JP4748504B2 - 光ファイバ型波長変換器 - Google Patents

Description

本願発明は、非線形性に優れた光ファイバを用いた光ファイバ型波長変換器に関するものである。

近年、通信における高速化、大容量化、長距離伝送が益々求められており、このために光信号の処理速度の高速化や長距離伝送を達成するための光信号処理技術が希求されている。
光信号処理技術の一つとして、光信号を光のまま処理する全光信号処理技術がある。この処理技術は光信号を電気信号に変えることなく、光信号を直接光信号として扱うため高速な光信号処理が可能となる。

前記全光信号処理技術には、光信号を伝送する光ファイバ内で生ずる非線形光学現象を利用する方法、あるいは非線形性の高い物質からなる光導波路中で生ずる非線形現象を利用する方法等がある。
前者の光ファイバ内で発生する非線形光学現象を利用した全光信号処理技術は、高速処理が可能であると同時に伝送損失も小さくできるため近年、特に注目されている。この光ファイバ内で生ずる非線形現象としては四光波混合、自己位相変調、相互位相変調、ブリュリアン散乱等が挙げられる。これらのなかで四光波混合を利用した波長変換や、自己位相変調を利用したパルス圧縮、波形整形等の光信号処理技術が既に報告されている。

ところで四光波混合は、２波長以上の光を光ファイバに導入したとき、非線形現象により特定の規則を持って新たな波長の光が生ずる現象である。前述した光信号処理技術では、この新たな波長の光が生ずる現象を波長変換に利用しようとするものである。また、この四光波混合を利用した波長変換は、多数の信号波長を一括して高速かつ低ノイズで波長変換できるという利点を有している。そのため将来の高速信号処理システム構築において重要なものと考えられている。

ところで、このように波長変換といった光信号処理技術を適用するためには、光ファイバとして非線形現象を大きく起し得る光ファイバ、すなわち高非線形性を有する光ファイバ（以下単に高非線形光ファイバという）が必要となる。
この種の高非線形光ファイバ及びこの高非線形光ファイバを用いた光ファイバ型波長変換器の一つが特許文献１に記載されている。

特開２００１−７５１３６号公報

ところで前記特許文献１に開示されている光ファイバ型波長変換器に限らず、この種の高非線形光ファイバを用いた光ファイバ型波長変換器にあっては、この光ファイバ型波長変換器を使用する周囲の温度（以下単に環境温度という）が変化すると、その特性、特に波長変換帯域が変化する場合があることがわかってきた。具体的には、何種類かの高非線形光ファイバを作成し、これらを用いた光ファイバ型波長変換器を異なる環境温度下で動作させたところ、その波長変換帯域が環境温度により変化することがわかった。

そこで本願発明では、高非線形光ファイバを用いた光ファイバ型波長変換器において、使用環境下の環境温度の変化に対して、波長変換帯域特性の変化が小さく、安定した波長変換が可能な光ファイバ型波長変換器を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく本願請求項１記載の光ファイバ型波長変換器は、高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対して前記ポンプ光の波長λｐがλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、環境温度が摂氏０℃乃至４０℃内で変化したときに下記式で示される変換帯域Ｄの変化が３０％以下であり、 前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であることを特徴とするものである。
Ｄ＝｜λｐ−λｓ₂｜
（ここでλｓ₂は、前記ポンプ光の波長λｐをλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内のいずれかの波長に固定して前記信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ₀と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ₀より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう）

このようにしてなる本願請求項１記載の光ファイバ型波長変換器によれば、使用する高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値を０．０２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下にしたことにより、環境温度が摂氏０℃〜４０℃内で変化したときの変換帯域Ｄの変化を３０％以下にすることができる。
尚、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であることにより、光ファイバが高非線形光ファイバであることが保証され、その結果、変換効率の良い波長変換が可能となる。また高非線形光ファイバの零分散波長λ_０に対して、前記ポンプ光の波長λｐをλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍ内に設定することにより、位相整合条件が満たされ、変換帯域の広い波長変換が可能となっている。

また本願請求項２記載の光ファイバ型波長変換器は、高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対して前記ポンプ光の波長λｐがλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、環境温度が摂氏０℃乃至４０℃内で変化したときに、前記信号光波長の波長λｓと前記ポンプ光の波長λｐの波長差△λが２５ｎｍにおける変換効率の変化が１ｄＢ以下であり、 前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であることを特徴とするものである。

このようにしてなる本願請求項２記載の光ファイバ型波長変換器によれば、使用する高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値を０．０２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下にしたことにより、環境温度が摂氏０℃〜４０℃内で変化したときの△λが２５ｎｍにおける変換効率の変化を１ｄＢ以下にすることができる。
尚、前記請求項１に記載の光ファイバ型波長変換器においても述べたように、ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であることにより、光ファイバが高非線形光ファイバであることが保証され、その結果、変換効率の良い波長変換が可能となる。また高非線形光ファイバの零分散波長λ_０に対して、前記ポンプ光の波長λｐをλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍ内に設定することにより、位相整合条件が満たされ、変換帯域の広い波長変換が可能となる。

また本願請求項３記載の光ファイバ型波長変換器は、高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記ポンプ光の波長λｐが、環境温度が摂氏１０℃乃至３０℃の範囲内において下記式で示される変換帯域Ｄが最大となるように前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対してλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、しかもこのポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、このポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、 前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であることを特徴とするものである。
Ｄ＝｜λｐ−λｓ₂｜
（ここでλｓ₂は、前記ポンプ光の波長λｐをλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内のいずれかの波長に固定して前記信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ₀と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ₀より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう）

このようにしてなる本願請求項３記載の光ファイバ型波長変換器によれば、環境温度が摂氏１０℃から摂氏３０℃の範囲内において波長の変換帯域Ｄが最大となるように調整されているため、この光ファイバ型波長変換器が通常使用される環境の温度、すなわち常温を含めた温度範囲で、広帯域で安定な波長変換が可能となる。
尚、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であること、及びこの波長λｐを前記高非線形光ファイバの零分散波長λ_０に対してλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍ内に設定した意味合いは、前述した請求項１、２の作用効果で述べた通りである。

また本願請求項４記載の光ファイバ型波長変換器は、高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記ポンプ光の波長λｐが、環境温度が摂氏−２０℃乃至６０℃の範囲内において下記式で示される変換帯域Ｄが最大となるように前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対してλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、しかもこのポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、このポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であり、かつ前記変換帯域Ｄが最大となる温度をＴとしたとき前記高非線形光ファイバの温度をＴ＋５℃〜Ｔ−５℃の範囲内に保つ恒温機構を備えたことを特徴とするものである。
Ｄ＝｜λｐ−λｓ₂｜
（ここでλｓ₂は、前記ポンプ光の波長λｐをλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内のいずれかの波長に固定して前記信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ₀と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ₀より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう）

このようにしてなる請求項４記載の光ファイバ型波長変換器によれば、環境温度が摂氏−２０℃乃至６０℃の範囲内において波長変換帯域Ｄが最大となるように調整されていて、しかもこの環境温度を確実に安定して保持すべく、高非線形ファイバの温度をＴ＋／−５℃の範囲に保つ機構、具体的には高非線形光ファイバをその内部に収納する恒温槽等を備えたことにより、より確実にこの光ファイバ型波長変換器により広い温度範囲で、広帯域で安定な波長変換を可能ならしめる。
尚、この請求項４においても、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であること、及びこの波長λｐを前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対してλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定した意味合いは、前述した請求項１〜３に記載の各発明の作用効果において述べたと同様である。
以上の本願請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ型波長変換器によれば、高非線形光ファイバにおいて、各比屈折率差の関係を△１＞△３＞０＞△２とし、かつ１％＞△３＞０．１％とすることにより、この高非線形光ファイバの分散スロープの絶対値をより小さくする設計が容易となる。さらにこれに△１＞２％かつ１％＞△３としたことにより、高い非線形係数γが得られ易くなり、その結果、広い帯域で環境温度が変化しても、広い帯域で安定した変換帯域Ｄが得られる、すなわち温度変化に強い光ファイバ型波長変換器を提供することができる。

さらに本願請求項５記載の光ファイバ型波長変換器は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光ファイバ型波長変換器において、前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が前記ポンプ光の波長λｐにおいて０．００５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることを特徴とするものである。

このようにしてなる請求項５記載の光ファイバ型波長変換器によれば、請求項１〜請求項４の記載の光ファイバ型波長変換器において、波長分散スロープの絶対値を０．００５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下にしたことにより、波長の変換帯域Ｄの温度よる変化をより一層小さくすることができる。

さらにまた本願請求項６記載の光ファイバ型波長変換器は、前記請求項１〜請求項５いずれかに記載の光ファイバ型波長変換器において、前記ポンプ光の波長λｐが１５００ｎｍ乃至１６００ｎｍ範囲に設定されていることを特徴とするものである。

一般に、石英ガラス系光ファイバにおいて伝送損失の小さくなる波長１．５５μｍ帯での信号光の波長変換が特に望まれている。そして、そのためにはポンプ光の波長λｐを１５００ｎｍ乃至１６００ｎｍの範囲内に設定することが望ましい。しかるに前述した請求項６記載の光ファイバ型波長変換器によれば、ポンプ光の波長λｐを１５００ｎｍ乃至１６００ｎｍの範囲内に設定することにより、例えば、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）内の波長変換や、ＣバンドからＬバンド（１５６５〜１６２５ｎｍ）、若しくはＳバンド（１４６０〜１５３０ｎｍ）からＣバンド、ＳバンドからＬバンド等への信号光の一括波長変換が可能となる。

以上述べたように本願発明の光ファイバ型波長変換器によれば、高非線形光ファイバを用いた光ファイバ型波長変換器において、使用環境下の環境温度の変化に対して、波長変換帯域Ｄの変化が小さく、安定した波長変換が可能な光ファイバ型波長変換器を得ることができる。

図１〜図４を用いて本願発明の光ファイバ型波長変換器の実施例を詳細に説明する。

本願発明に係る光ファイバ型波長変換器の一実施例を図１に示す。図１に示すようにこの光ファイバ型波長変換器１は、波長λｐを発信するポンプ光源２と、この光ファイバ型波長変換器１に外部から入ってくる波長λｓの信号光とポンプ光の波長λｐとを合波する光カプラ３と、この光カプラ３の後端に接続されるリング状に巻かれた状態の高非線形光ファイバ４とを有している。尚、点線で記載されているブロックを示す符号５は、必要により前記高非線形光ファイバ４をその内部に収容し、この高非線形光ファイバ４の温度特性をより安定に保持するために用いられる、例えば恒温槽である。この恒温槽５を使用した場合には、高非線形光ファイバ４は、常に所定温度範囲内に確実に保持される。

まず下記表１にその構成や特性を示すような３本の高非線形光ファイバ４を製造した。表１で「試料１」と「試料２」は、本願発明の光ファイバ型波長変換器１に適用される、いわゆる実施例に相当する高非線形光ファイバを意味し、そして「試料３」は比較例に相当する高非線形光ファイバである。

まず実施例１について説明する。
表１に示す構成と特性を有する高非線形の「試料１」を製造し、この「試料１」を、前述した図１に示す構成の光ファイバ型波長変換器１の高非線形光ファイバ４として組み込んだ。このようして構成した光ファイバ型波長変換器１に対して環境温度を変化させながら波長変換実験を行った。
ここで、光ファイバ型波長変換器１を２０℃の環境温度に十分置いた後、この温度で変換帯域Ｄが最大となるように、ポンプ光の波長λｐを「試料１」の零分散波長λ_０に対してλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍの範囲内で調整し、設定した。

このようにして高非線形の「試料１」を組み込んだ光ファイバ型波長変換器１の環境温度を、摂氏０℃〜４０℃の範囲で変化させ、そのときの信号光波長による変換効率の変化を調べた。その結果を図２に示す。図２において横軸は信号光の波長λｓとポンプ光の波長λｐとの波長差の絶対値である△λを示す。
図２が示すように、先に定義した変換帯域Ｄ、すなわち、Ｄ＝｜λｐ−λｓ_２｜の値は、０℃、２０℃、４０℃でそれぞれ４１ｎｍ、４８ｎｍ、３８ｎｍである。ここで、変換帯域Ｄの変化を、すなわち｛（変換帯域の最大値―変換帯域の最小値）／変換帯域の最大値｝の値を、％表示した値でみると、（４８―３８）／４８の値は約０．２０８となり、約２１％であったことがわかる。このように実施例１の光ファイバ型波長変換器１にあっては摂氏０℃〜４０℃の範囲での変換帯域Ｄの変化が３０％以下であった。

ところで変換帯域Ｄにおけるλｓ_２は、ポンプ光の波長λｐをλ_０−１ｎｍ〜λ_０＋１ｎｍ内のいずれかの波長に固定して、信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ_０と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ_０より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう。それ故、図２において、変換帯域Ｄは、各温度毎に変換効率が０のレベルから３ｄＢ下がった位置での△λの値を読み取ればよい。

また、図２より、ポンプ光のλｐと信号光の波長λｓとの差△λが２５ｎｍ以内の範囲では、環境温度が摂氏０℃〜４０℃の範囲で変化しても、変換効率は１ｄＢ以下の変化しかないことがわかる。
ここで変換効率Ｅは、Ｐｃ／Ｐｓの値を自然対数表示したもので、Ｐｓは信号光のパワー、Ｐｃは変換光のパワーを示している。

次に実施例２について説明する。
表１の「試料２」に示す構成と特性を有する高非線形光ファイバを製造し、この「試料２」を図１に示す構成の光ファイバ型波長変換器１に組み込み、実施例１と同様の手順で環境温度を変化させて波長変換実験を行った。
実施例２でも光ファイバ型波長変換器１を２０℃の環境温度に十分置いた後、この温度２０℃で変換帯域Ｄが最大となるように、ポンプ光の波長λｐを「試料２」の零分散波長λ_０に対してλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍの範囲内で調整し、設定した。

このようにして高非線形の「試料２」を組み込んだ光ファイバ型波長変換器１の環境温度を、摂氏０℃〜４０℃の範囲で変化させ、そのときの信号光波長による変換効率の変化を調べた。その結果を図３に示す。図３は縦軸も横軸も前述した図２と同じである。
図３が示すように、変換帯域Ｄは、０℃、２０℃、４０℃でそれぞれ３５ｎｍ、３８ｎｍ、３５ｎｍであった。変換帯域Ｄの変化を、すなわち｛（変換帯域の最大値―変換帯域の最小値）／変換帯域の最大値｝の値を％表示した値でみると、（３８―３５）／３８の値は約０．０７８となり、約８％であったことがわかる。このように実施例２の光ファイバ型波長変換器１にあっても、摂氏０℃〜４０℃の範囲での変換帯域Ｄの変化が３０％以下であった。
また、図３より、ポンプ光の波長λｐと信号光の波長λｓとの差である△λが２５ｎｍ以内の範囲では、環境温度が０℃〜４０℃範囲で変化しても、変換効率は殆ど変化しないことがわかる。

次に比較例を示す。
表１の「試料３」に示す構成と特性を有する高非線形光ファイバを製造し、この「試料３」を図１に示す構成の光ファイバ型波長変換器１に組み込み、実施例１、２と同様の手順で環境温度を変化させて波長変換実験を行った。
比較例でも光ファイバ型波長変換器１を２０℃の環境温度に十分置いた後、この温度で変換帯域Ｄが最大となるように、ポンプ光の波長λｐを「試料３」の零分散波長λ_０に対してλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍの範囲内で調整し、設定した。

この「試料３」を組み込んだ光ファイバ型波長変換器１の環境温度を、摂氏０℃〜４０℃の範囲で変化させ、そのときの信号光波長による変換効率の変化を調べた。その結果を図４に示す。図４の縦軸も横軸も前述した図２、図３と同じである。
図４が示すように、波長の変換帯域Ｄは、０℃、２０℃、４０℃でそれぞれ１５ｎｍ、３１ｎｍ、１５ｎｍであった。変換帯域Ｄの変化は、（３１―１５）／３１の値は約０．５１６となり、約５２％であったことがわかる。このように比較例の光ファイバ型波長変換器１では、摂氏０℃〜４０℃の範囲での変換帯域Ｄの変化が３０％以上であったことがわかる。

前記実施例１、実施例２及び比較例の結果からわかるように、ポンプ光源２から出射されるポンプ光の波長λｐにおける波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であり、ポンプ光の波長λｐにおける非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上である高非線形光ファイバ４を光ファイバ型波長変換器１に用いて、かつこの光ファイバ型波長変換器１を使用する環境温度内の、例えば最も使用される温度で、変換帯域Ｄが最大になるようにポンプ光の波長λｐを調整すれば、より具体的には高非線形光ファイバ４の零分散波長λ_０に対して、ポンプ光の波長λｐをλ_０−１ｎｍ乃至λ_０＋1ｎｍの範囲内で調整すれば、環境温度の変化に対して波長の変換帯域Ｄの変化が小さい、具体的にはその値が３０％以下の光ファイバ型波長変換器１を得ることができる。

前記各実施例では環境温度が摂氏０℃〜４０℃の範囲で、変換帯域Ｄの変化の小さい光ファイバ型波長変換器１を示したが、この実施例のものは摂氏２０℃で、変換帯域Ｄが最大になるように調整しているので、これを摂氏１０℃〜３０℃の環境温度範囲内で使用できることは図２、図３が示す結果から明らかである。

ところで実施例１、実施例２に使用した「試料１」と「試料２」の大きな差は、「試料２」の波長分散スロープの絶対値が０．００４ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍであって、「試料１」の０．０１７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍに比して格段に小さい点にある。
このように光ファイバ型波長変換器１に用いる高非線形光ファイバ４として波長分散スロープの絶対値が０．００５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下のものを使用すると、環境温度変化に対して、波長の変換帯域Ｄの変化をより小さくすることができる。

また「試料２」においては、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周にクラッドを設け、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、各比屈折率差の関係を△１＞△３＞０＞△２とし、かつ１％＞△３＞０．１％とすることにより、前述したように分散スロープの絶対値をより小さくすることが設計上容易になる。特に、波長１．５５μｍ帯における波長分散スロープの絶対値を０．００５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下とすることがより容易になる。

さらにこれに△１＞２％かつ１％＞△３としたことにより、「試料２」においてより高い非線形係数γが得られるようになり、「試料２」を非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上の非線形係数を有する高非線形光ファイバ化することに成功している。
ここでクラッドに対する第１コアの屈折率差△１は、△１＝｛（ｎ_ｃ１−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ１｝・１００で、クラッドに対する第２コアの比屈折率差△２は、△２＝｛（ｎ_ｃ２−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ２｝・１００で、そして第３コアのクラッドに対する比屈折率差△３は、△３＝｛（ｎ_ｃ３−ｎ_ｃ）／ｎ_ｃ３｝・１００で示されるものをいう。
ところで、前記各式中、ｎ_ｃ１は第１コアの最大屈折率、ｎ_ｃ２は第２コアの最小屈折率、ｎ_ｃ３は第３コアの最大屈折率、そしてｎ_ｃはクラッドの屈折率である。

ところで本願発明の光ファイバ型波長変換器１をより広い温度範囲、具体的には摂氏−２０℃〜６０℃といった環境温度範囲内において、その変換帯域Ｄの変化をより小さなものにしようとするならば、図１が示すように高非線形光ファイバ４を恒温槽５内に収納すればよい。この恒温槽５としては、前記環境温度範囲内で波長の変換帯域Ｄが最大となる温度、例えば摂氏１０℃をＴとしたとき、高非線形光ファイバ４の温度をＴ＋５℃またはＴ−５℃の範囲内に保つことができるように調整されたものがよい。
もちろん、この高非線形光ファイバ４を一定温度に保持するものとして前記恒温槽５に限定されるものではなく、恒温機構を備えたものであって、この光ファイバ型波長変換器１内に収納可能なものであれば種々のものが使用できる。

尚、表１においてλｃは各光ファイバのカットオフ波長を示しており、このカットオフλｃとは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０で定義するファイバカットオフ波長λｃをいう。またＭＦＤはモードフィールド径を、ＰＭＤは偏波モード分散値を示している。その他、本願明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。

本願発明の光ファイバ型波長変換器の一実施例を示す概略構成図である。 本願発明の光ファイバ型波長変換器の実施例１における変換効率と△λの関係を環境温度毎に調べた結果を示すグラフである。 本願発明の光ファイバ型波長変換器の実施例２における変換効率と△λの関係を環境温度毎に調べた結果を示すグラフである。 光ファイバ型波長変換器の比較例における変換効率と△λの関係を環境温度毎に調べた結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 光ファイバ型波長変換器
２ ポンプ光源
３ 光カプラ
４ 高非線形光ファイバ
５ 恒温槽

Claims (6)

1. 高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対して前記ポンプ光の波長λｐがλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、環境温度が摂氏０℃乃至４０℃内で変化したときに下記式で示される変換帯域Ｄの変化が３０％以下であり、 前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であることを特徴とする光ファイバ型波長変換器。
   Ｄ＝｜λｐ−λｓ₂｜
   （ここでλｓ₂は、前記ポンプ光の波長λｐをλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内のいずれかの波長に固定して前記信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ₀と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ₀より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう）
2. 高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対して前記ポンプ光の波長λｐがλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、前記ポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、環境温度が摂氏０℃乃至４０℃内で変化したときに、前記信号光波長の波長λｓと前記ポンプ光の波長λｐの波長差△λが２５ｎｍにおける変換効率の変化が１ｄＢ以下であり、 前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であることを特徴とする光ファイバ型波長変換器。
3. 高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記ポンプ光の波長λｐが、環境温度が摂氏１０℃乃至３０℃の範囲内において下記式で示される変換帯域Ｄが最大となるように前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対してλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、しかもこのポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、このポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、 前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であることを特徴とする光ファイバ型波長変換器。
   Ｄ＝｜λｐ−λｓ₂｜
   （ここでλｓ₂は、前記ポンプ光の波長λｐをλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内のいずれかの波長に固定して前記信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ₀と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ₀より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう）
4. 高非線形光ファイバの一端から信号光とポンプ光を導入し、前記高非線形光ファイバの他端より前記信号光の波長変換光を得る光ファイバ型波長変換器であって、前記ポンプ光の波長λｐが、環境温度が摂氏−２０℃乃至６０℃の範囲内において下記式で示される変換帯域Ｄが最大となるように前記高非線形光ファイバの零分散波長λ₀に対してλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内に設定され、しかもこのポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が０．０２ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であり、このポンプ光の波長λｐにおける前記高非線形光ファイバの非線形係数γが１０／Ｗ／ｋｍ以上であり、前記高非線形光ファイバが、少なくとも第一コアと該第一コアの外周に設けられた第二コアと該第二コアの外周に設けられた第三コアと該第三コアの外周に設けられたクラッドとを有し、前記第一コア、前記第二コア、前記第三コアの前記クラッドに対する比屈折率差をそれぞれ△１、△２、△３としたとき、△１＞△３＞０＞△２であって、かつ△１＞２％、１％＞△３＞０．１％であり、かつ前記変換帯域Ｄが最大となる温度をＴとしたとき前記高非線形光ファイバの温度をＴ＋５℃〜Ｔ−５℃の範囲内に保つ恒温機構を備えたことを特徴とする光ファイバ型波長変換器。
   Ｄ＝｜λｐ−λｓ₂｜
   （ここでλｓ₂は、前記ポンプ光の波長λｐをλ₀−１ｎｍ乃至λ₀＋1ｎｍ内のいずれかの波長に固定して前記信号光の波長λｓをλｐ−５ｎｍに設定したときの変換効率をＥ₀と表記したとき、ポンプ光の波長λｐを固定したまま信号光の波長λｓのみ変化させたときに変換効率がＥ₀より３ｄＢ減少するときの信号光の波長をいう）
5. 前記高非線形光ファイバの波長分散スロープの絶対値が前記ポンプ光の波長λｐにおいて０．００５ｐｓ／ｎｍ²／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ型波長変換器。
6. 前記ポンプ光の波長λｐが１５００ｎｍ乃至１６００ｎｍ範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ型波長変換器。

Images