JP2002328405A - Optical frequency shifter and its control method - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical frequency shifter which yields a large and desired amount of optical frequency shift. SOLUTION: A wavelength conversion apparatus 300A which consists of an optical coupler 303, a wavelength conversion device 304 and an optical filter 305 and another wavelength conversion apparatus 300B which consists of an optical coupler 307, a wavelength conversion device 308 and an optical filter 309 are connected in tandem. By multiplexing signal light 301 and control light 302 and supplying the resultant light to the wavelength conversion device 304, converted light is generated and outputted. This converted light constitutes the input light of a wavelength conversion apparatus 300B. When the input light (the converted light from the wavelength conversion apparatus 300A) and control light 306 are multiplexed and inputted into the wavelength conversion device 308, converted light is generated and outputted. The difference of the frequencies of the converted light outputted from the wavelength conversion apparatus 300B and input light 301 represents the frequency difference defined by the control light 302 and 306.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は波長多重や時間多重
を利用した光通信システムにおいて将来的に用いられる
光周波数シフタ及びその制御方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency shifter to be used in an optical communication system utilizing wavelength division multiplexing and time division multiplexing, and a control method thereof.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光周波数シフタは、ヘテロダイン干渉を
用いた測定装置やレーザ光の周波数安定化に用いられる
重要な素子である。また光通信の分野においてもインタ
ーネットに代表される通信情報量の増大に伴い、一定の
周波数間隔にチャンネルを定め、光信号をのせる光周波
数（波長）多重通信方式の重要性が高まり、そこでの、
チャンネル間の信号の載せ換えのできる光周波数シフタ
が重要となっている。2. Description of the Related Art An optical frequency shifter is an important element used for a measuring device using heterodyne interference or for stabilizing the frequency of laser light. Also, in the field of optical communication, as the amount of communication information represented by the Internet increases, the importance of an optical frequency (wavelength) multiplexing communication system in which channels are defined at fixed frequency intervals and an optical signal is carried has increased. ,
An optical frequency shifter capable of switching signals between channels has become important.

【０００３】光波長シフタとは、光の周波数を一定量、
すなわち周波数ωから（ω＋Δω）にシフトさせるもの
である。従来の光周波数シフタには、音響光学効果もし
くは電気光学効果を用いたものがある。音響光学効果型
光周波数シフタとは、物質に超音波を伝播させることに
より光弾性効果が生じ、この光弾性効果により形成され
た周期的屈折率分布により回折させる回折光がドップラ
ーシフトを受けることを利用したものである。また電気
光学効果型光周波数シフタとは電気光学効果によって光
の位相を変化させ光周波数をシフトさせるものである。
これらの光周波数シフタは、電気回路によって生じる高
周波の周波数に応じた量の光周波数をシフトさせる。そ
のためシフト量は、電気回路の発生できる高周波の周波
数によって制限され数十ギガヘルツが限度である。[0003] An optical wavelength shifter is a device that changes the frequency of light by a certain amount,
That is, the frequency is shifted from the frequency ω to (ω + Δω). Some conventional optical frequency shifters use an acousto-optic effect or an electro-optic effect. An acousto-optic effect type optical frequency shifter is an optical frequency shifter that generates a photoelastic effect by propagating ultrasonic waves through a substance, and that the diffracted light diffracted by the periodic refractive index distribution formed by the photoelastic effect undergoes a Doppler shift. It was used. The electro-optic effect type optical frequency shifter shifts the optical frequency by changing the phase of light by the electro-optic effect.
These optical frequency shifters shift the optical frequency by an amount corresponding to the frequency of the high frequency generated by the electrical circuit. Therefore, the shift amount is limited by a high frequency that can be generated by the electric circuit, and is limited to several tens of gigahertz.

【０００４】さて波長変換器というものがあるが、これ
も光の周波数を変化させていることには違いない。波長
変換器には、２次の非線形光学効果を用いた差周波発生
に基づくもの、半導体光増幅器内の交差利得変調もしく
は交差位相変調を用いたもの等がある。There is a wavelength converter, which must also change the frequency of light. Wavelength converters include those based on difference frequency generation using a second-order nonlinear optical effect and those using cross gain modulation or cross phase modulation in a semiconductor optical amplifier.

【０００５】まず半導体光増幅器を用いた波長変換器
は、変換される周波数の光を別の光源から用意している
ので、入力光の周波数に関係なく、用意された光源の周
波数に変換されるので光周波数シフタとはいえない。First, a wavelength converter using a semiconductor optical amplifier prepares light of a frequency to be converted from another light source, so that the light is converted to the frequency of the prepared light source irrespective of the frequency of the input light. Therefore, it cannot be called an optical frequency shifter.

【０００６】次に２次の非線形光学効果を用いた差周波
発生に基づく波長変換器について説明をする。非線形光
学効果とは、物質中の電気分極Ｐが下記のように光の電
界Ｅに比例する項以外にＥ² ，Ｅ³ の高次項をもつため
に起こる効果である。 Ｐ＝χ⁽¹⁾Ｅ＋χ⁽²⁾Ｅ² ＋χ⁽³⁾Ｅ³ ＋ ・・・（１） 特に第２項は、中心対称性のくずれた物質において強く
現れる効果で、角周波数の違う３つの光、ω₁ ，ω₂ ，
ω₃ がω₁ ＋ω₂ ＝ω₃ の関係があるとき、ω ₁ とω₂
の光を入力したときにω₃ の光を発生（和周波発生）、
和周波発生時にω₁ とω₂ が同じ角周波数の時は第２次
高調波発生、ω₁ とω₃ の光を入力したときにω₂ （＝
ω₃ −ω₁ ）の光を発生（差周波発生）という効果を生
じ、レーザの発生する波長を別の波長へと変換すること
ができる。波長変換器に多く用いられているのはこのう
ち差周波発生である。Next, the difference frequency using the second-order nonlinear optical effect
A wavelength converter based on generation will be described. Nonlinear light
The effect is that the electric polarization P in a substance is
E other than the term proportional to the field E^Two, E^ThreeTo have higher order terms
This is the effect that occurs. P = χ⁽¹⁾E + χ⁽²⁾E^Two+ Χ⁽³⁾E^Three+ (1) In particular, the second term is strongly applied to a substance having a deviated central symmetry.
With the effect that appears, three lights with different angular frequencies, ω₁, Ω_Two,
ω_ThreeIs ω₁+ Ω_Two= Ω_ThreeWhen there is a relationship, ω ₁And ω_Two
When inputting light of ω_ThreeLight (sum frequency generation),
Ω when sum frequency is generated₁And ω_TwoAre the same when they have the same angular frequency
Harmonic generation, ω₁And ω_ThreeWhen inputting light of ω_Two(=
ω_Three−ω₁) Light (difference frequency generation)
To convert the wavelength generated by the laser to another wavelength
Can be. This type is often used for wavelength converters.
This is the difference frequency generation.

【０００７】ここで、この様な差周波発生を用いた波長
変換における変換状態について説明をする。非線形光学
材料に図１中に示した様な信号ω₁ と制御光ω₃ の光を
入力すると、ω₁ ＋ω₂ ＝ω₃ の関係があるω₂ の変換
光が発生する。また同様に多数の入力光を用いた場合に
は、図２に示すようにその入力光すべてが周波数シフト
を受ける。Here, the conversion state in wavelength conversion using such difference frequency generation will be described. When the signal ω ₁ and the control light ω ₃ as shown in FIG. 1 are input to the nonlinear optical material, ω ₂ converted light having a relationship of ω ₁ + ω ₂ = ω ₃ is generated. Similarly, when a large number of input lights are used, all of the input lights undergo a frequency shift as shown in FIG.

【０００８】最近では２次の非線形材料の分極を周期的
に反転することにより高効率の変換が可能な波長変換器
が実現されている。これは材料による屈折率分散の影響
を、周期的に分極を反転することにより、その周期に合
う特定の制御光波長において擬似的に入力光の位相を整
合させるものである。この原理を用いたものは、たとえ
ば、IEEE Photonics Technology Letters vol.11(1999)
pp653-655に示されるように２次非線形材料であるニオ
ブ酸リチウムの分極を周期的に反転しプロトン交換によ
り導波路形成した波長変換器がある。この波長変換器に
おいて、−８dBの大きな変換効率が得られており、さら
にその波長変換範囲は波長にして６７nm、すなわち周波
数にすると約8.４THz と１０THz に近い大きな光周波数
シフトが可能である。Recently, a wavelength converter capable of performing high-efficiency conversion by periodically inverting the polarization of a second-order nonlinear material has been realized. In this method, the phase of the input light is pseudo-matched at a specific control light wavelength matching the period by periodically inverting the polarization due to the refractive index dispersion caused by the material. Those using this principle are, for example, IEEE Photonics Technology Letters vol.11 (1999)
As shown in pp653-655, there is a wavelength converter in which the polarization of lithium niobate, which is a secondary nonlinear material, is periodically inverted and a waveguide is formed by proton exchange. In this wavelength converter, a large conversion efficiency of -8 dB is obtained, and its wavelength conversion range is 67 nm in wavelength, that is, a large optical frequency shift close to about 8.4 THz and 10 THz in frequency.

【０００９】この様な差周波発生を利用した波長変換に
よるシフト量Δω、すなわちω₂ −ω₁ は、ω₁ ＋ω₂
＝ω₃ の関係より、Δω＝２ω₁ −ω₃ ＝２（ω₁ −ω
₃ ／２）となり、ω₃ ／２中心にω₁ が折り返した位置
にω₂ の変換光が発生する（図１）。これは入力光のω
₁ の値を変化させると、その値に従いシフト量Δω（＝
２ω₁ −ω₃ ）も変化することを意味する。すなわち図
２の様に多数の入力光が合った場合も入力光それぞれが
制御光ω₃ に対しω₃ ／２を中心に折り返した位置に変
換光が発生し、入力光の周波数によりシフト量が異な
る。The shift amount Δω due to the wavelength conversion using the difference frequency generation, that is, ω ₂ −ω ₁ is ω ₁ + ω ₂
= Omega than _{3 relationships, Δω = 2ω 1 -ω 3 =} 2 (ω 1 -ω
_3/2) and, omega _3/2 centered in omega ₁ is located in the omega ₂ folded back converted light is generated (Figure 1). This is the input light ω
_When the value of ₁ is changed, the shift amount Δω (=
2ω ₁ −ω ₃ ) also means to change. That is also respectively input light when there is a large number of input light as in Figure 2 occurs converted light in a position folded around the omega _3/2 with respect to the control light omega _3, the shift amount by the frequency of the input optical different.

【００１０】以上のように従来の音響光学効果型光周波
数シフタや電気光学効果型光周波数シフタでは、そのシ
フト量が電気回路の制限により決定され大きなシフト量
が実現できなかった。また波長変換器では数THz から１
０THz の大きなシフト量が得られるが、特定の周波数の
入力光や特定の周波数の出力光のときのみ所望のシフト
量が得られるだけで、入力光の周波数を変化させる、も
しくは多数の入力光が存在するときに一定の周波数シフ
ト量を与えるものではない。As described above, in the conventional acousto-optic effect type optical frequency shifter and electro-optic effect type optical frequency shifter, the shift amount is determined by the limitation of the electric circuit, and a large shift amount cannot be realized. In the wavelength converter, it is 1 to
Although a large shift amount of 0 THz can be obtained, a desired shift amount can be obtained only when input light of a specific frequency or output light of a specific frequency is used. It does not provide a constant frequency shift when present.

【００１１】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
のような従来技術の問題点を解決し、光周波数シフト量
が大きな光周波数シフタ、また多数の入力光を一括して
光周波数をシフトする光周波数シフタを提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide an optical frequency shifter having a large optical frequency shift amount, and a collective optical frequency shift of a large number of input lights. It is to provide a shifting optical frequency shifter.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光周波数シフタの構成は、二次非線形光学効果を有
する非線形光学媒質の光導波路を具備し、第１の信号光
と第１の制御光が合波して入力されると、第１の信号光
と第１の制御光の差周波となる第１の変換光を発生して
出力すると共に、少なくとも第１の信号光と同じ周波数
成分の光の出力はしない第１の波長変換装置と、第１の
変換光が第２の信号光として入力されるように第１の波
長変換装置に縦列に接続されており、二次非線形光学効
果を有する非線形光学媒質の光導波路を具備し、第２の
信号光と第２の制御光が合波して入力されると、第２の
信号光と第２の制御光の差周波となる第２の変換光を発
生して出力すると共に、少なくとも第２の信号光と同じ
周波数成分の光の出力はしない第２の波長変換装置とを
備えていることを特徴とする。According to the present invention, there is provided an optical frequency shifter comprising an optical waveguide of a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect, wherein a first signal light and a first signal light are combined. When the control light is multiplexed and input, a first converted light having a difference frequency between the first signal light and the first control light is generated and output, and at least the same frequency as the first signal light is output. A first wavelength converter that does not output the component light, and a cascade connected to the first wavelength converter so that the first converted light is input as a second signal light; An optical waveguide of a non-linear optical medium having an effect is provided, and when the second signal light and the second control light are multiplexed and input, a difference frequency between the second signal light and the second control light is obtained. A second converted light is generated and output, and at least a light having the same frequency component as the second signal light is generated. Characterized in that it comprises a second wavelength converting device are not force.

【００１３】また本発明の光周波数シフタの構成は、第
１の波長変換装置及び第２の波長変換装置のうちの少な
くとも１つは、信号光と制御光を合波する手段と、二次
非線形光学効果を有する非線形光学媒質の光導波路から
なり、変換光を出力する波長変換器と、波長変換器から
出力された光のうち少なくとも信号光と同じ周波数の光
を取り除き、かつ、変換光を透過させるフィルタとを縦
列接続して構成されていることを特徴とする。In the optical frequency shifter according to the present invention, at least one of the first wavelength conversion device and the second wavelength conversion device may include a unit for multiplexing the signal light and the control light, and a second-order nonlinearity. A wavelength converter, which comprises an optical waveguide of a non-linear optical medium having an optical effect and outputs converted light, and removes at least light having the same frequency as the signal light from the light output from the wavelength converter, and transmits the converted light. And a filter to be connected in cascade.

【００１４】また本発明の光周波数シフタの構成は、第
１の波長変換装置及び第２の波長変換装置のうちの少な
くとも１つは、信号光と制御光を合波する手段と、二次
非線形光学効果を有する非線形光学媒質の光導波路から
なり、少なくとも信号光と同じ周波数の光の出力を抑制
しつつ変換光を出力する波長変換器とを縦列接続して構
成されていることを特徴とする。Further, in the configuration of the optical frequency shifter according to the present invention, at least one of the first wavelength converter and the second wavelength converter includes a unit for multiplexing the signal light and the control light, It comprises an optical waveguide of a non-linear optical medium having an optical effect, and is characterized by being connected in cascade with a wavelength converter that outputs converted light while suppressing output of light having at least the same frequency as signal light. .

【００１５】また本発明の光周波数シフタの構成は、信
号光と制御光を合波する手段は、波長変換器に組み込ま
れていたり、少なくとも一方の波長変換装置の波長変換
器には、温度変化機構を備えていたり、二次非線形光学
効果を有する非線形光学媒質は、周期的に分極が反転さ
れていたり、二次非線形光学効果を有する非線形光学媒
質は、周期的に分極が反転されており、しかも、分極反
転の周期が複数である、もしくは分極反転の周期に変調
が加えられていたり、非線形光学媒質がニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、もしくはその混晶であること
を特徴する。In the optical frequency shifter according to the present invention, the means for multiplexing the signal light and the control light is incorporated in a wavelength converter, or the wavelength converter of at least one of the wavelength converters has a temperature change. With a mechanism, a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect, the polarization is periodically inverted, or a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect, the polarization is periodically inverted, In addition, the polarization inversion cycle is plural, or the polarization inversion cycle is modulated, or the nonlinear optical medium is lithium niobate, lithium tantalate, or a mixed crystal thereof.

【００１６】また本発明の光周波数シフタの制御方法の
構成は、第１の波長変換装置に入力する第１の制御光と
第２の波長変換装置に入力する第２の制御光との周波数
差により、周波数シフト量を制御したり 第１の制御光と第２の制御光の周波数を変化させること
により、周波数シフト量を制御したり 制御光の光波長において位相整合もしくは疑似位相整合
するように、波長変換器の温度を変化させることを特徴
とする。Further, the configuration of the control method of the optical frequency shifter according to the present invention is a method of controlling the frequency difference between the first control light input to the first wavelength conversion device and the second control light input to the second wavelength conversion device. By controlling the frequency shift amount or changing the frequencies of the first control light and the second control light, the frequency shift amount can be controlled or the phase matching or the quasi-phase matching can be performed at the optical wavelength of the control light. And changing the temperature of the wavelength converter.

【００１７】[0017]

【作用】本発明では、従来と異なり、非線形光学材料の
波長変換器の数十THz におよぶ周波数シフト量の波長変
換作用と多波長入力に対してシフト量はそれぞれ異なる
が、そのすべての波長に対して変換作用があることを用
い、２台の波長変換器を用いて２回波長変換を行うこと
によって、多波長入力のすべての波長に対し、同じシフ
ト量であり、かつそのシフト量が数THz の大きなシフト
量をもつ光波長シフタを実現できる。According to the present invention, unlike the prior art, the wavelength conversion function of the frequency converter of several tens of THz of the wavelength converter of the nonlinear optical material and the shift amount for the multi-wavelength input are different from each other. By performing the wavelength conversion twice using two wavelength converters based on the fact that there is a conversion action, the shift amount is the same for all the wavelengths of the multi-wavelength input, and the shift amount is several. An optical wavelength shifter having a large shift amount of THz can be realized.

【００１８】その構成を図３，４，５，６に示した。図
中の入力信号光抑制型波長変換器とは、差周波発生効果
を用いた二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質の
光導波路からなり、かつその出力光のうち少なくとも信
号光と同じ周波数の出力が抑制され波長変換器で発生し
た変換光を透過させる機能を備える波長変換器であり、
波長変換器とフィルタの組み合わせを１つの波長変換器
で実現するものである。このような波長変換器は、例え
ば電子情報通信学会２００１年総合大会予稿集講演番号
B-10-111に示されるようなものがある。The structure is shown in FIGS. The input signal light suppression type wavelength converter in the figure is composed of an optical waveguide of a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect using a difference frequency generation effect, and has at least the same frequency as the signal light in the output light. A wavelength converter having a function of transmitting the converted light generated by the wavelength converter with its output suppressed,
A combination of a wavelength converter and a filter is realized by one wavelength converter. Such a wavelength converter is described in, for example, Proceedings of the 2001 IEICE General Conference.
There is something like that shown in B-10-111.

【００１９】以下に本発明の原理について説明する。前
記従来技術中で説明を行ったように、一台の波長変換装
置では、信号光ω₁と制御光ω₃ の光を入力すると、ω
₁ ＋ω₂ ＝ω₃ の関係があるω₂ の変換光が発生する。
この過程を一台目の波長変換装置での波長変換過程を、
ω₁ ⁽¹⁾ ＋ω₂ ⁽¹⁾ ＝ω₃ ⁽¹⁾ とし、２台目でω₁ ⁽²⁾ ＋ω
₂ ⁽²⁾ ＝ω₃ ⁽²⁾ とすると、本発明では信号光ω₁ ⁽¹⁾ と
制御光ω₃ ⁽¹⁾ と制御光ω₃ ⁽²⁾ を与え、一台目での変換
光ω₂ ^{(1 )} を２台目での信号光ω₁ ⁽²⁾ として用いるので
ω₂ ⁽¹⁾ ＝ω₁ ⁽²⁾ の関係があり、これらのすべての関係
から２台目からの変換光ω₂ ⁽²⁾ は、 ω₂ ⁽²⁾ ＝ω₃ ⁽²⁾ −ω₁ ⁽²⁾ （∵ω₁ ⁽²⁾ ＋ω₂ ⁽²⁾ ＝ω₃ ⁽²⁾ ） ＝ω₃ ⁽²⁾ −ω₂ ⁽¹⁾ （∵ω₂ ⁽¹⁾ ＝ω₁ ⁽²⁾ ） ＝ω₃ ⁽²⁾−（ω₃ ⁽¹⁾−ω₁ ⁽¹⁾） （∵ω₁ ⁽¹⁾＋ω₂ ⁽¹⁾＝ω₃ ⁽¹⁾ ） ＝＋ω₁ ⁽¹⁾ ＋（ω₃ ⁽²⁾ −ω₃ ⁽¹⁾ ） ・・・・・・・・（２） となり、入力信号光ω₁ ⁽¹⁾ からのシフト量は（ω₃ ⁽²⁾
−ω₃ ⁽¹⁾ ）となり、信号光ω₁ ⁽¹⁾ の値によらず制御光
の差によって決まる一定の値になる。The principle of the present invention will be described below. Previous
As described in the related art, one wavelength conversion device is used.
The signal light ω₁And control light ω_ThreeInput light, ω
₁+ Ω_Two= Ω_ThreeIs related to ω_TwoThe converted light is generated.
This process is referred to as the wavelength conversion process in the first wavelength converter,
ω₁ ⁽¹⁾+ Ω_Two ⁽¹⁾= Ω_Three ⁽¹⁾And the second unit is ω₁ ⁽²⁾+ Ω
_Two ⁽²⁾= Ω_Three ⁽²⁾Then, in the present invention, the signal light ω₁ ⁽¹⁾When
Control light ω_Three ⁽¹⁾And control light ω_Three ⁽²⁾And conversion on the first unit
Light ω_Two ^{(1 )}Is the signal light ω in the second unit₁ ⁽²⁾Because it is used as
ω_Two ⁽¹⁾= Ω₁ ⁽²⁾Relationship and all these relationships
Converted light ω from the second unit_Two ⁽²⁾Is ω_Two ⁽²⁾= Ω_Three ⁽²⁾−ω₁ ⁽²⁾ (∵ω₁ ⁽²⁾+ Ω_Two ⁽²⁾= Ω_Three ⁽²⁾) = Ω_Three ⁽²⁾−ω_Two ⁽¹⁾ (∵ω_Two ⁽¹⁾= Ω₁ ⁽²⁾) = Ω_Three ⁽²⁾− (Ω_Three ⁽¹⁾−ω₁ ⁽¹⁾) (∵ω₁ ⁽¹⁾+ Ω_Two ⁽¹⁾= Ω_Three ⁽¹⁾) = + Ω₁ ⁽¹⁾+ (Ω_Three ⁽²⁾−ω_Three ⁽¹⁾) ······· (2)₁ ⁽¹⁾The shift amount from (ω_Three ⁽²⁾
−ω_Three ⁽¹⁾), And the signal light ω₁ ⁽¹⁾Control light regardless of the value of
Is a constant value determined by the difference between

【００２０】ここで一台目の波長変換装置での出力光の
中に変換光ω₂ ⁽¹⁾ 以外に入力された信号光ω₁ ⁽¹⁾ が存
在した場合、その信号光ω₁ ⁽¹⁾ を２台目に入力すると
２台目の波長変換装置の波長変換器中に信号光ω₁ ⁽¹⁾
と変換光ω₂ ⁽²⁾ とが存在し、その２つの光を分離する
ことが困難となる。そこで１台目の波長変換装置におい
て波長変換器からの出力光のうち少なくとも信号光ω₁
⁽¹⁾ が除去されるフィルタを備えた波長変換装置である
必要がある。またこの場合も２台目の波長変換装置にお
いても、入力された信号光ω₁ ⁽²⁾ は、波長多重通信に
おけるチャンネルにおいて、目的のチャンネル以外に信
号を送信することになるため除去する必要があり、信号
光と同じ光周波数の光を除去するフィルタが必要であ
る。制御光ω ₃ ⁽¹⁾ とω₃ ⁽²⁾ に関しては、用いる光カプ
ラによって除去される場合、また波長変換器に制御光波
長選択性がある場合、出力光に含まれていたとしても信
号光と異なる波長であるためその後の伝送及び処理に影
響を及ぼさない場合が考えられるので必ずしも除去する
必要があるとはいえない。Here, the output light of the first wavelength converter is
Converted light ω_Two ⁽¹⁾Input signal light ω₁ ⁽¹⁾Exists
Signal light ω₁ ⁽¹⁾When you enter
In the wavelength converter of the second wavelength converter, the signal light ω₁ ⁽¹⁾
And converted light ω_Two ⁽²⁾Exists and separates the two lights
It becomes difficult. So, in the first wavelength converter
And at least the signal light ω of the output light from the wavelength converter₁
⁽¹⁾Wavelength conversion device with a filter from which
There is a need. Also in this case, the second wavelength conversion device
The input signal light ω₁ ⁽²⁾Is used for WDM communication
Channel other than the intended channel.
Signals that need to be removed because
A filter that removes light at the same optical frequency as light is required.
You. Control light ω _Three ⁽¹⁾And ω_Three ⁽²⁾For the light cap used
If the light is removed by the
If there is a long selectivity, the signal
Since the wavelength is different from that of the signal light, it will affect subsequent transmission and processing.
May not affect the sound, so remove it
It is not necessary.

【００２１】ここで上記の過程を図３に示す本発明にお
ける構成図を用いて説明をする。図３において３００Ａ
は第１の波長変換装置、３００Ｂは第２の波長変換装置
であり、第１の波長変換装置３００Ａは、光カプラ３０
３と波長変換器３０４と光フィルタ３０５とで構成され
ており、第２の波長変換装置３００Ｂは、光カプラ３０
７と波長変換器３０８と光フィルタ３０９とで構成され
ている。波長変換器３０４，３０８は、差周波発生効果
を用いた二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質の
光導波路を有している。The above process will now be described with reference to the block diagram of the present invention shown in FIG. 300A in FIG.
Is a first wavelength converter, 300B is a second wavelength converter, and the first wavelength converter 300A is an optical coupler 30A.
3, a wavelength converter 304, and an optical filter 305, and the second wavelength converter 300B
7, a wavelength converter 308, and an optical filter 309. Each of the wavelength converters 304 and 308 has an optical waveguide of a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect using a difference frequency generation effect.

【００２２】入力信号光３０１の光周波数をω₁ ⁽¹⁾ と
し、制御光３０２の光周波数をω₃ ^{(1 )} とし、制御光３
０６の光周波数をω₃ ⁽²⁾ とする。光フィルタ３０５で
は信号光３０１と制御光３０２の光周波数を除去し変換
光ω₂ ⁽¹⁾ を透過する特性をもち、光フィルタ３０９で
は波長変換器３０８の入力信号光であるω₁ ⁽²⁾ （＝ω₂
⁽¹⁾ ）と制御光ω₃ ⁽²⁾ の光周波数を除去し変換光ω₂
⁽²⁾ を透過する特性をもつものとした。この場合、波長
変換器３０４の入力スペクトルは図７（ａ）、波長変換
器３０４の出力スペクトルは図７（ｂ）、光フィルタ３
０５の透過スペクトルは図７（ｃ）、波長変換器３０８
の入力スペクトルは図７（ｄ）、波長変換器３０８の出
力スペクトルは図７（ｅ）、光フィルタの透過光である
光出力３１０のスペクトルは図７（ｆ）となる。本説明
において制御光ω₃ ⁽¹⁾ とω₃ ⁽²⁾ を、光フィルタで除去
した場合について説明を行ったが、前述した様に必ずし
も光フィルタ３０５，３０９で制御光が除去される必要
はない。図７（ｆ）に示した周波数シフト量Δωは、式
（２）より入力信号光ω₁ ⁽¹⁾ の値によらない（ω₃ ⁽²⁾
−ω₃ ⁽¹⁾ ）となる。The optical frequency of the input signal light 301 is ω₁ ⁽¹⁾When
And the optical frequency of the control light 302 is ω_Three ^{(1 )}And control light 3
The optical frequency of 06 is ω_Three ⁽²⁾And With the optical filter 305
Removes and converts the optical frequencies of signal light 301 and control light 302
Light ω_Two ⁽¹⁾Has the property of transmitting light, and the optical filter 309
Is an input signal light of the wavelength converter 308₁ ⁽²⁾(= Ω_Two
⁽¹⁾) And control light ω_Three ⁽²⁾Of the converted light ω_Two
⁽²⁾Has the property of transmitting light. In this case, the wavelength
The input spectrum of the converter 304 is shown in FIG.
The output spectrum of the optical filter 304 is shown in FIG.
FIG. 7 (c) shows the transmission spectrum of the wavelength converter 308.
The input spectrum of FIG.
The force spectrum is the light transmitted through the optical filter in FIG.
The spectrum of the light output 310 is as shown in FIG. Book explanation
At the control light ω_Three ⁽¹⁾And ω_Three ⁽²⁾With an optical filter
I explained about the case where
Need to remove control light by optical filters 305 and 309
There is no. The frequency shift amount Δω shown in FIG.
(2) Input signal light ω₁ ⁽¹⁾(Ω_Three ⁽²⁾
−ω_Three ⁽¹⁾).

【００２３】ここで、図３以外の構成、すなわち信号光
の出力が抑制されるような機能を備えた波長変換器を用
いた場合は、波長変換器自体にフィルタ機能があるの
で、フィルタを備える必要はなく、図４，５，６の構成
をとっても同じ効果が得られる。Here, when a configuration other than that shown in FIG. 3, ie, a wavelength converter having a function of suppressing the output of signal light is used, a filter is provided because the wavelength converter itself has a filter function. There is no necessity, and the same effects can be obtained even if the configurations shown in FIGS.

【００２４】即ち、図４において、４００Ａは第１の波
長変換装置、４００Ｂは第２の波長変換装置であり、第
１の波長変換装置４００Ａは、光カプラ４０３と入力信
号光抑制型波長変換器４０４とで構成されており、第２
の波長変換装置４００Ｂは、光カプラ４０７と入力信号
光抑制型波長変換器４０８とで構成されている。入力信
号光抑制型波長変換器４０４，４０８は、差周波発生効
果を用いた二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質
の光導波路を有すると共に、波長変換器自体にフィルタ
効果がある。なお、４０１は入力信号光，４０２，４０
６は制御光、４１０は出力光である。That is, in FIG. 4, 400A is a first wavelength converter, 400B is a second wavelength converter, and the first wavelength converter 400A is an optical coupler 403 and an input signal light suppression type wavelength converter. 404 and the second
The wavelength converter 400B includes an optical coupler 407 and an input signal light suppressing type wavelength converter 408. The input signal light suppression type wavelength converters 404 and 408 have an optical waveguide of a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect using a difference frequency generation effect, and the wavelength converter itself has a filter effect. Reference numeral 401 denotes an input signal light;
6 is control light, and 410 is output light.

【００２５】また、図５において、５００Ａは第１の波
長変換装置、５００Ｂは第２の波長変換装置であり、第
１の波長変換装置５００Ａは、光カプラ５０３と入力信
号光抑制型波長変換器５０４とで構成されており、第２
の波長変換装置５００Ｂは、光カプラ５０７と波長変換
器５０８と光フィルタ５０９とで構成されている。な
お、５０１は入力信号光，５０２，５０６は制御光、５
１０は出力光である。In FIG. 5, 500A is a first wavelength converter, 500B is a second wavelength converter, and the first wavelength converter 500A is an optical coupler 503 and an input signal light suppressing type wavelength converter. 504 and the second
The wavelength conversion device 500B includes an optical coupler 507, a wavelength converter 508, and an optical filter 509. Note that 501 is an input signal light, 502 and 506 are control lights, and 5
Reference numeral 10 denotes output light.

【００２６】また、図６において、６００Ａは第１の波
長変換装置、６００Ｂは第２の波長変換装置であり、第
１の波長変換装置６００Ａは、光カプラ６０３と入力信
号光抑制型波長変換器６０４と光フィルタ６０５で構成
されており、第２の波長変換装置６００Ｂは、光カプラ
６０７と入力信号光抑制型波長変換器６０８とで構成さ
れている。なお、６０１は入力信号光，６０２，６０６
は制御光、６１０は出力光である。In FIG. 6, 600A is a first wavelength converter, 600B is a second wavelength converter, and the first wavelength converter 600A is composed of an optical coupler 603 and an input signal light suppression type wavelength converter. The second wavelength conversion device 600B includes an optical coupler 607 and an input signal light suppression type wavelength converter 608. 601 is an input signal light, 602 and 606
Is control light, and 610 is output light.

【００２７】以上の説明では入力光として入力光ω₁
⁽¹⁾ のみを与えたが、多数の波長から構成された波長群
であっても、同様の原理により光周波数シフトを受け
る。In the above description, the input light ω _{1 is used} as the input light.
^Although only ⁽¹⁾ is given, even a wavelength group composed of many wavelengths undergoes an optical frequency shift according to the same principle.

【００２８】また、波長変換器に周期分極反転構造を用
いるとある特定の制御光波長でのみ効率よく波長変換機
能が働くが、波長変換器の温度を変化させることでその
特定波長を制御できることが一般に知られている。そこ
で波長変換器に温度変化機構を備えて温度変化をさせる
と、波長変換器の温度変化と制御光波長の変化によって
光周波数シフト量を連続に変化させることができる。When a periodically poled structure is used in a wavelength converter, the wavelength conversion function works efficiently only at a specific control light wavelength. However, the specific wavelength can be controlled by changing the temperature of the wavelength converter. Generally known. Therefore, if the wavelength converter is provided with a temperature change mechanism to change the temperature, the optical frequency shift amount can be continuously changed by the change in the temperature of the wavelength converter and the change in the control light wavelength.

【００２９】さらに、波長変換器に周期分極反転構造を
用いるとある特定の制御光波長でのみ効率よく波長変換
機能が働くが、分極反転構造の周期が複数、もしくは周
期に変調を加えることにより、広い波長範囲で、もしく
は複数の波長で擬似位相整合条件を満たすことができる
ことが一般に知られている。これを用いれば、制御光の
波長を変化、もしくはスイッチングさせることで、光周
波数シフト量を変化させることができる。Further, when a periodically poled structure is used in the wavelength converter, the wavelength conversion function works efficiently only at a specific control light wavelength. However, when the period of the poled structure is plural or the period is modulated, It is generally known that the quasi-phase matching condition can be satisfied in a wide wavelength range or at a plurality of wavelengths. If this is used, the amount of optical frequency shift can be changed by changing or switching the wavelength of the control light.

【００３０】以上のように本発明の構成をとることによ
って光周波数シフト量が大きな光周波数シフタ、また多
数の入力光を一括して光周波数をシフトする光周波数シ
フタが可能になる。By employing the configuration of the present invention as described above, an optical frequency shifter having a large optical frequency shift amount and an optical frequency shifter which shifts the optical frequency of a large number of input lights at a time can be realized.

【００３１】[0031]

【実施例】〔第１の実施の形態〕図８は、本発明の第１
の実施の形態による光周波数シフタの構成を示すブロッ
ク図である。ここで、８０３と８０７は光カプラ、８０
４と８０８は波長変換器、８０５と８０９は光フィルタ
である。そして、光カプラ８０３，波長変換器８０４，
光フィルタ８０５により第１の波長変換装置８００Ａが
構成され、光カプラ８０７，波長変換器８０８，光フィ
ルタ８０９により第２の波長変換装置８００Ｂが構成さ
れている。それぞれの波長変換器８０４，８０８は、ニ
オブ酸リチウム（LiNbO₃）基板に周期分極反転を施し、
プロトン交換によって導波路形成して作製した。この様
な波長変換器は擬似位相整合型波長変換器と言い、ある
特定の制御光波長においてその変換効率が向上される構
造である。今回用いた波長変換器は、波長変換器８０４
では０．７８００μｍにおいて、波長変換器８０８では
０．７８０８μｍにおいて擬似位相整合する様に設定し
た。また光フィルタ８０５は１．５７００μｍ以上の波
長の光を透過させる特性を持ち、光フィルタ８０９は、
１．５００μｍから１．５６００μｍまでの波長の光を
透過させる特性を持つ。FIG. 8 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an optical frequency shifter according to the embodiment. Here, 803 and 807 are optical couplers,
4 and 808 are wavelength converters, and 805 and 809 are optical filters. Then, the optical coupler 803, the wavelength converter 804,
A first wavelength converter 800A is configured by the optical filter 805, and a second wavelength converter 800B is configured by the optical coupler 807, the wavelength converter 808, and the optical filter 809. Each of the wavelength converters 804 and 808 performs periodic polarization inversion on a lithium niobate (LiNbO ₃ ) substrate,
The waveguide was formed by proton exchange. Such a wavelength converter is called a quasi-phase matching wavelength converter and has a structure in which the conversion efficiency is improved at a specific control light wavelength. The wavelength converter used this time is a wavelength converter 804
The wavelength converter 808 is set to perform quasi-phase matching at 0.7800 μm, and the wavelength converter 808 is set to perform quasi-phase matching at 0.7808 μm. The optical filter 805 has a property of transmitting light having a wavelength of 1.5700 μm or more.
It has the property of transmitting light of wavelengths from 1.500 μm to 1.5600 μm.

【００３２】ここに１．５３５０μｍの信号光８０１
と、０．７８００μｍの制御光８０２を、光カプラ８０
３を通して波長変換器８０４に入射させた。その波長変
換器８０４からの出力光を光フィルタ８０５によってフ
ィルタリングされた光と０．７８０８μｍの制御光１０
６を、光カプラ８０７を通して波長変換器８０８に入射
させた。その波長変換器８０８からの出力光を光フィル
タ８０９によってフィルタリングした出力光８１０を光
スペクトルアナライザーによって、その出力波長を調べ
た。するとその出力光８１０は、ほぼ１．５３８１μｍ
の光であることが分かった。これは信号光８０１より波
長にして０．００３１μｍ長波長側にシフトしており、
周波数ではおよそ４００GHz に相当する。Here, a signal light 801 of 1.5350 μm
And the control light 802 of 0.7800 μm
3 and was incident on the wavelength converter 804. The output light from the wavelength converter 804 is filtered by the optical filter 805 with the control light 10 of 0.7808 μm.
6 was made incident on the wavelength converter 808 through the optical coupler 807. The output wavelength of the output light 810 obtained by filtering the output light from the wavelength converter 808 by the optical filter 809 was examined by an optical spectrum analyzer. Then, the output light 810 is approximately 1.5381 μm
It turned out to be light. This is shifted to a longer wavelength side than the signal light 801 by 0.0031 μm.
The frequency corresponds to about 400 GHz.

【００３３】また信号光８０１の波長を１．５３７４μ
ｍにしたところ、出力光８１０はほぼ１．５４０６μｍ
の光であることが分かった。これは信号光８０１より波
長にしてほぼ０．００３１μｍ長波長側にシフトしてお
り、周波数ではおよそ４００GHz に相当し、信号光波長
を変化させてもそのシフト量は同様であった。The wavelength of the signal light 801 is 1.5374 μm.
m, the output light 810 is approximately 1.5406 μm
It turned out to be light. This is shifted to a longer wavelength side of about 0.0031 μm than the signal light 801 and corresponds to a frequency of about 400 GHz, and the shift amount is the same even when the signal light wavelength is changed.

【００３４】さらに信号光８０１を１．５３５０μｍと
１．５３７４μｍの２波長にしたところ、１．５３８１
μｍと１．５４０６μｍの２波長が出力光８１０として
観測された。波長数が複数になってもそれぞれの波長の
光が周波数でおよそ４００GHz シフトされていることが
分かった。Further, when the signal light 801 has two wavelengths of 1.5350 μm and 1.5374 μm,
Two wavelengths of μm and 1.5406 μm were observed as output light 810. It was found that even if the number of wavelengths became plural, the light of each wavelength was shifted by about 400 GHz in frequency.

【００３５】さらに波長変換器８０８に温度変化機構
（図示省略）を備え、波長変換器８０８の温度を上昇さ
せ、波長変換器８０８の擬似位相整合波長を０．７８０
８μｍから０．７８４９μｍに変化させ、それに合わせ
制御光８０６の波長を０．７８４８μｍにしたところ、
１．５３５０μｍと１．５３７４μｍの２波長の信号光
８０１は、１．５５４１μｍと１．５５６６μｍの光出
力が観測され、それぞれの光が２．４THz の周波数シフ
トがされていることが分かった。Further, the wavelength converter 808 is provided with a temperature changing mechanism (not shown) to raise the temperature of the wavelength converter 808 and reduce the quasi-phase matching wavelength of the wavelength converter 808 by 0.780.
When the wavelength of the control light 806 was changed to 0.7848 μm according to the change from 8 μm to 0.7849 μm,
As for the signal light 801 having two wavelengths of 1.5350 μm and 1.5374 μm, optical outputs of 1.5541 μm and 1.5566 μm were observed, and it was found that each light was shifted by 2.4 THz.

【００３６】次に波長変換器８０８を、その周期分極構
造の周期に変調が加えられており、擬似位相整合波長が
０．７８０８μｍから０．７８１０μｍまでの広い波長
範囲に及ぶLiNbO₃基板を用いた素子に置き換えた。波長
変換器８０４、光フィルタ８０５，８０９、光カプラ８
０３，８０７の特性は上記と同様である。これに１．５
３５０μｍの信号光８０１と、０．７８００μｍの制御
光８０２を、光カプラ８０３を通して波長変換器８０４
に入射させた。また、制御光８０６の波長を０．７８０
８μｍから０．７８１０μｍまで徐々に変化させたとこ
ろ、光出力８１０は１．５３８１μｍから１．５３８９
μｍまで制御光の波長変化に従い変化した。Next, the wavelength converter 808 uses a LiNbO ₃ substrate in which the period of the periodic polarization structure is modulated and the quasi-phase matching wavelength extends over a wide wavelength range from 0.7808 μm to 0.7810 μm. Replaced with an element. Wavelength converter 804, optical filters 805, 809, optical coupler 8
The characteristics of 03,807 are the same as above. 1.5
A 350 μm signal light 801 and a 0.7800 μm control light 802 are transmitted through an optical coupler 803 to a wavelength converter 804.
Was made incident. The wavelength of the control light 806 is set to 0.780.
When gradually changed from 8 μm to 0.7810 μm, the light output 810 becomes 1.5381 μm to 1.5389 μm.
It changed according to the wavelength change of the control light up to μm.

【００３７】次に波長変換器８０８を、その周期分極構
造の周期に変調が加えられており、擬似位相整合波長が
０．７８０８μｍと０．７８１６μｍの２波長であるLi
NbO₃基板を用いた素子に置き換えた。これに１．５３５
０μｍの信号光８０１と、０．７８００μｍの制御光８
０２を、光カプラ８０３を通して波長変換器８０４に入
射させた。制御光８０６として０．７８０８μｍと０．
７８１６μｍの２種を用意し、順次２つを入射させたと
ころ、制御光８０６が０．７８０８μｍのときは１．５
３８１μｍの光出力８１０が、制御光８０６が０．７８
１６μｍの時は１．５４１２μｍの光出力８１０が得ら
れた。Next, the wavelength converter 808 is modulated by applying a modulation to the period of the periodic polarization structure so that the quasi phase matching wavelength is two wavelengths of 0.7808 μm and 0.7816 μm.
The device was replaced with a device using an NbO ₃ substrate. 1.535
0 μm signal light 801 and 0.7800 μm control light 8
02 was incident on the wavelength converter 804 through the optical coupler 803. As the control light 806, 0.7808 μm and 0.
When two types of 7816 μm were prepared and two were sequentially incident, when the control light 806 was 0.7808 μm, 1.5
The light output 810 of 381 μm is 0.78 and the control light 806 is 0.78.
At 16 μm, an optical output 810 of 1.5412 μm was obtained.

【００３８】〔第２の実施の形態〕図９は、本発明の第
２の実施の形態による光周波数シフタの構成を示すブロ
ック図である。ここで、９０３と９０６は光カプラ、９
０４と９０７は波長変換器である。そして、光カプラ９
０３，波長変換器９０４により第１の波長変換装置９０
０Ａが構成され、光カプラ９０６，波長変換器９０７に
より第２の波長変換装置９００Ｂが構成されている。こ
こで用いた波長変換器９０４，９０７は、LiNbO₃基板に
周期分極反転を施し、プロトン交換によって導波路形成
して作製した擬似位相整合型波長変換器であり、光の干
渉効果により入力光としての信号光と同じ波長の出力を
抑制し変換光のみを出力できる光出力ポートを備える構
造となっている。また波長変換器９０４では０．７８０
０μｍにおいて、波長変換器９０７では０．７８０８μ
ｍにおいて擬似位相整合する様に設定した。[Second Embodiment] FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an optical frequency shifter according to a second embodiment of the present invention. Here, 903 and 906 are optical couplers, 9
04 and 907 are wavelength converters. Then, the optical coupler 9
03, the first wavelength converter 90 by the wavelength converter 904
0A, and the optical coupler 906 and the wavelength converter 907 constitute a second wavelength converter 900B. The wavelength converters 904 and 907 used here are quasi-phase-matched wavelength converters manufactured by subjecting a LiNbO ₃ substrate to periodic polarization inversion and forming a waveguide by proton exchange, and as input light due to the light interference effect. And a light output port capable of suppressing the output of the same wavelength as the signal light and outputting only the converted light. In the wavelength converter 904, 0.780
At 0 μm, the wavelength converter 907 has 0.7808 μm.
It was set so that quasi-phase matching was performed at m.

【００３９】ここに１．５３５０μｍと１．５３７４μ
ｍの２波長の信号光９０１と、０．７８００μｍの制御
光９０２を、光カプラ９０３を通して波長変換器９０４
に入射させた。その波長変換器９０４からの出力光と
０．７８０８μｍの制御光９０５を、光カプラ９０６を
通して波長変換器９０７に入射させた。その波長変換器
９０７からの出力光９０８を光スペクトルアナライザー
によって、その出力波長を調べた。するとその出力光９
０８は、ほぼ１．５３８１μｍと１．５４０６μｍの２
波長の出力光であることがわかった。これは信号光９０
１より波長にしてそれぞれ０．００３１μｍ長波長側に
シフトされており、周波数ではおよそ４００GHz に相当
する。Here, 1.5350 μm and 1.5374 μm
A signal light 901 having two wavelengths of m and a control light 902 having a wavelength of 0.7800 μm are passed through an optical coupler 903 to a wavelength converter 904.
Was made incident. The output light from the wavelength converter 904 and the control light 905 of 0.7808 μm were made incident on the wavelength converter 907 through the optical coupler 906. The output wavelength of the output light 908 from the wavelength converter 907 was examined by an optical spectrum analyzer. Then the output light 9
08 is approximately 1.5381 μm and 1.5406 μm.
It was found to be output light of a wavelength. This is the signal light 90
Each wavelength is shifted from 0.001 to the long side of 0.0031 μm, and the frequency corresponds to about 400 GHz.

【００４０】ここで２つの実施の形態について実施例を
示したが、その中で入力光の波長数を２までしか用いな
かったが、２以上の波長数の入力光があった場合でも光
周波数シフトが起こることは言うまでもない。また第２
の実施形態においては、波長変換器の温度変化によるシ
フト量変化と変調周期分極反転構造を持つ波長変換器を
用いた実施例は示さなかったが可能であることは言うま
でもない。Here, the examples of the two embodiments have been described, in which only the number of wavelengths of the input light is used up to two. It goes without saying that a shift occurs. Also the second
Although the embodiment using the wavelength converter having the shift amount change due to the temperature change of the wavelength converter and the modulation periodic polarization inversion structure was not shown in the above embodiment, it is needless to say that it is possible.

【００４１】また波長シフトは長波長側、すなわち光周
波数のシフトは低周波側へのシフトを示したが、波長変
換器及び制御光波長を適切に選ぶことによって、逆方向
のシフトも可能であることは言うまでもない。また本実
施例では、周期分極反転による擬似位相整合型波長変換
器を用いたが、他の位相整合法を用いても同様の装置を
構成できる。Although the wavelength shift indicates a longer wavelength side, that is, a shift of the optical frequency shifts to a lower frequency side, a shift in the opposite direction is possible by appropriately selecting the wavelength converter and the control light wavelength. Needless to say. In this embodiment, the quasi-phase matching type wavelength converter based on the periodic polarization inversion is used. However, a similar device can be configured by using another phase matching method.

【００４２】さらに今回用いた波長変換器は、ニオブ酸
リチウム基板にプロトン交換導波路を形成したものであ
るが、基板にニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの
混晶（LiNb_(1-x)Ta_xO₃（０≦ｘ≦１））やその材料に微
量の元素を添加したもの、他の２次非線形光学材料を用
い、さらに導波路作製法においてもTi拡散や他の拡散導
波路、リッジ導波路、埋め込み導波路を用いても良いこ
とは言うまでもない。Further, the wavelength converter used this time has a proton exchange waveguide formed on a lithium niobate substrate, and a mixed crystal of lithium niobate and lithium tantalate (LiNb _(1-x) Ta _x O ₃ (0 ≦ x ≦ 1) or a material obtained by adding a trace element to the material, another secondary nonlinear optical material, and a Ti diffusion or another diffusion waveguide or ridge conduction in a waveguide manufacturing method. It goes without saying that a wave guide or a buried waveguide may be used.

【００４３】さらに実施例では１．５５μｍ帯の信号光
を用いたが、１．３μｍ帯、０．８５μｍ帯、０．６５
μｍ帯等のほかの波長帯においても本発明の効果が得ら
れることは言うまでもない。Further, in the embodiment, the signal light in the 1.55 μm band is used, but the 1.3 μm band, the 0.85 μm band, the 0.65 μm band,
Needless to say, the effects of the present invention can be obtained in other wavelength bands such as the μm band.

【００４４】また実施例で用いた制御光は、信号光に対
して約半分の波長である光を用いたが、信号光と同じ波
長帯の制御光を用い、波長変換器内で第２高調波発生に
より半波長の光に変換し、この発生した第２高調波発生
光を新たな制御光とし、信号光との差周波発生を用いた
波長変換作用を用いても本発明の効果が得られることは
言うまでもない。Although the control light used in the embodiment has a wavelength that is about half the wavelength of the signal light, the control light having the same wavelength band as the signal light is used, and the second harmonic is generated in the wavelength converter. The effect of the present invention can also be obtained by converting the generated second harmonic generation light into a new control light using a wavelength conversion function using the difference frequency generation from the signal light by converting the light into half-wavelength light by wave generation. Needless to say,

【００４５】さらに、本実施例では図３，４で示した構
成に関して示したが、図５，６で示した構成をとる、す
なわち波長変換器とフィルタとの組み合わせた構成要素
が、入力信号光抑制型波長変換器に入れ替わった構成で
あっても良いことは言うまでもない。Further, in this embodiment, the configuration shown in FIGS. 3 and 4 has been described. However, the configuration shown in FIGS. It goes without saying that the configuration may be replaced with the suppression type wavelength converter.

【００４６】また、信号光と制御光を合波する手段を、
二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質内に光導波
路型合波手段として備え、光導波路内に合波部と波長変
換部を構成してもよいことは言うまでもない。The means for multiplexing the signal light and the control light is
It goes without saying that the optical waveguide type multiplexing means may be provided in a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect, and a multiplexing unit and a wavelength conversion unit may be configured in the optical waveguide.

【００４７】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では数THz
にも及ぶ大きな光周波数シフトが実現でき、かつ多波長
一括して光周波数シフト可能であるため、波長多重を利
用した光通信におけるチャンネル間の信号の乗せ換えが
容易に行えるようになり、柔軟なネットワークを提供で
きるようになる。As described above, according to the present invention, several THz
A large optical frequency shift can be realized, and the optical frequency shift can be performed collectively for multiple wavelengths. Therefore, it is possible to easily transfer signals between channels in optical communication using wavelength division multiplexing. Be able to provide a network.

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

【図１】２次非線形光学材料の差周波発生を用いた波長
変換を説明するスペクトル図。FIG. 1 is a spectrum diagram for explaining wavelength conversion using difference frequency generation of a secondary nonlinear optical material.

【図２】２次非線形光学材料の差周波発生を用いた波長
変換の信号光として複数波長を用いた場合の波長変換状
態を説明するスペクトル図。FIG. 2 is a spectrum diagram illustrating a state of wavelength conversion when a plurality of wavelengths are used as signal light for wavelength conversion using difference frequency generation of a second-order nonlinear optical material.

【図３】本発明にかかわる第１の構成を表すブロック
図。FIG. 3 is a block diagram showing a first configuration according to the present invention.

【図４】本発明にかかわる第２の構成を表すブロック
図。FIG. 4 is a block diagram showing a second configuration according to the present invention.

【図５】本発明にかかわる第３の構成を表すブロック
図。FIG. 5 is a block diagram showing a third configuration according to the present invention.

【図６】本発明にかかわる第４の構成を表すブロック
図。FIG. 6 is a block diagram showing a fourth configuration according to the present invention.

【図７】本発明の動作原理を説明するスペクトル図。FIG. 7 is a spectrum diagram illustrating the operation principle of the present invention.

【図８】本発明にかかわる第１の実施の形態を表すブロ
ック図。FIG. 8 is a block diagram showing a first embodiment according to the present invention.

【図９】本発明にかかわる第２の実施の形態を表すブロ
ック図。FIG. 9 is a block diagram showing a second embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

３００Ａ，３００Ｂ 波長変換装置 ３０１ 入力信号光 ３０２ 制御光 ３０３ 光カプラ ３０４ 波長変換器 ３０５ 光フィルタ ３０６ 制御光 ３０７ 光カプラ ３０８ 波長変換器 ３０９ 光フィルタ ３１０ 出力光 ４００Ａ，４００Ｂ 波長変換装置 ４０１ 入力信号光 ４０２ 制御光 ４０３ 光カプラ ４０４ 入力信号光抑制型波長変換器 ４０６ 制御光 ４０７ 光カプラ ４０８ 入力信号光抑制型波長変換器 ４１０ 出力光 ５００Ａ，５００Ｂ 波長変換装置 ５０１ 入力信号光 ５０２ 制御光 ５０３ 光カプラ ５０４ 入力信号光抑制型波長変換器 ５０６ 制御光 ５０７ 光カプラ ５０８ 波長変換器 ５０９ 光フィルタ ５１０ 出力光 ６００Ａ，６００Ｂ 波長変換装置 ６０１ 入力信号光 ６０２ 制御光 ６０３ 光カプラ ６０４ 波長変換器 ６０５ 光フィルタ ６０６ 制御光 ６０７ 光カプラ ６０８ 入力信号光抑制型波長変換器 ６１０ 出力光 ８００Ａ，８００Ｂ 波長変換装置 ８０１ 入力信号光 ８０２ 制御光 ８０３ 光カプラ ８０４ 波長変換器 ８０５ 光フィルタ ８０６ 制御光 ８０７ 光カプラ ８０８ 波長変換器 ８０９ 光フィルタ ８１０ 出力光 ９００Ａ，９００Ｂ 波長変換装置 ９０１ 励起光 ９０２ 入力信号光 ９０３ 光カプラ ９０４ 入力信号光抑制型波長変換器 ９０５ 制御光 ９０６ 光カプラ ９０７ 入力信号光抑制型波長変換器 ９０８ 出力光 300A, 300B wavelength conversion device 301 input signal light 302 control light 303 optical coupler 304 wavelength converter 305 optical filter 306 control light 307 optical coupler 308 wavelength converter 309 optical filter 310 output light 400A, 400B wavelength conversion device 401 input signal light 402 Control light 403 Optical coupler 404 Input signal light suppression type wavelength converter 406 Control light 407 Optical coupler 408 Input signal light suppression type wavelength converter 410 Output light 500A, 500B Wavelength conversion device 501 Input signal light 502 Control light 503 Optical coupler 504 Input Signal light suppression type wavelength converter 506 Control light 507 Optical coupler 508 Wavelength converter 509 Optical filter 510 Output light 600A, 600B Wavelength converter 601 Input signal light 602 Control light 603 Optical coupler 604 Wavelength converter 605 Light Filter 606 Control light 607 Optical coupler 608 Input signal light suppression type wavelength converter 610 Output light 800A, 800B Wavelength converter 801 Input signal light 802 Control light 803 Optical coupler 804 Wavelength converter 805 Optical filter 806 Control light 807 Optical coupler 808 Wavelength Converter 809 Optical filter 810 Output light 900A, 900B Wavelength converter 901 Pump light 902 Input signal light 903 Optical coupler 904 Input signal light suppression type wavelength converter 905 Control light 906 Optical coupler 907 Input signal light suppression type wavelength converter 908 Output light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮澤 弘 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鈴木 博之 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 BA03 CA03 DA06 EA07 EA10 FA25 FA26 HA20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Hiroshi Miyazawa 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Hiroyuki Suzuki 2-3-3, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 F-term in Nippon Telegraph and Telephone Corporation (reference) 2K002 AA02 AB12 BA03 CA03 DA06 EA07 EA10 FA25 FA26 HA20

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 二次非線形光学効果を有する非線形光学
媒質の光導波路を具備し、第１の信号光と第１の制御光
が合波して入力されると、第１の信号光と第１の制御光
の差周波となる第１の変換光を発生して出力すると共
に、少なくとも第１の信号光と同じ周波数成分の光の出
力はしない第１の波長変換装置と、 第１の変換光が第２の信号光として入力されるように第
１の波長変換装置に縦列に接続されており、二次非線形
光学効果を有する非線形光学媒質の光導波路を具備し、
第２の信号光と第２の制御光が合波して入力されると、
第２の信号光と第２の制御光の差周波となる第２の変換
光を発生して出力すると共に、少なくとも第２の信号光
と同じ周波数成分の光の出力はしない第２の波長変換装
置とを備えていることを特徴とする光周波数シフタ。An optical waveguide of a nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect, wherein when the first signal light and the first control light are multiplexed and inputted, the first signal light and the first control light are combined. A first wavelength conversion device that generates and outputs a first converted light having a difference frequency of the first control light and does not output light having at least the same frequency component as the first signal light; An optical waveguide of a nonlinear optical medium, which is connected in cascade to the first wavelength conversion device so that light is input as a second signal light, and has a second-order nonlinear optical effect,
When the second signal light and the second control light are multiplexed and input,
A second wavelength converter that generates and outputs a second converted light having a difference frequency between the second signal light and the second control light and does not output at least light having the same frequency component as the second signal light. An optical frequency shifter comprising: a device; 【請求項２】 請求項１において、第１の波長変換装置
及び第２の波長変換装置のうちの少なくとも１つは、 信号光と制御光を合波する手段と、 二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質の光導波路
からなり、変換光を出力する波長変換器と、 波長変換器から出力された光のうち少なくとも信号光と
同じ周波数の光を取り除き、かつ、変換光を透過させる
フィルタとを縦列接続して構成されていることを特徴と
する光周波数シフタ。2. The device according to claim 1, wherein at least one of the first wavelength converter and the second wavelength converter has means for multiplexing the signal light and the control light, and has a second-order nonlinear optical effect. A wavelength converter that is composed of an optical waveguide of a nonlinear optical medium and outputs converted light, and a filter that removes at least light having the same frequency as the signal light among the lights output from the wavelength converter and transmits the converted light. An optical frequency shifter comprising a cascade connection. 【請求項３】 請求項１において、第１の波長変換装置
及び第２の波長変換装置のうちの少なくとも１つは、 信号光と制御光を合波する手段と、 二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質の光導波路
からなり、少なくとも信号光と同じ周波数の光の出力を
抑制しつつ変換光を出力する波長変換器とを縦列接続し
て構成されていることを特徴とする光周波数シフタ。3. The apparatus according to claim 1, wherein at least one of the first wavelength converter and the second wavelength converter has means for multiplexing the signal light and the control light, and has a second-order nonlinear optical effect. An optical frequency shifter comprising an optical waveguide of a non-linear optical medium and cascaded with a wavelength converter that outputs converted light while suppressing output of light having at least the same frequency as signal light. 【請求項４】 請求項２または請求項３において、信号
光と制御光を合波する手段は、波長変換器に組み込まれ
ていることを特徴とする光周波数シフタ。4. The optical frequency shifter according to claim 2, wherein the means for multiplexing the signal light and the control light is incorporated in a wavelength converter. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４の何れか一項の光
周波数シフタにおいて、 少なくとも一方の波長変換装置の波長変換器には、温度
変化機構を備えたことを特徴とする光周波数シフタ。5. The optical frequency shifter according to claim 1, wherein at least one of the wavelength converters of the wavelength converter includes a temperature change mechanism. . 【請求項６】 請求項１乃至請求項５の何れか一項の光
周波数シフタにおいて、 二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質は、周期的
に分極が反転されていることを特徴とする光周波数シフ
タ。6. The optical frequency shifter according to claim 1, wherein the nonlinear optical medium having the second-order nonlinear optical effect has periodically inverted polarization. Frequency shifter. 【請求項７】 請求項１乃至請求項５の何れか一項の光
周波数シフタにおいて、 二次非線形光学効果を有する非線形光学媒質は、周期的
に分極が反転されており、しかも、分極反転の周期が複
数である、もしくは分極反転の周期に変調が加えられて
いることを特徴とする光周波数シフタ。7. The optical frequency shifter according to claim 1, wherein the nonlinear optical medium having the second-order nonlinear optical effect has periodically inverted polarization, and further has a polarization inversion. An optical frequency shifter having a plurality of periods or modulating the period of polarization inversion. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７の何れか一項の光
周波数シフタにおいて、 非線形光学媒質がニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム、もしくはその混晶であることを特徴する光周波数シ
フタ。8. The optical frequency shifter according to claim 1, wherein the nonlinear optical medium is lithium niobate, lithium tantalate, or a mixed crystal thereof. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８の何れか一項の光
周波数シフタを制御する方法であって、 第１の波長変換装置に入力する第１の制御光と第２の波
長変換装置に入力する第２の制御光との周波数差によ
り、周波数シフト量を制御することを特徴とする光周波
数シフタの制御方法。9. A method for controlling an optical frequency shifter according to claim 1, wherein the first control light and the second wavelength conversion device input to the first wavelength conversion device. A frequency shift amount is controlled by a frequency difference from a second control light input to the optical frequency shifter. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項８の何れか一項の
光周波数シフタを制御する方法であって、 第１の制御光と第２の制御光の周波数を変化させること
により、周波数シフト量を制御することを特徴とする光
周波数シフタの制御方法。10. A method for controlling an optical frequency shifter according to claim 1, wherein the frequency of the first control light and the second control light is changed to change the frequency. A method for controlling an optical frequency shifter, comprising controlling an amount. 【請求項１１】 請求項５の光周波数シフタを制御する
方法であって、 制御光の光波長において位相整合もしくは疑似位相整合
するように、波長変換器の温度を変化させることを特徴
とする光周波数シフタの制御方法。11. The method for controlling an optical frequency shifter according to claim 5, wherein the temperature of the wavelength converter is changed so as to perform phase matching or quasi-phase matching at the optical wavelength of the control light. How to control the frequency shifter.