JPH0713208A - Optical frequency conversion device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide the light frequency conversion device capable of removing the non-degeneracy light generated in the case of simultaneous conversion of the light frequencies of plural signal light rays and taking out only the light frequency conversion light group. CONSTITUTION:The pumping light of the light frequency fp from a pumping light source 1 satisfying fp=fs+(m+1/2)DELTAf (where m is an integer) and the plural signal light rays formed by multiplexing the signal light rays, of which the n-th signal light has the light frequency described as fs+(n-1)DELTAf at an light frequency interval DELTAf are multiplexed by an optical coupler 2. The multiplexed signal light is inputted to a cubic optical nonlinear material 3 and the output light thereof is passed through a filter having a period of the duration of a odd fraction of DELTAf and having high transmittance at light frequency fp+DELTAf/2 on the light frequency axis, by which only the desired light frequency conversion light of the light frequency 2fp-(f+(n-1)DELTAf) for the signal light of the light frequency fs+(n-1)DELTAf is taken out of the light mixed with the pumping light, signal light, light frequency conversion light and non-degeneracy light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光周波数多重された複
数の信号光の光周波数を一括して変換する装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for collectively converting the optical frequencies of a plurality of optical signals multiplexed in optical frequency.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、３次の光非線形性を利用して
信号光の光周波数を変換する方法が知られている。以
下、この方法について説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, a method of converting an optical frequency of signal light by utilizing third-order optical nonlinearity is known. Hereinafter, this method will be described.

【０００３】３次の光非線形性を有する光非線形物質に
光を入射した時に生じる分極Ｐは、一般に、 Ｐ＝χ⁽¹⁾ Ｅ＋χ⁽²⁾ ＥＥ＋χ⁽³⁾ ＥＥＥ＋…… ……(1) と表される。ここで、Ｅは光電場、χは物質によって決
まる定数である。また、分極Ｐ及び光電場Ｅは２つの偏
波成分を持つので、一般にベクトル量であり、χはテン
ソル量である。The polarization P generated when light is incident on an optical nonlinear substance having a third-order optical nonlinearity is generally expressed as P = χ ⁽¹⁾ E + χ ⁽²⁾ EE + χ ⁽³⁾ EEE + ...... (1) expressed. Here, E is a photoelectric field, and χ is a constant determined by the substance. Since the polarization P and the optical field E have two polarization components, they are generally vector quantities and χ is a tensor quantity.

【０００４】前記光非線形物質に対し、光周波数ｆ_s の
信号光と、光周波数ｆ_p のポンプ光とを入力する。この
時、ｘ方向に伝搬する光電場Ｅは、 Ｅ＝Ｅ_p ｅｘｐ｛２πｉｆ_p ｔ−ｉκ（ｆ_p ）ｘ｝ ＋Ｅ_s ｅｘｐ｛２πｉｆ_s ｔ−ｉκ（ｆ_s ）ｘ｝ ＋（complex conjugate ） ……(2) と表される。ここで、Ｅ_p 及びκ（ｆ_p ）はポンプ光の
電場振幅及び波数、Ｅ_s及びκ（ｆ_s ）は信号光の電場
振幅及び波数を表す。[0004] relative to the optical nonlinear material, and inputs the signal light of the optical frequency f _s, the pump light of the optical frequency f _p. At this time, the optical field E propagating in the x _{direction, E = E p exp {2πif} p t-iκ (f p) x} + E s exp {2πif s t-iκ (f s) x} + (complex conjugate) It is expressed as (2). Here, E _p and κ (f _p ) represent the electric field amplitude and wave number of the pump light, and E _s and κ (f _s ) represent the electric field amplitude and wave number of the signal light.

【０００５】前記式(2) を式(1) に代入すると、式(1)
の第２項や第３項より、いろいろな光周波数成分の分極
が生じることが分かる。例えば、第３項より、非線形分
極Ｐ_NLは、 Ｐ_NL＝χ⁽³⁾ Ｅ_p Ｅ_p Ｅ_s ^* ｅｘｐ｛２πｉ（２ｆ_p −ｆ_s ）ｔ −ｉ（２κ（ｆ_p ）−κ（ｆ_s ））ｘ｝ ＋（complex conjugate ） ……(3) という、光周波数２ｆ_p −ｆ_s ，波数２κ（ｆ_p ）−κ
（ｆ_s ）の非線形分極が生じることが分かる（但し、^*
は複素共役を表す。）。この非線形分極より、光周波数
ｆ_NL＝２ｆ_p −ｆ_s ，波数κ（ｆ_NL）の非線形光が生じ
る。Substituting equation (2) into equation (1) yields equation (1)
From the second term and the third term of, it can be seen that polarization of various optical frequency components occurs. For example, from the third term, nonlinear polarization P _{NL ^{is, P NL = χ (3)}} E p E p E s * exp {2πi (2f p -f s) t -i (2κ (f p) -κ (f _s )) x} + (complex conjugate) ... (3), optical frequency 2f _p −f _s , wave number 2κ (f _p ) −κ
It can be seen that nonlinear polarization of (f _s ) occurs (however, ^*
Represents a complex conjugate. ). This non-linear polarization produces non-linear light having an optical frequency f _NL = 2f _p −f _s and a wave number κ (f _NL ).

【０００６】ここで、ポンプ光を無変調光とすると、こ
の光周波数ｆ_NLの光と、光周波数ｆ_s の信号光とは、同
じ変調信号を有する。従って、この過程により、光周波
数ｆ_s から光周波数ｆ_NLへの光周波数変換が行われる。When the pump light is unmodulated light, the light having the optical frequency f _NL and the signal light having the optical frequency f _s have the same modulation signal. Therefore, the optical frequency conversion from the optical frequency f _s to the optical frequency f _NL is performed by this process.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の技術
は、一つの信号光の光周波数を変換する方法に関するも
のであるが、光通信や光信号処理等の分野における光周
波数分割多重技術のより柔軟な運用のためには、複数の
信号光の光周波数を一括して変換する方法が有用であ
る。しかしながら、このような一括光周波数変換を意図
して、３次の光非線形性を有する光非線形物質に複数の
信号光を入力した時には、式(1) に代入される光電場Ｅ
は、もはや式(2) の右辺のように２つの項だけではな
く、信号光の総数にポンプ光を加えた数の項で記述され
ることになる。The above-mentioned conventional technique relates to a method for converting the optical frequency of one signal light, but it is more effective than the optical frequency division multiplexing technique in the fields of optical communication and optical signal processing. For flexible operation, a method of collectively converting the optical frequencies of a plurality of signal lights is useful. However, when a plurality of signal lights are input to an optical nonlinear substance having a third-order optical nonlinearity for the purpose of such collective optical frequency conversion, the photoelectric field E substituted in the equation (1) is
Will no longer be described by the two terms as on the right-hand side of equation (2), but by the number of terms obtained by adding the pump light to the total number of signal lights.

【０００８】ところで、式(1) の第３項から生じる非線
形分極は３つの光電場からなる。そこで、光周波数間隔
ΔｆのＮ個の信号光を入射した場合、３つの光電場のう
ち、１つをポンプ光、残りの２つを光周波数ｆ_s ＋（ｋ
−１）Δｆの信号光及び光周波数ｆ_s ＋（ｌ−１）Δｆ
の信号光に選ぶことができる（但し、ｋ，ｌは正の整
数）。By the way, the nonlinear polarization generated from the third term of the equation (1) is composed of three photoelectric fields. Therefore, when N signal lights having an optical frequency interval Δf are incident, one of the three optical fields is pump light and the other two are optical frequencies f _s + (k
−1) Signal light of Δf and optical frequency f _s + (l−1) Δf
Can be selected as the signal light (however, k and l are positive integers).

【０００９】この際、式(1) の第３項より、 −ｉ（κ（ｆ_p ）＋κ（ｆ_s ＋（ｋ−１）Δｆ） −κ（ｆ_s ＋（ｌ−１）Δｆ））ｘ｝ ＋（complex conjugate ） ……(4) 並びに、 −ｉ（κ（ｆ_p ）−κ（ｆ_s ＋（ｋ−１）Δｆ） ＋κ（ｆ_s ＋（ｌ−１）Δｆ））ｘ｝ ＋（complex conjugate ） ……(5) という非線形分極が発生する。但し、Ｅ_k は光周波数ｆ
_s ＋（ｋ−１）Δｆの信号光の電場振幅、Ｅ_l は光周波
数ｆ_s ＋（ｌ−１）Δｆの信号光の電場振幅である。At this time, from the third term of the equation (1), _{-I (κ (f p) +} κ (f s + (k-1) Δf) -κ (f s + (l-1) Δf)) x} + (complex conjugate) ...... (4) and, _{-I (κ (f p) -κ} (f s + (k-1) Δf) + κ (f s + (l-1) Δf)) x} + (complex conjugate) nonlinear polarization that ... (5) Occur. However, E _k is the optical frequency f
The electric field amplitude of the signal light of _s + (k−1) Δf, E _l is the electric field amplitude of the signal light of the optical frequency f _s + (l−1) Δf.

【００１０】これらの非線形分極から新たに発生する光
は、信号光が光周波数変換された所望の光（以下、これ
を光周波数変換光と称す。）の強度に比べて無視できな
い強度を有する。また、所望の光周波数変換光は、ポン
プ光が２重に縮退した光周波数変換過程で生じるのに対
して、ここで生ずる光はポンプ光と２つの異なった信号
光との非縮退過程によって生じる（以下、これを非縮退
光と称す。）。The light newly generated from these non-linear polarizations has a non-negligible intensity as compared with the intensity of the desired light obtained by optical frequency conversion of the signal light (hereinafter referred to as optical frequency conversion light). Further, the desired optical frequency conversion light is generated in the optical frequency conversion process in which the pump light is double degenerated, whereas the light generated here is generated in the non-degeneration process of the pump light and the two different signal lights. (Hereinafter, this is called non-degenerate light.)

【００１１】ところで、前記式(4) 及び(5) によると、
これらの非縮退光は２つの信号光の信号が混ざり合った
光である。また、この非縮退光は信号光のうちの異なっ
た２つの光の全ての組合せで生ずる。そして、複数の信
号光における最大の光周波数差が、ポンプ光に一番近い
光周波数の信号光とポンプ光との光周波数差の２倍以
上、つまり、 ＮΔｆ≦２｜ｆ_p −ｆ_s ｜ であると、これらの非縮退光は光周波数変換光群の光周
波数域に重なり、雑音光として作用する。Ｎ＝４の時の
前述した非縮退光と光周波数変換光との光周波数の重な
りのようすを図２に示す。By the way, according to the equations (4) and (5),
These non-degenerate lights are lights in which signals of two signal lights are mixed. In addition, this non-degenerate light occurs in all combinations of two different kinds of signal lights. Then, the maximum optical frequency difference in the plurality of signal lights is equal to or more than twice the optical frequency difference between the signal light having the optical frequency closest to the pump light and the pump light, that is, NΔf ≦ 2 | f _p −f _s | Then, these non-degenerate lights overlap with the optical frequency range of the optical frequency conversion light group and act as noise light. FIG. 2 shows how the optical frequencies of the non-degenerate light and the optical frequency conversion light described above when N = 4 overlaps.

【００１２】本発明は前記従来の問題点に鑑み、複数の
信号光の光周波数を一括して変換する場合に生じる非縮
退光を除去し、光周波数変換光群のみを取出し得る光周
波数変換装置を提供することを目的とする。In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention eliminates non-degenerate light that occurs when the optical frequencies of a plurality of signal lights are collectively converted, and can extract only the optical frequency conversion light group. The purpose is to provide.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、請求項１として、３次の光非線形を有する
物質に対し、ｎ番目の信号光の光周波数がｆ_s ＋（ｎ−
１）Δｆと表記される光周波数間隔Δｆで多重された複
数の信号光と、光周波数ｆ_p のポンプ光とを入力するこ
とにより、光周波数ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆの信号光に対
して光周波数２ｆ_p −（ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆ）の光周
波数変換光を発生する光周波数変換装置において、ｆ_p
＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／２）Δｆ（但し、ｍは整数）を満足
するようにｆ_p を設定するとともに、前記物質の後段
に、光周波数軸上でΔｆの奇数分の１の長さの周期を有
し且つ光周波数ｆ_p ＋Δｆ／２において高い透過率を有
するフィルタを設けた光周波数変換装置を提案する。In order to achieve the above object, the present invention provides claim 1 in which the optical frequency of the n-th signal light is f _s + (n− for a substance having a third-order optical nonlinearity.
1) By inputting a plurality of signal lights multiplexed at an optical frequency interval Δf represented by Δf and pump light of an optical frequency f _p , a signal light of an optical frequency f _s + (n−1) Δf is obtained. On the other hand, in the optical frequency conversion device that generates the optical frequency conversion light having the optical frequency of 2f _p − (f _s + (n−1) Δf), f _{p
= F s + (m + 1} /2) Δf ( where, m is an integer) sets the f _p so as to satisfy, in a subsequent stage of the material, on the optical frequency axis of the odd number 1 Length of Delta] f An optical frequency conversion device provided with a filter having a period and a high transmittance at an optical frequency f _p + Δf / 2 is proposed.

【００１４】また、請求項２として、３次の光非線形を
有する物質に対し、ｎ番目の信号光の光周波数がｆ_s ＋
（ｎ−１）Δｆと表記される光周波数間隔Δｆで多重さ
れた複数の信号光と、光周波数ｆ_p のポンプ光とを入力
することにより、光周波数ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆの信号
光に対して光周波数２ｆ_p −（ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆ）
の光周波数変換光を発生する光周波数変換装置におい
て、ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／４）Δｆ又はｆ_p ＝ｆ_s ＋
（ｍ＋３／４）Δｆ（但し、ｍは整数）を満足するよう
にｆ_p を設定するとともに、前記物質の後段に、光周波
数軸上でΔｆ／２の奇数倍の長さの周期を有し且つ光周
波数ｆ_s において高い透過率を有する第１のフィルタを
設け、該第１のフィルタの後段に、光周波数軸上でΔｆ
の奇数分の１の長さの周期を有し且つ光周波数ｆ_p ＋Δ
ｆ／４において高い透過率を有する第２のフィルタを設
けた光周波数変換装置を提案する。Further, according to claim 2, for a substance having a third-order optical nonlinearity, the optical frequency of the n-th signal light is f _s +
By inputting a plurality of signal lights multiplexed at an optical frequency interval Δf expressed as (n−1) Δf and pump light having an optical frequency f _p , the optical frequency f _s + (n−1) Δf Optical frequency 2f _p − (f _s + (n−1) Δf) for signal light
In the optical frequency conversion device for generating the optical frequency conversion light of, f _p = f _s + (m + 1/4) Δf or f _p = f _s +
(M + 3/4) Δf ( where, m is an integer) sets the f _p so as to satisfy, in a subsequent stage of the material, has a period length of an odd multiple of Delta] f / 2 on the optical frequency axis Further, a first filter having a high transmittance at the optical frequency f _s is provided, and Δf is provided on the optical frequency axis after the first filter.
Has a period that is an odd fraction of 1 and has an optical frequency f _p + Δ
An optical frequency converter provided with a second filter having a high transmittance at f / 4 is proposed.

【００１５】[0015]

【作用】本発明によれば、入力された複数の信号光中、
光周波数をｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆとするｎ番目の信号光
は、光周波数２ｆ_p −（ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆ）の光周
波数変換光となる。この際、前記信号光とこれに対して
光周波数間隔Δｆだけ離れて隣合う信号光との非縮退光
がポンプ光の光周波数の両側に発生するが、この非縮退
光の光周波数はｆ_p ＋Δｆとｆ_p −Δｆとなる。また、
前記信号光とこれに対して光周波数間隔２Δｆだけ離れ
て隣合う信号光との非縮退光がポンプ光の光周波数の両
側に発生するが、この非縮退光の光周波数はｆ_p ＋２Δ
ｆとｆ_p −２Δｆとなる。以下同様にして、ポンプ光の
光周波数ｆ_p を中心として光周波数間隔Δｆの光周波数
を備えた非縮退光が多数発生し、Ｎ個の信号光が光周波
数軸上で隙間なく入力された場合は、光周波数ｆ_p を中
心としてプラス側にＮ個、マイナス側にＮ個の非縮退光
が、光周波数間隔Δｆで光周波数幅２ＮΔｆに亘って発
生する。According to the present invention, among a plurality of input signal lights,
N-th of the signal light optical frequency and _{f s + (n-1)} Δf is the optical frequency 2f _p - the optical frequency converted light _{(f s + (n-1} ) Δf). At this time, non-degenerate light of the signal light and signal light adjacent to the signal light by an optical frequency interval Δf is generated on both sides of the optical frequency of the pump light. The optical frequency of the non-degenerate light is f _p. + Δf and f _p −Δf. Also,
Non-degenerate light of the signal light and signal light adjacent to the signal light with an optical frequency interval of 2Δf is generated on both sides of the optical frequency of the pump light. The optical frequency of the non-degenerate light is f _p + 2Δ.
f and f _p −2Δf. Similarly, in the same manner, when a large number of non-degenerate lights having an optical frequency of the optical frequency interval Δf around the optical frequency f _p of the pump light are generated and N signal lights are input without gaps on the optical frequency axis. , N non-degenerate lights on the plus side and N on the minus side around the optical frequency f _p are generated over the optical frequency width 2NΔf at the optical frequency interval Δf.

【００１６】そこで、次の２点に着目する。第１の点
は、光周波数変換光が光周波数間隔Δｆで並ぶことであ
る。また、第２の点は、非縮退光及びポンプ光の光群
が、｜ｆ_p −ｆ_s ｜をΔｆで割った余りの分だけずれて
光周波数変換光と光周波数間隔Δｆで並ぶことである。
つまり、この商をｈ、余りをΛとすると、光周波数ｆ_p
は、 ｆ_p ＝ｆ_s ＋ｈΔｆ＋Λ ……(6) と表すことができる。この時、光周波数ｆ_p −（ｎ−
１）Δｆの信号光を変換した光周波数変換光の光周波数
は、 ２ｆ_p −（ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆ） ＝２ｆ_p −（ｆ_p −ｈΔｆ−Λ）−（ｎ−１）Δｆ ＝ｆ_p ＋（ｈ−ｎ＋１）Δｆ＋Λ ……(7) となる。Therefore, attention is paid to the following two points. The first point is that the optical frequency conversion lights are arranged at the optical frequency interval Δf. The second point is that the light groups of the non-degenerate light and the pump light are aligned with the optical frequency conversion light and the optical frequency interval Δf with a shift of the remainder obtained by dividing | f _p −f _s | by Δf. is there.
That is, if this quotient is h and the remainder is Λ, the optical frequency f _p
Can be expressed as f _p = f _s + hΔf + Λ (6) At this time, the optical frequency f _p − (n−
1) the optical frequency of the optical frequency converted light obtained by converting the signal light Delta] f _{is, 2f p - (f s +} (n-1) Δf) = 2f p - (f p -hΔf-Λ) - (n-1) _{Δf = f p + (h-} n + 1) Δf + Λ ...... becomes (7).

【００１７】非縮退光及びポンプ光の光群の光周波数
は、一般に｛ｆ_p ＋ｊΔｆ，ｊ≦Ｎ，ｊ∈整数｝と表す
ことができる。従って、光周波数変換光群と、非縮退光
及びポンプ光の光群とは、それぞれが個々に光周波数間
隔Δｆで並ぶことが分かる。そこで、周期的に高い透過
率の分布を有するフィルタを用いることによって光周波
数変換光群のみを取出す。The optical frequency of the optical group nondegenerate light and the pump light are generally _{{f p + jΔf, j ≦} N, j∈ integer} can be expressed as. Therefore, it is understood that the optical frequency conversion light group and the non-degenerate light and pump light light groups are individually arranged at the optical frequency interval Δf. Therefore, only the optical frequency conversion light group is extracted by using a filter having a distribution of high transmittance periodically.

【００１８】ところで、請求項１の発明におけるフィル
タの光周波数軸上での基本周期はΔｆであり、請求項２
の発明における第１及び第２のフィルタの光周波数軸上
での基本周期はΔｆ及びΔｆ／２であるので、結局、い
ずれのフィルタもその光周波数軸上での基本周期はΔｆ
である。そこで、フィルタの透過特性をＴ（ｆ）とする
と、任意の整数ｌについて、 Ｔ（ｆ）＝Ｔ（ｌΔｆ＋ｆ） となる。By the way, the basic period on the optical frequency axis of the filter according to the invention of claim 1 is Δf,
Since the fundamental periods on the optical frequency axis of the first and second filters in the invention are Δf and Δf / 2, the fundamental period on the optical frequency axis of both filters is Δf.
Is. Therefore, assuming that the transmission characteristic of the filter is T (f), T (f) = T (lΔf + f) for an arbitrary integer l.

【００１９】また、信号光群はもとより、光周波数変換
光群と、非縮退光及びポンプ光の光群とは、光周波数軸
上、全て周期Δｆで並ぶ。従って、例えばｆ_s ＋（ｎ−
１）Δｆの光周波数の信号光がフィルタを透過するか否
かを調べることは、 ｆ_p ≦ｆ_s ＋ｊΔｆ≦ｆ_p ＋Δｆ であるような整数ｊの光周波数について、その光周波数
の信号光が存在するか存在しないかに関わらず、その光
周波数の入力についてのフィルタの応答を調べることと
同値である。In addition to the signal light group, the optical frequency conversion light group and the non-degenerate light and pump light light groups are all arranged at the cycle Δf on the optical frequency axis. Therefore, for example, f _s + (n−
1) To check whether the signal light of the optical frequency of Δf is transmitted through the filter, the signal light of the integer j is such that f _p ≦ f _s + j Δf ≦ f _p + Δf Equivalent to examining the filter's response for that optical frequency input, whether present or not.

【００２０】よって、以後、光周波数区間 ［ｆ_p ，ｆ_p ＋Δｆ］ に還元された光周波数についての信号光群、光周波数変
換光群、非縮退光及びポンプ光の光群とを取り扱うこと
にする。これによって、式(6) より、信号光群の還元さ
れた光周波数はｆ_p ＋Δｆ−Λとなり、式(7) より、光
周波数変換光群はｆ_p ＋Λと還元される。また、非縮退
光群の光周波数はｆ_p に還元される。Therefore, hereinafter, the signal light group, the optical frequency conversion light group, the non-degenerate light and the pump light light group for the optical frequency reduced to the optical frequency section [f _p , f _p + Δf] will be dealt with. To do. As a result, the reduced optical frequency of the signal light group is f _p + Δf−Λ according to equation (6), and the optical frequency conversion light group is reduced to f _p + Λ according to equation (7). Further, the optical frequency of the non-degenerate light group is reduced to f _p .

【００２１】[0021]

【実施例】図１は本発明の光周波数変換装置の第１の実
施例を示すもので、図中、１はポンプ光光源、２は光カ
プラ、３は３次の光非線形物質、４はマッハ・ツェンダ
光干渉フィルタである。1 shows a first embodiment of an optical frequency converter according to the present invention, in which 1 is a pump light source, 2 is an optical coupler, 3 is a third-order optical nonlinear substance, and 4 is It is a Mach-Zehnder optical interference filter.

【００２２】マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ４は、入
力ポートａに入力された光に対する出力ポートｂ及びｃ
への透過特性Ｔ_b （ｆ）及びＴ_c （ｆ）として、それぞ
れ、 Ｔ_b （ｆ）＝（１／２）｛１＋ｃｏｓ２π（ｆ−ｆ₀ ）／Δｆ｝ ……(8) Ｔ_c （ｆ）＝１−Ｔ_b （ｆ） ……(9) を備えている。ここで、ｆ₀ はオフセット、Δｆは光周
波数間隔である。The Mach-Zehnder optical interference filter 4 has output ports b and c for the light input to the input port a.
As transmission characteristics T _b (f) and T _c (f) to T, respectively, T _b (f) = (1/2) {1 + cos2π (f−f ₀ ) / Δf} (8) T _c (f ) = 1-T _b (f) (9). Here, f ₀ is the offset, and Δf is the optical frequency interval.

【００２３】前記構成において、ｎ番目の信号光の光周
波数がｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆと表記される光周波数間隔
Δｆで多重された複数の信号光を、光カプラ２の一方の
入力端に入力する。また、光カプラ２の他方の入力端に
はポンプ光光源１からの光周波数ｆ_p のポンプ光を入力
する。これにより、信号光群とポンプ光とは合波されて
３次の光非線形物質３に入力される。該光非線形物質３
から出力される光は、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ
４のポートａに入力される。In the above configuration, a plurality of signal lights in which the optical frequency of the n-th signal light is multiplexed at the optical frequency interval Δf expressed as f _s + (n−1) Δf is input to one side of the optical coupler 2. Type on the edge. The pump light of the optical frequency f _p from the pump light source 1 is input to the other input end of the optical coupler 2. As a result, the signal light group and the pump light are multiplexed and input to the third-order optical nonlinear substance 3. The optical nonlinear substance 3
The light output from is input to the port a of the Mach-Zehnder optical interference filter 4.

【００２４】ここで、ｆ_p は、前述したように ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／２）Δｆ ……(10) とする。但し、ｍは整数である。Here, f _p is set to f _p = f _s + (m + 1/2) Δf (10) as described above. However, m is an integer.

【００２５】以後、簡単のために、作用の項で導入し
た、還元された光周波数区間での説明をもって、実際に
入力され又は発生する光の本装置での挙動の説明とす
る。Hereinafter, for the sake of simplicity, the description of the reduced optical frequency section introduced in the section of action will be used to describe the behavior of the light actually input or generated in the present apparatus.

【００２６】前記式(10)と式(6) より、入力信号光の光
周波数は、ｍ＝−１とおいて、 ｆ_s ＝ｆ_p ＋Δｆ−Δｆ／２＝ｆ_p ＋Δｆ／２ に還元される。また、光周波数変換光の光周波数は、式
(7) において、ｈ＝−１，Λ＝Δｆ／２とおくことによ
り、 ｆ_p ＋Δｆ／２ に還元される。つまり、入力信号光の還元光周波数と光
周波数変換光の還元光周波数とは一致して、還元区間 ［ｆ_p ，ｆ_p ＋Δｆ］ の中央に配置する。[0026] from the equation (6) and the formula (10), the optical frequency of the input signal light, at a m = -1, is reduced to _{f s = f p + Δf-} Δf / 2 = f p + Δf / 2 . The optical frequency of the optical frequency conversion light is
By setting h = −1 and Λ = Δf / 2 in (7), it is reduced to f _p + Δf / 2. That is, the reduction optical frequency of the input signal light and the reduction optical frequency of the optical frequency conversion light are coincident with each other and are arranged in the center of the reduction section [f _p , f _p + Δf].

【００２７】また、除去すべきポンプ光及び非縮退光の
光群は、ｆ_p を起点にΔｆ間隔で発生するので、還元さ
れたポンプ光及び非縮退光の光群の光周波数はｆ_p 又は
ｆ_p＋Δｆである。そこで、フィルタのオフセットとし
て ｆ₀ ＝ｆ_p ＋Δｆ／２ であれば、図３に示すように、 Ｔ_b （ｆ_p ＋Δｆ／２）＝１， Ｔ_c （ｆ_p ＋Δｆ／
２）＝０ Ｔ_b （ｆ_p ）＝０， Ｔ_c （ｆ_p ）＝１ とすれば、ポートｂから光周波数変換光群と入力信号光
群とが出力され、ポートｃからポンプ光及び非縮退光の
光群が出力される。Since the pump light and non-degenerate light groups to be removed are generated at Δf intervals starting from f _p , the optical frequency of the reduced pump light and non-degenerate light groups is f _p or f _p + Δf. Therefore, if the filter offset is f ₀ = f _p + Δf / 2, as shown in FIG. 3, T _b (f _p + Δf / 2) = 1, T _c (f _p + Δf /
_{2) = 0 T b (f} p) = 0, T c (f p) = 1 and if, from the port b to the optical frequency conversion optical group and the input signal light group is output, the pump light and non from the port c A degenerate light group is output.

【００２８】このようにして、ポンプ光及び非縮退光の
光群が分離されることによって、光周波数変換光群を取
出すことができる。また、マッハ・ツェンダ光干渉フィ
ルタ４の代りに光周波数ｆ_s で透過率のピークを持ち、
自由スペクトル間隔Δｆであるようなファブリ・ペロー
型干渉フィルタを用いても光周波数変換光群を取出すこ
とができる。By separating the pump light and non-degenerate light groups in this way, the optical frequency conversion light group can be extracted. Further, instead of the Mach-Zehnder optical interference filter 4, it has a peak of transmittance at the optical frequency f _s ,
The optical frequency conversion light group can also be extracted by using a Fabry-Perot interference filter having a free spectrum interval Δf.

【００２９】また、前述した例はマッハ・ツェンダ光干
渉フィルタ４の光周波数軸上の周期をΔｆとした場合で
あるが、周期がΔｆの奇数分の１であれば、光周波数ｆ
_p ，ｆ_p ＋Δｆ／２，ｆ_p ＋Δｆでの透過特性は周期Δ
ｆのフィルタと同じであるので、周期Δｆのフィルタと
同様、所望のポートへ光を分離できる。図４に周期がΔ
ｆの１／３である時のマッハ・ツェンダ光干渉フィルタ
４の透過特性を示す。In the above example, the period on the optical frequency axis of the Mach-Zehnder optical interference filter 4 is Δf, but if the period is an odd fraction of Δf, the optical frequency f
The transmission characteristic at _p , f _p + Δf / 2, f _p + Δf is the period Δ
Since it is the same as the filter of f, the light can be separated to a desired port, like the filter of the period Δf. In Fig. 4, the cycle is Δ
The transmission characteristic of the Mach-Zehnder optical interference filter 4 when it is 1/3 of f is shown.

【００３０】前述した第１の実施例では光周波数変換光
群を取出した出力に入力信号光群の透過したものも同時
に出てくる。さらに、光周波数ｆ_p の制限が厳しい。そ
こで、入力信号光群と光周波数変換光群とを分離でき且
つｆ_p の制限を少し緩和できるようにした第２の実施例
を以下に説明する。In the above-described first embodiment, the output of the optical frequency conversion light group also outputs the output of the input signal light group at the same time. Further, the optical frequency f _p is severely limited. Therefore, a second embodiment will be described below in which the input signal light group and the optical frequency conversion light group can be separated and the limitation on f _p can be slightly relaxed.

【００３１】図５は本発明の光周波数変換装置の第２の
実施例を示すもので、図中、５はポンプ光光源、６は光
カプラ、７は３次の光非線形物質、８，９はマッハ・ツ
ェンダ光干渉フィルタである。FIG. 5 shows a second embodiment of the optical frequency converter of the present invention. In the figure, 5 is a pump light source, 6 is an optical coupler, 7 is a third-order optical nonlinear substance, and 8 and 9. Is a Mach-Zehnder optical interference filter.

【００３２】前記構成において、ｎ番目の信号光の光周
波数がｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆと表記される光周波数間隔
Δｆで多重された複数の信号光を、光カプラ６の一方の
入力端に入力する。また、光カプラ６の他方の入力端に
はポンプ光光源５からの光周波数ｆ_p のポンプ光を入力
する。これにより、信号光群とポンプ光とは合波されて
３次の光非線形物質７に入力される。該光非線形物質７
から出力される光は、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ
８のポートｄに入力される。また、マッハ・ツェンダ光
干渉フィルタ８のポートｅよりの出力は、マッハ・ツェ
ンダ光干渉フィルタ９のポートｇに入力される。そし
て、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ９のポートｈより
出力が得られる。In the above configuration, a plurality of signal lights, in which the optical frequency of the n-th signal light is multiplexed at the optical frequency interval Δf expressed as f _s + (n−1) Δf, are input to one side of the optical coupler 6. Type on the edge. The pump light of the optical frequency f _p from the pump light source 5 is input to the other input end of the optical coupler 6. As a result, the signal light group and the pump light are multiplexed and input to the third-order optical nonlinear substance 7. The optical nonlinear substance 7
The light output from is input to the port d of the Mach-Zehnder optical interference filter 8. The output from the port e of the Mach-Zehnder optical interference filter 8 is input to the port g of the Mach-Zehnder optical interference filter 9. Then, an output is obtained from the port h of the Mach-Zehnder optical interference filter 9.

【００３３】まず、ｆ_p を、ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／
４）Δｆ（ｍは整数）となるように設定する場合につい
て説明する。First, f _p is _calculated as f _p = f _s + (m + 1 /
4) A case of setting to be Δf (m is an integer) will be described.

【００３４】この時、入力信号光群の還元された光周波
数は、ｍ＝−１とおいて、 ｆ_s ＝ｆ_p ＋Δｆ−Δｆ／４＝ｆ_p ＋３Δｆ／４ となる。また、光周波数変換光群の還元された光周波数
は、ｈ＝−１，Λ＝Δｆ／４とおいて、 ｆ_p ＋Δｆ／４ となる。よって、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ８の
ポートｅ及びｆの透過特性Ｔ_e （ｆ）及びＴ_f （ｆ）
が、 Ｔ_e （ｆ）＝（１／２）｛１＋ｃｏｓ２π（ｆ−ｆ₀ ）
／（Δｆ／２）｝，Ｔ_f （ｆ）＝１−Ｔ_e （ｆ） で、ｆ₀ ＝ｆ_p ＋Δｆ／４となるように設定されると、
図６(a) に示すように、 Ｔ_e （ｆ_p ＋Δｆ／４）＝１， Ｔ_f （ｆ_p ＋Δｆ／
４）＝０ Ｔ_e （ｆ_p ＋３Δｆ／４）＝１， Ｔ_f （ｆ_p ＋３Δｆ
／４）＝０ Ｔ_e （ｆ_p ）＝０， Ｔ_f （ｆ_p ）＝１ Ｔ_e （０）＝０， Ｔ_f （０）＝１ となり、ポートｅから光周波数変換光群と入力信号光群
のみが出力され、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ９の
ポートｇに入力される。[0034] At this time, the reduced optical frequency of the input signal light group at the m = -1, a _{f s = f p + Δf-} Δf / 4 = f p + 3Δf / 4. Further, the reduced optical frequency of the optical frequency conversion light group is f _p + Δf / 4 when h = −1 and Λ = Δf / 4. Therefore, the transmission characteristics T _e (f) and T _f (f) of the ports e and f of the Mach-Zehnder optical interference filter 8
, T _e (f) = (1/2) {1 + cos2π (f−f ₀ ).
/ (Δf / 2)}, T _f (f) = 1−T _e (f), and when f ₀ = f _p + Δf / 4 is set,
As shown in FIG. 6A, T _e (f _p + Δf / 4) = 1, T _f (f _p + Δf /
_{4) = 0 T e (f} p + 3Δf / 4) = 1, T f (f p + 3Δf
/ 4) = 0 T _e (f _p ) = 0, T _f (f _p ) = 1, T _e (0) = 0, T _f (0) = 1, and the optical frequency conversion optical group and the input signal are output from the port e. Only the light group is output and input to the port g of the Mach-Zehnder optical interference filter 9.

【００３５】さらに、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ
９のポートｈ及びｋの透過特性Ｔ_h（ｆ）及びＴ
_k （ｆ）が、 Ｔ_h （ｆ）＝（１／２）｛１＋ｃｏｓ２π（ｆ−ｆ₀ )
／Δｆ｝，Ｔ_k （ｆ）＝１−Ｔ_h （ｆ） で、ｆ₀ ＝ｆ_p ＋Δｆ／４となるように設定されると、
図６(b) に示すように、 Ｔ_h （ｆ_p ＋Δｆ／４）＝１， Ｔ_k （ｆ_p ＋Δｆ／
４）＝０ Ｔ_h （ｆ_p ＋３ΔＦ／４）＝０， Ｔ_k （ｆ_p ＋３Δｆ
／４）＝１ となり、ポートｋから入力信号光群のみが出力され、ポ
ートｈから光周波数変換光群のみが出力される。Further, the transmission characteristics T _h (f) and T of the ports h and k of the Mach-Zehnder optical interference filter 9 are
_k (f) _{is, T h (f) = (} 1/2) {1 + cos2π (f-f 0)
/ Δf}, T _k (f) = 1-T _h (f), and when f ₀ = f _p + Δf / 4 is set,
As shown in FIG. 6B, T _h (f _p + Δf / 4) = 1, T _k (f _p + Δf /
_{4) = 0 T h (f} p + 3ΔF / 4) = 0, T k (f p + 3Δf
/ 4) = 1, and only the input signal light group is output from the port k, and only the optical frequency conversion light group is output from the port h.

【００３６】次に、ｆ_p を、ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋３／
４）Δｆ（ｍは整数）となるように設定する場合につい
て説明する。Next, f _p is _calculated as f _p = f _s + (m + 3 /
4) A case of setting to be Δf (m is an integer) will be described.

【００３７】この時、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ
９のポートｇへは、ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／４）Δｆの
時と同様に、入力信号光群と光周波数変換光群とが入力
される。また、この際、信号光の光周波数はｆ_p ＋Δｆ
／４に、光周波数変換光の光周波数はｆ_p ＋３Δｆ／４
に還元されるので、マッハ・ツェンダ光干渉フィルタ９
のポートｈ及びｋの透過特性Ｔ_h （ｆ）及びＴ_k （ｆ）
が、 Ｔ_h （ｆ）＝（１／２）｛１＋ｃｏｓ２π（ｆ−ｆ₀ ）
／Δｆ｝，Ｔ_k （ｆ）＝１−Ｔ_h （ｆ） で、ｆ₀ ＝ｆ_p ＋３Δｆ／４となるように設定される
と、 Ｔ_h （ｆ_p ＋３Δｆ／４）＝１， Ｔ_k （ｆ_p ＋３Δｆ
／４）＝０ Ｔ_h （ｆ_p ＋Δｆ／４）＝０， Ｔ_k （ｆ_p ＋Δｆ／
４）＝１ となり、ポートｋから入力信号光群のみが出力され、ポ
ートｈから光周波数変換光群のみが出力される。At this time, the input signal light group and the optical frequency conversion light group are input to the port g of the Mach-Zehnder optical interference filter 9 as in the case of f _p = f _s + (m + 1/4) Δf. To be done. At this time, the optical frequency of the signal light is f _p + Δf
/ 4, the optical frequency of the optical frequency conversion light is f _p + 3Δf / 4
Mach-Zehnder optical interference filter 9
Transmission characteristics T _h (f) and T _k (f) of ports h and k of
_{There, T h (f) = (} 1/2) {1 + cos2π (f-f 0)
/ Delta] f}, with _{T k (f) = 1-} T h (f), when it is set so that _{f 0 = f p + 3Δf /} 4, T h (f p + 3Δf / 4) = 1, T k (F _p + 3Δf
/ 4) = 0 T _h (f _p + Δf / 4) = 0, T _k (f _p + Δf /
4) = 1, only the input signal light group is output from the port k, and only the optical frequency conversion light group is output from the port h.

【００３８】このように第２の実施例によれば、入力信
号光群と光周波数信号光群とが分離されて出力され、ｆ
_p に対する制限が第１の実施例よりも緩和されるという
利点がある。また、第１の実施例と同様に、マッハ・ツ
ェンダ光干渉フィルタ８，９の代りにファブリ・ペロー
型干渉フィルタを用いても良く、さらにまた、両者を任
意に組合せて用いても同様の効果を得ることができる。As described above, according to the second embodiment, the input signal light group and the optical frequency signal light group are separated and output, and f
There is an advantage that the restriction on _p is relaxed as compared with the first embodiment. Further, similar to the first embodiment, a Fabry-Perot type interference filter may be used instead of the Mach-Zehnder optical interference filters 8 and 9, and the same effect can be obtained by using both in an arbitrary combination. Can be obtained.

【００３９】また、前述した例はマッハ・ツェンダ光干
渉フィルタ８，９の光周波数軸上の周期をそれぞれΔｆ
／２，Δｆとした場合であるが、周期がそれぞれΔｆ／
２の奇数分の１，Δｆの奇数分の１であれば、ｆ＝０，
Δｆ／４，３Δｆ／４，Δｆでの透過特性は等しくなる
ので、所望のポートへ光を分離できる。図７(a)(b)に周
期がそれぞれΔｆ／２の１／３，Δｆの１／３である時
のマッハ・ツェンダ光干渉フィルタ８，９の透過特性を
示す。In the above-mentioned example, the period on the optical frequency axis of the Mach-Zehnder optical interference filters 8 and 9 is Δf.
/ 2 and Δf, the cycle is Δf /
If it is an odd fraction of 2 and an odd fraction of Δf, f = 0,
Since the transmission characteristics at Δf / 4, 3Δf / 4, and Δf are equal, it is possible to separate the light into a desired port. FIGS. 7A and 7B show the transmission characteristics of the Mach-Zehnder optical interference filters 8 and 9 when the periods are 1/3 of Δf / 2 and 1/3 of Δf, respectively.

【００４０】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、信
号光群の光周波数を変換した光周波数変換光群を容易に
効率良く取出すことができるため、光通信、光情報処理
の分野、特に光周波数多重を用いた光周波数変換素子に
応用できる利点がある。As described above, according to the present invention, it is possible to easily and efficiently take out the optical frequency conversion optical group in which the optical frequency of the signal light group is converted. In particular, there is an advantage that it can be applied to an optical frequency conversion element using optical frequency multiplexing.

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

【図１】本発明の光周波数変換装置の第１の実施例を示
す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical frequency conversion device of the present invention.

【図２】従来の非縮退光と光周波数変換光との光周波数
の重なりのようすを示す図FIG. 2 is a diagram showing how optical frequencies of conventional non-degenerate light and optical frequency-converted light overlap.

【図３】図１中のマッハツェンダ光干渉フィルタの透過
特性図FIG. 3 is a transmission characteristic diagram of the Mach-Zehnder optical interference filter in FIG.

【図４】図１中のマッハツェンダ光干渉フィルタの他の
透過特性図FIG. 4 is another transmission characteristic diagram of the Mach-Zehnder interferometric filter in FIG.

【図５】本発明の光周波数変換装置の第２の実施例を示
す構成図FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical frequency conversion device of the invention.

【図６】図５中のマッハツェンダ光干渉フィルタの透過
特性図FIG. 6 is a transmission characteristic diagram of the Mach-Zehnder optical interference filter in FIG.

【図７】図５中のマッハツェンダ光干渉フィルタの他の
透過特性図7 is another transmission characteristic diagram of the Mach-Zehnder optical interference filter shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，５…ポンプ光光源、２，６…光カプラ、３，７…３
次の光非線形物質、４，８，９…マッハツェンダ光干渉
フィルタ。1, 5 ... Pump light source, 2, 6 ... Optical coupler, 3, 7 ... 3
The following optical nonlinear substances, 4, 8, 9 ... Mach-Zehnder optical interference filters.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ３次の光非線形を有する物質に対し、ｎ
番目の信号光の光周波数がｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆと表記
される光周波数間隔Δｆで多重された複数の信号光と、
光周波数ｆ_p のポンプ光とを入力することにより、光周
波数ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆの信号光に対して光周波数２
ｆ_p −（ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆ）の光周波数変換光を発
生する光周波数変換装置において、 ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／２）Δｆ（但し、ｍは整数）を
満足するようにｆ_p を設定するとともに、 前記物質の後段に、光周波数軸上でΔｆの奇数分の１の
長さの周期を有し且つ光周波数ｆ_p ＋Δｆ／２において
高い透過率を有するフィルタを設けたことを特徴とする
光周波数変換装置。1. For a substance having a third-order optical nonlinearity, n
A plurality of signal lights in which the optical frequency of the th signal light is multiplexed at an optical frequency interval Δf expressed as f _s + (n−1) Δf;
By inputting the pump light of the optical frequency f _p , the optical frequency of the signal light of the optical frequency f _s + (n−1) Δf is 2
In an optical frequency conversion device that generates optical frequency conversion light of f _p − (f _s + (n−1) Δf), f _p = f _s + (m + 1/2) Δf (where m is an integer) is satisfied. And a filter having a period having a length of an odd fraction of Δf on the optical frequency axis and having a high transmittance at the optical frequency f _p + Δf / 2, in addition to setting f _p as described above. An optical frequency converter characterized by being provided. 【請求項２】 ３次の光非線形を有する物質に対し、ｎ
番目の信号光の光周波数がｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆと表記
される光周波数間隔Δｆで多重された複数の信号光と、
光周波数ｆ_p のポンプ光とを入力することにより、光周
波数ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆの信号光に対して光周波数２
ｆ_p −（ｆ_s ＋（ｎ−１）Δｆ）の光周波数変換光を発
生する光周波数変換装置において、 ｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ＋１／４）Δｆ又はｆ_p ＝ｆ_s ＋（ｍ
＋３／４）Δｆ（但し、ｍは整数）を満足するようにｆ
_p を設定するとともに、 前記物質の後段に、光周波数軸上でΔｆ／２の奇数倍の
長さの周期を有し且つ光周波数ｆ_s において高い透過率
を有する第１のフィルタを設け、 該第１のフィルタの後段に、光周波数軸上でΔｆの奇数
分の１の長さの周期を有し且つ光周波数ｆ_p ＋Δｆ／４
において高い透過率を有する第２のフィルタを設けたこ
とを特徴とする光周波数変換装置。2. For a substance having a third-order optical nonlinearity, n
A plurality of signal lights in which the optical frequency of the th signal light is multiplexed at an optical frequency interval Δf expressed as f _s + (n−1) Δf;
By inputting the pump light of the optical frequency f _p , the optical frequency of the signal light of the optical frequency f _s + (n−1) Δf is 2
In an optical frequency conversion device that generates optical frequency conversion light of f _p − (f _s + (n−1) Δf), f _p = f _s + (m + 1/4) Δf or f _p = f _s + (m
+3/4) Δf (where m is an integer) so that f is satisfied
_{In addition} to setting _p , a first filter having a period of an odd multiple of Δf / 2 on the optical frequency axis and having a high transmittance at the optical frequency f _s is provided at the subsequent stage of the substance, In the subsequent stage of the first filter, there is a period having a length of an odd fraction of Δf on the optical frequency axis and the optical frequency f _p + Δf / 4
2. An optical frequency conversion device, wherein a second filter having high transmittance is provided.