JPH10301151A - 波長変換器 - Google Patents
波長変換器Info
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- JPH10301151A JPH10301151A JP9111633A JP11163397A JPH10301151A JP H10301151 A JPH10301151 A JP H10301151A JP 9111633 A JP9111633 A JP 9111633A JP 11163397 A JP11163397 A JP 11163397A JP H10301151 A JPH10301151 A JP H10301151A
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- light
- wavelength
- wavelength converter
- waveguide
- optical path
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
- G02F2/004—Transferring the modulation of modulated light, i.e. transferring the information from one optical carrier of a first wavelength to a second optical carrier of a second wavelength, e.g. all-optical wavelength converter
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/212—Mach-Zehnder type
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 長距離大容量光通信等に利用するために、構
成と制御が簡単で動作の安定な波長変換器を提供する。 【解決手段】 本発明の波長変換器は、非線形屈折率変
化を起こす導波路5、相異なる光路長の2つの光路62
及び63を有する遅延干渉回路6、及びCW光光源1等
を備え、CW光光源1から出力されるCW光のスペクト
ル線幅(Δν)によって定まる干渉長(Coherent Lengt
h 、ΔLC =vg /Δν、vg は、CW光の遅延干渉回
路6中の進行速度)が遅延干渉回路6における2つの光
路の光路差(ΔLd )よりも長い(ΔLC >ΔLd )こ
とを特徴とする。
成と制御が簡単で動作の安定な波長変換器を提供する。 【解決手段】 本発明の波長変換器は、非線形屈折率変
化を起こす導波路5、相異なる光路長の2つの光路62
及び63を有する遅延干渉回路6、及びCW光光源1等
を備え、CW光光源1から出力されるCW光のスペクト
ル線幅(Δν)によって定まる干渉長(Coherent Lengt
h 、ΔLC =vg /Δν、vg は、CW光の遅延干渉回
路6中の進行速度)が遅延干渉回路6における2つの光
路の光路差(ΔLd )よりも長い(ΔLC >ΔLd )こ
とを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割多重(W
DM)光通信に利用する波長変換器に関し、特に、高速
なWDM光通信に利用する波長変換器に関する。
DM)光通信に利用する波長変換器に関し、特に、高速
なWDM光通信に利用する波長変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、大容量光通信方式として、WDM
光通信が開発され始めている。このWDM光通信では、
波長多重された信号光における各波長が各通信チャネル
に割り当てられるため、チャネル間で信号をやりとりす
るためには、波長多重される複数の元の信号列の夫々に
関し、元の信号列の波長を一括して当該チャネルに対応
する波長に変換する必要がある。このような信号波長の
変換は、従来、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信
号を異なる波長の光信号に再度変換することにより行わ
れていた。
光通信が開発され始めている。このWDM光通信では、
波長多重された信号光における各波長が各通信チャネル
に割り当てられるため、チャネル間で信号をやりとりす
るためには、波長多重される複数の元の信号列の夫々に
関し、元の信号列の波長を一括して当該チャネルに対応
する波長に変換する必要がある。このような信号波長の
変換は、従来、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信
号を異なる波長の光信号に再度変換することにより行わ
れていた。
【0003】これに対して最近、電気信号へ変換するこ
となく光信号のまま波長を変換するデバイスが研究され
ている。これまでに対称マッハツェンダー型や偏光分離
型などの干渉型デバイスが提案された。
となく光信号のまま波長を変換するデバイスが研究され
ている。これまでに対称マッハツェンダー型や偏光分離
型などの干渉型デバイスが提案された。
【0004】対称マッハツェンダ型波長変換器は、従
来、光スイッチとして報告されているが(S.Naka
muraら、Applied Physics Let
ters誌、第67巻、2445頁)、入力信号パルス
と異なる波長を持つ出力信号パルスが出力されるので波
長変換器としての機能をも備えているものである。この
対象マッハツェンダー型波長変換器(以下、従来例1の
波長変換器という。)は、図4に示すように、2台の非
線形屈折率変化を起こす導波路(以下、非線形導波路と
いう。)24及び25をマッハツェンダー干渉計のそれ
ぞれのアームに配置した構成を備えている。詳しくは、
従来例1の波長変換器においては、CW(Continuous W
ave )光光源21から出力される波長λ2 のCW光がC
W光入力ポート22から入力されると、分岐部23にお
いて分岐されて、夫々、非線形導波路24及び25に導
入される。一方、信号入力ポート26からは、元の信号
である波長λ1 の入力信号パルスが入力される。入力信
号パルスは、分岐部27において分岐され、夫々、光路
28又は光路29を伝播され、非線形導波路24又は2
5に導入されて、非線形導波路24又は25の屈折率を
所定の時間だけ変化させる。ここで、光路28及び光路
29の光路差により、2つの光路を伝播する入力信号パ
ルス間に生じる遅延時間をΔtとし、入力信号パルスの
パルス幅ΔTがΔtよりも充分短い場合、例えば、時刻
t1 に信号入力ポート26から入力信号パルスを入力す
ると、時刻t1 に立ち上がって時刻t1 +Δtに立ち下
がる波長λ2 の出力信号パルスが信号出力ポート31か
ら出力される。このようにして、従来例1の波長変換器
においては、波長λ1 から波長λ2 への波長変換が行わ
れる。尚、図4における2つの光路28及び29からな
る光遅延部の設け方だけが異なる波長変換器としては、
中村の発明した特開平7−199240号公報に開示さ
れているものが挙げられる。
来、光スイッチとして報告されているが(S.Naka
muraら、Applied Physics Let
ters誌、第67巻、2445頁)、入力信号パルス
と異なる波長を持つ出力信号パルスが出力されるので波
長変換器としての機能をも備えているものである。この
対象マッハツェンダー型波長変換器(以下、従来例1の
波長変換器という。)は、図4に示すように、2台の非
線形屈折率変化を起こす導波路(以下、非線形導波路と
いう。)24及び25をマッハツェンダー干渉計のそれ
ぞれのアームに配置した構成を備えている。詳しくは、
従来例1の波長変換器においては、CW(Continuous W
ave )光光源21から出力される波長λ2 のCW光がC
W光入力ポート22から入力されると、分岐部23にお
いて分岐されて、夫々、非線形導波路24及び25に導
入される。一方、信号入力ポート26からは、元の信号
である波長λ1 の入力信号パルスが入力される。入力信
号パルスは、分岐部27において分岐され、夫々、光路
28又は光路29を伝播され、非線形導波路24又は2
5に導入されて、非線形導波路24又は25の屈折率を
所定の時間だけ変化させる。ここで、光路28及び光路
29の光路差により、2つの光路を伝播する入力信号パ
ルス間に生じる遅延時間をΔtとし、入力信号パルスの
パルス幅ΔTがΔtよりも充分短い場合、例えば、時刻
t1 に信号入力ポート26から入力信号パルスを入力す
ると、時刻t1 に立ち上がって時刻t1 +Δtに立ち下
がる波長λ2 の出力信号パルスが信号出力ポート31か
ら出力される。このようにして、従来例1の波長変換器
においては、波長λ1 から波長λ2 への波長変換が行わ
れる。尚、図4における2つの光路28及び29からな
る光遅延部の設け方だけが異なる波長変換器としては、
中村の発明した特開平7−199240号公報に開示さ
れているものが挙げられる。
【0005】一方、図5に示されるような偏光分離型波
長変換器(以下、従来例2の波長変換器)に関しても、
従来、光スイッチとして報告されているが(T.Taj
imaら、Applied Physics Lett
ers誌、vol.67、no.25、pp.3709
−3711、1995、及び、N.S.Patelら、
IEEE Photonics Technology
Letters誌、vol.8、pp.1695−1
697、1996年)、上述した対称マッハツェンダ型
と同様に、波長変換器として機能するものである。上述
した従来例1の波長変換器との違いは、特定の偏光成分
を偏光分離遅延回路43でΔt遅らせ偏光分離遅延回路
47でΔt進ませて元に戻す点にある。これらの働きに
よって、時刻t1 に波長λ1 の入力信号パルスが信号入
力ポート45から入力されると、1台の非線形導波路4
4で、従来例1の波長変換器と同等に、信号出力ポート
48から時刻t1 〜t1 +Δtの出力信号パルスを出力
する波長変換動作を行うことができる。例えば、偏光分
離遅延回路43がS偏光の入力光に対して偏光分離及び
遅延干渉を行うためのものであり、偏光分離遅延回路4
7がP偏光の入力光に対して偏光分離及び遅延干渉を行
うためのものであるとすると、その動作は、次のように
なる。即ち、CW光光源41から波長λ2 のCW光が入
力されると、偏光分離遅延回路43にて、CW光のS偏
光成分のみがΔtの遅延干渉され、非線形導波路44に
導入される。一方、Δtよりも充分短いパルス幅ΔTで
波長λ1 の入力信号パルスが信号入力ポート45から入
力され合波部46を介して非線形導波路44に導入さ
れ、非線形導波路44の屈折率を変化させる。CW光
は、非線形導波路44を通過すると、P偏光成分のみが
Δtの遅延干渉され、即ち、S偏光成分がΔt進むこと
になり、信号出力ポート48から上記した出力信号パル
スが出力されることとなる。
長変換器(以下、従来例2の波長変換器)に関しても、
従来、光スイッチとして報告されているが(T.Taj
imaら、Applied Physics Lett
ers誌、vol.67、no.25、pp.3709
−3711、1995、及び、N.S.Patelら、
IEEE Photonics Technology
Letters誌、vol.8、pp.1695−1
697、1996年)、上述した対称マッハツェンダ型
と同様に、波長変換器として機能するものである。上述
した従来例1の波長変換器との違いは、特定の偏光成分
を偏光分離遅延回路43でΔt遅らせ偏光分離遅延回路
47でΔt進ませて元に戻す点にある。これらの働きに
よって、時刻t1 に波長λ1 の入力信号パルスが信号入
力ポート45から入力されると、1台の非線形導波路4
4で、従来例1の波長変換器と同等に、信号出力ポート
48から時刻t1 〜t1 +Δtの出力信号パルスを出力
する波長変換動作を行うことができる。例えば、偏光分
離遅延回路43がS偏光の入力光に対して偏光分離及び
遅延干渉を行うためのものであり、偏光分離遅延回路4
7がP偏光の入力光に対して偏光分離及び遅延干渉を行
うためのものであるとすると、その動作は、次のように
なる。即ち、CW光光源41から波長λ2 のCW光が入
力されると、偏光分離遅延回路43にて、CW光のS偏
光成分のみがΔtの遅延干渉され、非線形導波路44に
導入される。一方、Δtよりも充分短いパルス幅ΔTで
波長λ1 の入力信号パルスが信号入力ポート45から入
力され合波部46を介して非線形導波路44に導入さ
れ、非線形導波路44の屈折率を変化させる。CW光
は、非線形導波路44を通過すると、P偏光成分のみが
Δtの遅延干渉され、即ち、S偏光成分がΔt進むこと
になり、信号出力ポート48から上記した出力信号パル
スが出力されることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例1及び従来例2の波長変換器は、夫々、以下に
示すような問題点を有していた。
た従来例1及び従来例2の波長変換器は、夫々、以下に
示すような問題点を有していた。
【0007】即ち、従来例1の波長変換器は、2台の非
線形導波路24及び25を使っており構成が複雑である
という問題点を有している。また、2台の非線形導波路
24及び25の屈折率(従って透過する信号パルスの位
相)と非線形屈折率変化の間のバランスを相互に厳密に
制御する必要がある。たとえば導波路材料として半導体
を使って長期間動作させる場合、半導体導波路の屈折率
がわずかずつながら変化していく。このような2台の非
線形導波路間における屈折率のわずかな変化の差が、従
来例1の波長変換器においては、動作条件を大きく狂わ
せることとなるので、屈折率が長期に亘って変動すれば
大きな問題となり、2台の屈折率の差を相互に調整すべ
く厳密な制御回路が必要となる。
線形導波路24及び25を使っており構成が複雑である
という問題点を有している。また、2台の非線形導波路
24及び25の屈折率(従って透過する信号パルスの位
相)と非線形屈折率変化の間のバランスを相互に厳密に
制御する必要がある。たとえば導波路材料として半導体
を使って長期間動作させる場合、半導体導波路の屈折率
がわずかずつながら変化していく。このような2台の非
線形導波路間における屈折率のわずかな変化の差が、従
来例1の波長変換器においては、動作条件を大きく狂わ
せることとなるので、屈折率が長期に亘って変動すれば
大きな問題となり、2台の屈折率の差を相互に調整すべ
く厳密な制御回路が必要となる。
【0008】一方、従来例2の波長変換器は、1台の非
線形導波路44だけを用いるものであり、従来例1と比
較して、構成と制御が簡単である。しかし、従来例2の
波長変換器は、その構成に偏光分離遅延回路43及び4
7において、偏光分離及び合成を行うための素子を必要
とするものであり、更に、入力信号パルスの偏光状態に
応じて偏光分離遅延回路の偏光軸方位を設定しなければ
ならないといった問題点を有していた。
線形導波路44だけを用いるものであり、従来例1と比
較して、構成と制御が簡単である。しかし、従来例2の
波長変換器は、その構成に偏光分離遅延回路43及び4
7において、偏光分離及び合成を行うための素子を必要
とするものであり、更に、入力信号パルスの偏光状態に
応じて偏光分離遅延回路の偏光軸方位を設定しなければ
ならないといった問題点を有していた。
【0009】そこで、本発明は、構成が簡単で、偏光分
離及び合成のための素子を必要とせず、かつ、偏光依存
性を持たない波長変換器を提供することを目的とする。
離及び合成のための素子を必要とせず、かつ、偏光依存
性を持たない波長変換器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、以下に示す手段を提供することとす
る。
を解決するために、以下に示す手段を提供することとす
る。
【0011】即ち、本発明によれば、非線形屈折率変化
を起こす導波路、相異なる光路長の2つの光路を有する
遅延干渉回路、及びCW光光源を備え、CW光光源から
出力されるCW光のスペクトル線幅(Δν)によって定
まる干渉長(Coherent Length 、ΔLC =vg /Δν;
vg は、前記CW光の前記遅延干渉回路中における進行
速度)は、前記遅延干渉回路における前記2つの光路の
光路差(ΔLd )よりも長い(ΔLC >ΔLd )ことを
特徴とする波長変換器が得られる。
を起こす導波路、相異なる光路長の2つの光路を有する
遅延干渉回路、及びCW光光源を備え、CW光光源から
出力されるCW光のスペクトル線幅(Δν)によって定
まる干渉長(Coherent Length 、ΔLC =vg /Δν;
vg は、前記CW光の前記遅延干渉回路中における進行
速度)は、前記遅延干渉回路における前記2つの光路の
光路差(ΔLd )よりも長い(ΔLC >ΔLd )ことを
特徴とする波長変換器が得られる。
【0012】この波長変換器は、前記非線形屈折率変化
を起こす導波路に対して、波長変換したい元の信号とな
る入力信号パルスを入力するための信号入力ポートを更
に備えており、その上で、前記光路差ΔLd は、前記C
W光の前記遅延干渉回路中における進行速度(vg )及
び前記信号入力ポートから入力される前記入力信号パル
スと、ΔLd =vg T0 /2(T0 は、前記入力信号パ
ルス間隔)の関係を充たすこととしても良い。
を起こす導波路に対して、波長変換したい元の信号とな
る入力信号パルスを入力するための信号入力ポートを更
に備えており、その上で、前記光路差ΔLd は、前記C
W光の前記遅延干渉回路中における進行速度(vg )及
び前記信号入力ポートから入力される前記入力信号パル
スと、ΔLd =vg T0 /2(T0 は、前記入力信号パ
ルス間隔)の関係を充たすこととしても良い。
【0013】このような構成を備える本発明の波長変換
器における基本的な作用は、異なる時刻にCW光光源か
ら出力された2つのCW光を互いに干渉させることによ
り、波長変換を行う点にある。
器における基本的な作用は、異なる時刻にCW光光源か
ら出力された2つのCW光を互いに干渉させることによ
り、波長変換を行う点にある。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態の波
長変換器について、図1乃至図3を用いて説明する。
長変換器について、図1乃至図3を用いて説明する。
【0015】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態の波長変換器は、図1に示されるような構成を備
えている。本実施の形態の波長変換器における構成的特
徴は、非線形導波路5を1台だけを用い、且つ、偏光分
離及び合成のための素子を用いていない点にある。
の形態の波長変換器は、図1に示されるような構成を備
えている。本実施の形態の波長変換器における構成的特
徴は、非線形導波路5を1台だけを用い、且つ、偏光分
離及び合成のための素子を用いていない点にある。
【0016】本実施の形態の波長変換器は、図1に示さ
れるように、波長λ2 のCW光を出力するためのCW光
光源1、CW光光源1から出力されるCW光を入力する
ためのCW光入力ポート2、波長λ1 の入力信号パルス
が入力される信号入力ポート3、CW光及び入力信号パ
ルスが分岐部4を介して入力される非線形導波路5、非
線形導波路5から出力される光を遅延干渉させるための
遅延干渉回路6、波長フィルタ7、波長変換された光を
出力するための信号出力ポート8、及び不必要な光を出
力するための出力ポート9を備えている。
れるように、波長λ2 のCW光を出力するためのCW光
光源1、CW光光源1から出力されるCW光を入力する
ためのCW光入力ポート2、波長λ1 の入力信号パルス
が入力される信号入力ポート3、CW光及び入力信号パ
ルスが分岐部4を介して入力される非線形導波路5、非
線形導波路5から出力される光を遅延干渉させるための
遅延干渉回路6、波長フィルタ7、波長変換された光を
出力するための信号出力ポート8、及び不必要な光を出
力するための出力ポート9を備えている。
【0017】遅延干渉回路6は、入力される光を1:1
に分岐するための分岐部61と、分岐部61にて分岐さ
れた光の一方を伝達するための光路62と、分岐部61
にて分岐された光の他方を伝達するための光路63と、
2つの光路62及び63にて伝播されてきた光を合成す
るための合波部64と、2つの光路62及び63の光路
差により一方の光路において遅延した光と他方の光路を
伝播した光とを相互に干渉させるための遅延干渉部65
と、必要とする出力信号パルスを含む光を波長フィルタ
7に出力すると共に、不必要な光を出力ポート9に出力
するように、ふり分けるための分岐部66とを備えてい
る。
に分岐するための分岐部61と、分岐部61にて分岐さ
れた光の一方を伝達するための光路62と、分岐部61
にて分岐された光の他方を伝達するための光路63と、
2つの光路62及び63にて伝播されてきた光を合成す
るための合波部64と、2つの光路62及び63の光路
差により一方の光路において遅延した光と他方の光路を
伝播した光とを相互に干渉させるための遅延干渉部65
と、必要とする出力信号パルスを含む光を波長フィルタ
7に出力すると共に、不必要な光を出力ポート9に出力
するように、ふり分けるための分岐部66とを備えてい
る。
【0018】ここで、非線形導波路5としては、例え
ば、電流注入を行う半導体光アンプ、または、電流注入
を行わない吸収型半導体導波路が挙げられる。また、半
導体光アンプまたは吸収型半導体導波路となる半導体ヘ
テロ構造導波路の一例としては、厚さ20〜100nm
程度のIn0.63Ga0.37As0.80P0.20バルク活性層を
InPクラッド層で挟んだ構造等が挙げられる。尚、バ
ルク活性層の代わりに量子井戸活性層を用いても良い。
また、In0.63Ga0.37As0.80P0.20は、1.5μm
波長帯域の信号伝送に適した材料組成だが、信号波長に
応じて他の組成のInGaAsP混晶や他の混晶半導体
を用いても良い。分岐部4から非線形導波路5までは、
例えば、石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ
等により構成することができる。同様に、非線形導波路
5から遅延干渉回路6を経て信号出力ポート8までも、
石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ等により
構成することができる。
ば、電流注入を行う半導体光アンプ、または、電流注入
を行わない吸収型半導体導波路が挙げられる。また、半
導体光アンプまたは吸収型半導体導波路となる半導体ヘ
テロ構造導波路の一例としては、厚さ20〜100nm
程度のIn0.63Ga0.37As0.80P0.20バルク活性層を
InPクラッド層で挟んだ構造等が挙げられる。尚、バ
ルク活性層の代わりに量子井戸活性層を用いても良い。
また、In0.63Ga0.37As0.80P0.20は、1.5μm
波長帯域の信号伝送に適した材料組成だが、信号波長に
応じて他の組成のInGaAsP混晶や他の混晶半導体
を用いても良い。分岐部4から非線形導波路5までは、
例えば、石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ
等により構成することができる。同様に、非線形導波路
5から遅延干渉回路6を経て信号出力ポート8までも、
石英導波路、半導体導波路、光ファイバカプラ等により
構成することができる。
【0019】このような構成を備える本実施の形態の波
長変換器においては、以下に示すようにして波長変換が
行われる。
長変換器においては、以下に示すようにして波長変換が
行われる。
【0020】波長変換器にて波長変換される元の信号で
ある波長λ1 の入力信号パルスは、信号入力ポート3へ
入り、非線形導波路5のキャリア密度を変化させ屈折率
を変化させる。一方、波長λ2 のCW光光源1から出力
される波長λ2 のCW光は、CW光入力ポート2から入
り、非線形導波路5を通り、遅延干渉回路6の分岐部6
1で1:1に分岐される。分岐部61で分岐された光
は、一方の光路(アーム)63を通るCW光が、他方の
光路(アーム)62を通るCW光に比べて、Δtの遅延
を受けて、その後、合波部64にて合成される。合波部
64で合波され、遅延干渉部65で互いに干渉する2つ
のCW光について、簡単のため、非線形導波路5のキャ
リア密度の回復時間(ΔT´)が入力信号パルス幅(Δ
T)に比べて充分長いものとして説明する。図2に、非
線形導波路5を通過するCW光と合波部64に到着する
2つのCW光の位相の時間変化を示す。まず、非線形導
波路5を通過するCW光の位相(φ0 )は、図2(a)
に示されるように、時刻t0に非線形導波路5に到着す
る入力信号パルスによってΔφc 変化する。遅延干渉回
路6の一方のアーム62を通るCW光の位相(φ1 )
は、TP をCW光が非線形導波路5から合波部64まで
進むのに要する時間とすると、図2(b)に示されるよ
うに、合波部64で時刻t1 (=t0 +TP )において
図2(a)に示される変化と同じような変化を示す。一
方、遅延干渉回路6の別のアーム63を通るCW光の位
相(φ2 )は、図2(c)に示されるように、アーム6
2を通過した光に比べて、さらにΔt=ΔLd /v
g (ΔLd :遅延干渉回路6の光路差、vg :遅延干渉
回路6を進むCW光の速度)だけ遅れる。従って、合波
部64で時刻t1 に合波する2つのCW光は、Δt異な
る時刻にCW光光源1から出力された光である。
ある波長λ1 の入力信号パルスは、信号入力ポート3へ
入り、非線形導波路5のキャリア密度を変化させ屈折率
を変化させる。一方、波長λ2 のCW光光源1から出力
される波長λ2 のCW光は、CW光入力ポート2から入
り、非線形導波路5を通り、遅延干渉回路6の分岐部6
1で1:1に分岐される。分岐部61で分岐された光
は、一方の光路(アーム)63を通るCW光が、他方の
光路(アーム)62を通るCW光に比べて、Δtの遅延
を受けて、その後、合波部64にて合成される。合波部
64で合波され、遅延干渉部65で互いに干渉する2つ
のCW光について、簡単のため、非線形導波路5のキャ
リア密度の回復時間(ΔT´)が入力信号パルス幅(Δ
T)に比べて充分長いものとして説明する。図2に、非
線形導波路5を通過するCW光と合波部64に到着する
2つのCW光の位相の時間変化を示す。まず、非線形導
波路5を通過するCW光の位相(φ0 )は、図2(a)
に示されるように、時刻t0に非線形導波路5に到着す
る入力信号パルスによってΔφc 変化する。遅延干渉回
路6の一方のアーム62を通るCW光の位相(φ1 )
は、TP をCW光が非線形導波路5から合波部64まで
進むのに要する時間とすると、図2(b)に示されるよ
うに、合波部64で時刻t1 (=t0 +TP )において
図2(a)に示される変化と同じような変化を示す。一
方、遅延干渉回路6の別のアーム63を通るCW光の位
相(φ2 )は、図2(c)に示されるように、アーム6
2を通過した光に比べて、さらにΔt=ΔLd /v
g (ΔLd :遅延干渉回路6の光路差、vg :遅延干渉
回路6を進むCW光の速度)だけ遅れる。従って、合波
部64で時刻t1 に合波する2つのCW光は、Δt異な
る時刻にCW光光源1から出力された光である。
【0021】ここで、本実施の形態においては、CW光
光源1のスペクトル線幅(Δν)が充分短く、干渉長
(Coherent Length )ΔLC が、数式(1)の関係を満
たすものとする。
光源1のスペクトル線幅(Δν)が充分短く、干渉長
(Coherent Length )ΔLC が、数式(1)の関係を満
たすものとする。
【0022】
【数1】 従って、数式(1)から数式(2)を満たす必要があ
る。
る。
【0023】
【数2】 例えば、入力信号パルスの繰り返し周波数を40 Gb
/s、Δt=10ps、ΔLd =1.9mmとすると、
Δν<100GHzであれば良い。CW光光源1として
分布帰還型(Distributed Feed-Back :DFB型)半導
体レーザを用いた場合、Δνは100kHz〜10MH
z程度なので、この関係を容易に充たすことができる。
尚、遅延干渉回路6に石英導波路を用いるものとして、
上記の計算には、群速度屈折率ng =1.6、vg =c
/ng を使った。上記の関係を充たすとき、異なる時刻
に発生した2つのCW光でもよく干渉する。
/s、Δt=10ps、ΔLd =1.9mmとすると、
Δν<100GHzであれば良い。CW光光源1として
分布帰還型(Distributed Feed-Back :DFB型)半導
体レーザを用いた場合、Δνは100kHz〜10MH
z程度なので、この関係を容易に充たすことができる。
尚、遅延干渉回路6に石英導波路を用いるものとして、
上記の計算には、群速度屈折率ng =1.6、vg =c
/ng を使った。上記の関係を充たすとき、異なる時刻
に発生した2つのCW光でもよく干渉する。
【0024】このようにして、図2(d)に示される干
渉光強度の光信号が信号出力ポート8から出力される。
ここで、時刻t<t1 および時刻t>t1 +Δtにおけ
る信号出力を消すために、バイアス位相Δφb =πとす
る。出力信号強度は、 sin2Δφc に比例する。
渉光強度の光信号が信号出力ポート8から出力される。
ここで、時刻t<t1 および時刻t>t1 +Δtにおけ
る信号出力を消すために、バイアス位相Δφb =πとす
る。出力信号強度は、 sin2Δφc に比例する。
【0025】なお、波長フィルタ7は、入力信号パルス
を除去するために設けてある。波長フィルタの代わりに
偏光フィルタを用いることもできる。また、非線形導波
路5として吸収型導波路を用いる場合は、入力信号パル
スが非線形導波路5に吸収されるので上記したフィルタ
は不要である。
を除去するために設けてある。波長フィルタの代わりに
偏光フィルタを用いることもできる。また、非線形導波
路5として吸収型導波路を用いる場合は、入力信号パル
スが非線形導波路5に吸収されるので上記したフィルタ
は不要である。
【0026】また、図1における出力ポート9は、余剰
なCW光を捨てるための出力ポートである。この出力ポ
ート9は、干渉が打ち消し合ってCW光が信号出力ポー
ト8へ出ない場合に、余剰なCW光が信号入力ポート3
方向へ反射することを避けるために設けられている。
なCW光を捨てるための出力ポートである。この出力ポ
ート9は、干渉が打ち消し合ってCW光が信号出力ポー
ト8へ出ない場合に、余剰なCW光が信号入力ポート3
方向へ反射することを避けるために設けられている。
【0027】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態の波長変換器は、構成的には、上述の第1の実施
の形態と同じである。異なる点は、入力信号パルスのパ
ルス間隔をT0 とした場合に、光路差ΔLd をΔLd =
vg T0 /2とすることと、非線形導波路5の動作条件
である。非線形導波路5に半導体光アンプを用い、4つ
の2値信号パルス“1101”を入力することとした場
合の合波直前の2つのCW光の位相変化を図3に示す。
本実施の形態においては、非線形導波路5に半導体光ア
ンプを用いる場合、入力信号パルスによる屈折率の減少
時間(入力信号パルス幅ΔT相当)とその後の電流注入
による屈折率の回復時間(ΔT′)を等しくする。従っ
て、ΔT=ΔT′=T0 /2の関係が成り立つ。この
時、2つのCW光の電界強度は、夫々、数式(3)及び
数式(4)で表される。
の形態の波長変換器は、構成的には、上述の第1の実施
の形態と同じである。異なる点は、入力信号パルスのパ
ルス間隔をT0 とした場合に、光路差ΔLd をΔLd =
vg T0 /2とすることと、非線形導波路5の動作条件
である。非線形導波路5に半導体光アンプを用い、4つ
の2値信号パルス“1101”を入力することとした場
合の合波直前の2つのCW光の位相変化を図3に示す。
本実施の形態においては、非線形導波路5に半導体光ア
ンプを用いる場合、入力信号パルスによる屈折率の減少
時間(入力信号パルス幅ΔT相当)とその後の電流注入
による屈折率の回復時間(ΔT′)を等しくする。従っ
て、ΔT=ΔT′=T0 /2の関係が成り立つ。この
時、2つのCW光の電界強度は、夫々、数式(3)及び
数式(4)で表される。
【0028】
【数3】
【0029】
【数4】 従って、数式(3)及び数式(4)より、バイアス位相
Δφb =πとすると、干渉後の電界は、数式(5)のよ
うに表される。
Δφb =πとすると、干渉後の電界は、数式(5)のよ
うに表される。
【0030】
【数5】 数式(5)から理解されるように、信号変換効率は位相
シフト量(Δφc =Δωe ΔT)がπ/2の時に最大と
なる。尚、数式(5)に従う出力パルス強度の時間変化
は、図3に示されるようになる。また、数式(5)よ
り、この波長変換出力パルスが波長チャーピングを持た
ないことは、明らかである。動作条件の一例を挙げる
と、吸収型導波路でπ位相シフトに必要な入力パルスエ
ネルギーPπ=10pJ、ΔT=10ps(繰り返し周
期T0 =2ΔTから、信号パルス繰り返し周波数=50
Gb/s相当)、光波長1.55μm、とすると、π/
2位相シフトの回復に必要な注入電流Iop π/2は、55
0mAである。
シフト量(Δφc =Δωe ΔT)がπ/2の時に最大と
なる。尚、数式(5)に従う出力パルス強度の時間変化
は、図3に示されるようになる。また、数式(5)よ
り、この波長変換出力パルスが波長チャーピングを持た
ないことは、明らかである。動作条件の一例を挙げる
と、吸収型導波路でπ位相シフトに必要な入力パルスエ
ネルギーPπ=10pJ、ΔT=10ps(繰り返し周
期T0 =2ΔTから、信号パルス繰り返し周波数=50
Gb/s相当)、光波長1.55μm、とすると、π/
2位相シフトの回復に必要な注入電流Iop π/2は、55
0mAである。
【0031】尚、非線形導波路に吸収型導波路を用いた
場合の位相変化は、符号が反転する(図中の曲線の上下
関係が逆転する)他は図3に示されるものと同様であ
る。この場合、屈折率変化の回復時間は導波路材料中の
光励起キャリアの寿命(τc )によって決まるので、τ
c を制御してΔT=ΔT′の関係を満足させる。一例と
して、ΔT=1ps、半導体活性層中の平均キャリア密
度を1×1019cm-3、とすると、ΔT=ΔT′に必要
なキャリア寿命τc は、340ps程度である。τc が
ΔTよりもはるかに長いので、キャリア密度変化に伴う
屈折率変化は図3に示したようにほぼ線形となる。尚、
キャリア寿命τc の制御は、静電界の印加、不純物ドー
ピング、イオン注入、低温成長、平均キャリア密度等に
よって行うことができる。本実施の形態では、例えば、
10kV/cm程度の静電界を印加し、キャリアを掃き
出すものとした(参照:S.Nakamuraら、Ap
plied Physics Letters誌、vo
l.62,no.9,pp.925−927,199
3)。
場合の位相変化は、符号が反転する(図中の曲線の上下
関係が逆転する)他は図3に示されるものと同様であ
る。この場合、屈折率変化の回復時間は導波路材料中の
光励起キャリアの寿命(τc )によって決まるので、τ
c を制御してΔT=ΔT′の関係を満足させる。一例と
して、ΔT=1ps、半導体活性層中の平均キャリア密
度を1×1019cm-3、とすると、ΔT=ΔT′に必要
なキャリア寿命τc は、340ps程度である。τc が
ΔTよりもはるかに長いので、キャリア密度変化に伴う
屈折率変化は図3に示したようにほぼ線形となる。尚、
キャリア寿命τc の制御は、静電界の印加、不純物ドー
ピング、イオン注入、低温成長、平均キャリア密度等に
よって行うことができる。本実施の形態では、例えば、
10kV/cm程度の静電界を印加し、キャリアを掃き
出すものとした(参照:S.Nakamuraら、Ap
plied Physics Letters誌、vo
l.62,no.9,pp.925−927,199
3)。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による波長
変換器は、非線形導波路を1台だけ含むものであると共
に、偏向分離のための素子を必要としない。従って、構
成が非常に簡単であり、製作と安定制御が容易である。
変換器は、非線形導波路を1台だけ含むものであると共
に、偏向分離のための素子を必要としない。従って、構
成が非常に簡単であり、製作と安定制御が容易である。
【0033】また、本発明による波長変換器は偏光依存
性を持たない。従って、任意方向に偏向したCW光と入
力信号パルス光を入力することができる。つまり、CW
光と入力信号パルス光の偏向方位を制御する必要が無
い。
性を持たない。従って、任意方向に偏向したCW光と入
力信号パルス光を入力することができる。つまり、CW
光と入力信号パルス光の偏向方位を制御する必要が無
い。
【0034】さらに、本発明による波長変換器は、波長
チャーピングを持たない波長変換信号を出力することが
できるので、信号歪の少ない長距離伝送に寄与すること
ができる。
チャーピングを持たない波長変換信号を出力することが
できるので、信号歪の少ない長距離伝送に寄与すること
ができる。
【図1】本発明の実施の形態の波長変換器の構成を示す
図である。
図である。
【図2】第1の実施の形態の動作を示す図である。
【図3】第2の実施の形態の動作を示す図である。
【図4】従来例1の波長変換器の構成を示す図である。
【図5】従来例2の波長変換器の構成を示す図である。
1 CW光光源 2 CW光入力ポート 3 信号入力ポート 4 分岐部 5 非線形導波路 6 遅延干渉回路 61 分岐部 62 光路(アーム) 63 光路(アーム) 64 合波部 65 遅延干渉部 66 分岐部 7 波長フィルタ 8 信号出力ポート 9 出力ポート
Claims (3)
- 【請求項1】 非線形屈折率変化を起こす導波路、相異
なる光路長の2つの光路を有する遅延干渉回路、及びC
W光光源を備え、 CW光光源から出力されるCW光のスペクトル線幅(Δ
ν)によって定まる干渉長(Coherent Length 、ΔLC
=vg /Δν;vg は、前記CW光の前記遅延干渉回路
中における進行速度)は、前記遅延干渉回路における前
記2つの光路の光路差(ΔLd )よりも長い(ΔLC >
ΔLd )ことを特徴とする波長変換器。 - 【請求項2】 請求項1に記載の波長変換器において、 入力信号パルスを前記非線形屈折率変化を起こす導波路
に対して入力するための信号入力ポートを更に備えるこ
とを特徴とする波長変換器。 - 【請求項3】 前記光路差ΔLd は、前記CW光の前記
遅延干渉回路中における進行速度(vg )及び前記信号
入力ポートから入力される前記入力信号パルスと、ΔL
d =vg T0 /2(T0 は、前記入力信号パルス間隔)
の関係を充たすことを特徴とする請求項2記載の波長変
換器。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9111633A JPH10301151A (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 波長変換器 |
US09/067,191 US6282015B1 (en) | 1997-04-28 | 1998-04-27 | Wavelength converter |
EP98303286A EP0875782B1 (en) | 1997-04-28 | 1998-04-28 | Wavelength converter |
US09/781,351 US6498675B2 (en) | 1997-04-28 | 2001-02-12 | Wavelength converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9111633A JPH10301151A (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 波長変換器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10301151A true JPH10301151A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14566266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9111633A Pending JPH10301151A (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 波長変換器 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6282015B1 (ja) |
EP (1) | EP0875782B1 (ja) |
JP (1) | JPH10301151A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6323992B1 (en) | 1998-06-29 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Wavelength converter and wavelength conversion method |
US6337762B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-01-08 | Nec Corporation | All-optical switch and wavelength converter |
JP2014089474A (ja) * | 2014-01-14 | 2014-05-15 | Nikon Corp | レーザ装置 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10301151A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Nec Corp | 波長変換器 |
JP2868084B2 (ja) | 1997-05-23 | 1999-03-10 | 日本電気株式会社 | 波長変換器 |
US6448913B1 (en) | 1999-07-08 | 2002-09-10 | The Trustees Of Princeton University | TOAD- based optical data format converter |
KR20010088004A (ko) * | 2000-03-10 | 2001-09-26 | 윤종용 | 파장 변환기 |
US6437905B1 (en) * | 2000-07-07 | 2002-08-20 | Lucent Technologies Inc. | Optical wavelength converter |
JP2004219447A (ja) | 2003-01-09 | 2004-08-05 | Mitsubishi Electric Corp | 波長変換器 |
JPWO2013069497A1 (ja) * | 2011-11-07 | 2015-04-02 | シチズンホールディングス株式会社 | レーザ光源 |
WO2014112118A1 (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-24 | 富士通株式会社 | 周波数変換装置、波長多重装置および周波数変換方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2640771B1 (fr) * | 1988-12-16 | 1991-02-08 | Thomson Csf | Dispositif de translation de frequence optique et modulateur utilisant un tel dispositif |
US5064265A (en) * | 1990-06-04 | 1991-11-12 | Hoechst Celanese Corp. | Optical parametric amplifier |
US5224194A (en) * | 1991-04-02 | 1993-06-29 | At&T Bell Laboratories | All-optical timing restoration |
JP2720782B2 (ja) | 1993-12-28 | 1998-03-04 | 日本電気株式会社 | 光変調方法 |
JPH0818539A (ja) | 1994-06-30 | 1996-01-19 | Hitachi Ltd | 光時分割多重信号分離方式 |
JP2629624B2 (ja) | 1994-12-22 | 1997-07-09 | 日本電気株式会社 | 全光スイッチ |
JPH08334796A (ja) | 1995-06-07 | 1996-12-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光波長変換集積素子 |
JP3224718B2 (ja) * | 1995-08-15 | 2001-11-05 | レーザーテック株式会社 | 干渉計 |
JPH10301151A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-13 | Nec Corp | 波長変換器 |
US6115520A (en) * | 1998-03-05 | 2000-09-05 | Lucent Technologies Inc. | Compact mach-zehnder interferometer and wavelength reference employing same |
-
1997
- 1997-04-28 JP JP9111633A patent/JPH10301151A/ja active Pending
-
1998
- 1998-04-27 US US09/067,191 patent/US6282015B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-28 EP EP98303286A patent/EP0875782B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-02-12 US US09/781,351 patent/US6498675B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6323992B1 (en) | 1998-06-29 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Wavelength converter and wavelength conversion method |
US6337762B1 (en) | 1998-07-14 | 2002-01-08 | Nec Corporation | All-optical switch and wavelength converter |
JP2014089474A (ja) * | 2014-01-14 | 2014-05-15 | Nikon Corp | レーザ装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0875782A3 (en) | 2000-04-26 |
US20010019447A1 (en) | 2001-09-06 |
EP0875782A2 (en) | 1998-11-04 |
US6282015B1 (en) | 2001-08-28 |
EP0875782B1 (en) | 2005-09-21 |
US6498675B2 (en) | 2002-12-24 |
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Unger | Recent Developments and Trends in Optical Communication |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990224 |