JP2005242219A - アレイ型波長変換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の光信号の波長変換を簡略な構成により高い効率で行うことのできるアレイ型波長変換器を提供する。
【解決手段】本発明のアレイ型波長変換器は、入力されるＷＤＭ信号光を分波して出力する分波部１と、その分波部１から出力される各波長の光信号が、強誘電体結晶からなる基板上に並列に形成された複数の導波路にそれぞれ与えられる多波長変換導波路アレイ２を備える。多波長変換導波路アレイ２は、基板の分極方向を反転させた分極反転領域を、各導波路を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に設けて形成した周期分極構造をもち、その周期分極構造の周期が各々の導波路ごとに異なるように設定されている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のアレイ型波長変換器は、入力されるＷＤＭ信号光を分波して出力する分波部１と、その分波部１から出力される各波長の光信号が、強誘電体結晶からなる基板上に並列に形成された複数の導波路にそれぞれ与えられる多波長変換導波路アレイ２を備える。多波長変換導波路アレイ２は、基板の分極方向を反転させた分極反転領域を、各導波路を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に設けて形成した周期分極構造をもち、その周期分極構造の周期が各々の導波路ごとに異なるように設定されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、入力される光信号を異なる波長の光信号に変換して出力する波長変換器に関し、特に、複数の波長の光信号に対する波長変換をまとめて行うことのできるアレイ型の波長変換器に関する。
光ファイバを用いた通信の伝送容量を増大させるための１つの技術として、波長分割多重（ＷＤＭ）方式がある。ＷＤＭ方式が適用される光通信システムにおいては、異なる波長を有する複数の光キャリアが用いられる。各光キャリアを独立に変調することによって得られた複数の光信号が光マルチプレクサにより合波され、その結果得られたＷＤＭ信号光が光ファイバ伝送路に送出される。受信側では、受信したＷＤＭ信号光が光デマルチプレクサによって各波長の光信号に分離され、各々の光信号に基づいて伝送データが再生される。従って、ＷＤＭ方式を適用することによって、波長多重数に応じて１本の光ファイバにおける伝送容量を増大させることができる。
将来的には、ＷＤＭ方式が適用されるシステム同士を接続して、広大な光ネットワーク（Photonic Network）を構築することが考えられており、そのために必要なノード装置や光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置の開発が進められている。上記のノード装置は、ネットワークからの光信号の取り出し（ドロッピング）およびネットワークへの光信号の挿入（アッディング）を行なう光アッド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）によって提供されるものであり、光クロスコネクト装置は、光信号の経路を切り替えるために使用される。
光ネットワークにおいては、需用の大きいＩＰパケット情報を、現状のＳｏｎｅｔ／ＳＤＨ装置あるいはＡＴＭ装置を介さずに直接光ネットワークに接続することが今後の主流になっていくものと考えられている（ＩＰ over ＷＤＭ）。従って、光信号の波長を変換する波長変換器はこのような光ネットワークを実現する上でのキーテクノロジーの１つとなっている。
このような光ネットワークを実現するために必要不可欠な、光信号の波長を高い効率で変換する１つの技術として、強誘電体結晶中に形成した分極反転構造を用い、擬似位相整合（Quasi-Phase Matching：ＱＰＭ）法に従って波長変換を行う手法が知られている（例えば、非特許文献１および特許文献１，２参照）。具体的には、例えば図１４に示すように、光導波路が形成された強誘電体結晶中に、結晶の分極方向を反転させた領域と、分極方向を反転させていない元の結晶のままの領域とを予め定めた周期で交互に配置した分極反転構造が形成され、導波路に入射された光信号が反転領域および非反転領域を交互に通過することで、擬似位相整合法に従って波長変換された光信号が発生する。
上記の擬似位相整合法は、分極反転構造を用いて行われる位相整合法であり、分極反転周期を変化させることによって、変換後の光の波長を変えることができ、高い変換効率を得ることが可能である。このような擬似位相整合法を応用して、上記の特許文献１では、１または複数の波長チャネルを含む波長バンドを単位として波長変換を行う任意波長変換回路が提案されており、また、特許文献２では、特定波長の光を検出するための光検出装置が提案されている。
西原浩、春名正光、栖原敏明共著、「光集積回路」、改訂増補版、オーム社、平成６年１２月２５日、ｐ．３５８−３６４ 特開２００３−６６４９８号公報
特開２００３−１８６０７０号公報
西原浩、春名正光、栖原敏明共著、「光集積回路」、改訂増補版、オーム社、平成６年１２月２５日、ｐ．３５８−３６４
しかしながら、上記のような分極反転構造を用いた擬似位相整合法に従う波長変換では、単一の導波路および単一の周期の分極反転構造を使用して複数の波長の光信号の波長変換を行った場合、すべての波長が次の（１）式で表される位相整合条件を満足することが困難になるため、例えば図１５に示すように波長変換後の出力パワーが波長ごとにばらついてしまうという課題がある。
なお、上記の特許文献１に記載された波長変換回路においては、所定の波長変換に対応した波長変換単位が複数設けられ、各波長変換単位がそれぞれ縦続接続されることにより、所要の波長帯域の光信号が異なる波長帯域の光信号に変換される。しかし、このような波長変換回路では、波長変換を行う光信号の波長数が増えるほど波長変換単位の接続段数が増えて部品点数が増加するため、高コストなものになってしまうという欠点がある。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、複数の波長の光信号を一括して若しくは任意の波長のみを選択して、高効率に波長変換できる簡略な構成のアレイ型波長変換器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため本発明は、波長の異なる複数の光信号が入力され、該複数の光信号のうちの２波以上の光信号を他の波長に変換して出力する波長変換器において、強誘電体結晶からなる基板上に並列に形成した複数の導波路を有し、前記２波以上の光信号が前記複数の導波路にそれぞれ与えられる多波長変換導波路アレイを備え、該多波長変換導波路アレイは、前記基板の分極方向を反転させた分極反転領域を、前記各導波路を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に設けて形成した周期分極構造をもつと共に、前記各導波路にそれぞれ対応した前記周期分極構造の周期が各々の導波路ごとに異なるようにしたものである。
かかる構成のアレイ型波長変換器では、波長の異なる複数の光信号のうちの２波以上の光信号が多波長変換導波路アレイの複数の導波路にそれぞれ与えられ、各々の光信号が基板の分極方向を反転させた分極反転領域と分極方向を反転させていない領域とを交互に通過することで擬似位相整合法に従って他の波長に変換されるようになる。
また、上記多波長変換導波路アレイは、前記各導波路の長手方向について、前記周期分極構造の分極反転領域および非分極反転領域の長さの比が略１対１となるように設定されるのがよい。これにより、複数の光信号の波長変換がより高い効率で行われるようになる。
また、上記多波長変換導波路アレイは、前記各導波路の長手方向について、前記周期分極構造の分極反転領域および非分極反転領域の長さの比が略１対１となるように設定されるのがよい。これにより、複数の光信号の波長変換がより高い効率で行われるようになる。
さらに、上記のアレイ型波長変換器については、波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力する分波部を備え、前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられるようにしてもよい。これにより、ＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長分散の光信号を一括して波長変換することができるようになる。
加えて、前述したアレイ型波長変換器については、前記多波長変換導波路アレイの各導波路に対してポンプ光を与えるポンプ光供給部を備えるようにしてもよい。かかる構成によれば、多波長変換導波路アレイの各導波路を伝搬する光信号がポンプ光の作用による擬似位相整合法に従って波長変換されるようになる。
また、上述したアレイ型波長変換器は、波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光から波長変換を行う変換光と波長変換を行わない非変換光とを分離して出力する波長選択部と、該波長選択部から出力される変換光が入力され、該変換光を波長に応じて分波して出力する分波部と、を備え、前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられるようにしてもよい。かかる構成によれば、入力されるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号のうちから任意の波長のみを選択して波長変換を行うことができるようになる。
また、上述したアレイ型波長変換器は、波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光から波長変換を行う変換光と波長変換を行わない非変換光とを分離して出力する波長選択部と、該波長選択部から出力される変換光が入力され、該変換光を波長に応じて分波して出力する分波部と、を備え、前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられるようにしてもよい。かかる構成によれば、入力されるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号のうちから任意の波長のみを選択して波長変換を行うことができるようになる。
このように本発明のアレイ型波長変換器によれば、複数の光信号の波長変換を簡略な構成により高い効率で行うことが可能となる。これにより、例えばＣバンドとＬバンドなどのような波長帯域の異なる光信号の入れ替えを行うこともできるようになるため、高機能な光クロスコネクト装置を実現することが可能になる。
以下、本発明のアレイ型波長変換器を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の一実施形態によるアレイ型波長変換器の構成を示す機能ブロック図である。
図１は、本発明の一実施形態によるアレイ型波長変換器の構成を示す機能ブロック図である。
図１において、本実施形態のアレイ型波長変換器は、例えば、複数の波長λ1，λ2，…，λnの光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力される分波部１と、その分波部１から出力される各波長λ1’〜λn’の光信号が与えられる多波長変換導波路アレイ２とを備えて構成される。
分波部１は、入力されるＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力するものであり、例えばＷＤＭフィルタやアレイ型導波路格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）などの公知の分波機能をもつ素子を使用して構成することが可能である。なお、分波部１の具体的な構成例については後述する。
分波部１は、入力されるＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力するものであり、例えばＷＤＭフィルタやアレイ型導波路格子（Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ）などの公知の分波機能をもつ素子を使用して構成することが可能である。なお、分波部１の具体的な構成例については後述する。
多波長変換導波路アレイ２は、例えば図２の斜視図に示すように、強誘電体基板２１上に複数本（ここではｎ本）の導波路２２が並列に形成され、かつ、各導波路２２を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に分極反転領域２３が形成される。分極反転領域２３は、その周期が各々の導波路２２を伝搬する光信号の第２高調波発生に対して適切な値となるように配置パターンが設計されている。このような多波長用の周期分極構造をもつ導波路（Periodically Poled on Waveguide：ＰＰＷＧ）アレイデバイスが上記の分波部１と縦列に接続されることにより、高効率かつ広帯域な第２高調波発生器（Second Harmonic Generator：ＳＨＧ）が構成されることになる。このような多波長変換導波路アレイ２の具体例として、ここでは、強誘電体基板２１にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3：ＬＮ）基板を用い、プロトン交換法等の周知の技術を適用して導波路２２および分極反転領域２３を形成し、周期分極ニオブ酸リチウム（Periodically Poled Lithium Niobate：ＰＰＬＮ）導波路アレイを作製している。ただし、多波長変換導波路アレイ２の構成は上記のような具体例に限定されるものではなく、例えば、強誘電体基板２１としてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）基板やＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ4）などを使用することも可能である。また、光損傷（photo-refractive damage）に強い、酸化マグネシウム添加分極反転ニオブ酸リチウム（Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate：ＰＰＭｇＬＮ）結 晶を強誘電体基板２１として用いてもよい。
ここで、多波長変換導波路アレイ２の周期的な分極反転構造について詳しく説明する。
前述した図２において、多波長変換導波路アレイ２の波長λi（ただし、ｉ＝１〜ｎ）に対応した導波路２２を伝搬する光信号の伝搬定数をβωiとし、そこで発生する高調波（出力光）の伝搬定数をβ2ωiとした場合、当該導波路２２についての分極反転構造の周期Λiは、次の（２）式に示す関係を満足するように設計される。
前述した図２において、多波長変換導波路アレイ２の波長λi（ただし、ｉ＝１〜ｎ）に対応した導波路２２を伝搬する光信号の伝搬定数をβωiとし、そこで発生する高調波（出力光）の伝搬定数をβ2ωiとした場合、当該導波路２２についての分極反転構造の周期Λiは、次の（２）式に示す関係を満足するように設計される。
なお、分極反転領域２３の配置パターンは上記の扇形状に限られるものではなく、例えば図４に示すように、各々の導波路ごとに上記（２）式および（３）式の関係を満足する配置パターンで分極反転領域２３を形成するようにしてもよい。
次に、上記のようなアレイ型波長変換器の実施形態についての具体的な構成例について説明する。
次に、上記のようなアレイ型波長変換器の実施形態についての具体的な構成例について説明する。
図５は、分波部１としてＷＤＭフィルタを用いた場合の具体的な構成例を示す平面図である。この構成例では、分波部１に入力されるＷＤＭ信号光が、ＷＤＭフィルタ１１で各波長の光信号に分波された後、多波長変換導波路アレイ２にバットジョイントで接続されたファイバアレイブロック１２を介して多波長変換導波路アレイ２の各導波路２２にそれぞれ送られる。なお、ここでは図示していないが、多波長変換導波路アレイ２の出力側についても、入力側と同様にしてファイバアレイブロックを接続して波長変換された各光信号を取り出すようにすることが可能である。
図６は、分波部１としてＡＷＧを用いた場合の具体的な構成例を示す平面図である。この構成例では、分波部１に入力されるＷＤＭ信号光が、多波長変換導波路アレイ２と直接接続される（または多波長変換導波路アレイ２と一体で形成される）ＡＷＧ１３の入力ポートに与えられて分波され、各波長の光信号が多波長変換導波路アレイ２の各導波路２２にそれぞれ送られる。このようなＡＷＧ１３を用いた構成は、図５の構成に比べて簡略なものになるため、波長変換を行う光信号の波長数が多くなるほど有効である。
上記のような構成を備えた本実施形態のアレイ型波長変換器では、ＷＤＭ信号光が分波部１に入力されると、波長に応じて分波された各光信号が分波部１から出力されて多波長変換導波路アレイ２の各導波路２２に与えられる。多波長変換導波路アレイ２では、各波長λ1〜λnの光信号が分極反転領域２３および非反転領域を交互に通過することで第２高調波が発生し、波長λ1／２〜λn／２の光信号にそれぞれ変換されて多波長変換導波路アレイ２から出力される。具体的に、１５００ｎｍ帯のＷＤＭ信号光がアレイ型波長変換器に入力された場合には、そのＷＤＭ信号光に含まれる各光信号の波長に対応した７５０ｎｍ帯の高調波が発生するようになる。波長変換後の各光信号のパワーは、例えば図７に示すように各々の波長について高いレベルでほぼ揃うようになる。
このように本実施形態によれば、複数の波長の光信号を一括して高効率に波長変換できる非常に簡略な構成のアレイ型波長変換器を実現することが可能である。このようなアレイ型波長変換器は、例えば、光通信用の波長帯や可視光、数μｍの波長をもつ遠赤外光等に対して適用できるため、様々な用途の光学装置における波長変換に利用することが可能である。
なお、上記の実施形態では、複数の波長の光信号を含んだＷＤＭ信号光がアレイ型波長変換器に入力される場合の構成について説明したが、例えば図８の斜視図に示すように、波長の異なる複数の半導体レーザから出射される各光信号が多波長変換導波路アレイ２にそれぞれ入射されるように変形することも可能である。図８の構成例では、多波長変換導波路アレイ２の基板２１の一部を半導体レーザのチップサイズに応じて加工して半導体レーザを載置するための部分２１Ａを設け、各半導体レーザから出射される光信号が対応する導波路２２に直接入射される、若しくは、レンズ等を介して入射されるようにしている。
次に、本発明のアレイ型波長変換器の他の実施形態について説明する。
上述した実施形態のアレイ型波長変換器では、多波長変換導波路アレイ２における第２高調波の発生を利用して光信号の波長変換を行うようにしたが、多波長変換導波路アレイ２を用いた波長変換は、第２高調波によるものだけでなく、擬似位相整合（Quasi Phase Matching：ＱＰＭ）としての差周波発生（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）や和周波発生（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）、パラメトリック発振（Optical Parametric Oscillation：ＯＰＯ）を利用することも可能である。そこで、以下の実施形態では、例えば、光通信用の波長変換器として好適な差周波発生を利用した構成について説明する。
上述した実施形態のアレイ型波長変換器では、多波長変換導波路アレイ２における第２高調波の発生を利用して光信号の波長変換を行うようにしたが、多波長変換導波路アレイ２を用いた波長変換は、第２高調波によるものだけでなく、擬似位相整合（Quasi Phase Matching：ＱＰＭ）としての差周波発生（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）や和周波発生（Sum Frequency Generation：ＳＦＧ）、パラメトリック発振（Optical Parametric Oscillation：ＯＰＯ）を利用することも可能である。そこで、以下の実施形態では、例えば、光通信用の波長変換器として好適な差周波発生を利用した構成について説明する。
図９は、差周波発生を利用したアレイ型波長変換器の構成例を示す平面図である。
図９の構成例において、上述の図５に示した第２高調波発生を利用した構成例と異なる部分は、多波長変換導波路アレイ２の各導波路２２にポンプ光を与えるためのポンプ光供給部としてのポンプ光源３１および光カプラ３２を設けた部分である。上記以外の他の部分の構成は図５に示した構成と同様であるためここでの説明を省略する。
図９の構成例において、上述の図５に示した第２高調波発生を利用した構成例と異なる部分は、多波長変換導波路アレイ２の各導波路２２にポンプ光を与えるためのポンプ光供給部としてのポンプ光源３１および光カプラ３２を設けた部分である。上記以外の他の部分の構成は図５に示した構成と同様であるためここでの説明を省略する。
ポンプ光源３１は、後述するような波長λp（周波数ωp）のポンプ光を発生する一般的な光源である。このポンプ光源３１から出力されるポンプ光は、ＷＤＭフィルタ１１の各出力ポートと多波長変換導波路アレイ２の各導波路２２との間を接続するファイバアレイブロック１２の各光ファイバ上にそれぞれ挿入した光カプラ３２に送られる。各光カプラ３２では、ＷＤＭフィルタ１１からの光信号とポンプ光源３１からのポンプ光とが合波されて多波長変換導波路アレイ２の導波路２２に送られる。
ここで、差周波発生を利用して波長変換を行う場合における多波長変換導波路アレイ２の分極反転構造の周期Λiおよびポンプ光の波長λp（周波数ωp）について説明する。
多波長変換導波路アレイ２において差周波発生を利用して波長変換を行うときの位相整合条件は、波長λiに対応した導波路２２における分極反転領域２３の周期をΛi、当該導波路２２を伝搬する入力光、ポンプ光および発生光（出力光）の伝搬定数をβsi、βpi、βoi、周波数をωsi、ωpi、ωoiとそれぞれ置くと、次の（４）式に示す関係で表される。
多波長変換導波路アレイ２において差周波発生を利用して波長変換を行うときの位相整合条件は、波長λiに対応した導波路２２における分極反転領域２３の周期をΛi、当該導波路２２を伝搬する入力光、ポンプ光および発生光（出力光）の伝搬定数をβsi、βpi、βoi、周波数をωsi、ωpi、ωoiとそれぞれ置くと、次の（４）式に示す関係で表される。
また、上記表１の設計例は入力光の波長が長波長側に変換される場合であるが、入力光の波長が短波長側に変換される逆方向の波長変換を可能にするためには、例えば次の表２に示すように、ポンプ光の波長λpおよび分極反転構造の周期Λiは表１の場合と同様で、各導波路２２に入力される光信号の波長λsiの設定を変更すればよい。
なお、上記の実施形態では、第２高調波発生を利用したアレイ型波長変換器に代わる構成例として差周波発生を利用した場合について説明したが、これと同様にして和周波発生または光パラメトリック発振を利用したアレイ型波長変換器を構成することも可能である。具体的に、和周波発生を利用して波長変換を行う場合には、前述した（４）式の関係に代えて、次の（５）式に示す位相整合条件を満足するように、多波長変換導波路アレイ２の分極反転構造の周期Λiおよびポンプ光の周波数ωpiを設計すればよい。
次に、本発明のアレイ型波長変換器の別の実施形態について説明する。
上述した各実施形態では、入力される複数の光信号のすべての波長が一括して変換される構成を示したが、例えば光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置などでは、入力されるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号のうちから任意の波長の光信号のみを選択して波長変換を行うことが必要となる場合がある。そこで、以下の実施形態では、上記のような場合に対応したアレイ型波長変換器の一例について説明する。
上述した各実施形態では、入力される複数の光信号のすべての波長が一括して変換される構成を示したが、例えば光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置などでは、入力されるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号のうちから任意の波長の光信号のみを選択して波長変換を行うことが必要となる場合がある。そこで、以下の実施形態では、上記のような場合に対応したアレイ型波長変換器の一例について説明する。
図１０は、任意の波長の光信号を選択可能にした本発明によるアレイ型波長変換器の構成を示す機能ブロック図である。
図１０に示すアレイ型波長変換器は、上述の図１に示した構成について、分波部１の前段に波長選択部４を設け、その波長選択部４において、入力されるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号を、波長変換を行う光信号（変換光）と波長変換を行わない光信号（非変換光）とに分け、変換光については一方の出力ポートから分波部１に送り、非変換光については他方の出力ポートに送るようにしたものである。
図１０に示すアレイ型波長変換器は、上述の図１に示した構成について、分波部１の前段に波長選択部４を設け、その波長選択部４において、入力されるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号を、波長変換を行う光信号（変換光）と波長変換を行わない光信号（非変換光）とに分け、変換光については一方の出力ポートから分波部１に送り、非変換光については他方の出力ポートに送るようにしたものである。
なお、分波部１および多波長変換導波路アレイ２の構成は上述した各実施形態の場合と同様である。すなわち、図１０の実線で示した構成は、第２高調波発生を利用した波長変換に対応し、それに破線で示した構成を付加することで差周波発生等を利用した波長変換に対応するものとなる。
波長選択部４は、波長変換を行う光信号に関する情報が予め設定されるか若しくは外部より与えられ、その情報に従って、入力ポートに与えられるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号うちから波長変換を行う光信号を選択する。そして、変換光を後段の分波部１に接続された一方の出力ポートから出力すると同時に、非変換光を他方の出力ポートから出力する。ここでは、ＷＤＭ信号光に含まれる波長λ1，…，λm，λm+1，…，λnの光信号うちの波長λ1〜λmを変換光とし、波長λm+1〜λnを非変換光とした場合の一例が示してある。なお、波長選択部４において選択される光信号の波長は固定または可変のいずれであっても構わない。選択波長が可変な波長選択部４の具体例としては、音響光学チューナブルフィルタ（acousto-optic tunable filter：ＡＯＴＦ）などが好適である。
波長選択部４は、波長変換を行う光信号に関する情報が予め設定されるか若しくは外部より与えられ、その情報に従って、入力ポートに与えられるＷＤＭ信号光に含まれる複数の波長の光信号うちから波長変換を行う光信号を選択する。そして、変換光を後段の分波部１に接続された一方の出力ポートから出力すると同時に、非変換光を他方の出力ポートから出力する。ここでは、ＷＤＭ信号光に含まれる波長λ1，…，λm，λm+1，…，λnの光信号うちの波長λ1〜λmを変換光とし、波長λm+1〜λnを非変換光とした場合の一例が示してある。なお、波長選択部４において選択される光信号の波長は固定または可変のいずれであっても構わない。選択波長が可変な波長選択部４の具体例としては、音響光学チューナブルフィルタ（acousto-optic tunable filter：ＡＯＴＦ）などが好適である。
図１１は、波長選択部４としてＡＯＴＦを適用すると共に、多波長変換導波路アレイ２において差周波発生等を利用して波長変換を行う場合の具体的な構成例を示す平面図である。図１１の構成例において、ＡＯＴＦを用いた波長選択部４は、例えばＬＮ基板４１上にマッハツェンダ型の導波路４２と交差指電極（interdigital transducer：ＩＤＴ）４３とを有する。このＡＯＴＦでは、波長変換を行う光信号の波長λ1〜λmに対応した周波数をもつＲＦ信号を交差指電極４３に印加することで発生する表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）が導波路４２に沿って進行し、このＳＡＷによる音響光学効果に基づいて波長λ1〜λmの光信号が一方の出力ポートから同時に取り出される。そして、ＡＯＴＦから分波部１に送られた波長λ1〜λmの光信号は、上述の図９に示した構成の場合と同様にして、分波部１で各々の波長に分波された後に多波長変換導波路アレイ２の各導波路に与えられて波長変換される。
上記のように本実施形態のアレイ型波長変換器によれば、入力される複数の波長の光信号のうちから任意の波長のみを選択して、高い効率で波長変換を行うことができるようになる。このようなアレイ型波長変換器を用いれば、光クロスコネクト（ＯＸＣ）装置などを容易に実現することが可能になる。
なお、図１１の構成例では、分波部１としてＷＤＭフィルタ１１およびファイバアレイブロック１２を用いる場合を示してが、上述の図６に示したように分波部１としてＡＷＧを用いることも可能である。分波部１をＡＷＧとする場合には、例えば図１２に示すように、波長選択部４としてのＡＯＴＦ、分波部１としてのＡＷＧおよび多波長変換導波路アレイ２を同一のＬＮ基板上に集積化することもできる。なお、ＡＯＴＦと多波長変換導波路アレイ２の間に設けた吸収部５は、ＡＯＴＦで発生するＳＡＷを吸収することによって、多波長変換導波路アレイ２側にＳＡＷが伝達されないようにするためのものである。このような集積化した構成を適用することにより、アレイ型波長変換器の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
なお、図１１の構成例では、分波部１としてＷＤＭフィルタ１１およびファイバアレイブロック１２を用いる場合を示してが、上述の図６に示したように分波部１としてＡＷＧを用いることも可能である。分波部１をＡＷＧとする場合には、例えば図１２に示すように、波長選択部４としてのＡＯＴＦ、分波部１としてのＡＷＧおよび多波長変換導波路アレイ２を同一のＬＮ基板上に集積化することもできる。なお、ＡＯＴＦと多波長変換導波路アレイ２の間に設けた吸収部５は、ＡＯＴＦで発生するＳＡＷを吸収することによって、多波長変換導波路アレイ２側にＳＡＷが伝達されないようにするためのものである。このような集積化した構成を適用することにより、アレイ型波長変換器の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
また、上記の実施形態では、波長選択部４としてＡＯＴＦを用いた具体例を示したが、本発明の波長選択部はＡＯＴＦに限られるものではなく、例えば図１３に示すように、光スイッチ６を利用して変換光および非変換光の選択を行うことも可能である。この図１３の一例では、ＷＤＭフィルタ１１と多波長変換導波路アレイ２の間に、ＷＤＭ信号光に含まれる波長λ1〜λnの光信号に対応したｎ×ｎの光スイッチ６が挿入され、この光スイッチ６における入出力ポートの接続状態の切り替えによって変換光および非変換光の選択が行われるようにしている。このｎ×ｎの光スイッチ６としては、例えば、マイクロマシーン（Micro Electric Mechanical System：ＭＥＭＳ）技術などを応用して作製した、いわゆるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチなどを使用することが可能である。また、ここでは多波長変換導波路アレイ２の一部分に非変換光用の導波路を形成し（分極反転領域は形成しない）、光スイッチ６から出力される非変換光がファイバアレイブロック１２を介して上記の非変換光用の導波路に与えられるようにしている。このような光スイッチ６を用いた構成によっても、入力される複数の波長の光信号のうちから任意の波長のみを選択して、高い効率で波長変換を行うことが可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１）波長の異なる複数の光信号が入力され、該複数の光信号のうちの２波以上の光信号を他の波長に変換して出力する波長変換器において、
強誘電体結晶からなる基板上に並列に形成した複数の導波路を有し、前記２波以上の光信号が前記複数の導波路にそれぞれ与えられる多波長変換導波路アレイを備え、
該多波長変換導波路アレイは、前記基板の分極方向を反転させた分極反転領域を、前記各導波路を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に設けて形成した周期分極構造をもつと共に、前記各導波路にそれぞれ対応した前記周期分極構造の周期が各々の導波路ごとに異なることを特徴とするアレイ型波長変換器。
強誘電体結晶からなる基板上に並列に形成した複数の導波路を有し、前記２波以上の光信号が前記複数の導波路にそれぞれ与えられる多波長変換導波路アレイを備え、
該多波長変換導波路アレイは、前記基板の分極方向を反転させた分極反転領域を、前記各導波路を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に設けて形成した周期分極構造をもつと共に、前記各導波路にそれぞれ対応した前記周期分極構造の周期が各々の導波路ごとに異なることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記２）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、前記各導波路の長手方向について、前記周期分極構造の分極反転領域および非分極反転領域の長さの比が略１対１となるように設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、前記各導波路の長手方向について、前記周期分極構造の分極反転領域および非分極反転領域の長さの比が略１対１となるように設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記３）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が各々の導波路を伝搬する光信号の第２高調波発生のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が各々の導波路を伝搬する光信号の第２高調波発生のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記４）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力する分波部を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力する分波部を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記５）付記４に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記分波部は、ＷＤＭフィルタを含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記分波部は、ＷＤＭフィルタを含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記６）付記４に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記分波部は、アレイ型導波路格子（ＡＷＧ）を含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記分波部は、アレイ型導波路格子（ＡＷＧ）を含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記７）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
波長の異なる光信号を出力する複数の光源を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記複数の光源から出力される各光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
波長の異なる光信号を出力する複数の光源を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記複数の光源から出力される各光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記８）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイの各導波路に対してポンプ光を与えるポンプ光供給部を備えたことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイの各導波路に対してポンプ光を与えるポンプ光供給部を備えたことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記９）付記８に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が各々の導波路を伝搬する光信号およびポンプ光の差周波発生のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が各々の導波路を伝搬する光信号およびポンプ光の差周波発生のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１０）付記８に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が各々の導波路を伝搬する光信号およびポンプ光の和周波発生のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が各々の導波路を伝搬する光信号およびポンプ光の和周波発生のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１１）付記８に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が、各々の導波路を伝搬する光信号およびポンプ光の光パラメトリック発振のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、前記周期分極構造の各導波路に対応した周期が、各々の導波路を伝搬する光信号およびポンプ光の光パラメトリック発振のための位相整合条件に従って設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１２）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光から波長変換を行う変換光と波長変換を行わない非変換光とを分離して出力する波長選択部と、
該波長選択部から出力される変換光が入力され、該変換光を波長に応じて分波して出力する分波部と、を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光から波長変換を行う変換光と波長変換を行わない非変換光とを分離して出力する波長選択部と、
該波長選択部から出力される変換光が入力され、該変換光を波長に応じて分波して出力する分波部と、を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１３）付記１２に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記波長選択部は、音響光学チューナブルフィルタを含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記波長選択部は、音響光学チューナブルフィルタを含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１４）付記１２に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記分波部は、ＷＤＭフィルタを含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記分波部は、ＷＤＭフィルタを含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１５）付記１２に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記分波部は、アレイ型導波路格子（ＡＷＧ）を含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記分波部は、アレイ型導波路格子（ＡＷＧ）を含むことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１６）付記１２に記載のアレイ型波長変換器であって、
音響光学チューナブルフィルタからなる前記波長選択部、アレイ型導波路格子（ＡＷＧ）からなる前記分波部および前記多波長変換導波路アレイを同一の基板上に集積化したことを特徴とするアレイ型波長変換器。
音響光学チューナブルフィルタからなる前記波長選択部、アレイ型導波路格子（ＡＷＧ）からなる前記分波部および前記多波長変換導波路アレイを同一の基板上に集積化したことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１７）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力する分波部と、
該分波部から出力される複数の光信号が複数の入力ポートに与えられ、波長変換を行う光信号の与えられた入力ポートを変換側出力ポートに接続し、波長変換を行わない光信号の与えられた入力ポートを非変換側出力ポートに接続する光スイッチと、を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記光スイッチの変換側出力ポートから出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力する分波部と、
該分波部から出力される複数の光信号が複数の入力ポートに与えられ、波長変換を行う光信号の与えられた入力ポートを変換側出力ポートに接続し、波長変換を行わない光信号の与えられた入力ポートを非変換側出力ポートに接続する光スイッチと、を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記光スイッチの変換側出力ポートから出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１８）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、ニオブ酸リチウム基板を用いて構成されたことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、ニオブ酸リチウム基板を用いて構成されたことを特徴とするアレイ型波長変換器。
（付記１９）付記１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、タンタル酸リチウム、ＫＴＰ結晶および酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムのうちのいずれかを基板材料に用いて構成されたことを特徴とするアレイ型波長変換器。
前記多波長変換導波路アレイは、タンタル酸リチウム、ＫＴＰ結晶および酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウムのうちのいずれかを基板材料に用いて構成されたことを特徴とするアレイ型波長変換器。
１…分波部
２…多波長変換導波路アレイ
４…波長選択部
５…吸収部
６…光スイッチ
１１…ＷＤＭフィルタ
１２…ファイバアレイブロック
１３…ＡＷＧ
２１…強誘電体基板
２２…導波路
２３…分極反転領域
３１…ポンプ光源
３２…光カプラ
２…多波長変換導波路アレイ
４…波長選択部
５…吸収部
６…光スイッチ
１１…ＷＤＭフィルタ
１２…ファイバアレイブロック
１３…ＡＷＧ
２１…強誘電体基板
２２…導波路
２３…分極反転領域
３１…ポンプ光源
３２…光カプラ
Claims (5)
- 波長の異なる複数の光信号が入力され、該複数の光信号のうちの２波以上の光信号を他の波長に変換して出力する波長変換器において、
強誘電体結晶からなる基板上に並列に形成した複数の導波路を有し、前記２波以上の光信号が前記複数の導波路にそれぞれ与えられる多波長変換導波路アレイを備え、
該多波長変換導波路アレイは、前記基板の分極方向を反転させた分極反転領域を、前記各導波路を伝搬する光の進行方向に略垂直な方向に周期的に設けて形成した周期分極構造をもつと共に、前記各導波路にそれぞれ対応した前記周期分極構造の周期が各々の導波路ごとに異なることを特徴とするアレイ型波長変換器。 - 請求項１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイは、前記各導波路の長手方向について、前記周期分極構造の分極反転領域および非分極反転領域の長さの比が略１対１となるように設定されていることを特徴とするアレイ型波長変換器。 - 請求項１に記載のアレイ型波長変換器であって、
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を波長に応じて分波して出力する分波部を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。 - 請求項１に記載のアレイ型波長変換器であって、
前記多波長変換導波路アレイの各導波路に対してポンプ光を与えるポンプ光供給部を備えたことを特徴とするアレイ型波長変換器。 - 請求項１に記載のアレイ型波長変換器であって、
波長の異なる複数の光信号を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光から波長変換を行う変換光と波長変換を行わない非変換光とを分離して出力する波長選択部と、
該波長選択部から出力される変換光が入力され、該変換光を波長に応じて分波して出力する分波部と、を備え、
前記多波長変換導波路アレイは、前記分波部から出力される複数の光信号が前記各導波路にそれぞれ与えられることを特徴とするアレイ型波長変換器。
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