JP3844409B2 - 多波長変換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換する多波長変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数チャネルの信号光を多重伝送する波長多重光伝送システムの伝送帯域は、光増幅器として用いるエルビウムドープ光ファイバ増幅器の増幅帯域を考慮して1.55μm帯(1530〜1560nm)が主に用いられてきた。一方、日本で使用されている分散シフトファイバは、1.55μm帯の伝送帯域において波長間隔を狭めて伝送容量を増やそうとすると、非線形光学効果(四光波混合)によるクロストークが問題になってくる。それを回避するために、1.55μm帯では不等間隔で波長多重伝送する方法が考えられている。また、近年1.58μm帯(1570〜1600nm)で利得を有する光ファイバ増幅器が開発され、それに伴って1.58μm帯を用いることにより等間隔の波長多重伝送も可能になってきた。したがって、将来的には、1.55μm帯と1.58μm帯を含めた広帯域の波長多重ネットワークが可能になってきた。
【0003】
ここで重要となるのは、1.55μm帯の波長多重ネットワークと1.58μm帯の波長多重ネットワークとの相互接続、さらに不等間隔波長多重ネットワークと等間隔波長多重ネットワークとの相互接続である。例えば、1.55μm帯の不等間隔波長多重ネットワークと1.58μm帯の等間隔波長多重ネットワークとの相互接続、あるいは1.55μm帯の不等間隔波長多重ネットワークと分散シフトファイバを使用していない米国等の1.55μm帯の等間隔波長多重ネットワークとの相互接続である。
【0004】
これらの相互接続を行うには、接続ポイントで波長多重信号光の各チャネルの波長をそれぞれ他の波長に変換する多波長変換装置が必要である。従来の多波長変換装置は、波長多重信号光を各波長に分波してそれぞれ電気信号に変換し、他の波長で発振する半導体レーザを各電気信号でそれぞれ直接変調して信号光に変換し、合波して波長多重信号光を出力する構成になっている。
【0005】
図28は、従来の多波長変換装置の構成例を示す。ここでは、1.55μm帯の4波等間隔(1551,1552,1553,1554nm)の波長多重信号光を入力し、1.58μm帯の4波等間隔(1581,1582,1583,1584nm)の波長多重信号光に変換する例を示す。入力された波長多重信号光は、光分波器91で各波長に分波され、それぞれ受光器(O/E)92−1〜92−4で電気信号に変換される。各電気信号は、それぞれ電気増幅器93−1〜93−4で増幅され、バイアスT回路94−1〜94−4で直流バイアス電流が重畳され、それぞれ対応する半導体レーザ(E/O)95−1〜95−4に印加される。各半導体レーザ95−1〜95−4は1.58μm帯で発振し、各電気信号により変調されたレーザ発振光が光合波器96で合波され、波長変換された波長多重信号光として出力される。
【0006】
光分波器91および光合波器96としては、アレイ導波路回折格子型フィルタ(以下「AWG」という)またはWDMカプラを用いることができる。また、半導体レーザを直接変調する代わりに外部変調器を用いる構成もある。なお、従来の多波長変換装置は、1.55μm帯の等間隔波長から1.58μm帯の等間隔波長への変換に限らず、光分波器91および光合波器96の合分波特性、半導体レーザ95−1〜95−4の発振波長を適宜選択することにより、他の波長帯への変換や、不等間隔波長と等間隔波長の相互変換が可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の多波長変換装置は、ネットワーク規模が大きくなって波長数や相互接続箇所を増やす場合に、光・電気変換および電気・光変換の負荷が大幅に増加する問題があった。
【0008】
本発明は、電気信号を介さず、波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換することができる多波長変換装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の多波長変換装置は、波長多重信号光を入力して各波長の信号光に分波する第1のアレイ導波路回折格子型フィルタと、第1のアレイ導波路回折格子型フィルタで分波された各波長の信号光と、外部から入力される互いに異なる波長の制御光とをそれぞれを入力し、信号光により変調され、かつ、制御光波長に対応する波長の波長変換光を出力する複数の波長変換器と、前記各波長変換器から出力された各波長の波長変換光を入力し、合波して波長多重信号光として出力する第2のアレイ導波路回折格子型フィルタとを備える。なお、制御光は、前記第1または第2のアレイ導波路回折格子型フィルタのいずれか一方を介して前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成で、前記波長多重信号光の入力ポート、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとは、それぞれ異なるポートに入力し、分波された各波長の制御光が前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成である。
【0014】
請求項1の多波長変換装置に用いる波長変換器は、信号光と制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質を含み、四光波混合光を波長変換光として出力する構成である(請求項2)。あるいは、制御光の入力により利得飽和状態の半導体光増幅器に信号光を入力し、信号光に対して相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成である(請求項3)。あるいは、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計であり、一方のポートから制御光を入力し、一方のアーム導波路の半導体光増幅器に信号光を入力し、他方のポートから信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成である(請求項4)。あるいは、非対称のスプリッタを用い、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、一方のポートから制御光を入力し、他方のポートから信号光を入力するとともに信号光により変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成である(請求項5)。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態:参考例)
図1は、本発明の多波長変換装置の第1の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光分波器1で各波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器3−1〜3−4に入力される。波長変換器3−1〜3−4は、波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光をそれぞれ波長λ11, λ12, λ13, λ14の信号光に変換して出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光は光合波器2で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0017】
図2は、光分波器1および光合波器2の構成例を示す。ここでは、(a) は光分波器1、(b) は光合波器2として用いるAWGの構成を示す。AWGは、入力導波路アレイ11と、入力側スラブ導波路12と、各導波路の長さが異なるアレイ導波路13と、出力側スラブ導波路14と、出力導波路アレイ15を接続した構成である。
【0018】
図2(a) において、波長多重信号光は、入力ポートから入力導波路アレイ11を介して入力側スラブ導波路12に入力され、アレイ導波路13に等しい光強度で分配される。アレイ導波路13で光路長差に応じた遅延差が生じた波長多重信号光は、出力側スラブ導波路14に入力されて収束する。このとき、波長の違いによって位相状態が異なるので、出力導波路アレイ15の各導波路にそれぞれ異なる波長の信号光が集光し、それぞれ対応する出力ポートに分波される。
【0019】
また、図2(b) に示すように、出力導波路アレイ15の各導波路に分波される波長の光信号を逆方向に入力することにより、逆の経路をたどって入力導波路アレイ11の所定の導波路に波長多重される。
【0020】
なお、AWGの入出力ポートと合分波する波長の関係は周期性を有するので、分波する波長λ1,λ2,λ3,λ4 と合波する波長λ11, λ12, λ13, λ14がその周期上にあれば、光分波器1と光合波器2は同一特性のものを用いることができる。また、AWGは各入出力ポートに対応する波長が不等間隔になるように設定することも可能であり、入力される波長多重信号光と波長変換して出力される波長多重信号光の波長間隔に応じて、AWGの合分波特性を適宜調整すればよい。
【0021】
図3は、波長変換器3の構成例を示す。(a) は可飽和吸収領域を有する多電極DFBレーザ、(b) は超周期構造回折格子(SSG)DBRレーザを用いた例を示す。
【0022】
図3(a) において、多電極DFBレーザは、可飽和吸収領域31、活性層32、回折格子33、電極34−1,34−2を有する。この多電極DFBレーザを発振閾値電流よりわずかに下にバイアスした状態で、可飽和吸収領域31に信号光を入力すると、可飽和吸収領域31の光損失が減少してレーザ発振が始まる。このレーザ発振光の波長は、電極34−1,34−2の注入電流比I1/I2を変えることにより制御でき、所定の変換波長に設定することができる。したがって、例えば波長λ1 の信号光を入力し、波長λ11の波長変換光を出力することができる。
【0023】
図3(b) において、超周期構造回折格子(SSG)DBRレーザは、活性層32、超周期構造回折格子35−1,35−2、位相調整領域36、電極34−1〜34−4を有する。この超周期構造回折格子(SSG)DBRレーザを発振状態に設定し、そこに信号光を入力すると利得飽和し、所定の波長のレーザ発振光の出力パワーが減少する。この利得飽和現象を用いることにより、例えば波長λ1 の信号光を入力し、波長λ11の波長変換光を出力することができる。ただし、波長変換光は信号光によって相補的に変調された波形となる。
【0024】
なお、本実施形態の波長変換器3は、図3に示すように波長変換光の波長が半導体レーザの発振波長で決まり、半導体レーザの波長可変範囲内で任意の波長に変換することができる。
【0025】
(第2の実施形態:参考例)
図4は、本発明の多波長変換装置の第2の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光分波器に波長多重信号光を入力し、分波された信号光と外部からの制御光を合波して波長変換器に入力し、非線形光学効果により発生させた四光波混合光を波長変換光として出力するところにある。
【0026】
図において、波長多重信号光は、光分波器1で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、光カプラ7−1〜7−4でそれぞれ対応する波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光と合波して波長変換器4−1〜4−4に入力される。波長変換器4−1〜4−4は、各波長の信号光および制御光をポンプ光およびプローブ光として、波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合波器2で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0027】
図5は、波長変換器4の構成例を示す。図において、波長変換器4は、信号光および制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質41と、信号光および制御光を遮断して四光波混合光のみを出力する光フィルタ42とにより構成される。信号光と制御光の光周波数間隔を10nm程度以下に設定すると、非線形光学効果により四光波混合光が高効率で発生する。ここで、信号光および制御光の光周波数をf1 , f11とすると、発生する四光波混合光の光周波数は2f1−f11 または2f11−f1 となる。光フィルタ42は、光周波数f1 , f11を遮断し、光周波数2f1−f11 または2f11−f1 の四光波混合光のみを出力するように設定する。
【0028】
なお、光合波器2としてAWGを用いたときに、波長変換器4を通過した信号光および制御光が波長変換光(四光波混合光)と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタ42を用いなくても波長変換光を信号光および制御光から分離して取り出すことができる。以下に示す第3の実施形態においても同様である。
【0029】
(第3の実施形態:請求項1,2)
図6は、本発明の多波長変換装置の第3の実施形態を示す。本実施形態の特徴光分波器に波長多重信号光および各波長の制御光を入力し、信号光と対応する制御光をペアで分波してそれぞれ対応する波長変換器に入力し、非線形光学効果により発生させた四光波混合光を波長変換光として出力するところにある。
【0030】
図において、波長多重信号光および制御光は、光分波器1で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光と波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光がそれぞれペアで分波され、波長変換器4−1〜4−4に入力される。波長変換器4−1〜4−4は、各波長の信号光および制御光から波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合波器2で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0031】
ここで、信号光と制御光がペアで同じポートに出力される光分波器1は、AWGにより実現可能である。図7(a) は、波長多重信号光と各波長の制御光が合波された状態で1つのポートに入力される構成であり、図7(b) は、波長多重信号光が入力されるポートと各波長の制御光が合波されて入力されるポートが異なる構成であり、図7(c) は、波長多重信号光が入力されるポートと各波長の制御光が入力されるポートが異なる構成である。なお、図6は図7(b) の構成に対応するものである。
【0032】
(第4の実施形態:請求項1,2)
図8は、本発明の多波長変換装置の第4の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光分波器に波長多重信号光を入力し、光合波器に各波長の制御光を入力し、信号光と対応する制御光をペアで分波してそれぞれ対応する波長変換器に入力し、非線形光学効果により発生させた四光波混合光を波長変換光として出力するところにある。
【0033】
図において、波長多重信号光は、光分波器1で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、波長多重された制御光は光合波器2で波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光に分波され、それぞれペアで波長変換器4−1〜4−4に入力される。波長変換器4−1〜4−4は、各波長の信号光および制御光から波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合波器2で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0034】
ここで、波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光と波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が、ペアで同じポートを入出力する光合波器2は、AWGにより実現可能である。また、制御光は、図7(b) に示すように波長多重して1つのポートから入力してもよいし、図7(c) に示すように各波長ごとのポートから入力してもよい。また、制御光が信号光の入力側に戻らないようにするには、入力ポートに光アイソレータを備えればよい。
【0035】
なお、本実施形態の波長変換器4に用いる光フィルタは、信号光波長のみを遮断し、制御光および波長変換光を透過する特性のものが必要となる。ただし、光合波器2としてAWGを用いたときに、波長変換器4を通過した信号光が波長変換光(四光波混合光)と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタを用いなくても波長変換光を信号光から分離して取り出すことができる。
【0036】
(第5の実施形態:参考例)
図9は、本発明の多波長変換装置の第5の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図4に示す第2の実施形態の四光波混合による波長変換器4に代えて、半導体光増幅器の利得飽和を利用し、信号光によりクロスゲイン変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器5を用いたところにある。
【0037】
図において、波長多重信号光は、光分波器1で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、光カプラ7−1〜7−4でそれぞれ対応する波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光と合波して波長変換器5−1〜5−4に入力される。波長変換器5−1〜5−4は、信号光に対して相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光(制御光)は光合波器2で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0038】
図10は、波長変換器5の構成例を示す。図において、波長変換器5は、半導体光増幅器51と、信号光を遮断して制御光(波長変換光)のみを出力する光フィルタ52とにより構成される。半導体光増幅器51は、変換波長の制御光を高強度で入力して利得飽和状態にしておく。この半導体光増幅器51に信号光を入力すると、信号光強度に応じて制御光に対する利得が低下し、信号光に対して相補的に変調された制御光が出力される。この制御光を波長変換光とし、光フィルタ52で信号光と分離して出力する。
【0039】
なお、光合波器2としてAWGを用いたときに、波長変換器5を通過した信号光が波長変換光(制御光)と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタ52を用いなくても波長変換光のみを取り出すことができる。以下に示す第6の実施形態においても同様である。
【0040】
(第6の実施形態:請求項1,3)
図11は、本発明の多波長変換装置の第6の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図6に示す第3の実施形態の四光波混合による波長変換器4に代えて、半導体光増幅器の利得飽和を利用した波長変換器5を用いたところにある。光分波器1における波長多重信号光と制御光の分波方法は同様である。
【0041】
(第7の実施形態:参考例)
図12は、本発明の多波長変換装置の第7の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図4に示す第2の実施形態の四光波混合による波長変換器4に代えて、マッハツェンダ干渉計と半導体光増幅器を組み合わせ、信号光によりクロスフェイズ変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器6を用いたところにある。
【0042】
図において、波長多重信号光は、光分波器1で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光とともに波長変換器6−1〜6−4に入力される。波長変換器6−1〜6−4は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光(制御光)は光合波器2で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0043】
図13は、波長変換器6の構成例を示す。図において、波長変換器6は、マッハツェンダ干渉計型光変調器を構成するY分岐導波路61−1,61−2の間の各アーム導波路に半導体光増幅器62−1,62−2を配置した構成である。一方の入力ポートから入力される制御光をY分岐導波路61−1で分岐して2つの半導体光増幅器に入力し、他方の入力ポートから入力される信号光をY分岐導波路61−3を介して一方の半導体光増幅器62−1に入力する。このとき、信号光強度に応じて半導体光増幅器62−1の屈折率が変化し、制御光の位相が変化する。これにより、半導体光増幅器62−1,62−2を通過した制御光がY分岐導波路61−2で結合したときに位相変化が強度変化となって現れる。したがって、2つの半導体光増幅器間の位相差を適当に設定することにより、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力することができる。
【0044】
(第8の実施形態:請求項1,4)
図14は、本発明の多波長変換装置の第9の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図6に示す第3の実施形態の四光波混合による波長変換器4に代えて、信号光によりクロスフェイズ変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器6を用いたところにある。波長変換器6としては、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器を用いる。
【0045】
ただし、光分波器1で分波する波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光と波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が、それぞれ異なるポートに出力されるように設定する。このような設定は、光分波器1として用いるAWGの調整により可能である。そして、信号光と変換波長の制御光をそれぞれペアにして波長変換器6に入力する。なお、制御光は、図7(a) に示すように波長多重信号光に波長多重して入力してもよいし、図7(b) に示すように波長多重して1つのポートから入力してもよいし、図7(c) に示すように各波長ごとのポートから入力してもよい。
【0046】
(第9の実施形態:請求項1,4)
図15は、本発明の多波長変換装置の第9の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、図8に示す第4の実施形態の四光波混合による波長変換器4に代えて、信号光によりクロスフェイズ変調された制御光を波長変換光として出力する波長変換器6を用いたところにある。波長変換器6としては、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器を用いる。
【0047】
ただし、制御光は光分波器1を介して各波長ごとに波長変換器6に入力され、波長多重信号光は光合波器2を介して各波長ごとに波長変換器6に入力され、波長変換器6から出力された波長変換光(制御光)が光合波器2で合波して出力される。ここで、光合波器2において、分波された信号光および合波する波長変換光(制御光)がそれぞれ異なるポートに入出力されるように設定する。このような設定は、光合波器2として用いるAWGの調整により可能である。なお、制御光は、図7(b) に示すように波長多重して1つのポートから入力してもよいし、図7(c) に示すように各波長ごとのポートから入力してもよい。
【0048】
また、第7〜第9の実施形態において、マッハツェンダ干渉計と半導体光増幅器の組み合わせに代えて、マイケルソン干渉計と半導体光増幅器の組み合わせでも、同様の機能を実現することができる。また、半導体光増幅器に代えて光ファイバ増幅器を用いても、同様の効果を得ることができる。
【0049】
また、分波された信号光の波長をそれぞれ対応する制御光の波長に変換する波長変換器としては、以上示した各実施形態の他に、例えば非線形ループミラーを用いた構成なども用いることができる。
【0050】
また、本発明の構成は、1.55μm帯の等間隔波長から1.58μm帯の等間隔波長への変換に限らず、光分波器1および光合波器2の合分波特性を調整し、波長変換器3を構成する半導体レーザの発振波長、波長変換器4〜6に入力する制御光の波長を適宜選択することにより、他の波長帯への変換や、不等間隔波長と等間隔波長の相互変換が可能である。
【0051】
(第10の実施形態:参考例)
図1〜3に示す第1の実施形態は、波長変換器3における信号光の入力ポートと波長変換光の出力ポートが異なり、光分波器1と光合波器2を用いる構成になっている。しかし、波長変換器3として用いる図3に示すような半導体レーザは、外部から入力される信号光により変調されたレーザ発振光を波長変換光として出力する構成であり、信号光の入力ポート側から出力されるレーザ発振光を波長変換光として用いることもできる。この場合の構成例を第10の実施形態として示す。
【0052】
図16は、本発明の多波長変換装置の第10の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器8で各波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器3−1〜3−4に入力される。波長変換器3−1〜3−4は、波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光をそれぞれ波長λ11, λ12, λ13, λ14の信号光に変換し、折り返し出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光は光合分波器8で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0053】
図17は、第10の実施形態の具体的構成例を示す。ここでは、光合分波器8としてAWGを用いた構成を示す。波長λ1〜λ4の波長多重信号光は、AWGの入力導波路アレイ11の所定の導波路に入力されると、出力導波路アレイ15の各導波路に分波され、各波長の信号光がそれぞれ対応する波長変換器3−1〜3−4に入力される。各波長変換器3−1〜3−4から出力される波長λ11〜λ14の波長変換光は、AWGの出力導波路アレイ15の各導波路に折り返され、逆の経路をたどって入力導波路アレイ11の所定の導波路に波長多重される。
【0054】
なお、分波する波長λ1,λ2,λ3,λ4 と、合波する波長λ11, λ12, λ13, λ14をAWGの周期性を考慮して設定することにより、波長多重信号光の入力ポートと波長変換光の出力ポートを相違させ、入出力分離することができる。また、各波長が不等間隔になるように設定することも可能であり、入力される波長多重信号光と波長変換して出力される波長多重信号光の波長間隔に応じて、AWGの合分波特性を適宜調整すればよい。以下に示す各実施形態においても同様である。
【0055】
(第11の実施形態:参考例)
図4,5に示す第2の実施形態は、波長変換器4における信号光および制御光の入力ポートと波長変換光(四光波混合光)の出力ポートが異なり、光分波器1と光合波器2を用いる構成になっている。ここで、波長変換器4として用いる図5に示す非線形光学媒質は、図8に示す第4の実施形態のように、信号光と制御光を対向する方向から入力し、いずれか一方のポートから四光波混合光を取り出すことが可能である。この場合の構成例を第11の実施形態として示す。
【0056】
図18は、本発明の多波長変換装置の第11の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器8で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器4−1〜4−4に入力される。一方、各波長変換器4−1〜4−4には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力され、波長λ21, λ22, λ23, λ24の四光波混合光を波長変換光として出力する。波長λ21, λ22, λ23, λ24の波長変換光は光合分波器8で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0057】
図19は、波長変換器4の構成例を示す。図において、波長変換器4は、信号光および制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質41と、非線形光学媒質41を透過した制御光を遮断する光フィルタ43とにより構成される。非線形光学媒質41における四光波混合光の発生過程は、図5に示す第2の実施形態と同様である。
【0058】
なお、光合分波器8としてAWGを用いたときに、波長変換器4を通過した制御光が波長変換光(四光波混合光)と同じポートに出力されない波長であれば、光フィルタ43を用いなくても波長変換光を制御光から分離して取り出すことができる。
【0059】
(第12の実施形態:参考例)
図9,10に示す第5の実施形態は、波長変換器5における信号光および制御光の入力ポートと波長変換光の出力ポートが異なり、光分波器1と光合波器2を用いる構成になっている。ここで、波長変換器5として用いる図10に示す半導体光増幅器は、信号光と制御光を対向する方向から入力し、信号光の入力ポート側から波長変換光を取り出すことが可能である。この場合の構成例を第12の実施形態として示す。
【0060】
図20は、本発明の多波長変換装置の第12の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器8で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器5−1〜5−4に入力される。一方、各波長変換器5−1〜5−4には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力される。各波長変換器5−1〜5−4は、信号光に対して相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光(制御光)は光合分波器8で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0061】
図21は、波長変換器5の構成例を示す。図において、波長変換器5は、半導体光増幅器51により構成される。半導体光増幅器51における波長変換光の発生過程は、図10に示す第5の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、信号光と制御光の入力方向が対向しているので、信号光と波長変換光(制御光)を分離するための光フィルタ52は不要である。
【0062】
(第13の実施形態:参考例)
図12,13に示す第7の実施形態は、波長変換器6における信号光および制御光の入力ポートと波長変換光の出力ポートが異なり、光分波器1と光合波器2を用いる構成になっている。ここで、波長変換器6として用いる図13に示すマッハツェンダ干渉計は、信号光と制御光を対向する方向から入力し、信号光の入力ポート側から波長変換光を取り出すことが可能である。この場合の構成例を第13の実施形態および第14の実施形態として示す。
【0063】
図22は、本発明の多波長変換装置の第13の実施形態を示す。図において、波長多重信号光は、光合分波器8で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器6−1〜6−4に入力される。一方、各波長変換器6−1〜6−4には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力される。各波長変換器6−1〜6−4は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光(制御光)は光合分波器8で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0064】
図23は、波長変換器6の構成例を示す。図において、波長変換器6は、マッハツェンダ干渉計型光変調器を構成するY分岐導波路61−1,61−2の間の各アーム導波路に半導体光増幅器62−1,62−2を配置した構成である。一方の入力ポートから入力される制御光は、Y分岐導波路61−2で分岐して2つの半導体光増幅器に入力され、他方の入力ポートから入力される信号光は、Y分岐導波路61−3を介して一方の半導体光増幅器62−1に入力される。このとき、信号光強度に応じて半導体光増幅器62−1の屈折率が変化し、制御光の位相が変化する。これにより、半導体光増幅器62−1,62−2を通過した制御光がY分岐導波路61−1で結合したときに位相変化が強度変化となって現れる。したがって、2つの半導体光増幅器間の位相差を適当に設定することにより、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力することができる。
【0065】
図24は、第13の実施形態の具体的構成例を示す。ここでは、光合分波器8としてAWGを用いた構成を示す。波長λ1〜λ4の波長多重信号光は、AWGの入力導波路アレイ11の所定の導波路に入力されると、出力導波路アレイ15の各導波路に分波され、各波長の信号光がそれぞれ対応する波長変換器6−1〜6−4に入力される。一方、各波長変換器6−1〜6−4には、反対方向から波長λ11〜λ14の制御光が入力され、信号光により変調された波長変換光(制御光)を出力する。各波長変換器6−1〜6−4から出力される波長λ11〜λ14の波長変換光は、AWGの出力導波路アレイ15の各導波路に折り返され、逆の経路をたどって入力導波路アレイ11の所定の導波路に波長多重される。
【0066】
なお、AWGの出力側スラブ導波路14に接続される出力導波路アレイ15の各導波路の間隔を適当に設定することにより、等間隔波長と等間隔波長の波長変換、または等間隔波長と不等間隔波長の波長変換に対応することができる。たとえば、出力導波路アレイ15に分波された波長λ1〜λ4の信号光が等間隔波長であり、各波長変換器6−1〜6−4から出力された波長λ11〜λ14の波長変換光が等間隔波長の場合には、図25(a) のようにそれぞれ対応する導波路の間隔を等間隔に設定すればよい。また、各波長変換器6−1〜6−4から出力された波長λ11〜λ14の波長変換光が不等間隔波長の場合には、図25(b) のように対応する導波路の間隔を不等間隔に設定すればよい。
【0067】
(第14の実施形態:請求項5)
図26は、本発明の多波長変換装置の第14の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第13の実施形態において波長変換器6として用いた3ポートのマッハツェンダ干渉計型光変調器に代え、非対称のスプリッタ71−1,71−2を含む2ポートのマッハツェンダ干渉計型光変調器を波長変換器9として用いたところにある。
【0068】
図において、波長多重信号光は、光合分波器8で波長λ1,λ2,λ3,λ4 の信号光に分波され、それぞれ対応する波長変換器9−1〜9−4に入力される。一方、各波長変換器9−1〜9−4には、ぞれぞれ逆方向から波長λ11, λ12, λ13, λ14の制御光が入力される。各波長変換器9−1〜9−4は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として出力する。波長λ11, λ12, λ13, λ14の波長変換光(制御光)は光合分波器8で合波され、波長多重信号光として出力される。
【0069】
図27は、波長変換器9の構成例を示す。図において、波長変換器9は、マッハツェンダ干渉計型光変調器を構成する非対称のスプリッタ71−1,71−2の間の各アーム導波路に半導体光増幅器62−1,62−2を配置した構成である。一方の入力ポートから入力される信号光は、スプリッタ71−1で所定の分岐比で分岐して各半導体光増幅器62−1,62−2に入力され、他方の入力ポートから入力される制御光は、スプリッタ71−2で所定の分岐比で分岐して各半導体光増幅器62−1,62−2に入力される。このとき制御光は、半導体光増幅器62−1,62−2に対するバイアス電流や信号光強度に応じて異なる位相シフトを受ける。これにより、半導体光増幅器62−1,62−2を通過した制御光がスプリッタ71−1で結合したときに位相変化が強度変化となって現れる。したがって、2つのスプリッタの分岐比および2つの半導体光増幅器間の位相差を適当に設定することにより、信号光と同じ波形の制御光を波長変換光として、信号光の入力ポートと同じポートに出力することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多波長変換装置は、電気信号を介さず、波長多重信号光の各チャネルの波長を一括してそれぞれ他の波長に変換することができる。
【0071】
また、光分波器、光合波器、光合分波器の合分波特性を調整し、波長変換器を構成する半導体レーザの発振波長や制御光の波長を適宜選択することにより、任意の波長帯域間の波長変換や、不等間隔波長と等間隔波長の相互変換が可能である。特に、光合分波器を用いて波長多重信号光の分波と波長変換光の合波を同一素子で行う構成では、多波長変換装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多波長変換装置の第1の実施形態を示すブロック図。
【図2】光分波器1および光合波器2の構成例を示す図。
【図3】波長変換器3の構成例を示す図。
【図4】本発明の多波長変換装置の第2の実施形態を示すブロック図。
【図5】波長変換器4の構成例を示す図。
【図6】本発明の多波長変換装置の第3の実施形態を示すブロック図。
【図7】第3の実施形態における光分波器1の構成例を示す図。
【図8】本発明の多波長変換装置の第4の実施形態を示すブロック図。
【図9】本発明の多波長変換装置の第5の実施形態を示すブロック図。
【図10】波長変換器5の構成例を示す図。
【図11】本発明の多波長変換装置の第6の実施形態を示すブロック図。
【図12】本発明の多波長変換装置の第7の実施形態を示すブロック図。
【図13】波長変換器6の構成例を示す図。
【図14】本発明の多波長変換装置の第8の実施形態を示すブロック図。
【図15】本発明の多波長変換装置の第9の実施形態を示すブロック図。
【図16】本発明の多波長変換装置の第10の実施形態を示すブロック図。
【図17】第10の実施形態の具体的構成例を示す図。
【図18】本発明の多波長変換装置の第11の実施形態を示すブロック図。
【図19】波長変換器4の構成例を示す図。
【図20】本発明の多波長変換装置の第12の実施形態を示すブロック図。
【図21】波長変換器5の構成例を示す図。
【図22】本発明の多波長変換装置の第13の実施形態を示すブロック図。
【図23】波長変換器5の構成例を示す図。
【図24】第13の実施形態の具体的構成例を示す図。
【図25】スラブ導波路14と出力導波路アレイ15の配置例を示す図。
【図26】本発明の多波長変換装置の第14の実施形態を示すブロック図。
【図27】波長変換器5の構成例を示す図。
【図28】従来の多波長変換装置の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
1 光分波器
2 光合波器
3,4,5,6,9 波長変換器
7 光カプラ
8 光合分波器
11 入力導波路アレイ
12 入力側スラブ導波路
13 アレイ導波路
14 出力側スラブ導波路
15 出力導波路アレイ
31 可飽和吸収領域
32 活性層
33 回折格子
34 電極
35 超周期構造回折格子
36 位相調整領域
41 非線形光学媒質
42,43 光フィルタ
51 半導体光増幅器
52 光フィルタ
61 Y分岐導波路
62 半導体光増幅器
71 スプリッタ
Claims (5)
- 波長多重信号光を入力して各波長の信号光に分波する第1のアレイ導波路回折格子型フィルタと、
前記第1のアレイ導波路回折格子型フィルタで分波された各波長の信号光と、外部から互いに異なる波長の制御光とをそれぞれを入力し、信号光により変調され、かつ、制御光波長に対応する波長の波長変換光を出力する複数の波長変換器と、
前記各波長変換器から出力された各波長の波長変換光を入力し、合波して波長多重信号光として出力する第2のアレイ導波路回折格子型フィルタとを備え、
前記制御光は、前記第1または第2のアレイ導波路回折格子型フィルタのいずれか一方を介して前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成であって、前記波長多重信号光の入力ポート、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとは、それぞれ異なるポートに入力し、分波された各波長の制御光が前記複数の波長変換器にそれぞれ入力される構成であることを特徴とする多波長変換装置。 - 請求項1に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、信号光と制御光から四光波混合光を発生する非線形光学媒質を含み、四光波混合光を波長変換光として出力する構成であることを特徴とする多波長変換装置。 - 請求項1に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、制御光の入力により利得飽和状態の半導体光増幅器に信号光を入力し、信号光により相補的に変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成であることを特徴とする多波長変換装置。 - 請求項1に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、一方のポートから制御光を入力し、一方のアーム導波路の半導体光増幅器に信号光を入力し、他方のポートから信号光により変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成であることを特徴とする多波長変換装置。 - 請求項1に記載の多波長変換装置において、
前記波長変換器は、非対称のスプリッタを用い、少なくとも一方のアーム導波路に半導体光増幅器を配置したマッハツェンダ干渉計型光変調器であり、一方のポートから制御光を入力し、他方のポートから信号光を入力するとともに信号光により変調された制御光を波長変換光として出力する構成であり、かつ、前記制御光の入力ポートと、前記波長変換された波長多重信号光の出力ポートとを、それぞれ異なるアレイ導波路回折格子型フィルタに備えた構成であることを特徴とする多波長変換装置。
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