JP4552610B2 - Wavelength converter - Google Patents
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Description
この発明は、入力光の波長とは異なる波長の出力光を発生させて出力する波長変換装置、該波長変換装置を含む光ネットワークシステム、及び該波長変換装置を含む光伝送システムに関するものである。 The present invention relates to a wavelength converter that generates and outputs output light having a wavelength different from the wavelength of input light, an optical network system that includes the wavelength converter, and an optical transmission system that includes the wavelength converter.
波長変換装置は、入力光の波長とは異なる波長(すなわち、異なる光周波数)の出力光を出力する光学デバイスである。一般に、波長変換装置では、入力光と励起光とを非線形光学媒質に入力し、この非線形光学媒質において非線形光学現象の一種である四光波混合を生じさせ、この四光波混合により新たな波長の出力光を発生させる(例えば特許文献1及び特許文献2を参照)。
A wavelength converter is an optical device that outputs output light having a wavelength different from the wavelength of input light (that is, a different optical frequency). In general, in a wavelength converter, input light and excitation light are input to a nonlinear optical medium, and four-wave mixing, which is a kind of nonlinear optical phenomenon, is generated in the nonlinear optical medium, and an output of a new wavelength is generated by this four-wave mixing. Light is generated (see, for example,
また、波長変換装置は、互いに波長が異なる複数チャネルの信号成分が多重化された波長分割多重(WDM:Wavelength-Division Multiplexing)信号それぞれを、時間軸に沿って互いに重ならないように重畳された所定波長の時分割多重(TDM:Time-Division Multiplexing)信号として波長変換することも可能である。このようにWDM信号をTDM信号に波長変換する方法としては、例えば非特許文献1及び2に記載された波長変換方法が知られている。
Further, the wavelength conversion device is a predetermined wavelength-multiplexed (WDM) signal in which signal components of a plurality of channels having different wavelengths are multiplexed and superimposed so as not to overlap each other along the time axis. It is also possible to perform wavelength conversion as a time-division multiplexing (TDM) signal. As a method for converting the wavelength of a WDM signal into a TDM signal as described above, for example, wavelength conversion methods described in
すなわち、非特許文献1には、入力されるWDM信号に対しスーパーコンティニウムを(supercontinuum)発生させ、各チャネル信号のスペクトルを互いに重なりあう程度まで広げ、その後、フィルタによりスライスすることでTDM信号に変換する方法が記載されている。また、非特許文献2には、入力光に対する吸収係数が光強度に対して減少するデバイス(electro-absorption modulator: EAM)を用い、WDM信号と変換されるべき波長を有する連続光(CW光:Continuous-Wave light)を同時に入射することで該CW光にWDM信号の波形がコピーされる特性を利用するTDM変換方法が記載されている。
That is, in Non-Patent
なお、入力光が強度変調光である場合には、波長変換により得られる出力光も同様に強度変調された光である。このことから、波長変換装置は、例えば光ネットワークシステムや光伝送システムにおいて伝送される光信号の波長を変換する際に用いられ得る。
発明者らは、従来の波長変換装置について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、特許文献1及び2に記載された従来の波長変換装置では、入力光の波長が変化すると出力光の波長も変化する。しかしながら、将来の光ネットワークシステム等において使用される波長変換装置では、入力光の波長が変化しても出力光の波長が一定であることが望ましい場合がある。
As a result of examining the conventional wavelength converter, the inventors have found the following problems. In other words, in the conventional wavelength converters described in
加えて、上記非特許文献1及び2に記載された波長変換方法では、変換された信号波形が劣化してしまう。具体的には、上記非特許文献1では、信号スペクトルがフィルタの形状となるため、信号波形はフィルタの形状に大きく依存する。そのため、信号のビットレートや変調形式によってフィルタを変える必要がある。また、上記非特許文献2では、電気のキャリアによる吸収飽和を利用しているため、応答速度に上限があり高速なTDM信号変換が行われると信号波形が歪みやすくなる。
In addition, in the wavelength conversion methods described in
この発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、入力光の波長が変化しても出力光の波長を安定的に一定にできる波長変換装置、該波長変換装置を含む光ネットワークシステム、及び該波長変換装置を含む光伝送システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem. A wavelength converter capable of stably and constantly changing the wavelength of output light even if the wavelength of input light changes, and an optical network system including the wavelength converter. And an optical transmission system including the wavelength converter.
この発明に係る波長変換装置は、入力光の波長とは異なる波長の出力光を発生させて出力する波長変換装置であって、互いに直列に接続された第1波長変換部と、第2波長変換部とを備える。上記第1波長変換部は、入力光及び単一波長の第1励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により新たな波長の中間光を発生させ、この中間光及び入力光を出力する。上記第2波長変換部は、第1波長変換部から出力された中間光及び入力光、さらには第2励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。 The wavelength conversion device according to the present invention is a wavelength conversion device that generates and outputs output light having a wavelength different from the wavelength of the input light, and includes a first wavelength conversion unit and a second wavelength conversion connected in series with each other. A part. The first wavelength conversion unit generates four-wave mixing using the input light and the first excitation light having a single wavelength, generates intermediate light having a new wavelength by the four-wave mixing, and outputs the intermediate light and the input light. To do. The second wavelength conversion unit generates four-wave mixing by the intermediate light and the input light output from the first wavelength conversion unit, and further by the second excitation light, and output light having a new wavelength generated by the four-wave mixing. Is output.
この場合、上記第1波長変換部は、第1励起光源と、第1非線形光学媒質と、第1光フィルタとを含むのが好ましい。上記第1励起光源は、第1励起光を出力する。上記第1非線形光学媒質は、第1励起光源から出力された第1励起光と入力光を入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により中間光を出力する。上記第1光フィルタは、第1非線形光学媒質から出力された光のうち中間光及び入力光を選択的に透過する。同様に、上記第2波長変換部も、第2励起光源と、第2非線形光学媒質と、第2光フィルタとを含むのが好ましい。上記第2励起光源は、第2励起光を出力する。上記第2非線形光学媒質は、第1波長変換部から出力された中間光及び入力光、さらには該第2励起光源から出力された第2励起光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した出力光を出力する。上記第2光フィルタは、第2非線形光学媒質から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。 In this case, it is preferable that the first wavelength conversion unit includes a first excitation light source, a first nonlinear optical medium, and a first optical filter. The first excitation light source outputs first excitation light. The first nonlinear optical medium generates the four-wave mixing by inputting the first pumping light and the input light output from the first pumping light source, and outputs the intermediate light by the four-wave mixing. The first optical filter selectively transmits intermediate light and input light out of the light output from the first nonlinear optical medium. Similarly, the second wavelength converter preferably includes a second excitation light source, a second nonlinear optical medium, and a second optical filter. The second excitation light source outputs second excitation light. The second nonlinear optical medium generates the four-wave mixing by inputting the intermediate light and the input light output from the first wavelength conversion unit, and further the second excitation light output from the second excitation light source. The output light generated by the four-wave mixing is output. The second optical filter selectively transmits output light out of the light output from the second nonlinear optical medium.
なお、この発明に係る波長変換装置において、上記第1波長変換装置は、入力光及び複数チャネルを含む第1励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の第1中間光及び第2中間光を出力することも可能である。この場合、上記第2波長変換装置は、第1波長変換部から出力された第1中間光及び第2中間光、さらには第2励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。 In the wavelength conversion device according to the present invention, the first wavelength conversion device generates four-wave mixing by the first excitation light including the input light and a plurality of channels, and the first wavelength of the new wavelength generated by the four-wave mixing is generated. It is also possible to output the first intermediate light and the second intermediate light. In this case, the second wavelength conversion device generates four-wave mixing by the first intermediate light and the second intermediate light output from the first wavelength conversion unit, and further by the second excitation light, and is generated by the four-wave mixing. The output light having the new wavelength is output.
この場合も、上記第1波長変換部は、第1励起光源、第1非線形光学媒質、及び第1光フィルタを含み、上記第2波長変換部は、第2励起光源、第2非線形光学媒質、及び第2光フィルタを含むのが好ましい。上記第1励起光光源は、第1励起光を出力する。上記第1非線形光学媒質は、第1励起光源から出力された第1励起光と入力光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した第1中間光及び第2中間光を出力する。上記第1光フィルタは、第1非線形光学媒質から出力された光のうち第1中間光及び第2中間光を選択的に透過する。一方、上記第2励起光源は、第2励起光を出力する。上記第2非線形光学媒質は、第1波長変換部から出力された第1中間光及び第2中間光、さらには該第2励起光源から出力された第2励起光とを入力することで四光波混合を発生され、該四光波混合により発生した出力光を出力する。上記第2光フィルタは、第2非線形光学媒質から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。 Also in this case, the first wavelength conversion unit includes a first excitation light source, a first nonlinear optical medium, and a first optical filter, and the second wavelength conversion unit includes a second excitation light source, a second nonlinear optical medium, And a second optical filter. The first excitation light source outputs first excitation light. The first nonlinear optical medium generates four-wave mixing by inputting the first pumping light output from the first pumping light source and the input light, and the first intermediate light and the second light generated by the four-wave mixing are generated. Output intermediate light. The first optical filter selectively transmits the first intermediate light and the second intermediate light out of the light output from the first nonlinear optical medium. On the other hand, the second excitation light source outputs second excitation light. The second nonlinear optical medium receives four light waves by inputting the first intermediate light and the second intermediate light output from the first wavelength converter, and further the second excitation light output from the second excitation light source. Mixing is generated, and output light generated by the four-wave mixing is output. The second optical filter selectively transmits output light out of the light output from the second nonlinear optical medium.
この発明に係る波長変換装置では、第1波長変換部において入力光が波長変換されて該第1波長変換部から中間光が出力される。続いて、第2波長変換部において入力光及び中間光が更に波長変換されて該第2波長変換部から出力光が出力される。このように2度の波長変換が行われることにより、入力光の波長が異なっていても、出力光の波長は一定になる。また、この発明に係る波長変換装置において、出力光の光周波数変動は入力光の光周波数変動よりも小さいのが好ましい。また、出力光の消光比は、入力光の消光比よりも大きいのが好ましい。 In the wavelength conversion device according to the present invention, the input light is wavelength-converted by the first wavelength conversion unit, and the intermediate light is output from the first wavelength conversion unit. Subsequently, the input wavelength and the intermediate light are further wavelength-converted in the second wavelength converter, and output light is output from the second wavelength converter. By performing the wavelength conversion twice in this way, the wavelength of the output light becomes constant even if the wavelength of the input light is different. In the wavelength converter according to the present invention, it is preferable that the optical frequency fluctuation of the output light is smaller than the optical frequency fluctuation of the input light. The extinction ratio of output light is preferably larger than the extinction ratio of input light.
なお、この発明に係る波長変換装置は、互いに波長が異なる複数チャネルのWDM信号それぞれを、時間軸に沿って互いに重ならないように重畳された所定波長のTDM信号として波長変換することも可能である。 The wavelength conversion device according to the present invention can also convert wavelengths of a plurality of channels of WDM signals having different wavelengths as TDM signals of a predetermined wavelength superimposed so as not to overlap each other along the time axis. .
この発明に係る光ネットワークシステムは、N本(Nは2以上の整数)の光伝送路と、N個の光スイッチと、第1光合波器と、N個の光遅延器と、第2光合波器と、上述のような構造を有する波長変換装置(この発明に係る波長変換装置)と、信号戻し手段とを備える。上記N個の光スイッチは、N本の光伝送路それぞれの途中に1つずつ設けられている。上記第1光合波器は、N個の光スイッチそれぞれから到達した光信号を合波し、その合波光を共通の光伝送路へ出力する。上記N個の光遅延器は、N個の光スイッチそれぞれに対応して1つずつ設けられ、対応する光スイッチから到達した光信号に対して遅延を与てる。上記第2光合波器は、N個の光遅延器から出力された光信号を合波する。上記波長変換装置は、第2光合波器から出力された合波光の波長変換を行う。上記信号戻し手段は、波長変換装置から出力された光信号をN個の光スイッチと第1光合波器との間のN本の光伝送路の何れか又は共通の光伝送路へ戻す。 An optical network system according to the present invention includes N (N is an integer of 2 or more) optical transmission lines, N optical switches, a first optical multiplexer, N optical delay devices, and a second optical multiplexer. A wave converter, a wavelength conversion device having the above-described structure (a wavelength conversion device according to the present invention), and a signal return means. One of the N optical switches is provided in the middle of each of the N optical transmission lines. The first optical multiplexer combines the optical signals that have arrived from each of the N optical switches, and outputs the combined light to a common optical transmission line. Each of the N optical delay devices is provided corresponding to each of the N optical switches, and delays the optical signal that arrives from the corresponding optical switch. The second optical multiplexer multiplexes the optical signals output from the N optical delay devices. The wavelength converter performs wavelength conversion of the combined light output from the second optical multiplexer. The signal return means returns the optical signal output from the wavelength converter to any one of the N optical transmission lines between the N optical switches and the first optical multiplexer, or to the common optical transmission line.
この本発明に係る光ネットワークシステムでは、各光伝送路により伝送されてきて光スイッチに到達した光信号は、その後の伝送先が光スイッチにより切り替えられて、対応する光遅延器及び第1光合波器のうち何れか一方へ伝送される。第1光合波器に到達した各光信号は第1光合波器により合波されて、その合波光は共通の光伝送路へ出力される。光遅延器に到達した光信号は、光遅延器により所定の遅延が与えられた後に、波長変換装置に入力され波長変換後に出力される。この波長変換装置による波長変換では、入力光信号の光周波数に拘わらず、出力光信号の光周波数は一定である。波長変換装置から出力された光信号は、信号戻し手段により、N個の光スイッチと第1光合波器との間のN本の光伝送路の何れか又は共通の光伝送路へ戻される。 In the optical network system according to the present invention, the optical signal transmitted through each optical transmission path and reaching the optical switch is switched at the subsequent transmission destination by the optical switch, and the corresponding optical delay unit and first optical multiplexing are switched. Is transmitted to one of the devices. Each optical signal that has reached the first optical multiplexer is multiplexed by the first optical multiplexer, and the combined light is output to a common optical transmission line. The optical signal that has reached the optical delay device is given a predetermined delay by the optical delay device, is then input to the wavelength conversion device, and is output after wavelength conversion. In the wavelength conversion by this wavelength converter, the optical frequency of the output optical signal is constant regardless of the optical frequency of the input optical signal. The optical signal output from the wavelength converter is returned to any one of the N optical transmission lines between the N optical switches and the first optical multiplexer or to the common optical transmission line by the signal return means.
上述のような構造を有する波長変換装置を利用して、WDM信号からTDM信号に波長変換する場合、この発明に係る光ネットワークシステムは、該波長変換装置とともに、各チャネルにおいて断続的現れるWDM信号を入力し、時間軸に沿って互いに重ならないようにチャネルごとに遅延を与える光遅延器を備えるのが好ましい。このような構成を備えた光ネットワークシステムにおいて、上記光遅延器により信号遅延が調節されることにより、波長変換装置から出力される出力チャネルにおける信号存在確率を高めることが可能になる。また、上記光遅延器により信号遅延が調節されることにより、波長変換装置から出力される出力チャネルにおける信号間隔を狭めることも可能である。 When wavelength conversion from a WDM signal to a TDM signal is performed using the wavelength conversion device having the above-described structure, the optical network system according to the present invention, together with the wavelength conversion device, transmits WDM signals that appear intermittently in each channel. It is preferable to provide an optical delay device that inputs and delays each channel so as not to overlap each other along the time axis. In the optical network system having such a configuration, the signal delay in the output channel output from the wavelength converter can be increased by adjusting the signal delay by the optical delay device. Further, the signal delay in the output channel output from the wavelength converter can be narrowed by adjusting the signal delay by the optical delay device.
さらに、この発明に係る光伝送システムは、光送信器と、光伝送路と、光受信器と、上述のような構造を有する波長変換装置(この発明に係る波長変換装置)を備える。上記光送信器は、光信号を送出する。上記光伝送は、光送信器から送出された光信号を伝送する。上記光受信器は、光伝送路を伝搬する光信号を受信する。上記波長変換装置は、光送信器の直後に設けられ、光送信器から送出された光信号の波長変換を行う。このような光伝送システムでは、光送信器から出力される光信号のチャープが大きく又は消光比が小さい場合であっても、波長変換装置からの出力光はチャープ補償され波形整形されるので、信号伝送距離の延長が可能になる。 Furthermore, the optical transmission system according to the present invention includes an optical transmitter, an optical transmission line, an optical receiver, and a wavelength conversion device (wavelength conversion device according to the present invention) having the above-described structure. The optical transmitter transmits an optical signal. In the optical transmission, an optical signal transmitted from an optical transmitter is transmitted. The optical receiver receives an optical signal propagating through an optical transmission line. The wavelength converter is provided immediately after the optical transmitter and performs wavelength conversion of the optical signal transmitted from the optical transmitter. In such an optical transmission system, even if the chirp of the optical signal output from the optical transmitter is large or the extinction ratio is small, the output light from the wavelength converter is chirp-compensated and waveform-shaped. The transmission distance can be extended.
また、この発明に光伝送システムにおいて、上記波長変換装置は、光伝送路の途中に設けられてもよい。この場合、伝送される光信号のチャープが大きく又は消光比が小さい場合であっても、波長変換装置からの出力光はチャープ補償され波形整形されるので、信号伝送距離の延長が可能になる。 In the optical transmission system according to the present invention, the wavelength conversion device may be provided in the middle of the optical transmission path. In this case, even if the chirp of the transmitted optical signal is large or the extinction ratio is small, the output light from the wavelength converter is chirp compensated and the waveform is shaped, so that the signal transmission distance can be extended.
この発明に係る波長変換装置によれば、入力光の波長が変化しても出力光の波長を一定とすることができる。 According to the wavelength converter according to the present invention, the wavelength of the output light can be made constant even when the wavelength of the input light changes.
以下、この発明に係る波長変換装置、光ネットワークシステム、及び光伝送システムの各実施形態を、図1〜図16を用いて詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the wavelength conversion device, the optical network system, and the optical transmission system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(波長変換装置の第1実施形態)
先ず、この発明に係る波長変換装置の第1実施形態について説明する。図1は、この発明に係る波長変換装置の第1実施形態の構成を示す図である。この第1実施形態に係る波長変換装置100は、入射端101に入力光を入力し、この入力光の波長とは異なる波長の出力光を出射端102から出力する。波長変換装置100は、入射端101と出射端102との間に直列的に配置された第1波長変換部110及び第2波長変換部120を備える。
(First embodiment of wavelength converter)
First, a first embodiment of a wavelength conversion device according to the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a wavelength conversion device according to the present invention. The
第1波長変換部110は、入力光及び第1励起光により四光波混合を発生され、この四光波混合により新たな波長の中間光を発生させ、そして、この中間光及び入力光を出力する。より具体的には、第1波長変換部110は、第1励起光源111、第1光結合器112、第1光増幅器113、第1非線形光学媒質114及び第1光フィルタ115を含む。
The first
第1励起光源111は、光周波数fpump1の第1励起光を出力する。第1光結合器112は、入力端101を介して入力された光周波数f0の入力光と第1励起光源111から出力された第1励起光とを合波する。第1光増幅器113は、第1光結合器112により合波された入力光及び第1励起光を入力し、これら入力光及び第1励起光を増幅する。
The first
第1非線形光学媒質114は、第1光増幅器113により増幅された入力光及び第1励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数f1の中間光を出力する。第1光フィルタ115は、第1非線形光学媒質114から出力された光のうち中間光及び入力光を選択的に透過する。
The first nonlinear
一方、第2波長変換部120は、第1波長変換部110から出力された中間光及び入力光、さらには第2励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。より具体的には、第2波長変換部120は、第2励起光源121、第2光結合器122、第2光増幅器123、第2非線形光学媒質124及び第2光フィルタ125を含む。
On the other hand, the second
第2励起光源121は、光周波数fpump2の第2励起光を出力する。第2光結合器122は、第1波長変換部110から出力された中間光及び入力光と第2励起光源121から出力された第2励起光とを合波する。第2光増幅器123は、第2光結合器122により合波された中間光,入力光及び第2励起光を入力し、これら中間光,入力光及び第2励起光を増幅する。
The second
第2非線形光学媒質124は、第2光増幅器123により光増幅された中間光、入力光及び第2励起光を入力することで、これら中間光、入力光及び第2励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数f2の出力光を出力する。第2光フィルタ125は、第2非線形光学媒質124から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。
The second nonlinear
第1光増幅器113及び第2光増幅器123それぞれには、例えば、Er元素が光導波領域に添加された光ファイバが光増幅媒体として適用されたEr元素添加光ファイバ増幅器が適している。第1非線形光学媒質114及び第2非線形光学媒質124それぞれには、例えば、非線形光学係数γが高い光ファイバが適している。第1光増幅器113は、第1非線形光学媒質114において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第1非線形光学媒質114に入力する各光成分を高利得で増幅する。同様に、第2光増幅器123は、第2非線形光学媒質124において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第2非線形光学媒質124に入力する各光成分を高利得で増幅する。
For each of the first
図2は、第1実施形態に係る波長変換装置1における各光周波数の配置関係を説明するための図である。第1波長変換部110において、入力光の光周波数f0、中間光の光周波数f1及び第1励起光の光周波数fpump1の間には、図2(a)及び以下の式(1)で表される関係がある。すなわち、第1波長変換部110は、縮退四光波混合により発生した光周波数f1の中間光を出力する。
一方、第2波長変換部120では、入力光の光周波数f0、中間光の光周波数f1、出力光の光周波数f2及び第2励起光の光周波数fpump2の間には、図2(b)及び以下の式(2)で表される関係がある。すなわち、第2波長変換部120は、非縮退四光波混合により発生した光周波数f2の出力光を出力する。
上記式(1)を上記式(2)に代入すると、以下の式(3)が得られる。この式(3)から判るように、出力光の光周波数f2は、入力光の光周波数f0に依存せず、第1励起光の光周波数fpump1及び第2励起光の光周波数fpump2のみに依存する。
このように、この第1実施形態に係る波長変換装置100は、入力端101を介して入力させる入力光の波長が変化しても、出力端102を介して出力される出力光の波長を一定にすることができる。
As described above, the
図3は、第1実施形態に係る波長変換装置100の一利用例を説明するための図である。図3(a)は各光周波数の配置関係を示し、図3(b)は各信号が多重化される様子を示す。波長変換装置100の入力端101を介して入力される入力光成分は、光周波数f01、f02及びf03の何れかとする。また、光周波数f01、f02及びf03それぞれの入力光成分は、バースト信号の如く、或る一定期間には入力端101を介して入力されるが、他の期間には入力されないとする。さらに、光周波数f01、f02及びf03それぞれの入力光成分のうち2つ以上の光成分が同時には入力されないものとする。このような場合、波長変換装置100は、入力端101を介して入力された各光周波数の入力光成分を波長変換し、これら全てを一定の光周波数f2の出力光として多重化する。そして、このように多重化された出力光が出力端102を介して出力される。
FIG. 3 is a diagram for explaining one usage example of the
また、第1実施形態に係る波長変換装置100は、波長変換とともに、入力光のチャープを補償し波形整形することができる。図4は、第1実施形態に係る波長変換装置100におけるチャープ補償及び波形整形を説明するための図である。図4(a)は、入力端101を介して入力される入力光の光強度及び光周波数それぞれの時間変化を示す。図4(b)は、第1波長変換部110から出力される中間光の光強度及び光周波数それぞれの時間変化を示す。また、図4(c)は、出力端102から出力される出力光の光強度及び光周波数それぞれの時間変化を示す。
Further, the
入力端101を介して入力される入力光が例えば直接変調駆動のレーザダイオードから出力されたレーザ光である場合、その入力光は、図4(a)に示されたように、パルス立上り及びパルス立下りそれぞれの際に光周波数が変動する過渡チャープ現象を示すとともに、光強度のレベルに応じて光周波数が異なる断熱チャープ現象を示す。自己位相変調を利用することにより、過渡チャープについては補償することが可能であるが、断熱チャープについては補償することができない。
When the input light input through the
しかしながら、この第1実施形態に係る波長変換装置100では、図4(b)に示されたように、中間光のチャープ分布は、入力光のチャープ分布が反転された状態になる。そして、図4(c)に示されたように、出力光のチャープ分布は、入力光及び中間光それぞれのチャープ分布が互いに相殺された状態となる。このように、出射端102を介して出力される出力光は、入射端101を介して入力される入力光のチャープが補償された光成分である。したがって、出力光の光周波数変動は入力光の光周波数変動よりも小さくなる。
However, in the
また、図4(a)及び(b)に示されたように、中間光の波形は、その発生の元となる入力光の波形と相似形になる。そして、図4(c)に示されたように、出力光の波形は、その発生の元となる入力光及び中間光それぞれの波形の積で表される。したがって、出射端102を介して出力される出力光は、入射端101を介して入力される入力光の波形が整形された光成分である。このことから、出力光の消光比は入力光の消光比よりも大きくなる。
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the waveform of the intermediate light is similar to the waveform of the input light that is the source of the generation. Then, as shown in FIG. 4C, the waveform of the output light is represented by the product of the waveforms of the input light and the intermediate light that are the sources of the generation. Therefore, the output light output through the
以上のようにチャープが補償されるともに信号波形が整形されることにより、直接変調駆動のレーザダイオードを用いた光伝送システムにおいても伝送距離を大幅に延長することができる。 As described above, the chirp is compensated and the signal waveform is shaped, so that the transmission distance can be greatly extended even in an optical transmission system using a laser diode driven by direct modulation.
(波長変換装置の第2実施形態)
次に、この発明に係る波長変換装置の第2実施形態について説明する。図5は、この発明に係る波長変換装置の第2実施形態の構成を示す図である。この第2実施形態に係る波長変換装置200は、入射端201を介して入力光を入力し、この入力光の波長とは異なる波長の出力光を出射端202を介して出力する。波長変換装置200は、入射端201と出射端202との間に直列的に配置された第1波長変換部210及び第2波長変換部220を備える。
(Second embodiment of wavelength converter)
Next, a second embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention. The
第1波長変換部210は、入力光及び第1励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の第1中間光及び第2中間光を出力する。より具体的には、第1波長変換部210は、第1励起光源211、第1光結合器212、第1光増幅器213、第1非線形光学媒質214及び第1光フィルタ215を含む。
The first
第1励起光源211は、第1励起光として光周波数fpump11及び光周波数fpump12それぞれの励起光成分を出力する。第1光結合器212は、入力端201を介して入力された光周波数f0の入力光と第1励起光源211から出力された2波長の第1励起光とを合波する。第1光増幅器213は、第1光結合器212により合波された入力光及び第1励起光を入力し、これら入力光及び第1励起光を増幅する。
The first
第1非線形光学媒質214は、第1光増幅器213により増幅された入力光及び2波長の第1励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数f11の第1中間光及び光周波数f12の第2中間光を出力する。第1光フィルタ215は、第1非線形光学媒質214から出力された光のうち第1中間光及び第2中間光を選択的に透過する。
The first nonlinear
第2波長変換部220は、第1波長変換部210から出力された第1中間光及び第2中間光、さらには第2励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する。より具体的には、第2波長変換部220は、第2励起光源221、第2光結合器222、第2光増幅器223、第2非線形光学媒質224及び第2光フィルタ225を含む。
The second
第2励起光源221は、光周波数fpump2の第2励起光を出力する。第2光結合器222は、第1波長変換部210から出力された第1中間光及び第2中間光、さらには第2励起光源221から出力された第2励起光を入力し、これら第1中間光と第2中間光と第2励起光を合波する。第2光増幅器223は、第2光結合器222により合波された第1中間光、第2中間光及び第2励起光を入力し、これら第1中間光、第2中間光及び第2励起光を増幅する。
The second
第2非線形光学媒質224は、第2光増幅器223により増幅された第1中間光、第2中間光及び第2励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数f2の出力光を出力する。第2光フィルタ225は、第2非線形光学媒質224から出力された光のうち出力光を選択的に透過する。
The second nonlinear
第1光増幅器213及び第2光増幅器223それぞれには、例えば、Er元素が光導波領域に添加された光ファイバが光増幅媒体に適用されたEr元素添加光ファイバ増幅器が適している。第1非線形光学媒質214及び第2非線形光学媒質224それぞれには、例えば、非線形光学係数γが高い光ファイバが適している。第1光増幅器213は、第1非線形光学媒質214において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第1非線形光学媒質214に入力させる各信号を高利得で増幅する。同様に、第2光増幅器223は、第2非線形光学媒質224において充分な効率で四光波混合が発現するよう、第2非線形光学媒質224に入力させる各信号を高利得で増幅する。
For each of the first
図6は、この第2実施形態に係る波長変換装置2における各光周波数の配置関係を説明するための図である。第1波長変換部210において、入力光の光周波数f0、第1中間光の光周波数f11、第2中間光の光周波数f12、ならびに、第1励起光の光周波数fpump11及びfpump12の間には、図6(a)及び以下の式(4)で表される関係がある。すなわち、第1波長変換部210は、縮退四光波混合により発生した光周波数f1の中間光を出力する。
一方、第2波長変換部220において、第1中間光の光周波数f11、第2中間光の光周波数f12、出力光の光周波数f2及び第2励起光の光周波数fpump2の間には、図6(b)及び以下の式(5)で表される関係がある。すなわち、第2波長変換部220は、非縮退四光波混合により発生した光周波数f2の出力光を出力する。
上記式(4)を上記式(5)に代入すると、以下の式(6)が得られる。この式(6)から判るように、出力光の光周波数f2は、入力光の光周波数f0に依存せず、第1励起光の光周波数fpump11及びfpump12ならびに第2励起光の光周波数fpump2のみに依存する。
この第2実施形態に係る波長変換装置200は、上述の第1実施形態に係る波長変換装置100が奏する効果と同様の効果を奏する他、以下のような効果をも奏する。すなわち、第1実施形態に係る波長変換装置100では、第2波長変換部120において入力光を使用することから、出力光波長を入力光波長と同じにすることはできない。これに対して、第2実施形態に係る波長変換装置200では、第2波長変換部220において入力光を使用しないことから、出力光波長を入力光波長と同じにすることができる。
The
(光ネットワークシステムの第1実施形態)
次に、この発明に係る光ネットワークシステムの第1実施形態について説明する。図7は、この発明に係る光ネットワークシステムの第1実施形態の構成を示す図である。この第1実施形態に係る光ネットワークシステム1は、N本の光伝送路111〜11N、N個の光スイッチ121〜12N、第1光合波器13、N個の光遅延器141〜14N、第2光合波器15、波長変換装置16、光結合器17及び光伝送路18を備える。ここで、Nは2以上の整数であり、後に現われるnは1以上N以下の任意の整数である。
(First embodiment of optical network system)
Next, a first embodiment of the optical network system according to the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the optical network system according to the present invention. The
各光伝送路11nは、光周波数f0nの光信号を伝送する。各光スイッチ12nは、光伝送路11nの途中に設けられており、光伝送路11nを伝搬してきた光周波数f0nの光信号を入力し、その光信号それぞれを第1光合波器13及び光遅延器14nの何れか一方へ出力する。第1光合波器13は、N本の光伝送路111〜11Nそれぞれを伝搬してきた光信号を合波し、その合波光を共通の光伝送路18へ出力する。
Each optical transmission line 11 n transmits an optical signal having an optical frequency f 0n . Each optical switch 12 n is provided in the optical transmission line 11 n, the optical signal of the optical frequency f 0n which has propagated through the optical transmission line 11 n inputs, each optical signal the first
各光遅延器14nは、対応する光スイッチ12nから到達した光信号それぞれに対して遅延を与える。第2光合波器15は、N個の光遅延器141〜14Nから出力された光信号を合波する。波長変換装置16は、第2光合波器15から出力された合波光の波長変換を行い、その波長変化により得られた光周波数f2の光信号を出力する。この波長変換装置16としては、上述の第1実施形態又は第2実施形態に係る波長変換装置100、200が用いられる。光結合器17は、波長変換装置16から出力された光信号を、共通の光伝送路18へ戻す。
Each
この光ネットワークシステム1は以下のように動作する。各光伝送路11nを介して光スイッチ12nに到達した光周波数f0nの光信号は、その後の伝送先が光スイッチ12nにより切り替えられて、対応する光遅延器14n及び第1光合波器13のうち何れか一方へ伝送される。第1光合波器13に到達した各光信号は第1光合波器13により合波されて、その合波光が光伝送路18へ出力される。
The
光遅延器14nに到達した光信号は、光遅延器14nにより所定の遅延が与えられた後に、波長変換装置16において波長変換される。この波長変換装置16による波長変換では、入力信号の光周波数に拘わらず、出力信号の光周波数f2は一定である。波長変換装置16から出力された光信号は、光結合器17により光伝送路18に戻される。
Optical signal reaching the
以上のように、この第1実施形態に係る光ネットワークシステム1は、上述の第1実施形態又は第2実施形態に係る波長変換装置100、200と同様の構成の波長変換装置16を備えており、この波長変換装置16により、波長がことなる光信号を一定の波長の信号に多重化することができる。なお、波長変換装置16から出力された光信号を、光スイッチ12nと第1光合波器13との間の光伝送路11nへ戻すようにしてもよい。
As described above, the
(光ネットワークシステムの第2実施形態)
上述の第1実施形態及び第2実施形態に係る波長変換装置100、200は、出力光の光周波数(波長)が入力光の光周波数(波長)に依存しないように波長変換を行うことを特徴としている。例えば、第1波長変換装置100では、第1波長変換部110において、入力光に対して第1励起光により四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した中間光と入力光を出力する。続けて、第2波長変換部120において、第1波長変換部110から出力された中間光及び入力光、さらには第2励起光によって再度四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した第2中間光(出力光)を出力している。
(Second Embodiment of Optical Network System)
The
この特徴から言える事は、入力信号(入力光)が互いに波長が異なる複数チャネルの信号が多重化されたWDM信号である場合、当該波長変換装置100、200を利用することでどの信号成分(波長成分)も特定波長に変換されることである。この特徴を生かした例として、波長の異なるバースト状の信号を特定の1波長に変換することにより波長資源の高効率化が可能になることは既に説明されたとおりである(図3参照)。
What can be said from this feature is that when the input signal (input light) is a WDM signal in which signals of a plurality of channels having different wavelengths are multiplexed, which signal component (wavelength) is used by using the
しかしながら、バースト状ではなく定常的に伝送されるCW信号に対しても上記第1実施形態及び第2実施形態に係る波長変換装置100、200は適用可能である。波長の異なる複数チャネルのパルス信号列に対して波長変換を行う例が図8に示されている。なお、図8(a)は、上述の図3(a)と同様に、光周波数f01、f02、f03及びf04の入力光信号、光周波数f2の出力信号、及び光周波数fpump1、fpump2の励起光成分の配置関係を示す。
However, the
各チャネルの信号(光周波数f01、f02、f03及びf04)は、図8(b)に示されたように、特定のビットレートを有し、該ビットレートで決まる1ビット周期(Tb)に比べて幅の細いパルス状の信号である。これら入力信号は、WDM合波される前に互いが時間軸に対して重ならないようにタイミング調整される。この状態でWDM合波された後、第1実施形態及び第2実施形態に係る波長変換装置100、200により波長変換されると、全ての変換されたパルスが重ならず同一時間軸上に並ぶため(図8(b)中に示された光周波数f2の出力信号)、WDM信号をTDM信号に変換したことになる。
Signals of each channel (optical frequency f 01, f 02, f 03 and f 04), as shown in FIG. 8 (b), has a specific bit rate, one bit period determined by the bit rate ( It is a pulse-like signal that is narrower than T b ). These input signals are adjusted in timing so that they do not overlap each other before the WDM multiplexing. After WDM multiplexing in this state, when wavelength conversion is performed by the
なお、以上の説明では4チャネルのWDM信号への適用について説明しているが、2チャネル以上であれば信号チャネル数は特に制限されない。また、図8では、各信号チャネルのビットレートが全て同じとしているが全てのパルス列の周期が特定の値の整数倍となる関係を満たしていれば信号チャネル間で異なるビットレートが行っていてもよい。 In the above description, application to a 4-channel WDM signal has been described. However, the number of signal channels is not particularly limited as long as it is 2 channels or more. In FIG. 8, the bit rates of the signal channels are all the same, but different bit rates may be used between the signal channels as long as the period of all the pulse trains satisfies the relationship of an integral multiple of a specific value. Good.
上述のようなWDM信号からTDM信号への波長変換は、図9に示されたような構成を備えた光ネットワークシステムにより実現可能である。なお、この図9は、この発明も係る光ネットワークシステムの第2実施形態の構成を示す図である。この第2実施形態に係る光ネットワークシステム1Aは、各チャネルの信号が伝搬するN本の光伝送路111〜11Nと、N個の光遅延器141〜14Nと、N個の光増幅器191〜19Nと、光合波器15と、波長変換装置16とを備える。なお、波長変換装置16には、上記第1実施形態及び第2実施形態に係る波長変換装置100、200の何れも適用可能である。
The wavelength conversion from the WDM signal to the TDM signal as described above can be realized by an optical network system having a configuration as shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the optical network system according to the present invention. The
この第2実施形態に係る光ネットワークシステム1Aでは、N本の伝送路111〜11Nを伝搬してきたパルス状の信号列は光合波器15により合波される前に、光遅延器141〜14Nによって各信号が重なり合わないようにタイミングを調整される。その後、これらタイミング調整された各信号は光合波器15によって波長多重化され、その合波光(WDM信号)が波長変換装置16によりTDM信号に変換される。この波長変換装置16に入力される前に各信号のパワーを高める必要があるので、光遅延器141〜14Nと光合波器15との間には、光増幅器191〜19Nが配置されている。なお、光増幅器は合波器15と波長変換装置16との間に配置されてもよい。特に、図9に示されたように、光合波器15の直前に光増幅器191〜19Nが配置された場合、これら光増幅器191〜19Nで発生する光雑音が光合波器15において除去されるので好ましい。さらに、各信号のパルス幅が重ならない程度に狭くする必要があるため短尺のファイバ等によって波形整形する構成であってもよい。
In the optical network system 1 </ b> A according to the second embodiment, before the
以上のように、WDM信号からTDM信号への変換は、端末から来た比較的ビットレートの低い信号を1チャネルに纏めてから幹線系ネットワークに送ることで周波数資源を有効利用できる。このような技術は、将来において重要な技術となり得るが、160Gbit/sのように非常に高いビットレートの信号である場合、電気的手段による高速な信号生成は不可能であり、光学的手段による信号生成が有力である。 As described above, in the conversion from the WDM signal to the TDM signal, the frequency resources can be effectively used by collecting the signals having a relatively low bit rate from the terminal into one channel and sending them to the trunk network. Such a technology can be an important technology in the future, but when the signal has a very high bit rate such as 160 Gbit / s, high-speed signal generation by electrical means is impossible, and by optical means. Signal generation is powerful.
この全信号チャネルにおけるWDM/TDM変換の例としては、いくつか報告されており、1つはスーパーコンティニウムを発生させることで各々のパルスのスペクトルを互いに重複する程度に広げた後、重なった部分をフィルタで切り取ることによりTDM信号を得る変換方法である。この詳細は上記非特許文献1に記載されているが、変換後の信号波形は切り取るフィルタの特性に大きく依存するため、信号によって使うフィルタを変える必要がある。
Several examples of WDM / TDM conversion in all signal channels have been reported. One is to generate supercontinuum, which broadens the spectrum of each pulse so as to overlap each other, and then overlaps each other. Is a conversion method for obtaining a TDM signal by cutting out the signal with a filter. The details are described in
また、他の例として入力光の強度に対し吸収係数が減少するような特性を有する媒体に対してパルス状のWDM信号と同時に特定波長のCW光を入射することで該CW光にWDM信号の形状がコピーされることを利用した変換方法も考えられる。この詳細は上記非特許文献2に記載されているが、電気キャリアによる吸収の飽和特性を利用しているため電気的な帯域制限の影響は少なからず受け、高速信号に対しては変換後に波形が歪んでしまう。
Further, as another example, by inputting a CW light having a specific wavelength simultaneously with a pulsed WDM signal to a medium having a characteristic that an absorption coefficient decreases with respect to the intensity of the input light, the WDM signal is incident on the CW light. A conversion method using copying of the shape is also conceivable. The details are described in
これら非特許文献1及び2に記載された変換方法に対して、この発明に係る波長変換装置は、まずフィルタは不要な信号を遮断するためだけにあるためフィルタの帯域が信号に対して充分広ければ影響を与えることはない。また、電気的手段を用いることなくTDM信号の生成が行われるため、電気的な速度制限は存在しない。
In contrast to the conversion methods described in
さらに、160Gbit/sのように非常に高いビットレートの信号は分散耐力が非常に低い。また、信号にチャープが残っていると少量の分散であっても大きく歪むことが考えられる。それに対し、この発明に係る波長変換装置ではチャープを補償する効果もあるため、分散耐力が比較的高いTDM信号を生成することが可能である。 Furthermore, very high bit rate signals such as 160 Gbit / s have very low dispersion tolerance. In addition, if a chirp remains in the signal, even a small amount of dispersion may be distorted greatly. On the other hand, the wavelength converter according to the present invention also has an effect of compensating for chirp, so that it is possible to generate a TDM signal having a relatively high dispersion tolerance.
(光伝送システムの第1実施形態)
次に、この発明に係る光伝送システムの第1実施形態について説明する。図10は、この発明に係る光伝送システムの第1実施形態の構成を示す図である。この第1実施形態に係る光伝送システム2は、光送信器21と光受信器22との間に順に配置された、光伝送路231〜23M、光増幅器241〜24M及び波長変換装置25を備える。Mは2以上の整数である。波長変換装置25としては、上述の第1実施形態又は第2実施形態に係る波長変換装置100、200が用いられる。
(First Embodiment of Optical Transmission System)
Next, a first embodiment of the optical transmission system according to the present invention will be described. FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the optical transmission system according to the present invention. The
光送信器21から出力された光信号は、この光送信器21の直後に設けられた波長変換装置25により波長変換される。この波長変換装置25から出力された光信号は、光伝送路231〜23Mを伝搬し、その途中に設けられた光増幅器241〜24Mにより増幅された後、光受信器22で受信される。
The optical signal output from the
上述のように波長変換装置25は、光送信器21から出力された光信号のチャープ補償及び波形整形が可能である。そのため、光送信器21に直接変調駆動のレーザーダイオードが適用された場合のように、光送信器21から出力される光信号のチャープが大きく或いは消光比が小さい場合であっても、波長変換装置25から出力される光信号はチャープ補償され波形整形されているので、この第1実施形態に係る光伝送システム2では信号伝送距離の延長を可能にする。
As described above, the
(光伝送システムの第2実施形態)
次に、この発明に係る光伝送システムの第2実施形態について説明する。図11は、この発明に係る光伝送システムの第2実施形態の構成を示す図である。この第2実施形態に係る光伝送システム3は、光送信器31と光受信器32との間に順に配置された、光伝送路331〜334、光増幅器341〜344及び波長変換装置35を備える。波長変換装置35としては、上述の第1実施形態又は第2実施形態に係る波長変換装置100、200が用いられる。
(Second Embodiment of Optical Transmission System)
Next, a second embodiment of the optical transmission system according to the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the optical transmission system according to the present invention. The optical transmission system according to the
光送信器31から出力された光信号は、光伝送路331〜334を伝搬し、その途中に設けられた光増幅器341〜344により増幅された後、光受信器32に受信される。光送信器31から光受信器32へ伝送される光信号は、光送信器31と光受信器32との間の光伝送路の途中に設けられた波長変換装置35により波長変換される。
Optical signal output from the
上述のように波長変換装置35は、光伝送路を伝搬してきた光信号のチャープ補償及び波形整形が可能である。そのため、光送信器31に直接変調駆動のレーザーダイオードが適用された場合のように、伝送される光信号のチャープが大きく或いは消光比が小さい場合であっても、或いは、光送信器31に外部変調器が適用されたた場合でも途中の伝送路内で非線形効果(例えば自己位相変調や相互位相変調)が生じてチャープが発生している場合であっても、波長変換装置35から出力される光信号はチャープ補償され波形整形される。したがって、この第2実施形態に係る光伝送システム3でも信号伝送距離の延長を可能にする。
As described above, the
光信号が有するチャープは、一般に光伝送路の波長分散に起因して信号波形を劣化させる要因となる。しかしながら、光伝送路の波長分散が負であると、光信号の波形を尖らせて、光受信器32における受信感度の向上に寄与する場合がある。ただし、光伝送路の波長分散が負であっても、その波長分散の絶対値が大きすぎると、却って信号波形は劣化する。
The chirp possessed by the optical signal generally causes the signal waveform to deteriorate due to the chromatic dispersion of the optical transmission line. However, if the chromatic dispersion of the optical transmission line is negative, the waveform of the optical signal may be sharpened, which may contribute to an improvement in reception sensitivity in the
そこで、光送信器31と波長変換装置35との間の光伝送路331、332の波長分散を負とし、この間の光伝送路331、332により光信号のチャープを適度に改善しておくのが好ましい。その後に波長変換装置35により光信号のチャープを除去すれば、信号波形の劣化が抑制でき、信号伝送距離を延長させることができる。
Therefore, the wavelength dispersion of the optical transmission path 33 1, 33 2 between the
また、非線形光学現象に起因した信号波形の劣化を抑制するために、図12に示された光伝送システム3Aのように、光送信器31の直後に設けられた位相変調器36により、光信号に対して故意にチャープを与えてもよい。なお、図12は、この第2実施形態に係る光伝送システムの変形例の構成を示す図である。この場合にも、光伝送路331、332により光信号のチャープを適度に改善した後に波長変換装置35により光信号のチャープを除去すれば、信号波形の劣化を抑制することができ、信号伝送距離を延長させることができる。
Further, in order to suppress the deterioration of the signal waveform due to the nonlinear optical phenomenon, the optical signal is transmitted by the
次に、本発明に係る波長変換装置のより具体的な実施例について説明する。図13は、この発明に係る波長変換装置の具体例の構成を示す図である。この図13に示された波長変換装置300は、上述の第1実施形態に係る波長変換装置100の構成と同等の構成を有する。波長変換装置300は、信号光源330とともに用いられる。この信号光源330は、2.5Gb/sの直接変調駆動のレーザダイオードを含み、光周波数f0=193.4THzの光信号を出力する。
Next, a more specific embodiment of the wavelength conversion device according to the present invention will be described. FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a specific example of the wavelength converter according to the present invention. The
波長変換装置300は、第1実施形態における第1波長変換部110に相当する構成要素として、第1励起光源311、第1光結合器312、第1光増幅器313、第1非線形光学媒質314、光カプラ315a、315b、及び光フィルタ315c、315dを備える。
The
第1励起光源311は、光周波数fpump1=193.8THzの第1励起光を出力する。第1光結合器312は、信号光源330から出力された光信号と第1励起光源311から出力された第1励起光とを合波する。第1光増幅器313は、第1光結合器312により合波された光信号及び第1励起光を入力し、これら光信号及び第1励起光を増幅する。なお、この第1光増幅着313は、パワー17dBmの増幅光を出力する。
The first
第1非線形光学媒質314は、第1光増幅器313により増幅された光信号及び第1励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数f1=194.2THzの中間光を出力する。この第1非線形光学媒質314としては、長さ500mの高非線形性光ファイバが用いられる。
The first nonlinear
光カプラ315a、315b、及び光フィルタ315c、315dは、第1光フィルタを構成する。光カプラ315aは、第1非線形光学媒質314から出力された光を2分岐し、その分岐された一方を光フィルタ315cへ出力するとともに、他方を光フィルタ315dへ出力する。光フィルタ315cは、光カプラ315aから到達した光のうち、光周波数f0の光信号を選択的に透過する。光フィルタ315dは、光カプラ315aから到達した光のうち、光周波数f1の中間光を選択的に透過する。光フィルタ315c、315dは、75GHzの透過帯域幅を有するとともに、2nd super-Gaussian 関数で近似される透過特性を有する。光カプラ315bは、光フィルタ315cを透過した光信号と光フィルタ315dを透過した中間光とを合波する。
The
また、波長変換装置300は、第1実施形態における第2波長変換部120に相当する構成要素として、第2励起光源321、第2光結合器322、第2光増幅器323、第2非線形光学媒質324、及び第2光フィルタ325を備える。
In addition, the
第2励起光源321は、光周波数fpump2=194.0THzの第2励起光を出力する。第2光結合器322は、光カプラ315bから出力された中間光及び光信号と第2励起光源321から出力された第2励起光とを合波する。第2光増幅器323は、第2光結合器322により合波された中間光及び光信号、さらには第2励起光を増幅する。この第2光増幅器323は、パワー15dBmの増幅光を出力する。
Second pumping
第2非線形光学媒質324は、第2光増幅器323により増幅された中間光、光信号及び第2励起光を入力することで四光波混合を発生させ、この四光波混合により発生した光周波数f2=193.6THzの出力光を出力する。この第2非線形光学媒質324は、長さ500mの高非線形性光ファイバが用いられる。第2光フィルタ325は、第2非線形光学媒質324から出力された光のうち出力光を選択的に透過する光学部品であり、75GHzの透過帯域幅を有するとともに、2nd super-Gaussian 関数で近似される透過特性を有する。
The second nonlinear
図14は、図13に示された波長変換装置300における光スペクトルである。図14(a)は、第1非線形光学媒体314から出力される光のスペクトルである。また、図14(b)は、第2非線形光学媒体324から出力される光のスペクトルである。この図14に示されたように、第1非線形光学媒体314から出力される光には、光周波数f0の信号成分及び光周波数fpump1の第1励起光成分に加えて、光周波数f1の中間光成分が含まれている。また、第2非線形光学媒体324から出力される光には、光周波数f0の信号成分,光周波数f1の中間光成分及び光周波数fpump2の第2励起光成分に加えて、光周波数f2の出力光成分が含まれている。
FIG. 14 shows an optical spectrum in the
図15は、図13に示された波長変換装置300における各信号の波形及び光周波数変動を示すグラフである。図15(a)は、信号光源330から出力された光周波数f0の光信号の波形及び光周波数変動を示す。図15(b)は、光カプラ315bから出力された光周波数f1の中間光の波形及び光周波数変動を示す。また、図15(c)は、光フィルタ325から出力された光周波数f2の出力光の波形及び光周波数変動を示す。この図15に示されたように、信号光源330から出力された光信号は、消光比が7.5dBであって、過渡チャープ及び断熱チャープの双方が認められる。中間光は、消光比については光信号と同程度であるが、チャープについては光信号と比べて反転した状態となっている。そして、出力光は、強度のローレベルが下がって消光比が改善されており、また、断熱チャープが抑制されている。
FIG. 15 is a graph showing the waveform of each signal and the optical frequency variation in the
図16は、図13に示された波長変換装置300を用いた光伝送システムについて伝送後の光信号のアイパターンである。図16(a)は、波長変換装置300を用いること無く、直接変調駆動レーザダイオードから出力された光信号を直接に長さ150kmのシングルモード光ファイバにより伝送した後の光信号のアイパターンである。また、図16(b)は、直接変調駆動レーザダイオードから出力された光信号を波長変換装置300により波長変換するとともにチャープ補償して、長さ150kmのシングルモード光ファイバにより伝送させた後の光信号のアイパターンである。この図16から判るように、光信号を波長変換装置300によりチャープ補償した場合、長さ150kmの光ファイバにより伝送された後の光信号の波形劣化が抑制されている。
FIG. 16 is an eye pattern of an optical signal after transmission in the optical transmission system using the
この発明に係る波長変換装置によれば、入力光の波長が変化しても出力光の波長を一定とすることができ、光ネットワークシステムや光伝送システムへの適用が可能になる。 According to the wavelength conversion device of the present invention, the wavelength of the output light can be made constant even when the wavelength of the input light changes, and can be applied to an optical network system or an optical transmission system.
1…光ネットワークシステム、2、3、3A…光伝送システム、111〜11N、18、231〜23M、331〜334…光伝送路、121〜12N…光スイッチ、13…第1光合波器、141〜14N…光遅延器、15…第2光合波器、16、25、35、100、200、300…波長変換装置、17…光結合器、21、31…光送信器、22、32…光受信器、191、192、〜19N、241〜24M、341〜344…光増幅器、36…位相変調器、101、201…入射端、102、202…出射端、110、210…第1波長変換部、111、211、311…第1励起光源、112、212、312…第1光結合器、113、213、313…第1光増幅器、114、214、314…第1非線形光学媒質、115、215…第1光フィルタ、120、220…第2波長変換部、121、221、321…第2励起光源、122、222、322…第2光結合器、123、223、323…第2光増幅器、124、224、324…第2非線形光学媒質、125、225、325…第2光フィルタ、315a、315b…光カプラ、315c、315d…光フィルタ、330…信号光源。
1 ... optical network system, 2,3,3a ... optical transmission system, 11 1 ~11 N, 18,23 1 ~23 M, 33 1 ~33 4 ... optical transmission line, 12 1 to 12 N ... optical switch, 13 ... first optical multiplexer, 14 1 to 14 N ... optical delay device, 15 ... second optical multiplexer, 16,25,35,100,200,300 ... wavelength converter, 17 ... optical coupler, 21 and 31 ... Optical transmitter, 22, 32 ... Optical receiver, 19 1 , 19 2 , to 19 N , 24 1 to 24 M , 34 1 to 34 4 ... Optical amplifier, 36 ... Phase modulator, 101, 201 ... Incident end , 102, 202 ... emitting end, 110, 210 ... first wavelength converter, 111, 211, 311 ... first excitation light source, 112, 212, 312 ... first optical coupler, 113, 213, 313 ...
Claims (14)
入力光及び単一波長の第1励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により新たな波長の中間光を発生させ、前記入力光とともに該中間光を出力する第1波長変換部と、
前記第1波長変換部から出力された前記中間光及び前記入力光、さらには第2励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する第2波長変換部とを備えた波長変換装置。 A wavelength converter that outputs output light having a wavelength different from the wavelength of input light,
A first wavelength conversion unit that generates four-wave mixing by input light and first excitation light of a single wavelength, generates intermediate light of a new wavelength by the four-wave mixing, and outputs the intermediate light together with the input light; ,
Second light is generated by the four-wave mixing by the intermediate light and the input light output from the first wavelength conversion unit, and further by the second excitation light, and output light having a new wavelength generated by the four-wave mixing is output. The wavelength converter provided with the wavelength converter.
前記第2波長変換部は、前記第2励起光を出力する第2励起光源と、前記第1波長変換部から出力された前記中間光及び前記入力光、さらには該第2励起光源から出力された前記第2励起光を入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した前記出力光を出力する第2非線形光学媒質と、前記第2非線形光学媒質から出力された光のうち前記出力光を選択的に透過する第2光フィルタとを含むことを特徴とする請求項1記載の波長変換装置。 The first wavelength conversion unit generates four-wave mixing by inputting a first excitation light source that outputs the first excitation light, and the first excitation light and the input light output from the first excitation light source. A first nonlinear optical medium that outputs the intermediate light generated by the four-wave mixing, and a first that selectively transmits the intermediate light and the input light among the lights output from the first nonlinear optical medium. Including an optical filter,
The second wavelength conversion unit outputs a second excitation light source that outputs the second excitation light, the intermediate light and the input light that are output from the first wavelength conversion unit, and further, is output from the second excitation light source. The second excitation light is input to generate four-wave mixing, and the second nonlinear optical medium that outputs the output light generated by the four-wave mixing, and the light output from the second nonlinear optical medium The wavelength conversion device according to claim 1, further comprising a second optical filter that selectively transmits the output light.
入力光及び複数チャネルを含む第1励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の第1中間光及び第2中間光を出力する第1波長変換部と、
前記第1波長変換部から出力された前記第1中間光及び前記第2中間光、さらには第2励起光により四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した新たな波長の出力光を出力する第2波長変換部とを備えた波長変換装置。 A wavelength converter that outputs output light having a wavelength different from the wavelength of input light,
A first wavelength conversion unit that generates four-wave mixing using input light and first excitation light including a plurality of channels, and outputs first intermediate light and second intermediate light having new wavelengths generated by the four-wave mixing;
Four-wave mixing is generated by the first intermediate light and the second intermediate light output from the first wavelength conversion unit, and further by the second excitation light, and output light having a new wavelength generated by the four-wave mixing is generated. The wavelength converter provided with the 2nd wavelength conversion part to output.
前記第2波長変換部は、前記第2励起光を出力する第2励起光源と、前記第1波長変換部から出力された前記第1中間光及び前記第2中間光、さらには該第2励起光源から出力された前記第2励起光とを入力することで四光波混合を発生させ、該四光波混合により発生した前記出力光を出力する第2非線形光学媒質と、前記第2非線形光学媒質から出力された光のうち前記出力光を選択的に透過する第2光フィルタとを含むことを特徴とする請求項3記載の波長変換装置。 The first wavelength conversion unit performs four-wave mixing by inputting the first excitation light source that outputs the first excitation light, the first excitation light output from the first excitation light source, and the input light. A first nonlinear optical medium that generates and outputs the first intermediate light and the second intermediate light generated by the four-wave mixing, and the first intermediate light and the first intermediate light out of the light output from the first nonlinear optical medium, and A first optical filter that selectively transmits the second intermediate light,
The second wavelength conversion unit includes a second excitation light source that outputs the second excitation light, the first intermediate light and the second intermediate light output from the first wavelength conversion unit, and the second excitation light. Four-wave mixing is generated by inputting the second excitation light output from the light source, and the second nonlinear optical medium that outputs the output light generated by the four-wave mixing is output from the second nonlinear optical medium. The wavelength conversion device according to claim 3, further comprising: a second optical filter that selectively transmits the output light out of the output light.
時間軸に沿ってチャネル間での信号発生時間が重ならないように前記光遅延器により調節された前記複数チャネルの信号それぞれを所定波長の出力チャネルの信号として波長変換することで、該出力チャネルにおける信号存在確率を高める請求項1又は請求項3に記載の波長変換装置とを備えた光ネットワークシステム。 An optical delay unit that includes a plurality of channels having different wavelengths, inputs input light in which each channel signal appears intermittently, and delays the signals of each channel so as not to overlap each other along the time axis;
By wavelength-converting each of the signals of the plurality of channels adjusted by the optical delay unit as a signal of an output channel of a predetermined wavelength so that signal generation times between the channels do not overlap along the time axis, An optical network system comprising the wavelength conversion device according to claim 1 or 3, wherein the signal existence probability is increased.
時間軸に沿ってチャネル間での信号発生時間が重ならないように前記光遅延器により調節された前記複数チャネルの信号それぞれを所定波長の出力チャネルの信号として波長変換することで、該出力チャネルにおける信号間隔を狭める請求項1又は請求項3に記載の波長変換装置とを備えた光ネットワークシステム。 An optical delay unit that includes a plurality of channels having different wavelengths, inputs input light in which each channel signal appears intermittently, and delays the signals of each channel so as not to overlap each other along the time axis;
By wavelength-converting each of the signals of the plurality of channels adjusted by the optical delay unit as a signal of an output channel of a predetermined wavelength so that signal generation times between the channels do not overlap along the time axis, An optical network system comprising the wavelength converter according to claim 1 or 3, wherein the signal interval is narrowed.
前記N本の光伝送路それぞれの途中に1つずつ設けられたN個の光スイッチと、
前記N個の光スイッチそれぞれから到達した光信号を合波し、該合波光を共通の光伝送路へ出力する第1光合波器と、
前記N個の光スイッチそれぞれに対応して1つずつ設けられ、対応する光スイッチから到達した光信号に対して遅延を与えて出力するN個の光遅延器と、
前記N個の光遅延器から出力された光信号を合波する第2光合波器と、
前記第2光合波器から出力された合波光の波長変換を行う請求項1又は請求項3に記載の波長変換装置と、
前記波長変換装置から出力された合波光を前記N個の光スイッチと前記第1光合波器との間に位置する前記N本の光伝送路の何れか又は前記共通の光伝送路へ戻す信号戻し手段とを備えた光ネットワークシステム。 N optical transmission lines (N is an integer of 2 or more);
N optical switches provided one by one in the middle of each of the N optical transmission lines;
A first optical multiplexer that multiplexes optical signals arriving from each of the N optical switches and outputs the combined light to a common optical transmission line;
N optical delay devices that are provided one by one for each of the N optical switches and that output a delayed optical signal that has arrived from the corresponding optical switch;
A second optical multiplexer for multiplexing the optical signals output from the N optical delay devices;
The wavelength conversion device according to claim 1 or 3, wherein wavelength conversion of the multiplexed light output from the second optical multiplexer is performed.
A signal for returning the multiplexed light output from the wavelength converter to any one of the N optical transmission lines positioned between the N optical switches and the first optical multiplexer or to the common optical transmission line An optical network system comprising return means.
前記N本の光伝送路それぞれの途中に1つずつ設けられ、対応する波長の光信号に対して遅延を与えるN個の光遅延器と、
前記N個の光遅延器から出力された光信号を合波する光合波器と、
前記光合波器から出力された合波光の波長変換を行う請求項1又は請求項3記載の波長変換装置とを備えた光ネットワークシステム。 N optical transmission lines (N is an integer of 2 or more);
N optical delay units that are provided one by one in the middle of each of the N optical transmission lines and give a delay to an optical signal of a corresponding wavelength;
An optical multiplexer for multiplexing the optical signals output from the N optical delay devices;
The optical network system provided with the wavelength converter of Claim 1 or Claim 3 which performs wavelength conversion of the multiplexed light output from the said optical multiplexer.
前記光送信器から送出された光信号を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路を介して伝送された光信号を受信する光受信器と、
前記光送信器の直後に設けられ、前記光送信器から送出された光信号の波長変換を行う請求項1又は請求項3記載の波長変換装置とを備えた光伝送システム。 An optical transmitter for transmitting an optical signal;
An optical transmission path for transmitting an optical signal transmitted from the optical transmitter;
An optical receiver for receiving an optical signal transmitted through the optical transmission path;
The optical transmission system provided with the wavelength converter of Claim 1 or Claim 3 provided immediately after the said optical transmitter, and performing wavelength conversion of the optical signal sent from the said optical transmitter.
前記光送信器から送出された光信号を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路を介して伝送された光信号を受信する光受信器と、
前記光伝送路の途中に設けられ、前記光伝送路を伝搬する光信号の波長変換を行う請求項1又は請求項3記載の波長変換装置とを備えた光伝送システム。 An optical transmitter for transmitting an optical signal;
An optical transmission path for transmitting an optical signal transmitted from the optical transmitter;
An optical receiver for receiving an optical signal transmitted through the optical transmission path;
The optical transmission system provided with the wavelength converter of Claim 1 or Claim 3 provided in the middle of the said optical transmission path, and performing wavelength conversion of the optical signal which propagates the said optical transmission path.
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