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JPH08110538A - Optical parametric circuit - Google Patents

Optical parametric circuit

Info

Publication number
JPH08110538A
JPH08110538A JP24652394A JP24652394A JPH08110538A JP H08110538 A JPH08110538 A JP H08110538A JP 24652394 A JP24652394 A JP 24652394A JP 24652394 A JP24652394 A JP 24652394A JP H08110538 A JPH08110538 A JP H08110538A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
carrier angular
angular frequency
optical parametric
Prior art date
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Granted
Application number
JP24652394A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3221642B2 (en
Inventor
Kunihiko Mori
邦彦 森
Toshio Morioka
敏夫 盛岡
Masatoshi Saruwatari
正俊 猿渡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP24652394A priority Critical patent/JP3221642B2/en
Priority to US08/544,414 priority patent/US5604618A/en
Priority to EP95402273A priority patent/EP0708357B1/en
Priority to DE69517122T priority patent/DE69517122T2/en
Publication of JPH08110538A publication Critical patent/JPH08110538A/en
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強い励起光と4光波混合光や信号光を異なる
ポートに分離する光パラメトリック回路を実現する。 【構成】 3次の光パラメトリック効果を誘起する光非
線形媒質と、2入力2出力の光結合器と、長さL1 ,伝
搬定数K1(ω)の第1の光導波路と、長さL2 ,伝搬定
数K2(ω)の第2の光導波路とを備え、各光導波路の長
さおよび伝搬定数は所定の関係を有し、光結合器の第1
の入力ポートからキャリア角周波数ωs の光を入射し、
第2の入力ポートからキャリア角周波数ωp1,ωp2の光
を入射したときに、光結合器の第1の入力ポートから増
幅されたキャリア角周波数ωs の光およびキャリア角周
波数ωf (=ωp1+ωp2−ωs) の光を出射させ、光結合
器の第2の入力ポートからキャリア角周波数ωp1,ωp2
の光を出射させる。
(57) [Abstract] [Purpose] To realize an optical parametric circuit that separates strong pumping light, four-wave mixing light, and signal light into different ports. [Structure] An optical nonlinear medium that induces a third-order optical parametric effect, a 2-input 2-output optical coupler, a first optical waveguide having a length L 1 and a propagation constant K 1 (ω), and a length L 2 , a second optical waveguide having a propagation constant K 2 (ω), and the length and the propagation constant of each optical waveguide have a predetermined relationship,
Light with a carrier angular frequency ω s enters from the input port of
When the light having the carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 is incident from the second input port, the light having the carrier angular frequency ω s amplified from the first input port of the optical coupler and the carrier angular frequency ω f (= ω p1 + ω p2 −ω s ) is emitted and the carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 are output from the second input port of the optical coupler.
Emits light.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光非線形媒質中に誘起
される3次の光パラメトリック効果を利用して、光信号
の増幅、全光スイッチング(光パルス多重分離)、波長
変換、位相共役光の発生(スペクトル反転)の各手段と
して用いられる光パラメトリック回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention utilizes the third-order optical parametric effect induced in an optical nonlinear medium to amplify an optical signal, all-optical switching (optical pulse demultiplexing), wavelength conversion, and phase conjugation. The present invention relates to an optical parametric circuit used as each means of light generation (spectrum inversion).

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は、従来の光パラメトリック回路
の構成を示す。図において、信号光S(キャリア角周波
数ωs ) と、励起光P1,P2(キャリア角周波数ωp1, ω
p2) は光合波器11で結合され、光非線形媒質12に同
時に入力されて伝搬することにより、3次の光パラメト
リック効果が誘起される。そして、信号光Sは増幅さ
れ、4光波混合過程によりキャリア角周波数ωf の4光
波混合光Fが発生する。ここで、信号光S、励起光P1,
2 、4光波混合光Fのキャリア角周波数ωs ,ωp1
ωp2,ωf の関係は、エネルギー保存則により ωs+ωf=ωp1+ωp2 となる。
2. Description of the Related Art FIG. 12 shows the configuration of a conventional optical parametric circuit. In the figure, a signal light S (carrier angular frequency ω s ) and pumping lights P 1 and P 2 (carrier angular frequencies ω p1 and ω
The p2 ) is coupled by the optical multiplexer 11, and simultaneously input to the optical nonlinear medium 12 and propagated to induce a third-order optical parametric effect. Then, the signal light S is amplified and the four-wave mixing light F having the carrier angular frequency ω f is generated by the four-light mixing process. Here, the signal light S, the pump light P 1 ,
P 2 , the carrier angular frequencies ω s , ω p1 of the four-wave mixed light F,
The relationship between ω p2 and ω f is ω s + ω f = ω p1 + ω p2 according to the energy conservation law.

【0003】図12に示す従来構成では、増幅された信
号光S’、励起光P1,P2 、4光波混合光Fのすべてが
光非線形媒質12から同一方向に重なって出射されるの
で、所望の光を取り出すためには光フィルタが不可欠で
あった。たとえば、4光波混合光Fのみを取り出すため
には、キャリア角周波数ωf の光のみを通す波長フィル
タ13が用いられる。
In the conventional configuration shown in FIG. 12, all of the amplified signal light S ′, the pumping lights P 1 and P 2 , and the four-wave mixed light F are emitted from the optical nonlinear medium 12 in the same direction so that they overlap each other. An optical filter was indispensable for extracting desired light. For example, in order to extract only the four-wave mixed light F, the wavelength filter 13 that passes only the light having the carrier angular frequency ω f is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、励起光P1,
2 の光強度は、増幅された信号光S’や4光波混合光
Fの光強度に比べて通常大きい。したがって、波長フィ
ルタ13として、励起光を大きく抑圧できる高アイソレ
ーションのものが必要であった。特に、励起光との波長
差が小さい場合には、1段の波長フィルタで励起光を十
分に抑圧することが困難であり、多数段組み合わせるこ
とによる損失増や構成の複雑化が避けられなかった。
By the way, the excitation light P 1 ,
The light intensity of P 2 is usually higher than the light intensity of the amplified signal light S ′ or the four-wave mixing light F. Therefore, the wavelength filter 13 needs to have a high isolation that can largely suppress the excitation light. In particular, when the wavelength difference from the pumping light is small, it is difficult to sufficiently suppress the pumping light with a single-stage wavelength filter, and it is inevitable to increase loss and complicate the configuration by combining multiple stages. .

【0005】本発明は、強い励起光と4光波混合光や信
号光を異なるポートに分離することができる光パラメト
リック回路を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide an optical parametric circuit capable of separating strong pumping light, four-wave mixing light and signal light into different ports.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1の光パラメトリ
ック回路は、ωs+ωf=ωp1+ωp2の関係にあるキャリ
ア角周波数ωs ,ωp1,ωp2,ωf の光が介在する3次
の光パラメトリック効果を誘起する光非線形媒質と、キ
ャリア角周波数ωs ,ωp1,ωp2,ωf の光をそれぞれ
等しい強度および等しい偏波で分岐する2入力2出力の
光結合器と、光結合器の第1の出力ポートと光非線形媒
質の一端とを結合する長さL1 ,伝搬定数K1(ω)の第
1の光導波路と、光結合器の第2の出力ポートと光非線
形媒質の他端とを結合する長さL2 ,伝搬定数K2(ω)
の第2の光導波路とを備え、第1の光導波路と第2の光
導波路の長さおよび伝搬定数は、整数n、許容誤差α
(0≦α<1/2)としたときに、 {K2s)+K2f)−K2p1)−K2p2)}L2
{K1s)+K1f)−K1p1)−K1p2)}L1
(2n±α)π の関係を有し、光結合器の第1の入力ポートからキャリ
ア角周波数ωs の光を入射し、第2の入力ポートからキ
ャリア角周波数ωp1,ωp2の光を入射したときに、光結
合器の第1の入力ポートから増幅されたキャリア角周波
数ωs の光および光非線形媒質中で発生したキャリア角
周波数ωf (=ωp1+ωp2−ωs) の光を出射させ、光結
合器の第2の入力ポートからキャリア角周波数ωp1,ω
p2の光を出射させる。
According to the optical parametric circuit of claim 1, light having carrier angular frequencies ω s , ω p1 , ω p2 , and ω f having a relationship of ω s + ω f = ω p1 + ω p2 is interposed. An optical nonlinear medium that induces a third-order optical parametric effect, and a 2-input 2-output optical coupler that splits lights of carrier angular frequencies ω s , ω p1 , ω p2 , and ω f with equal intensity and equal polarization, respectively. , A first optical waveguide having a length L 1 and a propagation constant K 1 (ω) coupling the first output port of the optical coupler and one end of the optical nonlinear medium, and the second output port of the optical coupler. Length L 2 for coupling with the other end of the optical nonlinear medium, propagation constant K 2 (ω)
And a second optical waveguide, the length and propagation constant of the first optical waveguide and the second optical waveguide are an integer n and an allowable error α
When (0 ≦ α <1/2), {K 2s ) + K 2f ) −K 2p1 ) −K 2p2 )} L 2 =
{K 1s ) + K 1f ) −K 1p1 ) −K 1p2 )} L 1 +
Light having a carrier angular frequency ω s is input from the first input port of the optical coupler and light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 is input from the second input port. When incident, the light of carrier angular frequency ω s amplified from the first input port of the optical coupler and the light of carrier angular frequency ω f (= ω p1 + ω p2 − ω s ) generated in the optical nonlinear medium From the second input port of the optical coupler, and the carrier angular frequencies ω p1 , ω
Emit p2 light.

【0007】請求項2の光パラメトリック回路は、光非
線形媒質、光結合器、第1の光導波路および第2の光導
波路が偏波保持性を有する。請求項3の光パラメトリッ
ク回路は、光結合器の第2の入力ポートから出射される
キャリア角周波数ωp1,ωp2の光を阻止する手段を有す
る。
In the optical parametric circuit of claim 2, the optical nonlinear medium, the optical coupler, the first optical waveguide and the second optical waveguide have polarization maintaining properties. An optical parametric circuit according to a third aspect of the invention has means for blocking light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 emitted from the second input port of the optical coupler.

【0008】請求項4の光パラメトリック回路は、光結
合器の第1の入力ポートに入射するキャリア角周波数ω
s の光と、第1の入力ポートから出射されるキャリア角
周波数ωs ,ωf の光とを分離する手段を備える。
According to another aspect of the optical parametric circuit of the present invention, the carrier angular frequency ω incident on the first input port of the optical coupler is ω.
comprises a light s, the means for separating the light of the first carrier angular frequency omega s emitted from the input port, omega f.

【0009】請求項5の光パラメトリック回路は、光結
合器の第1の入力ポートから出射されるキャリア角周波
数ωs の光と、キャリア角周波数ωf の光とを分離する
手段を備える。
An optical parametric circuit according to a fifth aspect of the present invention comprises means for separating the light having the carrier angular frequency ω s emitted from the first input port of the optical coupler from the light having the carrier angular frequency ω f .

【0010】請求項6の光パラメトリック回路は、光結
合器の第1の入力ポートから出射されるキャリア角周波
数ωp1,ωp2の光を抑圧する手段を備える。請求項7の
光パラメトリック回路は、請求項4に記載の光パラメト
リック回路を複数個備え、各段の光パラメトリック回路
の入出力をキャリア角周波数ωf の光のみを通過させる
手段とキャリア角周波数ωs の光のみを通過させる手段
を交互に介して縦続に接続する。
An optical parametric circuit according to a sixth aspect of the present invention comprises means for suppressing light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 emitted from the first input port of the optical coupler. An optical parametric circuit according to a seventh aspect is provided with a plurality of the optical parametric circuits according to the fourth aspect, and means for allowing only the light having the carrier angular frequency ω f to pass through the input / output of each stage of the optical parametric circuit and the carrier angular frequency ω. s are connected in cascade through alternating means for passing only light.

【0011】請求項8の光パラメトリック回路は、請求
項4に記載の光パラメトリック回路を複数個備え、各段
の光パラメトリック回路の出力からキャリア角周波数ω
f の光を分離し、キャリア角周波数ωs の光を次段に送
出する手段を介して縦続に接続する。
An optical parametric circuit according to an eighth aspect comprises a plurality of the optical parametric circuits according to the fourth aspect, and an optical parametric circuit of each stage outputs the carrier angular frequency ω.
The light of f is separated, and the light of carrier angular frequency ω s is connected in cascade via a means for sending the light to the next stage.

【0012】請求項9の光パラメトリック回路は、請求
項4に記載の光パラメトリック回路を複数個縦続に接続
し、最終段の光パラメトリック回路の出力からキャリア
角周波数ωf の光を分離する手段を備える。
An optical parametric circuit according to a ninth aspect comprises means for connecting a plurality of the optical parametric circuits according to the fourth aspect in a cascade, and separating light having a carrier angular frequency ω f from the output of the final stage optical parametric circuit. Prepare

【0013】[0013]

【作用】図1は、本発明の光パラメトリック回路の基本
構成を示す。図において、2×2の光結合器20のポー
ト,を接続する光導波路中に光非線形媒質12が挿
入される。ここで、ポートと光非線形媒質12とを接
続する光導波路21の長さをL1 、伝搬定数をK1(ω)
とし、ポートと光非線形媒質12とを接続する光導波
路22の長さをL2 、伝搬定数をK2(ω) とする。光結
合器20は、キャリア角周波数ωs ,ωp1,ωp2,ωf
の光を等しい強度および等しい偏波で分岐する特性を有
する。
FIG. 1 shows the basic configuration of the optical parametric circuit of the present invention. In the figure, the optical nonlinear medium 12 is inserted into an optical waveguide that connects the ports of the 2 × 2 optical coupler 20. Here, the length of the optical waveguide 21 connecting the port and the optical nonlinear medium 12 is L 1 , and the propagation constant is K 1 (ω).
Let L 2 be the length of the optical waveguide 22 that connects the port and the optical nonlinear medium 12, and let K 2 (ω) be the propagation constant. The optical coupler 20 has carrier angular frequencies ω s , ω p1 , ω p2 , and ω f.
Has the characteristic of splitting the light of the same intensity and polarization.

【0014】キャリア角周波数ωs の信号光Sは光結合
器20のポートから入射され、それぞれ等しい強度お
よび等しい偏波でポート,に分岐される。ただし、
ポートに対してクロスポートとなるポートから出射
される信号光Sは、スルーポートとなるポートから出
射される信号光Sに対して光の位相が90度遅れる。した
がって、ポートにおける信号光Sの複素電界振幅をA
s とすると、ポートにおける信号光Sの複素電界振幅
はAs exp(−iπ/2)となる。
The signal light S having the carrier angular frequency ω s is incident from the port of the optical coupler 20 and is branched to the port with equal intensity and equal polarization. However,
The signal light S emitted from the port which is a cross port with respect to the port is 90 degrees in phase with the signal light S emitted from the port which is a through port. Therefore, the complex electric field amplitude of the signal light S at the port is A
When s, complex electric field amplitude of the signal light S at port becomes A s exp (-iπ / 2) .

【0015】キャリア角周波数ωp1, ωp2の励起光
1 ,P2 は、光結合器20のポートから入射され、
それぞれ等しい強度および等しい偏波でポート,に
分岐される。ただし、ポートに対してクロスポートと
なるポートから出射される励起光P1,P2 は、スルー
ポートとなるポートから出射される励起光P1,P2
対して光の位相が90度遅れる。したがって、ポートに
おける励起光P1,P2 の複素電界振幅をAp1,Ap2とす
ると、ポートにおける励起光P1,P2 の複素電界振幅
はAp1 exp(−iπ/2),Ap2 exp(−iπ/2)となる。
The pumping lights P 1 and P 2 having the carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 are incident from the port of the optical coupler 20,
Each is split into ports with equal intensity and polarization. However, the pumping light P 1, P 2 emitted from the port to which the cross port with respect to port, and the phase of the light is delayed by 90 degrees with respect to excitation light P 1, P 2 emitted from the port to which the through port . Therefore, when the complex electric field amplitude of the pumping light P 1, P 2 at the port and A p1, A p2, complex electric field amplitude of the pumping light P 1, P 2 in the port A p1 exp (-iπ / 2) , A p2 exp (-iπ / 2).

【0016】このように、光結合器20のポートに分
岐された信号光Sおよび励起光P1,P2 は、光導波路2
1→光非線形媒質12→光導波路22→ポートの順に
右回りで伝搬する。ここで、ポートから光導波路21
を介して光非線形媒質12に入射される右回りの信号光
Sの複素電界振幅AsRおよび励起光P1,P2 の複素電界
振幅Ap1R ,Ap2R は、 AsR =As exp(−iK1s)L1) …(1) Ap1R=Ap1 exp(−iK1p1)L1−iπ/2) …(2) Ap2R=Ap2 exp(−iK1p2)L1−iπ/2) …(3) と表される。
As described above, the signal light S and the pumping lights P 1 and P 2 branched to the port of the optical coupler 20 are supplied to the optical waveguide 2.
The light propagates clockwise in the order of 1 → optical nonlinear medium 12 → optical waveguide 22 → port. Here, from the port to the optical waveguide 21
Complex electric field amplitude of the clockwise signal light S incident on the optical nonlinear medium 12 via the A sR and excitation light P 1, P 2 of the complex electric field amplitude A p1R, A p2R is, A sR = A s exp ( - iK 1s ) L 1 ) ... (1) A p1R = A p1 exp (−iK 1p1 ) L 1 −iπ / 2) (2) A p2R = A p2 exp (−iK 1p2 ) L 1 −iπ / 2) (3)

【0017】一方、光結合器20のポートに分岐され
た信号光Sおよび励起光P1,P2 は、光導波路22→光
非線形媒質12→光導波路21→ポートの順に左回り
で伝搬する。ここで、ポートから光導波路22を介し
て光非線形媒質12に入射される左回りの信号光Sの複
素電界振幅AsLおよび励起光P1,P2 の複素電界振幅A
p1L ,Ap2L は、 AsL =As exp(−iK2s)L2−iπ/2) …(4) Ap1L=Ap1 exp(−iK2p1)L2) …(5) Ap2L=Ap2 exp(−iK2p2)L2) …(6) と表される。
On the other hand, the signal light S and the pumping lights P 1 and P 2 branched to the port of the optical coupler 20 propagate counterclockwise in the order of the optical waveguide 22 → optical nonlinear medium 12 → optical waveguide 21 → port. Here, the complex electric field amplitude A sL of the counterclockwise signal light S and the complex electric field amplitude A of the pumping lights P 1 and P 2 incident on the optical nonlinear medium 12 from the port via the optical waveguide 22.
p1L, A p2L is, A sL = A s exp ( -iK 2 (ω s) L 2 -iπ / 2) ... (4) A p1L = A p1 exp (-iK 2 (ω p1) L 2) ... ( 5) A p2L = A p2 exp (−iK 2p2 ) L 2 ) ... (6)

【0018】光非線形媒質12中では、信号光Sと励起
光P1,P2 が右回りと左回りでそれぞれ同時に伝搬する
ことで誘起される3次の光パラメトリック効果により、
信号光Sは増幅され、キャリア角周波数ωf (=ωp1
ωp2−ωs)の4光波混合光Fが発生する。この右回り
成分と左回り成分は、再び光結合器20に入射して干渉
する。
In the optical nonlinear medium 12, due to the third-order optical parametric effect induced by the signal light S and the pumping lights P 1 and P 2 propagating simultaneously in the clockwise and counterclockwise directions, respectively,
The signal light S is amplified and the carrier angular frequency ω f (= ω p1 +
The four-wave mixing light F of ω p2 −ω s ) is generated. The right-handed component and the left-handed component are incident on the optical coupler 20 again and interfere with each other.

【0019】ただし、信号光S(増幅された信号光S')
および励起光P1,P2 は、光非線形媒質12および光導
波路21,22中で波長分散による位相変化を受け、光
非線形媒質12中で非線形効果(自己位相変調,相互位
相変調)による位相変化を受けるが、右回りと左回りに
よる位相差は生じない。したがって、本回路は信号光S
(増幅された信号光S')および励起光P1,P2 に対し
て、いわゆる光ループミラーとして動作し(D.B.Mortim
ore,"Fiber loop reflectors", IEEE Journal ofLightw
ave Technology, vol.6, pp.1217-1224, 1988) 、増幅
された信号光S’はポートに、励起光P1,P2 はポー
トにそれぞれ 100%出射され、増幅された信号光S'
と励起光P1,P2 の完全な分離が可能となる。
However, the signal light S (amplified signal light S ')
And the pumping lights P 1 and P 2 undergo a phase change due to wavelength dispersion in the optical nonlinear medium 12 and the optical waveguides 21 and 22, and a phase change due to a nonlinear effect (self-phase modulation, mutual phase modulation) in the optical nonlinear medium 12. However, there is no phase difference between clockwise and counterclockwise. Therefore, this circuit is
It operates as a so-called optical loop mirror for (amplified signal light S ′) and pumping lights P 1 , P 2 (DBMortim
ore, "Fiber loop reflectors", IEEE Journal of Lightw
ave Technology, vol.6, pp.1217-1224, 1988), the amplified signal light S'is emitted to the port and the pump lights P 1 and P 2 are emitted to the port 100% respectively, and the amplified signal light S'is emitted.
And the excitation lights P 1 and P 2 can be completely separated.

【0020】一方、 (1),(2),(3)式で示される右回りの
信号光Sと励起光P1,P2 から発生する右回りの4光波
混合光Fの複素電界振幅AfRは、 AfR=cAsR * p1R p2R =cAs *p1p2 exp[i(K1s)−K1p1)−K1p2))L1−iπ] …(7) と表される。また (4),(5),(6)式で示される左回りの信
号光Sと励起光P1,P2から発生する左回りの4光波混
合光Fの複素電界振幅AfLは、 AfL=cAsL * p1L p2L =cAs *p1p2 exp[i(K2s)−K2p1)−K2p2))L2+iπ/2] …(8) と表される。なお、cは比例定数である。
On the other hand, the complex electric field amplitude A of the clockwise signal light S represented by the equations (1), (2) and (3) and the clockwise four-wave mixing light F generated from the pumping lights P 1 and P 2 fR is A fR = cA sR * A p1R A p2R = cA s * A p1 A p2 exp [i (K 1s ) −K 1p1 ) −K 1p2 )) L 1 −iπ ]… (7) Further, the complex electric field amplitude A fL of the counterclockwise signal light S and the counterclockwise four-wave mixing light F generated from the pumping lights P 1 and P 2 represented by the equations (4), (5), and (6) is A fL = cA sL * A p1L A p2L = cA s * A p1 A p2 exp [i (K 2s ) −K 2p1 ) −K 2p2 )) L 2 + iπ / 2] ( 8) Note that c is a proportional constant.

【0021】この右回りと左回りの4光波混合光Fがそ
れぞれ光導波路22,21を介してポート,に到達
したときの複素電界振幅A4 ,A3 は、 A4 =AfR exp(−iK2f)L2) =cAs *p1p2exp[−i(K1f)L1+K2f)L2)]exp(iΔK1L1−iπ) …(9) A3 =AfL exp(−iK1f)L1) =cAs *p1p2exp[−i(K1f)L1+K2f)L2)]exp(iΔK2L2+iπ/2) …(10) と表される。なお、 ΔK1 =K1s)+K1f)−K1p1)−K1p2) …(11) ΔK2 =K2s)+K2f)−K2p1)−K2p2) …(12) である。
The complex electric field amplitudes A 4 and A 3 when the clockwise and counterclockwise four-wave mixing light F reaches the port via the optical waveguides 22 and 21, respectively, are A 4 = A fR exp (- iK 2f ) L 2 ) = cA s * A p1 A p2 exp [−i (K 1f ) L 1 + K 2f ) L 2 )] exp (iΔK 1 L 1 −i π) ... (9) A 3 = A fL exp (−iK 1f ) L 1 ) = cA s * A p1 A p2 exp [−i (K 1f ) L 1 + K 2f ) L 2 ). ] exp (iΔK 2 L 2 + iπ / 2) (10) In addition, ΔK 1 = K 1s ) + K 1f ) −K 1p1 ) −K 1p2 ) ... (11) ΔK 2 = K 2s ) + K 2f ). -K is a 2 (ω p1) -K 2 ( ω p2) ... (12).

【0022】光結合器20ではこの右回りと左回りの4
光波混合光Fが干渉し、ポート,に出射される4光
波混合光Fの複素電界振幅A1 ,A2 は、 A1 ∝A3+A4 exp(−iπ/2) ∝ exp(iΔK22)+exp(iΔK11) …(13) A2 ∝A3 exp(−iπ/2)+A4 ∝ exp(iΔK22)−exp(iΔK11) …(14) と表される。したがって、光導波路21,22が ΔK22=ΔK11+2nπ (nは整数) …(15) となる条件を満たすとき、4光波混合光Fをポートに
100%出射させることができ、ポートに出射される励
起光P1,P2 と完全に分離することができる。
In the optical coupler 20, the clockwise and counterclockwise 4
Wave mixing light F interfere, port 4 complex electric field amplitude A 1 of the wave mixing light F, A 2 emitted in, is, A 1 αA 3 + A 4 exp (-iπ / 2) α exp (iΔK 2 L 2 ) + exp (iΔK 1 L 1 ) ... (13) A 2 ∝A 3 exp (−iπ / 2) + A 4 ∝exp (iΔK 2 L 2 ) −exp (iΔK 1 L 1 ) ... (14) It Therefore, when the optical waveguides 21 and 22 satisfy the condition of ΔK 2 L 2 = ΔK 1 L 1 + 2nπ (n is an integer) (15), the four-wave mixing light F is used as a port.
It can be emitted 100% and can be completely separated from the excitation lights P 1 and P 2 emitted to the port.

【0023】なお、(15)式に示す条件に所定の許容誤差
α(0≦α<1/2) を認めると、 ΔK22=ΔK11+(2n±α)π (nは整数) …(16) となる。その場合には、許容誤差αに応じてポートに
出射される4光波混合光Fのレベルは低下するが、ポー
トに出射される励起光P1,P2 に対するアイソレーシ
ョンには影響がないので実用上の問題はない。
When a predetermined allowable error α (0 ≦ α <1/2) is recognized in the condition shown in the equation (15), ΔK 2 L 2 = ΔK 1 L 1 + (2n ± α) π (n is Integer)… (16) In that case, although the level of the four-wave mixed light F emitted to the port is lowered according to the tolerance α, the isolation with respect to the excitation lights P 1 and P 2 emitted to the port is not affected, so that it is practical. There is no problem above.

【0024】以上のように光パラメトリック回路を構成
することにより、波長フィルタ等の波長分離手段を用い
ることなく、増幅された信号光S’と励起光P1,P2
を分離することができる。さらに、(15),(16) 式に示す
条件を満たす光導波路21,22を用いることにより、
発生した4光波混合光Fと励起光P1,P2 とを分離する
ことができる。なお、励起光P1,P2 に含まれる雑音成
分についても、ポートから励起光P1,P2 とともに出
射されるので、信号光S’および4光波混合光Fに混入
することはない。
By constructing the optical parametric circuit as described above, it is possible to separate the amplified signal light S ′ and the pumping lights P 1 and P 2 without using a wavelength separating means such as a wavelength filter. . Furthermore, by using the optical waveguides 21 and 22 that satisfy the conditions shown in the equations (15) and (16),
The generated four-wave mixing light F and the excitation lights P 1 and P 2 can be separated. Note that the noise component contained in the pumping lights P 1 and P 2 is also emitted from the port together with the pumping lights P 1 and P 2 , so that it does not mix into the signal light S ′ and the four-wave mixing light F.

【0025】請求項2は各部を偏波保持型にするもので
あり、請求項3は励起光の戻り阻止を図るものであり、
請求項4は入出力光の分離を行うものであり、請求項5
は光増幅器または波長変換回路として構成するものであ
り、請求項6はキャリア角周波数ωs ,ωf の光に混入
するキャリア角周波数ωp1,ωp2の光を抑圧する構成の
ものであり、請求項7および請求項8は光パルス分離回
路を構成するものであり、請求項9は光パルス多重回路
を構成するものである。各機能については、以下に示す
第2実施例〜第11実施例で詳細に説明する。
According to a second aspect of the present invention, each part is of a polarization maintaining type, and a third aspect is for preventing the pumping light from returning.
According to a fourth aspect of the present invention, input / output light is separated.
Is configured as an optical amplifier or a wavelength conversion circuit, and claim 6 is a configuration for suppressing light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 mixed in light having carrier angular frequencies ω s and ω f , Claims 7 and 8 constitute an optical pulse demultiplexing circuit, and claim 9 constitutes an optical pulse multiplexing circuit. Each function will be described in detail in the following second to eleventh embodiments.

【0026】[0026]

【実施例】図2は、本発明の第1実施例の構成を示す。
本実施例の特徴は、図1に示す基本構成において、縮退
した励起光、すなわちキャリア角周波数がωp =ωp1
ωp2の励起光Pを用いるところにある。
FIG. 2 shows the configuration of the first embodiment of the present invention.
The feature of the present embodiment is that in the basic configuration shown in FIG. 1, the degenerate pump light, that is, the carrier angular frequency is ω p = ω p1 =
This is where the excitation light P of ω p2 is used.

【0027】本実施例では、キャリア角周波数ωs の信
号光Sを光結合器20のポートから入射し、キャリア
角周波数ωp の励起光Pをポートから入射すると、光
非線形媒質12中でキャリア角周波数ωf(=2ωp
ωs) の4光波混合光Fが発生する。この4光波混合光
Fと増幅された信号光S’は光結合器20のポートか
ら出射され、励起光Pがポートから出射される。
In this embodiment, when the signal light S having the carrier angular frequency ω s is incident from the port of the optical coupler 20 and the pump light P having the carrier angular frequency ω p is incident from the port, the carrier in the optical nonlinear medium 12 is Angular frequency ω f (= 2ω p
The four-wave mixed light F of ω s ) is generated. The four-wave mixed light F and the amplified signal light S ′ are emitted from the port of the optical coupler 20, and the excitation light P is emitted from the port.

【0028】なお、実際の光パラメトリック回路では、
本実施例のように縮退した励起光Pがしばしば用いられ
るので、以下に示す実施例では縮退した励起光Pを用い
るものとする。
In an actual optical parametric circuit,
Since the degenerate pumping light P is often used as in the present embodiment, the degenerate pumping light P is used in the following embodiments.

【0029】図3は、本発明の第2実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、図1に示す基本構成の各部を偏
波保持型とし、偏波保持型の光結合器23、偏波保持型
の光非線形媒質24、偏波保持型の光導波路25,26
を用いるところにある(請求項2)。
FIG. 3 shows the configuration of the second embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that each part of the basic configuration shown in FIG. 1 is a polarization maintaining type, a polarization maintaining type optical coupler 23, a polarization maintaining type optical nonlinear medium 24, and a polarization maintaining type optical waveguide 25. , 26
Is used (Claim 2).

【0030】光パラメトリック回路中の偏波クロストー
クは、信号光Sおよび4光波混合光Fに対する励起光P
のアイソレーション劣化の原因となる。そこで、各部を
偏波保持型とすることにより、回路中の偏波クロストー
クを抑圧し、信号光Sおよび4光波混合光Fに対する励
起光Pのアイソレーションを向上させる。なお、以下に
示す実施例においても各部を偏波保持型とすることによ
り、回路中の偏波クロストークを抑圧することができ
る。
The polarization crosstalk in the optical parametric circuit is caused by the pumping light P for the signal light S and the four-wave mixing light F.
Cause deterioration of isolation. Therefore, by making each part a polarization maintaining type, polarization crosstalk in the circuit is suppressed and the isolation of the pumping light P with respect to the signal light S and the four-wave mixing light F is improved. In addition, also in the embodiments described below, the polarization crosstalk in the circuit can be suppressed by making each part a polarization maintaining type.

【0031】図4は、本発明の第3実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、図1に示す基本構成において、
光結合器20のポートから出射される励起光Pを阻止
する構成にある(請求項3)。
FIG. 4 shows the configuration of the third embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that in the basic configuration shown in FIG.
The pumping light P emitted from the port of the optical coupler 20 is blocked (claim 3).

【0032】本発明の光パラメトリック回路では、増幅
された信号光S’および励起光Pはそれぞれ入力したポ
ート,に戻る。このため、特に強い励起光Pは励起
光光源に悪影響を及ぼしかねない。そこで、励起光Pを
入射する光結合器20のポートに光アイソレータ27
を配置し、ポートから出射される励起光Pを阻止す
る。なお、光アイソレータ27に代えて光サーキュレー
タを用いてもよい。
In the optical parametric circuit of the present invention, the amplified signal light S'and pumping light P are returned to the input ports respectively. Therefore, the particularly strong excitation light P may adversely affect the excitation light source. Therefore, the optical isolator 27 is connected to the port of the optical coupler 20 where the pumping light P enters.
Is arranged to block the excitation light P emitted from the port. An optical circulator may be used instead of the optical isolator 27.

【0033】図5は、本発明の第4実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、図1に示す基本構成において、
光結合器20のポートに入射する信号光Sと、ポート
から出射される増幅された信号光S’および4光波混
合光Fを分離する構成にある(請求項4)。
FIG. 5 shows the configuration of the fourth embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that in the basic configuration shown in FIG.
The signal light S incident on the port of the optical coupler 20 is separated from the amplified signal light S ′ and the four-wave mixing light F emitted from the port (claim 4).

【0034】本発明の光パラメトリック回路では、入射
される信号光Sと、出射される信号光S’および4光波
混合光Fが光結合器20の同一のポートを通過するの
で、これらを分離する構成が必要となる。そこで、光結
合器20のポートに光サーキュレータ28を配置し、
信号光Sと、増幅された信号光S’および4光波混合光
Fとを分離する。
In the optical parametric circuit of the present invention, the incoming signal light S and the outgoing signal light S ′ and the four-wave mixing light F pass through the same port of the optical coupler 20, so they are separated. Requires configuration. Therefore, an optical circulator 28 is arranged at the port of the optical coupler 20,
The signal light S is separated from the amplified signal light S ′ and the four-wave mixed light F.

【0035】図6は、本発明の第5実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、光パラメトリック回路を光増幅
器として構成するところにある(請求項5)。
FIG. 6 shows the configuration of the fifth embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the optical parametric circuit is configured as an optical amplifier (claim 5).

【0036】本実施例では、第4実施例の構成に加え
て、増幅された信号光S'(キャリア角周波数ωs )のみ
を通過させる波長フィルタ29を用いる。また、励起光
P(キャリア角周波数ωp )として、CW(連続波)励
起光を用いるか、信号光Sと同期した励起光パルス列を
用いる。これにより、光サーキュレータ28を介して光
結合器20のポートに信号光Sを入射すると、ポート
から光サーキュレータ28,波長フィルタ29を介し
て増幅された信号光S’を取り出すことができる。
In the present embodiment, in addition to the configuration of the fourth embodiment, a wavelength filter 29 that passes only the amplified signal light S '(carrier angular frequency ω s ) is used. As the pumping light P (carrier angular frequency ω p ), CW (continuous wave) pumping light is used or a pumping light pulse train synchronized with the signal light S is used. As a result, when the signal light S is incident on the port of the optical coupler 20 via the optical circulator 28, the amplified signal light S ′ can be extracted from the port via the optical circulator 28 and the wavelength filter 29.

【0037】なお、光導波路21,22に適用する (1
5),(16)式の条件は4光波混合光Fに関するものであ
り、増幅された信号光S’と励起光Pとのアイソレーシ
ョンには影響しない。したがって、本実施例のように信
号光Sの光増幅器として機能させる場合には、 (15),(1
6)式の条件は不要である。また、(16)式において、α=
1とすると、キャリア角周波数ωf の4光波混合光Fは
光結合器20のポートから出射されるので、波長フィ
ルタ29は不要となる。
It is applied to the optical waveguides 21 and 22 (1
The conditions of the expressions (5) and (16) relate to the four-wave mixing light F and do not affect the isolation between the amplified signal light S ′ and the pump light P. Therefore, when functioning as an optical amplifier of the signal light S as in the present embodiment, (15), (1
The condition of equation (6) is unnecessary. Also, in equation (16), α =
When it is set to 1, the four-wave mixed light F having the carrier angular frequency ω f is emitted from the port of the optical coupler 20, so that the wavelength filter 29 is unnecessary.

【0038】図7は、本発明の第6実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、光パラメトリック回路を波長変
換回路として構成するところにある(請求項5)。
FIG. 7 shows the configuration of the sixth embodiment of the present invention. The feature of this embodiment resides in that the optical parametric circuit is configured as a wavelength conversion circuit (claim 5).

【0039】本実施例では、第4実施例の構成に加え
て、4光波混合光F(キャリア角周波数ωf )のみを通
過させる波長フィルタ13を用いる。また、励起光P
(キャリア角周波数ωp )として、CW(連続波)励起
光を用いるか、信号光Sと同期した励起光パルス列を用
いる。これにより、光サーキュレータ28を介して光結
合器20のポートに信号光S(キャリア角周波数
ωs )を入射すると、ポートから光サーキュレータ2
8,波長フィルタ13を介して4光波混合光Fを取り出
すことができる。この4光波混合光Fのキャリア角周波
数ωf(=2ωp−ωs) は、励起光Pのキャリア角周波数
ωp を変えることにより同調可能である。
In this embodiment, in addition to the structure of the fourth embodiment, a wavelength filter 13 that allows only four-wave mixed light F (carrier angular frequency ω f ) to pass is used. Also, the excitation light P
As the (carrier angular frequency ω p ), CW (continuous wave) pumping light is used, or a pumping light pulse train synchronized with the signal light S is used. As a result, when the signal light S (carrier angular frequency ω s ) is incident on the port of the optical coupler 20 via the optical circulator 28, the optical circulator 2 from the port.
8. The four-wave mixed light F can be extracted via the wavelength filter 13. The carrier angular frequency ω f (= 2ω p −ω s ) of the four-wave mixed light F can be tuned by changing the carrier angular frequency ω p of the pumping light P.

【0040】また、光サーキュレータ28および波長フ
ィルタ13に代えて、キャリア角周波数ωs とωf を分
離する光分波器を用いても、4光波混合光Fのみを分離
して取り出すことができる。
Also, instead of the optical circulator 28 and the wavelength filter 13, an optical demultiplexer for separating the carrier angular frequencies ω s and ω f can be used to separate and extract only the four-wave mixed light F. .

【0041】本実施例の構成は、CW励起光または信号
光Sより十分にパルス幅の広い励起光パルスを用いたと
きに、入力信号光スペクトルに対し、励起光のキャリア
角周波数ωp に関して反転対称のスペクトルをもつ4光
波混合光を発生する、いわゆるスペクトル反転回路(位
相共役鏡)として動作させることができる。これによ
り、波長分散による波形広がり、あるいは自己位相変調
によるスペクトル広がりの補償が可能となる(Watanabe
et al.,"Compensation of chromatic dispersionin a s
ingle-mode fiber by optical phase conjugation" , I
EEE PhotonicsTechnology Letters, vol.5, pp.92-95,
1993)。
The configuration of the present embodiment is such that when a pumping light pulse having a pulse width sufficiently wider than that of the CW pumping light or the signal light S is used, the input signal light spectrum is inverted with respect to the carrier angular frequency ω p of the pumping light. It can be operated as a so-called spectrum inverting circuit (phase conjugate mirror) that generates four-wave mixed light having a symmetrical spectrum. This makes it possible to compensate for waveform broadening due to chromatic dispersion or spectrum broadening due to self-phase modulation (Watanabe
et al., "Compensation of chromatic dispersion in as
ingle-mode fiber by optical phase conjugation ", I
EEE Photonics Technology Letters, vol.5, pp.92-95,
1993).

【0042】なお、第5実施例および第6実施例におい
て、励起光Pは光結合器20で増幅された信号光S’ま
たは4光波混合光Fから分離されるが、励起光Pがポー
トに漏れ込んでも波長フィルタ29,13で除去する
ことができるので、励起光Pに対するアイソレーション
をさらに向上させることができる。また、励起光Pを抑
圧する波長フィルタを独立に設けてもよい。また、第2
実施例のように偏波保持構成とする場合には、偏光子を
併用して偏波クロストークによる漏れ込み励起光Pを抑
圧することにより、励起光Pに対するアイソレーション
をさらに向上させることができる(請求項6)。
In the fifth and sixth embodiments, the pumping light P is separated from the signal light S ′ amplified by the optical coupler 20 or the four-wave mixing light F, but the pumping light P enters the port. Even if it leaks, it can be removed by the wavelength filters 29 and 13, so that the isolation with respect to the excitation light P can be further improved. Also, a wavelength filter that suppresses the excitation light P may be provided independently. Also, the second
In the case of the polarization maintaining configuration as in the embodiment, the isolation of the pumping light P can be further improved by using the polarizer together to suppress the leaking pumping light P due to the polarization crosstalk. (Claim 6).

【0043】図8は、本発明の第7実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、第6実施例の波長変換回路と同
様の構成により、2入力1出力の光ゲート回路(光AN
D回路)を実現するところにある。
FIG. 8 shows the configuration of the seventh embodiment of the present invention. The feature of the present embodiment is that a two-input one-output optical gate circuit (optical AN is provided with the same configuration as the wavelength conversion circuit of the sixth embodiment.
D circuit).

【0044】本実施例では、キャリア角周波数ωs の信
号光S,S’を入力光パルスSin,S'in とし、キャリ
ア角周波数ωp の励起光Pをゲート光パルスGとし、キ
ャリア角周波数ωf(=2ωp−ωs)の4光波混合光Fを
出力光パルスSout とする。この入力光パルスSinとゲ
ート光パルスGが光非線形媒質12中で重なるように入
射されたとき(タイムスロットt2) に出力光パルスS
out が発生する。この出力光パルスSout は、キャリア
角周波数ωf のみを通過させる波長フィルタ13を介し
て取り出される。
[0044] In this embodiment, the signal light S of the carrier angular frequency omega s, 'an input light pulse S in, S' S and in, the excitation light P of the carrier angular frequency omega p and the gate light pulse G, carrier angle The four-wave mixed light F having the frequency ω f (= 2ω p −ω s ) is used as the output light pulse S out . When the input optical pulse S in and the gate optical pulse G are incident so as to overlap each other in the optical nonlinear medium 12 (time slot t 2 ), the output optical pulse S in
out occurs. This output light pulse S out is taken out through the wavelength filter 13 that passes only the carrier angular frequency ω f .

【0045】図9は、本発明の第8実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、第7実施例の光ゲート回路を複
数段接続することにより、時分割多重された光パルス信
号を分離する光パルス分離回路を実現するところにある
(請求項7)。
FIG. 9 shows the configuration of the eighth embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that an optical pulse demultiplexing circuit for demultiplexing the time-division multiplexed optical pulse signal is realized by connecting the optical gate circuits of the seventh embodiment in a plurality of stages (claim 7).

【0046】本実施例では、キャリア角周波数ωs の入
力光パルスSinに対して、第1段の光ゲート回路ではキ
ャリア角周波数ωp のゲート光パルスG1 を入力し、そ
のタイムスロット(t2, t4)にキャリア角周波数ωf(=
2ωp−ωs)の出力光パルスSout1を出力させる。これ
により、まずタイムスロット(t2, t4)の2チャネルを
分離する。次に、このキャリア角周波数ωf の出力光パ
ルスSout1に対して、第2段の光ゲート回路ではキャリ
ア角周波数ωp のゲート光パルスG2 を入力し、タイム
スロット(t4)にキャリア角周波数ωs(=2ωp−ωf
の出力光パルスSout2を出力させる。これにより、最終
的にゲート光パルスG1 ,G2 が共にオンとなるタイム
スロット(t4)の1チャネルが分離される。
In the present embodiment, in response to the input optical pulse S in having the carrier angular frequency ω s , the gate optical pulse G 1 having the carrier angular frequency ω p is input to the first stage optical gate circuit, and its time slot ( carrier angular frequency ω f (= t 2 , t 4 )
The output optical pulse S out1 of 2ω p −ω s ) is output. As a result, first, the two channels of the time slot (t 2 , t 4 ) are separated. Next, with respect to the output optical pulse S out1 of the carrier angular frequency ω f , the gate optical pulse G 2 of the carrier angular frequency ω p is input to the second stage optical gate circuit, and the carrier is input to the time slot (t 4 ). Angular frequency ω s (= 2ω p −ω f )
The output optical pulse S out2 is output. As a result, one channel of the time slot (t 4 ) in which both the gate optical pulses G 1 and G 2 are finally turned on is separated.

【0047】なお、第1段の光ゲート回路では、キャリ
ア角周波数ωs の入力光パルスSinからキャリア角周波
数ωf の出力光パルス(4光波混合光)Sout1が発生す
る。また、第2段の光ゲート回路では、キャリア角周波
数ωf の出力光パルスSout1からキャリア角周波数ωs
の出力光パルス(4光波混合光)Sout2が発生する。こ
れにより、出力光パルスSout2は入力光パルスSinと同
じ波長となる。したがって、第1段の光ゲート回路には
キャリア角周波数ωf のみを通過させる波長フィルタ1
3が用いられ、第2段の光ゲート回路にはキャリア角周
波数ωs のみを通過させる波長フィルタ29が用いられ
る。
In the first-stage optical gate circuit, an output optical pulse (four-wave mixing light) S out1 having a carrier angular frequency ω f is generated from an input optical pulse S in having a carrier angular frequency ω s . In the second stage optical gate circuit, the carrier angular frequency ω s is changed from the output optical pulse S out1 having the carrier angular frequency ω f.
Output light pulse (4 light wave mixed light) S out2 is generated. As a result, the output light pulse S out2 has the same wavelength as the input light pulse S in . Therefore, the wavelength filter 1 that allows only the carrier angular frequency ω f to pass through the first-stage optical gate circuit.
3 is used, and a wavelength filter 29 that passes only the carrier angular frequency ω s is used in the second-stage optical gate circuit.

【0048】図10は、本発明の第9実施例の構成を示
す。本実施例の特徴は、第8実施例の光パルス分離回路
に用いる波長フィルタ13,29に代えて、キャリア角
周波数ωs とωf を分離する光分波器30−1,30−
2を用いるところにある(請求項8)。
FIG. 10 shows the configuration of the ninth embodiment of the present invention. The feature of the present embodiment is that optical wavelength demultiplexers 30-1 and 30- for separating carrier angular frequencies ω s and ω f are used instead of the wavelength filters 13 and 29 used in the optical pulse separation circuit of the eighth embodiment.
2 is used (claim 8).

【0049】本実施例では、キャリア角周波数ωs の入
力光パルスSinに対して、第1段の光ゲート回路ではキ
ャリア角周波数ωp のゲート光パルスG1 を入力し、そ
のタイムスロット(t2, t4)にキャリア角周波数ωf(=
2ωp−ωs)の出力光パルスSout1を発生させる。この
出力光パルスSout1を光分波器30−1で分波すること
により、タイムスロット(t2, t4)の2チャネルを分離
する。
In the present embodiment, for the input optical pulse S in having the carrier angular frequency ω s , the gate optical pulse G 1 having the carrier angular frequency ω p is input to the first stage optical gate circuit, and its time slot ( carrier angular frequency ω f (= t 2 , t 4 )
p −ω s ) output optical pulse S out1 is generated. The output optical pulse S out1 is demultiplexed by the optical demultiplexer 30-1 to separate the two channels of the time slot (t 2 , t 4 ).

【0050】このとき、光分波器30−1の他方のポー
トには、増幅されたキャリア角周波数ωs の入力光パル
スS'in が出力され、次段の光ゲート回路に入力され
る。第2段の光ゲート回路では、キャリア角周波数ωp
のゲート光パルスG2 を入力し、そのタイムスロット
(t1, t3)にキャリア角周波数ωf(=2ωp−ωs)の出
力光パルスSout2を発生させる。この出力光パルスS
out2を光分波器30−2で分波することにより、タイム
スロット(t1, t3)の2チャネルを分離する。
[0050] At this time, the other port of the optical demultiplexer 30-1, an input light pulse S 'in the amplified carrier angular frequency omega s is output and input into the next stage of the optical gate circuit. In the second stage optical gate circuit, the carrier angular frequency ω p
Input gate optical pulse G 2 and generate an output optical pulse S out2 of carrier angular frequency ω f (= 2ω p −ω s ) in the time slot (t 1 , t 3 ). This output light pulse S
By demultiplexing out2 with the optical demultiplexer 30-2, the two channels of the time slots (t 1 , t 3 ) are separated.

【0051】このとき、光分波器30−2の他方のポー
トには、増幅されたキャリア角周波数ωs の入力光パル
スS"in が出力される。したがって、本実施例では光分
波器30を介して光ゲート回路を複数段接続することに
より、所定のチャネルを何回でも分離し、さらに入力光
パルスSinを増幅して出力することができる。
At this time, the input optical pulse S " in having the amplified carrier angular frequency ω s is output to the other port of the optical demultiplexer 30-2. Therefore, in this embodiment, the optical demultiplexer is used. By connecting a plurality of optical gate circuits via 30, a predetermined channel can be separated any number of times, and the input optical pulse S in can be amplified and output.

【0052】図11は、本発明の第10実施例の構成を
示す。本実施例の特徴は、第8実施例の光パルス分離回
路と同様の構成により、入力光パルスSin1,Sin2 を多
重する光パルス多重回路を実現するところにある(請求
項9)。
FIG. 11 shows the configuration of the tenth embodiment of the present invention. The feature of the present embodiment is that an optical pulse multiplexing circuit for multiplexing the input optical pulses S in1 and S in2 is realized by the same configuration as the optical pulse demultiplexing circuit of the eighth embodiment (claim 9).

【0053】本実施例では、第1段の光ゲート回路の光
結合器20−1のポートに、光サーキュレータ28−
1を介してキャリア角周波数ωs のクロックパルスCが
入力される。また、ポートにキャリア角周波数ωp
入力光パルスSin1 が入力される。このとき、光非線形
媒質12−1では、第1の入力光パルスSin1 のタイム
スロット(t2, t4)にキャリア角周波数ωf(=2ωp
ωs)の出力光パルス(4光波混合光)Sout1が発生
し、ポートからタイムスロット(t2, t4)で増幅され
たクロックパルスC’とともに出射される。
In this embodiment, the optical circulator 28-is connected to the port of the optical coupler 20-1 of the first-stage optical gate circuit.
A clock pulse C having a carrier angular frequency ω s is input via 1. Further, the input optical pulse S in1 having the carrier angular frequency ω p is input to the port. At this time, in the optical nonlinear medium 12-1, the carrier angular frequency ω f (= 2ω p −) in the time slot (t 2 , t 4 ) of the first input optical pulse S in1.
An output light pulse (four-wave mixing light) S out1 of ω s ) is generated and emitted from the port together with the clock pulse C ′ amplified in the time slot (t 2 , t 4 ).

【0054】このクロックパルスC’と出力光パルスS
out1は、光サーキュレータ28−1から第2段の光ゲー
ト回路の光サーキュレータ28−2を介して、光結合器
20−2のポートに入力される。また、ポートにキ
ャリア角周波数ωp の入力光パルスSin2 が入力され
る。このとき、光非線形媒質12−2では、第2の入力
光パルスSin2 のタイムスロット(t1, t3)にキャリア
角周波数ωf(=2ωp−ωs )の出力光パルス(4光波
混合光)Sout2が発生し、ポートから出力光パルスS
out1およびタイムスロット(t1, t3)で増幅されたクロ
ックパルスC”とともに出射される。
The clock pulse C'and the output light pulse S
out1 is input from the optical circulator 28-1 to the port of the optical coupler 20-2 via the optical circulator 28-2 of the second stage optical gate circuit. Further, the input optical pulse S in2 having the carrier angular frequency ω p is input to the port. At this time, in the optical nonlinear medium 12-2, in the time slot (t 1 , t 3 ) of the second input optical pulse S in2 , the output optical pulse (four optical waves) of the carrier angular frequency ω f (= 2ω p −ω s ). Mixed light) S out2 is generated and the optical pulse S output from the port
It is emitted together with out1 and the clock pulse C ″ amplified in the time slot (t 1 , t 3 ).

【0055】波長フィルタ13はこのクロックパルス
C”を阻止し、キャリア角周波数ωfの出力光パルスS
out1,Sout2のみを通過させる。このようにして、キャ
リア角周波数ωs の入力光パルスSin1,Sin2 を多重し
たキャリア角周波数ωf の出力光パルスSout1,Sout2
が得られる。
The wavelength filter 13 blocks this clock pulse C ″ and outputs the output optical pulse S of the carrier angular frequency ω f.
Only out1 and S out2 are passed. In this way, the output optical pulses S out1 and S out2 of the carrier angular frequency ω f in which the input optical pulses S in1 and S in2 of the carrier angular frequency ω s are multiplexed.
Is obtained.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光パラメ
トリック回路は、波長フィルタ等の光合分波手段を用い
ることなく信号光Sと励起光P1,P2 を結合させ、さら
に増幅された信号光S’と励起光P1,P2 とを分離して
取り出すことができる。さらに、所定の条件を満たす光
導波路を用いることにより、発生した4光波混合光Fと
励起光P1,P2 とを分離することができる。なお、励起
光に含まれる雑音成分は励起光とともに出射されるの
で、信号光および4光波混合光に不要な雑音が重畳され
ることはない。
As described above, in the optical parametric circuit of the present invention, the signal light S and the pumping lights P 1 and P 2 are coupled without using the optical multiplexing / demultiplexing means such as the wavelength filter and further amplified. The signal light S ′ and the excitation lights P 1 and P 2 can be separated and taken out. Furthermore, by using an optical waveguide that satisfies a predetermined condition, it is possible to separate the generated four-wave mixing light F and the excitation lights P 1 and P 2 . Since the noise component included in the pumping light is emitted together with the pumping light, unnecessary noise is not superimposed on the signal light and the four-wave mixing light.

【0057】したがって、本発明の光パラメトリック回
路を用いることにより、高レベルの励起光に影響されず
に、光信号の増幅、全光スイッチング(光パルス多重分
離)、波長変換、位相共役光の発生(スペクトル反転)
が可能となる。
Therefore, by using the optical parametric circuit of the present invention, amplification of optical signals, all-optical switching (optical pulse demultiplexing), wavelength conversion, and generation of phase conjugate light can be achieved without being affected by high-level pumping light. (Spectrum inversion)
Becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光パラメトリック回路の基本構成を示
すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical parametric circuit of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例(縮退励起光)の構成を示
すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment (degenerate pump light) of the present invention.

【図3】本発明の第2実施例(偏波保持型)の構成を示
すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment (polarization maintaining type) of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例(励起光の戻り阻止)の構
成を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment (excitation light return blocking) of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例(入出力光の分離)の構成
を示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment (separation of input / output light) of the present invention.

【図6】本発明の第5実施例(光増幅器)の構成を示す
ブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a fifth embodiment (optical amplifier) of the present invention.

【図7】本発明の第6実施例(波長変換回路)の構成を
示すブロック図。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a sixth embodiment (wavelength conversion circuit) of the present invention.

【図8】本発明の第7実施例(光ゲート回路(光AND
回路))の構成を示すブロック図。
FIG. 8 is a seventh embodiment of the present invention (optical gate circuit (optical AND
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of (circuit)).

【図9】本発明の第8実施例(光パルス分離回路)の構
成を示すブロック図。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of an eighth embodiment (optical pulse separation circuit) of the present invention.

【図10】本発明の第9実施例(光パルス分離回路)の
構成を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a ninth embodiment (optical pulse separation circuit) of the present invention.

【図11】本発明の第10実施例(光パルス多重回路)
の構成を示すブロック図。
FIG. 11 is a tenth embodiment of the present invention (optical pulse multiplexing circuit).
Block diagram showing the configuration of FIG.

【図12】従来の光パラメトリック回路の構成を示すブ
ロック図。
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical parametric circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 光合波器 12 光非線形媒質 13 波長フィルタ(ωf ) 20 光結合器 21,22 光導波路 23 偏波保持型の光結合器 24 偏波保持型の光非線形媒質 25,26 偏波保持型の光導波路 27 光アイソレータ 28 光サーキュレータ 29 波長フィルタ(ωs ) 30 光分波器11 Optical Multiplexer 12 Optical Nonlinear Medium 13 Wavelength Filter (ω f ) 20 Optical Coupler 21, 22 Optical Waveguide 23 Polarization-Maintaining Optical Coupler 24 Polarization-Maintaining Optical Nonlinear Medium 25, 26 Polarization-Maintaining Type Optical waveguide 27 Optical isolator 28 Optical circulator 29 Wavelength filter (ω s ) 30 Optical demultiplexer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ωs+ωf=ωp1+ωp2の関係にあるキャ
リア角周波数ωs ,ωp1,ωp2,ωf の光が介在する3
次の光パラメトリック効果を誘起する光非線形媒質と、 キャリア角周波数ωs ,ωp1,ωp2,ωf の光をそれぞ
れ等しい強度および等しい偏波で分岐する2入力2出力
の光結合器と、 前記光結合器の第1の出力ポートと前記光非線形媒質の
一端とを結合する長さL1 ,伝搬定数K1(ω)の第1の
光導波路と、 前記光結合器の第2の出力ポートと前記光非線形媒質の
他端とを結合する長さL2 ,伝搬定数K2(ω)の第2の
光導波路とを備え、 前記第1の光導波路と第2の光導波路の長さおよび伝搬
定数は、整数n、許容誤差α(0≦α<1/2)としたと
きに、 {K2s)+K2f)−K2p1)−K2p2)}L2
{K1s)+K1f)−K1p1)−K1p2)}L1
(2n±α)π の関係を有し、 前記光結合器の第1の入力ポートからキャリア角周波数
ωs の光を入射し、第2の入力ポートからキャリア角周
波数ωp1,ωp2の光を入射したときに、前記光結合器の
第1の入力ポートから増幅されたキャリア角周波数ωs
の光および前記光非線形媒質中で発生したキャリア角周
波数ωf (=ωp1+ωp2−ωs) の光を出射させ、前記光
結合器の第2の入力ポートからキャリア角周波数ωp1
ωp2の光を出射させることを特徴とする光パラメトリッ
ク回路。
1. Lights of carrier angular frequencies ω s , ω p1 , ω p2 , and ω f having a relationship of ω s + ω f = ω p1 + ω p2 are interposed 3
An optical nonlinear medium that induces the following optical parametric effect, a 2-input 2-output optical coupler that splits light having carrier angular frequencies ω s , ω p1 , ω p2 , and ω f with equal intensity and equal polarization, respectively. A first optical waveguide having a length L 1 and a propagation constant K 1 (ω) coupling the first output port of the optical coupler and one end of the optical nonlinear medium; and a second output of the optical coupler. A second optical waveguide having a length L 2 and a propagation constant K 2 (ω) for coupling the port and the other end of the optical nonlinear medium, and the lengths of the first optical waveguide and the second optical waveguide And the propagation constant is an integer n and an allowable error α (0 ≦ α <1/2), {K 2s ) + K 2f ) −K 2p1 ) −K 2p2 )} L 2 =
{K 1s ) + K 1f ) −K 1p1 ) −K 1p2 )} L 1 +
Light having a carrier angular frequency ω s from the first input port of the optical coupler, and light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 from the second input port. Of the carrier angular frequency ω s amplified from the first input port of the optical coupler.
Of light and the carrier angular frequency ω f (= ω p1 + ω p2 −ω s ) generated in the optical nonlinear medium are emitted, and the carrier angular frequency ω p1 from the second input port of the optical coupler,
An optical parametric circuit that emits light of ω p2 .
【請求項2】 請求項1に記載の光パラメトリック回路
において、 光非線形媒質、光結合器、第1の光導波路および第2の
光導波路が偏波保持性を有することを特徴とする光パラ
メトリック回路。
2. The optical parametric circuit according to claim 1, wherein the optical nonlinear medium, the optical coupler, the first optical waveguide, and the second optical waveguide have polarization maintaining properties. .
【請求項3】 請求項1に記載の光パラメトリック回路
において、 光結合器の第2の入力ポートから出射されるキャリア角
周波数ωp1,ωp2の光を阻止する手段を有することを特
徴とする光パラメトリック回路。
3. The optical parametric circuit according to claim 1, further comprising means for blocking light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 emitted from the second input port of the optical coupler. Optical parametric circuit.
【請求項4】 請求項1に記載の光パラメトリック回路
において、 光結合器の第1の入力ポートに入射するキャリア角周波
数ωs の光と、第1の入力ポートから出射されるキャリ
ア角周波数ωs ,ωf の光とを分離する手段を備えたこ
とを特徴とする光パラメトリック回路。
4. The optical parametric circuit according to claim 1, wherein light having a carrier angular frequency ω s incident on the first input port of the optical coupler and carrier angular frequency ω emitted from the first input port. An optical parametric circuit having means for separating the light of s and ω f .
【請求項5】 請求項1に記載の光パラメトリック回路
において、 光結合器の第1の入力ポートから出射されるキャリア角
周波数ωs の光と、キャリア角周波数ωf の光とを分離
する手段を備えたことを特徴とする光パラメトリック回
路。
5. The optical parametric circuit according to claim 1, which separates light having a carrier angular frequency ω s emitted from the first input port of the optical coupler and light having a carrier angular frequency ω f. An optical parametric circuit characterized by having.
【請求項6】 請求項1に記載の光パラメトリック回路
において、 光結合器の第1の入力ポートから出射されるキャリア角
周波数ωp1,ωp2の光を抑圧する手段を備えたことを特
徴とする光パラメトリック回路。
6. The optical parametric circuit according to claim 1, further comprising means for suppressing light having carrier angular frequencies ω p1 and ω p2 emitted from the first input port of the optical coupler. Optical parametric circuit to do.
【請求項7】 請求項4に記載の光パラメトリック回路
を複数個備え、各段の光パラメトリック回路の入出力を
キャリア角周波数ωf の光のみを通過させる手段とキャ
リア角周波数ωs の光のみを通過させる手段を交互に介
して縦続に接続したことを特徴とする光パラメトリック
回路。
7. A plurality of optical parametric circuits according to claim 4, a means for allowing only the light of carrier angular frequency ω f to pass through the input and output of each stage of optical parametric circuit, and only the light of carrier angular frequency ω s . An optical parametric circuit characterized in that it is connected in cascade via means for alternately passing through.
【請求項8】 請求項4に記載の光パラメトリック回路
を複数個備え、各段の光パラメトリック回路の出力から
キャリア角周波数ωf の光を分離し、キャリア角周波数
ωs の光を次段に送出する手段を介して縦続に接続した
ことを特徴とする光パラメトリック回路。
8. A plurality of optical parametric circuits according to claim 4 are provided, light having a carrier angular frequency ω f is separated from the output of each stage of optical parametric circuits, and light having a carrier angular frequency ω s is provided to the next stage. An optical parametric circuit characterized in that the optical parametric circuits are connected in cascade via a means for transmitting.
【請求項9】 請求項4に記載の光パラメトリック回路
を複数個縦続に接続し、最終段の光パラメトリック回路
の出力からキャリア角周波数ωf の光を分離する手段を
備えたことを特徴とする光パラメトリック回路。
9. A plurality of optical parametric circuits according to claim 4 are connected in cascade, and means for separating the light of the carrier angular frequency ω f from the output of the final stage optical parametric circuit is provided. Optical parametric circuit.
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