JP2018180406A - 波長変換装置、制御光生成装置、波長変換方法、および制御光生成方法 - Google Patents
波長変換装置、制御光生成装置、波長変換方法、および制御光生成方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】波長変換装置は、制御光生成部と非線形光学媒質とを備え、第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する。制御光生成部は、第1の連続発振光と第2の連続発振光を、互いに直交する方向の偏波を有すると共に、第1の周波数と第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有するように出力する。非線形光学媒質は、入力信号光と第1の連続発振光と第2の連続発振光とを相互位相変調して、出力信号光を生成する。制御光生成部は、出力信号光の強度に基づいて第1の連続発振光と第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する。
【選択図】図2
Description
図2は、第1の実施形態に係る波長変換器21の一例を示す図である。また、図2は波長変換処理についての基本的な概念を示す図である。
帯域透過フィルタ10は、フォトディテクタ9により変換された電気信号の、信号帯域のうちの一部の電気信号を透過し、コントローラ19に出力する。
E0(t)=(E0r(t)+iE0i(t))exp(2πiν0t) (1)
と表される。ここで、t:時刻、E0r(t):データ変調成分の実部、E0i(t):データ変調成分の虚部、である。
E1(t)=E1exp(2πiν1t+θ1(t)) (2)
と表される。ここで、E1:第1の連続発振光の電界強度で直流成分、θ1(t):時刻tにおいて第1の連続発振光に付加される変調位相、である。
E2(t)=E2exp(2πiν2t+θ2(t)) (3)
と表される。ここで、E2:第2の連続発振光の電界強度で直流成分、θ2(t):時刻tにおいて第2の連続発振光に付加される変調位相、である。
Eout(t)=J1(γLE1(E0r(t)+iE0i(t)))E2exp{2πi(ν2+ν0−ν1)t+θ2(t)―θ1(t))) (4)
ここで、γ:非線形光学媒質6の非線形光学係数、L:非線形光学媒質6の長さ、J1(m):1次のベッセル級数、である。
Δν=(ν2+ν0−ν1)―ν0=ν2−ν1 (5)
となる。これにより入力信号光と出力信号光の周波数差と、第1の連続発振光と第2の連続発振光の周波数差が等しいことがわかる。
J1(γLE1(E0r(t)+iE0i(t)))E2=η(E0r(t)+iE0i(t)) (6)
ここで、η:変換効率、である。
θ2(t)―θ1(t)=0 (7)
すなわち、θ1(t)とθ2(t)を同相とすることで、第1の連続発振光と第2の連続発振光に付加する位相変調による信号劣化が抑えられる。
E2’(t)=E2’exp(2πiν2’t+θ2’(t)) (8)
と表される。ここで、E2’:第2’の連続発振光の電界強度で直流成分、θ2’(t):時刻tにおいて第2’の連続発振光に付加される変調位相、である。なお、入力信号光の電界E0は上記と同様に式(1)、第1の連続発振光は上記と同様に式(2)で表されるものとする。
Eout(t)=J1(γLE1(E0r(t)―iE0i(t)))E2’exp{2πi(ν2’+ν1−ν0)t+θ2’(t)+θ1(t)} (9)
このとき、入力信号光と出力信号光の周波数差Δνは、
Δν=(ν2’+ν1−ν0)―ν0=ν2’+ν1−2ν0 (10)
となる。
ν1―ν2’=2(ν1―ν0)―Δν (11)
J1(γLE1(E0r(t)―iE0i(t)))E2’=η(E0r(t)―iE0i(t)) (12)
ここで、η:変換効率、である。
θ2’(t)+θ1(t)=0 (13)
とすること、すなわちθ1(t)とθ2’(t)を逆相にすることで、出力信号光の劣化を抑えることができる。
図4は、第2の実施形態に係る波長変換器22の一例を示す。
Δν=|ν2−ν1|=|ν4−ν3| (14)
である。
図5は、第3の実施形態に係る波長変換器23の一例を示す。第3の実施形態の波長変換器23は、1つの非線形光学媒質6Cを用いて偏波依存性のない光多重を行う。
図6は、第4の実施形態に係る波長変換器24の一例を示す。
図7は、第5の実施形態に係る制御光生成器51の一例を示す。制御光生成器51は、2つの制御光を出力する。本実施形態に係る制御光生成器51から出力される2つの制御光の各々は2つの連続発振光が多重化されたものであるとする。また、制御光生成器51からの制御光の各々は、各周波数がν1、ν2(ν2=ν1±Δν)の、第1の連続発振光と第2の連続発振光を多重化したものであるとする。この場合、制御光生成器51により上記実施形態2、3、4における制御光生成器50が実現できる。例えば、第3の実施形態では、制御光生成器50からは、第1、2の連続発振光を多重化した制御光と第3、4の連続発振光を多重化した制御光が出力される。この第3の実施形態における第3の連続発振光と第4の連続発振光の各々は、本実施形態の第1の連続発振光と第2の連続発振光に対応する。ただし、これに限定されない。
CW光源61Cは、第2’の連続発振光を、光合波器62に出力する。
図8は、第6の実施形態に係る制御光生成器52の一例を示す。第6の実施形態に係る制御光生成器52は、図8に示すように、CW光源61A、61B、61C、光合波器62、発振器63、位相変調器70、偏波制御器66A、66B、および光カプラ67を備える。また、制御光生成器52は、光スプリッタ68、およびコントローラ69A等を備える。なお、第5の実施形態に係る制御光生成器51における機器と同様な処理を行う機器については、上記と同一の番号を付す。なお、同一の番号が付されている機器であっても、機器同士の接続状態によって入出力先が異なる場合もあるものとする。
CW光源61Bは、第2の連続発振光を光合波器62に出力する。
CW光源61Cは、第2’の連続発振光を光合波器62に出力する。
図9は、第7の実施形態の制御光生成器53の一例を示す。第7の実施形態の制御光生成器53は、図9に示すように、CW光源61A、61B、61C、光合波器62、偏波制御器66A、66B、66C、および光カプラ67を備える。また、制御光生成器53は、発振器63、遅延部64A、64B、位相変調器71A、71B、ディバイダ72、光スプリッタ68、およびコントローラ69A、69B等を備える。本実施形態に係る制御光生成器53における機器で、上記第5、6の実施形態に係る制御光生成器51、52における機器と同様な処理を行うものについては、上記と同一の番号を付す。なお、同一の番号が付されている機器であっても、機器同士の接続状態によって入出力先が異なる場合もあるものとする。
CW光源61Bは、第2の連続発振光を光合波器62に出力する。
CW光源61Cは、第2’の連続発振光を光合波器62に出力する。
図10は、第8の実施形態の制御光生成器54の一例を示す。本実施形態の制御光生成器54は、図10に示すように、CW光源61A、61B、61C、光合波器62、光カプラ67A、67B、位相変調器73、発振器63、および波長選択スイッチ74を備える。また、制御光生成器54は、偏波制御器66A、66B、光遅延器75A、75B、光スプリッタ68、およびコントローラ69A、76等を備える。なお、本実施形態に係る制御光生成器54における機器で、上記第5から7の実施形態に係る制御光生成器51、52、53における機器と同様な処理を行うものについては、上記と同一の番号を付す。なお、同一の番号が付されている機器であっても、機器同士の接続状態によって入出力先が異なる場合もあるものとする。
CW光源61Bは、第2の連続発振光を光合波器62に出力する。
CW光源61Cは、第2’の連続発振光を光合波器62に出力する。
図11は、第9の実施形態に係る制御光生成器55の一例を示す。
図12は、第10の実施形態に係る制御光生成器の一例を示す。本実施形態に係る制御光生成器56は、図12に示すように、光コム発生器77、位相変調器73、発振器63、78、波長選択スイッチ82、および偏波制御器83A、83Bを備える。また、制御光生成器56は、光遅延器84A、84B、光カプラ85、光スプリッタ86、光フィルタ87A、87B、およびコントローラ81、88等を備える。なお、本実施形態に係る制御光生成器56における機器で、上記第5から9の実施形態に係る制御光生成器51、52、53、54、55における機器と同様な処理を行うものについては、上記と同一の番号を付す。なお、同一の番号が付されている機器であっても、機器同士の接続状態によって入出力先が異なる場合もあるものとする。
(付記1)
第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換装置であって、
第1の連続発振光と第2の連続発振光を出力する制御光生成部と、
前記入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光とを相互位相変調して、前記出力信号光を生成する非線形光学媒質と、
を備え、
前記制御光生成器は、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光を、互いに直交する方向の偏波を有すると共に、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有するように出力し、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する、
ことを特徴とする波長変換装置。
(付記2)
前記強度は、前記出力信号光の低周波成分を用いて求められることを特徴とする付記1に記載の波長変換装置。
(付記3)
前記波長変換装置は、さらに、
前記第1の周波数の信号光を、互いに直交する偏波方向を有する第1の入力信号光と第2の入力信号光に分離する分離部を備え、
前記制御光生成部は、
互いに直交する方向の偏波を有すると共に、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第3の連続発振光と第4の連続発振光を生成し、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光を多重化した連続発振光を前記非線形光学媒質へ出力すると共に、前記第3の連続発振光と前記第4の連続発振光を多重化した連続発振光を前記非線形光学媒質へ出力し、
前記非線形光学媒質において、前記第1の入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光が相互位相変調されて第1の波長変換光が生成され、前記第2の入力信号光と第3の連続発振光と第4の連続発振光が相互位相変調されて第2の波長変換光が生成され、
前記第1の波長変換光の偏波と前記第2の波長変換光の偏波は互いに直交し、
前記波長変換装置は、さらに、
前記第1の波長変換光と前記第2の波長変換光を合波して前記出力信号光を出力する偏波合波部を備える、
ことを特徴とする付記1または2に記載の波長変換装置。
(付記4)
前記非線形光学媒質は、第1の非線形光学媒質と第2の非線形光学媒質とを有し、
前記第1の非線形光学媒質において、前記第1の入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光が相互位相変調されて第1の波長変換光が生成され、
前記第2の非線形光学媒質において、前記第2の入力信号光と第3の連続発振光と第4の連続発振光が相互位相変調されて第2の波長変換光が生成される、
ことを特徴とする付記3に記載の波長変換装置。
(付記5)
前記波長変換装置は、さらに、
前記第1の非線形光学媒質と前記第2の非線形光学媒質との間に、前記波長変換光を透過させ、前記連続発振光を透過させないフィルタを備える、
ことを特徴とする付記4に記載の波長変換装置。
(付記6)
前記第1の入力信号光と前記第2の入力信号光は、前記波長変換装置の伝送路を互いに反対方向へ進む、
ことを特徴とする付記3から5のいずれか1つに記載の波長変換装置。
(付記7)
第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換装置に用いられる制御光生成装置であって、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第1の連続発振光と第2の連続発振光を生成する光源と、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する位相制御部と、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各偏波を互いに直交させた状態で出力する制御光出力部と、
を備えることを特徴とする制御光生成装置。
(付記8)
前記光源は、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第3の連続発振光と第4の連続発振光を生成し、
前記位相制御部は、
前記出力信号光の強度に基づいて、前記第3の連続発振光と前記第4の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御し、
前記制御光出力部は、
前記第3の連続発振光と前記第4の連続発振光の各偏波を互いに直交させた状態で出力する、
ことを特徴とする付記7に記載の制御光生成装置。
(付記9)
前記強度は、前記出力信号光の低周波成分を用いて求められることを特徴とする付記7または8に記載の制御光生成装置。
(付記10)
前記制御光生成装置は、さらに、
前記第1の連続発振光の偏波と前記第2の連続発振光の偏波が互いに同方向になるよう制御して、前記第1の連続発振光の偏波と前記第2の連続発振光とを合波する偏波変換合波部を備え、
前記位相制御部は、
前記合波された第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相をまとめて制御し、
前記制御光生成装置はまた、さらに、
前記第1の連続発振光の偏波と前記第2の連続発振光の各偏波が互いに直交する方向になるよう制御する偏波制御部を備える、
ことを特徴とする付記7から9のいずれか1つに記載の制御光生成装置。
(付記11)
前記光源は、光コム装置であることを特徴とする付記7から10のいずれか1つに記載の制御光生成装置。
(付記12)
第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換方法であって、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光を、互いに直交する方向の偏波を有すると共に、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有するように出力し、
非線形光学効果により前記入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光とを相互位相変調して、前記出力信号光を生成し、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する、
波長変換装置により実行される波長変換方法。
(付記13)
第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換に用いられる制御光生成方法であって、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第1の連続発振光と第2の連続発振光を生成し、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御し、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各偏波を互いに直交させた状態で出力する、
制御光生成装置により実行される制御光生成方法。
2、21、22、23、24 波長変換器
3、4、74、79、82 波長選択スイッチ
5、50、51、52、53、54、55、56 制御光生成器
6、6A、6B、6C、6D、6E 、非線形光学媒質
7、35A、35B、45A、45B、 偏光子
8 スプリッタ
9、36A、36B、36C、46A、46B、46C フォトディテクタ
10、40、47 帯域透過フィルタ
11 光源
12、13、65A、65B、70、71A、71B、73 位相変調器
14、63、78 発振器
15、72 ディバイダ
16、64A、64B 遅延器
17、18、31A、31B、31C、31D、42A、42B、42C、66A、66B、83A、83B 偏波制御器
19、39A、39B、39C、39D、39E、39F、48A、48B、48C、69A、69B、76、80、81、88 コントローラ
30 偏波ビームスプリッタ
32A、32B、43A、43B、62 光合波器
33A、33B、49、87A、87B 光フィルタ
34A、34B、34C、44A、44B、44C、68、86 光スプリッタ
37A、37B 光位相調整器
38 偏波ビームコンバイナ
41 偏波ビームスプリッタ/コンバイナ
61A、61B、61C CW光源
67、67A、67B、85 光カプラ
75A、75B、84A、84B 光遅延器
77 光コム発生器
Claims (13)
- 第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換装置であって、
第1の連続発振光と第2の連続発振光を出力する制御光生成部と、
前記入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光とを相互位相変調して、前記出力信号光を生成する非線形光学媒質と、
を備え、
前記制御光生成部は、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光を、互いに直交する方向の偏波を有すると共に、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有するように出力し、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する、
ことを特徴とする波長変換装置。 - 前記強度は、前記出力信号光の低周波成分を用いて求められることを特徴とする請求項1に記載の波長変換装置。
- 前記波長変換装置は、さらに、
前記第1の周波数の信号光を、互いに直交する偏波方向を有する第1の入力信号光と第2の入力信号光に分離する分離部を備え、
前記制御光生成部は、
互いに直交する方向の偏波を有すると共に、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第3の連続発振光と第4の連続発振光を生成し、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光を多重化した連続発振光を前記非線形光学媒質へ出力すると共に、前記第3の連続発振光と前記第4の連続発振光を多重化した連続発振光を前記非線形光学媒質へ出力し、
前記非線形光学媒質において、前記第1の入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光が相互位相変調されて第1の波長変換光が生成され、前記第2の入力信号光と第3の連続発振光と第4の連続発振光が相互位相変調されて第2の波長変換光が生成され、
前記第1の波長変換光の偏波と前記第2の波長変換光の偏波は互いに直交し、
前記波長変換装置は、さらに、
前記第1の波長変換光と前記第2の波長変換光を合波して前記出力信号光を出力する偏波合波部を備える、
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。 - 前記非線形光学媒質は、第1の非線形光学媒質と第2の非線形光学媒質とを有し、
前記第1の非線形光学媒質において、前記第1の入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光が相互位相変調されて第1の波長変換光が生成され、
前記第2の非線形光学媒質において、前記第2の入力信号光と第3の連続発振光と第4の連続発振光が相互位相変調されて第2の波長変換光が生成される、
ことを特徴とする請求項3に記載の波長変換装置。 - 前記波長変換装置は、さらに、
前記第1の非線形光学媒質と前記第2の非線形光学媒質との間に、前記波長変換光を透過させ、前記連続発振光を透過させないフィルタを備える、
ことを特徴とする請求項4に記載の波長変換装置。 - 前記第1の入力信号光と前記第2の入力信号光は、前記波長変換装置の伝送路を互いに反対方向へ進む、
ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の波長変換装置。 - 第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換装置に用いられる制御光生成装置であって、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第1の連続発振光と第2の連続発振光を生成する光源と、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する位相制御部と、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各偏波を互いに直交させた状態で出力する制御光出力部と、
を備えることを特徴とする制御光生成装置。 - 前記光源は、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第3の連続発振光と第4の連続発振光を生成し、
前記位相制御部は、
前記出力信号光の強度に基づいて、前記第3の連続発振光と前記第4の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御し、
前記制御光出力部は、
前記第3の連続発振光と前記第4の連続発振光の各偏波を互いに直交させた状態で出力する、
ことを特徴とする請求項7に記載の制御光生成装置。 - 前記強度は、前記出力信号光の低周波成分を用いて求められることを特徴とする請求項7または8に記載の制御光生成装置。
- 前記制御光生成装置は、さらに、
前記第1の連続発振光の偏波と前記第2の連続発振光の偏波が互いに同方向になるよう制御して、前記第1の連続発振光の偏波と前記第2の連続発振光とを合波する偏波変換合波部を備え、
前記位相制御部は、
前記合波された第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相をまとめて制御し、
前記制御光生成装置はまた、さらに、
前記第1の連続発振光の偏波と前記第2の連続発振光の各偏波が互いに直交する方向になるよう制御する偏波制御部を備える、
ことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載の制御光生成装置。 - 前記光源は、光コム装置であることを特徴とする請求項7から10のいずれか1項に記載の制御光生成装置。
- 第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換方法であって、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光を、互いに直交する方向の偏波を有すると共に、前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有するように出力し、
非線形光学効果により前記入力信号光と前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光とを相互位相変調して、前記出力信号光を生成し、
前記出力信号光の強度に基づいて前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御する、
処理を波長変換装置が実行する波長変換方法。 - 第1の周波数の入力信号光を、同位相または位相共役である第2の周波数の出力信号光に変換する波長変換に用いられる制御光生成方法であって、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との差分と等しい周波数間隔を有する、第1の連続発振光と第2の連続発振光を生成し、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各位相の変調のタイミングを互いに合わせるよう制御し、
前記第1の連続発振光と前記第2の連続発振光の各偏波を互いに直交させた状態で出力する、
制御光生成装置により実行される制御光生成方法。
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