JP4431099B2 - 波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長変換方式、光集積素子、波長変換方法に関する。

光通信の高速化、大容量化に伴い、光信号を電気信号に変換せずに処理を行なう全光信号処理技術が要求されている。
近年の波長分割多重技術（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）の進展により、石英系光ファイバの数ＴＨｚに及ぶ帯域をすべて使い切ることが可能になっている。光の波長１つ１つに異なる情報を与えて伝送するＷＤＭにおいて、サブネットワーク間での波長衝突の回避や波長ルーティングによる交換を実現するために波長変換は必要不可欠な技術である。

全光波長変換を行なう場合、光ファイバや半導体のような非線形媒質（Non-Linear Medium：ＮＬＭ）を利用する方法が多く用いられている。このうち、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ)の非線形効果を用いた波長変換方式は、システムの小型化が可能であり、低消費電力で大きな非線形効果を得ることができるため、盛んに研究がなされている。

ここで、ＳＯＡを用いた全光波長変換方式は、相互利得変調（Cross Gain Modulation：ＸＧＭ）や相互位相変調（Cross Phase Modulation：ＸＰＭ）のような光スイッチ型のものと、差周波発生（Difference Frequency Generation：ＤＦＧ）や四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いたコヒーレント型のものとに分けることができる。
このうち、コヒーレント型の波長変換方式は、非線形応答の高速性によって超高速の波長変換を行なえるほか、波長変換後も位相情報が保持されるため、例えば差分位相偏移変調（Differential Phase Shift Keying：ＤＰＳＫ）などのような変調フォーマットにも対応可能である。

また、ＤＦＧを用いた波長変換方式とＦＷＭを用いた波長変換方式を比較すると、２次の非線形効果であるＤＦＧを用いた波長変換方式は、３次の非線形効果を用いるＦＷＭを用いた波長変換方式と比べて相互作用する光の波長間隔が大きい。このため、位相整合の取り易さの観点からはＦＷＭを用いた波長変換方式の方が有利である。
なお、先行技術調査を行なった結果、以下の特許文献１、２が得られた。
特開２０００−２５００８１号公報 特開２００４−１８５０２１号公報

ところで、ＦＷＭを用いた波長変換方式では、図６に示すように、非線形媒質からなる光導波路に信号光ω_sとポンプ光ω_pを入力すると信号光の位相共役光ω_c（＝２ω_p−ω_s）が生成されることを利用して、非線形媒質によって生成された位相共役光ω_cを波長変換光として取り出すようにしている。
しかし、位相共役光ω_cとともに信号光ω_sやポンプ光ω_pも出力されてしまう。

そこで、波長変換光としての位相共役光ω_cのみを取り出すために、フィルタを用いて（例えば外部に波長可変フィルタを設けて）信号光ω_sやポンプ光ω_pをカットすることになる。
一方、このような波長変換方式において、ある波長の信号光（入力光）を任意の波長の信号光（波長変換光）に変換するには（即ち、波長変換光としての位相共役光ω_cの波長を任意の波長にするには）、ポンプ光ω_pの波長を変えれば良い。

しかしながら、フィルタを用いる場合、フィルタの帯域によって波長変換の幅が制限されてしまう。また、信号の変調速度に応じて帯域の異なるフィルタが必要になる場合もある。一方、波長変換光として任意の波長の位相共役光ω_cを取り出すために多数のフィルタを設けると、部品点数が多くなってしまうことになる。また、装置の小型化、集積化を図る上で不利になる。

また、波長可変フィルタを用いる場合、フィルタの中心波長を掃引することも必要であり、波長掃引幅によっても波長変換の幅が制限されてしまうことになる。特に、波長掃引幅は掃引機構を含むフィルタの特性で決定されるため、実際の使用にあたっては制限も多い。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されてしまうことになる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、フィルタを用いることなく波長変換光のみを取り出すことができるようにした、波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法を提供することを目的とする。

このため、本発明の波長変換方式は、２つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質と、２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備え、分岐比調整部によって分岐比を調整された合波光が２つの光導波路のそれぞれに入射され、非線形媒質が信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路を導波してきた光と２つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して信号光及びポンプ光が打ち消されて位相共役光のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。

また、本発明の波長変換方式は、２つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第１非線形媒質と、２つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、第１非線形媒質と非線形感受率が異なり、利得が等しい第２非線形媒質とを備え、信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて２つの光導波路のそれぞれに入射され、第１非線形媒質及び第２非線形媒質がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して信号光及びポンプ光が打ち消され、それぞれの位相共役光の差分のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。

本発明の光集積素子は、信号光とポンプ光とを合波した合波光を分岐して導波する２つの光導波路を備える前段マッハツェンダ干渉計と、前段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に設けられる位相調整器と、入力側カプラと、出力側カプラと、入力側カプラと出力側カプラとを接続する２つの光導波路とを備える後段マッハツェンダ干渉計と、後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる半導体光増幅器とを備え、後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、前段マッハツェンダ干渉計及び位相調整器によって分岐比を調整された合波光が、後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれに入射され、半導体光増幅器が信号光の位相共役光を発生し、後段マッハツェンダ干渉計を構成する一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して信号光及びポンプ光が打ち消されて位相共役光のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。

また、本発明の光集積素子は、入力側カプラと、出力側カプラと、入力側カプラと出力側カプラとを接続する２つの光導波路とを備えるマッハツェンダ干渉計と、２つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる第１半導体光増幅器と、２つの光導波路のうちの他方の光導波路に設けられ、第１半導体光増幅器と非線形感受率が異なり、利得が等しい第２半導体光増幅器とを備え、信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて２つの光導波路のそれぞれに入射され、第１半導体光増幅器及び第２半導体光増幅器がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して信号光及びポンプ光が打ち消され、それぞれの位相共役光の差分のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。

本発明の波長変換方法は、マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整し、分岐比を調整された合波光を２つの光導波路のそれぞれに入射させ、２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、非線形媒質によって利得を生じ、一方の光導波路を導波してきた光と、２つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて信号光及びポンプ光を打ち消して位相共役光のみを波長変換光として取り出すことを特徴としている。

また、本発明の波長変換方法は、マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれに信号光とポンプ光とを合波した合波光を入射させ、２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第１非線形媒質によって信号光の第１位相共役光を発生させ、２つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、第１非線形媒質と非線形感受率が異なり、利得が等しい第２非線形媒質によって、信号光の第２位相共役光を発生させ、一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて信号光及びポンプ光を打ち消し、第１位相共役光と第２位相共役光との差分のみを波長変換光として取り出すことを特徴としている。

したがって、本発明の波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法によれば、任意の波長、任意の変調速度、任意の変調フォーマットの信号光を任意の波長に変換し、フィルタを用いることなく波長変換光のみを取り出せるようになるという利点がある。
この結果、フィルタを用いる場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。また、装置の小型化や集積化を図ることも可能になる。また、フィルタの帯域や波長掃引幅によって波長変換の幅が制限を受けることもなくなる。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されることもなくなり、高速に波長変換を行なえるようになる。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法について、図１，図２を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる波長変換方式は、非線形媒質（Non-Linear Medium:ＮＬＭ）の非線形効果としての四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いた波長変換方式である。つまり、本波長変換方式は、図１に示すように、非線形媒質（ここでは３次の非線形現象を生じる媒質）に信号光ω_sとポンプ光ω_pを入力すると、信号光の位相共役光ω_c（＝２ω_p−ω_s）が生成されることを利用し、非線形媒質によって生成された位相共役光ω_c（３次の非線形現象による位相共役光）を波長変換光として取り出すことで波長変換を行なうものである。

ここで、非線形媒質としては、例えば、半導体利得媒質を有する半導体光増幅器（ＳＯＡ）や非線形光ファイバ（例えば高非線形光ファイバ）を用いることができる。
特に、本実施形態では、図１に示すように、非線形媒質（ＮＬＭ）１によって生成された位相共役光ω_cを波長変換光として取り出すために、マッハツェンダ干渉計２を用いている。つまり、本実施形態では、波長変換方式（装置）を、図１に示すように、２つの光導波路２Ａ，２Ｂを有するマッハツェンダ干渉計２を備えるものとし、マッハツェンダ干渉計２の一方の光導波路２Ａに非線形媒質１を設け、マッハツェンダ干渉計２の一方の光導波路２Ａを導波してきた光と、他方の光導波路２Ｂを導波してきた光とを干渉させて、非線形媒質１によって生成された位相共役光ω_cを波長変換光として取り出すようにしている。

ここでは、図１に示すように、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光をマッハツェンダ干渉計２に入射させるべく、合波器３（ここでは合波カプラ）を設けている。また、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれを伝搬してきた光を干渉させるためにカプラ４（ここでは２×２カプラ；分岐比１：１）を設けている。この場合、図１に示すように、カプラ４の一方の出力ポートから波長変換光としての位相共役光ω_cのみが出射されることになる。

また、非線形媒質１に信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光を入射させると、利得が生じてしまい、非線形媒質１が設けられている一方の光導波路２Ａを導波してきた光と、非線形媒質１が設けられていない他方の光導波路２Ｂを導波してきた光とでパワー（光強度）が異なってしまう場合がある。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂ（マッハツェンダ干渉計２の２つの出力ポート）のそれぞれから出射される信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）が等しくなるように、上記合波器３の後段で、かつ、マッハツェンダ干渉計２の前段に、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部５を設けている。なお、非線形媒質１が利得を生じないものである場合には、分岐比調整部５によって分岐比を１対１に調整すれば良い。

このため、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂ（マッハツェンダ干渉計２の２つの入力ポート）には、それぞれ、分岐比調整部５によって分岐比を調整されて分岐された合波光が導入されることになる。
ここでは、分岐比調整部５は、分岐比調整用カプラ（例えば分岐比可変カプラ）である。なお、分岐比調整部５としては、後述するように、マッハツェンダ干渉計などを用いることもできる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、マッハツェンダ干渉計２の他方の光導波路２Ｂ（非線形媒質１が設けられていない方の光導波路）に位相調整器６（位相補償器）が設けられており、２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。なお、位相調整器６は、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのうちの少なくとも一方の光導波路に設ければ良い。また、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂの長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器６は設けなくても良い。

次に、このような波長変換方式を用いた波長変換方法について説明する。
まず、図１に示すように、マッハツェンダ干渉計２の２つの導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光を分岐して導入する。つまり、マッハツェンダ干渉計２を構成する２つの光導波路２Ａ，２Ｂから出射される信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）が等しくなるように、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光の分岐比を分岐比調整部５によって調整する。そして、分岐比調整部５によって分岐比を調整された合波光を、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに入射させる。

２つの光導波路２Ａ，２Ｂのうちの一方の光導波路２Ａに導入された合波光が伝搬していき、非線形媒質（ＮＬＭ）１を通過すると、非線形媒質１によって信号光の位相共役光ω_cが発生する。
そして、一方の光導波路２Ａを導波してきた光と他方の光導波路２Ｂを導波してきた光がカプラ４（分岐比１：１）で干渉する。この場合、位相共役光ω_cは、非線形媒質１が設けられている一方の光導波路２Ａのみからカプラ４へ入力され、カプラ３で１：１に分岐されて、カプラ４の２つのポートのそれぞれから出力されることになる。一方、それぞれの光導波路２Ａ，２Ｂを伝播してきた信号光ω_s及びポンプ光ω_pは、カプラ４で打ち消されて一方のポートからは出力されない。このため、カプラ４の一方のポートからは位相共役光ω_cのみが出力されることになり、これが波長変換光として取り出されることになる。これにより、信号光ω_sが位相共役光ω_cに変換されることになる。

本実施形態では、非線形媒質１が設けられていない他方の光導波路２Ｂに設けられている位相調整器６によって、２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整を行なっている。
次に、上述の波長変換方式を用いた光集積素子について、図２（Ａ）〜図２（Ｅ）を参照しながら説明する。

なお、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う模式的断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ'線に沿う模式的断面図であり、（Ｄ）は図２（Ａ）のＤ−Ｄ'線に沿う模式的断面図であり、（Ｅ）は図２（Ａ）のＥ−Ｅ'線に沿う模式的断面図である。
本光集積素子は、図２（Ａ）に示すように、上述の波長変換方式の分岐比調整部５を構成する前段マッハツェンダ干渉計５０及び位相調整器５１，５２と、信号光ω_sとポンプ光ω_pを除去して位相共役光ω_cを選択的に取り出す波長変換部（上述の波長変換方式のマッハツェンダ干渉計２及び非線形媒質１）を構成する後段マッハツェンダ干渉計２０及び非線形媒質１として用いられる半導体光増幅器１０（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）とをモノリシックに集積したモノリシック集積素子として構成される。

なお、図２（Ａ）では上述の波長変換方式の合波器３は図示していない。また、図２（Ａ）中、符号４１は合波光を入力する入力側光導波路を示しており、符号４２は位相共役光ω_cを出力する出力側光導波路を示している。
ここで、前段マッハツェンダ干渉計５０は、図２（Ａ）に示すように、光の入射側から見て前段に設けられており、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光を分岐して導波する２つの光導波路５３，５４を備える。つまり、前段マッハツェンダ干渉計５０は、入力側カプラ５５と、出力側カプラ５６と、入力側カプラ５５と出力側カプラ５６とを接続する２つの光導波路（スラブ導波路）５３，５４とを備えるものとして構成される。

ここでは、入力側カプラ５５及び出力側カプラ５６は、多モード干渉（ＭＭＩ:Multi Mode Interference）カプラである。なお、ここでは分岐特性の制御性の観点から、入力側カプラ５５及び出力側カプラ５６としてＭＭＩカプラを用いているが、これに限られるものではなく、例えば方向性結合器やＹ分岐カプラなどを用いることもできる。
位相調整器５１，５２は、図２（Ａ）に示すように、前段マッハツェンダ干渉計５０を構成する２つの光導波路５３，５４のそれぞれに位相調整電極５１Ａ，５２Ａを設け、これらの位相調整電極５１Ａ，５２Ａを介してそれぞれの光導波路５３，５４に電流を注入することで位相を調整するものとして構成されている。なお、前段マッハツェンダ干渉計５０を構成する２つの光導波路５３，５４のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を設ければ良い。

後段マッハツェンダ干渉計２０は、図２（Ａ）に示すように、光の入射側から見て後段に設けられており、入力側カプラ２１と、出力側カプラ２２と、入力側カプラ２１と出力側カプラ２２とを接続する２つの光導波路（スラブ導波路）２３，２４とを備えるものとして構成される。なお、ここでは、入力側カプラ２１は、上述の前段マッハツェンダ干渉計５０の出力側カプラ５６によって兼用している。

ここでは、出力側カプラ２２は、多モード干渉（ＭＭＩ:Multi Mode Interference）カプラである。なお、ここでは分岐特性の制御性の観点から、出力側カプラとしてＭＭＩカプラを用いているが、これに限られるものではなく、例えば方向性結合器やＹ分岐カプラなどを用いることもできる。
ＳＯＡ１０は、図２（Ａ）に示すように、後段マッハツェンダ干渉計２０を構成する２つの光導波路２３，２４のうちの一方の光導波路２３に設けられている。このＳＯＡ１０は、３次の非線形現象を生じる利得媒質からなる活性層を含む光導波路に電極１０Ｘを設け、この電極１０Ｘを介して活性層に電流（制御電流）を注入しうるようになっている。

そして、本光集積素子では、後段マッハツェンダ干渉計２０を構成する２つの光導波路２３，２４のそれぞれから出射される信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）が等しくなるように、前段マッハツェンダ干渉計５０及び位相調整器５１，５２によって分岐比を調整された合波光が、後段マッハツェンダ干渉計２０を構成する２つの光導波路２３，２４のそれぞれに入射され、半導体光増幅器１０が信号光の位相共役光ω_cを発生し、後段マッハツェンダ干渉計２０を構成する一方の光導波路２３を導波してきた光と他方の光導波路２４を導波してきた光とが干渉して位相共役光ω_cが波長変換光として取り出されることになる。

ここで、後段マッハツェンダ干渉計２０の２つの光導波路２３，２４のそれぞれに入射される合波光の分岐比は、以下のようにして調整されるようになっている。
つまり、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光を分岐して、前段マッハツェンダ干渉計５０の２つの光導波路５３，５４のそれぞれに導入し、その後、半導体光増幅器１０によって生じる利得に応じて［即ち、半導体光増幅器１０によって増幅された信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）に応じて］前段マッハツェンダ干渉計５０に設けられている位相調整電極５１Ａ，５２Ａ（位相調整器５１，５２）に電流を注入する。この結果、前段マッハツェンダ干渉計５０のそれぞれの光導波路５３，５４を伝播する合波光の位相が変えられて、前段マッハツェンダ干渉計５０の出力側カプラ５６（ここでは後段マッハツェンダ干渉計２０の入力側カプラ２１でもある）を介して後段マッハツェンダ干渉計２０の２つの光導波路２３，２４のそれぞれに入射される合波光の分岐比が調整される。

また、本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、後段マッハツェンダ干渉計２０の他方の光導波路２４（非線形媒質が設けられていない方の光導波路）に、上述の波長変換方式の位相調整器６として位相調整器（位相補償器）６０が設けられており、２つの光導波路２３，２４のそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。

ここでは、位相調整器６０は、後段マッハツェンダ干渉計２０の他方の光導波路２４に位相調整電極６０Ａを設け、この位相調整電極６０Ａを介して光導波路２４に電流を注入することで位相を調整するようになっている。なお、位相調整器６０は、後段マッハツェンダ干渉計２０の２つの光導波路２３，２４のうちの少なくとも一方の光導波路に設ければ良い。また、後段マッハツェンダ干渉計２０の２つの光導波路２３，２４の長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器を設けなくても良い。

次に、本実施形態にかかる光集積素子の製造方法について、図２（Ａ）〜図２（Ｅ）を適宜参照しながら説明する。
まず、図２（Ｅ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板（ｎ−ＩｎＰ基板）１００上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層６１（例えば厚さ１μｍ以下)、下側ＳＣＨ層６２（ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、歪量子井戸活性層６３（例えば６層のＩｎＧａＡｓ井戸層を持つ；例えば歪量＋０．８％；例えば厚さ１００ｎｍ)、上側ＳＣＨ層６４(ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６５（例えば厚さ３００ｎｍ）を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長させて、ＳＯＡを構成する歪量子井戸活性層６３（ＳＯＡ活性層）を含む積層構造を形成する。

次に、ＳＯＡ１０を形成する部分にのみＳｉＯ₂マスク（誘電体マスク）を形成し［図２（Ａ）参照］、この部分を残して、ｎ−ＩｎＰクラッド層６１に達するまでを（即ち、表面側のｐ−ＩｎＰクラッド層６５から下側ＳＣＨ層６２までを）、例えばウエットエッチングにより除去する。
次いで、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、除去した部分に、下側ＳＣＨ層６２（ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層６６（ＩｎＧａＡｓＰ層；例えば発光波長１．３μｍ；例えば厚さ２００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層６４(ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６５（例えば厚さ３００ｎｍ）を、例えばＭＯＶＰＥ法などでバッドジョイント成長させて、導波路コア層６６を含む積層構造を形成する。

次に、光導波路２３，２４，４１，４２，５１，５２を形成する部分、ＭＭＩカプラ５５，５６（２１），２２を形成する部分、ＳＯＡ１０を形成する部分に［図２（Ａ）参照］ＳｉＯ₂マスクを形成して、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、例えば例えばＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching）法（誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング法）等のドライエッチングによって、例えば高さ１．５μｍ、幅１．５μｍの導波路メサ構造を形成する。

そして、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、メサ構造の両側方に、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層６７（第１電流ブロック層）、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層６８（第２電流ブロック層）を、例えばＭＯＶＰＥ法等で成長させて、電流狭窄構造を形成する。
このようにして電流狭窄構造を形成した後、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、ＳｉＯ₂マスクを除去して、上部にｐ−ＩｎＰクラッド層６９（例えば厚さ３μｍ）、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７０（例えば発光波長１．３μｍ；例えば厚さ１００ｎｍ）を成長させて、エピタキシャル成長を完了する。

このようにしてエピタキシャル成長を完了したウエハは、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、ＳＯＡ１０を形成する部分と位相調整器６０，５１，５２を形成する部分以外のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７０を除去し、ＳｉＯ₂膜７１を形成した後、ＳＯＡ１０を形成する部分及び位相調整器６０，５１，５２を形成する部分（コンタクト層７０が残されている部分）のＳｉＯ₂膜７１を除去し、コンタクト層７０上にｐ側電極５１Ａ，５２Ａ，６０Ａを形成する。一方、基板裏面にはｎ側電極７３を形成する。

最後に、劈開後、素子両端面に無反射コーティングを施して、光集積素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法によれば、干渉効果を用いて信号光ω_s及びポンプ光ω_pを除去するため、任意の波長、任意の変調速度、任意の変調フォーマットの入力信号光を任意の波長に変換し、フィルタを用いることなく（例えば外部に波長可変フィルタを設けることなく）、波長変換光のみを取り出せるようになるという利点がある。この結果、フィルタを用いる場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。

また、装置の小型化や集積化を図ることも可能となる。特に、上述の光集積素子のようにモノリシックに集積することが可能であり、従来の非線形媒質及び波長可変フィルタの機能を一つの素子で実現できるようになり、フィルタを用いる場合と比較して、素子の小型化が可能である。
さらに、フィルタが不要であるため、フィルタの帯域や波長掃引幅によって波長変換の幅が制限を受けることがなくなる。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されることもなくなり、より高速に波長変換を行なえるようになる。

なお、上述の実施形態では、上述の波長変換方式を適用したものとして、非線形媒質として半導体光増幅器を備える光集積素子について説明したが、これに限られるものではない。
例えば、上述の波長変換方式のマッハツェンダ干渉計２を光ファイバによって構成し、非線形媒質として非線形ファイバを用いた波長変換装置として構成することもできる。

このような波長変換装置は、図３に示すように、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂを偏波維持光ファイバ（polarization maintaining optical fiber：ＰＭＦ）８４，８５によって構成し、一方の光導波路２Ａに設けられる非線形媒質１を偏波維持型高非線形ファイバ（polarization maintaining highly non linear fiber：ＰＭ−ＨＮＦ）８６によって構成し、他方の光導波路２Ｂに設けられる位相調整器６を偏波コントローラ（polarization controller：ＰＣ）８７によって構成している。なお、図３中、上述の実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。

なお、ここでは、信号光ω_sを入力する光導波路８０及びポンプ光ω_pを入力する光導波路８１のそれぞれに偏波コントローラ（ＰＣ）８２，８３を設けている。また、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂとしての光ファイバ８４，８５の長さは等しくしてある。
［第２実施形態］
まず、本発明の第２実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法について、図４，図５を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる波長変換方式は、上述の第１実施形態のものと、マッハツェンダ干渉計の２つの光導波路のそれぞれに、非線形感受率（ここでは３次の非線形感受率χ⁽³⁾）が異なり、利得（線形利得）が同等の非線形媒質（利得を生じないものも含む）が設けられており、分岐比調整部を備えない点が異なる。
つまり、本波長変換方式（装置）は、図４に示すように、２つの光導波路２Ａ，２Ｂを有するマッハツェンダ干渉計２を備えるものとし、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに、非線形感受率が異なり、利得が等しい非線形媒質１Ａ，１Ｂ（利得を生じないものも含む）を設け、マッハツェンダ干渉計２の一方の光導波路２Ａを導波してきた光と、他方の光導波路２Ｂを導波してきた光とを干渉させて、非線形媒質１Ａによって生成された位相共役光ω_cAと非線形媒質１Ｂによって生成された位相共役光ω_cBとのパワー（光強度）の差として出力される位相共役光ω_cを波長変換光として取り出すようにしている。なお、図４中、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。

ここで、非線形感受率とは、波長変換効率を決定するパラメータである。この非線形感受率の値が大きいほど波長変換効率は大きくなる。
例えば、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのうちの一方の光導波路２Ａに設けられる非線形媒質（第１非線形媒質）１Ａの非線形感受率が、他方の光導波路２Ｂに設けられる非線形媒質（第２非線形媒質）１Ｂの非線形感受率よりも大きく（又は小さく）なるようにすれば良い。

ここで、非線形感受率が大きい第１非線形媒質１Ａは、波長変換光として取り出される位相共役光ω_cを発生させるために用いられる。このため、波長変換光生成用非線形媒質という。一方、非線形感受率が小さい第２非線形媒質１Ｂは、第１非線形媒質１Ａを通過した信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）と、第２非線形媒質１Ｂを通過した信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）とを同じにするために用いられる。このため、出力調整用非線形媒質という。

この場合、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光が分岐されてマッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに入射されると、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのうちの一方の光導波路２Ａに設けられている第１非線形媒質１Ａ、及び、他方の光導波路２Ｂに設けられている第２非線形媒質１Ｂが、それぞれ、信号光ω_sの位相共役光ω_cA，ω_cBを発生する。

しかし、第１非線形媒質１Ａと第２非線形媒質１Ｂとでは非線形感受率が異なるため、それぞれの非線形媒質１Ａ，１Ｂで発生する位相共役光ω_cA，ω_cBのパワー（光強度）に差が生じる。
このため、マッハツェンダ干渉計２の一方の光導波路２Ａを導波してきた光と、他方の光導波路２Ｂを導波してきた光とを干渉させても、位相共役光ω_cA，ω_cBは完全には打ち消されずに出力されることになる。

このように、本実施形態では、非線形感受率の異なる非線形媒質は、発生する位相共役光にパワー差（光強度差）が生じ、干渉させても打ち消されないことを利用して、位相共役光ω_cを波長変換光として取り出すようにしている。
特に、本実施形態では、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに設けられる非線形媒質１Ａ，１Ｂは、利得が等しいため、それぞれの光導波路２Ａ，２Ｂを導波してきた光のパワー（光出力；光強度）は同じになる。このため、上述の第１実施形態の分岐比調整部５は設けられていない。つまり、上述の第１実施形態の分岐比調整部５に代えて、他方の光導波路２Ｂに非線形感受率の異なる非線形媒質１Ｂを設けて、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂ（マッハツェンダ干渉計２の２つの出力ポート）のそれぞれから出射される信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）が等しくなるようにしている。

なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同一である。
次に、このような波長変換方式を用いた波長変換方法について説明する。
まず、マッハツェンダ干渉計２の２つの導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに、信号光ω_sとポンプ光ω_pとを合波した合波光を分岐して導入する。
２つの光導波路２Ａ，２Ｂのうちの一方の光導波路２Ａに導入された合波光が伝搬していき、それぞれの非線形媒質（ＮＬＭ）１Ａ，１Ｂを通過すると、それぞれの非線形媒質１Ａ，１Ｂによって信号光の位相共役光ω_cA，ω_cBが発生する。つまり、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのうちの一方の光導波路２Ａに備えられる第１非線形媒質１Ａによって信号光の位相共役光ω_cAが発生するとともに、他方の光導波路２Ｂに備えられ、第１非線形媒質１Ａと非線形感受率が異なる第２非線形媒質１Ｂによって信号光の位相共役光ω_cBが発生する。

本実施形態では、それぞれの非線形媒質１Ａ，１Ｂによって同等の利得が生じるため、一方の光導波路２Ａを導波する光と、他方の光導波路２Ｂを導波する光のパワー（光強度）は等しくなる。一方、マッハツェンダ干渉計２の２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれに設けられる非線形媒質１Ａ，１Ｂは、非線形感受率が異なるため、それぞれの非線形媒質１Ａ，１Ｂで発生する位相共役光ω_cA，ω_cBのパワー（光強度）に差が生じる。ここでは、第２非線形媒質１Ｂの非線形感受率の方が小さいため、第２非線形媒質１Ａで発生する位相共役光ω_cAのパワー（光強度）の方が小さくなる。

そして、一方の光導波路２Ａを導波してきた光と、他方の光導波路２Ｂを導波してきた光とがカプラ４（分岐比１：１）で干渉させる。
本実施形態では、それぞれの非線形媒質１Ａ，１Ｂで発生する位相共役光ω_cA，ω_cBのパワー（光強度）に差が生じているため、位相共役光ω_cA，ω_cBは完全には打ち消されずに、カプラ４で１：１に分岐されて、カプラ４の２つのポートのそれぞれから出力されることになる。一方、それぞれの光導波路２Ａ，２Ｂを伝播してきた信号光ω_s及びポンプ光ω_pは、カプラ４で打ち消されて一方のポートからは出力されない。このため、カプラ４の一方のポートからは位相共役光ω_c（＝ω_cA−ω_cB）のみが出力されることになり、これが波長変換光として取り出されることになる。これにより、信号光ω_sが位相共役光ω_cに変換されることになる。

本実施形態では、他方の光導波路２Ｂに設けられている位相調整器６によって、２つの光導波路２Ａ，２Ｂのそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整を行なっている。
次に、上述の波長変換方式を用いた光集積素子について、図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら説明する。

なお、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ'線に沿う模式的断面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ'線に沿う模式的断面図であり、（Ｄ）は図５（Ａ）のＤ−Ｄ'線に沿う模式的断面図であり、（Ｅ）は図５（Ａ）のＥ−Ｅ'線に沿う模式的断面図である。
本光集積素子は、図５（Ａ）に示すように、信号光ω_sとポンプ光ω_pを除去して位相共役光ω_cを選択的に取り出す波長変換部（上述の波長変換方式のマッハツェンダ干渉計２及び非線形媒質１Ａ，１Ｂ）として、マッハツェンダ干渉計２０と、上述の波長変換方式の非線形媒質１Ａとして用いられる第１半導体光増幅器（第１ＳＯＡ）１０Ａと、上述の波長変換方式の非線形媒質１Ｂとして用いられる第２半導体光増幅器（第２ＳＯＡ）１０Ｂとをモノリシックに集積したモノリシック集積素子として構成される。なお、図５（Ａ）〜（Ｅ）中、上述の第１実施形態（図２参照）と同一のものには同一の符号を付している。

ここで、マッハツェンダ干渉計２０は、図５（Ａ）に示すように、入力側カプラ２１と、出力側カプラ２２と、入力側カプラ２１と出力側カプラ２２とを接続する２つの光導波路（スラブ導波路）２３，２４とを備えるものとして構成される。
第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂは、図５（Ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計２０を構成する２つの光導波路２３，２４のそれぞれに１つずつ設けられている。これらの第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂは、３次の非線形現象を生じる利得媒質からなる活性層を含む光導波路のそれぞれに電極１０ＡＸ，１０ＢＸを設け、この電極１０ＡＸ，１０ＢＸを介して活性層に電流（制御電流）を注入しうるようになっている。

ここでは、第１ＳＯＡ１０Ａの非線形感受率は、第２ＳＯＡ１０Ｂの非線形感受率よりも大きくしている。具体的には、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂを、以下のように構成すれば良い。
（１）第１ＳＯＡ１０ＡをバルクＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを歪量子井戸ＳＯＡとする。（２）第１ＳＯＡ１０ＡをバルクＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを量子ドットＳＯＡとする。（３）第１ＳＯＡ１０Ａを無歪量子井戸ＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを歪量子井戸ＳＯＡとする。（４）第１ＳＯＡ１０Ａを無歪量子井戸ＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを量子ドットＳＯＡとする。

なお、第１ＳＯＡ１０Ａの非線形感受率を、第２ＳＯＡ１０Ｂの非線形感受率よりも小さくしても良い。この場合、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂを、以下のように構成すれば良い。
（１）第１ＳＯＡ１０Ａを歪量子井戸ＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０ＢをバルクＳＯＡとする。（２）第１ＳＯＡ１０Ａを量子ドットＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０ＢをバルクＳＯＡとする。（３）第１ＳＯＡ１０Ａを歪量子井戸ＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを無歪量子井戸ＳＯＡとする。（４）第１ＳＯＡ１０Ａを量子ドットＳＯＡとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを無歪量子井戸ＳＯＡとする。

このように、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂを、非線形感受率の異なる異種の活性層を備えるものとして構成すれば良い。例えば、第１ＳＯＡ１０Ａを、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうちいずれか一種の活性層を備えるものとし、第２ＳＯＡ１０Ｂを、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうち第１ＳＯＡの活性層と異なる種類の活性層を備えるものとして構成すれば良い。なお、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂは、非線形感受率の異なる同種の活性層を備えるものとして構成することもできる。

また、本光集積素子では、マッハツェンダ干渉計２０を構成する２つの光導波路２３，２４のそれぞれから出射される信号光ω_s及びポンプ光ω_pのパワー（光強度）が等しくなるように、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂは、同等の利得を生じるものとして構成されている。
そして、信号光ω_sとポンプ光ω_pの合波光が、マッハツェンダ干渉計２０を構成する２つの光導波路２３，２４のそれぞれに入射され、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂのそれぞれが信号光ω_sの位相共役光ω_cA，ω_cBを発生し、一方の光導波路２３を導波してきた光と他方の光導波路２４を導波してきた光とが干渉して位相共役光ω_c（＝ω_cA−ω_cB）が波長変換光として取り出されることになる。

また、本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計２０の２つの光導波路２３，２４のうちのいずれか一方の光導波路（ここでは光導波路２４）に、上述の波長変換方式の位相調整器６として位相調整器６０（位相補償器）が設けられており、２つの光導波路２３，２４のそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。ここでは、位相調整器６０は、マッハツェンダ干渉計２０のいずれか一方の光導波路（ここでは光導波路２４）に位相調整電極６０Ａ（この電極を設ける領域を電流注入領域という）を設け、この位相調整電極６０Ａを介して光導波路２４に電流を注入することで位相を調整するようになっている。なお、マッハツェンダ干渉計２０の２つの光導波路２３，２４の長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器を設けなくても良い。

次に、本実施形態にかかる光集積素子の製造方法について、図５（Ａ）〜（Ｅ）を適宜参照しながら説明する。なお、図５（Ａ）〜（Ｅ）中、上述の第１実施形態（図２（Ａ）〜（Ｅ）参照）と同一のものには同一の符号を付している。
まず、図５（Ｅ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板（ｎ−ＩｎＰ基板）１００上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層６１(例えば厚さ１μｍ以下)、下側ＳＣＨ層６２（ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、歪量子井戸活性層６３(例えば６層のＩｎＧａＡｓ井戸層を持つ；例えば歪量＋０．８％；例えば厚さ１００ｎｍ)、上側ＳＣＨ層６４(ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６５（例えば厚さ３００ｎｍ）を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長させて、第１ＳＯＡ１０Ａを構成する歪量子井戸活性層６３（第１ＳＯＡ活性層）を含む積層構造を形成する。

次に、第１ＳＯＡ１０Ａを形成する部分にのみＳｉＯ₂マスク（誘電体マスク）を形成し［図５（Ａ）参照］、この部分を残して、ｎ−ＩｎＰクラッド層６１に達するまでを（即ち、表面側のｐ−ＩｎＰクラッド層６５から下側ＳＣＨ層６２までを）、例えばウエットエッチングにより除去する。
次いで、図５（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、除去した部分に、下側ＳＣＨ層６２（ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、無歪量子井戸活性層７２（例えば３層のＩｎＧａＡｓ井戸層を持つ；例えば厚さ７０ｎｍ）、上側ＳＣＨ層６４（ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ)、ｐ−ＩｎＰクラッド層６５（例えば厚さ３００ｎｍ）を、例えばＭＯＶＰＥ法で成長させて、第２ＳＯＡ１０Ｂを構成する無歪量子井戸活性層７２（第２ＳＯＡ活性層）を含む積層構造を形成する。

次に、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂを形成する部分のみにＳｉＯ₂マスクを形成し［図５（Ａ）参照］、これらの部分を残して、ｎ−ＩｎＰクラッド層６１に達するまでを（即ち、表面側のｐ−ＩｎＰクラッド層６５から下側ＳＣＨ層６２までを）、例えばウエットエッチングにより除去する。
このようにしてエッチングした後、図５（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、除去した部分に、下側ＳＣＨ層６２（ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、導波路コア層６６（ＩｎＧａＡｓＰ層；例えば発光波長１．３μｍ；例えば厚さ２００ｎｍ）、上側ＳＣＨ層６４(ＩｎＧａＡｓＰ層；光ガイド層；例えば発光波長１．１５μｍ；例えば厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６５（例えば厚さ３００ｎｍ）を、例えばＭＯＶＰＥ法などでバッドジョイント成長させて、導波路コア層６６を含む積層構造を形成する。

次に、光導波路２３，２４，４１，４２を形成する部分、ＭＭＩカプラ２１，２２を形成する部分、ＳＯＡ１０Ａ，１０Ｂを形成する部分のみに［図５（Ａ）参照］ＳｉＯ₂マスクを形成して、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、例えば例えばＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching）法（誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング法）等のドライエッチングによって、例えば高さ１．５μｍ、幅１．５μｍの導波路メサ構造を形成する。

そして、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、メサ構造の両側方に、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層６７（第１電流ブロック層）、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層６８（第２電流ブロック層）を、例えばＭＯＶＰＥ法等で成長させて、電流狭窄構造を形成する。
このようにして電流狭窄構造の形成した後、図５（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、ＳｉＯ₂マスクを除去して、上部にｐ−ＩｎＰクラッド層６９（例えば厚さ３μｍ）、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７０（例えば発光波長１．３μｍ；例えば厚さ１００ｎｍ）を成長させて、エピタキシャル成長を完了する。

このようにしてエピタキシャル成長を完了したウエハは、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂを形成する部分と位相調整器６０を形成する部分以外のＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７０を除去し、ＳｉＯ₂膜７１を形成した後、第１ＳＯＡ１０Ａ及び第２ＳＯＡ１０Ｂを形成する部分及び位相調整器６０を形成する部分（コンタクト層７０が残されている部分）のＳｉＯ₂膜７１を除去し、コンタクト層７０上にｐ側電極６０Ａ，１０ＡＸ，１０ＢＸを形成する。一方、基板裏面にはｎ側電極７３を形成する。

最後に、劈開後、素子両端面に無反射コーティングを施して、光集積素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法によれば、上述の第１実施形態のものと同様の効果が得られる。さらに、上述の第１実施形態の分岐比調整部を設ける必要がないため、さらに小型化を図ることが可能となる。
なお、本実施形態では、利得が等しい非線形媒質１Ａ，１Ｂ（利得を生じないものも含む）を設けているが、これに限られるものではない。例えば、利得が異なる非線形媒質を設け、上述の第１実施形態の分岐比調整部を設けるようにしても良い。
［その他］
なお、光集積素子の層構造や作製方法は、上述の各実施形態のものに限られるものではない。また、上述の各実施形態では、メサ埋込構造の例に説明しているが、埋め込みを行なわないハイメサ構造、リッジ構造等の構造であっても良く、この場合も同様の効果が得られる。

また、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
（付記１）
２つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質と、
前記２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備え、
前記分岐比調整部によって分岐比を調整された合波光が前記２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記非線形媒質が信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。

（付記２）
２つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第１非線形媒質と、
前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第１非線形媒質と非線形感受率が異なる第２非線形媒質とを備え、
信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第１非線形媒質及び前記第２非線形媒質がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。

（付記３）
前記第１非線形媒質と前記第２非線形媒質とは利得が等しいことを特徴とする、付記２記載の波長変換方式。
（付記４）
前記２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備えることを特徴とする、付記２記載の波長変換方式。

（付記５）
前記２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を備えることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の波長変換方式。
（付記６）
前記非線形媒質、又は、前記第１非線形媒質及び前記第２非線形媒質が、半導体光増幅器であることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の波長変換方式。

（付記７）
前記非線形媒質、又は、前記第１非線形媒質及び前記第２非線形媒質が、非線形光ファイバであることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の波長変換方式。
（付記８）
前記分岐比調整部が、カプラにより構成されることを特徴とする、付記１、４〜７のいずれか１項に記載の波長変換方式。

（付記９）
前記分岐比調整部が、マッハツェンダ干渉計により構成されることを特徴とする、請求項１、４〜７のいずれか１項に記載の波長変換方式。
（付記１０）
信号光とポンプ光とを合波した合波光を分岐して導波する２つの光導波路を備える前段マッハツェンダ干渉計と、
前記前段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に設けられる位相調整器と、
入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する２つの光導波路とを備える後段マッハツェンダ干渉計と、
前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる半導体光増幅器とを備え、
前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、前記前段マッハツェンダ干渉計及び前記位相調整器によって分岐比を調整された合波光が、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記半導体光増幅器が信号光の位相共役光を発生し、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。

（付記１１）
入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する２つの光導波路とを備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる第１半導体光増幅器と、
前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路に設けられ、前記第１半導体光増幅器と非線形感受率が異なる第２半導体光増幅器とを備え、
信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第１半導体光増幅器及び前記第２半導体光増幅器がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。

（付記１２）
前記第１半導体光増幅器と前記第２半導体光増幅器とは利得が等しいことを特徴とする、付記１１記載の光集積素子。
（付記１３）
前記第１半導体光増幅器及び前記第２半導体光増幅器が、非線形感受率の異なる異種の活性層を備えることを特徴とする、付記１１又は１２記載の光集積素子。

（付記１４）
前記第１半導体光増幅器が、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうちいずれか一種の活性層を備え、
前記第２半導体光増幅器が、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうち前記第１半導体光増幅器の活性層と異なる種類の活性層を備えることを特徴とする、付記１３記載の光集積素子。

（付記１５）
前記第１半導体光増幅器及び前記第２半導体光増幅器が、非線形感受率の異なる同種の活性層を備えることを特徴とする、付記１１又は１２記載の光集積素子。
（付記１６）
前記後段マッハツェンダ干渉計又は前記マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を備えることを特徴とする、付記１０〜１５のいずれか１項に記載の光集積素子。

（付記１７）
前記入力側カプラ及び前記出力側カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記１０〜１６のいずれか１項に記載の光集積素子。
（付記１８）
前記入力側カプラ及び前記出力側カプラが、方向性結合器であることを特徴とする、付記１０〜１６のいずれか１項に記載の光集積素子。

（付記１９）
マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整し、
分岐比を調整された合波光を前記２つの光導波路のそれぞれに入射させ、
前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
前記非線形媒質によって利得を生じ、前記一方の光導波路を導波してきた光と、前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。

（付記２０）
マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれに信号光とポンプ光とを合波した合波光を入射させ、
前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第１非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第１非線形媒質と非線形感受率が異なる第２非線形媒質によって、信号光の位相共役光を発生させ、
前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。

（付記２１）
前記第２非線形媒質として、前記第１非線形媒質と利得の等しいものを用いることを特徴とする、付記２０記載の波長変換方法。
（付記２２）
前記２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に備えられる位相調整器によって、前記一方の光導波路を導波する光と前記他方の光導波路を導波する光の位相を調整することを特徴とする、付記１９〜２１のいずれか１項に記載の波長変換方法。

本発明の第１実施形態にかかる波長変換方式及び波長変換方法を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態にかかる光集積素子の構成及び製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態の変形例にかかる波長変換装置を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態にかかる波長変換方式及び波長変換方法を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態にかかる光集積素子の構成及び製造方法を説明するための模式図である。 一般的な四光波混合を用いた波長変換方式を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 非線形媒質
１Ａ 第１非線形媒質
１Ｂ 第２非線形媒質
２ マッハツェンダ干渉計
２Ａ，２Ｂ 光導波路
３ 合波器
４ カプラ
５ 分岐比調整部
６ 位相調整器
１０ 半導体光増幅器
１０Ａ 第１半導体光増幅器（第１ＳＯＡ）
１０Ｂ 第２半導体光増幅器（第２ＳＯＡ）
１０Ｘ，１０ＡＸ，１０ＢＸ 電極
２０ 後段マッハツェンダ干渉計
２１ 入力側カプラ
２２ 出力側カプラ
２３，２４ 光導波路
４１ 入力側光導波路
４２ 出力側光導波路
５０ 前段マッハツェンダ干渉計
５１，５２，６０ 位相調整器
５１Ａ，５２Ａ，６０Ａ 位相調整電極
５３，５４ 光導波路
５５ 入力側カプラ
５６ 出力側カプラ
６１ ｎ−ＩｎＰクラッド層
６２ 下側ＳＣＨ層
６３ 歪量子井戸活性層（ＳＯＡ活性層，第１ＳＯＡ活性層）
６４ 上側ＳＣＨ層
６５ ｐ−ＩｎＰクラッド層
６６ 導波路コア層
６７ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
６８ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
６９ ｐ−ＩｎＰクラッド層
７０ ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
７１ ＳｉＯ₂膜
７２ 無歪量子井戸活性層（第２ＳＯＡ活性層）
８０，８１ 光導波路
８２，８３ 偏波コントローラ
８４，８５ 偏波維持光ファイバ
８６ 偏波維持型高非線形ファイバ
８７ 偏波コントローラ（位相調整器）
１００ ｎ型ＩｎＰ基板

Claims (10)

1. ２つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
   前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質と、
   前記２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備え、
   前記分岐比調整部によって分岐比を調整された合波光が前記２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記非線形媒質が信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して前記信号光及び前記ポンプ光が打ち消されて位相共役光のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。
2. ２つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
   前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第１非線形媒質と、
   前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第１非線形媒質と非線形感受率が異なり、利得が等しい第２非線形媒質とを備え、
   信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第１非線形媒質及び前記第２非線形媒質がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して前記信号光及び前記ポンプ光が打ち消され、それぞれの前記位相共役光の差分のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。
3. 前記分岐比調整部が、マッハツェンダ干渉計により構成されることを特徴とする、請求項１に記載の波長変換方式。
4. 前記２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換方式。
5. 前記非線形媒質、又は、前記第１非線形媒質及び前記第２非線形媒質が、非線形光ファイバであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換方式。
6. 信号光とポンプ光とを合波した合波光を分岐して導波する２つの光導波路を備える前段マッハツェンダ干渉計と、
   前記前段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に設けられる位相調整器と、
   入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する２つの光導波路とを備える後段マッハツェンダ干渉計と、
   前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる半導体光増幅器とを備え、
   前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、前記前段マッハツェンダ干渉計及び前記位相調整器によって分岐比を調整された合波光が、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記半導体光増幅器が信号光の位相共役光を発生し、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して前記信号光及び前記ポンプ光が打ち消されて位相共役光のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。
7. 入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する２つの光導波路とを備えるマッハツェンダ干渉計と、
   前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる第１半導体光増幅器と、
   前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路に設けられ、前記第１半導体光増幅器と非線形感受率が異なり、利得が等しい第２半導体光増幅器とを備え、
   信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記２つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第１半導体光増幅器及び前記第２半導体光増幅器がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して前記信号光及び前記ポンプ光が打ち消され、それぞれの前記位相共役光の差分のみが波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。
8. マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整し、
   分岐比を調整された合波光を前記２つの光導波路のそれぞれに入射させ、
   前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
   前記非線形媒質によって利得を生じ、前記一方の光導波路を導波してきた光と、前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて前記信号光及び前記ポンプ光を打ち消して位相共役光のみを波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。
9. マッハツェンダ干渉計を構成する２つの光導波路のそれぞれに信号光とポンプ光とを合波した合波光を入射させ、
   前記２つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第１非線形媒質によって信号光の第１位相共役光を発生させ、
   前記２つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第１非線形媒質と非線形感受率が異なり、利得が等しい第２非線形媒質によって、信号光の第２位相共役光を発生させ、
   前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて前記信号光及び前記ポンプ光を打ち消し、前記第１位相共役光と前記第２位相共役光との差分のみを波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。
10. 前記２つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に備えられる位相調整器によって、前記一方の光導波路を導波する光と前記他方の光導波路を導波する光の位相を調整することを特徴とする、請求項８又は９記載の波長変換方法。

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