JP3663083B2 - 波長変換装置及びそれを用いた光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重を利用した光通信、光変換、光情報処理などの光伝送システムに用いる波長変換装置及びそれを用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の異なる波長の光信号を伝送する光伝送システムとして、前記複数の異なる波長の光信号を１本の光ファイバに結合して伝送する、波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）がある。前記ＷＤＭシステムでは、光伝送技術の高度化に伴ない、前記光ファイバを伝送する光信号の波長を異なる波長へと変換する、いわゆる波長変換が必要とされる。
【０００３】
図９は、ＷＤＭシステムにおける従来の波長変換の例を示すブロック図であって、１００１は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を伝播する被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、１００２は前記被変換波長光１００１が伝播する光ファイバ、１００３は変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源、１００４はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、１００５は前記ＣＷ変換波長入力光１００４が伝播する光ファイバ、１００６は前記被変換波長光１００１とＣＷ変換入波長力光１００４を合波する光カプラ、１００７は光ファイバ、１００８は半導体光増幅器、１００９は出力用光ファイバ、１０１０は増幅された被変換波長光、１０１１は前記ＣＷ変換波長入力光１００４が前記被変換波長光１００１によって逆相に変調された２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）である。
【０００４】
ＷＤＭシステムにおける前記波長変換では、図９に示すように、まず、光ファイバ１００２中を伝播する、波長が１５５５ｎｍで２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ被変換波長光１００１と、前記光源１００３から出力される、波長が１５６０ｎｍのＣＷ変換波長入力光１００４を、光カプラ１００６により合波する。前記光カプラ１００６で合波された前記被変換波長光１００１とＣＷ変換波長入力光１００４は光ファイバ１００７を伝播して半導体光増幅器１００８による相互利得変調（ＸＧＭ；cross gain modulation）を行い、前記ＣＷ変換波長入力光１００４を前記被変換波長光１００１の逆相に変調した、波長が１５６０ｎｍで２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光１０１１を得る。すなわち、前記被変換波長光１００１のオン信号は前記波長変換出力光１０１１のオフ信号となり、前記被変換波長光１００１のオフ信号は前記波長変換出力光１０１１のオン信号となる。
【０００５】
前記半導体光増幅器１００８で変調された波長変換出力光１０１１と前記増幅された被変換波長光１０１０は出力用光ファイバ１００９に出力される。
【０００６】
前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調は簡単な構成で、容易に、かつ効率良く波長変換を実現することができるため有望である（S.Chelles et al., IEEE Photonics Technology Letters, vol.9, pp.758, 1997 参照）。
【０００７】
図１０は、前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調を説明するための図であり、横軸は前記被変換波長光１００１の強度、縦軸は前記波長変換出力光１０１１の強度を示している。ここで、前記半導体光増幅器１００８には、例えばバルクのＩｎＧａＡｓＰ狭メサを活性層とし、ｐｎ接合による埋め込み構造を持つもの（T.Ito et al., IEICE Transactions on Electronics, Vol.E81-C, pp1237, 1998 参照）を利用し、注入電流は７５ｍＡとした。
【０００８】
前記半導体光増幅器１００８では、図１０に示すように、前記被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ（１ｍＷ）を越える時点で、前記波長変換出力光１０１１の強度が減少しはじめ、前記被変換波長光１００１の強度が１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）になると、前記波長変換出力光１０１１の強度が１０ｄＢ減少する。そのため、前記被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍの間で前記ＣＷ変換波長入力光１００４を変調させることにより、前記被変換波長光１００１と逆相の前記波長変換出力光１０１１を出力することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調の際に要求される前記被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍときわめて大きい。通常の光伝送システム（ＷＤＭシステム）で利用される光信号の強度は−１０ｄＢｍ〜０ｄＢｍ程度であるため、前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調を行うためには、別の半導体光増幅器もしくは光ファイバアンプを設けて前記被変換波長光１００１を０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍに増幅しなければならないという問題があった。
【００１０】
また、前記出力用光ファイバ１００９には、前記半導体光増幅器１００８で増幅された被変換波長光１０１０と前記波長変換出力光１０１１の異なる波長を持った２つの光信号が伝播するため、前記波長変換出力光１０１１の使用者（ユーザ）は、光信号用のバンドパスフィルタを用いて、不要な前記増幅された被変換波長光１０１０をカットしなければならない。そのため、前記波長変換出力光１０１１を利用するユーザは、比較的高価な前記バンドパスフィルタを設置しなければならないという問題があった。
【００１１】
また、設置した前記バンドパスフィルタが前記波長変換出力光１０１１のみを透過するように調整しなければならないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、半導体光増幅器による相互利得変調を行う波長変換装置において、入力信号光の強度を小さくすることが可能な技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、半導体光増幅器による相互利得変調を行う波長変換装置において、入力信号光と出力信号光の分離を容易にすることが可能な技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１６】
（１）所定波長の入力信号光と、前記入力信号光の波長と異なる別波長の光とを合波して第１の合波光を出力する光合波手段と、前記光合波手段で合波された第１の合波光を入力し、前記入力信号光の強度に応じて前記別波長の光の光強度増幅特性を変調し、前記入力信号光と前記変調された別波長の光とで構成される第２の合波光を出力する光増幅手段を具備する波長変換装置であって、前記第２の合波光の入力信号光を反射し、前記変調された別波長の光を透過する入力信号反射手段と、前記光増幅手段からの第２の合波光を前記入力信号反射手段に導波する光導波路を具備し、前記第２の合波光の入力信号光が前記光増幅手段に再度入力され、前記第１の合波光の入力信号光と同一ビットで重なるように前記光導波路の長さを設定するものである。
【００１７】
（２）前記手段（１）の波長変換装置において、前記入力信号反射手段は、特定波長の光信号を反射する光ファイバグレーティングである。
【００１８】
（３）前記手段（１）の波長変換装置において、前記入力信号反射手段は、特定波長の光信号を反射する誘電体多層膜フィルタである。
【００１９】
（４）前記手段（１）乃至（３）のいずれか１つの波長変換装置において、前記光増幅手段と前記入力信号反射手段との間に設けられる光伝送路の長さＬは、前記光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたときに、Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）である。
【００２０】
（５）光ファイバ中に伝送される複数波長の光が光分波手段で各波長光に分波され、前記光分波手段のそれぞれの出力端子に前記手段（１）乃至（４）のいずれか１つの波長変換装置がアレイ状に接続され、前記各波長変換装置の各々の出力光が光合波手段で合波されて光ファイバ中に伝送される光伝送システムである。
【００２１】
前記手段（１）は、クロック信号などの繰り返し信号の波長を変換する場合に有効である。
【００２２】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明による実施形態１の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１０１は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、１０２は前記被変換波長光１０１が伝播する光ファイバ、１０３は変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源、１０４はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、１０５は前記ＣＷ変換波長入力光１０４が伝播する光ファイバ、１０６は前記被変換波長光１０１とＣＷ変換波長入力光１０４を合波する光カプラ、１０７は光カプラ１０６の出力光を伝播する光ファイバ、１０８は半導体光増幅器または光ファイバアンプ、１０９は出力用光ファイバ、１１０は被変換波長光、１１１は前記ＣＷ変換波長入力光１０４が前記被変換波長光１０１によって逆相に変調された２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）、１１２は前記被変換波長光１１０を反射し、前記波長変換出力光１１１を透過する光ファイバグレーティングである。この光ファイバグレーティング１１２は、例えば光ファイバに紫外線を照射して、光の通るコアの屈折率を長手方向に周期的に変化させることにより、特定波長（Bragg波長）の光信号のみを反射させる。
【００２４】
本実施形態１の波長変換装置は、図１に示すように、被変換波長光１０１が伝播する光ファイバ１０２と、変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源１０３と、前記ＣＷ変換波長入力光１０４が伝播する光ファイバ１０５と、前記被変換波長光１０１とＣＷ変換波長入力光１０４を合波する光カプラ１０６と、光カプラ１０６の出力光を伝播する光ファイバ１０７と、半導体光増幅器（または光ファイバアンプ）１０８と、被変換波長光１１０を反射し、前記波長変換出力光１１１を透過する光ファイバグレーティング１１２と、出力用光ファイバ１０９を備えている。
【００２５】
この構成により前記半導体光増幅器１０８の相互利得変調を利用して、前記被変換波長光１０１が持つ２．５Ｇｂ／ｓの信号を異なる波長の前記波長変換出力光１１１にうつす、いわゆる波長変換が可能になる。
【００２６】
ここでの特徴は、前記被変換波長光１１０のみを折り返し、前記被変換波長光１１０を前記半導体光増幅器１０８において二重に利用することができるために、前記被変換波長光１１０に要求される光強度を理想的には３ｄＢ減少させることができること、また、前記出力用光ファイバ１０９に前記被変換波長光１１０が出力されるのを防ぐことができる２点である。
【００２７】
また、前記光ファイバグレーティング１１２に反射波長を制御する機能を持たせることもできる。これは光ファイバグレーティング１１２を加熱または物理的に伸張することで行う。
【００２８】
さらに別な構成としては、前記光ファイバグレーティング１１２を半導体導波路で作製し、前記半導体光増幅器１００８とモノリシック集積する方法もある（K.Sato et al., IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.3, no.2, pp250-255, 1997 参照）。この場合、反射させる光信号の波長の制御はグレーティング部分に注入する電流の量により行う。
【００２９】
図２は、前記半導体光増幅器１０８の一実施例の概略構成を示す図である。本実施例の半導体光増幅器１０８では、図２に示すように、素子長は１２００ミクロンで、うち活性層領域が６００ミクロン、両端のスポットサイズ変換領域ＳＳがそれぞれ３００ミクロンである。前記活性層領域は厚さ０．４ミクロンでバンドギャップ波長１．５５ミクロンのＩｎＧａＡｓＰバルク層、前記スポットサイズ変換領域ＳＳはバンドギャップ波長１．３ミクロン、出射先端部で厚さ０．２ミクロンの垂直テーパー層で形成している。０．５ミクロン幅のメサ形成はメタン／水素のドライエッチングを用い、ｐｎ層により埋め込んでいる。素子の両端面にはＳｉＯ2／ＴｉＯ2の多層膜により反射防止膜を形成し、平面ファイバを結合してモジュールにする。
【００３０】
典型的な静特性として、波長１５５５ｎｍ、−１０ｄＢｍの入力光に対し、注入電流０〜１０ｍＡで３０ｄＢ以上のファイバ間損失、２０ｍＡでファイバ間無損失、４０ｍＡで１０ｄＢの光増幅度が得られる。この半導体光増幅器１０８は本質的に偏波依存性が０．２ｄＢ以下と小さく、使用波長帯域が１５３０ｎｍ〜１６００ｎｍと、広いという優れた特徴を持つ。
【００３１】
前記半導体光増幅器１０８にＣＷ変換波長入力光１０４を入射すると、注入電流すなわちキャリアが光子に変換されるため前記ＣＷ変換波長入力光１０４は増幅される。ところがここに別の波長で、かつ変調された被変換波長光１０１を入射すると、前記被変換波長光１０１が「１」のとき（すなわち光がある場合）には前記被変換波長光１０１も増幅されるためキャリアが消費され、前記ＣＷ変換波長入力光１０４を増幅するためのキャリアが減少するために前記ＣＷ変換波長入力光１０４の増幅度が減少する。逆に前記被変換波長光１０１が「０」のとき（すなわち光がない場合）もとの増幅度を回復する。これは一般に相互利得変調と呼ばれる効果である。
【００３２】
図３は、前記光ファイバグレーティングの一実施例の概略構成を示す図である。
【００３３】
ゲルマニウム（Ｇｅ）を添加した石英（ＳｉＯ2）ガラスに紫外線を照射すると屈折率が上昇することが知られている。
【００３４】
光ファイバグレーティング（Fiber Bragg Grating：FBG）はこの現象を利用し、光ファイバのコア部の屈折率を一定の周期で変化させ、その周期Λと実効屈折率ｎeffに対応した波長（Bragg波長）λBの光を選択的に反射させる反射型光フィルタである。その波長特性形状の自由度は高く、紫外線照射条件や位相マスクパターンにより、バンド幅が０．１ｎｍと非常に狭帯域なものから数十ｎｍの広帯域なものまで作製可能である。
【００３５】
図４は、前記半導体光増幅器１０８の動作を説明するための図である。前記光ファイバ１０７から入射する前記被変換波長光１０１（行き信号）と前記光ファイバグレーティング１１２で反射されて一定時間後に戻ってくる被変換波長光１１０（帰り信号）の２つの変調信号によって前記ＣＷ変換波長光１０４を変調した結果が前記波長変換出力光１１１になる。このとき、前記被変換波長光１０１あるいは１１０の「０」は、前記波長変換出力光１１１の「１」に、前記被変換波長光１０１あるいは１１０の「１」は前記波長変換出力光１１１の「０」にと逆相に変調される。また、前記波長変換出力光１１１の斜線部分は前記被変換波長光１０１と１１０が一致しないことからくる時間ばらつき（ジッタ）で、これを１ビットの１０分の１以内にすることが要求される。
【００３６】
本発明は、図４から明らかなように、１回目の入力と２回目の入力が同一のビット情報であるものに限定される。
【００３７】
（実施形態２）
図５は、本発明による実施形態２の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、２０１は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、２０２は前記被変換波長光２０１が伝播する光ファイバ、２０３は変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源、２０４はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、２０５は前記ＣＷ変換波長入力光２０４が伝播する光ファイバ、２０６は前記被変換波長光２０１とＣＷ変換波長入力光２０４を合波する光カプラ、２０７は光ファイバ、２０８は半導体光増幅器あるいは光ファイバアンプ、２０９は出力用光ファイバである。
【００３８】
２１０は被変換波長光、２１１は前記ＣＷ変換波長入力光２０４が前記被変換波長光２０１によって逆相に変調された２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）、２１２は前記被変換波長光２１０を反射し、前記波長変換出力光２１１を透過する誘電体多層膜フィルタである。
【００３９】
前記誘電体多層膜フィルタ２１２は、例えば石英ガラスにＳｉＯ2やＴｉＯ2を蒸着して、伝播光の屈折率を長手方向に周期的に変化させることにより、特定波長（Bragg波長）の光信号のみを反射させるものである。
【００４０】
この構成により、前記半導体光増幅器２０８の相互利得変調を利用して、前記被変換波長光２０１が持つ２．５Ｇｂ／ｓの信号を異なる波長の前記波長変換出力光２１１にうつす、いわゆる波長変換が可能になる。ここでの特徴は、前記被変換波長光２１０のみを折り返し、前記被変換波長光２１０を前記半導体光増幅器２０８において二重に利用することができるために、前記被変換波長光２１０に要求される光強度を理想的には３ｄＢ減少させることができること、また、出力用光ファイバ２０９に前記被変換波長光２１０が出力されることを防ぐことができることの２点である。
【００４１】
また、前記誘電体多層膜フィルタ２１２に反射波長を制御する機能を持たせることもできる。これは前記誘電体多層膜フィルタ２１２の伝播光に対する角度を変えることで、等価的に多層膜の厚みを変化することで行う。
【００４２】
図６（ａ）は、前記誘電体多層膜フィルタ２１２の一実施例を示す図である。
【００４３】
誘電体多層膜フィルタ２１２では、低屈折率媒体であるＳｉＯ2と高屈折率媒体であるＴｉＯ2の層を交互に重ね、さらに各層の厚さを所望の波長の４分の１に設定した多層膜は所望の波長に対して高い反射率を持つ現象を利用している。
【００４４】
また、図６（ｂ）に示すように、誘電体多層膜フィルタ２１２を傾けることによって等価的に各層の厚さが厚く見える。前記誘電体多層膜フィルタ２１２は各層の厚みの４倍に対応した波長に対して高い反射率を持つので、各層が厚く見えることによって反射する波長を変えることができる。
【００４５】
また、前記光ファイバグレーティング１１２または誘電体多層膜フィルタ２１２として、前記波長変換出力光１１１，２１１のみを透過し、残りすべての波長を反射するものを使用することができる。このような構成をとると前記被変換波長光１０１，２０１の波長に係わらず、所望の波長変換出力光１１１，２１１の波長変換をすることができる。さらに、図７（ａ）に示すように、前記被変換波長光１０１，２０１として、例えばファブリペローレーザのような波長精度の緩い波長を用い、これを波長変換装置のＣＷ光源１０３，２０３の波長に波長変換できる。
【００４６】
これは、各ユーザの持つ安価な光源から発信された波長精度の緩い被変換波長光１０１，２０１を、図７（ｂ）に示すような、ＷＤＭ信号として使用できる波長精度の高い波長変換出力光１１１，２１１に直すことを意味する。
【００４７】
（実施形態３）
実際の波長変換装置においては、前記被変換波長光１１０，２１０の行きと帰りで異なるビット情報が前記半導体光増幅器１０８，２０８に入力される可能性がある。例えば、２．５Ｇｂ／ｓの信号の場合１ビットの間に要する時間は４００ｐｓとなるので、この間信号は光ファイバ中を１ビットあたり約８ｃｍ伝播する。これは光速の３×１０10ｃｍ／ｓを光ファイバの屈折率１．５で割り、４００ｐｓを掛けた値に等しい。今、波長変換に許容される時間ばらつき（ジッタ）を１ビットの１０分の１とすると、光信号が行きと帰りで４０ｐｓ、すなわち８ｍｍの伝播が許される。従って、前記半導体光増幅器１０８と光ファイバグレーティング１１２は位置的に４ｍｍ以下の距離にある必要がある。
【００４８】
より一般的には、前記半導体光増幅器１０８と光ファイバグレーティング１１２の間の位置的な距離Ｌ（ｍｍ）が、光導波路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記被変換波長光１０１の１ビットあたりに要する時間をｔ（秒）とした場合に、
【００４９】
【数１】
Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）
であることが必要になる。また、クロック信号や疑似ランダム（ＰＲＢＳ：pseudo random bit sequence）信号のように特定のビットまたはビット列を繰り返す特殊な光信号を波長変換する場合には、行きの信号と帰りの信号が同じになるようにＬ（ｍｍ）を調整することもできる。
【００５０】
（実施形態４）
図８は、本発明による実施形態４の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態３の光伝送システムは、図８に示すように、光ファイバ中に伝送される複数波長の光を各波長光に分波する光分波手段と、前記実施形態１の波長変換装置が前記光分波手段のそれぞれの出力端にアレイ状に接続され、前記各波長変換装置の出力光を合波する光合波手段を具備するものである。
【００５１】
図８において、３０１は入力用光ファイバ、３０２はアレイ導波路格子のような光分波器、３０３〜３０６は光ファイバ、３０７〜３１０は光カプラ、３１１〜３１４はＣＷ変換波長入力光を入力するための光ファイバ、３１５〜３１８は半導体光増幅器または光ファイバアンプ、３１９〜３２２は光ファイバグレーティングまたは誘電体多層膜フィルタ、３２３は波長変換出力光を合波するためのアレイ導波路格子のような光合波器、３２４は出力用光ファイバである。
【００５２】
前記入力用光ファイバ３０１には４波長のＷＤＭ多重された被変換波長光が入力される。この４波長は光分波器３０２によって光ファイバ３０３から３０６へと分波される。一方、光ファイバ３１１〜３１４からそれぞれの被変換波長光に対するＣＷ変換波長入力光が入射され、それぞれの被変換波長光とＣＷ変換波長光は光カプラ３０７〜３１０で合波され、半導体光増幅器３１５から３１８で相互利得変調による波長変換を行う。さらに光ファイバグレーティングあるいは誘電体多層膜フィルタ３１９〜３２２は前記被変換波長光のみを反射し、波長変換出力光を透過する。前記被変換波長光は、前記半導体光増幅器３１５〜３１８を２回通過することになるため、二重に利用することで効率が上がる。一方、それぞれの波長変換出力光は光合波器３２３で合波され、ＷＤＭ多重されて出力用光ファイバ３２４に出力される。
【００５３】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００５４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００５５】
（１）半導体光増幅器を用いた波長変換装置において、被変換波長光の強度を低くすることができる。
【００５６】
（２）半導体光増幅器を用いた波長変換装置において、被変換波長光と波長変換出力光の分離を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の波長変換装置に用いる半導体光増幅器の概略構成を示す図である。
【図３】本実施形態１の波長変換装置に用いるグレーティングの概略構成を示す図である。
【図４】本実施形態１の波長変換装置の動作を示すための図である。
【図５】本発明による実施形態２の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す誘電体多層膜フィルタの概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の波長変換装置の特性の例を示す図である。
【図８】本発明による実施形態４の波長変換装置を用いた光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】半導体光増幅器による相互利得変調の特性の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，１００１…被変換波長光、１０２，２０２，１００２…被変換波長光が伝搬する光ファイバ、１０３，２０３，１００３…光源、１０４，２０４，１００４…ＣＷ変換波長入力光、１０５，２０５，１００５…ＣＷ変換波長入力光が伝播する光ファイバ、１０６，２０６，１００６…光カプラ、１０７，２０７，１００７…光ファイバ、１０８，２０８，１００８…半導体光増幅器（光ファイバアンプ）、１０９，２０９，１００９…出力用光ファイバ、１１０，２１０，１０１０…被変換波長光，１１１，２１１，１０１１…波長変換出力光、１１２…光ファイバグレーティング、２１２…誘電体多層膜フィルタ、３０１…入力用光ファイバ、３０２…光分波器（アレイ導波路格子）、３０３，３０４，３０５，３０６…光ファイバ、３０７，３０８，３０９，３１０…光カプラ、３１１，３１２，３１３，３１４…光ファイバ、３１５，３１６，３１７，３１８…半導体光増幅器（光ファイバアンプ）、３１９，３２０，３２１，３２２…光ファイバグレーティング（誘電体多層膜フィルタ）、３２３…光合波器（アレイ導波路格子）、３２４…出力用光ファイバ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重を利用した光通信、光変換、光情報処理などの光伝送システムに用いる波長変換装置及びそれを用いた光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の異なる波長の光信号を伝送する光伝送システムとして、前記複数の異なる波長の光信号を１本の光ファイバに結合して伝送する、波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）がある。前記ＷＤＭシステムでは、光伝送技術の高度化に伴ない、前記光ファイバを伝送する光信号の波長を異なる波長へと変換する、いわゆる波長変換が必要とされる。
【０００３】
図９は、ＷＤＭシステムにおける従来の波長変換の例を示すブロック図であって、１００１は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を伝播する被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、１００２は前記被変換波長光１００１が伝播する光ファイバ、１００３は変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源、１００４はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、１００５は前記ＣＷ変換波長入力光１００４が伝播する光ファイバ、１００６は前記被変換波長光１００１とＣＷ変換入波長力光１００４を合波する光カプラ、１００７は光ファイバ、１００８は半導体光増幅器、１００９は出力用光ファイバ、１０１０は増幅された被変換波長光、１０１１は前記ＣＷ変換波長入力光１００４が前記被変換波長光１００１によって逆相に変調された２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）である。
【０００４】
ＷＤＭシステムにおける前記波長変換では、図９に示すように、まず、光ファイバ１００２中を伝播する、波長が１５５５ｎｍで２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ被変換波長光１００１と、前記光源１００３から出力される、波長が１５６０ｎｍのＣＷ変換波長入力光１００４を、光カプラ１００６により合波する。前記光カプラ１００６で合波された前記被変換波長光１００１とＣＷ変換波長入力光１００４は光ファイバ１００７を伝播して半導体光増幅器１００８による相互利得変調（ＸＧＭ；cross gain modulation）を行い、前記ＣＷ変換波長入力光１００４を前記被変換波長光１００１の逆相に変調した、波長が１５６０ｎｍで２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光１０１１を得る。すなわち、前記被変換波長光１００１のオン信号は前記波長変換出力光１０１１のオフ信号となり、前記被変換波長光１００１のオフ信号は前記波長変換出力光１０１１のオン信号となる。
【０００５】
前記半導体光増幅器１００８で変調された波長変換出力光１０１１と前記増幅された被変換波長光１０１０は出力用光ファイバ１００９に出力される。
【０００６】
前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調は簡単な構成で、容易に、かつ効率良く波長変換を実現することができるため有望である（S.Chelles et al., IEEE Photonics Technology Letters, vol.9, pp.758, 1997 参照）。
【０００７】
図１０は、前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調を説明するための図であり、横軸は前記被変換波長光１００１の強度、縦軸は前記波長変換出力光１０１１の強度を示している。ここで、前記半導体光増幅器１００８には、例えばバルクのＩｎＧａＡｓＰ狭メサを活性層とし、ｐｎ接合による埋め込み構造を持つもの（T.Ito et al., IEICE Transactions on Electronics, Vol.E81-C, pp1237, 1998 参照）を利用し、注入電流は７５ｍＡとした。
【０００８】
前記半導体光増幅器１００８では、図１０に示すように、前記被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ（１ｍＷ）を越える時点で、前記波長変換出力光１０１１の強度が減少しはじめ、前記被変換波長光１００１の強度が１０ｄＢｍ（１０ｍＷ）になると、前記波長変換出力光１０１１の強度が１０ｄＢ減少する。そのため、前記被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍの間で前記ＣＷ変換波長入力光１００４を変調させることにより、前記被変換波長光１００１と逆相の前記波長変換出力光１０１１を出力することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調の際に要求される前記被変換波長光１００１の強度が０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍときわめて大きい。通常の光伝送システム（ＷＤＭシステム）で利用される光信号の強度は−１０ｄＢｍ〜０ｄＢｍ程度であるため、前記半導体光増幅器１００８による相互利得変調を行うためには、別の半導体光増幅器もしくは光ファイバアンプを設けて前記被変換波長光１００１を０ｄＢｍ〜１０ｄＢｍに増幅しなければならないという問題があった。
【００１０】
また、前記出力用光ファイバ１００９には、前記半導体光増幅器１００８で増幅された被変換波長光１０１０と前記波長変換出力光１０１１の異なる波長を持った２つの光信号が伝播するため、前記波長変換出力光１０１１の使用者（ユーザ）は、光信号用のバンドパスフィルタを用いて、不要な前記増幅された被変換波長光１０１０をカットしなければならない。そのため、前記波長変換出力光１０１１を利用するユーザは、比較的高価な前記バンドパスフィルタを設置しなければならないという問題があった。
【００１１】
また、設置した前記バンドパスフィルタが前記波長変換出力光１０１１のみを透過するように調整しなければならないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、半導体光増幅器による相互利得変調を行う波長変換装置において、入力信号光の強度を小さくすることが可能な技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、半導体光増幅器による相互利得変調を行う波長変換装置において、入力信号光と出力信号光の分離を容易にすることが可能な技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１６】
（１）所定波長の入力信号光と、前記入力信号光の波長と異なる別波長の光とを合波して第１の合波光を出力する光合波手段と、前記光合波手段で合波された第１の合波光を入力し、前記入力信号光の強度に応じて前記別波長の光の光強度増幅特性を変調し、前記入力信号光と前記変調された別波長の光とで構成される第２の合波光を出力する光増幅手段を具備する波長変換装置であって、前記第２の合波光の入力信号光を反射し、前記変調された別波長の光を透過する入力信号反射手段と、前記光増幅手段からの第２の合波光を前記入力信号反射手段に導波する光導波路を具備し、前記第２の合波光の入力信号光が前記光増幅手段に再度入力され、前記第１の合波光の入力信号光と同一ビットで重なるように前記光導波路の長さを設定するものである。
【００１７】
（２）前記手段（１）の波長変換装置において、前記入力信号反射手段は、特定波長の光信号を反射する光ファイバグレーティングである。
【００１８】
（３）前記手段（１）の波長変換装置において、前記入力信号反射手段は、特定波長の光信号を反射する誘電体多層膜フィルタである。
【００１９】
（４）前記手段（１）乃至（３）のいずれか１つの波長変換装置において、前記光増幅手段と前記入力信号反射手段との間に設けられる光伝送路の長さＬは、前記光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたときに、Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）である。
【００２０】
（５）光ファイバ中に伝送される複数波長の光が光分波手段で各波長光に分波され、前記光分波手段のそれぞれの出力端子に前記手段（１）乃至（４）のいずれか１つの波長変換装置がアレイ状に接続され、前記各波長変換装置の各々の出力光が光合波手段で合波されて光ファイバ中に伝送される光伝送システムである。
【００２１】
前記手段（１）は、クロック信号などの繰り返し信号の波長を変換する場合に有効である。
【００２２】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明による実施形態１の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１０１は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、１０２は前記被変換波長光１０１が伝播する光ファイバ、１０３は変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源、１０４はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、１０５は前記ＣＷ変換波長入力光１０４が伝播する光ファイバ、１０６は前記被変換波長光１０１とＣＷ変換波長入力光１０４を合波する光カプラ、１０７は光カプラ１０６の出力光を伝播する光ファイバ、１０８は半導体光増幅器または光ファイバアンプ、１０９は出力用光ファイバ、１１０は被変換波長光、１１１は前記ＣＷ変換波長入力光１０４が前記被変換波長光１０１によって逆相に変調された２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）、１１２は前記被変換波長光１１０を反射し、前記波長変換出力光１１１を透過する光ファイバグレーティングである。この光ファイバグレーティング１１２は、例えば光ファイバに紫外線を照射して、光の通るコアの屈折率を長手方向に周期的に変化させることにより、特定波長（Bragg波長）の光信号のみを反射させる。
【００２４】
本実施形態１の波長変換装置は、図１に示すように、被変換波長光１０１が伝播する光ファイバ１０２と、変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源１０３と、前記ＣＷ変換波長入力光１０４が伝播する光ファイバ１０５と、前記被変換波長光１０１とＣＷ変換波長入力光１０４を合波する光カプラ１０６と、光カプラ１０６の出力光を伝播する光ファイバ１０７と、半導体光増幅器（または光ファイバアンプ）１０８と、被変換波長光１１０を反射し、前記波長変換出力光１１１を透過する光ファイバグレーティング１１２と、出力用光ファイバ１０９を備えている。
【００２５】
この構成により前記半導体光増幅器１０８の相互利得変調を利用して、前記被変換波長光１０１が持つ２．５Ｇｂ／ｓの信号を異なる波長の前記波長変換出力光１１１にうつす、いわゆる波長変換が可能になる。
【００２６】
ここでの特徴は、前記被変換波長光１１０のみを折り返し、前記被変換波長光１１０を前記半導体光増幅器１０８において二重に利用することができるために、前記被変換波長光１１０に要求される光強度を理想的には３ｄＢ減少させることができること、また、前記出力用光ファイバ１０９に前記被変換波長光１１０が出力されるのを防ぐことができる２点である。
【００２７】
また、前記光ファイバグレーティング１１２に反射波長を制御する機能を持たせることもできる。これは光ファイバグレーティング１１２を加熱または物理的に伸張することで行う。
【００２８】
さらに別な構成としては、前記光ファイバグレーティング１１２を半導体導波路で作製し、前記半導体光増幅器１００８とモノリシック集積する方法もある（K.Sato et al., IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.3, no.2, pp250-255, 1997 参照）。この場合、反射させる光信号の波長の制御はグレーティング部分に注入する電流の量により行う。
【００２９】
図２は、前記半導体光増幅器１０８の一実施例の概略構成を示す図である。本実施例の半導体光増幅器１０８では、図２に示すように、素子長は１２００ミクロンで、うち活性層領域が６００ミクロン、両端のスポットサイズ変換領域ＳＳがそれぞれ３００ミクロンである。前記活性層領域は厚さ０．４ミクロンでバンドギャップ波長１．５５ミクロンのＩｎＧａＡｓＰバルク層、前記スポットサイズ変換領域ＳＳはバンドギャップ波長１．３ミクロン、出射先端部で厚さ０．２ミクロンの垂直テーパー層で形成している。０．５ミクロン幅のメサ形成はメタン／水素のドライエッチングを用い、ｐｎ層により埋め込んでいる。素子の両端面にはＳｉＯ2／ＴｉＯ2の多層膜により反射防止膜を形成し、平面ファイバを結合してモジュールにする。
【００３０】
典型的な静特性として、波長１５５５ｎｍ、−１０ｄＢｍの入力光に対し、注入電流０〜１０ｍＡで３０ｄＢ以上のファイバ間損失、２０ｍＡでファイバ間無損失、４０ｍＡで１０ｄＢの光増幅度が得られる。この半導体光増幅器１０８は本質的に偏波依存性が０．２ｄＢ以下と小さく、使用波長帯域が１５３０ｎｍ〜１６００ｎｍと、広いという優れた特徴を持つ。
【００３１】
前記半導体光増幅器１０８にＣＷ変換波長入力光１０４を入射すると、注入電流すなわちキャリアが光子に変換されるため前記ＣＷ変換波長入力光１０４は増幅される。ところがここに別の波長で、かつ変調された被変換波長光１０１を入射すると、前記被変換波長光１０１が「１」のとき（すなわち光がある場合）には前記被変換波長光１０１も増幅されるためキャリアが消費され、前記ＣＷ変換波長入力光１０４を増幅するためのキャリアが減少するために前記ＣＷ変換波長入力光１０４の増幅度が減少する。逆に前記被変換波長光１０１が「０」のとき（すなわち光がない場合）もとの増幅度を回復する。これは一般に相互利得変調と呼ばれる効果である。
【００３２】
図３は、前記光ファイバグレーティングの一実施例の概略構成を示す図である。
【００３３】
ゲルマニウム（Ｇｅ）を添加した石英（ＳｉＯ2）ガラスに紫外線を照射すると屈折率が上昇することが知られている。
【００３４】
光ファイバグレーティング（Fiber Bragg Grating：FBG）はこの現象を利用し、光ファイバのコア部の屈折率を一定の周期で変化させ、その周期Λと実効屈折率ｎeffに対応した波長（Bragg波長）λBの光を選択的に反射させる反射型光フィルタである。その波長特性形状の自由度は高く、紫外線照射条件や位相マスクパターンにより、バンド幅が０．１ｎｍと非常に狭帯域なものから数十ｎｍの広帯域なものまで作製可能である。
【００３５】
図４は、前記半導体光増幅器１０８の動作を説明するための図である。前記光ファイバ１０７から入射する前記被変換波長光１０１（行き信号）と前記光ファイバグレーティング１１２で反射されて一定時間後に戻ってくる被変換波長光１１０（帰り信号）の２つの変調信号によって前記ＣＷ変換波長光１０４を変調した結果が前記波長変換出力光１１１になる。このとき、前記被変換波長光１０１あるいは１１０の「０」は、前記波長変換出力光１１１の「１」に、前記被変換波長光１０１あるいは１１０の「１」は前記波長変換出力光１１１の「０」にと逆相に変調される。また、前記波長変換出力光１１１の斜線部分は前記被変換波長光１０１と１１０が一致しないことからくる時間ばらつき（ジッタ）で、これを１ビットの１０分の１以内にすることが要求される。
【００３６】
本発明は、図４から明らかなように、１回目の入力と２回目の入力が同一のビット情報であるものに限定される。
【００３７】
（実施形態２）
図５は、本発明による実施形態２の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、２０１は例えば２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ被変換波長光（例えば波長１５５５ｎｍ）、２０２は前記被変換波長光２０１が伝播する光ファイバ、２０３は変換波長の連続（ＣＷ）光を出力する光源、２０４はＣＷ変換波長入力光（例えば波長１５６０ｎｍ）、２０５は前記ＣＷ変換波長入力光２０４が伝播する光ファイバ、２０６は前記被変換波長光２０１とＣＷ変換波長入力光２０４を合波する光カプラ、２０７は光ファイバ、２０８は半導体光増幅器あるいは光ファイバアンプ、２０９は出力用光ファイバである。
【００３８】
２１０は被変換波長光、２１１は前記ＣＷ変換波長入力光２０４が前記被変換波長光２０１によって逆相に変調された２．５Ｇｂ／ｓの信号を持つ波長変換出力光（波長１５６０ｎｍ）、２１２は前記被変換波長光２１０を反射し、前記波長変換出力光２１１を透過する誘電体多層膜フィルタである。
【００３９】
前記誘電体多層膜フィルタ２１２は、例えば石英ガラスにＳｉＯ2やＴｉＯ2を蒸着して、伝播光の屈折率を長手方向に周期的に変化させることにより、特定波長（Bragg波長）の光信号のみを反射させるものである。
【００４０】
この構成により、前記半導体光増幅器２０８の相互利得変調を利用して、前記被変換波長光２０１が持つ２．５Ｇｂ／ｓの信号を異なる波長の前記波長変換出力光２１１にうつす、いわゆる波長変換が可能になる。ここでの特徴は、前記被変換波長光２１０のみを折り返し、前記被変換波長光２１０を前記半導体光増幅器２０８において二重に利用することができるために、前記被変換波長光２１０に要求される光強度を理想的には３ｄＢ減少させることができること、また、出力用光ファイバ２０９に前記被変換波長光２１０が出力されることを防ぐことができることの２点である。
【００４１】
また、前記誘電体多層膜フィルタ２１２に反射波長を制御する機能を持たせることもできる。これは前記誘電体多層膜フィルタ２１２の伝播光に対する角度を変えることで、等価的に多層膜の厚みを変化することで行う。
【００４２】
図６（ａ）は、前記誘電体多層膜フィルタ２１２の一実施例を示す図である。
【００４３】
誘電体多層膜フィルタ２１２では、低屈折率媒体であるＳｉＯ2と高屈折率媒体であるＴｉＯ2の層を交互に重ね、さらに各層の厚さを所望の波長の４分の１に設定した多層膜は所望の波長に対して高い反射率を持つ現象を利用している。
【００４４】
また、図６（ｂ）に示すように、誘電体多層膜フィルタ２１２を傾けることによって等価的に各層の厚さが厚く見える。前記誘電体多層膜フィルタ２１２は各層の厚みの４倍に対応した波長に対して高い反射率を持つので、各層が厚く見えることによって反射する波長を変えることができる。
【００４５】
また、前記光ファイバグレーティング１１２または誘電体多層膜フィルタ２１２として、前記波長変換出力光１１１，２１１のみを透過し、残りすべての波長を反射するものを使用することができる。このような構成をとると前記被変換波長光１０１，２０１の波長に係わらず、所望の波長変換出力光１１１，２１１の波長変換をすることができる。さらに、図７（ａ）に示すように、前記被変換波長光１０１，２０１として、例えばファブリペローレーザのような波長精度の緩い波長を用い、これを波長変換装置のＣＷ光源１０３，２０３の波長に波長変換できる。
【００４６】
これは、各ユーザの持つ安価な光源から発信された波長精度の緩い被変換波長光１０１，２０１を、図７（ｂ）に示すような、ＷＤＭ信号として使用できる波長精度の高い波長変換出力光１１１，２１１に直すことを意味する。
【００４７】
（実施形態３）
実際の波長変換装置においては、前記被変換波長光１１０，２１０の行きと帰りで異なるビット情報が前記半導体光増幅器１０８，２０８に入力される可能性がある。例えば、２．５Ｇｂ／ｓの信号の場合１ビットの間に要する時間は４００ｐｓとなるので、この間信号は光ファイバ中を１ビットあたり約８ｃｍ伝播する。これは光速の３×１０10ｃｍ／ｓを光ファイバの屈折率１．５で割り、４００ｐｓを掛けた値に等しい。今、波長変換に許容される時間ばらつき（ジッタ）を１ビットの１０分の１とすると、光信号が行きと帰りで４０ｐｓ、すなわち８ｍｍの伝播が許される。従って、前記半導体光増幅器１０８と光ファイバグレーティング１１２は位置的に４ｍｍ以下の距離にある必要がある。
【００４８】
より一般的には、前記半導体光増幅器１０８と光ファイバグレーティング１１２の間の位置的な距離Ｌ（ｍｍ）が、光導波路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記被変換波長光１０１の１ビットあたりに要する時間をｔ（秒）とした場合に、
【００４９】
【数１】
Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）
であることが必要になる。また、クロック信号や疑似ランダム（ＰＲＢＳ：pseudo random bit sequence）信号のように特定のビットまたはビット列を繰り返す特殊な光信号を波長変換する場合には、行きの信号と帰りの信号が同じになるようにＬ（ｍｍ）を調整することもできる。
【００５０】
（実施形態４）
図８は、本発明による実施形態４の光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態３の光伝送システムは、図８に示すように、光ファイバ中に伝送される複数波長の光を各波長光に分波する光分波手段と、前記実施形態１の波長変換装置が前記光分波手段のそれぞれの出力端にアレイ状に接続され、前記各波長変換装置の出力光を合波する光合波手段を具備するものである。
【００５１】
図８において、３０１は入力用光ファイバ、３０２はアレイ導波路格子のような光分波器、３０３〜３０６は光ファイバ、３０７〜３１０は光カプラ、３１１〜３１４はＣＷ変換波長入力光を入力するための光ファイバ、３１５〜３１８は半導体光増幅器または光ファイバアンプ、３１９〜３２２は光ファイバグレーティングまたは誘電体多層膜フィルタ、３２３は波長変換出力光を合波するためのアレイ導波路格子のような光合波器、３２４は出力用光ファイバである。
【００５２】
前記入力用光ファイバ３０１には４波長のＷＤＭ多重された被変換波長光が入力される。この４波長は光分波器３０２によって光ファイバ３０３から３０６へと分波される。一方、光ファイバ３１１〜３１４からそれぞれの被変換波長光に対するＣＷ変換波長入力光が入射され、それぞれの被変換波長光とＣＷ変換波長光は光カプラ３０７〜３１０で合波され、半導体光増幅器３１５から３１８で相互利得変調による波長変換を行う。さらに光ファイバグレーティングあるいは誘電体多層膜フィルタ３１９〜３２２は前記被変換波長光のみを反射し、波長変換出力光を透過する。前記被変換波長光は、前記半導体光増幅器３１５〜３１８を２回通過することになるため、二重に利用することで効率が上がる。一方、それぞれの波長変換出力光は光合波器３２３で合波され、ＷＤＭ多重されて出力用光ファイバ３２４に出力される。
【００５３】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００５４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００５５】
（１）半導体光増幅器を用いた波長変換装置において、被変換波長光の強度を低くすることができる。
【００５６】
（２）半導体光増幅器を用いた波長変換装置において、被変換波長光と波長変換出力光の分離を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１の波長変換装置に用いる半導体光増幅器の概略構成を示す図である。
【図３】本実施形態１の波長変換装置に用いるグレーティングの概略構成を示す図である。
【図４】本実施形態１の波長変換装置の動作を示すための図である。
【図５】本発明による実施形態２の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す誘電体多層膜フィルタの概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の波長変換装置の特性の例を示す図である。
【図８】本発明による実施形態４の波長変換装置を用いた光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来の波長変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】半導体光増幅器による相互利得変調の特性の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，１００１…被変換波長光、１０２，２０２，１００２…被変換波長光が伝搬する光ファイバ、１０３，２０３，１００３…光源、１０４，２０４，１００４…ＣＷ変換波長入力光、１０５，２０５，１００５…ＣＷ変換波長入力光が伝播する光ファイバ、１０６，２０６，１００６…光カプラ、１０７，２０７，１００７…光ファイバ、１０８，２０８，１００８…半導体光増幅器（光ファイバアンプ）、１０９，２０９，１００９…出力用光ファイバ、１１０，２１０，１０１０…被変換波長光，１１１，２１１，１０１１…波長変換出力光、１１２…光ファイバグレーティング、２１２…誘電体多層膜フィルタ、３０１…入力用光ファイバ、３０２…光分波器（アレイ導波路格子）、３０３，３０４，３０５，３０６…光ファイバ、３０７，３０８，３０９，３１０…光カプラ、３１１，３１２，３１３，３１４…光ファイバ、３１５，３１６，３１７，３１８…半導体光増幅器（光ファイバアンプ）、３１９，３２０，３２１，３２２…光ファイバグレーティング（誘電体多層膜フィルタ）、３２３…光合波器（アレイ導波路格子）、３２４…出力用光ファイバ。
Claims (5)
- 所定波長の入力信号光と、前記入力信号光の波長と異なる別波長の光とを合波して第１の合波光を出力する光合波手段と、前記光合波手段で合波された第１の合波光を入力し、前記入力信号光の強度に応じて前記別波長の光の光強度増幅特性を変調し、前記入力信号光と前記変調された別波長の光とで構成される第２の合波光を出力する光増幅手段を具備する波長変換装置であって、前記第２の合波光の入力信号光を反射し、前記変調された別波長の光を透過する入力信号反射手段と、前記光増幅手段からの第２の合波光を前記入力信号反射手段に導波する光導波路を具備し、前記第２の合波光の入力信号光が前記光増幅手段に再度入力され、前記第１の合波光の入力信号光と同一ビットで重なるように前記光導波路の長さを設定することを特徴とする波長変換装置。
- 前記請求項１に記載の波長変換装置において、前記入力信号反射手段は、特定波長の光信号を反射する光ファイバグレーティングであることを特徴とする波長変換装置。
- 前記請求項１に記載の波長変換装置において、前記入力信号反射手段は、特定波長の光信号を反射する誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする波長変換装置。
- 前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換装置において、前記光増幅手段と前記入力信号反射手段との間に設けられる光伝送路の長さＬは、前記光伝送路の屈折率をｎ、真空中の光速をｃ（ｍｍ／秒）、前記入力信号光の１ビット当たりの時間間隔をｔ（秒）としたときに、Ｌ≦（ｃ・ｔ）／（２０・ｎ）であることを特徴とする波長変換装置。
- 光ファイバ中に伝送される複数波長の光が光分波手段で各波長光に分波され、前記光分波手段のそれぞれの出力端子に請求項１乃至４のいずれか１つの波長変換装置がアレイ状に接続され、前記各波長変換装置の各々の出力光が光合波手段で合波されて光ファイバ中に伝送されることを特徴とする光伝送システム。
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