特開 2024-46500 波長変換器および光伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046500

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】波長変換器および光伝送システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/35 20060101AFI20240327BHJP

   H04J 14/02 20060101ALI20240327BHJP

   H04B 10/2543 20130101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

G02F1/35

H04J14/02

H04B10/2543

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151925

(22)【出願日】2022-09-22

【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）令和２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「ポスト５Ｇ情報通信システム基盤強化研究開発事業／先導研究（委託）／全光信号処理による光伝送ネットワーク大容量化技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104190

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 昭徳

(72)【発明者】

【氏名】加藤 智行

【テーマコード（参考）】

2K102

5K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA15

2K102BA13

2K102BA18

2K102BB03

2K102BC01

2K102BD02

2K102CA16

2K102DA04

2K102DA06

2K102DC07

2K102DD03

2K102DD05

2K102EA21

2K102EB06

2K102EB12

2K102EB16

2K102EB20

2K102EB22

5K102AA01

5K102AA03

5K102AD01

5K102AK02

5K102KA06

5K102KA42

5K102PC12

5K102PH14

5K102PH22

5K102PH26

5K102PH47

5K102PH48

5K102RB04

(57)【要約】

【課題】非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くし、伝送容量を拡大できること。
【解決手段】波長変換器１００は、入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器１０４と、信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器１０６と、非線形光学効果に基づき、信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質１０７と、第一の非線形光学媒質１０７が出力する信号光の波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質１０８と、を含む。ラマン励起光の波長は、増幅帯域が波長変換光をラマン増幅する波長である。また、第二の非線形光学媒質１０８は、零分散波長が第一の非線形光学媒質１０７よりも信号光および波長変換光の波長帯での波長分散の絶対値が大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、
前記信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、
非線形光学効果に基づき、前記信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、
前記第一の非線形光学媒質が出力する信号光の前記波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含み、
前記ラマン励起光の波長は、増幅帯域が前記波長変換光をラマン増幅する波長であることを特徴とする波長変換器。

【請求項2】

前記第二の非線形光学媒質は、零分散波長が前記第一の非線形光学媒質よりも信号光および波長変換光の波長帯での波長分散の絶対値が大きいことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。

【請求項3】

前記第二の非線形光学媒質の前段に設けられ、前記波長変換励起光の波長の通過を阻止する光フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。

【請求項4】

前記第二の非線形光学媒質の後段に設けられ、前記波長変換光の波長を抽出する光フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。

【請求項5】

入力段に設けられ、前記信号光を偏波分離する第一の偏波ビームスプリッタと、
前記第一の非線形光学媒質よりも後段に配置され、前記信号光を偏波合成する第二の偏波ビームスプリッタと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。

【請求項6】

前記第二の合波器を前記第一の非線形光学媒質の前段に配置し前記ラマン励起光による前方励起、または、前記第二の合波器を前記第二の非線形光学媒質の後段に配置し前記ラマン励起光による後方励起、あるいはその組み合わせとしたことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。

【請求項7】

入力される信号光を偏波分離および偏波結合する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタを変化制御する偏波制御器と、
前記偏波ビームスプリッタに接続され、前記第一の非線形光学媒質を含む偏波ダイバーシティループ回路と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長変換器。

【請求項8】

送信装置が送信する信号光を、伝送路を介して受信装置で受信する光伝送システムにおいて、
前記送信装置は、
入力される電気信号を第一の波長帯の信号光に変換する複数の送信器と、
前記複数の送信器のうち一部の複数の送信器が出力する信号光を第二の波長帯の信号光に変換する波長変換器と、
前記複数の送信器および前記波長変換器が出力する信号光を合波する合波器と、を含み、
前記受信装置は、
前記伝送路から受信した信号光を、前記第一の波長帯の信号光と、前記第二の波長帯の信号光とに分波する分波器と、
分波された前記第二の波長帯の信号光を前記第一の波長帯の信号に変換する波長変換器と、
前記分波器および前記波長変換器が出力する複数の第一の波長帯の信号光を電気信号に変換する複数の受信器と、を含み、
前記波長変換器は、
入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、
前記信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、
非線形光学効果に基づき、前記信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、
前記第一の非線形光学媒質が出力する信号光の前記波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含み、
前記ラマン励起光の波長は、増幅帯域が前記波長変換光をラマン増幅する波長であることを特徴とする光伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長変換器および光伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

増大し続ける光ネットワークのトラフィックに対し、波長多重チャネル数を増やして伝送容量の拡大等のために、波長変換技術の研究が進められている。伝送容量の拡大は、波長多重チャネル数を増やすことで実現することができる。また、伝送容量の拡大は、個別の帯域の光部品を使わず、波長変換器により信号光を波長変換して伝送することで共通の光送受信器および光増幅器等を利用することができる。

【0003】

先行技術としては、例えば、ポンプ光波長を波長変換用光ファイバの異常分散領域に設定し、ポンプ光強度を所定のしきい値以上にして縮退四光波混合により変換効率が下がる課題を光パラメトリック増幅の効果と相殺させて広帯域の波長変換を行う技術がある。また、４光波混合の励起光と信号光を非線形性を高めた分散シフト光ファイバに入力し、非線形性を高めた分散シフト光ファイバにラマン励起光を供給することで光出力が大きい波長変換を行う技術がある。また、広帯域光源に関し、半導体ファブリペローレーザの連続光を単一モードファイバでパルス光にし、希土類高非線形ファイバに入力させて光周波数を拡大させる技術がある（例えば、下記特許文献１～３参照。）。

【0004】

また、ラマン増幅とパラメトリック増幅とを組み合わせることで、信号光を広帯域に増幅する技術がある（例えば、下記非特許文献１～３参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－０７５１３６号公報

【特許文献2】特開２００４－１６３５５８号公報

【特許文献3】特開２００６－１２８４０８号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｍｉｎ－Ｃｈｅｎ Ｈｏ，外４名，”２００－ｎｍ－Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｎｄ Ｒａｍａｎ Ｇａｉｎ”，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．１９，ＮＯ．７，ＪＵＬＹ ２００１，ｐｐ．９７７－９８１

【非特許文献2】Ｍ．Ａ．Ｕｍｍｙ，外４名，”Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｇａｉｎ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｒａｍａｎ－Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｈｉｇｈｌｙ Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ”，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２７，ＮＯ．５，ＭＡＲＣＨ １，２００９，ｐｐ．５８３－５８９

【非特許文献3】Ｆｒｅｄｅｒｉｋ Ｋｌｅｊｓ，外５名，”ＳＮＲ－Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｏｕｒ－Ｗａｖｅ－Ｍｉｘｉｎｇ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ｕｓｉｎｇ Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，２０２１ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ），１３－１６ Ｓｅｐｔ．２０２１，ＩＥＥＥ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来技術では、単純に波長多重チャネル数を増加させようとしても、光送受信器および光増幅器等による帯域が制限され、増加分の帯域については、新たに光送受信器および光増幅器を開発する必要が生じる。また、波長変換による変換効率は、非線形光学媒質の特性で制限され、高効率化と非線形雑音の抑圧とを両立することは困難である。

【0008】

一つの側面では、本発明は、非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くし、伝送容量を拡大できることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一側面によれば、入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、前記信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、非線形光学効果に基づき、前記信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、前記第一の非線形光学媒質が出力する信号光の前記波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含み、前記ラマン励起光の波長は、増幅帯域が前記波長変換光をラマン増幅する波長であることを要件とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くし、伝送容量を拡大できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、波長変換器の実施例１の説明図である。

【図2】図２は、比較例の技術による波長変換の不具合の説明図である。

【図3】図３は、波長変換器の実施例２の説明図である。

【図4】図４は、実施例２の波長変換シミュレーションの図表である。

【図5】図５は、光伝送システムの構成例を示す図である。

【図6】図６は、波長変換器の実施例３の構成図である。

【図7】図７は、波長変換器の実施例４の構成図である。

【図8】図８は、波長変換器の実施例５の構成図である。

【図9】図９は、波長変換器の実施例６の構成図である。

【図10】図１０は、波長変換器の実施例７の構成図である。

【図11】図１１は、波長変換器の実施例８の構成図である。

【図12】図１２は、波長変換器の実施例９の構成図である。

【図13】図１３は、波長変換器の実施例１０の構成図である。

【図14】図１４は、波長変換器の実施例１１の構成図である。

【図15】図１５は、波長変換器の実施例１２の構成図である。

【図16】図１６は、波長変換器の実施例１３の構成図である。

【図17】図１７は、波長変換器の実施例１４の構成図である。

【図18】図１８は、波長変換器の実施例１５の構成図である。

【図19】図１９は、波長変換器の実施例１６の構成図である。

【図20】図２０は、波長変換器の実施例１７の構成図である。

【図21】図２１は、波長変換器の実施例１８の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を参照して、開示の波長変換器および光伝送システムの実施の形態を詳細に説明する。例えば、波長変換器は、光伝送システムの光送信装置に設けられ、信号光を波長変換した信号光を伝送路に出力し、光受信装置に送信する。また、例えば、波長変換器は、光伝送システムの光受信装置に設けられ、伝送路を介して伝送された信号光から波長変換された信号光を抽出する。

【0013】

（実施例１）
図１は、波長変換器の実施例１の説明図である。図１（ａ）は、光送信装置に設ける波長変換器１００の構成例であり、光フィルタ１０１、偏波制御器１０２、合波器１０４、合波器１０６、第一の非線形光学媒質１０７、第二の非線形光学媒質１０８、光フィルタ１０９、の順に縦列接続されている。また、波長変換器１００は、合波器（第一の合波器）１０４に波長変換励起光源１０３が接続され、合波器（第二の合波器）１０６にラマン励起光源１０５が接続されている。

【0014】

光フィルタ１０１は、入力される信号光（波長λｓ）の波長のみを通過させるバンドパスフィルタ等である。偏波制御器１０２は、信号光と、波長変換励起光源１０３およびラマン励起光源１０５の偏波を揃える偏波制御を行う。

【0015】

波長変換励起光源１０３は、信号光を波長変換するための波長変換励起光の光源であり、波長λｐｃの波長変換励起光は、合波器１０４を介して信号光に合波される。

【0016】

ラマン励起光源１０５は、信号光を光増幅するためのラマン励起光の光源であり、ラマン励起光は、合波器１０６を介して信号光に合波される。ラマン励起光の波長λｐｒは、増幅帯域が波長変換光をラマン増幅する波長である。

【0017】

第一の非線形光学媒質１０７は、非線形光学効果を有する光学媒質であり、非線形光学効果とラマン増幅によって信号光を波長変換した波長変換光（アイドラ光）を生成する。

【0018】

第二の非線形光学媒質１０８は、非線形光学効果を有する光学媒質であり、ラマン増幅によって波長変換光を光増幅する。第二の非線形光学媒質１０８は、信号光および波長変換光の波長帯での波長分散の絶対値が第一の非線形光学媒質１０７よりも大きい。また、第二の非線形光学媒質１０８は、零分散波長が第一の非線形光学媒質１０７より長波長、または信号波長帯を避けた短波長であればよい。なお、長波長の方が、非線形の高さと分散の大きさを両立しやすく実用的である。

【0019】

これら第一の非線形光学媒質１０７と第二の非線形光学媒質１０８とは、異なる種別の光学媒質を用いる。第一の非線形光学媒質１０７には波長変換光波長において低い波長分散のものを用い、第二の非線形光学媒質１０８には、波長変換光波長において高い波長分散のものを用いる。例えば、第一の非線形光学媒質１０７には物理長（相互作用長）が短いものを用いて低い波長分散とし、非線形雑音を低く抑える。また、第二の非線形光学媒質１０８には、物理長が長いものを用いて高い波長分散により、波長変換を起こさずに光増幅のみを行う。

【0020】

光フィルタ１０９は、波長変換光の波長のみを通過させるバンドパスフィルタ等であり、波長変換光を抽出した信号光を出力する。

【0021】

図１（ｂ）には、第一の非線形光学媒質１０７の入力波形を示す。ラマン励起光の波長λｐｒは、信号光Ｃの波長帯域よりも短波長である。例えば、ラマン励起光の波長λｐｒは、ラマン増幅は光ファイバにおいては１３ＴＨｚ離れた周波数において光増幅するため、１５５０ｎｍ付近では波長変換光ＣＶの波長よりも１００ｎｍ短波長に設定される。波長変換光ＣＶの波長帯域は、ここでは信号光Ｃの波長帯域よりも長波長であるが、短波長でもよい。第一の非線形光学媒質１０７の入力には、信号光Ｃのラマン励起により、信号光Ｃの波長λｓよりも長波長側に所定のラマンゲインが生じる。

【0022】

図１（ｃ）には、第二の非線形光学媒質１０８の入力波形を示す。第一の非線形光学媒質１０７により、信号光Ｃと、信号光Ｃが波長変換およびラマン増幅された波長変換光ＣＶが第二の非線形光学媒質１０８に入力される状態が示されている。

【0023】

図１（ｄ）には、第二の非線形光学媒質１０８の出力波形を示す。第二の非線形光学媒質１０８によるラマン増幅で波長変換光ＣＶが光増幅された状態が示されている。

【0024】

（比較例）
ここで、比較例の技術の不具合について説明しておく。伝送距離の延伸のためには、光送信器の出力パワーを伝送路入力まで高く保つ必要がある。光送信器と伝送路の間で波長変換する場合、波長変換後に光増幅により光パワーの減衰を補償する構成とした場合、光パワー減衰分だけ雑音が増大してしまうため伝送可能距離が短くなる。一方、波長変換前の光パワーを高くするか、変換効率を改善することで出力パワーを高くすることができるが、波長変換で発生する非線形雑音が増大する傾向が生じる。

【0025】

これに対し、波長変換用の励起光とラマン増幅用の励起光を非線形光学媒質に入力することで、波長変換とラマン増幅を同時に行い、雑音発生量を抑え出力パワーを高くする技術がある（例えば、上記特許文献２参照。）。

【0026】

図２は、比較例の技術による波長変換の不具合の説明図である。広い波長帯域での波長変換では短い相互作用長が有利であるため、比較例の技術では、十分なラマン利得を得ることができない。例えば、比較例の技術において、ラマン利得を高くするために相互作用長を長くすると、波長変換の位相整合条件が崩れ、波長変換光ＣＶの変換帯域が狭くなる。例えば、図２（ａ）に示す入力の信号光の波長変換の出力パワーを高くすると、図２（ｂ）に示すように非線形雑音Ｎが発生し、この非線形雑音Ｎが波長変換光ＣＶの変換帯域に重なるため、波長変換光ＣＶの変換帯域が狭帯域化する。

【0027】

この点に対応するため、例えば、このような波長変換とラマン増幅の同時処理と、この同時処理とは別の光増幅器を組み合わせた構成とした場合、必要となる励起光源が増えコストが増加してしまう。

【0028】

これに対し、実施例１では、第一の非線形光学媒質１０７の後段に第二の非線形光学媒質１０８を接続し、第一の非線形光学媒質１０７に波長変換励起光とラマン励起光を入力する。ここで、第一の非線形光学媒質１０７には低い波長分散のものを用いることで、第一の非線形光学媒質１０７の非線形光学効果とラマン増幅によって光線形雑音を低く抑えた波長変換光を生成し、第二の非線形光学媒質１０８に出力する。

【0029】

一方、第二の非線形光学媒質１０８には、高い波長分散のものを用いることで、波長変換を起こさずに波長変換光ＣＶの変換帯域に対する光増幅を行うことができる。

【0030】

非線形光学媒質の分散特性例を示しておく。例えば、第一の非線形光学媒質１０７は、波長変換用の励起光、入力する信号光Ｃ、および波長変換光ＣＶとの間で位相整合するために、波長領域の波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満と小さく、零分散波長が入力の信号光Ｃと波長変換光ＣＶの間の波長である。

【0031】

また、第二の非線形光学媒質１０８は、入力の信号光Ｃ内の非線形歪と波長変換用の励起光による波長変換光ＣＶへの相互作用を抑圧する。このために、第二の非線形光学媒質１０８は、信号光Ｃおよび波長変換光ＣＶの波長領域において、波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上と大きく、零分散波長が第一の非線形光学媒質１０７よりも長波長である。

【0032】

（実施例２）
図３は、波長変換器の実施例２の説明図である。図３（ａ）は、光送信装置に設ける波長変換器１００の構成例であり、図１（ａ）に示した実施例１と同一の構成部には同一の符号を付してある。

【0033】

実施例２の波長変換器１００は、光フィルタ１０１、偏波制御器１０２、合波器１０４、合波器１０６、第一の非線形光学媒質１０７、第二の非線形光学媒質１０８、光フィルタ１０９、の順に縦列接続されている。また、波長変換器１００は、合波器１０４に波長変換励起光源１０３が接続され、合波器１０６にラマン励起光源１０５が接続されている。そして、実施例２では、第一の非線形光学媒質１０７と、第二の非線形光学媒質１０８との間に光フィルタ３１０を設ける。

【0034】

光フィルタ３１０は、第二の非線形光学媒質１０８に対する波長変換励起光λｐｃの入力を阻止するフィルタであり、例えばバンドパスフィルタである。

【0035】

図３（ｂ）には、第一の非線形光学媒質１０７の入力波形を示す。ラマン励起光の波長λｐｒは、信号光Ｃの波長帯域よりも短波長である。例えば、ラマン励起光の波長λｐｒは、ラマン増幅は光ファイバにおいては１３ＴＨｚ離れた周波数において光増幅するため、１５５０ｎｍ付近では波長変換光ＣＶの波長よりも１００ｎｍ短波長に設定される。波長変換光ＣＶの波長帯域は、ここでは信号光Ｃの波長帯域よりも長波長であるが、短波長でもよい。第一の非線形光学媒質１０７の入力には、信号光Ｃのラマン励起により、信号光Ｃの波長λｓよりも長波長側に所定のラマンゲインが生じる。

【0036】

図３（ｃ）には、第二の非線形光学媒質１０８の入力波形を示す。第一の非線形光学媒質１０７により、信号光Ｃと、信号光Ｃが波長変換およびラマン増幅された波長変換光ＣＶが第二の非線形光学媒質１０８に入力される状態が示されている。ここで、光フィルタ３１０は、波長変換励起光λｐｃの帯域の通過を阻止（カット）する光フィルタ透過率の特性を有し、両側帯の信号光Ｃと波長変換光ＣＶを通過させて第二の非線形光学媒質１０８に入力させる。

【0037】

図１（ｄ）には、第二の非線形光学媒質１０８の出力波形を示す。第二の非線形光学媒質１０８によるラマン増幅で波長変換光ＣＶが光増幅された状態が示されている。

【0038】

実施例２の構成では、光フィルタ３１０を設けることで、第一の非線形光学媒質１０７と、第二の非線形光学媒質１０８とに同一の分散特性を有するものを用いることができる。第一の非線形光学媒質１０７と、第二の非線形光学媒質１０８との間に光フィルタ３１０を設けることで、第二の非線形光学媒質１０８には、波長変換励起光λｐｃが入力されず、ラマン励起光λｐｒによるラマン増幅を行うことができる。

【0039】

以上説明した実施例１および実施例２では、第一の非線形光学媒質１０７で増幅しながら波長変換し、さらに同じラマン励起光により第一の非線形光学媒質１０７の後段に接続した第二の非線形光学媒質１０８で光増幅する。これにより、雑音発生量を抑えながら高い出力光パワーを実現できる。

【0040】

また、波長変換励起光λｐｃとラマン励起光λｐｒとを第一の第一の非線形光学媒質１０７および第二の非線形光学媒質１０８に入力させる構成とした。これにより、波長変換での同時増幅と、後段光増幅の励起光を共用した構成であるため、光源を個別に用意する場合に比べて低コスト化できる。

【0041】

ここで、実施例１のように、第一の非線形光学媒質１０７に低い波長分散のものを用い、第一の非線形光学媒質１０７に高い波長分散のものを用いる構成とする。また、実施例２のように、第二の非線形光学媒質１０８の前段に波長変換励起光λｐｃを阻止する光フィルタ３１０を設ける構成としてもよい。これら実施例１，２によれば、いずれも雑音発生量を抑えながら高い出力光パワーを実現できる。

【0042】

（非線形光学媒質の例）
非線形光学媒質としては、光ファイバや、平面光導波路等を用いることができる。光ファイバの場合、励起光と信号光を合波して入力することで、３次（または２次）の非線形分極により、四光波混合（または差周波発生）により信号光とは異なる波長に波長変換光を発生するものを用いる。例えば、コア断面積の小さい、または非線形屈折率の高い添加物を導入した非線形性の高い光ファイバを用いることができる。

【0043】

平面光導波路の場合、比屈折率差や非線形屈折率の高い誘電体、例えば、シリコン、または化合物半導体をコアに持つ平面光導波路を用いることができる。また、例えば、２次非線形分極の大きい周期分極反転ニオブ酸リチウムなどの光学結晶を用いた平面光導波路を用いることができる。

【0044】

（波長変換シミュレーション例）
図４は、実施例２の波長変換シミュレーションの図表である。図４の例では、波長変換励起光λｐｃは波長１５７５ｎｍ，レベル２０ｄＢｍである。信号光は波長１５３０～１５６０ｎｍ，レベルは０ｄＢｍである。ラマン励起光λｐｒは波長１４９９ｎｍ，レベル３７ｄＢｍである。非線形ファイバは波長λ₀＝１５７５ｎｍ，Ａｅｆｆ（実効断面積）＝２０μｍ²，長さ２００ｍとした。

【0045】

図４（ａ）は第一の非線形光学媒質１０７（非線形ファイバ）出力を示す図、図４（ｂ）は、第二の非線形光学媒質１０８（ポストアンプ）の出力を示す図である。これらの図において横軸は波長、縦軸は光学パワーである。

【0046】

図４（ａ），（ｂ）において、実線は第一の非線形光学媒質１０７（非線形ファイバ）にラマン励起光を入れない場合の波形、点線は第一の非線形光学媒質１０７（非線形ファイバ）にラマン励起光を入れた場合の波形である。

【0047】

図４（ａ）に点線で示すように、ラマン励起光により、矢印分だけ波長変換光ＣＶの出力が増加（ラマン利得１４ｄＢ）している。ＯＳＮＲ（信号対雑音比）は、ラマン励起光を入れない場合、Ｓｉｇｎａｌ（信号光）が５７ｄＢ，Ｉｄｌｅｒ（波長変換光）が５４ｄＢ，ラマン励起光を入れた場合、Ｓｉｇｎａｌが５５ｄＢ，Ｉｄｌｅｒが５０ｄＢであった。

【0048】

また、図４（ｂ）の第二の非線形光学媒質１０８（ポストアンプ、ＮＦ（雑音指数４ｄＢ）の出力では、実線で示すラマン励起光を入れない場合のＯＳＮＲが３３ｄＢである。これに対し、点線（実施例２）で示すラマン励起光を入れた場合のＯＳＮＲは４７ｄＢに改善できた。

【0049】

上記シミュレーション結果を考察する。図４（ａ）に示す波長変換での波長変換光ＣＶでの雑音増大（信号光Ｃと波長変換光ＣＶの比較）は、３ｄＢであった（無損失光増幅器の原理的な雑音増大、変換効率が低くポストアンプを入れた場合には見えない）。ラマン増幅を同時に行うと信号光Ｃが自然放出ラマン散乱により２ｄＢ劣化した（ラマン励起条件依存）。

【0050】

そして、ラマン増幅した場合、波長変換光ＣＶの入力信号に比べてＯＳＮＲは７ｄＢ劣化した（自然放出ラマン：２ｄＢ×２＋光増幅器の原理雑音増加：３ｄＢ）。

【0051】

ラマン増幅なしの後段損失補償光増幅（第二の非線形光学媒質１０８）での雑音増大は、－２０ｄＢの変換効率の場合、２０ｄＢの損失と光増幅器のＮＦの合算で２４ｄＢである。一方、ラマン増幅ありの後段損失補償光増幅（第二の非線形光学媒質１０８）での雑音増大は、２段増幅器（前段ＮＦ７ｄＢ利得Ｇ－６ｄＢと、後段ＮＦ４ｄＢ利得Ｇ６ｄＢ）での増幅増大と一致して１０ｄＢ以下に抑えることができた。

【0052】

（システム構成例）
図５は、光伝送システムの構成例を示す図である。図５には、上述した実施例１（図１）あるいは実施例２（図３）の波長変換器１００を複数帯域の光伝送システムに適用した例を示す。波長変換器１００は、送信装置５１０、および受信装置５２０にそれぞれ配置され、伝送路５３０を介して信号光を伝送する。

【0053】

図５の例では、送信装置５１０、および受信装置５２０は、異なる３つの波長帯、例えば、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のＬ帯（Ｌバンド）、Ｃ帯（Ｃバンド）、Ｓ帯（Ｓバンド）で信号光を送信する。送信装置５１０は、Ｃ帯の複数の送信器５０１、Ｃ帯の波長合波器５０２、Ｃ帯の光増幅器５０３、波長合波器５０４を含む。複数の送信器５０１は、入力される電気信号をＣ帯の波長（第一の波長帯）の信号光に変換して出力する。

【0054】

送信装置５１０は、Ｃ帯の信号光をＬ帯（第二の波長帯）に変換する波長変換器１００－１と、Ｃ帯の信号光をＳ帯（第三の波長帯）に変換する波長変換器１００－２を有する。

【0055】

受信装置５２０は、波長分波器５０５、Ｃ帯の光増幅器５０６、Ｃ帯の波長分波器５０７、Ｃ帯の複数の受信器５０８を含む。複数の受信器５０８は、入力されるＣ帯の波長の信号光を電気信号に変換して出力する。

【0056】

受信装置５２０は、Ｌ帯の信号光をＣ帯に変換する波長変換器１００－３と、Ｓ帯の信号光をＣ帯に変換する波長変換器１００－４を有する。

【0057】

送信装置５１０に設ける波長変換器１００－１，１００－２は、実施例１（図１）あるいは実施例２（図３）に示す構成をそのまま適用できる。受信装置５２０に設ける波長変換器１００－３，１００－４は、実施例１（図１）あるいは実施例２（図３）で説明した入出力順を逆に配置した構成により適用できる。

【0058】

この光伝送システムによれば、送信装置５１０および受信装置５２０は、複数の送信器５０１および受信器５０８を用いてＷＤＭの波長多重チャネル数を増大し、伝送容量を拡大できる。そして、送信装置５１０および受信装置５２０に、それぞれ波長変換器１００（１００－１～１００－４）を設けて信号光を波長変換する。

【0059】

これにより、送信装置５１０および受信装置５２０が有する送信器５０１、受信器５０８、光増幅器５０３，５０６、波長合波器５０２、波長分波器５０７、をいずれも共通する波長帯（Ｃ帯）の光部品を用いて安価に構成できる。

【0060】

（偏波多重対応の各実施例）
次に、偏波多重（偏波ダイバーシティ）に対応した波長変換器の各実施例を説明する。上述した実施例１の波長変換器１００は、単一偏波の信号光を波長変換したが、以下の各実施例の波長変換器では、偏波多重信号に対応する。

【0061】

（光フィルタを含まない偏波多重対応の構成例）
図６～図１３に示す各実施例３～１０は、実施例１（図１）で説明した、互いに異なる波長分散特性の第一の非線形光学媒質１０７と、第二の非線形光学媒質１０８を用いた波長変換器１００（光フィルタ３１０なし）の基本構成を有し、偏波多重に対応する。

【0062】

（実施例３）
図６は、波長変換器の実施例３の構成図である。図６において、実施例１（図１）と同一の構成部には同一の符号を付してある。図６に示す波長変換器６００に入力される偏波多重の信号光は、偏波ビームスプリッタ（第一の偏波ビームスプリッタ）６０１ａにより偏波分離される。波長変換器６００は、偏波分離後のＸ偏波の系統と、Ｙ偏波の系統にそれぞれ合波器１０６、第一の非線形光学媒質１０７、第二の非線形光学媒質１０８、偏波制御器１０２が配置される。

【0063】

Ｘ偏波の系統について説明する。波長変換励起光源１０３の波長変換光は、合波器１０４ｘで信号光に合波される。ラマン励起光源１０５のラマン励起光は、合波器１０６ｘで信号光に合波され前方ラマン励起する。合波器１０６ｘ後段には、第一の非線形光学媒質１０７ｘ、および第二の非線形光学媒質１０８ｘ、偏波制御器１０２ｘが接続される。第一の非線形光学媒質１０７ｘは、信号光を波長変換およびラマン増幅する。第二の非線形光学媒質１０８ｘは、波長変換光を増幅する。

【0064】

Ｙ偏波の系統についてもＸ偏波と同様であり、波長変換励起光源１０３の波長変換光は、合波器１０４ｙで信号光に合波される。ラマン励起光源１０５のラマン励起光は、合波器１０６ｙで信号光に合波され前方ラマン励起する。合波器１０６ｙ後段には、第一の非線形光学媒質１０７ｙ、および第二の非線形光学媒質１０８ｙ、偏波制御器１０２ｙが接続される。第一の非線形光学媒質１０７ｙは、信号光を波長変換およびラマン増幅し、第二の非線形光学媒質１０８ｙは、波長変換光を増幅する。

【0065】

偏波制御器１０２ｘ，１０２ｙの出力は、偏波ビームスプリッタ（第二の偏波ビームスプリッタ）６０１ｂに出力される。偏波ビームスプリッタ６０１ｂは、Ｘ偏波とＹ偏波を偏波合成し、光フィルタ１０９に出力する。光フィルタ１０９は、波長変換光を抽出し、信号光として出力する。

【0066】

（実施例４）
図７は、波長変換器の実施例４の構成図である。実施例４の波長変換器７００は、実施例３（図６）の波長変換器６００に対し、第二の非線形光学媒質１０８を偏波ビームスプリッタ６０１ｂの後段に配置した点が異なる。

【0067】

実施例４の波長変換器７００によれば、実施例３の作用効果を有し、また、実施例３に対し光増幅媒体（第二の非線形光学媒質１０８）の数を減らすことができる。図６に示した実施例３の波長変換器６００では、光増幅媒体である第二の非線形光学媒質１０８を２個配置したが、この実施例４の波長変換器７００では、第二の非線形光学媒質１０８が１個で済み個数を減らすことができる。

【0068】

（実施例５）
図８は、波長変換器の実施例５の構成図である。図８に示す波長変換器８００は、実施例３（図６）の波長変換器６００に対し、ラマン励起光源１０５を第二の非線形光学媒質１０８の後段に配置し、後方ラマン励起する点が異なる。

【0069】

この実施例５の波長変換器８００によれば、実施例３（図６）の波長変換器６００と比べて、ラマン増幅の利得を上げることができる。

【0070】

（実施例６）
図９は、波長変換器の実施例６の構成図である。図９に示す波長変換器９００は、実施例５（図８）の波長変換器８００に対し、第二の非線形光学媒質１０８を偏波ビームスプリッタ６０１ｂの後段に配置する点が異なる。また、ラマン励起光源１０５は、非偏光に変換するデポラライザ９０１および合波器１０６を介して第二の非線形光学媒質１０８を後方ラマン励起する。

【0071】

この実施例６の波長変換器９００によれば、実施例５の作用効果を有し、また、実施例５（図８）の波長変換器８００と比べて、光増幅媒体である第二の非線形光学媒質１０８が１個で済み個数を減らすことができる。

【0072】

（実施例７）
図１０は、波長変換器の実施例７の構成図である。図１０に示す波長変換器１０００は、実施例３（図６）の前方ラマン励起の波長変換器６００に対し、ラマン励起光源１０５を第二の非線形光学媒質１０８の後段にも配置して、前方ラマン励起および後方ラマン励起する点が異なる。

【0073】

ラマン励起光源１０５ａは、第一の非線形光学媒質１０７ｘ，１０７ｙの前段に配置され、ラマン励起光は、合波器１０６ｘ，１０６ｙでＸ偏波およびＹ偏波の信号光にそれぞれ合波され前方ラマン励起する。また、ラマン励起光源１０５ｂは、第二の非線形光学媒質１０８ｘ，１０８ｙの後段に配置され、ラマン励起光は、合波器１０６ｘ，１０６ｙでＸ偏波およびＹ偏波の信号光にそれぞれ合波され後方ラマン励起する。

【0074】

この実施例７の波長変換器１０００によれば、前方ラマン励起および後方ラマン励起し、実施例３～６に比べて、後段増幅器（第二の非線形光学媒質１０８）での利得と、第一の非線形光学媒質１０７での波長変換でのラマン利得と、を両立し増大できる。

【0075】

（実施例８）
図１１は、波長変換器の実施例８の構成図である。図１１に示す波長変換器１１００は、実施例７（図１０）波長変換器１０００に対し、第二の非線形光学媒質１０８を偏波ビームスプリッタ６０１ｂの後段に配置する点が異なる。また、ラマン励起光源１０５ｂは、デポラライザ９０１および合波器１０６を介して第二の非線形光学媒質１０８を後方ラマン励起する。

【0076】

この実施例８の波長変換器１１００によれば、実施例７同様に前方ラマン励起および後方ラマン励起による作用効果を有する。また、実施例７（図１０）の波長変換器１０００と比べて、光増幅媒体である第二の非線形光学媒質１０８が１個で済み個数を減らすことができる。

【0077】

（実施例９）
図１２は、波長変換器の実施例９の構成図である。図１２に示す波長変換器１２００は、前段で波長変換励起光およびラマン励起光を供給し、後段に偏波ダイバーシティループ回路による光増幅媒体を配置した構成である。

【0078】

図１２に示す波長変換器１２００は、波長変換励起光源１０３の波長変換励起光を偏波制御器１０２ａで偏波制御し、合波器１０４を介して信号光に合波させる。合波器１０４の後段には合波器１０６が配置される。ラマン励起光源１０５のラマン励起光は、デポラライザ９０１、合波器１０６を介して信号光に合波させる。

【0079】

合波器１０６の後段には、偏波ビームスプリッタ６０１が設けられる。偏波ビームスプリッタ６０１は、偏波制御器１０２ｂにより偏波の分離および合成が制御される。偏波ビームスプリッタ６０１には、信号光を波長変換およびラマン増幅する第一の非線形光学媒質１０７を含む偏波ダイバーシティループ回路が接続されている。また、偏波ビームスプリッタ６０１には、波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質１０８が接続され、光フィルタ１０９により波長変換光を抽出し、信号光として出力される。

【0080】

この実施例９の波長変換器１２００によれば、偏波ダイバーシティループ回路により、実施例３～８に比べてダイバーシティ経路誤差を抑制できるようになる。

【0081】

（実施例１０）
図１３は、波長変換器の実施例１０の構成図である。図１３に示す波長変換器１３００は、実施例９（図１２）の変形例である。波長変換器１３００は、前段に波長合分波器１２０１を配置し、入力された信号光を波長分波して後段に出力し、また、後段で抽出された波長変換光を波長合波した信号光として外部出力する。

【0082】

また、この波長変換器１３００の偏波ダイバーシティループ回路は、２つの第一の非線形光学媒質１０７ａ，１０７ｂを有し、これら２つの第一の非線形光学媒質１０７ａおよび第一の非線形光学媒質１０７ｂの間に第二の非線形光学媒質１０８を配置してなる。

【0083】

この実施例１０の波長変換器１３００によれば、実施例９の作用効果を有し、また、実施例９に比べて非線形光学媒質（第一の非線形光学媒質１０７）と光増幅媒質（第二の非線形光学媒質１０８）との間の接続損失を低減できるようになる。

【0084】

（光フィルタを含む偏波多重対応の構成例）
次に、図１４～図２１に示す各実施例１１～１８は、実施例２（図３）で説明した光フィルタ３１０を含む波長変換器１００の基本構成を有し、偏波多重に対応する。

【0085】

（実施例１１）
図１４は、波長変換器の実施例１１の構成図である。図１４において、実施例２（図３）と同一の構成部には同一の符号を付してある。図１４に示す波長変換器１４００に入力される偏波多重の信号光は、偏波ビームスプリッタ６０１ａにより偏波分離される。波長変換器６００は、偏波分離後のＸ偏波の系統と、Ｙ偏波の系統にそれぞれ合波器１０６、第一の非線形光学媒質１０７、光フィルタ３１０、第二の非線形光学媒質１０８、偏波制御器１０２が配置される。

【0086】

Ｘ偏波の系統について説明する。波長変換励起光源１０３の波長変換光は、合波器１０４ｘで信号光に合波される。ラマン励起光源１０５のラマン励起光は、合波器１０６ｘで信号光に合波され前方ラマン励起する。合波器１０６ｘ後段には、第一の非線形光学媒質１０７ｘ、光フィルタ３１０ｘ、第二の非線形光学媒質１０８ｘ、偏波制御器１０２ｘが接続される。第一の非線形光学媒質１０７ｘは、信号光を波長変換およびラマン増幅する。光フィルタ３１０ｘは、波長変換励起光を阻止して第二の非線形光学媒質１０８ｘに出力する。第二の非線形光学媒質１０８ｘは、波長変換光を増幅する。

【0087】

Ｙ偏波の系統についてもＸ偏波と同様であり、波長変換励起光源１０３の波長変換光は、合波器１０４ｙで信号光に合波される。ラマン励起光源１０５のラマン励起光は、合波器１０６ｙで信号光に合波され前方ラマン励起する。合波器１０６ｙ後段には、第一の非線形光学媒質１０７ｙ、光フィルタ３１０ｙ、第二の非線形光学媒質１０８ｙ、偏波制御器１０２ｙが接続される。第一の非線形光学媒質１０７ｙは、信号光を波長変換およびラマン増幅する。光フィルタ３１０ｙは、波長変換励起光を阻止して第二の非線形光学媒質１０８ｙに出力する。第二の非線形光学媒質１０８ｙは、波長変換光を増幅する。

【0088】

偏波制御器１０２ｘ，１０２ｙの出力は、偏波ビームスプリッタ６０１ｂに出力される。偏波ビームスプリッタ６０１ｂは、Ｘ偏波とＹ偏波を偏波合成し、光フィルタ１０９に出力する。光フィルタ１０９は、波長変換光を抽出し、信号光として出力する。

【0089】

（実施例１２）
図１５は、波長変換器の実施例１２の構成図である。実施例１２の波長変換器１５００は、実施例１１（図１４）の波長変換器１４００に対し、第二の非線形光学媒質１０８を偏波ビームスプリッタ６０１ｂの後段に配置した点が異なる。

【0090】

実施例１２の波長変換器１５００によれば、実施例１１の作用効果を有し、また、実施例１１に対し光増幅媒体（第二の非線形光学媒質１０８）の数を減らすことができる。図１４に示した実施例１１の波長変換器１４００では、光増幅媒体である第二の非線形光学媒質１０８を２個配置したが、この実施例１２の波長変換器１５００では、第二の非線形光学媒質１０８が１個で済み個数を減らすことができる。

【0091】

（実施例１３）
図１６は、波長変換器の実施例１３の構成図である。図１６に示す波長変換器１６００は、実施例１１（図１４）の波長変換器１４００に対し、ラマン励起光源１０５を第二の非線形光学媒質１０８の後段に配置し、後方ラマン励起する点が異なる。

【0092】

この実施例１３の波長変換器１６００によれば、実施例１１（図１４）の波長変換器１４００と比べて、ラマン増幅の利得を上げることができる。

【0093】

（実施例１４）
図１７は、波長変換器の実施例１４の構成図である。図１７に示す波長変換器１７００は、実施例１３（図１６）の波長変換器１６００に対し、光フィルタ３１０と第二の非線形光学媒質１０８を偏波ビームスプリッタ６０１ｂの後段に配置する点が異なる。また、ラマン励起光源１０５は、デポラライザ９０１および合波器１０６を介して第二の非線形光学媒質１０８を後方ラマン励起する。

【0094】

この実施例１４の波長変換器１７００によれば、実施例１３の作用効果を有し、また、実施例１３（図１６）の波長変換器１６００と比べて、光増幅媒体である第二の非線形光学媒質１０８が１個で済み個数を減らすことができる。

【0095】

（実施例１５）
図１８は、波長変換器の実施例１５の構成図である。図１５に示す波長変換器１８００は、実施例１１（図１４）の前方ラマン励起の波長変換器１４００に対し、ラマン励起光源１０５を第二の非線形光学媒質１０８の後段にも配置して、前方ラマン励起および後方ラマン励起する点が異なる。

【0096】

ラマン励起光源１０５ａは、第一の非線形光学媒質１０７ｘ，１０７ｙの前段に配置され、ラマン励起光は、合波器１０６ｘ，１０６ｙでＸ偏波およびＹ偏波の信号光にそれぞれ合波され前方ラマン励起する。光フィルタ３１０ｘ，３１０ｙは、それぞれ波長変換励起光を阻止して第二の非線形光学媒質１０８ｘ，１０８ｙに出力する。ラマン励起光源１０５ｂは、第二の非線形光学媒質１０８ｘ，１０８ｙの後段に配置され、ラマン励起光は、合波器１０６ｘ，１０６ｙでＸ偏波およびＹ偏波の信号光にそれぞれ合波され後方ラマン励起する。

【0097】

この実施例１５の波長変換器１８００によれば、前方ラマン励起および後方ラマン励起し、実施例１１～１４に比べて、後段増幅器（第二の非線形光学媒質１０８）での利得と、第一の非線形光学媒質１０７での波長変換でのラマン利得と、を両立し増大できる。

【0098】

（実施例１６）
図１９は、波長変換器の実施例１６の構成図である。図１９示す波長変換器１９００は、実施例１５（図１８）波長変換器１８００に対し、光フィルタ３１０と第二の非線形光学媒質１０８を偏波ビームスプリッタ６０１ｂの後段に配置する点が異なる。また、ラマン励起光源１０５ｂは、デポラライザ９０１および合波器１０６を介して第二の非線形光学媒質１０８を後方ラマン励起する。

【0099】

この実施例１６の波長変換器１９００によれば、実施例１５同様に前方ラマン励起および後方ラマン励起による作用効果を有する。また、実施例１５（図１８）の波長変換器１８００と比べて、光フィルタ３１０と光増幅媒体である第二の非線形光学媒質１０８が１個で済み個数を減らすことができる。

【0100】

（実施例１７）
図２０は、波長変換器の実施例１７の構成図である。図２０に示す波長変換器２０００は、前段で波長変換励起光およびラマン励起光を供給し、後段に偏波ダイバーシティループ回路による光増幅媒体を配置した構成である。

【0101】

図２０に示す波長変換器２０００は、波長変換励起光源１０３の波長変換励起光を偏波制御器１０２ａで偏波制御し、合波器１０４を介して信号光に合波させる。合波器１０４の後段には合波器１０６が配置される。ラマン励起光源１０５のラマン励起光は、デポラライザ９０１、合波器１０６を介して信号光に合波させる。

【0102】

合波器１０６の後段には、偏波ビームスプリッタ６０１が設けられる。偏波ビームスプリッタ６０１は、偏波制御器１０２ｂにより偏波の分離および合成が制御される。偏波ビームスプリッタ６０１には、信号光を波長変換およびラマン増幅する第一の非線形光学媒質１０７を含む偏波ダイバーシティループ回路が接続されている。また、偏波ビームスプリッタ６０１には、波長変換励起光を阻止する光フィルタ３１０と、波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質１０８が接続され、光フィルタ１０９により波長変換光を抽出し、信号光として出力される。

【0103】

この実施例１７の波長変換器２０００によれば、偏波ダイバーシティループ回路により、実施例１１～１６に比べてダイバーシティ経路誤差を抑制できるようになる。

【0104】

（実施例１８）
図２１は、波長変換器の実施例１８の構成図である。図２１に示す波長変換器２１００は、実施例１７（図２０）の変形例である。波長変換器２１００は、前段に波長合分波器１２０１を配置し、入力された信号光を波長分波して後段に出力し、また、後段で抽出された波長変換光を波長合波した信号光として外部出力する。

【0105】

また、この波長変換器２１００の偏波ダイバーシティループ回路は、２つの第一の非線形光学媒質１０７ａ，１０７ｂと、波長変換励起光を阻止する２つの光フィルタ３１０ａ，３１０ｂとを含む。偏波ダイバーシティループ回路は、第一の非線形光学媒質１０７ａ～光フィルタ３１０ａ～第二の非線形光学媒質１０８～光フィルタ３１０ｂ～第一の非線形光学媒質１０７ｂをループ接続してなる。

【0106】

この実施例１８の波長変換器２１００によれば、実施例１７の作用効果を有し、また、実施例１７に比べて非線形光学媒質（第一の非線形光学媒質１０７）と光増幅媒質（第二の非線形光学媒質１０８）との間の接続損失を低減できるようになる。

【0107】

以上説明した実施の形態の波長変換器は、入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、非線形光学効果に基づき、第二の合波器が出力する信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、信号光の波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含む。ラマン励起光の波長は、増幅帯域が波長変換光をラマン増幅する波長である。これにより、第一の非線形光学媒質で増幅しながら波長変換し、第二の非線形光学媒質で波長変換光を光増幅することができ、非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くできる。これにより、光伝送における伝送容量を拡大できる。

【0108】

また、波長変換器は、第二の非線形光学媒質は、零分散波長が第一の非線形光学媒質よりも信号光および波長変換光の波長帯での波長分散の絶対値が大きいこととすることができる。例えば、第一の非線形光学媒質は、波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満で零分散波長が入力される信号光と波長変換光との間の波長であり、第二の非線形光学媒質は、波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上で、零分散波長が第一の非線形光学媒質より長波長である。これにより、第一の非線形光学媒質と第二の非線形光学媒質とを用いて非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くできる。

【0109】

また、波長変換器は、第二の非線形光学媒質の前段に設けられ、波長変換励起光の波長を阻止する光フィルタを含む。また、第一の非線形光学媒質および第二の非線形光学媒質は、同じ分散特性とすることができる。これにより、第一の非線形光学媒質と第二の非線形光学媒質とを用いて非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くできる。

【0110】

また、波長変換器は、第二の非線形光学媒質の後段に設けられ、波長変換光の波長を抽出する光フィルタを含むこととしてもよい。これにより、波長変換器は、信号光を波長変換した波長変換光を出力できる。

【0111】

また、波長変換器は、入力段に設けられ、信号光を偏波分離する第一の偏波ビームスプリッタと、第一の非線形光学媒質よりも後段に配置され、信号光を偏波合成する第二の偏波ビームスプリッタと、を含むこととしてもよい。これにより、偏波ダイバーシティの信号光を波長変換できるようになる。

【0112】

また、波長変換器は、第二の合波器を第一の非線形光学媒質の前段に配置しラマン励起光による前方励起、または、第二の合波器を第二の非線形光学媒質の後段に配置しラマン励起光による後方励起、あるいはその組み合わせとすることとしてもよい。これにより、波長変換光の光増幅特性を向上できるようになる。

【0113】

また、波長変換器は、入力される信号光を偏波分離および偏波結合する偏波ビームスプリッタと、偏波ビームスプリッタを変化制御する偏波制御器と、偏波ビームスプリッタに接続され第一の非線形光学媒質を含む偏波ダイバーシティループ回路と、を含むこととしてもよい。これにより、偏波ダイバーシティの信号光を波長変換しつつ、第一の非線形光学媒質と第二の非線形光学媒質との間の接続損失を低減できるようになる。

【0114】

また、波長変換器は、第一の非線形光学媒質および第二の非線形光学媒質は、光ファイバあるいは平面光導波路を用いた構成としてもよい。

【0115】

また、実施の形態の光伝送システムは、送信装置が送信する信号光を、伝送路を介して受信装置で受信する光伝送システムにおいて、送信装置は、入力される電気信号を第一の波長帯の信号光に変換する複数の送信器と、複数の送信器のうち一部の複数の送信器が出力する信号光を第二の波長帯の信号光に変換する波長変換器と、複数の送信器および波長変換器が出力する信号光を合波する合波器と、を含む。受信装置は、伝送路から受信した信号光を、第一の波長帯の信号光と、第二の波長帯の信号光とに分波する分波器と、分波された第二の波長帯の信号光を第一の波長帯の信号に変換する波長変換器と、分波器および波長変換器が出力する複数の第一の波長帯の信号光を電気信号に変換する複数の受信器と、を含む。波長変換器は、入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、非線形光学効果に基づき、第二の合波器が出力する信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、第一の非線形光学媒質が出力する信号光の波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含み、ラマン励起光の波長は、増幅帯域が波長変換光をラマン増幅する波長である。これにより、第一の非線形光学媒質で増幅しながら波長変換し、第二の非線形光学媒質で波長変換光を光増幅することができ、非線形雑音の発生を抑えながら出力パワーを高くできる。そして、送信器および受信器に共通の帯域の光部品を用いて構成でき、送信装置および受信装置を低コスト化しつつ、光伝送における伝送容量を拡大できるようになる。

【0116】

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0117】

（付記１）入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、
前記信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、
非線形光学効果に基づき、前記信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、
前記第一の非線形光学媒質が出力する信号光の前記波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含み、
前記ラマン励起光の波長は、増幅帯域が前記波長変換光をラマン増幅する波長であることを特徴とする波長変換器。

【0118】

（付記２）前記第二の非線形光学媒質は、零分散波長が前記第一の非線形光学媒質よりも信号光および波長変換光の波長帯での波長分散の絶対値が大きいことを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0119】

（付記３）前記第一の非線形光学媒質は、波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満で零分散波長が入力される前記信号光と前記波長変換光との間の波長であり、
前記第二の非線形光学媒質は、波長分散の絶対値が３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上で、零分散波長が前記第一の非線形光学媒質より長波長であることを特徴とする付記２に記載の波長変換器。

【0120】

（付記４）前記第二の非線形光学媒質の前段に設けられ、前記波長変換励起光の波長の通過を阻止する光フィルタを含むことを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0121】

（付記５）前記第二の非線形光学媒質の後段に設けられ、前記波長変換光の波長を抽出する光フィルタを含むことを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0122】

（付記６）入力段に設けられ、前記信号光を偏波分離する第一の偏波ビームスプリッタと、
前記第一の非線形光学媒質よりも後段に配置され、前記信号光を偏波合成する第二の偏波ビームスプリッタと、を含むことを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0123】

（付記７）前記第二の合波器を前記第一の非線形光学媒質の前段に配置し前記ラマン励起光による前方励起、または、前記第二の合波器を前記第二の非線形光学媒質の後段に配置し前記ラマン励起光による後方励起、あるいはその組み合わせとしたことを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0124】

（付記８）入力される信号光を偏波分離および偏波結合する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタを変化制御する偏波制御器と、
前記偏波ビームスプリッタに接続され、前記第一の非線形光学媒質を含む偏波ダイバーシティループ回路と、
を含むことを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0125】

（付記９）前記第一の非線形光学媒質および前記第二の非線形光学媒質は、光ファイバあるいは平面光導波路であることを特徴とする付記１に記載の波長変換器。

【0126】

（付記１０）送信装置が送信する信号光を、伝送路を介して受信装置で受信する光伝送システムにおいて、
前記送信装置は、
入力される電気信号を第一の波長帯の信号光に変換する複数の送信器と、
前記複数の送信器のうち一部の複数の送信器が出力する信号光を第二の波長帯の信号光に変換する波長変換器と、
前記複数の送信器および前記波長変換器が出力する信号光を合波する合波器と、を含み、
前記受信装置は、
前記伝送路から受信した信号光を、前記第一の波長帯の信号光と、前記第二の波長帯の信号光とに分波する分波器と、
分波された前記第二の波長帯の信号光を前記第一の波長帯の信号に変換する波長変換器と、
前記分波器および前記波長変換器が出力する複数の第一の波長帯の信号光を電気信号に変換する複数の受信器と、を含み、
前記波長変換器は、
入力される信号光に波長変換励起光を合波する第一の合波器と、
前記信号光にラマン励起光を合波する第二の合波器と、
非線形光学効果に基づき、前記信号光の波長変換光を生成する第一の非線形光学媒質と、
前記第一の非線形光学媒質が出力する信号光の前記波長変換光を増幅する第二の非線形光学媒質と、を含み、
前記ラマン励起光の波長は、増幅帯域が前記波長変換光をラマン増幅する波長であることを特徴とする光伝送システム。

【符号の説明】

【0127】

１００ 波長変換器
１０１，１０９，３１０ 光フィルタ
１０２ 偏波制御器
１０３ 波長変換励起光源
１０４，１０６ 合波器
１０５ ラマン励起光源
１０７ 第一の非線形光学媒質
１０８ 第二の非線形光学媒質
５０１ 送信器
５０２，５０４ 波長合波器
５０３，５０６ 光増幅器
５０５，５０７ 波長分波器
５０８ 受信器
５１０ 送信装置
５２０ 受信装置
５３０ 伝送路
６０１ 偏波ビームスプリッタ
９０１ デポラライザ
１２０１ 波長合分波器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】