JP3553857B2 - 波長変換回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長変換回路に関し、特に、大容量光通信用に検討が進められている波長多重伝送方式等において有限な波長帯域を効率的に再利用するために有効な波長変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体増幅器などの非線形現象に伴う屈折率変化を用いた相互位相変調方式は、波形整形特性や低チャーピング伝送特性を持つことが知られ、有効な波長変換手段と考えられている。
【０００３】
図６に、従来のこの種の位相変調型波長変換回路の一構成例を示す。図６において、参照符号１，２は入出力端面に反射防止膜を施した半導体光増幅器、９はマッハツェンダ型干渉回路を構成するための光導波回路を示している。光導波回路９は、光合分波器３と光合分波器４と光合分波器８とを含んで構成される。光合分波器８は外部からの入力ＣＷ光を２分して半導体光増幅器１，２へ入射する。光合分波器３は半導体光増幅器１，２から出射される光を合波する。光合分波器４は、１，０の信号成分を持った信号光を外部から半導体光増幅器１へ入射する。
【０００４】
このような構成系において、ＣＷ光入力ポート５から入射したＣＷ光は光合分波器８で２分岐され、半導体光増幅器１および２に入射する。両半導体光増幅器の出力光は光合分波器３で再び合波され、出力ポート６から出射される。このとき、２つの半導体光増幅器１および２への注入電流を、２つの光干渉路の位相差２πｎ（ｎは正数）が０となるように調整しておくと、干渉効果によって強め合った光が出力ポート６から出射される。
【０００５】
次に、信号光入力ポート７から信号光を光合分波器４を介して半導体光増幅器１へ入射すると、半導体光増幅器１の飽和現象によりキャリア密度が減少する。キャリア密度減少によって屈折率変化が引き起こされ、このため、マッハツェンダ型干渉回路の２つの経路間の位相差２πｎがπとなって、弱め合った光が出力ポート６から出射される。このように、入力したＣＷ光の波長に信号光を重畳する（この例ではＯＮ／ＯＦＦ反転）ことができるので、波長変換回路として動作することになる。
【０００６】
また、上述した例は位相差２πｎを０からπへ変化させることによって信号光のＯＮとＯＦＦの関係が反転した出力光に変換する場合を示したが、位相差の初期条件をπに調整しておくことによって、位相差２πｎをπから０へ変化させる非反転の出力光へ変換を行うことができる。
【０００７】
このような波長変換回路には、入力光に対して偏波依存性のない特性が望まれる。入力光の偏波依存性は主に半導体光増幅器に起因するが、該半導体光増幅器へ入射する信号光偏波がＴＥモードの時の素子利得とＴＭモードの時の素子利得との差が十分に小さければ（＜０．５ｄＢ）、入力信号光に対する偏波制御は不要になる。
【０００８】
回路素子のモジュール化において有効な手段であるＰＬＣを用いたハイブリッド集積波長変換回路では、半導体光増幅器にＰＬＣとの結合効率を向上させるためのスポットサイズ変換回路を設けている（以降、この素子をＳＳ−ＳＯＡと呼ぶことにする）。この場合、結合効率と活性層の利得を合わせたトータル利得を、変換回路が偏波無依存で動作できる様に設定している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＳＳ−ＳＯＡを波長変換に用いる場合、利得にではなく、屈折率変化に偏波依存性がないことが望まれる。しかしながら、ＳＳ−ＳＯＡは結合効率に偏波依存性を有しているため、活性層に入射する光強度が偏波によって異なることになる。また、活性層の断面構造も作製上の観点から横長構造になっているため、例え同一強度の光が入射された場合であっても屈折率の変化量が異なってしまう。以上の２つの理由から、ＳＳ−ＳＯＡを用いた従来型の波長変換回路では、ＣＷ光にともなう屈折率変化に偏波依存性が残存するという課題があった。
【００１０】
図７は従来例の波長変換回路による波長変換特性の測定結果を示す特性図である。
【００１１】
図７において、●は最適に設定された波長変換特性を表し、○はＣＷ光の入力偏波の変化によって最適状態から外れた波長変換特性を表す。この測定結果は、ＣＷ光に対する偏波依存性のため、信号光入力に対して出力消光比が劣化することを示している。
【００１２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、半導体光増幅器に残存する屈折率変化の偏波依存性を解消し得る波長変換回路を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る請求項１の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させるループ状の導波手段と、前記導波手段の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを略９０度回転させるλ／２波長板とを備えた波長変換回路を提供する。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の波長変換回路において、前記導波手段の途中に、前記各手段における損失を補償するための、偏波依存性を持たない光増幅手段をさらに備えた波長変換回路を提供する。
【００１５】
また、請求項３の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させる手段であって、その一端と前記第１の出力部との接続部における偏波方向と、その他端と前記第２の出力部との接続部における偏波方向が略９０度異なるループ状の導波手段を備えた波長変換回路を提供する。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の波長変換回路において、前記導波手段は１本の偏波保持光ファイバを含み、前記一端に対して前記他端が略９０度、その軸方向を中心としてねじられて、その両端を前記第１および第２の出力部に接続された波長変換回路を提供する。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項３に記載の波長変換回路において、前記導波手段は、２本の偏波保持光ファイバを相互接続する手段であって、その接続部を通過する光の偏波面の向きを略９０度回転させる回転接続手段と、前記第１の出力部と前記回転接続手段の間に接続される第１の偏波保持光ファイバと、前記第２の出力部と前記回転接続手段の間に接続される第２の偏波保持光ファイバとを備えた波長変換回路を提供する。
【００１８】
また、請求項６の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させるループ状の導波手段と、前記導波手段の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを調整して略９０度回転させる偏波調整手段とを備えた波長変換回路を提供する。
【００１９】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の波長変換回路において、前記導波手段は、前記第１の出力部と前記偏波調整手段の間に接続される第１のシングルモード光ファイバと、前記第２の出力部と前記偏波調整手段の間に接続される第２のシングルモード光ファイバとを備えた波長変換回路を提供する。
【００２０】
また、請求項８の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、信号光と前記分岐されたＣＷ光を合波する第１の合波手段と、前記第１の合波手段からの前記ＣＷ光および前記分岐されたＣＷ光のうち別のＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される出力部を有する第２の合波手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記出力部から出射される光を導波する手段であって、前記光の偏波面の向きを略９０度回転させて前記出力部に再入射させる導波手段を備えた波長変換回路を提供する。
【００２１】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の波長変換回路において、前記導波手段は、前記出力部に一端を接続された導波路と、前記導波路の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを略４５度回転させるλ／４波長板と、前記λ／４波長板の後段に設けられており、前記λ／４波長板を通過した光のうち前記ＣＷ光と略同一波長の光を選択的に反射して、前記λ／４波長板に入射させる反射手段とを備えた波長変換回路を提供する。
【００２２】
また、請求項１０の発明は、請求項９に記載の波長変換回路において、前記反射手段をグレーティングとした波長変換回路を提供する。
【００２３】
【作用】
上記した各請求項に記載の構成を備えた本発明に係る波長変換回路によれば、第１の合波手段が有する第１および第２の出力部（または出力部）に出射される光は、導波手段を伝搬されて第１および第２の出力部（または出力部）に再入射されるときに偏波面の向きが略９０度回転されている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る波長変換回路の実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る波長変換回路の第１実施形態の構成を示すもので、石英系導波路からなるＰＬＣ光波回路で構成されるものとする。
【００２６】
同図において、参照符号１０１〜１０２は半導体光増幅器、１１はマッハツェンダ型干渉計を構成するための光導波回路を示している。半導体光増幅器１０１〜１０２の図中両側の端面には反射防止膜が施されている。半導体光増幅器１０１〜１０２として、ＳＳ−ＳＯＡ（スポットサイズ変換回路）を想定している。
【００２７】
光導波回路１１は、光合分波器１２１〜１２３と導波路１３１，１３２とλ／２波長板１４とを含んで構成される。光合分波器１２１は、導波路１３１からの入力ＣＷ光を２分岐して、導波路１４１，１４２を介して半導体光増幅器１０１，１０２に入射する。また光合分波器１２１は、導波路１４１，１４２から到来する光を合波して導波路１３２より出射する。
【００２８】
光合分波器１２２は半導体光増幅器１０１の増幅出力を光合分波器１２３に出射する。光合分波器１２２はさらに、導波路１３３を介して外部から入射する、１，０の信号成分を持った信号光を分波して半導体光増幅器１０１およびポート１３５に入射する。光合分波器１２３から光合分波器１２２に到来する光も同様に分波される。分波された信号光は１／２に減衰して半導体光増幅器１０１に入射される。ポート１３５は本発明に必須の要素ではない。
【００２９】
光合分波器１２３は、半導体光増幅器１０２で増幅されて出射され導波路１４５を伝搬する光を、半導体光増幅器１０１から光合分波器１２２および導波路１４６を介して到来する光と合波し、これを出力部１５１，１５２に設けた導波路１５３，１５４に出射する。導波路１５３と１５４の接合部にはλ／２波長板１４が設置され、図示したようにループが構成されている。λ／２波長板１４は、このループを両方向に通過する光の偏波面を９０度回転させる機能を有している。
【００３０】
ここで図６に戻って従来例の注目すべき点を説明する。マッハツェンダ干渉計に位相差が無い状態に設定しておくとすると、（従来の技術）で記述した様に信号光のＯＮ／ＯＦＦ（１，０）状態に応じて２つの光干渉路の位相差２πｎがπと０の間で変化し、これにより、ＣＷ光波長にＯＦＦ／ＯＮ信号を重畳することができる。しかしながら（発明が解決しようとする課題）に記述した様にＳＳ−ＳＯＡの屈折率変化に偏波依存性が残存するため、ＣＷ光入力ポート５からＣＷ光を入射した際の光合分波器３の出力ポート６において最大出力となるようにＳＳ−ＳＯＡの電流値を調整した際に、ＣＷ光の偏波依存性として〜２ｄＢが観測されていた。
【００３１】
上記偏波依存性を克服するために、本実施形態では図１中の光合分波器１２３の出力導波路をループ状に構成した。すなわち、導波路１５３の各端部を出力部１５１とλ／２波長板１４に接続し、導波路１５４の各端部を出力部１５２とλ／２波長板１４に接続してループ状の導波路を構成した。
【００３２】
λ／２波長板１４を通過する光は偏波面の向きを９０度回転されるため、光合分波器１２３の出力部１５１からλ／２波長板１４を通って伝搬されて出力部１５２に入射されて光合分波器１２３に戻る光（ＣＷ光）は、当初の偏波状態に対して９０度回転していることになる。光合分波器１２３の出力部１５２からλ／２波長板１４を通って伝搬されて出力部１５１に入射されて光合分波器１２３に戻る光（ＣＷ光）も、同様に９０度回転している。
【００３３】
簡単のために、マッハツェンダ干渉計中を例えばＴＥ偏波のＣＷ光が通過して光合分波器１２３に入射されたとすれば、光合分波器１２３からループ状導波路を介して再び光合分波器１２３からマッハツェンダ干渉計に入射されたＣＷ光は、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波の光となってマッハツェンダ干渉計中を通過することになる。
【００３４】
このように本実施形態の波長変換回路によれば、ＣＷ光はマッハツェンダ干渉計を２回通過して信号を重畳され（波長変換され）、出力ポート１３２へと伝搬していくが、例えば１回目の通過時にはＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波として、２回目の通過時にはＴＭ偏波として通過するために、半導体光増幅器１０１，１０２に起因する偏波依存性を解消することができる。本出願人の実験結果によれば、偏波依存性が＜０．５ｄＢに低減されていることを確認できた。
【００３５】
上記した構成では、前述した通りに光合分波器１２２において合波／分波損がある。そこで、全信号光パワーを損失なく半導体光増幅器１０１に入射させるために、さらに別の光合分波器を光合分波器１２２と組み合わせて設け、光合分波器１２２における減衰分を補って半導体光増幅器１０１に入射させることが有効である。
【００３６】
また実際には、他の光合分波器や導波路にも損失が生じるので、これらの損失を補償するための半導体光増幅器を、λ／２波長板１４と併せてループ状導波路の途中に設けることも考えられる。この半導体光増幅器としては偏波依存性の無いものを用いる必要があり、導波路１５３の途中、導波路１５４の途中のいずれに設けても良い。
【００３７】
また、光合分波器１２３は偏波ビームスプリッタの構成を採ることもできる。さらに、上記実施形態は石英系導波路からなるＰＬＣ光波回路として実施した例を説明したが、ポリマー系材料やＬｉＮｂＯ３といった材料をベースにして図１の構成の波長変換回路を実施した場合も同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は本発明に係る波長変換回路の第２実施形態を示す構成図である。同図において、構成要素２０１〜２３５は第１実施形態における構成要素１０１〜１３５と同様の構成であり、ここではその説明を省略する。
【００３９】
本実施形態では、第１実施形態におけるλ／２波長板を含んだループ構成に代わって、１本の偏波保持光ファイバ２４を含んだループ構成を採用している。すなわち、光合分波器２２２の出力部２５１に光導波路２５３が接続され、光導波路２５３の端部に偏波保持光ファイバ２４の一端が接続され、偏波保持光ファイバ２４の他端と出力部２５２の間に光導波路２５４が接続される構成を採用している。
【００４０】
偏波保持光ファイバ２４は光導波回路２１の外部に、その軸方向を中心としてねじった状態で接続される。すなわち、光導波路２５３に接続される偏波保持光ファイバ２４の端面２４ａに対して、光導波路２５４に接続される反対側の端面２４ｂが９０度ねじられて接続されるので、両端面における偏波の向きは９０度異なっている。
【００４１】
したがって、光導波回路２１から偏波保持光ファイバ２４に例えば端面２４ｂより入射したＣＷ光が光導波回路２１に対して出射されるときには、偏波面が９０度回転されて出射される。逆方向の伝搬でも同様に回転されされて出射される。例えばＴＥモードで偏波保持光ファイバ２４に入射されたＣＷ光が再び光導波回路２１へ入射される際にはＴＭモードとされている。このため、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、光導波回路２１の外部で偏波面を９０度回転させる別の構成として、２本の偏波保持光ファイバと、両偏波保持光ファイバを相互接続するアダプタを用いることもできる。このアダプタの接続部における接続方向は偏波面を９０度回転するものとし、この接続部と光導波路２５３の端部間に１本の偏波保持光ファイバを接続し、この接続部と光導波路２５４の端部間に別の偏波保持光ファイバを接続するループ構成とすれば良い。
【００４３】
（第３実施形態）
図３は本発明に係る波長変換回路の第３実施形態を示す構成図である。同図において、構成要素３０１〜３３５は第１実施形態における構成要素１０１〜１３５と同様の構成であり、ここではその説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、第１実施形態におけるλ／２波長板を含んだループ構成に代わって、偏波調整器３５を含んだループ構成を採用している。すなわち、光合分波器３２２の出力部３５１に光導波路３５３が接続され、光導波路３５３の端部にシングルモード光ファイバ３２の一端が接続され、光合分波器３２２の出力部３５２に光導波路３５４が接続され、光導波路３５４の端部にシングルモード光ファイバ３３の一端が接続され、両光ファイバ３２，３３間に偏波調整器３５が接続される構成を採用している。
【００４５】
偏波調整器３５は偏波ローテータによって選択的に偏波面の回転量を調整することができ、この回転量を９０度に設定することによって、ループを通過する双方向のＣＷ光の偏波面を９０度回転させることができる。よって、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
図４は本実施形態による測定結果を示す特性図である。
【００４７】
図７に示した従来例による測定結果では、既に説明した通り、ＣＷ光に対する偏波依存性のため同一信号光入力に対して出力消光比が劣化していたのに対し、図４に示した本実施形態による測定結果では、出力消光比がほとんど劣化しない、安定した波長変換特性が得られた。
【００４８】
（第４実施形態）
図５は本発明に係る波長変換回路の第４実施形態を示す構成図である。同図において、構成要素４０１〜４２１，４３１〜４３３は第１実施形態における構成要素１０１〜１２１，１３１〜１３３と同様の構成であり、その説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態では光合分波器４２２，４２３が２入力１出力になっており、光合分波器４２２は光合分波器４２１と半導体光増幅器４０１の間に接続される。光合分波器４２２は、光合分波器４２１からの分波されたＣＷ光と信号光を合波して半導体光増幅器４０１へと出射する。また光合分波器４２２は、半導体光増幅器４０１からの光を分波する。
【００５０】
一方、光合分波器４２３の出力部１５１には導波路４５３が接続され、導波路４５３の途中には、λ／４波長板４４とグレーティング４５が順に形成されている。λ／４波長板４４は通過する光の偏波面を４５度回転させる。出力部１５１に出射されてλ／４波長板４４を通過した光合分波器４２３からの出力光は、偏波面を４５度回転されてグレーティング４５に達する。グレーティング４５は選択的な反射特性を持っており、出力光のうちＣＷ光と同一波長の光のみ、すなわちＣＷ光のみが反射されて逆方向に、再びλ／４波長板４４を通過して出力部１５１に戻される。他の波長の光は出力ポート４６０に出射される。
【００５１】
λ／４波長板４４を往復通過したＣＷ光は偏波面を９０度回転されて再び光合分波器４２３に入射するため、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明に係る波長変換回路によれば、第１の合波手段が有する第１および第２の出力部（または出力部）に出射される光は、導波手段を伝搬されて第１および第２の出力部（または出力部）に再入射されるときに偏波面の向きを略９０度回転されているため、光増幅手段に残存する屈折率変化の偏波依存性を解消することができる。これによって、偏波依存性の無い波長変換回路を得ることができ、システムを使用する上で安定した動作を行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る波長変換回路の第１実施形態の構成を表す構成図である。
【図２】本発明に係る波長変換回路の第２実施形態の構成を表す構成図である。
【図３】本発明に係る波長変換回路の第３実施形態の構成を表す構成図である。
【図４】本発明に係る波長変換回路の波長変換特性を説明する特性図である。
【図５】本発明に係る波長変換回路の第４実施形態の構成を表す構成図である。
【図６】従来の波長変換回路の一例の構成図である。
【図７】従来の波長変換回路の波長変換特性を説明する特性図である。
【符号の説明】
１，２，１０１，２０１，１０２，２０２，２０２，３０１，３０２，４０１，４０２ 半導体光増幅器
３，４，１２１，１２２，１２２，２２１，２２２，２２３，３２１，３２２，３２３，４２１，４２２，４２３ 光合分波器
５，１３１，２３１，３３１，４３１ ＣＷ光入力ポート
６，１３２，２３２，３３２，４３２ 光出力ポート
７，１３３，２３３，３３３，４３３ 信号光入力ポート
９，１１，２１，３１，４１ 光導波回路
１４，４４ λ／２波長板
２４ 偏波保持光ファイバ
３４ シングルモード光ファイバ
３５ 偏波調整器
４５ グレーティング
１５１，１５２，２５１，２５２，３５１，３５２，４５１ 出力部
１５３，１５４，２５３，２５４，３５３，３５４，４５３ 導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は波長変換回路に関し、特に、大容量光通信用に検討が進められている波長多重伝送方式等において有限な波長帯域を効率的に再利用するために有効な波長変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体増幅器などの非線形現象に伴う屈折率変化を用いた相互位相変調方式は、波形整形特性や低チャーピング伝送特性を持つことが知られ、有効な波長変換手段と考えられている。
【０００３】
図６に、従来のこの種の位相変調型波長変換回路の一構成例を示す。図６において、参照符号１，２は入出力端面に反射防止膜を施した半導体光増幅器、９はマッハツェンダ型干渉回路を構成するための光導波回路を示している。光導波回路９は、光合分波器３と光合分波器４と光合分波器８とを含んで構成される。光合分波器８は外部からの入力ＣＷ光を２分して半導体光増幅器１，２へ入射する。光合分波器３は半導体光増幅器１，２から出射される光を合波する。光合分波器４は、１，０の信号成分を持った信号光を外部から半導体光増幅器１へ入射する。
【０００４】
このような構成系において、ＣＷ光入力ポート５から入射したＣＷ光は光合分波器８で２分岐され、半導体光増幅器１および２に入射する。両半導体光増幅器の出力光は光合分波器３で再び合波され、出力ポート６から出射される。このとき、２つの半導体光増幅器１および２への注入電流を、２つの光干渉路の位相差２πｎ（ｎは正数）が０となるように調整しておくと、干渉効果によって強め合った光が出力ポート６から出射される。
【０００５】
次に、信号光入力ポート７から信号光を光合分波器４を介して半導体光増幅器１へ入射すると、半導体光増幅器１の飽和現象によりキャリア密度が減少する。キャリア密度減少によって屈折率変化が引き起こされ、このため、マッハツェンダ型干渉回路の２つの経路間の位相差２πｎがπとなって、弱め合った光が出力ポート６から出射される。このように、入力したＣＷ光の波長に信号光を重畳する（この例ではＯＮ／ＯＦＦ反転）ことができるので、波長変換回路として動作することになる。
【０００６】
また、上述した例は位相差２πｎを０からπへ変化させることによって信号光のＯＮとＯＦＦの関係が反転した出力光に変換する場合を示したが、位相差の初期条件をπに調整しておくことによって、位相差２πｎをπから０へ変化させる非反転の出力光へ変換を行うことができる。
【０００７】
このような波長変換回路には、入力光に対して偏波依存性のない特性が望まれる。入力光の偏波依存性は主に半導体光増幅器に起因するが、該半導体光増幅器へ入射する信号光偏波がＴＥモードの時の素子利得とＴＭモードの時の素子利得との差が十分に小さければ（＜０．５ｄＢ）、入力信号光に対する偏波制御は不要になる。
【０００８】
回路素子のモジュール化において有効な手段であるＰＬＣを用いたハイブリッド集積波長変換回路では、半導体光増幅器にＰＬＣとの結合効率を向上させるためのスポットサイズ変換回路を設けている（以降、この素子をＳＳ−ＳＯＡと呼ぶことにする）。この場合、結合効率と活性層の利得を合わせたトータル利得を、変換回路が偏波無依存で動作できる様に設定している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＳＳ−ＳＯＡを波長変換に用いる場合、利得にではなく、屈折率変化に偏波依存性がないことが望まれる。しかしながら、ＳＳ−ＳＯＡは結合効率に偏波依存性を有しているため、活性層に入射する光強度が偏波によって異なることになる。また、活性層の断面構造も作製上の観点から横長構造になっているため、例え同一強度の光が入射された場合であっても屈折率の変化量が異なってしまう。以上の２つの理由から、ＳＳ−ＳＯＡを用いた従来型の波長変換回路では、ＣＷ光にともなう屈折率変化に偏波依存性が残存するという課題があった。
【００１０】
図７は従来例の波長変換回路による波長変換特性の測定結果を示す特性図である。
【００１１】
図７において、●は最適に設定された波長変換特性を表し、○はＣＷ光の入力偏波の変化によって最適状態から外れた波長変換特性を表す。この測定結果は、ＣＷ光に対する偏波依存性のため、信号光入力に対して出力消光比が劣化することを示している。
【００１２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、半導体光増幅器に残存する屈折率変化の偏波依存性を解消し得る波長変換回路を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る請求項１の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させるループ状の導波手段と、前記導波手段の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを略９０度回転させるλ／２波長板とを備えた波長変換回路を提供する。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の波長変換回路において、前記導波手段の途中に、前記各手段における損失を補償するための、偏波依存性を持たない光増幅手段をさらに備えた波長変換回路を提供する。
【００１５】
また、請求項３の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させる手段であって、その一端と前記第１の出力部との接続部における偏波方向と、その他端と前記第２の出力部との接続部における偏波方向が略９０度異なるループ状の導波手段を備えた波長変換回路を提供する。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の波長変換回路において、前記導波手段は１本の偏波保持光ファイバを含み、前記一端に対して前記他端が略９０度、その軸方向を中心としてねじられて、その両端を前記第１および第２の出力部に接続された波長変換回路を提供する。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項３に記載の波長変換回路において、前記導波手段は、２本の偏波保持光ファイバを相互接続する手段であって、その接続部を通過する光の偏波面の向きを略９０度回転させる回転接続手段と、前記第１の出力部と前記回転接続手段の間に接続される第１の偏波保持光ファイバと、前記第２の出力部と前記回転接続手段の間に接続される第２の偏波保持光ファイバとを備えた波長変換回路を提供する。
【００１８】
また、請求項６の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させるループ状の導波手段と、前記導波手段の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを調整して略９０度回転させる偏波調整手段とを備えた波長変換回路を提供する。
【００１９】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の波長変換回路において、前記導波手段は、前記第１の出力部と前記偏波調整手段の間に接続される第１のシングルモード光ファイバと、前記第２の出力部と前記偏波調整手段の間に接続される第２のシングルモード光ファイバとを備えた波長変換回路を提供する。
【００２０】
また、請求項８の発明は、ＣＷ光を分岐する分波手段と、信号光と前記分岐されたＣＷ光を合波する第１の合波手段と、前記第１の合波手段からの前記ＣＷ光および前記分岐されたＣＷ光のうち別のＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される出力部を有する第２の合波手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、前記出力部から出射される光を導波する手段であって、前記光の偏波面の向きを略９０度回転させて前記出力部に再入射させる導波手段を備えた波長変換回路を提供する。
【００２１】
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の波長変換回路において、前記導波手段は、前記出力部に一端を接続された導波路と、前記導波路の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを略４５度回転させるλ／４波長板と、前記λ／４波長板の後段に設けられており、前記λ／４波長板を通過した光のうち前記ＣＷ光と略同一波長の光を選択的に反射して、前記λ／４波長板に入射させる反射手段とを備えた波長変換回路を提供する。
【００２２】
また、請求項１０の発明は、請求項９に記載の波長変換回路において、前記反射手段をグレーティングとした波長変換回路を提供する。
【００２３】
【作用】
上記した各請求項に記載の構成を備えた本発明に係る波長変換回路によれば、第１の合波手段が有する第１および第２の出力部（または出力部）に出射される光は、導波手段を伝搬されて第１および第２の出力部（または出力部）に再入射されるときに偏波面の向きが略９０度回転されている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る波長変換回路の実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る波長変換回路の第１実施形態の構成を示すもので、石英系導波路からなるＰＬＣ光波回路で構成されるものとする。
【００２６】
同図において、参照符号１０１〜１０２は半導体光増幅器、１１はマッハツェンダ型干渉計を構成するための光導波回路を示している。半導体光増幅器１０１〜１０２の図中両側の端面には反射防止膜が施されている。半導体光増幅器１０１〜１０２として、ＳＳ−ＳＯＡ（スポットサイズ変換回路）を想定している。
【００２７】
光導波回路１１は、光合分波器１２１〜１２３と導波路１３１，１３２とλ／２波長板１４とを含んで構成される。光合分波器１２１は、導波路１３１からの入力ＣＷ光を２分岐して、導波路１４１，１４２を介して半導体光増幅器１０１，１０２に入射する。また光合分波器１２１は、導波路１４１，１４２から到来する光を合波して導波路１３２より出射する。
【００２８】
光合分波器１２２は半導体光増幅器１０１の増幅出力を光合分波器１２３に出射する。光合分波器１２２はさらに、導波路１３３を介して外部から入射する、１，０の信号成分を持った信号光を分波して半導体光増幅器１０１およびポート１３５に入射する。光合分波器１２３から光合分波器１２２に到来する光も同様に分波される。分波された信号光は１／２に減衰して半導体光増幅器１０１に入射される。ポート１３５は本発明に必須の要素ではない。
【００２９】
光合分波器１２３は、半導体光増幅器１０２で増幅されて出射され導波路１４５を伝搬する光を、半導体光増幅器１０１から光合分波器１２２および導波路１４６を介して到来する光と合波し、これを出力部１５１，１５２に設けた導波路１５３，１５４に出射する。導波路１５３と１５４の接合部にはλ／２波長板１４が設置され、図示したようにループが構成されている。λ／２波長板１４は、このループを両方向に通過する光の偏波面を９０度回転させる機能を有している。
【００３０】
ここで図６に戻って従来例の注目すべき点を説明する。マッハツェンダ干渉計に位相差が無い状態に設定しておくとすると、（従来の技術）で記述した様に信号光のＯＮ／ＯＦＦ（１，０）状態に応じて２つの光干渉路の位相差２πｎがπと０の間で変化し、これにより、ＣＷ光波長にＯＦＦ／ＯＮ信号を重畳することができる。しかしながら（発明が解決しようとする課題）に記述した様にＳＳ−ＳＯＡの屈折率変化に偏波依存性が残存するため、ＣＷ光入力ポート５からＣＷ光を入射した際の光合分波器３の出力ポート６において最大出力となるようにＳＳ−ＳＯＡの電流値を調整した際に、ＣＷ光の偏波依存性として〜２ｄＢが観測されていた。
【００３１】
上記偏波依存性を克服するために、本実施形態では図１中の光合分波器１２３の出力導波路をループ状に構成した。すなわち、導波路１５３の各端部を出力部１５１とλ／２波長板１４に接続し、導波路１５４の各端部を出力部１５２とλ／２波長板１４に接続してループ状の導波路を構成した。
【００３２】
λ／２波長板１４を通過する光は偏波面の向きを９０度回転されるため、光合分波器１２３の出力部１５１からλ／２波長板１４を通って伝搬されて出力部１５２に入射されて光合分波器１２３に戻る光（ＣＷ光）は、当初の偏波状態に対して９０度回転していることになる。光合分波器１２３の出力部１５２からλ／２波長板１４を通って伝搬されて出力部１５１に入射されて光合分波器１２３に戻る光（ＣＷ光）も、同様に９０度回転している。
【００３３】
簡単のために、マッハツェンダ干渉計中を例えばＴＥ偏波のＣＷ光が通過して光合分波器１２３に入射されたとすれば、光合分波器１２３からループ状導波路を介して再び光合分波器１２３からマッハツェンダ干渉計に入射されたＣＷ光は、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏波の光となってマッハツェンダ干渉計中を通過することになる。
【００３４】
このように本実施形態の波長変換回路によれば、ＣＷ光はマッハツェンダ干渉計を２回通過して信号を重畳され（波長変換され）、出力ポート１３２へと伝搬していくが、例えば１回目の通過時にはＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏波として、２回目の通過時にはＴＭ偏波として通過するために、半導体光増幅器１０１，１０２に起因する偏波依存性を解消することができる。本出願人の実験結果によれば、偏波依存性が＜０．５ｄＢに低減されていることを確認できた。
【００３５】
上記した構成では、前述した通りに光合分波器１２２において合波／分波損がある。そこで、全信号光パワーを損失なく半導体光増幅器１０１に入射させるために、さらに別の光合分波器を光合分波器１２２と組み合わせて設け、光合分波器１２２における減衰分を補って半導体光増幅器１０１に入射させることが有効である。
【００３６】
また実際には、他の光合分波器や導波路にも損失が生じるので、これらの損失を補償するための半導体光増幅器を、λ／２波長板１４と併せてループ状導波路の途中に設けることも考えられる。この半導体光増幅器としては偏波依存性の無いものを用いる必要があり、導波路１５３の途中、導波路１５４の途中のいずれに設けても良い。
【００３７】
また、光合分波器１２３は偏波ビームスプリッタの構成を採ることもできる。さらに、上記実施形態は石英系導波路からなるＰＬＣ光波回路として実施した例を説明したが、ポリマー系材料やＬｉＮｂＯ３といった材料をベースにして図１の構成の波長変換回路を実施した場合も同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は本発明に係る波長変換回路の第２実施形態を示す構成図である。同図において、構成要素２０１〜２３５は第１実施形態における構成要素１０１〜１３５と同様の構成であり、ここではその説明を省略する。
【００３９】
本実施形態では、第１実施形態におけるλ／２波長板を含んだループ構成に代わって、１本の偏波保持光ファイバ２４を含んだループ構成を採用している。すなわち、光合分波器２２２の出力部２５１に光導波路２５３が接続され、光導波路２５３の端部に偏波保持光ファイバ２４の一端が接続され、偏波保持光ファイバ２４の他端と出力部２５２の間に光導波路２５４が接続される構成を採用している。
【００４０】
偏波保持光ファイバ２４は光導波回路２１の外部に、その軸方向を中心としてねじった状態で接続される。すなわち、光導波路２５３に接続される偏波保持光ファイバ２４の端面２４ａに対して、光導波路２５４に接続される反対側の端面２４ｂが９０度ねじられて接続されるので、両端面における偏波の向きは９０度異なっている。
【００４１】
したがって、光導波回路２１から偏波保持光ファイバ２４に例えば端面２４ｂより入射したＣＷ光が光導波回路２１に対して出射されるときには、偏波面が９０度回転されて出射される。逆方向の伝搬でも同様に回転されされて出射される。例えばＴＥモードで偏波保持光ファイバ２４に入射されたＣＷ光が再び光導波回路２１へ入射される際にはＴＭモードとされている。このため、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、光導波回路２１の外部で偏波面を９０度回転させる別の構成として、２本の偏波保持光ファイバと、両偏波保持光ファイバを相互接続するアダプタを用いることもできる。このアダプタの接続部における接続方向は偏波面を９０度回転するものとし、この接続部と光導波路２５３の端部間に１本の偏波保持光ファイバを接続し、この接続部と光導波路２５４の端部間に別の偏波保持光ファイバを接続するループ構成とすれば良い。
【００４３】
（第３実施形態）
図３は本発明に係る波長変換回路の第３実施形態を示す構成図である。同図において、構成要素３０１〜３３５は第１実施形態における構成要素１０１〜１３５と同様の構成であり、ここではその説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、第１実施形態におけるλ／２波長板を含んだループ構成に代わって、偏波調整器３５を含んだループ構成を採用している。すなわち、光合分波器３２２の出力部３５１に光導波路３５３が接続され、光導波路３５３の端部にシングルモード光ファイバ３２の一端が接続され、光合分波器３２２の出力部３５２に光導波路３５４が接続され、光導波路３５４の端部にシングルモード光ファイバ３３の一端が接続され、両光ファイバ３２，３３間に偏波調整器３５が接続される構成を採用している。
【００４５】
偏波調整器３５は偏波ローテータによって選択的に偏波面の回転量を調整することができ、この回転量を９０度に設定することによって、ループを通過する双方向のＣＷ光の偏波面を９０度回転させることができる。よって、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
図４は本実施形態による測定結果を示す特性図である。
【００４７】
図７に示した従来例による測定結果では、既に説明した通り、ＣＷ光に対する偏波依存性のため同一信号光入力に対して出力消光比が劣化していたのに対し、図４に示した本実施形態による測定結果では、出力消光比がほとんど劣化しない、安定した波長変換特性が得られた。
【００４８】
（第４実施形態）
図５は本発明に係る波長変換回路の第４実施形態を示す構成図である。同図において、構成要素４０１〜４２１，４３１〜４３３は第１実施形態における構成要素１０１〜１２１，１３１〜１３３と同様の構成であり、その説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態では光合分波器４２２，４２３が２入力１出力になっており、光合分波器４２２は光合分波器４２１と半導体光増幅器４０１の間に接続される。光合分波器４２２は、光合分波器４２１からの分波されたＣＷ光と信号光を合波して半導体光増幅器４０１へと出射する。また光合分波器４２２は、半導体光増幅器４０１からの光を分波する。
【００５０】
一方、光合分波器４２３の出力部１５１には導波路４５３が接続され、導波路４５３の途中には、λ／４波長板４４とグレーティング４５が順に形成されている。λ／４波長板４４は通過する光の偏波面を４５度回転させる。出力部１５１に出射されてλ／４波長板４４を通過した光合分波器４２３からの出力光は、偏波面を４５度回転されてグレーティング４５に達する。グレーティング４５は選択的な反射特性を持っており、出力光のうちＣＷ光と同一波長の光のみ、すなわちＣＷ光のみが反射されて逆方向に、再びλ／４波長板４４を通過して出力部１５１に戻される。他の波長の光は出力ポート４６０に出射される。
【００５１】
λ／４波長板４４を往復通過したＣＷ光は偏波面を９０度回転されて再び光合分波器４２３に入射するため、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明に係る波長変換回路によれば、第１の合波手段が有する第１および第２の出力部（または出力部）に出射される光は、導波手段を伝搬されて第１および第２の出力部（または出力部）に再入射されるときに偏波面の向きを略９０度回転されているため、光増幅手段に残存する屈折率変化の偏波依存性を解消することができる。これによって、偏波依存性の無い波長変換回路を得ることができ、システムを使用する上で安定した動作を行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る波長変換回路の第１実施形態の構成を表す構成図である。
【図２】本発明に係る波長変換回路の第２実施形態の構成を表す構成図である。
【図３】本発明に係る波長変換回路の第３実施形態の構成を表す構成図である。
【図４】本発明に係る波長変換回路の波長変換特性を説明する特性図である。
【図５】本発明に係る波長変換回路の第４実施形態の構成を表す構成図である。
【図６】従来の波長変換回路の一例の構成図である。
【図７】従来の波長変換回路の波長変換特性を説明する特性図である。
【符号の説明】
１，２，１０１，２０１，１０２，２０２，２０２，３０１，３０２，４０１，４０２ 半導体光増幅器
３，４，１２１，１２２，１２２，２２１，２２２，２２３，３２１，３２２，３２３，４２１，４２２，４２３ 光合分波器
５，１３１，２３１，３３１，４３１ ＣＷ光入力ポート
６，１３２，２３２，３３２，４３２ 光出力ポート
７，１３３，２３３，３３３，４３３ 信号光入力ポート
９，１１，２１，３１，４１ 光導波回路
１４，４４ λ／２波長板
２４ 偏波保持光ファイバ
３４ シングルモード光ファイバ
３５ 偏波調整器
４５ グレーティング
１５１，１５２，２５１，２５２，３５１，３５２，４５１ 出力部
１５３，１５４，２５３，２５４，３５３，３５４，４５３ 導波路
Claims (10)
- ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、
前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させるループ状の導波手段と、
前記導波手段の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを略９０度回転させるλ／２波長板と
を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - 請求項１に記載の波長変換回路において、
前記導波手段の途中に、前記各手段における損失を補償するための、偏波依存性を持たない光増幅手段をさらに備えたことを特徴とする波長変換回路。 - ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、
前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させる手段であって、その一端と前記第１の出力部との接続部における偏波方向と、その他端と前記第２の出力部との接続部における偏波方向が略９０度異なるループ状の導波手段を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - 請求項３に記載の波長変換回路において、
前記導波手段は１本の偏波保持光ファイバを含み、前記一端に対して前記他端が略９０度、その軸方向を中心としてねじられて、その両端を前記第１および第２の出力部に接続されたことを特徴とする波長変換回路。 - 請求項３に記載の波長変換回路において、
前記導波手段は、
２本の偏波保持光ファイバを相互接続する手段であって、その接続部を通過する光の偏波面の向きを略９０度回転させる回転接続手段と、
前記第１の出力部と前記回転接続手段の間に接続される第１の偏波保持光ファイバと、
前記第２の出力部と前記回転接続手段の間に接続される第２の偏波保持光ファイバと
を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - ＣＷ光を分岐する分波手段と、前記分岐されたＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される第１および第２の出力部を有する合波手段と、信号光を前記第１の光増幅手段に入射する手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、
前記第１の出力部から前記第２の出力部に、および前記第２の出力部から前記第１の出力部に、前記出力光を伝搬して入射させるループ状の導波手段と、
前記導波手段の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを調整して略９０度回転させる偏波調整手段と
を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - 請求項６に記載の波長変換回路において、
前記導波手段は、
前記第１の出力部と前記偏波調整手段の間に接続される第１のシングルモード光ファイバと、
前記第２の出力部と前記偏波調整手段の間に接続される第２のシングルモード光ファイバと
を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - ＣＷ光を分岐する分波手段と、信号光と前記分岐されたＣＷ光を合波する第１の合波手段と、前記第１の合波手段からの前記ＣＷ光および前記分岐されたＣＷ光のうち別のＣＷ光を増幅する第１および第２の光増幅手段と、前記第１および第２の光増幅手段による増幅光を合波した出力光が出射される出力部を有する第２の合波手段とを備え、前記ＣＷ光の波長に前記信号光を重畳する位相変調型の波長変換回路において、
前記出力部から出射される光を導波する手段であって、前記光の偏波面の向きを略９０度回転させて前記出力部に再入射させる導波手段を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - 請求項８に記載の波長変換回路において、
前記導波手段は、
前記出力部に一端を接続された導波路と、
前記導波路の途中に設けられており、通過する光の偏波面の向きを略４５度回転させるλ／４波長板と、
前記λ／４波長板の後段に設けられており、前記λ／４波長板を通過した光のうち前記ＣＷ光と略同一波長の光を選択的に反射して、前記λ／４波長板に入射させる反射手段と
を備えたことを特徴とする波長変換回路。 - 請求項９に記載の波長変換回路において、
前記反射手段をグレーティングとしたことを特徴とする波長変換回路。
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