JP3909656B2 - Multiple wavelength batch wavelength converter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重を利用した光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システムに適用される複数波長一括波長変換装置に関して有効な技術である。
【0002】
【従来の技術】
図7に通常の波長分波器として、アレイ導波路型回折格子を説明する。簡単のため、16波長が多重された光伝送系に用いる、1入力16出力のアレイ導波路型回折格子を例に説明する。材料としては石英系導波路、またはポリマー導波路もしくは半導体導波路で構成されている。図7において、1001は入力用導波路、1002は入力用スラブ導波路、1003はアレイ導波路、1004は出力用スラブ導波路、1005〜1020は出力用導波路である。
【0003】
図7において、波長多重光S1〜S16(波長はλ1〜λ16)が入力用導波路1001に入力されると、入力用スラブ導波路1002によって分配され、アレイ導波路1003に等しい強度で分配される。分配された各波長多重光はアレイ導波路1003の光路長に応じて遅延差が生じ、出力用スラブ導波路1004に入力されて収束する。このとき波長によって位相条件が異なるので、出力用導波路1005〜1020にそれぞれ異なる波長が集約するという現象を利用して、アレイ導波路型回折格子を光分光器として用いる。すなわち信号光S1(波長λ1)を出力用導波路1005に、信号光S2(波長λ2)を出力用導波路1006に、信号光S3(波長λ3)を出力用導波路1007に、以下同様にして信号光S4〜S16(波長λ4〜λ16)を出力用導波路1008〜1020にそれぞれ出力する。
【0004】
また図7では1入力16出力の例を示したが、入力導波路の数を増やすことにより、例えば16入力16出力の光分光器として用いることも可能である。この場合のアレイ導波路型回折格子の入出力特性は例えば図8のようになる。図8において、縦軸はアレイ導波路型回折格子の入力ポート、横軸は出力ポートであり、表中の数字、例えば「1」は「波長λ1の信号光」を意味する。
【0005】
ここで図8においては、信号光S1〜S30等の波長間隔を等間隔、例えば1nmとする。波長としては信号光S1の波長λ1が1531nm、信号光S30の波長λ30は1560nmとする。なお、例えばλ17=1557nm、λ18=1558nm等を入力すると、λ17はλ1と同等な出力結果を、λ18はλ2と同等な出力結果を得る。このときの自由スペクトルレンジはλ17−λ1=16nmとなる。
【0006】
次に従来の複数波長一括波長変換システムについて説明する。図9は従来の複数波長一括波長変換システムを説明する図であって、参考文献としては例えば「多波長変換装置」菊池、柴田、伊藤(特願平11−65036号)がある。同図において、1201は波長多重信号光S1〜S16の入力ポート、1202はポンプ光P2〜P17の入力ポート、1203は16出力のアレイ導波路型回折格子、1204〜1220は波長変換素子、1221は16入力のアレイ導波路型回折格子、1222〜1224は出力用導波路である。
【0007】
図9において、入力ポート1201より16波長(波長がλ1〜λ16)の波長多重信号光S1〜S16を入力すると、アレイ導波路型回折格子1203の特性により、各出力ポートに信号光S1〜S16が分波されて出力される。一方で入力ポート1202に波長がλ2〜λ17のポンプ光(連続光)P2〜P17を入力すると、同じように分波されるため、各波長変換素子1204〜1220には1波長の信号光Sと1波長のポンプ光Pとが入力される。
【0008】
波長変換素子1204〜1220は例えば半導体増幅器からなり、信号光Sとポンプ光Pが入力されると、四光波混合によって波長変換光を生じる(図10参照)。例えば信号光Sの波長がλ1、ポンプ光Pの波長がλ2のとき、波長変換光Hの波長はλ3となる(λ1−λ2=λ2−λ3)。こうして各波長変換素子1204〜1220によって得られた波長変換光H3〜H18をアレイ導波路回折格子1221によって合波したのがポート1224である。また図9において、出力用導波路1222はもとの信号光S1〜S16を再び合波したもので、入力信号の監視等に用いる。また出力用導波路1223はポンプ光P2〜P176を合波したものである。
【0009】
図9において、ポート1201を入力とし、ポート1224を出力とすると、16波長の波長多重信号光を一括で波長変換していることがわかる。しかしながら、本方式には以下のような欠点があった。
【0010】
図9に示すように、従来例は16波長の複数波長一括波長変換に16個の波長変換素子1204〜1220を必要とする。ところがアレイ導波路回折格子の規模を拡大したり、波長変換素子の数を増加するには技術的な制約があり、現在、入力用アレイ導波路回折格子と波長変換素子を組合わせた構成では、半導体モノリシック集積素子では16チャネル、半導体とPLCのハイブリッド集積回路でも32チャネルのものが最大である(参考文献:M.Zirngibl et al.,IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.6,pp.513-515,1994 あるいはF.Ebisawa et al.,Proc.OFC'99,ThB1,1999)。すなわち1波長あたりの伝送ビットレートを10Gb/sとすると、総スループットで320Gb/sが限界であった。
【0011】
なお、ここでは近接波長間の多波長一括変換(1551〜1554nmの信号光から1557〜1566nmへの波長変換)についてのみ説明したが、ポンプ光の波長を変えることによって、より遠い波長への多波長一括変換(例えば1.55μm帯から1.58μm帯)への複数波長一括波長変換も可能である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記に説明したように、図9において従来例は16波長の複数波長一括波長変換に16個の波長変換素子を必要とする。ところがアレイ導波路回折格子の規模を拡大したり、波長変換素子の数を増加することには技術的な制約があり、現在、半導体モノリシック集積回路では16チャネル、半導体・PLCハイブリッド集積回路を用いても現在得られているものとしては32チャネルのものが最大である。すなわち1波長あたりの伝送ビットレートを10Gb/sとすると、総スループットで320Gb/sが限界であった。そのため、より多くの波長を一括で波長変換し、総スループットをあげる複数波長一括波長変換装置の出現が望まれていた。
【0013】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の構成は、ある波長帯域内の波長多重信号光を一括で別の波長帯域に移す波長変換装置であって、
波長多重信号光(波長間隔f,波長数n)を入力する入力用導波路と、該波長多重信号光をm本(m=n/i,iは整数)に分岐する2入力m出力の波長分波器と、前記分岐された波長多重光をそれぞれ導波するm個の導波路と、該導波路のそれぞれに接続されたm個の波長変換素子と、該波長変換素子によって生成された波長変換光を合波する波長合波器と、からなり、
前記波長分波器の1つの入力ポートには前記波長多重信号光を入力し、もう1つの入力ポートには、波長数m、波長間隔i×fのポンプ光を波長多重した上で入力し、
前記波長分波器は、分波感度を落としたアレイ導波路型回折格子からなり、分波する波長帯域幅がi×fで少なくともm本の出力ポートを備えることにより、n波長からなる波長多重信号光を、i波ずつの波長からなるm組の波長多重信号光に分波した上で各出力ポートに出力し、該m組に分波された波長多重信号光はそれぞれ同一の導波路を伝播して同一の波長変換素子に入力され、
該波長変換素子にはi波の波長からなる波長多重信号光の他に1つのポンプ光が入力され、
前記波長変換素子は前記i波の波長からなる波長多重信号光を同時に波長変換し、
前記波長合波器は、前記各波長変換素子によって波長変換された波長変換光を合波することを特徴とする。
【0015】
ここで、前記のポンプ光の入力手段であって、波長分波器として2入力m出力のものを用い、波長分波器の1つの入力ポートには波長多重信号光を入力するとともに、波長数m・波長間隔i×f(nm)のポンプ光を波長多重したうえで波長分波器のもう1つの入力ポートに入力することを特徴とすると、システムのポート数を減らすことができて有効である。
【0016】
ここでポンプ光の入力手段として前記ポンプ光の偏波状態がTE偏光の強度とTM偏光の強度が等しいことを特徴とすると、システムの偏波依存性が打ち消されて有効である。
【0017】
またシステムの波長依存性を打ち消すために、前記の波長分波器の特性として、ポンプ光に近い波長の信号光の挿入損失が、ポンプ光に遠い波長の信号光の挿入損失に比べて大きいことを特徴とするか、あるいは前記波長合波器の特性として、ポンプ光に近い波長の波長変換光の挿入損失が、ポンプ光に遠い波長の波長変換光の挿入損失に比べて大きいことを特徴とすると有効である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の参考例を説明する図である。ここで16波長を使ったWDMシステムを想定し、波長多重信号光S1〜S16として波長がλ1〜λ16の信号光を用いる。図1において、101は波長多重信号光入力用導波路、102は1入力4出力のアレイ導波路型回折格子、103〜106は入力用カプラ、107〜110は波長変換素子、111はアレイ導波路型回折格子、112は出力ポートである。またポンプ光P5,P9,P13,P17として波長がλ5,λ9,λ13,λ17の連続光を用いている。
【0019】
ここで特徴的なことはアレイ導波路型回折格子102が分波する波長間隔を変えることである。アレイ導波路型回折格子102の分波感度を落とすことにより、波長がλ1〜λ16の信号光S1〜S16が入力されると、波長がλ1〜λ4の信号光S1〜S4を一番上のポートに、波長がλ5〜λ8の信号光S5〜S8を2番目のポートに、波長がλ9〜λ12の信号光S9〜S12を3番目のポートに、そして波長がλ13〜λ16の信号光S13〜S16を4番目のポートへと分波することができる。
【0020】
さらに、入力用カプラ103〜106を使って、波長がλ5,λ9,λ13,λ17の連続光であるポンプ光P5,P9,P13,P17を入力すると、
▲1▼波長変換装置107には4波長の信号光S1,S2,S3,S4(波長はλ1,λ2,λ3,λ4)と、波長がλ5の1波長のポンプ光P5が入力され、
▲2▼波長変換装置108には4波長の信号光S5,S6,S7,S8(波長はλ5,λ6,λ7,λ8)と、波長がλ9の1波長のポンプ光P9が入力され、
▲3▼波長変換装置109には4波長の信号光S9,S10,S11,S12(波長はλ9,λ10,λ11,λ12)と、波長がλ13の1波長のポンプ光P13が入力され、
▲4▼波長変換装置110には4波長の信号光S13,S14,S15,S16(波長はλ13,λ14,λ15,λ16)と、波長がλ17の1波長のポンプ光P17が入力される。
【0021】
ここで波長変換素子107〜110として、半導体増幅器を用いた四光波混合を仮定すると、図2に示すように、
▲1▼波長変換素子107では、信号光S1(波長λ1)の波長はλ9に、信号光S2(波長λ2)の波長はλ8に、信号光S3(波長λ3)の波長はλ7に、信号光S4(波長λ4)の波長はλ6へと波長変換され、
▲2▼波長変換素子108では、信号光S5(波長λ5)の波長はλ13に、信号光S6(波長λ6)の波長はλ12に、信号光S7(波長λ7)の波長はλ11に、信号光S8(波長λ8)の波長はλ10へと波長変換され、
▲3▼波長変換素子109では、信号光S9(波長λ9)の波長はλ17に、信号光S10(波長λ10)の波長はλ16に、信号光S11(波長λ11)の波長はλ15に、信号光S12(波長λ12)の波長はλ14へと波長変換され、
▲4▼波長変換素子110では、信号光S13(波長λ13)の波長はλ21に、信号光S14(波長λ14)の波長はλ20に、信号光S15(波長λ15)の波長はλ19に、信号光S16(波長λ16)の波長はλ18へと波長変換される。
【0022】
さらにアレイ導波路型回折格子111のうち、
▲1▼波長変換素子107に接続された入力ポートで、波長がλ6〜λ9の波長変換光のみを合波し、
▲2▼波長変換素子108に接続された入力ポートで、波長がλ10〜λ13の波長変換光のみを合波し、
▲3▼波長変換素子109に接続された入力ポートで、波長がλ14〜λ17の波長変換光のみを合波し、
▲4▼波長変換素子110に接続された入力ポートで、波長がλ18〜λ21の波長変換光のみを合波するようにすることで、複数波長の一括波長変換が可能になる。つまり、波長がλ1〜λ16の信号光S1〜S16を、波長がλ6〜λ21の波長変換光H1〜H16に一括波長変換が可能になった。
【0023】
一般に四光波混合においては1つの半導体増幅器によって8波長程度の一括変換が可能とされる。前述のように、32個の半導体増幅器を持つシステムの構成が可能であるので、32ポート×8波長×10Gb/s=2,560Gb/sの総スループットを実現できる。
【0024】
なお、図1の例の構成では、光カプラ103〜106を必要とするため、光カプラの挿入損が生じ、また入力ポート数が増えるが、4個の半導体増幅器を持つシステムではそれ程問題とはならない。ただし、半導体増幅器を更に増加し、例えば32個とした場合には、上記問題、即ち入力ポートの増加に伴う光カプラの挿入損失の増加を解消したほうが望ましく、その場合には、次の第1の実施の形態を採用すればよい。
【0025】
[第1の実施の形態]
図3は本発明の第1の実施の形態を説明する図であって、参考例(図1)における欠点を解消するものである。図3において、201,202は波長多重光入力用導波路、203は2入力4出力のアレイ導波路型回折格子、204〜207は波長変換素子、208はアレイ導波路型回折格子、209は出力ポートである。
【0026】
アレイ導波路型回折格子203は、波長がλ1〜λ16の信号光S1〜S16が入力されると、波長がλ1〜λ4の信号光S1〜S4を一番上のポートに、波長がλ5〜λ8の信号光S5〜S8を2番目のポートに、波長がλ9〜λ12の信号光S9〜S12を3番目のポートに、そして波長がλ13〜λ16の信号光S13〜S16を4番目のポートへと分波することができる。更に、波長がλ5のポンプ光P5を一番上のポートに、波長がλ9のポンプ光P9を2番目のポートに、波長がλ13のポンプ光P13を3番目のポートに、波長がλ17のポンプ光P17を4番目のポートへと分波することができる。つまり、図1との相違はポンプ光の入力にカプラを用いることなく、アレイ導波路型回折格子203の入力用導波路202を用いた点である。
【0027】
図3の構成を取ることにより、光カプラが不要になり、また入力ポート数を減少することができる。
【0028】
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態(図3)において一番問題となるのは、四光波混合における偏波依存性である。一般に四光波混合は信号光とポンプ光の偏波面が一致しないと生じない。しかし信号光の偏波を一定方向(ポンプ光の方向)に常にそろえるのは現実的ではない。そこで、ポンプ光の入力202として、図4のような回路構成をとる。
【0029】
図4において、301,302,303,304はそれぞれ波長λ5,λ9,λ12,λ17に対応する半導体レーザ、305〜308は偏波面保存光ファイバ、309は光カプラ、312は1/4波長板310と1/2波長板311とからなる偏波コントローラである。偏波コントローラ312の出力端(図4では右端)が、図3に示す入力用導波路202に接続されて、波長多重されたポンプ光P5〜P17(波長λ5〜λ17)が供給される。
【0030】
図4の構成を取ることによって、波長がλ5〜λ17の各ポンプ光P5〜P17の偏波方向をTE偏波とTM偏波が同一になるように偏波コントローラ312を用いて調整することができる。このように調整しておくと、入力信号光の偏波方向に依存しない、四光波混合を得ることができる。
【0031】
[第3の実施の形態]
図5は第3の実施の形態を説明するものである。四光波混合は一般にポンプ光に近い波長の変換効率が高く、遠い波長の変換効率が低い(図5(a))。これを解消するために、図3のアレイ導波路型回折格子203をポンプ光に近い波長の挿入損失をポンプ光から遠い波長の挿入損失よりも大きくなるようにする。こうすることで、変換効率に係わらず、均一な波長変換光を得ることができる(図5(b))。
【0032】
図5の実現方法を図6を用いて説明する。アレイ導波路型回折格子は、ある特定の出力ポートにのみ着目すると、波長フィルタとしてとらえることができる。すなわち図6に示すように、ある出力ポートの光損失を入力光の波長に対してグラフ化すると、透過帯域は光損失が低く(約5dB)、それ以外の波長帯域では光損失が高い(約45dB)。通常は透過帯域の中央付近、図中の「通常の波長配置領域」に入力光を配置する。すなわち、信号光の4波長をすべてこの領域に配置するので、4波長の光損失に大きな差はない。この結果が図5(a)である。しかしながら図6の「本発明における波長配置領域」に4波長を配置すると、波長に対する光損失が大きく変化するので、図5(b)を実現することが可能である。
【0033】
[第4の実施の形態]
第3の実施の形態においては変換効率の差を入力側のアレイ導波路型回折格子203で補償したが、出力側のアレイ導波路型回折格子208によって補償することもできる。アレイ導波路型回折格子208のポンプ光に近い波長の挿入損失をポンプ光に遠い波長の挿入損失よりも大きくなるようにする。こうすることで、変換効率に係わらず、均一な波長変換光を得ることができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来技術に比べてより少ない波長変換素子を使用するにもかかわらず、より多くの波長を一括で波長変換し、総スループットをあげることのできる複数波長一括波長変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例を示す構成図である。
【図2】 参考例における信号変換状態を示す説明図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態を示す構成図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態を示す構成図である。
【図5】 本発明の第3の実施の形態を説明する説明図である。
【図6】 第3の実施の形態の実現方法を説明する説明図である。
【図7】 アレイ導波路型回折格子を示す構成図である。
【図8】 アレイ導波路型回折格子の入出力状態を示す説明図である。
【図9】 従来の複数波長一括波長変換装置の一例を示す構成図である。
【図10】 波長変換として四光波混合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
101 波長多重信号光入力用導波路
102 アレイ導波路型回折格子
103〜106 入力用カプラ
107〜110 波長変換素子
111 アレイ導波路型回折格子
112 出力ポート
201,202 入力用導波路
203 アレイ導波路型回折格子
204〜207 波長変換素子
208 アレイ導波路型回折格子
209 出力ポート
301〜304 半導体レーザ
305〜308 偏波面保存光ファイバ
309 光カプラ
310 1/4波長板
311 1/2波長板
312 偏波コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an effective technique for a multiple wavelength batch wavelength conversion device applied to an optical transmission system such as optical communication, optical switching, and optical information processing using wavelength multiplexing.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 illustrates an arrayed waveguide type diffraction grating as a normal wavelength demultiplexer. For the sake of simplicity, an array waveguide type diffraction grating having 1 input and 16 outputs used in an optical transmission system in which 16 wavelengths are multiplexed will be described as an example. The material is a silica-based waveguide, a polymer waveguide, or a semiconductor waveguide. In FIG. 7, 1001 is an input waveguide, 1002 is an input slab waveguide, 1003 is an array waveguide, 1004 is an output slab waveguide, and 1005 to 1020 are output waveguides.
[0003]
In FIG. 7, when wavelength multiplexed light S <b> 1 to S <b> 16 (wavelengths λ <b> 1 to λ <b> 16) is input to the
[0004]
Although FIG. 7 shows an example of 1 input and 16 outputs, it can be used as an optical spectrometer with 16 inputs and 16 outputs, for example, by increasing the number of input waveguides. The input / output characteristics of the arrayed waveguide grating in this case are as shown in FIG. 8, for example. In FIG. 8, the vertical axis is the input port of the arrayed waveguide grating, and the horizontal axis is the output port. The numbers in the table, for example, “1” means “signal light of wavelength λ1”.
[0005]
Here, in FIG. 8, the wavelength intervals of the signal lights S1 to S30 are set to an equal interval, for example, 1 nm. The wavelength λ1 of the signal light S1 is 1531 nm, and the wavelength λ30 of the signal light S30 is 1560 nm. For example, when λ17 = 1557 nm, λ18 = 1558 nm, or the like is input, λ17 obtains an output result equivalent to λ1, and λ18 obtains an output result equivalent to λ2. The free spectral range at this time is λ17−λ1 = 16 nm.
[0006]
Next, a conventional multiple wavelength batch wavelength conversion system will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional multiple wavelength collective wavelength conversion system. References include, for example, “multi-wavelength converters” Kikuchi, Shibata, and Ito (Japanese Patent Application No. 11-65036). In the figure, 1201 is an input port for wavelength multiplexed signal light S1 to S16, 1202 is an input port for pump light P2 to P17, 1203 is a 16-output arrayed waveguide grating, 1204 to 1220 are wavelength conversion elements, and 1221 is 16-input arrayed waveguide gratings 1222-1224 are output waveguides.
[0007]
In FIG. 9, when wavelength multiplexed signal lights S1 to S16 having 16 wavelengths (wavelengths λ1 to λ16) are input from the
[0008]
The
[0009]
In FIG. 9, when the
[0010]
As shown in FIG. 9, the conventional example requires 16
[0011]
Here, only the multi-wavelength batch conversion between adjacent wavelengths (wavelength conversion from 1551 to 1554 nm signal light to 1557 to 1566 nm) has been described, but by changing the wavelength of the pump light, multiple wavelengths to farther wavelengths Multiple wavelength batch wavelength conversion from batch conversion (for example, 1.55 μm band to 1.58 μm band) is also possible.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in FIG. 9, the conventional example requires 16 wavelength conversion elements for batch wavelength conversion of a plurality of 16 wavelengths. However, there are technical limitations in increasing the scale of the arrayed waveguide diffraction grating and increasing the number of wavelength conversion elements. Currently, a semiconductor monolithic integrated circuit uses a 16-channel semiconductor / PLC hybrid integrated circuit. As for what is currently obtained, the one with 32 channels is the largest. That is, if the transmission bit rate per wavelength is 10 Gb / s, the total throughput is 320 Gb / s. Therefore, there has been a demand for the emergence of a multi-wavelength collective wavelength conversion device that collectively converts more wavelengths to increase the total throughput.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the configuration of the present invention is a wavelength conversion device that collectively transfers wavelength multiplexed signal light within a certain wavelength band to another wavelength band,
An input waveguide for inputting wavelength multiplexed signal light (wavelength interval f, number of wavelengths n) and a wavelength of 2 input m outputs for branching the wavelength multiplexed signal light into m (m = n / i, i is an integer) A demultiplexer, m waveguides each guiding the branched wavelength multiplexed light, m wavelength conversion elements connected to each of the waveguides, and wavelengths generated by the wavelength conversion elements A wavelength multiplexer for multiplexing the converted light,
The wavelength multiplexed signal light is input to one input port of the wavelength demultiplexer, and the pump light having the number of wavelengths m and the wavelength interval i × f is wavelength multiplexed and input to the other input port,
The wavelength demultiplexer is composed of an arrayed waveguide type diffraction grating with reduced demultiplexing sensitivity, and has a wavelength band for demultiplexing of i × f and includes at least m output ports, so that wavelength multiplexing of n wavelengths is achieved. The signal light is demultiplexed into m sets of wavelength multiplexed signal lights each having a wavelength of i waves, and then output to each output port. The wavelength multiplexed signal lights that have been demultiplexed into the m sets are transmitted through the same waveguide. Propagated and input to the same wavelength conversion element,
In addition to the wavelength multiplexed signal light consisting of i-wave wavelengths, one pump light is input to the wavelength conversion element,
The wavelength conversion element simultaneously converts wavelength-multiplexed signal light composed of i-wave wavelengths,
The wavelength multiplexer multiplexes the wavelength-converted light that has been wavelength-converted by the wavelength conversion elements.
[0015]
Here, the input means for the pump light described above has a 2-input m-output as a wavelength demultiplexer, and wavelength multiplexed signal light is input to one input port of the wavelength demultiplexer, and the number of wavelengths. It is effective to reduce the number of ports of the system if the pump light with m · wavelength interval i × f (nm) is wavelength-multiplexed and input to the other input port of the wavelength demultiplexer. is there.
[0016]
Here, if the polarization state of the pump light is characterized by the fact that the TE polarized light intensity and the TM polarized light intensity are equal as the pump light input means, it is effective because the polarization dependence of the system is canceled.
[0017]
In order to cancel the wavelength dependence of the system, the wavelength demultiplexer has a characteristic that the insertion loss of the signal light having a wavelength close to that of the pump light is larger than the insertion loss of the signal light having a wavelength far from the pump light. Or, as a characteristic of the wavelength multiplexer, the insertion loss of wavelength converted light having a wavelength close to that of the pump light is larger than the insertion loss of wavelength converted light having a wavelength far from the pump light. Then it is effective.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a reference example of the present invention. Here, assuming a WDM system using 16 wavelengths, signal lights having wavelengths λ1 to λ16 are used as the wavelength multiplexed signal lights S1 to S16. In FIG. 1,
[0019]
What is characteristic here is that the wavelength interval at which the arrayed waveguide
[0020]
Furthermore, when the
(1) Four wavelength signal lights S1, S2, S3, S4 (wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4) and one wavelength pump light P5 having a wavelength of λ5 are input to the
(2) Four wavelength signal lights S5, S6, S7, and S8 (wavelengths are λ5, λ6, λ7, and λ8) and one wavelength pump light P9 having a wavelength of λ9 are input to the
(3) Four wavelength signal lights S9, S10, S11, S12 (wavelengths are λ9, λ10, λ11, λ12) and one wavelength pump light P13 having a wavelength of λ13 are input to the
{Circle around (4)} Four wavelength signal lights S13, S14, S15, S16 (wavelengths are λ13, λ14, λ15, λ16) and one wavelength pump light P17 having a wavelength of λ17 are input to the
[0021]
Assuming four-wave mixing using a semiconductor amplifier as the
(1) In the
(2) In the
(3) In the
(4) In the
[0022]
Furthermore, of the arrayed waveguide grating 111,
(1) At the input port connected to the
(2) At the input port connected to the
(3) At the input port connected to the
{Circle around (4)} By combining only wavelength-converted lights having wavelengths of λ18 to λ21 at the input port connected to the
[0023]
In general, in four-wave mixing, batch conversion of about 8 wavelengths can be performed by one semiconductor amplifier. As described above, since a system having 32 semiconductor amplifiers can be configured, a total throughput of 32 ports × 8 wavelengths × 10 Gb / s = 2, 560 Gb / s can be realized.
[0024]
The configuration of the example of FIG. 1 requires the
[0025]
First Embodiment
FIG. 3 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention, which eliminates the drawbacks of the reference example (FIG. 1). In FIG. 3,
[0026]
When the signal light S1 to S16 having wavelengths λ1 to λ16 is input to the arrayed waveguide grating 203, the signal light S1 to S4 having wavelengths λ1 to λ4 is used as the top port, and the wavelengths are λ5 to λ8. Signal lights S5 to S8 to the second port, signal lights S9 to S12 having wavelengths λ9 to λ12 to the third port, and signal lights S13 to S16 having wavelengths λ13 to λ16 to the fourth port. Can be demultiplexed. Further, the pump light P5 having the wavelength λ5 is used as the top port, the pump light P9 having the wavelength λ9 is used as the second port, the pump light P13 having the wavelength λ13 is used as the third port, and the pump having the wavelength λ17 is used. The light P17 can be demultiplexed to the fourth port. That is, the difference from FIG. 1 is that the
[0027]
By adopting the configuration of FIG. 3, an optical coupler is not necessary, and the number of input ports can be reduced.
[0028]
Second Embodiment
Become the most problems in the first embodiment (FIG. 3) is a polarization dependence in four-wave mixing. In general, four-wave mixing does not occur unless the polarization planes of the signal light and the pump light match. However, it is not realistic to always align the polarization of the signal light in a certain direction (the direction of the pump light). Therefore, a circuit configuration as shown in FIG. 4 is adopted as the pump
[0029]
In FIG. 4, 301, 302, 303, and 304 are semiconductor lasers corresponding to wavelengths λ5, λ9, λ12, and λ17, 305 to 308 are polarization-maintaining optical fibers, 309 is an optical coupler, and 312 is a quarter-
[0030]
By adopting the configuration of FIG. 4, the polarization direction of the pump lights P5 to P17 having wavelengths λ5 to λ17 can be adjusted using the polarization controller 312 so that the TE polarization and the TM polarization are the same. it can. By adjusting in this way, it is possible to obtain four-wave mixing that does not depend on the polarization direction of the input signal light.
[0031]
[ Third Embodiment]
FIG. 5 illustrates a third embodiment. Four-wave mixing generally has high conversion efficiency at wavelengths close to that of pump light, and low conversion efficiency at far wavelengths (FIG. 5A). In order to solve this problem, the arrayed waveguide grating 203 of FIG. 3 is configured such that the insertion loss at a wavelength near the pump light is larger than the insertion loss at a wavelength far from the pump light. By doing so, uniform wavelength-converted light can be obtained regardless of the conversion efficiency (FIG. 5B).
[0032]
The realization method of FIG. 5 is demonstrated using FIG. The arrayed waveguide type diffraction grating can be regarded as a wavelength filter when attention is paid only to a specific output port. That is, as shown in FIG. 6, when the optical loss of a certain output port is graphed with respect to the wavelength of the input light, the transmission band has a low optical loss (about 5 dB) and the optical loss is high in other wavelength bands (about 45 dB). Usually, the input light is arranged near the center of the transmission band, in the “normal wavelength arrangement region” in the figure. That is, since all four wavelengths of the signal light are arranged in this region, there is no significant difference in the optical loss of the four wavelengths. This result is shown in FIG. However, if four wavelengths are arranged in the “wavelength arrangement region in the present invention” in FIG. 6, the optical loss with respect to the wavelength changes greatly, so that FIG. 5B can be realized.
[0033]
[ Fourth Embodiment]
In the third embodiment, the difference in conversion efficiency is compensated by the array waveguide
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of wavelengths capable of performing wavelength conversion of a larger number of wavelengths at one time and increasing the total throughput even though fewer wavelength conversion elements are used than in the prior art. A collective wavelength converter can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a reference example of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a signal conversion state in a reference example .
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a method of realizing the third embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram showing an arrayed waveguide type diffraction grating.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an input / output state of an arrayed waveguide type diffraction grating.
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a conventional multiple wavelength batch wavelength conversion device.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of four-wave mixing as wavelength conversion.
[Explanation of symbols]
101 Wavelength multiplexed signal
Claims (4)
波長多重信号光(波長間隔f,波長数n)を入力する入力用導波路と、該波長多重信号光をm本(m=n/i,iは整数)に分岐する2入力m出力の波長分波器と、前記分岐された波長多重光をそれぞれ導波するm個の導波路と、該導波路のそれぞれに接続されたm個の波長変換素子と、該波長変換素子によって生成された波長変換光を合波する波長合波器と、からなり、
前記波長分波器の1つの入力ポートには前記波長多重信号光を入力し、もう1つの入力ポートには、波長数m、波長間隔i×fのポンプ光を波長多重した上で入力し、
前記波長分波器は、分波感度を落としたアレイ導波路型回折格子からなり、分波する波長帯域幅がi×fで少なくともm本の出力ポートを備えることにより、n波長からなる波長多重信号光を、i波ずつの波長からなるm組の波長多重信号光に分波した上で各出力ポートに出力し、該m組に分波された波長多重信号光はそれぞれ同一の導波路を伝播して同一の波長変換素子に入力され、
該波長変換素子にはi波の波長からなる波長多重信号光の他に1つのポンプ光が入力され、
前記波長変換素子は前記i波の波長からなる波長多重信号光を同時に波長変換し、
前記波長合波器は、前記各波長変換素子によって波長変換された波長変換光を合波することを特徴とする複数波長一括波長変換装置。A wavelength conversion device that collectively transfers wavelength multiplexed signal light within a certain wavelength band to another wavelength band,
An input waveguide for inputting wavelength multiplexed signal light (wavelength interval f, number of wavelengths n) and a wavelength of 2 input m outputs for branching the wavelength multiplexed signal light into m (m = n / i, i is an integer) A demultiplexer, m waveguides each guiding the branched wavelength multiplexed light, m wavelength conversion elements connected to each of the waveguides, and wavelengths generated by the wavelength conversion elements A wavelength multiplexer for multiplexing the converted light,
The wavelength multiplexed signal light is input to one input port of the wavelength demultiplexer, and the pump light having the number of wavelengths m and the wavelength interval i × f is wavelength multiplexed and input to the other input port,
The wavelength demultiplexer is composed of an arrayed waveguide type diffraction grating with reduced demultiplexing sensitivity, and has a wavelength band for demultiplexing of i × f and includes at least m output ports, so that wavelength multiplexing of n wavelengths is achieved. The signal light is demultiplexed into m sets of wavelength multiplexed signal lights each having a wavelength of i waves, and then output to each output port. The wavelength multiplexed signal lights that have been demultiplexed into the m sets are transmitted through the same waveguide. Propagated and input to the same wavelength conversion element,
In addition to the wavelength multiplexed signal light consisting of i-wave wavelengths, one pump light is input to the wavelength conversion element,
The wavelength conversion element simultaneously converts wavelength-multiplexed signal light composed of i-wave wavelengths,
The wavelength multiplexer combines the wavelength-converted lights wavelength-converted by the wavelength conversion elements.
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