JPH10206917A - Wavelength converter - Google Patents

Wavelength converter

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JPH10206917A
JPH10206917A JP1390897A JP1390897A JPH10206917A JP H10206917 A JPH10206917 A JP H10206917A JP 1390897 A JP1390897 A JP 1390897A JP 1390897 A JP1390897 A JP 1390897A JP H10206917 A JPH10206917 A JP H10206917A
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wavelength
light
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conversion element
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Chiyousei Jiyo
長青 徐
Keisuke Shinozaki
啓助 篠崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to reduce the width of the spectra of converted light and to reduce the size of the device itself by limiting the wavelength of the light to be fed back to a semiconductor laser and selectively feeding back only the light of the prescribed wavelength. SOLUTION: This wavelength converter comprises a wavelength conversion element 1 which executes wavelength conversion in accordance with the wavelengths of plural beams of incident light, a semiconductor laser 2 which generates the light being the pumping light of this wavelength conversion element 1 and a wavelength selecting element 4 which is arranged between the wavelength conversion element 1 and the semiconductor laser 2. An optical resonator is formed by the end face 2a of the semiconductor laser 2 and the wavelength selecting element 4 with such constitution. The light generated in the optical waveguide of the semiconductor laser 2 is reflected by the end face 2a or the wavelength selecting element 4, by which laser oscillation is induced. The oscillation wavelength of the laser oscillation is the wavelength selected by the wavelength selecting element 4. The laser light oscillated by the light which is limited in the band in such a manner and is fed back to the semiconductor laser 2 is supplied as the pumping light to the wavelength conversion element 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おいて使用される波長変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength converter used in an optical communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光通信における回線容量の増
加等を目的として、波長の異なる複数の光を多重化して
伝送する波長多重(WDM)通信が研究されている。こ
のような波長多重通信においては、複数の入力信号(光
信号)の多重化を行うために光の波長を変換する必要が
ある。
2. Description of the Related Art Wavelength multiplexing (WDM) communication for multiplexing and transmitting a plurality of lights having different wavelengths has been studied for the purpose of increasing the line capacity in optical communication. In such wavelength multiplex communication, it is necessary to convert the wavelength of light in order to multiplex a plurality of input signals (optical signals).

【0003】従来、光の波長を変換する波長変換素子と
しては、半導体光増幅器を用いるもの、四光波混合を利
用するもの、過飽和吸収領域を備えた半導体レーザを利
用するもの等が提案されていた。しかしながら、これら
の波長変換素子では光通信システムにおいて求められる
高効率、高速、広帯域、低ノイズ、偏波無依存等の条件
を満足させることができなかった。
Conventionally, as a wavelength conversion element for converting the wavelength of light, one using a semiconductor optical amplifier, one using four-wave mixing, and one using a semiconductor laser having a saturable absorption region have been proposed. . However, these wavelength conversion elements cannot satisfy the conditions required for an optical communication system such as high efficiency, high speed, wide band, low noise, and polarization independence.

【0004】そこで、本発明の発明者らは、光導波路を
利用して2次の非線形光学効果の一種である疑似位相整
合による差周波発生(DFG)を使うことを考え、先の
特許出願(特願平6−175265)及び以下の論文 [1]C.Q.Xu, et.a1. App1.Phys.Lett. 63, 1170(199
3) [2]徐長青、他 信学技報 OCS95-3, P‐17(1995) において波長多重(Wavelength division multiplexin
g:WDM)通信システムのキーデバイスとして波長変
換素子を利用することを提案している。
Therefore, the inventors of the present invention have considered using a difference frequency generation (DFG) by quasi-phase matching, which is a kind of the second-order nonlinear optical effect, using an optical waveguide, and have filed an earlier patent application. Japanese Patent Application No. 6-175265) and the following paper [1] CQXu, et.a1. App1.Phys.Lett. 63, 1170 (199)
3) [2] Shoucho Ao, et al. Wavelength division multiplexin in IEICE technical report OCS95-3, P-17 (1995).
g: WDM) It has been proposed to use a wavelength conversion element as a key device of a communication system.

【0005】ここで用いられている波長変換素子では、
LiNbO3 に周期的分極反転構造が形成され、この分
極反転構造を基本波光が伝播するように光導波路が形成
されている。これらの文献では、このような構成の波長
変換素子を用いてDFGにより、1.53μmから1.
55μmの光へと光交換を実現した例を報告している。
このような構成の波長変換素子によれば、超高速、広帯
域(140nm以上)、低ノイズ(量子雑音以下)、多
チャンネル間の交換が可能、高変換効率(4mWのポン
プ光を使って−30dB)等の条件を満足させることが
可能となっている。これにより、偏波無依存についての
課題が残されているが、DFGによる波長変換技術を光
通信システムに取り込むことの有効性が示されている。
[0005] In the wavelength conversion element used here,
A periodic domain-inverted structure is formed in LiNbO 3 , and an optical waveguide is formed so that fundamental light propagates through the domain-inverted structure. In these documents, 1.53 μm to 1.5.
An example of realizing light exchange to light of 55 μm is reported.
According to the wavelength conversion element having such a configuration, ultra-high speed, wide band (140 nm or more), low noise (less than quantum noise), exchange between multiple channels is possible, and high conversion efficiency (−30 dB using 4 mW pump light). ) Can be satisfied. This leaves a problem of polarization independence, but shows the effectiveness of incorporating a wavelength conversion technique using DFG into an optical communication system.

【0006】また、この他にも同様の提案が以下の文献
に示されている。
Further, other similar proposals are disclosed in the following documents.

【0007】[3]S.J.B.Yoo, et.a1. App1.Phys.Let
t. 63, 2609(1996) この文献では、GaAs基板を用い、この基盤に他のG
aAs基板を結晶の直接接着法により面方位が反対の方
向となるように接着し、接着したGaAs基板をフォト
リソグラフィーにより周期的に除去して面方位が反対と
なったパターンを形成し、このパターン上に有機金属気
相成長法で周期的分極反転構造を形成して波長変換素子
としている。結晶の面方位を反対の方向に形成すること
で分極の方向も反対の方向となるので、接着した2枚の
GaAs結晶基板を用いて分極反転構造を形成してい
る。このように構成された波長変換素子では、超高速、
広帯域、低ノイズ、多チャンネル間の交換が可能、高変
換効率という特性に加えて、偏波無依存を実現してい
る。
[3] SJBYoo, et.a1. App1.Phys.Let
t. 63, 2609 (1996) In this document, a GaAs substrate is used, and other
An aAs substrate is bonded by a direct bonding method of crystals so that the plane directions are opposite to each other, and the bonded GaAs substrate is periodically removed by photolithography to form a pattern whose plane direction is reversed. A periodic domain-inverted structure is formed thereon by metal organic chemical vapor deposition to provide a wavelength conversion element. By forming the crystal in the opposite direction, the direction of polarization also becomes opposite. Therefore, a domain-inverted structure is formed by using two bonded GaAs crystal substrates. With the wavelength conversion element configured in this way, ultra-high speed,
In addition to the characteristics of wideband, low noise, exchange between multiple channels, and high conversion efficiency, polarization independence is realized.

【0008】上述の文献[1][2][3]によるいず
れの提案も光通信システムにおいて交換機能の部分に波
長変換技術を利用しようとするものである。このように
波長変換技術を利用することにより、電子素子では実現
できない超高速、広帯域、低ノイズ、多チャンネル間の
交換が可能、高変換効率を実現することができる。
[0008] All of the proposals in the above-mentioned documents [1], [2], and [3] are intended to use a wavelength conversion technique for a switching function in an optical communication system. By utilizing the wavelength conversion technology in this way, it is possible to realize ultra-high speed, wide band, low noise, exchange between multiple channels, and high conversion efficiency which cannot be realized by electronic devices.

【0009】ところで、2次の非線形光学効果を利用し
た波長変換技術には2次高調波発生(SHG)、和周波
発生(SFG)、差周波発生(DFG)がある。このよ
うな技術のうちで光導波路を用いた素子が使われた代表
的な例として、以下の文献に示されたものがある。
By the way, there are a second harmonic generation (SHG), a sum frequency generation (SFG), and a difference frequency generation (DFG) as wavelength conversion techniques utilizing the second-order nonlinear optical effect. As a typical example of an element using an optical waveguide among such techniques, there is one shown in the following literature.

【0010】[4]K.Yamamoto, et.a1. App1.Phys.Let
t. 58, 1227(1991) [5]F.Lauren, et.a1. App1.Phys.Lett. 62, 1872(19
93) 文献[4]には、光導波路を用いて、チェレンコフ放射
スキームにより位相整合を実現し、SHG、SFGによ
り波長変換を行った例が報告されている。この文献に示
されている方法では、半導体レーザの波長の不安定性を
チェレンコフ放射角の変化で吸収できるので位相整合が
常に実現できるが、変換された光の放射方向はレーザ波
長のゆらぎに従って常に変化することになる。また、半
導体レーザの発振スペクトルの広がり、多モード性はそ
のまま変換光のスペクトルの広がりとして反映される。
[4] K. Yamamoto, et.a1. App1.Phys.Let
t. 58, 1227 (1991) [5] F. Lauren, et.a1. App1. Phys. Lett. 62, 1872 (19
93) Document [4] reports an example in which phase matching is realized using a Cherenkov radiation scheme using an optical waveguide and wavelength conversion is performed using SHG and SFG. In the method described in this document, the phase instability can always be realized because the instability of the wavelength of the semiconductor laser can be absorbed by the change of the Cherenkov radiation angle, but the radiation direction of the converted light always changes according to the fluctuation of the laser wavelength. Will do. Further, the spread of the oscillation spectrum and the multi-modality of the semiconductor laser are directly reflected as the spread of the converted light spectrum.

【0011】光通信システムでは基本波光と共に変換光
のスペクトルも十分に狭い必要があるので、この文献に
示されている方法を光通信システムに用いることはでき
ない。また、基本波光の波長のゆらぎが変換光の放射方
向の変換となって現れるという特性も応用上極めて不都
合である。
In an optical communication system, the spectrum of converted light as well as the fundamental light needs to be sufficiently narrow, so that the method disclosed in this document cannot be used in an optical communication system. Further, the characteristic that the fluctuation of the wavelength of the fundamental wave light appears as a change in the radiation direction of the converted light is extremely inconvenient in application.

【0012】文献[5]では、文献[4]と同様に光導
波路を用いて波長変換を実現しているが、文献[4]と
異なり疑似位相整合と呼ばれる方法で位相整合を実現し
ているので、変換光の放射方向が変化することはない
が、基本波光の波長ゆらぎにより変換効率そのものが変
動するという問題がある。また、文献[4]と同様に基
本波のスペクトルの広さがそのまま変換光のスペクトル
の広がりに反映される。
In Document [5], wavelength conversion is realized using an optical waveguide as in Document [4], but unlike in Document [4], phase matching is realized by a method called pseudo phase matching. Therefore, the radiation direction of the converted light does not change, but there is a problem that the conversion efficiency itself fluctuates due to the wavelength fluctuation of the fundamental light. Further, similarly to the literature [4], the spectrum width of the fundamental wave is directly reflected on the spectrum spread of the converted light.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】波長多重を行う光交換
装置に波長変換技術を適用するためには、光のスペクト
ル幅が、例えば5MHz以下程度に十分に狭いことが必
要である。しかしながら、上述のいずれの光変換素子
も、変換光のスペクトルが十分狭くないため、そのまま
では光通信システムに用いることはできない。
In order to apply the wavelength conversion technology to an optical switching device that performs wavelength multiplexing, the spectrum width of light must be sufficiently narrow, for example, about 5 MHz or less. However, any of the above-described light conversion elements cannot be used as it is in an optical communication system because the spectrum of the converted light is not sufficiently narrow.

【0014】例えば、上述の文献[3]に示されている
波長変換素子は、一般に、ファブリ・ペロ型のレーザダ
イオード(LD)の光共振器内で用いられ、このファブ
リ・ペロ型のLDの発振光のスペクトルが一般に多モー
ドであるため、この点が解決できない。また、文献
[4]に示されている波長変換素子でも各モードの半値
幅は比較的狭いがTi:サファイヤレーザが多モードで
あることから、スペクトル幅が十分に小さくはなく、光
交換システムにそのまま適用することができない。ま
た、Ti:サファイヤレーザ装置そのものが大きく光交
換システムに適用することが困難である。
For example, the wavelength conversion element disclosed in the above-mentioned document [3] is generally used in an optical resonator of a Fabry-Perot type laser diode (LD). This point cannot be solved because the spectrum of the oscillating light is generally multimode. Although the half-width of each mode is relatively narrow even in the wavelength conversion element shown in the document [4], the spectrum width is not sufficiently small because the Ti: sapphire laser has multiple modes, so that the optical switching system is not suitable. It cannot be applied as it is. Further, the Ti: sapphire laser device itself is large and it is difficult to apply it to an optical switching system.

【0015】本発明は、変換光のスペクトルの幅を小さ
くすることができ、また、装置そのものを小型化するこ
とができる波長変換装置を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a wavelength converter capable of reducing the width of the spectrum of converted light and reducing the size of the device itself.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明に係る波長変換装
置は、基本波光を発生する半導体レーザと、半導体レー
ザからの基本波光と外部からの信号光に基づいて変換光
を発生して出力する波長変換手段と、半導体レーザに帰
還させる光の波長を制限し、所定の波長の光のみを選択
的に帰還させる波長選択手段とを備えている。
SUMMARY OF THE INVENTION A wavelength converter according to the present invention generates a semiconductor laser for generating a fundamental wave light, and generates and outputs a converted light based on the fundamental wave light from the semiconductor laser and an external signal light. A wavelength conversion unit is provided, and a wavelength selection unit that limits the wavelength of light to be returned to the semiconductor laser and selectively returns only light having a predetermined wavelength.

【0017】また、本発明に係る他の波長変換装置は、
光路の一端に高反射コーティングを有し、高反射コーテ
ィングの反対側の出力端面から発生した基本波光を出力
する半導体レーザと、周期的分極反転構造等からなるQ
PM手段と、周期的屈折率分布等からなるDBR手段と
を有し、半導体レーザからの基本波光と外部からの信号
光に基づいて変換光を発生する波長変換手段とを備え、
半導体レーザの出力端面の反射率をr、上記波長変換手
段の両端面の反射率をr’、r”、DBR手段からの帰
還率をrD とし、 r’,r” << rD , r<<rD , r’,r”<<r なる関係を満たすように各端面の反射率が設定されてい
る。
Further, another wavelength converter according to the present invention comprises:
A semiconductor laser having a high-reflection coating at one end of an optical path and outputting a fundamental wave light generated from an output end face opposite to the high-reflection coating;
PM means and DBR means comprising a periodic refractive index distribution and the like, comprising wavelength conversion means for generating converted light based on fundamental light from a semiconductor laser and signal light from the outside,
The reflectance at the output end face of the semiconductor laser is r, the reflectance at both end faces of the wavelength conversion means is r ′, r ″, and the feedback rate from the DBR means is r D , r ′, r ″ << r D , r << r D , r ′, r ″ << r The reflectance of each end face is set so as to satisfy the following relationship.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

第1の実施形態 図1は本発明の第1の実施形態に係る波長変換装置の構
成を示すブロック図である。この波長変換装置は、同図
中に示すように、入射された複数の光の波長に基づいて
波長変換を行う波長変換素子1と、この波長変換素子1
のポンプ光(基本波光)となる光を発生する半導体レー
ザ2と、波長変換素子1と半導体レーザ2の間に配置さ
れた波長選択素子4とを備えている。
First Embodiment FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the wavelength conversion device includes a wavelength conversion element 1 that performs wavelength conversion based on the wavelengths of a plurality of incident lights,
And a wavelength selecting element 4 disposed between the wavelength converting element 1 and the semiconductor laser 2.

【0019】半導体レーザ2は、例えばファブリ・ペロ
型の半導体レーザからなり、その光導波路の一端(波長
選択素子4に面していない方)に反射面2aを備えてい
る。また、波長選択素子4は光路の波長変換素子1側に
反射面を有しており、この反射面と半導体レーザ2の反
射面2aとにより光共振器が構成されている。
The semiconductor laser 2 is composed of, for example, a Fabry-Perot type semiconductor laser, and has a reflection surface 2a at one end (the side not facing the wavelength selection element 4) of the optical waveguide. The wavelength selection element 4 has a reflection surface on the wavelength conversion element 1 side of the optical path, and the reflection surface and the reflection surface 2a of the semiconductor laser 2 constitute an optical resonator.

【0020】この波長選択素子4は、半導体レーザ2に
波長選択素子4からの特定の波長の光のみが選択的にフ
ィードバックされるように構成されている。このフィー
ドバックされる光のスペクトルの半値幅は波長選択素子
4の選択特性を適当に選択することによりWDMシステ
ム等の光通信において求められている所定の幅、例えば
5MHz程度以下とされている。このように帯域制限さ
れ、半導体レーザ2にフィードバックされた光により発
振したレーザ光は、ポンプ光として波長変換素子1に供
給される。
The wavelength selecting element 4 is configured so that only light of a specific wavelength from the wavelength selecting element 4 is selectively fed back to the semiconductor laser 2. The half-value width of the spectrum of the light to be fed back is set to a predetermined width, for example, about 5 MHz or less, which is required in optical communication such as a WDM system by appropriately selecting the selection characteristics of the wavelength selection element 4. The laser light which is thus band-limited and oscillated by the light fed back to the semiconductor laser 2 is supplied to the wavelength conversion element 1 as pump light.

【0021】また、この波長変換装置では、光ファイバ
を介して入射された信号光は、以下のいずれかの方法に
より波長変換素子1に入射される。第1の方法では、半
導体レーザ2と波長選択素子4との間にバンドパスフィ
ルタ(BPF)3aを挿入して図1の下方向(光ファイ
バ6a)から信号光を入射させる。第2の方法では、波
長選択素子4と波長変換素子1との間にバンドパスフィ
ルタ(BPF)3bを挿入して図1の下方向(光ファイ
バ6b)から信号光を入射させる。いずれの方法により
信号光を入射させるかは、波長変換素子1、波長選択素
子4あるいはBPF等の構成に応じて選択する。
In this wavelength conversion device, the signal light incident via the optical fiber is incident on the wavelength conversion element 1 by any of the following methods. In the first method, a bandpass filter (BPF) 3a is inserted between the semiconductor laser 2 and the wavelength selection element 4, and the signal light is made to enter from the lower side (the optical fiber 6a) in FIG. In the second method, a band-pass filter (BPF) 3b is inserted between the wavelength selection element 4 and the wavelength conversion element 1, and the signal light is made to enter from below (the optical fiber 6b) in FIG. Which method the signal light is incident on is selected according to the configuration of the wavelength conversion element 1, the wavelength selection element 4, the BPF, or the like.

【0022】また、波長変換素子1は、半導体レーザ2
からのポンプ光と信号光の波長に基づく変換光を発生
し、この変換光を出力する。この波長変換素子は、例え
ばDFG(差周波発生)、SFG(和周波発生)等を行
う素子から構成されている。
The wavelength conversion element 1 includes a semiconductor laser 2
A converted light is generated based on the wavelengths of the pump light and the signal light, and the converted light is output. This wavelength conversion element is configured by an element that performs, for example, DFG (difference frequency generation), SFG (sum frequency generation), and the like.

【0023】このように構成された波長変換装置では、
上述のように半導体レーザ2の端面2aと波長選択素子
4で光共振器が形成される。半導体レーザ2の光導波路
中で発生した光は端面2a又は波長選択素子4で反射さ
れ、レーザ発振が起こる。このレーザ発振の発振波長は
波長選択素子4で選択される波長となる。
In the wavelength converter configured as described above,
As described above, an optical resonator is formed by the end face 2a of the semiconductor laser 2 and the wavelength selection element 4. Light generated in the optical waveguide of the semiconductor laser 2 is reflected by the end face 2a or the wavelength selection element 4, and laser oscillation occurs. The oscillation wavelength of the laser oscillation is the wavelength selected by the wavelength selection element 4.

【0024】この発振は、例えば波長選択素子4がブラ
ッグ反射器であるとすると原理的にブラッグ帰還型半導
体レーザと同じであり、その発振波長は単色性に優れ
(発振波長のスペクトルが単一モードであり、半値幅が
狭い)、かつ安定した発振状態が得られる。
This oscillation is, in principle, the same as that of a Bragg feedback semiconductor laser if the wavelength selection element 4 is a Bragg reflector, and its oscillation wavelength is excellent in monochromaticity (the spectrum of the oscillation wavelength is a single mode). And the half width is narrow) and a stable oscillation state can be obtained.

【0025】ここで、波長選択素子4によって半導体レ
ーザ2に帰還される帰還光のスペクトルについて検討す
る。ブラッグ反射器を構成するブラッグ回折格子の反射
率Rは次式で与えられる。
Here, the spectrum of the feedback light fed back to the semiconductor laser 2 by the wavelength selection element 4 will be examined. The reflectance R of the Bragg diffraction grating constituting the Bragg reflector is given by the following equation.

【0026】[0026]

【数1】 ここで、(Equation 1) here,

【数2】 である。また、κ:結合係数、α:吸収係数、L:ブラ
ッグ反射器の全長、N(λ):ブラッグ領域の屈折率、
ΛB :ブラッグ反射器の周期、q:ブラッグ回折次数で
ある。
(Equation 2) It is. Also, κ: coupling coefficient, α: absorption coefficient, L: total length of Bragg reflector, N (λ): refractive index of Bragg region,
Λ B : period of Bragg reflector, q: Bragg diffraction order.

【0027】ここで、LiNbO3 の代表的な値とし
て、κ=5.0×10-4μm-1、α=0.5dB/c
m、L=4mm、q=17と仮定するとブラッグ反射ス
ペクトルの半値幅は、ほぼ0.1nmとなる。
Here, as typical values of LiNbO 3 , κ = 5.0 × 10 −4 μm −1 and α = 0.5 dB / c
Assuming that m, L = 4 mm and q = 17, the half width of the Bragg reflection spectrum is approximately 0.1 nm.

【0028】一方、半導体レーザ2の縦モード間隔は、
半導体レーザ2の共振器長が350μmで波長0.78
μmである場合、ほぼ0.3nmであるから、ブラッグ
反射領域の長さLを上述の値(=4mm)より長めに設
定すれば、この波長変換装置を光通信システムに用いる
ことができることになる。
On the other hand, the longitudinal mode interval of the semiconductor laser 2 is
The semiconductor laser 2 has a cavity length of 350 μm and a wavelength of 0.78.
In the case of μm, it is approximately 0.3 nm. Therefore, if the length L of the Bragg reflection region is set to be longer than the above value (= 4 mm), this wavelength converter can be used for an optical communication system. .

【0029】以上、概略の計算を行ったが、実際の設計
では、(1)式を用いてブラッグ反射スペクトルの半値
幅を計算し、ポンプ光として用いる半導体レーザの縦モ
ード間隔以下となるようにDBR領域(ブラッグ反射
器)を設計すればよい。
In the actual design, the half-width of the Bragg reflection spectrum is calculated by using the equation (1), and the half-width is calculated so as to be equal to or less than the longitudinal mode interval of the semiconductor laser used as the pump light. What is necessary is just to design a DBR region (Bragg reflector).

【0030】上述のように波長が制限された帰還光によ
り発振した半導体レーザ2からのポンプ光と光ファイバ
3からの信号光が共に波長変換素子1に入射すると、こ
れらの光の波長に基づいて変換光が発生する。この波長
変換素子1は、例えば周期的分極反転構造による疑似位
相整合(QPM)素子を使うのが便利である。この周期
的分極反転構造の周期Λは、以下の疑似位相整合条件を
満たすように設定されている。 k3−k2−k1=2π/Λ (2) ここで、k3、k2、k1は、それぞれポンプ光、信号
光、変換光の波数である。
When both the pump light from the semiconductor laser 2 and the signal light from the optical fiber 3 oscillated by the feedback light whose wavelength is limited as described above enter the wavelength conversion element 1, based on the wavelengths of these lights, Converted light is generated. For this wavelength conversion element 1, it is convenient to use, for example, a quasi phase matching (QPM) element having a periodically poled structure. The period Λ of the periodic domain inversion structure is set so as to satisfy the following quasi phase matching condition. k3−k2−k1 = 2π / Λ (2) Here, k3, k2, and k1 are the wave numbers of the pump light, the signal light, and the converted light, respectively.

【0031】この波長変換素子1として、例えば上述の
DFG素子を用いた場合には変換光として入射するポン
プ光と信号光の差の周波数の光が発生し、SFG素子を
用いた場合には、ポンプ光と信号光の和の周波数の光が
発生する。
For example, when the above-mentioned DFG element is used as the wavelength conversion element 1, light having a frequency of a difference between the incident pump light and the signal light is generated as converted light, and when the SFG element is used, Light having a frequency equal to the sum of the pump light and the signal light is generated.

【0032】DFG素子を用いた場合、ポンプ光、信号
光、変換光の波長をそれぞれλ3、λ2、λ1とすると
これらの波長の間の関係はエネルギー保存則から以下の
ようになる。 1/λ1=1/λ3−1/λ2 (3) 同様に、SFG素子を用いた場合には、 1/λ1=1/λ3+1/λ2 (4) となる。
When the wavelengths of the pump light, the signal light, and the converted light are λ3, λ2, and λ1, respectively, when a DFG element is used, the relationship between these wavelengths is as follows from the law of conservation of energy. 1 / λ1 = 1 / λ3-1 / λ2 (3) Similarly, when an SFG element is used, 1 / λ1 = 1 / λ3 + 1 / λ2 (4)

【0033】上述のような波長変換装置を光通信システ
ム中で用い、信号光として送信データ等に応じて変調さ
れた信号光を供給することにより、信号光の波長の変換
を行って波長交換を実現することができる。
By using the above-described wavelength converter in an optical communication system and supplying signal light modulated according to transmission data or the like as signal light, the wavelength of the signal light is converted to perform wavelength switching. Can be realized.

【0034】ところで、強度、波長が共に安定した変換
光を得るためには、ポンプ光の波長が安定していること
が必要である。上述の波長変換装置では、半導体レーザ
2にフィードバックされる光の波長を波長選択素子4に
より制限(選択)しているために、半導体レーザ2の発
振波長は波長選択素子4により選択される波長となり、
ファブリ・ペロ型の半導体レーザが有する発振波長の不
安定さを低減させることができ、半導体レーザ2におい
て発生するポンプ光の波長を安定させることができる。
By the way, in order to obtain converted light having both stable intensity and wavelength, it is necessary that the wavelength of the pump light be stable. In the wavelength converter described above, the wavelength of the light fed back to the semiconductor laser 2 is limited (selected) by the wavelength selection element 4, so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser 2 becomes the wavelength selected by the wavelength selection element 4. ,
The instability of the oscillation wavelength of the Fabry-Perot type semiconductor laser can be reduced, and the wavelength of the pump light generated in the semiconductor laser 2 can be stabilized.

【0035】また、波長変換素子1の位相整合条件は、
ポンプ光と信号光の波長によって決まるため、この位相
整合条件が安定的に満たされるためには、ポンプ光、信
号光の波長が安定していることが要求される。
The phase matching condition of the wavelength conversion element 1 is as follows.
Since it is determined by the wavelengths of the pump light and the signal light, it is required that the wavelengths of the pump light and the signal light be stable in order to stably satisfy the phase matching condition.

【0036】光通信においては、信号光は一般的に、分
布帰還型レーザ(DFBレーザ)あるいはブラッグ帰還
型レーザ(DBRレーザ)によって発生されているので
本来的に波長が安定化されている。
In optical communication, signal light is generally generated by a distributed feedback laser (DFB laser) or a Bragg feedback laser (DBR laser), so that the wavelength is inherently stabilized.

【0037】しかしながら、一般にポンプ光の発生には
ファブリ・ペロ型の半導体レーザが使われることが多
く、波長の安定度が低い。ポンプ光もファブリ・ペロ型
の半導体レーザを使わず、波長の安定した上述のDBR
レーザ、DBRレーザを用いればよいことになるが、信
号光、ポンプ光の波長を共に確定してしまうと波長変換
素子の位相整合条件も確定してしまい、波長変換装置を
構成する際の自由度が全く無くなってしまうため技術的
に困難になる。このため、波長変換装置を構成する段階
では、ポンプ光の波長に調整のためのマージンを確保し
ておくことが好ましく、ポンプ光の発生にはファブリ・
ペロ型の半導体レーザが使われることが多い。
However, generally, Fabry-Perot type semiconductor lasers are often used to generate pump light, and the wavelength stability is low. The pump light does not use the Fabry-Perot type semiconductor laser, and the above-mentioned DBR whose wavelength is stable
It is sufficient to use a laser or a DBR laser. However, if the wavelengths of the signal light and the pump light are both determined, the phase matching condition of the wavelength conversion element is also determined, and the degree of freedom in configuring the wavelength conversion device is determined. Is technically difficult because of the complete disappearance. For this reason, at the stage of configuring the wavelength converter, it is preferable to secure a margin for adjustment of the wavelength of the pump light.
Perot type semiconductor lasers are often used.

【0038】動作時には、上述のようにポンプ光の波長
も安定していることが要求される。上述の波長変換装置
では、上述のように、波長選択素子4により半導体レー
ザ2にフィードバックされる光を制限しているため、半
導体レーザ2としてファブリ・ペロ型の半導体レーザを
用いてもポンプ光の波長を安定させることができる。こ
のため、信号光とポンプ光の波長で決まる波長変換素子
1の位相整合条件が安定的に満たされるので、変換光の
強度、波長を共に安定させることができる。
During operation, it is required that the wavelength of the pump light is also stable as described above. In the above-described wavelength converter, as described above, the light fed back to the semiconductor laser 2 by the wavelength selection element 4 is limited. Therefore, even if a Fabry-Perot type semiconductor laser is used as the semiconductor laser 2, the pump light can be reduced. The wavelength can be stabilized. Therefore, the phase matching condition of the wavelength conversion element 1 determined by the wavelengths of the signal light and the pump light is stably satisfied, so that both the intensity and the wavelength of the converted light can be stabilized.

【0039】第2の実施形態 上述の第1の実施形態では、波長選択素子4が波長変換
素子1と半導体レーザ2の間に配置されていたが、波長
選択素子4として用いる素子によっては、図2に示す第
2の実施形態に係る波長変換装置のように、波長変換素
子1を半導体レーザ2と波長選択素子4の間に配置する
ことができる。
Second Embodiment In the above-described first embodiment, the wavelength selection element 4 is disposed between the wavelength conversion element 1 and the semiconductor laser 2. 2, the wavelength conversion element 1 can be disposed between the semiconductor laser 2 and the wavelength selection element 4, as in the wavelength conversion device according to the second embodiment shown in FIG.

【0040】この波長変換装置では、波長選択素子4の
波長変換素子1から遠い方の面に反射面が形成されてい
る。この反射面と半導体レーザ2の反射面2aとで光共
振器が構成されている。
In this wavelength conversion device, a reflection surface is formed on the surface of the wavelength selection element 4 farther from the wavelength conversion element 1. The reflection surface and the reflection surface 2a of the semiconductor laser 2 constitute an optical resonator.

【0041】また、この波長変換装置では、光ファイバ
を介して入射された信号光は、以下のいずれかの方法に
より波長変換素子1に入射される。
In this wavelength conversion device, the signal light incident via the optical fiber is incident on the wavelength conversion element 1 by any of the following methods.

【0042】第1の方法では、半導体レーザ2と波長変
換素子1との間にバンドパスフィルタ(BPF)13a
を挿入して図2の下方向(光ファイバ16a)から信号
光を入射させる。第2の方法では、波長変換素子1と波
長選択素子4との間にバンドパスフィルタ(BPF)1
3bを挿入して図2の下方向(光ファイバ16b)から
信号光を入射させる。第3の方法では、波長選択素子4
に対して図2の右(光ファイバ16c)から信号光を入
射させる。いずれの方法により信号光を入射させるか
は、波長変換素子1、波長選択素子4あるいはBPF等
の構成に応じて選択する。
In the first method, a band pass filter (BPF) 13a is provided between the semiconductor laser 2 and the wavelength conversion element 1.
Is inserted, and the signal light is made to enter from below (the optical fiber 16a) in FIG. In the second method, a band-pass filter (BPF) 1 is provided between the wavelength conversion element 1 and the wavelength selection element 4.
3b is inserted, and signal light is made to enter from the lower side of FIG. 2 (optical fiber 16b). In the third method, the wavelength selection element 4
The signal light is made incident from the right (optical fiber 16c) of FIG. Which method the signal light is incident on is selected according to the configuration of the wavelength conversion element 1, the wavelength selection element 4, the BPF, or the like.

【0043】このように構成された波長変換装置は、上
述の第1の実施形態に係る波長変換装置と同様に動作
し、第1の実施形態と同様に、波長選択素子4により半
導体レーザ2にフィードバックされる光の波長を制限し
ているために、ポンプ光の波長を安定化させ、変換光の
強度、波長を共に安定させることができる。
The wavelength converter configured as described above operates in the same manner as the wavelength converter according to the first embodiment described above, and similarly to the first embodiment, the wavelength selector 4 applies the wavelength selection element 4 to the semiconductor laser 2. Since the wavelength of the light to be fed back is limited, the wavelength of the pump light can be stabilized, and both the intensity and the wavelength of the converted light can be stabilized.

【0044】なお、第1及び第2の実施形態における波
長変換装置に対する信号光の入射方法は、実際の光通信
システムの設計に応じていずれかを選択する。
The method of injecting the signal light into the wavelength converter in the first and second embodiments is selected depending on the actual design of the optical communication system.

【0045】第3の実施形態 図3は本発明の第3の実施形態に係る波長変換装置の構
成を示している。この波長変換装置は、同図中に示すよ
うに、ポンプ光を発生する半導体レーザ22と、半導体
レーザ22からのポンプ光を透過させるバンドパスフィ
ルタ23と、疑似位相整合部分(QPM部分)24cと
ブラッグ反射部分(DBR部分)24dとが一体に形成
された波長変換素子24と、光ファイバ26からの信号
光を波長変換素子24に伝播させると共に、波長変換素
子24からの光を光ファイバ26に伝播させない光アイ
ソレータ25とを備えている。
Third Embodiment FIG. 3 shows a configuration of a wavelength converter according to a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the wavelength converter includes a semiconductor laser 22 for generating pump light, a band-pass filter 23 for transmitting pump light from the semiconductor laser 22, a quasi-phase matching part (QPM part) 24c, A wavelength conversion element 24 integrally formed with a Bragg reflection portion (DBR portion) 24d and a signal light from an optical fiber 26 are propagated to the wavelength conversion element 24, and light from the wavelength conversion element 24 is transmitted to the optical fiber 26. And an optical isolator 25 that does not propagate.

【0046】半導体レーザ22の一方の端面(波長変換
素子24に臨む端面の反対側の端面)には高反射コーテ
ィング部(100%反射が望ましい)22aが形成され
ている。
On one end face of the semiconductor laser 22 (an end face opposite to the end face facing the wavelength conversion element 24), a high reflection coating portion (preferably 100% reflection) 22a is formed.

【0047】また、この反射面22aと反対側の半導体
レーザ22の出力端面22bの反射率をr、波長変換素
子の端面24a及び24bの反射率をr’、r”、DB
R部分24cからの帰還率をrD とすると、 r’、r” << rD r << rD (5) r’、r” < r なる関係を満たすように、コーティング等の表面処理を
選択することによって各端面22b、24a、24bの
反射率が設定されており、半導体レーザ22の低反射側
22bから発振光(ポンプ光)を出力する構成となって
いる。
The reflectance of the output end face 22b of the semiconductor laser 22 opposite to the reflection face 22a is r, the reflectance of the end faces 24a and 24b of the wavelength conversion element is r ′, r ″, and DB.
Assuming that the feedback rate from the R portion 24c is r D , surface treatment such as coating is performed so as to satisfy the following relationship: r ′, r ″ << r D r << r D (5) r ′, r ″ <r The reflectivity of each end face 22b, 24a, 24b is set by selection, and the configuration is such that oscillation light (pump light) is output from the low reflection side 22b of the semiconductor laser 22.

【0048】半導体レーザ22の低反射側22bから出
力されたポンプ光は、バンドパスフィルタ23を介して
波長変換素子24に入射する。この波長変換素子24の
ポンプ光の入力側には周期的分極反転構造からなるQP
M部分24cが形成されており、反対側には、周期的屈
折率分布からなる分布帰還構造部分(DBR)が形成さ
れている。このような構成では、図3中に示すように、
共に左向き方向に伝播するポンプ光(波数ベクトルk
p)と信号光(波数ベクトルks)の間で位相整合が取
られる。従って、ポンプ光を反射するDBR部分の反射
率を十分に大きくしてポンプ光の強度を保つ必要があ
る。
The pump light output from the low reflection side 22 b of the semiconductor laser 22 enters the wavelength conversion element 24 via the band pass filter 23. The input side of the pump light of the wavelength conversion element 24 has a QP having a periodically poled structure.
An M portion 24c is formed, and a distribution feedback structure portion (DBR) formed of a periodic refractive index distribution is formed on the opposite side. In such a configuration, as shown in FIG.
Pump light (wave number k
p) and the signal light (wave number vector ks) are phase-matched. Therefore, it is necessary to maintain the intensity of the pump light by sufficiently increasing the reflectivity of the DBR portion that reflects the pump light.

【0049】この波長変換装置では、光ファイバ26か
らの信号光(例えば波長1.55μm)は、光アイソレ
ータ25を介して半導体レーザ22からのポンプ光(例
えば波長0.78μm)とは反対側から波長変換素子2
4に入射する構成とされている。これは、上述の図2に
示す第2の実施形態における第3の方法に相当する。
In this wavelength converter, the signal light (for example, 1.55 μm) from the optical fiber 26 is transmitted through the optical isolator 25 from the side opposite to the pump light (for example, 0.78 μm) from the semiconductor laser 22. Wavelength conversion element 2
4. This corresponds to the third method in the second embodiment shown in FIG.

【0050】このように構成された波長変換装置では、
波長変換素子24のDBR部分24dと半導体レーザ2
2の高反射コーティング部22aより光共振器が構成さ
れる。従って、DBR部分24dにより反射される光の
波長が制限され、レーザの発振波長が制限されて単一波
長モードで発振する。すなわち、波長変換素子24のD
BR部分24dにより反射される光の波長はDBR部分
24dの屈折率の周期構造の周期によって決まるため、
半導体レーザ22はこの屈折率の周期構造の周期(ブラ
ッグ条件という。)によって決まる波長で発振する。
In the wavelength converter configured as described above,
DBR portion 24d of wavelength conversion element 24 and semiconductor laser 2
An optical resonator is constituted by the second high reflection coating portion 22a. Accordingly, the wavelength of the light reflected by the DBR portion 24d is limited, and the oscillation wavelength of the laser is limited, so that the laser oscillates in the single wavelength mode. That is, D of the wavelength conversion element 24
Since the wavelength of the light reflected by the BR portion 24d is determined by the period of the periodic structure of the refractive index of the DBR portion 24d,
The semiconductor laser 22 oscillates at a wavelength determined by the period of the periodic structure of the refractive index (referred to as Bragg condition).

【0051】半導体レーザ22からのポンプ光(具体的
には、さらにDBR部分24dで反射されたポンプ光)
と光ファイバ26からの信号光が波長変換素子24に入
射されると、QPM部分24cでこれらの光の波長に基
づく波長の光(例えばこれらの光の波長の差の周波数の
光)が発生する。このように発生した変換光は、バンド
パスフィルタ23において、波長に対して選択的に反射
され、外部に取り出される。これにより、信号光(波長
1.55μm)及び変換光(波長1.57μm)が図3
中の下方向に出力される。
Pump light from the semiconductor laser 22 (specifically, pump light reflected by the DBR portion 24d)
When the signal light from the optical fiber 26 enters the wavelength conversion element 24, light having a wavelength based on the wavelengths of these lights (for example, light having a frequency corresponding to the wavelength difference between these lights) is generated in the QPM portion 24c. . The converted light generated in this manner is selectively reflected with respect to the wavelength in the band-pass filter 23 and is extracted to the outside. As a result, the signal light (wavelength 1.55 μm) and the converted light (wavelength 1.57 μm) are
Outputs downward in the middle.

【0052】ここで、半導体レーザ22の発振動作をさ
らに詳しく説明する。図3に示す波長変換装置全体をレ
ーザ発振器と考えると、半導体レーザ22の活性領域を
挟んで複数の共振器構造が構成されていると考えること
ができる。
Here, the oscillation operation of the semiconductor laser 22 will be described in more detail. Assuming that the entire wavelength conversion device shown in FIG. 3 is a laser oscillator, it can be considered that a plurality of resonator structures are configured with the active region of the semiconductor laser 22 interposed therebetween.

【0053】すなわち、半導体レーザ22の高反射コー
ティング部22aと端面22bにより構成される共振器
(第1の共振器、この共振器が半導体レーザ22のみを
ファブリ・ペロ型レーザと見た場合の共振器に相当す
る)、半導体レーザ22の高反射コーティング部22a
と波長変換素子24の端面24aにより構成される共振
器(第2の共振器)、半導体レーザの高反射コーティン
グ部22aとDBR部分24dで構成される共振器(第
3の共振器)、半導体レーザの高反射コーティング部2
2aと端面24bにより構成される共振器(第4の共振
器)が考えられる。この他にも共振構造と見なせる部分
はあるが、これらは上述の第1〜第4の共振器に比較し
てレーザ発振に対する寄与が少なく、無視することがで
きる。
That is, a resonator constituted by the high reflection coating portion 22a and the end face 22b of the semiconductor laser 22 (a first resonator, which is a resonator when only the semiconductor laser 22 is viewed as a Fabry-Perot type laser) High reflection coating portion 22a of the semiconductor laser 22
(Second resonator) composed of the semiconductor laser and the end face 24a of the wavelength conversion element 24, a resonator composed of the high reflection coating portion 22a of the semiconductor laser and the DBR portion 24d (third resonator), and the semiconductor laser. High reflection coating part 2
A resonator (fourth resonator) constituted by 2a and end face 24b is conceivable. There are other portions that can be regarded as resonance structures, but these contribute less to laser oscillation than the above-described first to fourth resonators and can be ignored.

【0054】この実施形態においては、半導体レーザ2
2を通常のキャビティ長350μmの半導体レーザとし
ているので、第1の共振器の発振モード間隔は当然に通
常のキャビティ長350μmの半導体レーザ22のモー
ド間隔に等しく0.3nm程度、第2及び第4の共振器
の発振モード間隔はこれより約数百分の1程度以下の極
めて狭い間隔である。一方、第3の共振器の発振モード
はDBR部分24dの屈折率周期で決まる高反射条件に
相当する波長に対応し、これは100nm程度の間隔で
存在する。
In this embodiment, the semiconductor laser 2
2 is a semiconductor laser having a normal cavity length of 350 μm, the oscillation mode interval of the first resonator is naturally equal to the mode interval of the semiconductor laser 22 having a normal cavity length of 350 μm, which is about 0.3 nm. The interval between the oscillation modes of the above-mentioned resonator is an extremely narrow interval of about several hundredths or less. On the other hand, the oscillation mode of the third resonator corresponds to a wavelength corresponding to a high reflection condition determined by the refractive index period of the DBR portion 24d, and exists at intervals of about 100 nm.

【0055】そこで、半導体レーザ22の高反射コーテ
ィング部22aの反射率をほぼ100%として、半導体
レーザの出力端面22bの反射率をr、波長変換素子2
4の端面24a及び24bの反射率をr’、r”、DB
R部分24dからの帰還率をrD とした場合、 r’、r” << rD r << rD (5) r’、r” < r なる関係を満たすようにコーティングがされていれば、
第2の共振器による発振モードが選択されることはまず
なく、第1及び第3の共振器によって決まるモードが選
択される。具体的には、第1共振器の0.3nm間隔の
モードのうち第3の共振器のDBR部分24dからの帰
還光の波長に最も近いモードが選択されることになる。
The reflectance of the output end face 22b of the semiconductor laser is defined as r, with the reflectance of the high reflection coating portion 22a of the semiconductor laser 22 being substantially 100%.
4 are represented by r ′, r ″, DB
Assuming that the feedback rate from the R portion 24d is r D , if the coating is made so as to satisfy the relationship of r ′, r ″ << r D r << r D (5) r ′, r ″ <r ,
The oscillation mode by the second resonator is rarely selected, and the mode determined by the first and third resonators is selected. Specifically, the mode closest to the wavelength of the feedback light from the DBR portion 24d of the third resonator among the modes at 0.3 nm intervals of the first resonator is selected.

【0056】DBR部分24dからの帰還光のうち発振
光の波長となり得るのは、モード間隔が100nm程度
あり、(レーザダイオード22の)活性領域の利得の幅
が100nm程度であることからただ1つの波長に限ら
れる。またDBR部分24dからの帰還光のスペクトル
半値幅が上述のように0.1nm程度であるので、これ
より広いモード間隔をもつ第1共振器のモードは問題な
く1つに選択できる。この選択されたモードのスペクト
ル半値幅は通常のキャビティ長350μmの半導体レー
ザの半値幅に等しく、これは一般的に数MHz程度であ
る。この半値幅は上述のような外部からの帰還がなくと
も通常のファブリ・ペロモードで発振している半導体レ
ーザにおいても変わらず、各モード一つ一つの半値幅は
やはり数MHzである。この値は半導体レーザの活性領
域に特別な利得のゆらぎ等を加えるといった特別な操作
を加えない限りファブリ・ペロ型のレーザ固有の値とな
っている。
Of the return light from the DBR portion 24d, the only one that can be the wavelength of the oscillation light is that the mode interval is about 100 nm and the gain width of the active region (of the laser diode 22) is about 100 nm. Limited to wavelength. In addition, since the half width of the spectrum of the feedback light from the DBR portion 24d is about 0.1 nm as described above, one mode of the first resonator having a wider mode interval can be selected without any problem. The spectral half width of the selected mode is equal to the half width of a normal semiconductor laser having a cavity length of 350 μm, which is generally on the order of several MHz. This half-value width does not change even in a semiconductor laser oscillating in a normal Fabry-Perot mode without the above-mentioned external feedback, and the half-value width of each mode is still several MHz. This value is unique to the Fabry-Perot type laser unless a special operation such as adding a special gain fluctuation or the like to the active region of the semiconductor laser is applied.

【0057】一方、第2、第4の共振器のモード間隔
は、第1の共振器のモード間隔に比べ数百分の1程であ
るので、DBR部分24dからの帰還光のスペクトル半
値幅よりはるかに狭くなってDBR部分24dからの帰
還光の半値幅の中に複数の発振可能モードが含まれるこ
とになり、DBR部分24dからの帰還光による発振モ
ードの選択は安定的にはできないことになる。このた
め、この波長変換装置では、これら第2及び第4の共振
器によるモードが支配的にならないように、波長変換素
子の端面24a及び24bの反射率r’、r”を半導体
レーザの出力端面22bの反射率r及びDBR部分24
dからの帰還率rD に比べて十分に小さく構成してい
る。
On the other hand, since the mode interval between the second and fourth resonators is about several hundredth of the mode interval between the first resonators, the mode interval is smaller than the spectral half width of the feedback light from the DBR portion 24d. Since the half-width of the feedback light from the DBR portion 24d becomes so narrow that a plurality of oscillation modes are included, the selection of the oscillation mode by the feedback light from the DBR portion 24d cannot be performed stably. Become. For this reason, in this wavelength conversion device, the reflectances r ′ and r ″ of the end faces 24 a and 24 b of the wavelength conversion element are set so that the modes by the second and fourth resonators do not become dominant. 22b reflectance r and DBR portion 24
It is configured to be sufficiently smaller than the feedback ratio r D from d.

【0058】ところで、この波長変換装置では、波長変
換素子24がQPM部分24c及びDBR部分24dを
一体化して形成されているので、十分な精度を持って疑
似位相整合条件を満たすことができ、発振波長を確定さ
せることができる。このため、システムを構成する際の
作業を簡単化することができ、また、構成したシステム
の経年変化を低減させることができる。
In this wavelength converter, since the wavelength conversion element 24 is formed integrally with the QPM portion 24c and the DBR portion 24d, the quasi-phase matching condition can be satisfied with sufficient accuracy, and The wavelength can be determined. For this reason, the operation when configuring the system can be simplified, and aging of the configured system can be reduced.

【0059】また、この図3に示す波長変換装置では、
変換光を取り出す方向(図3中のバンドパスフィルタ2
3の下方向)にポンプ光が全く混入しないことである。
システムの設計上、ポンプ光が混入することが不都合で
ある場合には、図3に示すような構成を取ることで解決
する。
In the wavelength converter shown in FIG.
The direction in which the converted light is extracted (band-pass filter 2 in FIG. 3)
3) (downward direction).
If it is inconvenient to mix pump light in the design of the system, the problem is solved by adopting the configuration shown in FIG.

【0060】ポンプ光の帰還効率を十分に大きく取るた
めには、DBR部分24dの反射率を十分に大きくする
必要があり、さらに、この波長変換装置では、DBR部
分24dからの帰還光が往復する途中に波長変換部分
(QPM部分24c)があるのでこのQPM部分24c
でのポンプ光の減衰をできるだけ小さくしなければなら
ない。しかしながら、変換光の変換効率を高くすると、
QPM部分24cにおけるポンプ光の減衰が大きくなる
ため、特に高効率の波長変換装置を構成する場合には、
全体的な効率を考慮してポンプ光の帰還効率を設定する
必要がある。
In order to sufficiently increase the feedback efficiency of the pump light, it is necessary to sufficiently increase the reflectance of the DBR portion 24d. In this wavelength converter, the return light from the DBR portion 24d reciprocates. Since there is a wavelength conversion part (QPM part 24c) on the way, this QPM part 24c
The attenuation of the pump light must be as small as possible. However, if the conversion efficiency of the converted light is increased,
Since the attenuation of the pump light in the QPM portion 24c increases, especially when a high-efficiency wavelength converter is configured,
It is necessary to set the feedback efficiency of the pump light in consideration of the overall efficiency.

【0061】上述のように、この第3の実施形態に係る
波長変換装置では、ポンプ光を発生する半導体レーザ2
2に帰還される光をDBR部分24dによって帯域制限
しているため、上述の第1及び第2の実施形態と同様
に、半導体レーザ22の発振波長が極めて安定してお
り、また、ポンプ光のスペクトルの半値幅が極めて狭
い。このため、波長変換素子24において発生される変
換光の波長を安定させることができ、さらに変換光のス
ペクトルの半値幅を極めて狭いものとすることができ
る。このような波長変換装置をWDMシステム用いるこ
とにより、システムの性能の向上に寄与することができ
る。
As described above, in the wavelength converter according to the third embodiment, the semiconductor laser 2 that generates the pump light is used.
2 is band-limited by the DBR portion 24d, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 22 is extremely stable, as in the first and second embodiments. The half width of the spectrum is extremely narrow. For this reason, the wavelength of the converted light generated in the wavelength conversion element 24 can be stabilized, and the half width of the spectrum of the converted light can be made extremely narrow. Use of such a wavelength conversion device in a WDM system can contribute to improvement in system performance.

【0062】第4の実施形態 図4は、本発明の第4の実施形態に係る波長変換装置の
構成を示している。この波長変換装置は、上述の図3に
示す第3の実施形態と同様に、半導体レーザ32と、バ
ンドパスフィルタ33と、QPM部分34cとDBR部
分34dとが一体に形成された波長変換素子34と、バ
ンドパスフィルタ33からの光を光ファイバ36に伝播
させない光アイソレータ35とを備えている。
Fourth Embodiment FIG. 4 shows the configuration of a wavelength converter according to a fourth embodiment of the present invention. As in the third embodiment shown in FIG. 3 described above, this wavelength conversion device includes a wavelength conversion element 34 in which a semiconductor laser 32, a bandpass filter 33, a QPM portion 34c and a DBR portion 34d are integrally formed. And an optical isolator 35 for preventing light from the bandpass filter 33 from propagating to the optical fiber 36.

【0063】半導体レーザ32の一方の端面(波長変換
素子34に臨む端面の反対側の端面)には高反射コーテ
ィング部(100%反射が望ましい)32aが形成され
ている。
A high-reflection coating (preferably 100% reflection) 32a is formed on one end face of the semiconductor laser 32 (the end face opposite to the end face facing the wavelength conversion element 34).

【0064】また、半導体レーザ32、波長変換素子3
4の各々の端面は、半導体レーザ32の出力端面32b
の反射率をr、波長変換素子の端面34a及び34bの
反射率をr’、r”、DBR部分34dからの帰還率を
D とすると、 r’、r” << rD r << rD (5) r’、r” < r なる関係を満たすようにコーティング等によって反射率
が調整されており、半導体レーザ32の低反射側32b
から発振光(ポンプ光)を出力する構成となっている。
The semiconductor laser 32 and the wavelength conversion element 3
4 is an output end face 32b of the semiconductor laser 32.
Where r is the reflectance of the wavelength conversion elements, r ′ and r ″ are the reflectances of the end faces 34 a and 34 b of the wavelength conversion element, and r D is the feedback rate from the DBR portion 34 d, r ′, r ″ << r D r << r D (5) The reflectance is adjusted by coating or the like so as to satisfy the relationship of r ′, r ″ <r, and the low reflection side 32 b of the semiconductor laser 32.
Is configured to output oscillation light (pump light).

【0065】半導体レーザ32からのポンプ光は、バン
ドパスフィルタ33を通して波長変換素子34に入射す
る。この波長変換素子34には、上述の第3の実施形態
とは逆に、ポンプ光の入射側に周期的屈折率分布からな
る分布帰還構造(DBR)部分34dが形成されてお
り、これと反対側に周期的分極反転構造からなる疑似位
相整合(QPM)部分34cが形成されている。
The pump light from the semiconductor laser 32 enters the wavelength conversion element 34 through the band pass filter 33. Contrary to the above-described third embodiment, the wavelength conversion element 34 has a distributed feedback structure (DBR) portion 34d having a periodic refractive index distribution formed on the incident side of the pump light. A quasi phase matching (QPM) portion 34c made of a periodically poled structure is formed on the side.

【0066】また、この波長変換装置では、第3の実施
形態とは異なり、図4中の右方向に伝播するポンプ光
(波数ベクトルkp)、信号光(波数ベクトルks)に
対して位相整合が取られる。
Also, in this wavelength converter, unlike the third embodiment, the phase matching is achieved for the pump light (wave number vector kp) and signal light (wave number vector ks) propagating rightward in FIG. Taken.

【0067】一方、信号光(ここでは波長1.55μ
m)は、光ファイバ36、光アイソレータ35を介して
ポンプ光(ここでは波長0.78μm)とは直角方向に
バンドパスフィルタ33に入射し、このバンドパスフィ
ルタ33により選択的に反射されて波長変換素子34に
入射する構成とされている。これは第1の実施形態の第
1の方法に相当する。
On the other hand, the signal light (here, wavelength 1.55 μm)
m) enters the band-pass filter 33 through the optical fiber 36 and the optical isolator 35 in a direction perpendicular to the pump light (here, the wavelength of 0.78 μm), and is selectively reflected by the band-pass filter 33 so as to have a wavelength. The light is incident on the conversion element 34. This corresponds to the first method of the first embodiment.

【0068】このように構成された波長変換装置では、
半導体レーザ32の高反射コーティング部32aと波長
変換装置34のDBR部分34dにより光共振器が構成
される。このDBR部分34dにより半導体レーザ32
に帰還される光の波長は、上述のDBR部分34dの屈
折率の周期的分布の周期(ブラッグ条件)によって決ま
る波長に制限される。これにより、半導体レーザ32は
制限された波長(単一波長モード)で発振する。
In the wavelength converter configured as described above,
An optical resonator is formed by the high reflection coating portion 32a of the semiconductor laser 32 and the DBR portion 34d of the wavelength converter 34. The semiconductor laser 32 is formed by the DBR portion 34d.
Is limited to a wavelength determined by the period (Bragg condition) of the periodic distribution of the refractive index of the DBR portion 34d. As a result, the semiconductor laser 32 oscillates at a limited wavelength (single wavelength mode).

【0069】また、DBR部分34dを通過したポンプ
光とバンドパスフィルタ33を介して波長変換素子34
に入射した信号光がQPM部分34cに入射すると、こ
のQPM部分34dにおいてポンプ光と信号光の差の周
波の光(変換光)が発生する。この変換光は、図4中の
波長変換素子34の右端から出力される。
The pump light passing through the DBR portion 34 d and the wavelength conversion element 34
Is incident on the QPM portion 34c, light (converted light) having a frequency equal to the difference between the pump light and the signal light is generated in the QPM portion 34d. This converted light is output from the right end of the wavelength conversion element 34 in FIG.

【0070】この波長変換装置は、上述の第3の実施形
態と同様に半導体レーザ32に帰還される光の波長を制
限しているため、半導体レーザ32により発生されるポ
ンプ光の発振波長を安定させることができ、またポンプ
光のスペクトルの半値幅を極めて狭くすることができ
る。従って、波長変換素子において発生する変換光の波
長を安定させ、変換光のスペクトルの半値幅を極めて狭
くすることができる。
Since the wavelength converter limits the wavelength of the light fed back to the semiconductor laser 32 as in the third embodiment, the oscillation wavelength of the pump light generated by the semiconductor laser 32 is stabilized. And the half width of the spectrum of the pump light can be made extremely narrow. Therefore, the wavelength of the converted light generated in the wavelength conversion element can be stabilized, and the half-value width of the spectrum of the converted light can be extremely narrowed.

【0071】また、この波長変換装置では、上述の第3
の実施形態と同様に、波長変換素子がQPM部分24d
及びDBR部分24cとを一体化して形成されているの
で、十分な精度を持って疑似位相整合条件を満たすこと
ができ、発振波長を確定させることができる。このた
め、システムを構成する際の作業を簡単化することがで
き、また、構成したシステムの経年変化を低減させるこ
とができる。
In this wavelength converter, the above-described third
As in the embodiment of FIG.
Since it is formed integrally with the DBR portion 24c, the quasi-phase matching condition can be satisfied with sufficient accuracy, and the oscillation wavelength can be determined. For this reason, the operation when configuring the system can be simplified, and aging of the configured system can be reduced.

【0072】また、この波長変換装置では、変換光の出
力中にポンプ光が混入するため、この点を考慮して設計
を行う必要があるが、半導体レーザ32の発振のための
帰還光が往復する光路中に波長変換部分(QPM部分3
4c)がないため、このQPM部分34cにおけるポン
プ光の減衰を考慮する必要がなく、ポンプ光の強度を高
くする等の設計を容易にすることができる。
In this wavelength converter, pump light is mixed in the output of the converted light, so it is necessary to design in consideration of this point. However, the feedback light for oscillation of the semiconductor laser 32 reciprocates. Wavelength conversion part (QPM part 3)
Since there is no 4c), there is no need to consider the attenuation of the pump light in the QPM portion 34c, and it is possible to easily design such as increasing the intensity of the pump light.

【0073】第5の実施形態図5に示すように、本発明
の第5の実施形態に係る波長変換装置の構成を示してい
る。この波長変換装置は、上述の図3に示す第3の実施
形態に係る波長変換素子24のDBR部分24d、アイ
ソレータ25の代わりに光ファイバ46の出力端近傍に
DBR部分46aを備えたものである。
Fifth Embodiment As shown in FIG. 5, the configuration of a wavelength converter according to a fifth embodiment of the present invention is shown. This wavelength conversion device has a DBR portion 46a near the output end of an optical fiber 46 instead of the DBR portion 24d and the isolator 25 of the wavelength conversion element 24 according to the third embodiment shown in FIG. .

【0074】この波長変換装置は、第3の実施形態と同
様に、半導体レーザ42と、バンドパスフィルタ43
と、QPM部分44cが形成された波長変換素子44と
を備えている。
This wavelength converter comprises a semiconductor laser 42 and a band-pass filter 43, as in the third embodiment.
And a wavelength conversion element 44 on which a QPM portion 44c is formed.

【0075】半導体レーザ42の一方の端面(波長変換
素子34に臨む端面の反対側の端面)には高反射コーテ
ィング部(100%反射が望ましい)32aが形成され
ている。
On one end face of the semiconductor laser 42 (the end face opposite to the end face facing the wavelength conversion element 34), a high reflection coating portion (preferably 100% reflection) 32a is formed.

【0076】また、半導体レーザ42、波長変換素子4
4の各々の端面は、半導体レーザ42の出力端面42b
の反射率をr、波長変換素子の端面44a及び44bの
反射率をr’、r”、光ファイバ46のDBR部分46
aからの帰還率をrD とすると、 r’、r” << rD r << rD (5) r’、r” < r なる関係を満たすようにコーティング等によって反射率
が調整されており、半導体レーザ42の低反射側42b
から発振光(ポンプ光)を出力する構成とされている。
The semiconductor laser 42 and the wavelength conversion element 4
4 is an output end face 42b of the semiconductor laser 42.
, The reflectance of the wavelength conversion element end faces 44 a and 44 b is r ′, r ″, and the DBR portion 46 of the optical fiber 46.
Assuming that the feedback rate from a is r D , the reflectance is adjusted by a coating or the like so as to satisfy a relationship of r ′, r ″ << r D r << r D (5) r ′, r ″ <r And the low reflection side 42b of the semiconductor laser 42
Is configured to output oscillation light (pump light).

【0077】半導体レーザ42からのポンプ光は、バン
ドパスフィルタ43を通して波長変換素子44に入射す
る。上述のように、この波長変換素子44にはQPM部
分44cだけが形成されており、光ファイバ46の出力
端近傍にDBR部分46が形成されている。
The pump light from the semiconductor laser 42 enters the wavelength conversion element 44 through the band pass filter 43. As described above, only the QPM portion 44c is formed in the wavelength conversion element 44, and the DBR portion 46 is formed near the output end of the optical fiber 46.

【0078】この波長変換装置では、上述の第3の実施
形態と同様に、共に図5中の左方向に伝播するポンプ光
(波数ベクトルkp)、信号光(波数ベクトルks)に
対して位相整合が取られる。従って、ポンプ光を反射す
るDBR部分の反射率を十分に大きくする必要がある点
では、上述の第3の実施形態と同様である。
In this wavelength converter, as in the third embodiment described above, phase matching is performed on the pump light (wave number vector kp) and the signal light (wave number vector ks), both of which propagate to the left in FIG. Is taken. Therefore, it is the same as the third embodiment described above in that the reflectivity of the DBR portion that reflects the pump light needs to be sufficiently large.

【0079】一方、信号光(ここでは波長1.55μ
m)は、光ファイバ46に導かれ、この光ファイバ46
の出射端近傍のDBR部分46aを通って半導体レーザ
42からのポンプ光(ここでは波長0.78μm)とは
反対側から波長変換素子44に入射する構成とされてい
る。これは第2の実施形態の第3の方法に相当する。
On the other hand, the signal light (here, the wavelength 1.55 μm)
m) is guided to an optical fiber 46, and this optical fiber 46
The laser beam passes through the DBR portion 46a near the emission end of the laser beam and enters the wavelength conversion element 44 from the side opposite to the pump light (here, the wavelength is 0.78 μm) from the semiconductor laser 42. This corresponds to the third method of the second embodiment.

【0080】このように構成された波長変換装置では、
半導体レーザ42の高反射コーティング部42aと光フ
ァイバ46の出射端近傍のDBR部分46aにより光共
振器が構成される。このDBR部分46aにより半導体
レーザ42に帰還される光の波長は、上述のDBR部分
46aの構造によって決まる波長に制限される。これに
より、半導体レーザ42は制限された波長(単一波長モ
ード)で発振する。
In the wavelength converter configured as described above,
An optical resonator is formed by the high reflection coating portion 42a of the semiconductor laser 42 and the DBR portion 46a near the emission end of the optical fiber 46. The wavelength of the light fed back to the semiconductor laser 42 by the DBR portion 46a is limited to a wavelength determined by the structure of the DBR portion 46a. As a result, the semiconductor laser 42 oscillates at a limited wavelength (single wavelength mode).

【0081】DBR部分46aにより反射されたポンプ
光と、DBR部分46aを介して波長変換素子44に入
射した信号光がQPM部分44cに入射すると、このQ
PM部分44cにおいてポンプ光と信号光の差の周波の
光(変換光)が発生する。この変換光は、図5中の波長
変換素子44の左端から出力され、バンドパスフィルタ
43で反射され、信号光(波長1.55μm)及び変換
光(波長1.57μm)図5中の下方向に出力される。
When the pump light reflected by the DBR portion 46a and the signal light incident on the wavelength conversion element 44 via the DBR portion 46a enter the QPM portion 44c, the Q
Light (converted light) having a frequency equal to the difference between the pump light and the signal light is generated in the PM portion 44c. This converted light is output from the left end of the wavelength conversion element 44 in FIG. 5, reflected by the bandpass filter 43, and converted into signal light (wavelength 1.55 μm) and converted light (wavelength 1.57 μm) in the downward direction in FIG. Is output to

【0082】この波長変換装置では、上述の各実施形態
と同様に、半導体レーザ42に帰還される光がDBR部
分46aによって波長制限されているため、ポンプ光の
発振波長が極めて安定しており、またポンプ光のスペク
トルの半値幅が極めて狭い。このため、波長変換素子4
4において発生する変換光の波長を安定させることがで
き、また変換光のスペクトルの半値幅を極めて狭くする
ことができる。このような波長変換装置をWDMシステ
ムに用いることより、システムの性能の向上に寄与する
ことができる。
In this wavelength converter, as in the above embodiments, the light fed back to the semiconductor laser 42 is wavelength-limited by the DBR portion 46a, so that the oscillation wavelength of the pump light is extremely stable. Further, the half width of the spectrum of the pump light is extremely narrow. Therefore, the wavelength conversion element 4
4, the wavelength of the converted light generated can be stabilized, and the half width of the spectrum of the converted light can be extremely narrowed. By using such a wavelength converter in a WDM system, it is possible to contribute to the improvement of system performance.

【0083】また、この波長変換装置では、バンドパス
フィルタ43を用いて信号光、変換光を選択的に反射さ
せて出力しているため、原理的に変換光を出力する方向
にポンプ光が全く混入しない。従って、システムの設計
上、ポンプ光が混入することが不都合である場合には、
この図5に示した構成を取ることで解決する。ただし、
ポンプ光の帰還効率を十分に大きく取るためには、DB
R部分46aの反射率を十分に大きくする必要がある点
については上述の第3の実施形態と同様である。
In this wavelength converter, the signal light and the converted light are selectively reflected and output using the band-pass filter 43, so that in principle the pump light is completely generated in the direction in which the converted light is output. Do not mix. Therefore, if it is inconvenient to mix pump light in the design of the system,
The problem is solved by adopting the configuration shown in FIG. However,
In order to make the return efficiency of the pump light large enough, DB
The point that the reflectance of the R portion 46a needs to be sufficiently large is the same as in the third embodiment.

【0084】また、この波長変換装置では、上述の第3
の実施形態と同様に、DBR部分46aからの帰還光が
往復する途中にQPM部分44cが挟まれているため、
ポンプ光の帰還効率を十分に大きく取るためには、第3
の実施形態と同様に、DBR部分46aの反射率を十分
に大きくこのQPM部分44cでのポンプ光の減衰をで
きるだけ小さくしなければならない。しかしながら、第
3の実施形態と同様に、変換光の変換効率を高くする
と、QPM部分44cにおけるポンプ光の減衰が大きく
なるため、特に高効率の波長変換装置を構成する場合に
は、全体的な効率を考慮してポンプ光の帰還効率を設定
する必要がある。
In this wavelength converter, the third
Similarly to the embodiment, since the QPM portion 44c is sandwiched between the return light from the DBR portion 46a and the reciprocating light,
In order to make the return efficiency of the pump light large enough,
As in the embodiment, the reflectivity of the DBR portion 46a must be sufficiently large to minimize the attenuation of the pump light in the QPM portion 44c. However, as in the third embodiment, when the conversion efficiency of the converted light is increased, the attenuation of the pump light in the QPM portion 44c is increased. It is necessary to set the return efficiency of the pump light in consideration of the efficiency.

【0085】また、この波長変換装置では、QPM部分
44cとDBR部分46aが一体化されていないので、
疑似位相整合条件と発振波長の確定を十分な精度を保持
したまま同時に満たすことができない。ところで、QP
M部分とDBR部分とでは製造プロセスが異なるので、
これらを一体化した場合では両方の部分を同時に最適条
件で作成することが難しい。この波長変換装置では、Q
PM部分46aとDBR部分44cを一体化していない
ので、これらを別個に作成することができ、これらを最
適条件で作成することが容易となる。
In this wavelength converter, the QPM portion 44c and the DBR portion 46a are not integrated, so that
The quasi-phase matching condition and the determination of the oscillation wavelength cannot be satisfied simultaneously while maintaining sufficient accuracy. By the way, QP
Since the manufacturing process differs between the M part and the DBR part,
When these are integrated, it is difficult to form both parts simultaneously under optimal conditions. In this wavelength converter, Q
Since the PM portion 46a and the DBR portion 44c are not integrated, they can be separately created, and it is easy to create them under optimal conditions.

【0086】なお、上述の第3〜第5の実施形態の波長
変換装置には、実際の機器の設計時に若干の注意を要す
るが、実際の機器に最適な構成を選択すればよい。
The wavelength converters of the above-described third to fifth embodiments require some care when designing an actual device, but it is only necessary to select an optimum configuration for the actual device.

【0087】以上説明したように、上述の各実施形態の
波長変換装置では、変換光のスペクトルの半値幅がWD
Mシステム等の光通信システムにおいて求められる光の
スペクトル幅(例えば5MHz)程度かそれ以下、具体
的には5MHz程度あるいはそれ以下にできる。また、
半導体レーザを用いることができるため、これらの波長
変換装置用いた機器を小型化することができる。
As described above, in the wavelength converter of each of the above embodiments, the half width of the spectrum of the converted light is WD
The spectrum width of light required in an optical communication system such as the M system (for example, 5 MHz) can be reduced to about or less, specifically, about 5 MHz or less. Also,
Since a semiconductor laser can be used, the size of a device using such a wavelength converter can be reduced.

【0088】上述のような波長変換装置は、例えばWD
M(波長多重)交換システムにおいて異なる波長間のス
イッチングを行う波長スイッチング素子として用いられ
る。図6はこのようなWDM交換システムの構成例を示
している。
The wavelength converter as described above is, for example, a WD
It is used as a wavelength switching element for switching between different wavelengths in an M (wavelength multiplexing) switching system. FIG. 6 shows a configuration example of such a WDM switching system.

【0089】このWDM交換システムは、入力された光
を分岐する光分岐素子50と、分岐された光から特定の
波長の光を選択する波長選択素子51と、選択された光
の波長を変換する波長変換素子(上述の波長変換装置が
用いられる)52と、波長変換素子の出力光の波長を特
定の波長に制限する波長選択素子53と、波長選択素子
53からの出力光を合成する合波器54とを備えてい
る。また、このシステムは、各波長の光の使用状況等に
応じて各波長選択素子51、波長変換素子52、波長選
択素子53等の制御を行う制御部(図示せず)等を備え
ている。
This WDM switching system converts the wavelength of the selected light into an optical splitter 50 for splitting the input light, a wavelength selector 51 for selecting light of a specific wavelength from the split light. A wavelength conversion element (the above-described wavelength conversion device is used) 52, a wavelength selection element 53 for limiting the wavelength of the output light of the wavelength conversion element to a specific wavelength, and a multiplex for synthesizing the output light from the wavelength selection element 53. And a vessel 54. Further, this system includes a control unit (not shown) for controlling each of the wavelength selection element 51, the wavelength conversion element 52, the wavelength selection element 53, and the like according to the use state of the light of each wavelength.

【0090】この制御部は、例えば出力伝送路中の波長
λ1の光で形成されているチャンネルが混雑している場
合等にこれを検出し、波長λ1として入力された光が空
いているチャンネルの波長(例えば波長λ2)に変換さ
れるように各波長選択素子51、波長変換素子52、波
長選択素子53等の制御を行う。
This control unit detects, for example, when the channel formed by the light of wavelength λ1 in the output transmission line is congested, and detects the congestion of the channel input with the wavelength λ1. The control of each wavelength selecting element 51, the wavelength converting element 52, the wavelength selecting element 53, and the like is performed so as to be converted into the wavelength (for example, the wavelength λ2).

【0091】このような制御に基づいて、まず、光分岐
素子50と波長選択素子51によって波長λ1の光を分
離選択して波長変換素子52に導く。次に、波長変換素
子52によって、波長λ1の光を波長λ2の光に変換
し、更に波長選択素子53によって波長λ2の光だけを
合波器54に出力し、合波器54において他の波長の光
と合成し出力伝送路に送出する。
Based on such control, first, the light of wavelength λ1 is separated and selected by the optical branching element 50 and the wavelength selecting element 51, and is guided to the wavelength converting element 52. Next, the light of wavelength λ1 is converted into light of wavelength λ2 by the wavelength conversion element 52, and only the light of wavelength λ2 is output to the multiplexer 54 by the wavelength selection element 53. And transmits it to the output transmission line.

【0092】このような波長交換を行うことにより、出
力伝送路の特定の波長のチャンネルが使用中であって
も、他の波長チャンネルが空いていれば波長変換を行っ
て通信を継続することができる。これにより、一時待機
等の手段を講ずることなくスムーズな通信が可能とな
り、通信効率を高めることができる。
By performing such wavelength exchange, even if a channel of a specific wavelength of the output transmission line is in use, if another wavelength channel is free, wavelength conversion is performed and communication can be continued. it can. As a result, smooth communication can be performed without taking measures such as temporary standby, and communication efficiency can be improved.

【0093】ところで、被変換光(上述の各実施形態で
は、半導体レーザからのポンプ光に相当する)の波長を
安定化する方法として、例えば特開平6−283791
号、特開平5−11297号、特開平5−66440号
等に示された方法がある。これらの方法では、半導体レ
ーザの発振光(被変換光)の第2高調波を発生する装置
において、このブラッグ反射により半導体レーザに帰還
する光の波長を制限する波長固定法(ブラッグロッキン
グ)が用いられている。
As a method of stabilizing the wavelength of the light to be converted (corresponding to the pump light from the semiconductor laser in each of the above embodiments), for example, Japanese Patent Laid-Open No.
And JP-A-5-112297 and JP-A-5-66440. In these methods, in a device for generating the second harmonic of the oscillation light (converted light) of the semiconductor laser, a wavelength fixing method (Bragg locking) for limiting the wavelength of the light that returns to the semiconductor laser by the Bragg reflection is used. Have been.

【0094】しかしながら、上述の各実施形態において
差周波発生等を行う場合のように2種類以上の基本波光
(この場合はポンプ光と信号光に相当)を必要とする波
長変換装置にこのブラッグロッキングが採用された例は
従来にはない。
However, as in the case of performing difference frequency generation or the like in each of the above-described embodiments, the Bragg-locking method is used in a wavelength converter that requires two or more types of fundamental light (in this case, corresponding to pump light and signal light). Has not been adopted in the past.

【0095】また、上述の各公開公報に記載されている
発明中で用いられているブラッグロッキング法はあくま
で半導体レーザの発振波長の安定化を目的としているも
のであり、上述の各実施形態のように発振光のスペクト
ルの半値幅を狭くして波長の純粋性を確保する目的では
ない。
Further, the Bragg rocking method used in the inventions described in each of the above publications is intended only to stabilize the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and as in each of the above embodiments. This is not the purpose of narrowing the half-width of the spectrum of the oscillation light to ensure the purity of the wavelength.

【0096】従って、上述の各公開公報に記載された発
明では、発振光のスペクトルの半値幅を狭くするための
ブラッグ構造の長さの最適化等の課題の検討はなされて
おらず、これらの発明の単なる延長として上記各実施形
態を完成させることは不可能である。変換光のスペクト
ル狭線化に注目して差周波発生を光交換技術に取り入れ
ることが可能であることに着目して一連の技術を完成す
ることは、大きな発想の転換が必要であり容易に完成す
ることはできない。
Therefore, in the inventions described in each of the above-mentioned publications, problems such as optimization of the length of the Bragg structure for narrowing the half width of the spectrum of the oscillating light have not been studied. It is impossible to complete the above embodiments as merely extensions of the invention. Completing a series of technologies by focusing on the fact that difference frequency generation can be incorporated into optical switching technology by focusing on the spectral narrowing of converted light, requires a major change in thinking, and is easily completed I can't.

【0097】なお、上述の各実施形態の説明では、波長
変換素子として主にDFGを中心に説明したが、変換光
を得るためにはSFGによることも可能である。この場
合は、ポンプ光としての半導体レーザの発振波長を例え
ば1.55μm近傍に設定し、これに対応させてバンド
パスフィルタの透過特性等をSFG用に変更する等の変
更を必要とする。
In the above embodiments, the DFG is mainly used as the wavelength conversion element. However, the SFG may be used to obtain converted light. In this case, it is necessary to set the oscillation wavelength of the semiconductor laser as the pump light to, for example, around 1.55 μm, and to change the transmission characteristics and the like of the band-pass filter for SFG in accordance with this.

【0098】また、DFG、SFG以外にも2次の非線
形光学効果である光パラメトリック発振・増幅等をも変
換光を得るために波長変換素子として用いることができ
る。さらに、3次以上の高次の非線形光学効果を利用す
ることも可能であり、特に四光波混合による波長変換を
用いることができる。これらの異なる光学効果を用いる
場合には、バンドパスフィルタの特性、半導体レーザの
発振可能波長帯域等の変更が必要であることは言うまで
もない。
In addition to DFG and SFG, optical parametric oscillation / amplification, which is a second-order nonlinear optical effect, can also be used as a wavelength conversion element to obtain converted light. Furthermore, it is also possible to use a third-order or higher-order nonlinear optical effect, and in particular, wavelength conversion by four-wave mixing can be used. When these different optical effects are used, it is needless to say that it is necessary to change the characteristics of the bandpass filter, the oscillatable wavelength band of the semiconductor laser, and the like.

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明に係る波長変換装置は、波長選択
手段によって半導体レーザに帰還させる光の波長を制限
することにより、半導体レーザの発振波長のスペクトル
幅を狭くすることができ、波長変換手段において発生す
る変換光のスペクトル幅を狭くすることができる。
According to the wavelength conversion apparatus of the present invention, the spectral width of the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be reduced by limiting the wavelength of the light fed back to the semiconductor laser by the wavelength selection means. In this case, the spectral width of the converted light generated in the above can be narrowed.

【0100】また、本発明に係る他の波長変換手段は、
分布帰還(DBR)手段により半導体レーザに帰還され
る光の波長を制限することにより、半導体レーザの発振
波長のスペクトル幅を狭くして波長変換手段において発
生する変換光のスペクトル幅を狭くすることができる。
Further, another wavelength conversion means according to the present invention comprises:
By limiting the wavelength of the light fed back to the semiconductor laser by the distributed feedback (DBR) means, it is possible to narrow the spectrum width of the oscillation wavelength of the semiconductor laser and narrow the spectrum width of the converted light generated in the wavelength conversion means. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る波長変換装置
の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施形態に係る波長変換装置
の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第3の実施形態に係る波長変換装置
の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第4の実施形態に係る波長変換装置
の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第5の実施形態に係る波長変換装置
の構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a wavelength conversion device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】 WDM交換システムの要部の構成例を示すブ
ロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a main part of the WDM switching system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、24、24、34、44 波長変換素子、2、2
2、32、42 半導体レーザ、3a、3b、13a〜
13c、23、33、43 バンドパスフィルタ、24
c、34c、44c QPM部分、24d、34d、4
6a DBR部分
1, 24, 24, 34, 44 wavelength conversion element, 2, 2
2, 32, 42 semiconductor lasers, 3a, 3b, 13a to
13c, 23, 33, 43 band pass filter, 24
c, 34c, 44c QPM part, 24d, 34d, 4
6a DBR part

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基本波光を発生する半導体レーザと、 半導体レーザからの基本波光と外部からの信号光に基づ
いて変換光を発生し、出力する波長変換手段と、 半導体レーザに帰還させる光の波長を制限し、所定の波
長の光のみを選択的に帰還させる波長選択手段とを備え
ることを特徴とする波長変換装置。
A semiconductor laser for generating a fundamental wave light; a wavelength converting means for generating and outputting converted light based on the fundamental wave light from the semiconductor laser and an external signal light; and a wavelength of light to be fed back to the semiconductor laser. And a wavelength selecting means for selectively feeding back only light of a predetermined wavelength.
【請求項2】 上記波長選択手段が半導体レーザと波長
変換手段の間に配置されていることを特徴とする請求項
1記載の波長変換装置。
2. The wavelength converter according to claim 1, wherein said wavelength selecting means is disposed between said semiconductor laser and said wavelength converting means.
【請求項3】 上記波長選択手段が半導体レーザと波長
変換手段の間に配置されていることを特徴とする請求項
1記載の波長変換装置。
3. The wavelength converter according to claim 1, wherein said wavelength selecting means is disposed between said semiconductor laser and said wavelength converting means.
【請求項4】 上記半導体レーザからの基本波光と異な
る方向から供給された上記信号光を上記波長変換手段に
入射させる信号光入射手段を備えることを特徴とする請
求項1又は2に記載の波長変換装置。
4. The wavelength according to claim 1, further comprising signal light incidence means for causing the signal light supplied from a direction different from that of the fundamental wave light from the semiconductor laser to enter the wavelength conversion means. Conversion device.
【請求項5】 上記波長変換手段からの変換光を、上記
半導体レーザからの基本波光と異なる方向に出力させる
変換光出力手段を備えることを特徴とする請求項1又は
3に記載の波長変換装置。
5. The wavelength conversion device according to claim 1, further comprising a conversion light output unit that outputs the converted light from the wavelength conversion unit in a direction different from a direction of the fundamental wave light from the semiconductor laser. .
【請求項6】 上記波長選択手段が帰還させる光のスペ
クトルの半値幅が所定の半値幅以下程度であり、 上記半導体レーザは、波長選択手段により帰還された光
の波長で発振することを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれかに記載の波長変換装置。
6. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the half-width of the spectrum of the light fed back by said wavelength selecting means is not more than a predetermined half-width, and said semiconductor laser oscillates at the wavelength of the light fed back by said wavelength selecting means. The wavelength converter according to any one of claims 1 to 3.
【請求項7】 光路の一端に高反射コーティングを有
し、該高反射コーティングの反対側の出力端面から発生
した基本波光を出力する半導体レーザと、 疑似位相整合手段(以下、QPM手段という。)と、上
記半導体レーザに帰還させる光の波長を制限する分布帰
還手段(以下、DBR手段という。)とを有し、上記半
導体レーザからの基本波光と外部からの信号光に基づい
て変換光を発生する波長変換手段とを備え、 上記半導体レーザの出力端面の反射率をr、上記波長変
換手段の両端面の反射率をr’、r”、上記DBR手段
からの帰還率をrD とし、 r’,r” << rD, r<<rD, r’,r”<<r なる関係を満たすように各端面の反射率が設定されてい
ることを特徴とする波長変換装置。
7. A semiconductor laser having a high-reflection coating at one end of an optical path and outputting a fundamental wave light generated from an output end face opposite to the high-reflection coating, and quasi-phase matching means (hereinafter referred to as QPM means). And distributed feedback means (hereinafter referred to as DBR means) for limiting the wavelength of light fed back to the semiconductor laser, and generates converted light based on fundamental wave light from the semiconductor laser and signal light from outside. The reflectance of the output end face of the semiconductor laser is r, the reflectance of both end faces of the wavelength conversion means is r ′, r ″, and the feedback rate from the DBR means is r D , r ', R "<< r D , r << r D , r', r"<< r The reflectance of each end face is set so as to satisfy the following relationship:
【請求項8】 上記QPM手段は、上記波長変換手段の
上記半導体レーザからの基本波光の入力側に配置されて
いることを特徴とする請求項7記載の波長変換装置。
8. The wavelength conversion device according to claim 7, wherein said QPM means is arranged on an input side of the wavelength conversion means for inputting a fundamental wave light from said semiconductor laser.
【請求項9】 上記QPM手段は、上記波長変換手段の
上記変換光の出力側に配置されていることを特徴とする
請求項7記載の波長変換装置。
9. The wavelength converter according to claim 7, wherein said QPM means is arranged on an output side of said converted light of said wavelength converting means.
【請求項10】 上記半導体レーザからの基本波光と異
なる方向から供給された上記信号光を上記波長変換手段
に入射させる信号光入射手段を備えることを特徴とする
請求項7又は9に記載の波長変換装置。
10. The wavelength according to claim 7, further comprising signal light incidence means for causing the signal light supplied from a direction different from that of the fundamental wave light from the semiconductor laser to enter the wavelength conversion means. Conversion device.
【請求項11】 上記波長変換手段からの変換光を、上
記半導体レーザからの基本波光と異なる方向に出力させ
る変換光出力手段を備えることを特徴とする請求項7又
は8に記載の波長変換装置。
11. The wavelength conversion device according to claim 7, further comprising a conversion light output unit that outputs the converted light from the wavelength conversion unit in a direction different from the fundamental wave light from the semiconductor laser. .
【請求項12】 上記QPM手段とDBR手段が一体に
形成されていることを特徴とする請求項8又は9に記載
の波長変換手段。
12. The wavelength conversion means according to claim 8, wherein said QPM means and DBR means are formed integrally.
【請求項13】 上記DBR手段は、信号光を伝播させ
て波長変換素子に入射させる光ファイバの出力端近傍に
形成されていることを特徴とする請求項8記載の波長変
換装置。
13. The wavelength conversion device according to claim 8, wherein said DBR means is formed near an output end of an optical fiber for propagating signal light to be incident on a wavelength conversion element.
【請求項14】 上記信号光入射手段は、上記信号光を
選択的に反射させるバンドパスフィルタからなり、 上記波長変換手段からバンドパスフィルタを介して出力
される戻り光を防止する光アイソレータを備えることを
特徴とする請求項10記載の波長変換装置。
14. The signal light incidence means comprises a bandpass filter for selectively reflecting the signal light, and comprises an optical isolator for preventing return light output from the wavelength conversion means via the bandpass filter. The wavelength converter according to claim 10, wherein:
【請求項15】 上記変換光出力手段は、上記変換光を
選択的に反射させるバンドパスフィルタからなることを
特徴とする請求項11記載の波長変換装置。
15. The wavelength conversion device according to claim 11, wherein said converted light output means comprises a band-pass filter for selectively reflecting said converted light.
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