JP4875237B2 - 波長変換装置を用いた波長分割多重伝送方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信、特に波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式により多重化された光信号の伝送を行う光通信において、ＷＤＭネットワークを構成するのに有用な波長変換装置を用いた波長分割多重伝送方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光増幅器を用いたＷＤＭ伝送技術の発展に伴ってＷＤＭネットワークの構築が検討されている。この検討の中で波長変換装置を用いることによって無相関に作られた異なるＷＤＭシステム間を低コストで結ぶことが提案されている。波長変換装置には種類の異なる様々なものがあるが、光ファイバ内での四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）を用いた波長変換装置はその高速応答性（〜100fs)及び広帯域性から、広帯域化が進められているＷＤＭシステムを利用したネットワーク構成への有用性が特に注目されている。ＦＷＭによる波長変換は半導体増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）中でも実現される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これまでのＦＷＭを利用した波長変換では、その広帯域性に注目して全帯域の信号を一括して波長変換する実験が多くを占めている。しかし、実際のＷＤＭネットワークでの波長変換の用途としては一括変換以外にも、広帯域性を活かした異種の波長変換形式が今後要求されるものと予測されるが、ＦＷＭを利用した波長変換においては一括変換以外の技術報告は未だ行われていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願の目的は広帯域ＷＤＭ信号の中から、波長変換したい波長の信号光だけを取り出し、これをＦＷＭを利用して波長変換する波長変換装置を利用して波長変換の自由度の高いＷＤＭネットワークを構成し、それを利用した波長分割多重伝送方法を提供することにある。
【０００５】
薄膜や回折格子などに代表される波長透過フィルタ型の媒質はその透過率に波長依存性があるため、光の波長の一部を透過して残りを反射する性質がある。この様なフィルタ型媒質を利用して、ＷＤＭ信号中の一部の信号光を透過（もしくは反射）させて波長変換対象信号光として取り出し、その波長変換対象信号光のみをＦＷＭ媒質にポンプ光と共に入射させることにより、ＷＤＭ信号の一部だけを波長変換する事が可能となる。本件発明は波長変換対象信号光をフィルタ型媒質により取り出した後に波長変換を行う波長変換装置と、光分岐器で分岐した後に波長変換を行う波長変換装置と、フィルタ型媒質を使用した波長変換装置を利用して波長分割多重伝送を行う方法とを提供するものである。
【０００６】
請求項１記載の波長分割多重伝送方法は、複数の異なるＷＤＭシステムを結ぶ波長分割多重伝送法であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品で取り出して波長変換対象光とし、取り出された一又は二以上の波長変換対象光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用することによって波長変換するとともに、この波長変換された光（波長変換光）と、前記フィルタ型光部品で取り出されず波長変換されなかった信号光（波長変換対象外信号光）とを合波して新たなＷＤＭ信号光とする波長変換装置を備え、前記波長変換装置は、ＷＤＭ信号光をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品をＮ個用い、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換し、この波長変換光とフィルタで取り出されなかった波長変換対象外信号光を合波して新たなＷＤＭ信号光とし、この新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔が波長変換前の元のＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも拡がるように前記ポンプ光波長を設定されているとともに、前記波長変換装置は、一方が他方よりも広いＷＤＭ信号光の周波数間隔を有するように無相関に作られた異なるＷＤＭシステムを結ぶ方法である。
【０００７】
請求項２記載の波長分割多重伝送方法は、請求項１記載の波長分割多重伝送方法であって、前記波長変換装置は、その出力側に、同波長変換装置により周波数間隔が拡げられた新たなＷＤＭ信号光を波長毎に分離する波長分離デバイスを接続して複合化された方法である。
【０００８】
請求項３記載の波長分割多重伝送方法は、請求項１記載の波長分割多重伝送方法であって、前記波長変換装置により波長変換されて、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が拡がった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの小さい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの大きな光伝送路で構成されるシステムに送り出す方法である。
【０００９】
本願の波長分割多重伝送方法は、波長変換装置により波長変換されて、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が拡がった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの小さい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの大きな光伝送路で構成されるシステムに送り出す方法である。
【００１０】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をフィルタ作用を持つ光部品で取り出して波長変換対象光とし、それを波長変換するとともに、前記フィルタ作用を持つ光部品で前記波長変換対象信号光として取り出されなかった信号光（波長変換対象外の信号）を前記波長変換対象信号光とは別に取り出して波長変換せずに出力するものとしてもよい。
【００１１】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をフィルタ作用を持つ光部品で取り出して波長変換対象光とし、それを波長変換するとともに、前記フィルタ作用を持つ光部品で前記波長変換対象信号光として取り出されなかった信号光（波長変換対象外の信号）を前記波長変換対象信号光とは別に取り出して波長変換せずに出力し、前記光部品で取り出されて波長変換された波長変換光と、その波長変換光の帯域に含まれない波長の一又は二以上の信号光とを合波して新たなＷＤＭ信号光とするものとすることもできる。
【００１２】
本願の波長変換装置は、フィルタ作用を持つ光部品として、ＷＤＭ信号光をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品を用い、取り出された一又は二以上の波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換するものとすることもできる。
【００１３】
本願の波長変換装置は、フィルタ作用を持つ光部品として、ＷＤＭ信号光の存在する波長帯域を短波長側からｎ個のブロック（サブバンド）とみなし、このサブバンドの一つ乃至は複数個を取り出すものを使用し、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換するものとすることもできる。
【００１４】
本願の波長変換装置は、フィルタ作用を持つ光部品として、ＷＤＭ信号光の存在する波長帯域を短波長側からｎ個のブロック（サブバンド）とみなし、このうちｊ番目（ｊは１，２，・・・，ｎのいずれかの整数）のサブバンド一つのみを取り出すフィルタをｎ−１個使用し、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換し、この波長変換光全てとフィルタで取り出されなかった波長変換対象外信号光を合波して新たなＷＤＭ信号光とし、この新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔が波長変換前の元のＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも狭くなるように前記ポンプ光波長を設定したものとすることもできる。
【００１５】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）を光分岐器で分岐し、光分岐器の一又は二以上の出力ポートから出力される波長変換対象信号光を波長変換するとともに、前記波長変換対象信号光以外の波長の信号光は、光分岐器の前記一又は二以上の出力ポート以外のポートから出力したものとすることもできる。
【００１６】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）を光分岐器で分岐し、光分岐器の一又は二以上の出力ポートから出力される波長変換対象信号光を波長変換するとともに、この波長変換光と、それ以外のポートから出力される波長変換対象外信号光とを合波して新たなＷＤＭ信号光とすることもできる。
【００１７】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）を光分岐器で分岐し、光分岐器の一又は二以上の出力ポートから出力される波長変換対象信号光を波長変換するとともに、前記波長変換対象信号光以外の波長の信号光は、光分岐器の前記一又は二以上の出力ポート以外のポートから出力され、前記光分岐器の出力ポートから出力されて波長変換された波長変換光と、その波長変換光の帯域以外の波長帯域にある一又は二以上の信号光とを合波して新たなＷＤＭ信号光とするものとすることもできる。本願の波長分割多重伝送方法は、波長変換対象光を、ポンプ光と合波して波長変換するものとすることもできる。
【００１８】
本願の波長分割多重伝送方法は波長変換装置により波長変換された、波長変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が狭くなった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの大きい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの小さな光伝送路で構成されるシステムに送り出すようにとしてもよい。
【００１９】
本願の波長分割多重伝送方法は、新しいＷＤＭ信号光の周波数間隔が狭くなったことにより発生する空き伝送帯域に、ＷＤＭ信号光を加えて新たなＷＤＭ信号光とし、このＷＤＭ信号光を伝送するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（波長変換装置の実施形態１）
本願の波長変換装置の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。この波長変換装置は本願の基本的な実施形態である。図１は、ＦＷＭを引き起こすためのポンプ光を発生するポンプ光源２と、光フィルタ１によって取り出された信号光とポンプ光とを合波する光合波器３と、ＦＷＭによる波長変換光を発生可能な波長変換素子（波長変換用光ファイバ）４と、同光ファイバ４の出力光中の不要な光を除去する光フィルタ（不要波除去用光フィルタ）５により広帯域一括波長変換部１０を構成し、それにＷＤＭ信号光から所定波長の信号光を取り出すことが可能な光部品、例えば光フィルタ１を付加してある。図１の波長変換用光ファイバ４は半導体増幅器（ＳＯＡ）に代えることができる。また、光フィルタ５には非線形ループミラー等が含まれる。これは他の図においても同様である。
【００２１】
この波長変換装置ではＷＤＭ信号光から光フィルタ１によって所定波長の信号光（以下「波長変換対象信号光」）が取り出され、波長変換対象外信号光が別のポートから出射される。波長変換対象信号光はポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波され、波長変換用光ファイバ４に入射されてその内部で四光波混合が生じる。波長変換用光ファイバ４からの出力光は、光フィルタ５に入射されてＦＷＭ発生前からあった変換対象の信号光やポンプ光（不要波）が除去され、ＦＷＭによって生じた波長変換光のみが元の信号光の波長変換された光として出力される。この場合、光フィルタ１の透過率や波長特性を変えることにより種々の変換が可能となる。
【００２２】
（波長変換装置の実施形態２）
本願の波長変換装置の第２の実施形態を図２、図３に基づいて説明する。この波長変換装置は請求項２の実施形態である。図３は図２の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図２ではポンプ光源２、光合波器３、波長変換用光ファイバ４、光フィルタ５により広帯域一括波長変換部１０を構成し、それに、光フィルタ１と光合波器６を付加してある。光フィルタ１はＷＤＭ信号光から波長変換対象信号光を取り出すものであり、ＷＤＭ信号光をＮ＝１のチャンネル間隔（１チャンネルおき）で取り出すことが可能なフィルタを用いてある。即ち、ＷＤＭ信号光の１チャンネルおきの周期で透過率のピークを有する透過特性のエタロンフィルタを用いてある。光合波器６は光フィルタ１により取り出されなかった波長変換対象外信号光と波長変換光とを合波するものである。
【００２３】
図２の波長変換装置では図３に示す様に光フィルタ（エタロンフィルタ）１に入射されたＷＤＭ信号光から１チャンネル間隔で波長変換対象信号光が取り出され、その波長変換対象信号光はポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波され、波長変換用光ファイバ４内における四光波混合によって波長変換され、波長変換光が出力される。その波長変換光は波長変換対象外信号光と光合波器６によって合波され、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも波長間隔が倍に拡がったＷＤＭ信号光となる。
【００２４】
（波長変換装置の実施形態３）
本願の波長変換装置の第３の実施形態を図４、図５に基づいて説明する。図５は図４の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図４の波長変換装置ではポンプ光源２、光合波器３、波長変換用光ファイバ４、光フィルタ５によって広帯域一括波長変換部１０とし、それに光フィルタ１、光合波器７を付加してある。図５に示すようにＷＤＭ信号光１から１チャンネル間隔で波長変換対象信号光が取り出され、それが広帯域一括波長変換部１０におけるポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波され、波長変換用光ファイバ４に入射されてその内部で四光波混合が発生し、光フィルタ５を透過することで波長変換光が出射される。また、光フィルタ１の他方の出力ポートに無反射端処理を施して波長変換対象外信号光が出力されないようにし、前記ＷＤＭ信号光とは別に外部から加えられるＷＤＭ信号光２と前記波長変換光とが光合波器７により合波されて新たなＷＤＭ信号光が構成されるようにしてある。
【００２５】
この場合、図４のポンプ光源２から発生されるポンプ光の波長λpは、波長変換対象信号光中の信号光２の波長をλ2、この信号光の変換後の波長をλ2’とおくと次式（１）で与えられ、高非線形ファイバの零分散波長はその数式で与えられるポンプ光波長の近傍にある必要がある。
【００２６】
【数式１】
【００２７】
（波長変換装置の実施形態４）
本願の波長変換装置の第４の実施形態を図６から図８に示す。図６はその構成図を、図７と図８はＷＤＭ信号を用いた光クロスコネクトの一例を示す。この波長変換装置は請求項５の実施形態である。図７のＡからＢの方向へと伝送されるＷＤＭ信号がある。この信号は全６ch.のＷＤＭ伝送とする。図７のＡ側の光分波器で各ch.の波長λ1からλ6に分波し、ノード内のλ1とλ4の光路に接続された光分岐器により、このうちの第１ch.（波長λ1にのっている情報）と第４ch.の情報（波長λ4にのっている情報）を分岐し、それらを光合波器で波長多重した後にＣ方向に伝送するという場合を考える。図７の様にすることにより、Ｃ方向につながっているシステムでは第１ch.と第４ch.の情報サービスを受けられる。ところが、この後にＣ方向に第１ch.と第４ch.の情報ではなく、第３ch.(波長λ3にのっている情報）と第６ch.の情報（波長λ6にのっている情報）を与えるように変更する必要が生じた場合、ノード内の光分岐器の配置を変更しただけでは実現できない。なぜならば、Ｃ方向にある光合波器は波長λ1とλ4とを合波するように最適化されているからである。一般には光合波器の先にある系も波長λ1とλ4で構成されるＷＤＭ信号を取り扱うように最適な光学設計がなされていると考えられる。このような場合に、図６に記載の波長変換装置を用いれば、第３ch.の情報を波長λ1にのせ、第６ch.の情報を波長λ4にのせるように変更できる。具体的には図７の構成に図６の波長変換装置を図８の様に配置することで問題は解決する。
【００２８】
図６の波長変換装置の作用を図９に基づいて説明する。全６ch.の信号光で構成されたＷＤＭ信号光が装置の入射ポート１１から入射される。信号光はエタロンフィルタ１によりＮ＝２ch.おきに取り出される。図９では第３ch.（波長λ3にのっている情報）と第６ch.の情報（波長λ6にのっている情報）とが取り出される。残りの信号はエタロンフィルタ１の別のポートから出射される。取り出された第３ch.と第６ch.の情報は図６の光分岐器１４で分岐される。分岐された片方の第３ch. と第６ch.は光増幅器１５により増幅され、先に出射された第１ch.,２ch.,４ch.,５ch.と光合波器１６により合波される。こうして作られたＷＤＭ信号光は図６の波長変換装置の透過ポート１７へ向かう。図６の光分岐器１４で分岐された他方の第３ch.と第６ch.は第一の広帯域一括波長変換部１０により波長変換される。第一の広帯域一括波長変換部１０は光合波器３、ポンプ光波長がλp1（λp1＞λ6）にあるポンプ光源２、零分散波長がλp1の近傍にある波長変換用光ファイバ４、および波長λp1よりも長波長側の光の透過率が大きな光フィルタ（不要波除去用光フィルタ）５で構成される。この広帯域一括波長変換部１０よって、第３ch.の情報（波長λ3にのっている情報）と第６ch.の情報（波長λ6にのっている情報）は各々情報量を保存したまま、その波長がλ3’およびλ6’に変換される。位相整合条件より、波長間には数式２の関係がある。
【００２９】
【数式２】
次に第一の広帯域一括波長変換部１０によりλ3’およびλ6’に変換された信号を、第二の広帯域一括波長変換部２０により波長λ1およびλ4に変換する。このために、第二の広帯域一括波長変換部２０でのポンプ光波長の設定値は次式（３）をλp2について解くことで次式（４）の様に決定される。
【００３０】
【数式３】
【００３１】
【数式４】
第二の広帯域一括波長変換部２０は、第二の光合波器２１、波長λp2にポンプ光波長がある第二のポンプ光源２２、零分散波長が上記λp2近傍にある第二の波長変換用光ファイバ２３および波長λp2よりも短波長側の光の透過率が大きな第二の光フィルタ（不要波除去用光フィルタ）２４で構成される。第二の広帯域一括域波長変換部２０で変換されることで、入射光では波長λ3にのっている第３ch.の情報と、波長λ6にのっている第６ch.の情報を各々波長λ1および波長λ4にのせる事ができるようになる。
【００３２】
（波長変換装置の実施形態５）
本願の波長変換装置の第５の実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。この波長変換装置は請求項６の実施形態である。図１１は図１０の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。この波長変換装置は波長変換対象信号光と波長変換対象外信号光とを分離するためにＷＤＭ信号をＮ＝２チャンネルの周波数間隔（２チャンネルおき）で取り出すことができる光フィルタをＮ＝２段で用いる２系統の構成にしたものである。
【００３３】
図１０の波長変換装置では入射したＷＤＭ信号光から１段目の光フィルタ１によって図１１の様にＮ＝２のチャンネル間隔で第１の波長変換対象信号光が取り出され、これが１段目の光合波器３で１段目のポンプ光源２からのポンプ光と合波され、１段目の波長変換用光ファイバ４に入射されて四光波混合が起こり、光フィルタ５を透過することによって第１の波長変換光が得られる。
【００３４】
前記１段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）１により取り出されなかった信号光からは、２段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）２５によって１チャンネルおき（すなわち入力ＷＤＭ信号光に対しては、Ｎ＝２チャンネルの周波数間隔）で第２の波長変換対象信号光が取り出され、これが２段目の光合波器２２において２段目のポンプ光源２１からのポンプ光と合波され、２段目の波長変換用光ファイバ２３に入射されて四光波混合が起き、光フィルタ２４を透過することによって第二の波長変換光が得られる。この波長変換光は２段目の光フィルタ２５で取り出されなかった波長変換対象外信号光と光合波器２６で合波されて新たなＷＤＭ信号光となる。このＷＤＭ信号光と第一の波長変換光とが光合波器２７で合波されて出力される。この出力は図１１に示す様に元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が３倍（すなわちＮ＋１倍）に拡がった新たなＷＤＭ信号光となる。
【００３５】
図１０に示す波長変換装置は実施形態２におけるチャンネル間隔Ｎ＝１で行ったことをＮ＝２に拡張したものである。同様にして任意のＮ（Ｎは整数）の場合に拡張することができる。例えば、図１０に示す波長変換装置により波長変換を行う場合に、入射される信号光をＫチャンネルのＷＤＭ信号光とし、それらの波長をλ1，λ2，・・・・・，λKとし、このＷＤＭ信号光は等周波数間隔で配置されているものとして、実施形態２に示したようにＷＤＭ信号光をｉチャンネルおきで取り出すには、その間隔で透過率のピークを周期的に有するエタロンフィルタを前記した１段目及び２段目の光フィルタに用いることで実現される。
【００３６】
１段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）１から得られる波長変換対象信号光の信号波長を短波長側からλ1’，λ2’，・・・・・，λm’とする。同じく２段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）２５から得られる波長変換対象信号光の信号波長を短波長側からλ1”，λ2”，・・・・・，λm”とする。１段目と２段目のどちらのエタロンフィルタでも取り出せない信号光波長を短波長側からλ10，λ20，・・・・λm0とする。このとき１段目のポンプ光源２のポンプ光波長を次式（５）に設定する。
【００３７】
【数式５】
ここでλ1’，λ2’，・・・・，λm’の変換先をλ1C’，λ2C’，・・・・・，λmC’とした。
【００３８】
２段目のポンプ光源２１のポンプ光波長に関しては、λ1”，λ2”，・・・・・，λm”の変換先をλ1C”，λ2C”，・・・・・，λmC”と考えたときに、λ1C’＜λmC”とする事ができる様にλmC”を選ぶ事でポンプ光波長λp2を次式（６）で決めることができる。
【００３９】
【数式６】
この様に１段目、２段目のポンプ光源の波長を選択すれば、図１１に示す様に入射した元のＷＤＭ信号光の周波数間隔が３倍に拡がるようにすることができる。
【００４０】
（波長変換装置の実施形態６）
本願の波長変換装置の第６の実施形態を以下に説明する。この波長変換装置は請求項７の実施形態である。図１２はこの波長変換装置の構成図である。図１３に本発明を説明する上で基礎になるサブバンド(sub-band)の考え方を示す。図１３には２０ch.の異なる波長からなる信号光を波長分割多重化したＷＤＭ信号光の概念図が示されている。従来、128ch.のＷＤＭ伝送技術が実験で示されている。この様に多数のチャンネルを取り扱う事になると、管理するための負荷が増大する。そこで、全チャンネルを幾つかのサブブロックに分けて少量のチヤンネル数のＷＤＭ信号でまとめて取り扱う事が考えられる。これが本説明で用いるサブバンドの概念である。図１３では全２０ch.のＷＤＭ信号を５ch.毎に４つのサブバンドに分けた概念図を示した。信号の各波長をλj（ｊ＝１，２，・・・）のように表すのに対して、サブバンドはΛk（ｋ＝１，２，・・・）と表現する。図１４にＷＤＭ信号光を用いた光クロスコネクトの一例を示す。図１４のＡからＢ方向へと伝送されるＷＤＭ信号がある。いま、Ｃ方向で入射信号におけるΛ2 のサービスからΛ3のサブバンドに付加された情報サービスに変更したいという状況が発生したとする。一般には光分岐器の先にあるＣ方向の系はサブバンドΛ2に含まれるＷＤＭ信号を取り扱うように最適な光学設計がなされていると考えられる。ここでいう最適化という意味はサブバンドΛ2に含まれるＷＤＭ信号光の波長λ2S，λ2l，・・・λ2Lのいずれか一つ、もしくは複数の波長を抜き出すための分波器やその波長で最も感度良く受光するための受光器によりＣの先のシステムが構成されているという事である。このような場合、図１２に記載の波長変換装置を用いれば、サブバンドΛ3の情報がサブバンドΛ2にのるように変更できる。具体的には図１４に図１２の波長変換装置（サブバンドコンバータ）を図１５の様に配置することで問題は解決する。
【００４１】
図１２の波長変換装置を特にサブバンドコンバータとよび、その作用を図１６に基づいて説明する。全２０ch.の信号光で構成されたＷＤＭ信号が図１２の波長変換装置の入射ポート３０から入射される。信号光は図１２、図１６の誘電体多層膜フィルタ１によりサブバンドΛ3のみが取り出される。取り出されたサブバンドΛ3は図１２の光合波器３でポンプ光源２からのポンプ光と合波される。このサブバンドΛ3は広帯域一括波長変換部１０によりΛ2に波長変換される。サブバンドΛ3を構成する５つの異なる波長のＷＤＭ信号のうち、最も短波長側にある信号光の波長をλ3Sとする。また、サブバンドΛ2を構成する５つの異なる波長のＷＤＭ信号のうち、最も長波長側にある信号光の波長をλ2Lとする。サブバンドコンバータは次式（７）
【００４２】
【数式７】
で与えられる波長のポンプ光源２と、上記λP近傍に零分散波長を有する四光波混合発生用の光ファイバ４および少なくともサブバンドΛ2の波長帯での透過率が大きく、それに比べてポンプ光およびサブバンドΛ3における波長帯の信号の透過率が小さい不要波除去フィルタ５からなる。不要波除去フィルタ５を通過した信号は出射ポート３１から変換器の外に出射される。このサブバンドコンバータを用いる事で、サブバンドコンバータ入射前にΛ3の波長帯の信号光が有していた情報をサブバンドΛ2の波長帯に乗せてＣ方向に送出できる。
【００４３】
（波長変換装置の実施形態７）
図１７に本願の波長変換装置の第７の実施形態を示す。この波長変換装置は請求項８の実施形態である。図１８は図１７の波長変換装置により波長変換される光の説明図である。この実施形態は実施形態２、実施形態４および実施形態５とは逆に、即ち、波長変換器から出力されたＷＤＭ信号光の周波数間隔を、入射されるＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも狭くするものである。図１７では光フィルタ１を誘電体多層膜フィルタとしてある。誘電体多層膜フィルタを使用することによりＷＤＭ信号の長波長側のサブバンドΛ2の信号光を取り出すことができる。図１８のＷＤＭ信号光は等周波数間隔で配置されている。
【００４４】
図１７では光フィルタ（誘電体多層膜フィルタ）１により図１８のＷＤＭ信号光から長波長側のサブバンドΛ2の信号光が波長変換対象信号光として取り出され、それが光合波器３でポンプ光源２からのポンプ光と合波され、合波光が波長変換用光ファイバ４においてＦＷＭを生じ、光フィルタ５を透過することによって波長変換光Λ2’のみが出力される。
【００４５】
図１７において光フィルタ５を透過して得られる波長変換光Λ2’と、誘電体多層膜フィルタ１によって取り出されなかった波長変換対象外信号光Λ1とを光合波器６によって合波することにより、周波数間隔が元のＷＤＭ信号光の周波数間隔の半分となった新たなＷＤＭ信号光が得られる。このように周波数間隔の狭いＷＤＭ信号光が得られることにより、クロストークの影響の大きな伝送路でチャンネル間の周波数間隔を大きくして伝送する必要のあった信号を、クロストークの影響の小さな高品質の伝送路に送り出す際に、波長帯域の狭い部分に情報（周波数間隔の狭いＷＤＭ信号光）を押し込んで送信することが可能になる。
【００４６】
図１７の波長変換装置におけるポンプ光波長λpは次の条件を満たす必要がある。
λ4 ＜λp ＜λ5
チャンネル間隔を半分にするにはポンプ光波長λpを次式（８）に設定すればよい。
【００４７】
【数式８】
【００４８】
（波長変換装置の実施形態８）
図１９に本願の波長変換装置の第８の実施形態を示す。この波長変換装置は請求項９の実施形態である。これは実施形態２又は実施形態５に示した周波数間隔を拡げる波長変換装置３５と光分波モジュール３６とを組合わせたものである。アレー導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）は光分波器（波長分離デバイス）の代表的な一つである。しかし、ＡＷＧもクロストークなしに分波できる周波数間隔が決まっており、周波数間隔２７ＧＨｚで典型的なクロストークは１６ｄＢ程度である。そこで、クロストークを改善するために本実施形態は、周波数間隔を拡げることができる実施形態２及び実施形態４の波長変換装置３５を用い、その出力側にＡＷＧ３６を接続して複合化したものである。この実施形態では波長変換装置３５によりＷＤＭ信号の周波数間隔を拡げて新たなＷＤＭ信号光に変換してから、そのＷＤＭ信号光をＡＷＧ３６で波長毎に分波することができる。この波長変換装置と接続した光分波モジュールはクロストークの少ない光分波モジュールとなる。
【００４９】
（波長変換装置の実施形態９）
図２０に本願の波長変換装置の第９の実施形態を示す。この波長変換装置は請求項８の別の実施形態である。図２１は図２０の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図２０の波長変換装置は実施形態２及び実施形態４で周波数間隔を拡張した様に任意のｎ（ｎは整数）の場合に拡張できる。図２０はｎ＝２の場合の構成である。この波長変換装置では周波数間隔を１／（ｎ＋１）にすることができる。
【００５０】
図２０の１段目のフィルタ１は誘電体多層膜フィルタである。これに入射されるＷＤＭ信号光は周波数間隔が一定である。このＷＤＭ信号光から誘電体多層膜フィルタ１により第１の波長変換対象信号が取り出され、それが光合波器３でポンプ光源２からのポンプ光と合波され、合波光が波長変換用光ファイバ４においてＦＷＭを引き起こし、フィルタ６を透過することで第１の波長変換光が得られる。
【００５１】
１段目の誘電体多層膜フィルタ１で取り出されなかった波長変換対象外信号光は２段目の誘電体多層膜フィルタ２５に入射され、同信号光の一部が第２の波長変換対象信号光として取り出され、それが２段目の光合波器２２で２段目のポンプ光源２１からのポンプ光と合波され、その合波光が２段目の波長変換用光ファイバ２３においてＦＷＭを引き起こし、２段目のフィルタ２４を透過することで第２の波長変換光を得ている。この第２の波長変換光は２段目の誘電体多層膜フィルタ２５で取り出されなかった波長変換対象外信号光と光合波器２６により合波されて出力される。この合波光は光合波器２７において、第１の波長変換光と合波されて出力される。これにより得られる新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔を１／（ｎ＋１）とすることができる。
【００５２】
この場合、１段目の誘電体多層膜フィルタ１で取り出された第１の波長変換対象信号光の波長をλm+1，λm+2，・・・・・，λMとおく（図ではｍ＝４、Ｍ＝６）。また、２段目の誘電体多層膜フィルタ２５で取り出された第２の波長変換対象信号光の波長をλS+1，λS+2，・・・・・，λmとおく（図ではｓ＝２）。このとき１段目のポンプ光源２のポンプ光波長を次式（９）とおき、２段目のポンプ光源２１のポンプ光の波長を次式（１０）と設定することで、元のＷＤＭ信号に対して周波数間隔が１／３になるＷＤＭ信号を得ることができる。一般のｎの場合も同様に論ずることができる。
【００５３】
【数式９】
【００５４】
【数式１０】
【００５５】
（波長変換装置の実施形態１０）
本願の波長変換装置の第１０の実施形態を図２２に基づいて説明する。この波長変換装置は請求項１０〜１３の基本的な実施形態である。図２２におけるポンプ光源２、光合波器３、波長変換用光ファイバ４、フィルタ５は広帯域一括波長変換部１０を構成する。波長変換用光ファイバ４はＳＯＡに置き換えることも可能である。
【００５６】
図２３は図２２の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図２３におけるＷＤＭ信号光も周波数間隔が均等である。入射ＷＤＭ信号光は３ｄＢの光分岐器（バンドパスフィルタ）３７で、元のＷＤＭ信号光のパワーが半分ずつに分岐される。このうち片方の信号光が波長変換対象信号光として光合波器３に入射され、その光合波器３によってポンプ光源２からのポンプ光と合波され、合波光が波長変換用光ファイバ４に入射して四光波混合を引き起こし、それがフィルタ５を透過して波長変換光のみが取り出される。この波長変換光が光分岐器３７の他のポートから出力される波長変換対象外信号光と光合波器６によって合波されて出力する。この場合、元のＷＤＭ信号よりも帯域が２倍に拡がったＷＤＭ信号を作り出すことができる。
【００５７】
ＹチャンネルのＷＤＭ信号光を入射信号光とし、そのＹ番目の信号光の波長をλY、波長変換光のうち最も波長の短い波長をλY’とし、長波長側になるにつれてλY-1’，λY-2’，・・・・，λ2’，λ1’とした場合、本実施例におけるポンプ光波長λpは次式（１１）となる。
【００５８】
【数式１１】
【００５９】
（波長変換装置の実施形態１１）
本願の波長変換装置の第１１の実施形態を図２４に基づいて説明する。これは請求項１０〜１３の実施形態である。図２４に示す波長変換装置は実施例１０を拡張した例である。図２４の光分岐器４０に入射されるＷＤＭ信号はＹチャンネルであり、その波長はλ1，λ2，・・・・，λYである。この波長変換装置ではＷＤＭ信号光は３つのポートを備えた光分岐器４０によって多重分岐され、第一、第二のポートから出力された夫々の波長変換対象信号光が第一、第二の広帯域一括波長変換部１０、２０で波長変換され、夫々の波長変換光と第三のポートから出力された波長変換対象外信号光とが二段目の光合波器４１によって合波される。
【００６０】
この場合、図２４の第一の広帯域一括波長変換部１０により得られる波長変換光の波長をλ1’，λ2’，・・・・，λY’とすると、波長の短い方から波長軸上にλY’，・・・・λ2’，λ1’と配列される。第二の広帯域一括波長変換部２０により得られる波長変換光の波長をλ1”，λ2”，・・・・，λY”とすると、波長の短い方から波長軸上にλY”，・・・・λ2”，λ1”と配列される。ここで、全てのλk”（ｋ＝１、２・・・Ｙ）、λk’（ｋ＝１、２・・・Ｙ）が一致しないように配置することができる。例えば、λ1’＜λY”と選べばよい。図２４の第一の広帯域一括波長変換部１０におけるポンプ光波長を数式（１２）に設定し、第二の広帯域一括波長変換部２０におけるポンプ光波長を数式（１３）とする。
【００６１】
【数式１２】
【００６２】
【数式１３】
【００６３】
第一、第二の広帯域一括波長変換部１０、２０で用いる波長変換用光ファイバとして、零分散波長が各々のポンプ光の零分散波長近傍に存在するものを選択すれば、図２４の様に元の入射ＷＤＭ信号光の波長のいずれもが変換光のいずれの波長とも一致しないように配置することができる。
【００６４】
（波長変換装置の実施形態１２）
本願の波長変換装置の第１２の実施形態を図２５に基づいて説明する。これは請求項７の実施形態である。図２５の波長変換装置では波長帯域透過フィルタ（バンドパスフィルタ）３７を使用して、ＷＤＭ信号の一部（サブバンド）だけを変換するようにしてある。図２５のようにＷＤＭ信号光を構成する帯域の中にあるサブバンドをバンドパスフィルタ３７で取り出して波長変換対象信号光とし、それをポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波し、波長変換用光ファイバ４で四光波混合を起こし、光フィルタ５で波長変換光のみを取り出し、それを光合波器６においてバンドパスフィルタ３７で取り出されなかった波長変換対象外信号光と合波させて、出射信号光が入射信号光の一部だけを波長変換した形になるようにしてある。図２５における波長変換用光ファイバ４はＳＯＡに置き換えることも可能である。
【００６５】
（波長分割多重伝送方法の実施形態１）
請求項１５〜１７の波長分割多重伝送方法の実施形態を図２６に示す。一般に長距離大容量のＷＤＭ通信において、幹線系は通常１３１０ｎｍ近傍に零分散波長を有するシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦ：Single Mode Fiber）と分散補償光ファイバを粗み合わせた分散補償伝送路を用いて伝送を行うことが多い。この場合、分散補償用の光ファイバとして、例えばＲＤＦ（Reverse Dispersion Fiber）の優位性が最近の実験等で示されている。幹線系システムはこの様にＳＭＦ＋ＲＤＦによる分散補償系で構成された伝送路を用いて、ＦＷＭなどにより発生するＦＷＭ信号光間のクロストーク（チャンネル間クロストーク）を低減するように伝送路の設計が最適化されている。
【００６６】
これに対して、幹線系システムの信号を引き落すメトロ系システムなどでは必ずしもＳＭＦ＋ＲＤＦの様な高品質な伝送路が用いられているとは限らない。この実験例ではメトロ系システムは通常の分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）が用いられている。幹線系システムは大容量の情報を伝送する必要があるので、限られた波長帯域内に多くのチャンネルの信号を詰め込むことが多く、ＷＤＭ信号光のチャンネル間隔（周波数間隔）が一般に狭い。この様な狭いチャンネル間隔の信号をそのまま幹線系からメトロ系システムのＤＳＦ線路に引き落とすと、ＦＷＭが発生しやすく、チャンネル間クロストークが増大して信号光の品質が劣化する。このため、請求項４および請求項５で述べた波長変換装置を用いて、幹線系システムから引き落とした信号の周波数間隔を拡げた上でメトロ系システムのＤＳＦ上を伝送させるとチャンネンル間クロストークは低減する。
【００６７】
逆に、メトロ系システムのＤＳＦを流れる信号を幹線系システムに追加して流す事を考えると、ＤＳＦを伝送させるのに最適化したチャンネル間隔では広すぎて、幹線系システムの線路を流すには余裕があり過ぎる。この結果、幹線系システムで送信できる情報量を著しく減少させて経済的な損失を与える。そこで、請求項６および請求項７で示した波長変換装置を用いて周波数間隔を狭めることで、ＳＭＦ＋ＲＤＦの線路で最適化されたチャンネル間隔でのＷＤＭ伝送を達成することができる。
【００６８】
幹線系システムとメトロ系システムを結ぶ光合分波器（ＯＡＤＭ，Optical Add Drop Multiplexer）に、実施形態２（又は５）に示す波長変換装置及び実施形態６（又は９）で示した波長変換装置を組み込むことでこの機能は実現できる。図２７に図２６中に示したＯＡＤＭの概念図を示す。図２７中、ＯＸＣは光クロスコネクト機能を表す。
【００６９】
【発明の効果】
本願の波長変換装置は次のような効果がある。
１．ＦＷＭを利用した広帯域ＷＤＭ信号の中から、波長変換したい波長の信号光だけを取り出して波長変換できる。
２．波長変換した光と、その変換光帯域外の信号光を合波することで新たな広帯域ＷＤＭ信号を構成することができる。
３．元のＷＤＭ信号よりも周波数間隔が狭いＷＤＭ信号も、広いＷＤＭ信号も構成できるため、ＷＤＭシステム間を低コストで結んで波長分割多重光伝送することができる。
【００７０】
本願の波長分割多重伝送方法は次のような効果がある。
１．本願の波長変換装置を利用して、波長変換の自由度が高いＷＤＭネットワークを構成することができる。
２．本願の波長変換装置を利用して、無相関に作られた異なるＷＤＭシステム間を低コストで結んで、波長分割多重伝送することができる。
３．クロストークの影響を受けやすい伝送路と受けにくい伝送路との間で各々の伝送路の能力をより有効に利用できるような信号配置を構成してＷＤＭ信号の授受ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の波長変換装置の第１の実施形態を示す説明図。
【図２】 本願の波長変換装置の第２の実施形態を示す説明図。
【図３】 図２の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図４】 本願の波長変換装置の第３の実施形態を示す説明図。
【図５】 図４の波長変換装置における光の波長変換説明図。
【図６】 本願の波長変換装置の第４の実施形態を示す説明図。
【図７】 ＷＤＭ信号用いた光クロスコネクトの一例を示す説明図。
【図８】 図７に図６の波長変換装置を付加した場合の説明図。
【図９】 図６の波長変換装置における光の波長変換説明図。
【図１０】 本願の波長変換装置の第５の実施形態を示す説明図。
【図１１】 図１０の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図１２】 本願の波長変換装置の第６の実施形態を示す説明図。
【図１３】 サブバンドの説明図。
【図１４】 ＷＤＭ信号用いた光クロスコネクトの一例を示す説明図。
【図１５】 図１４に図１２の波長変換装置を付加した場合の説明図。
【図１６】 サブバンドコンバータの動作説明図
【図１７】 本願の波長変換装置の第７の実施形態を示す説明図。
【図１８】 図１７の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図１９】 本願の波長変換装置の第８の実施形態における光分波方法を示す説明図。
【図２０】 本願の波長変換装置の第８の実施形態を示す説明図。
【図２１】 図２０の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図２２】 本願の波長変換装置の第９の実施形態を示す説明図。
【図２３】 図２２の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図２４】 本願の波長変換装置の第１０の実施形態を示す説明図。
【図２５】 本願の波長変換装置の第１１の実施形態を示す説明図。
【図２６】 本願の波長分割多重伝送方法の実施形態を示す説明図。
【図２７】 図２６におけるＯＡＤＭの使用説明図。
【符号の説明】
１ 光フィルタ（エタロンフィルタ）
２ ポンプ光源
３ 光合波器
４ 波長変換用光ファイバ
５ 変換対象の信号とポンプ光を除去するための光フィルタ
６ 光合波器
７ 光合波器
１０ 広帯域波長変換部（第一の広帯域波長変換部）
１１ 入射ポート
１２ 出射ポート
１４ 光分岐器
１５ 光増幅器
１６ 光合波器
１７ 透過ポート
２０ 第二の広帯域波長変換部
２１ ２段目の光合波器
２２ ２段目のポンプ光源
２３ ２段目の波長変換用光ファイバ
２４ ２段目の不要波除去用フィルタ
２５ 第二のフィルタ
２６ 光合波器
２７ 光合波器
３０ 入射ポート
３１ 出射ポート
３５ 波長間隔を広げる波長変換装置
３６ 光分波モジュール
３７ 光分岐器（バンドパスフィルタ）
４０ 光分岐器
４１ 光合波器
５０ 波長変換装置
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信、特に波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式により多重化された光信号の伝送を行う光通信において、ＷＤＭネットワークを構成するのに有用な波長変換装置を用いた波長分割多重伝送方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光増幅器を用いたＷＤＭ伝送技術の発展に伴ってＷＤＭネットワークの構築が検討されている。この検討の中で波長変換装置を用いることによって無相関に作られた異なるＷＤＭシステム間を低コストで結ぶことが提案されている。波長変換装置には種類の異なる様々なものがあるが、光ファイバ内での四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）を用いた波長変換装置はその高速応答性（〜100fs)及び広帯域性から、広帯域化が進められているＷＤＭシステムを利用したネットワーク構成への有用性が特に注目されている。ＦＷＭによる波長変換は半導体増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）中でも実現される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これまでのＦＷＭを利用した波長変換では、その広帯域性に注目して全帯域の信号を一括して波長変換する実験が多くを占めている。しかし、実際のＷＤＭネットワークでの波長変換の用途としては一括変換以外にも、広帯域性を活かした異種の波長変換形式が今後要求されるものと予測されるが、ＦＷＭを利用した波長変換においては一括変換以外の技術報告は未だ行われていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願の目的は広帯域ＷＤＭ信号の中から、波長変換したい波長の信号光だけを取り出し、これをＦＷＭを利用して波長変換する波長変換装置を利用して波長変換の自由度の高いＷＤＭネットワークを構成し、それを利用した波長分割多重伝送方法を提供することにある。
【０００５】
薄膜や回折格子などに代表される波長透過フィルタ型の媒質はその透過率に波長依存性があるため、光の波長の一部を透過して残りを反射する性質がある。この様なフィルタ型媒質を利用して、ＷＤＭ信号中の一部の信号光を透過（もしくは反射）させて波長変換対象信号光として取り出し、その波長変換対象信号光のみをＦＷＭ媒質にポンプ光と共に入射させることにより、ＷＤＭ信号の一部だけを波長変換する事が可能となる。本件発明は波長変換対象信号光をフィルタ型媒質により取り出した後に波長変換を行う波長変換装置と、光分岐器で分岐した後に波長変換を行う波長変換装置と、フィルタ型媒質を使用した波長変換装置を利用して波長分割多重伝送を行う方法とを提供するものである。
【０００６】
請求項１記載の波長分割多重伝送方法は、複数の異なるＷＤＭシステムを結ぶ波長分割多重伝送法であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品で取り出して波長変換対象光とし、取り出された一又は二以上の波長変換対象光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用することによって波長変換するとともに、この波長変換された光（波長変換光）と、前記フィルタ型光部品で取り出されず波長変換されなかった信号光（波長変換対象外信号光）とを合波して新たなＷＤＭ信号光とする波長変換装置を備え、前記波長変換装置は、ＷＤＭ信号光をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品をＮ個用い、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換し、この波長変換光とフィルタで取り出されなかった波長変換対象外信号光を合波して新たなＷＤＭ信号光とし、この新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔が波長変換前の元のＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも拡がるように前記ポンプ光波長を設定されているとともに、前記波長変換装置は、一方が他方よりも広いＷＤＭ信号光の周波数間隔を有するように無相関に作られた異なるＷＤＭシステムを結ぶ方法である。
【０００７】
請求項２記載の波長分割多重伝送方法は、請求項１記載の波長分割多重伝送方法であって、前記波長変換装置は、その出力側に、同波長変換装置により周波数間隔が拡げられた新たなＷＤＭ信号光を波長毎に分離する波長分離デバイスを接続して複合化された方法である。
【０００８】
請求項３記載の波長分割多重伝送方法は、請求項１記載の波長分割多重伝送方法であって、前記波長変換装置により波長変換されて、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が拡がった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの小さい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの大きな光伝送路で構成されるシステムに送り出す方法である。
【０００９】
本願の波長分割多重伝送方法は、波長変換装置により波長変換されて、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が拡がった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの小さい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの大きな光伝送路で構成されるシステムに送り出す方法である。
【００１０】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をフィルタ作用を持つ光部品で取り出して波長変換対象光とし、それを波長変換するとともに、前記フィルタ作用を持つ光部品で前記波長変換対象信号光として取り出されなかった信号光（波長変換対象外の信号）を前記波長変換対象信号光とは別に取り出して波長変換せずに出力するものとしてもよい。
【００１１】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をフィルタ作用を持つ光部品で取り出して波長変換対象光とし、それを波長変換するとともに、前記フィルタ作用を持つ光部品で前記波長変換対象信号光として取り出されなかった信号光（波長変換対象外の信号）を前記波長変換対象信号光とは別に取り出して波長変換せずに出力し、前記光部品で取り出されて波長変換された波長変換光と、その波長変換光の帯域に含まれない波長の一又は二以上の信号光とを合波して新たなＷＤＭ信号光とするものとすることもできる。
【００１２】
本願の波長変換装置は、フィルタ作用を持つ光部品として、ＷＤＭ信号光をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品を用い、取り出された一又は二以上の波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換するものとすることもできる。
【００１３】
本願の波長変換装置は、フィルタ作用を持つ光部品として、ＷＤＭ信号光の存在する波長帯域を短波長側からｎ個のブロック（サブバンド）とみなし、このサブバンドの一つ乃至は複数個を取り出すものを使用し、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換するものとすることもできる。
【００１４】
本願の波長変換装置は、フィルタ作用を持つ光部品として、ＷＤＭ信号光の存在する波長帯域を短波長側からｎ個のブロック（サブバンド）とみなし、このうちｊ番目（ｊは１，２，・・・，ｎのいずれかの整数）のサブバンド一つのみを取り出すフィルタをｎ−１個使用し、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換し、この波長変換光全てとフィルタで取り出されなかった波長変換対象外信号光を合波して新たなＷＤＭ信号光とし、この新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔が波長変換前の元のＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも狭くなるように前記ポンプ光波長を設定したものとすることもできる。
【００１５】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）を光分岐器で分岐し、光分岐器の一又は二以上の出力ポートから出力される波長変換対象信号光を波長変換するとともに、前記波長変換対象信号光以外の波長の信号光は、光分岐器の前記一又は二以上の出力ポート以外のポートから出力したものとすることもできる。
【００１６】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）を光分岐器で分岐し、光分岐器の一又は二以上の出力ポートから出力される波長変換対象信号光を波長変換するとともに、この波長変換光と、それ以外のポートから出力される波長変換対象外信号光とを合波して新たなＷＤＭ信号光とすることもできる。
【００１７】
本願の波長変換装置は、光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用する波長変換装置であって、波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）を光分岐器で分岐し、光分岐器の一又は二以上の出力ポートから出力される波長変換対象信号光を波長変換するとともに、前記波長変換対象信号光以外の波長の信号光は、光分岐器の前記一又は二以上の出力ポート以外のポートから出力され、前記光分岐器の出力ポートから出力されて波長変換された波長変換光と、その波長変換光の帯域以外の波長帯域にある一又は二以上の信号光とを合波して新たなＷＤＭ信号光とするものとすることもできる。本願の波長分割多重伝送方法は、波長変換対象光を、ポンプ光と合波して波長変換するものとすることもできる。
【００１８】
本願の波長分割多重伝送方法は波長変換装置により波長変換された、波長変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が狭くなった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの大きい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの小さな光伝送路で構成されるシステムに送り出すようにとしてもよい。
【００１９】
本願の波長分割多重伝送方法は、新しいＷＤＭ信号光の周波数間隔が狭くなったことにより発生する空き伝送帯域に、ＷＤＭ信号光を加えて新たなＷＤＭ信号光とし、このＷＤＭ信号光を伝送するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（波長変換装置の実施形態１）
本願の波長変換装置の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。この波長変換装置は本願の基本的な実施形態である。図１は、ＦＷＭを引き起こすためのポンプ光を発生するポンプ光源２と、光フィルタ１によって取り出された信号光とポンプ光とを合波する光合波器３と、ＦＷＭによる波長変換光を発生可能な波長変換素子（波長変換用光ファイバ）４と、同光ファイバ４の出力光中の不要な光を除去する光フィルタ（不要波除去用光フィルタ）５により広帯域一括波長変換部１０を構成し、それにＷＤＭ信号光から所定波長の信号光を取り出すことが可能な光部品、例えば光フィルタ１を付加してある。図１の波長変換用光ファイバ４は半導体増幅器（ＳＯＡ）に代えることができる。また、光フィルタ５には非線形ループミラー等が含まれる。これは他の図においても同様である。
【００２１】
この波長変換装置ではＷＤＭ信号光から光フィルタ１によって所定波長の信号光（以下「波長変換対象信号光」）が取り出され、波長変換対象外信号光が別のポートから出射される。波長変換対象信号光はポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波され、波長変換用光ファイバ４に入射されてその内部で四光波混合が生じる。波長変換用光ファイバ４からの出力光は、光フィルタ５に入射されてＦＷＭ発生前からあった変換対象の信号光やポンプ光（不要波）が除去され、ＦＷＭによって生じた波長変換光のみが元の信号光の波長変換された光として出力される。この場合、光フィルタ１の透過率や波長特性を変えることにより種々の変換が可能となる。
【００２２】
（波長変換装置の実施形態２）
本願の波長変換装置の第２の実施形態を図２、図３に基づいて説明する。この波長変換装置は請求項２の実施形態である。図３は図２の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図２ではポンプ光源２、光合波器３、波長変換用光ファイバ４、光フィルタ５により広帯域一括波長変換部１０を構成し、それに、光フィルタ１と光合波器６を付加してある。光フィルタ１はＷＤＭ信号光から波長変換対象信号光を取り出すものであり、ＷＤＭ信号光をＮ＝１のチャンネル間隔（１チャンネルおき）で取り出すことが可能なフィルタを用いてある。即ち、ＷＤＭ信号光の１チャンネルおきの周期で透過率のピークを有する透過特性のエタロンフィルタを用いてある。光合波器６は光フィルタ１により取り出されなかった波長変換対象外信号光と波長変換光とを合波するものである。
【００２３】
図２の波長変換装置では図３に示す様に光フィルタ（エタロンフィルタ）１に入射されたＷＤＭ信号光から１チャンネル間隔で波長変換対象信号光が取り出され、その波長変換対象信号光はポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波され、波長変換用光ファイバ４内における四光波混合によって波長変換され、波長変換光が出力される。その波長変換光は波長変換対象外信号光と光合波器６によって合波され、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも波長間隔が倍に拡がったＷＤＭ信号光となる。
【００２４】
（波長変換装置の実施形態３）
本願の波長変換装置の第３の実施形態を図４、図５に基づいて説明する。図５は図４の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図４の波長変換装置ではポンプ光源２、光合波器３、波長変換用光ファイバ４、光フィルタ５によって広帯域一括波長変換部１０とし、それに光フィルタ１、光合波器７を付加してある。図５に示すようにＷＤＭ信号光１から１チャンネル間隔で波長変換対象信号光が取り出され、それが広帯域一括波長変換部１０におけるポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波され、波長変換用光ファイバ４に入射されてその内部で四光波混合が発生し、光フィルタ５を透過することで波長変換光が出射される。また、光フィルタ１の他方の出力ポートに無反射端処理を施して波長変換対象外信号光が出力されないようにし、前記ＷＤＭ信号光とは別に外部から加えられるＷＤＭ信号光２と前記波長変換光とが光合波器７により合波されて新たなＷＤＭ信号光が構成されるようにしてある。
【００２５】
この場合、図４のポンプ光源２から発生されるポンプ光の波長λpは、波長変換対象信号光中の信号光２の波長をλ2、この信号光の変換後の波長をλ2’とおくと次式（１）で与えられ、高非線形ファイバの零分散波長はその数式で与えられるポンプ光波長の近傍にある必要がある。
【００２６】
【数式１】
（波長変換装置の実施形態４）
本願の波長変換装置の第４の実施形態を図６から図８に示す。図６はその構成図を、図７と図８はＷＤＭ信号を用いた光クロスコネクトの一例を示す。この波長変換装置は請求項５の実施形態である。図７のＡからＢの方向へと伝送されるＷＤＭ信号がある。この信号は全６ch.のＷＤＭ伝送とする。図７のＡ側の光分波器で各ch.の波長λ1からλ6に分波し、ノード内のλ1とλ4の光路に接続された光分岐器により、このうちの第１ch.（波長λ1にのっている情報）と第４ch.の情報（波長λ4にのっている情報）を分岐し、それらを光合波器で波長多重した後にＣ方向に伝送するという場合を考える。図７の様にすることにより、Ｃ方向につながっているシステムでは第１ch.と第４ch.の情報サービスを受けられる。ところが、この後にＣ方向に第１ch.と第４ch.の情報ではなく、第３ch.(波長λ3にのっている情報）と第６ch.の情報（波長λ6にのっている情報）を与えるように変更する必要が生じた場合、ノード内の光分岐器の配置を変更しただけでは実現できない。なぜならば、Ｃ方向にある光合波器は波長λ1とλ4とを合波するように最適化されているからである。一般には光合波器の先にある系も波長λ1とλ4で構成されるＷＤＭ信号を取り扱うように最適な光学設計がなされていると考えられる。このような場合に、図６に記載の波長変換装置を用いれば、第３ch.の情報を波長λ1にのせ、第６ch.の情報を波長λ4にのせるように変更できる。具体的には図７の構成に図６の波長変換装置を図８の様に配置することで問題は解決する。
【００２８】
図６の波長変換装置の作用を図９に基づいて説明する。全６ch.の信号光で構成されたＷＤＭ信号光が装置の入射ポート１１から入射される。信号光はエタロンフィルタ１によりＮ＝２ch.おきに取り出される。図９では第３ch.（波長λ3にのっている情報）と第６ch.の情報（波長λ6にのっている情報）とが取り出される。残りの信号はエタロンフィルタ１の別のポートから出射される。取り出された第３ch.と第６ch.の情報は図６の光分岐器１４で分岐される。分岐された片方の第３ch. と第６ch.は光増幅器１５により増幅され、先に出射された第１ch.,２ch.,４ch.,５ch.と光合波器１６により合波される。こうして作られたＷＤＭ信号光は図６の波長変換装置の透過ポート１７へ向かう。図６の光分岐器１４で分岐された他方の第３ch.と第６ch.は第一の広帯域一括波長変換部１０により波長変換される。第一の広帯域一括波長変換部１０は光合波器３、ポンプ光波長がλp1（λp1＞λ6）にあるポンプ光源２、零分散波長がλp1の近傍にある波長変換用光ファイバ４、および波長λp1よりも長波長側の光の透過率が大きな光フィルタ（不要波除去用光フィルタ）５で構成される。この広帯域一括波長変換部１０よって、第３ch.の情報（波長λ3にのっている情報）と第６ch.の情報（波長λ6にのっている情報）は各々情報量を保存したまま、その波長がλ3’およびλ6’に変換される。位相整合条件より、波長間には数式２の関係がある。
【００２９】
【数式２】
【００３０】
【数式３】
【数式４】
【００３２】
（波長変換装置の実施形態５）
本願の波長変換装置の第５の実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。この波長変換装置は請求項６の実施形態である。図１１は図１０の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。この波長変換装置は波長変換対象信号光と波長変換対象外信号光とを分離するためにＷＤＭ信号をＮ＝２チャンネルの周波数間隔（２チャンネルおき）で取り出すことができる光フィルタをＮ＝２段で用いる２系統の構成にしたものである。
【００３３】
図１０の波長変換装置では入射したＷＤＭ信号光から１段目の光フィルタ１によって図１１の様にＮ＝２のチャンネル間隔で第１の波長変換対象信号光が取り出され、これが１段目の光合波器３で１段目のポンプ光源２からのポンプ光と合波され、１段目の波長変換用光ファイバ４に入射されて四光波混合が起こり、光フィルタ５を透過することによって第１の波長変換光が得られる。
【００３４】
前記１段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）１により取り出されなかった信号光からは、２段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）２５によって１チャンネルおき（すなわち入力ＷＤＭ信号光に対しては、Ｎ＝２チャンネルの周波数間隔）で第２の波長変換対象信号光が取り出され、これが２段目の光合波器２２において２段目のポンプ光源２１からのポンプ光と合波され、２段目の波長変換用光ファイバ２３に入射されて四光波混合が起き、光フィルタ２４を透過することによって第二の波長変換光が得られる。この波長変換光は２段目の光フィルタ２５で取り出されなかった波長変換対象外信号光と光合波器２６で合波されて新たなＷＤＭ信号光となる。このＷＤＭ信号光と第一の波長変換光とが光合波器２７で合波されて出力される。この出力は図１１に示す様に元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が３倍（すなわちＮ＋１倍）に拡がった新たなＷＤＭ信号光となる。
【００３５】
図１０に示す波長変換装置は実施形態２におけるチャンネル間隔Ｎ＝１で行ったことをＮ＝２に拡張したものである。同様にして任意のＮ（Ｎは整数）の場合に拡張することができる。例えば、図１０に示す波長変換装置により波長変換を行う場合に、入射される信号光をＫチャンネルのＷＤＭ信号光とし、それらの波長をλ1，λ2，・・・・・，λKとし、このＷＤＭ信号光は等周波数間隔で配置されているものとして、実施形態２に示したようにＷＤＭ信号光をｉチャンネルおきで取り出すには、その間隔で透過率のピークを周期的に有するエタロンフィルタを前記した１段目及び２段目の光フィルタに用いることで実現される。
【００３６】
１段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）１から得られる波長変換対象信号光の信号波長を短波長側からλ1’，λ2’，・・・・・，λm’とする。同じく２段目の光フィルタ（エタロンフィルタ）２５から得られる波長変換対象信号光の信号波長を短波長側からλ1”，λ2”，・・・・・，λm”とする。１段目と２段目のどちらのエタロンフィルタでも取り出せない信号光波長を短波長側からλ10，λ20，・・・・λm0とする。このとき１段目のポンプ光源２のポンプ光波長を次式（５）に設定する。
【００３７】
【数式５】
【００３８】
２段目のポンプ光源２１のポンプ光波長に関しては、λ1”，λ2”，・・・・・，λm”の変換先をλ1C”，λ2C”，・・・・・，λmC”と考えたときに、λ1C’＜λmC”とする事ができる様にλmC”を選ぶ事でポンプ光波長λp2を次式（６）で決めることができる。
【００３９】
【数式６】
【００４０】
（波長変換装置の実施形態６）
本願の波長変換装置の第６の実施形態を以下に説明する。この波長変換装置は請求項７の実施形態である。図１２はこの波長変換装置の構成図である。図１３に本発明を説明する上で基礎になるサブバンド(sub-band)の考え方を示す。図１３には２０ch.の異なる波長からなる信号光を波長分割多重化したＷＤＭ信号光の概念図が示されている。従来、128ch.のＷＤＭ伝送技術が実験で示されている。この様に多数のチャンネルを取り扱う事になると、管理するための負荷が増大する。そこで、全チャンネルを幾つかのサブブロックに分けて少量のチヤンネル数のＷＤＭ信号でまとめて取り扱う事が考えられる。これが本説明で用いるサブバンドの概念である。図１３では全２０ch.のＷＤＭ信号を５ch.毎に４つのサブバンドに分けた概念図を示した。信号の各波長をλj（ｊ＝１，２，・・・）のように表すのに対して、サブバンドはΛk（ｋ＝１，２，・・・）と表現する。図１４にＷＤＭ信号光を用いた光クロスコネクトの一例を示す。図１４のＡからＢ方向へと伝送されるＷＤＭ信号がある。いま、Ｃ方向で入射信号におけるΛ2 のサービスからΛ3のサブバンドに付加された情報サービスに変更したいという状況が発生したとする。一般には光分岐器の先にあるＣ方向の系はサブバンドΛ2に含まれるＷＤＭ信号を取り扱うように最適な光学設計がなされていると考えられる。ここでいう最適化という意味はサブバンドΛ2に含まれるＷＤＭ信号光の波長λ2S，λ2l，・・・λ2Lのいずれか一つ、もしくは複数の波長を抜き出すための分波器やその波長で最も感度良く受光するための受光器によりＣの先のシステムが構成されているという事である。このような場合、図１２に記載の波長変換装置を用いれば、サブバンドΛ3の情報がサブバンドΛ2にのるように変更できる。具体的には図１４に図１２の波長変換装置（サブバンドコンバータ）を図１５の様に配置することで問題は解決する。
【００４１】
図１２の波長変換装置を特にサブバンドコンバータとよび、その作用を図１６に基づいて説明する。全２０ch.の信号光で構成されたＷＤＭ信号が図１２の波長変換装置の入射ポート３０から入射される。信号光は図１２、図１６の誘電体多層膜フィルタ１によりサブバンドΛ3のみが取り出される。取り出されたサブバンドΛ3は図１２の光合波器３でポンプ光源２からのポンプ光と合波される。このサブバンドΛ3は広帯域一括波長変換部１０によりΛ2に波長変換される。サブバンドΛ3を構成する５つの異なる波長のＷＤＭ信号のうち、最も短波長側にある信号光の波長をλ3Sとする。また、サブバンドΛ2を構成する５つの異なる波長のＷＤＭ信号のうち、最も長波長側にある信号光の波長をλ2Lとする。サブバンドコンバータは次式（７）
【００４２】
【数式７】
【００４３】
（波長変換装置の実施形態７）
図１７に本願の波長変換装置の第７の実施形態を示す。この波長変換装置は請求項８の実施形態である。図１８は図１７の波長変換装置により波長変換される光の説明図である。この実施形態は実施形態２、実施形態４および実施形態５とは逆に、即ち、波長変換器から出力されたＷＤＭ信号光の周波数間隔を、入射されるＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも狭くするものである。図１７では光フィルタ１を誘電体多層膜フィルタとしてある。誘電体多層膜フィルタを使用することによりＷＤＭ信号の長波長側のサブバンドΛ2の信号光を取り出すことができる。図１８のＷＤＭ信号光は等周波数間隔で配置されている。
【００４４】
図１７では光フィルタ（誘電体多層膜フィルタ）１により図１８のＷＤＭ信号光から長波長側のサブバンドΛ2の信号光が波長変換対象信号光として取り出され、それが光合波器３でポンプ光源２からのポンプ光と合波され、合波光が波長変換用光ファイバ４においてＦＷＭを生じ、光フィルタ５を透過することによって波長変換光Λ2’のみが出力される。
【００４５】
図１７において光フィルタ５を透過して得られる波長変換光Λ2’と、誘電体多層膜フィルタ１によって取り出されなかった波長変換対象外信号光Λ1とを光合波器６によって合波することにより、周波数間隔が元のＷＤＭ信号光の周波数間隔の半分となった新たなＷＤＭ信号光が得られる。このように周波数間隔の狭いＷＤＭ信号光が得られることにより、クロストークの影響の大きな伝送路でチャンネル間の周波数間隔を大きくして伝送する必要のあった信号を、クロストークの影響の小さな高品質の伝送路に送り出す際に、波長帯域の狭い部分に情報（周波数間隔の狭いＷＤＭ信号光）を押し込んで送信することが可能になる。
【００４６】
図１７の波長変換装置におけるポンプ光波長λpは次の条件を満たす必要がある。
λ4 ＜λp ＜λ5
チャンネル間隔を半分にするにはポンプ光波長λpを次式（８）に設定すればよい。
【００４７】
【数式８】
（波長変換装置の実施形態８）
図１９に本願の波長変換装置の第８の実施形態を示す。この波長変換装置は請求項９の実施形態である。これは実施形態２又は実施形態５に示した周波数間隔を拡げる波長変換装置３５と光分波モジュール３６とを組合わせたものである。アレー導波路型回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）は光分波器（波長分離デバイス）の代表的な一つである。しかし、ＡＷＧもクロストークなしに分波できる周波数間隔が決まっており、周波数間隔２７ＧＨｚで典型的なクロストークは１６ｄＢ程度である。そこで、クロストークを改善するために本実施形態は、周波数間隔を拡げることができる実施形態２及び実施形態４の波長変換装置３５を用い、その出力側にＡＷＧ３６を接続して複合化したものである。この実施形態では波長変換装置３５によりＷＤＭ信号の周波数間隔を拡げて新たなＷＤＭ信号光に変換してから、そのＷＤＭ信号光をＡＷＧ３６で波長毎に分波することができる。この波長変換装置と接続した光分波モジュールはクロストークの少ない光分波モジュールとなる。
【００４９】
（波長変換装置の実施形態９）
図２０に本願の波長変換装置の第９の実施形態を示す。この波長変換装置は請求項８の別の実施形態である。図２１は図２０の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図２０の波長変換装置は実施形態２及び実施形態４で周波数間隔を拡張した様に任意のｎ（ｎは整数）の場合に拡張できる。図２０はｎ＝２の場合の構成である。この波長変換装置では周波数間隔を１／（ｎ＋１）にすることができる。
【００５０】
図２０の１段目のフィルタ１は誘電体多層膜フィルタである。これに入射されるＷＤＭ信号光は周波数間隔が一定である。このＷＤＭ信号光から誘電体多層膜フィルタ１により第１の波長変換対象信号が取り出され、それが光合波器３でポンプ光源２からのポンプ光と合波され、合波光が波長変換用光ファイバ４においてＦＷＭを引き起こし、フィルタ６を透過することで第１の波長変換光が得られる。
【００５１】
１段目の誘電体多層膜フィルタ１で取り出されなかった波長変換対象外信号光は２段目の誘電体多層膜フィルタ２５に入射され、同信号光の一部が第２の波長変換対象信号光として取り出され、それが２段目の光合波器２２で２段目のポンプ光源２１からのポンプ光と合波され、その合波光が２段目の波長変換用光ファイバ２３においてＦＷＭを引き起こし、２段目のフィルタ２４を透過することで第２の波長変換光を得ている。この第２の波長変換光は２段目の誘電体多層膜フィルタ２５で取り出されなかった波長変換対象外信号光と光合波器２６により合波されて出力される。この合波光は光合波器２７において、第１の波長変換光と合波されて出力される。これにより得られる新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔を１／（ｎ＋１）とすることができる。
【００５２】
この場合、１段目の誘電体多層膜フィルタ１で取り出された第１の波長変換対象信号光の波長をλm+1，λm+2，・・・・・，λMとおく（図ではｍ＝４、Ｍ＝６）。また、２段目の誘電体多層膜フィルタ２５で取り出された第２の波長変換対象信号光の波長をλS+1，λS+2，・・・・・，λmとおく（図ではｓ＝２）。このとき１段目のポンプ光源２のポンプ光波長を次式（９）とおき、２段目のポンプ光源２１のポンプ光の波長を次式（１０）と設定することで、元のＷＤＭ信号に対して周波数間隔が１／３になるＷＤＭ信号を得ることができる。一般のｎの場合も同様に論ずることができる。
【００５３】
【数式９】
【数式１０】
（波長変換装置の実施形態１０）
本願の波長変換装置の第１０の実施形態を図２２に基づいて説明する。この波長変換装置は請求項１０〜１３の基本的な実施形態である。図２２におけるポンプ光源２、光合波器３、波長変換用光ファイバ４、フィルタ５は広帯域一括波長変換部１０を構成する。波長変換用光ファイバ４はＳＯＡに置き換えることも可能である。
【００５６】
図２３は図２２の波長変換装置により波長変換される光の様子を示す説明図である。図２３におけるＷＤＭ信号光も周波数間隔が均等である。入射ＷＤＭ信号光は３ｄＢの光分岐器（バンドパスフィルタ）３７で、元のＷＤＭ信号光のパワーが半分ずつに分岐される。このうち片方の信号光が波長変換対象信号光として光合波器３に入射され、その光合波器３によってポンプ光源２からのポンプ光と合波され、合波光が波長変換用光ファイバ４に入射して四光波混合を引き起こし、それがフィルタ５を透過して波長変換光のみが取り出される。この波長変換光が光分岐器３７の他のポートから出力される波長変換対象外信号光と光合波器６によって合波されて出力する。この場合、元のＷＤＭ信号よりも帯域が２倍に拡がったＷＤＭ信号を作り出すことができる。
【００５７】
ＹチャンネルのＷＤＭ信号光を入射信号光とし、そのＹ番目の信号光の波長をλY、波長変換光のうち最も波長の短い波長をλY’とし、長波長側になるにつれてλY-1’，λY-2’，・・・・，λ2’，λ1’とした場合、本実施例におけるポンプ光波長λpは次式（１１）となる。
【００５８】
【数式１１】
（波長変換装置の実施形態１１）
本願の波長変換装置の第１１の実施形態を図２４に基づいて説明する。これは請求項１０〜１３の実施形態である。図２４に示す波長変換装置は実施例１０を拡張した例である。図２４の光分岐器４０に入射されるＷＤＭ信号はＹチャンネルであり、その波長はλ1，λ2，・・・・，λYである。この波長変換装置ではＷＤＭ信号光は３つのポートを備えた光分岐器４０によって多重分岐され、第一、第二のポートから出力された夫々の波長変換対象信号光が第一、第二の広帯域一括波長変換部１０、２０で波長変換され、夫々の波長変換光と第三のポートから出力された波長変換対象外信号光とが二段目の光合波器４１によって合波される。
【００６０】
この場合、図２４の第一の広帯域一括波長変換部１０により得られる波長変換光の波長をλ1’，λ2’，・・・・，λY’とすると、波長の短い方から波長軸上にλY’，・・・・λ2’，λ1’と配列される。第二の広帯域一括波長変換部２０により得られる波長変換光の波長をλ1”，λ2”，・・・・，λY”とすると、波長の短い方から波長軸上にλY”，・・・・λ2”，λ1”と配列される。ここで、全てのλk”（ｋ＝１、２・・・Ｙ）、λk’（ｋ＝１、２・・・Ｙ）が一致しないように配置することができる。例えば、λ1’＜λY”と選べばよい。図２４の第一の広帯域一括波長変換部１０におけるポンプ光波長を数式（１２）に設定し、第二の広帯域一括波長変換部２０におけるポンプ光波長を数式（１３）とする。
【００６１】
【数式１２】
【数式１３】
第一、第二の広帯域一括波長変換部１０、２０で用いる波長変換用光ファイバとして、零分散波長が各々のポンプ光の零分散波長近傍に存在するものを選択すれば、図２４の様に元の入射ＷＤＭ信号光の波長のいずれもが変換光のいずれの波長とも一致しないように配置することができる。
【００６４】
（波長変換装置の実施形態１２）
本願の波長変換装置の第１２の実施形態を図２５に基づいて説明する。これは請求項７の実施形態である。図２５の波長変換装置では波長帯域透過フィルタ（バンドパスフィルタ）３７を使用して、ＷＤＭ信号の一部（サブバンド）だけを変換するようにしてある。図２５のようにＷＤＭ信号光を構成する帯域の中にあるサブバンドをバンドパスフィルタ３７で取り出して波長変換対象信号光とし、それをポンプ光源２からのポンプ光と光合波器３で合波し、波長変換用光ファイバ４で四光波混合を起こし、光フィルタ５で波長変換光のみを取り出し、それを光合波器６においてバンドパスフィルタ３７で取り出されなかった波長変換対象外信号光と合波させて、出射信号光が入射信号光の一部だけを波長変換した形になるようにしてある。図２５における波長変換用光ファイバ４はＳＯＡに置き換えることも可能である。
【００６５】
（波長分割多重伝送方法の実施形態１）
請求項１５〜１７の波長分割多重伝送方法の実施形態を図２６に示す。一般に長距離大容量のＷＤＭ通信において、幹線系は通常１３１０ｎｍ近傍に零分散波長を有するシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦ：Single Mode Fiber）と分散補償光ファイバを粗み合わせた分散補償伝送路を用いて伝送を行うことが多い。この場合、分散補償用の光ファイバとして、例えばＲＤＦ（Reverse Dispersion Fiber）の優位性が最近の実験等で示されている。幹線系システムはこの様にＳＭＦ＋ＲＤＦによる分散補償系で構成された伝送路を用いて、ＦＷＭなどにより発生するＦＷＭ信号光間のクロストーク（チャンネル間クロストーク）を低減するように伝送路の設計が最適化されている。
【００６６】
これに対して、幹線系システムの信号を引き落すメトロ系システムなどでは必ずしもＳＭＦ＋ＲＤＦの様な高品質な伝送路が用いられているとは限らない。この実験例ではメトロ系システムは通常の分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）が用いられている。幹線系システムは大容量の情報を伝送する必要があるので、限られた波長帯域内に多くのチャンネルの信号を詰め込むことが多く、ＷＤＭ信号光のチャンネル間隔（周波数間隔）が一般に狭い。この様な狭いチャンネル間隔の信号をそのまま幹線系からメトロ系システムのＤＳＦ線路に引き落とすと、ＦＷＭが発生しやすく、チャンネル間クロストークが増大して信号光の品質が劣化する。このため、請求項４および請求項５で述べた波長変換装置を用いて、幹線系システムから引き落とした信号の周波数間隔を拡げた上でメトロ系システムのＤＳＦ上を伝送させるとチャンネンル間クロストークは低減する。
【００６７】
逆に、メトロ系システムのＤＳＦを流れる信号を幹線系システムに追加して流す事を考えると、ＤＳＦを伝送させるのに最適化したチャンネル間隔では広すぎて、幹線系システムの線路を流すには余裕があり過ぎる。この結果、幹線系システムで送信できる情報量を著しく減少させて経済的な損失を与える。そこで、請求項６および請求項７で示した波長変換装置を用いて周波数間隔を狭めることで、ＳＭＦ＋ＲＤＦの線路で最適化されたチャンネル間隔でのＷＤＭ伝送を達成することができる。
【００６８】
幹線系システムとメトロ系システムを結ぶ光合分波器（ＯＡＤＭ，Optical Add Drop Multiplexer）に、実施形態２（又は５）に示す波長変換装置及び実施形態６（又は９）で示した波長変換装置を組み込むことでこの機能は実現できる。図２７に図２６中に示したＯＡＤＭの概念図を示す。図２７中、ＯＸＣは光クロスコネクト機能を表す。
【００６９】
【発明の効果】
本願の波長変換装置は次のような効果がある。
１．ＦＷＭを利用した広帯域ＷＤＭ信号の中から、波長変換したい波長の信号光だけを取り出して波長変換できる。
２．波長変換した光と、その変換光帯域外の信号光を合波することで新たな広帯域ＷＤＭ信号を構成することができる。
３．元のＷＤＭ信号よりも周波数間隔が狭いＷＤＭ信号も、広いＷＤＭ信号も構成できるため、ＷＤＭシステム間を低コストで結んで波長分割多重光伝送することができる。
【００７０】
本願の波長分割多重伝送方法は次のような効果がある。
１．本願の波長変換装置を利用して、波長変換の自由度が高いＷＤＭネットワークを構成することができる。
２．本願の波長変換装置を利用して、無相関に作られた異なるＷＤＭシステム間を低コストで結んで、波長分割多重伝送することができる。
３．クロストークの影響を受けやすい伝送路と受けにくい伝送路との間で各々の伝送路の能力をより有効に利用できるような信号配置を構成してＷＤＭ信号の授受ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願の波長変換装置の第１の実施形態を示す説明図。
【図２】 本願の波長変換装置の第２の実施形態を示す説明図。
【図３】 図２の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図４】 本願の波長変換装置の第３の実施形態を示す説明図。
【図５】 図４の波長変換装置における光の波長変換説明図。
【図６】 本願の波長変換装置の第４の実施形態を示す説明図。
【図７】 ＷＤＭ信号用いた光クロスコネクトの一例を示す説明図。
【図８】 図７に図６の波長変換装置を付加した場合の説明図。
【図９】 図６の波長変換装置における光の波長変換説明図。
【図１０】 本願の波長変換装置の第５の実施形態を示す説明図。
【図１１】 図１０の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図１２】 本願の波長変換装置の第６の実施形態を示す説明図。
【図１３】 サブバンドの説明図。
【図１４】 ＷＤＭ信号用いた光クロスコネクトの一例を示す説明図。
【図１５】 図１４に図１２の波長変換装置を付加した場合の説明図。
【図１６】 サブバンドコンバータの動作説明図
【図１７】 本願の波長変換装置の第７の実施形態を示す説明図。
【図１８】 図１７の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図１９】 本願の波長変換装置の第８の実施形態における光分波方法を示す説明図。
【図２０】 本願の波長変換装置の第８の実施形態を示す説明図。
【図２１】 図２０の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図２２】 本願の波長変換装置の第９の実施形態を示す説明図。
【図２３】 図２２の波長変換装置における光の波長変換説明図
【図２４】 本願の波長変換装置の第１０の実施形態を示す説明図。
【図２５】 本願の波長変換装置の第１１の実施形態を示す説明図。
【図２６】 本願の波長分割多重伝送方法の実施形態を示す説明図。
【図２７】 図２６におけるＯＡＤＭの使用説明図。
【符号の説明】
１ 光フィルタ（エタロンフィルタ）
２ ポンプ光源
３ 光合波器
４ 波長変換用光ファイバ
５ 変換対象の信号とポンプ光を除去するための光フィルタ
６ 光合波器
７ 光合波器
１０ 広帯域波長変換部（第一の広帯域波長変換部）
１１ 入射ポート
１２ 出射ポート
１４ 光分岐器
１５ 光増幅器
１６ 光合波器
１７ 透過ポート
２０ 第二の広帯域波長変換部
２１ ２段目の光合波器
２２ ２段目のポンプ光源
２３ ２段目の波長変換用光ファイバ
２４ ２段目の不要波除去用フィルタ
２５ 第二のフィルタ
２６ 光合波器
２７ 光合波器
３０ 入射ポート
３１ 出射ポート
３５ 波長間隔を広げる波長変換装置
３６ 光分波モジュール
３７ 光分岐器（バンドパスフィルタ）
４０ 光分岐器
４１ 光合波器
５０ 波長変換装置
Claims (3)
- 複数の異なるＷＤＭシステムを結ぶ波長分割多重伝送法であって、
波長分割多重（ＷＤＭ）で伝送される複数の信号光から波長変換対象である一又は二以上の信号光（波長変換対象信号光）をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品で取り出して波長変換対象光とし、取り出された一又は二以上の波長変換対象光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して光ファイバ又は半導体増幅器における四光波混合（ＦＷＭ）を利用することによって波長変換するとともに、この波長変換された光（波長変換光）と、前記フィルタ型光部品で取り出されず波長変換されなかった信号光（波長変換対象外信号光）とを合波して新たなＷＤＭ信号光とする波長変換装置を備え、
前記波長変換装置は、ＷＤＭ信号光をＮチャンネルおき（Ｎは整数）に取り出し可能なフィルタ型光部品をＮ個用い、取り出された波長変換対象信号光を各々独立に、もしくは同時にポンプ光と合波して波長変換し、この波長変換光とフィルタで取り出されなかった波長変換対象外信号光を合波して新たなＷＤＭ信号光とし、この新たなＷＤＭ信号光の周波数間隔が波長変換前の元のＷＤＭ信号光の周波数間隔よりも拡がるように前記ポンプ光波長を設定されているとともに、
前記波長変換装置は、一方が他方よりも広いＷＤＭ信号光の周波数間隔を有するように無相関に作られた異なるＷＤＭシステムを結ぶことを特徴とする波長分割多重伝送方法。 - 請求項１記載の波長分割多重伝送方法であって、波長変換装置は、その出力側に、同波長変換装置により周波数間隔が拡げられた新たなＷＤＭ信号光を波長毎に分離する波長分離デバイスを接続して複合化されたことを特徴とする波長分割多重伝送方法。
- 請求項１記載の波長分割多重伝送方法であって、波長変換装置により波長変換されて、変換前の元のＷＤＭ信号光よりも周波数間隔が拡がった新しいＷＤＭ信号光を、光ファイバの種類、組合わせ等が異なる二種以上の光伝送路のうち、チャンネル間クロストークの小さい光伝送路で構成されるシステムからチャンネル間クロストークの大きな光伝送路で構成されるシステムに送り出すことを特徴とする波長分割多重伝送方法。
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