JP2006113490A - Wavelength conversion apparatus - Google Patents

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Atsushi Takada
篤 高田
Etsushi Yamazaki
悦史 山崎
Jun Yamawaki
山涌  純
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength conversion apparatus wherein the output wavelength of outputted wavelength converted light is restored in a regulated range and the output wavelength is exact even when wavelength conversion is repeated a plurality of times. <P>SOLUTION: The wavelength conversion apparatus including a signal light input terminal (102), an optical nonlinear element (108) having one phase matching optical frequency of V<SB>m</SB>and having a secondary optical nonlinear susceptibility, a first excitation light source (104-1) outputting a first excited light beam having an optical frequency V<SB>1</SB>= 2V<SB>m</SB>-V<SB>s</SB>to a signal light beam having an optical frequency V<SB>s</SB>, a second excitation light source (104-2) outputting a second excited light beam having an optical frequency V<SB>2</SB>=2V<SB>m</SB>-V<SB>d</SB>to a desired wavelength converted light beam having an optical frequency V<SB>d</SB>and an optical multiplexing part (106) multiplexing the excited light beams and the signal light beam is provided with a branching part (110) branching a difference frequency light beam (light frequency:V<SB>1</SB>+V<SB>s</SB>-V<SB>2</SB>) of a sum frequency light beam (of the first excited light beam and the signal light beam) and the second excited light beam and a wavelength locker (130) inputting the difference frequency light beam and controlling the wavelength of the second excited light beam. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信ネットワークにおける光ルータ、光クロスコネクト等の光ノードに実装することができる波長変換装置に関する。   The present invention relates to a wavelength conversion device that can be mounted on an optical node such as an optical router or an optical cross-connect in an optical communication network.

ネットワーク上のトラヒックの急増やプロトコルの多様化に対応すべく、ビットレートやプロトコルに依存しない光通信ネットワークの構築が進められている。このような光通信ネットワークでは、光通信ネットワークの構成要素である光中継ノードにおいて、入射する光信号の波長をラベルとして出力方路を決定する事を特徴とする波長パスネットワークが導入されつつある。この波長パスネットワークでは、異なるファイバから出射した同一の波長を有する光信号が、同一の出力ファイバをあて先とすることがある。その場合、重複している光信号の波長を変換することにより、互いにあい異なる波長とした後、波長多重して同一の出力ファイバに収容することができる。   In order to cope with the rapid increase in traffic on the network and the diversification of protocols, construction of an optical communication network that does not depend on the bit rate or the protocol is in progress. In such an optical communication network, a wavelength path network characterized in that an output route is determined by using the wavelength of an incident optical signal as a label in an optical relay node that is a component of the optical communication network. In this wavelength path network, optical signals having the same wavelength emitted from different fibers may be destined for the same output fiber. In that case, by converting the wavelengths of the overlapping optical signals, the wavelengths can be made different from each other, and then wavelength-division multiplexed and accommodated in the same output fiber.

この波長変換には、従来、入力光信号を一旦電気信号に変換し、所望の送信波長を有する光送信器で再度光信号にして送出するOEO変換法が知られている。従来のOEO変換法を用いたOEO変換器の構成は、入力する光信号の変調様式や変調速度等に依存するため、種々の変復調様式を有する光パスの切り替えに対応することが困難であった。   For this wavelength conversion, conventionally, an OEO conversion method is known in which an input optical signal is once converted into an electrical signal, and is then transmitted again as an optical signal by an optical transmitter having a desired transmission wavelength. Since the configuration of the OEO converter using the conventional OEO conversion method depends on the modulation mode and modulation speed of the input optical signal, it is difficult to cope with switching of optical paths having various modulation / demodulation modes. .

また、従来の波長変換法として、2次の光非線形効果を用いたパラメトリック波長変換法が知られている。2次の光非線形効果を用いたパラメトリック波長変換法を用いた波長変換器は、入力信号光の変調様式や変調速度、あるいは波長多重数に依存せず、波長のみを変換することができるため上記の問題が無い。このため、2次の光非線形効果を用いたパラメトリック波長変換法は、フレキシブルなフォトニックネットワークを提供するための有望な波長変換方法とされている。   As a conventional wavelength conversion method, a parametric wavelength conversion method using a second-order optical nonlinear effect is known. Since the wavelength converter using the parametric wavelength conversion method using the second-order optical nonlinear effect can convert only the wavelength without depending on the modulation mode and modulation speed of the input signal light, or the number of wavelength multiplexing, the above-mentioned There is no problem. For this reason, the parametric wavelength conversion method using the second-order optical nonlinear effect is regarded as a promising wavelength conversion method for providing a flexible photonic network.

パラメトリック波長変換は、光非線形感受率を有する光非線形材料に、波長変換されるべき信号光とともに励起光を入射し、光非線形材料内における励起光と信号光との光非線形相互作用により新たな波長の光(目的とする波長変換光や目的とする波長変換光を得るための過程として発生する光)を発生させ利用する。例えば、光周波数vの入力信号光と、光周波数vの励起光との間の相互作用により発生する光周波数v+vの和周波光や光周波数v−vの差周波光が利用される。 Parametric wavelength conversion is an optical nonlinear material having an optical nonlinear susceptibility, in which excitation light is incident together with signal light to be wavelength-converted, and a new wavelength is generated by optical nonlinear interaction between the excitation light and signal light in the optical nonlinear material. Light (light generated as a process for obtaining the target wavelength-converted light or the target wavelength-converted light) is generated and used. For example, the input signal light of the optical frequency v s and optical frequency v p optical frequency v s + v sum frequency light of p and optical frequency v s -v difference frequency light of p generated by the interaction between the excitation light Is used.

入射する信号光から波長変換光への変換効率は励起光や信号光と新たに発生する光との位相整合条件に大きく依存する。この位相整合条件は、光非線形材料の材料パラメータ、信号光や励起光の波長等に依存する。特に、素子長を長くし、素子全体に渡って位相整合条件を満足させるために、光非線形結晶の光学軸を周期的に反転させた(周期反転構造)擬似位相整合(QPM:Quasi Phase Matching)素子では、高い変換効率が得られるが、高い変換効率が得られる位相整合範囲が狭くなる。例えば、長さ5センチメートル程度のニオブ酸リチウム結晶導波路を用いた擬似位相整合光非線形素子の位相整合波長の帯域幅はおよそ0.1nmである。   The conversion efficiency from incident signal light to wavelength-converted light greatly depends on the phase matching condition between pump light or signal light and newly generated light. This phase matching condition depends on the material parameters of the optical nonlinear material, the wavelengths of the signal light and the excitation light, and the like. In particular, in order to increase the element length and satisfy the phase matching condition over the entire element, the optical axis of the optical nonlinear crystal is periodically inverted (periodic inversion structure) quasi phase matching (QPM: Quasi Phase Matching). In the element, high conversion efficiency can be obtained, but the phase matching range in which high conversion efficiency can be obtained becomes narrow. For example, the bandwidth of the phase matching wavelength of a quasi phase matching optical nonlinear element using a lithium niobate crystal waveguide having a length of about 5 centimeters is about 0.1 nm.

このような、波長範囲が厳しい位相整合条件を有する光非線形素子を用いつつも、任意の波長から任意の波長へ波長を変換する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。提案された方法は、励起光を2つ使用する。これらの光周波数の配置を図3を参照して説明する。位相整合光周波数vを有する光非線形素子では、光周波数2vに発生する和周波光あるいは光周波数2vの光との差周波光のみが高い効率で生じる。そこでまず、光周波数vの入力信号光に対しては、光周波数vがv=2v−vの第一の励起光を準備し、入力信号光と第一の励起光の和周波光を光周波数2vに発生させる。次に目標変換先光周波数がvに対して、光周波数vがv=2v−vである第2の励起光源を準備し、先に発生させた和周波光と第2の励起光の差周波光を発生させ、それを波長変換光として出力させる。すなわち、2つの励起光の光周波数vとvを調整することにより、任意の光周波数(波長)の信号光を任意の周波数(波長)に変換することができる。 There has been proposed a method of converting a wavelength from an arbitrary wavelength to an arbitrary wavelength while using such an optical nonlinear element having a phase matching condition with a strict wavelength range (see, for example, Patent Document 1). The proposed method uses two excitation lights. The arrangement of these optical frequencies will be described with reference to FIG. In optical nonlinear element having a phase matching optical frequency v m, only the difference frequency light between the light of the sum frequency light or optical frequency 2v m generated in the optical frequency 2v m occurs at high efficiency. Therefore, first, for an input signal light of the optical frequency v s, the optical frequency v 1 prepares the first excitation light v 1 = 2v m -v s, the sum of the input signal light and the first excitation light generating a frequency light to the optical frequency 2v m. Next, a second pumping light source having a target conversion destination optical frequency of v d and an optical frequency v 2 of v 2 = 2v m −v d is prepared, and the previously generated sum frequency light and second Difference frequency light of excitation light is generated and output as wavelength converted light. That is, by adjusting the optical frequency v 1 of the two excitation light and v 2, it is possible to convert a signal light having an arbitrary optical frequency (wavelength) to an arbitrary frequency (wavelength).

一方、光通信ネットワークでは、100GHz間隔や200GHz間隔など光周波数グリッドを定め、使用する光周波数を、そのグリッドを中心として規定された範囲内で用いることとしている。通常、光送信装置内の光源では半導体レーザモジュールに波長ロッカと呼ばれる発振波長の制御回路を備えている。半導体レーザの発振波長の温度依存性を利用し、発振光の一部をファブリペロー干渉計の周期的な波長−透過光パワー曲線の肩の部分に安定化させ、通常、グリッド間隔の十分の1程度の波長確度を得ている。波長変換装置においても、波長変換後の光周波数はその範囲内になければならない。先に述べたOEO変換法では、OEO波長変換装置の光送信器に波長ロッカを備えることにより、これを実現している。   On the other hand, in an optical communication network, an optical frequency grid such as an interval of 100 GHz or an interval of 200 GHz is determined, and an optical frequency to be used is used within a range defined around the grid. Usually, in a light source in an optical transmission device, a semiconductor laser module includes an oscillation wavelength control circuit called a wavelength locker. By utilizing the temperature dependence of the oscillation wavelength of the semiconductor laser, a part of the oscillation light is stabilized at the shoulder portion of the periodic wavelength-transmitted light power curve of the Fabry-Perot interferometer, and usually a sufficient grid interval of 1 A certain degree of wavelength accuracy is obtained. Even in the wavelength converter, the optical frequency after wavelength conversion must be within the range. In the OEO conversion method described above, this is realized by providing a wavelength locker in the optical transmitter of the OEO wavelength conversion device.

特開2004−93583号公報(第41乃至第58段落、第1および3図)JP 2004-93583 A (41st to 58th paragraphs, FIGS. 1 and 3)

しかし、パラメトリック波長変換法では、波長変換装置で用いる励起光源内で波長ロッカを使用しても、波長変換光が光周波数グリッド内に納まるとは限らない。なぜなら、波長変換装置を通過するたびに偏差が累積するからである。すなわち個々の励起光源の発振周波数のグリッド中心値からの偏差をδとしたとき、δが規定の偏差に収まっていても、波長変換をN回繰り返すと、最悪時の偏差はNδになるという問題がある。   However, in the parametric wavelength conversion method, even if the wavelength locker is used in the excitation light source used in the wavelength conversion device, the wavelength converted light does not always fall within the optical frequency grid. This is because the deviation accumulates every time it passes through the wavelength converter. That is, when the deviation from the grid center value of the oscillation frequency of each pumping light source is δ, even if δ is within the specified deviation, the worst case deviation becomes Nδ when wavelength conversion is repeated N times. There is.

したがって、波長変換を繰り返しても、波長変換光の光周波数が、光通信ネットワークで規定された範囲内とする、波長制御法が必要とされている。   Therefore, there is a need for a wavelength control method in which the optical frequency of wavelength-converted light is within the range defined by the optical communication network even when wavelength conversion is repeated.

本発明は、上述の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、波長変換を複数回繰り返した場合においても、出力される波長変換光の波長が規定の範囲に納まる出力波長が正確な波長変換装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an output in which the wavelength of the wavelength converted light to be output falls within a specified range even when wavelength conversion is repeated a plurality of times. An object of the present invention is to provide a wavelength converter having an accurate wavelength.

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、信号光入力端子と、位相整合光周波数のひとつがvである2次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、前記信号光入力端子から入力される光周波数vの信号光に対して、光周波数vがv=2v−vである第1の励起光を出力する第1の励起光源と、光周波数vの所望の波長変換光に対して、光周波数vがv=2v−vである第2の励起光を出力する第2の励起光源と、前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部とを含む波長変換装置において、前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光と、第二の励起光との差周波光であって、光周波数がv+v−vである差周波光を分岐する分岐部と、前記差周波光を入力し、第2の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする。 The present invention, in order to achieve the above object, an invention according to claim 1, light having the signal light input terminal, a second-order optical nonlinear susceptibility one is v m of the phase matching optical frequency a nonlinear element, with respect to the signal light of the optical frequency v s is inputted from the signal light input terminal, an optical frequency v 1 is v 1 = 2v m is -v s first which outputs a first excitation light an excitation light source, with respect to the desired wavelength-converted light of the light frequency v d, and a second excitation light source for outputting second pumping light optical frequency v 2 is v 2 = 2v m -v d, the excitation In a wavelength converter including an optical multiplexing unit that combines the excitation light and the signal light output from a light source and outputs the combined light to the optical nonlinear element, the first of the lights output from the optical nonlinear element A difference frequency light between the sum frequency light of the excitation light and the signal light and the second excitation light, and the light A bifurcation wavenumber branches the v 1 + v s -v difference frequency light is 2, enter the difference frequency light, characterized in that a wavelength locker controls the wavelength of the second excitation light .

請求項2に記載の発明は、信号光入力端子と、位相整合光周波数のひとつがvである2次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、前記信号光入力端子から入力される光周波数vの信号光に対して、光周波数vがv=2v−vである第1の励起光を出力する第1の励起光源と、光周波数vの所望の波長変換光に対して、光周波数vがv=2v−vであって、規定の光周波数グリッドの範囲内である第2の励起光を出力する第2の励起光源と、前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部とを含む、波長変換装置において、前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光であって、光周波数がv+vである和周波光を分岐する分岐部と、前記和周波光を入力し、第1の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, the signal light input terminal, an optical nonlinear element having a second-order optical nonlinear susceptibility one is v m of the phase matching optical frequency, the light inputted from the optical signal input terminal with respect to the signal light of frequency v s, the optical frequency v 1 is v 1 = a first pumping light source that outputs a first excitation light is 2v m -v s, desired wavelength converted light of the light frequency v d On the other hand, the optical frequency v 2 is v 2 = 2v m −v d , and the second excitation light source that outputs the second excitation light within the range of the prescribed optical frequency grid, and the excitation light source In a wavelength converter including an optical multiplexing unit that combines the output excitation light and the signal light and outputs the combined light to the optical nonlinear element, the first excitation of the light output from the optical nonlinear element a sum frequency light between light and signal light, Wako frequency is v 1 + v 2 A branch portion for branching the wave light, enter the sum frequency light, characterized in that a wavelength locker for controlling the wavelength of the first excitation light.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の波長変換装置であって、前記光非線形素子は、擬似位相整合光非線形素子であって、当該擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数のひとつがvであることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the wavelength conversion device according to claim 1 or 2, wherein the optical nonlinear element is a quasi phase matching optical nonlinear element, and the quasi phase of the quasi phase matching optical nonlinear element. wherein the one alignment light frequency is v m.

以上述べたように、本発明によれば、波長変換を多段階繰り返した場合においても、装置出力の波長変換光の光周波数が、規定の範囲に収めえることができる。   As described above, according to the present invention, even when wavelength conversion is repeated in multiple stages, the optical frequency of the wavelength-converted light output from the apparatus can be kept within a specified range.

(第1の実施形態)
図1を参照して、本発明に係る波長変換装置の第1の実施形態を説明する。図1に本実施形態の波長変換装置の基本構成を示す。波長変換装置(100)は、光周波数vの信号光を入力する信号光入力端子(102)と、光周波数vの励起光1を出力する励起光源1(104−1)と、光周波数vの励起光2を出力する励起光源2(104−2)と、信号光、励起光1および励起光2を合波する光合波部(106)と、合波された信号光、励起光1および励起光2を入力し、波長変換光を出力する光非線形素子(108)と、波長変換光から光周波数v+v−vの波長変換光を分岐する光分岐部(110)と、分岐された光周波数v+v−vの波長変換光を入力し、励起光源2(104−2)から出力される励起光2を制御する波長ロッカ(130)と、分岐された光周波数vの波長変換光を出力する波長変換光出力端子(116)とを備える。
(First embodiment)
A first embodiment of a wavelength conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a basic configuration of the wavelength conversion device of the present embodiment. Wavelength converter (100) includes a signal light input terminal for inputting a signal light of the optical frequency v s (102), the pumping light source for outputting pumping light 1 in the optical frequency v 1 1 and (104-1), the optical frequency v an excitation light source 2 for outputting pumping light 2 2 (104-2), the signal light, optical multiplexer for multiplexing the excitation light 1 and the pump light 2 (106), combined signal light, the pumping light An optical nonlinear element (108) that inputs 1 and pumping light 2 and outputs wavelength-converted light, and an optical branching unit (110) that branches wavelength-converted light having an optical frequency v 1 + v s −v 2 from the wavelength-converted light , enter the split optical frequency v 1 + v s wavelength conversion light -v 2, a wavelength locker for controlling the pumping light 2 output from the pumping light source 2 (104-2) (130), split optical wavelength converted light output terminal for outputting the wavelength-converted light of frequency v d and a (116) Obtain.

次に本実施形態の動作を説明する。本実施形態の波長変換装置(100)は、光通信波長帯の1.5マイクロメートル帯で動作する。励起光源1(104−1)および2(104−2)より出力されるそれぞれ光周波数vとvの励起光1および2と、信号光入力端子(102)から入力される光周波数vの入力信号光とが、光合波部(106)で合波される。光合波部(106)は、誘電体多層膜やファイバブラッググレーティング(FBG)を利用した波長多重フィルタや光ファイバカップラなどにより実現することができる。 Next, the operation of this embodiment will be described. The wavelength converter (100) of this embodiment operates in the 1.5 micrometer band of the optical communication wavelength band. An excitation light source 1 (104-1) and 2 (104-2), respectively an optical frequency v 1 which is output from the v 2 of the excitation light 1 and 2, the optical frequency v s is inputted from the signal light input terminal (102) The input signal light is multiplexed by the optical multiplexing unit (106). The optical multiplexing unit (106) can be realized by a wavelength multiplexing filter, an optical fiber coupler, or the like using a dielectric multilayer film or a fiber Bragg grating (FBG).

合波された励起光1、2および信号光は、位相整合光周波数が励起光周波数近傍の擬似位相整合光非線形素子(108)に入力される。この光非線形素子は、位相整合光周波数のひとつがvである2次の光非線形感受率を有する。例えば、光非線形素子(108)として擬似位相整合光非線形素子を用いることができる。擬似位相整合光非線形素子としては、ニオブ酸リチウム結晶の光学軸を周期十数マイクロメートルで周期的に反転させた素子にプロトン交換法などを用いて光導波路を形成したものがすでに開発されていて、これを用いることができる。擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数vは、ニオブ酸リチウム導波路の実効屈折率等の光学パラメータ、反転周期により決定される。 The combined pumping lights 1 and 2 and signal light are input to a quasi phase matching optical nonlinear element (108) having a phase matching optical frequency in the vicinity of the pumping light frequency. The optical nonlinear element has a second-order optical nonlinear susceptibility one phase matching optical frequency is v m. For example, a quasi phase matching optical nonlinear element can be used as the optical nonlinear element (108). As a quasi-phase matching optical nonlinear element, an element in which an optical waveguide is formed by using a proton exchange method or the like on an element in which the optical axis of a lithium niobate crystal is periodically inverted at a period of several tens of micrometers has already been developed. This can be used. Quasi-phase matching optical frequency of the quasi-phase matching optical nonlinear element v m, the optical parameters of the effective refractive index, etc. of the lithium niobate waveguide is determined by the inversion period.

本実施形態では、背景技術において述べたように、励起光1および2の光周波数は、目標とする変換先光周波数をvとすると、
=2v−v、 v=2v−v
がほぼ満足されるように調整される。但し、位相整合光周波数は位相整合帯域幅内にあれば良い。長さ数センチメートルの擬似位相整合光非線形素子であれば、中心位相整合光周波数±十数GHz程度の値が許される。したがって、励起光の光周波数は上式が満足される範囲で、波長変換光の光周波数偏差が規定の値以下となるように調整される。
In the present embodiment, as described in the background, the optical frequency of the pumping light 1 and 2, when the destination optical frequency to a target and v d,
v 1 = 2v m −v s , v 2 = 2v m −v d
Is adjusted so as to be almost satisfied. However, the phase matching optical frequency only needs to be within the phase matching bandwidth. In the case of a quasi-phase matching optical nonlinear element having a length of several centimeters, a value of about the center phase matching optical frequency ± ten GHz is allowed. Therefore, the optical frequency of the pumping light is adjusted so that the optical frequency deviation of the wavelength-converted light is not more than a specified value within the range where the above equation is satisfied.

本実施形態では、光分岐部(110)にて、非線形素子(108)から出力された波長変換光から光周波数v+v−vの波長変換光を抽出する。分岐光は波長ロッカ(130)に入力される。 In this embodiment, the optical branching unit (110) extracts wavelength-converted light having the optical frequency v 1 + v s −v 2 from the wavelength-converted light output from the nonlinear element (108). The branched light is input to the wavelength locker (130).

典型的な波長ロッカの構成とファブリペロー干渉計(エタロン)を用いた場合の動作原理をそれぞれ図4および5に示す。エタロン(404)を透過する光のパワーが所定の値になるようにフィードバック信号を励起光源2に帰還させ、励起光源2の発振波長(光周波数)を制御する。波長ロッカでは、分岐光の光パワーの変動と波長変動を弁別するためフォトダイオードPD1(406)と差動増幅器(410)を用いてパワー変動を相殺している。   The structure of a typical wavelength locker and the operation principle when using a Fabry-Perot interferometer (etalon) are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. The feedback signal is fed back to the excitation light source 2 so that the power of the light transmitted through the etalon (404) becomes a predetermined value, and the oscillation wavelength (optical frequency) of the excitation light source 2 is controlled. In the wavelength locker, the power fluctuation is canceled by using the photodiode PD1 (406) and the differential amplifier (410) in order to discriminate the fluctuation of the optical power and the wavelength fluctuation of the branched light.

これにより、出力光である波長変換光の光周波数は、この波長ロッカにより定まる精度で、グリッド周波数に安定化される。   As a result, the optical frequency of the wavelength-converted light that is the output light is stabilized to the grid frequency with an accuracy determined by the wavelength locker.

尚、波長変換光出力端子(116)において、光非線形素子(108)から出力される波長変換光のうちの光周波数がvである所望の波長変換光を得るためには、光通過帯域フィルタ(図示しない)を備える必要がある。例えば、光通過帯域フィルタとして、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。 Incidentally, in the wavelength converted light output terminal (116), to the optical frequency of the wavelength converted light output from the optical nonlinear element (108) to obtain the desired wavelength-converted light is v d, the optical passband filter (Not shown) must be provided. For example, a dielectric multilayer filter, an acousto-optic filter, an array diffraction grating filter, or the like can be used as the light passband filter.

(第2の実施形態)
次に、図2を参照して、本発明に係る波長変換装置の第2の実施形態を説明する。図2に本実施形態の波長変換装置の基本構成を示す。波長変換装置(200)は、光周波数vの信号光を入力する信号光入力端子(202)と、光周波数vの励起光1を出力する励起光源1(204−1)と、光周波数vの励起光2を出力する励起光源2(204−2)と、信号光、励起光1および励起光2を合波する光合波部(206)と、合波された信号光、励起光1および励起光2を入力し、波長変換光を出力する光非線形素子(208)と、波長変換光から励起光1と信号光との和周波光である光周波数v+vの波長変換光を分岐する光分岐部(210)と、分岐された光周波数v+vの波長変換光を入力し、励起光源2(204−2)から出力される励起光2を制御する波長ロッカ(230)と、分岐された光周波数vの波長変換光を出力する波長変換光出力端子(216)とを備える。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a basic configuration of the wavelength conversion device of the present embodiment. Wavelength converter (200) includes a signal light input terminal for inputting a signal light of the optical frequency v s (202), the pumping light source for outputting pumping light 1 in the optical frequency v 1 1 and (204-1), the optical frequency v an excitation light source 2 for outputting pumping light 2 2 (204-2), the signal light, optical multiplexer for multiplexing the excitation light 1 and the pump light 2 (206), combined signal light, the pumping light An optical nonlinear element (208) that inputs 1 and pumping light 2 and outputs wavelength-converted light, and wavelength-converted light having an optical frequency v 1 + v 2 that is the sum frequency light from the wavelength-converted light to pumping light 1 and signal light And a wavelength locker (230) that controls the pumping light 2 output from the pumping light source 2 (204-2) by inputting the branched wavelength converted light having the optical frequency v 1 + v 2. ) And the wavelength-converted light output for outputting the wavelength-converted light having the branched optical frequency v d A terminal (216).

次に本実施形態の動作を説明する。本実施形態の波長変換装置(200)は、光通信波長帯の1.5マイクロメートル帯で動作する。励起光源1(204−1)および2(204−2)よりそれぞれ出力される光周波数vの励起光1およびと光周波数v2の励起光2と、信号光入力端子(202)から入力される光周波数vの入力信号光とが、光合波部(206)で合波される。光合波部(206)は、誘電体多層膜やファイバブラッググレーティング(FBG)を利用した波長多重フィルタや光ファイバカップラなどにより実現することができる。 Next, the operation of this embodiment will be described. The wavelength converter (200) of this embodiment operates in the 1.5 micrometer band of the optical communication wavelength band. The pumping light 1 with the optical frequency v 1 and the pumping light 2 with the optical frequency v 22 output from the pumping light sources 1 (204-1) and 2 (204-2), respectively, and input from the signal light input terminal (202). an input signal light of the optical frequency v s to be are multiplexed by the optical multiplexing section (206). The optical multiplexing unit (206) can be realized by a wavelength multiplexing filter, an optical fiber coupler, or the like using a dielectric multilayer film or a fiber Bragg grating (FBG).

合波された励起光1、2および信号光は、位相整合光周波数が励起光周波数近傍の擬似位相整合光非線形素子(208)に入力される。この光非線形素子は、位相整合光周波数のひとつがvである2次の光非線形感受率を有する。光非線形素子(208)として、擬似位相整合光非線形素子を用いることができる。擬似位相整合光非線形素子としては、ニオブ酸リチウム結晶の光学軸を周期十数マイクロメートルで周期的に反転させた素子にプロトン交換法などを用いて光導波路を形成したものがすでに開発されていて、これを用いることができる。擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数vは、ニオブ酸リチウム導波路の実効屈折率等の光学パラメータ、反転周期により決定される。 The combined pumping lights 1 and 2 and signal light are input to the quasi phase matching optical nonlinear element (208) having a phase matching optical frequency in the vicinity of the pumping light frequency. The optical nonlinear element has a second-order optical nonlinear susceptibility one phase matching optical frequency is v m. As the optical nonlinear element (208), a quasi phase matching optical nonlinear element can be used. As a quasi-phase matching optical nonlinear element, an element in which the optical axis of a lithium niobate crystal is periodically inverted at a period of several tens of micrometers and an optical waveguide is formed using a proton exchange method has already been developed. This can be used. Quasi-phase matching optical frequency of the quasi-phase matching optical nonlinear element v m, the optical parameters of the effective refractive index, etc. of the lithium niobate waveguide is determined by the inversion period.

本実施形態では、背景技術において述べたように、励起光1および2の光周波数は、目標とする変換先光周波数をvとすると、
=2v−v、 v=2v−v
がほぼ満足されるように調整される。但し、位相整合光周波数は位相整合帯域幅内にあれば良い。長さ数センチメートルの擬似位相整合光非線形素子であれば、中心位相整合光周波数±十数GHz程度の値が許される。したがって、励起光の光周波数は上式が満足される範囲で、波長変換光の光周波数偏差が規定の値以下となるように調整される。
In the present embodiment, as described in the background, the optical frequency of the pumping light 1 and 2, when the destination optical frequency to a target and v d,
v 1 = 2v m −v s , v 2 = 2v m −v d
Is adjusted so as to be almost satisfied. However, the phase matching optical frequency only needs to be within the phase matching bandwidth. In the case of a quasi-phase matching optical nonlinear element having a length of several centimeters, a value of about the center phase matching optical frequency ± ten GHz is allowed. Therefore, the optical frequency of the pumping light is adjusted so that the optical frequency deviation of the wavelength-converted light is not more than a specified value within the range where the above equation is satisfied.

本実施形態では、光分岐部(210)にて、出力となる波長変換光を抽出するのではなく、信号光と第一の励起光の和周波光を分岐する。励起光1の光周波数vはネットワーク制御信号(通常は主信号とは別回線により転送される)より与えられる入力信号光周波数vに応じて、v=2v−vをほぼ満足するように制御される。したがって、信号光と励起光1の和周波光は、ほぼ2vの光周波数(波長は0.75マイクロメートル帯)となる。 In this embodiment, the optical branching unit (210) does not extract the wavelength-converted light to be output, but branches the sum frequency light of the signal light and the first excitation light. Optical frequency v 1 of the excitation light 1 according to the network control signal (usually the primary signal is being transferred by a separate line with) the input signal given from the light frequency v s, approximately satisfies v 1 = 2v m -v s To be controlled. Therefore, the sum frequency light of the excitation light 1 and the signal light is approximately 2v m optical frequency (wavelength band 0.75 micrometers).

波長ロッカ(230)は、この和周波光が、透過光パワーがある規定値になるように励起光源1(204−1)の発振光周波数を制御する。この場合、入力信号光の光周波数にかかわらず、励起光1との和周波光は、擬似位相整合光周波数近傍のある定まった光周波数に発生するため、第1の実施形態の場合と異なり、波長ロッカは周期的な波長−透過特性を有する必要は無い。   The wavelength locker (230) controls the oscillation light frequency of the excitation light source 1 (204-1) so that the sum frequency light has a certain value of transmitted light power. In this case, regardless of the optical frequency of the input signal light, the sum frequency light with the pumping light 1 is generated at a certain optical frequency in the vicinity of the quasi-phase matching optical frequency, so that unlike the case of the first embodiment, The wavelength locker need not have periodic wavelength-transmission characteristics.

励起光源2(204−2)は、内部に通常の波長ロッカ(波長ロッカ2)を備えた光源とする。出力される波長変換光の偏差は最大で波長ロッカ1の精度と波長ロッカ2の精度の和となる。したがって、それぞれの精度を通信ネットワークで規定されるグリッドからの許容偏差の半分以下としておけばよい。   The excitation light source 2 (204-2) is a light source provided with a normal wavelength locker (wavelength locker 2) inside. The maximum deviation of the wavelength-converted light that is output is the sum of the accuracy of the wavelength locker 1 and the accuracy of the wavelength locker 2. Therefore, each accuracy may be set to be less than half of the allowable deviation from the grid defined by the communication network.

尚、波長変換光出力端子(216)において、光非線形素子(208)から出力される波長変換光のうちの光周波数がvである所望の波長変換光を得るためには、光通過帯域フィルタ(図示しない)を備える必要がある。例えば、光通過帯域フィルタとして、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。 Incidentally, in the wavelength converted light output terminal (216), to the optical frequency of the wavelength converted light output from the optical nonlinear element (208) to obtain the desired wavelength-converted light is v d, the optical passband filter (Not shown) must be provided. For example, a dielectric multilayer filter, an acousto-optic filter, an array diffraction grating filter, or the like can be used as the light passband filter.

本発明に係る波長変換装置の第1の実施形態の構成図である。It is a block diagram of 1st Embodiment of the wavelength converter which concerns on this invention. 本発明に係る波長変換装置の第2の実施形態の構成図である。It is a block diagram of 2nd Embodiment of the wavelength converter which concerns on this invention. 本発明の想定する任意波長変換装置構成での波長関係を示した図である。It is the figure which showed the wavelength relationship in the arbitrary wavelength converter structure which this invention assumes. 本発明の実施に用いることができる典型的な波長ロッカの構成図である。1 is a block diagram of a typical wavelength locker that can be used to implement the present invention. 本発明の実施に用いることができる典型的な波長ロッカの原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the typical wavelength locker which can be used for implementation of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100,200 波長変換装置
102,202 信号光入力端子
104−1,104−2,204−1,204−2 励起光源
106,206 光合波部
108,208 光非線形素子
110,210 光分岐部
116,216 波長変換光出力端子
130,230 波長ロッカ
400 波長ロッカ
402 スプリッタ
404 エタロン
406,408 フォトダイオード(PD)
410 差動増幅器
100, 200 Wavelength converters 102, 202 Signal light input terminals 104-1, 104-2, 204-1, 204-2 Excitation light source 106, 206 Optical multiplexing unit 108, 208 Optical nonlinear element 110, 210 Optical branching unit 116, 216 Wavelength conversion light output terminals 130 and 230 Wavelength locker 400 Wavelength rocker 402 Splitter 404 Etalon 406 and 408 Photodiode (PD)
410 Differential Amplifier

Claims (3)

信号光入力端子と、
位相整合光周波数のひとつがvである2次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、
前記信号光入力端子から入力される光周波数vの信号光に対して、光周波数vがv=2v−vである第1の励起光を出力する第1の励起光源と、
光周波数vの所望の波長変換光に対して、光周波数vがv=2v−vである第2の励起光を出力する第2の励起光源と、
前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部と
を含む波長変換装置において、
前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光と、第二の励起光との差周波光であって、光周波数がv+v−vである差周波光を分岐する分岐部と、
前記差周波光を入力し、第2の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする波長変換装置。
A signal light input terminal;
An optical nonlinear element having a second-order optical nonlinear susceptibility one phase matching optical frequency is v m,
For the signal light of the optical frequency v s is inputted from the signal light input terminal, a first pumping light source that outputs a first excitation light optical frequency v 1 is v 1 = 2v m -v s,
For the desired wavelength-converted light of the light frequency v d, and a second excitation light source for outputting second pumping light optical frequency v 2 is v 2 = 2v m -v d,
In the wavelength converter including the optical multiplexing unit that multiplexes the excitation light and the signal light output from the excitation light source and outputs them to the optical nonlinear element,
Of the light output from the optical nonlinear element, it is a difference frequency light between the sum frequency light of the first excitation light and the signal light and the second excitation light, and the optical frequency is v 1 + v s −v. A branching section that branches the difference frequency light that is 2 ;
A wavelength conversion device comprising: a wavelength locker that inputs the difference frequency light and controls the wavelength of the second excitation light.
信号光入力端子と、
位相整合光周波数のひとつがvである2次の光非線形感受率を有する光非線形素子と、
前記信号光入力端子から入力される光周波数vの信号光に対して、光周波数vがv=2v−vである第1の励起光を出力する第1の励起光源と、
光周波数vの所望の波長変換光に対して、光周波数vがv=2v−vであって、規定の光周波数グリッドの範囲内である第2の励起光を出力する第2の励起光源と、
前記励起光源から出力される前記励起光と前記信号光を合波し、前記光非線形素子へ出力する光合波部と
を含む、波長変換装置において、
前記光非線形素子から出力される光のうち、第一の励起光と信号光との和周波光であって、光周波数がv+vである和周波光を分岐する分岐部と、
前記和周波光を入力し、第1の励起光の波長を制御する波長ロッカとを備えたことを特徴とする波長変換装置。
A signal light input terminal;
An optical nonlinear element having a second-order optical nonlinear susceptibility one phase matching optical frequency is v m,
For the signal light of the optical frequency v s is inputted from the signal light input terminal, a first pumping light source that outputs a first excitation light optical frequency v 1 is v 1 = 2v m -v s,
For the desired wavelength-converted light of the light frequency v d, an optical frequency v 2 is v 2 = 2v m -v d, the outputs of the second excitation light is within the defined optical frequency grid Two excitation light sources;
In the wavelength conversion device, comprising: an optical multiplexing unit that multiplexes the excitation light output from the excitation light source and the signal light and outputs to the optical nonlinear element,
Of the light output from the optical nonlinear element, a branching unit for branching the sum frequency light of the first pumping light and the signal light and having an optical frequency of v 1 + v 2 ;
A wavelength conversion device comprising: a wavelength locker that inputs the sum frequency light and controls the wavelength of the first excitation light.
前記光非線形素子は、擬似位相整合光非線形素子であって、当該擬似位相整合光非線形素子の擬似位相整合光周波数のひとつがvであることを特徴とする請求項1または2に記載の波長変換装置。

The optical nonlinear element is a quasi-phase matching optical nonlinear element, the wavelength according to claim 1 or 2 one quasi-phase matching optical frequency of the quasi-phase matching optical nonlinear element is characterized in that the v m Conversion device.

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