JP2020038241A - 全光スイッチ及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いピークパワーの制御光を必要としない全光スイッチを提供する。【解決手段】全光スイッチ１は、信号光及び信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポート１０と、入力ポート１０に光学的に接続され、制御光が入力ポート１０を介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器１３と、光共振器１３に光学的に接続され、光共振器１３から入力された信号光を出力する第１出力ポート１１とを有し、光共振器１３は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を透過し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を透過しない、信号光は、光共振器に透過したときに第１出力ポートから出力されず、光共振器に透過しないときに第１出力ポートから出力される。【選択図】図４

Description

本願は、全光スイッチ及び光学装置に関する。

電気的な制御を介さずに信号光を制御する素子である全光スイッチが知られている。全光スイッチは、電気的な制御を介さずに信号光を制御するため、１００Ｇｂｐｓオーダの高い転送レートで動作しても消費電力が増加するおそれがない。

特許文献１には、少なくとも一部が光学非線形性材料で構成されたマッハツェンダー系の両アームに制御光を導入して両アームの光学長を変化させることで、信号光を制御するマッハツェンダー型全光スイッチが記載されている。特許文献１に記載される全光スイッチは、両アームの非線形導波路を励起する時間をずらすことで光路長を変化させるので、動作速度が非線形材料の緩和時間により制限されないため、高速スイッチング動作が可能である。

特開平７−２０５１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される全光スイッチは、両アームの一部に光学非線形性材料を配置するため、製造プロセスが複雑化して製造コストが上昇すると共に、素子が大型化するおそれがある。また、特許文献１に記載される全光スイッチの製造プロセスを簡素化するために、光導波路を単一の光学非線形性材料で構成する場合、不要な非線形光学効果が光導波路で発生することで、信号光の損失が増加して消光比が劣化するおそれがある。また、特許文献１に記載される全光スイッチは、非線形光学効果を発生させるために光ピークパワーが高い制御光を生成する光源が必要であり、製造コストの上昇及び装置の大型化を招くおそれがある。そして、特許文献１に記載される全光スイッチは、非線形光学効果の応答速度が速いため屈折率変化を定常的に誘起することは容易ではなく、光パケット等の連続した信号光パルスを制御することは容易ではない。

本発明は、高いピークパワーの制御光を必要としない全光スイッチを提供することを目的とする。

本発明に係る全光スイッチは、信号光及び信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、入力ポートに光学的に接続され、制御光が入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、光共振器に光学的に接続され、光共振器から入力された信号光を出力する第１出力ポートと、を有し、光共振器は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を透過し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を透過しない、信号光は、光共振器に透過したときに第１出力ポートから出力されず、光共振器に透過しないときに第１出力ポートから出力される。

さらに、本発明に係る全光スイッチは、光共振器に近接して配置された金属層を更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係る全光スイッチは、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光が入力されるリング共振器であることが好ましい。

さらに、本発明に係る全光スイッチは、光共振器に光学的に接続されて、光共振器に入力された光を分岐する第２カプラと、第２カプラに光学的に接続された第２出力ポートとを更に有し、第２出力ポートは、光共振器に透過した信号光を出力することが好ましい。

さらに、本発明に係る全光スイッチでは、光共振器は、共振波長が互いに異なる複数のリング共振器を含み、入力ポートから入力された信号光を第１出力ポートと複数のリング共振器のそれぞれとに分岐する複数の第１カプラと、複数のリング共振器のそれぞれに入力された光を分岐する複数の第２カプラと、複数の第２カプラのそれぞれに接続された複数の第２出力ポートとを更に有することが好ましい。

さらに、本発明に係る光学装置は、信号光を放射する信号光源と、制御光を放射する制御光源と、信号光と制御光とを合波する信号カプラと、信号カプラに光学的に接続された全光スイッチと、を有し、全光スイッチは、信号光及び信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、入力ポートに光学的に接続され、制御光が入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、光共振器に光学的に接続され、光共振器から入力された信号光を出力する第１出力ポートと、を有し、光共振器は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を透過し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を透過しない、信号光は、光共振器に透過したときに第１出力ポートから出力されず、光共振器に透過しないときに第１出力ポートから出力される。

さらに、本発明に係る全光スイッチは、信号光及び信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、入力ポートに光学的に接続され、制御光が入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、光共振器に光学的に接続され、光共振器から入力された信号光を出力する出力ポートと、を有し、光共振器は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を反射し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を透過し、信号光は、光共振器に反射したときに出力ポートから出力されず、光共振器に透過したときに出力ポートから出力される。

さらに、本発明に係る全光スイッチは、信号光及び信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、入力ポートに光学的に接続され、制御光が入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、光共振器に光学的に接続され、光共振器から入力された信号光を出力する出力ポートと、を有し、光共振器は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を透過し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を反射し、信号光は、光共振器に反射したときに出力ポートから出力されず、光共振器に透過したときに出力ポートから出力される。

本発明に係る全光スイッチは、高いピークパワーの制御光を必要としない。

第１実施形態に係る全光スイッチのブロック図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１に示す全光スイッチの動作を説明するための第１の図であり、（ａ）は制御光が入力ポートに入力されていない非加熱状態を示し、（ｂ）は制御光が入力ポートに入力されている加熱状態を示す。 図４は図１に示す全光スイッチの動作を説明するための第２の図である。 第２実施形態に係る全光スイッチのブロック図である。 図５に示す全光スイッチの動作を説明するための図である。 第３実施形態に係る全光スイッチのブロック図である。 図１に示す全光スイッチの変形例に係る動作を説明するための第１の図であり、（ａ）は制御光が入力ポートに入力されていない非加熱状態を示し、（ｂ）は制御光が入力ポートに入力されている加熱状態を示す。 図１に示す全光スイッチ１の変形例に係る動作を説明するための第２の図である。 （ａ）はグレーティングの一例を示す図であり、図（ｂ）は（ａ）に示すグレーティングの透過特性及び反射特性を示す図であり、（ｃ）はフォトニック結晶共振器の一例を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）に示すフォトニック結晶共振器の透過特性を示す図である。 実施形態に係る全光スイッチの実装例を示す図である。 （ａ）は実施例１に係る全光スイッチの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すに示すＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（ｃ）は実装例を示す図ある。 （ａ）は実施例１に係る全光スイッチにおいて、制御光の光パワーを変化させたときの共振波長と光共振器への透過率との関係を示す図である。 （ａ）は実施例２に係る全光スイッチの平面図であり、（ｂ）は図１４（ａ）に示すに示すＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（ｃ）は実装例を示す図ある。 （ａ）は実施例１に係る全光スイッチにおいて、制御光の光パワーを変化させたときの共振波長と光共振器への透過率との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る全光スイッチ及び光学装置を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。

（実施形態に係る全光スイッチの概要）
実施形態に係る全光スイッチは、一例ではリング共振器である光共振器において制御光を共振させることで、光吸収で生じる発熱による光導波路の屈折率変化を利用して光共振器の共振波長をシフトさせる。実施形態に係る全光スイッチでは、信号光の波長は、制御光が入力されない非加熱状態における光共振器の共振波長である第１波長、及び信号光を光共振器で共振させる加熱状態における光共振器の共振波長である第２波長光の何れかに一致させる。実施形態に係る全光スイッチは、信号光の波長が共振波長と一致するときに、信号光を出力せず、信号光の波長が共振波長と一致しないときに、信号光を第１出力ポートに出力する。

（第１実施形態に係る全光スイッチの構成及び機能）
図１は、第１実施形態に係る全光スイッチのブロック図である。

全光スイッチ１は、例えば、シリコン等で形成される光導波路基板上に形成された光学素子であり、入力ポート１０と、第１出力ポート１１と、第１カプラ１２と、光共振器１３と、金属層１４とを有する。

入力ポート１０及び第１出力ポート１１は光導波路であり、入力ポート１０は、例えばパケットデータを示す信号光と、信号光を第１出力ポート１１から出力するか否かを制御する制御光が入力される。入力ポート１０に入力される制御光の光パワーは、入力ポート１０に入力される信号光の光パワーよりも大きい。また、入力ポート１０に入力される制御光の波長帯域は、入力ポート１０に入力される信号光の波長帯域よりも広い。第１出力ポート１１は、入力ポート１０に入力された信号光が出力される。第１カプラ１２は、入力ポート１０から入力された信号光及び制御光を分波する光学素子である。

光共振器１３は、制御光により共振されるリング長を有するリング共振器である。光共振器１３は、例えば光導波路で形成され、第１カプラ１２を介して入力ポート１０及び第１出力ポート１１に光学的に接続される。光共振器１３のリング長Ｌは、モード指数ｍ、共振波長λ_m、実効屈折率ｎ_eff及び次数から、

で示される。光共振器１３は、制御光が入力ポート１０から入力されると共振して加熱されることで、光共振器１３を形成する光導波路の屈折率が変化して共振周波数が、第１波長から第１波長よりも長い第２波長にシフトする。また、光共振器１３は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を透過し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を透過しない。

金属層１４は、例えばＴｉ等の金属層であり、光共振器１３に近接して配置される。金属層１４は、光共振器１３に近接して配置されることで、光共振器１３から放射される光を吸収して発熱する発熱層として機能する。

図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。

光共振器１３は、シリコン基板１３０の表面に形成されるシリコン酸化膜層１３１の表面に配置され、周囲にシリコン酸化膜であるクラッド層１３２が形成される。金属層１４は、光共振器１３の上方にクラッド層１３２を介して配置される。

図３は全光スイッチ１の動作を説明するための第１の図であり、図４は全光スイッチ１の動作を説明するための第２の図である。図３（ａ）は制御光が入力ポート１０に入力されていない非加熱状態を示し、図３（ｂ）は制御光が入力ポート１０に入力されている加熱状態を示す。図３（ａ）及び３（ｂ）において、横軸は光の波長を示し、縦軸は入力ポート１０に入力される信号光の光共振器１３への透過率を示す。

図３及び４に示す例では、制御光が入力ポートに入力されない非加熱状態では、信号光の波長は、光共振器１３が共振する第１波長とは一致しない。一方、制御光が入力ポートに入力されている加熱状態では、信号光の波長は、光共振器１３が共振する第２波長と一致する。光共振器１３の共振波長は、制御光が入力ポートに入力されて加熱されることで、第１波長から第１波長よりも長い第２波長にシフトする。

制御信号４１１〜４１２のそれぞれのピーク波長、波長帯域及び光パワーは、信号光４０１〜４０３の波長が第２波長と一致するように設定される。例えば、制御信号４１１〜４１２のピーク波長は第２波長に一致し、制御信号４１１〜４１２の波長帯域は第１波長及び第２波長の双方を含むように設定される。また、制御信号４１１〜４１２の光パワーは、共振により光共振器１３の共振波長を第１波長から第２波長にシフト可能であり、共振により光共振器１３の共振波長が第２波長から大きくシフトしない大きさに設定される。

また、制御信号４１１〜４１２のそれぞれの光ピークパワー及びパルス幅は、光共振器１３の温度を所望の温度に上昇させるように設定される。

信号光４０１〜４０３のそれぞれは、パケットデータ等の一群のデータであり、所定の周期毎に入力ポート１０に入力される。制御信号４１１〜４１２のそれぞれは、信号光４０１及び４０３のそれぞれに同期して入力ポート１０に入力される。

信号光４０１及び４０３が制御信号４１１及び４１２と共に入力ポート１０に入力されるとき、光共振器１３の共振波長は、第１波長から第２波長にシフトしている。すなわち、光共振器１３の共振波長は、信号光４０１及び４０３の波長である第２波長と一致しており、信号光４０１及び４０３は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過する。信号光４０１及び４０３は、第１カプラ１２において第１出力ポート１１ではなく光共振器１３に透過するので、第１出力ポート１１には出力されない。

信号光４０２が入力ポート１０に入力されるとき、制御信号４１１及び４１２は何れも入力ポート１０に入力されないので、光共振器１３の共振波長は、第１波長である。光共振器１３の共振波長は、第１波長であり、信号光４０２の波長と一致せず、信号光４０２は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過しない。信号光４０２は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過しないので、第１出力ポート１１に出力される。

（第１実施形態に係る全光スイッチの作用効果）
全光スイッチ１は、非線形光学効果を利用することなく、制御光で共振させて加熱することで熱光学効果を利用して、光共振器の共振周波数をシフトさせることで信号光を制御する。全光スイッチ１は、非線形光学効果を利用することなく熱光学効果を利用して光共振器の共振周波数をシフトさせるので、光学非線形性材料を光導波路に形成することなく低コストで製造可能であり且つ小型化が可能である。

また、全光スイッチ１は、光共振器１３において制御光が繰り返し同一空間を通過するため、光吸収による発熱が光共振器１３に効率的に蓄積されるので、制御光の光ピークパワーは高くする必要がない。また、光共振器１３における熱の拡散速度は比較的緩慢であるため、制御光は、光ピークパワーが低く且つパルス幅を長くすることで、光共振器１３の温度を所望の温度に上昇させることができる。

また、全光スイッチ１は、光共振器１３から放射される光を吸収して発熱する発熱層として機能する金属層１４が光共振器１３に近接して配置されるので、光共振器１３が共振するときに早急且つ効率よく光共振器１３を加熱できる。

（第２実施形態に係る全光スイッチの構成及び機能）
図５は、第２実施形態に係る全光スイッチのブロック図である。

全光スイッチ２は、第２カプラ１５及び第２出力ポート１６を有することが全光スイッチ１と相違する。第２カプラ１５及び第２出力ポート１６以外の全光スイッチ２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された全光スイッチ１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第２カプラ１５は、光共振器１３に光学的に接続されて、光共振器１３に入力された光を分岐して第２出力ポート１６に出力する。第２出力ポート１６は、第２カプラ１５に光学的に接続されて、信号光が光共振器１３に入力されたとき、すなわち信号光の波長が光共振器１３の共振波長に一致するときに信号光を出力する。

図６は、全光スイッチ２の動作を説明するための図である。図６に示す全光スイッチ２の動作は、制御光が入力ポート１０に入力されていない非加熱状態が図３（ａ）に対応し、制御光が入力ポート１０に入力されている加熱状態が図３（ｂ）に対応するときの動作を示す。

信号光６０１〜６０３のそれぞれは、信号光４０１〜４０３と同様にパケットデータ等の一群のデータであり、所定の周期毎に入力ポート１０に入力される。制御信号６１１〜６１２のそれぞれは、制御信号４１１〜４１２と同様に信号光６０１及び６０３のそれぞれに同期して入力ポート１０に入力される。信号光６０１及び６０３のそれぞれのピーク波長、波長帯域及び光パワーは、信号光６０１〜６０３の波長が光共振器１３の共振条件を満たすように設定される。

信号光６０１及び６０３が制御信号６１１及び６１２と共に入力ポート１０に入力されるとき、光共振器１３の共振波長は、第１波長から第２波長にシフトしている。すなわち、光共振器１３の共振波長は、信号光６０１及び６０３の波長である第２波長と一致しており、信号光６０１及び６０３は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過して、第２カプラ１５を介して第２出力ポート１６から出力される。

信号光４０２が入力ポート１０に入力されるとき、制御信号４１１及び４１２は何れも入力ポート１０に入力されないので、光共振器１３の共振波長は、第１波長である。光共振器１３の共振波長は、第１波長であり、信号光４０２の波長と一致せず、信号光４０１及び４０３は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過しない。光共振器１３の共振波長は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過しないので、第１出力ポート１１に出力される。

（第２実施形態に係る全光スイッチの作用効果）
全光スイッチ２は、光共振器１３に入力された光を分岐する第２カプラ１５と、第２カプラ１５に光学的に接続された第２出力ポートとを更に有するので、光スイッチとしての動作だけでなく、光分配器としても動作することができる。

また、全光スイッチ２は、信号光を光共振器１３を介して第２出力ポートから出力できうるので、光スイッチとしての動作だけでなく、信号光の強度を変調する強度変調素子としても動作することができる。

（第３実施形態に係る全光スイッチの構成及び機能）
図７は、第３実施形態に係る全光スイッチのブロック図である。

全光スイッチ３は、第１カプラ１２〜第２出力ポート１６と同様な構成及び機能を有する第１カプラ２２〜第２出力ポート２６及び第１カプラ３２〜第２出力ポート３６を有することが全光スイッチ２と相違する。第１カプラ２２〜第２出力ポート２６及び第１カプラ３２〜第２出力ポート３６以外の全光スイッチ３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された全光スイッチ２の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

第１カプラ２２及び３２は、第１カプラ１２と同様に、入力ポート１０から入力された信号光及び制御光を分波する光学素子である。金属層２４及び３４は、金属層１４と同様に、光共振器２３及び３３から放射される光を吸収して発熱する発熱層である。

第２カプラ２５及び３５は、第２カプラ１５と同様に、光共振器２３及び３３に光学的に接続されて、光共振器２３及び３３のそれぞれに入力された光を分岐して第２出力ポート２６及び３６のそれぞれに出力する。第２出力ポート２６及び３６は、第２出力ポート１６と同様に、第２カプラ２５及び３５のそれぞれに光学的に接続されて、信号光が光共振器２３及び３３に入力されたときに信号光を出力する。

光共振器２３は、制御光が入力ポート１０に入力されない非加熱状態での共振波長が光共振器１３と共振波長が異なるように形成される。また、光共振器３３は、制御光が入力ポート１０に入力されない非加熱状態での共振波長が光共振器１３及び３３と共振波長が異なるように形成される。すなわち、光共振器１３、２３及び３３の共振波長は、互いに異なる。

入力ポート１０には、光共振器１３、２３及び３３のそれぞれの共振波長に応じた信号光及び制御光が入力される。入力ポート１０には、光共振器１３、２３及び３３のそれぞれが加熱状態であるときの共振波長を有する３つの異なる信号光が入力されると共に、光共振器１３、２３及び３３のそれぞれが加熱状態であるときの共振波長を有する３つの異なる制御光が入力される。

（第３実施形態に係る全光スイッチの作用効果）
全光スイッチ３は、共振波長が互いに異なる複数の光共振器を含むので、複数の光共振器のそれぞれの共振波長に応じた信号光及び制御光を入力することで、信号光を複数の出力ポートに分岐することができる。

（実施形態に係る全光スイッチの変形例）
全光スイッチ１及び２では、信号光の波長は、加熱状態における光共振器１３の共振波長である第２波長と一致しているが、実施形態に係る全光スイッチでは、信号光の波長は、非加熱状態における光共振器１３の共振波長である第１波長と一致していてもよい。

図８は全光スイッチ１の変形例に係る動作を説明するための第１の図であり、図９は全光スイッチ１の変形例に係る動作を説明するための第２の図である。図８（ａ）は制御光が入力ポート１０に入力されていない非加熱状態を示し、図８（ｂ）は制御光が入力ポート１０に入力されている加熱状態を示す。図９（ａ）及び９（ｂ）において、横軸は光の波長を示し、縦軸は入力ポート１０に入力される信号光の光共振器１３への透過率を示す。

図８及び９に示す例では、制御光が入力ポートに入力されない非加熱状態では、信号光の波長は、光共振器１３が共振する第１波長とは一致する。一方、制御光が入力ポートに入力されている加熱状態では、信号光の波長は、光共振器１３が共振する第２波長と一致しない。光共振器１３の共振波長は、制御光が入力ポートに入力されて加熱されることで、第１波長から第１波長よりも長い第２波長にシフトする。

信号光９０１〜９０３のそれぞれは、パケットデータ等の一群のデータであり、所定の周期毎に入力ポート１０に入力される。制御信号９１１〜９１２のそれぞれは、信号光９０１及び９０３のそれぞれに同期して入力ポート１０に入力される。

信号光９０１及び９０３が制御信号９１１及び９１２と共に入力ポート１０に入力されるとき、光共振器１３の共振波長は、第１波長から第２波長にシフトしている。すなわち、光共振器１３の共振波長は、信号光９０１及び９０３の波長である第２波長と一致せず、信号光９０１及び９０３は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過しない。信号光９０１及び９０３は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過しないので、第１出力ポート１１に出力される。

信号光９０２が入力ポート１０に入力されるとき、制御信号９１１及び９１２は何れも入力ポート１０に入力されないので、光共振器１３の共振波長は、第１波長である。光共振器１３の共振波長は、第１波長であり、信号光９０２の波長と一致しており、信号光９０２は、第１カプラ１２において光共振器１３に透過する。信号光９０２は、第１カプラ１２において第１出力ポート１１ではなく光共振器１３に透過するので、第１出力ポート１１には出力されない。

また、全光スイッチ１〜３は、リング共振器である光共振器１３を有するが、実施形態に係る全光スイッチは、共振して加熱されることで共振波長を第１波長から第２波長にシフトする光共振器であればよい。例えば、実施形態に係る全光スイッチは、回折格子とも称されるグレーティングであってもよく、フォトニック結晶共振器であってもよい。

図１０（ａ）はグレーティングの一例を示す図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示すグレーティングの透過特性及び反射特性を示す図である。図１０（ｃ）はフォトニック結晶共振器の一例を示す図であり、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）に示すフォトニック結晶共振器の透過特性を示す図である。

グレーティング及びフォトニック結晶共振器は、リング共振器と同様に、共振して加熱されることで共振波長を第１波長から第２波長にシフトする光共振器である。グレーティングは、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を反射し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を透過する。信号光は、グレーティングに反射したときに出力ポートから出力されず、グレーティングを透過したときに出力ポートから出力される。フォトニック結晶共振器は、信号光の波長が共振波長と一致するときに信号光を透過し、信号光の波長が共振波長と一致しないときに信号光を反射する。信号光は、フォトニック結晶共振器に反射したときに出力ポートから出力されず、フォトニック結晶共振器を透過したときに出力ポートから出力される。

また、全光スイッチ１〜３は、光導波路で形成されるが、実施形態に係る全光スイッチは、光ファイバ等の他の光伝送路によって形成されてもよい。

（実施形態に係る全光スイッチの実装例）
図１１は、実施形態に係る全光スイッチの実装例を示す図である。

光学装置１００は、全光スイッチ１と、信号光源１０１と、制御光源１０２と、信号光導波路１０３と、制御光導波路１０４と、信号カプラ１０５と、光ファイバなどの光信号ケーブル１０６とを有する。全光スイッチ１は、図１〜４等を参照して既に説明したので、ここでは詳細な説明は省略する。

信号光源１０１及び制御光源１０２は、例えば半導体レーザであり、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＰ等の半導体材料から形成され、例えば、自然光を発光する半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier、ＳＯＡ）であってもよい。信号光源１０１は信号光を放射し、制御光源１０２は制御光を放射する。

信号光導波路１０３は、信号光源１０１に光学的に接続され、信号光源１０１から放射された信号光を信号カプラ１０５に伝送する。制御光導波路１０４は、制御光源１０２に光学的に接続され、制御光源１０２から放射された信号光を信号カプラ１０５に伝送する。信号カプラは、信号光導波路１０３及び制御光導波路１０４に光学的に接続され、信号光導波路１０３によって伝送された信号光と、制御光導波路１０４によって伝送された制御光とを合波して、信号ケーブル１０６を介して、入力ポート１０に出力する。

図１２（ａ）は実施例１に係る全光スイッチの平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示すに示すＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図１２（ｃ）は実装例を示す図ある。

実施例１に係る全光スイッチでは、入力ポート、第１出力ポート及び光共振器を形成する光導波路は、幅が４５０ｎｍであり、高さが２２０ｎｍであり、光導波路の上方に積層されるクラッドの厚さは３μｍである。また、光共振器の直線部の長さは２５μｍであり、曲線部の曲率は２０μｍである。また、第１カプラのギャップ幅は、４００ｎｍである。なお、図１２（ｃ）に示す実装例では、全光スイッチは、第１カプラのギャップ幅が２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ及び８００ｎｍに変化するように形成される。

図１３は、図１２（ａ）は実施例１に係る全光スイッチにおいて、制御光の光パワーを変化させたときの共振波長と光共振器への透過率との関係を示す図である。図１３において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示す。また、制御光の光パワーは、図１３において−６ｄｂｍ、０ｄＢｍ、６ｄＢｍ、１０ｄＢｍ及び１２ｄＢｍで示される０．２５ｍＷ〜１６ｍＷまで変化させた。

実施例１に係る全光スイッチでは、入力される制御光の光パワーを増加させるに従って、光共振器への制御光の透過率が増加する。また、実施例１に係る全光スイッチでは、入力される制御光の光パワーを増加させるに従って、光共振器の共振波長が増加する。

実施例１に係る全光スイッチにおける制御光の光パワーの増加による光共振器の共振波長の増加は、光共振器を形成する導波路の屈折率が増加したことを示す。非線形光学効果により励起されたキャリアプラズマ効果では、屈折率の変化は減少するのに対し、温度が上昇することによる熱光学効果では、屈折率の変化は増加するので、図１３に示される波長のシフトは熱光学効果によるものであると推察される。非線形光学効果が顕著になる光パワーは数百ｍＷであるのに対して、実施例１に係る全光スイッチは、リング共振器における熱光学効果を使用することで、非線形光学効果よりも２桁以上低いｍＷオーダで導波路の屈折率を変化させることが可能になる。

なお、実施例１に係る全光スイッチは、時間応答が比較的遅い熱光学効果を使用するため、非線形光学効果を使用する技術のように高いビットレートの光パルス信号を１ビッ
トごとに抽出する全光スイッチングは容易ではない。しかしながら、光パケットは、光パケットが伝送されない時間帯であるガードタイムと交互に実用上の時間軸のスケールとして数μｓ〜数百μｓオーダで伝送される。ガードタイムの長さは光パケットの長さより数倍長いので、実施例１に係る全光スイッチは、数百ｎｓ程度の光導波路の発熱と冷却過程の応答時間よりも十分に長く、パケット単位での光スイッチングに使用可能である。

図１４（ａ）は実施例２に係る全光スイッチの平面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示すに示すＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、図１４（ｃ）は実装例を示す図ある。

実施例２に係る全光スイッチは、チタンで形成される金属層が光共振器の上部に配置されることが実施例１に係る全光スイッチと相違する。金属層の高さは２２ｎｍであり、長さは５μｍである。

図１５は、図１４（ａ）は実施例１に係る全光スイッチにおいて、制御光の光パワーを変化させたときの共振波長と光共振器への透過率との関係を示す図である。図１５において、横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示す。また、制御光の光パワーは、図１５において−６ｄｂｍ、０ｄＢｍ、６ｄＢｍ、１０ｄＢｍ及び１２ｄＢｍで示される０．２５ｍＷ〜１６ｍＷまで変化させた。

実施例２に係る全光スイッチでは、実施例１に係る全光スイッチと同様に、入力される制御光の光パワーを増加させるに従って、光共振器への制御光の透過率が増加する。また、実施例１に係る全光スイッチでは、入力される制御光の光パワーを増加させるに従って、光共振器の共振波長が増加する。実施例２に係る全光スイッチは、実施例１に係る全光スイッチよりも制御光の光パワーが同一であるときの透過率の変化が大きくなる。

１〜３ 全光スイッチ
１０ 入力ポート
１１ 第１出力ポート
１２、２２、３２ 第１カプラ
１３、２３、３３ 光共振器
１４、２４、３４ 金属層
１５、２５、３５ 第２カプラ
１６、２６、３６ 第２出力ポート

Claims (8)

1. 信号光及び前記信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、
   前記入力ポートに光学的に接続され、前記制御光が前記入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、
   前記光共振器に光学的に接続され、前記光共振器から入力された前記信号光を出力する第１出力ポートと、
   前記入力ポートから入力された信号光を前記第１出力ポートと前記光共振器とに分岐する第１カプラと、を有し、
   前記光共振器は、前記信号光の波長が共振波長と一致するときに前記信号光を透過し、前記信号光の波長が共振波長と一致しないときに前記信号光を透過しない、
   前記信号光は、前記光共振器に透過したときに前記第１出力ポートから出力されず、前記光共振器に透過しないときに前記第１出力ポートから出力される、ことを特徴とする全光スイッチ。
2. 前記光共振器に近接して配置された金属層を更に有する、請求項１に記載の全光スイッチ。
3. 前記光共振器は、前記信号光の波長が共振波長と一致するときに前記信号光が入力されるリング共振器である、請求項１又は２に記載の全光スイッチ。
4. 前記光共振器に光学的に接続されて、前記光共振器に入力された光を分岐する第２カプラと、
   前記第２カプラに光学的に接続された第２出力ポートとを更に有し、
   前記第２出力ポートは、前記光共振器に透過した前記信号光を出力する、請求項３に記載の全光スイッチ。
5. 前記光共振器は、共振波長が互いに異なる複数のリング共振器を含み、
   前記入力ポートから入力された信号光を前記第１出力ポートと前記複数のリング共振器のそれぞれとに分岐する複数の第１カプラと、
   前記複数のリング共振器のそれぞれに入力された光を分岐する複数の第２カプラと、
   前記複数の第２カプラのそれぞれに接続された複数の第２出力ポートと、
   を更に有する、請求項３に記載の全光スイッチ。
6. 信号光を放射する信号光源と、
   制御光を放射する制御光源と、
   前記信号光と前記制御光とを合波する信号カプラと、
   前記信号カプラに光信号ケーブルを介して光学的に接続された全光スイッチと、を有し、
   全光スイッチは、
   信号光及び前記信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、
   前記入力ポートに光学的に接続され、前記制御光が前記入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、
   前記光共振器に光学的に接続され、前記光共振器から入力された前記信号光を出力する第１出力ポートと、
   前記入力ポートから入力された信号光を前記第１出力ポートと前記光共振器とに分岐する第１カプラと、を有し、
   前記光共振器は、前記信号光の波長が共振波長と一致するときに前記信号光が透過され、前記信号光の波長が共振波長と一致しないときに前記信号光が透過されず、
   前記信号光は、前記光共振器に透過されたときに前記第１出力ポートから出力されず、前記光共振器に透過されないときに前記第１出力ポートから出力される、ことを特徴とする光学装置。
7. 信号光及び前記信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、
   前記入力ポートに光学的に接続され、前記制御光が前記入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、
   前記光共振器に光学的に接続され、前記光共振器から入力された前記信号光を出力する出力ポートと、を有し、
   前記光共振器は、前記信号光の波長が共振波長と一致するときに前記信号光を反射し、前記信号光の波長が共振波長と一致しないときに前記信号光を透過し、
   前記信号光は、前記光共振器に反射したときに前記出力ポートから出力されず、前記光共振器に透過したときに前記出力ポートから出力される、ことを特徴とする全光スイッチ。
8. 信号光及び前記信号光よりも光パワーが大きい制御光が入力される入力ポートと、
   前記入力ポートに光学的に接続され、前記制御光が前記入力ポートを介して入力されるときに共振して加熱されることで、共振波長がシフトする光共振器と、
   前記光共振器に光学的に接続され、前記光共振器から入力された前記信号光を出力する出力ポートと、を有し、
   前記光共振器は、前記信号光の波長が共振波長と一致するときに前記信号光を透過し、前記信号光の波長が共振波長と一致しないときに前記信号光を反射し、
   前記信号光は、前記光共振器に反射したときに前記出力ポートから出力されず、前記光共振器に透過したときに前記出力ポートから出力される、ことを特徴とする全光スイッチ。