JP2008076752A - 光集積素子及び波長変換方式 - Google Patents
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Abstract
【課題】偏波無依存の波長変換を実現しながら、波長変換光とともにポンプ光が出力されてしまうのを抑制できるようにする。
【解決手段】本光集積素子は、２つの光導波路２，３を備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計１と、ポート１Ｂに接続されるＴＭモード信号光入力用光導波路１２と、ポート１Ａに接続されるＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４と、ポート１Ｃに接続されるＴＥモード信号光入力用光導波路１３と、ポート１Ｄに接続されるＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５と、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４に備えられるＴＭモード用半導体レーザ９と、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５に備えられるＴＥモード用半導体レーザ１０と、２つの光導波路２，３に備えられ、信号光及びポンプ光が入射すると信号光の位相共役光を発生する非線形媒質７，８とを備え、これらが同一半導体基板６上に集積されている。
【選択図】図１
【解決手段】本光集積素子は、２つの光導波路２，３を備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計１と、ポート１Ｂに接続されるＴＭモード信号光入力用光導波路１２と、ポート１Ａに接続されるＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４と、ポート１Ｃに接続されるＴＥモード信号光入力用光導波路１３と、ポート１Ｄに接続されるＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５と、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４に備えられるＴＭモード用半導体レーザ９と、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５に備えられるＴＥモード用半導体レーザ１０と、２つの光導波路２，３に備えられ、信号光及びポンプ光が入射すると信号光の位相共役光を発生する非線形媒質７，８とを備え、これらが同一半導体基板６上に集積されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、波長変換を行なうのに用いられる光集積素子及び波長変換方式に関する。
光通信の高速化、大容量化に伴い、光信号を電気信号に変換せずに処理を行なう全光信号処理技術が要求されている。
近年の波長分割多重技術（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）の進展により、石英系光ファイバの数ＴＨｚに及ぶ帯域をすべて使いきることが可能になっている。光の波長１つ１つに異なる情報を与えて伝送するＷＤＭにおいて、サブネットワーク間での波長衝突の回避や波長ルーティングによる交換を実現するために波長変換は必要不可欠な技術である。
近年の波長分割多重技術（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）の進展により、石英系光ファイバの数ＴＨｚに及ぶ帯域をすべて使いきることが可能になっている。光の波長１つ１つに異なる情報を与えて伝送するＷＤＭにおいて、サブネットワーク間での波長衝突の回避や波長ルーティングによる交換を実現するために波長変換は必要不可欠な技術である。
全光波長変換を行なう場合、光ファイバや半導体のような非線形媒質（Non-Linear Medium：ＮＬＭ）を利用する方法が多く用いられる。このうち、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）の非線形効果を用いた波長変換方式は、システムの小型化が可能であり、低消費電力で大きな非線形効果を得ることができるため、盛んに研究がなされている。
ここで、ＳＯＡを用いた全光波長変換方式は、相互利得変調（Cross Gain Modulation：ＸＧＭ）や相互位相変調（Cross Phase Modulation：ＸＰＭ）のような光スイッチ型のものと、差周波発生（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）や四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いたコヒーレント型のものとに分けることができる。
このうち、コヒーレント型の波長変換方式は、非線形応答の高速性によって超高速の波長変換を行なえるほか、波長変換後も位相情報が保持されるため、例えば差分位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying：ＤＰＳＫ）などのような変調フォーマットにも対応可能である。
このうち、コヒーレント型の波長変換方式は、非線形応答の高速性によって超高速の波長変換を行なえるほか、波長変換後も位相情報が保持されるため、例えば差分位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying：ＤＰＳＫ）などのような変調フォーマットにも対応可能である。
特に、ＦＷＭを用いた波長変換方式は、相互作用する光の周波数間隔が小さく、位相整合が容易であるため、高速、かつ、フォーマットフリーの波長変換方式として有望である。
しかし、ＦＷＭを用いた波長変換方式は、入力光の偏波状態に大きく依存する。つまり、ＦＷＭを用いた波長変換効率は、ポンプ光と信号光との間の偏波状態に大きく影響される。
しかし、ＦＷＭを用いた波長変換方式は、入力光の偏波状態に大きく依存する。つまり、ＦＷＭを用いた波長変換効率は、ポンプ光と信号光との間の偏波状態に大きく影響される。
このような偏波依存性を解消する手段としては、偏波ダイバーシティ法がある。
例えば図５に示すように、入力光（信号光ωs、ポンプ光ωp）を偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）１００によって偏波分離し、分離された各々の光を２つの半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）１０１，１０２に入射させ、これらの半導体光増幅器１０１，１０２から出射される光（信号光ωs、ポンプ光ωp、位相共役光ωc）を偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）１０３によって偏波合成して、波長変換光としての位相共役光ωcを取り出すように構成することが提案されている（例えば非特許文献１参照）。この場合、波長変換光としての位相共役光ωcとともに信号光ωs及びポンプ光ωpも取り出されてしまうことになる。
例えば図５に示すように、入力光（信号光ωs、ポンプ光ωp）を偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）１００によって偏波分離し、分離された各々の光を２つの半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）１０１，１０２に入射させ、これらの半導体光増幅器１０１，１０２から出射される光（信号光ωs、ポンプ光ωp、位相共役光ωc）を偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）１０３によって偏波合成して、波長変換光としての位相共役光ωcを取り出すように構成することが提案されている（例えば非特許文献１参照）。この場合、波長変換光としての位相共役光ωcとともに信号光ωs及びポンプ光ωpも取り出されてしまうことになる。
このような構成では、非線形媒質として２つのＳＯＡ１０１，１０２を用いる必要がある。これに対し、非線形媒質を１つだけ用いることも考えられる。
例えば図６に示すように、入力光（信号光ωs及びポンプ光ωp）を光サーキュレータ１０７を介して偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）１０４に入力し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４によって偏波分離し、分離された一方の光はそのまま、他方の光はλ／２波長板１０５によって偏波面を９０度回転させて、ＳＯＡ１０６の双方向から入射させ、このＳＯＡ１０６から双方向へ出射される光（信号光ωs、ポンプ光ωp、位相共役光ωc）を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４によって偏波合成し、光サーキュレータ１０７を介して、入力ポートとは異なるポートから、波長変換光としての位相共役光ωcを取り出すように構成することも考えられる。この場合も波長変換光としての位相共役光ωcとともに信号光ωs及びポンプ光ωpも取り出されてしまうことになる。
例えば図６に示すように、入力光（信号光ωs及びポンプ光ωp）を光サーキュレータ１０７を介して偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）１０４に入力し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４によって偏波分離し、分離された一方の光はそのまま、他方の光はλ／２波長板１０５によって偏波面を９０度回転させて、ＳＯＡ１０６の双方向から入射させ、このＳＯＡ１０６から双方向へ出射される光（信号光ωs、ポンプ光ωp、位相共役光ωc）を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４によって偏波合成し、光サーキュレータ１０７を介して、入力ポートとは異なるポートから、波長変換光としての位相共役光ωcを取り出すように構成することも考えられる。この場合も波長変換光としての位相共役光ωcとともに信号光ωs及びポンプ光ωpも取り出されてしまうことになる。
特に、これと同様の構成で、ＳＯＡ１０６の代わりにＤＦＢレーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を用い、ＤＦＢレーザの光をポンプ光ωpとして用いるようにし、外部からの入力光として信号光ωsのみを入力するようにした構成が提案されている（例えば非特許文献２参照）。
Jonathan P. R. Lacey et al., "Tunability of Polarization-Insensitive Wavelength Converters Based on Four-Wave Mixing in Semiconductor Optical Amplifiers" Journal of Lightwave Technology, Vol. 16, No. 12, pp. 2419-2427 (December 1998) S. Watanabe et al., "Polarisation-insensitive wavelength conversion and phase conjugation using bi-directional forward four-wave mixing in a lasing DFB-LD" Electronics Letters, Vol. 33, No. 4, pp. 316-317 (13th February 1997).
Jonathan P. R. Lacey et al., "Tunability of Polarization-Insensitive Wavelength Converters Based on Four-Wave Mixing in Semiconductor Optical Amplifiers" Journal of Lightwave Technology, Vol. 16, No. 12, pp. 2419-2427 (December 1998) S. Watanabe et al., "Polarisation-insensitive wavelength conversion and phase conjugation using bi-directional forward four-wave mixing in a lasing DFB-LD" Electronics Letters, Vol. 33, No. 4, pp. 316-317 (13th February 1997).
ところで、上述の図５や図６に示すような構成では、波長変換光（位相共役光）ωcとともに信号光ωsやポンプ光ωpも出力されてしまうため、波長変換光ωcのみを取り出すためには例えばフィルタを用いて信号光ωsやポンプ光ωpをカットする必要がある。
特に、ポンプ光ωpはパワーが大きいため、波長変換光ωcとともに出力されると、波長変換光ωcに与える影響が大きい。
特に、ポンプ光ωpはパワーが大きいため、波長変換光ωcとともに出力されると、波長変換光ωcに与える影響が大きい。
また、信号光ωsとポンプ光ωpの離調が小さくなると（即ち、変換効率を高くすべく、ポンプ光ωpの波長を信号光ωsの波長に近づけると）、波長変換光ωcとポンプ光ωpの波長が近くなり、フィルタを用いてもポンプ光ωpを十分にカットすることができない。この結果、雑音の増加につながることになる。
さらに、ポンプ光ωpをカットするために波長可変フィルタを用いる場合、信号光を任意の波長に変換するためにポンプ光ωpの波長を掃引するときに、フィルタの中心波長（透過波長）を掃引することも必要であり、波長掃引幅によっても波長変換の幅が制限されてしまうことになる。特に、波長掃引幅は掃引機構を含むフィルタの特性で決定されるため、実際の使用にあたっては制限も多い。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されてしまうことになる。
さらに、ポンプ光ωpをカットするために波長可変フィルタを用いる場合、信号光を任意の波長に変換するためにポンプ光ωpの波長を掃引するときに、フィルタの中心波長（透過波長）を掃引することも必要であり、波長掃引幅によっても波長変換の幅が制限されてしまうことになる。特に、波長掃引幅は掃引機構を含むフィルタの特性で決定されるため、実際の使用にあたっては制限も多い。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されてしまうことになる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、偏波無依存の波長変換を実現しながら、波長変換光とともにポンプ光が出力されないようにした、光集積素子及び波長変換方式を提供することを目的とする。
このため、本発明の光集積素子は、マッハツェンダ干渉計（２つのカプラと、２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有する）、ＴＭモード信号光入力用光導波路（一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光をマッハツェンダ干渉計に入力するためのもの）、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路（一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光をマッハツェンダ干渉計に入力するためのもの）、ＴＥモード信号光入力用光導波路（他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光をマッハツェンダ干渉計に入力するためのもの）、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路（他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光をマッハツェンダ干渉計に入力するためのもの）、ＴＭモード用半導体レーザ（ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるもの）、ＴＥモード用半導体レーザ（ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるもの）、及び、非線形媒質（２つの光導波路のそれぞれに備えられ、信号光及びポンプ光が入射すると信号光の位相共役光を発生するもの）が、同一半導体基板上に集積されている。
また、本発明の波長変換方式は、上記の光集積素子と、偏光ビームスプリッタと、光集積素子と偏光ビームスプリッタとを接続する偏波保持ファイバとを備えるものとして構成される。そして、まず、偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、ＴＭモードの信号光を、偏波保持ファイバ及び光集積素子のＴＭモード信号光入力用光導波路を介してマッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、ＴＥモードの信号光を、偏波保持ファイバ及び光集積素子のＴＥモード信号光入力用光導波路を介してマッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力する。次に、非線形媒質が発生し、ＴＥモード信号光入力用光導波路及び偏波保持ファイバを介して出力されるＴＭモードの信号光の位相共役光と、非線形媒質が発生し、ＴＭモード信号光入力用光導波路及び偏波保持ファイバを介して出力されるＴＥモードの信号光の位相共役光とを偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成される。
また、上記の本発明の光集積素子は、ＴＭモード用半導体レーザ又はＴＥモード用半導体レーザを備えるものとして構成することもできる。
この場合、本発明の波長変換方式は、ＴＭモード用半導体レーザを備える第１光集積素子と、ＴＥモード用半導体レーザを備える第２光集積素子と、第１偏光ビームスプリッタと、第２偏光ビームスプリッタと、これらの第１光集積素子、第２光集積素子、第１偏光ビームスプリッタ及び第２偏光ビームスプリッタを接続する偏波保持ファイバとを備えるものとして構成される。そして、まず、第１偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、ＴＭモードの信号光を、偏波保持ファイバ及び第１光集積素子のＴＭモード信号光入力用光導波路を介してマッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、ＴＥモードの信号光を、偏波保持ファイバ及び第２光集積素子のＴＥモード信号光入力用光導波路を介してマッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力する。次に、第１光集積素子の非線形媒質が発生し、第１光集積素子のＴＥモード信号光入力用光導波路及び偏波保持ファイバを介して出力されるＴＭモードの信号光の位相共役光と、第２光集積素子の非線形媒質が発生し、第２光集積素子のＴＭモード信号光入力用光導波路及び偏波保持ファイバを介して出力されるＴＥモードの信号光の位相共役光とを第２偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成される。
この場合、本発明の波長変換方式は、ＴＭモード用半導体レーザを備える第１光集積素子と、ＴＥモード用半導体レーザを備える第２光集積素子と、第１偏光ビームスプリッタと、第２偏光ビームスプリッタと、これらの第１光集積素子、第２光集積素子、第１偏光ビームスプリッタ及び第２偏光ビームスプリッタを接続する偏波保持ファイバとを備えるものとして構成される。そして、まず、第１偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、ＴＭモードの信号光を、偏波保持ファイバ及び第１光集積素子のＴＭモード信号光入力用光導波路を介してマッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、ＴＥモードの信号光を、偏波保持ファイバ及び第２光集積素子のＴＥモード信号光入力用光導波路を介してマッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力する。次に、第１光集積素子の非線形媒質が発生し、第１光集積素子のＴＥモード信号光入力用光導波路及び偏波保持ファイバを介して出力されるＴＭモードの信号光の位相共役光と、第２光集積素子の非線形媒質が発生し、第２光集積素子のＴＭモード信号光入力用光導波路及び偏波保持ファイバを介して出力されるＴＥモードの信号光の位相共役光とを第２偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成される。
したがって、本発明の光集積素子及び波長変換方式によれば、偏波無依存の波長変換を実現しながら、波長変換光とともにポンプ光が出力されないようにすることができるという利点がある。
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光集積素子及び波長変換方式について、図１、図２を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる波長変換方式は、非線形媒質（Non-Linear Medium:ＮＬＭ）の非線形効果としての四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いた波長変換方式である。つまり、本波長変換方式は、非線形媒質（ここでは３次の非線形現象を生じる媒質）に信号光ωsとポンプ光ωpを入力すると、信号光の位相共役光ωc（＝２ωp−ωs）が生成されることを利用し、非線形媒質によって生成された位相共役光ωc（３次の非線形現象による位相共役光）を波長変換光として取り出すことで波長変換を行なうものである。
本実施形態にかかる波長変換方式は、非線形媒質（Non-Linear Medium:ＮＬＭ）の非線形効果としての四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いた波長変換方式である。つまり、本波長変換方式は、非線形媒質（ここでは３次の非線形現象を生じる媒質）に信号光ωsとポンプ光ωpを入力すると、信号光の位相共役光ωc（＝２ωp−ωs）が生成されることを利用し、非線形媒質によって生成された位相共役光ωc（３次の非線形現象による位相共役光）を波長変換光として取り出すことで波長変換を行なうものである。
特に、本波長変換方式は、図１に示すように、偏波無依存の波長変換を実現しうる偏波ダイバーシティ法によるＦＷＭ波長変換方式であって、波長変換光としての位相共役光ωcとともにポンプ光ωpが出力されないように、２つの光導波路２，３と２入力２出力の２つのカプラ４，５とからなる４ポート（２×２ポート）のマッハツェンダ干渉計１を用い、信号光ωsとポンプ光ωpを別のポートから入力するようにしている。
本実施形態では、図１に示すように、マッハツェンダ干渉計１が形成された半導体基板６上に、非線形媒質［ここでは半導体利得媒質を有する半導体光増幅器（ＳＯＡ）］７，８，ポンプ光源（ここではＴＭモード又はＴＥモードで発振する半導体レーザ）９，１０を集積した光集積素子（ポンプ光源が集積されたマッハツェンダ干渉計型ＳＯＡ）１１を用い、マッハツェンダ干渉計１の４つのポート１Ａ〜１Ｄのうち対角線上に位置する２つのポート１Ｂ，１Ｃに接続された光導波路（即ち、半導体レーザ９，１０が形成されていない光導波路）１２，１３のそれぞれにレンズ系（図示せず）を介して偏波保持ファイバ１６，１７を接続し、これらの偏波保持ファイバ１６，１７の他端を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８に接続し、さらに、この偏光ビームスプリッタ１８に光サーキュレータ１９を介して入力側光ファイバ２０及び出力側光ファイバ２１を接続して、偏波ダイバーシティ法による波長変換方式を実現している。
このような波長変換方式を用いることで、以下のようにして波長変換が行なわれる。
まず、図１に示すように、入力側光ファイバ２０及び光サーキュレータ１９を介して外部から入力される信号光ωsは、偏光ビームスプリッタ１８によって、ＴＭモードの信号光とＴＥモードの信号光とに偏波分離され、偏波保持ファイバ１６，１７を介して、マッハツェンダ干渉計１の対角線上に位置する２つのポート１Ｂ，１Ｃに接続された光導波路１２，１３のそれぞれに入力される。
まず、図１に示すように、入力側光ファイバ２０及び光サーキュレータ１９を介して外部から入力される信号光ωsは、偏光ビームスプリッタ１８によって、ＴＭモードの信号光とＴＥモードの信号光とに偏波分離され、偏波保持ファイバ１６，１７を介して、マッハツェンダ干渉計１の対角線上に位置する２つのポート１Ｂ，１Ｃに接続された光導波路１２，１３のそれぞれに入力される。
ここでは、ＴＭモードの信号光は、光集積素子１１上に形成されたＴＭモード信号光入力用光導波路１２を介してマッハツェンダ干渉計１の一側（図１中、左側）の一のポート１Ｂから入力され、ＴＥモードの信号光は、光集積素子１１上に形成されたＴＥモード信号光入力用光導波路１３を介してマッハツェンダ干渉計１の他側（図１中、右側）の一のポート１Ｃから入力される。
一方、これらの信号光が入力される光導波路１２，１３及びポート１Ｂ，１Ｃに隣接する光導波路１４，１５及びポート１Ａ，１Ｄには、それぞれ、ＴＭモードで発振する半導体レーザ（ＴＭモード用半導体レーザ）９からＴＭモードのポンプ光、ＴＥモードで発振する半導体レーザ（ＴＥモード用半導体レーザ）１０からＴＥモードのポンプ光が入力される。
ここでは、光集積素子１１上に形成されたＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４に備えられるＴＭモード用半導体レーザ９から出力されたＴＭモードのポンプ光が、マッハツェンダ干渉計１の一側（図１中、左側）の他のポート１Ａから入力され、光集積素子１１上に形成されたＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５に備えられるＴＥモード用半導体レーザ１０から出力されたＴＥモードのポンプ光が、マッハツェンダ干渉計１の他側（図１中、右側）の他のポート１Ｄから入力される。
このようにして入力される各信号光及び各ポンプ光は、カプラ４，５を介して、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３のそれぞれを伝搬していき、これらのＳＯＡ７，８を通過すると、各ＳＯＡ７，８が各信号光の位相共役光（ＦＷＭ光）を発生する。
その後、それぞれの光導波路２，３を伝搬してきた各信号光及び各位相共役光（波長変換光）は、それぞれ、カプラ４，５を介して、その信号光が入力されたポート１Ｂ（１Ｃ）の対角線上に位置するポート１Ｃ（１Ｂ）に接続された光導波路１３（１２）から出力される。
その後、それぞれの光導波路２，３を伝搬してきた各信号光及び各位相共役光（波長変換光）は、それぞれ、カプラ４，５を介して、その信号光が入力されたポート１Ｂ（１Ｃ）の対角線上に位置するポート１Ｃ（１Ｂ）に接続された光導波路１３（１２）から出力される。
ここでは、ＴＭモードの信号光の位相共役光は、マッハツェンダ干渉計１の他方の側（図１中、右側）の一のポート１Ｃを介してＴＥモード信号光入力用光導波路１３から出力される一方、ＴＥモードの信号光の位相共役光は、マッハツェンダ干渉計１の一方の側（図１中、左側）の一のポート１Ｂを介してＴＭモード信号光入力用光導波路１２から出力される。
本実施形態では、図１に示すように、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３のうちのいずれか一方に設けられている位相調整領域２２によって、２つの光導波路２，３のそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整が行なわれる。
そして、図１に示すように、ＴＭモードの信号光の位相共役光とＴＥモードの信号光の位相共役光は、偏光ビームスプリッタ１８で合波され、光サーキュレータ１９を介して、波長変換光ωcとして取り出される。
そして、図１に示すように、ＴＭモードの信号光の位相共役光とＴＥモードの信号光の位相共役光は、偏光ビームスプリッタ１８で合波され、光サーキュレータ１９を介して、波長変換光ωcとして取り出される。
ここでは、位相共役光ωcとともに信号光ωsも出力されてしまうため、その後、例えばバンドパスフィルタ（例えばＡＷＥなど）によって信号光ωsをカットし、位相共役光（波長変換光）ωcのみを取り出すようにしている。これにより、信号光ωsが位相共役光（波長変換光）ωcに変換されることになる。
一方、図１に示すように、それぞれの光導波路２，３を伝搬してきた各ポンプ光は、それぞれ、カプラ４，５を介して、そのポンプ光が入力されたポート１Ａ（１Ｄ）の対角線上に位置するポート１Ｄ（１Ａ）に接続された光導波路１５（１４）から出力される。
一方、図１に示すように、それぞれの光導波路２，３を伝搬してきた各ポンプ光は、それぞれ、カプラ４，５を介して、そのポンプ光が入力されたポート１Ａ（１Ｄ）の対角線上に位置するポート１Ｄ（１Ａ）に接続された光導波路１５（１４）から出力される。
そして、各光導波路１４，１５に導かれたポンプ光ωpは、図１に示すように、ＴＭモード又はＴＥモードで発振する半導体レーザ９，１０に隣接して設けられている光吸収領域２３，２４で吸収される。これにより、各半導体レーザ９，１０に、対向する位置に設けられている半導体レーザから出力されるポンプ光ωpが入射されてしまうのを防止するようにしている。
次に、上述の波長変換方式において用いられる光集積素子（波長変換素子）について、図２（Ａ）〜（Ｆ）を参照しながら説明する。
本光集積素子は、図２（Ａ）に示すように、一側［図２（Ａ）中、左側］及び他側［図２（Ａ）中、右側］にそれぞれ２つのポート１Ａ，１Ｂ及び１Ｃ，１Ｄを有するマッハツェンダ干渉計１と、ＴＭモード信号光入力用光導波路１２と、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４と、ＴＥモード信号光入力用光導波路１３と、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５と、非線形媒質として用いられる第１半導体光増幅器（第１ＳＯＡ）７と、非線形媒質として用いられる第２半導体光増幅器（第２ＳＯＡ）８と、ポンプ光源としての半導体レーザ９，１０と、半導体レーザ９，１０からのポンプ光（レーザ光）を吸収する光吸収領域２４，２３と、位相調整領域２２とを、同一半導体基板６（一導電型半導体基板；ここではｎ型ＩｎＰ基板）上にモノリシックに集積したモノリシック集積素子１１として構成される。
本光集積素子は、図２（Ａ）に示すように、一側［図２（Ａ）中、左側］及び他側［図２（Ａ）中、右側］にそれぞれ２つのポート１Ａ，１Ｂ及び１Ｃ，１Ｄを有するマッハツェンダ干渉計１と、ＴＭモード信号光入力用光導波路１２と、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４と、ＴＥモード信号光入力用光導波路１３と、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５と、非線形媒質として用いられる第１半導体光増幅器（第１ＳＯＡ）７と、非線形媒質として用いられる第２半導体光増幅器（第２ＳＯＡ）８と、ポンプ光源としての半導体レーザ９，１０と、半導体レーザ９，１０からのポンプ光（レーザ光）を吸収する光吸収領域２４，２３と、位相調整領域２２とを、同一半導体基板６（一導電型半導体基板；ここではｎ型ＩｎＰ基板）上にモノリシックに集積したモノリシック集積素子１１として構成される。
ここで、マッハツェンダ干渉計１は、図２（Ａ）に示すように、２つのカプラ［ここでは多モード干渉（Multimode Interference：ＭＭＩ）カプラ］４，５と、２つのカプラ４，５間を接続する２つの光導波路２，３とを備える。
そして、マッハツェンダ干渉計１の一側［図２（Ａ）中、左側］の一のポート１Ｂには、マッハツェンダ干渉計１にＴＭモードの信号光を入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路１２が接続されている。また、マッハツェンダ干渉計１の一側［図２（Ａ）中、左側］の他のポート１Ａには、マッハツェンダ干渉計１にＴＭモードのポンプ光を入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４が接続されている。さらに、マッハツェンダ干渉計１の他側［図２（Ａ）中、右側］の一のポート１Ｃには、マッハツェンダ干渉計１にＴＥモードの信号光を入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路１３が接続されている。また、マッハツェンダ干渉計１の他側［図２（Ａ）中、右側］の他のポート１Ｄには、マッハツェンダ干渉計１にＴＥモードのポンプ光を入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５が接続されている。
そして、マッハツェンダ干渉計１の一側［図２（Ａ）中、左側］の一のポート１Ｂには、マッハツェンダ干渉計１にＴＭモードの信号光を入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路１２が接続されている。また、マッハツェンダ干渉計１の一側［図２（Ａ）中、左側］の他のポート１Ａには、マッハツェンダ干渉計１にＴＭモードのポンプ光を入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４が接続されている。さらに、マッハツェンダ干渉計１の他側［図２（Ａ）中、右側］の一のポート１Ｃには、マッハツェンダ干渉計１にＴＥモードの信号光を入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路１３が接続されている。また、マッハツェンダ干渉計１の他側［図２（Ａ）中、右側］の他のポート１Ｄには、マッハツェンダ干渉計１にＴＥモードのポンプ光を入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５が接続されている。
このように、各モードの信号光及び各モードのポンプ光がそれぞれ対角線方向へ伝搬するように、マッハツェンダ干渉計１の一側［図２（Ａ）中、左側］の一のポート１Ｂと他側［図２（Ａ）中、右側］の一のポート１Ｃとが基板幅方向中心線を挟んで反対側に位置し、マッハツェンダ干渉計１の一側［図２（Ａ）中、左側］の他のポート１Ａと他側［図２（Ａ）中、右側］の他のポート１Ｄとが基板幅方向中心線を挟んで反対側に位置するように設けられている。
第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８は、図２（Ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計１のカプラ４，５間に形成された２つの光導波路２，３のそれぞれに設けられている。
ここで、第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８は、信号光及びポンプ光が入射すると信号光の位相共役光（ＦＭＷ光）を発生するものであり、３次の非線形現象を生じる利得媒質からなる活性層を含む光導波路にＳＯＡ用電極３９Ｂを設け、これらのＳＯＡ用電極３９Ｂを介して活性層に電流（制御電流）を注入しうるように構成されている。
ここで、第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８は、信号光及びポンプ光が入射すると信号光の位相共役光（ＦＭＷ光）を発生するものであり、３次の非線形現象を生じる利得媒質からなる活性層を含む光導波路にＳＯＡ用電極３９Ｂを設け、これらのＳＯＡ用電極３９Ｂを介して活性層に電流（制御電流）を注入しうるように構成されている。
半導体レーザとしては、図２（Ａ）に示すように、ＴＭモードで発振する半導体レーザ（ＴＭモード用半導体レーザ；ここでは引張歪量子井戸活性層を備える半導体レーザ）９と、ＴＥモードで発振する半導体レーザ（ＴＥモード用半導体レーザ；ここでは圧縮歪量子井戸活性層を備える半導体レーザ）１０とが設けられている。
ここで、ＴＭモード用半導体レーザ（ＴＭモードＬＤ）９及びＴＥモード用半導体レーザ（ＴＥモードＬＤ）１０は、図２（Ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計１の対角線上に位置する２つのポート１Ａ，１Ｄに接続された光導波路（カプラ４，５の外側に形成された光導波路）１４，１５のそれぞれに設けられている。つまり、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザ９は、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４に設けられている。また、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザ１０は、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５に設けられている。
ここで、ＴＭモード用半導体レーザ（ＴＭモードＬＤ）９及びＴＥモード用半導体レーザ（ＴＥモードＬＤ）１０は、図２（Ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計１の対角線上に位置する２つのポート１Ａ，１Ｄに接続された光導波路（カプラ４，５の外側に形成された光導波路）１４，１５のそれぞれに設けられている。つまり、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザ９は、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４に設けられている。また、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザ１０は、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５に設けられている。
特に、本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、一方の半導体レーザ９（１０）から出力されたポンプ光が、対角線上の反対側に位置する他方の半導体レーザ１０（９）に入射してしまうと悪影響を及ぼすため、ＴＭモード用半導体レーザ９に隣接する領域に（即ち、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４のＴＭモード用半導体レーザ９よりもカプラ４側に）、ＴＥモードの光を吸収する領域（ＴＥモード光吸収領域；ＴＥモード光吸収部）２３が設けられており、ＴＥモード用半導体レーザ１０に隣接する領域に（即ち、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５のＴＥモード用半導体レーザ１０よりもカプラ５側に）、ＴＭモードの光を吸収する領域（ＴＭモード光吸収領域；ＴＭモード光吸収部）２４が設けられている。
具体的には、ＴＭモード用半導体レーザ９の活性層（ここでは引張歪量子井戸活性層）に、ＴＥモードで発振する半導体レーザの活性層（ここでは圧縮歪量子井戸活性層；例えば厚さ１００ｎｍ）をバットジョイントさせ、ＴＥモードで発振する半導体レーザの活性層の上方には電流注入のための電極を設けないで電流を注入しないようにしている（無バイアス状態）。
この場合、ＴＭモード用半導体レーザ９によって出力されたＴＭモードのポンプ光は、ＴＥモードで発振する半導体レーザの活性層が形成されている領域（ＴＥモード光吸収領域）２３を通過する一方、対角線上の反対側に位置する半導体レーザ１０によって出力されたＴＥモードのポンプ光は、ＴＥモードで発振する半導体レーザの活性層が形成されている領域（ＴＥモード光吸収領域）２３で吸収されることになる。
同様に、ＴＥモード用半導体レーザ１０の活性層（ここでは圧縮歪量子井戸活性層）に、ＴＭモードで発振する半導体レーザの活性層（ここでは引張歪量子井戸活性層；例えば厚さ１００ｎｍ）をバットジョイントさせ、ＴＭモードで発振する半導体レーザの活性層の上方には電流注入のための電極を設けないで電流を注入しないようにしている（無バイアス状態にしておく）。
この場合、ＴＥモード用半導体レーザ１０によって出力されたＴＥモードのポンプ光は、ＴＭモードで発振する半導体レーザの活性層が形成されている領域（ＴＭモード光吸収領域）２４を通過する一方、対角線上の反対側に位置する半導体レーザ９によって出力されたＴＭモードのポンプ光は、ＴＭモードで発振する半導体レーザの活性層が形成されている領域（ＴＭモード光吸収領域）２４で吸収されることになる。
また、本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３のうちのいずれか一方に、位相調整領域（位相調整器；位相補償器）２２が設けられており、２つの光導波路２，３のそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。
ここでは、位相調整器２２は、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３のうちのいずれか一方に位相調整電極３９Ａ（この電極３９Ａを設ける領域を電流注入領域という）を設け、この位相調整電極３９Ａを介して光導波路３に電流を注入することで位相を調整するようになっている。なお、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３の長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器２２を設けなくても良い。
ここでは、位相調整器２２は、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３のうちのいずれか一方に位相調整電極３９Ａ（この電極３９Ａを設ける領域を電流注入領域という）を設け、この位相調整電極３９Ａを介して光導波路３に電流を注入することで位相を調整するようになっている。なお、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３の長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器２２を設けなくても良い。
以下、このように構成される本光集積素子の断面構造について、図２（Ａ）〜（Ｆ）を参照しながら説明する。
なお、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｄ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｅ）は図２（Ａ）のＤ−Ｄ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｆ）は図２（Ａ）のＥ−Ｅ'線に沿う模式的断面図である。
なお、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｄ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｅ）は図２（Ａ）のＤ−Ｄ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｆ）は図２（Ａ）のＥ−Ｅ'線に沿う模式的断面図である。
まず、図２（Ａ）のＡ−Ａ'線に沿う断面は、例えば図２（Ｂ）の模式的断面図に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板６上に２つのメサ構造が形成された構成になっている。
これらのメサ構造のうちの一方［図２（Ｂ）中、左側］は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、引張歪量子井戸活性層３１（レーザ活性層；例えば厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、ＴＭモードで発振する半導体レーザ（ＴＭモード用半導体レーザ；レーザ部）９が構成される［図２（Ａ）参照］。
これらのメサ構造のうちの一方［図２（Ｂ）中、左側］は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、引張歪量子井戸活性層３１（レーザ活性層；例えば厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、ＴＭモードで発振する半導体レーザ（ＴＭモード用半導体レーザ；レーザ部）９が構成される［図２（Ａ）参照］。
また、他方［図２（Ｂ）中、右側］のメサ構造は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層３４（例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、ＴＭモード信号光入力用光導波路（光導波路部）１２が構成される［図２（Ａ）参照］。
そして、これらのメサ構造は、ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）３５、ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）３６で順に埋め込まれており（即ち、ＩｎＰ層のｐｎ接合で埋め込まれており）、その上部にｐ−ＩｎＰクラッド層３７（例えば厚さ３μｍ）が形成されている。
さらに、半導体レーザ９を構成する一方のメサ構造［図２（Ｂ）中、左側］の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（レーザ用電極）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。なお、図２（Ｂ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
さらに、半導体レーザ９を構成する一方のメサ構造［図２（Ｂ）中、左側］の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（レーザ用電極）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。なお、図２（Ｂ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
次に、図２（Ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う断面は、例えば図２（Ｃ）の模式的断面図に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板６上に１つのメサ構造が形成された構成になっている。
このメサ構造は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層３４（例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．３μｍ，１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、カプラ（ここではＭＭＩカプラ）４が構成される［図２（Ａ）参照］。
このメサ構造は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層３４（例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．３μｍ，１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、カプラ（ここではＭＭＩカプラ）４が構成される［図２（Ａ）参照］。
そして、このメサ構造は、ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）３５、ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）３６で順に埋め込まれており（即ち、ＩｎＰ層のｐｎ接合で埋め込まれており）、その上部にｐ−ＩｎＰクラッド層３７（例えば厚さ３μｍ）が形成されている。なお、図２（Ｃ）中、符号４１はＳｉＯ2膜であり、符号４０はｎ側電極である。
次に、図２（Ａ）のＣ−Ｃ'線に沿う断面は、例えば図２（Ｄ）の模式的断面図に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板６上に２つのメサ構造が形成された構成になっている。
これらのメサ構造は、共に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、歪量子井戸活性層４２（ＳＯＡ活性層；例えば６層のＩｎＧａＡｓ井戸層を持つ；例えば歪量＋０．８％，厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８が構成される［図２（Ａ）参照］。
これらのメサ構造は、共に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、歪量子井戸活性層４２（ＳＯＡ活性層；例えば６層のＩｎＧａＡｓ井戸層を持つ；例えば歪量＋０．８％，厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８が構成される［図２（Ａ）参照］。
そして、これらのメサ構造は、ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）３５、ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）３６で順に埋め込まれており（即ち、ＩｎＰ層のｐｎ接合で埋め込まれており）、その上部にｐ−ＩｎＰクラッド層３７（例えば厚さ３μｍ）が形成されている。
さらに、第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８を構成するメサ構造の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（ＳＯＡ用電極３９Ｂ）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。なお、図２（Ｄ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
さらに、第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８を構成するメサ構造の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（ＳＯＡ用電極３９Ｂ）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。なお、図２（Ｄ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
次に、図２（Ａ）のＤ−Ｄ'線に沿う断面は、例えば図２（Ｅ）の模式的断面図に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板６上に２つのメサ構造が形成された構成になっている。
これらの２つのメサ構造は、共に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層３４（例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３が構成される［図２（Ａ）参照］。
これらの２つのメサ構造は、共に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層３４（例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、マッハツェンダ干渉計１の２つの光導波路２，３が構成される［図２（Ａ）参照］。
そして、これらのメサ構造は、ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）３５、ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）３６で順に埋め込まれており（即ち、ＩｎＰ層のｐｎ接合で埋め込まれており）、その上部にｐ−ＩｎＰクラッド層３７（例えば厚さ３μｍ）が形成されている。
さらに、一方の光導波路３を構成するメサ構造の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（位相調整電極３９Ａ）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。これにより、位相調整領域２２が構成される［図２（Ａ）参照］。なお、図２（Ｅ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
さらに、一方の光導波路３を構成するメサ構造の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（位相調整電極３９Ａ）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。これにより、位相調整領域２２が構成される［図２（Ａ）参照］。なお、図２（Ｅ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
次に、図２（Ａ）のＥ−Ｅ'線に沿う断面は、例えば図２（Ｆ）の模式的断面図に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板６上に２つのメサ構造が形成された構成になっている。
これらのメサ構造のうちの一方［図２（Ｆ）中、右側］は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、圧縮歪量子井戸活性層４３（レーザ活性層；例えば厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、ＴＥモードで発振する半導体レーザ（ＴＥモード用半導体レーザ；レーザ部）１０が構成される［図２（Ａ）参照］。
これらのメサ構造のうちの一方［図２（Ｆ）中、右側］は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、圧縮歪量子井戸活性層４３（レーザ活性層；例えば厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、ＴＥモードで発振する半導体レーザ（ＴＥモード用半導体レーザ；レーザ部）１０が構成される［図２（Ａ）参照］。
また、他方［図２（Ｆ）中、左側］のメサ構造は、ｎ−ＩｎＰクラッド層２９、下側ＳＣＨ層３０（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層３４（例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層３２（光ガイド層；例えばＩｎＧａＡｓＰ層，発光波長１．１５μｍ，厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３（例えば厚さ３００ｎｍ）を順に積層させた構造になっている。これにより、ＴＥモード信号光入力用光導波路（光導波路部）１３が構成される［図２（Ａ）参照］。
そして、これらのメサ構造は、ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）３５、ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）３６で順に埋め込まれており（即ち、ＩｎＰ層のｐｎ接合で埋め込まれており）、その上部にｐ−ＩｎＰクラッド層３７（例えば厚さ３μｍ）が形成されている。
さらに、半導体レーザ１０を構成する一方のメサ構造［図２（Ｆ）中、右側］の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（レーザ用電極）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。なお、図２（Ｂ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
さらに、半導体レーザ１０を構成する一方のメサ構造［図２（Ｆ）中、右側］の上方のみにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３８（例えば発光波長１．３μｍ，厚さ１００ｎｍ）が形成されており、このコンタクト層３８上にｐ側電極３９（レーザ用電極）が形成されている。一方、基板裏面にはｎ側電極４０が形成されている。なお、図２（Ｂ）中、符号４１はＳｉＯ2膜である。
したがって、本実施形態にかかる光集積素子及び波長変換方式によれば、偏波ダイバーシティ法による偏波無依存の波長変換を実現しながら、波長変換光とともにポンプ光が出力されないようにすることができるという利点がある。これにより、波長変換光ωcがパワーの大きいポンプ光ωpの影響を受けないようにすることができ、雑音を低く抑えることができる。また、ポンプ光ωpをカットするためにフィルタを用いる必要がなく、したがって、波長可変フィルタを用いることによる波長変換幅の制限や波長変換速度の制限を受けることもない。
また、ポンプ光源（半導体レーザ９，１０）が集積された素子を用いているため、従来のものよりも部品点数を削減できるという利点もある。
特に、基板６上に集積された半導体レーザ９，１０のカプラ４，５側に光を吸収する領域２３，２４を設けることで、波長変換に用いられたポンプ光が半導体レーザ９，１０に入射して悪影響を与えるのを防止できるという利点がある。
特に、基板６上に集積された半導体レーザ９，１０のカプラ４，５側に光を吸収する領域２３，２４を設けることで、波長変換に用いられたポンプ光が半導体レーザ９，１０に入射して悪影響を与えるのを防止できるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、光集積素子を、ＴＭモード光吸収領域２４、ＴＥモード光吸収領域２３を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、これらの領域を設けなくても良い。
また、上述の実施形態では、ポンプ光が１つの場合（１波長励起ＦＷＭの場合）を例に説明しているが、ポンプ光の数はこれに限られるものではない。例えば、ポンプ光を２つ用いる場合（２波長励起ＦＷＭの場合）は、図３に示すように、異なる波長のポンプ光を出力しうる２つの半導体レーザを、ＴＭモード用半導体レーザ９Ａ，９Ｂ、ＴＥモード用半導体レーザ１０Ａ，１０Ｂとして集積し、さらにカプラ（合波器）５０，５１を集積して光集積素子１１を構成することになる。この場合も、上述の実施形態と同様に、各半導体レーザ９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂのカプラ５０，５１側に、半導体レーザ９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂに入射する光（戻り光）を吸収する領域２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂを設けるのが好ましい。つまり、各半導体レーザ９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを、電流を注入してレーザ光を発生する部分と入射する光（戻り光）を吸収する部分とから構成するのが好ましい。
また、上述の実施形態では、ポンプ光が１つの場合（１波長励起ＦＷＭの場合）を例に説明しているが、ポンプ光の数はこれに限られるものではない。例えば、ポンプ光を２つ用いる場合（２波長励起ＦＷＭの場合）は、図３に示すように、異なる波長のポンプ光を出力しうる２つの半導体レーザを、ＴＭモード用半導体レーザ９Ａ，９Ｂ、ＴＥモード用半導体レーザ１０Ａ，１０Ｂとして集積し、さらにカプラ（合波器）５０，５１を集積して光集積素子１１を構成することになる。この場合も、上述の実施形態と同様に、各半導体レーザ９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂのカプラ５０，５１側に、半導体レーザ９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂに入射する光（戻り光）を吸収する領域２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂを設けるのが好ましい。つまり、各半導体レーザ９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを、電流を注入してレーザ光を発生する部分と入射する光（戻り光）を吸収する部分とから構成するのが好ましい。
また、上述の実施形態では、従来の１つの非線形媒質を用いる偏波ダイバーシティ法による波長変換方式（図６参照）に相当するものを例に説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、従来の２つの非線形媒質を用いる偏波ダイバーシティ法による波長変換方式（図５参照）に相当するものとして構成することもできる。
この場合、例えば図４に示すように、ＴＭモード用半導体レーザ９のみを集積した光集積素子（第１光集積素子）１１Ａと、ＴＥモード用半導体レーザ１０のみを集積した光集積素子（第２光集積素子）１１Ｂと、第１偏光ビームスプリッタ１８Ａと、第２偏光ビームスプリッタ１８Ｂと、これらの第１光集積素子１１Ａ、第２光集積素子１１Ｂ、第１偏光ビームスプリッタ１８Ａ及び第２偏光ビームスプリッタ１８Ｂを接続する偏波保持ファイバ６０〜６３を用いることになる。なお、図４では、上述の実施形態（図１参照）と同じものには同じ符号を付している。
この場合、例えば図４に示すように、ＴＭモード用半導体レーザ９のみを集積した光集積素子（第１光集積素子）１１Ａと、ＴＥモード用半導体レーザ１０のみを集積した光集積素子（第２光集積素子）１１Ｂと、第１偏光ビームスプリッタ１８Ａと、第２偏光ビームスプリッタ１８Ｂと、これらの第１光集積素子１１Ａ、第２光集積素子１１Ｂ、第１偏光ビームスプリッタ１８Ａ及び第２偏光ビームスプリッタ１８Ｂを接続する偏波保持ファイバ６０〜６３を用いることになる。なお、図４では、上述の実施形態（図１参照）と同じものには同じ符号を付している。
なお、第１光集積素子１１Ａ及び第２光集積素子１１Ｂは、上述の実施形態の光集積素子１１と同様に構成されるが、それぞれ、ＴＭモード用半導体レーザ９のみ、又は、ＴＥモード用半導体レーザ１０のみを集積させたものとして構成されるため、第１光集積素子１１Ａでは、上述の実施形態のＴＥモード信号光入力用光導波路１３はＴＭモードの信号光及びその位相共役光を出力する光導波路６４となり、ＴＥモードポンプ光入力用光導波路１５はＴＭモードのポンプ光が伝搬する光導波路６５となり、また、第２光集積素子１１Ｂでは、上述の実施形態のＴＭモード信号光入力用光導波路１２は、ＴＥモードの信号光及びその位相共役光を出力する光導波路６６となり、ＴＭモードポンプ光入力用光導波路１４は、ＴＥモードのポンプ光が伝搬する光導波路６７となる。また、ここでは、ＴＭモード光吸収領域２４やＴＥモード光吸収領域２３は設けていないが、上述の実施形態と同様に設けても良い。
そして、図４に示すように、まず、第１偏光ビームスプリッタ１８Ａによって、入力された信号光ωsをＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、ＴＭモードの信号光を、偏波保持ファイバ６０及び第１光集積素子１１ＡのＴＭモード信号光入力用光導波路１２を介してマッハツェンダ干渉計１の一側の一のポート１Ｂに入力する一方、ＴＥモードの信号光を、偏波保持ファイバ６１及び第２光集積素子１１ＢのＴＥモード信号光入力用光導波路１３を介してマッハツェンダ干渉計１の他側の一のポート１Ｃに入力する。そして、第１光集積素子１１Ａの第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８（非線形媒質）が発生し、第１光集積素子１１Ａの光導波路６４及び偏波保持ファイバ６３を介して出力されるＴＭモードの信号光の位相共役光と、第２光集積素子１１Ｂの第１ＳＯＡ７及び第２ＳＯＡ８（非線形媒質）が発生し、第２光集積素子１１Ｂの光導波路６６及び偏波保持ファイバ６２を介して出力されるＴＥモードの信号光の位相共役光とを第２偏光ビームスプリッタ１８Ｂによって合わせ、波長変換光ωcとして取り出すようにすれば良い。
また、上述の実施形態では、ＳＯＡ７，８を、量子井戸活性層を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、バルク半導体活性層や量子ドット活性層を備えるものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、ＴＭモードで発振する半導体レーザ９、ＴＥモードで発振する半導体レーザ１０を、それぞれ、引張歪量子井戸活性層、圧縮歪量子井戸活性層を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、それぞれを、ＴＭモード、ＴＥモードに利得を持つ量子ドットからなる活性層を備えるものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、ＴＭモードで発振する半導体レーザ９、ＴＥモードで発振する半導体レーザ１０を、それぞれ、引張歪量子井戸活性層、圧縮歪量子井戸活性層を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば、それぞれを、ＴＭモード、ＴＥモードに利得を持つ量子ドットからなる活性層を備えるものとして構成しても良い。
ここで、ＴＥモード、ＴＭモードに利得を持つ量子ドットは、例えば、以下の文献１，２に記載されているような方法で実現することができる。
文献１（H. Ebe et al., "Feasibility of realizing quantum dots sensitive to TM mode lights with wavelength of 1.5μm" Conf. Dig. 2004 International Conference on Indium Phoshide and Related Materials, WP-36, pp. 443-446）には、量子ドットを覆う層の積層方向や横方向の歪みを制御することにより、ＴＥモード又はＴＭモードに利得を持たせることが可能であることが示されている。
文献１（H. Ebe et al., "Feasibility of realizing quantum dots sensitive to TM mode lights with wavelength of 1.5μm" Conf. Dig. 2004 International Conference on Indium Phoshide and Related Materials, WP-36, pp. 443-446）には、量子ドットを覆う層の積層方向や横方向の歪みを制御することにより、ＴＥモード又はＴＭモードに利得を持たせることが可能であることが示されている。
また、文献２（T. Kita et al., "Wideband polarization insensitivity in quantum dot optical amplifier" Conf. Dig. Conference on Lasers and Electro-Optics 2003, CTuH5.）には、積層方向の量子ドット同士が量子力学的に結合するまで近接させて積層した量子ドットにおいて、積層数が少ない時はＴＥモードの利得が大きいが、積層数が多くなるとＴＭモードの利得がＴＥモードの利得よりも大きくなることが示されている。
また、上述の実施形態では、カプラとして多モード干渉カプラ（ＭＭＩ）４，５を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えばカプラとして方向性結合器を備えるものとして構成しても良い。
さらに、光集積素子の層構造は、上述の実施形態のものに限られるものではない。また、上述の実施形態では、メサ埋込構造の例に説明しているが、埋め込みを行なわないハイメサ構造、リッジ構造等の構造であっても良く、この場合も同様の効果が得られる。
さらに、光集積素子の層構造は、上述の実施形態のものに限られるものではない。また、上述の実施形態では、メサ埋込構造の例に説明しているが、埋め込みを行なわないハイメサ構造、リッジ構造等の構造であっても良く、この場合も同様の効果が得られる。
また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
（付記１）
２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザと、
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＭモード用半導体レーザ、前記ＴＥモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。
（付記１）
２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザと、
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＭモード用半導体レーザ、前記ＴＥモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。
（付記２）
２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＭモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。
２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＭモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。
（付記３）
２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。
２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。
（付記４）
前記２つの光導波路のいずれか一方に位相調整領域を備えることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記５）
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路の前記ＴＭモード用半導体レーザよりも前記カプラ側にＴＥモードの光を吸収するＴＥモード光吸収領域を備えることを特徴とする、付記１、２、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
前記２つの光導波路のいずれか一方に位相調整領域を備えることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記５）
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路の前記ＴＭモード用半導体レーザよりも前記カプラ側にＴＥモードの光を吸収するＴＥモード光吸収領域を備えることを特徴とする、付記１、２、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記６）
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路の前記ＴＥモード用半導体レーザよりも前記カプラ側にＴＭモードの光を吸収するＴＭモード光吸収領域を備えることを特徴とする、付記１、３、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記７）
前記ＴＭモード用半導体レーザが、引張歪量子井戸活性層を備えることを特徴とする、付記１、２、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路の前記ＴＥモード用半導体レーザよりも前記カプラ側にＴＭモードの光を吸収するＴＭモード光吸収領域を備えることを特徴とする、付記１、３、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記７）
前記ＴＭモード用半導体レーザが、引張歪量子井戸活性層を備えることを特徴とする、付記１、２、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記８）
前記ＴＥモード用半導体レーザが、圧縮歪量子井戸活性層を備えることを特徴とする、付記１、３、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記９）
前記ＴＭモード用半導体レーザが、ＴＭモードに利得を持つ量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１、２、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
前記ＴＥモード用半導体レーザが、圧縮歪量子井戸活性層を備えることを特徴とする、付記１、３、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記９）
前記ＴＭモード用半導体レーザが、ＴＭモードに利得を持つ量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１、２、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１０）
前記ＴＥモード用半導体レーザが、ＴＥモードに利得を持つ量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１、３、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１１）
前記非線形媒質が、半導体光増幅器であることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の光集積素子。
前記ＴＥモード用半導体レーザが、ＴＥモードに利得を持つ量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１、３、４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１１）
前記非線形媒質が、半導体光増幅器であることを特徴とする、付記１〜１０のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１２）
前記半導体光増幅器が、バルク半導体活性層を備えることを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
（付記１３）
前記半導体光増幅器が、量子井戸活性層を備えることを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
前記半導体光増幅器が、バルク半導体活性層を備えることを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
（付記１３）
前記半導体光増幅器が、量子井戸活性層を備えることを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
（付記１４）
前記半導体光増幅器が、量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
（付記１５）
前記カプラが、方向性結合器であることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の光集積素子。
前記半導体光増幅器が、量子ドット活性層を備えることを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
（付記１５）
前記カプラが、方向性結合器であることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１６）
前記カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１７）
付記１、４〜１６のいずれか１項に記載の光集積素子と、
偏光ビームスプリッタと、
前記光集積素子と前記偏光ビームスプリッタとを接続する偏波保持ファイバとを備え、
前記偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、
前記ＴＭモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、前記ＴＥモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力し、
前記非線形媒質が発生し、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＭモードの信号光の位相共役光と、前記非線形媒質が発生し、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＥモードの信号光の位相共役光とを前記偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成されることを特徴とする波長変換方式。
前記カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記１〜１４のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１７）
付記１、４〜１６のいずれか１項に記載の光集積素子と、
偏光ビームスプリッタと、
前記光集積素子と前記偏光ビームスプリッタとを接続する偏波保持ファイバとを備え、
前記偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、
前記ＴＭモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、前記ＴＥモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力し、
前記非線形媒質が発生し、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＭモードの信号光の位相共役光と、前記非線形媒質が発生し、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＥモードの信号光の位相共役光とを前記偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成されることを特徴とする波長変換方式。
（付記１８）
付記２記載の第１光集積素子と、
付記３記載の第２光集積素子と、
第１偏光ビームスプリッタと、
第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１光集積素子、前記第２光集積素子、前記第１偏光ビームスプリッタ及び前記第２偏光ビームスプリッタを接続する偏波保持ファイバとを備え、
前記第１偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、
前記ＴＭモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記第１光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、前記ＴＥモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記第２光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力し、
前記第１光集積素子の前記非線形媒質が発生し、前記第１光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＭモードの信号光の位相共役光と、前記第２光集積素子の前記非線形媒質が発生し、前記第２光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＥモードの信号光の位相共役光とを前記第２偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成されることを特徴とする波長変換方式。
付記２記載の第１光集積素子と、
付記３記載の第２光集積素子と、
第１偏光ビームスプリッタと、
第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１光集積素子、前記第２光集積素子、前記第１偏光ビームスプリッタ及び前記第２偏光ビームスプリッタを接続する偏波保持ファイバとを備え、
前記第１偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、
前記ＴＭモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記第１光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、前記ＴＥモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記第２光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力し、
前記第１光集積素子の前記非線形媒質が発生し、前記第１光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＭモードの信号光の位相共役光と、前記第２光集積素子の前記非線形媒質が発生し、前記第２光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＥモードの信号光の位相共役光とを前記第２偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成されることを特徴とする波長変換方式。
１ マッハツェンダ干渉計
１Ａ〜１Ｄ ポート
２，３ 光導波路
４，５ カプラ
６ ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
７ 第１半導体光増幅器（第１ＳＯＡ；非線形媒質）
８ 第２半導体光増幅器（第２ＳＯＡ；非線形媒質）
９，９Ａ，９Ｂ ＴＭモードで発振する半導体レーザ（ＴＭモード用半導体レーザ；ポンプ光源）
１０，１０Ａ，１０Ｂ ＴＥモードで発振する半導体レーザ（ポンプ光源）
１１ 光集積素子
１１Ａ 光集積素子（第１光集積素子）
１１Ｂ 光集積素子（第２光集積素子）
１２ ＴＭモード信号光入力用光導波路
１３ ＴＥモード信号光入力用光導波路
１４ ＴＭモードポンプ光入力用光導波路
１５ ＴＥモードポンプ光入力用光導波路
１６，１７，６０〜６３ 偏波保持ファイバ
１８，１８Ａ，１８Ｂ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１９ 光サーキュレータ
２０ 入力側光ファイバ
２１ 出力側光ファイバ
２２ 位相調整領域
２３ 光吸収領域（ＴＥモード光吸収領域）
２４ 光吸収領域（ＴＭモード光吸収領域）
２９ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３０ 下側ＳＣＨ層（光ガイド層）
３１ 引張歪量子井戸活性層（レーザ活性層）
３２ 上側ＳＣＨ層（光ガイド層）
３３ ｐ−ＩｎＰクラッド
３４ 導波路コア層
３５ ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）
３６ ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）
３７ ｐ−ＩｎＰクラッド層
３８ コンタクト層
３９ ｐ側電極
３９Ａ 位相調整電極
３９Ｂ ＳＯＡ用電極
４０ ｎ側電極
４１ ＳｉＯ2膜
４２ 歪量子井戸活性層（ＳＯＡ活性層）
４３ 圧縮歪量子井戸活性層（レーザ活性層）
５０，５１ カプラ（合波器）
６４〜６７ 光導波路
１Ａ〜１Ｄ ポート
２，３ 光導波路
４，５ カプラ
６ ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
７ 第１半導体光増幅器（第１ＳＯＡ；非線形媒質）
８ 第２半導体光増幅器（第２ＳＯＡ；非線形媒質）
９，９Ａ，９Ｂ ＴＭモードで発振する半導体レーザ（ＴＭモード用半導体レーザ；ポンプ光源）
１０，１０Ａ，１０Ｂ ＴＥモードで発振する半導体レーザ（ポンプ光源）
１１ 光集積素子
１１Ａ 光集積素子（第１光集積素子）
１１Ｂ 光集積素子（第２光集積素子）
１２ ＴＭモード信号光入力用光導波路
１３ ＴＥモード信号光入力用光導波路
１４ ＴＭモードポンプ光入力用光導波路
１５ ＴＥモードポンプ光入力用光導波路
１６，１７，６０〜６３ 偏波保持ファイバ
１８，１８Ａ，１８Ｂ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１９ 光サーキュレータ
２０ 入力側光ファイバ
２１ 出力側光ファイバ
２２ 位相調整領域
２３ 光吸収領域（ＴＥモード光吸収領域）
２４ 光吸収領域（ＴＭモード光吸収領域）
２９ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３０ 下側ＳＣＨ層（光ガイド層）
３１ 引張歪量子井戸活性層（レーザ活性層）
３２ 上側ＳＣＨ層（光ガイド層）
３３ ｐ−ＩｎＰクラッド
３４ 導波路コア層
３５ ｐ型ＩｎＰ埋込層（第１電流ブロック層）
３６ ｎ型ＩｎＰ埋込層（第２電流ブロック層）
３７ ｐ−ＩｎＰクラッド層
３８ コンタクト層
３９ ｐ側電極
３９Ａ 位相調整電極
３９Ｂ ＳＯＡ用電極
４０ ｎ側電極
４１ ＳｉＯ2膜
４２ 歪量子井戸活性層（ＳＯＡ活性層）
４３ 圧縮歪量子井戸活性層（レーザ活性層）
５０，５１ カプラ（合波器）
６４〜６７ 光導波路
Claims (5)
- ２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザと、
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＭモード用半導体レーザ、前記ＴＥモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。 - ２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＭモードのポンプ光を出力しうるＴＭモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＭモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。 - ２つのカプラと、前記２つのカプラ間を接続する２つの光導波路とを備え、一側及び他側にそれぞれ２つのポートを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記一側の一のポートに接続され、ＴＭモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモード信号光入力用光導波路と、
前記一側の他のポートに接続され、ＴＭモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＭモードポンプ光入力用光導波路と、
前記他側の一のポートに接続され、ＴＥモードの信号光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモード信号光入力用光導波路と、
前記他側の他のポートに接続され、ＴＥモードのポンプ光を前記マッハツェンダ干渉計に入力するためのＴＥモードポンプ光入力用光導波路と、
前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路に備えられ、ＴＥモードのポンプ光を出力しうるＴＥモード用半導体レーザと、
前記２つの光導波路のそれぞれに備えられ、前記信号光及び前記ポンプ光が入射すると前記信号光の位相共役光を発生する非線形媒質とを備え、
前記マッハツェンダ干渉計、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路、前記ＴＭモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路、前記ＴＥモードポンプ光入力用光導波路、前記ＴＥモード用半導体レーザ及び前記非線形媒質が、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする光集積素子。 - 請求項１記載の光集積素子と、
偏光ビームスプリッタと、
前記光集積素子と前記偏光ビームスプリッタとを接続する偏波保持ファイバとを備え、
前記偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、
前記ＴＭモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、前記ＴＥモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力し、
前記非線形媒質が発生し、前記ＴＥモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＭモードの信号光の位相共役光と、前記非線形媒質が発生し、前記ＴＭモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＥモードの信号光の位相共役光とを前記偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成されることを特徴とする波長変換方式。 - 請求項２記載の第１光集積素子と、
請求項３記載の第２光集積素子と、
第１偏光ビームスプリッタと、
第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１光集積素子、前記第２光集積素子、前記第１偏光ビームスプリッタ及び前記第２偏光ビームスプリッタを接続する偏波保持ファイバとを備え、
前記第１偏光ビームスプリッタによって、入力された信号光をＴＥモードの信号光とＴＭモードの信号光とに分け、
前記ＴＭモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記第１光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の一側の一のポートに入力する一方、前記ＴＥモードの信号光を、前記偏波保持ファイバ及び前記第２光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路を介して前記マッハツェンダ干渉計の他側の一のポートに入力し、
前記第１光集積素子の前記非線形媒質が発生し、前記第１光集積素子の前記ＴＥモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＭモードの信号光の位相共役光と、前記第２光集積素子の前記非線形媒質が発生し、前記第２光集積素子の前記ＴＭモード信号光入力用光導波路及び前記偏波保持ファイバを介して出力される前記ＴＥモードの信号光の位相共役光とを前記第２偏光ビームスプリッタによって合わせ、波長変換光として取り出すように構成されることを特徴とする波長変換方式。
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