專利名稱：光信號放大3端子裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及(a)光信號放大3端子裝置放大、控制或者開關(guān)光信號，尤其、適合于能夠進行高級信息處理的光通信、光圖像處理、光計算機、光計量、光集成電路等的光電設(shè)備的光信號放大裝置；(b)光信號傳送方法以及光信號中繼裝置用于把通過光纖等的預(yù)定的傳輸路徑而傳播的光信號，向包含在該光信號中的目的地信息所指示的其它的傳輸路徑傳送；以及(c)光信號存儲裝置能夠把通過光纖等的預(yù)定的傳輸路徑而傳播的光信號存儲并且在任意時間取出。
背景技術(shù)：
采用寬帶且能夠高速傳輸?shù)墓饫w通信的被稱作活動圖像通信或者圖像分配的寬帶新業(yè)務(wù)的廣泛開展，正在期待中。但是，相當于例如電子學中的三端子的晶體管的功能(信號放大作用)元件，即以其他光信號直接控制光信號而使信號放大的光功能元件還未實現(xiàn)。
為此，特意，把高速傳輸?shù)墓庑盘栂葧呵易儞Q為電信號，在電子電路進行信息處理，把處理后的信號再次變換為光信號而傳輸，是實際情況。從而，因為不能以光信號直接控制光信號，因此信號處理的高速性有了極限。在能夠?qū)庑盘栔苯舆M行信號處理的情形下，稱為能夠并行處理，期待處理時間能更加縮短。
對此，文獻1或者文獻2中記載的裝置，開關(guān)光的裝置，只不過是利用了由Mach-Zender型光干涉的波長變換等的門開關(guān)裝置，這些裝置有不耐溫度變化、振動，設(shè)定嚴格等不利點。這些以前的技術(shù)，如電子電路中的晶體管一樣，對構(gòu)成具有能得到采用控制光對輸入光進行信號放大的輸出光的功能的、光信號放大3端子裝置這一點沒有什么啟示。
其次，在能夠進行寬帶、高速且大容量信號傳輸?shù)墓馔ㄐ诺念I(lǐng)域中，期待著該光信號的通信、傳送、分配在不損失其寬帶、高速且大容量的性質(zhì)的情況下進行。在較近的將來、正在構(gòu)筑預(yù)想的基于波分復(fù)用(WDM)的光網(wǎng)絡(luò)，把從一方光傳輸路徑所傳輸?shù)牟ㄩL不同的多種的激光的波分復(fù)用光信號，向每種波長預(yù)期的光傳輸路徑傳送，這種光信號的傳輸(光信號的中繼)技術(shù)重要起來了。用于把通過光纖等的預(yù)定的傳輸路徑(例如波長總線)所傳播的一系列光信號(例如分組(packet)信號)、向附加在該一系列光信號中的像標記或者標簽該樣的目的地信息所指示的其它的傳輸路徑傳送的這種光信號傳送，在例如光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或者光網(wǎng)絡(luò)間進行路由選擇的路由選擇中，不能有損大容量且高速的光信號傳輸特征，在路由器即光信號中繼(傳送)裝置中、也要求以高速進行傳送處理、可靠性高及小型化等。
與此對應(yīng)，例如文獻3中記載了光通道交叉連接裝置的提案。根據(jù)該提案，設(shè)置分波器把波長復(fù)用(wavelenth multiplex)傳輸鏈路的波長總線、按每G根分割成N個的波長群總線；和路由選擇處理部對由該分波器分割的每一波長群實行路由選擇處理；這樣構(gòu)成按每一波長群進行路由選擇處理的結(jié)構(gòu)。這種光通道交叉連接裝置的路由選擇處理部，由波長變換器對每一波長群進行波長變換；和光矩陣開關(guān)由控制器控制、分配由其進行波長變換后的光；這樣構(gòu)成。而且，這種光矩陣開關(guān)，使在矩陣狀光路的交叉點處配置的機械工作的反射鏡開關(guān)，由控制器進行擇一工作，使多個的波長群中、由該反射鏡開關(guān)反射的該一個波長群向預(yù)期的傳輸路徑輸出，這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成(段落0042、圖10(1))；或者，配置由控制器進行擇一工作的光開關(guān)和網(wǎng)狀布線，使多個的波長群中、利用該光開關(guān)而通過的該一個波長群向網(wǎng)狀布線中的一個傳輸路徑輸出，這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成(段落0043、圖10(2))。
但是，上述以前的光通道交叉連接裝置，因為通過由控制器工作而控制的反射鏡開關(guān)或者由光開關(guān)進行路由選擇處理，在控制器中指示了電子處理輸出的路由選擇處(目的地)，根據(jù)指令信號，反射鏡開關(guān)或者光開關(guān)做切換操作。因此，一部分光信號變換為電信號、提取包含于電信號中目的地信息、如包中的標簽或者標記中包含的傳送相關(guān)信號，因為必須使反射鏡開關(guān)或者光開關(guān)隨其進行電操作控制而傳送光信號，故響應(yīng)速度不可能充分高。另外，為了適合傳送目的地的傳輸路徑(波長總線)的波長地變換波長，在上述路由選擇處理部之外、還需設(shè)置波長變換部，由于該波長變換部增設(shè)在路由選擇處理部，因此導致裝置的大型化，并且尤其在采用機械工作的反射鏡開關(guān)情況下、有時不能得到可靠性。
還有，在能夠?qū)拵А⒏咚偾掖笕萘總鬏斝盘柕墓馔ㄐ蓬I(lǐng)域，期待著光信號(例如信息分組信號等的光數(shù)據(jù))的識別、復(fù)用和分離、開關(guān)、路由選擇(傳送、分配)不損失其寬帶、高速且大容量的性質(zhì)地進行。這種光的領(lǐng)域中，例如在以光路由器系統(tǒng)為代表的處理光信號的光信號處理系統(tǒng)的全體，要求能夠暫時存儲并且預(yù)期的定時取出光信號的光信號存儲裝置。這是因為和在電子領(lǐng)域中信號處理必須有存儲器一樣，在光信號領(lǐng)域中、光存儲器、被稱為光緩沖器的光信號存儲裝置也是必不可缺的。
與此對應(yīng)，例如專利文獻1中記載了光存儲裝置的提案。根據(jù)此提案，構(gòu)成為為了給出多種延遲時間、預(yù)備好多個由不同長度光緩沖器分別構(gòu)成的光導波單元105～108，通過使之通過這些光導波單元105～108的某一個、按照對應(yīng)這些光導波單元105～108中的某一個傳播時間的延遲時間，能夠存儲光信號的結(jié)構(gòu)。
但是，上述以前的光存儲裝置，只不過按照對應(yīng)于讓光信號傳播的光導波單元105～108中的某一個的傳播時間的延遲時間，預(yù)先決定好該光信號的存儲時間，因為不能以任意定時取出光信號，所以光信號的處理的自由度受限制、而信號處理效率低下就不可避免了。
文獻1K.E.Stubkjaer，“Semiconductor optical amplifier-basedall-optical gates for high-speed optical processing，”IEEE J.QuamtunElectron.，vol.6，no.6，PP.1428-1435，Nov./Dec.2000文獻2T.Durhuus，C.Joergensen，B.Mikkelsen，R.J.S.Pedersen，andA.E.Stubkjaer，“All optical wavelength conversion by SOAs inaMach-Zender configuration，”IEEE photon.Technol，Lett.，vol.6，pp.53-55，Jan.199文獻3特開2002-262319號公報文獻4特開平8-204718號公報發(fā)明內(nèi)容基于上述背景，本發(fā)明的第1目的是提供能夠采用控制光直接進行光信號的放大處理的光信號放大3端子裝置。還有，第2目的是提供能夠高速處理光信號的路由選擇、或者裝置小型化的光信號傳送方法以及光信號中繼裝置。還有，第3目的是提供能夠存儲并且在任意時間取出光信號的光信號存儲裝置。
本發(fā)明人，基于上述背景進行種種反復(fù)研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了在半導體光放大元件或添加稀土類元素的光纖放大器等的光放大元件中，預(yù)定波長λ1的輸入光的周圍波長的自然放射光，響應(yīng)該輸入光的強度變化而強度變化，其變化對于輸入光的信號強度變化呈相反強度變化；以及，如果把該自然放射光的周圍波長范圍內(nèi)即輸入光的波長范圍內(nèi)的其它的波長λ2的激光重疊入射到上述輸入光中，則出現(xiàn)上述自然放射光的信號(振幅)持續(xù)維持變化，整體的強度急劇增加的現(xiàn)象即激光誘導光信號增強效果(Laser-induced signal enhancement effect)。另外，本發(fā)明人，也把握了以這種現(xiàn)象作為從波長λ1向波長λ2的波長變換功能，構(gòu)思了基于2段連接該波長變換的級聯(lián)波長變換元件的光3端子裝置(All-Optical TriodeBased on Tandem Wavelength Converter)，發(fā)明了光信號放大3端子裝置。本第1發(fā)明正是基于以上如此的實際知識而作出。
另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述光信號放大3端子裝置的光放大元件不但具有從波長λ1向波長λ2的波長變換功能，也著眼于它是具有該波長變換功能和開關(guān)功能的功能元件，由把目的地信息調(diào)幅重疊于光信號中、該功能元件正好適用于作為波長復(fù)用信號的路由選擇裝置即傳送裝置。本第2發(fā)明以及第3發(fā)明正是基于以上如此的知識而作出的。
另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使具有上述現(xiàn)象的光信號放大3端子裝置的光放大元件，持續(xù)起從波長λ1往波長λ2的波長變換作用，和對應(yīng)輸入波長、而向不同的輸出傳輸路徑分配的分波器組合，通過使光信號介于循環(huán)的環(huán)狀傳輸路徑內(nèi)，由循環(huán)而存儲的光信號能在任意時間取出。第4發(fā)明正是基于以上如此的知識而作出。
第1發(fā)明即，作為第1發(fā)明的光信號放大3端子裝置的要旨，在于，包括(a)第1半導體光放大元件以及第2半導體光放大元件設(shè)置由pn結(jié)構(gòu)成的有源層、用于把輸入的光信號進行放大以及波長變換后輸出；(b)第1光輸入單元使第1波長的第1輸入光和第2波長的第2輸入光輸入到上述第1半導體光放大元件；(c)第1波長選擇元件從來自上述第1半導體光放大元件的光中選擇上述第2波長的光；(d)第2光輸入單元使由第1波長選擇元件選擇的第2波長的光和第3波長的第3輸入光向上述第2半導體光放大元件輸入；和(e)第2波長選擇元件從來自該第2半導體光放大元件的光中選擇第3波長的輸出光；(f)上述第3波長的輸出光、響應(yīng)上述第1波長的第1輸入光以及/或者第3波長的第3輸入光的強度變化而被調(diào)制、并且對上述第3波長的第3輸入光的信號放大率為大于等于2倍。
這樣一來，從來自輸入了第1波長的第1輸入光和第2波長的第2輸入光的第1半導體光放大元件的光中所選擇的第2波長的光、和第3波長的第3輸入光，向第2半導體光放大元件輸入時，從來自該第2半導體光放大元件發(fā)出的光中所選擇的第3波長的輸出光，是響應(yīng)上述第1波長的第1輸入光以及/或者第3波長的第3輸入光的強度變化而被調(diào)制的光，因為成為對上述第3波長的第3輸入光的信號放大率為大于等于2的大小的放大信號，就可以得到能夠采用控制輸入光直接進行光信號的放大處理的光信號放大3端子裝置。另外，因為第1半導體光放大元件以及第2半導體光放大元件是設(shè)置了由pn結(jié)構(gòu)成的有源層的光放大元件，因此光信號放大3端子裝置小型化的同時，信號放大率更高。
這里，合適的是，上述第1波長的第1輸入光是調(diào)制光，上述第2波長的第2輸入光是連續(xù)光，上述第3波長的第3輸入光是控制光，上述第3波長的輸出光，在該控制光的輸入?yún)^(qū)間、具有該第一輸入光的調(diào)制信號放大后的信號波形。這樣一來，第3波長的輸出光，在控制光的輸入?yún)^(qū)間、因為成為響應(yīng)上述第1波長的第1輸入光的強度變化而調(diào)制的放大光，就可以得到能夠采用控制輸入光直接對放大后的光信號進行開關(guān)處理的光信號放大3端子裝置。
另外，合適的是，上述第3波長和上述第1波長為相同波長。這樣一來，因為作為光信號放大3端子裝置的信號輸入光的第1輸入光以及第3輸入光，和輸出光為相同波長，能夠以共同的波長連接多個光信號放大3端子裝置，能夠采用多個光信號放大3端子裝置構(gòu)成高集成度光回路。
另外，合適的是，上述第3波長的輸出光對上述第3波長的控制光的信號的放大率是大于等于10的值。這樣一來，光信號放大3端子裝置的信號放大率更高。
另外，合適的是，上述半導體光放大元件的有源層由量子阱或者量子點構(gòu)成。這樣一來，因為能夠采用具有由量子阱或者量子點構(gòu)成的有源層的半導體光放大元件，高速響應(yīng)成為可能。尤其在采用量子點情況下，能得到大于等于100GHz的響應(yīng)速度。另外，若采用應(yīng)變超晶格作為有源層，則極化依賴性就變小了。
另外，合適的是，上述半導體光放大元件，在其中一個端面設(shè)置為了反射通過上述有源層后的光的反射單元，通過另一端面輸入輸入光并且取出輸出光。這樣一來，因為由在一個端面所具備的反射單元使有源層中通過路程實質(zhì)上延長，故信號放大率被進一步提高。另外，由于反饋效果，輸出信號的調(diào)制度被進一步提高。
另外，合適的是，上述第1半導體光放大元件以及/或者第2半導體光放大元件，在其中一個端面?zhèn)仍O(shè)置為了有選擇地反射光的反射單元，其反射單元通過透鏡和該第1半導體光放大元件以及/或者第2半導體光放大元件的端面光學性結(jié)合。這樣一來，在這聚光透鏡中適合采用微透鏡，輸入光和輸出光通過光纖傳輸。
另外，合適的是，上述反射單元為不反射從上述第1半導體光放大元件來的光中的上述第1波長的第1輸入光，但是向第2半導體光放大元件反射上述第2波長的光的波長選擇性反射鏡；和不反射從上述第2半導體光放大元件來的光中的上述第2波長的第2輸入光，但是反射上述第3波長的光的波長選擇性反射鏡。這樣一來，反射單元由作為第1波長選擇元件起作用的波長選擇性反射鏡和作為第2波長選擇元件起作用的波長選擇性反射鏡構(gòu)成。
另外，合適的是，在上述第1半導體光放大元件的一個端面和用于反射光的反射單元之間，設(shè)置不透射上述第1波長的光但讓上述第2波長的光透射的第1波長選擇性濾波器；在上述第2半導體光放大元件的一個端面和用于反射光的反射單元之間，設(shè)置不透射上述第2波長的光但讓上述控制光的波長透射的第2波長選擇性濾波器。這樣一來，上述第1波長選擇元件以及上述第2波長選擇元件由第1波長選擇性濾波器以及第2波長選擇性濾波器構(gòu)成。另外，第1輸入光即信號光的波長的第1波長的光，因為因第1波長選擇性濾波器不能透射，故可以得到更好的特性。
另外，合適的是，上述反射單元為作為上述第1波長選擇元件以及/或者第2波長選擇元件起作用，通過相對該反射單元改變輸入光的入射角度以及/或者輸出光的出射角度，使其從預(yù)定的半導體光放大元件向其它的半導體光放大元件輸入。
另外，合適的是，上述第1半導體光放大元件以及第2半導體光放大元件，在半導體基板上所形成的光波導中、各自設(shè)置多組，這些多組作為單個芯片構(gòu)成一體。這樣一來，光信號放大3端子裝置成為更小集成化單個芯片的單片構(gòu)造。
另外，合適的是，設(shè)置光循環(huán)器或者方向性結(jié)合元件通過上述半導體光放大元件的另一端面使輸入光輸入到上述半導體光放大元件內(nèi)，通過另一端面把從該半導體光放大元件內(nèi)輸出的光導向和該輸入光不同的光路。這樣一來，從半導體光放大元件的另一端面出來的光，不進入引導向該另一端面輸入的光的波導，被導向?qū)ｉT的其他的輸出用波導。
另外，合適的是，作為上述第1波長選擇元件或者第2波長選擇元件起作用的波長選擇性反射鏡或者波長選擇性濾波器，是由在波導或者光纖內(nèi)的光傳播方向上的折射率周期性變化的光柵濾波器、折射率不同的多組層疊層成的多層膜濾波器以及有光子帶隙(photonic band gap)的光子晶體，這幾種中的任一種構(gòu)成的。這樣一來，可以從來自第1半導體光放大元件或者第2半導體光放大元件的光中，適合提取出第2波長或者第3波長。
另外，合適的是，上述光信號放大3端子裝置，構(gòu)成光與非門、光或非門、光觸發(fā)回路或者光運算放大器。這樣一來，光數(shù)字回路或者光模擬回路可以由上述光信號放大3端子裝置合適地構(gòu)成。
另外，上述光信號放大3端子裝置中，也可以把第1半導體光放大元件以及第2半導體光放大元件、第1波長選擇元件以及第2波長選擇元件和將向這些輸入的光進行合波的光耦合器等的構(gòu)成部品，由導光的光纖、在半導體基板或者玻璃基板該樣的透光性物質(zhì)制基板之上所形成的光波導等結(jié)合。
第2發(fā)明其次，作為第2發(fā)明的要旨是一種光信號傳送方法，把通過預(yù)定的傳輸路徑所傳輸?shù)囊幌盗泄庑盘?，傳送到多個傳輸路徑中的、對應(yīng)于包含在該光信號中的目的地信息的傳輸路徑，包括(a)輸入步驟使被施加了上述目的地信息的一系列的光信號，向光信號放大3端子裝置主體輸入；(b)波長變換步驟把對應(yīng)于上述調(diào)幅信號的波長的控制光，向上述光信號放大3端子裝置主體供給，并使該控制光的波長的光信號從該光信號放大3端子裝置主體輸出；和(c)光分配步驟使從上述光信號放大3端子裝置主體輸出的光信號輸入到光分配裝置中，把該光信號按照其波長、向連接到該光分配裝置多個光傳輸路徑分配。在于把調(diào)幅信號作為該目的地信息、加到該一系列的光信號中，向該調(diào)幅信號所指示的目的地傳送。
這樣一來，施加了上述目的地信息的一系列的光信號向光信號放大3端子裝置主體輸入，對應(yīng)于該調(diào)幅信號的波長的控制光向該光信號放大3端子裝置主體供給，該控制光的波長的光信號從該光信號放大3端子裝置主體向光分配裝置輸出，該輸出的光信號對應(yīng)其波長、向連接到光分配裝置的多個光傳輸路徑分配、由此而進行路由選擇處理。這樣，因為目的地信息加給到光信號中，故具有波長變換功能和開關(guān)功能的光信號放大3端子裝置主體，能夠輸出對應(yīng)了目的地信息的波長的光信號、而由分配裝置進行分配，因此高速且小型的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置成為可能。
這里，上述所謂目的地信息是，例如IP地址或者發(fā)送源地址、接收處地址、像源路由選擇的路由信息、數(shù)據(jù)鏈層的連接信息等，與決定光信號的傳送目的地關(guān)聯(lián)的信息。
合適的是，上述一系列的光信號是以小于等于90％的調(diào)制度被調(diào)幅的。這樣一來，光信號無損失且目的地信息被可靠地加給到光信號中。
另外，合適的是，上述一系列的光信號是分組信號，上述目的地信息是設(shè)在該分組信號的起始部的標簽信息或者標志信息。這樣一來，在設(shè)在了構(gòu)成分組信號的一系列的光信號的起始部的標簽部或者標志部中，標簽信息或者標志信息由調(diào)制而被提供。
另外，合適的是，上述波長變換步驟，通過對從光信號放大3端子裝置主體輸出的光信號使用該控制光施行調(diào)幅，把新的目的地信息再付加給該光信號。這樣一來，在傳送裝置內(nèi)能付加適宜傳送目的地。因此，根據(jù)例如鏈路的狀態(tài)、節(jié)點的狀態(tài)、Rotorfick狀態(tài)，而決定傳送路由的動態(tài)路由選擇成為可能。
第3發(fā)明為了上述第2發(fā)明的光信號傳送方法被合適地實施、光信號中繼裝置的要旨是，在光信號傳輸網(wǎng)絡(luò)之間，用于把作為目的地信息的實施調(diào)幅后的一系列的光信號、從一個網(wǎng)絡(luò)往另一網(wǎng)絡(luò)的傳輸路徑中的、對應(yīng)于包含在該光信號中的目的地信息的傳輸路徑傳送，在于包括(a)控制光發(fā)生裝置由上述一系列的光信號的調(diào)幅信號，使對應(yīng)了該調(diào)幅信號所指示的目的地的波長的控制光發(fā)生；(b)光信號放大3端子裝置主體把上述一系列的光信號變換為上述控制光的波長的光信號；和(c)光分配裝置把從該光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號，按照其波長地向多個光傳輸路徑分配。
這樣一來，調(diào)幅信號作為目的地信息被施加后的一系列的光信號一傳輸過來，根據(jù)控制光發(fā)生裝置，由該一系列的光信號的調(diào)幅信號，使對應(yīng)了該調(diào)幅信號所指示的目的地的波長的控制光發(fā)生，根據(jù)光信號放大3端子裝置主體，該一系列的光信號變換為上述控制光的波長的光信號，根據(jù)光分配裝置，從該光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號，按照其波長向多個光傳輸路徑分配。從而，因為具有波長變換功能和開關(guān)功能的光信號放大3端子裝置主體能夠輸出對應(yīng)了目的地信息的波長的光信號、再由光分配裝置分配，因此高速且小型的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置成為可能。
合適的是，設(shè)置電子控制裝置或者全光學性控制裝置按照包含在上述光信號中的調(diào)幅信號，由上述控制光發(fā)生裝置、使按照該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光發(fā)生。這樣一來，根據(jù)電子控制裝置或者全光學性控制裝置，因為控制控制光發(fā)生裝置使得按照包含在光信號中的調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長控制光發(fā)生，故具有波長變換功能和開關(guān)功能的光信號放大3端子裝置主體能夠輸出對應(yīng)了目的地信息的波長的光信號、再由光分配裝置分配，因此高速且小型的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置成為可能。另外，電子控制裝置，僅僅光學性地提取包含在從上述主光波導所輸入的光信號中的調(diào)幅信號，在為由控制光發(fā)生裝置使對應(yīng)于該地址信號的波長的控制光發(fā)生的全光學性控制裝置的情況下，因為不發(fā)生對應(yīng)于地址信號以外的信號的電磁波，有確保光信號的隱蔽性的優(yōu)點。
另外，合適的是，設(shè)置(a)光分波器把上述光信號的一部分進行分支；(b)光電信號變換器把由該光分波器所分支的光信號變換為電信號而向上述電子控制裝置供給；和(c)光延遲元件設(shè)在比上述光分波器更下游側(cè)，使通過該光分波器輸入到光信號放大3端子裝置主體中的光信號延遲；上述電子控制裝置，提取包含在上述光信號中的調(diào)幅信號，使對應(yīng)于該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光，由上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生。這樣一來，因為具有波長變換功能和開關(guān)功能的光信號放大3端子裝置主體能夠輸出對應(yīng)了目的地信息的波長的光信號、再由光分配裝置分配，故高速且小型的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置成為可能。
另外，合適的是，設(shè)置暫時存儲由上述光分配裝置所分配的光分組信號的光信號存儲元件，和使由該光信號存儲元件所輸出的光信號反饋到輸入側(cè)的光反饋傳輸路徑，上述電子控制裝置，在用于使上述光信號暫時存儲情況下，輸出用于使該光分組信號變換為預(yù)先設(shè)定的存儲用波長的控制光信號；上述光分波器，把變換為該存儲用波長后的光分組信號，向上述光信號存儲元件分配，使之在此暫時存儲。這樣一來，在已中繼處理的多個光分組信號向同一傳輸路徑輸出情況下，一方的光分組信號變換為預(yù)先設(shè)定的存儲用波長，光分波器把變換為該存儲用波長后的光分組信號，向上述光信號存儲元件分配，使之在此暫時存儲后反饋到輸入側(cè)，有可以重新實行中繼處理的優(yōu)點。
另外，合適的是，上述光信號存儲元件，為了接收由上述光分配裝置所分配的光信號、具備并列的光學性傳播長度不同的多個光纖，上述電子控制裝置，按照，上述應(yīng)該暫時存儲的光分組信號必要的存儲時間，輸出為了使該光分組信號變換為預(yù)先設(shè)定的存儲用波長的控制光信號，上述光分配裝置，把變換為該存儲用波長后的光分組信號、向上述光信號存儲元件的多個光纖的任一個分配，使其在此暫時存儲。這樣一來，光分組信號在并列配置的多個光纖中的、在按照其所必要的存儲時間的光纖內(nèi)，在傳播的過程中而被暫時存儲。
另外，合適的是，上述全光學性控制裝置，包括，光耦合器把上述第1輸入光的一部分進行分支；連續(xù)光源發(fā)生與上述控制光相同波長的連續(xù)光；光耦合器把從該連續(xù)光源來的連續(xù)光、和從該光耦合器來的上述第1輸入光的一部分進行合波；和半導體光放大元件接收從該光耦合器來的光輸出具有上述第1輸入光中所包含的調(diào)制信號的控制光，和上述半導體光放大元件相比響應(yīng)速度慢。這樣一來，就構(gòu)成了全光性學控制裝置。
另外，合適的是，上述光分配裝置，如果被輸入從上述光信號放大3端子裝置所輸出的輸出光，則把該輸入的輸出光、向上述多個光傳輸路徑中的向?qū)?yīng)于上述控制光的波長的光傳輸路徑、選擇性地進行分配。例如，該光分配裝置是陣列波導光柵型分波器，設(shè)置連接在輸入端口的第1平面(slab)波導、連接在多個輸出端口的第2平面波導、和在這些第1平面波導以及第2平面波導之間所設(shè)置的長度不同的多個陣列波導，把該輸入到輸入端口的輸入光、按每一種波長、向上述多個輸出端口進行分配。或者，包括衍射光柵型或者棱鏡型光分配器利用根據(jù)每種波長而各不相同的衍射光柵或者棱鏡的折射角度、把輸入光向陣列狀排列的多個陣列波導進行選擇性分配。這樣一來，對應(yīng)于從上述光3端子裝置所輸出的控制光的波長的輸出光，按該每一種波長向多個分支波導中的任一個進行選擇性分配。
第4發(fā)明第4發(fā)明的要旨是，一種能夠存儲從輸入光傳輸路徑所輸入的光信號、并能夠在任意時間取出的光信號存儲裝置，在于包括(a)控制光發(fā)生裝置產(chǎn)生用于把從上述輸入光傳輸路徑所輸入的光信號，變換為對應(yīng)于包含在該輸入信號中的傳輸目的的并且和上述光信號相同或者不同的波長的控制光；(b)光信號放大3端子裝置主體接收上述所輸入的光信號和控制光，把該所輸入的光信號變換為該控制光的波長的光信號后輸出；(c)光分配器把從該光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號，按照該光信號的波長進行分配；(d)光緩沖存儲元件把由該光分配器所分配的存儲用波長的光信號暫時存儲；(e)光反饋傳輸路徑為了使從該光緩沖存儲元件所輸出的光信號，再次向光信號放大3端子裝置主體輸入，而使該光信號向上述輸入光傳輸路徑反饋；和(f)光信號存儲控制單元使用于把在上述光信號放大3端子裝置主體、光分配器、光緩沖存儲元件以及該光反饋傳輸路徑中反復(fù)循環(huán)的光信號，在該光信號放大3端子裝置主體中變換為輸出用波長的控制光，從上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生。
根據(jù)這第4發(fā)明，在上述光信號放大3端子裝置主體、光分配器、光緩沖存儲元件以及該光反饋傳輸路徑中反復(fù)循環(huán)的光信號，如果在光信號放大3端子裝置主體中，由光信號取出控制單元變換為輸出用波長，則由分配器基于該輸出用波長向取出用傳輸路徑分配，由此可在任意(取出時刻)取出時間光信號。這里的取出用傳輸路徑，是為了例如合波處理(所謂光加處理)或者分波處理(所謂光減處理)所取出的光信號而預(yù)備的。
這里，上述第4發(fā)明中，合適的是，上述光信號存儲控制單元，使用于把向上述光信號放大3端子裝置主體輸入的光信號的波長變換為存儲用波長的控制光、從上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生。這樣一來，通過在光信號放大3端子裝置主體中，將所輸入的光信號變換為存儲用波長，通過在光信號放大3端子裝置主體、光分配器、光緩沖存儲元件以及該光反饋傳輸路徑中反復(fù)經(jīng)過的循環(huán)傳輸路徑中使之循環(huán)，而開始該光信號的存儲。
另外，合適的是，為了抑制上述循環(huán)光信號的增益的增減例如增加或衰減，進一步包括控制通過上述光反饋傳輸路徑而反饋的光信號、或供給上述光信號放大3端子裝置主體的控制光的光信號增益控制單元。這樣一來，因為可以防止由光信號的循環(huán)所引起的衰減，則可將該光信號的增益維持一定。
另外，合適的是，上述光信號放大3端子裝置主體具備，把上述光信號變換而使之反相為偏置(bias)光的波長的第1半導體光放大元件、和把由該第1半導體光放大元件而反相的光信號變換而使之反相為上述控制光的波長的第2半導體光放大元件；上述光信號增益控制單元，基于從該第2半導體光放大元件的輸出光中所包含的偏置光的增益的增減、控制由光反饋傳輸路徑而反饋的光信號。例如、基于偏置光的增益的增加或減少而使由光反饋傳輸路徑反饋的光信號衰減或放大。這樣一來，因為由光反饋傳輸路徑反饋的光信號，由光信號增益控制單元而放大，由此可以防止該光信號由循環(huán)引起的衰減，因此該光信號的增益可以基本維持一定。
另外，合適的是，上述光信號增益控制單元包括，第1增益控制用光放大元件接收上述偏置光、和與該偏置光不同波長的連續(xù)光的增益控制光，輸出隨著該偏置光的增益的增加而增益減少的增益控制光；和第2增益控制用光放大元件接收從該第1增益控制用光放大元件所輸出的輸出光、和由上述光反饋傳輸路徑反饋的光信號，輸出隨著該增益控制光的減少而增益增加的光信號。這樣一來，通過全光學性處理，可以將為了存儲而循環(huán)的光信號的增益維持一定。
另外，合適的是，上述第1增益控制用光放大元件以及/或者第2增益控制用光放大元件，由通過使稀土類元素躍遷構(gòu)成3能級系或4能級系的能量能級的光透射介質(zhì)構(gòu)成的光放大元件所構(gòu)成。這樣的光放大元件，因為互增益調(diào)制的響應(yīng)時間慢，故循環(huán)的光信號的信號成分被平滑化、其增益的下降或者上升可以容易檢出。
另外，合適的是，上述光信號增益控制單元包括，光學性運算控制裝置為了維持上述循環(huán)的光信號的增益一定，基于由上述光反饋傳輸路徑而反饋的光信號的增益的增減，控制供給到上述光信號放大3端子裝置主體的控制光的增益。這樣一來，從光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號，基于反饋的該光信號的增益的減少、由全光學性運算裝置而放大、而可以防止該光信號的由循環(huán)引起的衰減，故該光信號的增益可以基本維持一定。
另外，合適的是，設(shè)置，(a)電子控制裝置用于控制上述控制光發(fā)生裝置；(b)光電信號變換器把由該光分波器所分支的光信號，變換為電信號而供給上述電子控制裝置；和(c)光延遲元件設(shè)置在上述光分波器的下游側(cè)，使通過該光分波器而輸入到上述光信號放大3端子裝置主體中的光信號延遲，(d)上述電子控制裝置，響應(yīng)從外部供給或包含在上述光信號中的存儲信號輸出信息所指示的輸出期間，由上述控制光發(fā)生裝置，使用于把上述光信號變換為輸出用波長的控制光發(fā)生。這樣一來，由電子處理，響應(yīng)從外部供給或包含在上述光信號中的存儲信號輸出信息所指示的輸出期間，使通過循環(huán)而存儲的光信號輸出。
另外，合適的是，設(shè)置全光學性運算控制裝置響應(yīng)從外部供給或包含在上述光信號中的存儲信號輸出信息所指示的輸出期間，由上述控制光發(fā)生裝置，使用于把上述光信號變換為輸出用波長的控制光發(fā)生。這樣一來，由全光學性處理，響應(yīng)從外部供給或包含在上述光信號中的存儲信號輸出信息所指示的輸出期間，使通過循環(huán)而存儲的光信號輸出。


圖1是說明本發(fā)明的一個實施例的光信號放大3端子裝置的構(gòu)成的框圖。
圖2是表示在圖1的實施例中的光放大元件由半導體光放大元件構(gòu)成的情況下的外形的立體圖。
圖3是說明圖1的光信號放大3端子裝置的工作的時序圖；上段表示第1輸入光的波形；中段表示控制光的波形；下段表示輸出光的波形。
圖4是表示圖1的光信號放大3端子裝置的輸入輸出特性的圖。
圖5是表示圖1的光信號放大3端子裝置的輸出信號的頻率特性的圖。
圖6是表示由圖1的光信號放大3端子裝置所構(gòu)成的光觸發(fā)器回路的圖；(a)表示由一對光與非門構(gòu)成的光觸發(fā)器回路；(b)表示由一對光或非門構(gòu)成的光觸發(fā)器回路。
圖7是表示由圖1的光信號放大3端子裝置構(gòu)成的光運算放大回路的圖。
圖8是說明光信號放大3端子裝置的其它的實施例的構(gòu)成的相當于圖1的圖。
圖9是說明光信號放大3端子裝置的其它的實施例的構(gòu)成的相當于圖1的圖。
圖10是說明將圖9的光信號放大3端子裝置形成為單片結(jié)構(gòu)情況下的構(gòu)成的圖。
圖11是光信號放大3端子裝置的其它的實施例、是說明采用4端子型光循環(huán)器構(gòu)成的相當于圖1的圖。
圖12是說明將圖11的光信號放大3端子裝置形成為單片結(jié)構(gòu)情況下的構(gòu)成的圖。
圖13是光信號放大3端子裝置的其它的實施例、是說明設(shè)置了在半導體基板上外延成長的V字型光波導的單片結(jié)構(gòu)的構(gòu)成的圖。
圖14是說明光信號放大3端子裝置的其它的實施例的構(gòu)成的相當于圖1的圖。
圖15是光信號放大3端子裝置的其它的實施例、是說明設(shè)置了在半導體基板上外延成長的V字型光波導的單片結(jié)構(gòu)的構(gòu)成的圖。
圖16是說明采用光信號傳輸方法的裝置的一個實施例的光信號中繼裝置的構(gòu)成的略圖。
圖17是說明構(gòu)成圖16的實施例的光信號中繼裝置的一部分的多個中繼器的其中一個的構(gòu)成例的框圖。
圖18是說明圖17的中繼器的構(gòu)成的框圖。
圖19是說明圖18的控制光發(fā)生裝置的構(gòu)成例的框圖。
圖20是說明圖18的控制光發(fā)生裝置的其它的構(gòu)成例的框圖。
圖21是說明圖18的控制光發(fā)生裝置的其它的構(gòu)成例的框圖。
圖22是說明圖18的光信號放大3端子裝置的構(gòu)成例的框圖。
圖23是說明圖22的光信號放大3端子裝置的工作的時序圖；上段表示輸入光的信號光的波形；中段表示控制光的波形；下段表示輸出光的波形。
圖24是表示圖22的光信號放大3端子裝置的頻率特性的圖。
圖25是說明圖22的光分配裝置的構(gòu)成例的圖。
圖26是說明圖23的一系列的輸入光信號的構(gòu)成例的圖。
圖27是對圖26的一系列的輸入光信號，采用構(gòu)成其的主信號與調(diào)幅信號進行說明的時序圖。
圖28是說明關(guān)于圖26的一系列的輸入光信號的圖18的中繼器主體部的工作中的不附加目的地信息情況下的工作的時序圖。
圖29是說明關(guān)于圖26的一系列的輸入光信號的中繼器主體部的工作、附加和輸入光信號不相同的目的地信息情況下的工作的時序圖。
圖30是說明光信號放大3端子裝置的全光學式發(fā)生控制光的其它的實施例的構(gòu)成的圖、是相當于圖22的圖。
圖31是說明圖30的光信號放大3端子裝置的工作的時序圖。
圖32是說明包括圖30的實施例的波長變換裝置的光信號中繼器的構(gòu)成的圖、是相當于圖17的圖。
圖33是說明光信號中繼裝置的其它的實施例中的關(guān)鍵部分即中繼器的圖、是相當于圖18的圖。
圖34是說明光信號存儲裝置的一個實施例的構(gòu)成的略圖。
圖35是說明和圖34的光信號存儲裝置不相同的其它的實施例的構(gòu)成的略圖。
圖36是說明圖35的光信號存儲裝置的光信號存儲工作的時序圖。
圖37是說明在圖35的光信號存儲裝置中不設(shè)置反饋光放大裝置情況下的光信號存儲工作的時序圖。
圖38是說明和圖34、圖35的光信號存儲裝置不相同的其它的實施例的構(gòu)成的略圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1至圖15表示和光信號放大3端子裝置相關(guān)的實際例，圖1表示其中的一個實施例的光信號放大3端子裝置10。
圖1中，第1激光光源12，輸出例如1555nm的第1波長λ1的第1激光(第1輸入光)L1、使其通過設(shè)置了第1光調(diào)制器14的光纖F1傳播。第2激光光源16，以一定的強度連續(xù)輸出例如1548nm的第2波長λ2的第2激光(第2輸入光)L2、使其通過第2光纖F2傳播。上述第1激光光源12采用例如可變波長半導體激光、第2激光光源16采用例如單一波長的半導體激光。上述第1光調(diào)制器14，根據(jù)來自沒有圖示的信號發(fā)生器的電信號或者光信號、例如如圖3的上段的波形所示該樣、對作為通過光的第1激光L1進行強度調(diào)制使得成為該電信號或者光信號的頻率的脈沖信號。第1光耦合器18、具有作為第1光輸入單元的功能、把上述光纖F1以及光纖F2向光纖F3連接、把通過這些光纖F1以及光纖F2傳播而來的第1激光L1以及第2激光L2進行重疊(合波)、通過第3光纖F3以及第1光循環(huán)器20向第1光放大元件26輸入。
上述第1光放大元件26、由例如圖2所示的半導體光放大元件(SOAsemiconductor optical amplifier)構(gòu)成。
圖2中，在由化合物半導體例如磷化銦(InP)或砷化鎵(GaAs)所構(gòu)成的半導體基板26a上形成的光波導26b，是在該半導體基板26a上、由外延生成且通過光刻形成為預(yù)定的波導圖形的例如InGaAsP、GaInNAs、AlGaInp等的III-V族混合晶半導體的多層膜；采用例如光刻形成為預(yù)定寬度的帶狀突起。該光波導26b、因為是由比半導體基板26a的折射率高的物質(zhì)構(gòu)成、故具有使光封閉在厚度方向并傳播的功能。在上述光波導26b內(nèi)的多層膜內(nèi)中，包括由pn結(jié)構(gòu)成的有源層26c、蓋層等，在其上固定連接有上部電極26e。該有源層26c，通過在半導體基板26a的下表面固定連接的下面電極26f和上述上部電極26e之間外加有電壓、并且在上述pn結(jié)中流過激勵電流而形成電子、空穴對，通過該有源層26c的光由于感應(yīng)放射作用而放大。上述有源層26c，由多重量子阱、應(yīng)變超晶格或者量子點構(gòu)成。為多重量子阱情況下，例如由從InP半導體基板26a外延成長而晶格耦合的InGaAs(厚度100)和InGaAsP(厚度100)的6對構(gòu)成，在該有源層26c之上、依次設(shè)置組成(折射率)呈階梯性變化的梯度指數(shù)(GRIN)構(gòu)造的導向?qū)?2000)。該有源層26c的器件長度(光路長度)是600μm；可以認為，例如由250mA的電流值引起的能量注入所注入的電子因通過的光子所產(chǎn)生的感應(yīng)放射、向價電子帶移動時，放出光能而使通過光放大。根據(jù)由這250mA的電流值所引起的能量注入，在例如波長1555nm處、得到20dB左右的增益。
在上述第1光放大元件26的1端面中，因為設(shè)置了由濺射金屬或者電介質(zhì)而實施反射光的處理的金屬膜或者電介質(zhì)多層膜等的反射單元26d，因此在通過位于和該1端面為相反側(cè)的另一端面、進行光輸入或者光輸出。從而，上述第1激光L1以及第2激光L2的合波光，通過上述另一端面輸入到第1光放大元件26內(nèi)，并且被上述反射單元26d反射的光再次通過該另一端面輸出。該第1光放大元件26的有源層26c內(nèi)，由于上述第1激光L1的入射、產(chǎn)生以該波長λ1為中心的周圍波長的自然光，該自然光與第1激光L1的強度調(diào)制成反比地增減強度。在這個狀態(tài)下、如果使在該自然光的波長范圍內(nèi)的第2波長λ2的第2激光L2通過，則該第2波長λ2，受到和該自然光相同的變化并增強。即、受到和第1激光L1的調(diào)制相同但反相的調(diào)制而放大。即、第1光放大元件26，具備隨同第2光放大元件34的交叉增益調(diào)制特性即互增益調(diào)制特性。
第1光循環(huán)器20，把從第1光放大元件26輸出的光，不導向第3光纖F3、而導向設(shè)置了第1波長選擇元件28的第4光纖F4。第1波長選擇元件28，連接到上述第1光放大元件26，從由該第1光放大元件26所輸出的光中、提取為第2波長λ21548nm的光。該第1波長選擇元件28，具有作為光濾波器元件的功能，是通過例如局部照射紫外線，使第4光纖F4的一部分在長度方向上折射率呈周期性變化的光纖光柵濾波器，選擇以第2波長λ2為中心波長并且半值寬度為1nm的光使之通過。再者，第1波長選擇元件28，可以由折射率不相同的多組層疊層而成的多層膜濾波器、具有光子帶隙的光子晶體的任一種構(gòu)成。
第2光耦合器30，具有作為第2光輸入單元的功能，把由上述第1波長選擇元件28而從第1光放大元件26所輸出的光中選出的第2波長λ2的光、和例如圖3的中段的波形所示的為第3波長λ3的控制光的第3激光L3重疊(合波)，通過第5光纖F5以及第2光循環(huán)器32、向和第1光放大元件26同樣構(gòu)成的第2光放大元件34輸入。在該第2光放大元件34中，調(diào)制后的第2波長λ2，按照以該第2波長λ2為中心的自然光的波長范圍內(nèi)的第3波長λ3的控制光進一步被調(diào)制，第3波長λ3為如圖3的下段中所示的波形。第2光循環(huán)器32，把從第2光放大元件34輸出的光，不導向第5光纖F5、而導向設(shè)置了第2光濾波器元件36的第6光纖F6。上述第2光濾波器元件36，從由第2光放大元件34輸出的光中選擇第3波長λ3的光，作為圖3的下段中所示的輸出光L4輸出。在圖3中，在中段的波形中所示的控制光L3的實線、單點劃線、虛線，對應(yīng)于在下段中所示的輸出光L4的實線、單點劃線、虛線，輸出光L4相對控制光L3有約30倍的增益(放大率)。
圖4以及圖5表示上述該樣構(gòu)成的光信號放大3端子裝置10的互增益調(diào)制型波長變換作用的特性。圖4，是在由表示第1輸入光的第1激光L1的信號強度PIN的橫軸、和表示輸出光的第4激光L4的信號強度POUT的縱軸所構(gòu)成的二維坐標中，以控制光L3的信號強度Pc為參數(shù)的第4激光L4的輸入輸出特性圖。如由圖顯明的該樣，和晶體管等的3端子放大元件相同，輸出光的第4激光L4的信號強度POUT，響應(yīng)控制光L3的信號強度Pc的變化，且該變化被放大地調(diào)制；并且響應(yīng)第1輸入光的第1激光L1的信號強度PIN的變化，且該變化被放大地調(diào)制。另外，圖5，在由表示第1輸入光的第1激光L1的頻率的橫軸、和表示輸出光的第4激光L4的信號調(diào)制度H(％)的縱軸所構(gòu)成的二維坐標中，表示該第4激光L4的頻率特性。根據(jù)圖5，一直到5GHz、都看不出信號調(diào)制度H的降低。上述信號調(diào)制度H由例如下式(1)表示。其中、Imax是光信號的最大值、Imin是光信號的最小值。另外、在上述有源層26c中采用量子點的情況下、在大于等于100GHz的范圍內(nèi)看不出信號調(diào)制度H的降低。
H＝100×(Imax-Imin)/(Imax+Imin)…(1)另外、根據(jù)本發(fā)明人的實驗、由把上述控制光L3從第3波長λ3向第1波長λ1變更、可得到第1波長λ1的輸出光L4、并可以得到和上述同樣的光信號放大效果的結(jié)果。另外，上述中，雖然第2激光L2的第2波長λ2是比第1激光L1短的波長，但即使該第2激光L2的第2波長λ2是比第1激光L1長的波長、也可得到和上述同樣的光信號放大效果的結(jié)果，不僅如此，還可以得到，例如像圖3的下段的波形的最低值接近零這樣的，輸出光L4的基線和第1激光L1同樣地接近零的進一步的效果。另外、如果把第1波長λ1的第1輸入光L1和第2波長λ2的第2激光L2相同地作為連續(xù)光(偏置光)、施加信號調(diào)制到第3波長λ3的第3輸入光L3中，則第3波長λ3的輸出光L4、以該第3輸入光L3的信號的10倍或10倍以上的放大率放大而輸出。
圖6(a)表示由采用上述光信號放大3端子裝置10的2個光與非門40所構(gòu)成的觸發(fā)回路42；圖6(b)表示由2個光或非門44所構(gòu)成的觸發(fā)回路46。電子回路中的與非門以及或非門、眾所周知由多個晶體管構(gòu)成，代替該晶體管、將上述光信號放大3端子裝置10設(shè)置在光回路中而構(gòu)成了光與非門40以及或非門44，由該1對光與非門40以及一對光或非門44、構(gòu)成觸發(fā)回路42以及觸發(fā)回路46。由該觸發(fā)回路42以及觸發(fā)回路46、通過光存儲信息。
圖7表示采用上述光信號放大3端子裝置10的光運算放大器48。電子回路中的運算放大器、眾所周知由多個晶體管構(gòu)成，代替該晶體管、通過將上述光信號放大3端子裝置10設(shè)置在光回路中而構(gòu)成光運算放大器48。
以上構(gòu)成的圖1的光信號放大3端子裝置10中，在使從來自于輸入了第1波長λ1的第1輸入光L1和第2波長λ2的第2輸入光L2的第1光放大元件26的光中所選出的第2波長λ2的光、和第3波長λ3的第3輸入光(控制光)L3、向第2光放大元件34輸入時，從由該第2光放大元件34出來的光中、所選出的第3波長λ3的輸出光L4，是響應(yīng)上述第1波長λ1的第1輸入光L1以及/或者第3波長λ3的第3輸入光L3的強度變化而調(diào)制后的光，因為變成相對于該第3波長λ3的第3輸入光(控制光)L3的信號放大率為大于等于2大小的放大信號，故能得到采用控制輸入光就能夠直接進行光信號的放大處理的光信號放大3端子裝置10。
另外，根據(jù)本實施例的光信號放大3端子裝置10，上述第1波長λ1的第1輸入光L1為調(diào)制光，上述第2波長λ2的第2輸入光L2為連續(xù)光，上述第3波長λ3的第3輸入光L3為控制光，上述第3波長λ3的輸出光L4，在該控制光L3的輸入?yún)^(qū)間內(nèi)、具有將該第1輸入光L1的調(diào)制信號放大后的信號波形；因此第3波長λ3的輸出光L4，在控制光L3的輸入?yún)^(qū)間內(nèi)、成了響應(yīng)第1波長λ1的第1輸入光L1的強度變化而被調(diào)制了的放大光；因此能得到采用控制輸入光就能夠直接進行放大后的光信號的開關(guān)處理的光信號放大3端子裝置10。
另外，在本實施例，因為上述第1波長λ1和第3波長λ3也可以為相同波長，故作為光信號放大3端子裝置10的輸入光的第1輸入光L1以及第3輸入光L3、成為和輸出光L4相同的波長，以同樣的波長連接多個光信號放大3端子裝置10成為可能，采用多個光信號放大3端子裝置10、能夠構(gòu)成集成度高的光回路。
另外，在本實施例，因為上述第2波長λ2可以為比上述第1波長λ1長的波長，在這種情況下，調(diào)制后的第1輸入光L1的放大光的輸出光L3表示的波形，具有成為和該第1輸入光的波形的基線同樣地接近零水平的基線優(yōu)點。即、有調(diào)制度變大的優(yōu)點。
另外，在本實施例，因為第3波長λ3的輸出光L4對于第3波長λ3的控制光3的信號放大率、為大于等于10的值，故光信號放大3端子裝置的放大功能更高、其應(yīng)用范圍被擴大。
另外，在本實施例，第1光放大元件26以及第2光放大元件34，因為是設(shè)置了由pn結(jié)構(gòu)成的有源層26c的半導體光放大元件，故能夠得到信號放大率以及響應(yīng)速度更高的光信號放大3端子裝置10。
另外，在本實施例，第1光放大元件26以及第2光放大元件34的有源層26c，因為是由量子阱或量子點構(gòu)成的，故能夠得到具有更高信號放大率以及更快響應(yīng)速度的光信號放大3端子裝置10。尤其在采用量子點的情況下、能得到大于等于100GHz的響應(yīng)速度。另外，采用應(yīng)變超晶格作為有源層，則偏振依賴性就變小。
另外，在本實施例，由于第1光放大元件26以及第2光放大元件34，為了反射通過有源層26c的光、在其一個端面上設(shè)置由金屬蒸鍍等所形成的反射鏡等的反射單元26d，通過另一端面輸入輸入光并且取出輸出光，由設(shè)置在一個端面的反射鏡等的反射單元26d使在有源層26c中通過路程實質(zhì)性延長，因此信號放大率更高。另外，由于反饋效果、調(diào)制度更高。
另外，在本實施例，因為設(shè)置光循環(huán)器20以及32，通過第1光放大元件26以及第2光放大元件34的另一端面使輸入光輸入到其中，把通過該另一端面輸出的光導向和該輸入光不同光路，故從第1光放大元件26以及第2光放大元件34的另一端面輸出的光、不進入到導向使其向該另一端面輸入的光的波導、而被導到專門的其它的輸出用波導。
另外，在本實施例，第1波長選擇元件28以及/或者第2波長選擇元件36，因為由在波導或光纖內(nèi)的光傳播方向上折射率呈周期性變化的光柵濾波器、折射率不同的多組層疊層而成的多層膜濾波器以及有光子帶隙的光子晶體這幾種中的任一種所構(gòu)成，故可以從第1光放大元件26或者第2光放大元件34來的光中、合適地提取第2波長λ2或者第3波長λ3。
另外，上述的光信號放大3端子裝置10，能構(gòu)成光與非門40、由該一對光與非門40所構(gòu)成的光觸發(fā)回路42、或光運算放大器46，能夠提高光集成回路的功能。
另外，在本實施例的第1光放大元件26中，第2波長λ2為第1波長λ1的第1輸入光L1的周圍光的波長范圍內(nèi)的波長；在第2光放大元件34中，第3波長λ3為第2波長λ2的輸入光的波長范圍內(nèi)的波長；所以、可以使包含在來自第1光放大元件26或者第2光放大元件34的輸出光中的第2波長λ2或者第3波長λ3的信號、合適地放大。
另外，設(shè)置在第1光放大元件26的一個端面的反射單元26d，在由使第1波長λ1的光透射但反射第2波長λ2的光的波長選擇性反射膜構(gòu)成的情況下，則不需要第1波長選擇元件28。和第1光放大元件26相同構(gòu)成的第2光放大元件34的反射單元，在由使第2波長λ2的光透射但反射第3波長λ3的光的波長選擇性反射膜(波長選擇性反射鏡)構(gòu)成的情況下，則不需要第2波長選擇元件36。上述波長選擇性反射膜，由例如折射率不同的電介質(zhì)層相互疊層的電介質(zhì)多層膜構(gòu)成。
下面，說明其它的實施例。還有，在以下的說明中、對和上述的實施例同樣的部分、附加同樣的符號省略說明。
圖8表示上述的光信號放大3端子裝置10的其它的實施例的光信號放大3端子裝置50的構(gòu)成例的關(guān)鍵部分。本實施例的波長變換裝置50，使通過起第1光輸入單元作用的半反射鏡51以及聚光透鏡52的光信號LA、向第1光放大元件26的一方的端面輸入、從該第1光放大元件26的另一方的端面通過聚光透鏡53輸出的光中的、第1波長λ1的光透射，但偏置光L2的波長λb的光、由起第1波長選擇元件作用的波長選擇型鏡54反射、而返回到第1光放大元件26。從該第1光放大元件26的一方的端面輸出的光，由上述半反射鏡51反射、并由起第2光輸入單元作用的半反射鏡55、和控制光LC合波，通過聚光透鏡56入射到第2光放大元件34的一方的端面。在來自這第2光放大元件34的另一方的端面、通過聚光透鏡57輸出的光中、使偏置光L2的波長λb的光透射，但和控制光LC為相同的波長成分、由起第2波長選擇元件作用的波長選擇型鏡58反射、而返回到第2光放大元件34。從該第2光放大元件34的一個的端面出來的輸出光L3，和通過上述的光信號放大3端子裝置10的相同。根據(jù)這樣構(gòu)成的波長變換裝置50，可得到和上述的光信號放大3端子裝置10相同的互增益調(diào)制型的波長變換作用以及光放大作用。上述波長選擇性反射鏡58以及波長選擇型反射鏡54，通過聚光透鏡57以及聚光透鏡53、將第2光放大元件34的端面以及第1光放大元件26的端面光學性結(jié)合。上述聚光透鏡52、聚光透鏡53、聚光透鏡56、聚光透鏡57，由例如微透鏡構(gòu)成，上述光信號LA、輸出光L3等由光纖傳輸。還有，半反射鏡51以及55也可由光耦合器或光循環(huán)器替換。
圖9表示上述的光信號放大3端子裝置10的其它的實施例的光信號放大3端子裝置59的構(gòu)成例的關(guān)鍵部分。本實施例的光信號放大了端子裝置59設(shè)置了，串聯(lián)配設(shè)的第1光放大元件26以及第2光放大元件34；光耦合器60以及61使光信號LA以及偏置光Lb(波長λb)入射到第1光放大元件26的內(nèi)側(cè)端面；波長選擇性反射器62在來自第1光放大元件26的外側(cè)端面的光中，使第1波長λ1的光透射、但使波長λb的成分反射而返回到第1光放大元件26中；濾波器63在從該第1光放大元件26的內(nèi)側(cè)端面出射的光中、使波長λb的成分通過而入射到第2光放大元件34的內(nèi)側(cè)端面；光耦合器64使控制光LC入射到該第2光放大元件34的外側(cè)端面；和濾波器65在從該第2光放大元件34的外側(cè)端面出射的光中，使和控制光LC為相同波長成分的光透射，并作為輸出光L3輸出。上述光耦合器60以及61作為第1光輸入單元起作用，上述光耦合器64作為第2光輸入單元起作用，上述反射器62以及濾波器65作為第1波長選擇元件以及第2波長選擇元件起作用。根據(jù)這樣構(gòu)成的波長變換裝置59，可以得到和上述的光信號放大3端子裝置10相同的互增益調(diào)制型的波長變換作用以及光放大作用。上述控制光LC的波長λC的光信號、由濾波器63反射并且透射濾波器65而輸出。波長λb的光成分不透射濾波器65。上述光耦合器60以及61也可由一個光耦合器構(gòu)成。
圖10表示，在半導體基板26a之上、把上述光信號放大3端子裝置59、以和圖2所示的單片結(jié)構(gòu)的第1光放大元件26相同的單片結(jié)構(gòu)即一片構(gòu)造、構(gòu)成的示例。在本實施例的單片結(jié)構(gòu)的光信號放大3端子裝置59中，在第1光放大元件26的外側(cè)位置、第1光放大元件26和第2光放大元件34之間的位置和第2光放大元件34的外側(cè)位置，依次設(shè)置由折射率周期性變化的光柵所構(gòu)成的反射器62、濾波器63及濾波器65。還有，使從直線狀的光波導26b分支的一對分支波導，對應(yīng)于上述光耦合器60以及61以及光耦合器64。
圖11表示了上述的光信號放大3端子裝置10的其它的實施例的光信號放大3端子裝置66的構(gòu)成例的關(guān)鍵部分。本實施例的波長變換裝置66，具備一對反射型的第1光放大元件26以及第2光放大元件34；具有包括連接到該一對反射型的第1光放大元件26以及第2光放大元件34的第2端子67b以及第3端子67c的4端子、在該4端子間傳輸光、使來自預(yù)定的端子的出射光和向該端子的入射光光路不相同的4端子型光循環(huán)器67；光耦合器68把光信號LA以及偏置光Lb(波長λb)合波后、入射到4端子型光循環(huán)器67的第1端子(第1端口)67a；和光耦合器69把控制光LC合波到由反射型第1光放大元件36向4端子型光循環(huán)器67的第2端口67b的波長λb的光中、并將其入射到第2光放大元件34；使來自4端子型光循環(huán)器67的第4端口67d的與控制光LC相同波長成分的光透射。在上述第1光放大元件26的反射面，設(shè)置讓第1波長λ1的光透射但選擇性反射第2波長λb的光的反射膜26d，在上述第2光放大元件34的端面設(shè)置使第2波長λb的光透射反射與控制光LC為相同波長λc分量的光的反射膜34d。根據(jù)這樣構(gòu)成的光信號放大3端子裝置66，可得到和上述的光信號放大3端子裝置10相同的互增益調(diào)制型的波長變換作用以及光放大作用，并因為能通過4端子型光循環(huán)器67故輸出光L3的調(diào)制度提高。本實施例的光信號放大3端子裝置66與圖1的光信號放大3端子裝置10相比，有構(gòu)成簡單的優(yōu)點。還有，上述光耦合器69，也可以把控制光LC合波到由4端子型光循環(huán)器67的第3端口67c向第2光放大元件34的波長λb的光中、并使其入射到第2光放大元件34。在本實施例中，光耦合器68以及光耦合器69、起第1光輸入單元以及第2光輸入單元的作用，反射膜26d以及34d、起第1波長選擇元件以及第2波長選擇元件的作用。
圖12是表示上述光信號放大3端子裝置66為單片結(jié)構(gòu)情況下的實例。該單片結(jié)構(gòu)的光信號放大3端子裝置66，和上述的圖6、圖10中所示一樣，也具備在半導體基板26a之上所形成的光波導26b。該光波導26b，設(shè)置有用于發(fā)揮和4端子型光循環(huán)器67相同作用的Z字狀的部分；和用于發(fā)揮光耦合器68以及光耦合器69的作用、而從其一部分分支的分支波導。在上述光波導26b的Z字狀的部分中的曲折點，一對反射型第1光放大元件26以及第2光放大元件34，與上述的圖2、圖10中所示的同樣地構(gòu)成。還有，反射膜26d以及34d，設(shè)置在該反射型第1光放大元件26以及第2光放大元件34的外端面。
圖13表示了上述的光信號放大3端子裝置10的其它的實施例的光信號放大3端子裝置70的構(gòu)成例的關(guān)鍵部分。本實施例的光信號放大3端子裝置70，設(shè)置第1光波導72以及第2光波導73由具有在例如GaAs等的矩形半導體71上生成的例如GaInNAs等的pn結(jié)層(有源層)的混晶半導體層通過光刻形成為V字狀；第1光放大元件26、第2光放大元件34通過在該第1光波導72以及第2光波導73中設(shè)置沒有圖示的電極而設(shè)置；波長選擇性反射膜74設(shè)置在上述矩形半導體基板71的一個端面的、上述第1光波導72以及上述第2光波導73的交叉部，向第2光波導73反射偏置光Lb的第2波長λb的光以及控制光LC、使光信號LA的第1波長λ1的光選擇性透射；波長選擇性反射膜75設(shè)置在上述矩形半導體基板71的一個端面的、上述第2光波導73的輸出側(cè)，反射第2波長λb的光、使和控制光LC相同的波長成分的光透射。光信號LA和偏置光Lb、由光耦合器76合波后入射到光波導72的端面，控制光LC、從設(shè)置在上述波長選擇性反射膜75的外側(cè)的光耦合器77入射到第2光波導73內(nèi)。根據(jù)這樣構(gòu)成的光信號放大3端子裝置70，可得到和上述的光信號放大3端子裝置10相同的互增益調(diào)制型的波長變換作用以及光放大作用。另外，本實施例的光信號放大3端子裝置70，通過將具有由例如在GaAs等的矩形半導體基板上生成的GaInNAs等的III-V族混結(jié)晶半導體層所構(gòu)成的pn結(jié)層(有源層)的混晶半導體層、由光刻處理且附加上電極而單片化，所以有極小尺寸構(gòu)成的優(yōu)點。在本實施例，上述光耦合器76以及光耦合器77、作為第1及第2光輸入單元起作用，上述波長選擇性反射膜74以及波長選擇性反射膜75、作為第1波長選擇元件以及第2波長選擇元件起作用。
圖14表示了上述的光信號放大3端子裝置10的其它的實施例的光信號放大3端子裝置78的構(gòu)成例的關(guān)鍵部分。本實施例的光信號放大3端子裝置78，通過作為合波元件使用的光耦合器79、作為光分波元件使用的光耦合器80以及聚光透鏡52、將光信號LA輸入到第1光放大元件26的一方端面，從該第1光放大元件26的另一方端面通過聚光透鏡53輸出的光中、上述光信號LA波長λ1不能由波長選擇性濾波器81透射(吸收)，但偏置光的波長λb的光、透射該濾波器81并且由全反射型反射鏡82反射而返回到第1光放大元件26。從該第1光放大元件26的一方端面所輸出的光從上述光耦合器80向其他的光耦合器83傳播，在此與控制光LC合波。然后，通過光耦合器84和聚光透鏡56，入射第2光放大元件34的一方的端面。從該第2光放大元件34的另一方端面通過聚光透鏡57而輸出的光中，偏置光的波長λb的光不能通過波長選擇性濾波器85透射(被吸收)，而與控制光LC為相同波長λc的成分則透射該波長選擇性濾波器85且被全反射型反射鏡86反射而返回到第2光放大元件34。從該第2光放大元件34的一方端面出來的輸出光L3，由光耦合器84、向外部例如下述的光分配裝置150輸出。根據(jù)這樣構(gòu)成的光信號放大3端子裝置78，不但可得到和上述的光信號放大3端子裝置10相同的互增益調(diào)制型的波長變換作用以及光放大作用，而且光信號LA的波長λ1，由波長選擇性濾波器81吸收而不能透射，由此，反饋第1光放大元件26側(cè)的比例極小，有特性可進一步改善的優(yōu)點。在本實施例中，光耦合器79以及光耦合器84、作為第1光輸入單元以及第2光輸入單元起作用，上述波長選擇性濾波器81以及波長選擇性濾波器85、作為第1波長選擇元件以及第2波長選擇元件起作用。
圖15，是上述的光信號放大3端子裝置10的其它的實施例，表示了在單片上、復(fù)數(shù)個(本實施例中為2個)光信號放大3端子裝置88集成化為單片結(jié)構(gòu)的構(gòu)成例的關(guān)鍵部分。本實施例的多組光信號放大3端子裝置88，分別具備第1光波導90、第2光波導91以及第3光波導92將在例如GaAs等的矩形半導體基板89上生成的、具有例如GaInNAs等的pn結(jié)層(有源層)的混晶半導體層，通過光刻從一方端面經(jīng)過另一方端面形成為線狀、以相互鄰的1對形成為V字狀；第1光放大元件26、第2光放大元件34以及第3光放大元件93通過在該第1光波導90、第2光波導91以及第3光波導92中設(shè)置沒有圖示的電極而設(shè)置；和波長選擇性反射膜(波長選擇性鏡體)94設(shè)置在是上述矩形半導體基板89的一個端面的、經(jīng)過上述第1光波導90與第2光波導91的交叉部和上述第3光波導92的輸出側(cè)端面，向第2光波導91反射偏置光Lb的第2波長λb的光以及控制光LC、但使光信號LA的第1波長λ1的光和控制光LC選擇性透射；和波長選擇性反射膜(波長選擇性鏡體)95設(shè)置在是上述矩形半導體基板89的一個端面的、上述第2光波導91的輸出側(cè)端面，讓第2波長λb的光透射、但向第3光波導92反射和控制光LC相同波長成分的光。光信號LA和偏置光Lb、由光耦合器96合波后入射到第1光波導90的輸入側(cè)的端面，控制光LC、從上述波長選擇性反射膜94的外側(cè)入射到第2光波導91內(nèi)。根據(jù)這樣構(gòu)成的光信號放大3端子裝置88，可得到和上述的光信號放大3端子裝置10相同的互增益調(diào)制型的波長變換作用以及光放大作用。另外，本實施例的光信號放大3端子裝置88，因為將具有由例如在GaAs等的矩形半導體基板上生成的GaInNAs等的III-V族混結(jié)晶半導體層構(gòu)成的pn結(jié)層(有源層)的混晶半導體層、由光刻處理且附加上電極而單片化，因此光信號放大3端子裝置10能夠進行例如1.3μm波長帶的光信號的信號處理、有極小尺寸的構(gòu)成的優(yōu)點。另外，根據(jù)本實施例，不需要循環(huán)器，并由3個光放大元件26、34、93而得到高輸出。在本實施例，光耦合器96作為第1光輸入單元起作用，波長選擇性反射膜94作為第2光輸入單元以及第1波長選擇元件起作用，波長選擇性反射膜95作為第2波長選擇元件起作用。
圖16至圖33表示，光信號傳送方法、用于合適地實施該光信號傳送方法的、光信號路由即光信號中繼(傳送)裝置相關(guān)聯(lián)的實施例，根據(jù)這些，使通過預(yù)定的傳輸路徑傳輸?shù)囊幌盗械墓庑盘?、向多個傳輸路徑之中、對應(yīng)于包含在該光信號中的目的地信息的傳輸路徑傳送，由此能夠進行高級信息處理的光通信。
圖16概略表示，配設(shè)在一個光網(wǎng)絡(luò)中的多條傳輸路徑的輸入光纖FA1至FAM、和另一個光網(wǎng)絡(luò)中的多條傳輸路徑的輸出光纖FB1至FBM之間，使通過輸入光纖FA1至FAM的任一個傳輸?shù)牟ㄩL復(fù)用光信號(激光)LA1至LAM，向根據(jù)由調(diào)幅加到該光信號的目的地信息而決定的輸出光纖FB1至FBM的任一個內(nèi)的波長總線的一個傳送的光信號中繼(傳送)裝置110。這種光信號中繼裝置110也稱為光信號路由器。
在圖16中，由上述輸入光纖FA1至FAM的任一個傳輸?shù)墓庑盘朙A1至LAM、分別是波分復(fù)用(WDM)信號，疊加有預(yù)先設(shè)定的多種波長的光信號。從而，包含在例如光信號LA1的預(yù)定波長的一系列的波長λ1的光信號LA11，按照通過在例如該標簽部或者標志部進行調(diào)幅而設(shè)定的目的地信息，向輸出光纖FB1至FBM的任一個光纖FB內(nèi)的任一個波長總線，即以預(yù)先設(shè)定的多種的即N種類的波長λ1至λN中的任一種波長傳送。由輸出光纖FB1至FBM，波長復(fù)用的光信號(激光)LB1至LBM分別傳輸。
上述光信號中繼裝置110，設(shè)置M個的光分波器(AWGArrayedWaveguide Grating，陣列波導光柵)S1至SM把由預(yù)定根數(shù)即M根的輸入光纖FA1至FAM傳輸?shù)牟ㄩL復(fù)用的光信號LA1至LAM、按每種波長的信號分別分離成N種波長λ1至λN的每一種的一系列的光信號(分組)，例如關(guān)于光信號LA1、使其分別分離到LA11至LA1N；M個的第1中繼器R1至第M中繼器RM使波長λ1至λN的一系列的光信號(包)LA11至LA1N、按照由調(diào)幅加到其中的目的地信息而進行波長變換，并通過調(diào)幅附加原來的目的地信息或者新的目的地信息，相互相同地構(gòu)成；和M個的合波器(AWG)T1至TM用于把由該第1中繼器R1至第M中繼器RM所輸出的光信號進行合波，將其導向輸出光纖FB1至FBM。
圖17，為了說明上述相互相同構(gòu)成的第1中繼器R1至第M中繼器RM的構(gòu)成，以設(shè)置在對應(yīng)例如輸入光纖FA1和輸出光纖FB1之間的位置的第1中繼器R1為代表、說明其構(gòu)成。在圖17中，第1中繼器R1中，由設(shè)置第1中繼器主體部RB11至RB1N從輸入光纖FA1傳輸?shù)牟ㄩL復(fù)用的光信號LA1，通過光分波器S1、按照N種類的波長λ1至λN所分離成的一系列的光信號(包)LA11至LA1N、通過光纖FA11至FA1N輸入，則按照在該光信號LA11至LA1N的標簽部或者標志部中、由調(diào)幅附加而設(shè)定的目的地信息作波長變換、并且實施與以上相同的表示目的地信息或者新的目的地信息調(diào)幅而輸出的，N個相互相同構(gòu)成。從第1中繼器主體部RB11…第M中繼器主體部RB1N分別輸出的N種類的波長λ1至λN的任一個的波長的輸出信號，分別通過用于傳輸按照其波長以及目的地信息分支的光信號、使N×M根交叉連接光纖F111至F1NM…N×M根交叉連接光纖FN11至FNNM和合波器T1至TM連接。由此，第1中繼器主體部RB11…第M中繼器主體部RB1N的輸出信號，通過合波器T1至TM、在輸出光纖FB1至FBM之中、以預(yù)期的波長向預(yù)期的輸出光纖傳輸。構(gòu)成其它中繼器RM的中繼器主體部RBM1至RRMN也同樣，分別通過N×M根交叉連接光纖F111至F1NM…N×M根交叉連接光纖FN11至FNNM和合波器T1至TM連接。還有，如圖17所示，傳輸相同波長例如波長λ1的信號的交叉連接光纖F111、F211、…FN11的輸出端結(jié)合，通過光纖FB11輸入到合波器T1中。傳輸波長λN的信號的交叉連接光纖F1n1、F2n1、…FNN1的輸出端結(jié)合，通過光纖FBn1輸入到合波器T1中。
上述光分波器S1，眾所周知，例如，利用衍射光柵或棱鏡等角度分散元件、電介質(zhì)多層膜的干涉濾波器等波長選擇性反射/透射膜、或者光波導形分波回路等構(gòu)成的光分波回路。另外，上述合波器T1，由例如、以微透鏡為主要構(gòu)成元件的光方向性結(jié)合回路、多根并列配置的光纖的一部分局部結(jié)合的分布結(jié)合型光復(fù)用耦合器、利用在四角管的內(nèi)壁的多重反射或者平面板內(nèi)的混合的集中結(jié)合型光復(fù)用耦合器等構(gòu)成。
另外，上述第1中繼器主體部RB11，例如如圖18所示構(gòu)成。在圖18中，通過光纖FA11由光分波器S1輸入的光信號LA11，依次連接起光分波合波器作用的第1光耦合器114，光延遲元件116，以及互增益調(diào)制型波長變換裝置(光開關(guān)裝置、光信號放大3端子裝置主體)118。上述第1光耦合器114，由以光纖作為主體的分支回路，以微透鏡作為主體的分支回路等構(gòu)成。在以光纖作為主體的分支回路，通過例如使一對光纖的預(yù)定區(qū)間、以相互緊密接合并行的狀態(tài)或者螺旋狀相互擰接的狀態(tài)相互緊密接合，把可進行透射以及反射的反射膜設(shè)置在光纖的分支點而構(gòu)成。在以微透鏡作為主體的分支回路，采用使通過例如聚焦性棒透鏡而光束平行化的光利用楔型折射面或者反射面而分支構(gòu)成。這里的第1光耦合器114，因為具有雙方向性即可逆性，故當光信號傳播到反方向時，起把光信號合波而反方向傳輸?shù)降?光纖112內(nèi)的合波器的作用。
另外，光延遲元件116，使上述光纖FA11內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?、僅延遲預(yù)定時間，由例如卷繞預(yù)定長度的光纖地設(shè)定傳播距離、而按傳播該預(yù)定的傳播距離的傳播時間延遲而構(gòu)成。該光延遲元件116的延遲時間預(yù)先通過實驗求得，以便在波長變換裝置118內(nèi)，在此處進行波長變換的光信號和表示該光信號的傳輸目的地的控制光同步。
由上述第1光耦合器114而從光纖FA11內(nèi)的光信號分支的分支光信號，通過光纖120和與其連接的光電信號變換器122、向電子控制裝置124供給。電子控制裝置124，由例如CPU利用RAM的暫時存儲功能、并按照預(yù)先存儲在ROM中的程序處理輸入信號的所謂微型計算機構(gòu)成。該電子控制裝置124，根據(jù)包含在通過光纖120所傳輸?shù)墓庑盘栔械恼{(diào)幅所指示的編碼信號即目的地信息，為了路由該光信號，把對應(yīng)于該目的地信息的波長指令信號向控制光發(fā)生裝置126供給。例如，電子控制裝置124，僅提取包含在從光纖120所輸入的光信號LA11中的調(diào)幅信號，由控制光發(fā)生裝置126、使與對應(yīng)于以該調(diào)幅所指示的目的地信息的波長對應(yīng)的控制光LC發(fā)生，因此由信號處理、不發(fā)生對應(yīng)于地址信號以外的信號的電磁波。
上述控制光發(fā)生裝置126，具有輸出預(yù)先設(shè)定的多種波長λC的控制光LC的控制光源，按照來自上述電子控制裝置124的指令信號、即按照光信號L1中的分支信息而選擇的波長指令信號，把具有對應(yīng)于該分支信息的波長λC的控制光LC、對上述波長變換裝置118供給。控制光發(fā)生裝置126，使對應(yīng)于傳送目的地的輸出光纖FB1至FBM之中的波長總線的根數(shù)的、多種例如N個種類的波長λC1、λC2、λC3、…λCN的控制光LC、擇一地或者選擇性地發(fā)生。圖19、圖20、圖21，分別表示該控制光發(fā)生裝置126的構(gòu)成例。
在圖19中，控制光發(fā)生裝置126，由輸出對應(yīng)控制光源的相互波長不同的單色波長的光的多個激光光源126L1至126Ln，分別設(shè)在這些激光光源126L1至126Ln的輸出側(cè)、把由它們輸出的輸出光分別開關(guān)的復(fù)數(shù)(N個)個的光調(diào)制器126M1至126Mn，和把通過該些光調(diào)制器126M1至126Mn的光進行合波、并作為控制光輸出的單色光合波器126S構(gòu)成；由激光光源126L1至126Ln以及光調(diào)制器126M1至126Mn、按照來自電子控制裝置124的分支指令信號而工作，輸出根據(jù)包含在光信號LA11中的調(diào)幅信號所指示的目的地信息(分支信息)而選擇的波長λC的控制光LC。作為上述多個激光光源126L1至126Ln，采用例如半導體激光二極管。在圖20中，控制光發(fā)生裝置126，由輸出對應(yīng)控制光源相互波長不同的單一波長的光的多個激光光源126L1至126Ln，把從該些激光光源126L1至126Ln所輸出的光合波到一個波導中的單一性光合波器126S，和設(shè)置在該光合波器126S的輸出側(cè)、開關(guān)從其輸出來的輸出光而遮斷遮沒(blanking)區(qū)間的單一光調(diào)制器126M構(gòu)成；由激光光源126L1至126Ln以及光調(diào)制器126M、按照來自電子控制裝置124的分支指令信號而工作，輸出根據(jù)包含在光信號LA11中的分支信息、而選擇的波長λC的控制光LC。在圖21，控制光發(fā)生裝置126，由可以變更輸出光的波長的波長可變激光光源126Lv，和設(shè)置在該波長可變激光光源126Lv的輸出側(cè)、開關(guān)從其輸出來的輸出光而遮斷遮沒區(qū)間的單一性光調(diào)制器126M構(gòu)成；由波長可變激光光源126Lv以及光調(diào)制器126M、按照來自電子控制裝置124的分支指令信號而工作，輸出根據(jù)包含在光信號L1中的分支信息、而選擇的波長λC的控制光LC。上述波長可變激光光源126LV，可采用例如分布布拉格反射型激光、微型機械面發(fā)光激光、溫度調(diào)諧DFB激光等。在分布布拉格反射型激光中，向構(gòu)成用于構(gòu)成該光共振器的一對反射鏡之中的一方的DBR層(布拉格反射層)中通入電流，由布拉格效應(yīng)引起該部分的折射率發(fā)生變化、由此使光共振波長成為可變。在微型型機械面發(fā)光激光中，由微型型機械引起光共振器長度變化、由此光共振波長成為可變。在溫度調(diào)諧DFB激光中，由溫度引起折射率變化、由此使光共振波長成為可變。還有，上述光調(diào)制器126M1至126Mn、126M，由例如將驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓加到pn結(jié)部、而使透射光輸出關(guān)閉的半導體型光調(diào)制器，或從外部施加驅(qū)動電壓到鈮酸鋰晶體等單結(jié)晶該樣的具有電光效應(yīng)的物質(zhì)上、而使透射光輸出關(guān)閉的外部調(diào)制型光調(diào)制器等構(gòu)成。
上述圖18的上述光波長變換裝置118，和也作為第2波長選擇元件起作用的光分配裝置150一并、構(gòu)成光信號放大3端子裝置128，基本上和圖1、圖8至圖15所示的光信號放大3端子裝置10、50、59、66、70、78、88等的任一個相同地構(gòu)成。本實施例的光波長變換裝置118構(gòu)成為例如圖22所示該樣，串聯(lián)設(shè)置對應(yīng)于利用交叉增益調(diào)制特性將通過第1光纖112輸入的光放大以及波長變換而輸出的多個光放大元件的一對第1光放大元件136以及第2光放大元件144，放大通過上述第1光纖112輸入的光信號，并且與對應(yīng)于包含在該光信號中的分支信息的控制光LC的輸入同步地、輸出和該控制光LC相同波長的光L3。即，在圖22中，激光光源130，由例如單一波長的半導體激光構(gòu)成，使比光信號L1(第1輸入光)的波長λ1例如1555nm長的波長λ2例如1565nm的激光(第2輸入光)L2、以一定的強度連續(xù)輸出。第3光耦合器132，作為第1光輸入單元起作用，把調(diào)幅的傳輸在第1光纖112內(nèi)的上述光信號L1、和為連續(xù)光的上述激光L2重疊(合波)，并通過第1光循環(huán)器134向第1光放大元件136輸入。
上述第1光放大元件136以及第2光放大元件144，也和圖2所示第1光放大元件26同樣，由半導體光放大元件(SOA)構(gòu)成。上述第1光放大元件136，因為在其一個端面、設(shè)置了由濺射等實施反射光的端面處理的鏡等的反射單元136d，通過位于和該一個端面相反側(cè)的另一個端面、進行光輸入或者光輸出。從而，光信號L1(第1輸入光)以及比其長的波長λ2的激光L2(第2輸入光)的合波光，通過上述另一端面而輸入到第1光放大元件136中，并且通過上述反射單元136d反射的光再次通過該另一端面而輸出。在該第1光放大元件136的有源層內(nèi)，和圖2所示的第1光放大元件26同樣，受和光信號L1的調(diào)制同樣但相位反相的調(diào)制而放大，從第1光放大元件136輸出。即，第1光放大元件136，和第2光放大元件144一并、具備交叉增益調(diào)制特性即互增益調(diào)制特性。
在圖22中，第1光循環(huán)器134，把從上述第1光放大元件136輸出的光，不導向第3光耦合器132，而導向第1波長選擇元件138。第1波長選擇元件138，從由上述第1光放大元件136輸出的光中、提取第2波長λ2的為1565nm的光。該第1波長選擇元件138，作為濾光元件起作用，由通過例如將紫外線局部照射，而使光纖的一部分在長度方向上折射率周期性變化的光纖光柵濾色器構(gòu)成，選擇以第2波長λ2為中心波長且半值寬度為例如1至十幾nm的光讓其透射。還有，第1波長選擇元件138，也可以由折射率不相同的多組層疊層成的多層膜濾波器，有光子帶隙的光子晶體的任一種構(gòu)成。
第4光耦合器140，作為第2光輸入單元起用，將由上述第1波長選擇元件138從第1光放大元件136所輸出的光之中選擇的第2波長λ2的光、和作為第3波長λ3的激光的控制光LC重疊(合波)，通過第2光循環(huán)器142、向和第1光放大元件136同樣構(gòu)成的第2光放大元件144輸入。在第1光放大元件136中調(diào)制的第2波長λ2，在該第2光放大元件144中，由以該第2波長λ2為中心的自然光的波長范圍內(nèi)的第3波長λ3的控制光LC、進一步受調(diào)制并且放大，輸出波長λ2的光和成為控制光LC的波長的調(diào)制光(輸出光信號)L3的混合光。第2光循環(huán)器142，把從第2光放大元件144輸出的上述混合光(波長λ2的光以及調(diào)制光L3)，不向第4光耦合器140輸出，而向光分配裝置150輸出。
包含在從上述第2光放大元件144輸出的光中的調(diào)制光L3，因為是和控制光LC的波長相同的第3波長λ3的光，因此若控制光LC的波長例如變化為λC1、λC2、λC3、…λCN、則來自第2光放大元件144的光L3的波長也例如變化為λC1、λC2、λC3、…λCN。圖23，實驗地，表示分別使為在其上段所表示的波形的上述光信號L1(第1輸入光)、在該中段表示的波形的控制光LC輸入時，光分配裝置150的輸出光L4的波形?？刂乒釲C的強度變化，對應(yīng)下段所示的光分配裝置150的輸出光L4的調(diào)幅，該光分配裝置150的輸出光L4相對控制光LC有約2倍至30倍的增益(放大率)。另外，輸出光L4的相位和上述光信號L1(第1輸入光)相同，相位不反相。
圖24表示，由上述構(gòu)成而作為光信號放大3端子裝置128起作用的波長變換裝置118以及光分配裝置150中，第1光放大元件136的有源層由量子點構(gòu)成情況下的特性。在圖24中，在由表示第1輸入光的信號光LA11的頻率的橫軸、和表示輸出光L4的信號調(diào)制度H(％)的縱軸構(gòu)成的二維坐標中，表示該輸出光L4的頻率特性。根據(jù)該圖24，一直到100GHz左右都看出信號調(diào)制度H不怎么降低。上述信號調(diào)制度H由例如前式(1)表示。
反回到圖18，來自上述波長變換裝置118的光中的調(diào)制光L3，按該波長即控制光LC的波長λC(＝λC1、λC2、…、λCn)由光分配裝置150對應(yīng)多個波導地、分別選擇性地向預(yù)定的交叉連接光纖F111至F11M、F121至F12M、…F1N1至F1NM分配。另外，來自波長變換裝置118的光中，和該波長λC不同的波長λ2的光，分配到分支光纖FB0。因為該分支光纖Fa0的終端不連結(jié)到后級而關(guān)閉，故波長λ2的光的傳播在此被阻止。這樣，光分配裝置150，也作為從來自第2光放大元件144的光中選擇第3波長λC的輸出光的第2波長選擇元件起作用。
在上述光分配裝置150中，例如，調(diào)制光L3為控制光LC的波長λC中的一種單色光情況下、向交叉連接光纖F111至F11M、F121至F12M、…F1N1至F1NM之中的一個群擇一性分配，但為2種混合色情況下、向交叉連接光纖F111至F11M、F121至F12M、…F1N1至F1NM之中的任意兩個群分配。上述光分配裝置150，例如圖25所示，設(shè)置連接到輸入端口150a的第1平面波導150b；連接到多個輸出端口150c的第2平面波導150d；設(shè)置在該第1平面波導150b以及第2平面波導150d之間的長度不同的多個陣列波導150e；和分別連接到多個輸出端口150c的交叉連接光纖F111至F11M、F121至F12M、…F1N1至F1NM，由把輸入到該輸入端口150a的來自波長變換裝置118的調(diào)制光L3(輸入光)、按其波長向多個輸出端口150c的任一個即交叉連接光纖F111至F11M、F121至F12M、…F1N1至F1NM之中的任一個分配的陣列波導光柵型光分波器構(gòu)成。還有，上述光分配裝置150，按需要具備用于使分支光聚光到交叉連接光纖F111至F11M、F121至F12M、…F1N1至F1NM的端面的聚光透鏡等光學系統(tǒng)。在本實施例，上述控制光發(fā)生裝置126、波長變換裝置118、以及光分配裝置150，構(gòu)成光信號中繼器主體部RB1的主關(guān)鍵部分。
圖26是表示通過輸入光纖FA1傳輸且由分波器S1分離的波長λ1的光信號LA11的概念性構(gòu)成的圖，圖27是說明，對該信號光LA11進行調(diào)幅后的波形、以及對其進行調(diào)幅的步驟的圖。在圖26，光信號LA11，是例如稱為分組的一系列的信號，在其起始部分或者前端部分，設(shè)置提供分組的標題、日期、文件名、頁號等的題起始信息的起始部H；和提供表示發(fā)送源或發(fā)送目的地的IP地址、像源路由該樣的路由信息、數(shù)據(jù)鏈路層的連接信息等等的目的地信息的信號的標記部(標簽部)LA。光信號LA11，如圖27所示，由實施調(diào)幅、給予起始部H或標簽部LA之中的至少上述目的地信息。這調(diào)幅，采用例如圖22所示的波長變換裝置118或下述圖30所示的調(diào)幅器，由對圖27的上段部所示的主信號重疊進第2段部所示的調(diào)制信號而進行。
圖28是，把如上構(gòu)成的本實施例的光中繼器110的工作，以例如圖18所示的第1中繼器主體部RB11為代表進行說明的時序圖。在第1中繼器主體部RB11中，圖28的上段部所示的光信號LA11一方面通過光延遲元件116向波長變換裝置118輸入(輸入步驟)，另一方面由第1光耦合器114、該光信號LA11的一部分由光電信號變換器122變換為電信號而向電子控制裝置124供給，由該電子控制裝置124提取的如圖28的第2段部所示的調(diào)制脈沖信號(目的地信息)向控制光發(fā)生裝置126供給，來自該控制光發(fā)生裝置126的、按照該調(diào)制脈沖信號所指示的目的地信息而決定的波長λC的控制光LC、如圖28的第3段部所示該樣發(fā)生，與該發(fā)生同步地輸入到波長變換裝置118的光信號LA11在波長變換裝置118中變換為控制光LC的波長λC而輸出(波長變換步驟)。由上述光延遲元件116，光信號LA11僅延遲、對應(yīng)于由光電信號變換器122進行光電變換后的電子控制裝置124的運算工作時間等的時間、由此進行上述的同步。包含在例如光信號LA11中的調(diào)幅脈沖法P1指示的目的地信息、是波長λ1的波長總線情況下，波長λ1的控制光LC發(fā)生、光信號LA11如圖28的由下2段目所示該樣、變換為波長λ1從波長變換裝置118輸出。另外，包含在光信號LA11中的調(diào)幅脈沖光信號P1指示的目的地信息、是波長λ2的波長總線情況下，波長λ2的控制光LC發(fā)生、光信號LA11如圖28的下段部所示該樣、變換為波長λ2從波長變換裝置118輸出，由光分配裝置150按其波長分配(光分配步驟)。這里，因為輸入光的光信號LA11設(shè)定為第1光放大元件136的輸出飽和的增益，故從第1光放大元件136通過第1波長選擇元件138輸出、向第2光放大元件144輸入的光信號為一定的大小，從該第2光放大元件144輸出、向光分配裝置150輸入的波長變換后的光信號振幅一定，因此調(diào)幅就容易。在本實施例的光中繼器110的波長變換裝置118中，輸入光光信號LA11的信號和輸出光L3或者L4的信號之間、相位不反相，該光信號LA11的波長，只要在第1光放大元件136的增益范圍內(nèi)、選擇任意波長都好、有自由度高的優(yōu)點。
圖29是，把上述光中繼器110的其它的工作即和波長變換同時進行標記而輸出的工作，以例如圖18所示的第1中繼器主體部RB11為代表，進行說明的時序圖。在第1中繼器主體部RB11中，圖29的上段部所示的光信號LA11一方面通過光延遲元件116向波長變換裝置118輸入，另一方面由第1光耦合器114將該光信號LA11的一部分由光電信號變換器122變換為電信號而向電子控制裝置124供給，將由該電子控制裝置124提取的如圖29的第2段部所示的調(diào)制脈沖信號(目的地信息)向控制光發(fā)生裝置126供給。在控制光發(fā)生裝置126中、按照該調(diào)制脈沖信號指示的目的地信息決定的波長λC的控制光LC發(fā)生，與該發(fā)生同步、輸入到波長變換裝置118的光信號LA11變換為控制光LC的波長λC而輸出。在此時的調(diào)制脈沖信號中，因為包含用于再次附加的目的地信息，故電子控制裝置124以使其包含指示該目的地信息的脈沖信號地發(fā)生、圖29的第3段部所示的調(diào)幅后的控制光LC。包含在例如光信號LA11中的調(diào)幅脈沖光信號P1所指示的目的地信息、是波長λ1的波長總線情況下，波長λ1的控制光LC發(fā)生、光信號LA11如圖29的下起第2段所示該樣、變換為波長λ1從波長變換裝置118輸出。另外，包含在光信號LA11中的調(diào)幅脈沖P1所指示的目的地信息、是波長λ2的波長總線情況下，波長λ2的控制光LC發(fā)生、光信號LA11如圖29的下段部所示該樣、變換為波長λ2從波長變換裝置118輸出。
如上述該樣，根據(jù)本實施例，調(diào)幅信號作為目的地信息加到該一系列的光信號LA11中，該光信號LA11向調(diào)幅信號所指示的目的傳送。調(diào)幅后的一系列的光信號輸入到互增益調(diào)制型的波長變換裝置118中的情況下，對應(yīng)于該光信號LA11的調(diào)幅所指示的目的地信息的波長的控制光LC、一供給到該互增益調(diào)制型的波長變換裝置118，因為輸出和該控制光LC相同波長的輸出光，因此由例如光分配裝置150、將該輸出光向?qū)?yīng)該波長的傳輸路徑分配、由此進行路由，故能夠構(gòu)成高速且小型化的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置110。
另外，根據(jù)本實施例，加到上述一系列的光信號LA11中的調(diào)幅，因為是以小于等于90％的調(diào)制度實施的，故光信號LA11無損失、并且目的地信息可靠地加到光信號中。另外，上述一系列的光信號LA11為分組信號，上述目的地信息是設(shè)置在該分組信號的起始部分的標簽信息或者標志信息，因此在該標簽部LA或者標志部，通過調(diào)幅附加標簽信息或者標志信息。
另外，根據(jù)本實施例，因為包括(a)輸入步驟使作為目的地信息實施了調(diào)幅的一系列的光信號LA11，向互增益調(diào)制型的波長變換裝置118輸入；(b)波長變換步驟把和該光信號LA11不相同且對應(yīng)于調(diào)幅信號的波長的控制光LC、向上述互增益調(diào)制型的波長變換裝置118供給，使該控制光LC的波長的光信號、從該互增益調(diào)制型的波長變換裝置118輸出；和(c)光分配步驟使從上述互增益調(diào)制型的波長變換裝置118輸出的光信號、輸入到光分配裝置150中，把該光信號、按照其波長、向連接到光分配裝置150的多個光傳輸路徑分配，光信號LA11，以對應(yīng)該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長、向連接到光分配裝置150的多個光傳輸路徑分配。
另外，根據(jù)本實施例，上述波長變換步驟，因為由用控制光LC對從互增益調(diào)制型的波長變換裝置118所輸出的光信號LA11實施調(diào)幅，將新的目的地信息再加到該光信號LA11中，因此能把適宜的傳送目的地再加到信號光中繼(傳送)裝置110內(nèi)，故按照例如鏈路的狀態(tài)、節(jié)點的狀態(tài)、rotorfick狀態(tài)而決定傳輸路由的動態(tài)路由選擇成為可能。
另外，根據(jù)本實施例的光信號中繼裝置110，作為目的地信息附加了調(diào)幅信號的一系列的光信號LA11一傳輸過來，由控制光發(fā)生裝置126，由該一系列的光信號LA11的調(diào)幅信號、發(fā)送對應(yīng)該調(diào)幅信號所指示的目的地并且和該光信號LA11不相同波長的控制光LC，由互增益調(diào)制型的波長變換裝置118，該一系列的光信號LA11變換為該控制光LC的波長的光信號，由光分配裝置150，從該互增益調(diào)制型波長變換裝置118輸出的光信號、按照其波長、向多個光傳輸路徑分配。所以、能夠提供高速且小型化的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置110。
另外，在本實施例，因為具備了，按照包含在光信號LA11中的調(diào)幅信號，使控制光發(fā)生裝置126產(chǎn)生對應(yīng)該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光LC的電子控制裝置124，因此具有波長變換功能和開關(guān)功能的互增益調(diào)制型的波長變換裝置118、能夠把對應(yīng)目的地信息的波長的光信號輸出、而由光分配裝置150分配，所以可以得到高速且小型化的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置110。
另外，在本實施例中，設(shè)置(a)第1光耦合器(光分波器)114用于使傳播于光纖112內(nèi)的光信號LA11分支、向電子控制裝置124供給；(b)光電信號變換器122把由該第1光耦合器114分支的光信號變換為電信號、向電子控制裝置124供給；以及(c)光延遲元件116設(shè)在該光纖112中、比該第1光耦合器114更能下游側(cè)，使從該第1光纖112輸入到波長變換裝置118的光信號L1延遲；因為上述電子控制裝置124，提取包含在上述光信號LA11中的調(diào)幅信號，使對應(yīng)于該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光LC，從控制光發(fā)生裝置126發(fā)生，因此具有波長變換功能和開關(guān)功能的互增益調(diào)制型波長變換裝置118、能輸出對應(yīng)于目的地信息的波長的光信號而由光分配裝置150分配，所以高速且小型的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置成為可能。另外，一方面光信號LA11的一部分從第1光耦合器114分支而供給電子控制裝置124，另一方面該光信號LA11的另一部分由光延遲元件116延遲而供給波長變換裝置118，因此可以與在電子控制裝置124中的用于電子信號處理而延遲的時間無關(guān)地，使從控制光發(fā)生裝置126向波長變換裝置118供給的控制光LC、合適地和在該波長變換裝置118中的光信號L1同步。
另外，在本實施例，互增益調(diào)制型波長變換裝置118，包括(a)第1光放大元件136以及第2光放大元件144利用交叉增益調(diào)制特性、把輸入的光放大以及波長變換而輸出；(b)第3光耦合器(第1光合波器)132使從光纖112輸入的第1波長λ1的信號光LA11、和作為與該信號光LA11不同波長λ2的連續(xù)光的激光(第2輸入光)L2合波、而輸入到第1光放大元件136；(c)第1波長選擇元件138從來自第1光放大元件136的光中、選擇第2波長λ2的光；以及(d)第4光耦合器(第2光合波器)140使由該第1波長選擇元件138選擇的第2波長λ2的光、和該第3波長λ3的控制光LC合波、而輸入到第2光放大元件144，第3波長λ3的輸出光L3是和控制光LC相同波長的光，因為響應(yīng)第1波長λ1的信號光L1以及/或者第3波長λ3的控制光LC的強度變化而調(diào)制，當使從輸入了信號光L1和激光(第2輸入光)L2的第1光放大元件136的光中所選擇的第2波長λ2的光和控制光LC向第2光放大元件144輸入時，從該第2光放大元件144輸出的光中所選擇的第3波長λ3的調(diào)制光L3或者輸出光L4，是響應(yīng)信號光L1以及/或者控制光LC的強度變化的調(diào)制光，成為相對控制光LC的信號放大率至少大于等于2的大小的放大信號，因此能夠采用控制光LC直接進行光信號L1的放大處理。
另外，在本實施例，光分配裝置150，具備連接到輸入端口150a的第1平面波導150b；連接到多個輸出端口150c的第2平面波導150d；設(shè)置在該第1平面波導150b以及第2平面波導150d之間的長度不同的多個陣列波導150e；以及連接到多個輸出端口150c的分支光纖FB1、FB2、FB3、…FBn，因為構(gòu)成為，把輸入到該輸入端口150a的從波長變換裝置118輸出的輸出光L3(輸入光)、按其波長向多個輸出端口150c的任一個即分支光纖FB1、FB2、FB3、…FBn之中的任一個分配，所以和從波長變換裝置118輸出的控制光LC為相同波長的調(diào)制光L3、按其波長、向多個分支光纖FB1、FB2、FB3、…FBn之中的任一個選擇性地合適地分配。
另外，根據(jù)本實施例的光信號中繼裝置110，由于具備，具有輸出預(yù)先設(shè)定的多種波長的控制光的多個單一波長的激光光源(控制光源)或波長可變激光光源的，將按照包含在上述光信號L1中的分支信息所選擇的波長的控制光LC向波長變換裝置118供給的控制光發(fā)生裝置126，所以光信號L1，向?qū)?yīng)多個分支光波導的光纖FB1、FB2、FB3、…FBn之中的、對應(yīng)上述控制光LC的波長而預(yù)先設(shè)定的預(yù)定的光纖，有選擇地分配。
另外，本實施例的控制光發(fā)生裝置126，因為具有了用于開關(guān)從多種激光光源126L1至126Ln或波長可變激光光源126LV輸出的控制光的光調(diào)制器126M，所以從控制光發(fā)生裝置126輸出的相互不同波長的控制光LC的上升以及下降陡，其響應(yīng)性提高。
另外，在本實施例，因為具有了，按照包含在從第1光纖112所輸入的光信號L1中的分支信息，使從控制光發(fā)生裝置126發(fā)生具有對應(yīng)該分支信息的波長的控制光LC的電子控制裝置124，故從波長變換裝置118輸出的調(diào)制光L3的波長、按照包含在該光信號LA11中的目的地(分支)信息而切換，按該波長有選擇地向多個光纖FB1、FB2、FB3、…FBn之中的任一個分配。
另外，在本實施例，電子控制裝置124，僅提取包含在從光纖112所輸入的光信號LA11中的目的地信息(地址信息)，由上述控制光發(fā)生裝置126、使對應(yīng)該地址信號的波長的控制光LC發(fā)生，因此對應(yīng)地址信號以外的信號的電磁波不會由信號處理發(fā)生，所以有確保光信號L1的隱蔽性的優(yōu)點。
然后，說明其它的實施例。還有，以下的說明中、對和上述的實施例共同的部分、附加相同的符號而省略說明。
圖30表示上述的圖18以及圖22所示的第1中繼器主體部RB11全光學性構(gòu)成的實施例。在圖30，輸入到波長變換裝置118的第3光耦合器132的輸入光信號LA11的一部分、由光耦合器(光分波/合波元件或者光合波器/光合波器)164分支，接著、由光耦合器166、和作為連續(xù)光的預(yù)定波長例如波長λ1至λN的任一種波長的連續(xù)光的激光合波，輸入到由和圖22所示的第1光放大元件136相同構(gòu)成而具備交叉增益調(diào)制特性即互增益調(diào)制特性的半導體光放大元件(SOA)168中。上述作為連續(xù)光的激光L，例如可采用圖19或者圖20所示的激光光源126L1至126Ln以及光合波器126S，和圖21所示的可變激光光源126Lv相同構(gòu)成的激光光源170。該半導體光放大元件168，與上述第1半導體光放大元件136或第2半導體光放大元件144相比、具有響應(yīng)速度相對較慢的特性地構(gòu)成。例如，上述該樣，在第1半導體光放大元件136或第2半導體光放大元件144、具備由量子阱或量子點所構(gòu)成的有源層情況下，上述半導體光放大元件168具備由體(bulk)構(gòu)成的有源層該樣構(gòu)成。該半導體光放大元件168，由調(diào)整設(shè)定其增益以及/或者極化狀態(tài)，不響應(yīng)高速的開關(guān)。由此，圖31的上段所示的輸入光信號LA11一輸入，因為對應(yīng)該輸入光信號LA11的調(diào)幅信號的波形的控制光信號LC(圖31的第2段或第3段)、從上述半導體光放大元件168向第4光耦合器(第2光合波器)140輸入，因此如圖31的下起第2段或下段所示該樣、調(diào)幅后的波長λ1或λN的輸出光信號L3向光分配裝置150輸出。該輸出光信號L3的調(diào)幅信號，表示例如分支信息。在本實施例，上述光耦合器164、光耦合器166、半導體光放大元件(SOA)168及激光源170，構(gòu)成用于輸出加給應(yīng)該波長變換的波長以及目的地(分支)信息的上述控制光LC的全光學式控制裝置172。
根據(jù)本實施例，由上述光耦合器164、光耦合器166、半導體光放大元件168所生成的上述光信號LC，和上述的圖18的控制光LC相同，因為由調(diào)幅、實時地把和包含在輸入光信號LA11中的相同目的地信息、加到一系列的輸出光的起始部中，所以關(guān)于這樣開關(guān)工作、不需要上述的實施例的電子控制裝置124、有全光學性地構(gòu)成的優(yōu)點。
另外，在本實施例，由于具有按照包含在光信號LA11中的調(diào)幅信號，從控制光發(fā)生裝置126、使對應(yīng)該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光LC發(fā)生的全光學性控制裝置，通過發(fā)生與包含在輸入光信號LA11中的調(diào)幅信號所指示的目的地信息對應(yīng)的信號的控制光地進行控制，使具有波長變換功能和開關(guān)功能的互增益調(diào)制型的波長變換裝置118、能夠把對應(yīng)目的地信息的波長的光信號輸出、而由光分配裝置分配，所以可得到高速且小型化的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置。因為由光學性信號處理不發(fā)生電磁波，故有可確保光信號的隱蔽性的優(yōu)點。
圖32，是為了說明，利用上述圖30的波長變換裝置118的技術(shù)而構(gòu)成的、全光學式的光信號中繼裝置180的，相當于圖17的圖。由光分波器S1分波的多種光中，以波長λ1的輸入光信號LA11為代表作說明，和圖30相同，輸入到波長變換裝置118的第3光耦合器(第1光合波器)132的輸入光信號LA11的一部分、由光耦合器164分支，接著、由光耦合器166、和作為連續(xù)光的預(yù)定波長例如波長λ2至λN的任一種波長的連續(xù)光的激光L合波，輸入到由和第1光放大元件136相同構(gòu)成、而具備交叉增益調(diào)制特性即互增益調(diào)制特性的半導體光放大元件(SOA)168中。在采用將作為上述連續(xù)光的激光L由光分波器S1分波而成的其它的波長λ2至λN的任一個這一點，和圖30的實施例不相同。由此，如圖31所示，該上段所示的輸入光信號LA11一輸入，因為對應(yīng)于該輸入光信號IA11的調(diào)幅信號的波形的光信號LC(圖31的第2段或第3段)、從上述半導體光放大元件168、向第4光耦合器(第2光合波器)140輸入，因此圖31的下起第2段或下段所示的波長λ1或λN的輸出光信號L3向光分配裝置150輸出。根據(jù)本實施例，有進一步全光學式構(gòu)成的優(yōu)點。
下面，進一步說明其它的實施例。
在上述的實施例，其它的中繼器主體部RBMN中、在輸入光信號LANM的光分組信號、變換為預(yù)定的波長而向預(yù)定的光纖FBNM輸出的中繼處理中，有可能從中繼處理作為輸入光信號LA11的光分組信號的中繼器主體部RB11、向該預(yù)定的光纖FBNM、重復(fù)輸出相同波長的光信號、發(fā)生光信號的重疊。在這種情況下，在例如圖18的實施例，電子控制裝置124，在先進行中繼處理的中繼器主體部RBMN確認光分組信號的終端之前，在檢測到由調(diào)幅信號加到作為輸入光信號LA11的光分組信號的起始的分組起始部H中的分組起始信息情況下，由調(diào)幅附加指示迂回的信息到該光分組信號中地構(gòu)成。例如，雖然不變更最終的目的地信息，但由調(diào)幅變更途中地址。根據(jù)本實施例，能夠避免當多個光分組信號基本同時向相同傳輸路徑的預(yù)定光纖FBNM送信時、相互沖突。
圖33，是表示在其它的中繼器主體部RBMN中、輸入光信號LANM的光分組信號、變換為預(yù)定的波長而向預(yù)定的光纖FBNM輸出的中繼處理中，把期間上重復(fù)到達此處的輸入光信號LA11的光分組信號暫時存儲，在先變換為上述預(yù)定波長的光分組信號的中繼處理完成后、可以進行其中繼處理的這樣的中繼裝置110的關(guān)鍵部分的圖。在圖33，具有，多個光信號存儲元件174為了暫時存儲由上述光分配裝置150所分配的光分組信號，而將長度不同的多根的光纖并列連接而成；和光反饋傳輸路徑即反饋用光纖178為了使從該光信號存儲元件174輸出的光信號向輸入側(cè)反饋；光耦合器176用于把通過反饋用光纖178向輸入側(cè)傳輸?shù)拇龣C用波長λ01至λ03中的任一個的光分組信號，作為輸入光信號LA11再次向第1耦合器114輸入。其它的中繼器主體部RBMN中、在輸入光信號LANM的光分組信號、變換為預(yù)定的波長而向預(yù)定的光纖FBNM輸出的中繼處理中，在按照由調(diào)幅信號加到光分組信號的起始的分組部H中的起始信息，判定為本中繼器主體部RBMN接收到具有向上述預(yù)定的光纖FBNM輸出的目的地信息的光分組信號LA11的情況下，電子控制裝置124判定為該光分組信號LA11應(yīng)該暫時存儲。電子控制裝置124，響應(yīng)來自上述其它的中繼器主體部RBMN的電子控制裝置的信號，使為了把上述光分組信號LA11變換為預(yù)先設(shè)定的待機用波長λ01至λ03中的任一個的控制信號LC01至LC03、從控制光發(fā)生裝置126輸出。從光分配裝置150輸出的待機(暫時存儲)用波長λ01至λ03中的任一個的光信號，送向連接到該光分配裝置150的光信號存儲元件174的任一個、在該里預(yù)定時間存儲后，通過反饋用光纖向光耦合器176傳輸，從該處作為輸入光信號LA11再向第1耦合器114輸入，再次進行上述的中繼處理。上述多個光信號存儲元件174，和例如上述的光延遲元件116相同，為了設(shè)置成對應(yīng)存儲在其中的光分組信號必要的存儲時間的長度，把按該存儲時間傳播所必要的光學的長度相互不同的多根的光纖、分別卷繞而分別構(gòu)成。根據(jù)本實施例，能夠避免當多個光分組信號基本同時向相同傳輸路徑的預(yù)定光纖FBNM發(fā)送時的相互沖突。
另外，在上述的圖18的實施例，電子控制裝置124，關(guān)于輸入光信號LA11至LA1N、LA21至LA2N、…LAM1至LANM，為了把例如預(yù)期的波長向預(yù)期的傳輸路徑傳送，使該處理時間帶按波長群或傳輸路徑群等相互不同、使有選擇地在波長變換裝置118中實行波長變換處理的控制光LC發(fā)生這樣的構(gòu)成也可以。
另外，在上述的波長變換裝置118，第3光耦合器132以及第4光耦合器140、第1光放大元件136以及第2光放大元件144、以及第1波長選擇元件138等的構(gòu)成部件，既可以由光纖連結(jié)，也可以由在半導體基板或玻璃基板該樣的透光性物質(zhì)制基板之上所形成的光波導等結(jié)合。
另外，上述的光分配裝置150，具有連接到輸入端口150a的第1平面波導150b；和連接到多個輸出端口150c的第2平面波導150d；和設(shè)置在該第1平面波導150b以及第2平面波導150d之間的長度不同的復(fù)數(shù)的陣列波導150e；和分別連接到多個輸出端口150c的分支光纖FB1、FB2、FB3、…FBn，構(gòu)成為把輸入到該輸入端口150a的從波長變換裝置118輸出的輸出光L3(輸入光)、按其波長向多個輸出端口150c的任一個即分支光纖FB1、FB2、FB3、…FBn之中的任一個分配，由利用按每一波長不同的衍射光柵的衍射角度而把作為輸入光的輸出光L3、有選擇地向陣列狀排列的多條分支光纖FB1、FB2、FB3、…FBn分配的衍射光柵型光合成分波器構(gòu)成，或者也可以代替該衍射光柵，由利用棱鏡的棱鏡光合成分波器構(gòu)成。這種情況下，光分配裝置150，由利用按每一波長不同的棱鏡的折射角度而把輸入光有選擇地向陣列狀排列的多個陣列波導分配的、棱鏡型光分配器構(gòu)成。光分波器S1至SM或合波器T1至TM也是同樣。
另外，代替上述的實施例的電子控制裝置124，也可以采用由多個光三極管構(gòu)成的運算裝置以及由激光光源等構(gòu)成的光運算裝置。由代替電子控制裝置124而采用全光學性裝置，光信號中繼裝置110的整體由光學元件構(gòu)成。
另外，在上述的實施例，作為光波導，雖然采用了第1光纖112、第2光纖120等，但是也可以采用設(shè)在光回路的一部分中的、在二維方向?qū)Ч獾亩S光波導或在三維方向?qū)Ч獾娜S光波導。
另外，在上述的實施例，在圖19、圖20、圖21所示的控制光發(fā)生裝置126中，可以去掉光調(diào)制器126M1至126Mn、126M。這種情況下，在例如圖19、圖20的光調(diào)制器126中，由對激光光源126L1至126Ln選擇性地開關(guān)驅(qū)動，可使波長不同的控制光LC有選擇地輸出。另外，在圖21的光調(diào)制器126中，由使對可變波長激光光源126LV的DBR層的注入電流逐級變化，使波長不同的控制光LC有選擇地輸出。
圖34至圖38表示，以預(yù)期的定時能取出光信號的光信號存儲裝置，適用于高度信息處理用的用于光通信的光合波/分波裝置的示例。
圖34是為說明光信號存儲裝置120的關(guān)鍵部分構(gòu)成的圖。在圖34中，在傳輸來自光網(wǎng)絡(luò)等的光分組信號、光數(shù)據(jù)通信信號等的光信號LA的光纖212中，起光分波合波器作用的第1光耦合器214、光延遲元件216、以及互增益調(diào)制型的波長變換裝置(光開關(guān)裝置、光信號放大3端子裝置主體)218等依次連接。
另外，光延遲元件216，使傳輸于上述光纖12內(nèi)的光信號、僅延遲預(yù)定時間，例如構(gòu)成為，由卷繞預(yù)定長度的光纖而設(shè)定傳播距離、僅延遲傳播該預(yù)定的傳播距離的傳播時間。該光延遲元件216的延遲時間，在波長變換裝置218內(nèi)，預(yù)先實驗求得，使得在此放大的光信號、和以波長表示該光信號的傳輸目的地的控制光同步。
由上述第1光耦合器214、從光纖212內(nèi)的光信號已分支的分支光信號，通過光纖220和與其連接的光電信號變換器222、向電子控制裝置224供給。電子控制裝置224，由例如CPU利用RAM的暫時存儲功能且按照預(yù)先存儲在ROM中的程序處理輸入信號的所謂微型計算機構(gòu)成。該電子控制裝置224，根據(jù)以包含在通過光纖220所傳輸?shù)墓庑盘栔械恼{(diào)幅表示的編碼信號即目的地信息，為了路由該光信號、把對應(yīng)該目的地信息的波長指令信號向控制光發(fā)生裝置226供給。例如，電子控制裝置224，提取包含在從光纖220輸入的光信號LA中目的地信息，由控制光發(fā)生裝置226、使與對應(yīng)該目的地信息的波長對應(yīng)的控制光LC發(fā)生。
上述控制光發(fā)生裝置226，具有輸出預(yù)先設(shè)定的多種波長λC的控制光LC的控制光源，按照來自上述電子控制裝置224的指令信號即對應(yīng)包含在光信號L1的分支信息而選擇的波長指令信號，把具有對應(yīng)該分支信息的波長λC的控制光LC、供給到上述波長變換裝置218中?？刂乒獍l(fā)生裝置226，擇一地或者有選擇地使對應(yīng)傳送目的地的輸出光纖F1至FN的多種例如N種波長λ1、λ2、λ3、…λN的控制光LC發(fā)生。上述的實施例的圖19、圖20、圖21，分別表示該控制光發(fā)生裝置226的構(gòu)成例。還有，本實施例的光纖212、第1光耦合器214、光延遲元件216、波長變換裝置218、光纖220、光電信號變換器222、電子控制裝置224、控制光發(fā)生裝置226、光信號分配裝置250，和上述的實施例的光纖112、第1光耦合器114、光延遲元件116、波長變換裝置118、光纖120、光電信號變換器122、電子控制裝置124、控制光發(fā)生裝置126、光信號分配裝置150相同構(gòu)成，波長變換裝置218以及光信號分配裝置250構(gòu)成和上述的光信號放大3端子裝置128相同的光信號放大3端子裝置228。
返回到圖34，來自上述波長變換裝置218的輸出光L3，按其波長即控制光LC的波長λ1、λ2、λ3、…λN、由光分配裝置250、分別有選擇地向?qū)?yīng)于多個波導而預(yù)先設(shè)定的交叉連接光纖F1、F2、F3、…FN分配。另外，和與其不同的偏置光L2相同波長λb的光分配到分支光纖Fb。例如，輸出光L3為單色光情況下、向交叉連接光纖F1、F2、F3、…FN的一個分配，但為2種混合色情況下、向交叉連接光纖F1、F2、F3、…FN之中的任兩個的群分配。上述交叉連接光纖F1以及F2，連接到用于合波處理光信號LA的光加處理回路252以及用于分波處理光信號LA的光減處理回路254，交叉連接光纖F3至FN連接到光緩沖存儲元件M3至MN。上述光緩沖存儲元件M3至MN，例如是預(yù)定長度的光纖卷繞成，使僅延遲對應(yīng)該預(yù)定長度的光纖內(nèi)的傳播時間的延遲時間、而輸出光信號LA的延遲元件。
從上述光緩沖存儲元件M3至MN輸出的光信號LA，通過構(gòu)成光反饋傳輸路徑的反饋用光纖256、和與第1光耦合器214相同構(gòu)成的第5光耦合器(光合波器)258、使光信號LA反饋到比第1光耦合器214更靠上流側(cè)的光纖212中，由此、使其在由第1光耦合器214、光延遲元件216、波長變換裝置218、光分配裝置250、光纖緩沖存儲器M3至MN的任一個、反饋用光纖256、第5光耦合器258所構(gòu)成的循環(huán)路循環(huán)。
在上述該樣構(gòu)成的光信號存儲裝置210中，由光纖212傳輸?shù)墓庑盘朙A，由電子控制裝置224提取包含在其中的目的地信號(標簽)，為了向該目的地信號所指示的傳輸目的地分配，為了輸出對應(yīng)該目的地信號的波長的控制光LC、由電子控制裝置224控制控制光發(fā)生裝置226。波長變換裝置218，在上述控制光LC的波長為λ1的情況下，從其輸出的輸出光L3，因為成為波長為λ1的光信號LA，所以在光分配裝置250中、向光加處理回路252分配即合波或者分支。另外，在上述控制光LC的波長為λ2的情況下，從波長變換裝置218輸出的輸出光L3，因為變?yōu)椴ㄩL為λ2的光信號LA，所以在光分配裝置250中、向光減處理回路254分配即合波或者分支。
但是，在上述光信號LA不適合直接向光加處理回路252或者光減處理回路254傳輸?shù)那闆r下，由電子控制裝置224的電子處理，該光信號LA、在接收外部來的讀出定時信號R后或者存儲到包含在該光信號LA中的存儲時間的經(jīng)過之間后取出。即，如果從控制光發(fā)生裝置226向波長變換裝置218輸出的控制光LC的波長為λ3至λN的任一個例如λ3，因為從波長變換裝置218輸出的輸出光L3(光信號LA)的波長為λ3，故在光分配裝置250中、向光緩沖存儲器M3分配。該光信號LA，在光緩沖存儲器M3中存儲一定時間后，在由反饋用光纖256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延遲元件216、波長變換裝置218、光分配裝置250、光纖緩沖存儲器M3所構(gòu)成的循環(huán)路中、反復(fù)循環(huán)而存儲。該循環(huán)中的光信號LA在通過波長變換裝置218之際，從控制光發(fā)生裝置226向波長變換裝置218輸出的控制光LC的波長為λ3。在這樣的光信號LA的存儲中，進一步將其它的光信號輸入并且將其存儲的情況下，和上述同樣地變換為和上述波長λ3不同波長例如λ4，并且和上述同樣、使其在由反饋用光纖256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延遲元件216、波長變換裝置218、光分配裝置250、光纖緩沖存儲器M4所構(gòu)成的循環(huán)路中、反復(fù)循環(huán)而存儲。
而且，例如用于向光加處理回路252取出的取出定時信號R、若由外部向電子控制裝置224供給，由電子控制裝置224，由控制光發(fā)生裝置226、使用于把在由反饋用光纖256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延遲元件216、波長變換裝置218、光分配裝置250、光纖緩沖存儲器M3所構(gòu)成的循環(huán)路中反復(fù)循環(huán)的光信號LA、在互增益調(diào)制型波長變換裝置218中、變換為輸出用波長λ1的、波長λ1的控制光LC發(fā)生。其結(jié)果，由光分配裝置250、光信號LA向光加處理回路252分配、由此向該光加處理回路252輸出。電子控制裝置224，也起該樣的光信號存儲控制單元的作用。
如上述該樣，在本實施例的光信號存儲裝置210中，起光信號存儲控制單元作用的電子控制裝置224，由控制光發(fā)生裝置226、使為了把在由反饋用光纖256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、光延遲元件216、波長變換裝置218、光分配裝置250、光纖緩沖存儲器M3所構(gòu)成的循環(huán)路中反復(fù)循環(huán)的光信號LA、在互增益調(diào)制型波長變換裝置218中、變換為輸出用波長λ1的波長λ1的控制光LC發(fā)生，所以，該光信號LA，按任意的時間存儲，并響應(yīng)從外部供給的或者包含在光信號LA中的存儲信號輸出信息(讀出定時信號R)所指示的輸出期間，可以以任意的定時(取出時刻)取出光信號LA。
另外，在本實施例，起光信號存儲控制單元作用的電子控制裝置224，因為由控制光發(fā)生裝置226、使用于把向互增益調(diào)制型波長變換裝置218輸入的光信號LA的波長、變換為存儲用波長λ3至λN中的任一個的、控制光LC發(fā)生，所以由輸入的光信號LA變換為存儲用波長λ3至λN中的任一個，通過在反復(fù)經(jīng)由互增益調(diào)制型波長變換裝置218、光分配器250、光纖緩沖存儲元件M3至MN的任一個、光反饋傳輸路徑256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、以及光延遲元件216的循環(huán)傳輸路徑中循環(huán)，開始該光信號LA的存儲。
另外，在本實施例，設(shè)置(a)第1光耦合器(光分波器)214用于使傳播于光纖212內(nèi)的光信號LA分支、向電子控制裝置224供給；(b)光電信號變換器222把由該第1光耦合器214分支的光信號變換為電信號、向電子控制裝置224供給；以及(c)光延遲元件216設(shè)在該光纖212中、比該第1光耦合器214更靠下游側(cè)，使從該第1光纖212輸入到互增益調(diào)制型的波長變換裝置218的光信號LA延遲；因為上述電子控制裝置224，使與包含在上述光信號LA中的目的地信息對應(yīng)的波長的控制光LC，從控制光發(fā)生裝置226發(fā)生，因此具有波長變換功能和開關(guān)功能的互增益調(diào)制型波長變換裝置218、能輸出對應(yīng)于目的地信息的波長的光信號而由光分配裝置250進行分配，所以高速且小型的路由裝置即光信號傳送裝置或者光信號中繼裝置成為可能。另外，一方面光信號LA的一部分從第1光耦合器214分支而供給電子控制裝置224，另一方面因為該光信號LA的另一部分由光延遲元件216延遲而供給波長變換裝置218，故可以與在電子控制裝置224的電子信號處理中使用的延遲時間無關(guān)地，使從控制光發(fā)生裝置226向波長變換裝置218供給的控制光LC、合適地和在該波長變換裝置218中的光信號LA同步。
另外，在本實施例，互增益調(diào)制型波長變換裝置218，包括(a)第1光放大元件236以及第2光放大元件244利用交叉增益調(diào)制特性、把輸入的光放大以及波長變換而輸出；(b)第3光耦合器(第1光合波器)232使從光纖212輸入的第1波長λ1的信號光LA、和作為與該信號光LA不同波長λb的連續(xù)光的激光(第2輸入光、偏置光)L2合波、而輸入到第1光放大元件236；(c)第1波長選擇元件238從來自第1光放大元件236的光中、選擇第2波長λ2的光；和(d)第4光耦合器(第2光合波器)240使由該第1波長選擇元件238所選擇的第2波長λ2的光、和第3波長λ3的控制光LC合波、而輸入到第2光放大元件244，第3波長λ3的輸出光L3是和控制光LC相同波長的光，因為響應(yīng)第1波長λ1的信號光L1以及/或者第3波長λ3的控制光LC的強度變化而調(diào)制，故當使從來自輸入了信號光LA和激光(第2輸入光)L2的第1光放大元件236的光中、所選擇的第2波長λ2的光和控制光LC向第2光放大元件244輸入時，從來自該第2光放大元件244的光中所選擇的第3波長λ3的調(diào)制光L3或者輸出光L4，是響應(yīng)信號光L1以及/或者控制光LC的強度變化的調(diào)制光，成為相對控制光LC的信號放大率至少大于等于2大小的放大信號，故能夠采用控制光LC直接進行光信號L1的放大處理。
下面，說明光信號存儲裝置210的其它的實施例。
上述的電子控制裝置224，為了抑制、通過在反復(fù)經(jīng)由以互增益調(diào)制型波長變換裝置218、光分配器250、光纖緩沖存儲器M3至MN的任一個、光反饋傳輸路徑256、第5光耦合器258、第1光耦合器214、以及光延遲元件216的循環(huán)傳輸路徑中循環(huán)而存儲的光信號LC的增益的增減，也可以進一步具備控制該循環(huán)的光信號LA或者供給到互增益調(diào)制型波長變換裝置218的控制光LC的光信號增益控制單元。即，電子控制裝置224，按照預(yù)先存儲的程序控制控制光LC、使通過第1光耦合器214以及光電信號變換器222輸入的循環(huán)的光信號LA的增益一定。例如信號光LA的增益一降低，增大控制光LC的增益、使互增益調(diào)制型波長變換裝置218中、該信號光LA放大，信號光LA的增益一增加，減小控制光LC的增益、使互增益調(diào)制型波長變換裝置218中、該信號光LA減少。
圖35，進一步表示其它的實施例的光信號存儲裝置270。本實施例的光信號存儲裝置270，相對于上述的實施例的光信號存儲裝置210，為了抑制伴隨循環(huán)的光信號LA的存儲時間(循環(huán)數(shù))的強度變化例如振蕩的增加或者衰減的反饋光放大裝置272介于反饋用光纖256之中這一點，電子控制裝置224上述功能之中，不設(shè)置、為了使由循環(huán)而存儲的光信號LC的增益一定而控制供給到互增益調(diào)制型波長變換裝置218的控制光LC的光信號增益控制功能，這一點不同，其它相同地構(gòu)成。另外，在本實施例，第1增益控制用光放大元件276以及第2增益控制用光放大元件280的響應(yīng)時間(響應(yīng)特性)、設(shè)定為比第1光放大元件236以及第2光放大元件244長(慢)。例如，第1增益控制用光放大元件276以及/或者第2增益控制用光放大元件280，由例如鉺元素等的稀土類元素摻雜到光纖或光波導中，在該光透射介質(zhì)內(nèi)、3能級系或4能級系的能量能級構(gòu)成的光放大元件等，由互增益調(diào)制的響應(yīng)時間慢的光放大元件構(gòu)成。由于由響應(yīng)時間慢的光放大元件構(gòu)成，故循環(huán)的光信號LA的信號成分平滑化、而容易檢測出其信號增益的變化。
上述反饋光放大裝置272，對應(yīng)光信號增益控制單元，根據(jù)和包含在來自波長變換裝置218的第2光放大元件244的輸出光中的偏置光L2相同波長λb的光加益的減少、使由反饋用光纖256反饋的光信號LA放大。即，反饋光放大裝置272，設(shè)置了，激光光源274輸出波長λp的一定的激光；第1增益控制用光放大元件276接收與通過光纖Fb從上述光分配裝置250輸出的偏置光L2相同的波長λb的光和上述波長λp的激光、輸出隨著與該偏置光L2相同波長λb的光的增益的增加而增益減少的波長λp的增益控制光L5；濾波器278使該第1增益控制用光放大元件276的輸出光中的波長λp的光通過；第2增益控制用光放大元件280接收通過該濾波器波長λp的光和反饋光信號LA、輸出隨著該增益控制光L5的減少而增益增加的光信號LA；和濾波器282使該第2增益控制用光放大元件280的輸出光中、波長λ3至λN的任一種波長的光信號LA通過、且僅不使波長L3的光通過。由上述第2增益控制用光放大元件280，對應(yīng)于與循環(huán)的光信號LA的增益的增減相反的、與偏置光L2相同波長λb的光的增益的增減、使反饋光信號LA的增益增減，由此該光信號LA的每一循環(huán)的增益的增加或降低被抑制，而維持基本一定的增益。根據(jù)本實施例，加上能得到和上述的實施例相同的效果，還由于雖然快速響應(yīng)信號仍為原樣，但抑制了延遲的衰減的變化，故抑制了為存儲而循環(huán)的光信號LA的增益的增加或降低，還具有維持基本一定的增益的優(yōu)點。
圖36是說明上述光信號存儲裝置270的工作的時序圖。在光信號LA是應(yīng)存儲信號情況下，輸入的該光信號LA，在波長變換裝置218中根據(jù)控制光LC(λ3)、變換為存儲用波長例如λ3、并由光分配裝置250分配到光緩沖存儲器M3之后，光信號LA沿著由光緩沖存儲器M3、反饋用光纖256、反饋光放大裝置272、反饋用光纖256、第5光耦合器258、波長變換裝置218、光分配裝置250所構(gòu)成的循環(huán)路而循環(huán)。此時，因為由反饋光放大裝置272、循環(huán)的光信號LA的增益的衰減受到抑制而保持一定，故如果成為圖36的最上段所輸入的光信號LA，則循環(huán)的光信號LA就成為該下段所示的狀態(tài)。在取出由這種循環(huán)而存儲的光信號LA的情況下，如果以任意的定時、按任意的區(qū)間、在波長變換裝置218中按照控制光LC(λ1)、將其變換為輸出用波長例如λ1，由由光分配裝置250向光加處理回路252輸出。圖36的下起第3段所示波形表示該光信號LA的輸出波形。另外，圖36的下起第2段表示由上述的輸出而剩余的其它的輸出波形。
順便，圖37表示，不設(shè)置上述反饋光放大裝置272，不抑制循環(huán)的光信號LA的增益的衰減情況下的信號波形。例如，為在上述光信號存儲裝置270中不設(shè)置反饋光放大裝置272的情況下、或不在電子控制裝置224中設(shè)置光信號增益控制單元情況下的、圖34的光信號存儲裝置210的情況下的信號波形。該圖37的上段以及下段，對應(yīng)圖36的最上段以及其下的段。
圖38表示本發(fā)明的其它的實施例的光信號存儲裝置290。本實施例的光信號存儲裝置290，相對于上述的實施例的光信號存儲裝置210，省略光延遲元件216以及第1光耦合器214這點，設(shè)置代替電子控制裝置224的全光學性運算控制裝置292這點，設(shè)置和用于使由反饋用光纖256而反饋的光信號LA的一部分分支而輸入到全光學性的運算控制裝置292的第1光耦合器214相同的光耦合器294這點，該全光學的運算控制裝置292、基于伴隨循環(huán)的光信號LA的存儲時間(循環(huán)數(shù))的衰減、作為抑制該衰減的光信號增益控制單元起作用這點，這些點不同，其它相同構(gòu)成。
上述全光學的運算控制裝置292，例如，具備N組光控制回路，該組光控制回路由輸出波長λ3的連續(xù)光的激光光源，把該波長λ3的激光和來自外部的讀出定時信號R合波的光耦合器，以及和接收由該光耦合器所合波的光、按讀出定時信號R的讀出區(qū)間輸出波長λ3的控制光LC的上述互增益調(diào)制型波長變換裝置18相同的波長變換裝置構(gòu)成，因此，響應(yīng)以任意的定時供給的讀出定時信號R，取出由循環(huán)而存儲的光信號LA。另外，上述全光學的運算控制裝置292，設(shè)置接收從上述光耦合器294供給的循環(huán)中的光信號LA、形成表示該增益的衰減的包絡(luò)線的低響應(yīng)性的光延遲元件，構(gòu)成為，把表示從該光延遲元件所輸出的波長λ3的衰減曲線的光、作為控制光Lc供給到上述互增益調(diào)制型的波長變換裝置218。由此，抑制了從互增益調(diào)制型的波長變換裝置218所輸出的波長λ3的光信號LA因循環(huán)而引起的衰減。根據(jù)本實施例，能得到和上述的圖35的實施例相同的效果。
另外，上述的光分配裝置250，也可以是干涉膜型光分配裝置。分類為干涉膜的多層濾波器由SiO2的薄膜和TiO2的薄膜交互幾十層疊層而成，反射特定的波長地構(gòu)成。
另外，代替上述的實施例的電子控制裝置224，也可以采用由多個光三極管所構(gòu)成的運算裝置以及由激光光源等構(gòu)成的光運算控制裝置。由采用代替電子控制裝置224的全光學性裝置，光信號存儲裝置210的全體由光學元件構(gòu)成。
另外，在上述的實施例的光信號存儲裝置210中，光加處理回路252，光減處理回路254，光緩沖存儲器M3至MN的數(shù)量可以進行種種變更，可以除去或者追加其中的一部分。
另外，在例如互增益調(diào)制型的波長變換裝置218中，控制光LC的波長λC也可以和信號光LA的波長λ1相同。在此情況下，來自互增益調(diào)制型的波長變換裝置18的輸出光L3的波長，和信號光LA的波長λ1相同。
還有，上述不過是本發(fā)明的一實施例，本發(fā)明在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能增加種種變化。
權(quán)利要求
1.一種光信號放大3端子裝置，其特征是，具備分別具有由pn結(jié)所構(gòu)成的有源層，用于對輸入的光信號進行放大以及波長變換而輸出的第1半導體光放大元件以及第2半導體光放大元件；使第1波長的第1輸入光和第2波長的第2輸入光輸入到上述第1半導體光放大元件的第1光輸入單元；從來自上述第1半導體光放大元件的光中選擇上述第2波長的光的第1波長選擇元件；使由該第1波長選擇元件所選擇的第2波長的光和第3波長的第3輸入光輸入到上述第2半導體光放大元件的第2光輸入單元；以及從來自該第2半導體光放大元件的光中選擇第3波長的輸出光的第2波長選擇元件；上述第3波長的輸出光響應(yīng)上述第1波長的第1輸入光以及/或者第3波長的第3輸入光的強度變化而調(diào)制并且相對上述第3波長的第3輸入光的信號放大率大于等于2倍。
2.如權(quán)利要求1所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述第1波長的第1輸入光是調(diào)制光，上述第2波長的第2輸入光是連續(xù)光，上述第3波長的第3輸入光是控制光，上述第3波長的輸出光具備在該控制光的輸入?yún)^(qū)間該第1輸入光的調(diào)制信號被放大后的信號波形。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述第3波長是和上述第1波長相同的波長。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述第3波長的輸出光相對上述第3波長的控制光的信號放大率大于等于10倍。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述半導體光放大元件的有源層由量子阱、應(yīng)變超晶體或量子點構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，設(shè)置有用于把通過了上述半導體光放大元件的有源層的光向該半導體光放大元件或其它的半導體光放大元件反射的反射單元。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述第1半導體光放大元件以及/或者第2半導體光放大元件，在其一端面?zhèn)染邆溆糜谟羞x擇地反射光的反射單元，該反射單元通過透鏡與該第1半導體光放大元件以及/或者第2半導體光放大元件的端面光學性結(jié)合。
8.如權(quán)利要求6或7所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述反射單元是不反射來自上述第1半導體光放大元件的光中的上述第1波長的第1輸入光，而將上述第2波長的光向第2半導體光放大元件反射的第1波長選擇性鏡；和不反射來自該第2半導體光放大元件的光中的上述第1波長的第2輸入光而反射上述第3波長的光的第2波長選擇性鏡。
9.如權(quán)利要求6或7所述的光信號放大3端子裝置，其中，在上述第1半導體光放大元件的一端面和用于反射光的反射單元之間，設(shè)置有不使上述第1波長的光透射而使上述第2波長的光透射的波長選擇性濾波器；在上述第2半導體光放大元件的一端面和用于反射光的反射單元之間，設(shè)置在不使上述第2波長的光透射而使上述控制光的波長透射的波長選擇性濾波器。
10.如權(quán)利要求6至9中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述反射單元作為上述第1波長選擇元件以及/或者第2波長選擇元件起作用，通過改變對該反射單元的輸入光的入射角度以及/或者輸出光的射出角度，使來自預(yù)定的半導體光放大元件的輸出光向其它的半導體光放大元件輸入。
11.如權(quán)利要求1至6、8、9、10中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，在半導體基板上所形成的光波導中，分別設(shè)置多組上述第1半導體光放大元件以及第2半導體光放大元件，該多組作為1芯片一體化構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1至9中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，設(shè)置有光循環(huán)器或方向性結(jié)合元件其通過上述半導體光放大元件的一端面使輸入光輸入到上述半導體光放大元件內(nèi)，通過該一端面把從該半導體光放大元件內(nèi)輸出的光導向不同于該輸入光的光路。
13.如權(quán)利要求1至12中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，作為上述第1波長選擇元件或第2波長選擇元件起作用的波長選擇性鏡或波長選擇性濾波器，由設(shè)在光路內(nèi)的，在光傳播方向折射率周期性變化的光柵濾波器、由折射率不同的多組層疊層而成的多層膜濾波器以及具有光子帶隙的光子晶體中的任何一種構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求1至13中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述光信號放大3端子裝置構(gòu)成光與非門、光或非門、光觸發(fā)器回路或光運算放大器。
15.如權(quán)利要求1至14中任何一項所述的光信號放大3端子裝置，其中，上述第2波長選擇元件是光分配裝置其選擇與從上述第2半導體光放大元件所輸出的光中的上述控制光的波長對應(yīng)的第3波長的輸出光并按照該第3波長的輸出光的波長向多個光傳輸路徑分配。
16.一種光信號傳送方法，其把經(jīng)預(yù)定的傳輸路徑所傳輸?shù)囊幌盗泄庑盘枺蚨鄠€傳輸路徑中的對應(yīng)于包含在該光信號中的目的地信息的傳輸路徑傳送，其特征是，包括，輸入步驟使附加有上述目的地信息的一系列的光信號向上述光信號放大3端子裝置主體輸入；波長變換步驟把對應(yīng)于表示上述目的地信息的信號的波長的控制光向上述光信號放大3端子裝置主體供給，使該控制光的波長的光信號從該光信號放大3端子裝置主體輸出；以及光分配步驟使從上述光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號輸入到光分配裝置中，把該光信號按照其波長向連接到該光分配裝置的多個光傳輸路徑分配。
17.如權(quán)利要求16所述的光信號傳送方法，其中，上述波長變換步驟，通過采用上述控制光對從上述光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號實施調(diào)幅，再附加新的目的地信息到該光信號中。
18.如權(quán)利要求16或17所述的光信號傳送方法，其中，上述的一系列的光信號以小于等于90％的調(diào)制度調(diào)幅。
19.一種光信號中繼裝置，用于在光信號傳輸網(wǎng)絡(luò)之間，把作為目的地信息實施了調(diào)幅后的一系列的光信號從一方網(wǎng)絡(luò)往另一方網(wǎng)絡(luò)的傳輸路徑中的對應(yīng)于包含在該光信號中的目的地信息的傳輸路徑傳送，其特征是，包括，控制光發(fā)生裝置由上述一系列的光信號的調(diào)幅信號，使對應(yīng)了該調(diào)幅信號所指示的目的地的波長的控制光發(fā)生；光信號放大3端子裝置主體把上述一系列的光信號變換為上述控制光的波長的光信號；以及光分配裝置把從該光信號放大3端子裝置主體所輸出的光信號，按照其波長向多個光傳輸路徑分配。
20.如權(quán)利要求19所述的光信號中繼裝置，其中，具備電子控制裝置或全光學性控制裝置其按照包含在上述光信號中的調(diào)幅信號，從上述控制光發(fā)生裝置使對應(yīng)于該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光發(fā)生。
21.如權(quán)利要求20所述的光信號中繼裝置，其中，具備，使上述光信號的一部分分支的光分波器；把由該光分波器所分支的光信號變換為電信號向上述電子控制裝置供給的光電信號變換器；以及設(shè)在比上述光分波器更靠下游側(cè)使通過該光分波器輸入光信號放大3端子裝置主體的光信號延遲的光延遲元件，上述電子控制裝置，提取包含在上述光信號中的調(diào)幅信號，使對應(yīng)于該調(diào)幅信號所指示的目的地信息的波長的控制光從上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生。
22.如權(quán)利要求20或21所述的光信號中繼裝置，其中，具備用于暫時存儲由上述光分配裝置所分配的光信號的光信號存儲元件；和用于使從該光信號存儲元件所輸出的光信號向輸入側(cè)反饋的光反饋傳輸路徑，上述電子控制裝置，在上述光信號是應(yīng)暫時存儲的光分組信號的情況下，輸出用于使該光分組信號變換為預(yù)先設(shè)定的存儲用波長的控制光信號；上述光分配裝置，把變換為該存儲用波長后的光分組信號向上述光信號存儲元件分配而使其在該處暫時存儲。
23.如權(quán)利要求22所述的光信號中繼裝置，其中，上述光信號存儲元件為了接收由光分配裝置所分配的光信號而把光學性傳播長度不同的多根光纖并列配置；上述電子控制裝置，按照上述應(yīng)暫時存儲的光分組信號必要的存儲時間，輸出用于使該光分組信號變換為預(yù)先設(shè)定的存儲用波長的控制光信號；上述光分配裝置，把變換為該存儲用波長后的光分組信號向上述光信號存儲元件的多根光纖的任何一根分配而使之在該處暫時存儲。
24.如權(quán)利要求20所述的光信號中繼裝置，其中，上述全光學性控制裝置，包括使上述第1輸入光的一部分分支的光耦合器；發(fā)生與上述控制光相同波長的連續(xù)光的連續(xù)光源；把來自該連續(xù)光源的連續(xù)光和來自該光耦合器的上述第1輸入光的一部分合波的光耦合器；以及接收來自該光耦合器的光，輸出具有包含在該第1輸入光中的調(diào)制信號的控制光，響應(yīng)速度比上述半導體光放大元件慢的半導體光放大元件。
25.如權(quán)利要求19至24中任何一項所述的光信號中繼裝置，其中，一輸入從上述光信號放大3端子裝置主體所輸出的輸出光，上述光分配裝置就把該輸入的輸出光有選擇地向上述多個光傳輸路徑之中的對應(yīng)于上述控制光的波長的光傳輸路徑分配。
26.如權(quán)利要求19至25中任何一項所述的光信號中繼裝置，其中，上述光分配裝置，具備連接到輸入端口的第1平面波導；連接到多個輸出端口的第2平面波導；和設(shè)置在這些第1平面波導以及第2平面波導之間的長度不同的多個陣列波導，是把輸入到該輸入端口的輸入光按其各波長向上述多個輸出端口分配的陣列波導光柵型分波器。
27.一種光信號存儲裝置，其存儲從輸入光傳輸路徑所輸入的光信號并能夠在任意的時間將其取出，其特征是，具備控制光發(fā)生裝置發(fā)生用于把從上述輸入光傳輸路徑所輸入的光信號變換為對應(yīng)于包含在該輸入信號中的傳輸目的地的并且和上述光信號相同或者不同的波長的控制光；光信號放大3端子裝置主體接收上述輸入的光信號和控制光，把該輸入的光信號變換為該控制光的波長的光信號后輸出；光分配器把從該光信號放大3端子裝置主體輸出的光信號按照該光信號的波長分配；光緩沖存儲元件把由該光分配器所分配的存儲用波長的光信號暫時存儲；光反饋傳輸路徑為了使從該光緩沖存儲元件所輸出的光信號再次向光信號放大3端子裝置主體輸入，而使該光信號向上述輸入光傳輸路徑反饋；以及光信號存儲控制單元使從上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生用于把在上述光信號放大3端子裝置主體、光分配器、光緩沖存儲元件、以及該光反饋傳輸路徑中反復(fù)循環(huán)的光信號在該光信號放大3端子裝置主體中變換為輸出用波長的控制光。
28.如權(quán)利要求27所述的光信號存儲裝置，其中，為抑制上述循環(huán)的光信號的增益的增減，進一步包括控制通過上述光反饋傳輸路徑而反饋的光信號或供給到上述光信號放大3端子裝置主體的控制光的光信號增益控制單元。
29.如權(quán)利要求28所述的光信號存儲裝置，其中，上述光信號放大3端子裝置主體具備使上述光信號變換為偏置光的波長而反相的第1半導體光放大元件，和使由該第1半導體光放大元件而反相的光信號變換為上述控制光的波長而反相的第2半導體光放大元件；上述光信號增益控制單元，根據(jù)包含來自從上述第2半導體光放大元件的輸出光中的偏置光的增益的增減而控制由光反饋傳輸路徑反饋的光信號。
30.如權(quán)利要求28或29所述的光信號存儲裝置，其中，上述光信號增益控制單元包括第1增益控制用光放大元件其接收上述偏置光和作為與該偏置光不同波長的連續(xù)光的增益控制光，輸出伴隨該偏置光的增益的增加而增益減少的增益控制光；和第2增益控制用光放大元件其接收來自該第1增益控制用光放大元件的輸出光和由上述光反饋傳輸路徑而反饋的光信號，輸出伴隨該增益控制光的減少而增益增加的光信號。
31.如權(quán)利要求30所述的光信號存儲裝置，其中，上述第1增益控制用光放大元件以及/或者第2增益控制用光放大元件由添加有稀土類元素的光纖放大元件或光波導放大元件構(gòu)成。
32.如權(quán)利要求28所述的光信號存儲裝置，其中，上述光信號增益控制單元包括，為了將上述循環(huán)的光信號的增益維持為一定，根據(jù)由上述光反饋傳輸路徑反饋的光信號的增益的增減，控制供給到上述光信號放大3端子裝置主體的控制光的增益的光學ntg運算控制裝置。
33.如權(quán)利要求27至30中任何一項所述的光信號存儲裝置，其中，具備用于控制上述控制光發(fā)生裝置的電子控制裝置；把由上述光分波器所分支的光信號變換為電信號向上述電子控制裝置供給的光電信號變換器；以及設(shè)置在比該光分波器更靠下游側(cè)、使通過該光分波器輸入上述光信號放大3端子裝置主體的光信號延遲的光延遲元件，上述電子控制裝置，響應(yīng)從外部供給或包含在上述光信號中的存儲信號輸出信息所指示的輸出期間，使用于把上述光信號變換為輸出用波長的控制光由上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生。
34.如權(quán)利要求27至32中任何一項所述的光信號存儲裝置，其中，具備全光學性運算控制裝置其響應(yīng)從外部供給的或包含在上述光信號中的存儲信號輸出信息所指示的輸出期間，使用于把上述光信號變換為輸出用波長的控制光由上述控制光發(fā)生裝置發(fā)生。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在光信號放大3端子裝置，其中，將從來自輸入了第1波長(λ
文檔編號H01S5/00GK1717611SQ0382569
公開日2006年1月4日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者前田佳伸 申請人:獨立行政法人科學技術(shù)振興機構(gòu)