波長変換システム及び波長変換方法
【課題】波長変換の速度律速を解消し、波長変換器の数を大幅に低減可能な波長変換システム及び波長変換方法を提供する。
【解決手段】入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を備えた波長変換システムであって、上記２次ポンプ光波長をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得る。
【解決手段】入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を備えた波長変換システムであって、上記２次ポンプ光波長をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム又は光情報処理装置に用いられる波長変換器、及び波長合分波器や光スイッチを有する波長変換システム及び波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信システムでは、１本の光ファイバに異なる波長の光を複数伝搬させることができる波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いることによって伝送容量を増大させ、飛躍的に増加するトラフィックに対応している。また、ネットワークの接続点となる光ノード内に、波長多重信号光から特定波長の光信号を取り出すため波長選択スイッチを利用した光クロスコネクト装置が利用されている。
【０００３】
このようなＷＤＭネットワークにおいては、他の光ノードから来た光信号の波長同士が同じ波長となる波長競合が生じる。光ファイバによる伝送では、複数の同一波長の光信号は同一経路を通すことができないため、波長競合が起こり、信号が消失する。この場合、一方の波長を違う波長に変換して再び伝送する必要がある。つまり、光信号を電気信号に変換して、再び違う波長の光信号に戻して再送する。一旦、電気信号に変換すると非常に細かい制御が可能となるが、光信号の大容量化への対応が困難になる。また、限られた波長資源で波長競合が起こらないように光ネットワークの制御管理をすることが必要になり、ネットワークの一部経路の障害や、混雑度合いに応じて信号の経路を変えるといった柔軟な運用が困難になる。全光による波長変換は上記のような問題を解決し、波長資源を有効に利用する一つの手段として、光ネットワークへの導入が期待されている。
【０００４】
全光による波長変換器には、４光波混合や差周波発生を利用したコヒーレント型と、相互利得変調（ＸＧＭ：Cross-gain modulation）、相互吸収変調（ＸＡＭ：Cross-absorption modulation）、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-phase modulation）などを利用した光スイッチ型がある。それらの波長変換器の中で４光波混合を利用したコヒーレント型の波長変換器は、非線形応答の超高速性を活かして波長変換が行うことが可能であり、また、変換後も位相情報が保たれるので動作速度やフォーマットに依存しない波長変換が可能である。つまり、従来まで４光波混合は、ＷＤＭ伝送において回避すべき現象の一つと考えられてきたが、応用によっては、光ネットワークに新たな価値を提供可能な技術と期待されている。上記のような、４光波混合を利用した波長変換器の構成においては非特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
図８は非特許文献１に記載されている波長変換器の実験システム構成を示すブロック図である。図８の波長変換器は波長変換部に高非線形光ファイバ８０７，８２４を適用したものであり、波長変換部は、使用帯全域にわたって波長変換が可能となるように、波長変換器を２段（Ｓ１，Ｓ２）接続したカスケード型の波長変換器となっている。
【０００６】
図８において、ステージＳ１の波長変換器は、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０３と、入力光と１次ポンプ光とを混合する光カップラ８０４と、偏光子（Ｐ）８０５と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０６と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７と、波長可変のバンドパスフィルタ（ｔＢＰＦ）８０８ａと、入力波長λｉｎを有する入力光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８１１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８１２とを備えて構成される。また、ステージＳ２の波長変換器は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８２１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８２２と、中間波長光と２次ポンプ光とを混合する光カップラ８２３と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４と、減衰器（ＡＴＴ）８２６と、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）８２７と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８３１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８３２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８３３とを備えて構成される。なお、８２５は、実験システム構成では不要であるが、実際の運用では必要であって、中間波長λｉｗを有する中間波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光とを除去し、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光を帯域ろ波する固定のバンドパスフィルタ（光波長フィルタ）である。
【０００７】
図８において、ステージＳ１の波長変換器に、入力波長λｉｎを有する入力光と、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光とを入射する。そして、高非線形光ファイバ８０７による４光波混合により、中間波長λｉｗの中間波長光は、１次ポンプ光に対して入力波長λｉｎの左右対称位置に発生する。非特許文献１では、中間波長λｉｗが一定となるように、入力波長λｉｎに対して必要な１次ポンプ光の波長を変化させ入射している。その後、ステージＳ１の波長変換器の後段の波長可変フィルタ８０８ａにより、中間波長λｉｗのみを透過させる。次いで、ステージＳ２の波長変換器では、ステージＳ１の波長変換器と同様に、中間波長λｉｗを有する中間波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を入射する。そして、高非線形光ファイバ８２４による４光波混合により、出力波長λｏｕｔの出力波長光は、２次ポンプ光に対して中間波長λｉｗの左右対称位置に発生する。ここで、２次ポンプ光は、出力波長λｏｕｔが存在する使用波長帯に配置される可能性があるため、波長可変のバンドパスフィルタ（ｔＢＰＦ）８２５（図８において点線で表示）を用いて、２次ポンプ光を除去する。この変換過程は高速に行うことが可能で位相情報が保たれるため、動作速度やフォーマットに依存しない。このように、４光波混合を用いた波長変換は、様々な変調フォーマットが混在する可能性がある次世代ネットワークに適用される波長変換器の有力候補の一つである。
【０００８】
このような波長変換器をＷＤＭネットワーク内に導入する場合、光ネットワークを構成する光ノードのすべての波長ポートに、波長変換器を組み込む形態が考えられている。上記のような波長変換器を有する光クロスコネクト装置においては、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。
【０００９】
図９は特許文献１に記載されている光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。図９において、光クロスコネクト装置の光スイッチ９０１には、構成の簡易さ、コスト、信頼性の観点から光信号を電気信号に変換せず、そのまま切り替えを行う光スイッチが用いられる。光スイッチ９０１は、入力光信号１〜ｎを入力する複数ｎ本の入力ポートと、出力波長光信号１〜ｎを出力する複数ｎ本の出力ポートを有し、スイッチ制御回路９０２の制御により、各入力ポートと各出力ポートをそれぞれ接続する構成を有する。
【００１０】
図１０は特許文献１に記載されているＷＤＭに用いられる光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。図１０において、複数ｍ本の光ファイバからそれぞれ波長多重光信号１〜ｍがそれぞれ波長分波器１００１−１〜１００１−ｍに入力され、波長分波器１００１−１〜１００１−ｍは各波長の光信号に分波して光スイッチ１００２の各入力ポートに出力する。光スイッチ１００２はスイッチ制御回路１００４により制御されて、光スイッチ１００２の出力ポートから出力される各波長の光信号は、複数ｍ本の光ファイバ伝送路にそれぞれ対応する波長合波器１００３−１〜１００３−ｍに出力され、各波長合波器１００３−１〜１００３−ｍは入力される各波長の光信号を合波して、各光ファイバにそれぞれ波長多重光信号１〜ｍを出力する。
【００１１】
図１１は特許文献１に記載されている波長変換機能を有する光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。波長競合を解消するため、図１１に示すように、複数ｍ個の波長合波器１１０１に対応する光スイッチ１１０２の複数ｔ本の出力ポートにそれぞれ複数ｔ個の波長変換器１１０３を備え、波長競合が起こった場合にはどちらかの波長を変換してから波長合波器１１０４に入力し、複数ｍ個の波長合波器１１０４により波長多重する構成が提供されている。なお、光スイッチ１１２０はスイッチ制御回路１１１０により制御される。
【００１２】
このような波長変換器１１０３をＷＤＭネットワーク内に導入する場合、光ネットワークを構成する光ノードのすべての波長ポートに、波長変換器１１０３を組み込む形態が考えられている。上記のような波長変換器１１０３を有する光クロスコネクト装置においては、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０６−２９２２４６号公報。
【特許文献２】特開２００３−３０４５６３号公報。
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】S. Petit et al. "Truly Arbitrary Wavelength Conversion by Cascaded Four-Wave Mixing in Low Dispersion Slope SBS Suppressed Highly Nonlinear Fibers", Proceedings of IEEE Winter Topicals 2010, Majorca in Spain, January 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、非特許文献１に記載の従来の４光波混合を利用した波長変換器では、通信に使用する波長帯に存在する２次ポンプ光を除去するため、波長可変フィルタが必要となる。この波長可変フィルタの動作速度が波長変換の処理速度を律速している。中間波長λｉｗを使用波長帯から遠ざけるなどの、中間波長λｉｗの配置条件によっては、通信に使用する波長帯外に２次ポンプ光を配置可能であるが、変換効率が大幅に低下する。
【００１６】
また、特許文献１及び２に記載の従来のＷＤＭネットワークに波長変換器を導入する場合、すべての波長出力ポートに波長変換器が必要となるため、波長変換器の数量が多くなり構成が複雑になってコストが大きくなる。また加えて、システムに要求される波長変換数に応じて変換器をアップグレードするなどの柔軟な運用ができないという問題点があった。この波長変換器の数量の多さ、運用の非効率性が全光波長変換システムのネットワーク導入を阻害する要因の１つとなっている。
【００１７】
本発明の目的は、波長変換の速度律速を解消し、波長変換器の数を大幅に低減可能な波長変換システム及び波長変換方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１の発明に係る波長変換システムは、入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を備えた波長変換システムであって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得るフィルタ手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記波長変換システムにおいて、上記波長変換器は、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする。
【００２０】
また、上記波長変換システムにおいて、上記フィルタ手段は、上記波長変換器の後段に設けられるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。
【００２１】
さらに、上記波長変換システムにおいて、上記フィルタ手段は、
上記波長変換器の後段に設けられ、上記１次ポンプ光を除去するフィルタと、
上記第１のフィルタの後段に設けられ、上記２次ポンプ光を除去するインターリーバとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
またさらに、上記波長変換システムにおいて、上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することを特徴とする。
【００２３】
また、上記波長変換システムにおいて、上記波長変換器は、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする。
【００２４】
さらに、上記波長変換システムにおいて、上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２５】
またさらに、上記波長変換システムにおいて、少なくとも１つの上記波長変換器が、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする。
【００２６】
またさらに、上記波長変換システムにおいて、上記フィルタ手段は、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする。
【００２７】
第２の発明に係る波長変換方法は、入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を用いた波長変換方法であって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、フィルタ手段を用いて上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得ることを含むことを特徴とする。
【００２８】
上記波長変換方法において、上記波長変換器が、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする。
【００２９】
また、上記波長変換方法において、上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することをさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
さらに、上記波長変換方法において、上記波長変換器が、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする。
【００３１】
またさらに、上記波長変換方法において、上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御することをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
従って、本発明に係る波長変換システムによれば、以下の特有の効果が得られる。
（１）４光波混合を利用した波長変換において、中間波長λｉｗを、「出力波長λｏｕｔの情報」、もしくは「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの変換情報」に基づいてＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上でグリッドシフト制御することで２次ポンプ光の波長λｐ２をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置させる。そのＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置した２次ポンプ光をネットワーク内に導入している固定の波長フィルタ（例えばバンドパスフィルタ）で除去を行う。これにより、波長変換の速度を律速している波長可変フィルタを不要にでき、超高速な波長変換が実現できる。
（２）波長選択機能を有するＷＤＭネットワーク上のアッド／ドロップ部に上記の波長変換器を備えることで、選択波長もしくは多波長一括の波長変換が可能となる。これにより、ネットワークに必要とされる最小限の波長変換器の個数によりシステムを構成する柔軟な運用が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図２Ａ】図１の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａで用いる波長変換器２１０の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図４】図３の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図７】図６の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。
【図８】非特許文献１に記載されている波長変換器の実験システム構成を示すブロック図である。
【図９】特許文献１に記載されている光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】特許文献１に記載されているＷＤＭに用いられる光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。
【図１１】特許文献１に記載されている波長変換機能を有する光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題、その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施形態による開示によって明らかとなるものである。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００３５】
本発明に係る実施形態波長変換システムは４光波混合の際に、中間波長λｉｗを出力波長情報（λｏｕｔ）に基づいて、国際標準化組織ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector）Ｇ．６９４．１で規定されているＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上でグリッドシフト制御することで２次ポンプ光波長をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置させ、波長選択機能を有するＷＤＭネットワーク上のアッド／ドロップ部２００，２００Ａ，２００Ｂに波長変換器２１０を付加したことを特徴とする。
【００３６】
第１の実施形態．
図１は本発明の第１の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。また、図２Ａは図１の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図であり、図２Ｂは図２Ａで用いる波長変換器２１０の詳細構成を示すブロック図である。
【００３７】
本実施形態では、波長変換器として、非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード構成の波長変換器２１０（図２Ｂ）を用い、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置することを特徴としている。そのため、カスケード構成の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、中間波長λｉｗを有する中間波長光を、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいてグリッドシフト制御することで、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置する。つまり、指定する変換後の出力波長λｏｕｔが偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）の場合、中間波長λｉｗを有する中間波長光を偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）上に配置する。また、指定する変換後の出力波長λｏｕｔが奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）の場合、中間波長λｉｗを有する中間波長光を奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）上に配置する。
【００３８】
図２Ｂの波長変換器２１０の動作を概説すると（詳細説明は後述）、入力波長λｉｎを有する入力波長光はステージＳ１に入力され、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ波長光を用いて、少なくとも２次の非線形入出力特性を有する高非線形光ファイバ８０７により混合されて、中間波長λｉｗを有する中間波長光に変換され、当該中間波長光のみが固定のバンドパスフィルタ８０８により帯域ろ波されてステージＳ１の出力波長光として出力される。次いで、ステージＳ２において、中間波長λｉｗを有する中間波長光は、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ波長光を用いて、少なくとも２次の非線形入出力特性を有する高非線形光ファイバ８２４により混合されて、変換後の出力波長λｏｕｔを有する出力波長光に変換され、ステージＳ２の出力波長光として出力される。なお、ＩＴＵに基づくグリッド上において、中間波長λｉｗは１次ポンプ波長λｐ１に対して入力波長λｉｎから左右対称の波長位置に位置し、出力波長λｏｕｔは２次ポンプ波長λｐ２に対して中間波長λｉｗから左右対称の波長位置に位置する。ここで、次式を満たす。
【００３９】
［数１］
λｉｎ≠λｏｕｔ
［数２］
λｉｗ≠λｉｎ
［数３］
λｉｗ≠λｏｕｔ
［数４］
λｐ１≠λｐ２
［数５］
λｉｗ≠λｐ１
［数６］
λｉｗ≠λｐ２
【００４０】
次いで、波長変換器２１０を用いた波長変換の一例について、図１を参照して説明する。なお、入力波長λｉｎ及び出力波長λｏｕｔがとりうる当該波長多重伝送システムの使用波長帯を１００で示し、当該一例では、波長λ１から波長λ１０までの間である。以下、ＩＴＵに基づくグリッドｍ（ｍは自然数）の波長をλｍと表わす。
【００４１】
図１において、入力波長λｉｎ＝λ９から出力波長λｏｕｔ＝λ２に変換する場合を考える。この場合、出力波長λｏｕｔは偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）であるため、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｎ（ｍは自然数）上、つまり波長λ１４に配置するように１次ポンプ光をチューニングする。１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光は、入力波長λｉｎと中間波長λｉｗの中間位置にチューニングにて配置される。また、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光は中間波長λｉｗと出力波長λｏｕｔの中間位置にチューニングにて配置されるため、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）上の波長λ１４に配置することで、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を波長λ８のＩＴＵ−Ｕグリッド上に配置可能となる。
【００４２】
また、出力波長λｏｕｔが奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）の場合も同様な原理である。すなわち、図１において点線で示すように、中間波長λｉｗを奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）上、つまり波長λ１３に配置するように１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光をチューニングする。また、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光は中間波長λｉｗと出力波長λｏｕｔの中間位置にチューニングにて配置されるため、中間波長λｉｗを奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）上に配置することで、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｕグリッド上に配置可能となる。
【００４３】
ここで、上記の４光波混合を用いたカスケード構成の波長変換後には、出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ波長λｐ２、中間波長λｉｗの３つの波長光が存在する。入力波長λｉｎと１次ポンプ波長λｐ１についてはカスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の波長変換器の最終段に挿入された固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）８０８にて除去される。出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ波長λｐ２、中間波長λｉｗの３つの波長光から出力波長λｏｕｔの出力波長光をフィルタリング抽出する手法として、図２Ａの波長変換システムに組み込まれている固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）として動作するアレイ導波路回折格子（（Arrayed-Waveguide Grating）；以下、ＡＷＧという。）２１４でフィルタリングを行う手法を用いる。ここで、ＡＷＧは原理的には第１のレンズ、三角プリズム及び第２のレンズから構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ）デバイスであって、波長分離するときは、波長多重光信号が三角プリズムにより波長分割された後、各ポートから互いに異なる波長分離後の光信号が出力され、波長多重するときはその逆に動作する。
【００４４】
まず、図２Ａを参照して上記波長変換器２１０を適用した波長変換システムについて以下説明する。図２Ａにおいて、光伝送システムのドロップラインからの波長多重光信号はＡＷＧ２１１に入力された後、波長分離されて光スイッチ２１２の各ポートに入力される。光スイッチ２１２は２入力２出力のマッハツェンダー干渉計を複数個マトリクス上に配置して構成され、各入力ポートに入力された光信号を任意の出力ポートに出力することができる。各入力ポートに入力された光信号を任意の出力ポートに出力する機能を有していれば、マイクロミラー型、ファイバスイッチ型など光スイッチの構成は限定しない。光スイッチ２１２の出力ポートには、複数の光受信器２１５とともに、波長変換器２１０の入力ポートが接続される。光スイッチ２１２のある出力ポートから出力された光信号は波長変換器２１０に入力されて波長変換された後、光スイッチ２１３のある入力ポートに出力される。光スイッチ２１３の他の入力ポートには複数の光送信器２１６が接続される。光スイッチ２１３は光スイッチ２１２と同様の構成及び動作を有し、各入力ポートに入力された光信号を任意の出力ポートに出力することができ、各出力ポートからの光信号はそれぞれＡＷＧ２１４の入力ポートに入力される。ＡＷＧ２１４は各入力ポートからの光信号を光多重して１つの出力ポートから光多重信号を出力し、光伝送システムのアッドラインに出力する。なお、コントローラ２２０は光スイッチ２１２，２１３の動作を制御するとともに、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいて１次ポンプ波長λｐ１及び２次ポンプ波長λｐ２を決定して制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を用いて波長変換器２１０の１次ポンプ波長λｐ１及び２次ポンプ波長λｐ２を制御する。
【００４５】
次いで、図２Ｂを参照して、図２Ａの波長変換器２１０の構成及び動作について以下説明する。図２Ｂの波長変換器２１０は、基本的には図８の波長変換器と同様であるが、
（ａ）波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８１１に代えて、入力ポートＰ１を備えたこと、
（ｂ）光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）８２７に代えて、出力ポートＰ２を備えたこと、
（ｃ）波長可変のバンドパスフィルタ（ｔＢＰＦ）８０８ａに代えて、固定のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８０８を備えたこと、並びに、
（ｄ）固定のバンドパスフィルタ（光波長フィルタ）８２５を備えないこと
を特徴としている。なお、光導波路の偏光特性が実質的に揃っているときは、偏光コントローラ（ＰＣ）８０３，８０６，８１２，８２２，８３３及び偏光子（Ｐ）８０５を備えないでもよい。また、光パワーに過不足がなければエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２，８２１，８３２及び減衰器（ＡＴＴ）８２６を備えないでもよい。
【００４６】
図２Ｂにおいて、ステージＳ１の波長変換器は、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０３と、入力光と１次ポンプ光とを混合する光カップラ８０４と、偏光子（Ｐ）８０５と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０６と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７と、固定のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８０８と、入力波長λｉｎを有する入力光を入力する入力ポートＰ１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８１２とを備えて構成される。また、ステージＳ２の波長変換器は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８２１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８２２と、中間波長光と２次ポンプ光とを混合する光カップラ８２３と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４と、減衰器（ＡＴＴ）８２６と、出力ポートＰ２と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８３１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８３２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８３３とを備えて構成される。
【００４７】
以上のように構成された波長変換器２１０において、入力波長λｉｎを有する入力波長光はステージＳ１の入力ポートＰ１に入力された後、偏光コントローラ（ＰＣ）８１２を介して光カップラ８０４に入力される。一方、波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１はその発生波長がコントローラ２２０からの制御信号Ｓｃ１に基づいて制御され、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光を発生した後、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２及び偏光コントローラ（ＰＣ）８０３を介して光カップラ８０４に出力する。光カップラ８０４は入力される２つの光信号を合波した後、偏光子（Ｐ）８０５及び偏光コントローラ（ＰＣ）８０６を介して高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７に出力する。高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７は少なくとも２次の非線形入出力特性を有し、２つの光信号を混合することにより、中間波長λｉｗを有する中間波長光を発生して、中間波長光のみ帯域通過ろ波する（図１の例では、波長λ１３及びλ１４のみ帯域通過ろ波する）固定のバンドパスフィルタ８０８により当該中間波長光を帯域ろ波してステージＳ１の出力波長光として出力する。
【００４８】
次いで、ステージＳ２において、中間波長λｉｗを有する中間波長光はエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８２１及び偏光コントローラ（ＰＣ）８２２を介して光カップラ８２３に入力される。一方、波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８３１はその発生波長がコントローラ２２０からの制御信号Ｓｃ２に基づいて制御され、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を発生した後、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８３２及び偏光コントローラ（ＰＣ）８３３を介して光カップラ８２３に出力する。光カップラ８２３は入力される２つの光信号を合波した後、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４に出力する。高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４は少なくとも２次の非線形入出力特性を有し、２つの光信号を混合することにより、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光を発生して、減衰器（ＡＴＴ）８２６を介してポートＰ２に出力する。ここで、ポートＰ２に出力される光信号には、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光のほかに、中間波長λｉｗを有する中間波長光及び２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光が含まれているが、これらの不要光信号は、本実施形態においては図２ＡのＡＷＧ２１４により除去され、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光のみがＡＷＧ２１４からアッドラインへ出力される。すなわち、ＡＷＧ２１４の各入力ポートはポート毎に入力可能なグリッド上の波長が設定されており、当該実施形態では、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光に対応するＡＷＧ２１４の入力ポートに入力されるように光スイッチ２１３がコントローラ２２０により制御される。
【００４９】
以上のように構成された本実施形態に係る波長変換システムによれば、ＡＷＧ２１１，２１４及び光スイッチ２１２，２１３から構成されるアッド／ドロップ部２００に波長変換器２１０を備えたので、選択波長の波長変換を可能としている。つまり、例えば、異なる２つの方路からλ１の波長が光ノードに伝送されてきた場合、一方の方路からの波長λ１をドロップする。そして、λ１を別波長に変換してアッドし再伝送を行う。もう一方の方路からの波長λ１は、アッド／ドロップせずにそのままルーティングを行うことができる。
【００５０】
このように、波長変換器２１０を、アッド／ドロップ部２００に備えることで、システムに適合した最小限の波長変換器２１０で波長変換システムを構成することが可能であり、同一の光ノードに集約される同一波長の競合を解消する。出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ光λｐ２及び中間波長λｉｗの３つの波長から出力波長λｏｕｔを有する出力波長光をフィルタリング抽出する方法として、光スイッチ２１３にて出力波長λｏｕｔを有する出力波長光をアッド側ＡＷＧ２１４の所定のポートに入力することで、波長変換システムの出力ポートに、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と中間波長λｉｗを有する中間波長光をアッドラインに導出しない。
【００５１】
すなわち、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と中間波長λｉｗを有する中間波長光をＡＷＧ２１４にてフィルタリング除去する。システムに必要な波長変換器数が必要になれば、アッド／ドロップ部２００に備えられる波長変換器２１０をアップグレードすればよく、波長変換器数は限定されない。また、使用波長帯外の波長のフィルタリングに関しては、ＡＷＧ２１４に限定するものではなく使用波長帯外をカットする固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）を付加してもよい。
【００５２】
第２の実施形態．
図３は本発明の第２の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。また、図４は図３の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る波長変換システムは、方路制約を解消するため、図２Ａの第１の実施形態に比較して、
（ａ）アッド／ドロップ部２００ＡのＡＷＧ２１１ａ，２１４ａとして周回性ＡＷＧを用いたこと、すなわち、図２ＡのＡＷＧ２１１，２１４に代えて周回性ＡＷＧ２１１ａ，２１４ａを備えたこと、並びに、
（ｂ）波長変換器４０１の出力ポートに、使用波長帯外を帯域除去する固定のバンド除去フィルタ２４０及びインターリーバ２３０を接続したことを特徴としている。
【００５３】
ここで、周回性ＡＷＧ２１１ａ，２１４ａとは、通常のＡＷＧに複数の入出力ポートを持たせ、複数の入力ポートに波長多重信号を入力したときに、各出力ポートには特定の波長λ１〜λ１０毎の光信号を出力可能であり、すなわち波長をルーティング可能な光デバイスである。そのため、第１の実施形態とは違い、出力波長λｏｕｔと２次ポンプ波長λｐ２の配置によっては、２次ポンプ波長λｐ２及び中間波長λｉｗを周回性ＡＷＧ２１４ａでフィルタリング除去することはできない。よって、本実施形態では、波長変換器４０１の出力ポートに、波長λ１１〜λ２０を帯域除去する固定のバンド除去フィルタ２４０（なお、波長λ１１以上を除去する固定フィルタであってもよい。もしくは、波長λ１〜λ１０なる使用波長帯１００の信号光を帯域通過ろ波する固定のバンドパスフィルタであってもよい。）及びインターリーバ２３０を接続し、固定のバンド除去フィルタ２４０により中間波長λｉｗを有する中間波長光を除去するとともに、インターリーバ２３０により、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を分離する。ここで、インターリーバ２３０とは、一入力及び二出力もしくは二入力及び一出力の周期性をもつ波長フィルタであって、偶数チャンネルと奇数チャンネルを合波もしくは分波することができる。なお、波長変換器２１０として、非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード構成の図２Ｂの波長変換器（第１の実施形態と同様の構成を有する。）を用いる。
【００５４】
本実施形態においては、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッドに配置するのと同時に、インターリーバ２３０にて出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を分離することを特徴としている。なお、入力波長λｉｎと出力波長λｏｕｔとの関係、入力波長λｉｎと中間波長λｉｗと１次ポンプ波長λｐ１との関係、及び中間波長λｉｗと２次ポンプ波長λｐ２と出力波長λｏｕｔとの関係は第１の実施形態と同様である。
【００５５】
カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、中間波長λｉｗを有する中間波長光を、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいてグリッドシフト制御することで２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、その上、２次ポンプ波長λｐ２と出力波長λｏｕｔとの相対関係が偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）と奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数であり、ｍ＝ｎ又はｍ≠ｎであり、第２の実施形態において以下同様である。）の対応関係もしくは、奇数グリッド２ｍ−１（ｍは自然数）と偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）の対応関係になるようにグリッドシフト制御する。つまり、指定する出力波長λｏｕｔが偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数）の場合、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）上に配置する。また、指定する出力波長λｏｕｔが奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）の場合、中間波長λｉｗを奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）上に配置する。これにより、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をグリッド上に配置することが可能となる。その上、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光の相対関係が偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）と奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）の対応関係、もしくは、奇数グリッド２ｍ−１（ｍは自然数）と偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）の対応関係になるようにグリッドシフトする。これにより、波長変換器２１０の後段に設けられるインターリーバ２３０にて、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を分離することができる。つまり、アッド側の周回性ＡＷＧ２１４ａにて、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光が同一ポートに出力することを回避できる。
【００５６】
一例として、図３に示すように、入力波長λｉｎ＝λ８から出力波長λｏｕｔ＝λ４に波長変換する場合について以下説明する。この場合、出力波長λｏｕｔは偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）であるため、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）上、つまりλ１４又はλ１６に配置するように１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光をチューニングする。その後、２通りの中間波長λｉｗに対して、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光の配置を計算する。つまり、中間波長λｉｗがλ１６の場合、出力波長λｏｕｔ＝λ４に変換するためには、波長λ１０に２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を配置する必要がある。また、中間波長λｉｗがλ１４の場合、波長λ４に波長変換するためには、波長λ９に２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を配置する必要がある。２次ポンプ波長λｐ２と出力波長λｏｕｔの相対関係が、偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）と奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）の対応関係もしくは、奇数グリッド２ｍ−１（ｍは自然数）と偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）の対応関係となる波長λ９に２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を配置し、波長λ４に波長変換する相対関係を選定する。上記の４光波混合を用いたカスケード波長変換を行った後には、出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ波長λｐ２及び中間波長λｉｗの３つの波長光が存在する。中間波長λｉｗは使用波長帯１００外をフィルタリング除去する固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）２４０にてカットする。これにより、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光は、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光に対して、インターリーバ２３０の別ポートに出力される。入力波長λｉｎを入力光と、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光については、カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の波長変換器内の固定フィルタ８０８にて除去される。
【００５７】
次いで、出力波長λｏｕｔと２次ポンプ波長λｐ２の２つの波長光から、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光をフィルタリング抽出する手法について図４を参照して以下説明する。図４は上記の波長変換器２１０を適用した波長変換システムの構成を示すブロック図である。上記波長変換器２１０は、アグリゲーション機能（複数の経路にある波長を単一の経路に集約する機能）やマルチキャスト機能（単一経路にある波長を複数の経路に分配する機能）を有するアッド／ドロップ部２００Ａに備えられている。周回性ＡＷＧ２１１ａ，２１４ａ及び光スイッチ２１２，２１３からなるアッド／ドロップ部２００Ａに波長変換器２１０を備えることで、複数の方路に対して、選択波長の波長変換を可能としている。波長変換器２１０後のインターリーバ２３０の別ポートから出力された出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光に関して、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光は光スイッチ２１３により周回性ＡＷＧ２１４ａの特定ポートへ、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光は光スイッチ２１３にて破棄される。
【００５８】
なお、他の実施形態と同様に、システムに必要な波長変換器数が必要になれば、アッド／ドロップ部２００Ａに備えられる波長変換器２１０をアップグレードすればよく、波長変換器２１０の数は限定されない。また、インターリーバ２３０の後段に２×１の光スイッチを備え、アッド／ドロップ部２００Ａの光スイッチ２１３のポート数を削減してもよい。
【００５９】
なお、第１の実施形態では、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を除去するためにＡＷＧ２１４が必要であったが、第２の実施形態では、インターリーバ２３０を備えたので、周回性２１４ａではそのためのフィルタリング機能は必須ではない。
【００６０】
第３の実施形態．
図５は本発明の第３の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。第３の実施形態に係る波長変換システムは第１の実施形態に比較して、１次ポンプ光の制御の簡略化のために、カスケード型の波長変換器のステージＳ１の変換時に必要な１次ポンプ光用の波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１を、例えば波長λ１１．５の１次ポンプ光を発生する波長固定の第１のレーザ光源と、例えば波長λ１１の１次ポンプ光を発生する波長固定の第２のレーザ光源と、これらの２つの１次ポンプ光を切り替えて出力するスイッチとを備えたことを特徴としている。なお、上記の相違点を除いて、他の実施形態と同様に、波長変換器として非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード型の波長変換器２１０を用いた波長変換システムを用いる。
【００６１】
本実施形態では、カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、１次ポンプ光の波長配置を、使用波長帯１００近傍の２波長の固定波長とする。つまり１次ポンプ光の波長を、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいて１次ポンプ光の波長配置を半グリッドシフト制御することで２次ポンプ光をグリッドに配置する。図５の例では、１次ポンプ光の波長配置を、グリッド番号で１１と１１．５の位置の２選択性としている。
【００６２】
偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換の場合、１次ポンプ光の波長λｐ１を図５中のグリッド番号１１であるＩＴＵ−Ｔのグリッド上（波長λ１１）に配置する。また、偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍはｎと同じ又は異なる。）への波長変換、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍはｎと同じ又は異なる。）への波長変換の場合、１次ポンプ光の波長λｐ１を図５中のグリッド番号１１．５であるＩＴＵ−Ｔのグリッド上から半グリッドシフトした波長位置（波長１１．５）に配置する。
【００６３】
一例として、図５中に示すように、入力波長λｉｎ＝λ９から出力波長λｏｕｔ＝λ２に波長変換する場合を考える。この場合、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換なので、１次ポンプ光の波長λｐ１を図５中のグリッド番号１１．５のＩＴＵ−Ｔのグリッド上から半グリッドシフトした位置に配置する。これにより、２次ポンプ光のλｐ２は、番号８のグリッド上に配置される。他の実施形態と同様に、ステージＳ１の波長変換器後の固定のバンドパスフィルタ８０８により、入力波長λｉｎの入力光と１次ポンプ波長λｐ１の１次ポンプ光はフィルタリング除去される。上述のように、第３の実施形態では、１次ポンプ光が２波長選択の固定波長レーザ光源を用いて発生されるため、１次ポンプ光で通常使用する波長可変レーザ光源が不要となり、波長制御の簡略化を実現することができる。
【００６４】
第４の実施形態．
図６は本発明の第４の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。また、図７は図６の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態は第１の実施形態と比較して、複数波長の同時の波長変換を実現することを特徴としている。なお、他の実施形態と同様に、波長変換器として非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード構成の波長変換器２１０を用いる。
【００６５】
本実施形態では、第３の実施形態と同様に、カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、１次ポンプ光の波長λｐ１の配置を使用波長帯１００近傍の２波長の固定波長（例えば、図６に示すように、波長λ１１．５）とする。また、波長変換器２１０をアグリゲーション機能（複数の経路にある波長を単一の経路に集約する機能）やマルチキャスト機能（単一経路にある波長を複数の経路に分配する機能）を有するアッド／ドロップ部２００Ｂに備える。ＡＷＧ２１１，２１４及び光スイッチ２１２，２１３からなるアッド／ドロップ部２００Ｂに波長変換器２１０を備えることで、選択された複数波長の同時の波長変換が可能となる。
【００６６】
図６において、波長λ７，λ９の２つの入力光をそれぞれ波長λ４，λ６の２つの出力波長光に同時に波長変換する場合について以下に説明する。この場合、両者とも奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換なので、１次ポンプ光の波長λｐ１をグリッド番号１１．５であるＩＴＵ−Ｔのグリッド上から半グリッドシフトした位置に配置する。これにより、波長λ１６，λ１４の中間波長λｉｗを、波長λ１０の２次ポンプ光を用いて波長変換する。
【００６７】
図６の例では、２波長の同時波長変換の例を記載したが、本発明はこれに限らず、３波長以上の同時波長変換を行ってもよい。ここで、上記複数波長一括の波長変換においては、同時変換が可能な波長情報に条件がある。つまり、偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への複数波長の同時変換か、偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ＝ｎ又はｍ≠ｎであるが、２ｍ≠２ｎ−１）、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ＝ｎ又はｍ≠ｎであるが、２ｍ−１≠２ｎ）への複数波長の同時変換の場合の２通りが実施可能となる。なお、この条件を満たさない複数波長の同時波長変換を実現する場合は、アッド／ドロップ部２００Ｂの波長変換器２１０を同時波長変換数を増大するようにアップグレードすればよく、波長変換器数は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上詳述したように、本発明に係る波長変換システムによれば、次の効果が得られる。
（１）４光波混合を利用した波長変換において、中間波長λｉｗを、「出力波長λｏｕｔの情報」、もしくは「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの変換情報」に基づいてＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上でグリッドシフト制御することで２次ポンプ光の波長λｐ２をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置させる。そのＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置した２次ポンプ光をネットワーク内に導入している固定の波長フィルタ（例えばバンドパスフィルタ）で除去を行う。これにより、波長変換の速度を律速している波長可変フィルタを不要にでき、超高速な波長変換が実現できる。
（２）波長選択機能を有するＷＤＭネットワーク上のアッド／ドロップ部に上記の波長変換器を備えることで、選択波長もしくは多波長一括の波長変換が可能となる。これにより、ネットワークに必要とされる最小限の波長変換器の個数によりシステムを構成する柔軟な運用が実現できる。
【００６９】
本発明に係る波長変換システム及び波長変換方法は、光通信システム又は光情報処理装置に用いられる波長変換器、及び波長合分波器や光スイッチを有するシステム等に適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１００…使用波長帯、
２００，２００Ａ，２００Ｂ…アッド／ドロップ部、
２１１，２１４…アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、
２１１ａ，２１４ａ…周回性アレイ導波路回折格子（周回性ＡＷＧ）、
１２１，２１３…光スイッチ、
２１０…波長変換器、
２１５…光信号受信器、
２１６…光信号送信器、
２２０…コントローラ、
２３０…インターリーバ、
２４０…固定のバンドパスフィルタ
８０１，８３１…波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）、
８０２，８２１，８３２…エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、
８０３，８０６，８１２，８２２，８３３…偏光コントローラ（ＰＣ）、
８０４，８２３…光カップラ、
８０５…偏光子、
８０７，８２４…高非線形光ファイバ、
８０８…固定のバンドパスフィルタ、
８２６…減衰器、
Ｐ１，Ｐ２…ポート、
Ｓ１，Ｓ２…ステージ、
Ｓｃ１，Ｓｃ２…波長制御信号、
λｉｎ…入力波長、
λｉｗ…中間波長、
λｏｕｔ…出力波長、
λｐ１…１次ポンプ波長、
λｐ２…２次ポンプ波長。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム又は光情報処理装置に用いられる波長変換器、及び波長合分波器や光スイッチを有する波長変換システム及び波長変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信システムでは、１本の光ファイバに異なる波長の光を複数伝搬させることができる波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いることによって伝送容量を増大させ、飛躍的に増加するトラフィックに対応している。また、ネットワークの接続点となる光ノード内に、波長多重信号光から特定波長の光信号を取り出すため波長選択スイッチを利用した光クロスコネクト装置が利用されている。
【０００３】
このようなＷＤＭネットワークにおいては、他の光ノードから来た光信号の波長同士が同じ波長となる波長競合が生じる。光ファイバによる伝送では、複数の同一波長の光信号は同一経路を通すことができないため、波長競合が起こり、信号が消失する。この場合、一方の波長を違う波長に変換して再び伝送する必要がある。つまり、光信号を電気信号に変換して、再び違う波長の光信号に戻して再送する。一旦、電気信号に変換すると非常に細かい制御が可能となるが、光信号の大容量化への対応が困難になる。また、限られた波長資源で波長競合が起こらないように光ネットワークの制御管理をすることが必要になり、ネットワークの一部経路の障害や、混雑度合いに応じて信号の経路を変えるといった柔軟な運用が困難になる。全光による波長変換は上記のような問題を解決し、波長資源を有効に利用する一つの手段として、光ネットワークへの導入が期待されている。
【０００４】
全光による波長変換器には、４光波混合や差周波発生を利用したコヒーレント型と、相互利得変調（ＸＧＭ：Cross-gain modulation）、相互吸収変調（ＸＡＭ：Cross-absorption modulation）、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-phase modulation）などを利用した光スイッチ型がある。それらの波長変換器の中で４光波混合を利用したコヒーレント型の波長変換器は、非線形応答の超高速性を活かして波長変換が行うことが可能であり、また、変換後も位相情報が保たれるので動作速度やフォーマットに依存しない波長変換が可能である。つまり、従来まで４光波混合は、ＷＤＭ伝送において回避すべき現象の一つと考えられてきたが、応用によっては、光ネットワークに新たな価値を提供可能な技術と期待されている。上記のような、４光波混合を利用した波長変換器の構成においては非特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
図８は非特許文献１に記載されている波長変換器の実験システム構成を示すブロック図である。図８の波長変換器は波長変換部に高非線形光ファイバ８０７，８２４を適用したものであり、波長変換部は、使用帯全域にわたって波長変換が可能となるように、波長変換器を２段（Ｓ１，Ｓ２）接続したカスケード型の波長変換器となっている。
【０００６】
図８において、ステージＳ１の波長変換器は、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０３と、入力光と１次ポンプ光とを混合する光カップラ８０４と、偏光子（Ｐ）８０５と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０６と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７と、波長可変のバンドパスフィルタ（ｔＢＰＦ）８０８ａと、入力波長λｉｎを有する入力光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８１１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８１２とを備えて構成される。また、ステージＳ２の波長変換器は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８２１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８２２と、中間波長光と２次ポンプ光とを混合する光カップラ８２３と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４と、減衰器（ＡＴＴ）８２６と、光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）８２７と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８３１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８３２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８３３とを備えて構成される。なお、８２５は、実験システム構成では不要であるが、実際の運用では必要であって、中間波長λｉｗを有する中間波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光とを除去し、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光を帯域ろ波する固定のバンドパスフィルタ（光波長フィルタ）である。
【０００７】
図８において、ステージＳ１の波長変換器に、入力波長λｉｎを有する入力光と、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光とを入射する。そして、高非線形光ファイバ８０７による４光波混合により、中間波長λｉｗの中間波長光は、１次ポンプ光に対して入力波長λｉｎの左右対称位置に発生する。非特許文献１では、中間波長λｉｗが一定となるように、入力波長λｉｎに対して必要な１次ポンプ光の波長を変化させ入射している。その後、ステージＳ１の波長変換器の後段の波長可変フィルタ８０８ａにより、中間波長λｉｗのみを透過させる。次いで、ステージＳ２の波長変換器では、ステージＳ１の波長変換器と同様に、中間波長λｉｗを有する中間波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を入射する。そして、高非線形光ファイバ８２４による４光波混合により、出力波長λｏｕｔの出力波長光は、２次ポンプ光に対して中間波長λｉｗの左右対称位置に発生する。ここで、２次ポンプ光は、出力波長λｏｕｔが存在する使用波長帯に配置される可能性があるため、波長可変のバンドパスフィルタ（ｔＢＰＦ）８２５（図８において点線で表示）を用いて、２次ポンプ光を除去する。この変換過程は高速に行うことが可能で位相情報が保たれるため、動作速度やフォーマットに依存しない。このように、４光波混合を用いた波長変換は、様々な変調フォーマットが混在する可能性がある次世代ネットワークに適用される波長変換器の有力候補の一つである。
【０００８】
このような波長変換器をＷＤＭネットワーク内に導入する場合、光ネットワークを構成する光ノードのすべての波長ポートに、波長変換器を組み込む形態が考えられている。上記のような波長変換器を有する光クロスコネクト装置においては、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。
【０００９】
図９は特許文献１に記載されている光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。図９において、光クロスコネクト装置の光スイッチ９０１には、構成の簡易さ、コスト、信頼性の観点から光信号を電気信号に変換せず、そのまま切り替えを行う光スイッチが用いられる。光スイッチ９０１は、入力光信号１〜ｎを入力する複数ｎ本の入力ポートと、出力波長光信号１〜ｎを出力する複数ｎ本の出力ポートを有し、スイッチ制御回路９０２の制御により、各入力ポートと各出力ポートをそれぞれ接続する構成を有する。
【００１０】
図１０は特許文献１に記載されているＷＤＭに用いられる光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。図１０において、複数ｍ本の光ファイバからそれぞれ波長多重光信号１〜ｍがそれぞれ波長分波器１００１−１〜１００１−ｍに入力され、波長分波器１００１−１〜１００１−ｍは各波長の光信号に分波して光スイッチ１００２の各入力ポートに出力する。光スイッチ１００２はスイッチ制御回路１００４により制御されて、光スイッチ１００２の出力ポートから出力される各波長の光信号は、複数ｍ本の光ファイバ伝送路にそれぞれ対応する波長合波器１００３−１〜１００３−ｍに出力され、各波長合波器１００３−１〜１００３−ｍは入力される各波長の光信号を合波して、各光ファイバにそれぞれ波長多重光信号１〜ｍを出力する。
【００１１】
図１１は特許文献１に記載されている波長変換機能を有する光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。波長競合を解消するため、図１１に示すように、複数ｍ個の波長合波器１１０１に対応する光スイッチ１１０２の複数ｔ本の出力ポートにそれぞれ複数ｔ個の波長変換器１１０３を備え、波長競合が起こった場合にはどちらかの波長を変換してから波長合波器１１０４に入力し、複数ｍ個の波長合波器１１０４により波長多重する構成が提供されている。なお、光スイッチ１１２０はスイッチ制御回路１１１０により制御される。
【００１２】
このような波長変換器１１０３をＷＤＭネットワーク内に導入する場合、光ネットワークを構成する光ノードのすべての波長ポートに、波長変換器１１０３を組み込む形態が考えられている。上記のような波長変換器１１０３を有する光クロスコネクト装置においては、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０６−２９２２４６号公報。
【特許文献２】特開２００３−３０４５６３号公報。
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】S. Petit et al. "Truly Arbitrary Wavelength Conversion by Cascaded Four-Wave Mixing in Low Dispersion Slope SBS Suppressed Highly Nonlinear Fibers", Proceedings of IEEE Winter Topicals 2010, Majorca in Spain, January 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、非特許文献１に記載の従来の４光波混合を利用した波長変換器では、通信に使用する波長帯に存在する２次ポンプ光を除去するため、波長可変フィルタが必要となる。この波長可変フィルタの動作速度が波長変換の処理速度を律速している。中間波長λｉｗを使用波長帯から遠ざけるなどの、中間波長λｉｗの配置条件によっては、通信に使用する波長帯外に２次ポンプ光を配置可能であるが、変換効率が大幅に低下する。
【００１６】
また、特許文献１及び２に記載の従来のＷＤＭネットワークに波長変換器を導入する場合、すべての波長出力ポートに波長変換器が必要となるため、波長変換器の数量が多くなり構成が複雑になってコストが大きくなる。また加えて、システムに要求される波長変換数に応じて変換器をアップグレードするなどの柔軟な運用ができないという問題点があった。この波長変換器の数量の多さ、運用の非効率性が全光波長変換システムのネットワーク導入を阻害する要因の１つとなっている。
【００１７】
本発明の目的は、波長変換の速度律速を解消し、波長変換器の数を大幅に低減可能な波長変換システム及び波長変換方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１の発明に係る波長変換システムは、入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を備えた波長変換システムであって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得るフィルタ手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
上記波長変換システムにおいて、上記波長変換器は、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする。
【００２０】
また、上記波長変換システムにおいて、上記フィルタ手段は、上記波長変換器の後段に設けられるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。
【００２１】
さらに、上記波長変換システムにおいて、上記フィルタ手段は、
上記波長変換器の後段に設けられ、上記１次ポンプ光を除去するフィルタと、
上記第１のフィルタの後段に設けられ、上記２次ポンプ光を除去するインターリーバとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
またさらに、上記波長変換システムにおいて、上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することを特徴とする。
【００２３】
また、上記波長変換システムにおいて、上記波長変換器は、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする。
【００２４】
さらに、上記波長変換システムにおいて、上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２５】
またさらに、上記波長変換システムにおいて、少なくとも１つの上記波長変換器が、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする。
【００２６】
またさらに、上記波長変換システムにおいて、上記フィルタ手段は、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする。
【００２７】
第２の発明に係る波長変換方法は、入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を用いた波長変換方法であって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、フィルタ手段を用いて上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得ることを含むことを特徴とする。
【００２８】
上記波長変換方法において、上記波長変換器が、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする。
【００２９】
また、上記波長変換方法において、上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することをさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
さらに、上記波長変換方法において、上記波長変換器が、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする。
【００３１】
またさらに、上記波長変換方法において、上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御することをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
従って、本発明に係る波長変換システムによれば、以下の特有の効果が得られる。
（１）４光波混合を利用した波長変換において、中間波長λｉｗを、「出力波長λｏｕｔの情報」、もしくは「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの変換情報」に基づいてＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上でグリッドシフト制御することで２次ポンプ光の波長λｐ２をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置させる。そのＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置した２次ポンプ光をネットワーク内に導入している固定の波長フィルタ（例えばバンドパスフィルタ）で除去を行う。これにより、波長変換の速度を律速している波長可変フィルタを不要にでき、超高速な波長変換が実現できる。
（２）波長選択機能を有するＷＤＭネットワーク上のアッド／ドロップ部に上記の波長変換器を備えることで、選択波長もしくは多波長一括の波長変換が可能となる。これにより、ネットワークに必要とされる最小限の波長変換器の個数によりシステムを構成する柔軟な運用が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図２Ａ】図１の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａで用いる波長変換器２１０の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図４】図３の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。
【図７】図６の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。
【図８】非特許文献１に記載されている波長変換器の実験システム構成を示すブロック図である。
【図９】特許文献１に記載されている光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】特許文献１に記載されているＷＤＭに用いられる光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。
【図１１】特許文献１に記載されている波長変換機能を有する光クロスコネクト装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題、その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施形態による開示によって明らかとなるものである。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００３５】
本発明に係る実施形態波長変換システムは４光波混合の際に、中間波長λｉｗを出力波長情報（λｏｕｔ）に基づいて、国際標準化組織ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector）Ｇ．６９４．１で規定されているＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上でグリッドシフト制御することで２次ポンプ光波長をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置させ、波長選択機能を有するＷＤＭネットワーク上のアッド／ドロップ部２００，２００Ａ，２００Ｂに波長変換器２１０を付加したことを特徴とする。
【００３６】
第１の実施形態．
図１は本発明の第１の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。また、図２Ａは図１の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図であり、図２Ｂは図２Ａで用いる波長変換器２１０の詳細構成を示すブロック図である。
【００３７】
本実施形態では、波長変換器として、非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード構成の波長変換器２１０（図２Ｂ）を用い、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置することを特徴としている。そのため、カスケード構成の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、中間波長λｉｗを有する中間波長光を、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいてグリッドシフト制御することで、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置する。つまり、指定する変換後の出力波長λｏｕｔが偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）の場合、中間波長λｉｗを有する中間波長光を偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）上に配置する。また、指定する変換後の出力波長λｏｕｔが奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）の場合、中間波長λｉｗを有する中間波長光を奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）上に配置する。
【００３８】
図２Ｂの波長変換器２１０の動作を概説すると（詳細説明は後述）、入力波長λｉｎを有する入力波長光はステージＳ１に入力され、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ波長光を用いて、少なくとも２次の非線形入出力特性を有する高非線形光ファイバ８０７により混合されて、中間波長λｉｗを有する中間波長光に変換され、当該中間波長光のみが固定のバンドパスフィルタ８０８により帯域ろ波されてステージＳ１の出力波長光として出力される。次いで、ステージＳ２において、中間波長λｉｗを有する中間波長光は、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ波長光を用いて、少なくとも２次の非線形入出力特性を有する高非線形光ファイバ８２４により混合されて、変換後の出力波長λｏｕｔを有する出力波長光に変換され、ステージＳ２の出力波長光として出力される。なお、ＩＴＵに基づくグリッド上において、中間波長λｉｗは１次ポンプ波長λｐ１に対して入力波長λｉｎから左右対称の波長位置に位置し、出力波長λｏｕｔは２次ポンプ波長λｐ２に対して中間波長λｉｗから左右対称の波長位置に位置する。ここで、次式を満たす。
【００３９】
［数１］
λｉｎ≠λｏｕｔ
［数２］
λｉｗ≠λｉｎ
［数３］
λｉｗ≠λｏｕｔ
［数４］
λｐ１≠λｐ２
［数５］
λｉｗ≠λｐ１
［数６］
λｉｗ≠λｐ２
【００４０】
次いで、波長変換器２１０を用いた波長変換の一例について、図１を参照して説明する。なお、入力波長λｉｎ及び出力波長λｏｕｔがとりうる当該波長多重伝送システムの使用波長帯を１００で示し、当該一例では、波長λ１から波長λ１０までの間である。以下、ＩＴＵに基づくグリッドｍ（ｍは自然数）の波長をλｍと表わす。
【００４１】
図１において、入力波長λｉｎ＝λ９から出力波長λｏｕｔ＝λ２に変換する場合を考える。この場合、出力波長λｏｕｔは偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）であるため、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｎ（ｍは自然数）上、つまり波長λ１４に配置するように１次ポンプ光をチューニングする。１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光は、入力波長λｉｎと中間波長λｉｗの中間位置にチューニングにて配置される。また、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光は中間波長λｉｗと出力波長λｏｕｔの中間位置にチューニングにて配置されるため、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）上の波長λ１４に配置することで、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を波長λ８のＩＴＵ−Ｕグリッド上に配置可能となる。
【００４２】
また、出力波長λｏｕｔが奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）の場合も同様な原理である。すなわち、図１において点線で示すように、中間波長λｉｗを奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）上、つまり波長λ１３に配置するように１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光をチューニングする。また、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光は中間波長λｉｗと出力波長λｏｕｔの中間位置にチューニングにて配置されるため、中間波長λｉｗを奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）上に配置することで、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｕグリッド上に配置可能となる。
【００４３】
ここで、上記の４光波混合を用いたカスケード構成の波長変換後には、出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ波長λｐ２、中間波長λｉｗの３つの波長光が存在する。入力波長λｉｎと１次ポンプ波長λｐ１についてはカスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の波長変換器の最終段に挿入された固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）８０８にて除去される。出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ波長λｐ２、中間波長λｉｗの３つの波長光から出力波長λｏｕｔの出力波長光をフィルタリング抽出する手法として、図２Ａの波長変換システムに組み込まれている固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）として動作するアレイ導波路回折格子（（Arrayed-Waveguide Grating）；以下、ＡＷＧという。）２１４でフィルタリングを行う手法を用いる。ここで、ＡＷＧは原理的には第１のレンズ、三角プリズム及び第２のレンズから構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ）デバイスであって、波長分離するときは、波長多重光信号が三角プリズムにより波長分割された後、各ポートから互いに異なる波長分離後の光信号が出力され、波長多重するときはその逆に動作する。
【００４４】
まず、図２Ａを参照して上記波長変換器２１０を適用した波長変換システムについて以下説明する。図２Ａにおいて、光伝送システムのドロップラインからの波長多重光信号はＡＷＧ２１１に入力された後、波長分離されて光スイッチ２１２の各ポートに入力される。光スイッチ２１２は２入力２出力のマッハツェンダー干渉計を複数個マトリクス上に配置して構成され、各入力ポートに入力された光信号を任意の出力ポートに出力することができる。各入力ポートに入力された光信号を任意の出力ポートに出力する機能を有していれば、マイクロミラー型、ファイバスイッチ型など光スイッチの構成は限定しない。光スイッチ２１２の出力ポートには、複数の光受信器２１５とともに、波長変換器２１０の入力ポートが接続される。光スイッチ２１２のある出力ポートから出力された光信号は波長変換器２１０に入力されて波長変換された後、光スイッチ２１３のある入力ポートに出力される。光スイッチ２１３の他の入力ポートには複数の光送信器２１６が接続される。光スイッチ２１３は光スイッチ２１２と同様の構成及び動作を有し、各入力ポートに入力された光信号を任意の出力ポートに出力することができ、各出力ポートからの光信号はそれぞれＡＷＧ２１４の入力ポートに入力される。ＡＷＧ２１４は各入力ポートからの光信号を光多重して１つの出力ポートから光多重信号を出力し、光伝送システムのアッドラインに出力する。なお、コントローラ２２０は光スイッチ２１２，２１３の動作を制御するとともに、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいて１次ポンプ波長λｐ１及び２次ポンプ波長λｐ２を決定して制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を用いて波長変換器２１０の１次ポンプ波長λｐ１及び２次ポンプ波長λｐ２を制御する。
【００４５】
次いで、図２Ｂを参照して、図２Ａの波長変換器２１０の構成及び動作について以下説明する。図２Ｂの波長変換器２１０は、基本的には図８の波長変換器と同様であるが、
（ａ）波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８１１に代えて、入力ポートＰ１を備えたこと、
（ｂ）光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）８２７に代えて、出力ポートＰ２を備えたこと、
（ｃ）波長可変のバンドパスフィルタ（ｔＢＰＦ）８０８ａに代えて、固定のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８０８を備えたこと、並びに、
（ｄ）固定のバンドパスフィルタ（光波長フィルタ）８２５を備えないこと
を特徴としている。なお、光導波路の偏光特性が実質的に揃っているときは、偏光コントローラ（ＰＣ）８０３，８０６，８１２，８２２，８３３及び偏光子（Ｐ）８０５を備えないでもよい。また、光パワーに過不足がなければエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２，８２１，８３２及び減衰器（ＡＴＴ）８２６を備えないでもよい。
【００４６】
図２Ｂにおいて、ステージＳ１の波長変換器は、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０３と、入力光と１次ポンプ光とを混合する光カップラ８０４と、偏光子（Ｐ）８０５と、偏光コントローラ（ＰＣ）８０６と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７と、固定のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８０８と、入力波長λｉｎを有する入力光を入力する入力ポートＰ１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８１２とを備えて構成される。また、ステージＳ２の波長変換器は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８２１と、偏光コントローラ（ＰＣ）８２２と、中間波長光と２次ポンプ光とを混合する光カップラ８２３と、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４と、減衰器（ＡＴＴ）８２６と、出力ポートＰ２と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を発生する波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８３１と、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８３２と、偏光コントローラ（ＰＣ）８３３とを備えて構成される。
【００４７】
以上のように構成された波長変換器２１０において、入力波長λｉｎを有する入力波長光はステージＳ１の入力ポートＰ１に入力された後、偏光コントローラ（ＰＣ）８１２を介して光カップラ８０４に入力される。一方、波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１はその発生波長がコントローラ２２０からの制御信号Ｓｃ１に基づいて制御され、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光を発生した後、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８０２及び偏光コントローラ（ＰＣ）８０３を介して光カップラ８０４に出力する。光カップラ８０４は入力される２つの光信号を合波した後、偏光子（Ｐ）８０５及び偏光コントローラ（ＰＣ）８０６を介して高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７に出力する。高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８０７は少なくとも２次の非線形入出力特性を有し、２つの光信号を混合することにより、中間波長λｉｗを有する中間波長光を発生して、中間波長光のみ帯域通過ろ波する（図１の例では、波長λ１３及びλ１４のみ帯域通過ろ波する）固定のバンドパスフィルタ８０８により当該中間波長光を帯域ろ波してステージＳ１の出力波長光として出力する。
【００４８】
次いで、ステージＳ２において、中間波長λｉｗを有する中間波長光はエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８２１及び偏光コントローラ（ＰＣ）８２２を介して光カップラ８２３に入力される。一方、波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８３１はその発生波長がコントローラ２２０からの制御信号Ｓｃ２に基づいて制御され、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を発生した後、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８３２及び偏光コントローラ（ＰＣ）８３３を介して光カップラ８２３に出力する。光カップラ８２３は入力される２つの光信号を合波した後、高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４に出力する。高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）８２４は少なくとも２次の非線形入出力特性を有し、２つの光信号を混合することにより、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光を発生して、減衰器（ＡＴＴ）８２６を介してポートＰ２に出力する。ここで、ポートＰ２に出力される光信号には、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光のほかに、中間波長λｉｗを有する中間波長光及び２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光が含まれているが、これらの不要光信号は、本実施形態においては図２ＡのＡＷＧ２１４により除去され、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光のみがＡＷＧ２１４からアッドラインへ出力される。すなわち、ＡＷＧ２１４の各入力ポートはポート毎に入力可能なグリッド上の波長が設定されており、当該実施形態では、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光に対応するＡＷＧ２１４の入力ポートに入力されるように光スイッチ２１３がコントローラ２２０により制御される。
【００４９】
以上のように構成された本実施形態に係る波長変換システムによれば、ＡＷＧ２１１，２１４及び光スイッチ２１２，２１３から構成されるアッド／ドロップ部２００に波長変換器２１０を備えたので、選択波長の波長変換を可能としている。つまり、例えば、異なる２つの方路からλ１の波長が光ノードに伝送されてきた場合、一方の方路からの波長λ１をドロップする。そして、λ１を別波長に変換してアッドし再伝送を行う。もう一方の方路からの波長λ１は、アッド／ドロップせずにそのままルーティングを行うことができる。
【００５０】
このように、波長変換器２１０を、アッド／ドロップ部２００に備えることで、システムに適合した最小限の波長変換器２１０で波長変換システムを構成することが可能であり、同一の光ノードに集約される同一波長の競合を解消する。出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ光λｐ２及び中間波長λｉｗの３つの波長から出力波長λｏｕｔを有する出力波長光をフィルタリング抽出する方法として、光スイッチ２１３にて出力波長λｏｕｔを有する出力波長光をアッド側ＡＷＧ２１４の所定のポートに入力することで、波長変換システムの出力ポートに、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と中間波長λｉｗを有する中間波長光をアッドラインに導出しない。
【００５１】
すなわち、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と中間波長λｉｗを有する中間波長光をＡＷＧ２１４にてフィルタリング除去する。システムに必要な波長変換器数が必要になれば、アッド／ドロップ部２００に備えられる波長変換器２１０をアップグレードすればよく、波長変換器数は限定されない。また、使用波長帯外の波長のフィルタリングに関しては、ＡＷＧ２１４に限定するものではなく使用波長帯外をカットする固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）を付加してもよい。
【００５２】
第２の実施形態．
図３は本発明の第２の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。また、図４は図３の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る波長変換システムは、方路制約を解消するため、図２Ａの第１の実施形態に比較して、
（ａ）アッド／ドロップ部２００ＡのＡＷＧ２１１ａ，２１４ａとして周回性ＡＷＧを用いたこと、すなわち、図２ＡのＡＷＧ２１１，２１４に代えて周回性ＡＷＧ２１１ａ，２１４ａを備えたこと、並びに、
（ｂ）波長変換器４０１の出力ポートに、使用波長帯外を帯域除去する固定のバンド除去フィルタ２４０及びインターリーバ２３０を接続したことを特徴としている。
【００５３】
ここで、周回性ＡＷＧ２１１ａ，２１４ａとは、通常のＡＷＧに複数の入出力ポートを持たせ、複数の入力ポートに波長多重信号を入力したときに、各出力ポートには特定の波長λ１〜λ１０毎の光信号を出力可能であり、すなわち波長をルーティング可能な光デバイスである。そのため、第１の実施形態とは違い、出力波長λｏｕｔと２次ポンプ波長λｐ２の配置によっては、２次ポンプ波長λｐ２及び中間波長λｉｗを周回性ＡＷＧ２１４ａでフィルタリング除去することはできない。よって、本実施形態では、波長変換器４０１の出力ポートに、波長λ１１〜λ２０を帯域除去する固定のバンド除去フィルタ２４０（なお、波長λ１１以上を除去する固定フィルタであってもよい。もしくは、波長λ１〜λ１０なる使用波長帯１００の信号光を帯域通過ろ波する固定のバンドパスフィルタであってもよい。）及びインターリーバ２３０を接続し、固定のバンド除去フィルタ２４０により中間波長λｉｗを有する中間波長光を除去するとともに、インターリーバ２３０により、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を分離する。ここで、インターリーバ２３０とは、一入力及び二出力もしくは二入力及び一出力の周期性をもつ波長フィルタであって、偶数チャンネルと奇数チャンネルを合波もしくは分波することができる。なお、波長変換器２１０として、非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード構成の図２Ｂの波長変換器（第１の実施形態と同様の構成を有する。）を用いる。
【００５４】
本実施形態においては、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッドに配置するのと同時に、インターリーバ２３０にて出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を分離することを特徴としている。なお、入力波長λｉｎと出力波長λｏｕｔとの関係、入力波長λｉｎと中間波長λｉｗと１次ポンプ波長λｐ１との関係、及び中間波長λｉｗと２次ポンプ波長λｐ２と出力波長λｏｕｔとの関係は第１の実施形態と同様である。
【００５５】
カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、中間波長λｉｗを有する中間波長光を、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいてグリッドシフト制御することで２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、その上、２次ポンプ波長λｐ２と出力波長λｏｕｔとの相対関係が偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）と奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数であり、ｍ＝ｎ又はｍ≠ｎであり、第２の実施形態において以下同様である。）の対応関係もしくは、奇数グリッド２ｍ−１（ｍは自然数）と偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）の対応関係になるようにグリッドシフト制御する。つまり、指定する出力波長λｏｕｔが偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数）の場合、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）上に配置する。また、指定する出力波長λｏｕｔが奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）の場合、中間波長λｉｗを奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）上に配置する。これにより、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光をグリッド上に配置することが可能となる。その上、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光の相対関係が偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）と奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）の対応関係、もしくは、奇数グリッド２ｍ−１（ｍは自然数）と偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）の対応関係になるようにグリッドシフトする。これにより、波長変換器２１０の後段に設けられるインターリーバ２３０にて、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を分離することができる。つまり、アッド側の周回性ＡＷＧ２１４ａにて、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光と、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光が同一ポートに出力することを回避できる。
【００５６】
一例として、図３に示すように、入力波長λｉｎ＝λ８から出力波長λｏｕｔ＝λ４に波長変換する場合について以下説明する。この場合、出力波長λｏｕｔは偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）であるため、中間波長λｉｗを偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）上、つまりλ１４又はλ１６に配置するように１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光をチューニングする。その後、２通りの中間波長λｉｗに対して、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光の配置を計算する。つまり、中間波長λｉｗがλ１６の場合、出力波長λｏｕｔ＝λ４に変換するためには、波長λ１０に２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を配置する必要がある。また、中間波長λｉｗがλ１４の場合、波長λ４に波長変換するためには、波長λ９に２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を配置する必要がある。２次ポンプ波長λｐ２と出力波長λｏｕｔの相対関係が、偶数グリッド２ｍ（ｍは自然数）と奇数グリッド２ｎ−１（ｎは自然数）の対応関係もしくは、奇数グリッド２ｍ−１（ｍは自然数）と偶数グリッド２ｎ（ｎは自然数）の対応関係となる波長λ９に２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を配置し、波長λ４に波長変換する相対関係を選定する。上記の４光波混合を用いたカスケード波長変換を行った後には、出力波長λｏｕｔ、２次ポンプ波長λｐ２及び中間波長λｉｗの３つの波長光が存在する。中間波長λｉｗは使用波長帯１００外をフィルタリング除去する固定のバンドパスフィルタ（波長フィルタ）２４０にてカットする。これにより、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光は、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光に対して、インターリーバ２３０の別ポートに出力される。入力波長λｉｎを入力光と、１次ポンプ波長λｐ１を有する１次ポンプ光については、カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の波長変換器内の固定フィルタ８０８にて除去される。
【００５７】
次いで、出力波長λｏｕｔと２次ポンプ波長λｐ２の２つの波長光から、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光をフィルタリング抽出する手法について図４を参照して以下説明する。図４は上記の波長変換器２１０を適用した波長変換システムの構成を示すブロック図である。上記波長変換器２１０は、アグリゲーション機能（複数の経路にある波長を単一の経路に集約する機能）やマルチキャスト機能（単一経路にある波長を複数の経路に分配する機能）を有するアッド／ドロップ部２００Ａに備えられている。周回性ＡＷＧ２１１ａ，２１４ａ及び光スイッチ２１２，２１３からなるアッド／ドロップ部２００Ａに波長変換器２１０を備えることで、複数の方路に対して、選択波長の波長変換を可能としている。波長変換器２１０後のインターリーバ２３０の別ポートから出力された出力波長λｏｕｔを有する出力波長光と２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光に関して、出力波長λｏｕｔを有する出力波長光は光スイッチ２１３により周回性ＡＷＧ２１４ａの特定ポートへ、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光は光スイッチ２１３にて破棄される。
【００５８】
なお、他の実施形態と同様に、システムに必要な波長変換器数が必要になれば、アッド／ドロップ部２００Ａに備えられる波長変換器２１０をアップグレードすればよく、波長変換器２１０の数は限定されない。また、インターリーバ２３０の後段に２×１の光スイッチを備え、アッド／ドロップ部２００Ａの光スイッチ２１３のポート数を削減してもよい。
【００５９】
なお、第１の実施形態では、２次ポンプ波長λｐ２を有する２次ポンプ光を除去するためにＡＷＧ２１４が必要であったが、第２の実施形態では、インターリーバ２３０を備えたので、周回性２１４ａではそのためのフィルタリング機能は必須ではない。
【００６０】
第３の実施形態．
図５は本発明の第３の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。第３の実施形態に係る波長変換システムは第１の実施形態に比較して、１次ポンプ光の制御の簡略化のために、カスケード型の波長変換器のステージＳ１の変換時に必要な１次ポンプ光用の波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）８０１を、例えば波長λ１１．５の１次ポンプ光を発生する波長固定の第１のレーザ光源と、例えば波長λ１１の１次ポンプ光を発生する波長固定の第２のレーザ光源と、これらの２つの１次ポンプ光を切り替えて出力するスイッチとを備えたことを特徴としている。なお、上記の相違点を除いて、他の実施形態と同様に、波長変換器として非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード型の波長変換器２１０を用いた波長変換システムを用いる。
【００６１】
本実施形態では、カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、１次ポンプ光の波長配置を、使用波長帯１００近傍の２波長の固定波長とする。つまり１次ポンプ光の波長を、「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの波長変換情報」に基づいて１次ポンプ光の波長配置を半グリッドシフト制御することで２次ポンプ光をグリッドに配置する。図５の例では、１次ポンプ光の波長配置を、グリッド番号で１１と１１．５の位置の２選択性としている。
【００６２】
偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換の場合、１次ポンプ光の波長λｐ１を図５中のグリッド番号１１であるＩＴＵ−Ｔのグリッド上（波長λ１１）に配置する。また、偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍはｎと同じ又は異なる。）への波長変換、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍはｎと同じ又は異なる。）への波長変換の場合、１次ポンプ光の波長λｐ１を図５中のグリッド番号１１．５であるＩＴＵ−Ｔのグリッド上から半グリッドシフトした波長位置（波長１１．５）に配置する。
【００６３】
一例として、図５中に示すように、入力波長λｉｎ＝λ９から出力波長λｏｕｔ＝λ２に波長変換する場合を考える。この場合、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換なので、１次ポンプ光の波長λｐ１を図５中のグリッド番号１１．５のＩＴＵ−Ｔのグリッド上から半グリッドシフトした位置に配置する。これにより、２次ポンプ光のλｐ２は、番号８のグリッド上に配置される。他の実施形態と同様に、ステージＳ１の波長変換器後の固定のバンドパスフィルタ８０８により、入力波長λｉｎの入力光と１次ポンプ波長λｐ１の１次ポンプ光はフィルタリング除去される。上述のように、第３の実施形態では、１次ポンプ光が２波長選択の固定波長レーザ光源を用いて発生されるため、１次ポンプ光で通常使用する波長可変レーザ光源が不要となり、波長制御の簡略化を実現することができる。
【００６４】
第４の実施形態．
図６は本発明の第４の実施形態に係る波長変換システムにおけるＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上の出力波長の関係を示す波長配置図である。また、図７は図６の出力波長の関係を有する波長変換器２１０を用いた波長変換システムの構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態は第１の実施形態と比較して、複数波長の同時の波長変換を実現することを特徴としている。なお、他の実施形態と同様に、波長変換器として非特許文献１に記載の４光波混合を利用したカスケード構成の波長変換器２１０を用いる。
【００６５】
本実施形態では、第３の実施形態と同様に、カスケード型の波長変換器２１０のステージＳ１の変換時において、１次ポンプ光の波長λｐ１の配置を使用波長帯１００近傍の２波長の固定波長（例えば、図６に示すように、波長λ１１．５）とする。また、波長変換器２１０をアグリゲーション機能（複数の経路にある波長を単一の経路に集約する機能）やマルチキャスト機能（単一経路にある波長を複数の経路に分配する機能）を有するアッド／ドロップ部２００Ｂに備える。ＡＷＧ２１１，２１４及び光スイッチ２１２，２１３からなるアッド／ドロップ部２００Ｂに波長変換器２１０を備えることで、選択された複数波長の同時の波長変換が可能となる。
【００６６】
図６において、波長λ７，λ９の２つの入力光をそれぞれ波長λ４，λ６の２つの出力波長光に同時に波長変換する場合について以下に説明する。この場合、両者とも奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への波長変換なので、１次ポンプ光の波長λｐ１をグリッド番号１１．５であるＩＴＵ−Ｔのグリッド上から半グリッドシフトした位置に配置する。これにより、波長λ１６，λ１４の中間波長λｉｗを、波長λ１０の２次ポンプ光を用いて波長変換する。
【００６７】
図６の例では、２波長の同時波長変換の例を記載したが、本発明はこれに限らず、３波長以上の同時波長変換を行ってもよい。ここで、上記複数波長一括の波長変換においては、同時変換が可能な波長情報に条件がある。つまり、偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ≠ｎ）への複数波長の同時変換か、偶数グリッド波長２ｍ（ｍは自然数）から奇数グリッド波長２ｎ−１（ｎは自然数；ｍ＝ｎ又はｍ≠ｎであるが、２ｍ≠２ｎ−１）、もしくは、奇数グリッド波長２ｍ−１（ｍは自然数）から偶数グリッド波長２ｎ（ｎは自然数；ｍ＝ｎ又はｍ≠ｎであるが、２ｍ−１≠２ｎ）への複数波長の同時変換の場合の２通りが実施可能となる。なお、この条件を満たさない複数波長の同時波長変換を実現する場合は、アッド／ドロップ部２００Ｂの波長変換器２１０を同時波長変換数を増大するようにアップグレードすればよく、波長変換器数は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上詳述したように、本発明に係る波長変換システムによれば、次の効果が得られる。
（１）４光波混合を利用した波長変換において、中間波長λｉｗを、「出力波長λｏｕｔの情報」、もしくは「入力波長λｉｎから出力波長λｏｕｔへの変換情報」に基づいてＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上でグリッドシフト制御することで２次ポンプ光の波長λｐ２をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置させる。そのＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置した２次ポンプ光をネットワーク内に導入している固定の波長フィルタ（例えばバンドパスフィルタ）で除去を行う。これにより、波長変換の速度を律速している波長可変フィルタを不要にでき、超高速な波長変換が実現できる。
（２）波長選択機能を有するＷＤＭネットワーク上のアッド／ドロップ部に上記の波長変換器を備えることで、選択波長もしくは多波長一括の波長変換が可能となる。これにより、ネットワークに必要とされる最小限の波長変換器の個数によりシステムを構成する柔軟な運用が実現できる。
【００６９】
本発明に係る波長変換システム及び波長変換方法は、光通信システム又は光情報処理装置に用いられる波長変換器、及び波長合分波器や光スイッチを有するシステム等に適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１００…使用波長帯、
２００，２００Ａ，２００Ｂ…アッド／ドロップ部、
２１１，２１４…アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、
２１１ａ，２１４ａ…周回性アレイ導波路回折格子（周回性ＡＷＧ）、
１２１，２１３…光スイッチ、
２１０…波長変換器、
２１５…光信号受信器、
２１６…光信号送信器、
２２０…コントローラ、
２３０…インターリーバ、
２４０…固定のバンドパスフィルタ
８０１，８３１…波長可変レーザ光源（ＴＬＳ）、
８０２，８２１，８３２…エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、
８０３，８０６，８１２，８２２，８３３…偏光コントローラ（ＰＣ）、
８０４，８２３…光カップラ、
８０５…偏光子、
８０７，８２４…高非線形光ファイバ、
８０８…固定のバンドパスフィルタ、
８２６…減衰器、
Ｐ１，Ｐ２…ポート、
Ｓ１，Ｓ２…ステージ、
Ｓｃ１，Ｓｃ２…波長制御信号、
λｉｎ…入力波長、
λｉｗ…中間波長、
λｏｕｔ…出力波長、
λｐ１…１次ポンプ波長、
λｐ２…２次ポンプ波長。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を備えた波長変換システムであって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得るフィルタ手段を備えたことを特徴とする波長変換システム。
【請求項２】
上記波長変換器は、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする請求項１記載の波長変換システム。
【請求項３】
上記フィルタ手段は、上記波長変換器の後段に設けられるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換システム。
【請求項４】
上記フィルタ手段は、
上記波長変換器の後段に設けられ、上記１次ポンプ光を除去するフィルタと、
上記第１のフィルタの後段に設けられ、上記２次ポンプ光を除去するインターリーバとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換システム。
【請求項５】
上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項６】
上記波長変換器は、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項７】
上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項８】
少なくとも１つの上記波長変換器が、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項９】
上記フィルタ手段は、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項１０】
入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を用いた波長変換方法であって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、フィルタ手段を用いて上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得ることを含むことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１１】
上記波長変換器が、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする請求項１０記載の波長変換方法。
【請求項１２】
上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することをさらに含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の波長変換方法。
【請求項１３】
上記波長変換器が、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする請求項１０又は１１記載の波長変換方法。
【請求項１４】
上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御することをさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１３のうちのいずれか１つに記載の波長変換方法。
【請求項１】
入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を備えた波長変換システムであって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得るフィルタ手段を備えたことを特徴とする波長変換システム。
【請求項２】
上記波長変換器は、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする請求項１記載の波長変換システム。
【請求項３】
上記フィルタ手段は、上記波長変換器の後段に設けられるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換システム。
【請求項４】
上記フィルタ手段は、
上記波長変換器の後段に設けられ、上記１次ポンプ光を除去するフィルタと、
上記第１のフィルタの後段に設けられ、上記２次ポンプ光を除去するインターリーバとを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の波長変換システム。
【請求項５】
上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項６】
上記波長変換器は、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項７】
上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項８】
少なくとも１つの上記波長変換器が、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項９】
上記フィルタ手段は、波長多重伝送システムの伝送ノードのアッド／ドロップ部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の波長変換システム。
【請求項１０】
入力波長光を、１次ポンプ光を用いて第１の非線形光ファイバにより混合することにより中間波長光に変換し、上記中間波長光のみを固定の波長フィルタによりろ波した後、当該中間波長光を、２次ポンプ光を用いて第２の非線形光ファイバにより混合することにより出力波長光に変換する波長変換器を用いた波長変換方法であって、
上記２次ポンプ光をＩＴＵ−Ｔに基づくグリッド上に配置し、フィルタ手段を用いて上記２次ポンプ光と上記出力波長光とを分離することにより上記出力波長光をろ波して得ることを含むことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１１】
上記波長変換器が、上記中間波長光を、上記１次ポンプ波長に対して上記入力波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生し、上記出力波長光を、上記２次ポンプ波長に対して上記中間波長光とは波長配置図において左右対称の位置に配置するように発生することを特徴とする請求項１０記載の波長変換方法。
【請求項１２】
上記１次ポンプ光を、上記入力波長光及び上記出力波長光を含む使用波長帯近傍の波長であって、互いに異なる所定の２つの波長をそれぞれ発生する２個の光源を選択的に用いて発生することをさらに含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の波長変換方法。
【請求項１３】
上記波長変換器が、複数の入力波長光を、上記１次ポンプ光を用いて複数の中間波長光に変換した後、上記複数の中間波長光を、上記２次ポンプ光を用いて複数の出力波長光に変換することを特徴とする請求項１０又は１１記載の波長変換方法。
【請求項１４】
上記１次ポンプ光の波長及び上記２次ポンプ光の波長を、「上記入力波長光から上記出力波長光への波長変換情報」に基づいて決定して制御することをさらに含むことを特徴とする請求項１０乃至１３のうちのいずれか１つに記載の波長変換方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０３５３９（Ｐ２０１１−２０３５３９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１３４２（Ｐ２０１０−７１３４２）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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