JP2002258334A - Multichannel optical switch - Google Patents

Multichannel optical switch

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JP2002258334A
JP2002258334A JP2001061927A JP2001061927A JP2002258334A JP 2002258334 A JP2002258334 A JP 2002258334A JP 2001061927 A JP2001061927 A JP 2001061927A JP 2001061927 A JP2001061927 A JP 2001061927A JP 2002258334 A JP2002258334 A JP 2002258334A
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JP
Japan
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light
incident
signal light
optical switch
signal
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Pending
Application number
JP2001061927A
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Japanese (ja)
Inventor
Izumi Iwasa
泉 岩佐
Makoto Furuki
真 古木
Yasusato Sato
康郊 佐藤
Taminori Den
民権 田
Ryujun Fu
龍淳 夫
Satoshi Tatsuura
智 辰浦
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a very-fast multichannel optical switch which converts a serial signal light train with a high bit rate of >=1 Tbit/s into spatially separated parallel signal light trains. SOLUTION: A signal light which is made incident at an angle θ1 of incidence is reflected by the surface of a very-fast optical response film 14 and projected from a light projection part 18B of a right-angled prism 10. The optical response film 14 when irradiated with a control light varies in refractive index and absorptivity and then varies in reflection factor to a signal light to function as a fast optical switch. This optical switch can convert a serial signal light train into spatially separated parallel signal light trains by irradiating the optical response film 14 with the control signal when signal lights having a specific beam diameter are made incident from the right-angled prism 10 at specific intervals and beam parts which are different at right angles to the incidence direction in incidence surfaces of the respective incident signal lights are reflected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム等
において光分配装置(光デマルチプレクサ)として使用
可能な多チャンネル光スイッチに関する。
The present invention relates to a multi-channel optical switch that can be used as an optical distribution device (optical demultiplexer) in an optical communication system or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、インターネットを初めとする情報
通信網の発達により、通信幹線に必要とされる容量は飛
躍的に増大しつつある。増大する情報量に対応したTb
it/s(テラビット/秒、Tbps)オーダーの超高
速光通信網を実現するために、1本の光ファイバーでよ
り多くの情報を送信することができる時分割多重化方
式、波長多重化方式等が検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of information communication networks such as the Internet, the capacity required for communication trunks is increasing dramatically. Tb corresponding to increasing information volume
In order to realize an ultra-high-speed optical communication network on the order of it / s (terabit / second, Tbps), a time division multiplexing method, a wavelength multiplexing method, etc., which can transmit more information with one optical fiber, are used. Are being considered.

【0003】時分割多重化方式の光通信システムでは、
送信側において、多チャンネルの信号光を時間的にシリ
アルな信号光に多重化して、1本の光ファイバ伝送路に
送出し、受信側において、その多重化されたシリアル信
号光を多チャンネルの信号光に分配するものであり、こ
のシステムに対応した光多重化(光マルチプレックス)
および光分配(光デマルチプレックス)の方法及び装置
が検討されている。
In an optical communication system of the time division multiplex system,
On the transmitting side, the multi-channel signal light is multiplexed into time-serial signal light and transmitted to one optical fiber transmission line, and on the receiving side, the multiplexed serial signal light is converted into a multi-channel signal light. It is distributed to light, and optical multiplexing (optical multiplex) corresponding to this system
Methods and apparatuses for optical distribution (optical demultiplexing) are being studied.

【0004】従来、電気的にテラビット信号を制御する
ことは困難であることから、光でテラビット信号を制御
するために、種々の方式の光スイッチが検討されてい
る。多重化されたシリアル信号光を多チャンネルの信号
光に分配する方法としては、「O plus E No.
187(1995年6月)」73ページ以下に示されて
いるように、信号光の位相を変化させる位相シフト法
と、信号光の周波数(波長)を変化させる周波数シフト
法とが考えられている。
Conventionally, since it is difficult to electrically control a terabit signal, various types of optical switches have been studied in order to control a terabit signal with light. As a method of distributing the multiplexed serial signal light to multi-channel signal light, “O plus E No.
187 (June 1995), page 73 and below, a phase shift method that changes the phase of signal light and a frequency shift method that changes the frequency (wavelength) of signal light are considered. .

【0005】位相シフト法の代表的なものは、光カー効
果を利用した2光路干渉計を用いるもので、2光路干渉
計の一方の光路に挿入した非線形光学媒質の屈折率を、
多重化されたシリアル信号光に同期した制御光(ゲート
光)により変化させることによって、制御光パルスが入
力されない時には、その時の信号光パルスが2光路干渉
計の一方の出力ポートから出力され、制御光パルスが入
力された時には、その時の信号光パルスが2光路干渉計
の他方の出力ポートから出力される。
A typical phase shift method uses a two-path interferometer utilizing the optical Kerr effect. The refractive index of a nonlinear optical medium inserted into one of the two paths of the two-path interferometer is calculated as follows.
When the control light pulse is not input by changing the control light (gate light) synchronized with the multiplexed serial signal light, the signal light pulse at that time is output from one output port of the two-path interferometer, and the control is performed. When an optical pulse is input, the signal light pulse at that time is output from the other output port of the two-path interferometer.

【0006】周波数シフト法は、非線形光学媒質中で制
御光によって、多重化されたシリアル信号光の周波数
(波長)をチャンネルごとに変化させ、その変化した信
号光から波長分離素子によって、各チャンネルの信号光
を空間的に分離する。
In the frequency shift method, the frequency (wavelength) of multiplexed serial signal light is changed for each channel by a control light in a nonlinear optical medium, and the changed signal light is changed by a wavelength separation element to each channel. The signal light is spatially separated.

【0007】一方、特開平11−15031号公報に
は、制御光が照射されている間だけ信号光の透過率が増
加してON状態になるような光応答材料を用いた大面積
の光分配用光スイッチが記載されている。この光スイッ
チは、1Tbpsのシリアル信号を複数のパラレル信号
に一括して変換できるという特徴を有している。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-15031 discloses a large-area light distribution using a light-responsive material in which the transmittance of signal light increases only during irradiation with control light and the light is turned on. An optical switch is described. This optical switch has a characteristic that a 1 Gbps serial signal can be collectively converted into a plurality of parallel signals.

【0008】また、光の反射率を変化させる素子とし
て、図1に示すように、直角プリズム10の底面に金属
膜12と超高速光応答膜14を形成したATR−FP型
の素子が知られている(A.Yacoubian and T.Aye, "Enhan
ced optical modulation usingazo-dye polymers", App
lied Optics Vol.32, No.17, 1993, pp.3073-3080.)。
このATR−FP型の素子では、金属膜12の厚さd2
が光の波長よりも大きく十分に厚いときには、直角プリ
ズム10側から金属膜12に入射した信号光は全反射す
るが、金属膜12が薄いと、信号光の一部が金属膜12
を透過して超高速光応答膜14内を伝播する。特定の入
射角及び特定の超高速光応答膜14の厚さとした場合
に、入射した信号光の反射率が低下することから、超高
速光応答膜14内に厚さ方向の定在波が発生して信号光
の反射率が低下すると考えられている。
As an element for changing the light reflectance, an ATR-FP type element in which a metal film 12 and an ultra-high-speed photoresponsive film 14 are formed on the bottom surface of a right-angle prism 10 as shown in FIG. 1 is known. (A.Yacoubian and T.Aye, "Enhan
ced optical modulation usingazo-dye polymers ", App
lied Optics Vol.32, No.17, 1993, pp.3073-3080.).
In this ATR-FP type device, the thickness d 2 of the metal film 12 is
Is larger than the wavelength of light and is sufficiently thick, the signal light incident on the metal film 12 from the right-angle prism 10 side is totally reflected, but if the metal film 12 is thin, part of the signal light
And propagates in the ultrafast photoresponsive film 14. When the specific incident angle and the specific thickness of the ultrafast photoresponsive film 14 are set, the reflectance of the incident signal light decreases, so that a standing wave in the thickness direction is generated in the ultrafast photoresponsive film 14. It is considered that the reflectivity of the signal light decreases.

【0009】このATR−FP型の素子において、光応
答材料としてアゾ色素を使用した場合には、アゾ色素に
制御光を照射するとアゾ色素の屈折率が変化する結果と
して、直角プリズム10側から入射した信号光の反射率
が変化し、光スイッチとして動作する。また、光応答材
料としてフォトクロミック材料を使用した場合には、制
御光を照射することによりフォトクロミック材料の吸収
率が変化する結果として、信号光の反射率が変化し、光
スイッチとして動作する(T.Nagamura and K. Sasaki, "
All-optical parallel switching by the use of guid
ed wave geometry composed of a thin Ag film and a
polymer thin film containing organicdye", SPIE Pro
ceedings Vol.3466, No., 1998, pp.212-221.)。
In this ATR-FP type device, when an azo dye is used as a photoresponsive material, when the azo dye is irradiated with control light, the refractive index of the azo dye changes. The reflectivity of the signal light changes, and it operates as an optical switch. Further, when a photochromic material is used as the light-responsive material, the reflectance of the signal light changes as a result of the change in the absorptance of the photochromic material by irradiating the control light, thereby operating as an optical switch (T. Nagamura and K. Sasaki, "
All-optical parallel switching by the use of guid
ed wave geometry composed of a thin Ag film and a
polymer thin film containing organicdye ", SPIE Pro
ceedings Vol. 3466, No., 1998, pp. 212-221.).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た位相シフト法は、時間的に制御光パルスと一致した信
号光パルスと一致しない信号光パルスとを空間的に分離
するため、原理的に一度に2つの出力しか得られず、多
チャンネルの信号光パルスを分離して得るには、上記の
2光路干渉計を多段(チャンネル数をNとすると、(N
−1)段)に渡って設けるとともに、各段の2光路干渉
計に対して信号光および制御光を、その方向を変え、一
方は異なる時間遅延させて、入射させなければならず、
光学系が著しく複雑になって、チャンネル数が多くなる
ほど対応が困難になるとともに、各段の信号光または制
御光の間に正確な時間差を持たせるために非常に高度な
プロセス技術が必要となる。
However, the above-described phase shift method spatially separates a signal light pulse that coincides with the control light pulse temporally from a signal light pulse that does not coincide with the control light pulse in time. In order to obtain only two outputs and separate and obtain multi-channel signal light pulses, the above-described two-path interferometer is multi-stage (where N is the number of channels, (N
-1) The signal light and the control light must be changed in their directions with respect to the two-path interferometer of each stage, and one of them must be incident with a different time delay,
The optics become significantly more complex, the more channels there are, the more difficult it is to deal with, and the very advanced process technology required to have a precise time difference between the signal light or control light of each stage. .

【0011】また、上述した周波数シフト法は、非線形
光学媒質において一度に信号光をチャンネルごとに異な
る周波数(波長)に変換することにより複数チャンネル
の出力光を一括して得ることができるが、実際上、チャ
ンネル数の増加に伴って、一度に信号光をチャンネルご
とに異なる周波数に変換するのが困難になるため、上述
した位相シフト法と同様の問題がある。
In the frequency shift method described above, the output light of a plurality of channels can be collectively obtained by converting the signal light into a different frequency (wavelength) for each channel at once in the nonlinear optical medium. In addition, as the number of channels increases, it becomes difficult to convert the signal light to a different frequency for each channel at a time, and thus there is a problem similar to the above-described phase shift method.

【0012】また、従来の光応答材料は応答速度が遅
く、テラビット信号を制御する高速光スイッチとして使
用できるATR−FP型の素子は得られていなかった。
Further, the conventional light-responsive material has a low response speed, and an ATR-FP type element which can be used as a high-speed optical switch for controlling a terabit signal has not been obtained.

【0013】本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成さ
れたものであり、本発明の目的は、1Tbit/s以上
という高ビットレートのシリアルな信号光列を、空間的
に分離されたパラレルな信号光列に変換する超高速の多
チャンネル光スイッチを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to convert a serial signal light train having a high bit rate of 1 Tbit / s or more into a parallel separated parallel light beam. It is an object of the present invention to provide an ultra-high-speed multi-channel optical switch for converting a signal into an optical signal train.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の多チャンネル光スイッチは、光入射部、光
出射部、及び光入射部と光出射部との間に設けられ且つ
光入射部からの入射光の光路と交差する表面を備えた光
透過性部材と、光透過性部材の前記表面に形成された金
属膜、及び前記金属膜上に積層されると共に制御光が照
射されることにより信号光に対する屈折率及び吸収率が
変化する超高速光応答膜を備え、前記制御光が照射され
ているときに前記光入射部から入射された信号光を前記
光出射部方向に反射する反射率を変化させる光反射部
と、所定ビーム形状の信号光からなるシリアルな光信号
を、前記光入射部から入射する信号光入射手段と、入射
された各信号光の入射面内で入射方向に垂直な方向に異
なるビーム部分が反射されるときに、前記超高速光応答
膜に制御光を照射する制御光照射手段と、を含んで構成
したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a multi-channel optical switch according to the present invention is provided with a light incident portion, a light emitting portion, and an optical switch provided between the light incident portion and the light emitting portion. A light-transmitting member having a surface that intersects the optical path of the incident light from the incident portion, a metal film formed on the surface of the light-transmitting member, and a control light that is laminated on the metal film and irradiated with control light. An ultra-high-speed light-responsive film that changes a refractive index and an absorptance for signal light by reflecting signal light incident from the light incident portion toward the light emitting portion when the control light is irradiated. A light reflecting portion for changing the reflectance to be reflected, a serial light signal composed of signal light having a predetermined beam shape, and a signal light incidence means for entering from the light incidence portion; Different beam parts in the direction perpendicular to the Is when the, characterized by being configured to include a control light irradiating means for irradiating a control light to the ultrafast photoresponsive film.

【0015】なお、本願において超高速光応答膜とは、
回復時定数が5ps(ピコ秒)以下(1ps=10-12
s)で応答する膜である。また、光透過性部材として
は、例えば、プリズムを用いることができる。
In the present application, the ultra-high-speed photoresponsive film is
Recovery time constant is 5 ps (picoseconds) or less (1 ps = 10 -12
This is a membrane that responds in s). Further, as the light transmitting member, for example, a prism can be used.

【0016】本発明の多チャンネル光スイッチは、光入
射部、光出射部、及び光入射部と光出射部との間に設け
られ且つ光入射部からの入射光の光路と交差する表面を
備えた光透過性部材を備えている。この光透過性部材の
光入射部と光出射部との間に設けられ且つ光入射部から
の入射光の光路と交差する表面には、金属膜が形成さ
れ、該金属膜上に制御光が照射されることにより信号光
に対する屈折率及び吸収率が変化する超高速光応答膜が
積層されて、制御光が照射されているときに光入射部か
ら入射された信号光を光出射部方向に反射する反射率を
変化させる光反射部が構成されている。
The multi-channel optical switch of the present invention includes a light incident portion, a light emitting portion, and a surface provided between the light incident portion and the light emitting portion and intersecting an optical path of incident light from the light incident portion. Light transmitting member. A metal film is formed on a surface of the light transmitting member that is provided between the light incident portion and the light emitting portion and intersects the optical path of the incident light from the light incident portion, and control light is formed on the metal film. An ultra-high-speed photoresponsive film whose refractive index and absorptivity for signal light changes by being irradiated is laminated, and the signal light incident from the light incident part when the control light is irradiated is directed toward the light emitting part. A light reflecting portion that changes the reflectance of reflection is configured.

【0017】超高速光応答膜に制御光を照射すると、制
御光が照射されている間だけ媒質の吸収率が減少し、制
御光の照射を停止すると、回復時定数が5ps以下、望
ましくは500fs(フェムト秒)以下(1fs=10
-15s)で吸収率変化は元に戻るので、超高速応答を得
ることができる。加えて本発明では、超高速光応答膜に
制御光を照射した場合、超高速光応答膜は吸収率だけで
なく屈折率も同時に変化させるので、屈折率変化を利用
することにより、超高速光応答膜の吸収飽和による吸収
率変化だけを利用する場合に比べ、大きな消光比を得る
ことができる。
When the control light is irradiated to the ultra-high-speed photoresponsive film, the absorptivity of the medium decreases only while the control light is irradiated. When the irradiation of the control light is stopped, the recovery time constant is 5 ps or less, preferably 500 fs. (femtoseconds) or less (1 fs = 10
At -15 s), the change in the absorptance returns to its original value, so that a very fast response can be obtained. In addition, in the present invention, when the ultrafast photoresponsive film is irradiated with control light, the ultrafast photoresponsive film simultaneously changes not only the absorptance but also the refractive index. A larger extinction ratio can be obtained as compared with a case where only a change in absorptance due to absorption saturation of the response film is used.

【0018】図2に示すように、例えばスクエアリリウ
ム色素のJ会合体からなる超高速光応答膜の吸収率k
は、波長に応じて変化し、波長約770nmで最大とな
る。即ち、波長約770nmの位置に最大吸収ピークを
有している。また、超高速光応答膜の屈折率nも、波長
に応じて変化し、波長約780nmで最大となる。この
超高速光応答膜に最大吸収ピーク付近の波長の制御光を
照射すると、図3(A)に示すように、超高速光応答膜
の波長約770nmの光に対する吸収率が減少し、図3
(B)に示すように、超高速光応答膜の吸収ピークのあ
る770nmよりも少し長波長側の光に対する屈折率が
減少する。また、屈折率の変化は、吸収率の変化よりも
広い波長範囲で発生する。そして、この吸収率及び屈折
率の変化は、いずれも制御光の照射を停止すると、数1
00fs以内に元に戻る。
As shown in FIG. 2, for example, the absorptance k of an ultrafast photoresponsive film comprising a J-aggregate of squarylium dye
Changes according to the wavelength, and reaches a maximum at a wavelength of about 770 nm. That is, it has a maximum absorption peak at a wavelength of about 770 nm. Further, the refractive index n of the ultrafast photoresponsive film also changes according to the wavelength, and reaches a maximum at a wavelength of about 780 nm. When the ultrafast photoresponsive film is irradiated with control light having a wavelength near the maximum absorption peak, as shown in FIG. 3A, the absorptance of the ultrafast photoresponsive film for light having a wavelength of about 770 nm decreases.
As shown in (B), the refractive index for light on a longer wavelength side than 770 nm where the absorption peak of the ultrafast photoresponsive film is slightly decreased. The change in the refractive index occurs in a wavelength range wider than the change in the absorptance. When the irradiation of the control light is stopped, the changes in the absorptance and the refractive index are expressed by the following formulas (1) and (2).
Return within 00 fs.

【0019】本発明の多チャンネル光スイッチでは、信
号光入射手段により、所定ビーム形状の信号光からなる
シリアルな光信号が光入射部から入射されると、制御光
照射手段が、入射された各信号光の入射面内で入射方向
に垂直な方向に異なるビーム部分が反射されるときに、
超高速光応答膜に制御光を照射するので、シリアルな信
号光列を、空間的に分離されたパラレルな信号光列に変
換することができる。
In the multi-channel optical switch according to the present invention, when a serial light signal consisting of signal light having a predetermined beam shape is incident from the light incident portion by the signal light incident means, the control light irradiation means is turned on by each of the incident light signals. When different beam parts are reflected in the direction perpendicular to the incident direction in the plane of incidence of the signal light,
Since the control light is applied to the ultrafast photoresponsive film, a serial signal light train can be converted into a spatially separated parallel signal light train.

【0020】上述の本発明の多チャンネル光スイッチに
おいては、信号光入射手段は、入射された所定個数の信
号光からなる信号光列の最初の信号光の一端部が光反射
部で反射されるときに、該信号光列の最後の信号光の他
端部が光反射部で反射されるように信号光を入射し、制
御光照射手段は、入射された最初の信号光の一端部が反
射されるときに、入射された最後の信号光の他端部が反
射されるように、制御光を1回照射するようにすること
ができる。これにより、シリアルな信号光列を、空間的
に分離されたパラレルな信号光列に一括変換することが
できる。このとき、入射面内で反射方向に垂直な方向に
1次元的に配列されたパラレルな信号光が得られる。
In the above-described multi-channel optical switch according to the present invention, the signal light incident means reflects one end of the first signal light in the signal light train made up of a predetermined number of incident signal lights by the light reflecting portion. When the signal light is incident such that the other end of the last signal light of the signal light train is reflected by the light reflecting portion, the control light irradiating means reflects one end of the first incident signal light. Then, the control light can be irradiated once so that the other end of the last signal light that has entered is reflected. Thereby, a serial signal light sequence can be collectively converted into a spatially separated parallel signal light sequence. At this time, parallel signal lights arranged one-dimensionally in a direction perpendicular to the reflection direction in the incident plane are obtained.

【0021】なお、所定ビーム形状の信号光が、入射さ
れた信号光の一端部が反射されてから他端部が反射され
るまでの時間より長い入射間隔で、光入射部から入射さ
れる場合においても、制御光照射手段が、各信号光の所
定のビーム部分が反射されるときに同期させて、制御光
を照射することにより、シリアルな信号光列を、空間的
に分離されたパラレルな信号光列に変換することが可能
である。
In the case where the signal light having the predetermined beam shape is incident from the light incident portion at an incident interval longer than the time from when one end of the incident signal light is reflected to when the other end is reflected. Also, the control light irradiating means irradiates the control light in synchronization with a predetermined beam portion of each signal light being reflected, thereby converting a serial signal light train into a spatially separated parallel light. It can be converted into a signal light train.

【0022】上記の制御光照射手段は、超高速光応答膜
の制御光を照射する領域内の異なる領域毎に異なるタイ
ミングで制御光を照射するようにしてもよい。これによ
り、シリアルな信号光列を、超高速光応答膜の制御光を
照射する領域内の異なる領域に対応して、空間的に分離
されたパラレルな信号光列に変換することができる。
The control light irradiating means may irradiate the control light at different timings for different regions within the region of the ultra-high-speed photoresponsive film irradiated with the control light. This makes it possible to convert a serial signal light sequence into a spatially separated parallel signal light sequence corresponding to different regions within the region of the ultrafast photoresponsive film irradiated with the control light.

【0023】例えば、入射面と垂直な方向に沿って制御
光を照射する領域を分割し、分割された領域毎に異なる
タイミングで制御光を照射する場合には、入射面と垂直
な方向に1次元的に配列されたパラレルな信号光列が得
られる。また、同時に、入射面内で反射方向に垂直な方
向に1次元的に配列されたパラレルな信号光列が得られ
るようにした場合には、入射面内で反射方向に垂直な方
向及び入射面と垂直な方向に2次元的に配列されたパラ
レルな信号光列が得られる。
For example, when a region to be irradiated with control light is divided along a direction perpendicular to the incident surface, and control light is irradiated at different timings for each of the divided regions, one region is irradiated in a direction perpendicular to the incident surface. A parallel signal light train arranged in a dimension is obtained. At the same time, if parallel signal light trains one-dimensionally arranged in the direction perpendicular to the reflection direction in the incident surface are obtained, the direction perpendicular to the reflection direction in the incident surface and the incidence surface , A parallel signal light train two-dimensionally arranged in a direction perpendicular to the above is obtained.

【0024】上記の制御光を照射する異なるタイミング
は、各々の信号光列の光反射部への入射に同期したタイ
ミングとすることができる。例えば、制御光の導波速度
または光路長を変更することによって、制御光を照射す
るタイミングを異ならせることができる。
The different timing of irradiating the control light may be a timing synchronized with the incidence of each signal light train on the light reflecting portion. For example, by changing the waveguide speed or the optical path length of the control light, the timing of irradiating the control light can be made different.

【0025】一方、上記の信号光入射手段は、信号光列
を光入射部の異なる領域毎に異なるタイミングで入射す
るようにしてもよい。例えば、信号光の導波速度または
光路長を変更することによって、信号光列を入射するタ
イミングを異ならせることができる。これにより、シリ
アルな信号光列を、空間的に分離されたパラレルな信号
光列に変換することができる。
On the other hand, the above-mentioned signal light incident means may make the signal light beam incident at different timings for different regions of the light incident portion. For example, by changing the waveguide speed or the optical path length of the signal light, the timing at which the signal light train is incident can be made different. This makes it possible to convert a serial signal light sequence into a spatially separated parallel signal light sequence.

【0026】例えば、光入射部の入射面と垂直な方向に
沿って配置された異なる領域毎に、信号光列を異なるタ
イミングで入射する場合には、入射面と垂直な方向に1
次元的に配列されたパラレルな信号光列が得られる。ま
た、同時に、入射面内で反射方向に垂直な方向に1次元
的に配列されたパラレルな信号光列が得られるようにし
た場合には、入射面内で反射方向に垂直な方向及び入射
面と垂直な方向に2次元的に配列されたパラレルな信号
光列が得られる。
For example, when signal light trains are incident at different timings for different regions arranged along the direction perpendicular to the incident surface of the light incident portion, one signal beam is applied in the direction perpendicular to the incident surface.
A parallel signal light train arranged in a dimension is obtained. At the same time, when one-dimensionally arranged parallel signal light train in the direction perpendicular to the reflecting direction at the plane of incidence is to be obtained is perpendicular and incident plane in the reflection direction in the plane of incidence , A parallel signal light train two-dimensionally arranged in a direction perpendicular to the above is obtained.

【0027】上述の本発明の多チャンネル光スイッチに
おいては、上記の超高速光応答膜は、非線形光学効果に
より吸収率及び屈折率が変化する超高速光応答膜から構
成することができる。この超高速光応答膜は、有機化合
物の会合体で構成されていることが好ましく、有機化合
物としては、下記一般式(I)で表されるスクエアリリ
ウム色素が好ましい。また、有機化合物の会合体は、J
-会合体であることが好ましい。
In the above-mentioned multi-channel optical switch of the present invention, the above-mentioned ultra-high-speed light responsive film can be constituted by an ultra-high-speed light responsive film whose absorptance and refractive index change by a nonlinear optical effect. This ultrafast photoresponsive film is preferably composed of an aggregate of organic compounds, and the organic compound is preferably a squarylium dye represented by the following general formula (I). In addition, the aggregate of the organic compound is J
-Preferably it is an aggregate.

【0028】[0028]

【化2】 Embedded image

【0029】(R1およびR2は、各々アルキル基を表
し、Xは、H、F、Cl、OH、CH3、C25または
OCH3を表す。R1とR2とは同一でもよく異なってい
てもよい。) また、超高速光応答膜の法線に対して信号光入射側に傾
いた方向から制御光を照射するようにしてもよい。制御
光の波長は、超高速応答膜の吸収波長に共鳴する波長と
することが好ましい。
(R 1 and R 2 each represent an alkyl group, and X represents H, F, Cl, OH, CH 3 , C 2 H 5 or OCH 3. Even if R 1 and R 2 are the same, The control light may be irradiated from a direction inclined toward the signal light incident side with respect to the normal line of the ultrafast photoresponsive film. The wavelength of the control light is preferably a wavelength that resonates with the absorption wavelength of the ultrafast response film.

【0030】信号光の波長は、制御光よりも長波長とす
ることができる。信号光の波長は、超高速光応答膜が吸
収を有していない波長とすることが特に好ましい。ま
た、信号光は超高速光応答膜の膜面に対してp偏光で入
射させてもよく、s偏光で入射させてもよい。
The wavelength of the signal light can be longer than that of the control light. The wavelength of the signal light is particularly preferably a wavelength at which the ultrafast photoresponsive film does not have absorption. Also, the signal light may be made to enter the film surface of the ultrafast photoresponsive film with p-polarized light or s-polarized light.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。 (第1の実施の形態)本実施の形態に係る反射型の光ス
イッチ素子は、図1に示すように、信号光入射手段(図
示せず)により信号光が斜面以外の一面18Aから入射
すると共に、制御光照射手段(図示せず)により信号光
が斜面16側から照射されるように配置されたガラス製
の直角プリズム10を備えており、直角プリズム10の
斜面16には、厚さd2の金属膜12及び厚さd3の超高
速光応答膜14がこの順に積層されている。なお、直角
プリズム10の斜面16と金属膜12との間には、直角
プリズム10と同じ屈折率の材料で構成されたガラス基
板を介在させてもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) In a reflection type optical switch element according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, signal light is incident from one surface 18A other than the inclined surface by signal light incidence means (not shown). In addition, a right-angle prism 10 made of glass is arranged so that signal light is irradiated from the side of the slope 16 by control light irradiation means (not shown). The slope 16 of the right-angle prism 10 has a thickness d. ultrafast photoresponsive film 14 of the second metal film 12 and the thickness d 3 are stacked in this order. Note that a glass substrate made of a material having the same refractive index as the right-angle prism 10 may be interposed between the inclined surface 16 of the right-angle prism 10 and the metal film 12.

【0032】金属膜12は、例えばAg(銀)薄膜、A
u(金)薄膜とすることができ、例えば真空蒸着等の方
法で形成することができる。
The metal film 12 is, for example, an Ag (silver) thin film,
u (gold) can be a thin film, for example, it can be formed by a method such as vacuum deposition.

【0033】超高速光応答膜14は、非線形光学効果に
より吸収率及び屈折率が変化すると共に、回復時定数が
5ps以内である光応答性材料で構成されている。この
ような光応答性材料としては、スクエアリリウム色素、
フタロシアニン色素、臭化シュードイソシアニン等の有
機化合物、GaAs系半導体、InP系半導体等の無機
化合物が挙げられる。また、光応答性材料としては、会
合体を形成する有機化合物が好ましい。会合体とは、数
十〜数百の分子が規則正しく配列して緩く結合し、光学
的に1つの超分子であるかのように振舞うようになった
状態をいい、J会合体が広く知られている。有機化合物
がJ会合体を形成すると、吸収が分子単体に比べて長波
長にシフトしシャープになる。このシャープな吸収を利
用して非常に大きな屈折率変化を得ることができる。ま
た、有機化合物がJ会合体を形成すると、光による励起
寿命が短くなり、光応答性が速くなる。
The ultrahigh-speed photoresponsive film 14 is made of a photoresponsive material whose absorption and refractive index change due to the nonlinear optical effect and whose recovery time constant is within 5 ps. Such photoresponsive materials include squarylium dyes,
Organic compounds such as phthalocyanine dyes and pseudoisocyanine bromide, and inorganic compounds such as GaAs-based semiconductors and InP-based semiconductors are exemplified. Further, as the photoresponsive material, an organic compound which forms an aggregate is preferable. An aggregate is a state in which tens to hundreds of molecules are regularly arranged and loosely bound, and behave optically as if they were one supramolecule. J-aggregates are widely known. ing. When an organic compound forms a J-aggregate, the absorption shifts to a longer wavelength and becomes sharper than that of a single molecule. By utilizing this sharp absorption, a very large change in the refractive index can be obtained. In addition, when the organic compound forms a J-aggregate, the lifetime of excitation by light is shortened, and photoresponsiveness is increased.

【0034】上記の光応答性材料としては、前記一般式
(I)で表されるスクエアリリウム色素が特に好まし
い。前記一般式(I)において、R1及びR2は、各々ア
ルキル基を表し、炭素原子数3〜7の低級アルキル基が
好ましく、特に、n−プロピル基、i−プロピル基、n
−ブチル基、i−ブチル基、及びt−ブチル基が好まし
い。なお、R1及びR2は、同じでもよく異なっていても
よい。また、Xは、H、F、Cl、OH、CH3、C2
5またはOCH3を表し、特に、H、OH、及びCH3
好ましい。
As the photoresponsive material, a squarylium dye represented by the above general formula (I) is particularly preferable. In the general formula (I), R 1 and R 2 each represent an alkyl group, preferably a lower alkyl group having 3 to 7 carbon atoms, and particularly, an n-propyl group, an i-propyl group, and n
-Butyl, i-butyl and t-butyl are preferred. Note that R 1 and R 2 may be the same or different. X represents H, F, Cl, OH, CH 3 , C 2 H
Represents 5 or OCH 3 , with H, OH and CH 3 being particularly preferred.

【0035】超高速光応答膜14は、上記の光応答性材
料を適当な溶剤に溶解し、得られた溶液をスピンコート
法、キャストコート法、ディップコート法等により金属
膜12上に塗布することにより形成することができる。
また、超高速光応答膜14は、真空蒸着法、MBE法
(分子線エピタキシャル法)等の真空プロセス、MOC
VD法(有機金属気相成長法)等の気相プロセスにより
形成することができる。
The ultra-high-speed photoresponsive film 14 is obtained by dissolving the above-mentioned photoresponsive material in an appropriate solvent, and applying the obtained solution to the metal film 12 by spin coating, cast coating, dip coating, or the like. Can be formed.
Further, the ultra-high-speed photoresponsive film 14 can be formed by a vacuum process such as a vacuum deposition method, an MBE method (molecular beam epitaxy method), or the like.
It can be formed by a gas phase process such as a VD method (metal organic chemical vapor deposition).

【0036】本実施の形態に係る反射型の光スイッチ素
子においては、信号光は直角プリズム10の光入射部1
8Aから入射させる。一般に入射光は空気とガラスの界
面で屈折するので、図4に示すように、入射角をφ0
屈折角をφ1とし、空気中の入射光の進行方向と斜面1
6の法線とのなす角度をθ0、直角プリズム10内部で
の入射光と斜面16の法線とのなす角をθ1とする。こ
の場合の角度θ0及び角度θ1の関係を図5に示す。
In the reflection type optical switch element according to the present embodiment, the signal light is applied to the light incident portion 1 of the right-angle prism 10.
8A. Since generally the incident light is refracted at the interface between air and glass, as shown in FIG. 4, the incident angle phi 0,
The refraction angle and phi 1, the traveling direction and the slope 1 of the incident light in air
The angle between the normal line 6 and the normal line of the slope 16 is θ 0 , and the angle between the incident light inside the right-angle prism 10 and the normal line of the slope 16 is θ 1 . FIG. 5 shows the relationship between the angle θ 0 and the angle θ 1 in this case.

【0037】金属膜12に対してθ1の入射角で入射し
た入射光(信号光)は、図1に示すように、主として超
高速光応答膜14の表面で反射されて、より詳しくは、
直角プリズム10(プリズム上にガラス基板が貼り付け
られている場合はガラス基板)と金属膜12の界面、金
属膜12と超高速光応答膜14との界面、及び超高速光
応答膜14の表面で多重反射されて、直角プリズム10
の光出射部18Bから出射する。このとき超高速光応答
膜14に制御光を十分な強度で照射すると、超高速光応
答膜14の屈折率及び吸収率が変化し、直角プリズム1
0側から入射した信号光の反射率が変動する。制御光の
照射を停止した後は、5ps以内に元の状態を回復し
て、超高速応答の光スイッチとして動作する。
As shown in FIG. 1, incident light (signal light) incident on the metal film 12 at an incident angle of θ 1 is mainly reflected on the surface of the ultra-high-speed photoresponsive film 14.
The interface between the right-angle prism 10 (the glass substrate when a glass substrate is attached on the prism) and the metal film 12, the interface between the metal film 12 and the ultrafast photoresponsive film 14, and the surface of the ultrafast photoresponsive film 14. Reflected at the right angle prism 10
Out of the light emitting portion 18B. At this time, when the control light is irradiated to the ultrafast photoresponsive film 14 with a sufficient intensity, the refractive index and the absorptivity of the ultrafast photoresponsive film 14 change, and
The reflectance of the signal light incident from the 0 side fluctuates. After stopping the irradiation of the control light, the original state is restored within 5 ps, and the optical switch operates as an ultra-fast response optical switch.

【0038】以下、直角プリズム10(またはガラス基
板)と金属膜12の界面、金属膜12と超高速光応答膜
14との界面、及び超高速光応答膜14の表面を、光反
射部と総称する。
Hereinafter, the interface between the rectangular prism 10 (or glass substrate) and the metal film 12, the interface between the metal film 12 and the ultra-high-speed photoresponsive film 14, and the surface of the ultra-high-speed photoresponsive film 14 are collectively referred to as a light reflecting portion. I do.

【0039】次に、図1に示す構成の光スイッチ素子
(A)及び(B)を作製し、その反射特性を測定した。
まず、ガラス基板に金属膜12として厚さd2が20n
mの銀薄膜を真空蒸着し、その上に厚さd3が100n
mのスクエアリリウム色素からなる超高速光応答膜14
をスピンコート法で製膜した。このガラス基板のガラス
側を、ガラス製の直角プリズム10の斜面16に透明な
オイルを用いて貼り付け、光スイッチ素子(A)を作製
した。また、超高速光応答膜14の厚さd3を150n
mとした以外は、光スイッチ素子(A)と同様にして、
光スイッチ素子(B)を作製した。なお、ガラス基板と
ガラス製の直角プリズムとは同じ屈折率の材料で構成さ
れている。
Next, optical switch elements (A) and (B) having the structure shown in FIG. 1 were produced, and the reflection characteristics were measured.
First, as a metal film 12 on a glass substrate, the thickness d 2 is 20 n.
m silver thin film is vacuum-deposited, and the thickness d 3 is 100 n
ultrafast photoresponsive film 14 composed of m-squarylium dye
Was formed by spin coating. The glass side of this glass substrate was adhered to the inclined surface 16 of the right-angle prism 10 made of glass using transparent oil, to produce an optical switch element (A). Further, the thickness d 3 of the ultrafast photoresponsive film 14 is set to 150 n.
m, except that m was used.
An optical switch element (B) was produced. The glass substrate and the right-angle prism made of glass are made of materials having the same refractive index.

【0040】次に、図6に示すように、回転ステージ2
0上に上記光スイッチ素子(A)をセットし、チタンサ
ファイア・レーザで構成された信号光照射手段22から
出射された中心波長800nm、パルス幅100fs、
繰り返し周波数80MHzの超短パルスレーザ光を、偏
光子24により偏光方向を紙面に平行とし(p偏光)、
光学系26により平行光化して、光スイッチ素子(A)
の直角プリズムの1辺に入射した。図4で定義した通
り、空気中の入射光の進行方向と直角プリズムの斜面の
法線とのなす角度をθ0とし、回転ステージ20を回転
することにより角度θ0を変化させ、入射光に対して2
θ0の方向に出射される反射光の強度をフォトダイオー
ド等の光検出器28を用いて測定した。図5を参照して
角度θ0から光反射部への入射角θ1を求め、反射率と入
射角θ1との関係を調べた。また、光スイッチ素子
(B)についても、同様にして反射率と入射角θ1との
関係を調べた。結果を図7に示す。
Next, as shown in FIG.
The optical switch element (A) is set on the reference numeral 0, and the center wavelength 800 nm, the pulse width 100 fs, and the center wavelength emitted from the signal light irradiation means 22 composed of a titanium sapphire laser are used.
An ultrashort pulse laser beam having a repetition frequency of 80 MHz is polarized by a polarizer 24 in a direction parallel to the paper (p-polarized light),
The light is converted into parallel light by the optical system 26, and the optical switch element (A)
Incident on one side of the right angle prism. As defined in FIG. 4, the angle between the traveling direction of the incident light in the air and the normal to the slope of the right-angle prism is θ 0, and the angle θ 0 is changed by rotating the rotary stage 20 to change the incident light to the incident light. 2 for
The intensity of the reflected light emitted in the direction of θ 0 was measured using a photodetector 28 such as a photodiode. Referring to FIG. 5 obtains the incident angle theta 1 to the light reflecting portion from the angle theta 0 and to examine the relationship between the reflectance and the incident angle theta 1. Further, for the optical switch element (B), the relationship between the reflectance and the incident angle θ 1 was similarly examined. FIG. 7 shows the results.

【0041】ここで、反射率が最小となる入射角をθm
とすると、図7に示すように、膜厚d3が100nmの
光スイッチ素子(A)では、θm=41.4°であり、
膜厚d 3が150nmの光スイッチ素子(B)では、θm
=46.4°であった。このように超高速光応答膜の膜
厚に応じて反射率が極小となる角度θmが変化したこと
により、100fs程度の非常に短いパルス幅のレーザ
光を入射した場合にも、超高速光応答膜内に厚さ方向の
定在波が形成された結果として反射率が低下することが
確認された。
Here, the incident angle at which the reflectance becomes minimum is θm
Then, as shown in FIG.ThreeIs 100 nm
In the optical switch element (A), θm= 41.4 °,
Film thickness d ThreeIn the optical switch element (B) of whichm
= 46.4 °. Thus, ultra-fast photoresponsive film
Angle θ at which the reflectivity is minimized according to the thicknessmHas changed
Laser with a very short pulse width of about 100 fs
Even when light enters, the thickness of the
Reflectivity may drop as a result of the formation of standing waves
confirmed.

【0042】以上の結果から、本実施の形態の光スイッ
チ素子においては、光反射部に対して特定の入射角θm
で入射した入射光は、超高速光応答膜14が特定の厚さ
である場合に、最小の反射率で反射されることが分か
る。
From the above results, in the optical switch element of the present embodiment, the specific incident angle θ m with respect to the light reflecting portion
It can be understood that the incident light incident on the super-high-speed photoresponsive film 14 is reflected at the minimum reflectance when the ultra-fast photoresponsive film 14 has a specific thickness.

【0043】なお、金属膜12の膜厚d2、超高速光応
答膜14の厚さd3、及び入射光の波長λ1を最適化する
ことにより、反射率が最小となる入射角θmでの反射率
を0に近づけることができる。
Incidentally, the film thickness d 2 of the metal film 12, the thickness d 3 of the ultrafast photoresponsive film 14, and by optimizing the wavelength lambda 1 of the incident light, the incident angle at which the reflectance is minimum theta m Can be made close to zero.

【0044】また、超高速光応答膜14内に厚さ方向の
定在波が形成された結果として、反射率が低下するた
め、本実施の形態の光スイッチ素子は、入射光がs偏光
かp偏光かに拘らず光スイッチ機能を果たすことができ
る。但し、入射光をs偏光とした場合には、p偏光とは
異なる入射角θmで反射率が最小となる。また、入射光
がp偏光の場合には、入射光がs偏光の場合よりも、入
射角θmでの反射率を0に近づけることができる。
Since the reflectance is reduced as a result of the formation of the standing wave in the thickness direction in the ultrafast photoresponsive film 14, the optical switch element according to the present embodiment has a structure in which the incident light is s-polarized light. An optical switch function can be performed regardless of p-polarized light. However, when the incident light was s-polarized light, the reflectance is minimum at a different incident angle theta m and p-polarized light. Further, when the incident light is p-polarized light, the reflectance at the incident angle θ m can be closer to 0 than when the incident light is s-polarized light.

【0045】ここで、定在波を形成させるために、超高
速光応答膜の厚さd3は近似的に下記式(1)の条件を
満たす必要がある。下記式(1)において、mは自然数
(m=1、2、3、...)、λ1は入射光の波長、n3
は超高速光応答膜14の屈折率を表す。
Here, in order to form a standing wave, the thickness d 3 of the ultrafast photoresponsive film must approximately satisfy the condition of the following equation (1). In the following formula (1), m is a natural number (m = 1, 2, 3,...), Λ 1 is the wavelength of incident light, and n 3
Represents the refractive index of the ultrafast photoresponsive film 14.

【0046】[0046]

【数1】 (Equation 1)

【0047】換言すれば、超高速光応答膜14の厚さd
3が一定であれば、超高速光応答膜14の屈折率n3が低
下することにより反射率が最小となる入射角θmが変動
する。従って、超高速光応答膜14に制御光を十分な強
度で照射すると、照射時に超高速光応答膜14の屈折率
と吸収率とが変化し、光スイッチ素子の反射特性が変化
することになる。
In other words, the thickness d of the ultrafast photoresponsive film 14
If 3 is constant, the refractive index n 3 of the ultrafast photoresponsive film 14 decreases, and the incident angle θ m at which the reflectance becomes minimum changes. Therefore, when the control light is irradiated to the ultrafast photoresponsive film 14 with sufficient intensity, the refractive index and the absorptivity of the ultrafast photoresponsive film 14 change at the time of irradiation, and the reflection characteristics of the optical switch element change. .

【0048】具体例として、上記の光スイッチ素子
(B)を用いて、入射信号光の波長を850nm、制御
光の1パルス単位面積当たりのエネルギーを40μJ/
cm2、パルス幅200μs、制御光の波長を770n
mとした場合における、制御光を照射する前の反射特性
(実線で示す)と、制御光照射時の反射特性(点線で示
す)とを図8に示す。
As a specific example, using the optical switch element (B), the wavelength of the incident signal light is 850 nm and the energy per unit area of one pulse of the control light is 40 μJ /.
cm 2 , pulse width 200 μs, control light wavelength 770n
FIG. 8 shows the reflection characteristics before irradiation with control light (shown by a solid line) and the reflection characteristics when irradiation with control light (shown by a dotted line) when m is set.

【0049】図8に示すように、制御光照射時には、超
高速光応答膜の屈折率が0.05減少し、光スイッチ素
子の反射特性が変化する。その結果、入射角θ1=4
4.8°では、反射率が1%から61%へと増加する。
[0049] As shown in FIG. 8, when the control light irradiation, the refractive index of the ultrafast photoresponsive film is 0.05 decreases, the reflection characteristic of the optical switch is changed. As a result, the incident angle θ 1 = 4
At 4.8 °, the reflectivity increases from 1% to 61%.

【0050】このように、制御光の照射により入射した
信号光の反射率が増加する場合には、制御光を照射して
いる時には入射した信号光が反射され(オン状態)、制
御光の照射を停止して100〜数100fsの回復時間
後には屈折率及び吸収率が元の値を回復し、入射した信
号光が反射されない(オフ状態)、光スイッチとして動
作させることができる。
As described above, when the reflectance of the incident signal light increases due to the irradiation of the control light, the incident signal light is reflected (on state) during the irradiation of the control light, and the irradiation of the control light is performed. Is stopped, and after a recovery time of 100 to several 100 fs, the refractive index and the absorptivity recover their original values, and the incident signal light is not reflected (off state), so that the optical switch can be operated.

【0051】図9に示すように、入射面内では、信号光
は光反射部に斜めに入射するので、信号光パルスの一端
が直角プリズムの斜面16上の点Aに達したときに、信
号光パルスの他端はB点にあり、斜面16上の点Cに達
するまでに時間差Δt1が生じてしまう。入射角をθ1
ビーム径をD1、ガラスの屈折率をn1、真空中の光速を
cとすると、時間差Δt1は下記式で表される。例え
ば、D1=1mm、n1=1.5、θ1=45°、c=3
×108m/sとすると、Δt1=5psである。
[0051] As shown in FIG. 9, the plane of incidence, the signal light is obliquely incident on the light reflecting portion, when the one end of the optical signal pulse reaches a point A on the inclined surface 16 of the rectangular prism, the signal The other end of the light pulse is at point B, and a time difference Δt 1 occurs before reaching the point C on the slope 16. The incident angle is θ 1 ,
Assuming that the beam diameter is D 1 , the refractive index of glass is n 1 , and the speed of light in vacuum is c, the time difference Δt 1 is represented by the following equation. For example, D 1 = 1 mm, n 1 = 1.5, θ 1 = 45 °, c = 3
Assuming × 10 8 m / s, Δt 1 = 5 ps.

【0052】[0052]

【数2】 (Equation 2)

【0053】信号光パルス間隔τsを時間差Δt1より短
くする(τs<Δt1)と、図10に示すように、ある時
刻には複数のパルスが光反射部上の異なる位置に入射す
ることになる。このとき制御光のパルス幅tcが信号光
パルス間隔τsより短い(tc<τs)と、1つの制御光
パルスが光反射部に入射した瞬間に、複数の信号光パル
ス(信号光パルス列)の光反射部に入射した部分だけが
強く反射される。その結果、信号光パルス列の各光パル
スは空間的に異なる位置に反射される。制御光パルスが
照射された時刻における、隣接する2つの信号光パルス
間の距離sは、下記式で表される。
When the signal light pulse interval τ s is made shorter than the time difference Δt 1s <Δt 1 ), as shown in FIG. 10, a plurality of pulses enter different positions on the light reflecting portion at a certain time. Will be. At this time, if the pulse width t c of the control light is shorter than the signal light pulse interval τ s (t cs ), a plurality of signal light pulses (signal light Only the part of the pulse train) incident on the light reflection part is strongly reflected. As a result, each light pulse of the signal light pulse train is reflected to a spatially different position. The distance s between two adjacent signal light pulses at the time when the control light pulse is irradiated is represented by the following equation.

【0054】[0054]

【数3】 (Equation 3)

【0055】また、光反射部上での隣接する2つの信号
光パルスの間隔uは、下記式で表される。
The interval u between two adjacent signal light pulses on the light reflecting portion is expressed by the following equation.

【0056】[0056]

【数4】 (Equation 4)

【0057】例えば、τs=1ps、n1=1.5、θ1
=45°とすると、s=0.2mm、u=0.28mm
であり、隣接する信号光パルスは、出射光に対して垂直
に配置された受光面40上において、入射面(XY面)
内で反射方向(X´軸方向)に垂直な方向(Y´軸方
向)に0.2mmの間隔で分離される。
For example, τ s = 1 ps, n 1 = 1.5, θ 1
= 45 °, s = 0.2 mm, u = 0.28 mm
And the adjacent signal light pulse is incident on the light receiving surface 40 arranged perpendicular to the outgoing light on the incident surface (XY surface).
In the inside, the light is separated at intervals of 0.2 mm in a direction (Y′-axis direction) perpendicular to the reflection direction (X′-axis direction).

【0058】以上の通り、本実施の形態の光スイッチ素
子によれば、時間的にシリアルな信号光パルス列が、1
回の制御光照射により空間的に分離され、1次元状に配
列されたパラレルな信号光パルス列に変換される。
As described above, according to the optical switch element of the present embodiment, the temporally serial signal light pulse train
The light is spatially separated by one control light irradiation and converted into a parallel signal light pulse train arranged in one dimension.

【0059】また、超高速光応答膜が、非線形光学効果
により吸収率及び屈折率が変化し、且つ回復時定数が5
ps以下である光応答性材料で構成されているので、制
御光照射時に超高速光応答膜の屈折率と吸収率とを変化
させることにより、反射率を大幅に変動させて消光比を
向上することができると共に、5ps以内に元の状態を
回復することができ、超高速光スイッチとして動作させ
ることができる。更に、入射光がs偏光かp偏光かに拘
らず光スイッチ機能を果たすことができる。
In addition, the ultra-high-speed photoresponsive film has an absorption and a refractive index that change due to the nonlinear optical effect and a recovery time constant of 5
Since it is composed of a photo-responsive material of less than ps, the extinction ratio is improved by changing the refractive index and the absorptance of the ultra-high-speed photo-responsive film at the time of irradiation with the control light, thereby greatly changing the reflectivity. In addition, the original state can be restored within 5 ps, and the device can be operated as an ultra-high-speed optical switch. Furthermore, the optical switch function can be performed regardless of whether the incident light is s-polarized light or p-polarized light.

【0060】(第2の実施の形態)本実施の形態に係る
反射型の光スイッチ素子は、制御光の光路に遅延器を配
置した以外は、第1の実施の形態と同様の構成であるた
め、同じ構成部分には同一の符号を付して説明を省略す
る。
(Second Embodiment) The reflection type optical switch element according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a delay unit is arranged on the optical path of the control light. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0061】図11(A)に示すように、直角プリズム
10の斜面16上の光反射部の外側には、制御光の光路
と交差するように斜面16と平行に、遅延器30が配置
されている。遅延器30は、ガラス等の透明媒質で構成
されており、図11(B)に示すように、遅延器30の
厚さは、直角プリズム10の長手方向(入射面と直交す
る方向、Z軸方向)に、階段状に多段階(本実施の形態
ではd4及びd5(d4>d5)の2段階)で変化する構造
を有している。ここで、遅延器30を構成する透明媒質
の屈折率をn、遅延器30の段差をhとすると、遅延器
30に垂直に入射した光には、1段当りτdの遅延が発
生する。
As shown in FIG. 11A, a delay unit 30 is arranged outside the light reflecting portion on the inclined surface 16 of the right-angle prism 10 and in parallel with the inclined surface 16 so as to intersect with the optical path of the control light. ing. The delay device 30 is made of a transparent medium such as glass, and as shown in FIG. 11B, the thickness of the delay device 30 is set in the longitudinal direction of the right-angle prism 10 (the direction orthogonal to the incident surface, the Z-axis). direction), (in this embodiment d 4 and d 5 (d 4> d 5 ) multi-stage stepped and has a structure that changes in two steps). Here, assuming that the refractive index of the transparent medium constituting the delay unit 30 is n and the step of the delay unit 30 is h, light vertically incident on the delay unit 30 has a delay of τ d per stage.

【0062】[0062]

【数5】 (Equation 5)

【0063】例えば、本実施の形態において、n=1.
5、h=2.4mmとすると、τd=4psであり、制
御光パルスが遅延器30の厚さd4の部分を通過する場
合と、厚さd5の部分を通過する場合とでは、超高速光
応答膜14に入射するまでに4psの時間差が発生する
ことになる。
For example, in this embodiment, n = 1.
5, h = 2.4 mm, τ d = 4 ps, and when the control light pulse passes through the portion of the delay device 30 having the thickness d 4 and when the control light pulse passes through the portion having the thickness d 5 , A time difference of 4 ps occurs before the light enters the ultrafast photoresponsive film 14.

【0064】遅延器30に入射した制御光パルスは、遅
延器30の厚さd4の部分を通過した制御光パルスと、
厚さd5の部分を通過した制御光パルスとに分裂し、厚
さd5の部分を通過した制御光パルスに対して、厚さd4
の部分を通過した制御光パルスは、遅延時間τdだけ遅
れて超高速光応答膜14に入射する。
The control light pulse that has entered the delay device 30 includes a control light pulse that has passed through the portion of the delay device 30 having the thickness d 4 ,
The control light pulse which has passed through the portion having the thickness d 5 is split into the control light pulse which has passed through the portion having the thickness d 5 , and the thickness d 4
Control pulse that has passed through the portion enters delayed by a delay time tau d ultrafast photoresponsive film 14.

【0065】第1の実施の形態と同様に、信号光パルス
間隔τsが時間差Δt1より短い(τ s<Δt1)と、ある
時刻には複数のパルスが光反射部上の異なる位置に入射
することになる。このとき制御光のパルス幅tcが信号
光パルス間隔τsより短い(t c<τs)と、まず、厚さ
5の部分を通過した制御光パルスが光反射部に入射し
た瞬間に、複数の信号光パルス(信号光パルス列)の光
反射部に入射した部分だけが強く反射される。これに遅
延時間τdだけ遅れて、厚さd4の部分を通過した制御光
パルスが光反射部に入射した瞬間に、信号光パルス列の
各光パルスの光反射部に入射した部分だけが強く反射さ
れる。
As in the first embodiment, the signal light pulse
Interval τsIs the time difference Δt1Shorter (τ s<Δt1)a
At the time, multiple pulses enter different positions on the light reflector
Will do. At this time, the pulse width t of the control lightcIs a signal
Light pulse interval τsShorter (t cs) And first, the thickness
dFiveThe control light pulse that has passed through
Instantaneously, the light of multiple signal light pulses (signal light pulse train)
Only the part incident on the reflection part is strongly reflected. Late for this
Delay time τdJust delayed, the thickness dFourControl light passing through
At the moment when the pulse enters the light reflector, the signal light pulse train
Only the part of each light pulse that enters the light reflector is strongly reflected.
It is.

【0066】その結果、信号光パルス列の各光パルス
は、空間的に異なる位置に反射される。即ち、隣接する
信号光パルスは、出射光に対して垂直に配置された受光
面40上において、入射面(XY面)内で反射方向(X
´軸方向)に垂直な方向(Y´軸方向)に所定間隔で分
離されると共に、最初に反射された信号光パルス及び次
に反射された信号光パルスは、受光面40上において、
入射面に垂直な方向(Z軸方向)に所定間隔で分離され
る。
As a result, each light pulse of the signal light pulse train is reflected to a spatially different position. That is, the adjacent signal light pulse is reflected on the light receiving surface 40 arranged perpendicular to the outgoing light within the incident surface (XY plane) in the reflection direction (X
(Y-axis direction) perpendicular to ('Y-axis direction) at a predetermined interval, and the first reflected signal light pulse and the next reflected signal light pulse
The light is separated at predetermined intervals in a direction perpendicular to the incident surface (Z-axis direction).

【0067】以上の通り、本実施の形態の光スイッチ素
子によれば、階段状の遅延器により、超高速光応答膜の
分割された領域毎に異なるタイミングで制御光が照射さ
れるので、時間的にシリアルな信号光パルス列が、空間
的に2次元状に配列されたパラレルな信号光パルス列に
変換される。
As described above, according to the optical switch element of the present embodiment, the control light is applied to the divided regions of the ultra-high-speed photoresponsive film at different timings by the step-like delay device. A serial signal light pulse train is converted into a parallel signal light pulse train spatially arranged two-dimensionally.

【0068】また、超高速光応答膜が、非線形光学効果
により吸収率及び屈折率が変化し、且つ回復時定数が5
ps以下である光応答性材料で構成されているので、制
御光照射時に超高速光応答膜の屈折率と吸収率とを変化
させることにより、反射率を大幅に変動させて消光比を
向上することができると共に、5ps以内に元の状態を
回復することができ、超高速光スイッチとして動作させ
ることができる。更に、入射光がs偏光かp偏光かに拘
らず光スイッチ機能を果たすことができる。
The ultra-high-speed photoresponsive film has an absorption and a refractive index that change due to the nonlinear optical effect and a recovery time constant of 5 μm.
Since it is composed of a photo-responsive material of less than ps, the extinction ratio is improved by changing the refractive index and the absorptance of the ultra-high-speed photo-responsive film at the time of irradiation with the control light, thereby greatly changing the reflectivity. In addition, the original state can be restored within 5 ps, and the device can be operated as an ultra-high-speed optical switch. Furthermore, the optical switch function can be performed regardless of whether the incident light is s-polarized light or p-polarized light.

【0069】(第3の実施の形態)本実施の形態に係る
反射型の光スイッチ素子は、信号光の光路に信号光を複
数のチャンネルに分配する分配器を配置した以外は、第
1の実施の形態と同様の構成であるため、同じ構成部分
には同一の符号を付して説明を省略する。
(Third Embodiment) The reflection type optical switch element according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a distributor for distributing signal light to a plurality of channels is arranged in the optical path of the signal light. Since the configuration is the same as that of the embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

【0070】図12に示すように、直角プリズム10の
光入射部18Aの光入射側には、光ファイバー32、光
ファイバー32により導かれた信号光を複数のチャンネ
ルに分配する分配器としての光導波路素子34、及び光
導波路素子34の各チャンネルから出力された信号光を
整形するマイクロレンズ36が配置されている。光導波
路素子34の各チャンネルには、図13に示すように、
チャンネル間に所定の遅延時間が生じるように、光路長
差が設けられている。
As shown in FIG. 12, an optical fiber 32 and an optical waveguide device as a distributor for distributing the signal light guided by the optical fiber 32 to a plurality of channels are provided on the light incident side of the light incident portion 18A of the right-angle prism 10. And a microlens for shaping the signal light output from each channel of the optical waveguide element. In each channel of the optical waveguide element 34, as shown in FIG.
An optical path length difference is provided so that a predetermined delay time occurs between channels.

【0071】光ファイバー32により導かれた信号光
は、光導波路素子34により複数のチャンネルに分配さ
れ、チャンネル毎に遅延時間τoずつ遅延されて、各チ
ャンネルから出射される。光導波路素子34の各チャン
ネルからの出射光は、マイクロレンズ36によりビーム
整形され、直角プリズム10の光入射部18Aから順次
入射される。
[0071] The signal light guided by the optical fiber 32 is distributed to a plurality of channels by waveguide element 34, it is delayed by a delay time tau o for each channel, is emitted from each channel. Light emitted from each channel of the optical waveguide device 34 is a beam shaping by the microlens 36 are sequentially incident from the light incident portion 18A of the right-angle prism 10.

【0072】各チャンネル毎に見れば、第1の実施の形
態と同様に、信号光パルス間隔τsが時間差Δt1より短
い(τs<Δt1)と、ある時刻には複数のパルス(信号
光パルス列)が光反射部上の異なる位置に入射すること
になる。また、このとき制御光のパルス幅tcが信号光
パルス間隔τsより短い(tc<τs)と、信号光パルス
に同期して制御光パルスが光反射部に入射した瞬間に、
信号光パルス列の各光パルスの光反射部に入射した部分
だけが強く反射される。
Looking at each channel, similar to the first embodiment, if the signal light pulse interval τ s is shorter than the time difference Δt 1s <Δt 1 ), a plurality of pulses (signals) (Light pulse train) will be incident on different positions on the light reflecting portion. At this time, if the pulse width t c of the control light is shorter than the signal light pulse interval τ s (t cs ), at the moment when the control light pulse enters the light reflecting portion in synchronization with the signal light pulse,
Only the portion of each signal pulse of the signal light pulse train that has entered the light reflecting portion is strongly reflected.

【0073】その結果、信号光パルス列の各光パルスは
空間的に異なる位置に反射される。即ち、隣接する信号
光パルスは、出射光に対して垂直に配置された受光面上
において、入射面(XY面)内で反射方向に垂直な方向
に所定間隔で分離されると共に、各チャンネルから入射
された信号光パルスは、受光面上において、入射面に垂
直な方向(Z軸方向)に所定間隔で分離される。
As a result, each light pulse of the signal light pulse train is reflected to a spatially different position. That is, adjacent signal light pulses are separated at predetermined intervals in a direction perpendicular to the reflection direction in the incident surface (XY plane) on the light receiving surface arranged perpendicularly to the outgoing light, and are separated from each channel. The incident signal light pulse is separated at predetermined intervals on the light receiving surface in a direction perpendicular to the incident surface (Z-axis direction).

【0074】以上の通り、本実施の形態の光スイッチ素
子によれば、光分配器である光導波路素子により、信号
光が複数のチャンネルに分配され、分配されたチャンネ
ル毎に異なるタイミングで、直角プリズムの光入射部の
異なる領域から入射され、光反射部の異なる位置で反射
されるので、時間的にシリアルな信号光パルス列が、空
間的に2次元状に配列されたパラレルな信号光パルス列
に変換される。
As described above, according to the optical switching device of the present embodiment, the signal light is distributed to a plurality of channels by the optical waveguide device, which is an optical distributor, and the signal light is distributed at different timings for each of the distributed channels. Since the light is incident from different regions of the light incident portion of the prism and is reflected at different positions of the light reflecting portion, the temporally serial signal light pulse train is converted into a spatially two-dimensional parallel signal light pulse train. Is converted.

【0075】また、超高速光応答膜が、非線形光学効果
により吸収率及び屈折率が変化し、且つ回復時定数が5
ps以下である光応答性材料で構成されているので、制
御光照射時に超高速光応答膜の屈折率と吸収率とを変化
させることにより、反射率を大幅に変動させて消光比を
向上することができると共に、5ps以内に元の状態を
回復することができ、超高速光スイッチとして動作させ
ることができる。更に、入射光がs偏光かp偏光かに拘
らず光スイッチ機能を果たすことができる。
Further, the ultra-high-speed photoresponsive film has an absorption and a refractive index which change due to the nonlinear optical effect, and a recovery time constant of 5
Since it is composed of a photo-responsive material of less than ps, the extinction ratio is improved by changing the refractive index and the absorptance of the ultra-high-speed photo-responsive film at the time of irradiation with the control light, thereby greatly changing the reflectivity. In addition, the original state can be restored within 5 ps, and the device can be operated as an ultra-high-speed optical switch. Furthermore, the optical switch function can be performed regardless of whether the incident light is s-polarized light or p-polarized light.

【0076】上記第1〜第3の実施の形態では、制御光
の入射方向を、超高速光応答膜に略垂直な方向とした
が、図14に示すように、制御光の入射方向を、直角プ
リズム10の斜面16の法線(超高速光応答膜14の法
線と共通)に対し信号光入射側に傾いた方向としてもよ
い。制御光の入射方向を、超高速光応答膜の法線に対し
信号光入射側に傾いた方向とする場合には、信号光パル
スの到達時間差による反射率の低下を低減することがで
きる。
In the first to third embodiments, the incident direction of the control light is set to a direction substantially perpendicular to the ultra-high-speed photoresponsive film. However, as shown in FIG. The direction may be inclined to the signal light incident side with respect to the normal of the inclined surface 16 of the right-angle prism 10 (common to the normal of the ultrafast photoresponsive film 14). When the incident direction of the control light is inclined toward the signal light incident side with respect to the normal line of the ultrafast photoresponsive film, it is possible to reduce a decrease in reflectance due to a difference in arrival time of the signal light pulse.

【0077】このように制御光が斜めに入射する場合に
は、制御光パルスが斜面16に到達する時刻にも時間差
が生じる。この時間差Δtcは、制御光がD点からC点
まで進む時間であり、入射角をθc、ビーム径をCとす
ると、時間差Δtcは下記式で表される。例えば、θc
45°、D1=1mm、θ1=45°、c=3×108
/sとすると、Δtc=3.3psである。
When the control light is obliquely incident as described above, a time difference also occurs at the time when the control light pulse reaches the slope 16. The time difference Δt c is the time when the control light travels from the point D to the point C. Assuming that the incident angle is θ c and the beam diameter is C, the time difference Δt c is represented by the following equation. For example, θ c =
45 °, D 1 = 1 mm, θ 1 = 45 °, c = 3 × 10 8 m
/ S, Δt c = 3.3 ps.

【0078】[0078]

【数6】 (Equation 6)

【0079】従って、制御光を斜めに入射させる場合
に、信号光の反射率を効率よく変化させるためには、信
号光のパルス幅ts、制御光のパルス幅tc、時間差Δt
1、及び時間差Δtcが、下記の関係式を満たすことが好
ましい。
Therefore, in order to efficiently change the reflectance of the signal light when the control light is obliquely incident, the pulse width t s of the signal light, the pulse width t c of the control light, and the time difference Δt
1 and the time difference Δt c preferably satisfy the following relational expression.

【0080】[0080]

【数7】 (Equation 7)

【0081】上記第1〜第3の実施の形態において、制
御光の波長λ0は、超高速光応答膜の最大吸収ピーク波
長に共鳴していることが好ましい。制御光の波長λ0
超高速光応答膜の最大吸収ピーク波長付近の波長である
場合には、超高速光応答膜の吸収率変化及び屈折率変化
が最大となり消光比が向上する。例えば、図3(A)に
示すように、波長約770nmの位置に吸収ピークを有
しているスクエアリリウム色素薄膜からなる超高速光応
答膜は、制御光の波長を770nmとした場合に吸収率
変化が最大となる。
In the first to third embodiments, it is preferable that the wavelength λ 0 of the control light resonates with the maximum absorption peak wavelength of the ultrafast photoresponsive film. When the wavelength λ 0 of the control light is near the maximum absorption peak wavelength of the ultrafast photoresponsive film, the change in the absorptance and the refractive index of the ultrafast photoresponsive film are maximized, and the extinction ratio is improved. For example, as shown in FIG. 3A, an ultrafast photoresponsive film made of a squarylium dye thin film having an absorption peak at a wavelength of about 770 nm has an absorptance when the wavelength of the control light is 770 nm. The change is greatest.

【0082】また、信号光の波長λ1には、制御光の波
長λ0とは異なる波長を選択することができる。従来の
光スイッチ素子では、信号光の波長λ1は制御光の波長
λ0と同様に超高速光応答膜の最大吸収ピーク波長付近
の波長とされる場合が多かったが、本実施の形態の光ス
イッチ素子では、信号光の波長選択の幅が広く、超高速
光応答膜の最大吸収ピーク波長以外の波長とすることが
できる。例えば、信号光の波長λ1を、超高速光応答膜
の最大吸収ピーク波長より長波長とすることができる。
信号光の波長λ1は、信号光の吸収損失を低減するた
め、超高速光応答膜が吸収を有していない波長とするこ
とが好ましい。
The wavelength λ 1 of the signal light can be selected to be different from the wavelength λ 0 of the control light. In the conventional optical switch element, the wavelength λ 1 of the signal light is often set to a wavelength near the maximum absorption peak wavelength of the ultrafast photoresponsive film, similarly to the wavelength λ 0 of the control light. In the optical switch element, the wavelength selection range of the signal light is wide, and the wavelength can be other than the maximum absorption peak wavelength of the ultrafast photoresponsive film. For example, the wavelength λ 1 of the signal light can be longer than the maximum absorption peak wavelength of the ultrafast photoresponsive film.
The wavelength λ 1 of the signal light is preferably a wavelength at which the ultrafast photoresponsive film has no absorption in order to reduce the absorption loss of the signal light.

【0083】上記第1〜第3の実施の形態においては、
制御光を集光することにより、制御光1パルス当たりの
エネルギーを小さくすることができる。また、反射光を
円柱状のレンズにより集光し、光ファイバーに導入して
もよい。
In the first to third embodiments,
By condensing the control light, the energy per one pulse of the control light can be reduced. Further, the reflected light may be condensed by a cylindrical lens and introduced into an optical fiber.

【0084】上記第1〜第3の実施の形態では、光入射
部と光出射部とを備えた光透過性部材として直角プリズ
ムを用いたが、その一表面に、光入射部から入射された
信号光を出射部方向に反射するように超高速光応答膜を
形成できるものであれば特に制限はなく、例えば、半円
形等の形状とすることができる。
In the first to third embodiments, the right angle prism is used as the light transmitting member having the light incident portion and the light emitting portion, but the light is incident on one surface from the light incident portion. There is no particular limitation as long as an ultra-high-speed light-responsive film can be formed so as to reflect the signal light in the direction of the emitting portion. For example, the shape can be a semicircle or the like.

【0085】なお、本発明の多チャンネル光スイッチ
は、上記第2及び第3の実施の形態のように、時間的に
シリアルな信号光パルス列を、空間的に2次元状に配列
されたパラレルな信号光パルス列に変換することによ
り、例えば、画像情報の光伝送で、送信側で、m×n画
素についてのパラレル2次元画像情報を、シリアル信号
光に多重化して送信し、受信側で、その多重化されたシ
リアル信号光を、一軸方向にはmチャンネルで、これと
直交する他の一軸方向にはnチャンネルの、空間的に2
次元のパラレル信号光に分離すれば、m×n画素につい
てのパラレル2次元画像情報を、2次元パラレル性を維
持したまま、2次元空間光変調器や2次元CCDアレイ
などによって直接、処理または検出することが可能とな
る。
The multi-channel optical switch of the present invention, as in the second and third embodiments, converts a time-serial signal light pulse train into a spatially two-dimensional parallel light signal. By converting the signal into a signal light pulse train, for example, in optical transmission of image information, the transmitting side multiplexes parallel two-dimensional image information on m × n pixels into serial signal light and transmits it. The multiplexed serial signal light is spatially converted into m channels in one axis direction and n channels in another orthogonal axis direction.
If separated into two-dimensional parallel signal light, parallel two-dimensional image information for m × n pixels is directly processed or detected by a two-dimensional spatial light modulator or two-dimensional CCD array while maintaining two-dimensional parallelism. It is possible to do.

【0086】また、本発明の多チャンネル光スイッチ
は、光論理素子として光演算等に使用することもでき
る。
Further, the multi-channel optical switch of the present invention can be used as an optical logic element for optical operation or the like.

【0087】[0087]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。 (実施例1)ガラス基板に厚さd2が35nmの銀薄膜
を真空蒸着し、その上に厚さd3が190nmのスクエ
アリリウム色素J会合体からなる超高速光応答膜14を
スピンコート法で製膜した。このガラス基板のガラス側
を、ガラス製の直角プリズム10の斜面16に透明なオ
イルを用いて貼り付け、図1に示す構成の光スイッチ素
子(C)を作製した。波長850nmでの超高速光応答
膜14の屈折率n3は2.68であった。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. (Example 1) a silver thin film having a thickness of d 2 is 35nm on a glass substrate by vacuum deposition, spin coating ultrafast photoresponsive film 14 whose thickness d 3 above consists of squarylium dye J aggregate of 190nm Was formed. The glass side of this glass substrate was adhered to the inclined surface 16 of the right-angle prism 10 made of glass using transparent oil, to produce an optical switch element (C) having the configuration shown in FIG. The refractive index n 3 of the ultrafast photoresponsive film 14 at a wavelength of 850 nm was 2.68.

【0088】図10に示すように、波長850nm、パ
ルス幅0.2psの光パルス列(信号光)を、ビーム径
1mmの平行ビームにして、光スイッチ素子(C)の直
角プリズムの1辺に略垂直に入射した。入射する光信号
は、1ps間隔の4つのシリアルパルスからなるパルス
列を所定間隔で繰り返し配列したものである。反射光の
強度を光検出器を用いて測定したところ、反射率と入射
角θ1との関係は、図8の実線に示す通りであり、入射
角θ1が44.8°の時に反射率は最小値1%を示し
た。
As shown in FIG. 10, an optical pulse train (signal light) having a wavelength of 850 nm and a pulse width of 0.2 ps is converted into a parallel beam having a beam diameter of 1 mm, and is substantially formed on one side of the right-angle prism of the optical switch element (C). Normally incident. The incident optical signal is obtained by repeatedly arranging a pulse train composed of four serial pulses at an interval of 1 ps at a predetermined interval. When the intensity of the reflected light was measured using a photodetector, the relationship between the reflectance and the incident angle θ 1 was as shown by the solid line in FIG. 8, and the reflectance was measured when the incident angle θ 1 was 44.8 °. Showed a minimum value of 1%.

【0089】入射角θ1を44.8°に固定して、入射
光に同期して、制御光を超高速光応答膜14に対して垂
直に入射した。制御光の波長は780nm、ビーム径を
2mmφ、パルス幅を0.5ps、1パルス当りのエネ
ルギーを0.25μJとした。制御光照射時に、制御光
を照射された部分には、4つの信号光パルスが光反射部
上の異なる位置に入射しており、1つの制御光パルスが
光反射部に入射した瞬間に、4つの信号光パルスの光反
射部に入射した部分だけが強く反射される。その結果、
出射光に対して垂直に配置された受光面40上におい
て、反射光として、図15に示すように、入射面(XY
面)内で反射方向(X´軸方向)に垂直な方向(Y´軸
方向)に、0.2mmの等間隔で空間的に分離された4
つのパルスが得られた。即ち、時間的にシリアルな信号
光パルス列を、光スイッチ素子(C)により空間的にパ
ラレルな信号光パルス列に変換して取り出すことができ
た。なお、各パルスの入射面と直交する方向(Z軸方
向)の幅は、約1.0mmである。
The incident angle θ 1 was fixed at 44.8 °, and control light was perpendicularly incident on the ultrafast photoresponsive film 14 in synchronization with the incident light. The wavelength of the control light was 780 nm, the beam diameter was 2 mmφ, the pulse width was 0.5 ps, and the energy per pulse was 0.25 μJ. At the time of control light irradiation, four signal light pulses are incident on different positions on the light reflecting portion in a portion irradiated with the control light, and at the moment one control light pulse is incident on the light reflecting portion, Only the portions of the two signal light pulses that have entered the light reflecting portion are strongly reflected. as a result,
On the light receiving surface 40 arranged perpendicular to the outgoing light, as the reflected light, as shown in FIG.
4) spatially separated at equal intervals of 0.2 mm in a direction (Y′-axis direction) perpendicular to the reflection direction (X′-axis direction)
One pulse was obtained. That is, a temporally serial signal light pulse train could be converted into a spatially parallel signal light pulse train by the optical switch element (C) and extracted. The width in the direction (Z-axis direction) orthogonal to the plane of incidence of each pulse is about 1.0 mm.

【0090】また、超高速光応答膜14の制御光を照射
された部分は、波長850nmの光に対してΔn3=−
0.05の屈折率変化を生じたが、数100fsの回復
時間後には元の屈折率値を回復し、超高速の応答性を示
した。また、制御光照射時に、光スイッチ素子の反射率
は15%に増加した。これは10:1以上の消光比が達
成されたことを意味する。
Also, the portion of the ultrafast photoresponsive film 14 irradiated with the control light has a difference of Δn 3 = − with respect to the light having a wavelength of 850 nm.
Although a refractive index change of 0.05 occurred, the original refractive index value was recovered after a recovery time of several hundred fs, and an ultra-high-speed response was exhibited. When the control light was irradiated, the reflectance of the optical switch element increased to 15%. This means that an extinction ratio of 10: 1 or more has been achieved.

【0091】(実施例2)ガラス基板に厚さd2が30
nmの銀薄膜を真空蒸着し、その上に厚さd3が500
nmのスクエアリリウム色素からなる超高速光応答膜1
4をスピンコート法で製膜した。このガラス基板のガラ
ス側を、ガラス製の直角プリズム10の斜面16に透明
なオイルを用いて貼り付け、図1に示す構成の光スイッ
チ素子(D)を作製した。波長1.55μmでの超高速
光応答膜14の屈折率n3は2.05であった。この厚
さd3は、d3>λ/2n3の条件を満たしている。
Example 2 A glass substrate having a thickness d 2 of 30
A silver thin film having a thickness of 300 nm is vacuum-deposited thereon and the thickness d 3 is 500
ultrafast photo-response film 1 consisting of squarylium dye of 1 nm
4 was formed by a spin coating method. The glass side of this glass substrate was adhered to the inclined surface 16 of the right-angle prism 10 made of glass using transparent oil, thereby producing an optical switch element (D) having the configuration shown in FIG. The refractive index n 3 of the ultrafast photoresponsive film 14 at a wavelength of 1.55 μm was 2.05. This thickness d 3 satisfies the condition of d 3 > λ / 2n 3 .

【0092】図10に示すように、波長1.55μm、
パルス幅0.2psの光パルス列(信号光)を、ビーム
径1mmの平行ビームにして、光スイッチ素子(D)の
直角プリズムの1辺に略垂直に入射した。入射する光信
号は、1ps間隔の4つのシリアルパルスからなるパル
ス列を所定間隔で繰り返し配列したものである。反射光
の強度を光検出器を用いて測定したところ、反射率と入
射角θ1との関係は、図8の実線と似たものになり、入
射角θ1が44.5°の時に反射率は最小値4%を示し
た。
As shown in FIG. 10, the wavelength is 1.55 μm,
An optical pulse train (signal light) having a pulse width of 0.2 ps was converted into a parallel beam having a beam diameter of 1 mm, and was incident substantially perpendicularly to one side of the right-angle prism of the optical switch element (D). The incident optical signal is obtained by repeatedly arranging a pulse train composed of four serial pulses at an interval of 1 ps at a predetermined interval. When the intensity of the reflected light was measured using a photodetector, the relationship between the reflectance and the incident angle θ 1 was similar to the solid line in FIG. 8, and the reflection was observed when the incident angle θ 1 was 44.5 °. The rate showed a minimum value of 4%.

【0093】入射角θ1を44.5°に固定して、入射
光に同期して、制御光を超高速光応答膜14に対して垂
直に入射した。制御光の波長は780nm、ビーム径を
2mmφ、パルス幅を0.5ps、1パルス当りのエネ
ルギーを0.25μJとした。制御光照射時に、制御光
を照射された部分には、4つの信号光パルスが光反射部
上の異なる位置に入射しており、1つの制御光パルスが
光反射部に入射した瞬間に、4つの信号光パルスの光反
射部に入射した部分だけが強く反射される。その結果、
出射光に対して垂直に配置された受光面40上におい
て、反射光として、図15に示すように、入射面(XY
面)内で反射方向(X´軸方向)に垂直な方向(Y´軸
方向)に、0.2mmの等間隔で空間的に分離された4
つのパルスが得られた。即ち、時間的にシリアルな信号
光パルス列を、光スイッチ素子(D)により空間的にパ
ラレルな信号光パルス列に変換して取り出すことができ
た。なお、各パルスの入射面と直交する方向(Z軸方
向)の幅は、約1.0mmである。
The incident angle θ 1 was fixed at 44.5 °, and control light was perpendicularly incident on the ultrafast photoresponsive film 14 in synchronization with the incident light. The wavelength of the control light was 780 nm, the beam diameter was 2 mmφ, the pulse width was 0.5 ps, and the energy per pulse was 0.25 μJ. At the time of control light irradiation, four signal light pulses are incident on different positions on the light reflecting portion at the portion irradiated with the control light, and at the moment one control light pulse is incident on the light reflecting portion, Only the portions of the two signal light pulses that have entered the light reflecting portion are strongly reflected. as a result,
On the light receiving surface 40 arranged perpendicular to the outgoing light, as the reflected light, as shown in FIG.
The surface) in a reflection direction (X'-axis direction) perpendicular to a direction (Y'-axis direction), it is spatially separated at regular intervals of 0.2 mm 4
One pulse was obtained. That is, a temporally serial signal light pulse train could be converted into a spatially parallel signal light pulse train by the optical switch element (D) and extracted. The width in the direction (Z-axis direction) orthogonal to the plane of incidence of each pulse is about 1.0 mm.

【0094】また、超高速光応答膜14の制御光を照射
された部分は、波長1.55μmの光に対してΔn3
−0.01の屈折率変化を生じたが、数100fsの回
復時間後には元の屈折率値を回復し、超高速の応答性を
示した。また、制御光照射時に、光スイッチ素子の反射
率は10%に増加した。これは2:1以上の消光比が達
成されたことを意味する。
The portion of the ultra-high-speed photoresponsive film 14 irradiated with the control light is Δn 3 = 1.55 μm light.
Although a refractive index change of −0.01 occurred, the original refractive index value was recovered after a recovery time of several hundred fs, and an ultra-high-speed response was exhibited. Further, upon irradiation with the control light, the reflectance of the optical switch element increased to 10%. This means that an extinction ratio of 2: 1 or more was achieved.

【0095】(実施例3)図11(A)及び(B)に示
すように、実施例1で作製した光スイッチ素子(C)の
直角プリズム10の斜面16の光反射部の外側に、制御
光の光路と交差するように、斜面16と平行に、厚さが
4及びd5(d4>d5)の2段階で変化し、屈折率nが
1.5、段差h(d4−d5)が2.4mmの遅延器30
を配置した。
(Embodiment 3) As shown in FIGS. 11A and 11B, the optical switch element (C) manufactured in Embodiment 1 has a control on the slope 16 of the right-angle prism 10 outside the light reflecting portion. The thickness changes in two stages of d 4 and d 5 (d 4 > d 5 ) so as to intersect the optical path of the light and parallel to the slope 16, the refractive index n is 1.5, and the step h (d 4 −d 5 ) is a delay device 30 having a thickness of 2.4 mm.
Was placed.

【0096】波長850nm、パルス幅0.2psの光
パルス列(信号光)を、ビーム径1mmの平行ビームに
して、光スイッチ素子(C)の直角プリズムの1辺に略
垂直に入射した。入射する光信号は、1ps間隔の8つ
のシリアルパルスからなるパルス列を所定間隔で繰り返
し配列したものであり、信号光の形状は、入射面(XY
面)内で入射方向に垂直な方向には1mm、入射面と垂
直な方向(Z軸方向)には2mmの楕円形となるよう
に、光学系により整形されている。反射光の強度を光検
出器を用いて測定したところ、反射率と入射角θ1との
関係は、図8の実線に示す通りであり、入射角θ1が4
4.8°の時に反射率は最小値1%を示した。
An optical pulse train (signal light) having a wavelength of 850 nm and a pulse width of 0.2 ps was converted into a parallel beam having a beam diameter of 1 mm and incident substantially perpendicularly to one side of the right-angle prism of the optical switch element (C). The incident optical signal is obtained by repeatedly arranging a pulse train composed of eight serial pulses at an interval of 1 ps at a predetermined interval.
It is shaped by an optical system so as to have an elliptical shape of 1 mm in a direction perpendicular to the incident direction within the plane and 2 mm in a direction perpendicular to the incident surface (Z-axis direction). When the intensity of the reflected light was measured using an optical detector, the relationship between the reflectance and the incident angle theta 1, is as shown in solid line in FIG. 8, the incident angle theta 1 is 4
At 4.8 °, the reflectance showed a minimum value of 1%.

【0097】入射角θ1を44.8°に固定して、入射
光に同期して、制御光を超高速光応答膜14に対して垂
直に入射した。制御光の波長は780nm、ビーム径を
2mmφ、パルス幅を0.5ps、1パルス当りのエネ
ルギーを0.5μJとした。また、制御光の形状は、直
径2mmの円形とした。
The incident angle θ 1 was fixed at 44.8 °, and the control light was perpendicularly incident on the ultrafast photoresponsive film 14 in synchronization with the incident light. The wavelength of the control light was 780 nm, the beam diameter was 2 mmφ, the pulse width was 0.5 ps, and the energy per pulse was 0.5 μJ. The shape of the control light was a circle having a diameter of 2 mm.

【0098】制御光照射時に、制御光を照射された部分
には、初めの4つの信号光パルスが光反射部上の異なる
位置に入射しており、遅延器30の厚さd5部分を通過
した制御光パルスが光反射部の対応する領域に入射した
瞬間に、対応する領域において、この初めの4つの信号
光パルスの光反射部に入射した部分だけが強く反射され
る。これに遅延時間τd=4psだけ遅れて、遅延器3
0の厚さd4部分を通過した制御光パルスが光反射部に
入射した瞬間に、対応する領域において、次の4つの信
号光パルスの光反射部に入射した部分だけが強く反射さ
れる。
[0098] when the control light irradiation, the irradiated portion of the control light, four optical signal pulse at the beginning are incident at different positions on the light reflecting portion, passes through the thickness d 5 parts of delayer 30 At the moment when the control light pulse enters the corresponding region of the light reflecting portion, only the portion of the first four signal light pulses that have entered the light reflecting portion is strongly reflected in the corresponding region. This is delayed by a delay time τ d = 4 ps,
At the moment when the control light pulse that has passed through the 0-th thickness d 4 portion enters the light reflecting portion, only the portion of the next four signal light pulses that have entered the light reflecting portion is strongly reflected in the corresponding region.

【0099】その結果、出射光に対して垂直に配置され
た受光面40上において、反射光として、図16に示す
ように、入射面(XY面)内で反射方向(X´軸方向)
に垂直な方向(Y´軸方向)に、0.2mmの等間隔で
空間的に分離された4つのパルス、及びこの4つのパル
スに対し時間的に4ps遅延すると共に、入射面(XY
面)と直交する方向(Z軸方向)に少しずれた位置に、
反射方向に垂直な方向に0.2mmの等間隔で空間的に
分離された4つのパルスの合計8個の光パルスが得られ
た。即ち、時間的にシリアルな信号光パルス列を、光ス
イッチ素子(C)及び遅延器30を用いて、空間的にパ
ラレルな信号光パルス列に変換して取り出すことができ
た。
As a result, on the light receiving surface 40 arranged perpendicularly to the outgoing light, as reflected light, as shown in FIG. 16, in the incident surface (XY plane), the reflection direction (X 'axis direction)
In the direction perpendicular to the plane (Y ′ axis direction), four pulses spatially separated at equal intervals of 0.2 mm, and the four pulses are temporally delayed by 4 ps, and the incident plane (XY
At a position slightly shifted in the direction (Z-axis direction)
A total of eight light pulses of four pulses spatially separated at equal intervals of 0.2 mm in the direction perpendicular to the reflection direction were obtained. That is, the temporally serial signal light pulse train could be converted into a spatially parallel signal light pulse train using the optical switch element (C) and the delay unit 30 and extracted.

【0100】また、超高速光応答膜14の制御光を照射
された部分は、波長850nmの光に対してΔn3=−
0.1の屈折率変化を生じたが、数100fsの回復時
間後には元の屈折率値を回復し、超高速の応答性を示し
た。また、制御光照射時に、光スイッチ素子の反射率は
16%に増加した。これは10:1以上の消光比が達成
されたことを意味する。
Also, the portion of the ultrafast photoresponsive film 14 irradiated with the control light has a difference of Δn 3 = − with respect to the light having a wavelength of 850 nm.
Although a change in the refractive index of 0.1 occurred, the original refractive index value was recovered after a recovery time of several hundred fs, and an ultra-high-speed response was exhibited. When the control light was irradiated, the reflectance of the optical switch element increased to 16%. This means that an extinction ratio of 10: 1 or more has been achieved.

【0101】(実施例4)図12に示すように、実施例
1で作製した光スイッチ素子(C)の直角プリズム10
の光入射部18Aの光入射側に、光ファイバー32、光
ファイバー32により導かれた信号光を4つのチャンネ
ルに分配する分配器としての光導波路素子34、及び光
導波路素子34の各チャンネルから出力された信号光を
整形するマイクロレンズ36を配置した。光導波路素子
34の各チャンネルには、チャンネル間に4psの遅延
が生じるように、真空中で1.2mmに相当する光路長
差が設けられている。
(Embodiment 4) As shown in FIG. 12, the right-angle prism 10 of the optical switch element (C) manufactured in Embodiment 1 was used.
The optical fiber 32, the optical waveguide element 34 as a distributor for distributing the signal light guided by the optical fiber 32 into four channels, and the light output from each channel of the optical waveguide element 34, on the light incident side of the light incident part 18A. A microlens 36 for shaping the signal light was arranged. Each channel of the optical waveguide element 34 is provided with an optical path length difference of 1.2 mm in vacuum so that a delay of 4 ps occurs between the channels.

【0102】光ファイバー32から出射された波長85
0nm、パルス幅0.2psの光パルス列(信号光)
を、光導波路素子34を導波させて4つのチャンネルに
分配し、光導波路素子34の各チャンネルから出力され
た信号光を、マイクロレンズ36を通してビーム径1m
mの平行ビームにし、順次、光スイッチ素子(C)の直
角プリズム10の1辺に略垂直に入射した。
Wavelength 85 emitted from optical fiber 32
Optical pulse train (signal light) with 0 nm and pulse width 0.2 ps
Is guided into the optical waveguide element 34 and distributed into four channels, and the signal light output from each channel of the optical waveguide element 34 is passed through the microlens 36 to a beam diameter of 1 m.
m parallel beams were sequentially and substantially perpendicularly incident on one side of the right-angle prism 10 of the optical switch element (C).

【0103】光スイッチ素子(C)に入射する光信号
は、1ps間隔の16個のシリアルパルスからなるパル
ス列を所定間隔で繰り返し配列したものであり、信号光
の形状は、直径1mmの円形となるように、マイクロレ
ンズ36により整形されている。
The optical signal incident on the optical switch element (C) is a pulse train composed of 16 serial pulses at 1 ps intervals repeatedly arranged at predetermined intervals, and the shape of the signal light is a circle having a diameter of 1 mm. Thus, it is shaped by the micro lens 36.

【0104】隣接するチャンネルから出力された2つの
信号光は、直角プリズム10の光入射部18A上におい
て、入射面(XY面)と直交する方向(Z軸方向)に2
mm間隔離間された位置に入射する。反射光の強度を光
検出器を用いて測定したところ、反射率と入射角θ1
の関係は、図8の実線に示す通りであり、入射角θ1
44.8°の時に反射率は最小値1%を示した。
The two signal lights output from the adjacent channels are separated in the direction (Z-axis direction) orthogonal to the incident surface (XY plane) on the light incident portion 18A of the right-angle prism 10.
It is incident on a position separated by mm. When the intensity of the reflected light was measured using a photodetector, the relationship between the reflectance and the incident angle θ 1 was as shown by the solid line in FIG. 8, and the reflectance was measured when the incident angle θ 1 was 44.8 °. Showed a minimum value of 1%.

【0105】入射角θ1を44.8°に固定して、入射
光に同期して制御光を垂直に入射した。制御光の波長は
780nm、パルス幅を0.5ps、1パルス当りのエ
ネルギーを1μJとした。また、制御光のビーム形状
は、2mm×8mmの楕円形とした。
The incident angle θ 1 was fixed at 44.8 °, and the control light was vertically incident in synchronization with the incident light. The wavelength of the control light was 780 nm, the pulse width was 0.5 ps, and the energy per pulse was 1 μJ. The beam shape of the control light was an ellipse of 2 mm × 8 mm.

【0106】光導波路素子34の第1のチャンネルから
出力された16個の信号光パルスのうちの最後の4つの
信号光パルスが光反射部上の異なる位置に入射すると、
同期して入射した制御光パルスが光反射部に入射した瞬
間に、4つの信号光パルスの光反射部に入射した部分だ
けが強く反射される。これに4psだけ遅延して、光導
波路素子34の第2のチャンネルから出力された16個
の信号光パルスのうちの9番目から12番目までの4つ
の信号光パルスが光反射部上の異なる位置に入射する
と、同期して入射した制御光パルスが光反射部に入射し
た瞬間に、4つの信号光パルスの光反射部に入射した部
分だけが強く反射される。
When the last four signal light pulses of the 16 signal light pulses output from the first channel of the optical waveguide element 34 enter different positions on the light reflecting portion,
At the moment when the control light pulse that has entered synchronously enters the light reflecting portion, only the portions of the four signal light pulses that have entered the light reflecting portion are strongly reflected. Delayed by 4 ps, the four signal light pulses from the ninth to the twelfth out of the sixteen signal light pulses output from the second channel of the optical waveguide element 34 have different positions on the light reflecting portion. At the moment when the control light pulse that has entered synchronously enters the light reflecting portion, only the portions of the four signal light pulses that have entered the light reflecting portion are strongly reflected.

【0107】続いて4psだけ遅延して、光導波路素子
34の第3のチャンネルから出力された16個の信号光
パルスのうちの5番目から8番目までの4つの信号光パ
ルスの光反射部に入射した部分が反射される。更に4p
sだけ遅延して、光導波路素子34の第4のチャンネル
から出力された16個の信号光パルスのうちの1番目か
ら4番目までの4つの信号光パルスの光反射部に入射し
た部分が反射される。
Subsequently, the signal is delayed by 4 ps to the light reflecting portions of the fifth to eighth four signal light pulses of the sixteen signal light pulses output from the third channel of the optical waveguide element 34. The incident part is reflected. 4p more
The part of the 16 signal light pulses output from the fourth channel of the optical waveguide element 34, which is delayed by s, is incident on the light reflecting portions of the first to fourth four signal light pulses. Is done.

【0108】その結果、出射光に対して垂直に配置され
た受光面40上において、反射光として、図17に示す
ように、入射面(XY面)内で反射方向(X´軸方向)
に垂直な方向(Y´軸方向)に、0.2mmの等間隔で
空間的に分離された4つのパルスが、光導波路素子34
の4つのチャンネルに応じて、チャンネル毎に時間的に
4ps遅延すると共に、隣接するチャンネル間で入射面
(XY面)と直交する方向(Z軸方向)に2.0mmず
つずれた位置に反射された、合計16個の光パルスが得
られた。即ち、時間的にシリアルな信号光パルス列を、
光スイッチ素子(C)及び分配器30により、空間的に
パラレルな信号光パルス列に変換して取り出すことがで
きた。
As a result, as shown in FIG. 17, on the light receiving surface 40 arranged perpendicularly to the outgoing light, the reflected light is reflected in the incident direction (XY plane) in the reflection direction (X ′ axis direction) as shown in FIG.
The four pulses spatially separated at equal intervals of 0.2 mm in a direction (Y ′ axis direction) perpendicular to
Are delayed by 4 ps in time for each of the four channels, and are reflected at positions shifted by 2.0 mm in a direction (Z-axis direction) orthogonal to the incident plane (XY plane) between adjacent channels. In addition, a total of 16 light pulses were obtained. That is, a temporally serial signal light pulse train is
By the optical switch element (C) and the distributor 30, the signal was converted into a spatially parallel signal light pulse train and extracted.

【0109】なお、超高速光応答膜14の制御光を照射
された部分は、波長850nmの光に対してΔn3=−
0.05の屈折率変化を生じたが、数100fsの回復
時間後には元の屈折率値を回復し、超高速の応答性を示
した。また、制御光照射時に、光スイッチ素子の反射率
は15%に増加した。これは10:1以上の消光比が達
成されたことを意味する。
The portion of the ultra-high-speed photoresponsive film 14 irradiated with the control light has a difference of Δn 3 = − with respect to light having a wavelength of 850 nm.
Although a refractive index change of 0.05 occurred, the original refractive index value was recovered after a recovery time of several hundred fs, and an ultra-high-speed response was exhibited. When the control light was irradiated, the reflectance of the optical switch element increased to 15%. This means that an extinction ratio of 10: 1 or more has been achieved.

【0110】[0110]

【発明の効果】本発明の多チャンネル光スイッチは、消
光比が大きく、シリアルな信号光列を、空間的に分離さ
れたパラレルな信号光列に変換することができ、しかも
超高速の応答性を発揮する、という効果を奏する。
The multi-channel optical switch of the present invention has a large extinction ratio, can convert a serial signal light sequence into a spatially separated parallel signal light sequence, and has an ultra-high-speed response. Is exerted.

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

【図1】第1の実施の形態に係る反射型の光スイッチ素
子の概略構成を示す光軸に沿った断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view along an optical axis showing a schematic configuration of a reflection type optical switch element according to a first embodiment.

【図2】スクエアリリウム色素のJ会合体からなる超高
速光応答膜の吸収率k及び屈折率nと波長との関係を示
すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the absorption coefficient k and the refractive index n and the wavelength of an ultrafast photoresponsive film made of a J-aggregate of a squarylium dye.

【図3】(A)は、最大吸収ピーク付近の波長の制御光
を照射したときの超高速光応答膜の吸収率変化Δkと信
号光の波長との関係を示すグラフであり、(B)は、超
高速光応答膜の屈折率変化Δnと信号光の波長との関係
を示すグラフである。
FIG. 3A is a graph showing a relationship between a change in absorptance Δk of the ultrafast photoresponsive film and a signal light wavelength when control light having a wavelength near a maximum absorption peak is irradiated, and FIG. Is a graph showing the relationship between the refractive index change Δn of the ultrafast photoresponsive film and the wavelength of the signal light.

【図4】角度θ0及び角度θ1とを定義する説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram that defines an angle θ 0 and an angle θ 1 .

【図5】図4で定義した角度θ0と角度θ1との関係を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an angle θ 0 and an angle θ 1 defined in FIG.

【図6】光スイッチ素子の反射特性を測定する測定系の
概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a measurement system for measuring a reflection characteristic of the optical switch element.

【図7】反射率と入射角θ1との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a reflectance and an incident angle θ 1 .

【図8】反射率と入射角θ1との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the reflectance and the incident angle θ 1 .

【図9】パルス幅tsの信号光がプリズム斜面に到達す
る際に発生するパルス幅方向の時間差を説明する図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a time difference in a pulse width direction generated when a signal light having a pulse width ts reaches a prism slope.

【図10】第1の実施の形態に係る反射型の光スイッチ
素子が、シリアルな信号光をパラレルな信号光に変換す
る機構を説明するための光軸に沿った断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the optical axis for explaining a mechanism in which the reflective optical switch element according to the first embodiment converts serial signal light into parallel signal light.

【図11】(A)は、第2の実施の形態に係る反射型の
光スイッチ素子の概略構成を示す光軸に沿った断面図で
あり、(B)は、第2の実施の形態に係る反射型の光ス
イッチ素子を反射面側から見た側面図である。
FIG. 11A is a sectional view taken along an optical axis showing a schematic configuration of a reflection type optical switch element according to a second embodiment, and FIG. 11B is a sectional view of the reflection type optical switch element according to the second embodiment; It is the side view which looked at such a reflective type optical switch element from the reflective surface side.

【図12】第3の実施の形態に係る反射型の光スイッチ
素子の概略構成を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a reflective optical switch element according to a third embodiment.

【図13】第3の実施の形態に係る反射型の光スイッチ
素子の光導波路素子に形成された導波路の構成を示す平
面図である。
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a waveguide formed in an optical waveguide device of a reflection type optical switch device according to a third embodiment.

【図14】斜めに入射したパルス幅tcの制御光がプリ
ズム斜面に到達する際に発生するパルス幅方向の時間差
を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a time difference in a pulse width direction generated when control light having a pulse width tc that is obliquely incident reaches a prism slope.

【図15】実施例1及び2の光スイッチから出力された
パラレル信号光の空間的配置を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a spatial arrangement of parallel signal lights output from the optical switches according to the first and second embodiments.

【図16】実施例3の光スイッチから出力されたパラレ
ル信号光の空間的配置を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a spatial arrangement of parallel signal light output from the optical switch according to the third embodiment.

【図17】実施例4の光スイッチから出力されたパラレ
ル信号光の空間的配置を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a spatial arrangement of parallel signal light output from the optical switch according to the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 直角プリズム 12 金属膜 14 超高速光応答膜 16 斜面 18A 入射面 18B 出射面 20 回転ステージ 22 光照射手段 24 偏光子 26 光学系 28 光検出器 30 遅延器 32 光ファイバー 34 光導波路素子 36 マイクロレンズ 40 受光面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Right angle prism 12 Metal film 14 Ultra-high-speed photoresponsive film 16 Slope 18A Incident surface 18B Exit surface 20 Rotation stage 22 Light irradiation means 24 Polarizer 26 Optical system 28 Photodetector 30 Delay unit 32 Optical fiber 34 Optical waveguide element 36 Microlens 40 Light receiving surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康郊 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 田 民権 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 夫 龍淳 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 辰浦 智 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 Fターム(参考) 2K002 AA02 AB16 BA02 CA05 DA02 EA30 GA10 HA13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasu Sato, Suburban 430 Green Tech Nakai, Nakai-machi, Ashigara-kami, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Xerox Co., Ltd. (72) Inventor Minami Ta, 430 Green Tech Nakai, Nakai-cho, Ashigara-kami, Kanagawa Fuji Fuji Inside Xerox Co., Ltd. (72) Inventor Ryujun Husband 430 Green Tech Nakai, Nakai-machi, Ashigara-gun, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Xerox Co., Ltd. F term in the company (reference) 2K002 AA02 AB16 BA02 CA05 DA02 EA30 GA10 HA13

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光入射部、光出射部、及び光入射部と光出
射部との間に設けられ且つ光入射部からの入射光の光路
と交差する表面を備えた光透過性部材と、 光透過性部材の前記表面に形成された金属膜、及び前記
金属膜上に積層されると共に制御光が照射されることに
より信号光に対する屈折率及び吸収率が変化する超高速
光応答膜を備え、前記制御光が照射されているときに前
記光入射部から入射された信号光を前記光出射部方向に
反射する反射率を変化させる光反射部と、 所定ビーム形状の信号光からなるシリアルな光信号を、
前記光入射部から入射する信号光入射手段と、 入射された各信号光の入射面内で入射方向に垂直な方向
に異なるビーム部分が反射されるときに、前記超高速光
応答膜に制御光を照射する制御光照射手段と、 を含む多チャンネル光スイッチ。
A light transmitting member provided with a light incident portion, a light emitting portion, and a surface provided between the light incident portion and the light emitting portion and intersecting an optical path of incident light from the light incident portion; A metal film formed on the surface of the light-transmitting member, and an ultra-high-speed photoresponsive film that is stacked on the metal film and has a refractive index and an absorptivity for signal light that are changed by being irradiated with control light. A light reflecting portion that changes the reflectance of reflecting the signal light incident from the light incident portion in the direction of the light emitting portion when the control light is being irradiated; Optical signal,
A signal light incident unit that is incident from the light incident unit, and a control light is transmitted to the ultrafast light-responsive film when a different beam portion is reflected in a direction perpendicular to an incident direction on an incident surface of each incident signal light. And a control light irradiating means for irradiating light.
【請求項2】前記信号光入射手段は、入射された所定個
数の信号光からなる信号光列の最初の信号光の一端部が
前記光反射部で反射されるときに、該信号光列の最後の
信号光の他端部が前記光反射部で反射されるように信号
光を入射し、 前記制御光照射手段は、入射された最初の信号光の一端
部が反射されるときに、入射された最後の信号光の他端
部が反射されるように、制御光を1回照射する請求項1
に記載の多チャンネル光スイッチ。
2. The signal light incident means according to claim 1, wherein when one end of the first signal light of the incident signal light train composed of a predetermined number of signal lights is reflected by said light reflecting portion, said signal light incident means comprises: incident signal light as the other end of the last signal light is reflected by the light reflecting portion, the control light irradiation means, when the one end portion of the first signal light incident is reflected, incident The control light is irradiated once so that the other end of the last signal light is reflected.
A multi-channel optical switch according to claim 1.
【請求項3】前記制御光照射手段は、前記超高速光応答
膜の制御光を照射する領域内の異なる領域毎に異なるタ
イミングで制御光を照射する請求項1または2に記載の
多チャンネル光スイッチ。
3. The multi-channel light according to claim 1, wherein the control light irradiating means irradiates the control light at different timings for different regions in the region of the ultrafast light responsive film irradiated with the control light. switch.
【請求項4】異なるタイミングは、各々の信号光列の前
記光反射部への入射に同期したタイミングである請求項
3に記載の多チャンネル光スイッチ。
4. The multi-channel optical switch according to claim 3, wherein the different timing is a timing synchronized with the incidence of each signal light train on the light reflecting section.
【請求項5】制御光の導波速度または光路長を変更する
ことによってタイミングを異ならせる請求項3または4
に記載の多チャンネル光スイッチ。
5. The timing is varied by changing the waveguide speed or optical path length of the control light.
A multi-channel optical switch according to claim 1.
【請求項6】前記信号光入射手段は、前記信号光列を前
記光入射部の異なる領域毎に異なるタイミングで入射す
る請求項1〜5のいずれか1項に記載の多チャンネル光
スイッチ。
6. The multi-channel optical switch according to claim 1, wherein said signal light incident means enters said signal light train at different timings for different regions of said light incident part.
【請求項7】信号光の導波速度または光路長を変更する
ことによってタイミングを異ならせる請求項6に記載の
多チャンネル光スイッチ。
7. The multi-channel optical switch according to claim 6, wherein the timing is changed by changing the waveguide speed or the optical path length of the signal light.
【請求項8】前記光透過性部材をプリズムとした請求項
1〜7のいずれか1項に記載の多チャンネル光スイッ
チ。
8. The multi-channel optical switch according to claim 1, wherein said light transmitting member is a prism.
【請求項9】前記超高速光応答膜は、非線形光学効果に
より吸収率及び屈折率が変化する請求項1〜8のいずれ
か1項に記載の多チャンネル光スイッチ。
9. The multi-channel optical switch according to claim 1, wherein said ultra-high-speed light-responsive film has an absorptivity and a refractive index which are changed by a nonlinear optical effect.
【請求項10】前記超高速光応答膜を、有機化合物の会
合体で構成した請求項1〜9のいずれか1項に記載の多
チャンネル光スイッチ。
10. The multi-channel optical switch according to claim 1, wherein said ultra-high-speed photoresponsive film is made of an association of organic compounds.
【請求項11】前記有機化合物が、下記一般式(I)で
表されるスクエアリリウム色素である請求項10に記載
の多チャンネル光スイッチ。 【化1】 (R1およびR2は、各々アルキル基を表し、Xは、H、
F、Cl、OH、CH3、C25またはOCH3を表す。
1とR2とは同一でもよく異なっていてもよい。)
11. The multichannel optical switch according to claim 10, wherein said organic compound is a squarylium dye represented by the following general formula (I). [Formula 1] (R 1 and R 2 each represent an alkyl group, X is H,
Represents F, Cl, OH, CH 3 , C 2 H 5 or OCH 3 .
R 1 and R 2 may be the same or different. )
【請求項12】前記有機化合物の会合体は、J-会合体
である請求項10または11に記載の多チャンネル光ス
イッチ。
12. The multi-channel optical switch according to claim 10, wherein the aggregate of the organic compound is a J-aggregate.
【請求項13】前記超高速光応答膜の法線に対して信号
光入射側に傾いた方向から制御光を照射する請求項1〜
12のいずれか1項に記載の多チャンネル光スイッチ。
13. A control light is irradiated from a direction inclined to a signal light incident side with respect to a normal line of the ultrafast photoresponsive film.
13. The multi-channel optical switch according to any one of 12 above.
【請求項14】前記制御光の波長を、前記超高速光応答
膜の吸収波長に共鳴する波長とした請求項1〜13のい
ずれか1項に記載の多チャンネル光スイッチ。
14. The multi-channel optical switch according to claim 1, wherein the wavelength of the control light is a wavelength that resonates with an absorption wavelength of the ultrafast photoresponsive film.
【請求項15】前記信号光の波長を、前記制御光よりも
長波長とした請求項1〜14のいずれか1項に記載の多
チャンネル光スイッチ。
15. The multichannel optical switch according to claim 1, wherein a wavelength of said signal light is longer than a wavelength of said control light.
【請求項16】前記信号光の波長を、前記超高速光応答
膜が吸収を有していない波長とした請求項1〜15のい
ずれか1項に記載の多チャンネル光スイッチ。
16. The multi-channel optical switch according to claim 1, wherein the wavelength of the signal light is a wavelength at which the ultrafast photoresponsive film has no absorption.
【請求項17】前記信号光は、前記超高速光応答膜の膜
面に対してp偏光またはs偏光で入射する請求項1〜1
6のいずれか1項に記載の多チャンネル光スイッチ。
17. The signal light according to claim 1, wherein said signal light is incident on said film surface of said ultrafast photoresponsive film as p-polarized light or s-polarized light.
7. The multi-channel optical switch according to any one of 6.
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