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OPTICAL SIGNAL AMPLIFYING THREE-TERMINAL DEVICE, OPTICAL SIGNAL TRANSFER METHOD USING SAME, OPTICAL SIGNAL RELAY DEVICE, AND OPTICAL SIGNAL STORAGE DEVICE

Foreign code F040001218
File No. Y0345WO
Posted date Aug 12, 2005
Country WIPO
International application number 2003JP011961
International publication number WO 2004/038492
Date of international filing Sep 19, 2003
Date of international publication May 6, 2004
Priority data
  • P2002-308946 (Oct 23, 2002) JP
  • P2003-059382 (Mar 6, 2003) JP
  • P2003-287576 (Aug 6, 2003) JP
Title OPTICAL SIGNAL AMPLIFYING THREE-TERMINAL DEVICE, OPTICAL SIGNAL TRANSFER METHOD USING SAME, OPTICAL SIGNAL RELAY DEVICE, AND OPTICAL SIGNAL STORAGE DEVICE
Abstract An optical signal amplifying three-terminal device (10) for directly amplifying an optical signal by using a control input light. A first input light L1 of a first wavelength lambda1 and a second input light L2 of a second wavelength lambda2 are inputted into a first optical amplifying element (26). A light of the second wavelength lambda2 and a third input light (control light) L3 of a third wavelength lambda3 outputted from the first optical amplifying element (26) are inputted into a second optical amplifying element (34). An output light L4 of the third wavelength lambda3 selected from the light outputted from the second optical amplifying element (34) is modulated with the intensity variation of the first input light L1 and/or the third input light L3. Therefore, the output light L4 is an amplified signal amplified with a signal amplification factor of 2 or more with respect to the third input light (control light) L3. Thus, an optical signal is directly amplified by using a control input light.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】pn接合からなる活性層をそれぞれ備え、入力された光信号を増幅および波長変換して出力するための第1半導体光増幅素子および第2半導体光増幅素子と、第1波長の第1入力光と第2波長の第2入力光とを前記第1半導体光増幅素子に入力させる第1光入力手段と、前記第1半導体増幅素子からの光から前記第2波長の光を選択する第1波長選択素子と、該第1波長選択素子により選択された第2波長の光と第3波長の第3入力光とを前記第2半導体光増幅素子へ入力させる第2光入力手段と、該第2半導体光増幅素子からの光から第3波長の出力光を選択する第2波長選択素子とを、含み、前記第3波長の出力光は、前記第1波長の第1入力光および/または第3波長の第3入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第3波長の第3入力光に対する信号増幅率が2以上であることを特徴とする光信号増幅3端子装置。

【請求項2】前記第1波長の第1入力光は変調光であり、前記第2波長の第2入力光は連続光であり、前記第3波長の第3入力光は制御光であり、前記第3波長の出力光は、該制御光の入力区間において該第1入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである請求項1の光信号増幅3端子装置。

【請求項3】前記第3波長は、前記第1波長と同じ波長である請求項1または2のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項4】前記第3波長の出力光の前記第3波長の制御光に対する信号増幅率は、10以上である請求項1乃至3のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項5】前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されたものである請求項1乃至4のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項6】前記半導体光増幅素子の活性層を通過した光を該半導体光増幅素子または他の半導体光増幅素子に向かって反射するための反射手段が、設けられたものである請求項1乃至5のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項7】前記第1半導体光増幅素子および/または第2半導体光増幅素子は、選択的に光を反射するための反射手段をその一端面側に備え、該反射手段は、レンズを通して該第1半導体光増幅素子および/または第2半導体光増幅素子の端面と光学的に結合されたものである請求項1乃至6のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項8】前記反射手段は、前記第1半導体光増幅素子からの光のうちの前記第1波長の第1入力光は反射しないが前記第2波長の光は第2半導体光増幅素子へ向かって反射する第1の波長選択性ミラーと、該第2半導体光増幅素子からの光のうちの前記第1波長の第2入力光は反射しないが前記第3波長の光は反射する第2の波長選択性ミラーである請求項6または7の光信号増幅3端子装置。

【請求項9】前記第1半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第1波長の光は透過させないが前記第2波長の光は透過させる波長選択性フィルタが設けられ、前記第2半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第2波長の光は透過させないが前記制御光の波長は透過させる波長選択性フィルタが設けられたものである請求項6または7のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項10】前記反射手段は、前記第1波長選択素子および/または第2波長選択素子として機能し、該反射手段に対して入力光の入射角度および/または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子からの出力光を他の半導体光増幅素子へ入力させるものである請求項6乃至9のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項11】前記第1半導体光増幅素子および第2半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が1チップとして一体的に構成されたものである請求項1乃至6、8、9、10のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項12】前記半導体光増幅素子の一端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、該一端面を通して該半導体光増幅素子内から出力される光を該入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである請求項1乃至9のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項13】前記第1波長選択素子または第2波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、光路内に設けられ、光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである請求項1乃至12のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項14】前記光信号増幅3端子装置は、光NANDゲート、光NORゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである請求項1乃至13のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項15】前記第2波長選択素子は、前記第2半導体光増幅素子から出力される光のうちの前記制御光の波長に対応する第3波長の出力光を選択するとともに、該第3波長の出力光の波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置である請求項1乃至14のいずれかの光信号増幅3端子装置。

【請求項16】所定の伝送路を介して伝送された一連の光信号を、複数の伝送路のうちの該光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送する光信号転送方法であって、前記行先情報が施された一連の光信号を前記光信号増幅3端子装置本体へ入力させる入力工程と、前記行先情報を示す信号に対応する波長の制御光を前記光信号増幅3端子装置本体へ供給し、該光信号増幅3端子装置本体から該制御光の波長の光信号を出力させる波長変換工程と、前記光信号増幅3端子装置本体から出力された光信号を光分配装置に入力させ、該光信号をその波長に応じて該光分配装置に接続された複数の光伝送路へ分配する光分配工程とを、含むことを特徴とする光信号転送方法。

【請求項17】前記波長変換工程は、前記光信号増幅3端子装置本体から出力される光信号に前記該制御光を用いて振幅変調を施すことにより、該光信号に新たな行先情報を再付与するものである請求項16の光信号転送方法。

【請求項18】前記一連の光信号は、90%以下の変調度で振幅変調されたものである請求項16または17の光信号転送方法。

【請求項19】光信号伝送ネットワーク間において、行先情報として振幅変調が施された一連の光信号を一方のネットワークから他方のネットワークの伝送路のうちの該光信号に含まれる行先情報に対応する伝送路へ転送するための光信号中継装置であって、前記一連の光信号の振幅変調信号から、該振幅変調信号が示す行先に対応した波長の制御光を発生させる制御光発生装置と、前記一連の光信号を前記制御光の波長の光信号に変換する光信号増幅3端子装置本体と、該光信号増幅3端子装置本体から出力された光信号をその波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置とを、含むことを特徴とする光信号中継装置。

【請求項20】前記光信号に含まれる振幅変調信号に応じて、前記制御光発生装置から該振幅変調信号が示す行先情報に応じた波長の制御光を発生させる電子制御装置または全光学的制御装置を備えたものである請求項19の光信号中継装置。

【請求項21】前記光信号の一部を分岐する光分波器と、該光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、前記光分波器よりも下流側に設けられ、該光分波器を通過して光信号増幅3端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、前記電子制御装置は、前記光信号に含まれる振幅変調信号を抽出して、該振幅変調信号が示す行先情報に対応する波長の制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである請求項20の光信号中継装置。

【請求項22】前記光分配装置により分配された光信号を一時的に記憶するための光信号記憶素子と、該光信号記憶素子から出力された光信号を入力側へ帰還させるための光帰還伝送路とを備え、前記電子制御装置は、前記光信号が一時記憶すべき光パケット信号である場合には、該光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、前記光分配装置は、該記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子へ分配してそこで一時的に記憶させるものである請求項20または21の光信号中継装置。

【請求項23】前記光信号記憶素子は、光分配装置により分配された光信号を受けるために光学的伝播長さが異なる複数本の光ファイバを並列に備えたものであり、前記電子制御装置は、前記一時記憶すべき光パケット信号に必要とされる記憶時間に応じて、該光パケット信号を予め設定した記憶用波長に変換させるための制御光信号を出力させ、前記光分配装置は、該記憶用波長に変換された後の光パケット信号を前記光信号記憶素子の複数本の光ファイバのいずれかへ分配してそこで一時的に記憶させるものである請求項22の光信号中継装置。

【請求項24】前記全光学的制御装置は、前記第1入力光の一部を分岐する光カプラと、前記制御光と同じ波長の連続光を発生する連続光源と、該連続光源からの連続光と該光カプラからの前記第1入力光の一部とを合波する光カプラと、該光カプラからの光を受けて、該第1入力光に含まれる変調信号を有する制御光を出力する、前記半導体光増幅素子よりも応答速度が遅い半導体光増幅素子とを含むものである請求項20の光信号中継装置。

【請求項25】前記光分配装置は、前記光信号増幅3端子装置本体から出力された出力光が入力されると、該入力された出力光を前記複数の光伝送路のうち前記制御光の波長に対応する光伝送路へ選択的に分配するものである請求項19乃至24のいずれかの光信号中継装置。

【請求項26】前記光分配装置は、入力ポートに接続された第1スラブ導波路と、複数の出力ポートに接続された第2スラブ導波路と、それら第1スラブ導波路および第2スラブ導波路の間に設けられた長さの異なる複数のアレー導波路とを備え、該入力ポートに入力された入力光をその波長毎に前記複数の出力ポートへ分配するアレー導波路格子型分波器である請求項19乃至25のいずれかの光信号中継装置。

【請求項27】入力光伝送路から入力された光信号を記憶するとともに任意の時間に取り出すことが可能な光信号記憶装置であって、前記入力光伝送路から入力された光信号を該入力信号に含まれる伝送先に対応し且つ前記光信号と同じ又は異なる波長に変換するための制御光を発生する制御光発生装置と、前記入力された光信号と制御光とを受け、該入力された光信号を該制御光の波長の光信号に変換して出力する光信号増幅3端子装置本体と、該光信号増幅3端子装置本体から出力された光信号を該光信号の波長に応じて分配する光分配器と、該光分配器により分配された記憶用波長の光信号を一時的に記憶する光バッファメモリ素子と、該光バッファメモリ素子から出力された光信号を光信号増幅3端子装置本体へ再び入力させるために、該光信号を前記入力光伝送路へ帰還させる光帰還伝送路と、前記光信号増幅3端子装置本体、光分配器、光バッファメモリ素子、および該光帰還伝送路を繰り返し周回させられる光信号を該光信号増幅3端子装置本体において出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる光信号記憶制御手段とを、含むことを特徴とする光信号記憶装置。

【請求項28】前記周回させられる光信号のゲインの増減を抑制するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号、または前記光信号増幅3端子装置本体に供給される制御光を制御する光信号ゲイン制御手段を、さらに含むものである請求項27の光信号記憶装置。

【請求項29】前記光信号増幅3端子装置本体は、前記光信号をバイアス光の波長に変換して反転させる第1半導体光増幅素子と、該第1半導体光増幅素子により反転させられた光信号を前記制御光の波長に変換して反転させる第2半導体光増幅素子とを備えたものであり、前記光信号ゲイン制御手段は、前記第2半導体光増幅素子からの出力光に含まれるバイアス光のゲインの増減に基づいて光帰還伝送路により帰還させられる光信号を制御するものである請求項28の光信号記憶装置。

【請求項30】前記光信号ゲイン制御手段は、前記バイアス光と該バイアス光とは異なる波長の連続光であるゲイン制御光とを受けて該バイアス光のゲインの増加に伴ってゲインが減少するゲイン制御光を出力する第1ゲイン制御用光増幅素子と、該第1ゲイン制御用光増幅素子からの出力光と前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号とを受けて該ゲイン制御光の減少に伴ってゲインが増加する光信号を出力する第2ゲイン制御用光増幅素子とを含むものである請求項28または29の光信号記憶装置。

【請求項31】前記第1ゲイン制御用光増幅素子および/または第2ゲイン制御用光増幅素子は、希土類元素が添加された光ファイバ増幅素子または光導波路増幅素子から構成されたものである請求項30の光信号記憶装置。

【請求項32】前記光信号ゲイン制御手段は、前記周回させられる光信号のゲインを一定に維持するように、前記光帰還伝送路により帰還させられる光信号のゲインの増減に基づいて、前記光信号増幅3端子装置本体に供給される制御光のゲインを制御する光学的演算制御装置を含むものである請求項28の光信号記憶装置。

【請求項33】前記制御光発生装置を制御するための電子制御装置と、前記光分波器により分岐された光信号を電気信号に変換して前記電子制御装置へ供給する光電信号変換器と、該光分波器よりも下流側に設けられ、該光分波器を通過して前記光信号増幅3端子装置本体に入力させる光信号を遅延させる光遅延素子とを備え、前記電子制御装置は、外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させるものである請求項27乃至30のいずれかの光信号記憶装置。

【請求項34】外部から供給されるか或いは前記光信号に含まれる記憶信号出力情報が示す出力時期に応答して、前記光信号を出力用波長に変換するための制御光を前記制御光発生装置から発生させる全光学的演算制御装置を備えたものである請求項27乃至32のいずれかの光信号記憶装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • Japan Science And Technology Corporation
  • Maeda, Yoshinobu
  • Inventor
  • Maeda, Yoshinobu
IPC(International Patent Classification)
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