(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度変調された第１の波長の信号光を受光し、その信号光の変調状態に基づいて変調された第２の波長の信号光を出力する波長変換器であって、
第２の波長の連続光を互いに直交する第１および第２の偏波光に分離する第１の偏光子と、
上記第１および第２の偏波光のうちの少なくとも一方を通過させるように設けられ、入力光の強度により屈折率が変化する１または複数の導波路と、
上記少なくとも一方が上記導波路を通過した第１および第２の偏波光を合波する合波デバイスと、
その合波デバイスの出力光を受光して第２の波長の信号光を出力する第２の偏光子と、を有し、
上記１または複数の導波路のうちの１つに上記第１の波長の信号光を入力することによって、上記第１の波長の信号光が入力される導波路の屈折率をその第１の波長の信号光の強度に応じて変化させる
ことを特徴とする波長変換器。
【請求項２】
強度変調された第１の波長の信号光を受光し、その信号光の変調状態に基づいて変調された第２の波長の信号光を出力する波長変換器であって、
第２の波長の連続光を互いに直交する第１および第２の偏波光に分離する第１の偏光子と、
上記第１の偏波光を通過させるように設けられ、入力光の強度により屈折率が変化する導波路と、
上記導波路からの出力光と上記第２の偏波光とを合波する合波デバイスと、その合波デバイスの出力光を受光して第２の波長の信号光を出力する第２の偏光子と、を有し、
上記導波路に上記第１の波長の信号光を入力することによって、その導波路の屈折率をその第１の波長の信号光の強度に応じて変化させる
ことを特徴とする波長変換器。
【請求項３】
上記第２の偏光子は、上記合波デバイスの出力光を互いに直交する偏波光に分離し、それらの偏波光のうちの少なくとも一方を第２の波長の信号光として出力する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項４】
上記第１および第２の偏光子を複屈折性物質または多層膜で構成する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項５】
上記導波路は半導体光アンプである請求項２に記載の波長変換器。
【請求項６】
上記第２の波長の入射光が直線偏光または略直線偏光である請求項２に記載の波長変換器。
【請求項７】
上記合波デバイスを第３の偏光子で構成し、上記第２の偏光子をその第３の偏光子に対して光の進行方向において垂直または略垂直な面内で４５度または１３５度回転させて配置する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項８】
上記第１の偏光子と上記導波路との間、または上記導波路と上記合波デバイスとの間にハーフミラーを設け、
そのハーフミラーを用いて上記第１の波長の信号光を上記導波路に入射する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項９】
上記第１の偏光子と上記導波路との間、または上記導波路と上記合波デバイスとの間に光カプラを設け、
その光カプラを用いて上記第１の波長の信号光を上記導波路に入射する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項１０】
上記第２の偏波光を増幅する光アンプをさらに有する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項１１】
上記第１の波長の信号光を互いに直交する第３および第４の偏波光に分離する第４の偏光子を設け、
それら第３および第４の偏波光をそれぞれ上記第１の偏光子および上記合波デバイスを用いて上記導波路に導く請求項２に記載の波長変換器。
【請求項１２】
回転角が４５度であるファラデー回転子および回転角が４５度である旋光子を上記導波路と上記合波デバイスとの間に設けた請求項１１に記載の波長変換器。
【請求項１３】
上記第１の偏光子の前段に上記第２の波長の入射光を受光する第５の偏光子を設け、その第５の偏光子の出力を上記第１の偏光子に入射する請求項２に記載の波長変換器。
【請求項１４】
上記第１の偏光子または上記合波デバイスを用いて上記第１の波長の信号光を上記導波路に導く請求項２に記載の波長変換器。
【請求項１５】
上記第１の偏光子から上記合波デバイスに至る第１の偏波光の光路長と第２の偏波光の光路長とを互いに一致させた請求項２に記載の波長変換器。
【請求項１６】
強度変調された第１の波長の信号光を受光し、その信号光の変調状態に基づいて変調された第２の波長の信号光を出力する波長変換器であって、
第２の波長の連続光を受光する第１の偏光子と、
その第１の偏光子の出力光を互いに直交する第１および第２の偏波光に分離する第２の偏光子と、
上記第１の波長の信号光および上記第１の偏波光を受光し、入力光の強度に従って屈折率が変化する導波路と、
上記導波路の出力光を上記第２の偏光子に導く第１の反射デバイスと、
上記第２の偏波光を上記第２の偏光子に導く第２の反射デバイスと、を有し、
上記導波路の屈折率は、上記第１の波長の信号光の強度に応じて変化し、
上記第２の偏光子は上記第１および第２の反射デバイスからの各反射光を合波し、上記第１の偏光子はその第２の偏光子によって合波された光を受光して第２の波長の信号光を出力する
ことを特徴とする波長変換器。
【請求項１７】
上記第１の反射デバイスとして反射率が１よりも小さいものを用い、上記第１の波長の信号光をその第１の反射デバイスを透過させて上記導波路に入射する請求項１６に記載の波長変換器。
【請求項１８】
上記第１の偏波光を上記導波路に導くために反射率が１よりも小さい第３の反射デバイスを設け、上記第１の波長の信号光をその第３の反射デバイスを用いて上記導波路に入射する請求項２または１６に記載の波長変換器。
【請求項１９】
上記第２の偏光子を用いて上記第１の波長の信号光を上記導波路に導く請求項１６に記載の波長変換器。
【請求項２０】
上記第２の偏光子と上記導波路との間に設けられ、通過光の偏波面を４５度回転させる第１のファラデー回転子と、
上記導波路と上記第１の反射デバイスとの間に設けられ、通過光の偏波面を４５度回転させる第２のファラデー回転子と、
上記導波路と上記第１の反射デバイスとの間に設けられ、通過光の偏波面を４５度回転させる旋光子と、
上記第１の波長の信号光を互いに直交する第３および第４の偏波光に分離する第３の偏光子と、をさらに有し、
上記第３の偏波光の偏波面を４５度回転させた後に、その第３の偏波光を上記旋光子および第２のファラデー回転子を介して上記導波路に入射し、上記第４の偏光波を上記第１のファラデー回転子を介して上記導波路に入射する請求項１６に記載の波長変換器。
【請求項２１】
上記第１および第２の偏光子、および上記合波デバイスを単一の基板上に集積化した請求項２に記載の波長変換器。
【請求項２２】
上記第１および第２の偏光子、上記合波デバイス、および上記導波路を単一の基板上に集積化した請求項２に記載の波長変換器。
【請求項２３】
上記第１および第２の偏光子、および上記第１および第２の反射デバイスを単一の基板上に集積化した請求項１６に記載の波長変換器。
【請求項２４】
上記第１および第２の偏光子、上記第１および第２の反射デバイス、および上記導波路を単一の基板上に集積化した請求項１６に記載の波長変換器。
【請求項２５】
上記第１の波長の信号光、上記第２の波長の入射光、および上記第２の波長の信号光をそれぞれ伝搬する光ファイバの入出力を互いに同じ方向に向けて設けた請求項２または１６に記載の波長変換器。
【請求項２６】
強度変調された第１の波長の信号光を受光し、その信号光の変調状態に基づいて変調された第２の波長の信号光を出力する波長変換器であって、
それぞれ第２の波長を有する連続光で互いに直交する第１および第２の偏波光を生成する生成手段と、
上記第１の波長の信号光および上記第１の偏波光を受光し、入力光の強度に従って屈折率が変化する導波路と、
上記導波路からの出力光と上記第２の偏波光とを合波する合波デバイスと、
その合波デバイスの出力光を受光して第２の波長の信号光を出力する第２の偏光子と、を有し、
上記導波路の屈折率は、上記第１の波長の信号光の強度に応じて変化する
ことを特徴とする波長変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長変換器に係わり、特に、信号を伝送する光の波長を変換する変換器に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
膨大な量の情報を伝送するためのネットワークとして光通信システムが普及してきている。光通信システムでは、通常、ある特定の波長の光を用いて信号が伝送される。また、近年、伝送する情報の量を増やす技術として、ＷＤＭ（波長多重：Wavelength Division Multiplex ）を利用した伝送システムが注目されている。ＷＤＭは、１本の光伝送路を介して複数の信号をそれぞれ互いに異なる波長の光を用いて伝送する技術である。
【０００３】
波長変換器は、たとえば、上述のようなＷＤＭを用いた伝送システムにおいて使用され、信号を伝送する光の波長を変換する。すなわち、波長変換器は、波長λ1 の光を用いて伝送される信号を波長λ2 の光に乗せて出力する。既存の波長変換器の例を図４１〜図４３に示す。
【０００４】
図４１(a) は、半導体光アンプ（SOA : Semiconductor Optical Amplifier ）における入力光による利得飽和効果を利用した波長変換器である。この利得飽和効果を利用した変調方式は、一般に、相互利得変調（ＸＧＭ）と呼ばれる。この構成では、伝送信号に従って強度変調された波長λ1 の光（入力信号光）、および波長λ2 の連続光（CW : Continuous Wave）を半導体光アンプ５０１に入力することにより、その半導体光アンプ５０１の出力として上記伝送信号に従って強度変調された波長λ2 の光が得られる。このように、入力信号光の波長は、光源５０２の出力光の波長に変換される。すなわち、光源５０２として出力光の波長が可変であるものを用いれば、入力信号光の波長を所望の波長に変換できることになる。
【０００５】
図４１(b) は、半導体レーザの利得のクロスゲイン変調を利用した波長変換器である。この構成では、固有の発振周波数に従って波長λ2 の光を生成する半導体レーザ５１１を用いる。伝送信号に従って強度変調された波長λ1 の光を半導体レーザ５１１に入力すると、その半導体レーザ５１１の利得の波長分布が変動し、これにより半導体レーザ５１１の発振光が強度変調される。すなわち、半導体レーザ５１１により生成される光は、入力信号光によって強度変調される。
【０００６】
図４２(a) および図４２(b) は、相互位相変調（ＸＰＭ）を利用した波長変換器である。この構成では、入射光強度および供給電流に応じて屈折率および透過率が変動するデバイス（例えば、半導体光アンプ）を２つ用いる。そして、波長λ2 の連続光を双方のデバイスに入力すると共に、伝送信号に従って強度変調された波長λ1 の光（入力信号光）を一方のデバイスのみに入力する。この結果、これら２つのデバイスは、互いに位相が異なるλ2 の光を出力する。この位相差は、入力信号光の強度に依存する。したがって、これら２つのデバイスの出力をカプラ等を用いて合波すれば、λ1 の光を用いて伝送されてくる信号に従って波長λ2 の光が強度変調される。
【０００７】
図４３(a) は、半導体レーザおよび干渉計を用いた波長変換器である。この構成では、波長λ2 の光を生成する半導体レーザ５２１を用いる。そして、伝送信号に従って強度変調された波長λ1 の光を半導体レーザ５２１に入力し、半導体レーザ５２１の利得の波長分布を変動させることにより、半導体レーザ５２１の出力光の周波数を変調させる。そして、その出力光を、光バンドパスフィルタ５２２を通過させた後、たとえば、マッハツェンダ干渉計等の干渉計５２３を用いて強度変調信号に変換する。
【０００８】
図４３(b) および図４３(c) は、光信号をいったん電気信号に変換する構成の波長変換器である。図４３(b) に示す構成では、伝送信号に従って強度変調された波長λ1 の光を受光素子５３１を用いて電気信号に変換する。この電気信号は伝送信号である。そして、この電気信号で波長λ2 の光を生成する発光素子５３２を駆動する。このことにより、波長λ2 の光は、伝送信号により強度変調される。一方、図４３(c) に示す構成では、光源５４１を用いて波長λ2 の連続光を生成し、その連続光を光変調器５４２に入力する。そして、受光素子５３１により得られた電気信号を光変調器５４２に印加することにより、λ2 の光を強度変調する。
参考文献(1) F.Masetti, et.al., "ATMOS (ATM Optical Switching): Results
and Conclusions of the RACE R2039 project", Proc. 21st
European Conference on Optical Communication ECOC'95
We. L. 1.7, 1995
参考文献(2) K.E.Stubkjaer, et.al., "Wavelength conversion devices and
techniques", Proc. 22nd European Conference on Optical
Communication ECOC'96, ThB. 2. 1, 1996
参考文献(3) C.Caspar, et.al., "Improvement of crosstalk tolerance in
optical cross connects by regenerative frequency converter",
Proc. 22nd European Conference on Optical Communication
ECOC'96,ThD. 1. 5, 1996
参考文献(4) W.Idler, et.al., "10 Gb/s wavelength conversion with
integrated multiquantum-well-based 3-port Mach-Zender
interferometer", IEEE Photon. Technol. lett., vol.8,
pp.1163-1165, 1996
参考文献(5) M.Shilling, et.al., "10 Gb/s monolithic MQW-based wavelength
converter in Michelson interferometer configuration",
Optical Fiber Communication (OFC'96) Technical Didest WG2,
1996
参考文献(6) C.Joergensen, et.al., "Up to 20 Gbit/s-rate transparent
integrated interferometric wavelength converter", Proc. 22nd
European Conference on Optical Communication ECOC'96, ThB.
2. 2, 1996
参考文献(7) H.Yasaka, et.al., "Repeated wavelength conversion of 10 Gb/s
signal using wavelength tunable semiconductor lasers", IEEE
Photon. Technol. Lett., vol.7, pp. 161-163, 1995
参考文献(8) K.Inoue, et.al., "Wavelength conversion using a light
injected DFB-LD and a Mach-Zender filter with a ring
resonator", IEEE Photon. Technol. Lett., vol.7,
pp. 998-1000, 1995
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４１(a) および図４１(b) に示す波長変換器は、消光比の改善が困難である。たとえば、図４１(a) に示す波長変換器において消光比を改善するためには、さらに光アンプや中間光源が必要となり、調整が複雑となり、また、検査工程も増えるので、歩留まりの悪化やコストの上昇といった問題が発生する。
【００１０】
図４２(a) および図４２(b) に示す波長変換器では、消光比の改善は可能であるが、光を分岐あるいは合波するために光カプラを用いているので、変換先の波長（上記の例では、λ2 ）の光の損失が大きくなってしまう。
【００１１】
図４３(a) に示す波長変換器では、干渉計の調整が難しく、また、変換先の波長を変えることができない。さらに、図４３(b) および図４３(c) に示す波長変換器では、小型化、低価格化が困難である。
【００１２】
本発明の課題は、上述のような従来の問題点を解決することであり、損失が少なく、かつ消光比も良好な波長変換器を低価格で提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長変換器は、強度変調された第１の波長の信号光を受光し、その信号光の変調状態に基づいて変調された第２の波長の信号光を出力する構成を前提とする。第２の波長の入射光を互いに直交する第１および第２の偏波光に分離する第１の偏光子と、第１の偏波光を導波する導波路と、その導波路からの出力光と第２の偏波光とを合波する合波デバイスと、その合波デバイスの出力光を受光して第２の波長の信号光を出力する第２の偏光子と、を有する。上記導波路は、入力光の強度に従ってその屈折率が変化する。そして、第１の波長の信号光を上記導波路に入力する。
【００１４】
上記構成において、第１の偏波光が導波路を通過することによって生じる位相遅延は、第１の波長の信号光の強度に依存する。このため、合波デバイスにより合波される光の偏波状態も第１の波長の信号光の強度に依存する。この結果、第２の偏光子の出力光の強度は第１の波長の信号光の強度に依存して変化する。ここで、合波デバイスが合波する第１および第２の偏波光は、第２の波長を有する光である。したがって、第２の偏光子の出力光は、第２の波長を有し、且つ第１の波長の信号光の強度に依存して変調された光となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の原理を説明する図である。ここでは、伝送信号に従って強度変調された波長λ1 の信号光を受光して、その伝送信号を波長λ2 の光に乗せて出力する構成を前提とする。
【００１６】
偏光子１は、λ2 の入射光から互いに直交する２つの直線偏波（Ｘ偏波光、Ｙ偏波光）を生成する。尚、λ2 の入射光は、直線偏波であるものとする。また、λ2 の入射光は、少なくともλ1 の光を用いて伝送されてくる伝送信号の帯域においては強度変調されていないものとする。ここでは、λ2 の入射光は、連続光（ＣＷ：Continuous Wave ）であるものとする。偏光子１の出力の一方（Ｘ偏波光）は、導波路２に入射され、偏光子１の出力の他方（Ｙ偏波光）は、合波デバイス３に入射される。
【００１７】
導波路２は、入射光の強度に従ってその屈折率が変化する物質を含み、λ1 の信号光およびＸ偏波光を受光して導波する。ここで、よく知られているように、導波路の屈折率が変化すると、それに伴ってその導波路を伝搬される光の速度が変化する。従って、光が導波路２を通過することにより生じる遅延時間は、λ1 の信号光およびＸ偏波光の強度に従って変化することになる。ここで、Ｘ偏波光は、連続光から生成されるので、その強度は一定である。このため、光が導波路２を通過することによって生じる遅延時間は、λ1 の信号光の強度に従って変化する。導波路２の出力は、合波デバイス３に入射される。なお、導波路２と合波デバイス３との間に波長λ2 のみを通過させる光フィルタを設けても良い。
【００１８】
合波デバイス３は、導波路２を通過したＸ偏波光と偏光子１から出力されたＹ偏波光とを合波する。合波デバイス３は、たとえば、偏光子から構成される。合波デバイス３の出力光は、偏光子４に入射される。
【００１９】
偏光子４は、合波デバイス３に入射されるＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とがある特定の関係を満たすときに合波デバイス３から出力される光の偏波面に対して所定の角度に設置される。一実施例としては、合波デバイス３に入射されるＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが一致するときに合波デバイス３から出力される光の偏波面と同じ角度に偏光子４を設置する。この場合、合波デバイス３を偏光子とすると、偏光子４は、合波デバイス３としての偏光子に対して光の進行方向を中心として４５度または１３５度旋回させて設置する。そして、偏光子４は、合波デバイス３の出力光を互いに直交する２つの偏波光に分離する。
【００２０】
偏光子１、合波デバイス３および偏光子４は、例えば、複屈折性物質または多層偏光分離膜を含む。また、導波路２は、例えば、半導体光アンプである。
上記構成において、λ1 の信号光は、伝送信号に従って強度変調されているので、導波路２の屈折率はその伝送信号に従って変化し、光が導波路２を通過することによって生じる遅延時間もその伝送信号に従って変化する。この結果、導波路２を通過して合波デバイス３に入射されるＸ偏波光の位相は、上記伝送信号に従って変化することになる。なお、Ｙ偏波光の位相は上記伝送信号によっては変化しない。
【００２１】
Ｘ偏波光の位相が変化すると、それに従って合波デバイス３の出力光のＸ方向の成分が変化する。このように、合波デバイス３の出力光のＸ方向の成分が変化すると、偏光子４の各出力光の成分が変化する。すなわち、偏光子４の各出力光の強度は、上記伝送信号に従って変化することになる。このように、偏光子４の出力光は、λ1 の信号光を利用して伝送されてきた伝送信号に従って強度変調され、また、その波長はλ2 である。
【００２２】
図２(a) は、導波路２に入射されるλ1 信号光を模式的に示した図である。この信号光は、伝送信号に従って強度変調されている。図２(a) では、光が強い状態を伝送信号の「Ｈ」に対応させ、光が弱い状態（あるいは、消光状態）を伝送信号の「Ｌ」に対応させている。
【００２３】
図２(b) は、偏光子１の入出力を模式的に示す図である。λ2 の入射光は、直線偏波であるものとする。なお、図２(b) においては、光は図２(b) の紙面に垂直な方向に進み、また、矢印はその光電界の振動方向を表している。偏光子１はこの入射光を互いに直交するＸ偏波光およびＹ偏波光に分離する。偏光子１を複屈折性の物質で構成した場合には、常光線および異常光線としてＸ偏波光およびＹ偏波光が得られる。尚、本発明では、λ2 の入射光は必ずしも直線偏波である必要はなく、信号帯域において安定した偏光状態の入射光から互いに直交するＸ偏波光およびＹ偏波光を生成することも可能であるが、以下の実施例では、λ2 の入射光が直線偏波であるものとする。
【００２４】
このようにして生成されたＸ偏波光およびＹ偏波光は、その一方（Ｘ偏波光）が導波路２を通過した後に合波デバイス３に入射され、他方（Ｙ偏波光）はそのまま合波デバイス３に入射される。
【００２５】
図３(a) 、図４(a) 、および図５(a) は、合波デバイス３に入射されるＸ偏波光の位相およびＹ偏波光の位相の関係を示す図である。図３(a) では、Ｘ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いにπ／３ずれている状態を示している。また、図３(b) は、Ｘ偏波光およびＹ偏波光の位相関係が図３(a) に示す状態であるときの合波デバイス３の出力光の偏光状態を示す図である。なお、合波デバイス３の出力光の電界ベクトルは、合波デバイス３に入射されるＸ偏波光およびＹ偏波光の各電界ベクトルの和である。このように、Ｘ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いにずれているときには、合波デバイス３の出力光は直線偏波とはならない。
【００２６】
導波路２から出力されるＸ偏波光の位相は、上述したように、導波路２へ入射されるλ1 の信号光の強度に従って変化する。本実施形態では、λ1 の信号光の強度が弱い状態のとき（或いは、消光状態のとき）に合波デバイス３により受光されるＸ偏波光およびＹ偏波光の位相が互いに一致するように導波路２における遅延量を調整する。望ましくは、上記の条件に加え、λ1 の信号光の強度が強い状態のときに合波デバイス３により受光されるＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いにπずれるように、導波路２における遅延量を調整する。なお、導波路２における遅延量は、たとえば、この導波路２を半導体光アンプで構成する場合には、その半導体光アンプに供給する電流を制御することにより調整できる。Ｘ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いに一致する状態、およびＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いにπずれ状態をそれぞれ図４(a) および図５(a) に示す。
【００２７】
合波デバイス３においてＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いに一致する状態では、合波デバイス３の出力光の電界は、図４(b) に示すように、Ｘ軸（Ｘ偏波光の電界の振動方向）に対して反時計回りに４５度旋回した方向に振動する。すなわち、この場合、合波デバイス３の出力光は、Ｘ軸に対して反時計回りに４５度旋回された直線偏波となる。
【００２８】
一方、合波デバイス３においてＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いにπずれた状態では、合波デバイス３の出力光の電界は、図５(b) に示すように、Ｘ軸に対して反時計周りに１３５度旋回した方向に振動する。即ち、この場合、合波デバイス３の出力光は、Ｘ軸に対して反時計回りに１３５度旋回された直線偏波となる。
【００２９】
このように、本実施形態の波長変換器では、λ1 の信号光の強度が弱い状態のとき、すなわち、伝送信号が「Ｌ」のとき、合波デバイス３はＸ軸に対して４５度旋回された直線偏波を出力し、また、λ1 の信号光の強度が強い状態のとき、すなわち、伝送信号が「Ｈ」のとき、合波デバイス３はＸ軸に対して１３５度旋回された直線偏波を出力する。ここで、合波デバイス３は、λ2 の入射光から生成したＸ偏波光およびＹ偏波光を合波して出力する。したがって、合波デバイス３の出力光の波長はλ2 である。なお、合波デバイス３の出力光は、λ1 も含んでいる可能性があるが、ここでは、たとえば、波長フィルタなどを用いてカットされているものとする。
【００３０】
本実施形態では、偏光子４は、上記Ｘ軸に対して４５度旋回させて設置されている。従って、偏光子４における座標系（Ｘ’−Ｙ’座標系）は、図６に示すように、上述のＸ−Ｙ座標系に対して４５度回転した状態となる。偏光子４は、入射光をこのＸ’軸方向の成分およびＹ’方向の成分に分離して出力する。
【００３１】
したがって、位相が互いに一致しているＸ偏波光およびＹ偏波光が合波デバイス３に入射すると、偏光子４は、Ｘ’方向の偏波光のみを出力し、Ｙ’方向の成分は０となる。すなわち、λ1 の信号光の強度が弱い状態のときには、偏光子４は、Ｘ’方向の偏波光のみを出力し、Ｙ’方向の成分は０となる。一方、位相が互いにπずれているＸ偏波光およびＹ偏波光が合波デバイス３に入射すると、偏光子４は、Ｙ’方向の偏波光のみを出力し、Ｘ’方向の成分は０となる。すなわち、λ1 の信号光の強度が強い状態のときには、偏光子４は、Ｙ’方向の偏波光のみを出力し、Ｘ’方向の成分は０となる。
【００３２】
本実施形態では、偏光子４から出力される２つの偏波光（Ｘ’方向の偏波光およびＹ’方向の偏波光）のうち、Ｘ’方向の偏波光を波長変換器の出力とする。このような構成とすれば、λ1 の信号光の強度が弱い状態のときには、偏光子４は、出力光のＸ’方向の成分は１となる。一方、λ1 の信号光の強度が強い状態のときには、偏光子４はＹ’方向の偏波光を出力する。すなわち、偏光子４の出力光は、λ1 の信号光の変調状態に反転した状態に変調された第２の波長の信号光となる。
【００３３】
なお、上述の例では、λ2 の入射光が直線偏波であるものとしているが、完全な直線偏波でなくても略直線偏波（直線偏波に近い状態の光）であれば同様の作用によりλ1 の信号光の変調状態に従ってλ2 の光を変調できる。また、上述の例では、λ1 の信号光がＬレベルおよびＨレベルであったときにそれぞれＸ偏波光およびＹ偏波光の位相差が０およびπである場合を想定しているが、このような条件を厳密に満たさなくても、時間的に安定した偏光状態のλ2 の光であれば同様の作用によりλ1 の信号光の変調状態に従ってそのλ2 の光を変調できる。さらに、上述の例では、偏光子４は、上記Ｘ軸に対して４５度旋回させて設置しているが、１３５度旋回させて設置してもよい。また、λ1 の信号光がＬレベルのときにＸ偏波、Ｙ偏波の位相差がπとなるように設定してもよい。
【００３４】
上記波長変換器の動作について図７を参照しながら若干の補足説明を加える。図７(a) は、図２(b) に示したＸ軸およびＹ軸を基準とする合波デバイス３への入力におけるλ2 の光の偏光状態を示す。図７(b) および(c) は、合波デバイス３の出力におけるλ2 の光の偏光状態を示す。
【００３５】
Ｘ軸に平行な電界成分をＥx 、Ｙ軸に平行な電界成分をＥy 、導波路２においてλ1 の信号光によって生じる位相差をΔφとし、光結合損失および偏光子における損失を無視すると、電界Ｅx およびＥy は以下のように表される。
【００３６】
Ｅx ＝√２／２・√Ｔ・Ｅ0 ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ＋Δφ）
Ｅy ＝√２／２・√Ｔ・Ｅ0 ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ）
ここで、Ｅ0 はλ2 の光の電界強度、ωは、λ2 の光の角周波数、ｔは時間、θは位相遅延、Ｔは導波路２の透過率である。
【００３７】
図７(b) および(c) において、偏光子４から出力される２つの偏光の偏波面とそれぞれ一致する方向の軸をそれぞれＸ’軸およびＹ’軸とすると、Ｘ’軸に平行な電界をＥx'は以下のように表される。
【００３８】
0003952227.tif 000002
このように、偏光子４の出力光のＸ’軸方向の成分は、λ1 の信号光の入力によって導波路２において生じる位相変化Δφが０のときに最大となり、その位相変化Δφがπのときに最小になることがわかる。なお、波長変換器から出力されるλ2 の光の強度Ｓout は、偏光子１、４、および合波デバイス３における損失を無視すると、以下のように表される。
【００３９】
0003952227.tif 000003
次に、本発明の波長変換器の具体的な構成を示す。
【００４０】
図８は、本発明の第１の実施例の構成図である。光ファイバ１１を介して入射されるλ2 の入射光は、直線偏波である。この場合、光ファイバ１１として偏波面保存ファイバを用いてもよい。また、この入射光は、少なくともλ1 の伝送信号の帯域において強度変調されていないことを前提とする。一例としては、λ2 の入射光として連続光を用いる。
【００４１】
この入射光は、偏光子１２により互いに直交する２つの偏波光に分離される。これら２つの偏波光をＸ偏波光およびＹ偏波光と呼ぶことにする。Ｘ偏波光およびＹ偏波光の生成方法は、図２(b) に示した通りである。
【００４２】
偏光子１２により生成されたＹ偏波光は、反射デバイス１３、１４により偏光子１７に導かれる。一方、Ｘ偏波光は、ハーフミラー１５および半導体光アンプ１６を通過した後に偏光子１７に導かれる。半導体光アンプ１６は、入射光の強度および供給電流に応じてその屈折率が変化する導波路を含む。したがって、半導体光アンプ１６への入射光の強度が変化すれば、光が半導体光アンプ１６を通過する際に生じる位相遅延量が変化する。また、半導体光アンプ１６に供給する電流を制御することにより、光が半導体光アンプ１６を通過する際に生じる位相遅延量を調整できる。
【００４３】
波長λ2 の光が半導体光アンプ１６を通過する際に生じる位相遅延量Δφは、以下の式で表される。
Δφ∝（２πＬ／λ2 ）・（ｄｎ／ｄＮ）・(ｄＮ／ｄＰ)・ΔＰ
ここで、Ｌは、半導体光アンプ１６の活性層の光学長、ｎは、半導体光アンプ１６の活性層の実効屈折率、Ｎは、半導体光アンプ１６の活性層の電子密度、Ｐは半導体光アンプ１６への入力光パワーである。上記の式によれば、半導体光アンプ１６への入射光のパワーが変化するとＰが変化し、半導体光アンプ１６に供給する電流を変化させるとＮが変化することがわかる。したがって、波長λ2 の光が半導体光アンプ１６を通過する際に生じる位相遅延量Δφは、半導体光アンプ１６への入射光のパワー、および半導体光アンプ１６に供給する電流に従って変化することになる。
【００４４】
伝送信号に従って強度変調されたλ1 の信号光は、光ファイバ２１を介して入射される。ここでは、変調方式として、２値強度変調が採用されているものとする。この信号光は、ハーフミラー１５により半導体光アンプ１６に導かれる。従って、半導体光アンプ１６における遅延量は、この信号光の強度（２値変調なので、低レベル／高レベル）に従って変化することになる。
【００４５】
半導体光アンプ１６における遅延量は、例えば以下のようにして調整される。即ち、この信号光の入力レベルが「低レベル」であった場合に、偏光子１２から偏光子１７に至るＸ偏波光およびＹ偏波光の光路の差が波長λ2 の整数倍（０を含む）となるように調整する。換言すれば、この信号光の入力レベルが「低レベル」であった場合に、偏光子１７におけるＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが一致するように調整する。この調整は、たとえば、半導体光アンプ１６へ供給する電流を制御することで行う。
【００４６】
偏光子１７は、Ｘ偏波光とＹ偏波光とを合波する。偏光子１７により合波された光の状態は、Ｘ偏波光およびＹ偏波光の位相差に従って決まり、図３〜図５に示した通りである。ここで、半導体光アンプ１６における遅延量が上述のように調整されていると、偏光子１７の出力光は以下のようになる。すなわち、λ1 の信号光の入力レベルが「低レベル」であった場合には、図４(a) に示したようにＸ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが一致し、偏光子１７の出力光は、図４(b) に示したようにＸ軸に対して４５度旋回した偏波面を持つ偏光（λ2 の入射光と同じ偏光状態）となる。この場合、図６に示したＹ’軸方向の成分は０となる。一方、λ1 の信号光の入力レベルが「高レベル」であった場合には、Ｘ偏波光の位相とＹ偏波光の位相とが互いにずれ、偏光子１７の出力光は、図６のＹ’軸方向の成分が０でなくなる。
【００４７】
偏光子１８は、Ｘ軸に対して４５度旋回した方向（図６のＸ’軸）に振動する偏波光、及びその偏波光に直交する偏波光（図６のＹ’軸方向に電界が振動する偏波光）を出力する。従って、偏光子１８から出力される２つの偏波光のうち、Ｘ’軸方向に振動する偏波光の強度は、λ1 の信号光の入力が「高レベル」であった場合に最小となり、λ1 の信号光の入力が「高レベル」であった場合には、λ1 の信号光の入力が「低レベル」であった場合と比べて弱くなる。このＸ’軸方向に振動する光は、光ファイバ２２を介して送出される。このように、上記波長変換器は、強度変調されたλ1 の信号光を受光し、その信号光の変調状態に基づいて反転変調されたλ2 の光を出力する。
【００４８】
なお、偏光子１２、１７、１８は、例えば、複屈折性物質および／または多層膜偏光分離膜を用いることで実現可能である。また、図示はしていないが、半導体光アンプ１６と偏光子１７との間に波長λ2 のみを通過させる光フィルタを設ける。さらに、ハーフミラー１５の代わりに、光カプラを用いてもよい。また、特には説明しなかったが、この波長偏光器の入出力部および半導体光アンプ１６の入力側および出力側にレンズを設ける。
【００４９】
図９は、本発明の第２の実施例の構成図である。第２の実施例は、第１の実施例の構成と比べると、半導体光アンプ１６へのλ1 の信号光の入射方向が異なっている。すなわち、第１の実施例では、半導体光アンプ１６に対してλ1 の信号光およびλ2 の光が同じ方向から入射されているが、第２の実施例では、半導体光アンプ１６に対してλ1 の信号光およびλ2 の光が互いに反対の方向から入射されている。第２の実施例の構成では、半導体光アンプ１６と偏光子１７との間に波長λ2 のみを通過させる光フィルタを設る必要はない。
【００５０】
図１０は、本発明の第３の実施例の構成図である。第３の実施例は、第１の実施例の構成と比べると、偏光子１２と偏光子１７との間にＹ偏波光を増幅するための半導体光アンプ３１を設けた点が異なっている。このような構成とすることにより、λ2 の光の入力ダイナミックレンジが大きくなる。
【００５１】
図１１は、本発明の第４の実施例の構成図である。第４の実施例は、第２の実施例の構成と第３の実施例の構成との組合せである。
図１２は、本発明の第５の実施例の構成図である。第５の実施例では、波長変換器の小型化を計るために、変換先の波長の光（λ2 の光）を波長変換器内で反射させる構成を採用している。以下、その動作を説明する。
【００５２】
直線偏波であるλ2 の入射光は、偏光子４０を透過した後に偏光子１２によって互いに直交する２つの偏波光に分離される。なお、偏光子４０は、直線偏波であるλ2 の入射光をそのまま透過するような角度に設置されている。偏光子１２により生成されたＸ偏波光は、半導体光アンプ１６を通過した後に反射デバイス４２により反射されて偏光子１２に戻される。一方、偏光子１２により生成されたＹ偏波光は、反射デバイス４１および４３により偏光子１２に戻される。
【００５３】
λ1 の信号光は、ハーフミラー１５により半導体光アンプ１６に導かれる。半導体光アンプ１６における遅延量は、この信号光の強度に従って変化する。従って、Ｘ偏波光の位相は、λ1 の信号光の強度に従って変化することになる。
【００５４】
偏光子１２は、反射デバイス４２および４３により反射されて戻ってきたＸ偏波光およびＹ偏波光を合波する。ここで、Ｘ偏波光の位相は、λ1 の信号光の強度に依存している。従って、偏光子１２により合波されるλ2 の光の偏光状態もλ1 の信号光の強度依存している。偏光子１２により合波されたλ2 の光は、偏光子４０に導かれる。
【００５５】
偏光子４０は、偏光子１２により合波された光から互いに直交する偏波光を生成し、その一方を光ファイバ２２へ導く。ここで、偏光子１２により合波されたλ2 の光の偏光状態はλ1 の信号光の強度依存しているので、偏光子４０から光ファイバ２２へ送出される光の強度は、λ1 の信号光の変調状態に従って変調されている。このように、第５の実施例は、いわゆる反射型であるが、このような構成においても、波長を変換するための作用は、図１〜図７を参照しながら説明した手法と同じである。
【００５６】
図１３は、本発明の第６の実施例の構成図である。第６の実施例は、第５の実施例の構成と比べると、反射デバイス２１、４３間にＹ偏波光を増幅するための半導体光アンプ３１を設けた点が異なっている。このような構成とすることによる効果は、第３の実施例と同じであり、λ2 の光の入力ダイナミックレンジが大きくなる。
【００５７】
図１４は、本発明の第７の実施例の構成図である。第７の実施例では、λ2 の光の損失を抑えるために、λ2 の光路上にハーフミラーまたは光カプラを設けないようにした構成を採用している。
【００５８】
λ2 の入射光の光路については、基本的に第１の実施例の場合と同じである。すなわち、λ2 の入射光は、偏光子１２により互いに直交するＸ偏波光およびＹ偏波光に分離され、Ｘ偏波光は半導体光アンプ１６にを通過した後に偏光子１７に導かれ、Ｙ偏波光は編者デバイス１３、１４により偏光子１７に導かれる。ただし、第７の実施例では、Ｘ偏波光は、ハーフミラーを透過することなく偏光子１７に導かれる。
【００５９】
λ1 の信号光は、偏光子５１により互いに直交する偏波光に分離される。一方の偏波光は、反射デバイス５２により偏光子１７に導かれ、他方の偏波光は、反射デバイス５３および５５により偏光子１２に導かれる。偏光子１７に導かれる偏波光は、偏光子１７によって半導体光アンプ１６に導かれるような偏波面を持っているものとする。また、偏光子１２に導かれる偏波光が偏光子１２によって半導体光アンプ１６に導かれるように、反射デバイス５３、５５間に旋光子５４が設けられている。旋光子５４は、通過光の偏波面を９０度旋回させる。
【００６０】
このように、第７の実施例では、第１〜第６の実施例と異なり、ハーフミラー等を用いることなくλ1 の信号光を半導体光アンプ１６に導く。このため、λ2 の光はハーフミラー等を透過することなく偏光子１７に導かれるので、その損失を小さくすることができる。
【００６１】
図１５は、本発明の第８の実施例の構成図である。第８の実施例は、第７の実施例の構成と比べると、反射デバイス１３、１４間にＹ偏波光を増幅するための半導体光アンプ３１を設けた点が異なっている。
【００６２】
図１６は、本発明の第９の実施例の構成図である。第９の実施例は、図１３に示した第６の実施例の構成をベースとし、λ1 の信号光の入射方法を変えたものである。第９の実施例では、反射デバイス４２および４３の代わりにハーフミラー６１および６２を使用する。そして、λ1 の信号光は、そのハーフミラー６１を通過して半導体光アンプ１６に入射される。
【００６３】
図１７は、本発明の第１０の実施例の構成図である。第１０の実施例は、図１６に示した第９の実施例の変形例である。第１０の実施例では、偏光子１２によって生成されたＸ偏波光およびＹ偏波光をそれぞれ半導体光アンプ１６および３１に直接入射する。また、第９の実施例で使用しているハーフミラー６１および６２を１つのハーフミラー（ハーフミラー６３）で代用する。尚、複屈折物質等の偏光子１２は、上記構成を満足するようにその設置角度が工夫されている。
【００６４】
図１８は、本発明の第１１の実施例の構成図である。第１１の実施例は、図１３に示した第６の実施例の変形例である。第１１の実施例では、λ2 の入射光から分離された一方の偏波光を半導体光アンプに導くための反射デバイスとして反射率が１よりも小さいものを用い、その反射デバイスを利用してλ1 の信号光を半導体光アンプに導く。すなわち、λ2 の入射光は、偏光子１２により互いに直交する偏波光に分離され、その一方はそのまま半導体光アンプ１６に導かれ、他方はハーフミラー７１により半導体光アンプ３１に導かれる。λ1 の信号光は、ハーフミラー７１を透過してその一部が半導体光アンプ３１に導かれる。
【００６５】
上記構成では、偏光子１２により生成された２つの偏波光のうち、半導体光アンプ３１に導かれる偏波光の位相がλ1 の信号光の強度に従って調整されることになるが、それら２つの偏波光を合波した後に偏光子４０を用いて所定の偏波面の成分を分離して出力する方法は他の実施例における手法と同じである。
【００６６】
図１９は、本発明の第１２の実施例の構成図である。第１２の実施例は、基本的には図１７に示した第１０の実施例と同じである。第１０および第１２の実施例とでは、レンズを設ける位置などが互いに異なっている。
【００６７】
図２０および図２１は、それぞれ本発明の第１３および第１４の実施例の構成図である。第１３および第１４の実施例は、図８に示した第１の実施例をベースとし、λ1 の信号光の入射方法として図１８に示す第１１の実施例の手法を採用した構成である。すなわち、λ1 の信号光は、ハーフミラー７１により半導体光アンプ３１に導かれる。第１３の実施例と第１４の実施例とでは、λ1 の信号光の入射方向が異なる。
【００６８】
図２２および図２３は、それぞれ本発明の第１５および第１６の実施例の構成図である。第１５および第１６の実施例は、それぞれ図１０および図１１に示した第３および第４実施例をベースとし、偏光子１２の前段に偏光子４０を設けた構成である。偏光子４０は、λ2 の入射光を直線偏波に近づける。こうすると、そのλ2 の光を強度変調した場合の消光比（光の強度が強いときと弱いときとの差）が改善する。なお、λ2 の入射光として直線偏波以外の時間的に安定した偏波状態の光を入射させ、偏光子４０を用いてその入射光から直線偏波を生成することも可能である。
【００６９】
図２４は、本発明の第１７の実施例の構成図である。第１７の実施例は、図１５に示した第８の実施例をベースとし、偏光子１２の前段に偏光子４０を設けた構成である。偏光子４０を設けることによる効果は、第１５または第１６の実施例と同じである。
【００７０】
図２５および図２６は、それぞれ本発明の第１８および第１９の実施例の構成図である。第１８および第１９の実施例は、それぞれ図１０に示した第３の実施例をベースとする。第１８の実施例は、λ2 の入射光を互いに直交する偏波光に分離するための偏光子１２を利用してλ1 の信号光を半導体光アンプ１６に導く構成であり、第１９の実施例は、互いに直交するλ2 の偏波光を合波するための偏光子１７を利用してλ1 の信号光を半導体光アンプ１６に導く構成である。
【００７１】
図２５に示す第１８の実施例において、λ1 の信号光を偏光子１２に入射すると、その信号光は常光線と異常光線とに分離される。第１８の実施例では、この常光線または異常光線のうちの一方が半導体光アンプ１６に導かれるように入射角などが設定される。第１９の実施例においても同様である。
【００７２】
図２７は、本発明の第２０の実施例の構成図である。第２０の実施例は、図１５に示した第８の実施例をベースとし、λ1 の信号光を半導体光アンプ１６に導く方法として第１８の実施例の手法を採用した構成である。
【００７３】
図２８〜図３０は、本発明の第２１〜２３の実施例の構成図である。第２１〜２３の実施例は、図１４に示した第７の実施例の構成において、半導体光アンプ１６と偏光子１７との間にファラデー回転子８１および旋光子８２を設けた構成である。ファラデー回転子８１および旋光子８２は、それぞれ４５度の回転角を持つ。そして、ファラデー回転子８１および旋光子８２は、光を半導体光アンプ１６から偏光子１７へ伝送させるときに、その光がファラデー回転子８１および旋光子８２により互いに反対方向に回転されるように配置される。
【００７４】
このような構成とすれば、光が半導体光アンプ１６から偏光子１７へ伝送される際には、その光の偏光状態は、ファラデー回転子８１および旋光子８２を通過することによって変化しない。したがって、λ2 の入射光を互いに直交する偏波光に分離することによって得られたＸ偏波光は、半導体光アンプ１６から出力された偏光状態のまま偏光子１７に入射されることになる。一方、光が偏光子１７から半導体光アンプ１６へ伝送される際には、その光は、旋光子８２を通過することによって４５度旋回させられた後に、ファラデー回転子８１を通過することによってさらに同じ方向に４５度回転させられる。すなわち、光が偏光子１７から半導体光アンプ１６へ伝送される際には、その光の偏光状態は、９０度回転させられることになる。したがって、λ1 の信号光は、偏光子１７から半導体光アンプ１６へ導かれる際に旋光子８２およびファラデー回転子８１により９０度旋回させられる。
【００７５】
上記第２１〜第２３の実施例では、λ1 の信号光は、半導体光アンプ１６の両端から入射される。ところが、偏光子１７から半導体光アンプ１６へ入射される信号光は、旋光子８２およびファラデー回転子８１により９０度旋回させられている。したがって、半導体光アンプ１６の両端から入射される信号光は互いに直交し、半導体光アンプ１６内においてそれら２つの信号光どうしの干渉は極めて小さくなる。このように半導体光アンプ１６における干渉が小さくなると、波長変換器の動作が安定する。
【００７６】
なお、第２２の実施例は、第２１の実施例の構成に対してＹ偏波光を増幅するための半導体光アンプ３１を設けた構成である。また、第２３の実施例は、第２２の実施例の構成に対してλ2 の入射光の偏光度を改善するための偏光子４０を設けた構成である。
【００７７】
図３１は、本発明の第２４の実施例の構成図である。第２４の実施例は、図１３に示した第６に実施例の反射型構成をベースとし、λ1 の信号光の入射方法として、その信号光を互いに直交する２つの偏波光に分離した後にそれらを半導体光アンプ３１に導く手法を採用している。
【００７８】
λ2 の入射光は、偏光子１２により互いに直交するＸ偏波光およびＹ偏波光とに分離される。Ｘ偏波光は、ファラデー回転子９１、半導体光アンプ１６、ファラデー回転子９６、旋光子９７を通過した後に偏光子９８に入射される。偏光子９８の出力光は、その偏光子９８の背面に設けられた反射デバイス９９により反射され、偏光子１２から反射デバイス９９に至る経路を反対方向に伝搬されて偏光子１２に戻る。一方、Ｙ偏波光は、半導体光アンプ３１により増幅されながら反射デバイス４３により偏光子１２に導かれる。
【００７９】
λ1 の信号光は、偏光子５１によって互いに直交する２つの偏波光に分離される。一方の偏波光は、反射デバイス９０により反射された後、偏光子１２およびファラデー回転子９１を通過した後に半導体光アンプ１６に入射される。他方の偏波光は、ファラデー回転子９３、偏光子９８、旋回子９７、およびファラデー回転子９６を通過した後に半導体光アンプ１６に入射される。
【００８０】
なお、ファラデー回転子９１、９３、および９６は、それぞれ通過光の偏波面を反時計回りに４５度回転させる。旋回子９７は、光がファラデー回転子９６から偏光子９８へ向かう方向に旋回子９７を通過する場合には、その光の偏波面を反時計回りに４５度回転させ、光が偏光子９６からファラデー回転子９６へ向かう方向に旋回子９７を通過する場合には、その光の偏波面を時計回りに４５度回転させる。また、ファラデー回転子９３の代わりに、通過光を４５度回転させる旋光子を用いてもよい。
【００８１】
図３２は、上記第２４に実施例の構成におけるλ1 の信号光の偏波状態を説明する図である。λ1 の信号光は、偏光子５１により互いに直交する２つの偏波光に分離される。これらの偏波光をＸ偏波光およびＹ偏波光と呼ぶことにする。Ｘ偏波光は、ファラデー回転子９３、旋光子９７、ファラデー回転子９６により、それぞれその偏波面が＋４５度、−４５度、＋４５度回転させられて半導体光アンプ１６に入射される。ここでは、「反時計回り」の回転方向を正の方向としている。一方、Ｙ偏波光は、ファラデー回転子９１によりその偏波面が＋４５度回転させられて半導体光アンプ１６に入射される。したがって、λ1 の信号光は、２つの偏波光に分離された後、互いに直交した状態で半導体光アンプ１６に入射される。
【００８２】
図３３は、上記第２４に実施例の構成におけるλ2 の入射光の偏波状態を説明する図である。λ2 の入射光は、偏光子１２によりＸ偏波光およびＹ偏波光に分離される。Ｘ偏波光は、まず、ファラデー回転子９１、ファラデー回転子９６、旋光子９７により、それぞれその偏波面が＋４５度、＋４５度、＋４５度回転させられて反射デバイス９９に到達する。そして、反射デバイス９９により反射されたＸ偏波光は、旋光子９７、ファラデー回転子９６、ファラデー回転子９１により、それぞれその偏波面が−４５度、＋４５度、＋４５度回転させられて偏光子１２に戻る。従って、Ｘ偏波光は、反射デバイス９９により反射された後、ｘ方向に偏光した状態で偏光子１２に入射される。一方、Ｙ偏波光は、その偏波面が回転することなく反射デバイス４３により反射されて偏光子１２に戻る。従って、Ｙ偏波光は、反射デバイス４３により反射された後、ｙ方向に偏光した状態で偏光子１２に入射される。
【００８３】
図３４〜図３８は、それぞれ本発明の第２５〜２９の実施例の構成図である。第２５〜２９の実施例は、それぞれ図９に示した第２の実施例、図１１に示した第４の実施例、図２３に示した第１６の実施例、図２１に示した第１４の実施例および図２６に示した第１９の実施例をベースとし、Ｘ偏波光の光路長とＹ偏波光の光路長とを互いに一致させた構成である。
【００８４】
図９に示した第２の実施例と図３４に示す第２５の実施例とを比較してその改良点を説明する。第２の実施例では、偏光子１２から偏光子１７に至るＸ偏波光の光路長よりもＹ偏波光の光路長の方が長くなってしまう。これに対して、第２５の実施例では、反射デバイス（ミラー）、偏光子１７、および偏光子１８の配置を変えることにより、偏光子１２から偏光子１７に至るＸ偏波光の光路長とＹ偏波光の光路長とを互いに一致させている。この構成は、第２６〜２９の実施例においても同じである。
【００８５】
このように、偏光子１２から偏光子１７に至る２つの光路長を互いに一致またはほぼ一致させた構成では、温度変化に対する波長変動を小さくする（或いは、実質的に０にする）ことができる。
【００８６】
ところで、上記各実施例において、波長変換器の動作を入力波長の変動に対して安定させるためには、その波長変換器内の光路が短いことが望ましい。特に、偏光子１２により得られる互いに直交する偏波光の光路を短くすることが望ましい。このため、上記各実施例の各光学素子（半導体光アンプを含む）は、シリコンなどを基板として用いた導波路上に集積化される場合もある。
【００８７】
図３９は、波長変換器の実装方法を説明する図である。本実施形態の波長変換器には、上述したように、３本の光ファイバ１１、２１、２２が接続される。これらの光ファイバは、例えば、１本の光ファイバケーブル（光ファイバアレイ）の中に束ねられる。また、上記各実施例の波長変換器は、塵、ほこり、水などから光学素子や回路などを保護するためのパッケージ内に設けられる。
【００８８】
このパッケージには、光ファイバ１１、２１および２２を波長変換器本体部に接続するための開口部を有する。これらの開口部は、一カ所にまとめて設けられる。たとえば、このパッケージを直方体とすると、その直方体を構成する６つの面の中の所定の１つの面にそれらの開口部をまとめて設ける。そして、この開口部を通してピグティル光ファイバアレイを接続する。また、各開口部に光コネクタを設ける構成とすれば、このパッケージは、光ケーブルから容易に脱着可能となる。さらに、これらの開口部は、特に、３本の光ファイバ１１、２１、２２が１本の光ファイバケーブルの中に束ねられる場合に、その接続が容易なように、同じ方向に向けられている。
【００８９】
図４０(a) は、本発明の効果を示す図である。ここでは、変換元の光（λ1 の光）の利用効率に対する変換先の光（λ2 の光）の波長変換器の透過率を従来の構成と比較して表す。従来の波長変換器としては、図４０(b) に示す構成（図４２(a) に示した構成）を採り上げている。なお、各光ファイバの端部における結合損失、導波路（半導体光アンプ）における損失、および各偏光子における損失は無視している。
【００９０】
図４０(b) に示す従来の波長変換器では、λ2 の入射光を２つの光に分岐し、その一方の分岐光をλ1 の信号光に従って変化させる点では本発明の構成と同じである。ところが、従来の波長変換器では、λ2 の入射光を単に２つに分岐するので、それらを再び結合する際に光カプラなどを用いる必要がある。このため、従来の波長変換器では、変換先の波長の光の透過率が低かった。
【００９１】
これに対し、本発明は、λ2 の入射光を偏光子などを用いて互いに直交する２つの偏波光に分離し、その一方の偏波光をλ1 の信号光に従って変化させる構成である。したがって、それらの２つの偏波光を合波するための光学素子として損失が極めて少ない偏光子などを用いることができる。この結果、本発明の波長変換器では、従来の構成と比べて変換先の波長の光の透過率が高くなる。
【００９２】
なお、図４０(a) において、「基本型」とは、例えば、図８〜１３に示す構成である。また、「低損失型」は、例えば、図１４、図１５、図２４〜図３１に示す構成である。低損失型では、λ1 の信号光を偏光子などを用いて半導体光アンプに導入する構成なので、λ1 の利用効率とは無関係にλ2 の光の透過率を常に１にできる。
【００９３】
【発明の効果】
変換先の波長の光を互いに直交する偏波光に分離し、そのうちの一方の偏波光を信号光の変調状態に従って変化させた後にそれら２つの偏波光を合波してその合波光の一部として波長変換がなされた信号光を出力する構成なので、合波する際の変換先の波長の光の損失が低下し、変換効率が向上する。
【００９４】
変換先の波長の光を損失の大きい素子を通過させない構成を導入することにより、さらに変換効率が向上する。また、このことにより、信号光の利用効率も向上する。さらに、偏光子を用いて変換元の波長の光を導入する構成としたことも変換効率の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】  (a) は、導波路に入射される信号光を模式的に示す図、(b) は、偏光子の入出力を模式的に示す図である。
【図３】  (a) は、互いに直交する偏波光の位相（位相差が任意）を示す図であり、(b) は、合波デバイスの出力を示す図である。
【図４】  (a) は、互いに直交する偏波光の位相（位相差０）を示す図であり、(b) は、合波デバイスの出力を示す図である。
【図５】  (a) は、互いに直交する偏波光の位相（位相差π）を示す図であり、(b) は、合波デバイスの出力を示す図である。
【図６】波長変換器の出力を説明する図である。
【図７】本発明の原理を補足的に説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施例の構成図である。
【図９】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施例の構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施例の構成図である。
【図１２】本発明の第５の実施例の構成図である。
【図１３】本発明の第６の実施例の構成図である。
【図１４】本発明の第７の実施例の構成図である。
【図１５】本発明の第８の実施例の構成図である。
【図１６】本発明の第９の実施例の構成図である。
【図１７】本発明の第１０の実施例の構成図である。
【図１８】本発明の第１１の実施例の構成図である。
【図１９】本発明の第１２の実施例の構成図である。
【図２０】本発明の第１３の実施例の構成図である。
【図２１】本発明の第１４の実施例の構成図である。
【図２２】本発明の第１５の実施例の構成図である。
【図２３】本発明の第１６の実施例の構成図である。
【図２４】本発明の第１７の実施例の構成図である。
【図２５】本発明の第１８の実施例の構成図である。
【図２６】本発明の第１９の実施例の構成図である。
【図２７】本発明の第２０の実施例の構成図である。
【図２８】本発明の第２１の実施例の構成図である。
【図２９】本発明の第２２の実施例の構成図である。
【図３０】本発明の第２３の実施例の構成図である。
【図３１】本発明の第２４の実施例の構成図である。
【図３２】第２４に実施例におけるλ1 の信号光の偏波状態を説明する図である。
【図３３】第２４に実施例におけるλ2 の入射光の偏波状態を説明する図である。
【図３４】本発明の第２５の実施例の構成図である。
【図３５】本発明の第２６の実施例の構成図である。
【図３６】本発明の第２７の実施例の構成図である。
【図３７】本発明の第２８の実施例の構成図である。
【図３８】本発明の第２９の実施例の構成図である。
【図３９】波長変換器の実装方法を説明する図である。
【図４０】  (a) は、本発明の効果を示す図であり、(b) は、同図(a) において本発明と比較される従来の波長変換器の構成を示す図である。
【図４１】既存の波長変換器の例を示す図（その１）である。
【図４２】既存の波長変換器の例を示す図（その２）である。
【図４３】既存の波長変換器の例を示す図（その３）である。
【符号の説明】
１          偏光子
２          導波路
３          合波デバイス
４          偏光子
１２、１７、１８、４０  偏光子
１６、３１  半導体光アンプ
【図１】
0003952227.tif 000004
【図２】
0003952227.tif 000005
【図３】
0003952227.tif 000006
【図４】
0003952227.tif 000007
【図５】
0003952227.tif 000008
【図６】
0003952227.tif 000009
【図７】
0003952227.tif 000010
【図８】
0003952227.tif 000011
【図９】
0003952227.tif 000012
【図１０】
0003952227.tif 000013
【図１１】
0003952227.tif 000014
【図１２】
0003952227.tif 000015
【図１３】
0003952227.tif 000016
【図１４】
0003952227.tif 000017
【図１５】
0003952227.tif 000018
【図１６】
0003952227.tif 000019
【図１７】
0003952227.tif 000020
【図１８】
0003952227.tif 000021
【図１９】
0003952227.tif 000022
【図２０】
0003952227.tif 000023
【図２１】
0003952227.tif 000024
【図２２】
0003952227.tif 000025
【図２３】
0003952227.tif 000026
【図２４】
0003952227.tif 000027
【図２５】
0003952227.tif 000028
【図２６】
0003952227.tif 000029
【図２７】
0003952227.tif 000030
【図２８】
0003952227.tif 000031
【図２９】
0003952227.tif 000032
【図３０】
0003952227.tif 000033
【図３１】
0003952227.tif 000034
【図３２】
0003952227.tif 000035
【図３３】
0003952227.tif 000036
【図３４】
0003952227.tif 000037
【図３５】
0003952227.tif 000038
【図３６】
0003952227.tif 000039
【図３７】
0003952227.tif 000040
【図３８】
0003952227.tif 000041
【図３９】
0003952227.tif 000042
【図４０】
0003952227.tif 000043
【図４１】
0003952227.tif 000044
【図４２】
0003952227.tif 000045
【図４３】
0003952227.tif 000046