JP2021144202A - 波長変換装置および波長変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換効率が環境温度の影響を受け難い波長変換装置を提供する。【解決手段】波長変換装置２は、信号光および信号光とは波長が異なると共に信号光より電界強度が強い励起光から信号光および励起光とは波長が異なる光を生成する非線形光学媒質４と、光の強度に基づいて、非線形光学媒質の温度を制御する温度制御部６とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換装置および波長変換方法に関する。

光ファイバの非線形光学効果を用いて信号光から、信号光とは波長が異なる新たな光を生成する波長変換装置が提案されている。信号光の波長が一定の範囲（以下、波長変換帯域と呼ぶ）内にある場合に、新たな光は効率的に生成される。波長変換帯域は、波長変換装置が置かれる環境の温度（以下、環境温度と呼ぶ）の変化により変動する。

光ファイバの波長分散スロープ等を一定値以下に制限することで、波長変換帯域の変動はある程度抑制される（例えば、特許文献1参照）。波長変換帯域の変動を更に抑制するためには、光ファイバは恒温槽に収納される（例えば、特許文献1参照）。

光ファイバの温度は、光ファイバで発生するラマン散乱光の測定結果から導出できる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３０１００９号公報 特開平６−２８１５１０号公報

上述したように、光ファイバの波長分散スロープ等を一定値以下に制限することで、環境温度の変化による波長変換帯域の変動をある程度抑制することは可能である。しかし、波長分散スロープ等を制限しても光ファイバの温度は環境温度共に変化するので、波長変換帯域の変動の抑制は限定的で不十分である。そこで本発明は、このような問題を解決することを課題とする。

ところで、波長変換帯域は、信号光の強度に対する新たに生成される光の強度の比率Ｅ（すなわち、波長変換効率）とその最大値Ｅ_０（すなわち、波長変換効率Ｅの最大値）の比率（Ｅ/Ｅ_０）が一定の値（例えば、−３ｄＢ）以上に保たれる波長の範囲である。環境温度等の変化により波長変換効率が変化すると、波長変換帯域も変化する。従って、「波長変換帯域の変動」は、「波長変換効率の変動」と言い換えることができる。

上記の問題を解決するために、一つの実施の形態では、波長変換装置は、信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光から前記信号光および前記励起光とは波長が異なる光を生成する非線形光学媒質と、前記光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する温度制御部とを有し、前記光を出力する。

一つの側面では、本発明によれば、波長変換効率が環境温度の影響を受け難い波長変換装置を提供することが可能となる。

図１は、実施の形態１の波長変換装置２の一例を示す機能ブロック図である。 図２は、波長変換装置２における信号光等の流れの一例を示す図である。 図３は、信号光等のスペクトルの一例を示す図である。 図４は、温度制御部を有しない波長変換装置１６の一例を示す機能ブロック図である。 図５は、単一モード光ファイバの零分散波長と温度の関係の一例を示す図である。 図６は、非線形光学媒質４の零分散波長と励起光１０の波長との離長に対する波長変換帯域の関係の一例を示す図である。 図７は、図１の波長変換装置２において実行される波長変換方法の手順の一例を説明する図である。 図８は、実施の形態１の変形例１を説明する図である。 図９は、実施の形態１の変形例３を説明する図である。 図１０は、実施の形態１の変形例４を説明する図である。 図１１は、実施の形態１の変形例５を説明する図である。 図１２は、実施の形態２の波長変換装置１０２の一例を示す機能ブロック図である。 図１３は、波長変換装置１０２における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。 図１４は、信号光１０８等のスペクトルの一例を示す図である。 図１５は、波長変換装置１０２のハードウエア構成の一例を示す図である。 図１６は、励起光源３２等の一例を示す図である。 図１７は、光フィルタ６０等の一例を示す図である。 図１８は、制御装置５８の一例を示す図である。 図１９は、制御プログラム７８のフローチャートの一例を示す図である。 図２０は、制御プログラム７８のフローチャートの一例を示す図である。 図２１は、実施の形態２の変形例３の波長変換装置１０２Ｍ３のハードウエア構成の一例を示す図である。 図２２は、実施の形態２の変形例４の加熱冷却部２２Ｍ４（図１３参照）の一例を示す図である。 図２３は、実施の形態２の変形例４の加熱冷却部２２Ｍ４（図１３参照）の一例を示す図である。 図２４は、実施の形態２の変形例４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。 図２５は、実施の形態２の変形例４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。 図２６は、実施の形態２の変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１３参照）の一例を示す図である。 図２７は、実施の形態２の変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１３参照）の一例を示す図である。 図２８は、実施の形態２の変形例６の加熱冷却部２２Ｍ６（図１３参照）を説明する図である。 図２９は、実施の形態２の変形例７の波長変換装置１０２Ｍ７のハードウエア構成の一例を示す図である。 図３０は、実施の形態３の波長変換装置２０２の一例を示す機能ブロック図である。 図３１は、実施の形態３の波長変換装置２０２にける信号光２０８等の流れの一例を示す図である。 図３２は、信号光２０８等のスペクトルの一例を示す図である。 図３３は、実施の形態３の波長変換装置２０２のハードウエア構成の一例を示す図である。 図３４は、付加光源２０３、偏波コントローラ２０５および光合波器２０７それぞれの一例を示す図である。 図３５は、信号光３０８等のスペクトルの一例を示す図である。 図３６は、実施の形態４の波長変換装置３０２のハードウエア構成の一例を示す図である。 図３７は、計測部３２４のハードウエア構成の一例を示す図である。 図３８は、実施の形態４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。 図３９は、実施の形態４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。 図４０は、実施の形態４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。 図４１は、不揮発性メモリ７６に記録されたルックアップテーブルの一例を示す図である。 図４２は、第１の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ１の一例を示す図である。 図４３は、波長変換装置４０２Ｄ１における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。 図４４は、第２の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ２の一例を示す図である。 図４５は、波長変換装置４０２Ｄ２における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。 図４６は、第３の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ３の一例を示す図である。 図４７は、波長変換装置４０２Ｄ３における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。 図４８は、実施の形態１〜４の波長変換装置を有する光送信装置３１７の一例を示す図である。 図４９は、光送信装置３１７における信号光等の流れの一例を示す図である。 図５０は、実施の形態１〜４の波長変換装置を有する光受信装置３３１の一例を示す図である。 図５１は、光受信装置３３１における信号光等の流れの一例を示す図である。 図５２は、実施の形態３の変形例を説明する図である。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。図面が異なっても同じ構造を有する部分等には同一の符号を付し、その説明を省略する。

（実施の形態１）
（１）構造
図１は、実施の形態１の波長変換装置２の一例を示す機能ブロック図である。図１に示されているように、実施の形態１の波長変換装置２は、入力光から新たな光を生成する非線形光学媒質４を有する。実施の形態１の波長変換装置２は更に、非線形光学媒質４が生成する新たな光の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御する温度制御部６を有する。

非線形光学媒質４は例えば、単一モード光ファイバである。実施の形態１の単一モード光ファイバの材料は例えば、石英（ＳｉＯ_２）である。この単一モード光ファイバのコアは例えば、Ｐ（りん）またはＧｅ（ゲルマニウム）が添加された石英である。実施の形態１の単一モード光ファイバ（すなわち、非線形光学媒質４）の長さは例えば、１００〜１０００ｍまたは２５０ｍ〜７５０ｍである。非線形光学媒質４は、信号光の偏波を保持する媒質（例えば、偏波保持光ファイバ）であってもよい。

非線形光学媒質４は、半導体（例えば、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ）で形成された光導波路であってもよい。非線形光学媒質４は、誘電体（例えば、石英ガラス、ニオブ酸リチウム、カルコゲナイドガラス）で形成された光導波路であってもよい。

温度制御部６のハードウエア構成は、実施の形態２で説明される。

（２）動作
図１に示す各機能ブロックの動作等が説明される。

（２−１）非線形光学媒質の動作
図２は、波長変換装置２における信号光等の流れの一例を示す図である。

図３は、信号光等のスペクトルの一例を示す図である。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。縦軸の単位は任意単位であり、縦軸のスケールはログスケールである（以下の図面についても、同様）。図３の各スペクトルには、各スペクトルに対応する光（例えば、信号光）に付される符号（例えば、「８」）が付されている（以下、同様）。すなわち信号光８のスペクトルには、符号「８」が付されている。

非線形光学媒質４（図２参照）は、信号光８（図２および３参照）と励起光１０とを含む第１の光１２ａから、第２の光１２ｂを生成する。第１の光１２ａは、非線形光学媒質４の入力光である。第２の光１２ｂは、非線形光学媒質４が生成する新たな光である。実施の形態１の第２の光１２ｂは、信号光８と励起光１０とから生成される波長変換光１４である。

図３に示す例では、信号光８の周波数はν_８である。励起光１０の周波数は、信号光８の周波数ν_８とは異なる周波数ν_１０である。励起光１０は、信号光８より強い光である。新たな光（すなわち、第２の光１２ｂ）の周波数ν_１２ｂは、信号光８の周波数ν_８および励起１０の周波数ν_１０とは異なる周波数である。励起光１０の強度（すなわち、光パワー）は好ましくは、時間に対して一定に保たれる。

光の周波数は、光の波長に反比例する。光の電界強度は、光の強度（すなわち、光電力）の平方根に比例する。

以上のように、非線形光学媒質４は、信号光８および信号光８とは波長が異なると共に信号光８より電界強度が強い励起光１０から、信号光８および励起光１０とは波長が異なる光（すなわち、第２の光１２ｂ）を生成する。

ところで信号光８等のスペクトルは、狭い波長範囲に局在している。信号光８の波長とは、信号光８の中心波長のことである。中心波長とは、光の３ｄＢ帯域（すなわち、光の強度がその最大値の-３ｄＢ以内である波長範囲）の中心に位置する波長である。信号光８以外の光（例えば、励起光１０等）についても同様である。

実施の形態１の非線形光学媒質４（例えば、単一モード光ファイバ）は、縮退４光波混合により波長変換光１４（図２および３参照）を生成する。すなわち、波長変換光１４は、非線形光学媒質４の３次の非線形分極により生成される。波長変換光１４の周波数ν_１２ｂは、２ν_１０−ν_８（＝ν_１０+ν_１０−ν_８）である。

（２−２）温度制御部の動作
温度制御部６は、第２の光１２ｂに含まれる第３の光１２ｃの強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度（以下、第１の温度と呼び）を制御する。

温度制御部６は好ましくは、第３の光１２ｃの強度が増加するように、非線形光学媒質４の温度（第１の温度）を制御する。

実施の形態１では特に断らない限り温度制御部６は、第３の光１２ｃの強度が増加するように、非線形光学媒質４の温度を制御するものとする。

第３の光１２ｃは例えば、波長変換光１４である。実施の形態１では、特に断らない限り第３の光１２ｃは、波長変換光１４である。

第３の光１２ｃは第２の光１２ｂの一部（または全部）であり共に非線形光学媒質４により生成されるので、第３の光１２ｃの強度は第２の光１２ｂの強度に比例する。従って温度制御部６は結果的に、非線形光学媒質４により生成された光（すなわち、第２の光１２ｂ）の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御する。従って、温度制御部６は好ましくは、第２の光１２ｂの強度が増加するように、非線形光学媒質４の温度（第１の温度）を制御する。

（２−３）波長変換光の出力
波長変換装置２は、第２の光１２ｂに含まれる光であって信号光８と励起光１０とから生成される波長変換光１４を出力する。

（３）波長変換効率の変動の抑制
図４は、温度制御部６を有しない波長変換装置１６の一例を示す機能ブロック図である。

図４の波長変換装置１６の非線形光学媒質４は、図２の波長変換装置２の非線形光学媒質４と同じ媒質である。非線形光学媒質４は例えば、室温（例えば２７℃；以下、同様）における零分散波長が励起光１０の波長に略一致する単一モード光ファイバである。非線形光学媒質４の零分散波長と励起光１０の波長とが一致すると、縮退４光波混合のための位相整合条件が満たされて、波長変換効率が高くなる。波長変換効率とは、信号光８の強度Ｉ_８と波長変換光の強度Ｉ_１４の比（＝Ｉ_１４/Ｉ_８）のことである。ここで「波長変換光」は、非線形光学媒質により信号光から生成され波長が信号光とは異なる新なる光である。

従って、非線形光学媒質４の室温における零分散波長と励起光１０の波長とは、略一致することが好ましい。室温における非線形光学媒質４の零分散波長と励起光１０の波長との差分の絶対値は例えば、１ｎｍ以下が好ましく、更に好ましくは０．５ｎｍ以下であり、最も好ましくは０．２ｎｍ以下である。図２に示す実施の形態１の波長変換装置２についても、同様である。

図５は、単一モード光ファイバの零分散波長と温度の関係の一例を示す図である。縦軸は、単一モード光ファイバの零分散波長である。横軸は、単一モード光ファイバの温度である。

いま、非線形光学媒質４が単一モード光ファイバであって更に、室温における非線形光学媒質４の零分散波長が励起光１０の波長λ_１０に略一致する場合を考える。図５に示されているように、単一モード光ファイバの温度が変化すると零分散波長も変化する。従って、単一モード光ファイバ（すなわち、非線形光学媒質４）の環境温度が室温から別の温度に変化すると、励起光１０の波長λ_１０と零分散波長とが乖離する。その結果、単一モード光ファイバを伝搬する光（具体的には、信号光と励起光）の間の位相関係が位相整合条件から乖離しその結果、信号光の波長変換効率が低下する。

図６は、非線形光学媒質４の零分散波長と励起光１０の波長との差分（以下、離長と呼ぶ）に対する波長変換帯域（「発明が解決しようとする課題」参照）の関係の一例を示す図である。横軸は、離長である。縦軸は、波長変換帯域の幅である。縦軸は、ログスケールである。

上述したように、非線形光学媒質４の零分散波長と励起光波長（すなわち、励起光１０の波長）が乖離すると、信号光の波長変換効率が低下する。波長変換効率は信号光の波長が励起光波長から離れることでも低下するが、非線形光学媒質の零分散波長と励起光波長の乖離の影響（すなわち、波長変換効率の低下）は、信号光の波長と励起光波長の乖離が大きいほど大きくなる。従って、図６に示されているように、非線形光学媒質４の零分散波長と励起光波長の乖離（すなわち、離長の絶対値）が大きくなるほど、波長変換帯域は縮小する。

波長変換帯域の縮小は、離長の絶対値が小さい間は僅かである。しかし離長の絶対値が大きくなるに従い、波長変換帯域は加速度的に縮小する。

温度制御部６を有さない波長変換装置１６（図４参照）は、環境温度の変化による非線形光学媒質４の温度の変化を抑制できないので、環境温度の変化による波長変換帯域の縮小も抑制できない。波長分散スロープ等の制限（［背景技術］参照）を行っても、波長変換帯域の縮小の抑制は限定的である。

一方、実施の形態１の波長変換装置２（図２参照）では、温度制御部６が第３の光１２ｃ（具体的には、波長変換光１４）の強度が増加するように、非線形光学媒質４の温度を制御する。従って、波長変換装置２の環境温度が変化しても、非線形光学媒質４の波長変換効率は最大値（すなわち、波長変換効率の最大値）の近傍に保持される。

この波長変換効率の保持は、温度制御部６の温度制御により、非線形光学媒質４の温度が略一定に保たれることで実現される。非線形光学媒質４の温度が略一定に保たれるため、非線形光学媒質４の零分散波長は励起光波長λｐの近傍に保持され、環境温度の変化による波長変換効率の低下が抑制される。

―温度測定による波長変換効率の低下の抑制―
波長変換装置２の環境温度（例えば、波長変換装置２が配置された室内の温度）を測定し、この測定の結果に基づいて非線形光学媒質４の温度を制御することも考えられる。しかし、光ファイバ等の非線形光学媒質の熱抵抗は高いので、非線形光学媒質４の温度は環境温度から乖離しやすい。従って、環境温度の測定結果に基づいて非線形光学媒質４の温度を制御しても、非線形光学媒質４の波長変換効率の低下の抑制は限定的であり、十分ではない。

サーミスタや熱電対などの温度センサを非線形光学媒質４に装着して測定した温度に基づいて非線形光学媒質４の温度を制御しても、非線形光学媒質の高い熱抵抗が正確な温度測定を妨げる。従って、温度センサで測定した温度に基づいて非線形光学媒質４の温度を制御しても、環境温度の変化による波長変換効率の低下の抑制は限定的であり、十分ではない。

温度センサによって測定可能な温度は、非線形光学媒質４の表面の温度であって、信号光８が伝搬する非線形光学媒質４の中心部の温度ではない。従って温度センサで測定した非線形光学媒質４の温度を制御しても、環境温度の変化による波長変換効率の低下の抑制は限定的であり、十分ではない。放射赤外線により非線形光学媒質４の温度を測定する場合についても、同様である。

非線形光学媒質４を恒温槽に収納して、非線形光学媒質４の温度を一定に保つことも考えられる。しかし、非線形光学媒質４を恒温槽に収納すると、波長変換装置が大型化してしまう。

（４）波長変換方法
図７は、図２の波長変換装置２において実行される波長変換方法の手順の一例を説明する図である。図７に示す波長変換方法は、図１以外の装置で実行されてもよい。

―ステップｓ２―
信号光８および信号光８とは波長が異なると共に信号光８より電界強度が強い励起光１０を含む第１の光１２ａを非線形光学媒質４に入力して、信号光８および励起光１０とは波長が異なる新たな光（すなわち、第２の光１２ｂ）を生成する工程が実行される。

―ステップｓ４―
更に、ステップｓ２が実行されながら、第２の光１２ｂに含まれる第３の光（例えば、波長変換光１４）の強度に基づいて非線形光学媒質４の温度（すなわち、第１の温度）を制御する工程が実行される。

上述したように、第２の光１２ｂの強度と第３の光１２ｃの強度とは比例する。従ってステップｓ２が実行されながら、非線形光学媒質４により生成された光（すなわち、第２の光１２ｂ）の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度（以下、第１の温度と呼ぶ）が制御される。

―ステップｓ６―
ステップｓ２およびステップｓ４を実行しながら、第２の光１２ｂに含まれる光であって信号光８と励起光１０とから生成される波長変換光１４が出力される。

非線形光学媒質４の温度を制御するステップｓ４では例えば、第３の光１２ｃの強度が増加するように非線形光学媒質４の温度（すなわち、第１の温度）が制御される。ステップｓ４では、第３の光１２ｃの強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度（すなわち、第１の温度）が目標値（すなわち、第１の温度の目標値）に近づくように、非線形光学媒質４の温度が制御されてもよい（例えば、変形例４参照）。

ステップｓ４〜ｓ６は、ステップｓ２の開始と同時またはステップｓ２の開始後に開始され、ステップｓ２が実行されている間は継続される。

（５）変形例
（５−１）変形例１
図８は、実施の形態１の変形例１を説明する図である。図８には、変形例１の信号光等のスペクトルが示されている。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。

変形例１の信号光８Ｍ１は図８に示されているように、第１の信号光８ａと、第１の信号光８ａとは周波数が異なる第２の信号光８ｂとを含む光である。第１の信号光８ａの周波数はν_８ａである。第２の信号光８ｂの周波数はν_８ｂである。

換言するならば、変形例１の信号光８Ｍ１は、第１の信号光８ａおよび第１の信号光８ａとは波長が異なる第２の信号光８ｂを含む。すなわち、変形例１の信号光８Ｍ１は、波長が互いに異なる複数の光の集まりである。変型例１の第１の光１２ａは、信号光８Ｍ１と励起光１０とを含む。

変形例１の非線形光学媒質４は、第１の信号光８ａと励起光１０とから第１の波長変換光１４ａを生成する。非線形光学媒質４は更に、第２の信号光８ｂと励起光１０とから第２の波長変換光１４ｂを生成する。第１の波長変換光１４ａの周波数はν_１４ａである。第２の波長変換光１４ｂの周波数は、ν_１４ａとは異なるν_１４ｂである。

すなわち変形例１の波長変換光１４Ｍ１（第２の光１２ｂ）は、第１の信号光８ａと励起光１０とから生成される第１の波長変換光１４ａと、第２の信号光８ｂと励起光１０とから生成される第２の波長変換光１４ｂとを含む光である。変型例１の第２の光１２ｂは、波長変換光１４Ｍ１である。

変形例１の温度制御部６は、波長変換光１４Ｍ１の強度が増加するように非線形光学媒質４の温度を制御するので、環境温度の変化による波長変換効率の変動を抑制できる（「（３）波長変換効率の変動の抑制」参照）。変形例１の第３の光１２ｃは、波長変換光１４Ｍ１である。

従って変形例１によれば、波長が互いに異なる複数の信号光から複数の波長変換光を生成しながら、環境温度の変化による波長変換効率の変動を抑制することができる。

（５−２）変形例２
変形例２は、変形例１に類似している。従って、変形例１と共通する部分については説明を省略する。

変形例２の温度制御部６は、第１の波長変換光１４ａ（図８参照）と第２の波長変換光１４ｂのうち周波数が励起光１０の周波数から最も離れた光（図８に示す例では、第１の波長変換光１４ａ）の強度が増加するように、非線形光学媒質４の温度を制御する。すなわち、変形例２の温度制御部６は、第１の波長変換光１４ａ（図８参照）および第２の波長変換光１４ｂのうち波長が励起光１０の波長から最も離れた光（図８に示す例では、第１の波長変換光１４ａ）の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御する。

信号光の周波数が励起光１０の周波数から離れる程、信号光の波長変換効率は、非線形光学媒質４の温度の影響を強く受ける。従って、第１の波長変換光１４ａと第２の波長変換光１４ｂのうち波長が励起光１０の波長から最も離れた光（図８に示す例では、第１の波長変換光１４ａ）の強度が、非線形光学媒質４の温度の影響を最も受ける。

従って、変形例２の温度制御部６は、第１の波長変換光１４ａと第２の波長変換光１４ｂのうち非線形光学媒質４の温度の影響を最も受ける光の強度が増加するように、非線形光学媒質４の温度を制御する。このため変形例２によれば、環境温度の変化による波長変換効率の変動を、効果的に抑制することができる。

（５−３）変形例３
図９は、実施の形態１の変形例３を説明する図である。図９には、変形例３の信号光等のスペクトルが示されている。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。

変形例３の非線形光学媒質４は、図９に示されているように、信号光８と励起光１０と付加光１８とを含む入力光（すなわち、第１の光１２ａＭ３）から、新たな光（すなわち、第２の光１２ｂＭ３）を生成する。付加光１８の周波数ν_１８（または、波長）は、信号光８の周波数ν_８（または、波長）および励起光１０の周波数ν_１０（または、波長）とは異なる周波数（または、波長）である。励起光１０の強度および付加光１８の強度は好ましくは、時間に対して一定に保たれる。

変形例３では非線形光学媒質４は、信号光８と励起光１０とから波長変換光１４を生成する。非線形光学媒質４は更に、付加光１８と励起光１０とから第３の波長変換光１４ｃを生成する。すなわち、変形例３の第２の光１２ｂＭ３は、波長変換光１４と第３の波長変換光１４ｃとを含む光である。波長変換光１４と第３の波長変換光１４ｃとは、同じ非線形光学効果（図９に示す例では、縮退４光波混合）により生成される。

温度制御部６は、第３の波長変換光１４ｃの強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御する。具体的には温度制御部６は、第３の波長変換光１４ｃの強度が増加するように非線形光学媒質４の温度を制御する。すなわち、変形例３の第３の光１２ｃＭ３は、第３の波長変換光１４ｃである。変形例３の波長変換装置２は、非線形光学媒質４により生成された光（すなわち、第２の信号光１２ｂＭ４）のうちの少なくとも波長変換光１４を出力する。

信号光８の強度が変化すると、波長変換光１４の強度も変化する。従って非線形光学媒質４の温度を波長変換光１４の強度に基づいて制御すると、環境温度が変化しなくても、信号光８の強度の変化により非線形光学媒質４の温度が変更されてしまう。

変形例３では、付加光１８（図９参照）の強度に基づいて非線形光学媒質４の温度を制御するので、信号光８の強度が変化しても非線形光学媒質４の温度は変更されない。従って変形例３によれば、信号光８の強度の変化による波長変換効率の変動が抑制される。

なお「信号光８の強度」とは信号光８の瞬間的な強度のことではなく、信号光８の強度の時間平均のことである（以下、同様）。同様に、「波長変換光１４の強度」とは波長変換光１４の瞬間的な強度ではなく、波長変換光１４の強度の時間平均のことである（以下、同様）。

（５−４）変形例４
図１０は、実施の形態１の変形例４を説明する図である。図１０には、変形例４の信号光等のスペクトルが示されている。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。

変形例４の非線形光学媒質４は、信号光８および励起光１０を含む入力光（すなわち、第１の光１２ａ）から、ラマン散乱により励起光１０から生成される光と波長変換光１４とを含む新たな光（すなわち、第２の信号光１２ｂＭ４）を生成する。ラマン散乱により生成される光は以後、ラマン散乱光と呼ばれる。励起光１０の強度は好ましくは、時間に対して一定に保たれる。変形例４の波長変換装置２は、非線形光学媒質４により生成された光（すなわち、第２の信号光１２ｂＭ４）のうちの少なくとも波長変換光１４を出力する。

非線形光学媒質４に入射した励起光１０は、光学フォノンの放出または吸収を伴う非弾性散乱（すなわち、ラマン散乱）により散乱される。その結果、ストークス光３０１とアンチストークス光３０３とが生成される。図１０に示されているように、ストークス光３０１の周波数ν_３０１は、信号光８の周波数ν_８および励起光１０の周波数ν_１０とは異なる周波数である。アンチストークス光３０３の周波数ν_３０３は、信号光８の周波数ν_８、励起光１０の周波数ν_１０およびストークス光３０１の周波数ν_３０１とは異なる周波数である。非線形光学媒質４により生成される光（第２の光１２ｂＭ４）は、信号光８と励起光１０から生成される波長変換光１４および励起光１０からラマン散乱により生成されるストークス光３０１とアンチストークス光３０３とを含む。

温度制御部６は、アンチストークス光３０３およびストークス光３０１それぞれの強度に基づいて非線形光学媒質４の温度（すなわち、第１の温度）が目標値（すなわち、第１の温度の目標値）に近づくように、非線形光学媒質４の温度を制御する。すなわち変形例４の第３の光１２ｃＭ４は、励起光１０のラマン散乱光により生成される、ストークス光３０１およびアンチストークス光３０３である。

温度制御部６（図２参照）は例えば、第３の光１２ｃＭ４の強度に基づいて非線形光学媒質４の温度または非線形光学媒質４の温度に相当する量（以下、温度相当量）を導出し、導出した温度または温度相当量に基づいて非線形光学媒質４の温度を制御する。「温度相当量」の具体例は、実施の形態４で説明される。

温度の目標値（すなわち、非線形光学媒質４の温度の目標値）は例えば、励起光１０の波長と非線形光学媒質４の零分散波長との差の絶対値が一定値（以下、許容誤差と呼ぶ）以下になる温度（以下、第２の温度と呼ぶ）である。許容誤差は、好ましくは１ｎｍであり、更に好ましくは０．５ｎｍであり、最も好ましくは０．２ｎｍである。

ラマン散乱光（すなわち、ストークス光３０１およびアンチストークス光３０３）の強度に基づく温度制御は、信号光８の強度変化には影響されない。従って、変形例４によれば、信号光８の強度変化による波長変換効率の変動（変形例３参照）を抑制することができる。

変形例４では、付加光１８（図９参照）は用いられない。従って変形例４によれば、付加光１８の光源を設けずに、信号光８の強度変化による波長変換効率の変動が抑制される。

以上の例では、温度制御部６は、非線形光学媒質４におけるラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御する。しかし温度制御部６は、ラマン散乱以外の散乱により生成される光の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御してもよい。例えば温度制御部６は、非線形光学媒質４におけるブリルアン散乱により生成される光の強度に基づいて、非線形光学媒質４の温度を制御してもよい。

（５−５）変形例５
図１１は、実施の形態１の変形例５を説明する図である。図１１には、変形例５の信号光等のスペクトルが示されている。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。

ここまでは、第１〜第３の波長変換光１４ａ〜１４ｃは、縮退４光波混合により生成される。しかし第１〜第３の波長変換光１４ａ〜１４ｃは、非縮退４光波混合により生成されてもよい。

この場合、励起光１０Ｍ５は、第１の励起光１０ａおよび第１の励起光１０ａとは波長が異なる第２の励起光１０ｂを含む。第１の励起光１０ａの周波数がν_１０ａで第２の励起光１０ｂの周波数がν_１０ｂの場合、波長変換光１４Ｍ５の周波数ν_１４Ｍ５はν_１０ａ+ν_１０ｂ-ν_８である。ν_８は、信号光８の周波数である。

変形例５の波長変換装置２（図１参照）は、波長変換光１４Ｍ５の強度が増加するように非線形光学媒質４の温度を制御する。この制御では、非線形光学媒質４の零分散波長に相当する周波数が、第１の励起光源１０ａの周波数ν_１０ａと第２の励起光１０ｂの周波数ν_１０ｂの平均値Ａｖ１に近づくように制御される。平均値Ａｖ１は、（ν_１０ａ+ν_１０ｂ）/２である。

変形例５の波長変換装置２は、第１の励起光１０ａまたは第２の励起光１０ｂの少なくとも一方のラマン散乱光の強度に基づいて非線形光学媒質４の温度が目標値に近づくように、非線形光学媒質４の温度を制御してもよい。温度の目標値は、第１および第２の励起光１０ａ，１０ｂの周波数ν_１０ａ，ν_１０ｂの平均値Ａｖ２に相当する波長と非線形光学媒質４の零分散波長との差異が一定値（すなわち、上記許容誤差）以下になる温度（第３の温度）である。平均値Ａｖ２に相当する波長とは、３×１０^８を平均値Ａｖで除した波長（＝３×１０^８／Ａｖ２）のことである。単位は、メートルである。

第１の励起光１０ａおよび第２の励起光１０ｂは例えば、別々の励起光源で生成される。従って励起光１０Ｍ５の強度（すなわち、励起光１０ａ，１０ｂの強度の合計）を、励起光が単一の場合より強くすることは容易である。従って変形例５によれば、励起光が単一の場合より励起光１０Ｍ５の強度を強くすることで、波長変換効率を高くすることができる。

（５−６）変形例６
図３を参照して説明した波長変換光１４は、非線形光学媒質４の３次の非線形分極により生成される。しかし波長変換光１４は、非線形光学媒質４の２次の非線形分極により生成されてもよい。変形例１〜５の波長変換光および第３の波長変換光１４ｃ等についても、同様である。

例えば、波長変換光１４は差周波として生成されてもよい。或いは、波長変換光１４は和周波として生成されてもよい。２次の非線形分極は、化合物半導体などの中心対称性が無い物質で起きる現象である。従って、変形例６の非線形光学媒質４は、ＧａＡｓの光導波路やニオブ酸リチウムの光導波路等である。

実施の形態１の波長変換装置は、非線形光学媒質が入力光（例えば、信号光と励起光）から生成する新たな光（例えば、波長変換光）の強度に基づいて、非線形光学媒質の温度を制御する。新たな光の生成は非線形光学媒質の温度の影響を強く受けるので、新たな光の強度に基づいて非線形光学媒質の温度を制御する実施の形態１の波長変換装置によれば、非線形光学媒質の温度を正確に制御できる。実施の形態１の波長変換方法についても、同様である。

従って実施の形態１によれば、波長変換効率が環境温度の変化の影響を受け難い波長変換装置および波長変換方法を提供することが可能となる。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２の波長変換装置１０２の一例を示す機能ブロック図である。実施の形態２の波長変換装置１０２は、励起光を供給する励起光供給部２０と複数の機能ブロックを含む温度制御部１０６とを有する。その他の構成および工程（以下、構成等と呼ぶ）は、実施の形態１（特に、変形例１）に類似している。従って、実施の形態１と同じ構成等については、説明を省略または簡単にする。実施の形態２は、実施の形態１の変形例１の一例である。

（１）構造
実施の形態２の波長変換装置１０２は図１２に示されているように、非線形光学媒質１０４と、温度制御部１０６と、励起光１０（図２参照）を供給する励起光供給部２０とを有する。

励起光供給部２０は、省略されてもよい（後述する実施の形態３〜４についても同様）。その場合には、励起光１０は波長変換装置１０２の外部から供給される。非線形光学媒質１０４は、実施の形態１で説明した非線形光学媒質４（例えば、単一モード光ファイバ）である。温度制御部１０６は、実施の形態１で説明した温度制御部６の一例である。

温度制御部１０６は、加熱冷却部２２と、計測部２４と、制御部２６とを有する。加熱冷却部２２、計測部２４および制御部２６の詳細は後述する。

（２）動作
図１２に示された各機能ブロックの動作等が説明される。

（２−１）励起光供給部の動作
図１３は、波長変換装置１０２における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。励起光供給部２０は励起光１０を生成し、生成した励起光１０と信号光１０８とを合波する。非線形光学媒質１０４の入力光（すなわち、第１の光１１２ａ）は、励起光１０と信号光１０８とを含む光である。

（２−２）非線形光学媒質の動作
図１４は、信号光１０８等のスペクトルの一例を示す図である。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。

実施の形態２の信号光１０８（図１４参照）は、実施の形態１の変形例１（図８参照）と同様、第１の信号光１０８ａと、第１の信号光１０８ａとは波長（すなわち周波数）が異なる第２の信号光１０８ｂとを含む光である。但し、実施の形態２の第１の信号光１０８ａは、波長が互いに異なる複数の信号光Ｘ１〜Ｘｍ（ｍは１より大きい整数）を含む。同様に、第２の信号光１０８ｂは、波長が互いに異なる複数の信号光Ｘｍ+１〜Ｘｎ（ｎはｍ+１より大きい整数）を含む。すなわち、実施の形態２の信号光１０８は、高度に波長多重された光である。実施の形態２の第１の光１１２ａ（すなわち、非線形光学媒質１０４の入力光）は、信号光１０８と励起光１０とを含む。

実施の形態２の非線形光学媒質１０４は、第１の信号光１０８ａと励起光１０とから第１の波長変換光１１４ａを生成する。非線形光学媒質１０４は更に、第２の信号光１０８ｂと励起光１０とから第２の波長変換光１１４ｂを生成する。実施の形態２の波長変換光１１４は、第１の波長変換光１１４ａと第２の波長変換光１１４ｂとを含む。実施の形態２の第２の光１１２ｂ（すなわち、非線形光学媒質１０４が生成する新たな光）は、波長変換光１１４である。

励起光１０の周波数ν_１０は、多重化された信号光１０８に含まれる各信号光Ｘｋ（ｋは１以上ｎ以下の整数）の周波数ν_Ｘｋとは異なる周波数である。励起光１０の電界強度は、各信号光Ｘｋの電界強度より強い光である。

実施の形態２の第１の波長変換光１１４ａは、波長が互いに異なる複数の波長変換光Ｙ１〜Ｙｍ（ｍは１より大きい整数）を含む。同様に、第２の波長変換光１１４ｂは、波長が互いに異なる複数の波長変換光Ｙｍ+１〜Ｙｎ（ｎはｍ+1より大きい整数）を含む。

図１４に示す例では、第１の信号光１０８ａおよび第２の信号光１０８ｂの双方が、複数の信号光を含む。しかし、第１の信号光１０８ａおよび第２の信号光１０８ｂの一方が複数の信号光を含み、他方は単一の信号光であってもよい。
―グループ分けによらない説明―
図１４に示す例では、信号光１０８は、２つのグループ（すなわち、第１の信号光１０８ａと第２の信号光１０８ｂ）に分けられている。信号光１０８を２つのグループに分けることで、後述する変形例３の説明が容易になる。しかし信号光１０８は、グループ分けされなくてもよい。

グループ分けしない場合、信号光１０８は複数の信号光Ｘｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数、ｎは２以上の整数）を含み、各信号光Ｘｋの波長は、多重化された信号光１０８に含まれる別の信号光Ｘj（ｋ以外の整数）の波長とは異なる波長である。

同様に、波長変換光１１４は複数の波長変換光Ｙｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数、ｎは２以上の整数）を含み、各波長変換光Ｙｋの波長は、波長変換光１１４に含まれる別の波長変換光Ｙj（jはｋ以外の整数）の波長とは異なる波長である。

非線形光学媒質１０４は、信号光Ｘｋと励起光１０とから波長変換光Ｙｋを生成する。波長変換光１１４が縮退４光波混合により生成される場合、ｋ番目（ｋはｎ以下の整数、ｎは２以上の整数）の波長変換光Ｙｋの周波数ν_ｙｋは、２ν_１０−ν_ｘｋである。ν_１０は、励起光１０の周波数である。ν_ｘｋはｋ番目の信号光Ｘｋの周波数である。

（２−３）温度制御部の動作
温度制御部１０６（図１３参照）は、非線形光学媒質１０４により生成される光（すなわち、第２の光１１２ｂ）の強度に基づいて、非線形光学媒質１０４の温度（すなわち、第１の温度）を制御する。

具体的には温度制御部１０６は、計測部２４の計測の結果３０に基づいて、波長変換光１１４の強度が増加するように加熱冷却部２２を制御する。計測部２４は、非線形光学媒質１０４により生成される光（すなわち、第２の光１１２ｂ）から分岐された光（すなわち、分岐光）の強度を計測する。実施の形態２の第２の光１１２ｂおよび第３の光１１２ｃは、波長変換光１１４である。

以下の説明では、計測部２４等の測定の結果は計測結果と呼ばれる（実施の形態３〜４においても同様）。

（２−３−１）加熱冷却部の動作
加熱冷却部２２は、非線形光学媒質１０４の加熱および冷却の少なくとも一方を行う。

加熱冷却部２２は例えば、非線形光学媒質１０４に熱２８を供給（すなわち、加熱）する。或いは加熱冷却部２２は、非線形光学媒質１０４から熱２８を吸収（すなわち、冷却）する。加熱冷却部２２は、非線形光学媒質１０４に対する加熱および冷却の双方を行ってもよい。

（２−３−２）計測部の動作
計測部２４（図１３参照）は、非線形光学媒質１０４が生成する新たな光（すなわち、第２の光１１２ｂ）の強度を計測する。具体的には計測部２４（図１３参照）は、第２の光１１２ｂから分岐された光（すなわち、分岐光）の強度を計測することで、間接的に非線形光学媒質１０４が生成する新たな光（すなわち、第２の光１１２ｂ）の強度を計測する。

（２−３−３）制御部の動作
制御部２６（図１３参照）は、計測部２４の計測の結果３０に基づいて、加熱冷却部２２を制御する。

例えば制御部２６は、計測部２４の計測の結果３０に基づいて、第３の光１１２ｃの強度が増加するように加熱冷却部２２を制御する。例えば制御部２６は、第３の光１１２ｃの強度を示す情報（すなわち、計測結果３０）を取得しながら、取得した情報に基づいて第３の光１１２ｃの強度が増加するように加熱冷却部２２を制御する。

（２−４）波長変換光の出力
波長変換装置１０２(図１３参照）は、第２の光１１２ｂ（すなわち、波長変換光１１４）を出力する。

励起光１０および信号光１０８の一部は、波長変換光１１４に変換されず非線形光学媒質１０４から出力される。これらの光（すなわち、励起光１０の一部および信号光１０８の一部）は、後述する光フィルタにより除去される。実施の形態３〜５についても、同様である。

（３）波長変換効率の変動の抑制
実施の形態２の温度制御部１０６は、非線形光学媒質１０４が生成する波長変換光１１４（すなわち、第３の光１１２ｃ）の強度が増加するように、非線形光学媒質１０４の温度を制御する。その結果、非線形光学媒質１０４の波長変換効率は、環境温度が変化しても最大値（すなわち、波長変換効率の最大値）の近傍に保持される。この波長変換効率の保持は、温度制御部１０６の温度制御により、非線形光学媒質１０４の温度が略一定に保たれることで実現される。非線形光学媒質１０４の温度が略一定に保たれるため、非線形光学媒質１０４の零分散波長は励起光波長λｐの近傍に保持され、環境温度の変化による波長変換効率の低下が抑制される。（実施の形態１の「（３）波長変換効率の変動の抑制」参照）。

（４）波長変換方法
実施の形態２の波長変換方法は、図７を参照して説明した実施の形態１の波長変換方法と略同じである。但しステップｓ２では、高度に多重化された信号光１０８（すなわち、第１の光１１２ａ）から高度に多重化された波長変換光１１４（すなわち、第２の光１１２ｂ）が生成される。ステップｓ４およびｓ６は、高度に多重化された波長変換光１１４（すなわち、第２の光１１２ｂ）に基づいて実行される。

（５）ハードウエア構成
図１５は、波長変換装置１０２のハードウエア構成の一例を示す図である。図１５に示された各ハードウエア（例えば、光合波器３６）は、図１２に示された機能ブロック（例えば、励起光供給部２０）のいずれかに含まれる。以下、図１５に基づいて図１２に示された各機能ブロックのハードウエアの構造および動作を説明する。

（５−１）励起光供給部のハードウエア構成
励起光供給部２０（図１３参照）は例えば、励起光源３２（図１５参照）と偏波コントローラ３４と光合波器３６とを有する。図１６は、励起光源３２等のハードウエア構成の一例を示す図である。

―励起光源３２―
励起光源３２は例えば、レーザドライバー３８と半導体レーザ４０と光増幅器４２とを有する。励起光源３２は、励起光１０の種を生成する。

レーザドライバー３８は、半導体レーザ４０を駆動する回路である。半導体レーザ４０は、レーザドライバー３８に駆動されると、レーザ光を出力する。半導体レーザ４０から出力されたレーザ光は連続光であり、光増幅器４２により増幅される。

半導体レーザ４０は例えば、分布帰還型半導体レーザである。半導体レーザ４０は、分布反射型半導体レーザや外部共振器型半導体レーザであってもよい。光増幅器４２は例えば、光ファイバアンプである。光増幅器４２は、半導体光増幅器であってもよい。

―偏波コントローラ３４―
増幅されたレーザ光は、偏波コントローラ３４を通過した後、光合波器３６に入射する。励起光１０（図１３参照）は、光増幅器４２により増幅され更に偏波コントローラ３４により偏光方向が制御されたレーザ光である。

偏波コントローラ３４は、信号光１０８と合波された後の励起光１０の偏光方向（すなわち、磁場ベクトルの振動方向）が信号光１０８の偏光方向に一致するように、光増幅器４２により増幅されたレーザ光の偏光方向を制御する。

偏波コントローラ３４は例えば、半波長板と４分の１波長板とを有する光学装置である。

―光合波器３６―
光合波器３６（図１５参照）は、波長変換装置１０２の入力ポートＰｉｎから入力された信号光１０８と励起光１０とを合波する。第１の光１１２ａ（図１３参照）は、光合波器３６により合波された、信号光１０８と励起光１０とを含む。

光合波器３６（図１６参照）は例えば、誘電体多層膜４４と誘電体多層膜４４を挟む透明な一対のプリズム４６とを有する。誘電体多層膜４４は信号光１０８（図１３参照）を通過させながら、励起光１０の進路を非線形光学媒質１０４側に変更する。その結果、信号光１０８と励起光１０とが合波される。

光合波器３６等（入力ポートＰｉｎ、光合波器３６、偏波コントローラ３４、光増幅器４２および半導体レーザ４０）は例えば、光ファイバ（例えば、偏波保持ファイバ）により互いに接続される。後述する光フィルタ等についても同様である。

（５−２）非線形光学媒質のハードウエア構成
非線形光学媒質１０４（図１３参照）は例えば、単一モード光ファイバ４８（図１６参照）である。

非線形光学媒質１０４は、多重化された信号光Ｘｋ（すなわち、第１の信号光１０８ａ）と励起光１０とを含む第１の光１１２ａから、多重化された第２の光１１２ｂを生成する（「（２−２）非線形光学媒質の動作」参照）。

（５−３）加熱冷却部のハードウエア構成
加熱冷却部２２(図１３参照）は例えば、加熱冷却装置５０(図１５参照）を有する。加熱冷却装置５０は例えば、ペルチェ素子５２（図１６参照）と電流源５４とＡＳＩＣ ５６（Application Specific Integrated Circuit）とを有する。

―電流源５４―
電流源５４は、ペルチェ素子５２に電流を供給する回路である。

―ペルチェ素子５２―
ペルチェ素子５２は例えば、光ファイバ４８に熱的に接続される。ペルチェ素子５２は、電流源５４から供給される電流の向きに応じて、光ファイバ４８に熱２８（図１３参照）を供給しまたは光ファイバ４８から熱２８を吸収する。

―ＡＳＩＣ ５６―
ＡＳＩＣ ５６は制御部２６（図１３参照）からのコマンド８８に応答して、電流源５４を制御する集積回路である。

以上の例では、非線形光学媒質１０４に対して直接、加熱および冷却の少なくとも一方が実行される。しかし、非線形光学媒質１０４を液体に浸し、この液体を介して非線形光学媒質１０４の加熱および冷却の少なくとも一方が実行されもよい。例えば、加熱冷却部２２（図１３参照）は、非線形光学媒質１０４が浸された液体４９（図１６参照）と、この液体（例えば、純水）を介して線形光学媒質１０４の加熱および冷却の少なくとも一方を行う装置（例えば、ペルチェ素子５２）とを有する。非線形光学媒質１０４を液体に浸すことで、非線形光学媒質１０４が均一に加熱または冷却される。

非線形光学媒質１０４が浸される液体４９は、純水には限られない。非線形光学媒質１０４は例えば、フルオロカーボン、オイル、シリコン油、およびビフェニルとジフェニルエーテルとの混合物のいずれかに浸されてもよい。

（５−４）計測部のハードウエア構成
計測部２４（図１３参照）は例えば、光フィルタ６０（図１５参照）と光スプリッタ６２と計測装置６４とを有する。図１７は、光フィルタ６０等の一例を示す図である。

―光フィルタ６０―
光フィルタ６０（図１５参照）は、非線形光学媒質１０４により生成された新たな光（すなわち、第２の光１１２ｂ）を通過させ、励起光１０と信号光１０８とを遮断する。光フィルタ６０（図１７参照）は例えば、誘電体多層膜を有する光学装置である。

―光スプリッタ６２―
光スプリッタ６２（図１５参照）、非線形光学媒質１０４により生成された新たな光（すなわち、第２の光１１２ｂ）に含まれる光（例えば、波長変換光Ｙ１〜Ｙｎ）それぞれの一部（以下、分割光と呼ぶ）を抽出し、計測装置６４（図１５参照）に送出する。

光スプリッタ６２は、入力光から入力の一部（以下、分岐光と呼ばれる）を分岐するデバイスである。入力光（ここでは、第２の光１１２ｂ）が互いに波長が異なる複数の光を含む場合、分岐光は複数の光のそれぞれを分割した複数の分割光を含む。図１５に示す例では、光スプリッタ６２の入力光は非線形媒質１０４により生成された互いに波長の異なる複数の生成光（すなわち、波長変換光Ｙ１〜Ｙｎ）である。

光スプリッタ６２は、入力光の一部（例えば、１〜１０％）を抽出する。後述する実施の形態３の光スプリッタ２６２についても、同様である。

光スプリッタ６２は更に、新たな光（すなわち、第２の光１１２ｂ）のうち分岐光以外の部分（以下、出力光と呼ぶ）を出力ポートＰｏｕｔに送出する。出力ポートＰｏｕｔに到達した出力光は、出力ポートＰｏｕｔから波長変換装置１０２の外部に出力される。

光スプリッタ６２は例えば、図１７に示されているように、光ファイバカプラである。光スプリッタ６２は、光ファイバカプラ以外の光学装置（例えば、基板上に形成された方向性結合器）であってもよい。

―計測装置６４―
計測装置６４（図１５参照）は例えば、光検出器６６（図１７参照）と電流-電圧変換回路６８とアナログデジタル変換器７０とを有する。計測装置６４は光スプリッタ６２からの分岐光を受信して、分岐光の強度を示すデジタル信号を制御部２６（図１３参照）に送信する。このデジタル信号は、図１３を参照して説明した「計測の結果３０」の一例である。

先ず、光検出器６６が光スプリッタ６２からの分岐光を受信し、受信した分岐光を光電流に変換する。この光電流は、電流-電圧変換回路６８に送信される。光検出器６６は例えば、ｐｉｎフォトダイオードである。光検出器６６は、他の光検出器（例えば、アバランシェフォトダイオード）であってもよい。後述する、第１の光検出器３６６ａおよび第２の光検出器３６６ｂ（実施の形態４参照）についても、同様である。

電流―電圧変換回路６８は、光検出器６６からの光電流を電圧に変換する。この電圧は、アナログデジタル変換器７０に送信される。アナログデジタル変換器７０は、電流―電圧変換回路６８から送信された電圧をデジタル信号に変換する。このデジタル信号が、計測部２４の計測の結果３０である。

（５−５）制御部のハードウエア構成
制御部２６（図１３参照）は例えば、制御装置５８（図１５参照）を有する。図１８は、制御装置５８の一例を示す図である。

制御部２６（すなわち、制御装置５８）は例えば、メモリ７２（図１８参照）と、メモリ７２に結合されたプロセッサとを有する。プロセッサは、ハードウエアである。図１８に示す例ではプロセッサは、ＣＰＵ７４（Central Processing Unit）である。プロセッサ（すなわち、ＣＰＵ７４）は、非線形光学媒質１０４が生成する新たな光に含まれる光（すなわち、第３の光１１２ｃ）の強度を示す情報（すなわち、「計測の結果３０」）を取得しながら、取得した情報に基づいて加熱冷却部２２を制御する。プロセッサにより取得される情報は、非線形光学媒質１０４により生成された新たな光（すなわち、第２の光１１２ｂ）の強度を示す情報でもある。メモリ７２は例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）である。

制御装置５８は更に、不揮発性メモリ７６を有する。不揮発性メモリ７６には、ＣＰＵ７４が実行する複数のプログラム７８が記録されている。複数のプログラム７８には、後述する制御プログラムが含まれる。

実施の形態２の制御プログラムが一旦開始されると、同じ処理がエンドレスに繰り返される。このようなエンドレスな処理を強制的に終了させるための終了プログラムも、複数のプログラム７８には含まれる。実施の形態３〜４のプログラムについても同様である。終了プログラムにより実行される処理は、割り込み処理である。

制御装置５８は更に、複数の入出力インターフェース８０ａ〜８０ｅとバス８２とを有する。ＣＰＵ７４等は、バス８２を介して互いに接続される。

入出力インターフェースの一つ（例えば、入出力インターフェース８０ａ）には、入力装置８４（例えば、キーボード）が接続されてもよい。入出力インターフェースの別の一つ（例えば、入出力インターフェース８０ｂ）には、表示装置８６（例えば、液晶ディスプレイ）が接続されてもよい。

入出力インターフェースの別の一つ（例えば、入出力インターフェース８０ｃ）には、加熱冷却部２２のＡＳＩＣ５６（図１６参照）が接続される。

入出力インターフェースの別の一つ（例えば、入出力インターフェース８０ｄ）には、計測部２４のアナログデジタル変換器７０（図１７参照）が接続される。

従って、実施の形態２の制御部２６は、ＣＰＵ７４とメモリ７２と不揮発性メモリ７６と複数の入出力インターフェース８０ａ〜８０ｄとにより実現される。入出力インターフェース８０ｅは、実施の形態４の制御装置で使用される。実施の形態２の制御装置５８では、入出力インターフェース８０ｅは省略されてもよい。

図１８に示された例では、制御装置５８はメモリ７２とプロセッサ（すなわち、ＣＰＵ７４）とを有する装置であるが、制御装置５８は他の回路であってもよい。制御装置５８は例えば、ＡＳＩＣや論理回路であってもよい。

―制御プログラム―
図１９〜２０は、制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。図１９〜２０の各ステップは、制御部２６により実行される。

ＣＰＵ７４は、例えば入力装置８４（図１８参照）において実行される起動操作に応答して、不揮発性メモリ７６から制御プログラムを読み出して実行する。

−ステップＳ２−
ＣＰＵ７４は先ず、終了プログラム等による割り込み処理を許可する。

−ステップＳ４−
ステップＳ２の後ＣＰＵ７４は、複数の変数ｉ，Ｉｎｃ，Ｍ１，Ｍ２に初期値を代入する。変数ｉ，Ｍ１，Ｍ２の初期値は、例えば零である。変数Ｉｎｃの初期値は、例えば１０である。

変数ｉは、ペルチェ素子５２（図１６参照）に接続された電流源５４の出力電流である。変数Ｉｎｃは、変数ｉの増分である。変数ｉおよび変数Ｉｎｃの単位は、例えばｍＡである。

−ステップＳ６−
ステップＳ４の後ＣＰＵ７４は、計測装置６４（図１５参照）に接続された入出力インターフェース８０ｄを介して、計測部２４（図１３参照）の計測の結果３０を取得する。計測の結果３０は、第３の光１１２ｃ（すなわち、波長変換光１１４）の強度を示す情報である。

−ステップＳ８―
ステップＳ６の後ＣＰＵ７４は、ステップＳ６で取得した測定結果を変数Ｍ１に代入する。

−ステップＳ１０―
ステップＳ８の後ＣＰＵ７４は、変数ｉに変数Incの値を加える。

−ステップＳ１２―
ステップＳ１０の後ＣＰＵ７４は、コマンド８８（図１３参照）を加熱冷却部２２に送信する。コマンド８８は、変数ｉの値（例えば、１０）に相当する電流（例えば、１０ｍＡ）を電流源５４（図１６参照）から出力するように加熱冷却部２２に指示するコマンドである。電流源５４の出力は、ペルチェ素子５２に供給される。

コマンド８８は、加熱冷却部２２に接続された入出力インターフェース８０ｃを介して、加熱冷却部２２のＡＳＩＣ ５６（図１６参照）に送信される。

加熱冷却部２２はコマンド８８に応答して、非線形光学媒質１０４の加熱または冷却の程度を変更する。その結果、非線形光学媒質１０４の温度は変化する。

−ステップＳ１４―
ステップＳ１２の後ＣＰＵ７４は、一定の時間（例えば、１〜１０００秒）待機する。ＣＰＵ７４の待機中に、コマンド８８による非線形光学媒質１０４の温度変化は略終了する。

−ステップＳ１６―
ステップＳ１４の後ＣＰＵ７４は再度、計測部２４（図１３参照）の計測の結果３０を取得する。

−ステップＳ１８―
ステップＳ１６の後ＣＰＵ７４は、ステップＳ１６で取得した測定結果を変数Ｍ２に代入する。

−ステップＳ２０―
ステップＳ１８の後ＣＰＵ７４は、変数Ｍ２が変数Ｍ１より大きいか否か判定する。変数Ｍ２が変数Ｍ１より大きい場合、ＣＰＵ７４はステップＳ２４に進む。変数Ｍ２が変数Ｍ１以下の場合、ＣＰＵ７４はステップＳ２２に進む。

−ステップＳ２２―
ステップＳ２０からテップＳ２２に進んだ場合、ＣＰＵ７４は変数Ｉｎｃに−１を乗じた値を変数Ｉｎｃに代入する。

−ステップＳ２４―
ステップＳ２０またはステップＳ２４の後、ＣＰＵ７４は変数Ｍ２の値を変数Ｍ１に代入する。その後ＣＰＵ７４は、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で変更された変数ｉにより第３の光１１２ｃ（ここでは、波長変換光１１４）の強度が増加するか否か判定される。この判定結果に基づいて、第３の光１１２ｃの強度が増加するように、変数ｉの値が繰り返し変更される（ステップＳ１０〜Ｓ２４）。従って非線形光学媒質１０４の温度は、第３の光１１２ｃの強度が増加するように制御される。

（６）変形例
（６−１）変形例１
以上の例では、図１２に示されているように、波長変換装置１０２は励起光供給部２０を有する。しかし波長変換装置１０２は、励起光供給部２０を有さなくてもよい。この場合、励起光１０は波長変換装置の外部で生成され信号光１０８と合波された後、波長変換装置に入力される。励起光供給部２０を有さない波長変換装置は、外部に設けられた一つの励起光供給部２０を別の波長変換装置と一緒に利用できる。

変形例１によれば、波長変換装置１０２を小型化できる。

（６−２）変形例２
以上の例では、図１２に示されているように、温度制御部１０６は計測部２４を有する。しかし温度制御部１０６は、計測部２４を有さなくてもよい。この場合、温度制御部１０６は、第３の光１１２ｃの強度を示す情報を例えば、波長変換装置１０２の外部から取得する。計測部２４を有さない波長変換装置は、外部に設けられた一つの計測部２４を別の波長変換装置と一緒に利用することができる。

変形例２によれば、波長変換装置を小型化できる。

（６−３）変形例３
図２１は、実施の形態２の変形例３の波長変換装置１０２Ｍ３のハードウエア構成の一例を示す図である。波長変換装置１０２Ｍ３は、光スプリッタ６２と計測装置６４の間に配置された光フィルタ１６０を有する。光フィルタ１６０は、非線形光学媒質１０４と光スプリッタ６２の間に配置された光フィルタ６０とは異なる光フィルタである。変型例３は、実施の形態１の変形例２の一例である。

光フィルタ１６０は、第１の波長変換光１１４ａ（図１４参照）および第２の波長変換光１１４ｂのうち波長が励起光１０の波長から最も離れた光を通過させ、他方の光を遮断する。図１４に示す例では、第１の波長変換光１１４ａ（すなわち、波長変換光Ｙ１〜Ｙｍ）が通過させられ、第２の波長変換光１１４ｂ（すなわち、波長変換光Ｙｍ+１〜Ｙｎ）が遮断される。変形例３の第３の光１１２ｃ（すなわち、計測部２４が強度を計測する光）は、第１の波長変換光１１４ａおよび第２の波長変換光１１４ｂのうち光フィルタ１６０を通過した光（すなわち、第１の波長変換光１１４ａ）である。

以上の点を除けば、変形例３の波長変換装置１０２Ｍ３の構造および動作等は、図１２〜２０を参照して説明した波長変換装置１０２の構造および動作等と略同じである。

図１４に示す例では、第１の波長変換光１１４ａの波長は、第２の波長変換光１１４ｂの波長より、励起光１０の波長から離れている。従って、第１の波長変換光１１４ａの波長変換効率は、第２の波長変換光１１４ｂの波長変換効率より、非線形光学媒質１０４の温度の影響を受けやすい（実施の形態１の「（３）波長変換効率の変動の抑制」参照）。

従って、第１の波長変換光１１４ａ（すなわち、励起光１０から最も離れた波長変換光）の強度に基づいて非線形光学媒質１０４の温度を制御する変形例３によれば、環境温度の変化による波長変換効率の変動を効果的に抑制することができる。

（６−４）変形例４
図２２〜２３は、実施の形態２の変形例４の加熱冷却部２２Ｍ４（図１２参照）の一例を示す図である。変形例４の波長変換装置１０２Ｍ４は、図１２〜２０を参照して説明した実施の形態２の波長変換装置１０２に類似している。従って、波長変換装置１０２と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

変形例４の加熱冷却部２２Ｍ４（図１２参照）はペルチェ素子５２（図１６参照）の代わりに、非線形光学媒質１０４（図２３参照）を囲う被膜９０Ｍ４と、被膜９０Ｍ４に埋め込まれた電熱線９２とを有する。変形例４の加熱冷却部２２Ｍ４は更に、ペルチェ素子５２の電流源５４（図１６参照）の代わりに、電熱線９２に電力を供給する電源９４ａ（図２２参照；以下、第１の電源と呼ぶ）を有する。被膜９０Ｍ４の材料は例えば、ナイロンやＵＶ硬化性樹脂等のポリマー（変形例５についても同様）である。電熱線９２は例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系合金やＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金である。

変形例４の加熱冷却部２２Ｍ４は、電熱線９２で発生する熱により非線形光学媒質１０４の温度を制御する。

変形例４の制御部２６Ｍ４（すなわち、図１５の制御装置５８）は、ＡＳＩＣ ５６Ｍ４（図２２参照）を介して第１の電源９４ａを制御する。変形例４の制御部２６Ｍ４（図１２参照）のハードウエア構成は、図１８を参照して説明した制御部２６（図１２参照）のハードウエア構成と略同じである。但し、不揮発性メモリ７８（図１８参照）に記録される制御プログラムは、図１９〜２０を参照して説明した制御プログラムとは異なる。

図２４〜２５は、実施の形態２の変形例４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。図２４〜２５の各ステップは、制御部２６Ｍ４（図１２参照）により実行される。

図２４〜２５のフローチャートは、図１９〜２０を参照して説明したフローチャートと同じステップを含む。破線の枠で囲われたステップは、図１９〜２０で説明したステップである。図１９〜２０で説明したステップの説明は、省略する。

―ステップＳ２８―
ＣＰＵ７４は、ステップＳ１０の後、変数ｉが零以上であるか否かを判定する。変数ｉが零以上の場合、ＣＰＵはステップＳ１２に進む。変数ｉが零未満の場合、ＣＰＵはステップＳ３０に進む。変形例４では、変数ｉは電熱線９２に接続された電源９４ａ（すなわち、第１の電源）の出力電流である。

―ステップＳ３０―
ＣＰＵ７４は、ステップＳ３０に進んだ場合、表示装置８６（図１８参照）に警告を表示して、制御プログラムを終了する。

ステップＳ１０〜Ｓ２４が繰り返されても第３の光１１２ｃ（例えば、波長変換光１１４）の強度の増加が止まらない場合、変数iが零未満（すなわち、負の値）になることがある。この場合、非線形光学媒質１０４を冷却することが好ましいが、電熱線９２への電流供給により非線形光学媒質１０４を冷却することは困難である。そこでＣＰＵ７４は、表示装置に警告を表示して電熱線９２への通電を終了する。

−ステップＳ１１２―
ＣＰＵ７４は、ステップＳ１１２に進んだ場合、コマンド８８Ｍ４（図１３参照）を加熱冷却部２２Ｍ４に送信する。コマンド８８Ｍ４は、変数ｉの値（例えば、１０）に相当する電流（例えば、１０ｍＡ）を電源９４ａ（図２２参照）から出力するように加熱冷却部２２Ｍ４に指示するコマンドである。電源９４ａの出力は、電熱線９２に供給される。

以上の点を除き、変形例４の波長変換装置１０２Ｍ４は、図１２〜２０を参照して説明した実施の形態２の波長変換装置１０２と略同じ装置である。波長変換方法についても、同様である。

電熱線９２が埋め込まれた被膜９０Ｍ４が非線形光学媒質１０４を囲っているので、変形例４によれば、非線形光学媒質１０４の温度を略均一に制御することができる。

変形例４では更に、電熱線９２が被膜９０Ｍ４を介して非線形光学媒質１０４に接続されているので、電熱線９２と非線形光学媒質１０４の間の熱抵抗が小さくなる。従って、変形例４によれば、非線形光学媒質１０４に対する温度制御の応答時間を短縮することができる。

（６−５）変形例５
図２６〜２７は、実施の形態２の変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１２参照）の一例を示す図である。変形例５は、図１２〜２０を参照して説明した実施の形態２の波長変換装置１０２に類似している。従って、波長変換装置１０２と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１２参照）は、非線形光学媒質１０４（図２７参照）を囲うと共に赤外線を吸収して発熱する材料（以下、赤外線吸収材料と呼ぶ）を含む被膜９０Ｍ５を有する。変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５は更に、被膜９０Ｍ５に照射される赤外線を生成する光源９６Ｍ５（図２６参照）を有する。変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５は、ペルチェ素子５２（図１６参照）の代わりに、被膜９０Ｍ５と光源９６Ｍ５とを有する。被膜９０Ｍ５の赤外線吸収材料は例えば、炭素粒子、グラフェン、カーボンナノチューブなどの黒体や、赤外線吸収色素等である。

変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１２参照）は更に、ペルチェ素子５２の電流源５４（図１６参照）の代わりに、赤外線の光源９６Ｍ５に電力を供給する電源９４ｂ（図２６参照；以下、第２の電源と呼ぶ）を有する。変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１２参照）は、被膜９０Ｍ５の赤外線吸収材料が光源９６Ｍ５の赤外線を吸収して発生する熱により、非線形光学媒質１０４の温度を制御する。

変形例５の加熱冷却部２２Ｍ５（図１２参照）は更に、ＡＳＩＣ ５６Ｍ５（図２６参照）を有する。

変形例５の制御部２６Ｍ５（図１２参照）は、ＡＳＩＣ ５６Ｍ５（図２６参照）を介して第２の電源９４ｂを制御する。

変形例５の制御部２６Ｍ５（図１２参照）のハードウエア構成は、図１８を参照して説明した制御部２６（図１２参照）のハードウエア構成と略同じである。不揮発性プメモリ７８（図１８参照）に記録される制御プログラムは、図２４〜２５を参照して説明した変形例４の制御プログラムと略同じである。

以上の点を除き、変形例５の波長変換装置１０２Ｍ５（図１２参照）は、図１２〜２０を参照して説明した実施の形態２の波長変換装置１０２と略同じ装置である。波長変換方法についても、同様である。

変形例５によれば、赤外線吸収材料を含む被膜９０Ｍ５が非線形光学媒質１０４を囲っているので、非線形光学媒質１０４の温度を略均一に制御することができる。

変形例５では更に、赤外線吸収材料を含む被膜９０Ｍ５（図２７参照）が非線形光学媒質１０４に密着している。従って、赤外線吸収材料と非線形光学媒質１０４の間の熱抵抗を小さくできるので、変形例５によれば、非線形光学媒質１０４に対する温度制御の応答時間を短縮することができる。

（６−６）変形例６
図２８は、実施の形態２の変形例６の加熱冷却部２２Ｍ６（図１２参照）を説明する図である。変形例６は、図２６〜２７を参照して説明した実施の形態２の変形例５に類似している。従って、変形例５と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

変形例６の光源９６Ｍ６（図２８参照）は、非線形光学媒質１０４を導波する赤外線を生成する。例えば、光源９６Ｍ６により生成された赤外線は、レンズ９８により集光され、光合波器３６Ｍ６に接続された光ファイバ５０２の端面に照射される。

光ファイバ５０２の端面に照射された赤外線は、光合波器３６Ｍ６により信号光１０８（図１３参照）および励起光１０と合波されて、非線形光学媒質１０４に入射する。非線形光学媒質１０４に入射した赤外線は非線形光学媒質１０４を導波しながら、被膜９０Ｍ５（図２７参照）の赤外線吸収材料に徐々に吸収される。赤外線吸収材料に吸収された赤外線は熱に変換され、非線形光学媒質１０４を加熱する。

以上の点を除き、変形例６の波長変換装置１０２Ｍ６（図１２参照）は変形例５の波長変換装置１０２Ｍ５と略同じ装置である。波長変換方法についても、同様である。

変形例６によれば、変形例５と同様、赤外線吸収材料を含む被膜９０Ｍ５が非線形光学媒質１０４を囲っているので、非線形光学媒質１０４の温度を略均一に制御することができる。

変形例５と同様、変形例６では、赤外線吸収材料を含む被膜９０Ｍ５が非線形光学媒質１０４に密着している。従って、赤外線吸収材料と非線形光学媒質１０４の間の熱抵抗を小さくできるので、変形例６によれば、非線形光学媒質１０４に対する温度制御の応答時間を短縮することができる。

（６−７）変形例７
図２９は、実施の形態２の変形例７の波長変換装置１０２Ｍ７（図１２参照）のハードウエア構成の一例を示す図である。波長変換装置１０２Ｍ７のハードウエア構成は、図１５を参照して説明した波長変換装置１０２のハードウエア構成に類似している。従って、図１５の波長変換装置１０２と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

変形例７の波長変換装置１０２Ｍ７は、非線形光学媒質１０４の温度を測定する温度測定装置１００を有している。温度測定装置１００は例えば、サーミスタや熱電対等のセンサ（以下、温度センサと呼ぶ）と、温度センサの出力を非線形光学媒質１０４の温度を示す温度情報に変換する回路とを有する装置である。温度センサは、非線形光学媒質１０４が放射する赤外線を検出する装置であってもよい。

変形例７の制御装置５８Ｍ７は、図１５の制御装置５８に類似している。但し変形例７の制御装置５８Ｍ７は、制御プログラム（例えば、図１９〜２０のプログラム）を実行しながら、温度測定装置１００の測定の結果に基づいて、非線形光学媒質１０４の温度を監視する。

監視の結果、非線形光学媒質１０４の温度が許容範囲内にないことが検出された場合には、変形例７の制御装置５８Ｍ７は、例えば表示装置８６（図１８参照）に警告を表示する。非線形光学媒質１０４の温度の監視は、温度測定装置１００により行われてもよい。変形例７の制御部２６Ｍ７（図１２参照）は、制御装置５８Ｍ７（図２９参照）と温度測定装置１００とにより実現される。

以上の点を除き、変形例７の波長変換装置１０２Ｍ７は、図１２〜２０を参照して説明した実施の形態２の波長変換装置１０２と略同じである。波長変換方法についても、同様である。

変形例７によれば、非線形光学媒質１０４の温度を監視することができるので、温度制御部１０６（図１２参照）の暴走を抑制することができる。

以上の例では温度制御部１０６は、加熱冷却部２２を有している。しかし温度制御部１０６は、加熱冷却部２２を有さなくてもよい。この場合、加熱冷却部２２の一部または全部が、波長変換装置１０２の外部に設けられる。例えば、変形例５または６の加熱冷却部２２Ｍ５，２２Ｍ６のうち非線形光学媒質１０４を覆う被膜９０Ｍ５以外の部分（すなわち、光源９６Ｍ５，９６Ｍ６等）が、波長変換装置１０２の外部に設けられる。温度制御部１０６は、これら外部に設けられた装置を用い、第３の光１１２ｃの強度に基づいて非線形光学媒質１０４の加熱および冷却の少なくとも一方を制御できる。

実施の形態２は、実施の形態１の変形例１の一例である。実施の形態１の変形例１の信号光の数は２つであるが、実施の形態２の信号光の数は３つ以上である。従って、実施の形態２の波長変換装置および波長変換方法によれば、高度に多重化された信号光から多数の波長変換光を生成しながら、環境温度の変化による波長変換効率の変動を抑制することができる。

（実施の形態３）
図３０は、実施の形態３の波長変換装置２０２の一例を示す機能ブロック図である。実施の形態３の波長変換装置２０２は、付加光を供給する付加光供給部２０１を有する。その他の構成および工程（以下、構成等と呼ぶ）は、実施の形態１〜２（特に、実施の形態１の変形例３）の構成等に類似している。従って、実施の形態１〜２と同じ構成等については、説明を省略または簡単にする。実施の形態３は、実施の形態１の変形例３の一例である。

（１）構造
実施の形態３の波長変換装置２０２（図３０参照）は、実施の形態２の波長変換装置１０２（図１２参照）と同様、非線形光学媒質２０４と、温度制御部２０６と、励起光供給部２２０とを有する。実施の形態３の波長変換装置２０２は更に、付加光（実施の形態１の変形例３参照）を供給する付加光供給部２０１を有する。

励起光供給部２２０は、実施の形態２の励起光供給部２０（図１３参照）と同様、励起光１０を供給する。非線形光学媒質２０４は例えば、実施の形態１で説明した非線形光学媒質４（例えば、単一モード光ファイバ）である。

付加光供給部２０１は、省略されてもよい。その場合、付加光は波長変換装置２０２の外部から供給される。

温度制御部２０６は、加熱冷却部２２と計測部２２４と制御部２６とを有する。加熱冷却部２２および制御部２６は、実施の形態２で説明された。

（２）動作
図３０に示された各機能ブロック（例えば、付加光供給部２０１）の動作が説明される。

（２−１）付加光供給部の動作
図３１は、実施の形態３の波長変換装置２０２にける信号光２０８等の流れの一例を示す図である。付加光供給部２０１は付加光１８を生成し、生成した付加光１８と信号光２０８とを合波する。

（２−２）励起光供給部の動作
励起光供給部２２０は励起光１０を生成し、信号光２０８と付加光１８とに励起光１０を合波する。非線形光学媒質２０４の入力光（すなわち、第１の光２１２ａ）は、信号光２０８と付加光１８と励起光１０とを含む光である。

図３０に示す例では付加光供給部２０１は、入力ポートＰｉｎと励起光供給部２２０の間に配置される。しかし付加光供給部２０１は、励起光供給部２２０と非線形光学媒質２０４の間に配置されてもよい。その場合、付加光供給部２０１は、信号光２０８と励起光１０とに付加光１８を合波する。

（２−３）非線形光学媒質の動作
図３２は、信号光２０８等のスペクトルの一例を示す図である。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。実施の形態３の信号光２０８は例えば、図１４を参照して説明した実施の形態２の信号光１０８である。すなわち、実施の形態３の信号光２０８は、波長多重された信号光である。実施の形態３はこの点で、信号光８が一つである実施の形態１の変形例３（図９参照）とは異なる。

非線形光学媒質２０４（図３１参照）は、信号光２０８（図３２参照）と付加光１８と励起光１０とを含む入力光（すなわち、第１の光２１２ａ）から、新たな光（すなわち、第２の光２１２ｂ）を生成する。

付加光１８の周波数ν_１８（図３２参照）は、多重化された信号光２０８に含まれる各信号光Ｘｋ（ｋは１以上ｎ以下の整数、ｎは２以上の整数）の周波数ν_Ｘｋおよび励起光１０の周波数ν_１０とは異なる周波数である。すなわち付加光１８の波長は、励起光１０の波長および信号光２０８（すなわち、信号光Ｘ１〜Ｘｎ）の波長とは異なる。励起光１０の電界強度は、信号光２０８（すなわち、信号光Ｘ１〜Ｘｎ）の電界強度および付加光１８の電界強度より強い。

非線形光学媒質２０４は例えば、縮退４光波混合により信号光２０８と励起光１０とから波長変換光２１４（図３２参照）を生成する。非線形光学媒質２０４は更に、縮退４光波混合により付加光１８と励起光１０とから第３の波長変換光１４ｃを生成する。実施の形態３の第２の光２１２ｂ（図３２参照）は、波長変換光２１４と第３の波長変換光１４ｃとを含む。

実施の形態３の波長変換光２１４は例えば、図１４を参照して説明した実施の形態２の波長変換光１１４である。波長変換光２１４に含まれる各信号光Ｙｋ（ｋは、２以上ｎ以下の整数、ｎは２以上の整数）の周波数ν_Ｙｋは、信号光２０８の周波数ν_Ｘ１〜ν_Ｘｎ、励起光１０の周波数ν_１０および付加光１８の周波数ν_１８のいずれとも異なる周波数である。

第３の波長変換光１４ｃの周波数ν_１４ｃは、信号光２０８の周波数ν_Ｘ１〜ν_Ｘｎ、励起光１０の周波数ν_１０、付加光１８の周波数ν_１８および波長変換光２１４の周波数ν_Ｙ１〜ν_Ｙｎのいずれとも異なる周波数である。

波長変換光２１４は、非縮退４光波混合により生成されてもよい。この場合、第３の波長変換光１４ｃも非縮退４光波混合により生成される。

（２−４）温度制御部の動作
温度制御部２０６（図３１参照）は、第３の波長変換光１４ｃの強度を示す情報（すなわち、「計測の結果２３０」）を取得しながら、取得した情報に基づいて非線形光学媒質２０４の温度（すなわち、第１の温度）を制御する。

具体的には温度制御部２０６は、計測部２２４の計測結果２３０に基づいて、第３の波長変換光１４ｃ（図３２参照）の強度が増加するように非線形光学媒質２０４の温度（すなわち、第１の温度）を制御する。すなわち、実施の形態３の第３の光２１２ｃ（図３１参照）は、第３の波長変換光１４ｃである。

（２−４−１）加熱冷却部の動作
加熱冷却部２２（図３１参照）の動作は、熱交換の相手が実施の形態３の非線形光学媒質２０４である点を除けば、実施の形態２の「（２−３−１）加熱冷却部の動作」で説明した通りである。従って、加熱冷却部２２の動作の説明は省略する。

（２−４−２）計測部の動作
計測部２２４（図３１参照）は、非線形光学媒質２０４が生成する新たな光（すなわち、第２の光２１２ｂ）に含まれる第３の波長変換光１４ｃ（図３２参照）の強度を計測する。

（２−４−３）制御部の動作
制御部２６（図３１参照）の動作は、実施の形態３の「計測の結果２３０」に基づいて加熱冷却部２２を制御する事以外は、実施の形態２の「（２−３−３）制御部の動作」で説明した通りである。従って、制御部２６の動作の説明は省略する。

（２−５）波長変換光の出力
波長変換装置２０２は、第２の光２１２ｂに含まれる波長変換光２１４を出力する。

励起光１０と付加光１８から生成される第３の波長変換光１４ｃは、波長変換光２１４と共に波長変換装置２０２から出力されてもよい。

第３の波長変換光１４ｃが波長変換装置２０２から出力されても、第３の波長変換光１４ｃの波長と波長変換光２１４の波長とは異なるので、波長変換装置２０２の外部で第３の波長変換光１４ｃと波長変換光２１４とを分離することは容易である。

（３）波長変換効率の変動の抑制
温度制御部２０６（図３１参照）は、付加光１８から生成される第３の波長変換光１４ｃ（すなわち、第３の光２１２ｃ）の強度が増加するように、非線形光学媒質２０４の温度を制御する。従って、非線形光学媒質２０４の波長変換効率は、環境温度が変化しても最大値（すなわち、波長変換効率の最大値）の近傍に保持される。この波長変換効率の保持は、温度制御部２０６の温度制御により、非線形光学媒質２０４の温度が略一定に保たれることで実現される。非線形光学媒質２０４の温度が略一定に保たれるため、非線形光学媒質２０４の零分散波長は励起光波長λｐの近傍に保持され、環境温度の変化による波長変換効率の低下が抑制される（実施の形態１の「（３）波長変換効率の変動の抑制」参照）。

更に、実施の形態３では信号光２０８の強度とは無関係な付加光１８の強度に基づいて、非線形光学媒質２０４の温度が制御されるので、実施の形態３によれば、信号光２０８の強度変化による波長変換効率の変動も抑制される。

（４）波長変換方法
実施の形態３の波長変換方法は、図７を参照して説明した波長変換方法と略同じである。但し、ステップｓ２（図７参照）では、信号光２０８と付加光１８と励起光１０とを含む第１の光２１２ａが非線形光学媒質２０４に入力されて、波長変換光２１４と第３の波長変換光１４ｃとを含む第２の光２１２ｂが生成される。波長変換光２１４は、信号光２０８と励起光１０とから生成される。第３の波長変換光１４ｃは、付加光１８と励起光１０とからを生成される。

更にステップｓ４では、ステップＳ２が実行されながら、第３の波長変換光１４ｃ（すなわち、第３の光２１２ｃ）の強度に基づいて非線形光学媒質２０４の加熱および冷却の少なくとも一方が実行される。

ステップｓ６では、波長変換光２１４が出力される。

（５）ハードウエア構成
図３３は、実施の形態３の波長変換装置２０２（図３１参照）のハードウエア構成の一例を示す図である。波長変換装置２０２の各機能ブロック（例えば、付加光供給部２０１）は、図３３に示される１つまたは複数のハードウエアにより実現される。以下、波長変換装置２０２の各機能ブロックのハードウエア構成を説明する。

（５−１）付加光供給部のハードウエア構成
付加光供給部２０１（図３１参照）は例えば、付加光源２０３（図３３参照）と偏波コントローラ２０５と光合波器２０７とを有する。図３４は、付加光源２０３、偏波コントローラ２０５および光合波器２０７それぞれの一例を示す図である。

―付加光源２０３―
付加光源２０３は例えば、レーザドライバー２０９と半導体レーザ２１１とを有する。付加光源２０３は、付加光１８の種を生成する。

レーザドライバー２０９は、半導体レーザ２１１を駆動する回路である。半導体レーザ２１１は、レーザドライバー２０９に駆動されると、レーザ光を出力する。半導体レーザ２１１から出力されたレーザ光は例えば連続光である。半導体レーザ２１１は例えば、分布帰還型半導体レーザや分布反射型レーザや外部共振器型半導体レーザである。

―偏波コントローラ２０５―
半導体レーザ２１１から出力されたレーザ光は、偏波コントローラ２０５を通過した後、光合波器２０７に入射する。付加光１８（図３１参照）は、半導体レーザ２１１から出力され更に、偏波コントローラ２０５により偏光方向が制御されたレーザ光である。

偏波コントローラ２０５は、信号光２０８と合波された後の付加光１８の偏光方向が信号光２０８の偏光方向に一致するように、半導体レーザ２１１から出力されたレーザ光の偏光方向を制御する。偏波コントローラ２０５は例えば、半波長板と４分の１波長板とを有する光学装置である。

―光合波器２０７―
光合波器２０７は、波長変換装置２０２の入力ポートＰｉｎから入力された信号光２０８と付加光１８とを合波する。光合波器３６は例えば、透明な一対のプリズム４６に挟まれた誘電多層膜２４４を有する光学装置である。
（５−２）励起光供給部のハードウエア構成
励起光供給部２２０（図３１参照）は例えば、図３３に示されるように、励起光源３２と偏波コントローラ３４と光合波器２３６とを有する。励起光源３２は、図１５〜１６を参照して説明した実施の形態２の励起光源３２である。同様に、偏波コントローラ３４は、図１５〜１６を参照して説明した実施の形態２の偏波コントローラ３４である。

光合波器２３６は、図１５〜１６を参照して説明した実施の形態２の光合波器３６に類似している。但し、光合波器２３６（図３３参照）は、誘電体多層膜４４（図１６参照）が信号光２０８に加え付加光１８を通過させる点で、実施の形態２の光合波器３６とは異なる。

（５−３）非線形光学媒質のハードウエア構成
非線形光学媒質２０４（図３１参照）は例えば、実施の形態２の非線形光学媒質１０４と物理的には同じ部材（例えば、単一モード光ファイバー）である。「物理的には同じ」とは、構造および材料が実質的に同じことである。

但し、非線形光学媒質２０４は、波長変換光２１４（図３２参照）に加え、付加光１８と励起光１０とから第３に波長変換光１４ｃを生成する。

（５−４）加熱冷却部および制御部のハードウエア構成
加熱冷却部２２(図３１参照）は例えば、加熱冷却装置５０(図３３参照）を有する。加熱冷却部２２は、制御部２６からのコマンド８８に従って、非線形光学媒質２０４の温度を制御する。加熱冷却装置５０は例えば、図１５〜１６を参照して説明した実施の形態２の加熱冷却装置５０である。

制御部２６(図３１参照）は例えば、制御装置５８(図３３参照）を有する。制御装置５８は、計測部２２４(図３１参照）の計測の結果２３０を受信しながら第３の波長変換光１４ｃ（すなわち、第３の光２１２ｃ）の強度が増加するように、加熱冷却部２２を制御する。

制御装置５８は例えば、図１８を参照して説明した実施の形態２の制御装置（すなわち、メモリ７２とメモリ７２に結合されたプロセッサとを有する装置）である。制御装置５８のプロセッサ（すなわち、ＣＰＵ７４）は例えば、図１９〜２０にフローチャートが示された制御プログラムを実行することで、加熱冷却部２２の温度を制御する。

加熱冷却装置５０(図３３参照）は、実施の形態２の変形例４の加熱冷却装置であってもよい（実施の形態４の加熱冷却装置についても同様）。この場合、制御装置５８は実施の形態２の変形例４で説明した制御装置（すなわち、電熱線９２の電源９４ａを制御する制御装置）である。

加熱冷却装置５０(図３３参照）は、実施の形態２の変形例５または６の加熱冷却装置であってもよい（実施の形態４の加熱冷却装置についても同様）。この場合の制御装置５８は、実施の形態２の変形例５または６の制御装置（すなわち、赤外線の光源９６Ｍ５，９６Ｍ６を制御する制御装置）である。

（５−５）計測部のハードウエア構成
計測部２２４（図３１参照）は例えば、光フィルタ２６０（図３３参照）と光スプリッタ２６２とを有する。計測部２２４は更に、別の光フィルタ２６１と計測装置６４とを有する。

―光フィルタ２６０―
光フィルタ２６０（図３３参照）は、非線形光学媒質２０４により生成された新たな光（すなわち、第２の光２１２ｂ）を通過させ、励起光１０と信号光２０８と付加光１８とを遮断する。

光フィルタ２６０は例えば、図１７の光フィルタ６０と同様、誘電体多層膜を有する光フィルタである。

―光スプリッタ２６２―
光スプリッタ２６２（図３３参照）は、光フィルタ２６０を通過した光（すなわち、波長変換光２１４および第３の波長変換光１４ｃ）それぞれの一部（以下、分割光と呼ぶ）を、光フィルタ２６１に送出する。光スプリッタ２６２は更に、光フィルタ２６０を通過した光のうち分割光以外の部分（以下、出力光と呼ぶ）を出力ポートＰｏｕｔに送出する。出力ポートＰｏｕｔに到達した出力光は、出力ポートＰｏｕｔから波長変換装置２０２の外部に出力される。

光スプリッタ２６２は例えば、図１７を参照して説明した光スプリッタ（すなわち、光ファイバカプラや基板上の方向性結合器）である。

―光フィルタ２６１―
光フィルタ２６１（図３３参照）は、光スプリッタ２６２から送出された分割光（すなわち、分岐光）のうち第３の波長変換光１４ｃ（すなわち、第３の波長変換光１４ｃの一部）を通過させ、波長変換光２１４（すなわち、波長変換光２１４の一部）を遮断する。光フィルタ２６１を通過した第３の波長変換光１４ｃは、計測装置６４に送出される。

光フィルタ２６１は例えば、図１７の光フィルタ６０と同様、誘電体多層膜を有する光フィルタである。

―計測装置６４―
計測装置６４（図３３参照）は光フィルタ２６１からの第３の波長変換光１４ｃを受信して、第３の波長変換光１４ｃの強度を示すデジタル信号（すなわち、「計測の結果２３０」）を制御部２６（図３１参照）に送信する。計測装置６４は例えば、図１７を参照して説明した装置である。

（６）変形例
図５２は、実施の形態３の変形例を説明する図である。図５２に示すように、変形例の波長変換装置２０２Ｍは、光スプリッタ２６２（図３３参照）と光フィルタ２６１の代わりに光分波器２６３を有する。

光分波器２６３は、光フィルタ２６０を通過した光（すなわち、波長変換光２１４および第３の波長変換光１４ｃ）のうち第３の波長変換光１４ｃを計測装置６４に送出し、波長変換光２１４を出力ポートＰｏｕｔに送出する。

換言するならば、光分波器２６３は、光フィルタ２６０を通過した互いに波長が異なる複数の光（すなわち、第２の光２１２ｂ）から該複数の光のうちの一部（ここでは、第３の波長変換光１４ｃ）を分岐する。光分波器２６３は更に、第２の光２１２ｂのうちの残りの部分（ここでは、波長変換光２１４）を出力ポートＰｏｕｔに送出する。光フィルタ２６３は例えば、誘電体多層膜と該誘電体多層膜を挟む透明な一対のプリズムとを有する光学デバイスである。図５２に示す例では、光分波器２６３の入力光（すなわち、第２の光２１２ｂ）は非線形媒質２０４により生成された互いに波長の異なる複数の光である。

制御部２０６は、第２の光２１２ｂから分岐された分岐光の強度に基づいて非線形光学媒質２０４の温度を制御する。

以上の例では、付加光１８は連続光である。しかし、付加光１８はパルス光であってもよい。この場合、第３の波長変換光１４ｃの検出（具体的には、光検出器６６から出力される光電流の検出）を付加光１８の生成と同期させることで、計測結果２３０の信号対雑音比を改善することができる。

更に、実施の形態３は、実施の形態１の変形例３の一例である。但し、実施の形態１の変形例３の信号光８の数は１つであるが、実施の形態３の信号光２０８の数は２つ以上である。従って、実施の形態３の波長変換装置および波長変換方法によれば、強度が変動する波長多重信号から波長変換光を生成しながら、環境温度の変化による波長変換効率の変動を抑制することができる。

実施の形態３では信号光２０８の強度とは無関係な付加光１８の強度に基づいて、非線形光学媒質２０４の温度が制御されるので、実施の形態３によれば、信号光２０８の強度変化による波長変換効率の変動も抑制される。

（実施の形態４）
実施の形態２で説明した図１２は、実施の形態４の波長変換装置３０２の機能ブロック図の一例も示している。実施の形態４の波長変換装置３０２および波長変換方法は、実施の形態１〜２（特に、実施の形態１の変形例４）の波長変換装置および波長変換方法に類似している。従って、実施の形態１〜２と同じ部分については、説明を省略または簡単にする。実施の形態４は、実施の形態１の変形例４の一例である。

（１）構造
実施の形態４の波長変換装置３０２（図１２参照）は、非線形光学媒質３０４と、温度制御部３０６と、励起光供給部２０とを有する。

励起光供給部２０の構造は、実施の形態２で説明された。非線形光学媒質３０４は、実施の形態１で説明した媒質（例えば、単一モード光ファイバ）である。

温度制御部３０６は、加熱冷却部２２と計測部３２４と制御部３２６とを有する。加熱冷却部２２の構造は、実施の形態２で説明された。

（２）動作
以下、図１２に示された各機能ブロック（例えば、励起光供給部２０）の動作等が説明される。

（２−１）励起光供給部の動作
実施の形態２で説明した図１３は、実施の形態４の波長変換装置３０２における信号光３０８等の流れの一例も示している。

励起光供給部２０は励起光１０を生成し、信号光３０８と励起光１０とを合波する。非線形光学媒質３０４の入力光（すなわち、第１の光３１２ａ）は、信号光３０８と励起光１０とを含む光である。

（２−２）非線形光学媒質の動作
図３５は、信号光３０８等のスペクトルの一例を示す図である。横軸は、光の周波数である。縦軸は、光の強度（すなわち、光電力）である。実施の形態４の信号光３０８は例えば、図１４を参照して説明した実施の形態２の信号光１０８である。すなわち、実施の形態４の信号光３０８は、波長多重された信号光である。実施の形態４はこの点で、信号光８が一つである実施の形態１の変形例４（図１０参照）とは異なる。

非線形光学媒質３０４（図１３参照）は、信号光３０８と励起光１０とを含む入力光（すなわち、第１の光３１２ａ）から、新たな光（すなわち、第２の光３１２ｂ）を生成する。

非線形光学媒質３０４は例えば、縮退４光波混合により信号光３０８と励起光１０とから波長変換光３１４を生成する。波長変換光３１４は例えば、図１４を参照して説明した実施の形態２の波長変換光１１４である。波長変換光３１４は、非縮退４光波混合により生成されてもよい。

非線形光学媒質３０４は更に、励起光１０のラマン散乱によりストークス光３０１（図３５参照）とアンチストークス光３０３とを生成する。非線形光学媒質３０４が生成する新たな光（すなわち、第２の光３１２ｂ）は、波長変換光３１４とストークス光３０１とアンチストークス光３０３とを含む光である。

（２−３）温度制御部の動作
温度制御部３０６（図１３参照）は、ストークス光３０１およびアンチストークス光３０３の強度を示す情報（すなわち、「計測の結果３３０」）を取得しながら、取得した情報に基づいて非線形光学媒質３０４の温度（すなわち、第１の温度）を制御する。

具体的には温度制御部３０６は、ラマン散乱光（すなわち、ストークス光３０１およびアンチストークス光）の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度が目標値に近づくように、非線形光学媒質３０４の温度を制御する。実施の形態４の第３の光３１２ｃは、ラマン散乱光である。

実施の形態１の変形例４で説明されたように、上記目標値は例えば、非線形光学媒質３０４の零分散波長と励起光１０の波長との差の絶対値が一定値（すなわち、許容誤差）以下になる温度（第２の温度）である。

上述したように非線形光学媒質３０４は、非縮退４光波混合により波長変換光３１４を生成してもよい。この場合の目標値は、実施の形態１の変形例５で説明された。

（２−３−１）加熱冷却部の動作
加熱冷却部２２の動作は、熱交換（熱２８の供給および吸収）の相手が実施の形態２の非線形光学媒質１０４ではなく実施の形態４の非線形光学媒質３０４である点以外は、実施の形態２で説明した通りである。従って、加熱冷却部２２の動作の説明は省略する。

（２−３−２）計測部の動作
計測部３２４（図１３参照）は、非線形光学媒質３０４が生成する新たな光（すなわち、第２の光３１２ｂ）に含まれるラマン散乱光（すなわち、ストークス光３０１とアンチストークス光３０３）の強度を計測する。

実施の形態４では、励起光１０はラマン散乱のプローブ光としても用いられる。プローブ光の波長が１４００〜１７００ｎｍの場合、プローブ光とストークス光３０１の波長差は１００ｎｍ程度である。同様に、プローブ光とアンチストークス光３０３の波長差は１００ｎｍ程度である。

Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドそれぞれの帯域幅は、約４０ｎｍである。従って、ＣバンドとＳバンドの境界にプローブ光（すなわち、励起光１０）を配置すると、ＣバンドおよびＳバンドの外側にラマン散乱光を発生させることができる。同様に、ＣバンドとＬバンドの境界にプローブ光（すなわち、励起光１０）を配置すると、ＣバンドおよびＬバンドの外側にラマン散乱光を発生させることができる。従って、光通信帯域（Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンド等）内の信号光の波長変換光を発生させながら、励起光１０のラマン散乱光を光通信帯域の外側に発生させることができる。

（２−３−３）制御部の動作
制御部３２６（図１３参照）は、計測部３２４の計測の結果３３０に基づいて非線形光学媒質３０４の温度（すなわち、第１の温度）が目標値（すなわち、第１の温度の目標値）に近づくように、加熱冷却部２２を制御する。

制御部３２６は例えば、計測部３２４の計測の結果３３０に基づいて非線形光学媒質３０４の温度に相当する量（以下、温度相当量と呼ぶ）を導出し、導出した温度相当量がその目標値（すなわち、温度相当量の目標値）に近づくように、加熱冷却部２２を制御する。

ラマン散乱光の強度比（すなわち、Ｉａｓ/Ｉｓ）は、非線形光学媒質３０４の温度に応じて変化する。ここでＩａｓは、アンチストークス光３０３の強度である。Ｉｓは、ストークス光３０１の強度である。上述された温度相当量は例えば、ラマン散乱光の強度比（すなわち、Ｉａｓ/Ｉｓ）である。

制御部３２６は、計測部３２４の計測の結果３３０に基づいて非線形光学媒質３０４の温度を導出し、導出した温度に基づいて加熱冷却部２２を制御してもよい。

（２−４）波長変換光の出力
波長変換装置３０２（図１３参照）は、第２の光３１２ｂに含まれる波長変換光３１４を出力する。

（３）波長変換効率の変動の抑制
温度制御部３０６は、励起光１０のラマン散乱光の強度に基づいて非線形光学媒質３０４の温度が目標値に近づくように、非線形光学媒質３０４の温度を制御する。その結果、非線形光学媒質３０４の温度は環境温度が変化しても、目標値の近傍に保たれる。従って実施の形態４によれば、環境温度の変化による波長変換効率の変動が抑制される。

更に、実施の形態４では信号光３０８の強度とは無関係なラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度が制御されるので、実施の形態４によれば、信号光３０８の強度変化による波長変換効率の変動も抑制される。

（４）波長変換方法
実施の形態４の波長変換方法は、図７を参照して説明した波長変換方法と略同じである。但し、ステップｓ２（図７参照）では、信号光３０８と励起光１０とを含む第１の光３１２ａが非線形光学媒質３０４に入力されて、波長変換光３１４とラマン散乱光とを含む第２の光３１２ｂ（すなわち、「新たな光」）が生成される。

更にステップｓ４では、ステップｓ２が実行されながら、ラマン散乱光の強度に基づいて非線形光学媒質３０４の加熱および冷却の少なくとも一方が実行される。

ステップｓ６では、波長変換光３１４が出力される。

（５）ハードウエア構成
図３６は、実施の形態４の波長変換装置３０２（図１２参照）のハードウエア構成の一例を示す図である。波長変換装置３０２の各機能ブロック（例えば、計測部３２４）は、図３６に示される１つまたは複数のハードウエアにより実現される。以下、波長変換装置３０２の各機能ブロックのハードウエア構成を説明する。

（５−１）励起光供給部のハードウエア構成
励起光供給部２０(図１２参照）のハードウエア構成は、実施の形態２で説明された。

（５−２）非線形光学媒質のハードウエア構成
非線形光学媒質３０４(図１２参照）は例えば、実施の形態２の非線形光学媒質１０４と物理的には同じ部材（例えば、単一モード光ファイバー）である。

（５−３）加熱冷却部のハードウエア構成
加熱冷却部２２(図１２参照）は例えば、加熱冷却装置５０(図３６参照）を有する。加熱冷却装置５０は、制御部３２６からのコマンド８８に従って、非線形光学媒質３０４の温度を制御する。加熱冷却装置５０は例えば、図１６を参照して説明された実施の形態２の加熱冷却装置である。

（５−４）計測部のハードウエア構成
計測部３２４は例えば、光フィルタ３６０（図３６参照）と光分波器３０５とを有する。計測部３２４は更に、第１の計測装置３６４ａと第２の計測装置３６４ｂとを有する。

図３７は、計測部３２４(図１２参照）のハードウエア構成の一例を示す図である。

―光フィルタ３６０―
光フィルタ３６０は、非線形光学媒質３０４により生成された新たな光（すなわち、波長変換光３１４とラマン散乱光）を通過させ、励起光１０と信号光３０８とを遮断する。光フィルタ３６０は例えば、図１７を参照して説明した光フィルタ（誘電体多層膜を有する光フィルタ）である。

―光分波器３０５―
光分波器３０５（図３６参照）は、光フィルタ３６０を通過した光からストークス光３０１を抽出し第１の計測装置３６４ａに送出する。光分波器３０５は更に、光フィルタ３６０を通過した光からアンチストークス光３０３を抽出し、第２の計測装置３６４ｂに送出する。

光分波器３０５は更に、光フィルタ３６０を通過した光から波長変換光３１４を抽出し、出力ポートＰｏｕｔに送出する。出力ポートＰｏｕｔに到達した波長変換光３１４は、出力ポートＰｏｕｔから波長変換装置３０２の外部に出力される。

光分波器３０５は例えば、第１の光分波器３０５ａ（図３７参照）と第２の光分波器３０５ｂとを有する。第１の光分波器３０５ａは光フィルタ３６０を通過した光から例えば、ストークス光３０１（図３５参照）を抽出し第１の計測装置３６４ａ（図３６参照）に送出する。第２の光分波器３０５ｂ（図３７参照）は第１の光分波器３０５ａを通過した光からアンチストークス光３０３（図３５参照）を抽出し第２の計測装置３６４ｂ（図３６参照）に送出する。

第１の光分波器３０５ａは例えば、誘電体多層膜３４４ａと誘電体多層膜３４４ａを挟む透明な一対のプリズム３４６ａとを有する。誘電体多層膜３４４ａは波長変換光３１４とアンチストークス光３０３を通過させながら、ストークス光３０１を第１の計測装置３６４ａ側に反射する。

第２の光分波器３０５ｂ（図３７参照）は例えば、誘電体多層膜３４４ｂと誘電体多層膜３４４ｂを挟む透明な一対のプリズム３４６ｂとを有する。誘電体多層膜３４４ｂは波長変換光３１４を通過させながら、アンチストークス光３０３を第２の計測装置３６４ｂ側に反射する。

―第１の計測装置３６４ａ―
第１の計測装置３６４ａ（図３６参照）は光分波器３０５からストークス光３０１を受信して、ストークス光３０１の強度を示す第１の情報を制御部３２６（図１３参照）に送信する。第１の情報は、計測部３２４の測定結果３３０（図１３参照）に含まれる。

第１の計測装置３６４ａ（図３６参照）は例えば、第１の光検出器３６６ａ（図３７参照）と第１の電流-電圧変換回路３６８ａと第１のアナログデジタル変換器３７０ａとを有する。第１の光検出器３６６ａは第１の光分波器３０５ａからのストークス光３０１を受信し、受信したストークス光３０１を光電流に変換する。第１の電流-電圧変換回路３６８ａはこの光電流を、電圧に変換する。第１のアナログデジタル変換器３７０ａは、この電圧を第１のデジタル信号に変換して制御部３２６（図１３参照）に送信する。第１のデジタル信号は、上記第１の情報の一例である。

―第２の計測装置３６４ｂ―
第２の計測装置３６４ｂ（図３６参照）は光分波器３０５からアンチストークス光３０３を受信して、アンチストークス光３０３の強度を示す第２の情報を制御部３２６（図１３参照）に送信する。第２の情報は、計測部３２４の測定結果３３０（図１３参照）に含まれる情報である。

第２の計測装置３６４ｂ（図３６参照）は例えば、第２の光検出器３６６ｂ（図３７参照）と第２の電流-電圧変換回路３６８ｂと第２のアナログデジタル変換器３７０ｂとを有する。第２の光検出器３６６ｂは第２の光分波器３０５ｂからのアンチストークス光３０３を受信し、受信したアンチストークス光３０３を光電流に変換する。第２の電流-電圧変換回路３６８ｂはこの光電流を、電圧に変換する。第２のアナログデジタル変換器３７０ｂは、この電圧を第２のデジタル信号に変換して制御部３２６（図１３参照）に送信する。第２のデジタル信号は、上記第２の情報の一例である。

（５−５）制御部のハードウエア構成
制御部３２６(図１３参照）は例えば、制御装置３５８(図３６参照）を有する。制御装置３５８は例えば、計測部３２４（図１３参照）の計測結果３３０を受信しながら、非線形光学媒質３０４の温度が目標値に近づくように、加熱冷却部２２を制御する。

制御装置３５８(図３６参照）は、例えば図１８を参照して説明した実施の形態２の制御装置と物理的には同じ装置である。制御装置３５８（すなわち、制御部３２６）は例えば、ＣＰＵ７４とメモリ７２と不揮発性メモリ７６と複数の入出力インターフェース８０ａ〜８０ｅとにより実現される。

不揮発性メモリ７６には、第１の計測装置３６４ａからの第１の情報と第２の計測装置３６４ｂからの第２の情報とを含む計測結果３３０に基づいて、加熱冷却装置５０を制御する制御プログラムが記録されている。不揮発性メモリ７６には更に、終了プログラム（実施の形態２参照）と後述するルックアップテーブルとが記録されている。

ＣＰＵ７４は例えば入出力インターフェース８０ｄを介して、第１の計測装置３６４ａの第１のアナログデジタル変換器３７０ａに接続される。ＣＰＵ７４は更に別の入出力インターフェース８０ｅを介して、第２の計測装置３６４ｂの第２のアナログデジタル変換器３７０ｂに接続される。

ＣＰＵ７４は、非線形光学媒質３０４が生成する第２の光３１２ｂに含まれる第３の光３１２ｃ（すなわち、ラマン散乱光）の強度を示す情報（すなわち、「計測の結果３３０」）を取得しながら、取得した情報に基づいて加熱冷却部２２を制御する。この情報を取得する際、ＣＰＵ７４は例えば、入出力インターフェース８０ｄ，８０ｅを介して、第１の計測装置３６４ａおよび第２の計測装置３６４ｂから、計測結果３３０を取得する。

―制御プログラム―
図３８〜４０は、実施の形態４の制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。図３８〜４０の各ステップは、制御部３２６（図１２参照）により実行される。図４１は、不揮発性メモリ７６に記録されたルックアップテーブル３０７の一例を示す図である。

ＣＰＵ７４（図１８参照）は入力装置８４で行われる起動指示操作に応答して、不揮発性メモリ７６から制御プログラムを読み出して実行する。図３８〜４０の各ステップのうち実施の形態２の制御プログラムに含まれるステップ（すなわち、破線の枠で囲われたステップ）の説明は、省略または簡単にする。

−ステップＳ３０２−
ステップＳ２の後ＣＰＵ７４は、複数の変数ｉ，Ｉｎｃ，Ｍ１，Ｍ２に初期値を代入する。変数ｉの初期値は、例えば零である。変数Ｉｎｃの初期値は、例えば１０である。変数ｉは、電流源５４（図１６参照）の出力電流である。変数Ｉｎｃは、変数ｉの増分である。変数ｉおよび変数Ｉｎｃの単位は、例えばｍＡである。

変数Ｍ１の初期値は例えば、ルックアップテーブル３０７の第２列に記録された強度比（Ｉａｓ／Ｉｓ）の最大値以上の値である。図３８に示す例では、Ｍ１の初期値は２である。変数Ｍ２の初期値は例えば、零である。

−ステップＳ３０４−
ステップＳ３０２の後ＣＰＵ７４は、励起光１０の波長λｐの入力操作を促す画面を表示装置８６に表示する。波長λｐの入力操作は例えば、入力装置８４で行われる。

−ステップＳ３０６−
ステップＳ３０４の後ＣＰＵ７４は、波長λｐが入力されたか否か判定する。波長λｐが入力されていない場合、ＣＰＵ７４はステップＳ３０６を再度実行する。波長λｐが入力された場合、ＣＰＵ７４はステップＳ３０８に進む。

−ステップＳ３０８−
ステップＳ３０６の後ＣＰＵ７４は、ルックアップテーブル３０７を参照して、励起光１０の波長λｐに対応する目標値Ｒ_０を決定する。目標値Ｒ_０は、非線形光学媒質３０４の温度相当量（ここでは、ラマン散乱光の強度比）の目標値である。

ルックアップテーブル３０７の第１列には、非線形光学媒質３０４の温度が示されている。ルックアップテーブル３０７の第２列には、ラマン散乱光の強度比（すなわち、Ｉａｓ/Ｉｓ）が示されている。ルックアップテーブル３０７の第３列には、非線形光学媒質３０４の零分散波長が示されている。例えば非線形光学媒質３０４の温度が３０℃の場合、非線形光学媒質３０４で発生するラマン散乱光の強度比は１．００である。非線形光学媒質３０４の温度が３０℃の場合、非線形光学媒質３０４の零分散波長は１５６７．８ｎｍである。ルックアップテーブル３０７には例えば、予め実測された情報が記録される。

ステップＳ３０６で入力が確認された波長λｐ（すなわち、励起光１０の波長）が１５６７．８ｎｍの場合、ＣＰＵ７４はルックアップテーブル３０７の第４行目に基づいて、目標値Ｒ_０を１．００に決定する。目標値Ｒ_０の値１．００は、非線形光学媒質３０４の温度３０℃に相当する。

−ステップＳ３１０−
ステップＳ１４の後ＣＰＵ７４は、計測部３２４（図１３参照）の測定結果３３０を取得する。具体的にはＣＰＵ７４は、ストークス光３０１の強度を示す第１の情報およびアンチストークス光３０３の強度を示す第２の情報を取得する。

−ステップＳ３１２−
ステップＳ３１０の後ＣＰＵ７４は、ステップＳ３１０で取得した測定結果３３０に基づいて、ラマン散乱光の強度比Ｒ（すなわち、Ｉａｓ/Ｉｓ）を算出する。

−ステップＳ３１４−
ステップＳ３１２の後ＣＰＵ７４は、ステップＳ３１２で算出した強度比ＲとステップＳ３０８で決定した目標値Ｒ_０の差の絶対値（以下、強度偏差と呼ぶ）を変数Ｍ２に代入する。

−ステップＳ３１６−
ステップＳ３１４の後ＣＰＵ７４は、変数Ｍ２が変数Ｍ１より小さいか否か判定する。変数Ｍ２が変数Ｍ１より小さい場合、ＣＰＵ７４はステップＳ２４に進む。変数Ｍ２が変数Ｍ１以上の場合、ＣＰＵ７４ステップＳ２２に進む。

ステップＳ１０〜Ｓ２４により、電流源５４（図１６参照）の出力電流ｉ（例えば、ペルチェ素子５２の駆動電流）は、ラマン散乱光の強度比Ｒと目標値Ｒ_０の強度偏差が減少するように繰り返し変更される。

ラマン散乱光の強度比Ｒは、非線形光学媒質３０４の温度に相当する量である。従って、ＣＰＵ７４が図３８〜４０に示された制御プログラムを実行することで、非線形光学媒質３０４の温度は目標値（例えば、３０℃）の近傍に保持される。

この目標値（例えば、３０℃）は、非線形光学媒質３０４の零分散波長（例えば、１５６７．８ｎｍ）と波長λ_１０が一致する温度である。従って、非線形光学媒質３０４の零分散波長は励起光１０の波長λ_１０の近傍に保たれる。その結果、非線形光学媒質３０４の波長変換効率の変動が抑制される。

以上の例では、加熱冷却装置５０（図３６参照）は、図１６を参照して説明した装置である。しかし、加熱冷却装置５０は、実施の形態２の変形例４〜６の加熱冷却装置であってもよい。この場合ＣＰＵ７４は例えば、図３８〜４０の制御プログラムに図２４のステップＳ２８〜ステップＳ３２を加えたプログラムを実行する。

（６）変形例
（６−１）変形例１
以上の例では波長変換装置３０２は、前方散乱されたラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度を制御する。しかし、波長変換装置３０２は、後方散乱されたラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度を制御してもよい。この場合、光分波器３０５（図３６参照）は例えば、光合波器３６と非線形光学媒質３０４の間に配置される。

従って変形例１によれば、光分波器３０５による波長変換光３１４の損失を回避することができる。

（６−２）変形例２
以上の例では波長変換装置３０２は、励起光１０から生成されるラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度を制御する。しかし波長変換装置３０２は、励起光１０とは波長が異なるパルス光から生成されるラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度を制御してもよい。この制御によれば、ラマン散乱光もパルス光なので、ラマン散乱光の強度の計測値（すなわち、「計測の結果３３０」）の信号対雑音比を改善することができる（実施の形態３の「（５−５）計測部のハードウエア構成」参照）。更にパルス光を用いることにより、ＯＴＤＲ(Optical Time Domain Reflectometer)による温度分布の測定が可能になるので、非線形光学媒質３０４の温度分布の制御も可能になる。

（７）偏波ダイバーシティ構成
実施の形態２〜３および本実施の形態（図３６参照）では、励起光１０の偏光方向が信号光１０８，２０８，３０８の偏光方向に一致させられその後、固定される。このため、信号光１０８，２０８，３０８の偏光方向が変化すると、信号光１０８，２０８，３０８の波長変換効率が低下する。信号光の偏光方向の変化による波長変換効率の低下は、偏波ダイバーシティ構成を用いることにより抑制できる。

以下、実施の形態２の波長変換装置１０２を用いた偏波ダイバーシティ構成が説明される。この説明に基づけば、実施の形態３または本実施の形態（図３６参照）の波長変換装置２０２，３０２を用いた偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置も、容易に実現できる。

（７−１）第１の偏波ダイバーシティ構成
図４２は、第１の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ１の一例を示す図である。図４２に示されているように波長変換装置４０２Ｄ１は、第１の波長変換装置１０２Ｄ１と第２の波長変換装置１０２Ｄ２とを有する。第１の波長変換装置１０２Ｄ１および第２の波長変換装置１０２Ｄ２は、実施の形態２の波長変換装置１０２（図１５参照）である。従って、第１の波長変換装置１０２Ｄ１および第２の波長変換装置１０２Ｄ２それぞれに含まれる装置（例えば、制御装置）の説明は、省略または簡単にする。波長変換装置４０２Ｄ１は更に、偏波ビームスプリッタ３０９と偏波ビームコンバイナ３１１とを有する。

図４３は、波長変換装置４０２Ｄ１における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。偏波ビームスプリッタ３０９は信号光１０８を、第１の偏光Ｐ１（以下、Ｈ偏波と呼ぶ）と第２の偏光Ｐ２（以下、Ｖ偏波と呼ぶ）とに分割する。第１の偏光Ｐ１の偏光方向は、第１の偏光方向である。第２の偏光Ｐ２の偏光方向は、第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向である。

第１の波長変換装置１０２Ｄ１の光合波器３６Ｄ１は、第１の偏光Ｐ１と第３の励起光１０Ｐ１とを合波する。第３の励起光１０Ｐ１は、偏波コントローラ３４Ｄ１により偏光方向が第１の偏光方向に一致するように制御される点を除き、図１３を参照して説明した励起光１０と実質的に同じ光である。光合波器３６Ｄ１は、図１５を参照して説明した光合波器３６と物理的には同じ装置である。同様に、偏波コントローラ３４Ｄ１は、図１５を参照して説明した偏波コントローラ３４と物理的には同じ装置である。

第１の波長変換装置１０２Ｄ１の非線形光学媒質１０４Ｄ１は、偏光方向が一致した第１の偏光Ｐ１と第３の励起光１０Ｐ１とから波長変換光１１４Ｄ１ａを生成する。

第２の波長変換装置１０２Ｄ２の光合波器３６Ｄ２は、第２の偏光Ｐ２と第４の励起光１０Ｐ２とを合波する。第４の励起光１０Ｐ２は、偏波コントローラ３４Ｄ２により偏光方向が第２の偏光方向に一致するように制御される点を除き、図１３を参照して説明した励起光１０と実質的に同じ光である。光合波器３６Ｄ２は、図１５を参照して説明した光合波器３６と物理的には同じ装置である。同様に、偏波コントローラ３４Ｄ２は、図１５を参照して説明した偏波コントローラ３４と物理的には同じ装置である。

第２の波長変換装置１０２Ｄ２の非線形光学媒質１０４Ｄ２は、偏光方向が一致した第２の偏光Ｐ２と第４の励起光１０Ｐ２とから波長変換光１１４Ｄ１ｂを生成する。

偏波ビームコンバイナ３１１は、第１の波長変換装置１０２Ｄ１が生成する波長変換光１１４Ｄ１ａと第２の波長変換装置１０２Ｄ２が生成する波長変換光１１４Ｄ１ｂとを合波して波長変換光４１４Ｄ１を生成する。

第１の偏光Ｐ１の偏光方向（すなわち、第１の偏光方向）と第３の励起光１０Ｐ１の偏光方向（すなわち、第１の偏光方向）は一致している。従って、信号光１０８の偏光方向が変化しても、第１の偏光Ｐ１の波長変換効率Ｅ１_Ｄ１は変化しない。同じ理由で、信号光１０８の偏光方向が変化しても、第２の偏光Ｐ２の波長変換効率Ｅ２_Ｄ１は変化しない。従って、第１の偏光Ｐ１の第１の波長変換効率Ｅ１_Ｄ１と第２の偏光Ｐ２の第２の波長変換効率Ｅ２_Ｄ１が略一致すれば、波長変換装置４０２Ｄ１の波長変換効率は、信号光１０８の偏光方向の変化に影響されない。

第１の波長変換効率Ｅ１_Ｄ１と第２の波長変換効率Ｅ２_Ｄ１とを略一致させることは、容易である。例えば先ず、第１の波長変換装置１０２Ｄ１の非線形光学媒質１０４Ｄ１の材料および構造と第２の波長変換装置１０２Ｄ２の非線形光学媒質１０４Ｄ２の材料および構造を一致させる。更に、第３の励起光１０Ｐ１の強度と第４の励起光１０Ｐ２の強度を一致させることで、第１の波長変換効率Ｅ１_Ｄ１と第２の波長変換効率Ｅ２_Ｄ１とを一致させることができる。従って、図４３の波長変換装置４０２Ｄ１によれば、信号光１０８の偏光方向の変化による波長変換効率の変動の抑制が可能である。

図４２に示された例では、第１の波長変換装置１０２Ｄ１および第２の波長変換装置１０２Ｄ２は、実施の形態１の波長変換装置１０２である。しかし、第１の波長変換装置１０２Ｄ１および第２の波長変換装置１０２Ｄ２は、実施の形態３および本実施の形態（図３６参照）の波長変換装置であってもよい。更に、第１の波長変換装置１０２Ｄ１および第２の波長変換装置１０２Ｄ２は、実施の形態２〜３の各変形例の波長変換装置または本実施の形態（図３６参照）の各変形例の波長変換装置であってもよい。

（７−２）第２の偏波ダイバーシティ構成
図４４は、第２の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ２の一例を示す図である。図４４に示されているように波長変換装置４０２Ｄ２は、実施の形態２の波長変換装置１０２（図１５参照）に含まれる装置（例えば、光合波器３６）の略全てを有する。但し、波長変換装置４０２Ｄ２は実施の形態２の制御装置５８の代わりに、別の制御装置５８Ｄ２を有する。図４４の波長変換装置４０２Ｄ２は、実施の形態２の波長変換装置１０２の一変形例である。

制御装置５８Ｄ２は、実施の形態２の制御装置５８と略同じ構造を有する。更に制御装置５８Ｄ２は、制御装置５８と略同じ動作をする。

但し制御装置５８Ｄ２は、後述する第１の加熱冷却装置５０ａと同じく後述する第２の加熱冷却装置５０ｂとに接続され、第１の加熱冷却装置５０ａと第２の加熱冷却装置５０ｂの両方を制御する。制御装置５８Ｄ２は例えば、第１〜第２の加熱冷却装置５０ａ，５０ｂそれぞれに同じコマンド８８（例えば、図１９のステップ１２で送信するコマンド）を送信して、第１の加熱冷却装置５０ａおよび第２の加熱冷却装置５０ｂを制御する。制御装置５８Ｄ２は、実施の形態２の制御装置５８の一変形例である。

波長変換装置４０２Ｄ２は、第１の非線形光学媒質１０４ａと第２の非線形光学媒質１０４ｂとを有する。第１の非線形光学媒質１０４ａおよび第２の非線形光学媒質１０４ｂは、図１５を参照して説明した非線形光学媒質１０４と物理的には同じ部材である。波長変換装置４０２Ｄ２は、第１の加熱冷却装置５０ａと第２の加熱冷却装置５０ｂとを有する。第１の加熱冷却装置５０ａおよび第２の加熱冷却装置５０ｂは、図１５を参照して説明した加熱冷却装置５０と物理的には同じ装置である。

波長変換装置４０２Ｄ２は更に、偏波ビームスプリッタ３０９と偏波ビームコンバイナ３１１とを有する。

図４５は、波長変換装置４０２Ｄ２における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。光合波器３６は、励起光１０Ｄ２と信号光１０８とを合波して、第１の光１１２ａＤ２を出力する。励起光１０Ｄ２は、偏波コントローラ３４により偏光方向が第３の偏光方向に一致するように制御された光である。励起光１０Ｄ２は、この点で実施の形態２の励起光１０と異なりその他の点では略一致する光である。第３の偏光方向は、第１および第２の偏光方向（「（７−１）第１の偏波ダイバーシティ構成」参照）それぞれに対して４５°傾いた方向である。

偏波ビームスプリッタ３０９は第１の光１１２ａＤ２を、第１の偏光Ｐ１（すなわち、Ｈ偏波）と第２の偏光Ｐ２（すなわち、Ｖ偏波）とに分割する。偏波ビームスプリッタ３０９は、第１の偏光Ｐ１を第１の非線形光学媒質１０４ａに送出する。偏波ビームスプリッタ３０９は更に、第２の偏光Ｐ２を第２の非線形光学媒質１０４ｂに送出する。

第１の偏光Ｐ１は、励起光１０Ｄ２の第１の偏光方向の成分（以下、第１の励起光成分と呼ぶ）および信号光１０８の第１の偏光方向の成分（以下、第１の信号光成分と呼ぶ）を含む。第１の非線形光学媒質１０４ａは、第１の励起光成分と第１の信号光成分とから波長変換光１１４Ｄ２ａを生成する。

第２の偏光Ｐ２は、励起光１０Ｄ２の第２の偏光方向の成分（以下、第２の励起光成分と呼ぶ）および信号光１０８の第２の偏光方向の成分（以下、第２の信号光成分と呼ぶ）を含む。第２の非線形光学媒質１０４ｂは、第２の励起光成分と第２の信号光成分とから波長変換光１１４Ｄ２ｂを生成する。

偏波ビームコンバイナ３１１は、波長変換光１１４Ｄ２ａと波長変換光１１４Ｄ２ｂとを合波して波長変換光４１４Ｄ２を生成する。第１の励起光成分の偏光方向（すなわち、第１の偏光方向）と第１の信号光成分の偏光方向（すなわち、第１の偏光方向）は一致している。従って、信号光１０８の偏光方向が変化しても、第１の信号光成分の波長変換効率Ｅ１_Ｄ２は変化しない。同じ理由で、信号光１０８の偏光方向が変化しても、第２の信号光成分の波長変換効率Ｅ２_Ｄ２は変化しない。

ところで、励起光１０Ｄ２の偏光方向である第３の偏光方向は第１の偏光方向および第２の偏光方向に対して４５°傾いているので、第１の励起光成分の強度は、第２の励起光成分の強度と同じである。従って、第１の非線形光学媒質１０４ａの材料および構造と第２の非線形光学媒質１０４ｂの材料および構造を一致させることで、第１の信号光成分の波長変換効率Ｅ１_Ｄ２と第２の信号光成分の波長変換効率Ｅ２_Ｄ２とを一致させることができる。

両方の波長変換効率Ｅ１_Ｄ２，Ｅ２_Ｄ２が略同じであれば、信号光１０８の波長変換効率は、信号光１０８の偏光方向に影響されない。従って、図４４の波長変換装置４０２Ｄ２によれば、信号光１０８の偏光方向の変化による波長変換効率の変動が抑制される。更に図４４の波長変換装置４０２Ｄ２によれば、第１の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ１より装置構造を簡素化できる。

図４４の波長変換装置４０２Ｄ２は、実施の形態２の波長変換装置１０２（図１５参照）に基づく装置である。しかし波長変換装置４０２Ｄ２は、実施の形態３および本実施の形態（図３６参照）の波長変換装置に基づく装置であってもよい。更に波長変換装置４０２Ｄ２は、実施の形態２〜３の各変形例の波長変換装置または本実施の形態（図３６参照）の各変形例の波長変換装置に基づく装置であってもよい。例えば波長変換装置４０２Ｄ２は、付加光供給部２０１（図３０参照）を有する装置であってもよい。

（７−３）第３の偏波ダイバーシティ構成
図４６は、第３の偏波ダイバーシティ構成が用いられた波長変換装置４０２Ｄ３の一例を示す図である。図４６に示されているように波長変換装置４０２Ｄ３は、実施の形態２の波長変換装置１０２（図１５参照）に含まれる装置（例えば、光合波器３６）の略全てを有する。但し図４６の波長変換装置４０２Ｄ３は、光フィルタ６０は有さない。

図４６の波長変換装置４０２Ｄ３では、光フィルタ６０に代わりに、例えば光合波器３６が波長変換光と共に伝搬する励起光を除去する。波長変換装置４０２Ｄ３は更に、偏波ビームスプリッタ３０９と光分波器３１３と偏波制御器３１５とを有する。波長変換装置４０２Ｄ３は、実施の形態２の波長変換装置１０２の一変形例である。

図４７は、波長変換装置４０２Ｄ３における信号光１０８等の流れの一例を示す図である。光分波器３１３は、信号光１０８を通過させる。光分波器３１３は例えば、図３７を参照して説明した第１の光分波器３０５ａ（または、第２の光分波器３０５ｂ）と物理的には同じ装置である。

光合波器３６は、光分波器３１３を通過した信号光１０８と励起光１０Ｄ２とを合波して、第１の光１１２ａＤ３を出力する。励起光１０Ｄ２は、偏波コントローラ３４により偏光方向が第３の偏光方向（「（７−２）第２の偏波ダイバーシティ構成」参照）に一致するように制御された光である。励起光１０Ｄ２は、図４５を参照して説明した励起光１０Ｄ２である。偏波コントローラ３４は、図１５を参照して説明した偏波コントローラ３４と物理的には同じ装置である。

偏波ビームスプリッタ３０９は第１の光１１２ａＤ３を、第１の偏光Ｐ１（例えば、Ｈ偏波）と第２の偏光Ｐ２（例えば、Ｖ偏波）とに分割する。第１の偏光Ｐ１の偏光方向は例えば、第１の偏光方向である。第２の偏光Ｐ２の偏光方向は例えば、第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向である。

偏波ビームスプリッタ３０９は、第１の偏光Ｐ１を非線形光学媒質１０４の一端に送出する。偏波ビームスプリッタ３０９は更に、第２の偏光Ｐ２を、偏波制御器３１５を介して非線形光学媒質１０４の他端に送出する。

非線形光学媒質１０４は、第１の偏光Ｐ１から第４の波長変換光（図示せず）を生成する。偏波制御器３１５は、生成された第４の波長変換光の偏光方向を第１の偏光方向から第２の偏光方向に変更する。

偏波制御器３１５は更に、第２の偏光Ｐ２の偏光方向を第２の偏光方向から第１の偏光方向に変更する。非線形光学媒質１０４は、偏向方向が変更された第２の偏光Ｐ２から第５の波長変換光（図示せず）を生成する。

偏波ビームスプリッタ３０９は、第４の波長変換光と第５の波長変換光とを合波して波長変換光４１４Ｄ３を生成する。生成された波長変換光４１４Ｄ３は、光合波器３６を通過し光分波器３１３に入射する。光分波器３１３は、光合波器３６を通過した波長変換光４１４Ｄ３を光スプリッタ６２に送出する。波長変換光４１４Ｄ３は、光スプリッタ６２を介して波長変換装置４０２Ｄ３の外部に出力される。

波長変換装置４０２Ｄ３では、第１の偏光方向および第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向に対して４５°傾いた励起光１０Ｄ２を用いて波長変換光４１４Ｄ３を生成するので、信号光１０８の偏光方向の変化による波長変換効率の変動が抑制される（「（７−２）第２の偏波ダイバーシティ構成」参照）。

更に、図４６の波長変換装置４０２Ｄ３によれば、非線形光学媒質１０４における波長変換効率の偏光方向依存性の影響が抑制される。大半の非線形光学媒質１０４では、第１の偏光方向の光（すなわち、Ｈ偏波）の波長変換効率と第２の偏光方向の光（すなわち、Ｖ偏波）の波長変換効率とは僅かに異なる。

図４６の波長変換装置４０２Ｄ３では、第２の偏光Ｐ２（図４７参照）は偏波制御器３１５により、偏光方向が第１の偏光方向に変換されてから非線形光学媒質１０４に入射する。従って、第１の偏光Ｐ１の偏光方向と第２の偏光Ｐ２の偏光方向は、非線形光学媒質１０４に入射する時点では同じである。

このため、第１の偏光Ｐ１および第２の偏光Ｐ２の波長変換効率は、偏光方向に影響されず実質的に同一である。従って、図４６の波長変換装置４０２Ｄ３によれば、波長変換効率の偏光方向依存性の影響が抑制される。

図４６の波長変換装置４０２Ｄ３は、実施の形態２の波長変換装置１０２（図１５参照）に基づく装置である。しかし波長変換装置４０２Ｄ３は、実施の形態３および本実施の形態（図３６参照）の波長変換装置に基づく装置であってもよい。更に波長変換装置４０２Ｄ３は、実施の形態２〜３の各変形例の波長変換装置または本実施の形態（図３６参照）の各変形例の波長変換装置に基づく装置であってもよい。例えば波長変換装置４０２Ｄ３は、付加光供給部２０１（図３１参照）を有する装置であってもよい。

（８）光送信装置への応用
図４８は、実施の形態１〜３または本実施の形態（図３６参照）の波長変換装置を有する光送信装置３１７の一例を示す図である。図４９は、光送信装置３１７における信号光等の流れの一例を示す図である。

光送信装置３１７は、Ｃ帯の信号光を処理する装置（Ｃ帯の光送信機やＣ帯の光増幅器）を用いて、Ｓ帯、Ｃ帯およびＬ帯に亘る複数の信号光を送信する装置である。

光送信装置３１７は、複数のＣ帯送信機３１９ａ（図４９参照）と、複数のＣ帯送信機３１９ａが出力する複数の信号光３２１ａを合波する第１のＣ帯光合波器３２３ａを有する。複数の信号光３２１ａは、互いに波長が異なる信号光である。Ｃ帯送信機とは、Ｃ帯の信号光を出力する光送信機のことである。Ｃ帯光合波器とは、Ｃ帯の信号光を合波する光合波器のことである。

光送信装置３１７は更に、複数のＣ帯送信機３１９ｂ（図４９参照）と、複数のＣ帯送信機３１９ｂが出力する複数の信号光３２１ｂを合波する第２のＣ帯光合波器３２３ｂを有する。複数の信号光３２１ｂは、互いに波長が異なる信号光である。

光送信装置３１７は更に、複数のＣ帯送信機３１９ｃと、複数のＣ帯送信機３１９ｃが出力する複数の信号光３２１ｃ（図４９参照）を合波する第３のＣ帯光合波器３２３ｃを有する。複数の信号光３２１ｃは、互いに波長が異なる信号光である。

光送信装置３１７は更に、第１のＣ帯光合波器３２３ａにより合波された複数の信号光３２１ａを含む第１の波長多重光３２５ａを増幅する第１のＣ帯光増幅器（すなわち、Ｃ帯の信号光を増幅する光増幅器）３２７ａを有する。光送信装置３１７は更に、第２のＣ帯光合波器３２３ｂにより合波された複数の信号光３２１ｂを含む第２の波長多重光３２５ｂを増幅する第２のＣ帯光増幅器３２７ｂを有する。光送信装置３１７は更に、第３のＣ帯光合波器３２３ｃにより合波された複数の信号光３２１ｃを含む第３の波長多重光３２５ｃを増幅する第３のＣ帯光増幅器３２７ｃを有する。

光送信装置３１７は更に、増幅された第１の波長多重光３２５ａからＬ帯の光（以下、第１の波長変換光３１４ａと呼ぶ）を生成する波長変換装置（以下、Ｃ帯Ｌ帯波長変換装置と呼ぶ）４０２ａを有する。Ｃ帯Ｌ帯波長変換装置４０２ａは例えば、図４２を参照して説明した偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置４０２Ｄ１である。Ｃ帯Ｌ帯波長変換装置４０２ａの励起光１０Ｐ１，１０Ｐ２は例えば、波長がＣ帯とＬ帯の境界に位置する光である。

光送信装置３１７は更に、増幅された第３の波長多重光３２５ｃからＳ帯の光（以下、第２の波長変換光３１４ｂと呼ぶ）を生成する波長変換装置（以下、Ｃ帯Ｓ帯波長変換装置と呼ぶ）４０２ｂを有する。Ｃ帯Ｓ帯波長変換装置４０２ｂは例えば、図４２を参照して説明した偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置４０２Ｄ１である。Ｃ帯Ｓ帯波長変換装置４０２ｂの励起光１０Ｐ１，１０Ｐ２は例えば、波長がＣ帯とＳ帯の境界に位置する光である。

Ｃ帯Ｌ帯波長変換装置４０２ａおよびＣ帯Ｓ帯波長変換装置４０２ｂは例えば、図４４を参照して説明した波長変換装置４０２Ｄ２または図４６を参照して説明した波長変換装置４０２Ｄ３であってもよい。

光送信装置３１７は更に、第１の波長変換光３１４ａと、増幅された第２の波長多重光３２５ｂと、第２の波長変換光３１４ｂとを合波して、出力光３２７を形成する光合波器３２９を有する。出力光３２７は、Ｌ帯の波長多重光である第１の波長変換光３１４ａと、Ｃ帯の波長多重光である第２の波長多重光３２５ｂと、Ｓ帯の波長多重光である第２の波長変換光３１４ｂとを含む。

すなわち光送信装置３１７は、Ｃ帯の信号光を処理する装置（Ｃ帯の光送信機やＣ帯の光増幅器）を用いて、Ｓ帯、Ｃ帯およびＬ帯に亘る複数の信号光(すなわち、出力光３２７)を送信する光送信装置である。

Ｓ帯の信号光を処理する装置、Ｃ帯の信号光を処理する装置およびＬ帯の信号光を処理する装置を用意して光送信装置を製造することは、光送信装置の製造を複雑にする。一方、図４８の光送信装置３１７はＣ帯の信号光を処理する装置を用意するだけで製造可能なので、図４８の光送信装置３１７によれば製造の複雑さが抑制される。

更に、偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置が用いられるので、図４８の光送信装置３１７によれば、信号光３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃの偏光方向の変化に出力光３２７が影響され難い光送信装置が提供される。

（９）光受信装置への応用
図５０は、実施の形態１〜３および本実施の形態（図３６参照）の波長変換装置を有する光受信装置３３１の一例を示す図である。図５１は、光受信装置３３１における信号光等の流れの一例を示す図である。

光受信装置３３１は、Ｃ帯の信号光を処理する装置（Ｃ帯の光受信機やＣ帯の光増幅器）を用いて、Ｓ帯、Ｃ帯およびＬ帯に亘る複数の信号光を受信し電気信号に変換する装置である。

図５０の光受信装置３３１は、図４８の光送信装置３１７の出力光３２７を受信して電気信号に変換する装置である。光受信装置３３１は入力光３３３（図５１参照）を、Ｌ帯の第１の波長変換光３１４ａ（図４９参照）と、Ｃ帯の第２の波長多重光３２５ｂと、Ｓ帯の第２の波長変換光３１４ｂとに分割する光分波器３３５（図５１参照）を有する。ここでは入力光３３３は、光伝送路（図示せず）を介して光受信装置３３１に入射する光送信装置３１７の出力光３２７である。

光受信装置３３１は更に、第１の波長変換光３１４ａからＣ帯の光（以下、第３の波長変換光３１４ｃと呼ぶ）を生成する波長変換装置（以下、Ｌ帯Ｃ帯波長変換装置と呼ぶ）４０２ｃを有する。Ｌ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｃは例えば、図４２を参照して説明した偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置４０２Ｄ１である。Ｌ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｃの励起光１０Ｐ１，１０Ｐ２は例えば、波長がＬ帯とＣ帯の境界に位置する光である。第３の波長変換光３１４ｃは、Ｌ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｃにより再生された第１の波長多重光３２５ａである。

光受信装置３３１は更に、第２の波長変換光３１４ｂからＣ帯の光（以下、第４の波長変換光３１４ｄと呼ぶ）を生成する波長変換装置（以下、Ｓ帯Ｃ帯波長変換装置と呼ぶ）４０２ｄを有する。Ｓ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｄは例えば、図４２を参照して説明した偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置４０２Ｄ１である。Ｓ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｄの励起光１０Ｐ１，１０Ｐ２は例えば、波長がＳ帯とＣ帯の境界に位置する光である。第４の波長変換光３１４ｄは、Ｓ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｄにより再生された第３の波長多重光３２５ｃである。

Ｌ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｃおよびＳ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｄは例えば、図４４を参照して説明した波長変換装置４０２Ｄ２または図４６を参照して説明した波長変換装置４０２Ｄ３であってもよい。

光受信装置３３１は更に、第３の波長変換光３１４ｃを増幅する第４のＣ帯光増幅器３２７ｄを有する。光受信装置３３１は更に、第２の波長多重光３２５ｂを増幅する第５のＣ帯光増幅器３２７ｅを有する。光受信装置３３１は更に、第４の波長変換光３１４ｄを増幅する第６のＣ帯光増幅器３２７ｆを有する。

光受信装置３３１は更に、増幅された第３の波長変換光３１４ｃを複数の信号光３２１ｄに分割する第１のＣ帯光分波器（すなわち、Ｃ帯の複数の信号光を波長に応じて分離する分波器）３３７ａを有する。信号光３２１ｄは、Ｌ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｃにより再生された第１の信号光３２１ａ（図４９参照）である。第１の信号光３２１ａは、Ｃ帯の信号光である。

光受信装置３３１は更に、増幅された第２の波長多重光３２５ｂを第２の信号光３２１ｂ（図４９参照）に分割する第２のＣ帯光分波器３３７ｂを有する。第２の信号光３２１ｂは、Ｃ帯の信号光である。

光受信装置３３１は更に、増幅された第４の波長変換光３１４ｄを複数の信号光３２１ｅに分割する第３のＣ帯光分波器３３７ｃを有する。信号光３２１ｅは、Ｓ帯Ｃ帯波長変換装置４０２ｄにより再生された第３の信号光３２１ｃ（図４９参照）である。第３の信号光３２１ｃは、Ｃ帯の信号光である。

光受信装置３３１は更に、第４の信号光３２１ｄを受信して電気信号に変換する複数のＣ帯光受信機（すなわち、Ｃ帯の信号光を電気信号に変換する光受信機）３３９ａを有する。光受信装置３３１は更に、第２の信号光３２１ｂを受信して電気信号に変換する複数のＣ帯光受信機３３９ｂを有する。光受信装置３３１は更に、第５の信号光３２１ｅを受信して電気信号に変換する複数のＣ帯光受信機３３９ｃを有する。

すなわち光受信装置３３１は、Ｃ帯の信号光を処理する装置（Ｃ帯の光受信機やＣ帯の光増幅器）を用いて、Ｓ帯、Ｃ帯およびＬ帯に亘る複数の信号光（すなわち、入力光３３３）を受信する光受信装置である。

Ｓ帯の信号光を処理する装置、Ｃ帯の信号光を処理する装置およびＬ帯の信号光を処理する装置を用意して光受信装置を製造することは、光受信装置の製造を複雑にする。一方、図５０の光受信装置３３１はＣ帯の信号光を処理する装置を用意するだけで製造可能なので、図５０の光受信装置３３１によれば製造の複雑さが抑制される。

更に、偏波ダイバーシティ構成の波長変換装置が用いられるので、図５０の光受信装置３３１によれば、入力光３３３の偏光方向の変化に影響され難い光受信装置が提供される。

実施の形態４は、実施の形態１の変形例４の一例である。但し、実施の形態１の変形例４の信号光８の数は１つであるが、実施の形態４の信号光３０８の数は２つ以上である。従って、実施の形態４の波長変換装置および波長変換方法によれば、強度が変動する波長多重信号から波長変換光を生成しながら、環境温度の変化による波長変換効率の変動を抑制することができる。

更に、実施の形態４では信号光３０８の強度とは無関係なラマン散乱光の強度に基づいて、非線形光学媒質３０４の温度が制御されるので、実施の形態４によれば、信号光３０８の強度変化による波長変換効率の変動も抑制される。

更に、波長変換のための励起光１０によりラマン散乱光を生成するので、実施の形態４によれば、装置の大型化（例えば、付加光供給部の増設）を伴わずに、信号光３０８の強度変化による波長変換効率の変動を抑制できる。

以上の実施の形態１〜４に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光から、前記信号光および前記励起光とは波長が異なる光を生成する非線形光学媒質と、
前記光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する温度制御部とを有し、
前記光を出力する
波長変換装置。

（付記２）
前記温度制御部は、前記光の強度が増加するように前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御することを
特徴とする付記１に記載の波長変換装置。

（付記３）
前記温度制御部は、前記光から分岐された分岐光の強度に基づいて前記非線形光学媒質の第１の温度を制御し、
前記光が互いに波長が異なる複数の生成光を含む場合、
前記分岐光は、各生成光を分割した複数の分割光または前記複数の生成光のうちの一部を含むことを
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）
前記信号光は、第１の信号光および前記第１の信号光とは波長が異なる第２の信号光を含み、
前記光は、前記第１の信号光と前記励起光とから生成される第１の波長変換光および前記第２の信号光と前記励起光とから生成される第２の波長変換光を含むことを
特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換装置。

（付記５）
温度制御部は、前記第１の波長変換光および前記第２の波長変換光のうち波長が前記励起光の波長から最も離れた光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御することを
特徴とする付記４に記載の波長変換装置。

（付記６）
前記非線形光学媒質は、前記信号光、前記励起光、および前記信号光および前記励起光とは波長が異なる付加光から、前記信号光、前記励起光および前記付加光とは波長が異なる前記光を生成し、
前記光は、前記信号光と前記励起光から生成される波長変換光および前記付加光と前記励起光とから生成される第３の波長変換光を含み、
前記温度制御部は、前記光のうちの前記第３の波長変換光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御し、
前記光のうちの少なくとも前記波長変換光を出力することを
特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の波長変換装置。

（付記７）
前記温度制御部は、前記光の強度に基づいて前記第１の温度が前記第１の温度の目標値に近づくように、前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御することを
特徴とする付記１に記載の波長変換装置。

（付記８）
前記目標値は、前記励起光の波長と前記非線形光学媒質の零分散波長との差の絶対値が一定値以下になる第２の温度であることを
特徴とする付記７に記載の波長変換装置。

（付記９）
前記励起光は、第１の励起光と前記第１の励起光とは波長が異なる第２の励起光とを含み、
前記目標値は、前記第１の励起光の周波数と前記第２の励起光の周波数の平均値に相当する波長と前記非線形光学媒質の零分散波長との差異が一定値以下になる第３の温度であることを
特徴とする付記７に記載の波長変換装置。

（付記１０）
前記光は、前記信号光と前記励起光から生成される波長変換光および前記励起光からラマン散乱により生成されるストークス光とアンチストークス光とを含み、
前記温度制御部は、前記光のうちの前記ストークス光および前記アンチストークス光それぞれの強度に基づいて、前記第１の温度が前記目標値に近づくように前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御し、
前記光のうちの少なくとも前記波長変換光を出力することを
特徴とする付記７乃至９のいずれか1項に記載の波長変換装置。

（付記１１）
前記光は、前記非線形光学媒質の２次の非線形分極または３次の非線形分極により生成されることを
特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の波長変換装置。

（付記１２）
前記温度制御部は、前記非線形光学媒質の加熱および冷却の少なくとも一方を行う加熱冷却部と、前記光の強度に基づいて前記加熱冷却部を制御する制御部とを有することを
特徴とする付記１乃至１１のいずれか１項に記載の波長変換装置。

（付記１３）
前記温度制御部は更に、前記光の強度を計測する計測部を有し、
前記制御部は、前記計測の結果に基づいて前記加熱冷却部を制御することを
特徴とする付記１２に記載の波長変換装置。

（付記１４）
前記加熱冷却部は、前記非線形光学媒質を囲う被膜と、前記被膜に埋め込まれた電熱線と、前記電熱線に電力を供給する第１の電源とを有し、
前記制御部は、前記光の強度に基づいて前記第１の電源を制御することを
特徴とする付記１２または１３に記載の波長変換装置。

（付記１５）
前記加熱冷却部は、前記非線形光学媒質を囲うと共に赤外線を吸収して発熱する材料を含む被膜と、前記被膜に照射されまたは前記非線形光学媒質を導波する前記赤外線を生成する光源と、前記光源に電力を供給する第２の電源とを有し、
前記制御部は、前記光の強度に基づいて前記第２の電源を制御することを
特徴とする付記１２または１３に記載の波長変換装置。

（付記１６）
前記加熱冷却部は、前記非線形光学媒質が浸された液体と、前記液体を介して前記非線形光学媒質の加熱および冷却の少なくとも一方を行う装置とを有することを
特徴とする付記１２または１３に記載の波長変換装置。

（付記１７）
前記制御部は、メモリと、前記メモリに結合されたプロセッサとを有し、
前記プロセッサは、前記光の強度を示す情報を取得しながら、取得した前記情報に基づいて前記加熱冷却部を制御するように構成されていることを
特徴とする付記１２乃至１６のいずれか1項に記載の波長変換装置。

（付記１８）
信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光を非線形光学媒質に入力して、前記信号光および前記励起光とは波長が異なる光を生成する工程と
前記生成する工程を実行しながら、前記光の強度に基づいて前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する工程と、
前記光を出力する工程とを有する
波長変換方法。

（付記１９）
前記制御する工程では、前記光の強度が増加するように前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御することを
特徴とする付記１８に記載の波長変換方法。

（付記２０）
信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光から前記信号光および前記励起光とは波長が異なる波長変換光を生成し更に、前記信号光および前記励起光とは波長が異なる付加光と前記励起光とから第３波長変換光を生成する非線形光学媒質と、
前記第３波長変換光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する温度制御部とを有し、
前記波長変換光を出力する
波長変換装置。

２，１０２，２０２，３０２・・・波長変換装置
４・・・非線形光学媒質
６，１０６，２０６・・・温度制御部
８，１０８，２０８，３０８・・・信号光
８ａ，１０８ａ，２１２ａ，３１２ａ・・・第１の信号光
８ｂ，１０８ｂ，２１２ｂ，３１２ｂ・・・第２の信号光
１０・・・励起光
１２ａ，１１２ａ，２１２ａ・・・第１の光
１２ｂ，１１２ｂ，２１２ｂ・・・第２の光
１２ｃ，１１２ｃ，２１２ｃ，３１２ｃ・・・第３の光
１４，１１４，２１４，３１４・・・波長変換光
１４ａ，１１４ａ・・・第１波長変換光
１４ｂ，１１４ｂ・・・第２波長変換光
１４ｃ・・・・第３の波長変換光
１８・・・付加光
２０・・・励起光供給部
２２・・・加熱冷却部
２４・・・計測部
２６・・・制御部
４９・・・液体
９０Ｍ４，９０Ｍ５・・・被膜
９２・・・電熱線
９４ａ・・・第１の電源 ９４ｂ・・・第２の電源
９６Ｍ５，９６Ｍ６・・・光源

Claims (17)

1. 信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光から、前記信号光および前記励起光とは波長が異なる光を生成する非線形光学媒質と、
   前記光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する温度制御部とを有し、
   前記光を出力する
   波長変換装置。
2. 前記温度制御部は、前記光の強度が増加するように前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御することを
   特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
3. 前記温度制御部は、前記光から分岐された分岐光の強度に基づいて前記非線形光学媒質の第１の温度を制御し、
   前記光が互いに波長が異なる複数の生成光を含む場合、
   前記分岐光は、各生成光を分割した複数の分割光または前記複数の生成光のうちの一部を含むことを
   特徴とする請求項１または２に記載の波長変換装置。
4. 前記信号光は、第１の信号光および前記第１の信号光とは波長が異なる第２の信号光を含み、
   前記光は、前記第１の信号光と前記励起光とから生成される第１の波長変換光および前記第２の信号光と前記励起光とから生成される第２の波長変換光を含むことを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換装置。
5. 温度制御部は、前記第１の波長変換光および前記第２の波長変換光のうち波長が前記励起光の波長から最も離れた光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御することを
   特徴とする請求項４に記載の波長変換装置。
6. 前記非線形光学媒質は、前記信号光、前記励起光、および前記信号光および前記励起光とは波長が異なる付加光から、前記信号光、前記励起光および前記付加光とは波長が異なる前記光を生成し、
   前記光は、前記信号光と前記励起光から生成される波長変換光および前記付加光と前記励起光とから生成される第３の波長変換光を含み、
   前記温度制御部は、前記光のうちの前記第３の波長変換光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御し、
   前記光のうちの少なくとも前記波長変換光を出力することを
   特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波長変換装置。
7. 前記温度制御部は、前記光の強度に基づいて前記第１の温度が前記第１の温度の目標値に近づくように、前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御することを
   特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
8. 前記目標値は、前記励起光の波長と前記非線形光学媒質の零分散波長との差の絶対値が一定値以下になる第２の温度であることを
   特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
9. 前記励起光は、第１の励起光と前記第１の励起光とは波長が異なる第２の励起光とを含み、
   前記目標値は、前記第１の励起光の周波数と前記第２の励起光の周波数の平均値に相当する波長と前記非線形光学媒質の零分散波長との差異が一定値以下になる第３の温度であることを
   特徴とする請求項７に記載の波長変換装置。
10. 前記光は、前記信号光と前記励起光から生成される波長変換光および前記励起光からラマン散乱により生成されるストークス光とアンチストークス光とを含み、
    前記温度制御部は、前記光のうちの前記ストークス光および前記アンチストークス光それぞれの強度に基づいて、前記第１の温度が前記目標値に近づくように前記非線形光学媒質の前記第１の温度を制御し、
    前記光のうちの少なくとも前記波長変換光を出力することを
    特徴とする請求項７乃至９のいずれか1項に記載の波長変換装置。
11. 前記光は、前記非線形光学媒質の２次の非線形分極または３次の非線形分極により生成されることを
    特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の波長変換装置。
12. 前記温度制御部は、前記非線形光学媒質の加熱および冷却の少なくとも一方を行う加熱冷却部と、前記光の強度に基づいて前記加熱冷却部を制御する制御部とを有することを
    特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の波長変換装置。
13. 前記加熱冷却部は、前記非線形光学媒質を囲う被膜と、前記被膜に埋め込まれた電熱線と、前記電熱線に電力を供給する第１の電源とを有し、
    前記制御部は、前記光の強度に基づいて前記第１の電源を制御することを
    特徴とする請求項１２に記載の波長変換装置。
14. 前記加熱冷却部は、前記非線形光学媒質を囲うと共に赤外線を吸収して発熱する材料を含む被膜と、前記被膜に照射されまたは前記非線形光学媒質を導波する前記赤外線を生成する光源と、前記光源に電力を供給する第２の電源とを有し、
    前記制御部は、前記光の強度に基づいて前記第２の電源を制御することを
    特徴とする請求項１２に記載の波長変換装置。
15. 前記加熱冷却部は、前記非線形光学媒質が浸された液体と、前記液体を介して前記非線形光学媒質の加熱および冷却の少なくとも一方を行う装置とを有することを
    特徴とする請求項１２に記載の波長変換装置。
16. 信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光を非線形光学媒質に入力して、前記信号光および前記励起光とは波長が異なる光を生成する工程と
    前記生成する工程を実行しながら、前記光の強度に基づいて前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する工程と、
    前記光を出力する工程とを有する
    波長変換方法。
17. 信号光および前記信号光とは波長が異なると共に前記信号光より電界強度が強い励起光から前記信号光および前記励起光とは波長が異なる波長変換光を生成し更に、前記信号光および前記励起光とは波長が異なる付加光と前記励起光とから第３波長変換光を生成する非線形光学媒質と、
    前記第３波長変換光の強度に基づいて、前記非線形光学媒質の第１の温度を制御する温度制御部とを有し、
    前記波長変換光を出力する
    波長変換装置。

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