JP4356398B2 - 波長変換器 - Google Patents

Description

本発明は、第１波長の入力信号光を入力して、この入力信号光と同一の情報を持つ第２波長の出力信号光を発生させて出力する波長変換器に関するものである。

波長変換器は、第１波長の入力信号光を入力して、この入力信号光と同一の情報を持つ第２波長の出力信号光を発生させて出力するものである。波長変換器は、例えば、多数のノードが光ファイバ伝送路網により相互に接続されている光通信ネットワークにおいてノードに設けられ、そのノードに到達した入力信号光の波長を変換したものを出力信号光として出力する。

例えば特許文献１に開示された波長変換器は、半導体光増幅器および共振器を備えるものであり、半導体光増幅器より放出された励起光を共振器により共振させるとともに、外部より共振器内へ入力信号光を入力し、波長変換媒体である半導体光増幅器における励起光と入力信号光との相互作用により出力信号光を発生させて、この出力信号光を共振器より外部へ出力するものである。この波長変換器は、半導体光増幅器が自ら励起光を放出するので、励起光を発生させる励起光源を別に設ける必要が無く、このことから、装置の小型化が可能であるという利点を有する。
特開２００１−４２３６８号公報

しかしながら、上記の波長変換器は、半導体光増幅器より放出される自然放出光を利用するものであることから、その自然放出光の波長域と出力信号光の波長とが重なり、出力信号光のＳＮ比が悪い。特に、半導体光増幅器が持つゲイン特性に応じて使用出来る波長範囲が決まってしまい、帯域が広く取れない等の欠点も有する。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出力信号光のＳＮ比を改善することができる波長変換器を提供することを目的とする。

本発明に係る波長変換器は、第１波長の入力信号光を入力して、この入力信号光と同一の情報を持つ第２波長の出力信号光を発生させて出力する波長変換器であって、(1) 第３波長の励起光を出力する励起光源と、(2) 励起光が供給されることによりRaman散乱現象により第４波長の発生光を発生させ、この発生光と入力信号光との間の非線形光学現象により出力信号光を発生させる光ファイバと、(3) この光ファイバを挟んで設けられた第１反射手段および第２反射手段を含み、第１反射手段より入力信号光を入力し、第２反射手段より出力信号光を出力し、第１反射手段と第２反射手段との間で発生光を共振させる共振器とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、励起光源より出力された第３波長の励起光は、第１反射手段および第２反射手段を含む共振器の内部へ供給され、その共振器内にある光ファイバを導波する。励起光が供給された光ファイバでは新たな波長の光が発生し、そのうち、共振器における共振波長である第４波長の発生光が光増幅されて発振する。第１波長の入力信号光も、共振器の内部へ供給され、その共振器内にある光ファイバを導波する。そして、光ファイバでは、発生光と入力信号光との間の非線形光学現象により第２波長の出力信号光が発生する。光ファイバで発生した出力信号光は、共振器外へ出力される。

本発明に係る波長変換器は、光ファイバの実効断面積が２０μｍ^２以下であるのが好適である。この場合には、励起光のパワーに対する発生光の発生効率が優れ、また、発生光のパワーに対する出力信号光の発生効率が優れる。すなわち、高効率に入力信号光が出力信号光に波長変換される。

本発明に係る波長変換器は、光ファイバが偏光方位を保持して光を導波させる偏波保持光ファイバであるのが好適である。この場合には、光ファイバへ入射するときの励起光および入力信号光それぞれの偏光方位を互いに同一としておけば、同一の偏光方位の発生光が発生し、互いに同一偏光方位の発生光と入力信号光との間の非線形光学現象により出力信号光が高効率に発生する。すなわち、高効率に入力信号光が出力信号光に波長変換される。

本発明に係る波長変換器は、光ファイバの零分散波長が第４波長と略等しいのが好適である。この場合には、発生光と入力信号光との間の非線形光学現象により出力信号光が高効率に発生する。第１波長および第２波長それぞれが波長１．５５μｍ付近の値であるとき、光ファイバとして、波長１．５５μｍ付近において零分散波長を有する分散シフト光ファイバが好適に用いられる。

本発明に係る波長変換器は、光ファイバの零分散波長が第４波長以下であるのが好適である。この場合には、発生光のパワーが大きいときに、四光波混合の際に位相整合条件を満たす波長が零分散波長より長波長側にシフトするので、発生光と入力信号光との間の非線形光学現象により出力信号光が高効率に発生する。

本発明に係る波長変換器では、光ファイバのカットオフ波長が第４波長より短いのが好適である。この場合には、発生光が光ファイバをシングルモードで導波することから、発振が安定に行なわれ、波長変換器の信頼性が向上する。

本発明に係る波長変換器では、光ファイバのカットオフ波長は、第４波長より、光周波数で１３ＴＨｚ以上高いのが好適である。この場合には、励起光が光ファイバをシングルモードで導波することから、発生光が高効率で発生し、ひいては出力信号光が高効率に発生する。

本発明に係る波長変換器は、第１反射手段および第２反射手段それぞれの第４波長における反射率が９０％以上であるのが好適である。この場合には、光ファイバへの励起光の供給により生じた発生光が高効率に発振して、高パワーの発生光が得られる。それ故、高効率に入力信号光が出力信号光に波長変換される。

本発明に係る波長変換器は、第１反射手段および第２反射手段それぞれが、光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであるのが好適である。この場合には、共振器の損失を小さく抑えることができ、構成も簡易である。

本発明に係る波長変換器は、第１反射手段および第２反射手段それぞれが、光ファイバと融着接続された他の光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであるのが好適である。この場合には、作製が容易であり、歩留まりを向上させることができ、また、融着接続により共振器の損失を小さく抑えることができる。

本発明に係る波長変換器は、共振器の外部であって出力信号光が出力する側に設けられ、発生光を遮断するとともに、出力信号光を透過させる外部光フィルタを更に備えるのが好適である。この場合には、外部光フィルタにより、共振器外に出力された光のうち、発生光が遮断されるとともに、出力信号光が透過するので、高品質の信号光伝送が可能である。

本発明に係る波長変換器は、第１反射手段および第２反射手段それぞれの反射波長を調整する変換波長調整手段を更に備えるのが好適である。この場合には、第１反射手段および第２反射手段それぞれの反射波長が変換波長調整手段により調整されることにより、出力信号光の波長が可変である。

本発明に係る波長変換器は、変換波長調整手段が、第１反射手段および第２反射手段それぞれの反射波長を互いに等しく調整するのが好適である。この場合には、共振器の発振が安定なものとなる。

本発明に係る波長変換器は、共振器の外部であって出力信号光が出力する側に設けられ、透過波長が可変であり、発生光を遮断するとともに、出力信号光を透過させる外部光フィルタを更に備え、変換波長調整手段が、第１反射手段および第２反射手段それぞれの反射波長を互いに等しく調整し、それにあわせて変化する出力信号光の波長と外部光フィルタの透過波長とを互いに等しく調整するのが好適である。この場合には、発生光の波長の変化に伴う出力信号光の波長の変化に外部光フィルタの透過波長が追従することになり、出力信号光のパワーの減少を回避できる。

本発明に係る波長変換器は、共振器の外部であって入力信号光が入力する側に設けられ、入力信号光の進行方向と逆の方向に進む発生光を遮断する光アイソレータを更に備えるのが好適である。また、共振器の外部であって出力信号光が出力する側に設けられ、出力信号光の進行方向と逆の方向に進む光を遮断する光アイソレータを更に備えるのが好適である。これらの場合には、光アイソレータにより、信号光伝送方向とは逆の方向に進む光が遮断されるので、共振器の発振が安定なものとなり、また、信号光伝送が高品質となる。

本発明によれば、励起光源より出力された第３波長の励起光は、第１反射手段および第２反射手段を含む共振器の内部へ供給され、その共振器内にある光ファイバを導波する。励起光が供給された光ファイバでは新たな波長の光が発生し、そのうち、共振器における共振波長である第４波長の発生光が光増幅されて発振する。第１波長の入力信号光も、共振器の内部へ供給され、その共振器内にある光ファイバを導波する。そして、光ファイバでは、発生光と入力信号光との間の非線形光学現象により第２波長の出力信号光が発生する。光ファイバで発生した出力信号光は、共振器外へ出力される。本発明では、非線形光学現象により発生して共振器により共振された波長の光を発生光として利用するものであることから、その発生光の帯域幅が狭く、それ故、出力信号光のＳＮ比が優れたものとなる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
先ず、本発明に係る波長変換器の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る波長変換器１の構成図である。この図に示される波長変換器１は、入力端１０１より第１波長λ_１の入力信号光（以下「入力信号光λ_１」と記す場合がある）を入力して、この入力信号光λ_１と同一の情報を持ち異なる波長の第２波長λ_２の出力信号光（以下「出力信号光λ_２」と記す場合がある）を発生させ、この出力信号光λ_２を出力端１０２より出力する。この波長変換器１は、入力端１０１から出力端１０２へ向かって順に、光カプラ１３０、反射手段１２１、石英系の光ファイバ１１０、反射手段１２２および外部光フィルタ１４０を備えており、また、光カプラ１３０に接続された励起光源１５０を備えている。

励起光源１５０は、第３波長λ_３の励起光（以下「励起光λ_３」と記す場合がある）を出力するものであり、例えば、半導体レーザ光源が好適に用いられる。光カプラ１３０は、外部より入力端１０１に入力した入力信号光λ_１と、励起光源１５０より出力された励起光λ_３とを入力し、これら入力信号光λ_１および励起光λ_３を合波して反射手段１２１へ出力する。

反射手段１２１，１２２それぞれは、光ファイバ１１０の端部に設けられていて、共振器を構成している。反射手段１２１は、光カプラ１３０により合波されて出力された入力信号光λ_１および励起光λ_３を透過させて光ファイバ１１０へ入力させる。反射手段１２２は、光ファイバ１１０で発生した出力信号光λ_４を透過させて、共振器外に設けられた外部光フィルタ１４０へ入力させる。また、反射手段１２１，１２２それぞれは、光ファイバ１１０へ励起光λ_３が供給されることにより非線形光学現象により生じた光のうち第４波長λ_４の発生光（以下「発生光λ_４」と記す場合がある）を反射させる。すなわち、反射手段１２１，１２２からなる共振器は、反射手段１２１と反射手段１２２との間で上記の発生光λ_４を共振させる。

共振器内に設けられた光ファイバ１１０は、反射手段１２１を透過して共振器内に入力した励起光λ_３を導波させることにより、非線形光学現象（ラマン散乱現象）が生じて、これにより発生光λ_４を含む光を発生させる。そのうち発生光λ_４は、光ファイバ１１０の両端に設けられた反射手段１２１，１２２からなる共振器により共振され、光ファイバ１１０において光増幅される。また、この光ファイバ１１０は、反射手段１２１を透過して共振器内に入力した入力信号光λ_１を導波させ、発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象（四光波混合）により出力信号光λ_２を発生させる。すなわち、この光ファイバ１１０は、光増幅媒体および波長変換媒体の双方として用いられる。

外部光フィルタ１４０は、共振器の外部に設けられており、反射手段１２２より共振器外に出力された光のうち、発生光λ_４を遮断するとともに、出力信号光λ_２を透過させる。

例えば、第１波長λ_１、第２波長λ_２および第４波長λ_４それぞれは、波長１．５５μｍ付近の互いに異なる波長である。また、第３波長λ_３は、光ファイバ１１０においてラマン散乱現象により第４波長λ_４を含む帯域の光を発生させることができる波長であり、光ファイバ１１０が石英系のものである場合には、第４波長λ_４より１００ｎｍ程度だけ短波長のものである。

この波長変換器１は以下のように動作する。励起光源１５０より出力された励起光λ_３は、光カプラ１３０を経て、反射手段１２１を透過し、光ファイバ１１０に入射して、この光ファイバ１１０を導波する。励起光λ_３が供給された光ファイバ１１０では非線形光学現象により新たな波長の光が発生し、そのうち、共振器における共振波長の発生光λ_４が光増幅されて発振する。入力端１０１に入力した入力信号光λ_１も、光カプラ１３０を経て、反射手段１２１を透過し、光ファイバ１１０に入射して、この光ファイバ１１０を導波する。そして、光ファイバ１１０では、発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により新たな波長の出力信号光λ_２が発生する。光ファイバ１１０で発生した出力信号光λ_２は、反射手段１２２を透過して共振器外へ出力され、更に外部光フィルタ１４０をも透過して、出力端１０２より出力される。

このように、本実施形態では、励起光λ_３が供給された光ファイバ１１０において非線形光学現象により新たな波長の光が発生し、そのうち、発生光λ_４が反射手段１２１，１２２からなる共振器において光増幅されて発振する。そして、この発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により新たな波長の出力信号光λ_２が発生して、この出力信号光λ_２が共振器外へ出力される。この出力された出力信号光λ_２は、入力した入力信号光λ_１と同一の情報を持ち、入力信号光λ_１と異なる波長のものである。したがって、本実施形態に係る波長変換器１は、非線形光学現象（ラマン散乱現象）により発生して共振器により共振された波長の光を発生光λ_４として利用するものであることから、その発生光λ_４の帯域幅が狭く、それ故、出力信号光λ_２のＳＮ比が優れたものとなる。

また、ラマン散乱現象は、励起光に対し、それよりも長い波長帯を増幅することができるが、その帯域は励起波長に依存するので、励起波長を変えれば、ファイバを変えることなく、波長帯を変えることができる。また、光反射手段１２１，１２２の反射波長を変えれば容易に発生光λ_４の波長を変えることも可能である。

本実施形態に係る波長変換器１は、光ファイバ１１０における非線形光学現象を利用するものであることから、光ファイバ１１０の非線形性が高いほど好ましい。光ファイバ１１０の実効断面積が２０μｍ^２以下であれば、励起光λ_３のパワーに対する発生光λ_４の発生効率が優れ、また、発生光λ_４のパワーに対する出力信号光λ_２の発生効率が優れる。すなわち、高効率に入力信号光λ_１が出力信号光λ_２に波長変換される。

図２は、光ファイバ１１０の実効断面積と必要励起光パワーとの関係を示す図である。ここでは、図１に示されるように入力信号光λ_１および励起光λ_３が光ファイバ１１０を互いに同一方向に導波するものとし、出力信号光λ_２のパワーが入力信号光λ_１のパワーと一致するようにして、そのときに必要な励起光λ_３のパワーを求めた。この図に示されるように、光ファイバ１１０の実効断面積が小さいほど、必要励起光パワーが小さくてよい。光ファイバ１１０の実効断面積が２０μｍ^２以下であれば、必要励起光パワーが５０ｍＷ以下でよく、このようなパワーの励起光を出力する半導体レーザ光源が容易に入手できるので、この点でも好適である。

また、本実施形態に係る波長変換器１は、光ファイバ１１０における非線形光学現象を利用するものであることから、光ファイバ１１０においては各光が同一の偏光方位で導波するのが好ましく、光ファイバ１１０が偏波保持光ファイバであるのが好適である。この場合には、光ファイバ１１０へ入射するときの励起光λ_３および入力信号光λ_１それぞれの偏光方位を互いに同一としておけば、同一の偏光方位の発生光λ_４が発生し、互いに同一偏光方位の発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により出力信号光λ_２が高効率に発生する。すなわち、高効率に入力信号光λ_１が出力信号光λ_２に波長変換される。

また、本実施形態に係る波長変換器１は、光ファイバ１１０における四光波混合を利用するものであることから、光ファイバ１１０の零分散波長λ_０が発生光の波長λ_４と略等しいのが好適である。この場合には、発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により出力信号光λ_２が高効率に発生する。第１波長λ_１および第２波長λ_２それぞれが波長１．５５μｍ付近の値であるとき、光ファイバ１１０として、波長１．５５μｍ付近において零分散波長を有する分散シフト光ファイバが好適に用いられる。

また、本実施形態に係る波長変換器１は、光ファイバ１１０の零分散波長λ_０が発生光の波長λ_４以下であるのが好適である。この場合には、発生光λ_４のパワーが大きいときに、四光波混合の際に位相整合条件を満たす波長が零分散波長λ_０より長波長側にシフトするので、発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により出力信号光λ_２が高効率に発生する。

また、本実施形態に係る波長変換器１は、光ファイバ１１０におけるラマン散乱現象を利用するものであることから、光ファイバ１１０のカットオフ波長は、発生光の波長λ_４より、光周波数で１３ＴＨｚ以上高いのが好適である。この場合には、励起光λ_３が光ファイバ１１０をシングルモードで導波することから、発生光λ_４が高効率で発生し、ひいては出力信号光λ_２が高効率に発生する。

また、本実施形態に係る波長変換器１は、反射手段１２１，１２２それぞれの第４波長λ_４における反射率が９０％以上であるのが好適である。この場合には、光ファイバ１１０への励起光λ_３の供給により生じた発生光λ_４が高効率に発振して、高パワーの発生光λ_４が得られる。それ故、高効率に入力信号光λ_１が出力信号光λ_２に波長変換される。図３は、反射手段１２１，１２２それぞれの第４波長λ_４における反射率と連続発振時間との関係を示す図である。この図に示されるように、反射手段１２１，１２２それぞれの第４波長λ_４における反射率が大きいほど連続発振時間が長くなり、反射率が９０％以上であれば、連続発振時間が２４時間以上となる。

また、本実施形態に係る波長変換器１に含まれる反射手段１２１，１２２それぞれは、光ファイバ１１０に形成された光ファイバブラッググレーティングであるのが好適である。この場合には、共振器の損失を小さく抑えることができ、構成も簡易である。また、光ファイバ１１０と融着接続された他の光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであるのも好適である。この場合には、作製が容易であり、歩留まりを向上させることができ、また、融着接続により共振器の損失を小さく抑えることができる。また、本実施形態に係る波長変換器１に含まれる外部光フィルタ１４０も、光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであるのが好適である。

また、本実施形態に係る波長変換器１は、外部光フィルタ１４０により、反射手段１２２より共振器外に出力された光のうち、発生光λ_４を遮断するとともに、出力信号光λ_２を透過させるのが好適である。この場合には、発生光λ_４が出力端１０２より出力されることがない。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る波長変換器の第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る波長変換器２の構成図である。この図に示される波長変換器２は、入力端２０１より入力信号光λ_１を入力して、この入力信号光λ_１と同一の情報を持ち異なる波長の出力信号光λ_２を発生させ、この出力信号光λ_２を出力端２０２より出力する。この波長変換器２は、入力端２０１から出力端２０２へ向かって順に、光カプラ２３０、反射手段２２１、石英系の光ファイバ２１０、反射手段２２２および外部光フィルタ２４０を備えており、また、光カプラ２３０に接続された励起光源２５０を備え、更に変換波長調整手段２６０を備えている。

第２実施形態に係る波長変換器２に含まれる光ファイバ２１０、光カプラ２３０および励起光源２５０それぞれは、第１実施形態に係る波長変換器１に含まれる同一名称のものと同様のものである。また、第２実施形態に係る波長変換器２に含まれる反射手段２２１，２２２および外部光フィルタ２４０それぞれは、第１実施形態に係る波長変換器１に含まれる同一名称のものと略同様のものである。ただし、第１実施形態の波長変換器１と比較すると、第２実施形態の波長変換器２は、反射手段２２１，２２２それぞれの反射波長が可変である点、外部光フィルタ２４０の透過波長が可変である点、および、変換波長調整手段２６０を更に備える点で相違する。

反射波長が可変である反射手段２２１，２２２それぞれは、光ファイバ２１０または他の光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであって、張力または温度の調整により反射波長が可変であるのが好適である。透過波長が可変である外部光フィルタ２４０は、光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであって、張力または温度の調整により透過波長が可変であるのが好適である。

変換波長調整手段２６０は、反射手段２２１，２２２それぞれの反射波長を調整する。このとき、変換波長調整手段２６０は、反射手段２２１および反射手段２２２それぞれの反射波長を互いに等しく調整するのが好適である。また、変換波長調整手段２６０は、外部光フィルタ２４０の透過波長を調整し、このとき、反射手段２２１，２２２それぞれの反射波長を互いに等しく調整し、それにあわせて変化する出力信号光の波長と外部光フィルタ２４０の透過波長とを互いに等しく調整するのが好適である。この場合には、発生光の波長の変化に伴う出力信号光の波長の変化に外部光フィルタ２４０の透過波長が追従することになり、出力信号光のパワーの減少を回避できる。

第２実施形態に係る波長変換器２は、第１実施形態に係る波長変換器１と同様に動作する。ただし、反射手段２２１，２２２それぞれの反射波長が可変であることにより、反射手段２２１，２２２からなる共振器の共振波長（すなわち発生光の波長λ_４）が可変であり、したがって、出力信号光の波長λ_２も可変である。また、本実施形態では、励起光λ_３が供給された光ファイバ２１０においてラマン散乱現象により発生光λ_４を発生させるので、この発生光の波長λ_４の可変の範囲が、従来のものと比較して広い。

また、反射手段２２１，２２２それぞれの反射波長が変換波長調整手段２６０により互いに等しく調整されることにより、反射手段２２１，２２２からなる共振器の発振が安定なものとなる。また、反射手段２２１，２２２それぞれの反射波長に加えて外部光フィルタ２４０の透過波長も変換波長調整手段２６０により調整されることにより、発生光の波長の変化に伴う出力信号光の波長の変化に外部光フィルタ２４０の透過波長が追従することになり、出力信号光のパワーの減少を回避できる。

例えば、光ファイバ２１０として波長１．５５μｍ付近において零分散波長を有する分散シフト光ファイバが用いられる場合を想定する。この光ファイバ２１０は、波長１．５５μｍにおいて伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍであり、長さが５ｋｍであり、実効断面積が５０μｍ^２である。このとき、出力信号光λ_２のスペクトル幅（ピークパワーに対し３ｄＢ下がったパワーとなる波長幅）は略７ｎｍである。これは、光ファイバ２１０として標準的なシングルモード光ファイバを用いた場合と比較すると、３倍以上広い。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る波長変換器の第３実施形態について説明する。図５は、第３実施形態に係る波長変換器３の構成図である。この図に示される波長変換器３は、入力端３０１より入力信号光λ_１を入力して、この入力信号光λ_１と同一の情報を持ち異なる波長の出力信号光λ_２を発生させ、この出力信号光λ_２を出力端３０２より出力する。この波長変換器３は、入力端３０１から出力端３０２へ向かって順に、光アイソレータ３７０、反射手段３２１、石英系の光ファイバ３１０、反射手段３２２、光カプラ３３０および外部光フィルタ３４０を備えており、また、光カプラ３３０に接続された励起光源３５０を備えている。

第３実施形態に係る波長変換器３に含まれる光ファイバ３１０、反射手段３２１，３２２および励起光源３５０それぞれは、第１実施形態に係る波長変換器１に含まれる同一名称のものと同様のものである。第１実施形態の波長変換器１と比較すると、第３実施形態の波長変換器３は、反射手段３２２と外部光フィルタ３４０との間に光カプラ３３０が設けられている点、および、光アイソレータ３７０を更に備える点で相違する。

光カプラ３３０は、反射手段３２２より出力されて到達した出力信号光λ_２を外部光フィルタ３４０へ出力し、励起光源３５０より出力されて到達した励起光λ_３を反射手段３２２へ出力する。すなわち、本実施形態では、励起光λ_３が逆方向に供給される。

光アイソレータ３７０は、反射手段３２１，３２２からなる共振器の外部であって、入力信号光λ_１が入力する側に設けられている。この光アイソレータ３７０は、入力端３０１から反射手段３２１へ向かう入力信号光λ_１を通過させるが、逆方向に進む光を遮断する。特に、光アイソレータ３７０は、入力信号光λ_１の進行方向と逆の方向に進む発生光λ_４を遮断する。

この波長変換器３は以下のように動作する。励起光源３５０より出力された励起光λ_３は、光カプラ３３０を経て、反射手段３２２を透過し、光ファイバ３１０に入射して、この光ファイバ３１０を導波する。励起光λ_３が供給された光ファイバ３１０では非線形光学現象により新たな波長の光が発生し、そのうち、共振器における共振波長の発生光λ_４が光増幅されて発振する。入力端３０１に入力した入力信号光λ_１は、光アイソレータ３７０を経て、反射手段３２１を透過し、光ファイバ３１０に入射して、この光ファイバ３１０を導波する。そして、光ファイバ３１０では、発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により新たな波長の出力信号光λ_２が発生する。光ファイバ３１０で発生した出力信号光λ_２は、反射手段３２２を透過して共振器外へ出力され、更に光カプラ３３０および外部光フィルタ３４０をも透過して、出力端３０２より出力される。

このように、本実施形態では、励起光λ_３が供給された光ファイバ３１０において非線形光学現象により新たな波長の光が発生し、そのうち、発生光λ_４が反射手段３２１，３２２からなる共振器において光増幅されて発振する。そして、この発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により新たな波長の出力信号光λ_２が発生して、この出力信号光λ_２が共振器外へ出力される。この出力された出力信号光λ_２は、入力した入力信号光λ_１と同一の情報を持ち、入力信号光λ_１と異なる波長のものである。したがって、本実施形態に係る波長変換器３は、非線形光学現象（ラマン散乱現象）により発生して共振器により共振された波長の光を発生光λ_４として利用するものであることから、その発生光λ_４の帯域幅が狭く、それ故、出力信号光λ_２のＳＮ比が優れたものとなる。また、本実施形態では、光アイソレータ３７０が設けられていることにより、信号光伝送方向とは逆の方向に進む光が遮断されるので、反射手段３２１，３２２からなる共振器の発振が安定なものとなり、また、信号光伝送が高品質となる。

例えば、光ファイバ３１０として高非線形性光ファイバが用いられる場合を想定する。この光ファイバ３１０は、零分散波長が１５４９ｎｍであり、長さが３ｋｍであり、実効断面積が１０μｍ^２であり、また、光の偏波を保持したまま該光を導波させることができる。第１波長λ_１が１５４５ｎｍであり、第３波長λ_３が１４５０ｎｍであり、第４波長λ_４が１５５０ｎｍである。励起光λ_３のパワーが２０ｄＢｍ以上であると、出力信号光λ_２のパワーも大きく、パラメトリック増幅が生じる。また、光ファイバ３１０が偏波保持光ファイバであることから、偏波保持で無く零分散波長が１５５０ｎｍである場合と比較すると、出力信号光λ_２のパワーが大きい。

なお、光アイソレータは、外部光フィルタ３４０の直前や直後のように出力側に配置されてもよいが、更に、入力側と出力側の双方に配置されてもよい。また、第１実施形態または第２実施形態の構成と同様に用いられてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る波長変換器の第４実施形態について説明する。図６は、第４実施形態に係る波長変換器４の構成図である。この図に示される波長変換器４は、入力端４０１より入力信号光λ_１を入力して、この入力信号光λ_１と同一の情報を持ち異なる波長の出力信号光λ_２を発生させ、この出力信号光λ_２を出力端４０２より出力する。この波長変換器４は、入力端４０１から出力端４０２へ向かって順に、光カプラ４３１、反射手段４２１、石英系の光ファイバ４１０、反射手段４２２、光カプラ４３２、光カプラ４３０および外部光フィルタ４４０を備えている。また、波長変換器４は、光カプラ４３０に接続された可変光減衰器４９０、この可変光減衰器４９０に接続された励起光源４５０、および、光カプラ４３２に接続された光パワーメータ４８０を備えている。

第４実施形態に係る波長変換器４に含まれる光ファイバ４１０、反射手段４２１，４２２、光カプラ４３０、外部光フィルタ４４０および励起光源４５０それぞれは、第３実施形態に係る波長変換器３に含まれる同一名称のものと同様のものである。第３実施形態の波長変換器３と比較すると、第４実施形態の波長変換器４は、入力端４０１と反射手段４２１との間に光アイソレータに替えて光カプラ４３１を備える点、反射手段４２２と光カプラ４３０との間に光カプラ４３２を備える点、光カプラ４３２に接続された光パワーメータ４８０を備える点、および、光カプラ４３０と励起光源４５０との間に可変光減衰器４９０を備える点で相違する。

可変光減衰器４９０は、励起光源４５０から出力された励起光λ_３を入力し、この励起光λ_３に損失を与えて励起光λ_３のパワーを調整し、このパワーを調整した励起光λ_３を光カプラ４３０へ出力する。励起光λ_３に与えられる損失は可変である。

光カプラ４３２は、反射手段４２２から出力されて到達した出力信号光λ_２を光カプラ４３０へ出力する。また、光カプラ４３２は、励起光源４５０から出力され可変光減衰器４９０および光カプラ４３０を経て到達した励起光λ_３を入力し、その励起光λ_３のパワーの一部（例えば１％）を分岐して、その分岐した励起光λ_３の一部を光パワーメータ４８０へ出力し、励起光λ_３の残部を反射手段４２２へ出力する。

光パワーメータ４８０は、光カプラ４３２により分岐されて到達した励起光λ_３を受光し、この励起光λ_３のパワーを検出して、光ファイバ４１０に供給される励起光λ_３のパワーをモニタする。

光カプラ４３１は、入力端４３１に入力して到達した入力信号光λ_１を反射手段４２１へ出力し、反射手段４２１から到達した励起光λ_３および発生光λ_４が入力端４３１へ出力されるのを遮断する。

この波長変換器４は以下のように動作する。励起光源４５０より出力された励起光λ_３は、可変光減衰器４９０によりパワーが調整され、光カプラ４３０および光カプラ４３２を経て、反射手段４２２を透過し、光ファイバ４１０に入射して、この光ファイバ４１０を導波する。励起光λ_３が供給された光ファイバ４１０では非線形光学現象により新たな波長の光が発生し、そのうち、共振器における共振波長の発生光λ_４が光増幅されて発振する。入力端４０１に入力した入力信号光λ_１は、光カプラ４３１を経て、反射手段４２１を透過し、光ファイバ４１０に入射して、この光ファイバ４１０を導波する。そして、光ファイバ４１０では、発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により新たな波長の出力信号光λ_２が発生する。光ファイバ４１０で発生した出力信号光λ_２は、反射手段４２２を透過して共振器外へ出力され、更に光カプラ４３２，光カプラ４３０および外部光フィルタ４４０を透過して、出力端４０２より出力される。

このように、本実施形態では、励起光λ_３が供給された光ファイバ４１０において非線形光学現象により新たな波長の光が発生し、そのうち、発生光λ_４が反射手段４２１，４２２からなる共振器において光増幅されて発振する。そして、この発生光λ_４と入力信号光λ_１との間の非線形光学現象により新たな波長の出力信号光λ_２が発生して、この出力信号光λ_２が共振器外へ出力される。この出力された出力信号光λ_２は、入力した入力信号光λ_１と同一の情報を持ち、入力信号光λ_１と異なる波長のものである。したがって、本実施形態に係る波長変換器４は、非線形光学現象（ラマン散乱現象）により発生して共振器により共振された波長の光を発生光λ_４として利用するものであることから、その発生光λ_４の帯域幅が狭く、それ故、出力信号光λ_２のＳＮ比が優れたものとなる。

更に、発振に用いる光ファイバと波長変換に用いる光ファイバとを同じにしてしまうので、別々の光ファイバを用いる場合と比較して、短尺化、小型化および低コスト化が期待される。

また、本実施形態では、光アイソレータと同様の作用を奏する光カプラ４３１が設けられていることにより、信号光伝送方向とは逆の方向に進む光が遮断されるので、反射手段４２１，４２２からなる共振器の発振が安定なものとなり、また、信号光伝送が高品質となる。

さらに、本実施形態では、光ファイバ４１０へ供給される励起光λ_３のパワーを調整する可変光減衰器４９０が設けられるとともに、光ファイバ４１０へ供給される励起光λ_３のパワーをモニタする光パワーメータ４８０が設けられていることにより、光ファイバ４１０へ供給される励起光λ_３のパワーを所望値とすることができる。

次に、本実施形態の波長変換器４について更に具体的に説明する。励起光源４５０は、半導体レーザ光源であってもよいし、また、ファイバラマンレーザ光源であるのも好適である。光ファイバ４１０は、発生光の波長λ_４の付近に零分散波長を有する高非線形性の分散シフト光ファイバであるのが好適である。また、光ファイバ４１０は、発生光の波長λ_４における分散スロープの絶対値が小さい高非線形性の分散フラット光ファイバであるのも好適である。また、光ファイバ４１０は、高非線形性のフォトニッククリスタル光ファイバであるのも好適である。これらの光ファイバは、発生光の波長λ_４において非線形係数γが例えば１０Ｗ^−１ｋｍ^−１以上であり、発生光λ_４を発生する上で好都合である。

例えば、光ファイバ４１０は、長さが５００ｍであり、波長１４８０ｎｍにおける伝送損失が０．８ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長が１４６０ｎｍであり、波長１４６０ｎｍにおける分散スロープが０．０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであり、波長１４６０ｎｍにおける非線形係数γが２１Ｗ^−１ｋｍ^−１であり、波長１４６０ｎｍにおける偏波モード分散が０．０３ｐｓ／ｋｍ^１／２であるとする。励起光源４５０は、波長１３７０ｎｍの励起光を出力するファイバラマンレーザ光源であるとする。また、反射手段４２１，４２２それぞれの中心反射波長（すなわち、発生光の波長λ_４）は、光ファイバ４１０の零分散波長１４６０ｎｍに等しいとする。この場合の波長変換効率の波長依存性が図７に示されている。この図に示されるように、波長域１４５５ｎｍ〜１４６４ｎｍで、−５ｄＢ以上であって略一様な波長変換効率が得られている。

また、例えば、光ファイバ４１０は、長さが５００ｍであり、波長１３００ｎｍにおける伝送損失が１．３ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長が１３３０ｎｍであり、波長１３３０ｎｍにおける分散スロープが０．０８ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであり、波長１３３０ｎｍにおける非線形係数γが６Ｗ^−１ｋｍ^−１であり、波長１３３０ｎｍにおける偏波モード分散が０．１ｐｓ／ｋｍ^１／２であるとする。励起光源４５０は、波長１２５０ｎｍの励起光を出力するファイバラマンレーザ光源であるとする。また、反射手段４２１，４２２それぞれの中心反射波長（すなわち、発生光の波長λ_４）は、光ファイバ４１０の零分散波長１３３０ｎｍに等しいとする。この場合の波長変換効率の波長依存性が図８に示されている。この図に示されるように、波長域１３２７ｎｍ〜１３３３ｎｍで、−１０ｄＢ程度であって略一様な波長変換効率が得られている。

第１実施形態に係る波長変換器１の構成図である。 光ファイバ１１０の実効断面積と必要励起光パワーとの関係を示す図である。 反射手段１２１，１２２それぞれの第４波長λ_４における反射率と連続発振時間との関係を示す図である。 第２実施形態に係る波長変換器２の構成図である。 第３実施形態に係る波長変換器３の構成図である。 第４実施形態に係る波長変換器４の構成図である。 第４実施形態に係る波長変換器４の波長変換効率の波長依存性の一例を示すグラフである。 第４実施形態に係る波長変換器４の波長変換効率の波長依存性の他の例を示すグラフである。

符号の説明

１〜４…波長変換器、１１０…光ファイバ、１２１，１２２…反射手段、１３０…光カプラ、１４０…外部光フィルタ、１５０…励起光源、２１０…光ファイバ、２２１，２２２…反射手段、２３０…光カプラ、２４０…外部光フィルタ、２５０…励起光源、２６０…変換波長調整手段、３１０…光ファイバ、３２１，３２２…反射手段、３３０…光カプラ、３４０…外部光フィルタ、３５０…励起光源、３７０…光アイソレータ、４１０…光ファイバ、４２１，４２２…反射手段、４３０〜４３２…光カプラ、４４０…外部光フィルタ、４５０…励起光源、４８０…光パワーメータ、４９０…可変光減衰器。

Claims (16)

1. 第１波長の入力信号光を入力して、この入力信号光と同一の情報を持つ第２波長の出力信号光を発生させて出力する波長変換器であって、
   第３波長の励起光を出力する励起光源と、
   前記励起光が供給されることによりRaman散乱現象により第４波長の発生光を発生させ、この発生光と前記入力信号光との間の非線形光学現象により前記出力信号光を発生させる光ファイバと、
   この光ファイバを挟んで設けられた第１反射手段および第２反射手段を含み、前記第１反射手段より前記入力信号光を入力し、前記第２反射手段より前記出力信号光を出力し、前記第１反射手段と前記第２反射手段との間で前記発生光を共振させる共振器と
   を備えることを特徴とする波長変換器。
2. 前記光ファイバの実効断面積が２０μｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
3. 前記光ファイバが偏光方位を保持して光を導波させる偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
4. 前記光ファイバの零分散波長が前記第４波長と略等しいことを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
5. 前記光ファイバの零分散波長が前記第４波長以下であることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
6. 前記光ファイバのカットオフ波長が前記第４波長より短いことを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
7. 前記光ファイバのカットオフ波長は、前記第４波長より、光周波数で１３ＴＨｚ以上高いことを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
8. 前記第１反射手段および前記第２反射手段それぞれの前記第４波長における反射率が９０％以上であることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
9. 前記第１反射手段および前記第２反射手段それぞれが、前記光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
10. 前記第１反射手段および前記第２反射手段それぞれが、前記光ファイバと融着接続された他の光ファイバに形成された光ファイバブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
11. 前記共振器の外部であって前記出力信号光が出力する側に設けられ、前記発生光を遮断するとともに、前記出力信号光を透過させる外部光フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
12. 前記第１反射手段および前記第２反射手段それぞれの反射波長を調整する変換波長調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
13. 前記変換波長調整手段が、前記第１反射手段および前記第２反射手段それぞれの反射波長を互いに等しく調整することを特徴とする請求項１２記載の波長変換器。
14. 前記共振器の外部であって前記出力信号光が出力する側に設けられ、透過波長が可変であり、前記発生光を遮断するとともに、前記出力信号光を透過させる外部光フィルタを更に備え、
    前記変換波長調整手段が、前記第１反射手段および前記第２反射手段それぞれの反射波長を互いに等しく調整し、それにあわせて変化する前記出力信号光の波長と前記外部光フィルタの透過波長とを互いに等しく調整する
    ことを特徴とする請求項１２記載の波長変換器。
15. 前記共振器の外部であって前記入力信号光が入力する側に設けられ、前記入力信号光の進行方向と逆の方向に進む前記発生光を遮断する光アイソレータを更に備えることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
16. 前記共振器の外部であって前記出力信号光が出力する側に設けられ、前記出力信号光の進行方向と逆の方向に進む光を遮断する光アイソレータを更に備えることを特徴とする請求項１記載の波長変換器。
    

Images