JPH10301151A - 波長変換器 - Google Patents
波長変換器Info
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- JPH10301151A JPH10301151A JP9111633A JP11163397A JPH10301151A JP H10301151 A JPH10301151 A JP H10301151A JP 9111633 A JP9111633 A JP 9111633A JP 11163397 A JP11163397 A JP 11163397A JP H10301151 A JPH10301151 A JP H10301151A
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- wavelength converter
- waveguide
- optical path
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/004—Transferring the modulation of modulated light, i.e. transferring the information from one optical carrier of a first wavelength to a second optical carrier of a second wavelength, e.g. all-optical wavelength converter
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/212—Mach-Zehnder type
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長距離大容量光通信等に利用するために、構
成と制御が簡単で動作の安定な波長変換器を提供する。 【解決手段】 本発明の波長変換器は、非線形屈折率変
化を起こす導波路５、相異なる光路長の２つの光路６２
及び６３を有する遅延干渉回路６、及びＣＷ光光源１等
を備え、ＣＷ光光源１から出力されるＣＷ光のスペクト
ル線幅（Δν）によって定まる干渉長（Coherent Lengt
h 、ΔＬC ＝ｖg ／Δν、ｖg は、ＣＷ光の遅延干渉回
路６中の進行速度）が遅延干渉回路６における２つの光
路の光路差（ΔＬd ）よりも長い（ΔＬC ＞ΔＬd ）こ
とを特徴とする。
成と制御が簡単で動作の安定な波長変換器を提供する。 【解決手段】 本発明の波長変換器は、非線形屈折率変
化を起こす導波路５、相異なる光路長の２つの光路６２
及び６３を有する遅延干渉回路６、及びＣＷ光光源１等
を備え、ＣＷ光光源１から出力されるＣＷ光のスペクト
ル線幅（Δν）によって定まる干渉長（Coherent Lengt
h 、ΔＬC ＝ｖg ／Δν、ｖg は、ＣＷ光の遅延干渉回
路６中の進行速度）が遅延干渉回路６における２つの光
路の光路差（ΔＬd ）よりも長い（ΔＬC ＞ΔＬd ）こ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割多重（Ｗ
ＤＭ）光通信に利用する波長変換器に関し、特に、高速
なＷＤＭ光通信に利用する波長変換器に関する。
ＤＭ）光通信に利用する波長変換器に関し、特に、高速
なＷＤＭ光通信に利用する波長変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、大容量光通信方式として、ＷＤＭ
光通信が開発され始めている。このＷＤＭ光通信では、
波長多重された信号光における各波長が各通信チャネル
に割り当てられるため、チャネル間で信号をやりとりす
るためには、波長多重される複数の元の信号列の夫々に
関し、元の信号列の波長を一括して当該チャネルに対応
する波長に変換する必要がある。このような信号波長の
変換は、従来、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信
号を異なる波長の光信号に再度変換することにより行わ
れていた。
光通信が開発され始めている。このＷＤＭ光通信では、
波長多重された信号光における各波長が各通信チャネル
に割り当てられるため、チャネル間で信号をやりとりす
るためには、波長多重される複数の元の信号列の夫々に
関し、元の信号列の波長を一括して当該チャネルに対応
する波長に変換する必要がある。このような信号波長の
変換は、従来、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信
号を異なる波長の光信号に再度変換することにより行わ
れていた。
【０００３】これに対して最近、電気信号へ変換するこ
となく光信号のまま波長を変換するデバイスが研究され
ている。これまでに対称マッハツェンダー型や偏光分離
型などの干渉型デバイスが提案された。
となく光信号のまま波長を変換するデバイスが研究され
ている。これまでに対称マッハツェンダー型や偏光分離
型などの干渉型デバイスが提案された。
【０００４】対称マッハツェンダ型波長変換器は、従
来、光スイッチとして報告されているが（Ｓ．Ｎａｋａ
ｍｕｒａら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ誌、第６７巻、２４４５頁）、入力信号パルス
と異なる波長を持つ出力信号パルスが出力されるので波
長変換器としての機能をも備えているものである。この
対象マッハツェンダー型波長変換器（以下、従来例１の
波長変換器という。）は、図４に示すように、２台の非
線形屈折率変化を起こす導波路（以下、非線形導波路と
いう。）２４及び２５をマッハツェンダー干渉計のそれ
ぞれのアームに配置した構成を備えている。詳しくは、
従来例１の波長変換器においては、ＣＷ（Continuous W
ave ）光光源２１から出力される波長λ2 のＣＷ光がＣ
Ｗ光入力ポート２２から入力されると、分岐部２３にお
いて分岐されて、夫々、非線形導波路２４及び２５に導
入される。一方、信号入力ポート２６からは、元の信号
である波長λ1 の入力信号パルスが入力される。入力信
号パルスは、分岐部２７において分岐され、夫々、光路
２８又は光路２９を伝播され、非線形導波路２４又は２
５に導入されて、非線形導波路２４又は２５の屈折率を
所定の時間だけ変化させる。ここで、光路２８及び光路
２９の光路差により、２つの光路を伝播する入力信号パ
ルス間に生じる遅延時間をΔｔとし、入力信号パルスの
パルス幅ΔＴがΔｔよりも充分短い場合、例えば、時刻
ｔ1 に信号入力ポート２６から入力信号パルスを入力す
ると、時刻ｔ1 に立ち上がって時刻ｔ1 ＋Δｔに立ち下
がる波長λ2 の出力信号パルスが信号出力ポート３１か
ら出力される。このようにして、従来例１の波長変換器
においては、波長λ1 から波長λ2 への波長変換が行わ
れる。尚、図４における２つの光路２８及び２９からな
る光遅延部の設け方だけが異なる波長変換器としては、
中村の発明した特開平７−１９９２４０号公報に開示さ
れているものが挙げられる。
来、光スイッチとして報告されているが（Ｓ．Ｎａｋａ
ｍｕｒａら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ誌、第６７巻、２４４５頁）、入力信号パルス
と異なる波長を持つ出力信号パルスが出力されるので波
長変換器としての機能をも備えているものである。この
対象マッハツェンダー型波長変換器（以下、従来例１の
波長変換器という。）は、図４に示すように、２台の非
線形屈折率変化を起こす導波路（以下、非線形導波路と
いう。）２４及び２５をマッハツェンダー干渉計のそれ
ぞれのアームに配置した構成を備えている。詳しくは、
従来例１の波長変換器においては、ＣＷ（Continuous W
ave ）光光源２１から出力される波長λ2 のＣＷ光がＣ
Ｗ光入力ポート２２から入力されると、分岐部２３にお
いて分岐されて、夫々、非線形導波路２４及び２５に導
入される。一方、信号入力ポート２６からは、元の信号
である波長λ1 の入力信号パルスが入力される。入力信
号パルスは、分岐部２７において分岐され、夫々、光路
２８又は光路２９を伝播され、非線形導波路２４又は２
５に導入されて、非線形導波路２４又は２５の屈折率を
所定の時間だけ変化させる。ここで、光路２８及び光路
２９の光路差により、２つの光路を伝播する入力信号パ
ルス間に生じる遅延時間をΔｔとし、入力信号パルスの
パルス幅ΔＴがΔｔよりも充分短い場合、例えば、時刻
ｔ1 に信号入力ポート２６から入力信号パルスを入力す
ると、時刻ｔ1 に立ち上がって時刻ｔ1 ＋Δｔに立ち下
がる波長λ2 の出力信号パルスが信号出力ポート３１か
ら出力される。このようにして、従来例１の波長変換器
においては、波長λ1 から波長λ2 への波長変換が行わ
れる。尚、図４における２つの光路２８及び２９からな
る光遅延部の設け方だけが異なる波長変換器としては、
中村の発明した特開平７−１９９２４０号公報に開示さ
れているものが挙げられる。
【０００５】一方、図５に示されるような偏光分離型波
長変換器（以下、従来例２の波長変換器）に関しても、
従来、光スイッチとして報告されているが（Ｔ．Ｔａｊ
ｉｍａら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ誌、ｖｏｌ．６７、ｎｏ．２５、ｐｐ．３７０９
−３７１１、１９９５、及び、Ｎ．Ｓ．Ｐａｔｅｌら、
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、ｖｏｌ．８、ｐｐ．１６９５−１
６９７、１９９６年）、上述した対称マッハツェンダ型
と同様に、波長変換器として機能するものである。上述
した従来例１の波長変換器との違いは、特定の偏光成分
を偏光分離遅延回路４３でΔｔ遅らせ偏光分離遅延回路
４７でΔｔ進ませて元に戻す点にある。これらの働きに
よって、時刻ｔ1 に波長λ1 の入力信号パルスが信号入
力ポート４５から入力されると、１台の非線形導波路４
４で、従来例１の波長変換器と同等に、信号出力ポート
４８から時刻ｔ1 〜ｔ1 ＋Δｔの出力信号パルスを出力
する波長変換動作を行うことができる。例えば、偏光分
離遅延回路４３がＳ偏光の入力光に対して偏光分離及び
遅延干渉を行うためのものであり、偏光分離遅延回路４
７がＰ偏光の入力光に対して偏光分離及び遅延干渉を行
うためのものであるとすると、その動作は、次のように
なる。即ち、ＣＷ光光源４１から波長λ2 のＣＷ光が入
力されると、偏光分離遅延回路４３にて、ＣＷ光のＳ偏
光成分のみがΔｔの遅延干渉され、非線形導波路４４に
導入される。一方、Δｔよりも充分短いパルス幅ΔＴで
波長λ1 の入力信号パルスが信号入力ポート４５から入
力され合波部４６を介して非線形導波路４４に導入さ
れ、非線形導波路４４の屈折率を変化させる。ＣＷ光
は、非線形導波路４４を通過すると、Ｐ偏光成分のみが
Δｔの遅延干渉され、即ち、Ｓ偏光成分がΔｔ進むこと
になり、信号出力ポート４８から上記した出力信号パル
スが出力されることとなる。
長変換器（以下、従来例２の波長変換器）に関しても、
従来、光スイッチとして報告されているが（Ｔ．Ｔａｊ
ｉｍａら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ誌、ｖｏｌ．６７、ｎｏ．２５、ｐｐ．３７０９
−３７１１、１９９５、及び、Ｎ．Ｓ．Ｐａｔｅｌら、
ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、ｖｏｌ．８、ｐｐ．１６９５−１
６９７、１９９６年）、上述した対称マッハツェンダ型
と同様に、波長変換器として機能するものである。上述
した従来例１の波長変換器との違いは、特定の偏光成分
を偏光分離遅延回路４３でΔｔ遅らせ偏光分離遅延回路
４７でΔｔ進ませて元に戻す点にある。これらの働きに
よって、時刻ｔ1 に波長λ1 の入力信号パルスが信号入
力ポート４５から入力されると、１台の非線形導波路４
４で、従来例１の波長変換器と同等に、信号出力ポート
４８から時刻ｔ1 〜ｔ1 ＋Δｔの出力信号パルスを出力
する波長変換動作を行うことができる。例えば、偏光分
離遅延回路４３がＳ偏光の入力光に対して偏光分離及び
遅延干渉を行うためのものであり、偏光分離遅延回路４
７がＰ偏光の入力光に対して偏光分離及び遅延干渉を行
うためのものであるとすると、その動作は、次のように
なる。即ち、ＣＷ光光源４１から波長λ2 のＣＷ光が入
力されると、偏光分離遅延回路４３にて、ＣＷ光のＳ偏
光成分のみがΔｔの遅延干渉され、非線形導波路４４に
導入される。一方、Δｔよりも充分短いパルス幅ΔＴで
波長λ1 の入力信号パルスが信号入力ポート４５から入
力され合波部４６を介して非線形導波路４４に導入さ
れ、非線形導波路４４の屈折率を変化させる。ＣＷ光
は、非線形導波路４４を通過すると、Ｐ偏光成分のみが
Δｔの遅延干渉され、即ち、Ｓ偏光成分がΔｔ進むこと
になり、信号出力ポート４８から上記した出力信号パル
スが出力されることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例１及び従来例２の波長変換器は、夫々、以下に
示すような問題点を有していた。
た従来例１及び従来例２の波長変換器は、夫々、以下に
示すような問題点を有していた。
【０００７】即ち、従来例１の波長変換器は、２台の非
線形導波路２４及び２５を使っており構成が複雑である
という問題点を有している。また、２台の非線形導波路
２４及び２５の屈折率（従って透過する信号パルスの位
相）と非線形屈折率変化の間のバランスを相互に厳密に
制御する必要がある。たとえば導波路材料として半導体
を使って長期間動作させる場合、半導体導波路の屈折率
がわずかずつながら変化していく。このような２台の非
線形導波路間における屈折率のわずかな変化の差が、従
来例１の波長変換器においては、動作条件を大きく狂わ
せることとなるので、屈折率が長期に亘って変動すれば
大きな問題となり、２台の屈折率の差を相互に調整すべ
く厳密な制御回路が必要となる。
線形導波路２４及び２５を使っており構成が複雑である
という問題点を有している。また、２台の非線形導波路
２４及び２５の屈折率（従って透過する信号パルスの位
相）と非線形屈折率変化の間のバランスを相互に厳密に
制御する必要がある。たとえば導波路材料として半導体
を使って長期間動作させる場合、半導体導波路の屈折率
がわずかずつながら変化していく。このような２台の非
線形導波路間における屈折率のわずかな変化の差が、従
来例１の波長変換器においては、動作条件を大きく狂わ
せることとなるので、屈折率が長期に亘って変動すれば
大きな問題となり、２台の屈折率の差を相互に調整すべ
く厳密な制御回路が必要となる。
【０００８】一方、従来例２の波長変換器は、１台の非
線形導波路４４だけを用いるものであり、従来例１と比
較して、構成と制御が簡単である。しかし、従来例２の
波長変換器は、その構成に偏光分離遅延回路４３及び４
７において、偏光分離及び合成を行うための素子を必要
とするものであり、更に、入力信号パルスの偏光状態に
応じて偏光分離遅延回路の偏光軸方位を設定しなければ
ならないといった問題点を有していた。
線形導波路４４だけを用いるものであり、従来例１と比
較して、構成と制御が簡単である。しかし、従来例２の
波長変換器は、その構成に偏光分離遅延回路４３及び４
７において、偏光分離及び合成を行うための素子を必要
とするものであり、更に、入力信号パルスの偏光状態に
応じて偏光分離遅延回路の偏光軸方位を設定しなければ
ならないといった問題点を有していた。
【０００９】そこで、本発明は、構成が簡単で、偏光分
離及び合成のための素子を必要とせず、かつ、偏光依存
性を持たない波長変換器を提供することを目的とする。
離及び合成のための素子を必要とせず、かつ、偏光依存
性を持たない波長変換器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、以下に示す手段を提供することとす
る。
を解決するために、以下に示す手段を提供することとす
る。
【００１１】即ち、本発明によれば、非線形屈折率変化
を起こす導波路、相異なる光路長の２つの光路を有する
遅延干渉回路、及びＣＷ光光源を備え、ＣＷ光光源から
出力されるＣＷ光のスペクトル線幅（Δν）によって定
まる干渉長（Coherent Length 、ΔＬC ＝ｖg ／Δν；
ｖg は、前記ＣＷ光の前記遅延干渉回路中における進行
速度）は、前記遅延干渉回路における前記２つの光路の
光路差（ΔＬd ）よりも長い（ΔＬC ＞ΔＬd ）ことを
特徴とする波長変換器が得られる。
を起こす導波路、相異なる光路長の２つの光路を有する
遅延干渉回路、及びＣＷ光光源を備え、ＣＷ光光源から
出力されるＣＷ光のスペクトル線幅（Δν）によって定
まる干渉長（Coherent Length 、ΔＬC ＝ｖg ／Δν；
ｖg は、前記ＣＷ光の前記遅延干渉回路中における進行
速度）は、前記遅延干渉回路における前記２つの光路の
光路差（ΔＬd ）よりも長い（ΔＬC ＞ΔＬd ）ことを
特徴とする波長変換器が得られる。
【００１２】この波長変換器は、前記非線形屈折率変化
を起こす導波路に対して、波長変換したい元の信号とな
る入力信号パルスを入力するための信号入力ポートを更
に備えており、その上で、前記光路差ΔＬd は、前記Ｃ
Ｗ光の前記遅延干渉回路中における進行速度（ｖg ）及
び前記信号入力ポートから入力される前記入力信号パル
スと、ΔＬd ＝ｖg Ｔ0 ／２（Ｔ0 は、前記入力信号パ
ルス間隔）の関係を充たすこととしても良い。
を起こす導波路に対して、波長変換したい元の信号とな
る入力信号パルスを入力するための信号入力ポートを更
に備えており、その上で、前記光路差ΔＬd は、前記Ｃ
Ｗ光の前記遅延干渉回路中における進行速度（ｖg ）及
び前記信号入力ポートから入力される前記入力信号パル
スと、ΔＬd ＝ｖg Ｔ0 ／２（Ｔ0 は、前記入力信号パ
ルス間隔）の関係を充たすこととしても良い。
【００１３】このような構成を備える本発明の波長変換
器における基本的な作用は、異なる時刻にＣＷ光光源か
ら出力された２つのＣＷ光を互いに干渉させることによ
り、波長変換を行う点にある。
器における基本的な作用は、異なる時刻にＣＷ光光源か
ら出力された２つのＣＷ光を互いに干渉させることによ
り、波長変換を行う点にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態の波
長変換器について、図１乃至図３を用いて説明する。
長変換器について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１５】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態の波長変換器は、図１に示されるような構成を備
えている。本実施の形態の波長変換器における構成的特
徴は、非線形導波路５を１台だけを用い、且つ、偏光分
離及び合成のための素子を用いていない点にある。
の形態の波長変換器は、図１に示されるような構成を備
えている。本実施の形態の波長変換器における構成的特
徴は、非線形導波路５を１台だけを用い、且つ、偏光分
離及び合成のための素子を用いていない点にある。
【００１６】本実施の形態の波長変換器は、図１に示さ
れるように、波長λ2 のＣＷ光を出力するためのＣＷ光
光源１、ＣＷ光光源１から出力されるＣＷ光を入力する
ためのＣＷ光入力ポート２、波長λ1 の入力信号パルス
が入力される信号入力ポート３、ＣＷ光及び入力信号パ
ルスが分岐部４を介して入力される非線形導波路５、非
線形導波路５から出力される光を遅延干渉させるための
遅延干渉回路６、波長フィルタ７、波長変換された光を
出力するための信号出力ポート８、及び不必要な光を出
力するための出力ポート９を備えている。
れるように、波長λ2 のＣＷ光を出力するためのＣＷ光
光源１、ＣＷ光光源１から出力されるＣＷ光を入力する
ためのＣＷ光入力ポート２、波長λ1 の入力信号パルス
が入力される信号入力ポート３、ＣＷ光及び入力信号パ
ルスが分岐部４を介して入力される非線形導波路５、非
線形導波路５から出力される光を遅延干渉させるための
遅延干渉回路６、波長フィルタ７、波長変換された光を
出力するための信号出力ポート８、及び不必要な光を出
力するための出力ポート９を備えている。
【００１７】遅延干渉回路６は、入力される光を１：１
に分岐するための分岐部６１と、分岐部６１にて分岐さ
れた光の一方を伝達するための光路６２と、分岐部６１
にて分岐された光の他方を伝達するための光路６３と、
２つの光路６２及び６３にて伝播されてきた光を合成す
るための合波部６４と、２つの光路６２及び６３の光路
差により一方の光路において遅延した光と他方の光路を
伝播した光とを相互に干渉させるための遅延干渉部６５
と、必要とする出力信号パルスを含む光を波長フィルタ
７に出力すると共に、不必要な光を出力ポート９に出力
するように、ふり分けるための分岐部６６とを備えてい
る。
に分岐するための分岐部６１と、分岐部６１にて分岐さ
れた光の一方を伝達するための光路６２と、分岐部６１
にて分岐された光の他方を伝達するための光路６３と、
２つの光路６２及び６３にて伝播されてきた光を合成す
るための合波部６４と、２つの光路６２及び６３の光路
差により一方の光路において遅延した光と他方の光路を
伝播した光とを相互に干渉させるための遅延干渉部６５
と、必要とする出力信号パルスを含む光を波長フィルタ
７に出力すると共に、不必要な光を出力ポート９に出力
するように、ふり分けるための分岐部６６とを備えてい
る。
【００１８】ここで、非線形導波路５としては、例え
ば、電流注入を行う半導体光アンプ、または、電流注入
を行わない吸収型半導体導波路が挙げられる。また、半
導体光アンプまたは吸収型半導体導波路となる半導体ヘ
テロ構造導波路の一例としては、厚さ２０〜１００ｎｍ
程度のＩｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.80Ｐ0.20バルク活性層を
ＩｎＰクラッド層で挟んだ構造等が挙げられる。尚、バ
ルク活性層の代わりに量子井戸活性層を用いても良い。
また、Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.80Ｐ0.20は、１．５μｍ
波長帯域の信号伝送に適した材料組成だが、信号波長に
応じて他の組成のＩｎＧａＡｓＰ混晶や他の混晶半導体
を用いても良い。分岐部４から非線形導波路５までは、
例えば、石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ
等により構成することができる。同様に、非線形導波路
５から遅延干渉回路６を経て信号出力ポート８までも、
石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ等により
構成することができる。
ば、電流注入を行う半導体光アンプ、または、電流注入
を行わない吸収型半導体導波路が挙げられる。また、半
導体光アンプまたは吸収型半導体導波路となる半導体ヘ
テロ構造導波路の一例としては、厚さ２０〜１００ｎｍ
程度のＩｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.80Ｐ0.20バルク活性層を
ＩｎＰクラッド層で挟んだ構造等が挙げられる。尚、バ
ルク活性層の代わりに量子井戸活性層を用いても良い。
また、Ｉｎ0.63Ｇａ0.37Ａｓ0.80Ｐ0.20は、１．５μｍ
波長帯域の信号伝送に適した材料組成だが、信号波長に
応じて他の組成のＩｎＧａＡｓＰ混晶や他の混晶半導体
を用いても良い。分岐部４から非線形導波路５までは、
例えば、石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ
等により構成することができる。同様に、非線形導波路
５から遅延干渉回路６を経て信号出力ポート８までも、
石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ等により
構成することができる。
【００１９】このような構成を備える本実施の形態の波
長変換器においては、以下に示すようにして波長変換が
行われる。
長変換器においては、以下に示すようにして波長変換が
行われる。
【００２０】波長変換器にて波長変換される元の信号で
ある波長λ1 の入力信号パルスは、信号入力ポート３へ
入り、非線形導波路５のキャリア密度を変化させ屈折率
を変化させる。一方、波長λ2 のＣＷ光光源１から出力
される波長λ2 のＣＷ光は、ＣＷ光入力ポート２から入
り、非線形導波路５を通り、遅延干渉回路６の分岐部６
１で１：１に分岐される。分岐部６１で分岐された光
は、一方の光路（アーム）６３を通るＣＷ光が、他方の
光路（アーム）６２を通るＣＷ光に比べて、Δｔの遅延
を受けて、その後、合波部６４にて合成される。合波部
６４で合波され、遅延干渉部６５で互いに干渉する２つ
のＣＷ光について、簡単のため、非線形導波路５のキャ
リア密度の回復時間（ΔＴ´）が入力信号パルス幅（Δ
Ｔ）に比べて充分長いものとして説明する。図２に、非
線形導波路５を通過するＣＷ光と合波部６４に到着する
２つのＣＷ光の位相の時間変化を示す。まず、非線形導
波路５を通過するＣＷ光の位相（φ0 ）は、図２（ａ）
に示されるように、時刻ｔ0に非線形導波路５に到着す
る入力信号パルスによってΔφc 変化する。遅延干渉回
路６の一方のアーム６２を通るＣＷ光の位相（φ1 ）
は、ＴP をＣＷ光が非線形導波路５から合波部６４まで
進むのに要する時間とすると、図２（ｂ）に示されるよ
うに、合波部６４で時刻ｔ1 （＝ｔ0 ＋ＴP ）において
図２（ａ）に示される変化と同じような変化を示す。一
方、遅延干渉回路６の別のアーム６３を通るＣＷ光の位
相（φ2 ）は、図２（ｃ）に示されるように、アーム６
２を通過した光に比べて、さらにΔｔ＝ΔＬd ／ｖ
g （ΔＬd ：遅延干渉回路６の光路差、ｖg ：遅延干渉
回路６を進むＣＷ光の速度）だけ遅れる。従って、合波
部６４で時刻ｔ1 に合波する２つのＣＷ光は、Δｔ異な
る時刻にＣＷ光光源１から出力された光である。
ある波長λ1 の入力信号パルスは、信号入力ポート３へ
入り、非線形導波路５のキャリア密度を変化させ屈折率
を変化させる。一方、波長λ2 のＣＷ光光源１から出力
される波長λ2 のＣＷ光は、ＣＷ光入力ポート２から入
り、非線形導波路５を通り、遅延干渉回路６の分岐部６
１で１：１に分岐される。分岐部６１で分岐された光
は、一方の光路（アーム）６３を通るＣＷ光が、他方の
光路（アーム）６２を通るＣＷ光に比べて、Δｔの遅延
を受けて、その後、合波部６４にて合成される。合波部
６４で合波され、遅延干渉部６５で互いに干渉する２つ
のＣＷ光について、簡単のため、非線形導波路５のキャ
リア密度の回復時間（ΔＴ´）が入力信号パルス幅（Δ
Ｔ）に比べて充分長いものとして説明する。図２に、非
線形導波路５を通過するＣＷ光と合波部６４に到着する
２つのＣＷ光の位相の時間変化を示す。まず、非線形導
波路５を通過するＣＷ光の位相（φ0 ）は、図２（ａ）
に示されるように、時刻ｔ0に非線形導波路５に到着す
る入力信号パルスによってΔφc 変化する。遅延干渉回
路６の一方のアーム６２を通るＣＷ光の位相（φ1 ）
は、ＴP をＣＷ光が非線形導波路５から合波部６４まで
進むのに要する時間とすると、図２（ｂ）に示されるよ
うに、合波部６４で時刻ｔ1 （＝ｔ0 ＋ＴP ）において
図２（ａ）に示される変化と同じような変化を示す。一
方、遅延干渉回路６の別のアーム６３を通るＣＷ光の位
相（φ2 ）は、図２（ｃ）に示されるように、アーム６
２を通過した光に比べて、さらにΔｔ＝ΔＬd ／ｖ
g （ΔＬd ：遅延干渉回路６の光路差、ｖg ：遅延干渉
回路６を進むＣＷ光の速度）だけ遅れる。従って、合波
部６４で時刻ｔ1 に合波する２つのＣＷ光は、Δｔ異な
る時刻にＣＷ光光源１から出力された光である。
【００２１】ここで、本実施の形態においては、ＣＷ光
光源１のスペクトル線幅（Δν）が充分短く、干渉長
（Coherent Length ）ΔＬC が、数式（１）の関係を満
たすものとする。
光源１のスペクトル線幅（Δν）が充分短く、干渉長
（Coherent Length ）ΔＬC が、数式（１）の関係を満
たすものとする。
【００２２】
【数１】 従って、数式（１）から数式（２）を満たす必要があ
る。
る。
【００２３】
【数２】 例えば、入力信号パルスの繰り返し周波数を４０ Ｇｂ
／ｓ、Δｔ＝１０ｐｓ、ΔＬd ＝１．９ｍｍとすると、
Δν＜１００ＧＨｚであれば良い。ＣＷ光光源１として
分布帰還型（Distributed Feed-Back ：ＤＦＢ型）半導
体レーザを用いた場合、Δνは１００ｋＨｚ〜１０ＭＨ
ｚ程度なので、この関係を容易に充たすことができる。
尚、遅延干渉回路６に石英導波路を用いるものとして、
上記の計算には、群速度屈折率ｎg ＝１．６、ｖg ＝ｃ
／ｎg を使った。上記の関係を充たすとき、異なる時刻
に発生した２つのＣＷ光でもよく干渉する。
／ｓ、Δｔ＝１０ｐｓ、ΔＬd ＝１．９ｍｍとすると、
Δν＜１００ＧＨｚであれば良い。ＣＷ光光源１として
分布帰還型（Distributed Feed-Back ：ＤＦＢ型）半導
体レーザを用いた場合、Δνは１００ｋＨｚ〜１０ＭＨ
ｚ程度なので、この関係を容易に充たすことができる。
尚、遅延干渉回路６に石英導波路を用いるものとして、
上記の計算には、群速度屈折率ｎg ＝１．６、ｖg ＝ｃ
／ｎg を使った。上記の関係を充たすとき、異なる時刻
に発生した２つのＣＷ光でもよく干渉する。
【００２４】このようにして、図２（ｄ）に示される干
渉光強度の光信号が信号出力ポート８から出力される。
ここで、時刻ｔ＜ｔ1 および時刻ｔ＞ｔ1 ＋Δｔにおけ
る信号出力を消すために、バイアス位相Δφb ＝πとす
る。出力信号強度は、 sin2Δφc に比例する。
渉光強度の光信号が信号出力ポート８から出力される。
ここで、時刻ｔ＜ｔ1 および時刻ｔ＞ｔ1 ＋Δｔにおけ
る信号出力を消すために、バイアス位相Δφb ＝πとす
る。出力信号強度は、 sin2Δφc に比例する。
【００２５】なお、波長フィルタ７は、入力信号パルス
を除去するために設けてある。波長フィルタの代わりに
偏光フィルタを用いることもできる。また、非線形導波
路５として吸収型導波路を用いる場合は、入力信号パル
スが非線形導波路５に吸収されるので上記したフィルタ
は不要である。
を除去するために設けてある。波長フィルタの代わりに
偏光フィルタを用いることもできる。また、非線形導波
路５として吸収型導波路を用いる場合は、入力信号パル
スが非線形導波路５に吸収されるので上記したフィルタ
は不要である。
【００２６】また、図１における出力ポート９は、余剰
なＣＷ光を捨てるための出力ポートである。この出力ポ
ート９は、干渉が打ち消し合ってＣＷ光が信号出力ポー
ト８へ出ない場合に、余剰なＣＷ光が信号入力ポート３
方向へ反射することを避けるために設けられている。
なＣＷ光を捨てるための出力ポートである。この出力ポ
ート９は、干渉が打ち消し合ってＣＷ光が信号出力ポー
ト８へ出ない場合に、余剰なＣＷ光が信号入力ポート３
方向へ反射することを避けるために設けられている。
【００２７】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態の波長変換器は、構成的には、上述の第１の実施
の形態と同じである。異なる点は、入力信号パルスのパ
ルス間隔をＴ0 とした場合に、光路差ΔＬd をΔＬd ＝
ｖg Ｔ0 ／２とすることと、非線形導波路５の動作条件
である。非線形導波路５に半導体光アンプを用い、４つ
の２値信号パルス“１１０１”を入力することとした場
合の合波直前の２つのＣＷ光の位相変化を図３に示す。
本実施の形態においては、非線形導波路５に半導体光ア
ンプを用いる場合、入力信号パルスによる屈折率の減少
時間（入力信号パルス幅ΔＴ相当）とその後の電流注入
による屈折率の回復時間（ΔＴ′）を等しくする。従っ
て、ΔＴ＝ΔＴ′＝Ｔ0 ／２の関係が成り立つ。この
時、２つのＣＷ光の電界強度は、夫々、数式（３）及び
数式（４）で表される。
の形態の波長変換器は、構成的には、上述の第１の実施
の形態と同じである。異なる点は、入力信号パルスのパ
ルス間隔をＴ0 とした場合に、光路差ΔＬd をΔＬd ＝
ｖg Ｔ0 ／２とすることと、非線形導波路５の動作条件
である。非線形導波路５に半導体光アンプを用い、４つ
の２値信号パルス“１１０１”を入力することとした場
合の合波直前の２つのＣＷ光の位相変化を図３に示す。
本実施の形態においては、非線形導波路５に半導体光ア
ンプを用いる場合、入力信号パルスによる屈折率の減少
時間（入力信号パルス幅ΔＴ相当）とその後の電流注入
による屈折率の回復時間（ΔＴ′）を等しくする。従っ
て、ΔＴ＝ΔＴ′＝Ｔ0 ／２の関係が成り立つ。この
時、２つのＣＷ光の電界強度は、夫々、数式（３）及び
数式（４）で表される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
【数４】 従って、数式（３）及び数式（４）より、バイアス位相
Δφb ＝πとすると、干渉後の電界は、数式（５）のよ
うに表される。
Δφb ＝πとすると、干渉後の電界は、数式（５）のよ
うに表される。
【００３０】
【数５】 数式（５）から理解されるように、信号変換効率は位相
シフト量（Δφc ＝Δωe ΔＴ）がπ／２の時に最大と
なる。尚、数式（５）に従う出力パルス強度の時間変化
は、図３に示されるようになる。また、数式（５）よ
り、この波長変換出力パルスが波長チャーピングを持た
ないことは、明らかである。動作条件の一例を挙げる
と、吸収型導波路でπ位相シフトに必要な入力パルスエ
ネルギーＰπ＝１０ｐＪ、ΔＴ＝１０ｐｓ（繰り返し周
期Ｔ0 ＝２ΔＴから、信号パルス繰り返し周波数＝５０
Ｇｂ／ｓ相当）、光波長１．５５μｍ、とすると、π／
２位相シフトの回復に必要な注入電流Ｉop π/2は、５５
０ｍＡである。
シフト量（Δφc ＝Δωe ΔＴ）がπ／２の時に最大と
なる。尚、数式（５）に従う出力パルス強度の時間変化
は、図３に示されるようになる。また、数式（５）よ
り、この波長変換出力パルスが波長チャーピングを持た
ないことは、明らかである。動作条件の一例を挙げる
と、吸収型導波路でπ位相シフトに必要な入力パルスエ
ネルギーＰπ＝１０ｐＪ、ΔＴ＝１０ｐｓ（繰り返し周
期Ｔ0 ＝２ΔＴから、信号パルス繰り返し周波数＝５０
Ｇｂ／ｓ相当）、光波長１．５５μｍ、とすると、π／
２位相シフトの回復に必要な注入電流Ｉop π/2は、５５
０ｍＡである。
【００３１】尚、非線形導波路に吸収型導波路を用いた
場合の位相変化は、符号が反転する（図中の曲線の上下
関係が逆転する）他は図３に示されるものと同様であ
る。この場合、屈折率変化の回復時間は導波路材料中の
光励起キャリアの寿命（τc ）によって決まるので、τ
c を制御してΔＴ＝ΔＴ′の関係を満足させる。一例と
して、ΔＴ＝１ｐｓ、半導体活性層中の平均キャリア密
度を１×１０19ｃｍ-3、とすると、ΔＴ＝ΔＴ′に必要
なキャリア寿命τc は、３４０ｐｓ程度である。τc が
ΔＴよりもはるかに長いので、キャリア密度変化に伴う
屈折率変化は図３に示したようにほぼ線形となる。尚、
キャリア寿命τc の制御は、静電界の印加、不純物ドー
ピング、イオン注入、低温成長、平均キャリア密度等に
よって行うことができる。本実施の形態では、例えば、
１０ｋＶ／ｃｍ程度の静電界を印加し、キャリアを掃き
出すものとした（参照：Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａら、Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、ｖｏ
ｌ．６２，ｎｏ．９，ｐｐ．９２５−９２７，１９９
３）。
場合の位相変化は、符号が反転する（図中の曲線の上下
関係が逆転する）他は図３に示されるものと同様であ
る。この場合、屈折率変化の回復時間は導波路材料中の
光励起キャリアの寿命（τc ）によって決まるので、τ
c を制御してΔＴ＝ΔＴ′の関係を満足させる。一例と
して、ΔＴ＝１ｐｓ、半導体活性層中の平均キャリア密
度を１×１０19ｃｍ-3、とすると、ΔＴ＝ΔＴ′に必要
なキャリア寿命τc は、３４０ｐｓ程度である。τc が
ΔＴよりもはるかに長いので、キャリア密度変化に伴う
屈折率変化は図３に示したようにほぼ線形となる。尚、
キャリア寿命τc の制御は、静電界の印加、不純物ドー
ピング、イオン注入、低温成長、平均キャリア密度等に
よって行うことができる。本実施の形態では、例えば、
１０ｋＶ／ｃｍ程度の静電界を印加し、キャリアを掃き
出すものとした（参照：Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａら、Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ誌、ｖｏ
ｌ．６２，ｎｏ．９，ｐｐ．９２５−９２７，１９９
３）。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による波長
変換器は、非線形導波路を１台だけ含むものであると共
に、偏向分離のための素子を必要としない。従って、構
成が非常に簡単であり、製作と安定制御が容易である。
変換器は、非線形導波路を１台だけ含むものであると共
に、偏向分離のための素子を必要としない。従って、構
成が非常に簡単であり、製作と安定制御が容易である。
【００３３】また、本発明による波長変換器は偏光依存
性を持たない。従って、任意方向に偏向したＣＷ光と入
力信号パルス光を入力することができる。つまり、ＣＷ
光と入力信号パルス光の偏向方位を制御する必要が無
い。
性を持たない。従って、任意方向に偏向したＣＷ光と入
力信号パルス光を入力することができる。つまり、ＣＷ
光と入力信号パルス光の偏向方位を制御する必要が無
い。
【００３４】さらに、本発明による波長変換器は、波長
チャーピングを持たない波長変換信号を出力することが
できるので、信号歪の少ない長距離伝送に寄与すること
ができる。
チャーピングを持たない波長変換信号を出力することが
できるので、信号歪の少ない長距離伝送に寄与すること
ができる。
【図１】本発明の実施の形態の波長変換器の構成を示す
図である。
図である。
【図２】第１の実施の形態の動作を示す図である。
【図３】第２の実施の形態の動作を示す図である。
【図４】従来例１の波長変換器の構成を示す図である。
【図５】従来例２の波長変換器の構成を示す図である。
１ ＣＷ光光源 ２ ＣＷ光入力ポート ３ 信号入力ポート ４ 分岐部 ５ 非線形導波路 ６ 遅延干渉回路 ６１ 分岐部 ６２ 光路（アーム） ６３ 光路（アーム） ６４ 合波部 ６５ 遅延干渉部 ６６ 分岐部 ７ 波長フィルタ ８ 信号出力ポート ９ 出力ポート
Claims (3)
- 【請求項１】 非線形屈折率変化を起こす導波路、相異
なる光路長の２つの光路を有する遅延干渉回路、及びＣ
Ｗ光光源を備え、 ＣＷ光光源から出力されるＣＷ光のスペクトル線幅（Δ
ν）によって定まる干渉長（Coherent Length 、ΔＬC
＝ｖg ／Δν；ｖg は、前記ＣＷ光の前記遅延干渉回路
中における進行速度）は、前記遅延干渉回路における前
記２つの光路の光路差（ΔＬd ）よりも長い（ΔＬC ＞
ΔＬd ）ことを特徴とする波長変換器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の波長変換器において、 入力信号パルスを前記非線形屈折率変化を起こす導波路
に対して入力するための信号入力ポートを更に備えるこ
とを特徴とする波長変換器。 - 【請求項３】 前記光路差ΔＬd は、前記ＣＷ光の前記
遅延干渉回路中における進行速度（ｖg ）及び前記信号
入力ポートから入力される前記入力信号パルスと、ΔＬ
d ＝ｖg Ｔ0 ／２（Ｔ0 は、前記入力信号パルス間隔）
の関係を充たすことを特徴とする請求項２記載の波長変
換器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9111633A JPH10301151A (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 波長変換器 |
| US09/067,191 US6282015B1 (en) | 1997-04-28 | 1998-04-27 | Wavelength converter |
| EP98303286A EP0875782B1 (en) | 1997-04-28 | 1998-04-28 | Wavelength converter |
| US09/781,351 US6498675B2 (en) | 1997-04-28 | 2001-02-12 | Wavelength converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9111633A JPH10301151A (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 波長変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10301151A true JPH10301151A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14566266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9111633A Pending JPH10301151A (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 波長変換器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6282015B1 (ja) |
| EP (1) | EP0875782B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10301151A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6323992B1 (en) | 1998-06-29 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Wavelength converter and wavelength conversion method |
| US6337762B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-01-08 | Nec Corporation | All-optical switch and wavelength converter |
| JP2014089474A (ja) * | 2014-01-14 | 2014-05-15 | Nikon Corp | レーザ装置 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10301151A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Nec Corp | 波長変換器 |
| JP2868084B2 (ja) * | 1997-05-23 | 1999-03-10 | 日本電気株式会社 | 波長変換器 |
| US6448913B1 (en) | 1999-07-08 | 2002-09-10 | The Trustees Of Princeton University | TOAD- based optical data format converter |
| KR20010088004A (ko) * | 2000-03-10 | 2001-09-26 | 윤종용 | 파장 변환기 |
| US6437905B1 (en) * | 2000-07-07 | 2002-08-20 | Lucent Technologies Inc. | Optical wavelength converter |
| JP2004219447A (ja) | 2003-01-09 | 2004-08-05 | Mitsubishi Electric Corp | 波長変換器 |
| JPWO2013069497A1 (ja) * | 2011-11-07 | 2015-04-02 | シチズンホールディングス株式会社 | レーザ光源 |
| JP6128134B2 (ja) * | 2013-01-21 | 2017-05-17 | 富士通株式会社 | 周波数変換装置、波長多重装置および周波数変換方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2640771B1 (fr) * | 1988-12-16 | 1991-02-08 | Thomson Csf | Dispositif de translation de frequence optique et modulateur utilisant un tel dispositif |
| US5064265A (en) * | 1990-06-04 | 1991-11-12 | Hoechst Celanese Corp. | Optical parametric amplifier |
| US5224194A (en) * | 1991-04-02 | 1993-06-29 | At&T Bell Laboratories | All-optical timing restoration |
| JP2720782B2 (ja) | 1993-12-28 | 1998-03-04 | 日本電気株式会社 | 光変調方法 |
| JPH0818539A (ja) | 1994-06-30 | 1996-01-19 | Hitachi Ltd | 光時分割多重信号分離方式 |
| JP2629624B2 (ja) | 1994-12-22 | 1997-07-09 | 日本電気株式会社 | 全光スイッチ |
| JPH08334796A (ja) | 1995-06-07 | 1996-12-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光波長変換集積素子 |
| JP3224718B2 (ja) * | 1995-08-15 | 2001-11-05 | レーザーテック株式会社 | 干渉計 |
| JPH10301151A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Nec Corp | 波長変換器 |
| US6115520A (en) * | 1998-03-05 | 2000-09-05 | Lucent Technologies Inc. | Compact mach-zehnder interferometer and wavelength reference employing same |
-
1997
- 1997-04-28 JP JP9111633A patent/JPH10301151A/ja active Pending
-
1998
- 1998-04-27 US US09/067,191 patent/US6282015B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-28 EP EP98303286A patent/EP0875782B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-02-12 US US09/781,351 patent/US6498675B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6323992B1 (en) | 1998-06-29 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Wavelength converter and wavelength conversion method |
| US6337762B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-01-08 | Nec Corporation | All-optical switch and wavelength converter |
| JP2014089474A (ja) * | 2014-01-14 | 2014-05-15 | Nikon Corp | レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6282015B1 (en) | 2001-08-28 |
| US20010019447A1 (en) | 2001-09-06 |
| EP0875782A2 (en) | 1998-11-04 |
| EP0875782A3 (en) | 2000-04-26 |
| US6498675B2 (en) | 2002-12-24 |
| EP0875782B1 (en) | 2005-09-21 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990224 |