(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意波長の第１の入力信号光の光強度に応じて、前記第１の入力信号光の波長と異なる波長を有する第２の入力光が変調される光制御素子において、
前記第１の入力信号光を分岐させる第１の光分岐手段と、
前記第２の入力光を分岐させる第２の光分岐手段と、
前記第２の分岐手段により分岐された一方の第２の入力光を遅延させる遅延手段と、
前記分岐された一方の第１の入力信号光と前記遅延を受けた一方の第２の入力光とを、第１の合流光ポートに合流させる第１の光結合手段と、
前記分岐された他方の第１の入力信号光と前記分岐された他方の第２の入力光とを、第２の合流光ポートに合流させる第２の光結合手段と、
前記第１の合流光ポートおよび前記第２の合流光ポートが接続され、前記各々の合流光が相対する方向に伝播して、前記第１の入力信号光の光強度に応じて屈折率が変化する媒質からなる位相変調手段と、
を有することを特徴とする光制御素子。
【請求項２】
前記第１の入力信号光の光強度に応じて屈折率が変化する媒質からなる位相変調手段として、半導体増幅器を用いることを特徴とする請求項１に記載の光制御素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光制御素子に関し、より詳細には、波長多重光ネットワークにおいて、任意波長の入力信号光強度に応じて、この入力信号光の波長と同一または異なる別波長の光を変調する光制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の異なる波長の光信号を伝送する光伝送システムとして、複数の異なる波長の光信号を１本の光ファイバに結合して伝送する波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）がある。さらに、このＷＤＭシステムは、１対１の伝送のみならず、ネットワーク化が急速に進みつつある。
【０００３】
このようなＷＤＭシステムにおいて、光ファイバを伝送する光信号の波長を同一または異なる波長へと変換する、いわゆる波長変換を行う光制御素子が重要となってくる。
【０００４】
図１は、従来の波長変換を行う光制御素子の一例を示す図で、この波長変換回路は、半導体光増幅器（SOA；Semiconductor Optical Amplifier）１０１と、このＳＯＡに接続されたＭＭＩカプラ（マルチモード干渉カプラ；Multi-Mode Interference coupler）１０２，１０３と、このＭＭＩカプラ１０２，１０３間に設けられたループ型干渉回路１０９とから構成されている。
【０００５】
このような構成により、ＭＭＩカプラ１０３に波長λｊの連続光（ＣＷ光）１０５がポート１１１に入射され、ＭＭＩカプラ１０３で２つに分かれてループ型干渉回路１０９へと導かれる。ループ型干渉回路１０９では、右回りの光と左回りの光に別れてループを一周し、再びＭＭＩカプラ１０３で合波されてポート１１１に出射される。この状態で、波長λｉの信号光１０４をＭＭＩカプラ１０２に入射させる。入射された信号光１０４はＳＯＡ１０１を通過する。このとき、ＳＯＡ１０１内の屈折率が変化する。
【０００６】
ループ内を導波している波長λｊの光は、屈折率変化の影響を受けて、図２（ａ）のように位相変化をおこす。右回りの光１０７は、急峻に位相変化をおこし、その後、ＳＯＡ１０１のキャリア変化の回復時間の速度に応じた時間で、元の位相にもどり、ＭＭＩカプラ１０３に入射する。左回りの光１０６も同様の位相変化を受けるが、右回りの光１０７に比べて、ループ型干渉回路１０９を伝播する距離がΔＬだけ長いため、伝播時間差Δτだけ遅れてＭＭＩカプラ１０３へ入射する。ＭＭＩカプラ１０３中では、右回り、左回りの光の位相変化が起きる時間が、Δτの間だけずれることになる。このΔτの間だけ、図２（ｂ）のように、干渉効果により、波長λｊの光は、ポート１１０に出射されることとなる。
【０００７】
すなわち、入力した波長λｉの光信号が、波長λｊの光へ移され、ポート１１０に出力されるわけである。このループ型干渉回路を有する波長変換回路では、位相変化のキャリア変化の回復時間の速度に制限される領域が、キャンセルアウトされ、その制限を受けずに高速波長変換が可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したループ型干渉回路を有する波長変換装置を用いた場合、ＳＯＡ１０１の長さがΔＬと比較して十分に小さいことが必要であった。すなわち、右回りの連続光１０７は、信号光１０４と同一方向に伝搬するために、ＳＯＡ１０１の長さＬＳＯＡ全体にわたって屈折率変化の影響をうけるのに対し、左回りの連続光１０６は、信号光１０４と逆方向に伝搬するために信号光１０４と出会うまでは屈折率変化の影響を受けず、立ち上がりにｔｒ＝２ＬＳＯＡ／（ｃ／ｎｅｑ）（ｃは光速、ｎｅｑはＳＯＡの等価屈折率）を要する。
【０００９】
その結果、ＳＯＡ１０１の長さがΔＬと同程度の場合には、右回り、左回りの両連続光の位相変化は、図３（ａ）のようになり、干渉効果によりポート１１０の出射される被変換光の波形が図３（ｂ）のように変形してしまう。したがって、ｔｒよりもΔτが小さいような動作は不可能であった。また、Δτとして１０ｐｓ程度を実現するためには
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が要求され、ＳＯＡ長を２００μｍ程度以下にする必要があった。
【００１０】
光の位相変化は、屈折率変化の絶対値と媒質の長さの積で決まるため、長さの短いＳＯＡで所望の位相変化を得るためには、屈折率変化の絶対値を大きくせざるを得ず、動作パワーが増大したり、場合によってはＳＯＡの飽和により所望の屈折率変化が得られないといった問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低パワーで、かつ高速の波長変換機能を有する光制御素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、任意波長の第１の入力信号光の光強度に応じて、前記第１の入力信号光の波長と異なる波長を有する第２の入力光が変調される光制御素子において、前記第１の入力信号光を分岐させる第１の光分岐手段と、前記第２の入力光を分岐させる第２の光分岐手段と、前記第２の分岐手段により分岐された一方の第２の入力光を遅延させる遅延手段と、前記分岐された一方の第１の入力信号光と前記遅延を受けた一方の第２の入力光とを、第１の合流光ポートに合流させる第１の光結合手段と、前記分岐された他方の第１の入力信号光と前記分岐された他方の第２の入力光とを、第２の合流光ポートに合流させる第２の光結合手段と、前記第１の合流光ポートおよび前記第２の合流光ポートが接続され、前記各々の合流光が相対する方向に伝播して、前記第１の入力信号光の光強度に応じて屈折率が変化する媒質からなる位相変調手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の入力信号光の光強度に応じて屈折率が変化する媒質からなる位相変調手段として、半導体増幅器を用いることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図４は、本発明の波長変換を行う光制御素子の一実施例を示す図で、この波長変換回路は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）４０１と、このＳＯＡ４０１に接続されたＭＭＩカプラ４０２，４１２と、このＭＭＩカプラ４１２に接続されたＭＭＩカプラ４０３と、このＭＭＩカプラ４０２，４０３間に設けられたループ型干渉回路４０９と、ＭＭＩカプラ４０２，４１２に接続されたＭＭＩカプラ４１３とから構成されている。なお、符号４０５はＣＷ光、４０８は変換光、４１０は変換光出力ポート、４１１はＣＷ光入力ポート、４１４，４１５は信号光導波路を示している。
【００１５】
このような構成により、基本動作は図１に示した従来例のものに準じて動作する。つまり、ＭＭＩカプラ４０３に波長λｊの連続光（ＣＷ光）４０５がポート４１１に入射され、ＭＭＩカプラ４０３で２つに分かれてループ型干渉回路４０９へと導かれる。ループ型干渉回路４０９では、右回りの光と左回りの光に別れてループを一周し、再びＭＭＩカプラ４０３で合波されてポート４１１に出射される。この状態で、波長λｉの信号光４０４をＭＭＩカプラ４０２に入射させる。入射された信号光４０４はＳＯＡ４０１を通過する。このとき、ＳＯＡ４０１内の屈折率が変化する。
【００１６】
ただし、信号光が、図４に示すように、ＭＭＩカプラ４１３で分岐されて信号光導波路４１４，４１５からＳＯＡ４０１に両方向から入射する。そのためループ内を右回りに伝搬する光４０７と左回りに伝搬する光４０６はともに、ＳＯＡ４０１内において、分岐された信号光と同方向伝搬するとともに、逆方向にすれ違う。その結果、右回りに伝搬する光４０７と左回りに伝搬する光４０６の位相変化は、図５（ａ）に示すように、急峻かつ完全に同一波形となる。そのため、変換出力波形は、図５（ｂ）に示すように、立ち上がり、立ち下がりとも急峻となり、高速な出力波形を得ることができる。
【００１７】
本実施例では、ＳＯＡの構造についてはなんら制約を設けるものではない。すなわち、ＳＯＡの活性層に関しては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等、任意の材質について同様な効果が期待できる。また、活性層構造に関しても、バルク、ＭＱＷ、量子細線、量子ドットを問わず、またＳＯＡの導波路構造に関してもｐｎ埋め込み、リッジ構造、半絶縁埋め込み構造、ハイメサ構造等を用いた場合でも同様な効果が期待できる。
【００１８】
また、上述した実施例では、信号光、あるいはＣＷ光を分岐、合流する構造として、ＭＭＩカプラを用いた例を示しているが、方向性結合器を用いてもよい。また、第１の入力光の光強度に応じて屈折率が変化する媒質からなる構造として、ＳＯＡを用いた例を示しているが、ＥＡ変調器等のような光強度に応じて屈折率が変化する構造であれば、すべて適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、任意波長の第１の入力信号光強度に応じて前記入力信号光の波長と同一または異なる波長を有する第２の入力光が変調される光制御素子において、第１の入力光を分岐させる光分岐手段と、第２の入力光を分岐・遅延させる光分岐・遅延手段と、分岐された第１の入力光の一方を、分岐された第２の入力光の一方と合流する第１の光結合手段と、光結合手段により合流された入力光が伝搬するポートに接続された、第１の入力光の光強度に応じて屈折率が変化する媒質と、媒質からの出力を、分岐された第１の入力光の他方と分岐された第２の入力光の他方とを合流する第２の光結合手段とを有するので、低動作パワーで高速の波長変換機能を有する光制御素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の波長変換を行う光制御素子の一例を示す図である。
【図２】従来の波長変換回路の動作原理（その１）を示す図で、（ａ）は位相変化、（ｂ）は光強度を示す図ある。
【図３】従来の波長変換回路の動作原理（その２）を示す図で、（ａ）は位相変化、（ｂ）は光強度を示す図ある。
【図４】本発明の波長変換を行う光制御素子の第一実施例を示す図である。
【図５】本発明の光制御素子の動作原理を示す図で、（ａ）は位相変化、（ｂ）は光強度を示す図ある。
【符号の説明】
１０１  ＳＯＡ
１０２，１０３  ＭＭＩカプラ
１０４  信号光
１０５  ＣＷ光
１０６  左回りの光
１０７  右回りの光
１０８  出力光（被波長変換光）
１０９  ループ型干渉回路
１１０，１１１  ポート
４０１  ＳＯＡ
４０２，４０３  ＭＭＩカプラ
４０４  信号光
４０５  ＣＷ光
４０６  左回りの光
４０７  右回りの光
４０８  出力光（被波長変換光）
４０９  ループ型干渉回路
４１０，４１１  ポート
４１２，４１３  ＭＭＩカプラ
４１４，４１５  信号光導波路
【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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