JP2824511B2 - 光学素子および光波長シフト方法 - Google Patents
光学素子および光波長シフト方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光信号処理に関する。特
に光信号の波長をシフトさせる方法および素子に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】光信号の波長をシフトさせる方法とし
て、光信号の伝搬路上に何らかの方法で屈折率の変化を
導入して、伝搬特性を変化させることが考えられる。こ
のような技術としては、音響光学素子がよく知られてい
る。また、導波路に屈折率の回折格子を形成し、この格
子を移動させることができれば、その格子により反射す
る信号の波長にドップラ・シフトが生じ、波長をシフト
させることができる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】導波路上に屈折率の格
子を形成したものとしては、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
設けた光学素子が知られている。これらの光学素子は、
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
屈折率の格子に入射し、格子の感応する波長が反射され
る。しかし、これらの素子の格子は固定的であり、波長
シフトに利用することはできない。 【０００４】屈折率の格子を可変に形成できるものとし
ては、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折格子
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・オプティカリイ・インデュ
ースト・ダイナミック・グレーティングス」(the Sovie
t Journal of Quantum Electronics, Vol.12, No.4, Ap
ril 1982, entitled "Investigation of light wave d
iffraction in a waveguid plane by optically indu
ced dynamic 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EP 95563号に開示されている。ビコフスキイ等と
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。 【０００５】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。
特に、移動する格子を形成して光信号の波長をシフトさ
せることができたとしても、その出力を取り出すことは
容易ではない。 【０００６】本発明は簡単な構造で光信号の波長をシフ
トさせることのできる新規な光学素子および光波長シフ
ト方法を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は光
信号の波長をシフトさせる光学素子であり、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光信
号を実質的に一次元方向に伝搬する一次元光導波路と、
互いに異なる波長の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
部に照射して干渉パターンを生成し、この干渉パターン
により時間とともに一次元光導波路に沿って移動する屈
折率格子を生成する照射手段とを備えたことを特徴とす
る。 【０００８】一次元光導波路としては光ファイバを用い
ることがよい。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
他を用いた光導波路）を用いることもできる。また、断
面がＤ字型の光ファイバを用い、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可変屈折率部を形成
することもできる。可変屈折率部を一次元光導波路に所
望の非線形特性を示す光学的非線形媒体のドーパントを
添加して形成することもできる。光ファイバの場合に
は、このようなドーパントをファイバのコアに添加す
る。 【０００９】本発明の第二の観点は光波長シフト方法で
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り屈折率が変化する部分
に、互いに波長の異なる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、屈折率のパターンが
上記一次元光導波路の光伝搬方向に平行に移動する格子
を形成し、一次元光導波路に沿って格子に光信号を伝搬
させることを特徴とする。 【００１０】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。また、「一次元」とは、
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。 【００１１】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
方向の干渉パターンが形成されることが望ましい。 【００１２】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。 【００１３】 【発明の実施の形態】本発明の実施形態について説明す
る前に、光照射による屈折率格子の形成について説明す
る。 【００１４】図１は格子形成の原理を説明する図であ
る。ここでは、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。 【００１５】すなわち、外部の二つの可干渉ビーム３、
４が干渉して干渉パターンを形成し、この干渉パターン
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。また、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ことができ
る。さらに、可干渉ビーム３、４として互いに波長の異
なるものを用いると、干渉パターンが時間とともに一次
元光導波路２に沿って移動し反射する信号の波長にドッ
プラ・シフトが生じて波長シフトが実現される。 【００１６】一次元光導波路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、また、可干渉ビーム３、４の波長差により波長
がシフトする。 【００１７】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。相体的な角度が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。したがっ
て、二つのビームの間の角度を調整することにより、除
去、同調または周波数シフトの対象となる波長を設定で
きる。 【００１８】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、４ｂ、４ｃは、可干渉ビーム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。 【００１９】図１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。 【００２０】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。 【００２１】図２は本発明の望ましい実施形態を示し、
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。 【００２２】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により一次元光導
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、光ファイバ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１．３μ
ｍのとき、二次ビームの角分離が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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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１０14Ｈｚ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。 【００２６】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。図３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、本発明の実施形態で
使用する可変屈折率部１を形成する。 【００２７】本発明を利用するいくつかの構成例を図４
ないし図８に簡単に示す。これらの構成例では光学素子
１３が光信号の波長をシフトさせるとともに変調も行う
ものとして示す。この光学素子１３は、図４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、図５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図６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、
参照番号１５は結合器の端子が非反射端子であることを
示す。 【００２８】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。図７および図８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。図８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。 【００２９】以上の構成において、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ことで、
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。 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で光波長をシフトさせることができる。ま
た、波長のシフトに伴ってその波長を他の波長から分離
でき、その波長を変調することもできる。
に光信号の波長をシフトさせる方法および素子に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】光信号の波長をシフトさせる方法とし
て、光信号の伝搬路上に何らかの方法で屈折率の変化を
導入して、伝搬特性を変化させることが考えられる。こ
のような技術としては、音響光学素子がよく知られてい
る。また、導波路に屈折率の回折格子を形成し、この格
子を移動させることができれば、その格子により反射す
る信号の波長にドップラ・シフトが生じ、波長をシフト
させることができる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】導波路上に屈折率の格
子を形成したものとしては、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
設けた光学素子が知られている。これらの光学素子は、
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
屈折率の格子に入射し、格子の感応する波長が反射され
る。しかし、これらの素子の格子は固定的であり、波長
シフトに利用することはできない。 【０００４】屈折率の格子を可変に形成できるものとし
ては、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折格子
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・オプティカリイ・インデュ
ースト・ダイナミック・グレーティングス」(the Sovie
t Journal of Quantum Electronics, Vol.12, No.4, Ap
ril 1982, entitled "Investigation of light wave d
iffraction in a waveguid plane by optically indu
ced dynamic 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EP 95563号に開示されている。ビコフスキイ等と
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。 【０００５】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。
特に、移動する格子を形成して光信号の波長をシフトさ
せることができたとしても、その出力を取り出すことは
容易ではない。 【０００６】本発明は簡単な構造で光信号の波長をシフ
トさせることのできる新規な光学素子および光波長シフ
ト方法を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は光
信号の波長をシフトさせる光学素子であり、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光信
号を実質的に一次元方向に伝搬する一次元光導波路と、
互いに異なる波長の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
部に照射して干渉パターンを生成し、この干渉パターン
により時間とともに一次元光導波路に沿って移動する屈
折率格子を生成する照射手段とを備えたことを特徴とす
る。 【０００８】一次元光導波路としては光ファイバを用い
ることがよい。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
他を用いた光導波路）を用いることもできる。また、断
面がＤ字型の光ファイバを用い、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可変屈折率部を形成
することもできる。可変屈折率部を一次元光導波路に所
望の非線形特性を示す光学的非線形媒体のドーパントを
添加して形成することもできる。光ファイバの場合に
は、このようなドーパントをファイバのコアに添加す
る。 【０００９】本発明の第二の観点は光波長シフト方法で
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り屈折率が変化する部分
に、互いに波長の異なる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、屈折率のパターンが
上記一次元光導波路の光伝搬方向に平行に移動する格子
を形成し、一次元光導波路に沿って格子に光信号を伝搬
させることを特徴とする。 【００１０】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。また、「一次元」とは、
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。 【００１１】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
方向の干渉パターンが形成されることが望ましい。 【００１２】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。 【００１３】 【発明の実施の形態】本発明の実施形態について説明す
る前に、光照射による屈折率格子の形成について説明す
る。 【００１４】図１は格子形成の原理を説明する図であ
る。ここでは、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。 【００１５】すなわち、外部の二つの可干渉ビーム３、
４が干渉して干渉パターンを形成し、この干渉パターン
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。また、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ことができ
る。さらに、可干渉ビーム３、４として互いに波長の異
なるものを用いると、干渉パターンが時間とともに一次
元光導波路２に沿って移動し反射する信号の波長にドッ
プラ・シフトが生じて波長シフトが実現される。 【００１６】一次元光導波路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、また、可干渉ビーム３、４の波長差により波長
がシフトする。 【００１７】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。相体的な角度が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。したがっ
て、二つのビームの間の角度を調整することにより、除
去、同調または周波数シフトの対象となる波長を設定で
きる。 【００１８】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、４ｂ、４ｃは、可干渉ビーム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。 【００１９】図１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。 【００２０】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。 【００２１】図２は本発明の望ましい実施形態を示し、
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。 【００２２】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により一次元光導
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、光ファイバ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１．３μ
ｍのとき、二次ビームの角分離が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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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１０14Ｈｚ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。 【００２６】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。図３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、本発明の実施形態で
使用する可変屈折率部１を形成する。 【００２７】本発明を利用するいくつかの構成例を図４
ないし図８に簡単に示す。これらの構成例では光学素子
１３が光信号の波長をシフトさせるとともに変調も行う
ものとして示す。この光学素子１３は、図４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、図５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図６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、
参照番号１５は結合器の端子が非反射端子であることを
示す。 【００２８】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。図７および図８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。図８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。 【００２９】以上の構成において、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ことで、
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。 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で光波長をシフトさせることができる。ま
た、波長のシフトに伴ってその波長を他の波長から分離
でき、その波長を変調することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作を説明する図。
【図２】本発明の望ましい実施形態を示す概略図。
【図３】本発明の実施形態の変更例を示す図。
【図４】本発明を実施する構成例を示す図。
【図５】本発明を実施する別の構成例を示す図。
【図６】本発明を実施するさらに別の構成例を示す図。
【図７】本発明を実施するさらに別の構成例を示す図。
【図８】本発明を実施するさらに別の構成例を示す図。
【符号の説明】
１ 可変屈折率部
２ 一次元光導波路
３、４ 可干渉ビーム
５ 可干渉光源
６ 変調器
７ 星型結合器
８ ビーム集光器
１０ 光源
１２ 励起素子
１３ 光学素子
１４ 方向性結合器
３０、４０ 光ファイバ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
G02F 1/35
G02F 2/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．光信号の波長を変化させ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
けられ光信号を実質的に一次元方向に伝搬する一次元光
導波路と、 互いに異なる波長の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率部に照
射して干渉パターンを生成し、この干渉パターンにより
時間とともに上記一次元光導波路に沿って移動する屈折
率格子を生成する照射手段とを備えたことを特徴とする
光学素子。 ２．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１記載の光学素子。 ３．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１記載の光学素子。 ４．上記可変屈折率部は上記一次元光導波路に光学的非
線形媒体のドーパントが添加されて形成された請求項１
記載の光学素子。 ５．光信号の波長をシフトさせる光波長シフト方法にお
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、互い
に波長の異なる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、屈折率のパターンが上記一
次元光導波路の光伝搬方向に平行に移動する格子を形成
し、 上記一次元光導波路に沿って、上記格子に光信号を伝搬
させることを特徴とする光波長シフト方法。 ６．上記一次元光導波路として光ファイバを用いる請求
項５記載の光波長シフト方法。 ７．上記一次元光導波路として断面がＤ字型の光ファイ
バを用い、この光ファイバ上に光学的非線形媒体の被膜
を設ける請求項５記載の光波長シフト方法。 ８．上記格子を上記一次元光導波路の光学的非線形媒体
がドーパントとして添加された領域に形成する請求項５
記載の光波長シフト方法。
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