光信号増幅３端子装置、それを用いた光信号転送方法、光信号中継装置、および光信号記憶装置
光信号増幅３端子装置１０においては、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１と第２波長λ２の第２入力光Ｌ２とが入力された第１光増幅素子２６からの光から選択された第２波長λ２の光と、第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３とが第２光増幅素子３４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子３４から出された光から選択された第３波長λ３の出力光Ｌ４は、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１および／または第３波長λ３の第３入力光Ｌ３の強度変化に応答して変調された光であって、前記第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、（ａ）光信号を増幅、制御、或いはスイッチングする光信号増幅３端子装置、特に、高度情報処理が可能な光通信、光画像処理、光コンピュータ、光計測、光集積回路などの光エレクトロニクスに好適な光信号増幅装置、（ｂ）光ファイバなどの所定の伝送路を介して伝播した光信号をその光信号に含まれる行先情報が示す他の伝送路へ転送するための光信号転送方法および光信号中継装置、（ｃ）光ファイバなどの所定の伝送路を介して伝播した光信号を記憶すると共に任意の時間に取り出すことを可能とする光信号記憶装置に関するものである。
【背景技術】
広帯域且つ高速伝送が可能な光ファイバ通信を用いた動画像通信や映像の分配といった広帯域な新サービスの広範な展開が期待されている。しかしながら、たとえばエレクトロニクスで言えば３端子のトランジスタに相当するような機能（信号増幅作用）素子、すなわち光信号を他の光信号で直接制御して信号増幅するような光機能素子は、未だ、実現されていない。
このため、折角、高速で伝送した光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路において情報処理が行われ、処理後の信号を再度光に変換して伝送するというのが実情である。したがって、光を光で直接制御することができないので、信号処理の高速性に限界があった。光信号のまま信号処理ができる場合には、並列処理が可能であると言われており、一層の処理時間の短縮化が期待できるのである。
これに対し、文献１或いは文献２に記載されている装置は、光をスイッチングする装置、マッハツェンダー型光干渉による波長変換などを利用したゲートスイッチング装置に過ぎず、これらは、温度変化、振動に弱く、設定が厳しいという不都合があった。このような従来技術は、電子回路におけるトランジスタのように、入力光を制御光を用いて信号増幅された出力光を得る機能を備えた光信号増幅３端子装置を構成する点については何ら開示されていない。
次に、広帯域、高速且つ高容量の信号伝送が可能な光通信の分野において、その光信号の通信、転送、分配がその広帯域、高速且つ高容量といった性質を損わないようにして行われることが期待されている。比較的近い将来に構築されることが予想されている波長分割多重（ＷＤＭ）をベースとした光ネットワークでは、一方の光伝送路から伝送された波長の異なる複数種類のレーザ光である波長分割多重光信号を波長毎に所望の光伝送路へ転送する光信号の転送（光信号の中継）技術が重要となる。光ファイバなどの所定の伝送路（たとえば波長バス）を介して伝播した一連の光信号（たとえばパケット信号）を、その一連の光信号に付されているラベル或いはタグのような行先情報が示す他の伝送路へ転送するための光信号転送、たとえば光ネットワーク内或いは光ネットワーク間でルーティングするルーティングでは、大容量且つ高速であるという光信号伝送の特徴を損うものであってはならなず、ルータすなわち光信号中継（転送）装置においても高速で転送処理されること、信頼性が高く、小型であることなどが要求される。
これに対し、たとえば文献３に記載された光パスクロスコネクト装置が提案されている。これによれば、波長多重伝送リンクの波長バスをＧ本ずつＮ個の波長群バスに分割する分波器と、その分波器によって分割された波長群毎にルーティング処理を実行するルーティング処理部とが備えられ、波長群毎にルーティング処理が行われるように構成されている。この光パスクロスコネクト装置のルーティング処理部は、波長群毎に波長変換する波長変換器と、それにより波長変換された光を分配するためにコントローラによって制御される光マトリックススイッチとから構成されている。そして、この光マトリックススイッチは、マトリックス状光路の交点に配置されたメカニカル動作の反射鏡スイッチをコントローラによって択一的に動作させ、複数の波長群のうちその反射鏡スイッチにより反射された１つの波長群を所望の伝送路へ出力させるように構成されるか（段落００４２、図１０（１））、或いは、コントローラによって択一的に動作させられる光スイッチとメッシュ配線とが配置され、複数の波長群のうちその光スイッチにより通過させられた１つの波長群をメッシュ配線内の１つの伝送路へ出力させるように構成される（段落００４３、図１０（２））。
しかしながら、上記従来の光パスクロスコネクト装置では、コントローラによって作動制御される反射鏡スイッチ或いは光スイッチによってルーティング処理されることから、コントローラにおいて電子的に処理された出力であるルーティング先（行先）を示すが指令信号に従って反射鏡スイッチ或いは光スイッチが切換動作させられる。このため、光信号の一部を電気信号に変換してその電気信号に含まれる行先情報たとえばパケットのラベルやタグに含まれる転送関連信号を抽出し、それに従って反射鏡スイッチ或いは光スイッチを電気的に作動制御してから光信号を転送する必要があるため、応答速度が十分に得られなかった。また、転送先の伝送路（波長バス）の波長に合わせて波長を変換するために、上記ルーティング処理部の他に波長変換部が備えられており、そのような波長変換部がルーティング処理部に加えて設けられているので、装置が大型となるとともに、特にメカニカル作動の反射鏡スイッチが用いられる場合には信頼性が得られない場合があった。
さらに、広帯域、高速且つ高容量の信号伝送が可能な光通信の分野において、光信号（たとえばパケット信号などの光データ）の識別、多重や分離、スイッチング、ルーティング（転送、分配）がその広帯域、高速且つ高容量といった性質を損わないようにして行われることが期待されている。このような光の領域では、たとえばフォトニックルータシステムに代表される光信号を処理する光信号処理システムの全般において、光信号を一時的に記憶し且つ所望のタイミングで取り出すことができる光信号記憶装置が求められている。エレクトロニクス分野の信号処理においてメモリが必須であると同様に、光信号処理分野においても光メモリ、光バッファと称される光信号記憶装置が必要不可欠であるからである。
これに対し、たとえば特許文献１に記載されているような、光メモリ装置が提案されている。これによれば、複数種類の遅延時間を与えるために長さの異なる光ファイバからそれぞれ構成された複数の光導波手段１０５〜１０８が用意されており、その光導波手段１０５〜１０８のいずれかを通過させることでその光導波手段１０５〜１０８のいずれかの伝播時間に対応する遅延時間だけ、光信号を記憶させることができるように構成されている。
しかしながら、上記従来の光メモリ装置では、光信号が伝播させられる光導波手段１０５〜１０８のいずれかの伝播時間に対応する遅延時間だけ、その光信号の記憶時間が予め決定されるに過ぎず、任意のタイミングで光信号を取り出すことができないことから、光信号の処理の自由度が制限されて信号処理効率が低くなることが避けられなかった。
【文献１】
Ｋ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ，”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ−ｂａｓｅｄ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｔｅｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，”ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｍｔｕｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．６，ｎｏ．６，ｐｐ．１４２８−１４３５，Ｎｏｖ．／Ｄｅｃ．２０００
【文献２】
Ｔ．Ｄｕｒｈｕｕｓ，Ｃ．Ｊｏｅｒｇｅｎｓｅｎ，Ｂ．Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ，Ｒ．Ｊ．Ｓ．Ｐｅｄｅｒｓｅｎ，ａｎｄ Ａ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ．”Ａｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ＳＯＡｓ ｉｎ ａ Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｍ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６，ｐｐ．５３−５５，Ｊａｎ．１９９４
【文献３】
特開２００２−２６２３１９号公報
【文献４】
特開平８−２０４７１８号公報
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その第１の目的とするところは、光信号の増幅処理を制御光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を提供することにある。また、第２の目的とするところは、光信号のルーティングを高速で処理でき、或いは装置が小型となる光信号転送方法および光信号中継装置を提供することにある。また、第３の目的とするところは、光信号を記憶し且つ任意の時間にそれを取り出すことができる光信号記憶装置を提供することにある。
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、半導体光増幅素子や希土類元素添加ファイバアンプなどの光増幅素子において、所定波長λ１の入力光の周囲波長の自然放出光が、その入力光の強度変化に応答して強度変化し、その変化は入力光の信号強度変化に対して逆の強度変化をする点、および、その自然放出光の波長域内すなわち入力光の周囲波長域内の他の波長λ２のレーザ光を上記入力光に重畳させて入射させると、上記自然放出光の信号（振幅）変化は維持されつつ、全体の強度が急激に増加するという現象すなわちレーザ誘導光信号増強効果（Ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ）を見い出した。また、本発明者は、この現象を、波長λ１からλ２への波長変換機能としても把握し、その波長変換を２段接続するタンデム波長変換素子に基づく光３端子装置（Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒｉｏｄｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔａｎｄｅｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を着想し、光信号増幅３端子装置を見いだした。本第１発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
また、本発明者は、上記の光信号増幅３端子装置の光増幅素子が波長λ１からλ２への波長変換機能を有するだけでなく、その波長変換機能とスイッチング機能とを備えた機能素子であることにも着眼し、行先情報を光信号に振幅変調して重畳させることによりその機能素子が波長多重信号のルーティング装置すなわち転送装置として好適に用いられることを見いだした。本第２発明および第３発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
また、本発明者は、前記のような現象を有する光信号増幅３端子装置の光増幅素子を、波長λ１からλ２への波長変換機能として機能させつつ、入力波長に応じて異なる出力伝送路へ分配する分波器と組み合わせて、光信号が周回する環状伝送路内に介そうすることにより、周回させられることにより記憶されている光信号を任意の時間に取り出すことが可能である点を見いだした。第４発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【発明の開示】
第１発明
すなわち、第１発明の光信号増幅３端子装置の要旨とするところは、（ａ）ｐｎ接合から構成される活性層を備え、入力された光信号を増幅および波長変換して出力するための第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子と、（ｂ）第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とを前記第１半導体光増幅素子に入力させる第１光入力手段と、（ｃ）前記第１半導体増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、（ｄ）その第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の第３入力光とを前記第２半導体光増幅素子へ入力させる第２光入力手段と、（ｅ）その第２半導体光増幅素子からの光から第３波長の出力光を選択する第２波長選択素子とを、含み、（ｆ）前記第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上であることにある。
このようにすれば、第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とが入力された第１半導体光増幅素子からの光から選択された第２波長の光と、第３波長の第３入力光とが第２半導体光増幅素子へ入力させられるとき、その第２半導体光増幅素子から出された光から選択された第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調された光であって、前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を得ることができる。また、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子はｐｎ接合から構成される活性層を備えた光増幅素子であるので、光信号増幅３端子装置が小型化されるとともに、信号増幅率が一層高められる。
ここで、好適には、前記第１波長の第１入力光は変調光であり、前記第２波長の第２入力光は連続光であり、前記第３波長の第３入力光は制御光であり、前記第３波長の出力光は、その制御光の入力区間においてその第１入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである。このようにすれば、第３波長の出力光は、制御光の入力区間において前記第１波長の第１入力光の強度変化に応答して変調された増幅光となるので、増幅された光信号のスイッチング処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を得ることができる。
また、好適には、前記第３波長は、前記第１波長と同じ波長である。このようにすれば、光信号増幅３端子装置の信号入力光としての第１入力光及び第３入力光と、出力光とが同じ波長となるので、共通の波長で複数の光信号増幅３端子装置を接続することが可能となり、複数個の光信号増幅３端子装置を用いて集積度の高い光回路を構成することができる。
また、好適には、前記第３波長の出力光の前記第３波長の制御光に対する信号増幅率は、１０以上の値である。このようにすれば、光信号増幅３端子装置の信号増幅率が一層高められる。
また、好適には、前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸または量子ドットから構成されたものである。このようにすれば、量子井戸または量子ドットから構成される活性層を備えた半導体光増幅素子が用いられるので、高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には１００ＧＨｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
また、好適には、前記半導体光増幅素子は、前記活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものである。このようにすれば、１端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって、出力信号の変調度が一層高められる。
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子は、選択的に光を反射するための反射手段をその一端面側に備え、その反射手段は、レンズを通してその第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子の端面と光学的に結合されたものである。このようにすれば、この集光レンズにはマイクロレンズが好適に用いられ、入力光、出力光は光ファイバを介して伝送される。
また、好適には、前記反射手段は、前記第１半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第１入力光は反射しないが前記第２波長の光は第２半導体光増幅素子へ向かって反射する波長選択性ミラーと、前記第２半導体光増幅素子からの光のうちの前記第２波長の第２入力光は反射しないが前記第３波長の光は反射する波長選択性ミラーである。このようにすれば、反射手段は、第１波長選択素子として機能する波長選択性ミラーと第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーとにより構成される。
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第１波長の光は透過しないが前記第２波長の光は透過させる第１波長選択性フィルタが設けられ、前記第２半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第２波長の光は透過しないが前記制御光の波長は透過させる第２波長選択性フィルタが設けられたものである。このようにすれば、前記第１波長選択素子および第２波長選択素子が第１波長選択性フィルタおよび第２波長選択性フィルタによって構成される。また、第１入力光すなわち信号光の波長である第１波長の光が第１波長選択性フィルタによって透過させられないので、一層よい特性が得られる。
また、好適には、前記反射手段は、前記第１波長選択素子および／または第２波長選択素子として機能し、その反射手段に対して入力光の入射角度および／または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子から他の半導体光増幅素子へ入力させるものである。
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が１チップとして一体的に構成されたものである。このようにすれば、光信号増幅３端子装置が一層小さな集積化１チップのモノリシック構造となる。
また、好適には、前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである。このようにすれば、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
また、好適には、前記第１波長選択素子または第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである。このようにすれば、第１半導体光増幅素子或いは第２半導体光増幅素子からの光から第２波長或いは第３波長が好適に抽出される。
また、好適には、前記光信号増幅３端子装置は、光ＮＡＮＤゲート、光ＮＯＲゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである。このようにすれば、光デジタル回路、または光アナログ回路が前記光信号増幅３端子装置から好適に構成される。
また、前記光信号増幅３端子装置において、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子、第１波長選択素子および第２波長選択素子、それらへ入力される光を合波する光カプラなどの構成部品は、光を導く光ファイバや、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
第２発明
次に、第２発明の要旨とするところは、所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちのその光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送する光信号転送方法であって、（ａ）前記行先情報が施された一連の光信号を光信号増幅３端子装置本体へ入力させる入力工程と、（ｂ）前記振幅変調信号に対応する波長の制御光を前記光信号増幅３端子装置本体へ供給し、その光信号増幅３端子装置本体からその制御光の波長の光信号を出力させる波長変換工程と、（ｃ）前記光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号を光分配装置に入力させ、その光信号をその波長に応じてその光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程とが、含まれる。その行先情報としてその一連の光信号に振幅変調信号を付与し、その振幅変調信号が示す行先へ転送するようにしたことにある。
このようにすれば、行先情報が施された一連の光信号が光信号増幅３端子装置本体へ入力され、その振幅変調信号に対応する波長の制御光がその光信号増幅３端子装置本体へ供給されて、その光信号増幅３端子装置本体からその制御光の波長の光信号が光分配装置へ出力され、その出力された光信号はその波長に応じて光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配されることによってルーティングが行われる。このように、行先情報が光信号に付与されていることから、波長変換機能とスイッチング機能とを有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。
ここで、上記行先情報とは、たとえばＩＰアドレス或いは送信元アドレス、あて先アドレス、ソースルーティングのようなルート情報、データリンク層のコネクション情報など、光信号の転送先の決定に関連する情報である。
好適には、前記一連の光信号は、９０％以下の変調度で振幅変調されたものである。このようにすれば、光信号が損われず、且つ行先情報が光信号に確実に付与される。
また、好適には、前記一連の光信号はパケット信号であり、前記行先情報はそのパケット信号の先頭部に設けられたラベル情報或いはタグ情報である。このようにすれば、パケット信号を構成する一連の光信号の先頭部に設けられたラベル部或いはタグ部において、振幅変調によりラベル情報或いはタグ情報が付与される。
また、好適には、前記波長変換工程は、光信号増幅３端子装置本体から出力される光信号にその制御光を用いて振幅変調を施すことにより、その光信号に新たな行先情報を再付与するものである。このようにすれば、転送装置内において適宜転送先を付与できる。このため、たとえばリンクの状態、ノードの状態、ロタフィック状態に応じて転送ルートを決定する動的ルーティングが可能となる。
第３発明
上記第２発明の光信号転送方法が好適に実施されるための光信号中継装置の要旨とするところは、光信号伝送ネットワーク間において、行先情報として振幅変調が施された一連の光信号を一方のネットワークから他方のネットワークの伝送路のうちのその光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送するための光信号中継装置であって、（ａ）前記一連の光信号の振幅変調信号から、その振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光を発生させる制御光発生装置と、（ｂ）前記一連の光信号を前記制御光の波長の光信号に変換する光信号増幅３端子装置本体と、（ｃ）その光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号をその波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置とを、含むことにある。
このようにすれば、行先情報として振幅変調信号が付与された一連の光信号が伝送されて来ると、制御光発生装置により、その一連の光信号の振幅変調信号からその振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光が発生させられ、光信号増幅３端子装置本体により、その一連の光信号が前記制御光の波長の光信号に変換され、光分配装置により、その光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号がその波長に応じて複数の光伝送路へ分配される。したがって、波長変換機能とスイッチング機能を有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。
好適には、前記光信号に含まれる振幅変調信号に応じて、前記制御光発生装置からその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである。このようにすれば、電子制御装置または全光学的制御装置により、光信号に含まれる振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光が発生するように制御光発生装置が制御されることから、波長変換機能とスイッチング機能を有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。また、電子制御装置が、前記主光導波路から入力される光信号に含まれる振幅変調信号のみを光学的に抽出し、制御光発生装置からそのアドレス信号に対応する波長の制御光を発生させる全光学的制御装置である場合には、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が発生しないので、光信号の秘匿性が確保される利点がある。
また、好適には、（ａ）前記光信号の一部を分岐する光分波器と、（ｂ）その光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、（ｃ）前記光分波器よりも下流側に設けられ、その光分波器を通過して光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とが備えられ、上記電子制御装置は、前記光信号に含まれる振幅変調信号を抽出して、その振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである。このようにすれば、波長変換機能とスイッチング機能を有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。
また、好適には、前記光分配装置により分配された光パケット信号を一時的に記憶する光信号記憶素子と、その光信号記憶素子から出力された光信号を入力側に帰還させる光帰還伝送路とを備え、前記電子制御装置は、前記光信号が一時記憶させるべきものである場合には、その光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、前記光分波器は、その記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させるものである。このようにすれば、中継処理された複数の光パケット信号が同じ伝送路へ出力されようとする場合には、一方の光パケット信号が予め設定した記憶用波長に変換され、光分波器は、その記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させてから入力側に帰還させられ、改めて中継処理が実行される利点がある。
また、好適には、前記光信号記憶素子は、前記光分配装置により分配された光信号を受けるために光学的伝播長さが異なる複数本の光ファイバを並列に備えたものであり、前記電子制御装置は、前記一時記憶すべき光パケット信号に必要とされる記憶時間に応じて、その光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、前記光分配装置は、その記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子の複数本の光ファイバのいずれかへ分配してそこで一時的に記憶させるものである。このようにすれば、光パケット信号が並列配置された複数本の光ファイバのうちのそれに必要とされる記憶時間に応じた光ファイバ内で伝播させられる過程で一時記憶される。
また、好適には、前記全光学的制御装置は、前記第１入力光の一部を分岐する光カプラと、前記制御光と同じ波長の連続光を発生する連続光源と、その連続光源からの連続光とその光カプラからの前記第１入力光の一部とを合波する光カプラと、その光カプラからの光を受けて、上記第１入力光に含まれる変調信号を有する制御光を出力する、前記半導体光増幅素子よりも応答速度が遅い半導体光増幅素子とを含むものである。このようにすれば、全光学的に制御装置が構成される。
また、好適には、前記光分配装置は、前記光信号増幅３端子装置から出力された出力光が入力されると、その入力された出力光を前記複数の光伝送路のうち前記制御光の波長に対応する光伝送路へ選択的に分配するものである。たとえば、その光分配装置は、入力ポートに接続された第１スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第２スラブ導波路と、それら第１スラブ導波路および第２スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、その入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である。或いは、波長毎に異なる回折格子またはプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配する回折格子型またはプリズム型光分配器を含むものである。このようにすれば、前記光３端子装置から出力された制御光に対応する波長の出力光は、その波長毎に複数の分岐導波路のうちのいずれかへ選択的に分配される。
第４発明
第４発明の要旨とするところは、入力光伝送路から入力された光信号を記憶するとともに任意の時間に取り出すことが可能な光信号記憶装置であって、（ａ）前記入力光伝送路から入力された光信号をその入力信号に含まれる伝送先に対応し且つ前記光信号と同じ又は異なる波長に変換するための制御光を発生する制御光発生装置と、（ｂ）前記入力された光信号と制御光とを受け、その入力された光信号をその制御光の波長の光信号に変換して出力する光信号増幅３端子装置本体と、（ｃ）その光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号をその光信号の波長に応じて分配する光分配器と、（ｄ）その光分配器により分配された記憶用波長の光信号を一時的に記憶する光バッファメモリ素子と、（ｅ）その光バッファメモリ素子から出力された光信号を光信号増幅３端子装置本体へ再び入力させるために、その光信号を前記入力光伝送路へ帰還させる光帰還伝送路と、（ｆ）前記光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、およびその光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号をその光信号増幅３端子装置本体において出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる光信号記憶制御手段とを、含むことにある。
この第４発明によれば、前記光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、およびその光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号は、光信号取出制御手段により光信号増幅３端子装置本体において出力用波長に変換されると、分配器によりその出力用波長に基づいて取出用伝送路へ分配されることによって、任意のタイミング（取出し時刻）において時間光信号が取り出される。この取出用伝送路は、たとえば、取り出した光信号を合波処理（所謂光アド処理）或いは分波処理（所謂光ドロップ処理）するための用意されたものである。
ここで、上記第４発明において、好適には、上記光信号記憶制御手段は、前記光信号増幅３端子装置本体へ入力される光信号の波長を記憶用波長へ変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる。このようにすれば、入力された光信号が光信号増幅３端子装置本体において記憶用波長に変換されることにより、光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、および光帰還伝送路を繰り返し経由する周回伝送路において周回させられることにより、その光信号の記憶が開始される。
また、好適には、前記周回させられる光信号のゲインの増減例えば増加または減衰を抑制するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号、または前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光を制御する光信号ゲイン制御手段が、さらに含まれる。このようにすれば、光信号の周回による減衰が防止されるので、その光信号のゲインが一定に維持される。
また、好適には、前記光信号増幅３端子装置本体は、前記光信号をバイアス光の波長に変換して反転させる第１半導体光増幅素子と、その第１半導体光増幅素子により反転させられた光信号を前記制御光の波長に変換して反転させる第２半導体光増幅素子とを備えたものであり、前記光信号ゲイン制御手段は、その第２半導体光増幅素子からの出力光に含まれるバイアス光のゲインの増減に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を制御するものである。例えばバイアス光のゲインの増加または減少に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を減衰または増幅する。このようにすれば、光帰還伝送路により帰還させられる光信号が光信号ゲイン制御手段により増幅されることによってその光信号の周回による減衰が防止されるので、その光信号のゲインが略一定に維持される。
また、好適には、前記光信号ゲイン制御手段は、前記バイアス光とそのバイアス光とは異なる波長の連続光であるゲイン制御光とを受けてそのバイアス光のゲインの増加に伴ってゲインが減少するゲイン制御光を出力する第１ゲイン制御用光増幅素子と、その第１ゲイン制御用光増幅素子からの出力光と前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号とを受けてそのゲイン制御光の減少に伴ってゲインが増加する光信号を出力する第２ゲイン制御用光増幅素子とを含むものである。このようにすれば、全光学的処理により、記憶のために周回させられる光信号のゲインが一定に維持される。
また、好適には、上記第１ゲイン制御用光増幅素子および／または第２ゲイン制御用光増幅素子は、希土類元素がドープされることにより３準位系または４準位系のエネルギ準位が構成された光透過媒体から成る光増幅素子から構成される。このような光増幅素子は、相互利得変調の応答時間が遅いので、周回させられる光信号の信号成分が平滑化されてそのゲインの低下或いは上昇が容易に検出されるようになる。
また、好適には、前記光信号ゲイン制御手段は、前記周回させられる光信号のゲインを一定に維持するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号のゲインの増減に基づいて、前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光のゲインを制御する光学的演算制御装置を含むものである。このようにすれば、光信号増幅３端子装置本体から出力される光信号が、帰還させられるその光信号のゲインの減少に基づいて全光学的演算制御装置により増幅されてその光信号の周回による減衰が防止されるので、その光信号のゲインがほぼ一定に維持される。
また、好適には、（ａ）前記制御光発生装置を制御するための電子制御装置と、（ｂ）その光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、（ｃ）前記光分波器よりも下流側に設けられ、その光分波器を通過して前記光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、（ｄ）前記電子制御装置は、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである。このようにすれば、電子処理により、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、周回により記憶されている光信号が出力させられる。
また、好適には、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる全光学的演算制御装置を備えたものである。このようにすれば、全光学的処理により、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、周回により記憶されている光信号が出力させられる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例の光信号増幅３端子装置の構成を説明するブロック図である。
図２は、図１の実施例における光増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の外形を示す斜視図である。
図３は、図１の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は第１入力光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
図４は、図１の光信号増幅３端子装置の入出力特性を示す図である。
図５は、図１の光信号増幅３端子装置の出力信号の周波数特性を示す図である。
図６は、図１の光信号増幅３端子装置によって構成される光フリップフロップ回路を示す図であって、（ａ）は一対の光ＮＡＮＤゲードから構成される光フリップフロップ回路、（ｂ）は一対の光ＮＯＲゲードから構成される光フリップフロップ回路をそれぞれ示している。
図７は、図１の光信号増幅３端子装置によって構成される光演算増幅回路を示す図である。
図８は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図９は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図１０は、図９の光信号増幅３端子装置をモノリシック構造とした場合の構成を説明する図である。
図１１は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、４端子型光サーキュレータを用いた構成を説明する図１に相当する図である。
図１２は、図１１の光信号増幅３端子装置をモノリシック構造とした場合の構成を説明する図である。
図１３は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、半導体基板の上にエピタキシャル成長させられたＶ字型光導波路を備えたモノリシック構造の構成を説明する図である。
図１４は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図１５は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、半導体基板の上にエピタキシャル成長させられたＶ字型光導波路を備えたモノリシック構造の構成を説明する図である。
図１６は、光信号転送方法が適用される装置の一実施例である光信号中継装置の構成を説明する略図である。
図１７は、図１６の実施例の光信号中継装置の一部を構成する複数の中継器の１つの構成例を説明するブロック図である。
図１８は、図１７の中継器の構成を説明するブロック図である。
図１９は、図１８の制御光発生装置の構成例を説明するブロック図である。
図２０は、図１８の制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
図２１は、図１８の制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
図２２は、図１８の光信号増幅３端子装置の構成例を説明するブロック図である。
図２３は、図２２の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は入力光である信号光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
図２４は、図２２の光信号増幅３端子装置の周波数特性を示す図である。
図２５は、図２２の光分配装置の構成例を説明する図である。
図２６は、図２３の一連の入力光信号の構成例を説明する図である。
図２７は、図２６の一連の入力光信号を、それを構成する主信号と振幅変調信号とを用いて説明するタイムチャートである。
図２８は、図２６の一連の入力光信号について図１８の中継器本体部の作動であって、行先情報を付与しない場合の作動を説明するタイムチャートである。
図２９は、図２６の一連の入力光信号について、図１８の中継器本体部の作動であって、入力光信号とは異なる行先情報を付与する場合のを説明するタイムチャートである。
図３０は、光信号増幅３端子装置の全光学式に制御光を発生させる他の実施例の構成を説明する図であって、図２２に相当する図である。
図３１は、図３０の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートである。
図３２は、図３０の実施例の波長変換装置を含む光信号中継器の構成を説明する図であって、図１７に相当する図である。
図３３は、光信号中継装置の他の実施例における要部すなわち中継器を説明する図であって、図１８に相当する図である。
図３４は、光信号記憶装置の一実施例の構成を説明する略図である。
図３５は、図３４の光信号記憶装置とは異なる他の実施例の構成を説明する略図である。
図３６は、図３５の光信号記憶装置の光信号記憶作動を説明するタイムチャートである。
図３７は、図３５の光信号記憶装置において帰還光増幅装置が設けられない場合の光信号記憶作動を説明するタイムチャートである。
図３８は、図３４、図３５の光信号記憶装置とは異なる他の実施例の構成を説明する略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１乃至図１５は、光信号増幅３端子装置に関連する実際例を示すものであって、図１はその一実施例の光信号増幅３端子装置１０を示している。
図１において、第１レーザ光源１２は、たとえば１５５５ｎｍの第１波長λ１の第１レーザ光（第１入力光）Ｌ１を出力し、第１光変調器１４が設けられた光ファイバＦ１を介して伝播させる。第２レーザ光源１６は、たとえば１５４８ｎｍの第２波長λ２の第２レーザ光（第２入力光）Ｌ２を一定の強度で連続的に出し、第２光ファイバＦ２を介して伝播させる。上記第１レーザ光源１２はたとえば可変波長半導体レーザが用いられるが、第２レーザ光源１６はたとえば単一波長の半導体レーザが用いられる。上記第１光変調器１４は、図示しない信号発生器からの電気信号或いは光信号に従って、たとえば図３の上段の波形に示すように、その電気信号或いは光信号の周波数のパルス信号となるように通過光である第１レーザ光Ｌ１を強度変調する。第１光カプラ１８は、第１光入力手段として機能するものであり、上記光ファイバＦ１および光ファイバＦ２を光ファイバＦ３へ接続し、それら光ファイバＦ１および光ファイバＦ２を伝播してきた第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２を重畳（合波）し、第３光ファイバＦ３および第１光サーキュレータ２０を介して第１光増幅素子２６へ入力させる。
上記第１光増幅素子２６は、たとえば図２に示す半導体光増幅素子（ＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）から構成される。
図２において、化合物半導体たとえばインジウム燐（ＩｎＰ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）から構成される半導体基板２６ａの上に形成された光導波路２６ｂは、その半導体基板２６ａの上にエピタキシャル成長させられ且つホトリソグラフィーにより所定の導波路パターンに形成されたたとえばＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の多層膜であり、たとえばホトリソグラフィーを用いて所定幅のテープ状突起となるように形成されている。この光導波路２６ｂは、半導体基板２６ａよりも屈折率が高い物質で構成されているので、光を厚み方向に閉じ込めつつ伝播させる機能を備えている。上記光導波路２６ｂ内の多層膜内には、ｐｎ接合により構成された活性層２６ｃ、キャップ層などが含まれ、その上には上部電極２６ｅが固着されている。この活性層２６ｃは、半導体基板２６ａの下面に固着された下面電極２６ｆと上記上部電極２６ｅとの間に電圧が印加され且つ上記ｐｎ接合に励起電流が流されることによって電子・正孔対が形成され、その活性層２６ｃを通過する光が誘導放射作用によって増幅されるようになっている。上記活性層２６ｃは、多重量子井戸、歪み超格子、或いは量子ドットから構成されている。多重量子井戸である場合は、たとえば、ＩｎＰ半導体基板２６ａからエピタキシャル成長させられることにより格子整合されたＩｎＧａＡｓ（１００Åの厚み）とＩｎＧａＡｓＰ（１００Åの厚み）との６対により構成され、その活性層２６ｃの上には、組成（屈折率）が段階的に変化させられたグリン（ＧＲＩＮ）構造のガイド層（２０００Å）が順次設けられている。この活性層２６ｃのデバイス長（光路長さ）は６００μｍであり、たとえば２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入によって注入された電子が通過する光子による誘導放射によって価電子帯へ移動させられるときに光エネルギを放出して通過光を増幅させると考えられている。この２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入により、たとえば波長１５５５ｎｍにおいて２０ｄＢ程度の利得が得られる。
前記第１光増幅素子２６の１端面には、金属或いは誘電体がスパッタリングされることによって光を反射する処理が施された金属膜或いは誘電体多層膜などの反射手段２６ｄが備えられているため、その１端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、前記第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２の合波光は、上記他端面を通して第１光増幅素子２６内に入力されるとともに、上記反射手段２６ｄに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第１光増幅素子２６の活性層２６ｃ内では、上記第１レーザ光Ｌ１の入射によってその波長λ１を中心とする周囲波長の自然光が発生し、その自然光は第１レーザ光Ｌ１の強度変調に反比例して強度が増減する。この状態においてその自然光の波長範囲内にある第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２が通過させられると、その第２波長λ２は、その自然光と同様の変化を受けつつ増強させられる。すなわち、第１レーザ光Ｌ１の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅させられる。すなわち、第１光増幅素子２６は、第２光増幅素子３４とともにクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えている。
第１光サーキュレータ２０は、第１光増幅素子２６から出力された光を、第３光ファイバＦ３ではなく、第１波長選択素子２８を備えた第４光ファイバＦ４へ導く。第１波長選択素子２８は、前記第１光増幅素子２６に接続され、その第１光増幅素子２６から出力された光のうちから第２波長λ２である１５４８ｎｍの光を抽出する。この第１波長選択素子２８は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、第４光ファイバＦ４の一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタであって、第２波長λ２を中心波長とし且つ半値幅が１ｎｍの光を選択して透過させるものである。なお、第１波長選択素子２８は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
第２光カプラ３０は、第２光入力手段として機能するものであり、上記第１波長選択素子２８により第１光増幅素子２６から出力された光のうちから選択された第２波長λ２の光と、たとえば図３の中段の波形に示す第３波長λ３の制御光である第３レーザ光Ｌ３とを重畳（合波）し、第５光ファイバＦ５および第２光サーキュレータ３２を介して第１光増幅素子２６と同様に構成された第２光増幅素子３４へ入力させる。この第２光増幅素子３４では、変調された第２波長λ２は、その第２波長λ２を中心とする自然光の波長範囲内の第３波長λ３の制御光によってさらに変調を受け、第３波長λ３に関しては、図３の下段に示す波形とされる。第２光サーキュレータ３２は、第２光増幅素子３４から出力された光を、第５光ファイバＦ５へではなく、第２光フィルタ素子３６を備えた第６光ファイバＦ６へ導く。上記第２光フィルタ素子３６は、第２光増幅素子３４から出力された光のうちから第３波長λ３の光を選択し、図３の下段に示す出力光Ｌ４として出力する。図３において、中段の波形に示す制御光Ｌ３の実線、１点鎖線、破線は、下段に示す出力光Ｌ４の実線、１点鎖線、破線に対応しており、出力光Ｌ４は制御光Ｌ３に対して約３０倍のゲイン（増幅率）を有している。
図４および図５は、上記のようにして構成された光信号増幅３端子装置１０の相互利得変調型波長変換作用の特性を示している。図４は、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の信号強度ＰＩＮを示す横軸と出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号強度ＰＯＵＴを示す縦軸とからなる二次元座標において、制御光Ｌ３の信号強度ＰＣをパラメータとする第４レーザ光Ｌ４の入出力特性図である。図から明らかなように、トランジスタなどのような３端子増幅素子と同様に、出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号強度ＰＯＵＴは、制御光Ｌ３の信号強度ＰＣの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられるとともに、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の信号強度ＰＩＮの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられる。また、図５は、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の周波数を示す横軸と出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号変調度Ｈ（％）を示す縦軸とからなる二次元座標において、その第４レーザ光Ｌ４の周波数特性を示している。図５によれば、５ＧＨｚまでは信号変調度Ｈの低下が見られなかった。上記信号変調度Ｈはたとえば次式（１）により表される。但し、Ｉｍａｘは光信号の最大値、Ｉｍｉｎは光信号の最小値である。なお、前記活性層２６ｃに量子ドットが用いられる場合には、１００ＧＨｚ以上の範囲において信号変調度Ｈの低下が見られない。
Ｈ＝１００×（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・（１）
なお、本発明者の実験によれば、上記制御光Ｌ３を第３波長λ３から第１波長λ１へ変更することにより、第１波長λ１の出力光Ｌ４が得られるとともに、上記と同様の光信号増幅効果結果が得られた。また、上記においては、第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２は第１レーザ光Ｌ１よりも短波長であったが、その第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２を第１レーザ光Ｌ１よりも長波長としても上記と同様の光信号増幅効果結果が得られただけでなく、たとえば図３の下段の波形の最低値が零に近づくというような、出力光Ｌ４の基線が第１レーザ光Ｌ１と同様に零に近接するという更なる効果が認められた。また、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１を第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と同様に連続光（バイアス光）として、第３波長λ３の第３入力光Ｌ３に信号変調をかけると、第３波長λ３の出力光Ｌ４は、その第３入力光Ｌ３の信号が１０以上の増幅率で増幅されたものとして出力された。
図６（ａ）は、上記光信号増幅３端子装置１０が適用された２つの光ＮＡＮＤゲート４０から構成されたフリップフロップ回路４２を示し、図６（ｂ）は２つの光ＮＯＲゲート４４から構成されたフリップフロップ回路４６を示している。電子回路におけるＮＡＮＤゲートおよびＮＯＲゲートはよく知られているように複数のトランジスタから構成されており、そのトランジスタに替えて上記光信号増幅３端子装置１０が光回路中に設けられることにより光ＮＡＮＤゲート４０およびＮＯＲゲート４４が構成され、それら１対の光ＮＡＮＤゲート４０および１対の光ＮＯＲゲート４４からフリップフロップ回路４２および４６が構成される。このフリップフロップ回路４２および４６によれば、光により情報が記憶される。
図７は、前記光信号増幅３端子装置１０が適用された光演算増幅器（光オペレーショナルアンプ）４８を示している。電子回路における演算増幅器はよく知られているように複数のトランジスタから構成されており、そのトランジスタに替えて上記光信号増幅３端子装置１０が光回路中に設けられることにより、光演算増幅器４８が構成される。
以上のように構成された図１の光信号増幅３端子装置１０においては、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１と第２波長λ２の第２入力光Ｌ２とが入力された第１光増幅素子２６からの光から選択された第２波長λ２の光と、第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３とが第２光増幅素子３４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子３４から出された光から選択された第３波長λ３の出力光Ｌ４は、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１および／または第３波長λ３の第３入力光Ｌ３の強度変化に応答して変調された光であって、その第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
また、本実施例の光信号増幅３端子装置１０によれば、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１は変調光であり、前記第２波長λ２の第２入力光Ｌ２は連続光であり、前記第３波長λ３の第３入力光Ｌ３は制御光であり、前記第３波長λ３の出力光Ｌ４は、その制御光Ｌ３の入力区間においてその第１入力光Ｌ１の変調信号が増幅された信号波形を備えたものであることから、第３波長λ３の出力光Ｌ４は、制御光Ｌ３の入力区間において第１波長λ１の第１入力光Ｌ１の強度変化に応答して変調された増幅光となるので、増幅された光信号のスイッチング処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
また、本実施例では、前記第１波長λ１と第３波長λ３とは、同じ波長とすることもできることから、光信号増幅３端子装置１０の信号入力光としての第１入力光Ｌ１及び第３入力光Ｌ３と、出力光Ｌ４とが同じ波長となるので、共通の波長で複数の光信号増幅３端子装置１０を接続することが可能となり、複数個の光信号増幅３端子装置１０を用いて集積度の高い光回路を構成することができる。
また、本実施例では、前記第２波長λ２は、前記第１波長λ１よりも長波長とすることができるので、このような場合には、変調された第１入力光Ｌ１の増幅光である出力光Ｌ３が示す波形が、その第１入力光の波形の基線と同様に零レベルに近い基線となる利点がある。すなわち、変調度を大きくする利点がある。
また、本実施例では、第３波長λ３の出力光Ｌ４の第３波長λ３の制御光Ｌ３に対する信号増幅率は、１０以上の値であるので、光信号増幅３端子装置の増幅機能が一層高められ、その応用範囲が拡大される。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４は、ｐｎ接合から構成される活性層２６ｃを備えた半導体光増幅素子であることから、信号増幅率および応答速度が一層高められた光信号増幅３端子装置１０が得られる。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の活性層２６ｃは、量子井戸または量子ドットから構成されたものであることから、一層高い信号増幅率および速い応答速度を備えた光信号増幅３端子装置１０が得られる。特に量子ドットを用いた場合には１００ＧＨｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４は、活性層２６ｃを通過した光を反射するために金属蒸着などにより形成されたミラーなどの反射手段２６ｄをその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものであることから、１端面に備えられたミラーなどの反射手段２６ｄによって活性層２６ｃにおける通過パスが実質的に長くされるので、信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって一層変調度が高められる。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の他端面を通してその中に入力光を入力させ、その他端面を通して出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータ２０および３２が設けられていることから、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
また、本実施例では、第１波長選択素子２８および／または第２波長選択素子３６は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものであることから、第１光増幅素子２６或いは第２光増幅素子３４からの光から第２波長λ２或いは第３波長λ３が好適に抽出される。
また、前述の光信号増幅３端子装置１０は、光ＮＡＮＤゲート４０、その一対の光ＮＡＮＤゲート４０から成る光フリップフロップ回路４２、または光演算増幅器４６を構成することができ、光集積回路の機能を高めることができる。
また、本実施例の第１光増幅素子２６において、第２波長λ２は第１波長λ１の第１入力光Ｌ１の周囲光の波長域内の波長であり、第２光増幅素子３４において、第３波長λ３は、第２波長λ２の入力光の波長域内の波長であるので、第１光増幅素子２６或いは第２増幅素子３４からの出力光に含まれる第２波長λ２或いは第３波長λ３の信号が好適に増幅される。
また、第１光増幅素子２６の一端面に設けられた反射手段２６が、第１波長λ１の光は透過させるが第２波長λ２の光は反射する波長選択性反射膜から構成されている場合は、第１波長選択素子２８が不要となる。第１光増幅素子２６と同様に構成されている第２光増幅素子３４の反射手段が、第２波長λ２の光は透過させるが第３波長λ３の光は反射する波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）から構成されている場合は、第２波長選択素子３６が不要となる。上記波長選択性反射膜は、たとえば屈折率が異なる誘電体層が交互に積層された誘電体多層膜から構成される。
次に、他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図８は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置５０の構成例の要部を示している。本実施例の波長変換装置５０は、第１光入力手段として機能するハーフミラー５１および集光レンズ５２を通して光信号ＬＡが第１光増幅素子２６の一方の端面に入力され、その第１光増幅素子２６の他方の端面から集光レンズ５３を通して出力された光のうち第１波長λ１の光は透過させられるが、バイアス光Ｌ２の波長λｂの光は第１波長選択素子として機能する波長選択型ミラー５４により反射されて第１光増幅素子２６に戻される。その第１光増幅素子２６の一方の端面から出力された光は上記ハーフミラー５１により反射されるとともに第２光入力手段として機能するハーフミラー５５により制御光ＬＣと合波され、集光レンズ５６を通して第２光増幅素子３４の一方の端面に入射される。この第２光増幅素子３４の他方の端面から集光レンズ５７を通して出力された光のうちのバイアス光Ｌ２の波長λｂの光は透過させられるが、制御光ＬＣと同じ波長成分は第２波長選択素子として機能する波長選択型ミラー５８により反射されて第２光増幅素子３４に戻される。その第２光増幅素子３４の一方の端面から出された出力光Ｌ３は、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様のものとなる。このように構成された波長変換装置５０によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。上記波長選択型ミラー５８および波長選択型ミラー５４は、集光レンズ５７および集光レンズ５３を通して第２光増幅素子３４の端面および第１光増幅素子２６の端面と光学的に結合されている。上記集光レンズ５２、５３、５６、５７はたとえばマイクロレンズにより構成され、上記光信号ＬＡや出力光Ｌ３などは光ファイバにより伝送される。なお、ハーフミラー５１および５５は光カプラ又は光サーキュレータにより置き替えられてもよい。
図９は、前記光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置５９の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置５９は、直列に配設された第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４と、光信号ＬＡおよびバイアス光Ｌｂ（波長λｂ）を第１光増幅素子２６の内側端面に入射させる光カプラ６０および６１と、第１光増幅素子２６の外側端面からの光のうち第１波長λ１の光は透過させるが波長λｂの成分を反射して第１光増幅素子２６内に戻す波長選択性の反射器６２と、その第１光増幅素子２６の内側端面から出射した光のうち波長λｂの成分を通過させて第２光増幅素子３４の内側端面に入射させるフィルタ６３と、その第２光増幅素子３４の外側端面に制御光ＬＣを入射させる光カプラ６４と、その第２光増幅素子３４の外側端面から出射した光のうち制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させ、出力光Ｌ３として出力させるフィルタ６５とを備えている。上記光カプラ６０および６１は第１光入力手段として機能し、上記光カプラ６４が第２光入力手段として機能し、上記反射器６２およびフィルタ６５は第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。このように構成された波長変換装置５９によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。上記制御光ＬＣの波長λＣの光信号はフィルタ６３で反射され且つフィルタ６５を透過して出力される。波長λｂの光成分はフィルタ６５を透過しない。上記光カプラ６０および６１は、１個の光カプラから構成されてもよい。
図１０は上記光信号増幅３端子装置５９を、図２に示すモノリシック構造の第１光増幅素子２６と同様のモノリシック構造すなわち１チップ構造で半導体基板２６ａの上に構成した例を示している。本実施例のモノリシック構造の光信号増幅３端子装置５９では、第１光増幅素子２６の外側位置、第１光増幅素子２６と第２光増幅素子３４との間の位置、第２光増幅素子３４の外側位置には、屈折率が周期的に変化させられたグレーティングにより構成された反射器６２、フィルタ６３、フィルタ６５が順次設けられている。なお、直線状の光導波路２６ｂから分岐させられている一対の分岐導波路は、前記光カプラ６０および６１および光カプラ６４に対応している。
図１１は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置６６の構成例の要部を示している。本実施例の波長変換装置６６は、一対の反射型の第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４と、その一対の反射型の第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４に接続された第２端子６７ｂおよび第３端子６７ｃを含む４端子を備え、その４端子間において光を伝送するが所定の端子からの出射光とその端子への入射光とが異なる光路とする４端子型光サーキュレータ６７と、光信号ＬＡおよびバイアス光Ｌｂ（波長λｂ）を合波して４端子型光サーキュレータ６７の第１端子（第１ポート）６７ａに入射させる光カプラ６８と、反射型第１光増幅素子３６から４端子型光サーキュレータ６７の第２ポート６７ｂに向かう波長λｂの光に制御光ＬＣを合波して第２光増幅素子３４に入射させる光カプラ６９とを備え、４端子型光サーキュレータ６７の第４ポート６７ｄから制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させる。上記第１光増幅素子２６の反射面には、第１波長λ１の光は透過させるが第２波長λｂの光を選択的に反射する反射膜２６ｄが設けられており、上記第２光増幅素子３４の端面には、第２波長λｂの光は透過させるが制御光ＬＣと同じ波長λＣ成分の光を反射する反射膜３４ｄが設けられている。このように構成された光信号増幅３端子装置６６によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られるとともに、４端子型光サーキュレータ６７を通されるために出力光Ｌ３の変調度が高められる。本実施例の光信号増幅３端子装置６６は図１の光信号増幅３端子装置１０に比較して構成が簡単となる利点がある。なお、上記光カプラ６９は、４端子型光サーキュレータ６７の第３ポート６７ｃから第２光増幅素子３４に向かう波長λｂの光に制御光ＬＣを合波して第２光増幅素子３４に入射させるものであってもよい。本実施例では、光カプラ６８および光カプラ６９が第１光入力手段および第２光入力手段として機能し、反射膜２６ｄおよび３４ｄが第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
図１２は、上記光信号増幅３端子装置６６がモノリシック構造とされた場合の例が示されている。このモノリシック構造の光信号増幅３端子装置６６も、前述の図６、図１０に示すものと同様に、半導体基板２６ａの上に形成された光導波路２６ｂを備えている。この光導波路２６ｂは、４端子型光サーキュレータ６７と同様の機能を出すためのＺ字状の部分と、光カプラ６８および６９としての機能を出すためにその一部から分岐させられた分岐導波路とが設けられている。上記光導波路２６ｂのＺ字状の部分のうちの屈折点には、一対の反射型第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４が前述の図２、図１０に示すものと同様に構成されている。なお、反射膜２６ｄおよび３４ｄは、それら反射型第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の外端面に設けられている。
図１３は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置７０の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置７０は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板７１上に成長させられたたとえばＧａＩｎＮＡｓなどのｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによりＶ字状に形成された第１光導波路７２および第２光導波路７３と、それら第１光導波路７２および第２光導波路７３に図示しない電極が設けられることによって設けられた第１光増幅素子２６、第２光増幅素子３４と、上記矩形半導体基板７１の一端面であって上記第１光導波路７２および第２光導波路７３の交差部に設けられ、バイアス光Ｌｂの第２波長λｂの光および制御光ＬＣは第２光導波路７３へ向かって反射するが光信号ＬＡ第１波長λ１の光を選択的に透過させる波長選択性反射膜７４と、矩形半導体基板７１の一端面であって上記第２光導波路７３の出力側に設けられ、第２波長λｂの光は反射するが制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させる波長選択性反射膜７５とを備えている。光信号ＬＡとバイアス光Ｌｂは光カプラ７６によって合波されてから光導波路７２の端面に入射され、制御光ＬＣは、上記波長選択性反射膜７５の外側に設けられた光カプラ７７から第２光導波路１５６内に入射されるようになっている。このように構成された光信号増幅３端子装置７０によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。また、本実施例の光信号増幅３端子装置７０は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板上に成長させられたＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族混結晶半導体層から成るｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによって処理され且つ電極が付与されることによって１チップ化されるので、極小のサイズに構成される利点がある。本実施例では、上記光カプラ７６および７７が第１および第２光入力手段として機能し、上記波長選択性反射膜７４および波長選択性反射膜７５が第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
図１４は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置７８の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置７８は、合波素子として用いられる光カプラ７９、光分波素子として用いられる光カプラ８０、および集光レンズ５２を通して光信号ＬＡが第１光増幅素子２６の一方の端面に入力され、その第１光増幅素子２６の他方の端面から集光レンズ５３を通して出力された光のうち上記光信号ＬＡの波長λ１は波長選択性フィルタ８１により透過させられない（吸収される）がバイアス光の波長λｂの光はそのフィルタ８１を透過し且つ全反射型ミラー８２により反射されて第１光増幅素子２６に戻される。その第１光増幅素子２６の一方の端面から出力された光は上記光カプラ８０から他の光カプラ８３へ伝送され、そこで制御光ＬＣと合波される。次いで、光カプラ８４および集光レンズ５６を通して第２光増幅素子３４の一方の端面に入射される。この第２光増幅素子３４の他方の端面から集光レンズ５７を通して出力された光のうちバイアス光の波長λｂの光は波長選択性フィルタ８５により透過させられない（吸収される）が制御光ＬＣと同じ波長λＣの成分はその波長選択性フィルタ８５を透過し且つ全反射型ミラー８６により反射されて第２光増幅素子３４に戻される。その第２光増幅素子３４の一方の端面から出された出力光Ｌ３は、光カプラ８４によって外部たとえば後述の光分配装置１５０へ出力される。このように構成された光信号増幅３端子装置７８によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られるだけでなく、光信号ＬＡの波長λ１は波長選択性フィルタ８１により吸収されて透過させられないことにより第１光増幅素子２６側へ戻される割合が極めて少なくなり、特性が一層改善される利点がある。本実施例では、光カプラ７９および光カプラ８４が第１光入力手段および第２光入力手段として機能し、上記波長選択性フィルタ８１および波長選択性フィルタ８５が第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
図１５は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例であって、１チップに複数個（本実施例では２個）の光信号増幅３端子装置８８が集積化されたモノリシック構造の構成例の要部を示している。本実施例の複数組の光信号増幅３端子装置８８は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板８９上に成長させられたたとえばＧａＩｎＮＡｓなどのｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーにより一方の端面から他方の端面にわたって直線状に形成され、互いに隣接する１対でＶ字状を成す第１光導波路９０、第２光導波路９１、および第３光導波路９２と、それら第１光導波路９０、第２光導波路９１、および第３光導波路９２に図示しない電極が設けられることによって設けられた第１光増幅素子２６、第２光増幅素子３４、および第３光増幅素子９３と、上記矩形半導体基板８９の一端面であって上記第１光導波路９０および第２光導波路９１の交差部と上記第３光導波路９２の出力側端面とにわたって設けられ、バイアス光Ｌｂの第２波長λｂの光および制御光ＬＣは第２光導波路９１へ向かって反射するが光信号ＬＡの第１波長λ１の光および制御光ＬＣを選択的に透過させる波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）９４と、矩形半導体基板８９の一端面であって上記第２光導波路９１の出力側端面に設けられ、第２波長λｂの光は透過するが制御光ＬＣと同じ波長成分の光を第３光導波路９２へ向かって反射する波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）９５とを、それぞれ備えている。光信号ＬＡとバイアス光Ｌｂは光カプラ９６によって合波されてから第１光導波路９０の入力側の端面に入射され、制御光ＬＣは、上記波長選択性反射膜９４の外側から第２光導波路９１内に入射されるようになっている。このように構成された光信号増幅３端子装置８８によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。本実施例の光信号増幅３端子装置８８は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板上に成長させられたＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族混結晶半導体層から成るｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによって処理され且つ電極が付与されることによって１チップ化されるので、たとえば１．３μｍ波長帯の光信号の信号処理が可能な光信号増幅３端子装置１０が極小のサイズに構成される利点がある。また、本実施例によれば、サーキュレータが不要となるとともに、３つの光増幅素子２６、３４、９３により高出力が得られる。本実施例では、光カプラ９６が第１光入力手段として機能し、波長選択性反射膜９４が第２光入力手段および第１波長選択素子として機能し、波長選択性反射膜９５が第２波長選択素子として機能している。
図１６乃至図３３は、光信号転送方法、その光信号転送方法を好適に実施するための光信号ルータすなわち光信号中継（転送）装置に関連する実施例を示すものであって、これらによれば、所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちのその光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送することにより、高度情報処理のための光通信が可能とされる。
図１６は、一方の光ネットワークにおける複数本の伝送路である入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭと他方の光ネットワークにおける複数本の伝送路である出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭとの間に配設されて、入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭのいずれかを介して伝送された波長多重の光信号（レーザ光）ＬＡ１乃至ＬＡＭを、その光信号に振幅変調により付与されている行先情報に基づいて決定された出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭのいずれか内の波長バスの１つへ転送するための光信号中継（転送）装置１１０を概略示す図である。この光信号中継装置１１０は光信号ルータとも称される。
図１６において、上記入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭのいずれかにより伝送される光信号ＬＡ１乃至ＬＡＭはそれぞれ波長分割多重（ＷＤＭ）信号であり、予め設定された複数種類の波長の光信号が重畳されている。したがって、たとえば光信号ＬＡ１に含まれる所定波長の一連の波長λ１の光信号ＬＡ１１は、たとえばそのラベル部或いはタグ部において振幅変調が付与されることにより設けられた行先情報に従って、出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭのいずれか１つの光ファイバＦＢ内のいずれかの波長バスへ、すなわち予め設定された複数種類すなわちＮ種類の波長λ１乃至λＮのいずれかの波長で転送される。出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭにより、波長多重の光信号（レーザ光）ＬＢ１乃至ＬＢＭがそれぞれ伝送される。
上記光信号中継装置１１０は、所定数すなわちＭ本の入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭから伝送された波長多重の光信号ＬＡ１乃至ＬＡＭをＮ種類の波長λ１乃至λＮ毎の一連の光信号（パケット）を波長毎の信号にそれぞれ分離、たとえば光信号ＬＡ１についてはそれをＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎにそれぞれ分離するＭ個の光分波器（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）Ｓ１乃至ＳＭと、波長λ１乃至λＮ毎の一連の光信号（パケット）ＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎをそれらに振幅変調により付与されている行先情報に従って波長変換するとともに従来の行先情報或いは新たな行先情報を振幅変調により付与する互いに同様に構成されたＭ個の第１中継器Ｒ１乃至第Ｍ中継器ＲＭと、それら第１中継部Ｒ１乃至第Ｍ中継器ＲＭから出力される光信号を合波して出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭへ導くためのＭ個の合波器（ＡＷＧ）Ｔ１乃至ＴＭとを備えている。
図１７は、上記互いに同様に構成された第１中継器Ｒ１乃至第Ｍ中継器ＲＭの構成を説明するために、たとえば入力光ファイバＦＡ１と出力光ファイバＦＢ１との間に対応する位置に設けられた第１中継器Ｒ１を代表させてその構成を説明する図である。図１７において、第１中継器Ｒ１には、入力光ファイバＦＡ１から伝送された波長多重の光信号ＬＡ１から光分波器Ｓ１によってＮ種類の波長λ１乃至λＮ毎に分離されたの一連の光信号（パケット）ＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎが光ファイバＦＡ１１乃至ＦＡ１Ｎを介して入力されると、その光信号ＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎのラベル部或いはタグ部において振幅変調が付与されることにより設けられている行先情報に従って波長変換し且つそれまでと同じ行先情報か或いは新たな行先情報を示す振幅変調を施して出力するＮ個の互いに同様に構成された第１中継器本体部ＲＢ１１乃至ＲＢ１Ｎが設けられている。第１中継器本体部ＲＢ１１・・・第Ｍ中継器本体部ＲＢ１Ｎからそれぞれ出力されたＮ種類の波長λ１乃至λＮのいずれかの波長の出力信号は、その波長および行先情報に従って分岐された光信号を伝送するためのＮ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１ＮＭ・・・Ｎ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦＮ１１乃至ＦＮＮＭをそれぞれ介して合波器Ｔ１乃至ＴＭと接続されている。これにより、第１中継器本体部ＲＢ１１・・・第Ｍ中継器本体部ＲＢ１Ｎの出力信号は、合波器Ｔ１乃至ＴＭを介して出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭのうちの所望の出力光ファイバへ所望の波長で伝送されるようになっている。他の中継器ＲＭを構成する中継機本体部ＲＢＭ１乃至ＲＢＭＮも、同様に、Ｎ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦ１１１乃至ＦＩＮＭ・・・Ｎ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦＮ１１乃至ＦＮＮＭをそれぞれ介して合波器Ｔ１乃至ＴＭと接続されている。なお、図１７に示すように、同じ波長たとえば波長λ１の信号を伝送するクロスコネクトファイバＦ１１１、Ｆ２１１、・・・ＦＮ１１の出力端が結合され、ファイバＦＢ１１を介して合波器Ｔ１に入力されている。波長λＮの信号を伝送するクロスコネクトファイバＦ１Ｎ１、Ｆ２Ｎ１、・・・ＦＮＮ１の出力端が結合され、ファイバＦＢＮ１を介して合波器Ｔ１に入力されている。
上記光分波器Ｓ１は、たとえば、回折格子やプリズムなどの角度分散素子、誘電体多層膜の干渉フィルタなどの波長選択性反射／透過膜、或いは光導波路形分波回路などを利用して構成される光分波回路としてよく知られたものである。また、上記合波器Ｔ１は、たとえば、マイクロレンズを主要な構成要素とする光方向性結合回路、複数本の並列配置された光ファイバの一部が局部的に結合された分布結合形光多重カプラ、四角管の内壁における多重反射或いは平面板内における混合を利用した集中結合形光多重カプラなどから構成される。
また、上記第１中継器本体部ＲＢ１１は、たとえば図１８に示すように構成される。図１８において、光分波器Ｓ１から光ファイバＦＡ１１を介して入力された光信号ＬＡ１１は、光分波合波器として機能する第１光カプラ１１４、光遅延素子１１６、および相互利得変調型の波長変換装置（光スイッチング装置、光信号増幅３端子装置本体）１１８が順次接続されている。上記第１光カプラ１１４は、光ファイバを主体とした分岐回路、マイクロレンズを主体とした分岐回路などから構成される。光ファイバを主体とした分岐回路では、たとえば一対の光ファイバの所定区間を相互に密着して並行した状態で或いは螺旋状に相互にひねった状態で相互に密着させたり、透過および反射可能な反射膜を光ファイバの分岐点に設けたりすることにより構成される。マイクロレンズを主体とした分岐回路では、たとえば集束性ロッドレンズで平行ビーム化された光をくさび型屈折面或いは反射面を用いて分岐させるように構成される。この第１光カプラ１１４は、双方向性すなわち可逆性を備えているので、反対向きに光信号が伝播させられるときには、光信号を合波して第１光ファイバ１１２内を反対向きに伝送させる合波器として機能する。
また、光遅延素子１１６は、上記光ファイバＦＡ１１内を伝送される光信号を所定時間だけ遅延させるためのものであり、たとえば所定の長さの光ファイバを巻回して伝播距離を設けることよりその所定の伝播距離を伝播する伝播時間だけ遅延させるように構成される。この光遅延素子１１６の遅延時間は、波長変換装置１１８内において、そこで波長変換される光信号とその光信号の伝送先を示す制御光とが同期するように予め実験的に求められる。
上記第１光カプラ１１４により光ファイバＦＡ１１内の光信号から分岐された分岐光信号は、光ファイバ１２０とこれに接続された光電信号変換器１２２とを介して電子制御装置１２４へ供給される。電子制御装置１２４は、たとえばＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理する所謂マイクロコンピュータにより構成される。この電子制御装置１２４は、光ファイバ１２０を介して伝送された光信号に含まれている振幅変調で示されるコード信号すなわち行先情報に基づいて、その光信号をルーティングするためにその行先情報に対応する波長指令信号を制御光発生装置１２６へ供給する。たとえば、電子制御装置１２４は、光ファイバ１２０から入力される光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号のみを抽出し、制御光発生装置１２６からその振幅変調で示される行先情報に対応する波長に応じた制御光ＬＣを発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しない。
上記制御光発生装置１２６は、予め設定された複数種類の波長λＣの制御光ＬＣを出力する制御光源を有し、前記電子制御装置１２４からの指令信号、すなわち光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長指令信号に従って、その分岐情報に対応する波長λＣを有する制御光ＬＣを前記波長変換装置１１８に対して供給する。制御光発生装置１２６は、転送先の出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭ内の波長バスの本数に対応する複数種類たとえばＮ種類の波長λＣ１、λＣ２、λＣ３、・・・λＣＮの制御光ＬＣを択一的或いは選択的に発生させる。図１９、図２０、図２１は、その制御光発生装置１２６の構成例をそれぞれ示している。
図１９において、制御光発生装置１２６は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎと、それらレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎの出力側にそれぞれ設けられてそれらから出される出力光をそれぞれスイッチングするための複数（Ｎ個）の光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎと、それら光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎを通過した光を合波し、制御光として出力する単一の光合波器１２６Ｓとから構成され、電子制御装置１２４からの分岐指令信号に従ってレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎおよび光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎが作動させられることにより、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号が示す行先情報（分岐情報）に応じて選択された波長λＣの制御光ＬＣを出力する。上記複数のレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎとしては、たとえば半導体レーザダイオードが用いられる。図２０において、制御光発生装置１２６は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎとそれらレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎから出力された光を１つの導波路に合波する単一の光合波器１２６Ｓと、その光合波器１２６Ｓの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器１２６Ｍとから構成され、電子制御装置１２４からの分岐指令信号に従ってレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎおよび光変調器１２６Ｍが作動させられることにより、光信号ＬＡ１１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λＣの制御光ＬＣ出力する。図２１において、制御光発生装置１２６は、出力光の波長を変更することが可能な波長可変レーザ光源１２６ＬＶと、その波長可変レーザ光源１２６ＬＶの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器１２６Ｍとから構成され、電子制御装置１２４からの分岐指令信号に従って波長可変レーザ光源１２６ＬＶおよび光変調器１２６Ｍが作動させられることにより、光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λＣの制御光ＬＣを出力する。上記波長可変レーザ光源１２６ＬＶは、たとえば分布ブラッグ反射型レーザ、マイクロマシン面発光レーザ、温度同調ＤＦＢレーザなどが用いられる。分布ブラッグ反射型レーザでは、その光共振器を構成する一対のミラーのうちの一方を構成するＤＢＲ層（ブラッグ反射層）に電流を注入し、プラズマ効果によってその部分の屈折率を変化させることにより光共振波長が可変とされる。マイクロマシン面発光レーザでは、マイクロマシンによって光共振器長が変化されることにより光共振波長が可変とされる。温度同調ＤＦＢレーザでは、温度による屈折率変化により光共振波長が可変とされる。なお、上記光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎ、１２６Ｍは、たとえば駆動電流または駆動電圧がｐｎ接合部に加えられることによって透過光をオンオフさせる半導体型光変調器や、ニオブ酸リチウムなど単結晶のような電気光学効果を有する物質に外部から駆動電圧を印加することにより透過光をオンオフさせる外部変調型光変調器などから構成される。
上記図１８の前記光波長変換装置１１８は、第２波長選択素子としても機能する光分配装置１５０と共に光信号増幅３端子装置１２８を構成するものであり、基本的には図１、図８乃至図１５に示す光信号増幅３端子装置１０、５０、５９、６６、７０、７８、８８のいずれかと同様に構成される。本実施例の光波長変換装置１１８は、たとえば図２２に示されるように、第１光ファイバ１１２を介して入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子に対応する一対の第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４を直列に備え、上記第１光ファイバ１１２を介して入力された光信号を増幅するとともに、その光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光ＬＣの入力に同期してその制御光ＬＣと同じの波長の光Ｌ３を出力するように構成されている。すなわち、図２２において、レーザ光源１３０は、たとえば単一波長の半導体レーザから構成され、光信号Ｌ１（第１入力光）の波長λ１たとえば１５５５ｎｍよりも長い波長λ２たとえば１５６５ｎｍのレーザ光（第２入力光）Ｌ２を一定の強度で連続的に出力する。第３光カプラ１３２は、第１光入力手段として機能するものであり、振幅変調されて第１光ファイバ１１２内を伝送された上記光信号Ｌ１と連続光である上記レーザ光Ｌ２とを重畳（合波）し、第１光サーキュレータ３４を介して第１光増幅素子１３６へ入力させる。
上記第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４も、図２に示す第１光増幅素子２６と同様に、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）から構成される。上記第１光増幅素子１３６は、スパッタリングなどによって光を反射する端面処理が施された鏡などの反射手段１３６ｄをその１端面に備えているため、その１端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、光信号Ｌ１（第１入力光）およびそれよりも長い波長λ２のレーザ光（第２入力光）Ｌ２の合波光は、上記他端面を通して第１光増幅素子１３６内に入力されるとともに、上記反射手段１３６ｄに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第１光増幅素子１３６の活性層内では、図２に示す第１光増幅素子２６と同様に、光信号Ｌ１の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅され、第１光増幅素子１３６から出力される。すなわち、第１光増幅素子１３６は、第２光増幅素子１４４とともにクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えている。
図２２において、第１光サーキュレータ１３４は、上記第１光増幅素子１３６から出力された光を、第３光カプラ１３２へではなく、第１波長選択素子１３８へ導く。第１波長選択素子１３８は、前記第１光増幅素子１３６から出力された光のうちから第２波長λ２である１５６５ｎｍの光を抽出する。この第１波長選択素子１３８は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、光ファイバの一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタから構成されるものであって、第２波長λ２を中心波長とし且つ半値幅がたとえば１乃至十数ｎｍの光を選択して透過させるものである。なお、第１波長選択素子１３８は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
第４光カプラ１４０は、第２光入力手段として機能するものであり、上記第１波長選択素子１３８により第１光増幅素子１３６から出力された光のうちから選択された第２波長λ２の光と、第３波長λ３のレーザ光である制御光ＬＣとを重畳（合波）し、第２光サーキュレータ１４２を介して第１光増幅素子１３６と同様に構成された第２光増幅素子１４４へ入力させる。第１光増幅素子１３６において変調された第２波長λ２は、この第２光増幅素子１４４において、その第２波長λ２を中心とする自然光の波長範囲内の第３波長λ３の制御光ＬＣによってさらに変調を受け且つ増幅され、波長λ２の光と制御光ＬＣの波長とされた変調光（出力光信号）Ｌ３との混合光が出力される。第２光サーキュレータ１４２は、第２光増幅素子１４４から出力された上記混合光（波長λ２の光および変調光Ｌ３）を、第４光カプラ１４０へではなく、光分配装置１５０へ出力させる。
上記第２光増幅素子１４４から出力された光に含まれる変調光Ｌ３は、制御光ＬＣの波長と同じ第３波長λ３の光であるので、制御光ＬＣの波長がたとえばλＣ１、λＣ２、λＣ３、・・・λＣＮに変化させられると、第２光増幅素子１４４からの光Ｌ３の波長もたとえばλＣ１、λＣ２、λＣ３、・・・λＣＮに変化させられる。図２３は、実験的に、上記光信号Ｌ１（第１入力光）をその上段に示す波形とし、制御光ＬＣをその中段に示す波形としてそれぞれ入力させたときの光分配装置１５０の出力光Ｌ４の波形を示している。制御光ＬＣの強度変化は、下段に示す光分配装置１５０の出力光Ｌ４の振幅変調に対応しており、その光分配装置１５０の出力光Ｌ４は制御光ＬＣに対して約２倍乃至３０倍のゲイン（増幅率）を有する。また、出力光Ｌ４の位相は上記光信号Ｌ１（第１入力光）と同じであり、位相反転されていない。
図２４は、上記のようにして構成されることにより光信号増幅３端子装置１２８として機能する波長変換装置１１８および光分配装置１５０において、第１光増幅素子１３６の活性層が量子ドットから構成された場合の特性を示している。図２４において、第１入力光である信号光ＬＡ１１の周波数を示す横軸と出力光である出力光Ｌ４の信号変調度Ｈ（％）を示す縦軸とからなる二次元座標において、その出力光Ｌ４の周波数特性が示されている。この図２４によれば、１００ＧＨｚ程度までは信号変調度Ｈの低下がそれ程見られなかった。上記信号変調度Ｈはたとえば前式（１）により表される。
図１８に戻って、上記波長変換装置１１８からの光のうちの変調光Ｌ３は、その波長すなわち制御光ＬＣの波長λＣ（＝λＣ１、λＣ２、・・・、λＣｎ）毎に光分配装置１５０によって複数の導波路に対応するように予め定められたクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭへそれぞれ選択的に分配される。また、波長変換装置１１８からの光のうちのそれらの波長λＣと異なる波長λ２の光は分岐光ファイバＦＢ０に分配される。この分岐光ファイバＦＢ０の終端は後段に連結されておらず閉じられているので、波長λ２の光の伝播がここで阻止される。このように、光分配装置１５０は、第２光増幅素子１４４からの光から第３波長λＣの出力光を選択する第２波長選択素子としても機能しているのである。
上記光分配装置１５０において、たとえば、変調光Ｌ３が制御光ＬＣの波長λＣのうちの１つである単色光である場合にはクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭのうちの１つの群へ択一的に分配されるが、２種類の混合色である場合にはクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭのうちのいずれか２つの群へ分配される。上記光分配装置１５０は、たとえば図２５に示すように、入力ポート１５０ａに接続された第１スラブ導波路１５０ｂと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された第２スラブ導波路１５０ｄと、それら第１スラブ導波路１５０ｂおよび第２スラブ導波路１５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路１５０ｅと、複数の出力ポート１５０ｃにそれぞれ接続されたクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭとを備え、その入力ポート１５０ａに入力された波長変換装置１１８からの変調Ｌ３（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート１５０ｃのいずれかすなわちクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭのいずれかへ分配するアレー導波路格子型光分波器から構成されている。なお、上記光分配装置１５０には、クロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭの端面に分岐光を集光させるための集光レンズなどの光学系が必要に応じて備えられる。本実施例では、前記制御光発生装置１２６、波長変換装置１１８、および光分配装置１５０が、光信号中継器本体部ＲＢ１の主要部を構成している。
図２６は、入力光ファイバＦＡ１を介して伝送され且つ分波器Ｓ１により分離された波長λ１の光信号ＬＡ１１の概念的構成を示す図であり、図２７は、その信号光ＬＡ１１の振幅変調が付与された波形、およびそれに振幅変調を付与する工程を説明する図である。図２６において、光信号ＬＡ１１は、たとえばパケットと称される一連の信号であって、その先頭部或いは先端部分には、パケットのタイトル、日付、文書名、頁番号などのヘッダー情報を付与するヘッダー部Ｈ、送信元や送信先のＩＰアドレス、ソースルーティングのようなルート情報、データリンク層のコネクション情報などなどの行先情報を示す信号を付与するラベル部（タグ部）ＬＡが設けられている。光信号ＬＡ１１は、図２７に示すように、振幅変調が施されることによりヘッダー部Ｈやラベル部ＬＡのうちの少なくとも上記行先情報が付与されている。この振幅変調は、たとえば図２２に示す波長変換装置１１８や後述の図３０に示すような振幅変調器を用いて、図２７の上段部に示す主信号に第２段部に示す変調信号が重畳されることによって行われたものである。
図２８は、以上のように構成された本実施例の光中継器１１０の作動を、たとえば図１８に示す第１中継器本体部ＲＢ１１を代表させて説明するタイムチャートである。第１中継器本体部ＲＢ１１において、図２８の上段部に示す光信号ＬＡ１１が光遅延素子１１６を介して波長変換装置１１８へ入力される（入力工程）一方で、第１光カプラ１１４によりその光信号ＬＡ１１の一部が光電信号変換器１２２により電気信号に変換されて電子制御装置１２４へ供給され、その電子制御装置１２４により抽出された図２８の第２段部に示す変調パルス信号（行先情報）が制御光発生装置１２６へ供給され、その制御光発生装置１２６からはその変調パルス信号が示す行先情報に従って決定された波長λＣの制御光ＬＣが図２８の第３段部に示すように発生させられ、その発生に同期して波長変換装置１１８に入力されている光信号ＬＡ１１が波長変換装置１１８において制御光ＬＣの波長λＣに変換され出力される（波長変換工程）。上記光遅延素子１１６により、光電信号変換器１２２による光電変換後の電子制御装置１２４の演算動作時間などに対応した時間だけ光信号ＬＡ１１が遅延させられることにより上記の同期が行われる。たとえば光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ１の波長バスである場合は、波長λ１の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２８の下から２段目に示すように波長λ１に変換されて波長変換装置１１８から出力される。また、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ２の波長バスである場合は、波長λ２の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２８の下段部に示すように波長λ２に変換されて波長変換装置１１８から出力され、光分配装置１５０によりその波長に従って分配される（光分配工程）。ここで、入力光である光信号ＬＡ１１は第１光増幅素子１３６の出力が飽和する利得に設定されていることから、第１光増幅素子１３６から第１波長選択素子１３８を通して出力されて第２光増幅素子１４４へ入力される光信号は一定の大きさとされるので、その第２光増幅素子１４４から出力されて光分配装置１５０へ入力される波長変換後の光信号は振幅一定となるので、振幅変調が容易となる。本実施例の光中継器１１０の波長変換装置１１８では、入力光である光信号ＬＡ１１の信号と出力光Ｌ３或いはＬ４の信号との間で位相反転がなく、その光信号ＬＡ１１の波長は、第１光増幅素子１３６の利得範囲内であればどの波長が選択されてもよく自由度が高い利点がある。
図２９は、前記光中継器１１０の他の作動すなわち波長変換と同時にラベリングして出力する作動を、たとえば図１８に示す第１中継器本体部ＲＢ１１を代表させて説明するタイムチャートである。第１中継器本体部ＲＢ１１において、図２９の上段部に示す光信号ＬＡ１１が光遅延素子１１６を介して波長変換装置１１８へ入力される一方で、第１光カプラ１１４によりその光信号ＬＡ１１の一部が光電信号変換器１２２により電気信号に変換されて電子制御装置１２４へ供給され、その電子制御装置１２４により抽出された図２９の第２段部に示す変調パルス信号（行先情報）が制御光発生装置１２６へ供給される。制御光発生装置１２６では、その変調パルス信号が示す行先情報に従って決定された波長λＣの制御光ＬＣが発生させられて、その発生に同期して波長変換装置１１８に入力されている光信号ＬＡ１１が制御光ＬＣの波長λＣに変換されて出力される。このときの変調パルス信号には、再付与するための行先情報が含まれているので、電子制御装置１２４はその行先情報を示すパルス信号を含むように図２９の第３段部に示す振幅変調された制御光ＬＣが発生させられる。たとえば光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ１の波長バスである場合は、波長λ１の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２９の下から２段目に示すように波長λ１に変換されて波長変換装置１１８から出力される。また、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ２の波長バスである場合は、波長λ２の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２９の下段部に示すように波長λ２に変換されて波長変換装置１１８から出力される。
上述のように、本実施例によれば、行先情報としてその一連の光信号ＬＡ１１に振幅変調信号が付与され、その光信号ＬＡ１１は振幅変調信号が示す行先へ転送される。このため、相互利得変調型の波長変換装置１１８に振幅変調された一連の光信号が入力される場合には、その光信号ＬＡ１１の振幅変調が示す行先情報に対応した波長の制御光ＬＣがその相互利得変調型の波長変換装置１１８に供給されると、その制御光ＬＣと同じ波長の出力光が出力されるので、たとえば光分配装置１５０によりその出力光がその波長に応じた伝送路へ分配されることによってルーティングが行われるので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置１１０を構成することが可能となる。
また、本実施例によれば、上記一連の光信号ＬＡ１１に付与された振幅変調は、９０％以下の変調度で施されたものであるので、光信号ＬＡ１１が損なわれず、且つ行先情報が光信号に確実に付与される。また、上記一連の光信号ＬＡ１１パケット信号であり、前記行先情報はそのパケット信号の先頭部に設けられたラベル情報或いはタグ情報であるので、そのラベル部ＬＡ或いはタグ部において、振幅変調によりラベル情報或いはタグ情報が付与される。
また、本実施例によれば、（ａ）行先情報として振幅変調が施された一連の光信号ＬＡ１１を相互利得変調型の波長変換装置１１８へ入力させる入力工程と、（ｂ）その光信号ＬＡ１１とは異なり且つ振幅変調信号に対応する波長の制御光ＬＣを上記相互利得変調型の波長変換装置１１８へ供給し、その相互利得変調型の波長変換装置１１８からその制御光ＬＣの波長の光信号を出力させる波長変換工程と、（ｃ）相互利得変調型の波長変換装置１１８から出力された光信号を光分配装置１５０に入力させ、その光信号をその波長に応じて光分配装置１５０に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程とが、含まれるので、光信号ＬＡ１１はその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長で光分配装置１５０に接続された複数の光伝送路へ分配される。
また、本実施例によれば、上記波長変換工程は、相互利得変調型の波長変換装置１１８から出力される光信号ＬＡ１１に制御光ＬＣを用いて振幅変調を施すことにより、その光信号ＬＡ１１に新たな行先情報を再付与するものであることから、信号光中継（転送）装置１１０内において適宜転送先を再付与できるので、たとえばリンクの状態、ノードの状態、ロタフィック状態に応じて転送ルートを決定する動的ルーティングが可能となる。
また、本実施例の光信号中継装置１１０によれば、行先情報として振幅変調信号が付与された一連の光信号ＬＡ１１が伝送されて来ると、制御光発生装置１２６により、その一連の光信号ＬＡ１１の振幅変調信号からその振幅変調信号が示す行先に対応し且つその光信号ＬＡ１１とは異なる波長の制御光ＬＣが発生させられ、相互利得変調型の波長変換装置１１８により、その一連の光信号ＬＡ１１がその制御光ＬＣの波長の光信号に変換され、光分配装置１５０により、その相互利得変調型波長変換装置１１８から出力された光信号がその波長に応じて複数の光伝送路へ分配されるので。高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置１１０が提供可能となる。
また、本実施例では、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号に応じて、制御光発生装置１２６からその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光ＬＣを発生させる電子制御装置１２４を備えたものであるので、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置１１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置１５０による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置１１０が得られる。
また、本実施例では、（ａ）光ファイバ１１２内を伝播する光信号ＬＡ１１を分岐させて電子制御装置１２４へ供給するための第１光カプラ（光分波器）１１４と、（ｂ）その第１光カプラ１１４により分岐された光信号を電気信号に変換して電子制御装置１２４へ供給する光電信号変換器１２２と、（ｃ）その光ファイバ１１２においてその第１光カプラ１１４よりも下流側に設けられ、その第１光ファイバ１１２から波長変換装置１１８に入力させる光信号Ｌ１を遅延させる光遅延素子１１６とが設けられ、上記電子制御装置１２４は上記光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号を抽出して、その振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光ＬＣを制御光発生装置１２６から発生させるものであるので、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置１１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置１５０による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。また、光信号ＬＡ１１の一部が第１光カプラ１１４から分岐されて電子制御装置１２４へ供給される一方で、その光信号ＬＡ１１の他の一部が光遅延素子１１６により遅延させられて波長変換装置１１８へ供給されるので、電子制御装置１２４における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置１２６から波長変換装置１１８へ供給される制御光ＬＣがその波長変換装置１１８における光信号Ｌ１と好適に同期させられる。
また、本実施例では、相互利得変調型の波長変換装置１１８は、（ａ）入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４と、（ｂ）光ファイバ１１２から入力された第１波長λ１の信号光ＬＡ１１と、その信号光ＬＡ１１とは異なる波長λ２の連続光であるレーザ光（第２入力光）Ｌ２とを合波して第１光増幅素子１３６に入力させる第３光カプラ（第１光合波器）１３２と、（ｃ）第１光増幅素子１３６からの光から第２波長λ２の光を選択する第１波長選択素子１３８と、（ｄ）その第１波長選択素子１３８により選択された第２波長λ２の光と第３波長λ３の制御光ＬＣとを合波して第２光増幅素子１４４へ入力させる第４光カプラ（第２光合波器）１４０とを、含み、第３波長λ３の出力光Ｌ３は、制御光ＬＣと同じ波長の光であって、第１波長λ１の信号光Ｌ１および／または第３波長λ３の制御光ＬＣの強度変化に応答して変調されるものであることから、信号光Ｌ１とレーザ光（第２入力光）Ｌ２とが入力された第１光増幅素子１３６からの光から選択された第２波長λ２の光と制御光ＬＣとが第２光増幅素子１４４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子１４４から出された光から選択された第３波長λ３の変調光Ｌ３或いは出力光Ｌ４は、信号光Ｌ１および／または制御光ＬＣの強度変化に応答して変調された光であって、制御光ＬＣに対する信号増幅率が少なくとも２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号Ｌ１の増幅処理を制御光ＬＣを用いて直接行うことができる。
また、本実施例では、光分配装置１５０は、入力ポート１５０ａに接続された第１スラブ導波路１５０ｂと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された第２スラブ導波路１５０ｄと、それら第１スラブ導波路１５０ｂおよび第２スラブ導波路１５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路５０ｅと、複数の出力ポート５０ｃに接続された分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎとを備え、その入力ポート１５０ａに入力された波長変換装置１１８からの出力光Ｌ３（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート１５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのいずれかへ分配するように構成されているので、波長変換装置１８から出力された制御光ＬＣと同じ波長の変調光Ｌ３はその波長毎に複数の光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのうちのいずれかへ選択的へ好適に分配される。
また、本実施例の光信号中継装置１１０によれば、予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する複数の単一波長のレーザ光源（制御光源）または波長可変レーザ光源を有し、前記光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光ＬＣを波長変換装置１１８に対して供給する制御光発生装置１２６が備えられているので、複数の分岐光導波路に対応する光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのうちの上記制御光ＬＣの波長に対して予め設定された所定の光ファイバへ光信号Ｌ１が選択的に分配される。
また、本実施例の制御光発生装置１２６は、複数種類のレーザ光源１２６Ｌ１乃至２６Ｌｎまたは波長可変レーザ光源１２６ＬＶから出力される制御光をスイッチングするための光変調器１２６Ｍを備えたものであるので、制御光発生装置１２６から出力された相互に異なる波長の制御光ＬＣの立上がりおよび立下がりが急峻とされ、その応答性が高められる。
また、本実施例では、第１光ファイバ１１２から入力される光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて、制御光発生装置１２６からその分岐情報に応じた波長を有する制御光ＬＣを発生させる電子制御装置１２４を備えたものであるので、波長変換装置１１８から出力される変調光Ｌ３の波長がその光信号ＬＡ１１に含まれる行先（分岐）情報に応じて切り換えられて、その波長毎に複数の光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのうちのいずれかへ選択的に分配される。
また、本実施例では、電子制御装置１２４は、光ファイバ１１２から入力される光信号ＬＡ１１に含まれる行先情報（アドレス信号）のみを抽出し、前記制御光発生装置１２６からそのアドレス信号に対応する波長の制御光ＬＣを発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しないので、光信号Ｌ１の秘匿性が確保される利点がある。
次に、他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図３０は、前述の図１８および図２２に示す第１中継器本体部ＲＢ１１が全光学的に構成された実施例を示している。図３０において、波長変換装置１１８の第３光カプラ１３２に入力される入力光信号ＬＡ１１の一部が光カプラ（光分波／合波素子或いは光合波器／光合波器）１６４によって分岐され、次いで、光カプラ１６６によって連続光である所定波長たとえば波長λ１乃至λＮのいずれかの波長の連続光であるレーザ光Ｌと合波されて、図２２に示す第１光増幅素子１３６と同様に構成されることによりクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えた半導体光増幅素子（ＳＯＡ）１６８に入力される。上記連続光であるレーザ光Ｌは、たとえば図１９或いは図２０に示すレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎおよび光合波器１２６Ｓ、図２１に示す可変レーザ光源１２６ＬＶと同様に構成されたレーザ光源１７０が用いられる。この半導体光増幅素子１６８は、前記第１半導体光増幅素子１３６や第２半導体光増幅素子１４４に比較して相対的に応答速度が遅くなる特性となるように構成される。たとえば、前述のように、第１半導体光増幅素子１３６や第２半導体光増幅素子１４４が量子井戸または量子ドットから構成された活性層を備える場合には、上記半導体光増幅素子１６８はバルクから構成された活性層を備えるように構成される。この半導体光増幅素子１６８は、その利得および／または偏波状態が調整設定されることにより、高速のスイッチングに応答しないようにされている。これにより、図３１の上段に示される入力光信号ＬＡ１１が入力されると、その入力光信号ＬＡ１１の振幅変調信号に対応する波形の制御光信号ＬＣ（図３１の第２段目または第３段目）が上記半導体光増幅素子１６８から第４光カプラ（第２光合波器）１４０へ入力されるので、図３１の下から２段目または下段に示すように振幅変調された波長λ１またはλＮの出力光信号Ｌ３が光分配装置１５０へ出力される。この出力光信号Ｌ３の振幅変調信号は、たとえば分岐情報を示している。本実施例では、上記光カプラ１６４、光カプラ１６６、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）１６８レーザ光源１７０は、波長変換すべき波長および行先（分岐）情報を付与する上記制御光ＬＣを出力するための全光学式制御装置１７２を構成している。
本実施例によれば、上記光カプラ１６４、光カプラ１６６、半導体光増幅素子１６８によって生成される上記光信号ＬＣは、前述の図１８の制御光ＬＣと同様に、振幅変調によって一連の出力光の先頭部に入力光信号ＬＡ１１に含まれるものと同じ行先情報をリアルタイムで付与するものであるので、このようなスイッチング作動については前述の実施例の電子制御装置１２４が不要となって全光学的に構成される利点がある。
また、本実施例では、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号に応じて、制御光発生装置１２６からその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光ＬＣを発生させる全光学的制御装置を備えたものであるので、入力光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号が示す行先情報に応じた信号の制御光が発生するように制御されることから、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置１１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。光学的信号処理によって電磁波が発生しないので、光信号の秘匿性が確保される利点がある。
図３２は、上記図３０の波長変換装置１１８の技術を利用して構成された、全光学式の光信号中継装置１８０を説明するための図１７に相当する図である。光分波器Ｓ１によって分波された複数の光のうち、波長λ１の入力光信号ＬＡ１１を代表させて説明すると、図３０と同様に、波長変換装置１１８の第３光カプラ（第１光合波器）１３２に入力される入力光信号ＬＡ１１の一部が光カプラ１６４によって分岐され、次いで、光カプラ１６６によって連続光である所定波長たとえば波長λ２乃至λＮのいずれかの波長の連続光であるレーザ光Ｌと合波されて、第１光増幅素子１３６と同様に構成されることによりクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えた半導体光増幅素子（ＳＯＡ）１６８に入力される。上記連続光であるレーザ光Ｌが光分波器Ｓ１によって分波された他の波長λ２乃至λＮのいずれかが用いられる点において図３０の実施例と相違する。これにより、図３１に示すように、その上段に示される入力光信号ＬＡ１１が入力されると、その入力光信号ＬＡ１１の振幅変調信号に対応する波形の光信号ＬＣ（図３１の第２段目または第３段目）が上記半導体光増幅素子１６８から第４光カプラ（第２光合波器）１４０へ入力されるので、図３１の下から２段目または下段に示す波長λ１またはλＮの出力光信号Ｌ３が光分配装置１５０へ出力される。本実施例によれば、一層全光学式に構成される利点がある。
次に、さらに他の実施例を説明する。
前述の実施例において、他の中継器本体部ＲＢＭＮにおいて入力光信号ＬＡＮＭである光パケット信号を所定の波長に変換して所定のファイバＦＢＮＭへ出力する中継処理中に、入力光信号ＬＡ１１である光パケット信号を中継処理する中継器本体部ＲＢ１１からその所定のファイバＦＢＮＭへ同じ波長の光信号を重複的に出力させて光信号の重畳を発生させてしまう可能性がある。このような場合には、たとえば図１８の実施例では、電子制御装置１２４は、先に中継処理をしている中継器本体部ＲＢＭＮが光パケット信号の終端を確認する前に、入力光信号ＬＡ１１である光パケット信号の先頭のヘッダー部Ｈに振幅変調信号により付されているヘッダ情報を検知した場合には、その光パケット信号に迂回を指示する情報を振幅変調により付与するように構成されている。たとえば、最終の行先情報は変更しないが、途中のアドレスを振幅変調により変更する。本実施例によれば、複数の光パケット信号が略同時に同じ伝送路である所定のファイバＦＢＮＭへ送信されようとするときの相互の衝突を回避することができる。
図３３は、他の中継器本体部ＲＢＭＮにおいて入力光信号ＬＡＮＭである光パケット信号を所定の波長に変換して所定のファイバＦＢＮＭへ出力する中継処理中は、それに時期的に重複して着信した入力光信号ＬＡ１１である光パケット信号を一時的に記憶し、先に上記所定の波長に変換している光パケット信号の中継処理が完了した後でその中継処理を可能とするようにした中継装置１１０の要部を示す図である。図３３において、前記光分配装置１５０により分配された光パケット信号を一時的に記憶するために長さの異なる複数本の光ファイバが並列接続して成る複数の光信号記憶素子１７４と、その光信号記憶素子１７４から出力された光信号を入力側へ帰還させるための光帰還伝送路すなわち帰還用光ファイバ１７８と、帰還用光ファイバ１７８を介して入力側へ伝送された待機用波長λ０１乃至λ０３のいずれかの光パケット信号を入力光信号ＬＡ１１として第１カプラ１１４へ再び入力させるための光カプラ１７６とが備えられている。他の中継器本体部ＲＢＭＮにおいて入力光信号ＬＡＮＭである光パケット信号を所定の波長に変換して所定のファイバＦＢＮＭへ出力する中継処理中に、光パケット信号の先頭のヘッダー部Ｈに振幅変調信号により付されているヘッダ情報にしたがって、本中継器本体部ＲＢ１１が上記所定のファイバＦＢＮＭへ出力する行先情報を有する光パケット信号ＬＡ１１を受けたと判定された場合は、電子制御装置１２４はその光パケット信号ＬＡ１１は一時記憶させるべきものであると判定する。電子制御装置１２４は、上記他の中継器本体部ＲＢＭＮの電子制御装置からの信号に応答して、上記光パケット信号ＬＡ１１を予め設定された待機用波長λ０１乃至λ０３のいずれかに変換するための制御信号ＬＣ０１乃至ＬＣ０３を制御光発生装置１２６から出力させる。光分配措置１５０から出力された待機（一時記憶）用波長λ０１乃至λ０３のいずれかの光信号は、その光分配装置１５０に接続された光信号記憶素子１７４のいずれかへ送られてそこで所定時間記憶された後、帰還用光ファイバ１７８を介して光カプラ１７６へ伝送され、そこから入力光信号ＬＡ１１として第１カプラ１１４へ再び入力され、前述の中継処理が再び行われる。上記複数の光信号記憶素子１７４は、たとえば前述の光遅延素子１１６と同様に、それに記憶させる光パケット信号が必要とする記憶時間に対応する長さを備えるために、その記憶時間だけ伝播のために必要とする光学的長さの相互に異なる複数本の光ファイバをそれぞれ巻回してそれぞれ構成される。本実施例によれば、複数の光パケット信号が略同時に同じ伝送路である所定のファイバＦＢＮＭへ送信されようとするときの相互の衝突を回避することが可能となる。
また、前述の図１８の実施例において、電子制御装置１２４は、入力光信号ＬＡ１１乃至ＬＡ１、ＬＡ２１乃至ＬＡ２Ｎ、・・・ＬＡＭ１乃至ＬＡＭＮについて、たとえば所望の波長を所望の伝送路へ転送するように、その処理時間帯を波長群や伝送路群毎などで相互に相違させるように波長変換装置１１８に選択的に波長変換処理を実行させる制御光ＬＣを発生するように構成されてもよい。
また、前述の波長変換装置１１８において、第３光カプラ１３２および第４光カプラ１４０、第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４、および第１波長選択素子１３８などの構成部品は、光ファイバにより連結されてもよいが、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
また、前述の光分配装置１５０は、入力ポート１５０ａに接続された第１スラブ導波路１５０ｂと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された第２スラブ導波路１５０ｄと、それら第１スラブ導波路１５０ｂおよび第２スラブ導波路１５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路１５０ｅと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎとを備え、その入力ポート１５０ａに入力された波長変換装置１１８からの出力光Ｌ３（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート１５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのいずれかへ分配するように構成されていたが、波長毎に異なる回折格子の回折角度を利用してその入力光である出力光Ｌ３をアレイ状に配列された複数の分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎへ選択的に分配する回折格子型光合成分波器から構成されたり、或いはその回折格子に替えてプリズムが利用されたプリズム光合成分波器から構成されてもよい。この場合には、光分配装置１５０は、波長毎に異なるプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配するプリズム型光分配器から構成される。光分波器Ｓ１乃至ＳＭや合波器Ｔ１乃至ＴＭも同様である。
また、前述の実施例の電子制御装置１２４に替えて、複数の光トライオードから成る演算装置およびレーザ光源などから構成される光演算制御装置が用いられてもよい。電子制御装置１２４に替わる全光学的装置が用いられることにより、光信号中継装置１１０の全体が光学素子によって構成される。
また、前述の実施例では、光導波路として、第１光ファイバ１１２、第２光ファイバ１２０などが用いられていたが、光回路の一部に設けられた、二次元方向において光を導く二次元光導波路や三次元方向において光を導く三次元光導波路が用いられてもよい。
また、前述の実施例では、図１９、図２０、図２１に示される制御光発生装置１２６において、光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎ、１２６Ｍが除去されても差し支えない。この場合、たとえば図１９、図２０の光変調器１２６では、レーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎが選択的にオンオフ駆動されることにより、波長の異なる制御光ＬＣが選択的に出力される。また、図２１の光変調器１２６では、可変波長レーザ光源１２６ＬＶのＤＢＲ層に対する注入電流を段階的に変化させることにより、波長の異なる制御光ＬＣが選択的に出力される。
図３４乃至図３８は、所望のタイミングで光信号を取り出すことが可能な光信号記憶装置が、高度情報処理のための光通信のための光合波／分波装置に適用された例を示すものである。
図３４は、光信号記憶装置２１０の要部構成を説明するための図である。図３４において、光ネットワークなどからの光パケット信号、光データ通信信号などの光信号ＬＡを伝送する光ファイバ２１２には、光分波合波器として機能する第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、および相互利得変調型の波長変換装置（光スイッチング装置、光信号増幅３端子装置本体）２１８が順次接続されている。
また、光遅延素子２１６は、上記光ファイバ１２内を伝送される光信号を所定時間だけ遅延させるためのものであり、たとえば所定の長さの光ファイバを巻回して伝播距離を設けることよりその所定の伝播距離を伝播する伝播時間だけ遅延させるように構成される。この光遅延素子２１６の遅延時間は、波長変換装置２１８内において、そこで増幅される光信号とその光信号の伝送先を波長で示す制御光とが同期するように予め実験的に求められる。
上記第１光カプラ２１４により光ファイバ２１２内の光信号から分岐された分岐光信号は、光ファイバ２２０とこれに接続された光電信号変換器２２２とを介して電子制御装置２２４へ供給される。電子制御装置２２４は、たとえばＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理する所謂マイクロコンピュータにより構成される。この電子制御装置２２４は、光ファイバ２２０を介して伝送された光信号に含まれている振幅変調で示されるコード信号すなわち行先情報に基づいて、その光信号をルーティングするためにその行先情報に対応する波長指令信号を制御光発生装置２２６へ供給する。たとえば、電子制御装置２２４は、光ファイバ２２０から入力される光信号ＬＡに含まれる行先情報を抽出し、制御光発生装置２２６からその行先情報に対応する波長に応じた制御光ＬＣを発生させるものである。
上記制御光発生装置２２６は、予め設定された複数種類の波長λＣの制御光ＬＣを出力する制御光源を有し、前記電子制御装置２２４からの指令信号、すなわち光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長指令信号に従って、その分岐情報に対応する波長λＣを有する制御光ＬＣを前記波長変換装置２１８に対して供給する。制御光発生装置２２６は、転送先の出力光ファイバＦ１乃至ＦＮに対応する複数種類たとえばＮ種類の波長λ１、λ２、λ３、・・・λＮの制御光ＬＣを択一的或いは選択的に発生させる。前述の実施例の図１９、図２０、図２１は、その制御光発生装置２２６の構成例をそれぞれ示している。なお、本実施例の光ファイバ２１２、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光ファイバ２２０、光電信号変換器２２２、電子制御装置２２４、制御光発生装置２２６、光信号分配装置２５０は、前述の実施例の光ファイバ１１２、第１光カプラ１１４、光遅延素子１１６、波長変換装置１１８、光ファイバ１２０、光電信号変換器１２２、電子制御装置１２４、制御光発生装置１２６、光信号分配装置１５０と同様に構成されたものであり、波長変換装置２１８および光信号分配装置２５０は前述の光信号増幅３端子装置１２８と同様の光信号増幅３端子装置２２８を構成している。
図３４に戻って、上記波長変換装置２１８からの出力光Ｌ３は、その波長すなわち制御光ＬＣの波長λ１、λ２、λ３、・・・λＮ毎に光分配装置２５０によって複数の導波路に対応するように予め定められたクロスコネクトファイバＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮへそれぞれ選択的に分配される。また、それらと異なるバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光は分岐光ファイバＦｂに分配される。たとえば、出力光Ｌ３が単色である場合にはクロスコネクトファイバＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮのうちの１つに分配されるが、２種類の混合色である場合にはクロスコネクトファイバＦ１Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮのうちのいずれか２つの群へ分配される。上記クロスコネクトファイバＦ１およびＦ２は、光信号ＬＡを合波処理するための光アド処理回路２５２および光信号ＬＡを分波処理するための光ドロップ処理回路２５４に接続されており、クロスコネクトファイバＦ３乃至ＦＮは光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮに接続されている。上記光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮは、たとえば所定長の光ファイバが巻回されたものであり、その所定長の光ファイバ内の伝播時間に対応する遅延時間だけ遅延させて光信号ＬＡを出力する遅延素子である。
上記光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮから出力された光信号ＬＡは、光帰還伝送路を構成する帰還用光ファイバ２５６と第１光カプラ２１４と同様に構成された第５光カプラ（光合波器）２５８とを介して光信号ＬＡが第１光カプラ２１４よりも上流側の光ファイバ２１２に帰還させられることにより、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３乃至ＭＮのいずれか、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８から成る周回路で周回させられる。
以上のように構成された光信号記憶装置２１０において、光ファイバ２１２により伝送された光信号ＬＡは、それに含まれる行先信号（ラベリング）が電子制御装置２２４により抽出され、その行先信号が示す伝送先へ分配されるように、その行先信号に対応する波長の制御光ＬＣが出力されるように制御光発生装置２２６が電子制御装置２２４により制御される。波長変換装置２１８は、上記制御光ＬＣの波長がλ１である場合には、それから出力される出力光Ｌ３は、波長がλ１の光信号ＬＡとされるので、光分配装置２５０において光アド処理回路２５２へ向かって分配すなわち合波或いは分岐される。また、上記制御光ＬＣの波長がλ２である場合には、波長変換装置２１８から出力される出力光Ｌ３は、波長がλ２の光信号ＬＡとされるので、光分配装置２５０において光ドロップ処理回路２５４へ向かって分配すなわち合波或いは分岐される。
しかし、上記光信号ＬＡを直ちに光アド処理回路２５２或いは光ドロップ処理回路２５４へ伝送させることが不適当である場合は、電子制御装置２２４の電子処理により、その光信号ＬＡは外部からの読出タイミング信号Ｒの受信或いはその光信号ＬＡに含まれる記憶時間の経過までの間記憶された後に取り出される。すなわち、制御光発生装置２２６から波長変換装置２１８へ出力される制御光ＬＣの波長がλ３乃至λＮのいずれかたとえばλ３とされると、波長変換装置２１８から出力される出力光Ｌ３（光信号ＬＡ）の波長がλ３とされるので、光分配装置２５０において光バッファメモリＭ３へ向かって分配される。この光信号ＬＡは、光バッファメモリＭ３において一定時間記憶された後、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３から成る周回路で繰り返し周回させられて記憶される。この周回中の光信号ＬＡが波長変換装置２１８を通過する際には、制御光発生装置２２６から波長変換装置２１８へ出力される制御光ＬＣの波長はλ３とされる。このような光信号ＬＡの記憶中においてさらに他の光信号が入力され且つそれを記憶する場合には、上記波長λ３とは異なる波長たとえばλ４に上記と同様に変換され且つ上記と同様に帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ４から成る周回路で繰り返し周回させられることにより記憶される。
そして、たとえば光アド処理回路２５２へ取り出すための取出タイミング信号Ｒが外部から電子制御装置２２４へ供給されると、電子制御装置２２４は、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３から成る周回路で繰り返し周回させられる光信号ＬＡを相互利得変調型波長変換装置２１８において出力用波長λ１に変換するための波長λ１の制御光ＬＣを、制御光発生装置２２６から発生させる。この結果、光信号ＬＡは光分配装置２５０によって光アド処理回路２５２へ向かって分配されることによりその光アド処理回路２５２へ出力される。電子制御装置２２４は、そのような光信号記憶制御手段としても機能している。
上述のように、本実施例の光信号記憶装置２１０においては、光信号記憶制御手段として機能する電子制御装置２２４は、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３から成る周回路で繰り返し周回させられる光信号ＬＡを相互利得変調型波長変換装置２１８において出力用波長λ１に変換するための波長λ１の制御光ＬＣを制御光発生装置２２６から発生させるので、その光信号ＬＡは、任意の時間だけ記憶されるとともに、外部から供給されるか或いは光信号ＬＡに含まれる記億信号出力情報（読出タイミング信号Ｒ）が示す出力時期に応答して、任意のタイミング（取出し時刻）において光信号ＬＡが取り出される。
また、本実施例において、光信号記憶制御手段として機能する電子制御装置２２４は、相互利得変調型波長変換装置２１８へ入力される光信号ＬＡの波長を記憶用波長λ３乃至λＮのいずれかへ変換するための制御光ＬＣを制御光発生装置２２６から発生させるので、入力された光信号ＬＡはその記憶用波長λ３乃至λＮのいずれかに変換されることにより、相互利得変調型の波長変換装置２１８、光分配器２５０、光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮのいずれか、光帰還伝送路２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、および光遅延素子２１６、を繰り返し経由する周回伝送路において周回させられることにより、その光信号ＬＡの記憶が開始される。
また、本実施例では、（ａ）光ファイバ２１２内を伝播する光信号ＬＡを分岐させて電子制御装置２２４へ供給するための第１光カプラ（光分波器）２１４と、（ｂ）その第１光カプラ２１４により分岐された光信号を電気信号に変換して電子制御装置２２４へ供給する光電信号変換器２２２と、（ｃ）その光ファイバ２１２においてその第１光カプラ２１４よりも下流側に設けられ、その第１光ファイバ２１２から相互利得変調型の波長変換装置２１８に入力させる光信号ＬＡを遅延させる光遅延素子２１６とが設けられ、上記電子制御装置２２４は上記光信号ＬＡに含まれる行先情報に対応する波長の制御光ＬＣを制御光発生装置２２６から発生させるものであるので、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置２１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置２５０による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。また、光信号ＬＡの一部が第１光カプラ２１４から分岐されて電子制御装置２２４へ供給される一方で、その光信号ＬＡの他の一部が光遅延素子２１６により遅延させられて波長変換装置２１８へ供給されるので、電子制御装置２２４における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置２２６から波長変換装置２１８へ供給される制御光ＬＣがその波長変換装置２１８における光信号ＬＡと好適に同期させられる。
また、本実施例では、相互利得変調型の波長変換装置２１８は、（ａ）入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子２３６および第２光増幅素子２４４と、（ｂ）光ファイバ２１２から入力された第１波長λ１の信号光ＬＡと、その信号光ＬＡとは異なる波長λｂの連続光であるレーザ光（第２入力光、バイアス光）Ｌ２とを合波して第１光増幅素子２３６に入力させる第３光カプラ（第１光合波器）２３２と、（ｃ）第１光増幅素子２３６からの光から第２波長λ２の光を選択する第１波長選択素子２３８と、（ｄ）その第１波長選択素子２３８により選択された第２波長λ２の光と第３波長λ３の制御光ＬＣとを合波して第２光増幅素子２４４へ入力させる第４光カプラ（第２光合波器）２４０とを、含み、第３波長λ３の出力光Ｌ３は、制御光ＬＣと同じ波長の光であって、第１波長λ１の信号光Ｌ１および／または第３波長λ３の制御光ＬＣの強度変化に応答して変調されるものであることから、信号光ＬＡとレーザ光（第２入力光）Ｌ２とが入力された第１光増幅素子２３６からの光から選択された第２波長λ２の光と制御光ＬＣとが第２光増幅素子２４４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子２４４から出された光から選択された第３波長λ３の変調光Ｌ３或いは出力光Ｌ４は、信号光Ｌ１および／または制御光ＬＣの強度変化に応答して変調された光であって、制御光ＬＣに対する信号増幅率が少なくとも２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号Ｌ１の増幅処理を制御光ＬＣを用いて直接行うことができる。
次に、光信号記憶装置２１０の他の実施例を説明する。
前述の電子制御装置２２４は、相互利得変調型波長変換装置２１８、光分配器２５０、光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮのいずれか、光帰還伝送路２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、および光遅延素子２１６を繰り返し経由する周回伝送路において周回させられることにより記憶される光信号ＬＣのゲインの増減を抑制するように、その周回させられる信号光ＬＡ、あるいは相互利得変調型波長変換装置２１８に供給される制御光ＬＣを制御する光信号ゲイン制御手段を、さらに含むものであってもよい。すなわち、電子制御装置２２４は、あらかじめ記憶されたプログラムにしたがって第１光カプラ２１４および光電信号変換器２２２を介して入力される周回させられる信号光ＬＡのゲインが一定となるように制御光ＬＣを制御する。たとえば信号光ＬＡのゲインが低下すると、相互利得変調型波長変換装置２１８においてその信号光ＬＡが増幅されるように制御光ＬＣのゲインを大きくし、信号光ＬＡのゲインが増加すると、相互利得変調型波長変換装置２１８においてその信号光ＬＡが減少されるように制御光ＬＣのゲインを小さくする。
図３５は、さらに他の実施例の光信号記憶装置２７０を示している。本実施例の光信号記憶装置２７０は、前述の実施例の光信号記憶装置２１０に対して、周回させられる光信号ＬＡの記憶時間（周回数）に伴う強度変動たとえば発振的な増加あるいは減衰を抑制するための帰還光増幅装置２７２が帰還用光ファイバ２５６に介そうされた点、電子制御装置２２４は上記の機能のうち、周回させられることにより記憶される光信号ＬＣのゲインが一定となるように相互利得変調型波長変換装置２１８に供給される制御光ＬＣを制御する光信号ゲイン制御機能が設けられていない点が相違し、他は同様に構成されている。また、本実施例では、第１ゲイン制御用光増幅素子２７６および第２ゲイン制御用光増幅素子２８０の応答時間（応答特性）が第１光増幅素子２３６および第２光増幅素子２４４よりも長く（遅く）設定されている。たとえば、第１ゲイン制御用光増幅素子２７６および／または第２ゲイン制御用光増幅素子２８０は、たとえばエルビウム元素などの希土類元素が光ファイバや光導波路内にドープされることにより、３準位系または４準位系のエネルギ準位がその光透過媒体内に構成された光増幅素子など、相互利得変調の応答時間が遅い光増幅素子から構成される。応答時間が遅い光増幅素子から構成されることにより、周回させられる光信号ＬＡの信号成分が平滑化されてその信号ゲインの変化が容易に検出される。
上記帰還光増幅装置２７２は、光信号ゲイン制御手段に対応するものであり、波長変換装置２１８の第２光増幅素子２４４からの出力光に含まれるバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光のゲインの減少に基づいて帰還用光ファイバ２５６により帰還させられる光信号ＬＡを増幅するものである。すなわち、帰還光増幅装置２７２は、波長λｐの一定のレーザ光を出力するレーザ光源２７４と、前記光分配装置２５０からファイバＦｂを介して出力されるバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光と上記波長λｐのレーザ光とを受けてそのバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光のゲインの増加に伴ってゲインが減少する波長λｐのゲイン制御光Ｌ５を出力する第１ゲイン制御用光増幅素子２７６と、その第１ゲイン制御用光増幅素子２７６の出力光から波長λｐの光を通過させるフィルタ２７８と、そのフィルタ２７８を通過した波長λｐの光と帰還させられる光信号ＬＡとを受けてそのゲイン制御光Ｌ５の減少に伴ってゲインが増加する光信号ＬＡを出力する第２ゲイン制御用光増幅素子２８０と、その第２ゲイン制御用光増幅素子２８０からの出力光から波長λ３乃至λＮのいずれかの波長である光信号ＬＡを通過させ又は波長Ｌ５の光だけ通過させないフィルタ２８２とを備えている。上記第２ゲイン制御用光増幅素子２８０により、周回させられる光信号ＬＡのゲインの増減とは反対のバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光のゲインの減増に応じて、帰還させられる光信号ＬＡのゲインが増減させられることにより、その光信号ＬＡの周回毎のゲインの増加や低下が抑制され、略一定のゲインに維持される。本実施例によれば、前述の実施例と同様の効果が得られるのに加えて、速い応答信号はそのままであるが、遅い減衰の変化が抑制されるので、記憶のために周回させられる光信号ＬＡのゲインの増加や低下が抑制されて略一定のゲインに維持される利点がある。
図３６は、上記光信号記憶装置２７０の作動を説明するタイムチャートである。光信号ＬＡが記憶すべき信号である場合には、入力されたその光信号ＬＡは、波長変換装置２１８において制御光ＬＣ（λ３）に従って記憶用波長たとえばλ３に変換されるとともに光分配装置２５０によって光バッファメモリＭ３に分配され、以後はその光バッファメモリＭ３、帰還用光ファイバ２５６、帰還光増幅装置２７２、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、波長変換装置２１８、光分配装置２５０からなる周回路に沿って光信号ＬＡが周回させられる。このとき、帰還光増幅装置２７２によって周回させられる光信号ＬＡのゲインの減衰が抑制されて一定に保持されるので、図３６の最上段が入力された光信号ＬＡであるとすると、周回させられる光信号ＬＡはその下段に示す状態となる。このような周回によって記憶されている光信号ＬＡが取り出される場合には、任意のタイミングで任意の区間だけ波長変換装置２１８において制御光ＬＣ（λ１）に従って出力用波長たとえばλ１に変換されると、光分配装置２５０によって光アド処理回路２５２へ出力される。図３６の下から３段目に示す波形はその光信号ＬＡの出力波形を示している。また、図３６の下から２段目は上記の出力によって残された他の出力波形を示している。
ちなみに、図３７は、上記帰還光増幅装置２７２が設けられず、周回させられる光信号ＬＡのゲインの減衰が抑制されない場合の信号波形を示している。たとえば、上記光信号記憶装置２７０において帰還光増幅装置２７２が備えられない場合や電子制御装置２２４に光信号ゲイン制御手段が備えられない場合の図３４の光信号記憶装置２１０の場合の信号波形である。この図３７の上段および下段は、図３６の最上段およびその下の段に対応している。
図３８は、本発明の他の実施例の光信号記憶装置２９０を示している。本実施例の光信号記憶装置２９０は、前述の実施例の光信号記憶装置２１０に対して、光遅延素子２１６及び第１光カプラ２１４が省略された点、電子制御装置２２４に替えて全光学的演算制御装置２９２が設けられている点、帰還用光ファイバ２５６により帰還させられる光信号ＬＡの一部を分岐して全光学的演算制御装置２９２に入力させるための第１光カプラ２１４と同様の光カプラ２９４が設けられている点、その全光学的演算制御装置２９２が周回させられる光信号ＬＡの記憶時間（周回数）に伴う減衰に基づいてその減衰を抑制する光信号ゲイン制御手段として機能する点が相違し、他は同様に構成されている。
上記全光学的演算制御装置２９２は、たとえば、波長λ３の連続光を出力するレーザ光源と、その波長λ３のレーザ光と外部からの読出タイミング信号Ｒとを合波する光カプラと、その光カプラにより合波された光を受け入れて、読出タイミング信号Ｒの読み出し区間だけ波長λ３の制御光ＬＣを出力させる前記相互利得変調型波長変換装置１８と同様の波長変換装置とから成る１組の光制御回路をＮ組備えることにより、任意のタイミングで供給される読出タイミング信号Ｒに応答して、周回により記憶されている光信号ＬＡが取り出されるようにする。また、上記全光学的演算制御装置２９２は、上記光カプラ２９４から供給される周回中の光信号ＬＡを受けてそのゲインの減衰を示す包絡線を形成する低応答性の光遅延素子を備え、その光遅延素子から出力される波長λ３の減衰曲線を示す光を制御光ＬＣとして前記相互利得変調型の波長変換装置２１８に供給するように構成される。これにより、相互利得変調型の波長変換装置２１８から出力される波長λ３の光信号ＬＡの周回による減衰が抑制される。本実施例によれば、前述の図３５の実施例と同様の効果が得られる。
また、前述の光分配装置２５０は、干渉膜型光分配装置であってもよい。干渉膜に分類される多層フィルタはＳｉＯ２の薄膜とＴｉＯ２の薄膜とが交互に数十層積層されることにより特定の波長を反射させるように構成される。
また、前述の実施例の電子制御装置２２４に替えて、複数の光トライオードから成る演算装置およびレーザ光源などから構成される光演算制御装置が用いられてもよい。電子制御装置２２４に替わる全光学的装置が用いられることにより、光信号記憶装置２１０の全体が光学素子によって構成される。
また、前述の実施例の光信号記憶装置２１０において、光アド処理回路２５２、光ドロップ処理回路２５４、光バッファメモリＭ３乃至ＭＮの数は種々変更され得るものであり、それらの一部が除去或いは追加されても差し支えない。
また、たとえば相互利得変調型波長変換装置２１８において、制御光ＬＣの波長λＣは信号光ＬＡの波長λ１と同じとされてもよい。この場合には、相互利得変調型波長変換装置１８からの出力光Ｌ３の波長は、信号光ＬＡの波長λ１と同じとされる。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【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２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【技術分野】
本発明は、（ａ）光信号を増幅、制御、或いはスイッチングする光信号増幅３端子装置、特に、高度情報処理が可能な光通信、光画像処理、光コンピュータ、光計測、光集積回路などの光エレクトロニクスに好適な光信号増幅装置、（ｂ）光ファイバなどの所定の伝送路を介して伝播した光信号をその光信号に含まれる行先情報が示す他の伝送路へ転送するための光信号転送方法および光信号中継装置、（ｃ）光ファイバなどの所定の伝送路を介して伝播した光信号を記憶すると共に任意の時間に取り出すことを可能とする光信号記憶装置に関するものである。
【背景技術】
広帯域且つ高速伝送が可能な光ファイバ通信を用いた動画像通信や映像の分配といった広帯域な新サービスの広範な展開が期待されている。しかしながら、たとえばエレクトロニクスで言えば３端子のトランジスタに相当するような機能（信号増幅作用）素子、すなわち光信号を他の光信号で直接制御して信号増幅するような光機能素子は、未だ、実現されていない。
このため、折角、高速で伝送した光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路において情報処理が行われ、処理後の信号を再度光に変換して伝送するというのが実情である。したがって、光を光で直接制御することができないので、信号処理の高速性に限界があった。光信号のまま信号処理ができる場合には、並列処理が可能であると言われており、一層の処理時間の短縮化が期待できるのである。
これに対し、文献１或いは文献２に記載されている装置は、光をスイッチングする装置、マッハツェンダー型光干渉による波長変換などを利用したゲートスイッチング装置に過ぎず、これらは、温度変化、振動に弱く、設定が厳しいという不都合があった。このような従来技術は、電子回路におけるトランジスタのように、入力光を制御光を用いて信号増幅された出力光を得る機能を備えた光信号増幅３端子装置を構成する点については何ら開示されていない。
次に、広帯域、高速且つ高容量の信号伝送が可能な光通信の分野において、その光信号の通信、転送、分配がその広帯域、高速且つ高容量といった性質を損わないようにして行われることが期待されている。比較的近い将来に構築されることが予想されている波長分割多重（ＷＤＭ）をベースとした光ネットワークでは、一方の光伝送路から伝送された波長の異なる複数種類のレーザ光である波長分割多重光信号を波長毎に所望の光伝送路へ転送する光信号の転送（光信号の中継）技術が重要となる。光ファイバなどの所定の伝送路（たとえば波長バス）を介して伝播した一連の光信号（たとえばパケット信号）を、その一連の光信号に付されているラベル或いはタグのような行先情報が示す他の伝送路へ転送するための光信号転送、たとえば光ネットワーク内或いは光ネットワーク間でルーティングするルーティングでは、大容量且つ高速であるという光信号伝送の特徴を損うものであってはならなず、ルータすなわち光信号中継（転送）装置においても高速で転送処理されること、信頼性が高く、小型であることなどが要求される。
これに対し、たとえば文献３に記載された光パスクロスコネクト装置が提案されている。これによれば、波長多重伝送リンクの波長バスをＧ本ずつＮ個の波長群バスに分割する分波器と、その分波器によって分割された波長群毎にルーティング処理を実行するルーティング処理部とが備えられ、波長群毎にルーティング処理が行われるように構成されている。この光パスクロスコネクト装置のルーティング処理部は、波長群毎に波長変換する波長変換器と、それにより波長変換された光を分配するためにコントローラによって制御される光マトリックススイッチとから構成されている。そして、この光マトリックススイッチは、マトリックス状光路の交点に配置されたメカニカル動作の反射鏡スイッチをコントローラによって択一的に動作させ、複数の波長群のうちその反射鏡スイッチにより反射された１つの波長群を所望の伝送路へ出力させるように構成されるか（段落００４２、図１０（１））、或いは、コントローラによって択一的に動作させられる光スイッチとメッシュ配線とが配置され、複数の波長群のうちその光スイッチにより通過させられた１つの波長群をメッシュ配線内の１つの伝送路へ出力させるように構成される（段落００４３、図１０（２））。
しかしながら、上記従来の光パスクロスコネクト装置では、コントローラによって作動制御される反射鏡スイッチ或いは光スイッチによってルーティング処理されることから、コントローラにおいて電子的に処理された出力であるルーティング先（行先）を示すが指令信号に従って反射鏡スイッチ或いは光スイッチが切換動作させられる。このため、光信号の一部を電気信号に変換してその電気信号に含まれる行先情報たとえばパケットのラベルやタグに含まれる転送関連信号を抽出し、それに従って反射鏡スイッチ或いは光スイッチを電気的に作動制御してから光信号を転送する必要があるため、応答速度が十分に得られなかった。また、転送先の伝送路（波長バス）の波長に合わせて波長を変換するために、上記ルーティング処理部の他に波長変換部が備えられており、そのような波長変換部がルーティング処理部に加えて設けられているので、装置が大型となるとともに、特にメカニカル作動の反射鏡スイッチが用いられる場合には信頼性が得られない場合があった。
さらに、広帯域、高速且つ高容量の信号伝送が可能な光通信の分野において、光信号（たとえばパケット信号などの光データ）の識別、多重や分離、スイッチング、ルーティング（転送、分配）がその広帯域、高速且つ高容量といった性質を損わないようにして行われることが期待されている。このような光の領域では、たとえばフォトニックルータシステムに代表される光信号を処理する光信号処理システムの全般において、光信号を一時的に記憶し且つ所望のタイミングで取り出すことができる光信号記憶装置が求められている。エレクトロニクス分野の信号処理においてメモリが必須であると同様に、光信号処理分野においても光メモリ、光バッファと称される光信号記憶装置が必要不可欠であるからである。
これに対し、たとえば特許文献１に記載されているような、光メモリ装置が提案されている。これによれば、複数種類の遅延時間を与えるために長さの異なる光ファイバからそれぞれ構成された複数の光導波手段１０５〜１０８が用意されており、その光導波手段１０５〜１０８のいずれかを通過させることでその光導波手段１０５〜１０８のいずれかの伝播時間に対応する遅延時間だけ、光信号を記憶させることができるように構成されている。
しかしながら、上記従来の光メモリ装置では、光信号が伝播させられる光導波手段１０５〜１０８のいずれかの伝播時間に対応する遅延時間だけ、その光信号の記憶時間が予め決定されるに過ぎず、任意のタイミングで光信号を取り出すことができないことから、光信号の処理の自由度が制限されて信号処理効率が低くなることが避けられなかった。
【文献１】
Ｋ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ，”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ−ｂａｓｅｄ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｔｅｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，”ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｍｔｕｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．６，ｎｏ．６，ｐｐ．１４２８−１４３５，Ｎｏｖ．／Ｄｅｃ．２０００
【文献２】
Ｔ．Ｄｕｒｈｕｕｓ，Ｃ．Ｊｏｅｒｇｅｎｓｅｎ，Ｂ．Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ，Ｒ．Ｊ．Ｓ．Ｐｅｄｅｒｓｅｎ，ａｎｄ Ａ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ．”Ａｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ＳＯＡｓ ｉｎ ａ Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｍ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６，ｐｐ．５３−５５，Ｊａｎ．１９９４
【文献３】
特開２００２−２６２３１９号公報
【文献４】
特開平８−２０４７１８号公報
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その第１の目的とするところは、光信号の増幅処理を制御光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を提供することにある。また、第２の目的とするところは、光信号のルーティングを高速で処理でき、或いは装置が小型となる光信号転送方法および光信号中継装置を提供することにある。また、第３の目的とするところは、光信号を記憶し且つ任意の時間にそれを取り出すことができる光信号記憶装置を提供することにある。
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、半導体光増幅素子や希土類元素添加ファイバアンプなどの光増幅素子において、所定波長λ１の入力光の周囲波長の自然放出光が、その入力光の強度変化に応答して強度変化し、その変化は入力光の信号強度変化に対して逆の強度変化をする点、および、その自然放出光の波長域内すなわち入力光の周囲波長域内の他の波長λ２のレーザ光を上記入力光に重畳させて入射させると、上記自然放出光の信号（振幅）変化は維持されつつ、全体の強度が急激に増加するという現象すなわちレーザ誘導光信号増強効果（Ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ）を見い出した。また、本発明者は、この現象を、波長λ１からλ２への波長変換機能としても把握し、その波長変換を２段接続するタンデム波長変換素子に基づく光３端子装置（Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒｉｏｄｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔａｎｄｅｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を着想し、光信号増幅３端子装置を見いだした。本第１発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
また、本発明者は、上記の光信号増幅３端子装置の光増幅素子が波長λ１からλ２への波長変換機能を有するだけでなく、その波長変換機能とスイッチング機能とを備えた機能素子であることにも着眼し、行先情報を光信号に振幅変調して重畳させることによりその機能素子が波長多重信号のルーティング装置すなわち転送装置として好適に用いられることを見いだした。本第２発明および第３発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
また、本発明者は、前記のような現象を有する光信号増幅３端子装置の光増幅素子を、波長λ１からλ２への波長変換機能として機能させつつ、入力波長に応じて異なる出力伝送路へ分配する分波器と組み合わせて、光信号が周回する環状伝送路内に介そうすることにより、周回させられることにより記憶されている光信号を任意の時間に取り出すことが可能である点を見いだした。第４発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【発明の開示】
第１発明
すなわち、第１発明の光信号増幅３端子装置の要旨とするところは、（ａ）ｐｎ接合から構成される活性層を備え、入力された光信号を増幅および波長変換して出力するための第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子と、（ｂ）第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とを前記第１半導体光増幅素子に入力させる第１光入力手段と、（ｃ）前記第１半導体増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、（ｄ）その第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の第３入力光とを前記第２半導体光増幅素子へ入力させる第２光入力手段と、（ｅ）その第２半導体光増幅素子からの光から第３波長の出力光を選択する第２波長選択素子とを、含み、（ｆ）前記第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上であることにある。
このようにすれば、第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とが入力された第１半導体光増幅素子からの光から選択された第２波長の光と、第３波長の第３入力光とが第２半導体光増幅素子へ入力させられるとき、その第２半導体光増幅素子から出された光から選択された第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調された光であって、前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を得ることができる。また、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子はｐｎ接合から構成される活性層を備えた光増幅素子であるので、光信号増幅３端子装置が小型化されるとともに、信号増幅率が一層高められる。
ここで、好適には、前記第１波長の第１入力光は変調光であり、前記第２波長の第２入力光は連続光であり、前記第３波長の第３入力光は制御光であり、前記第３波長の出力光は、その制御光の入力区間においてその第１入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである。このようにすれば、第３波長の出力光は、制御光の入力区間において前記第１波長の第１入力光の強度変化に応答して変調された増幅光となるので、増幅された光信号のスイッチング処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を得ることができる。
また、好適には、前記第３波長は、前記第１波長と同じ波長である。このようにすれば、光信号増幅３端子装置の信号入力光としての第１入力光及び第３入力光と、出力光とが同じ波長となるので、共通の波長で複数の光信号増幅３端子装置を接続することが可能となり、複数個の光信号増幅３端子装置を用いて集積度の高い光回路を構成することができる。
また、好適には、前記第３波長の出力光の前記第３波長の制御光に対する信号増幅率は、１０以上の値である。このようにすれば、光信号増幅３端子装置の信号増幅率が一層高められる。
また、好適には、前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸または量子ドットから構成されたものである。このようにすれば、量子井戸または量子ドットから構成される活性層を備えた半導体光増幅素子が用いられるので、高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には１００ＧＨｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
また、好適には、前記半導体光増幅素子は、前記活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものである。このようにすれば、１端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって、出力信号の変調度が一層高められる。
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子は、選択的に光を反射するための反射手段をその一端面側に備え、その反射手段は、レンズを通してその第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子の端面と光学的に結合されたものである。このようにすれば、この集光レンズにはマイクロレンズが好適に用いられ、入力光、出力光は光ファイバを介して伝送される。
また、好適には、前記反射手段は、前記第１半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第１入力光は反射しないが前記第２波長の光は第２半導体光増幅素子へ向かって反射する波長選択性ミラーと、前記第２半導体光増幅素子からの光のうちの前記第２波長の第２入力光は反射しないが前記第３波長の光は反射する波長選択性ミラーである。このようにすれば、反射手段は、第１波長選択素子として機能する波長選択性ミラーと第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーとにより構成される。
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第１波長の光は透過しないが前記第２波長の光は透過させる第１波長選択性フィルタが設けられ、前記第２半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第２波長の光は透過しないが前記制御光の波長は透過させる第２波長選択性フィルタが設けられたものである。このようにすれば、前記第１波長選択素子および第２波長選択素子が第１波長選択性フィルタおよび第２波長選択性フィルタによって構成される。また、第１入力光すなわち信号光の波長である第１波長の光が第１波長選択性フィルタによって透過させられないので、一層よい特性が得られる。
また、好適には、前記反射手段は、前記第１波長選択素子および／または第２波長選択素子として機能し、その反射手段に対して入力光の入射角度および／または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子から他の半導体光増幅素子へ入力させるものである。
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が１チップとして一体的に構成されたものである。このようにすれば、光信号増幅３端子装置が一層小さな集積化１チップのモノリシック構造となる。
また、好適には、前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである。このようにすれば、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
また、好適には、前記第１波長選択素子または第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである。このようにすれば、第１半導体光増幅素子或いは第２半導体光増幅素子からの光から第２波長或いは第３波長が好適に抽出される。
また、好適には、前記光信号増幅３端子装置は、光ＮＡＮＤゲート、光ＮＯＲゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである。このようにすれば、光デジタル回路、または光アナログ回路が前記光信号増幅３端子装置から好適に構成される。
また、前記光信号増幅３端子装置において、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子、第１波長選択素子および第２波長選択素子、それらへ入力される光を合波する光カプラなどの構成部品は、光を導く光ファイバや、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
第２発明
次に、第２発明の要旨とするところは、所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちのその光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送する光信号転送方法であって、（ａ）前記行先情報が施された一連の光信号を光信号増幅３端子装置本体へ入力させる入力工程と、（ｂ）前記振幅変調信号に対応する波長の制御光を前記光信号増幅３端子装置本体へ供給し、その光信号増幅３端子装置本体からその制御光の波長の光信号を出力させる波長変換工程と、（ｃ）前記光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号を光分配装置に入力させ、その光信号をその波長に応じてその光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程とが、含まれる。その行先情報としてその一連の光信号に振幅変調信号を付与し、その振幅変調信号が示す行先へ転送するようにしたことにある。
このようにすれば、行先情報が施された一連の光信号が光信号増幅３端子装置本体へ入力され、その振幅変調信号に対応する波長の制御光がその光信号増幅３端子装置本体へ供給されて、その光信号増幅３端子装置本体からその制御光の波長の光信号が光分配装置へ出力され、その出力された光信号はその波長に応じて光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配されることによってルーティングが行われる。このように、行先情報が光信号に付与されていることから、波長変換機能とスイッチング機能とを有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。
ここで、上記行先情報とは、たとえばＩＰアドレス或いは送信元アドレス、あて先アドレス、ソースルーティングのようなルート情報、データリンク層のコネクション情報など、光信号の転送先の決定に関連する情報である。
好適には、前記一連の光信号は、９０％以下の変調度で振幅変調されたものである。このようにすれば、光信号が損われず、且つ行先情報が光信号に確実に付与される。
また、好適には、前記一連の光信号はパケット信号であり、前記行先情報はそのパケット信号の先頭部に設けられたラベル情報或いはタグ情報である。このようにすれば、パケット信号を構成する一連の光信号の先頭部に設けられたラベル部或いはタグ部において、振幅変調によりラベル情報或いはタグ情報が付与される。
また、好適には、前記波長変換工程は、光信号増幅３端子装置本体から出力される光信号にその制御光を用いて振幅変調を施すことにより、その光信号に新たな行先情報を再付与するものである。このようにすれば、転送装置内において適宜転送先を付与できる。このため、たとえばリンクの状態、ノードの状態、ロタフィック状態に応じて転送ルートを決定する動的ルーティングが可能となる。
第３発明
上記第２発明の光信号転送方法が好適に実施されるための光信号中継装置の要旨とするところは、光信号伝送ネットワーク間において、行先情報として振幅変調が施された一連の光信号を一方のネットワークから他方のネットワークの伝送路のうちのその光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送するための光信号中継装置であって、（ａ）前記一連の光信号の振幅変調信号から、その振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光を発生させる制御光発生装置と、（ｂ）前記一連の光信号を前記制御光の波長の光信号に変換する光信号増幅３端子装置本体と、（ｃ）その光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号をその波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置とを、含むことにある。
このようにすれば、行先情報として振幅変調信号が付与された一連の光信号が伝送されて来ると、制御光発生装置により、その一連の光信号の振幅変調信号からその振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光が発生させられ、光信号増幅３端子装置本体により、その一連の光信号が前記制御光の波長の光信号に変換され、光分配装置により、その光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号がその波長に応じて複数の光伝送路へ分配される。したがって、波長変換機能とスイッチング機能を有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。
好適には、前記光信号に含まれる振幅変調信号に応じて、前記制御光発生装置からその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである。このようにすれば、電子制御装置または全光学的制御装置により、光信号に含まれる振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光が発生するように制御光発生装置が制御されることから、波長変換機能とスイッチング機能を有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。また、電子制御装置が、前記主光導波路から入力される光信号に含まれる振幅変調信号のみを光学的に抽出し、制御光発生装置からそのアドレス信号に対応する波長の制御光を発生させる全光学的制御装置である場合には、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が発生しないので、光信号の秘匿性が確保される利点がある。
また、好適には、（ａ）前記光信号の一部を分岐する光分波器と、（ｂ）その光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、（ｃ）前記光分波器よりも下流側に設けられ、その光分波器を通過して光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とが備えられ、上記電子制御装置は、前記光信号に含まれる振幅変調信号を抽出して、その振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである。このようにすれば、波長変換機能とスイッチング機能を有する光信号増幅３端子装置本体が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。
また、好適には、前記光分配装置により分配された光パケット信号を一時的に記憶する光信号記憶素子と、その光信号記憶素子から出力された光信号を入力側に帰還させる光帰還伝送路とを備え、前記電子制御装置は、前記光信号が一時記憶させるべきものである場合には、その光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、前記光分波器は、その記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させるものである。このようにすれば、中継処理された複数の光パケット信号が同じ伝送路へ出力されようとする場合には、一方の光パケット信号が予め設定した記憶用波長に変換され、光分波器は、その記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させてから入力側に帰還させられ、改めて中継処理が実行される利点がある。
また、好適には、前記光信号記憶素子は、前記光分配装置により分配された光信号を受けるために光学的伝播長さが異なる複数本の光ファイバを並列に備えたものであり、前記電子制御装置は、前記一時記憶すべき光パケット信号に必要とされる記憶時間に応じて、その光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、前記光分配装置は、その記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子の複数本の光ファイバのいずれかへ分配してそこで一時的に記憶させるものである。このようにすれば、光パケット信号が並列配置された複数本の光ファイバのうちのそれに必要とされる記憶時間に応じた光ファイバ内で伝播させられる過程で一時記憶される。
また、好適には、前記全光学的制御装置は、前記第１入力光の一部を分岐する光カプラと、前記制御光と同じ波長の連続光を発生する連続光源と、その連続光源からの連続光とその光カプラからの前記第１入力光の一部とを合波する光カプラと、その光カプラからの光を受けて、上記第１入力光に含まれる変調信号を有する制御光を出力する、前記半導体光増幅素子よりも応答速度が遅い半導体光増幅素子とを含むものである。このようにすれば、全光学的に制御装置が構成される。
また、好適には、前記光分配装置は、前記光信号増幅３端子装置から出力された出力光が入力されると、その入力された出力光を前記複数の光伝送路のうち前記制御光の波長に対応する光伝送路へ選択的に分配するものである。たとえば、その光分配装置は、入力ポートに接続された第１スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第２スラブ導波路と、それら第１スラブ導波路および第２スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、その入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である。或いは、波長毎に異なる回折格子またはプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配する回折格子型またはプリズム型光分配器を含むものである。このようにすれば、前記光３端子装置から出力された制御光に対応する波長の出力光は、その波長毎に複数の分岐導波路のうちのいずれかへ選択的に分配される。
第４発明
第４発明の要旨とするところは、入力光伝送路から入力された光信号を記憶するとともに任意の時間に取り出すことが可能な光信号記憶装置であって、（ａ）前記入力光伝送路から入力された光信号をその入力信号に含まれる伝送先に対応し且つ前記光信号と同じ又は異なる波長に変換するための制御光を発生する制御光発生装置と、（ｂ）前記入力された光信号と制御光とを受け、その入力された光信号をその制御光の波長の光信号に変換して出力する光信号増幅３端子装置本体と、（ｃ）その光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号をその光信号の波長に応じて分配する光分配器と、（ｄ）その光分配器により分配された記憶用波長の光信号を一時的に記憶する光バッファメモリ素子と、（ｅ）その光バッファメモリ素子から出力された光信号を光信号増幅３端子装置本体へ再び入力させるために、その光信号を前記入力光伝送路へ帰還させる光帰還伝送路と、（ｆ）前記光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、およびその光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号をその光信号増幅３端子装置本体において出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる光信号記憶制御手段とを、含むことにある。
この第４発明によれば、前記光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、およびその光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号は、光信号取出制御手段により光信号増幅３端子装置本体において出力用波長に変換されると、分配器によりその出力用波長に基づいて取出用伝送路へ分配されることによって、任意のタイミング（取出し時刻）において時間光信号が取り出される。この取出用伝送路は、たとえば、取り出した光信号を合波処理（所謂光アド処理）或いは分波処理（所謂光ドロップ処理）するための用意されたものである。
ここで、上記第４発明において、好適には、上記光信号記憶制御手段は、前記光信号増幅３端子装置本体へ入力される光信号の波長を記憶用波長へ変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる。このようにすれば、入力された光信号が光信号増幅３端子装置本体において記憶用波長に変換されることにより、光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、および光帰還伝送路を繰り返し経由する周回伝送路において周回させられることにより、その光信号の記憶が開始される。
また、好適には、前記周回させられる光信号のゲインの増減例えば増加または減衰を抑制するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号、または前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光を制御する光信号ゲイン制御手段が、さらに含まれる。このようにすれば、光信号の周回による減衰が防止されるので、その光信号のゲインが一定に維持される。
また、好適には、前記光信号増幅３端子装置本体は、前記光信号をバイアス光の波長に変換して反転させる第１半導体光増幅素子と、その第１半導体光増幅素子により反転させられた光信号を前記制御光の波長に変換して反転させる第２半導体光増幅素子とを備えたものであり、前記光信号ゲイン制御手段は、その第２半導体光増幅素子からの出力光に含まれるバイアス光のゲインの増減に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を制御するものである。例えばバイアス光のゲインの増加または減少に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を減衰または増幅する。このようにすれば、光帰還伝送路により帰還させられる光信号が光信号ゲイン制御手段により増幅されることによってその光信号の周回による減衰が防止されるので、その光信号のゲインが略一定に維持される。
また、好適には、前記光信号ゲイン制御手段は、前記バイアス光とそのバイアス光とは異なる波長の連続光であるゲイン制御光とを受けてそのバイアス光のゲインの増加に伴ってゲインが減少するゲイン制御光を出力する第１ゲイン制御用光増幅素子と、その第１ゲイン制御用光増幅素子からの出力光と前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号とを受けてそのゲイン制御光の減少に伴ってゲインが増加する光信号を出力する第２ゲイン制御用光増幅素子とを含むものである。このようにすれば、全光学的処理により、記憶のために周回させられる光信号のゲインが一定に維持される。
また、好適には、上記第１ゲイン制御用光増幅素子および／または第２ゲイン制御用光増幅素子は、希土類元素がドープされることにより３準位系または４準位系のエネルギ準位が構成された光透過媒体から成る光増幅素子から構成される。このような光増幅素子は、相互利得変調の応答時間が遅いので、周回させられる光信号の信号成分が平滑化されてそのゲインの低下或いは上昇が容易に検出されるようになる。
また、好適には、前記光信号ゲイン制御手段は、前記周回させられる光信号のゲインを一定に維持するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号のゲインの増減に基づいて、前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光のゲインを制御する光学的演算制御装置を含むものである。このようにすれば、光信号増幅３端子装置本体から出力される光信号が、帰還させられるその光信号のゲインの減少に基づいて全光学的演算制御装置により増幅されてその光信号の周回による減衰が防止されるので、その光信号のゲインがほぼ一定に維持される。
また、好適には、（ａ）前記制御光発生装置を制御するための電子制御装置と、（ｂ）その光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、（ｃ）前記光分波器よりも下流側に設けられ、その光分波器を通過して前記光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、（ｄ）前記電子制御装置は、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである。このようにすれば、電子処理により、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、周回により記憶されている光信号が出力させられる。
また、好適には、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる全光学的演算制御装置を備えたものである。このようにすれば、全光学的処理により、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、周回により記憶されている光信号が出力させられる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例の光信号増幅３端子装置の構成を説明するブロック図である。
図２は、図１の実施例における光増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の外形を示す斜視図である。
図３は、図１の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は第１入力光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
図４は、図１の光信号増幅３端子装置の入出力特性を示す図である。
図５は、図１の光信号増幅３端子装置の出力信号の周波数特性を示す図である。
図６は、図１の光信号増幅３端子装置によって構成される光フリップフロップ回路を示す図であって、（ａ）は一対の光ＮＡＮＤゲードから構成される光フリップフロップ回路、（ｂ）は一対の光ＮＯＲゲードから構成される光フリップフロップ回路をそれぞれ示している。
図７は、図１の光信号増幅３端子装置によって構成される光演算増幅回路を示す図である。
図８は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図９は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図１０は、図９の光信号増幅３端子装置をモノリシック構造とした場合の構成を説明する図である。
図１１は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、４端子型光サーキュレータを用いた構成を説明する図１に相当する図である。
図１２は、図１１の光信号増幅３端子装置をモノリシック構造とした場合の構成を説明する図である。
図１３は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、半導体基板の上にエピタキシャル成長させられたＶ字型光導波路を備えたモノリシック構造の構成を説明する図である。
図１４は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図１５は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、半導体基板の上にエピタキシャル成長させられたＶ字型光導波路を備えたモノリシック構造の構成を説明する図である。
図１６は、光信号転送方法が適用される装置の一実施例である光信号中継装置の構成を説明する略図である。
図１７は、図１６の実施例の光信号中継装置の一部を構成する複数の中継器の１つの構成例を説明するブロック図である。
図１８は、図１７の中継器の構成を説明するブロック図である。
図１９は、図１８の制御光発生装置の構成例を説明するブロック図である。
図２０は、図１８の制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
図２１は、図１８の制御光発生装置の他の構成例を説明するブロック図である。
図２２は、図１８の光信号増幅３端子装置の構成例を説明するブロック図である。
図２３は、図２２の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は入力光である信号光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
図２４は、図２２の光信号増幅３端子装置の周波数特性を示す図である。
図２５は、図２２の光分配装置の構成例を説明する図である。
図２６は、図２３の一連の入力光信号の構成例を説明する図である。
図２７は、図２６の一連の入力光信号を、それを構成する主信号と振幅変調信号とを用いて説明するタイムチャートである。
図２８は、図２６の一連の入力光信号について図１８の中継器本体部の作動であって、行先情報を付与しない場合の作動を説明するタイムチャートである。
図２９は、図２６の一連の入力光信号について、図１８の中継器本体部の作動であって、入力光信号とは異なる行先情報を付与する場合のを説明するタイムチャートである。
図３０は、光信号増幅３端子装置の全光学式に制御光を発生させる他の実施例の構成を説明する図であって、図２２に相当する図である。
図３１は、図３０の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートである。
図３２は、図３０の実施例の波長変換装置を含む光信号中継器の構成を説明する図であって、図１７に相当する図である。
図３３は、光信号中継装置の他の実施例における要部すなわち中継器を説明する図であって、図１８に相当する図である。
図３４は、光信号記憶装置の一実施例の構成を説明する略図である。
図３５は、図３４の光信号記憶装置とは異なる他の実施例の構成を説明する略図である。
図３６は、図３５の光信号記憶装置の光信号記憶作動を説明するタイムチャートである。
図３７は、図３５の光信号記憶装置において帰還光増幅装置が設けられない場合の光信号記憶作動を説明するタイムチャートである。
図３８は、図３４、図３５の光信号記憶装置とは異なる他の実施例の構成を説明する略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１乃至図１５は、光信号増幅３端子装置に関連する実際例を示すものであって、図１はその一実施例の光信号増幅３端子装置１０を示している。
図１において、第１レーザ光源１２は、たとえば１５５５ｎｍの第１波長λ１の第１レーザ光（第１入力光）Ｌ１を出力し、第１光変調器１４が設けられた光ファイバＦ１を介して伝播させる。第２レーザ光源１６は、たとえば１５４８ｎｍの第２波長λ２の第２レーザ光（第２入力光）Ｌ２を一定の強度で連続的に出し、第２光ファイバＦ２を介して伝播させる。上記第１レーザ光源１２はたとえば可変波長半導体レーザが用いられるが、第２レーザ光源１６はたとえば単一波長の半導体レーザが用いられる。上記第１光変調器１４は、図示しない信号発生器からの電気信号或いは光信号に従って、たとえば図３の上段の波形に示すように、その電気信号或いは光信号の周波数のパルス信号となるように通過光である第１レーザ光Ｌ１を強度変調する。第１光カプラ１８は、第１光入力手段として機能するものであり、上記光ファイバＦ１および光ファイバＦ２を光ファイバＦ３へ接続し、それら光ファイバＦ１および光ファイバＦ２を伝播してきた第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２を重畳（合波）し、第３光ファイバＦ３および第１光サーキュレータ２０を介して第１光増幅素子２６へ入力させる。
上記第１光増幅素子２６は、たとえば図２に示す半導体光増幅素子（ＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）から構成される。
図２において、化合物半導体たとえばインジウム燐（ＩｎＰ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）から構成される半導体基板２６ａの上に形成された光導波路２６ｂは、その半導体基板２６ａの上にエピタキシャル成長させられ且つホトリソグラフィーにより所定の導波路パターンに形成されたたとえばＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の多層膜であり、たとえばホトリソグラフィーを用いて所定幅のテープ状突起となるように形成されている。この光導波路２６ｂは、半導体基板２６ａよりも屈折率が高い物質で構成されているので、光を厚み方向に閉じ込めつつ伝播させる機能を備えている。上記光導波路２６ｂ内の多層膜内には、ｐｎ接合により構成された活性層２６ｃ、キャップ層などが含まれ、その上には上部電極２６ｅが固着されている。この活性層２６ｃは、半導体基板２６ａの下面に固着された下面電極２６ｆと上記上部電極２６ｅとの間に電圧が印加され且つ上記ｐｎ接合に励起電流が流されることによって電子・正孔対が形成され、その活性層２６ｃを通過する光が誘導放射作用によって増幅されるようになっている。上記活性層２６ｃは、多重量子井戸、歪み超格子、或いは量子ドットから構成されている。多重量子井戸である場合は、たとえば、ＩｎＰ半導体基板２６ａからエピタキシャル成長させられることにより格子整合されたＩｎＧａＡｓ（１００Åの厚み）とＩｎＧａＡｓＰ（１００Åの厚み）との６対により構成され、その活性層２６ｃの上には、組成（屈折率）が段階的に変化させられたグリン（ＧＲＩＮ）構造のガイド層（２０００Å）が順次設けられている。この活性層２６ｃのデバイス長（光路長さ）は６００μｍであり、たとえば２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入によって注入された電子が通過する光子による誘導放射によって価電子帯へ移動させられるときに光エネルギを放出して通過光を増幅させると考えられている。この２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入により、たとえば波長１５５５ｎｍにおいて２０ｄＢ程度の利得が得られる。
前記第１光増幅素子２６の１端面には、金属或いは誘電体がスパッタリングされることによって光を反射する処理が施された金属膜或いは誘電体多層膜などの反射手段２６ｄが備えられているため、その１端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、前記第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２の合波光は、上記他端面を通して第１光増幅素子２６内に入力されるとともに、上記反射手段２６ｄに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第１光増幅素子２６の活性層２６ｃ内では、上記第１レーザ光Ｌ１の入射によってその波長λ１を中心とする周囲波長の自然光が発生し、その自然光は第１レーザ光Ｌ１の強度変調に反比例して強度が増減する。この状態においてその自然光の波長範囲内にある第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２が通過させられると、その第２波長λ２は、その自然光と同様の変化を受けつつ増強させられる。すなわち、第１レーザ光Ｌ１の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅させられる。すなわち、第１光増幅素子２６は、第２光増幅素子３４とともにクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えている。
第１光サーキュレータ２０は、第１光増幅素子２６から出力された光を、第３光ファイバＦ３ではなく、第１波長選択素子２８を備えた第４光ファイバＦ４へ導く。第１波長選択素子２８は、前記第１光増幅素子２６に接続され、その第１光増幅素子２６から出力された光のうちから第２波長λ２である１５４８ｎｍの光を抽出する。この第１波長選択素子２８は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、第４光ファイバＦ４の一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタであって、第２波長λ２を中心波長とし且つ半値幅が１ｎｍの光を選択して透過させるものである。なお、第１波長選択素子２８は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
第２光カプラ３０は、第２光入力手段として機能するものであり、上記第１波長選択素子２８により第１光増幅素子２６から出力された光のうちから選択された第２波長λ２の光と、たとえば図３の中段の波形に示す第３波長λ３の制御光である第３レーザ光Ｌ３とを重畳（合波）し、第５光ファイバＦ５および第２光サーキュレータ３２を介して第１光増幅素子２６と同様に構成された第２光増幅素子３４へ入力させる。この第２光増幅素子３４では、変調された第２波長λ２は、その第２波長λ２を中心とする自然光の波長範囲内の第３波長λ３の制御光によってさらに変調を受け、第３波長λ３に関しては、図３の下段に示す波形とされる。第２光サーキュレータ３２は、第２光増幅素子３４から出力された光を、第５光ファイバＦ５へではなく、第２光フィルタ素子３６を備えた第６光ファイバＦ６へ導く。上記第２光フィルタ素子３６は、第２光増幅素子３４から出力された光のうちから第３波長λ３の光を選択し、図３の下段に示す出力光Ｌ４として出力する。図３において、中段の波形に示す制御光Ｌ３の実線、１点鎖線、破線は、下段に示す出力光Ｌ４の実線、１点鎖線、破線に対応しており、出力光Ｌ４は制御光Ｌ３に対して約３０倍のゲイン（増幅率）を有している。
図４および図５は、上記のようにして構成された光信号増幅３端子装置１０の相互利得変調型波長変換作用の特性を示している。図４は、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の信号強度ＰＩＮを示す横軸と出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号強度ＰＯＵＴを示す縦軸とからなる二次元座標において、制御光Ｌ３の信号強度ＰＣをパラメータとする第４レーザ光Ｌ４の入出力特性図である。図から明らかなように、トランジスタなどのような３端子増幅素子と同様に、出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号強度ＰＯＵＴは、制御光Ｌ３の信号強度ＰＣの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられるとともに、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の信号強度ＰＩＮの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられる。また、図５は、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の周波数を示す横軸と出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号変調度Ｈ（％）を示す縦軸とからなる二次元座標において、その第４レーザ光Ｌ４の周波数特性を示している。図５によれば、５ＧＨｚまでは信号変調度Ｈの低下が見られなかった。上記信号変調度Ｈはたとえば次式（１）により表される。但し、Ｉｍａｘは光信号の最大値、Ｉｍｉｎは光信号の最小値である。なお、前記活性層２６ｃに量子ドットが用いられる場合には、１００ＧＨｚ以上の範囲において信号変調度Ｈの低下が見られない。
Ｈ＝１００×（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・（１）
なお、本発明者の実験によれば、上記制御光Ｌ３を第３波長λ３から第１波長λ１へ変更することにより、第１波長λ１の出力光Ｌ４が得られるとともに、上記と同様の光信号増幅効果結果が得られた。また、上記においては、第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２は第１レーザ光Ｌ１よりも短波長であったが、その第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２を第１レーザ光Ｌ１よりも長波長としても上記と同様の光信号増幅効果結果が得られただけでなく、たとえば図３の下段の波形の最低値が零に近づくというような、出力光Ｌ４の基線が第１レーザ光Ｌ１と同様に零に近接するという更なる効果が認められた。また、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１を第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と同様に連続光（バイアス光）として、第３波長λ３の第３入力光Ｌ３に信号変調をかけると、第３波長λ３の出力光Ｌ４は、その第３入力光Ｌ３の信号が１０以上の増幅率で増幅されたものとして出力された。
図６（ａ）は、上記光信号増幅３端子装置１０が適用された２つの光ＮＡＮＤゲート４０から構成されたフリップフロップ回路４２を示し、図６（ｂ）は２つの光ＮＯＲゲート４４から構成されたフリップフロップ回路４６を示している。電子回路におけるＮＡＮＤゲートおよびＮＯＲゲートはよく知られているように複数のトランジスタから構成されており、そのトランジスタに替えて上記光信号増幅３端子装置１０が光回路中に設けられることにより光ＮＡＮＤゲート４０およびＮＯＲゲート４４が構成され、それら１対の光ＮＡＮＤゲート４０および１対の光ＮＯＲゲート４４からフリップフロップ回路４２および４６が構成される。このフリップフロップ回路４２および４６によれば、光により情報が記憶される。
図７は、前記光信号増幅３端子装置１０が適用された光演算増幅器（光オペレーショナルアンプ）４８を示している。電子回路における演算増幅器はよく知られているように複数のトランジスタから構成されており、そのトランジスタに替えて上記光信号増幅３端子装置１０が光回路中に設けられることにより、光演算増幅器４８が構成される。
以上のように構成された図１の光信号増幅３端子装置１０においては、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１と第２波長λ２の第２入力光Ｌ２とが入力された第１光増幅素子２６からの光から選択された第２波長λ２の光と、第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３とが第２光増幅素子３４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子３４から出された光から選択された第３波長λ３の出力光Ｌ４は、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１および／または第３波長λ３の第３入力光Ｌ３の強度変化に応答して変調された光であって、その第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
また、本実施例の光信号増幅３端子装置１０によれば、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１は変調光であり、前記第２波長λ２の第２入力光Ｌ２は連続光であり、前記第３波長λ３の第３入力光Ｌ３は制御光であり、前記第３波長λ３の出力光Ｌ４は、その制御光Ｌ３の入力区間においてその第１入力光Ｌ１の変調信号が増幅された信号波形を備えたものであることから、第３波長λ３の出力光Ｌ４は、制御光Ｌ３の入力区間において第１波長λ１の第１入力光Ｌ１の強度変化に応答して変調された増幅光となるので、増幅された光信号のスイッチング処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
また、本実施例では、前記第１波長λ１と第３波長λ３とは、同じ波長とすることもできることから、光信号増幅３端子装置１０の信号入力光としての第１入力光Ｌ１及び第３入力光Ｌ３と、出力光Ｌ４とが同じ波長となるので、共通の波長で複数の光信号増幅３端子装置１０を接続することが可能となり、複数個の光信号増幅３端子装置１０を用いて集積度の高い光回路を構成することができる。
また、本実施例では、前記第２波長λ２は、前記第１波長λ１よりも長波長とすることができるので、このような場合には、変調された第１入力光Ｌ１の増幅光である出力光Ｌ３が示す波形が、その第１入力光の波形の基線と同様に零レベルに近い基線となる利点がある。すなわち、変調度を大きくする利点がある。
また、本実施例では、第３波長λ３の出力光Ｌ４の第３波長λ３の制御光Ｌ３に対する信号増幅率は、１０以上の値であるので、光信号増幅３端子装置の増幅機能が一層高められ、その応用範囲が拡大される。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４は、ｐｎ接合から構成される活性層２６ｃを備えた半導体光増幅素子であることから、信号増幅率および応答速度が一層高められた光信号増幅３端子装置１０が得られる。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の活性層２６ｃは、量子井戸または量子ドットから構成されたものであることから、一層高い信号増幅率および速い応答速度を備えた光信号増幅３端子装置１０が得られる。特に量子ドットを用いた場合には１００ＧＨｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４は、活性層２６ｃを通過した光を反射するために金属蒸着などにより形成されたミラーなどの反射手段２６ｄをその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものであることから、１端面に備えられたミラーなどの反射手段２６ｄによって活性層２６ｃにおける通過パスが実質的に長くされるので、信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって一層変調度が高められる。
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の他端面を通してその中に入力光を入力させ、その他端面を通して出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータ２０および３２が設けられていることから、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
また、本実施例では、第１波長選択素子２８および／または第２波長選択素子３６は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものであることから、第１光増幅素子２６或いは第２光増幅素子３４からの光から第２波長λ２或いは第３波長λ３が好適に抽出される。
また、前述の光信号増幅３端子装置１０は、光ＮＡＮＤゲート４０、その一対の光ＮＡＮＤゲート４０から成る光フリップフロップ回路４２、または光演算増幅器４６を構成することができ、光集積回路の機能を高めることができる。
また、本実施例の第１光増幅素子２６において、第２波長λ２は第１波長λ１の第１入力光Ｌ１の周囲光の波長域内の波長であり、第２光増幅素子３４において、第３波長λ３は、第２波長λ２の入力光の波長域内の波長であるので、第１光増幅素子２６或いは第２増幅素子３４からの出力光に含まれる第２波長λ２或いは第３波長λ３の信号が好適に増幅される。
また、第１光増幅素子２６の一端面に設けられた反射手段２６が、第１波長λ１の光は透過させるが第２波長λ２の光は反射する波長選択性反射膜から構成されている場合は、第１波長選択素子２８が不要となる。第１光増幅素子２６と同様に構成されている第２光増幅素子３４の反射手段が、第２波長λ２の光は透過させるが第３波長λ３の光は反射する波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）から構成されている場合は、第２波長選択素子３６が不要となる。上記波長選択性反射膜は、たとえば屈折率が異なる誘電体層が交互に積層された誘電体多層膜から構成される。
次に、他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図８は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置５０の構成例の要部を示している。本実施例の波長変換装置５０は、第１光入力手段として機能するハーフミラー５１および集光レンズ５２を通して光信号ＬＡが第１光増幅素子２６の一方の端面に入力され、その第１光増幅素子２６の他方の端面から集光レンズ５３を通して出力された光のうち第１波長λ１の光は透過させられるが、バイアス光Ｌ２の波長λｂの光は第１波長選択素子として機能する波長選択型ミラー５４により反射されて第１光増幅素子２６に戻される。その第１光増幅素子２６の一方の端面から出力された光は上記ハーフミラー５１により反射されるとともに第２光入力手段として機能するハーフミラー５５により制御光ＬＣと合波され、集光レンズ５６を通して第２光増幅素子３４の一方の端面に入射される。この第２光増幅素子３４の他方の端面から集光レンズ５７を通して出力された光のうちのバイアス光Ｌ２の波長λｂの光は透過させられるが、制御光ＬＣと同じ波長成分は第２波長選択素子として機能する波長選択型ミラー５８により反射されて第２光増幅素子３４に戻される。その第２光増幅素子３４の一方の端面から出された出力光Ｌ３は、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様のものとなる。このように構成された波長変換装置５０によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。上記波長選択型ミラー５８および波長選択型ミラー５４は、集光レンズ５７および集光レンズ５３を通して第２光増幅素子３４の端面および第１光増幅素子２６の端面と光学的に結合されている。上記集光レンズ５２、５３、５６、５７はたとえばマイクロレンズにより構成され、上記光信号ＬＡや出力光Ｌ３などは光ファイバにより伝送される。なお、ハーフミラー５１および５５は光カプラ又は光サーキュレータにより置き替えられてもよい。
図９は、前記光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置５９の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置５９は、直列に配設された第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４と、光信号ＬＡおよびバイアス光Ｌｂ（波長λｂ）を第１光増幅素子２６の内側端面に入射させる光カプラ６０および６１と、第１光増幅素子２６の外側端面からの光のうち第１波長λ１の光は透過させるが波長λｂの成分を反射して第１光増幅素子２６内に戻す波長選択性の反射器６２と、その第１光増幅素子２６の内側端面から出射した光のうち波長λｂの成分を通過させて第２光増幅素子３４の内側端面に入射させるフィルタ６３と、その第２光増幅素子３４の外側端面に制御光ＬＣを入射させる光カプラ６４と、その第２光増幅素子３４の外側端面から出射した光のうち制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させ、出力光Ｌ３として出力させるフィルタ６５とを備えている。上記光カプラ６０および６１は第１光入力手段として機能し、上記光カプラ６４が第２光入力手段として機能し、上記反射器６２およびフィルタ６５は第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。このように構成された波長変換装置５９によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。上記制御光ＬＣの波長λＣの光信号はフィルタ６３で反射され且つフィルタ６５を透過して出力される。波長λｂの光成分はフィルタ６５を透過しない。上記光カプラ６０および６１は、１個の光カプラから構成されてもよい。
図１０は上記光信号増幅３端子装置５９を、図２に示すモノリシック構造の第１光増幅素子２６と同様のモノリシック構造すなわち１チップ構造で半導体基板２６ａの上に構成した例を示している。本実施例のモノリシック構造の光信号増幅３端子装置５９では、第１光増幅素子２６の外側位置、第１光増幅素子２６と第２光増幅素子３４との間の位置、第２光増幅素子３４の外側位置には、屈折率が周期的に変化させられたグレーティングにより構成された反射器６２、フィルタ６３、フィルタ６５が順次設けられている。なお、直線状の光導波路２６ｂから分岐させられている一対の分岐導波路は、前記光カプラ６０および６１および光カプラ６４に対応している。
図１１は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置６６の構成例の要部を示している。本実施例の波長変換装置６６は、一対の反射型の第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４と、その一対の反射型の第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４に接続された第２端子６７ｂおよび第３端子６７ｃを含む４端子を備え、その４端子間において光を伝送するが所定の端子からの出射光とその端子への入射光とが異なる光路とする４端子型光サーキュレータ６７と、光信号ＬＡおよびバイアス光Ｌｂ（波長λｂ）を合波して４端子型光サーキュレータ６７の第１端子（第１ポート）６７ａに入射させる光カプラ６８と、反射型第１光増幅素子３６から４端子型光サーキュレータ６７の第２ポート６７ｂに向かう波長λｂの光に制御光ＬＣを合波して第２光増幅素子３４に入射させる光カプラ６９とを備え、４端子型光サーキュレータ６７の第４ポート６７ｄから制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させる。上記第１光増幅素子２６の反射面には、第１波長λ１の光は透過させるが第２波長λｂの光を選択的に反射する反射膜２６ｄが設けられており、上記第２光増幅素子３４の端面には、第２波長λｂの光は透過させるが制御光ＬＣと同じ波長λＣ成分の光を反射する反射膜３４ｄが設けられている。このように構成された光信号増幅３端子装置６６によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られるとともに、４端子型光サーキュレータ６７を通されるために出力光Ｌ３の変調度が高められる。本実施例の光信号増幅３端子装置６６は図１の光信号増幅３端子装置１０に比較して構成が簡単となる利点がある。なお、上記光カプラ６９は、４端子型光サーキュレータ６７の第３ポート６７ｃから第２光増幅素子３４に向かう波長λｂの光に制御光ＬＣを合波して第２光増幅素子３４に入射させるものであってもよい。本実施例では、光カプラ６８および光カプラ６９が第１光入力手段および第２光入力手段として機能し、反射膜２６ｄおよび３４ｄが第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
図１２は、上記光信号増幅３端子装置６６がモノリシック構造とされた場合の例が示されている。このモノリシック構造の光信号増幅３端子装置６６も、前述の図６、図１０に示すものと同様に、半導体基板２６ａの上に形成された光導波路２６ｂを備えている。この光導波路２６ｂは、４端子型光サーキュレータ６７と同様の機能を出すためのＺ字状の部分と、光カプラ６８および６９としての機能を出すためにその一部から分岐させられた分岐導波路とが設けられている。上記光導波路２６ｂのＺ字状の部分のうちの屈折点には、一対の反射型第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４が前述の図２、図１０に示すものと同様に構成されている。なお、反射膜２６ｄおよび３４ｄは、それら反射型第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の外端面に設けられている。
図１３は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置７０の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置７０は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板７１上に成長させられたたとえばＧａＩｎＮＡｓなどのｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによりＶ字状に形成された第１光導波路７２および第２光導波路７３と、それら第１光導波路７２および第２光導波路７３に図示しない電極が設けられることによって設けられた第１光増幅素子２６、第２光増幅素子３４と、上記矩形半導体基板７１の一端面であって上記第１光導波路７２および第２光導波路７３の交差部に設けられ、バイアス光Ｌｂの第２波長λｂの光および制御光ＬＣは第２光導波路７３へ向かって反射するが光信号ＬＡ第１波長λ１の光を選択的に透過させる波長選択性反射膜７４と、矩形半導体基板７１の一端面であって上記第２光導波路７３の出力側に設けられ、第２波長λｂの光は反射するが制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させる波長選択性反射膜７５とを備えている。光信号ＬＡとバイアス光Ｌｂは光カプラ７６によって合波されてから光導波路７２の端面に入射され、制御光ＬＣは、上記波長選択性反射膜７５の外側に設けられた光カプラ７７から第２光導波路１５６内に入射されるようになっている。このように構成された光信号増幅３端子装置７０によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。また、本実施例の光信号増幅３端子装置７０は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板上に成長させられたＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族混結晶半導体層から成るｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによって処理され且つ電極が付与されることによって１チップ化されるので、極小のサイズに構成される利点がある。本実施例では、上記光カプラ７６および７７が第１および第２光入力手段として機能し、上記波長選択性反射膜７４および波長選択性反射膜７５が第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
図１４は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置７８の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置７８は、合波素子として用いられる光カプラ７９、光分波素子として用いられる光カプラ８０、および集光レンズ５２を通して光信号ＬＡが第１光増幅素子２６の一方の端面に入力され、その第１光増幅素子２６の他方の端面から集光レンズ５３を通して出力された光のうち上記光信号ＬＡの波長λ１は波長選択性フィルタ８１により透過させられない（吸収される）がバイアス光の波長λｂの光はそのフィルタ８１を透過し且つ全反射型ミラー８２により反射されて第１光増幅素子２６に戻される。その第１光増幅素子２６の一方の端面から出力された光は上記光カプラ８０から他の光カプラ８３へ伝送され、そこで制御光ＬＣと合波される。次いで、光カプラ８４および集光レンズ５６を通して第２光増幅素子３４の一方の端面に入射される。この第２光増幅素子３４の他方の端面から集光レンズ５７を通して出力された光のうちバイアス光の波長λｂの光は波長選択性フィルタ８５により透過させられない（吸収される）が制御光ＬＣと同じ波長λＣの成分はその波長選択性フィルタ８５を透過し且つ全反射型ミラー８６により反射されて第２光増幅素子３４に戻される。その第２光増幅素子３４の一方の端面から出された出力光Ｌ３は、光カプラ８４によって外部たとえば後述の光分配装置１５０へ出力される。このように構成された光信号増幅３端子装置７８によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られるだけでなく、光信号ＬＡの波長λ１は波長選択性フィルタ８１により吸収されて透過させられないことにより第１光増幅素子２６側へ戻される割合が極めて少なくなり、特性が一層改善される利点がある。本実施例では、光カプラ７９および光カプラ８４が第１光入力手段および第２光入力手段として機能し、上記波長選択性フィルタ８１および波長選択性フィルタ８５が第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
図１５は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例であって、１チップに複数個（本実施例では２個）の光信号増幅３端子装置８８が集積化されたモノリシック構造の構成例の要部を示している。本実施例の複数組の光信号増幅３端子装置８８は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板８９上に成長させられたたとえばＧａＩｎＮＡｓなどのｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーにより一方の端面から他方の端面にわたって直線状に形成され、互いに隣接する１対でＶ字状を成す第１光導波路９０、第２光導波路９１、および第３光導波路９２と、それら第１光導波路９０、第２光導波路９１、および第３光導波路９２に図示しない電極が設けられることによって設けられた第１光増幅素子２６、第２光増幅素子３４、および第３光増幅素子９３と、上記矩形半導体基板８９の一端面であって上記第１光導波路９０および第２光導波路９１の交差部と上記第３光導波路９２の出力側端面とにわたって設けられ、バイアス光Ｌｂの第２波長λｂの光および制御光ＬＣは第２光導波路９１へ向かって反射するが光信号ＬＡの第１波長λ１の光および制御光ＬＣを選択的に透過させる波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）９４と、矩形半導体基板８９の一端面であって上記第２光導波路９１の出力側端面に設けられ、第２波長λｂの光は透過するが制御光ＬＣと同じ波長成分の光を第３光導波路９２へ向かって反射する波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）９５とを、それぞれ備えている。光信号ＬＡとバイアス光Ｌｂは光カプラ９６によって合波されてから第１光導波路９０の入力側の端面に入射され、制御光ＬＣは、上記波長選択性反射膜９４の外側から第２光導波路９１内に入射されるようになっている。このように構成された光信号増幅３端子装置８８によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。本実施例の光信号増幅３端子装置８８は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板上に成長させられたＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族混結晶半導体層から成るｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによって処理され且つ電極が付与されることによって１チップ化されるので、たとえば１．３μｍ波長帯の光信号の信号処理が可能な光信号増幅３端子装置１０が極小のサイズに構成される利点がある。また、本実施例によれば、サーキュレータが不要となるとともに、３つの光増幅素子２６、３４、９３により高出力が得られる。本実施例では、光カプラ９６が第１光入力手段として機能し、波長選択性反射膜９４が第２光入力手段および第１波長選択素子として機能し、波長選択性反射膜９５が第２波長選択素子として機能している。
図１６乃至図３３は、光信号転送方法、その光信号転送方法を好適に実施するための光信号ルータすなわち光信号中継（転送）装置に関連する実施例を示すものであって、これらによれば、所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちのその光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送することにより、高度情報処理のための光通信が可能とされる。
図１６は、一方の光ネットワークにおける複数本の伝送路である入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭと他方の光ネットワークにおける複数本の伝送路である出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭとの間に配設されて、入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭのいずれかを介して伝送された波長多重の光信号（レーザ光）ＬＡ１乃至ＬＡＭを、その光信号に振幅変調により付与されている行先情報に基づいて決定された出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭのいずれか内の波長バスの１つへ転送するための光信号中継（転送）装置１１０を概略示す図である。この光信号中継装置１１０は光信号ルータとも称される。
図１６において、上記入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭのいずれかにより伝送される光信号ＬＡ１乃至ＬＡＭはそれぞれ波長分割多重（ＷＤＭ）信号であり、予め設定された複数種類の波長の光信号が重畳されている。したがって、たとえば光信号ＬＡ１に含まれる所定波長の一連の波長λ１の光信号ＬＡ１１は、たとえばそのラベル部或いはタグ部において振幅変調が付与されることにより設けられた行先情報に従って、出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭのいずれか１つの光ファイバＦＢ内のいずれかの波長バスへ、すなわち予め設定された複数種類すなわちＮ種類の波長λ１乃至λＮのいずれかの波長で転送される。出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭにより、波長多重の光信号（レーザ光）ＬＢ１乃至ＬＢＭがそれぞれ伝送される。
上記光信号中継装置１１０は、所定数すなわちＭ本の入力光ファイバＦＡ１乃至ＦＡＭから伝送された波長多重の光信号ＬＡ１乃至ＬＡＭをＮ種類の波長λ１乃至λＮ毎の一連の光信号（パケット）を波長毎の信号にそれぞれ分離、たとえば光信号ＬＡ１についてはそれをＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎにそれぞれ分離するＭ個の光分波器（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）Ｓ１乃至ＳＭと、波長λ１乃至λＮ毎の一連の光信号（パケット）ＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎをそれらに振幅変調により付与されている行先情報に従って波長変換するとともに従来の行先情報或いは新たな行先情報を振幅変調により付与する互いに同様に構成されたＭ個の第１中継器Ｒ１乃至第Ｍ中継器ＲＭと、それら第１中継部Ｒ１乃至第Ｍ中継器ＲＭから出力される光信号を合波して出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭへ導くためのＭ個の合波器（ＡＷＧ）Ｔ１乃至ＴＭとを備えている。
図１７は、上記互いに同様に構成された第１中継器Ｒ１乃至第Ｍ中継器ＲＭの構成を説明するために、たとえば入力光ファイバＦＡ１と出力光ファイバＦＢ１との間に対応する位置に設けられた第１中継器Ｒ１を代表させてその構成を説明する図である。図１７において、第１中継器Ｒ１には、入力光ファイバＦＡ１から伝送された波長多重の光信号ＬＡ１から光分波器Ｓ１によってＮ種類の波長λ１乃至λＮ毎に分離されたの一連の光信号（パケット）ＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎが光ファイバＦＡ１１乃至ＦＡ１Ｎを介して入力されると、その光信号ＬＡ１１乃至ＬＡ１Ｎのラベル部或いはタグ部において振幅変調が付与されることにより設けられている行先情報に従って波長変換し且つそれまでと同じ行先情報か或いは新たな行先情報を示す振幅変調を施して出力するＮ個の互いに同様に構成された第１中継器本体部ＲＢ１１乃至ＲＢ１Ｎが設けられている。第１中継器本体部ＲＢ１１・・・第Ｍ中継器本体部ＲＢ１Ｎからそれぞれ出力されたＮ種類の波長λ１乃至λＮのいずれかの波長の出力信号は、その波長および行先情報に従って分岐された光信号を伝送するためのＮ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１ＮＭ・・・Ｎ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦＮ１１乃至ＦＮＮＭをそれぞれ介して合波器Ｔ１乃至ＴＭと接続されている。これにより、第１中継器本体部ＲＢ１１・・・第Ｍ中継器本体部ＲＢ１Ｎの出力信号は、合波器Ｔ１乃至ＴＭを介して出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭのうちの所望の出力光ファイバへ所望の波長で伝送されるようになっている。他の中継器ＲＭを構成する中継機本体部ＲＢＭ１乃至ＲＢＭＮも、同様に、Ｎ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦ１１１乃至ＦＩＮＭ・・・Ｎ×Ｍ本のクロスコネクトファイバＦＮ１１乃至ＦＮＮＭをそれぞれ介して合波器Ｔ１乃至ＴＭと接続されている。なお、図１７に示すように、同じ波長たとえば波長λ１の信号を伝送するクロスコネクトファイバＦ１１１、Ｆ２１１、・・・ＦＮ１１の出力端が結合され、ファイバＦＢ１１を介して合波器Ｔ１に入力されている。波長λＮの信号を伝送するクロスコネクトファイバＦ１Ｎ１、Ｆ２Ｎ１、・・・ＦＮＮ１の出力端が結合され、ファイバＦＢＮ１を介して合波器Ｔ１に入力されている。
上記光分波器Ｓ１は、たとえば、回折格子やプリズムなどの角度分散素子、誘電体多層膜の干渉フィルタなどの波長選択性反射／透過膜、或いは光導波路形分波回路などを利用して構成される光分波回路としてよく知られたものである。また、上記合波器Ｔ１は、たとえば、マイクロレンズを主要な構成要素とする光方向性結合回路、複数本の並列配置された光ファイバの一部が局部的に結合された分布結合形光多重カプラ、四角管の内壁における多重反射或いは平面板内における混合を利用した集中結合形光多重カプラなどから構成される。
また、上記第１中継器本体部ＲＢ１１は、たとえば図１８に示すように構成される。図１８において、光分波器Ｓ１から光ファイバＦＡ１１を介して入力された光信号ＬＡ１１は、光分波合波器として機能する第１光カプラ１１４、光遅延素子１１６、および相互利得変調型の波長変換装置（光スイッチング装置、光信号増幅３端子装置本体）１１８が順次接続されている。上記第１光カプラ１１４は、光ファイバを主体とした分岐回路、マイクロレンズを主体とした分岐回路などから構成される。光ファイバを主体とした分岐回路では、たとえば一対の光ファイバの所定区間を相互に密着して並行した状態で或いは螺旋状に相互にひねった状態で相互に密着させたり、透過および反射可能な反射膜を光ファイバの分岐点に設けたりすることにより構成される。マイクロレンズを主体とした分岐回路では、たとえば集束性ロッドレンズで平行ビーム化された光をくさび型屈折面或いは反射面を用いて分岐させるように構成される。この第１光カプラ１１４は、双方向性すなわち可逆性を備えているので、反対向きに光信号が伝播させられるときには、光信号を合波して第１光ファイバ１１２内を反対向きに伝送させる合波器として機能する。
また、光遅延素子１１６は、上記光ファイバＦＡ１１内を伝送される光信号を所定時間だけ遅延させるためのものであり、たとえば所定の長さの光ファイバを巻回して伝播距離を設けることよりその所定の伝播距離を伝播する伝播時間だけ遅延させるように構成される。この光遅延素子１１６の遅延時間は、波長変換装置１１８内において、そこで波長変換される光信号とその光信号の伝送先を示す制御光とが同期するように予め実験的に求められる。
上記第１光カプラ１１４により光ファイバＦＡ１１内の光信号から分岐された分岐光信号は、光ファイバ１２０とこれに接続された光電信号変換器１２２とを介して電子制御装置１２４へ供給される。電子制御装置１２４は、たとえばＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理する所謂マイクロコンピュータにより構成される。この電子制御装置１２４は、光ファイバ１２０を介して伝送された光信号に含まれている振幅変調で示されるコード信号すなわち行先情報に基づいて、その光信号をルーティングするためにその行先情報に対応する波長指令信号を制御光発生装置１２６へ供給する。たとえば、電子制御装置１２４は、光ファイバ１２０から入力される光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号のみを抽出し、制御光発生装置１２６からその振幅変調で示される行先情報に対応する波長に応じた制御光ＬＣを発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しない。
上記制御光発生装置１２６は、予め設定された複数種類の波長λＣの制御光ＬＣを出力する制御光源を有し、前記電子制御装置１２４からの指令信号、すなわち光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長指令信号に従って、その分岐情報に対応する波長λＣを有する制御光ＬＣを前記波長変換装置１１８に対して供給する。制御光発生装置１２６は、転送先の出力光ファイバＦＢ１乃至ＦＢＭ内の波長バスの本数に対応する複数種類たとえばＮ種類の波長λＣ１、λＣ２、λＣ３、・・・λＣＮの制御光ＬＣを択一的或いは選択的に発生させる。図１９、図２０、図２１は、その制御光発生装置１２６の構成例をそれぞれ示している。
図１９において、制御光発生装置１２６は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎと、それらレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎの出力側にそれぞれ設けられてそれらから出される出力光をそれぞれスイッチングするための複数（Ｎ個）の光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎと、それら光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎを通過した光を合波し、制御光として出力する単一の光合波器１２６Ｓとから構成され、電子制御装置１２４からの分岐指令信号に従ってレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎおよび光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎが作動させられることにより、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号が示す行先情報（分岐情報）に応じて選択された波長λＣの制御光ＬＣを出力する。上記複数のレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎとしては、たとえば半導体レーザダイオードが用いられる。図２０において、制御光発生装置１２６は、制御光源に対応する相互に波長が異なる単一波長の光を出力する複数のレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎとそれらレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎから出力された光を１つの導波路に合波する単一の光合波器１２６Ｓと、その光合波器１２６Ｓの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器１２６Ｍとから構成され、電子制御装置１２４からの分岐指令信号に従ってレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎおよび光変調器１２６Ｍが作動させられることにより、光信号ＬＡ１１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λＣの制御光ＬＣ出力する。図２１において、制御光発生装置１２６は、出力光の波長を変更することが可能な波長可変レーザ光源１２６ＬＶと、その波長可変レーザ光源１２６ＬＶの出力側に設けられてそれから出される出力光をスイッチングしてブランキング区間を遮断する単一の光変調器１２６Ｍとから構成され、電子制御装置１２４からの分岐指令信号に従って波長可変レーザ光源１２６ＬＶおよび光変調器１２６Ｍが作動させられることにより、光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長λＣの制御光ＬＣを出力する。上記波長可変レーザ光源１２６ＬＶは、たとえば分布ブラッグ反射型レーザ、マイクロマシン面発光レーザ、温度同調ＤＦＢレーザなどが用いられる。分布ブラッグ反射型レーザでは、その光共振器を構成する一対のミラーのうちの一方を構成するＤＢＲ層（ブラッグ反射層）に電流を注入し、プラズマ効果によってその部分の屈折率を変化させることにより光共振波長が可変とされる。マイクロマシン面発光レーザでは、マイクロマシンによって光共振器長が変化されることにより光共振波長が可変とされる。温度同調ＤＦＢレーザでは、温度による屈折率変化により光共振波長が可変とされる。なお、上記光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎ、１２６Ｍは、たとえば駆動電流または駆動電圧がｐｎ接合部に加えられることによって透過光をオンオフさせる半導体型光変調器や、ニオブ酸リチウムなど単結晶のような電気光学効果を有する物質に外部から駆動電圧を印加することにより透過光をオンオフさせる外部変調型光変調器などから構成される。
上記図１８の前記光波長変換装置１１８は、第２波長選択素子としても機能する光分配装置１５０と共に光信号増幅３端子装置１２８を構成するものであり、基本的には図１、図８乃至図１５に示す光信号増幅３端子装置１０、５０、５９、６６、７０、７８、８８のいずれかと同様に構成される。本実施例の光波長変換装置１１８は、たとえば図２２に示されるように、第１光ファイバ１１２を介して入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力する複数個の光増幅素子に対応する一対の第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４を直列に備え、上記第１光ファイバ１１２を介して入力された光信号を増幅するとともに、その光信号に含まれる分岐情報に対応する制御光ＬＣの入力に同期してその制御光ＬＣと同じの波長の光Ｌ３を出力するように構成されている。すなわち、図２２において、レーザ光源１３０は、たとえば単一波長の半導体レーザから構成され、光信号Ｌ１（第１入力光）の波長λ１たとえば１５５５ｎｍよりも長い波長λ２たとえば１５６５ｎｍのレーザ光（第２入力光）Ｌ２を一定の強度で連続的に出力する。第３光カプラ１３２は、第１光入力手段として機能するものであり、振幅変調されて第１光ファイバ１１２内を伝送された上記光信号Ｌ１と連続光である上記レーザ光Ｌ２とを重畳（合波）し、第１光サーキュレータ３４を介して第１光増幅素子１３６へ入力させる。
上記第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４も、図２に示す第１光増幅素子２６と同様に、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）から構成される。上記第１光増幅素子１３６は、スパッタリングなどによって光を反射する端面処理が施された鏡などの反射手段１３６ｄをその１端面に備えているため、その１端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、光信号Ｌ１（第１入力光）およびそれよりも長い波長λ２のレーザ光（第２入力光）Ｌ２の合波光は、上記他端面を通して第１光増幅素子１３６内に入力されるとともに、上記反射手段１３６ｄに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第１光増幅素子１３６の活性層内では、図２に示す第１光増幅素子２６と同様に、光信号Ｌ１の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅され、第１光増幅素子１３６から出力される。すなわち、第１光増幅素子１３６は、第２光増幅素子１４４とともにクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えている。
図２２において、第１光サーキュレータ１３４は、上記第１光増幅素子１３６から出力された光を、第３光カプラ１３２へではなく、第１波長選択素子１３８へ導く。第１波長選択素子１３８は、前記第１光増幅素子１３６から出力された光のうちから第２波長λ２である１５６５ｎｍの光を抽出する。この第１波長選択素子１３８は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、光ファイバの一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタから構成されるものであって、第２波長λ２を中心波長とし且つ半値幅がたとえば１乃至十数ｎｍの光を選択して透過させるものである。なお、第１波長選択素子１３８は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
第４光カプラ１４０は、第２光入力手段として機能するものであり、上記第１波長選択素子１３８により第１光増幅素子１３６から出力された光のうちから選択された第２波長λ２の光と、第３波長λ３のレーザ光である制御光ＬＣとを重畳（合波）し、第２光サーキュレータ１４２を介して第１光増幅素子１３６と同様に構成された第２光増幅素子１４４へ入力させる。第１光増幅素子１３６において変調された第２波長λ２は、この第２光増幅素子１４４において、その第２波長λ２を中心とする自然光の波長範囲内の第３波長λ３の制御光ＬＣによってさらに変調を受け且つ増幅され、波長λ２の光と制御光ＬＣの波長とされた変調光（出力光信号）Ｌ３との混合光が出力される。第２光サーキュレータ１４２は、第２光増幅素子１４４から出力された上記混合光（波長λ２の光および変調光Ｌ３）を、第４光カプラ１４０へではなく、光分配装置１５０へ出力させる。
上記第２光増幅素子１４４から出力された光に含まれる変調光Ｌ３は、制御光ＬＣの波長と同じ第３波長λ３の光であるので、制御光ＬＣの波長がたとえばλＣ１、λＣ２、λＣ３、・・・λＣＮに変化させられると、第２光増幅素子１４４からの光Ｌ３の波長もたとえばλＣ１、λＣ２、λＣ３、・・・λＣＮに変化させられる。図２３は、実験的に、上記光信号Ｌ１（第１入力光）をその上段に示す波形とし、制御光ＬＣをその中段に示す波形としてそれぞれ入力させたときの光分配装置１５０の出力光Ｌ４の波形を示している。制御光ＬＣの強度変化は、下段に示す光分配装置１５０の出力光Ｌ４の振幅変調に対応しており、その光分配装置１５０の出力光Ｌ４は制御光ＬＣに対して約２倍乃至３０倍のゲイン（増幅率）を有する。また、出力光Ｌ４の位相は上記光信号Ｌ１（第１入力光）と同じであり、位相反転されていない。
図２４は、上記のようにして構成されることにより光信号増幅３端子装置１２８として機能する波長変換装置１１８および光分配装置１５０において、第１光増幅素子１３６の活性層が量子ドットから構成された場合の特性を示している。図２４において、第１入力光である信号光ＬＡ１１の周波数を示す横軸と出力光である出力光Ｌ４の信号変調度Ｈ（％）を示す縦軸とからなる二次元座標において、その出力光Ｌ４の周波数特性が示されている。この図２４によれば、１００ＧＨｚ程度までは信号変調度Ｈの低下がそれ程見られなかった。上記信号変調度Ｈはたとえば前式（１）により表される。
図１８に戻って、上記波長変換装置１１８からの光のうちの変調光Ｌ３は、その波長すなわち制御光ＬＣの波長λＣ（＝λＣ１、λＣ２、・・・、λＣｎ）毎に光分配装置１５０によって複数の導波路に対応するように予め定められたクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭへそれぞれ選択的に分配される。また、波長変換装置１１８からの光のうちのそれらの波長λＣと異なる波長λ２の光は分岐光ファイバＦＢ０に分配される。この分岐光ファイバＦＢ０の終端は後段に連結されておらず閉じられているので、波長λ２の光の伝播がここで阻止される。このように、光分配装置１５０は、第２光増幅素子１４４からの光から第３波長λＣの出力光を選択する第２波長選択素子としても機能しているのである。
上記光分配装置１５０において、たとえば、変調光Ｌ３が制御光ＬＣの波長λＣのうちの１つである単色光である場合にはクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭのうちの１つの群へ択一的に分配されるが、２種類の混合色である場合にはクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭのうちのいずれか２つの群へ分配される。上記光分配装置１５０は、たとえば図２５に示すように、入力ポート１５０ａに接続された第１スラブ導波路１５０ｂと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された第２スラブ導波路１５０ｄと、それら第１スラブ導波路１５０ｂおよび第２スラブ導波路１５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路１５０ｅと、複数の出力ポート１５０ｃにそれぞれ接続されたクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭとを備え、その入力ポート１５０ａに入力された波長変換装置１１８からの変調Ｌ３（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート１５０ｃのいずれかすなわちクロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭのいずれかへ分配するアレー導波路格子型光分波器から構成されている。なお、上記光分配装置１５０には、クロスコネクトファイバＦ１１１乃至Ｆ１１Ｍ、Ｆ１２１乃至Ｆ１２Ｍ、・・・Ｆ１Ｎ１乃至Ｆ１ＮＭの端面に分岐光を集光させるための集光レンズなどの光学系が必要に応じて備えられる。本実施例では、前記制御光発生装置１２６、波長変換装置１１８、および光分配装置１５０が、光信号中継器本体部ＲＢ１の主要部を構成している。
図２６は、入力光ファイバＦＡ１を介して伝送され且つ分波器Ｓ１により分離された波長λ１の光信号ＬＡ１１の概念的構成を示す図であり、図２７は、その信号光ＬＡ１１の振幅変調が付与された波形、およびそれに振幅変調を付与する工程を説明する図である。図２６において、光信号ＬＡ１１は、たとえばパケットと称される一連の信号であって、その先頭部或いは先端部分には、パケットのタイトル、日付、文書名、頁番号などのヘッダー情報を付与するヘッダー部Ｈ、送信元や送信先のＩＰアドレス、ソースルーティングのようなルート情報、データリンク層のコネクション情報などなどの行先情報を示す信号を付与するラベル部（タグ部）ＬＡが設けられている。光信号ＬＡ１１は、図２７に示すように、振幅変調が施されることによりヘッダー部Ｈやラベル部ＬＡのうちの少なくとも上記行先情報が付与されている。この振幅変調は、たとえば図２２に示す波長変換装置１１８や後述の図３０に示すような振幅変調器を用いて、図２７の上段部に示す主信号に第２段部に示す変調信号が重畳されることによって行われたものである。
図２８は、以上のように構成された本実施例の光中継器１１０の作動を、たとえば図１８に示す第１中継器本体部ＲＢ１１を代表させて説明するタイムチャートである。第１中継器本体部ＲＢ１１において、図２８の上段部に示す光信号ＬＡ１１が光遅延素子１１６を介して波長変換装置１１８へ入力される（入力工程）一方で、第１光カプラ１１４によりその光信号ＬＡ１１の一部が光電信号変換器１２２により電気信号に変換されて電子制御装置１２４へ供給され、その電子制御装置１２４により抽出された図２８の第２段部に示す変調パルス信号（行先情報）が制御光発生装置１２６へ供給され、その制御光発生装置１２６からはその変調パルス信号が示す行先情報に従って決定された波長λＣの制御光ＬＣが図２８の第３段部に示すように発生させられ、その発生に同期して波長変換装置１１８に入力されている光信号ＬＡ１１が波長変換装置１１８において制御光ＬＣの波長λＣに変換され出力される（波長変換工程）。上記光遅延素子１１６により、光電信号変換器１２２による光電変換後の電子制御装置１２４の演算動作時間などに対応した時間だけ光信号ＬＡ１１が遅延させられることにより上記の同期が行われる。たとえば光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ１の波長バスである場合は、波長λ１の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２８の下から２段目に示すように波長λ１に変換されて波長変換装置１１８から出力される。また、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ２の波長バスである場合は、波長λ２の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２８の下段部に示すように波長λ２に変換されて波長変換装置１１８から出力され、光分配装置１５０によりその波長に従って分配される（光分配工程）。ここで、入力光である光信号ＬＡ１１は第１光増幅素子１３６の出力が飽和する利得に設定されていることから、第１光増幅素子１３６から第１波長選択素子１３８を通して出力されて第２光増幅素子１４４へ入力される光信号は一定の大きさとされるので、その第２光増幅素子１４４から出力されて光分配装置１５０へ入力される波長変換後の光信号は振幅一定となるので、振幅変調が容易となる。本実施例の光中継器１１０の波長変換装置１１８では、入力光である光信号ＬＡ１１の信号と出力光Ｌ３或いはＬ４の信号との間で位相反転がなく、その光信号ＬＡ１１の波長は、第１光増幅素子１３６の利得範囲内であればどの波長が選択されてもよく自由度が高い利点がある。
図２９は、前記光中継器１１０の他の作動すなわち波長変換と同時にラベリングして出力する作動を、たとえば図１８に示す第１中継器本体部ＲＢ１１を代表させて説明するタイムチャートである。第１中継器本体部ＲＢ１１において、図２９の上段部に示す光信号ＬＡ１１が光遅延素子１１６を介して波長変換装置１１８へ入力される一方で、第１光カプラ１１４によりその光信号ＬＡ１１の一部が光電信号変換器１２２により電気信号に変換されて電子制御装置１２４へ供給され、その電子制御装置１２４により抽出された図２９の第２段部に示す変調パルス信号（行先情報）が制御光発生装置１２６へ供給される。制御光発生装置１２６では、その変調パルス信号が示す行先情報に従って決定された波長λＣの制御光ＬＣが発生させられて、その発生に同期して波長変換装置１１８に入力されている光信号ＬＡ１１が制御光ＬＣの波長λＣに変換されて出力される。このときの変調パルス信号には、再付与するための行先情報が含まれているので、電子制御装置１２４はその行先情報を示すパルス信号を含むように図２９の第３段部に示す振幅変調された制御光ＬＣが発生させられる。たとえば光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ１の波長バスである場合は、波長λ１の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２９の下から２段目に示すように波長λ１に変換されて波長変換装置１１８から出力される。また、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調パルスＰ１が示す行先情報が波長λ２の波長バスである場合は、波長λ２の制御光ＬＣが発生されて光信号ＬＡ１１が図２９の下段部に示すように波長λ２に変換されて波長変換装置１１８から出力される。
上述のように、本実施例によれば、行先情報としてその一連の光信号ＬＡ１１に振幅変調信号が付与され、その光信号ＬＡ１１は振幅変調信号が示す行先へ転送される。このため、相互利得変調型の波長変換装置１１８に振幅変調された一連の光信号が入力される場合には、その光信号ＬＡ１１の振幅変調が示す行先情報に対応した波長の制御光ＬＣがその相互利得変調型の波長変換装置１１８に供給されると、その制御光ＬＣと同じ波長の出力光が出力されるので、たとえば光分配装置１５０によりその出力光がその波長に応じた伝送路へ分配されることによってルーティングが行われるので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置１１０を構成することが可能となる。
また、本実施例によれば、上記一連の光信号ＬＡ１１に付与された振幅変調は、９０％以下の変調度で施されたものであるので、光信号ＬＡ１１が損なわれず、且つ行先情報が光信号に確実に付与される。また、上記一連の光信号ＬＡ１１パケット信号であり、前記行先情報はそのパケット信号の先頭部に設けられたラベル情報或いはタグ情報であるので、そのラベル部ＬＡ或いはタグ部において、振幅変調によりラベル情報或いはタグ情報が付与される。
また、本実施例によれば、（ａ）行先情報として振幅変調が施された一連の光信号ＬＡ１１を相互利得変調型の波長変換装置１１８へ入力させる入力工程と、（ｂ）その光信号ＬＡ１１とは異なり且つ振幅変調信号に対応する波長の制御光ＬＣを上記相互利得変調型の波長変換装置１１８へ供給し、その相互利得変調型の波長変換装置１１８からその制御光ＬＣの波長の光信号を出力させる波長変換工程と、（ｃ）相互利得変調型の波長変換装置１１８から出力された光信号を光分配装置１５０に入力させ、その光信号をその波長に応じて光分配装置１５０に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程とが、含まれるので、光信号ＬＡ１１はその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長で光分配装置１５０に接続された複数の光伝送路へ分配される。
また、本実施例によれば、上記波長変換工程は、相互利得変調型の波長変換装置１１８から出力される光信号ＬＡ１１に制御光ＬＣを用いて振幅変調を施すことにより、その光信号ＬＡ１１に新たな行先情報を再付与するものであることから、信号光中継（転送）装置１１０内において適宜転送先を再付与できるので、たとえばリンクの状態、ノードの状態、ロタフィック状態に応じて転送ルートを決定する動的ルーティングが可能となる。
また、本実施例の光信号中継装置１１０によれば、行先情報として振幅変調信号が付与された一連の光信号ＬＡ１１が伝送されて来ると、制御光発生装置１２６により、その一連の光信号ＬＡ１１の振幅変調信号からその振幅変調信号が示す行先に対応し且つその光信号ＬＡ１１とは異なる波長の制御光ＬＣが発生させられ、相互利得変調型の波長変換装置１１８により、その一連の光信号ＬＡ１１がその制御光ＬＣの波長の光信号に変換され、光分配装置１５０により、その相互利得変調型波長変換装置１１８から出力された光信号がその波長に応じて複数の光伝送路へ分配されるので。高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置１１０が提供可能となる。
また、本実施例では、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号に応じて、制御光発生装置１２６からその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光ＬＣを発生させる電子制御装置１２４を備えたものであるので、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置１１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置１５０による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置１１０が得られる。
また、本実施例では、（ａ）光ファイバ１１２内を伝播する光信号ＬＡ１１を分岐させて電子制御装置１２４へ供給するための第１光カプラ（光分波器）１１４と、（ｂ）その第１光カプラ１１４により分岐された光信号を電気信号に変換して電子制御装置１２４へ供給する光電信号変換器１２２と、（ｃ）その光ファイバ１１２においてその第１光カプラ１１４よりも下流側に設けられ、その第１光ファイバ１１２から波長変換装置１１８に入力させる光信号Ｌ１を遅延させる光遅延素子１１６とが設けられ、上記電子制御装置１２４は上記光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号を抽出して、その振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光ＬＣを制御光発生装置１２６から発生させるものであるので、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置１１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置１５０による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。また、光信号ＬＡ１１の一部が第１光カプラ１１４から分岐されて電子制御装置１２４へ供給される一方で、その光信号ＬＡ１１の他の一部が光遅延素子１１６により遅延させられて波長変換装置１１８へ供給されるので、電子制御装置１２４における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置１２６から波長変換装置１１８へ供給される制御光ＬＣがその波長変換装置１１８における光信号Ｌ１と好適に同期させられる。
また、本実施例では、相互利得変調型の波長変換装置１１８は、（ａ）入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４と、（ｂ）光ファイバ１１２から入力された第１波長λ１の信号光ＬＡ１１と、その信号光ＬＡ１１とは異なる波長λ２の連続光であるレーザ光（第２入力光）Ｌ２とを合波して第１光増幅素子１３６に入力させる第３光カプラ（第１光合波器）１３２と、（ｃ）第１光増幅素子１３６からの光から第２波長λ２の光を選択する第１波長選択素子１３８と、（ｄ）その第１波長選択素子１３８により選択された第２波長λ２の光と第３波長λ３の制御光ＬＣとを合波して第２光増幅素子１４４へ入力させる第４光カプラ（第２光合波器）１４０とを、含み、第３波長λ３の出力光Ｌ３は、制御光ＬＣと同じ波長の光であって、第１波長λ１の信号光Ｌ１および／または第３波長λ３の制御光ＬＣの強度変化に応答して変調されるものであることから、信号光Ｌ１とレーザ光（第２入力光）Ｌ２とが入力された第１光増幅素子１３６からの光から選択された第２波長λ２の光と制御光ＬＣとが第２光増幅素子１４４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子１４４から出された光から選択された第３波長λ３の変調光Ｌ３或いは出力光Ｌ４は、信号光Ｌ１および／または制御光ＬＣの強度変化に応答して変調された光であって、制御光ＬＣに対する信号増幅率が少なくとも２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号Ｌ１の増幅処理を制御光ＬＣを用いて直接行うことができる。
また、本実施例では、光分配装置１５０は、入力ポート１５０ａに接続された第１スラブ導波路１５０ｂと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された第２スラブ導波路１５０ｄと、それら第１スラブ導波路１５０ｂおよび第２スラブ導波路１５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路５０ｅと、複数の出力ポート５０ｃに接続された分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎとを備え、その入力ポート１５０ａに入力された波長変換装置１１８からの出力光Ｌ３（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート１５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのいずれかへ分配するように構成されているので、波長変換装置１８から出力された制御光ＬＣと同じ波長の変調光Ｌ３はその波長毎に複数の光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのうちのいずれかへ選択的へ好適に分配される。
また、本実施例の光信号中継装置１１０によれば、予め設定された複数種類の波長の制御光を出力する複数の単一波長のレーザ光源（制御光源）または波長可変レーザ光源を有し、前記光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長の制御光ＬＣを波長変換装置１１８に対して供給する制御光発生装置１２６が備えられているので、複数の分岐光導波路に対応する光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのうちの上記制御光ＬＣの波長に対して予め設定された所定の光ファイバへ光信号Ｌ１が選択的に分配される。
また、本実施例の制御光発生装置１２６は、複数種類のレーザ光源１２６Ｌ１乃至２６Ｌｎまたは波長可変レーザ光源１２６ＬＶから出力される制御光をスイッチングするための光変調器１２６Ｍを備えたものであるので、制御光発生装置１２６から出力された相互に異なる波長の制御光ＬＣの立上がりおよび立下がりが急峻とされ、その応答性が高められる。
また、本実施例では、第１光ファイバ１１２から入力される光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて、制御光発生装置１２６からその分岐情報に応じた波長を有する制御光ＬＣを発生させる電子制御装置１２４を備えたものであるので、波長変換装置１１８から出力される変調光Ｌ３の波長がその光信号ＬＡ１１に含まれる行先（分岐）情報に応じて切り換えられて、その波長毎に複数の光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのうちのいずれかへ選択的に分配される。
また、本実施例では、電子制御装置１２４は、光ファイバ１１２から入力される光信号ＬＡ１１に含まれる行先情報（アドレス信号）のみを抽出し、前記制御光発生装置１２６からそのアドレス信号に対応する波長の制御光ＬＣを発生させるものであることから、アドレス信号以外の信号に対応する電磁波が信号処理によって発生しないので、光信号Ｌ１の秘匿性が確保される利点がある。
次に、他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図３０は、前述の図１８および図２２に示す第１中継器本体部ＲＢ１１が全光学的に構成された実施例を示している。図３０において、波長変換装置１１８の第３光カプラ１３２に入力される入力光信号ＬＡ１１の一部が光カプラ（光分波／合波素子或いは光合波器／光合波器）１６４によって分岐され、次いで、光カプラ１６６によって連続光である所定波長たとえば波長λ１乃至λＮのいずれかの波長の連続光であるレーザ光Ｌと合波されて、図２２に示す第１光増幅素子１３６と同様に構成されることによりクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えた半導体光増幅素子（ＳＯＡ）１６８に入力される。上記連続光であるレーザ光Ｌは、たとえば図１９或いは図２０に示すレーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎおよび光合波器１２６Ｓ、図２１に示す可変レーザ光源１２６ＬＶと同様に構成されたレーザ光源１７０が用いられる。この半導体光増幅素子１６８は、前記第１半導体光増幅素子１３６や第２半導体光増幅素子１４４に比較して相対的に応答速度が遅くなる特性となるように構成される。たとえば、前述のように、第１半導体光増幅素子１３６や第２半導体光増幅素子１４４が量子井戸または量子ドットから構成された活性層を備える場合には、上記半導体光増幅素子１６８はバルクから構成された活性層を備えるように構成される。この半導体光増幅素子１６８は、その利得および／または偏波状態が調整設定されることにより、高速のスイッチングに応答しないようにされている。これにより、図３１の上段に示される入力光信号ＬＡ１１が入力されると、その入力光信号ＬＡ１１の振幅変調信号に対応する波形の制御光信号ＬＣ（図３１の第２段目または第３段目）が上記半導体光増幅素子１６８から第４光カプラ（第２光合波器）１４０へ入力されるので、図３１の下から２段目または下段に示すように振幅変調された波長λ１またはλＮの出力光信号Ｌ３が光分配装置１５０へ出力される。この出力光信号Ｌ３の振幅変調信号は、たとえば分岐情報を示している。本実施例では、上記光カプラ１６４、光カプラ１６６、半導体光増幅素子（ＳＯＡ）１６８レーザ光源１７０は、波長変換すべき波長および行先（分岐）情報を付与する上記制御光ＬＣを出力するための全光学式制御装置１７２を構成している。
本実施例によれば、上記光カプラ１６４、光カプラ１６６、半導体光増幅素子１６８によって生成される上記光信号ＬＣは、前述の図１８の制御光ＬＣと同様に、振幅変調によって一連の出力光の先頭部に入力光信号ＬＡ１１に含まれるものと同じ行先情報をリアルタイムで付与するものであるので、このようなスイッチング作動については前述の実施例の電子制御装置１２４が不要となって全光学的に構成される利点がある。
また、本実施例では、光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号に応じて、制御光発生装置１２６からその振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光ＬＣを発生させる全光学的制御装置を備えたものであるので、入力光信号ＬＡ１１に含まれる振幅変調信号が示す行先情報に応じた信号の制御光が発生するように制御されることから、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置１１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。光学的信号処理によって電磁波が発生しないので、光信号の秘匿性が確保される利点がある。
図３２は、上記図３０の波長変換装置１１８の技術を利用して構成された、全光学式の光信号中継装置１８０を説明するための図１７に相当する図である。光分波器Ｓ１によって分波された複数の光のうち、波長λ１の入力光信号ＬＡ１１を代表させて説明すると、図３０と同様に、波長変換装置１１８の第３光カプラ（第１光合波器）１３２に入力される入力光信号ＬＡ１１の一部が光カプラ１６４によって分岐され、次いで、光カプラ１６６によって連続光である所定波長たとえば波長λ２乃至λＮのいずれかの波長の連続光であるレーザ光Ｌと合波されて、第１光増幅素子１３６と同様に構成されることによりクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えた半導体光増幅素子（ＳＯＡ）１６８に入力される。上記連続光であるレーザ光Ｌが光分波器Ｓ１によって分波された他の波長λ２乃至λＮのいずれかが用いられる点において図３０の実施例と相違する。これにより、図３１に示すように、その上段に示される入力光信号ＬＡ１１が入力されると、その入力光信号ＬＡ１１の振幅変調信号に対応する波形の光信号ＬＣ（図３１の第２段目または第３段目）が上記半導体光増幅素子１６８から第４光カプラ（第２光合波器）１４０へ入力されるので、図３１の下から２段目または下段に示す波長λ１またはλＮの出力光信号Ｌ３が光分配装置１５０へ出力される。本実施例によれば、一層全光学式に構成される利点がある。
次に、さらに他の実施例を説明する。
前述の実施例において、他の中継器本体部ＲＢＭＮにおいて入力光信号ＬＡＮＭである光パケット信号を所定の波長に変換して所定のファイバＦＢＮＭへ出力する中継処理中に、入力光信号ＬＡ１１である光パケット信号を中継処理する中継器本体部ＲＢ１１からその所定のファイバＦＢＮＭへ同じ波長の光信号を重複的に出力させて光信号の重畳を発生させてしまう可能性がある。このような場合には、たとえば図１８の実施例では、電子制御装置１２４は、先に中継処理をしている中継器本体部ＲＢＭＮが光パケット信号の終端を確認する前に、入力光信号ＬＡ１１である光パケット信号の先頭のヘッダー部Ｈに振幅変調信号により付されているヘッダ情報を検知した場合には、その光パケット信号に迂回を指示する情報を振幅変調により付与するように構成されている。たとえば、最終の行先情報は変更しないが、途中のアドレスを振幅変調により変更する。本実施例によれば、複数の光パケット信号が略同時に同じ伝送路である所定のファイバＦＢＮＭへ送信されようとするときの相互の衝突を回避することができる。
図３３は、他の中継器本体部ＲＢＭＮにおいて入力光信号ＬＡＮＭである光パケット信号を所定の波長に変換して所定のファイバＦＢＮＭへ出力する中継処理中は、それに時期的に重複して着信した入力光信号ＬＡ１１である光パケット信号を一時的に記憶し、先に上記所定の波長に変換している光パケット信号の中継処理が完了した後でその中継処理を可能とするようにした中継装置１１０の要部を示す図である。図３３において、前記光分配装置１５０により分配された光パケット信号を一時的に記憶するために長さの異なる複数本の光ファイバが並列接続して成る複数の光信号記憶素子１７４と、その光信号記憶素子１７４から出力された光信号を入力側へ帰還させるための光帰還伝送路すなわち帰還用光ファイバ１７８と、帰還用光ファイバ１７８を介して入力側へ伝送された待機用波長λ０１乃至λ０３のいずれかの光パケット信号を入力光信号ＬＡ１１として第１カプラ１１４へ再び入力させるための光カプラ１７６とが備えられている。他の中継器本体部ＲＢＭＮにおいて入力光信号ＬＡＮＭである光パケット信号を所定の波長に変換して所定のファイバＦＢＮＭへ出力する中継処理中に、光パケット信号の先頭のヘッダー部Ｈに振幅変調信号により付されているヘッダ情報にしたがって、本中継器本体部ＲＢ１１が上記所定のファイバＦＢＮＭへ出力する行先情報を有する光パケット信号ＬＡ１１を受けたと判定された場合は、電子制御装置１２４はその光パケット信号ＬＡ１１は一時記憶させるべきものであると判定する。電子制御装置１２４は、上記他の中継器本体部ＲＢＭＮの電子制御装置からの信号に応答して、上記光パケット信号ＬＡ１１を予め設定された待機用波長λ０１乃至λ０３のいずれかに変換するための制御信号ＬＣ０１乃至ＬＣ０３を制御光発生装置１２６から出力させる。光分配措置１５０から出力された待機（一時記憶）用波長λ０１乃至λ０３のいずれかの光信号は、その光分配装置１５０に接続された光信号記憶素子１７４のいずれかへ送られてそこで所定時間記憶された後、帰還用光ファイバ１７８を介して光カプラ１７６へ伝送され、そこから入力光信号ＬＡ１１として第１カプラ１１４へ再び入力され、前述の中継処理が再び行われる。上記複数の光信号記憶素子１７４は、たとえば前述の光遅延素子１１６と同様に、それに記憶させる光パケット信号が必要とする記憶時間に対応する長さを備えるために、その記憶時間だけ伝播のために必要とする光学的長さの相互に異なる複数本の光ファイバをそれぞれ巻回してそれぞれ構成される。本実施例によれば、複数の光パケット信号が略同時に同じ伝送路である所定のファイバＦＢＮＭへ送信されようとするときの相互の衝突を回避することが可能となる。
また、前述の図１８の実施例において、電子制御装置１２４は、入力光信号ＬＡ１１乃至ＬＡ１、ＬＡ２１乃至ＬＡ２Ｎ、・・・ＬＡＭ１乃至ＬＡＭＮについて、たとえば所望の波長を所望の伝送路へ転送するように、その処理時間帯を波長群や伝送路群毎などで相互に相違させるように波長変換装置１１８に選択的に波長変換処理を実行させる制御光ＬＣを発生するように構成されてもよい。
また、前述の波長変換装置１１８において、第３光カプラ１３２および第４光カプラ１４０、第１光増幅素子１３６および第２光増幅素子１４４、および第１波長選択素子１３８などの構成部品は、光ファイバにより連結されてもよいが、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
また、前述の光分配装置１５０は、入力ポート１５０ａに接続された第１スラブ導波路１５０ｂと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された第２スラブ導波路１５０ｄと、それら第１スラブ導波路１５０ｂおよび第２スラブ導波路１５０ｄの間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路１５０ｅと、複数の出力ポート１５０ｃに接続された分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎとを備え、その入力ポート１５０ａに入力された波長変換装置１１８からの出力光Ｌ３（入力光）をその波長毎に複数の出力ポート１５０ｃのいずれかすなわち分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎのいずれかへ分配するように構成されていたが、波長毎に異なる回折格子の回折角度を利用してその入力光である出力光Ｌ３をアレイ状に配列された複数の分岐光ファイバＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３、・・・ＦＢｎへ選択的に分配する回折格子型光合成分波器から構成されたり、或いはその回折格子に替えてプリズムが利用されたプリズム光合成分波器から構成されてもよい。この場合には、光分配装置１５０は、波長毎に異なるプリズムの屈折角度を利用して入力光をアレイ状に配列された複数のアレー導波路へ選択的に分配するプリズム型光分配器から構成される。光分波器Ｓ１乃至ＳＭや合波器Ｔ１乃至ＴＭも同様である。
また、前述の実施例の電子制御装置１２４に替えて、複数の光トライオードから成る演算装置およびレーザ光源などから構成される光演算制御装置が用いられてもよい。電子制御装置１２４に替わる全光学的装置が用いられることにより、光信号中継装置１１０の全体が光学素子によって構成される。
また、前述の実施例では、光導波路として、第１光ファイバ１１２、第２光ファイバ１２０などが用いられていたが、光回路の一部に設けられた、二次元方向において光を導く二次元光導波路や三次元方向において光を導く三次元光導波路が用いられてもよい。
また、前述の実施例では、図１９、図２０、図２１に示される制御光発生装置１２６において、光変調器１２６Ｍ１乃至１２６Ｍｎ、１２６Ｍが除去されても差し支えない。この場合、たとえば図１９、図２０の光変調器１２６では、レーザ光源１２６Ｌ１乃至１２６Ｌｎが選択的にオンオフ駆動されることにより、波長の異なる制御光ＬＣが選択的に出力される。また、図２１の光変調器１２６では、可変波長レーザ光源１２６ＬＶのＤＢＲ層に対する注入電流を段階的に変化させることにより、波長の異なる制御光ＬＣが選択的に出力される。
図３４乃至図３８は、所望のタイミングで光信号を取り出すことが可能な光信号記憶装置が、高度情報処理のための光通信のための光合波／分波装置に適用された例を示すものである。
図３４は、光信号記憶装置２１０の要部構成を説明するための図である。図３４において、光ネットワークなどからの光パケット信号、光データ通信信号などの光信号ＬＡを伝送する光ファイバ２１２には、光分波合波器として機能する第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、および相互利得変調型の波長変換装置（光スイッチング装置、光信号増幅３端子装置本体）２１８が順次接続されている。
また、光遅延素子２１６は、上記光ファイバ１２内を伝送される光信号を所定時間だけ遅延させるためのものであり、たとえば所定の長さの光ファイバを巻回して伝播距離を設けることよりその所定の伝播距離を伝播する伝播時間だけ遅延させるように構成される。この光遅延素子２１６の遅延時間は、波長変換装置２１８内において、そこで増幅される光信号とその光信号の伝送先を波長で示す制御光とが同期するように予め実験的に求められる。
上記第１光カプラ２１４により光ファイバ２１２内の光信号から分岐された分岐光信号は、光ファイバ２２０とこれに接続された光電信号変換器２２２とを介して電子制御装置２２４へ供給される。電子制御装置２２４は、たとえばＣＰＵがＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理する所謂マイクロコンピュータにより構成される。この電子制御装置２２４は、光ファイバ２２０を介して伝送された光信号に含まれている振幅変調で示されるコード信号すなわち行先情報に基づいて、その光信号をルーティングするためにその行先情報に対応する波長指令信号を制御光発生装置２２６へ供給する。たとえば、電子制御装置２２４は、光ファイバ２２０から入力される光信号ＬＡに含まれる行先情報を抽出し、制御光発生装置２２６からその行先情報に対応する波長に応じた制御光ＬＣを発生させるものである。
上記制御光発生装置２２６は、予め設定された複数種類の波長λＣの制御光ＬＣを出力する制御光源を有し、前記電子制御装置２２４からの指令信号、すなわち光信号Ｌ１に含まれる分岐情報に応じて選択された波長指令信号に従って、その分岐情報に対応する波長λＣを有する制御光ＬＣを前記波長変換装置２１８に対して供給する。制御光発生装置２２６は、転送先の出力光ファイバＦ１乃至ＦＮに対応する複数種類たとえばＮ種類の波長λ１、λ２、λ３、・・・λＮの制御光ＬＣを択一的或いは選択的に発生させる。前述の実施例の図１９、図２０、図２１は、その制御光発生装置２２６の構成例をそれぞれ示している。なお、本実施例の光ファイバ２１２、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光ファイバ２２０、光電信号変換器２２２、電子制御装置２２４、制御光発生装置２２６、光信号分配装置２５０は、前述の実施例の光ファイバ１１２、第１光カプラ１１４、光遅延素子１１６、波長変換装置１１８、光ファイバ１２０、光電信号変換器１２２、電子制御装置１２４、制御光発生装置１２６、光信号分配装置１５０と同様に構成されたものであり、波長変換装置２１８および光信号分配装置２５０は前述の光信号増幅３端子装置１２８と同様の光信号増幅３端子装置２２８を構成している。
図３４に戻って、上記波長変換装置２１８からの出力光Ｌ３は、その波長すなわち制御光ＬＣの波長λ１、λ２、λ３、・・・λＮ毎に光分配装置２５０によって複数の導波路に対応するように予め定められたクロスコネクトファイバＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮへそれぞれ選択的に分配される。また、それらと異なるバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光は分岐光ファイバＦｂに分配される。たとえば、出力光Ｌ３が単色である場合にはクロスコネクトファイバＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮのうちの１つに分配されるが、２種類の混合色である場合にはクロスコネクトファイバＦ１Ｆ２、Ｆ３、・・・ＦＮのうちのいずれか２つの群へ分配される。上記クロスコネクトファイバＦ１およびＦ２は、光信号ＬＡを合波処理するための光アド処理回路２５２および光信号ＬＡを分波処理するための光ドロップ処理回路２５４に接続されており、クロスコネクトファイバＦ３乃至ＦＮは光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮに接続されている。上記光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮは、たとえば所定長の光ファイバが巻回されたものであり、その所定長の光ファイバ内の伝播時間に対応する遅延時間だけ遅延させて光信号ＬＡを出力する遅延素子である。
上記光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮから出力された光信号ＬＡは、光帰還伝送路を構成する帰還用光ファイバ２５６と第１光カプラ２１４と同様に構成された第５光カプラ（光合波器）２５８とを介して光信号ＬＡが第１光カプラ２１４よりも上流側の光ファイバ２１２に帰還させられることにより、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３乃至ＭＮのいずれか、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８から成る周回路で周回させられる。
以上のように構成された光信号記憶装置２１０において、光ファイバ２１２により伝送された光信号ＬＡは、それに含まれる行先信号（ラベリング）が電子制御装置２２４により抽出され、その行先信号が示す伝送先へ分配されるように、その行先信号に対応する波長の制御光ＬＣが出力されるように制御光発生装置２２６が電子制御装置２２４により制御される。波長変換装置２１８は、上記制御光ＬＣの波長がλ１である場合には、それから出力される出力光Ｌ３は、波長がλ１の光信号ＬＡとされるので、光分配装置２５０において光アド処理回路２５２へ向かって分配すなわち合波或いは分岐される。また、上記制御光ＬＣの波長がλ２である場合には、波長変換装置２１８から出力される出力光Ｌ３は、波長がλ２の光信号ＬＡとされるので、光分配装置２５０において光ドロップ処理回路２５４へ向かって分配すなわち合波或いは分岐される。
しかし、上記光信号ＬＡを直ちに光アド処理回路２５２或いは光ドロップ処理回路２５４へ伝送させることが不適当である場合は、電子制御装置２２４の電子処理により、その光信号ＬＡは外部からの読出タイミング信号Ｒの受信或いはその光信号ＬＡに含まれる記憶時間の経過までの間記憶された後に取り出される。すなわち、制御光発生装置２２６から波長変換装置２１８へ出力される制御光ＬＣの波長がλ３乃至λＮのいずれかたとえばλ３とされると、波長変換装置２１８から出力される出力光Ｌ３（光信号ＬＡ）の波長がλ３とされるので、光分配装置２５０において光バッファメモリＭ３へ向かって分配される。この光信号ＬＡは、光バッファメモリＭ３において一定時間記憶された後、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３から成る周回路で繰り返し周回させられて記憶される。この周回中の光信号ＬＡが波長変換装置２１８を通過する際には、制御光発生装置２２６から波長変換装置２１８へ出力される制御光ＬＣの波長はλ３とされる。このような光信号ＬＡの記憶中においてさらに他の光信号が入力され且つそれを記憶する場合には、上記波長λ３とは異なる波長たとえばλ４に上記と同様に変換され且つ上記と同様に帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ４から成る周回路で繰り返し周回させられることにより記憶される。
そして、たとえば光アド処理回路２５２へ取り出すための取出タイミング信号Ｒが外部から電子制御装置２２４へ供給されると、電子制御装置２２４は、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３から成る周回路で繰り返し周回させられる光信号ＬＡを相互利得変調型波長変換装置２１８において出力用波長λ１に変換するための波長λ１の制御光ＬＣを、制御光発生装置２２６から発生させる。この結果、光信号ＬＡは光分配装置２５０によって光アド処理回路２５２へ向かって分配されることによりその光アド処理回路２５２へ出力される。電子制御装置２２４は、そのような光信号記憶制御手段としても機能している。
上述のように、本実施例の光信号記憶装置２１０においては、光信号記憶制御手段として機能する電子制御装置２２４は、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、光遅延素子２１６、波長変換装置２１８、光分配装置２５０、光バッファメモリＭ３から成る周回路で繰り返し周回させられる光信号ＬＡを相互利得変調型波長変換装置２１８において出力用波長λ１に変換するための波長λ１の制御光ＬＣを制御光発生装置２２６から発生させるので、その光信号ＬＡは、任意の時間だけ記憶されるとともに、外部から供給されるか或いは光信号ＬＡに含まれる記億信号出力情報（読出タイミング信号Ｒ）が示す出力時期に応答して、任意のタイミング（取出し時刻）において光信号ＬＡが取り出される。
また、本実施例において、光信号記憶制御手段として機能する電子制御装置２２４は、相互利得変調型波長変換装置２１８へ入力される光信号ＬＡの波長を記憶用波長λ３乃至λＮのいずれかへ変換するための制御光ＬＣを制御光発生装置２２６から発生させるので、入力された光信号ＬＡはその記憶用波長λ３乃至λＮのいずれかに変換されることにより、相互利得変調型の波長変換装置２１８、光分配器２５０、光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮのいずれか、光帰還伝送路２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、および光遅延素子２１６、を繰り返し経由する周回伝送路において周回させられることにより、その光信号ＬＡの記憶が開始される。
また、本実施例では、（ａ）光ファイバ２１２内を伝播する光信号ＬＡを分岐させて電子制御装置２２４へ供給するための第１光カプラ（光分波器）２１４と、（ｂ）その第１光カプラ２１４により分岐された光信号を電気信号に変換して電子制御装置２２４へ供給する光電信号変換器２２２と、（ｃ）その光ファイバ２１２においてその第１光カプラ２１４よりも下流側に設けられ、その第１光ファイバ２１２から相互利得変調型の波長変換装置２１８に入力させる光信号ＬＡを遅延させる光遅延素子２１６とが設けられ、上記電子制御装置２２４は上記光信号ＬＡに含まれる行先情報に対応する波長の制御光ＬＣを制御光発生装置２２６から発生させるものであるので、波長変換機能とスイッチング機能を有する相互利得変調型波長変換装置２１８が行先情報に対応した波長の光信号を出力して光分配装置２５０による分配を可能とするので、高速かつ小型のルーティング装置すなわち光信号転送装置或いは光信号中継装置が可能となる。また、光信号ＬＡの一部が第１光カプラ２１４から分岐されて電子制御装置２２４へ供給される一方で、その光信号ＬＡの他の一部が光遅延素子２１６により遅延させられて波長変換装置２１８へ供給されるので、電子制御装置２２４における電子信号処理に用いられる遅れ時間にもかかわらず、制御光発生装置２２６から波長変換装置２１８へ供給される制御光ＬＣがその波長変換装置２１８における光信号ＬＡと好適に同期させられる。
また、本実施例では、相互利得変調型の波長変換装置２１８は、（ａ）入力された光をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して出力するための第１光増幅素子２３６および第２光増幅素子２４４と、（ｂ）光ファイバ２１２から入力された第１波長λ１の信号光ＬＡと、その信号光ＬＡとは異なる波長λｂの連続光であるレーザ光（第２入力光、バイアス光）Ｌ２とを合波して第１光増幅素子２３６に入力させる第３光カプラ（第１光合波器）２３２と、（ｃ）第１光増幅素子２３６からの光から第２波長λ２の光を選択する第１波長選択素子２３８と、（ｄ）その第１波長選択素子２３８により選択された第２波長λ２の光と第３波長λ３の制御光ＬＣとを合波して第２光増幅素子２４４へ入力させる第４光カプラ（第２光合波器）２４０とを、含み、第３波長λ３の出力光Ｌ３は、制御光ＬＣと同じ波長の光であって、第１波長λ１の信号光Ｌ１および／または第３波長λ３の制御光ＬＣの強度変化に応答して変調されるものであることから、信号光ＬＡとレーザ光（第２入力光）Ｌ２とが入力された第１光増幅素子２３６からの光から選択された第２波長λ２の光と制御光ＬＣとが第２光増幅素子２４４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子２４４から出された光から選択された第３波長λ３の変調光Ｌ３或いは出力光Ｌ４は、信号光Ｌ１および／または制御光ＬＣの強度変化に応答して変調された光であって、制御光ＬＣに対する信号増幅率が少なくとも２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号Ｌ１の増幅処理を制御光ＬＣを用いて直接行うことができる。
次に、光信号記憶装置２１０の他の実施例を説明する。
前述の電子制御装置２２４は、相互利得変調型波長変換装置２１８、光分配器２５０、光バッファメモリ素子Ｍ３乃至ＭＮのいずれか、光帰還伝送路２５６、第５光カプラ２５８、第１光カプラ２１４、および光遅延素子２１６を繰り返し経由する周回伝送路において周回させられることにより記憶される光信号ＬＣのゲインの増減を抑制するように、その周回させられる信号光ＬＡ、あるいは相互利得変調型波長変換装置２１８に供給される制御光ＬＣを制御する光信号ゲイン制御手段を、さらに含むものであってもよい。すなわち、電子制御装置２２４は、あらかじめ記憶されたプログラムにしたがって第１光カプラ２１４および光電信号変換器２２２を介して入力される周回させられる信号光ＬＡのゲインが一定となるように制御光ＬＣを制御する。たとえば信号光ＬＡのゲインが低下すると、相互利得変調型波長変換装置２１８においてその信号光ＬＡが増幅されるように制御光ＬＣのゲインを大きくし、信号光ＬＡのゲインが増加すると、相互利得変調型波長変換装置２１８においてその信号光ＬＡが減少されるように制御光ＬＣのゲインを小さくする。
図３５は、さらに他の実施例の光信号記憶装置２７０を示している。本実施例の光信号記憶装置２７０は、前述の実施例の光信号記憶装置２１０に対して、周回させられる光信号ＬＡの記憶時間（周回数）に伴う強度変動たとえば発振的な増加あるいは減衰を抑制するための帰還光増幅装置２７２が帰還用光ファイバ２５６に介そうされた点、電子制御装置２２４は上記の機能のうち、周回させられることにより記憶される光信号ＬＣのゲインが一定となるように相互利得変調型波長変換装置２１８に供給される制御光ＬＣを制御する光信号ゲイン制御機能が設けられていない点が相違し、他は同様に構成されている。また、本実施例では、第１ゲイン制御用光増幅素子２７６および第２ゲイン制御用光増幅素子２８０の応答時間（応答特性）が第１光増幅素子２３６および第２光増幅素子２４４よりも長く（遅く）設定されている。たとえば、第１ゲイン制御用光増幅素子２７６および／または第２ゲイン制御用光増幅素子２８０は、たとえばエルビウム元素などの希土類元素が光ファイバや光導波路内にドープされることにより、３準位系または４準位系のエネルギ準位がその光透過媒体内に構成された光増幅素子など、相互利得変調の応答時間が遅い光増幅素子から構成される。応答時間が遅い光増幅素子から構成されることにより、周回させられる光信号ＬＡの信号成分が平滑化されてその信号ゲインの変化が容易に検出される。
上記帰還光増幅装置２７２は、光信号ゲイン制御手段に対応するものであり、波長変換装置２１８の第２光増幅素子２４４からの出力光に含まれるバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光のゲインの減少に基づいて帰還用光ファイバ２５６により帰還させられる光信号ＬＡを増幅するものである。すなわち、帰還光増幅装置２７２は、波長λｐの一定のレーザ光を出力するレーザ光源２７４と、前記光分配装置２５０からファイバＦｂを介して出力されるバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光と上記波長λｐのレーザ光とを受けてそのバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光のゲインの増加に伴ってゲインが減少する波長λｐのゲイン制御光Ｌ５を出力する第１ゲイン制御用光増幅素子２７６と、その第１ゲイン制御用光増幅素子２７６の出力光から波長λｐの光を通過させるフィルタ２７８と、そのフィルタ２７８を通過した波長λｐの光と帰還させられる光信号ＬＡとを受けてそのゲイン制御光Ｌ５の減少に伴ってゲインが増加する光信号ＬＡを出力する第２ゲイン制御用光増幅素子２８０と、その第２ゲイン制御用光増幅素子２８０からの出力光から波長λ３乃至λＮのいずれかの波長である光信号ＬＡを通過させ又は波長Ｌ５の光だけ通過させないフィルタ２８２とを備えている。上記第２ゲイン制御用光増幅素子２８０により、周回させられる光信号ＬＡのゲインの増減とは反対のバイアス光Ｌ２と同じ波長λｂの光のゲインの減増に応じて、帰還させられる光信号ＬＡのゲインが増減させられることにより、その光信号ＬＡの周回毎のゲインの増加や低下が抑制され、略一定のゲインに維持される。本実施例によれば、前述の実施例と同様の効果が得られるのに加えて、速い応答信号はそのままであるが、遅い減衰の変化が抑制されるので、記憶のために周回させられる光信号ＬＡのゲインの増加や低下が抑制されて略一定のゲインに維持される利点がある。
図３６は、上記光信号記憶装置２７０の作動を説明するタイムチャートである。光信号ＬＡが記憶すべき信号である場合には、入力されたその光信号ＬＡは、波長変換装置２１８において制御光ＬＣ（λ３）に従って記憶用波長たとえばλ３に変換されるとともに光分配装置２５０によって光バッファメモリＭ３に分配され、以後はその光バッファメモリＭ３、帰還用光ファイバ２５６、帰還光増幅装置２７２、帰還用光ファイバ２５６、第５光カプラ２５８、波長変換装置２１８、光分配装置２５０からなる周回路に沿って光信号ＬＡが周回させられる。このとき、帰還光増幅装置２７２によって周回させられる光信号ＬＡのゲインの減衰が抑制されて一定に保持されるので、図３６の最上段が入力された光信号ＬＡであるとすると、周回させられる光信号ＬＡはその下段に示す状態となる。このような周回によって記憶されている光信号ＬＡが取り出される場合には、任意のタイミングで任意の区間だけ波長変換装置２１８において制御光ＬＣ（λ１）に従って出力用波長たとえばλ１に変換されると、光分配装置２５０によって光アド処理回路２５２へ出力される。図３６の下から３段目に示す波形はその光信号ＬＡの出力波形を示している。また、図３６の下から２段目は上記の出力によって残された他の出力波形を示している。
ちなみに、図３７は、上記帰還光増幅装置２７２が設けられず、周回させられる光信号ＬＡのゲインの減衰が抑制されない場合の信号波形を示している。たとえば、上記光信号記憶装置２７０において帰還光増幅装置２７２が備えられない場合や電子制御装置２２４に光信号ゲイン制御手段が備えられない場合の図３４の光信号記憶装置２１０の場合の信号波形である。この図３７の上段および下段は、図３６の最上段およびその下の段に対応している。
図３８は、本発明の他の実施例の光信号記憶装置２９０を示している。本実施例の光信号記憶装置２９０は、前述の実施例の光信号記憶装置２１０に対して、光遅延素子２１６及び第１光カプラ２１４が省略された点、電子制御装置２２４に替えて全光学的演算制御装置２９２が設けられている点、帰還用光ファイバ２５６により帰還させられる光信号ＬＡの一部を分岐して全光学的演算制御装置２９２に入力させるための第１光カプラ２１４と同様の光カプラ２９４が設けられている点、その全光学的演算制御装置２９２が周回させられる光信号ＬＡの記憶時間（周回数）に伴う減衰に基づいてその減衰を抑制する光信号ゲイン制御手段として機能する点が相違し、他は同様に構成されている。
上記全光学的演算制御装置２９２は、たとえば、波長λ３の連続光を出力するレーザ光源と、その波長λ３のレーザ光と外部からの読出タイミング信号Ｒとを合波する光カプラと、その光カプラにより合波された光を受け入れて、読出タイミング信号Ｒの読み出し区間だけ波長λ３の制御光ＬＣを出力させる前記相互利得変調型波長変換装置１８と同様の波長変換装置とから成る１組の光制御回路をＮ組備えることにより、任意のタイミングで供給される読出タイミング信号Ｒに応答して、周回により記憶されている光信号ＬＡが取り出されるようにする。また、上記全光学的演算制御装置２９２は、上記光カプラ２９４から供給される周回中の光信号ＬＡを受けてそのゲインの減衰を示す包絡線を形成する低応答性の光遅延素子を備え、その光遅延素子から出力される波長λ３の減衰曲線を示す光を制御光ＬＣとして前記相互利得変調型の波長変換装置２１８に供給するように構成される。これにより、相互利得変調型の波長変換装置２１８から出力される波長λ３の光信号ＬＡの周回による減衰が抑制される。本実施例によれば、前述の図３５の実施例と同様の効果が得られる。
また、前述の光分配装置２５０は、干渉膜型光分配装置であってもよい。干渉膜に分類される多層フィルタはＳｉＯ２の薄膜とＴｉＯ２の薄膜とが交互に数十層積層されることにより特定の波長を反射させるように構成される。
また、前述の実施例の電子制御装置２２４に替えて、複数の光トライオードから成る演算装置およびレーザ光源などから構成される光演算制御装置が用いられてもよい。電子制御装置２２４に替わる全光学的装置が用いられることにより、光信号記憶装置２１０の全体が光学素子によって構成される。
また、前述の実施例の光信号記憶装置２１０において、光アド処理回路２５２、光ドロップ処理回路２５４、光バッファメモリＭ３乃至ＭＮの数は種々変更され得るものであり、それらの一部が除去或いは追加されても差し支えない。
また、たとえば相互利得変調型波長変換装置２１８において、制御光ＬＣの波長λＣは信号光ＬＡの波長λ１と同じとされてもよい。この場合には、相互利得変調型波長変換装置１８からの出力光Ｌ３の波長は、信号光ＬＡの波長λ１と同じとされる。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【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２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合からなる活性層をそれぞれ備え、入力された光信号を増幅および波長変換して出力するための第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子と、
第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とを前記第１半導体光増幅素子に入力させる第１光入力手段と、
前記第１半導体増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、
該第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の第３入力光とを前記第２半導体光増幅素子へ入力させる第２光入力手段と、
該第２半導体光増幅素子からの光から第３波長の出力光を選択する第２波長選択素子とを、含み、
前記第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上であることを特徴とする光信号増幅３端子装置。
【請求項２】
前記第１波長の第１入力光は変調光であり、前記第２波長の第２入力光は連続光であり、前記第３波長の第３入力光は制御光であり、前記第３波長の出力光は、該制御光の入力区間において該第１入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである請求項１の光信号増幅３端子装置。
【請求項３】
前記第３波長は、前記第１波長と同じ波長である請求項１または２のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項４】
前記第３波長の出力光の前記第３波長の制御光に対する信号増幅率は、１０以上である請求項１乃至３のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項５】
前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されたものである請求項１乃至４のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項６】
前記半導体光増幅素子の活性層を通過した光を該半導体光増幅素子または他の半導体光増幅素子に向かって反射するための反射手段が、設けられたものである請求項１乃至５のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項７】
前記第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子は、選択的に光を反射するための反射手段をその一端面側に備え、該反射手段は、レンズを通して該第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子の端面と光学的に結合されたものである請求項１乃至６のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項８】
前記反射手段は、前記第１半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第１入力光は反射しないが前記第２波長の光は第２半導体光増幅素子へ向かって反射する第１の波長選択性ミラーと、該第２半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第２入力光は反射しないが前記第３波長の光は反射する第２の波長選択性ミラーである請求項６または７の光信号増幅３端子装置。
【請求項９】
前記第１半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第１波長の光は透過させないが前記第２波長の光は透過させる波長選択性フィルタが設けられ、前記第２半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第２波長の光は透過させないが前記制御光の波長は透過させる波長選択性フィルタが設けられたものである請求項６または７のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１０】
前記反射手段は、前記第１波長選択素子および／または第２波長選択素子として機能し、該反射手段に対して入力光の入射角度および／または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子からの出力光を他の半導体光増幅素子へ入力させるものである請求項６乃至９のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１１】
前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が１チップとして一体的に構成されたものである請求項１乃至６、８、９、１０のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１２】
前記半導体光増幅素子の一端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、該一端面を通して該半導体光増幅素子内から出力される光を該入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである請求項１乃至９のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１３】
前記第１波長選択素子または第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、光路内に設けられ、光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである請求項１乃至１２のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１４】
前記光信号増幅３端子装置は、光ＮＡＮＤゲート、光ＮＯＲゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである請求項１乃至１３のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１５】
前記第２波長選択素子は、前記第２半導体光増幅素子から出力される光のうちの前記制御光の波長に対応する第３波長の出力光を選択するとともに、該第３波長の出力光の波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置である請求項１乃至１４のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１６】
所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちの該光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送する光信号転送方法であって、
前記行先情報が施された一連の光信号を前記光信号増幅３端子装置本体へ入力させる入力工程と、
前記行先情報を示す信号に対応する波長の制御光を前記光信号増幅３端子装置本体へ供給し、該光信号増幅３端子装置本体から該制御光の波長の光信号を出力させる波長変換工程と、
前記光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号を光分配装置に入力させ、該光信号をその波長に応じて該光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程と
を、含むことを特徴とする光信号転送方法。
【請求項１７】
前記波長変換工程は、前記光信号増幅３端子装置本体から出力される光信号に前記該制御光を用いて振幅変調を施すことにより、該光信号に新たな行先情報を再付与するものである請求項１６の光信号転送方法。
【請求項１８】
前記一連の光信号は、９０％以下の変調度で振幅変調されたものである請求項１６または１７の光信号転送方法。
【請求項１９】
光信号伝送ネットワーク間において、行先情報として振幅変調が施された一連の光信号を一方のネットワークから他方のネットワークの伝送路のうちの該光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送するための光信号中継装置であって、
前記一連の光信号の振幅変調信号から、該振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光を発生させる制御光発生装置と、
前記一連の光信号を前記制御光の波長の光信号に変換する光信号増幅３端子装置本体と、
該光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号をその波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置と
を、含むことを特徴とする光信号中継装置。
【請求項２０】
前記光信号に含まれる振幅変調信号に応じて、前記制御光発生装置から該振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである請求項１９の光信号中継装置。
【請求項２１】
前記光信号の一部を分岐する光分波器と、
該光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、
前記光分波器よりも下流側に設けられ、該光分波器を通過して光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、
前記電子制御装置は、前記光信号に含まれる振幅変調信号を抽出して、該振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである請求項２０の光信号中継装置。
【請求項２２】
前記光分配装置により分配された光信号を一時的に記憶するための光信号記憶素子と、該光信号記憶素子から出力された光信号を入力側へ帰還させるための光帰還伝送路とを備え、
前記電子制御装置は、前記光信号が一時記憶すべき光パケット信号である場合には、該光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、
前記光分配装置は、該記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させるものである請求項２０または２１の光信号中継装置。
【請求項２３】
前記光信号記憶素子は、光分配装置により分配された光信号を受けるために光学的伝播長さが異なる複数本の光ファイバを並列に備えたものであり、
前記電子制御装置は、前記一時記憶すべき光パケット信号に必要とされる記憶時間に応じて、該光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、
前記光分配装置は、該記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子の複数本の光ファイバのいずれかへ分配してそこで一時的に記憶させるものである請求項２２の光信号中継装置。
【請求項２４】
前記全光学的制御装置は、前記第１入力光の一部を分岐する光カプラと、前記制御光と同じ波長の連続光を発生する連続光源と、該連続光源からの連続光と該光カプラからの前記第１入力光の一部とを合波する光カプラと、該光カプラからの光を受けて、該第１入力光に含まれる変調信号を有する制御光を出力する、前記半導体光増幅素子よりも応答速度が遅い半導体光増幅素子とを含むものである請求項２０の光信号中継装置。
【請求項２５】
前記光分配装置は、前記光信号増幅３端子装置本体から出力された出力光が入力されると、該入力された出力光を前記複数の光伝送路のうち前記制御光の波長に対応する光伝送路へ選択的に分配するものである請求項１９乃至２４のいずれかの光信号中継装置。
【請求項２６】
前記光分配装置は、入力ポートに接続された第１スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第２スラブ導波路と、それら第１スラブ導波路および第２スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である請求項１９乃至２５のいずれかの光信号中継装置。
【請求項２７】
入力光伝送路から入力された光信号を記憶するとともに任意の時間に取り出すことが可能な光信号記憶装置であって、
前記入力光伝送路から入力された光信号を該入力信号に含まれる伝送先に対応し且つ前記光信号と同じ又は異なる波長に変換するための制御光を発生する制御光発生装置と、
前記入力された光信号と制御光とを受け、該入力された光信号を該制御光の波長の光信号に変換して出力する光信号増幅３端子装置本体と、
該光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号を該光信号の波長に応じて分配する光分配器と、
該光分配器により分配された記憶用波長の光信号を一時的に記憶する光バッファメモリ素子と、
該光バッファメモリ素子から出力された光信号を光信号増幅３端子装置本体へ再び入力させるために、該光信号を前記入力光伝送路へ帰還させる光帰還伝送路と、
前記光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、および該光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号を該光信号増幅３端子装置本体において出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる光信号記憶制御手段と
を、含むことを特徴とする光信号記憶装置。
【請求項２８】
前記周回させられる光信号のゲインの増減を抑制するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号、または前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光を制御する光信号ゲイン制御手段を、さらに含むものである請求項２７の光信号記憶装置。
【請求項２９】
前記光信号増幅３端子装置本体は、前記光信号をバイアス光の波長に変換して反転させる第１半導体光増幅素子と、該第１半導体光増幅素子により反転させられた光信号を前記制御光の波長に変換して反転させる第２半導体光増幅素子とを備えたものであり、
前記光信号ゲイン制御手段は、前記第２半導体光増幅素子からの出力光に含まれるバイアス光のゲインの増減に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を制御するものである請求項２８の光信号記憶装置。
【請求項３０】
前記光信号ゲイン制御手段は、前記バイアス光と該バイアス光とは異なる波長の連続光であるゲイン制御光とを受けて該バイアス光のゲインの増加に伴ってゲインが減少するゲイン制御光を出力する第１ゲイン制御用光増幅素子と、該第１ゲイン制御用光増幅素子からの出力光と前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号とを受けて該ゲイン制御光の減少に伴ってゲインが増加する光信号を出力する第２ゲイン制御用光増幅素子とを含むものである請求項２８または２９の光信号記憶装置。
【請求項３１】
前記第１ゲイン制御用光増幅素子および／または第２ゲイン制御用光増幅素子は、希土類元素が添加された光ファイバ増幅素子または光導波路増幅素子から構成されたものである請求項３０の光信号記憶装置。
【請求項３２】
前記光信号ゲイン制御手段は、前記周回させられる光信号のゲインを一定に維持するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号のゲインの増減に基づいて、前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光のゲインを制御する光学的演算制御装置を含むものである請求項２８の光信号記憶装置。
【請求項３３】
前記制御光発生装置を制御するための電子制御装置と、
前記光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、
該光分波器よりも下流側に設けられ、該光分波器を通過して前記光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、
前記電子制御装置は、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである請求項２７乃至３０のいずれかの光信号記憶装置。
【請求項３４】
外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる全光学的演算制御装置を備えたものである請求項２７乃至３２のいずれかの光信号記憶装置。
【請求項１】
ｐｎ接合からなる活性層をそれぞれ備え、入力された光信号を増幅および波長変換して出力するための第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子と、
第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とを前記第１半導体光増幅素子に入力させる第１光入力手段と、
前記第１半導体増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、
該第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の第３入力光とを前記第２半導体光増幅素子へ入力させる第２光入力手段と、
該第２半導体光増幅素子からの光から第３波長の出力光を選択する第２波長選択素子とを、含み、
前記第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上であることを特徴とする光信号増幅３端子装置。
【請求項２】
前記第１波長の第１入力光は変調光であり、前記第２波長の第２入力光は連続光であり、前記第３波長の第３入力光は制御光であり、前記第３波長の出力光は、該制御光の入力区間において該第１入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである請求項１の光信号増幅３端子装置。
【請求項３】
前記第３波長は、前記第１波長と同じ波長である請求項１または２のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項４】
前記第３波長の出力光の前記第３波長の制御光に対する信号増幅率は、１０以上である請求項１乃至３のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項５】
前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されたものである請求項１乃至４のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項６】
前記半導体光増幅素子の活性層を通過した光を該半導体光増幅素子または他の半導体光増幅素子に向かって反射するための反射手段が、設けられたものである請求項１乃至５のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項７】
前記第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子は、選択的に光を反射するための反射手段をその一端面側に備え、該反射手段は、レンズを通して該第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子の端面と光学的に結合されたものである請求項１乃至６のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項８】
前記反射手段は、前記第１半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第１入力光は反射しないが前記第２波長の光は第２半導体光増幅素子へ向かって反射する第１の波長選択性ミラーと、該第２半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第２入力光は反射しないが前記第３波長の光は反射する第２の波長選択性ミラーである請求項６または７の光信号増幅３端子装置。
【請求項９】
前記第１半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第１波長の光は透過させないが前記第２波長の光は透過させる波長選択性フィルタが設けられ、前記第２半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第２波長の光は透過させないが前記制御光の波長は透過させる波長選択性フィルタが設けられたものである請求項６または７のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１０】
前記反射手段は、前記第１波長選択素子および／または第２波長選択素子として機能し、該反射手段に対して入力光の入射角度および／または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子からの出力光を他の半導体光増幅素子へ入力させるものである請求項６乃至９のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１１】
前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が１チップとして一体的に構成されたものである請求項１乃至６、８、９、１０のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１２】
前記半導体光増幅素子の一端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、該一端面を通して該半導体光増幅素子内から出力される光を該入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである請求項１乃至９のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１３】
前記第１波長選択素子または第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、光路内に設けられ、光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである請求項１乃至１２のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１４】
前記光信号増幅３端子装置は、光ＮＡＮＤゲート、光ＮＯＲゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである請求項１乃至１３のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１５】
前記第２波長選択素子は、前記第２半導体光増幅素子から出力される光のうちの前記制御光の波長に対応する第３波長の出力光を選択するとともに、該第３波長の出力光の波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置である請求項１乃至１４のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１６】
所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちの該光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送する光信号転送方法であって、
前記行先情報が施された一連の光信号を前記光信号増幅３端子装置本体へ入力させる入力工程と、
前記行先情報を示す信号に対応する波長の制御光を前記光信号増幅３端子装置本体へ供給し、該光信号増幅３端子装置本体から該制御光の波長の光信号を出力させる波長変換工程と、
前記光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号を光分配装置に入力させ、該光信号をその波長に応じて該光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程と
を、含むことを特徴とする光信号転送方法。
【請求項１７】
前記波長変換工程は、前記光信号増幅３端子装置本体から出力される光信号に前記該制御光を用いて振幅変調を施すことにより、該光信号に新たな行先情報を再付与するものである請求項１６の光信号転送方法。
【請求項１８】
前記一連の光信号は、９０％以下の変調度で振幅変調されたものである請求項１６または１７の光信号転送方法。
【請求項１９】
光信号伝送ネットワーク間において、行先情報として振幅変調が施された一連の光信号を一方のネットワークから他方のネットワークの伝送路のうちの該光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送するための光信号中継装置であって、
前記一連の光信号の振幅変調信号から、該振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光を発生させる制御光発生装置と、
前記一連の光信号を前記制御光の波長の光信号に変換する光信号増幅３端子装置本体と、
該光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号をその波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置と
を、含むことを特徴とする光信号中継装置。
【請求項２０】
前記光信号に含まれる振幅変調信号に応じて、前記制御光発生装置から該振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである請求項１９の光信号中継装置。
【請求項２１】
前記光信号の一部を分岐する光分波器と、
該光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、
前記光分波器よりも下流側に設けられ、該光分波器を通過して光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、
前記電子制御装置は、前記光信号に含まれる振幅変調信号を抽出して、該振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである請求項２０の光信号中継装置。
【請求項２２】
前記光分配装置により分配された光信号を一時的に記憶するための光信号記憶素子と、該光信号記憶素子から出力された光信号を入力側へ帰還させるための光帰還伝送路とを備え、
前記電子制御装置は、前記光信号が一時記憶すべき光パケット信号である場合には、該光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、
前記光分配装置は、該記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させるものである請求項２０または２１の光信号中継装置。
【請求項２３】
前記光信号記憶素子は、光分配装置により分配された光信号を受けるために光学的伝播長さが異なる複数本の光ファイバを並列に備えたものであり、
前記電子制御装置は、前記一時記憶すべき光パケット信号に必要とされる記憶時間に応じて、該光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、
前記光分配装置は、該記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子の複数本の光ファイバのいずれかへ分配してそこで一時的に記憶させるものである請求項２２の光信号中継装置。
【請求項２４】
前記全光学的制御装置は、前記第１入力光の一部を分岐する光カプラと、前記制御光と同じ波長の連続光を発生する連続光源と、該連続光源からの連続光と該光カプラからの前記第１入力光の一部とを合波する光カプラと、該光カプラからの光を受けて、該第１入力光に含まれる変調信号を有する制御光を出力する、前記半導体光増幅素子よりも応答速度が遅い半導体光増幅素子とを含むものである請求項２０の光信号中継装置。
【請求項２５】
前記光分配装置は、前記光信号増幅３端子装置本体から出力された出力光が入力されると、該入力された出力光を前記複数の光伝送路のうち前記制御光の波長に対応する光伝送路へ選択的に分配するものである請求項１９乃至２４のいずれかの光信号中継装置。
【請求項２６】
前記光分配装置は、入力ポートに接続された第１スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第２スラブ導波路と、それら第１スラブ導波路および第２スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である請求項１９乃至２５のいずれかの光信号中継装置。
【請求項２７】
入力光伝送路から入力された光信号を記憶するとともに任意の時間に取り出すことが可能な光信号記憶装置であって、
前記入力光伝送路から入力された光信号を該入力信号に含まれる伝送先に対応し且つ前記光信号と同じ又は異なる波長に変換するための制御光を発生する制御光発生装置と、
前記入力された光信号と制御光とを受け、該入力された光信号を該制御光の波長の光信号に変換して出力する光信号増幅３端子装置本体と、
該光信号増幅３端子装置本体から出力された光信号を該光信号の波長に応じて分配する光分配器と、
該光分配器により分配された記憶用波長の光信号を一時的に記憶する光バッファメモリ素子と、
該光バッファメモリ素子から出力された光信号を光信号増幅３端子装置本体へ再び入力させるために、該光信号を前記入力光伝送路へ帰還させる光帰還伝送路と、
前記光信号増幅３端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、および該光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号を該光信号増幅３端子装置本体において出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる光信号記憶制御手段と
を、含むことを特徴とする光信号記憶装置。
【請求項２８】
前記周回させられる光信号のゲインの増減を抑制するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号、または前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光を制御する光信号ゲイン制御手段を、さらに含むものである請求項２７の光信号記憶装置。
【請求項２９】
前記光信号増幅３端子装置本体は、前記光信号をバイアス光の波長に変換して反転させる第１半導体光増幅素子と、該第１半導体光増幅素子により反転させられた光信号を前記制御光の波長に変換して反転させる第２半導体光増幅素子とを備えたものであり、
前記光信号ゲイン制御手段は、前記第２半導体光増幅素子からの出力光に含まれるバイアス光のゲインの増減に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を制御するものである請求項２８の光信号記憶装置。
【請求項３０】
前記光信号ゲイン制御手段は、前記バイアス光と該バイアス光とは異なる波長の連続光であるゲイン制御光とを受けて該バイアス光のゲインの増加に伴ってゲインが減少するゲイン制御光を出力する第１ゲイン制御用光増幅素子と、該第１ゲイン制御用光増幅素子からの出力光と前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号とを受けて該ゲイン制御光の減少に伴ってゲインが増加する光信号を出力する第２ゲイン制御用光増幅素子とを含むものである請求項２８または２９の光信号記憶装置。
【請求項３１】
前記第１ゲイン制御用光増幅素子および／または第２ゲイン制御用光増幅素子は、希土類元素が添加された光ファイバ増幅素子または光導波路増幅素子から構成されたものである請求項３０の光信号記憶装置。
【請求項３２】
前記光信号ゲイン制御手段は、前記周回させられる光信号のゲインを一定に維持するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号のゲインの増減に基づいて、前記光信号増幅３端子装置本体に供給される制御光のゲインを制御する光学的演算制御装置を含むものである請求項２８の光信号記憶装置。
【請求項３３】
前記制御光発生装置を制御するための電子制御装置と、
前記光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、
該光分波器よりも下流側に設けられ、該光分波器を通過して前記光信号増幅３端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、
前記電子制御装置は、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである請求項２７乃至３０のいずれかの光信号記憶装置。
【請求項３４】
外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる全光学的演算制御装置を備えたものである請求項２７乃至３２のいずれかの光信号記憶装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３８４９２
【国際公開日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【発行日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０１５６５（Ｐ２００５−５０１５６５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１９６１
【国際出願日】平成１５年９月１９日（２００３．９．１９）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【発行日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１９６１
【国際出願日】平成１５年９月１９日（２００３．９．１９）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]