波長変換装置及び波長変換方法
【課題】波長整形効果を有する波長変換機能を簡単な構成で実現し、波長変換装置を小型化する。
【解決手段】第１波長変換器４０と第２波長変換器６０とを備える。第１波長変換器及び第２波長変換器は、それぞれ、光増幅器、分散フラットファイバ、及び、波長フィルタを有している。第１波長変換器は、第１波長変換光の中心波長を、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させる。第２波長変換器は、第２波長変換光の中心波長を、第１波長変換光の中心波長に対して第２波長シフト量Δλ２だけ変化させる。第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定する。
【解決手段】第１波長変換器４０と第２波長変換器６０とを備える。第１波長変換器及び第２波長変換器は、それぞれ、光増幅器、分散フラットファイバ、及び、波長フィルタを有している。第１波長変換器は、第１波長変換光の中心波長を、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させる。第２波長変換器は、第２波長変換光の中心波長を、第１波長変換光の中心波長に対して第２波長シフト量Δλ２だけ変化させる。第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長変換装置及び波長変換方法に関し、特に光通信システムに用いられる全光学的波長変換に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気信号に変換することなく光信号のまま信号処理を行う、すなわち全光学的信号処理を行う技術は、光通信システムにおいて重要である。
【０００３】
図８を参照して、従来の差動位相変調（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号再生器について説明する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ＤＰＳＫ信号再生器１００に入力されたＤＰＳＫ信号は、２分岐されて一方は遅延干渉計１０５に送られ、他方はクロック再生器１８０に送られる。
【０００５】
遅延干渉計１０５は、ＤＰＳＫ信号を強度変調（ＯＯＫ：Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）信号に変換する。遅延干渉計１０５で生成されたＯＯＫ信号は、全光波長変換器１１０に送られる。
【０００６】
全光波長変換器１１０では、波長変換と光信号の振幅の安定化が施される。全光波長変換器１１０で波長変換された波長変換ＯＯＫ信号は、位相変調器１９０に送られる。
【０００７】
一方、クロック再生器１８０では、ＤＰＳＫ信号からクロックを抽出して、光クロックパルス信号を生成する。この光クロックパルス信号は、位相変調器１９０に送られる。
【０００８】
位相変調器１９０は、高非線形ファイバとして、例えば分散フラットファイバ（ＤＦＦ）を備えて構成され、波長変換ＯＯＫ信号と光クロックパルス信号は、分散フラットファイバに入力される。分散フラットファイバを伝播中に生じる相互位相変調（ＸＰＭ）により、光クロックパルス信号に、波長変換ＯＯＫ信号の強度変調パターンに一致する位相変調パターンが重畳される。この結果、位相変調器１９０からは、波長変換されたＤＰＳＫ信号が出力される。
【０００９】
ここで、全光波長変換器１１０は、光増幅器１４２、高非線形ファイバとして分散フラットファイバ（ＤＦＦ）１４６及び光バンドパスフィルタ１４８を備えて構成される。この全光波長変換器１１０の構成及び動作について、図９〜１１を参照して説明する。
【００１０】
図９は、全光波長変換器の構成を示す模式図である。図１０及び図１１は、全光波長変換器における波長変換を示す図である。
【００１１】
光増幅器１４２は、入力されたＯＯＫ信号（図９中、矢印Ｓ１４１で示す。）を増幅して、増幅信号（図９中、矢印Ｓ１４３で示す。）を生成する（図１０（Ａ））。分散フラットファイバ１４６は、増幅信号Ｓ１４３の波長スペクトル幅を広げてＤＦＦ信号（図９中、矢印Ｓ１４７で示す。）を生成する。光バンドパスフィルタ１４８は、入力されたＯＯＫ信号Ｓ１４１の中心波長とは異なる中心波長の波長帯域を有している（図１０（Ｂ））。このため、光バンドパスフィルタ１４８の出力である変換ＯＯＫ信号（図９中、矢印Ｓ１４９で示す。）は、入力ＯＯＫ信号Ｓ１４１とは、波長が位相シフト量Δλだけ異なるＯＯＫ信号に変換されることになる（図１０（Ｃ））。
【００１２】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、増幅信号Ｓ１４３の信号強度と、ＤＦＦ信号Ｓ１４７の波長スペクトル幅の関係について説明する。
【００１３】
図１１（Ａ）中、ＩＩで示す増幅信号に対して、分散フラットファイバ１４６における自己位相変調により、図１１（Ｂ）中、ＩＩで示すＤＦＦ信号が得られているとする。ここで、増幅信号の信号強度を高くする（図１１（Ａ）中、Ｉで示す。）と、ＤＦＦ信号の波長スペクトル幅は広くなる（図１１（Ｂ）中、Ｉで示す）。一方、増幅信号の信号強度を低くする（図１１（Ａ）中、ＩＩＩで示す。）と、ＤＦＦ信号の波長スペクトル幅は狭くなる（図１１（Ｂ）中、ＩＩＩで示す）。
【００１４】
また、分散フラットファイバ１４６では、図１１（Ｂ）に示すように、平坦な波長スペクトルを得ることができる。これを利用すると、入力信号の強度揺らぎがあっても、ＤＦＦ信号の強度はほぼ一定となるので、入力信号の強度揺らぎの影響を抑制して、雑音成分を除去することができる。
【００１５】
図１１（Ｃ）は、増幅信号の時間波形を示している。また、図１１（Ｄ）は、波長変換器の出力となる波長変換ＯＯＫ信号Ｓ１４９の時間波形を示している。図１１（Ｃ）にＩＶで示す雑音成分は、波長変換ＯＯＫ信号Ｓ１４９の時間波形には含まれない（図１１（Ｄ））。
【００１６】
このような特性から、全光波長変換器は、波長変換器に加えて、識別回路としても作用する。
【非特許文献１】松本正行著「ファイバの非線形効果を利用したＤＰＳＫ信号の３Ｒ再生」２００６年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、データレートが４０Ｇｂｐｓ以上であるような高速光信号に対して、分散フラットファイバを利用して波長変換を行う場合、波長変換量を大きくすると波形整形機能が著しく損なわれる傾向がある。
【００１８】
このため、上述した非特許文献１に開示されたＤＰＳＫ信号再生器では、波長変換器を多段に接続して、各波長変換器では、波形整形機能が劣化しない程度に波長変換量を調節している。具体的には、１０ｎｍの波長変換を実現するために、波長変換器を５段接続して、各波長変換器での波長シフト量を２ｎｍとしている。
【００１９】
このことから、ＤＰＳＫ信号再生装置の小型化が困難であるとともに、経済性の面でも不利になる。
【００２０】
また、データレートが増加すると、光パルスの幅を伝送レートに比例して狭くする必要があり、この場合、分散フラットファイバの分散値も小さく設定する必要がある。分散フラットファイバに要求される適切な分散値は、パルス幅の２乗に比例、すなわち、データレートの２乗に反比例する。このため、データレートが４０Ｇｂｐｓから１６０Ｇｂｐｓに４倍に増加すると、分散フラットファイバに要求される分散値は１／１６になる。これは、例えば非特許文献１で使用しているファイバの−０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値に対して、−０．０３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍという絶対値が極めて小さい分散値が必要になることを意味するが、このような分散値の絶対値が小さい分散フラットファイバの製造は、困難である。
【００２１】
そこで、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、２段の波長変換器を用いて、第１波長変換器での波長シフトの方向と、第２波長変換器での波長シフトの方向とを逆方向にし、第２波長変換器での波長シフトの大きさを、第１波長変換器での波長シフトの大きさよりも大きくすることで、波長整形効果を有する波長変換機能を実現できることを見出した。
【００２２】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、簡単な構成で、波長整形効果を有する波長変換機能を実現する波長変換装置及び波長変換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した目的を達成するために、この発明の第１の要旨によれば、入力光に対して、波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換装置であって、第１波長変換器と第２波長変換器とを備える波長変換装置が提供される。
【００２４】
第１波長変換器は、入力光を増幅して第１増幅光を生成する第１光増幅器、第１増幅光の波長スペクトル幅を広げて第１ファイバ出力光を生成する第１分散フラットファイバ、及び、前記第１ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第１波長変換光を生成する第１波長フィルタを有している。第１波長変換器は、第１波長変換光の中心波長を、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させる。
【００２５】
第２波長変換器は、第１波長変換光を増幅して第２増幅光を生成する第２光増幅器、第２増幅光の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光を生成する第２分散フラットファイバ、及び、第２ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光を生成する第２波長フィルタを有している。第２波長変換器は、第２波長変換光の中心波長を、第１波長変換光の中心波長に対して第２波長シフト量Δλ２だけ変化させる。
【００２６】
ここで、第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定されている。
【００２７】
また、この発明の波長変換装置の好適実施例によれば、第１光増幅器の入力側及び出力側にさらに波長フィルタを備えるのが良い。
【００２８】
また、上述の目的を達成するために、この発明の第２の要旨によれば、以下の過程を備える、入力光に対して波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換方法が提供される。
【００２９】
先ず、第１光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有する第１波長変換器において、入力光の中心波長を第１波長シフト量Δλ１だけ変化させて第１波長変換光を生成する。次に、第２光増幅器、第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有する第２波長変換器において、第１波長変換光の中心波長を第２波長シフト量Δλ２だけ変化させて第２波長変換光を生成する。
【００３０】
このとき、第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たしている。
【発明の効果】
【００３１】
この発明の変換装置及び波長変換方法によれば、第１波長変換器における第１波長シフト量Δλ１と第２波長変換器における第２波長シフト量Δλ２を、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定している。
【００３２】
このように設定すると、第２ファイバ出力光は、第１波長変換における波長シフト方向とは、逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となり、第２波長フィルタでは、この平坦性に優れた領域を透過させるので、品質に優れた波長変換光が得られる。
【００３３】
また、第１波長変換における波長シフト方向とは逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となることから、第２位相シフト量Δλ２を大きくすることが可能となる。この結果、例えば１０ｎｍの波長シフトを従来５段の波長変換を行っているのに対し、２段の波長変換で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００３５】
図１を参照して、この発明の波長変換装置について説明する。ここでは、波長変換装置１０への入力光（図中、矢印Ｓ１１で示す。）は、伝送速度が１６０Ｇｂｐsであり、かつ、パルス幅が２．５ｐｓであるＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号であるものとする。
【００３６】
この発明の波長変換装置１０は、第１波長変換器４０と第２波長変換器６０を備えて構成される。また、波長変換装置１０は、第１波長変換器４０の入力側に、第１前段波長フィルタ（ＯＢＦ１）２０を具えている。この波長変換装置１０は、入力光に対して全波長シフト量Δλの波長シフトを行う。
【００３７】
第１波長変換器４０は、第１光増幅器４２、第２前段波長フィルタ（ＯＢＦ２）４４、第１分散フラットファイバ（ＤＦＦ１）４６及び第１波長フィルタ（ＯＢＦ３）４８を有している。
【００３８】
第２波長変換器６０は、第２光増幅器６２、第２分散フラットファイバ（ＤＦＦ２）６６及び第２波長フィルタ（ＯＢＦ４）６８を有している。
【００３９】
第１前段波長フィルタ２０及び第２前段波長フィルタ４４は、第１光増幅器４２の入力端及び出力端にそれぞれ設けられていて、入力光Ｓ１１に含まれる自然放出光（ＡＳＥ）雑音を除去する。
【００４０】
第１前段波長フィルタ２０は、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍである２次スーパーガウシアン形状のフィルタである。ここで、ｍ次スーパーガウシアン形状は、ｆ（ｔ）＝ｅｘｐ｛−ｔ＾（２ｍ）｝の関数で表わされる。
【００４１】
第２前段波長フィルタ４４は、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタである。
【００４２】
第１光増幅器４２は、第１前段波長フィルタ２０を経て第１波長変換器４０に入力された入力光（図中、矢印Ｓ２１で示す。）を所望の光強度に増幅して、第１増幅光（図中、矢印Ｓ４３で示す。）を生成する。この第１光増幅器４２での増幅の際に付加されたＡＳＥ雑音は、第２前段波長フィルタ４４で除去される。
【００４３】
第１分散フラットファイバ（ＤＦＦ１）４６は、自己位相変調（ＳＰＭ）効果により、第２前段波長フィルタ４４を経て送られた第１増幅光（図中、矢印Ｓ４５で示す。）の波長スペクトル幅を広げて第１ファイバ出力光（図中、矢印Ｓ４７で示す。）を生成する。
【００４４】
第１波長フィルタ４８は、第１ファイバ出力光Ｓ４７の所定の波長帯域を透過させて第１波長変換光（図中、矢印Ｓ４９で示す。）を生成する。ここでは、第１波長フィルタ４８は、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタである。また、透過帯域幅（ＢＷ）の中心波長λ１を、入力光の中心波長λ０に対して、第１波長シフト量Δλ１（＝λ１−λ０）だけ変化させている。
【００４５】
図２を参照して、第１波長変換器４０における波長スペクトルについて説明する。図２は、第１波長変換器４０における波長スペクトルの計算結果を示す図である。ここで、第１分散フラットファイバを、長さ１ｋｍ、分散−０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、及び非線形定数１０ｋｍ−１Ｗ−１とし、第１光増幅器４２の出力パワーを２３ｄＢｍとしている。図２では、横軸に、第１波長変換器４０に入力される入力光Ｓ２１の中心波長λ０を基準とした相対波長（ｎｍ）を取って示し、縦軸に、光強度（ｄＢｍ）を取って示している。
【００４６】
第１分散フラットファイバ４６の出力である第１ファイバ出力光Ｓ４７は、入力光Ｓ２１に対して、波長スペクトル幅が広がっている。なお、第１ファイバ出力光Ｓ４７の中心波長は、入力光とほぼ一致している。
【００４７】
ここでは、第１位相シフト量Δλ１を１ｎｍとして、入力光Ｓ２１の中心波長λ０に対して、長波長側に波長シフトさせている。すなわち、第１波長フィルタ４８（第１波長変換光Ｓ４９）の中心波長λ１は、λ１＝λ０＋１で与えられる。
【００４８】
図３は、入力光Ｓ２１と第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示す図である。図３（Ａ）は、入力光Ｓ２１のアイパターンを示し、図３（Ｂ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示している。
【００４９】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）を比較すると、図３（Ｂ）に示す第１波長変換光Ｓ４９は、図３（Ａ）に示す入力光Ｓ２１と比べて、非対称な形状となっているが、パルス幅が狭くなっている。
【００５０】
このパルス幅が狭くなっていることにより、第２波長変換器６０において、より効率的かつ質の良い波長変換光を得ることができる。例えば、データレートが１６０Ｇｂｐｓの場合、入力光のパルス幅は２〜３ｐｓであるが、第１波長変換光Ｓ４９の幅は、１〜１．５ｐｓにするのが好ましい。
【００５１】
第２光増幅器６２は、第２波長変換器６０に入力された第１波長変換光Ｓ４９を所望の光強度に増幅して、第２増幅光（図１中、矢印Ｓ６３で示す。）を生成する。第２分散フラットファイバ６６は、自己位相変調（ＳＰＭ）効果により、第２増幅光Ｓ６３の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光（図１中、矢印Ｓ６７で示す。）を生成する。
【００５２】
第２波長フィルタ６８は、第２ファイバ出力光Ｓ６７の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光（図１中、矢印Ｓ６９で示す。）を生成する。ここでは、第２波長フィルタ６８は、透過帯域幅（ＢＷ）が１ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００５３】
また、透過帯域幅（ＢＷ）の中心波長λ２を、第１波長変換光Ｓ４９の中心波長λ１に対して、第２波長シフト量Δλ２（＝λ２−λ１）だけ変化させている。
【００５４】
この波長変換装置１０は、第１波長変換器４０と第２波長変換器６０の２段の波長変換により、全波長シフト量Δλに対応する波長シフトを実現する。すなわち、Δλ１＋Δλ２＝Δλとなる。
【００５５】
また、第１波長シフト量Δλ１と第２波長シフト量Δλ２の一方を正とし、他方を負として、Δλ１×Δλ２＜０を満たすように設定する。この実施形態では、第１波長シフト量Δλ１が正（Δλ１＞０）、すなわち、長波長側への波長シフトとしている。従って、第２波長シフト量Δλ２を負（Δλ２＜０）、すなわち、短波長側への波長シフトとする。また、第２波長変換器６０での波長シフトの大きさ（｜Δλ２｜）を、第１波長変換器での波長シフトの大きさ（｜Δλ１｜）よりも大きくする（｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜）。
【００５６】
図４を参照して、第２波長変換器６０における波長スペクトルについて説明する。図４は、第２波長変換器６０における波長スペクトルの計算結果を示す図である。ここで、第２分散フラットファイバ６６を、第１分散フラットファイバ４６と同一の構成とし、第２光増幅器６２の出力パワーを２６ｄＢｍとしている。図４では、横軸に、第１波長変換器４０に入力される入力光Ｓ２１の中心波長λ０を基準とした相対波長（ｎｍ）を取って示し、縦軸に、光強度（ｄＢｍ）を取って示している。なお、ここでは、入力される１６０Ｇｂｐｓのパルス幅と、第２波長変換光Ｓ６９のパルス幅がほぼ等しくなるように、第２波長フィルタは、帯域幅1.3ｎｍのガウシアン形状としている。
【００５７】
第２分散フラットファイバ６６の出力である第２ファイバ出力光Ｓ６７は、第１波長変換光Ｓ４９に対して、波長スペクトル幅が広がっている。ここで、第２ファイバ出力光Ｓ６７のスペクトル形状は、入力される第１波長変換光Ｓ４９の非対称性を反映して非対称となっている。第２ファイバ出力光Ｓ６７の波長スペクトルを見ると、相対波長が負の領域、すなわち、第１波長変換器４０における波長シフト方向（長波長側）とは、逆の波長領域（短波長側）において、非常に平坦性に優れた波形となっていることがわかる。図４に示すスペクトルでは、長波長側（相対波長が正の領域）では、強度（ｄＢｍ）の変動が大きい。これに対し、短波長側（相対波長が負の領域）では、強度の変動は小さく、少なくとも、相対波長−１０ｎｍ程度までは平坦な形状になっている。
【００５８】
このことは、第２波長フィルタ６８の中心波長Δλ２を、Δλ１×Δλ２＜０の条件を満足するように設定することにより、品質に優れた第２波長変換光Ｓ６９が得られることを示している。また、第１位相シフト量Δλ１に比べて、第２位相シフト量Δλ２を大きくできるので、効率的に波長変換を行えることがわかる。
【００５９】
すなわち、Δλ１＝１ｎｍ及びΔλ２＝−１０ｎｍの２段階の波長変化で、全体として、Δλ＝Δλ１＋Δλ２＝−９ｎｍの波長シフトが可能になる。
【００６０】
図５は、第１波長変換光と第２波長変換光のアイパターンを示す図である。図５（Ａ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示し、図５（Ｂ）は、第２波長変換光Ｓ６９のアイパターンを示している。
【００６１】
第２波長変換光Ｓ６９では波形劣化は見られず、第２波長変換光Ｓ６９は、極めて良好なアイ開口を示している。この結果、データレートが１６０Ｇｂｐｓの場合に、分散フラットファイバの分散値が−０．１５ｐｓ程度であっても、優れた波形整形効果を示す。
【００６２】
上述した実施形態は、単なる一例であって、何らこの条件に限定されるものではない。例えば、第１及び第２前段波長フィルタと、第１及び第２波長フィルタの透過帯域の形状及び幅は、入力される光パルスの幅などに応じて、任意好適に設定すれば良い。また、第１波長シフト量及び第２波長シフト量についても、所望の波長シフト量Δλに合わせて、Δλ１＋Δλ２＜Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たす好適な組合せを採用すれば良い。
【００６３】
次に、比較例として、図６を参照してΔλ１×Δλ２＞０の場合について説明する。この場合、同じく９ｎｍの波長シフトをさせるために、Δλ１＝１ｎｍ及びΔλ２＝８ｎｍとする（図６（Ａ））。この場合、第２波長フィルタ６８では、相対波長が正の領域、すなわち第２ファイバ出力光の強度の変動が大きい領域を透過させることになる。
【００６４】
図６（Ｂ）は、比較例における第２波長変換光のアイパターンを示す図である。Δλ１×Δλ２＜０の場合（図５（Ｂ））に比べて、アイパターンの開口が小さくなっている。
【００６５】
従って、Δλ１＋Δλ２＝Δλ及びΔλ１×Δλ２＞０と設定すると、第２光増幅器での増幅量を最適化した場合であっても、良好な波長変換光を得ることができない。
【００６６】
このように、Δλ１＋Δλ２＝Δλ及びΔλ１×Δλ２＞０としたときに、良好な波長変換光が得られないのは、第１波長変換光の非対称性に起因する。図７を参照して、第１波長変換光が非対象になる原因について説明する。図７は、第１波長変換光の波形を説明するための模式図である。図７（Ａ）は、単一の光パルスを入力した場合の、第１ファイバ出力光の波形及び周波数チャープ特性を計算した結果を示している。図７（Ｂ）は、第１波長変換光の波形及び周波数チャープ特性を計算した結果を示している。
【００６７】
図７（Ａ）では、曲線Ａは入力光のパルス波形を示し、曲線Ｂは第１ファイバ出力光のパルス波形を示し、及び、曲線Ｃは第１ファイバ出力光の周波数チャープ特性を示している。また、図７（Ｂ）では、曲線Ｂは第１ファイバ出力光のパルス波形を示し、曲線Ｃは第１ファイバ出力光の周波数チャープ特性を示し、曲線Ｄは、第１波長変換光のパルス波形を示し、曲線Ｅは、第１波長変換光の周波数チャープ特性を示している。
【００６８】
図７（Ａ）中、Ｉで示す部分が、第１波長フィルタの透過帯域を示している。透過帯域は、第１波長シフト量Δλ１に対応する周波数分だけ周波数中心から低周波数側、すなわち、長波長側にずれている。第１波長フィルタの時間波形は、放物線形状に近く、パルス時間中心付近は、周波数が単調増加している。
【００６９】
この周波数が単調増加している領域のみを第１波長フィルタで切りだすことができれば、理想的な波長変換パルスが得られる。しかしながら、実際には、第１ファイバ出力光のエッジに近い時間領域では、強い非線形を有するチャープ特性となっているため、第１ファイバ出力光に余分なエネルギーが漏れこんでしまう。パルスの立ち上がり（ＩＩ）及び立ち下がり（ＩＩＩ）を比較すると、第１波長フィルタの中心波長が、長波長（低周波数）側にずれている分だけ、第１ファイバ出力光の立ち上がり付近（ＩＩ）のパルスエネルギーが透過帯域内により多く漏れこんでいることがわかる。
【００７０】
第１ファイバ出力光の立ち上がり付近へのエネルギーの漏れこみにより、立ち上がり付近にペデスタル（ＩＶ）が発生する。このとき、短波長（高周波数）側では、エネルギーの漏れこみが小さいので、ペデスタル（Ｖ）は小さい。なお、ここでは、第１波長変換器において、長波長側に波長シフトをさせる例を示しているが、短波長側にシフトさせる場合は、逆に立ち上がり付近でペデスタルが小さく、立ち下がり付近でペデスタルが大きくなる。
【００７１】
このペデスタル成分が、第１波長変換光の非対称性の主要因であり、１６０Ｇｂｐｓのように、パルス間隔が狭い場合は符号間干渉が顕著になる。
【００７２】
また、波長変換パルスの波長波長分布をみると、ペデスタルは、長波長側で生じているので、長波長側のスペクトル平坦性が損なわれる。このことから、同じ方向に２段階の波長変換を行う、すなわち、Δλ１×Δλ２＞０の波長変換を行うことが困難であることがわかる。
【００７３】
上述したように、この発明の波長変換装置及び波長変換方法によれば、第１波長変換器における第１波長シフト量Δλ１と第２波長変換器における第２波長シフト量Δλ２を、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定している。
【００７４】
このように設定すると、第２ファイバ出力光は、入力光の中心波長を基準として、第１波長変換器における波長シフト方向とは、逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となり、第２波長フィルタでは、この平坦性に優れた領域を透過させるので、品質に優れた波長変換光が得られる。
【００７５】
また、第２ファイバ出力光が、第１波長変換器における波長シフト方向とは逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となることから、第２波長シフト量Δλ２を大きくすることが可能となる。この結果、例えば１０ｎｍの波長シフトを行うのに、従来は２ｎｍの波長変換を５段階で行っていたのに対し、２段階の波長変換で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の波長変換装置を説明するための模式図である。
【図２】第１波長変換器における波長スペクトルの計算結果を示す図である。
【図３】入力光及び第１波長変換光のアイパターンを示す図である。
【図４】第２波長変換器における波長スペクトルの計算結果を示す図である。
【図５】第１波長変換光及び第２波長変換光のアイパターンを示す図である。
【図６】比較例の波長スペクトル及びアイパターンを示す図である。
【図７】第１波長変換光の非対称性を説明するための模式図である。
【図８】従来のＤＰＳＫ信号再生器を説明するための模式図である。
【図９】全光波長変換器の構成を示す模式図である。
【図１０】全光波長変換器における波長変換を示す図（１）である。
【図１１】全光波長変換器における波長変換を示す図（２）である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 波長変換装置
２０ 第１前段波長フィルタ
４０ 第１波長変換器
４２ 第１光増幅器
４４ 第２前段波長フィルタ
４６ 第１分散フラットファイバ
４８ 第１波長フィルタ
６０ 第２波長変換器
６２ 第２光増幅器
６６ 第２分散フラットファイバ
６８ 第２波長フィルタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長変換装置及び波長変換方法に関し、特に光通信システムに用いられる全光学的波長変換に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気信号に変換することなく光信号のまま信号処理を行う、すなわち全光学的信号処理を行う技術は、光通信システムにおいて重要である。
【０００３】
図８を参照して、従来の差動位相変調（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号再生器について説明する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ＤＰＳＫ信号再生器１００に入力されたＤＰＳＫ信号は、２分岐されて一方は遅延干渉計１０５に送られ、他方はクロック再生器１８０に送られる。
【０００５】
遅延干渉計１０５は、ＤＰＳＫ信号を強度変調（ＯＯＫ：Ｏｎ Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）信号に変換する。遅延干渉計１０５で生成されたＯＯＫ信号は、全光波長変換器１１０に送られる。
【０００６】
全光波長変換器１１０では、波長変換と光信号の振幅の安定化が施される。全光波長変換器１１０で波長変換された波長変換ＯＯＫ信号は、位相変調器１９０に送られる。
【０００７】
一方、クロック再生器１８０では、ＤＰＳＫ信号からクロックを抽出して、光クロックパルス信号を生成する。この光クロックパルス信号は、位相変調器１９０に送られる。
【０００８】
位相変調器１９０は、高非線形ファイバとして、例えば分散フラットファイバ（ＤＦＦ）を備えて構成され、波長変換ＯＯＫ信号と光クロックパルス信号は、分散フラットファイバに入力される。分散フラットファイバを伝播中に生じる相互位相変調（ＸＰＭ）により、光クロックパルス信号に、波長変換ＯＯＫ信号の強度変調パターンに一致する位相変調パターンが重畳される。この結果、位相変調器１９０からは、波長変換されたＤＰＳＫ信号が出力される。
【０００９】
ここで、全光波長変換器１１０は、光増幅器１４２、高非線形ファイバとして分散フラットファイバ（ＤＦＦ）１４６及び光バンドパスフィルタ１４８を備えて構成される。この全光波長変換器１１０の構成及び動作について、図９〜１１を参照して説明する。
【００１０】
図９は、全光波長変換器の構成を示す模式図である。図１０及び図１１は、全光波長変換器における波長変換を示す図である。
【００１１】
光増幅器１４２は、入力されたＯＯＫ信号（図９中、矢印Ｓ１４１で示す。）を増幅して、増幅信号（図９中、矢印Ｓ１４３で示す。）を生成する（図１０（Ａ））。分散フラットファイバ１４６は、増幅信号Ｓ１４３の波長スペクトル幅を広げてＤＦＦ信号（図９中、矢印Ｓ１４７で示す。）を生成する。光バンドパスフィルタ１４８は、入力されたＯＯＫ信号Ｓ１４１の中心波長とは異なる中心波長の波長帯域を有している（図１０（Ｂ））。このため、光バンドパスフィルタ１４８の出力である変換ＯＯＫ信号（図９中、矢印Ｓ１４９で示す。）は、入力ＯＯＫ信号Ｓ１４１とは、波長が位相シフト量Δλだけ異なるＯＯＫ信号に変換されることになる（図１０（Ｃ））。
【００１２】
図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、増幅信号Ｓ１４３の信号強度と、ＤＦＦ信号Ｓ１４７の波長スペクトル幅の関係について説明する。
【００１３】
図１１（Ａ）中、ＩＩで示す増幅信号に対して、分散フラットファイバ１４６における自己位相変調により、図１１（Ｂ）中、ＩＩで示すＤＦＦ信号が得られているとする。ここで、増幅信号の信号強度を高くする（図１１（Ａ）中、Ｉで示す。）と、ＤＦＦ信号の波長スペクトル幅は広くなる（図１１（Ｂ）中、Ｉで示す）。一方、増幅信号の信号強度を低くする（図１１（Ａ）中、ＩＩＩで示す。）と、ＤＦＦ信号の波長スペクトル幅は狭くなる（図１１（Ｂ）中、ＩＩＩで示す）。
【００１４】
また、分散フラットファイバ１４６では、図１１（Ｂ）に示すように、平坦な波長スペクトルを得ることができる。これを利用すると、入力信号の強度揺らぎがあっても、ＤＦＦ信号の強度はほぼ一定となるので、入力信号の強度揺らぎの影響を抑制して、雑音成分を除去することができる。
【００１５】
図１１（Ｃ）は、増幅信号の時間波形を示している。また、図１１（Ｄ）は、波長変換器の出力となる波長変換ＯＯＫ信号Ｓ１４９の時間波形を示している。図１１（Ｃ）にＩＶで示す雑音成分は、波長変換ＯＯＫ信号Ｓ１４９の時間波形には含まれない（図１１（Ｄ））。
【００１６】
このような特性から、全光波長変換器は、波長変換器に加えて、識別回路としても作用する。
【非特許文献１】松本正行著「ファイバの非線形効果を利用したＤＰＳＫ信号の３Ｒ再生」２００６年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、データレートが４０Ｇｂｐｓ以上であるような高速光信号に対して、分散フラットファイバを利用して波長変換を行う場合、波長変換量を大きくすると波形整形機能が著しく損なわれる傾向がある。
【００１８】
このため、上述した非特許文献１に開示されたＤＰＳＫ信号再生器では、波長変換器を多段に接続して、各波長変換器では、波形整形機能が劣化しない程度に波長変換量を調節している。具体的には、１０ｎｍの波長変換を実現するために、波長変換器を５段接続して、各波長変換器での波長シフト量を２ｎｍとしている。
【００１９】
このことから、ＤＰＳＫ信号再生装置の小型化が困難であるとともに、経済性の面でも不利になる。
【００２０】
また、データレートが増加すると、光パルスの幅を伝送レートに比例して狭くする必要があり、この場合、分散フラットファイバの分散値も小さく設定する必要がある。分散フラットファイバに要求される適切な分散値は、パルス幅の２乗に比例、すなわち、データレートの２乗に反比例する。このため、データレートが４０Ｇｂｐｓから１６０Ｇｂｐｓに４倍に増加すると、分散フラットファイバに要求される分散値は１／１６になる。これは、例えば非特許文献１で使用しているファイバの−０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値に対して、−０．０３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍという絶対値が極めて小さい分散値が必要になることを意味するが、このような分散値の絶対値が小さい分散フラットファイバの製造は、困難である。
【００２１】
そこで、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、２段の波長変換器を用いて、第１波長変換器での波長シフトの方向と、第２波長変換器での波長シフトの方向とを逆方向にし、第２波長変換器での波長シフトの大きさを、第１波長変換器での波長シフトの大きさよりも大きくすることで、波長整形効果を有する波長変換機能を実現できることを見出した。
【００２２】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、簡単な構成で、波長整形効果を有する波長変換機能を実現する波長変換装置及び波長変換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した目的を達成するために、この発明の第１の要旨によれば、入力光に対して、波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換装置であって、第１波長変換器と第２波長変換器とを備える波長変換装置が提供される。
【００２４】
第１波長変換器は、入力光を増幅して第１増幅光を生成する第１光増幅器、第１増幅光の波長スペクトル幅を広げて第１ファイバ出力光を生成する第１分散フラットファイバ、及び、前記第１ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第１波長変換光を生成する第１波長フィルタを有している。第１波長変換器は、第１波長変換光の中心波長を、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させる。
【００２５】
第２波長変換器は、第１波長変換光を増幅して第２増幅光を生成する第２光増幅器、第２増幅光の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光を生成する第２分散フラットファイバ、及び、第２ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光を生成する第２波長フィルタを有している。第２波長変換器は、第２波長変換光の中心波長を、第１波長変換光の中心波長に対して第２波長シフト量Δλ２だけ変化させる。
【００２６】
ここで、第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定されている。
【００２７】
また、この発明の波長変換装置の好適実施例によれば、第１光増幅器の入力側及び出力側にさらに波長フィルタを備えるのが良い。
【００２８】
また、上述の目的を達成するために、この発明の第２の要旨によれば、以下の過程を備える、入力光に対して波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換方法が提供される。
【００２９】
先ず、第１光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有する第１波長変換器において、入力光の中心波長を第１波長シフト量Δλ１だけ変化させて第１波長変換光を生成する。次に、第２光増幅器、第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有する第２波長変換器において、第１波長変換光の中心波長を第２波長シフト量Δλ２だけ変化させて第２波長変換光を生成する。
【００３０】
このとき、第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たしている。
【発明の効果】
【００３１】
この発明の変換装置及び波長変換方法によれば、第１波長変換器における第１波長シフト量Δλ１と第２波長変換器における第２波長シフト量Δλ２を、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定している。
【００３２】
このように設定すると、第２ファイバ出力光は、第１波長変換における波長シフト方向とは、逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となり、第２波長フィルタでは、この平坦性に優れた領域を透過させるので、品質に優れた波長変換光が得られる。
【００３３】
また、第１波長変換における波長シフト方向とは逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となることから、第２位相シフト量Δλ２を大きくすることが可能となる。この結果、例えば１０ｎｍの波長シフトを従来５段の波長変換を行っているのに対し、２段の波長変換で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００３５】
図１を参照して、この発明の波長変換装置について説明する。ここでは、波長変換装置１０への入力光（図中、矢印Ｓ１１で示す。）は、伝送速度が１６０Ｇｂｐsであり、かつ、パルス幅が２．５ｐｓであるＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号であるものとする。
【００３６】
この発明の波長変換装置１０は、第１波長変換器４０と第２波長変換器６０を備えて構成される。また、波長変換装置１０は、第１波長変換器４０の入力側に、第１前段波長フィルタ（ＯＢＦ１）２０を具えている。この波長変換装置１０は、入力光に対して全波長シフト量Δλの波長シフトを行う。
【００３７】
第１波長変換器４０は、第１光増幅器４２、第２前段波長フィルタ（ＯＢＦ２）４４、第１分散フラットファイバ（ＤＦＦ１）４６及び第１波長フィルタ（ＯＢＦ３）４８を有している。
【００３８】
第２波長変換器６０は、第２光増幅器６２、第２分散フラットファイバ（ＤＦＦ２）６６及び第２波長フィルタ（ＯＢＦ４）６８を有している。
【００３９】
第１前段波長フィルタ２０及び第２前段波長フィルタ４４は、第１光増幅器４２の入力端及び出力端にそれぞれ設けられていて、入力光Ｓ１１に含まれる自然放出光（ＡＳＥ）雑音を除去する。
【００４０】
第１前段波長フィルタ２０は、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍである２次スーパーガウシアン形状のフィルタである。ここで、ｍ次スーパーガウシアン形状は、ｆ（ｔ）＝ｅｘｐ｛−ｔ＾（２ｍ）｝の関数で表わされる。
【００４１】
第２前段波長フィルタ４４は、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタである。
【００４２】
第１光増幅器４２は、第１前段波長フィルタ２０を経て第１波長変換器４０に入力された入力光（図中、矢印Ｓ２１で示す。）を所望の光強度に増幅して、第１増幅光（図中、矢印Ｓ４３で示す。）を生成する。この第１光増幅器４２での増幅の際に付加されたＡＳＥ雑音は、第２前段波長フィルタ４４で除去される。
【００４３】
第１分散フラットファイバ（ＤＦＦ１）４６は、自己位相変調（ＳＰＭ）効果により、第２前段波長フィルタ４４を経て送られた第１増幅光（図中、矢印Ｓ４５で示す。）の波長スペクトル幅を広げて第１ファイバ出力光（図中、矢印Ｓ４７で示す。）を生成する。
【００４４】
第１波長フィルタ４８は、第１ファイバ出力光Ｓ４７の所定の波長帯域を透過させて第１波長変換光（図中、矢印Ｓ４９で示す。）を生成する。ここでは、第１波長フィルタ４８は、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタである。また、透過帯域幅（ＢＷ）の中心波長λ１を、入力光の中心波長λ０に対して、第１波長シフト量Δλ１（＝λ１−λ０）だけ変化させている。
【００４５】
図２を参照して、第１波長変換器４０における波長スペクトルについて説明する。図２は、第１波長変換器４０における波長スペクトルの計算結果を示す図である。ここで、第１分散フラットファイバを、長さ１ｋｍ、分散−０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、及び非線形定数１０ｋｍ−１Ｗ−１とし、第１光増幅器４２の出力パワーを２３ｄＢｍとしている。図２では、横軸に、第１波長変換器４０に入力される入力光Ｓ２１の中心波長λ０を基準とした相対波長（ｎｍ）を取って示し、縦軸に、光強度（ｄＢｍ）を取って示している。
【００４６】
第１分散フラットファイバ４６の出力である第１ファイバ出力光Ｓ４７は、入力光Ｓ２１に対して、波長スペクトル幅が広がっている。なお、第１ファイバ出力光Ｓ４７の中心波長は、入力光とほぼ一致している。
【００４７】
ここでは、第１位相シフト量Δλ１を１ｎｍとして、入力光Ｓ２１の中心波長λ０に対して、長波長側に波長シフトさせている。すなわち、第１波長フィルタ４８（第１波長変換光Ｓ４９）の中心波長λ１は、λ１＝λ０＋１で与えられる。
【００４８】
図３は、入力光Ｓ２１と第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示す図である。図３（Ａ）は、入力光Ｓ２１のアイパターンを示し、図３（Ｂ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示している。
【００４９】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）を比較すると、図３（Ｂ）に示す第１波長変換光Ｓ４９は、図３（Ａ）に示す入力光Ｓ２１と比べて、非対称な形状となっているが、パルス幅が狭くなっている。
【００５０】
このパルス幅が狭くなっていることにより、第２波長変換器６０において、より効率的かつ質の良い波長変換光を得ることができる。例えば、データレートが１６０Ｇｂｐｓの場合、入力光のパルス幅は２〜３ｐｓであるが、第１波長変換光Ｓ４９の幅は、１〜１．５ｐｓにするのが好ましい。
【００５１】
第２光増幅器６２は、第２波長変換器６０に入力された第１波長変換光Ｓ４９を所望の光強度に増幅して、第２増幅光（図１中、矢印Ｓ６３で示す。）を生成する。第２分散フラットファイバ６６は、自己位相変調（ＳＰＭ）効果により、第２増幅光Ｓ６３の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光（図１中、矢印Ｓ６７で示す。）を生成する。
【００５２】
第２波長フィルタ６８は、第２ファイバ出力光Ｓ６７の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光（図１中、矢印Ｓ６９で示す。）を生成する。ここでは、第２波長フィルタ６８は、透過帯域幅（ＢＷ）が１ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００５３】
また、透過帯域幅（ＢＷ）の中心波長λ２を、第１波長変換光Ｓ４９の中心波長λ１に対して、第２波長シフト量Δλ２（＝λ２−λ１）だけ変化させている。
【００５４】
この波長変換装置１０は、第１波長変換器４０と第２波長変換器６０の２段の波長変換により、全波長シフト量Δλに対応する波長シフトを実現する。すなわち、Δλ１＋Δλ２＝Δλとなる。
【００５５】
また、第１波長シフト量Δλ１と第２波長シフト量Δλ２の一方を正とし、他方を負として、Δλ１×Δλ２＜０を満たすように設定する。この実施形態では、第１波長シフト量Δλ１が正（Δλ１＞０）、すなわち、長波長側への波長シフトとしている。従って、第２波長シフト量Δλ２を負（Δλ２＜０）、すなわち、短波長側への波長シフトとする。また、第２波長変換器６０での波長シフトの大きさ（｜Δλ２｜）を、第１波長変換器での波長シフトの大きさ（｜Δλ１｜）よりも大きくする（｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜）。
【００５６】
図４を参照して、第２波長変換器６０における波長スペクトルについて説明する。図４は、第２波長変換器６０における波長スペクトルの計算結果を示す図である。ここで、第２分散フラットファイバ６６を、第１分散フラットファイバ４６と同一の構成とし、第２光増幅器６２の出力パワーを２６ｄＢｍとしている。図４では、横軸に、第１波長変換器４０に入力される入力光Ｓ２１の中心波長λ０を基準とした相対波長（ｎｍ）を取って示し、縦軸に、光強度（ｄＢｍ）を取って示している。なお、ここでは、入力される１６０Ｇｂｐｓのパルス幅と、第２波長変換光Ｓ６９のパルス幅がほぼ等しくなるように、第２波長フィルタは、帯域幅1.3ｎｍのガウシアン形状としている。
【００５７】
第２分散フラットファイバ６６の出力である第２ファイバ出力光Ｓ６７は、第１波長変換光Ｓ４９に対して、波長スペクトル幅が広がっている。ここで、第２ファイバ出力光Ｓ６７のスペクトル形状は、入力される第１波長変換光Ｓ４９の非対称性を反映して非対称となっている。第２ファイバ出力光Ｓ６７の波長スペクトルを見ると、相対波長が負の領域、すなわち、第１波長変換器４０における波長シフト方向（長波長側）とは、逆の波長領域（短波長側）において、非常に平坦性に優れた波形となっていることがわかる。図４に示すスペクトルでは、長波長側（相対波長が正の領域）では、強度（ｄＢｍ）の変動が大きい。これに対し、短波長側（相対波長が負の領域）では、強度の変動は小さく、少なくとも、相対波長−１０ｎｍ程度までは平坦な形状になっている。
【００５８】
このことは、第２波長フィルタ６８の中心波長Δλ２を、Δλ１×Δλ２＜０の条件を満足するように設定することにより、品質に優れた第２波長変換光Ｓ６９が得られることを示している。また、第１位相シフト量Δλ１に比べて、第２位相シフト量Δλ２を大きくできるので、効率的に波長変換を行えることがわかる。
【００５９】
すなわち、Δλ１＝１ｎｍ及びΔλ２＝−１０ｎｍの２段階の波長変化で、全体として、Δλ＝Δλ１＋Δλ２＝−９ｎｍの波長シフトが可能になる。
【００６０】
図５は、第１波長変換光と第２波長変換光のアイパターンを示す図である。図５（Ａ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示し、図５（Ｂ）は、第２波長変換光Ｓ６９のアイパターンを示している。
【００６１】
第２波長変換光Ｓ６９では波形劣化は見られず、第２波長変換光Ｓ６９は、極めて良好なアイ開口を示している。この結果、データレートが１６０Ｇｂｐｓの場合に、分散フラットファイバの分散値が−０．１５ｐｓ程度であっても、優れた波形整形効果を示す。
【００６２】
上述した実施形態は、単なる一例であって、何らこの条件に限定されるものではない。例えば、第１及び第２前段波長フィルタと、第１及び第２波長フィルタの透過帯域の形状及び幅は、入力される光パルスの幅などに応じて、任意好適に設定すれば良い。また、第１波長シフト量及び第２波長シフト量についても、所望の波長シフト量Δλに合わせて、Δλ１＋Δλ２＜Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たす好適な組合せを採用すれば良い。
【００６３】
次に、比較例として、図６を参照してΔλ１×Δλ２＞０の場合について説明する。この場合、同じく９ｎｍの波長シフトをさせるために、Δλ１＝１ｎｍ及びΔλ２＝８ｎｍとする（図６（Ａ））。この場合、第２波長フィルタ６８では、相対波長が正の領域、すなわち第２ファイバ出力光の強度の変動が大きい領域を透過させることになる。
【００６４】
図６（Ｂ）は、比較例における第２波長変換光のアイパターンを示す図である。Δλ１×Δλ２＜０の場合（図５（Ｂ））に比べて、アイパターンの開口が小さくなっている。
【００６５】
従って、Δλ１＋Δλ２＝Δλ及びΔλ１×Δλ２＞０と設定すると、第２光増幅器での増幅量を最適化した場合であっても、良好な波長変換光を得ることができない。
【００６６】
このように、Δλ１＋Δλ２＝Δλ及びΔλ１×Δλ２＞０としたときに、良好な波長変換光が得られないのは、第１波長変換光の非対称性に起因する。図７を参照して、第１波長変換光が非対象になる原因について説明する。図７は、第１波長変換光の波形を説明するための模式図である。図７（Ａ）は、単一の光パルスを入力した場合の、第１ファイバ出力光の波形及び周波数チャープ特性を計算した結果を示している。図７（Ｂ）は、第１波長変換光の波形及び周波数チャープ特性を計算した結果を示している。
【００６７】
図７（Ａ）では、曲線Ａは入力光のパルス波形を示し、曲線Ｂは第１ファイバ出力光のパルス波形を示し、及び、曲線Ｃは第１ファイバ出力光の周波数チャープ特性を示している。また、図７（Ｂ）では、曲線Ｂは第１ファイバ出力光のパルス波形を示し、曲線Ｃは第１ファイバ出力光の周波数チャープ特性を示し、曲線Ｄは、第１波長変換光のパルス波形を示し、曲線Ｅは、第１波長変換光の周波数チャープ特性を示している。
【００６８】
図７（Ａ）中、Ｉで示す部分が、第１波長フィルタの透過帯域を示している。透過帯域は、第１波長シフト量Δλ１に対応する周波数分だけ周波数中心から低周波数側、すなわち、長波長側にずれている。第１波長フィルタの時間波形は、放物線形状に近く、パルス時間中心付近は、周波数が単調増加している。
【００６９】
この周波数が単調増加している領域のみを第１波長フィルタで切りだすことができれば、理想的な波長変換パルスが得られる。しかしながら、実際には、第１ファイバ出力光のエッジに近い時間領域では、強い非線形を有するチャープ特性となっているため、第１ファイバ出力光に余分なエネルギーが漏れこんでしまう。パルスの立ち上がり（ＩＩ）及び立ち下がり（ＩＩＩ）を比較すると、第１波長フィルタの中心波長が、長波長（低周波数）側にずれている分だけ、第１ファイバ出力光の立ち上がり付近（ＩＩ）のパルスエネルギーが透過帯域内により多く漏れこんでいることがわかる。
【００７０】
第１ファイバ出力光の立ち上がり付近へのエネルギーの漏れこみにより、立ち上がり付近にペデスタル（ＩＶ）が発生する。このとき、短波長（高周波数）側では、エネルギーの漏れこみが小さいので、ペデスタル（Ｖ）は小さい。なお、ここでは、第１波長変換器において、長波長側に波長シフトをさせる例を示しているが、短波長側にシフトさせる場合は、逆に立ち上がり付近でペデスタルが小さく、立ち下がり付近でペデスタルが大きくなる。
【００７１】
このペデスタル成分が、第１波長変換光の非対称性の主要因であり、１６０Ｇｂｐｓのように、パルス間隔が狭い場合は符号間干渉が顕著になる。
【００７２】
また、波長変換パルスの波長波長分布をみると、ペデスタルは、長波長側で生じているので、長波長側のスペクトル平坦性が損なわれる。このことから、同じ方向に２段階の波長変換を行う、すなわち、Δλ１×Δλ２＞０の波長変換を行うことが困難であることがわかる。
【００７３】
上述したように、この発明の波長変換装置及び波長変換方法によれば、第１波長変換器における第１波長シフト量Δλ１と第２波長変換器における第２波長シフト量Δλ２を、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たすように設定している。
【００７４】
このように設定すると、第２ファイバ出力光は、入力光の中心波長を基準として、第１波長変換器における波長シフト方向とは、逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となり、第２波長フィルタでは、この平坦性に優れた領域を透過させるので、品質に優れた波長変換光が得られる。
【００７５】
また、第２ファイバ出力光が、第１波長変換器における波長シフト方向とは逆の波長領域において、平坦性に優れた波形となることから、第２波長シフト量Δλ２を大きくすることが可能となる。この結果、例えば１０ｎｍの波長シフトを行うのに、従来は２ｎｍの波長変換を５段階で行っていたのに対し、２段階の波長変換で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の波長変換装置を説明するための模式図である。
【図２】第１波長変換器における波長スペクトルの計算結果を示す図である。
【図３】入力光及び第１波長変換光のアイパターンを示す図である。
【図４】第２波長変換器における波長スペクトルの計算結果を示す図である。
【図５】第１波長変換光及び第２波長変換光のアイパターンを示す図である。
【図６】比較例の波長スペクトル及びアイパターンを示す図である。
【図７】第１波長変換光の非対称性を説明するための模式図である。
【図８】従来のＤＰＳＫ信号再生器を説明するための模式図である。
【図９】全光波長変換器の構成を示す模式図である。
【図１０】全光波長変換器における波長変換を示す図（１）である。
【図１１】全光波長変換器における波長変換を示す図（２）である。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 波長変換装置
２０ 第１前段波長フィルタ
４０ 第１波長変換器
４２ 第１光増幅器
４４ 第２前段波長フィルタ
４６ 第１分散フラットファイバ
４８ 第１波長フィルタ
６０ 第２波長変換器
６２ 第２光増幅器
６６ 第２分散フラットファイバ
６８ 第２波長フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光に対して、波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換装置であって、
前記入力光を増幅して第１増幅光を生成する第１光増幅器、前記第１増幅光の波長スペクトル幅を広げて第１ファイバ出力光を生成する第１分散フラットファイバ、及び、前記第１ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第１波長変換光を生成する第１波長フィルタを有し、前記第１波長変換光の中心波長を、前記入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させる第１波長変換器と、
前記第１波長変換光を増幅して第２増幅光を生成する第２光増幅器、前記第２増幅光の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光を生成する第２分散フラットファイバ、及び、前記第２ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光を生成する第２波長フィルタを有し、前記第２波長変換光の中心波長を、前記第１波長変換光の中心波長に対して第２波長シフト量Δλ２だけ変化させる第２波長変換器と
を備え、
前記第１波長シフト量Δλ１及び前記第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たす
ことを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記第１光増幅器の入力側及び出力側にさらに波長フィルタを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
入力光に対して、波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換方法であって、
第１光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有する第１波長変換器において、前記入力光の中心波長を第１波長シフト量Δλ１だけ変化させて第１波長変換光を生成する過程と、
第２光増幅器、第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有する第２波長変換器において、前記第１波長変換光の中心波長を第２波長シフト量Δλ２だけ変化させて第２波長変換光を生成する過程と
を備え、
前記第１波長シフト量Δλ１及び前記第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たす
ことを特徴とする波長変換方法。
【請求項１】
入力光に対して、波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換装置であって、
前記入力光を増幅して第１増幅光を生成する第１光増幅器、前記第１増幅光の波長スペクトル幅を広げて第１ファイバ出力光を生成する第１分散フラットファイバ、及び、前記第１ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第１波長変換光を生成する第１波長フィルタを有し、前記第１波長変換光の中心波長を、前記入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させる第１波長変換器と、
前記第１波長変換光を増幅して第２増幅光を生成する第２光増幅器、前記第２増幅光の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光を生成する第２分散フラットファイバ、及び、前記第２ファイバ出力光の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光を生成する第２波長フィルタを有し、前記第２波長変換光の中心波長を、前記第１波長変換光の中心波長に対して第２波長シフト量Δλ２だけ変化させる第２波長変換器と
を備え、
前記第１波長シフト量Δλ１及び前記第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たす
ことを特徴とする波長変換装置。
【請求項２】
前記第１光増幅器の入力側及び出力側にさらに波長フィルタを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の波長変換装置。
【請求項３】
入力光に対して、波長シフト量Δλの波長シフトを与える波長変換方法であって、
第１光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有する第１波長変換器において、前記入力光の中心波長を第１波長シフト量Δλ１だけ変化させて第１波長変換光を生成する過程と、
第２光増幅器、第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有する第２波長変換器において、前記第１波長変換光の中心波長を第２波長シフト量Δλ２だけ変化させて第２波長変換光を生成する過程と
を備え、
前記第１波長シフト量Δλ１及び前記第２波長シフト量Δλ２が、Δλ１＋Δλ２＝Δλ、Δλ１×Δλ２＜０及び｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜を満たす
ことを特徴とする波長変換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２０５０６６（Ｐ２００９−２０５０６６Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４９４０６（Ｐ２００８−４９４０６）
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度独立行政法人情報通信研究機構「λユーティリティ技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１９年度独立行政法人情報通信研究機構「λユーティリティ技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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