CN100368868C - 光信号放大3端子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在光信号放大3端子装置，其中，将从来自输入了第1波长(λ₁)的第1输入光(L₁)和第2波长(λ₂)的第2输入光(L₂)的第1光放大元件26的光中选择的第2波长(λ₂)的光、和第3波长(λ₃)的第3输入光(控制光)(L₃)向第2光放大元件34输入时，从由该第2光放大元件(34)输出的光中所选择的第3波长(λ₃)的输出光(L₄)，是响应上述第1波长(λ₁)的第1输入光(L₁)以及/或者第3波长(λ₃)的第3输入光(L₃)的强度变化而调制的光，因为成为对于上述第3波长(λ₃)的第3输入光(控制光)(L₃)的信号放大率为大于等于2的大小的放大信号，因此能够得到可以采用控制输入光直接进行光信号的放大处理的光信号放大3端子装置(10)。

Description

光信号放大3端子装置

技术领域

本发明涉及(a)光信号放大3端子装置：放大、控制或者开关光信号，尤其、适合于能够进行高级信息处理的光通信、光图像处理、光计算机、光计量、光集成电路等的光电设备的光信号放大装置；(b)光信号传送方法以及光信号中继装置：用于把通过光纤等的预定的传输路径而传播的光信号，向包含在该光信号中的目的地信息所指示的其它的传输路径传送；以及(c)光信号存储装置：能够把通过光纤等的预定的传输路径而传播的光信号存储并且在任意时间取出。

背景技术

采用宽带且能够高速传输的光纤通信的被称作活动图像通信或者图像分配的宽带新业务的广泛开展，正在期待中。但是，相当于例如电子学中的三端子的晶体管的功能(信号放大作用)元件，即以其他光信号直接控制光信号而使信号放大的光功能元件还未实现。

为此，特意，把高速传输的光信号先暂且变换为电信号，在电子电路进行信息处理，把处理后的信号再次变换为光信号而传输，是实际情况。从而，因为不能以光信号直接控制光信号，因此信号处理的高速性有了极限。在能够对光信号直接进行信号处理的情形下，称为能够并行处理，期待处理时间能更加缩短。

对此，文献1或者文献2中记载的装置，开关光的装置，只不过是利用了由Mach-Zender型光干涉的波长变换等的门开关装置，这些装置有不耐温度变化、振动，设定严格等不利点。这些以前的技术，如电子电路中的晶体管一样，对构成具有能得到采用控制光对输入光进行信号放大的输出光的功能的、光信号放大3端子装置这一点没有什么启示。

其次，在能够进行宽带、高速且大容量信号传输的光通信的领域中，期待着该光信号的通信、传送、分配在不损失其宽带、高速且大容量的性质的情况下进行。在较近的将来、正在构筑预想的基于波分复用(WDM)的光网络，把从一方光传输路径所传输的波长不同的多种的激光的波分复用光信号，向每种波长预期的光传输路径传送，这种光信号的传输(光信号的中继)技术重要起来了。用于把通过光纤等的预定的传输路径(例如波长总线)所传播的一系列光信号(例如分组(packet)信号)、向附加在该一系列光信号中的像标记或者标签该样的目的地信息所指示的其它的传输路径传送的这种光信号传送，在例如光网络内或者光网络间进行路由选择的路由选择中，不能有损大容量且高速的光信号传输特征，在路由器即光信号中继(传送)装置中、也要求以高速进行传送处理、可靠性高及小型化等。

与此对应，例如文献3中记载了光通道交叉连接装置的提案。根据该提案，设置分波器：把波长复用(wavelenth multiplex)传输链路的波长总线、按每G根分割成N个的波长群总线；和路由选择处理部：对由该分波器分割的每一波长群实行路由选择处理；这样构成按每一波长群进行路由选择处理的结构。这种光通道交叉连接装置的路由选择处理部，由波长变换器：对每一波长群进行波长变换；和光矩阵开关：由控制器控制、分配由其进行波长变换后的光；这样构成。而且，这种光矩阵开关，使在矩阵状光路的交叉点处配置的机械工作的反射镜开关，由控制器进行择一工作，使多个的波长群中、由该反射镜开关反射的该一个波长群向预期的传输路径输出，这样的结构构成(段落0042、图10(1))；或者，配置由控制器进行择一工作的光开关和网状布线，使多个的波长群中、利用该光开关而通过的该一个波长群向网状布线中的一个传输路径输出，这样的结构构成(段落0043、图10(2))。

但是，上述以前的光通道交叉连接装置，因为通过由控制器工作而控制的反射镜开关或者由光开关进行路由选择处理，在控制器中指示了电子处理输出的路由选择处(目的地)，根据指令信号，反射镜开关或者光开关做切换操作。因此，一部分光信号变换为电信号、提取包含于电信号中目的地信息、如包中的标签或者标记中包含的传送相关信号，因为必须使反射镜开关或者光开关随其进行电操作控制而传送光信号，故响应速度不可能充分高。另外，为了适合传送目的地的传输路径(波长总线)的波长地变换波长，在上述路由选择处理部之外、还需设置波长变换部，由于该波长变换部增设在路由选择处理部，因此导致装置的大型化，并且尤其在采用机械工作的反射镜开关情况下、有时不能得到可靠性。

还有，在能够宽带、高速且大容量传输信号的光通信领域，期待着光信号(例如信息分组信号等的光数据)的识别、复用和分离、开关、路由选择(传送、分配)不损失其宽带、高速且大容量的性质地进行。这种光的领域中，例如在以光路由器系统为代表的处理光信号的光信号处理系统的全体，要求能够暂时存储并且预期的定时取出光信号的光信号存储装置。这是因为和在电子领域中信号处理必须有存储器一样，在光信号领域中、光存储器、被称为光缓冲器的光信号存储装置也是必不可缺的。

与此对应，例如专利文献1中记载了光存储装置的提案。根据此提案，构成为为了给出多种延迟时间、预备好多个由不同长度光缓冲器分别构成的光导波单元105～108，通过使之通过这些光导波单元105～108的某一个、按照对应这些光导波单元105～108中的某一个传播时间的延迟时间，能够存储光信号的结构。

但是，上述以前的光存储装置，只不过按照对应于让光信号传播的光导波单元105～108中的某一个的传播时间的延迟时间，预先决定好该光信号的存储时间，因为不能以任意定时取出光信号，所以光信号的处理的自由度受限制、而信号处理效率低下就不可避免了。

【文献1】K.E.Stubkiaer，“Semiconductor optical amplifier-basedall-optical gates for high-speed optical processing，”IEEE J.QuamtunElectron.，vol.6，no.6，pp.1428-1435，Nov./Dec.2000

【文献2】T.Durhuus，C.Joergensen，B.Mikkelsen，R.J.S.Pedersen，andA.E.Stubkjaer，“All optical wavelength conversion by SOAs inaMach-Zender configuration，”IEEE photon.Technol，Lett.，vol.6，pp.53-55，Jan.1994

【文献3】特开2002-262319号公报

【文献4】特开平8-204718号公报

发明内容

基于上述背景，本发明的第1目的是：提供能够采用控制光直接进行光信号的放大处理的光信号放大3端子装置。还有，第2目的是：提供能够高速处理光信号的路由选择、或者装置小型化的光信号传送方法以及光信号中继装置。还有，第3目的是：提供能够存储并且在任意时间取出光信号的光信号存储装置。

本发明人，基于上述背景进行种种反复研究的结果，发现了：在半导体光放大元件或添加稀土类元素的光纤放大器等的光放大元件中，预定波长λ₁的输入光的周围波长的自然放射光，响应该输入光的强度变化而强度变化，其变化对于输入光的信号强度变化呈相反强度变化；以及，如果把该自然放射光的周围波长范围内即输入光的波长范围内的其它的波长λ₂的激光重叠入射到上述输入光中，则出现上述自然放射光的信号(振幅)持续维持变化，整体的强度急剧增加的现象即激光诱导光信号增强效果(Laser-induced signal enhancement effect)。另外，本发明人，也把握了以这种现象作为从波长λ₁向波长λ₂的波长变换功能，构思了基于2段连接该波长变换的级联波长变换元件的光3端子装置(All-Optical TriodeBased on Tandem Wavelength Converter)，发明了光信号放大3端子装置。本第1发明正是基于以上如此的实际知识而作出。

另外，本发明人发现：上述光信号放大3端子装置的光放大元件不但具有从波长λ₁向波长λ₂的波长变换功能，也着眼于它是具有该波长变换功能和开关功能的功能元件，由把目的地信息调幅重叠于光信号中、该功能元件正好适用于作为波长复用信号的路由选择装置即传送装置。本第2发明以及第3发明正是基于以上如此的知识而作出的。

另外，本发明人发现：使具有上述现象的光信号放大3端子装置的光放大元件，持续起从波长λ₁往波长λ₂的波长变换作用，和对应输入波长、而向不同的输出传输路径分配的分波器组合，通过使光信号介于循环的环状传输路径内，由循环而存储的光信号能在任意时间取出。第4发明正是基于以上如此的知识而作出。

第1发明

即，作为第1发明的光信号放大3端子装置的要旨，在于，包括(a)第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件：设置由pn结构成的有源层、用于把输入的光信号进行放大以及波长变换后输出；(b)第1光输入单元：使第1波长的第1输入光和第2波长的第2输入光输入到上述第1半导体光放大元件；(c)第1波长选择元件：从来自上述第1半导体光放大元件的光中选择上述第2波长的光；(d)第2光输入单元：使由第1波长选择元件选择的第2波长的光和第3波长的第3输入光向上述第2半导体光放大元件输入；和(e)第2波长选择元件：从来自该第2半导体光放大元件的光中选择第3波长的输出光；(f)上述第3波长的输出光、响应上述第1波长的第1输入光以及/或者第3波长的第3输入光的强度变化而被调制、并且对上述第3波长的第3输入光的信号放大率为大于等于2倍。

这样一来，从来自输入了第1波长的第1输入光和第2波长的第2输入光的第1半导体光放大元件的光中所选择的第2波长的光、和第3波长的第3输入光，向第2半导体光放大元件输入时，从来自该第2半导体光放大元件发出的光中所选择的第3波长的输出光，是响应上述第1波长的第1输入光以及/或者第3波长的第3输入光的强度变化而被调制的光，因为成为对上述第3波长的第3输入光的信号放大率为大于等于2的大小的放大信号，就可以得到能够采用控制输入光直接进行光信号的放大处理的光信号放大3端子装置。另外，因为第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件是设置了由pn结构成的有源层的光放大元件，因此光信号放大3端子装置小型化的同时，信号放大率更高。

这里，合适的是，上述第1波长的第1输入光是调制光，上述第2波长的第2输入光是连续光，上述第3波长的第3输入光是控制光，上述第3波长的输出光，在该控制光的输入区间、具有该第一输入光的调制信号放大后的信号波形。这样一来，第3波长的输出光，在控制光的输入区间、因为成为响应上述第1波长的第1输入光的强度变化而调制的放大光，就可以得到能够采用控制输入光直接对放大后的光信号进行开关处理的光信号放大3端子装置。

另外，合适的是，上述第3波长和上述第1波长为相同波长。这样一来，因为作为光信号放大3端子装置的信号输入光的第1输入光以及第3输入光，和输出光为相同波长，能够以共同的波长连接多个光信号放大3端子装置，能够采用多个光信号放大3端子装置构成高集成度光回路。

另外，合适的是，上述第3波长的输出光对上述第3波长的控制光的信号的放大率是大于等于10的值。这样一来，光信号放大3端子装置的信号放大率更高。

另外，合适的是，上述半导体光放大元件的有源层由量子阱或者量子点构成。这样一来，因为能够采用具有由量子阱或者量子点构成的有源层的半导体光放大元件，高速响应成为可能。尤其在采用量子点情况下，能得到大于等于100GHz的响应速度。另外，若采用应变超晶格作为有源层，则极化依赖性就变小了。

另外，合适的是，上述半导体光放大元件，在其中一个端面设置为了反射通过上述有源层后的光的反射单元，通过另一端面输入输入光并且取出输出光。这样一来，因为由在一个端面所具备的反射单元使有源层中通过路程实质上延长，故信号放大率被进一步提高。另外，由于反馈效果，输出信号的调制度被进一步提高。

另外，合适的是，上述第1半导体光放大元件以及/或者第2半导体光放大元件，在其中一个端面侧设置为了有选择地反射光的反射单元，其反射单元通过透镜和该第1半导体光放大元件以及/或者第2半导体光放大元件的端面光学性结合。这样一来，在这聚光透镜中适合采用微透镜，输入光和输出光通过光纤传输。

另外，合适的是，上述反射单元为不反射从上述第1半导体光放大元件来的光中的上述第1波长的第1输入光，但是向第2半导体光放大元件反射上述第2波长的光的波长选择性反射镜；和不反射从上述第2半导体光放大元件来的光中的上述第2波长的第2输入光，但是反射上述第3波长的光的波长选择性反射镜。这样一来，反射单元由作为第1波长选择元件起作用的波长选择性反射镜和作为第2波长选择元件起作用的波长选择性反射镜构成。

另外，合适的是，在上述第1半导体光放大元件的一个端面和用于反射光的反射单元之间，设置不透射上述第1波长的光但让上述第2波长的光透射的第1波长选择性滤波器；在上述第2半导体光放大元件的一个端面和用于反射光的反射单元之间，设置不透射上述第2波长的光但让上述控制光的波长透射的第2波长选择性滤波器。这样一来，上述第1波长选择元件以及上述第2波长选择元件由第1波长选择性滤波器以及第2波长选择性滤波器构成。另外，第1输入光即信号光的波长的第1波长的光，因为因第1波长选择性滤波器不能透射，故可以得到更好的特性。

另外，合适的是，上述反射单元为：作为上述第1波长选择元件以及/或者第2波长选择元件起作用，通过相对该反射单元改变输入光的入射角度以及/或者输出光的出射角度，使其从预定的半导体光放大元件向其它的半导体光放大元件输入。

另外，合适的是，上述第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件，在半导体基板上所形成的光波导中、各自设置多组，这些多组作为单个芯片构成一体。这样一来，光信号放大3端子装置成为更小集成化单个芯片的单片构造。

另外，合适的是，设置光循环器或者方向性结合元件：通过上述半导体光放大元件的另一端面使输入光输入到上述半导体光放大元件内，通过另一端面把从该半导体光放大元件内输出的光导向和该输入光不同的光路。这样一来，从半导体光放大元件的另一端面出来的光，不进入引导向该另一端面输入的光的波导，被导向专门的其他的输出用波导。

另外，合适的是，作为上述第1波长选择元件或者第2波长选择元件起作用的波长选择性反射镜或者波长选择性滤波器，是由：在波导或者光纤内的光传播方向上的折射率周期性变化的光栅滤波器、折射率不同的多组层叠层成的多层膜滤波器以及有光子带隙(photonic band gap)的光子晶体，这几种中的任一种构成的。这样一来，可以从来自第1半导体光放大元件或者第2半导体光放大元件的光中，适合提取出第2波长或者第3波长。

另外，合适的是，上述光信号放大3端子装置，构成光与非门、光或非门、光触发回路或者光运算放大器。这样一来，光数字回路或者光模拟回路可以由上述光信号放大3端子装置合适地构成。

另外，上述光信号放大3端子装置中，也可以把第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件、第1波长选择元件以及第2波长选择元件和将向这些输入的光进行合波的光耦合器等的构成部品，由导光的光纤、在半导体基板或者玻璃基板该样的透光性物质制基板之上所形成的光波导等结合。

第2发明

其次，作为第2发明的要旨是一种光信号传送方法，把通过预定的传输路径所传输的一系列光信号，传送到多个传输路径中的、对应于包含在该光信号中的目的地信息的传输路径，包括(a)输入步骤：使被施加了上述目的地信息的一系列的光信号，向光信号放大3端子装置主体输入；(b)波长变换步骤：把对应于上述调幅信号的波长的控制光，向上述光信号放大3端子装置主体供给，并使该控制光的波长的光信号从该光信号放大3端子装置主体输出；和(c)光分配步骤：使从上述光信号放大3端子装置主体输出的光信号输入到光分配装置中，把该光信号按照其波长、向连接到该光分配装置多个光传输路径分配。在于：把调幅信号作为该目的地信息、加到该一系列的光信号中，向该调幅信号所指示的目的地传送。

这样一来，施加了上述目的地信息的一系列的光信号向光信号放大3端子装置主体输入，对应于该调幅信号的波长的控制光向该光信号放大3端子装置主体供给，该控制光的波长的光信号从该光信号放大3端子装置主体向光分配装置输出，该输出的光信号对应其波长、向连接到光分配装置的多个光传输路径分配、由此而进行路由选择处理。这样，因为目的地信息加给到光信号中，故具有波长变换功能和开关功能的光信号放大3端子装置主体，能够输出对应了目的地信息的波长的光信号、而由分配装置进行分配，因此高速且小型的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置成为可能。

这里，上述所谓目的地信息是，例如IP地址或者发送源地址、接收处地址、像源路由选择的路由信息、数据链层的连接信息等，与决定光信号的传送目的地关联的信息。

合适的是，上述一系列的光信号是以小于等于90％的调制度被调幅的。这样一来，光信号无损失且目的地信息被可靠地加给到光信号中。

另外，合适的是，上述一系列的光信号是分组信号，上述目的地信息是设在该分组信号的起始部的标签信息或者标志信息。这样一来，在设在了构成分组信号的一系列的光信号的起始部的标签部或者标志部中，标签信息或者标志信息由调制而被提供。

另外，合适的是，上述波长变换步骤，通过对从光信号放大3端子装置主体输出的光信号使用该控制光施行调幅，把新的目的地信息再付加给该光信号。这样一来，在传送装置内能付加适宜传送目的地。因此，根据例如链路的状态、节点的状态、通信量状态，而决定传送路由的动态路由选择成为可能。

第3发明

为了上述第2发明的光信号传送方法被合适地实施、光信号中继装置的要旨是，在光信号传输网络之间，用于把作为目的地信息的实施调幅后的一系列的光信号、从一个网络往另一网络的传输路径中的、对应于包含在该光信号中的目的地信息的传输路径传送，在于：包括(a)控制光发生装置：由上述一系列的光信号的调幅信号，使对应了该调幅信号所指示的目的地的波长的控制光发生；(b)光信号放大3端子装置主体：把上述一系列的光信号变换为上述控制光的波长的光信号；和(c)光分配装置：把从该光信号放大3端子装置主体所输出的光信号，按照其波长地向多个光传输路径分配。

这样一来，调幅信号作为目的地信息被施加后的一系列的光信号一传输过来，根据控制光发生装置，由该一系列的光信号的调幅信号，使对应了该调幅信号所指示的目的地的波长的控制光发生，根据光信号放大3端子装置主体，该一系列的光信号变换为上述控制光的波长的光信号，根据光分配装置，从该光信号放大3端子装置主体所输出的光信号，按照其波长向多个光传输路径分配。从而，因为具有波长变换功能和开关功能的光信号放大3端子装置主体能够输出对应了目的地信息的波长的光信号、再由光分配装置分配，因此高速且小型的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置成为可能。

合适的是，设置电子控制装置或者全光学性控制装置：按照包含在上述光信号中的调幅信号，由上述控制光发生装置、使按照该调幅信号所指示的目的地信息的波长的控制光发生。这样一来，根据电子控制装置或者全光学性控制装置，因为控制控制光发生装置使得按照包含在光信号中的调幅信号所指示的目的地信息的波长控制光发生，故具有波长变换功能和开关功能的光信号放大3端子装置主体能够输出对应了目的地信息的波长的光信号、再由光分配装置分配，因此高速且小型的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置成为可能。另外，电子控制装置，仅仅光学性地提取包含在从上述主光波导所输入的光信号中的调幅信号，在为由控制光发生装置使对应于该地址信号的波长的控制光发生的全光学性控制装置的情况下，因为不发生对应于地址信号以外的信号的电磁波，有确保光信号的隐蔽性的优点。

另外，合适的是，设置(a)光分波器：把上述光信号的一部分进行分支；(b)光电信号变换器：把由该光分波器所分支的光信号变换为电信号而向上述电子控制装置供给；和(c)光延迟元件：设在比上述光分波器更下游侧，使通过该光分波器输入到光信号放大3端子装置主体中的光信号延迟；上述电子控制装置，提取包含在上述光信号中的调幅信号，使对应于该调幅信号所指示的目的地信息的波长的控制光，由上述控制光发生装置发生。这样一来，因为具有波长变换功能和开关功能的光信号放大3端子装置主体能够输出对应了目的地信息的波长的光信号、再由光分配装置分配，故高速且小型的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置成为可能。

另外，合适的是，设置暂时存储由上述光分配装置所分配的光分组信号的光信号存储元件，和使由该光信号存储元件所输出的光信号反馈到输入侧的光反馈传输路径，上述电子控制装置，在用于使上述光信号暂时存储情况下，输出用于使该光分组信号变换为预先设定的存储用波长的控制光信号；上述光分波器，把变换为该存储用波长后的光分组信号，向上述光信号存储元件分配，使之在此暂时存储。这样一来，在已中继处理的多个光分组信号向同一传输路径输出情况下，一方的光分组信号变换为预先设定的存储用波长，光分波器把变换为该存储用波长后的光分组信号，向上述光信号存储元件分配，使之在此暂时存储后反馈到输入侧，有可以重新实行中继处理的优点。

另外，合适的是，上述光信号存储元件，为了接收由上述光分配装置所分配的光信号、具备并列的光学性传播长度不同的多个光纤，上述电子控制装置，按照，上述应该暂时存储的光分组信号必要的存储时间，输出为了使该光分组信号变换为预先设定的存储用波长的控制光信号，上述光分配装置，把变换为该存储用波长后的光分组信号、向上述光信号存储元件的多个光纤的任一个分配，使其在此暂时存储。这样一来，光分组信号在并列配置的多个光纤中的、在按照其所必要的存储时间的光纤内，在传播的过程中而被暂时存储。

另外，合适的是，上述全光学性控制装置，包括，光耦合器：把上述第1输入光的一部分进行分支；连续光源：发生与上述控制光相同波长的连续光；光耦合器：把从该连续光源来的连续光、和从该光耦合器来的上述第1输入光的一部分进行合波；和半导体光放大元件：接收从该光耦合器来的光输出具有上述第1输入光中所包含的调制信号的控制光，和上述半导体光放大元件相比响应速度慢。这样一来，就构成了全光性学控制装置。

另外，合适的是，上述光分配装置，如果被输入从上述光信号放大3端子装置所输出的输出光，则把该输入的输出光、向上述多个光传输路径中的向对应于上述控制光的波长的光传输路径、选择性地进行分配。例如，该光分配装置是阵列波导光栅型分波器，设置连接在输入端口的第1平面(slab)波导、连接在多个输出端口的第2平面波导、和在这些第1平面波导以及第2平面波导之间所设置的长度不同的多个阵列波导，把该输入到输入端口的输入光、按每一种波长、向上述多个输出端口进行分配。或者，包括衍射光栅型或者棱镜型光分配器：利用根据每种波长而各不相同的衍射光栅或者棱镜的折射角度、把输入光向阵列状排列的多个阵列波导进行选择性分配。这样一来，对应于从上述光3端子装置所输出的控制光的波长的输出光，按该每一种波长向多个分支波导中的任一个进行选择性分配。

第4发明

第4发明的要旨是，一种能够存储从输入光传输路径所输入的光信号、并能够在任意时间取出的光信号存储装置，在于包括：(a)控制光发生装置：产生用于把从上述输入光传输路径所输入的光信号，变换为对应于包含在该输入信号中的传输目的的并且和上述光信号相同或者不同的波长的控制光；(b)光信号放大3端子装置主体：接收上述所输入的光信号和控制光，把该所输入的光信号变换为该控制光的波长的光信号后输出；(c)光分配器：把从该光信号放大3端子装置主体所输出的光信号，按照该光信号的波长进行分配；(d)光缓冲存储元件：把由该光分配器所分配的存储用波长的光信号暂时存储；(e)光反馈传输路径：为了使从该光缓冲存储元件所输出的光信号，再次向光信号放大3端子装置主体输入，而使该光信号向上述输入光传输路径反馈；和(f)光信号存储控制单元：使用于把在上述光信号放大3端子装置主体、光分配器、光缓冲存储元件以及该光反馈传输路径中反复循环的光信号，在该光信号放大3端子装置主体中变换为输出用波长的控制光，从上述控制光发生装置发生。

根据这第4发明，在上述光信号放大3端子装置主体、光分配器、光缓冲存储元件以及该光反馈传输路径中反复循环的光信号，如果在光信号放大3端子装置主体中，由光信号取出控制单元变换为输出用波长，则由分配器基于该输出用波长向取出用传输路径分配，由此可在任意(取出时刻)取出时间光信号。这里的取出用传输路径，是为了例如合波处理(所谓光加处理)或者分波处理(所谓光减处理)所取出的光信号而预备的。

这里，上述第4发明中，合适的是，上述光信号存储控制单元，使用于把向上述光信号放大3端子装置主体输入的光信号的波长变换为存储用波长的控制光、从上述控制光发生装置发生。这样一来，通过在光信号放大3端子装置主体中，将所输入的光信号变换为存储用波长，通过在光信号放大3端子装置主体、光分配器、光缓冲存储元件以及该光反馈传输路径中反复经过的循环传输路径中使之循环，而开始该光信号的存储。

另外，合适的是，为了抑制上述循环光信号的增益的增减例如增加或衰减，进一步包括控制通过上述光反馈传输路径而反馈的光信号、或供给上述光信号放大3端子装置主体的控制光的光信号增益控制单元。这样一来，因为可以防止由光信号的循环所引起的衰减，则可将该光信号的增益维持一定。

另外，合适的是，上述光信号放大3端子装置主体具备，把上述光信号变换而使之反相为偏置(bias)光的波长的第1半导体光放大元件、和把由该第1半导体光放大元件而反相的光信号变换而使之反相为上述控制光的波长的第2半导体光放大元件；上述光信号增益控制单元，基于从该第2半导体光放大元件的输出光中所包含的偏置光的增益的增减、控制由光反馈传输路径而反馈的光信号。例如、基于偏置光的增益的增加或减少而使由光反馈传输路径反馈的光信号衰减或放大。这样一来，因为由光反馈传输路径反馈的光信号，由光信号增益控制单元而放大，由此可以防止该光信号由循环引起的衰减，因此该光信号的增益可以基本维持一定。

另外，合适的是，上述光信号增益控制单元包括，第1增益控制用光放大元件：接收上述偏置光、和与该偏置光不同波长的连续光的增益控制光，输出随着该偏置光的增益的增加而增益减少的增益控制光；和第2增益控制用光放大元件：接收从该第1增益控制用光放大元件所输出的输出光、和由上述光反馈传输路径反馈的光信号，输出随着该增益控制光的减少而增益增加的光信号。这样一来，通过全光学性处理，可以将为了存储而循环的光信号的增益维持一定。

另外，合适的是，上述第1增益控制用光放大元件以及/或者第2增益控制用光放大元件，由通过使稀土类元素跃迁构成3能级系或4能级系的能量能级的光透射介质构成的光放大元件所构成。这样的光放大元件，因为互增益调制的响应时间慢，故循环的光信号的信号成分被平滑化、其增益的下降或者上升可以容易检出。

另外，合适的是，上述光信号增益控制单元包括，光学性运算控制装置：为了维持上述循环的光信号的增益一定，基于由上述光反馈传输路径而反馈的光信号的增益的增减，控制供给到上述光信号放大3端子装置主体的控制光的增益。这样一来，从光信号放大3端子装置主体所输出的光信号，基于反馈的该光信号的增益的减少、由全光学性运算装置而放大、而可以防止该光信号的由循环引起的衰减，故该光信号的增益可以基本维持一定。

另外，合适的是，设置，(a)电子控制装置：用于控制上述控制光发生装置；(b)光电信号变换器：把由该光分波器所分支的光信号，变换为电信号而供给上述电子控制装置；和(c)光延迟元件：设置在上述光分波器的下游侧，使通过该光分波器而输入到上述光信号放大3端子装置主体中的光信号延迟，(d)上述电子控制装置，响应从外部供给或包含在上述光信号中的存储信号输出信息所指示的输出期间，由上述控制光发生装置，使用于把上述光信号变换为输出用波长的控制光发生。这样一来，由电子处理，响应从外部供给或包含在上述光信号中的存储信号输出信息所指示的输出期间，使通过循环而存储的光信号输出。

另外，合适的是，设置全光学性运算控制装置：响应从外部供给或包含在上述光信号中的存储信号输出信息所指示的输出期间，由上述控制光发生装置，使用于把上述光信号变换为输出用波长的控制光发生。这样一来，由全光学性处理，响应从外部供给或包含在上述光信号中的存储信号输出信息所指示的输出期间，使通过循环而存储的光信号输出。

附图说明

图1是说明本发明的一个实施例的光信号放大3端子装置的构成的框图。

图2是表示在图1的实施例中的光放大元件由半导体光放大元件构成的情况下的外形的立体图。

图3是说明图1的光信号放大3端子装置的工作的时序图；上段表示第1输入光的波形；中段表示控制光的波形；下段表示输出光的波形。

图4是表示图1的光信号放大3端子装置的输入输出特性的图。

图5是表示图1的光信号放大3端子装置的输出信号的频率特性的图。

图6是表示由图1的光信号放大3端子装置所构成的光触发器回路的图；(a)表示由一对光与非门构成的光触发器回路；(b)表示由一对光或非门构成的光触发器回路。

图7是表示由图1的光信号放大3端子装置构成的光运算放大回路的图。

图8是说明光信号放大3端子装置的其它的实施例的构成的相当于图1的图。

图9是说明光信号放大3端子装置的其它的实施例的构成的相当于图1的图。

图10是说明将图9的光信号放大3端子装置形成为单片结构情况下的构成的图。

图11是光信号放大3端子装置的其它的实施例、是说明采用4端子型光循环器构成的相当于图1的图。

图12是说明将图11的光信号放大3端子装置形成为单片结构情况下的构成的图。

图13是光信号放大3端子装置的其它的实施例、是说明设置了在半导体基板上外延成长的V字型光波导的单片结构的构成的图。

图14是说明光信号放大3端子装置的其它的实施例的构成的相当于图1的图。

图15是光信号放大3端子装置的其它的实施例、是说明设置了在半导体基板上外延成长的V字型光波导的单片结构的构成的图。

图16是说明采用光信号传输方法的装置的一个实施例的光信号中继装置的构成的略图。

图17是说明构成图16的实施例的光信号中继装置的一部分的多个中继器的其中一个的构成例的框图。

图18是说明图17的中继器的构成的框图。

图19是说明图18的控制光发生装置的构成例的框图。

图20是说明图18的控制光发生装置的其它的构成例的框图。

图21是说明图18的控制光发生装置的其它的构成例的框图。

图22是说明图18的光信号放大3端子装置的构成例的框图。

图23是说明图22的光信号放大3端子装置的工作的时序图；上段表示输入光的信号光的波形；中段表示控制光的波形；下段表示输出光的波形。

图24是表示图22的光信号放大3端子装置的频率特性的图。

图25是说明图22的光分配装置的构成例的图。

图26是说明图23的一系列的输入光信号的构成例的图。

图27是对图26的一系列的输入光信号，采用构成其的主信号与调幅信号进行说明的时序图。

图28是说明关于图26的一系列的输入光信号的图18的中继器主体部的工作中的不附加目的地信息情况下的工作的时序图。

图29是说明关于图26的一系列的输入光信号的中继器主体部的工作、附加和输入光信号不相同的目的地信息情况下的工作的时序图。

图30是说明光信号放大3端子装置的全光学式发生控制光的其它的实施例的构成的图、是相当于图22的图。

图31是说明图30的光信号放大3端子装置的工作的时序图。

图32是说明包括图30的实施例的波长变换装置的光信号中继器的构成的图、是相当于图17的图。

图33是说明光信号中继装置的其它的实施例中的关键部分即中继器的图、是相当于图18的图。

图34是说明光信号存储装置的一个实施例的构成的略图。

图35是说明和图34的光信号存储装置不相同的其它的实施例的构成的略图。

图36是说明图35的光信号存储装置的光信号存储工作的时序图。

图37是说明在图35的光信号存储装置中不设置反馈光放大装置情况下的光信号存储工作的时序图。

图38是说明和图34、图35的光信号存储装置不相同的其它的实施例的构成的略图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

图1至图15表示和光信号放大3端子装置相关的实际例，图1表示其中的一个实施例的光信号放大3端子装置10。

图1中，第1激光光源12，输出例如1555nm的第1波长λ₁的第1激光(第1输入光)L₁、使其通过设置了第1光调制器14的光纤F₁传播。第2激光光源16，以一定的强度连续输出例如1548nm的第2波长λ₂的第2激光(第2输入光)L₂、使其通过第2光纤F₂传播。上述第1激光光源12采用例如可变波长半导体激光、第2激光光源16采用例如单一波长的半导体激光。上述第1光调制器14，根据来自没有图示的信号发生器的电信号或者光信号、例如如图3的上段的波形所示该样、对作为通过光的第1激光L₁进行强度调制使得成为该电信号或者光信号的频率的脉冲信号。第1光耦合器18、具有作为第1光输入单元的功能、把上述光纤F₁以及光纤F₂向光纤F₃连接、把通过这些光纤F₁以及光纤F₂传播而来的第1激光L₁以及第2激光L₂进行重叠(合波)、通过第3光纤F₃以及第1光循环器20向第1光放大元件26输入。

上述第1光放大元件26、由例如图2所示的半导体光放大元件(SOA：semiconductor optical amplifier)构成。

图2中，在由化合物半导体例如磷化铟(InP)或砷化镓(GaAs)所构成的半导体基板26a上形成的光波导26b，是在该半导体基板26a上、由外延生成且通过光刻形成为预定的波导图形的例如InGaAsP、GaInNAs、AlGaInp等的III-V族混合晶半导体的多层膜；采用例如光刻形成为预定宽度的带状突起。该光波导26b、因为是由比半导体基板26a的折射率高的物质构成、故具有使光封闭在厚度方向并传播的功能。在上述光波导26b内的多层膜内中，包括由pn结构成的有源层26c、盖层等，在其上固定连接有上部电极26e。该有源层26c，通过在半导体基板26a的下表面固定连接的下面电极26f和上述上部电极26e之间外加有电压、并且在上述pn结中流过激励电流而形成电子、空穴对，通过该有源层26c的光由于感应放射作用而放大。上述有源层26c，由多重量子阱、应变超晶格或者量子点构成。为多重量子阱情况下，例如由从InP半导体基板26a外延成长而晶格耦合的InGaAs(厚度100)和InGaAsP(厚度100)的6对构成，在该有源层26c之上、依次设置组成(折射率)呈阶梯性变化的梯度指数(GRIN)构造的导向层(2000)。该有源层26c的器件长度(光路长度)是600μm；可以认为，例如由250mA的电流值引起的能量注入所注入的电子因通过的光子所产生的感应放射、向价电子带移动时，放出光能而使通过光放大。根据由这250mA的电流值所引起的能量注入，在例如波长1555nm处、得到20dB左右的增益。

在上述第1光放大元件26的1端面中，因为设置了由溅射金属或者电介质而实施反射光的处理的金属膜或者电介质多层膜等的反射单元26d，因此在通过位于和该1端面为相反侧的另一端面、进行光输入或者光输出。从而，上述第1激光L₁以及第2激光L₂的合波光，通过上述另一端面输入到第1光放大元件26内，并且被上述反射单元26d反射的光再次通过该另一端面输出。该第1光放大元件26的有源层26c内，由于上述第1激光L₁的入射、产生以该波长λ₁为中心的周围波长的自然光，该自然光与第1激光L₁的强度调制成反比地增减强度。在这个状态下、如果使在该自然光的波长范围内的第2波长λ₂的第2激光L₂通过，则该第2波长λ₂，受到和该自然光相同的变化并增强。即、受到和第1激光L₁的调制相同但反相的调制而放大。即、第1光放大元件26，具备随同第2光放大元件34的交叉增益调制特性即互增益调制特性。

第1光循环器20，把从第1光放大元件26输出的光，不导向第3光纤F₃、而导向设置了第1波长选择元件28的第4光纤F₄。第1波长选择元件28，连接到上述第1光放大元件26，从由该第1光放大元件26所输出的光中、提取为第2波长λ₂1548nm的光。该第1波长选择元件28，具有作为光滤波器元件的功能，是通过例如局部照射紫外线，使第4光纤F₄的一部分在长度方向上折射率呈周期性变化的光纤光栅滤波器，选择以第2波长λ₂为中心波长并且半值宽度为1nm的光使之通过。再者，第1波长选择元件28，可以由折射率不相同的多组层叠层而成的多层膜滤波器、具有光子带隙的光子晶体的任一种构成。

第2光耦合器30，具有作为第2光输入单元的功能，把由上述第1波长选择元件28而从第1光放大元件26所输出的光中选出的第2波长λ₂的光、和例如图3的中段的波形所示的为第3波长λ₃的控制光的第3激光L₃重叠(合波)，通过第5光纤F₅以及第2光循环器32、向和第1光放大元件26同样构成的第2光放大元件34输入。在该第2光放大元件34中，调制后的第2波长λ₂，按照以该第2波长λ₂为中心的自然光的波长范围内的第3波长λ₃的控制光进一步被调制，第3波长λ₃为如图3的下段中所示的波形。第2光循环器32，把从第2光放大元件34输出的光，不导向第5光纤F₅、而导向设置了第2光滤波器元件36的第6光纤F₆。上述第2光滤波器元件36，从由第2光放大元件34输出的光中选择第3波长λ₃的光，作为图3的下段中所示的输出光L₄输出。在图3中，在中段的波形中所示的控制光L₃的实线、单点划线、虚线，对应于在下段中所示的输出光L₄的实线、单点划线、虚线，输出光L₄相对控制光L₃有约30倍的增益(放大率)。

图4以及图5表示上述该样构成的光信号放大3端子装置10的互增益调制型波长变换作用的特性。图4，是在由表示第1输入光的第1激光L₁的信号强度P_IN的横轴、和表示输出光的第4激光L₄的信号强度P_OUT的纵轴所构成的二维坐标中，以控制光L₃的信号强度P_c为参数的第4激光L₄的输入输出特性图。如由图显明的该样，和晶体管等的3端子放大元件相同，输出光的第4激光L₄的信号强度P_OUT，响应控制光L₃的信号强度P_c的变化，且该变化被放大地调制；并且响应第1输入光的第1激光L₁的信号强度P_IN的变化，且该变化被放大地调制。另外，图5，在由表示第1输入光的第1激光L₁的频率的横轴、和表示输出光的第4激光L₄的信号调制度H(％)的纵轴所构成的二维坐标中，表示该第4激光L₄的频率特性。根据图5，一直到5GHz、都看不出信号调制度H的降低。上述信号调制度H由例如下式(1)表示。其中、I_max是光信号的最大值、I_min是光信号的最小值。另外、在上述有源层26c中采用量子点的情况下、在大于等于100GHz的范围内看不出信号调制度H的降低。

H＝100×(I_max-I_min)/(I_max+I_min)…(1)

另外、根据本发明人的实验、由把上述控制光L₃从第3波长λ₃向第1波长λ₁变更、可得到第1波长λ₁的输出光L₄、并可以得到和上述同样的光信号放大效果的结果。另外，上述中，虽然第2激光L₂的第2波长λ₂是比第1激光L₁短的波长，但即使该第2激光L₂的第2波长λ₂是比第1激光L₁长的波长、也可得到和上述同样的光信号放大效果的结果，不仅如此，还可以得到，例如像图3的下段的波形的最低值接近零这样的，输出光L₄的基线和第1激光L₁同样地接近零的进一步的效果。另外、如果把第1波长λ₁的第1输入光L₁和第2波长λ₂的第2激光L₂相同地作为连续光(偏置光)、施加信号调制到第3波长λ₃的第3输入光L₃中，则第3波长λ₃的输出光L₄、以该第3输入光L₃的信号的10倍或10倍以上的放大率放大而输出。

图6(a)表示由采用上述光信号放大3端子装置10的2个光与非门40所构成的触发回路42；图6(b)表示由2个光或非门44所构成的触发回路46。电子回路中的与非门以及或非门、众所周知由多个晶体管构成，代替该晶体管、将上述光信号放大3端子装置10设置在光回路中而构成了光与非门40以及或非门44，由该1对光与非门40以及一对光或非门44、构成触发回路42以及触发回路46。由该触发回路42以及触发回路46、通过光存储信息。

图7表示采用上述光信号放大3端子装置10的光运算放大器48。电子回路中的运算放大器、众所周知由多个晶体管构成，代替该晶体管、通过将上述光信号放大3端子装置10设置在光回路中而构成光运算放大器48。

以上构成的图1的光信号放大3端子装置10中，在使从来自于输入了第1波长λ₁的第1输入光L₁和第2波长λ₂的第2输入光L₂的第1光放大元件26的光中所选出的第2波长λ₂的光、和第3波长λ₃的第3输入光(控制光)L₃、向第2光放大元件34输入时，从由该第2光放大元件34出来的光中、所选出的第3波长λ₃的输出光L₄，是响应上述第1波长λ₁的第1输入光L₁以及/或者第3波长λ₃的第3输入光L₃的强度变化而调制后的光，因为变成相对于该第3波长λ₃的第3输入光(控制光)L₃的信号放大率为大于等于2大小的放大信号，故能得到采用控制输入光就能够直接进行光信号的放大处理的光信号放大3端子装置10。

另外，根据本实施例的光信号放大3端子装置10，上述第1波长λ₁的第1输入光L₁为调制光，上述第2波长λ₂的第2输入光L₂为连续光，上述第3波长λ₃的第3输入光L₃为控制光，上述第3波长λ₃的输出光L₄，在该控制光L₃的输入区间内、具有将该第1输入光L₁的调制信号放大后的信号波形；因此第3波长λ₃的输出光L₄，在控制光L₃的输入区间内、成了响应第1波长λ₁的第1输入光L₁的强度变化而被调制了的放大光；因此能得到采用控制输入光就能够直接进行放大后的光信号的开关处理的光信号放大3端子装置10。

另外，在本实施例，因为上述第1波长λ₁和第3波长λ₃也可以为相同波长，故作为光信号放大3端子装置10的输入光的第1输入光L₁以及第3输入光L₃、成为和输出光L₄相同的波长，以同样的波长连接多个光信号放大3端子装置10成为可能，采用多个光信号放大3端子装置10、能够构成集成度高的光回路。

另外，在本实施例，因为上述第2波长λ₂可以为比上述第1波长λ₁长的波长，在这种情况下，调制后的第1输入光L₁的放大光的输出光L₃表示的波形，具有成为和该第1输入光的波形的基线同样地接近零水平的基线优点。即、有调制度变大的优点。

另外，在本实施例，因为第3波长λ₃的输出光L₄对于第3波长λ₃的控制光3的信号放大率、为大于等于10的值，故光信号放大3端子装置的放大功能更高、其应用范围被扩大。

另外，在本实施例，第1光放大元件26以及第2光放大元件34，因为是设置了由pn结构成的有源层26c的半导体光放大元件，故能够得到信号放大率以及响应速度更高的光信号放大3端子装置10。

另外，在本实施例，第1光放大元件26以及第2光放大元件34的有源层26c，因为是由量子阱或量子点构成的，故能够得到具有更高信号放大率以及更快响应速度的光信号放大3端子装置10。尤其在采用量子点的情况下、能得到大于等于100GHz的响应速度。另外，采用应变超晶格作为有源层，则偏振依赖性就变小。

另外，在本实施例，由于第1光放大元件26以及第2光放大元件34，为了反射通过有源层26c的光、在其一个端面上设置由金属蒸镀等所形成的反射镜等的反射单元26d，通过另一端面输入输入光并且取出输出光，由设置在一个端面的反射镜等的反射单元26d使在有源层26c中通过路程实质性延长，因此信号放大率更高。另外，由于反馈效果、调制度更高。

另外，在本实施例，因为设置光循环器20以及32，通过第1光放大元件26以及第2光放大元件34的另一端面使输入光输入到其中，把通过该另一端面输出的光导向和该输入光不同光路，故从第1光放大元件26以及第2光放大元件34的另一端面输出的光、不进入到导向使其向该另一端面输入的光的波导、而被导到专门的其它的输出用波导。

另外，在本实施例，第1波长选择元件28以及/或者第2波长选择元件36，因为由在波导或光纤内的光传播方向上折射率呈周期性变化的光栅滤波器、折射率不同的多组层叠层而成的多层膜滤波器以及有光子带隙的光子晶体这几种中的任一种所构成，故可以从第1光放大元件26或者第2光放大元件34来的光中、合适地提取第2波长λ₂或者第3波长λ₃。

另外，上述的光信号放大3端子装置10，能构成光与非门40、由该一对光与非门40所构成的光触发回路42、或光运算放大器46，能够提高光集成回路的功能。

另外，在本实施例的第1光放大元件26中，第2波长λ₂为第1波长λ₁的第1输入光L₁的周围光的波长范围内的波长；在第2光放大元件34中，第3波长λ₃为第2波长λ₂的输入光的波长范围内的波长；所以、可以使包含在来自第1光放大元件26或者第2光放大元件34的输出光中的第2波长λ₂或者第3波长λ₃的信号、合适地放大。

另外，设置在第1光放大元件26的一个端面的反射单元26d，在由使第1波长λ₁的光透射但反射第2波长λ₂的光的波长选择性反射膜构成的情况下，则不需要第1波长选择元件28。和第1光放大元件26相同构成的第2光放大元件34的反射单元，在由使第2波长λ₂的光透射但反射第3波长λ₃的光的波长选择性反射膜(波长选择性反射镜)构成的情况下，则不需要第2波长选择元件36。上述波长选择性反射膜，由例如折射率不同的电介质层相互叠层的电介质多层膜构成。

下面，说明其它的实施例。还有，在以下的说明中、对和上述的实施例同样的部分、附加同样的符号省略说明。

图8表示上述的光信号放大3端子装置10的其它的实施例的光信号放大3端子装置50的构成例的关键部分。本实施例的波长变换装置50，使通过起第1光输入单元作用的半反射镜51以及聚光透镜52的光信号L_A、向第1光放大元件26的一方的端面输入、从该第1光放大元件26的另一方的端面通过聚光透镜53输出的光中的、第1波长λ₁的光透射，但偏置光L₂的波长λ_b的光、由起第1波长选择元件作用的波长选择型镜54反射、而返回到第1光放大元件26。从该第1光放大元件26的一方的端面输出的光，由上述半反射镜51反射、并由起第2光输入单元作用的半反射镜55、和控制光L_C合波，通过聚光透镜56入射到第2光放大元件34的一方的端面。在来自这第2光放大元件34的另一方的端面、通过聚光透镜57输出的光中、使偏置光L₂的波长λ_b的光透射，但和控制光L_C为相同的波长成分、由起第2波长选择元件作用的波长选择型镜58反射、而返回到第2光放大元件34。从该第2光放大元件34的一个的端面出来的输出光L₃，和通过上述的光信号放大3端子装置10的相同。根据这样构成的波长变换装置50，可得到和上述的光信号放大3端子装置10相同的互增益调制型的波长变换作用以及光放大作用。上述波长选择性反射镜58以及波长选择型反射镜54，通过聚光透镜57以及聚光透镜53、将第2光放大元件34的端面以及第1光放大元件26的端面光学性结合。上述聚光透镜52、聚光透镜53、聚光透镜56、聚光透镜57，由例如微透镜构成，上述光信号L_A、输出光L₃等由光纤传输。还有，半反射镜51以及55也可由光耦合器或光循环器替换。

图9表示上述的光信号放大3端子装置10的其它的实施例的光信号放大3端子装置59的构成例的关键部分。本实施例的光信号放大了端子装置59设置了，串联配设的第1光放大元件26以及第2光放大元件34；光耦合器60以及61：使光信号L_A以及偏置光L_b(波长λ_b)入射到第1光放大元件26的内侧端面；波长选择性反射器62：在来自第1光放大元件26的外侧端面的光中，使第1波长λ₁的光透射、但使波长λ_b的成分反射而返回到第1光放大元件26中；滤波器63：在从该第1光放大元件26的内侧端面出射的光中、使波长λ^b的成分通过而入射到第2光放大元件34的内侧端面；光耦合器64：使控制光L_C入射到该第2光放大元件34的外侧端面；和滤波器65：在从该第2光放大元件34的外侧端面出射的光中，使和控制光L_C为相同波长成分的光透射，并作为输出光L₃输出。上述光耦合器60以及61作为第1光输入单元起作用，上述光耦合器64作为第2光输入单元起作用，上述反射器62以及滤波器65作为第1波长选择元件以及第2波长选择元件起作用。根据这样构成的波长变换装置59，可以得到和上述的光信号放大3端子装置10相同的互增益调制型的波长变换作用以及光放大作用。上述控制光L_C的波长λ_C的光信号、由滤波器63反射并且透射滤波器65而输出。波长λ^b的光成分不透射滤波器65。上述光耦合器60以及61也可由一个光耦合器构成。

图10表示，在半导体基板26a之上、把上述光信号放大3端子装置59、以和图2所示的单片结构的第1光放大元件26相同的单片结构即一片构造、构成的示例。在本实施例的单片结构的光信号放大3端子装置59中，在第1光放大元件26的外侧位置、第1光放大元件26和第2光放大元件34之间的位置和第2光放大元件34的外侧位置，依次设置由折射率周期性变化的光栅所构成的反射器62、滤波器63及滤波器65。还有，使从直线状的光波导26b分支的一对分支波导，对应于上述光耦合器60以及61以及光耦合器64。

图11表示了上述的光信号放大3端子装置10的其它的实施例的光信号放大3端子装置66的构成例的关键部分。本实施例的波长变换装置66，具备：一对反射型的第1光放大元件26以及第2光放大元件34；具有包括连接到该一对反射型的第1光放大元件26以及第2光放大元件34的第2端子67b以及第3端子67c的4端子、在该4端子间传输光、使来自预定的端子的出射光和向该端子的入射光光路不相同的4端子型光循环器67；光耦合器68：把光信号L_A以及偏置光L^b(波长λ_b)合波后、入射到4端子型光循环器67的第1端子(第1端口)67a；和光耦合器69：把控制光L_C合波到由反射型第1光放大元件36向4端子型光循环器67的第2端口67b的波长λ^b的光中、并将其入射到第2光放大元件34；使来自4端子型光循环器67的第4端口67d的与控制光L_C相同波长成分的光透射。在上述第1光放大元件26的反射面，设置让第1波长λ₁的光透射但选择性反射第2波长λ_b的光的反射膜26d，在上述第2光放大元件34的端面设置使第2波长λ_b的光透射反射与控制光L_C为相同波长λ_c分量的光的反射膜34d。根据这样构成的光信号放大3端子装置66，可得到和上述的光信号放大3端子装置10相同的互增益调制型的波长变换作用以及光放大作用，并因为能通过4端子型光循环器67故输出光L₃的调制度提高。本实施例的光信号放大3端子装置66与图1的光信号放大3端子装置10相比，有构成简单的优点。还有，上述光耦合器69，也可以把控制光L_C合波到由4端子型光循环器67的第3端口67c向第2光放大元件34的波长λ_b的光中、并使其入射到第2光放大元件34。在本实施例中，光耦合器68以及光耦合器69、起第1光输入单元以及第2光输入单元的作用，反射膜26d以及34d、起第1波长选择元件以及第2波长选择元件的作用。

图12是表示上述光信号放大3端子装置66为单片结构情况下的实例。该单片结构的光信号放大3端子装置66，和上述的图6、图10中所示一样，也具备在半导体基板26a之上所形成的光波导26b。该光波导26b，设置有用于发挥和4端子型光循环器67相同作用的Z字状的部分；和用于发挥光耦合器68以及光耦合器69的作用、而从其一部分分支的分支波导。在上述光波导26b的Z字状的部分中的曲折点，一对反射型第1光放大元件26以及第2光放大元件34，与上述的图2、图10中所示的同样地构成。还有，反射膜26d以及34d，设置在该反射型第1光放大元件26以及第2光放大元件34的外端面。

图13表示了上述的光信号放大3端子装置10的其它的实施例的光信号放大3端子装置70的构成例的关键部分。本实施例的光信号放大3端子装置70，设置第1光波导72以及第2光波导73：由具有在例如GaAs等的矩形半导体71上生成的例如GaInNAs等的pn结层(有源层)的混晶半导体层通过光刻形成为V字状；第1光放大元件26、第2光放大元件34：通过在该第1光波导72以及第2光波导73中设置没有图示的电极而设置；波长选择性反射膜74：设置在上述矩形半导体基板71的一个端面的、上述第1光波导72以及上述第2光波导73的交叉部，向第2光波导73反射偏置光L^b的第2波长λ^b的光以及控制光L_C、使光信号L_A的第1波长λ₁的光选择性透射；波长选择性反射膜75：设置在上述矩形半导体基板71的一个端面的、上述第2光波导73的输出侧，反射第2波长λ_b的光、使和控制光L_C相同的波长成分的光透射。光信号L_A和偏置光L^b、由光耦合器76合波后入射到光波导72的端面，控制光L_C、从设置在上述波长选择性反射膜75的外侧的光耦合器77入射到第2光波导73内。根据这样构成的光信号放大3端子装置70，可得到和上述的光信号放大3端子装置10相同的互增益调制型的波长变换作用以及光放大作用。另外，本实施例的光信号放大3端子装置70，通过将具有由例如在GaAs等的矩形半导体基板上生成的GaInNAs等的III-V族混结晶半导体层所构成的pn结层(有源层)的混晶半导体层、由光刻处理且附加上电极而单片化，所以有极小尺寸构成的优点。在本实施例，上述光耦合器76以及光耦合器77、作为第1及第2光输入单元起作用，上述波长选择性反射膜74以及波长选择性反射膜75、作为第1波长选择元件以及第2波长选择元件起作用。

图14表示了上述的光信号放大3端子装置10的其它的实施例的光信号放大3端子装置78的构成例的关键部分。本实施例的光信号放大3端子装置78，通过作为合波元件使用的光耦合器79、作为光分波元件使用的光耦合器80以及聚光透镜52、将光信号L_A输入到第1光放大元件26的一方端面，从该第1光放大元件26的另一方端面通过聚光透镜53输出的光中、上述光信号L_A的波长λ₁不能由波长选择性滤波器81透射(吸收)，但偏置光的波长λ^b的光、透射该滤波器81并且由全反射型反射镜82反射而返回到第1光放大元件26。从该第1光放大元件26的一方端面所输出的光从上述光耦合器80向其他的光耦合器83传播，在此与控制光LC合波。然后，通过光耦合器84和聚光透镜56，入射第2光放大元件34的一方的端面。从该第2光放大元件34的另一方端面通过聚光透镜57而输出的光中，偏置光的波长λ_b的光不能通过波长选择性滤波器85透射(被吸收)，而与控制光L_C为相同波长λ_c的成分则透射该波长选择性滤波器85且被全反射型反射镜86反射而返回到第2光放大元件34。从该第2光放大元件34的一方端面出来的输出光L³，由光耦合器84、向外部例如下述的光分配装置150输出。根据这样构成的光信号放大3端子装置78，不但可得到和上述的光信号放大3端子装置10相同的互增益调制型的波长变换作用以及光放大作用，而且光信号L_A的波长λ₁，由波长选择性滤波器81吸收而不能透射，由此，反馈第1光放大元件26侧的比例极小，有特性可进一步改善的优点。在本实施例中，光耦合器79以及光耦合器84、作为第1光输入单元以及第2光输入单元起作用，上述波长选择性滤波器81以及波长选择性滤波器85、作为第1波长选择元件以及第2波长选择元件起作用。

图15，是上述的光信号放大3端子装置10的其它的实施例，表示了在单片上、复数个(本实施例中为2个)光信号放大3端子装置88集成化为单片结构的构成例的关键部分。本实施例的多组光信号放大3端子装置88，分别具备第1光波导90、第2光波导91以及第3光波导92：将在例如GaAs等的矩形半导体基板89上生成的、具有例如GaInNAs等的pn结层(有源层)的混晶半导体层，通过光刻从一方端面经过另一方端面形成为线状、以相互邻的1对形成为V字状；第1光放大元件26、第2光放大元件34以及第3光放大元件93：通过在该第1光波导90、第2光波导91以及第3光波导92中设置没有图示的电极而设置；和波长选择性反射膜(波长选择性镜体)94：设置在是上述矩形半导体基板89的一个端面的、经过上述第1光波导90与第2光波导91的交叉部和上述第3光波导92的输出侧端面，向第2光波导91反射偏置光L^b的第2波长λ_b的光以及控制光L_C、但使光信号L_A的第1波长λ₁的光和控制光L_C选择性透射；和波长选择性反射膜(波长选择性镜体)95：设置在是上述矩形半导体基板89的一个端面的、上述第2光波导91的输出侧端面，让第2波长λ_b的光透射、但向第3光波导92反射和控制光L^C相同波长成分的光。光信号L_A和偏置光L^b、由光耦合器96合波后入射到第1光波导90的输入侧的端面，控制光L_C、从上述波长选择性反射膜94的外侧入射到第2光波导91内。根据这样构成的光信号放大3端子装置88，可得到和上述的光信号放大3端子装置10相同的互增益调制型的波长变换作用以及光放大作用。另外，本实施例的光信号放大3端子装置88，因为将具有由例如在GaAs等的矩形半导体基板上生成的GaInNAs等的III-V族混结晶半导体层构成的pn结层(有源层)的混晶半导体层、由光刻处理且附加上电极而单片化，因此光信号放大3端子装置10能够进行例如1.3μm波长带的光信号的信号处理、有极小尺寸的构成的优点。另外，根据本实施例，不需要循环器，并由3个光放大元件26、34、93而得到高输出。在本实施例，光耦合器96作为第1光输入单元起作用，波长选择性反射膜94作为第2光输入单元以及第1波长选择元件起作用，波长选择性反射膜95作为第2波长选择元件起作用。

图16至图33表示，光信号传送方法、用于合适地实施该光信号传送方法的、光信号路由即光信号中继(传送)装置相关联的实施例，根据这些，使通过预定的传输路径传输的一系列的光信号、向多个传输路径之中、对应于包含在该光信号中的目的地信息的传输路径传送，由此能够进行高级信息处理的光通信。

图16概略表示，配设在一个光网络中的多条传输路径的输入光纤F_A1至F_AM、和另一个光网络中的多条传输路径的输出光纤F_B1至F_BM之间，使通过输入光纤F_A1至F_AM的任一个传输的波长复用光信号(激光)L_A1至L_AM，向根据由调幅加到该光信号的目的地信息而决定的输出光纤F_B1至F_BM的任一个内的波长总线的一个传送的光信号中继(传送)装置110。这种光信号中继装置110也称为光信号路由器。

在图16中，由上述输入光纤F_A1至F_AM的任一个传输的光信号L_A1至L_AM、分别是波分复用(WDM)信号，叠加有预先设定的多种波长的光信号。从而，包含在例如光信号L_A1的预定波长的一系列的波长λ₁的光信号L_A11，按照通过在例如该标签部或者标志部进行调幅而设定的目的地信息，向输出光纤F_B1至F_BM的任一个光纤F_B内的任一个波长总线，即以预先设定的多种的即N种类的波长λ₁至λ_N中的任一种波长传送。由输出光纤F_B1至F_BM，波长复用的光信号(激光)L_B1至L_BM分别传输。

上述光信号中继装置110，设置M个的光分波器(AWG：ArrayedWaveguide Grating，阵列波导光栅)S₁至S_M：把由预定根数即M根的输入光纤F_A1至F_AM传输的波长复用的光信号L_A1至L_AM、按每种波长的信号分别分离成N种波长λ₁至λ_N的每一种的一系列的光信号(分组)，例如关于光信号L_A1、使其分别分离到L_A11至L_A1N；M个的第1中继器R₁至第M中继器R_M：使波长λ₁至λ_N的一系列的光信号(包)L_A11至L_A1N、按照由调幅加到其中的目的地信息而进行波长变换，并通过调幅附加原来的目的地信息或者新的目的地信息，相互相同地构成；和M个的合波器(AWG)T₁至T_M：用于把由该第1中继器R₁至第M中继器R_M所输出的光信号进行合波，将其导向输出光纤F_B1至F_BM。

图17，为了说明上述相互相同构成的第1中继器R₁至第M中继器R_M的构成，以设置在对应例如输入光纤F_A1和输出光纤F_B1之间的位置的第1中继器R₁为代表、说明其构成。在图17中，第1中继器R¹中，由设置第1中继器主体部RB₁₁至RB_1N：从输入光纤F_A1传输的波长复用的光信号L_A1，通过光分波器S₁、按照N种类的波长λ₁至λ_N所分离成的一系列的光信号(包)L_A11至L_A1N、通过光纤F_A11至F_A1N输入，则按照在该光信号L_A11至L_A1N的标签部或者标志部中、由调幅附加而设定的目的地信息作波长变换、并且实施与以上相同的表示目的地信息或者新的目的地信息调幅而输出的，N个相互相同构成。从第1中继器主体部RB₁₁…第N中继器主体部RB_1N分别输出的N种类的波长λ₁至λ_N的任一个的波长的输出信号，分别通过用于传输按照其波长以及目的地信息分支的光信号、使N×M根交叉连接光纤F₁₁₁至F_1NM…N×M根交叉连接光纤F_N11至F_NNM和合波器T₁至T_M连接。由此，第1中继器主体部RB₁₁…第N中继器主体部RB_1N的输出信号，通过合波器T₁在输出光纤F_B11至F_BN1之中、以预期的波长向预期的输出光纤传输。构成其它中继器R_M的中继器主体部RB_M1至RB_MN也同样，分别通过N×M根交叉连接光纤F₁₁₁至F_1NM…N×M根交叉连接光纤F_M1至F_NNM和合波器T₁至T_M连接。还有，如图17所示，传输相同波长例如波长λ₁的信号的交叉连接光纤F₁₁₁、F₂₁₁、…F_N11的输出端结合，通过光纤F_B11输入到合波器T₁中。传输波长λ_N的信号的交叉连接光纤F_1n1、F_2n1、…F_NN1的输出端结合，通过光纤F_Bn1输入到合波器T₁中。

上述光分波器S₁，众所周知，例如，利用衍射光栅或棱镜等角度分散元件、电介质多层膜的干涉滤波器等波长选择性反射/透射膜、或者光波导形分波回路等构成的光分波回路。另外，上述合波器T₁，由例如、以微透镜为主要构成元件的光方向性结合回路、多根并列配置的光纤的一部分局部结合的分布结合型光复用耦合器、利用在四角管的内壁的多重反射或者平面板内的混合的集中结合型光复用耦合器等构成。

另外，上述第1中继器主体部RB₁₁,例如如图18所示构成。在图18中，通过光纤F_A11由光分波器S₁输入的光信号L_A11，依次连接起光分波合波器作用的第1光耦合器114，光延迟元件116，以及互增益调制型波长变换装置(光开关装置、光信号放大3端子装置主体)118。上述第1光耦合器114，由以光纤作为主体的分支回路，以微透镜作为主体的分支回路等构成。在以光纤作为主体的分支回路，通过例如使一对光纤的预定区间、以相互紧密接合并行的状态或者螺旋状相互拧接的状态相互紧密接合，把可进行透射以及反射的反射膜设置在光纤的分支点而构成。在以微透镜作为主体的分支回路，采用使通过例如聚焦性棒透镜而光束平行化的光利用楔型折射面或者反射面而分支构成。这里的第1光耦合器114，因为具有双方向性即可逆性，故当光信号传播到反方向时，起把光信号合波而反方向传输到第1光纤112内的合波器的作用。

另外，光延迟元件116，使上述光纤F_A11内传输的光信号、仅延迟预定时间，由例如卷绕预定长度的光纤地设定传播距离、而按传播该预定的传播距离的传播时间延迟而构成。该光延迟元件116的延迟时间预先通过实验求得，以便在波长变换装置118内，在此处进行波长变换的光信号和表示该光信号的传输目的地的控制光同步。

由上述第1光耦合器114而从光纤F_A11内的光信号分支的分支光信号，通过光纤120和与其连接的光电信号变换器122、向电子控制装置124供给。电子控制装置124，由例如CPU利用RAM的暂时存储功能、并按照预先存储在ROM中的程序处理输入信号的所谓微型计算机构成。该电子控制装置124，根据包含在通过光纤120所传输的光信号中的调幅所指示的编码信号即目的地信息，为了路由该光信号，把对应于该目的地信息的波长指令信号向控制光发生装置126供给。例如，电子控制装置124，仅提取包含在从光纤120所输入的光信号L_A11中的调幅信号，由控制光发生装置126、使与对应于以该调幅所指示的目的地信息的波长对应的控制光LC发生，因此由信号处理、不发生对应于地址信号以外的信号的电磁波。

上述控制光发生装置126，具有输出预先设定的多种波长λ_C的控制光L_C的控制光源，按照来自上述电子控制装置124的指令信号、即按照光信号L₁中的分支信息而选择的波长指令信号，把具有对应于该分支信息的波长λ_C的控制光L_C、对上述波长变换装置118供给。控制光发生装置126，使对应于传送目的地的输出光纤F_B1至F_BM之中的波长总线的根数的、多种例如N个种类的波长λ_C1、λ_C2、λ_C3、…λ_CN的控制光L_C、择一地或者选择性地发生。图19、图20、图21，分别表示该控制光发生装置126的构成例。

在图19中，控制光发生装置126，由输出对应控制光源的相互波长不同的单色波长的光的多个激光光源126_L1至126_Ln，分别设在这些激光光源126_L1至126_Ln的输出侧、把由它们输出的输出光分别开关的复数(N个)个的光调制器126_M1至126_Mn，和把通过该些光调制器126_M1至126_Mn的光进行合波、并作为控制光输出的单色光合波器126S构成；由激光光源126_L1至126_Ln以及光调制器126_M1至126_Mn、按照来自电子控制装置124的分支指令信号而工作，输出根据包含在光信号L_A11中的调幅信号所指示的目的地信息(分支信息)而选择的波长λ_C的控制光L_C。作为上述多个激光光源126_L1至126_Ln，采用例如半导体激光二极管。在图20中，控制光发生装置126，由输出对应控制光源相互波长不同的单一波长的光的多个激光光源126_L1至126_Ln，把从该些激光光源126_L1至126_Ln所输出的光合波到一个波导中的单一性光合波器126_S，和设置在该光合波器126_S的输出侧、开关从其输出来的输出光而遮断遮没(blanking)区间的单一光调制器126_M构成；由激光光源126_L1至126_Ln以及光调制器126_M、按照来自电子控制装置124的分支指令信号而工作，输出根据包含在光信号L_A11中的分支信息、而选择的波长λ_C的控制光L_C。在图21，控制光发生装置126，由可以变更输出光的波长的波长可变激光光源126_LV，和设置在该波长可变激光光源126_LV的输出侧、开关从其输出来的输出光而遮断遮没区间的单一性光调制器126_M构成；由波长可变激光光源126_LV以及光调制器126_M、按照来自电子控制装置124的分支指令信号而工作，输出根据包含在光信号L₁中的分支信息、而选择的波长λ_C的控制光L_C。上述波长可变激光光源126_LV，可采用例如分布布拉格反射型激光、微型机械面发光激光、温度调谐DFB激光等。在分布布拉格反射型激光中，向构成用于构成该光共振器的一对反射镜之中的一方的DBR层(布拉格反射层)中通入电流，由布拉格效应引起该部分的折射率发生变化、由此使光共振波长成为可变。在微型型机械面发光激光中，由微型型机械引起光共振器长度变化、由此光共振波长成为可变。在温度调谐DFB激光中，由温度引起折射率变化、由此使光共振波长成为可变。还有，上述光调制器126_M1至126_Mn、126_M，由例如将驱动电流或驱动电压加到pn结部、而使透射光输出关闭的半导体型光调制器，或从外部施加驱动电压到铌酸锂晶体等单结晶该样的具有电光效应的物质上、而使透射光输出关闭的外部调制型光调制器等构成。

上述图18的上述光波长变换装置118，和也作为第2波长选择元件起作用的光分配装置150一并、构成光信号放大3端子装置128，基本上和图1、图8至图15所示的光信号放大3端子装置10、50、59、66、70、78、88等的任一个相同地构成。本实施例的光波长变换装置118构成为：例如图22所示该样，串联设置对应于利用交叉增益调制特性将通过第1光纤112输入的光放大以及波长变换而输出的多个光放大元件的一对第1光放大元件136以及第2光放大元件144，放大通过上述第1光纤112输入的光信号，并且与对应于包含在该光信号中的分支信息的控制光L_C的输入同步地、输出和该控制光L_C相同波长的光L₃。即，在图22中，激光光源130，由例如单一波长的半导体激光构成，使比光信号L₁(第1输入光)的波长λ₁例如1555nm长的波长λ₂例如1565nm的激光(第2输入光)L₂、以一定的强度连续输出。第3光耦合器132，作为第1光输入单元起作用，把调幅的传输在第1光纤112内的上述光信号L₁、和为连续光的上述激光L₂重叠(合波)，并通过第1光循环器134向第1光放大元件136输入。

上述第1光放大元件136以及第2光放大元件144，也和图2所示第1光放大元件26同样，由半导体光放大元件(SOA)构成。上述第1光放大元件136，因为在其一个端面、设置了由溅射等实施反射光的端面处理的镜等的反射单元136d，通过位于和该一个端面相反侧的另一个端面、进行光输入或者光输出。从而，光信号L₁(第1输入光)以及比其长的波长λ₂的激光L₂(第2输入光)的合波光，通过上述另一端面而输入到第1光放大元件136中，并且通过上述反射单元136d反射的光再次通过该另一端面而输出。在该第1光放大元件136的有源层内，和图2所示的第1光放大元件26同样，受和光信号L₁的调制同样但相位反相的调制而放大，从第1光放大元件136输出。即，第1光放大元件136，和第2光放大元件144一并、具备交叉增益调制特性即互增益调制特性。

在图22中，第1光循环器134，把从上述第1光放大元件136输出的光，不导向第3光耦合器132，而导向第1波长选择元件138。第1波长选择元件138，从由上述第1光放大元件136输出的光中、提取第2波长λ₂的为1565nm的光。该第1波长选择元件138，作为滤光元件起作用，由通过例如将紫外线局部照射，而使光纤的一部分在长度方向上折射率周期性变化的光纤光栅滤色器构成，选择以第2波长λ₂为中心波长且半值宽度为例如1至十几nm的光让其透射。还有，第1波长选择元件138，也可以由折射率不相同的多组层叠层成的多层膜滤波器，有光子带隙的光子晶体的任一种构成。

第4光耦合器140，作为第2光输入单元起用，将由上述第1波长选择元件138从第1光放大元件136所输出的光之中选择的第2波长λ₂的光、和作为第3波长λ₃的激光的控制光L_C重叠(合波)，通过第2光循环器142、向和第1光放大元件136同样构成的第2光放大元件144输入。在第1光放大元件136中调制的第2波长λ₂，在该第2光放大元件144中，由以该第2波长λ₂为中心的自然光的波长范围内的第3波长λ₃的控制光L_C、进一步受调制并且放大，输出波长λ₂的光和成为控制光L_C的波长的调制光(输出光信号)L₃的混合光。第2光循环器142，把从第2光放大元件144输出的上述混合光(波长λ₂的光以及调制光L₃)，不向第4光耦合器140输出，而向光分配装置150输出。

包含在从上述第2光放大元件144输出的光中的调制光L³，因为是和控制光L_C的波长相同的第3波长λ₃的光，因此若控制光L_C的波长例如变化为λ_C1、λ_C2、λ_C3、…λ_CN、则来自第2光放大元件144的光L₃的波长也例如变化为λ_C1、λ_C2、λ_C3、…λ_CN。图23，实验地，表示分别使为在其上段所表示的波形的上述光信号L₁(第1输入光)、在该中段表示的波形的控制光L_C输入时，光分配装置150的输出光L₄的波形。控制光L_C的强度变化，对应下段所示的光分配装置150的输出光L₄的调幅，该光分配装置150的输出光L₄相对控制光L_C有约2倍至30倍的增益(放大率)。另外，输出光L₄的相位和上述光信号L₁(第1输入光)相同，相位不反相。

图24表示，由上述构成而作为光信号放大3端子装置128起作用的波长变换装置118以及光分配装置150中，第1光放大元件136的有源层由量子点构成情况下的特性。在图24中，在由表示第1输入光的信号光L_A11的频率的横轴、和表示输出光L₄的信号调制度H(％)的纵轴构成的二维坐标中，表示该输出光L₄的频率特性。根据该图24，一直到100GHz左右都看出信号调制度H不怎么降低。上述信号调制度H由例如前式(1)表示。

反回到图18，来自上述波长变换装置118的光中的调制光L₃，按该波长即控制光L_C的波长λ_C(＝λ_C1、λ_C2、…、λ_Cn)由光分配装置150对应多个波导地、分别选择性地向预定的交叉连接光纤F₁₁₁至F_11M、F₁₂₁至F_12M、…F_1N1至F_1NM分配。另外，来自波长变换装置118的光中，和该波长λ_C不同的波长λ₂的光，分配到分支光纤F_B0。因为该分支光纤F_B0的终端不连结到后级而关闭，故波长λ₂的光的传播在此被阻止。这样，光分配装置150，也作为从来自第2光放大元件144的光中选择第3波长λ_C的输出光的第2波长选择元件起作用。

在上述光分配装置150中，例如，调制光L₃为控制光L_C的波长λ_C中的一种单色光情况下、向交叉连接光纤F₁₁₁至F_11M、F₁₂₁至F_12M、…F_1N1至F_1NM之中的一个群择一性分配，但为2种混合色情况下、向交叉连接光纤F₁₁₁至F_11M、F₁₂₁至F_12M、…F_1N1至F_1NM之中的任意两个群分配。上述光分配装置150，例如图25所示，设置连接到输入端口150a的第1平面波导150b；连接到多个输出端口150c的第2平面波导150d；设置在该第1平面波导150b以及第2平面波导150d之间的长度不同的多个阵列波导150e；和分别连接到多个输出端口150c的交叉连接光纤F₁₁₁至F_11M、F₁₂₁至F_12M、…F_1N1至F_1NM，由把输入到该输入端口150a的来自波长变换装置118的调制光L₃(输入光)、按其波长向多个输出端口150c的任一个即交叉连接光纤F₁₁₁至F_11M、F₁₂₁至F_12M、…F_1N1至F_1NM之中的任一个分配的阵列波导光栅型光分波器构成。还有，上述光分配装置150，按需要具备用于使分支光聚光到交叉连接光纤F₁₁₁至F_11M、F₁₂₁至F_12M、…F_1N1至F_1NM的端面的聚光透镜等光学系统。在本实施例，上述控制光发生装置126、波长变换装置118、以及光分配装置150，构成光信号中继器主体部RB₁的主关键部分。

图26是表示通过输入光纤F_A1传输且由分波器S₁分离的波长λ₁的光信号L_A11的概念性构成的图，图27是说明，对该信号光L_A11进行调幅后的波形、以及对其进行调幅的步骤的图。在图26，光信号L_A11，是例如称为分组的一系列的信号，在其起始部分或者前端部分，设置提供分组的标题、日期、文件名、页号等的题起始信息的起始部H；和提供表示发送源或发送目的地的IP地址、像源路由该样的路由信息、数据链路层的连接信息等等的目的地信息的信号的标记部(标签部)LA。光信号L_A11，如图27所示，由实施调幅、给予起始部H或标签部LA之中的至少上述目的地信息。这调幅，采用例如图22所示的波长变换装置118或下述图30所示的调幅器，由对图27的上段部所示的主信号重叠进第2段部所示的调制信号而进行。

图28是，把如上构成的本实施例的光中继器110的工作，以例如图18所示的第1中继器主体部RB₁₁为代表进行说明的时序图。在第1中继器主体部RB₁₁中，图28的上段部所示的光信号L_A11一方面通过光延迟元件116向波长变换装置118输入(输入步骤)，另一方面由第1光耦合器114、该光信号L_A11的一部分由光电信号变换器122变换为电信号而向电子控制装置124供给，由该电子控制装置124提取的如图28的第2段部所示的调制脉冲信号(目的地信息)向控制光发生装置126供给，来自该控制光发生装置126的、按照该调制脉冲信号所指示的目的地信息而决定的波长λ_C的控制光L_C、如图28的第3段部所示该样发生，与该发生同步地输入到波长变换装置118的光信号L_A11在波长变换装置118中变换为控制光L_C的波长λ_C而输出(波长变换步骤)。由上述光延迟元件116，光信号L_A11仅延迟、对应于由光电信号变换器122进行光电变换后的电子控制装置124的运算工作时间等的时间、由此进行上述的同步。包含在例如光信号LA1₁中的调幅脉冲法P₁指示的目的地信息、是波长λ₁的波长总线情况下，波长λ₁的控制光L_C发生、光信号L_A11如图28的由下2段目所示该样、变换为波长λ₁从波长变换装置118输出。另外，包含在光信号L_A11中的调幅脉冲光信号P₁指示的目的地信息、是波长λ₂的波长总线情况下，波长λ₂的控制光L_C发生、光信号L_A11如图28的下段部所示该样、变换为波长λ₂从波长变换装置118输出，由光分配装置150按其波长分配(光分配步骤)。这里，因为输入光的光信号L_A11设定为第1光放大元件136的输出饱和的增益，故从第1光放大元件136通过第1波长选择元件138输出、向第2光放大元件144输入的光信号为一定的大小，从该第2光放大元件144输出、向光分配装置150输入的波长变换后的光信号振幅一定，因此调幅就容易。在本实施例的光中继器110的波长变换装置118中，输入光光信号L_A11的信号和输出光L₃或者L₄的信号之间、相位不反相，该光信号L_A11的波长，只要在第1光放大元件136的增益范围内、选择任意波长都好、有自由度高的优点。

图29是，把上述光中继器110的其它的工作即和波长变换同时进行标记而输出的工作，以例如图18所示的第1中继器主体部RB₁₁为代表，进行说明的时序图。在第1中继器主体部RB₁₁中，图29的上段部所示的光信号L_A11一方面通过光延迟元件116向波长变换装置118输入，另一方面由第1光耦合器114将该光信号L_A11的一部分由光电信号变换器122变换为电信号而向电子控制装置124供给，将由该电子控制装置124提取的如图29的第2段部所示的调制脉冲信号(目的地信息)向控制光发生装置126供给。在控制光发生装置126中、按照该调制脉冲信号指示的目的地信息决定的波长λ_C的控制光L_C发生，与该发生同步、输入到波长变换装置118的光信号L_A11变换为控制光L_C的波长λ_C而输出。在此时的调制脉冲信号中，因为包含用于再次附加的目的地信息，故电子控制装置124以使其包含指示该目的地信息的脉冲信号地发生、图29的第3段部所示的调幅后的控制光L_C。包含在例如光信号L_A11中的调幅脉冲光信号P₁所指示的目的地信息、是波长λ₁的波长总线情况下，波长λ₁的控制光L_C发生、光信号L_A11如图29的下起第2段所示该样、变换为波长λ₁从波长变换装置118输出。另外，包含在光信号L_A11中的调幅脉冲P₁所指示的目的地信息、是波长λ₂的波长总线情况下，波长λ₂的控制光L_C发生、光信号L_A11如图29的下段部所示该样、变换为波长λ₂从波长变换装置118输出。

如上述该样，根据本实施例，调幅信号作为目的地信息加到该一系列的光信号L_A11中，该光信号L_A11向调幅信号所指示的目的传送。调幅后的一系列的光信号输入到互增益调制型的波长变换装置118中的情况下，对应于该光信号L_A11的调幅所指示的目的地信息的波长的控制光L_C、一供给到该互增益调制型的波长变换装置118，因为输出和该控制光L_C相同波长的输出光，因此由例如光分配装置150、将该输出光向对应该波长的传输路径分配、由此进行路由，故能够构成高速且小型化的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置110。

另外，根据本实施例，加到上述一系列的光信号L_A11中的调幅，因为是以小于等于90％的调制度实施的，故光信号L_A11无损失、并且目的地信息可靠地加到光信号中。另外，上述一系列的光信号L_A11为分组信号，上述目的地信息是设置在该分组信号的起始部分的标签信息或者标志信息，因此在该标签部LA或者标志部，通过调幅附加标签信息或者标志信息。

另外，根据本实施例，因为包括(a)输入步骤：使作为目的地信息实施了调幅的一系列的光信号L_A11，向互增益调制型的波长变换装置118输入；(b)波长变换步骤：把和该光信号L_A11不相同且对应于调幅信号的波长的控制光L_C、向上述互增益调制型的波长变换装置118供给，使该控制光L_C的波长的光信号、从该互增益调制型的波长变换装置118输出；和(c)光分配步骤：使从上述互增益调制型的波长变换装置118输出的光信号、输入到光分配装置150中，把该光信号、按照其波长、向连接到光分配装置150的多个光传输路径分配，光信号L_A11，以对应该调幅信号所指示的目的地信息的波长、向连接到光分配装置150的多个光传输路径分配。

另外，根据本实施例，上述波长变换步骤，因为由用控制光L_C对从互增益调制型的波长变换装置118所输出的光信号L_A11实施调幅，将新的目的地信息再加到该光信号L_A11中，因此能把适宜的传送目的地再加到信号光中继(传送)装置110内，故按照例如链路的状态、节点的状态、通信量状态而决定传输路由的动态路由选择成为可能。

另外，根据本实施例的光信号中继装置110，作为目的地信息附加了调幅信号的一系列的光信号L_A11一传输过来，由控制光发生装置126，由该一系列的光信号L_A11的调幅信号、发送对应该调幅信号所指示的目的地并且和该光信号L_A11不相同波长的控制光L_C，由互增益调制型的波长变换装置118，该一系列的光信号L_A11变换为该控制光L_C的波长的光信号，由光分配装置150，从该互增益调制型波长变换装置118输出的光信号、按照其波长、向多个光传输路径分配。所以、能够提供高速且小型化的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置110。

另外，在本实施例，因为具备了，按照包含在光信号L_A11中的调幅信号，使控制光发生装置126产生对应该调幅信号所指示的目的地信息的波长的控制光L_C的电子控制装置124，因此具有波长变换功能和开关功能的互增益调制型的波长变换装置118、能够把对应目的地信息的波长的光信号输出、而由光分配装置150分配，所以可以得到高速且小型化的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置110。

另外，在本实施例中，设置(a)第1光耦合器(光分波器)114：用于使传播于光纤112内的光信号L_A11分支、向电子控制装置124供给；(b)光电信号变换器122：把由该第1光耦合器114分支的光信号变换为电信号、向电子控制装置124供给；以及(c)光延迟元件116：设在该光纤112中、比该第1光耦合器114更能下游侧，使从该第1光纤112输入到波长变换装置118的光信号L₁延迟；因为上述电子控制装置124，提取包含在上述光信号L_A11中的调幅信号，使对应于该调幅信号所指示的目的地信息的波长的控制光L_C，从控制光发生装置126发生，因此具有波长变换功能和开关功能的互增益调制型波长变换装置118、能输出对应于目的地信息的波长的光信号而由光分配装置150分配，所以高速且小型的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置成为可能。另外，一方面光信号L_A11的一部分从第1光耦合器114分支而供给电子控制装置124，另一方面该光信号L_A11的另一部分由光延迟元件116延迟而供给波长变换装置118，因此可以与在电子控制装置124中的用于电子信号处理而延迟的时间无关地，使从控制光发生装置126向波长变换装置118供给的控制光L_C、合适地和在该波长变换装置118中的光信号L₁同步。

另外，在本实施例，互增益调制型波长变换装置118，包括(a)第1光放大元件136以及第2光放大元件144：利用交叉增益调制特性、把输入的光放大以及波长变换而输出；(b)第3光耦合器(第1光合波器)132：使从光纤112输入的第1波长λ₁的信号光L_A11、和作为与该信号光L_A11不同波长λ₂的连续光的激光(第2输入光)L₂合波、而输入到第1光放大元件136；(c)第1波长选择元件138：从来自第1光放大元件136的光中、选择第2波长λ₂的光；以及(d)第4光耦合器(第2光合波器)140：使由该第1波长选择元件138选择的第2波长λ₂的光、和该第3波长λ₃的控制光L_C合波、而输入到第2光放大元件144，第3波长λ₃的输出光L₃是和控制光L_C相同波长的光，因为响应第1波长λ₁的信号光L₁以及/或者第3波长λ₃的控制光L_C的强度变化而调制，当使从输入了信号光L¹和激光(第2输入光)L₂的第1光放大元件136的光中所选择的第2波长λ₂的光和控制光L_C向第2光放大元件144输入时，从该第2光放大元件144输出的光中所选择的第3波长λ₃的调制光L₃或者输出光L₄，是响应信号光L₁以及/或者控制光L_C的强度变化的调制光，成为相对控制光L_C的信号放大率至少大于等于2的大小的放大信号，因此能够采用控制光L_C直接进行光信号L₁的放大处理。

另外，在本实施例，光分配装置150，具备连接到输入端口150a的第1平面波导150b；连接到多个输出端口150c的第2平面波导150d；设置在该第1平面波导150b以及第2平面波导150d之间的长度不同的多个阵列波导150e；以及连接到多个输出端口150c的分支光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn，因为构成为，把输入到该输入端口150a的从波长变换装置118输出的输出光L₃(输入光)、按其波长向多个输出端口150c的任一个即分支光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn之中的任一个分配，所以和从波长变换装置118输出的控制光L_C为相同波长的调制光L₃、按其波长、向多个分支光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn之中的任一个选择性地合适地分配。

另外，根据本实施例的光信号中继装置110，由于具备，具有输出预先设定的多种波长的控制光的多个单一波长的激光光源(控制光源)或波长可变激光光源的，将按照包含在上述光信号L₁中的分支信息所选择的波长的控制光L_C向波长变换装置118供给的控制光发生装置126，所以光信号L₁，向对应多个分支光波导的光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn之中的、对应上述控制光L_C的波长而预先设定的预定的光纤，有选择地分配。

另外，本实施例的控制光发生装置126，因为具有了用于开关从多种激光光源126_L1至126_Ln或波长可变激光光源126_LV输出的控制光的光调制器126_M，所以从控制光发生装置126输出的相互不同波长的控制光L_C的上升以及下降陡，其响应性提高。

另外，在本实施例，因为具有了，按照包含在从第1光纤112所输入的光信号L₁中的分支信息，使从控制光发生装置126发生具有对应该分支信息的波长的控制光L_C的电子控制装置124，故从波长变换装置118输出的调制光L₃的波长、按照包含在该光信号L_A11中的目的地(分支)信息而切换，按该波长有选择地向多个光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn之中的任一个分配。

另外，在本实施例，电子控制装置124，仅提取包含在从光纤112所输入的光信号L_A11中的目的地信息(地址信息)，由上述控制光发生装置126、使对应该地址信号的波长的控制光L_C发生，因此对应地址信号以外的信号的电磁波不会由信号处理发生，所以有确保光信号L₁的隐蔽性的优点。

然后，说明其它的实施例。还有，以下的说明中、对和上述的实施例共同的部分、附加相同的符号而省略说明。

图30表示上述的图18以及图22所示的第1中继器主体部RB₁₁全光学性构成的实施例。在图30，输入到波长变换装置118的第3光耦合器132的输入光信号L_A11的一部分、由光耦合器(光分波/合波元件或者光合波器/光合波器)164分支，接着、由光耦合器166、和作为连续光的预定波长例如波长λ₁至λ_N的任一种波长的连续光的激光合波，输入到由和图22所示的第1光放大元件136相同构成而具备交叉增益调制特性即互增益调制特性的半导体光放大元件(SOA)168中。上述作为连续光的激光L，例如可采用图19或者图20所示的激光光源126_L1至126_Ln以及光合波器126_S，和图21所示的可变激光光源126_LV相同构成的激光光源170。该半导体光放大元件168，与上述第1半导体光放大元件136或第2半导体光放大元件144相比、具有响应速度相对较慢的特性地构成。例如，上述该样，在第1半导体光放大元件136或第2半导体光放大元件144、具备由量子阱或量子点所构成的有源层情况下，上述半导体光放大元件168具备由体(bulk)构成的有源层该样构成。该半导体光放大元件168，由调整设定其增益以及/或者极化状态，不响应高速的开关。由此，图31的上段所示的输入光信号L_A11一输入，因为对应该输入光信号L_A11的调幅信号的波形的控制光信号L_C(图31的第2段或第3段)、从上述半导体光放大元件168向第4光耦合器(第2光合波器)140输入，因此如图31的下起第2段或下段所示该样、调幅后的波长λ₁或λ_N的输出光信号L₃向光分配装置150输出。该输出光信号L₃的调幅信号，表示例如分支信息。在本实施例，上述光耦合器164、光耦合器166、半导体光放大元件(SOA)168及激光源170，构成用于输出加给应该波长变换的波长以及目的地(分支)信息的上述控制光L_C的全光学式控制装置172。

根据本实施例，由上述光耦合器164、光耦合器166、半导体光放大元件168所生成的上述光信号L_C，和上述的图18的控制光L_C相同，因为由调幅、实时地把和包含在输入光信号L_A11中的相同目的地信息、加到一系列的输出光的起始部中，所以关于这样开关工作、不需要上述的实施例的电子控制装置124、有全光学性地构成的优点。

另外，在本实施例，由于具有按照包含在光信号L_A11中的调幅信号，从控制光发生装置126、使对应该调幅信号所指示的目的地信息的波长的控制光LC发生的全光学性控制装置，通过发生与包含在输入光信号L_A11中的调幅信号所指示的目的地信息对应的信号的控制光地进行控制，使具有波长变换功能和开关功能的互增益调制型的波长变换装置118、能够把对应目的地信息的波长的光信号输出、而由光分配装置分配，所以可得到高速且小型化的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置。因为由光学性信号处理不发生电磁波，故有可确保光信号的隐蔽性的优点。

图32，是为了说明，利用上述图30的波长变换装置118的技术而构成的、全光学式的光信号中继装置180的，相当于图17的图。由光分波器S₁分波的多种光中，以波长λ₁的输入光信号L_A11为代表作说明，和图30相同，输入到波长变换装置118的第3光耦合器(第1光合波器)132的输入光信号L_A11的一部分、由光耦合器164分支，接着、由光耦合器166、和作为连续光的预定波长例如波长λ₂至λ_N的任一种波长的连续光的激光L合波，输入到由和第1光放大元件136相同构成、而具备交叉增益调制特性即互增益调制特性的半导体光放大元件(SOA)168中。在采用将作为上述连续光的激光L由光分波器S₁分波而成的其它的波长λ₂至λ_N的任一个这一点，和图30的实施例不相同。由此，如图31所示，该上段所示的输入光信号L_A11一输入，因为对应于该输入光信号L_A11的调幅信号的波形的光信号L_C(图31的第2段或第3段)、从上述半导体光放大元件168、向第4光耦合器(第2光合波器)140输入，因此图31的下起第2段或下段所示的波长λ₁或λ_N的输出光信号L₃向光分配装置150输出。根据本实施例，有进一步全光学式构成的优点。

下面，进一步说明其它的实施例。

在上述的实施例，其它的中继器主体部RB_MN中、在输入光信号L_ANM的光分组信号、变换为预定的波长而向预定的光纤F_BNM输出的中继处理中，有可能从中继处理作为输入光信号L_A11的光分组信号的中继器主体部RB₁₁、向该预定的光纤F_BNM、重复输出相同波长的光信号、发生光信号的重叠。在这种情况下，在例如图18的实施例，电子控制装置124，在先进行中继处理的中继器主体部RB_MN确认光分组信号的终端之前，在检测到由调幅信号加到作为输入光信号L_A11的光分组信号的起始的分组起始部H中的分组起始信息情况下，由调幅附加指示迂回的信息到该光分组信号中地构成。例如，虽然不变更最终的目的地信息，但由调幅变更途中地址。根据本实施例，能够避免当多个光分组信号基本同时向相同传输路径的预定光纤F_BNM送信时、相互冲突。

图33，是表示在其它的中继器主体部RB_MN中、输入光信号L_ANM的光分组信号、变换为预定的波长而向预定的光纤F_BNM输出的中继处理中，把期间上重复到达此处的输入光信号L_A11的光分组信号暂时存储，在先变换为上述预定波长的光分组信号的中继处理完成后、可以进行其中继处理的这样的中继装置110的关键部分的图。在图33，具有，多个光信号存储元件174：为了暂时存储由上述光分配装置150所分配的光分组信号，而将长度不同的多根的光纤并列连接而成；和光反馈传输路径即反馈用光纤178：为了使从该光信号存储元件174输出的光信号向输入侧反馈；光耦合器176：用于把通过反馈用光纤178向输入侧传输的待机用波长λ₀₁至λ₀₃中的任一个的光分组信号，作为输入光信号L_A11再次向第1耦合器114输入。其它的中继器主体部RB_MN中、在输入光信号L_ANM的光分组信号、变换为预定的波长而向预定的光纤F_BNM输出的中继处理中，在按照由调幅信号加到光分组信号的起始的分组部H中的起始信息，判定为本中继器主体部RB_MN接收到具有向上述预定的光纤F_BNM输出的目的地信息的光分组信号L_A11的情况下，电子控制装置124判定为：该光分组信号L_A11应该暂时存储。电子控制装置124，响应来自上述其它的中继器主体部RB_MN的电子控制装置的信号，使为了把上述光分组信号L_A11变换为预先设定的待机用波长λ₀₁至λ₀₃中的任一个的控制信号L_C01至L_C03、从控制光发生装置126输出。从光分配装置150输出的待机(暂时存储)用波长λ₀₁至λ₀₃中的任一个的光信号，送向连接到该光分配装置150的光信号存储元件174的任一个、在该里预定时间存储后，通过反馈用光纤向光耦合器176传输，从该处作为输入光信号L_A11再向第1耦合器114输入，再次进行上述的中继处理。上述多个光信号存储元件174，和例如上述的光延迟元件116相同，为了设置成对应存储在其中的光分组信号必要的存储时间的长度，把按该存储时间传播所必要的光学的长度相互不同的多根的光纤、分别卷绕而分别构成。根据本实施例，能够避免当多个光分组信号基本同时向相同传输路径的预定光纤F_BNM发送时的相互冲突。

另外，在上述的图18的实施例，电子控制装置124，关于输入光信号L_A11至L_A1N、L_A21至L_A2N、…L_AM1至L_ANM，为了把例如预期的波长向预期的传输路径传送，使该处理时间带按波长群或传输路径群等相互不同、使有选择地在波长变换装置118中实行波长变换处理的控制光L_C发生这样的构成也可以。

另外，在上述的波长变换装置118，第3光耦合器132以及第4光耦合器140、第1光放大元件136以及第2光放大元件144、以及第1波长选择元件138等的构成部件，既可以由光纤连结，也可以由在半导体基板或玻璃基板该样的透光性物质制基板之上所形成的光波导等结合。

另外，上述的光分配装置150，具有连接到输入端口150a的第1平面波导150b；和连接到多个输出端口150c的第2平面波导150d；和设置在该第1平面波导150b以及第2平面波导150d之间的长度不同的复数的阵列波导150e；和分别连接到多个输出端口150c的分支光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn，构成为把输入到该输入端口150a的从波长变换装置118输出的输出光L₃(输入光)、按其波长向多个输出端口150c的任一个即分支光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn之中的任一个分配，由利用按每一波长不同的衍射光栅的衍射角度而把作为输入光的输出光L₃、有选择地向阵列状排列的多条分支光纤F_B1、F_B2、F_B3、…F_Bn分配的衍射光栅型光合成分波器构成，或者也可以代替该衍射光栅，由利用棱镜的棱镜光合成分波器构成。这种情况下，光分配装置150，由利用按每一波长不同的棱镜的折射角度而把输入光有选择地向阵列状排列的多个阵列波导分配的、棱镜型光分配器构成。光分波器S₁至S_M或合波器T₁至T_M也是同样。

另外，代替上述的实施例的电子控制装置124，也可以采用由多个光三极管构成的运算装置以及由激光光源等构成的光运算装置。由代替电子控制装置124而采用全光学性装置，光信号中继装置110的整体由光学元件构成。

另外，在上述的实施例，作为光波导，虽然采用了第1光纤112、第2光纤120等，但是也可以采用设在光回路的一部分中的、在二维方向导光的二维光波导或在三维方向导光的三维光波导。

另外，在上述的实施例，在图19、图20、图21所示的控制光发生装置126中，可以去掉光调制器126_M1至126_Mn、126_M。这种情况下，在例如图19、图20的光调制器126中，由对激光光源126_L1至126_Ln选择性地开关驱动，可使波长不同的控制光L_C有选择地输出。另外，在图21的光调制器126中，由使对可变波长激光光源126_LV的DBR层的注入电流逐级变化，使波长不同的控制光L_C有选择地输出。

图34至图38表示，以预期的定时能取出光信号的光信号存储装置，适用于高度信息处理用的用于光通信的光合波/分波装置的示例。

图34是为说明光信号存储装置120的关键部分构成的图。在图34中，在传输来自光网络等的光分组信号、光数据通信信号等的光信号L_A的光纤212中，起光分波合波器作用的第1光耦合器214、光延迟元件216、以及互增益调制型的波长变换装置(光开关装置、光信号放大3端子装置主体)218等依次连接。

另外，光延迟元件216，使传输于上述光纤12内的光信号、仅延迟预定时间，例如构成为，由卷绕预定长度的光纤而设定传播距离、仅延迟传播该预定的传播距离的传播时间。该光延迟元件216的延迟时间，在波长变换装置218内，预先实验求得，使得在此放大的光信号、和以波长表示该光信号的传输目的地的控制光同步。

由上述第1光耦合器214、从光纤212内的光信号已分支的分支光信号，通过光纤220和与其连接的光电信号变换器222、向电子控制装置224供给。电子控制装置224，由例如CPU利用RAM的暂时存储功能且按照预先存储在ROM中的程序处理输入信号的所谓微型计算机构成。该电子控制装置224，根据以包含在通过光纤220所传输的光信号中的调幅表示的编码信号即目的地信息，为了路由该光信号、把对应该目的地信息的波长指令信号向控制光发生装置226供给。例如，电子控制装置224，提取包含在从光纤220输入的光信号L_A中目的地信息，由控制光发生装置226、使与对应该目的地信息的波长对应的控制光L_C发生。

上述控制光发生装置226，具有输出预先设定的多种波长λ_C的控制光L_C的控制光源，按照来自上述电子控制装置224的指令信号即对应包含在光信号L₁的分支信息而选择的波长指令信号，把具有对应该分支信息的波长λ_C的控制光L_C、供给到上述波长变换装置218中。控制光发生装置226，择一地或者有选择地使对应传送目的地的输出光纤F₁至F^N的多种例如N种波长λ₁、λ₂、λ₃、…λ_N的控制光L_C发生。上述的实施例的图19、图20、图21，分别表示该控制光发生装置226的构成例。还有，本实施例的光纤212、第1光耦合器214、光延迟元件216、波长变换装置218、光纤220、光电信号变换器222、电子控制装置224、控制光发生装置226、光信号分配装置250，和上述的实施例的光纤112、第1光耦合器114、光延迟元件116、波长变换装置118、光纤120、光电信号变换器122、电子控制装置124、控制光发生装置126、光信号分配装置150相同构成，波长变换装置218以及光信号分配装置250构成和上述的光信号放大3端子装置128相同的光信号放大3端子装置228。

返回到图34，来自上述波长变换装置218的输出光L₃，按其波长即控制光L_C的波长λ₁、λ₂、λ₃、…λ_N、由光分配装置250、分别有选择地向对应于多个波导而预先设定的交叉连接光纤F₁、F₂、F₃、…F_N分配。另外，和与其不同的偏置光L₂相同波长λ^b的光分配到分支光纤F_b。例如，输出光L₃为单色光情况下、向交叉连接光纤F₁、F₂、F₃、…F_N的一个分配，但为2种混合色情况下、向交叉连接光纤F₁、F₂、F₃、…F_N之中的任两个的群分配。上述交叉连接光纤F₁以及F₂，连接到用于合波处理光信号L_A的光加处理回路252以及用于分波处理光信号L_A的光减处理回路254，交叉连接光纤F₃至F^N连接到光缓冲存储元件M₃至M_N。上述光缓冲存储元件M₃至M_N，例如是预定长度的光纤卷绕成，使仅延迟对应该预定长度的光纤内的传播时间的延迟时间、而输出光信号L_A的延迟元件。

从上述光缓冲存储元件M₃至M_N输出的光信号L_A，通过构成光反馈传输路径的反馈用光纤256、和与第1光耦合器214相同构成的第5光耦合器(光合波器)258、使光信号L_A反馈到比第1光耦合器214更靠上流侧的光纤212中，由此、使其在由第1光耦合器214、光延迟元件216、波长变换装置218、光分配装置250、光纤缓冲存储器M₃至M_N的任一个、反馈用光纤256、第5光耦合器258所构成的循环路循环。

在上述该样构成的光信号存储装置210中，由光纤212传输的光信号L_A，由电子控制装置224提取包含在其中的目的地信号(标签)，为了向该目的地信号所指示的传输目的地分配，为了输出对应该目的地信号的波长的控制光L_C、由电子控制装置224控制控制光发生装置226。波长变换装置218，在上述控制光L_C的波长为λ₁的情况下，从其输出的输出光L₃，因为成为波长为λ₁的光信号L_A，所以在光分配装置250中、向光加处理回路252分配即合波或者分支。另外，在上述控制光L_C的波长为λ₂的情况下，从波长变换装置218输出的输出光L₃，因为变为波长为λ₂的光信号L_A，所以在光分配装置250中、向光减处理回路254分配即合波或者分支。

但是，在上述光信号L_A不适合直接向光加处理回路252或者光减处理回路254传输的情况下，由电子控制装置224的电子处理，该光信号L_A、在接收外部来的读出定时信号R后或者存储到包含在该光信号L_A中的存储时间的经过之间后取出。即，如果从控制光发生装置226向波长变换装置218输出的控制光L_C的波长为λ₃至λ_N的任一个例如λ₃，因为从波长变换装置218输出的输出光L₃(光信号L_A)的波长为λ₃，故在光分配装置250中、向光缓冲存储器M₃分配。该光信号L_A，在光缓冲存储器M₃中存储一定时间后，在由反馈用光纤256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延迟元件216、波长变换装置218、光分配装置250、光纤缓冲存储器M₃所构成的循环路中、反复循环而存储。该循环中的光信号L_A在通过波长变换装置218之际，从控制光发生装置226向波长变换装置218输出的控制光L_C的波长为λ₃。在这样的光信号L_A的存储中，进一步将其它的光信号输入并且将其存储的情况下，和上述同样地变换为和上述波长λ₃不同波长例如λ₄，并且和上述同样、使其在由反馈用光纤256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延迟元件216、波长变换装置218、光分配装置250、光纤缓冲存储器M₄所构成的循环路中、反复循环而存储。

而且，例如用于向光加处理回路252取出的取出定时信号R、若由外部向电子控制装置224供给，由电子控制装置224，由控制光发生装置226、使用于把在由反馈用光纤256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延迟元件216、波长变换装置218、光分配装置250、光纤缓冲存储器M₃所构成的循环路中反复循环的光信号L_A、在互增益调制型波长变换装置218中、变换为输出用波长λ₁的、波长λ₁的控制光L_C发生。其结果，由光分配装置250、光信号L_A向光加处理回路252分配、由此向该光加处理回路252输出。电子控制装置224，也起该样的光信号存储控制单元的作用。

如上述该样，在本实施例的光信号存储装置210中，起光信号存储控制单元作用的电子控制装置224，由控制光发生装置226、使为了把在由反馈用光纤256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延迟元件216、波长变换装置218、光分配装置250、光纤缓冲存储器M₃所构成的循环路中反复循环的光信号L_A、在互增益调制型波长变换装置218中、变换为输出用波长λ₁的波长λ₁的控制光L_C发生，所以，该光信号L_A，按任意的时间存储，并响应从外部供给的或者包含在光信号L_A中的存储信号输出信息(读出定时信号R)所指示的输出期间，可以以任意的定时(取出时刻)取出光信号L_A。

另外，在本实施例，起光信号存储控制单元作用的电子控制装置224，因为由控制光发生装置226、使用于把向互增益调制型波长变换装置218输入的光信号L_A的波长、变换为存储用波长λ₃至λ_N中的任一个的、控制光L_C发生，所以由输入的光信号L_A变换为存储用波长λ₃至λ_N中的任一个，通过在反复经由互增益调制型波长变换装置218、光分配器250、光纤缓冲存储元件M₃至M_N的任一个、光反馈传输路径256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、以及光延迟元件216的循环传输路径中循环，开始该光信号L_A的存储。

另外，在本实施例，设置(a)第1光耦合器(光分波器)214：用于使传播于光纤212内的光信号L_A分支、向电子控制装置224供给；(b)光电信号变换器222：把由该第1光耦合器214分支的光信号变换为电信号、向电子控制装置224供给；以及(c)光延迟元件216：设在该光纤212中、比该第1光耦合器214更靠下游侧，使从该第1光纤212输入到互增益调制型的波长变换装置218的光信号L_A延迟；因为上述电子控制装置224，使与包含在上述光信号L_A中的目的地信息对应的波长的控制光L_C，从控制光发生装置226发生，因此具有波长变换功能和开关功能的互增益调制型波长变换装置218、能输出对应于目的地信息的波长的光信号而由光分配装置250进行分配，所以高速且小型的路由装置即光信号传送装置或者光信号中继装置成为可能。另外，一方面光信号L_A的一部分从第1光耦合器214分支而供给电子控制装置224，另一方面因为该光信号L_A的另一部分由光延迟元件216延迟而供给波长变换装置218，故可以与在电子控制装置224的电子信号处理中使用的延迟时间无关地，使从控制光发生装置226向波长变换装置218供给的控制光L_C、合适地和在该波长变换装置218中的光信号L_A同步。

另外，在本实施例，互增益调制型波长变换装置218，包括(a)第1光放大元件236以及第2光放大元件244：利用交叉增益调制特性、把输入的光放大以及波长变换而输出；(b)第3光耦合器(第1光合波器)232：使从光纤212输入的第1波长λ₁的信号光L_A、和作为与该信号光L_A不同波长λ_b的连续光的激光(第2输入光、偏置光)L₂合波、而输入到第1光放大元件236；(c)第1波长选择元件238：从来自第1光放大元件236的光中、选择第2波长λ₂的光；和(d)第4光耦合器(第2光合波器)240：使由该第1波长选择元件238所选择的第2波长λ₂的光、和第3波长λ₃的控制光L_C合波、而输入到第2光放大元件244，第3波长λ₃的输出光L₃是和控制光L_C相同波长的光，因为响应第1波长λ₁的信号光L₁以及/或者第3波长λ₃的控制光L_C的强度变化而调制，故当使从来自输入了信号光L_A和激光(第2输入光)L₂的第1光放大元件236的光中、所选择的第2波长λ₂的光和控制光L_C向第2光放大元件244输入时，从来自该第2光放大元件244的光中所选择的第3波长λ₃的调制光L³或者输出光L₄，是响应信号光L₁以及/或者控制光L_C的强度变化的调制光，成为相对控制光L_C的信号放大率至少大于等于2大小的放大信号，故能够采用控制光L_C直接进行光信号L₁的放大处理。

下面，说明光信号存储装置210的其它的实施例。

上述的电子控制装置224，为了抑制、通过在反复经由以互增益调制型波长变换装置218、光分配器250、光纤缓冲存储器M₃至M_N的任一个、光反馈传输路径256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、以及光延迟元件216的循环传输路径中循环而存储的光信号L_C的增益的增减，也可以进一步具备控制该循环的光信号L_A或者供给到互增益调制型波长变换装置218的控制光L_C的光信号增益控制单元。即，电子控制装置224，按照预先存储的程序控制控制光L_C、使通过第1光耦合器214以及光电信号变换器222输入的循环的光信号L_A的增益一定。例如信号光L_A的增益一降低，增大控制光L_C的增益、使互增益调制型波长变换装置218中、该信号光L_A放大，信号光L_A的增益一增加，减小控制光L_C的增益、使互增益调制型波长变换装置218中、该信号光L_A减少。

图35，进一步表示其它的实施例的光信号存储装置270。本实施例的光信号存储装置270，相对于上述的实施例的光信号存储装置210，为了抑制伴随循环的光信号L_A的存储时间(循环数)的强度变化例如振荡的增加或者衰减的反馈光放大装置272介于反馈用光纤256之中这一点，电子控制装置224上述功能之中，不设置、为了使由循环而存储的光信号L_C的增益一定而控制供给到互增益调制型波长变换装置218的控制光L_C的光信号增益控制功能，这一点不同，其它相同地构成。另外，在本实施例，第1增益控制用光放大元件276以及第2增益控制用光放大元件280的响应时间(响应特性)、设定为比第1光放大元件236以及第2光放大元件244长(慢)。例如，第1增益控制用光放大元件276以及/或者第2增益控制用光放大元件280，由例如铒元素等的稀土类元素掺杂到光纤或光波导中，在该光透射介质内、3能级系或4能级系的能量能级构成的光放大元件等，由互增益调制的响应时间慢的光放大元件构成。由于由响应时间慢的光放大元件构成，故循环的光信号L_A的信号成分平滑化、而容易检测出其信号增益的变化。

上述反馈光放大装置272，对应光信号增益控制单元，根据和包含在来自波长变换装置218的第2光放大元件244的输出光中的偏置光L₂相同波长λ^b的光加益的减少、使由反馈用光纤256反馈的光信号L_A放大。即，反馈光放大装置272，设置了，激光光源274：输出波长λ_p的一定的激光；第1增益控制用光放大元件276：接收与通过光纤F^b从上述光分配装置250输出的偏置光L₂相同的波长λ_b的光和上述波长λ_p的激光、输出随着与该偏置光L₂相同波长λ_b的光的增益的增加而增益减少的波长λ_p的增益控制光L₅；滤波器278：使该第1增益控制用光放大元件276的输出光中的波长λ_p的光通过；第2增益控制用光放大元件280：接收通过该滤波器波长λ_p的光和反馈光信号L_A、输出随着该增益控制光L₅的减少而增益增加的光信号L_A；和滤波器282：使该第2增益控制用光放大元件280的输出光中、波长λ₃至λ_N的任一种波长的光信号L_A通过、且仅不使波长L³的光通过。由上述第2增益控制用光放大元件280，对应于与循环的光信号L_A的增益的增减相反的、与偏置光L₂相同波长λ_b的光的增益的增减、使反馈光信号L_A的增益增减，由此该光信号L_A的每一循环的增益的增加或降低被抑制，而维持基本一定的增益。根据本实施例，加上能得到和上述的实施例相同的效果，还由于虽然快速响应信号仍为原样，但抑制了延迟的衰减的变化，故抑制了为存储而循环的光信号L_A的增益的增加或降低，还具有维持基本一定的增益的优点。

图36是说明上述光信号存储装置270的工作的时序图。在光信号L_A是应存储信号情况下，输入的该光信号L_A，在波长变换装置218中根据控制光L_C(λ₃)、变换为存储用波长例如λ₃、并由光分配装置250分配到光缓冲存储器M₃之后，光信号L_A沿着由光缓冲存储器M₃、反馈用光纤256、反馈光放大装置272、反馈用光纤256、第5光耦合器258、波长变换装置218、光分配装置250所构成的循环路而循环。此时，因为由反馈光放大装置272、循环的光信号L_A的增益的衰减受到抑制而保持一定，故如果成为图36的最上段所输入的光信号L_A，则循环的光信号L_A就成为该下段所示的状态。在取出由这种循环而存储的光信号L_A的情况下，如果以任意的定时、按任意的区间、在波长变换装置218中按照控制光L_C(λ₁)、将其变换为输出用波长例如λ₁，由由光分配装置250向光加处理回路252输出。图36的下起第3段所示波形表示该光信号L_A的输出波形。另外，图36的下起第2段表示由上述的输出而剩余的其它的输出波形。

顺便，图37表示，不设置上述反馈光放大装置272，不抑制循环的光信号L_A的增益的衰减情况下的信号波形。例如，为在上述光信号存储装置270中不设置反馈光放大装置272的情况下、或不在电子控制装置224中设置光信号增益控制单元情况下的、图34的光信号存储装置210的情况下的信号波形。该图37的上段以及下段，对应图36的最上段以及其下的段。

图38表示本发明的其它的实施例的光信号存储装置290。本实施例的光信号存储装置290，相对于上述的实施例的光信号存储装置210，省略光延迟元件216以及第1光耦合器214这点，设置代替电子控制装置224的全光学性运算控制装置292这点，设置和用于使由反馈用光纤256而反馈的光信号L_A的一部分分支而输入到全光学性的运算控制装置292的第1光耦合器214相同的光耦合器294这点，该全光学的运算控制装置292、基于伴随循环的光信号L_A的存储时间(循环数)的衰减、作为抑制该衰减的光信号增益控制单元起作用这点，这些点不同，其它相同构成。

上述全光学的运算控制装置292，例如，具备N组光控制回路，该组光控制回路由输出波长λ₃的连续光的激光光源，把该波长λ₃的激光和来自外部的读出定时信号R合波的光耦合器，以及和接收由该光耦合器所合波的光、按读出定时信号R的读出区间输出波长λ₃的控制光L_C的上述互增益调制型波长变换装置18相同的波长变换装置构成，因此，响应以任意的定时供给的读出定时信号R，取出由循环而存储的光信号L_A。另外，上述全光学的运算控制装置292，设置接收从上述光耦合器294供给的循环中的光信号L_A、形成表示该增益的衰减的包络线的低响应性的光延迟元件，构成为，把表示从该光延迟元件所输出的波长λ₃的衰减曲线的光、作为控制光L_C供给到上述互增益调制型的波长变换装置218。由此，抑制了从互增益调制型的波长变换装置218所输出的波长λ₃的光信号L_A因循环而引起的衰减。根据本实施例，能得到和上述的图35的实施例相同的效果。

另外，上述的光分配装置250，也可以是干涉膜型光分配装置。分类为干涉膜的多层滤波器由SiO₂的薄膜和TiO₂的薄膜交互几十层叠层而成，反射特定的波长地构成。

另外，代替上述的实施例的电子控制装置224，也可以采用由多个光三极管所构成的运算装置以及由激光光源等构成的光运算控制装置。由采用代替电子控制装置224的全光学性装置，光信号存储装置210的全体由光学元件构成。

另外，在上述的实施例的光信号存储装置210中，光加处理回路252，光减处理回路254，光缓冲存储器M₃至M_N的数量可以进行种种变更，可以除去或者追加其中的一部分。

另外，在例如互增益调制型的波长变换装置218中，控制光L_C的波长λ_C也可以和信号光L_A的波长λ₁相同。在此情况下，来自互增益调制型的波长变换装置18的输出光L₃的波长，和信号光L_A的波长λ₁相同。

还有，上述不过是本发明的一实施例，本发明在不脱离其主旨的范围内能增加种种变化。

Claims (15)

1.一种光信号放大3端子装置，其特征是，具备：

分别具有由pn结所构成的有源层，用于对输入的光信号进行放大以及波长变换而输出的第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件；

使第1波长的第1输入光和第2波长的第2输入光输入到上述第1半导体光放大元件的第1光输入单元；

从来自上述第1半导体光放大元件的光中选择上述第2波长的光的第1波长选择元件；

使由该第1波长选择元件所选择的上述第2波长的光和第3波长的第3输入光输入到上述第2半导体光放大元件的第2光输入单元；

从来自该第2半导体光放大元件的光中选择第3波长的输出光的第2波长选择元件；以及

分别设置于上述第1半导体光放大元件及第2半导体光放大元件的一端面，用于将从该第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件的另一端面入射、通过有源层的光向该第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件的该有源层反射，使其从该另一端面出射的反射单元，

上述第3波长的输出光响应上述第1波长的第1输入光以及/或者第3波长的第3输入光的强度变化而调制并且相对上述第3波长的第3输入光的信号放大率大于或等于10倍。

2.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，上述第1波长的第1输入光是调制光，上述第2波长的第2输入光是连续光，上述第3波长的第3输入光是控制光，上述第3波长的输出光具备在该控制光的输入区间该第1输入光的调制信号被放大后的信号波形。

3.如权利要求1或2所述的光信号放大3端子装置，其中，上述第3波长是和上述第1波长相同的波长。

4.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，上述半导体光放大元件的有源层由量子阱、应变超晶体或量子点构成。

5.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，设置于上述第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件的上述一端面侧的上述反射单元，有选择地反射光，通过透镜与该第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件的该一端面光学性结合。

6.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，上述反射单元是：不反射来自上述第1半导体光放大元件的光中的上述第1波长的第1输入光，而将上述第2波长的光向第2半导体光放大元件反射的第1波长选择性镜；和不反射来自该第2半导体光放大元件的光中的上述第1波长的第2输入光而反射上述第3波长的光的第2波长选择性镜。

7.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，在上述第1半导体光放大元件的一端面和用于反射光的反射单元之间，设置有不使上述第1波长的光透射而使上述第2波长的光透射的波长选择性滤波器；在上述第2半导体光放大元件的一端面和用于反射光的反射单元之间，设置有不使上述第2波长的光透射而使上述控制光的波长透射的波长选择性滤波器。

8.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，上述反射单元作为上述第1波长选择元件以及/或者第2波长选择元件起作用，通过改变对该反射单元的输入光的入射角度以及/或者输出光的射出角度，使来自预定的半导体光放大元件的输出光向其它的半导体光放大元件输入。

9.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，在半导体基板上所形成的光波导中，分别设置多组上述第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件，该多组作为1芯片一体化构成。

10.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，设置有光循环器或方向性结合元件：其通过上述半导体光放大元件的一端面使输入光输入到上述半导体光放大元件内，通过该一端面把从该半导体光放大元件内输出的光导向不同于该输入光的光路。

11.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，作为上述第1波长选择元件或第2波长选择元件起作用的波长选择性镜或波长选择性滤波器，由设在光路内的，在光传播方向折射率周期性变化的光栅滤波器、由折射率不同的多组层叠层而成的多层膜滤波器以及具有光子带隙的光子晶体中的任何一种构成。

12.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，上述光信号放大3端子装置构成光与非门、光或非门、光触发器回路或光运算放大器。

13.如权利要求1所述的光信号放大3端子装置，其中，上述第2波长选择元件是光分配装置：其选择与从上述第2半导体光放大元件所输出的光中的上述控制光的波长对应的第3波长的输出光并按照该第3波长的输出光的波长向多个光传输路径分配。

14.一种光信号放大3端子装置，其特征是，具备：

分别具有由pn结所构成的有源层，用于对输入的光信号进行放大

以及波长变换而输出的第1半导体光放大元件以及第2半导体光放大元件；

使第1波长的第1输入光和第2波长的第2输入光输入到上述第1半导体光放大元件的第1光输入单元；

从来自上述第1半导体光放大元件的光中选择上述第2波长的光的第1波长选择元件；

使由该第1波长选择元件所选择的上述第2波长的光和第3波长的第3输入光输入到上述第2半导体光放大元件的第2光输入单元；

从来自该第2半导体光放大元件的光中选择第3波长的输出光的第2波长选择元件；以及

分别设置于上述第1半导体光放大元件或第2半导体光放大元件的一端面，用于将从该第1半导体光放大元件或第2半导体光放大元件的另一端面入射、通过有源层的光向该第1半导体光放大元件或第2半导体光放大元件的该有源层反射，使其从该另一端面出射的反射单元，

上述第3波长的输出光响应上述第1波长的第1输入光以及/或者第3波长的第3输入光的强度变化而调制并且相对上述第3波长的第3输入光的信号放大率大于或等于10倍。

15.如权利要求14所述的光信号放大3端子装置，其中，设置于上述第1半导体光放大元件或第2半导体光放大元件的上述一端面侧的上述反射单元，有选择地反射光，通过透镜与该第1半导体光放大元件或第2半导体光放大元件的该一端面光学性结合。

Images