JP2004093583A - 波長変換回路及び波長変換方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】任意の波長の変調光を変換し、任意の波長の変調光を出力するとともに、入力変調光、励起光、変換光の波長が接近している場合でも有効に分離でき、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されずに、変換前の波長から変換後の波長への切り換えを行うことが可能な波長変換回路及び波長変換方法を提供することにある。
【解決手段】光非線形媒質における入力された変調光と、第１の励起光との和周波発生、その和周波と第２の励起光との差周波発生によって得られる所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出す。
【選択図】 図３
【解決手段】光非線形媒質における入力された変調光と、第１の励起光との和周波発生、その和周波と第２の励起光との差周波発生によって得られる所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出す。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重（ＷＤＭ）技術を基盤とする光ネットワークにおける光ノード等に用いられる波長変換回路及び波長変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
任意の波長の変調光を所望の波長の変調光に変換する従来の光波長変換方法には、大きく分けて次の４つがある。
【０００３】
Ｏ／Ｅ／Ｏ型は、一旦、任意の波長の変調光を電気信号に変換し、電気信号により所望の波長を有する光に光変調する方法である。Ｏ／Ｅ／Ｏ型では、デジタル電子回路により識別再生効果を付加できる反面、デュオバイナリー変調符号、キャリア抑圧ＲＺ符号、光周波数シフト符号、光位相シフト符号など光の位相を制御する変調方式などでは変復調回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００４】
ＸＧＭ及びＸＰＭ型は、半導体の利得（損失）や屈折率が光強度に依存する材料に、所望の波長を有する連続光と強度変調された任意の波長の光を入射させ、相互利得変調（ＸＧＭ）効果や相互位相変調（ＸＰＭ）効果により波長変換する方法である。しかし、ＸＧＭ及びＸＰＭ型もＯ／Ｅ／Ｏ型と同様に、光周波数シフト符号、光位相シフト符号など光の位相を信号変調する変復調方式によっては適用が不可能である。
【０００５】
波長シフト型は、任意の波長の変調光を所望の波長との波長差に相当する周波数で駆動された音響光学材料や電気光学材料に入射させ、それぞれ音響光学効果や電気光学効果により波長変換を行う方法である。波長シフト型は、入力する変調光の変調方式に依存せず、光位相も含め同一の変調符号を有する変換光が得られるが、現状の光周波数シフトデバイスの波長シフト量が高々１ｎｍと小さいという欠点があり、数十ｎｍ以上の波長シフト量という要請には応えられていない。
【０００６】
光パラメトリック型は、励起光と任意の波長の変調光を光非線形材料に入射させ、２次または３次の光非線形効果を用いて入射された変調光の波長を変換する方法である。パラメトリック型は、入力される変調光の変調方式に依存せず、光位相も含め同一の変調符号を有する変調光が簡易に得られるという利点がある。ところが、パラメトリック波長変換では変換後の波長が光非線形材料の特性パラメータによって制限をうけるという問題がある。
【０００７】
以下、従来のパラメトリック型波長変換について詳しく説明する。
【０００８】
従来の構成では、光非線形材料パラメータで決定され零分散光周波数に相当する波長に励起光を一致させる必要があった。このことを波長分散性を有する３次の光非線形材料（例えば光ファイバ）の場合を例にとって図２を用いて説明する。
【０００９】
励起光の光周波数をｆｐ、変調光の光周波数をｆｓとする。この励起光と変調光を光非線形材料に入力すると、縮退四光波混合効果により、光周波数
【００１０】
【数１】
【００１１】
の新たな光（四光波混合光）が発生する。このとき、四光波混合光のパワーＰＦは、励起光のパワーＰＰの２乗と、入力された変調光のパワーＰＳ、位相整合係数ηとの積に比例し、
【００１２】
【数２】
【００１３】
と表される。したがって、最大の四光波混合光のパワーＰＦを得るには、最大の位相整合係数ηを必要とする。
【００１４】
位相整合係数ηは、媒質による光損失を無視できるとき、
【００１５】
【数３】
【００１６】
と表される。Ｌは媒質の長さ、Δβは位相不整合量で、光周波数ｆでの伝搬定数をβ（ｆ）とすると、
【００１７】
【数４】
【００１８】
である。したがって、位相整合係数ηを最大にするには位相不整合量Δβを０に近づければよい。分散性光非線形媒質の伝搬定数の波長依存性をその３次微分（分散スロープ）まで近似すると位相不整合量は次式となる。
【００１９】
【数５】
【００２０】
ここで、ｆ０は零分散波長に相当する光周波数である。上式により従来、位相不整合量を０にするために、励起光（光周波数ｆｐ）波長を媒質の零分散波長（光周波数ｆ０）に設定することにより、任意の波長の入力された変調光をほぼ同一の変換効率で波長変換することが検討されてきた。
【００２１】
以上の従来の考え方は、２次の光非線形材料、例えば、ニオブ酸リチウム等の強誘電性結晶やそれらの結晶の光学軸を周期的に反転させることで長いデバイス長にわたって２次光非線形効果の位相整合条件を擬似的に満足させた疑似位相整合光導波路材料などについても適用されてきた。この場合、上記の分散性光非線形材料における零分散光周波数ｆ０を、第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数と読み替える。すなわち、励起光を最適光周波数に設定し、最適光周波数を対称軸にして、入力された任意の波長の変調光と反対側の光周波数の変換光を得ることが検討されてきた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長変換が適用される光伝送装置では、ネットワーク制御網から与えられる制御信号により変換して得られる波長をダイナミックに変更することが必要であるにもかかわらず、上記の構成では、変換後の波長は式（１）により規定され、また、励起光の周波数は３次の光非線形媒質の場合にはその零分散光周波数に、２次の光非線形媒質の場合には最高発生効率が得られる光周波数に設定する必要があるため、入力される変調光の光周波数と使用する光非線形媒質とが決定されると、入力される変調光の光周波数に対して変換後の光周波数が一意に決定されてしまい、１つの光非線形媒質を用いるだけでは、制御光により、入力された変調光の変換後の波長を切り替えることができなかった。よって、変換後の波長を任意とする波長変換を行うには、特性の異なる光非線形媒質を多数準備し、変換後の波長に応じて光スイッチなどを用いて、利用する光非線形媒質を切り替える構成の他はなかった。この場合、光損失、応答速度など技術的制約の他、装置規模が大きくなったり、コストがかかるなどの問題がある。
【００２３】
また、従来の光パラメトリック波長変換では、発生した変換先波長の信号光を光波長可変フィルタにより入力信号光と励起光から分離する必要がある。したがって、入力光、励起光、変換光の波長が接近している場合、有効に分離できないという問題があった。さらに、変換前の波長から変換後の波長への切り換え速度は、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されるという問題もある。
【００２４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、単一の光非線形媒質を用いて簡易な構成で、任意の波長の変調光を変換し、任意の波長の変調光を出力するとともに、入力変調変調光、励起光、変換光の波長が接近している場合でも有効に分離でき、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されない変換前の波長から変換後の波長への切り換えを行うことが可能な波長変換回路及び波長変換方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明では前記目的を達成するため、請求項１では、入力された中心光周波数ｆｓの変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の中心周波数ｆｄの変調光に変換して出力する波長変換回路において、２次の光非線形効果を有し、最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する光周波数がｆ０である２次光非線形媒質と、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの関係を満足する光周波数ｆｐの第１の励起光を発生する第１の励起光発生部と、ｆｃ＝２ｆｏ−ｆｄの関係を満足する任意の光周波数ｆｃの第２の励起光を発生する第２の励起光発生部とを有し、入力された変調光と第１の励起光と第２の励起光とを合波させて光非線形媒質に入力し、該光非線形媒質よりその光非線形効果によって出力される光から所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出すことを特徴とする波長変換回路。
【００２６】
請求項２では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを合成する第１の合波手段と、２次の光非線形効果を有し、前記第１の合波手段からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を発生させる第１の２次光非線形媒質と、前記第１の２次光非線形媒質からの出力光を、透過信号光と前記和周波光に分離する光周波数分離手段と、前記光周波数分離手段から出力された和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光を合成する第２の合波手段と、２次の光非線形効果を有し、前記第２の合波手段からの出力光が入力される第２の２次光非線形媒質とを有することを特徴とする波長変換回路をもって解決手段とする。
【００２７】
請求項３では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光を合成する合波手段と、前記合波手段からの出力光を第１ポートに入力し第２ポートから出力する光サーキュレータと、２次の光非線形効果を有し、前記光サーキュレータの第２ポートからの出力光が入力される２次光非線形媒質と、前記２次光非線形媒質からの出力光と、前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とが入力され、前記２次光非線形媒質からの出力光のうち入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とを合波して前記２次光非線形媒質に戻す光合分波手段とを有し、前記サーキュレータの第３ポートから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換回路をもって解決手段とする。
【００２８】
請求項４では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、入力された変調光を直交する２つの直線偏波に分離し、それぞれ第１ポート、第２ポートに出力する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの第２ポートからの出力光の偏波を９０度回転させる偏光回転子と、前記偏光ビームスプリッタの第１ポートからの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質の一端に入射し、前記偏光回転子からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質の一端に入射する第１の光合分波手段と、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第２の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第１の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、前記第２の励起光発生部からの第２の励起光を前記第１の２次光非線形媒質の他端及び第２の２次光非線形媒質の他端に入射する第２の光合分波手段とを有し、前記偏光ビームスプリッタから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換回路をもって解決手段とする。
【００２９】
請求項５では、前記２次光非線形媒質が最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する周波数ｆ０、入力変調光の周波数ｆｓ、出力変調光の所望の周波数ｆｄを、前記第１の励起光発生部から発せられる第１の励起光の周波数ｆｐが、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たし、前記第２の励起光発生部から発せられる第２の励起光の周波数ｆｃが、ｆｃ＝２ｆ０−ｆｄを満たす値としたことを特徴とする請求項２乃至４何れか１項記載の波長変換回路をもって解決手段とする。
【００３０】
請求項６では、前記２次光非線形媒質は、入力される変調光の周波数及び変換先の周波数が含まれる連続した変調光周波数帯域の片端付近に、最も効率よく第２次高調波を出力する光周波数ｆ０を有し、前記第１及び第２の励起光発生部は、前記変調光周波数帯域と周波数スペクトル上のｆ０と反対側の励起光周波数帯域にその出力光周波数を有し、ｆ０付近に透過周波数帯域のエッジを有する固定帯域フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の波長変換回路をもって解決手段とする。
【００３１】
請求項７では、前記２次光非線形媒質は、周期的に光軸を反転させた疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路及びタンタル酸リチウム結晶導波路であることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の波長変換回路をもって解決手段とする。
【００３２】
請求項８では、入力された中心光周波数ｆｓの変調光を光非線形媒質に入力させ、同一の変調情報を保持させたまま所望の中心周波数ｆｄの変調光に変換して出力する波長変換方法において、入力された中心光周波数ｆｓの変調光と、該変調光の中心光周波数ｆｓと光非線形媒質の零分散波長に相当する光周波数ｆ０とがｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの関係を満足する光周波数ｆｐの第１の励起光と、出力する変調光の中心光周波数ｆｄの所望値に応じてｆｃ＝２ｆ０−ｆｄの関係を満足するように制御した光周波数ｆｃの第２の励起光とを合波し、該合波光を、２次の光非線形効果を有し最も効率よく第２次高調波光を出力する波長に相当する光周波数がｆ０である２次光非線形媒質に入力し、該２次光非線形媒質よりその光非線形効果によって出力される光から所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出すことを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３３】
請求項９では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光と、入力された変調光とを第１の合波手段にて合波し、その合波を、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質に通して、前記第１の合波手段からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を発生させ、前記第１の２次光非線形媒質からの出力光を、光周波数分離手段によって透過信号光と前記和周波光とに分離し、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光と、前記光周波数分離手段から出力された和周波光とを第２の合波手段にて合波し、前記第２の合波手段からの出力光を、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質に通すことを特徴とする波長変換回方法をもって解決手段とする。
【００３４】
請求項１０では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光と、入力された変調光とを合波手段にて合波し、前記合波手段からの出力光を、光サーキュレータの第１ポートに入力し第２ポートから出力し、前記光サーキュレータの第２ポートからの出力光を、２次の光非線形効果を有する２次光非線形媒質に入力し、前記２次光非線形媒質からの出力光と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光とを光合分波手段に入力し、前記２次光非線形媒質からの出力光のうち、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とを合波して前記２次光非線形媒質に戻し、前記サーキュレータの第３ポートから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３５】
請求項１１では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、第１の光合分波手段に変調光を入力し、入力された変調光を、偏光ビームスプリッタにおいて、直交する２つの直線偏波に分離してそれぞれ第１ポート、第２ポートに出力し、前記偏光ビームスプリッタの第２ポートからの出力光の偏波を、偏光回転子によって９０度回転させ、前記偏光ビームスプリッタの第１ポートからの出力光と、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質の一端に入射し、前記偏光回転子からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質の一端に入射し、第２の光合分波手段によって、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第２の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第１の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光を前記第１の２次光非線形媒質の他端及び第２の２次光非線形媒質の他端に入射し、前記偏光ビームスプリッタから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３６】
請求項１２では、入力された変調光を直交する２つの偏波に分離し、それぞれの信号光に対して請求項８乃至請求項１０何れか１項記載の波長変換方法により変換光を発生させそれらを再び合波することを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３７】
請求項１３では、前記２次光非線形媒質が最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する周波数ｆ０、入力変調光の周波数ｆｓ、出力変調光の所望の周波数ｆｄを、前記第１の励起光発生部から発せられる第１の励起光の周波数ｆｐが、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たし、前記第２の励起光発生部から発せられる第２の励起光の周波数ｆｃが、ｆｃ＝２ｆ０−ｆｄを満たす値にしたことを特徴とする請求項９乃至１２何れか１項記載の波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３８】
請求項１４では、前記２次光非線形媒質において、最も効率よく第２次高調波を出力する光周波数ｆ０を、入力される変調光の周波数及び変換先の周波数が含まれる連続した変調光周波数帯域の片端付近に設定し、前記第１及び第２の励起光発生部の出力光周波数を、前記変調光周波数帯域と周波数スペクトル上のｆ０と反対側の励起光周波数帯域に設定し、前記固定帯域フィルタが、ｆ０付近に透過周波数帯域のエッジを有することを特徴とする請求項８乃至１３何れか１項記載の波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３９】
請求項１５では、前記２次光非線形媒質は、周期的に光軸を反転させた疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路及びタンタル酸リチウム結晶導波路であることを特徴とする請求項８乃至１４何れか１項記載の波長変換方法をもって解決手段とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００４１】
図１は本発明の光周波数配置図である。本発明では、光非線形媒質として、２次の光非線形材料、例えば、ニオブ酸リチウム等の強誘電性結晶やそれらの結晶の光学軸を周期的に反転させることで長いデバイス長にわたって２次非線形効果の位相整合条件を擬似的に満足させた疑似位相整合光導波路材料を使用する。
【００４２】
本発明では、波長変換回路に入力される変調光と、波長の異なる２つの励起光との３波長の光を合波させる。このとき、光非線形効果により新たに生じる光のうち、光周波数が、
【００４３】
【数６】
【００４４】
の新しく発生した光に着目する。ここでは、第１の励起光の光周波数をｆｐ、第２の励起光の光周波数をｆｃとしている。第２の励起光を以後、制御光と呼ぶこととする。第２の励起光を制御光と呼ぶ理由は、この制御光を制御することにより、入力された変調光を変換して任意の波長の変調光を出力することができるからである。
【００４５】
２次の光非線形媒質、特に疑似位相整合（ニオブ酸リチウム等）媒質を用いた光周波数ｆｄの光の発生の場合の位相不整合量は、
【００４６】
【数７】
【００４７】
となる。Λは疑似位相整合の分極反転周期であり、β（２ｆ０）−２β（ｆ０）＝２π／Λを満たす。第１の励起光の光周波数ｆｐは、図１に示すとおり、第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数ｆ０を対称軸に入力される変調光（光周波数ｆｓ）の反対側に選択する。すなわち、
【００４８】
【数８】
【００４９】
である。従って、β（ｆｓ＋ｆｐ）−２β（ｆ０）＝β（２ｆ０）−２β（ｆ０）＝２π／Λとなり、式（７）の第２項目以降が０となる。また、
【００５０】
【数９】
【００５１】
の関係を満足するため、式（７）の第１項目の中括弧の中が０となり、励起光の光周波数ｆｐと光非線形媒質の第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数ｆ０が一致しなくとも、ｆｐとｆ０は、任意の光周波数の制御光に対して位相整合条件を満足する。したがって、制御光の光周波数ｆｃは、式（６）を変形し式（８）を代入して、
【００５２】
【数１０】
【００５３】
となる。式（１０）が示すように、第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数ｆ０を対称軸に、変換後の所望の光周波数ｆｄの反対側に制御光の光周波数ｆｃを調整することにより、変換後の任意の光周波数に対して同一でかつ高い変換効率を実現することができる。（８）式と（１０）式の和をとると、
【００５４】
【数１１】
【００５５】
を得、第１の励起光の光周波数ｆｐと入力される変調光の光周波数ｆｓを一定にして光非線形媒質に入射する場合、式（１１）内のｆｐ＋ｆｓは一定なので、出力される変調光の光周波数ｆｄは制御光の光周波数ｆｃに比例して変化することがわかる。したがって、制御光の光周波数ｆｃを制御することで、出力される変調光の光周波数ｆｄを決定できる。つまり、出力される変調光の波長を任意に決定することができる。
【００５６】
すなわち、励起光を最適光周波数を対称軸にして入力される変調光と反対側の光周波数に設定し、制御光を最適光周波数を対称軸にして変換後の所望の光周波数と反対側の光周波数に設定することにより、入力される任意の光周波数の変調光に対して同一で高い波長変換効率が得られる。
【００５７】
図３は、本発明における波長変換回路の第１の実形態を示すもので、変調光入力部１と、第１の励起光発生部２と、第２の励起光（制御光）発生部３と、合波手段４と、２次光非線形媒質５と、光帯域透過フィルタ６とを具備している。 変調光入力部１から入力した光ネットワーク上の変調光は、励起光及び制御光とともに合波手段４により合波されて２次光非線形媒質５に入射される。励起光及び制御光の光周波数ｆｐ、ｆｃは、入力される変調光の光周波数ｆｓ、光非線形媒質の特性できまる光周波数ｆ０及び、変換後の所望の光周波数ｆｄから、それぞれ式（８）と式（１０）により定める。２次光非線形媒質５から出力される変調光から、光周波数ｆｄを有する所望の変調光のみを光帯域透過フィルタ６を用いて取り出す。合波手段４は、誘電体多層膜等を用いればよい。光帯域透過フィルタ６は、誘電体多層膜フィルタ、音響光学フィルタ、アレイ回折格子フィルタ等を用いることができる。
【００５８】
２次光非線形媒質５として２次の光学非線形性を有する材料、例えば、分極反転を利用した疑似位相整合導波路を形成したニオブ酸リチウム結晶（ＰＰＬＮ）やタンタル酸リチウム結晶を利用すれば、高い変換効率が得られる。導波路５ｃｍで２次の光非線形効果のカスケード効果により、光ファイバの場合と同様な励起光及び制御光パワーで変換効率−１０ｄＢ以上が得られる。波長配置は式（８）及び式（１０）におけるｆ０をＰＰＬＮにおける１．５ミクロン帯の基本光とする第２次高調波発生が最も効率よく生じる波長とする。このｆ０は、分極反転の周期を調整することにより変化させておくことが可能であり、１．５ミクロン帯にするためには、反転のピッチをおよそ１９μｍと調整すればよい。
【００５９】
図４は、本発明における波長変換回路の第２の実施形態を示すもので、変調光入力部４１と、第１の励起光発生部４２と、第１の合波手段４３と、第１の２次光非線形媒質４４と、光周波数分離手段４５と、第２の励起光発生部４６と、第２の合波手段４７と、第２の２次光非線形媒質４８とを具備している。
【００６０】
変調光入力部４１から入力した光ネットワーク上の変調光（光周波数ｆｓ）は、第１の励起光発生部４２から発せられる第１の励起光（光周波数ｆｐ）とともに第１の合波手段４３にて合波され、その合波は第１の２次光非線形媒質４４（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）に入力される。第１の２次光非線形媒質４４は、２次の光非線形効果を有し、第１の合波手段からの出力光に含まれる第１の励起光と入力する変調光との和周波光を発生させる。第１の２次光非線形媒質４４からの出力光を、光周波数分離手段４５において透過信号光と和周波光に分離し、第２の合波手段に入力する。それと同時に、第２の励起光発生部４６は第２の励起光（光周波数ｆｃ）を発し、第２の合波手段４７にて光周波数分離手段４５から出力された和周波光と合波する。その合波光は、第２の２次光非線形媒質（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）に入力され、光周波数ｆｄを有する所望の変調光を出力する。
【００６１】
図５は、本発明における波長変換回路の第３の実施形態を示すもので、変調光入力部５１と、第１の励起光発生部５２と、合波手段５３と、光サーキュレータ５４と、２次光非線形媒質５５と、第２の励起光発生部５６と、光合分波手段５７を具備している。
【００６２】
変調光入力部５１から入力された光ネットワーク上の変調光（光周波数ｆｓ）は、第１の励起光発生部５２から発せられる第１の励起光（光周波数ｆｐ）とともに合波手段５３にて合波され、その合波光は光サーキュレータ５４の第１ポートに入力され、第２ポートから出力される。その出力光は、続いて２次の光非線形効果を有する２次光非線形媒質５５（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）に入力され、２次光非線形媒質５５からの出力光と、第２の励起光発生部５６からの第２の励起光（光周波数ｆｃ）とを光合分波手段５７に入力し、２次光非線形媒質５５からの出力光のうち、入力された変調光と前記第１の励起光発生部５２からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と第２の励起光とを合波して２次光非線形媒質５５に戻し、光サーキュレータ５４の第３ポートから所望の周波数ｆｄの変調光を出力する。
【００６３】
図６は、本発明における波長変換回路の第４の実施形態を示すもので、変調光入力部６１と、第１の励起光発生部６２と、ＰＢＳ６４（偏光ビームスプリッタ）と偏光回転子６５とを含む第１の光合分波手段６３と、第１の２次光非線形媒質６６と、第２の２次光非線形媒質６７と、第２の光合分波手段６８と、第２の励起光発生部６９とを具備する。
【００６４】
変調光入力部６１から第１の光合分波手段６３に入力された光ネットワーク上の変調光（光周波数ｆｓ）は、ＰＢＳ６４によって直交する２つの直線偏光に分離され、それぞれ第１ポート、第２ポートから出力される。第１ポートからの出力光は、第１の励起光発生部６２からの第１の励起光（光周波数ｆｐ）とともに、第１の２次光非線形媒質６６（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）の一端に入射される。一方、第２ポートからの出力光は、第１の励起光発生部６２からの第１の励起光とともに、第１の２次光非線形媒質６６の一端に入射される。続いて、それぞれの他端から出力された出力光は、第２の光合分波手段６８に入射される。第２の光合分波手段６８は、第１の２次光非線形媒質６６の他端からの出力光のうち和周波光を第２の２次光非線形媒質６７（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）の他端に入射させるとともに、第２の２次光非線形媒質６７の他端からの出力光のうち和周波光を第１の２次光非線形媒質６６の他端に入射させる。さらに、第２の光合分波手段６８は、第１の２次光非線形媒質６６の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質６７の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、第２の励起光発生部６９（光周波数ｆｃ）からの第２の励起光を第１の２次光非線形媒質６６の他端及び第２の２次光非線形媒質６７の他端に入射する。波長変換後の変調光（光周波数ｆｄ）はＰＢＳ６４から出力される。
【００６５】
最後に第３の実施形態の具体的な装置構成を示した図７、和周波発生過程を示すスペクトル図である図８、及び差周波発生過程を示すスペクトル図である図９を参照しながら、第３の実施形態について詳述する。
【００６６】
ここでは、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍ（Ｃバンド）の帯域に波長を有する入力変調光を想定し、Ｃバンド内にある変換される前の光周波数ｆｓの変調光を、同じくＣバンド内の任意の光周波数ｆｄの変調光に変換することを考える。図７の装置構成では、Ｃバンド内の変調光を和周波発生により７８５ｎｍ領域に変換し、さらに差周波発生によりＣバンド内に変換することで、Ｃバンド内における任意の波長への変換が実現される。
【００６７】
波長１５７０ｎｍの光に対するＳＨＧ（第２次高調波）発生においては、位相不整合量Δｋ０＝ｋ（２ｆ０）−２ｋ（ｆ０）が存在し、そのためにバルクの２次光非線形媒質では高効率にＳＨＧが実現されない。したがって、２次光非線形媒質として１５７０ｎｍの励起光に対して第２次高調波が効率的に発生するように、疑似位相整合のための周期極性反転が施され、第２次高調波発生のための最適光周波数がｆ０であるニオブ酸リチウム７８（ＰＰＬＮ）を用いる。この疑似位相整合により、擬似的に位相整合条件を満たすために高効率なＳＨＧが可能となる。疑似位相整合のための極性反転周期は十数μｍ、材料長は５ｃｍ程度であり、十分に実現可能なものである。さらに、そのＰＰＬＮ７８の出力端には７８５ｎｍを中心に数ｎｍ程度の反射波長帯域幅を有する誘電体多層膜ミラー（ＤＭＲ）が蒸着されている。
【００６８】
第１の励起光発生部７１、第２の励起光発生部８１としては、１５７５ｎｍから１６１０ｎｍの帯域で発振波長を可変とする半導体波長可変レーザを利用する。第１の励起光発生部７１から発せられた第１の励起光（光周波数ｆｐ）は、ＷＤＭカプラによって入力変調光（光周波数ｆｓ）と合波手段７０にて合波された後に、増幅領域が長波長側にシフトされたＥｒ添加ファイバ増幅器７３（ＧＳ−ＥＤＦＡ）によって増幅され、ＰＰＬＮ７８のＤＭＲ蒸着端の反対側より入射される。
【００６９】
上述のＰＰＬＮ７８では、入力変調光の光周波数ｆｓと周波数軸上でｆ０に関して対称な周波数ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満足する励起光と、変調光の高効率な和周波発生が期待できる。
【００７０】
和周波発生における光パワー変換効率は、近似的に［ｓｉｎ｛（Δｋ−Δｋ０）Ｌ｝／（Δｋ−Δｋ０）］２に比例すると考えることができる。ここで、Δｋは位相不整合量、ＬはＰＰＬＮ７８の長さである。周波数ｆｓの光と周波数ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たす光の和周波発生における位相不整合量は次式のように、一次近似の基ではΔｋ０に一致する。すなわち、
【００７１】
【数１２】
【００７２】
従って、［ｓｉｎ｛（Δｋ−Δｋ０）Ｌ｝／（Δｋ−Δｋ０）］２＝１となり、周波数がｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの第１の励起光と、変換する前の周波数ｆｓの変調光の高効率な和周波発生が期待されることが分かる。和周波発生により周波数ｆｓの変調光は、周波数ｆｓ＋２ｆ０−ｆｓ＝２ｆ０の信号光に高効率に変換される。この様子を図８示す。発生した周波数２ｆ０の和周波光はＰＰＬＮ７８の他端のＤＭＲによって反射され、ＰＰＬＮ７８を逆に伝播する。このとき、入力変調光及び第１の励起光はＤＭＲを透過するため、ＰＰＬＮ７８には入射されない。ＰＰＬＮ７８の他端から入射された周波数ｆｐ＝２ｆ０−ｆｄの第２の励起光発生部８１から発せられた第２の励起光（光周波数ｆｃ）による差周波発生により、２ｆ０−（２ｆ０−ｆｄ）＝ｆｄの信号光が発生する。ここでも、和周波発生と同様に、疑似位相整合条件が満たされるため、高効率な差周波発生が期待される。ＰＰＬＮ７８の一端に接続された光サーキュレータ７４によりＰＰＬＮ復路光を往路光から分離することで波長変換光（光周波数ｆｄ）が得られる。そのスペクトルを図９に示す。
【００７３】
さらに、その反射帯域がＣバンドをカバーするように作成されたチャープファイバーグレーティング７６、７７（Ｃｈ−ＦＢＧ）を光サーキュレータ７３を通じて透過させることで、不必要な励起光を除去し波長変換光のみを抽出する。ＰＰＬＮ往路光には、Ｃバンド内の変換光とＣバンド外の第２の励起光のみであるから、Ｃバンドを反射帯域とする固定チャープＦＢＧでよい。Ｃｈ−ＦＢＧ７６、７７によって付加されるチャープが望ましくない場合には、再度Ｃｈ−ＦＢＧを逆端から挿入することでチャープ特性を相殺できる。以上により、Ｃバンド内の任意の波長の変調光をＣバンド内の任意の波長の光に変換できる。
【００７４】
なお、この波長変換回路の構成は、波長多重変調光を入力変調光とした場合には、波長多重変調光から任意の波長の変調光を抽出し、任意波長に変換して出力する機能を有する。それは、和周波発生は、第１の励起光と位相整合条件を満たす波長のみに対して発生するため、それ以外の変調光群はＰＰＬＮ７８を透過するからである。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２の励起光を制御することで出力される変調光の波長を任意に決定することができるので、単一の光非線形媒質を用いて簡易な構成で任意の波長の変調光を出力することができ、小さな装置規模で、経済的な波長変換回路及び波長変換方法を構成することができる。また、入力変調光、励起光、変換光の波長が接近している場合でも、これらを有効に分離することができる。さらに、変換前の波長から変換後の波長への切り換え速度は、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光周波数配置を示す図
【図２】従来の光変換装置における光周波数配置を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図６】本発明の第４の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図７】本発明の第３に実施形態に係る回路構成の具体例を示す図
【図８】本発明の一実施形態における和周波発生過程を示すスペクトル図
【図９】本発明の一実施形態における差周波発生過程を示すスペクトル図
【符号の説明】
１、４１、５１、６１、７０…変調光入力部、２、４２、５２、６２、７１…第１の励起光発生部、３、４８、５６、６９、８１…第２の励起光発生部、４、５３、７２…合波手段、５、５５…２次光非線形媒質、６…光帯域フィルタ、４３…第１の合波手段、４４、６６…第１の２次光非線形媒質、４５…光周波数分離手段、４７…第２の合波手段、４８、６７…第２の２次光非線形媒質、５４、７４、７５、７９…光サーキュレータ、５７…光合分波手段、６３…第１の光合分波手段、６４…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６５…偏光回転子、６８…第２の光合分波手段、７３、８０…ＧＳ−ＥＤＦＡ、７６、７７…チャープＦＢＧ、７８…ＰＰＬＮ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重（ＷＤＭ）技術を基盤とする光ネットワークにおける光ノード等に用いられる波長変換回路及び波長変換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
任意の波長の変調光を所望の波長の変調光に変換する従来の光波長変換方法には、大きく分けて次の４つがある。
【０００３】
Ｏ／Ｅ／Ｏ型は、一旦、任意の波長の変調光を電気信号に変換し、電気信号により所望の波長を有する光に光変調する方法である。Ｏ／Ｅ／Ｏ型では、デジタル電子回路により識別再生効果を付加できる反面、デュオバイナリー変調符号、キャリア抑圧ＲＺ符号、光周波数シフト符号、光位相シフト符号など光の位相を制御する変調方式などでは変復調回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００４】
ＸＧＭ及びＸＰＭ型は、半導体の利得（損失）や屈折率が光強度に依存する材料に、所望の波長を有する連続光と強度変調された任意の波長の光を入射させ、相互利得変調（ＸＧＭ）効果や相互位相変調（ＸＰＭ）効果により波長変換する方法である。しかし、ＸＧＭ及びＸＰＭ型もＯ／Ｅ／Ｏ型と同様に、光周波数シフト符号、光位相シフト符号など光の位相を信号変調する変復調方式によっては適用が不可能である。
【０００５】
波長シフト型は、任意の波長の変調光を所望の波長との波長差に相当する周波数で駆動された音響光学材料や電気光学材料に入射させ、それぞれ音響光学効果や電気光学効果により波長変換を行う方法である。波長シフト型は、入力する変調光の変調方式に依存せず、光位相も含め同一の変調符号を有する変換光が得られるが、現状の光周波数シフトデバイスの波長シフト量が高々１ｎｍと小さいという欠点があり、数十ｎｍ以上の波長シフト量という要請には応えられていない。
【０００６】
光パラメトリック型は、励起光と任意の波長の変調光を光非線形材料に入射させ、２次または３次の光非線形効果を用いて入射された変調光の波長を変換する方法である。パラメトリック型は、入力される変調光の変調方式に依存せず、光位相も含め同一の変調符号を有する変調光が簡易に得られるという利点がある。ところが、パラメトリック波長変換では変換後の波長が光非線形材料の特性パラメータによって制限をうけるという問題がある。
【０００７】
以下、従来のパラメトリック型波長変換について詳しく説明する。
【０００８】
従来の構成では、光非線形材料パラメータで決定され零分散光周波数に相当する波長に励起光を一致させる必要があった。このことを波長分散性を有する３次の光非線形材料（例えば光ファイバ）の場合を例にとって図２を用いて説明する。
【０００９】
励起光の光周波数をｆｐ、変調光の光周波数をｆｓとする。この励起光と変調光を光非線形材料に入力すると、縮退四光波混合効果により、光周波数
【００１０】
【数１】
の新たな光（四光波混合光）が発生する。このとき、四光波混合光のパワーＰＦは、励起光のパワーＰＰの２乗と、入力された変調光のパワーＰＳ、位相整合係数ηとの積に比例し、
【００１２】
【数２】
と表される。したがって、最大の四光波混合光のパワーＰＦを得るには、最大の位相整合係数ηを必要とする。
【００１４】
位相整合係数ηは、媒質による光損失を無視できるとき、
【００１５】
【数３】
と表される。Ｌは媒質の長さ、Δβは位相不整合量で、光周波数ｆでの伝搬定数をβ（ｆ）とすると、
【００１７】
【数４】
である。したがって、位相整合係数ηを最大にするには位相不整合量Δβを０に近づければよい。分散性光非線形媒質の伝搬定数の波長依存性をその３次微分（分散スロープ）まで近似すると位相不整合量は次式となる。
【００１９】
【数５】
ここで、ｆ０は零分散波長に相当する光周波数である。上式により従来、位相不整合量を０にするために、励起光（光周波数ｆｐ）波長を媒質の零分散波長（光周波数ｆ０）に設定することにより、任意の波長の入力された変調光をほぼ同一の変換効率で波長変換することが検討されてきた。
【００２１】
以上の従来の考え方は、２次の光非線形材料、例えば、ニオブ酸リチウム等の強誘電性結晶やそれらの結晶の光学軸を周期的に反転させることで長いデバイス長にわたって２次光非線形効果の位相整合条件を擬似的に満足させた疑似位相整合光導波路材料などについても適用されてきた。この場合、上記の分散性光非線形材料における零分散光周波数ｆ０を、第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数と読み替える。すなわち、励起光を最適光周波数に設定し、最適光周波数を対称軸にして、入力された任意の波長の変調光と反対側の光周波数の変換光を得ることが検討されてきた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長変換が適用される光伝送装置では、ネットワーク制御網から与えられる制御信号により変換して得られる波長をダイナミックに変更することが必要であるにもかかわらず、上記の構成では、変換後の波長は式（１）により規定され、また、励起光の周波数は３次の光非線形媒質の場合にはその零分散光周波数に、２次の光非線形媒質の場合には最高発生効率が得られる光周波数に設定する必要があるため、入力される変調光の光周波数と使用する光非線形媒質とが決定されると、入力される変調光の光周波数に対して変換後の光周波数が一意に決定されてしまい、１つの光非線形媒質を用いるだけでは、制御光により、入力された変調光の変換後の波長を切り替えることができなかった。よって、変換後の波長を任意とする波長変換を行うには、特性の異なる光非線形媒質を多数準備し、変換後の波長に応じて光スイッチなどを用いて、利用する光非線形媒質を切り替える構成の他はなかった。この場合、光損失、応答速度など技術的制約の他、装置規模が大きくなったり、コストがかかるなどの問題がある。
【００２３】
また、従来の光パラメトリック波長変換では、発生した変換先波長の信号光を光波長可変フィルタにより入力信号光と励起光から分離する必要がある。したがって、入力光、励起光、変換光の波長が接近している場合、有効に分離できないという問題があった。さらに、変換前の波長から変換後の波長への切り換え速度は、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されるという問題もある。
【００２４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、単一の光非線形媒質を用いて簡易な構成で、任意の波長の変調光を変換し、任意の波長の変調光を出力するとともに、入力変調変調光、励起光、変換光の波長が接近している場合でも有効に分離でき、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されない変換前の波長から変換後の波長への切り換えを行うことが可能な波長変換回路及び波長変換方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明では前記目的を達成するため、請求項１では、入力された中心光周波数ｆｓの変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の中心周波数ｆｄの変調光に変換して出力する波長変換回路において、２次の光非線形効果を有し、最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する光周波数がｆ０である２次光非線形媒質と、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの関係を満足する光周波数ｆｐの第１の励起光を発生する第１の励起光発生部と、ｆｃ＝２ｆｏ−ｆｄの関係を満足する任意の光周波数ｆｃの第２の励起光を発生する第２の励起光発生部とを有し、入力された変調光と第１の励起光と第２の励起光とを合波させて光非線形媒質に入力し、該光非線形媒質よりその光非線形効果によって出力される光から所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出すことを特徴とする波長変換回路。
【００２６】
請求項２では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを合成する第１の合波手段と、２次の光非線形効果を有し、前記第１の合波手段からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を発生させる第１の２次光非線形媒質と、前記第１の２次光非線形媒質からの出力光を、透過信号光と前記和周波光に分離する光周波数分離手段と、前記光周波数分離手段から出力された和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光を合成する第２の合波手段と、２次の光非線形効果を有し、前記第２の合波手段からの出力光が入力される第２の２次光非線形媒質とを有することを特徴とする波長変換回路をもって解決手段とする。
【００２７】
請求項３では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光を合成する合波手段と、前記合波手段からの出力光を第１ポートに入力し第２ポートから出力する光サーキュレータと、２次の光非線形効果を有し、前記光サーキュレータの第２ポートからの出力光が入力される２次光非線形媒質と、前記２次光非線形媒質からの出力光と、前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とが入力され、前記２次光非線形媒質からの出力光のうち入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とを合波して前記２次光非線形媒質に戻す光合分波手段とを有し、前記サーキュレータの第３ポートから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換回路をもって解決手段とする。
【００２８】
請求項４では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、入力された変調光を直交する２つの直線偏波に分離し、それぞれ第１ポート、第２ポートに出力する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの第２ポートからの出力光の偏波を９０度回転させる偏光回転子と、前記偏光ビームスプリッタの第１ポートからの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質の一端に入射し、前記偏光回転子からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質の一端に入射する第１の光合分波手段と、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第２の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第１の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、前記第２の励起光発生部からの第２の励起光を前記第１の２次光非線形媒質の他端及び第２の２次光非線形媒質の他端に入射する第２の光合分波手段とを有し、前記偏光ビームスプリッタから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換回路をもって解決手段とする。
【００２９】
請求項５では、前記２次光非線形媒質が最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する周波数ｆ０、入力変調光の周波数ｆｓ、出力変調光の所望の周波数ｆｄを、前記第１の励起光発生部から発せられる第１の励起光の周波数ｆｐが、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たし、前記第２の励起光発生部から発せられる第２の励起光の周波数ｆｃが、ｆｃ＝２ｆ０−ｆｄを満たす値としたことを特徴とする請求項２乃至４何れか１項記載の波長変換回路をもって解決手段とする。
【００３０】
請求項６では、前記２次光非線形媒質は、入力される変調光の周波数及び変換先の周波数が含まれる連続した変調光周波数帯域の片端付近に、最も効率よく第２次高調波を出力する光周波数ｆ０を有し、前記第１及び第２の励起光発生部は、前記変調光周波数帯域と周波数スペクトル上のｆ０と反対側の励起光周波数帯域にその出力光周波数を有し、ｆ０付近に透過周波数帯域のエッジを有する固定帯域フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の波長変換回路をもって解決手段とする。
【００３１】
請求項７では、前記２次光非線形媒質は、周期的に光軸を反転させた疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路及びタンタル酸リチウム結晶導波路であることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の波長変換回路をもって解決手段とする。
【００３２】
請求項８では、入力された中心光周波数ｆｓの変調光を光非線形媒質に入力させ、同一の変調情報を保持させたまま所望の中心周波数ｆｄの変調光に変換して出力する波長変換方法において、入力された中心光周波数ｆｓの変調光と、該変調光の中心光周波数ｆｓと光非線形媒質の零分散波長に相当する光周波数ｆ０とがｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの関係を満足する光周波数ｆｐの第１の励起光と、出力する変調光の中心光周波数ｆｄの所望値に応じてｆｃ＝２ｆ０−ｆｄの関係を満足するように制御した光周波数ｆｃの第２の励起光とを合波し、該合波光を、２次の光非線形効果を有し最も効率よく第２次高調波光を出力する波長に相当する光周波数がｆ０である２次光非線形媒質に入力し、該２次光非線形媒質よりその光非線形効果によって出力される光から所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出すことを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３３】
請求項９では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光と、入力された変調光とを第１の合波手段にて合波し、その合波を、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質に通して、前記第１の合波手段からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を発生させ、前記第１の２次光非線形媒質からの出力光を、光周波数分離手段によって透過信号光と前記和周波光とに分離し、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光と、前記光周波数分離手段から出力された和周波光とを第２の合波手段にて合波し、前記第２の合波手段からの出力光を、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質に通すことを特徴とする波長変換回方法をもって解決手段とする。
【００３４】
請求項１０では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光と、入力された変調光とを合波手段にて合波し、前記合波手段からの出力光を、光サーキュレータの第１ポートに入力し第２ポートから出力し、前記光サーキュレータの第２ポートからの出力光を、２次の光非線形効果を有する２次光非線形媒質に入力し、前記２次光非線形媒質からの出力光と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光とを光合分波手段に入力し、前記２次光非線形媒質からの出力光のうち、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とを合波して前記２次光非線形媒質に戻し、前記サーキュレータの第３ポートから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３５】
請求項１１では、入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、第１の光合分波手段に変調光を入力し、入力された変調光を、偏光ビームスプリッタにおいて、直交する２つの直線偏波に分離してそれぞれ第１ポート、第２ポートに出力し、前記偏光ビームスプリッタの第２ポートからの出力光の偏波を、偏光回転子によって９０度回転させ、前記偏光ビームスプリッタの第１ポートからの出力光と、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質の一端に入射し、前記偏光回転子からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質の一端に入射し、第２の光合分波手段によって、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第２の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第１の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光を前記第１の２次光非線形媒質の他端及び第２の２次光非線形媒質の他端に入射し、前記偏光ビームスプリッタから所望の周波数の変調光を出力することを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３６】
請求項１２では、入力された変調光を直交する２つの偏波に分離し、それぞれの信号光に対して請求項８乃至請求項１０何れか１項記載の波長変換方法により変換光を発生させそれらを再び合波することを特徴とする波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３７】
請求項１３では、前記２次光非線形媒質が最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する周波数ｆ０、入力変調光の周波数ｆｓ、出力変調光の所望の周波数ｆｄを、前記第１の励起光発生部から発せられる第１の励起光の周波数ｆｐが、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たし、前記第２の励起光発生部から発せられる第２の励起光の周波数ｆｃが、ｆｃ＝２ｆ０−ｆｄを満たす値にしたことを特徴とする請求項９乃至１２何れか１項記載の波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３８】
請求項１４では、前記２次光非線形媒質において、最も効率よく第２次高調波を出力する光周波数ｆ０を、入力される変調光の周波数及び変換先の周波数が含まれる連続した変調光周波数帯域の片端付近に設定し、前記第１及び第２の励起光発生部の出力光周波数を、前記変調光周波数帯域と周波数スペクトル上のｆ０と反対側の励起光周波数帯域に設定し、前記固定帯域フィルタが、ｆ０付近に透過周波数帯域のエッジを有することを特徴とする請求項８乃至１３何れか１項記載の波長変換方法をもって解決手段とする。
【００３９】
請求項１５では、前記２次光非線形媒質は、周期的に光軸を反転させた疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路及びタンタル酸リチウム結晶導波路であることを特徴とする請求項８乃至１４何れか１項記載の波長変換方法をもって解決手段とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００４１】
図１は本発明の光周波数配置図である。本発明では、光非線形媒質として、２次の光非線形材料、例えば、ニオブ酸リチウム等の強誘電性結晶やそれらの結晶の光学軸を周期的に反転させることで長いデバイス長にわたって２次非線形効果の位相整合条件を擬似的に満足させた疑似位相整合光導波路材料を使用する。
【００４２】
本発明では、波長変換回路に入力される変調光と、波長の異なる２つの励起光との３波長の光を合波させる。このとき、光非線形効果により新たに生じる光のうち、光周波数が、
【００４３】
【数６】
の新しく発生した光に着目する。ここでは、第１の励起光の光周波数をｆｐ、第２の励起光の光周波数をｆｃとしている。第２の励起光を以後、制御光と呼ぶこととする。第２の励起光を制御光と呼ぶ理由は、この制御光を制御することにより、入力された変調光を変換して任意の波長の変調光を出力することができるからである。
【００４５】
２次の光非線形媒質、特に疑似位相整合（ニオブ酸リチウム等）媒質を用いた光周波数ｆｄの光の発生の場合の位相不整合量は、
【００４６】
【数７】
となる。Λは疑似位相整合の分極反転周期であり、β（２ｆ０）−２β（ｆ０）＝２π／Λを満たす。第１の励起光の光周波数ｆｐは、図１に示すとおり、第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数ｆ０を対称軸に入力される変調光（光周波数ｆｓ）の反対側に選択する。すなわち、
【００４８】
【数８】
である。従って、β（ｆｓ＋ｆｐ）−２β（ｆ０）＝β（２ｆ０）−２β（ｆ０）＝２π／Λとなり、式（７）の第２項目以降が０となる。また、
【００５０】
【数９】
の関係を満足するため、式（７）の第１項目の中括弧の中が０となり、励起光の光周波数ｆｐと光非線形媒質の第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数ｆ０が一致しなくとも、ｆｐとｆ０は、任意の光周波数の制御光に対して位相整合条件を満足する。したがって、制御光の光周波数ｆｃは、式（６）を変形し式（８）を代入して、
【００５２】
【数１０】
となる。式（１０）が示すように、第２次高調波発生の際の最高発生効率が得られる最適光周波数ｆ０を対称軸に、変換後の所望の光周波数ｆｄの反対側に制御光の光周波数ｆｃを調整することにより、変換後の任意の光周波数に対して同一でかつ高い変換効率を実現することができる。（８）式と（１０）式の和をとると、
【００５４】
【数１１】
を得、第１の励起光の光周波数ｆｐと入力される変調光の光周波数ｆｓを一定にして光非線形媒質に入射する場合、式（１１）内のｆｐ＋ｆｓは一定なので、出力される変調光の光周波数ｆｄは制御光の光周波数ｆｃに比例して変化することがわかる。したがって、制御光の光周波数ｆｃを制御することで、出力される変調光の光周波数ｆｄを決定できる。つまり、出力される変調光の波長を任意に決定することができる。
【００５６】
すなわち、励起光を最適光周波数を対称軸にして入力される変調光と反対側の光周波数に設定し、制御光を最適光周波数を対称軸にして変換後の所望の光周波数と反対側の光周波数に設定することにより、入力される任意の光周波数の変調光に対して同一で高い波長変換効率が得られる。
【００５７】
図３は、本発明における波長変換回路の第１の実形態を示すもので、変調光入力部１と、第１の励起光発生部２と、第２の励起光（制御光）発生部３と、合波手段４と、２次光非線形媒質５と、光帯域透過フィルタ６とを具備している。 変調光入力部１から入力した光ネットワーク上の変調光は、励起光及び制御光とともに合波手段４により合波されて２次光非線形媒質５に入射される。励起光及び制御光の光周波数ｆｐ、ｆｃは、入力される変調光の光周波数ｆｓ、光非線形媒質の特性できまる光周波数ｆ０及び、変換後の所望の光周波数ｆｄから、それぞれ式（８）と式（１０）により定める。２次光非線形媒質５から出力される変調光から、光周波数ｆｄを有する所望の変調光のみを光帯域透過フィルタ６を用いて取り出す。合波手段４は、誘電体多層膜等を用いればよい。光帯域透過フィルタ６は、誘電体多層膜フィルタ、音響光学フィルタ、アレイ回折格子フィルタ等を用いることができる。
【００５８】
２次光非線形媒質５として２次の光学非線形性を有する材料、例えば、分極反転を利用した疑似位相整合導波路を形成したニオブ酸リチウム結晶（ＰＰＬＮ）やタンタル酸リチウム結晶を利用すれば、高い変換効率が得られる。導波路５ｃｍで２次の光非線形効果のカスケード効果により、光ファイバの場合と同様な励起光及び制御光パワーで変換効率−１０ｄＢ以上が得られる。波長配置は式（８）及び式（１０）におけるｆ０をＰＰＬＮにおける１．５ミクロン帯の基本光とする第２次高調波発生が最も効率よく生じる波長とする。このｆ０は、分極反転の周期を調整することにより変化させておくことが可能であり、１．５ミクロン帯にするためには、反転のピッチをおよそ１９μｍと調整すればよい。
【００５９】
図４は、本発明における波長変換回路の第２の実施形態を示すもので、変調光入力部４１と、第１の励起光発生部４２と、第１の合波手段４３と、第１の２次光非線形媒質４４と、光周波数分離手段４５と、第２の励起光発生部４６と、第２の合波手段４７と、第２の２次光非線形媒質４８とを具備している。
【００６０】
変調光入力部４１から入力した光ネットワーク上の変調光（光周波数ｆｓ）は、第１の励起光発生部４２から発せられる第１の励起光（光周波数ｆｐ）とともに第１の合波手段４３にて合波され、その合波は第１の２次光非線形媒質４４（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）に入力される。第１の２次光非線形媒質４４は、２次の光非線形効果を有し、第１の合波手段からの出力光に含まれる第１の励起光と入力する変調光との和周波光を発生させる。第１の２次光非線形媒質４４からの出力光を、光周波数分離手段４５において透過信号光と和周波光に分離し、第２の合波手段に入力する。それと同時に、第２の励起光発生部４６は第２の励起光（光周波数ｆｃ）を発し、第２の合波手段４７にて光周波数分離手段４５から出力された和周波光と合波する。その合波光は、第２の２次光非線形媒質（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）に入力され、光周波数ｆｄを有する所望の変調光を出力する。
【００６１】
図５は、本発明における波長変換回路の第３の実施形態を示すもので、変調光入力部５１と、第１の励起光発生部５２と、合波手段５３と、光サーキュレータ５４と、２次光非線形媒質５５と、第２の励起光発生部５６と、光合分波手段５７を具備している。
【００６２】
変調光入力部５１から入力された光ネットワーク上の変調光（光周波数ｆｓ）は、第１の励起光発生部５２から発せられる第１の励起光（光周波数ｆｐ）とともに合波手段５３にて合波され、その合波光は光サーキュレータ５４の第１ポートに入力され、第２ポートから出力される。その出力光は、続いて２次の光非線形効果を有する２次光非線形媒質５５（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）に入力され、２次光非線形媒質５５からの出力光と、第２の励起光発生部５６からの第２の励起光（光周波数ｆｃ）とを光合分波手段５７に入力し、２次光非線形媒質５５からの出力光のうち、入力された変調光と前記第１の励起光発生部５２からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と第２の励起光とを合波して２次光非線形媒質５５に戻し、光サーキュレータ５４の第３ポートから所望の周波数ｆｄの変調光を出力する。
【００６３】
図６は、本発明における波長変換回路の第４の実施形態を示すもので、変調光入力部６１と、第１の励起光発生部６２と、ＰＢＳ６４（偏光ビームスプリッタ）と偏光回転子６５とを含む第１の光合分波手段６３と、第１の２次光非線形媒質６６と、第２の２次光非線形媒質６７と、第２の光合分波手段６８と、第２の励起光発生部６９とを具備する。
【００６４】
変調光入力部６１から第１の光合分波手段６３に入力された光ネットワーク上の変調光（光周波数ｆｓ）は、ＰＢＳ６４によって直交する２つの直線偏光に分離され、それぞれ第１ポート、第２ポートから出力される。第１ポートからの出力光は、第１の励起光発生部６２からの第１の励起光（光周波数ｆｐ）とともに、第１の２次光非線形媒質６６（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）の一端に入射される。一方、第２ポートからの出力光は、第１の励起光発生部６２からの第１の励起光とともに、第１の２次光非線形媒質６６の一端に入射される。続いて、それぞれの他端から出力された出力光は、第２の光合分波手段６８に入射される。第２の光合分波手段６８は、第１の２次光非線形媒質６６の他端からの出力光のうち和周波光を第２の２次光非線形媒質６７（第２次高調波発生最適光周波数ｆ０）の他端に入射させるとともに、第２の２次光非線形媒質６７の他端からの出力光のうち和周波光を第１の２次光非線形媒質６６の他端に入射させる。さらに、第２の光合分波手段６８は、第１の２次光非線形媒質６６の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質６７の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、第２の励起光発生部６９（光周波数ｆｃ）からの第２の励起光を第１の２次光非線形媒質６６の他端及び第２の２次光非線形媒質６７の他端に入射する。波長変換後の変調光（光周波数ｆｄ）はＰＢＳ６４から出力される。
【００６５】
最後に第３の実施形態の具体的な装置構成を示した図７、和周波発生過程を示すスペクトル図である図８、及び差周波発生過程を示すスペクトル図である図９を参照しながら、第３の実施形態について詳述する。
【００６６】
ここでは、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍ（Ｃバンド）の帯域に波長を有する入力変調光を想定し、Ｃバンド内にある変換される前の光周波数ｆｓの変調光を、同じくＣバンド内の任意の光周波数ｆｄの変調光に変換することを考える。図７の装置構成では、Ｃバンド内の変調光を和周波発生により７８５ｎｍ領域に変換し、さらに差周波発生によりＣバンド内に変換することで、Ｃバンド内における任意の波長への変換が実現される。
【００６７】
波長１５７０ｎｍの光に対するＳＨＧ（第２次高調波）発生においては、位相不整合量Δｋ０＝ｋ（２ｆ０）−２ｋ（ｆ０）が存在し、そのためにバルクの２次光非線形媒質では高効率にＳＨＧが実現されない。したがって、２次光非線形媒質として１５７０ｎｍの励起光に対して第２次高調波が効率的に発生するように、疑似位相整合のための周期極性反転が施され、第２次高調波発生のための最適光周波数がｆ０であるニオブ酸リチウム７８（ＰＰＬＮ）を用いる。この疑似位相整合により、擬似的に位相整合条件を満たすために高効率なＳＨＧが可能となる。疑似位相整合のための極性反転周期は十数μｍ、材料長は５ｃｍ程度であり、十分に実現可能なものである。さらに、そのＰＰＬＮ７８の出力端には７８５ｎｍを中心に数ｎｍ程度の反射波長帯域幅を有する誘電体多層膜ミラー（ＤＭＲ）が蒸着されている。
【００６８】
第１の励起光発生部７１、第２の励起光発生部８１としては、１５７５ｎｍから１６１０ｎｍの帯域で発振波長を可変とする半導体波長可変レーザを利用する。第１の励起光発生部７１から発せられた第１の励起光（光周波数ｆｐ）は、ＷＤＭカプラによって入力変調光（光周波数ｆｓ）と合波手段７０にて合波された後に、増幅領域が長波長側にシフトされたＥｒ添加ファイバ増幅器７３（ＧＳ−ＥＤＦＡ）によって増幅され、ＰＰＬＮ７８のＤＭＲ蒸着端の反対側より入射される。
【００６９】
上述のＰＰＬＮ７８では、入力変調光の光周波数ｆｓと周波数軸上でｆ０に関して対称な周波数ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満足する励起光と、変調光の高効率な和周波発生が期待できる。
【００７０】
和周波発生における光パワー変換効率は、近似的に［ｓｉｎ｛（Δｋ−Δｋ０）Ｌ｝／（Δｋ−Δｋ０）］２に比例すると考えることができる。ここで、Δｋは位相不整合量、ＬはＰＰＬＮ７８の長さである。周波数ｆｓの光と周波数ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たす光の和周波発生における位相不整合量は次式のように、一次近似の基ではΔｋ０に一致する。すなわち、
【００７１】
【数１２】
従って、［ｓｉｎ｛（Δｋ−Δｋ０）Ｌ｝／（Δｋ−Δｋ０）］２＝１となり、周波数がｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの第１の励起光と、変換する前の周波数ｆｓの変調光の高効率な和周波発生が期待されることが分かる。和周波発生により周波数ｆｓの変調光は、周波数ｆｓ＋２ｆ０−ｆｓ＝２ｆ０の信号光に高効率に変換される。この様子を図８示す。発生した周波数２ｆ０の和周波光はＰＰＬＮ７８の他端のＤＭＲによって反射され、ＰＰＬＮ７８を逆に伝播する。このとき、入力変調光及び第１の励起光はＤＭＲを透過するため、ＰＰＬＮ７８には入射されない。ＰＰＬＮ７８の他端から入射された周波数ｆｐ＝２ｆ０−ｆｄの第２の励起光発生部８１から発せられた第２の励起光（光周波数ｆｃ）による差周波発生により、２ｆ０−（２ｆ０−ｆｄ）＝ｆｄの信号光が発生する。ここでも、和周波発生と同様に、疑似位相整合条件が満たされるため、高効率な差周波発生が期待される。ＰＰＬＮ７８の一端に接続された光サーキュレータ７４によりＰＰＬＮ復路光を往路光から分離することで波長変換光（光周波数ｆｄ）が得られる。そのスペクトルを図９に示す。
【００７３】
さらに、その反射帯域がＣバンドをカバーするように作成されたチャープファイバーグレーティング７６、７７（Ｃｈ−ＦＢＧ）を光サーキュレータ７３を通じて透過させることで、不必要な励起光を除去し波長変換光のみを抽出する。ＰＰＬＮ往路光には、Ｃバンド内の変換光とＣバンド外の第２の励起光のみであるから、Ｃバンドを反射帯域とする固定チャープＦＢＧでよい。Ｃｈ−ＦＢＧ７６、７７によって付加されるチャープが望ましくない場合には、再度Ｃｈ−ＦＢＧを逆端から挿入することでチャープ特性を相殺できる。以上により、Ｃバンド内の任意の波長の変調光をＣバンド内の任意の波長の光に変換できる。
【００７４】
なお、この波長変換回路の構成は、波長多重変調光を入力変調光とした場合には、波長多重変調光から任意の波長の変調光を抽出し、任意波長に変換して出力する機能を有する。それは、和周波発生は、第１の励起光と位相整合条件を満たす波長のみに対して発生するため、それ以外の変調光群はＰＰＬＮ７８を透過するからである。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２の励起光を制御することで出力される変調光の波長を任意に決定することができるので、単一の光非線形媒質を用いて簡易な構成で任意の波長の変調光を出力することができ、小さな装置規模で、経済的な波長変換回路及び波長変換方法を構成することができる。また、入力変調光、励起光、変換光の波長が接近している場合でも、これらを有効に分離することができる。さらに、変換前の波長から変換後の波長への切り換え速度は、光波長可変フィルタの切り換え速度によって制限されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光周波数配置を示す図
【図２】従来の光変換装置における光周波数配置を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図６】本発明の第４の実施形態に係る回路の構成を示す図
【図７】本発明の第３に実施形態に係る回路構成の具体例を示す図
【図８】本発明の一実施形態における和周波発生過程を示すスペクトル図
【図９】本発明の一実施形態における差周波発生過程を示すスペクトル図
【符号の説明】
１、４１、５１、６１、７０…変調光入力部、２、４２、５２、６２、７１…第１の励起光発生部、３、４８、５６、６９、８１…第２の励起光発生部、４、５３、７２…合波手段、５、５５…２次光非線形媒質、６…光帯域フィルタ、４３…第１の合波手段、４４、６６…第１の２次光非線形媒質、４５…光周波数分離手段、４７…第２の合波手段、４８、６７…第２の２次光非線形媒質、５４、７４、７５、７９…光サーキュレータ、５７…光合分波手段、６３…第１の光合分波手段、６４…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６５…偏光回転子、６８…第２の光合分波手段、７３、８０…ＧＳ−ＥＤＦＡ、７６、７７…チャープＦＢＧ、７８…ＰＰＬＮ。
Claims (15)
- 入力された中心光周波数ｆｓの変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の中心周波数ｆｄの変調光に変換して出力する波長変換回路において、
２次の光非線形効果を有し、最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する光周波数がｆ０である２次光非線形媒質と、
ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの関係を満足する光周波数ｆｐの第１の励起光を発生する第１の励起光発生部と、
ｆｃ＝２ｆｏ−ｆｄの関係を満足する任意の光周波数ｆｃの第２の励起光を発生する第２の励起光発生部とを有し、
入力された変調光と第１の励起光と第２の励起光とを合波させて光非線形媒質に入力し、該光非線形媒質よりその光非線形効果によって出力される光から所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出す
ことを特徴とする波長変換回路。 - 入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、
第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、
第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、
入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを合成する第１の合波手段と、
２次の光非線形効果を有し、前記第１の合波手段からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を発生させる第１の２次光非線形媒質と、
前記第１の２次光非線形媒質からの出力光を、透過信号光と前記和周波光に分離する光周波数分離手段と、
前記光周波数分離手段から出力された和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光を合成する第２の合波手段と、
２次の光非線形効果を有し、前記第２の合波手段からの出力光が入力される第２の２次光非線形媒質とを有する
ことを特徴とする波長変換回路。 - 入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、
第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、
第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、
入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光を合成する合波手段と、
前記合波手段からの出力光を第１ポートに入力し第２ポートから出力する光サーキュレータと、
２次の光非線形効果を有し、前記光サーキュレータの第２ポートからの出力光が入力される２次光非線形媒質と、
前記２次光非線形媒質からの出力光と、前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とが入力され、前記２次光非線形媒質からの出力光のうち入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とを合波して前記２次光非線形媒質に戻す光合分波手段とを有し、
前記サーキュレータの第３ポートから所望の周波数の変調光を出力する
ことを特徴とする波長変換回路。 - 入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換回路において、
第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部と、
第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部と、
入力された変調光を直交する２つの直線偏波に分離し、それぞれ第１ポート、第２ポートに出力する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの第２ポートからの出力光の偏波を９０度回転させる偏光回転子と、前記偏光ビームスプリッタの第１ポートからの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質の一端に入射し、前記偏光回転子からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質の一端に入射する第１の光合分波手段と、
前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第２の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第１の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、前記第２の励起光発生部からの第２の励起光を前記第１の２次光非線形媒質の他端及び第２の２次光非線形媒質の他端に入射する第２の光合分波手段とを有し、
前記偏光ビームスプリッタから所望の周波数の変調光を出力する
ことを特徴とする波長変換回路。 - 前記２次光非線形媒質が最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する周波数ｆ０、入力変調光の周波数ｆｓ、出力変調光の所望の周波数ｆｄを、
前記第１の励起光発生部から発せられる第１の励起光の周波数ｆｐが、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たし、
前記第２の励起光発生部から発せられる第２の励起光の周波数ｆｃが、ｆｃ＝２ｆ０−ｆｄを満たす値としたこと
を特徴とする請求項２乃至４何れか１項記載の波長変換回路。 - 前記２次光非線形媒質は、入力される変調光の周波数及び変換先の周波数が含まれる連続した変調光周波数帯域の片端付近に、最も効率よく第２次高調波を出力する光周波数ｆ０を有し、
前記第１及び第２の励起光発生部は、前記変調光周波数帯域と周波数スペクトル上のｆ０と反対側の励起光周波数帯域にその出力光周波数を有し、
ｆ０付近に透過周波数帯域のエッジを有する固定帯域フィルタを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の波長変換回路。 - 前記２次光非線形媒質は、周期的に光軸を反転させた疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路及びタンタル酸リチウム結晶導波路である
ことを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の波長変換回路。 - 入力された中心光周波数ｆｓの変調光を光非線形媒質に入力させ、同一の変調情報を保持させたまま所望の中心周波数ｆｄの変調光に変換して出力する波長変換方法において、
入力された中心光周波数ｆｓの変調光と、該変調光の中心光周波数ｆｓと光非線形媒質の零分散波長に相当する光周波数ｆ０とがｆｐ＝２ｆ０−ｆｓの関係を満足する光周波数ｆｐの第１の励起光と、出力する変調光の中心光周波数ｆｄの所望値に応じてｆｃ＝２ｆ０−ｆｄの関係を満足するように制御した光周波数ｆｃの第２の励起光とを合波し、
該合波光を、２次の光非線形効果を有し最も効率よく第２次高調波光を出力する波長に相当する光周波数がｆ０である２次光非線形媒質に入力し、該２次光非線形媒質よりその光非線形効果によって出力される光から所望の中心光周波数ｆｄの変調光のみを取り出す
ことを特徴とする波長変換方法。 - 入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、
第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光と、入力された変調光とを第１の合波手段にて合波し、
その合波を、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質に通して、前記第１の合波手段からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を発生させ、
前記第１の２次光非線形媒質からの出力光を、光周波数分離手段によって透過信号光と前記和周波光とに分離し、
第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光と、前記光周波数分離手段から出力された和周波光とを第２の合波手段にて合波し、
前記第２の合波手段からの出力光を、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質に通す
ことを特徴とする波長変換回方法。 - 入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、
第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光と、入力された変調光とを合波手段にて合波し、
前記合波手段からの出力光を、光サーキュレータの第１ポートに入力し第２ポートから出力し、
前記光サーキュレータの第２ポートからの出力光を、２次の光非線形効果を有する２次光非線形媒質に入力し、
前記２次光非線形媒質からの出力光と、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光とを光合分波手段に入力し、前記２次光非線形媒質からの出力光のうち、入力された変調光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光との和周波光を分離し、その和周波光と前記第２の励起光発生部からの第２の励起光とを合波して前記２次光非線形媒質に戻し、
前記サーキュレータの第３ポートから所望の周波数の変調光を出力する
ことを特徴とする波長変換方法。 - 入力された変調光を、同一の変調情報を保持させたまま所望の周波数の変調光に変換して出力する波長変換方法において、
第１の光合分波手段に変調光を入力し、入力された変調光を、偏光ビームスプリッタにおいて、直交する２つの直線偏波に分離してそれぞれ第１ポート、第２ポートに出力し、
前記偏光ビームスプリッタの第２ポートからの出力光の偏波を、偏光回転子によって９０度回転させ、
前記偏光ビームスプリッタの第１ポートからの出力光と、第１の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第１の２次光非線形媒質の一端に入射し、
前記偏光回転子からの出力光と前記第１の励起光発生部からの第１の励起光とを、２次の光非線形効果を有する第２の２次光非線形媒質の一端に入射し、
第２の光合分波手段によって、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第２の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光を前記第１の２次光非線形媒質の他端に入射させ、前記第１の２次光非線形媒質の他端からの出力光及び第２の２次光非線形媒質の他端からの出力光のうち和周波光以外の光を分離し、第２の励起光を発生させるとともにその周波数を変えることができる第２の励起光発生部からの第２の励起光を前記第１の２次光非線形媒質の他端及び第２の２次光非線形媒質の他端に入射し、
前記偏光ビームスプリッタから所望の周波数の変調光を出力する
ことを特徴とする波長変換方法。 - 入力された変調光を直交する２つの偏波に分離し、それぞれの信号光に対して請求項８乃至請求項１０何れか１項記載の波長変換方法により変換光を発生させそれらを再び合波する
ことを特徴とする波長変換方法。 - 前記２次光非線形媒質が最も効率よく第２次高調波を出力する波長に相当する周波数ｆ０、入力変調光の周波数ｆｓ、出力変調光の所望の周波数ｆｄを、
前記第１の励起光発生部から発せられる第１の励起光の周波数ｆｐが、ｆｐ＝２ｆ０−ｆｓを満たし、
前記第２の励起光発生部から発せられる第２の励起光の周波数ｆｃが、ｆｃ＝２ｆ０−ｆｄを満たす値にしたこと
を特徴とする請求項９乃至１２何れか１項記載の波長変換方法。 - 前記２次光非線形媒質において、最も効率よく第２次高調波を出力する光周波数ｆ０を、入力される変調光の周波数及び変換先の周波数が含まれる連続した変調光周波数帯域の片端付近に設定し、
前記第１及び第２の励起光発生部の出力光周波数を、前記変調光周波数帯域と周波数スペクトル上のｆ０と反対側の励起光周波数帯域に設定し、
前記固定帯域フィルタが、ｆ０付近に透過周波数帯域のエッジを有する
ことを特徴とする請求項８乃至１３何れか１項記載の波長変換方法。 - 前記２次光非線形媒質は、周期的に光軸を反転させた疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路及びタンタル酸リチウム結晶導波路である
ことを特徴とする請求項８乃至１４何れか１項記載の波長変換方法。
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