(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、
（ａ）受けた光信号をＴＥ偏波面を有する第１の偏波成分と上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面を有する第２の偏波成分とに分離するステップと、
（ｂ）第１の光導波構造に印加し、上記第１の光導波構造に所定の周波数の弾性表面波を伝搬させるステップと、
（ｃ）上記弾性表面波が伝搬している上記第１の光導波構造にその伝搬方向と同じ方向又は逆の方向で上記第１の偏波成分を供給するステップと、
（ｄ）第２の光導波構造に印加し、上記第２の光導波構造に上記周波数に等しい弾性表面波を伝搬させるステップと、
（ｅ）上記弾性表面波が伝搬している上記第２の光導波構造に上記第１の光導波構造における上記弾性表面波の伝搬方向と上記第１の偏波成分の伝搬方向の関係と反対の関係となるようにその伝搬方向と逆の方向又は同じ方向で上記第２の偏波成分を供給するステップと、
（ｆ）上記第１の光導波構造から出力された第１の変換光と上記第２の光導波構造から出力された第２の変換光とを合成するステップとを備えた方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
上記第１及び第２の変換光はそれぞれ上記ＴＭ及びＴＥ偏波面を有している方法。
【請求項３】
波長変換のための装置であって、
第１の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートはＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに第１の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備え、
上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加し、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、
上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、
上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じである装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、
上記第１の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記予め定められた波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給される装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置であって、
上記第１の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記予め定められた波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給される装置。
【請求項６】
請求項３に記載の装置であって、
上記第１の偏波ビームスプリッタは第２の入力ポートを更に有し、該第２の入力ポート及び上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、
上記第２の偏波ビームスプリッタは第２の出力ポートを更に有し、上記第２の偏波ビームスプリッタの第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面によって結合され、上記第２の偏波ビームスプリッタの第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
上記第１の偏波変換器はその入力ポート及び出力ポートの近傍にそれぞれ第１及び第２のインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器は、その出力ポート及び入力ポートの近傍にそれぞれ第１及び第２のインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記予め定められた波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給される装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
上記各第１のインターディジタルトランスデューサに供給される信号の周波数は上記各第２のインターディジタルトランスデューサに供給される信号の周波数と異なる装置。
【請求項９】
各々波長分割多重に適合する第１乃至第４の光ファイバ伝送路と、
該第１乃至第４の光ファイバ伝送路に接続される光アッド／ドロップマルチプレクサとを備え、
該光アッド／ドロップマルチプレクサは、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１及び第２の入力ポートはそれぞれ上記第１及び第２の光ファイバ伝送路に接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートはＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備えており、
上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、
上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、
上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じであるシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、
上記第１の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記予め定められた波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給されるシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムであって、
上記第１の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記予め定められた波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給されるシステム。
【請求項１２】
波長変換のための装置であって、
入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該入力ポート及び該第１の出力ポートは第１の偏波面によって結合され、該入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、第１の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第１の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記第２の偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタと、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第３の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、上記第１の波長と予め定められた関係を有する第２の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第３の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第２の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第４の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第３の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第４の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第４の偏波ビームスプリッタとを備え、
上記第１乃至第４の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、
上記第１及び第４の偏波変換器の各々における上記ＴＥ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向の関係と、上記第２及び第３の偏波変換器の各々における上記ＴＭ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向の関係とは反対である装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
上記第１の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第３の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第４の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記第１及び第２の波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給される装置。
【請求項１４】
第１及び第２の光ファイバ伝送路と、
該第１及び第２の光ファイバ伝送路に接続される波長変換器とを備え、
該波長変換器は、
入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該入力ポート及び該第１の出力ポートは第１の偏波面によって結合され、該入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、第１の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第１の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタと、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第３の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、上記第１の波長と予め定められた関係を有する第２の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第３の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第２の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第４の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第３の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第４の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第４の偏波ビームスプリッタとを備えており、
上記第１乃至第４の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、
上記第１及び第４の偏波変換器の各々における上記ＴＥ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向の関係と、上記第２及び第３の偏波変換器の各々における上記ＴＭ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向の関係とは反対であるシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、
上記第１の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第２の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第３の偏波変換器はその入力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記第４の偏波変換器はその出力ポートの近傍にインターディジタルトランスデューサを有しており、
上記各インターディジタルトランスデューサには上記第１及び第２の波長を決定する周波数を有する信号が上記発振器により供給されるシステム。
【請求項１６】
波長変換のための装置であって、
カスケード接続された複数のユニットを備え、
該各ユニットは、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは第１の偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備えており、
上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加し、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、
上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、
上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じであり、
第Ｎ（Ｎは自然数）番目のユニットの第１及び第２の出力ポートはそれぞれ第（Ｎ＋１）番目のユニットの第２及び第１の入力ポートに接続される装置。
【請求項１７】
波長変換のための装置であって、
マトリックス状に配置された複数のユニットを備え、
該各ユニットは、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートはＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、
入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、
第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備えており、
上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、
上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、
上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じである装置。
【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並びに該装置を含むシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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に送出される。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、多重数に応じて一本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
【０００３】
将来的には、ＷＤＭが適用されるシステム同士を接続して、広大な光ネットワーク（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構築することが考えられており、そのために必要なノード構成や光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置の開発が進められている。ノードは、ネットワークからの光信号の取り出し（ドロッピング）及びネットワークへの光信号の挿入（アッディング）を行なう光アッド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）によって提供されるものであり、光クロスコネクト装置は、光信号の経路を切り替えるために使用される。
【０００４】
光ネットワークにおいては、需用の大きいＩＰパケット情報を、現状のＳｏｎｅｔ／ＳＤＨ装置あるいはＡＴＭ装置を介さずに直接光ネットワークに接続することが今後の主流になっていくものと考えられている（ＩＰ  ｏｖｅｒ  ＷＤＭ）。従って、光信号の波長を変換する波長変換器はこのような光ネットワークを実現する上でのキーテクノロジーの一つとなっている。
【０００５】
従来より、半導体光増幅器あるいはＤＦＢレーザを用いて四光波混合を発生させることにより波長変換を行なう方法について研究が行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長変換のための従来の方法では、波長変換が行なわれた後の変換光の発生効率が極めて低いという問題がある。また、波長変換のための従来の装置にあっては、四光波混合を発生させるための制御光が必要であり、構成が複雑になるという問題があった。
【０００７】
よって、本発明の目的は、変換光の発生効率が高い波長変換のための方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、変換光の発生効率が高く且つ構成が簡単な波長変換のための装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、そのような装置を含む新規なシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると、波長変換のための方法であって、（ａ）受けた光信号をＴＥ偏波面を有する第１の偏波成分と上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面を有する第２の偏波成分とに分離するステップと、（ｂ）第１の光導波構造に印加し、上記第１の光導波構造に所定の周波数の弾性表面波を伝搬させるステップと、（ｃ）上記弾性表面波が伝搬している上記第１の光導波構造にその伝搬方向と同じ方向又は逆の方向で上記第１の偏波成分を供給するステップと、（ｄ）第２の光導波構造に印加し、上記第２の光導波構造に上記周波数に等しい弾性表面波を伝搬させるステップと、（ｅ）上記弾性表面波が伝搬している上記第２の光導波構造に上記第１の光導波構造における上記弾性表面波の伝搬方向と上記第１の偏波成分の伝搬方向の関係と反対の関係となるようにその伝搬方向と逆の方向又は同じ方向で上記第２の偏波成分を供給するステップと、（ｆ）上記第１の光導波構造から出力された第１の変換光と上記第２の光導波構造から出力された第２の変換光とを合成するステップとを備えた方法が提供される。
【００１１】
第１及び第２の光導波構造は、例えば、アコースティック光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）の一部として提供される。この場合、第１の偏波面（ＴＥ偏波面）を有する第１の偏波成分及び第２の偏波面（ＴＭ偏波面）を有する第２の偏波成分はそれぞれ偏波変換され、第１及び第２の変換光はそれぞれ第２及び第１の偏波面を有することとなる。また、第１及び第２の変換光は、受けた光信号に対して、弾性表面波の周波数によって決定される量で周波数シフトされ、従って、光信号の波長変換が可能である。弾性表面波の周波数に応じて波長変換されるべき光信号の波長を変化させることができるので、例えば、ＷＤＭ信号光における任意の波長チャネルの光信号を選択的に波長変換することができる。尚、弾性表面波の伝搬方向を上述のように限定しているのは、第１の偏波成分から第１の変換光への周波数シフトと第２の偏波成分から第２の変換光への周波数シフトの方向を同じにするためであり、これについては後で詳しく説明する。
【００１２】
本発明の第２の側面によると、波長変換のための装置であって、第１の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートはＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに第１の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備え、上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じである装置が提供される。
【００１３】
本発明の第３の側面によると、各々波長分割多重に適合する第１乃至第４の光ファイバ伝送路と、該第１乃至第４の光ファイバ伝送路に接続される光アッド／ドロップマルチプレクサとを備え、該光アッド／ドロップマルチプレクサは、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１及び第２の入力ポートはそれぞれ上記第１及び第２の光ファイバ伝送路に接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートはＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備えており、上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じであるシステムが提供される。
【００１４】
本発明の第４の側面によると、波長変換のための装置であって、入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該入力ポート及び該第１の出力ポートは第１の偏波面によって結合され、該入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、第１の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第１の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記第２の偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記第１の偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタと、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第３の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、上記第１の波長と予め定められた関係を有する第２の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第３の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第２の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第４の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第３の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第４の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第４の偏波ビームスプリッタとを備え、上記第１乃至第４の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、上記第１及び第４の偏波変換器の各々における上記ＴＥ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、上記第２及び第３の偏波変換器の各々における上記ＴＭ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じである装置が提供される。
【００１５】
本発明の第５の側面によると、第１及び第２の光ファイバ伝送路と、該第１及び第２の光ファイバ伝送路に接続される波長変換器とを備え、該波長変換器は、入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該入力ポート及び該第１の出力ポートは第１の偏波面によって結合され、該入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、第１の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第１の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタと、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第３の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、上記第１の波長と予め定められた関係を有する第２の波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第３の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第３の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記第２の波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第４の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第３の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第４の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第４の偏波ビームスプリッタとを備えており、上記第１乃至第４の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、上記第１及び第４の偏波変換器の各々における上記ＴＥ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向の関係と上記第２及び第３の偏波変換器の各々における上記ＴＭ偏波面を有する光と上記弾性表面波の伝搬方向の関係とは反対であるシステムが提供される。
【００１６】
本発明の第６の側面によると、波長変換のための装置であって、カスケード接続された複数のユニットを備え、該各ユニットは、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは第１の偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備えており、上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じであり、第Ｎ（Ｎは自然数）番目のユニットの第１及び第２の出力ポートはそれぞれ第（Ｎ＋１）番目のユニットの第２及び第１の入力ポートに接続される装置が提供される。
【００１７】
本発明の第７の側面によると、波長変換のための装置であって、マトリックス状に配置された複数のユニットを備え、該各ユニットは、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートはＴＥ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面に垂直なＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合される第１の偏波ビームスプリッタと、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第１の出力ポートに接続され、予め定められた波長を有する光について上記ＴＥ偏波面を上記ＴＭ偏波面に変換する第１の偏波変換器と、入力ポート及び出力ポートを有し、該入力ポートは上記第１の偏波ビームスプリッタの第２の出力ポートに接続され、上記予め定められた波長を有する光について上記ＴＭ偏波面を上記ＴＥ偏波面に変換する第２の偏波変換器と、第１及び第２の入力ポート並びに第１及び第２の出力ポートを有し、該第１の入力ポートは上記第１の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第２の入力ポートは上記第２の偏波変換器の出力ポートに接続され、該第１の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合され、該第１の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第１の出力ポートは上記ＴＥ偏波面によって結合され、該第２の入力ポート及び該第２の出力ポートは上記ＴＭ偏波面によって結合される第２の偏波ビームスプリッタとを備えており、上記第１及び第２の偏波変換器の各々は、弾性表面波が伝搬する光導波構造と上記光導波構造を印加して、上記弾性表面波を発生するための発振器を有し、上記第１及び第２の偏波変換器の一方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は逆であり、上記第１及び第２の偏波変換器の他方における光と上記弾性表面波の伝搬方向は同じである装置が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明による波長変換器（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。この波長変換器は、第１の偏波ビームスプリッタ２、ＴＥ／ＴＭ変換器４、ＴＭ／ＴＥ変換器６及び第２の偏波ビームスプリッタ８を有している。
【００２０】
第１の偏波ビームスプリッタ２は、入力ポート２Ａ及び２Ｂと出力ポート２Ｃ及び２Ｄとを有している。入力ポート２Ａ及び出力ポート２Ｃは紙面に平行なＴＥ偏波面により結合され、入力ポート２Ａ及び出力ポート２Ｄは紙面に垂直なＴＭ偏波面により結合され、入力ポート２Ｂ及び出力ポート２ＣはＴＭ偏波面により結合され、入力ポート２Ｂ及び出力ポート２ＤはＴＥ偏波面により結合されている。ここで、「ＴＥ」及び「ＴＭ」の表記は偏波面を特定するためだけに用いられており、電磁気学的な定義には拘束されるものではないことに留意されたい。
【００２１】
ＴＥ／ＴＭ変換器４は入力ポート４Ａ及び出力ポート４Ｂを有している。入力ポート４Ａは偏波ビームスプリッタ２の出力ポート２Ｃに接続される。変換器４は入力ポート４Ａから出力ポート４Ｂに至る光導波構造を有しており、この光導波構造に弾性表面波（ＳＡＷ）を誘起させるために、出力ポート４Ｂの近傍にはインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）４Ｃが設けられている。ＩＤＴ４Ｃには発振器４Ｄから周波数ｆａの信号が与えられている。変換器４は、周波数ｆａによって決定される波長を有する光について、ＴＥ偏波面をＴＭ偏波面に変換する。
【００２２】
ＴＭ／ＴＥ変換器６は、入力ポート６Ａ及び出力ポート６Ｂを有している。入力ポート６Ａはミラー１０により偏波ビームスプリッタ２の出力ポート２Ｄに接続されている。変換器６は入力ポート６Ａから出力ポート６Ｂに至る光導波構造を有している。この光導波構造にＳＡＷを誘起させるために、入力ポート６Ａの近傍にはＩＤＴ６Ｃが設けられている。ＩＤＴ６Ｃには発振器６Ｄから周波数ｆａの信号が供給されている。変換器６は、周波数ｆａによって決定される波長を有する光についてＴＭ偏波面をＴＥ偏波面に変換する。
【００２３】
第２の偏波ビームスプリッタ８は、入力ポート８Ａ及び８Ｂと出力ポート８Ｃ及び８Ｄとを有している。入力ポート８Ａ及び出力ポート８ＣはＴＭ偏波面によって結合され、入力ポート８Ａ及び出力ポート８ＤはＴＥ偏波面によって結合され、入力ポート８Ｂ及び出力ポート８ＣはＴＥ偏波面によって結合され、入力ポート８Ｂ及び出力ポート８ＤはＴＭ偏波面によって結合される。入力ポート８Ａはミラー１２によりＴＥ／ＴＭ変換器４の出力ポート４Ｂに接続され、入力ポート８ＢはＴＭ／ＴＥ変換器６の出力ポート６Ｂに接続される。
【００２４】
まずこの波長変換器の基本動作を説明する。ここでは、波長が異なる複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光が入力光として第１の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ａに供給されるものとする。ＷＤＭ信号光は偏波ビームスプリッタ２によりＴＥ偏波面を有するＴＥ成分とＴＭ偏波面を有するＴＭ成分とに分離される。
【００２５】
ＴＥ成分はＴＥ／ＴＭ変換器４に供給される。変換器４では、周波数ｆａによって決定される特定波長の光信号のみがそのＴＥ偏波面をＴＭ偏波面に変換され、変換光として出力される。従って、その変換光がミラー１２を介して第２の偏波ビームスプリッタ８に供給されると、出力ポート８Ｃから出力される。特定波長以外の波長の光信号はそのＴＥ偏波面を維持され、非変換光として偏波ビースプリッタ８の出力ポート８Ｄから出力される。
【００２６】
第１の偏波ビームスプリッタ２からのＴＭ成分は、ミラー１０を介してＴＭ／ＴＥ変換器６に供給される。変換器６では、周波数ｆａによって決定される特定波長の光信号のみがそのＴＭ偏波面をＴＥ偏波面に変換されて変換光として出力される。その変換光は偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｃから出力される。特定波長以外の波長の光信号はそのＴＭ偏波面を維持されて非変換光として偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄから出力される。
【００２７】
周波数ｆａを変化させることにより任意の波長チャネルを選択することができるので、図１に示される波長変換器の基本動作はＡＯＴＦ（Ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）の動作に対応している。ＡＯＴＦにおいては、選択された光信号の波長が、各変換器に印加されるＲＦ信号の周波数（ｆａ）だけシフトする現象（光波と音波によるドップラシフト）が知られている(David A. Smith et al., "Integrated-Optical Acoustically-Tunable Filters for WDM Networks",IEEE Journal on selected Areas in comm., vol.8, No.6, Aug. 1980, pp1151-1159)。本発明では、この周波数（波長）シフトを利用して、波長変換器を得ている。
【００２８】
周波数シフトの方向は、変換器の種類と光及びＳＡＷの伝搬方向の同一性とによって決定される。すなわち、ＴＥ／ＴＭ変換器においては、光とＳＡＷの伝搬方向が同じである場合には周波数シフトは＋ｆａであり、光とＳＡＷの伝搬方向が逆である場合には周波数シフトは−ｆａである。また、ＴＭ／ＴＥ変換器においては、光とＳＡＷの伝搬方向が同じ場合には周波数シフトは−ｆａであり、光とＳＡＷの伝搬方向が逆である場合には周波数シフトは＋ｆａとなる。
【００２９】
図１に示される第１実施形態においては、変換器４及び６における周波数シフトの方向を同じにするために、ＴＥ／ＴＭ変換器４においてはＩＤＴ４Ｃを出力ポート４Ｂの近傍に設けることにより光とＳＡＷの伝搬方向が逆になるようにし、ＴＭ／ＴＥ変換器６においては、ＩＤＴ６Ｃを入力ポート６Ａの近傍に設けることにより、光とＳＡＷの伝搬方向が同じになるようにしている。
【００３０】
従って、選択された特定波長に対応する周波数をｆｏとすると、偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｃから出力される変換光の周波数はｆｏ−ｆａとなる。
【００３１】
このように波長変換された変換光は原理上は全て偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｃから出力されるので、波長変換における高い変換効率が得られる。また、従来方法を実施する場合のように波長変換に必要な制御光の光源等が不要であるので、波長変換器の構成を簡単にすることができる。
【００３２】
図１においては、偏波ビームスプリッタ２及び８並びに変換器４及び６が各々個別のコンポーネントとして示されているが、例えば前述の文献に示されているように、これらのコンポーネントをリチウムナイオベート基板等の上に一体に形成してもよい。
【００３３】
図１に示される波長変換器においては、偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ｂに入力光が供給されてもよい。この場合は、変換光は偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄから出力され、非変換光は出力ポート８Ｃから出力され、変換光における周波数シフトの方向は図１に示される波長変換器におけるのとは逆である。尚、偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ｂに入力光が供給される場合には、ＴＥ／ＴＭ変換器４はＴＭ／ＴＥ変換器として機能し、ＴＭ／ＴＥ変換器６はＴＥ／ＴＭ変換器として機能する。
【００３４】
図２は本発明による波長変換器の第２実施形態を示すブロック図である。ここでは、変換器４及び６の各々におけるＳＡＷの伝搬方向は図１に示される第１実施形態におけるのとは逆である。そのために、ＴＥ／ＴＭ変換器４においては、光とＳＡＷが同じ方向に伝搬するようにするために、ＩＤＴ４Ｃは入力ポート４Ａの近傍に設けられており、ＴＭ／ＴＥ変換器６においては、光とＳＡＷが逆の方向に伝搬するようにするために、ＩＤＴ６Ｃは出力ポート６Ｂの近傍に設けられている。
【００３５】
その結果、前述した原理に従って周波数シフトの方向は逆になり、変換光の周波数はｆｏ＋ｆａとなる。
【００３６】
図３は本発明による波長変換器の第３実施形態を示すブロック図である。ここでは、図１に示される第１実施形態と図２に示される第２実施形態とを組み合わせることにより、入力光から変換光への周波数シフトの方向を電気的に切り替え可能にしている。
【００３７】
具体的には、図２に示される第２実施形態と対比して、ＴＥ／ＴＭ変換器４の出力ポート４Ｂの近傍にはＩＤＴ４Ｅが設けられ、ＴＭ／ＴＥ変換器６の入力ポート６Ａの近傍にはＩＤＴ６Ｅが設けられている。ＩＤＴ４Ｅには発振器４Ｆから周波数ｆｂの信号が供給され、ＩＤＴ６Ｅには発振器６Ｆから周波数ｆｂの信号が供給される。従って、発振器４Ｄ及び６Ｄの動作と発振器４Ｆ及び６Ｆの動作とを切り替えることによって、入力光から変換光への周波数シフトを切り替えることができる。発振器４Ｄ及び６Ｄの動作が選択されている場合には、ＴＥ／ＴＭ変換器４における光とＳＡＷの伝搬方向は同じになり、ＴＭ／ＴＥ変換器６における光とＳＡＷの伝搬方向は逆になるので、変換光の周波数はｆｏ＋ｆａとなる。一方、発振器４Ｆ及び６Ｆの動作が選択されている場合には、ＴＥ／ＴＭ変換器４における光とＳＡＷの伝搬方向は逆になり、ＴＭ／ＴＥ変換器６における光とＳＡＷの伝搬方向は同じになるので、変換光の周波数はｆｏ−ｆｂとなる。
【００３８】
このように本実施形態によると、４つの発振器４Ｄ，４Ｆ，６Ｄ及び６Ｆの動作を選択的に切り替えることによって、入力光から変換光への周波数シフトの方向を切り替えることができる。特に、ｆａ≠ｆｂとすることによって、周波数シフトの量をも変化させることができる。
【００３９】
次に周波数シフト量について考察する。例えば図１に示される第１実施形態においては、周波数シフト量は、ＷＤＭ信号光における特定波長を選択（決定）するために変換器４及び６に印加する信号の周波数ｆａそのものであり、従って周波数ｆａは特定波長によって一義的に決まる。周波数ｆａと特定波長λｃとの関係は次の式を満足する。
【００４０】
ｆａ＝Ｖａ・Δｎ／λｃ
ここで、ＶａはＳＡＷの速度であり、Δｎは変換器４及び６の各々の光導波構造における常光線及び異常光線に対する屈折率差である。
【００４１】
この関係から、選択される特定波長と周波数シフト量とを独立に変化させることはできない。周波数シフト量を独立に変化させるためには、後述するように、図１に示される波長変換器を基本セルとして、この基本セルを多段に接続することによって可能である。この場合、周波数シフト量は連続的に可変になるのではなく、段数に依存してステップ上に可変になる。ＷＤＭが適用されるシステムにおいて、ＷＤＭ信号光の波長間隔は例えばＩＴＵ等により世界標準として決められているので、その波長間隔になるように接続段数を設定すれば、実用上問題は生じない。
【００４２】
図４は本発明によるシステムの第１実施形態を示すブロック図である。このシステムは、入力ポート１４Ａ及び１４Ｂ並びに出力ポート１４Ｃ及び１４Ｄを有する光アッド／ドロップマルチプレクサ１４と、ポート１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ及び１４Ｄにそれぞれ接続される光ファイバ伝送路１６，１８，２０及び２２とを備えている。光アッド／ドロップマルチプレクサ１４は、本発明による波長変換器、具体的には図１乃至図３に示される波長変換器によって提供され得る。入力ポート１４Ａ及び１４Ｂはそれぞれ偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ａ及び２Ｂに対応しており、出力ポート１４Ｃ及び１４Ｄはそれぞれ偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄ及び８Ｃに対応している。光ファイバ伝送路１６は図示しない第１の光ファイバネットワークに接続され、光ファイバ伝送路１８はアッディング用の図示しない端局装置に接続され、光ファイバ伝送路２０は図示しない第２の光ファイバネットワークに接続され、光ファイバ伝送路２２はドロッピング用の図示しない端局装置に接続される。
【００４３】
第１の光ファイバネットワークからは、波長λ１，λ２，…，λｎの光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路１６を介して入力ポート１４Ａに供給されている。選択されるべき特定波長をλ１とすると、マルチプレクサ１４において使用されるＳＡＷの周波数はｆλ１に設定され、それにより、波長λ１の光信号は周波数シフトを受けて波長λ１´となって出力ポート１４Ｄから光ファイバ伝送路２２へドロッピングされる。
【００４４】
光ファイバ伝送路１８からは、アッディングのための波長λ１´の光信号がポート１４Ｂに供給される。アッディングのための光信号の波長λ１´が元の波長λ１に変換されるようにＳＡＷの周波数がｆλ１´に設定され、それにより、アッディングのための光信号はその波長をλ１´からλ１に周波数シフトされてポート１４Ｃから光ファイバ伝送路２０へアッディングされる。
【００４５】
尚、アッディングされた光信号の波長λ１は元の波長λ１に対して僅かに異なるが、その差分はΔλ／λに対応しており、極めて小さいので実用上の問題は生じない。
【００４６】
このように、図４に示されるシステムによると、本発明による波長変換器を光アッド／ドロップマルチプレクサとして使用しているので、光信号のアッディング及びドロッピングと同時に光信号の波長変換（周波数シフト）を行なうことができる。
【００４７】
以上の実施形態では、本発明による波長変換器は、波長変換と光信号のアッディング及びドロッピングの機能とを集約した４ポート型の光デバイスとしてみることができる。図４に示されるように、本発明の波長変換器をシステムに投入することにより、ハード規模を拡大することなく柔軟なネットワークを構築することができる。
【００４８】
図５は本発明による波長変換器の第４実施形態を示すブロック図である。この波長変換器は、図１に示される第１実施形態による波長変換器２４と、図２に示される第２実施形態による波長変換器２６とをミラー２８及び３０によりカスケード接続して構成されている。ミラー２８は、波長変換器２４の第２の偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｃと波長変換器２６の第１の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ｂとを接続しており、ミラー３０は、波長変換器２４の第２の偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄと波長変換器２６の第１の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ａとを接続している。また、ここでは、波長変換器２４の第１の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ｂ（図１参照）は使用されず、波長変換器２６の第２の偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｃ（図２参照）は使用されない。
【００４９】
波長変換器２４の第１の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２ＡにＷＤＭ信号光が入力光として供給されると、特定波長の光信号が波長変換されて変換光として波長変換器２６の第２の偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄから出力される。変換光の周波数はｆｏ−２ｆａである。また、特定波長以外の波長の光信号についても、変換光と共に同じポート８Ｄから出力される。
【００５０】
尚、図５においては、特定波長の光信号の偏波状態は各光路上にＴＥ又はＴＭで表されており、特定波長以外の波長の光信号の偏波状態については、各光路上に（ＴＥ）又は（ＴＭ）で表されている。
【００５１】
このように、図５に示される第４実施形態によると、ＷＤＭ信号光を入力光として１段目の波長変換器２４の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ａに供給したときに、波長変換された光信号（変換光）と波長変換されていない光信号（非変換光）の両方が２段目の波長変換器２６の偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄから出力されるので、１入力１出力型の波長変換デバイスの提供が可能になる。この原理を用いたシステムを次に説明する。
【００５２】
図６は本発明によるシステムの第２実施形態を示すブロック図である。このシステムは、入力ポート３２Ａ及び出力ポート３２Ｂを有する１入力１出力型の波長変換デバイス３２と、ポート３２Ａ及び３２Ｂにそれぞれ接続される光ファイバ伝送路３４及び３６とを備えている。デバイス３２は例えば図５に示される第４実施形態による波長変換器により提供され得る。この場合、ポート３２Ａは１段目の波長変換器２４の偏波ビームスプリッタ２の入力ポート２Ａに対応しており、出力ポート３２Ｂは２段目の波長変換器２６の偏波ビームスプリッタ８の出力ポート８Ｄに対応している。光ファイバ伝送路３４及び３６の各々は図示しない光ファイバネットワークに接続されている。
【００５３】
今、波長λ１，λ３及びλ４の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路３４からポート３２Ａに供給されているものとする。デバイス３２におけるＳＡＷの周波数はｆλ１に設定されており、それにより、波長λ１の光信号が波長変換されて、波長λ１´になる。そして、この波長変換された光信号と波長変換されていない光信号（λ３及びλ４）は同一のポート３２Ｂから光ファイバ伝送路３６へ送出される。このように、本実施形態におけるデバイス３２はＷＤＭが適用される２つの光ファイバネットワークを接続するのに適している。尚、波長変換動作はポート３２Ａ及び３２Ｂ間について可逆的である。
【００５４】
図７の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は以下の実施形態で使用する基本セルの構成及び動作を説明するための図である。図７の（Ａ）には、図４に示される光アッド／ドロップマルチプレクサ１４と同様の構成を有するユニット３８が基本セルとして示されている。すなわち、セル３８は図１乃至図３に示される波長変換器によって提供され得るものである。セル３８においては、図７の（Ｃ）に示されるように、バー状態にあっては波長変換は行なわれず、右下がりのクロス状態にあっては−ｆａの周波数シフトによる波長変換が行なわれ、右上がりのクロス状態にあっては＋ｆａの周波数シフトによる波長変換が行なわれる。
【００５５】
図７の（Ｂ）には、図７の（Ａ）に示されるセル３８を２つカスケード接続してなる基本セル４０が示されている。セル４０は例えば図５に示される波長変換器によって提供され得る。この場合、スルー出力とドロップ出力とが同じポートからなされることは前述した通りである。
【００５６】
図８は本発明による波長変換器の第５実施形態を示すブロック図である。ここでは、図７の（Ｂ）に示される基本セル４０に相当するｎ個のセル４０（＃１，…，＃ｎ）をカスケード接続して波長変換器が構成されている。セル４０（＃１）に供給される特定波長の光信号の周波数をｆｏとし、セル４０（＃ｎ）から出力される変換光の周波数をｆ´とすると、ｆ´＝ｆｏ±２ｎｆａとなる。
【００５７】
このように多段セル構成の波長変換器においては、上述した式に基づいて周波数シフト量をステップ的に任意に設定することができる。
【００５８】
図９は本発明による波長変換器の第６実施形態を示すブロック図である。ここでは、４つの入力ポート＃１〜＃４と４つの出力ポート＃１〜＃４との間に、１つの入力ポートから１つの出力ポートに至る光路を提供するセル３８の個数が一定（この例では４個）になるように、図７の（Ａ）に示されるセル３８を４×４のマトリックス状に配置することによって、波長変換器が構成されている。尚、各セル３８における周波数シフトの方向は、図７の（Ｃ）に示されるように、右下がりのクロスで−ｆａ、右上がりのクロスで＋ｆａである。この構成によると、４×４光スイッチの機能が得られるのと同時に本発明により波長変換の機能も得られる。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
表１は図９に示される実施形態における各入力ポートから各出力ポートに至る光路における周波数シフト量を示している。入力ポート＃２及び＃３の各々から出力ポート＃１に向かう光路で周波数シフト量は同じ＋２ｆａとなり、また、入力ポート＃２及び＃３の各々から出力ポート＃４に向かう光路で周波数シフト量は同じ−２ｆａとなり、実用上不便である可能性がある。これに対処するための実施形態を図１０及び図１１により説明する。
【００６１】
図１０は本発明による波長変換器の第７実施形態を示すブロック図である。ここでは、図９に示される第６実施形態と対比して、出力ポート＃１〜＃４のための周波数シフト調整ステージ４２が設けられている。各出力ポートのための調整ステージ４２は例えば図７の（Ｂ）に示される基本セル４０により提供される。ここでは、出力ポート＃１のための調整ステージ４２は、右下がりのクロスで＋ｆａの周波数シフトが得られるセル３８と右上がりのクロスで＋ｆａの周波数シフトが得られるセル３８とをカスケード接続して構成され、出力ポート＃２のための調整ステージ４２は、右上がりのクロスで＋ｆａの周波数シフトが得られるセル３８と右下がりのクロスで＋ｆａの周波数シフトが得られるセル３８とをカスケード接続して構成され、出力ポート＃３のための調整ステージ４２は右下がりのクロスで−ｆａの周波数シフトが得られるセル３８と右上がりのクロスで−ｆａの周波数シフトが得られるセル３８とをカスケード接続して構成され、出力ポート＃４のための調整ステージ４２は右上がりのクロスで−ｆａの周波数シフトが得られるセル３８と右下がりのクロスで−ｆａの周波数シフトが得られるセル３８とをカスケード接続して構成されている。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
表２は図１０に示される実施形態における各入力ポートと各出力ポートとの間での周波数シフト量を示している。このように、同じ出力ポートに対して同じ周波数シフト量となる入力ポートは無いので、実用上便利である。
【００６４】
図１１は本発明による波長変換器の第８実施形態を示すブロック図である。図９に示される実施形態では、各セル３８が図７の（Ｃ）に示されるように右上がりのクロスで＋ｆａの周波数シフト量となっているのに対比して、この実施形態では、右上がりのクロスで＋ｆａの周波数シフト量が得られるセル３８と右下がりのクロスで＋ｆａの周波数シフト量が得られるセル３８とを交互に設けている。
【００６５】
【表３】
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【００６６】
表３は図１１に示される実施形態における各入力ポートと各出力ポートとの間の光路における周波数シフト量を示している。この実施形態によっても、同じ出力ポートに対して同じ周波数シフト量となる入力ポートが無いので、実用上便利である。また、図１０に示される実施形態と対比して、周波数シフト調整ステージ４２が不要な分だけ構成を簡単にすることができる。
【００６７】
図１２は本発明による波長変換器の第９実施形態を示すブロック図である。ここでは、５つの入力ポート＃１〜＃５と５つの出力ポート＃１〜＃５との間に、１６個のセル３８を４×４マトリックス状に配置し、半セル分シフトされるようにセル３８間を接続している。また、図示されるように、右上がりのクロスで＋ｆａの周波数シフト量となるセル３８と右下がりのクロスで＋ｆａの周波数シフト量となるセル３８とを交互に配置している。
【００６８】
この実施形態では、図９乃至乃至図１１の実施形態とは異なり交換機能は生じないが、セル３８の数を増やすことなしに種々の周波数シフト量を設定することができる。具体的には、表４に示すように、対応する入力ポートから出力ポートに至る光路において、各セル３８におけるＳＡＷのオン・オフにより種々の周波数シフト量を設定することができる。
【００６９】
【表４】
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【００７０】
続いて、本願発明の産業上の利用可能性について考察する。前述したように、周波数シフト量ｆａは特定波長λｃにより一義的に決定される。例えば、図１に示される実施形態において、変換器４及び６の各々がリチウムナイオベート基板を用いた光導波構造により提供されている場合、Δｎ＝０．０７であり、Ｖａ＝３５００ｍ／ｓであるので、特定波長λｃとしてＩＴＵにおいて定義されているλ＃１６の１５４７．７２ｎｍを想定すると、周波数シフト量ｆａは１５８．２９７ＭＨｚとなる。従って、ＩＴＵグリッドである１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）の波長変換を行なうためには、屈折率差Δｎは３桁ほど小さい。従って、リチウムナイオベートを用いている場合には、本発明は微小波長変換の用途に限定されることとなる。しかし、微小波長変換の用途は数多くある。例えば、大規模なＷＤＭネットワークにおいては、波長基準となる基準光を常にネットワークに流しておくことが提案される。この基準光が例えば光アッド／ドロップマルチプレクサ内のＡＯＴＦ等により波長シフトを受けた場合、このシフトを補正する用途として、微小波長変換を活用することができる。また、将来的に光交換が導入された場合、光交換のためには光半導体素子等を使用した光メモリが用いられるので、この場合にも波長シフトが生じる可能性があり、微小波長変換の活用が可能である。更に、ＷＤＭシステムにおいて、ＩＴＵグリッドが更に狭くなった場合（例えば１ＧＨｚ）には、主信号の波長シフト補正として微小波長変換を活用することができる。
【００７１】
尚、屈折率差Δｎとして数十乃至数百の値は現在実用化されている光学結晶では事実上実現することはできないが、フォトニック結晶技術を用いることにより所要の光学定数を有する結晶を得ることができる。従って、フォトニック結晶技術を用いて本発明を実施することによって、波長１．５５μｍ帯におけるＷＤＭの波長チャネル間の波長変換を行なうことができる。
【００７２】
フォトニック結晶に関しては、例えば「三次元フォトニック結晶の作製と応用」、電子情報通信学会誌 Vol.81, No.10, pp.1063-1066, 1998年10月を参照されたい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、変換光の発生効率が高い波長変換のための方法の提供が可能になるという効果が生じる。
【００７４】
また、本発明によると、変換光の発生効率が高く且つ構成が簡単な波長変換のための装置の提供が可能になるという効果が生じる。
【００７５】
更に、本発明によると、そのような装置を備えた新規なシステムの提供が可能になるという効果が生じる。
【００７６】
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は本発明による波長変換器の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明による波長変換器の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明による波長変換器の第３実施形態を示すブロック図である。
【図４】図４は本発明によるシステムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明による波長変換器の第４実施形態を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明によるシステムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図７】図７の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は基本セルの構成及び動作を説明するための図である。
【図８】図８は本発明による波長変換器の第５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器の第６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器の第７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器の第８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器の第９実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２  第１の偏波ビームスプリッタ
４  ＴＥ／ＴＭ変換器
６  ＴＭ／ＴＥ変換器
８  第２の偏波ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003907861.tif 000009
【図５】
0003907861.tif 000010
【図６】
0003907861.tif 000011
【図７】
0003907861.tif 000012
【図８】
0003907861.tif 000013
【図９】
0003907861.tif 000014
【図１０】
0003907861.tif 000015
【図１１】
0003907861.tif 000016
【図１２】
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