专利名称：全光转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光纤通信和光信息处理的领域波长变换器中所使用的全光转换器。
背景技术：
面对光纤通信系统的传输容量飞跃增大和运用效率提高，在不通过光电变换的光区域内进行信号处理的技术的开发非常活跃。为了在光区域进行信号处理，需要全光转换器。特别在光纤通信系统的节点中，对提供波长交叉连接功能的波长变换器的期待较高。
作为用归零方式(Return to Zero；RZ)的数据调制光信号驱动的全光转换器，提出如下的全光转换器，其利用共振激励半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier；SOA)得到的高效非线性光学效果，而且把该SOA装入到马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型光电路而改进动作原理，兼备高速性的全光转换器(例如，参照专利文献1至4及非专利文献1)。以下，把该全光转换器作为现有例1。
图7是表示现有例1的全光转换器构成的图。如图7所示，现有例1的全光转换器在马赫-曾德尔型光电路的2个光路(以下称支路)分别配置着具有SOA的非线性光学波导元件101和102。对该全光转换器输入用归零方式进行数据调制的脉冲状信号光(RZ信号光)51及无调制连续(Continuous Wave；CW)光52。那时，RZ信号光51的波长λ1及CW光52的波长λ2均被设定在SOA的放大区域。信号光脉冲从输入口107输入，用3dB耦合器(coupler)110分支后，一束信号光脉冲依次通过可变延迟电路111、可变衰减器112和3dB耦合器105，向非线性光学波导元件101输入。另一束信号光脉冲依次通过可变衰减器113和3dB耦合器106，向非线性光学波导元件102输入。在图7中，像上述2个路线的光路长度相互不同那样进行图示，这是为了图示的方便。
在该全光转换器中，通过调节可变延迟电路111，能在输入到非线性波导元件101的RZ信号光和输入到非线性波导元件102的RZ信号光之间设置时间差。RZ信号光51在处于反转分布状态的非线性波导元件101和102中因引起发射而使载流子密度而减少，使非线性波导元件101和102的折射率变化。另外，波长λ2的CW光52输入到输入口108，用3dB耦合器103暂时分支后，接受在非线性波导元件101和102产生的折射率变化(非线性相移)。通过非线性波导元件101和102的CW光52用3dB耦合器104再次形成合成波，变成RZ数据调制信号光，作为波长变换光从输出口109输出。
在这样的马赫-曾德尔型光电路中，通过使用相位调节器114和115，在不输入波长λ1的RZ信号光51的情况，设定为使来源于CW光52的波长是λ2的脉冲状输出光不从输出口109输出。即，在不输入波长λ1的RZ信号光51的情况，使通过两支路的波长λ2的CW光52用3dB耦合器104干涉时的相位差成半波长那样设定。而且，输入RZ信号光51，在非线性波导元件101产生非线性折射率变化时，通过非线性波导元件101的波长λ2的CW光52接受非线性相移，从输出口109来的波长λ2的光输出成为导通。
RZ信号光在非线性波导元件101和102中使载流子密度减少的引起发射过程，仅在RZ信号光51的脉冲幅度左右间持续。因此，载流子密度变化或非线性折射率变化的上升所需要的时间是RZ信号光51的脉冲幅度左右。与此相反，非线性折射率变化的缓和时间、即返回到原来反转分布状态的载流子寿命，通常短于100ps至1ns左右。但是，在该现有例1的全光转换器中，对非线性波导元件101输入RZ信号光51，然后经过和该RZ信号光51的脉冲幅度大致相等的时间ΔT后，对非线性波导元件102输入RZ信号光，产生非线性折射率变化，由此能进行不依赖于长载流子寿命的转换器动作。因此，通过马赫-曾德尔型光电路的两支路的波长λ2的CW光52也接受非线性相移，用3dB耦合器104干涉时的相位差返回到初始状态的半波长，从输出口109来的波长λ2的光输出成为截止。即，波长λ2的光输出成为有ΔT脉冲幅度的RZ数据调制光。这样作，能实现输入波长λ2的RZ信号光51的脉冲列，得到波长λ2数据调制光的脉冲列的波长变换动作。
以前，也提出用非归零方式(Non Return to Zero；NRZ)的数据调制光信号驱动的全光转换器的方案(例如，参照非专利文献2)。以下，把该全光转换器作为现有例2。图8是表示现有例2的全光转换器构成的图。如图8所示，该现有例2的全光转换器在马赫-曾德尔型光电路的两支路中配置着具有SOA的非线性光学波导元件101和102。对该全光转换器输入用非归零方式进行数据调制的信号光(NRZ信号光)53及CW光52。那时，NRZ信号光53的波长λ1及CW光52的波长λ2都被设定在SOA的放大区域。
NRZ信号光53向输入口121输入，用耦合器123分支后，一束NRZ信号光向非线性波导元件101输入，另一束NRZ信号光向非线性波导元件102输入。耦合器123的分支比成非对称，输入到非线性波导元件101的信号光强度比输入到非线性波导元件102的信号光强度还大。因此，在非线性波导元件101引起的折射率变化(非线性相移)比在非线性波导元件102引起的折射率变化大。波长λ2的CW光52向输入口122输入，用耦合器123分支后，接受在非线性波导元件101和102产生的非线性相移。由于通过非线性波导元件101及102的CW光52用耦合器124再形成合成波，成为NRZ数据调制光，作为波长变换光从输出口125输出。
在这样的马赫-曾德尔型光电路中，通过使用相位调节器114和115，像在没有波长λ1的NRZ信号光53的输入的情况，波长λ2的输出光不从输出口125输出那样设定。即，像在没有NRZ信号光53的输入的情况，通过两支路的波长λ2的CW光52用耦合器124干涉时的相位差成半波长那样设定。耦合器123的分支比是非对称的，但在CW光52的情况，预想在通过SOA的时刻用于放大饱和的两支路强度相等。由于在耦合器124之前设置强度调节器，或调节耦合器124的分支比，在初始状态能使输出为零。
在该现有例2的全光转换器中，输入NRZ信号光53时，在非线性波导元件101及102中分别产生非线性折射率变化。由于通过两支路的波长λ2的CW光52接受不同的非线性相移，所以决定用耦合器124干涉时的相位差变化。因此，从输出口125来的波长变换光的输出变成导通。另外，返回到没有NRZ信号光53输入的状态时，非线性波导元件的载流子密度恢复，波长变换光的输出返回到截止。载流子密度恢复、非线性折射率变化缓和的过程用载流子寿命决定。
在对非线性波导元件输入NRZ信号光的情况和输入RZ信号光的情况不同点在于，信号光输入从截止转换成导通的过程的载流子密度变化也由载流子寿命决定。在输入NRZ信号光的情况，信号光的继续时间至少像1比特时隙左右那样长，所以在信号光输入继续期间，非线性波导元件内的载流子密度趋向稳定状态，其时间常数成为载流子寿命。
专利文献1特开平7-20510公报；专利文献2特开平7-199240公报；专利文献3特开平9-60440公报；专利文献4特开2002-236272公报；非专利文献1Kazuhito TAJIMA，「All-Optical Switch-Off TimeUnrestricted by Carrier Lifetime」，1993年12月，Japanese Journal of AppliedPhysics，第32卷，p.L1746-L1749；非专利文献2F.Ratovelomanana，外9，「An All-OpticalWavelength-Converter with Semiconductor Optical Amplifiers MonolithicallyIntegrate in an Asymmetric Passive Mach-Zehnder Interferometer」，1995年10月，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，第7卷，第10号，p.992-994。
但是，上述现有技术有以下所示的问题。在光纤通信中，虽然高比特率传输有使用RZ信号的倾向，但是常常通常使用NRZ信号光。因此，在仅考虑RZ信号光引起的驱动的现有例1的全光转换器中，在非线性波导元件101由于RZ信号光引起的折射率变化使两支路间的相位差变化后，在非线性波导元件102由于RZ信号光引起的折射率变化使两支路间的相位差返回到初始状态，但对该全光转换器输入NRZ信号光而不是RZ信号光时，在信号光输入强度不是零的状态，由于不论对非线性波导元件101或对非线性波导元件102都继续输入信号光，所以成为抵消两支路的折射率变化的状态，有波长变换光的输出成截止这个问题。
另外，用NRZ信号光驱动的现有例2的全光转换器，有以高比特率动作困难的这个问题。现有例2的全光转换器，由于信号光从导通转向截止的过程的载流子密度变化和从截止转向导通的过程的载流子密度变化都用载流子寿命决定，波长变换输出光的波形在从导通转向截止的过程和从截止转向导通的过程都带有过渡边缘(裾引き)。因此，设载流子寿命为100微微秒时，在用在比这短的时间波形变化的10Gb/秒或40Gb/秒的比特率的NRZ信号光驱动的情况，波长变换输出光的波形畸变极大。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题作出，其目的在于提供一种消除依赖于载流子寿命的波长变换输出光的波形畸变，用高比特率NRZ的信号光也能驱动的全光转换器。
本发明的全光转换器，其特征是，具有输入非归零方式信号光的第1输入口；输入载波光的第2输入口；第1及第2光路；把输入到上述第1及第2输入口的光分别分配给上述第1及第2光路的分配部；设置在上述第1光路的，输入用上述分配部分配的信号光中一束信号光及用上述分配部分配的载波光中一束载波光，用上述一束信号光使折射率非线形变化，使上述一束载波光的相位非线形移位的第1非线形光学元件；设置在上述第2光路的，输入用上述分配部分配的信号光中另一束信号光及用上述分配部分配的载波光中另一束载波光，用上述另一束信号光使折射率非线形变化，使上述另一束载波光的相位非线形移位的第2非线形光学元件；使输入到上述第2非线形光学元件的上述另一束信号光比输入到上述第1非线形光学元件的上述一束信号光还衰减的衰减部；对上述第1非线形光学元件输入上述一束信号光后再向上述第2非线形光学元件输入另一束信号光的延迟部；使通过上述第1及第2光路的光合成的合成部，用上述延迟部延迟上述另一束信号光输入的时间比上述第1及第2非线形光学元件的非线形折射率变化的缓和时间还短。
在本发明中，用衰减部使入射到第1及第2非线形光学元件的信号光强度变化，使在第1及第2非线形光学元件中引起的相位变化量变化，同时用延迟部延迟NRZ信号光，使其向第2非线形光学元件的输入比向第1非线形光学元件的输入还延迟，所以第1非线形光学元件的相位变化引起过渡边缘时，第2非线形光学元件的相位变化的上升边或下降边重叠，能有效抵消相位变化过渡边缘的影响。
这时，延迟信号光向第2非线形光学元件输入的时间比载流子寿命或折射率变化的缓和时间还小。因此，由于NRZ信号光的输入，在第1及第2非线形光学元件中引起的相位变化不同，所以第1及第2光路的相位差不返回到初始状态，得到输出。继续输入NRZ信号光时，各自的光学元件产生的相位变化量加上载流子寿命的时间，接近稳定状态，但在该全光转换器中，在进入到在第1非线形光学元件引起的相位变化趋向稳定状态的过渡边缘过程的时期，由于引起第2非线形光学元件的相位变化，第1非线形光学元件的相位变化的过渡边缘过程的影响能因第2非线形光学元件的相位变化的上升边而某种程度抵消。而且，即使在NRZ信号光从导通变为截止的过程，各个非线形光学元件产生的相位变化量加上载流子寿命的时间，向初始状态缓和，但在该全光转换器中，在进入到第1非线形光学元件的缓和转向初始状态的过渡边缘过程的时期，由于第2非线形光学元件的相位变化也开始缓和，所以第1非线形光学元件的相位变化的过渡边缘过程影响，就能因第2非线形光学元件的相位变化的缓和而某种程度抵消。
上述第1及第2输入口也可以按照上述信号光的传输方向和上述载波光的传输方向成反方向那样配置。由于使载波光和NRZ信号光反方向传输那样的构成，载波光和NRZ信号光是相同波长，也能动作。
该全光转换器，作为载波光，不仅能使用CW光，而且能使用和NRZ信号光同步的时钟脉冲光。设载波光为时钟脉冲光时，能进行NRZ-RZ变换。
而且，上述延迟部可以形成为例如，能根据使从上述第2光路的上述分配部到上述第2非线形光学元件的光路长度比从上述第1光路的上述分配部到上述第1非线形光学元件的光路长度还长。
发明效果若使用本发明，即使是用高比特率的NRZ信号光驱动的场合，在转换器动作从截止转换成导通的过程和从导通转换成截止的过程中，由于能不受非线形折射率变化的缓和时间的影响而动作，能用比现有的全光转换器更宽范围的比特率的NRZ信号光动作。
图1是本发明第1实施方式的全光转换器的构成图。
图2(a)是表示输入到输入口7的NRZ信号光图案的波形图，(b)是表示非线形波导元件1及2的非线形相移的波形图，(c)是表示从输出口9输出的输出光强度的眼图(eye pattern)的波形图。
图3是本发明第2实施方式的全光转换器的构成图。
图4是本发明第3实施方式的全光转换器的构成图。
图5是本发明第4实施方式的全光转换器的构成图。
图6是本发明第5实施方式的全光转换器的构成图。
图7是现有例1的全光转换器的构成图。
图8是现有例2的全光转换器的构成图。
图中符号说明1、2、101、102-非线性波导元件，3～6、10、32～35、37、103～106、110-3dB耦合器，7、8、21、22、31、32、41、42、107、108、121、122-输入端口，9、25、38、45、109、125-输出端口，11、111可变延迟电路，12、13、112、113-可变衰减器，14、15、114、115-相位调整器，23、24、43、44、123、124-耦合器，51-RZ信号光，52-CW光，53-NRZ信号光，54-时钟脉冲光。
具体实施例方式
以下，参照附图，具体说明本发明实施方式的全光转换器。首先，说明本发明第1实施方式的全光转换器。图1是表示本实施方式的全光转换器的构成的图。如图1所示，本实施方式的全光转换器设置马赫-曾德尔型光电路，该光路具有把从输入口7输入的用非归零方式数据调制的光信号(NRZ信号光)53分配成2束的3dB耦合器10；把从输入口8输入的作为载波光的CW光52分配成2束的3dB耦合器3；输入用3dB耦合器10分配的一束信号光及用3dB耦合器3分配的一束CW光的3dB耦合器5；输入用3dB耦合器10分配的另一束信号光及用3dB耦合器3分配的另一束CW光的3dB耦合器6；使从3dB耦合器5输出的光和从3dB耦合器6输出的光合成并输出到输出口9的3dB耦合器4。
在本实施方式的全光转换器中，在3dB耦合器5和3dB耦合器4之间设置着具有SOA的非线形波导元件1及相位调节器14，在3dB耦合器6和3dB耦合器4之间设置着具有SOA的非线形波导元件2及相位调节器15。该非线形波导元件1及2使输入的光的折射率非线形变化后输出。相位调节器14及15在不输入NRZ信号光53的情况不从输出口9输出来源于CW光52的输出光，并像在不输入NRZ信号光53的情况通过两支路的CW光用3dB耦合器4干涉时的相位差是半波长那样设定。
在本实施方式的全光转换器中，在分配输入的NRZ信号光53的3dB耦合器10和3dB耦合器5之间设置可变延迟电路11和可变衰减器12，在3dB耦合器10和3dB耦合器6之间设置可变衰减器13。可变延迟电路11使另一束NRZ信号光的输入延迟，以便在用3dB耦合器10分配的一束NRZ信号光输入到非线形波导元件1以后，另一束NRZ信号光输入到非线形波导元件2，例如，根据使从3dB耦合器10到非线形波导元件2的光路长度比从3dB耦合器10到非线形波导元件1的光路长度还长形成。而且，像由可变延迟电路11提供的2束NRZ信号光的输入时间差ΔT比非线形波导元件1及2中的非线形折射率变化的缓和时间，即比载流子寿命还短那样设定。可变衰减器12及13使输入到非线形波导元件2的NRZ信号光比输入到非线形波导元件1的NRZ信号光还衰减。
本实施方式的全光转换器与图7所示现有例1的全光转换器的构成比较，有以下几点不同，即，输入NRZ信号光，不是RZ信号光；由可变延迟电路21提供的输入到非线形波导元件1和2的各信号光的输入时间差ΔT比载流子寿命还短；设置使输入到非线形波导元件1的信号比输入到非线形波导元件2的信号光的强度还大的可变衰减器12及13。本实施方式的全光转换器的各构成要素用通常的光波导相互连接。
接着，说明本实施方式的全光转换器的动作。首先，对输入口7输入波长λ1的NRZ信号光53，对输入口8输入波长λ2的CW光52。该波长λ1及波长λ2都被设定在SOA的放大区域内。而且，输入到输入口7的NRZ信号光53被3dB耦合器10分配成2束，其中一束NRZ信号光依次通过可变衰减器11、12和3dB耦合5，向非线形波导元件1输入。另一束NRZ信号光通过可变衰减器13、3dB耦合6，向非线形波导元件2输入。那时，用可变衰减器11在输入到非线形波导元件1的NRZ信号光和输入到非线形波导元件2的NRZ信号光之间加ΔT的时间差。即，对非线形波导元件1输入NRZ信号光，经过时间ΔT后，对非线形波导元件2输入NRZ信号光。而且，用输入的NRZ信号光，使非线形波导元件1及2的载流子密度减少，使非线形波导元件1及2的折射率变化。另外，向输入口8输入的波长λ2的CW光52被3dB耦合器3分配成2束后，在各自非线形波导元件1及2接受折射率变化(非线形相移)。然后，通过非线形波导元件1及2的CW光用作为合成部的3dB耦合器4再形成合成波，成为NRZ数据调制光，作为波长变换光从输出口9输出。
在本实施方式的全光转换器中，输入NRZ信号光，在非线形波导元件1激励非线形折射率变化时，通过非线形波导元件1的波长λ2的CW光接受非线形相移，从输入口8来的波长λ2的光输出导通。此时的非线形相移量，到经过时间ΔT至少是π/2左右，希望接近π。而且，时间ΔT后，也对非线形波导元件2输入波长λ1的NRZ信号光，在使载流子密度减少的同时也使折射率变化，通过非线形波导元件2的波长λ2的CW光也接受非线形相移。这时，非线形波导元件2的非线形相移是和在非线形波导元件1产生的非线形相移相同符号，而且，成为比非线形波导元件1的非线形相位漂移还小的值。由于在非线形波导元件1产生的非线形相移和在非线形波导元件2产生的非线形相移都有相同的时间变化，由于这样使NRZ信号光向非线形波导元件2的输入仅延迟时间ΔT，所以能抵消在非线形波导元件1产生的非线形相移后经过时间ΔT以后的过渡边缘部分。因此，在波长λ2的光输出从截止转换为导通的过程中能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。
在本实施方式的全光转换器中，在波长λ1的NRZ光输入从截止转换为导通的过程也同样能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。具体地说，波长λ1的NRZ信号光输入变为截止时，非线形波导元件1的载流子密度恢复，同样向稳定状态接近。那时的常数用载流子寿命决定，载流子密度的时间变化表示过渡边缘。但是，经过时间ΔT后，在两支路的相位差大致返回到初始状态的时刻，向非线形波导元件2的信号光输入也变为截止，载流子密度的开始恢复。该载流子密度的恢复，即非线形相移量在非线形波导元件1和非线形波导元件2也表示相同的时间变化。因而，这以后，能抑制两支路相位差的变化，在波长λ2的光输出中不出现载流子密度变化的过渡边缘的影响。这样作，能实现输入波长λ1的NRZ信号光，得到波长λ2的NRZ输出光的波长变换动作。
以下，以对输入口7输入比特率40Gb/秒NRZ信号光，对非线形波导元件1及2输入用可变延迟电路11调节的NRZ信号光时的时间差ΔT是12微微秒的情况为例，详细说明本实施方式的全光转换器的动作。图2(a)是表示输入到输入口7的NRZ信号光的图案的波形图，图2(b)是表示非线形波导元件1及2中的非线形相移的波形图，图2(c)是从输出口9输出的输出光强度的眼图的波形图。如图2(a)所示，在设信号光强度不是零的情况为「1」，设信号光强度是零的情况为「0」时，输入到输入口7的NRZ信号的图案成为「01010001111001000101」。设该输入波形为SDATA(t，z＝0)。这里，t表示时间，z表示非线形波导元件的长度方向位置，z＝0表示波导的入射端，z＝L表示波导的出射端。n表示1或2，n＝1表示非线形波导元件1的信号光强度，n＝2表示非线形波导元件2的信号光强度。而且，用SCW，n(t，z＝0)表示与NRZ信号光53同时输入的CW光52的强度。非线形波导元件1及2的载流子密度N1(t，z)及N2(t，z)的时间变化根据下述式1至3。
「式1」dNndt=Jnde-Nnτ-Ag×(Nn-N0)×SDATA,nhv-Ag×(Nn-Nb)×SCWnhv]]>「式2」dSDATA,ndz=Γ×Ag×(Nn-N0)×SDATA,n]]>「式3」
dSCW,ndz=Γ×Ag×(Nn-N0)×SCW,n]]>在上述式1至3中，Jn是注入电流密度，e是单位电荷，τ是在没有光输入状态的载流子寿命，Ag是微分放大系数，N0是产生放大的载流子密度，h是普朗克常数，v是光频及Γ是锁光系数。
图2(b)所示的非线形波导元件1及2的非线形相移Ntot，n(t)，与从在长度方向对非线形波导元件1及2的载流子密度Nn(t，z)进行积分的量的信号光输入没有的状态来的变化成比例，用下述式4求出。
「式4」Ntot,n(t)=∫0LNn(t,z)dz]]>而且，在非线形波导元件1及2中，接受CW光的非线形相移φn(t)由下述式5提供。
「式5」φn(t)＝k×(Ntot，n(t)-Mtot，n)上述式5的k是比例常数，Mtot，n是在没有NRZ信号光输入的状态在长度方向对非线形波导元件的载流子密度进行积分的量。因而，从本实施例的全光转换器输出的波长λ2的输出光强度Sout(t)由下述式6提供。
「式6」Sout(t)=12SCW1(t,z=L)+12SCW,2(t,z=L)]]>+SCW,1(t,z=L)×SCW,2(t,z=L)×cos(φ1(t)-φ2(t)+Δφ)]]>上述式6的Δφ是用相位调节器14及15设定的两支路间的相位差。在本实施例的全光转换器中，非线形波导元件1的非线形相移φ1(t)和非线形波导元件2的非线形相移φ2用同一的载流子(t)寿命τ作相同时间变化，而且，在非线形波导元件1的载流子密度Ntot，1(t)开始过渡边缘的位置，由于非线形波导元件2的载流子密度Ntot，2(t)上升，能相当程度抵消非线形相移φ1(t)的过渡边缘。
因此，如图2(c)所示，从输出口9输出的输出光强度Sour(t)得到良好的眼孔径。向两支路的非线形波导元件1及2输入NRZ信号光时的时间差ΔT由于被设定成与非线形折射率变化的缓和时间对应的值，所以不必要根据动作比特率改变。即，根据同一构成能不依赖比特率动作。
如上述所示，在本实施方式的全光转换器中，在进入非线形光学元件1引起的相位变化转向稳定状态的过渡边缘过程的时期，由于引起非线形光学元件2的相位变化，能用非线形光学元件2的相位变化的上升边某程度抵消非线形光学元件1的相位变化的过渡边缘过程的影响。在进入非线形光学元件1的缓和转向初始状态的过渡边缘过程的的时期，由于非线形光学元件2的相位变化也开始缓和，非线形光学元件1的相位变化的过渡边缘过程的影响能用非线形光学元件2的相位变化的缓和抵消某程度。其结果，由于解除依赖于载流子寿命的波长变换输出光的波形畸变，也能用高比特率的NRZ信号光驱动。
接着，说明本发明第2实施方式的全光转换器。图3是本实施方式的全光转换器的构成图。在图3中，和图1所示的第1实施方式全光转换器的构成要素相同的部分附加相同符号，详细说明省略。如图3所示，本实施方式的全光转换器设置着马赫-曾德尔型光电路，该光电路具有把从输入口21输入的用非归零方式数据调制信号光(NRZ信号光)53及从输入口22输入的作为载波光的CW光52分别分配给两支路的耦合器23、和使在两支路传输的光合成后输出给输出口25的耦合器24。
该全光转换器，上述马赫-曾德尔型光电路的2个支路的光路长度相互不同，在光路短的支路设置具有SOA的非线形波导元件1和相位调节器14，在光路长度的支路设置具有SOA的非线形波导元件2和相位调节器15。本实施方式全光转换器的相位调节器14和15在不输入NRZ信号光53的情况不从输出口25输出来源于CW光52的输出光，并像在NRZ信号光53的输入没有的情况通过两支路的CW光用耦合器24干涉时的相位差是半波长那样设定。
如上述所示，在本实施方式的全光转换器中，设置着非线形波导元件2的支路的光路比设置着非线形波导元件1的支路的光路还长。因此，由于在通过非线形波导元件1及2的CW光用耦合器24形成合成波时能提供ΔT的时间差，所以给通过非线形波导元件2的CW光提供比载流子寿命还短的时间差ΔT。本实施方式的全光转换器，除了马赫-曾德尔型光电路的2个支路的光路长度相互不同这点以外，其余和图8所示的现有例2的全光转换器的构成相同。
接着，说明本实施方式的全光转换器的动作。本实施方式的全光转换器对输入口21输入波长λ1的NRZ信号光53，对输入口22输入波长λ2的CW光52。这波长λ1和波长λ2都被设定在SOA的放大区域内。输入到输入口21的NRZ信号光53用耦合器23分配成2束，一束信号光向非线形波导元件1输入，另一束信号光向非线形波导元件2输入。该耦合器23，分配比是不对称的，使在非线形波导元件1中引起的折射率变化(非线形相移)比在非线形波导元件2中引起的折射率变化大。输入NRZ信号光时，在非线形波导元件1及2中分别激励非线形折射率变化。另外，输入到输入口22的CW光52用耦合器23分支后，接受在非线形波导元件1及2产生的非线形相移。而且，通过非线形波导元件1及2的CW光用耦合器34再形成合成波后变为数据调制光，作为波长变换光从输出口25输出。
在本实施方式的全光转换器中，由于使马赫-曾德尔型光电路的2个支路的光路长度相互不同那样设定，能通过2支路的波长λ2的光在耦合器24形成合成波时，在非线形相移的上升中产生时间ΔT偏差。具体地说，首先，根据通过非线形波导元件1的波长λ2的光的非线形相移，两支路的相位差变化，从输出口25来的波长变换光的输出成为导通。而且，经过时间ΔT后，通过非线形波导元件2的波长λ2的光的非线形相移抵消通过非线形波导元件1的波长λ2的光的非线形相移的经过时间ΔT后的过渡边缘部分。因此，在波长λ2的光输出从截止转换成导通的过程，能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。
在本实施方式的全光转换器中，在波长λ1的NRZ信号光输入从导通转换成截止的过程，同样也能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。具体地说，波长λ1的信号光截止时，非线形波导元件1及2的载流子密度恢复，向稳定状态接近。那时的常数由载流子寿命决定，载流子密度的时间变化表示过渡边缘。但是，该全光转换器的马赫-曾德尔型光电路由于两支路的光路长度相互不同，首先，由于通过非线形波导元件1的波长λ2光的非线形相移恢复，两支路间的相位差转向初始状态，从输出口25来的波长变换光的输出变成截止。而且，经过时间ΔT，在两支路间的相位差大致返回到初始状态的时刻，通过非线形波导元件2的波长λ2光的非线形相移也恢复。因此，这以后，能抑制两支路的相位差，在波长λ2的光输出不出现载流子密度变化的过渡边缘的影响。这样作，能实现输入波长λ1的NRZ信号光，得到波长λ2的NRZ输出光的波长变换动作。
如上述所示，在本实施方式的全光转换器中，在转换器动作从截止转换成导通的过程及从导通转换成截止的过程中，由于能不受非线形折射率变化的缓和时间的影响动作，也能用高比特率的NRZ信号光驱动。
接着，说明本发明第3实施方式的全光转换器。图4是本实施方式的全光转换器的构成图。在图4中，和图1所示的第1实施方式的全光转换器的构成要素相同的部分附加相同符号，详细说明省略。如图4所示，本实施方式的全光转换器，除了对输入口8输入时钟脉冲光54，不是CW光，从输出口9输出从NRZ向RZ的变换光这点以外，和图1所示的第实施方式的全光转换器同样。因而，相对于时钟脉冲光54的转换窗口，和相对于上述第1实施方式的全光转换器的CW光的转换器输出波形相同。
接着，说明本实施方式的全光转换器的动作。在本实施方式的全光转换器中，对输入口7输入波长λ1的NRZ信号光53，对输入口8输入波长是λ2的与NRZ信号光53同步的时钟脉冲光54。该波长λ1及波长λ2都被设定在SOA的放大区域内。输入到输入口7的NRZ信号光53用3dB耦合器1O分配成2束，其中一束信号光依次通过可变延迟电路11、可变衰减器12和3dB耦合器5，向非线形波导元件1输入。另一束信号光依次通过可变衰减器13和3dB耦合器6，向非线形波导元件2输入。这时，通过调节可变延迟电路11，给输入到非线形波导元件1及2的信号光加ΔT的时间差。输入该NRZ信号光时，非线形波导元件1及2的载流子密度减少，折射率变化。另外，输入到输入口8的λ2的时钟脉冲光54用3dB耦合器3暂时分支，一束光被输入到非线形波导元件1，另一束光被输入到非线形波导元件2，接受折射率变化(非线形相移)。而且，通过非线形波导元件1及2的钟脉冲光再用3dB耦合器4形成合成波，变为RZ数据调制光，作为波长变换光从输出口9输出。
在该马赫-曾德尔型光电路中，用相位调节器14及15，像在没有波长λ1的NRZ信号光53的输入时波长λ2的输出光不从输出口9输出，在没有波长λ1的NRZ信号光的输入的情况，通过两支路的波长λ2的时钟光用3dB耦合器4干涉时的相位差成为半波长那样设定。
在本实施方式的全光转换器中，输入NRZ信号光53时，首先，向非线形波导元件1输入NRZ信号光，经过时间ΔT后，对非线形波导元件2输入强度比向非线形波导元件1输入的NRZ信号光还低的NRZ信号光。因此，在转换器窗口成为导通的过程中，非线形波导元件1的非线形折射率变化的过渡边缘部分用非线形波导元件2的非线形折射率变化抵消。即，在波长λ2的时钟脉冲光成为导通的动作中，抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。
同样，在波长λ1的NRZ信号光输入从导通转换成截止的过程中，也能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。具体地说，波长λ1的NRZ信号光输入变为截止时，非线形波导元件1的载流子密度恢复，向稳定形态接近。那时的常数用载流子寿命决定，载流子密度的时间变化表示过渡边缘。但是，经过时间ΔT后，在两支路间的相位差大致返回到初始形态的时刻，向非线形波导元件2的信号光输入也变为截止，载流子密度的恢复开始。因此，这以后，能抑制两支路相位差的变化，在波长λ2的时钟脉冲光变为截止的动作中，不出现载流子密度变化的过渡边缘的影响。在本实施方式的全光转换器中，这样作，能实现输入波长λ1的NRZ信号光，得到波长λ2的RZ光的波长变换动作。
如上述所示，在本实施方式的全光转换器中，即使在作为载波光输入时钟脉冲的场合，在转换器动作从截止转换成导通的过程和从导通转换成截止的过程中，能不受非线形折射率变化的缓和时间的影响动作。其结果，能用比现有的全光转换器更宽范围的比特率的NRZ信号光动作。
在上述第1至第3的实施方式的全光转换器中，NRZ光的传输方向和CW光及时钟脉冲光等载波光的传送方向是相同的，但本发明不限定这点，即使NRZ光的传输方向和载波光的载波方向是相反方向，也能得到同样的效果。这时，NRZ信号光光和载波光也可以是相同波长。接着，说明本发明第4实施方式的全光转换器。图5是本实施方式的全光转换器的构成图。在图5中，和图1所示的第1实施方式的全光转换器的构成要素相同的部分附加相同符号，详细说明省略。如图5所示，本实施方式的全光转换器设置马赫-曾德尔型光电路，该电路具有把从输入口31输入的用非归零方式数据调制的信号光(NRZ信号光)53分配成2束的3dB耦合器33、把从输入口32输入的作为载波光的CW光52分配成2束的3dB耦合器36、输入用3dB耦合器33分配的一束NRZ信号光及用3dB耦合器36分配的一束CW光的3dB耦合器34、输入用3dB耦合器33分配的另一束NRZ信号光及用3dB耦合器36分配的另一束CW光的3dB耦合器35、合成从3dB耦合器34输出的光及从3dB耦合器35输出的光并输出到输出口38的3dB耦合器37。
在本实施方式的全光转换器中，配置输入口31及输入口32，使上述马赫-曾德尔型光电路的NRZ信号光53传送方向和CW光52传送方向相互成反方向。在3dB耦合器36和3dB耦合器34之间设置具有SOA的非线形波导元件1及相位调节器14，在3dB耦合器36和3dB耦合器35之间设置具有SOA的非线形波导元件2及相位调节器15。设定该相位调节器14及15，以便在不输入NRZ信号光53时不从输出口38输出来源于CW光52的输出光，在没有NRZ信号光53的输入的情况，通过两支路的CW光用3dB耦合器4干涉时的相位差成为半波长。
而且，在本实施方式的全光转换器中，在分配输入的NRZ信号光53的3dB耦合器33和3dB耦合器34之间设置可变延迟电路11及可变衰减器12，在3dB耦合器33和3dB耦合器35之间设置可变衰减器13。可变延迟电路11使另一个NRZ信号光的输入延迟，以便在用3dB耦合器33分配的一束NRZ信号光输入到非线形波导元件1以后，另一束NRZ信号光输入到非线形波导元件2，并像由可变延迟电路11提供的2束NRZ信号光的输入时间差ΔT比非线形波导元件1及2的非线形折射率变化缓和时间、即载流子寿命短那样设定。可变衰减器12及13使输入到非线形波导元件2的NRZ信号光比输入到非线形波导元件1的NRZ信号光还衰减。本实施方式的全光转换器的上述以外构成，和上述第1实施方式的全光转换器相同。
接着，说明本实施方式全光转换器的动作。本实施方式的全光转换器对输入口31输入波长λ1的NRZ信号光53，对输入口32输入的波长λ2的CW光52。该波长λ1及λ2都设定在SOA的放大区域内。而且，输入到输入口31的波长λ1的NRZ信号光53用3dB耦合器33分配成2束后，一束光通过可变延迟电路11、可变衰减器12、3dB耦合器34及相位调节器14，向非线形波导元件1输入。另一束光通过可变延迟电路13、3dB耦合器35及相位调节器15，向非线形波导元件2输入。这时，用可变延迟电路11给输入到非线形波导元件1及2的NRZ信号光加ΔT时间差。而且，非线形波导元件1及2在输入NRZ信号光时，载流子密度减少，折射率变化。
另外，对输入口32输入的波长λ2的CW光52用3dB耦合器36暂时分配后，一束光输入到非线形波导元件1，另一束光输入到非线形波导元件2，在非线形波导元件1及2接受折射率变化(非线形相移)。那时，在非线形波导元件1及2内，CW光及NRZ信号光以相互成反方向传输。而且，通过非线形波导元件1及2的CW光用3dB耦合器37再形成合成波，变成NRZ数据调制光，作为波长变换光从输出口38输出。
在本实施方式全光转换器中，输入NRZ信号光，在非线形波导元件1激励非线形折射率变化时，通过非线形波导元件1的波长λ2的CW光接受非线形相移，从输出口38来的波长λ2的光输出变成导通。该非线形波导元件1的非线形相移量，到经过时间ΔT时理想的至少是π/2左右，最好接近π。对非线形波导元件1输入NRZ信号光并经过时间ΔT后，也对非线形波导元件2输入波长λ1的NRZ信号光，非线形波导元件2的载流子密度减少，同时折射率变化。因此，通过非线形波导元件2的波长λ2的CW光也接受非线形相移。非线形波导元件2的非线形相移，和在非线形波导元件1产生的非线形相移是同符号，而且，比非线形波导元件1的非线形相移还小。因此，能抵消在非线形波导元件1产生非线形相移并经过时间ΔT以后的过渡边缘部分。其结果，在波长λ2的光输出从截止转换成导通的过程中，能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。
在本实施方式全光转换器，在波长λ1的NRZ信号光输入从导通转换成截止的过程中，也同样能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。具体地说，波长λ1的NRZ信号光输入变为截止时，非线形波导元件1的载流子密度恢复，向稳定形态接近。其时间常数由载流子寿命决定，载流子密度的时间变化表示过渡边缘。但是，经过时间ΔT后，在两支路间的相位差大致返回到初始形态的时刻，向非线形波导元件2的NRZ信号光输入也变为截止，载流子密度的恢复开始。因此，其以后能抑制两支路的相位差变化，在波长λ2的光输出中不出现载流子密度变化的过渡边缘的影响，这样作，能实现输入波长λ1的NRZ信号光，得到波长λ2的NRZ输出光的波长变换动作。
在本实施方式全光转换器中，也能通过输入时钟脉冲光代替CW光，输出NRZ-RZ变换光。
接着，说明本发明第5实施方式的全光转换器。图6是本实施方式的全光转换器的构成图。在图6中，和图3所示的第2实施方式的全光转换器的构成要素相同的部分附加相同符号，详细说明省略。如图6所示，本实施方式的全光转换器设置着马赫-曾德尔型光电路，该光电路具有把从输入口41输入的用非归零方式的数据调制信号光(NRZ信号光)53分配给两支路的耦合器43和把从输入口42输入的CW光52分配给两支路的耦合器44。在该马赫-曾德尔型光电路中，配置输入口41及输入口42，使NRZ信号光53的传送方向和CW光52的传送方向相互成反方向，通过两支路的CW光52用耦合器43合成后输出到输出口45。
该全光转换器，在上述马赫-曾德尔型光电路的2个支路中的1个支路设置着具有SOA的非线形波导元件1及相位调节器14，在另一个支路设置着具有SOA的非线形波导元件2及相位调节器15。而且，配置非线形波导元件1和非线形波导元件2，使到耦合器43的光路长度相互不同。具体地说，按照使从耦合器43到非线形波导元件1的光路长度L1比从耦合器43到非线形波导元件2的光路长度L2还短那样配置。在本实施方式的全光转换器中，设耦合器43的光分配比为非对称，使在非线形波导元件1中引起的折射率变化(非线形相移)比在非线形波导元件2中引起的折射率变化还大。而且，本实施方式的全光转换器的相位调节器14及15，为了要做到在不输入NRZ信号光53的情况来源于CW光52的输出光不从输出口45输出，所以像在没有NRZ信号光53输入的情况，通过两支路的CW光用耦合器43干涉时的相位差为半波长那样设定。本实施方式的全光转换器的上述以外的构成和上述第2实施方式的全光转换器相同。
接着，说明本实施方式的全光转换器的动作。在本实施方式的全光转换器中，对输入口41输入波长λ1的NRZ信号光53，对输入口42输入的波长λ2的CW光52。该波长λ1及波长λ2都设定在SOA的放大区域内。而且，输入到输入口41的NRZ信号光53用耦合器43分配给两支路后，一束光向非线形波导元件1输入，另一束光向非线形波导元件2输入。因此，在非线形波导元件1及2分别激励非线形折射率变化。在该全光转换器中，从耦合器43到非线形波导元件1的光路长度L1比从耦合器43到非线形波导元件2的光路长度L2还短，由于耦合器43的分配比成非对称，在非线形波导元件1引起的折射率变化(非线形相移)比在非线形波导元件2引起的折射率变化还大。
另外，输入到输入口42的波长λ2的CW光52用耦合器44分配给两支路后，一束光经由相位调节器14输入到非线形波导元件1，另一束光经由相位调节器15输入到非线形波导元件2。而且，在非线形波导元件1及2接受非线形相移。这时，在非线形波导元件1及2内，CW光及NRZ信号光相互反方向传输。而且，通过非线形波导元件1及2的CW光用耦合器43再形成合成波，变成NRZ数据调制光，作为波长变换光从输出口45输出。
在本实施方式的全光转换器中，由于从耦合器43到非线形波导元件1的光路长度L1比从耦合器43到非线形波导元件2的光路长度L2还短，通过两支路的波长λ2的光在耦合器43形成合成波时，在非线形相移的上升产生时间ΔT＝(L2-L1)/Vg的偏差。这里，Vg是群速度。具体地说，首先，两支路间的相位差因通过非线形波导元件1的波长λ2的光的非线形相移而变化，从输出口45来的波长变换光的输出变成导通。而且，经过时间ΔT后，通过非线形波导元件2的波长λ2的光的非线形相移，抵消通过非线形波导元件1的波长λ2的光的非线形相移的经过时间ΔT后的过渡边缘部分。因此，在波长λ2的光输出从截止转换成导通的过程中，能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。
同样，在本实施方式的全光转换器中，即使在波长λ1的信号光从导通到截止的转移过程，也能抑制起因于载流子寿命的过渡边缘。在该全光转换器中，波长λ1的信号光输入变为截止时，非线形波导元件1、2的载流子密度恢复，向稳定形态接近。此时的常数由载流子寿命决定，载流子密度的时间变化表示过渡边缘。但是，由于两支路的光路长度相互不同，首先，由于通过非线形波导元件1的波长λ2的光的非线形相移恢复，两支路间的相位差转向初始形态，从输出口45来的波长变换光的输出成为截止。而且，经过时间ΔT后，在两支路间的相位差大致恢复到初始形态的时刻，由于通过非线形波导元件2的波长λ2的光的非线形相移也恢复，这以后能抑制两支路的相位差的变化，在波长λ2的光输出中不出现载流子密度变化的过渡边缘的影响。在本实施方式的全光转换器中，这样作，能实现输入波长λ1的NRZ信号光53，得到波长λ2的NRZ输出光的波长变换动作。
还有，在本实施方式的全光转换器中，也能通过输入时钟脉冲光代替CW光，输出NRZ-RZ变换光。
在上述第1至第5的实施方式的全光转换器中，由于在两支路生成的非线形相移相互不同，所以输入到两支路的非线形波导元件的信号光强度也不同，但在作为非线形波导元件使用SOA的场合，作为在两支路产生的非线形相移不同的方法，也能应用使用相移和放大变化的比(字母参数)不同的SOA的方法、使用微分放大系数不同的SOA的方法、使用注入电流量不同的SOA的方法及使用锁光系数不同的SOA的方法等。
而且，上述第1至第5的实施方式的全光转换器的两支路具有非线形波导元件的马赫策德尔型光电路，可以在半导体上单块集成，也可以为在用石英类等材料制作半导体非线形波导元件的平面光电路上单块集成，也可以用分离的光零件构成。
产业上的利用可能性本发明能作为光纤通信和光信息处理用的波长变换器利用。
权利要求
1.一种全光转换器，具有第1输入口，其输入非归零方式的信号光；第2输入口，其输入载波光；第1及第2光路；分配部，其把输入到上述第1及第2输入口的光分别分配给上述第1及第2光路；第1非线形光学元件，其设置在上述第1光路，输入由上述分配部分配的信号光中一束信号光及由上述分配部分配的载波光中一束载波光，折射率因上述一束信号光而非线形变化并使上述一束载波光的相位非线形移位；第2非线形光学元件，其设置在上述第2光路，输入由上述分配部分配的信号光中另一束信号光及由上述分配部分配的载波光中另一束载波光，折射率因上述另一束信号光而非线形变化并使上述另一束载波光的相位非线形移位；衰减部，其使输入到上述第2非线形光学元件的上述另一束信号光比输入到上述第1非线形光学元件的上述一束信号光还衰减；延迟部，其对上述第1非线形光学元件输入上述一束信号光后再向上述第2非线形光学元件输入上述另一束信号光；及合成部，其合成通过上述第1及第2光路的光，用上述延迟部延迟上述另一束信号光输入的时间，比上述第1及第2非线形光学元件中的非线形折射率变化的缓和时间还短。
2.如权利要求1所述的全光转换器，其特征在于，上述第1及第2输入口，以上述信号光的传播方向和上述载波光的传播方向成反方向的方式配置。
3.如权利要求1或2所述的全光转换器，其特征在于，上述载波光是无调制连续光。
4.如权利要求1或2所述的全光转换器，其特征在于，上述载波光是与上述信号光同步的时钟脉冲光。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的全光转换器，其特征在于，上述延迟部，通过使从上述第2光路中的上述分配部到上述第2非线形光学元件的光路长度比从上述第1光路中的上述分配部到上述第1非线形光学元件的光路长度还长而形成。
全文摘要
在具有把输入到输入口(7)的NRZ信号光(53)分配给两支路的3dB耦合器(10)、把输入到输入口(8)的CW光(52)分配给两支路的3dB耦合器(3)及使通过两支路的光合成的3dB耦合器(4)的马赫－曾德尔型光电路的两支路中，设置在分别用3dB耦合器(10)分配的NRZ信号输入时折射率非线形变化并使输入的CW光的相位非线形移位的非线形波导元件(1、2)，和用输入到非线形波导元件(1)的NRZ信号光使输入到非线形波导元件(2)的NRZ信号光衰减的可变衰减器(12、13)。而且，还设置对非线形波导元件(1)输入NRZ信号光后再对非线形波导元件(2)输入NRZ信号光的可变延迟电路(11)，使由可变延迟电路(11)延迟NRZ信号光输入的时间比非线形波导元件(1、2)的非线形折射率变化的缓和时间还短。
文档编号G02F1/365GK1836189SQ20048002369
公开日2006年9月20日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月21日
发明者中村滋 申请人:日本电气株式会社