JP2678362B2 - 光信号処理方法および光学素子 - Google Patents
光信号処理方法および光学素子Info
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- H04J14/00—Optical multiplex systems
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- H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は波長感応性光学素子に関し、特に、光信号の
変調または濾波に使用する光学素子に関する。 〔背景技術〕 断面がＤ字型のファイバやその他の導波路上に屈折率
が永久的に変調された被覆を設けたものは、導波路内の
特定の波長を選択的に反射することから、波長フィルタ
として動作する。また、Ｄ字型ファイバの表面に格子を
刻んだものを波長フィルタとして用いることもでき、こ
の場合には、導波される光がファイバ内から格子に入射
し、格子の感応する波長が反射される。 しかし、製造された素子は固定波長で動作し、同調で
きない欠点があった。導波路内にすでに存在する光信号
を用いる技術も利用されているが、外部の光信号源と干
渉させることはできない。 半導体性材料の二次元スラブ型導波路に互いに干渉す
る二つの光ビームを照射するダイナミック回路格子が知
られている。ビコフスキイ（Bykovskii）等は、このよ
うな格子について、論文、ザ・ソビエト・ジャーナル・
オブ・クウォンタム・エレクトロニクス第12巻第４号
（1982年４月）、「インベスティゲーション・オブ・ラ
イト・ウェーブ・ディフラクション・イン・ア・ウェー
ブガイド・プレーン・バイ・オティカリイ・インデュー
スト・ダイナミック・グレーティングス」（the Soviet
Journal of Quantum Electronics,Vol.12,No.4,April1
982,entitled“Investigation of light wave diffract
ion in a waveguid plane by optically induce dynami
c gratings"）に詳しく説明している。ダイナミック伝
送格子を製造する技術については、シンサーボックス
（Sincerbox）により、公開されたヨーロッパ特許出願
第EP95563号に開示されている。ビフコフスキイ等とシ
ンサーボックスとの両者により開示された素子は、異な
る入力波長の角分散を利用する構成である。これらの素
子は、例えば、複合光入力のスペクトラム解析に利用で
きる。 これらの素子は、変調または濾波の対象となる光信号
の波長を可変に設定することができる。しかし、導波路
の伝搬光がその波長により分散され、その出力光は空間
的に多重化されたものとなってしまう。このような出力
光を通常の光通信システムで用いられる光ファイバ導波
路に結合することは、容易なことではない。 また、波長分割多重（Wavelength division multiple
x,WDM）伝送やコヒーレント伝送では、帯域幅の狭い別
個の光源の出力を別々に変調することが一般的である。
この場合、個々の光源の波長はわずかずつ異なっている
必要がある。このような波長のわずかに異なる多数の光
源を得ることは、一般的には困難である。そこで従来
は、多数の同等なレーザのバラツキを利用するか、また
は、同調可能なレーザと多数のフィルタとを用いること
が行われていた。 本発明は、このような課題を解決し、通常の光伝送系
で用いられる光ファイバとの光結合が容易で、しかも複
数の波長帯を含む光に対してその波長帯毎に別々の変調
または濾波処理を行うことのできる新規な光学素子を提
供することを目的とする。 本明細書において「光」とは、可視スペクトラムだけ
でなく、紫外線および赤外線に及ぶ光導波路により伝送
可能な波長を含む。 〔発明の開示〕 本発明の第一の観点は波長分割多重光の個々の波長成
分を処理する光信号処理方法であり、光信号を実質的に
一次元方向に伝搬する一次元導波路に設けられた光強度
による屈折率が変化する部分に、第一および第二の可干
渉波を干渉させてその一次元導波路の光伝搬方向に沿っ
た干渉パターンを生じさせることにより、屈折率の格子
を形成し、一次元導波路に沿って干渉パターンが形成さ
れた部分に波長分割多重光を伝搬させ、その波長分割多
重光のひとつの波長成分が格子により独立に反射される
ように第一および第二の可干渉波の照射を行うことを特
徴とする。 本発明の第二の観点はこの方法を実施する光学素子で
あり、光強度により屈折率が変化する可変屈折率部が一
部に設けられ複数の波長成分を含む波長分割多重光が入
射してそれを実質的に一次元方向に伝搬する一次元光導
波路と、第一および第二の可干渉波を発生する光源と、
この第一および第二の可干渉波を可変屈折率部に照射し
てそこに干渉パターンを生じさせることにより波長分割
多重光の波長成分のひとつを独立に反射する屈折率の格
子を形成する照射手段と、一次元導波路に波長分割多重
光を入射する手段とを備え、照射手段は波長分割多重光
のひとつの波長成分が格子により独立に反射されるよう
に第一および第二の可干渉波の照射方向を設定する手段
を含むことを特徴とする。 ここで「一次元」という用語は、光信号が導波路を実
質的に一次元方向にのみ伝搬することをいう。これに対
してスラブ型導波路は、しばしば「プレーナ」導波路と
呼ばれ、少なくとも二次元の伝搬が可能である。 一定屈折率の線が導波路に沿った信号伝搬方向を横切
って移動するように、可変屈折率部の長さ方向の軸に対
して波面がほぼ直交し、可変屈折率部に長さ方向の定在
波が形成されることが望ましい。 可干渉波としては平面波を用いることが便利であり、
少なくとも可変屈折率部に入射する場所では、平面波が
便利である。 一次元導波路は光ファイバを含むことが望ましい。光
ファイバの代わりに、集積化された光導波路（例えばイ
ンジウム・ガリウム・ヒ素InGaAsその他を用いた）を用
いることもできる。 可変屈折率部は、断面がＤ字型である光ファイバと、
一以上の波長において光強度により屈折率が変化する適
当な非線形媒質の被覆とを含むことが便利である。 また、可変屈折率部は、所望の非線形特性を示す媒質
がドープされた導波路でもよい。光ファイバの場合に
は、非線形ドーパントをファイバのコアに添加する。 本発明の素子はさらに、屈折率変調を同調するため
に、可干渉波の相対的な角度を調整する手段を含むこと
が望ましい。 本発明の素子は、定在波を変調する化干渉波の少なく
とも一方を変調する手段を含むことが望ましい。 共通の一次ビームと複数の変調された二次ビームとの
間に、複数の異なる干渉パターンを形成させることが便
利である。一次ビームおよび二次ビームは波長が同一で
あることが便利であり、この場合には一次ビームおよび
二次ビームを同一光源から形成できる。各々の二次ビー
ムは、関連する干渉パターンを同調するために、一次ビ
ームから離れた別々の角度に設定され、導波路内の特定
の波長の信号を反射および変調する。 本発明の光学素子はまた、波長多重された光信号を変
調する光学素子であり、光強度により屈折率が変化する
可変屈折率部を少なくとも一部に設けた一次元光導波路
と、相対的な角度がそれぞれ異なる複数の可干渉波対を
上記可干渉屈折率部に照射し、その領域に、波長多重さ
れた個々の光信号に関連して互いに波長の異なる複数の
定在波を形成させる手段と、上記可干渉波対のそれぞれ
一方を変調して上記定在波および関連する光信号を動的
に変調する手段とを備える。 この望ましい態様では、光導波路内の波長分割多重信
号を同時に並列変調または濾波する有効な手段を提供す
る。この並列処理により、光波長の帯域幅をより有効に
使用でき、光伝送速度を高速化できる。例えば８成分の
波長分割多重を用いる場合には、個々の電気光学変調器
を最大の電気的ビット速度で動作させることができ、こ
の一方で、８ビット語を直列時分割多重（TDM）の８培
の速度で送信できる。 さらに、波長分割多重信号の個々の成分波長を変調ま
たは濾波するには、可干渉波対の相対的な角度を適切に
選択する。このとき、すべての可干渉波に同じ波長を使
用できる。このため、波長分割多重信号の個々の成分波
長を変調のために分離する必要がなく、波長分割多重信
号を一個の多帯域光源またはスペクトラム拡散光源から
取り出し、これを直接に導波路に結合させることができ
る。したがって、上述したような複雑な光源格子または
フィルタは必要ない。 変調器またはフィルタとしての使用に加えて、または
これとは別に、干渉する一次ビームと二次ビームとの波
長をずらした場合には、導波路内の信号波長をシフトさ
せることもできる。 本発明による波長シフトと組み合わせて、一次元導波
路内の光信号を変調することもできる。すなわち、この
方法は、光強度により屈折率が変化する導波路の部分で
少なくとも二つの可干渉波を干渉させ、その部分に、変
調された屈折率の定在波を形成させ、上記可干渉波の一
方を変調して上記定在波長を動的に変調することにより
光信号を変調する。 本発明の望ましい形態により、一次元光導波路内で波
長多重光信号を変調する方法が提供される。この方法
は、相対的な角度がそれぞれ異なる可干渉波対を発生さ
せ、それぞれの可干渉波対を光強度の変化により屈折率
が変化する導波路の部分で干渉させ、その部分に、波長
多重された個々の光信号に関連して互いに波長の異なる
定在波を形成させ、上記可干渉波対のそれぞれ一方を変
調してそれぞれの定在波および関連する光信号を動的に
変調する。 本発明の実施例について添付図面を参照して説明す
る。 〔図面の簡単な説明〕 第１図は本発明の動作を示す図。 第２図は変調を含む本発明を実施する望ましい形態を
示す概略図。 第３図は本発明の実施例の変更例を示す図。 第４図は本発明を使用する種々の構成を示す図。 〔発明を実施するための最良の形態〕 本発明の原理は、第１図に示したように、一次元光導
波路２の一部に光強度により屈折率が変化する媒体で可
変屈折率部１を形成し、この可変屈折率部１に格子を形
成させることを基本とする。 外部の二つの可干渉ビーム３、４が干渉して定在波を
形成し、この定在波で可変屈折率部１の屈折率を変調す
ることにより、ここに格子が形成される。可干渉ビーム
３、４が一定であるなら格子の一定性が維持され、波長
フィルタとして動作する。しかし、可干渉ビーム３、４
の一方が変調されると、格子が同時に動的に変調され
る。変調方法としては、例えば強度変調または位相変調
を用いる。導波路２内の光は、連続波でも複数波長のグ
ループでもよく、格子の瞬間的な状態により、この格子
で選択的に反射される。したがって、選択された波長
は、多量にまたは少なくとも反射され、外部からの可干
渉ビーム３または４に含まれる変調信号により変調され
る。 与えられた可干渉ビーム３、４の波長に対して、格子
の間隔および導波路内で反射される波長は、これらの可
干渉ビーム３、４の間の相対的な角度に依存する。可干
渉ビーム３、４の相対的な角度が大きい場合（例えば表
面に対して反対方向からかすめるように照射した場合）
には、反射される波長は照射波長のほぼ半分となる。相
対的な角度が60゜のときには、反射される波長は照射波
長と等しくなり、可干渉ビーム３、４を互いにほぼ平行
で表面に直角に照射すると、反射される波長は照射波長
より長くなる。したがって、照射する可干渉ビーム３、
４の相対角度を選択することにより、特定の波長を選択
して反射させることができる。最も単純な場合には、二
つのビームにより消去可能フィルタ、すなわち照射ビー
ム間の角度を調整することにより除去または同調が可能
なフィルタを形成できる。 外部の可干渉ビーム３、４の一方、この例では可干渉
ビーム４について、それぞれ角度が異なる複数の二次ビ
ーム4a、4b、4cに分割するとこれらの二次ビーム4a、4
b、4cは、干渉ビーム３と干渉して異なる波長を選択す
る格子が形成される。二次ビーム4a、4b、4cをそれぞれ
変調すると、異なる波長を選択的に変調する複数のダイ
ナミック格子が導波路内に同時に形成される。この構成
により、空間的に分離された外部の変調された信号を用
いて、導波路内の波長分割多重信号を個々に変調するこ
とができる。 第１図にはまた、素子の動作を示す広帯域入力信号
Ｉ、反射出力信号Ｒおよび送信出力信号Ｔのスペクトラ
ムを示した。 フリンジ定数（この場合には屈折率変調のシャープネ
ス）が大きくなるほど、格子がより有効になる。誘起さ
れた格子内で良好なフリンジ定数を得るためには、二次
ビーム4a、4b、4cの各光パワーを等しく設定し、一次ビ
ーム、すなわち可干渉ビーム３の光パワーを二次ビーム
4a、4b、4cのパワーの総和にほぼ等しく設定する。この
素子の有効性はまた、誘起される格子の長さにより影響
を受ける。したがって、何らかの都合によりコントラス
トが低い場合には、干渉が生じる可変屈折率部１の長さ
を増加させる。 第２図は本発明の望ましい実施例を示し、可干渉光源
５からの光は、星型結合器７により光ファイバ30および
40に分割される。光ファイバ30、40は、それぞれ可干渉
ビーム３、４のために必要な光を伝搬する。星型結合器
７は、総有効光パワーのほぼ半分（正確である必要はな
い）を可干渉ビーム３として引き出すように構成されて
いる。これに対して可干渉ビーム４のそれぞれの二次ビ
ームには、光パワーがほぼ均等に分配される。 一次ビーム、すなわち可干渉ビーム３は、変調されず
に、適当なビーム集光器８により導波路２の可変屈折率
部１に照射される。二次ビームは、最初に、ファイバ40
により変調器６に送られる。変調器６は、この使用目的
に適用していればどのような変調器でもよく、例えば可
飽和吸収体、非線形エタロンまたは半導体がドープされ
たガラス内の非線形マッハ・ツェンダ干渉計を用いるこ
とができる。変調された二次ビームは、適当なビーム集
光器８を経由して、可変屈折率部１に照射される。ここ
で、個々の変調された二次ビームは、一次ビーム、すな
わち可干渉ビーム３とは異なる角度で入射される。ビー
ムの角分離が波長分割変調チャネルの選択感度を決定す
る。導波路内の波長が約1.3μｍのとき、二次ビームの
各分離が1/20゜であれば、104のうちの一部の隣接する
チャネルを分離できる。 伝送のセキュリティのために、一次ビームを変調して
種々の格子を誘起することもできる。復調時には、相補
的に変調された第二のダイナミック格子により反射また
は透過結合させて第二変調を除去する。 異なる波長の照射ビームを使用することもでき、特に
一次ビームを変調する場合には、一以上の一次ビームを
使用することもできる。 誘起された格子を変調して光の場を変化させるために
は、可変屈折率部１として使用する媒質の選択により、
導波路の非線形成分の応答によりいくらかの遅延があ
る。光の周波数は例えば104Hzのオーダであり、これに
対して半導体をドープしたガラスを用いた場合の屈折率
変化の周波数は1012Hzのオーダである。しかし、典型的
なデータ速度はせいぜい106ないし1010の範囲であり、
光の場の変化に応答する格子の変化の緩慢さは問題とは
ならない。 可変屈折率部１としては、導波路に非線形成分、例え
ば不純物がドープされたガラスまたは有機材料を被覆し
たものでもよく、導波路自身に不純物、例えばカドミウ
ム・サルファイド・セレナイドをドープしたものでもよ
い。第３図には、一次元光導波路２の例として、断面が
Ｄ字型のファイバ導波路を示す。この導波路には非線形
材料の被覆が設けられ、本発明の実施例で使用する可変
屈折率部１を形成する。 本発明を利用するいくつかの構成例を第４図に簡単に
示す。変調器として使用される本発明の光学素子13は、
第４図（ａ）に示したように、レーザ光源その他の光源
10と、出力ファイバとの間に配置される。また、第４図
（ｂ）に示したように、この素子を反射モードで使用す
ることもできる。このモードの場合には、変調器が光源
に隣接し、反射された波長だけがレーザ発振するように
動作する。光学素子13を変調器として使用する他の構成
を第４図（ｃ）に示す。この光学素子13は方向性結合器
14を経由した出力に対して反射モードで動作する。この
図およびその他の図において、参考番号15は結合器の端
子が非反射端末であることを示す。 間隔の狭い波長を使用できることから、本発明に組み
合わせてファイバ・レーザを使用することが有効であ
る。第４図（ｄ）および第４図（ｅ）は、励起素子12に
より駆動されるファイバ・レーザ11を組み合わせた変調
器として、個別素子を使用した構成を示す。第４図
（ｅ）において付加した結合器14は、励起素子12を装置
全体の出力から光学的に分離する。 波長の異なる（一次および二次の）波を干渉させる素
子を使用する場合には、本発明の光学素子を波長シフタ
として動作させることができる。二つの波長が近接して
いる場合には、縦方向のフリンジが、導波路の軸に沿っ
て、波長差に比例しかつビームの相対的な角度に反比例
した速度で移動する。これにより、誘起された格子が反
射する信号の波長にドップラ・シフトを生じさせ、格子
の移動状態（これは一次ビームと二次ビームとのどちら
の周波数が高いかに依存する）により、波長が増加また
は減少する。波長シフトの大きさはビームの相対的な角
度に依存する。ただし、波長の変化は、干渉するビーム
の相対的な波長差と同じオーダとなる。 本発明の光学素子の他の多くの構成および使用方法
は、当業者には明らかである。 〔産業上の利用可能性〕 以上に説明したように、本発明の光学素子は、一次元
導波路を用い、その可変屈折率部に少なくとも二つの可
干渉波を照射して屈折率を変調する。一次元導波路を用
いているので、光ファイバとの結合が容易であり、従来
からの光通信システムとの適合性に優れている。 また、一次元導波路上で波長帯毎に別々の変調または
濾波処理を行うことができるので、波長分割多重信号の
個々の成分波長を変調のために分離する必要がない。例
えば、一個の多帯域光源またはスペクトラム拡散光源か
らの光を入射し、それぞれの帯域に独立の変調または濾
波処理を行って、それを直接に光ファイバに結合するこ
とができる。多数の別個の光源からの光を別々に変調し
て多重する必要がなく、波長分割多重を少ない部品点数
で実現することができる。
変調または濾波に使用する光学素子に関する。 〔背景技術〕 断面がＤ字型のファイバやその他の導波路上に屈折率
が永久的に変調された被覆を設けたものは、導波路内の
特定の波長を選択的に反射することから、波長フィルタ
として動作する。また、Ｄ字型ファイバの表面に格子を
刻んだものを波長フィルタとして用いることもでき、こ
の場合には、導波される光がファイバ内から格子に入射
し、格子の感応する波長が反射される。 しかし、製造された素子は固定波長で動作し、同調で
きない欠点があった。導波路内にすでに存在する光信号
を用いる技術も利用されているが、外部の光信号源と干
渉させることはできない。 半導体性材料の二次元スラブ型導波路に互いに干渉す
る二つの光ビームを照射するダイナミック回路格子が知
られている。ビコフスキイ（Bykovskii）等は、このよ
うな格子について、論文、ザ・ソビエト・ジャーナル・
オブ・クウォンタム・エレクトロニクス第12巻第４号
（1982年４月）、「インベスティゲーション・オブ・ラ
イト・ウェーブ・ディフラクション・イン・ア・ウェー
ブガイド・プレーン・バイ・オティカリイ・インデュー
スト・ダイナミック・グレーティングス」（the Soviet
Journal of Quantum Electronics,Vol.12,No.4,April1
982,entitled“Investigation of light wave diffract
ion in a waveguid plane by optically induce dynami
c gratings"）に詳しく説明している。ダイナミック伝
送格子を製造する技術については、シンサーボックス
（Sincerbox）により、公開されたヨーロッパ特許出願
第EP95563号に開示されている。ビフコフスキイ等とシ
ンサーボックスとの両者により開示された素子は、異な
る入力波長の角分散を利用する構成である。これらの素
子は、例えば、複合光入力のスペクトラム解析に利用で
きる。 これらの素子は、変調または濾波の対象となる光信号
の波長を可変に設定することができる。しかし、導波路
の伝搬光がその波長により分散され、その出力光は空間
的に多重化されたものとなってしまう。このような出力
光を通常の光通信システムで用いられる光ファイバ導波
路に結合することは、容易なことではない。 また、波長分割多重（Wavelength division multiple
x,WDM）伝送やコヒーレント伝送では、帯域幅の狭い別
個の光源の出力を別々に変調することが一般的である。
この場合、個々の光源の波長はわずかずつ異なっている
必要がある。このような波長のわずかに異なる多数の光
源を得ることは、一般的には困難である。そこで従来
は、多数の同等なレーザのバラツキを利用するか、また
は、同調可能なレーザと多数のフィルタとを用いること
が行われていた。 本発明は、このような課題を解決し、通常の光伝送系
で用いられる光ファイバとの光結合が容易で、しかも複
数の波長帯を含む光に対してその波長帯毎に別々の変調
または濾波処理を行うことのできる新規な光学素子を提
供することを目的とする。 本明細書において「光」とは、可視スペクトラムだけ
でなく、紫外線および赤外線に及ぶ光導波路により伝送
可能な波長を含む。 〔発明の開示〕 本発明の第一の観点は波長分割多重光の個々の波長成
分を処理する光信号処理方法であり、光信号を実質的に
一次元方向に伝搬する一次元導波路に設けられた光強度
による屈折率が変化する部分に、第一および第二の可干
渉波を干渉させてその一次元導波路の光伝搬方向に沿っ
た干渉パターンを生じさせることにより、屈折率の格子
を形成し、一次元導波路に沿って干渉パターンが形成さ
れた部分に波長分割多重光を伝搬させ、その波長分割多
重光のひとつの波長成分が格子により独立に反射される
ように第一および第二の可干渉波の照射を行うことを特
徴とする。 本発明の第二の観点はこの方法を実施する光学素子で
あり、光強度により屈折率が変化する可変屈折率部が一
部に設けられ複数の波長成分を含む波長分割多重光が入
射してそれを実質的に一次元方向に伝搬する一次元光導
波路と、第一および第二の可干渉波を発生する光源と、
この第一および第二の可干渉波を可変屈折率部に照射し
てそこに干渉パターンを生じさせることにより波長分割
多重光の波長成分のひとつを独立に反射する屈折率の格
子を形成する照射手段と、一次元導波路に波長分割多重
光を入射する手段とを備え、照射手段は波長分割多重光
のひとつの波長成分が格子により独立に反射されるよう
に第一および第二の可干渉波の照射方向を設定する手段
を含むことを特徴とする。 ここで「一次元」という用語は、光信号が導波路を実
質的に一次元方向にのみ伝搬することをいう。これに対
してスラブ型導波路は、しばしば「プレーナ」導波路と
呼ばれ、少なくとも二次元の伝搬が可能である。 一定屈折率の線が導波路に沿った信号伝搬方向を横切
って移動するように、可変屈折率部の長さ方向の軸に対
して波面がほぼ直交し、可変屈折率部に長さ方向の定在
波が形成されることが望ましい。 可干渉波としては平面波を用いることが便利であり、
少なくとも可変屈折率部に入射する場所では、平面波が
便利である。 一次元導波路は光ファイバを含むことが望ましい。光
ファイバの代わりに、集積化された光導波路（例えばイ
ンジウム・ガリウム・ヒ素InGaAsその他を用いた）を用
いることもできる。 可変屈折率部は、断面がＤ字型である光ファイバと、
一以上の波長において光強度により屈折率が変化する適
当な非線形媒質の被覆とを含むことが便利である。 また、可変屈折率部は、所望の非線形特性を示す媒質
がドープされた導波路でもよい。光ファイバの場合に
は、非線形ドーパントをファイバのコアに添加する。 本発明の素子はさらに、屈折率変調を同調するため
に、可干渉波の相対的な角度を調整する手段を含むこと
が望ましい。 本発明の素子は、定在波を変調する化干渉波の少なく
とも一方を変調する手段を含むことが望ましい。 共通の一次ビームと複数の変調された二次ビームとの
間に、複数の異なる干渉パターンを形成させることが便
利である。一次ビームおよび二次ビームは波長が同一で
あることが便利であり、この場合には一次ビームおよび
二次ビームを同一光源から形成できる。各々の二次ビー
ムは、関連する干渉パターンを同調するために、一次ビ
ームから離れた別々の角度に設定され、導波路内の特定
の波長の信号を反射および変調する。 本発明の光学素子はまた、波長多重された光信号を変
調する光学素子であり、光強度により屈折率が変化する
可変屈折率部を少なくとも一部に設けた一次元光導波路
と、相対的な角度がそれぞれ異なる複数の可干渉波対を
上記可干渉屈折率部に照射し、その領域に、波長多重さ
れた個々の光信号に関連して互いに波長の異なる複数の
定在波を形成させる手段と、上記可干渉波対のそれぞれ
一方を変調して上記定在波および関連する光信号を動的
に変調する手段とを備える。 この望ましい態様では、光導波路内の波長分割多重信
号を同時に並列変調または濾波する有効な手段を提供す
る。この並列処理により、光波長の帯域幅をより有効に
使用でき、光伝送速度を高速化できる。例えば８成分の
波長分割多重を用いる場合には、個々の電気光学変調器
を最大の電気的ビット速度で動作させることができ、こ
の一方で、８ビット語を直列時分割多重（TDM）の８培
の速度で送信できる。 さらに、波長分割多重信号の個々の成分波長を変調ま
たは濾波するには、可干渉波対の相対的な角度を適切に
選択する。このとき、すべての可干渉波に同じ波長を使
用できる。このため、波長分割多重信号の個々の成分波
長を変調のために分離する必要がなく、波長分割多重信
号を一個の多帯域光源またはスペクトラム拡散光源から
取り出し、これを直接に導波路に結合させることができ
る。したがって、上述したような複雑な光源格子または
フィルタは必要ない。 変調器またはフィルタとしての使用に加えて、または
これとは別に、干渉する一次ビームと二次ビームとの波
長をずらした場合には、導波路内の信号波長をシフトさ
せることもできる。 本発明による波長シフトと組み合わせて、一次元導波
路内の光信号を変調することもできる。すなわち、この
方法は、光強度により屈折率が変化する導波路の部分で
少なくとも二つの可干渉波を干渉させ、その部分に、変
調された屈折率の定在波を形成させ、上記可干渉波の一
方を変調して上記定在波長を動的に変調することにより
光信号を変調する。 本発明の望ましい形態により、一次元光導波路内で波
長多重光信号を変調する方法が提供される。この方法
は、相対的な角度がそれぞれ異なる可干渉波対を発生さ
せ、それぞれの可干渉波対を光強度の変化により屈折率
が変化する導波路の部分で干渉させ、その部分に、波長
多重された個々の光信号に関連して互いに波長の異なる
定在波を形成させ、上記可干渉波対のそれぞれ一方を変
調してそれぞれの定在波および関連する光信号を動的に
変調する。 本発明の実施例について添付図面を参照して説明す
る。 〔図面の簡単な説明〕 第１図は本発明の動作を示す図。 第２図は変調を含む本発明を実施する望ましい形態を
示す概略図。 第３図は本発明の実施例の変更例を示す図。 第４図は本発明を使用する種々の構成を示す図。 〔発明を実施するための最良の形態〕 本発明の原理は、第１図に示したように、一次元光導
波路２の一部に光強度により屈折率が変化する媒体で可
変屈折率部１を形成し、この可変屈折率部１に格子を形
成させることを基本とする。 外部の二つの可干渉ビーム３、４が干渉して定在波を
形成し、この定在波で可変屈折率部１の屈折率を変調す
ることにより、ここに格子が形成される。可干渉ビーム
３、４が一定であるなら格子の一定性が維持され、波長
フィルタとして動作する。しかし、可干渉ビーム３、４
の一方が変調されると、格子が同時に動的に変調され
る。変調方法としては、例えば強度変調または位相変調
を用いる。導波路２内の光は、連続波でも複数波長のグ
ループでもよく、格子の瞬間的な状態により、この格子
で選択的に反射される。したがって、選択された波長
は、多量にまたは少なくとも反射され、外部からの可干
渉ビーム３または４に含まれる変調信号により変調され
る。 与えられた可干渉ビーム３、４の波長に対して、格子
の間隔および導波路内で反射される波長は、これらの可
干渉ビーム３、４の間の相対的な角度に依存する。可干
渉ビーム３、４の相対的な角度が大きい場合（例えば表
面に対して反対方向からかすめるように照射した場合）
には、反射される波長は照射波長のほぼ半分となる。相
対的な角度が60゜のときには、反射される波長は照射波
長と等しくなり、可干渉ビーム３、４を互いにほぼ平行
で表面に直角に照射すると、反射される波長は照射波長
より長くなる。したがって、照射する可干渉ビーム３、
４の相対角度を選択することにより、特定の波長を選択
して反射させることができる。最も単純な場合には、二
つのビームにより消去可能フィルタ、すなわち照射ビー
ム間の角度を調整することにより除去または同調が可能
なフィルタを形成できる。 外部の可干渉ビーム３、４の一方、この例では可干渉
ビーム４について、それぞれ角度が異なる複数の二次ビ
ーム4a、4b、4cに分割するとこれらの二次ビーム4a、4
b、4cは、干渉ビーム３と干渉して異なる波長を選択す
る格子が形成される。二次ビーム4a、4b、4cをそれぞれ
変調すると、異なる波長を選択的に変調する複数のダイ
ナミック格子が導波路内に同時に形成される。この構成
により、空間的に分離された外部の変調された信号を用
いて、導波路内の波長分割多重信号を個々に変調するこ
とができる。 第１図にはまた、素子の動作を示す広帯域入力信号
Ｉ、反射出力信号Ｒおよび送信出力信号Ｔのスペクトラ
ムを示した。 フリンジ定数（この場合には屈折率変調のシャープネ
ス）が大きくなるほど、格子がより有効になる。誘起さ
れた格子内で良好なフリンジ定数を得るためには、二次
ビーム4a、4b、4cの各光パワーを等しく設定し、一次ビ
ーム、すなわち可干渉ビーム３の光パワーを二次ビーム
4a、4b、4cのパワーの総和にほぼ等しく設定する。この
素子の有効性はまた、誘起される格子の長さにより影響
を受ける。したがって、何らかの都合によりコントラス
トが低い場合には、干渉が生じる可変屈折率部１の長さ
を増加させる。 第２図は本発明の望ましい実施例を示し、可干渉光源
５からの光は、星型結合器７により光ファイバ30および
40に分割される。光ファイバ30、40は、それぞれ可干渉
ビーム３、４のために必要な光を伝搬する。星型結合器
７は、総有効光パワーのほぼ半分（正確である必要はな
い）を可干渉ビーム３として引き出すように構成されて
いる。これに対して可干渉ビーム４のそれぞれの二次ビ
ームには、光パワーがほぼ均等に分配される。 一次ビーム、すなわち可干渉ビーム３は、変調されず
に、適当なビーム集光器８により導波路２の可変屈折率
部１に照射される。二次ビームは、最初に、ファイバ40
により変調器６に送られる。変調器６は、この使用目的
に適用していればどのような変調器でもよく、例えば可
飽和吸収体、非線形エタロンまたは半導体がドープされ
たガラス内の非線形マッハ・ツェンダ干渉計を用いるこ
とができる。変調された二次ビームは、適当なビーム集
光器８を経由して、可変屈折率部１に照射される。ここ
で、個々の変調された二次ビームは、一次ビーム、すな
わち可干渉ビーム３とは異なる角度で入射される。ビー
ムの角分離が波長分割変調チャネルの選択感度を決定す
る。導波路内の波長が約1.3μｍのとき、二次ビームの
各分離が1/20゜であれば、104のうちの一部の隣接する
チャネルを分離できる。 伝送のセキュリティのために、一次ビームを変調して
種々の格子を誘起することもできる。復調時には、相補
的に変調された第二のダイナミック格子により反射また
は透過結合させて第二変調を除去する。 異なる波長の照射ビームを使用することもでき、特に
一次ビームを変調する場合には、一以上の一次ビームを
使用することもできる。 誘起された格子を変調して光の場を変化させるために
は、可変屈折率部１として使用する媒質の選択により、
導波路の非線形成分の応答によりいくらかの遅延があ
る。光の周波数は例えば104Hzのオーダであり、これに
対して半導体をドープしたガラスを用いた場合の屈折率
変化の周波数は1012Hzのオーダである。しかし、典型的
なデータ速度はせいぜい106ないし1010の範囲であり、
光の場の変化に応答する格子の変化の緩慢さは問題とは
ならない。 可変屈折率部１としては、導波路に非線形成分、例え
ば不純物がドープされたガラスまたは有機材料を被覆し
たものでもよく、導波路自身に不純物、例えばカドミウ
ム・サルファイド・セレナイドをドープしたものでもよ
い。第３図には、一次元光導波路２の例として、断面が
Ｄ字型のファイバ導波路を示す。この導波路には非線形
材料の被覆が設けられ、本発明の実施例で使用する可変
屈折率部１を形成する。 本発明を利用するいくつかの構成例を第４図に簡単に
示す。変調器として使用される本発明の光学素子13は、
第４図（ａ）に示したように、レーザ光源その他の光源
10と、出力ファイバとの間に配置される。また、第４図
（ｂ）に示したように、この素子を反射モードで使用す
ることもできる。このモードの場合には、変調器が光源
に隣接し、反射された波長だけがレーザ発振するように
動作する。光学素子13を変調器として使用する他の構成
を第４図（ｃ）に示す。この光学素子13は方向性結合器
14を経由した出力に対して反射モードで動作する。この
図およびその他の図において、参考番号15は結合器の端
子が非反射端末であることを示す。 間隔の狭い波長を使用できることから、本発明に組み
合わせてファイバ・レーザを使用することが有効であ
る。第４図（ｄ）および第４図（ｅ）は、励起素子12に
より駆動されるファイバ・レーザ11を組み合わせた変調
器として、個別素子を使用した構成を示す。第４図
（ｅ）において付加した結合器14は、励起素子12を装置
全体の出力から光学的に分離する。 波長の異なる（一次および二次の）波を干渉させる素
子を使用する場合には、本発明の光学素子を波長シフタ
として動作させることができる。二つの波長が近接して
いる場合には、縦方向のフリンジが、導波路の軸に沿っ
て、波長差に比例しかつビームの相対的な角度に反比例
した速度で移動する。これにより、誘起された格子が反
射する信号の波長にドップラ・シフトを生じさせ、格子
の移動状態（これは一次ビームと二次ビームとのどちら
の周波数が高いかに依存する）により、波長が増加また
は減少する。波長シフトの大きさはビームの相対的な角
度に依存する。ただし、波長の変化は、干渉するビーム
の相対的な波長差と同じオーダとなる。 本発明の光学素子の他の多くの構成および使用方法
は、当業者には明らかである。 〔産業上の利用可能性〕 以上に説明したように、本発明の光学素子は、一次元
導波路を用い、その可変屈折率部に少なくとも二つの可
干渉波を照射して屈折率を変調する。一次元導波路を用
いているので、光ファイバとの結合が容易であり、従来
からの光通信システムとの適合性に優れている。 また、一次元導波路上で波長帯毎に別々の変調または
濾波処理を行うことができるので、波長分割多重信号の
個々の成分波長を変調のために分離する必要がない。例
えば、一個の多帯域光源またはスペクトラム拡散光源か
らの光を入射し、それぞれの帯域に独立の変調または濾
波処理を行って、それを直接に光ファイバに結合するこ
とができる。多数の別個の光源からの光を別々に変調し
て多重する必要がなく、波長分割多重を少ない部品点数
で実現することができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭58−211744（ＪＰ，Ａ)
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Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．波長分割多重光の個々の波長成分を処理する光信号
処理方法において、 光信号を実質的に一次元方向に伝搬する一次元導波路に
設けられた光強度により屈折率が変化する部分に、第一
および第二の可干渉波を干渉させてその一次元導波路の
光伝搬方向に沿った干渉パターンを生じさせることによ
り、屈折率の格子を形成し、 上記一次元導波路に沿って、上記干渉パターンが形成さ
れた部分に波長分割多重光を伝搬させ、 その波長分割多重光のひとつの波長成分が上記格子によ
り独立に反射されるように上記第一および第二の可干渉
波の照射を行う ことを特徴とする光信号処理方法。 ２．上記屈折率が変化する部分に第三の可干渉波を照射
して上記第一の可干渉波と干渉させることにより上記一
次元導波路の光伝搬方向に沿って別の干渉パターンを形
成し、 この別の干渉パターンにより形成された屈折率の格子に
より波長分割多重光の別の波長成分が独立に反射される
ように上記第一の可干渉波と上記第三の可干渉波との照
射を行う 請求項１記載の光信号処理方法。 ３．ひとつの可干渉ビームを分割することにより上記第
一の可干渉波、上記第二の可干渉波および上記第三の可
干渉波を生成し、上記第一の可干渉波に対して上記第二
の可干渉波と上記第三の可干渉波とを互いに異なる角度
で上記屈折率が変化する部分に照射する請求項２記載の
光信号処理方法。 ４．上記第一の可干渉波と干渉する可干渉波を波長分割
多重光の波長成分とは独立に変調する請求項１ないし３
のいずれか記載の光信号処理方法。 ５．上記第一の可干渉波を変調する請求項１ないし４の
いずれか記載の光信号処理方法。 ６．上記第一の可干渉波と他の可干渉波との角度を変化
させることにより処理する波長分割多重光の波長成分を
選択する請求項１ないし３のいずれか記載の光信号処理
方法。 ７．格子を形成するための光パワーの半分を上記第一の
可干渉波の光パワーとする請求項１ないし６のいずれか
記載の光信号処理方法。 ８．上記第二の可干渉波と上記第三の可干渉波との光パ
ワーを実質的に等しくする請求項２または３記載の光信
号処理方法。 ９．屈折率の格子を光ファイバに形成する請求項１ない
し８のいずれか記載の光信号処理方法。 １０．屈折率の格子を断面がＤ字型の光ファイバ上に設
けた光学的非線形媒体の被覆に形成する格子を請求項１
ないし８のいずれか記載の光信号処理方法。 １１．屈折率の格子を光学的非線形媒体のドーパントが
添加された部分に形成する請求項１ないし８のいずれか
記載の光信号処理方法。 １２．波長分割多重光の個々の波長成分を処理する光学
素子において、 光強度により屈折率が変化する可変屈折率部が一部に設
けられ複数の波長成分を含む波長分割多重光が入射して
それを実質的に一次元方向に伝搬する一次元光導波路
と、 第一および第二の可干渉波を発生する光源と、 この第一および第二の可干渉波を上記可変屈折部に照射
してそこに干渉パターンを生じさせることにより、上記
波長成分のひとつを独立に反射する屈折率の格子を形成
する照射手段と、 上記一次元導波路に波長多重分割光を入射する手段と を備え、 上記照射手段は、波長分割多重光のひとつの波長成分が
上記格子により独立に反射されるように上記第一および
第二の可干渉波の照射方向を設定する手段を含む ことを特徴とする光学素子。 １３．上記光源は上記第一および第二の可干渉波に加え
て第三の可干渉波を発生する手段を含み、 この第三の可干渉波を上記可変屈折率部に照射して第二
の干渉パターンを生成する手段を備え、 この生成する手段は、上記第二の干渉パターンにより形
成された屈折率の格子により波長分割多重光の別の波長
成分が独立に反射されるように照射方向を設定する手段
を含む 請求項12記載の光学素子。 １４．上記光源は格子を形成するための光パワーの半分
を上記第一の可干渉波の光パワーとする手段を含む請求
項12または13記載の光学素子。 １５．上記光源は上記第二の可干渉波と上記第三の可干
渉波との光パワーを実質的に等しくする手段を含む請求
項13記載の光学素子。 １６．上記一次元光導波路は光ファイバにより構成され
た請求項12ないし15のいずれか記載の光学素子。 １７．上記一次元光導波路は断面がＤ字型の光ファイバ
により構成され、この光ファイバ上に設けられた光学的
非線形媒体の被膜により上記可変屈折率部が形成された
請求項12ないし15のいずれか記載の光学素子。 １８．上記可変屈折率部は上記一次元導波路に光学的非
線形媒体のドーパントが添加されて形成された請求項12
ないし15のいずれか記載の光学素子。 １９．上記第一の可干渉波以外の可干渉波を変調する変
調器を備えた請求項12ないし18のいずれか記載の光学素
子。
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