JPWO2018155017A1 - Wavelength conversion method and wavelength converter - Google Patents

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Abstract

これまで報告された全光波長変換器の手法では、入力信号光が単一波長チャネルの場合に限られる等、波長多重信号に対して、ひずみなく任意の出力波長に変換する動作を実施できなかった。縮退FWMを二段カスケードする構成の全光波長変換器において、特に一段目変換後に得られる中間信号光に割り当てる波長を明確に規定することで、Cバンド内で任意の帯域を持つ波長多重信号に対して、ひずみなく任意の入出力波長に対する変換動作を実施する。With the all-optical wavelength converter method reported so far, it is not possible to perform operation of converting a wavelength multiplexed signal to an arbitrary output wavelength without distortion, such as when the input signal light is limited to a single wavelength channel. Was. In an all-optical wavelength converter having a configuration in which the degenerate FWM is cascaded in two stages, the wavelength to be allocated to the intermediate signal light obtained after the first-stage conversion is clearly specified, so that the wavelength multiplexed signal having an arbitrary band in the C band can be obtained. On the other hand, a conversion operation for an arbitrary input / output wavelength is performed without distortion.

Description

本発明は光ファイバ通信に利用し得る全光波長変換方法および全光波長変換器に関する。   The present invention relates to an all-optical wavelength conversion method and all-optical wavelength converter that can be used for optical fiber communication.

光ネットワークにおける波長資源利用効率の向上を目的として、ノードで光信号の波長を変換する波長変換器の導入検討が進められている。
光トランシーバーを用いた光−電気/電気−光(OE/EO)変換型の波長変換方式は従来技術にもとづいて実現可能であるが、入力可能な信号のビットレートや変調方式が固定されていて柔軟性がなく、さらに多波長信号を一括して処理することができない。
For the purpose of improving the wavelength resource utilization efficiency in the optical network, the introduction of a wavelength converter that converts the wavelength of the optical signal at the node is being studied.
An optical-electrical / electrical-optical (OE / EO) conversion type wavelength conversion method using an optical transceiver can be realized based on the prior art, but the bit rate and modulation method of an inputable signal are fixed. There is no flexibility and multi-wavelength signals cannot be processed collectively.

そこで、光信号の波長を光のままで変換する全光波長変換器の研究・開発がなされてきた。
中でも、低損失かつ広帯域な動作が可能であることから、光ファイバ内で発生する非線形効果である四光波混合(FWM)を用いた全光波長変換器が有望視され、様々な手法が提案されてきた。
Thus, research and development have been conducted on all-optical wavelength converters that convert the wavelength of an optical signal as it is.
Above all, low-loss and wide-band operation is possible, so all-optical wavelength converters using four-wave mixing (FWM), which is a nonlinear effect generated in optical fibers, are promising, and various methods have been proposed. I came.

縮退FWMを二段カスケードし、一段目の波長変換によって入力信号光をいったん別の波長に変換し(ここで得られる信号光を中間信号光と呼ぶ)、二段目の変換によって中間信号光を動作帯域内の任意の出力波長に変換する構成の全光波長変換器が知られている(非特許文献1〜非特許文献3)。   Two stages of degenerate FWM cascade, the input signal light is once converted to another wavelength by the first-stage wavelength conversion (the signal light obtained here is called the intermediate signal light), and the intermediate signal light is converted by the second-stage conversion. An all-optical wavelength converter configured to convert to an arbitrary output wavelength within the operating band is known (Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 3).

この全光波長変換器は、波長変換動作が不可能となる波長帯を意味する「ガードバンド」を伴わない、任意入出力波長に対応した変換動作を可能とする構成であり、さらには入力信号光の位相が保持され、偏波無依存動作も可能であることから、最も有望である。   This all-optical wavelength converter has a configuration that enables a conversion operation corresponding to an arbitrary input / output wavelength without a “guard band” meaning a wavelength band in which the wavelength conversion operation is impossible, and further, an input signal. This is the most promising because the phase of light is maintained and polarization independent operation is possible.

S. Petit et al., “Low penalty uniformly tunable wavelength conversion without spectral inversion over 30 nm using SBS-suppressed low-dispersion-slope highly nonlinear fibers,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 23, no. 9, pp. 546-548, May 2011.S. Petit et al., “Low penalty uniformly tunable wavelength conversion without spectral inversion over 30 nm using SBS-suppressed low-dispersion-slope highly nonlinear fibers,” IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 23, no. 9, pp. 546-548, May 2011. T. Inoue et al., “Guard-band-less and polarization-insensitive tunable wavelength converter for phase-modulated signals: demonstration and signal quality analyses,” J. Lightw. Technol., vol. 32, no. 10, pp. 1981-1990, May 2014.T. Inoue et al., “Guard-band-less and polarization-insensitive tunable wavelength converter for phase-modulated signals: demonstration and signal quality analyzes,” J. Lightw. Technol., Vol. 32, no. 10, pp. 1981-1990, May 2014. H. Nguyen Tan et al., “On the Cascadability of All-Optical Wavelength Converter for High-Order QAM Formats,” J. Lightw. Technol., vol. 34, no. 13, pp. 3194-3205, July 2016.H. Nguyen Tan et al., “On the Cascadability of All-Optical Wavelength Converter for High-Order QAM Formats,” J. Lightw. Technol., Vol. 34, no. 13, pp. 3194-3205, July 2016.

実用性を考えると、波長範囲が1530〜1565nmあるいは周波数範囲が195.9〜191.6THzであるCバンドと呼ばれる波長帯を動作帯域として、この中で任意の帯域および中心波長を持つ波長多重信号に対して、ひずみなく任意の出力波長に変換する動作を実施できることが重要である。   Considering practicality, a wavelength multiplexed signal having an arbitrary band and a center wavelength in the wavelength band called a C band having a wavelength range of 1530 to 1565 nm or a frequency range of 195.9 to 191.6 THz. On the other hand, it is important to be able to perform an operation of converting to an arbitrary output wavelength without distortion.

しかしながら、これまで報告された全光波長変換器の手法では、入力信号光が単一波長チャネルの場合に限られる等、要求される動作を確実に実施する方法が明らかにされていなかった。   However, the all-optical wavelength converter methods reported so far have not clarified a method for reliably performing the required operation, for example, the input signal light is limited to a single wavelength channel.

本発明では、縮退FWMを二段カスケードする構成の全光波長変換器において、特に一段目変換後に得られる中間信号光に割り当てる波長を明確に規定することで、Cバンド内で任意の帯域を持つ波長多重信号に対して、ひずみなく任意の入出力波長に対する変換動作を実施する方法および波長変換器を提案する。   In the present invention, in the all-optical wavelength converter configured to cascade the degenerate FWM in two stages, in particular, the wavelength allocated to the intermediate signal light obtained after the first stage conversion is clearly defined to have an arbitrary band within the C band. A method and a wavelength converter for performing a conversion operation on an arbitrary input / output wavelength without distortion on a wavelength multiplexed signal are proposed.

(1)所定の周波数範囲を動作帯域とし、前記動作帯域内で任意の波長(搬送光周波数)を持つ入力信号光に対して、前記入力信号光が持つ情報を保持しつつ、光領域で前記入力信号光の波長を前記動作帯域内において任意の出力信号光の波長に変換する波長変換方法であって、
前記入力信号光を前記動作帯域内で利得平坦化設計を施された第1光増幅器により増幅し、
次に当該増幅された前記入力信号光とその波長に応じて当該波長が設定される一段目ポンプ光により第一の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による一段目の波長変換によって前記入力信号光の波長を動作帯域外の中間信号光の波長に変換し、
次に前記中間信号光を第2光増幅器により増幅し、
次に当該増幅された前記中間信号光とその波長に応じて当該波長が設定される二段目ポンプ光により第二の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による二段目の波長変換によって前記中間信号光の波長を前記動作帯域内の前記任意の出力信号光の波長に変換する場合において、
前記入力信号光の最大周波数をf1、最小周波数をf2、信号帯域をB=f1−f2とし、さらに前記中間信号光の最大周波数をf3、最小周波数をf4=f3−Bとし、前記動作帯域の最小周波数を191.2THzより大きい値とし、かつ、前記中間信号光の最大周波数f3を191.2THz以下のある値に固定し、
そして第2光増幅器に前記f3以下の周波数帯で利得平坦化設計を施すことにより、
前記出力信号光の波長をひずみなく出力するように制御したこと、
を特徴とする波長変換方法。
(1) An operation band is a predetermined frequency range, and input signal light having an arbitrary wavelength (carrier optical frequency) within the operation band is held in an optical region while holding information held by the input signal light. A wavelength conversion method for converting a wavelength of an input signal light into a wavelength of an arbitrary output signal light within the operating band,
Amplifying the input signal light by a first optical amplifier having a gain flattening design within the operating band;
Next, the input signal light is converted by the first-stage wavelength conversion by degenerate four-wave mixing generated in the first nonlinear medium by the amplified input signal light and the first-stage pump light whose wavelength is set according to the wavelength. Is converted into an intermediate signal light wavelength outside the operating band,
Next, the intermediate signal light is amplified by a second optical amplifier,
Next, the intermediate signal light by the second-stage wavelength conversion by degenerate four-wave mixing generated in the second nonlinear medium by the amplified intermediate signal light and the second-stage pump light whose wavelength is set according to the wavelength. In the case of converting the wavelength of the signal light into the wavelength of the arbitrary output signal light within the operating band,
The maximum frequency of the input signal light is f1, the minimum frequency is f2, the signal band is B = f1-f2, the maximum frequency of the intermediate signal light is f3, and the minimum frequency is f4 = f3-B. The minimum frequency is set to a value greater than 191.2 THz, and the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is fixed to a value equal to or less than 191.2 THz,
Then, by applying a gain flattening design to the second optical amplifier in the frequency band below f3,
Controlling to output the wavelength of the output signal light without distortion,
A wavelength conversion method characterized by the above.

(2)(1)に記載の波長変換方法であって、
前記入力信号光が波長多重信号であること、
を特徴とする波長変換方法。
(2) The wavelength conversion method according to (1),
The input signal light is a wavelength multiplexed signal;
A wavelength conversion method characterized by the above.

(3)(1)または(2)のいずれかに記載の波長変換方法であって、
前記一段目の波長変換が行われた直後に、前記一段目の波長変換で用いられた前記一段目ポンプ光の周波数の最小値よりも小さなカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタを用いて、前記入力信号光と前記一段目ポンプ光を除去して前記中間信号光のみ通過させること、
を特徴とする波長変換方法。
(3) The wavelength conversion method according to any one of (1) and (2),
Immediately after the first-stage wavelength conversion is performed, using a low-pass filter having a cutoff frequency smaller than the minimum frequency of the first-stage pump light used in the first-stage wavelength conversion, Removing only the intermediate signal light by removing the input signal light and the first-stage pump light;
A wavelength conversion method characterized by the above.

(4)(1)または(3)のいずれかに記載の波長変換方法であって、
前記動作帯域の最小周波数をfminとしたとき、
fmin−f3>2Bを満たすこと、
を特徴とする波長変換方法。
(5)(1)または(4)のいずれかに記載の方法であって、
前記非線形媒体が光ファイバであること、
を特徴とする波長変換方法。
(4) The wavelength conversion method according to any one of (1) and (3),
When the minimum frequency of the operating band is fmin,
satisfy fmin−f3>2B;
A wavelength conversion method characterized by the above.
(5) The method according to any one of (1) and (4),
The nonlinear medium is an optical fiber;
A wavelength conversion method characterized by the above.

(6)第1光増幅器を備えた入力信号光増幅部を入力部とし、順に接続された一段目波長変換部と第2光増幅器を備えた中間信号光増幅部および二段目長変換部からなり、
前記一段目波長変換部および二段目波長変換部にはポンプ光周波数ディザリング用RF信号発生部に接続された一段目ポンプ光発生部および二段目ポンプ光発生部がそれぞれ接続され、
所定の周波数範囲を動作帯域とし、前記動作帯域内で任意の波長(搬送光周波数)を持つ入力信号光に対して、前記入力信号光が持つ情報を保持しつつ、光領域で前記入力信号光の波長を前記動作帯域内において任意の出力信号光の波長に変換する波長変換器であって、
入力信号光増幅部において前記入力信号光を前記動作帯域内で利得平坦化設計を施された第1光増幅器により増幅し、
次に一段目波長変換部において当該増幅された前記入力信号光とその波長に応じて当該波長が設定される一段目ポンプ光により第一の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による一段目の波長変換によって前記入力信号光の波長を動作帯域外の中間信号光の波長に変換し、
次に前記中間信号光増幅部において前記中間信号光を第2光増幅器により増幅し、
次に前記二段目長変換部において当該増幅された前記中間信号光とその波長に応じて当該波長が設定される二段目ポンプ光により第二の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による二段目の波長変換によって前記中間信号光の波長を前記動作帯域内の前記任意の出力信号光の波長に変換する場合において、
前記入力信号光の最大周波数をf1、最小周波数をf2、信号帯域をB=f1−f2とし、さらに前記中間信号光の最大周波数をf3、最小周波数をf4=f3−Bとし、前記動作帯域の最小周波数を191.2THzより大きい値とし、かつ、前記中間信号光の最大周波数f3を191.2THz以下のある値に固定し、
そして第2光増幅器に前記f3以下の周波数帯で利得平坦化設計を施すことにより、
前記出力信号光の波長をひずみなく出力するように制御したこと、
を特徴とする波長変換器。
(6) From the input signal light amplifying unit including the first optical amplifier as the input unit, the first-stage wavelength conversion unit and the intermediate signal light amplification unit including the second optical amplifier and the second-stage length conversion unit connected in order Become
The first-stage wavelength converter and the second-stage wavelength converter are connected to the first-stage pump light generator and the second-stage pump light generator connected to the pump signal frequency dithering RF signal generator, respectively.
The input signal light is held in the optical region while maintaining the information of the input signal light with respect to the input signal light having an arbitrary wavelength (carrier optical frequency) within the operation band as a predetermined frequency range. A wavelength converter that converts the wavelength of the output signal into a wavelength of any output signal light within the operating band,
Amplifying the input signal light by a first optical amplifier having a gain flattening design within the operating band in an input signal light amplifier;
Next, the first-stage wavelength by degenerate four-wave mixing generated in the first nonlinear medium by the amplified input signal light and the first-stage pump light whose wavelength is set according to the wavelength in the first-stage wavelength conversion unit By converting the wavelength of the input signal light into the wavelength of the intermediate signal light outside the operating band,
Next, the intermediate signal light amplification unit amplifies the intermediate signal light by a second optical amplifier,
Next, in the second stage length conversion unit, the amplified intermediate signal light and the second stage pump light whose wavelength is set in accordance with the wavelength of the amplified intermediate signal light are generated by degenerate four-wave mixing generated in the second nonlinear medium. In the case of converting the wavelength of the intermediate signal light into the wavelength of the arbitrary output signal light within the operating band by wavelength conversion of the stage,
The maximum frequency of the input signal light is f1, the minimum frequency is f2, the signal band is B = f1-f2, the maximum frequency of the intermediate signal light is f3, and the minimum frequency is f4 = f3-B. The minimum frequency is set to a value greater than 191.2 THz, and the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is fixed to a value equal to or less than 191.2 THz,
Then, by applying a gain flattening design to the second optical amplifier in the frequency band below f3,
Controlling to output the wavelength of the output signal light without distortion,
A wavelength converter characterized by.

(7)(1)に記載の波長変換器であって、
前記入力信号光が波長多重信号であること
を特徴とする波長変換器。
(8)(6)または(7)のいずれかに記載の波長変換器であって、
前記中間信号光増幅部において前記一段目ポンプ光の周波数の最小値よりも小さなカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタを用いて、前記入力信号光と前記一段目ポンプ光を除去して前記中間信号光のみ通過させること、
を特徴とする波長変換器。
(9)(6)または(8)のいずれかに記載の波長変換器であって、
前記動作帯域の最小周波数をfminとしたとき、
fmin−f3>2Bを満たすこと、
を特徴とする波長変換器。
(10)(6)または(9)のいずれかに記載の波長変換器であって、
前記非線形媒体が光ファイバであること、
を特徴とする波長変換器。
(7) The wavelength converter according to (1),
The wavelength converter, wherein the input signal light is a wavelength multiplexed signal.
(8) The wavelength converter according to any one of (6) and (7),
Using the low-pass filter having a cut-off frequency smaller than the minimum frequency of the first stage pump light in the intermediate signal light amplification unit, the input signal light and the first stage pump light are removed to remove the intermediate signal Allowing only light to pass through,
A wavelength converter characterized by.
(9) The wavelength converter according to any one of (6) and (8),
When the minimum frequency of the operating band is fmin,
satisfy fmin−f3>2B;
A wavelength converter characterized by.
(10) The wavelength converter according to any one of (6) and (9),
The nonlinear medium is an optical fiber;
A wavelength converter characterized by.

C−band内で任意の帯域を持つ波長多重信号に対して、任意の入出力波長に対応する全光波長変換動作をひずみなく実施することが可能となる。   An all-optical wavelength conversion operation corresponding to an arbitrary input / output wavelength can be performed without distortion on a wavelength multiplexed signal having an arbitrary band in the C-band.

波長変換器16の内部構成を表す図である。2 is a diagram illustrating an internal configuration of a wavelength converter 16. FIG. 偏波ダイバーシティモジュール12の構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration of a polarization diversity module 12. FIG. 波長変換時の信号光、ポンプ光、そして中間信号光のスペクトルを周波数軸上で示した図である。It is the figure which showed on the frequency axis the spectrum of the signal light at the time of wavelength conversion, pump light, and intermediate | middle signal light. 本発明を表す図4(a)、図4(b)、図4(c)は、信号光の周波数がそれぞれ一般的な条件、最も低周波側および高周波側に設定された場合に対応し、動作帯域としてfmax=195.9THz,fmin=191.6THz,f3=191.2THzとおいたときの、帯域がBである信号光に対する波長変換時のスペクトルを周波数軸上で示したものである。図4(d)は本発明の比較例として、中間信号光の最大周波数f3がCバンド帯の191.6THzに設定された場合に、帯域がBである信号光に対する波長変換時のスペクトルを周波数軸上で示したものである。4 (a), 4 (b), and 4 (c) representing the present invention correspond to the case where the frequency of the signal light is set to the general condition, the lowest frequency side and the highest frequency side, respectively. The spectrum at the time of wavelength conversion with respect to the signal light whose band is B when fmax = 195.9 THz, fmin = 191.6 THz, and f3 = 191.2 THz as operating bands is shown on the frequency axis. FIG. 4D shows, as a comparative example of the present invention, the spectrum at the time of wavelength conversion for the signal light whose band is B when the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is set to 191.6 THz in the C band. This is shown on the axis. 帯域BのWDM信号を入力光として、単一ポンプ光による波長変換の様子を周波数軸上で示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the mode of the wavelength conversion by a single pump light on the frequency axis by using the WDM signal of the zone | band B as input light. 実験で用いる各種の周波数設定を示す図である。It is a figure which shows the various frequency settings used in experiment. (a)HPF、(b)LPF1およびLPF2の伝達関数を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the transfer function of (a) HPF and (b) LPF1 and LPF2. 8チャネルWDM信号を波長変換器に入力し、波長が変換された出力信号光の品質を評価する実験を行うための実験系26を示す図である。It is a figure which shows the experimental system 26 for performing the experiment which inputs the 8-channel WDM signal into a wavelength converter, and evaluates the quality of the output signal light in which the wavelength was converted. Case1,2,3それぞれの場合について、入力信号光としての8チャネルWDM信号の光スペクトルを測定して重ね描きした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured and overdrawing the optical spectrum of the 8-channel WDM signal as input signal light about Case 1,2,3 each. 波長変換器内の一段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the optical spectrum output from the polarization diversity module of the 1st step | paragraph wavelength conversion part in a wavelength converter. 入力信号光の周波数配置がCase1であって、出力信号光の周波数配置がCase1,2,3であるときの、二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す図である。When the frequency arrangement of the input signal light is Case 1 and the frequency arrangement of the output signal light is Case 1, 2, 3, the measurement result of the optical spectrum output from the polarization diversity module of the second-stage wavelength converter is shown. FIG. 入力信号光の周波数配置がCase2であって、出力信号光の周波数配置がCase1,2,3であるときの、二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す図である。The measurement result of the optical spectrum output from the polarization diversity module of the second-stage wavelength converter when the frequency arrangement of the input signal light is Case 2 and the frequency arrangement of the output signal light is Case 1, 2, 3 FIG. 入力信号光の周波数配置がCase3であって、出力信号光の周波数配置がCase1,2,3であるときの、二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す図である。The measurement result of the optical spectrum output from the polarization diversity module of the second-stage wavelength converter when the frequency arrangement of the input signal light is Case 3 and the frequency arrangement of the output signal light is Case 1, 2, 3 FIG. 入出力信号光の周波数配置がそれぞれCase1,2,3のいずれかであるときの、8チャネルWDM信号のうちの3チャネル分のQ値を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the Q value for 3 channels of 8 channel WDM signals when the frequency arrangement | positioning of input-output signal light is either Case 1, 2 or 3, respectively. 入出力信号光の周波数配置がともにCase2のとき、周波数が193.5THzであるチャネルについて、受信OSNRを変化させたときのQ値およびビット誤り率(BER)を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured Q value and bit error rate (BER) when receiving OSNR is changed about the channel whose frequency is 193.5 THz when the frequency arrangement | positioning of input-output signal light is Case2.

まず本発明を実施するための波長変換器の基本構成を説明する(非特許文献3)。
図1は波長変換器の内部構成を表す図である。
First, a basic configuration of a wavelength converter for carrying out the present invention will be described (Non-Patent Document 3).
FIG. 1 is a diagram illustrating the internal configuration of the wavelength converter.

入力される信号光は、ある動作帯域内に中心波長(搬送光周波数)を持っていて、これが波長変換器に入力されると、入力信号光増幅部19、一段目波長変換部20、中間信号光増幅部21、二段目波長変換部22を経て、その中心波長(搬送光周波数)が動作帯域内の任意の値に変換されて出力される。   The input signal light has a center wavelength (carrier optical frequency) within a certain operating band, and when this is input to the wavelength converter, the input signal light amplifying unit 19, the first-stage wavelength converting unit 20, the intermediate signal Through the optical amplifying unit 21 and the second-stage wavelength converting unit 22, the center wavelength (carrier optical frequency) is converted into an arbitrary value within the operation band and output.

入力信号光増幅部および中間信号光増幅部は、光増幅器と光学フィルタからなる。
図1には記載されていないが、二段目波長変換部の後に出力信号光増幅部として、やはり光増幅器と光学フィルタを備えていてもよい。
一方で、入力信号光が必要十分な光パワーを持っている場合、波長変換器は入力信号光増幅部を備えていなくともよく、入力信号光が一段目波長変換部に直接入力される構成であってもよい。
The input signal light amplifier and the intermediate signal light amplifier are composed of an optical amplifier and an optical filter.
Although not shown in FIG. 1, an optical amplifier and an optical filter may also be provided as an output signal light amplification unit after the second-stage wavelength conversion unit.
On the other hand, when the input signal light has a necessary and sufficient optical power, the wavelength converter does not have to include the input signal light amplification unit, and the input signal light is directly input to the first-stage wavelength conversion unit. There may be.

一段目および二段目の波長変換部は、偏波ダイバーシティモジュール12とそれに接続された偏波保持高非線形ファイバ11(PM−HNLF)、そして光学フィルタ4からなり、各段の偏波ダイバーシティモジュールには、それぞれ一段目および二段目ポンプ光発生部によって発生された、波長可変かつハイパワーの連続光がポンプ光として入力される。   The first-stage and second-stage wavelength conversion units include a polarization diversity module 12, a polarization-maintaining highly nonlinear fiber 11 (PM-HNLF) connected thereto, and an optical filter 4. Is a wavelength-variable and high-power continuous light generated by the first-stage and second-stage pump light generators, respectively, as pump light.

各段のPM−HNLF内では単一ポンプ光による縮退FWMが発生し、一段目の波長変換によって入力信号光が動作帯域外のある波長を持つ中間信号光として変換され、次に二段目の波長変換によって中間信号光が動作帯域内のある波長を持つ出力信号光に変換される。   In each stage of PM-HNLF, a degenerate FWM is generated by a single pump light, and the input signal light is converted as an intermediate signal light having a wavelength outside the operation band by the wavelength conversion of the first stage, and then the second stage. The intermediate signal light is converted into output signal light having a certain wavelength within the operating band by wavelength conversion.

一段目および二段目波長変換部に供給されるポンプ光の波長を適切な値に変更することで、動作帯域内で任意の入出力波長の組み合わせに対応した可変波長変換動作が可能となる。
なお図1では、FWMを発生させるための非線形媒体として偏波保持特性および高非線形性を持ち、材料として石英ガラスをベースとする光ファイバの利用を考えているが、非線形媒体としてはシリコンや窒化シリコンを材料とする導波路型デバイス、あるいはカルコゲナイドガラスを用いた光ファイバや導波路型デバイス、もしくは半導体光増幅器(SOA)なども利用可能である。この中で、現状では前記のPM−HNLFが偏波保持特性、累積非線形効果、挿入損失、他の光ファイバとの接続性等の観点から、最良の非線形媒体である。
By changing the wavelength of the pump light supplied to the first-stage and second-stage wavelength converters to an appropriate value, a variable wavelength conversion operation corresponding to any combination of input and output wavelengths can be performed within the operation band.
In FIG. 1, the use of an optical fiber having polarization maintaining characteristics and high nonlinearity as a nonlinear medium for generating FWM and based on quartz glass as a material is considered. A waveguide device made of silicon, an optical fiber using chalcogenide glass, a waveguide device, or a semiconductor optical amplifier (SOA) can also be used. Among these, at present, the PM-HNLF is the best nonlinear medium from the viewpoint of polarization maintaining characteristics, cumulative nonlinear effect, insertion loss, connectivity with other optical fibers, and the like.

図2に構成を示す偏波ダイバーシティモジュール12を用いることで、FWMの動作が入力信号光の偏波面(偏光面)に依存しない、偏波無依存波長変換動作が可能である。   By using the polarization diversity module 12 having the configuration shown in FIG. 2, a polarization-independent wavelength conversion operation in which the operation of the FWM does not depend on the polarization plane (polarization plane) of the input signal light is possible.

さらに、各段の波長変換プロセスにおいては、ハイパワーポンプ光によって光ファイバ中に引き起こされる誘導ブリルアン散乱(SBS)を抑圧するため、ポンプ光の波長(周波数)が位相変調されており(これをディザリングと呼ぶ)、そのために各段のポンプ光発生部23,24では光位相変調器7が用いられ、これにポンプ光周波数ディザリング用RF信号発生部25において発生させた周波数が300MHz程度のRF信号が印加される。   Furthermore, in the wavelength conversion process at each stage, the wavelength (frequency) of the pump light is phase-modulated to suppress stimulated Brillouin scattering (SBS) caused in the optical fiber by the high-power pump light (this is dithered). For this purpose, the optical phase modulator 7 is used in the pump light generation units 23 and 24 of each stage, and the frequency generated by the RF signal generation unit 25 for pump optical frequency dithering is an RF having a frequency of about 300 MHz. A signal is applied.

このとき、RF信号を二分岐してそれぞれの強度差と相対位相を調整し、一段目と二段目のポンプ光に対する位相変調を同期させることで、FWMを通じて出力信号光に付加される位相変調の効果をキャンセルする「カウンターディザー」が可能となる。   At this time, the RF signal is bifurcated, the intensity difference and relative phase of each are adjusted, and the phase modulation for the first-stage and second-stage pump lights is synchronized, so that the phase modulation added to the output signal light through the FWM "Counter dither" that cancels the effect of can be enabled.

本発明の目的は、さらに、C−band内で任意の中心波長を持つWDM信号に対して、周波数(波長)軸での波形ひずみを発生させることなく、任意の入出力波長条件に対応する変換動作を実施することであり、そのために必要な各種の周波数の設定について以下に述べる。   It is another object of the present invention to convert a WDM signal having an arbitrary center wavelength within a C-band to meet any input / output wavelength condition without generating waveform distortion on the frequency (wavelength) axis. The operation is performed, and various frequency settings necessary for this purpose will be described below.

図3は、波長変換時の信号光、ポンプ光、そして中間信号光のスペクトルを周波数軸上で示したものである。   FIG. 3 shows on the frequency axis the spectrum of signal light, pump light, and intermediate signal light during wavelength conversion.

動作帯域をfmax>=f>=fminとし、例えばfmax=195.9THz(1530.334nm)、fmin=191.2THz(1567.952nm)とおくと、動作帯域がCバンド帯をカバーすることになる。   When the operation band is set to fmax> = f> = fmin, for example, fmax = 195.9 THz (153.334 nm) and fmin = 191.2 THz (1567.952 nm), the operation band covers the C band. .

この動作帯域の中に、帯域がBのWDM信号が存在し、WDM信号の最大および最小周波数をそれぞれf1およびf2とすると、B=f1−f2である。   Among these operating bands, there is a WDM signal having a band B, and assuming that the maximum and minimum frequencies of the WDM signal are f1 and f2, respectively, B = f1-f2.

一方、中間信号光の最大および最小周波数をそれぞれf3およびf4とすると、B=f3−f4である。このとき、ポンプ光の周波数はfp=(f2+f3)/2でなければならない。   On the other hand, if the maximum and minimum frequencies of the intermediate signal light are f3 and f4, respectively, B = f3-f4. At this time, the frequency of the pump light must be fp = (f2 + f3) / 2.

なお、この図に示した波長変換の状況は、一段目および二段目の波長変換部双方で見られるものであり、一段目の波長変換を考える場合、周波数がf1>=f>=f2の信号光は入力信号光を意味し、これがf3>=f>=f4の中間信号光に変換される。   Note that the wavelength conversion situation shown in this figure is seen in both the first-stage and second-stage wavelength conversion sections. When considering the first-stage wavelength conversion, the frequency is f1> = f> = f2. The signal light means input signal light, which is converted into intermediate signal light of f3> = f> = f4.

また、二段目を考える場合、信号光は出力信号光を意味し、中間信号光から出力信号光へと変換されることになる。
また、ここで考える波長変換は縮退FWMによるものであるので、波長変換前後で周波数f1の信号光とf4の中間信号光が対応し、さらにf2の信号光とf3の中間信号光が対応していて、波長変換前後で対応する信号光どうしは位相共役の関係にある。
When the second stage is considered, the signal light means output signal light, and is converted from intermediate signal light to output signal light.
Since the wavelength conversion considered here is based on degenerate FWM, the signal light of frequency f1 and the intermediate signal light of f4 correspond before and after wavelength conversion, and the signal light of f2 and the intermediate signal light of f3 correspond. Thus, the corresponding signal lights before and after wavelength conversion are in a phase conjugate relationship.

ところで、従来知られている波長変換方式においては、中間信号光の周波数f3およびf4に対する制限は存在せず、中間信号光がCバンド内に存在することもあった。
この場合、入力信号光が単一チャネルであるなら、中間信号光の周波数を柔軟に設定することで、動作に支障はきたさない。
By the way, in the conventionally known wavelength conversion method, there is no restriction on the frequencies f3 and f4 of the intermediate signal light, and the intermediate signal light may exist in the C band.
In this case, if the input signal light is a single channel, the frequency of the intermediate signal light is set flexibly so that the operation is not hindered.

ところが、有限の帯域Bを持つWDM信号の入力に対しては、入力信号光の中心周波数や帯域幅の条件によって、中間信号光の周波数帯がCバンドのみならず、周波数がf<191.6THzであるLバンド帯に及ぶ場合が生じる。   However, for the input of a WDM signal having a finite band B, the frequency band of the intermediate signal light is not limited to the C band and the frequency is f <191.6 THz, depending on the center frequency and bandwidth conditions of the input signal light. In some cases, the L band band is reached.

CおよびLバンドにまたがるWDM信号を平坦な利得で増幅する装置は容易に入手可能ではないため、波長変換後の増幅動作に問題が生じる。
そこで本発明では、中間信号光の最大周波数f3をLバンド内の例えばf3=191.2THz (1567.952nm)に固定し、f4=f3−Bと設定することにより、問題を解決する。
Since an apparatus for amplifying a WDM signal extending over the C and L bands with a flat gain is not readily available, a problem arises in the amplification operation after wavelength conversion.
Therefore, the present invention solves the problem by fixing the maximum frequency f3 of the intermediate signal light to, for example, f3 = 191.2 THz (1567.952 nm) in the L band and setting f4 = f3-B.

図4(a)〜図4(c)は、fmax=195.9THz,fmin=191.6THz,f3=191.2THzとおいたときの、帯域がB[THz]である信号光に対する波長変換動作時のスペクトルを周波数軸上で示したものである。   4 (a) to 4 (c) show the wavelength conversion operation for the signal light whose band is B [THz] when fmax = 195.9 THz, fmin = 191.6 THz, and f3 = 191.2 THz. Is shown on the frequency axis.

図4(a)は信号光の周波数設定に関して一般的な条件に対応する図であり、図4(b)および(c)は、信号光の周波数がそれぞれ最も低周波側および高周波側に設定された場合に対応する。
いずれの場合も、中間信号光の最大周波数f3は191.2THzに固定されている。
このとき、ポンプ光の周波数fpは、信号光の最小周波数f2によって決定され、fp=(f2+f3)/2=(f2+191.2)/2[THz]と与えられる。
FIG. 4A is a diagram corresponding to a general condition regarding the frequency setting of the signal light. FIGS. 4B and 4C show that the frequency of the signal light is set to the lowest frequency side and the high frequency side, respectively. Corresponds to the case.
In either case, the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is fixed at 191.2 THz.
At this time, the frequency fp of the pump light is determined by the minimum frequency f2 of the signal light, and is given as fp = (f2 + f3) / 2 = (f2 + 191.2) / 2 [THz].

図4(b)のとき、すなわち信号光の最小周波数f2が動作帯域の最小周波数fmin=191.6THzに一致するとき、ポンプ光周波数が最小値fp=(191.6+191.2)/2=191.4THzとなる。   In the case of FIG. 4B, that is, when the minimum frequency f2 of the signal light matches the minimum frequency fmin = 191.6 THz of the operating band, the pump light frequency is the minimum value fp = (191.6 + 191.2) / 2 = 191. .4 THz.

一方、図4(c)の場合でB=0すなわち周波数が195.9THzで単一チャネルの信号光に対しては、ポンプ光周波数が最大値fp=(195.9+191.2)/2=193.55 THzをとる。   On the other hand, in the case of FIG. 4C, for a single channel signal light with B = 0, that is, a frequency of 195.9 THz, the pump light frequency is the maximum value fp = (195.9 + 191.2) / 2 = 193. Takes .55 THz.

ここで重要な点は、入出力信号光は常にCバンド帯に、そして中間信号光は常にf<191.2THzであるLバンド帯に存在することから、図1のEDFA1およびEDFA2として、それぞれCおよびLバンド用に利得平坦化設計を施された光増幅器を用いることにより、波長変換動作時に各チャネルに対して平坦な利得でWDM信号を増幅することができ、任意の帯域を持つWDM信号に対して、周波数軸でひずみのない、任意の入出力波長に対する波長変換動作が初めて可能となるのである。
これに対して、波長多重信号に対して周波数軸で平坦でない波長変換動作がなされ、周波数軸上で波長多重信号全体の波形にひずみが生じる場合、波長多重信号の一部のチャネルの信号パワーが小さくなり、そのチャネルの信号対雑音比が劣化することで、時間軸での波形も雑音に埋もれて大きなひずみを持つことになる。
なお中間信号光の最大周波数f3の値は191.2THzである必要はなく、191.2THz以下の値でLバンド帯に存在していればよい。
The important point here is that the input / output signal light is always present in the C band and the intermediate signal light is always present in the L band where f <191.2 THz. Therefore, as EDFA1 and EDFA2 in FIG. In addition, by using an optical amplifier with a gain flattening design for the L band, it is possible to amplify a WDM signal with a flat gain for each channel during wavelength conversion operation. On the other hand, wavelength conversion operation for any input / output wavelength without distortion on the frequency axis is possible for the first time.
On the other hand, when wavelength conversion operation that is not flat on the frequency axis is performed on the wavelength multiplexed signal and the waveform of the entire wavelength multiplexed signal is distorted on the frequency axis, the signal power of some channels of the wavelength multiplexed signal is reduced. As the signal becomes smaller and the signal-to-noise ratio of the channel deteriorates, the waveform on the time axis is buried in noise and has a large distortion.
Note that the value of the maximum frequency f3 of the intermediate signal light does not need to be 191.2 THz, and may be a value of 191.2 THz or less in the L band.

また前記光増幅器として必ずしも利得平坦化設計がなされていなくても、CおよびLバンド用に設計され、利得が一定の平坦度を持つ光増幅器を用いることで、周波数軸上でのひずみが許容される範囲内で、WDM信号に対しての波長変換動作を行うことは可能である。   Moreover, even if the gain flattening design is not necessarily made as the optical amplifier, distortion on the frequency axis is allowed by using an optical amplifier designed for C and L bands and having a flatness with a constant gain. It is possible to perform the wavelength conversion operation on the WDM signal within the range.

さらに本発明の方法は、WDM信号ではなく例えば単一チャネルながら帯域が数nm以上の超高帯域信号に対しても有効に動作する。   Furthermore, the method of the present invention operates effectively not for a WDM signal but also for an ultra-high band signal having a band of several nanometers or more although it is a single channel.

一段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュール出力時に、中間信号光のみを抽出し、入力信号光とポンプ光を除去する必要があるが、図4(a)〜図4(c)の場合には中間信号光の最大周波数が191.2THzで、ポンプ光の最小周波数が191.4THzであるから、カットオフ周波数が191.3THz程度で伝達関数が固定のローパスフィルタ(LPF;図1ではLPF1として記載している、低域通過フィルタ)を用いれば、入力信号光の周波数配置およびポンプ光周波数に関する任意の条件に対して、入力信号光とポンプ光を除去するという目的を達成することができる。   When outputting the polarization diversity module of the first-stage wavelength converter, it is necessary to extract only the intermediate signal light and to remove the input signal light and the pump light. In the case of FIGS. 4 (a) to 4 (c) Since the maximum frequency of the intermediate signal light is 191.2 THz and the minimum frequency of the pump light is 191.4 THz, the cut-off frequency is about 191.3 THz and the transfer function is fixed (LPF; described as LPF1 in FIG. 1). If the low-pass filter is used, the purpose of removing the input signal light and the pump light can be achieved with respect to an arbitrary condition regarding the frequency arrangement of the input signal light and the pump light frequency.

そのようなLPFは、誘電体多層膜を用いて比較的安価に製造することができて容易に入手が可能であり、しかも高パワーの入力光に対して耐性があるので、いま考えている用途において大変有用である。   Such an LPF can be manufactured relatively inexpensively using a dielectric multilayer film, is readily available, and is resistant to high-power input light. Is very useful.

なお二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュール出力時には、ポンプ光がCバンド帯に存在することがある(例えば図4(c)の場合)ため、例えばカットオフ周波数が191.3THz程度で伝達関数が固定されているハイパスフィルタ2(HPF、高域通過フィルタ)で中間信号光とポンプ光を除去したうえで出力信号光のみを抽出することはできず、中心波長の可変動作ができるHPFもしくは帯域通過フィルタ4(BPF)を用いる必要がある。   At the time of output of the polarization diversity module of the second-stage wavelength conversion unit, the pump light may exist in the C band (for example, in the case of FIG. 4C), so that it is transmitted with a cut-off frequency of about 191.3 THz, for example. It is not possible to extract only the output signal light after removing the intermediate signal light and the pump light by the high-pass filter 2 (HPF, high-pass filter) having a fixed function. It is necessary to use a band pass filter 4 (BPF).

ところで、光ファイバ中のFWMを用いてWDM信号の波長変換を行う際、動作原理として利用したい縮退FWMだけではなく、同時に非縮退FWMも発生し、その結果出力光として望ましからぬ周波数成分まで発生することになる。   By the way, when performing wavelength conversion of a WDM signal using an FWM in an optical fiber, not only a degenerate FWM that is desired to be used as an operation principle but also a non-degenerate FWM is generated at the same time, and as a result, an undesired frequency component is output as output light Will occur.

図5は帯域BのWDM信号を入力光として、単一ポンプ光による波長変換の様子を周波数軸上で示した模式図である。
ただし図5では簡単な一例として、4チャネルWDM信号に相当する入力光をa,b,c,dで示した四本の線スペクトルとして考えている。
FIG. 5 is a schematic diagram on the frequency axis showing a state of wavelength conversion by a single pump light using a WDM signal in band B as input light.
However, in FIG. 5, as a simple example, input light corresponding to a 4-channel WDM signal is considered as four line spectra indicated by a, b, c, and d.

縮退FWMの結果として、波長変換された信号光がd,c,b,aとして得られるが(ここでアスタリスク「*」は、元の信号光の位相共役光が発生したことを表す)、同時に非縮退FWMによって、ポンプ光周波数fpを中心としてfp±Bの帯域内に非縮退FWM成分が発生する。
例えば、入力信号光a,dおよびポンプ光pの電場複素振幅をそれぞれE,E,Eとおくとき、(E )や(E )で表される成分などが非縮退FWMによるものである。
As a result of the degenerate FWM, wavelength-converted signal light is obtained as d * , c * , b * , a * (where the asterisk “*” indicates that the phase conjugate light of the original signal light has been generated. At the same time, the non-degenerate FWM generates a non-degenerate FWM component in the band of fp ± B around the pump optical frequency fp.
For example, when the electric field complex amplitudes of the input signal lights a and d and the pump light p are set to E a , E d and E p , respectively, (E p E a E d * ) and (E p E d E a * ) The represented component is due to non-degenerate FWM.

信号光が存在している周波数帯域と、非縮退FWM成分が発生する帯域fp±Bが重なっていると、波長変換によって発生した中間信号光もしくは出力信号光が非縮退FWM成分と干渉してひずみを発生し、信号品質が著しく低下することになる。   If the frequency band where the signal light exists overlaps the band fp ± B where the non-degenerate FWM component is generated, the intermediate signal light or output signal light generated by wavelength conversion interferes with the non-degenerate FWM component and is distorted. And the signal quality is significantly degraded.

これを避けるためには、周波数軸上でポンプ光周波数に最も近い信号光チャネルが、ポンプ光に対して、WDM信号の帯域Bより大きい周波数差で離れていればよい。
図3の場合で言えば、f2−fp=fp−f3>Bが常に満たされるよう、各種周波数の値を設定すればよい。
すなわち、中間信号光の最大周波数f3と動作帯域の最小周波数fminが、fmin−f3>2Bの関係を満たしていればよい。
In order to avoid this, the signal light channel closest to the pump light frequency on the frequency axis may be separated from the pump light by a frequency difference larger than the band B of the WDM signal.
In the case of FIG. 3, values of various frequencies may be set so that f2−fp = fp−f3> B is always satisfied.
That is, it is only necessary that the maximum frequency f3 of the intermediate signal light and the minimum frequency fmin of the operation band satisfy the relationship of fmin−f3> 2B.

以上に示した構成を用いることで、Cバンド内で任意の帯域を持つWDM信号に対して、入出力波長を任意に設定した波長変換動作を、周波数軸上でひずみなく実施することができるようになる。   By using the configuration described above, a wavelength conversion operation in which an input / output wavelength is arbitrarily set can be performed without distortion on the frequency axis for a WDM signal having an arbitrary band within the C band. become.

なお本発明の比較例として、中間信号光の最大周波数f3をLバンドではなく、Cバンド内の191.6THzに設定して、有限の帯域Bを持つWDM信号を入力した場合を図4(d)に示すと、信号光とポンプ光および中間信号光を周波数軸上ですき間なく近づけることはできないため、信号光の周波数として191.6THz付近を用いることができず、入出力波長をCバンド内で任意に設定することが不可能なことがわかる。
特に、上述した条件、f2−fp=fp−f3>Bを満たすように各種周波数を設定する場合には、図4(d)に明らかなように、信号光の最小周波数f2を191.6+2B[THz]以上の値に設定する必要が生じるため、Cバンド内で信号光の取り得る波長帯に大きな制限を生じることになる。
As a comparative example of the present invention, the case where the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is set to 191.6 THz in the C band instead of the L band and a WDM signal having a finite band B is input is shown in FIG. ), The signal light, the pump light, and the intermediate signal light cannot be made close to each other on the frequency axis, so that the frequency of the signal light cannot be in the vicinity of 191.6 THz, and the input / output wavelength is within the C band. It turns out that it is impossible to set arbitrarily.
In particular, when various frequencies are set so as to satisfy the above-described condition, f2−fp = fp−f3> B, as shown in FIG. 4D, the minimum frequency f2 of the signal light is set to 191.6 + 2B [ Since it is necessary to set a value equal to or higher than [THz], the wavelength band that can be taken by the signal light within the C band is greatly limited.

以下では、具体的な実験結果をもとに、本発明の有効性について述べる。
図6に実験で用いる各種の周波数設定を示す。
動作帯域をfmax=196THz(1529.553nm)およびfmin=192.1THz(1560.606nm)とおき、入力するWDM信号の帯域をB=1THz、中間信号光の最大周波数をf3=189.8THz(1579.518nm)と固定する。
このとき、中間信号光の最小周波数は自動的にf4=188.8THzと決定される。
Hereinafter, the effectiveness of the present invention will be described based on specific experimental results.
FIG. 6 shows various frequency settings used in the experiment.
The operating band is set to fmax = 196 THz (1529.553 nm) and fmin = 192.1 THz (156.606 nm), the band of the input WDM signal is B = 1 THz, and the maximum frequency of the intermediate signal light is f3 = 189.8 THz (1579). .518 nm).
At this time, the minimum frequency of the intermediate signal light is automatically determined as f4 = 188.8 THz.

入出力信号光の周波数配置として三つのパターンを考えることにし、Case1として周波数が196,195.8,195.6,195.45,195.4,195.35,195.2,195THz、Case2として194.5,194.3,194.1,193.95,193.9,193.85,193.7,193.5THz、そしてCase3として193.1,192.9,192.7,192.55,192.5,192.45,192.3,192.1THzという不等間隔に配置された8チャネルのWDM信号を考える。   Three patterns are considered as the frequency arrangement of the input / output signal light. The frequency is 196, 195.8, 195.6, 195.45, 195.4, 195.35, 195.2, 195 THz and Case 2 as Case 1. 194.5, 194.3, 194.1, 193.95, 193.9, 193.85, 193.7, 193.5 THz, and Case 3 as 193.1, 192.9, 192.7, 192.55 , 192.5, 192.45, 192.3, and 192.1 THz, which are 8-channel WDM signals arranged at unequal intervals.

入力信号光の周波数配置としてCase1,2,3のいずれかを用い、どの場合でも一段目の波長変換部で中間信号光へと変換し、さらに二段目の波長変換部では中間信号光をCase1,2,3いずれかの出力信号光に変換して出力する。   Either Case 1, 2 or 3 is used as the frequency arrangement of the input signal light. In any case, the first wavelength conversion unit converts the signal light into intermediate signal light, and the second wavelength conversion unit converts the intermediate signal light into Case 1. , 2 and 3 are converted into output signal light and output.

結局、入出力信号光の周波数の配置に関して、合計9通りの波長変換実験を実施する。
なお一段目あるいは二段目の波長変換部双方において、入力あるいは出力信号光の周波数配置がCase1,2,3の場合、ポンプ光周波数はそれぞれfp=192.4,191.65,190.95THzである。
Eventually, a total of nine wavelength conversion experiments are carried out regarding the frequency arrangement of the input / output signal light.
In both the first-stage and second-stage wavelength conversion units, when the frequency arrangement of the input or output signal light is Case 1, 2, 3, the pump light frequency is fp = 192.4, 191.65, 190.95 THz, respectively. is there.

また、入出力信号光が同じ周波数配置である場合も、一段目の波長変換部で中間信号光に変換し、二段目の波長変換部でもとの周波数配置に再変換するという操作を実施する。   Also, when the input / output signal light has the same frequency arrangement, the first wavelength conversion unit converts the signal light into intermediate signal light, and the second stage wavelength conversion unit reconverts it to the original frequency arrangement. .

実際に構築した波長変換器の構成は図1の通りである。
入力信号光増幅部は、Cバンド帯で利得平坦化設計を施され、最大出力が17dBmである光増幅器EDFA1と、カットオフ周波数が190.95THz(1570.005nm)でCバンド帯の高周波成分(短波長成分)のみを通過させるHPFからなる。
The configuration of the wavelength converter actually constructed is as shown in FIG.
The input signal optical amplifying unit is designed to flatten the gain in the C band, the optical amplifier EDFA1 having a maximum output of 17 dBm, the high frequency component of the C band with a cutoff frequency of 190.95 THz (1570.005 nm) ( It consists of HPF that allows only short wavelength components) to pass through.

図7(a)にHPFの伝達関数測定結果を示す。
このHPFを用いることで、中間信号光が位置するLバンド帯の雑音成分を除去することができて、一段目の波長変換後に中間信号光が生成される際、良好な信号品質が期待できる。
FIG. 7A shows HPF transfer function measurement results.
By using this HPF, the noise component in the L band where the intermediate signal light is located can be removed, and good signal quality can be expected when the intermediate signal light is generated after the first wavelength conversion.

一段目波長変換部は、図2に構成を示した偏波ダイバーシティモジュールと、それに接続された長さが100mで非線形定数が約10W-1km-1のPM−HNLF、そしてカットオフ周波数が190.3THz(1575.368nm)で低周波成分(長波長成分)のみを通過させるローパスフィルタ(LPF1)からなる。The first-stage wavelength conversion unit includes a polarization diversity module whose configuration is shown in FIG. 2, a PM-HNLF having a length of 100 m and a nonlinear constant of about 10 W −1 km −1 connected thereto, and a cutoff frequency of 190 It consists of a low-pass filter (LPF1) that passes only a low frequency component (long wavelength component) at .3 THz (1575.368 nm).

図7(b)にLPF1の伝達関数測定結果を示すが、これを用いることにより、Case 1,2,3いずれの周波数条件においても、一段目波長変換部出力における入力信号光および残留ポンプ光を常に除去し、中間信号光のみを出力させることが可能である。   FIG. 7 (b) shows the LPF1 transfer function measurement result. By using this, the input signal light and the residual pump light at the output of the first-stage wavelength conversion unit can be obtained under any of the frequency conditions of Case 1, 2, 3 It is possible to always remove and output only intermediate signal light.

一段目波長変換部内の偏波ダイバーシティモジュールには、一段目ポンプ光発生部で発生および増幅されたポンプ光が入力される。
一段目ポンプ光発生部では、狭線幅波長可変光源5(TLS)で発生されたある周波数(ポンプ光周波数である、fp=192,4,191.65,190.95THzのいずれか)の連続光が、光位相変調器7(P Mod.)によって位相変調される。
Pump light generated and amplified by the first-stage pump light generator is input to the polarization diversity module in the first-stage wavelength converter.
In the first-stage pump light generation unit, a certain frequency (one of the pump light frequencies, fp = 192, 4, 191.65, 190.95 THz) generated by the narrow line width variable wavelength light source 5 (TLS). The light is phase-modulated by the optical phase modulator 7 (P Mod.).

光位相変調器には、ポンプ光周波数ディザリング用RF信号発生部の発振器1(OSC)で発生された周波数300MHzのRF信号が二分岐されたうちの一方が、位相シフタ8(PS)、RF増幅器、そしてカットオフ周波数が400MHzであるRF用ローパスフィルタ(LPF)を経て印加されている。   The optical phase modulator includes a phase shifter 8 (PS), an RF signal generated by the oscillator 1 (OSC) of the RF signal generator for pump optical frequency dithering, which is bifurcated. It is applied through an amplifier and an RF low pass filter (LPF) having a cutoff frequency of 400 MHz.

ポンプ光の位相変調によって、PM−HNLFにおける誘導ブリルアン散乱(SBS)を抑圧する効果がある。なお発振器1より出力されるRFの周波数は300MHzである必要はなく、300〜400MHz程度の任意の値を用いてもよい。   There is an effect of suppressing stimulated Brillouin scattering (SBS) in PM-HNLF by phase modulation of pump light. The frequency of the RF output from the oscillator 1 does not need to be 300 MHz, and an arbitrary value of about 300 to 400 MHz may be used.

光位相変調器より出力された連続光は、光増幅器によって光パワーが2Wまで増幅され、その際発生した自然放出光14(ASE)雑音がBPFによって除去された後、ポラライザ6(Pol.)を経て、ポンプ光として偏波ダイバーシティモジュールに入力される。   The continuous light output from the optical phase modulator is amplified to an optical power of 2 W by an optical amplifier, and spontaneous emission light 14 (ASE) noise generated at that time is removed by the BPF, and then the polarizer 6 (Pol.) Is supplied. Then, it is input to the polarization diversity module as pump light.

中間信号光増幅部は、Lバンド帯で利得平坦化設計を施され、最大出力が17dBmである光増幅器EDFA2と、伝達関数がLPF1と同等のローパスフィルタLPF2からなる。   The intermediate signal light amplifying unit includes an optical amplifier EDFA2 having a gain flattening design in the L band and a maximum output of 17 dBm, and a low-pass filter LPF2 having a transfer function equivalent to LPF1.

LPF2によって、Cバンド帯に存在する雑音成分を除去することができて、二段目の波長変換後に出力信号光が生成される際、良好な信号品質が期待できる。
二段目波長変換部は、一段目と同様の偏波ダイバーシティモジュールとPM−HNLF、そして中心波長を変更する動作が可能で、通過帯域幅が1.7THzである帯域通過フィルタ4(BPF)から構成される。
The LPF 2 can remove noise components existing in the C band, and when the output signal light is generated after the second-stage wavelength conversion, good signal quality can be expected.
The second-stage wavelength conversion unit can be operated by changing the polarization diversity module and PM-HNLF as in the first stage, and the center wavelength, and the band-pass filter 4 (BPF) having a pass bandwidth of 1.7 THz. Composed.

ただし通過帯域幅はこの値に限るものではない。このBPFを用いることにより、二段目波長変換部出力において中間信号光および残留ポンプ光を除去し、所望の出力信号光のみを抽出することが可能であるが、BPFの代わりに、カットオフ周波数が出力信号光の最小周波数f2よりやや小さい値であり、出力信号光周波数条件に応じてカットオフ周波数の変更動作が可能なハイパスフィルタ2(HPF)を用いてもよい。   However, the pass bandwidth is not limited to this value. By using this BPF, it is possible to remove the intermediate signal light and the residual pump light at the output of the second-stage wavelength converter and extract only the desired output signal light. However, instead of the BPF, the cutoff frequency is used. May be a value slightly smaller than the minimum frequency f2 of the output signal light, and a high-pass filter 2 (HPF) capable of changing the cutoff frequency according to the output signal light frequency condition may be used.

二段目波長変換部内の偏波ダイバーシティモジュールには、一段目ポンプ光発生部と同様の構成である二段目ポンプ光発生部で発生および増幅されたポンプ光が入力されるが、二段目ポンプ光発生部の光位相変調器には、ポンプ光周波数ディザリング用RF信号発生部25のOSCで発生された周波数300MHzのRF信号が二分岐されたうちのもう一方が、可変減衰器9(ATT)、RF増幅器、そしてカットオフ周波数が400MHzであるRF用LPFを経て印加される。   The polarization diversity module in the second-stage wavelength converter receives the pump light generated and amplified by the second-stage pump light generator having the same configuration as the first-stage pump light generator. The optical phase modulator of the pump light generator includes the variable attenuator 9 (the other of the two branches of the 300 MHz frequency RF signal generated by the OSC of the pump light frequency dithering RF signal generator 25. ATT), an RF amplifier, and an RF LPF having a cutoff frequency of 400 MHz.

このとき、一段目および二段目のポンプ光発生部の各光位相変調器に印加されるRF信号の強度と位相を適当に調整することで、ポンプ光の位相変調が波長変換後の信号光に位相雑音として付加される効果を一段目と二段目でキャンセルさせることができる。   At this time, by appropriately adjusting the intensity and phase of the RF signal applied to each optical phase modulator of the first-stage and second-stage pump light generation units, the phase modulation of the pump light is the signal light after wavelength conversion. The effect added as phase noise to the first and second stages can be canceled.

図8に8チャネルWDM信号を入力信号光として波長変換器に入力し、波長が変換された出力信号光の品質を評価する実験を行うための実験系26を示す。   FIG. 8 shows an experimental system 26 for performing an experiment for inputting the 8-channel WDM signal as input signal light to the wavelength converter and evaluating the quality of the output signal light whose wavelength is converted.

発振周波数が前記Case1,2,3のいずれかに設定された8個の波長可変光源5(TLS)より出力される連続光を8x1偏波保持(PM)カプラ18で合波し、偏波多重(DP)リチウムニオブ酸(LN)IQ変調器(IQM)27に入力する。   The continuous light output from the eight variable wavelength light sources 5 (TLS) whose oscillation frequency is set to any one of the cases 1, 2, and 3 is combined by the 8 × 1 polarization maintaining (PM) coupler 18 and polarization multiplexed. (DP) Lithium niobate (LN) IQ modulator (IQM) 27 inputs.

DP−LN−IQM27には、任意波形発生器13(AWG)で発生された4チャネルのRF信号が印加され、変調によりシンボルレートが32GbaudであるDP−QPSKフォーマットで8チャネルのWDM信号が生成される。
図9にCase1,2,3それぞれの場合について、入力信号光としての8チャネルWDM信号の光スペクトルを測定して、これを重ね描きした結果を示す。
The 4-channel RF signal generated by the arbitrary waveform generator 13 (AWG) is applied to the DP-LN-IQM 27, and an 8-channel WDM signal is generated in the DP-QPSK format with a symbol rate of 32 Gbaud by modulation. The
FIG. 9 shows the result of measuring the optical spectrum of the 8-channel WDM signal as the input signal light and overlaying it for the cases 1, 2, and 3.

光増幅器で入力信号光の光パワーを増幅した後、偏波スクランブラ15(Pol.Scr.)で信号光の偏波を約400kHzでランダムに回転させ、波長変換器16が入力信号光の偏波面に依存せずに動作することを確認する。
波長変換器で波長が変換された出力光の光パワーを光増幅器で増幅し、帯域通過フィルタで信号光帯域外のASE雑音を除去した後、デジタルコヒーレント受信機28(Rx)で受信する。
After the optical power of the input signal light is amplified by the optical amplifier, the polarization of the signal light is randomly rotated at about 400 kHz by the polarization scrambler 15 (Pol. Scr.), And the wavelength converter 16 shifts the polarization of the input signal light. Make sure it works independently of the wavefront.
The optical power of the output light whose wavelength has been converted by the wavelength converter is amplified by an optical amplifier, ASE noise outside the signal light band is removed by a band pass filter, and then received by the digital coherent receiver 28 (Rx).

なお、OSNR値を変化させたときの受信信号の品質を確認するために、受信機の手前で可変パワーの光雑音を信号光に付加するが、その際ASE光源14をBPFにより帯域制限して光増幅器で増幅し、可変光減衰器17(VOA)でその光パワーを調整することで、受信信号のOSNR値を変更することが可能である。   In order to confirm the quality of the received signal when the OSNR value is changed, optical noise of variable power is added to the signal light before the receiver. At that time, the ASE light source 14 is band-limited by the BPF. It is possible to change the OSNR value of the received signal by amplifying with an optical amplifier and adjusting the optical power with a variable optical attenuator 17 (VOA).

図10に波長変換器内の一段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す。   FIG. 10 shows the measurement result of the optical spectrum output from the polarization diversity module of the first-stage wavelength conversion unit in the wavelength converter.

入力信号光の周波数配置がCase1,2,3いずれの場合も、同じ周波数(波長)配置189.8>f>188.8[THz](波長で言うと1579.518〜1587.884nm)の中間信号光に変換されているのがわかる。   In the case where the frequency arrangement of the input signal light is either Case 1, 2 or 3, the middle of the same frequency (wavelength) arrangement 189.8> f> 188.8 [THZ] (in terms of wavelength, 1579.518 to 15878.884 nm) It can be seen that it has been converted to signal light.

図10(b)および(c)に示したCase2,3の場合に、中間信号光の長波長側チャネルのパワーが減衰していて、周波数軸上でひずんで見えるが、これはPM−HNLFの分散の効果によって縮退FWMによる波長変換効率が劣化したためである。   In Cases 2 and 3 shown in FIGS. 10B and 10C, the power of the long-wavelength side channel of the intermediate signal light is attenuated and appears distorted on the frequency axis. This is due to the PM-HNLF. This is because the wavelength conversion efficiency by the degenerate FWM is deteriorated due to the dispersion effect.

一方、Case1の場合は平坦な出力スペクトルが得られているように見えるが、これは短波長側における光増幅器の利得平坦度が悪く、図9に示した通り、入力信号光のパワーが短波側チャネルで大きく出てしまったため、波長変換効率のスロープと打ち消しあって、出力光の各チャネルが周波数軸上で平坦に見えたためである。   On the other hand, in the case of Case 1, it seems that a flat output spectrum is obtained, but this is because the gain flatness of the optical amplifier on the short wavelength side is poor, and as shown in FIG. 9, the power of the input signal light is on the short wave side. This is because a large amount of light is emitted from the channel, and the slope of the wavelength conversion efficiency cancels out, and each channel of the output light appears flat on the frequency axis.

分散スロープのより小さなPM−HNLFを用いることで、波長変換効率の周波数スロープをキャンセルし、より平坦でひずみのない中間信号光を得ることが可能である。
一方、それぞれの場合でポンプ光の周辺帯域に非縮退FWMによる成分が多数発生しているのがわかる。
By using PM-HNLF with a smaller dispersion slope, it is possible to cancel the frequency slope of the wavelength conversion efficiency and obtain a flatter and distortion-free intermediate signal light.
On the other hand, in each case, it can be seen that many components due to non-degenerate FWM are generated in the peripheral band of the pump light.

特に図10(c)に示した、入力信号光の周波数配置がCase3の場合において、非縮退FWM成分は入力信号光あるいは中間信号光にかなり近接しているように見える。   In particular, when the frequency arrangement of the input signal light shown in FIG. 10C is Case 3, the non-degenerate FWM component appears to be quite close to the input signal light or the intermediate signal light.

しかしながら、ポンプ光周波数fp=190.95THzと入力信号光の最小周波数f2=192.1THz、そしてポンプ光周波数fpと中間信号光の最大周波数f3=189.8THzにはともに1.15THzの差が設定されていて、この差が信号帯域B=1THzを上回っていることから、非縮退FWM成分と信号光が干渉することはなく、信号品質に影響を及ぼさない。   However, the difference between the pump light frequency fp = 190.95 THz and the minimum frequency f2 = 192.1 THz of the input signal light, and the pump light frequency fp and the maximum frequency f3 = 189.8 THz of the intermediate signal light are both set to 1.15 THz. Since this difference exceeds the signal band B = 1 THz, the non-degenerate FWM component and the signal light do not interfere with each other, and the signal quality is not affected.

図11に入力信号光の周波数配置がCase1であって、出力信号光の周波数配置がCase1,2,3であるときの、二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す。   FIG. 11 shows the optical spectrum output from the polarization diversity module of the second-stage wavelength converter when the frequency arrangement of the input signal light is Case 1 and the frequency arrangement of the output signal light is Case 1, 2, and 3. The measurement results are shown.

次に図12に、入力信号光の周波数配置がCase2であって、出力信号光の周波数配置がCase1,2,3であるときの、二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す。   Next, in FIG. 12, when the frequency arrangement of the input signal light is Case 2 and the frequency arrangement of the output signal light is Case 1, 2, 3, it is output from the polarization diversity module of the second-stage wavelength converter. The measurement result of an optical spectrum is shown.

そして図13に、入力信号光の周波数配置がCase3であって、出力信号光の周波数配置がCase1,2,3であるときの、二段目波長変換部の偏波ダイバーシティモジュールより出力される光スペクトルの測定結果を示す。   FIG. 13 shows the light output from the polarization diversity module of the second-stage wavelength converter when the frequency arrangement of the input signal light is Case 3 and the frequency arrangement of the output signal light is Case 1, 2, and 3. The measurement result of a spectrum is shown.

いずれの場合も、8チャネルWDM信号が意図した通りに波長変換されている。出力信号光の短波長側チャネルのパワーが減衰しているのは、一段目変換時と同様に、PM−HNLFの分散特性によるものであり、分散スロープが小さなPM−HNLFを用いることで、周波数軸上でより平坦な波形を得ることが可能である。   In either case, the 8-channel WDM signal is wavelength-converted as intended. The power of the short-wavelength side channel of the output signal light is attenuated due to the dispersion characteristics of PM-HNLF as in the first stage conversion, and by using PM-HNLF with a small dispersion slope, the frequency is reduced. It is possible to obtain a flatter waveform on the axis.

図14に波長変換器より出力される信号光の品質を評価した結果として、入出力信号光の周波数配置がそれぞれCase1,2,3のいずれかであるときに、8チャネルWDM信号のうちの3チャネル分のQ値を測定した結果を示す。   As a result of evaluating the quality of the signal light output from the wavelength converter in FIG. 14, when the frequency arrangement of the input / output signal light is one of Cases 1, 2, and 3, 3 of the 8-channel WDM signals The result of having measured the Q value for a channel is shown.

どの場合もQ値は16.5dBを上回っており、出力信号光は高品質であると言える。また、各条件において数百万程度のビット数に対してビットパターンを検証したところ、ビット誤りは一つも観測されなかった。   In all cases, the Q value exceeds 16.5 dB, and it can be said that the output signal light is of high quality. Further, when the bit pattern was verified with respect to the number of bits of about several million under each condition, no bit error was observed.

なおQ値が16.5dBの場合のビット誤り率の理論値は1.17x10-11であることから、観測するビット数を100億ビットに増大すると、1つ程度のビット誤りが観測されるものと予測される。Since the theoretical value of the bit error rate when the Q value is 16.5 dB is 1.17 × 10 −11 , one bit error is observed when the number of bits to be observed is increased to 10 billion bits. It is predicted.

最後に図15に、入出力信号光の周波数配置がともにCase2のとき、周波数が193.5THzであるチャネルについて、受信OSNRを変化させたときのQ値およびビット誤り率(BER)を測定した結果を示す。   Finally, FIG. 15 shows the results of measuring the Q value and bit error rate (BER) when the received OSNR is changed for a channel whose frequency is 193.5 THz when the frequency arrangement of the input / output signal light is both Case 2. Indicates.

図15(a)に示したQ値測定結果について波長変換前後の値を比べると、OSNRが25dB以上の大きな値の場合でQ値に劣化が見られるが、これは波長変換の前後に実施される光増幅によってわずかにASE雑音が付加されて波形が歪んだり、SBS抑圧のためにポンプ光に実施した位相変調成分がFWMを通じて信号光の位相に転写され、わずかな位相誤差として波形が歪んだりした結果である。   Comparing the values before and after the wavelength conversion with respect to the Q value measurement results shown in FIG. 15A, the Q value is deteriorated when the OSNR is a large value of 25 dB or more. This is performed before and after the wavelength conversion. As a result of optical amplification, the ASE noise is slightly added and the waveform is distorted, or the phase modulation component applied to the pump light for SBS suppression is transferred to the phase of the signal light through the FWM, and the waveform is distorted as a slight phase error. It is the result.

一方、受信OSNRが20dB以下の場合は、受信機手前でOSNR調整のために付加されたASE雑音による波形劣化が支配的であり、前記波長変換動作に起因するわずかな波形ひずみの影響はほとんどなく、結果として波長変換前後のQ値にペナルティはほぼ見られない。   On the other hand, when the received OSNR is 20 dB or less, waveform degradation due to ASE noise added for OSNR adjustment before the receiver is dominant, and there is almost no influence of slight waveform distortion caused by the wavelength conversion operation. As a result, there is almost no penalty in the Q value before and after wavelength conversion.

図15(b)では受信OSNRが20dB以下の場合でBER測定結果を示しているが、波長変換前後のペナルティは上記と同じ理由で、非常に小さい。   FIG. 15B shows the BER measurement result when the received OSNR is 20 dB or less, but the penalty before and after wavelength conversion is very small for the same reason as described above.

以上の結果から、本発明で提案した構成の波長変換器は、入力されたWDM信号に対して、動作帯域内の任意の入出力波長条件で、入力信号光の偏波面に依存せずに正しく動作していて、しかも高品質な出力信号光が得られたことが確認できた。   From the above results, the wavelength converter of the configuration proposed in the present invention is correct for the input WDM signal without depending on the polarization plane of the input signal light under any input / output wavelength conditions within the operating band. It was confirmed that a high-quality output signal light was obtained.

光ファイバ通信分野で用いられる全光波長変換器の設計において、提案する手法を用いることにより、波長範囲が1530〜1565nmあるいは周波数範囲が195.9〜191.6THzであるC−bandと呼ばれる波長帯で、任意の帯域を持つ波長多重信号に対して、ひずみなく任意の入出力波長に対する変換動作を実施することが可能となる。   In the design of an all-optical wavelength converter used in the field of optical fiber communications, a wavelength band called C-band having a wavelength range of 1530 to 1565 nm or a frequency range of 195.9 to 191.6 THz is obtained by using the proposed method. Thus, it is possible to perform a conversion operation for an arbitrary input / output wavelength without distortion on a wavelength multiplexed signal having an arbitrary band.

1 OSC:発振器
2 HPF:ハイパスフィルタ,帯域通過フィルタ
301 LPF1:ローパスフィルタ
302 LPF2:ローパスフィルタ
303 LPF:RF信号用ローパスフィルタ
304 LPF:RF信号用ローパスフィルタ
4 BPF:バンドパスフィルタ,帯域通過フィルタ
5 TLS:(狭線幅)波長可変光源
6 Pol.:ポラライザ
7 Phase Mod.:光位相変調器
8 PS:位相シフタ
9 ATT:可変減衰器,
101 EDFA1:エルビウム添加光ファイバ増幅器(第1光増幅器)
102 EDFA2:エルビウム添加光ファイバ増幅器(第2光増幅器)
11 PM−HNLF:偏波保持高非線形ファイバ
12 Pol.Div.module:偏波ダイバーシティモジュール
13 AWG:任意波形発生器
14 ASE:ASE光源、自然放出光雑音源
15 Pol.Scr.:偏波スクランブラ
16 Wavelength Converter:波長変換器
17 VOA:可変光減衰器
18 8x1偏波保持(PM)カプラ
19 入力信号光増幅部
20 一段目波長変換部
21 中間信号光増幅部
22 二段目波長変換部
23 一段目ポンプ光発生部
24 二段目ポンプ光発生部
25 ポンプ光周波数ディザリング用RF信号発生部
26 実験系
27 DP−LN−IQM:偏波多重リチウムニオブ酸IQ変調器
28 Rx:デジタルコヒーレント受信機
1 OSC: Oscillator 2 HPF: High pass filter, band pass filter 301 LPF 1: Low pass filter 302 LPF 2: Low pass filter 303 LPF: RF signal low pass filter 304 LPF: RF signal low pass filter 4 BPF: Band pass filter, band pass filter 5 TLS: (Narrow line width) wavelength tunable light source
6 Pol .: Polarizer
7 Phase Mod .: Optical phase modulator
8 PS: Phase shifter
9 ATT: Variable attenuator,
101 EDFA1: Erbium-doped optical fiber amplifier (first optical amplifier)
102 EDFA2: Erbium-doped optical fiber amplifier (second optical amplifier)
11 PM-HNLF: Polarization-maintaining highly nonlinear fiber 12 Pol. Div. Module: Polarization diversity module 13 AWG: Arbitrary waveform generator 14 ASE: ASE light source, spontaneous emission optical noise source 15 Pol. Scr .: Polarization scrambler 16 Wavelength Converter: Wavelength converter 17 VOA: Variable optical attenuator 18 8 × 1 polarization maintaining (PM) coupler 19 Input signal optical amplifier 20 First stage wavelength converter 21 Intermediate signal optical amplifier 22 Second stage wavelength converter 23 First stage Eye pump light generating unit 24 Second stage pump light generating unit 25 Pump optical frequency dithering RF signal generating unit 26 Experimental system 27 DP-LN-IQM: polarization multiplexed lithium niobate IQ modulator 28 Rx: digital coherent receiver

Claims (10)

所定の周波数範囲を動作帯域とし、前記動作帯域内で任意の波長(搬送光周波数)を持つ入力信号光に対して、前記入力信号光が持つ情報を保持しつつ、光領域で前記入力信号光の波長を前記動作帯域内において任意の出力信号光の波長に変換する波長変換方法であって、
前記入力信号光を前記動作帯域内で利得平坦化設計を施された第1光増幅器により増幅し、
次に当該増幅された前記入力信号光とその波長に応じて当該波長が設定される一段目ポンプ光により第一の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による一段目の波長変換によって前記入力信号光の波長を動作帯域外の中間信号光の波長に変換し、
次に前記中間信号光を第2光増幅器により増幅し、
次に当該増幅された前記中間信号光とその波長に応じて当該波長が設定される二段目ポンプ光により第二の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による二段目の波長変換によって前記中間信号光の波長を前記動作帯域内の前記任意の出力信号光の波長に変換する場合において、
前記入力信号光の最大周波数をf1、最小周波数をf2、信号帯域をB=f1−f2とし、さらに前記中間信号光の最大周波数をf3、最小周波数をf4=f3−Bとし、前記動作帯域の最小周波数を191.2THzより大きい値とし、かつ、前記中間信号光の最大周波数f3を191.2THz以下のある値に固定し、
そして第2光増幅器に前記f3以下の周波数帯で利得平坦化設計を施すことにより、
前記出力信号光の波長をひずみなく出力するように制御したこと、
を特徴とする波長変換方法。
The input signal light is held in the optical region while maintaining the information of the input signal light with respect to the input signal light having an arbitrary wavelength (carrier optical frequency) within the operation band as a predetermined frequency range. A wavelength conversion method for converting the wavelength of the output signal into a wavelength of any output signal light within the operating band,
Amplifying the input signal light by a first optical amplifier having a gain flattening design within the operating band;
Next, the input signal light is converted by the first-stage wavelength conversion by degenerate four-wave mixing generated in the first nonlinear medium by the amplified input signal light and the first-stage pump light whose wavelength is set according to the wavelength. Is converted into an intermediate signal light wavelength outside the operating band,
Next, the intermediate signal light is amplified by a second optical amplifier,
Next, the intermediate signal light by the second-stage wavelength conversion by degenerate four-wave mixing generated in the second nonlinear medium by the amplified intermediate signal light and the second-stage pump light whose wavelength is set according to the wavelength. In the case of converting the wavelength of the signal light into the wavelength of the arbitrary output signal light within the operating band,
The maximum frequency of the input signal light is f1, the minimum frequency is f2, the signal band is B = f1-f2, the maximum frequency of the intermediate signal light is f3, and the minimum frequency is f4 = f3-B. The minimum frequency is set to a value greater than 191.2 THz, and the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is fixed to a value equal to or less than 191.2 THz,
Then, by applying a gain flattening design to the second optical amplifier in the frequency band below f3,
Controlling to output the wavelength of the output signal light without distortion,
A wavelength conversion method characterized by the above.
請求項1に記載の波長変換方法であって、
前記入力信号光が波長多重信号であること、
を特徴とする波長変換方法。
The wavelength conversion method according to claim 1,
The input signal light is a wavelength multiplexed signal;
A wavelength conversion method characterized by the above.
請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の波長変換方法であって、
前記一段目の波長変換が行われた直後に、前記一段目の波長変換で用いられた前記一段目ポンプ光の周波数の最小値よりも小さなカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタを用いて、前記入力信号光と前記一段目ポンプ光を除去して前記中間信号光のみ通過させること、
を特徴とする波長変換方法。
It is the wavelength conversion method of any one of Claim 1 or Claim 2, Comprising:
Immediately after the first-stage wavelength conversion is performed, using a low-pass filter having a cutoff frequency smaller than the minimum frequency of the first-stage pump light used in the first-stage wavelength conversion, Removing only the intermediate signal light by removing the input signal light and the first-stage pump light;
A wavelength conversion method characterized by the above.
請求項1または請求項3のいずれか1項に記載の波長変換方法であって、
前記動作帯域の最小周波数をfminとしたとき、
fmin−f3 > 2Bを満たすこと、
を特徴とする波長変換方法。
The wavelength conversion method according to any one of claims 1 and 3,
When the minimum frequency of the operating band is fmin,
satisfy fmin−f3> 2B,
A wavelength conversion method characterized by the above.
請求項1または請求項4のいずれか1項に記載の波長変換方法であって、
前記非線形媒体が光ファイバであること、
を特徴とする波長変換方法。
The wavelength conversion method according to claim 1, wherein:
The nonlinear medium is an optical fiber;
A wavelength conversion method characterized by the above.
第1光増幅器を備えた入力信号光増幅部を入力部とし、順に接続された一段目波長変換部と第2光増幅器を備えた中間信号光増幅部および二段目長変換部からなり、
前記一段目波長変換部および二段目波長変換部にはポンプ光周波数ディザリング用RF信号発生部に接続された一段目ポンプ光発生部および二段目ポンプ光発生部がそれぞれ接続され、
所定の周波数範囲を動作帯域とし、前記動作帯域内で任意の波長(搬送光周波数)を持つ入力信号光に対して、前記入力信号光が持つ情報を保持しつつ、光領域で前記入力信号光の波長を前記動作帯域内において任意の出力信号光の波長に変換する波長変換器であって、
入力信号光増幅部において前記入力信号光を前記動作帯域内で利得平坦化設計を施された第1光増幅器により増幅し、
次に一段目波長変換部において当該増幅された前記入力信号光とその波長に応じて当該波長が設定される一段目ポンプ光により第一の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による一段目の波長変換によって前記入力信号光の波長を動作帯域外の中間信号光の波長に変換し、
次に前記中間信号光増幅部において前記中間信号光を第2光増幅器により増幅し、
次に前記二段目長変換部において当該増幅された前記中間信号光とその波長に応じて当該波長が設定される二段目ポンプ光により第二の非線形媒体で発生する縮退四光波混合による二段目の波長変換によって前記中間信号光の波長を前記動作帯域内の前記任意の出力信号光の波長に変換する場合において、
前記入力信号光の最大周波数をf1、最小周波数をf2、信号帯域をB=f1−f2とし、さらに前記中間信号光の最大周波数をf3、最小周波数をf4=f3−Bとし、前記動作帯域の最小周波数を191.2THzより大きい値とし、かつ、前記中間信号光の最大周波数f3を191.2THz以下のある値に固定し、
そして第2光増幅器に前記f3以下の周波数帯で利得平坦化設計を施すことにより、
前記出力信号光の波長をひずみなく出力するように制御したこと、
を特徴とする波長変換器。
The input signal light amplifying unit including the first optical amplifier is used as the input unit, and the first signal wavelength converting unit and the intermediate signal light amplifying unit including the second optical amplifier and the second stage length converting unit which are sequentially connected,
The first-stage wavelength converter and the second-stage wavelength converter are connected to the first-stage pump light generator and the second-stage pump light generator connected to the pump signal frequency dithering RF signal generator, respectively.
The input signal light is held in the optical region while maintaining the information of the input signal light with respect to the input signal light having an arbitrary wavelength (carrier optical frequency) within the operation band as a predetermined frequency range. A wavelength converter that converts the wavelength of the output signal into a wavelength of any output signal light within the operating band,
Amplifying the input signal light by a first optical amplifier having a gain flattening design within the operating band in an input signal light amplifier;
Next, the first-stage wavelength by degenerate four-wave mixing generated in the first nonlinear medium by the amplified input signal light and the first-stage pump light whose wavelength is set according to the wavelength in the first-stage wavelength conversion unit By converting the wavelength of the input signal light into the wavelength of the intermediate signal light outside the operating band,
Next, the intermediate signal light amplification unit amplifies the intermediate signal light by a second optical amplifier,
Next, in the second stage length conversion unit, the amplified intermediate signal light and the second stage pump light whose wavelength is set in accordance with the wavelength of the amplified intermediate signal light are generated by degenerate four-wave mixing generated in the second nonlinear medium. In the case of converting the wavelength of the intermediate signal light into the wavelength of the arbitrary output signal light within the operating band by wavelength conversion of the stage,
The maximum frequency of the input signal light is f1, the minimum frequency is f2, the signal band is B = f1-f2, the maximum frequency of the intermediate signal light is f3, and the minimum frequency is f4 = f3-B. The minimum frequency is set to a value greater than 191.2 THz, and the maximum frequency f3 of the intermediate signal light is fixed to a value equal to or less than 191.2 THz,
Then, by applying a gain flattening design to the second optical amplifier in the frequency band below f3,
Controlling to output the wavelength of the output signal light without distortion,
A wavelength converter characterized by.
請求項6に記載の波長変換器であって、
前記入力信号光が波長多重信号であること
を特徴とする波長変換器。
The wavelength converter according to claim 6, wherein
The wavelength converter, wherein the input signal light is a wavelength multiplexed signal.
請求項6または請求項7のいずれか1項に記載の波長変換器であって、
前記中間信号光増幅部において前記一段目ポンプ光の周波数の最小値よりも小さなカットオフ周波数をもつ低域通過フィルタを用いて、前記入力信号光と前記一段目ポンプ光を除去して前記中間信号光のみ通過させること、
を特徴とする波長変換器。
The wavelength converter according to any one of claims 6 and 7,
Using the low-pass filter having a cut-off frequency smaller than the minimum frequency of the first stage pump light in the intermediate signal light amplification unit, the input signal light and the first stage pump light are removed to remove the intermediate signal Allowing only light to pass through,
A wavelength converter characterized by.
請求項6または請求項8のいずれか1項に記載の波長変換器であって、
前記動作帯域の最小周波数をfminとしたとき、
fmin−f3>2Bを満たすこと、
を特徴とする波長変換器。
The wavelength converter according to any one of claims 6 and 8,
When the minimum frequency of the operating band is fmin,
satisfy fmin−f3>2B;
A wavelength converter characterized by.
請求項6または請求項9のいずれか1項に記載の波長変換器であって、
前記非線形媒体が光ファイバであること、
を特徴とする波長変換器。

The wavelength converter according to any one of claims 6 and 9,
The nonlinear medium is an optical fiber;
A wavelength converter characterized by.

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