JP2003121893A - 光制御素子 - Google Patents
光制御素子Info
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長フィルタが不要であり、かつ、同一波長
変換が可能な、高速波長変換機能を有する光制御素子を
提供すること。 【解決手段】 光制御素子の波長変換回路に、フィルタ
付き位相変調器１１５を備える構成とした。また、フィ
ルタ付き位相変調器１１５に備えるＳＯＡ１０１、１０
２の長さを最適化することとし、Δτよりもｔｒが小さ
くなるようにＳＯＡ長ＬＳＯＡを設定した。これによ
り、入力信号光と被波長変換光とを分離するために、出
力側のポート１１１に波長フィルタを設置する必要がな
くなり、入力信号光の波長λｉと被波長変換光の波長λ
ｊとが同一の場合でも波長変換が可能な光制御素子を提
供することが可能で、高速かつ高消光比のフィルタ・フ
リーの波長変換動作が可能な光制御素子を提供すること
が可能となる。
変換が可能な、高速波長変換機能を有する光制御素子を
提供すること。 【解決手段】 光制御素子の波長変換回路に、フィルタ
付き位相変調器１１５を備える構成とした。また、フィ
ルタ付き位相変調器１１５に備えるＳＯＡ１０１、１０
２の長さを最適化することとし、Δτよりもｔｒが小さ
くなるようにＳＯＡ長ＬＳＯＡを設定した。これによ
り、入力信号光と被波長変換光とを分離するために、出
力側のポート１１１に波長フィルタを設置する必要がな
くなり、入力信号光の波長λｉと被波長変換光の波長λ
ｊとが同一の場合でも波長変換が可能な光制御素子を提
供することが可能で、高速かつ高消光比のフィルタ・フ
リーの波長変換動作が可能な光制御素子を提供すること
が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光制御素子に関
し、より詳細には、波長多重光ネットワークにおいて、
任意波長の入力信号光強度に応じて、その入力信号光の
波長と同一波長または別波長の光を変調するための光制
御素子に関する。
し、より詳細には、波長多重光ネットワークにおいて、
任意波長の入力信号光強度に応じて、その入力信号光の
波長と同一波長または別波長の光を変調するための光制
御素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、波長の異なる複数の光信号を
１本の光ファイバに結合して伝送するシステムとして、
波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）
が知られており、このＷＤＭシステムは、１対１の光伝
送のみならず、ネットワーク化に対応した光伝送技術と
しての開発が急速に進められている。
１本の光ファイバに結合して伝送するシステムとして、
波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）
が知られており、このＷＤＭシステムは、１対１の光伝
送のみならず、ネットワーク化に対応した光伝送技術と
しての開発が急速に進められている。
【０００３】ネットワーク化に対応可能なＷＤＭシステ
ムでは、光ファイバ中を伝送する信号光を、これと同一
波長または別波長の信号光へと波長変換するための、光
制御素子の開発が重要となる。
ムでは、光ファイバ中を伝送する信号光を、これと同一
波長または別波長の信号光へと波長変換するための、光
制御素子の開発が重要となる。
【０００４】図３は、従来の光制御素子に採用されてい
る波長変換回路の構成を説明するための図で、この波長
変換回路は、半導体光増幅器（Semiconductor Optical
Amplifier、ＳＯＡ）３０１と、このＳＯＡ３０１の両
側に設けられたＭＭＩカプラ（マルチモード干渉カプ
ラ）３０２、３０３と、このＭＭＩカプラ３０２、３０
３の間に設けられたループ型干渉回路３０９とから構成
されている。
る波長変換回路の構成を説明するための図で、この波長
変換回路は、半導体光増幅器（Semiconductor Optical
Amplifier、ＳＯＡ）３０１と、このＳＯＡ３０１の両
側に設けられたＭＭＩカプラ（マルチモード干渉カプ
ラ）３０２、３０３と、このＭＭＩカプラ３０２、３０
３の間に設けられたループ型干渉回路３０９とから構成
されている。
【０００５】波長λｊの連続光（ＣＷ光）３０５が、Ｍ
ＭＩカプラ３０３のポート３１１に入射し、ＭＭＩカプ
ラ３０３により２つに分割された後、ループ型干渉回路
３０９へと導かれる。このループ型干渉回路３０９で
は、ＭＭＩカプラ３０３からＳＯＡ３０１に至る一方の
回路長は、ＭＭＩカプラ３０３からＳＯＡ３０１に至る
他方の回路長に比較して、ΔＬだけ長くなるように設計
されている。
ＭＩカプラ３０３のポート３１１に入射し、ＭＭＩカプ
ラ３０３により２つに分割された後、ループ型干渉回路
３０９へと導かれる。このループ型干渉回路３０９で
は、ＭＭＩカプラ３０３からＳＯＡ３０１に至る一方の
回路長は、ＭＭＩカプラ３０３からＳＯＡ３０１に至る
他方の回路長に比較して、ΔＬだけ長くなるように設計
されている。
【０００６】ＭＭＩカプラ３０３により分割された波長
λｊの２つの連続光は、各々、右回りの光３０７又は左
回りの光３０６としてループ型干渉回路３０９を一周し
た後にＭＭＩカプラ３０３で合波され、ポート３１１か
ら出射される。
λｊの２つの連続光は、各々、右回りの光３０７又は左
回りの光３０６としてループ型干渉回路３０９を一周し
た後にＭＭＩカプラ３０３で合波され、ポート３１１か
ら出射される。
【０００７】一方、この波長変換回路に、波長λｉの信
号光３０４をＭＭＩカプラ３０２から入射しＳＯＡ３０
１へと導くと、信号光３０４による誘導放出が生じ、Ｓ
ＯＡ３０１内のキャリア密度が減少し、これに対応し
て、ＳＯＡ３０１内の屈折率が変化する。そして、ルー
プ型干渉回路３０９中を導波する波長λｊの連続光は、
ＳＯＡ３０１内を通過する際に、この屈折率変化の影響
を受けて位相が変化することとなる。そして、入力した
波長λｉの光信号の内容は、波長λｊの光信号へと移
り、出力光３０８がポート３１０から出力されることと
なる。
号光３０４をＭＭＩカプラ３０２から入射しＳＯＡ３０
１へと導くと、信号光３０４による誘導放出が生じ、Ｓ
ＯＡ３０１内のキャリア密度が減少し、これに対応し
て、ＳＯＡ３０１内の屈折率が変化する。そして、ルー
プ型干渉回路３０９中を導波する波長λｊの連続光は、
ＳＯＡ３０１内を通過する際に、この屈折率変化の影響
を受けて位相が変化することとなる。そして、入力した
波長λｉの光信号の内容は、波長λｊの光信号へと移
り、出力光３０８がポート３１０から出力されることと
なる。
【０００８】図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示した構成
の波長変換回路の動作原理を説明するための図で、図４
（ａ）は、ループ型干渉回路３０９中を導波した後にＭ
ＭＩカプラ３０３へと入射する波長λｊの連続光の位相
変化の様子を説明するための図であり、図４（ｂ）は、
ＭＭＩカプラ３０３に備えられたポート３１０から出射
される波長λｊの連続光の光強度変化の様子を説明する
ための図である。
の波長変換回路の動作原理を説明するための図で、図４
（ａ）は、ループ型干渉回路３０９中を導波した後にＭ
ＭＩカプラ３０３へと入射する波長λｊの連続光の位相
変化の様子を説明するための図であり、図４（ｂ）は、
ＭＭＩカプラ３０３に備えられたポート３１０から出射
される波長λｊの連続光の光強度変化の様子を説明する
ための図である。
【０００９】図４（ａ）に示すように、右回りの光３０
７がＳＯＡ３０１内を通過する際には、上述したＳＯＡ
３０１の屈折率変化の影響を受けて位相が変化し、その
位相変化量は、一旦、急峻に立ち上がり、その後ＳＯＡ
３０１内のキャリア濃度が熱平衡状態に回復するのに伴
って、元の位相へと回復し、その状態でＭＭＩカプラ３
０３へと入射する。
７がＳＯＡ３０１内を通過する際には、上述したＳＯＡ
３０１の屈折率変化の影響を受けて位相が変化し、その
位相変化量は、一旦、急峻に立ち上がり、その後ＳＯＡ
３０１内のキャリア濃度が熱平衡状態に回復するのに伴
って、元の位相へと回復し、その状態でＭＭＩカプラ３
０３へと入射する。
【００１０】左回りの光３０６もこれと同様の位相変化
を受けるが、左回りの光３０６は、右回りの光３０７に
比較して、ＳＯＡ３０１を通過してからＭＭＩカプラ３
０３に入射するまでに伝播する回路長がΔＬだけ長く設
定されているため、この回路長差ΔＬに対応する遅延時
間である伝播時間差Δτ（＝ΔＬ／（ｃ／ｎｅｑ０）；
ｃは真空中の光速度、ｎｅｑ０はループ型干渉回路３０
９を構成する導波路の等価屈折率）だけ遅れてＭＭＩカ
プラ３０３へと入射することとなる。その結果、ＭＭＩ
カプラ３０３に入射する右回りの光３０７の位相変化の
立上がり時刻と左回りの光３０６の位相変化の立上がり
時刻が、Δτだけずれることになる。
を受けるが、左回りの光３０６は、右回りの光３０７に
比較して、ＳＯＡ３０１を通過してからＭＭＩカプラ３
０３に入射するまでに伝播する回路長がΔＬだけ長く設
定されているため、この回路長差ΔＬに対応する遅延時
間である伝播時間差Δτ（＝ΔＬ／（ｃ／ｎｅｑ０）；
ｃは真空中の光速度、ｎｅｑ０はループ型干渉回路３０
９を構成する導波路の等価屈折率）だけ遅れてＭＭＩカ
プラ３０３へと入射することとなる。その結果、ＭＭＩ
カプラ３０３に入射する右回りの光３０７の位相変化の
立上がり時刻と左回りの光３０６の位相変化の立上がり
時刻が、Δτだけずれることになる。
【００１１】図４（ｂ）は、ＭＭＩカプラ３０３に入射
した左回りの光３０６と右回りの光３０７とがＭＭＩカ
プラ３０３内で干渉した結果として、ポート３１０から
出射される波長λｊの連続光の光強度Ｐの時間変化を示
しており、左回りの光３０６と右回りの光３０７の互い
の位相が異なっている時間間隔Δτの間だけ波長λｊの
光強度Ｐが得られ、入力した波長λｉの光信号の内容
は、波長λｊの光信号へと移り、出力光３０８がポート
３１０から出力されることとなる。
した左回りの光３０６と右回りの光３０７とがＭＭＩカ
プラ３０３内で干渉した結果として、ポート３１０から
出射される波長λｊの連続光の光強度Ｐの時間変化を示
しており、左回りの光３０６と右回りの光３０７の互い
の位相が異なっている時間間隔Δτの間だけ波長λｊの
光強度Ｐが得られ、入力した波長λｉの光信号の内容
は、波長λｊの光信号へと移り、出力光３０８がポート
３１０から出力されることとなる。
【００１２】このようなループ型干渉回路を有する波長
変換回路では、ＳＯＡ３０１中のキャリア濃度の回復に
対応して光の位相変化量が漸近的に回復するまでの時間
領域のうち、時間間隔Δτ以外の領域における左回りの
光３０６と右回りの光３０７の位相変化量は同一である
ために、相互に干渉を生じてＳＯＡ３０１内の屈折率変
化の効果がキャンセル（キャンセルアウト）され、高速
波長変換を可能としている。
変換回路では、ＳＯＡ３０１中のキャリア濃度の回復に
対応して光の位相変化量が漸近的に回復するまでの時間
領域のうち、時間間隔Δτ以外の領域における左回りの
光３０６と右回りの光３０７の位相変化量は同一である
ために、相互に干渉を生じてＳＯＡ３０１内の屈折率変
化の効果がキャンセル（キャンセルアウト）され、高速
波長変換を可能としている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示した構成のループ型干渉回路を備える波長変換装置で
は、入力信号光と出力光とが同一のポートから出射され
ることとなるため、入力光と出力光とを分離するための
波長フィルタを出力ポートに設置する必要があった。
示した構成のループ型干渉回路を備える波長変換装置で
は、入力信号光と出力光とが同一のポートから出射され
ることとなるため、入力光と出力光とを分離するための
波長フィルタを出力ポートに設置する必要があった。
【００１４】また、信号光の波長λｉと被波長変換光の
波長λｊが同一となる場合には、波長変換前後の光を波
長フィルタで分離することができず、波長変換前の光が
出力光に混入して雑音となり、同一波長変換が困難であ
るという問題点もあった。
波長λｊが同一となる場合には、波長変換前後の光を波
長フィルタで分離することができず、波長変換前の光が
出力光に混入して雑音となり、同一波長変換が困難であ
るという問題点もあった。
【００１５】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、波長フィル
タが不要で、かつ、同一波長変換が可能な、高速波長変
換機能を有する光制御素子を提供することにある。
たものであって、その目的とするところは、波長フィル
タが不要で、かつ、同一波長変換が可能な、高速波長変
換機能を有する光制御素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、任意波
長の第１の入力光の強度に応じて該第１の入力光の波長
と同一または異なる波長の第２の入力光を変調する光制
御素子であって、前記第２の入力光を２つに分岐させる
第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段によって分岐
された第２の入力光の一方を遅延させる遅延手段と、前
記第１の入力光と、前記遅延手段によって遅延を受けた
第２の入力光のそれぞれを２つの入力ポートに分岐させ
る第２の光分岐手段と、前記２つの入力ポートのそれぞ
れに接続された２つの位相変調手段と、該２つの位相変
調手段から出力される第１の入力光を合波して一方の出
力ポートに導くとともに、前記２つの位相変調手段から
出力される第２の入力光を合波して他方の出力ポートに
導く第１の合波手段と、該第１の合波手段から出力され
た第２の入力光と、前記第１の光分岐手段により分岐さ
れた第２の入力光の他方とを合波する第２の合波手段と
からなり、前記位相変調手段は、第１の入力光の光強度
に応じて屈折率が変化する媒質を備え、該媒質中を光が
伝播するに要する時間が、前記第２の入力光の遅延時間
の半分よりも短くなるように前記媒質の長さを設定した
ことを特徴とする。
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、任意波
長の第１の入力光の強度に応じて該第１の入力光の波長
と同一または異なる波長の第２の入力光を変調する光制
御素子であって、前記第２の入力光を２つに分岐させる
第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段によって分岐
された第２の入力光の一方を遅延させる遅延手段と、前
記第１の入力光と、前記遅延手段によって遅延を受けた
第２の入力光のそれぞれを２つの入力ポートに分岐させ
る第２の光分岐手段と、前記２つの入力ポートのそれぞ
れに接続された２つの位相変調手段と、該２つの位相変
調手段から出力される第１の入力光を合波して一方の出
力ポートに導くとともに、前記２つの位相変調手段から
出力される第２の入力光を合波して他方の出力ポートに
導く第１の合波手段と、該第１の合波手段から出力され
た第２の入力光と、前記第１の光分岐手段により分岐さ
れた第２の入力光の他方とを合波する第２の合波手段と
からなり、前記位相変調手段は、第１の入力光の光強度
に応じて屈折率が変化する媒質を備え、該媒質中を光が
伝播するに要する時間が、前記第２の入力光の遅延時間
の半分よりも短くなるように前記媒質の長さを設定した
ことを特徴とする。
【００１７】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の光制御素子において、前記位相変調手段は半導
体増幅器であることを特徴とする。
に記載の光制御素子において、前記位相変調手段は半導
体増幅器であることを特徴とする。
【００１８】更に、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の光制御素子において、前記第２の分岐手
段と前記位相変調手段と前記第１の合波手段とから構成
される光回路は、対称型マッハツェンダ光回路であるこ
とを特徴とする。
又は２に記載の光制御素子において、前記第２の分岐手
段と前記位相変調手段と前記第１の合波手段とから構成
される光回路は、対称型マッハツェンダ光回路であるこ
とを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００２０】図１は、本発明の波長変換回路の構成例を
説明するための図で、この波長変換回路は、フィルタ付
き位相変調器１１５と、このフィルタ付き位相変調器１
１５とループ型干渉回路１１３により接続されたＭＭＩ
カプラ１０５とから構成されている。
説明するための図で、この波長変換回路は、フィルタ付
き位相変調器１１５と、このフィルタ付き位相変調器１
１５とループ型干渉回路１１３により接続されたＭＭＩ
カプラ１０５とから構成されている。
【００２１】フィルタ付き位相変調器１１５は、２つの
ＳＯＡ１０１、１０２を備え、これらのＳＯＡの両側に
は、それぞれのＳＯＡに接続されたＭＭＩカプラ１０
３、１０４が設けられている。
ＳＯＡ１０１、１０２を備え、これらのＳＯＡの両側に
は、それぞれのＳＯＡに接続されたＭＭＩカプラ１０
３、１０４が設けられている。
【００２２】波長λｊの連続光１０７が、ポート１１２
からＭＭＩカプラ１０５へと入射し、ＭＭＩカプラ１０
５により２つの連続光に分割されてループ型干渉回路１
１３へと導かれる。
からＭＭＩカプラ１０５へと入射し、ＭＭＩカプラ１０
５により２つの連続光に分割されてループ型干渉回路１
１３へと導かれる。
【００２３】ＭＭＩカプラ１０５により分割された２つ
の連続光は、右回りの光１０９及び左回りの光１０８に
別れてループ型干渉回路１１３を伝播し、フィルタ付き
位相変調器１１５を経て、ループ型干渉回路１１３を一
周した後、ＭＭＩカプラ１０５で合波されてポート１１
２から出射される。
の連続光は、右回りの光１０９及び左回りの光１０８に
別れてループ型干渉回路１１３を伝播し、フィルタ付き
位相変調器１１５を経て、ループ型干渉回路１１３を一
周した後、ＭＭＩカプラ１０５で合波されてポート１１
２から出射される。
【００２４】本実施例では、フィルタ付き位相変調器１
１５には、フィルタ機能を有する素子として対称型マッ
ハツェンダ回路を採用することとし、その回路は、ＭＭ
Ｉカプラ１０３と１０４とが、ＳＯＡ１０１と１０２と
を含む２つの導波路（アーム）で結ばれた構成となって
いる。
１５には、フィルタ機能を有する素子として対称型マッ
ハツェンダ回路を採用することとし、その回路は、ＭＭ
Ｉカプラ１０３と１０４とが、ＳＯＡ１０１と１０２と
を含む２つの導波路（アーム）で結ばれた構成となって
いる。
【００２５】一般に、対称型マッハツェンダ回路では、
入射した光が、カップラ内で分波され、それぞれ２つの
導波路（アーム）を通り、再びカップラで合波され、入
射ポートとクロスの位置にある出射ポートに出力される
仕組みになっている。本実施例では、マッハツェンダ回
路が奏するかかる性質を利用してフィルタとして使用し
ている。
入射した光が、カップラ内で分波され、それぞれ２つの
導波路（アーム）を通り、再びカップラで合波され、入
射ポートとクロスの位置にある出射ポートに出力される
仕組みになっている。本実施例では、マッハツェンダ回
路が奏するかかる性質を利用してフィルタとして使用し
ている。
【００２６】波長λｉの信号光１０６を、ポート１１７
を介してフィルタ付き位相変調器１１５内に備えるＭＭ
Ｉカプラ１０３に入射させる。入射された信号光１０６
は、２つに分割され、各々の信号光はＳＯＡ１０１、１
０２を通過し、ＭＭＩカプラ１０４で合波されて、信号
光が入射するポート１１７とクロスの位置にあるポート
１１４へと抜ける。すなわち、この入力信号光１０６
は、マッハツェンダ回路がもつフィルタ機能により、ル
ープ型干渉回路１１３内に入ることはない。
を介してフィルタ付き位相変調器１１５内に備えるＭＭ
Ｉカプラ１０３に入射させる。入射された信号光１０６
は、２つに分割され、各々の信号光はＳＯＡ１０１、１
０２を通過し、ＭＭＩカプラ１０４で合波されて、信号
光が入射するポート１１７とクロスの位置にあるポート
１１４へと抜ける。すなわち、この入力信号光１０６
は、マッハツェンダ回路がもつフィルタ機能により、ル
ープ型干渉回路１１３内に入ることはない。
【００２７】入力信号光１０６がＳＯＡ１０１及びＳＯ
Ａ１０２内を通過する際には、上述した理由によりＳＯ
Ａ１０１及びＳＯＡ１０２内の屈折率が変化する。ルー
プ型干渉回路１１３内を導波している左回りの光１０８
および右回りの光１０９は、フィルタ付き位相変調器１
１５内のＳＯＡ１０１又はＳＯＡ１０２を通過する際
に、これらのＳＯＡ内の屈折率変化の影響をうけ、図４
（ａ）に示した左回りの光３０６および右回りの光３０
７と同様の位相変化をおこす。
Ａ１０２内を通過する際には、上述した理由によりＳＯ
Ａ１０１及びＳＯＡ１０２内の屈折率が変化する。ルー
プ型干渉回路１１３内を導波している左回りの光１０８
および右回りの光１０９は、フィルタ付き位相変調器１
１５内のＳＯＡ１０１又はＳＯＡ１０２を通過する際
に、これらのＳＯＡ内の屈折率変化の影響をうけ、図４
（ａ）に示した左回りの光３０６および右回りの光３０
７と同様の位相変化をおこす。
【００２８】すなわち、右回りの光１０９は、急峻な位
相変化をおこし、その後はＳＯＡ内のキャリア濃度の回
復速度に応じた時間で元の位相へともどり、ＭＭＩカプ
ラ１０５へと入射する一方、左回りの光１０８もこれと
同様の位相変化を受けるものの、ループ型干渉回路１１
３を伝播する回路長差ΔＬに対応する時間Δτだけ右回
りの光１０９に遅れてＭＭＩカプラ１０５へと入射する
結果、ＭＭＩカプラ１０５中では、右回りの光１０９と
左回りの光１０８の位相変化が起きる時間が、Δτの間
だけずれることになる。そして、このような位相状態の
左回りの光１０８と右回りの光１０９がＭＭＩカプラ１
０５中で干渉を起こす結果として、図４（ｂ）に示した
光強度と同様に、左回りの光１０８と右回りの光１０９
の位相が互いに異なっている時間間隔Δτの間だけ光強
度を有する波長λｊの光がポート１１１から出射され、
入力した波長λｉの光信号の内容が、波長λｊの光信号
へと移り、ポート１１１から出力されることとなる。
相変化をおこし、その後はＳＯＡ内のキャリア濃度の回
復速度に応じた時間で元の位相へともどり、ＭＭＩカプ
ラ１０５へと入射する一方、左回りの光１０８もこれと
同様の位相変化を受けるものの、ループ型干渉回路１１
３を伝播する回路長差ΔＬに対応する時間Δτだけ右回
りの光１０９に遅れてＭＭＩカプラ１０５へと入射する
結果、ＭＭＩカプラ１０５中では、右回りの光１０９と
左回りの光１０８の位相変化が起きる時間が、Δτの間
だけずれることになる。そして、このような位相状態の
左回りの光１０８と右回りの光１０９がＭＭＩカプラ１
０５中で干渉を起こす結果として、図４（ｂ）に示した
光強度と同様に、左回りの光１０８と右回りの光１０９
の位相が互いに異なっている時間間隔Δτの間だけ光強
度を有する波長λｊの光がポート１１１から出射され、
入力した波長λｉの光信号の内容が、波長λｊの光信号
へと移り、ポート１１１から出力されることとなる。
【００２９】このループ型干渉回路を有する波長変換回
路では、ＳＯＡ１０１、１０２中のキャリア濃度の回復
に対応して光の位相変化量が漸近的に回復するまでの時
間領域のうち、時間間隔Δτ以外の領域における左回り
の光１０８と右回りの光１０９の位相変化量はキャンセ
ルアウトされ、ＳＯＡ１０１、１０２内の屈折率変化の
影響を受けることがなくなるため、高速波長変換が可能
となる。
路では、ＳＯＡ１０１、１０２中のキャリア濃度の回復
に対応して光の位相変化量が漸近的に回復するまでの時
間領域のうち、時間間隔Δτ以外の領域における左回り
の光１０８と右回りの光１０９の位相変化量はキャンセ
ルアウトされ、ＳＯＡ１０１、１０２内の屈折率変化の
影響を受けることがなくなるため、高速波長変換が可能
となる。
【００３０】上述したように、本実施例に示した構成の
波長変換回路では、フィルタ付き位相変調器１１５に、
フィルタ機能を有する対称型マッハツェンダ回路を採用
することとしているので、入力光１０６はポート１１４
に抜け、ポート１１１に出力されることはない。すなわ
ち、入力光と出力光とを分離するために、出力側のポー
ト１１１に波長フィルタを設置する必要がない。このた
め、信号光の波長λｉと被波長変換光の波長λｊとが同
一の場合であっても、波長変換前の光が出力光に混入し
てしまい雑音が生じてしまうという問題を回避すること
が可能となる。
波長変換回路では、フィルタ付き位相変調器１１５に、
フィルタ機能を有する対称型マッハツェンダ回路を採用
することとしているので、入力光１０６はポート１１４
に抜け、ポート１１１に出力されることはない。すなわ
ち、入力光と出力光とを分離するために、出力側のポー
ト１１１に波長フィルタを設置する必要がない。このた
め、信号光の波長λｉと被波長変換光の波長λｊとが同
一の場合であっても、波長変換前の光が出力光に混入し
てしまい雑音が生じてしまうという問題を回避すること
が可能となる。
【００３１】しかしながら、図１に示した構成のループ
型干渉回路を備える波長変換装置は、フィルタ機能を有
する対称型マッハツェンダ回路を備えることとしている
ため、以下の点に注意する必要がある。
型干渉回路を備える波長変換装置は、フィルタ機能を有
する対称型マッハツェンダ回路を備えることとしている
ため、以下の点に注意する必要がある。
【００３２】すなわち、マッハツェンダ回路におけるス
イッチングは、干渉計のアームを構成する媒質の屈折率
変化Δｎと、屈折率が変化する部分の長さＬとの積が、
Δｎ×Ｌ＝πとなったときに生じるため、低パワー動作
のためにはＬが大きくなるように設計するのが一般的で
ある。
イッチングは、干渉計のアームを構成する媒質の屈折率
変化Δｎと、屈折率が変化する部分の長さＬとの積が、
Δｎ×Ｌ＝πとなったときに生じるため、低パワー動作
のためにはＬが大きくなるように設計するのが一般的で
ある。
【００３３】また、一般的な対称型マッハツェンダ回路
では、１つまたは２つの信号光を入射させる場合を想定
しており、２つの信号光が入射する場合には、互いの進
行方向は、同方向または逆方向の何れかとなる。そのた
め、信号光の進行方向が同方向または逆方向の何れかの
条件に対して最適な条件となるように設計することで充
分であり、アームの屈折率変化部分の長さは長い方が有
利となる。
では、１つまたは２つの信号光を入射させる場合を想定
しており、２つの信号光が入射する場合には、互いの進
行方向は、同方向または逆方向の何れかとなる。そのた
め、信号光の進行方向が同方向または逆方向の何れかの
条件に対して最適な条件となるように設計することで充
分であり、アームの屈折率変化部分の長さは長い方が有
利となる。
【００３４】しかしながら、本発明の波長変換回路の構
成では、入射光は、左回りの連続光１０８、右回りの連
続光１０９、および、信号光１０６の３つであり、右回
りの連続光１０９は信号光１０６と同一方向に伝搬する
のに対し、左回りの連続光１０８は信号光１０６とは逆
の方向に伝搬する。このため、マッハツェンダ回路内に
おいて、同方向と逆方向の光伝搬が同時に進行している
こととなる。
成では、入射光は、左回りの連続光１０８、右回りの連
続光１０９、および、信号光１０６の３つであり、右回
りの連続光１０９は信号光１０６と同一方向に伝搬する
のに対し、左回りの連続光１０８は信号光１０６とは逆
の方向に伝搬する。このため、マッハツェンダ回路内に
おいて、同方向と逆方向の光伝搬が同時に進行している
こととなる。
【００３５】そして、右回りの連続光１０９は、信号光
１０６と同一方向に伝搬するために、信号光１０６によ
り屈折率が変化した状態でのＳＯＡ１０１内を伝播し
て、ＳＯＡ１０１の長さＬＳＯＡ全体にわたり位相変化
を受けることとなる一方、左回りの連続光１０８は、信
号光１０６とは逆方向に伝搬するために、ＳＯＡ１０１
内において信号光１０６と出会うまではＳＯＡ１０１内
の屈折率変化の影響を受けず、ＳＯＡ１０１に入射して
から位相変化量が立上がるまでには、ｔｒ＝２・Ｌ
ＳＯＡ／（ｃ／ｎｅｑ）の時間を要することとなる。こ
こで、ｃは真空中の光速度であり、ｎｅｑはＳＯＡの等
価屈折率である。
１０６と同一方向に伝搬するために、信号光１０６によ
り屈折率が変化した状態でのＳＯＡ１０１内を伝播し
て、ＳＯＡ１０１の長さＬＳＯＡ全体にわたり位相変化
を受けることとなる一方、左回りの連続光１０８は、信
号光１０６とは逆方向に伝搬するために、ＳＯＡ１０１
内において信号光１０６と出会うまではＳＯＡ１０１内
の屈折率変化の影響を受けず、ＳＯＡ１０１に入射して
から位相変化量が立上がるまでには、ｔｒ＝２・Ｌ
ＳＯＡ／（ｃ／ｎｅｑ）の時間を要することとなる。こ
こで、ｃは真空中の光速度であり、ｎｅｑはＳＯＡの等
価屈折率である。
【００３６】図２（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した構成
の波長変換回路の動作原理を説明するための図で、図２
（ａ）および（ｂ）は、ＳＯＡ１０１、１０２の長さＬ
ＳＯ ＡがΔＬと同程度以上の場合の連続光の位相変化
（図２（ａ））およびポート１１１より出射される被変
換光の光強度Ｐ（図２（ｂ））を示し、図２（ｃ）およ
び（ｄ）は、ＳＯＡ１０１、１０２の長さＬＳＯＡを後
述する条件に基づいて最適化した場合の連続光の位相変
化（図２（ｃ））およびポート１１１より出射される被
変換光の光強度Ｐ（図２（ｄ））を示している。
の波長変換回路の動作原理を説明するための図で、図２
（ａ）および（ｂ）は、ＳＯＡ１０１、１０２の長さＬ
ＳＯ ＡがΔＬと同程度以上の場合の連続光の位相変化
（図２（ａ））およびポート１１１より出射される被変
換光の光強度Ｐ（図２（ｂ））を示し、図２（ｃ）およ
び（ｄ）は、ＳＯＡ１０１、１０２の長さＬＳＯＡを後
述する条件に基づいて最適化した場合の連続光の位相変
化（図２（ｃ））およびポート１１１より出射される被
変換光の光強度Ｐ（図２（ｄ））を示している。
【００３７】図２（ａ）に示すように、ＳＯＡ１０１、
１０２の長さＬＳＯＡがΔＬと同程度以上の場合には、
右回りの光１０９の位相変化量は急激な立上がりを示す
のに対して、左回りの光１０８の位相変化量は、時間間
隔ｔｒに亘る緩やかな立上がりを示し、このような位相
状態の左回りの光１０８と右回りの光１０９とが干渉し
た結果としてポート１１１から出射される波長λｊの被
変換光の波形は、図２（ｂ）に示すように変形してしま
う。このため、高速動作が困難となるのみならず、被変
換光の強度低下によって消光比も低下し、更には、信号
光のクロストーク成分との強度比を充分大きく確保する
ことが困難となるためにフィルタ・フリー動作が困難と
なる。
１０２の長さＬＳＯＡがΔＬと同程度以上の場合には、
右回りの光１０９の位相変化量は急激な立上がりを示す
のに対して、左回りの光１０８の位相変化量は、時間間
隔ｔｒに亘る緩やかな立上がりを示し、このような位相
状態の左回りの光１０８と右回りの光１０９とが干渉し
た結果としてポート１１１から出射される波長λｊの被
変換光の波形は、図２（ｂ）に示すように変形してしま
う。このため、高速動作が困難となるのみならず、被変
換光の強度低下によって消光比も低下し、更には、信号
光のクロストーク成分との強度比を充分大きく確保する
ことが困難となるためにフィルタ・フリー動作が困難と
なる。
【００３８】すなわち、高速かつ高消光比のフィルタ・
フリーの波長変換動作を実現するためにはＳＯＡ長Ｌ
ＳＯＡを最適化する必要があり、Δτよりもｔｒが小さ
くなるように設計することが重要である。
フリーの波長変換動作を実現するためにはＳＯＡ長Ｌ
ＳＯＡを最適化する必要があり、Δτよりもｔｒが小さ
くなるように設計することが重要である。
【００３９】具体的には、
ＬＳＯＡ＝（ｃ／ｎｅｑ）・ｔｒ／２＜（ｃ／ｎｅｑ）
・Δτ／２＝（ｃ／ｎｅｑ）・ΔＬ／（ｃ／ｎｅｑ０） すなわち、 ＬＳＯＡ＜（ｎｅｑ０／ｎｅｑ）・ΔＬ／２ なる条件を満足するようにＬＳＯＡを設定することが必
要である。
・Δτ／２＝（ｃ／ｎｅｑ）・ΔＬ／（ｃ／ｎｅｑ０） すなわち、 ＬＳＯＡ＜（ｎｅｑ０／ｎｅｑ）・ΔＬ／２ なる条件を満足するようにＬＳＯＡを設定することが必
要である。
【００４０】ＳＯＡ長ＬＳＯＡを上述の条件の基で最適
化した場合には、図２（ｃ）に示すように、左回りの光
１０８の位相変化量の立上がり時間間隔ｔｒが狭くなる
結果、左回りの光１０８と右回りの光１０９の位相変化
量は、共に急峻な立上がりを示すようになり、その結
果、ポート１１１に出射される被変換強度波形も、図２
（ｄ）に示すように変形のない、かつ、光強度の強い波
形が得られるようになり、これにより高速動作が実現可
能となる。
化した場合には、図２（ｃ）に示すように、左回りの光
１０８の位相変化量の立上がり時間間隔ｔｒが狭くなる
結果、左回りの光１０８と右回りの光１０９の位相変化
量は、共に急峻な立上がりを示すようになり、その結
果、ポート１１１に出射される被変換強度波形も、図２
（ｄ）に示すように変形のない、かつ、光強度の強い波
形が得られるようになり、これにより高速動作が実現可
能となる。
【００４１】本実施例では、第１の入力光の光強度に応
じて屈折率が変化する媒質によりＳＯＡを構成すること
としたが、ＳＯＡの構造は任意であり、例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ等の材質を用いて活性層を形成することと
してもよい。
じて屈折率が変化する媒質によりＳＯＡを構成すること
としたが、ＳＯＡの構造は任意であり、例えば、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ等の材質を用いて活性層を形成することと
してもよい。
【００４２】また、活性層構造に関しても、バルク構
造、ＭＱＷ構造、量子細線構造、量子ドット構造等のい
ずれの構造であってもよく、導波路構造に関しても、ｐ
ｎ埋め込み構造、リッジ構造、半絶縁埋め込み構造、ハ
イメサ構造等のいずれの構造を採用した場合でも同様な
効果が期待できる。
造、ＭＱＷ構造、量子細線構造、量子ドット構造等のい
ずれの構造であってもよく、導波路構造に関しても、ｐ
ｎ埋め込み構造、リッジ構造、半絶縁埋め込み構造、ハ
イメサ構造等のいずれの構造を採用した場合でも同様な
効果が期待できる。
【００４３】また、上述した実施例では、カプラとして
ＭＭＩカプラを用いているが、方向性結合器を用いるこ
ととしてもよい。
ＭＭＩカプラを用いているが、方向性結合器を用いるこ
ととしてもよい。
【００４４】更に、導波する連続光の位相を変化させる
素子はＳＯＡに限定されるものではなく、光強度に応じ
て屈折率を変化させ得る素子であれば、位相変調器や強
度変調器等の適用も可能である。
素子はＳＯＡに限定されるものではなく、光強度に応じ
て屈折率を変化させ得る素子であれば、位相変調器や強
度変調器等の適用も可能である。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光制御素
子には、フィルタ付き位相変調器を備えることとし、か
つ、フィルタ付き位相変調器に備えるＳＯＡの長さを最
適化することとしたので、入力信号光と被波長変換光と
を分離するために、出力側のポートに波長フィルタを設
置する必要がなく、入力信号光の波長λｉと被波長変換
光の波長λｊとが同一の場合でも波長変換が可能な光制
御素子を提供することが可能となる。
子には、フィルタ付き位相変調器を備えることとし、か
つ、フィルタ付き位相変調器に備えるＳＯＡの長さを最
適化することとしたので、入力信号光と被波長変換光と
を分離するために、出力側のポートに波長フィルタを設
置する必要がなく、入力信号光の波長λｉと被波長変換
光の波長λｊとが同一の場合でも波長変換が可能な光制
御素子を提供することが可能となる。
【００４６】また、Δτよりもｔｒが小さくなるように
ＳＯＡ長ＬＳＯＡを最適化したので、高速かつ高消光比
のフィルタ・フリーの波長変換動作が可能な光制御素子
を提供することが可能となる。
ＳＯＡ長ＬＳＯＡを最適化したので、高速かつ高消光比
のフィルタ・フリーの波長変換動作が可能な光制御素子
を提供することが可能となる。
【図１】本発明の光制御素子に採用されている波長変換
回路の構成を説明するための図である。
回路の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の光制御素子に採用されている波長変換
回路の動作原理を説明するための図で、（ａ）および
（ｂ）は、ＳＯＡ長ＬＳＯＡがΔＬと同程度以上の場合
の連続光の位相変化およびポートより出射される被変換
光の光強度を説明するための図であり、（ｃ）および
（ｄ）は、ＳＯＡ長さＬＳＯＡを最適化した場合の連続
光の位相変化およびポートより出射される被変換光の光
強度を説明するための図である。
回路の動作原理を説明するための図で、（ａ）および
（ｂ）は、ＳＯＡ長ＬＳＯＡがΔＬと同程度以上の場合
の連続光の位相変化およびポートより出射される被変換
光の光強度を説明するための図であり、（ｃ）および
（ｄ）は、ＳＯＡ長さＬＳＯＡを最適化した場合の連続
光の位相変化およびポートより出射される被変換光の光
強度を説明するための図である。
【図３】従来の光制御素子に採用されている波長変換回
路の構成を説明するための図である。
路の構成を説明するための図である。
【図４】従来の光制御素子に採用されている波長変換回
路の動作原理を説明するための図で、（ａ）は、ループ
型干渉回路中を導波してＭＭＩカプラに入射する波長λ
ｊの連続光の位相変化の様子を説明するための図であ
り、（ｂ）は、ポートから出射される波長λｊの連続光
の光強度変化の様子を説明するための図である。
路の動作原理を説明するための図で、（ａ）は、ループ
型干渉回路中を導波してＭＭＩカプラに入射する波長λ
ｊの連続光の位相変化の様子を説明するための図であ
り、（ｂ）は、ポートから出射される波長λｊの連続光
の光強度変化の様子を説明するための図である。
１０１、１０２ ＳＯＡ
１０３、１０４、１０５ ＭＭＩカプラ
１０６ 信号光
１０７ ＣＷ光
１０８ 左回りの光
１０９ 右回りの光
１１０ 出力光
１１１、１１２、１１４、１１７ ポート
１１３ ループ型干渉回路
１１５ フィルタ付き位相変調器
３０１ ＳＯＡ
３０２、３０３ ＭＭＩカプラ
３０４ 信号光
３０５ ＣＷ光
３０６ 左回りの光
３０７ 右回りの光
３０８ 出力光
３０９ ループ型干渉回路
３１０、３１１ ポート
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｂ 10/152
Ｈ０４Ｊ 14/00
14/02
(72)発明者 界 義久
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 須崎 泰正
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 岡田 顕
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 野口 一人
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 佐藤 里江子
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 BA02 DA11 EA30
GA10 HA16
5K002 AA02 AA06 BA02 BA04 DA02
FA01
Claims (3)
- 【請求項１】 任意波長の第１の入力光の強度に応じて
該第１の入力光の波長と同一または異なる波長の第２の
入力光を変調する光制御素子であって、 前記第２の入力光を２つに分岐させる第１の光分岐手段
と、 該第１の光分岐手段によって分岐された第２の入力光の
一方を遅延させる遅延手段と、 前記第１の入力光と、前記遅延手段によって遅延を受け
た第２の入力光のそれぞれを２つの入力ポートに分岐さ
せる第２の光分岐手段と、 前記２つの入力ポートのそれぞれに接続された２つの位
相変調手段と、 該２つの位相変調手段から出力される第１の入力光を合
波して一方の出力ポートに導くとともに、前記２つの位
相変調手段から出力される第２の入力光を合波して他方
の出力ポートに導く第１の合波手段と、 該第１の合波手段から出力された第２の入力光と、前記
第１の光分岐手段により分岐された第２の入力光の他方
とを合波する第２の合波手段とからなり、 前記位相変調手段は、第１の入力光の光強度に応じて屈
折率が変化する媒質を備え、 該媒質中を光が伝播するに要する時間が、前記第２の入
力光の遅延時間の半分よりも短くなるように前記媒質の
長さを設定したことを特徴とする光制御素子。 - 【請求項２】 前記位相変調手段は半導体増幅器である
ことを特徴とする請求項１に記載の光制御素子。 - 【請求項３】 前記第２の分岐手段と前記位相変調手段
と前記第１の合波手段とから構成される光回路は、対称
型マッハツェンダ光回路であることを特徴とする請求項
１又は２に記載の光制御素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001311998A JP2003121893A (ja) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | 光制御素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001311998A JP2003121893A (ja) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | 光制御素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121893A true JP2003121893A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=19130720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001311998A Pending JP2003121893A (ja) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | 光制御素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003121893A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6950233B1 (en) * | 2001-03-09 | 2005-09-27 | Finisar Corporation | System and method for wavelength conversion using a VLSOA |
-
2001
- 2001-10-09 JP JP2001311998A patent/JP2003121893A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6950233B1 (en) * | 2001-03-09 | 2005-09-27 | Finisar Corporation | System and method for wavelength conversion using a VLSOA |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040123 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050816 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060224 |