(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重信号光を入力して各波長の信号光に分波する第１のアレイ導波路回折格子型フィルタと、
前記第１のアレイ導波路回折格子型フィルタで分波された各波長の信号光と、外部から互いに異なる波長の制御光とをそれぞれを入力し、信号光により変調され、かつ、制御光波長に対応する波長の波長変換光を出力する複数の波長変換器と、
前記各波長変換器から出力された各波長の波長変換光を入力し、合波して波長多重信号光として出力する第２のアレイ導波路回折格子型フィルタとを備え、
前記制御光は、前記第１または第２のアレイ導波路回折格子型フィルタのいずれか一方を介して前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成であって、前記波長多重信号光の入力ポート、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとは、それぞれ異なるポートに入力し、分波された各波長の制御光が前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成であることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、信号光と制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質を含み、四光波混合光を波長変換光として出力する構成であることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、制御光の入力により利得飽和状態の半導体光増幅器に信号光を入力し、信号光により相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成であることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、一方のポートから制御光を入力し、一方のアーム導波路の半導体光増幅器に信号光を入力し、他方のポートから信号光により変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成であることを特徴とする多波長変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、非対称のスプリッタを用い、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、一方のポートから制御光を入力し、他方のポートから信号光を入力するとともに信号光により変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成であることを特徴とする多波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換する多波長変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数チャネルの信号光を多重伝送する波長多重光伝送システムの伝送帯域は、光増幅器として用いるエルビウムドープ光ファイバ増幅器の増幅帯域を考慮して1.55μｍ帯（1530〜1560ｎｍ）が主に用いられてきた。一方、日本で使用されている分散シフトファイバは、1.55μｍ帯の伝送帯域において波長間隔を狭めて伝送容量を増やそうとすると、非線形光学効果（四光波混合）によるクロストークが問題になってくる。それを回避するために、1.55μｍ帯では不等間隔で波長多重伝送する方法が考えられている。また、近年1.58μｍ帯（1570〜1600ｎｍ）で利得を有する光ファイバ増幅器が開発され、それに伴って1.58μｍ帯を用いることにより等間隔の波長多重伝送も可能になってきた。したがって、将来的には、1.55μｍ帯と1.58μｍ帯を含めた広帯域の波長多重ネットワークが可能になってきた。
【０００３】
ここで重要となるのは、1.55μｍ帯の波長多重ネットワークと1.58μｍ帯の波長多重ネットワークとの相互接続、さらに不等間隔波長多重ネットワークと等間隔波長多重ネットワークとの相互接続である。例えば、1.55μｍ帯の不等間隔波長多重ネットワークと1.58μｍ帯の等間隔波長多重ネットワークとの相互接続、あるいは1.55μｍ帯の不等間隔波長多重ネットワークと分散シフトファイバを使用していない米国等の1.55μｍ帯の等間隔波長多重ネットワークとの相互接続である。
【０００４】
これらの相互接続を行うには、接続ポイントで波長多重信号光の各チャネルの波長をそれぞれ他の波長に変換する多波長変換装置が必要である。従来の多波長変換装置は、波長多重信号光を各波長に分波してそれぞれ電気信号に変換し、他の波長で発振する半導体レーザを各電気信号でそれぞれ直接変調して信号光に変換し、合波して波長多重信号光を出力する構成になっている。
【０００５】
図２８は、従来の多波長変換装置の構成例を示す。ここでは、1.55μｍ帯の４波等間隔(1551,1552,1553,1554ｎｍ）の波長多重信号光を入力し、1.58μｍ帯の４波等間隔(1581,1582,1583,1584ｎｍ）の波長多重信号光に変換する例を示す。入力された波長多重信号光は、光分波器９１で各波長に分波され、それぞれ受光器（Ｏ／Ｅ）９２−１〜９２−４で電気信号に変換される。各電気信号は、それぞれ電気増幅器９３−１〜９３−４で増幅され、バイアスＴ回路９４−１〜９４−４で直流バイアス電流が重畳され、それぞれ対応する半導体レーザ（Ｅ／Ｏ）９５−１〜９５−４に印加される。各半導体レーザ９５−１〜９５−４は1.58μｍ帯で発振し、各電気信号により変調されたレーザ発振光が光合波器９６で合波され、波長変換された波長多重信号光として出力される。
【０００６】
光分波器９１および光合波器９６としては、アレイ導波路回折格子型フィルタ（以下「ＡＷＧ」という）またはＷＤＭカプラを用いることができる。また、半導体レーザを直接変調する代わりに外部変調器を用いる構成もある。なお、従来の多波長変換装置は、1.55μｍ帯の等間隔波長から1.58μｍ帯の等間隔波長への変換に限らず、光分波器９１および光合波器９６の合分波特性、半導体レーザ９５−１〜９５−４の発振波長を適宜選択することにより、他の波長帯への変換や、不等間隔波長と等間隔波長の相互変換が可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の多波長変換装置は、ネットワーク規模が大きくなって波長数や相互接続箇所を増やす場合に、光・電気変換および電気・光変換の負荷が大幅に増加する問題があった。
【０００８】
本発明は、電気信号を介さず、波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換することができる多波長変換装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の多波長変換装置は、波長多重信号光を入力して各波長の信号光に分波する第１のアレイ導波路回折格子型フィルタと、第１のアレイ導波路回折格子型フィルタで分波された各波長の信号光と、外部から入力される互いに異なる波長の制御光とをそれぞれを入力し、信号光により変調され、かつ、制御光波長に対応する波長の波長変換光を出力する複数の波長変換器と、前記各波長変換器から出力された各波長の波長変換光を入力し、合波して波長多重信号光として出力する第２のアレイ導波路回折格子型フィルタとを備える。なお、制御光は、前記第１または第２のアレイ導波路回折格子型フィルタのいずれか一方を介して前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成で、前記波長多重信号光の入力ポート、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとは、それぞれ異なるポートに入力し、分波された各波長の制御光が前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成である。
【００１４】
請求項１の多波長変換装置に用いる波長変換器は、信号光と制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質を含み、四光波混合光を波長変換光として出力する構成である（請求項２）。あるいは、制御光の入力により利得飽和状態の半導体光増幅器に信号光を入力し、信号光に対して相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成である（請求項３）。あるいは、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計であり、一方のポートから制御光を入力し、一方のアーム導波路の半導体光増幅器に信号光を入力し、他方のポートから信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成である（請求項４）。あるいは、非対称のスプリッタを用い、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、一方のポートから制御光を入力し、他方のポートから信号光を入力するとともに信号光により変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成である（請求項５）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：参考例）
図１は、本発明の多波長変換装置の第１の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光分波器１で各波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器３−１〜３−４に入力される。波長変換器３−１〜３−４は、波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光をそれぞれ波長λ11, λ12, λ13, λ14の信号光に変換して出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光は光合波器２で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００１７】
図２は、光分波器１および光合波器２の構成例を示す。ここでは、(a) は光分波器１、(b) は光合波器２として用いるＡＷＧの構成を示す。ＡＷＧは、入力導波路アレイ１１と、入力側スラブ導波路１２と、各導波路の長さが異なるアレイ導波路１３と、出力側スラブ導波路１４と、出力導波路アレイ１５を接続した構成である。
【００１８】
図２(a) において、波長多重信号光は、入力ポートから入力導波路アレイ１１を介して入力側スラブ導波路１２に入力され、アレイ導波路１３に等しい光強度で分配される。アレイ導波路１３で光路長差に応じた遅延差が生じた波長多重信号光は、出力側スラブ導波路１４に入力されて収束する。このとき、波長の違いによって位相状態が異なるので、出力導波路アレイ１５の各導波路にそれぞれ異なる波長の信号光が集光し、それぞれ対応する出力ポートに分波される。
【００１９】
また、図２(b) に示すように、出力導波路アレイ１５の各導波路に分波される波長の光信号を逆方向に入力することにより、逆の経路をたどって入力導波路アレイ１１の所定の導波路に波長多重される。
【００２０】
なお、ＡＷＧの入出力ポートと合分波する波長の関係は周期性を有するので、分波する波長λ1,λ2,λ3,λ4 と合波する波長λ11, λ12, λ13, λ14がその周期上にあれば、光分波器１と光合波器２は同一特性のものを用いることができる。また、ＡＷＧは各入出力ポートに対応する波長が不等間隔になるように設定することも可能であり、入力される波長多重信号光と波長変換して出力される波長多重信号光の波長間隔に応じて、ＡＷＧの合分波特性を適宜調整すればよい。
【００２１】
図３は、波長変換器３の構成例を示す。(a) は可飽和吸収領域を有する多電極ＤＦＢレーザ、(b) は超周期構造回折格子（ＳＳＧ）ＤＢＲレーザを用いた例を示す。
【００２２】
図３(a) において、多電極ＤＦＢレーザは、可飽和吸収領域３１、活性層３２、回折格子３３、電極３４−１，３４−２を有する。この多電極ＤＦＢレーザを発振閾値電流よりわずかに下にバイアスした状態で、可飽和吸収領域３１に信号光を入力すると、可飽和吸収領域３１の光損失が減少してレーザ発振が始まる。このレーザ発振光の波長は、電極３４−１，３４−２の注入電流比I1／I2を変えることにより制御でき、所定の変換波長に設定することができる。したがって、例えば波長λ1 の信号光を入力し、波長λ11の波長変換光を出力することができる。
【００２３】
図３(b) において、超周期構造回折格子（ＳＳＧ）ＤＢＲレーザは、活性層３２、超周期構造回折格子３５−１，３５−２、位相調整領域３６、電極３４−１〜３４−４を有する。この超周期構造回折格子（ＳＳＧ）ＤＢＲレーザを発振状態に設定し、そこに信号光を入力すると利得飽和し、所定の波長のレーザ発振光の出力パワーが減少する。この利得飽和現象を用いることにより、例えば波長λ1 の信号光を入力し、波長λ11の波長変換光を出力することができる。ただし、波長変換光は信号光によって相補的に変調された波形となる。
【００２４】
なお、本実施形態の波長変換器３は、図３に示すように波長変換光の波長が半導体レーザの発振波長で決まり、半導体レーザの波長可変範囲内で任意の波長に変換することができる。
【００２５】
（第２の実施形態：参考例）
図４は、本発明の多波長変換装置の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光分波器に波長多重信号光を入力し、分波された信号光と外部からの制御光を合波して波長変換器に入力し、非線形光学効果により発生させた四光波混合光を波長変換光として出力するところにある。
【００２６】
図において、波長多重信号光は、光分波器１で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、光カプラ７−１〜７−４でそれぞれ対応する波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光と合波して波長変換器４−１〜４−４に入力される。波長変換器４−１〜４−４は、各波長の信号光および制御光をポンプ光およびプローブ光として、波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合波器２で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００２７】
図５は、波長変換器４の構成例を示す。図において、波長変換器４は、信号光および制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質４１と、信号光および制御光を遮断して四光波混合光のみを出力する光フィルタ４２とにより構成される。信号光と制御光の光周波数間隔を10ｎｍ程度以下に設定すると、非線形光学効果により四光波混合光が高効率で発生する。ここで、信号光および制御光の光周波数をf1 , f11とすると、発生する四光波混合光の光周波数は２f1−f11 または２f11−f1 となる。光フィルタ４２は、光周波数f1 , f11を遮断し、光周波数２f1−f11 または２f11−f1 の四光波混合光のみを出力するように設定する。
【００２８】
なお、光合波器２としてＡＷＧを用いたときに、波長変換器４を通過した信号光および制御光が波長変換光（四光波混合光）と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタ４２を用いなくても波長変換光を信号光および制御光から分離して取り出すことができる。以下に示す第３の実施形態においても同様である。
【００２９】
（第３の実施形態：請求項１，２）
図６は、本発明の多波長変換装置の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴光分波器に波長多重信号光および各波長の制御光を入力し、信号光と対応する制御光をペアで分波してそれぞれ対応する波長変換器に入力し、非線形光学効果により発生させた四光波混合光を波長変換光として出力するところにある。
【００３０】
図において、波長多重信号光および制御光は、光分波器１で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光と波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光がそれぞれペアで分波され、波長変換器４−１〜４−４に入力される。波長変換器４−１〜４−４は、各波長の信号光および制御光から波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合波器２で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００３１】
ここで、信号光と制御光がペアで同じポートに出力される光分波器１は、ＡＷＧにより実現可能である。図７(a) は、波長多重信号光と各波長の制御光が合波された状態で１つのポートに入力される構成であり、図７(b) は、波長多重信号光が入力されるポートと各波長の制御光が合波されて入力されるポートが異なる構成であり、図７(c) は、波長多重信号光が入力されるポートと各波長の制御光が入力されるポートが異なる構成である。なお、図６は図７(b) の構成に対応するものである。
【００３２】
（第４の実施形態：請求項１，２）
図８は、本発明の多波長変換装置の第４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光分波器に波長多重信号光を入力し、光合波器に各波長の制御光を入力し、信号光と対応する制御光をペアで分波してそれぞれ対応する波長変換器に入力し、非線形光学効果により発生させた四光波混合光を波長変換光として出力するところにある。
【００３３】
図において、波長多重信号光は、光分波器１で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、波長多重された制御光は光合波器２で波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光に分波され、それぞれペアで波長変換器４−１〜４−４に入力される。波長変換器４−１〜４−４は、各波長の信号光および制御光から波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合波器２で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００３４】
ここで、波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光と波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が、ペアで同じポートを入出力する光合波器２は、ＡＷＧにより実現可能である。また、制御光は、図７(b) に示すように波長多重して１つのポートから入力してもよいし、図７(c) に示すように各波長ごとのポートから入力してもよい。また、制御光が信号光の入力側に戻らないようにするには、入力ポートに光アイソレータを備えればよい。
【００３５】
なお、本実施形態の波長変換器４に用いる光フィルタは、信号光波長のみを遮断し、制御光および波長変換光を透過する特性のものが必要となる。ただし、光合波器２としてＡＷＧを用いたときに、波長変換器４を通過した信号光が波長変換光（四光波混合光）と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタを用いなくても波長変換光を信号光から分離して取り出すことができる。
【００３６】
（第５の実施形態：参考例）
図９は、本発明の多波長変換装置の第５の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図４に示す第２の実施形態の四光波混合による波長変換器４に代えて、半導体光増幅器の利得飽和を利用し、信号光によりクロスゲイン変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器５を用いたところにある。
【００３７】
図において、波長多重信号光は、光分波器１で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、光カプラ７−１〜７−４でそれぞれ対応する波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光と合波して波長変換器５−１〜５−４に入力される。波長変換器５−１〜５−４は、信号光に対して相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光（制御光）は光合波器２で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００３８】
図１０は、波長変換器５の構成例を示す。図において、波長変換器５は、半導体光増幅器５１と、信号光を遮断して制御光（波長変換光）のみを出力する光フィルタ５２とにより構成される。半導体光増幅器５１は、変換波長の制御光を高強度で入力して利得飽和状態にしておく。この半導体光増幅器５１に信号光を入力すると、信号光強度に応じて制御光に対する利得が低下し、信号光に対して相補的に変調された制御光が出力される。この制御光を波長変換光とし、光フィルタ５２で信号光と分離して出力する。
【００３９】
なお、光合波器２としてＡＷＧを用いたときに、波長変換器５を通過した信号光が波長変換光（制御光）と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタ５２を用いなくても波長変換光のみを取り出すことができる。以下に示す第６の実施形態においても同様である。
【００４０】
（第６の実施形態：請求項１，３）
図１１は、本発明の多波長変換装置の第６の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図６に示す第３の実施形態の四光波混合による波長変換器４に代えて、半導体光増幅器の利得飽和を利用した波長変換器５を用いたところにある。光分波器１における波長多重信号光と制御光の分波方法は同様である。
【００４１】
（第７の実施形態：参考例）
図１２は、本発明の多波長変換装置の第７の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図４に示す第２の実施形態の四光波混合による波長変換器４に代えて、マッハツェンダ干渉計と半導体光増幅器を組み合わせ、信号光によりクロスフェイズ変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器６を用いたところにある。
【００４２】
図において、波長多重信号光は、光分波器１で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光とともに波長変換器６−１〜６−４に入力される。波長変換器６−１〜６−４は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光（制御光）は光合波器２で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００４３】
図１３は、波長変換器６の構成例を示す。図において、波長変換器６は、マッハツェンダ干渉計型光変調器を構成するＹ分岐導波路６１−１，６１−２の間の各アーム導波路に半導体光増幅器６２−１，６２−２を配置した構成である。一方の入力ポートから入力される制御光をＹ分岐導波路６１−１で分岐して２つの半導体光増幅器に入力し、他方の入力ポートから入力される信号光をＹ分岐導波路６１−３を介して一方の半導体光増幅器６２−１に入力する。このとき、信号光強度に応じて半導体光増幅器６２−１の屈折率が変化し、制御光の位相が変化する。これにより、半導体光増幅器６２−１，６２−２を通過した制御光がＹ分岐導波路６１−２で結合したときに位相変化が強度変化となって現れる。したがって、２つの半導体光増幅器間の位相差を適当に設定することにより、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力することができる。
【００４４】
（第８の実施形態：請求項１，４）
図１４は、本発明の多波長変換装置の第９の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図６に示す第３の実施形態の四光波混合による波長変換器４に代えて、信号光によりクロスフェイズ変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器６を用いたところにある。波長変換器６としては、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器を用いる。
【００４５】
ただし、光分波器１で分波する波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光と波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が、それぞれ異なるポートに出力されるように設定する。このような設定は、光分波器１として用いるＡＷＧの調整により可能である。そして、信号光と変換波長の制御光をそれぞれペアにして波長変換器６に入力する。なお、制御光は、図７(a) に示すように波長多重信号光に波長多重して入力してもよいし、図７(b) に示すように波長多重して１つのポートから入力してもよいし、図７(c) に示すように各波長ごとのポートから入力してもよい。
【００４６】
（第９の実施形態：請求項１，４）
図１５は、本発明の多波長変換装置の第９の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図８に示す第４の実施形態の四光波混合による波長変換器４に代えて、信号光によりクロスフェイズ変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器６を用いたところにある。波長変換器６としては、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器を用いる。
【００４７】
ただし、制御光は光分波器１を介して各波長ごとに波長変換器６に入力され、波長多重信号光は光合波器２を介して各波長ごとに波長変換器６に入力され、波長変換器６から出力された波長変換光（制御光）が光合波器２で合波して出力される。ここで、光合波器２において、分波された信号光および合波する波長変換光（制御光）がそれぞれ異なるポートに入出力されるように設定する。このような設定は、光合波器２として用いるＡＷＧの調整により可能である。なお、制御光は、図７(b) に示すように波長多重して１つのポートから入力してもよいし、図７(c) に示すように各波長ごとのポートから入力してもよい。
【００４８】
また、第７〜第９の実施形態において、マッハツェンダ干渉計と半導体光増幅器の組み合わせに代えて、マイケルソン干渉計と半導体光増幅器の組み合わせでも、同様の機能を実現することができる。また、半導体光増幅器に代えて光ファイバ増幅器を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００４９】
また、分波された信号光の波長をそれぞれ対応する制御光の波長に変換する波長変換器としては、以上示した各実施形態の他に、例えば非線形ループミラーを用いた構成なども用いることができる。
【００５０】
また、本発明の構成は、1.55μｍ帯の等間隔波長から1.58μｍ帯の等間隔波長への変換に限らず、光分波器１および光合波器２の合分波特性を調整し、波長変換器３を構成する半導体レーザの発振波長、波長変換器４〜６に入力する制御光の波長を適宜選択することにより、他の波長帯への変換や、不等間隔波長と等間隔波長の相互変換が可能である。
【００５１】
（第１０の実施形態：参考例）
図１〜３に示す第１の実施形態は、波長変換器３における信号光の入力ポートと波長変換光の出力ポートが異なり、光分波器１と光合波器２を用いる構成になっている。しかし、波長変換器３として用いる図３に示すような半導体レーザは、外部から入力される信号光により変調されたレーザ発振光を波長変換光として出力する構成であり、信号光の入力ポート側から出力されるレーザ発振光を波長変換光として用いることもできる。この場合の構成例を第１０の実施形態として示す。
【００５２】
図１６は、本発明の多波長変換装置の第１０の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器８で各波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器３−１〜３−４に入力される。波長変換器３−１〜３−４は、波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光をそれぞれ波長λ11, λ12, λ13, λ14の信号光に変換し、折り返し出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光は光合分波器８で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００５３】
図１７は、第１０の実施形態の具体的構成例を示す。ここでは、光合分波器８としてＡＷＧを用いた構成を示す。波長λ１〜λ４の波長多重信号光は、ＡＷＧの入力導波路アレイ１１の所定の導波路に入力されると、出力導波路アレイ１５の各導波路に分波され、各波長の信号光がそれぞれ対応する波長変換器３−１〜３−４に入力される。各波長変換器３−１〜３−４から出力される波長λ11〜λ14の波長変換光は、ＡＷＧの出力導波路アレイ１５の各導波路に折り返され、逆の経路をたどって入力導波路アレイ１１の所定の導波路に波長多重される。
【００５４】
なお、分波する波長λ1,λ2,λ3,λ4 と、合波する波長λ11, λ12, λ13, λ14をＡＷＧの周期性を考慮して設定することにより、波長多重信号光の入力ポートと波長変換光の出力ポートを相違させ、入出力分離することができる。また、各波長が不等間隔になるように設定することも可能であり、入力される波長多重信号光と波長変換して出力される波長多重信号光の波長間隔に応じて、ＡＷＧの合分波特性を適宜調整すればよい。以下に示す各実施形態においても同様である。
【００５５】
（第１１の実施形態：参考例）
図４，５に示す第２の実施形態は、波長変換器４における信号光および制御光の入力ポートと波長変換光（四光波混合光）の出力ポートが異なり、光分波器１と光合波器２を用いる構成になっている。ここで、波長変換器４として用いる図５に示す非線形光学媒質は、図８に示す第４の実施形態のように、信号光と制御光を対向する方向から入力し、いずれか一方のポートから四光波混合光を取り出すことが可能である。この場合の構成例を第１１の実施形態として示す。
【００５６】
図１８は、本発明の多波長変換装置の第１１の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器８で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器４−１〜４−４に入力される。一方、各波長変換器４−１〜４−４には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力され、波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合分波器８で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００５７】
図１９は、波長変換器４の構成例を示す。図において、波長変換器４は、信号光および制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質４１と、非線形光学媒質４１を透過した制御光を遮断する光フィルタ４３とにより構成される。非線形光学媒質４１における四光波混合光の発生過程は、図５に示す第２の実施形態と同様である。
【００５８】
なお、光合分波器８としてＡＷＧを用いたときに、波長変換器４を通過した制御光が波長変換光（四光波混合光）と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタ４３を用いなくても波長変換光を制御光から分離して取り出すことができる。
【００５９】
（第１２の実施形態：参考例）
図９，１０に示す第５の実施形態は、波長変換器５における信号光および制御光の入力ポートと波長変換光の出力ポートが異なり、光分波器１と光合波器２を用いる構成になっている。ここで、波長変換器５として用いる図１０に示す半導体光増幅器は、信号光と制御光を対向する方向から入力し、信号光の入力ポート側から波長変換光を取り出すことが可能である。この場合の構成例を第１２の実施形態として示す。
【００６０】
図２０は、本発明の多波長変換装置の第１２の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器８で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器５−１〜５−４に入力される。一方、各波長変換器５−１〜５−４には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力される。各波長変換器５−１〜５−４は、信号光に対して相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光（制御光）は光合分波器８で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００６１】
図２１は、波長変換器５の構成例を示す。図において、波長変換器５は、半導体光増幅器５１により構成される。半導体光増幅器５１における波長変換光の発生過程は、図１０に示す第５の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、信号光と制御光の入力方向が対向しているので、信号光と波長変換光（制御光）を分離するための光フィルタ５２は不要である。
【００６２】
（第１３の実施形態：参考例）
図１２，１３に示す第７の実施形態は、波長変換器６における信号光および制御光の入力ポートと波長変換光の出力ポートが異なり、光分波器１と光合波器２を用いる構成になっている。ここで、波長変換器６として用いる図１３に示すマッハツェンダ干渉計は、信号光と制御光を対向する方向から入力し、信号光の入力ポート側から波長変換光を取り出すことが可能である。この場合の構成例を第１３の実施形態および第１４の実施形態として示す。
【００６３】
図２２は、本発明の多波長変換装置の第１３の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器８で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器６−１〜６−４に入力される。一方、各波長変換器６−１〜６−４には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力される。各波長変換器６−１〜６−４は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光（制御光）は光合分波器８で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００６４】
図２３は、波長変換器６の構成例を示す。図において、波長変換器６は、マッハツェンダ干渉計型光変調器を構成するＹ分岐導波路６１−１，６１−２の間の各アーム導波路に半導体光増幅器６２−１，６２−２を配置した構成である。一方の入力ポートから入力される制御光は、Ｙ分岐導波路６１−２で分岐して２つの半導体光増幅器に入力され、他方の入力ポートから入力される信号光は、Ｙ分岐導波路６１−３を介して一方の半導体光増幅器６２−１に入力される。このとき、信号光強度に応じて半導体光増幅器６２−１の屈折率が変化し、制御光の位相が変化する。これにより、半導体光増幅器６２−１，６２−２を通過した制御光がＹ分岐導波路６１−１で結合したときに位相変化が強度変化となって現れる。したがって、２つの半導体光増幅器間の位相差を適当に設定することにより、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力することができる。
【００６５】
図２４は、第１３の実施形態の具体的構成例を示す。ここでは、光合分波器８としてＡＷＧを用いた構成を示す。波長λ１〜λ４の波長多重信号光は、ＡＷＧの入力導波路アレイ１１の所定の導波路に入力されると、出力導波路アレイ１５の各導波路に分波され、各波長の信号光がそれぞれ対応する波長変換器６−１〜６−４に入力される。一方、各波長変換器６−１〜６−４には、反対方向から波長λ11〜λ14の制御光が入力され、信号光により変調された波長変換光（制御光）を出力する。各波長変換器６−１〜６−４から出力される波長λ11〜λ14の波長変換光は、ＡＷＧの出力導波路アレイ１５の各導波路に折り返され、逆の経路をたどって入力導波路アレイ１１の所定の導波路に波長多重される。
【００６６】
なお、ＡＷＧの出力側スラブ導波路１４に接続される出力導波路アレイ１５の各導波路の間隔を適当に設定することにより、等間隔波長と等間隔波長の波長変換、または等間隔波長と不等間隔波長の波長変換に対応することができる。たとえば、出力導波路アレイ１５に分波された波長λ１〜λ４の信号光が等間隔波長であり、各波長変換器６−１〜６−４から出力された波長λ11〜λ14の波長変換光が等間隔波長の場合には、図２５(a) のようにそれぞれ対応する導波路の間隔を等間隔に設定すればよい。また、各波長変換器６−１〜６−４から出力された波長λ11〜λ14の波長変換光が不等間隔波長の場合には、図２５(b) のように対応する導波路の間隔を不等間隔に設定すればよい。
【００６７】
（第１４の実施形態：請求項５）
図２６は、本発明の多波長変換装置の第１４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１３の実施形態において波長変換器６として用いた３ポートのマッハツェンダ干渉計型光変調器に代え、非対称のスプリッタ７１−１，７１−２を含む２ポートのマッハツェンダ干渉計型光変調器を波長変換器９として用いたところにある。
【００６８】
図において、波長多重信号光は、光合分波器８で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器９−１〜９−４に入力される。一方、各波長変換器９−１〜９−４には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力される。各波長変換器９−１〜９−４は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光（制御光）は光合分波器８で合波され、波長多重信号光として出力される。
【００６９】
図２７は、波長変換器９の構成例を示す。図において、波長変換器９は、マッハツェンダ干渉計型光変調器を構成する非対称のスプリッタ７１−１，７１−２の間の各アーム導波路に半導体光増幅器６２−１，６２−２を配置した構成である。一方の入力ポートから入力される信号光は、スプリッタ７１−１で所定の分岐比で分岐して各半導体光増幅器６２−１，６２−２に入力され、他方の入力ポートから入力される制御光は、スプリッタ７１−２で所定の分岐比で分岐して各半導体光増幅器６２−１，６２−２に入力される。このとき制御光は、半導体光増幅器６２−１，６２−２に対するバイアス電流や信号光強度に応じて異なる位相シフトを受ける。これにより、半導体光増幅器６２−１，６２−２を通過した制御光がスプリッタ７１−１で結合したときに位相変化が強度変化となって現れる。したがって、２つのスプリッタの分岐比および２つの半導体光増幅器間の位相差を適当に設定することにより、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として、信号光の入力ポートと同じポートに出力することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多波長変換装置は、電気信号を介さず、波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換することができる。
【００７１】
また、光分波器、光合波器、光合分波器の合分波特性を調整し、波長変換器を構成する半導体レーザの発振波長や制御光の波長を適宜選択することにより、任意の波長帯域間の波長変換や、不等間隔波長と等間隔波長の相互変換が可能である。特に、光合分波器を用いて波長多重信号光の分波と波長変換光の合波を同一素子で行う構成では、多波長変換装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多波長変換装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】光分波器１および光合波器２の構成例を示す図。
【図３】波長変換器３の構成例を示す図。
【図４】本発明の多波長変換装置の第２の実施形態を示すブロック図。
【図５】波長変換器４の構成例を示す図。
【図６】本発明の多波長変換装置の第３の実施形態を示すブロック図。
【図７】第３の実施形態における光分波器１の構成例を示す図。
【図８】本発明の多波長変換装置の第４の実施形態を示すブロック図。
【図９】本発明の多波長変換装置の第５の実施形態を示すブロック図。
【図１０】波長変換器５の構成例を示す図。
【図１１】本発明の多波長変換装置の第６の実施形態を示すブロック図。
【図１２】本発明の多波長変換装置の第７の実施形態を示すブロック図。
【図１３】波長変換器６の構成例を示す図。
【図１４】本発明の多波長変換装置の第８の実施形態を示すブロック図。
【図１５】本発明の多波長変換装置の第９の実施形態を示すブロック図。
【図１６】本発明の多波長変換装置の第１０の実施形態を示すブロック図。
【図１７】第１０の実施形態の具体的構成例を示す図。
【図１８】本発明の多波長変換装置の第１１の実施形態を示すブロック図。
【図１９】波長変換器４の構成例を示す図。
【図２０】本発明の多波長変換装置の第１２の実施形態を示すブロック図。
【図２１】波長変換器５の構成例を示す図。
【図２２】本発明の多波長変換装置の第１３の実施形態を示すブロック図。
【図２３】波長変換器５の構成例を示す図。
【図２４】第１３の実施形態の具体的構成例を示す図。
【図２５】スラブ導波路１４と出力導波路アレイ１５の配置例を示す図。
【図２６】本発明の多波長変換装置の第１４の実施形態を示すブロック図。
【図２７】波長変換器５の構成例を示す図。
【図２８】従来の多波長変換装置の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１  光分波器
２  光合波器
３，４，５，６，９  波長変換器
７  光カプラ
８  光合分波器
１１  入力導波路アレイ
１２  入力側スラブ導波路
１３  アレイ導波路
１４  出力側スラブ導波路
１５  出力導波路アレイ
３１  可飽和吸収領域
３２  活性層
３３  回折格子
３４  電極
３５  超周期構造回折格子
３６  位相調整領域
４１  非線形光学媒質
４２，４３  光フィルタ
５１  半導体光増幅器
５２  光フィルタ
６１  Ｙ分岐導波路
６２  半導体光増幅器
７１  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】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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