JP3971746B2 - Optical frequency shifter array - Google Patents
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Description
本発明は、光周波数シフタアレイに関し、より詳細には、波長分割多重方式または時間分割多重方式を利用した光通信システムにおいて、複数の信号光の波長を同時に処理することができる光周波数シフタアレイに関する。 The present invention relates to an optical frequency shifter array, and more particularly to an optical frequency shifter array capable of simultaneously processing wavelengths of a plurality of signal lights in an optical communication system using a wavelength division multiplexing system or a time division multiplexing system.
光周波数シフタは、ヘテロダイン干渉を用いた測定装置の周波数制御、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。光周波数シフタは、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。従来の光周波数シフタは、音響光学効果もしくは電気光学効果を利用している。音響光学効果型光周波数シフタは、物質に超音波を伝播させることにより光弾性効果を生じさせ、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する回折光が、ドップラーシフトを受けることを利用している。電気光学効果型光周波数シフタは、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。これら光周波数シフタは、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。 The optical frequency shifter is an important element used for frequency control of a measuring apparatus using heterodyne interference and stabilization of the frequency of laser light. The optical frequency shifter shifts the frequency of light by a certain amount, that is, from the frequency ω to (ω + Δω). Conventional optical frequency shifters use the acousto-optic effect or the electro-optic effect. The acoustooptic effect type optical frequency shifter generates a photoelastic effect by propagating ultrasonic waves to the material, and the diffracted light diffracted by the periodic refractive index distribution formed by the photoelastic effect is subjected to Doppler shift. Is used. The electro-optic effect type optical frequency shifter changes the phase of light by the electro-optic effect and shifts the optical frequency. These optical frequency shifters shift the optical frequency by an amount corresponding to the high frequency generated by the electric circuit. Therefore, the shift amount is limited by the high frequency that can be generated by the electric circuit, and is limited to several tens of gigahertz.
一方、光通信システムの分野においては、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）分割多重方式が採用されている。波長分割多重方式において、光周波数シフタは、チャンネル間の信号の載せ換えを行うために用いられ、数ＴＨｚというシフト量が要求される。そこで、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の２段階接続による光周波数シフタが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。この光周波数シフタは、１ＴＨｚ以上の広帯域の光周波数シフトが実証されており、かつ多波長入力に対しても一括して光周波数シフトを行うことができる。このような波長変換器の２段階接続による光周波数シフタの原理を以下に説明する。 On the other hand, in the field of optical communication systems, with an increase in the amount of communication information represented by the Internet, an optical frequency (wavelength) division multiplexing system is adopted in which channels are set at regular frequency intervals and optical signals are carried. . In the wavelength division multiplexing method, the optical frequency shifter is used to exchange signals between channels, and a shift amount of several THz is required. Therefore, an optical frequency shifter using a two-stage connection of wavelength converters based on difference frequency generation using a second-order nonlinear optical effect is used (see, for example, Non-Patent Document 1). This optical frequency shifter has been demonstrated to have a broadband optical frequency shift of 1 THz or more, and can perform optical frequency shift collectively even for multi-wavelength inputs. The principle of an optical frequency shifter using such a two-stage connection of wavelength converters will be described below.
２次非線形媒質の中では、信号光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。１台目の２次非線形媒質からなる波長変換器での波長変換過程を、ω１ （１）＋ω２ （１）＝ω３ （１）とし、２台目のω１ （２）＋ω２ （２）＝ω３ （２）とする。２段階接続による光周波数シフタでは、信号光ω１ （１）と制御光ω３ （１）とを与え、１台目で変換された変換光ω２ （１）を、２台目の信号光ω１ （２）として用いる。すなわち、ω２ （１）＝ω１ （２）の関係がある。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）） ・・・（１）
となり、入力信号光ω１ （１）からのシフト量は、（ω３ （２）−ω３ （１））となる。すなわち、シフト量は、信号光ω１ （１）の波長によらず制御光の波長の差によって決まる一定の値となる。
In the second-order nonlinear medium, when the signal light ω 1 and the control light ω 3 are input, converted light of ω 2 having a relationship of ω 1 + ω 2 = ω 3 is generated. The wavelength conversion process in the wavelength converter composed of the first second-order nonlinear medium is ω 1 (1) + ω 2 (1) = ω 3 (1) , and the second unit ω 1 (2) + ω 2 ( 2) = ω 3 (2) . In the optical frequency shifter by the two-stage connection, the signal light ω 1 (1) and the control light ω 3 (1) are given, and the converted light ω 2 (1) converted in the first unit is used as the second signal light. Used as ω 1 (2) . That is, there is a relationship of ω 2 (1) = ω 1 (2) . The converted light ω 2 (2) from the second unit is
ω 2 (2) = ω 3 (2) −ω 1 (2) (∵ω 1 (2) + ω 2 (2) = ω 3 (2) )
= Ω 3 (2) −ω 2 (1) (∵ω 2 (1) = ω 1 (2) )
= Ω 3 (2) − (ω 3 (1) −ω 1 (1) ) (∵ω 1 (1) + ω 2 (1) = ω 3 (1) )
= + Ω 1 (1) + (ω 3 (2) −ω 3 (1) ) (1)
Thus, the shift amount from the input signal light ω 1 (1) is (ω 3 (2) −ω 3 (1) ). That is, the shift amount is a constant value determined by the difference in wavelength of the control light regardless of the wavelength of the signal light ω 1 (1) .
図１に、従来の２次非線形媒質の差周波発生に基づく波長変換器の２段階接続による光周波数シフタの構成を示す。光周波数シフタは、第１の波長変換器１００Ａと、第２の波長変換器１００Ｂとが縦続接続されている。第１の波長変換器１００Ａは、制御光光源１０２からの制御光と信号光１０１とを合波する光カプラ１０３と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質１０４と、変換光のみを透過する光フィルタ１０５とを備えている。第２の波長変換器１００Ｂは、制御光光源１０６からの制御光と第１の波長変換器１００Ａの変換光とを合波する光カプラ１０７と、非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質１０８と、変換光のみを透過する光フィルタ１０９とを備えている。
FIG. 1 shows the configuration of a conventional optical frequency shifter using a two-stage connection of wavelength converters based on the difference frequency generation of a second-order nonlinear medium. In the optical frequency shifter, a
非線形光学媒質１０４，１０８は、周期的な分極反転構造と導波路構造とを有している。このようにして、信号光の波長によらず、一定のシフト量を有し、１ＴＨｚ以上の広帯域の光周波数シフトを行うことができる光周波数シフタを実現することができる。
The nonlinear
波長分割多重方式の光通信システムにおいては、多数の信号光の全てに同じ光周波数シフト量を与えるだけでなく、信号光の波長によってシフト量を変え、複数の信号光の波長を同時に処理できることが望ましい。そこで、図１に示したように複数の波長変換器を縦続接続し、その入力に波長セレクタを接続した光周波数シフタを、複数の信号光の数だけ用意する。これら複数の光周波数シフタを並列に配置し、光周波数シフタの入力と出力とを、それぞれ光分波器と光合波器とによって選択する構成が考えられる。 In a wavelength division multiplexing optical communication system, not only can the same optical frequency shift amount be given to all of a large number of signal lights, but also the shift amount can be changed depending on the wavelength of the signal light, and the wavelengths of a plurality of signal lights can be processed simultaneously. desirable. Therefore, as shown in FIG. 1, a plurality of wavelength converters are connected in cascade, and an optical frequency shifter having a wavelength selector connected to the input is prepared for the number of signal lights. A configuration is possible in which a plurality of these optical frequency shifters are arranged in parallel, and the input and output of the optical frequency shifter are selected by an optical demultiplexer and an optical multiplexer, respectively.
しかしながら、図１に示した光周波数シフタを複数配置して、各々の入出力を接続する構成では、部品点数が多く、コスト高であり、消費エネルギーも多いという問題があった。 However, the configuration in which a plurality of optical frequency shifters shown in FIG. 1 are arranged and the respective input / outputs are connected has a problem that the number of parts is large, the cost is high, and the energy consumption is also large.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、部品点数が少なく、低コストであり、消費エネルギーも少ない光周波数シフタアレイを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical frequency shifter array with a small number of parts, low cost, and low energy consumption.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１の入力光を複数の出力に分割する光分波器と、該光分波器の前記複数の出力の各々に接続された、前記光分波器の出力を第１の信号光として第１の制御光と合波する第１の合波手段、該第１の合波手段で合波された光を入射させ、前記第１の信号光と前記第１の制御光または前記第１の制御光の第２高調波との差周波となる第１の変換光を出力する２次の非線形光学効果を有する第１の非線形光学媒質、および、該第１の非線形光学媒質の後段に前記第１の変換光の中から任意の波長を選択する波長セレクタを含む波長変換器と、該波長変換器の各々の出力を合波する光合波器とが縦続接続された第１の波長変換部と、該第１の波長変換部の前記第１の変換光の中から選択された出力を第２の信号光とし、第２の制御光と合波する第２の合波手段と、該第２の合波手段で合波された光を入射させ、前記第２の信号光と前記第２の制御光または前記第２の制御光の第２高調波との差周波となる第２の変換光を出力する２次の非線形光学効果を有する第２の非線形光学媒質と、該第２の非線形光学媒質の出力から前記第１の変換光を除去し、前記第２の変換光を透過させるフィルタとが縦続接続された第２の波長変換部とを備えたことを特徴とする。 The present invention, in order to achieve the object, a first aspect of the present invention, an optical demultiplexer for dividing the first input light into a plurality of output, the plurality of the optical demultiplexer A first combining means for combining the output of the optical demultiplexer connected to each of the outputs with the first control light as the first signal light, combined by the first combining means A second-order nonlinear optical effect that makes light incident and outputs first converted light that has a difference frequency between the first signal light and the first control light or the second harmonic of the first control light. A wavelength converter including: a first nonlinear optical medium having a wavelength selector that selects an arbitrary wavelength from the first converted light after the first nonlinear optical medium; and a first wavelength converting portion and the optical multiplexer for multiplexing the respective outputs are cascade-connected in the wavelength converting portion of the first of the first converted light La selected output as a second signal light to be incident and a second multiplexing means for multiplexing the second control light, the light multiplexed by the multiplexing unit second, the second A second nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect that outputs a second converted light having a difference frequency between the signal light of the second and the second control light or the second harmonic of the second control light When, the said first converted light is removed from the output of the second nonlinear optical medium, that a filter that transmits the second converted light and a second wavelength converter cascaded Features.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記非線形光学媒質は、２次の非線形光学材料の分極を周期的に反転した構造を有することを特徴とする。 The invention described in claim 2 is characterized in that the nonlinear optical medium described in claim 1 has a structure in which the polarization of a second-order nonlinear optical material is periodically inverted.
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の前記２次の非線形光学材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、またはニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの混晶のいずれかであることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is that the second-order nonlinear optical material according to claim 2 is any one of lithium niobate, lithium tantalate, or a mixed crystal of lithium niobate and lithium tantalate. Features.
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の前記２次の非線形光学材料は、亜鉛またはマグネシウムのいずれかが添加されていることを特徴とする。 The invention described in claim 4 is characterized in that either the zinc or magnesium is added to the second-order nonlinear optical material described in claim 3 .
以上説明したように、本発明によれば、第２の波長変換部を１つの波長変換器で構成することにより、部品点数を減らすことができ、低コストの光周波数シフタアレイを構成することが可能となる。具体的には、例えば２個の波長変換器を縦続接続した構成では、Ｎ通りのシフト量を与える処理のために、２Ｎ個の波長変換器を必要とする。本発明によれば、波長変換器の数はＮ＋１個となり、Ｎ−１個の波長変換器を削減することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the number of parts by configuring the second wavelength conversion unit with one wavelength converter, and to configure a low-cost optical frequency shifter array. It becomes. Specifically, for example, in a configuration in which two wavelength converters are connected in cascade, 2N wavelength converters are required for processing to give N shift amounts. According to the present invention, the number of wavelength converters is N + 1, and N-1 wavelength converters can be reduced.
また、制御光光源の数が減ることにより、消費エネルギーを少なくすることが可能となる。具体的には、上述したように、Ｎ−１個の制御光光源を削減することができるので、消費エネルギーを、およそ半分にすることができる。 Further, the energy consumption can be reduced by reducing the number of control light sources. Specifically, as described above, since N-1 control light sources can be reduced, the energy consumption can be reduced to approximately half.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図２に、本発明の第１の実施形態にかかる光周波数シフタアレイの構成を示す。光周波数シフタアレイは、第１の波長変換部２００Ａと、第２の波長変換部２００Ｂとが縦続接続されている。第１の波長変換部２００Ａは、入力光２０１を分波する光分波器２０２と、複数（ｎ個）の波長変換器と、複数の波長変換器の出力光を合波する光合波器２０７と、信号光を除去し、変換光のみを透過する光フィルタ２０８とを備えている。波長変換器の各々は、光分波器２０２の出力に接続された波長セレクタ２０３−１〜２０３−ｎと、波長セレクタ２０３−１〜２０３−ｎの出力光を信号光として制御光光源２０４−１〜２０４−ｎからの制御光と合波する光カプラ２０５−１〜２０５−ｎと、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質２０６−１〜２０６−ｎとを備え、非線形光学媒質２０６−１〜２０６−ｎの出力は、光合波器２０７に接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 shows the configuration of the optical frequency shifter array according to the first embodiment of the present invention. In the optical frequency shifter array, a first
第２の波長変換部２００Ｂは、第１の波長変換部２００Ａの出力光を信号光とし、制御光光源２０９からの制御光と合波する光カプラ２１０と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質２１１と、信号光を除去して変換光のみを透過する光フィルタ２１２とを備えている。
The second wavelength conversion unit 200B uses the output light of the first
第１の波長変換部２００Ａにおける波長変換過程を、ω１ （１−１）＋ω２ （１−１）＝ω３ （１−１）〜ω１ （１−ｎ）＋ω２ （１−ｎ）＝ω３ （１−ｎ）とし、第２の波長変換部２００Ｂにおける波長変換過程を、ω１ （２）＋ω２ （２）＝ω３ （２）とする。ここで、ω２ （１−１）＝ω１ （２），ω２ （１−２）＝ω１ （２），・・・，ω２ （１−ｎ）＝ω１ （２）とすると、式（１）と同様にして、
ω２ （２）＝＋ω１ （１）＋（ω３ （２）−ω３ （１−１））
＝＋ω１ （１）＋（ω３ （２）−ω３ （１−２））
｜
＝＋ω１ （１）＋（ω３ （２）−ω３ （１−ｎ）） ・・・（２）
となる。波長セレクタ２０３−１〜２０３−ｎの透過波長を適宜設定すれば、入力光２０１の波長に応じて光周波数シフト量を変えることができる。このような構成により、波長変換器の２段階接続による光周波数シフタを複数配置する場合と同様に、信号光の波長によってシフト量を変え、複数の信号光の波長を同時に処理することができる。さらに、第２の波長変換部２００Ｂを１つの波長変換器で構成することにより、部品点数が少なく、消費エネルギーも少ない低コストの光周波数シフタを実現することができる。
The wavelength conversion process in the first
ω 2 (2) = + ω 1 (1) + (ω 3 (2) −ω 3 (1-1) )
= + Ω 1 (1) + (ω 3 (2) −ω 3 (1-2) )
｜
= + Ω 1 (1) + (ω 3 (2) −ω 3 (1-n) ) (2)
It becomes. If the transmission wavelengths of the wavelength selectors 203-1 to 203-n are appropriately set, the optical frequency shift amount can be changed according to the wavelength of the
図３に、本発明の第２の実施形態にかかる光周波数シフタアレイの構成を示す。光周波数シフタアレイは、第１の波長変換部３００Ａと、第２の波長変換部３００Ｂとが縦続接続されている。第１の波長変換部３００Ａは、入力光３０１を分波する光分波器３０２と、複数（ｎ個）の波長変換器と、複数の波長変換器の出力光を合波する光合波器３０７とを備えている。波長変換器の各々は、光分波器３０２の出力光を信号光として制御光光源３０３−１〜３０３−ｎからの制御光と合波する光カプラ３０４−１〜３０４−ｎと、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質３０５−１〜３０５−ｎと、波長セレクタ３０６−１〜３０６−ｎとを備え、波長セレクタ３０６−１〜３０６−ｎの出力は、光合波器３０７に接続されている。
FIG. 3 shows a configuration of an optical frequency shifter array according to the second embodiment of the present invention. In the optical frequency shifter array, the first
第２の波長変換部３００Ｂは、第１の波長変換部３００Ａの出力光を信号光として、制御光光源３０８からの制御光と合波する光カプラ３０９と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質３１０と、信号光を除去し、変換光のみを透過する光フィルタ３１１とを備えている。
The second
波長変換過程は、第１の実施形態と同じである。波長セレクタ３０６−１〜３０６−ｎの透過波長を適宜設定すれば、入力光３０１の波長に応じて光周波数シフト量を変えることができる。このような構成により、波長変換器の２段階接続による光周波数シフタを複数配置する場合と同様に、信号光の波長によってシフト量を変え、複数の信号光の波長を同時に処理することができる。また、第２の波長変換部３００Ｂを１つの波長変換器で構成することにより、部品点数が少なく、消費エネルギーも少ない低コストな光周波数シフタを実現することができる。
The wavelength conversion process is the same as in the first embodiment. If the transmission wavelengths of the wavelength selectors 306-1 to 306-n are appropriately set, the optical frequency shift amount can be changed according to the wavelength of the
第１の実施形態と比較すると、波長セレクタ３０６−１〜３０６−ｎを非線形光学媒質３０５−１〜３０５−ｎの出力側に接続したので、出力側の光フィルタを省略することができる。なお、第２の実施形態では、全ての波長を第１の波長変換部３００Ａの全ての波長変換器に入力するので、第１の実施形態のように波長セレクタで選択された１つの波長を入力する場合と比較して、非線形光学媒質３０５−１〜３０５−ｎにおける変換効率が劣化する。従って、制御光光源３０３−１〜３０３−ｎの出力光の強度を、第１の実施形態と比較して大きくする必要がある。
Compared with the first embodiment, since the wavelength selectors 306-1 to 306-n are connected to the output side of the nonlinear optical media 305-1 to 305-n, the output side optical filter can be omitted. In the second embodiment, since all wavelengths are input to all wavelength converters of the first
非線形光学媒質は、２次の非線形光学材料の分極を周期的に反転することにより、高効率の波長変換器が実現されている。この構造は、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、入力光と変換光と制御光または制御光の第２高調波の位相を擬似的に整合させる。なお、他の位相整合方法を用いても同様の効果が得られる。 The nonlinear optical medium realizes a highly efficient wavelength converter by periodically inverting the polarization of the second-order nonlinear optical material. This structure artificially matches the phase of the second harmonic of the input light, the converted light, the control light, or the control light by periodically inverting the influence of the refractive index dispersion caused by the material. The same effect can be obtained even if other phase matching methods are used.
非線形光学媒質として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、またはその混晶は、大きな二次非線形光学定数を有しており、大口径のものが工業的に安定的に作製できるという利点がある。大口径の基板を用いることができれば、素子長の長い非線形光学媒質を得ることができ、高効率の波長変換器を作製することができる。また、亜鉛やマグネシウムを添加することにより、光損傷耐性が向上するので、強度の高い制御光を用いることができ、高効率の波長変換器を作製することができる。 As the nonlinear optical medium, lithium niobate, lithium tantalate, or a mixed crystal thereof has a large second-order nonlinear optical constant, and has an advantage that a large-diameter medium can be manufactured stably industrially. If a large-diameter substrate can be used, a nonlinear optical medium having a long element length can be obtained, and a highly efficient wavelength converter can be manufactured. Further, the addition of zinc or magnesium improves the resistance to optical damage, so that control light with high intensity can be used, and a highly efficient wavelength converter can be manufactured.
図４に、本発明にかかる光周波数シフタアレイの実施例１の構成を示す。光周波数シフタアレイは、３種類の波長シフト量を与えることのできる光周波数シフタであり、第１の波長変換部４００Ａと、第２の波長変換部４００Ｂとが縦続接続されている。第１の波長変換部４００Ａは、入力光４０１を分波する光分波器４０２と、３個の波長変換器と、３個の波長変換器の出力光を合波する光合波器４０７と、信号光を除去して変換光のみを透過する光フィルタ４０８とを備えている。波長変換器の各々は、光分波器４０２の出力に接続された波長セレクタ４０３−１〜４０３−３と、波長セレクタ４０３−１〜４０３−３の出力光を信号光として制御光光源４０４−１〜４０４−３からの制御光と合波する光カプラ４０５−１〜４０５−３と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質４０６−１〜４０６−３とを備え、非線形光学媒質４０６−１〜４０６−３の出力は、光合波器４０７に接続されている。
FIG. 4 shows the configuration of the optical frequency shifter array according to the first embodiment of the present invention. The optical frequency shifter array is an optical frequency shifter capable of giving three types of wavelength shift amounts, and the first
第２の波長変換部４００Ｂは、第１の波長変換部４００Ａの出力光を信号光とし、制御光光源４０９からの制御光と合波する光カプラ４１０と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質４１１と、信号光を除去し、変換光のみを透過する光フィルタ４１２とを備えている。
The second
非線形光学媒質４０６−１〜４０６−３，４１１は、ニオブ酸リチウム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を形成して作製した。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。非線形光学媒質４０６−１は１５５８．８ｎｍにおいて、非線形光学媒質４０６−２は１５５９．６ｎｍにおいて、非線形光学媒質４０６−３は１５６０．８ｎｍにおいて、非線形光学媒質４１１は１５６０．０ｎｍにおいて、擬似位相整合する様に設定した。なお、導波路作製方法としてＴｉ拡散などの金属拡散導波路、リッジ導波路、埋め込み導波路などを用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。
The nonlinear optical media 406-1 to 406-3, 411 were prepared by subjecting a lithium niobate substrate to periodic polarization inversion and forming a waveguide by proton exchange. Such a wavelength converter is called a quasi phase matching type wavelength converter and has a structure in which the conversion efficiency is improved at a specific control light wavelength. The nonlinear optical medium 406-1 is quasi-phase matched at 1558.8 nm, the nonlinear optical medium 406-2 is 1559.6 nm, the nonlinear optical medium 406-3 is 1560.8 nm, and the nonlinear
このような構成により、上記波長を各々の非線形光学媒質に入射すると、上記波長の半波長にあたる第２高調波光が効率よく発生する。また、第２高調波光と１．５５μｍ帯の光とを非線形光学媒質に入射すると、その差周波光が効率よく発生する。すなわち、制御光として、上記波長の光と上記波長の半波長の光とをそれぞれ用いることができる。 With this configuration, when the wavelength is incident on each nonlinear optical medium, second harmonic light corresponding to a half wavelength of the wavelength is efficiently generated. Further, when the second harmonic light and 1.55 μm band light are incident on the nonlinear optical medium, the difference frequency light is efficiently generated. That is, as the control light, light having the above wavelength and light having a half wavelength of the above wavelength can be used.
制御光源４０４−１から波長１５５８．８ｎｍの制御光を、制御光源４０４−２から波長１５５９．６ｎｍの制御光を、制御光源４０４−３から波長１５６０．８ｎｍの制御光を、制御光光源４０９から波長１５６０．０ｎｍの制御光をそれぞれ出力する。光フィルタ４０８は、波長１５７０ｎｍ以上の変換光を透過させ、光フィルタ４１２は、波長１５５０ｎｍ以下の変換光を透過させる。波長セレクタ４０３−１は、１５３９．６ｎｍ〜１５４０．４ｎｍを透過させ、波長セレクタ４０３−２は、１５４０．４ｎｍ〜１５４１．２ｎｍを透過させ、波長セレクタ４０３−３は、１５４１．２ｎｍ〜１５４２．８ｎｍを透過させる。
Control light with a wavelength of 1558.8 nm from the control light source 404-1, control light with a wavelength of 1559.6 nm from the control light source 404-2, control light with a wavelength of 1560.8 nm from the control light source 404-3, and control light source 409 Control light having a wavelength of 1560.0 nm is output. The
このような構成において、ｃｈ１＝１５４０．０ｎｍ、ｃｈ２＝１５４０．８ｎｍ、ｃｈ３＝１５４１．６ｎｍ、およびｃｈ４＝１５４２．４ｎｍの波長多重信号光である入力光４０１を入力する。出力４１３には、１５４０．０ｎｍ、１５４０．８ｎｍ、１５４１．６ｎｍ、および１５４２．４ｎｍの４つの出力光が観測された。これを詳しく調べたところ、出力された波長の短い波長側から、ｃｈ３、ｃｈ４、ｃｈ２、ｃｈ１であることがわかった。この結果、ｃｈ１が＋２．４ｎｍのシフト量、ｃｈ２が＋０．８ｎｍのシフト量、ｃｈ３およびｃｈ４が−１．６ｎｍのシフト量であり、信号光の波長によって異なるシフト量により、複数の信号光を同時に処理できることがわかった。
In such a configuration, input light 401 that is wavelength multiplexed signal light with ch1 = 1540.0 nm, ch2 = 1540.8 nm, ch3 = 1541.6 nm, and ch4 = 1542.4 nm is input. In the
実施例１では、制御光として１．５５μｍ帯の光を用い、非線形光学媒質内で発生する第２高調波光と信号光との差周波発生により変換光を得る。一方、制御光として第２高調波光にあたる光を用いてもよい。具体的には、制御光源４０４−１から波長７７９．４ｎｍの制御光を、制御光源４０４−２から波長７７９．８ｎｍの制御光を、制御光源４０４−３から波長７８０．４ｎｍの制御光を、制御光光源４０９から波長７８０．０ｎｍの制御光をそれぞれ出力する。光カプラ４０５−１〜４０５−ｎは、０．７８μｍ帯と１．５５μｍ帯の光を合成する。非線形光学媒質内で発生する変換光は、制御光と信号光との差周波発生により得られる。 In the first embodiment, 1.55 μm band light is used as the control light, and converted light is obtained by generating a difference frequency between the second harmonic light generated in the nonlinear optical medium and the signal light. On the other hand, light corresponding to the second harmonic light may be used as the control light. Specifically, control light having a wavelength of 779.4 nm from the control light source 404-1, control light having a wavelength of 779.8nm from the control light source 404-2, control light having a wavelength of 780.4nm from the control light source 404-3, Control light having a wavelength of 780.0 nm is output from the control light source 409, respectively. The optical couplers 405-1 to 405-n synthesize light in the 0.78 μm band and the 1.55 μm band. The converted light generated in the nonlinear optical medium is obtained by generating a difference frequency between the control light and the signal light.
図５に、本発明にかかる光周波数シフタアレイの実施例２の構成を示す。光周波数シフタアレイは、３種類の波長シフト量を与えることのできる光周波数シフタであり、第１の波長変換部５００Ａと、第２の波長変換部５００Ｂとが縦続接続されている。第１の波長変換部５００Ａは、入力光５０１を分波する光分波器５０２と、３個の波長変換器と、３個の波長変換器の出力光を合波する光合波器５０７とを備えている。波長変換器の各々は、光分波器５０２の出力光を信号光として制御光光源５０３−１〜５０３−３からの制御光と合波する光カプラ５０４−１〜５０４−３と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質５０５−１〜５０５−３と、波長セレクタ５０６−１〜５０６−３とを備え、波長セレクタ５０６−１〜５０６−３の出力は、光合波器５０７に接続されている。
FIG. 5 shows a configuration of a second embodiment of the optical frequency shifter array according to the present invention. The optical frequency shifter array is an optical frequency shifter capable of giving three types of wavelength shift amounts, and a first
第２の波長変換部５００Ｂは、第１の波長変換部５００Ａの出力光を信号光として、制御光光源５０８からの制御光と合波する光カプラ５０９と、２次の非線形光学効果により差周波を発生する非線形光学媒質５１０と、信号光を除去し、変換光のみを透過する光フィルタ５１１とを備えている。
The second
非線形光学媒質５０５−１〜５０５−３，５１０は、ニオブ酸リチウム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を成して作製した。実施例１と同様に、非線形光学媒質５０５−１は１５５８．８ｎｍにおいて、非線形光学媒質５０５−２は１５５９．６ｎｍにおいて、非線形光学媒質５０５−３は１５６０．８ｎｍにおいて、非線形光学媒質５１０は１５６０．０ｎｍにおいて、擬似位相整合する様に設定した。
The nonlinear optical media 505-1 to 505-3, 510 were manufactured by performing periodic polarization inversion on a lithium niobate substrate and forming a waveguide shape by proton exchange. As in the first embodiment, the nonlinear optical medium 505-1 is 1558.8 nm, the nonlinear optical medium 505-2 is 1559.6 nm, the nonlinear optical medium 505-3 is 1560.8 nm, and the nonlinear
制御光源５０３−１から波長１５５８．８ｎｍの制御光を、制御光源５０３−２から波長１５５９．６ｎｍの制御光を、制御光源５０３−３から波長１５６０．８ｎｍの制御光を、制御光光源５０８から波長１５６０．０ｎｍの制御光をそれぞれ出力する。光フィルタ５１１は、波長１５５０ｎｍ以下の変換光を透過させる。波長セレクタ５０６−１は、１５７７．６ｎｍ〜１５７８．４ｎｍを透過させ、波長セレクタ５０６−２は、１５７８．４ｎｍ〜１５７９．２ｎｍを透過させ、波長セレクタ５０６−３は、１５７９．２ｎｍ〜１５８０．９ｎｍを透過させる。
From the control light source 503-1, control light having a wavelength of 1558.8 nm, from the control light source 503-2, control light having a wavelength of 1559.6 nm, from the control light source 503-3, control light having a wavelength of 1560.8 nm, from the control
このような構成において、ｃｈ１＝１５４０．０ｎｍ、ｃｈ２＝１５４０．８ｎｍ、ｃｈ３＝１５４１．６ｎｍ、およびｃｈ４＝１５４２．４ｎｍの波長多重信号光である入力光５０１を入力する。出力５１２には、１５４０．０ｎｍ、１５４０．８ｎｍ、１５４１．６ｎｍ、および１５４２．４ｎｍの４つの出力光が観測された。これを詳しく調べたところ、出力された波長の短い波長側から、ｃｈ３、ｃｈ４、ｃｈ２、ｃｈ１であることがわかった。この結果、ｃｈ１が＋２．４ｎｍのシフト量、ｃｈ２が＋０．８ｎｍのシフト量、ｃｈ３およびｃｈ４が−１．６ｎｍのシフト量であり、信号光の波長によって異なるシフト量により、複数の信号光を同時に処理できることがわかった。
In such a configuration, input light 501 that is wavelength multiplexed signal light with ch1 = 1540.0 nm, ch2 = 1540.8 nm, ch3 = 1541.6 nm, and ch4 = 1542.4 nm is input. In the
実施例２では、制御光として１．５５μｍ帯の光を用い、非線形光学媒質内で発生する第２高調波光と信号光との差周波発生により変換光を得る。一方、制御光として第２高調波光にあたる光を用いてもよい。具体的には、制御光源５０３−１から波長７７９．４ｎｍの制御光を、制御光源５０３−２から波長７７９．８ｎｍの制御光を、制御光源５０３−３から波長７８０．４ｎｍの制御光を、制御光光源５０８から波長７８０．０ｎｍの制御光をそれぞれ出力する。光カプラ５０４−１〜５０４−ｎは、０．７８μｍ帯と１．５５μｍ帯の光を合成する。非線形光学媒質内で発生する変換光は、制御光と信号光との差周波発生により得られる。
In the second embodiment, 1.55 μm band light is used as control light, and converted light is obtained by generating a difference frequency between second harmonic light and signal light generated in the nonlinear optical medium. On the other hand, light corresponding to the second harmonic light may be used as the control light. Specifically, control light having a wavelength of 779.4 nm from the control light source 503-1, control light having a wavelength of 779.8nm from the control light source 503-3, control light having a wavelength of 780.4nm from the control light source 503-3, Control light having a wavelength of 780.0 nm is output from the control
この様な光周波数シフタアレイを用いることにより、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。 By using such an optical frequency shifter array, it becomes possible to easily change signals between channels in optical communication using wavelength multiplexing, and a flexible network can be provided.
１００Ａ 第１の波長変換器
１００Ｂ 第２の波長変換器
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ 入力光
１０２，１０６，２０４，２０９，３０３，３０８，４０４，４０９，５０３，５０８ 制御光光源
１０３，１０７，２０５，２１０，３０４，３０９，４０５，４１０，５０４，５０９ 光カプラ
１０４，１０８，２０６，２１１，３０５，３１０，４０６，４１１，５０５，５１０ 非線形光学媒質
１０５，１０９，２０８，２１２，３１１，４０８，４１２，５１１ 光フィルタ
２００Ａ，３００Ａ，４００Ａ，５００Ａ 第１の波長変換部
２００Ｂ，３００Ｂ，４００Ｂ，５００Ｂ 第２の波長変換部
２０２，３０２，４０２，５０２ 光分波器
２０３，３０６，４０３，５０６ 波長セレクタ
２０７，３０７，４０７，５０７ 光合波器
100A First wavelength converter 100B
Claims (4)
該光分波器の前記複数の出力の各々に接続された、前記光分波器の出力を第１の信号光として第１の制御光と合波する第１の合波手段、該第１の合波手段で合波された光を入射させ、前記第１の信号光と前記第１の制御光または前記第１の制御光の第２高調波との差周波となる第１の変換光を出力する２次の非線形光学効果を有する第１の非線形光学媒質、および、該第１の非線形光学媒質の後段に前記第１の変換光の中から任意の波長を選択する波長セレクタを含む波長変換器と、
該波長変換器の各々の出力を合波する光合波器とが縦続接続された第１の波長変換部と、
該第１の波長変換部の前記第１の変換光の中から選択された出力を第２の信号光とし、第２の制御光と合波する第２の合波手段と、
該第２の合波手段で合波された光を入射させ、前記第２の信号光と前記第２の制御光または前記第２の制御光の第２高調波との差周波となる第２の変換光を出力する２次の非線形光学効果を有する第２の非線形光学媒質と、
該第２の非線形光学媒質の出力から前記第１の変換光を除去し、前記第２の変換光を透過させるフィルタとが縦続接続された第２の波長変換部と
を備えたことを特徴とする光周波数シフタアレイ。 An optical demultiplexer that divides the first input light into a plurality of outputs;
A first combining means connected to each of the plurality of outputs of the optical demultiplexer for combining the output of the optical demultiplexer with a first control light as a first signal light; The first converted light that is incident on the light combined by the combining means and becomes a difference frequency between the first signal light and the first control light or the second harmonic of the first control light. A first non-linear optical medium having a second-order non-linear optical effect and a wavelength selector that selects an arbitrary wavelength from the first converted light after the first non-linear optical medium A converter,
A first wavelength converter connected in cascade with an optical multiplexer for multiplexing the outputs of the wavelength converter;
An output selected from the first converted light of the first wavelength conversion unit as a second signal light, and a second combining means for combining with the second control light;
The light combined by the second combining means is incident, and a second frequency that is the difference frequency between the second signal light and the second control light or the second higher harmonic wave of the second control light. A second nonlinear optical medium having a second-order nonlinear optical effect that outputs the converted light of
And characterized in that said second removing said first converted light from the output of the nonlinear optical medium, a filter that transmits the second converted light and a second wavelength converter cascaded Optical frequency shifter array.
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