JP2002156669A - Apparatus for converting wavelength - Google Patents
Apparatus for converting wavelengthInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、入力光の波長を別
の波長を持つ光に変換できる波長変換装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength converter that can convert the wavelength of input light into light having another wavelength.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバを用いた通信分野では、大容
量で高速なデータ伝送が要求される。特に波長多重(W
DM)や光時分割多重(OTDM)は光ファイバの伝送
容量を格段に増加できる点で有望視されており、複数の
キャリア波長を精度良く制御するための波長制御技術や
あるキャリア波長を別のキャリア波長に変換する波長変
換技術が重要になる。2. Description of the Related Art In the field of communication using optical fibers, large-capacity, high-speed data transmission is required. In particular, wavelength multiplexing (W
DM) and optical time-division multiplexing (OTDM) are promising because they can significantly increase the transmission capacity of optical fibers. A wavelength conversion technique for converting into a carrier wavelength becomes important.
【0003】たとえば既設の光通信ネットワークでは、
光ファイバの損失が少ない1.3μm帯をキャリア波長
とした単一波長の光伝送が主流であり、一般には都市内
の電話通信網を置換する目的で敷設されている。一方、
都市間を結ぶ幹線系の光通信ネットワークでは、波長多
重伝送に好適な1.5μm帯をキャリア波長とした波長
多重の光伝送が主流である。For example, in an existing optical communication network,
The mainstream is single-wavelength optical transmission using a 1.3 μm band as a carrier wavelength, which has a small optical fiber loss, and is generally laid to replace a telephone communication network in a city. on the other hand,
BACKGROUND ART In a trunk optical communication network connecting cities, wavelength multiplex optical transmission using a 1.5 μm band suitable for wavelength multiplex transmission as a carrier wavelength is mainly used.
【0004】両者の光通信ネットワークを接続する場
合、キャリア波長が互いに異なるため、一方のネットワ
ークに流れる光信号をいったん電気信号に変換し、他方
のネットワークに適合するキャリア波長を用いた光信号
に変換する必要がある。すると、光通信の性能が電気信
号処理の能力によって制限されてしまう。When both optical communication networks are connected, since the carrier wavelengths are different from each other, an optical signal flowing through one network is first converted into an electric signal and then converted into an optical signal using a carrier wavelength suitable for the other network. There is a need to. Then, the performance of optical communication is limited by the capability of electric signal processing.
【0005】そこで、一方のネットワークのキャリア波
長を他方のネットワークのキャリア波長に直接に変換で
きれば、電気信号処理が介在しなくなり、光通信の高い
性能を有効に維持できる。そのため、キャリア波長を変
換するための光ミキシング技術が不可欠となる。[0005] Therefore, if the carrier wavelength of one network can be directly converted to the carrier wavelength of the other network, electric signal processing is not required, and high performance of optical communication can be effectively maintained. Therefore, an optical mixing technique for converting the carrier wavelength is indispensable.
【0006】こうした波長変換では、非線形光学効果に
よる第2高調波発生(SHG)、和周波発生(SF
G)、差周波発生(DFG)、パラメトリック変換、な
どを利用するため、非線形光学効果の高い材料が望まれ
る。In such wavelength conversion, the second harmonic generation (SHG) and the sum frequency generation (SF) due to the nonlinear optical effect are performed.
In order to utilize G), difference frequency generation (DFG), parametric conversion, and the like, a material having a high nonlinear optical effect is desired.
【0007】関連する先行技術として、特開平10−2
13826号、特開2000−10130号、文献(IE
IC Trans.Electron.volE83-C,No6 p869(2000))などがあ
る。As a related prior art, Japanese Patent Laid-Open No. 10-2
No. 13826, JP-A-2000-10130, literature (IE
IC Trans. Electron. VolE83-C, No. 6 p869 (2000)).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】非線形光学効果は、入
力光の偏光状態や非線形光学材料の方位に大きく依存す
る。たとえば所定方向に直線偏光した光が光ファイバを
通過すると、光ファイバの分散等の影響を受けるため、
光ファイバの出口における偏光状態は一般に特定できな
い。The nonlinear optical effect largely depends on the polarization state of the input light and the orientation of the nonlinear optical material. For example, when light linearly polarized in a predetermined direction passes through an optical fiber, it is affected by dispersion of the optical fiber, etc.
The polarization state at the exit of the optical fiber cannot generally be specified.
【0009】また非線形光学材料は、一般に偏光依存性
を有するため、入力光の偏光状態がキャリア波長毎に変
化すると、波長変換効率が一定せず、波長変換された出
力光の強度が不安定になる。In addition, since nonlinear optical materials generally have polarization dependence, if the polarization state of input light changes for each carrier wavelength, the wavelength conversion efficiency is not constant, and the intensity of the wavelength-converted output light becomes unstable. Become.
【0010】本発明の目的は、信号光の偏光状態に依存
せず、安定した波長変換を実現できる波長変換装置を提
供することである。An object of the present invention is to provide a wavelength conversion device that can realize stable wavelength conversion without depending on the polarization state of signal light.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、第1方向の直
線偏光成分について波長変換を行う波長変換素子と、波
長変換素子を通過した光を反射させて波長変換素子に戻
す反射素子を含み、波長変換素子から反射素子に向かう
光と反射素子で反射して波長変換素子に戻る光の偏光方
向の差が90度となるような偏光回転手段と備えること
を特徴とする波長変換装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes a wavelength conversion element for performing wavelength conversion on a linearly polarized light component in a first direction, and a reflection element for reflecting light passing through the wavelength conversion element and returning the reflected light to the wavelength conversion element. And a polarization rotating means for providing a polarization direction difference of 90 degrees between light traveling from the wavelength conversion element to the reflection element and light reflected by the reflection element and returning to the wavelength conversion element. .
【0012】本発明に従えば、波長変換素子は第1方向
の直線偏光成分について波長変換可能な偏光依存性を有
し、その後段に偏光回転手段を配置することによって、
ポンプ光および信号光を入力すると、ポンプ光および信
号光の第1方向成分は波長変換素子によって波長変換さ
れ、第1方向と直交する第2方向成分は波長変換されな
い。According to the present invention, the wavelength conversion element has a polarization dependency capable of wavelength conversion with respect to the linear polarization component in the first direction.
When the pump light and the signal light are input, the first direction component of the pump light and the signal light is wavelength-converted by the wavelength conversion element, and the second direction component orthogonal to the first direction is not wavelength-converted.
【0013】次に偏光回転手段で反射すると、第1方向
成分は波長変換素子の第1方向と直交するため波長変換
されず、一方、第2方向成分は波長変換素子の第1方向
と平行になるため波長変換される。その結果、第1方向
成分は往路で波長変換され、第2方向成分は復路で波長
変換されることになり、波長変換された出力光の合成強
度は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定し
た波長変換を実現できる。Next, when the light is reflected by the polarization rotating means, the first direction component is orthogonal to the first direction of the wavelength conversion element and thus is not wavelength-converted, while the second direction component is parallel to the first direction of the wavelength conversion element. Wavelength conversion. As a result, the first direction component is wavelength-converted on the outward path, and the second direction component is wavelength-converted on the return path. The combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant and depends on the polarization state of the signal light. Without this, stable wavelength conversion can be realized.
【0014】また本発明は、波長変換素子と偏光回転手
段との間に設けられ、ポンプ光を選択的に反射するため
の波長選択反射素子を備えることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that a wavelength selective reflection element is provided between the wavelength conversion element and the polarization rotating means and selectively reflects the pump light.
【0015】本発明に従えば、波長変換素子と偏光回転
手段との間にポンプ光を選択的に反射するための波長選
択反射素子を設けることによって、ポンプ光および信号
光を入力すると、ポンプ光および信号光の第1方向成分
は波長変換素子によって波長変換され、第1方向と直交
する第2方向成分は波長変換されず、次に波長選択反射
素子によってポンプ光だけが波長変換素子に戻されて、
信号光はそのまま通過する。According to the present invention, when the pump light and the signal light are inputted by providing the wavelength selective reflection element for selectively reflecting the pump light between the wavelength conversion element and the polarization rotating means, the pump light is provided. The first direction component of the signal light is wavelength-converted by the wavelength conversion element, the second direction component orthogonal to the first direction is not wavelength-converted, and then only the pump light is returned to the wavelength conversion element by the wavelength selective reflection element. hand,
The signal light passes through as it is.
【0016】次に偏光回転手段で反射すると、再び45
度偏光回転素子によって第1方向成分および第2方向成
分は光軸周りに45度回転し、波長選択反射素子をその
まま通過する。すると、信号光の第1方向成分は波長変
換素子の第1方向と直交するため波長変換されず、一
方、信号光の第2方向成分は波長変換素子の第1方向と
平行になるため波長変換され、このときポンプ光の第1
方向成分が波長変換に寄与する。従って、ポンプ光の第
1方向成分は往路および復路で波長変換に寄与できるた
め、波長変換効率がより向上し、好ましくはポンプ光と
して第1方向の直線偏光を使用すると、波長変換効率を
より一層向上できる。Next, when the light is reflected by the polarization rotating means, 45
The first direction component and the second direction component are rotated by 45 degrees around the optical axis by the polarization rotation element, and pass through the wavelength selective reflection element as it is. Then, the first direction component of the signal light is not wavelength-converted because it is orthogonal to the first direction of the wavelength conversion element, while the second direction component of the signal light is parallel to the first direction of the wavelength conversion element, so that the wavelength conversion is performed. At this time, the first of the pump light
Directional components contribute to wavelength conversion. Therefore, the first direction component of the pump light can contribute to the wavelength conversion on the outward path and the return path, so that the wavelength conversion efficiency is further improved. Preferably, when linearly polarized light in the first direction is used as the pump light, the wavelength conversion efficiency is further improved. Can be improved.
【0017】また本発明は、波長変換する光をビームウ
オークオフにより、互いに直交する2つの直線偏光成分
に分けてそれぞれを異なる2つの光軸に進行させる複屈
折材料からなる偏光分離素子と、2つの光軸を進行する
それぞれの直線偏光成分に応じて波長変換する波長変換
素子と、波長変換素子を通過した2つの光を合波する偏
光合波素子とを備えたことを特徴とする波長変換装置で
ある。The present invention also provides a polarization splitting element made of a birefringent material which splits light to be wavelength-converted into two linearly polarized light components orthogonal to each other by a beam walk-off and travels each of the two linearly polarized light components to two different optical axes. Wavelength conversion, comprising: a wavelength conversion element for converting the wavelength according to each linear polarization component traveling along two optical axes; and a polarization multiplexing element for multiplexing two lights passing through the wavelength conversion element. Device.
【0018】本発明に従えば、ビームウオークオフによ
って2つの直線偏光成分に分離した後、各偏光成分毎に
波長変換し、再び合成することによって、波長変換され
た出力光の合成強度は一定になり、入力光の偏光状態に
依存せず、安定した波長変換を実現できる。According to the present invention, the light is separated into two linearly polarized light components by beam walk-off, then the wavelength is converted for each of the polarized light components, and then combined again, so that the combined intensity of the wavelength-converted output light is constant. Thus, stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state of the input light.
【0019】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第2光軸に沿って進行する光の偏光方向を90度回
転させる第1の90度偏光回転素子と、偏光分離素子か
ら第1光軸に沿って進行する光および第1の90度偏光
回転素子から第2光軸に沿って進行する光に関して、第
1方向の直線偏光成分について波長変換を行う波長変換
素子と、波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光
の偏光方向を90度回転させる第2の90度偏光回転素
子と、第2の90度偏光回転素子から第1光軸に沿って
進行する光および波長変換素子から第2光軸に沿って進
行する光を合波する偏光合波素子とを備えることを特徴
とする波長変換装置である。Further, according to the present invention, the linearly polarized light in the first direction
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, a first 90-degree polarization rotation element that rotates the polarization direction of light traveling along the second optical axis from the polarization separation element by 90 degrees, and a first light from the polarization separation element. A wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along the axis and light traveling along the second optical axis from the first 90-degree polarization rotation element; A second 90-degree polarization rotation element for rotating the polarization direction of light traveling along the first optical axis by 90 degrees, and light and wavelength conversion traveling from the second 90-degree polarization rotation element along the first optical axis A polarization multiplexing element for multiplexing light traveling along a second optical axis from the element.
【0020】本発明に従えば、波長変換素子は第1方向
の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依存性
を有し、その前段に配置された偏光分離素子にポンプ光
および信号光を入力すると、偏光分離素子はポンプ光お
よび信号光に関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、
第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそ
れぞれ分離し、第1光軸に沿って進行するポンプ光およ
び信号光は波長変換素子によって波長変換される。一
方、第2光軸に沿って進行するポンプ光および信号光
は、第1の90度偏光回転素子を通過すると偏光方向が
第1方向と平行になり、波長変換素子によって波長変換
される。According to the present invention, the wavelength conversion element has a polarization dependence capable of converting the wavelength of the linearly polarized light component in the first direction, and the pump light and the signal light are inputted to the polarization separation element arranged in the preceding stage. Then, the polarization splitting element sets linearly polarized light in the first direction with respect to the pump light and the signal light to the first optical axis,
The linearly polarized light in the second direction orthogonal to the first direction is separated into the second optical axis, and the pump light and the signal light traveling along the first optical axis are wavelength-converted by the wavelength conversion element. On the other hand, when the pump light and the signal light traveling along the second optical axis pass through the first 90-degree polarization rotation element, the polarization directions become parallel to the first direction, and the wavelengths are converted by the wavelength conversion element.
【0021】波長変換素子から第1光軸に沿って進行す
るポンプ光および信号光は、第2の90度偏光回転素子
を通過すると偏光方向が第2方向と平行になって偏光合
波素子に入り、一方、波長変換素子から第2光軸に沿っ
て進行するポンプ光および信号光はそのまま偏光合波素
子に入り、両光軸に沿った光が合波される。その結果、
第1方向成分は第1光軸上で波長変換され、第2方向成
分は第2光軸上で波長変換され、波長変換された出力光
の合成強度は一定になり、信号光の偏光状態に依存せ
ず、安定した波長変換を実現できる。The pump light and the signal light traveling from the wavelength conversion element along the first optical axis pass through the second 90-degree polarization rotation element, so that the polarization direction becomes parallel to the second direction, and the polarization light becomes a polarization multiplexing element. On the other hand, pump light and signal light traveling along the second optical axis from the wavelength conversion element enter the polarization multiplexing element as they are, and light along both optical axes is multiplexed. as a result,
The first directional component is wavelength-converted on the first optical axis, the second directional component is wavelength-converted on the second optical axis, and the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the polarization state of the signal light is changed. Stable wavelength conversion can be realized without depending on it.
【0022】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第1光軸に沿って進行する光に関して、第1方向の
直線偏光成分について波長変換を行う第1波長変換素子
と、偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光に関
して、第2方向の直線偏光成分について波長変換を行う
第2波長変換素子と、第1波長変換素子を通過した光お
よび第2波長変換素子を通過した光を合波する偏光合波
素子とを備えることを特徴とする波長変換装置である。Further, according to the present invention, the linearly polarized light in the first direction
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, a first wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along the first optical axis from the polarization separation element, and a polarization separation element. A second wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linearly polarized light component in the second direction with respect to light traveling along the second optical axis, light that has passed through the first wavelength conversion element, and light that has passed through the second wavelength conversion element And a polarization multiplexing element for multiplexing the wavelengths.
【0023】本発明に従えば、第1波長変換素子は第1
方向の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依
存性を有し、第2波長変換素子は第2方向の直線偏光成
分について波長変換可能可能な偏光依存性を有し、その
前段に配置された偏光分離素子にポンプ光および信号光
を入力すると、偏光分離素子はポンプ光および信号光に
関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、第1方向と直
交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞれ分離
し、第1光軸に沿って進行するポンプ光および信号光は
第1波長変換素子によって波長変換され、第2光軸に沿
って進行するポンプ光および信号光は第2波長変換素子
によって波長変換される。According to the present invention, the first wavelength conversion element is the first wavelength conversion element.
The second wavelength conversion element has a polarization dependency capable of wavelength conversion with respect to the linear polarization component in the second direction, and is disposed in front of the second polarization conversion element. When pump light and signal light are input to the polarization splitting element, the polarization splitting element sets linear polarization in the first direction to the first optical axis and linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction to the pump light and the signal light. The pump light and the signal light that are separated into two optical axes and travel along the first optical axis are wavelength-converted by the first wavelength conversion element, and the pump light and the signal light that travel along the second optical axis are the second light. The wavelength is converted by the wavelength conversion element.
【0024】第1波長変換素子から第1光軸に沿って、
および第2波長変換素子から第2光軸に沿ってそれぞれ
進行するポンプ光および信号光は、偏光合波素子によっ
て合波される。その結果、第1方向成分は第1波長変換
素子によって波長変換され、第2方向成分は第2波長変
換素子によって波長変換され、波長変換された出力光の
合成強度は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、
安定した波長変換を実現できる。From the first wavelength conversion element, along the first optical axis,
The pump light and the signal light, which respectively travel along the second optical axis from the second wavelength conversion element, are multiplexed by the polarization multiplexing element. As a result, the first direction component is wavelength-converted by the first wavelength conversion element, the second direction component is wavelength-converted by the second wavelength conversion element, the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the signal light Independent of polarization state,
Stable wavelength conversion can be realized.
【0025】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第2光軸に沿って通過した光の偏光方向を90度回
転させる90度偏光回転素子と、偏光分離素子から第1
光軸に沿って進行する光および90度偏光回転素子から
第2光軸に沿って進行する光に関して、第1方向の直線
偏光成分について波長変換を行う波長変換素子と、波長
変換素子から第1光軸および第2光軸に沿って進行する
光を反射し、第1光軸に沿った光が波長変換素子を通過
し、第2光軸に沿た光が波長変換素子および90度偏光
回転素子の順で通過し、偏光分離素子において合波させ
るための反射素子と備えることを特徴とする波長変換装
置である。Also, the present invention provides a method for converting linearly polarized light in a first direction into a first direction.
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, a 90-degree polarization rotation element that rotates the polarization direction of light that has passed from the polarization separation element along the second optical axis by 90 degrees,
A wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along an optical axis and light traveling from a 90-degree polarization rotation element along a second optical axis; Light traveling along the optical axis and the second optical axis is reflected, light along the first optical axis passes through the wavelength conversion element, and light along the second optical axis is converted into the wavelength conversion element and the 90-degree polarization rotation. A wavelength conversion device comprising: a reflection element that passes in the order of elements and is multiplexed in a polarization separation element.
【0026】本発明に従えば、波長変換素子は第1方向
の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依存性
を有し、その前段に配置された偏光分離素子にポンプ光
および信号光を入力すると、偏光分離素子はポンプ光お
よび信号光に関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、
第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそ
れぞれ分離し、第1光軸に沿って進行するポンプ光およ
び信号光は波長変換素子によって波長変換される。一
方、第2光軸に沿って進行するポンプ光および信号光
は、90度偏光回転素子を通過すると偏光方向が第1方
向と平行になり、波長変換素子によって波長変換され
る。According to the present invention, the wavelength conversion element has a polarization dependency capable of converting the wavelength of the linearly polarized light component in the first direction, and the pump light and the signal light are input to the polarization separation element disposed at the preceding stage. Then, the polarization splitting element sets linearly polarized light in the first direction with respect to the pump light and the signal light to the first optical axis,
The linearly polarized light in the second direction orthogonal to the first direction is separated into the second optical axis, and the pump light and the signal light traveling along the first optical axis are wavelength-converted by the wavelength conversion element. On the other hand, when the pump light and the signal light traveling along the second optical axis pass through the 90-degree polarization rotation element, the polarization directions become parallel to the first direction, and the wavelengths are converted by the wavelength conversion element.
【0027】波長変換素子から第1光軸および第2光軸
に沿ってそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力
光は、反射素子で反射すると、再び同じ波長変換素子を
通過して波長変換される。第2光軸に沿って進行するポ
ンプ光、信号光および出力光は90度偏光回転素子を通
過すると偏光方向が第2方向と平行になって偏光分離素
子に入る。両光軸に沿って進行するポンプ光、信号光お
よび出力光は偏光分離素子によって合波される。その結
果、第1方向成分は第1光軸上で波長変換され、第2方
向成分は第2光軸上で波長変換され、波長変換された出
力光の合成強度は一定になり、信号光の偏光状態に依存
せず、安定した波長変換を実現できる。When the pump light, the signal light and the output light traveling from the wavelength conversion element along the first optical axis and the second optical axis, respectively, are reflected by the reflection element, they pass through the same wavelength conversion element again and are wavelength-converted. You. When the pump light, the signal light, and the output light traveling along the second optical axis pass through the 90-degree polarization rotation element, the polarization direction becomes parallel to the second direction and enters the polarization separation element. Pump light, signal light and output light traveling along both optical axes are multiplexed by the polarization splitting element. As a result, the first direction component is wavelength-converted on the first optical axis, the second direction component is wavelength-converted on the second optical axis, the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the signal light Stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state.
【0028】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第1光軸に沿って進行する光に関して、第1方向の
直線偏光成分について波長変換を行う第1波長変換素子
と、偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光に関
して、第2方向の直線偏光成分について波長変換を行う
第2波長変換素子と、第1波長変換素子から第1光軸に
沿って進行する光および第2波長変換素子ら第2光軸に
沿って進行する光を反射し、第1波長変換素子を通過し
た光および第2波長変換素子を通過した光を偏光分離素
子において合波させるための反射素子と備えることを特
徴とする波長変換装置である。Also, the present invention provides a method for converting linearly polarized light in a first direction into a first polarized light.
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, a first wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along the first optical axis from the polarization separation element, and a polarization separation element. A second wavelength conversion element that converts the wavelength of the linearly polarized light component in the second direction with respect to the light traveling along the second optical axis, and a light traveling along the first optical axis from the first wavelength conversion element and a second wavelength conversion element. A reflecting element for reflecting light traveling along the second optical axis from the wavelength conversion element, and combining the light passing through the first wavelength conversion element and the light passing through the second wavelength conversion element in a polarization splitting element; A wavelength converter characterized by comprising:
【0029】本発明に従えば、第1波長変換素子は第1
方向の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依
存性を有し、第2波長変換素子は第2方向の直線偏光成
分について波長変換可能可能な偏光依存性を有し、その
前段に配置された偏光分離素子にポンプ光および信号光
を入力すると、偏光分離素子はポンプ光および信号光に
関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、第1方向と直
交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞれ分離
し、第1光軸に沿って進行するポンプ光および信号光は
第1波長変換素子によって波長変換され、第2光軸に沿
って進行するポンプ光および信号光は第2波長変換素子
によって波長変換される。According to the invention, the first wavelength conversion element is the first wavelength conversion element.
The second wavelength conversion element has a polarization dependency capable of wavelength conversion with respect to the linear polarization component in the second direction, and is disposed in front of the second polarization conversion element. When pump light and signal light are input to the polarization splitting element, the polarization splitting element sets linear polarization in the first direction to the first optical axis and linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction to the pump light and the signal light. The pump light and the signal light that are separated into two optical axes and travel along the first optical axis are wavelength-converted by the first wavelength conversion element, and the pump light and the signal light that travel along the second optical axis are the second light. The wavelength is converted by the wavelength conversion element.
【0030】波長変換素子から第1光軸および第2光軸
に沿ってそれぞれ進行するポンプ光および信号光は、反
射素子で反射すると、再び同じ波長変換素子をそれぞれ
通過して波長変換され、さらに偏光合波素子によって合
波される。その結果、第1方向成分は第1波長変換素子
によって波長変換され、第2方向成分は第2波長変換素
子によって波長変換され、波長変換された出力光の合成
強度は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定
した波長変換を実現できる。When the pump light and the signal light traveling from the wavelength conversion element along the first optical axis and the second optical axis, respectively, are reflected by the reflection element, they pass through the same wavelength conversion element again and are wavelength-converted. The light is multiplexed by the polarization multiplexing element. As a result, the first direction component is wavelength-converted by the first wavelength conversion element, the second direction component is wavelength-converted by the second wavelength conversion element, the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the signal light Stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state.
【0031】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第1光軸に沿って進行する光に関して、第1方向の
直線偏光成分について波長変換を行う波長変換素子と、
波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光および偏
光分離素子から第2光軸に沿って進行する光を合波する
偏光合波素子と、偏光合波素子を通過した光を反射させ
て波長変換素子に戻す反射素子を含み、波長変換素子か
ら反射素子に向かう光と反射素子で反射して波長変換素
子に戻る光の偏光方向の差が90度となるような偏光回
転手段と備えることを特徴とする波長変換装置である。Further, according to the present invention, the linearly polarized light in the first direction
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, and a wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along the first optical axis from the polarization separation element.
A polarization multiplexing element for multiplexing light traveling along the first optical axis from the wavelength conversion element and light traveling along the second optical axis from the polarization separation element; and reflecting light passing through the polarization multiplexing element. And a polarization rotating means such that the difference in polarization direction between light traveling from the wavelength conversion element to the reflection element and light reflected by the reflection element and returning to the wavelength conversion element is 90 degrees. A wavelength converter characterized by the above.
【0032】本発明に従えば、波長変換素子は第1方向
の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依存性
を有し、その前段に配置された偏光分離素子にポンプ光
および信号光を入力すると、偏光分離素子はポンプ光お
よび信号光に関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、
第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそ
れぞれ分離し、第1光軸に沿って進行するポンプ光およ
び信号光は波長変換素子によって波長変換されるが、第
2光軸に沿って進行するポンプ光および信号光は波長変
換されない。波長変換素子から第1光軸および第2光軸
に沿ってそれぞれ進行するポンプ光および信号光は、偏
光合波素子によって合波される。According to the present invention, the wavelength conversion element has a polarization dependence capable of converting the wavelength of the linearly polarized light component in the first direction, and the pump light and the signal light are input to the polarization separation element disposed in the preceding stage. Then, the polarization splitting element sets linearly polarized light in the first direction with respect to the pump light and the signal light to the first optical axis,
The linearly polarized light in the second direction orthogonal to the first direction is separated into the second optical axis, and the pump light and the signal light traveling along the first optical axis are wavelength-converted by the wavelength conversion element. The pump light and signal light traveling along the axis are not wavelength-converted. Pump light and signal light traveling from the wavelength conversion element along the first optical axis and the second optical axis, respectively, are multiplexed by the polarization multiplexing element.
【0033】次に偏光回転手段で反射すると、光の偏光
方向が90度回転する。さらに偏光合波素子は、往路で
第1光軸を進行したポンプ光および信号光を第2光軸
に、往路で第2光軸を進行したポンプ光および信号光を
第1光軸にそれぞれ分離し、第1光軸に沿った光は波長
変換素子によって波長変換されるが、第2光軸に沿った
光は波長変換されない。次に波長変換素子から第1光軸
および第2光軸に沿ってそれぞれ進行するポンプ光およ
び信号光は、偏光分離素子によって合波される。その結
果、第1方向成分は往路で波長変換され、第2方向成分
は復路で波長変換されることになり、波長変換された出
力光の合成強度は一定になり、信号光の偏光状態に依存
せず、安定した波長変換を実現できる。Next, when the light is reflected by the polarization rotating means, the polarization direction of the light is rotated by 90 degrees. Further, the polarization multiplexing element separates the pump light and the signal light traveling on the first optical axis on the outward path into the second optical axis, and separates the pump light and the signal light traveling on the second optical axis on the outward path into the first optical axis. Then, the wavelength of the light along the first optical axis is converted by the wavelength conversion element, but the wavelength of the light along the second optical axis is not converted. Next, the pump light and the signal light traveling from the wavelength conversion element along the first optical axis and the second optical axis, respectively, are multiplexed by the polarization separation element. As a result, the first direction component is wavelength-converted on the outward path, and the second direction component is wavelength-converted on the return path. The combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant and depends on the polarization state of the signal light. Without this, stable wavelength conversion can be realized.
【0034】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第2光軸に沿って進行する光の偏光方向を90度回
転させる第1の90度偏光回転素子と、偏光分離素子か
ら第1光軸に沿って進行する光および第1の90度偏光
回転素子から第2光軸に沿って進行する光に関して、第
1方向の直線偏光成分について波長変換を行う波長変換
素子と、波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光
の偏光方向を90度回転させる第2の90度偏光回転素
子と、第2の90度偏光回転素子から第1光軸に沿って
進行する光および波長変換素子から第2光軸に沿って進
行する光を合波する偏光合波素子と、偏光合波素子を通
過した光を反射させて波長変換素子に戻す反射素子を含
み、波長変換素子から反射素子に向かう光と反射素子で
反射して波長変換素子に戻る光の偏光方向の差が90度
となるような偏光回転手段と備えることを特徴とする波
長変換装置である。Further, the present invention provides a method for converting linearly polarized light in the first direction into the first direction.
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, a first 90-degree polarization rotation element that rotates the polarization direction of light traveling along the second optical axis from the polarization separation element by 90 degrees, and a first light from the polarization separation element. A wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along the axis and light traveling along the second optical axis from the first 90-degree polarization rotation element; A second 90-degree polarization rotation element for rotating the polarization direction of light traveling along the first optical axis by 90 degrees, and light and wavelength conversion traveling from the second 90-degree polarization rotation element along the first optical axis A polarization multiplexing element that multiplexes light traveling along the second optical axis from the element, and a reflection element that reflects light passing through the polarization multiplexing element and returns the light to the wavelength conversion element. Wavelength conversion by reflecting the light going to The difference in the polarization direction of the light returning to the child is a wavelength conversion device characterized by comprising a polarization rotation means such that 90 degrees.
【0035】本発明に従えば、波長変換素子は第1方向
の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依存性
を有し、その前段に配置された偏光分離素子にポンプ光
および信号光を入力すると、偏光分離素子はポンプ光お
よび信号光に関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、
第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそ
れぞれ分離し、第1光軸に沿って進行するポンプ光およ
び信号光は波長変換素子によって波長変換される。一
方、第2光軸に沿って進行するポンプ光および信号光
は、第1の90度偏光回転素子を通過すると偏光方向が
第1方向と平行になり、波長変換素子によって波長変換
される。According to the present invention, the wavelength conversion element has a polarization dependency capable of converting the wavelength of the linearly polarized light component in the first direction, and the pump light and the signal light are input to the polarization separation element disposed at the preceding stage. Then, the polarization splitting element sets linearly polarized light in the first direction with respect to the pump light and the signal light to the first optical axis,
The linearly polarized light in the second direction orthogonal to the first direction is separated into the second optical axis, and the pump light and the signal light traveling along the first optical axis are wavelength-converted by the wavelength conversion element. On the other hand, when the pump light and the signal light traveling along the second optical axis pass through the first 90-degree polarization rotation element, the polarization directions become parallel to the first direction, and the wavelengths are converted by the wavelength conversion element.
【0036】波長変換素子から第1光軸に沿って進行す
るポンプ光および信号光は、第2の90度偏光回転素子
を通過すると偏光方向が第2方向と平行になって偏光合
波素子に入り、一方、波長変換素子から第2光軸に沿っ
て進行するポンプ光および信号光はそのまま偏光合波素
子に入り、両光軸に沿った光が合波される。The pump light and the signal light traveling from the wavelength conversion element along the first optical axis pass through the second 90-degree polarization rotation element, so that the polarization direction becomes parallel to the second direction, and the polarization light becomes a polarization multiplexing element. On the other hand, pump light and signal light traveling along the second optical axis from the wavelength conversion element enter the polarization multiplexing element as they are, and light along both optical axes is multiplexed.
【0037】次に偏光回転手段で反射すると、光の偏光
方向が90度回転する。さらに偏光合波素子は、往路で
第1光軸を進行したポンプ光および信号光を第2光軸
に、往路で第2光軸を進行したポンプ光および信号光を
第1光軸にそれぞれ分離し、第1光軸に沿って進行する
ポンプ光および信号光は波長変換素子によって波長変換
され、そのまま偏光分離素子に入る。一方、第2光軸に
沿って進行するポンプ光および信号光は、第2の90度
偏光回転素子を通過すると偏光方向が第1方向と平行に
なり、波長変換素子によって波長変換され、さらに第1
の90度偏光回転素子を通過すると偏光方向が第2方向
と平行になって偏光分離素子に入る。両光軸に沿って進
行するポンプ光および信号光は偏光分離素子によって合
波される。その結果、第1方向成分および第2方向成分
は往路および復路で波長変換されることになり、波長変
換された出力光の合成強度は一定になり、信号光の偏光
状態に依存せず、安定した波長変換を実現できる。Next, when the light is reflected by the polarization rotating means, the polarization direction of the light is rotated by 90 degrees. Further, the polarization multiplexing element separates the pump light and the signal light traveling on the first optical axis on the outward path into the second optical axis, and separates the pump light and the signal light traveling on the second optical axis on the outward path into the first optical axis. Then, the pump light and the signal light traveling along the first optical axis are wavelength-converted by the wavelength conversion element and directly enter the polarization splitting element. On the other hand, when the pump light and the signal light traveling along the second optical axis pass through the second 90-degree polarization rotation element, the polarization direction becomes parallel to the first direction, and the wavelength is converted by the wavelength conversion element. 1
After passing through the 90-degree polarization rotation element, the polarization direction becomes parallel to the second direction and enters the polarization separation element. The pump light and the signal light traveling along both optical axes are multiplexed by the polarization separation element. As a result, the first direction component and the second direction component are wavelength-converted in the forward path and the return path, and the combined intensity of the wavelength-converted output light is constant, and does not depend on the polarization state of the signal light and is stable. Wavelength conversion can be realized.
【0038】また本発明は、第1方向の直線偏光を第1
光軸に、第1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2
光軸にそれぞれ分離する偏光分離素子と、偏光分離素子
から第1光軸に沿って進行する光に関して、第1方向の
直線偏光成分について波長変換を行う第1波長変換素子
と、偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光に関
して、第2方向の直線偏光成分について波長変換を行う
第2波長変換素子と、第1波長変換素子から第1光軸に
沿って進行する光および第2波長変換素子から第2光軸
に沿って進行する光を合波する偏光合波素子と、偏光合
波素子を通過した光を反射させて波長変換素子に戻す反
射素子を含み、波長変換素子から反射素子に向かう光と
反射素子で反射して波長変換素子に戻る光の偏光方向の
差が90度となるような偏光回転手段と備えることを特
徴とする波長変換装置である。Further, according to the present invention, the linearly polarized light in the first direction is
The linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction is applied to the optical axis in the second direction.
A polarization separation element that separates the light into an optical axis, a first wavelength conversion element that performs wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction with respect to light traveling along the first optical axis from the polarization separation element, and a polarization separation element. A second wavelength conversion element that converts the wavelength of the linearly polarized light component in the second direction with respect to the light traveling along the second optical axis, and a light traveling along the first optical axis from the first wavelength conversion element and a second wavelength conversion element. A polarization multiplexing element that multiplexes light traveling along the second optical axis from the wavelength conversion element, and a reflection element that reflects light that has passed through the polarization multiplexing element and returns the light to the wavelength conversion element. A wavelength conversion device comprising: a polarization rotating unit that causes a difference in polarization direction between light traveling toward the reflection element and light reflected by the reflection element and returning to the wavelength conversion element to be 90 degrees.
【0039】本発明に従えば、第1波長変換素子は第1
方向の直線偏光成分について波長変換可能可能な偏光依
存性を有し、第2波長変換素子は第2方向の直線偏光成
分について波長変換可能可能な偏光依存性を有し、その
前段に配置された偏光分離素子にポンプ光および信号光
を入力すると、偏光分離素子はポンプ光および信号光に
関して第1方向の直線偏光を第1光軸に、第1方向と直
交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞれ分離
し、第1光軸に沿って進行するポンプ光および信号光は
第1波長変換素子によって波長変換され、第2光軸に沿
って進行するポンプ光および信号光は第2波長変換素子
によって波長変換される。According to the present invention, the first wavelength conversion element is the first wavelength conversion element.
The second wavelength conversion element has a polarization dependency capable of wavelength conversion with respect to the linear polarization component in the second direction, and is disposed in front of the second polarization conversion element. When pump light and signal light are input to the polarization splitting element, the polarization splitting element sets linear polarization in the first direction to the first optical axis and linear polarization in the second direction orthogonal to the first direction to the pump light and the signal light. The pump light and the signal light that are separated into two optical axes and travel along the first optical axis are wavelength-converted by the first wavelength conversion element, and the pump light and the signal light that travel along the second optical axis are the second light. The wavelength is converted by the wavelength conversion element.
【0040】第1波長変換素子から第1光軸に沿って、
および第2波長変換素子から第2光軸に沿ってそれぞれ
進行するポンプ光および信号光は、偏光合波素子によっ
て合波される。From the first wavelength conversion element along the first optical axis,
The pump light and the signal light, which respectively travel along the second optical axis from the second wavelength conversion element, are multiplexed by the polarization multiplexing element.
【0041】次に偏光回転手段で反射すると、光の偏光
方向が90度回転する。さらに偏光合波素子は、往路で
第1光軸を進行したポンプ光および信号光を第2光軸
に、往路で第2光軸を進行したポンプ光および信号光を
第1光軸にそれぞれ分離し、第1光軸に沿った光は第1
波長変換素子によって波長変換され、第2光軸に沿った
光は第2波長変換素子によって波長変換される。Next, when the light is reflected by the polarization rotating means, the polarization direction of the light is rotated by 90 degrees. Further, the polarization multiplexing element separates the pump light and the signal light traveling on the first optical axis on the outward path into the second optical axis, and separates the pump light and the signal light traveling on the second optical axis on the outward path into the first optical axis. And the light along the first optical axis is the first
The wavelength is converted by the wavelength conversion element, and the light along the second optical axis is converted by the second wavelength conversion element.
【0042】第1波長変換素子から第1光軸に沿って、
および第2波長変換素子から第2光軸に沿ってそれぞれ
進行するポンプ光および信号光は、偏光分離素子によっ
て合波される。その結果、第1方向成分および第2方向
成分は往路および復路で波長変換されることになり、波
長変換された出力光の合成強度は一定になり、信号光の
偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現できる。From the first wavelength conversion element along the first optical axis,
The pump light and the signal light traveling along the second optical axis from the second wavelength conversion element and the second wavelength conversion element are multiplexed by the polarization separation element. As a result, the first direction component and the second direction component are wavelength-converted in the forward path and the return path, and the combined intensity of the wavelength-converted output light is constant, and does not depend on the polarization state of the signal light and is stable. Wavelength conversion can be realized.
【0043】また本発明は、前記偏光回転手段が光の偏
光方向を45度回転させる45度回転素子と、45度偏
光回転素子を通過した光を反射し、45度回転素子へ戻
すための前記反転素子から成り、前記45度回転素子が
前記波長変換素子と前記反射素子の間に設けられたこと
を特徴とする。Also, in the present invention, the polarization rotating means rotates the polarization direction of the light by 45 degrees, and the 45 degree rotation element for reflecting the light passing through the 45 degree polarization rotation element and returning the light to the 45 degree rotation element. It is comprised of an inversion element, and the 45-degree rotation element is provided between the wavelength conversion element and the reflection element.
【0044】本発明に従えば、偏光回転手段に入射した
光の偏光方向を90度回転して、波長変換素子に戻すこ
とができる。According to the present invention, the polarization direction of the light incident on the polarization rotation means can be rotated by 90 degrees and returned to the wavelength conversion element.
【0045】また本発明は、前記偏光回転手段が、前記
反射素子と前記波長変換素子の間に設けられたλ/4板
と前記反射素子とから成ることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the polarization rotating means comprises a λ / 4 plate provided between the reflection element and the wavelength conversion element and the reflection element.
【0046】本発明に従えば、偏光回転手段に入射した
光の偏光方向を90度回転して、波長変換素子に戻すこ
とができる。According to the present invention, the polarization direction of the light incident on the polarization rotating means can be rotated by 90 degrees and returned to the wavelength conversion element.
【0047】[0047]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施形態を
示す構成図である。波長変換装置は、合波器10と、光
サーキュレータ11と、波長変換素子1と、ファラデー
ローテータ22と、反射ミラー20などで構成される。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, the wavelength conversion element 1, a Faraday rotator 22, a reflection mirror 20, and the like.
【0048】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0049】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0050】波長変換素子1,2は、LiNbO3(略
称LN)、LiTaO3(略称LT)、KNbO3(略称
KN)、KTiOPO4(略称KTP)などの非線形光
学材料で形成され、ここでは分極方向をコヒーレンス長
の周期で交互に反転したQPM(Quasi Phase Matchin
g:疑似位相整合)素子を用いた例を示す。波長変換素
子1は分極方向がx方向(紙面に平行かつ光軸に垂直)
と平行になるように配置される。The wavelength conversion elements 1 and 2 are formed of a non-linear optical material such as LiNbO 3 (abbreviation LN), LiTaO 3 (abbreviation LT), KNbO 3 (abbreviation KN), KTiOPO 4 (abbreviation KTP), and here, polarization. QPM (Quasi Phase Matchin) in which the directions are alternately reversed with a period of coherence length
g: quasi-phase matching) element. The polarization direction of the wavelength conversion element 1 is the x direction (parallel to the paper and perpendicular to the optical axis).
It is arranged so that it may become parallel.
【0051】ファラデーローテータ22は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に45度回転させる。反射ミラ
ー20は入射した光を同じ光軸上に反射する。The Faraday rotator 22 rotates the polarization direction of the light by 45 degrees around the optical axis in a predetermined direction. The reflecting mirror 20 reflects the incident light on the same optical axis.
【0052】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light coincide with each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0053】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド(1.53〜1.56μm)、波長
λLはLバンド(1.56〜1.61μm)、波長λp
はCバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定
され、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光
の波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when performing cascade type difference frequency generation and performing wavelength conversion in 1.5 μm band optical fiber communication,
The wavelength λs is the C band (1.53 to 1.56 μm), the wavelength λL is the L band (1.56 to 1.61 μm), and the wavelength λp
Is set to 1.56 μm, which is the center between the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light satisfy the relationship of Expression (1). 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0054】次に動作について説明する。たとえば、ポ
ンプ光としてx方向成分とy方向成分との比が1:1で
ある直線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に
変動して不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light having a ratio of the x-direction component to the y-direction component of 1: 1 is used as the pump light. It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0055】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、波長変換素子1を通過する。
すると、ポンプ光および信号光のx方向成分は、x方向
に分極した波長変換素子1によってx方向に偏光した出
力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のy方向
成分は、波長変換素子1の分極方向と直交するため、波
長変換されない。The pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and pass through the wavelength conversion element 1 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b.
Then, the x-direction components of the pump light and the signal light are wavelength-converted into output light polarized in the x-direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x-direction. The y-direction components of the pump light and the signal light are not wavelength-converted because they are orthogonal to the polarization direction of the wavelength conversion element 1.
【0056】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ22を通過すると、各光の偏光方向が
45度回転し、反射ミラー20で反射すると、再びファ
ラデーローテータ22を通過して各光の偏光方向がさら
に45度回転し、ファラデーローテータ22の入射前と
比べて90度回転した後、波長変換素子1に再入力され
る。このときポンプ光および信号光のx方向成分はy方
向に回転しているため、波長変換素子1では波長変換さ
れず、一方、ポンプ光および信号光のy方向成分はx方
向に回転しているため、波長変換素子1によって波長変
換される。その結果、入力前のx方向成分は往路で波長
変換され、入力前のy方向成分は復路で波長変換される
ことになる。Next, when the pump light, the signal light, and the output light pass through the Faraday rotator 22, the polarization direction of each light is rotated by 45 degrees. The polarization direction is further rotated by 45 degrees, and after being rotated by 90 degrees as compared with before the incidence of the Faraday rotator 22, the light is re-input to the wavelength conversion element 1. At this time, since the x-direction components of the pump light and the signal light are rotating in the y-direction, the wavelength is not converted by the wavelength conversion element 1, while the y-direction components of the pump light and the signal light are rotating in the x-direction. Therefore, the wavelength is converted by the wavelength conversion element 1. As a result, the x-direction component before input is wavelength-converted on the outward path, and the y-direction component before input is wavelength-converted on the return path.
【0057】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ11のポート11bからポート11cを経由して取り
出される。The wavelength-converted output light is extracted from the port 11b of the optical circulator 11 via the port 11c.
【0058】信号光の入射偏光角度φ、ポンプ光の電場
強度Ep、信号光の電場強度Es、右周り変換効率η
r、左周り変換効率ηl、波長変換素子1の光学長Lを
用いて、出力光の強度ILは式(2)で表される。 IL= (ηr・L・Ep/√2・Es・cosφ)2+(ηl・L・Ep/√2・Es・sinφ)2 …(2)The incident polarization angle φ of the signal light, the electric field intensity Ep of the pump light, the electric field intensity Es of the signal light, the clockwise conversion efficiency η
Using r, the left-handed conversion efficiency ηl, and the optical length L of the wavelength conversion element 1, the output light intensity IL is expressed by Expression (2). IL = (ηr · L · Ep / √2 · Es · cosφ) 2 + (ηl·L · Ep / √2 · Es · sinφ) 2 … (2)
【0059】ここで波長変換素子1の往路と復路で同じ
場所を通過するため、ηr=ηlになり、出力光の強度
ILは式(3)で表される。 IL = (ηr・L・Ep・Es)2 /2 …(3)Here, since the light passes through the same place on the outward path and the return path of the wavelength conversion element 1, ηr = ηl, and the intensity IL of the output light is expressed by the following equation (3). IL = (ηr · L · Ep · Es) 2 /2… (3)
【0060】したがって、出力光の強度ILは信号光の
入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏光
状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。Therefore, the intensity IL of the output light becomes constant without depending on the incident polarization angle φ of the signal light, and stable wavelength conversion can be realized even if the polarization state of the signal light changes.
【0061】図2は、本発明の第2実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、光サーキュ
レータ11と、波長変換素子1と、波長選択反射ミラー
21と、ファラデーローテータ22と、反射ミラー20
などで構成される。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, a wavelength conversion element 1, a wavelength selective reflection mirror 21, a Faraday rotator 22, and a reflection mirror 20.
Etc.
【0062】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0063】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0064】波長変換素子1は、LN、LT、KN、K
TPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは分極方
向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQPM素子
を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向がx方向
と平行になるように配置される。The wavelength conversion element 1 is composed of LN, LT, KN, K
Here, an example using a QPM element formed of a non-linear optical material such as TP and in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length is shown. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction.
【0065】波長選択反射ミラー21は、ダイクロイッ
クミラー等で構成され、ポンプ光を反射し、信号光およ
び出力光を通過する特性を有する。このとき、反射波長
と透過波長とが離れているほど良好な特性が得られるた
め、ポンプ光は基本波長の第2高調波に相当する波長に
設定することが好ましい。The wavelength selective reflection mirror 21 is composed of a dichroic mirror or the like, and has a characteristic of reflecting pump light and passing signal light and output light. At this time, it is preferable that the pump light be set to a wavelength corresponding to the second harmonic of the fundamental wavelength, because better characteristics are obtained as the reflection wavelength and the transmission wavelength are farther apart.
【0066】ファラデーローテータ22は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に45度回転させる。反射ミラ
ー20は入射した光を同じ光軸上に反射する。The Faraday rotator 22 rotates the polarization direction of the light by 45 degrees around the optical axis in a predetermined direction. The reflecting mirror 20 reflects the incident light on the same optical axis.
【0067】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light match each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0068】たとえば、単純な差周波発生を行って1.
5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、波長λ
sはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpはCバン
ドとLバンドの中央波長1.56μmの半分に相当する
0.78μmに設定され、ポンプ光の波長λp、信号光
の波長λs、出力光の波長λLは、式(1A)の関係が
成立する。 1/λL = 1/λp − 1/λs …(1A)For example, by performing a simple difference frequency generation,
When performing wavelength conversion in 5 μm band optical fiber communication, the wavelength λ
s is set to C band, wavelength λL is set to L band, wavelength λp is set to 0.78 μm, which is half of the central wavelength of 1.56 μm between C band and L band, wavelength λp of pump light, wavelength λs of signal light, and output The wavelength λL of the light satisfies the relationship of Expression (1A). 1 / λL = 1 / λp−1 / λs (1A)
【0069】次に動作について説明する。たとえば、ポ
ンプ光としてx方向の直線偏光を使用する。信号光の偏
光方向は時間的に変動して不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in the x direction is used as the pump light. It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0070】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、波長変換素子1を通過する。
すると、ポンプ光および信号光のx方向成分は、x方向
に分極した波長変換素子1によってx方向に偏光した出
力光に波長変換される。ポンプ光および信号光のy方向
成分は、波長変換素子1の分極方向と直交するため、波
長変換されない。The pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and pass through the wavelength conversion element 1 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b.
Then, the x-direction components of the pump light and the signal light are wavelength-converted into output light polarized in the x-direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x-direction. The y-direction components of the pump light and the signal light are not wavelength-converted because they are orthogonal to the polarization direction of the wavelength conversion element 1.
【0071】次に波長選択反射ミラー21は波長変換素
子1からのポンプ光のみを反射して波長変換素子1に再
入力し、信号光および出力光は透過する。これによって
x方向に直線偏光したポンプ光は、往路と復路で波長変
換に寄与できる。Next, the wavelength selective reflection mirror 21 reflects only the pump light from the wavelength conversion element 1 and reenters it into the wavelength conversion element 1, and transmits the signal light and the output light. As a result, the pump light linearly polarized in the x direction can contribute to wavelength conversion on the outward path and the return path.
【0072】次に信号光および出力光がファラデーロー
テータ22を通過すると、各光の偏光方向が45度回転
し、反射ミラー20で反射すると、再びファラデーロー
テータ22を通過して各光の偏光方向がさらに45度回
転し、ファラデーローテータ22の入射前と比べて90
度回転した後、波長選択反射ミラー21を通過して波長
変換素子1に再入力される。このとき信号光のx方向成
分はy方向に回転しているため、波長変換素子1では波
長変換されず、一方、信号光のy方向成分はx方向に回
転しているため、波長変換素子1によって波長変換され
る。その結果、入力前のx方向成分は往路で波長変換さ
れ、入力前のy方向成分は復路で波長変換されることに
なる。Next, when the signal light and the output light pass through the Faraday rotator 22, the polarization direction of each light is rotated by 45 degrees. When the light is reflected by the reflection mirror 20, it passes through the Faraday rotator 22 again and the polarization direction of each light is changed. It is further rotated 45 degrees, and 90 degrees compared with before the Faraday rotator 22 is incident.
After the rotation, the light passes through the wavelength selective reflection mirror 21 and is input again to the wavelength conversion element 1. At this time, since the x direction component of the signal light is rotating in the y direction, the wavelength conversion element 1 does not perform wavelength conversion. On the other hand, the y direction component of the signal light is rotating in the x direction. Is wavelength-converted. As a result, the x-direction component before input is wavelength-converted on the outward path, and the y-direction component before input is wavelength-converted on the return path.
【0073】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ11のポート11bからポート11cを経由して取り
出される。The wavelength-converted output light is extracted from the port 11b of the optical circulator 11 via the port 11c.
【0074】図2の構成において、カスケード型差周波
発生を行うことも可能であり、波長λsはCバンド、波
長λLはLバンド、波長λpはCバンドとLバンドの中
央である1.56μmに設定され、ポンプ光の波長λ
p、信号光の波長λs、出力光の波長λLは、式(1)
の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)In the configuration shown in FIG. 2, it is also possible to generate a cascade type difference frequency. The wavelength λs is in the C band, the wavelength λL is in the L band, and the wavelength λp is 1.56 μm which is the center of the C and L bands. Is set and the wavelength λ of the pump light
p, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are given by Equation (1).
Is established. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0075】この場合、ポンプ光、信号光および出力光
の波長が接近するため、波長選択反射ミラー21とし
て、より急峻な波長選択特性を有する光学素子、たとえ
ばファイバブラッググレーティング(FBG)等のファ
イバ型フィルタや狭帯域光学コーィングフィルタなどを
使用することが好ましい。In this case, since the wavelengths of the pump light, the signal light and the output light are close to each other, the wavelength selective reflection mirror 21 is an optical element having a steeper wavelength selection characteristic, for example, a fiber type such as a fiber Bragg grating (FBG). It is preferable to use a filter or a narrow band optical coating filter.
【0076】ここで、信号光の入射偏光角度φ、ポンプ
光の電場強度Ep、信号光の電場強度Es、右周り変換
効率ηr、左周り変換効率ηl、波長変換素子1の光学
長Lを用いて、ポンプ光が往復で寄与するため、出力光
の強度ILは式(4)で表される。 IL = (ηr・L・Ep・Es・cosφ)2+(ηl・L・Ep・Es・sinφ)2 …(4)Here, the incident polarization angle φ of the signal light, the electric field intensity Ep of the pump light, the electric field intensity Es of the signal light, the clockwise conversion efficiency ηr, the clockwise conversion efficiency η1, and the optical length L of the wavelength conversion element 1 are used. Since the pump light contributes in a reciprocating manner, the intensity IL of the output light is expressed by Expression (4). IL = (ηr · L · Ep · Es · cosφ) 2 + (ηl·L · Ep · Es · sinφ) 2 … (4)
【0077】ここで波長変換素子1の往路と復路で同じ
場所を通過するため、ηr=ηlになり、出力光の強度
ILは式(5)で表される。 IL = (ηr・L・Ep・Es)2 …(5)Here, since the light passes through the same place in the forward path and the return path of the wavelength conversion element 1, ηr = ηl, and the intensity IL of the output light is represented by the following equation (5). IL = (ηr · L · Ep · Es) 2 … (5)
【0078】したがって、出力光の強度ILは、信号光
の入射偏光角度φに依存せずに一定になり、信号光の偏
光状態が変化しても安定した波長変換を実現できる。ま
た、ポンプ光が往復で寄与するため、出力光の強度IL
は図1と比べて2倍になり、波長変換効率をより一層向
上できる。Therefore, the intensity IL of the output light becomes constant without depending on the incident polarization angle φ of the signal light, and stable wavelength conversion can be realized even if the polarization state of the signal light changes. In addition, since the pump light contributes in a round trip, the output light intensity IL
Is twice as large as that of FIG. 1, and the wavelength conversion efficiency can be further improved.
【0079】図3は、本発明の第3実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、偏光分離素
子3と、波長変換素子1と、偏光合波素子4と、90度
偏光回転素子5,6などで構成される。FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, a polarization separation element 3, a wavelength conversion element 1, a polarization multiplexing element 4, and 90-degree polarization rotation elements 5, 6, and the like.
【0080】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input, and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0081】波長変換素子1は、LN、LT、KN、K
TPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは分極方
向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQPM素子
を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向がx方向
と平行になるように配置される。The wavelength conversion element 1 is composed of LN, LT, KN, K
Here, an example using a QPM element formed of a non-linear optical material such as TP and in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length is shown. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction.
【0082】偏光分離素子3および偏光合波素子4は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
(たとえばc軸から45度方向にカットされたYV
O4)等で構成され、ビームウオークオフ効果により、
入射光のうちx方向の直線偏光を異常光eとして光軸Q
1に、y方向の直線偏光を常光oとして光軸Q2にそれ
ぞれ分離したり、あるいは光軸Q1に沿って入射するx
方向の直線偏光と光軸Q2に沿って入射するy方向の直
線偏光とを合波する機能を有する。The polarization separation element 3 and the polarization multiplexing element 4
Crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, YV cut at 45 degrees from the c-axis)
O 4 ) etc., and by the beam walk-off effect,
In the incident light, the linear polarization in the x direction is regarded as extraordinary light e and the optical axis Q
1, the linearly polarized light in the y direction is separated into the optical axis Q2 as ordinary light o, or x incident along the optical axis Q1.
It has the function of combining linearly polarized light in the direction and linearly polarized light in the y direction incident along the optical axis Q2.
【0083】90度偏光回転素子5,6は、2分の1波
長板等で構成され、入射光の偏光方向を90度回転させ
る機能を有する。The 90-degree polarization rotating elements 5 and 6 are constituted by half-wave plates or the like, and have a function of rotating the polarization direction of incident light by 90 degrees.
【0084】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light match each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0085】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when performing cascade type difference frequency generation and performing wavelength conversion in 1.5 μm band optical fiber communication,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0086】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0087】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、偏光分離素子3に入射すると、ポンプ光お
よび信号光のうちx方向の直線偏光は光軸Q1に沿って
分離され、x方向に分極した波長変換素子1によってx
方向に偏光した出力光に波長変換され、次に90度偏光
回転素子6によってy方向の直線偏光に変換され、偏光
合波素子4に入る。一方、偏光分離素子3においてポン
プ光および信号光のうちy方向の直線偏光は光軸Q2に
沿って分離され、次に90度偏光回転素子5によってx
方向の直線偏光に変換され、波長変換素子1によってx
方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光合波素子4
に入る。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and are incident on the polarization splitter 3, linearly polarized light in the x direction of the pump light and the signal light is separated along the optical axis Q1, and X by the wavelength conversion element 1 polarized to
The wavelength is converted into output light polarized in the direction, then converted into linearly polarized light in the y direction by the 90-degree polarization rotation element 6, and enters the polarization multiplexing element 4. On the other hand, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and the signal light is separated along the optical axis Q2 in the polarization separating element 3,
Is converted into linearly polarized light in the
The wavelength is converted to output light polarized in the direction,
to go into.
【0088】偏光合波素子4は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization multiplexing element 4 multiplexes pump light, signal light and output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0089】こうしてx方向成分は光軸Q1上で波長変
換され、y方向成分は光軸Q2上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。As described above, since the x-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q1 and the y-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q2, the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the polarization of the signal light becomes constant. Stable wavelength conversion can be realized regardless of the state.
【0090】図4は、本発明の第4実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、偏光分離素
子3と、波長変換素子1,2と、偏光合波素子4と、光
遅延素子7などで構成される。FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The wavelength converter includes a multiplexer 10, a polarization splitter 3, wavelength converters 1 and 2, a polarization multiplexer 4, an optical delay element 7, and the like.
【0091】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input, and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0092】波長変換素子1,2は、LN、LT、K
N、KTPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQP
M素子を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向が
x方向と平行になるように配置される。波長変換素子2
は分極方向がy方向と平行になるように配置される。The wavelength conversion elements 1 and 2 are LN, LT, K
QP formed of a non-linear optical material such as N or KTP, in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length
An example using an M element will be described. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction. Wavelength conversion element 2
Are arranged such that the polarization direction is parallel to the y direction.
【0093】偏光分離素子3および偏光合波素子4は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
(たとえばc軸から45度方向にカットされたYVO
4 )等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちx方向の直線偏光を異常光eとして光軸Q1
に、y方向の直線偏光を常光oとして光軸Q2にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Q1に沿って入射するx方
向の直線偏光と光軸Q2に沿って入射するy方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。The polarization separation element 3 and the polarization multiplexing element 4
Crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, YVO cut at 45 degrees from the c-axis)
4 ) etc., and the linear polarization in the x direction of the incident light is regarded as extraordinary light e due to the beam walk-off effect.
Then, the linearly polarized light in the y direction is separated into the optical axis Q2 as ordinary light o, or the linearly polarized light in the x direction incident along the optical axis Q1 and the linearly polarized light in the y direction incident along the optical axis Q2. Has the function of multiplexing.
【0094】光遅延素子7は、所定の光学長を有する透
明材料等で構成され、偏光分離素子3の入射面から偏光
合波素子4の出射面までの光軸Q1,Q2の光学長を一
致させて、光軸Q1,Q2に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子7は省略可能である。The optical delay element 7 is made of a transparent material or the like having a predetermined optical length, and matches the optical lengths of the optical axes Q1 and Q2 from the plane of incidence of the polarization separation element 3 to the plane of emission of the polarization multiplexing element 4. In addition, it has a function of eliminating a phase difference of output light generated along the optical axes Q1 and Q2 and a pulse delay time difference in the case of a pulse. If such a phase difference is practically negligible, the optical delay element 7 can be omitted.
【0095】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light coincide with each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0096】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when performing cascaded difference frequency generation and performing wavelength conversion in 1.5 μm band optical fiber communication,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0097】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0098】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、偏光分離素子3に入射すると、ポンプ光お
よび信号光のうちx方向の直線偏光は光軸Q1に沿って
分離され、x方向に分極した波長変換素子1によってx
方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光合波素子4
に入る。一方、偏光分離素子3においてポンプ光および
信号光のうちy方向の直線偏光は光軸Q2に沿って分離
され、y方向に分極した波長変換素子1によってy方向
に偏光した出力光に波長変換され、光遅延素子7を経由
してから偏光合波素子4に入る。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and are incident on the polarization splitting element 3, linearly polarized light in the x direction of the pump light and the signal light is separated along the optical axis Q1, and X by the wavelength conversion element 1 polarized to
The wavelength is converted to output light polarized in the direction,
to go into. On the other hand, in the polarization separation element 3, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and the signal light is separated along the optical axis Q2, and the wavelength is converted into output light polarized in the y direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the y direction. Then, the light enters the polarization multiplexing element 4 after passing through the optical delay element 7.
【0099】偏光合波素子4は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization multiplexing element 4 multiplexes the pump light, the signal light and the output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0100】こうしてx方向成分は光軸Q1上で波長変
換され、y方向成分は光軸Q2上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。Thus, the x-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q1, and the y-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q2. Thus, the combined intensity of the wavelength-converted output light is constant, and the polarization of the signal light is Stable wavelength conversion can be realized regardless of the state.
【0101】図5は、本発明の第5実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、光サーキュ
レータ11と、偏光分離素子3と、波長変換素子1と、
反射ミラー20と、90度偏光回転素子5と、光遅延素
子7などで構成される。FIG. 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, a polarization separation element 3, a wavelength conversion element 1,
It comprises a reflection mirror 20, a 90-degree polarization rotation element 5, an optical delay element 7, and the like.
【0102】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input, and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0103】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0104】波長変換素子1は、LN、LT、KN、K
TPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは分極方
向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQPM素子
を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向がx方向
と平行になるように配置される。The wavelength conversion element 1 is composed of LN, LT, KN, K
Here, an example using a QPM element formed of a non-linear optical material such as TP and in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length is shown. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction.
【0105】偏光分離素子3は、複屈折光学結晶を結晶
軸に関して斜めに切り出した結晶(たとえばc軸から4
5度方向にカットされたYVO4 )等で構成され、ビー
ムウオークオフ効果により、入射光のうちx方向の直線
偏光を異常光eとして光軸Q1に、y方向の直線偏光を
常光oとして光軸Q2にそれぞれ分離したり、あるいは
光軸Q1に沿って入射するx方向の直線偏光と光軸Q2
に沿って入射するy方向の直線偏光とを合波する機能を
有する。The polarized light separating element 3 is a crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, 4 × from the c axis).
It is composed of YVO 4 ) cut in the direction of 5 degrees, etc., and is made to emit linearly polarized light in the x direction as an extraordinary light e on the optical axis Q1 and linearly polarized light in the y direction as ordinary light o due to the beam walk-off effect. The x-direction linearly polarized light and the optical axis Q2 separated from each other along the axis Q2 or incident along the optical axis Q1.
And a function of multiplexing the linearly polarized light in the y-direction incident along.
【0106】90度偏光回転素子5は、2分の1波長板
等で構成され、入射光の偏光方向を90度回転させる機
能を有する。The 90-degree polarization rotating element 5 is constituted by a half-wave plate or the like, and has a function of rotating the polarization direction of incident light by 90 degrees.
【0107】光遅延素子7は、所定の光学長を有する透
明材料等で構成され、偏光分離素子3の入射面から偏光
合波素子4の出射面までの光軸Q1,Q2の光学長を一
致させて、光軸Q1,Q2に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子7は省略可能である。The optical delay element 7 is made of a transparent material or the like having a predetermined optical length, and matches the optical lengths of the optical axes Q1 and Q2 from the plane of incidence of the polarization separation element 3 to the plane of emission of the polarization multiplexing element 4. In addition, it has a function of eliminating a phase difference of output light generated along the optical axes Q1 and Q2 and a pulse delay time difference in the case of a pulse. If such a phase difference is practically negligible, the optical delay element 7 can be omitted.
【0108】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light match each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0109】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when performing cascade type difference frequency generation and performing wavelength conversion in 1.5 μm band optical fiber communication,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0110】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0111】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、偏光分離素子3に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちx方向の直線偏光は光
軸Q1に沿って分離され、x方向に分極した波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され
る。一方、偏光分離素子3においてポンプ光および信号
光のうちy方向の直線偏光は光軸Q2に沿って分離さ
れ、次に90度偏光回転素子5によってx方向の直線偏
光に変換され、光遅延素子7を経由した後、波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され
る。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and enter the polarization splitter 3 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b, the pump light and the signal light in the x direction The linearly polarized light is separated along the optical axis Q1, and is wavelength-converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x direction. On the other hand, in the polarization separation element 3, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and the signal light is separated along the optical axis Q2, and then converted into linearly polarized light in the x direction by the 90-degree polarization rotation element 5, and the optical delay element After passing through 7, the wavelength conversion element 1 converts the wavelength into output light polarized in the x direction.
【0112】波長変換素子1から光軸Q1,Q2に沿っ
てそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力光は、
反射ミラー20で反射すると、再び同じ波長変換素子1
を通過して波長変換される。光軸Q1に沿って進行する
ポンプ光、信号光および出力光は、そのまま偏光分離素
子3に入る。光軸Q2に沿って進行するポンプ光、信号
光および出力光は、光遅延素子7を経由した後、90度
偏光回転素子5によって偏光方向がy方向と平行になっ
て偏光分離素子3に入る。The pump light, signal light and output light traveling from the wavelength conversion element 1 along the optical axes Q1 and Q2, respectively,
When reflected by the reflection mirror 20, the same wavelength conversion element 1
And the wavelength is converted. Pump light, signal light, and output light that travel along the optical axis Q1 enter the polarization splitting element 3 as they are. The pump light, the signal light, and the output light traveling along the optical axis Q2 pass through the optical delay element 7 and then enter the polarization separation element 3 with the polarization direction parallel to the y direction by the 90-degree polarization rotation element 5. .
【0113】光軸Q1,Q2に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は偏光分離素子3によって合波
される。出力光は、光サーキュレータ11のポート11
bからポート11cを経由して取り出される。The pump light, signal light and output light traveling along the optical axes Q 1 and Q 2 are multiplexed by the polarization splitting element 3. The output light is supplied to the port 11 of the optical circulator 11.
b is taken out through the port 11c.
【0114】こうしてx方向成分は光軸Q1上で波長変
換され、y方向成分は光軸Q2上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。Thus, the x-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q1, and the y-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q2. Thus, the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the polarization of the signal light is changed. Stable wavelength conversion can be realized regardless of the state.
【0115】図6は、本発明の第6実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、光サーキュ
レータ11と、偏光分離素子3と、波長変換素子1と、
反射ミラー20と、光遅延素子7などで構成される。FIG. 6 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, a polarization separation element 3, a wavelength conversion element 1,
It comprises a reflection mirror 20, an optical delay element 7, and the like.
【0116】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0117】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0118】波長変換素子1,2は、LN、LT、K
N、KTPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQP
M素子を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向が
x方向と平行になるように配置される。波長変換素子2
は分極方向がy方向(紙面に垂直かつ光軸に垂直)と平
行になるように配置される。The wavelength conversion elements 1 and 2 are LN, LT, K
QP formed of a non-linear optical material such as N or KTP, in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length
An example using an M element will be described. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction. Wavelength conversion element 2
Are arranged such that the polarization direction is parallel to the y direction (perpendicular to the plane of the paper and perpendicular to the optical axis).
【0119】偏光分離素子3は、複屈折光学結晶を結晶
軸に関して斜めに切り出した結晶(たとえばc軸から4
5度方向にカットされたYVO4 )等で構成され、ビー
ムウオークオフ効果により、入射光のうちx方向の直線
偏光を異常光eとして光軸Q1に、y方向の直線偏光を
常光oとして光軸Q2にそれぞれ分離したり、あるいは
光軸Q1に沿って入射するx方向の直線偏光と光軸Q2
に沿って入射するy方向の直線偏光とを合波する機能を
有する。The polarization splitting element 3 is a crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, 4 ×
It is composed of YVO 4 ) cut in the direction of 5 degrees, etc., and is made to emit linearly polarized light in the x direction as an extraordinary light e on the optical axis Q1 and linearly polarized light in the y direction as ordinary light o due to the beam walk-off effect. The x-direction linearly polarized light and the optical axis Q2 separated from each other along the axis Q2 or incident along the optical axis Q1.
And a function of multiplexing the linearly polarized light in the y-direction incident along.
【0120】光遅延素子7は、所定の光学長を有する透
明材料等で構成され、偏光分離素子3の入射面から偏光
合波素子4の出射面までの光軸Q1,Q2の光学長を一
致させて、光軸Q1,Q2に沿って発生する出力光の位
相差、パルスの場合はパルス遅延時間差を解消する機能
を有する。こうした位相差が実用上無視できる場合、光
遅延素子7は省略可能である。The optical delay element 7 is made of a transparent material or the like having a predetermined optical length, and matches the optical lengths of the optical axes Q1 and Q2 from the plane of incidence of the polarization separation element 3 to the plane of emission of the polarization multiplexing element 4. In addition, it has a function of eliminating a phase difference of output light generated along the optical axes Q1 and Q2 and a pulse delay time difference in the case of a pulse. If such a phase difference is practically negligible, the optical delay element 7 can be omitted.
【0121】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light coincide with each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0122】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when performing cascaded difference frequency generation and performing wavelength conversion in 1.5 μm band optical fiber communication,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0123】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0124】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、偏光分離素子3に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちx方向の直線偏光は光
軸Q1に沿って分離され、x方向に分極した波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され
る。一方、偏光分離素子3においてポンプ光および信号
光のうちy方向の直線偏光は光軸Q2に沿って分離さ
れ、光遅延素子7を経由した後、y方向に分極した波長
変換素子2によってy方向に偏光した出力光に波長変換
される。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and enter the polarization splitter 3 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b, the x-direction of the pump light and the signal light The linearly polarized light is separated along the optical axis Q1, and is wavelength-converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x direction. On the other hand, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and the signal light in the polarization splitting element 3 is separated along the optical axis Q2, passes through the optical delay element 7, and is then polarized by the wavelength converting element 2 polarized in the y direction. The wavelength is converted to output light polarized in
【0125】波長変換素子1から光軸Q1,Q2に沿っ
てそれぞれ進行するポンプ光、信号光および出力光は、
反射ミラー20で反射すると、再び同じ波長変換素子
1,2を通過して波長変換される。光軸Q1に沿って進
行するポンプ光、信号光および出力光は、そのまま偏光
分離素子3に入る。光軸Q2に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は、光遅延素子7を経由した
後、偏光分離素子3に入る。Pump light, signal light and output light traveling from the wavelength conversion element 1 along the optical axes Q1 and Q2 respectively are:
When the light is reflected by the reflection mirror 20, the light passes through the same wavelength conversion elements 1 and 2 again and is wavelength-converted. Pump light, signal light, and output light that travel along the optical axis Q1 enter the polarization splitting element 3 as they are. The pump light, the signal light, and the output light that travel along the optical axis Q2 pass through the optical delay element 7 and then enter the polarization separation element 3.
【0126】光軸Q1,Q2に沿って進行するポンプ
光、信号光および出力光は偏光分離素子3によって合波
される。出力光は、光サーキュレータ11のポート11
bからポート11cを経由して取り出される。The pump light, signal light and output light traveling along the optical axes Q 1 and Q 2 are multiplexed by the polarization splitting element 3. The output light is supplied to the port 11 of the optical circulator 11.
b is taken out through the port 11c.
【0127】こうしてx方向成分は光軸Q1上で波長変
換され、y方向成分は光軸Q2上で波長変換されるた
め、波長変換された出力光の合成強度は一定になり、信
号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を実現で
きる。Thus, the x-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q1, and the y-direction component is wavelength-converted on the optical axis Q2. Thus, the combined intensity of the wavelength-converted output light becomes constant, and the polarization of the signal light is changed. Stable wavelength conversion can be realized regardless of the state.
【0128】図7は、本発明の第7実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、光サーキュ
レータ11と、偏光分離素子3と、波長変換素子1と、
偏光合波素子4と、ファラデーローテータ22と、反射
ミラー20などで構成される。FIG. 7 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, a polarization separation element 3, a wavelength conversion element 1,
It is composed of the polarization multiplexing element 4, the Faraday rotator 22, the reflection mirror 20, and the like.
【0129】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input, and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0130】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0131】波長変換素子1は、LN、LT、KN、K
TPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは分極方
向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQPM素子
を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向がx方向
と平行になるように配置される。The wavelength conversion element 1 is composed of LN, LT, KN, K
Here, an example using a QPM element formed of a non-linear optical material such as TP and in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length is shown. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction.
【0132】偏光分離素子3および偏光合波素子4は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
(たとえばc軸から45度方向にカットされたYVO
4 )等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちx方向の直線偏光を異常光eとして光軸Q1
に、y方向の直線偏光を常光oとして光軸Q2にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Q1に沿って入射するx方
向の直線偏光と光軸Q2に沿って入射するy方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。The polarization separation element 3 and the polarization multiplexing element 4
Crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, YVO cut at 45 degrees from the c-axis)
4 ) etc., and the linear polarization in the x direction of the incident light is regarded as extraordinary light e due to the beam walk-off effect.
Then, the linearly polarized light in the y direction is separated into the optical axis Q2 as ordinary light o, or the linearly polarized light in the x direction incident along the optical axis Q1 and the linearly polarized light in the y direction incident along the optical axis Q2. Has the function of multiplexing.
【0133】ファラデーローテータ22は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に45度回転させる。反射ミラ
ー20は入射した光を同じ光軸上に反射する。[0133] The Faraday rotator 22 rotates the polarization direction of the light by 45 degrees around the optical axis in a predetermined direction. The reflecting mirror 20 reflects the incident light on the same optical axis.
【0134】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light coincide with each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0135】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when performing cascade type difference frequency generation and performing wavelength conversion in 1.5 μm band optical fiber communication,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0136】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0137】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、偏光分離素子3に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちx方向の直線偏光は光
軸Q1に沿って分離され、x方向に分極した波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子4に入る。一方、偏光分離素子3において
ポンプ光および信号光のうちy方向の直線偏光は光軸Q
2に沿って分離され、波長変換素子1では波長変換され
ずに、偏光合波素子4に入る。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and enter the polarization beam splitter 3 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b, the x-direction of the pump light and the signal light The linearly polarized light is separated along the optical axis Q1, and is wavelength-converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x direction.
It enters the polarization multiplexing element 4. On the other hand, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and
The light enters the polarization multiplexing element 4 without being wavelength-converted by the wavelength conversion element 1.
【0138】偏光合波素子4は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization multiplexing element 4 multiplexes the pump light, the signal light and the output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0139】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ22を通過すると、各光の偏光方向が
45度回転し、反射ミラー20で反射すると、再びファ
ラデーローテータ22を通過して各光の偏光方向がさら
に45度回転し、ファラデーローテータ22の入射前と
比べて90度回転する。再び偏光合波素子4に入射する
と、x方向の直線偏光は光軸Q1に沿って分離され、x
方向に分極した波長変換素子1によってx方向に偏光し
た出力光に波長変換され、偏光分離素子3に入る。y方
向の直線偏光は光軸Q2に沿って分離され、波長変換素
子1では波長変換されずに、偏光分離素子3に入る。Next, when the pump light, the signal light, and the output light pass through the Faraday rotator 22, the polarization direction of each light is rotated by 45 degrees. The polarization direction is further rotated by 45 degrees, and is rotated by 90 degrees compared to before the Faraday rotator 22 is incident. When the light enters the polarization multiplexing device 4 again, the linearly polarized light in the x direction is separated along the optical axis Q1, and
The wavelength is converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the direction, and enters the polarization separation element 3. The linearly polarized light in the y direction is separated along the optical axis Q2, and enters the polarization separation element 3 without wavelength conversion by the wavelength conversion element 1.
【0140】偏光分離素子3は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization splitting element 3 multiplexes the pump light, signal light and output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0141】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ11のポート11bからポート11cを経由して取り
出される。The wavelength-converted output light is extracted from the port 11b of the optical circulator 11 via the port 11c.
【0142】こうして入力前のx方向成分は光軸Q1→
光軸Q2の順で進行して往路で波長変換され、入力前の
y方向成分は光軸Q2→光軸Q1の順で進行して復路で
波長変換されるため、波長変換された出力光の合成強度
は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定した
波長変換を実現できる。また、入力前のx方向成分およ
びy方向成分が通過する光学長が一致するため、位相分
散(PMD:Polarization Mode Dispersion)の影響を
防止できる。As described above, the x-direction component before the input is the optical axis Q1 →
The wavelength-converted output light travels in the order of the optical axis Q2 and is wavelength-converted on the outward path, and the y-direction component before input travels in the order of the optical axis Q2 → the optical axis Q1 and is wavelength-converted on the return path. The combined intensity becomes constant, and stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state of the signal light. Further, since the optical lengths through which the x-direction component and the y-direction component pass before input match, the influence of phase dispersion (PMD) can be prevented.
【0143】図8は、本発明の第8実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、光サーキュ
レータ11と、偏光分離素子3と、波長変換素子1と、
偏光合波素子4と、90度偏光回転素子5,6と、ファ
ラデーローテータ22と、反射ミラー20などで構成さ
れる。FIG. 8 is a configuration diagram showing an eighth embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, a polarization separation element 3, a wavelength conversion element 1,
It is composed of a polarization multiplexing element 4, 90-degree polarization rotation elements 5, 6, a Faraday rotator 22, a reflection mirror 20, and the like.
【0144】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0145】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0146】波長変換素子1は、LN、LT、KN、K
TPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは分極方
向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQPM素子
を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向がx方向
と平行になるように配置される。The wavelength conversion element 1 is composed of LN, LT, KN, K
Here, an example using a QPM element formed of a non-linear optical material such as TP and in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length is shown. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction.
【0147】偏光分離素子3および偏光合波素子4は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
(たとえばc軸から45度方向にカットされたYVO
4 )等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちx方向の直線偏光を異常光eとして光軸Q1
に、y方向の直線偏光を常光oとして光軸Q2にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Q1に沿って入射するx方
向の直線偏光と光軸Q2に沿って入射するy方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。The polarization separation element 3 and the polarization multiplexing element 4
Crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, YVO cut at 45 degrees from the c-axis)
4 ) etc., and the linear polarization in the x direction of the incident light is regarded as extraordinary light e due to the beam walk-off effect.
Then, the linearly polarized light in the y direction is separated into the optical axis Q2 as ordinary light o, or the linearly polarized light in the x direction incident along the optical axis Q1 and the linearly polarized light in the y direction incident along the optical axis Q2. Has the function of multiplexing.
【0148】90度偏光回転素子5,6は、2分の1波
長板等で構成され、入射光の偏光方向を90度回転させ
る機能を有する。The 90-degree polarization rotating elements 5 and 6 are constituted by half-wave plates or the like, and have a function of rotating the polarization direction of incident light by 90 degrees.
【0149】ファラデーローテータ22は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に45度回転させる。反射ミラ
ー20は入射した光を同じ光軸上に反射する。The Faraday rotator 22 rotates the polarization direction of light by 45 degrees around the optical axis in a predetermined direction. The reflecting mirror 20 reflects the incident light on the same optical axis.
【0150】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light coincide with each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0151】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when wavelength conversion is performed by 1.5 μm band optical fiber communication by performing cascade type difference frequency generation,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0152】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0153】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、偏光分離素子3に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちx方向の直線偏光は光
軸Q1に沿って分離され、x方向に分極した波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され、
次に90度偏光回転素子6によってy方向の直線偏光に
変換され、偏光合波素子4に入る。一方、偏光分離素子
3においてポンプ光および信号光のうちy方向の直線偏
光は光軸Q2に沿って分離され、次に90度偏光回転素
子5によってx方向の直線偏光に変換され、波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子4に入る。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and enter the polarization beam splitter 3 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b, the pump light and the signal light in the x direction The linearly polarized light is separated along the optical axis Q1, and is wavelength-converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x direction.
Next, the light is converted into linearly polarized light in the y direction by the 90-degree polarization rotation element 6 and enters the polarization multiplexing element 4. On the other hand, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and the signal light is separated along the optical axis Q2 in the polarization separating element 3 and then converted into linearly polarized light in the x direction by the 90-degree polarization rotating element 5, and the wavelength conversion element The wavelength is converted into output light polarized in the x direction by 1;
It enters the polarization multiplexing element 4.
【0154】偏光合波素子4は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization multiplexing element 4 multiplexes the pump light, signal light and output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0155】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ22を通過すると、各光の偏光方向が
45度回転し、反射ミラー20で反射すると、再びファ
ラデーローテータ22を通過して各光の偏光方向がさら
に45度回転し、ファラデーローテータ22の入射前と
比べて90度回転する。再び偏光合波素子4に入射する
と、x方向の直線偏光は光軸Q2に沿って分離され、x
方向に分極した波長変換素子1によってx方向に偏光し
た出力光に波長変換され、90度偏光回転素子5によっ
てy方向の直線偏光に変換され、偏光分離素子3に入
る。y方向の直線偏光は光軸Q1に沿って分離され、9
0度偏光回転素子5によってx方向の直線偏光に変換さ
れ、波長変換素子1によってx方向に偏光した出力光に
波長変換され、偏光分離素子3に入る。Next, when the pump light, the signal light, and the output light pass through the Faraday rotator 22, the polarization direction of each light is rotated by 45 degrees. The polarization direction is further rotated by 45 degrees, and is rotated by 90 degrees compared to before the Faraday rotator 22 is incident. When the light again enters the polarization multiplexing element 4, the linearly polarized light in the x direction is separated along the optical axis Q2, and x
The wavelength is converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the direction, converted into linearly polarized light in the y direction by the 90-degree polarization rotation element 5, and enters the polarization separation element 3. The linearly polarized light in the y direction is separated along the optical axis Q1, and 9
The light is converted into linearly polarized light in the x-direction by the 0-degree polarization rotation element 5, wavelength-converted into output light polarized in the x-direction by the wavelength conversion element 1, and enters the polarization separation element 3.
【0156】偏光分離素子3は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization separating element 3 multiplexes the pump light, the signal light and the output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0157】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ11のポート11bからポート11cを経由して取り
出される。The wavelength-converted output light is extracted from the port 11b of the optical circulator 11 via the port 11c.
【0158】こうして入力前のx方向成分は光軸Q1→
光軸Q2の順で進行して往路で波長変換され、入力前の
y方向成分は光軸Q2→光軸Q1の順で進行して復路で
波長変換されるため、波長変換された出力光の合成強度
は一定になり、信号光の偏光状態に依存せず、安定した
波長変換を実現できる。また、入力前のx方向成分およ
びy方向成分が通過する光学長も一致するため、位相分
散(PMD:Polarization Mode Dispersion)の影響を
防止できる。Thus, the x-direction component before the input is changed from the optical axis Q1 →
The wavelength-converted output light travels in the order of the optical axis Q2 and is wavelength-converted on the outward path, and the y-direction component before input travels in the order of the optical axis Q2 → the optical axis Q1 and is wavelength-converted on the return path. The combined intensity becomes constant, and stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state of the signal light. In addition, since the optical lengths through which the x-direction component and the y-direction component pass before input match, the influence of phase dispersion (PMD) can be prevented.
【0159】図9は、本発明の第9実施形態を示す構成
図である。波長変換装置は、合波器10と、光サーキュ
レータ11と、偏光分離素子3と、波長変換素子1,2
と、偏光合波素子4と、ファラデーローテータ22と、
反射ミラー20などで構成される。FIG. 9 is a block diagram showing a ninth embodiment of the present invention. The wavelength conversion device includes a multiplexer 10, an optical circulator 11, a polarization separation element 3, wavelength conversion elements 1 and 2,
, A polarization multiplexing element 4, a Faraday rotator 22,
It is composed of a reflection mirror 20 and the like.
【0160】合波器10は、ポンプ光(波長λp)が入
力される入力ポート10aと、信号光(波長λs)が入
力される入力ポート10bとを備え、ポンプ光および信
号光を合波して同じ光軸に沿って出力する。The multiplexer 10 has an input port 10a to which the pump light (wavelength λp) is input, and an input port 10b to which the signal light (wavelength λs) is input, and multiplexes the pump light and the signal light. And output along the same optical axis.
【0161】光サーキュレータ11は、ポート11aに
入力された光をポート11bへ出力し、ポート11bに
入力された光をポート11cへ出力する。The optical circulator 11 outputs the light input to the port 11a to the port 11b, and outputs the light input to the port 11b to the port 11c.
【0162】波長変換素子1,2は、LN、LT、K
N、KTPなどの非線形光学材料で形成され、ここでは
分極方向をコヒーレンス長の周期で交互に反転したQP
M素子を用いた例を示す。波長変換素子1は分極方向が
x方向と平行になるように配置される。波長変換素子2
は分極方向がy方向と平行になるように配置される。The wavelength conversion elements 1 and 2 are LN, LT, K
QP formed of a non-linear optical material such as N or KTP, in which the polarization direction is alternately inverted with the period of the coherence length
An example using an M element will be described. The wavelength conversion element 1 is arranged so that the polarization direction is parallel to the x direction. Wavelength conversion element 2
Are arranged such that the polarization direction is parallel to the y direction.
【0163】偏光分離素子3および偏光合波素子4は、
複屈折光学結晶を結晶軸に関して斜めに切り出した結晶
(たとえばc軸から45度方向にカットされたYVO
4 )等で構成され、ビームウオークオフ効果により、入
射光のうちx方向の直線偏光を異常光eとして光軸Q1
に、y方向の直線偏光を常光oとして光軸Q2にそれぞ
れ分離したり、あるいは光軸Q1に沿って入射するx方
向の直線偏光と光軸Q2に沿って入射するy方向の直線
偏光とを合波する機能を有する。The polarization separation element 3 and the polarization multiplexing element 4
Crystal obtained by cutting a birefringent optical crystal obliquely with respect to the crystal axis (for example, YVO cut at 45 degrees from the c-axis)
4 ) etc., and the linear polarization in the x direction of the incident light is regarded as extraordinary light e due to the beam walk-off effect.
Then, the linearly polarized light in the y direction is separated into the optical axis Q2 as ordinary light o, or the linearly polarized light in the x direction incident along the optical axis Q1 and the linearly polarized light in the y direction incident along the optical axis Q2. Has the function of multiplexing.
【0164】ファラデーローテータ22は、光の偏光方
向を光軸周りで所定方向に45度回転させる。反射ミラ
ー20は入射した光を同じ光軸上に反射する。[0164] The Faraday rotator 22 rotates the polarization direction of the light by 45 degrees around the optical axis in a predetermined direction. The reflecting mirror 20 reflects the incident light on the same optical axis.
【0165】波長変換において非線形光学材料の変換定
数d33を利用した場合、波長変換素子の分極方向、ポン
プ光の偏光方向および信号光の偏光方向が互いに一致し
たとき、波長変換された出力光(波長λL)が同一の偏
光方向で発生する。When the conversion constant d33 of the nonlinear optical material is used in the wavelength conversion, when the polarization direction of the wavelength conversion element, the polarization direction of the pump light, and the polarization direction of the signal light coincide with each other, the wavelength-converted output light (wavelength λL) occur in the same polarization direction.
【0166】たとえば、カスケード型差周波発生を行っ
て1.5μm帯光ファイバ通信で波長変換を行う場合、
波長λsはCバンド、波長λLはLバンド、波長λpは
CバンドとLバンドの中央である1.56μmに設定さ
れ、ポンプ光の波長λp、信号光の波長λs、出力光の
波長λLは、式(1)の関係が成立する。 1/λL = 2/λp − 1/λs …(1)For example, when wavelength conversion is performed by 1.5 μm band optical fiber communication by performing cascade type difference frequency generation,
The wavelength λs is set to the C band, the wavelength λL is set to the L band, the wavelength λp is set to 1.56 μm which is the center of the C band and the L band, and the wavelength λp of the pump light, the wavelength λs of the signal light, and the wavelength λL of the output light are: Equation (1) holds. 1 / λL = 2 / λp−1 / λs (1)
【0167】次に動作について説明する。たとえばポン
プ光として偏光分離素子3に入射する場所でx方向成分
とy方向成分との比が1:1となるような直線偏光、す
なわち偏光分離素子3の主軸に対して45度回転した直
線偏光を使用する。信号光の偏光方向は時間的に変動し
て不確定であるとする。Next, the operation will be described. For example, linearly polarized light in which the ratio between the x-direction component and the y-direction component is 1: 1 at a position where the light enters the polarization separation element 3 as pump light, that is, linearly polarized light rotated by 45 degrees with respect to the main axis of the polarization separation element 3 Use It is assumed that the polarization direction of the signal light fluctuates with time and is uncertain.
【0168】ポンプ光および信号光が合波器10によっ
て合波され、光サーキュレータ11のポート11aから
ポート11bを経由して、偏光分離素子3に入射する
と、ポンプ光および信号光のうちx方向の直線偏光は光
軸Q1に沿って分離され、x方向に分極した波長変換素
子1によってx方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光合波素子4に入る。一方、偏光分離素子3において
ポンプ光および信号光のうちy方向の直線偏光は光軸Q
2に沿って分離され、y方向に分極した波長変換素子2
によってy方向に偏光した出力光に波長変換され、偏光
合波素子4に入る。When the pump light and the signal light are multiplexed by the multiplexer 10 and enter the polarization splitter 3 from the port 11a of the optical circulator 11 via the port 11b, the pump light and the signal light in the x direction The linearly polarized light is separated along the optical axis Q1, and is wavelength-converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the x direction.
It enters the polarization multiplexing element 4. On the other hand, the linearly polarized light in the y direction of the pump light and
Wavelength conversion element 2 separated along 2 and polarized in the y-direction
The wavelength is converted into output light polarized in the y-direction by the controller, and enters the polarization multiplexing element 4.
【0169】偏光合波素子4は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization multiplexing element 4 multiplexes the pump light, signal light and output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0170】次にポンプ光および信号光、出力光がファ
ラデーローテータ22を通過すると、各光の偏光方向が
45度回転し、反射ミラー20で反射すると、再びファ
ラデーローテータ22を通過して各光の偏光方向がさら
に45度回転し、ファラデーローテータ22の入射前と
比べて90度回転する。再び偏光合波素子4に入射する
と、x方向の直線偏光は光軸Q1に沿って分離され、x
方向に分極した波長変換素子1によってx方向に偏光し
た出力光に波長変換され、偏光分離素子3に入る。y方
向の直線偏光は光軸Q2に沿って分離され、波長変換素
子2によってy方向に偏光した出力光に波長変換され、
偏光分離素子3に入る。Next, when the pump light, the signal light, and the output light pass through the Faraday rotator 22, the polarization direction of each light is rotated by 45 degrees. The polarization direction is further rotated by 45 degrees, and is rotated by 90 degrees compared to before the Faraday rotator 22 is incident. When the light enters the polarization multiplexing device 4 again, the linearly polarized light in the x direction is separated along the optical axis Q1, and
The wavelength is converted into output light polarized in the x direction by the wavelength conversion element 1 polarized in the direction, and enters the polarization separation element 3. The linearly polarized light in the y direction is separated along the optical axis Q2, and is wavelength-converted by the wavelength conversion element 2 into output light polarized in the y direction.
The light enters the polarization separation element 3.
【0171】偏光分離素子3は、光軸Q1,Q2に沿っ
て入射するポンプ光、信号光および出力光を合波して、
同じ光軸に沿って出力する。The polarization splitting element 3 multiplexes the pump light, signal light and output light incident along the optical axes Q1 and Q2,
Output along the same optical axis.
【0172】波長変換された出力光は、光サーキュレー
タ11のポート11bからポート11cを経由して取り
出される。The wavelength-converted output light is extracted from the port 11b of the optical circulator 11 via the port 11c.
【0173】こうして入力前のx方向成分は光軸Q1→
光軸Q2の順で進行して往路および復路で波長変換さ
れ、入力前のy方向成分は光軸Q2→光軸Q1の順で進
行して往路および復路で波長変換されるため、波長変換
された出力光の合成強度は一定になり、信号光の偏光状
態に依存せず、安定した波長変換を実現できる。また、
入力前のx方向成分およびy方向成分が通過する光学長
も一致するため、位相分散(PMD:Polarization Mode
Dispersion)の影響を防止できる。図1〜図9の実施の
各形態における対応する各構成要素には、同一の参照符
を付して示してある。As described above, the x-direction component before the input is the optical axis Q1 →
The light travels in the order of the optical axis Q2 and is wavelength-converted in the forward path and the return path. The y-direction component before input travels in the order of the optical axis Q2 → the optical axis Q1 and is wavelength-converted in the forward path and the return path. The combined intensity of the output light becomes constant, and stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state of the signal light. Also,
Since the optical lengths through which the x-direction component and the y-direction component pass before input also match, the phase dispersion (PMD: Polarization Mode
Dispersion) can be prevented. Corresponding components in the embodiments of FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals.
【0174】なお、図1、図2、図7、図8、図9にお
いてファラデーローテータ22をλ/4板に置き換えて
も同様の効果が得られる。Note that the same effect can be obtained by replacing the Faraday rotator 22 with a λ / 4 plate in FIGS. 1, 2, 7, 8, and 9.
【0175】[0175]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、第
1方向の直線偏光成分および第1方向と直交する第2方
向の直線偏光成分について波長変換を行うことによっ
て、波長変換された出力光の合成強度は一定になるた
め、信号光の偏光状態に依存せず、安定した波長変換を
実現できる。As described above, according to the present invention, the wavelength-converted output is obtained by performing the wavelength conversion on the linearly-polarized light component in the first direction and the linearly-polarized light component in the second direction orthogonal to the first direction. Since the combined intensity of light is constant, stable wavelength conversion can be realized without depending on the polarization state of the signal light.
【図1】本発明の第1実施形態を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施形態を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3実施形態を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第4実施形態を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第5実施形態を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第6実施形態を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第7実施形態を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第8実施形態を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第9実施形態を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a ninth embodiment of the present invention.
1,2 波長変換素子 3 偏光分離素子 4 偏光合波素子 5,6 90度偏光回転素子 7 光遅延素子 10 合波器 11 光サーキュレータ 20 反射ミラー 21 波長選択反射ミラー 22 ファラデーローテータ 1, 2 wavelength conversion element 3 polarization separation element 4 polarization multiplexing element 5, 6 90-degree polarization rotation element 7 optical delay element 10 multiplexer 11 optical circulator 20 reflection mirror 21 wavelength selective reflection mirror 22 Faraday rotator
Claims (12)
換を行う波長変換素子と、 波長変換素子を通過した光を反射させて波長変換素子に
戻す反射素子を含み、波長変換素子から反射素子に向か
う光と反射素子で反射して波長変換素子に戻る光の偏光
方向の差が90度となるような偏光回転手段と備えるこ
とを特徴とする波長変換装置。1. A wavelength conversion element for performing wavelength conversion on a linear polarization component in a first direction, and a reflection element for reflecting light passing through the wavelength conversion element and returning the reflected light to the wavelength conversion element, wherein the wavelength conversion element is used as a reflection element. A wavelength conversion device, comprising: a polarization rotating unit that causes a difference in polarization direction between a traveling light and light reflected by a reflection element and returned to the wavelength conversion element to be 90 degrees.
けられ、ポンプ光を選択的に反射するための波長選択反
射素子を備えることを特徴とする請求項1記載の波長変
換装置。2. The wavelength conversion device according to claim 1, further comprising a wavelength selection reflection element provided between the wavelength conversion element and the polarization rotating means for selectively reflecting the pump light.
より、互いに直交する2つの直線偏光成分に分けてそれ
ぞれを異なる2つの光軸に進行させる複屈折材料からな
る偏光分離素子と、 2つの光軸を進行するそれぞれの直線偏光成分に応じて
波長変換する波長変換素子と、 波長変換素子を通過した2つの光を合波する偏光合波素
子とを備えたことを特徴とする波長変換装置。3. A polarization splitting element made of a birefringent material that splits the light to be wavelength-converted into two linearly polarized light components orthogonal to each other by beam walk-off and advances each of the light to two different optical axes. A wavelength conversion device comprising: a wavelength conversion element that converts a wavelength according to each linearly polarized light component that travels; and a polarization multiplexing element that multiplexes two lights that have passed through the wavelength conversion element.
方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞ
れ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光の偏光方
向を90度回転させる第1の90度偏光回転素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光および第
1の90度偏光回転素子から第2光軸に沿って進行する
光に関して、第1方向の直線偏光成分について波長変換
を行う波長変換素子と、 波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光の偏光方
向を90度回転させる第2の90度偏光回転素子と、 第2の90度偏光回転素子から第1光軸に沿って進行す
る光および波長変換素子から第2光軸に沿って進行する
光を合波する偏光合波素子とを備えることを特徴とする
波長変換装置。4. A method according to claim 1, wherein the first direction is a linearly polarized light in a first direction, and the first direction is a first optical axis.
A polarization separation element for separating linearly polarized light in a second direction orthogonal to the direction into a second optical axis, respectively, and a first 90 for rotating the polarization direction of light traveling along the second optical axis from the polarization separation element by 90 degrees Linear polarization component in the first direction with respect to light traveling along the first optical axis from the polarization splitting element and light traveling along the second optical axis from the first 90-degree polarization rotating element. A wavelength conversion element that performs wavelength conversion, a second 90-degree polarization rotation element that rotates the polarization direction of light traveling along the first optical axis from the wavelength conversion element by 90 degrees, and a second 90-degree polarization rotation element. A wavelength conversion device, comprising: a polarization multiplexing element that multiplexes light traveling along a first optical axis and light traveling along a second optical axis from a wavelength conversion element.
方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞ
れ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光に関し
て、第1方向の直線偏光成分について波長変換を行う第
1波長変換素子と、 偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光に関し
て、第2方向の直線偏光成分について波長変換を行う第
2波長変換素子と、 第1波長変換素子を通過した光および第2波長変換素子
を通過した光を合波する偏光合波素子とを備えることを
特徴とする波長変換装置。5. A method according to claim 1, wherein the first direction is linearly polarized light in a first optical axis.
A polarization separation element that separates linearly polarized light in a second direction orthogonal to the direction into a second optical axis, and wavelength conversion of linearly polarized light component in the first direction with respect to light traveling from the polarization separation element along the first optical axis. A first wavelength conversion element that performs wavelength conversion on linearly polarized light components in the second direction with respect to light traveling along the second optical axis from the polarization separation element; A wavelength multiplexing device comprising: a polarization multiplexing device that multiplexes the light that has passed through and the light that has passed through the second wavelength conversion device.
方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞ
れ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第2光軸に沿って通過した光の偏光方
向を90度回転させる90度偏光回転素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光および9
0度偏光回転素子から第2光軸に沿って進行する光に関
して、第1方向の直線偏光成分について波長変換を行う
波長変換素子と、 波長変換素子から第1光軸および第2光軸に沿って進行
する光を反射し、第1光軸に沿った光が波長変換素子を
通過し、第2光軸に沿た光が波長変換素子および90度
偏光回転素子の順で通過し、偏光分離素子において合波
させるための反射素子と備えることを特徴とする波長変
換装置。6. A method according to claim 1, wherein the first direction is a linearly polarized light in a first direction, and the first direction is a first optical axis.
A polarization separation element that separates linearly polarized light in a second direction orthogonal to the direction into a second optical axis, and a 90-degree polarization rotation that rotates the polarization direction of light passing from the polarization separation element along the second optical axis by 90 degrees An element; light traveling along the first optical axis from the polarization splitting element;
A wavelength conversion element for performing wavelength conversion on a linearly polarized light component in a first direction with respect to light traveling along the second optical axis from the 0-degree polarization rotation element; and a wavelength conversion element extending along the first and second optical axes from the wavelength conversion element. The light traveling along the first optical axis passes through the wavelength conversion element, the light traveling along the second optical axis passes through the wavelength conversion element and the 90-degree polarization rotation element in this order. A wavelength conversion device, comprising: a reflection element for multiplexing the elements.
方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞ
れ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光に関し
て、第1方向の直線偏光成分について波長変換を行う第
1波長変換素子と、 偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光に関し
て、第2方向の直線偏光成分について波長変換を行う第
2波長変換素子と、 第1波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光およ
び第2波長変換素子ら第2光軸に沿って進行する光を反
射し、第1波長変換素子を通過した光および第2波長変
換素子を通過した光を偏光分離素子において合波させる
ための反射素子と備えることを特徴とする波長変換装
置。7. A method according to claim 1, wherein the first direction is a linearly polarized light in a first direction, and the first direction is a first optical axis.
A polarization separation element that separates linearly polarized light in a second direction orthogonal to the direction into a second optical axis, and wavelength conversion of linearly polarized light component in the first direction with respect to light traveling from the polarization separation element along the first optical axis. A first wavelength conversion element that performs wavelength conversion, a second wavelength conversion element that performs wavelength conversion on linearly polarized light components in the second direction with respect to light traveling along the second optical axis from the polarization separation element, and a first wavelength conversion element. The light that travels along the first optical axis and the light that travels along the second optical axis from the second wavelength conversion element is reflected, and the light that has passed through the first wavelength conversion element and the light that has passed through the second wavelength conversion element A wavelength conversion device, comprising: a reflection element for multiplexing in a polarization separation element.
方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞ
れ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光に関し
て、第1方向の直線偏光成分について波長変換を行う波
長変換素子と、 波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光および偏
光分離素子から第2光軸に沿って進行する光を合波する
偏光合波素子と、 偏光合波素子を通過した光を反射させて波長変換素子に
戻す反射素子を含み、波長変換素子から反射素子に向か
う光と反射素子で反射して波長変換素子に戻る光の偏光
方向の差が90度となるような偏光回転手段と備えるこ
とを特徴とする波長変換装置。8. The method according to claim 1, wherein the first direction is a linearly polarized light in a first direction, and the first direction is a first optical axis.
A polarization separation element that separates linearly polarized light in a second direction orthogonal to the direction into a second optical axis, and wavelength conversion of linearly polarized light component in the first direction with respect to light traveling from the polarization separation element along the first optical axis. , A polarization multiplexing element that multiplexes light traveling along the first optical axis from the wavelength conversion element and light traveling along the second optical axis from the polarization splitting element, and a polarization multiplexing element. A reflection element that reflects the light that has passed through and returns the wavelength conversion element to the wavelength conversion element, and the difference in polarization direction between the light traveling from the wavelength conversion element to the reflection element and the light reflected by the reflection element and returning to the wavelength conversion element is 90 degrees. A wavelength conversion device comprising such polarization rotation means.
方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれぞ
れ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光の偏光方
向を90度回転させる第1の90度偏光回転素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光および第
1の90度偏光回転素子から第2光軸に沿って進行する
光に関して、第1方向の直線偏光成分について波長変換
を行う波長変換素子と、 波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光の偏光方
向を90度回転させる第2の90度偏光回転素子と、 第2の90度偏光回転素子から第1光軸に沿って進行す
る光および波長変換素子から第2光軸に沿って進行する
光を合波する偏光合波素子と、 偏光合波素子を通過した光を反射させて波長変換素子に
戻す反射素子を含み、波長変換素子から反射素子に向か
う光と反射素子で反射して波長変換素子に戻る光の偏光
方向の差が90度となるような偏光回転手段と備えるこ
とを特徴とする波長変換装置。9. The method according to claim 1, wherein the first direction is linearly polarized light in a first direction and the first direction is a first optical axis.
A polarization separation element for separating linearly polarized light in a second direction orthogonal to the direction into a second optical axis, respectively, and a first 90 for rotating the polarization direction of light traveling along the second optical axis from the polarization separation element by 90 degrees Linear polarization component in the first direction with respect to light traveling along the first optical axis from the polarization splitting element and light traveling along the second optical axis from the first 90-degree polarization rotating element. A wavelength conversion element that performs wavelength conversion, a second 90-degree polarization rotation element that rotates the polarization direction of light traveling along the first optical axis from the wavelength conversion element by 90 degrees, and a second 90-degree polarization rotation element. A polarization multiplexing element for multiplexing the light traveling along the first optical axis and the light traveling along the second optical axis from the wavelength conversion element; and a wavelength conversion element for reflecting light passing through the polarization multiplexing element. Includes a reflection element that returns to the Wavelength converter difference in the polarization direction of the light reflected back by the light and the reflective element towards the child in the wavelength conversion element is characterized in that it comprises a polarization rotation means such that 90 degrees.
1方向と直交する第2方向の直線偏光を第2光軸にそれ
ぞれ分離する偏光分離素子と、 偏光分離素子から第1光軸に沿って進行する光に関し
て、第1方向の直線偏光成分について波長変換を行う第
1波長変換素子と、 偏光分離素子から第2光軸に沿って進行する光に関し
て、第2方向の直線偏光成分について波長変換を行う第
2波長変換素子と、 第1波長変換素子から第1光軸に沿って進行する光およ
び第2波長変換素子から第2光軸に沿って進行する光を
合波する偏光合波素子と、 偏光合波素子を通過した光を反射させて波長変換素子に
戻す反射素子を含み、波長変換素子から反射素子に向か
う光と反射素子で反射して波長変換素子に戻る光の偏光
方向の差が90度となるような偏光回転手段と備えるこ
とを特徴とする波長変換装置。10. A polarization separation element for separating linearly polarized light in a first direction into a first optical axis and linearly polarized light in a second direction orthogonal to the first direction into a second optical axis, respectively. A first wavelength conversion element for performing wavelength conversion on a linearly polarized light component in a first direction with respect to light traveling along the optical axis; and a straight line in a second direction with respect to light traveling along the second optical axis from the polarization separation element. A second wavelength conversion element that performs wavelength conversion on the polarized light component; and a light that travels along the first optical axis from the first wavelength conversion element and a light that travels along the second optical axis from the second wavelength conversion element are combined. And a reflection element that reflects light passing through the polarization multiplexing element and returns the light to the wavelength conversion element. The light traveling from the wavelength conversion element to the reflection element and reflected by the reflection element return to the wavelength conversion element. Polarization such that the difference in the polarization direction of light is 90 degrees. Wavelength converter, characterized in that it comprises a rotating means.
5度回転させる45度回転素子と、45度偏光回転素子
を通過した光を反射し、45度回転素子へ戻すための前
記反転素子から成り、前記45度回転素子が前記波長変
換素子と前記反射素子の間に設けられたことを特徴とす
る請求項1,2,8,9,10のいずれかに記載の波長
変換装置。11. The apparatus according to claim 11, wherein the polarization rotating means sets the polarization direction of the light to four.
A 45-degree rotation element for rotating the light by a 5-degree angle; and the inverting element for reflecting light passing through the 45-degree polarization rotation element and returning the reflected light to the 45-degree rotation element. The wavelength converter according to any one of claims 1, 2, 8, 9, and 10, which is provided between the elements.
前記波長変換素子の間に設けられたλ/4板と前記反射
素子とから成ることを特徴とする請求項1,2,8,
9,10のいずれかに記載の波長変換装置。12. The apparatus according to claim 1, wherein said polarization rotation means comprises a λ / 4 plate provided between said reflection element and said wavelength conversion element, and said reflection element.
The wavelength converter according to any one of claims 9 and 10.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001275587A JP2002156669A (en) | 2000-09-11 | 2001-09-11 | Apparatus for converting wavelength |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-275496 | 2000-09-11 | ||
| JP2000275496 | 2000-09-11 | ||
| JP2001275587A JP2002156669A (en) | 2000-09-11 | 2001-09-11 | Apparatus for converting wavelength |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002156669A true JP2002156669A (en) | 2002-05-31 |
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ID=26599688
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|---|---|---|---|
| JP2001275587A Pending JP2002156669A (en) | 2000-09-11 | 2001-09-11 | Apparatus for converting wavelength |
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| JP (1) | JP2002156669A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030063322A (en) * | 2003-07-12 | 2003-07-28 | 손익부 | Polarization-insensitive double-pass two-stage EDFA |
| WO2005047965A1 (en) * | 2003-11-14 | 2005-05-26 | Optical Comb Institute, Inc. | Optical frequency comb generator and optical modulator |
| WO2005050307A1 (en) * | 2003-11-20 | 2005-06-02 | National Institute For Materials Science | Wavelength conversion element having multi-grating and light generating device using it, and wavelength conversion element having columnar ferroelectic single crystal and light generating device using it |
| JP2007240780A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength converter |
-
2001
- 2001-09-11 JP JP2001275587A patent/JP2002156669A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| US7551342B2 (en) | 2003-11-14 | 2009-06-23 | Optical Comb Institute, Inc. | Optical frequency comb generator and optical modulator |
| WO2005050307A1 (en) * | 2003-11-20 | 2005-06-02 | National Institute For Materials Science | Wavelength conversion element having multi-grating and light generating device using it, and wavelength conversion element having columnar ferroelectic single crystal and light generating device using it |
| US7403327B2 (en) | 2003-11-20 | 2008-07-22 | National Institute For Materials Science | Wavelength conversion element having multi-gratings and light generating apparatus using said element, and wavelength conversion element having cylindrical ferroelectric single crystals and light generating apparatus using said element |
| JP2007240780A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength converter |
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