JPH0784289A - 光周波数変換装置 - Google Patents
光周波数変換装置Info
- Publication number
- JPH0784289A JPH0784289A JP22683393A JP22683393A JPH0784289A JP H0784289 A JPH0784289 A JP H0784289A JP 22683393 A JP22683393 A JP 22683393A JP 22683393 A JP22683393 A JP 22683393A JP H0784289 A JPH0784289 A JP H0784289A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- optical fiber
- light
- optical
- optical fibers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 変換範囲の広い光周波数変換装置を提供する
こと。 【構成】 複数本の光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn を一本に
縦続接続してなる光ファイバ１に周波数ｆs の信号光と
周波数ｆp のポンプ光を入力し、光ファイバ１内で生じ
る四光波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変
換光を発生させる。この際、ポンプ光の周波数ｆp を縦
続接続した全ての光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn の平均ゼロ
分散周波数ｆavに一致した値に設定すると共に、縦続接
続された複数本の光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn のうちの少
なくとも１組の連続した２本の光ファイバＯＦk ，ＯＦ
(k+1) のゼロ分散周波数及び長さを、これらの光ファイ
バのゼロ分散周波数及び長さをそれぞれｆk0，
ｆ(k+1)0，ＬK ，Ｌ(k+1) としたときに、（ｆk0−
ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０の関係を
満すように設定する。
こと。 【構成】 複数本の光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn を一本に
縦続接続してなる光ファイバ１に周波数ｆs の信号光と
周波数ｆp のポンプ光を入力し、光ファイバ１内で生じ
る四光波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変
換光を発生させる。この際、ポンプ光の周波数ｆp を縦
続接続した全ての光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn の平均ゼロ
分散周波数ｆavに一致した値に設定すると共に、縦続接
続された複数本の光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn のうちの少
なくとも１組の連続した２本の光ファイバＯＦk ，ＯＦ
(k+1) のゼロ分散周波数及び長さを、これらの光ファイ
バのゼロ分散周波数及び長さをそれぞれｆk0，
ｆ(k+1)0，ＬK ，Ｌ(k+1) としたときに、（ｆk0−
ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０の関係を
満すように設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ある光周波数の信号光
を別の周波数の光に変換する光周波数変換装置に関する
ものである。
を別の周波数の光に変換する光周波数変換装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光周波数変換装置としては、２次あるい
は３次の光非線形性を利用する手法や、半導体光増幅器
を利用する手法が知られている。本発明は、光ファイバ
における３次の光非線形性を利用した光周波数変換装置
の問題点を解消するものなので、この光ファイバにおけ
る３次の光非線形性利用した手法を従来技術として説明
する。
は３次の光非線形性を利用する手法や、半導体光増幅器
を利用する手法が知られている。本発明は、光ファイバ
における３次の光非線形性を利用した光周波数変換装置
の問題点を解消するものなので、この光ファイバにおけ
る３次の光非線形性利用した手法を従来技術として説明
する。
【０００３】光ファイバに異なる周波数を有する複数の
光を入力すると、３次の光非線形性により新たな周波数
光が発生する。例えば２つの入力光の周波数をｆs ，ｆ
p と表記すると、２ｆp −ｆs ＝ｆFWM の周波数位置に
非線形分極が生じ、これにより新たな周波数の光が発生
する。ここで、周波数ｆs の光が変調されており、周波
数ｆp の光は無変調であったとすると、新たに発生する
周波数ｆFWM の光には周波数ｆs の光と同じ変調信号が
重畳している。すなわち、周波数ｆFWM の光は、周波数
ｆs から周波数変換された光となる。
光を入力すると、３次の光非線形性により新たな周波数
光が発生する。例えば２つの入力光の周波数をｆs ，ｆ
p と表記すると、２ｆp −ｆs ＝ｆFWM の周波数位置に
非線形分極が生じ、これにより新たな周波数の光が発生
する。ここで、周波数ｆs の光が変調されており、周波
数ｆp の光は無変調であったとすると、新たに発生する
周波数ｆFWM の光には周波数ｆs の光と同じ変調信号が
重畳している。すなわち、周波数ｆFWM の光は、周波数
ｆs から周波数変換された光となる。
【０００４】前述したような周波数変換光を効率よく発
生させるためには、位相整合条件を満たしてやる必要が
ある。これは、光ファイバの各場所で発生する周波数変
換光が、その場所より前に発生した周波数変換光と同位
相で足し合わされるための条件で、この条件からずれる
と全体としての発生効率は低下する。このような位相整
合条件からのずれは、次の(1) 式に示す位相不整合量Δ
βで表される。 Δβ＝２β（ｆp ）−β（ｆs ）−β（ｆFWM ） …(1) 但し、(1) 式においてβは各周波数の光に対する伝搬定
数である。ここで、Δβ＝０が位相整合条件で、この
時、周波数変換光はもっとも効率良く発生する。また、
位相整合条件を満たすには、ポンプ光の周波数ｆp を光
ファイバのゼロ分散周波数に合致させればよいことが知
られている。これにより周波数変換光を効率良く発生さ
せることができる。これについては、特願平４−４１１
『光周波数変換方法』に詳しく述べられている。
生させるためには、位相整合条件を満たしてやる必要が
ある。これは、光ファイバの各場所で発生する周波数変
換光が、その場所より前に発生した周波数変換光と同位
相で足し合わされるための条件で、この条件からずれる
と全体としての発生効率は低下する。このような位相整
合条件からのずれは、次の(1) 式に示す位相不整合量Δ
βで表される。 Δβ＝２β（ｆp ）−β（ｆs ）−β（ｆFWM ） …(1) 但し、(1) 式においてβは各周波数の光に対する伝搬定
数である。ここで、Δβ＝０が位相整合条件で、この
時、周波数変換光はもっとも効率良く発生する。また、
位相整合条件を満たすには、ポンプ光の周波数ｆp を光
ファイバのゼロ分散周波数に合致させればよいことが知
られている。これにより周波数変換光を効率良く発生さ
せることができる。これについては、特願平４−４１１
『光周波数変換方法』に詳しく述べられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
作製される光ファイバのゼロ分散周波数は長手方向に一
様ではない。とくに長い光ファイバの場合、ゼロ分散周
波数の不均一が大きい。このため実際の光ファイバで
は、その全長にわたって位相整合条件を満たすことはで
きず、ゼロ分散周波数が一様な場合に比べて変換効率が
低下する。この変換効率の低下は、ポンプ光と信号光と
の周波数差が大きい程顕著である。即ち、実際の光ファ
イバでは、ゼロ分散周波数が不均一なため、変換可能な
周波数範囲が制限されるという問題点があった。
作製される光ファイバのゼロ分散周波数は長手方向に一
様ではない。とくに長い光ファイバの場合、ゼロ分散周
波数の不均一が大きい。このため実際の光ファイバで
は、その全長にわたって位相整合条件を満たすことはで
きず、ゼロ分散周波数が一様な場合に比べて変換効率が
低下する。この変換効率の低下は、ポンプ光と信号光と
の周波数差が大きい程顕著である。即ち、実際の光ファ
イバでは、ゼロ分散周波数が不均一なため、変換可能な
周波数範囲が制限されるという問題点があった。
【０００６】本発明の目的は上記の問題点に鑑み、変換
範囲の広い光周波数変換装置を提供することにある。
範囲の広い光周波数変換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、光ファイバに周波数ｆs の信号光と周波
数ｆp のポンプ光を入力し、光ファイバ内で生じる四光
波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変換光を
発生させる光周波数変換装置において、前記周波数変換
光を発生させる光ファイバは、複数本の光ファイバを一
本に縦続接続したものからなり、前記接続した全ての光
ファイバの平均ゼロ分散周波数をｆavとすると共に、ｋ
番目の光ファイバ及び（ｋ＋１）番目の光ファイバのゼ
ロ分散周波数及び長さをそれぞれｆk0，ｆ(k+1)0，Ｌ
K ，Ｌ(k+1) としたときに、前記接続した複数本の光フ
ァイバのうちの少なくとも１組の連続した２本の光ファ
イバは （ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０ なる関係を満たしており、且つ、前記ポンプ光の周波数
は前記平均ゼロ分散周波数ｆavに一致した値に設定され
ている光周波数変換装置を提案する。
成するために、光ファイバに周波数ｆs の信号光と周波
数ｆp のポンプ光を入力し、光ファイバ内で生じる四光
波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変換光を
発生させる光周波数変換装置において、前記周波数変換
光を発生させる光ファイバは、複数本の光ファイバを一
本に縦続接続したものからなり、前記接続した全ての光
ファイバの平均ゼロ分散周波数をｆavとすると共に、ｋ
番目の光ファイバ及び（ｋ＋１）番目の光ファイバのゼ
ロ分散周波数及び長さをそれぞれｆk0，ｆ(k+1)0，Ｌ
K ，Ｌ(k+1) としたときに、前記接続した複数本の光フ
ァイバのうちの少なくとも１組の連続した２本の光ファ
イバは （ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０ なる関係を満たしており、且つ、前記ポンプ光の周波数
は前記平均ゼロ分散周波数ｆavに一致した値に設定され
ている光周波数変換装置を提案する。
【０００８】
【作用】本発明によれば、複数本の光ファイバを一本に
縦続接続してなる光ファイバに周波数ｆs の信号光と周
波数ｆp のポンプ光が入力され、該光ファイバ内で生じ
る四光波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変
換光が発生される。この際、前記ポンプ光の周波数ｆp
は前記縦続接続した全ての光ファイバの平均ゼロ分散周
波数ｆavに一致した値に設定されると共に、前記縦続接
続された複数の光ファイバのうちの少なくとも１組の連
続した２本の光ファイバが（ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ
(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０の関係を満たしている。こ
れにより、前記関係を満たしている２本の光ファイバに
おいて、前記周波数変換光と、四光波混合により発生す
る非線形分極波との位相差が低減される。
縦続接続してなる光ファイバに周波数ｆs の信号光と周
波数ｆp のポンプ光が入力され、該光ファイバ内で生じ
る四光波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変
換光が発生される。この際、前記ポンプ光の周波数ｆp
は前記縦続接続した全ての光ファイバの平均ゼロ分散周
波数ｆavに一致した値に設定されると共に、前記縦続接
続された複数の光ファイバのうちの少なくとも１組の連
続した２本の光ファイバが（ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ
(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０の関係を満たしている。こ
れにより、前記関係を満たしている２本の光ファイバに
おいて、前記周波数変換光と、四光波混合により発生す
る非線形分極波との位相差が低減される。
【０００９】
【実施例】図１に本発明の実施例を示す。図１におい
て、１は光ファイバ、２はポンプ光源、３は光カプラで
ある。周波数ｆs を有する変換対象の信号光は光カプラ
３により周波数ｆp のポンプ光と合波され、光ファイバ
１に入力される。光ファイバ１は、複数本の光ファイバ
ＯＦ1 〜ＯＦn （ｎは整数）を縦続接続して１本の光フ
ァイバとした構成となっている。
て、１は光ファイバ、２はポンプ光源、３は光カプラで
ある。周波数ｆs を有する変換対象の信号光は光カプラ
３により周波数ｆp のポンプ光と合波され、光ファイバ
１に入力される。光ファイバ１は、複数本の光ファイバ
ＯＦ1 〜ＯＦn （ｎは整数）を縦続接続して１本の光フ
ァイバとした構成となっている。
【００１０】ここで各光ファイバＯＦ1 〜ＯＦn の接続
順序は、接続した光ファイバの平均ゼロ分散周波数をｆ
av、ｋ番目の光ファイバＯＦk のゼロ分散周波数及び長
さをそれぞれｆk0，Ｌk とした時に、 （ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０ …(2) 前記(2) 式の関係を満たしており、さらにポンプ光の周
波数ｆp は平均ゼロ分散周波数ｆavに一致している（ｆ
p ＝ｆav）。このように設定すると、ゼロ分散周波数の
不均一による局所的な位相不整合が互いに補償しあっ
て、広い範囲にわたる周波数変換が可能となる。以下に
詳細に説明する。
順序は、接続した光ファイバの平均ゼロ分散周波数をｆ
av、ｋ番目の光ファイバＯＦk のゼロ分散周波数及び長
さをそれぞれｆk0，Ｌk とした時に、 （ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０ …(2) 前記(2) 式の関係を満たしており、さらにポンプ光の周
波数ｆp は平均ゼロ分散周波数ｆavに一致している（ｆ
p ＝ｆav）。このように設定すると、ゼロ分散周波数の
不均一による局所的な位相不整合が互いに補償しあっ
て、広い範囲にわたる周波数変換が可能となる。以下に
詳細に説明する。
【００１１】前記(1) 式に示される位相不整合量Δβに
おいて、２β（ｆp ）−β（ｆs ）は光ファイバの各場
所で発生する非線形分極波の伝搬定数であり、β（ｆ
FWM)は発生した周波数変換光の伝搬定数である。即ち、
Δβは各場所で発生する非線形分極波と、その場所より
前に発生してそこまで伝搬してきた周波数変換光との伝
搬定数のずれを表している。また、位相不整合量Δβ
は、具体的には次の(3) 式のように表される。 Δβ＝(πλ4／ｃ2)・ｄＤc ／ｄλ・２(ｆp−ｆ0)(ｆp−ｆs)2 …(3) ここで、λは光波長、Ｄc はファイバの分散、ｃは光
速、ｆ0 はファイバのゼロ分散周波数である。
おいて、２β（ｆp ）−β（ｆs ）は光ファイバの各場
所で発生する非線形分極波の伝搬定数であり、β（ｆ
FWM)は発生した周波数変換光の伝搬定数である。即ち、
Δβは各場所で発生する非線形分極波と、その場所より
前に発生してそこまで伝搬してきた周波数変換光との伝
搬定数のずれを表している。また、位相不整合量Δβ
は、具体的には次の(3) 式のように表される。 Δβ＝(πλ4／ｃ2)・ｄＤc ／ｄλ・２(ｆp−ｆ0)(ｆp−ｆs)2 …(3) ここで、λは光波長、Ｄc はファイバの分散、ｃは光
速、ｆ0 はファイバのゼロ分散周波数である。
【００１２】次に、図１に示す光ファイバ１の構成にお
いて、非線形分極波とそこへ伝搬してきた周波数変換光
との位相関係がどのようになるかを考察する。まず、ｋ
番目と（ｋ＋１）番目の光ファイバに着目し、この区間
の伝搬方向の座標ｚを図２のように設定する。即ち、０
＜ｚ＜Ｌk がｋ番目の光ファイバの区間であり、Ｌk ＜
ｚ＜｛Ｌk ＋Ｌ(k+1) ｝が（ｋ＋１）番目の光ファイバ
の区間である。この系において、ｚ＝０の位置まで伝搬
してきた周波数変換光がこの区間、即ちｋ番目と（ｋ＋
１）番目の光ファイバを伝搬する間にうける伝搬位相
と、各所で発生する非線形分極波の伝搬位相とを比べて
みる。
いて、非線形分極波とそこへ伝搬してきた周波数変換光
との位相関係がどのようになるかを考察する。まず、ｋ
番目と（ｋ＋１）番目の光ファイバに着目し、この区間
の伝搬方向の座標ｚを図２のように設定する。即ち、０
＜ｚ＜Ｌk がｋ番目の光ファイバの区間であり、Ｌk ＜
ｚ＜｛Ｌk ＋Ｌ(k+1) ｝が（ｋ＋１）番目の光ファイバ
の区間である。この系において、ｚ＝０の位置まで伝搬
してきた周波数変換光がこの区間、即ちｋ番目と（ｋ＋
１）番目の光ファイバを伝搬する間にうける伝搬位相
と、各所で発生する非線形分極波の伝搬位相とを比べて
みる。
【００１３】これら２つの光ファイバではゼロ分散周波
数が異なっているものとしているので、２つの区間では
伝搬定数が異なっている。これを区別するために、添字
ｋまたは（ｋ＋１）をつけて伝搬定数βを表記する。ま
ず、０＜ｚ＜Ｌk の区間についてみると、周波数変換光
がｚ＝ｚ0 の位置に達した時の伝搬位相は、 βF (k)ｚ0 …(4) である。ここで、βF (k)はｋ番目の光ファイバにおける
周波数ｆFWM に対する伝搬定数を表す。一方、非線形分
極波の伝搬位相は、 （２βp (k)−βs (k)）ｚ0 …(5) となる。βp (k)，βs (k)はそれぞれｋ番目の光ファイバ
における周波数ｆp 並びに周波数ｆs に対する伝搬定数
である。これらより、周波数変換光と非線形分極波との
伝搬位相の差Δφはｚ＝ｚ0 において、 Δφ(z0)＝｛２βp (k)−βs (k)｝ｚ0 −βF (k)ｚ0 ＝｛２βp (k)−βs (k)−βF (k)｝ｚ0 ＝Δβ(k) ｚ0 …(6) 前記(6) 式で表される。ここで、Δβ(k) はｋ番目の光
ファイバにおける位相不整合量である。
数が異なっているものとしているので、２つの区間では
伝搬定数が異なっている。これを区別するために、添字
ｋまたは（ｋ＋１）をつけて伝搬定数βを表記する。ま
ず、０＜ｚ＜Ｌk の区間についてみると、周波数変換光
がｚ＝ｚ0 の位置に達した時の伝搬位相は、 βF (k)ｚ0 …(4) である。ここで、βF (k)はｋ番目の光ファイバにおける
周波数ｆFWM に対する伝搬定数を表す。一方、非線形分
極波の伝搬位相は、 （２βp (k)−βs (k)）ｚ0 …(5) となる。βp (k)，βs (k)はそれぞれｋ番目の光ファイバ
における周波数ｆp 並びに周波数ｆs に対する伝搬定数
である。これらより、周波数変換光と非線形分極波との
伝搬位相の差Δφはｚ＝ｚ0 において、 Δφ(z0)＝｛２βp (k)−βs (k)｝ｚ0 −βF (k)ｚ0 ＝｛２βp (k)−βs (k)−βF (k)｝ｚ0 ＝Δβ(k) ｚ0 …(6) 前記(6) 式で表される。ここで、Δβ(k) はｋ番目の光
ファイバにおける位相不整合量である。
【００１４】次に、Ｌk ＜ｚ＜｛Ｌk ＋Ｌ(k+1) ｝の区
間についてみる。この区間内のｚ＝Ｌk ＋ｚ0'（但し０
＜ｚ0'＜Ｌ(k+1) ）の位置における位相変化を考える
と、周波数変換光は、ｚ＝０の位置からｚ＝Ｌk の位置
に至るまでにβF (k)Ｌk の位相変化を受け、さらにｚ＝
Ｌk の位置からｚ＝（Ｌk ＋ｚ0'）の位置に至るまでに
βF (k+1)ｚ0'だけの位相変化を受けるので、これらを合
わせると、 βF (k)Ｌk ＋βF (k+1)ｚ0' …(7) の伝搬位相変化を受けることになる。
間についてみる。この区間内のｚ＝Ｌk ＋ｚ0'（但し０
＜ｚ0'＜Ｌ(k+1) ）の位置における位相変化を考える
と、周波数変換光は、ｚ＝０の位置からｚ＝Ｌk の位置
に至るまでにβF (k)Ｌk の位相変化を受け、さらにｚ＝
Ｌk の位置からｚ＝（Ｌk ＋ｚ0'）の位置に至るまでに
βF (k+1)ｚ0'だけの位相変化を受けるので、これらを合
わせると、 βF (k)Ｌk ＋βF (k+1)ｚ0' …(7) の伝搬位相変化を受けることになる。
【００１５】同様の考え方により、非線形分極波がｚ＝
０の位置からｚ＝（Ｌk ＋ｚ0'）の位置に至るまでに受
ける伝搬位相変化は、 ｛２βp (k)−βs (k)｝Ｌk ＋｛２βp (k+1)−βs (K+1)｝ｚ0' …(8) となる。従って、両者の差Δφは、 Δφ（Ｌk ＋ｚ0'）＝｛２βp (k)−βs (k)−βF (k)｝Ｌk ＋｛２βp (k+1)−βs (k+1)−βF (k+1)｝ｚ0' ＝Δβ(k) Ｌk ＋Δβ(k+1) ｚ0' …(9) となる。この位相差Δφが０に近いほど周波数変換効率
は高くなる。
０の位置からｚ＝（Ｌk ＋ｚ0'）の位置に至るまでに受
ける伝搬位相変化は、 ｛２βp (k)−βs (k)｝Ｌk ＋｛２βp (k+1)−βs (K+1)｝ｚ0' …(8) となる。従って、両者の差Δφは、 Δφ（Ｌk ＋ｚ0'）＝｛２βp (k)−βs (k)−βF (k)｝Ｌk ＋｛２βp (k+1)−βs (k+1)−βF (k+1)｝ｚ0' ＝Δβ(k) Ｌk ＋Δβ(k+1) ｚ0' …(9) となる。この位相差Δφが０に近いほど周波数変換効率
は高くなる。
【００１６】ここで本発明の効果をみるために、ｚ0''
＝Ｌ(k+1) −ｚ0'という変数の置き換えを行う。ｚ0''
の範囲は０＜ｚ0'' ＜Ｌ(k+1) であり、Ｌk ＜ｚ＜｛Ｌ
k ＋Ｌ(k+1) ｝内の任意の位置を指し示すという意味で
はｚ0'とｚ0'' とは等価である。ｚ0'' を用いると、こ
の区間でのΔφは、 Δφ（Ｌk＋Ｌ(k+1)−ｚ0'' ）＝Δβ(k)Ｌk＋Δβ(k+1)(Ｌ(k+1)−ｚ0'') ＝Δβ(k)Ｌk＋Δβ(k+1)Ｌ(k+1) −Δβ(k+1)ｚ0'' …(10) 前記(10)式によって表される。ここで、(10)式の第１項
及び第２項に着目し、ここに前記(3) 式を代入すると次
のようになる。
＝Ｌ(k+1) −ｚ0'という変数の置き換えを行う。ｚ0''
の範囲は０＜ｚ0'' ＜Ｌ(k+1) であり、Ｌk ＜ｚ＜｛Ｌ
k ＋Ｌ(k+1) ｝内の任意の位置を指し示すという意味で
はｚ0'とｚ0'' とは等価である。ｚ0'' を用いると、こ
の区間でのΔφは、 Δφ（Ｌk＋Ｌ(k+1)−ｚ0'' ）＝Δβ(k)Ｌk＋Δβ(k+1)(Ｌ(k+1)−ｚ0'') ＝Δβ(k)Ｌk＋Δβ(k+1)Ｌ(k+1) −Δβ(k+1)ｚ0'' …(10) 前記(10)式によって表される。ここで、(10)式の第１項
及び第２項に着目し、ここに前記(3) 式を代入すると次
のようになる。
【００１７】 Δβ(k)Ｌk＋Δβ(k+1)Ｌ(k+1) ＝(πλ4／ｃ2)・ｄＤc ／ｄλ・２(ｆav−ｆs)2 ×｛(ｆav−ｆk0)Ｌk＋(ｆav−ｆ(k+1)0)Ｌ(k+1)｝＝０ …(11) ここで、ｆp ＝ｆavを代入した。また、前記(2) 式の関
係を用いると、本発明の効果により前記(9) 式の第１項
と第２項は互いに打ち消しあってゼロとなる。従って、
前記(10)式によって表されていた位相差Δφは次の(12)
式によって表される。 Δφ（Ｌk＋Ｌ(k+1)−ｚ0'' ）＝−Δβ(k+1)ｚ0'' …(12) 一方、本発明のような工夫をせずに複数本の光ファイバ
を縦続接続した場合には、このような打ち消し効果はな
く、位相差Δφは前記(9) 式で表されることになる。
係を用いると、本発明の効果により前記(9) 式の第１項
と第２項は互いに打ち消しあってゼロとなる。従って、
前記(10)式によって表されていた位相差Δφは次の(12)
式によって表される。 Δφ（Ｌk＋Ｌ(k+1)−ｚ0'' ）＝−Δβ(k+1)ｚ0'' …(12) 一方、本発明のような工夫をせずに複数本の光ファイバ
を縦続接続した場合には、このような打ち消し効果はな
く、位相差Δφは前記(9) 式で表されることになる。
【００１８】前述のように複数本の光ファイバを縦続接
続してなる光ファイバ終端における伝搬位相差は位相差
Δφをｚ方向に積分して得られるので、ある特殊な場合
は、前記(9) 式の第１項と第２項が打ち消しあって、前
記(9) 式の方が前記(12)式よりもゼロに近い値となるか
もしれない。しかし、それはごく特殊な場合であり、一
般のｚ0'またはｚ0'' については成り立たない。平均的
に考えると、前記(12)式の方が前記(9) 式よりも、ゼロ
に近い値になるといえる。
続してなる光ファイバ終端における伝搬位相差は位相差
Δφをｚ方向に積分して得られるので、ある特殊な場合
は、前記(9) 式の第１項と第２項が打ち消しあって、前
記(9) 式の方が前記(12)式よりもゼロに近い値となるか
もしれない。しかし、それはごく特殊な場合であり、一
般のｚ0'またはｚ0'' については成り立たない。平均的
に考えると、前記(12)式の方が前記(9) 式よりも、ゼロ
に近い値になるといえる。
【００１９】以上述べたように本発明によると、（ｋ＋
１）番目の光ファイバにおいて、非線形分極波と周波数
変換光との伝搬位相の差を小さくすることができる。従
来技術の項で述べたように効率よく周波数周波数変換光
を発生させるためには、局所場で発生する周波数変換光
（非線形分極波）と伝搬してくる周波数変換光とがなる
べく同位相であることが望ましい。即ち、非線形分極波
と周波数変換光との伝搬位相の差が小さい方が良い。従
って本発明により、ゼロ分散周波数の不均一による効率
の低下を抑えることができる。
１）番目の光ファイバにおいて、非線形分極波と周波数
変換光との伝搬位相の差を小さくすることができる。従
来技術の項で述べたように効率よく周波数周波数変換光
を発生させるためには、局所場で発生する周波数変換光
（非線形分極波）と伝搬してくる周波数変換光とがなる
べく同位相であることが望ましい。即ち、非線形分極波
と周波数変換光との伝搬位相の差が小さい方が良い。従
って本発明により、ゼロ分散周波数の不均一による効率
の低下を抑えることができる。
【００２０】以上述べた本発明の効果は、具体的な計算
例によって示すこともできる。以下、図１の構成におけ
る四光波混合光、即ち周波数変換光の発生効率を実際に
計算によって示してみる。ゼロ分散周波数が異なる複数
本の光ファイバを縦続接続した系における四光波混合効
率の表式は、公知のものがないので、まずこれを求める
ところから始める。
例によって示すこともできる。以下、図１の構成におけ
る四光波混合光、即ち周波数変換光の発生効率を実際に
計算によって示してみる。ゼロ分散周波数が異なる複数
本の光ファイバを縦続接続した系における四光波混合効
率の表式は、公知のものがないので、まずこれを求める
ところから始める。
【００２１】ポンプ光及び信号光が同時に光ファイバ内
を伝搬すると、各光ファイバで四光波混合光（以下ＦＷ
Ｍ光と記す）が発生する。また、複数本の光ファイバを
縦続接続してなる光ファイバの最終端でのＦＷＭ光は、
各光ファイバで発生したＦＷＭ光の重ね合わせと考える
ことができる。
を伝搬すると、各光ファイバで四光波混合光（以下ＦＷ
Ｍ光と記す）が発生する。また、複数本の光ファイバを
縦続接続してなる光ファイバの最終端でのＦＷＭ光は、
各光ファイバで発生したＦＷＭ光の重ね合わせと考える
ことができる。
【００２２】第ｋ番目の光ファイバで発生するＦＷＭ光
は、この光ファイバの終端では、 ＥF (k)＝κＥp (k)2Ｅs (k) * exp[(-α/2＋iβF (k))Ｌk ］ ×{１−exp(−α＋ｉΔβ(k))}／(α−ｉΔβ(k)) …(13) 前記(13)式によって表される。ここで、κは非線形定数
を含む定数、Ｅp (k)及びＥs (k)はそれぞれｋ番目の光フ
ァイバ入力端でのポンプ光及び信号光の光電場、αは光
ファイバの損失係数である。βF (k)及びΔβ(k) につい
ては前述したと同様である。尚、前記(13)式の導出につ
いては、次の参考文献に詳しく述べられている（参考文
献：K.O.Hill, D.C.Johonson, B.S.Kawasaki, and R.I.
MacDonald,"CW three-wave mixing in single-mode opt
ical fibers", Journal of Applied Optics, vol.49, N
o.10, P5098, 1978. ）。
は、この光ファイバの終端では、 ＥF (k)＝κＥp (k)2Ｅs (k) * exp[(-α/2＋iβF (k))Ｌk ］ ×{１−exp(−α＋ｉΔβ(k))}／(α−ｉΔβ(k)) …(13) 前記(13)式によって表される。ここで、κは非線形定数
を含む定数、Ｅp (k)及びＥs (k)はそれぞれｋ番目の光フ
ァイバ入力端でのポンプ光及び信号光の光電場、αは光
ファイバの損失係数である。βF (k)及びΔβ(k) につい
ては前述したと同様である。尚、前記(13)式の導出につ
いては、次の参考文献に詳しく述べられている（参考文
献：K.O.Hill, D.C.Johonson, B.S.Kawasaki, and R.I.
MacDonald,"CW three-wave mixing in single-mode opt
ical fibers", Journal of Applied Optics, vol.49, N
o.10, P5098, 1978. ）。
【００２３】ｋ番目の光ファイバの入力端でのポンプ光
及び信号光は、１番目の光ファイバ入力端での表式を用
いて、それぞれ次の(14)式及び(15)式のように表すこと
ができる。 次に、これらの(14)式及び(15)式を前記(13)式に代入す
ると、次に示す(16)式が得られる。
及び信号光は、１番目の光ファイバ入力端での表式を用
いて、それぞれ次の(14)式及び(15)式のように表すこと
ができる。 次に、これらの(14)式及び(15)式を前記(13)式に代入す
ると、次に示す(16)式が得られる。
【００２４】 前記(16)式の展開では、Δβ(j) ＝２βp (j)−βs (j)−
βF (j)を代入した。また、ｋ番目の光ファイバで発生し
た光が光ファイバ最終端に達した時の表式は、次の(17)
式となる。但し、Ｍは接続された全ファイバ数である。
βF (j)を代入した。また、ｋ番目の光ファイバで発生し
た光が光ファイバ最終端に達した時の表式は、次の(17)
式となる。但し、Ｍは接続された全ファイバ数である。
【００２５】 複数本の光ファイバを縦続接続してなる光ファイバの最
終端におけるＦＷＭ光全体は、前記(17)式の重ね合わせ
によって得られるので、次の(18)式によって表される。 但し、ここでは、 とおいた。
終端におけるＦＷＭ光全体は、前記(17)式の重ね合わせ
によって得られるので、次の(18)式によって表される。 但し、ここでは、 とおいた。
【００２６】前記(18)式を用いると、ゼロ分散周波数が
異なる複数本の光ファイバを縦続接続した系でのＦＷＭ
効率を計算することができる。図３に２つの計算例の結
果を示す。この計算例では、ポンプ光の周波数ｆp は全
光ファイバの平均ゼロ分散周波数ｆavに一致しているも
のとし、図３の(a)(b)のそれぞれにおいて横軸はポンプ
光と信号光の周波数差を表し、縦軸は周波数差ゼロの時
の値（即ち完全に位相整合条件が満たされた時の値）で
規格化したＦＷＭ効率を表している。
異なる複数本の光ファイバを縦続接続した系でのＦＷＭ
効率を計算することができる。図３に２つの計算例の結
果を示す。この計算例では、ポンプ光の周波数ｆp は全
光ファイバの平均ゼロ分散周波数ｆavに一致しているも
のとし、図３の(a)(b)のそれぞれにおいて横軸はポンプ
光と信号光の周波数差を表し、縦軸は周波数差ゼロの時
の値（即ち完全に位相整合条件が満たされた時の値）で
規格化したＦＷＭ効率を表している。
【００２７】これらの計算例では、１ｋｍの光ファイバ
を１０本縦続接続してなる光ファイバを用いており、各
光ファイバのゼロ分散周波数は20GHz ずつ異なっている
ものとした。また、光ファイバの接続順序は、各光ファ
イバのゼロ分散周波数を平均値に対する相対値で表す
と、図３の(a) に示す計算例では{-90GHz,-70GHz,-50GH
z,-30GHz,-10GHz,10GHz,30GHz,50GHz,70GHz,90GHz}の順
序となるように接続し、図３の(b) に示す計算例では{1
0GHz,-10GHz,30GHz,-30GHz,50GHz,-50GHz,70GHz,-70GH
z,90GHz,-90GHz}の順序となるように接続した。
を１０本縦続接続してなる光ファイバを用いており、各
光ファイバのゼロ分散周波数は20GHz ずつ異なっている
ものとした。また、光ファイバの接続順序は、各光ファ
イバのゼロ分散周波数を平均値に対する相対値で表す
と、図３の(a) に示す計算例では{-90GHz,-70GHz,-50GH
z,-30GHz,-10GHz,10GHz,30GHz,50GHz,70GHz,90GHz}の順
序となるように接続し、図３の(b) に示す計算例では{1
0GHz,-10GHz,30GHz,-30GHz,50GHz,-50GHz,70GHz,-70GH
z,90GHz,-90GHz}の順序となるように接続した。
【００２８】ここで、図３の(b) に示される後者は前記
(2) 式が満たされている場合である。後者の方が、広い
周波数範囲にわたって高いＦＷＭ効率が保たれているこ
とがわかる。ここでは２つの計算例だけを示したが、そ
のほかの場合についてみても、前記(2) 式が満たされた
時に高効率である周波数範囲がもっとも広いことが示さ
れている。即ち、実際の計算においても、本発明の効果
が示される。
(2) 式が満たされている場合である。後者の方が、広い
周波数範囲にわたって高いＦＷＭ効率が保たれているこ
とがわかる。ここでは２つの計算例だけを示したが、そ
のほかの場合についてみても、前記(2) 式が満たされた
時に高効率である周波数範囲がもっとも広いことが示さ
れている。即ち、実際の計算においても、本発明の効果
が示される。
【００２９】本発明は実際には次のように応用される。
例えば１０ｋｍの長さの１本の光ファイバを使用する場
合、これを１ｋｍ毎に切断すると、切断された各光ファ
イバのゼロ分散周波数はもとの光ファイバの不均一さに
応じてバラツクことになる。このバラツキ具合は、もと
の光ファイバの不均一さによって異なるが、前記(2)式
が満たされるような順序となっていることは極めてまれ
である。これを、前記(2) 式が満たされるように並び換
えて再び１本の光ファイバとなるように縦続接続する
と、これまでの考察で明らかにしたように、再接続され
た光ファイバはもとの光ファイバに比べて周波数変換範
囲が広くなっている。即ち、同じ長さの光ファイバを用
いた場合、本発明によるものの方が、単なる１本の光フ
ァイバを用いる従来例よりも、広い範囲の周波数変換が
可能となる。
例えば１０ｋｍの長さの１本の光ファイバを使用する場
合、これを１ｋｍ毎に切断すると、切断された各光ファ
イバのゼロ分散周波数はもとの光ファイバの不均一さに
応じてバラツクことになる。このバラツキ具合は、もと
の光ファイバの不均一さによって異なるが、前記(2)式
が満たされるような順序となっていることは極めてまれ
である。これを、前記(2) 式が満たされるように並び換
えて再び１本の光ファイバとなるように縦続接続する
と、これまでの考察で明らかにしたように、再接続され
た光ファイバはもとの光ファイバに比べて周波数変換範
囲が広くなっている。即ち、同じ長さの光ファイバを用
いた場合、本発明によるものの方が、単なる１本の光フ
ァイバを用いる従来例よりも、広い範囲の周波数変換が
可能となる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポンプ光の周波数ｆp が縦続接続した全ての光ファイバ
の平均ゼロ分散周波数ｆavに一致した値に設定されると
共に、前記縦続接続された複数の光ファイバのうちの少
なくとも１組の連続した２本の光ファイバが（ｆk0−ｆ
av）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０の関係を満
たしているため、該関係を満たしている２本の光ファイ
バにおいて、周波数変換光と、四光波混合により発生す
る非線形分極波との位相差が低減されるので、位相整合
条件が満たされ、広い変換範囲の光周波数変換を実現で
きる。このため、光通信、光情報処理の分野において、
特に光周波数多重を利用したシステムにおける周波数変
換素子に応用できる利点がある。
ポンプ光の周波数ｆp が縦続接続した全ての光ファイバ
の平均ゼロ分散周波数ｆavに一致した値に設定されると
共に、前記縦続接続された複数の光ファイバのうちの少
なくとも１組の連続した２本の光ファイバが（ｆk0−ｆ
av）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０の関係を満
たしているため、該関係を満たしている２本の光ファイ
バにおいて、周波数変換光と、四光波混合により発生す
る非線形分極波との位相差が低減されるので、位相整合
条件が満たされ、広い変換範囲の光周波数変換を実現で
きる。このため、光通信、光情報処理の分野において、
特に光周波数多重を利用したシステムにおける周波数変
換素子に応用できる利点がある。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図
【図２】ｋ番目の光ファイバと（ｋ＋１）番目の光ファ
イバにおける座標を示す図
イバにおける座標を示す図
【図３】ＦＷＭ効率の計算例の結果を示す図
１，ＯＦ1 〜ＯＦn …光ファイバ、２…ポンプ光源、３
…光カプラ。
…光カプラ。
Claims (1)
- 【請求項１】 光ファイバに周波数ｆs の信号光と周波
数ｆp のポンプ光を入力し、光ファイバ内で生じる四光
波混合により周波数（２ｆp −ｆs ）の周波数変換光を
発生させる光周波数変換装置において、 前記周波数変換光を発生させる光ファイバは、複数本の
光ファイバを一本に縦続接続したものからなり、 前記接続した全ての光ファイバの平均ゼロ分散周波数を
ｆavとすると共に、ｋ番目の光ファイバ及び（ｋ＋１）
番目の光ファイバのゼロ分散周波数及び長さをそれぞれ
ｆk0，ｆ(k+1)0，ＬK ，Ｌ(k+1) としたときに、前記接
続した複数本の光ファイバのうちの少なくとも１組の連
続した２本の光ファイバは （ｆk0−ｆav）Ｌk ＋（ｆ(k+1)0−ｆav）Ｌ(k+1) ＝０ なる関係を満たしており、 且つ、前記ポンプ光の周波数は前記平均ゼロ分散周波数
ｆavに一致した値に設定されていることを特徴とする光
周波数変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22683393A JPH0784289A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 光周波数変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22683393A JPH0784289A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 光周波数変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0784289A true JPH0784289A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16851291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22683393A Pending JPH0784289A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 光周波数変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0784289A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6424774B1 (en) | 1998-12-18 | 2002-07-23 | Fujitsu Limited | Tunable wavelength four light wave mixer |
| CN110426907A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-08 | 广东工业大学 | 一种光学频率转换方法、装置和设备 |
| JP2020134776A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | 富士通株式会社 | 光通信装置、光伝送システム、波長変換器、及び光通信方法 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP22683393A patent/JPH0784289A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6424774B1 (en) | 1998-12-18 | 2002-07-23 | Fujitsu Limited | Tunable wavelength four light wave mixer |
| JP2020134776A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | 富士通株式会社 | 光通信装置、光伝送システム、波長変換器、及び光通信方法 |
| US11668870B2 (en) | 2019-02-21 | 2023-06-06 | Fujitsu Limited | Optical communication device, optical transmission system, wavelength converter, and optical communication method |
| CN110426907A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-08 | 广东工业大学 | 一种光学频率转换方法、装置和设备 |
| CN110426907B (zh) * | 2019-08-02 | 2021-08-13 | 广东工业大学 | 一种光学频率转换方法、装置和设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lenz et al. | General optical all-pass filter structures for dispersion control in WDM systems | |
| JP2711654B2 (ja) | コヒーレント光学レシーバーのための偏波ダイバーシチ部分 | |
| US5327279A (en) | Apparatus for linearization of optic modulators using a feed-forward predistortion circuit | |
| US6091864A (en) | Linear optical modulator for providing chirp-free optical signals | |
| US6867903B2 (en) | Optical parametric circuit | |
| CN110837147B (zh) | 用于产生高度可调谐的压缩光的方法和装置 | |
| US20040081464A1 (en) | Optical gate device, manufacturing method for the device, and system including the device | |
| US5309532A (en) | Electro-optic intensity modulator with improved linearity | |
| US6853756B2 (en) | Tunable optical waveguide filters with optimized lengths and method of designing same | |
| Van | Circuit-based method for synthesizing serially coupled microring filters | |
| US3831038A (en) | Periodic dielectric waveguide for backward parametric interactions | |
| JPH0784289A (ja) | 光周波数変換装置 | |
| US20050280886A1 (en) | Multiple channel optical frequency mixers for all-optical signal processing | |
| JP3272250B2 (ja) | 波長変換装置 | |
| JP6853730B2 (ja) | 波長変換デバイス | |
| USH1625H (en) | Distortion-compensated fiber-optic multi-tap proportional true time delay | |
| JP2001311820A (ja) | 光学フィルタ装置および光学フィルタ装置の設計方法 | |
| Bhatnagar et al. | Study of cross coupling in transition bends using cascaded coupler segment method | |
| Abouzahra et al. | Coupling of degenerate modes on curved dielectric slab sections and application to directional couplers | |
| JPH05227127A (ja) | 光周波数多重伝送方式 | |
| JP3033920B2 (ja) | 光周波数変換方法 | |
| Mandal et al. | Modeling and analysis of multiple ring resonator performance as optical filter | |
| JP2002182256A (ja) | 光パラメトリック回路 | |
| JPH11183748A (ja) | 高次分散補償器 | |
| JP2002328405A (ja) | 光周波数シフタ及びその制御方法 |