-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wellenlängenwandler, der Signallicht
empfängt,
das eine erste Wellenlänge
aufweist, und Signallicht ausgibt, das eine zweite Wellenlänge aufweist,
und dieselbe Information enthält
wie das empfangene Signallicht.
-
2. Beschreibung des Stands
der Technik
-
Ein
Wellenlängenwandler
empfängt
Signallicht, das eine erste Wellenlänge aufweist, und erzeugt Signallicht,
das eine zweite Wellenlänge
aufweist, und dieselbe Information enthält wie das Signallicht mit
der ersten Wellenlänge,
und gibt dieses aus. Ein Wellenlängenwandler
ist beispielsweise an einem Knoten eines optischen Übertragungsnetzwerkes
angeordnet, bei welchem mehrere Knoten miteinander durch ein Netzwerk
von Lichtleitfaser-Übertragungsleitungen
verbunden sind, und wandelt eine Wellenlänge von Eingangssignallicht um,
das den Knoten erreicht hat, und gibt das Signallicht, dessen Wellenlänge umgewandelt
wurde, als das Ausgangssignallicht aus.
-
Beispielsweise
weist ein Wellenlängenwandler,
der in der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-42368
beschrieben wird, einen Halbleiter-Optikverstärker und einen Resonator auf. In
dem Wellenlängenwandler
schwingt ein Teil der spontanen Emission von dem Halbleiter-Optikverstärker in
dem Resonator und dient als optisches Pumplicht, während Eingangssignallicht
in den Resonator von außen
her eingegeben wird. Das optische Pumplicht und das Eingangssignallicht wechselwirken
miteinander in dem Halbleiter-Optikverstärker, der ein Wellenlängenwandlermedium
darstellt, um Ausgangssignallicht zu erzeugen, das von dem Resonator
ausgegeben wird.
-
Allerdings
ist der Wellenlängenwandler,
der die spontane Emission von dem Halbleiter-Optikverstärker nutzt,
sodass sich der Wellenlängenbereich der
ausgesandten, spontanen Emission und der Wellenlängenbereich des Ausgangssignallichtes überlappen,
schlechter in Bezug auf das Signal-Rauschverhältnis (S/N) des Ausgangssignallichtes.
Weiterhin weist er den Nachteil auf, dass der verfügbare Wellenlängenbereich
des Ausgangssignallichtes nicht breit sein kann, da der nutzbare
Wellenlängenbereich
entsprechend der Verstärkungseigenschaft des
Halbleiter-Optikverstärkers
bestimmt wird.
-
Die
EP-A-0981 189 beschreibt einen Wellenlängenwandler zur Erzeugung von
Ausgangssignallicht entsprechend Eingangssignallicht, wobei das Eingangssignallicht
eine erste Wellenlänge
aufweist, und das Ausgangssignallicht eine zweite Wellenlänge aufweist,
und dieselbe Information wie das Eingangssignallicht enthält, wobei
der Wellenlängenwandler
eine optische Pumpquelle zur Ausgabe von optischem Pumplicht aufweist,
die eine dritte Wellenlänge
aufweist, und einen Resonator, der eine Lichtleitfaser und eine
erste und eine zweite Reflexionsvorrichtung aufweist, die erste
und die zweite Reflexionsvorrichtung an beiden Seiten der Lichtleitfaser angeordnet
sind, wobei das Eingangssignallicht in den Resonator von der ersten
Reflexionsvorrichtung eingegeben wird, und das optische Pumplicht
Licht erzeugt, das eine vierte Wellenlänge aufweist, die sich von
der dritten Wellenlänge
des optischen Pumplichts unterscheidet, und das in der Lichtleitfaser
zwischen der ersten und der zweiten Reflexionsvorrichtung schwingt,
und das Ausgangssignallicht durch einen nicht linearen optischen
Effekt zwischen dem erzeugten Licht, das die vierte Wellenlänge aufweist,
und dem Eingangssignallicht erzeugt wird, und von der zweiten Reflexionsvorrichtung
ausgegeben wird. Der Resonator weist eine Faser auf, die mit einem
Seltenerdelement dotiert ist, und eine Laserdiode stellt Pumplicht
zur Bereitstellung eines Verstärkungsbandes
in der Faser zur Verfügung.
Der nicht lineare optische Effekt wird in der Faser erzeugt, die mit
einem Seltenerdelement dotiert ist.
-
Die
EP-A-1 209 497 beschreibt eine Lichtleitfaser, die eine effektive
Kernfläche
kleiner oder gleich 10 μm2 aufweist. Die Lichtleitfaser kann eine
Lichtleitfaser mit Polarisationserhaltung sein. Eine Wellenlänge mit
Dispersion von Null der Lichtleitfaser kann im Wesentlichen gleich
der voranstehend erwähnten, vierten
Wellenlänge
sein. Die Wellenlänge
mit Dispersion von Null der Lichtleitfaser kann nicht größer sein
als die vierte Wellenlänge.
Eine Abschneidewellenlänge
der Lichtleitfaser kann kleiner sein als die vierte Wellenlänge.
-
Die
US-B1-6 301 273 beschreibt einen Wellenlängenwandler, der eine Hochleistungs-Injektionsquelle
aufweist, die einen Verstärker
oder einen Laser mit einer mit einem Seltenerdelement dotierten Faser
enthält,
wobei die Hochleistungs-Injektionsquelle ein erstes Pumplicht erzeugt;
einen Laser mit einer mit einem Seltenerdelement dotierten Faser oder
einen Raman-Laser zur Erzeugung eines zweiten Pumplichtes, und eine
nicht lineare Frequenzmischvorrichtung, welche Dreiwellenmischung
erzeugt, einen nicht linearen Effekt zweiter Ordnung.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Wellenlängenwandlers, der
es ermöglicht,
das Signal-Rauschverhältnis
(S/N) von Ausgangssignallicht zu verbessern.
-
Zu
diesem Zweck weist ein Wellenlängenwandler
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Merkmale auf, die im Patentanspruch 1 angegeben sind.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
-
Die
Lichtleitfaser kann eine Lichtleitfaser mit Polarisationserhaltung
sein. Eine effektive Kernfläche
der Lichtleitfaser kann kleiner oder gleich 20 μm2 sein.
Eine Wellenlänge
mit Dispersion von Null der Lichtleitfaser kann im Wesentlichen
kleiner oder gleich der vierten Wellenlänge sein.
-
Ein
Reflexionsvermögen
sowohl der ersten als auch der zweiten Reflexionsvorrichtung in
Bezug auf die vierte Wellenlänge
kann größer oder
gleich 90 % sein. Die erste und die zweite Reflexionsvorrichtung
können
jeweils ein Bragg-Gitter in der Lichtleitfaser sein. Die erste und
die zweite Reflexionsvorrichtung können jeweils ein Bragg-Gitter
in einer anderen Lichtleitfaser sein, die mit der Lichtleitfaser schmelzverspleißt ist.
-
Der
Wellenlängenwandler
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann weiterhin ein externes optisches Filter aufweisen,
das an der Außenseite
des Resonators und an der Seite des Ausgangssignallichtausgangs
angeordnet ist, wobei das externe optische Filter dazu eingesetzt
wird, das erzeugte Licht zu sperren, und das Ausgangssignallicht
durchzulassen. Der Wellenlängenwandler
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann weiterhin eine Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung
zur Einstellung der Reflexionswellenlängen der ersten bzw. zweiten
Reflexionsvorrichtung aufweisen. Die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung
kann die jeweiligen Reflexionswellenlängen der ersten und zweiten
Reflexionsvorrichtung so einstellen, dass sie gleich sind. Die Durchlasswellenlänge des
externen optischen Filters kann variiert werden, und die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung
kann eine solche Einstellung vornehmen, dass die Durchlasswellenlänge des
externen optischen Filters und die Wellenlänge des Ausgangssignallichtes,
die sich entsprechend der jeweiligen Einstellung der ersten und zweiten
Reflexionsvorrichtung ändert,
einander gleich sind.
-
Der
Wellenlängenwandler
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann weiterhin einen optischen Isolator aufweisen, der
an der Außenseite
des Resonators und an der Seite des Eingangssignallichteingangs
angeordnet ist, wobei der optische Isolator dazu eingesetzt wird,
das erzeugte Licht zu sperren, das sich in Richtung entgegengesetzt
zur Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichtes bewegt.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend weiter unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Die Zeichnungen dienen nur zum Zwecke der Erläuterung, und sollen den Umfang
der Erfindung nicht einschränken.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine schematische Ansicht eines Wellenlängenwandlers 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform.
-
2 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der effektiven Kernfläche einer
Lichtleitfaser 110 und der benötigten Leistung des optischen Pumplichtes
zeigt.
-
3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der kontinuierlichen Oszillationszeit
und dem Reflexionsvermögen
von Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 in Bezug
auf eine vierte Wellenlänge λ4 zeigt.
-
4 ist
eine schematische Ansicht eines Wellenlängenwandlers 2 gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
-
5 ist
eine schematische Ansicht eines Wellenlängenwandlers 3 gemäß einer
dritten Ausführungsform.
-
6 ist
eine schematische Ansicht eines Wellenlängenwandlers 4 gemäß einer
vierten und einer fünften
Ausführungsform.
-
7 ist
ein Diagramm, das einen Wandlerwirkungsgrad des Wellenlängenwandlers 4 gemäß der vierten
Ausführungsform
zeigt.
-
8 ist
ein Diagramm, das einen Wandlerwirkungsgrad des Wellenlängenwandlers 4 gemäß der fünften Ausführungsform
zeigt.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile,
um eine wiederholte Erläuterung zu
vermeiden. Die Abmessungsverhältnisse
in den Zeichnungen stimmen nicht notwendigerweise mit der Erläuterung überein.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Nunmehr
erfolgt eine Beschreibung eines Wellenlängenwandlers gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine schematische
Darstellung eines Wellenlängenwandlers 1 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eingangssignallicht λ1, das
eine erste Wellenlänge λ1 aufweist,
wird in den Wellenlängenwandler 1 von
einem Eingangsende 101 eingegeben. Der Wellenlängenwandler 1 erzeugt
Ausgangssignallicht λ2, das eine zweite Wellenlänge λ2 aufweist,
die von der ersten Wellenlänge λ1 verschieden
ist, und Information enthält,
die gleich jener ist, die im Eingangssignallicht λ1 enthalten
ist, und gibt das Ausgangssignallicht λ2 von
einem Ausgangsende 102 aus. Der Wellenlängenwandler 1 weist
in Richtung von dem Eingangsende 101 zum Ausgangsende 102 einen
Optikkoppler 130 auf, eine Reflexionsvorrichtung 121,
eine Lichtleitfaser 110 aus Siliziumoxid, eine Reflexionsvorrichtung 122,
und ein externes optisches Filter 140. Er ist weiterhin
mit einer optischen Pumpquelle 150 versehen, die an den Optikkoppler 130 angeschlossen
ist.
-
Die
optische Pumpquelle 150 gibt optisches Pumplicht λ3 aus,
das eine dritte Wellenlänge λ3 aufweist,
und ist vorzugsweise beispielsweise eine Laserdiode. Der Optikkoppler 130 empfängt das
Eingangssignallicht λ1 von außen
her am Eingangsende 101, und das optische Pumplicht λ3,
das von der optischen Pumpquelle 150 ausgegeben wird, multiplext das
Eingangssignallicht λ1 und das optische Pumplicht λ3,
und gibt das gemultiplexte Licht an die Reflexionsvorrichtung 121 aus.
-
Die
Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 sind an beiden
Seiten der Lichtleitfaser 110 zur Ausbildung eines Resonators
angeordnet. Das Eingangssignallicht λ1 und
das optische Pumplicht λ3, die gemultiplext wurden, und von dem Optikkoppler 130 ausgegeben
werden, werden durch die Reflexionsvorrichtung 121 durchgelassen,
und werden in die Lichtleitfaser 110 eingegeben. Das Ausgangssignallicht λ2,
das bei der Lichtleitfaser 110 erzeugt wird, wird durch
die Reflexionsvorrichtung 122 durchgelassen, und in das
externe optische Filter 140 eingegeben, das an der Außenseite
des Resonators angeordnet ist. Von dem Licht, das durch einen nicht
linearen optischen Effekt erzeugt wird, durch Zuführen des
optischen Pumplichtes λ3 zur Lichtleitfaser 110, reflektieren
die Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 Licht λ4,
das eine vierte Wellenlänge λ4 aufweist,
die von der Wellenlänge
des optischen Pumplichtes verschieden ist. Anders ausgedrückt, veranlasst
der Resonator das erzeugte Licht λ4 zum Schwingen zwischen den Reflexionsvorrichtungen 121 und 122.
-
Wenn
das optische Pumplicht λ3, das durch die Reflexionsvorrichtung 121 durchgelassen
wird, und. in den Resonator eingegeben wird, durch die in dem Resonator
angeordnete Lichtleitfaser 110 geführt wird, tritt ein Raman-Streueffekt (der
ein nicht linearer optischer Effekt ist) auf, sodass Licht einschließlich des
erzeugten Lichtes λ4 in der Lichtleitfaser 110 erzeugt
wird. Die Lichtleitfaser 110 führt auch das Eingangssignallicht λ1,
das durch die Reflexionsvorrichtung 121 durchgelassen wird,
und in den Resonator eingegeben wird, und erzeugt das Ausgangssignallicht λ2 mittels
Vierwellenmischung (die ein nicht linearer optischer Effekt ist)
zwischen dem erzeugten Licht λ4 und dem Eingangssignallicht λ1. Anders
ausgedrückt,
wird die Lichtleitfaser 110 sowohl als Lichtverstärkungsmedium
als auch als Wellenlängenwandlermedium
eingesetzt.
-
Das
externe optische Filter 140 ist an der Außenseite
des Resonators angeordnet. Bei dem Licht, das von dem Resonator
durch die Reflexionsvorrichtung 122 ausgegeben wird, schneidet
das externe optische Filter 140 das erzeugte Licht λ4 ab,
und lässt das
Ausgangssignallicht λ2 hindurch.
-
Zum
Beispiel weisen die erste Wellenlänge λ1, die
zweite Wellenlänge λ2,
und die vierte Wellenlänge λ4 unterschiedliche
Werte in der Nähe
von 1,55 μm
auf. Die dritte Wellenlänge λ3 weist
einen Wert auf, der es einem Raman-Streueffekt in der Lichtleitfaser 110 ermöglicht,
Licht mit einer Bandbreite zu erzeugen, innerhalb welcher die vierte
Wellenlänge λ4 liegt.
Wenn die Lichtleitfaser 110 eine Lichtleitfaser aus Siliziumoxid
ist, ist die dritte Wellenlänge λ3 kürzer als
die vierte Wellenlänge λ4,
um annähernd
100 nm.
-
Der
Wellenlängenwandler 1 arbeitet
folgendermaßen.
Das optische Pumplicht λ3, das von der optischen Pumpquelle 150 ausgegeben
wird, wird durch die Reflexionsvorrichtung 121 über den
Optikkoppler 130 durchgelassen, und gelangt in die Lichtleitfaser 110 hinein,
um sich durch diese auszubreiten. In der Lichtleitfaser 110,
welcher das optische Pumplicht λ3 zugeführt
wurde, erzeugen nicht lineare optische Effekte Licht mit andere
Wellenlängen,
wobei das erzeugte Licht λ4, das eine Resonanzwellenlänge des
Resonators aufweist, optisch verstärkt wird und schwingt. Das
Eingangssignallicht λ1, das dem Eingangsende 101 zugeführt wird,
wird an die Reflexionsvorrichtung 121 durch den Optikkoppler 130 durchgelassen,
trifft auf die Lichtleitfaser 110 auf, und breitet sich
durch die Lichtleitfaser 110 aus. Das Ausgangssignallicht λ2,
das eine andere Wellenlänge aufweist,
wird an der Lichtleitfaser 110 erzeugt, durch einen nicht
linearen optischen Effekt zwischen dem erzeugten Licht λ4 und
dem Eingangssignallicht λ1. Das Ausgangssignallicht λ2,
das an der Lichtleitfaser 110 erzeugt wird, gelangt durch
die Reflexionsvorrichtung 122, wird von dem Resonator ausgegeben, geht
durch das externe optische Filter 140 hindurch, und wird
von dem Ausgangsende 102 ausgegeben.
-
Das
Ausgangssignallicht λ2 enthält
dieselbe Information wie das Eingangssignallicht λ1,
das zugeführt
wurde, und weist eine Wellenlänge
auf, die sich von der Wellenlänge
des Eingangssignallichts λ1 unterscheidet. Der Wellenlängenwandler 1 erzeugt
das Ausgangssignallicht λ2 durch das erzeugte Licht λ4. Das
erzeugte Licht λ4 ist ein Anteil, der durch den Resonator
zum Schwingen versetzt wird, des Raman-Streulichtes, und weist eine
engere Bandbreite auf. Daher ist das Signal-Rauschverhältnis (S/N)
des Ausgangssignallichtes λ2 sehr gut.
-
Licht,
das ein längeres
Wellenlängenband aufweist
als das optische Pumplicht, kann durch den Raman-Streueffekt verstärkt werden,
und das Wellenlängenband
hängt von
der Wellenlänge
des optischen Pumplichtes ab. Durch Auswahl der Wellenlänge des
optischen Pumplichtes kann daher das Wellenlängenband des Signallichts geändert werden,
ohne die Lichtleitfaser zu ändern.
Wenn die Reflexionswellenlängen
der Lichtreflexionsvorrichtungen 121 und 122 geändert werden, kann
die Wellenlänge
des erzeugten Lichts λ4 ebenfalls leicht geändert werden, sodass der Variationsbereich
der Wellenlänge λ4 relativ
breiter ist als bei einem herkömmlichen
Wellenlängenwandler.
-
Da
der Wellenlängenwandler 1 einen
nicht linearen optischen Effekt an der Lichtleitfaser 110 nutzt,
ist die höchstmögliche Nichtlinearität der Lichtleitfaser 110 vorzuziehen.
Wenn die effektive Kernfläche
der Lichtleitfaser 110 kleiner oder gleich 20 μm2 ist, ist der Wirkungsgrad der Erzeugung
des erzeugten Lichtes λ4 in Bezug auf die Leistung des optischen
Pumplichtes λ3 sehr gut, und ist der Wirkungsgrad der
Erzeugung des Ausgangssignallichtes λ2 in Bezug
auf die Leistung des erzeugten Lichtes λ4 sehr gut.
Anders ausgedrückt,
wird das Eingangssignallicht λ1 in das Ausgangssignallicht λ2 mit
hohem Wirkungsgrad umgewandelt.
-
2 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der effektiven Kernfläche der
Lichtleitfaser 110 und der Leistung des optischen Pumplichtes
erläutert,
die dazu erforderlich ist, die Leistung des Ausgangssignallichtes λ2 und
die Leistung des Eingangssignallichtes λ1 aneinander
anzupassen. Hierbei wurde die erforderliche Leistung des optischen Pumplichtes λ3 in
einem Fall bestimmt, in welchem sich das Eingangssignallicht λ1 und
das optische Pumplicht λ3 in derselben Richtung durch die Lichtleitfaser 110 ausbreiten,
wie in 1 gezeigt ist. Wie aus dem Diagramm hervorgeht,
ist die erforderliche Leistung des optischen Pumplichtes desto kleiner,
je kleiner die effektive Kernfläche
der Lichtleitfaser 110 ist. Wenn die effektive Kernfläche der
Lichtleitfaser 110 kleiner oder gleich 20 μm2 ist, ist die erforderliche Leistung des
optischen Pumplichtes kleiner oder gleich 50 mW. Dies ist sehr wünschenswert,
infolge der Verfügbarkeit
einer Laserdiode, die optisches Pumplicht mit einer derartigen Leistung
abgibt.
-
Da
der Wellenlängenwandler 1 einen
nicht linearen optischen Effekt in der Lichtleitfaser 110 nutzt,
ist es wünschenswert,
dass sich das Licht, welches unterschiedliche Wellenlängen aufweist,
durch die Lichtleitfaser 110 in derselben Polarisationsrichtung
ausbreitet, und dass die Lichtleitfaser 110 eine Lichtleitfaser
mit Polarisationserhaltung ist. In diesem Fall wird, wenn das optische
Pumplicht λ3 und das Einganssignallicht λ1,
die in die Lichtleitfaser 110 hineingelangen, dieselbe
Polarisationsrichtung aufweisen, Licht λ4 mit
derselben Polarisationsrichtung erzeugt, sodass das Ausgangssignallicht λ2 mit
hohen Wirkungsgrad durch den nicht linearen optischen Effekt zwischen
dem erzeugten Licht λ4 und dem Eingangssignallicht λ1 erzeugt
wird, die beide dieselbe Polarisationsrichtung aufweisen. Anders
ausgedrückt,
wird das Eingangssignallicht λ1 in das Ausgangssignallicht λ2 mit
hohem Wirkungsgrad umgewandelt.
-
Da
der Wellenlängenwandler 1 Vierwellenmischung
in der Lichtleitfaser 110 einsetzt, ist es wünschenswert,
dass eine Wellenlänge λ0 mit
einer Dispersion von Null der Lichtleitfaser 110 im Wesentlichen
gleich der Wellenlänge λ4 des
erzeugten Lichts ist. In diesem Fall wird das Ausgangssignallicht λ2 mit hohem
Wirkungsgrad durch den nicht linearen optischen Effekt zwischen
dem erzeugten Licht λ4 und dem Eingangssignallicht λ1 erzeugt.
Wenn die erste Wellenlänge λ1 und
die zweite Wellenlänge λ2 Werte in
der Nähe
von 1,55 μm
aufweisen, ist eine dispersionsverschobene Lichtleitfaser mit einer
Wellenlänge mit
einer Dispersion von Null in der Nähe von 1,55 μm als die
Lichtleitfaser 110 geeignet.
-
In
dem Wellenlängenwandler 1 ist
auch die Wellenlänge λ0 mit
einer Dispersion von Null der Lichtleitfaser 110 vorzugsweise
kleiner oder gleich der Wellenlänge λ4 des
erzeugten Lichts. Im Allgemeinen ist, wenn die Leistung des erzeugten
Lichts λ4 hoch ist, die Wellenlänge, welche Phasenanpassungsbedingungen
während
der Vierwellenmischung erfüllt,
zu einer Wellenlänge
hin verschoben, die länger
ist als die Wellenlänge λ0 mit
einer Dispersion von Null. Wenn daher die Wellenlänge λ0 mit
einer Dispersion von Null der Lichtleitfaser 110 kleiner
oder gleich der Wellenlänge λ4 des
erzeugten Lichtes ist, wird das Ausgangssignallicht λ2 mit
hohen Wirkungsgrad erzeugt.
-
Da
der Wellenlängenwandler 1 den
Raman-Streueffekt in der Lichtleitfaser 110 einsetzt, muss
die Abschneidewellenlänge
der Lichtleitfaser 110 größer als die Wellenlänge λ4 des
erzeugten Lichts um 13 THz oder mehr bezüglich der optischen Frequenz
sein. In diesem Fall wird, da sich das optische Pumplicht λ3 in
einer einzigen Mode durch die Lichtleitfaser 110 ausbreitet,
das erzeugte Licht λ4 mit hohem Wirkungsgrad erzeugt, sodass
das Ausgangssignallicht λ2 mit hohen Wirkungsgrad erzeugt wird.
-
In
dem Wellenlängenwandler 1 ist
das Reflexionsvermögen
jeder Reflexionsvorrichtung 121 und 122 in Bezug
auf die vierte Wellenlänge λ4 vorzugsweise
größer oder
gleich 90 %. In diesem Fall schwingt das Licht λ4, das
durch Zufuhr des optischen Pumplichts λ3 zur
Lichtleitfaser 110 erzeugt wird, mit hohem Wirkungsgrad,
wodurch das erzeugte Licht λ4 erhalten wird, das eine hohe Leistung aufweist.
Daher wird das Eingangssignallicht λ1 in
das Ausgangssignallicht λ2 mit hohen Wirkungsgrad umgewandelt. 3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der kontinuierlichen Oszillationszeit und
dem Reflexionsvermögen
der Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 in Bezug
auf die vierte Wellenlänge λ4 zeigt.
Wie aus dem Diagramm hervorgeht, ist die kontinuierliche Oszillationszeit
desto länger,
je größer das
Reflexionsvermögen
jeder der Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 in
Bezug auf die vierte Wellenlänge λ4 ist.
Daher ist, wenn das Reflexionsvermögen größer oder gleich 90 % ist, die
kontinuierliche Oszillationszeit größer oder gleich 24 Stunden.
-
Es
ist vorzuziehen, dass die Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 des
Wellenlängenwandlers 1 Bragg-Gitter
sind, die in der Lichtleitfaser 110 ausgebildet sind. In
diesem Fall können
niedrige Verluste des Resonators erzielt werden, und ist die Konstruktion
einfach. Die Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 können auch
vorzugsweise ein Bragg-Gitter sein, das in einer anderen Lichtleitfaser
vorgesehen ist, die mit der Lichtleitfaser 110 schmelzverspleißt ist.
In diesem Fall sind die Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 einfach
herzustellen, kann die Ausbeute erhöht werden, und können Verluste
des Resonators durch das Schmelzverspleißen kleingehalten werden. Es
ist ebenfalls vorzuziehen, dass das externe optische Filter 140 des
Wellenlängenwandlers 1 ein Bragg-Gitter
ist, das in der Lichtleitfaser vorgesehen ist.
-
Bei
dem Wellenlängenwandler 1 ist
es vorzuziehen, dass von dem Licht, das von dem Resonator durch
die Reflexionsvorrichtung 122 ausgegeben wird, das externe
optische Filter 140 das erzeugte Licht λ4 sperrt,
und das Ausgangssignallicht λ2 durchlässt.
In diesem Fall wird eine Signallichtübertragung mit hoher Qualität ermöglicht,
ohne dass das erzeugte Licht λ4 vom Ausgangsende 102 ausgegeben
wird.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Als
nächstes
erfolgt eine Beschreibung eines Wellenlängenwandlers gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine schematische
Darstellung eines Wellenlängenwandlers 2 gemäß der zweiten
Ausführungsform.
Der Wellenlängenwandler 2 empfängt Eingangssignallicht λ1 von
einem Eingangsende 201, erzeugt Ausgangssignallicht λ2,
das eine Wellenlänge
aufweist, die sich von der Wellenlänge des Eingangssignallichts λ1 unterscheidet,
und welches dieselbe Information enthält wie das Eingangssignallicht λ1,
und gibt das Ausgangssignallicht λ2 von einem Ausgangsende 202 aus.
Der Wellenlängenwandler 2 weist
einen Optikkoppler 230 auf, eine Reflexionsvorrichtung 221,
eine Lichtleitfaser 210 aus Siliziumoxid, eine Reflexionsvorrichtung 222,
und ein externes Filter 240, in Richtung vom Eingangsende 201 zum
Ausgangsende 202. Weiterhin ist eine optische Pumpquelle 250 vorgesehen,
die mit dem Optikkoppler 230 verbunden ist, sowie eine
Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung 260.
-
Die
Lichtleitfaser 210, der Optikkoppler 230, und
die optische Pumpquelle 250 des Wellenlängenwandlers 2 sind
gleich der Lichtleitfaser 110, bzw. dem Optikkoppler 130,
bzw. der optischen Pumpquelle 150 des Wellenlängenwandlers 1.
Die Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 unterscheiden
sich von den Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 in
der Hinsicht, dass die Reflexionswellenlängen der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 variabel
sind. Das externe optische Filter 240 unterscheidet sich
von dem externen optischen Filter 140 des Wellenlängenwandlers 1 in
der Hinsicht, dass die Durchlasswellenlänge des externen optischen
Filters 240 variabel ist. Anders als die Reflexionsvorrichtungen 121 und 122 und
das externe optische Filter 140, ist an die Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 und
das externe optische Filter 240 die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung 260 angeschlossen.
-
Die
Reflexionsvorrichtungen 221 und 222, deren Reflexionswellenlängen variabel
sind, sind Bragg-Gitter, die entweder in der Lichtleitfaser 210 oder
einer anderen Lichtleitfaser vorgesehen sind. Es ist vorzuziehen,
dass ihre Reflexionswellenlängen durch
Einstellung der mechanischen Spannung oder der Temperatur variabel
sind. Das externe optische Filter 240, dessen Durchlasswellenlänge variabel
ist, ist ein Bragg-Gitter, das in der Lichtleitfaser vorgesehen
ist. Es ist vorzuziehen, dass die Durchlasswellenlänge durch
Einstellung der mechanischen Spannung oder der Temperatur variabel
ist.
-
Die
Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung 260 stellt
die Reflexionswellenlängen
der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 ein. Hierbei
ist es vorzuziehen, dass die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung 260 die
Reflexionswellenlängen
der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 so einstellt,
dass sie einander gleich sind. Die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung 260 stellt weiterhin
die Durchlasswellenlänge
des externen optischen Filters 240 ein. Hierbei ist es
vorzuziehen, dass die Reflexionswellenlängen der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 so
eingestellt werden, dass sie einander gleich sind, und dass die
Durchlasswellenlänge
des externen optischen Filters 240 und die Wellenlänge des
Ausgangssignallichts, die sich entsprechend dieser Einstellung ändert, so
eingestellt werden, dass sie einander gleich sind. Da die Durchlasswellenlänge des
externen optischen Filters 240 Änderungen mitmacht, die bei
der Wellenlänge
des Ausgangssignallichtes durch Änderungen
der Wellenlänge
des erzeugten Lichtes hervorgerufen werden, wird ermöglicht,
eine Abnahme der Leistung des Ausgangssignallichtes zu verhindern.
-
Der
Wellenlängenwandler 2 arbeitet
auf die gleiche Art und Weise wie der Wellenlängenwandler 1. Da
die Reflexionswellenlänge
der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 variabel
ist, ist jedoch die Resonanzwellenlänge (die Wellenlänge λ4 des
erzeugten Lichtes) des Resonators entsprechend variabel, welcher
die Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 aufweist.
Daher ist auch die Wellenlänge λ2 des
Ausgangssignallichtes variabel.
-
Die
Einstellung der Reflexionswellenlängen der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 so,
dass sie einander gleich sind, durch die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung,
stabilisiert die Oszillation des Resonators, der die Reflexionsvorrichtungen 221 und 222 aufweist.
Die Einstellung der Durchlasswellenlänge des externen optischen
Filters 240 durch die Wellenlängeneigenschafts-Einstellvorrichtung 260,
zusätzlich
zur Einstellung der Reflexionswellenlängen der Reflexionsvorrichtungen 221 und 222,
ermöglicht
es, dass die Durchlasswellenlänge des
externen optischen Filters 240 Änderungen der Wellenlänge des
Ausgangssignallichtes folgt, die durch Änderungen der Wellenlänge des
erzeugten Lichtes hervorgerufen werden. Daher wird ermöglicht,
eine Abnahme der Leistung des Ausgangssignallichtes zu verhindern.
-
Beispielsweise
beträgt
in einem Fall, bei welchem eine dispersionsverschobene Lichtleitfaser,
die eine Wellenlänge
mit einer Dispersion von Null in der Nähe von 1,55 μm aufweist,
als die Lichtleitfaser 210 verwendet wird, die einen Durchlassverlust
von 0,2 dB/km bei einer Wellenlänge
von 1,55 μm
aufweist, eine Länge
von 5 km, und eine effektive Kernfläche von 50 μm2,
die spektrale Breite des Ausgangssignallichtes λ2 (also
die Wellenlängenbreite
für eine
Leistung, die um 3 dB gegenüber
dem Spitzenwert der Leistung abgenommen hat) annähernd 7 nm. Diese spektrale
Breite ist größer oder
gleich dem dreifachen der spektralen Breite in jenem Fall, in welchem eine
Standard-Einzelmoden-Lichtleitfaser
als Lichtleitfaser 210 verwendet wird.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Als
nächstes
erfolgt eine Beschreibung eines Wellenlängenwandlers gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine schematische
Ansicht eines Wellenlängenwandlers 3 gemäß der dritten
Ausführungsform.
Der Wellenlängenwandler 3 empfängt Eingangssignale
des λ1 von einem Eingangsende 301, erzeugt
Ausgangssignallicht λ2, das eine Wellenlänge aufweist, die sich von der
Wellenlänge
des Eingangssignallichts λ1 unterscheidet, und welches dieselbe Information
enthält wie
das Eingangssignallicht λ1, und gibt das Ausgangssignallicht λ2 von
dem Ausgangsende 302 aus. Der Wellenlängenwandler 3 weist
einen optischen Isolator 370 auf, eine Reflexionsvorrichtung 321,
eine Lichtleitfaser 310 aus Siliziumoxid, eine Reflexionsvorrichtung 322,
einen Optikkoppler 330, und ein externes Filter 340,
in Richtung vom Eingangsende 301 zum Ausgangsende 302.
Er ist weiterhin mit einer optischen Pumpquelle 350 versehen,
die an den Optikkoppler 330 angeschlossen ist.
-
Die
Lichtleitfaser 310, die Reflexionsvorrichtungen 321 und 322,
und die optische Pumpquelle 350 des Wellenlängenwandlers 3 sind
gleich der Lichtleitfaser 110, bzw. den Reflexionsvorrichtungen 121 und 122,
bzw. der optischen Pumpquelle 150 des Wellenlängenwandlers 1.
Der Wellenlängenwandler 3 unterscheidet
sich von dem Wellenlängenwandler 1 in
der Hinsicht, dass der Optikkoppler 330 zwischen der Reflexionsvorrichtung 322 und
dem externen optischen Filter 340 angeordnet ist, und dass
der Wellenlängenwandler 3 weiterhin
den optischen Isolator 370 aufweist.
-
Der
Optikkoppler 330 gibt an das externe optische Filter 340 das
Ausgangssignallicht λ2 aus, das von der Reflexionsvorrichtung 322 ausgegeben
wurde, und gibt an die Reflexionsvorrichtung 322 optisches
Pumplicht λ3 aus, das von der optischen Pumpquelle 350 ausgegeben
wurde. Anders ausgedrückt,
wird bei dieser Ausführungsform
das optische Pumplicht λ3 in entgegengesetzter Richtung relativ zum
Signallicht zugeführt.
-
Der
optische Isolator 370 ist an der Außenseite eines Resonators angeordnet,
welcher die Reflexionsvorrichtungen 321 und 322 aufweist,
und an der Seite des Eingangs für
das Eingangssignallicht λ1. Der optische Isolator 370 lässt das
Eingangssignallicht λ1 durch, das sich vom Eingangsende 301 zur Reflexionsvorrichtung 321 ausbreitet,
aber sperrt Licht ab, das sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitet.
Insbesondere sperrt der optische Isolator 370 erzeugtes
Licht λ4, das sich in Richtung entgegengesetzt zur
Ausbreitungsrichtung des Eingangssignallichtes λ1 ausbreitet.
-
Der
Wellenlängenwandler 3 arbeitet
folgendermaßen.
Das optische Pumplicht λ3, das von der optischen Pumpquelle 350 ausgegeben
wird, geht durch die Reflexionsvorrichtung 322 über den
Optikkoppler 330 hindurch, gelangt in die Lichtleitfaser 310,
und breitet sich durch die Lichtleitfaser 310 aus. Licht,
das andere Wellenlängen
aufweist, wird durch den Raman-Streueffekt in der Lichtleitfaser 310 erzeugt,
welcher das optische Pumplicht λ3 zugeführt wurde.
Unter diesem Licht wird das erzeugte Licht λ4, das
eine Resonanzwellenlänge
des Resonators enthält,
optisch verstärkt
und schwingt. Das Eingangssignallicht λ1, das
in das Eingangsende 301 eingegeben wird, wird durch die
Reflexionsvorrichtung 321 über den optischen Isolator 370 übertragen,
gelangt in die Lichtleitfaser 310 hinein, und breitet sich
durch die Lichtleitfaser 310 aus. In der Lichtleitfaser 310 wird
das Ausgangssignallicht λ2, das eine unterschiedliche Wellenlänge aufweist,
durch Vierwellenmischung zwischen dem erzeugten Licht λ4 und
dem Eingangssignallicht λ1 erzeugt. Das Ausgangssignallicht λ2,
das in der Lichtleitfaser 310 erzeugt wird, geht durch
die Reflexionsvorrichtung 322, wird von dem Resonator ausgegeben,
geht durch den Optikkoppler 330 hindurch, und durch das
externe optische Filter 310, und wird von dem Ausgangsende 302 ausgegeben.
-
Das
ausgegebene Signallicht λ2, das ausgegeben wurde, enthält dieselbe
Information wie das Eingangssignallicht λ1, das
eingegeben wurde, und weist eine Wellenlänge auf, die sich von der Wellenlänge des
Eingangssignallichtes λ1 unterscheidet. Der Wellenlängenwandler 3 verwendet
als das erzeugte Licht λ4 Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die durch den
Raman-Streueffekt erzeugt wird, und das in dem Resonator schwingt.
Die Bandbreite des erzeugten Lichtes λ4 ist
daher schmal, und das Signal-Rauschverhältnis (S/N) des Ausgangssignallichtes λ2 ist
sehr gut. Bei dieser Ausführungsform
wird infolge der Tatsache, dass Licht, das sich in Richtung entgegengesetzt
zur Signallichtübertragungsrichtung ausbreitet,
durch den optischen Isolator 370 gesperrt wird, die Oszillation
des Resonators, welcher die Reflexionsvorrichtungen 321 und 322 aufweist,
stabil, und wird eine Signallichtübertragung mit hoher Qualität erzielt.
-
Es
wird beispielsweise ein Fall angenommen, in welchem eine hoch nicht
lineare Lichtleitfaser als die Lichtleitfaser 310 eingesetzt
wird, die eine Wellenlänge
mit einer Dispersion von Null von 1549 nm aufweist, eine Länge von
3 km, und eine effektive Kernfläche
von 10 μm2, und welche eine Ausbreitung des Lichtes
unter Aufrechterhaltung der Polarisation des Lichtes ermöglicht.
Die erste Wellenlänge λ1 ist gleich
1545 nm, die dritte Wellenlänge λ3 ist
gleich 1450 nm, und die vierte Wellenlänge λ4 ist
gleich 1550 nm. Wenn die Leistung des optischen Pumplichtes λ3 größer oder
gleich 20 dBm ist, ist die Leistung des Ausgangssignallichtes λ2 groß, und tritt parametrische
Verstärkung
auf. Da die Lichtleitfaser 310 eine Lichtleitfaser mit
Polarisationserhaltung ist, ist die Leistung des Ausgangssignallichtes λ2 hoch, verglichen
mit jenem Fall, in welchem die Polarisation nicht aufrechterhalten
wird, und die Wellenlänge
mit einer Dispersion von Null gleich 1550 nm ist.
-
Der
optische Isolator kann an der Ausgangsseite angeordnet sein, beispielsweise
direkt vor oder hinter dem externen optischen Filter 340.
Zusätzlich können optische
Isolatoren sowohl an der Eingangsseite als auch an der Ausgangsseite
vorgesehen sein. Ein optischer Isolator kann entsprechend bei der
ersten und zweiten Ausführungsform
eingesetzt werden.
-
(Vierte und fünfte Ausführungsform)
-
Nunmehr
erfolgt die Beschreibung eines Wellenlängenwandlers gemäß einer
vierten und einer fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine
schematische Darstellung eines Wellenlängenwandlers 4 gemäß der vierten
und der fünften
Ausführungsform.
Der Wellenlängenwandler 4 empfängt Eingangssignallicht λ1 von
einem Eingangsende 401, erzeugt Ausgangssignallicht λ2,
das eine Wellenlänge
aufweist, die sich von der Wellenlänge des Eingangssignallichtes λ1 unterscheidet, und
welches dieselbe Information wie das Eingangssignallicht λ1 enthält, und
gibt das Ausgangssignallicht λ2 vom Ausgangsende 402 aus. Der
Wellenlängenwandler 4 weist
einen Optikkoppler 431 auf, eine Reflexionsvorrichtung 421,
eine Lichtleitfaser 410 aus Siliziumoxid, eine Reflexionsvorrichtung 422, Optikkoppler 432 und 430,
und ein externes Filter 440, in Richtung vom Eingangsende 401 zum
Ausgangsende 402. Er ist weiterhin mit einer optischen Pumpquelle 450 versehen,
die an den Optikkoppler 430 über einen abstimmbaren Abschwächer 490 angeschlossen
ist, sowie einen Monitor 480 für die optische Leistung, der
an den Optikkoppler 432 angeschlossen ist.
-
Die
Lichtleitfaser 410 ist gleich der Lichtleitfaser 310 des
Wellenlängenwandlers 3.
Die Lichtleitfaser 410 kann eine hoch nicht lineare, dispersionsverschobene
Lichtleitfaser sein, deren Wellenlänge mit einer Dispersion von
Null zur Wellenlänge λ4 des
erzeugten Lichtes λ4 hin verschoben ist, eine hoch nicht lineare
Lichtleitfaser mit abgeflachter Dispersion, dessen Dispersionssteigung
bei λ4 extrem klein ist, oder eine hoch nicht
lineare Photonenkristall-Lichtleitfaser.
Diese drei Lichtleitfasern weisen vorzugsweise einen nicht linearen
Koeffizienten γ von
beispielsweise nicht kleiner als 10 W–1km–1 an
der Wellenlänge λ4 auf.
-
Die
optische Pumpquelle 450 ist ein Faser-Raman-Laser. Die
Reflexionsvorrichtungen 4 21 und 422 und
der Optikkoppler 430 sind gleich den Reflexionsvorrichtungen 321 und 322 bzw.
dem Optikkoppler 330 des Wellenlängenwandlers 3.
-
Der
Wellenlängenwandler 4 unterscheidet sich
vom Wellenlängenwandler 3 in
der Hinsicht, dass der Optikkoppler 431 anstelle des optischen Isolators 370 des
Wellenlängenwandlers 3 vorgesehen
ist, und dass der Wellenlängenwandler 4 weiterhin
den Optikkoppler 432 aufweist, das Messgerät 480 für die optische
Leistung, und den abstimmbaren Abschwächer 490.
-
Der
Optikkoppler 431 ist ein WDM-Koppler. Er überträgt das Eingangssignallicht λ1,
das sich vom Eingangsende 401 zur Reflexionsvorrichtung 421 ausbreitet,
aber sperrt Pumplicht λ3 und erzeugtes Licht λ4, die
sich in Richtung entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Eingangsignallichtes λ1 ausbreiten.
-
Der
Optikkoppler 432 ist ein Anzapfungskoppler, und zweigt
etwa 1 % der Leistung des optischen Pumplichtes λ3 zum
Messgerät 480 für die optische
Leistung ab. Das Messgerät 480 für die optische
Leistung überwacht
die Leistung des optischen Pumplichtes λ3.
-
Es
wird beispielsweise ein Fall (viertes Beispiel) angenommen, bei
welchem eine optische Pumpquelle 450 ein Faser-Raman-Laser
ist, der optisches Pumplicht λ3 ausgibt, dessen Wellenlänge gleich 1370 nm ist. Eine
Lichtleitfaser 410 weist eine Wellenlänge mit einer Dispersion von
Null von 1460 nm auf, und eine Länge
von 500 m. Der Übertragungsverlust
beträgt
0,8 dB/km, die Dispersionssteigung beträgt 0,03 ps/nm/km, der nicht
lineare Koeffizient beträgt
21 W–1km–1,
und die Polarisationsmodendispersion beträgt 0,03 ps/km0,5 bei
der Wellenlänge
von 1460 nm. Die vierte Wellenlänge λ4 wird auf
1460 nm durch die Reflexionsvorrichtungen 421 und 422 eingestellt.
Der Wandlerwirkungsgrad des Wellenlängenwandlers 4 gemäß der vierten
Ausführungsform
ist in 7 angegeben.
-
Weiterhin
wird ein Fall (fünftes
Beispiel) angenommen, bei welchem eine optische Pumpquelle 450 ein
Faser-Raman-Laser ist, der optisches Pumplicht λ3 ausgibt,
dessen Wellenlänge
gleich 1250 nm ist. Eine Lichtleitfaser 410 weist eine
Wellenlänge
mit einer Dispersion von Null von 1330 nm sowie eine Länge von
500 m auf. Ihr Übertragungsverlust
beträgt
1,3 dB/km, die Dispersionssteigung beträgt 0,08 ps/nm/km, der nicht
lineare Koeffizient ist gleich 6 W–1km–1,
und die Polarisationsmodendispersion beträgt 0,1 ps/km0,5 bei
der Wellenlänge
von 1330 nm. Die vierte Wellenlänge λ4 wird
auf 1330 nm durch die Reflexionsvorrichtungen 421 und 422 eingestellt.
Der Wandlerwirkungsgrad des Wellenlängenwandlers 4 gemäß der vierten
Ausführungsform ist
in 8 dargestellt.
-
Das
Ausgangssignallicht λ2, das ausgegeben wurde, enthält dieselbe
Information wie das Eingangssignallicht λ1, das
zugeführt
wurde, und weist eine Wellenlänge
auf, die sich von der Wellenlänge des
Eingangssignallichtes λ1 unterscheidet.
-
Der
Wellenlängenwandler 4 verwendet
als das erzeugte Licht λ4 Licht, das eine Wellenlänge aufweist, die durch den
Raman-Streueffekt
erzeugt wird, und durch den Resonator zum Schwingen veranlasst wird.
Daher ist die Bandbreite des erzeugten Lichtes λ4 schmal,
und ist das Signal-Rauschverhältnis (S/N) des
Ausgangssignallichtes λ2 sehr gut. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird infolge der Tatsache, dass Licht, das sich in Richtung entgegengesetzt
zur Durchlassrichtung des Signallichtes ausbreitet, durch den Optikkoppler 431 gesperrt
wird, die Oszillation des Resonators, welcher die Reflexionsvorrichtungen 421 und 422 aufweist,
stabil, und wird eine Signallichtübertragung mit hoher Qualität erzielt.