JPH0682853A

JPH0682853A - 光周波数変換方式

Info

Publication number: JPH0682853A
Application number: JP4235629A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Kikuchi; 信彦菊池
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体光増幅器中の４光波混合による光周波
数変換光中からマッハツェンダ光フィルタによって周波
数変換光と周波数変換光と位相共役な光を抽出すること
により、強度変調光の光周波数変換、直接受信を可能と
する。【構成】強度変調された信号光ｓはポンプ光ｐ，コン
バ−タ光ｃと合波され、光周波数変換素子である半導体
光増幅器１０８に入力される。マッハツェンダ型光フィ
ルタ１１０は４光波混合によって発生した周波数変換光
とその位相共役光を透過、コンバ−タ光の出力を阻止す
る。光周波数変換器１０１の出力光はフォトダイオ−ド
１１１によって直接受信される。ロ−パスフィルタ１１
２は受信信号中より周波数変換光とその位相共役光間の
ビ−ト成分を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光周波数領域を利用し
た光交換器、光周波数多重ネットワ−ク等で使用される
光周波数変換方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光周波数変換とは情報を乗せた光信号の
光周波数（波長）を別の光周波数に変換する技術であ
り、将来の光周波数領域を用いた大容量光交換システ
ム、光ネットワ−クへの適用が検討されている。

【０００３】光周波数変換手法の一つとして、半導体光
増幅器に信号光、ポンプ光、及び第２のポンプ光（コン
バ−タ光）の３光を入力し、半導体光増幅器内の非線形
光学効果である４光波混合によって発生する光を取り出
す方式が、エレクトロニクス・レタ−ズ，１７（１９
８８年）第１１０６頁から第１１０７頁（ElectronicsL
etters １７（１９８８）ｐｐ１１０６−１１０７）に
記載されている。この手法はポンプ光の波長からコンバ
−タ光の波長へと数10nm以上の範囲で高効率の光周波数
変換が可能であるという利点を持っている。従来、この
周波数変換光の受信の際にはヘテロダイン受信方式が用
いられ、直接受信方式は行なわれていなかった。以下、
この従来の光周波数変換方式について説明する。

【０００４】図３に光周波数変換方式の構成例を示す。
送信機１００内に配置された信号光源１０５は、伝送し
たい情報で周波数変調，位相変調等を施された信号光ｓ
（光周波数fs）を送出する。信号光ｓは光ファイバ１０
３を伝送された後、光周波数変換器１０１に入力され、
ポンプ光源１０６とコンバ−タ光源１０７のそれぞれの
出力光であるポンプ光ｐ、第２のポンプ光（コンバ−タ
光）ｃと合波され、光周波数変換素子である半導体光増
幅器１０８に入力される。ポンプ光ｐと信号光ｓは偏波
が一致し、かつ、光周波数差δｆが半導体光増幅器中の
キャリアライフタイムの逆数（数ＧＨｚ程度）以下にな
るように設定されているため、両光は半導体光増幅器１
０８内部で干渉し、キャリアの密度は両光の周波数差δ
ｆで増減する。ポンプ光ｐと大きく波長の異なるコンバ
−タ光ｃは、半導体光増幅器１０８を通過する際にキャ
リア密度の振動よって変調を受け、コンバ−タ光ｃの両
側の周波数δｆだけ離れた点に新しい光信号ｎ1，ｎ1’
が発生する。半導体光増幅器１０８の出力光スペクトル
を図４に示す。ｓ，ｐ，ｃは、それぞれ入力された信号
光、ポンプ光、コンバ−タ光が半導体光増幅器１０８を
通過し増幅された出力光である。コンバ−タ光の左側に
新たに発生した光信号ｎ1は信号光ｓと同じ変調を受け
ており、信号光ｓを光周波数ｆn=ｆc-δｆに光周波数変
換したものとみなすことができる。また、光周波数ｆn'
=ｆc+δｆに現れる光n1'はn1と位相共役な変調を受けた
周波数変換光である。さらに、n2,n2'で示される光信号
は光周波数変換の非線形性によって発生するイメ−ジ光
であり、これらの光の強度はn1,n1'の1/10程度である。

【０００５】光バンドパスフィルタ１０９は、図４の出
力光のうち波長変換信号ｎ1付近の光のみ通過するよう
に設定されている。多層膜光学フィルタ等を使用した場
合、通過帯域幅が数ｎｍ程度（数100ＧＨｚ）であるた
めｃ,n1',n2,n2'...等の光も出力光に混入する。これら
の出力光は光ファイバ１０４を伝送されたのち光ヘテロ
ダイン受信機１１５で受信される。受信信号には局発光
源１１６の出力光である局発光loが加えられ、フォトダ
イオ−ド１１１で光ヘテロダイン受信され、中間周波数
帯の電気信号に変換される。中間周波数帯では光周波数
変換光 n1の受信成分のみをバンドパスフィルタ１１７
で切り出し復調・再生を行う。

【０００６】なお、c,n1',n2,n2'等の光は余分な光帯域
を占有し、またこれらの光からのクロスト−クが雑音源
となるため、多段マッハツェンダ干渉系などの狭帯域の
光フィルタを用いて周波数変換光 n1のみを取り出す試
みも行なわれている。しかしながら多段構造のフィルタ
が必要とされるため、構造が複雑化し、また安定化を必
要とするなど実用上の困難が多い。

【０００７】以上が従来のヘテロダイン受信方式を用い
た光周波数変換伝送方式である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体光増幅器の出力
光中には周波数変換光から数ＧＨｚ程度離れた点に強い
コンバ−タ光が存在するため、信号光が強度変調されて
いる場合でも直接受信を行なうことができない。またn
2,n2'等のイメ−ジ光を同時に受信すると、受信信号の
ＳＮ比の劣化や符号間干渉（ＩＳＩ）の発生により受信
感度の劣化が起こる。信号光 n1のみを透過する狭帯域
の光フィルタを用いれば、信号光の直接受信が可能とな
るが、フィルタの構成が複雑化し安定化が困難になる。

【０００９】信号光が周波数変調されている場合、直接
受信を行なうにはマ−ク成分もしくはスペ−ス成分のみ
を抽出するためにさらに別の狭帯域光フィルタを使用す
る必要があるため伝送系全体が極めて複雑な構成とな
る。

【００１０】本発明の目的は、これらの課題を解決し、
強度変調-直接受信方式もしくは周波数変調-直接受信方
式の光伝送に適用可能な光周波数変換方式を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、信号光に強
度変調が施されている場合には周波数変換光とその位相
共役光を光フィルタの透過周波数に、またコンバ−タ光
成分を光フィルタの阻止周波数に合致させることにより
周波数変換光とその位相共役光を抽出し、コンバ−タ光
とイメ−ジ光を除去した後に直接受信を行うことによっ
て、また信号光に周波数変調が施されている場合には信
号光とポンプ光の周波数差の略２倍の周期的透過特性を
有する光フィルタを使用し、光周波数変換信号のマ−ク
成分を光フィルタの透過周波数に、スペ−ス成分及びコ
ンバ−タ光成分を光フィルタの阻止周波数に合致させる
ことにより、光周波数変換信号を強度変調光に変換し同
時にコンバ−タ光及びイメ−ジ光を除去した後に直接受
信を行なうことで達成される。

【００１２】

【作用】信号光に強度変調が施されている場合、周期的
透過特性を有する光フィルタによって光周波数変換素子
の出力光からコンバ−タ光成分とイメ−ジ光成分を除去
する。受信機内の受光素子には光周波数変換光とその位
相共役光が入射されるが、ロ−パスフィルタにより両光
のビ−ト成分を除去することにより直接受信が可能とな
る。

【００１３】信号光に周波数変調が施されている場合、
周期的透過特性を有する光フィルタで光周波数変換素子
の出力光からコンバ−タ光及び、周波数変換光のスペ−
ス成分を除去する。受信機内の受光素子には光周波数変
換光とその位相共役光のマ−ク成分が入射されるが、ロ
−パスフィルタにより両光のビ−ト成分を除去すること
により直接受信が可能となる。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の第一の実施例を示す。本図は
強度変調光の光周波数変換伝送を行なう場合であり、周
期的透過特性を持つ光フィルタとしてマッハツェンダ型
光フィルタを使用した例である。伝送系は送信機１０
０、光周波数変換器１０１、光受信機１０２、光ファイ
バ１０３，１０４より構成されている。

【００１５】送信機中の信号光源１０５から出力される
信号光ｓは半導体レ−ザの直接変調又は外部変調等の手
段により強度変調が施されている。信号光ｓは光ファイ
バ１０３を伝送された後、光周波数変換器１０１に入力
され、その内部でポンプ光源１０６の出力であるポンプ
光ｐ、第２のポンプ光源１０７の出力光であるコンバ−
タ光ｃと合波され光周波数変換素子である光半導体増幅
器１０８に入力される。半導体光増幅器の出力光のスペ
クトルを図２に示す。n1で示される光信号は元の信号光
と同じスペクトルを持つ光周波数変換信号であり、また
n1’は元の信号光と位相共役な光信号である。光バンド
パスフィルタ１０９はコンバ−タ光波長を中心とし数ｎ
ｍの帯域幅を持ち、ポンプ光ｐと元の信号光ｓを除去す
る作用を持つ。マッハツェンダ型光フィルタ１１０はポ
ンプ光と信号光の間隔δｆの２倍または偶数倍の周期的
透過特性を持ち、図２の点線で示されるようにコンバ−
タ光ｃとイメ−ジ光 n2,n2'を阻止、光周波数変換光n1,
n1'を透過するように設定されている。なお、マッハツ
ェンダ型光フィルタは偏波依存性を持たないため、受信
機側に配置することも可能である。またマッハツェンダ
型光フィルタのかわりに光トランスバ−サルフィルタ等
の周期的透過特性を持つフィルタを使用することも可能
である。

【００１６】光フィルタで抽出された周波数変換光 n1,
n1'の複素光電界Ｅn,Ｅn'は（数１）のように表わされ
る。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここでＥs(t),Ｅp(t),Ｅc(t)は信号光、ポ
ンプ光、コンバ−タ光の複素電界、ｆn,fn'はそれぞれ
周波数変換光 n1,n1'の光周波数、Ｃは定数、αは線幅
増大係数、ｊは虚数単位、*は複素共役を示している。
またｘ(t)は信号光Ｅs(t)に畳重された変調信号を表わ
す。両光をフォトダイオ−ド１１１に入力して得られる
光電流ｉは（数２）のように表わされる。

【００１９】

【数２】

【００２０】（数２）の第３，４項は光周波数変換信号
n1とn1'間のビ−トによって発生する中心周波数２δｆ
の成分である。この成分をロ−パスフィルタ１１２で除
去すると下式のｉ'が得られ、強度変調信号|x(t)|²が抽
出できる。

【００２１】

【数３】

【００２２】このようにして強度変調された周波数変換
信号の受信が可能となる。以上が第一の実施例である。

【００２３】図５は本発明の第二の実施例である。本実
施例ではマッハツェンダ型光フィルタの代わりに高複屈
折ファイバ１１３等の高複屈折媒体と偏光子１１４を使
用し、周期的透過特性を持つ光フィルタを実現した例で
ある。

【００２４】半導体光増幅器の出力端ではコンバ−タ光
ｃと周波数変換光 n1,n1'及びイメ−ジ光n2,n2'の偏波
面はすべて合致している。これらの光を複屈折媒体１１
３の主軸に対して４５度の角度を持つ直線偏波状態で入
射し、複屈折媒体１１３の出力端でコンバ−タ光ｃとイ
メ−ジ光 n2,n2'の偏波状態 P₀と、光周波数変換光 n1,
n1'の偏波状態P₁が互いに直交するように設定する。こ
れらの光のスペクトル配置及び偏波状態を図６に示す。
高複屈折ファイバを使用した場合、ポンプ光-信号光間
離調δfが１ＧＨｚのとき、必要なファイバ長は数10〜
数100mである。この後、偏光子１１４によって偏波状態
P₁の光のみを取り出すことで周期的透過特性を持つ光
フィルタを構成することが可能となる。本実施例の場
合、マッハツェンダ型光フィルタと異なり制御が不要で
あり、また周囲の温度変化等に対して安定な構成とする
ことが可能である。

【００２５】図７は本発明の第３の実施例であり、周波
数変調された信号光を光周波数変換し、これを直接受信
する光伝送系を示している。信号光源１０５より送信さ
れる信号光ｓには伝送情報によって周波数変調が施され
ており、この信号光ｓを前述のようにポンプ光ｐ，コン
バ−タ光ｃと合波し、半導体光増幅器１０８に入力する
とその出力光は図８のようなスペクトル配置となる。本
図は信号光ｓのマ−ク成分とポンプ光ｐの間隔をδｆ、
またマ−ク成分とスペ−ス成分の間隔もδｆに等しくと
った場合を示している。この出力光を光フィルタ１０９
に入力し、ポンプ光ｐ，信号光ｓを除去した後、周期的
透過特性を持つ光フィルタ１１０に入力する。本図はマ
ッハツェンダ型光フィルタを使用した例である。この光
フィルタ１１０は周波数変換光 n1,n1'のマ−ク成分を
透過し、かつ、コンバ−タ光ｃと光周波数変換光 n1,n
1'のスペ−ス成分を阻止するように設定される。このよ
うに光周波数配置を行った場合、イメ−ジ光 n2,n2'の
マ−ク成分，スペ−ス成分は共に光フィルタ１１０の阻
止周波数に合致するため、イメ−ジ光の影響を抑制する
ことができる。この結果、受信機１０２のフォトダイオ
−ド１１１に入力される光信号は周波数変換光 n1,n1'
のマ−ク成分のみとなり、第一の実施例と同様に周波数
変換光の直接受信が可能となる。

【００２６】なお、光フィルタ１１０を受信機内に配置
することも可能であり、またマ−ク成分とスペ−ス成分
の配置を逆にすることでスペ−ス成分の受信を行なうこ
とも可能である。マ−ク成分とポンプ光の間隔、マ−ク
成分とスペ−ス成分の間隔も必ずしも等しい必要はな
い。図９は、ポンプ光の光周波数をスペ−ス光と等しく
した場合の光周波数配置である。この場合も光フィルタ
１１０によって周波数変換光 n1,n1'のマ−ク成分のみ
を抽出し直接受信をすることが可能となる。

【００２７】また上記実施例では、光フィルタ１１０は
周波数変調された周波数変換光 n1,n1'のマ−ク成分を
抽出する作用とコンバ−タ光を阻止する作用を兼ねてい
るが、異なる周期的透過特性を持つ２個以上の光フィル
タによってこの作用を実現することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】信号光に強度変調が施されている場合、
周期的透過特性を有する光フィルタで光周波数変換素子
の出力光からコンバ−タ光を除去することによって周波
数変換光の直接受信が可能となる。光周波数変換光とそ
の位相共役光の両光を受信するため、片方の成分のみを
受信する従来の受信法に比べ実質２倍の光周波数変換効
率が得られる。この際、ＩＳＩ（符号間干渉）の原因と
なるイメ−ジ光も同時に除去されるため受信特性が改善
されるという効果がある。

【００２９】信号光に周波数変調が施されている場合、
周期的透過特性を有する光フィルタで光周波数変換素子
の出力光からコンバ−タ光及び、周波数変換光のスペ−
ス成分を除去することによって直接受信が可能となる。
これらの作用を一つの光フィルタで行うことによって構
成が大きく簡素化される。さらに光周波数変換光とその
位相共役光の両光を受信するため、片方の成分のみを受
信する従来の受信法に比べ実質２倍の光周波数変換効率
が得られる。同時に雑音及びＩＳＩ（符号間干渉）の原
因となるイメ−ジ光も同時に除去され受信特性が改善さ
れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の第一の実施例における光スペクトル配
置図である。

【図３】従来の光周波数変換方式を示す構成図である。

【図４】従来の光周波数変換方式における光スペクトル
配置図である。

【図５】本発明の第二の実施例を示す構成図である。

【図６】本発明の第二の実施例における光スペクトル配
置図である。

【図７】本発明の第三の実施例を示す構成図である。

【図８】本発明の第三の実施例における光スペクトル配
置図である。

【図９】本発明の第三の実施例における第二の光スペク
トル配置図である。

【符号の説明】

100・・・光送信機、101・・・光周波数変換器、102・・・光受信
機、103,104・・・光ファイバ、105・・・信号光源、106・・・ポ
ンプ光源、107・・・コンバ−タ光源、108・・・半導体光増幅
器、109・・・光フィルタ、110・・・マッハツェンダ型光フィ
ルタ、111・・・フォトダイオ−ド、112・・・ロ−パスフィル
タ、113・・・高複屈折光ファイバ、114・・・偏光子、115・・・
光ヘテロダイン受信機、116・・・局発光源、117・・・バンド
パスフィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、信号光と２つのポンプ光を入
力とする半導体光増幅器中の４光波混合を利用した光周
波数変換素子、周期的透過特性を持つ光フィルタ及び光
受信機から構成され、強度変調された光信号を光周波数
変換して受信する光伝送系において、該光フィルタを前記波長変換素子と受信機の間に配置
し、周波数変換光とその位相共役光を該光フィルタの透
過周波数に合致させ、かつ半導体光増幅器を通過した２
つのポンプ光のうち周波数変換光に波長の近接したポン
プ光を該光フィルタの阻止周波数に合致させることによ
り、光周波数変換された強度変調光の受信を可能とする
ことを特徴とする光周波数変換方式。
【請求項２】少なくとも、信号光と２つのポンプ光を入
力とする半導体光増幅器中の４光波混合を利用した光周
波数変換素子、周期的透過特性を持つ光フィルタ及び光
受信機から構成され、周波数変調された光信号を光周波
数変換して受信する光伝送系において、該光フィルタを前記波長変換素子と受信機の間に配置
し、周波数変換光のマ−クに対応した周波数成分を光フ
ィルタの透過周波数に、かつスペ−スに対応した周波数
成分及び半導体光増幅器を通過した２つのポンプ光のう
ち周波数変換光に波長の近接したポンプ光を光フィルタ
の阻止周波数に合致させることにより、光周波数変換さ
れた周波数変調光を強度変調光に変換して受信すること
を特徴とする光周波数変換方式。