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JP3753229B2 - High speed wavelength converter - Google Patents

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JP3753229B2
JP3753229B2 JP2001036409A JP2001036409A JP3753229B2 JP 3753229 B2 JP3753229 B2 JP 3753229B2 JP 2001036409 A JP2001036409 A JP 2001036409A JP 2001036409 A JP2001036409 A JP 2001036409A JP 3753229 B2 JP3753229 B2 JP 3753229B2
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signal lights
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安弘 鈴木
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速波長変換装置に関するものであり、波長多重を利用した光通信,光交換、光情報処理等の光システムに適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
通常、光伝送システムは図13のような階層構造をとる。図13において1001〜1008はエンドユーザ、1009,1010はローカル網、1011は複数のローカル網を収容する上位網である。一般にローカル網においては、各ユーザが必要とする伝送帯域は10Gb/s程度である。
【0003】
ところで光伝送システムは、エルビュームドープ光ファイバアンプ(有効帯域1530〜1560nm:1.55ミクロン帯と総称)の発達とともに、1.55ミクロン帯を中心に発達してきた。これは例えば波長多重信号光を想定した場合、例えば1nm間隔の波長多重とすると、たかだか30波長程度の波長しか使用できないことを意味する。つまりローカル網においては10Gb/s×30=300Gb/sの総スループットが期待できる。
【0004】
ところで上位網は複数、例えば4つのユーザ網を収容する。上位網においても、使用できる波長は30波長程度と変わらないので、輻輳が生じないようにするためには、上位網においては伝送帯域を例えば40Gb/sに上げる必要がある。
【0005】
図14は10Gb/sのNRZ(non-return-to-zero)形式の信号光を、RZ(return-to-zero)形式の信号光に変換すると共に波長変換することにより、伝送用光ファイバの伝送帯域を40Gb/sに広げるために、先に開発した光伝送システムを示す。
【0006】
図14において、2001〜2004はそれぞれ波長がλ1、λ2、λ3、λ4の4波長の10Gb/sの信号光、2005は入力用光ファイバ、2006は一括切り出し回路(一括ゲート回路)としての例えば吸収型の光変調器、2007〜2010は一括切り出し回路2006によって切り出されてパルス幅を狭められた10Gb/sの信号光、2011は波長並び替え回路、2012〜2015は波長並び替え回路2011によってλ1、λ2、λ3、λ4の各パルスが重ならないようにずらされた10Gb/sの信号光、2016は波長変換器、2017は出力用光ファイバ、2018は40Gb/sの信号光である。
【0007】
同図において、信号光2001〜2004は100psのパルス幅を有しており波長多重されて伝送されている。これを一括切り出し回路2006で切り出すことによって25ps以下のパルス幅の信号光2007〜2010にする。信号光2007〜2010はそれぞれのパルスが重ならないように、波長並び替え回路2011により時系列に並び変えられて(位相ずれして)信号光2012〜2015となり、このずらされた信号光2012〜2015は波長変換器2016に入力される。このとき波長変換器2016には1ビットおきに異なる波長が入力されることになるが、波長変換器2016はこれをすべて同一の波長へと波長変換する。これによって、40Gb/s・1波長の信号光2018への波長変換が可能になる。
【0008】
なお一括切り出し回路2006として、吸収型の光変調器についてのみ説明したが、干渉型の光変調器、光増幅器、光スイッチ等、信号光の入力に対してその出力をon/offできるいわゆるゲート回路であれば、どんな物を使用しても構わない。
【0009】
また波長並び替え回路2011としては例えば波長分散をもつ光ファイバを用いる。一般に光ファイバは波長によって、伝搬する速度が異なるため、光ファイバ長を最適な状態に設定することにより、信号光2012〜2015のように各ビットが重ならないようにずらすことができる。ここでずらす量としては、例えば信号光2012に対し、信号光2013は25ps、信号光2014は50ps、信号光2015は75psだけずらせばよい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで一般に波長変換器には、波長変換動作をする速度に上限があり、所定のビットレートを越える信号光に対しては波長変換することができなくなる。これは、波長変換する際のキャリア寿命により、波長変換の動作速度が規律されるからである。
このため、波長多重される信号光の数が更に増えて、波長変換器に入力される信号光のビットレートが上がった場合には、波長変換ができなくなるという問題が予想されている。
【0011】
本発明は、上記従来技術に鑑み、波長多重される信号光の数が増えた場合に、高速で波長変換することができる高速波長変換装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、波長の異なる複数のNRZ形式の信号光が波長多重された状態で入力されると、前記各信号光を切り出してRZ形式の信号光に変換して出力する光変調器と、
前記光変調器から出力されたRZ形式の複数の信号光を伝送する、波長分散特性を有する波長分散型光ファイバと、
前記波長分散型光ファイバを伝送することにより位相がずれた複数の信号光を、波長に応じてn個(ただし、nは2以上の整数)の複数の組みに振り分けて出力する振り分け手段と、
振り分けられた信号光を、各組みごとに波長変換することにより、同一の組みの信号光は同一の波長にして出力する複数の波長変換器と、
各波長変換器から出力された各組みの信号光を波長多重し、波長多重した信号光を出力する光カプラとを有し、
前記振り分け手段は、各組み内の信号光が相互に重なることがないように、かつ各組みのビットレートが、前記光変調器に入力される波長多重された信号光の各波長の信号光のビットレートを合計したビットレートの1/nのビットレートとなるように振り分ける手段であることを特徴とする。
【0013】
また本発明の構成は、前記振り分け手段は、非対称マッハツェンダ型フィルタまたはアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。
【0014】
また本発明の構成は、前記振り分け手段は、1段目の非対称マッハツェンダ型フィルタと、1段目の非対称マッハツェンダ型フィルタにより2つの組みに振り分けられた信号光を更に複数の組みに振り分ける後段の複数の非対称マッハツェンダ型フィルタにより構成されていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0016】
〔第1の実施の形態〕
図1は本発明の第1の実施の形態にかかる高速波長変換装置100を示す。同図に示すように、電界吸収型光変調器110の入力端面には入力用光ファイバ120が接続されており、電界吸収型光変調器110の出力端面と非対称マッハツェンダ型フィルタ130の入力端面は波長分散型光ファイバ140により接続されている。非対称マッハツェンダ型フィルタ130の2つの出力端面と2つの波長変換器150A,150Bは光ファイバ160A,160Bによりそれぞれ独立に接続されている。波長変換器150A,150Bの出力端面と光カプラ170の2つの入力端面は光ファイバ180A,180Bによりそれぞれ独立に接続されている。光カプラ170の出力端面には出力用光ファイバ190が接続されている。
【0017】
電界吸収型光変調器110には、入力用光ファイバ120を介して、8つの信号光S1〜S8が波長多重されて波長多重信号光(WDM:Wavelenght Division Multiplexing信号光)となって伝送されてくる。信号光S1〜S8は、図2に示すようにパルス幅が100psのNRZ形式の信号光であり、信号光S1〜S8の位相は同期しており、各信号光S1〜S8のビットレートは10Gb/sである。また信号光S1の波長は1550nm、信号光S2の波長は1551nm、信号光S3の波長は1552nm、信号光S4の波長は1553nm、信号光S5の波長は1554nm、信号光S6の波長は1555nm、信号光S7の波長は1556nm、信号光S8の波長は1557nmとなっている。なお、図2では、理解を容易にするため信号光S1〜S8の信号波形(1,0の並び)を同じにしているが、実際には異なっていることが多い。
【0018】
電界吸収型光変調器110には10GHzの負電位となっている正弦波電圧Vが入力されている。この電界吸収型光変調器110は、正弦波電圧Vの電圧値が予め設定した設定負電圧値よりも小さくなる期間(正弦波電圧Vの電圧値が負の電位でその絶対値が設定負電圧値の絶対値よりも小さい期間)において信号光を通過させる特性を有している。そこで、正弦波電圧Vの電圧値と位相を調整することにより、電界吸収型光変調器110は、NRZ形式の信号光S1〜S8を切り出して、図3に示すようなパルス幅を25psにしたRZ形式の信号光S1〜S8を波長多重して出力する。
【0019】
波長分散型光ファイバ140は、長さが1Kmであり、12.5ps/nm/Kmの波長分散特性を持っている。このため、パルス幅が25psのRZ形式の波長多重された信号光S1〜S8は、波長分散型光ファイバ140の入力端では図3に示すように位相同期しているが、波長分散型光ファイバ140の出力端では、図4に示すように位相ずれが発生している。即ち、信号光S1に対して信号光S2は12.5ps遅れ、信号光S2に対して信号光S3は12.5ps遅れ、信号光S3に対して信号光S4は12.5ps遅れ、信号光S4に対して信号光S5は12.5ps遅れ、信号光S5に対して信号光S6は12.5ps遅れ、信号光S6に対して信号光S7は12.5ps遅れ、信号光S7に対して信号光S8は12.5ps遅れている。このように位相ずれした信号光(波長多重信号光)S1〜S8が非対称マッハツェンダ型フィルタ130に入力される。
【0020】
非対称マッハツェンダ型フィルタ130は、光カプラ131と、分岐導波路132a,132bと、光カプラ133とで構成されている。このとき、分岐導波路132aと分岐導波路132bとの長さの差(アームの長さの差)は0.2mmにしている。これは、信号光S1と信号光S3の波長差2nmは、周波数差Δνでは250GHzに相当するため、分岐導波路132a,132bの屈折率をn(InP半導体導波路とするとn=3)とすると、
アームの長さの差=光速/(2×n×Δν)=0.2mmとなるからである。
【0021】
このようにアームの差を設定しているため、分岐導波路132aを通過してきた信号光S1〜S8と分岐導波路132bを通過してきた信号光S1〜S8との間に位相変化が生じ、光カプラ133にて合波した際に光干渉が生じ、非対称マッハツェンダ型フィルタ130のうち、光ファイバ160Aが接続されている出力端子からは信号光S1,S3,S5,S7が出力され、光ファイバ160Bが接続されている出力端子からは信号光S2,S4,S6,S8が出力される。つまり、信号光S1〜S8は、偶数波長の信号光S1,S3,S5,S7と、奇数波長の信号光S2,S4,S6,S8とに振り分けられる。
【0022】
非対称マッハツェンダ型フィルタ130から出力され光ファイバ160Aを伝搬する信号光S1,S3,S5,S7は、図5(a)に示すように相互に重なることはない。同様に、非対称マッハツェンダ型フィルタ130から出力され光ファイバ160Bを伝搬する信号光S2,S4,S6,S8は、図5(b)に示すように相互に重なることはない。
【0023】
波長変換器150Aには、波長が1551nmの連続光CW1が入力されると共に、信号光S1,S3,S5,S7が入力される。波長変換器150Aは、信号光S1(波長は1550nm),S3(波長は1552nm),S5(波長は1554nm),S7(波長は1556nm)の波長を、連続光CW1の波長1551nmに波長変換して出力する。図6(a)は、波長を1551nmに波長変換した信号光S1,S3,S5,S7の状態を示す。
【0024】
一方、波長変換器150Bには、波長が1550nmの連続光CW2が入力されると共に、信号光S2,S4,S6,S8が入力される。波長変換器150Bは、信号光S2(波長は1551nm),S4(波長は1553nm),S6(波長は1555nm),S8(波長は1557nm)の波長を、連続光CW2の波長1550nmに波長変換して出力する。図6(b)は、波長を1550nmに波長変換した信号光S2,S4,S6,S8の状態を示す。
【0025】
波長変換器150A,150Bとしては各種のものを採用することができるが、その具体例は後述する。
【0026】
波長が1551nmに波長変換された信号光S1,S3,S5,S7は光ファイバ180Aを伝搬し光カプラ170に入力され、波長が1550nmに波長変換された信号光S2,S4,S6,S8は光ファイバ180Bを伝搬し光カプラ170に入力され、光カプラ170にて、波長が1551nmの信号光S1,S3,S5,S7と波長が1550nmの信号光S2,S4,S6,S8とが波長多重される。
【0027】
波長多重された信号光S1,S3,S5,S7(波長が1551nm)と信号光S2,S4,S6,S8(波長が1550nm)は、出力用光ファイバ190に出力されて伝送される。このとき信号光S1,S3,S5,S7(波長が1551nm)のビットレートは40Gb/sであり、信号光S2,S4,S6,S8(波長が1550nm)のビットレートは40Gb/sである。
【0028】
このように第1の実施の形態では、8つの信号光S1〜S8を、第1の組みである信号光S1,S3,S5,S7と、第2の組みである信号光S2,S4,S6,S8とに振り分け、第1の組みである信号光S1,S3,S5,S7を波長変換器150Aにより波長変換する動作と、第2の組みである信号光S2,S4,S6,S8を波長変換器150Bにより波長変換する動作を、併行して同時に行うため、高速で波長変換することができる。つまり、1つの波長変換器を用いて波長変換するのに対して、2倍の動作速度でもって波長変換することができる。このため、波長多重される信号光の数が更に増えて、この高速波長変換装置100に入力される信号光のビットレートが上がった場合であっても、波長変換を確実に行うことができる。
【0029】
〔第2の実施の形態〕
次に本発明の第2の実施の形態にかかる高速波長変換装置100Aを、図7を参照して説明する。なお、第1の実施の形態と同様な部分については同一符号を付し重複する部分の説明は簡略化する。
【0030】
第2の実施の形態では、電界吸収型光変調器110には、パルス幅が100psのNRZ形式の信号光S1〜S16が入力されている。波長多重された信号光S1〜S16は同期しており、波長は1nmづつずれている。この信号光S1〜S16は、電界吸収型光変調器110により、パルス幅が12.5psのRZ形式の信号光S1〜S16に切り出される。
【0031】
波長分散型光ファイバ140は、長さが1Kmであり、6.25ps/nm/Kmの波長分散特性を有している。このため、パルス幅が12.5psのRZ形式の信号光S1〜S16は波長分散型光ファイバ140の出力端では位相ずれが生じ、信号光S1〜S16は12.5psづつの位相差が生じる。
【0032】
このように位相ずれした信号光S1〜S16は、非対称マッハツェンダ型フィルタ130により、信号光S1,S3,S5,S7,S9,S11,S13,S15と、信号光S2,S4,S6,S8,S10,S12,S14,S16とに振り分けられる。
【0033】
本実施の形態では、非対称マッハツェンダ型フィルタ130の後段に、2つの非対称マッハツェンダ型フィルタ130A,130Bを配置している。非対称マッハツェンダ型フィルタ130A,130Bのアームの長さの差はそれぞれ0.4mmにしている。このため、信号光S1,S3,S5,S7,S9,S11,S13,S15は、非対称マッハツェンダ型フィルタ130Aにより、信号光S1,S5,S9,S13と信号光S3,S7,S11,S15とに振り分けられる。また信号光S2,S4,S6,S8,S10,S12,S14,S16は、非対称マッハツェンダ型フィルタ130Bにより、信号光S2,S6,S10,S14と信号光S4,S8,S12,S16とに振り分けられる。
【0034】
波長変換器150Cには、波長がλ1の連続光CW3と信号光S1,S5,S9,S13とが入力される。このため、信号光S1,S5,S9,S13は、波長がλ1の信号光S1,S5,S9,S13に波長変換される。
【0035】
波長変換器150Dには、波長がλ2の連続光CW4と信号光S3,S7,S11,S15とが入力される。このため、信号光S3,S7,S11,S15は、波長がλ2の信号光S3,S7,S11,S15に波長変換される。
【0036】
波長変換器150Eには、波長がλ3の連続光CW5と信号光S2,S6,S10,S14とが入力される。このため、信号光S2,S6,S10,S14は、波長がλ3の信号光S2,S6,S10,S14に波長変換される。
【0037】
波長変換器150Fには、波長がλ4の連続光CW6と信号光S4,S8,S12,S16とが入力される。このため、信号光S4,S8,S12,S16は、波長がλ4の信号光S4,S8,S12,S16に波長変換される。
【0038】
波長がλ1の信号光S1,S5,S9,S13と、波長がλ2の信号光S3,S7,S11,S15と、波長がλ3の信号光S2,S6,S10,S14と、波長がλ4の信号光S4,S8,S12,S16は、光ファイバ180C,180D,180E,180Fを介して伝送され、光カプラ170Aにて波長多重されて、出力用光ファイバ190に出力される。
【0039】
第2の実施の形態では、4台の波長変換器150C,150D,150E,150Fにより併行して同時に波長変換するため、高速で波長変換することができる。つまり、1つの波長変換器を用いて波長変換するのに対して、4倍の動作速度でもって波長変換することができる
【0040】
なお、入力用光ファイバ120を介して入力される信号光の数が更に増加した場合には、非対称マッハツェンダ型フィルタを更に多段に配置して、信号光を振り分ける組みを多くし、各組み毎に波長変換を同時に行うようにすれば、波長多重信号数が増加しても、高速で波長変換することができる。
【0041】
また、信号光を振り分ける振り分け手段としては、非対称マッハツェンダ型フィルタに限らず、アレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed-Waveguide-Grating ) などを用いることもできる。
【0042】
〔波長変換器の各種具体例〕
ここで波長変換器150A〜150Fとして採用することができる波長変換器の具体的構成例を、以下に説明する。
【0043】
図8に示す波長変換器200は、波長変換器150A〜150Fとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器200は、相互利得変調(XGM:Cross Gain Modulation )式の波長変換器であり、半導体光アンプ201とフィルタ202とを主要部材として構成されている。この波長変換器200では、半導体光アンプ201に波長λpのポンプ光Spを入力して半導体光アンプ201を飽和状態にしておく。このとき波長λsの信号光Sを入力すると、信号光Sの強度が強いときにポンプ光Spの波長λpにおける増幅度が低下する。フィルタ202により信号光Sをカットすると、出力には、信号光Sの波形を反転した波形で波長がλpの変換信号光Shが得られる。
【0044】
図9に示す波長変換器300は、波長変換器150A〜150Fとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器300は、相互位相変調(XPM:Cross Phase Modulation)式の波長変換器であり、半導体光アンプ301,302と光カプラ303,304,305,306を主要部材として構成されている。
【0045】
このXPM式の波長変換器300では、半導体光アンプ301,302に光を入力すると屈折率が変化し、その光学長が変化することを利用したものである。即ち、波長λpのポンプ光Spを2つの半導体光アンプ301,302に入力する。一方、反対側から半導体光アンプ301にのみ、波長がλsの信号光Sを入力する。このとき、信号光Sの光強度が強いと半導体光アンプ301の屈折率が変化し、半導体光アンプ301側においてポンプ光Spの位相が変化する。半導体光アンプ301と半導体光アンプ302とで位相が異なるため、半導体光アンプ301を通ってきたポンプ光Spと半導体光アンプ302を通ってきたポンプ光Spを、出力端において光カプラ306で結合すると、位相変化が強度変化となって現れる。したがって出力端では、信号光Sと同じ波形で波長がλpとなった変換信号光Shが出力される。
【0046】
図10に示す波長変換器400は、波長変換器150A〜150Fとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器400は、ループ型干渉回路を有しており、位相変化のキャリア変化の回復時間の速度に制限される領域をキャンセルアウトすることにより、キャリア変化の回復時間の速度に制限されることなく高速波長変換をするものである。すなわち、一般に波長変換素子の変換信号光は立ち上がり時間が数ps程度と高速であるのに対して、立ち下がり時間が数10psと遅い傾向にある。これはキャリア寿命に律速されるためである。そこで、RZ信号を用い、且つ、図10のようなループ型の構成を取り、右回りの変換信号光と、左回りの変換信号光を合波・干渉させて、最終的な変換信号光を得ることで、高速な波長変換を実現する。右回りの信号光と左回りの信号光は、光路長を変えることで、わずかな時間差(例えば10ps)をもって合波部分に到着する。例えば右回りの変換信号光が先に到着する場合、左回りはまだ到着していないため、最終的な変換信号光は右回りの変換信号光に等しく、高速(数ps)で立ち上がる。また立ち下がり時には左回りの変換信号光が到着するため、右回りと左回りで位相を打ち消し合うことができる(キャンセルアウト効果)。この効果によって、本来は数10psと遅い立ち下がり時間を数psにまで速めることができる。
なお、図10,図12に示す波長変換器400,500は、発明の名称「光制御素子」として、本願出願人が既に出願(特願2000−286601号)したものである。
【0047】
図10に示す波長変換器400は、フィルタ付き位相変調器415(図中破線で囲んで示すブロック)と、ループ型干渉回路413と、マルチモード干渉カプラ405を主要部材として構成されており、フィルタ付き位相調整器415は、半導体光増幅器401,402及びマルチモード干渉カプラ403,404により構成されている。
【0048】
この波長変換器400では、マルチモード干渉カプラ405に波長λjの連続光407がポート412に入射され、マルチモード干渉カプラ405で二つに分かれ、ループ型干渉回路413へと導かれる。ループ型干渉回路413では、右回りの光409と左回りの光408に別れてループを一周し、フィルタ付き位相変調器415を経て再びマルチモード干渉カプラ405で合波されポート412に出射される。この状態で、波長λiの信号光406が、ポート417より、フィルタ付き位相変調器415へ入射される。
【0049】
この例では、フィルタ機能として、マルチモード干渉カプラ403,404が、半導体光増幅器401,402を含んだ2つの導波路(アーム)で結ばれた対称型マッハツェンダ回路を用いている。一般に対称マッハツェンダ回路では、入射した光は、カプラ内で分波され、それぞれ2つの導波路(アーム)を通り、再びカプラで合波され、入射ポートとクロスの位置にある出射ポートに出力される。本実施例のフィルタ機能は、マッハツェンダ回路の上記性質を利用している。
【0050】
波長λiの信号光406をポート417よりマルチモード干渉カプラ403に入射させる。入射された信号光406は、二つに分かれて半導体光増幅器401,402を通過し、マルチモード干渉カプラ404で合波されて、入射ポート417とクロスの位置にあるポート414へ抜ける。即ち、この入力信号光406は、マッハツェンダ回路によるフィルタ機能により、ループ型干渉回路413内に入ることはない。
【0051】
ループ内を左回りに伝搬する波長λjの連続光407である被変換光は、ポート418からマルチモード干渉カプラ404に入射し、2つに別れて半導体光増幅器401,402を通過し、マルチモード干渉カプラ403で合波されて、入射ポート418とクロスの位置にあるポート416に導かれ、再びループ内を伝搬する。このとき、ポート417に出射される成分は存在しないため過剰損失は生じない。
【0052】
同様に右回りに伝搬する波長λjの連続光407である被変換光は、ポート416からマルチモード干渉カプラ403に入射し、2つに別れて半導体光増幅器401,402を通過し、マルチモード干渉カプラ404で合波されて、入射ポート416とクロスの位置にあるポート418に導かれ、再びループ内を伝搬する。このときポート414に出射される成分は存在しないため過剰損失は生じない。即ち、ループ内を伝搬する波長λjの連続光407である被変換光は、信号光を合波するためのカプラ403,404を通過することにより生じる過剰損失が原理的に生じることはない。
【0053】
上記入力信号光406が半導体光増幅器401,402内を通過する際、半導体光増幅器401,402内の屈折率が変化する。一方、ループ内を導波している波長λjの光は、前記半導体光増幅器401,402内の屈折率変化の影響を受け、図11(a)に示すように位相変化を起こす。即ち、右回りの光409は、急峻に位相変化を起こし、その後半導体光増幅器のキャリア変化の回復時間の速度に応じた時間で元の位相に戻り、マルチモード干渉カプラ405に入射する。左回りの光408も同様の位相変化を受けるが、右回りの光に比べて、ループ型干渉回路を伝播する距離が長いため、Δτだけ時間が遅れてマルチモード干渉カプラ405へ入射する。
【0054】
マルチモード干渉カプラ405中では、右回り、左回りの光の位相変化が起きる時間が、Δτの間だけずれることになる。このΔτの間だけ、図11(b)に示すように、干渉効果により、波長λjの光は、ポート411に出射されることとなる。即ち、入力した波長λiの信号光が、波長λjの光へ移され、ポート411に出力されるわけである。
【0055】
このループ型干渉回路を有する波長変換器400では、位相変化のキャリア変化の回復時間の速度に制限される領域がキャンセルアウトされ、その制限を受けず、高速波長変換が可能となる。
【0056】
この例では、入力光406が、ポート414に抜け、ポート411に出力されることはない。即ち、入力光と出力光を分離するために、出力ポートに波長フィルタを設置する必要がない。従って、信号光の波長λiと被波長変換光の波長λjが同一の時においても、ポート411に波長が変換された出力光に雑音が混じる事なく波長変換が可能である。
【0057】
また、左回りに伝搬する波長λjの連続光407である被変換光は、ポート418からポート416に導かれ、右回りに伝搬する被変換光は、ポート416、ポート418に導かれ、過剰損失は生じない。従って、信号光と被変換光の波長が同一か否かを問わず、フィルタが不要で低損失の高速波長変換が可能となる。
【0058】
図12に示す波長変換器500は、波長変換器150A〜150Fとして採用することができる波長変換器の一例である。この波長変換器500は、図10に示す波長変換器400において採用していたループ型干渉回路413の代わりに、非対称マッハツェンダ干渉回路507を用いた波長変換器である。
【0059】
この波長変換回路500は、半導体光増幅器501,502とマルチモード干渉カプラ503,504から構成されるフィルタ付き位相変調器528と、マルチモード干渉カプラ505,506及び長さが異なる2本の導波路から構成される非対称マッハツェンダ干渉回路507を主要部材として構成されている。
【0060】
この波長変換器500では、マルチモード干渉カプラ503に波長λjの連続光511がポート514より入射され、マルチモード干渉カプラ503で2つに分かれ、半導体光増幅器501,502を通り、マルチモード干渉カプラ504で合流しポート517へ出射され、非対称マッハツェンダ干渉回路507を経て、ポート508へ出力される。
【0061】
この状態で、波長λiの信号光510をポート515よりマルチモード干渉カプラ503に入射させる。入射された信号光510は、二つに分かれて半導体光増幅器501,502を通過し、マルチモード干渉カプラ504で合波されて、ポート516へ抜ける。このとき、フィルタ機能により、入力信号光が、後段の非対称マッハツェンダ回路507へは入射しないのは、図10に示す波長変換器400と同様である。
【0062】
上記入力信号光510が半導体光増幅器501,502内を通過する際、半導体光増幅器501,502内の屈折率が変化する。フィルタ付き位相変調器528内を導波している波長λjの光は、屈折率変化の影響を受け位相が変調され、ポート517を経由して、非対称マッハツェンダ干渉回路507へ入射する。
【0063】
位相変調を受けた波長λjの光は、2本の長さが異なる導波路を通過し、長い導波路を通過する光は、短い導波路を通過する光に比べてΔτだけ遅れてマルチモード干渉カプラ506に入射し合波される。
このとき、図11(a)と同様に導波路伝播時間の差Δτだけ時間がずれた位相変調光の干渉が起こり、位相差が生じるときだけ、図11(b)と同様に、干渉効果により、波長λjの光513がポート509に出射されることとなる。
【0064】
この非対称マッハツェンダ干渉回路507を有する波長変換器500では、位相変化のキャリア変化の回復時間の速度に制限される領域がキャンセルアウトされ、その制限を受けず、高速波長変換が可能となる。
【0065】
この例では、入力光510はポート516に抜け、非対称マッハツェンダ回路507に入射することはない。即ち、入力光と出力光を分離するために、出力ポートに波長フィルタを設置する必要がない。従って、信号光の波長λiと被波長変換光の波長λjが同一の時においても、半導体光増幅器内の屈折率変化を与えた後の信号光が被波長変換光の雑音となることはなく、波長変換が可能である。
【0066】
波長λjの連続光511である被変換光は、ポート514からマルチモード干渉カプラ503に入射し、2つに別れて半導体光増幅器501,502を通過し、マルチモード干渉カプラ504で合波されて、入射ポート511とクロスの位置にあるポート517に導かれ、ポート516に出射される成分は存在しないため過剰損失は生じない。従って、信号光、被変換光の波長が同一か否かを問わず、フィルタが不要で低損失の高速波長変換が可能となる。
【0067】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明では、波長変換される信号光の数が増えて波長変換するビットレートが増加しても、高速で波長変換をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる高速波長変換装置を示す構成図。
【図2】第1の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図3】第1の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図4】第1の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図5】第1の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図6】第1の実施の形態における信号状態を示す波形図。
【図7】本発明の第2の実施の形態にかかる高速波長変換装置を示す構成図。
【図8】波長変換器の一例を示す構成図。
【図9】波長変換器の一例を示す構成図。
【図10】波長変換器の一例を示す構成図。
【図11】図10に示す波長変換器の動作を示す特性図。
【図12】波長変換器の一例を示す構成図。
【図13】光伝送システムを示す構成図。
【図14】従来の波長変換装置を示す構成図。
【符号の説明】
100 、100A 高速波長変換装置
120 入力用光ファイバ
130,130A,130B 非対称マッハツェンダ型フィルタ
140 波長分散型光ファイバ
150 A,150B,150D,150E,150F 波長変換器
160A,160B 光ファイバ
170,170A 光カプラ
180A,180B,180C,180D 光ファイバ
190 出力用光ファイバ
200,300,400 波長変換器
S1〜S16 信号光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed wavelength converter, and is useful when applied to optical systems such as optical communication, optical switching, and optical information processing using wavelength multiplexing.
[0002]
[Prior art]
Usually, the optical transmission system has a hierarchical structure as shown in FIG. In FIG. 13, 1001 to 1008 are end users, 1009 and 1010 are local networks, and 1011 is an upper network that accommodates a plurality of local networks. Generally, in a local network, the transmission band required by each user is about 10 Gb / s.
[0003]
By the way, the optical transmission system has been developed around the 1.55 micron band with the development of an erbium doped optical fiber amplifier (effective band 1530 to 1560 nm: generically referred to as 1.55 micron band). For example, when wavelength multiplexed signal light is assumed, for example, if wavelength multiplexing is performed at intervals of 1 nm, it means that only about 30 wavelengths can be used. That is, a total throughput of 10 Gb / s × 30 = 300 Gb / s can be expected in the local network.
[0004]
By the way, the upper network accommodates a plurality of, for example, four user networks. Even in the upper network, usable wavelengths are not changed from about 30 wavelengths, and in order to avoid congestion, it is necessary to increase the transmission band to 40 Gb / s in the upper network, for example.
[0005]
FIG. 14 shows a 10 Gb / s NRZ (non-return-to-zero) NRZ signal light converted to RZ (return-to-zero) sig- nal signal light and wavelength-converted. An optical transmission system developed earlier in order to expand the transmission band to 40 Gb / s is shown.
[0006]
In FIG. 14, 2001 to 2004 are 10 Gb / s signal lights having four wavelengths of λ1, λ2, λ3, and λ4, 2005 is an input optical fiber, and 2006 is an absorption as a collective cutting circuit (collective gate circuit), for example. Type optical modulators, 2007-2010 are 10 Gb / s signal light cut out by the batch cut-out circuit 2006 and narrowed in pulse width, 2011 is a wavelength rearrangement circuit, 2012-2015 are λ1, by the wavelength rearrangement circuit 2011, 10 Gb / s signal light shifted so that the pulses of λ2, λ3, and λ4 do not overlap, 2016 is a wavelength converter, 2017 is an output optical fiber, and 2018 is 40 Gb / s signal light.
[0007]
In the figure, signal lights 2001 to 2004 have a pulse width of 100 ps and are wavelength-multiplexed and transmitted. This is cut out by a collective cut-out circuit 2006 to obtain signal lights 2007 to 2010 having a pulse width of 25 ps or less. The signal lights 2007 to 2010 are rearranged in time series (shifted in phase) by the wavelength rearrangement circuit 2011 so that the respective pulses do not overlap with each other to become signal lights 2012 to 2015, and the shifted signal lights 2012 to 2015. Is input to the wavelength converter 2016. At this time, different wavelengths are input to the wavelength converter 2016 every other bit, and the wavelength converter 2016 converts all of them to the same wavelength. This enables wavelength conversion to 40 Gb / s · one wavelength signal light 2018.
[0008]
Although only the absorption type optical modulator has been described as the collective cut-out circuit 2006, a so-called gate circuit that can turn on / off the output of signal light, such as an interference type optical modulator, an optical amplifier, an optical switch, or the like. Anything can be used as long as it is.
[0009]
As the wavelength rearrangement circuit 2011, for example, an optical fiber having chromatic dispersion is used. In general, since an optical fiber has a different propagation speed depending on a wavelength, by setting the optical fiber length to an optimum state, each bit can be shifted so as not to overlap as in the signal light 2012-2015. For example, the signal light 2013 may be shifted by 25 ps, the signal light 2014 by 50 ps, and the signal light 2015 by 75 ps with respect to the signal light 2012.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In general, a wavelength converter has an upper limit on the speed of wavelength conversion operation, and wavelength conversion cannot be performed for signal light exceeding a predetermined bit rate. This is because the operating speed of wavelength conversion is regulated by the carrier lifetime at the time of wavelength conversion.
For this reason, when the number of wavelength-multiplexed signal light further increases and the bit rate of the signal light input to the wavelength converter increases, a problem that wavelength conversion becomes impossible is expected.
[0011]
An object of the present invention is to provide a high-speed wavelength conversion device that can perform wavelength conversion at high speed when the number of wavelength-multiplexed signal lights increases.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In the configuration of the present invention that solves the above problems, when a plurality of NRZ signal lights having different wavelengths are input in a wavelength-multiplexed state, the signal lights are cut out and converted into RZ signal lights for output. An optical modulator to
  A chromatic dispersion optical fiber having chromatic dispersion characteristics, which transmits a plurality of RZ-format signal lights output from the optical modulator;
  Depending on the wavelength, a plurality of signal lights whose phases are shifted by transmitting the wavelength dispersion type optical fibern (where n is an integer greater than or equal to 2)A sorting means for sorting and outputting to a plurality of sets;
  A plurality of wavelength converters for outputting the same signal light with the same wavelength by wavelength-converting the distributed signal light for each set;
  There is an optical coupler that wavelength-multiplexes each set of signal light output from each wavelength converter and outputs the wavelength-multiplexed signal light.And
  The distributing means is configured to prevent the signal light in each set from overlapping each other and the bit rate of each set to be equal to the wavelength of the signal light of the wavelength multiplexed signal input to the optical modulator. It is a means of distributing so that the bit rate is 1 / n of the total bit rate.It is characterized by that.
[0013]
In the configuration of the invention, the sorting means is an asymmetric Mach-Zehnder type filter or an arrayed waveguide diffraction grating.
[0014]
Further, according to the configuration of the invention, the distribution unit includes a plurality of subsequent stages that distribute the signal light divided into two sets by the first-stage asymmetric Mach-Zehnder filter and the first-stage asymmetric Mach-Zehnder filter. The asymmetric Mach-Zehnder type filter is used.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0016]
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a high-speed wavelength conversion device 100 according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, an input optical fiber 120 is connected to the input end face of the electroabsorption optical modulator 110, and the output end face of the electroabsorption optical modulator 110 and the input end face of the asymmetric Mach-Zehnder filter 130 are They are connected by a wavelength dispersion type optical fiber 140. The two output end faces of the asymmetric Mach-Zehnder filter 130 and the two wavelength converters 150A and 150B are independently connected by optical fibers 160A and 160B. The output end faces of the wavelength converters 150A and 150B and the two input end faces of the optical coupler 170 are independently connected by optical fibers 180A and 180B. An output optical fiber 190 is connected to the output end face of the optical coupler 170.
[0017]
To the electroabsorption optical modulator 110, eight signal lights S1 to S8 are wavelength-multiplexed through the input optical fiber 120 and transmitted as wavelength division multiplexed signal light (WDM: Wavelength Division Multiplexing signal light). come. The signal lights S1 to S8 are NRZ type signal lights having a pulse width of 100 ps as shown in FIG. 2, the phases of the signal lights S1 to S8 are synchronized, and the bit rates of the signal lights S1 to S8 are 10 Gb. / S. The wavelength of the signal light S1 is 1550 nm, the wavelength of the signal light S2 is 1551 nm, the wavelength of the signal light S3 is 1552 nm, the wavelength of the signal light S4 is 1553 nm, the wavelength of the signal light S5 is 1554 nm, the wavelength of the signal light S6 is 1555 nm, The wavelength of the light S7 is 1556 nm, and the wavelength of the signal light S8 is 1557 nm. In FIG. 2, the signal waveforms of the signal light beams S1 to S8 (arrangement of 1s and 0s) are the same for easy understanding, but in reality, they are often different.
[0018]
A sine wave voltage V having a negative potential of 10 GHz is input to the electroabsorption optical modulator 110. This electroabsorption optical modulator 110 is a period in which the voltage value of the sine wave voltage V is smaller than a preset negative voltage value (the voltage value of the sine wave voltage V is a negative potential and its absolute value is a set negative voltage). And has a characteristic of allowing signal light to pass in a period smaller than the absolute value). Therefore, by adjusting the voltage value and phase of the sine wave voltage V, the electroabsorption optical modulator 110 cuts out the signal light S1 to S8 in the NRZ format and sets the pulse width as shown in FIG. 3 to 25 ps. RZ format signal lights S1 to S8 are wavelength-multiplexed and output.
[0019]
The wavelength dispersion type optical fiber 140 is 1 km in length and has a wavelength dispersion characteristic of 12.5 ps / nm / Km. For this reason, the wavelength-division-multiplexed signal lights S1 to S8 having a pulse width of 25 ps are phase-synchronized as shown in FIG. At the output terminal 140, a phase shift occurs as shown in FIG. That is, the signal light S2 is delayed by 12.5 ps with respect to the signal light S1, the signal light S3 is delayed by 12.5 ps with respect to the signal light S2, the signal light S4 is delayed by 12.5 ps with respect to the signal light S3, and the signal light S4 The signal light S5 is delayed by 12.5 ps, the signal light S6 is delayed by 12.5 ps with respect to the signal light S5, the signal light S7 is delayed by 12.5 ps with respect to the signal light S6, and the signal light with respect to the signal light S7. S8 is delayed by 12.5 ps. The signal lights (wavelength multiplexed signal lights) S <b> 1 to S <b> 8 thus shifted in phase are input to the asymmetric Mach-Zehnder filter 130.
[0020]
The asymmetric Mach-Zehnder filter 130 includes an optical coupler 131, branch waveguides 132 a and 132 b, and an optical coupler 133. At this time, the difference in length between the branch waveguide 132a and the branch waveguide 132b (difference in arm length) is set to 0.2 mm. This is because the wavelength difference 2 nm between the signal light S1 and the signal light S3 corresponds to 250 GHz in the frequency difference Δν, and therefore the refractive index of the branching waveguides 132a and 132b is n (n = 3 when an InP semiconductor waveguide is used). ,
This is because the difference in arm length = light speed / (2 × n × Δν) = 0.2 mm.
[0021]
  Since the arm difference is set in this way, a phase change occurs between the signal lights S1 to S8 that have passed through the branching waveguide 132a and the signal lights S1 to S8 that have passed through the branching waveguide 132b. When the coupler 133 multiplexes the optical interference, the signal light S1, S3, S5, S7 is output from the output terminal of the asymmetric Mach-Zehnder filter 130 to which the optical fiber 160A is connected, and the optical fiber 160B. From the output terminal connected to the signal light S2,S4, S6, S8 are output. That is, the signal lights S1 to S8 are distributed into even-numbered signal lights S1, S3, S5, and S7 and odd-numbered signal lights S2, S4, S6, and S8.
[0022]
The signal lights S1, S3, S5 and S7 output from the asymmetric Mach-Zehnder filter 130 and propagating through the optical fiber 160A do not overlap each other as shown in FIG. Similarly, the signal lights S2, S4, S6, and S8 output from the asymmetric Mach-Zehnder filter 130 and propagating through the optical fiber 160B do not overlap each other as shown in FIG.
[0023]
The wavelength converter 150A receives continuous light CW1 having a wavelength of 1551 nm and signal lights S1, S3, S5, and S7. The wavelength converter 150A converts the wavelengths of the signal light S1 (wavelength is 1550 nm), S3 (wavelength is 1552 nm), S5 (wavelength is 1554 nm), and S7 (wavelength is 1556 nm) into the wavelength 1551 nm of the continuous light CW1. Output. FIG. 6A shows the states of the signal lights S1, S3, S5, and S7 whose wavelengths have been converted to 1551 nm.
[0024]
On the other hand, continuous light CW2 having a wavelength of 1550 nm is input to the wavelength converter 150B, and signal light S2, S4, S6, and S8 are input. The wavelength converter 150B converts the wavelengths of the signal light S2 (wavelength is 1551 nm), S4 (wavelength is 1553 nm), S6 (wavelength is 1555 nm), and S8 (wavelength is 1557 nm) into the wavelength 1550 nm of the continuous light CW2. Output. FIG. 6B shows the state of the signal lights S2, S4, S6, and S8 whose wavelength has been converted to 1550 nm.
[0025]
Various types of wavelength converters 150A and 150B can be employed, and specific examples thereof will be described later.
[0026]
The signal lights S1, S3, S5, and S7 whose wavelengths have been converted to 1551 nm propagate through the optical fiber 180A and are input to the optical coupler 170, and the signal lights S2, S4, S6, and S8 whose wavelengths have been converted to 1550 nm are optical signals. The optical signal propagates through the fiber 180B and is input to the optical coupler 170. The optical coupler 170 wavelength-multiplexes the signal lights S1, S3, S5, and S7 having a wavelength of 1551 nm and the signal lights S2, S4, S6, and S8 having a wavelength of 1550 nm. The
[0027]
The wavelength-multiplexed signal lights S1, S3, S5 and S7 (wavelength is 1551 nm) and signal lights S2, S4, S6 and S8 (wavelength is 1550 nm) are output to the output optical fiber 190 and transmitted. At this time, the bit rate of the signal lights S1, S3, S5 and S7 (wavelength is 1551 nm) is 40 Gb / s, and the bit rate of the signal lights S2, S4, S6 and S8 (wavelength is 1550 nm) is 40 Gb / s.
[0028]
As described above, in the first embodiment, the eight signal lights S1 to S8 are divided into the first set of signal lights S1, S3, S5, and S7 and the second set of signal lights S2, S4, and S6. , S8, wavelength conversion of the first set of signal lights S1, S3, S5, and S7 by the wavelength converter 150A, and the second set of signal lights S2, S4, S6, and S8 as wavelengths. Since the wavelength conversion by the converter 150B is performed simultaneously in parallel, wavelength conversion can be performed at high speed. That is, wavelength conversion can be performed at twice the operating speed as compared with wavelength conversion using one wavelength converter. For this reason, even when the number of wavelength-multiplexed signal lights is further increased and the bit rate of the signal light input to the high-speed wavelength conversion device 100 is increased, the wavelength conversion can be reliably performed.
[0029]
[Second Embodiment]
Next, a high-speed wavelength conversion device 100A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping parts is simplified.
[0030]
In the second embodiment, the electroabsorption optical modulator 110 receives NRZ-format signal lights S1 to S16 having a pulse width of 100 ps. The wavelength-multiplexed signal lights S1 to S16 are synchronized, and the wavelengths are shifted by 1 nm. The signal lights S1 to S16 are cut out by the electroabsorption optical modulator 110 into RZ format signal lights S1 to S16 having a pulse width of 12.5 ps.
[0031]
The wavelength dispersion type optical fiber 140 has a length of 1 km and has a wavelength dispersion characteristic of 6.25 ps / nm / km. For this reason, the RZ-format signal lights S1 to S16 having a pulse width of 12.5 ps have a phase shift at the output end of the wavelength dispersion optical fiber 140, and the signal lights S1 to S16 have a phase difference of 12.5 ps.
[0032]
The phase-shifted signal lights S1 to S16 are transmitted by the asymmetric Mach-Zehnder filter 130 to the signal lights S1, S3, S5, S7, S9, S11, S13, S15 and the signal lights S2, S4, S6, S8, S10. , S12, S14, and S16.
[0033]
In the present embodiment, two asymmetric Mach-Zehnder filters 130A and 130B are arranged after the asymmetric Mach-Zehnder filter 130. The difference in arm length between the asymmetric Mach-Zehnder filters 130A and 130B is set to 0.4 mm. For this reason, the signal lights S1, S3, S5, S7, S9, S11, S13, and S15 are converted into the signal lights S1, S5, S9, and S13 and the signal lights S3, S7, S11, and S15 by the asymmetric Mach-Zehnder filter 130A. Sorted. The signal lights S2, S4, S6, S8, S10, S12, S14, and S16 are distributed to the signal lights S2, S6, S10, and S14 and the signal lights S4, S8, S12, and S16 by the asymmetric Mach-Zehnder filter 130B. .
[0034]
A continuous light CW3 having a wavelength of λ1 and signal lights S1, S5, S9, and S13 are input to the wavelength converter 150C. For this reason, the signal lights S1, S5, S9, and S13 are wavelength-converted into signal lights S1, S5, S9, and S13 having a wavelength of λ1.
[0035]
A continuous light CW4 having a wavelength of λ2 and signal lights S3, S7, S11, and S15 are input to the wavelength converter 150D. For this reason, the signal lights S3, S7, S11, and S15 are wavelength-converted into signal lights S3, S7, S11, and S15 having a wavelength of λ2.
[0036]
The wavelength converter 150E receives continuous light CW5 having a wavelength of λ3 and signal lights S2, S6, S10, and S14. For this reason, the signal lights S2, S6, S10, and S14 are wavelength-converted into signal lights S2, S6, S10, and S14 having a wavelength of λ3.
[0037]
The wavelength converter 150F receives continuous light CW6 having a wavelength of λ4 and signal lights S4, S8, S12, and S16. For this reason, the signal lights S4, S8, S12, and S16 are wavelength-converted into signal lights S4, S8, S12, and S16 having a wavelength of λ4.
[0038]
Signal light S1, S5, S9, S13 with wavelength λ1, signal light S3, S7, S11, S15 with wavelength λ2, signal light S2, S6, S10, S14 with wavelength λ3, and signal with wavelength λ4 The lights S4, S8, S12, and S16 are transmitted through the optical fibers 180C, 180D, 180E, and 180F, wavelength-multiplexed by the optical coupler 170A, and output to the output optical fiber 190.
[0039]
In the second embodiment, wavelength conversion can be performed at high speed because the wavelength conversion is performed simultaneously by the four wavelength converters 150C, 150D, 150E, and 150F. In other words, wavelength conversion can be performed at four times the operating speed compared to wavelength conversion using a single wavelength converter.
[0040]
When the number of signal lights input via the input optical fiber 120 further increases, asymmetric Mach-Zehnder type filters are arranged in more stages to increase the number of combinations for distributing the signal light. If wavelength conversion is performed simultaneously, wavelength conversion can be performed at high speed even if the number of wavelength multiplexed signals increases.
[0041]
The signal light distribution means is not limited to an asymmetric Mach-Zehnder filter, and an arrayed waveguide diffraction grating (AWG) or the like can also be used.
[0042]
[Various examples of wavelength converter]
Here, a specific configuration example of the wavelength converter that can be employed as the wavelength converters 150A to 150F will be described below.
[0043]
A wavelength converter 200 illustrated in FIG. 8 is an example of a wavelength converter that can be employed as the wavelength converters 150A to 150F. The wavelength converter 200 is a cross gain modulation (XGM) type wavelength converter, and includes a semiconductor optical amplifier 201 and a filter 202 as main members. In this wavelength converter 200, the pump light Sp having the wavelength λp is input to the semiconductor optical amplifier 201 to keep the semiconductor optical amplifier 201 in a saturated state. At this time, when the signal light S having the wavelength λs is input, the amplification degree of the pump light Sp at the wavelength λp decreases when the intensity of the signal light S is strong. When the signal light S is cut by the filter 202, the converted signal light Sh having a waveform obtained by inverting the waveform of the signal light S and having a wavelength of λp is obtained as an output.
[0044]
A wavelength converter 300 illustrated in FIG. 9 is an example of a wavelength converter that can be employed as the wavelength converters 150A to 150F. This wavelength converter 300 is a cross phase modulation (XPM) type wavelength converter, and is composed mainly of semiconductor optical amplifiers 301 and 302 and optical couplers 303, 304, 305 and 306.
[0045]
The XPM wavelength converter 300 utilizes the fact that the refractive index changes when the light is input to the semiconductor optical amplifiers 301 and 302, and the optical length thereof changes. That is, the pump light Sp having the wavelength λp is input to the two semiconductor optical amplifiers 301 and 302. On the other hand, the signal light S having a wavelength of λs is input only to the semiconductor optical amplifier 301 from the opposite side. At this time, if the light intensity of the signal light S is strong, the refractive index of the semiconductor optical amplifier 301 changes, and the phase of the pump light Sp changes on the semiconductor optical amplifier 301 side. Since the phases of the semiconductor optical amplifier 301 and the semiconductor optical amplifier 302 are different, when the pump light Sp that has passed through the semiconductor optical amplifier 301 and the pump light Sp that has passed through the semiconductor optical amplifier 302 are coupled by an optical coupler 306 at the output end. A phase change appears as an intensity change. Therefore, the converted signal light Sh having the same waveform as that of the signal light S and the wavelength of λp is output at the output end.
[0046]
A wavelength converter 400 illustrated in FIG. 10 is an example of a wavelength converter that can be employed as the wavelength converters 150A to 150F. This wavelength converter 400 has a loop type interference circuit, and is limited to the speed of the carrier change recovery time by canceling out the region limited to the speed of the carrier change recovery time of the phase change. It performs high-speed wavelength conversion without any problems. That is, the conversion signal light of the wavelength conversion element generally has a rise time as high as several ps, whereas the fall time tends to be as slow as several tens ps. This is because the rate is limited by the carrier lifetime. Therefore, the RZ signal is used and a loop type configuration as shown in FIG. 10 is adopted, and the final converted signal light is combined by interfering with the clockwise converted signal light and the counterclockwise converted signal light. By obtaining this, high-speed wavelength conversion is realized. The clockwise signal light and the counterclockwise signal light arrive at the combined portion with a slight time difference (for example, 10 ps) by changing the optical path length. For example, when the clockwise converted signal light arrives first, since the counterclockwise has not yet arrived, the final converted signal light is equal to the clockwise converted signal light and rises at a high speed (several ps). Further, since the counterclockwise converted signal light arrives at the fall, it is possible to cancel the phase in the clockwise direction and the counterclockwise direction (cancellation effect). By this effect, the fall time, which is originally several tens ps, can be accelerated to several ps.
The wavelength converters 400 and 500 shown in FIGS. 10 and 12 have already been filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 2000-286601) as the name of the invention “light control element”.
[0047]
A wavelength converter 400 shown in FIG. 10 includes a phase modulator with a filter 415 (a block surrounded by a broken line in the drawing), a loop interference circuit 413, and a multimode interference coupler 405 as main members. The attached phase adjuster 415 includes semiconductor optical amplifiers 401 and 402 and multimode interference couplers 403 and 404.
[0048]
In this wavelength converter 400, continuous light 407 having a wavelength λj is incident on the multimode interference coupler 405 at the port 412, divided into two by the multimode interference coupler 405, and guided to the loop interference circuit 413. In the loop type interference circuit 413, the loop is divided into clockwise light 409 and counterclockwise light 408, goes around the loop, passes through the phase modulator with filter 415, and is combined again by the multimode interference coupler 405 and is output to the port 412. . In this state, the signal light 406 having the wavelength λi enters the phase modulator 415 with a filter from the port 417.
[0049]
In this example, as a filter function, a multi-mode interference coupler 403, 404 uses a symmetric Mach-Zehnder circuit in which two waveguides (arms) including semiconductor optical amplifiers 401, 402 are connected. In general, in a symmetric Mach-Zehnder circuit, incident light is demultiplexed in the coupler, passes through two waveguides (arms), is multiplexed again by the coupler, and is output to the exit port at the position of the entrance port and the cross. . The filter function of the present embodiment utilizes the above-described property of the Mach-Zehnder circuit.
[0050]
The signal light 406 having the wavelength λi is incident on the multimode interference coupler 403 from the port 417. The incident signal light 406 is divided into two, passes through the semiconductor optical amplifiers 401 and 402, is combined by the multimode interference coupler 404, and exits to the port 414 at a position crossing the incident port 417. That is, the input signal light 406 does not enter the loop interference circuit 413 due to the filter function of the Mach-Zehnder circuit.
[0051]
The converted light, which is continuous light 407 of wavelength λj propagating counterclockwise in the loop, enters the multimode interference coupler 404 from the port 418, passes through the semiconductor optical amplifiers 401 and 402 in two, and passes through the multimode. The signal is combined by the interference coupler 403, guided to the port 416 at the position crossing the incident port 418, and propagates in the loop again. At this time, since there is no component emitted to the port 417, excess loss does not occur.
[0052]
Similarly, the converted light, which is continuous light 407 of wavelength λj that propagates clockwise, enters the multimode interference coupler 403 from the port 416, passes through the semiconductor optical amplifiers 401 and 402 in two parts, and multimode interference. The signal is combined by the coupler 404 and guided to the port 418 at the position crossing the incident port 416 and propagates in the loop again. At this time, since there is no component emitted to the port 414, no excessive loss occurs. In other words, the converted light, which is the continuous light 407 of wavelength λj propagating in the loop, does not in principle generate excessive loss caused by passing through the couplers 403 and 404 for multiplexing the signal light.
[0053]
When the input signal light 406 passes through the semiconductor optical amplifiers 401 and 402, the refractive index in the semiconductor optical amplifiers 401 and 402 changes. On the other hand, the light having the wavelength λj that is guided in the loop is affected by the refractive index change in the semiconductor optical amplifiers 401 and 402, and causes a phase change as shown in FIG. That is, the clockwise light 409 undergoes a steep phase change, then returns to the original phase at a time corresponding to the speed of the carrier change recovery time of the semiconductor optical amplifier, and enters the multimode interference coupler 405. Although the counterclockwise light 408 undergoes the same phase change, the distance propagating through the loop interference circuit is longer than that of the clockwise light.
[0054]
In the multimode interference coupler 405, the time when the phase change of the clockwise and counterclockwise light occurs is shifted by Δτ. Only during this Δτ, as shown in FIG. 11B, the light of wavelength λj is emitted to the port 411 due to the interference effect. That is, the input signal light having the wavelength λi is transferred to the light having the wavelength λj and is output to the port 411.
[0055]
In the wavelength converter 400 having this loop type interference circuit, the region limited to the speed of the carrier change recovery time of the phase change is canceled out, and high-speed wavelength conversion is possible without being limited by the region.
[0056]
In this example, the input light 406 passes through the port 414 and is not output to the port 411. That is, it is not necessary to install a wavelength filter at the output port in order to separate input light and output light. Therefore, even when the wavelength λi of the signal light and the wavelength λj of the wavelength-converted light are the same, the wavelength conversion can be performed without mixing noise in the output light whose wavelength has been converted to the port 411.
[0057]
Further, the converted light that is the continuous light 407 having the wavelength λj propagating counterclockwise is guided from the port 418 to the port 416, and the converted light propagating clockwise is guided to the port 416 and the port 418, and excessive loss is caused. Does not occur. Therefore, regardless of whether the wavelengths of the signal light and the light to be converted are the same, a filter is not required and high-speed wavelength conversion with low loss is possible.
[0058]
A wavelength converter 500 illustrated in FIG. 12 is an example of a wavelength converter that can be employed as the wavelength converters 150A to 150F. The wavelength converter 500 is a wavelength converter using an asymmetric Mach-Zehnder interference circuit 507 instead of the loop interference circuit 413 employed in the wavelength converter 400 shown in FIG.
[0059]
The wavelength conversion circuit 500 includes a phase modulator 528 with a filter composed of semiconductor optical amplifiers 501 and 502 and multimode interference couplers 503 and 504, multimode interference couplers 505 and 506, and two waveguides having different lengths. An asymmetric Mach-Zehnder interference circuit 507 constituted by:
[0060]
In this wavelength converter 500, continuous light 511 having a wavelength λj is incident on the multimode interference coupler 503 from the port 514, and is split into two by the multimode interference coupler 503, passing through the semiconductor optical amplifiers 501 and 502, and the multimode interference coupler At 504, the signals are combined and output to the port 517, and output to the port 508 via the asymmetric Mach-Zehnder interference circuit 507.
[0061]
In this state, the signal light 510 having the wavelength λi is incident on the multimode interference coupler 503 from the port 515. The incident signal light 510 is divided into two, passes through the semiconductor optical amplifiers 501 and 502, is multiplexed by the multimode interference coupler 504, and exits to the port 516. At this time, the input signal light does not enter the subsequent asymmetric Mach-Zehnder circuit 507 due to the filter function, as in the wavelength converter 400 shown in FIG.
[0062]
When the input signal light 510 passes through the semiconductor optical amplifiers 501 and 502, the refractive index in the semiconductor optical amplifiers 501 and 502 changes. The phase of the light having the wavelength λj that is guided through the phase modulator 528 with filter is modulated by the influence of the refractive index change, and enters the asymmetric Mach-Zehnder interference circuit 507 via the port 517.
[0063]
Phase-modulated light of wavelength λj passes through two waveguides having different lengths, and light passing through a long waveguide is delayed by Δτ compared to light passing through a short waveguide. The light enters the coupler 506 and is multiplexed.
At this time, similarly to FIG. 11A, the interference of the phase-modulated light whose time is shifted by the difference Δτ in the waveguide propagation time occurs, and only when the phase difference occurs, as in FIG. The light 513 having the wavelength λj is emitted to the port 509.
[0064]
In the wavelength converter 500 having the asymmetric Mach-Zehnder interference circuit 507, the region limited to the speed of the carrier change recovery time of the phase change is canceled out, and high-speed wavelength conversion is possible without being limited.
[0065]
In this example, the input light 510 passes through the port 516 and does not enter the asymmetric Mach-Zehnder circuit 507. That is, it is not necessary to install a wavelength filter at the output port in order to separate input light and output light. Therefore, even when the wavelength λi of the signal light and the wavelength λj of the wavelength-converted light are the same, the signal light after giving the refractive index change in the semiconductor optical amplifier does not become noise of the wavelength-converted light, Wavelength conversion is possible.
[0066]
The converted light, which is continuous light 511 of wavelength λj, enters the multimode interference coupler 503 from the port 514, passes through the semiconductor optical amplifiers 501 and 502, and is multiplexed by the multimode interference coupler 504. In this case, since there is no component that is guided to the port 517 that is in a position crossing the incident port 511 and emitted to the port 516, no excess loss occurs. Therefore, regardless of whether the wavelengths of the signal light and the light to be converted are the same, a filter is unnecessary and high-speed wavelength conversion with low loss is possible.
[0067]
【The invention's effect】
As specifically described above with the embodiment, in the present invention, wavelength conversion can be performed at high speed even when the number of signal lights subjected to wavelength conversion increases and the bit rate for wavelength conversion increases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a high-speed wavelength conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a signal state in the first embodiment.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a signal state in the first embodiment.
FIG. 4 is a waveform diagram showing a signal state in the first embodiment.
FIG. 5 is a waveform diagram showing a signal state in the first embodiment.
FIG. 6 is a waveform diagram showing a signal state in the first embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a high-speed wavelength conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example of a wavelength converter.
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a wavelength converter.
FIG. 10 is a configuration diagram illustrating an example of a wavelength converter.
11 is a characteristic diagram showing the operation of the wavelength converter shown in FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram illustrating an example of a wavelength converter.
FIG. 13 is a configuration diagram showing an optical transmission system.
FIG. 14 is a configuration diagram showing a conventional wavelength converter.
[Explanation of symbols]
100, 100A high-speed wavelength converter
  120 optical fiber for input
  130,130A, 130B Asymmetric Mach-Zehnder filter
  140 Wavelength dispersion type optical fiber
  150 A, 150B, 150D, 150E, 150F Wavelength converter
  160A, 160B optical fiber
  170,170A optical coupler
  180A, 180B, 180C, 180D optical fiber
  190 Optical fiber for output
  200,300,400 wavelength converter
S1-S16 Signal light

Claims (3)

波長の異なる複数のNRZ形式の信号光が波長多重された状態で入力されると、前記各信号光を切り出してRZ形式の信号光に変換して出力する光変調器と、
前記光変調器から出力されたRZ形式の複数の信号光を伝送する、波長分散特性を有する波長分散型光ファイバと、
前記波長分散型光ファイバを伝送することにより位相がずれた複数の信号光を、波長に応じてn個(ただし、nは2以上の整数)の複数の組みに振り分けて出力する振り分け手段と、
振り分けられた信号光を、各組みごとに波長変換することにより、同一の組みの信号光は同一の波長にして出力する複数の波長変換器と、
各波長変換器から出力された各組みの信号光を波長多重し、波長多重した信号光を出力する光カプラとを有し、
前記振り分け手段は、各組み内の信号光が相互に重なることがないように、かつ各組みのビットレートが、前記光変調器に入力される波長多重された信号光の各波長の信号光のビットレートを合計したビットレートの1/nのビットレートとなるように振り分ける手段である
ことを特徴とする高速波長変換装置。
When a plurality of NRZ format signal lights having different wavelengths are input in a wavelength-multiplexed state, an optical modulator that cuts out each of the signal lights, converts them into RZ format signal lights, and outputs them,
A chromatic dispersion optical fiber having chromatic dispersion characteristics, which transmits a plurality of RZ-format signal lights output from the optical modulator;
Distribution means for distributing and outputting a plurality of signal lights whose phases are shifted by transmitting the wavelength dispersion type optical fiber into a plurality of sets of n (where n is an integer of 2 or more) according to the wavelength;
A plurality of wavelength converters that output the same set of signal light at the same wavelength by converting the wavelength of the distributed signal light for each set;
The signal light of each set of output from the wavelength converter and a wavelength multiplexing, possess an optical coupler which outputs the signal light wavelength multiplexing,
The allocating means is configured to prevent the signal lights in each set from overlapping each other and the bit rate of each set of the signal lights of each wavelength of the wavelength multiplexed signal light input to the optical modulator. A high-speed wavelength conversion device, characterized in that the high-speed wavelength conversion device is a means for distributing the bit rate so that the bit rate is 1 / n of the total bit rate .
前記振り分け手段は、非対称マッハツェンダ型フィルタまたは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の高速波長変換装置。  2. The high-speed wavelength conversion apparatus according to claim 1, wherein the sorting means is an asymmetric Mach-Zehnder type filter or an arrayed waveguide diffraction grating. 前記振り分け手段は、1段目の非対称マッハツェンダ型フィルタと、1段目の非対称マッハツェンダ型フィルタにより2つの組みに振り分けられた信号光を更に複数の組みに振り分ける後段の複数の非対称マッハツェンダ型フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項1の高速波長変換装置。  The distribution means includes a first-stage asymmetric Mach-Zehnder filter and a plurality of subsequent asymmetric Mach-Zehnder filters that further distribute the signal light distributed to the two groups by the first-stage asymmetric Mach-Zehnder filter. The high-speed wavelength converter according to claim 1, wherein
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