JP3625932B2 - 波長変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光装置、より詳細には半導体光増幅器を用いた波長変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長変換装置は、第１の光波によって搬送されるデータを、光信号の経路指定が波長の値に依存する電気通信網内の届けられるべき特定の受信器の関数としてその波長が選択される第２の光波に移すために、“マルチカラー”電気通信網における使用に意図されている。
【０００３】
米国特許第５，２６４，９６０号は、半導体光増幅器における“クロスオーバ利得飽和現象”を利用した波長変換装置を提起している。この増幅器は、データを搬送できるような形で、例えば、バイナリ信号の形式で強度変調された波長λｐ の一次光波または“ポンプ（ｐｕｍｐ）”光波、および、そのポンプ波によって搬送されるデータが伝達されるべき波長λｓ の二次光波または“プローブ（ｐｒｏｂｅ ）”光波を受光する。バイナリ状態の“１”を表すポンプ波のハイレベルの強度は、上記の飽和現象により、プローブ波を増幅するためにその半導体光増幅器で使用できる電子担体の数を減少させ、それによって、プローブ波に関する光増幅器の利得を低減させる。プローブ波の増幅はポンプ波の強度の変動と反比例して変化するので、一定強度のプローブ波を光増幅器に供給し、光増幅器の出口でポンプ波と同一のデータを搬送するプローブ波を得ることが可能である。しかし、光増幅器から放出されるバイナリ状態の“０”を表すプローブ波の強度のローレベルはゼロではなく、また、それはバイナリデータ転送速度の増加とともに上昇する傾向があるので、結果的にコントラストを弱めることになる。すなわち、プローブ波におけるバイナリ状態の“０”を表すローレベルの強度とバイナリ状態の“１”を表すハイレベルの強度との間の比（この効果は“消光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）”としても公知である）を減少させることになる。高データ転送速度（通常、２．５ギガビット／秒以上）ではコントラストを向上させることが望ましく、そして、クロスオーバ利得飽和を利用する代わりに、光増幅器のポンプ波の強度の変動によって誘起されるプローブ波の移相（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ）を利用する波長変換装置が提起されている。このようにプローブ波の移相を利用した波長変換装置は、例えば、“ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ”（Ｖｏｌ．６， Ｎｏ．１， Ｊａｎｕａｒｙ １９９４、 ｐｐ．５３−５５）および“Ｔｗｅｎｔｉｅｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， Ｐｏｓｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ”（ｐ．６７）に記載されており、後者はマッハ・ツェンダー干渉計またはマイケルソン干渉計を利用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、消光比はクロスオーバ利得飽和現象を利用した公知の波長変換装置に比べて改善されるが、残念ながら光学パスバンドは狭くなり、さらに、上記文献に記載された波長変換装置は干渉光束間の光路長差の精確な制御（波長の１０分の１以内）を要する。従って、このような波長変換装置の実施は難しい。
【０００５】
よって、本発明は改良された波長変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２個の半導体光増幅器を含む、改良型波長変換装置を提供する。本装置は、波長λｐ の入射ポンプ波ビームによって搬送されるデータを波長λｓ のプローブ波に移すことを意図している。本発明は、本装置が、入射ポンプ波ビームを二次ポンプ波ビームに分割し、各二次ポンプ波ビームを前記光増幅器の各々に注入するための手段を含むこと、および、前記光増幅器が、本装置の出力で前記情報を搬送するプローブ波を得るために、光増幅器の各々が関係する二次ポンプ波ビームに関するクロスオーバ利得飽和現象によってそれらの強度を変調するように、プローブ波の光路上に直列に配置されることを特徴とする。それにより、本発明は、その波長変換装置の出力において、独立して用いた前記光増幅器のいずれかによって得られるはずの消光比に比べて改善された消光比を有するプローブ波を付与する。さらに詳しく言えば、アイソレーションにおいて使用される光増幅器の出力におけるプローブ波の消光比をηとすれば、本発明に従って直列に接続されたＮ個の同一の光増幅器を含む波長変換装置の出力における消光比は、まず得られた近似の結果によれば、ηＮ に等しい。
【０００７】
本発明の１つの実施の形態では、ポンプ波の二次ビームのうちの少なくとも１つが、プローブ波の伝搬方向とは反対の伝搬方向で関係する光増幅器に供給される。好ましくは、本装置は、プローブ波ビームの伝搬方向と反対の伝搬方向で二次ポンプ波ビームを受光する光増幅器の出口に二次ポンプ波ビームの光路上に置かれた光アイソレータを含み、前記光アイソレータは前記プローブ波ビームを通過させる一方、前記二次ポンプ波ビームを抑止するように構成されている。
【０００８】
本発明の１つの実施の形態では、光増幅器の全部がプローブ波の伝搬方向と反対の伝搬方向で関係するポンプ波二次ビームを受光する。
【０００９】
好ましくは、本装置は、モノリシック構造物またはハイブリッド構造物に集積される。用語“モノリシック構造物”とは各種構成要素が１個の共通の基板上に作られている構造物を示すために用い、用語“ハイブリッド構造物”とは各種構成要素が組み立てられている１個の共通の支持材を含む構造物を示すために用いられる。
【００１０】
好ましくは、本装置は、光増幅器の各々に供給されるプローブ波ビームの強度が同一のピーク振幅を有するように、プローブ波ビームが連続して通過する２個の光増幅器間のプローブ波ビームの光路上に置かれた減衰器を含む。
【００１１】
好ましくは、本装置は、二次ポンプ波ビームの光路上に配置された１つ以上の遅延線を含み、前記遅延線は、前記二次ポンプ波ビームの各々によって搬送されるデータがプローブ波によって搬送されるデータと同期して関係する光増幅器に到達するように構成されている。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態では、本装置は、光増幅器の出口にプローブ波の光路上に配置された１個以上のフィルタを含み、前記フィルタは、プローブ波を通過させる一方、ポンプ波を抑止するように選択された選択度を有する。
【００１３】
本発明の１つの実施の形態では、本装置は、前記データが移されるプローブ波に応じた一定の強度のプローブ波を放出するように適応された光源を含む。
【００１４】
好ましくは、前記データは１０ギガビット／秒以上の転送速度によるバイナリ信号である。
【００１５】
本発明の他の特徴および利益は、以下に述べる本発明の３つの実施の形態の非限定的な詳細な説明を読み、添付図面を参照することによって明らかとなるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示す本発明の装置は、各場合において、２個の半導体光増幅器を有する。当然ながら、本発明は、（２以上の）任意の数Ｎの半導体光増幅器を含む装置に対して容易に敷衍できる。
【００１７】
図１に示した波長変換装置１００は、それ自体は同一かつ公知である２個の半導体光増幅器１０１および１０２を使用している。装置１００はその入力で波長λｐ のポンプ波１０３を受光するが、そのポンプ波は、データを搬送できるように、例えば、一般に１０ギガビット／秒以上の高データ転送速度のバイナリ信号の形式で、強度変調されている。例えば、光ファイバによる従来の方法で装置１００に伝送されるポンプ波１０３は、第１の電気通信ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の放出体から来るものとしてよい。装置１００は、その出力において、波長λｐ とは異なる波長λｓ のプローブ波１０４を放出し、以後このプローブ波が前記データを搬送する。プローブ波１０４は、例えば前記第１のＬＡＮと相互接続するために第２のＬＡＮの受信体に向けて発せられ、プローブ波１０４の経路指定はその波長λｓ によって決定される。プローブ波１０４は、それ自体公知の方法で、装置１００から光ファイバによって第２のＬＡＮに伝送される。
【００１８】
入射ポンプ波ビーム１０３は等しい振幅の２つの二次ビーム１０６および１０７に分割され、それらは、以下に詳述するように、それぞれの半導体光増幅器１０１および１０２に注入される。より詳しく言えば、ポンプ波１０３が伝搬する光ファイバは方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ ）１０５の２つの光路のうちの一方の入力に接続されており、二次ビーム１０６および１０７は結合器１０５の２つの出力光路でそれぞれピックアップされる。二次ビーム１０６および１０７は、当業者には公知のいずれかの手段、例えば、光ファイバまたは光導波路によって光増幅器１０１および１０２に伝送される。一般的に言って、装置１００の各種光学構成要素は、本装置が個別光学構成要素の組立品として構成されている場合には光ファイバにより、また、構成要素がモノリシックまたはハイブリッドである構造物に集積されている場合には光導波路により、いずれかによって相互接続されている。従来通りの遅延線１１８が、以下に詳述するように、二次ビーム１０６および１０７の一方の光路上に挿入されている。
【００１９】
一定の強度であり、かつ、波長λｓ のプローブ波１０８は、従来通りの設計の光源１０９によって放出され、プローブ波１０８の光路上に直列接続されている２個の半導体光増幅器１０１および１０２を連続して通過する。
【００２０】
プローブ波１０８および関係するポンプ波の二次ビーム１０６は、光路の一方が光増幅器１０１に接続された出力を有する、プローブ波１０８およびポンプ波二次ビーム１０６を受光する２つの入力光路を有する方向性結合器１１０を介して、光増幅器１０１に注入される。光増幅器１０１は増幅されたポンプ波１１１および変調されたプローブ波１１２により構成される出力ビームを供給する。光増幅器１０１は、入射プローブ波が、クロスオーバ利得飽和現象によって、入射ポンプ波の強度に依存する利得で増幅されるように、当業者にとって公知の方式で設計されている。
【００２１】
波長λｓ に合わせて調整された従来通りのフィルタ１１３は、変調プローブ波１１２を独立して光増幅器１０２に向けて通過させる一方、増幅ポンプ波１１１を抑止するために、光増幅器１０１から入力するビームの光路上に配置されている。
【００２２】
本発明に従えば、光増幅器１０２は変調プローブ波１１２の光路上に配置されている。この光増幅器１０２は、他方の光増幅器１０１によって受光されるポンプ波二次ビーム１０６と同じポンプ波の入射ビーム１０３に由来するポンプ波の二次ビーム１０７も、その入力で受光する。さらに正確に言えば、方向性結合器１１４は、一方の光路で変調プローブ波１１２を受光し、他方の光路でポンプ波の二次ビーム１０７を受光する入力を有する。光路の一方は光増幅器１０２へ接続された出力を有しており、この光増幅器は増幅されたポンプ波１１５および変調されたプローブ波１１６を供給する。
【００２３】
波長λｓ に設定されたフィルタ１１７は、増幅ポンプ波１１５を抑止し、変調プローブ波１１６のみを通過させ装置１００から放出させるために、光増幅器１０２から来るビームの光路上に配置されている。参照符号１０４はフィルタ１１７の出力におけるプローブ波を示す。光増幅器１０１の出力におけるプローブ波の消光比を示すためにηを用いれば、装置１００全体の出力におけるプローブ波１０４の消光比は、まず得られた近似の結果によれば、η２ に等しい。Ｎ段であれば、その消光比は同じく近似によりηＮ である。
【００２４】
プローブ波１０８が光増幅器１０１を通過すると、それは増幅される。それ故、光増幅器１０２に供給される時の変調プローブ波１１２のピーク強度が光増幅器１０１に供給されたプローブ波１０８のピーク強度と同じであるようにするために、光増幅器１０１から来る変調プローブ波１１２の光路上に従来通りの減衰器１２１が配置されている。ポンプ波の二次ビーム１０７の光路上に配置された遅延線１１８は、ポンプ波の二次ビーム１０７によって搬送されるデータが、光増幅器１０２に供給される変調プローブ波１１２によって搬送されるデータと同期して到達するように、光増幅器１０１および各種構成要素を通過するプローブ波１０８に関係する遅延を考慮して選択されている。
【００２５】
装置１００において、ポンプ波およびプローブ波は、光増幅器１０１および１０２の各々を同一方向に、“同方向伝搬”機器構成により伝搬する。
【００２６】
図２に示すような別の実施の形態では、ポンプ波およびプローブ波が光増幅器の各々を反対方向に、“対向伝搬”機器構成により伝搬する、波長変換装置２００を実施することが可能である。
【００２７】
装置２００は、ポンプ波２０３を受光し、それを上述の装置１００と同様の方法で方向性結合器２０５によって二次ビーム２０６および２０７に分割する。
【００２８】
光源２０９によって放出された一定強度のプローブ波２０８は、光増幅器２０１に直接注入される。光増幅器２０１は変調されたプローブ波２１２をその出力端で放出する。光増幅器２０１は、光増幅器２０１から放出された変調プローブ波２１２を回収し、かつ、プローブ波２０８の方向とは反対の伝搬方向で前記ポンプ波の二次ビーム２０６を注入するように構成されている、方向性結合器２１０の光路の一方と接続されている。方向性結合器２１０はその入力で二次ビーム２０６を受光する光路を有する一方、方向性結合器２１０の他方の光路は、光増幅器２０１から放出された変調プローブ波２１２をその入力で受光し、その出力では変調プローブ波２１２を光増幅器２０２へ供給する。本発明に従えば、この光増幅器２０２は、光増幅器２０１から来る変調プローブ波２１２の光路上に配置されている。光増幅器２０２は、変調プローブ波２１２の方向とは反対の伝搬方向でポンプ波の二次ビーム２０７を受光する。ポンプ波の二次ビーム２０７は、方向性結合器２１４を経て光増幅器２０２に注入される。この方向性結合器２１４は、その入力でポンプ波の二次ビーム２０７を受光する光路を有する一方、その他方の光路は光増幅器２０２から来る変調プローブ波２１６を受光する入力を有する。従来通りの遅延線２１８は、ポンプ波の二次ビーム２０７によって搬送されるデータが光増幅器２０２に供給される変調プローブ波２１２によって搬送されるデータと同期して到達するように、光増幅器２０１および各種光学構成要素を通過するプローブ波２０８に関係する遅延を補償するために、二次ビーム２０７の光路上に配置されている。装置２００から放出される変調プローブ波は２０４で参照している。
【００２９】
光増幅器２０１および２０２の各々に供給されるプローブ波のピーク振幅が同一であるようにするために、変調プローブ波２１２の光路上に従来通りの減衰器２２１が配置されている。
【００３０】
装置２００は、上述の装置１００に対して、光増幅器２０１に向かう光増幅器２０２から生じるポンプ波を抑止するためのフィルタの代わりに光アイソレータ２２０を使用可能にするという利点を有する。従来通りの光アイソレータ２２０は、光増幅器２０１から生じるプローブ波２１２の伝搬方向では透過性であるが、光増幅器２０２から生じるポンプ波ビームの伝搬に対応する反対方向の伝搬については非透過性である。光アイソレータすなわち受動構成要素を使用することによって、フィルタすなわち能動構成要素の使用に比べて、所望の波長を設定するためにいずれの調整制御装置も必要としないという特定の利益が得られる。
【００３１】
図３に示す波長変換装置３００は、２個の同一の光増幅器３０１および３０２を有しており、“同方向伝搬”機器構成および“対向伝搬”機器構成を組み合わせている。装置３００は、前述の実施の形態と同様にして方向性結合器３０５によって２つの二次ポンプ波３０６および３０７に分割される、ポンプ波３０３をその入力で受光する。
【００３２】
光源３０９は、光増幅器３０１に直接供給される一定強度のプローブ波３０８を放出する。ポンプ波の二次ビーム３０６は、前述の実施の形態の結合器２１０と同様に接続されている方向性結合器３１０を介してプローブ波３０８の伝搬方向と反対方向で、光増幅器３０１に注入される。光増幅器３０２は光増幅器３０１から来る変調プローブ波３１２の光路上に接続されている。方向性結合器３１４は、変調プローブ波３１２およびポンプ波の二次ビーム３０７の両者を同一方向で光増幅器３０２に注入するために使用されている。より正確に言えば、方向性結合器３１４は、その入力で変調プローブ波３１２を受光する一方の光路および、ポンプ波の二次ビーム３０７を受光するもう１つの光路を有しており、方向性結合器３１４の光路の一方は光増幅器３０２に接続された出力を有する。
【００３３】
フィルタ３１３は、ポンプ波を抑止し、かつ、参照符号３０４で示した変調プローブ波のみを装置３００の出力端に供給するために、光増幅器３０２から来るビームの光路上に配置されている。減衰器３２１は、光増幅器３０２に供給されるプローブ波のピーク振幅が光増幅器３０１に供給されるプローブ波３０８のピーク振幅と同じであるようにするために、光増幅器３０１から放出された変調プローブ波３１２の光路上に配置されている。遅延線３１８は、光増幅器３０１および各種構成要素を通過することによる遅延を考慮して、ポンプ波の二次ビーム３０７によって搬送されるデータを変調プローブ波３１２によって搬送されるデータと同期化させるために、ポンプ波の二次ビーム３０７の光路上に配置されている。
【００３４】
装置３００は、好ましくはモノリシック構造物内に集積されるが、フィルタ３１３は光増幅器３０２の出力端に個別構成要素として具備してもよい。
【００３５】
図４および図５は、シュミレーションによって得られた結果を示す。図４は、強度Ｉｐ のポンプ波が（ポンプ波の消光比は３０ ｄＢ以上）入力に注入された際の、本発明の（図２によって説明した種類の２段“対向伝搬”機器構成における）装置のシュミレーション応答を示す。比較のため、単一の光増幅器のみを使用した公知の波長変換装置の出力におけるプローブ波の強度をｉｓ とし、本発明の装置から得られるプローブ波の強度をＩｓ としている。ポンプ波の全パワーが１個の光増幅器のみを用いた公知の波長変換装置のそれの２倍であるとは言え、本発明によってプローブ波の消光比が５．２ ｄＢから１０．６ｄＢとなることがわかるはずである。しかし、ポンプ波の全パワーが１個の光増幅器のみを用いた従来通りの機器構成の波長変換装置のそれと同一であっても、複数の光増幅器を用いた本発明の機器構成は消光比を少なくとも２ｄＢは改善させる。
【００３６】
図５は、バイナリ信号を搬送するために変調され、わずか６ｄＢの消光比を有する強度Ｉｐ のポンプ波を受光する、本発明に従った３段波長変換装置のシュミレーション結果を示している。比較のため、１個の光増幅器のみを用いた従来通りの波長変換装置に関するプローブ波の強度をｉｓ で示し、本発明の波長変換装置から放出されるプローブ波の強度をＩｓ として示す。本発明の装置により、その入射ポンプ波によって搬送されるデータにおいてさらに３ｄＢ大きいコントラストを付与できることがわかるはずである。
【００３７】
図６および図７は、図２によって説明した種類の実施の形態による実験結果を組み合わせたものである。図示の通り、ポンプ波は、この場合、λｐ ＝１５５３ｎｍのＤＦＢ型レーザによって生成され、このλは疑似ランダムディジタル信号を搬送するために強度変調された。この場合、プローブ波はλｓ ＝１５４０ｎｍであるＤＦＢ型レーザによって生成された。図６は、ポンプ波のパワーが７００メガビット／秒の転送速度においてどのように変化したかを示している。図７は、消光比が７．２ｄＢの場合について、装置の出力におけるプローブ波のパワーＰｓ の様子を示す。比較のため、消光比が４．１４ｄＢの場合について、１段のみを有する従来通りの波長変換装置による出力プローブ波のパワーｐｓ の様子も示す。曲線ｐｓ´は、１段のみを有する従来通りの波長変換装置であるが、ポンプ波のパワーが２段を有する本発明の波長変換装置のポンプ波入射ビームのパワーと等しい場合のプローブ波のパワーの様子を示しており、本発明はやはり消光比において優れている（６．０６ ｄＢに対して７．２ ｄＢ）。
【００３８】
【発明の効果】
結論として、本発明は、データ転送速度と得られる消光比との間で妥協することなく、プローブ波の消光比における明白な改善を得ることを可能にする。本発明の装置はまた、光路長差の精確な制御を不要にするという点で、従来技術で提起された干渉計よりも頑強である。同じ理由で、加えて半導体光増幅器における波の位相速度が一般にその波の偏光に依存するということを考慮すれば、プローブ波における偏光に対する本発明の過敏性は、マッハ・ツェンダー干渉計またはマイケルソン干渉計を利用した公知の波長変換装置の過敏性と比べて、さほど重大ではない。さらに、本発明では、光学パスバンドは、プローブ波の移相を利用した公知の波長変換装置で用いられている干渉計のパスバンドによってではなく、光増幅器のパスバンドによってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を成す装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を成す装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を成す装置のブロック図である。
【図４】シュミレーションによって得られた結果を示すグラフである。
【図５】シュミレーションによって得られた結果を示すグラフである。
【図６】本発明の装置を用いて実験により得られた対応する結果を示すグラフである。
【図７】本発明の装置を用いて実験により得られた対応する結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１００ 波長変換装置
１０１，１０２ 半導体光増幅器
１０３ 入射ポンプ波
１０４ 出力プローブ波
１０５ 方向性結合器
１０６，１０７ ポンプ波の二次ビーム
１０８ プローブ波
１０９ 光源
１１０ 方向性結合器
１１１ 増幅されたポンプ波
１１２ 変調されたプローブ波
１１３ フィルタ
１１４ 方向性結合器
１１５ 増幅されたポンプ波
１１６ 変調されたプローブ波
１１７ フィルタ
１１８ 遅延線
１２１ 減衰器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光装置、より詳細には半導体光増幅器を用いた波長変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長変換装置は、第１の光波によって搬送されるデータを、光信号の経路指定が波長の値に依存する電気通信網内の届けられるべき特定の受信器の関数としてその波長が選択される第２の光波に移すために、“マルチカラー”電気通信網における使用に意図されている。
【０００３】
米国特許第５，２６４，９６０号は、半導体光増幅器における“クロスオーバ利得飽和現象”を利用した波長変換装置を提起している。この増幅器は、データを搬送できるような形で、例えば、バイナリ信号の形式で強度変調された波長λｐ の一次光波または“ポンプ（ｐｕｍｐ）”光波、および、そのポンプ波によって搬送されるデータが伝達されるべき波長λｓ の二次光波または“プローブ（ｐｒｏｂｅ ）”光波を受光する。バイナリ状態の“１”を表すポンプ波のハイレベルの強度は、上記の飽和現象により、プローブ波を増幅するためにその半導体光増幅器で使用できる電子担体の数を減少させ、それによって、プローブ波に関する光増幅器の利得を低減させる。プローブ波の増幅はポンプ波の強度の変動と反比例して変化するので、一定強度のプローブ波を光増幅器に供給し、光増幅器の出口でポンプ波と同一のデータを搬送するプローブ波を得ることが可能である。しかし、光増幅器から放出されるバイナリ状態の“０”を表すプローブ波の強度のローレベルはゼロではなく、また、それはバイナリデータ転送速度の増加とともに上昇する傾向があるので、結果的にコントラストを弱めることになる。すなわち、プローブ波におけるバイナリ状態の“０”を表すローレベルの強度とバイナリ状態の“１”を表すハイレベルの強度との間の比（この効果は“消光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）”としても公知である）を減少させることになる。高データ転送速度（通常、２．５ギガビット／秒以上）ではコントラストを向上させることが望ましく、そして、クロスオーバ利得飽和を利用する代わりに、光増幅器のポンプ波の強度の変動によって誘起されるプローブ波の移相（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ）を利用する波長変換装置が提起されている。このようにプローブ波の移相を利用した波長変換装置は、例えば、“ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ”（Ｖｏｌ．６， Ｎｏ．１， Ｊａｎｕａｒｙ １９９４、 ｐｐ．５３−５５）および“Ｔｗｅｎｔｉｅｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， Ｐｏｓｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ”（ｐ．６７）に記載されており、後者はマッハ・ツェンダー干渉計またはマイケルソン干渉計を利用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、消光比はクロスオーバ利得飽和現象を利用した公知の波長変換装置に比べて改善されるが、残念ながら光学パスバンドは狭くなり、さらに、上記文献に記載された波長変換装置は干渉光束間の光路長差の精確な制御（波長の１０分の１以内）を要する。従って、このような波長変換装置の実施は難しい。
【０００５】
よって、本発明は改良された波長変換装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２個の半導体光増幅器を含む、改良型波長変換装置を提供する。本装置は、波長λｐ の入射ポンプ波ビームによって搬送されるデータを波長λｓ のプローブ波に移すことを意図している。本発明は、本装置が、入射ポンプ波ビームを二次ポンプ波ビームに分割し、各二次ポンプ波ビームを前記光増幅器の各々に注入するための手段を含むこと、および、前記光増幅器が、本装置の出力で前記情報を搬送するプローブ波を得るために、光増幅器の各々が関係する二次ポンプ波ビームに関するクロスオーバ利得飽和現象によってそれらの強度を変調するように、プローブ波の光路上に直列に配置されることを特徴とする。それにより、本発明は、その波長変換装置の出力において、独立して用いた前記光増幅器のいずれかによって得られるはずの消光比に比べて改善された消光比を有するプローブ波を付与する。さらに詳しく言えば、アイソレーションにおいて使用される光増幅器の出力におけるプローブ波の消光比をηとすれば、本発明に従って直列に接続されたＮ個の同一の光増幅器を含む波長変換装置の出力における消光比は、まず得られた近似の結果によれば、ηＮ に等しい。
【０００７】
本発明の１つの実施の形態では、ポンプ波の二次ビームのうちの少なくとも１つが、プローブ波の伝搬方向とは反対の伝搬方向で関係する光増幅器に供給される。好ましくは、本装置は、プローブ波ビームの伝搬方向と反対の伝搬方向で二次ポンプ波ビームを受光する光増幅器の出口に二次ポンプ波ビームの光路上に置かれた光アイソレータを含み、前記光アイソレータは前記プローブ波ビームを通過させる一方、前記二次ポンプ波ビームを抑止するように構成されている。
【０００８】
本発明の１つの実施の形態では、光増幅器の全部がプローブ波の伝搬方向と反対の伝搬方向で関係するポンプ波二次ビームを受光する。
【０００９】
好ましくは、本装置は、モノリシック構造物またはハイブリッド構造物に集積される。用語“モノリシック構造物”とは各種構成要素が１個の共通の基板上に作られている構造物を示すために用い、用語“ハイブリッド構造物”とは各種構成要素が組み立てられている１個の共通の支持材を含む構造物を示すために用いられる。
【００１０】
好ましくは、本装置は、光増幅器の各々に供給されるプローブ波ビームの強度が同一のピーク振幅を有するように、プローブ波ビームが連続して通過する２個の光増幅器間のプローブ波ビームの光路上に置かれた減衰器を含む。
【００１１】
好ましくは、本装置は、二次ポンプ波ビームの光路上に配置された１つ以上の遅延線を含み、前記遅延線は、前記二次ポンプ波ビームの各々によって搬送されるデータがプローブ波によって搬送されるデータと同期して関係する光増幅器に到達するように構成されている。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態では、本装置は、光増幅器の出口にプローブ波の光路上に配置された１個以上のフィルタを含み、前記フィルタは、プローブ波を通過させる一方、ポンプ波を抑止するように選択された選択度を有する。
【００１３】
本発明の１つの実施の形態では、本装置は、前記データが移されるプローブ波に応じた一定の強度のプローブ波を放出するように適応された光源を含む。
【００１４】
好ましくは、前記データは１０ギガビット／秒以上の転送速度によるバイナリ信号である。
【００１５】
本発明の他の特徴および利益は、以下に述べる本発明の３つの実施の形態の非限定的な詳細な説明を読み、添付図面を参照することによって明らかとなるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示す本発明の装置は、各場合において、２個の半導体光増幅器を有する。当然ながら、本発明は、（２以上の）任意の数Ｎの半導体光増幅器を含む装置に対して容易に敷衍できる。
【００１７】
図１に示した波長変換装置１００は、それ自体は同一かつ公知である２個の半導体光増幅器１０１および１０２を使用している。装置１００はその入力で波長λｐ のポンプ波１０３を受光するが、そのポンプ波は、データを搬送できるように、例えば、一般に１０ギガビット／秒以上の高データ転送速度のバイナリ信号の形式で、強度変調されている。例えば、光ファイバによる従来の方法で装置１００に伝送されるポンプ波１０３は、第１の電気通信ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）の放出体から来るものとしてよい。装置１００は、その出力において、波長λｐ とは異なる波長λｓ のプローブ波１０４を放出し、以後このプローブ波が前記データを搬送する。プローブ波１０４は、例えば前記第１のＬＡＮと相互接続するために第２のＬＡＮの受信体に向けて発せられ、プローブ波１０４の経路指定はその波長λｓ によって決定される。プローブ波１０４は、それ自体公知の方法で、装置１００から光ファイバによって第２のＬＡＮに伝送される。
【００１８】
入射ポンプ波ビーム１０３は等しい振幅の２つの二次ビーム１０６および１０７に分割され、それらは、以下に詳述するように、それぞれの半導体光増幅器１０１および１０２に注入される。より詳しく言えば、ポンプ波１０３が伝搬する光ファイバは方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ ）１０５の２つの光路のうちの一方の入力に接続されており、二次ビーム１０６および１０７は結合器１０５の２つの出力光路でそれぞれピックアップされる。二次ビーム１０６および１０７は、当業者には公知のいずれかの手段、例えば、光ファイバまたは光導波路によって光増幅器１０１および１０２に伝送される。一般的に言って、装置１００の各種光学構成要素は、本装置が個別光学構成要素の組立品として構成されている場合には光ファイバにより、また、構成要素がモノリシックまたはハイブリッドである構造物に集積されている場合には光導波路により、いずれかによって相互接続されている。従来通りの遅延線１１８が、以下に詳述するように、二次ビーム１０６および１０７の一方の光路上に挿入されている。
【００１９】
一定の強度であり、かつ、波長λｓ のプローブ波１０８は、従来通りの設計の光源１０９によって放出され、プローブ波１０８の光路上に直列接続されている２個の半導体光増幅器１０１および１０２を連続して通過する。
【００２０】
プローブ波１０８および関係するポンプ波の二次ビーム１０６は、光路の一方が光増幅器１０１に接続された出力を有する、プローブ波１０８およびポンプ波二次ビーム１０６を受光する２つの入力光路を有する方向性結合器１１０を介して、光増幅器１０１に注入される。光増幅器１０１は増幅されたポンプ波１１１および変調されたプローブ波１１２により構成される出力ビームを供給する。光増幅器１０１は、入射プローブ波が、クロスオーバ利得飽和現象によって、入射ポンプ波の強度に依存する利得で増幅されるように、当業者にとって公知の方式で設計されている。
【００２１】
波長λｓ に合わせて調整された従来通りのフィルタ１１３は、変調プローブ波１１２を独立して光増幅器１０２に向けて通過させる一方、増幅ポンプ波１１１を抑止するために、光増幅器１０１から入力するビームの光路上に配置されている。
【００２２】
本発明に従えば、光増幅器１０２は変調プローブ波１１２の光路上に配置されている。この光増幅器１０２は、他方の光増幅器１０１によって受光されるポンプ波二次ビーム１０６と同じポンプ波の入射ビーム１０３に由来するポンプ波の二次ビーム１０７も、その入力で受光する。さらに正確に言えば、方向性結合器１１４は、一方の光路で変調プローブ波１１２を受光し、他方の光路でポンプ波の二次ビーム１０７を受光する入力を有する。光路の一方は光増幅器１０２へ接続された出力を有しており、この光増幅器は増幅されたポンプ波１１５および変調されたプローブ波１１６を供給する。
【００２３】
波長λｓ に設定されたフィルタ１１７は、増幅ポンプ波１１５を抑止し、変調プローブ波１１６のみを通過させ装置１００から放出させるために、光増幅器１０２から来るビームの光路上に配置されている。参照符号１０４はフィルタ１１７の出力におけるプローブ波を示す。光増幅器１０１の出力におけるプローブ波の消光比を示すためにηを用いれば、装置１００全体の出力におけるプローブ波１０４の消光比は、まず得られた近似の結果によれば、η２ に等しい。Ｎ段であれば、その消光比は同じく近似によりηＮ である。
【００２４】
プローブ波１０８が光増幅器１０１を通過すると、それは増幅される。それ故、光増幅器１０２に供給される時の変調プローブ波１１２のピーク強度が光増幅器１０１に供給されたプローブ波１０８のピーク強度と同じであるようにするために、光増幅器１０１から来る変調プローブ波１１２の光路上に従来通りの減衰器１２１が配置されている。ポンプ波の二次ビーム１０７の光路上に配置された遅延線１１８は、ポンプ波の二次ビーム１０７によって搬送されるデータが、光増幅器１０２に供給される変調プローブ波１１２によって搬送されるデータと同期して到達するように、光増幅器１０１および各種構成要素を通過するプローブ波１０８に関係する遅延を考慮して選択されている。
【００２５】
装置１００において、ポンプ波およびプローブ波は、光増幅器１０１および１０２の各々を同一方向に、“同方向伝搬”機器構成により伝搬する。
【００２６】
図２に示すような別の実施の形態では、ポンプ波およびプローブ波が光増幅器の各々を反対方向に、“対向伝搬”機器構成により伝搬する、波長変換装置２００を実施することが可能である。
【００２７】
装置２００は、ポンプ波２０３を受光し、それを上述の装置１００と同様の方法で方向性結合器２０５によって二次ビーム２０６および２０７に分割する。
【００２８】
光源２０９によって放出された一定強度のプローブ波２０８は、光増幅器２０１に直接注入される。光増幅器２０１は変調されたプローブ波２１２をその出力端で放出する。光増幅器２０１は、光増幅器２０１から放出された変調プローブ波２１２を回収し、かつ、プローブ波２０８の方向とは反対の伝搬方向で前記ポンプ波の二次ビーム２０６を注入するように構成されている、方向性結合器２１０の光路の一方と接続されている。方向性結合器２１０はその入力で二次ビーム２０６を受光する光路を有する一方、方向性結合器２１０の他方の光路は、光増幅器２０１から放出された変調プローブ波２１２をその入力で受光し、その出力では変調プローブ波２１２を光増幅器２０２へ供給する。本発明に従えば、この光増幅器２０２は、光増幅器２０１から来る変調プローブ波２１２の光路上に配置されている。光増幅器２０２は、変調プローブ波２１２の方向とは反対の伝搬方向でポンプ波の二次ビーム２０７を受光する。ポンプ波の二次ビーム２０７は、方向性結合器２１４を経て光増幅器２０２に注入される。この方向性結合器２１４は、その入力でポンプ波の二次ビーム２０７を受光する光路を有する一方、その他方の光路は光増幅器２０２から来る変調プローブ波２１６を受光する入力を有する。従来通りの遅延線２１８は、ポンプ波の二次ビーム２０７によって搬送されるデータが光増幅器２０２に供給される変調プローブ波２１２によって搬送されるデータと同期して到達するように、光増幅器２０１および各種光学構成要素を通過するプローブ波２０８に関係する遅延を補償するために、二次ビーム２０７の光路上に配置されている。装置２００から放出される変調プローブ波は２０４で参照している。
【００２９】
光増幅器２０１および２０２の各々に供給されるプローブ波のピーク振幅が同一であるようにするために、変調プローブ波２１２の光路上に従来通りの減衰器２２１が配置されている。
【００３０】
装置２００は、上述の装置１００に対して、光増幅器２０１に向かう光増幅器２０２から生じるポンプ波を抑止するためのフィルタの代わりに光アイソレータ２２０を使用可能にするという利点を有する。従来通りの光アイソレータ２２０は、光増幅器２０１から生じるプローブ波２１２の伝搬方向では透過性であるが、光増幅器２０２から生じるポンプ波ビームの伝搬に対応する反対方向の伝搬については非透過性である。光アイソレータすなわち受動構成要素を使用することによって、フィルタすなわち能動構成要素の使用に比べて、所望の波長を設定するためにいずれの調整制御装置も必要としないという特定の利益が得られる。
【００３１】
図３に示す波長変換装置３００は、２個の同一の光増幅器３０１および３０２を有しており、“同方向伝搬”機器構成および“対向伝搬”機器構成を組み合わせている。装置３００は、前述の実施の形態と同様にして方向性結合器３０５によって２つの二次ポンプ波３０６および３０７に分割される、ポンプ波３０３をその入力で受光する。
【００３２】
光源３０９は、光増幅器３０１に直接供給される一定強度のプローブ波３０８を放出する。ポンプ波の二次ビーム３０６は、前述の実施の形態の結合器２１０と同様に接続されている方向性結合器３１０を介してプローブ波３０８の伝搬方向と反対方向で、光増幅器３０１に注入される。光増幅器３０２は光増幅器３０１から来る変調プローブ波３１２の光路上に接続されている。方向性結合器３１４は、変調プローブ波３１２およびポンプ波の二次ビーム３０７の両者を同一方向で光増幅器３０２に注入するために使用されている。より正確に言えば、方向性結合器３１４は、その入力で変調プローブ波３１２を受光する一方の光路および、ポンプ波の二次ビーム３０７を受光するもう１つの光路を有しており、方向性結合器３１４の光路の一方は光増幅器３０２に接続された出力を有する。
【００３３】
フィルタ３１３は、ポンプ波を抑止し、かつ、参照符号３０４で示した変調プローブ波のみを装置３００の出力端に供給するために、光増幅器３０２から来るビームの光路上に配置されている。減衰器３２１は、光増幅器３０２に供給されるプローブ波のピーク振幅が光増幅器３０１に供給されるプローブ波３０８のピーク振幅と同じであるようにするために、光増幅器３０１から放出された変調プローブ波３１２の光路上に配置されている。遅延線３１８は、光増幅器３０１および各種構成要素を通過することによる遅延を考慮して、ポンプ波の二次ビーム３０７によって搬送されるデータを変調プローブ波３１２によって搬送されるデータと同期化させるために、ポンプ波の二次ビーム３０７の光路上に配置されている。
【００３４】
装置３００は、好ましくはモノリシック構造物内に集積されるが、フィルタ３１３は光増幅器３０２の出力端に個別構成要素として具備してもよい。
【００３５】
図４および図５は、シュミレーションによって得られた結果を示す。図４は、強度Ｉｐ のポンプ波が（ポンプ波の消光比は３０ ｄＢ以上）入力に注入された際の、本発明の（図２によって説明した種類の２段“対向伝搬”機器構成における）装置のシュミレーション応答を示す。比較のため、単一の光増幅器のみを使用した公知の波長変換装置の出力におけるプローブ波の強度をｉｓ とし、本発明の装置から得られるプローブ波の強度をＩｓ としている。ポンプ波の全パワーが１個の光増幅器のみを用いた公知の波長変換装置のそれの２倍であるとは言え、本発明によってプローブ波の消光比が５．２ ｄＢから１０．６ｄＢとなることがわかるはずである。しかし、ポンプ波の全パワーが１個の光増幅器のみを用いた従来通りの機器構成の波長変換装置のそれと同一であっても、複数の光増幅器を用いた本発明の機器構成は消光比を少なくとも２ｄＢは改善させる。
【００３６】
図５は、バイナリ信号を搬送するために変調され、わずか６ｄＢの消光比を有する強度Ｉｐ のポンプ波を受光する、本発明に従った３段波長変換装置のシュミレーション結果を示している。比較のため、１個の光増幅器のみを用いた従来通りの波長変換装置に関するプローブ波の強度をｉｓ で示し、本発明の波長変換装置から放出されるプローブ波の強度をＩｓ として示す。本発明の装置により、その入射ポンプ波によって搬送されるデータにおいてさらに３ｄＢ大きいコントラストを付与できることがわかるはずである。
【００３７】
図６および図７は、図２によって説明した種類の実施の形態による実験結果を組み合わせたものである。図示の通り、ポンプ波は、この場合、λｐ ＝１５５３ｎｍのＤＦＢ型レーザによって生成され、このλは疑似ランダムディジタル信号を搬送するために強度変調された。この場合、プローブ波はλｓ ＝１５４０ｎｍであるＤＦＢ型レーザによって生成された。図６は、ポンプ波のパワーが７００メガビット／秒の転送速度においてどのように変化したかを示している。図７は、消光比が７．２ｄＢの場合について、装置の出力におけるプローブ波のパワーＰｓ の様子を示す。比較のため、消光比が４．１４ｄＢの場合について、１段のみを有する従来通りの波長変換装置による出力プローブ波のパワーｐｓ の様子も示す。曲線ｐｓ´は、１段のみを有する従来通りの波長変換装置であるが、ポンプ波のパワーが２段を有する本発明の波長変換装置のポンプ波入射ビームのパワーと等しい場合のプローブ波のパワーの様子を示しており、本発明はやはり消光比において優れている（６．０６ ｄＢに対して７．２ ｄＢ）。
【００３８】
【発明の効果】
結論として、本発明は、データ転送速度と得られる消光比との間で妥協することなく、プローブ波の消光比における明白な改善を得ることを可能にする。本発明の装置はまた、光路長差の精確な制御を不要にするという点で、従来技術で提起された干渉計よりも頑強である。同じ理由で、加えて半導体光増幅器における波の位相速度が一般にその波の偏光に依存するということを考慮すれば、プローブ波における偏光に対する本発明の過敏性は、マッハ・ツェンダー干渉計またはマイケルソン干渉計を利用した公知の波長変換装置の過敏性と比べて、さほど重大ではない。さらに、本発明では、光学パスバンドは、プローブ波の移相を利用した公知の波長変換装置で用いられている干渉計のパスバンドによってではなく、光増幅器のパスバンドによってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を成す装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を成す装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を成す装置のブロック図である。
【図４】シュミレーションによって得られた結果を示すグラフである。
【図５】シュミレーションによって得られた結果を示すグラフである。
【図６】本発明の装置を用いて実験により得られた対応する結果を示すグラフである。
【図７】本発明の装置を用いて実験により得られた対応する結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１００ 波長変換装置
１０１，１０２ 半導体光増幅器
１０３ 入射ポンプ波
１０４ 出力プローブ波
１０５ 方向性結合器
１０６，１０７ ポンプ波の二次ビーム
１０８ プローブ波
１０９ 光源
１１０ 方向性結合器
１１１ 増幅されたポンプ波
１１２ 変調されたプローブ波
１１３ フィルタ
１１４ 方向性結合器
１１５ 増幅されたポンプ波
１１６ 変調されたプローブ波
１１７ フィルタ
１１８ 遅延線
１２１ 減衰器
Claims (10)
- 少なくとも２個の半導体光増幅器（１０１，１０２；２０１，２０２；３０１，３０２）を含む、波長λｐ の入射ポンプ波ビーム（１０３；２０３；３０３）によって搬送されるデータを波長λｓ のプローブ波（１０８；２０８；３０８）に移すための波長変換装置（１００；２００；３００）であって、
前記装置が、入射ポンプ波ビームを二次ポンプ波ビームに分割し、各二次ポンプ波ビーム（１０６，１０７；２０６，２０７；３０６，３０７）を前記光増幅器（１０１，１０２；２０１，２０２；３０１，３０２）の各々に注入するための手段を含むこと、および、
前記光増幅器（１０１，１０２；２０１，２０２；３０１，３０２）が、前記装置の出力端で前記情報を搬送するプローブ波（１０４；２０４；３０４）を得るために、前記光増幅器の各々が関係する二次ポンプ波ビームに関するクロスオーバ利得飽和現象によってそれらの強度を変調するように、プローブ波の光路上に直列に配置される、
ことを特徴とする波長変換装置。 - 請求項１記載の装置（２００；３００）であって、
ポンプ波の二次ビームのうちの１つ（２０６，２０７；３０６）以上が、プローブ波の伝搬方向とは反対の伝搬方向で関係する光増幅器（２０１，２０２；３０１）に供給される、
ことを特徴とする装置。 - 請求項２記載の装置であって、
前記装置が、プローブ波ビームの伝搬方向と反対の伝搬方向で二次ポンプ波ビームを受光する光増幅器（２０２）の出口の所の二次ポンプ波ビームの光路上に配置されて、前記プローブ波ビームを通過させる一方、前記二次ポンプ波ビームを抑止する光アイソレータ（２２０）を含む、ことを特徴とする装置。 - 請求項２または３に記載の装置（２００）であって、
前記光増幅器（２０１、２０２）の全部がプローブ波の伝搬方向と反対の伝搬方向において関係するポンプ波二次ビームを受光する、ことを特徴とする装置。 - 請求項１から４のいずれかに記載の装置であって、
前記装置がモノリシック構造物またはハイブリッド構造物に集積されている、ことを特徴とする装置。 - 請求項１から５のいずれかに記載の装置であって、
前記装置が、光増幅器の各々に供給されるプローブ波ビームの強度が同一のピーク振幅を有するように、プローブ波ビームが連続して通過する前記２個の光増幅器（１０１，１０２；２０１，２０２；３０１９３０２）間のプローブ波ビームの光路上に置かれた減衰器を含む、ことを特徴とする装置。 - 請求項１から６のいずれかに記載の装置であって、
前記装置が、二次ポンプ波ビームの光路上に配置されており、前記二次ポンプ波ビームの各々によって搬送されるデータがプローブ波によって搬送されるデータと同期して関係する光増幅器に到達するように構成された、少なくとも１つの遅延線（１１８；２１８；３１８）を含む、ことを特徴とする装置。 - 請求項１から７のいずれかに記載の装置であって、
前記装置が、光増幅器（１０１）のその出口にプローブ波の光路上に配置された少なくとも１つのフィルタ（１１３）を含み、該フィルタは、プローブ波を通過させる一方、ポンプ波を抑止するように選択された選択度を有する、ことを特徴とする装置。 - 請求項１から８のいずれかに記載の装置であって、
前記装置が、前記データが移されるプローブ波に応じた一定の強度のプローブ波を放出するように適応された光源（１０９；２０９；３０９）を含む、ことを特徴とする装置。 - 請求項１から９のいずれかに記載の装置であって、
前記データが１０ギガビット／秒以上の転送速度によるバイナリ信号である、ことを特徴とする装置。
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