(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換のための方法であって、
希土類化合物がドープされ、一部または全部にグレーティングが形成された光導波構造に光信号を入力するステップと、
前記光導波構造をポンピングし、前記光導波構造が利得帯域を提供するよう前記光導波構造にポンピング光を入力するステップとを備え、
前記グレーティングは、前記ポンピング光により前記光導波構造に生じた自然放出光の前記グレーティング内における発振により生じたポンプ光と、前記光信号による四光波混合により、前記光信号の波長と異なる波長を有する変換光信号が生成される構造であり、
前記グレーティングは前記光導波構造に複数形成され、
前記複数形成されたグレーティングは、それぞれ発振波長が異なることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記光導波構造で変換光信号を取り出すステップを備えた方法。
【請求項３】
希土類化合物がドープされ、一部または全部にグレーティングが形成され光信号が入力される光導波構造と、
前記光導波構造をポンピングし、前記光導波構造が利得帯域を提供するよう前記光導波構造にポンピング光を入力する第１の手段とを備え、
前記グレーティングは、前記ポンピング光により前記光導波構造に生じた自然放出光の前記グレーティング内における発振により生じたポンプ光と、前記光信号による四光波混合により、前記光信号の波長と異なる波長を有する変換光信号が生成される構造であり、
前記グレーティングは前記光導波構造に複数形成され、
前記複数形成されたグレーティングは、それぞれ発振波長が異なることを特徴とする光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光装置であって、
前記光導波構造はフッ化物ファイバであり、前記希土類化合物の濃度は５０，０００ｐｐｍ以上である光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長変換のための方法及び装置に関する。
光ファイバによる伝送容量を増大させるための技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）がある。ＷＤＭが適用されるシステムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより波長分割多重され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路へ送出される。受信側では、受けたＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって個々の光信号に分離され、各光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤＭを適用することによって、多重数に応じて１本の光ファイバによる伝送容量を増大させることができる。
【０００２】
このように、ＷＤＭ伝送システムは、伝送容量を飛躍的に増大させることができる通信システムとして、開発及び実用化が進められている。しかし、２つのノード間のトラヒックは、ノード間に大容量伝送路を導入して見合うほど十分にある場合は少ない。従って、大容量の伝送システムを効率的に使用するためには、その大容量伝送路にできるだけ低コストでアクセスする機能及び編集する機能が必要となる。
【０００３】
ＷＤＭを適用することにより、単に伝送容量を増大させるだけでなく、各ノードにおいて波長による識別及びルーチングを行うことで、各ノードにおいてアクセスする機能及び編集する機能を容易に実現することができる。こうしたことから、ＷＤＭと波長ルーチングとを組み合わせた光波ネットワークは、次期幹線系の主力システムと位置付けられている。波長変換のための方法及び装置は、こういった光波ネットワークを実現する上でのキーテクノロジーとなる。
【０００４】
【従来の技術】
従来知られているのは、四光波混合（ＦＷＭ）を利用した波長変換のための方法である。ＦＷＭは光の３次の非線形現象である。光が光学媒質に入射すると、その光は、入射電界Ｅによって誘起される光学媒質中の分極密度Ｐとの相互関係に従って伝搬する。一般に、電界Ｅと分極密度Ｐの関係は次式で表される。
【０００５】
Ｐ＝ε0 χＥ＋２ｄＥ2 ＋４χ(3) Ｅ3 ＋  ……
第１項は線形性を示す項であり、比較的弱い電場のもとでは分極密度は電場に比例することを示している。電場（光のパワー）が強くなれば、第２項以降を無視することができなくなり、ほとんどの光学媒質は非線形応答を示すようになる。第２項は２次の非線形効果を示す項であり、石英（ＳｉＯ2 ）のように等方的媒質であればこれを無視することができる。
【０００６】
３次の非線形効果を示す媒質に周波数がω1 、ω2 、ω3 の３つの光を入射すると、
Ｅ（ω）＝Ｅ1exp（ｉω1 ｔ）＋Ｅ2exp（ｉω2 ｔ）＋Ｅ3exp（ｉω3 ｔ）
で表され、３次の非線形分極密度  ｐ＝４χ(3) Ｅ3 は、（ω1 ＋ω2 ＋ω3 ）及び（ω1 ＋ω2 −ω3 ）という新しい周波数を含むことになる。この光の周波数をω4 とすると、
ω4 ＝ω1 ＋ω2 ＋ω3 
ω4 ＝ω1 ＋ω2 −ω3 
が成り立つところに新しい光が生じる。波長変換は以上のような原理で行われている。
【０００７】
図１の（Ａ）及び（Ｂ）は波長変換のための従来の２つの方法を説明するための図である。
第１の方法は非線形光学媒質として図１の（Ａ）に示されるような半導体光増幅器２を用いる方法である。半導体光増幅器２は光を導波するための活性層４を有している。
【０００８】
周波数ωS の信号光と周波数ωP のポンプ光とが半導体光増幅器２に入力すると、信号光及びポンプ光の他に、周波数（２ωP −ωS ）の位相共役光が半導体光増幅器２から出力される。このように信号光から位相共役光への波長変換がなされており、信号光及び／又はポンプ光について変調が行われている場合には、その変調は位相共役光にも反映される。
【０００９】
第２の方法は図１の（Ｂ）に示されるようなＤＦＢレーザ６を用いる方法である。ＤＦＢレーザ６は、光を導波するための活性層８と、活性層８に沿って形成される波状の回折格子１０とを有している。回折格子１０は屈折率分布によって提供され得る。
【００１０】
ＤＦＢレーザ６においては、発振によりポンプ光が発生しているので、信号光をＤＦＢレーザ６に入力するだけで位相共役光が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１の（Ａ）及び（Ｂ）により説明した従来の波長変換のための方法では、波長変換における変換効率が低いという問題があった。
【００１２】
また、半導体光増幅器２及びＤＦＢレーザ６の各々を光ファイバと光学的に接続するためにはレンズ等を用いた高精度な位置調整が必要であり、接続損失を小さく抑えた上での光ファイバとの接続が容易でないという問題があった。
【００１３】
更に、特に図１の（Ａ）に示される半導体光増幅器２を用いた波長変換のための方法では、信号光から位相共役光に波長変換するためにポンプ光を出力する光源が必要になり、装置構成が複雑になるという問題もあった。
【００１４】
よって、本発明の目的は、変換効率の高い波長変換のための方法又は装置を提供することである。
本発明の他の目的は、光ファイバとの接続が容易な波長変換のための装置を提供することである。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、構成が簡単な波長変換のための装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、波長変換のための方法であって、波長変換のための方法であって、希土類化合物がドープされ、一部または全部にグレーティングが形成された光導波構造に光信号を入力するステップと、前記光導波構造をポンピングし、前記光導波構造が利得帯域を提供するよう前記光導波構造にポンピング光を入力するステップとを備え、前記グレーティングは、前記ポンピング光により前記光導波構造に生じた自然放出光の前記グレーティング内における発振により生じたポンプ光と、前記光信号による四光波混合により、前記光信号の波長と異なる波長を有する変換光信号が生成される構造であり、前記グレーティングは前記光導波構造に複数形成され、前記複数形成されたグレーティングは、それぞれ発振波長が異なることを特徴とする方法が提供される。
【００１７】
この方法では、例えば、光信号及び少なくとも１つのポンプ光ビームの各々が、光導波構造によって提供される利得帯域に含まれる波長を有している場合に、光信号及び少なくとも１つのポンプ光ビームのパワーが高まり、非線形効果が効率的に生じやすくなるので、光信号から変換光信号への波長変換における変換効率が高まる。
【００１９】
特に、ファイバグレーティングのグレーティングピッチを変化させる手段を付加的に用いることによって、ファイバグレーティングにおける発振により得られるポンプ光ビームの波長を変化させることができるので、光信号の波長とポンプ光ビームの波長との関係によって決定される変換光信号の波長を調節し得るようになる。ファイバグレーティングのグレーティングピッチは、例えば、ファイバグレーティングの温度を変化させることによって変化させることができる。
【００２０】
本発明の他の側面によると、希土類化合物がドープされ、一部または全部にグレーティングが形成され光信号が入力される光導波構造と、前記光導波構造をポンピングし、前記光導波構造が利得帯域を提供するよう前記光導波構造にポンピング光を入力する第１の手段とを備え、前記グレーティングは、前記ポンピング光により前記光導波構造に生じた自然放出光の前記グレーティング内における発振により生じたポンプ光と、前記光信号による四光波混合により、前記光信号の波長と異なる波長を有する変換光信号が生成される構造であり、前記グレーティングは前記光導波構造に複数形成され、前記複数形成されたグレーティングは、それぞれ発振波長が異なることを特徴とする光装置が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
まず、図２及び図３により、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）における四光波混合（ＦＷＭ）の発生を確認した実験について説明する。図２は用いられた実験系を示すブロック図、図３はＦＷＭにより生じた光のスペクトルを示す図である。
【００２２】
８台のレーザダイオードにより双方向ポンピングされているＥＤＦの一端に波長分割多重光（ＷＤＭ光）が供給され、ＥＤＦの他端から出力された光がスペクトルアナライザに供給された。
【００２３】
ＷＤＭ光は、１６台のレーザダイオードから出力された光信号を各々アッテネータ（ＡＴＴ）によりパワー調節した後、アレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ）により合波することによって得られた。光信号の波長λ1 ，…，λ16は波長軸上で実質的に等間隔に設定され、具体的には、１５３５．８ｎｍ，１５３７．４ｎｍ，１５３８．９ｎｍ，…，１５６０．１ｎｍであった。
【００２４】
フォワードポンピング用及びバックワードポンピング用の各々４台のレーザダイオードは、１４６０ｎｍ帯の２台のレーザダイオードと、１４９０ｎｍ帯の２台のレーザダイオードとによって提供された。
【００２５】
図３において、ＡＳＥで示されているのは、増幅された自然放出光（ＡＳＥ）のなだらかなスペクトルであり、１５３３ｎｍ付近及び１５５８ｎｍ付近に２つのピークを有している。
【００２６】
このＡＳＥスペクトルに符号ＷＤＭで示されるように１６チャネルのＷＤＭ光の鋭いスペクトルが重畳されている。
また、ＦＷＭで示されているのは、１５３５ｎｍ付近に生じた小さなスペクトルであり、これがＥＤＦにおけるＦＷＭによって生じたものである。
【００２７】
図４は本発明による波長変換のための方法の第１実施形態を説明するための図である。ここでは、希土類化合物がドープされた光導波構造は、第１端１２Ａ及び第２端１２Ｂを有するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）１２によって提供されている。
【００２８】
ＥＤＦ１２は、ＥＤＦ１２が利得帯域を提供するようにポンピングされる。ＥＤＦ１２のポンピングは、例えば、０．９８μｍ帯（０．９６−１．００μｍ）あるいは１．４８μｍ帯（１．４６−１．５０μｍ）のポンピングのための光を第１端１２Ａ及び第２端１２Ｂの少なくともいずれか一方からＥＤＦ１２に供給することによって行うことができる。
【００２９】
以下、このポンピングのための光をＦＷＭのためのポンプ光ビームと区別するために「ポンピング光」と称する。
ＥＤＦ１２は、例えば、シングルモードシリカファイバのコアにエルビウム化合物をドープすることにより製造することができる。
【００３０】
ポンピング光の波長を０．９８μｍ帯及び／又は１．４８μｍ帯に設定することによって、１．５５μｍを含む利得帯域が得られる。１．５５μｍ帯におけるシリカファイバの損失は小さいので、この利得帯域はシリカファイバを光ファイバ伝送路として用いる場合に適している。
【００３１】
ＥＤＦ１２には、第１端１２Ａから、波長λ（ω1 ）の光信号と、波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームと、波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームとが入力される。
【００３２】
λ（ω）という標記は、周波数（角周波数）ωに対応する波長を表すものとして用いられている。
ＥＤＦ１２内における光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームに基づくＦＷＭにより、変換光信号が発生する。変換光信号の波長はλ（ω1 ＋ω2 −ω3 ）又はλ（ω1 ＋ω2 ＋ω3 ）である。
【００３３】
尚、ω1 ＝ω2 である場合には、変換光信号の波長はλ（２ω1 −ω3 ）又はλ（２ω1 ＋ω3 ）である。また、ω1 ＝ω2 ＝ω3 である場合には、変換光信号の波長はλ（３ω1 ）である。
【００３４】
光信号は伝送信号により変調されていてもよい。この場合、ＦＷＭによる波長変換の原理上、変換光信号も伝送信号により変調されているので、本発明方法を適用することにより波長ルーチングが可能になる。
【００３５】
本発明は、光信号の波長と変換光信号の波長とが異なることのみによって限定される。従って、各ポンプ光ビームの波長は任意である。
望ましくは、光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームの各々は、ＥＤＦ１２によって提供される利得帯域に含まれる波長を有している。この場合、ＥＤＦ１２に入力した光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームはＥＤＦ１２内で増幅されるので、前述した分極密度Ｐにおける電界Ｅに関する３次の項を相対的に大きくすることができるので、ＦＷＭが効果的に発生し、光信号から変換光信号への変換効率を高めることができる。
【００３６】
ポンピング光はＥＤＦ１２にその第１端１２Ａから供給してもよいし、第２端１２Ｂから供給してもよいし、あるいは第１端１２Ａ及び第２端１２Ｂの双方から供給してもよい。ポンピング光が第１端１２ＡからＥＤＦ１２に供給される場合には、ＥＤＦ１２内におけるポンピング光と光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームとが同じ向きに伝搬するのでフォワードポンピングとなり、ポンピング光が第２端１２ＢからＥＤＦ１２に供給される場合には、ポンピング光と光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームとが逆向きに伝搬するのでバックワードポンピングとなり、ポンピング光が第１端１２Ａ及び第２端１２Ｂの両方からＥＤＦ１２に供給される場合には双方向ポンピングとなる。
【００３７】
ＥＤＦ１２は偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）により提供されてもよい。この場合ＥＤＦ１２内において光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームの偏波面を実質的に平行にする（一致させる）ことができるので、ＦＷＭを効果的に発生させ、光信号から変換光信号への変換効率を更に高めることができる。
【００３８】
図５は本発明による波長変換のための方法の第２実施形態を説明するための図である。ここでは、ＥＤＦ１２の一部又は全部にファイバグレーティングＦＧが形成されている。ＦＧが形成されているＥＤＦ１２がポンピングされると、ファイバグレーティングＦＧにおいてそのグレーティングピッチにより決定される波長でレーザ発振が生じ、それにより得られた光が第２のポンプ光ビームとして用いられている。即ち、ＥＤＦ１２において生じたＡＳＥのうち波長λ（ω3 ）の成分の強度がレーザ発振により著しく高くなり、波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームが得られるものである。
【００３９】
この実施形態では、波長λ（ω1 ）の光信号と波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームとが第１端１２ＡからＥＤＦ１２に供給され、第２のポンプ光ビームは第１端１２ＡからはＥＤＦ１２には供給されない。にもかかわらず、ファイバグレーティングＦＧにおけるレーザ発振により第２のポンプ光ビームが得られるので、ＥＤＦ１２内においては、光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームに基づきＦＷＭが発生し、光信号は変換光信号に変換される。変換光信号の波長は、第１実施形態におけるのと同様に、λ（ω1 ＋ω2 −ω3 ）又はλ（ω1 ＋ω2 ＋ω3 ）である。特に、ω1 ＝ω2 である場合には、変換光信号の波長は、λ（２ω1 −ω3 ）又はλ（２ω1 ＋ω3 ）である。
【００４０】
このように、第２実施形態では、ＥＤＦ１２に外部から第２のポンプ光ビームを供給する必要がないので、この方法の実施に使用する装置の構成を簡単にすることができる。
【００４１】
図６は本発明による波長変換のための方法の第３実施形態を説明するための図である。ここでは、ＥＤＦ１２に２つのファイバグレーティングＦＧ（＃１及び＃２）が形成されている。ファイバグレーティングＦＧ（＃１）におけるレーザ発振により波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームが得られ、ファイバグレーティングＦＧ（＃２）におけるレーザ発振により波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームが得られている。
【００４２】
従って、波長λ（ω1 ）の光信号だけをＥＤＦ１２にその第１端１２Ａから供給することによってＦＷＭが発生し、光信号は変換光信号に変換される。変換光信号の波長はλ（ω1 ＋ω2 −ω3 ）又はλ（ω1 ＋ω2 ＋ω3 ）である。
【００４３】
このように、第３実施形態によると、第１及び第２のポンプ光ビームを外部からＥＤＦ１２に供給する必要がないので、この方法の実施に使用する装置の構成を簡単にすることができる。
【００４４】
図７は本発明による波長変換のための装置の第１実施形態を示すブロック図である。この装置は例えば図４により説明した方法を実施するために使用することができる。
【００４５】
ＥＤＦ１２の第１端１２Ａは光アイソレータ１４の出力ポートに光学的に接続され、光アイソレータ１４の入力ポートは光マルチプレクサ１６に光学的に接続されている。
【００４６】
光マルチプレクサ１６は、第１及び第２のポンプ光ビームをそれぞれ出力するレーザダイオード１８及び２０に接続されるＷＤＭカプラ２２と、ＷＤＭカプラ２２に接続されるもう１つのＷＤＭカプラ２４とを含む。
【００４７】
第１及び第２のポンプ光ビームはＷＤＭカプラ２２により合波され、合波された第１及び第２のポンプ光ビームはＷＤＭカプラ２４により光信号と合波され、合波された光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームは光アイソレータ１４を通ってＥＤＦ１２に供給される。
【００４８】
ＥＤＦ１２をポンピングするために、ＥＤＦ１２の第２端１２Ｂには、ＷＤＭカプラ２６を介して、ポンピング光を出力するレーザダイオード２８が接続されている。レーザダイオード２８から出力されたポンピング光は、ＷＤＭカプラ２６を通ってＥＤＦ１２にその第２端１２Ｂから供給される。従って、ＥＤＦ１２のバックワードポンピングにより、ＥＤＦ１２は利得帯域を提供する。
【００４９】
ＥＤＦ１２内において増幅された光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームは、ＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０をこの順に通って光帯域通過フィルタ３２に供給される。また、ＥＤＦ１２内におけるＦＷＭにより発生した変換光信号もＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０をこの順に通って光帯域通過フィルタ３２に供給される。
【００５０】
光帯域通過フィルタ３２は、望ましくは、変換光信号の波長を含み且つ光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームの波長を含まない通過帯域を有しており、これにより変換光信号が光帯域通過フィルタ３２により抽出されてこの装置から出力される。
【００５１】
光信号及び変換光信号が伝送信号により変調されている場合、第１及び第２のポンプ光ビームは雑音成分となるので、光帯域通過フィルタ３２を用いることによって、ＳＮＲ（信号対雑音比）を良好にすることができる。
【００５２】
変換光信号を取り出すためのものであれば、光帯域阻止フィルタその他の光フィルタを光帯域通過フィルタ３２に代えて用いてもよい。
尚、この実施形態において、光アイソレータ１４及び３０を用いているのは、利得帯域を提供しているＥＤＦ１２を含む光共振器構造が構成されて不所望な発振動作等が生じることを防止するためである。
【００５３】
光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームの波長がＥＤＦ１２によって提供される利得帯域に含まれる場合、ＦＷＭを効果的に発生させることができるので、光信号から変換光信号への変換効率が高い装置の提供が可能になる。また、希土類化合物がドープされた光導波構造としてＥＤＦ１２を用いており、ＥＤＦ１２は周辺部品とのスプライシング等による接続が容易であるので、この装置の製造あるいはこの装置が適用されるシステムの構築を容易に行うことができる。
【００５４】
図８は本発明による波長変換のための装置の第２実施形態を示すブロック図である。この装置は例えば図５により説明した方法を実施するために使用することができる。
【００５５】
全図を通して実質的に同一の部分には同一の符号が付けられている。
この実施形態では、波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光をレーザ発振により得るためのファイバグレーティングＦＧがＥＤＦ１２に形成されている。その結果、図７に示される第２のポンプ光のためのレーザダイオード２０が不要になると共に光マルチプレクサ１６′の構成が簡単になる。
【００５６】
具体的には、光マルチプレクサ１６′は、レーザダイオード１８から出力された波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームと波長λ（ω1 ）の光信号とを合波するためのＷＤＭカプラ２４によって提供されており、ＷＤＭカプラ２４によって合波された光信号及び第１のポンプ光ビームは光アイソレータ１４を通ってＥＤＦ１２に供給される。
【００５７】
この実施形態によると、図７に示される第１実施形態により得られる効果に加えて、レーザダイオード２０が不要になると共に光マルチプレクサ１６′の構成が簡単になる分だけ装置が簡単になるという効果が生じる。
【００５８】
図９は本発明による波長変換のための装置の第３実施形態を示すブロック図である。この装置は図６により説明した方法の実施に使用することができる。
これまでに説明した実施形態の各々で用いていたＥＤＦ１２は２つのＥＤＦ１２（＃１及び＃２）に分割され、これらの間に光アイソレータ３４が設けられている。ＥＤＦ１２（＃１及び＃２）にはそれぞれファイバグレーティングＦＧ（＃１及び＃２）が形成されている。
【００５９】
レーザダイオード２８から出力されたポンピング光は、ＷＤＭカプラ２６を通ってＥＤＦ１２（＃２）には供給されるが、ＥＤＦ１２（＃２）を通過したポンピング光は光アイソレータ３４により遮断されてＥＤＦ１２（＃１）には供給されない。そこで、ＥＤＦ１２（＃１）は、ＷＤＭカプラ３６を介して、ＥＤＦ１２（＃１）のためのポンピング光を出力するレーザダイオード３８に接続されている。
【００６０】
レーザダイオード３８から出力されたポンピング光は、光アイソレータ４０を通過した波長λ（ω1 ）の光信号とＷＤＭカプラ３６により合波され、合波された光信号及びポンピング光はＥＤＦ１２（＃１及び＃２）に供給される。
【００６１】
ファイバグレーティングＦＧ（＃１）においては、レーザ発振により波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームが発生し、ファイバグレーティングＦＧ（＃２）においては、レーザ発振により波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームが発生する。
【００６２】
ＥＤＦ１２（＃１及び＃２）内で増幅された光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームは、ＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０をこの順に通って光帯域通過フィルタ３２に供給される。また、ＥＤＦ１２（＃１及び＃２）内においてＦＷＭにより発生した変換光信号もＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０をこの順に通って光帯域通過フィルタ３２に供給される。
【００６３】
そして、光帯域通過フィルタ３２により抽出された変換光信号がこの装置から出力される。
この実施形態によると、図７に示される第１実施形態により得られる効果に加えて、図７に示されるレーザダイオード１８及び２０並びに光マルチプレクサ１６が不要になり、装置の構成が簡単になるという効果が生じる。
【００６４】
図１０は本発明による波長変換のための装置の第４実施形態を示すブロック図である。図８に示される実施形態においては、ＥＤＦ１２に形成されたファイバグレーティングＦＧにおける分布帰還（ＤＦＢ：Distributed Feed-back)により波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームが発生しているのに対して、図１０に示される第４実施形態では、ＥＤＦ１２に分布ブラッグ反射（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflection) を適用することにより、波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームを発生させている。
【００６５】
そのために、この実施形態では、ＥＤＦ１２の第１端１２Ａと光アイソレータ１４の出力ポートとの間にはファイバグレーティング４２が接続されており、ＥＤＦ１２の第２端１２ＢとＷＤＭカプラ２６との間にはファイバグレーティング４４が接続されている。
【００６６】
ファイバグレーティング４２及び４４の各々のブラッグ反射波長はλ（ω3 ）である。
この実施形態によると、ＥＤＦ１２の両側に２つの反射器（ファイバグレーティング４２及び４４）が設けられた光共振器構造が得られるので、ＥＤＦ１２におけるレーザ発振により第２のポンプ光ビームが発生し、図８に示される実施形態におけるのと同様の効果が得られる。
【００６７】
図１０に示されるファイバグレーティング４２及び４４に代えて、ＥＤＦ１２の両側に設けられる２つの反射器として、例えば誘電体多層膜を用いて構成される光学フィルタを用いることもできる。各反射器は波長選択性を有しており、反射器間における発振により例えば第２のポンプ光ビームを発生させることができる。従って、各反射器の波長選択性を可変にしておくことによって、光信号及び変換光信号間の離調波長を調節し得るようになる。各反射器の波長選択性は、例えば、光学フィルタへの入射角を変化させることにより調節することができる。あるいは、光学フィルタの誘電体多層膜の厚みに分布を持たせておき、その誘電体多層膜を光路と平行でない方向、例えば光路と実質的に垂直な方向に変位させることによっても、各反射器の波長選択性を変化させることができる。
【００６８】
図１１は本発明による波長変換のための装置の第５実施形態を示すブロック図である。ここでは、光アイソレータ４６とＷＤＭカプラ４８との間をＥＤＦ５０により接続し、ＥＤＦ５０をポンピングするためにレーザダイオード５２をＷＤＭカプラ４８に接続している。レーザダイオード５２から出力されたポンピング光はＷＤＭカプラ４８を通ってＥＤＦ５０に供給される。ＥＤＦ５０にはファイバグレーティングＦＧが形成されており、ファイバグレーティングＦＧにおける分布帰還によってレーザ発振が生じ、ＥＤＦ５０内で波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームが発生する。
【００６９】
波長λ（ω1 ）の光信号は光アイソレータ４６を通ってＥＤＦ５０に供給される。ＥＤＦ５０の長さはＥＤＦ５０内においてＦＷＭが生じない程度に短く設定されている。
【００７０】
光信号及び第１のポンプ光ビームはＥＤＦ５０からＷＤＭ４８及び光アイソレータ１４をこの順に通ってファイバグレーティング４２に供給される。
ファイバグレーティング４２及び４４並びにＥＤＦ１２を用いた分布ブラッグ反射により波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームが発生する点は、図１０に示される実施形態と同様である。
【００７１】
この実施形態によっても、図１０に示される実施形態と同様の効果が得られる。
図１２は本発明による波長変換のための装置の第６実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図７に示される実施形態と対比して、ＥＤＦ１２に光学的に接続される非線形光学媒質として希土類化合物がドープされていない光ファイバ５４が付加的に設けられている点で特徴付けられる。具体的には、光ファイバ５４は光アイソレータ３０と光帯域通過フィルタ３２との間に接続される。
【００７２】
光ファイバ５４としては、変換光信号に対する損失が小さく且つ非線形相互作用長が長いファイバが適している。
望ましくは、光ファイバ５４は、位相整合条件を満たすために、変換光信号に±５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲の波長分散を与える。
【００７３】
また、望ましくは、ＥＤＦ１２をそうしたのと同様の理由により、光ファイバ５４は偏波保持ファイバにより提供される。
この実施形態によると、ＥＤＦ１２において増幅された光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビームがＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０をこの順に通って光ファイバ５４に供給されるので、ＥＤＦ１２内においてＦＷＭが生じるだけでなく、光ファイバ５４内においてもＦＷＭが生じるので、光信号から変換光信号への変換効率を高めることができる。
【００７４】
この実施形態では、非線形光学媒質としての光ファイバ５４を、ＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０を介してＥＤＦ１２に光学的に接続しているが、ＥＤＦ１２と非線形光学媒質との間の損失を小さく抑えて変換効率を更に高めるために、非線形光学媒質をＥＤＦ１２の第２端１２Ｂに直接接続してもよい。
【００７５】
尚、ファイバ内における光パワー密度を高めて変換効率を高くするためには、ＥＤＦ１２及び光ファイバ５４の各々は６μｍ以下のモードフィールド径を有していることが望ましい。
【００７６】
以上説明した各実施形態において、ＥＤＦ１２内において効果的にＦＷＭを発生させるためには、ＥＤＦ１２の長さを１００ｍ以上にすることが望ましい。
図１３は本発明による波長変換のための装置の第７実施形態を示す図である。この装置は、図８に示される実施形態では例えばファイバ接続により提供されている光アイソレータ１４，ＥＤＦ１２，ＷＤＭカプラ２６及び光アイソレータ３０により得られる機能を得るためのユニットをハウジング５６内にバルク型に提供している。
【００７７】
ハウジング５６には光ファイバ５８，６０及び６２が固定されている。光ファイバ５８及び６０間には、レンズ６４，６６，６８及び７０により光路ＯＰ１が形成されている。また、光ファイバ６２についてはレンズ７２により光路ＯＰ２が形成されている。光路ＯＰ１及びＯＰ２は図８に示されるＷＤＭカプラ２６に対応するＷＤＭカプラ７４によって結合される。
【００７８】
ＷＤＭカプラ７４は、例えば、透明基板７６上に誘電体多層膜７８を形成することによって得られる。
レンズ６４及び６６間には図８に示される光アイソレータ１４に対応する光アイソレータ８０が設けられており、ＷＤＭカプラ７４及びレンズ７０間には図８に示される光アイソレータ３０に対応する光アイソレータ８２が設けられている。また、レンズ６６及び６８間には、図８に示されるＥＤＦ１２に対応する波長変換素子８４が設けられている。
【００７９】
波長変換素子８４は、単独部品として提供可能であり、例えば次のようにして製造することができる。
図１４は図１３に示される波長変換素子８４の製造方法の説明図である。まず、ファイバグレーティングＦＧが成形されたＥＤＦ１２′が提供される。ここでは、ＥＤＦ１２′はフッ化物ファイバにより提供されている。フッ化物ファイバにおいては、Ｅｒ（エルビウム）化合物のドーパントを高濃度にドープしたとしてもドーパントによる散乱が生じにくいので、ＥＤＦ１２′を短くすることができる。具体的には、ＥＤＦ１２′の長さを１０ｃｍ以下に短くし且つ十分な変換効率を得るためには、ドーパント濃度を５０，０００ｐｐｍ以上にすればよい。次いで、ＥＤＦ１２′はジルコニア、ガラス、ステンレス等からなるフェルール８６の細孔８６Ａに挿入固定される。
【００８０】
その後、フェルール８６の端面８６Ｂ及び８６Ｃは、ＥＤＦ１２′の軸に垂直な面に対して傾斜するように研磨される。
そして、端面８６Ｂ及び８６Ｃの各々に誘電体多層膜等からなる反射防止膜が形成され、波長変換素子８４が完成する。
【００８１】
再び図１３を参照してこの装置の動作を説明する。波長λ（ω1 ）の光信号と波長λ（ω2 ）の第１のポンプ光ビームとが光ファイバ５８から光アイソレータ８０を通って波長変換素子８４のＥＤＦ１２′に供給される。また、図示しないポンプ光源からの波長λｐのポンピング光がＷＤＭカプラ７４を介してＥＤＦ１２′に光信号及び第１のポンプ光ビームと逆向きに供給される。
【００８２】
ＥＤＦ１２′においては、これまでの実施形態におけるのと同じようにして波長λ（ω3 ）の第２のポンプ光ビームが発生し、ＥＤＦ１２′内におけるＦＷＭにより変換光信号が発生する。
【００８３】
波長変換素子８４からの光信号並びに第１及び第２のポンプ光ビーム並びに変換光信号は、ＷＤＭカプラ７４及び光アイソレータ８２を通って光ファイバ６０に供給される。
【００８４】
この実施形態によっても、これまでの実施形態と同様の原理に従って光信号から変換光信号への変換効率の高い装置の提供が可能になる。
特にこの実施形態では、波長変換素子８４が単独の部品として提供され得るので、装置の製造が容易である。
【００８５】
また、フェルール８６の端面８６Ｂ及び８６ＣはＥＤＦ１２′の軸に垂直な面に対して傾斜しているので、端面８６Ｂ及び８６Ｃにおける反射が防止され、波長変換素子８４において不所望な発振が生じるおそれがない。
【００８６】
更に、一般にフッ化物ファイバは潮解性を有しているので、フェルール８６及び前述した両端の反射防止膜の組み合わせは、密閉構造を提供してフッ化物ファイバの安定性を高める上で極めて有効である。
【００８７】
以上説明した実施形態では、各ファイバグレーティングのグレーティングピッチを変化させることにより、そのレーザ発振波長を変化させることができるので、第１のポンプ光ビームの波長及び／又は第２のポンプ光ビームの波長を変化させることができ、従って、光信号及び変換光信号間の離調波長を任意に設定し得るようになる。ファイバグレーティングのグレーティングピッチは、例えばペルチェ素子を用いてファイバグレーティングが形成されている光導波構造の温度を変化させることにより変化させることができる。
【００８８】
以上説明した実施形態では、希土類化合物がドープされた光導波構造としてＥＤＦを例にとり本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｎｄ，Ｙｂ等の他の希土類化合物がドープされたドープファイバを用いて本発明を実施することもできる。更には、光導波構造は光ファイバによって提供されることには限定されず、導波路基板上に形成された光導波路に希土類化合物をドープしてもよい。
【００８９】
以上説明した実施形態の２つ又はそれよりも多くを組み合わせて本発明を実施してもよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、変換効率の高い波長変換のための方法及び装置の提供が可能になるという効果が生じる。本発明の特定の実施形態による効果は以上説明した通りであるのでその説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１の（Ａ）及び図１の（Ｂ）は波長変換のための方法（従来技術）の説明図である。
【図２】図２はＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）におけるＦＷＭ（四光波混合）を確認した実験系を示すブロック図である。
【図３】図３は図２の実験においてＦＷＭにより生じた光のスペクトルを示す図である。
【図４】図４は本発明による波長変換のための方法の第１実施形態の説明図である。
【図５】図５は本発明による波長変換のための方法の第２実施形態の説明図である。
【図６】図６は本発明による波長変換のための方法の第３実施形態の説明図である。
【図７】図７は本発明による波長変換のための装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図８】図８は本発明による波長変換のための装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明による波長変換のための装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は本発明による波長変換のための装置の第４実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明による波長変換のための装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明による波長変換のための装置の第６実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明による波長変換のための装置の第７実施形態を示す図である。
【図１４】図１４は図１３に示される波長変換素子の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１２，１２′  エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
１４，３０，８０，８２  光アイソレータ
１６  光マルチプレクサ
１８，２０，２８，５２  レーザダイオード
２２，２４，２６，７４  ＷＤＭカプラ
３２  光帯域通過フィルタ
５４  光ファイバ
８４  波長変換素子
８６  フェルール
ＦＧ，ＦＧ（＃１），ＦＧ（＃２）  ファイバグレーティング
【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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