JP2001059982A - 光の位相変調方法及びこれを実施する光の位相変調装置、光路切替方法及びこれを実施する光路切替装置、並びに光の波長変換方法及びこれを実施する光の波長変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率よく位相を変調する。コンパクトにす
る。 【解決手段】 波長λ１の被制御光の伝送路１に被制御
光を反射するチャープドグレーティング２を接続し、チ
ャープドグレーティング２に波長λ２の制御光を通過さ
せることで光カー効果により誘起される屈折率変化によ
って被制御光の反射位置をＡからＢに変化させて伝送路
１の伝搬時間を変化させ被制御光の位相を変調する。ま
た、これを利用して光路切替、光の波長変換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の位相変調方法
及びこれを実施する光の位相変調装置、光路切替方法及
びこれを実施する光路切替装置、並びに光の波長変換方
法及びこれを実施する光の波長変換装置に関する。更に
詳述すると、本発明は、伝送路の伝搬時間を変化させて
位相変調を行う光の位相変調方法及びこれを実施する光
の位相変調装置と、同一波長の光を伝える２光路に伝搬
時間を生じさせて干渉による出力光路を切り替える光路
切替方法及びこれを実施する光路切替装置と、この出力
光路を切り替える制御光の波長から所定の出力光路への
出力光の波長に変換する光の波長変換方法及び波長変換
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信などで用いられている光ファイバ
の屈折率は、光ファイバ内部を通過する光の強度依存性
を持っている。屈折率の変化分が光強度に比例する現象
は、３次の非線形光学現象の一つである光カー効果とし
て知られており、光信号の位相変調を生じる原因となっ
ている。光ファイバの実効的な屈折率ｎ_ｅｆｆは、光が
通過していないときの屈折率をｎ_０、通過する光の強度
をＩとすると、ｎ_ｅｆｆ＝ｎ_０＋ｎ_２Ｉと表すことがで
きる。ここでｎ_２は屈折率変化分の比例定数であり、非
線形屈折率と呼ばれる。即ち、光ファイバに光が入射す
ると光カー効果によって光ファイバの屈折率が変化する
ので、これを利用することにより伝送路の伝搬時間を変
えて位相を変調することができ、また、一対の伝送路を
伝搬する同一波長の２光波に位相差を与えて干渉により
出力光路を切り替えたり、波長変換を行ったりすること
ができる。

【０００３】図６に、光ファイバと３ｄＢ光カプラで構
成された干渉計の一例としてマッハ・ツェンダー干渉計
を示す。第１のパス１０５の途中には光波長合分波器１
０７が配置されており、外部から制御光を入射できるよ
うになっている。光波長合分波器１０７は、異なる伝送
路を伝搬する互いに異なる波長の光を単一の伝送路に合
波したり、逆に単一の伝送路を伝搬する複数の波長の光
を波長ごとに異なる伝送路に分波する光学素子である。
第１のポート１０１から入射された波長λ１の光波は第
１の３ｄＢ光カプラ１０８によって等強度、位相差９０
度の２光波に分けられ、第１のパス１０５と第２のパス
１０６を伝搬する。このとき第１のパス１０５と第２の
パス１０６の伝搬時間が等しく、かつ第４のポート１０
４から別の光波（制御光）が入射されない場合は、第１
のパス１０５と第２のパス１０６を伝搬した２光波は第
２の３ｄＢ光カプラ１０９上で合成され、２光波間には
πの位相差があるため、干渉の結果、第３のポート１０
３から出力される。このとき第２のポート１０２からは
何も出力されない。一方、第４のポート１０４から波長
λ２の制御光が入射されると、光カー効果によって第１
のパス１０５中の屈折率が変化するため、第１のパス１
０５の伝搬時間が変化することになる。従って２光波間
にはこの効果による相対的な位相差が生じ、第２の３ｄ
Ｂ光カプラ１０９上でその差がπになると第１のポート
１０１から入射した光波は全て第２のポート１０２に出
力され、第３のポート１０３には何も出力されなくな
る。なお、波長λ２の制御光は第２のポート１０２並び
に第３のポート１０３双方に出力されるが、波長フィル
タによってこの波長だけを減衰させることができる。

【０００４】つまり、第１のポート１０１から入射され
る光波が強度変調された光パルス信号列である場合、第
４のポート１０４からそれらと時間的に同期させた制御
光パルスを入射することで、信号光パルス列から任意の
光パルスを第２のポート１０２へ導くことが可能であ
り、光制御型の光路切替スイッチングが実現できる。

【０００５】また、第１のポート１０１へは連続光（波
長λ１）を入射し、第４のポート１０４からは光パルス
（波長λ２）を入射すると、第２のポート１０２には波
長λ１の光パルスが現れる。従って第４のポート１０４
から入射される波長λ２の光波を任意の情報で強度変調
した光信号パルス列とし、第４のポート１０４と第２の
ポート１０２をみた場合、波長λ２からλ１への光情報
の波長変換が行われる。

【０００６】上記の光路切替スイッチング、波長変換機
能は他の干渉計でも実現できる。図７はマイケルソン干
渉計であり、第１のポート１０１から入射された波長λ
１の光波は、第１のパス１０５と第２のパス１０６の伝
搬時間が等しく、かつ第３のポート１０３からの入射光
がなければミラー１１１，１１２に反射された後、３ｄ
Ｂ光カプラ１１０上で干渉して第２のポート１０２のみ
の出力となる。一方、第３のポート１０３から波長λ２
の光が入射した場合には第１のパス１０５の屈折率が変
化するので、第１のパス１０５を伝搬する光波と第２の
パス１０６を伝搬する光波の間の位相差が変化する。こ
れにより３ｄＢ光カプラ１１０上での位相がπずれる
と、波長λ１の光波は干渉により第１のポート１０１の
みの出力となる。即ち、第３のポート１０３から波長λ
２の制御光を入射することで、ミラー１１１，１１２に
よって反射された波長λ１の被制御光の出力光路が第２
のポート１０２から第１のポート１０１に切り替わると
共に、第３のポート１０３と第１のポート１０１とを見
た場合には、波長λ２からλ１への波長変換が行われる
ことになる。

【０００７】また、図８のようなサニャック干渉計でも
同様の現象が生じる。ただしこの場合には第１のポート
１０１からの入射光は、第３のポート１０３からの入射
光がないときに第１のポート１０１に反射され、第３の
ポート１０３からの入射光があり、光カプラ１１０上で
パス１１３，１１４を伝搬した２光波間の伝搬時間の違
いによる位相ずれがπとなるときは第２のポート１０２
に出力される。サニャック干渉計ではパス１１３，１１
４の違いが光ファイバループの回転方向の違いに対応し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような一本の光ファイバ中に制御光と被制御光の２光波
を同時に伝搬させて被制御光の遅延位相差を生じさせる
方法では、以下の２つの問題がある。

【０００９】第１には、石英ガラス光ファイバの非線形
屈折率ｎ_２は、通常のシングルモードファイバでｎ_２＝
２．２〜２．９×１０^−２０ｍ^２／Ｗ、分散シフトファ
イバでｎ_２＝２．３〜３．３×１０^−２０ｍ^２／Ｗ程度
であり、非常に小さい。従って光ファイバ伝送路中で光
カー効果により被制御光が受ける屈折率変化はごくわず
かであり、スイッチングまたは波長変換に十分な位相変
化を得るには非常に高強度の制御光を用いるか、又はフ
ァイバ中を長距離伝搬させる必要がある。例えば５Ｗの
制御光強度で、波長１．５５μｍの光の位相をπだけ変
化させようとすると、モードフィールド径１０μｍのシ
ングルモードファイバで５００ｍ程の長さが必要であ
る。従ってそれだけの長距離ファイバを収容するスペー
スが必要であり、このような光スイッチングシステム、
波長変換システムは大きなものにならざるを得ない。

【００１０】第２には、光ファイバの屈折率には波長の
依存性（波長分散）が存在し、波長の異なる２光波はフ
ァイバ中の伝搬速度が異なる。そのため、ファイバのあ
る地点で同時刻に入射された波長の異なる２つの光パル
スは、ファイバ中を伝搬するにつれて距離的に離れてい
くことになり、被制御光が感じる制御光の光強度による
屈折率変化は小さくなっていく。すなわち、上述のファ
イバ中の長距離の伝搬は原理的に困難となる。従って制
御光と被制御光の波長間隔が拡がるにつれてスイッチン
グ効率または波長変換効率の低下が生じることになる。
この場合、これを回避するために分散特性の逆転した短
尺ファイバを交互につなぎ合わせて、平均的に２光波の
伝搬速度を一致させる方法もあるが、これでは接続損
失、製造コストの増大等を引き起こすことになる。ま
た、ＬｉＮｂＯ_３結晶や半導体を用い、電気光学効果を
利用して光ファイバ中の光カー効果よりも大きな屈折率
変化を生じさせ、光の位相変調を行う方法もあるが、こ
れらの材料は光ファイバと元々の屈折率や構造が異なる
ためにファイバとの接続性が良くないという欠点があ
る。

【００１１】本発明は、小型化が可能で実用化に適した
光の位相変調方法及びこれを実施する光の位相変調装置
を提供すると共に、これらを利用することで小型化が可
能で実用化に適した光路切替方法及びこれを実施する光
路切替装置と光の波長変換方法及びこれを実施する波長
変換装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項１記載の光の位相変調方法は、被制御光の伝
送路に被制御光を反射するチャープドグレーティングを
接続し、当該チャープドグレーティングに制御光を通過
させることで光カー効果により誘起される屈折率変化に
よって被制御光の反射位置を変化させて伝送路の伝搬時
間を変化させ被制御光の位相を変調するようにしてい
る。

【００１３】チャープドグレーティングに光が入射した
場合の反射位置は、その波長とグレーティングピッチ及
び屈折率によって決まり、他の高強度光による光カー効
果によって誘起される屈折率変化に応じて反射位置を変
化させることができる。この反射位置の変化による伝搬
時間の変化は、通常の石英ガラス光ファイバに等強度の
光が入射した場合の光カー効果による屈折率変化に起因
した伝搬速度変化による伝搬時間の変化よりも大きい。
したがって、チャープドグレーティングを用いることで
伝搬時間を大きく変化させることができる。即ち、伝送
路に接続されたチャープドグレーティングに制御光を通
過させることで伝送路を伝わる被制御光の伝搬時間が大
きく変化し、この変化分に対応して被制御光の位相が変
調される。

【００１４】また、請求項２記載の光の位相変調装置
は、被制御光の伝送路と、該伝送路に接続され、制御光
の通過による光カー効果によって誘起される屈折率変化
により被制御光の反射位置が変化するチャープドグレー
ティングと、該チャープドグレーティングに制御光を入
力する制御光源を備え、制御光の入力操作により反射位
置を変化させて伝送路の伝搬時間を変化させ被制御光の
位相を変調するようにしている。したがって、請求項１
記載の光の位相変調方法の実施に適した装置が提供され
る。

【００１５】また、請求項３記載の発明は、同一波長の
光を第１の伝送路と第２の伝送路を通じて光カプラに伝
え、第１の伝送路を伝わる第１の光と第２の伝送路を伝
わる第２の光の位相差を変化させて干渉により光カプラ
からの出力光路を切り替える光路切替方法において、第
１の伝送路に光を反射するチャープドグレーティングを
接続し、該チャープドグレーティングに制御光を通過さ
せることで光カー効果により誘起される屈折率変化によ
って第１の光の反射位置を変化させて第１の伝送路の伝
搬時間を変化させ、これにより第１の光の位相を変調し
て第２の光との位相差を変化させるようにしている。

【００１６】第１の伝送路と第２の伝送路を通って光カ
プラに伝えられた同一波長の光は干渉し、その位相差に
応じた出力光路に出力される。第１の伝送路にはチャー
プドグレーティングが接続されており、このチャープド
グレーティングに制御光を通過させることで第１の伝送
路のみの伝搬時間が変化する。したがって、チャープド
グレーティングに制御光を通過させることで第１の伝送
路を伝わる光と第２の伝送路を伝わる光の位相差が変化
し、干渉による減衰と増幅の関係を逆転させることで光
カプラからの出力光路を切り替えることができる。即
ち、制御光のオンオフで出力光路が切り替わる。

【００１７】また、請求項４記載の光路切替装置は、同
一波長の光を第１及び第２の伝送路と、これら第１及び
第２の伝送路によって伝えられた同一波長の光を干渉さ
せて位相差に応じた出力光路から出力させる光カプラ
と、第１の伝送路に接続され、制御光の通過による光カ
ー効果によって誘起される屈折率変化により光の反射位
置が変化するチャープドグレーティングと、該チャープ
ドグレーティングに制御光を入力する制御光源を備え、
制御光の供給操作によって反射位置を変化させて第１の
伝送路の伝搬時間を変化させ、これにより第１及び第２
の伝送路を伝わる光の位相差を変化させて光カプラの出
力光路を切り替えるようにしている。したがって、請求
項３記載の光路切替方法の実施に適した光路切替装置が
提供される。ここで、第１及び第２の伝送路を伝送され
る同一波長の光は、光伝送路を伝送される光を光分波器
を介して分岐させたものであることが好ましい。この場
合、光路切替装置が公知の光分波器例えば光カプラなど
を介在させるだけで容易に実現できる。

【００１８】さらに、請求項６記載の光の波長変換方法
は、第１の伝送路と第２の伝送路を通じて光カプラに伝
えた第１の波長の光を干渉させて位相差に応じた出力光
路から出力すると共に、第１の伝送路にチャープドグレ
ーティングを接続し、当該チャープドグレーティングに
第２の波長の光を入力することで光カー効果により誘起
される屈折率変化によって第１の伝送路を伝わる第１の
波長の光の反射位置を変化させて第１の伝送路の伝搬時
間を変化させ、これにより第１の伝送路を伝わる光の位
相を変調して第２の伝送路を伝わる光との位相差を変化
させて光カプラからの出力光路を切り替え可能にし、第
２の波長の光をチャープドグレーティングに入力した場
合に所定の出力光路から第１の波長の光を出力させるよ
うにしている。

【００１９】第１の伝送路と第２の伝送路を通って光カ
プラに伝えられた第１の波長（λ１）の光は干渉し、そ
の位相差に応じた出力光路に出力される。第１の伝送路
にはチャープドグレーティングが接続されており、この
チャープドグレーティングに第２の波長（λ２）の光を
通過させることで第１の伝送路のみの伝搬時間が変化す
る。したがって、チャープドグレーティングにλ２の光
を通過させることで第１の伝送路を伝わるλ１の光と第
２の伝送路を伝わるλ１の光の位相差が変化し、干渉に
よる減衰と増幅の関係を逆転させることで光カプラから
の出力光路を切り替えることができる。この場合、λ２
の光とこのλ２の光をチャープドグレーティングに入力
した場合の出力光路から出力されるλ１の光とに注目す
ると、λ２の光の入力によってλ１の光が出力されるこ
とになる。即ち、入力した光の波長がλ２からλ１に変
換されて出力される。

【００２０】また、請求項７記載の光の波長変換装置
は、第１の波長の光を伝える第１及び第２の伝送路と、
これら第１及び第２の伝送路によって伝えられた第１の
波長の光を干渉させて位相差に応じた出力光路から出力
する光カプラと、第１の伝送路に接続され、第２の波長
の光の通過による光カー効果によって誘起される屈折率
変化により第１の波長の光の反射位置を変化させるチャ
ープドグレーティングと、該チャープドグレーティング
に第２の波長の光を入力する入力光源を備え、第２の波
長の光をチャープドグレーティングに入力すると、反射
位置が変化して第１の伝送路の伝搬時間が変化し、これ
により第１及び第２の伝送路を伝わる第１の波長の光の
位相差が変化して所定の出力光路から第１の波長の光を
出力するようにしている。したがって、請求項６記載の
光の波長変換方法の実施に適した光の波長変換装置が提
供される。ここで、第１及び第２の伝送路を伝送される
同一波長の光は、光伝送路を伝送される光を光分波器を
介して分岐させたものであることが好ましい。この場
合、波長変換装置が公知の光分波器例えば光カプラなど
を介在させるだけで容易に実現できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
最良の形態に基づいて詳細に説明する。

【００２２】図１に本発明を適用した位相変換装置の実
施形態の一例を示す。この位相変換装置は、被制御光の
伝送路１と、伝送路１に接続され、制御光の通過による
光カー効果によって誘起される屈折率変化により被制御
光の反射位置が変化するチャープドグレーティング２
と、チャープドグレーティング２に制御光を入力する制
御光源３を備え、制御光の入力操作により反射位置を変
化させて伝送路１の伝搬時間を変化させ被制御光の位相
を変調するものである。

【００２３】チャープドグレーティング（ＣＦＧ）２
は、図２に詳しく示すように光伝送路の長手方向に形成
された屈折率格子の周期が徐々に変化しているものであ
り、ＧｅやＢを添加した光ファイバに紫外光を照射して
発生する屈折率変化を利用して作製されるものが多い。
チャープドグレーティング２への入射光はその波長とグ
レーティングピッチ及び屈折率によって反射位置が決ま
り、波長の違いによって反射の遅延時間差が生じる。よ
り詳細には、チャープドグレーティング内を伝搬する光
の半波長分の長さ（＝λ／２ｎ_ｅｆｆ）がチャープドグ
レーティングのグレーティングピッチに一致したところ
で反射する。なお、図２中、斜線部分は高屈折率部であ
り、斜線部分の間の部分は低屈折率部である。

【００２４】ここで、チャープドグレーティング２中の
光カー効果による反射位置変化に起因した遅延位相変化
を定量的に説明する。分散補償関数が１次の場合、波長
差△λと遅延時間差△ｔの関係は△ｔ＝γ△λとなる。
ここでγはチャープドグレーティング２の分散補償量で
ある。

【００２５】チャープドグレーティング２上のある位置
ＺにおけるグレーティングピッチをΛとすると、位置Ｚ
における反射波長λはλ＝２ｎ_ｅｆｆΛとなる。ここで
チャープドグレーティング２に屈折率変化△ｎ_ｅｆｆが
生じると、グレーティングピッチΛは変わることができ
ないため、位置Ｚにおける反射波長の変化が生じること
となり、その変化量は△λ＝２△ｎ_ｅｆｆΛとなる。こ
れらのことから、以下の式が得られる。

【００２６】

【数１】Δｎ_ｅｆｆ／ｎ_ｅｆｆ＝Δλ／λ＝Δｔ／（λ
γ）＝Δφ／（２πγｃ） ここで、△φは位相変化、ｃは光速である。

【００２７】一例として、波長λ＝１５５０ｎｍ、チャ
ープドグレーティング２の分散補償量γ＝１０００ｐｓ
／ｎｍとした場合には、λの半波長分の遅延時間差△ｔ
＝２．６ｆｓ（位相差にしてπ）を得るための屈折率変
化△ｎ_ｅｆｆは、ｎ_ｅｆｆ＝１．４５とすると△ｎ
_ｅｆｆ＝２．４×１０^−９である。石英ガラスシングル
モードファイバの非線形屈折率ｎ_２＝２．２〜２．９×
１０^−２０ｍ^２／Ｗと１０μｍ程度のモードフィールド
径を考慮すると、制御光の光強度は数Ｗ程度となる。

【００２８】チャープドグレーティング２は、伝送路１
の途中に設けられた３端子の光サーキュレータ４に接続
されている。したがって、伝送路１の第１のポート５か
らチャープドグレーティング２の反射帯域内の波長λ１
の光が入射すると、この波長λ１の光は光サーキュレー
タ４からチャープドグレーティング２に入射し、第１の
反射位置Ａで反射して再び光サーキュレータ４に入射し
た後、伝送路１の第２のポート６に向かって進む。

【００２９】制御光源３は、第３のポート７からチャー
プドグレーティング２の反射帯域外の波長λ２の光をチ
ャープドグレーティング２に入力するものであり、例え
ばレーザ光線源である。この制御光源３から出射された
波長λ２の光はチャープドグレーティング２を通過して
光サーキュレータ４に入射し、伝送路１の第２のポート
６に向かって進む。チャープドグレーティング２中を波
長λ２の光が通過すると、チャープドグレーティング２
の屈折率が変化し、波長λ１の光の反射位置が第１の反
射位置Ａから第２の反射位置Ｂに変化する。これは、伝
送路（チャープドグレーティング２）の屈折率が高くな
るとそこを伝搬する光の見かけの波長が短くなることで
説明できる。したがって、第１の反射位置Ａから第２の
反射位置Ｂまでの距離Ｌの２倍に相当する距離２Ｌだけ
伝送路１の距離が変化することになり、この距離２Ｌに
相当する分だけ伝送路１の伝搬時間が変化し、波長λ１
の光の位相がこの伝搬時間の変化に対応して変調され
る。

【００３０】即ち、チャープドグレーティング２によっ
て反射される反射帯域内の波長λ１の光を被制御光、チ
ャープドグレーティング２を通過する反射帯域外の波長
λ２の光を制御光とすると、上述の光の位相変調装置で
実施される位相変調方法は、被制御光の伝送路１に被制
御光を反射するチャープドグレーティング２を接続し、
当該チャープドグレーティング２に制御光を通過させる
ことで光カー効果により誘起される屈折率変化によって
被制御光の反射位置をＡからＢに変化させて伝送路１の
伝搬時間を変化させ被制御光の位相を変調するものであ
る。

【００３１】図３に、本発明を適用した光路切替装置と
光の波長変換装置をマッハ・ツェンダー干渉計とした場
合の例を示す。このマッハ・ツェンダー干渉計では、第
１のパス（第１の伝送路）９上で光波の遅延位相変化を
生じさせるためにチャープドグレーティング２と光サー
キュレータ４を配置し、外部からの制御光を入射できる
ように構成している。即ち、従来のマッハ・ツェンダー
干渉計では、第１のパス９上で光波の遅延位相変化を生
じさせるために長距離のファイバを用いていたが、図３
のマッハ・ツェンダー干渉計では第１のパス９に図１の
位相変調装置を用いている。

【００３２】第１のポート５から入射された波長λ１の
光波は、第１の３ｄＢ光カプラ１１によって第１のパス
９と第２のパス（第２の伝送路）１０にほぼ同じ強度に
等分される。即ち、本実施形態では、第１の３ｄＢ光カ
プラ１１が光伝送路を伝送される同一波長の光を第１及
び第２のパス９，１０に分岐させる光分波器である。第
１のパス９を伝搬する光波は光サーキュレータ４から一
旦チャープドグレーティング２内に入り、波長λ１で決
まる第１の反射位置Ａで反射されて光サーキュレータ４
から第２の３ｄＢ光カプラ１２に向かう。一方、第２の
パス１０には、第１のパス９と等しい伝搬時間を実現す
るために光遅延器１３が挿入されている。即ち、第１の
パス９において、光サーキュレータ４→チャープドグレ
ーティング２の第１の反射位置Ａ→光サーキュレータ４
までの伝搬時間に等しい伝搬時間を作り出す光遅延器１
３が第２のパス１０の途中に挿入されている。ただし、
現実には第１のパス９と第２のパス１０との間で伝搬時
間を完全に同一にすることは困難であるので、これらの
差をコヒーレンス長以下としている。

【００３３】この光遅延器１３によって第２のパス１０
の伝搬時間を調整することで、第２の３ｄＢ光カプラ１
２での２光波の合成の結果、出力を第３のポート７のみ
とすることができる。即ち、第１のポート５から入射し
た波長λ１の光は第１の３ｄＢ光カプラ１１によって分
岐される際、第１のパス９への分光と第２のパス１０へ
の分光との間に９０度の位相差を生じる。また、第１の
パス９からの分光と第２のパス１０からの分光が第２の
３ｄＢ光カプラ１２を通過する際、第２のポート６への
分光と第３のポート７への分光との間に更に９０度の位
相差を生じさせる。したがって、第２のポート６では、
第１のパス９からの分光と第２のパス１０からの分光の
位相差が１８０度（π）となり、これら２光は干渉によ
り減衰されて第２のポート６からの出力は無くなる。一
方、第３のポート７では、第１のパス９からの分光と第
２のパス１０からの分光の位相差が無くなり、これら２
光は干渉により増幅されて第３のポート７から出力され
る。つまり、第３のポート７のみから波長λ１の被制御
光が出力される。

【００３４】次に第４のポート８から波長λ２の制御光
が、第１のポート５からの波長λ１の被制御光と時間的
に同期して入射された場合を考える。この場合には、チ
ャープドグレーティング２内で生じる光カー効果による
屈折率変化が波長λ１の被制御光に対する反射位置を第
２の反射位置Ｂに変化させるので、第１の反射位置Ａか
ら第２の反射位置Ｂまでの距離Ｌの２倍の距離２Ｌに相
当する分だけ第１のパス９の伝搬時間が増加したことに
なり、第１のパス９を伝わる光と第２のパス１０を伝わ
る光の間で位相差が生じる。したがって、第１のパス９
を伝わる光と第２のパス１０を伝わる光の間で、光カプ
ラ１１で発生する位相差９０度に加えてさらに１８０度
の位相差を生じるように波長λ２の制御光の強度を調整
することで、第２のポート６に出力される２光の位相差
と第３のポート７に出力される２光の位相差が上述の場
合とは１８０度ずれることになり、第２のポート６に出
力される２光は干渉により増幅され、一方、第３のポー
ト７に出力される２光は干渉により減衰される。つま
り、第２のポート６のみから波長λ１の信号光が出力さ
れる。

【００３５】この様に、第４のポート８から波長λ２の
制御光を入力していない状態では波長λ１の被制御光は
第３のポート７から出力され、第４のポート８から波長
λ２の制御光を適当な強度で入力している状態では波長
λ１の被制御光は第２のポート６から出力されるので、
制御光の入力をオンオフ操作することで３ｄＢ光カプラ
１２からの出力光路を切り替えるスイッチング動作が実
現される。

【００３６】即ち、本発明の光路切替方法は、同一波長
λ１の光を第１のパス９と第２のパス１０を通じて３ｄ
Ｂ光カプラ１２に伝え、第１のパス９を伝わる第１の光
と第２のパス１０を伝わる第２の光の位相差を変化させ
て干渉により３ｄＢ光カプラ１２からの出力光路を切り
替える光路切替方法において、第１のパス９に光を反射
するチャープドグレーティング２を接続し、チャープド
グレーティング２に波長λ２の制御光を通過させること
で光カー効果により誘起される屈折率変化によって第１
の光の反射位置をＡからＢに変化させて第１のパス９の
伝搬時間を変化させ、これにより第１の光の位相を変調
して第２の光との位相差を変化させるものである。

【００３７】この場合、図３のマッハ・ツェンダー干渉
計は、同一波長λ１の光を伝える第１及び第２のパス
９，１０と、これら第１及び第２のパス９，１０によっ
て伝えられた同一波長λ１の光を干渉させて位相差に応
じた出力光路から出力させる３ｄＢ光カプラ１２と、第
１のパス９に接続され、波長λ２の制御光の通過による
光カー効果によって誘起される屈折率変化により光の反
射位置がＡからＢに変化するチャープドグレーティング
２と、チャープドグレーティング２に波長λ２の制御光
を入力する制御光源３を備え、制御光の供給操作によっ
て反射位置Ａ，Ｂを変化させて第１のパス９の伝搬時間
を変化させ、これにより第１及び第２のパス９，１０を
伝わる光の位相差を変化させて３ｄＢ光カプラ１２の出
力光路を切り替える光路切替装置である。

【００３８】なお、第２のポート６から出力される２光
の位相差と第３のポート７から出力される２光の位相差
を上述の場合に対して１８０度変化させることで、上述
の場合と逆のスイッチング動作を実現することができ
る。

【００３９】また、第４のポート８と第２のポート６に
ついて注目すると、波長λ２からλ１への波長変換が行
われている。つまり、第１のポート５から波長λ１の連
続光を入射すると共に、任意の情報で強度変調された制
御信号光として第４のポート８から波長λ２の高強度パ
ルス光を入力することで、波長λ２の光の入力に対して
波長λ１の光の出力を得ることができる。

【００４０】即ち、本発明の光の波長変換方法は、第１
のパス９と第２のパス１０を通じて３ｄＢ光カプラ１２
に伝えた第１の波長λ１の光を干渉させて位相差に応じ
た出力光路から出力すると共に、第１のパス９にチャー
プドグレーティング２を接続し、チャープドグレーティ
ング２に第２の波長λ２の光を入力することで光カー効
果により誘起される屈折率変化によって第１のパス９を
伝わる第１の波長λ１の光の反射位置をＡからＢに変化
させて第１のパス９の伝搬時間を変化させ、これにより
第１のパス９を伝わる光の位相を変調して第２のパス１
０を伝わる光との位相差を変化させて３ｄＢ光カプラ１
２からの出力光路を切り替え可能にし、第２の波長λ２
の光をチャープドグレーティング２に入力した場合に所
定の出力光路、図３の場合には第２のポート６から第１
の波長λ１の光を出力させるものである。

【００４１】この場合、図３のマッハ・ツェンダー干渉
計は、第１の波長λ１の光を伝える第１及び第２のパス
９，１０と、これら第１及び第２のパス９，１０によっ
て伝えられた第１の波長λ１の光を干渉させて位相差に
応じた出力光路から出力する３ｄＢ光カプラ１２と、第
１のパス９に接続され、第２の波長λ２の光の通過によ
る光カー効果によって誘起される屈折率変化により第１
の波長λ１の光の反射位置をＡからＢに変化させるチャ
ープドグレーティング２と、チャープドグレーティング
２に第２の波長λ２の光を入力する入力光源（制御光源
３）を備え、第２の波長λ２の光をチャープドグレーテ
ィング２に入力すると、反射位置がＡからＢに変化して
第１のパス９の伝搬時間が変化し、これにより第１及び
第２のパス９，１０を伝わる第１の波長λ１の光の位相
差が変化して所定の出力光路、図３の場合には第２のポ
ート６から第１の波長λ１の光を出力する光の波長変換
装置である。なお、第２の波長λ２の光が入力された瞬
間に第１の波長λ１の光が存在していれば、第１の波長
λ１の光は連続光である必要はなくパルス光であっても
良く、また第２の波長λ２の光は高強度パルス光である
必要はなく高強度連続光であっても良い。

【００４２】この様に、チャープドグレーティング２を
用いて光の位相変調、光路切替、光の波長変換を行う場
合には、使用する波長の制約は、λ１がチャープドグレ
ーティング２の反射帯域内、λ２がチャープドグレーテ
ィング２の反射帯域外であるということだけであり、ま
た、λ２の制御光はチャープドグレーティング２の屈折
率を変化させることができる程度に高強度であれば良
く、これまで問題であった制御光と被制御光間の波長差
に起因した伝搬速度の相違によるスイッチングまたは波
長変換効率の低下が解消される。またチャープドグレー
ティング２は非常にコンパクトであり、スイッチングに
十分な位相変化を得るために長距離のファイバを必要と
せず、システム全体の収納スペースを削減することがで
きる。またチャープドグレーティング２を用いているの
で、光の位相変調、光路切替（スイッチング）、波長変
換を効率よく行うことができ、かつ簡易な光学系でこれ
らを実現することが出来る。さらに上述の伝送路は特に
光ファイバに限るものではなく、いかなる光導波路、空
間伝搬によっても代替可能である。

【００４３】なお、上述の形態は本発明の好適な形態の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本発明の光路切替装置と光の波長変換装置
をマッハ・ツェンダー干渉計に適用した場合について説
明したが、図４に示すようにマイケルソン干渉計に適用
しても良い。即ち、図３のマッハ・ツェンダー干渉計と
同様の原理で、第３のポート７からの入射光がなけれ
ば、第１のポート５から入射された波長λ１の光は第２
のポート６に出力されるが、第３のポート７からの入射
光がある場合には波長λ１の光は第１のポート５に出力
され、光路を切り替えるスイッチング動作が行われる。
また、第３のポート７と第１のポート５について注目す
ると、第３のポート７に入力された波長λ２の光が波長
λ１に変換されて第１のポート５から出力される。この
場合には、チャープドグレーティング２とミラー１４を
使用することで、１つの３ｄＢ光カプラ１５を図３の２
つの３ｄＢ光カプラ１１，１２として機能させることが
できる。

【００４４】また、図５に示すように、図４の第２のパ
ス１０を伝搬する光波を反射させるミラー１４の代わり
に光遅延器１３をチャープドグレーティング２に接続
し、ループ状に構成しても良い。第３のポート７から制
御光の入射がない場合には、波長λ１の被制御光は第１
のパス９と第２のパス１０を伝搬し、チャープドグレー
ティング２中の第１の反射位置Ａで互いに逆方向に反射
される。そして、第３のポート７から制御光が入射され
ると反射位置は第２の反射位置Ｂに変化し、第１のパス
９と第２のパス１０の伝搬時間が変化する。この場合、
反射位置の変化は第１のパス９と第２のパス１０の双方
に効果を生じるため、位相差に与える影響は図３や図４
の場合の２倍になる。したがって、ある位相差を得るた
めに必要な制御光の強度は図３や図４の場合の１／２で
良い。第１の反射位置Ａと第２の反射位置Ｂの間の距離
Ｌは、図３や図４の場合の１／２に設定する。この図５
の構成でも、第３のポート７からの制御光の操作によっ
て３ｄＢ光カプラ１５からの出力光路を第１のポート５
と第２のポート６との間で切り替えることができ、ま
た、第３のポート７に入力した波長λ２の光を第１のポ
ート５からの波長λ１の出力光に波長変換することが出
来る。なお、図５の符号１６は光波長合分波器であり、
３ｄＢ光カプラ１５からの光と第３のポート７からの光
をチャープドグレーティング２に向けて出射するが、チ
ャープドグレーティング２で反射された波長λ１の光は
３ｄＢ光カプラ１５にのみ向けて出射する。

【００４５】また、光カプラとして３ｄＢ光カプラ１
１，１２，１５を使用しているが、これに特に限られ
ず、第１パス９と第２パス１０に分波される光の強度が
異なる光カプラであっても良い。

【００４６】また、第１のパス９と第２のパス１０に同
一波長λ１の光を入射させる手段として３ｄＢ光カプラ
１１，１５を使用しているが、ファイバ型光カプラの使
用に限るものではなく、ハーフミラー等の分光手段によ
って分光するようにしても良い。さらに２台の光源間の
位相制御が可能な場合には、第１のパス９と第２のパス
１０に別々の光源から波長λ１の光を入射させるように
しても良い。この場合には、第１のパス９と第２のパス
１０の伝搬時間が同一でなくても、波長λ１の整数倍に
相当する伝搬時間の相違であれば上述と同様の光路切替
や波長変換を行うことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の光の
位相変調方法では、被制御光の伝送路に被制御光を反射
するチャープドグレーティングを接続し、当該チャープ
ドグレーティングに制御光を通過させることで光カー効
果により誘起される屈折率変化によって被制御光の反射
位置を変化させて伝送路の伝搬時間を変化させ被制御光
の位相を変調するので、光ファイバの光カー効果による
伝搬速度変化を利用した場合に比べて大きく伝搬時間を
変化させることができる。このため、効率よく位相を変
調することができる。また、チャープドグレーティング
は非常にコンパクトであるため、位相変調に必要なスペ
ースを小さくすることが出来る。

【００４８】また、請求項２記載の光の位相変調装置に
よると、光伝送路にチャープドグレーティングを介在さ
せ、該チャープドグレーティングに制御光を入力するこ
とで反射位置を変化させて伝送路の伝搬時間を変化させ
被制御光の位相を変調するようにしたので、効率よく位
相を変調することができ、装置を実用的なものにするこ
とが出来る。また、チャープドグレーティングは非常に
コンパクトであり、装置を小型化することが出来る。

【００４９】また、請求項３記載の光路切替方法による
と、第１の伝送路に光を反射するチャープドグレーティ
ングを接続し、該チャープドグレーティングに制御光を
通過させることで光カー効果により誘起される屈折率変
化によって第１の光の反射位置を変化させて第１の伝送
路の伝搬時間を変化させ、これにより第１の光の位相を
変調して第２の光との位相差を変化させるので、効率よ
く位相差を変化させて実用的な光路切替方法を提供する
ことができる。また、チャープドグレーティングは非常
にコンパクトであるため、光路切替に必要なスペースを
小さくすることができる。

【００５０】また、請求項４記載の光路切替装置による
と、同一波長の光を伝える第１及び第２の伝送路と、こ
れら第１及び第２の伝送路によって伝えられた同一波長
の光を干渉させて位相差に応じた出力光路から出力させ
る光カプラと、第１の伝送路に接続され、制御光の通過
による光カー効果によって誘起される屈折率変化により
光の反射位置が変化するチャープドグレーティングと、
該チャープドグレーティングに制御光を入力する制御光
源を備え、制御光の供給操作によって反射位置を変化さ
せて第１の伝送路の伝搬時間を変化させ、これにより第
１及び第２の伝送路を伝わる光の位相差を変化させて光
カプラの出力光路を切り替えるので、効率よく位相差を
変化させて光路切替を行うことができる。このため、装
置を実用的なものにすることができる。また、チャープ
ドグレーティングは非常にコンパクトであり、装置を小
型化することができる。

【００５１】また、請求項５記載の光路切替装置による
と、構成要素の全てを光ファイバーなどの光技術で達成
できるので容易に実施できる。

【００５２】さらに、請求項６記載の光の波長変換方法
によると、第１の伝送路と第２の伝送路を通じて光カプ
ラに伝えた第１の波長の光を干渉させて位相差に応じた
出力光路から出力すると共に、第１の伝送路にチャープ
ドグレーティングを接続し、当該チャープドグレーティ
ングに第２の波長の光を入力することで光カー効果によ
り誘起される屈折率変化によって第１の伝送路を伝わる
第１の波長の光の反射位置を変化させて第１の伝送路の
伝搬時間を変化させ、これにより第１の伝送路を伝わる
光の位相を変調して第２の伝送路を伝わる光との位相差
を変化させて光カプラからの出力光路を切り替え可能に
し、第２の波長の光をチャープドグレーティングに入力
した場合に所定の出力光路から第１の波長の光を出力さ
せるので、効率よく位相差を変化させて実用的な光の波
長変換方法を提供することができる。また、チャープド
グレーティングは非常にコンパクトであるため、波長変
換に必要なスペースを小さくすることができる。

【００５３】また、請求項７記載の光の波長変換装置
は、第１の波長の光を伝える第１及び第２の伝送路と、
これら第１及び第２の伝送路によって伝えられた第１の
波長の光を干渉させて位相差に応じた出力光路から出力
する光カプラと、第１の伝送路に接続され、第２の波長
の光の通過による光カー効果によって誘起される屈折率
変化により第１の波長の光の反射位置を変化させるチャ
ープドグレーティングと、該チャープドグレーティング
に第２の波長の光を入力する入力光源を備え、第２の波
長の光をチャープドグレーティングに入力すると、反射
位置が変化して第１の伝送路の伝搬時間が変化し、これ
により第１及び第２の伝送路を伝わる第１の波長の光の
位相差が変化して所定の出力光路から第１の波長の光を
出力するので、効率よく位相差を変化させて波長変換を
行うことができる。このため、装置を実用的なものにす
ることができる。また、チャープドグレーティングは非
常にコンパクトであり、装置を小型化することができ
る。

【００５４】更に、請求項８記載の光の波長変換装置に
よると、構成要素の全てを光ファイバーなどの光技術で
達成できるので容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光の位相変調装置の実施形態
の一例を示す概略構成図である。

【図２】チャープドグレーティングの概略構成図であ
る。

【図３】本発明を適用した光路切替装置と光の波長変換
装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。

【図４】本発明を適用した光路切替装置と光の波長変換
装置の実施形態の他の例を示す概略構成図である。

【図５】本発明を適用した光路切替装置と光の波長変換
装置の実施形態の更に他の例を示す概略構成図である。

【図６】従来の光路切替装置と光の波長変換装置の概略
構成図である。

【図７】従来の光路切替装置と光の波長変換装置の他の
概略構成図である。

【図８】従来の光路切替装置と光の波長変換装置の更に
他の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 伝送路 ２ チャープドグレーティング ３ 制御光源 ９ 第１のパス（第１の伝送路） １０ 第２のパス（第２の伝送路） １１ 第１の３ｄＢ光カプラ（光分波器） １２，１５ 光カプラ Ａ 第１の反射位置 Ｂ 第２の反射位置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被制御光の伝送路に前記被制御光を反射
   するチャープドグレーティングを接続し、当該チャープ
   ドグレーティングに制御光を通過させることで光カー効
   果により誘起される屈折率変化によって前記被制御光の
   反射位置を変化させて前記伝送路の伝搬時間を変化させ
   前記被制御光の位相を変調することを特徴とする光の位
   相変調方法。
2. 【請求項２】 被制御光の伝送路と、該伝送路に接続さ
   れ、制御光の通過による光カー効果によって誘起される
   屈折率変化により前記被制御光の反射位置が変化するチ
   ャープドグレーティングと、該チャープドグレーティン
   グに制御光を入力する制御光源を備え、前記制御光の入
   力操作により前記反射位置を変化させて前記伝送路の伝
   搬時間を変化させ前記被制御光の位相を変調することを
   特徴とする光の位相変調装置。
3. 【請求項３】 同一波長の光を第１の伝送路と第２の伝
   送路を通じて光カプラに伝え、前記第１の伝送路を伝わ
   る第１の光と前記第２の伝送路を伝わる第２の光の位相
   差を変化させて干渉により前記光カプラからの出力光路
   を切り替える光路切替方法において、前記第１の伝送路
   に光を反射するチャープドグレーティングを接続し、該
   チャープドグレーティングに制御光を通過させることで
   光カー効果により誘起される屈折率変化によって前記第
   １の光の反射位置を変化させて前記第１の伝送路の伝搬
   時間を変化させ、これにより前記第１の光の位相を変調
   して前記第２の光との位相差を変化させることを特徴と
   する光路切替方法。
4. 【請求項４】 同一波長の光を伝える第１及び第２の伝
   送路と、これら第１及び第２の伝送路によって伝えられ
   た同一波長の光を干渉させて位相差に応じた出力光路か
   ら出力させる光カプラと、前記第１の伝送路に接続さ
   れ、制御光の通過による光カー効果によって誘起される
   屈折率変化により前記光の反射位置が変化するチャープ
   ドグレーティングと、該チャープドグレーティングに制
   御光を入力する制御光源を備え、前記制御光の供給操作
   によって前記反射位置を変化させて前記第１の伝送路の
   伝搬時間を変化させ、これにより前記第１及び第２の伝
   送路を伝わる光の位相差を変化させて前記光カプラの出
   力光路を切り替えることを特徴とする光路切替装置。
5. 【請求項５】 前記第１及び第２の伝送路を伝送される
   同一波長の光は、光伝送路を伝送される光を光分波器を
   介して分岐させたものであることを特徴とする請求項４
   記載の光路切替装置。
6. 【請求項６】 第１の伝送路と第２の伝送路を通じて光
   カプラに伝えた第１の波長の光を干渉させて位相差に応
   じた出力光路から出力すると共に、前記第１の伝送路に
   チャープドグレーティングを接続し、当該チャープドグ
   レーティングに第２の波長の光を入力することで光カー
   効果により誘起される屈折率変化によって前記第１の伝
   送路を伝わる第１の波長の光の反射位置を変化させて前
   記第１の伝送路の伝搬時間を変化させ、これにより前記
   第１の伝送路を伝わる光の位相を変調して前記第２の伝
   送路を伝わる光との位相差を変化させて前記光カプラか
   らの出力光路を切り替え可能にし、前記第２の波長の光
   を前記チャープドグレーティングに入力した場合に所定
   の出力光路から第１の波長の光を出力させることを特徴
   とする光の波長変換方法。
7. 【請求項７】 第１の波長の光を伝える第１及び第２の
   伝送路と、これら第１及び第２の伝送路によって伝えら
   れた第１の波長の光を干渉させて位相差に応じた出力光
   路から出力する光カプラと、前記第１の伝送路に接続さ
   れ、第２の波長の光の通過による光カー効果によって誘
   起される屈折率変化により前記第１の波長の光の反射位
   置を変化させるチャープドグレーティングと、該チャー
   プドグレーティングに第２の波長の光を入力する入力光
   源を備え、前記第２の波長の光を前記チャープドグレー
   ティングに入力すると、前記反射位置が変化して前記第
   １の伝送路の伝搬時間が変化し、これにより前記第１及
   び第２の伝送路を伝わる第１の波長の光の位相差が変化
   して所定の出力光路から第１の波長の光を出力すること
   を特徴とする光の波長変換装置。
8. 【請求項８】 前記第１及び第２の伝送路を伝送される
   同一波長の光は、光伝送路を伝送される光を光分波器を
   介して分岐させたものであることを特徴とする請求項７
   記載の光の波長変換装置。