
【０１０２】
＜第4実施例＞
図7を参照して、第4実施例の波長変換装置106の構成とその動作原理を説明する。第4実施例の波長変換装置106は、光増幅器164と、入力波長特定部50と、非線形光導波路198と、出力波長選択部70と、波長制御部190とを具えている。第4実施例の波長変換装置106は、光通信システムの動作状況に応じて、出力信号光の波長を選択するための波長制御信号が、この光通信システムに配置された光スイッチ制御信号生成器166から供給されることを想定して構成してある。特に、第4実施例の波長変換装置106は、入力信号光の波長が不明である場合であって、出力信号光の波長のみが確定されている状況下で使用することが好適である波長変換装置である。
【０１０３】
波長が不明な入力信号光が、入力端子162から第1入力信号光163として光増幅器164に入力され、増幅されて第2入力信号光165として出力される。第2入力信号光165は、入力波長特定部50に入力される。
【０１０４】
第2入力信号光165は、入力波長特定部50で波長特定されて第3入力信号光197として出力され、非線形光導波路として機能する非線形光ファイバ198に入力される。第2入力信号光165の波長は、λ1、λ2、...、λNのうちのいずれかの値であることは分かっているが、確定はされていない。従って、この段階では、入力波長特定部50で特定される波長は不明であるが、出力信号光の波長が確定されることによって、入力信号光の波長も特定される。なお、入力波長特定部50の構造は、第1実施例の波長変換装置が具えている入力波長特定部と同様であるので、その構造及び動作の説明を省略する。
【０１０５】
入力信号光53-1、53-2、...、53-Nのうち、透過状態である光スイッチを通過する入力信号光のみが第2アレー型光導波路54の入力端子に入力される。そして、第2アレー型光導波路54の入力端子に入力された入力信号光は、第2アレー型光導波路54の出力端子55から第3入力信号光197として出力されて、非線形光ファイバ198に入力される。
【０１０６】
非線形光ファイバ198では、第3入力信号光197を励起光としてSC光が発生する。このSC光のスペクトル波長帯域は、光増幅器164の増幅率を調整することによって第2入力信号光165の強度を調整し、波長λ1、λ2、...、λNを全て含むようにすることができる。すなわち、非線形光ファイバ198に入力する第3入力信号光197の波長は、その波長帯域に一定の幅があっても（波長がλ2、λ3...、λNである入力信号光が含まれていても）、発生するSC光のスペクトル帯域を、波長λ1を含む、λ1、λ2、...、λNの全てが含まれるようにすることは、光増幅器164の増幅率を調整することによって可能である。この場合には、入力信号光の波長として少なくとも一つの波長帯域を波長λ1、λ2、...、λNの中から特定して、上記条件をみたすように、光増幅器164の増幅率を設定することによって、SC光の波長帯域に、波長λ1、λ2、...、λNの全てが含まれるようにすることが可能である。
【０１０７】
非線形光ファイバ198から出力されるSC光は、出力波長選択部70に入力される。出力波長選択部70の構造及びその動作については、第1実施例の波長変換装置100の動作を説明する際に説明したので、ここでは省略する。
【０１０８】
波長制御部190は、上述の第1実施例の光スイッチ制御器46と同一の構造の光スイッチ制御器の、第2サブ光スイッチ制御器46-bのみが機能するようにセットされている。第1実施例の波長変換装置と同様に、出力波長選択部70に第2サブ光スイッチ制御器46-bから光スイッチ制御信号が供給されて、出力波長選択部70において、出力信号光の波長である波長λjが選択される。出力波長選択部70で選択される波長に関する出力波長情報、すなわち、光スイッチ76、78及び80のいずれに光スイッチ制御信号を送るかについての情報は、出力波長情報167として波長制御部190を構成する光スイッチ制御器46-bに入力される。
【０１０９】
光スイッチ76、78及び80には、波長制御部190の光スイッチドライバ82、84及び86からそれぞれスイッチ制御信号が供給される。この光スイッチ制御信号によって、光スイッチ76、78及び80が透過状態及び遮断状態のいずれか一方の状態となる。N個の出力端子72-1、72-2、...、72-Nから出力される、SC光に含まれる波長がλ1、λ2、...、λNである出力信号光うち、透過状態である光スイッチを通過する出力信号光のみが第2アレー型光導波路74の入力端子に入力される。そして、第2アレー型光導波路74の入力端子に入力されたSC光は、第2アレー型光導波路74の出力端子75から出力されて、波長変換装置106の出力端子212から出力信号光211として出力される。
【０１１０】
一方、波長制御部190の光スイッチドライバ82、84及び86からは、それぞれインバータ192、194及び196にも光スイッチ制御信号が送られる。これらインバータ192、194及び196から出力される光スイッチ制御信号は、光スイッチドライバ82、84及び86から出力される光スイッチ制御信号の電圧を反転させた信号である。すなわち、例えば、光スイッチドライバ82から出力される光スイッチ制御信号として、光スイッチ76を透過状態とするために必要な電圧（以後、「高電圧」という。）が出力されている場合には、インバータ192から出力される光スイッチ制御信号は、光スイッチ56を遮断状態に維持するために必要な電圧（実際は0 Vであり、以後「低電圧」という。）である。
【０１１１】
従って、例えば、光スイッチドライバ82から高電圧が発生している場合、光スイッチドライバ84及び86等からは低電圧が発生している。この場合、光スイッチ76は透過状態となり、出力信号光の波長はλ1に確定される。一方、この場合には、インバータ192からは低電圧が出力され、インバータ194及び196等からは高電圧が出力される。この結果、入力波長特定部50を構成している光スイッチ56以外の光スイッチには高電圧が印加されるので、光スイッチ56以外の光スイッチは透過状態となる。すなわち、出力波長選択部で選択される波長（ここではλ1）以外の波長の光が入力波長特定部50から出力されることになる。
【０１１２】
以上説明したことから、光スイッチ制御信号生成器166から供給される出力波長情報167に基づいて、出力信号光の波長が選択される場合、出力波長選択部70で選択される波長以外の波長の入力信号光（第3入力信号光）が、入力波長特定部50の出力端子55から出力されて、非線形光ファイバ198に入力される。この結果、第2入力信号光165の波長が未確定であっても、出力信号光の波長は確定される。すなわち、出力信号光の波長以外の入力信号光の波長に対して、波長変換が実現する。
【０１１３】
以上説明したように、波長制御部190から光スイッチ制御信号が、入力波長特定部50及び出力波長選択部70に供給されることによって、入力信号光の波長が未確定であっても、入力信号光165の波長を変換して入力信号光165の波長以外の波長λj（j＝1、2、...、N、ただし、入力信号光の波長に対応するjを除く。）を出力信号光211として出力することが可能である。
【０１１４】
＜SC光発生の条件＞
ここで、非線形光ファイバ中でSC光が発生するための条件について説明する。光増幅器は、入力信号光を構成する光パルスのピークパワーPrを、非線形光ファイバ中でSC光が発生するために十分な強度となるまで増幅する役割を果たす。非線形光ファイバは、上述の第1から第4実施例においては、非線形光ファイバ68、98、142及び198に対応する。光増幅器は、上述の第1から第4実施例においては、光増幅器42、94、128及び164に対応する。
【０１１５】
SC光発生に必要な光パルスのピークパワーPは、非線形光ファイバの3次非線形係数、4次光波混合光強度の利得及び入力信号光の波長λr等から計算によって求めることができる。
【０１１６】
光増幅器の利得Gは、G＝10log10(P/Pr)［dB］で与えられる。非線形光ファイバ中でSC光を発生させるための条件の詳細については、特許文献（特許第3610529号公報）に説明されている。それによれば、非線形光ファイバの3次非線形係数をγ、入力信号光を構成する1つの光パルスのエネルギーをE、非線形光ファイバ中の光パルスのピーク強度をP、4次光波混合光強度の利得をG0、真空中の光速度をcとしたときに、次の条件を満たす非線形光ファイバを非線形光ファイバとして設定すればよい。
【０１１７】
入力信号光の波長をλrとしたとき、SC光の波長帯域を、λr±（1/2）Δλであるようにするためには、分散スロープの絶対値が16(｜γ｜E)/(Δλ2ln G0)［ps/nm2/km］以下であり、かつ波長λrでの分散の絶対値が(16πc)×λ2｜γ｜P/Δλ2［ps/nm/km］以下である非線形光ファイバを選び、その長さをln G0/(2｜γ｜P)［Km］とすればよい。すなわち、SC光の波長帯域に、波長λ1、λ2、...、λNの全てが含まれるようにするためには、λr及びΔλの値をどのように選べばよいかを決定することができるので、これに対応させて、分散スロープの絶対値、分散の絶対値及び非線形光ファイバの長さをそれぞれ選択すれば、SC光の波長帯域に、波長λ1、λ2、...、λNの全てが含まれるようにすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】従来の波長変換装置の概略的ブロック構成図である。
【図２】従来の波長変換装置の概略的ブロック構成図である。
【図３】第1実施例の波長変換装置の概略的ブロック構成図である。
【図４】入力信号光パルスが出力信号光パルスに変換される過程の説明に供する図である。
【図５】第2実施例の波長変換装置の概略的ブロック構成図である。
【図６】第3実施例の波長変換装置の概略的ブロック構成図である。
【図７】第4実施例の波長変換装置の概略的ブロック構成図である。
【符号の説明】
【０１１９】
10、20：光処理部
12：光電変換部
14：光変調部
22：波長変換半導体レーザ
30：波長変換装置
32、42、94、128、164：光増幅器
34：第1光バンドパスフィルタ
38：第2光バンドパスフィルタ
36、68、98、142、198：非線形光ファイバ
40、92、126、162：入力端子
44、122、158、166：光スイッチ制御信号生成器
46：光スイッチ制御器
48、120、148、190：波長制御部
50：入力波長特定部
52、72：第1アレー型光導波路
54、74：第2アレー型光導波路
56、58、60、76、78、80：光スイッチ
62、64、66、82、84、86：光スイッチドライバ
70：出力波長選択部
90、124、160、212：出力端子
96、146：光バンドパスフィルタ
100、102、104、106：波長変換装置
192、194、196：インバータ
【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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