(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数のＮＲＺ形式の信号光が波長多重された状態で入力されると、前記各信号光を切り出してＲＺ形式の信号光に変換して出力する光変調器と、
前記光変調器から出力されたＲＺ形式の複数の信号光を伝送する、波長分散特性を有する波長分散型光ファイバと、
前記波長分散型光ファイバを伝送することにより位相がずれた複数の信号光を、波長に応じてｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）の複数の組みに振り分けて出力する振り分け手段と、
振り分けられた信号光を、各組みごとに波長変換することにより、同一の組みの信号光は同一の波長にして出力する複数の波長変換器と、
各波長変換器から出力された各組みの信号光を波長多重し、波長多重した信号光を出力する光カプラとを有し、
前記振り分け手段は、各組み内の信号光が相互に重なることがないように、かつ各組みのビットレートが、前記光変調器に入力される波長多重された信号光の各波長の信号光のビットレートを合計したビットレートの１／ｎのビットレートとなるように振り分ける手段である
ことを特徴とする高速波長変換装置。
【請求項２】
前記振り分け手段は、非対称マッハツェンダ型フィルタまたはアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１の高速波長変換装置。
【請求項３】
前記振り分け手段は、１段目の非対称マッハツェンダ型フィルタと、１段目の非対称マッハツェンダ型フィルタにより２つの組みに振り分けられた信号光を更に複数の組みに振り分ける後段の複数の非対称マッハツェンダ型フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１の高速波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速波長変換装置に関するものであり、波長多重を利用した光通信，光交換、光情報処理等の光システムに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、光伝送システムは図１３のような階層構造をとる。図１３において１００１〜１００８はエンドユーザ、１００９，１０１０はローカル網、１０１１は複数のローカル網を収容する上位網である。一般にローカル網においては、各ユーザが必要とする伝送帯域は１０Ｇｂ／ｓ程度である。
【０００３】
ところで光伝送システムは、エルビュームドープ光ファイバアンプ（有効帯域１５３０〜１５６０ｎｍ：１．５５ミクロン帯と総称）の発達とともに、１．５５ミクロン帯を中心に発達してきた。これは例えば波長多重信号光を想定した場合、例えば１ｎｍ間隔の波長多重とすると、たかだか３０波長程度の波長しか使用できないことを意味する。つまりローカル網においては１０Ｇｂ／ｓ×３０＝３００Ｇｂ／ｓの総スループットが期待できる。
【０００４】
ところで上位網は複数、例えば４つのユーザ網を収容する。上位網においても、使用できる波長は３０波長程度と変わらないので、輻輳が生じないようにするためには、上位網においては伝送帯域を例えば４０Ｇｂ／ｓに上げる必要がある。
【０００５】
図１４は１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ(non-return-to-zero)形式の信号光を、ＲＺ(return-to-zero)形式の信号光に変換すると共に波長変換することにより、伝送用光ファイバの伝送帯域を４０Ｇｂ／ｓに広げるために、先に開発した光伝送システムを示す。
【０００６】
図１４において、２００１〜２００４はそれぞれ波長がλ１、λ２、λ３、λ４の４波長の１０Ｇｂ／ｓの信号光、２００５は入力用光ファイバ、２００６は一括切り出し回路（一括ゲート回路）としての例えば吸収型の光変調器、２００７〜２０１０は一括切り出し回路２００６によって切り出されてパルス幅を狭められた１０Ｇｂ／ｓの信号光、２０１１は波長並び替え回路、２０１２〜２０１５は波長並び替え回路２０１１によってλ１、λ２、λ３、λ４の各パルスが重ならないようにずらされた１０Ｇｂ／ｓの信号光、２０１６は波長変換器、２０１７は出力用光ファイバ、２０１８は４０Ｇｂ／ｓの信号光である。
【０００７】
同図において、信号光２００１〜２００４は１００ｐｓのパルス幅を有しており波長多重されて伝送されている。これを一括切り出し回路２００６で切り出すことによって２５ｐｓ以下のパルス幅の信号光２００７〜２０１０にする。信号光２００７〜２０１０はそれぞれのパルスが重ならないように、波長並び替え回路２０１１により時系列に並び変えられて（位相ずれして）信号光２０１２〜２０１５となり、このずらされた信号光２０１２〜２０１５は波長変換器２０１６に入力される。このとき波長変換器２０１６には１ビットおきに異なる波長が入力されることになるが、波長変換器２０１６はこれをすべて同一の波長へと波長変換する。これによって、４０Ｇｂ／ｓ・１波長の信号光２０１８への波長変換が可能になる。
【０００８】
なお一括切り出し回路２００６として、吸収型の光変調器についてのみ説明したが、干渉型の光変調器、光増幅器、光スイッチ等、信号光の入力に対してその出力をｏｎ／ｏｆｆできるいわゆるゲート回路であれば、どんな物を使用しても構わない。
【０００９】
また波長並び替え回路２０１１としては例えば波長分散をもつ光ファイバを用いる。一般に光ファイバは波長によって、伝搬する速度が異なるため、光ファイバ長を最適な状態に設定することにより、信号光２０１２〜２０１５のように各ビットが重ならないようにずらすことができる。ここでずらす量としては、例えば信号光２０１２に対し、信号光２０１３は２５ｐｓ、信号光２０１４は５０ｐｓ、信号光２０１５は７５ｐｓだけずらせばよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで一般に波長変換器には、波長変換動作をする速度に上限があり、所定のビットレートを越える信号光に対しては波長変換することができなくなる。これは、波長変換する際のキャリア寿命により、波長変換の動作速度が規律されるからである。
このため、波長多重される信号光の数が更に増えて、波長変換器に入力される信号光のビットレートが上がった場合には、波長変換ができなくなるという問題が予想されている。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、波長多重される信号光の数が増えた場合に、高速で波長変換することができる高速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】
上記課題を解決する本発明の構成は、波長の異なる複数のＮＲＺ形式の信号光が波長多重された状態で入力されると、前記各信号光を切り出してＲＺ形式の信号光に変換して出力する光変調器と、
前記光変調器から出力されたＲＺ形式の複数の信号光を伝送する、波長分散特性を有する波長分散型光ファイバと、
前記波長分散型光ファイバを伝送することにより位相がずれた複数の信号光を、波長に応じてｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）の複数の組みに振り分けて出力する振り分け手段と、
振り分けられた信号光を、各組みごとに波長変換することにより、同一の組みの信号光は同一の波長にして出力する複数の波長変換器と、
各波長変換器から出力された各組みの信号光を波長多重し、波長多重した信号光を出力する光カプラとを有し、
前記振り分け手段は、各組み内の信号光が相互に重なることがないように、かつ各組みのビットレートが、前記光変調器に入力される波長多重された信号光の各波長の信号光のビットレートを合計したビットレートの１／ｎのビットレートとなるように振り分ける手段であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、前記振り分け手段は、非対称マッハツェンダ型フィルタまたはアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、前記振り分け手段は、１段目の非対称マッハツェンダ型フィルタと、１段目の非対称マッハツェンダ型フィルタにより２つの組みに振り分けられた信号光を更に複数の組みに振り分ける後段の複数の非対称マッハツェンダ型フィルタにより構成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる高速波長変換装置１００を示す。同図に示すように、電界吸収型光変調器１１０の入力端面には入力用光ファイバ１２０が接続されており、電界吸収型光変調器１１０の出力端面と非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０の入力端面は波長分散型光ファイバ１４０により接続されている。非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０の２つの出力端面と２つの波長変換器１５０Ａ，１５０Ｂは光ファイバ１６０Ａ，１６０Ｂによりそれぞれ独立に接続されている。波長変換器１５０Ａ，１５０Ｂの出力端面と光カプラ１７０の２つの入力端面は光ファイバ１８０Ａ，１８０Ｂによりそれぞれ独立に接続されている。光カプラ１７０の出力端面には出力用光ファイバ１９０が接続されている。
【００１７】
電界吸収型光変調器１１０には、入力用光ファイバ１２０を介して、８つの信号光Ｓ１〜Ｓ８が波長多重されて波長多重信号光（ＷＤＭ：Wavelenght Division Multiplexing信号光）となって伝送されてくる。信号光Ｓ１〜Ｓ８は、図２に示すようにパルス幅が１００ｐｓのＮＲＺ形式の信号光であり、信号光Ｓ１〜Ｓ８の位相は同期しており、各信号光Ｓ１〜Ｓ８のビットレートは１０Ｇｂ／ｓである。また信号光Ｓ１の波長は１５５０ｎｍ、信号光Ｓ２の波長は１５５１ｎｍ、信号光Ｓ３の波長は１５５２ｎｍ、信号光Ｓ４の波長は１５５３ｎｍ、信号光Ｓ５の波長は１５５４ｎｍ、信号光Ｓ６の波長は１５５５ｎｍ、信号光Ｓ７の波長は１５５６ｎｍ、信号光Ｓ８の波長は１５５７ｎｍとなっている。なお、図２では、理解を容易にするため信号光Ｓ１〜Ｓ８の信号波形（１，０の並び）を同じにしているが、実際には異なっていることが多い。
【００１８】
電界吸収型光変調器１１０には１０ＧＨｚの負電位となっている正弦波電圧Ｖが入力されている。この電界吸収型光変調器１１０は、正弦波電圧Ｖの電圧値が予め設定した設定負電圧値よりも小さくなる期間（正弦波電圧Ｖの電圧値が負の電位でその絶対値が設定負電圧値の絶対値よりも小さい期間）において信号光を通過させる特性を有している。そこで、正弦波電圧Ｖの電圧値と位相を調整することにより、電界吸収型光変調器１１０は、ＮＲＺ形式の信号光Ｓ１〜Ｓ８を切り出して、図３に示すようなパルス幅を２５ｐｓにしたＲＺ形式の信号光Ｓ１〜Ｓ８を波長多重して出力する。
【００１９】
波長分散型光ファイバ１４０は、長さが１Ｋｍであり、１２．５ｐｓ／ｎｍ／Ｋｍの波長分散特性を持っている。このため、パルス幅が２５ｐｓのＲＺ形式の波長多重された信号光Ｓ１〜Ｓ８は、波長分散型光ファイバ１４０の入力端では図３に示すように位相同期しているが、波長分散型光ファイバ１４０の出力端では、図４に示すように位相ずれが発生している。即ち、信号光Ｓ１に対して信号光Ｓ２は１２．５ｐｓ遅れ、信号光Ｓ２に対して信号光Ｓ３は１２．５ｐｓ遅れ、信号光Ｓ３に対して信号光Ｓ４は１２．５ｐｓ遅れ、信号光Ｓ４に対して信号光Ｓ５は１２．５ｐｓ遅れ、信号光Ｓ５に対して信号光Ｓ６は１２．５ｐｓ遅れ、信号光Ｓ６に対して信号光Ｓ７は１２．５ｐｓ遅れ、信号光Ｓ７に対して信号光Ｓ８は１２．５ｐｓ遅れている。このように位相ずれした信号光（波長多重信号光）Ｓ１〜Ｓ８が非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０に入力される。
【００２０】
非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０は、光カプラ１３１と、分岐導波路１３２ａ，１３２ｂと、光カプラ１３３とで構成されている。このとき、分岐導波路１３２ａと分岐導波路１３２ｂとの長さの差（アームの長さの差）は０．２ｍｍにしている。これは、信号光Ｓ１と信号光Ｓ３の波長差２ｎｍは、周波数差Δνでは２５０ＧＨｚに相当するため、分岐導波路１３２ａ，１３２ｂの屈折率をｎ（ＩｎＰ半導体導波路とするとｎ＝３）とすると、
アームの長さの差＝光速／（２×ｎ×Δν）＝０．２ｍｍとなるからである。
【００２１】
このようにアームの差を設定しているため、分岐導波路１３２ａを通過してきた信号光Ｓ１〜Ｓ８と分岐導波路１３２ｂを通過してきた信号光Ｓ１〜Ｓ８との間に位相変化が生じ、光カプラ１３３にて合波した際に光干渉が生じ、非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０のうち、光ファイバ１６０Ａが接続されている出力端子からは信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７が出力され、光ファイバ１６０Ｂが接続されている出力端子からは信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８が出力される。つまり、信号光Ｓ１〜Ｓ８は、偶数波長の信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７と、奇数波長の信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８とに振り分けられる。
【００２２】
非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０から出力され光ファイバ１６０Ａを伝搬する信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７は、図５（ａ）に示すように相互に重なることはない。同様に、非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０から出力され光ファイバ１６０Ｂを伝搬する信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８は、図５（ｂ）に示すように相互に重なることはない。
【００２３】
波長変換器１５０Ａには、波長が１５５１ｎｍの連続光ＣＷ１が入力されると共に、信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７が入力される。波長変換器１５０Ａは、信号光Ｓ１（波長は１５５０ｎｍ），Ｓ３（波長は１５５２ｎｍ），Ｓ５（波長は１５５４ｎｍ），Ｓ７（波長は１５５６ｎｍ）の波長を、連続光ＣＷ１の波長１５５１ｎｍに波長変換して出力する。図６（ａ）は、波長を１５５１ｎｍに波長変換した信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７の状態を示す。
【００２４】
一方、波長変換器１５０Ｂには、波長が１５５０ｎｍの連続光ＣＷ２が入力されると共に、信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８が入力される。波長変換器１５０Ｂは、信号光Ｓ２（波長は１５５１ｎｍ），Ｓ４（波長は１５５３ｎｍ），Ｓ６（波長は１５５５ｎｍ），Ｓ８（波長は１５５７ｎｍ）の波長を、連続光ＣＷ２の波長１５５０ｎｍに波長変換して出力する。図６（ｂ）は、波長を１５５０ｎｍに波長変換した信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８の状態を示す。
【００２５】
波長変換器１５０Ａ，１５０Ｂとしては各種のものを採用することができるが、その具体例は後述する。
【００２６】
波長が１５５１ｎｍに波長変換された信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７は光ファイバ１８０Ａを伝搬し光カプラ１７０に入力され、波長が１５５０ｎｍに波長変換された信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８は光ファイバ１８０Ｂを伝搬し光カプラ１７０に入力され、光カプラ１７０にて、波長が１５５１ｎｍの信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７と波長が１５５０ｎｍの信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８とが波長多重される。
【００２７】
波長多重された信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７（波長が１５５１ｎｍ）と信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８（波長が１５５０ｎｍ）は、出力用光ファイバ１９０に出力されて伝送される。このとき信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７（波長が１５５１ｎｍ）のビットレートは４０Ｇｂ／ｓであり、信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８（波長が１５５０ｎｍ）のビットレートは４０Ｇｂ／ｓである。
【００２８】
このように第１の実施の形態では、８つの信号光Ｓ１〜Ｓ８を、第１の組みである信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７と、第２の組みである信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８とに振り分け、第１の組みである信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７を波長変換器１５０Ａにより波長変換する動作と、第２の組みである信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を波長変換器１５０Ｂにより波長変換する動作を、併行して同時に行うため、高速で波長変換することができる。つまり、１つの波長変換器を用いて波長変換するのに対して、２倍の動作速度でもって波長変換することができる。このため、波長多重される信号光の数が更に増えて、この高速波長変換装置１００に入力される信号光のビットレートが上がった場合であっても、波長変換を確実に行うことができる。
【００２９】
〔第２の実施の形態〕
次に本発明の第２の実施の形態にかかる高速波長変換装置１００Ａを、図７を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同様な部分については同一符号を付し重複する部分の説明は簡略化する。
【００３０】
第２の実施の形態では、電界吸収型光変調器１１０には、パルス幅が１００ｐｓのＮＲＺ形式の信号光Ｓ１〜Ｓ１６が入力されている。波長多重された信号光Ｓ１〜Ｓ１６は同期しており、波長は１ｎｍづつずれている。この信号光Ｓ１〜Ｓ１６は、電界吸収型光変調器１１０により、パルス幅が１２．５ｐｓのＲＺ形式の信号光Ｓ１〜Ｓ１６に切り出される。
【００３１】
波長分散型光ファイバ１４０は、長さが１Ｋｍであり、６．２５ｐｓ／ｎｍ／Ｋｍの波長分散特性を有している。このため、パルス幅が１２．５ｐｓのＲＺ形式の信号光Ｓ１〜Ｓ１６は波長分散型光ファイバ１４０の出力端では位相ずれが生じ、信号光Ｓ１〜Ｓ１６は１２．５ｐｓづつの位相差が生じる。
【００３２】
このように位相ずれした信号光Ｓ１〜Ｓ１６は、非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０により、信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１５と、信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６とに振り分けられる。
【００３３】
本実施の形態では、非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０の後段に、２つの非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０Ａ，１３０Ｂを配置している。非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０Ａ，１３０Ｂのアームの長さの差はそれぞれ０．４ｍｍにしている。このため、信号光Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１５は、非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０Ａにより、信号光Ｓ１，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１３と信号光Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ１５とに振り分けられる。また信号光Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６は、非対称マッハツェンダ型フィルタ１３０Ｂにより、信号光Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１４と信号光Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１６とに振り分けられる。
【００３４】
波長変換器１５０Ｃには、波長がλ１の連続光ＣＷ３と信号光Ｓ１，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１３とが入力される。このため、信号光Ｓ１，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１３は、波長がλ１の信号光Ｓ１，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１３に波長変換される。
【００３５】
波長変換器１５０Ｄには、波長がλ２の連続光ＣＷ４と信号光Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ１５とが入力される。このため、信号光Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ１５は、波長がλ２の信号光Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ１５に波長変換される。
【００３６】
波長変換器１５０Ｅには、波長がλ３の連続光ＣＷ５と信号光Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１４とが入力される。このため、信号光Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１４は、波長がλ３の信号光Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１４に波長変換される。
【００３７】
波長変換器１５０Ｆには、波長がλ４の連続光ＣＷ６と信号光Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１６とが入力される。このため、信号光Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１６は、波長がλ４の信号光Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１６に波長変換される。
【００３８】
波長がλ１の信号光Ｓ１，Ｓ５，Ｓ９，Ｓ１３と、波長がλ２の信号光Ｓ３，Ｓ７，Ｓ１１，Ｓ１５と、波長がλ３の信号光Ｓ２，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１４と、波長がλ４の信号光Ｓ４，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１６は、光ファイバ１８０Ｃ，１８０Ｄ，１８０Ｅ，１８０Ｆを介して伝送され、光カプラ１７０Ａにて波長多重されて、出力用光ファイバ１９０に出力される。
【００３９】
第２の実施の形態では、４台の波長変換器１５０Ｃ，１５０Ｄ，１５０Ｅ，１５０Ｆにより併行して同時に波長変換するため、高速で波長変換することができる。つまり、１つの波長変換器を用いて波長変換するのに対して、４倍の動作速度でもって波長変換することができる
【００４０】
なお、入力用光ファイバ１２０を介して入力される信号光の数が更に増加した場合には、非対称マッハツェンダ型フィルタを更に多段に配置して、信号光を振り分ける組みを多くし、各組み毎に波長変換を同時に行うようにすれば、波長多重信号数が増加しても、高速で波長変換することができる。
【００４１】
また、信号光を振り分ける振り分け手段としては、非対称マッハツェンダ型フィルタに限らず、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed-Waveguide-Grating ) などを用いることもできる。
【００４２】
〔波長変換器の各種具体例〕
ここで波長変換器１５０Ａ〜１５０Ｆとして採用することができる波長変換器の具体的構成例を、以下に説明する。
【００４３】
図８に示す波長変換器２００は、波長変換器１５０Ａ〜１５０Ｆとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器２００は、相互利得変調（ＸＧＭ：Cross Gain Modulation ）式の波長変換器であり、半導体光アンプ２０１とフィルタ２０２とを主要部材として構成されている。この波長変換器２００では、半導体光アンプ２０１に波長λｐのポンプ光Ｓｐを入力して半導体光アンプ２０１を飽和状態にしておく。このとき波長λｓの信号光Ｓを入力すると、信号光Ｓの強度が強いときにポンプ光Ｓｐの波長λｐにおける増幅度が低下する。フィルタ２０２により信号光Ｓをカットすると、出力には、信号光Ｓの波形を反転した波形で波長がλｐの変換信号光Ｓｈが得られる。
【００４４】
図９に示す波長変換器３００は、波長変換器１５０Ａ〜１５０Ｆとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器３００は、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）式の波長変換器であり、半導体光アンプ３０１，３０２と光カプラ３０３，３０４，３０５，３０６を主要部材として構成されている。
【００４５】
このＸＰＭ式の波長変換器３００では、半導体光アンプ３０１，３０２に光を入力すると屈折率が変化し、その光学長が変化することを利用したものである。即ち、波長λｐのポンプ光Ｓｐを２つの半導体光アンプ３０１，３０２に入力する。一方、反対側から半導体光アンプ３０１にのみ、波長がλｓの信号光Ｓを入力する。このとき、信号光Ｓの光強度が強いと半導体光アンプ３０１の屈折率が変化し、半導体光アンプ３０１側においてポンプ光Ｓｐの位相が変化する。半導体光アンプ３０１と半導体光アンプ３０２とで位相が異なるため、半導体光アンプ３０１を通ってきたポンプ光Ｓｐと半導体光アンプ３０２を通ってきたポンプ光Ｓｐを、出力端において光カプラ３０６で結合すると、位相変化が強度変化となって現れる。したがって出力端では、信号光Ｓと同じ波形で波長がλｐとなった変換信号光Ｓｈが出力される。
【００４６】
図１０に示す波長変換器４００は、波長変換器１５０Ａ〜１５０Ｆとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器４００は、ループ型干渉回路を有しており、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をキャンセルアウトすることにより、キャリア変化の回復時間の速度に制限されることなく高速波長変換をするものである。すなわち、一般に波長変換素子の変換信号光は立ち上がり時間が数ｐｓ程度と高速であるのに対して、立ち下がり時間が数１０ｐｓと遅い傾向にある。これはキャリア寿命に律速されるためである。そこで、ＲＺ信号を用い、且つ、図１０のようなループ型の構成を取り、右回りの変換信号光と、左回りの変換信号光を合波・干渉させて、最終的な変換信号光を得ることで、高速な波長変換を実現する。右回りの信号光と左回りの信号光は、光路長を変えることで、わずかな時間差（例えば１０ｐｓ）をもって合波部分に到着する。例えば右回りの変換信号光が先に到着する場合、左回りはまだ到着していないため、最終的な変換信号光は右回りの変換信号光に等しく、高速（数ｐｓ）で立ち上がる。また立ち下がり時には左回りの変換信号光が到着するため、右回りと左回りで位相を打ち消し合うことができる（キャンセルアウト効果）。この効果によって、本来は数１０ｐｓと遅い立ち下がり時間を数ｐｓにまで速めることができる。
なお、図１０，図１２に示す波長変換器４００，５００は、発明の名称「光制御素子」として、本願出願人が既に出願（特願２０００−２８６６０１号）したものである。
【００４７】
図１０に示す波長変換器４００は、フィルタ付き位相変調器４１５（図中破線で囲んで示すブロック）と、ループ型干渉回路４１３と、マルチモード干渉カプラ４０５を主要部材として構成されており、フィルタ付き位相調整器４１５は、半導体光増幅器４０１，４０２及びマルチモード干渉カプラ４０３，４０４により構成されている。
【００４８】
この波長変換器４００では、マルチモード干渉カプラ４０５に波長λｊの連続光４０７がポート４１２に入射され、マルチモード干渉カプラ４０５で二つに分かれ、ループ型干渉回路４１３へと導かれる。ループ型干渉回路４１３では、右回りの光４０９と左回りの光４０８に別れてループを一周し、フィルタ付き位相変調器４１５を経て再びマルチモード干渉カプラ４０５で合波されポート４１２に出射される。この状態で、波長λｉの信号光４０６が、ポート４１７より、フィルタ付き位相変調器４１５へ入射される。
【００４９】
この例では、フィルタ機能として、マルチモード干渉カプラ４０３，４０４が、半導体光増幅器４０１，４０２を含んだ２つの導波路（アーム）で結ばれた対称型マッハツェンダ回路を用いている。一般に対称マッハツェンダ回路では、入射した光は、カプラ内で分波され、それぞれ２つの導波路（アーム）を通り、再びカプラで合波され、入射ポートとクロスの位置にある出射ポートに出力される。本実施例のフィルタ機能は、マッハツェンダ回路の上記性質を利用している。
【００５０】
波長λｉの信号光４０６をポート４１７よりマルチモード干渉カプラ４０３に入射させる。入射された信号光４０６は、二つに分かれて半導体光増幅器４０１，４０２を通過し、マルチモード干渉カプラ４０４で合波されて、入射ポート４１７とクロスの位置にあるポート４１４へ抜ける。即ち、この入力信号光４０６は、マッハツェンダ回路によるフィルタ機能により、ループ型干渉回路４１３内に入ることはない。
【００５１】
ループ内を左回りに伝搬する波長λｊの連続光４０７である被変換光は、ポート４１８からマルチモード干渉カプラ４０４に入射し、２つに別れて半導体光増幅器４０１，４０２を通過し、マルチモード干渉カプラ４０３で合波されて、入射ポート４１８とクロスの位置にあるポート４１６に導かれ、再びループ内を伝搬する。このとき、ポート４１７に出射される成分は存在しないため過剰損失は生じない。
【００５２】
同様に右回りに伝搬する波長λｊの連続光４０７である被変換光は、ポート４１６からマルチモード干渉カプラ４０３に入射し、２つに別れて半導体光増幅器４０１，４０２を通過し、マルチモード干渉カプラ４０４で合波されて、入射ポート４１６とクロスの位置にあるポート４１８に導かれ、再びループ内を伝搬する。このときポート４１４に出射される成分は存在しないため過剰損失は生じない。即ち、ループ内を伝搬する波長λｊの連続光４０７である被変換光は、信号光を合波するためのカプラ４０３，４０４を通過することにより生じる過剰損失が原理的に生じることはない。
【００５３】
上記入力信号光４０６が半導体光増幅器４０１，４０２内を通過する際、半導体光増幅器４０１，４０２内の屈折率が変化する。一方、ループ内を導波している波長λｊの光は、前記半導体光増幅器４０１，４０２内の屈折率変化の影響を受け、図１１（ａ）に示すように位相変化を起こす。即ち、右回りの光４０９は、急峻に位相変化を起こし、その後半導体光増幅器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戻り、マルチモード干渉カプラ４０５に入射する。左回りの光４０８も同様の位相変化を受けるが、右回りの光に比べて、ループ型干渉回路を伝播する距離が長いため、Δτだけ時間が遅れてマルチモード干渉カプラ４０５へ入射する。
【００５４】
マルチモード干渉カプラ４０５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１１（ｂ）に示すように、干渉効果により、波長λｊの光は、ポート４１１に出射されることとなる。即ち、入力した波長λｉの信号光が、波長λｊの光へ移され、ポート４１１に出力されるわけである。
【００５５】
このループ型干渉回路を有する波長変換器４００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、高速波長変換が可能となる。
【００５６】
この例では、入力光４０６が、ポート４１４に抜け、ポート４１１に出力されることはない。即ち、入力光と出力光を分離するために、出力ポートに波長フィルタを設置する必要がない。従って、信号光の波長λｉと被波長変換光の波長λｊが同一の時においても、ポート４１１に波長が変換された出力光に雑音が混じる事なく波長変換が可能である。
【００５７】
また、左回りに伝搬する波長λｊの連続光４０７である被変換光は、ポート４１８からポート４１６に導かれ、右回りに伝搬する被変換光は、ポート４１６、ポート４１８に導かれ、過剰損失は生じない。従って、信号光と被変換光の波長が同一か否かを問わず、フィルタが不要で低損失の高速波長変換が可能となる。
【００５８】
図１２に示す波長変換器５００は、波長変換器１５０Ａ〜１５０Ｆとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器５００は、図１０に示す波長変換器４００において採用していたループ型干渉回路４１３の代わりに、非対称マッハツェンダ干渉回路５０７を用いた波長変換器である。
【００５９】
この波長変換回路５００は、半導体光増幅器５０１，５０２とマルチモード干渉カプラ５０３，５０４から構成されるフィルタ付き位相変調器５２８と、マルチモード干渉カプラ５０５，５０６及び長さが異なる２本の導波路から構成される非対称マッハツェンダ干渉回路５０７を主要部材として構成されている。
【００６０】
この波長変換器５００では、マルチモード干渉カプラ５０３に波長λｊの連続光５１１がポート５１４より入射され、マルチモード干渉カプラ５０３で２つに分かれ、半導体光増幅器５０１，５０２を通り、マルチモード干渉カプラ５０４で合流しポート５１７へ出射され、非対称マッハツェンダ干渉回路５０７を経て、ポート５０８へ出力される。
【００６１】
この状態で、波長λｉの信号光５１０をポート５１５よりマルチモード干渉カプラ５０３に入射させる。入射された信号光５１０は、二つに分かれて半導体光増幅器５０１，５０２を通過し、マルチモード干渉カプラ５０４で合波されて、ポート５１６へ抜ける。このとき、フィルタ機能により、入力信号光が、後段の非対称マッハツェンダ回路５０７へは入射しないのは、図１０に示す波長変換器４００と同様である。
【００６２】
上記入力信号光５１０が半導体光増幅器５０１，５０２内を通過する際、半導体光増幅器５０１，５０２内の屈折率が変化する。フィルタ付き位相変調器５２８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位相が変調され、ポート５１７を経由して、非対称マッハツェンダ干渉回路５０７へ入射する。
【００６３】
位相変調を受けた波長λｊの光は、２本の長さが異なる導波路を通過し、長い導波路を通過する光は、短い導波路を通過する光に比べてΔτだけ遅れてマルチモード干渉カプラ５０６に入射し合波される。
このとき、図１１（ａ）と同様に導波路伝播時間の差Δτだけ時間がずれた位相変調光の干渉が起こり、位相差が生じるときだけ、図１１（ｂ）と同様に、干渉効果により、波長λｊの光５１３がポート５０９に出射されることとなる。
【００６４】
この非対称マッハツェンダ干渉回路５０７を有する波長変換器５００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、高速波長変換が可能となる。
【００６５】
この例では、入力光５１０はポート５１６に抜け、非対称マッハツェンダ回路５０７に入射することはない。即ち、入力光と出力光を分離するために、出力ポートに波長フィルタを設置する必要がない。従って、信号光の波長λｉと被波長変換光の波長λｊが同一の時においても、半導体光増幅器内の屈折率変化を与えた後の信号光が被波長変換光の雑音となることはなく、波長変換が可能である。
【００６６】
波長λｊの連続光５１１である被変換光は、ポート５１４からマルチモード干渉カプラ５０３に入射し、２つに別れて半導体光増幅器５０１，５０２を通過し、マルチモード干渉カプラ５０４で合波されて、入射ポート５１１とクロスの位置にあるポート５１７に導かれ、ポート５１６に出射される成分は存在しないため過剰損失は生じない。従って、信号光、被変換光の波長が同一か否かを問わず、フィルタが不要で低損失の高速波長変換が可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明では、波長変換される信号光の数が増えて波長変換するビットレートが増加しても、高速で波長変換をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる高速波長変換装置を示す構成図。
【図２】第１の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図３】第１の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図４】第１の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図５】第１の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図６】第１の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる高速波長変換装置を示す構成図。
【図８】波長変換器の一例を示す構成図。
【図９】波長変換器の一例を示す構成図。
【図１０】波長変換器の一例を示す構成図。
【図１１】図１０に示す波長変換器の動作を示す特性図。
【図１２】波長変換器の一例を示す構成図。
【図１３】光伝送システムを示す構成図。
【図１４】従来の波長変換装置を示す構成図。
【符号の説明】
100 、100A  高速波長変換装置
120 入力用光ファイバ
130,130A,130B 非対称マッハツェンダ型フィルタ
140 波長分散型光ファイバ
150 A,150B,150D,150E,150F 波長変換器
160A,160B 光ファイバ
170,170A  光カプラ
180A,180B,180C,180D 光ファイバ
190 出力用光ファイバ
200,300,400 波長変換器
Ｓ１〜Ｓ１６  信号光
【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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