JP2000241841A - 波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号光と同じ波長の変換光を出力可能にす
る。 【解決手段】 波長変換素子１２の導波路２４に、ポン
プ光１６と信号光１８とをＷＤＭカプラ１０により合波
して入射させる。すると、擬似位相整合による差周波発
生が生じて、波長変換素子からは、ポンプ光および信号
光と共に変換光２０が出射される。変換光の偏波方向
は、ポンプ光の偏波方向がＴＥ偏波方向に一致すると
き、信号光の偏波方向に直交するＴＭ偏波方向となる。
偏光子２２は、信号光の偏波方向がＴＥ偏波方向に一致
するとき、波長変換素子から出射した光のうち、ＴＭ偏
波方向に一致する光を透過させるように調整されてい
る。従って、変換光が選択的に透過される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光交換や光伝送
システムにて用いられ、擬似位相整合による和周波発生
あるいは差周波発生を利用する波長変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】将来の光クロスコネクタシステムでは、
光波長変換素子が必須になると考えられている。また、
光伝送システムにおける光ファイバの分散補償を、波長
変換素子を用いて行うという提案がなされている。この
ような波長変換素子としては、擬似位相整合（ＱＰＭ：
Quasi Phase Matching）による和周波発生（ＳＦＧ：Su
m Frequency Generation）または差周波発生（ＤＦＧ：
Difference Frequency Generation ）を利用するものが
知られている。

【０００３】図４は、従来の波長変換装置の構成を示す
ブロック図である。波長変換装置は、ＷＤＭカプラ１
０、波長変換素子１２およびフィルタ１４を具えてい
る。この波長変換素子１２は、ジンク・ブレンド（Ｚｉ
ｎｃ−Ｂｌｅｎｄ）結晶構造を有したＡｌＧａＡｓ結晶
を用いている。波長変換素子１２は、リッジ型の導波路
とＱＰＭグレーティングとにより構成されており、この
導波路は入射光を＜１１０＞または＜−１１０＞方向に
沿って伝搬させる。尚、ここでは、ミラー指数の「１の
バー」を便宜的に「−１」で表している。

【０００４】波長変換素子１２の導波路には、ポンプ光
１６と信号光１８とを、ＷＤＭカプラ１０により合波し
て入射させる。波長変換素子１２からは、これらポンプ
光１６および信号光１８と共に、波長変換された光（変
換光）が出射する。この変換光２０のみを、フィルタ１
４により波長選択して透過（出力）させる。文献１「特
開平９−３３９６２」に記載されるように、ポンプ光１
６の偏波方向（電気ベクトルまたは磁気ベクトルの振動
方向）がＴＥ偏波方向に一致していると、変換光２０の
偏波方向は必ず信号光１８の偏波方向と直交する。

【０００５】この例では、周波数ωｐのＣＷ光（連続
光）をポンプ光１６とし、その偏波方向をＴＥ偏波方向
に固定してある。信号光１８は、周波数ωｓのパルス光
であり、その偏波方向は任意である。差周波発生（ＤＦ
Ｇ）の場合には、変換光２０の周波数ωｃが次式（１）
により決定される。

【０００６】ωｃ＝ωｐ−ωｓ ・・・（１） 例えば、１／ωｐ＝０．７７μｍとし、１／ωｓ＝１．
５５μｍとするとき、（１）式に従い、１／ωｃ＝１．
５３μｍとなる。

【０００７】また、波長変換素子１２における位相不整
合量をΔｋとすると、 ΔｋΛ＝２π ・・・（２） となる。ここで、記号ΛはＱＰＭグレーティングの周期
である。

【０００８】さらに、ポンプ光、信号光および変換光の
波長をそれぞれλｐ、λｓおよびλｃで表すとき、 Δｋ＝２πｎｐ／λｐ−２πｎｓ／λｓ−２πｎｃ／λｃ ・・・（３） という関係が成り立つ。ここで、記号ｎｐ、ｎｓおよび
ｎｃはそれぞれポンプ光、信号光および変換光に対する
ＱＰＭグレーティングの屈折率を表す。これら（２）お
よび（３）式を満足すれば、良好な効率で波長変換が行
われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
波長変換装置には、信号光と異なる波長の変換光を出力
することはできるが、信号光と同じ波長の変換光を出力
することができない、という問題がある。信号光の波長
と変換光の波長とが同じであると、フィルタにより変換
光だけを透過させることができないためである。

【００１０】従って、従来より、信号光と同じ波長の変
換光を出力することが可能な波長変換装置の出現が望ま
れていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の波長
変換装置によれば、ポンプ光と信号光とが入射したと
き、擬似位相整合により、差周波または和周波の変換光
を発生させる波長変換素子、およびこの波長変換素子か
ら出射した光をその偏波方向に応じて選択的に透過させ
る偏光子を具えており、波長変換素子は、ポンプ光の偏
波方向が所定の第１偏波方向に一致するとき、偏波方向
が信号光の偏波方向に直交する変換光を発生させるもの
であり、偏光子は、信号光の偏波方向が第１偏波方向に
一致するとき、波長変換素子から出射した光のうち、第
１偏波方向に直交する第２偏波方向に一致する光を透過
させるように調整されていることを特徴とする。

【００１２】このように、波長変換素子は、偏波方向が
共に第１偏波方向に一致したポンプ光および信号光か
ら、擬似位相整合により、差周波または和周波の変換光
を発生させる。第１偏波方向が適当に設定してあると、
変換光の偏波方向は信号光の偏波方向に直交する方向す
なわち第２偏波方向となる。

【００１３】そして、偏光子は、波長変換素子から出射
した光のうち、第１偏波方向に直交する第２偏波方向の
光を透過させる。上述したように、信号光の波長と変換
光の波長とが同じであっても、信号光の偏波方向と変換
光の偏波方向とを互いに直交した状態にできるので、偏
光子からは変換光を選択的に透過させることができる。
また、この変換光の偏波方向はポンプ光の偏波方向とも
直交するので、変換光だけが出力される。

【００１４】また、この発明の波長変換装置によれば、
ポンプ光と信号光とが入射したとき、擬似位相整合によ
り、差周波または和周波の変換光を発生させる波長変換
素子、この波長変換素子から出射した光をその波長に応
じて選択的に透過させる波長フィルタ、およびこの波長
フィルタから出射した光をその偏波方向に応じて選択的
に透過させる偏光子を具えており、波長変換素子は、ポ
ンプ光の偏波方向が所定の第１偏波方向に一致すると
き、偏波方向が信号光の偏波方向に直交する変換光を発
生させるものであり、波長フィルタは、波長変換素子か
ら出射したポンプ光を除去して変換光を透過させるもの
であり、偏光子は、信号光の偏波方向が第１偏波方向に
直交する第２偏波方向に一致するとき、波長フィルタか
ら出射した光のうち、第１偏波方向に一致する光を透過
させるように調整されていることを特徴とする。

【００１５】このように、波長変換素子は、偏波方向が
第１偏波方向に一致したポンプ光と、偏波方向が第１偏
波方向に直交する第２偏波方向に一致した信号光とか
ら、擬似位相整合により、差周波または和周波の変換光
を発生させる。第１偏波方向が適当に設定してあると、
変換光の偏波方向は信号光の偏波方向に直交した方向す
なわち第１偏波方向となる。

【００１６】そして、波長フィルタは、波長に応じて選
択的に光を透過させるものであり、ここでは、波長変換
素子から出射したポンプ光は除去し、波長変換素子から
出射した変換光は透過させるように設計してある。偏光
子は、波長フィルタから出射した光のうち、第１偏波方
向の光を透過させる。従って、信号光の波長と変換光の
波長とが同じであっても、信号光の偏波方向と変換光の
偏波方向とを互いに直交した状態にできるので、偏光子
からは変換光が選択的に透過される。

【００１７】この発明の波長変換装置において、好まし
くは、波長変換素子は、ポンプ光および信号光が共に＜
１１０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って伝搬可能
な導波路を有しており、第１偏波方向が、伝搬方向に垂
直でかつ導波路が延在する＜１１０＞方向および＜−１
１０＞方向を含む面に沿ったＴＥ偏波方向であると良
い。

【００１８】このように、第１偏波方向がＴＥ偏波方向
に一致するとき、変換光の偏波方向は信号光の偏波方向
と直交するようになる。尚、ここでは、ミラー指数の
「１のバー」を便宜的に「−１」で表している。

【００１９】また、この発明の波長変換装置によれば、
信号光を、所定の第１偏波方向の信号光成分と、この第
１偏波方向に直交する第２偏波方向の信号光成分とに分
離する偏波分離器、ポンプ光と偏波分離器から出射した
第１偏波方向の信号光成分とが入射したとき、擬似位相
整合により、差周波または和周波の第１変換光を発生さ
せる第１波長変換素子、ポンプ光と偏波分離器から出射
した第２偏波方向の信号光成分とを入射させ、擬似位相
整合により、差周波または和周波の第２変換光を発生さ
せる第２波長変換素子、この第２波長変換素子から出射
した光をその波長に応じて選択的に透過させる波長フィ
ルタ、および第１波長変換素子および波長フィルタから
出射した光を、各々の偏波方向に応じて選択的に透過さ
せると共に、これら透過光を合成する偏波合成器を具え
ており、第１波長変換素子は、ポンプ光の偏波方向が第
１偏波方向に一致するとき、偏波方向が第２偏波方向に
一致する第１変換光を発生させるものであり、第２波長
変換素子は、ポンプ光の偏波方向が第１偏波方向に一致
するとき、偏波方向が第１偏波方向に一致する第２変換
光を発生させるものであり、波長フィルタは、第２波長
変換素子から出射したポンプ光を除去して第２変換光を
透過させるものであり、偏波合成器は、第１波長変換素
子から出射した光のうち、第２偏波方向に一致する光を
透過させると共に、波長フィルタから出射した光のう
ち、第１偏波方向に一致する光を透過させるように調整
されていることを特徴とする。

【００２０】このように、偏波分離器は、入射された信
号光を、第１偏波方向の信号光成分と、第１偏波方向に
直交する第２偏波方向の信号光成分とに分離する。第１
波長変換素子は、第１偏波方向の信号光成分と、第１偏
波方向に一致したポンプ光とから、擬似位相整合によ
り、差周波または和周波の第１変換光を発生させる。第
２波長変換素子は、第２偏波方向の信号光成分と、第１
偏波方向のポンプ光とから、擬似位相整合により、差周
波または和周波の第２変換光を発生させる。第１偏波方
向が適当に設定してあると、第１および第２変換光の偏
波方向は、それぞれ入射信号光の偏波方向に直交した方
向となる。従って、第１変換光の偏波方向は第２偏波方
向となり、第２変換光の偏波方向は第１偏波方向とな
る。

【００２１】そして、波長フィルタは、波長に応じて選
択的に光を透過させるものであり、ここでは、第２波長
変換素子から出射したポンプ光は除去して、第２波長変
換素子から出射した第２変換光は透過させるように設計
してある。また、偏波合成器は、第１波長変換素子から
出射した第２偏波方向の光と、波長フィルタから出射し
た第１偏波方向の光とを透過させ、これら透過光を合成
して出力する。従って、信号光の波長と第１および第２
変換光の波長とが同じであっても、第１変換光の偏波方
向を第１偏波方向の信号光成分の偏波方向に直交した状
態になし、第２変換光の偏波方向を第２偏波方向の信号
光成分の偏波方向に直交した状態になすことができるの
で、偏波合成器からは第１および第２変換光が選択的に
透過される。

【００２２】この発明の波長変換装置において、好まし
くは、第１および第２波長変換素子は、ポンプ光および
信号光が共に＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向に
沿って伝搬可能な導波路を有しており、第１偏波方向
が、伝搬方向に垂直でかつ導波路が延在する＜１１０＞
方向および＜−１１０＞方向を含む面に沿ったＴＥ偏波
方向であると良い。

【００２３】このように、第１偏波方向がＴＥ偏波方向
に一致するとき、第１および第２変換光の偏波方向は信
号光の偏波方向と直交するようになる。尚、ここでは、
ミラー指数の「１のバー」を便宜的に「−１」で表して
いる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に示
しているに過ぎない。また、以下に記載される数値等の
条件や材料は単なる一例に過ぎない。よって、この発明
は、この実施の形態に何ら限定されることがない。

【００２５】〔第１の実施の形態〕図１は、第１の実施
の形態の波長変換装置の構成を示すブロック図である。
この波長変換装置は、ＷＤＭカプラ１０、波長変換素子
１２および偏光子２２を具えている。波長変換素子１２
は、ポンプ光１６と信号光１８とが入射したとき、擬似
位相整合により、差周波または和周波の変換光２０を発
生させるものである。偏光子２２は、波長変換素子１２
から出射した光をその偏波方向に応じて選択的に透過さ
せるものである。

【００２６】そして、波長変換素子１２は、ポンプ光１
６の偏波方向が所定の第１偏波方向に一致するとき、偏
波方向が信号光１８の偏波方向に直交する変換光２０を
発生させる。また、偏光子２２は、信号光１８の偏波方
向が第１偏波方向に一致するとき、波長変換素子１２か
ら出射した光のうち、第１偏波方向に直交する第２偏波
方向に一致する光を透過させるように調整されている。

【００２７】上述の波長変換素子１２は、ＡｌＧａＡｓ
の半導体結晶材料を用いて形成されている。この波長変
換素子１２は、リッジ型の導波路２４を具えている。こ
の導波路２４は、＜１１０＞方向および＜−１１０＞方
向を含む面に沿って延在している。入射光は、この導波
路２４により、＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向
に沿って伝搬される。この例では、入射光を＜１１０＞
方向に伝搬させている。尚、ミラー指数の「１のバー」
を便宜的に「−１」で表している。

【００２８】また、この導波路２４には、擬似位相整合
を満足させるため、非線形定数や屈折率の互いに異なる
領域が入射光の伝搬方向（＜１１０＞方向）に沿って交
互に周期的に配列してなるグレーティング（ＱＰＭグレ
ーティング）が形成されている。導波路２４中にポンプ
光１６および信号光１８を伝搬させると、擬似位相整合
が満足して、効率よく和周波および差周波の変換光２０
が発生する。

【００２９】例えば、差周波発生（ＤＦＧ）の場合に
は、ポンプ光１６、信号光１８および変換光２０の周波
数をそれぞれωｐ、ωｓおよびωｃで表すと、これらの
間に次式（１）の関係が成り立つ。

【００３０】ωｃ＝ωｐ−ωｓ ・・・（１） また、波長変換素子１２における位相不整合量をΔｋと
すると、 ΔｋΛ＝２π ・・・（２） となる。ここで、記号ΛはＱＰＭグレーティングの周期
である。

【００３１】さらに、ポンプ光、信号光および変換光の
波長をそれぞれλｐ、λｓおよびλｃで表すとき、 Δｋ＝２πｎｐ／λｐ−２πｎｓ／λｓ−２πｎｃ／λｃ ・・・（３） という関係が成り立つ。ここで、記号ｎｐ、ｎｓおよび
ｎｃはそれぞれポンプ光、信号光および変換光に対する
ＱＰＭグレーティングの屈折率を表す。これら（２）お
よび（３）式を満足すれば、良好な効率で波長変換が行
われる。この例では、Λ＝４．２μｍに設定してある。

【００３２】そして、この例では、周波数ωｐのＣＷ光
（連続光）をポンプ光１６とし、その偏波方向を偏光子
および偏波回転素子等により、第１偏波方向としてのＴ
Ｅ偏波方向（＜−１１０＞方向）に固定している。ま
た、信号光１８は周波数ωｓのパルス光であり、その偏
波方向をポンプ光１６と同じＴＥ偏波方向に固定してい
る。

【００３３】波長変換素子１２の導波路２４には、ポン
プ光１６と信号光１８とを、ＷＤＭカプラ１０により合
波して入射させる。すると、擬似位相整合による差周波
発生が生じて、波長変換素子１２からは、これらポンプ
光１６および信号光１８と共に変換光２０が出射する。
これら波長変換素子１２から出射した光は偏光子２２に
入射する。

【００３４】上述したように、ポンプ光１６および信号
光１８の偏波方向である第１偏波方向が、入射光の伝搬
方向（＜１１０＞）に垂直でかつ導波路２４が延在する
＜１１０＞方向および＜−１１０＞方向を含む面に沿っ
たＴＥ偏波方向（＜−１１０＞）である。このように、
ポンプ光１６の偏波方向がＴＥ偏波方向に一致している
とき、変換光２０の偏波方向は信号光１８の偏波方向に
直交する（文献１）。従って、変換光２０の偏波方向
は、ＴＥ偏波方向に直交するＴＭ偏波方向（＜００１
＞）である。

【００３５】また、偏光子２２が、波長変換素子１２か
ら出射した光のうち、ＴＭ偏波方向の光を透過させるよ
うに調整されている。波長変換素子１２から出射したポ
ンプ光１６、信号光１８および変換光２０のうち、ＴＭ
偏波方向の光は変換光２０だけである。このため、偏光
子２２では、変換光２０を選択的に透過させることがで
きる。よって、この波長変換装置に信号光１８を入射さ
せると、この信号光１８の代わりに変換光２０が出力さ
れる。

【００３６】そして、このように、偏波方向の相違に基
づき変換光２０を選択出力させるため、変換光２０の波
長が信号光１８の波長と等しいときでも正常に動作す
る。

【００３７】例えば、上式（１）において、ωｐの値が
ωｓの値の２倍になるように設定する。ここでは、１／
ωｐ＝０．７７μｍとし、１／ωｓ＝１．５４μｍとす
る。このとき、（１）式に従い、１／ωｃ＝１．５４μ
ｍとなる。従って、変換光２０の波長と信号光１８の波
長が等しくなる。

【００３８】このような場合、従来の構成では、波長フ
ィルタを用いて変換光２０の選択透過を行っていたた
め、変換光２０と共に信号光１８も透過させてしまう、
あるいは信号光１８と共に変換光２０も除去してしま
う。これに対して、この実施の形態の構成では、信号光
１８および変換光２０の各々の偏波方向が互いに異なる
ように光学系を組み、偏光子２２により偏波方向の違い
を感知して変換光２０の選択透過を行う。従って、変換
光２０の波長が信号光１８の波長と等しい場合であって
も、信号光１８は除去され、変換光２０だけが出力され
る。

【００３９】〔第２の実施の形態〕図２は、第２の実施
の形態の波長変換装置の構成を示すブロック図である。
この波長変換装置は、ＷＤＭカプラ１０、波長変換素子
１２、波長フィルタ２６および偏光子２２を具えてい
る。波長変換素子１２は、ポンプ光１６と信号光１８と
が入射したとき、擬似位相整合により、差周波または和
周波の変換光２０を発生させるものである。波長フィル
タ２６は、波長変換素子１２から出射した光をその波長
に応じて選択的に透過させるものである。偏光子２２
は、波長フィルタ２６から出射した光をその偏波方向に
応じて選択的に透過させるものである。

【００４０】そして、波長変換素子１２は、ポンプ光１
６の偏波方向が所定の第１偏波方向に一致するとき、偏
波方向が信号光１８の偏波方向に直交する変換光２０を
発生させる。また、波長フィルタ２６は、波長変換素子
１２から出射したポンプ光１６を除去して変換光２０を
透過させる。偏光子２２は、信号光１８の偏波方向が第
１偏波方向に直交する第２偏波方向に一致するとき、波
長フィルタ２６から出射した光のうち、第１偏波方向に
一致する光を透過させるように調整されている。

【００４１】上述の波長変換素子１２の構造は、第１の
実施の形態で説明した通りである。すなわち、この波長
変換素子１２の導波路２４は、＜１１０＞方向および＜
−１１０＞方向を含む面に沿って延在している。この導
波路２４には、擬似位相整合を生じさせるためのＱＰＭ
グレーティングが形成されている。導波路２４中にポン
プ光１６および信号光１８を伝搬させると、擬似位相整
合が生じて、上式（１）に従い、和周波および差周波の
変換光２０が発生する。

【００４２】この例では、周波数ωｐのＣＷ光（連続
光）をポンプ光１６とし、その偏波方向を偏光子および
偏波回転素子等により、第１偏波方向としてのＴＥ偏波
方向（＜−１１０＞方向）に固定している。また、信号
光１８は周波数ωｓのパルス光であり、その偏波方向を
第２偏波方向としてのＴＭ偏波方向（＜００１＞方向）
に固定している。

【００４３】波長変換素子１２の導波路２４には、ポン
プ光１６と信号光１８とを、ＷＤＭカプラ１０により合
波して入射させる。すると、擬似位相整合による差周波
発生が生じて、波長変換素子１２からは、これらポンプ
光１６および信号光１８と共に変換光２０が出射する。
これら波長変換素子１２から出射した光は波長フィルタ
２６に入射する。

【００４４】上述したように、ポンプ光１６の偏波方向
である第１偏波方向は、入射光の伝搬方向（＜１１０
＞）に垂直でかつ導波路２４が延在する＜１１０＞方向
および＜−１１０＞方向を含む面に沿ったＴＥ偏波方向
（＜−１１０＞）である。このように、ポンプ光１６の
偏波方向がＴＥ偏波方向に一致しているとき、変換光２
０の偏波方向は信号光１８の偏波方向に直交する（文献
１）。信号光１８の偏波方向がＴＭ偏波方向（＜００１
＞）であるため、変換光２０の偏波方向は、ＴＭ偏波方
向に直交するＴＥ偏波方向である。

【００４５】また、上述の波長フィルタ２６は、光を波
長に応じて選択的に透過させる。この例の波長フィルタ
２６においては、ポンプ光１６は除去され、変換光２０
は透過される。従って、波長変換素子１２から出射した
光のうち、変換光２０は波長フィルタ２６を透過する。
また、信号光１８も波長に応じて波長フィルタ２６を透
過可能である。

【００４６】例えば、変換光２０の波長と信号光１８の
波長とが等しくても良い。すなわち、ωｐ＝２ωｓの場
合、ωｓ＝ωｃとなり、波長フィルタ２６からは変換光
２０と共に信号光１８も出射する。一方、偏光子２２
は、波長フィルタ２６から出射した光のうち、ＴＥ偏波
方向の光だけを透過させるように調整されている。従っ
て、波長フィルタ２６から出射した信号光１８および変
換光２０のうち、ＴＥ偏波方向である変換光２０だけが
透過される。よって、この波長変換装置に信号光１８を
入射させると、この信号光１８の代わりに、変換光２０
が出力される。

【００４７】〔第３の実施の形態〕図３は、第３の実施
の形態の波長変換装置の構成を示すブロック図である。
この波長変換装置は、偏波分離器２８、ＷＤＭカプラ１
０ａ、１０ｂ、第１波長変換素子１２ａ、第２波長変換
素子１２ｂ、波長フィルタ２６および偏波合成器３０を
具えている。

【００４８】偏波分離器２８は、信号光１８を、所定の
第１偏波方向の信号光成分１８ａと、第１偏波方向に直
交する第２偏波方向の信号光成分１８ｂとに分離するも
のである。光ファイバ３２により伝搬された光は、この
偏波分離器２８に入射して、互いに直交する偏波方向成
分に分離される。そして、第１偏波方向の信号光成分１
８ａは、第１波長変換素子１２ａに入射し、第２偏波方
向の信号光成分１８ｂは、第２波長変換素子１２ｂに入
射する。偏波分離器２８として、例えば、偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）を用
いることができる。

【００４９】第１波長変換素子１２ａは、ポンプ光１６
と偏波分離器２８から出射した第１偏波方向の信号光成
分１８ａとが入射したとき、擬似位相整合により、差周
波または和周波の第１変換光２０ａを発生させるもので
ある。また、第２波長変換素子１２ｂは、ポンプ光１６
と偏波分離器２８から出射した第２偏波方向の信号光成
分１８ｂとが入射したとき、擬似位相整合により、差周
波または和周波の第２変換光２０ｂを発生させるもので
ある。

【００５０】これら第１および第２波長変換素子１２ａ
および１２ｂは、互いに特性が等しく、それぞれ第１お
よび第２の実施の形態で説明した波長変換素子１２と同
じ構造である。これら第１および第２波長変換素子１２
ａおよび１２ｂは、それぞれ導波路２４ａおよび２４ｂ
を有している。これら導波路２４ａおよび２４ｂには、
ポンプ光１６および信号光１８ａ、１８ｂが共に＜１１
０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って伝搬可能であ
る。従って、これら波長変換素子１２ａ、１２ｂの導波
路２４ａ、２４ｂは、＜１１０＞方向および＜−１１０
＞方向を含む面に沿って延在している。この例では、各
導波路２４ａおよび２４ｂの長手方向が、それぞれ＜１
１０＞方向に沿って延在するように、第１および第２波
長変換素子１２ａおよび１２ｂをそれぞれ配置してあ
る。

【００５１】また、これら導波路２４ａ、２４ｂには、
擬似位相整合を生じさせるためのＱＰＭグレーティング
が形成されている。導波路２４ａ、２４ｂ中にポンプ光
１６および信号光１８ａ、１８ｂを伝搬させると、擬似
位相整合が生じて、上式（１）に従い、和周波および差
周波の変換光２０ａ、２０ｂがそれぞれ発生する。

【００５２】この例では、周波数ωｐのＣＷ光（連続
光）をポンプ光１６とし、その偏波方向を偏光子および
偏波回転素子等により、第１偏波方向としてのＴＥ偏波
方向に固定している。また、信号光１８は周波数ωｓの
パルス光である。上述の第２偏波方向は、ＴＥ偏波方向
に直交するＴＭ偏波方向となる。

【００５３】第１波長変換素子１２ａの導波路２４ａに
は、ポンプ光１６と第１偏波方向の信号光成分１８ａと
を、ＷＤＭカプラ１０ａにより合波して入射させる。す
ると、擬似位相整合による差周波発生が生じて、第１波
長変換素子１２ａからは、これらポンプ光１６および信
号光１８ａと共に第１変換光２０ａが出射する。これら
第１波長変換素子１２ａから出射した光は偏波合成器３
０に入射する。尚、第１波長変換素子１２ａは、ポンプ
光１６の偏波方向が第１偏波方向すなわちＴＥ偏波方向
（＜−１１０＞）に一致するとき、偏波方向が第２偏波
方向すなわちＴＭ偏波方向（＜００１＞）に一致する第
１変換光２０ａを発生させる。

【００５４】一方、第２波長変換素子１２ｂの導波路２
４ｂには、ポンプ光１６と第２偏波方向の信号光成分１
８ｂとを、ＷＤＭカプラ１０ｂにより合波して入射させ
る。すると、擬似位相整合による差周波発生が生じて、
第２波長変換素子１２ｂからは、これらポンプ光１６お
よび信号光１８ｂと共に第２変換光２０ｂが出射する。
これら第２波長変換素子１２ｂから出射した光は波長フ
ィルタ２６に入射する。尚、第２波長変換素子１２ｂ
は、ポンプ光１６の偏波方向が第１偏波方向すなわちＴ
Ｅ偏波方向（＜−１１０＞）に一致するとき、偏波方向
が第１偏波方向すなわちＴＥ偏波方向（＜００１＞）に
一致する第２変換光２０ｂを発生させる。

【００５５】また、波長フィルタ２６は、第２波長変換
素子１２ｂから出射した光をその波長に応じて選択的に
透過させるものである。この波長フィルタ２６におい
て、第２波長変換素子１２ｂから出射したポンプ光１６
は除去され、第２変換光２０ｂは透過する。尚、第２波
長変換素子１２ｂから出射した第２偏波方向の信号光成
分１８ｂも、その波長に応じて波長フィルタ２６を透過
可能である。例えば、第２変換光２０ｂの波長と信号光
１８ｂの波長とが等しい場合、波長フィルタ２６からは
第２変換光２０ｂと共に信号光１８ｂも出射する。波長
フィルタ２６を透過した光は、偏波合成器３０に入射す
る。

【００５６】この偏波合成器３０は、第１波長変換素子
１２ａおよび波長フィルタ２６から出射した光を、各々
の偏波方向に応じて選択的に透過させると共に、これら
透過光を合成するものである。この例の偏波合成器３０
は、第１波長変換素子１２ａから出射した光のうち、第
２偏波方向（ＴＭ偏波方向）に一致する光を透過させる
と共に、波長フィルタ２６から出射した光のうち、第１
偏波方向（ＴＥ偏波方向）に一致する光を透過させるよ
うに調整されている。偏波合成器３０として、例えば、
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることができ
る。

【００５７】上述したように、第１波長変換素子１２ａ
から出射したポンプ光１６、第１偏波方向の信号光成分
１８ａおよび第１変換光２０ａのうち、ＴＭ偏波方向の
光は第１変換光２０ａだけである。このため、偏波合成
器３０では、第１変換光２０ａが選択的に透過される。

【００５８】従来の構成は、波長フィルタを用いて第１
変換光２０ａの選択透過を行う構成に相当するため、第
１変換光２０ａの波長と信号光１８ａの波長とが等しく
なるωｐ＝２ωｓの場合、第１変換光２０ａと共に信号
光１８ａも透過してしまう、あるいは信号光１８ａと共
に第１変換光２０ａも除去されてしまう。これに対し
て、この実施の形態の構成では、信号光１８ａおよび第
１変換光２０ａの各々の偏波方向が互いに異なるように
してある。従って、第１変換光２０ａの波長が信号光１
８ａの波長と等しくても、偏波合成器３０において信号
光１８ａは除去され、第１変換光２０ａだけが透過す
る。

【００５９】一方、波長フィルタ２６から出射した第２
偏波方向の信号光成分１８ｂおよび第２変換光２０ｂの
うち、ＴＥ偏波方向の光は第２変換光２０ｂだけであ
る。このため、偏波合成器３０では、第２変換光２０ｂ
が選択的に透過される。

【００６０】この場合も、第２変換光２０ｂの波長と信
号光１８ｂの波長とが等しくても良い。このとき、波長
フィルタ２６からは第２変換光２０ｂと共に信号光１８
ｂも出射する。しかし、偏波合成器３０では、波長フィ
ルタ２６から出射した光のうち、ＴＥ偏波方向の光だけ
を透過させるように調整されている。従って、波長フィ
ルタ２６から出射した信号光１８ｂおよび第２変換光２
０ｂのうち、ＴＥ偏波方向である第２変換光２０ｂだけ
が透過される。

【００６１】そして、偏波合成器３０では、透過可能な
第１変換光２０ａおよび第２変換光２０ｂが合成され、
変換光２０として光ファイバ３４に出力される。よっ
て、この波長変換装置に信号光１８を入射させると、こ
の信号光１８の代わりに、変換光２０が出力される。

【００６２】以上説明したように、この実施の形態の波
長変換装置によれば、信号光１８の偏波方向は任意であ
ってよい。通常、長いファイバ中を伝搬された信号光の
偏波方向は不確定なことが多い。しかし、上述の構成に
よれば、信号光の偏波方向が任意であっても、偏波分離
器２８により偏波分離を行い、各偏波方向の光を、それ
ぞれ波長変換した後合成するので問題がない。

【００６３】しかも、この実施の形態の波長変換装置
は、光ファイバ３２において発生した信号光の分散を補
償することができる構成となっている。すなわち、周知
のスペクトル反転を利用した分散補償器として構成され
ている。従って、任意の偏波方向の信号光に対して、そ
の中心波長を変えずに分散補償を行うことができる。

【００６４】尚、上述した各実施の形態において、波長
変換素子はＡｌＧａＡｓ結晶を用いたものを例にした
が、これに限らず、例えばジンク・ブレンド（Ｚｉｎｃ
−Ｂｌｅｎｄ）結晶構造を有する材料で構成したものを
用いてもよい。

【００６５】また、差周波発生を利用する場合に限ら
ず、和周波発生を利用する構成としてもよい。

【００６６】

【発明の効果】この発明の波長変換装置によれば、波長
変換素子は、偏波方向が共に第１偏波方向に一致したポ
ンプ光および信号光から、擬似位相整合により、差周波
または和周波の変換光を発生させる。第１偏波方向が適
当に設定してあると、変換光の偏波方向は信号光の偏波
方向に直交した方向すなわち第２偏波方向となる。

【００６７】そして、偏光子は、波長変換素子から出射
した光のうち、第１偏波方向に直交する偏波方向の光を
透過させる。上述したように、信号光の波長と変換光の
波長とが同じであっても、信号光の偏波方向と変換光の
偏波方向とを互いに直交した状態にできるので、偏光子
からは変換光を選択的に透過させることができる。ま
た、この変換光の偏波方向はポンプ光の偏波方向とも直
交するので、変換光だけが出力される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の波長変換装置の構成を示す
図である。

【図２】第２の実施の形態の波長変換装置の構成を示す
図である。

【図３】第３の実施の形態の波長変換装置の構成を示す
図である。

【図４】従来の波長変換装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ，１０ｂ：ＷＤＭカプラ １２，１２ａ，１２ｂ：波長変換素子 １４：フィルタ １６：ポンプ光 １８：信号光 １８ａ：第１偏波方向の信号光成分 １８ｂ：第２偏波方向の信号光成分 ２０：変換光 ２０ａ：第１変換光 ２０ｂ：第２変換光 ２２：偏光子 ２４，２４ａ，２４ｂ：導波路 ２６：波長フィルタ ２８：偏波分離器 ３０：偏波合成器 ３２，３４：光ファイバ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ光と信号光とが入射したとき、擬
   似位相整合により、差周波または和周波の変換光を発生
   させる波長変換素子、および該波長変換素子から出射し
   た光をその偏波方向に応じて選択的に透過させる偏光子
   を具えており、 前記波長変換素子は、前記ポンプ光の偏波方向が所定の
   第１偏波方向に一致するとき、偏波方向が前記信号光の
   偏波方向に直交する前記変換光を発生させるものであ
   り、 前記偏光子は、前記信号光の偏波方向が前記第１偏波方
   向に一致するとき、前記波長変換素子から出射した光の
   うち、前記第１偏波方向に直交する第２偏波方向に一致
   する光を透過させるように調整されていることを特徴と
   する波長変換装置。
2. 【請求項２】 ポンプ光と信号光とが入射したとき、擬
   似位相整合により、差周波または和周波の変換光を発生
   させる波長変換素子、 該波長変換素子から出射した光をその波長に応じて選択
   的に透過させる波長フィルタ、および該波長フィルタか
   ら出射した光をその偏波方向に応じて選択的に透過させ
   る偏光子を具えており、 前記波長変換素子は、前記ポンプ光の偏波方向が所定の
   第１偏波方向に一致するとき、偏波方向が前記信号光の
   偏波方向に直交する前記変換光を発生させるものであ
   り、 前記波長フィルタは、前記波長変換素子から出射した前
   記ポンプ光を除去して前記変換光を透過させるものであ
   り、 前記偏光子は、前記信号光の偏波方向が前記第１偏波方
   向に直交する第２偏波方向に一致するとき、前記波長フ
   ィルタから出射した光のうち、前記第１偏波方向に一致
   する光を透過させるように調整されていることを特徴と
   する波長変換装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の波長変
   換装置において、 前記波長変換素子は、ポンプ光および信号光が共に＜１
   １０＞方向または＜−１１０＞方向に沿って伝搬可能な
   導波路を有しており、 前記第１偏波方向が、前記伝搬方向に垂直でかつ前記導
   波路が延在する＜１１０＞方向および＜−１１０＞方向
   を含む面に沿ったＴＥ偏波方向であることを特徴とする
   波長変換装置。
4. 【請求項４】 信号光を、所定の第１偏波方向の信号光
   成分と、該第１偏波方向に直交する第２偏波方向の信号
   光成分とに分離する偏波分離器、 ポンプ光と前記偏波分離器から出射した第１偏波方向の
   信号光成分とが入射したとき、擬似位相整合により、差
   周波または和周波の第１変換光を発生させる第１波長変
   換素子、 ポンプ光と前記偏波分離器から出射した第２偏波方向の
   信号光成分とが入射したとき、擬似位相整合により、差
   周波または和周波の第２変換光を発生させる第２波長変
   換素子、 該第２波長変換素子から出射した光をその波長に応じて
   選択的に透過させる波長フィルタ、および前記第１波長
   変換素子および前記波長フィルタから出射した光を、各
   々の偏波方向に応じて選択的に透過させると共に、これ
   ら透過光を合成する偏波合成器を具えており、 前記第１波長変換素子は、前記ポンプ光の偏波方向が前
   記第１偏波方向に一致するとき、偏波方向が前記第２偏
   波方向に一致する前記第１変換光を発生させるものであ
   り、 前記第２波長変換素子は、前記ポンプ光の偏波方向が前
   記第１偏波方向に一致するとき、偏波方向が前記第１偏
   波方向に一致する前記第２変換光を発生させるものであ
   り、 前記波長フィルタは、前記第２波長変換素子から出射し
   た前記ポンプ光を除去して前記第２変換光を透過させる
   ものであり、 前記偏波合成器は、前記第１波長変換素子から出射した
   光のうち、前記第２偏波方向に一致する光を透過させる
   と共に、前記波長フィルタから出射した光のうち、前記
   第１偏波方向に一致する光を透過させるように調整され
   ていることを特徴とする波長変換装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の波長変換装置におい
   て、 前記第１および第２波長変換素子は、ポンプ光および信
   号光が共に＜１１０＞方向または＜−１１０＞方向に沿
   って伝搬可能な導波路を有しており、 前記第１偏波方向が、前記伝搬方向に垂直でかつ前記導
   波路が延在する＜１１０＞方向および＜−１１０＞方向
   を含む面に沿ったＴＥ偏波方向であることを特徴とする
   波長変換装置。