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８０とを備える。第１波長変換器は、光増幅器４２、分散フラットファイバ４６、及び、波長フィルタ４８を有している。また、第２波長変換器は、可変光減衰器８２、分散フラットファイバ８６、及び、波長フィルタ８８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８０とを備える。第１波長変換器は、光増幅器４２、分散フラットファイバ４６、及び、波長フィルタ４８を有している。また、第２波長変換器は、可変光減衰器８２、分散フラットファイバ８６、及び、波長フィルタ８８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９を参照して、従来の差動位相変調（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ 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１０〜１２を参照して説明する。
【００１０】
図１０は、全光波長変換器の構成を示す模式図である。図１１及び図１２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１０中、矢印Ｓ１４１で示す。）を増幅して、増幅信号（図１０中、矢印Ｓ１４３で示す。）を生成する（図１１（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１０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１１（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１０中、矢印Ｓ１４９で示す。）は、入力ＯＯＫ信号Ｓ１４１とは、波長が波長シフト量Δλだけ異なるＯＯＫ信号に変換されることになる（図１１（Ｃ））。
【００１２】
図１２（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１２（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１２（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大きくする（図１２（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１２（Ｂ）中、Ｉで示す）。一方、増幅信号の信号強度を小さくする（図１２（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１２（Ｂ）中、ＩＩＩで示す）。
【００１４】
また、分散フラットファイバ１４６では、図１２（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１２（Ｃ）は、増幅信号の時間波形を示している。また、図１２（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１２（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１２（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。また、波長変換の際に用いる分散フラットファイバの非線形定数を適切に選択することで、第２波長変換器を光増幅器非含有に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し、かつ小型化された波長変換装置を提供するとともに、この波長変換装置で実行される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、この発明の波長変換装置は、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て構成される。
【００２４】
第１波長変換器は、光増幅器、第１分散フラットファイバ及び第１波長フィルタを有していて、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。ここで、光増幅器は、入力光を増幅して増幅光を生成し、第１分散フラットファイバは、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し、及び、第１波長フィルタは、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。
【００２５】
第２波長変換器は、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光増幅器非含有の波長変換器であって、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。ここで、第２分散フラットファイバは、第１波長変換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し、及び、第２波長フィルタは、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。
【００２６】
第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２は、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】
この発明の波長変換装置の好適な実施形態によれば、第２波長変換器が可変光減衰器を備えるのが良い。可変光減衰器は、第１波長変換光の光強度を減衰させた後、第２分散フラットファイバに送る。
【００２８】
また、この発明の波長変換装置は、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好ましい。
【００２９】
また、上述の目的を達成するために、この発明の波長変換方法は、光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有していて、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させた第１波長変換光を生成する第１波長変換器と、第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有していて、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だけ変化させた第２波長変換光を生成する、光増幅器非含有の第２波長変換器とを備える波長変換装置において、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、以下の過程を備えて構成される。
【００３０】
先ず、光増幅器で、入力光を増幅して増幅光を生成する。次に、第１分散フラットファイバで、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。次に、第１波長フィルタで、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。次に、第２分散フラットファイバで、第１波長変換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。次に、第２波長フィルタで、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。
【００３１】
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｜を満たすように設定される。
【００３２】
この発明の波長変換方法の好適な実施形態によれば、第２波長変換器が可変光減衰器を備え、第２分散フラットファイバは、可変光減衰器において減衰した第１波長変換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のが良い。
【発明の効果】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、装置サイズの小型化や省電力化が達成される。
【００３６】
また、第２波長変換器を光増幅器非含有にすることで、２段の波長変換を行うに際し、１台の光増幅器を用いて行う。ここで、光増幅器として一般的なエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｉｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、１台以上の励起光源とその駆動回路、１台以上のアイソレータ、利得媒体である、長さ数１０ｍのエルビウム添加光ファイバなどから構成される。このため、光増幅器の小型化には限界がある。従って、第２波長変換器を光増幅器非含有にすることで、波長変換装置のさらなる小型化や省電力化を達成することができる。
【００３７】
また、第２波長変換器に可変光減衰器を設けて、第２分散フラットファイバが、可変光減衰器において減衰した第１波長変換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構成にすれば、第２分散フラットファイバの非線形定数等が、第１波長変換光の光強度に対して、最適でない場合であっても、第２分散フラットファイバへ入力される際の光強度を最適値に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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。
【００３９】
（２段階波長変換の原理）
図１を参照して、２段階波長変換の原理について説明する。図１は、２段階の波長変換の原理を説明するための模式図である。
【００４０】
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。
【００４１】
２段階の波長変換を行う波長変換装置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：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ １）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。
【００４２】
第１波長変換器４０は、第１光増幅器（Ｐ１）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。
【００４３】
第２波長変換器６０は、第２光増幅器（Ｐ２）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。
【００４４】
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。
【００４５】
ここで、第１前段波長フィルタ２０を、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とする。なお、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。
【００４６】
また、第２前段波長フィルタ４４を、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとする。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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を、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。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。
【００５０】
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の分散フラットファイバとし、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。
【００５１】
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。
【００５２】
ここでは、第１波長シフト量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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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のとき、第１波長変換光Ｓ４９のパルス幅は、１〜１．５ｐｓに設定される。
【００５６】
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。
【００５７】
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１．３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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｜）。
【００６１】
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波長フィルタを、帯域幅１．３ｎｍのガウシアン形状としている。
【００６２】
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。
【００６３】
このことは、第２波長フィルタ６８の中心波長λ２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波長シフト量Δλ１に比べて、第２波長シフト量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。
【００６４】
すなわち、Δλ１＝１ｎｍ及びΔλ２＝−１０ｎｍの２段階の波長変換で、全体として、Δλ＝Δλ１＋Δλ２＝−９ｎｍの波長シフトが可能になる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
一般に、分散フラットファイバ（ＤＦＦ）中での非線形光学効果の程度は、ファイバの伝播損失及び分散の影響を考慮しなければ、ＤＦＦの長さＬと、非線形定数γと、入力される光信号のピーク電力Ｐの積で規格化される。
【００６８】
例えば、第１及び第２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としたとき、第１波長変換器４０での波長シフトΔλ１を１ｎｍとするために、第１分散フラットファイバ４６への入力光の光強度を２３ｄＢｍとしている。また、第２波長変換器６０での波長シフトΔλ２を−１０ｎｍとするために、第２分散フラットファイバ６６への入力光の光強度を、２６ｄＢｍとしている。
【００６９】
第１及び第２分散フラットファイバ４６及び６６に入力される光の光強度を、それぞれ２３ｄＢｍ及び２６ｄＢｍとするために、図１に示した波長変換装置では、第１及び第２分散フラットファイバ４６及び６６の前段に、それぞれ第１光増幅器４２及び第２光増幅器６２を設けている。
【００７０】
（実施形態）
図６を参照して、この発明の波長変換装置について説明する。図６は、この発明の波長変換装置の一実施形態を説明するための模式図である。
【００７１】
光増幅器として一般的なエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、１台以上の励起光源とその駆動回路、１台以上のアイソレータ、利得媒体である、長さが数１０ｍのエルビウム添加光ファイバなどから構成される。光増幅器の小型化には限界があるため、波長変換装置の小型化を図るには、波長変換装置が備える光増幅器の個数を減らすのが有効である。
【００７２】
そこで、この実施形態の変換波長装置では、第２波長変換器を、光増幅器非含有としている。
【００７３】
この実施形態の波長変換装置１２は、第１波長変換器４０と第２波長変換器８０を備えて構成される。また、波長変換装置１２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１２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。
【００７４】
ここでは、波長変換装置１２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信号であるものとする。
【００７５】
第１波長変換器４０は、第１光増幅器（以下、単に光増幅器と称する。）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。
【００７６】
第２波長変換器８０は、可変光減衰器（ＶＯＡ）８２、第２分散フラットファイバ（ＤＦＦ２）８６及び第２波長フィルタ（ＯＢＦ４）８８を有している。
【００７７】
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、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。
【００７８】
ここでは、第１前段波長フィルタ２０を、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としている。また、第２前段波長フィルタ４４を、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
ここでは、第１波長シフト量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。
【００８３】
可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）８２は、第１波長変換光の光強度を、第２分散フラットファイバでの非線形光学効果に好適な強度に減衰させて、可変減衰光（図６中、矢印Ｓ８３で示す。）を生成した後、第２分散フラットファイバ８６に送る。なお、第１波長変換光の光強度を減衰する必要が無い場合は、可変光減衰器８２での減衰量を０としても良い。また、可変光減衰器８２を設けない構成としても良い。
【００８４】
第２分散フラットファイバ８６は、自己位相変調（ＳＰＭ）効果により、可変減衰光Ｓ８３の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光（図６中、矢印Ｓ８７で示す。）を生成する。
【００８５】
第２波長フィルタ８８は、第２ファイバ出力光Ｓ８７の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光（図６中、矢印Ｓ８９で示す。）を生成する。ここでは、第２波長フィルタ８８は、透過帯域幅（ＢＷ）が１．３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００８６】
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。
【００８７】
この波長変換装置１２は、第１波長変換器４０と第２波長変換器８０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。
【００８８】
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８０での波長シフトの大きさ（｜Δλ２｜）を、第１波長変換器４０での波長シフトの大きさ（｜Δλ１｜）よりも大きくする（｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜）。
【００８９】
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。
【００９０】
以上説明したように、この実施形態の波長変換装置によれば、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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
さらに、２段の波長変換を行うに際し、１台の光増幅器を用いて行うので、装置サイズの小型化や省電力化を達成することができる。
【００９４】
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。
【００９５】
また、可変光減衰器８２は、その本体が、最も長い辺の長さが５〜６ｃｍ又はそれ以下の直方体程度の大きさであり、本体に入出力インタフェースとしてピグテイルファイバが取り付けられて構成される。可変光減衰器は、一般的なＥＤＦＡに比べて小型であり、可変光減衰器の体積は、一般的なＥＤＦＡの５％以下になると考えられる。このため、可変光減衰器を、第２波長変換器に設けた場合であっても、波長変換装置の装置サイズに与える影響は無視できる。
【００９６】
（実施例１）
第１及び第２分散フラットファイバ４６及び８６を、長さ１ｋｍ、分散−０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、及び非線形定数１０ｋｍ−１Ｗ−１としたとき、第１波長変換器４０での波長シフトΔλ１＝１ｎｍとするには、光増幅器４２により、第１分散フラットファイバ４６に入力される光信号の光強度を２３ｄＢｍとすればよい。一方、第２波長変換器８０での波長シフトΔλ２＝−１０ｎｍとするには、第２分散フラットファイバ８６への入力光の光強度が、２６ｄＢｍであることが要求される。しかし、第１分散フラットファイバ４６に入力される光信号の光強度を２３ｄＢｍとしたとき、第１波長変換光Ｓ４９の光強度は、約１７ｄＢｍであり、第２分散フラットファイバへの入力として要求される光強度に対して約９ｄＢ不足している。すなわち、第１波長変換光Ｓ４９の光強度は、要求される光強度の１／８程度になってしまう。
【００９７】
非線形光学効果の程度は、長さＬ、非線形定数γ、及び、入力される光信号のピーク電力Ｐ０の積で規格化される。
【００９８】
そこで、第２分散フラットファイバとして、長さＬが１ｋｍであり、かつ、非線形定数γが、第１分散フラットファイバ４６の８倍の８０ｋｍ−１Ｗ−１であるファイバを用意する。この長さＬが１ｋｍであり、非線形定数γが８０ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバに、１７ｄＢｍの光強度の光を入力すると、非線形定数γが１０ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバに２６ｄＢｍの光を入力した場合と同様の非線形光学効果を得ることができる。
【００９９】
図７（Ａ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示し、図７（Ｂ）は、第２波長変換光Ｓ８９のアイパターンを示す図である。このとき、可変光減衰器８２の減衰量は０としている。図７（Ｂ）に示されるように、第２波長変換光Ｓ８９では波形劣化は見られず、第２波長変換光Ｓ８９は、極めて良好なアイ開口を示している。このように、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が得られる。
【０１００】
（実施例２）
第２分散フラットファイバの非線形定数γを、第１波長変換器の特性に合わせて、最適化することは困難な場合がある。その場合、第１波長変換光の光強度を可変光減衰器で所望の強度に減衰させた後、第２分散フラットファイバに送る。
【０１０１】
例えば、第２分散フラットファイバ８６として、非線形定数γが８０ｋｍ−１Ｗ−１よりも大きいもの、例えば、非線形定数γが１００ｋｍ−１Ｗ−１であるものを選択する。
【０１０２】
ここで、第１波長変換器４０の構成を実施例１と同様に構成すると、第１波長変換光の光強度は約１７ｄＢｍであり、第２分散フラットファイバ８６で所望の非線形光学効果を得られる光強度より１ｄＢ程度大きくなる。そこで、可変光減衰器８２では、第１波長変換光の光強度を１ｄＢ程度減衰させて、最適な光強度となるように微調整する。
【０１０３】
このように、可変光減衰器８２を第２分散フラットファイバ８６の前段に設けることで、第２分散フラットファイバ８６の非線形定数を、最適化することが困難な場合であっても、第２分散フラットファイバ８６に入力される光強度を最適に設定することが可能になる。
【０１０４】
分散フラットファイバ中での非線形光学効果の程度は、ファイバの伝播損失及び分散の影響を無視すると、ファイバの長さＬと、非線形定数γと、入力される光信号のピーク電力Ｐの積で規格化されるので、入力される光信号の光強度が同じ場合、非線形光学効果の程度は、非線形定数γとファイバの長さＬとの積で規格化されることになる。従って、所望の非線形定数γ、ここではγ＝１００ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバの入手が困難な場合は、長さＬを長くしてもよい。
【０１０５】
例えば、長さＬが１ｋｍで、非線形定数γが１００ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバと、長さＬが２ｋｍで、非線形定数γが５０ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバとは、同様の非線形光学効果を示すことになる。
【０１０６】
なお、分散フラットファイバの長さＬを２倍にしたときに、分散と非線形光学効果の相互作用（ＳＰＭ−ＧＶＤ効果）を同等に保つため、波長分散Ｄを１／２にする必要がある。このとき、第２分散フラットファイバを、長さＬ＝２ｋｍ、波長分散Ｄ＝−０．０７５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ及び非線形定数γ＝５０ｋｍ−１Ｗ−１にすればよい。
【０１０７】
また、分散フラットファイバの非線形光学効果が、非線形定数γと長さＬとピーク電力Ｐの積で規格化されることを利用すれば、第１分散フラットファイバの長さＬを短くすることにより、第１波長変換に必要な光強度を大きくすることができる。例えば、第１分散フラットファイバの長さＬを０．５ｋｍとすると、第１波長変換に必要な光強度は、２倍となり、およそ２６ｄＢｍになる。この結果、第１波長変換光の光強度が大きくなり、例えば、第２分散フラットファイバとして非線形定数γの小さなものを用いることができる。なお、第１分散フラットファイバの長さを２分の１にした場合、ＳＰＭ−ＧＶＤ効果を同等に保つためには、波長分散Ｄを２倍にする必要がある。
【０１０８】
そこで、第１分散フラットファイバとして、例えば、非線形定数γ１＝１０ｋｍ−１Ｗ−１で、長さＬ１＝０．３７５ｋｍ、分散Ｄ１＝−０．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのファイバを選択する。また、第２分散フラットファイバとして、非線形定数γ２＝３５ｋｍ−１Ｗ−１で、長さＬ２＝１ｋｍ、分散Ｄ２＝−０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのファイバを選択する。
【０１０９】
光増幅器により増幅され、第１分散フラットファイバに入力される光信号の強度を２７ｄＢｍとし、可変光減衰器での減衰量を１ｄＢとする。このときの、アイパターンを図８に示す。
【０１１０】
図８（Ａ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示し、図８（Ｂ）は、第２波長変換光Ｓ８９のアイパターンを示す。図８に示されるように、第２波長変換光Ｓ８９では波形劣化は見られず、第２波長変換光Ｓ８９は、極めて良好なアイ開口を示している。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】２段階の波長変換の原理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】波長変換装置を説明するための模式図である。
【図７】第１及び第２波長変換光のアイパターンを示す図（１）である。
【図８】第１及び第２波長変換光のアイパターンを示す図（２）である。
【図９】従来のＤＰＳＫ信号再生器を説明するための模式図である。
【図１０】全光波長変換器の構成を示す模式図である。
【図１１】全光波長変換器における波長変換を示す図（１）である。
【図１２】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】
【０１１２】
１０、１２ 波長変換装置
２０ 第１前段波長フィルタ（ＯＢＦ１）
４０ 第１波長変換器
４２ 第１光増幅器（Ｐ１）
４４ 第２前段波長フィルタ（ＯＢＦ２）
４６ 第１分散フラットファイバ（ＤＦＦ１）
４８ 第１波長フィルタ（ＯＢＦ３）
６０、８０ 第２波長変換器
６２ 第２光増幅器（Ｐ２）
６６、８６ 第２分散フラットファイバ（ＤＦＦ２）
６８、８８ 第２波長フィルタ（ＯＢＦ４）
８２ 可変光減衰器（ＶＯＡ）
【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９を参照して、従来の差動位相変調（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ 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１０〜１２を参照して説明する。
【００１０】
図１０は、全光波長変換器の構成を示す模式図である。図１１及び図１２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１０中、矢印Ｓ１４１で示す。）を増幅して、増幅信号（図１０中、矢印Ｓ１４３で示す。）を生成する（図１１（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１０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１１（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１０中、矢印Ｓ１４９で示す。）は、入力ＯＯＫ信号Ｓ１４１とは、波長が波長シフト量Δλだけ異なるＯＯＫ信号に変換されることになる（図１１（Ｃ））。
【００１２】
図１２（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１２（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１２（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大きくする（図１２（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１２（Ｂ）中、Ｉで示す）。一方、増幅信号の信号強度を小さくする（図１２（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１２（Ｂ）中、ＩＩＩで示す）。
【００１４】
また、分散フラットファイバ１４６では、図１２（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１２（Ｃ）は、増幅信号の時間波形を示している。また、図１２（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１２（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１２（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。また、波長変換の際に用いる分散フラットファイバの非線形定数を適切に選択することで、第２波長変換器を光増幅器非含有に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し、かつ小型化された波長変換装置を提供するとともに、この波長変換装置で実行される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、この発明の波長変換装置は、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て構成される。
【００２４】
第１波長変換器は、光増幅器、第１分散フラットファイバ及び第１波長フィルタを有していて、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。ここで、光増幅器は、入力光を増幅して増幅光を生成し、第１分散フラットファイバは、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し、及び、第１波長フィルタは、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。
【００２５】
第２波長変換器は、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光増幅器非含有の波長変換器であって、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。ここで、第２分散フラットファイバは、第１波長変換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し、及び、第２波長フィルタは、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。
【００２６】
第１波長シフト量Δλ１及び第２波長シフト量Δλ２は、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】
この発明の波長変換装置の好適な実施形態によれば、第２波長変換器が可変光減衰器を備えるのが良い。可変光減衰器は、第１波長変換光の光強度を減衰させた後、第２分散フラットファイバに送る。
【００２８】
また、この発明の波長変換装置は、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好ましい。
【００２９】
また、上述の目的を達成するために、この発明の波長変換方法は、光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有していて、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させた第１波長変換光を生成する第１波長変換器と、第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有していて、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だけ変化させた第２波長変換光を生成する、光増幅器非含有の第２波長変換器とを備える波長変換装置において、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、以下の過程を備えて構成される。
【００３０】
先ず、光増幅器で、入力光を増幅して増幅光を生成する。次に、第１分散フラットファイバで、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。次に、第１波長フィルタで、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。次に、第２分散フラットファイバで、第１波長変換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。次に、第２波長フィルタで、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。
【００３１】
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｜を満たすように設定される。
【００３２】
この発明の波長変換方法の好適な実施形態によれば、第２波長変換器が可変光減衰器を備え、第２分散フラットファイバは、可変光減衰器において減衰した第１波長変換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のが良い。
【発明の効果】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、装置サイズの小型化や省電力化が達成される。
【００３６】
また、第２波長変換器を光増幅器非含有にすることで、２段の波長変換を行うに際し、１台の光増幅器を用いて行う。ここで、光増幅器として一般的なエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｉｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、１台以上の励起光源とその駆動回路、１台以上のアイソレータ、利得媒体である、長さ数１０ｍのエルビウム添加光ファイバなどから構成される。このため、光増幅器の小型化には限界がある。従って、第２波長変換器を光増幅器非含有にすることで、波長変換装置のさらなる小型化や省電力化を達成することができる。
【００３７】
また、第２波長変換器に可変光減衰器を設けて、第２分散フラットファイバが、可変光減衰器において減衰した第１波長変換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構成にすれば、第２分散フラットファイバの非線形定数等が、第１波長変換光の光強度に対して、最適でない場合であっても、第２分散フラットファイバへ入力される際の光強度を最適値に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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。
【００３９】
（２段階波長変換の原理）
図１を参照して、２段階波長変換の原理について説明する。図１は、２段階の波長変換の原理を説明するための模式図である。
【００４０】
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。
【００４１】
２段階の波長変換を行う波長変換装置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：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ １）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。
【００４２】
第１波長変換器４０は、第１光増幅器（Ｐ１）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。
【００４３】
第２波長変換器６０は、第２光増幅器（Ｐ２）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。
【００４４】
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。
【００４５】
ここで、第１前段波長フィルタ２０を、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とする。なお、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。
【００４６】
また、第２前段波長フィルタ４４を、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとする。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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を、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。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。
【００５０】
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の分散フラットファイバとし、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。
【００５１】
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。
【００５２】
ここでは、第１波長シフト量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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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のとき、第１波長変換光Ｓ４９のパルス幅は、１〜１．５ｐｓに設定される。
【００５６】
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。
【００５７】
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１．３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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｜）。
【００６１】
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波長フィルタを、帯域幅１．３ｎｍのガウシアン形状としている。
【００６２】
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。
【００６３】
このことは、第２波長フィルタ６８の中心波長λ２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波長シフト量Δλ１に比べて、第２波長シフト量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。
【００６４】
すなわち、Δλ１＝１ｎｍ及びΔλ２＝−１０ｎｍの２段階の波長変換で、全体として、Δλ＝Δλ１＋Δλ２＝−９ｎｍの波長シフトが可能になる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
一般に、分散フラットファイバ（ＤＦＦ）中での非線形光学効果の程度は、ファイバの伝播損失及び分散の影響を考慮しなければ、ＤＦＦの長さＬと、非線形定数γと、入力される光信号のピーク電力Ｐの積で規格化される。
【００６８】
例えば、第１及び第２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としたとき、第１波長変換器４０での波長シフトΔλ１を１ｎｍとするために、第１分散フラットファイバ４６への入力光の光強度を２３ｄＢｍとしている。また、第２波長変換器６０での波長シフトΔλ２を−１０ｎｍとするために、第２分散フラットファイバ６６への入力光の光強度を、２６ｄＢｍとしている。
【００６９】
第１及び第２分散フラットファイバ４６及び６６に入力される光の光強度を、それぞれ２３ｄＢｍ及び２６ｄＢｍとするために、図１に示した波長変換装置では、第１及び第２分散フラットファイバ４６及び６６の前段に、それぞれ第１光増幅器４２及び第２光増幅器６２を設けている。
【００７０】
（実施形態）
図６を参照して、この発明の波長変換装置について説明する。図６は、この発明の波長変換装置の一実施形態を説明するための模式図である。
【００７１】
光増幅器として一般的なエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、１台以上の励起光源とその駆動回路、１台以上のアイソレータ、利得媒体である、長さが数１０ｍのエルビウム添加光ファイバなどから構成される。光増幅器の小型化には限界があるため、波長変換装置の小型化を図るには、波長変換装置が備える光増幅器の個数を減らすのが有効である。
【００７２】
そこで、この実施形態の変換波長装置では、第２波長変換器を、光増幅器非含有としている。
【００７３】
この実施形態の波長変換装置１２は、第１波長変換器４０と第２波長変換器８０を備えて構成される。また、波長変換装置１２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１２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。
【００７４】
ここでは、波長変換装置１２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信号であるものとする。
【００７５】
第１波長変換器４０は、第１光増幅器（以下、単に光増幅器と称する。）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。
【００７６】
第２波長変換器８０は、可変光減衰器（ＶＯＡ）８２、第２分散フラットファイバ（ＤＦＦ２）８６及び第２波長フィルタ（ＯＢＦ４）８８を有している。
【００７７】
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、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。
【００７８】
ここでは、第１前段波長フィルタ２０を、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としている。また、第２前段波長フィルタ４４を、透過帯域幅（ＢＷ）が３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
ここでは、第１波長シフト量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。
【００８３】
可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）８２は、第１波長変換光の光強度を、第２分散フラットファイバでの非線形光学効果に好適な強度に減衰させて、可変減衰光（図６中、矢印Ｓ８３で示す。）を生成した後、第２分散フラットファイバ８６に送る。なお、第１波長変換光の光強度を減衰する必要が無い場合は、可変光減衰器８２での減衰量を０としても良い。また、可変光減衰器８２を設けない構成としても良い。
【００８４】
第２分散フラットファイバ８６は、自己位相変調（ＳＰＭ）効果により、可変減衰光Ｓ８３の波長スペクトル幅を広げて第２ファイバ出力光（図６中、矢印Ｓ８７で示す。）を生成する。
【００８５】
第２波長フィルタ８８は、第２ファイバ出力光Ｓ８７の所定の波長帯域を透過させて第２波長変換光（図６中、矢印Ｓ８９で示す。）を生成する。ここでは、第２波長フィルタ８８は、透過帯域幅（ＢＷ）が１．３ｎｍであるガウシアン形状のフィルタとしている。
【００８６】
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。
【００８７】
この波長変換装置１２は、第１波長変換器４０と第２波長変換器８０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。
【００８８】
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８０での波長シフトの大きさ（｜Δλ２｜）を、第１波長変換器４０での波長シフトの大きさ（｜Δλ１｜）よりも大きくする（｜Δλ１｜＜｜Δλ２｜）。
【００８９】
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。
【００９０】
以上説明したように、この実施形態の波長変換装置によれば、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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
さらに、２段の波長変換を行うに際し、１台の光増幅器を用いて行うので、装置サイズの小型化や省電力化を達成することができる。
【００９４】
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。
【００９５】
また、可変光減衰器８２は、その本体が、最も長い辺の長さが５〜６ｃｍ又はそれ以下の直方体程度の大きさであり、本体に入出力インタフェースとしてピグテイルファイバが取り付けられて構成される。可変光減衰器は、一般的なＥＤＦＡに比べて小型であり、可変光減衰器の体積は、一般的なＥＤＦＡの５％以下になると考えられる。このため、可変光減衰器を、第２波長変換器に設けた場合であっても、波長変換装置の装置サイズに与える影響は無視できる。
【００９６】
（実施例１）
第１及び第２分散フラットファイバ４６及び８６を、長さ１ｋｍ、分散−０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、及び非線形定数１０ｋｍ−１Ｗ−１としたとき、第１波長変換器４０での波長シフトΔλ１＝１ｎｍとするには、光増幅器４２により、第１分散フラットファイバ４６に入力される光信号の光強度を２３ｄＢｍとすればよい。一方、第２波長変換器８０での波長シフトΔλ２＝−１０ｎｍとするには、第２分散フラットファイバ８６への入力光の光強度が、２６ｄＢｍであることが要求される。しかし、第１分散フラットファイバ４６に入力される光信号の光強度を２３ｄＢｍとしたとき、第１波長変換光Ｓ４９の光強度は、約１７ｄＢｍであり、第２分散フラットファイバへの入力として要求される光強度に対して約９ｄＢ不足している。すなわち、第１波長変換光Ｓ４９の光強度は、要求される光強度の１／８程度になってしまう。
【００９７】
非線形光学効果の程度は、長さＬ、非線形定数γ、及び、入力される光信号のピーク電力Ｐ０の積で規格化される。
【００９８】
そこで、第２分散フラットファイバとして、長さＬが１ｋｍであり、かつ、非線形定数γが、第１分散フラットファイバ４６の８倍の８０ｋｍ−１Ｗ−１であるファイバを用意する。この長さＬが１ｋｍであり、非線形定数γが８０ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバに、１７ｄＢｍの光強度の光を入力すると、非線形定数γが１０ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバに２６ｄＢｍの光を入力した場合と同様の非線形光学効果を得ることができる。
【００９９】
図７（Ａ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示し、図７（Ｂ）は、第２波長変換光Ｓ８９のアイパターンを示す図である。このとき、可変光減衰器８２の減衰量は０としている。図７（Ｂ）に示されるように、第２波長変換光Ｓ８９では波形劣化は見られず、第２波長変換光Ｓ８９は、極めて良好なアイ開口を示している。このように、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が得られる。
【０１００】
（実施例２）
第２分散フラットファイバの非線形定数γを、第１波長変換器の特性に合わせて、最適化することは困難な場合がある。その場合、第１波長変換光の光強度を可変光減衰器で所望の強度に減衰させた後、第２分散フラットファイバに送る。
【０１０１】
例えば、第２分散フラットファイバ８６として、非線形定数γが８０ｋｍ−１Ｗ−１よりも大きいもの、例えば、非線形定数γが１００ｋｍ−１Ｗ−１であるものを選択する。
【０１０２】
ここで、第１波長変換器４０の構成を実施例１と同様に構成すると、第１波長変換光の光強度は約１７ｄＢｍであり、第２分散フラットファイバ８６で所望の非線形光学効果を得られる光強度より１ｄＢ程度大きくなる。そこで、可変光減衰器８２では、第１波長変換光の光強度を１ｄＢ程度減衰させて、最適な光強度となるように微調整する。
【０１０３】
このように、可変光減衰器８２を第２分散フラットファイバ８６の前段に設けることで、第２分散フラットファイバ８６の非線形定数を、最適化することが困難な場合であっても、第２分散フラットファイバ８６に入力される光強度を最適に設定することが可能になる。
【０１０４】
分散フラットファイバ中での非線形光学効果の程度は、ファイバの伝播損失及び分散の影響を無視すると、ファイバの長さＬと、非線形定数γと、入力される光信号のピーク電力Ｐの積で規格化されるので、入力される光信号の光強度が同じ場合、非線形光学効果の程度は、非線形定数γとファイバの長さＬとの積で規格化されることになる。従って、所望の非線形定数γ、ここではγ＝１００ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバの入手が困難な場合は、長さＬを長くしてもよい。
【０１０５】
例えば、長さＬが１ｋｍで、非線形定数γが１００ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバと、長さＬが２ｋｍで、非線形定数γが５０ｋｍ−１Ｗ−１の分散フラットファイバとは、同様の非線形光学効果を示すことになる。
【０１０６】
なお、分散フラットファイバの長さＬを２倍にしたときに、分散と非線形光学効果の相互作用（ＳＰＭ−ＧＶＤ効果）を同等に保つため、波長分散Ｄを１／２にする必要がある。このとき、第２分散フラットファイバを、長さＬ＝２ｋｍ、波長分散Ｄ＝−０．０７５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ及び非線形定数γ＝５０ｋｍ−１Ｗ−１にすればよい。
【０１０７】
また、分散フラットファイバの非線形光学効果が、非線形定数γと長さＬとピーク電力Ｐの積で規格化されることを利用すれば、第１分散フラットファイバの長さＬを短くすることにより、第１波長変換に必要な光強度を大きくすることができる。例えば、第１分散フラットファイバの長さＬを０．５ｋｍとすると、第１波長変換に必要な光強度は、２倍となり、およそ２６ｄＢｍになる。この結果、第１波長変換光の光強度が大きくなり、例えば、第２分散フラットファイバとして非線形定数γの小さなものを用いることができる。なお、第１分散フラットファイバの長さを２分の１にした場合、ＳＰＭ−ＧＶＤ効果を同等に保つためには、波長分散Ｄを２倍にする必要がある。
【０１０８】
そこで、第１分散フラットファイバとして、例えば、非線形定数γ１＝１０ｋｍ−１Ｗ−１で、長さＬ１＝０．３７５ｋｍ、分散Ｄ１＝−０．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのファイバを選択する。また、第２分散フラットファイバとして、非線形定数γ２＝３５ｋｍ−１Ｗ−１で、長さＬ２＝１ｋｍ、分散Ｄ２＝−０．１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのファイバを選択する。
【０１０９】
光増幅器により増幅され、第１分散フラットファイバに入力される光信号の強度を２７ｄＢｍとし、可変光減衰器での減衰量を１ｄＢとする。このときの、アイパターンを図８に示す。
【０１１０】
図８（Ａ）は、第１波長変換光Ｓ４９のアイパターンを示し、図８（Ｂ）は、第２波長変換光Ｓ８９のアイパターンを示す。図８に示されるように、第２波長変換光Ｓ８９では波形劣化は見られず、第２波長変換光Ｓ８９は、極めて良好なアイ開口を示している。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】２段階の波長変換の原理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】波長変換装置を説明するための模式図である。
【図７】第１及び第２波長変換光のアイパターンを示す図（１）である。
【図８】第１及び第２波長変換光のアイパターンを示す図（２）である。
【図９】従来のＤＰＳＫ信号再生器を説明するための模式図である。
【図１０】全光波長変換器の構成を示す模式図である。
【図１１】全光波長変換器における波長変換を示す図（１）である。
【図１２】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】
【０１１２】
１０、１２ 波長変換装置
２０ 第１前段波長フィルタ（ＯＢＦ１）
４０ 第１波長変換器
４２ 第１光増幅器（Ｐ１）
４４ 第２前段波長フィルタ（ＯＢＦ２）
４６ 第１分散フラットファイバ（ＤＦＦ１）
４８ 第１波長フィルタ（ＯＢＦ３）
６０、８０ 第２波長変換器
６２ 第２光増幅器（Ｐ２）
６６、８６ 第２分散フラットファイバ（ＤＦＦ２）
６８、８８ 第２波長フィルタ（ＯＢＦ４）
８２ 可変光減衰器（ＶＯＡ）
【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増幅光を生成する光増幅器、前記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て、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ていて、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、光増幅器非含有の第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２波長変換器が、可変光減衰器を備え、
該可変光減衰器は、前記第１波長変換光の光強度を減衰させた後、前記第２分散フラットファイバに送る
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】
前記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又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有していて、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させた第１波長変換光を生成する第１波長変換器と、
第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有していて、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だけ変化させた第２波長変換光を生成する光増幅器非含有の第２波長変換器と
を備える波長変換装置において、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、
前記光増幅器で、前記入力光を増幅して増幅光を生成する過程と、
前記第１分散フラットファイバで、前記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過程と、
前記第１波長フィルタで、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過程と、
前記第２分散フラットファイバで、前記第１波長変換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過程と、
前記第２波長フィルタで、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５】
前記第２波長変換器が可変光減衰器を備え、
前記第２分散フラットファイバは、前記可変光減衰器において減衰した第１波長変換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
ことを特徴とする請求項４に記載の波長変換方法。
【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増幅光を生成する光増幅器、前記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て、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ていて、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、光増幅器非含有の第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２波長変換器が、可変光減衰器を備え、
該可変光減衰器は、前記第１波長変換光の光強度を減衰させた後、前記第２分散フラットファイバに送る
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】
前記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又は２に記載の波長変換装置。
【請求項４】
光増幅器、第１分散フラットファイバ、及び、第１波長フィルタを有していて、入力光の中心波長に対して第１波長シフト量Δλ１だけ変化させた第１波長変換光を生成する第１波長変換器と、
第２分散フラットファイバ、及び、第２波長フィルタを有していて、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だけ変化させた第２波長変換光を生成する光増幅器非含有の第２波長変換器と
を備える波長変換装置において、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、
前記光増幅器で、前記入力光を増幅して増幅光を生成する過程と、
前記第１分散フラットファイバで、前記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過程と、
前記第１波長フィルタで、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過程と、
前記第２分散フラットファイバで、前記第１波長変換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過程と、
前記第２波長フィルタで、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５】
前記第２波長変換器が可変光減衰器を備え、
前記第２分散フラットファイバは、前記可変光減衰器において減衰した第１波長変換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
ことを特徴とする請求項４に記載の波長変換方法。
【図１】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１３９５３４（Ｐ２０１０−１３９５３４Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１２９６６（Ｐ２００８−３１２９６６）
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【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２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【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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