光ファイバ型デバイス
【課題】広い波長帯域内の任意の波長の信号光を波長が異なる変換光として高い変換効率で出力する。
【解決手段】光ファイバ型デバイス１は、第一の波長帯域内に含まれる波長λｐの信号光を入力し、第二の波長帯域内に含まれて波長λ１とは異なる波長λｓの変換光を発生し、ポンプ光を出力するポンプ光源２１と、信号光とポンプ光とを合波して出力する光合波器４０と、光合波器４０により合波されて出力された信号光及びポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって変換光を発生する光ファイバ１０と、を備え、ポンプ光の波長は、２×（１／λｐ＋１／λｓ）−１により求められる波長であり、光ファイバ１０の零分散波長は第一の波長帯域内に含まれ、零分散波長における分散スロープが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、光ファイバ１０の長さが４５０ｍ以下である。
【解決手段】光ファイバ型デバイス１は、第一の波長帯域内に含まれる波長λｐの信号光を入力し、第二の波長帯域内に含まれて波長λ１とは異なる波長λｓの変換光を発生し、ポンプ光を出力するポンプ光源２１と、信号光とポンプ光とを合波して出力する光合波器４０と、光合波器４０により合波されて出力された信号光及びポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって変換光を発生する光ファイバ１０と、を備え、ポンプ光の波長は、２×（１／λｐ＋１／λｓ）−１により求められる波長であり、光ファイバ１０の零分散波長は第一の波長帯域内に含まれ、零分散波長における分散スロープが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、光ファイバ１０の長さが４５０ｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて、入力される信号光の波長と異なる波長の変換光を発生する光ファイバ型デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ中で発生する非線形現象を用いた光信号処理デバイス（光ファイバ型デバイス）はよく知られている。特に、四光波混合（Four-Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いて波長変換を行う光ファイバ型デバイスは、広い波長帯域で用いることができ、且つ、変換効率が高いことから、高速の信号を処理するために広く用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この光ファイバ型デバイスにおける波長変換の際には、ある波長の光を、当該波長とは異なる波長の光に変換すると共に２次分散をできるだけ小さくするために、ポンプ光における２次分散をできるだけ小さくする必要がある。ここで、任意の波長の信号光を入力し任意の波長の変換光を出力させるためには、ポンプ光波長を変換前後の光の波長に対応して変える必要がある。そのため、広いポンプ光となる波長範囲において２次分散値の変化が少ない分散フラットファイバを用いた波長変換等が検討されている（例えば、非特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７２１８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Okuno, et. al., Elec. Lett.,39, 2001, pp.109-111.
【非特許文献２】M. Takahashi, et. al., J.Lightwave Technol., 23, 2005, pp.3615-3624
【非特許文献３】C. G. Joergensen, et. al.,ECOC-IOOC 2003 Proc., Vol.3, 2003, pp.556-557
【非特許文献４】K. P. Hansen, Optics Express,11, 2003, pp.1503-1509.
【非特許文献５】A. Zhang, et. al., OpticsLetters, 30, 2005, pp.2375-2377.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記非特許文献１〜５において用いられる分散フラットファイバは、コア径の微小な変化によって分散値が変化してしまうため、製造性が悪い。また、通常用いられる高非線形ファイバと比較して非線形係数が小さくなるという問題がある。また、非特許文献４，５では、フォトニック結晶ファイバ（Photonic Crystal Fiber：PCF）が用いられているものの、孔径、孔位置の制御が困難であるために、分散値の制御が困難になり、実用化に際して問題点となり得る点がある。
【０００７】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、広い波長帯域内の任意の波長の信号光を信号光と波長が異なる変換光として高い変換効率で出力することができる光ファイバ型デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る光ファイバ型デバイスは、波長λＸと波長λＹとの間の第一の波長帯域内に含まれる波長λ１の信号光を入力し、第二の波長帯域内に含まれて波長λ１とは異なる波長である波長λ２の変換光を発生する光ファイバ型デバイスであって、ポンプ光を出力するポンプ光源と、信号光とポンプ光とを合波して出力する光合波部と、光合波部により合波されて出力された信号光及びポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって変換光を発生する光ファイバと、を備え、ポンプ光の波長は、２×（１／λ１＋１／λ２）−１により求められる波長であり、光ファイバの零分散波長は第一の波長帯域内に含まれ、零分散波長における分散スロープが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、光ファイバの長さが４５０ｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光ファイバ型デバイスでは、光ファイバの零分散波長及び分散スロープが上記の範囲であることで、光ファイバの製造時における零分散波長のバラつきを小さくすることができ、且つ、この光ファイバによる変換効率を高めることができる。そして、光ファイバの長さを４５０ｍ以下とすることで、高い変換効率を維持した状態で、波長帯域内における変換効率の変動幅を小さくすることができるため、第一の波長帯域に含まれる任意の波長の信号光を第二の波長帯域に含まれる任意の波長の変換光へ波長を変換して出力する際の変換効率が高められる。
【００１０】
ここで、上記作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、光ファイバへのポンプ光の入射強度及び信号光の入射強度がそれぞれ実質的に一定である場合に、第一の波長帯域の幅及び第二の波長帯域の幅はそれぞれ３０ｎｍ以上であり、波長λ１と波長λ２とがいかなる組み合わせであっても、変換光の強度の変動幅が３ｄＢ以下である態様が挙げられる。
【００１１】
また、光ファイバの長さが２５ｍ以上である態様である場合、波長変換時の変換効率を高くすることができる。また、光ファイバの非線形係数は直線偏波状態で１５／Ｗ／ｋｍ以上である態様である場合、変換効率をより高くすることができるため、好適である。
【００１２】
また、光ファイバの零分散波長が２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１±６ｎｍの波長範囲内である場合、広い波長帯域内での変換効率の変動幅をより小さくすることができるため、波長変換前後の波長の組み合わせに関係なく、変換効率を高くすることができる。
【００１３】
ここで、第一の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含むことが好ましい。また、第二の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む態様であってもよい。また、第一の波長帯域及び第二の波長帯域の少なくとも一方は、波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域を含む態様とすることもできる。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバ型デバイスは、第二のポンプ光を出力する第二のポンプ光源と、変換光と第二のポンプ光とを合波して出力する第二の光合波部と、第二の光合波部により合波されて出力された変換光及び第二のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって、第三の波長帯域内に含まれて波長λ２とは異なる波長である波長λ３の第二の変換光を発生する第二の光ファイバと、をさらに備える態様とすることもできる。
【００１５】
上記の構成のように、光ファイバ型デバイスが光ファイバを２つ備えて、波長変換を２段に分けて行うことで、波長変換時に発生するスペクトルの反転を２回発生させることで、変換光のスペクトルが信号光のスペクトルに対して反転しないように構成することもできる。
【００１６】
ここで、第三の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む態様とすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ型デバイスは、第三のポンプ光を出力する第三のポンプ光源と、第四の波長帯域内に含まれ波長λ１とは異なる波長である波長λ４の第二の信号光と第三のポンプ光とを合波して出力する第三の光合波部と、第三の光合波部により合波されて出力された第二の信号光及び第三のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって波長λ１の信号光を発生する第三の光ファイバと、をさらに備える態様とすることもできる。
【００１８】
上記の構成のように、非線形光学現象によって波長λ１の信号光を発生させる第三の光ファイバを、本発明に係る光ファイバの前段に設ける構成とすることもできる。この場合にも、波長帯域の任意の波長を入力して波長変換を行うときの変換効率を高くすることができる。
【００１９】
ここで、第四の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む態様とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、広い波長帯域内の任意の波長の信号光を信号光と波長が異なる変換光として高い変換効率で出力することができる光ファイバ型デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に係る光ファイバ型デバイス１の構成を模式的に示す図である。
【図２】光ファイバ型デバイスによる波長変換機能を説明する図である。
【図３】λｐと（λｐ−１−λｓ−１）２との関係を示した図である。
【図４】λｐと（λｐ−１−λｚ−１）との関係を示した図である。
【図５】位相不整合パラメータΔβのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図６】位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図７】分散スロープＳがそれぞれ＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図８】分散スロープＳがそれぞれ＋０．０４５，＋０．０５０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図９】光ファイバ１０のコア径が１０％だけ変動した場合の零分散波長λｚの変動と分散スロープＳとの関係を示す図である。
【図１０】零分散波長λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０１０，＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである３本のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０とした場合に、Ｃバンド内の任意波長を用いた波長変換のうち最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値のファイバ長Ｌに対する依存性を示す図である。
【図１１】分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが２５ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値の変動と、零分散波長λｚとの関係を示す図である。
【図１２】分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが１００ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値の変動と、零分散波長λｚとの関係を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係る光ファイバ型デバイス２の構成を模式的に示す図である。
【図１４】第３の実施形態に係る光ファイバ型デバイス３の構成を模式的に示す図である。
【図１５】第３の実施形態に係る光ファイバ型デバイス３を用いてポンプ光波長を変更した場合に光ファイバ１０から出射する変換光の波長と強度の結果を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る光ファイバ型デバイス４の構成を模式的に示す図である。
【図１７】第５の実施形態に係る光ファイバ型デバイス５の構成を模式的に示す図である。
【図１８】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６の構成を模式的に示す図である。
【図１９】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６のうち光ファイバ１０から出射する変換光の波長λｉ１と出射強度の関係を示す図である。
【図２０】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６のうち光ファイバ１１から出射する変換光の波長λｉ２と出射強度の関係を示す図である。
【図２１】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６による変換光λｉ２の出力光強度の変動を変換光の波長λｉ２に対応させて示した図である。
【図２２】Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域内の任意波長の信号光を同一帯域の任意波長の変換光に変換した場合の変換光波長λｉに対する最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ型デバイス１の構成図である。この光ファイバ型デバイス１は、光ファイバ１０のほか、ポンプ光源２１、光増幅器２２、バンドパスフィルタ２３、偏波コントローラ２４、信号光源３１、偏波コントローラ３４、光合波器４０及びバンドパスフィルタ４１を備える。
【００２４】
本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１を構成する光ファイバ１０は、信号光及びポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって信号光及びポンプ光の波長とは異なる波長の変換光を発生する。光ファイバ１０としては、具体的には、高非線形性ファイバ(Highly Non-Linear Fiber：HNLF)等が用いられ、特に分散シフト高非線形性ファイバ（Dispersion-ShiftedHNLF：DS-HNLF）が好適に用いられる。この光ファイバ１０による波長変換については後述する。
【００２５】
また、光ファイバ型デバイス１を構成するポンプ光源２１は、波長λｐのポンプ光を発生する。ポンプ光源２１は、波長可変光源であることが好ましい。信号光源３１は、波長λｓの信号光を発生する。光増幅器２２は、ポンプ光源２１から出力されたポンプ光を光増幅して出力する。バンドパスフィルタ２３は、光増幅器２２から出力された光のうち波長λｐの光を選択的に透過させて出力する。偏波コントローラ２４は、バンドパスフィルタ２３から出力されたポンプ光λｐの偏波状態を制御して出力する。
【００２６】
なお、光増幅器２２としては、例えば希土類添加光増幅器であるエルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：EDFA）及びツリウム添加光ファイバ増幅器（Thulium DopedFiber Amplifier：TDFA）のほか、ラマン増幅器、半導体光増幅器（Optical Semiconductor Amplifier：OSA）等を用いることができる。なお、ポンプ光２１から出力されるポンプ光強度が十分高い場合、具体的には、ポンプ光強度が数１０ｍＷから数Ｗあれば、光増幅器２２は設けなくてもよい。また、バンドパスフィルタ２３も必須ではないが、光増幅器２２からのノイズが大きい場合等には、バンドパスフィルタ２３を設けることで変換光λｉの光信号雑音比を高めることができる。
【００２７】
そして、信号光λｓの光路上に設けられる偏波コントローラ３４は、信号光源３１から出力された信号光λｓの偏波状態を制御して出力する。なお、本実施形態では、偏波コントローラ３４及びポンプ光λｐの光路上に設けられる偏波コントローラ２４は、ポンプ光λｐや信号光λｓの偏波を揃えることで変換光λｉの出力強度を高めることができるために用いられるが必須ではない。また、偏波コントローラ２４及び偏波コントローラ３４のいずれか一方のみを光路上に配置する構成としてもよい。また、ポンプ光λｐ及び信号光λｓの少なくとも一方に偏波スクランブルをかけることで、偏光状態をランダムにする場合には、偏波コントローラ２４及び偏波コントローラ３４は不要である。
【００２８】
光合波器４０は、偏波コントローラ２４から出力されたポンプ光λｐを入力すると共に、偏波コントローラ３４から出力された信号光λｓを入力して、これらポンプ光λＰ及び信号光λｓを合波して出力する。この光合波器４０として空間光学系を用いることもできる。光ファイバ１０は、光合波器４０により合波されて出力されたポンプ光λｐおよび信号光λｓを入力する。そして、光ファイバ１０は、四光波混合により波長λｉの変換光を発生させて出力する。バンドパスフィルタ４１は、光ファイバ１０から出力された光のうち波長λｉの光を選択的に透過させて出力する。なお、上記の構成のうち、バンドパスフィルタ４１は、波長λｉの変換光のみを選択的に取り出す必要がない場合、すなわち、ポンプ光λｐや信号光λｓが混合されていてもよい場合には、設けなくてもよい。
【００２９】
上記の光ファイバ型デバイス１では、ポンプ光源２１から出射された波長λｐのポンプ光と信号光源３１から出射された波長λｓの信号光とを光合波器４０により合波して出力し、光ファイバ１０へ入射させる。そして、光ファイバ１０での導波の間に生じる非線形光学現象によってポンプ光及び信号光の波長とは異なる波長の変換光を発生させる。この光ファイバ型デバイス１では、図２に示すように、波長λａや波長λｂのように互いに異なる波長の光を信号光として入力した場合であっても、波長λｎの変換光を出力することができること望まれている。すなわち、任意の波長の信号光を入力し、任意の波長の変換光を出力することが望まれている。
【００３０】
ここで、本発明を想到するに際して行った理論検討の内容について説明する。ここでは、波長変換を行う光ファイバに対してポンプ光（波長λｐ１，λｐ２）及び信号光（波長λｓ）が入射し、この光ファイバにおいて非線形光学現象（例えばパラメトリック過程の１種である四光波混合）が発現し、これにより光ファイバにおいて新たな波長の変換光（波長λｉ）が発生する場合を考える。なお、波長λｐ１と波長λｐ２とは互いに等しくてもよく、その場合、これらの波長をλｐで表す。
【００３１】
光ファイバによる波長変換によって得られる変換光の波長λｉは、ポンプ光の波長λｐ１，λｐ２及び信号光の波長λｓを用いて、下記（１）式で表される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
そして、波長変換を行う場合には、ポンプ光、信号光、及び、変換光の各光波間の位相整合条件を満たす必要がある。ポンプ光（波長λｐ１，λｐ２）、信号光（波長λｓ）、及び変換光（波長λｉ）の各光波の位相をそれぞれβｐ１，βｐ２，βｓ，βｉとすると、位相不整合パラメータΔβは下記（２）式で表され、自己位相変調による位相シフトφは下記（３）式で示される。そして、位相不整合パラメータΔβと位相シフトφの和κは下記（４）式で示される。なお、ｐ１及びｐ２は、それぞれ光ファイバに対する波長λｐ１，λｐ２のポンプ光の入射強度を示す。
【００３４】
【数２】
【００３５】
【数３】
【００３６】
【数４】
【００３７】
ここで、（４）式に示す和κが０である場合には、信号光の光ファイバへの入射強度Ｐｓに対する変換光の光ファイバからの出射強度Ｐｉの比である波長変換効率Ｅが最大となる。この波長変換効率Ｅは下記（５）式でも示される。なお（５）式において、ｄは縮重度を示す係数であり、αは光ファイバの伝送損失であり、Ｌeff（＝｛１−ｅｘｐ（−αＬ）｝／α）は光ファイバの実効長であり、Ｌは光ファイバの長さであり、ηは位相整合パラメータである。位相整合パラメータηは、具体的には下記（６）式に示す式で求められる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
【数６】
【００４０】
このηは、κ＝０のときに最大値１となる。ここで、本実施形態に用いる光ファイバ１０のように伝送損失が低い場合には、下記（７）式に示すように近似することができる。
【００４１】
【数７】
【００４２】
ここで、ポンプ光が同一波長λｐである場合には、（１）式は下記（８）式に書き換えられる。なお、この（８）式から、信号光λｓの波長と変換光λｉの波長が決定されている場合には、ポンプ光λｐの波長が決定される。具体的には、ポンプ光波長λｐは信号光λｓの波長と変換光λｉの波長を用いて２×（１／λＳ＋１／λｉ）−１により算出される。また、位相不整合パラメータΔβは、波長λｐでの２次分散値β２ｐを用いて、下記（９）式に近似することができる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
【数９】
【００４５】
上記（９）式において、Ｃは真空中の光速である。ここで、ポンプ光の入射強度Ｐが十分に小さく、位相シフトが発生しない場合には、（４）式に示した和κと位相不整合パラメータΔβとは「κ〜Δβ」の関係を満たすため、ポンプ光における２次分散値β２ｐがゼロであれば、すなわち、ポンプ光の波長が零分散波長に一致していれば、変換効率Ｅは最大となる。なお、二次分散β２と光ファイバの波長分散Ｄとの関係は、一般的に下記（１０）式を満たすことが知られている。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
ここで、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１を用いて、波長１５３０〜１５６５ｎｍ（すなわち、λＸが１５３０ｎｍであり、λＹが１５６５ｎｍ）のＣバンドの信号光を、Ｃバンドの変換光に波長変換を行う場合について検討する。
【００４８】
２次分散値β２ｐは、零分散波長λｚにおける３次分散値β３を用いて下記（１１）式のように示すことができる。
【００４９】
【数１１】
【００５０】
ここで、３次分散値β３と分散スロープＳとの関係は下記（１２）式で示される。
【００５１】
【数１２】
【００５２】
上記（１２）式において、零分散波長λｚにおける波長分散Ｄはゼロであるので、波長λが１．５５μｍ付近である場合、「β３［ｐｓ３／ｋｍ］〜１．６×Ｓ［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］」の関係を満たす。そして、（１１）式を（９）式に当てはめると、（９）式は下記（１３）式のように書き換えられる。
【００５３】
【数１３】
【００５４】
すなわち、上記（１３）式によれば、（λｐ−１−λｚ−１）×（λｐ−１−λｓ−１）２が小さいほど位相不整合パラメータΔβが小さくなることが示される。
【００５５】
ここで、本実施形態の光ファイバ型デバイス１によって、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの信号光λｓを、Ｃバンドの変換光λｉに波長変換を行う場合、（８）式を用いて決定される変換光の波長の範囲も１５３０≦λｉ≦１５６５である。このとき、Ｃバンドの両端となる波長λｘ＝１５３０ｎｍと波長λＹ＝１５６５ｎｍを用いて、２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１にλｘ及びλＹをそれぞれを代入することにより算出された１５４７．３ｎｍを境界として、λｐが１５３０〜１５４７．３ｎｍの場合、（λｐ−１−λｓ−１）２の最大値は（１５３０−１−λｐ−１）２となり、λｐが１５４７．３〜１５６５ｎｍの場合、（λｐ−１−λｓ−１）２の最大値は（１５６５−１−λｐ−１）２となる。このポンプ光波長λｐと（λｐ−１−λｓ−１）２との関係を示したものが図３である。
【００５６】
図３に示すように、ポンプ光波長λｐが１５４７．３ｎｍの近辺である場合に（λｐ−１−λｓ−１）２の最大値が大きくなることから、位相不整合パラメータΔβを小さくするためにはポンプ光波長λｐが１５４７．３ｎｍ近辺である場合に（λｐ−１―λｚ−１）が小さくなればよく、すなわち零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであることが好ましい。ここで、零分散波長λｚを１５４７．３ｎｍとした場合のポンプ光波長λｐと（λｐ−１―λｚ−１）との関係を図４に示す。
【００５７】
上記の（１３）式によれば、分散スロープＳに影響を与える３次分散値β３は小さいほうが望ましい。しかし、分散スロープＳと３次分散値β３の好適範囲には製造誤差を考慮した場合下限が存在する。図９は、光ファイバ１０のコア径が１％だけ変動した場合の零分散波長λｚの変動と分散スロープＳとの関係を示したものである。図９に示すように、分散スロープＳが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍよりも小さい場合、製造誤差による零分散波長λｚの変動が大きくなってしまう。したがって、光ファイバ１０の分散スロープＳは＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上（３次分散値β３は＋０．０１６ｐｓ３／ｋｍ程度かそれ以上）であることが好ましい。また、光ファイバ１０は、分散スロープＳが＋０．０１７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍよりも大きい光ファイバ（特にＤＳ−ＨＮＬＦ）であることがより好ましい。
【００５８】
３次分散値β３が＋０．０１６ｐｓ３／ｋｍであり、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍである分散シフト高非線形性ファイバ（ＤＳ−ＨＮＬＦ）を光ファイバ１０として用いた場合、上記の（１３）式から算出される位相不整合パラメータΔβのポンプ光波長λｐに対する依存性は図５に示すとおりである。そして、この光ファイバ１０の長さＬを１００ｍとした場合に、上記（７）式により算出される位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性は図６に示すとおりである。図６に示すように、ポンプ光波長λｐが波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍのＣバンドの帯域に含まれるどの波長であっても位相整合パラメータηは０．９７〜１．０の範囲となる。したがって、上記（５）式に基づいて、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの信号光を、Ｃバンドの変換光に波長変換を行う場合、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値は０．９７（０．１４ｄＢ）であり、変動幅は０．０３に抑制され、高い変換効率を実現することができる。
【００５９】
また、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであり、長さが１００ｍであって、零分散波長λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を図７に示す。また、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであり、長さが１００ｍであって、λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０４５，＋０．０５０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を図８に示す。図７及び図８に示すように、分散スロープＳが＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合には、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅは０．５（−３ｄＢ）以上となり、高い変換効率を実現することができる。
【００６０】
また、上記の（７）式によれば、ファイバ長Ｌが短いほうがκ・Ｌが小さくなるため、変換効率Ｅの変動が小さくなる。ただし、上記の（５）式によれば、ファイバ長Ｌが短くなると変換効率Ｅが小さくなるため好ましくない。変換効率Ｅの観点でいえば、例えば、変換効率Ｅは−２０ｄＢ以上であることが好ましいが、上記（７）式において、光ファイバ１０がＤＳ−ＨＮＬＦとしては一般的な非線形係数γ２０／Ｗ／ｋｍを有し、ポンプ光λｐの入射強度が容易に入手可能な２００ｍＷであるとすれば、ファイバ長Ｌは２５ｍ以上である場合に変換効率Ｅが−２０ｄＢ以上となり好ましい。ファイバ長Ｌが７５ｍ以上である場合は変換効率Ｅが−１０ｄＢ以上となるためさらに好ましい。
【００６１】
一方、変換効率Ｅの変動の観点でいえば、上述のようにファイバ長が長くなるとκ・Ｌが大きくなり、変換効率Ｅの変動が大きくなる。本実施形態の光ファイバ型デバイス１によって、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの信号光を、Ｃバンドの変換光に波長変換を行う場合、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであって、零分散波長λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０１０，＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである３本のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０とした場合に、Ｃバンド内の任意波長を用いた波長変換のうち最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値のファイバ長Ｌに対する依存性を図１０に示す。図１０に示すように、３本の光ファイバ１０の分散スロープＳがそれぞれ＋０．０１０，＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの場合、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値が０．５となるファイバ長Ｌは、それぞれ４５０，２２０，１５０ｍと分散スロープＳが小さいほどファイバ長が長くなっても変換効率の変動が小さかった。分散スロープＳの好適範囲は＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上であるので、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１に用いられる光ファイバ１０のファイバ長は４５０ｍ以下であることが好ましい。ただし、分散スロープＳが大きい場合にはファイバ長Ｌが短いほうが変換効率Ｅの変動は小さくなる。従って、ファイバ長Ｌは２２０ｍ以下であることが好ましく、１５０ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００６２】
また、分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが２５ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅと、零分散波長λｚとの関係を図１１に示す。図１１に示すように、零分散波長λｚがＣバンド内である場合には、変換効率Ｅは０．５（３ｄＢ）以上であることから、小さな変動幅で高い変換効率が得られることが確認された。一方、図１２では、分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが１００ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅと、零分散波長λｚとの関係を示す。この場合には、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅが０．５（３ｄＢ）以上となる零分散波長λｚは１５４７．３ｎｍ±６ｎｍであることから、零分散波長λｚがこの範囲、すなわち２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１±６ｎｍである光ファイバを用いることが好ましい。
【００６３】
さらに、光ファイバ型デバイス１の光ファイバ１０を選択する場合には、（４）式で示すように光ファイバ１０に入力する光の強度と非線形係数による位相シフトとを考慮する必要もある。例えば、非線形係数γが２０／Ｗ／ｋｍであって、ポンプ光λｐの入射強度が２００ｍＷである場合には、位相は−８／ｋｍだけシフトする。ここで分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである場合には、零分散波長λｚが１５４５．６ｎｍであれば、Ｃバンドの中心である波長１５４７．３ｎｍにおいて和κがゼロとなる。Ｃバンドの中心の波長で和κがゼロとなる零分散波長λｚは分散スロープＳが小さいほど短波長にシフトする。例えば、分散スロープＳが＋０．０１０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである場合には、Ｃバンドの中心の波長で和κがゼロとなる零分散波長λｚが１５４４ｎｍとなり、例えば、分散スロープＳが＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである場合には、Ｃバンドの中心の波長で和κがゼロとなる零分散波長λｚが１５４６．２ｎｍとなる。このように、光ファイバ１０へ入射する入射光の強度が強い場合には、帯域の中心となる波長（ここではＣバンドの中心の波長である１５４７．３ｎｍ）よりも数ｎｍ短い零分散波長λｚを有する光ファイバを用いることができる。
【００６４】
また、光ファイバ１０の非線形係数γは大きいことが好ましい。直線偏波状態で、具体的には標準的なシングルモード光ファイバの非線形係数に対してその１０倍にあたる１５／Ｗ／ｋｍ以上であることが好ましい。変換効率Ｅは、非線形係数γの２乗に比例することから、標準的なシングルモード光ファイバの非線形係数に対して１０倍の非線形係数を有することで、標準的なシングルモード光ファイバの変換効率に対して１００倍の変換効率を得ることができる。この非線形係数γは２０／Ｗ／ｋｍ以上であることがさらに好ましい。
【００６５】
また、光ファイバ１０の偏波モード分散（Polarization ModeDispersion：PMD）は小さいほうが好ましい。具体的は、使用時の長さの光ファイバ１０のＰＭＤが０．２ｐｓ以下であることが好ましい。なお、偏波保持型の光ファイバを用いることもできる。
【００６６】
さらに、光ファイバ１０の伝送損失は低いほうが好ましい。ただし、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１では、光ファイバ１０のファイバ長Ｌは数十〜数百ｍであるため、伝送損失が１０ｄＢ／ｋｍ以下であれば好ましい。
【００６７】
以上のように、本実施形態の光ファイバ型デバイス１によれば、光ファイバ１０の零分散波長λｚ及び分散スロープＳが上記の範囲であることで、製造時の零分散波長λｚのバラつきを小さくすることができると共に変換効率Ｅを高めることができる。そして、光ファイバのファイバ長Ｌを４５０ｍ以下とすることで、変換効率Ｅが高い状態であり且つ変換効率Ｅの変動を小さくすることができるため、Ｃバンドに含まれる任意の波長の信号光を任意の波長の変換光へ波長を変換して出力する際の変換効率Ｅを高くすることができる。
【００６８】
なお、光ファイバ型デバイス１の変形例として、ポンプ光λｐを増幅する光増幅器２２に高速のゲイン調整器を設ける構成が挙げられる。この場合、光ファイバ１０から出力される変換光λｉの変換効率Ｅは、光ファイバ１０に入力するポンプ光λｐの入射強度の２乗に比例するため、ゲイン調整器等によってポンプ光λｐの入射強度を変更することで、変換光λｉの出力強度を制御することが可能となる。
【００６９】
また、他の変形例として、光ファイバ１０の後段に光増幅器を設ける構成とすることもできる。当然ながら光ファイバ１０の後段のバンドパスフィルタ４１の前段と後段のどちらに光増幅器を設けてもよい。
【００７０】
次に、第２の実施形態に係る光ファイバ型デバイス２について説明する。図１３は、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス２の構成を示す図である。この光ファイバ型デバイス２は、図１に示す光ファイバ型デバイス１と比較して、ポンプ光源２１と偏波コントロータ２４との間の光増幅器２２及びバンドパスフィルタ２３を除き、光合波器４０と光ファイバ１０との間に光増幅器４２を設けたものである。この光ファイバ型デバイス２において新たに設けられた光増幅器４２は、例えばゲインフラットＥＤＦＡ等の特定の帯域での増幅率が一定である光増幅器が好適に用いられる。このような光増幅器４２を用いることによって、光合波器４０で合波されたポンプ光λｐ及び信号光λｓの両方が同じ増幅率で増幅された後に光ファイバ１０に入力されることとなる。
【００７１】
このような構成を有する光ファイバ型デバイス２を用いた場合でも、特定の波長帯域における任意の波長の光の波長変換を行う場合に、光ファイバ型デバイス１と同様に高い変換効率を得ることができる。
【００７２】
ここで、図１４に示す第３の実施形態に係る光ファイバ型デバイス３を用いて、信号光と変換光との変換効率を確認した。図１４に示す光ファイバ型デバイス３は、図１に示す光ファイバ型デバイス１と比較して、ポンプ光源２１の光路上のバンドパスフィルタ２３を取り除くと共に光増幅器２２と偏波コントローラ２４との配置を入れ替え、さらに、光ファイバ１０の後段のバンドパスフィルタ４１を取り除いたものである。
【００７３】
また、光ファイバ１０としては以下に示す特徴を有するＤＳ−ＮＨＬＦを用いた。
ファイバ長Ｌ＝１００ｍ
零分散波長λｚ＝１５４８．８ｎｍ
零分散波長λｚにおける分散スロープＳ＝＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ
伝送損失α＝０．９ｄＢ／ｋｍ
ＰＭＤ＝０．０１ｐｓ
実効断面積Ａｅｆｆ＝８．５μｍ２
非線形係数γ＝３０／Ｗ／ｋｍ
なお、非線形係数γはＸＰＭ法（Cross-Phase Modulation）を用いて測定を行った直線偏光状態についての値であるが、偏波がランダムである場合の実効的な非線形係数γは、この直線偏光状態での非線形係数の２／３となることが知られている。
【００７４】
また、上記の光ファイバ型デバイス３において、光増幅器２２としてはＥＤＦＡを用いた。この光増幅器２２によってポンプ光λｐと信号光λｓを光合波器４０で合波した後、ＤＳ−ＮＨＬＦからなる光ファイバ１０にポンプ光は５０ｍＷ（＋１７ｄＢｍ）、信号光λｓは１ｍＷ（０ｄＢｍ）の光強度で入射させて、この光ファイバ１０から出射する変換光をスペクトルアナライザ９０で検出し、その波長と強度を測定した。
【００７５】
上記の測定の結果を図１５に示す。本測定では、信号光として１５３０，１５３２，…１５６４，１５６６ｎｍの波長を用い、それぞれの波長の信号光に対してポンプ光の波長λｐを変更することにより変換光の波長λｉを調整した。この測定によって得られた変換光の変換効率Ｅを、変換光波長λｉに対してプロットしたものが図１５である。図１５に示すように、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの帯域の信号光を、同じくＣバンド内の任意の波長の変換光に変換する際の変換効率Ｅの変動幅が１．５ｄＢ以内であることが確認された。このように、上記の光ファイバ型デバイス３によれば、Ｃバンド内の任意の波長の光からＣバンド内の任意の波長の変換光への波長変換を高い変換効率で行うことができることが示された。
【００７６】
上記の実施形態では、Ｃバンド内の任意の波長の信号光を、Ｃバンド内の任意の波長の変換光に波長変換する構成について説明したが、上記の光ファイバ型デバイスは他の波長帯域の光にも適用することができる。例えば、実用上Ｌバンドとして使用される波長帯域である波長１５７０〜１６０５ｎｍ（本実施形態では実用Ｌバンドとして説明する）の帯域内の任意の波長の光を、実用Ｌバンド内の任意の波長の変換光に変換させることもできる。
【００７７】
この場合には、光ファイバ１０の零分散波長λｚは、実用Ｌバンドの両端の波長１５７０ｎｍと１６０５ｎｍとを用いて算出される２×（１５７０−１＋１６０５−１）−１＝１５８７．３ｎｍ付近であることが好ましい。なお、ファイバ長Ｌが数十ｍと短い場合には、零分散波長λｚが実用Ｌバンド内の波長であれば、任意波長の波長変換を高い変換効率で実現することができるが、ファイバ長Ｌが１００ｍ程度と長く、より変換効率を高める場合には、零分散波長λｚを１５８７．３±６ｎｍとすることが好ましい。また、入射光強度が数十ｍＷ以上に大きい場合には、零分散波長λｚを１５７７．３ｎｍ〜１５９２．３ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００７８】
また、上記実施形態に示した光ファイバ型デバイス１〜３による波長変換では、変換光のスペクトルは信号光のスペクトルに対して反転した状態であるという特徴を有する。変換光のスペクトル形状が問題とならない場合には特に支障がないが、変換光のスペクトルが信号光のスペクトルに対して反転していると問題がある場合には、波長変換を行う光ファイバを２つ直列となるように配置することで、信号光の波長変換を２回実施すれば良い。例えば、第一の波長変換によってＣバンド内の任意の波長λ１の光をＣバンド内の波長λ２の光に波長変換した後、第二の波長変換によってλ２の光をＣバンド内の任意の波長λ３の光に波長変換してもよい。また、第一の波長変換によってＣバンド外の波長に変換した後、第二の波長変換でＣバンド内の任意の波長に変換することで、結果的にＣバンド内の任意の波長の光をＣバンド内の異なる波長の光に波長変換する態様とすることもできる。
【００７９】
次に、信号光と変換光とが互いに異なる波長帯域に含まれる光である場合について説明する。具体的には、Ｃバンド内の任意の波長の光を実用Ｌバンド内の任意の波長の光に変換する構成や、実用Ｌバンド内の任意の波長の光をＣバンド内の任意の波長の光に変換する構成が挙げられる。
【００８０】
ここでは、Ｃバンド内の任意の波長の光を実用Ｌバンド内の任意の波長の光に変換し、且つスペクトルの反転を防止する構成について、図１６に示す第４の実施形態に係る光ファイバ型デバイス４を用いて説明する。図１６の光ファイバ型デバイス４は、第１の実施形態に示す光ファイバ型デバイス１の後段にさらに波長変換を行うための光ファイバを含む構成を追加したものである。
【００８１】
具体的には、光ファイバ型デバイス４では、光合波器４０によって合波された信号光λｓとポンプ光λｐとが入力されることで光ファイバ１０から出力され、さらにバンドパスフィルタ４１を経由した変換光λｉ１を新たな信号光とする。そしてこの信号光（新たな信号光）と、ポンプ光源（第二のポンプ光源）５１から出力されて偏波コントローラ５４を経由した波長λｐ２のポンプ光（第二のポンプ光）とが光合波器６０（第二の光合波部）により合波された後、光増幅器６２を経て光ファイバ（第二の光ファイバ）１１に入力する。そして、信号光λｉ１とポンプ光λｐ２とが光ファイバ１１内を導波することで非線形光学現象によって波長λｉ２の変換光（第二の変換光）が出力され、バンドパスフィルタ６１を経由して波長λｉ２の変換光以外の波長の光が除去される。これによって第二の変換光が得られる。なお、上記の光ファイバ型デバイス４では、信号光源３１から出力される信号光λｓと光ファイバ１０によって変換された後の変換光λｉ１とはＣバンド内に含まれる任意の波長の光であり、光ファイバ１１によって変換された後の変換光λｉ２（第二の変換光）は実用Ｌバンド内の任意の波長の光とされる。
【００８２】
ここで、上記の光ファイバ型デバイス４では、第二の光ファイバ１１によってＣバンド内の任意の波長から実用Ｌバンドの任意の波長へと波長変換がなされる。このとき、光ファイバ１１に入射させるためにポンプ光源５１から出力されるポンプ光の波長λｐ２は、Ｃバンドと実用Ｌバンドとの中間となる波長２×（１５３０−１＋１６０５−１）−１＝１５６６．６ｎｍ付近とし、零分散波長λｚが１５６７ｎｍ程度の光ファイバ１１を選択して、この光ファイバ１１によって波長変換を行うことが好ましい。
【００８３】
また、光ファイバ１０による波長変換を行った後に光ファイバ１１を用いた第二の波長変換を行う構成に代えて、光ファイバ１０の前段に光ファイバ１１を設ける構成とすることもできる。図１７は第５の実施形態に係る光ファイバ型デバイス５を説明する図である。図１７に係る光ファイバ型デバイス５は、第１の実施形態に示す光ファイバ型デバイス１の前段にさらに波長変換を行う構成を追加したものである。
【００８４】
具体的には、ポンプ光源（第三のポンプ光源）７１から出力され、光増幅器７２及び偏波コントローラ７４を経由した波長λｐ３のポンプ光（第三のポンプ光）と、信号光源（第二の信号光源）３１から出力されて偏波コントローラ３４を経由した波長λｓ（λ４）の信号光（第二の信号光）とが光合波器８０（第三の光合波部）によって合波され、この合波されたポンプ光λｐ３と信号光λｓとが光ファイバ１２（第三の光ファイバ）に入力されることで、非線形光学現象によって波長λｉ３の変換光（第三の変換光）が光ファイバ１２から出力され、さらにバンドパスフィルタ８１を経由して変換光λｉ３以外の波長の光が除去される。次に、この変換光λｉ３を信号光として、ポンプ光源２１から出力されて偏波コントローラ２４を経由した波長λｐのポンプ光とが光合波器４０により合波された後、光増幅器４２を経て光ファイバ１０に入力する。そして、信号光λｉ３とポンプ光λｐとが光ファイバ１０内を導波することで非線形光学現象によって波長λｉの変換光が出力され、バンドパスフィルタ４１を経由して変換光の波長λｉ以外の波長の光が除去される。この構成の場合、信号光源３１から出力される信号光λｓはＣバンド内に含まれる任意の波長の光であり、光ファイバ１２によって変換された後の変換光λｉ３と光ファイバ１０によって変換された後の変換光λｉは実用Ｌバンド内の任意の波長の光とされる
【００８５】
この場合、ポンプ光源７１から出力されるポンプ光の波長λｐ３を１５６６．６ｎｍ付近とし、零分散波長が１５６７ｎｍ程度の光ファイバ１２を用いることで、Ｃバンド内の任意の波長λｓの信号光が実用Ｌバンドの任意の波長λｉ３の変換光に波長変換される。そして、光ファイバ１０に入力するためにポンプ光源２１から出力させるポンプ光λｐの波長は実用Ｌバンドに含まれる波長として、このポンプ光λｐを変換光λｉ３と合波させた上で零分散波長λｚが１５８７．３ｎｍ程度の光ファイバ１０に入力することによって、実用Ｌバンドの任意の波長の変換光λｉを出力させることができる。このように、本発明に係る光ファイバ型デバイスは種々の態様をとることができる。
【００８６】
ここで、図１８に示す第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６を用いて、信号光と変換光との変換効率を確認した。図１８に示す光ファイバ型デバイス８は、図１６に示す光ファイバ型デバイス３と比較して、ポンプ光源２１の光路上の光増幅器２２を取り除き、光合波器４０と光ファイバ１０との間に光増幅器４２を設けると共に、ポンプ光源５１の光路上の偏波コントローラ５４の後段に光増幅器５２を設け、さらに、光合波器６０の後段の光増幅器６２及びバンドパスフィルタ６１を取り除いたものである。
【００８７】
まず、光ファイバ型デバイス６の前段側の光ファイバ１０による波長変換について説明する。光ファイバ１０としては以下に示す特徴を有するＤＳ−ＮＨＬＦを用いた。
ファイバ長Ｌ＝１５０ｍ
零分散波長λｚ＝１５４６．２ｎｍ
零分散波長λｚにおける分散スロープＳ＝＋０．０１５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ
伝送損失α＝０．９ｄＢ／ｋｍ
ＰＭＤ＝０．０２ｐｓ
実効断面積Ａｅｆｆ＝９．４μｍ２
非線形係数（直線偏波状態）γ＝２５／Ｗ／ｋｍ
【００８８】
また、ポンプ光源２１から出力されるポンプ光の波長λｐは、光ファイバ１０によって波長変換された後の変換光の波長λｉ１に対応させて、λｐ＝２×（λｓ−１＋λｉ１−１）を満たすように調整した。また、変換光λｉ１の出射強度が最大となるように、偏波コントローラ２４，３４を用いて偏波を調整した。さらに、ＥＤＦＡからなる光増幅器４２によって増幅し、合波後のポンプ光λｐ及び信号光λｓをそれぞれ５０ｍＷ程度（＋１７ｄＢｍ）とした。
【００８９】
信号光として１５３０，１５３２，…１５６４，１５６６ｎｍの波長を用い、それぞれの波長の信号光に対してポンプ光の波長λｐを変更することにより変換光の波長λｉ１を調整した。この測定によって得られた変換光λｉ１の強度を、変換光の波長λｉ１に対してプロットしたものが図１９である。図１９では、変換光λｉ１の強度は＋０．８〜−０．２ｄＢｍの範囲にあり、すなわち、Ｃバンド内の任意の波長の光が変換効率の幅１．０ｄＢ以内で波長変換されていることを示す。
【００９０】
次に光ファイバ型デバイス６の後段側の光ファイバ１１による波長変換について説明する。後段で波長変換を行う光ファイバ１１としては以下に示す特徴を有するＤＳ−ＮＨＬＦを用いた。なお、このＤＳ−ＮＨＬＦの四次分散β４は＋０．１８×１０−４ｐｓ４／ｋｍであった。
ファイバ長Ｌ＝２００ｍ
零分散波長λｚ＝１５６６．０ｎｍ
零分散波長λｚにおける分散スロープＳ＝＋０．０２４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ
伝送損失α＝０．６ｄＢ／ｋｍ
ＰＭＤ＝０．０２ｐｓ
実効断面積Ａｅｆｆ＝１３μｍ２
非線形係数（直線偏波状態）γ＝１５／Ｗ／ｋｍ
【００９１】
さらに光ファイバ１１へ入力させるためのポンプ光源５１から出力させるポンプ光の波長λｐ２は１５６６．６ｎｍとした。また、光増幅器５２から出力されて光ファイバ１１に入力するポンプ光λｐ２の強度は＋２３ｄＢｍであった。
【００９２】
上記の光ファイバ１１による波長変換の変換効率と、光ファイバ１１から出力された変換光の波長λｉ２との関係を図２０に示す。波長１５７０〜１６０５ｎｍの実用Ｌバンドにおける変換効率Ｅの変動幅は０．６ｄＢ以下である。
【００９３】
上記図１９及び図２０に示す結果をふまえて、Ｃバンド内の任意波長における信号光λｓを実用Ｌバンド内の任意波長における波長λｉ２の変換光に波長変換する際の変換光の波長λｉ２と、その変換光λｉ２の強度を図２１に示す。図２１に示すように、変換光λｉ２の強度は−６．２〜−７．８ｄＢｍの範囲であり、強度の変動幅が１．６ｄＢに抑制された状態での波長変換が実現された。
【００９４】
以上のように、上記実施形態に示す光ファイバ型デバイスによれば、広い帯域（例えばＣバンド）に含まれる任意の波長の光を、他の帯域（例えば実用Ｌバンド）に含まれる任意の波長の光に変換することができ、この変換を高い変換効率で実現することができる。そして、この光ファイバ型デバイスは、光ファイバの分散値を用いた光遅延（例えば非特許文献５を参照のこと）など、種々の応用が考えられる。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係る光ファイバ型デバイスは上記実施形態に限定されない。例えば、変換光λｉの強度を、信号光λｓの強度よりも高くする態様としてもよい。これはポンプ光λｐの強度を強くすることで実現することができる。
【００９６】
また、信号光λｓ、変換光λｉの波長帯域は、少なくともＣバンドや実用Ｌバンドを含んで構成されることが好ましく、さらには波長帯域の幅が３５ｎｍ以上あることが好ましい。上記実施形態では、Ｃバンドの波長１５３０〜１５６５ｎｍ及び実用Ｌバンド１５７０〜１６０５ｎｍの波長帯域を用いて説明したが、より広い帯域からより広い帯域への波長変換も実現できる。例えば、分散スロープ：＋０．０１５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、零分散波長：１５６３．５ｎｍ、ファイバ長２５ｍのＤＳ−ＮＨＬＦを用い、Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域（波長１５３０〜１６０５ｎｍ）内の任意の信号光を、Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域内の任意波長に変換する波長変換を考慮し、信号光を、1530、1532、…、1604、1606nmとし、ポンプ光波長をシフトさせることで、変換光の波長を調整した。最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅを変換光波長λｉに対してプロットした結果を図２２に示す。図２２に示す結果によれば、全ての波長における最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅが０．６以上であることから、Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域内での任意の波長変換が実現可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１〜６…光ファイバ型デバイス、１０〜１２…光ファイバ、２１，５１，７１…ポンプ光源、２２，３２，４２，５２，７２…光増幅器、２３，４１，６１，８１…バンドパスフィルタ、２４，３４，５４，７４…偏波コントローラ、３１…信号光源、４０，６０，８０…光合波器、９０…スペクトルアナライザ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いて、入力される信号光の波長と異なる波長の変換光を発生する光ファイバ型デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ中で発生する非線形現象を用いた光信号処理デバイス（光ファイバ型デバイス）はよく知られている。特に、四光波混合（Four-Wave Mixing：ＦＷＭ）を用いて波長変換を行う光ファイバ型デバイスは、広い波長帯域で用いることができ、且つ、変換効率が高いことから、高速の信号を処理するために広く用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この光ファイバ型デバイスにおける波長変換の際には、ある波長の光を、当該波長とは異なる波長の光に変換すると共に２次分散をできるだけ小さくするために、ポンプ光における２次分散をできるだけ小さくする必要がある。ここで、任意の波長の信号光を入力し任意の波長の変換光を出力させるためには、ポンプ光波長を変換前後の光の波長に対応して変える必要がある。そのため、広いポンプ光となる波長範囲において２次分散値の変化が少ない分散フラットファイバを用いた波長変換等が検討されている（例えば、非特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７２１８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Okuno, et. al., Elec. Lett.,39, 2001, pp.109-111.
【非特許文献２】M. Takahashi, et. al., J.Lightwave Technol., 23, 2005, pp.3615-3624
【非特許文献３】C. G. Joergensen, et. al.,ECOC-IOOC 2003 Proc., Vol.3, 2003, pp.556-557
【非特許文献４】K. P. Hansen, Optics Express,11, 2003, pp.1503-1509.
【非特許文献５】A. Zhang, et. al., OpticsLetters, 30, 2005, pp.2375-2377.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記非特許文献１〜５において用いられる分散フラットファイバは、コア径の微小な変化によって分散値が変化してしまうため、製造性が悪い。また、通常用いられる高非線形ファイバと比較して非線形係数が小さくなるという問題がある。また、非特許文献４，５では、フォトニック結晶ファイバ（Photonic Crystal Fiber：PCF）が用いられているものの、孔径、孔位置の制御が困難であるために、分散値の制御が困難になり、実用化に際して問題点となり得る点がある。
【０００７】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、広い波長帯域内の任意の波長の信号光を信号光と波長が異なる変換光として高い変換効率で出力することができる光ファイバ型デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る光ファイバ型デバイスは、波長λＸと波長λＹとの間の第一の波長帯域内に含まれる波長λ１の信号光を入力し、第二の波長帯域内に含まれて波長λ１とは異なる波長である波長λ２の変換光を発生する光ファイバ型デバイスであって、ポンプ光を出力するポンプ光源と、信号光とポンプ光とを合波して出力する光合波部と、光合波部により合波されて出力された信号光及びポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって変換光を発生する光ファイバと、を備え、ポンプ光の波長は、２×（１／λ１＋１／λ２）−１により求められる波長であり、光ファイバの零分散波長は第一の波長帯域内に含まれ、零分散波長における分散スロープが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、光ファイバの長さが４５０ｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光ファイバ型デバイスでは、光ファイバの零分散波長及び分散スロープが上記の範囲であることで、光ファイバの製造時における零分散波長のバラつきを小さくすることができ、且つ、この光ファイバによる変換効率を高めることができる。そして、光ファイバの長さを４５０ｍ以下とすることで、高い変換効率を維持した状態で、波長帯域内における変換効率の変動幅を小さくすることができるため、第一の波長帯域に含まれる任意の波長の信号光を第二の波長帯域に含まれる任意の波長の変換光へ波長を変換して出力する際の変換効率が高められる。
【００１０】
ここで、上記作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、光ファイバへのポンプ光の入射強度及び信号光の入射強度がそれぞれ実質的に一定である場合に、第一の波長帯域の幅及び第二の波長帯域の幅はそれぞれ３０ｎｍ以上であり、波長λ１と波長λ２とがいかなる組み合わせであっても、変換光の強度の変動幅が３ｄＢ以下である態様が挙げられる。
【００１１】
また、光ファイバの長さが２５ｍ以上である態様である場合、波長変換時の変換効率を高くすることができる。また、光ファイバの非線形係数は直線偏波状態で１５／Ｗ／ｋｍ以上である態様である場合、変換効率をより高くすることができるため、好適である。
【００１２】
また、光ファイバの零分散波長が２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１±６ｎｍの波長範囲内である場合、広い波長帯域内での変換効率の変動幅をより小さくすることができるため、波長変換前後の波長の組み合わせに関係なく、変換効率を高くすることができる。
【００１３】
ここで、第一の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含むことが好ましい。また、第二の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む態様であってもよい。また、第一の波長帯域及び第二の波長帯域の少なくとも一方は、波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域を含む態様とすることもできる。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバ型デバイスは、第二のポンプ光を出力する第二のポンプ光源と、変換光と第二のポンプ光とを合波して出力する第二の光合波部と、第二の光合波部により合波されて出力された変換光及び第二のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって、第三の波長帯域内に含まれて波長λ２とは異なる波長である波長λ３の第二の変換光を発生する第二の光ファイバと、をさらに備える態様とすることもできる。
【００１５】
上記の構成のように、光ファイバ型デバイスが光ファイバを２つ備えて、波長変換を２段に分けて行うことで、波長変換時に発生するスペクトルの反転を２回発生させることで、変換光のスペクトルが信号光のスペクトルに対して反転しないように構成することもできる。
【００１６】
ここで、第三の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む態様とすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ型デバイスは、第三のポンプ光を出力する第三のポンプ光源と、第四の波長帯域内に含まれ波長λ１とは異なる波長である波長λ４の第二の信号光と第三のポンプ光とを合波して出力する第三の光合波部と、第三の光合波部により合波されて出力された第二の信号光及び第三のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって波長λ１の信号光を発生する第三の光ファイバと、をさらに備える態様とすることもできる。
【００１８】
上記の構成のように、非線形光学現象によって波長λ１の信号光を発生させる第三の光ファイバを、本発明に係る光ファイバの前段に設ける構成とすることもできる。この場合にも、波長帯域の任意の波長を入力して波長変換を行うときの変換効率を高くすることができる。
【００１９】
ここで、第四の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む態様とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、広い波長帯域内の任意の波長の信号光を信号光と波長が異なる変換光として高い変換効率で出力することができる光ファイバ型デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に係る光ファイバ型デバイス１の構成を模式的に示す図である。
【図２】光ファイバ型デバイスによる波長変換機能を説明する図である。
【図３】λｐと（λｐ−１−λｓ−１）２との関係を示した図である。
【図４】λｐと（λｐ−１−λｚ−１）との関係を示した図である。
【図５】位相不整合パラメータΔβのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図６】位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図７】分散スロープＳがそれぞれ＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図８】分散スロープＳがそれぞれ＋０．０４５，＋０．０５０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を示す図である。
【図９】光ファイバ１０のコア径が１０％だけ変動した場合の零分散波長λｚの変動と分散スロープＳとの関係を示す図である。
【図１０】零分散波長λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０１０，＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである３本のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０とした場合に、Ｃバンド内の任意波長を用いた波長変換のうち最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値のファイバ長Ｌに対する依存性を示す図である。
【図１１】分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが２５ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値の変動と、零分散波長λｚとの関係を示す図である。
【図１２】分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが１００ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値の変動と、零分散波長λｚとの関係を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係る光ファイバ型デバイス２の構成を模式的に示す図である。
【図１４】第３の実施形態に係る光ファイバ型デバイス３の構成を模式的に示す図である。
【図１５】第３の実施形態に係る光ファイバ型デバイス３を用いてポンプ光波長を変更した場合に光ファイバ１０から出射する変換光の波長と強度の結果を示す図である。
【図１６】第４の実施形態に係る光ファイバ型デバイス４の構成を模式的に示す図である。
【図１７】第５の実施形態に係る光ファイバ型デバイス５の構成を模式的に示す図である。
【図１８】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６の構成を模式的に示す図である。
【図１９】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６のうち光ファイバ１０から出射する変換光の波長λｉ１と出射強度の関係を示す図である。
【図２０】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６のうち光ファイバ１１から出射する変換光の波長λｉ２と出射強度の関係を示す図である。
【図２１】第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６による変換光λｉ２の出力光強度の変動を変換光の波長λｉ２に対応させて示した図である。
【図２２】Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域内の任意波長の信号光を同一帯域の任意波長の変換光に変換した場合の変換光波長λｉに対する最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの変動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ型デバイス１の構成図である。この光ファイバ型デバイス１は、光ファイバ１０のほか、ポンプ光源２１、光増幅器２２、バンドパスフィルタ２３、偏波コントローラ２４、信号光源３１、偏波コントローラ３４、光合波器４０及びバンドパスフィルタ４１を備える。
【００２４】
本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１を構成する光ファイバ１０は、信号光及びポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって信号光及びポンプ光の波長とは異なる波長の変換光を発生する。光ファイバ１０としては、具体的には、高非線形性ファイバ(Highly Non-Linear Fiber：HNLF)等が用いられ、特に分散シフト高非線形性ファイバ（Dispersion-ShiftedHNLF：DS-HNLF）が好適に用いられる。この光ファイバ１０による波長変換については後述する。
【００２５】
また、光ファイバ型デバイス１を構成するポンプ光源２１は、波長λｐのポンプ光を発生する。ポンプ光源２１は、波長可変光源であることが好ましい。信号光源３１は、波長λｓの信号光を発生する。光増幅器２２は、ポンプ光源２１から出力されたポンプ光を光増幅して出力する。バンドパスフィルタ２３は、光増幅器２２から出力された光のうち波長λｐの光を選択的に透過させて出力する。偏波コントローラ２４は、バンドパスフィルタ２３から出力されたポンプ光λｐの偏波状態を制御して出力する。
【００２６】
なお、光増幅器２２としては、例えば希土類添加光増幅器であるエルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：EDFA）及びツリウム添加光ファイバ増幅器（Thulium DopedFiber Amplifier：TDFA）のほか、ラマン増幅器、半導体光増幅器（Optical Semiconductor Amplifier：OSA）等を用いることができる。なお、ポンプ光２１から出力されるポンプ光強度が十分高い場合、具体的には、ポンプ光強度が数１０ｍＷから数Ｗあれば、光増幅器２２は設けなくてもよい。また、バンドパスフィルタ２３も必須ではないが、光増幅器２２からのノイズが大きい場合等には、バンドパスフィルタ２３を設けることで変換光λｉの光信号雑音比を高めることができる。
【００２７】
そして、信号光λｓの光路上に設けられる偏波コントローラ３４は、信号光源３１から出力された信号光λｓの偏波状態を制御して出力する。なお、本実施形態では、偏波コントローラ３４及びポンプ光λｐの光路上に設けられる偏波コントローラ２４は、ポンプ光λｐや信号光λｓの偏波を揃えることで変換光λｉの出力強度を高めることができるために用いられるが必須ではない。また、偏波コントローラ２４及び偏波コントローラ３４のいずれか一方のみを光路上に配置する構成としてもよい。また、ポンプ光λｐ及び信号光λｓの少なくとも一方に偏波スクランブルをかけることで、偏光状態をランダムにする場合には、偏波コントローラ２４及び偏波コントローラ３４は不要である。
【００２８】
光合波器４０は、偏波コントローラ２４から出力されたポンプ光λｐを入力すると共に、偏波コントローラ３４から出力された信号光λｓを入力して、これらポンプ光λＰ及び信号光λｓを合波して出力する。この光合波器４０として空間光学系を用いることもできる。光ファイバ１０は、光合波器４０により合波されて出力されたポンプ光λｐおよび信号光λｓを入力する。そして、光ファイバ１０は、四光波混合により波長λｉの変換光を発生させて出力する。バンドパスフィルタ４１は、光ファイバ１０から出力された光のうち波長λｉの光を選択的に透過させて出力する。なお、上記の構成のうち、バンドパスフィルタ４１は、波長λｉの変換光のみを選択的に取り出す必要がない場合、すなわち、ポンプ光λｐや信号光λｓが混合されていてもよい場合には、設けなくてもよい。
【００２９】
上記の光ファイバ型デバイス１では、ポンプ光源２１から出射された波長λｐのポンプ光と信号光源３１から出射された波長λｓの信号光とを光合波器４０により合波して出力し、光ファイバ１０へ入射させる。そして、光ファイバ１０での導波の間に生じる非線形光学現象によってポンプ光及び信号光の波長とは異なる波長の変換光を発生させる。この光ファイバ型デバイス１では、図２に示すように、波長λａや波長λｂのように互いに異なる波長の光を信号光として入力した場合であっても、波長λｎの変換光を出力することができること望まれている。すなわち、任意の波長の信号光を入力し、任意の波長の変換光を出力することが望まれている。
【００３０】
ここで、本発明を想到するに際して行った理論検討の内容について説明する。ここでは、波長変換を行う光ファイバに対してポンプ光（波長λｐ１，λｐ２）及び信号光（波長λｓ）が入射し、この光ファイバにおいて非線形光学現象（例えばパラメトリック過程の１種である四光波混合）が発現し、これにより光ファイバにおいて新たな波長の変換光（波長λｉ）が発生する場合を考える。なお、波長λｐ１と波長λｐ２とは互いに等しくてもよく、その場合、これらの波長をλｐで表す。
【００３１】
光ファイバによる波長変換によって得られる変換光の波長λｉは、ポンプ光の波長λｐ１，λｐ２及び信号光の波長λｓを用いて、下記（１）式で表される。
【００３２】
【数１】
【００３３】
そして、波長変換を行う場合には、ポンプ光、信号光、及び、変換光の各光波間の位相整合条件を満たす必要がある。ポンプ光（波長λｐ１，λｐ２）、信号光（波長λｓ）、及び変換光（波長λｉ）の各光波の位相をそれぞれβｐ１，βｐ２，βｓ，βｉとすると、位相不整合パラメータΔβは下記（２）式で表され、自己位相変調による位相シフトφは下記（３）式で示される。そして、位相不整合パラメータΔβと位相シフトφの和κは下記（４）式で示される。なお、ｐ１及びｐ２は、それぞれ光ファイバに対する波長λｐ１，λｐ２のポンプ光の入射強度を示す。
【００３４】
【数２】
【００３５】
【数３】
【００３６】
【数４】
【００３７】
ここで、（４）式に示す和κが０である場合には、信号光の光ファイバへの入射強度Ｐｓに対する変換光の光ファイバからの出射強度Ｐｉの比である波長変換効率Ｅが最大となる。この波長変換効率Ｅは下記（５）式でも示される。なお（５）式において、ｄは縮重度を示す係数であり、αは光ファイバの伝送損失であり、Ｌeff（＝｛１−ｅｘｐ（−αＬ）｝／α）は光ファイバの実効長であり、Ｌは光ファイバの長さであり、ηは位相整合パラメータである。位相整合パラメータηは、具体的には下記（６）式に示す式で求められる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
【数６】
【００４０】
このηは、κ＝０のときに最大値１となる。ここで、本実施形態に用いる光ファイバ１０のように伝送損失が低い場合には、下記（７）式に示すように近似することができる。
【００４１】
【数７】
【００４２】
ここで、ポンプ光が同一波長λｐである場合には、（１）式は下記（８）式に書き換えられる。なお、この（８）式から、信号光λｓの波長と変換光λｉの波長が決定されている場合には、ポンプ光λｐの波長が決定される。具体的には、ポンプ光波長λｐは信号光λｓの波長と変換光λｉの波長を用いて２×（１／λＳ＋１／λｉ）−１により算出される。また、位相不整合パラメータΔβは、波長λｐでの２次分散値β２ｐを用いて、下記（９）式に近似することができる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
【数９】
【００４５】
上記（９）式において、Ｃは真空中の光速である。ここで、ポンプ光の入射強度Ｐが十分に小さく、位相シフトが発生しない場合には、（４）式に示した和κと位相不整合パラメータΔβとは「κ〜Δβ」の関係を満たすため、ポンプ光における２次分散値β２ｐがゼロであれば、すなわち、ポンプ光の波長が零分散波長に一致していれば、変換効率Ｅは最大となる。なお、二次分散β２と光ファイバの波長分散Ｄとの関係は、一般的に下記（１０）式を満たすことが知られている。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
ここで、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１を用いて、波長１５３０〜１５６５ｎｍ（すなわち、λＸが１５３０ｎｍであり、λＹが１５６５ｎｍ）のＣバンドの信号光を、Ｃバンドの変換光に波長変換を行う場合について検討する。
【００４８】
２次分散値β２ｐは、零分散波長λｚにおける３次分散値β３を用いて下記（１１）式のように示すことができる。
【００４９】
【数１１】
【００５０】
ここで、３次分散値β３と分散スロープＳとの関係は下記（１２）式で示される。
【００５１】
【数１２】
【００５２】
上記（１２）式において、零分散波長λｚにおける波長分散Ｄはゼロであるので、波長λが１．５５μｍ付近である場合、「β３［ｐｓ３／ｋｍ］〜１．６×Ｓ［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］」の関係を満たす。そして、（１１）式を（９）式に当てはめると、（９）式は下記（１３）式のように書き換えられる。
【００５３】
【数１３】
【００５４】
すなわち、上記（１３）式によれば、（λｐ−１−λｚ−１）×（λｐ−１−λｓ−１）２が小さいほど位相不整合パラメータΔβが小さくなることが示される。
【００５５】
ここで、本実施形態の光ファイバ型デバイス１によって、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの信号光λｓを、Ｃバンドの変換光λｉに波長変換を行う場合、（８）式を用いて決定される変換光の波長の範囲も１５３０≦λｉ≦１５６５である。このとき、Ｃバンドの両端となる波長λｘ＝１５３０ｎｍと波長λＹ＝１５６５ｎｍを用いて、２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１にλｘ及びλＹをそれぞれを代入することにより算出された１５４７．３ｎｍを境界として、λｐが１５３０〜１５４７．３ｎｍの場合、（λｐ−１−λｓ−１）２の最大値は（１５３０−１−λｐ−１）２となり、λｐが１５４７．３〜１５６５ｎｍの場合、（λｐ−１−λｓ−１）２の最大値は（１５６５−１−λｐ−１）２となる。このポンプ光波長λｐと（λｐ−１−λｓ−１）２との関係を示したものが図３である。
【００５６】
図３に示すように、ポンプ光波長λｐが１５４７．３ｎｍの近辺である場合に（λｐ−１−λｓ−１）２の最大値が大きくなることから、位相不整合パラメータΔβを小さくするためにはポンプ光波長λｐが１５４７．３ｎｍ近辺である場合に（λｐ−１―λｚ−１）が小さくなればよく、すなわち零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであることが好ましい。ここで、零分散波長λｚを１５４７．３ｎｍとした場合のポンプ光波長λｐと（λｐ−１―λｚ−１）との関係を図４に示す。
【００５７】
上記の（１３）式によれば、分散スロープＳに影響を与える３次分散値β３は小さいほうが望ましい。しかし、分散スロープＳと３次分散値β３の好適範囲には製造誤差を考慮した場合下限が存在する。図９は、光ファイバ１０のコア径が１％だけ変動した場合の零分散波長λｚの変動と分散スロープＳとの関係を示したものである。図９に示すように、分散スロープＳが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍよりも小さい場合、製造誤差による零分散波長λｚの変動が大きくなってしまう。したがって、光ファイバ１０の分散スロープＳは＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上（３次分散値β３は＋０．０１６ｐｓ３／ｋｍ程度かそれ以上）であることが好ましい。また、光ファイバ１０は、分散スロープＳが＋０．０１７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍよりも大きい光ファイバ（特にＤＳ−ＨＮＬＦ）であることがより好ましい。
【００５８】
３次分散値β３が＋０．０１６ｐｓ３／ｋｍであり、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍである分散シフト高非線形性ファイバ（ＤＳ−ＨＮＬＦ）を光ファイバ１０として用いた場合、上記の（１３）式から算出される位相不整合パラメータΔβのポンプ光波長λｐに対する依存性は図５に示すとおりである。そして、この光ファイバ１０の長さＬを１００ｍとした場合に、上記（７）式により算出される位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性は図６に示すとおりである。図６に示すように、ポンプ光波長λｐが波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍのＣバンドの帯域に含まれるどの波長であっても位相整合パラメータηは０．９７〜１．０の範囲となる。したがって、上記（５）式に基づいて、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの信号光を、Ｃバンドの変換光に波長変換を行う場合、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値は０．９７（０．１４ｄＢ）であり、変動幅は０．０３に抑制され、高い変換効率を実現することができる。
【００５９】
また、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであり、長さが１００ｍであって、零分散波長λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を図７に示す。また、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであり、長さが１００ｍであって、λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０４５，＋０．０５０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである２種類のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合の位相整合パラメータηのポンプ光波長λｐに対する依存性を図８に示す。図７及び図８に示すように、分散スロープＳが＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０として用いた場合には、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅは０．５（−３ｄＢ）以上となり、高い変換効率を実現することができる。
【００６０】
また、上記の（７）式によれば、ファイバ長Ｌが短いほうがκ・Ｌが小さくなるため、変換効率Ｅの変動が小さくなる。ただし、上記の（５）式によれば、ファイバ長Ｌが短くなると変換効率Ｅが小さくなるため好ましくない。変換効率Ｅの観点でいえば、例えば、変換効率Ｅは−２０ｄＢ以上であることが好ましいが、上記（７）式において、光ファイバ１０がＤＳ−ＨＮＬＦとしては一般的な非線形係数γ２０／Ｗ／ｋｍを有し、ポンプ光λｐの入射強度が容易に入手可能な２００ｍＷであるとすれば、ファイバ長Ｌは２５ｍ以上である場合に変換効率Ｅが−２０ｄＢ以上となり好ましい。ファイバ長Ｌが７５ｍ以上である場合は変換効率Ｅが−１０ｄＢ以上となるためさらに好ましい。
【００６１】
一方、変換効率Ｅの変動の観点でいえば、上述のようにファイバ長が長くなるとκ・Ｌが大きくなり、変換効率Ｅの変動が大きくなる。本実施形態の光ファイバ型デバイス１によって、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの信号光を、Ｃバンドの変換光に波長変換を行う場合、零分散波長λｚが１５４７．３ｎｍであって、零分散波長λｚにおける分散スロープＳがそれぞれ＋０．０１０，＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである３本のＤＳ−ＨＮＬＦを光ファイバ１０とした場合に、Ｃバンド内の任意波長を用いた波長変換のうち最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値のファイバ長Ｌに対する依存性を図１０に示す。図１０に示すように、３本の光ファイバ１０の分散スロープＳがそれぞれ＋０．０１０，＋０．０２０，＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの場合、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅの最低値が０．５となるファイバ長Ｌは、それぞれ４５０，２２０，１５０ｍと分散スロープＳが小さいほどファイバ長が長くなっても変換効率の変動が小さかった。分散スロープＳの好適範囲は＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上であるので、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１に用いられる光ファイバ１０のファイバ長は４５０ｍ以下であることが好ましい。ただし、分散スロープＳが大きい場合にはファイバ長Ｌが短いほうが変換効率Ｅの変動は小さくなる。従って、ファイバ長Ｌは２２０ｍ以下であることが好ましく、１５０ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００６２】
また、分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが２５ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅと、零分散波長λｚとの関係を図１１に示す。図１１に示すように、零分散波長λｚがＣバンド内である場合には、変換効率Ｅは０．５（３ｄＢ）以上であることから、小さな変動幅で高い変換効率が得られることが確認された。一方、図１２では、分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってファイバ長Ｌが１００ｍである場合に、Ｃバンド内での任意の波長から任意の波長に波長変換を行ったときの最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅと、零分散波長λｚとの関係を示す。この場合には、最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅが０．５（３ｄＢ）以上となる零分散波長λｚは１５４７．３ｎｍ±６ｎｍであることから、零分散波長λｚがこの範囲、すなわち２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１±６ｎｍである光ファイバを用いることが好ましい。
【００６３】
さらに、光ファイバ型デバイス１の光ファイバ１０を選択する場合には、（４）式で示すように光ファイバ１０に入力する光の強度と非線形係数による位相シフトとを考慮する必要もある。例えば、非線形係数γが２０／Ｗ／ｋｍであって、ポンプ光λｐの入射強度が２００ｍＷである場合には、位相は−８／ｋｍだけシフトする。ここで分散スロープＳが＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである場合には、零分散波長λｚが１５４５．６ｎｍであれば、Ｃバンドの中心である波長１５４７．３ｎｍにおいて和κがゼロとなる。Ｃバンドの中心の波長で和κがゼロとなる零分散波長λｚは分散スロープＳが小さいほど短波長にシフトする。例えば、分散スロープＳが＋０．０１０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである場合には、Ｃバンドの中心の波長で和κがゼロとなる零分散波長λｚが１５４４ｎｍとなり、例えば、分散スロープＳが＋０．０３０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである場合には、Ｃバンドの中心の波長で和κがゼロとなる零分散波長λｚが１５４６．２ｎｍとなる。このように、光ファイバ１０へ入射する入射光の強度が強い場合には、帯域の中心となる波長（ここではＣバンドの中心の波長である１５４７．３ｎｍ）よりも数ｎｍ短い零分散波長λｚを有する光ファイバを用いることができる。
【００６４】
また、光ファイバ１０の非線形係数γは大きいことが好ましい。直線偏波状態で、具体的には標準的なシングルモード光ファイバの非線形係数に対してその１０倍にあたる１５／Ｗ／ｋｍ以上であることが好ましい。変換効率Ｅは、非線形係数γの２乗に比例することから、標準的なシングルモード光ファイバの非線形係数に対して１０倍の非線形係数を有することで、標準的なシングルモード光ファイバの変換効率に対して１００倍の変換効率を得ることができる。この非線形係数γは２０／Ｗ／ｋｍ以上であることがさらに好ましい。
【００６５】
また、光ファイバ１０の偏波モード分散（Polarization ModeDispersion：PMD）は小さいほうが好ましい。具体的は、使用時の長さの光ファイバ１０のＰＭＤが０．２ｐｓ以下であることが好ましい。なお、偏波保持型の光ファイバを用いることもできる。
【００６６】
さらに、光ファイバ１０の伝送損失は低いほうが好ましい。ただし、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス１では、光ファイバ１０のファイバ長Ｌは数十〜数百ｍであるため、伝送損失が１０ｄＢ／ｋｍ以下であれば好ましい。
【００６７】
以上のように、本実施形態の光ファイバ型デバイス１によれば、光ファイバ１０の零分散波長λｚ及び分散スロープＳが上記の範囲であることで、製造時の零分散波長λｚのバラつきを小さくすることができると共に変換効率Ｅを高めることができる。そして、光ファイバのファイバ長Ｌを４５０ｍ以下とすることで、変換効率Ｅが高い状態であり且つ変換効率Ｅの変動を小さくすることができるため、Ｃバンドに含まれる任意の波長の信号光を任意の波長の変換光へ波長を変換して出力する際の変換効率Ｅを高くすることができる。
【００６８】
なお、光ファイバ型デバイス１の変形例として、ポンプ光λｐを増幅する光増幅器２２に高速のゲイン調整器を設ける構成が挙げられる。この場合、光ファイバ１０から出力される変換光λｉの変換効率Ｅは、光ファイバ１０に入力するポンプ光λｐの入射強度の２乗に比例するため、ゲイン調整器等によってポンプ光λｐの入射強度を変更することで、変換光λｉの出力強度を制御することが可能となる。
【００６９】
また、他の変形例として、光ファイバ１０の後段に光増幅器を設ける構成とすることもできる。当然ながら光ファイバ１０の後段のバンドパスフィルタ４１の前段と後段のどちらに光増幅器を設けてもよい。
【００７０】
次に、第２の実施形態に係る光ファイバ型デバイス２について説明する。図１３は、本実施形態に係る光ファイバ型デバイス２の構成を示す図である。この光ファイバ型デバイス２は、図１に示す光ファイバ型デバイス１と比較して、ポンプ光源２１と偏波コントロータ２４との間の光増幅器２２及びバンドパスフィルタ２３を除き、光合波器４０と光ファイバ１０との間に光増幅器４２を設けたものである。この光ファイバ型デバイス２において新たに設けられた光増幅器４２は、例えばゲインフラットＥＤＦＡ等の特定の帯域での増幅率が一定である光増幅器が好適に用いられる。このような光増幅器４２を用いることによって、光合波器４０で合波されたポンプ光λｐ及び信号光λｓの両方が同じ増幅率で増幅された後に光ファイバ１０に入力されることとなる。
【００７１】
このような構成を有する光ファイバ型デバイス２を用いた場合でも、特定の波長帯域における任意の波長の光の波長変換を行う場合に、光ファイバ型デバイス１と同様に高い変換効率を得ることができる。
【００７２】
ここで、図１４に示す第３の実施形態に係る光ファイバ型デバイス３を用いて、信号光と変換光との変換効率を確認した。図１４に示す光ファイバ型デバイス３は、図１に示す光ファイバ型デバイス１と比較して、ポンプ光源２１の光路上のバンドパスフィルタ２３を取り除くと共に光増幅器２２と偏波コントローラ２４との配置を入れ替え、さらに、光ファイバ１０の後段のバンドパスフィルタ４１を取り除いたものである。
【００７３】
また、光ファイバ１０としては以下に示す特徴を有するＤＳ−ＮＨＬＦを用いた。
ファイバ長Ｌ＝１００ｍ
零分散波長λｚ＝１５４８．８ｎｍ
零分散波長λｚにおける分散スロープＳ＝＋０．０２０ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ
伝送損失α＝０．９ｄＢ／ｋｍ
ＰＭＤ＝０．０１ｐｓ
実効断面積Ａｅｆｆ＝８．５μｍ２
非線形係数γ＝３０／Ｗ／ｋｍ
なお、非線形係数γはＸＰＭ法（Cross-Phase Modulation）を用いて測定を行った直線偏光状態についての値であるが、偏波がランダムである場合の実効的な非線形係数γは、この直線偏光状態での非線形係数の２／３となることが知られている。
【００７４】
また、上記の光ファイバ型デバイス３において、光増幅器２２としてはＥＤＦＡを用いた。この光増幅器２２によってポンプ光λｐと信号光λｓを光合波器４０で合波した後、ＤＳ−ＮＨＬＦからなる光ファイバ１０にポンプ光は５０ｍＷ（＋１７ｄＢｍ）、信号光λｓは１ｍＷ（０ｄＢｍ）の光強度で入射させて、この光ファイバ１０から出射する変換光をスペクトルアナライザ９０で検出し、その波長と強度を測定した。
【００７５】
上記の測定の結果を図１５に示す。本測定では、信号光として１５３０，１５３２，…１５６４，１５６６ｎｍの波長を用い、それぞれの波長の信号光に対してポンプ光の波長λｐを変更することにより変換光の波長λｉを調整した。この測定によって得られた変換光の変換効率Ｅを、変換光波長λｉに対してプロットしたものが図１５である。図１５に示すように、波長１５３０〜１５６５ｎｍのＣバンドの帯域の信号光を、同じくＣバンド内の任意の波長の変換光に変換する際の変換効率Ｅの変動幅が１．５ｄＢ以内であることが確認された。このように、上記の光ファイバ型デバイス３によれば、Ｃバンド内の任意の波長の光からＣバンド内の任意の波長の変換光への波長変換を高い変換効率で行うことができることが示された。
【００７６】
上記の実施形態では、Ｃバンド内の任意の波長の信号光を、Ｃバンド内の任意の波長の変換光に波長変換する構成について説明したが、上記の光ファイバ型デバイスは他の波長帯域の光にも適用することができる。例えば、実用上Ｌバンドとして使用される波長帯域である波長１５７０〜１６０５ｎｍ（本実施形態では実用Ｌバンドとして説明する）の帯域内の任意の波長の光を、実用Ｌバンド内の任意の波長の変換光に変換させることもできる。
【００７７】
この場合には、光ファイバ１０の零分散波長λｚは、実用Ｌバンドの両端の波長１５７０ｎｍと１６０５ｎｍとを用いて算出される２×（１５７０−１＋１６０５−１）−１＝１５８７．３ｎｍ付近であることが好ましい。なお、ファイバ長Ｌが数十ｍと短い場合には、零分散波長λｚが実用Ｌバンド内の波長であれば、任意波長の波長変換を高い変換効率で実現することができるが、ファイバ長Ｌが１００ｍ程度と長く、より変換効率を高める場合には、零分散波長λｚを１５８７．３±６ｎｍとすることが好ましい。また、入射光強度が数十ｍＷ以上に大きい場合には、零分散波長λｚを１５７７．３ｎｍ〜１５９２．３ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００７８】
また、上記実施形態に示した光ファイバ型デバイス１〜３による波長変換では、変換光のスペクトルは信号光のスペクトルに対して反転した状態であるという特徴を有する。変換光のスペクトル形状が問題とならない場合には特に支障がないが、変換光のスペクトルが信号光のスペクトルに対して反転していると問題がある場合には、波長変換を行う光ファイバを２つ直列となるように配置することで、信号光の波長変換を２回実施すれば良い。例えば、第一の波長変換によってＣバンド内の任意の波長λ１の光をＣバンド内の波長λ２の光に波長変換した後、第二の波長変換によってλ２の光をＣバンド内の任意の波長λ３の光に波長変換してもよい。また、第一の波長変換によってＣバンド外の波長に変換した後、第二の波長変換でＣバンド内の任意の波長に変換することで、結果的にＣバンド内の任意の波長の光をＣバンド内の異なる波長の光に波長変換する態様とすることもできる。
【００７９】
次に、信号光と変換光とが互いに異なる波長帯域に含まれる光である場合について説明する。具体的には、Ｃバンド内の任意の波長の光を実用Ｌバンド内の任意の波長の光に変換する構成や、実用Ｌバンド内の任意の波長の光をＣバンド内の任意の波長の光に変換する構成が挙げられる。
【００８０】
ここでは、Ｃバンド内の任意の波長の光を実用Ｌバンド内の任意の波長の光に変換し、且つスペクトルの反転を防止する構成について、図１６に示す第４の実施形態に係る光ファイバ型デバイス４を用いて説明する。図１６の光ファイバ型デバイス４は、第１の実施形態に示す光ファイバ型デバイス１の後段にさらに波長変換を行うための光ファイバを含む構成を追加したものである。
【００８１】
具体的には、光ファイバ型デバイス４では、光合波器４０によって合波された信号光λｓとポンプ光λｐとが入力されることで光ファイバ１０から出力され、さらにバンドパスフィルタ４１を経由した変換光λｉ１を新たな信号光とする。そしてこの信号光（新たな信号光）と、ポンプ光源（第二のポンプ光源）５１から出力されて偏波コントローラ５４を経由した波長λｐ２のポンプ光（第二のポンプ光）とが光合波器６０（第二の光合波部）により合波された後、光増幅器６２を経て光ファイバ（第二の光ファイバ）１１に入力する。そして、信号光λｉ１とポンプ光λｐ２とが光ファイバ１１内を導波することで非線形光学現象によって波長λｉ２の変換光（第二の変換光）が出力され、バンドパスフィルタ６１を経由して波長λｉ２の変換光以外の波長の光が除去される。これによって第二の変換光が得られる。なお、上記の光ファイバ型デバイス４では、信号光源３１から出力される信号光λｓと光ファイバ１０によって変換された後の変換光λｉ１とはＣバンド内に含まれる任意の波長の光であり、光ファイバ１１によって変換された後の変換光λｉ２（第二の変換光）は実用Ｌバンド内の任意の波長の光とされる。
【００８２】
ここで、上記の光ファイバ型デバイス４では、第二の光ファイバ１１によってＣバンド内の任意の波長から実用Ｌバンドの任意の波長へと波長変換がなされる。このとき、光ファイバ１１に入射させるためにポンプ光源５１から出力されるポンプ光の波長λｐ２は、Ｃバンドと実用Ｌバンドとの中間となる波長２×（１５３０−１＋１６０５−１）−１＝１５６６．６ｎｍ付近とし、零分散波長λｚが１５６７ｎｍ程度の光ファイバ１１を選択して、この光ファイバ１１によって波長変換を行うことが好ましい。
【００８３】
また、光ファイバ１０による波長変換を行った後に光ファイバ１１を用いた第二の波長変換を行う構成に代えて、光ファイバ１０の前段に光ファイバ１１を設ける構成とすることもできる。図１７は第５の実施形態に係る光ファイバ型デバイス５を説明する図である。図１７に係る光ファイバ型デバイス５は、第１の実施形態に示す光ファイバ型デバイス１の前段にさらに波長変換を行う構成を追加したものである。
【００８４】
具体的には、ポンプ光源（第三のポンプ光源）７１から出力され、光増幅器７２及び偏波コントローラ７４を経由した波長λｐ３のポンプ光（第三のポンプ光）と、信号光源（第二の信号光源）３１から出力されて偏波コントローラ３４を経由した波長λｓ（λ４）の信号光（第二の信号光）とが光合波器８０（第三の光合波部）によって合波され、この合波されたポンプ光λｐ３と信号光λｓとが光ファイバ１２（第三の光ファイバ）に入力されることで、非線形光学現象によって波長λｉ３の変換光（第三の変換光）が光ファイバ１２から出力され、さらにバンドパスフィルタ８１を経由して変換光λｉ３以外の波長の光が除去される。次に、この変換光λｉ３を信号光として、ポンプ光源２１から出力されて偏波コントローラ２４を経由した波長λｐのポンプ光とが光合波器４０により合波された後、光増幅器４２を経て光ファイバ１０に入力する。そして、信号光λｉ３とポンプ光λｐとが光ファイバ１０内を導波することで非線形光学現象によって波長λｉの変換光が出力され、バンドパスフィルタ４１を経由して変換光の波長λｉ以外の波長の光が除去される。この構成の場合、信号光源３１から出力される信号光λｓはＣバンド内に含まれる任意の波長の光であり、光ファイバ１２によって変換された後の変換光λｉ３と光ファイバ１０によって変換された後の変換光λｉは実用Ｌバンド内の任意の波長の光とされる
【００８５】
この場合、ポンプ光源７１から出力されるポンプ光の波長λｐ３を１５６６．６ｎｍ付近とし、零分散波長が１５６７ｎｍ程度の光ファイバ１２を用いることで、Ｃバンド内の任意の波長λｓの信号光が実用Ｌバンドの任意の波長λｉ３の変換光に波長変換される。そして、光ファイバ１０に入力するためにポンプ光源２１から出力させるポンプ光λｐの波長は実用Ｌバンドに含まれる波長として、このポンプ光λｐを変換光λｉ３と合波させた上で零分散波長λｚが１５８７．３ｎｍ程度の光ファイバ１０に入力することによって、実用Ｌバンドの任意の波長の変換光λｉを出力させることができる。このように、本発明に係る光ファイバ型デバイスは種々の態様をとることができる。
【００８６】
ここで、図１８に示す第６の実施形態に係る光ファイバ型デバイス６を用いて、信号光と変換光との変換効率を確認した。図１８に示す光ファイバ型デバイス８は、図１６に示す光ファイバ型デバイス３と比較して、ポンプ光源２１の光路上の光増幅器２２を取り除き、光合波器４０と光ファイバ１０との間に光増幅器４２を設けると共に、ポンプ光源５１の光路上の偏波コントローラ５４の後段に光増幅器５２を設け、さらに、光合波器６０の後段の光増幅器６２及びバンドパスフィルタ６１を取り除いたものである。
【００８７】
まず、光ファイバ型デバイス６の前段側の光ファイバ１０による波長変換について説明する。光ファイバ１０としては以下に示す特徴を有するＤＳ−ＮＨＬＦを用いた。
ファイバ長Ｌ＝１５０ｍ
零分散波長λｚ＝１５４６．２ｎｍ
零分散波長λｚにおける分散スロープＳ＝＋０．０１５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ
伝送損失α＝０．９ｄＢ／ｋｍ
ＰＭＤ＝０．０２ｐｓ
実効断面積Ａｅｆｆ＝９．４μｍ２
非線形係数（直線偏波状態）γ＝２５／Ｗ／ｋｍ
【００８８】
また、ポンプ光源２１から出力されるポンプ光の波長λｐは、光ファイバ１０によって波長変換された後の変換光の波長λｉ１に対応させて、λｐ＝２×（λｓ−１＋λｉ１−１）を満たすように調整した。また、変換光λｉ１の出射強度が最大となるように、偏波コントローラ２４，３４を用いて偏波を調整した。さらに、ＥＤＦＡからなる光増幅器４２によって増幅し、合波後のポンプ光λｐ及び信号光λｓをそれぞれ５０ｍＷ程度（＋１７ｄＢｍ）とした。
【００８９】
信号光として１５３０，１５３２，…１５６４，１５６６ｎｍの波長を用い、それぞれの波長の信号光に対してポンプ光の波長λｐを変更することにより変換光の波長λｉ１を調整した。この測定によって得られた変換光λｉ１の強度を、変換光の波長λｉ１に対してプロットしたものが図１９である。図１９では、変換光λｉ１の強度は＋０．８〜−０．２ｄＢｍの範囲にあり、すなわち、Ｃバンド内の任意の波長の光が変換効率の幅１．０ｄＢ以内で波長変換されていることを示す。
【００９０】
次に光ファイバ型デバイス６の後段側の光ファイバ１１による波長変換について説明する。後段で波長変換を行う光ファイバ１１としては以下に示す特徴を有するＤＳ−ＮＨＬＦを用いた。なお、このＤＳ−ＮＨＬＦの四次分散β４は＋０．１８×１０−４ｐｓ４／ｋｍであった。
ファイバ長Ｌ＝２００ｍ
零分散波長λｚ＝１５６６．０ｎｍ
零分散波長λｚにおける分散スロープＳ＝＋０．０２４ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ
伝送損失α＝０．６ｄＢ／ｋｍ
ＰＭＤ＝０．０２ｐｓ
実効断面積Ａｅｆｆ＝１３μｍ２
非線形係数（直線偏波状態）γ＝１５／Ｗ／ｋｍ
【００９１】
さらに光ファイバ１１へ入力させるためのポンプ光源５１から出力させるポンプ光の波長λｐ２は１５６６．６ｎｍとした。また、光増幅器５２から出力されて光ファイバ１１に入力するポンプ光λｐ２の強度は＋２３ｄＢｍであった。
【００９２】
上記の光ファイバ１１による波長変換の変換効率と、光ファイバ１１から出力された変換光の波長λｉ２との関係を図２０に示す。波長１５７０〜１６０５ｎｍの実用Ｌバンドにおける変換効率Ｅの変動幅は０．６ｄＢ以下である。
【００９３】
上記図１９及び図２０に示す結果をふまえて、Ｃバンド内の任意波長における信号光λｓを実用Ｌバンド内の任意波長における波長λｉ２の変換光に波長変換する際の変換光の波長λｉ２と、その変換光λｉ２の強度を図２１に示す。図２１に示すように、変換光λｉ２の強度は−６．２〜−７．８ｄＢｍの範囲であり、強度の変動幅が１．６ｄＢに抑制された状態での波長変換が実現された。
【００９４】
以上のように、上記実施形態に示す光ファイバ型デバイスによれば、広い帯域（例えばＣバンド）に含まれる任意の波長の光を、他の帯域（例えば実用Ｌバンド）に含まれる任意の波長の光に変換することができ、この変換を高い変換効率で実現することができる。そして、この光ファイバ型デバイスは、光ファイバの分散値を用いた光遅延（例えば非特許文献５を参照のこと）など、種々の応用が考えられる。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係る光ファイバ型デバイスは上記実施形態に限定されない。例えば、変換光λｉの強度を、信号光λｓの強度よりも高くする態様としてもよい。これはポンプ光λｐの強度を強くすることで実現することができる。
【００９６】
また、信号光λｓ、変換光λｉの波長帯域は、少なくともＣバンドや実用Ｌバンドを含んで構成されることが好ましく、さらには波長帯域の幅が３５ｎｍ以上あることが好ましい。上記実施形態では、Ｃバンドの波長１５３０〜１５６５ｎｍ及び実用Ｌバンド１５７０〜１６０５ｎｍの波長帯域を用いて説明したが、より広い帯域からより広い帯域への波長変換も実現できる。例えば、分散スロープ：＋０．０１５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、零分散波長：１５６３．５ｎｍ、ファイバ長２５ｍのＤＳ−ＮＨＬＦを用い、Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域（波長１５３０〜１６０５ｎｍ）内の任意の信号光を、Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域内の任意波長に変換する波長変換を考慮し、信号光を、1530、1532、…、1604、1606nmとし、ポンプ光波長をシフトさせることで、変換光の波長を調整した。最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅを変換光波長λｉに対してプロットした結果を図２２に示す。図２２に示す結果によれば、全ての波長における最大値を１として規格化した場合の変換効率Ｅが０．６以上であることから、Ｃバンド及び実用Ｌバンドを含む波長帯域内での任意の波長変換が実現可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１〜６…光ファイバ型デバイス、１０〜１２…光ファイバ、２１，５１，７１…ポンプ光源、２２，３２，４２，５２，７２…光増幅器、２３，４１，６１，８１…バンドパスフィルタ、２４，３４，５４，７４…偏波コントローラ、３１…信号光源、４０，６０，８０…光合波器、９０…スペクトルアナライザ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λＸと波長λＹとの間の第一の波長帯域内に含まれる波長λ１の信号光を入力し、第二の波長帯域内に含まれて前記波長λ１とは異なる波長である波長λ２の変換光を発生する光ファイバ型デバイスであって、
ポンプ光を出力するポンプ光源と、
前記信号光と前記ポンプ光とを合波して出力する光合波部と、
前記光合波部により合波されて出力された前記信号光及び前記ポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって前記変換光を発生する光ファイバと、
を備え、
前記ポンプ光の波長は、２×（１／λ１＋１／λ２）−１により求められる波長であり、
前記光ファイバの零分散波長は前記第一の波長帯域内に含まれ、
前記零分散波長における分散スロープが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、
前記光ファイバの長さが４５０ｍ以下である
ことを特徴とする光ファイバ型デバイス。
【請求項２】
前記光ファイバへの前記ポンプ光の入射強度及び前記信号光の入射強度がそれぞれ実質的に一定である場合に、
前記第一の波長帯域の幅及び前記第二の波長帯域の幅はそれぞれ３０ｎｍ以上であり、
前記波長λ１と前記波長λ２とがいかなる組み合わせであっても、前記変換光の強度の変動幅が３ｄＢ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項３】
前記光ファイバの長さが２５ｍ以上である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項４】
前記光ファイバの非線形係数は直線偏波状態で１５／Ｗ／ｋｍ以上である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項５】
前記光ファイバの零分散波長が２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１±６ｎｍの波長範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項６】
前記第一の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項７】
前記第二の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１又は６記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項８】
前記第一の波長帯域及び前記第二の波長帯域の少なくとも一方は、波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域を含む
ことを特徴とする請求項１又は６記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項９】
第二のポンプ光を出力する第二のポンプ光源と、
前記変換光と前記第二のポンプ光とを合波して出力する第二の光合波部と、
前記第二の光合波部により合波されて出力された前記変換光及び前記第二のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって、第三の波長帯域内に含まれて前記波長λ２とは異なる波長である波長λ３の第二の変換光を発生する第二の光ファイバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１０】
前記第三の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項９記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１１】
第三のポンプ光を出力する第三のポンプ光源と、
第四の波長帯域内に含まれ前記波長λ１とは異なる波長である波長λ４の第二の信号光と前記第三のポンプ光とを合波して出力する第三の光合波部と、
前記第三の光合波部により合波されて出力された前記第二の信号光及び前記第三のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって前記波長λ１の信号光を発生する第三の光ファイバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１２】
前記第四の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１】
波長λＸと波長λＹとの間の第一の波長帯域内に含まれる波長λ１の信号光を入力し、第二の波長帯域内に含まれて前記波長λ１とは異なる波長である波長λ２の変換光を発生する光ファイバ型デバイスであって、
ポンプ光を出力するポンプ光源と、
前記信号光と前記ポンプ光とを合波して出力する光合波部と、
前記光合波部により合波されて出力された前記信号光及び前記ポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって前記変換光を発生する光ファイバと、
を備え、
前記ポンプ光の波長は、２×（１／λ１＋１／λ２）−１により求められる波長であり、
前記光ファイバの零分散波長は前記第一の波長帯域内に含まれ、
前記零分散波長における分散スロープが＋０．０１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上＋０．０４５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であり、
前記光ファイバの長さが４５０ｍ以下である
ことを特徴とする光ファイバ型デバイス。
【請求項２】
前記光ファイバへの前記ポンプ光の入射強度及び前記信号光の入射強度がそれぞれ実質的に一定である場合に、
前記第一の波長帯域の幅及び前記第二の波長帯域の幅はそれぞれ３０ｎｍ以上であり、
前記波長λ１と前記波長λ２とがいかなる組み合わせであっても、前記変換光の強度の変動幅が３ｄＢ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項３】
前記光ファイバの長さが２５ｍ以上である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項４】
前記光ファイバの非線形係数は直線偏波状態で１５／Ｗ／ｋｍ以上である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項５】
前記光ファイバの零分散波長が２×（１／λＸ＋１／λＹ）−１±６ｎｍの波長範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項６】
前記第一の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項７】
前記第二の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１又は６記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項８】
前記第一の波長帯域及び前記第二の波長帯域の少なくとも一方は、波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域を含む
ことを特徴とする請求項１又は６記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項９】
第二のポンプ光を出力する第二のポンプ光源と、
前記変換光と前記第二のポンプ光とを合波して出力する第二の光合波部と、
前記第二の光合波部により合波されて出力された前記変換光及び前記第二のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって、第三の波長帯域内に含まれて前記波長λ２とは異なる波長である波長λ３の第二の変換光を発生する第二の光ファイバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１０】
前記第三の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項９記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１１】
第三のポンプ光を出力する第三のポンプ光源と、
第四の波長帯域内に含まれ前記波長λ１とは異なる波長である波長λ４の第二の信号光と前記第三のポンプ光とを合波して出力する第三の光合波部と、
前記第三の光合波部により合波されて出力された前記第二の信号光及び前記第三のポンプ光を入力して導波し、その導波の間に生じる非線形光学現象によって前記波長λ１の信号光を発生する第三の光ファイバと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ型デバイス。
【請求項１２】
前記第四の波長帯域は波長１５３０〜１５６５ｎｍの帯域及び波長１５７０〜１６０５ｎｍの帯域の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１１記載の光ファイバ型デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−５３３１９（Ｐ２０１１−５３３１９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２００２４６（Ｐ２００９−２００２４６）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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