JP3233369B2 - Optical frequency converter - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ある光周波数の信号光
を別の周波数の光に変換する光周波数変換装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency converter for converting signal light of a certain optical frequency into light of another frequency.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光周波数変換方法としては、２次あるい
は３次の光非線形性を利用する方法や、半導体光増幅器
を利用する方法が知られている。本発明は光ファイバの
３次の光非線形性を利用する光周波数変換法の問題点を
解消するものなので、この光周波数変換方法について説
明する。2. Description of the Related Art As an optical frequency conversion method, a method using a second-order or third-order optical nonlinearity and a method using a semiconductor optical amplifier are known. Since the present invention solves the problem of the optical frequency conversion method using the third-order optical nonlinearity of an optical fiber, this optical frequency conversion method will be described.
【０００３】光非線形媒質に光を入射した時に生じる分
極Ｐは、一般に次の(1) 式のように表される。The polarization P generated when light is incident on an optical nonlinear medium is generally expressed by the following equation (1).
【０００４】 Ｐ＝χ1 Ｅ＋χ2 ＥＥ＋χ3 ＥＥＥ＋・・・・ (1) ここで、Ｅは光電場、χは媒質によってきまる定数であ
る。分極及び光電場は２つの偏波成分を持つので、Ｅ，
Ｐは一般にベクトル量であり、χはテンソル量である。
この光非線形媒質に周波数ｆs の信号光と周波数ｆp の
ポンプ光を入力する。この時、光電場は次の(2) 式のよ
うに表される。P = χ 1 E + χ 2 EE + χ 3 EEE + (1) Here, E is a photoelectric field, and χ is a constant determined by a medium. Since the polarization and the electric field have two polarization components, E,
P is generally a vector quantity, and χ is a tensor quantity.
This optical nonlinear medium to enter the pump light of the signal light and the frequency f p of the frequency f s. At this time, the photoelectric field is expressed by the following equation (2).
【０００５】 Ｅ＝Ｅp ｅｘｐ（ｉ２πｆp ｔ）＋Ｅs ｅｘｐ（ｉ２πｆs ｔ）＋ｃ．ｃ． (2) この(2) 式を上記(1) 式に代入すると、第２項、第３項
よりいろいろな周波数成分の分極波が生じることが分か
る。例えば第３項より Ｐ＝χ3 Ｅp Ｅp Ｅs ＊ｅｘｐ［ｉ２π（２ｆp −ｆs ）ｔ］＋ｃ．ｃ． (3) という分極波が生じる。但し、＊は複素共役を表わす。
この分極成分より周波数（２ｆp −ｆs ）の光が生じ
る。ここでポンプ光を無変調光とすると、この周波数光
は、周波数ｆs の信号光と同じ変調信号を有する。従っ
て、この過程により周波数ｆs から周波数（２ｆp −ｆ
s ）への周波数変換が可能となる。[0005] E = E p exp (i2πf p t) + E s exp (i2πf s t) + c. c. (2) By substituting equation (2) into equation (1), it can be seen from the second and third terms that polarized waves of various frequency components are generated. For example P than the third term = χ 3 E p E p E s * exp [i2π (2f p -f s) t] + c. c. A polarization wave (3) is generated. Here, * represents a complex conjugate.
Light frequency than the polarization component (2f p -f s) occurs. Here, assuming that the pump light is unmodulated light, this frequency light has the same modulation signal as the signal light having the frequency fs. Therefore, the frequency from the frequency f s This process (2f p -f
s ).
【０００６】[0006]
【発明を解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法においては、その周波数変換過程において、偏波依存
性が存在するという欠点がある。前述のようにχ3 はテ
ンソル量であり、そのテンソル成分の値は一様ではな
い。従って、信号光及びポンプ光の偏波状態によって光
電場Ｅのベクトル成分が異なると、これに従い発生する
非線形分極の大きさも異なってくる。すなわち、周波数
変換効率は、入力偏波状態に依存することになる。例え
ば、ガラスなどの等方的媒質の場合、信号光とポンプ光
が同一偏波状態の時に変換効率は最大で、直交偏波状態
であると周波数変換光は少量しか生じないことが知られ
ている。このような偏波依存性が存在する光周波数変換
法は、信号光の偏波状態が固定された状況にしか使えな
い。一方、互いに直線偏波状態にある独立した２つのポ
ンプ光を用いることにより任意の偏波状態にある信号光
を一定の変換効率で変換することは可能である。ただ
し、この場合にはヘテロダイン検波等の偏波調整を必要
とする受信系には適用できない。However, the above-mentioned method has a drawback that polarization dependence is present in the frequency conversion process. As described above, χ 3 is a tensor amount, and the value of the tensor component is not uniform. Therefore, when the vector component of the optical electric field E differs depending on the polarization state of the signal light and the pump light, the magnitude of the nonlinear polarization generated accordingly also differs. That is, the frequency conversion efficiency depends on the input polarization state. For example, in the case of an isotropic medium such as glass, it is known that the conversion efficiency is maximum when the signal light and the pump light are in the same polarization state, and that only a small amount of frequency conversion light is generated in the orthogonal polarization state. I have. The optical frequency conversion method having such polarization dependence can be used only in a situation where the polarization state of the signal light is fixed. On the other hand, by using two independent pump lights that are linearly polarized with each other, it is possible to convert signal light that is in an arbitrary polarization state with a constant conversion efficiency. However, in this case, it cannot be applied to a receiving system that requires polarization adjustment such as heterodyne detection.
【０００７】本発明の目的は、上記課題に鑑み、偏波依
存性のない光周波数変換を可能とする光周波数変換装置
を提供することにある。An object of the present invention is to provide an optical frequency conversion device capable of performing optical frequency conversion without polarization dependence in view of the above problems.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項１では、ポンプ光源と、４つの端子を
備えた偏波ビームスプリッタと、信号光と前記ポンプ光
源からのポンプ光とを合波して、前記偏波ビームスプリ
ッタの第１の端子に入力する手段と、前記偏波ビームス
プリッタの第２、第３の端子をむすぶ偏波保持ファイバ
とを備え、前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端
子へ出力されるポンプ光パワーは同一であるように設定
され、前記偏波保持ファイバは、周波数変換光を発生す
る機能を有する非線形媒質であり、かつ入力された直線
偏波光をそのまま保持するように接続され、前記偏波ビ
ームスプリッタは、第１の端子に入力された一般の偏波
状態の光を２つの直交する直線偏波状態に分離して第２
の端子及び第３の端子にそれぞれ出力し、かつまた第２
の端子及び第３の端子の各々に入力された前記周波数変
換光を共に第４の端子へ出力する。また請求項２では、
ポンプ光源と、４つの端子を備えた偏波ビームスプリッ
タと、信号光と前記ポンプ光源からのポンプ光とを合波
して、前記偏波ビームスプリッタの第１の端子に入力す
る手段と、前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端
子をむすぶ光ファイバと、前記偏波ビームスプリッタの
第２の端子または第３の端子への入力偏波状態を制御す
る手段とを備え、前記偏波ビームスプリッタの第２、第
３の端子へ出力されるポンプ光パワーは同一であるよう
に設定され、前記光ファイバは、周波数変換光を発生す
る機能を有する非線形媒質であり、前記偏波ビームスプ
リッタは、第１の端子に入力された一般の偏波状態の光
を２つの直交する直線偏波状態に分離して第２の端子及
び第３の端子にそれぞれ出力し、前記偏波状態制御手段
により、前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端子
へ入力された光は、常に第４の端子へ出力されるように
設定した。また請求項３では、請求項２に記載の光周波
数変換装置において、前記偏波ビームスプリッタの第
２、第３の端子へ出力されるポンプ光パワーを同一とす
るようにポンプ光の偏波状態を制御する手段を備え、前
記ポンプ光の偏波状態を制御する手段と偏波ビームスプ
リッタの第２の端子または第３の端子への入力偏波状態
を制御する手段とが光強度に応じて自動制御するように
した。According to the present invention, a pump light source, a polarization beam splitter having four terminals, signal light, and pump light from the pump light source are provided. And means for multiplexing the polarization beam splitter and inputting the signal to a first terminal of the polarization beam splitter; and a polarization maintaining fiber connecting the second and third terminals of the polarization beam splitter. The pump light powers output to the second and third terminals of the splitter are set to be the same, and the polarization maintaining fiber generates frequency-converted light.
A non-linear medium having a function of maintaining the input linearly polarized light as it is ,
Beam splitter is a general polarization input to the first terminal.
State light into two orthogonal linearly polarized states,
And a third terminal respectively, and a second terminal
The frequency change input to each of the third terminal and the third terminal.
The converted light is output to the fourth terminal . In claim 2,
A pump light source, a polarization beam splitter having four terminals, a unit for multiplexing signal light and pump light from the pump light source and inputting the multiplexed light to a first terminal of the polarization beam splitter; An optical fiber connecting second and third terminals of the polarization beam splitter; and means for controlling an input polarization state to the second or third terminal of the polarization beam splitter; The pump light powers output to the second and third terminals of the beam splitter are set to be the same, and the optical fiber generates frequency-converted light.
A nonlinear medium having a function of
The litter is a general polarization state light input to the first terminal.
Into two orthogonal linearly polarized states, and a second terminal and
And a third terminal, respectively, and the polarization state control means is set so that the light input to the second and third terminals of the polarization beam splitter is always output to the fourth terminal. did. According to a third aspect of the present invention, in the optical frequency conversion device according to the second aspect, the polarization state of the pump light is adjusted so that the pump light powers output to the second and third terminals of the polarization beam splitter are the same. Means for controlling the polarization state of the pump light and means for controlling the state of polarization input to the second terminal or the third terminal of the polarization beam splitter according to the light intensity. Automatic control.
【０００９】[0009]
【作 用】請求項１によれば、信号光とポンプ光源から
のポンプ光を合波して、偏波ビームスプリッタの第１の
端子に入力すると、偏波ビームスプリッタの第２、第３
の端子をむすぶ偏波保持光ファイバにより、偏波ビーム
スプリッタの第４の端子からは、信号光の偏波状態に依
存しない一定パワーの周波数変換光が出力される。請求
項２によれば、信号光とポンプ光源からのポンプ光を合
波して、偏波ビームスプリッタの第１の端子に入力する
と、前記偏波ビームスプリッタの第２の端子または第３
の端子への入力偏波状態を制御する偏波状態制御手段に
より、前記偏波ビームスプリッタの第４の端子からは、
信号光の偏波状態に依存しない一定パワーの周波数変換
光が出力される。請求項３によれば、前記ポンプ光の偏
波状態を制御する手段と偏波ビームスプリッタの第２の
端子または第３の端子への入力偏波状態を制御する手段
とが光強度に応じて自動制御され、請求項２における光
ファイバを伝搬する光の偏波状態を常に最適に保つこと
ができる。According to the first aspect, when the signal light and the pump light from the pump light source are multiplexed and input to the first terminal of the polarization beam splitter, the second and third polarization beam splitters are combined.
The polarization-maintaining optical fiber which connects the terminals (1) to (4) outputs frequency-converted light having a constant power independent of the polarization state of the signal light from the fourth terminal of the polarization beam splitter. According to the second aspect, when the signal light and the pump light from the pump light source are multiplexed and input to the first terminal of the polarization beam splitter, the second terminal or the third terminal of the polarization beam splitter is output.
From the fourth terminal of the polarization beam splitter, by the polarization state control means for controlling the input polarization state to the terminal of
Frequency-converted light having a constant power that does not depend on the polarization state of the signal light is output. According to the third aspect, the means for controlling the polarization state of the pump light and the means for controlling the polarization state input to the second terminal or the third terminal of the polarization beam splitter correspond to the light intensity. The polarization state of the light that is automatically controlled and propagates through the optical fiber according to claim 2 can always be kept optimal.
【００１０】[0010]
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例の構成図であ
る。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
【００１１】図１において、１０は周波数変換用光ファ
イバ、１１は偏波ビームスプリッタ、１２は光カプラ、
１３はポンプ光源である。光ファイバ１０は３次の非線
形媒質として用いられており、前述したメカニズムに従
って周波数変換光を発生させる。ここで、光ファイバ１
０としては、偏波保持ファイバを用いるものとする。In FIG. 1, 10 is an optical fiber for frequency conversion, 11 is a polarization beam splitter, 12 is an optical coupler,
13 is a pump light source. The optical fiber 10 is used as a third-order nonlinear medium, and generates frequency-converted light according to the above-described mechanism. Here, the optical fiber 1
As 0, a polarization maintaining fiber is used.
【００１２】偏波ビームスプリッタ１１は、入力された
一般の偏波状態の光を、２つの直交する直線偏波成分に
分離して、別々の出力端へ出力する。図１において、端
子ａに光を入力すると、紙面に平行な直線偏波成分は端
子ｃへ、紙面に垂直な直線偏波成分は端子ｄへ、それぞ
れ出力されるものとする。以後、前者を→成分、後者を
↑成分と表記する。この場合、端子ｃへの入力光につい
ては、→成分は端子ａへ、↑成分は端子ｂへ出力され
る。また、端子ｄへの入力光については、→成分は端子
ｂへ、↑成分は端子ａへ出力される。The polarization beam splitter 11 separates the input light in a general polarization state into two orthogonal linearly polarized light components and outputs them to separate output terminals. In FIG. 1, when light is input to a terminal a, a linearly polarized component parallel to the paper is output to a terminal c, and a linearly polarized component perpendicular to the paper is output to a terminal d. Hereinafter, the former is referred to as the → component, and the latter as the ↑ component. In this case, for the input light to the terminal c, the → component is output to the terminal a, and the ↑ component is output to the terminal b. As for the input light to the terminal d, the → component is output to the terminal b, and the ↑ component is output to the terminal a.
【００１３】この構成において、信号光を、光カプラ１
２の一方の入力端に入力する。他方の入力端にはポンプ
光源からのポンプ光を入力する。これにより、信号光と
ポンプ光は合波されて、偏波ビームスプリッタ１１の端
子ａに入力される。ここで、ポンプ光の偏波状態は、偏
波ビームスプリッタ入射時に→成分と↑成分のパワーが
等しいように設定しておく。このように設定すること
は、ポンプ光源１３から偏波ビームスプリッタ１１まで
の光経路を偏波保持ファイバで構成する。またはポンプ
光源の直後に偏波制御器を挿入する、などの方法により
実現可能である。これにより、偏波ビームスプリッタ１
１の端子ｃ，ｄからは、それぞれ、等しいパワーの→偏
波、↑偏波のポンプ光が出力される。In this configuration, the signal light is transmitted to the optical coupler 1.
2 to one input terminal. Pump light from a pump light source is input to the other input terminal. As a result, the signal light and the pump light are multiplexed and input to the terminal a of the polarization beam splitter 11. Here, the polarization state of the pump light is set so that the power of the → component and the power of the 時 に component are equal when the polarization beam splitter is incident. With this setting, the optical path from the pump light source 13 to the polarization beam splitter 11 is constituted by a polarization maintaining fiber. Alternatively, it can be realized by a method such as inserting a polarization controller immediately after the pump light source. Thereby, the polarization beam splitter 1
From the terminals c and d of one, pump light of → polarization and ↑ polarization of the same power is output, respectively.
【００１４】一方、信号光は、任意の偏波状態で偏波ビ
ームスプリッタ１１の端子ａに入力される。偏波ビーム
スプリッタ１１では、入力偏波状態に応じたパワー比
で、→偏波の信号光を端子ｃへ、↑偏波の信号光を端子
ｄへ、それぞれ出力する。On the other hand, the signal light is input to a terminal a of the polarization beam splitter 11 in an arbitrary polarization state. The polarization beam splitter 11 outputs the → polarization signal light to the terminal c and the ↑ polarization signal light to the terminal d at a power ratio according to the input polarization state.
【００１５】端子ｃへ出力された光は、偏波保持光ファ
イバ１０を通って、偏波ビームスプリッタ１１の端子ｄ
に到達する。端子ｄへ出力された光は、同じ偏波保持光
ファイバ１０を通って、偏波ビームスプリッタ１１の端
子ｃに到達する。ここで、偏波保持光ファイバ１０は、
端子ｃから端子ｄへの光については、→偏波状態を保っ
たまま、端子ｄから端子ｃへの光については↑偏波状態
を保ったまま、それぞれ透過するように接続されている
ものとする。The light output to the terminal c passes through the polarization maintaining optical fiber 10 and passes through the terminal d of the polarization beam splitter 11.
To reach. The light output to the terminal d passes through the same polarization maintaining optical fiber 10 and reaches the terminal c of the polarization beam splitter 11. Here, the polarization maintaining optical fiber 10 is
The light from the terminal c to the terminal d is connected so as to be transmitted while maintaining the polarization state, and the light from the terminal d to the terminal c is maintained while maintaining the polarization state. I do.
【００１６】端子ａから端子ｃへ出力された信号光とポ
ンプ光は、同じ→偏波状態を保ったまま偏波保持光ファ
イバ１０を伝搬する。従って、偏波保持光ファイバ１０
では、同一直線偏波状態に対する発生効率で、周波数変
換光が発生する。一方、端子ａから端子ｃへ出力された
信号光とポンプ光も、同じ↑偏波状態を保ったまま偏波
保持光ファイバ１０を伝搬するので、これにより発生す
る周波数変換光の発生効率も、同一直線偏波状態に対す
るものとなる。なお、この時発生する周波数変換光の偏
波状態は、もとの信号光の偏波状態と同一であり、逆回
りに伝搬する光は相互に干渉しない。The signal light and the pump light output from the terminal a to the terminal c propagate through the polarization maintaining optical fiber 10 while maintaining the same → polarization state. Therefore, the polarization maintaining optical fiber 10
In this case, frequency-converted light is generated with the generation efficiency for the same linear polarization state. On the other hand, the signal light and the pump light output from the terminal a to the terminal c also propagate through the polarization maintaining optical fiber 10 while maintaining the same ↑ polarization state. This is for the same linear polarization state. The polarization state of the frequency-converted light generated at this time is the same as the polarization state of the original signal light, and the lights propagating in opposite directions do not interfere with each other.
【００１７】ところで、発生する周波数変換光パワー
は、(3) 式からわかるように、信号光パワーに比例し、
ポンプ光パワーの二乗に比例する。前述のように、ポン
プ光パワーは右回り、左回りとも同一であるように設定
してあるので、周波数変換光パワーは信号光パワーに比
例することになる。一方、信号光については、右回りと
左回りのパワー比は、偏光ビームスプリッタ１１の端子
ａへの入力偏波状態に応じた値である。例えば、右回り
と左回りのパワー比がｒ：（１−ｒ）であるとすると
（但し、０≦ｒ≦１）、右回りと左回りで発生する周波
数変換光のパワー比も、ｒ：（１−ｒ）となる。Incidentally, the generated frequency converted optical power is proportional to the signal light power, as can be seen from the equation (3).
It is proportional to the square of the pump light power. As described above, since the pump light power is set to be the same both clockwise and counterclockwise, the frequency conversion light power is proportional to the signal light power. On the other hand, for the signal light, the clockwise and counterclockwise power ratio is a value corresponding to the state of polarization input to the terminal a of the polarization beam splitter 11. For example, if the clockwise and counterclockwise power ratio is r: (1-r) (where 0 ≦ r ≦ 1), the power ratio of clockwise and counterclockwise generated frequency-converted light is also r: (1−r). (1-r).
【００１８】右回りで発生した周波数変換光は、↑偏波
状態で偏波ビームスプリッタ１１の端子ｃに入力され
る。するとこの光は、端子ｂへと出力される。一方、左
回りで発生した周波数変換光は、→偏波状態で偏波ビー
ムスプリッタ１１の端子ｄに入力される。するとこの光
は、端子ｂへと出力される。右回りで発生する周波数変
換光パワーはｒ、左回りで発生する周波数変換光パワー
は（１−ｒ）なので、端子ｂから出力される全体の周波
数変換光パワーは、ｒ＋（１−ｒ）＝１となる。このこ
とは、端子ｂからは、信号光の偏波状態に依らない一定
パワーの周波数変換光が出力されることを意味する。す
なわち、図１の構成の装置により、偏波無依存の光周波
数変換装置が実現できる。The frequency-converted light generated clockwise is input to the terminal c of the polarization beam splitter 11 in a ↑ -polarized state. Then, this light is output to the terminal b. On the other hand, the frequency-converted light generated counterclockwise is input to the terminal d of the polarization beam splitter 11 in a → polarization state. Then, this light is output to the terminal b. Since the frequency-converted optical power generated clockwise is r and the frequency-converted optical power generated counterclockwise is (1-r), the total frequency-converted optical power output from the terminal b is r + (1-r) = It becomes 1. This means that the terminal b outputs frequency-converted light having a constant power regardless of the polarization state of the signal light. That is, the polarization-independent optical frequency conversion device can be realized by the device having the configuration shown in FIG.
【００１９】なお、偏波保持ファイバは通常、複屈折を
有しており、→偏波光と↑偏波光とでは、伝搬速度が異
なる。従って図１の光ファイバ１０として、１本の偏波
保持光ファイバを用いると、ファイバ長が長い場合に
は、右回りと左回りの信号ビットにずれが生じ、変調信
号光が正しく周波数変換されない。これを避けるには、
等しい長さの２本の偏波保持ファイバを、複屈折の速い
軸と遅い軸が互いに入れかわるように接続したものを、
周波数変換用光ファイバとして用いればよい。Incidentally, the polarization maintaining fiber usually has birefringence, and the propagation speed differs between the → polarized light and the ↑ polarized light. Therefore, when one polarization maintaining optical fiber is used as the optical fiber 10 in FIG. 1, when the fiber length is long, the clockwise and counterclockwise signal bits are shifted, and the modulated signal light is not correctly frequency-converted. . To avoid this,
Two polarization maintaining fibers of equal length are connected so that the fast and slow axes of birefringence are interchanged.
It may be used as an optical fiber for frequency conversion.
【００２０】実施例１では、周波数変換用光ファイバと
して、偏波保持ファイバを用いている。しかしながら、
偏波保持ファイバは一般に高価であり、経済性を考える
と、通常の真円ファイバを用いる方が望ましい。本発明
の第２の実施例では、通常ファイバを用いて、偏波無依
存の周波数変換を実現するように構成された。図２は、
実施例２の構成図である。偏波ビームスプリッタ２１、
光カプラ２２、ポンプ光源２３については、構成配置及
びその作用は、実施例１と同様である。周波数変換用フ
ァイバ２０としては、実施例１とは異なり、通常ファイ
バを用いる。さらに、周波数変換用光ファイバ２０とし
ては、実施例１とは異なり、通常ファイバを用いる。さ
らに、偏波制御器２４が、偏波ビームスプリッタ２１の
端子ｄの直前に挿入されている点が、実施例１とは異な
る。In the first embodiment, a polarization maintaining fiber is used as an optical fiber for frequency conversion. However,
The polarization maintaining fiber is generally expensive, and it is preferable to use a normal round fiber in consideration of economy. In the second embodiment of the present invention, the polarization conversion independent frequency conversion is realized using a normal fiber. FIG.
FIG. 9 is a configuration diagram of a second embodiment. Polarization beam splitter 21,
The configuration and operation of the optical coupler 22 and the pump light source 23 are the same as in the first embodiment. As the frequency conversion fiber 20, unlike the first embodiment, a normal fiber is used. Further, as the frequency conversion optical fiber 20, unlike the first embodiment, a normal fiber is used. Further, the second embodiment is different from the first embodiment in that the polarization controller 24 is inserted immediately before the terminal d of the polarization beam splitter 21.
【００２１】光カプラ２２に入力された信号光が、ポン
プ光とともに偏波ビームスプリッタ２１により、直交す
る２つの偏波光に分離され、周波数変換用光ファイバ２
０の右回り、左回りの経路へ出力されるのは、実施例１
と同様である。右回り左回りとも、信号光とポンプ光の
偏波状態は同一であり、発生する周波数変換光パワー
は、偏波ビームスプリッタ２１での信号光の分離比に比
例することも、実施例１と同様である。The signal light input to the optical coupler 22 is separated into two orthogonally polarized lights by the polarization beam splitter 21 together with the pump light, and the frequency-converted optical fiber 2
Output to the clockwise and counterclockwise routes of 0 is the first embodiment.
Is the same as In both clockwise and counterclockwise directions, the polarization states of the signal light and the pump light are the same, and the generated frequency-converted optical power is proportional to the signal light separation ratio in the polarization beam splitter 21. The same is true.
【００２２】光ファイバ２０は、通常ファイバであるの
で、入力された偏波状態は保持しない。例えば、偏波ビ
ームスプリッタ２１の端子ｃから光ファイバ２０内に入
力された→偏波光が、左回りで偏波制御器２４まで伝搬
すると、光ファイバ２０の状態で決まるある一般偏波状
態となっている。ここで、偏波制御器２４を用いて、こ
の左回り光が、→偏波状態として偏波ビームスプリッタ
２１の端子ｄへ入力するように設定する。これにより、
左回りで発生した周波数変換光は、そのまま端子ｂへ出
力される。光ファイバ２０、偏波制御器２４からなる光
経路は、伝搬方向に対して可逆的であり、上記のように
偏波制御器２４を設定すると、右回り光が端子ｃへ入力
される時には、光ファイバ入力時と同じ↑偏波状態とな
っている。従って、右回りで発生した周波数変換光も、
そのまま端子ｂへ出力される。すなわち、偏波制御器２
４を併用することにより、通常ファイバを用いても、偏
波保持ファイバと同様の効果を得ることができる。Since the optical fiber 20 is a normal fiber, the input polarization state is not maintained. For example, when the polarized light input from the terminal c of the polarization beam splitter 21 into the optical fiber 20 propagates counterclockwise to the polarization controller 24, the polarization state becomes a general polarization state determined by the state of the optical fiber 20. ing. Here, the polarization controller 24 is set so that this counterclockwise light is input to the terminal d of the polarization beam splitter 21 as a → polarization state. This allows
The frequency-converted light generated counterclockwise is output to the terminal b as it is. The optical path composed of the optical fiber 20 and the polarization controller 24 is reversible with respect to the propagation direction. When the polarization controller 24 is set as described above, when clockwise light is input to the terminal c, It is in the same ↑ polarization state as when the optical fiber is input. Therefore, the frequency-converted light generated clockwise also
The signal is output to terminal b as it is. That is, the polarization controller 2
By using 4 in combination, the same effect as that of the polarization maintaining fiber can be obtained even when a normal fiber is used.
【００２３】以上述べたように、図２の構成によって
も、実施例１と同様の効果が得られる。従って、本実施
例により、偏波に依存しない周波数変換装置を実現する
ことができる。なお、偏波制御器２４は偏波ビームスプ
リッタ２１の端子ｃの直前に挿入してもよい。As described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained by the configuration of FIG. Therefore, according to the present embodiment, a frequency conversion device that does not depend on polarization can be realized. The polarization controller 24 may be inserted immediately before the terminal c of the polarization beam splitter 21.
【００２４】実施例２では、偏波制御器２４は初期設定
を行った状態に固定されて使用されている。しかしなが
ら、通常光ファイバの内の伝搬光の偏波状態は、時間的
に変動する場合がある。これに対処するためには、偏波
ビームスプリッタ２１の端子ｃまたはｄへの入力偏波状
態をモニタする手段を備え、そのモニタ信号に応じて偏
波制御器２４を制御する手段を具備する必要がある。ま
た、前記実施例が正しく動作するためには、ポンプ光が
ポンプ光源２３から光カプラ２２を経て偏波ビームスプ
リッタ２１の端子ａに入力された時に、偏波状態が適当
に設定され同一のパワーが端子ｃと端子ｄに出力される
必要があるが、ポンプ光源２３から偏波ビームスプリッ
タ２１までの光経路が通常光ファイバで構成されている
場合には、偏波ビームスプリッタ２１へのポンプ光の入
力偏波状態が時間的に変動し、同一のパワーが端子ｃと
端子ｄに出力されないことが考えられる。これに対処す
るためには、偏波ビームスプリッタ２１の端子ａへのポ
ンプ光の入力偏波状態をモニタする手段を備え、そのモ
ニタ信号に応じてポンプ光の入力偏波状態を制御する手
段を具備する必要がある。In the second embodiment, the polarization controller 24 is used in a state where initialization has been performed. However, the polarization state of the propagating light in an ordinary optical fiber may vary with time. To cope with this, it is necessary to provide a means for monitoring the state of input polarization to the terminal c or d of the polarization beam splitter 21 and a means for controlling the polarization controller 24 in accordance with the monitor signal. There is. In order for the above embodiment to operate properly, when the pump light is input from the pump light source 23 to the terminal a of the polarization beam splitter 21 via the optical coupler 22, the polarization state is appropriately set and the same power is used. Must be output to the terminal c and the terminal d. However, when the optical path from the pump light source 23 to the polarization beam splitter 21 is constituted by a normal optical fiber, the pump light to the polarization beam splitter 21 is May vary with time, and the same power may not be output to the terminal c and the terminal d. In order to cope with this, a means for monitoring the input polarization state of the pump light to the terminal a of the polarization beam splitter 21 is provided, and a means for controlling the input polarization state of the pump light according to the monitor signal is provided. It is necessary to have.
【００２５】本発明の第３の実施例では、偏波状態のモ
ニタ手段を備え、時間的に安定な周波数変換を実現する
ように構成された。図３は実施例３の構成図である。光
ファイバ３０、偏波ビームスプリッタ３１、光カプラ３
２、ポンプ光源３３、偏波制御器３４については、構成
配置およびその作用は、実施例２と同様である。これに
加え、ポンプ光源３３と光カプラ３２の間に偏波制御器
３５が挿入されている。また、２×２の入出力端子をも
つ光カプラ３７が光ファイバ３０の中間点に挿入され、
偏波ビームスプリッタ３１の端子ｄから出力された光は
光カプラ３７の端子ａに、また偏波ビームスプリッタ３
１の端子ｃから出力された光は偏波制御器３４を経て光
カプラ３７の端子ｂに、それぞれ入力するように接続さ
れている。光カプラ３７の端子ｃ、端子ｄからの出力
は、それぞれ光フィルタ４１、４２を経て光検出器３
９、４０に入力される。光検出器３９、４０の検出出力
は偏波制御器３５に入力される。ここで光カプラ３７の
各端子の入出力関係は、端子ａへ入力された光は端子ｂ
およびｃへ、また端子ｂへ入力された光は端子ａおよび
ｄへ、それぞれ出力されるものとする。また光フィルタ
４１、４２は、ポンプ光波長のみを透過する特性をもっ
ているものとする。以上に加え、偏波ビームスプリッタ
３１の端子ｂから出力された光の一部は光カプラ３６に
より分岐され、そのパワーが光検出器３８により検出さ
れ、光検出器３８の検出出力は偏波制御器３４に入力さ
れるように構成されている。In the third embodiment of the present invention, a means for monitoring the state of polarization is provided, so that time-stable frequency conversion is realized. FIG. 3 is a configuration diagram of the third embodiment. Optical fiber 30, polarization beam splitter 31, optical coupler 3
2. The configuration and operation of the pump light source 33 and the polarization controller 34 are the same as those in the second embodiment. In addition, a polarization controller 35 is inserted between the pump light source 33 and the optical coupler 32. Further, an optical coupler 37 having 2 × 2 input / output terminals is inserted at an intermediate point of the optical fiber 30,
The light output from the terminal d of the polarization beam splitter 31 is supplied to the terminal a of the optical coupler 37 and the polarization beam splitter 3.
The light output from one terminal c is connected to the terminal b of the optical coupler 37 via the polarization controller 34 so as to be input respectively. Outputs from the terminals c and d of the optical coupler 37 pass through optical filters 41 and 42, respectively, and
9 and 40 are input. The detection outputs of the photodetectors 39 and 40 are input to the polarization controller 35. Here, the input / output relationship of each terminal of the optical coupler 37 is such that the light input to the terminal a is the terminal b
And c, and light input to terminal b are output to terminals a and d, respectively. The optical filters 41 and 42 have a characteristic of transmitting only the pump light wavelength. In addition to the above, a part of the light output from the terminal b of the polarization beam splitter 31 is branched by the optical coupler 36, the power is detected by the photodetector 38, and the detection output of the photodetector 38 is controlled by the polarization control. It is configured to be input to the device 34.
【００２６】以上のような構成にすると、光の偏波状態
を常にモニタすることが可能となる。まず、偏波ビーム
スプリッタ３１の端子ａに入力されるポンプ光の偏波状
態は、光カプラ３７、光フィルタ４１、４２、光検出器
３９、４０によりモニタできる。光カプラ３７において
は、光ファイバ３０を右回りに進む光の一部が端子ｃ
へ、また左回り光の一部が端子ｄへそれぞれ出力され
る。各出力光は光フィルタ４１、４２を通るので、ここ
で信号光波長は除去される。従って、光検出器３９には
右回りのポンプ光パワーが、また光検出器４０には左回
りのポンプ光パワーが、それぞれ検出される。この時、
偏波ビームスプリッタ３１の端子ａに入力されるポンプ
光の偏波状態が最適であれば、光検出器３９と光検出器
４０とでは、同じパワーが検出される。一方最適状態か
らずれていると、両者の検出パワーは同一でない。従っ
て、光検出器３９と光検出器４０とで検出される光パワ
ーが同一となるように、偏波制御器３５を調節すれば、
常にポンプ光の偏波状態を最適に保つことができる。With the above configuration, it is possible to constantly monitor the polarization state of light. First, the polarization state of the pump light input to the terminal a of the polarization beam splitter 31 can be monitored by the optical coupler 37, the optical filters 41 and 42, and the photodetectors 39 and 40. In the optical coupler 37, a part of the light traveling clockwise through the optical fiber 30 is connected to the terminal c.
And a part of the counterclockwise light is output to the terminal d. Since each output light passes through the optical filters 41 and 42, the signal light wavelength is removed here. Therefore, the photodetector 39 detects the clockwise pump light power, and the photodetector 40 detects the counterclockwise pump light power. At this time,
If the polarization state of the pump light input to the terminal a of the polarization beam splitter 31 is optimal, the same power is detected by the photodetector 39 and the photodetector 40. On the other hand, if it deviates from the optimal state, the detection powers of both are not the same. Therefore, if the polarization controller 35 is adjusted so that the optical powers detected by the photodetector 39 and the photodetector 40 become the same,
The polarization state of the pump light can always be kept optimal.
【００２７】光ファイバ３０を伝搬する光の偏波状態
は、光カプラ３６と光検出器３８によりモニタする。最
適状態では、偏波ビームスプリッタ３１の端子ｃから出
力された→偏波光は左回りで光ファイバ３０を伝搬し、
→偏波状態となって偏波ビームスプリッタ３１の端子ｄ
に入力され、そのまま端子ｂへ出力される。ここで偏波
ビームスプリッタ３１の端子ｄに入力される光が完全な
→偏波光でないと、ずれている成分は端子ａへ出力さ
れ、その分端子ｂへの出力パワーは減少する。この事情
は、右回り光についても同様である。すなわち、最適状
態では端子ｂへの出力光パワーは最大である。従って、
端子ｂからの出力光パワーを光カプラ３６と光検出器３
８によりモニタし、これが最大となるように偏波制御器
３４を調節すれば、光ファイバ３０を伝搬する光の偏波
状態を常に最適に保つことができる。以上述べたよう
に、図３の構成により、実施例２における光の偏波状態
を常に最適に保つことができるので、安定した周波数変
換装置を実現することができる。 なお、図３の構成に
おいては、光カプラ３７の端子ｃ，ｄと光検出器３９、
４０との間には、光フィルタ４１、４２がそれぞれ挿入
されているが、光カプラ３７のかわりに光分波器を用い
ることにより、光フィルタを挿入することなくポンプ光
の一部のみが光検出器３９、４０に入力されるように構
成してもよい。The polarization state of light propagating in the optical fiber 30 is monitored by an optical coupler 36 and a photodetector 38. In the optimal state, the → polarized light output from the terminal c of the polarization beam splitter 31 propagates through the optical fiber 30 counterclockwise,
→ The polarization state is established, and the terminal d of the polarization beam splitter 31 is set.
And output to terminal b as it is. Here, if the light input to the terminal d of the polarization beam splitter 31 is not completely → polarized light, the shifted component is output to the terminal a, and the output power to the terminal b decreases accordingly. The same is true for clockwise light. That is, the output light power to the terminal b is the maximum in the optimum state. Therefore,
The output optical power from the terminal b is converted to the optical coupler 36 and the photodetector 3
8, the polarization state of the light propagating through the optical fiber 30 can always be kept optimal by adjusting the polarization controller 34 so that this is maximized. As described above, with the configuration of FIG. 3, the polarization state of light in the second embodiment can always be kept optimal, so that a stable frequency conversion device can be realized. In the configuration of FIG. 3, the terminals c and d of the optical coupler 37 and the photodetector 39,
Although optical filters 41 and 42 are respectively inserted between the optical filter 40 and the optical filter 40, by using an optical demultiplexer instead of the optical coupler 37, only a part of the pump light is optically inserted without inserting an optical filter. It may be configured to be input to the detectors 39 and 40.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１または請
求項２によれば、任意の偏波状態をもつ信号光に対し常
に一定の効率で周波数変換を行い、これを任意の受信系
で復調することが可能であるため、光通信、光情報処理
の分野において、特に光周波数多重を利用したシステム
における周波数変換素子に応用できる利点がある。ま
た、請求項３によれば、請求項２において光ファイバを
伝搬する光の偏波状態を常に最適に保つことができるの
で、安定した周波数変換装置を実現できる。As described above, according to the first or second aspect, frequency conversion is always performed at a constant efficiency with respect to signal light having an arbitrary polarization state, and this is converted by an arbitrary receiving system. Since demodulation is possible, there is an advantage that it can be applied to a frequency conversion element in a system using optical frequency multiplexing, particularly in the field of optical communication and optical information processing. According to the third aspect, since the polarization state of the light propagating through the optical fiber in the second aspect can always be kept optimal, a stable frequency converter can be realized.
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例を示す構成図FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例を示す構成図FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
１０…偏波保持光ファイバ、１１，２１，３１…偏波ビ
ームスプリッタ、１２，２２，３２，３６，３７…光カ
プラ、１３，２３，３３…ポンプ光源、２０，３０…通
常光ファイバ、２４，３４，３５…偏波制御器、３８，
３９，４０…光検出器、４１，４２…光フィルタ。10: polarization maintaining optical fiber, 11, 21, 31: polarization beam splitter, 12, 22, 32, 36, 37: optical coupler, 13, 23, 33: pump light source, 20, 30: normal optical fiber, 24 , 34,35 ... polarization controller, 38,
39, 40: photodetector, 41, 42: optical filter.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−238328（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−19717（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−241323（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−28830（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−193126（ＪＰ，Ａ) 1992年電子情報通信学会春季大会 （1992）盛岡敏夫，ｅｔ．ａｌ．「Ｂ− 1010 偏波回転ミラーを用いた超高速反 射型光カースイッチ」ｐｐ．４−162 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 G02B 27/28 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-238328 (JP, A) JP-A-4-19717 (JP, A) JP-A-3-241323 (JP, A) 28830 (JP, A) JP-A-2-193126 (JP, A) 1992 IEICE Spring Conference (1992) Morioka Toshio, et. al. “B-1010 Ultra-high-speed reflective optical car switch using polarization rotating mirror” pp. 4-162 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/35 G02B 27/28 JICST file (JOIS)
Claims (3)
前記偏波ビームスプリッタの第１の端子に入力する手段
と、 前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端子をむすぶ
偏波保持ファイバとを備え、 前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端子へ出力さ
れるポンプ光パワーは同一であるように設定され、 前記偏波保持ファイバは、周波数変換光を発生する機能
を有する非線形媒質であり、かつ入力された直線偏波光
をそのまま保持するように接続され、 前記偏波ビームスプリッタは、第１の端子に入力された
一般の偏波状態の光を２つの直交する直線偏波状態に分
離して第２の端子及び第３の端子にそれぞれ出力し、か
つまた第２の端子及び第３の端子の各々に入力された前
記周波数変換光を共に第４の端子へ出力する ことを特徴
とする光周波数変換装置。A pump light source; a polarization beam splitter having four terminals; a signal light and a pump light from the pump light source;
Means for inputting to the first terminal of the polarization beam splitter; and a polarization maintaining fiber connecting the second and third terminals of the polarization beam splitter; and the second and third polarization beam splitters. The pump light powers output to the terminals are set to be the same, and the polarization maintaining fiber has a function of generating frequency-converted light.
A nonlinear medium having, and being connected linearly polarized light input to hold it, the polarization beam splitter, is input to the first terminal
Light in a general polarization state is split into two orthogonal linear polarization states.
Separately output to the second terminal and the third terminal, respectively,
Before input to each of the second terminal and the third terminal.
An optical frequency conversion device for outputting both the frequency-converted light to a fourth terminal .
前記偏波ビームスプリッタの第１の端子に入力する手段
と、 前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端子をむすぶ
光ファイバと、 前記偏波ビームスプリッタの第２の端子または第３の端
子への入力偏波状態を制御する手段とを備え、 前記偏波ビームスプリッタの第２、第３の端子へ出力さ
れるポンプ光パワーは同一であるように設定され、前記光ファイバは、周波数変換光を発生する機能を有す
る非線形媒質であり、 前記偏波ビームスプリッタは、第１の端子に入力された
一般の偏波状態の光を２つの直交する直線偏波状態に分
離して第２の端子及び第３の端子にそれぞれ出力し、 前記偏波状態制御手段により、前記偏波ビームスプリッ
タの第２、第３の端子へ入力された光は、常に第４の端
子へ出力されるように設定されたことを特徴とする光周
波数変換装置。2. A pump light source, a polarization beam splitter having four terminals, and a signal light combined with a pump light from the pump light source.
Means for inputting to the first terminal of the polarization beam splitter; an optical fiber connecting the second and third terminals of the polarization beam splitter; and a second terminal or a third terminal of the polarization beam splitter. Means for controlling the state of input polarization to the polarization beam splitter, wherein the pump light power output to the second and third terminals of the polarization beam splitter is set to be the same, and the optical fiber performs frequency conversion. Has the function of generating light
The polarization beam splitter is connected to a first terminal.
Light in a general polarization state is split into two orthogonal linear polarization states.
Separately, the light is output to the second terminal and the third terminal, respectively, and the light input to the second and third terminals of the polarization beam splitter by the polarization state control means is always transmitted to the fourth terminal. An optical frequency conversion device set to be output.
の端子へ出力されるポンプ光パワーを同一とするように
ポンプ光の偏波状態を制御する手段を備え、 前記ポンプ光の偏波状態を制御する手段と偏波ビームス
プリッタの第２の端子または第３の端子への入力偏波状
態を制御する手段とが光強度に応じて自動制御するよう
にしたことを特徴とする請求項２に記載の光周波数変換
装置。3. The second and third polarization beam splitters.
Means for controlling the polarization state of the pump light so as to make the pump light power output to the terminal the same, and means for controlling the polarization state of the pump light and the second terminal of the polarization beam splitter or 3. The optical frequency conversion device according to claim 2, wherein the means for controlling the state of input polarization to the third terminal automatically controls according to the light intensity.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP20668992A JP3233369B2 (en) | 1992-03-24 | 1992-08-03 | Optical frequency converter |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6637692 | 1992-03-24 | ||
| JP4-66376 | 1992-03-24 | ||
| JP20668992A JP3233369B2 (en) | 1992-03-24 | 1992-08-03 | Optical frequency converter |
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| JPH05323396A JPH05323396A (en) | 1993-12-07 |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP3360074B2 (en) | 2001-03-08 | 2002-12-24 | 科学技術振興事業団 | Variable light wave function circuit and variable light wave function device |
-
1992
- 1992-08-03 JP JP20668992A patent/JP3233369B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９２年電子情報通信学会春季大会（１９９２）盛岡敏夫，ｅｔ．ａｌ．「Ｂ−１０１０ 偏波回転ミラーを用いた超高速反射型光カースイッチ」ｐｐ．４−１６２ |
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| JPH05323396A (en) | 1993-12-07 |
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