JP3791571B2

JP3791571B2 - Optical distribution method and optical distribution device

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Publication number: JP3791571B2
Application number: JP00939298A
Authority: JP
Inventors: 真古木; 智辰浦; 龍淳夫; 康郊佐藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: JPH1115031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムなどに用いる光分配（光デマルチプレックス）の方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、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光通信システムでは、増大する情報量に対応したＴｂｉｔ／ｓ（テラビット／秒）オーダーの超高速の光通信網を実現するために、それに対応した光多重（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）の方法が研究されている。
【０００３】
従来、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、「ＯｐｌｕｓＥＮｏ．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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
さらに、上述したのは、時間軸方向にしか情報を持たないという意味で、時間的にシリアルで、空間的にはゼロ次元の信号光を、空間的に１次元の出力光に変換する場合であるが、同様の信号光を、空間的に２次元の出力光に変換する必要性ないし要求も考えられる。
【０００９】
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。
【００１０】
しかしながら、従来の位相シフト法や周波数シフト法では、このように多重化されたシリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換するのは、上述した空間的に１次元のパラレル信号光に変換する場合よりも、さらに一層、困難となる。
【００１１】
そこで、この発明は、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元または２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができるようにしたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光分配方法では、
一方向に所定幅の広がりを有する光学デバイスを、光パルス列からなる信号光の光路上に配置し、その信号光およびこれに同期した制御光パルスを、両者が前記光学デバイス上で交差し、かつ前記所定幅に渡るように、それぞれ前記光学デバイスに入射させて、前記光学デバイスの前記所定幅内の異なる領域から、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生させる。
【００１３】
この場合、請求項３の発明のように、前記光学デバイスとして、所定強度以上の制御光が照射されるか否かによってオンオフ状態が切り替えられる光スイッチを用いて、前記出力光パルスとして、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分を切り出すことができる。
【００１４】
さらに、この場合、請求項４の発明のように、前記制御光パルスを前記光スイッチに垂直に入射させて、前記光スイッチの前記異なる領域を同時にオン状態にし、前記信号光を前記光スイッチに斜めに入射させる方法とし、または請求項５の発明のように、前記制御光パルスを前記光スイッチに斜めに入射させて、前記光スイッチの前記異なる領域を順次、オン状態にし、前記信号光を前記光スイッチに垂直に入射させる方法とすることができる。
【００１５】
さらに、この場合、請求項６の発明のように、前記光スイッチを、前記制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の透過率で透過させるものとし、または請求項７の発明のように、前記光スイッチを、前記制御光パルスが照射された瞬間だけ、オン状態として前記信号光を所定値以上の反射率で反射させるものとすることができる。
【００１６】
あるいはまた、請求項８の発明のように、前記光学デバイスとして、前記信号光であるプローブ光と前記制御光パルスであるポンプ光が同時に照射されたとき、前記出力光パルスとして前記プローブ光の位相共役光を発生するものを用いることができる。
【００１７】
さらに、この場合、請求項９の発明のように、前記制御光パルスである第１のポンプ光を、前記光学デバイスの一面側から前記光学デバイスに垂直に入射させるとともに、前記光学デバイスの他面側に反射鏡を配置して、前記一面側から前記光学デバイスを透過したポンプ光を、前記反射鏡で反射させて、第２のポンプ光として、前記第１のポンプ光と同時に、前記他面側から前記光学デバイスに垂直に入射させ、前記信号光であるプローブ光を、前記第１および第２のポンプ光と同時に、前記光学デバイスに斜めに入射させる方法とすることができる。
【００１８】
さらに、この場合、請求項１０の発明のように、前記光学デバイスと前記反射鏡との間に波長板を配置して、前記第１および第２のポンプ光を互いに偏光方向が直交したものとすることができる。
【００１９】
請求項２の発明の光分配方法では、
一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する光学デバイスを、光パルス列からなる信号光、またはこれに同期した制御光パルスに対して、２軸方向の傾きを有するように配置し、前記信号光および制御光パルスを、両者が前記光学デバイス上で交差し、かつ前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡るように、それぞれ前記光学デバイスに入射させて、前記光学デバイスの前記一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の異なる領域から、前記信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスを発生させる。
【００２０】
この場合、請求項１の発明の光分配方法と同様に、前記光学デバイスとして、光スイッチを用い、または位相共役光を発生するデバイスを用いることができる。
【００２１】
【作用】
上記の方法による請求項１の発明の光分配方法においては、信号光と制御光パルスの交差角および同期関係を規定することによって、制御光パルスが光学デバイスの所定幅内の各領域を同時または順次に照射して、各領域を同時または順次にオン状態または位相共役光発生可能状態にし、その時点で、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が、そのオン状態または位相共役光発生可能状態とされた領域に入射するようになる。
【００２２】
したがって、光学デバイスの所定幅内の異なる領域から、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が出力光パルスとして切り出され、または信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスが位相共役光として発生する。したがって、多重化されたシリアル信号光が、空間的に１次元のパラレル信号光に変換されることになる。
【００２３】
この場合、例えば、シリアル信号光のビットレートが１Ｇｂｉｔ／ｓ（ギガビット／秒）のときには、信号光パルスの時間間隔（パルス間隔）が１ｎｓ（ナノ秒）となり、空間的な距離間隔が３０ｃｍとなって、上記の方法は、デバイスとして非現実的な巨大なものとなる。
【００２４】
しかし、例えば、シリアル信号光のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓであれば、信号光パルスの時間間隔は１ｐｓ（ピコ秒）となり、空間的な距離間隔は３００μｍ＝０．０３ｃｍとなる。したがって、例えば、信号光を光学デバイスに対して４５度の角度で入射させ、制御光パルスを光学デバイスに垂直に入射させる場合には、光学デバイスの所定幅内の出力光パルスを発生するべき各領域の空間的な距離間隔は４２４μｍとなり、シリアル信号光を１００チャンネルの１次元パラレル信号光に変換する場合でも、光学デバイスの所定幅は４．２ｃｍ強でよい。
【００２５】
したがって、請求項１の発明の光分配方法によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【００２６】
また、光学デバイスとして位相共役光を発生するデバイスを用いる場合には、出力光としての位相共役光の強度を信号光であるプローブ光の強度より大きくすることができるとともに、光学デバイスでの光損失の問題を回避することができるので、出力光の強度を大きくすることができる。
【００２７】
上記の方法による請求項２の発明の光分配方法においては、光学デバイスの信号光または制御光パルスに対する２軸方向の傾き角、および信号光と制御光パルスの交差角および同期関係を規定することによって、制御光パルスが光学デバイスの一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の各領域を同時または順次に照射して、各領域を同時または順次にオン状態または位相共役光発生可能状態にし、その時点で、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が、そのオン状態または位相共役光発生可能状態とされた領域に入射するようになる。
【００２８】
したがって、光学デバイスの一方向および他方向のそれぞれ所定幅内の異なる領域から、信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分が出力光パルスとして切り出され、または信号光の異なる光パルスの異なる空間位置部分に対応した出力光パルスが位相共役光として発生する。したがって、多重化されたシリアル信号光が、空間的に２次元のパラレル信号光に変換されることになる。
【００２９】
そして、請求項１の発明の光分配方法につき、上述したところから明らかなように、例えば、シリアル信号光のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓであれば、シリアル信号光を１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光に変換する場合でも、光学デバイスの一方向および他方向のそれぞれの所定幅は数ｃｍ程度でよい。
【００３０】
したがって、請求項２の発明の光分配方法によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【００３１】
また、請求項１の発明の光分配方法と同様に、光学デバイスとして位相共役光を発生するデバイスを用いる場合には、出力光の強度を大きくすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
〔光スイッチを用いる場合の実施形態〕
（透過型光スイッチに制御光を垂直に入射させる場合）
図１は、この発明の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【００３３】
光ファイバなどの光導波路１０中に伝送される信号光１’は、図の場合には６チャンネルの信号光が時間的にシリアルに多重化された、ビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔が１ｐｓのものである。
【００３４】
この光導波路１０中を伝送した信号光１’を、レンズを組み合わせて構成した光学系２０に入射させて、光学系２０の出射光として、進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆの列からなる信号光１を得る。信号光パルスの時間間隔は１ｐｓであるので、空間的な距離間隔は３００μｍとなる。
【００３５】
この信号光１の光路上に、ライン状の光スイッチ３０を、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて配置する。光スイッチ３０は、制御光２が照射されるか否かにより吸収係数（吸光度）が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、透過状態として信号光１を所定値以上の透過率で透過させるものとするとともに、そのライン方向に所定幅Ｗの広がりを有するものとし、信号光１を、その所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。
【００３６】
光スイッチ３０を信号光１に対して４５°傾けるので、図のようにＮ（チャンネル数）＝６の場合には、所定幅Ｗは信号光パルスの空間的な距離間隔の５倍強分のルート２倍とする。
【００３７】
光スイッチ３０は、より実際的には、図１２に示して後述するように選択的に遮光層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに重なり合わない、図のようにＮ＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した光シャッタ部として機能するようにすることが望ましい。これによって、後述するように光スイッチ３０から切り出される、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとなる。
【００３８】
あるいはまた、信号光１または後述する制御光２の光路上に、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとするフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００３９】
光導波路１０中を伝送した信号光１’からは、信号光パルス１Ａ〜１Ｆの一組につき一つの制御光パルス２ａからなる、信号光１に同期した、信号光１と同様に進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成する。信号光１’には、信号光パルス１Ａ〜１Ｆの列の始まりを示す情報が挿入され、これから、信号光１に対して後述するような時間関係で信号光１に同期した制御光２を容易に形成することができる。
【００４０】
この制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して垂直にして、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。図の場合は、制御光２を信号光１の出射側から光スイッチ３０に入射させる場合であるが、信号光１の入射側から光スイッチ３０に入射させてもよい。
【００４１】
後述するように、信号光パルス１Ａが領域Ｗｐのみから、信号光パルス１Ｂが領域Ｗｑのみから、というように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが、光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕのみから、空間的に分離されて切り出されるように、制御光パルス２ａの時間幅は、信号光１の広げられた波面方向の、領域Ｗｐ〜Ｗｕに対応する空間位置部分１ｐ〜１ｕの、領域Ｗｐ〜Ｗｕまでの光路長の違いによる、領域Ｗｐ〜Ｗｕへの到達時間の差より十分短くする。すなわち、図のように光スイッチ３０を信号光１に対して４５°傾ける場合には、制御光パルス２ａの時間幅を信号光パルスの時間間隔より十分短くする。
【００４２】
例えば、信号光パルスの時間幅が、時間間隔（１ｐｓ）の１／１０の１００ｆｓ（フェムト秒）であれば、制御光パルス２ａの時間幅は、信号光パルスのそれと同程度か、それより若干短くすればよい。
【００４３】
光スイッチ３０より前方側の信号光１の光路上には、空間光変調器などの光処理素子またはＣＣＤアレイやフォトディテクタアレイなどの光検出素子からなる、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子４０を、その各画素が信号光１の各空間位置部分１ｐ〜１ｕの光路上に位置するように配置する。
【００４４】
上述した方法ないし装置においては、図２（Ａ）に示すように、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕを同時に照射し、同時に透過状態にする。そして、図示するように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに同時に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる。
【００４５】
したがって、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達した時点で、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｐが領域Ｗｐを、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｑが領域Ｗｑを、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｒが領域Ｗｒを、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｓが領域Ｗｓを、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｔが領域Ｗｔを、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｕが領域Ｗｕを、それぞれ透過して、図２（Ｂ）に示すように、それぞれ出力光パルス３Ａｐ，３Ｂｑ，３Ｃｒ，３Ｄｓ，３Ｅｔ，３Ｆｕとして切り出される。
【００４６】
そして、この出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕが、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆが１次元パラレル情報として取り出されることになる。
【００４７】
図１および図２（Ａ）（Ｂ）では一部を省略したが、信号光１は信号光パルス１Ａ〜１Ｆの組がシリアルに連続するもので、光スイッチ３０からは、図２（Ｃ）に示すように、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの組が連続して切り出される。ただし、同図は、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの空間的位置関係を示したもので、時間的には、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの一組が同時に切り出され、Ｎ＝６の場合には信号光パルスの時間間隔の６倍の時間後に、出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕの次の一組が同時に切り出される。
【００４８】
したがって、Ｎ＝６の場合には、光素子４０の各画素は、信号光パルスの時間間隔の６倍の時間ごとに、対応する出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕを処理または検出できればよい。実際的な、チャンネル数Ｎがより多い場合には、光素子４０はより応答速度の遅いものでよく、デバイスとして十分な実現性を有する。
【００４９】
以上のように、上述した実施形態によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【００５０】
（透過型光スイッチに信号光を垂直に入射させる場合）
図３は、この発明の光分配方法および光分配装置の他の実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合である。
【００５１】
この実施形態では、信号光１の光路上に光スイッチ３０を、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して垂直にして配置して、信号光１を、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させるとともに、制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して傾けて、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。その他は、図１の実施形態と同じである。
【００５２】
ただし、後述するように、信号光パルス１Ａが領域Ｗｕのみから、信号光パルス１Ｂが領域Ｗｔのみから、というように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆが、光スイッチ３０の対応する領域Ｗｕ〜Ｗｐのみから、空間的に分離されて切り出されるように、制御光２の広げられた波面の光スイッチ３０に対する傾斜による、制御光パルス２ａの領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差を、信号光パルスの時間間隔と等しくするとともに、制御光パルス２ａの時間幅を、信号光パルスの時間間隔より十分短くする。
【００５３】
上述した方法ないし装置においては、図４（Ａ）に示すように、信号光パルス１Ａが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｕに到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる。
【００５４】
したがって、同図に示すように、信号光パルス１Ａが光スイッチ３０に到達した時点で、光スイッチ３０の領域Ｗｕが透過状態とされ、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｕが領域Ｗｕを透過して、図４（Ｂ）に示すように、出力光パルス３Ａｕとして切り出される。
【００５５】
次に、同図に示すように、信号光パルス１Ｂが光スイッチ３０に到達すると、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｔに到達して、領域Ｗｔが透過状態とされ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｔが領域Ｗｔを透過して、図４（Ｃ）に示すように、出力光パルス３Ｂｔとして切り出される。
【００５６】
次に、同図に示すように、信号光パルス１Ｃが光スイッチ３０に到達すると、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｓに到達して、領域Ｗｓが透過状態とされ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｓが領域Ｗｓを透過して、図３に示したように、出力光パルス３Ｃｓとして切り出される。
【００５７】
以下、同様にして、図３の実施形態では、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｕ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｔ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｓ、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｒ、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｑ、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｐが、それぞれ出力光パルス３Ａｕ，３Ｂｔ，３Ｃｓ，３Ｄｒ，３Ｅｑ，３Ｆｐとして順次、切り出され、光素子４０の対応する画素で順次、処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆが１次元パラレル情報として取り出されることになる。
【００５８】
この実施形態でも、Ｎ＝６の場合には、光素子４０の各画素は、信号光パルスの時間間隔の６倍の時間ごとに、対応する出力光パルス３Ａｕ〜３Ｆｐを処理または検出できればよい。実際的な、チャンネル数Ｎがより多い場合には、光素子４０はより応答速度の遅いものでよく、デバイスとして十分な実現性を有する。
【００５９】
（反射型光スイッチに制御光を垂直に入射させる場合）
図５は、この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示し、反射型の光スイッチを用いて、これに信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【００６０】
この実施形態では、図１の実施形態と同様に、光スイッチ３０のライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて、光スイッチ３０を信号光１の光路上に配置する。ただし、この場合の光スイッチ３０は、制御光２が照射されるか否かにより屈折率が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、干渉により反射状態として信号光１を所定値以上の反射率で反射させるものとする。
【００６１】
光スイッチ３０は、より実際的には、図１５に示して後述するように選択的に反射層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに重なり合わない、図のようにＮ＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した実効スイッチ部として機能するようにすることが望ましい。これによって、後述するように光スイッチ３０から切り出される、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとなる。
【００６２】
あるいはまた、信号光１または後述する制御光２の光路上に、それぞれの出力光パルス３Ａｐ〜３Ｆｕを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとするフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００６３】
光スイッチ３０の反射面側に信号光１を、所定幅Ｗに渡って入射させるとともに、信号光１に同期した制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して垂直にして光スイッチ３０の反射面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ３０に入射させる。
【００６４】
そして、信号光１が光スイッチ３０で反射した後の位置に、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子４０を、その各画素が信号光１の各空間位置部分１ｐ〜１ｕの反射光を受けるように配置する。
【００６５】
信号光パルス１Ａ〜１Ｆが光スイッチ３０の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに同時に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる点を含めて、その他は、図１の実施形態と同じである。
【００６６】
したがって、透過と反射の違いがあるだけで、図１の実施形態と同様に、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｐ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｑ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｒ、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｓ、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｔ、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｕが、それぞれ出力光パルス３Ａｐ，３Ｂｑ，３Ｃｒ，３Ｄｓ，３Ｅｔ，３Ｆｕとして切り出され、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。
【００６７】
（反射型光スイッチに信号光を垂直に入射させる場合）
図６は、この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示し、反射型の光スイッチを用いて、これに信号光を垂直に入射させ、制御光を斜めに入射させる場合で、（Ａ）（Ｂ）は、互いに直交する方向から見た図である。
【００６８】
この実施形態では、図３の実施形態と同様に、光スイッチ３０のライン方向を信号光１の進行方向に対して垂直にして、光スイッチ３０を信号光１の光路上に配置するが、その光スイッチ３０は、図５の実施形態と同様に反射型のものとし、信号光１を、ハーフミラー５０を介して光スイッチ３０の反射面側に入射させるとともに、制御光２を、その進行方向を光スイッチ３０のライン方向に対して傾けて、光スイッチ３０の反射面側から光スイッチ３０に入射させる。
【００６９】
そして、信号光１が光スイッチ３０で反射し、さらにハーフミラー５０で反射した後の位置に、光素子４０を、その各画素が信号光１の各空間位置部分１ｕ〜１ｐの反射光を受けるように配置する。
【００７０】
制御光２の広げられた波面の光スイッチ３０に対する傾斜による、制御光パルス２ａの領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差を、信号光パルスの時間間隔と等しくし、信号光パルス１Ａが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルス２ａが光スイッチ３０の領域Ｗｕに到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる点を含めて、その他は、図３の実施形態と同じである。
【００７１】
したがって、透過と反射の違いがあるだけで、図３の実施形態と同様に、信号光パルス１Ａの空間位置部分１ｕ、信号光パルス１Ｂの空間位置部分１ｔ、信号光パルス１Ｃの空間位置部分１ｓ、信号光パルス１Ｄの空間位置部分１ｒ、信号光パルス１Ｅの空間位置部分１ｑ、信号光パルス１Ｆの空間位置部分１ｐが、それぞれ出力光パルス３Ａｕ，３Ｂｔ，３Ｃｓ，３Ｄｒ，３Ｅｑ，３Ｆｐとして切り出され、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。
【００７２】
なお、ハーフミラー５０を用いないで、図６（Ｂ）において一点鎖線で示すように、光スイッチ３０に入射する信号光１と、光スイッチ３０から反射する出力光３との間に、角度を持たせるようにしてもよい。
【００７３】
〔位相共役光を利用する場合の実施形態〕
図７は、この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示し、位相共役光を利用する場合である。
【００７４】
上述したように、信号光は進行方向に対して垂直な面方向に波面を広げる必要がある。しかし、光ファイバなどの光導波路中を伝送する信号光は、光導波路の耐入力によって強度が制限されるため、波面が広げられた信号光の強度を、あまり大きくすることはできない。さらに、上述した各実施形態のように透過型または反射型の光スイッチを用いる場合には、光スイッチでの光損失によって、得られる出力光が弱くなる。
【００７５】
そこで、図７の実施形態では、光スイッチの代わりに、位相共役光を発生する光学デバイスを用いて、出力光の強度を大きくする。
【００７６】
（原理）
位相共役光の発生は、３次の非線形光学効果に属する現象である。図９に示すように、レーザ光源１１１からのレーザ光を、ビームスプリッタ１１２を透過させ、ビームスプリッタ１１３で反射させ、さらにミラー１１４で反射させて、後述するような非線形光学媒質からなる位相共役光発生デバイス９０の一面に、前進ポンプ光Ｅｆとして入射させ、ビームスプリッタ１１３を透過したレーザ光を、ミラー１１５で反射させて、位相共役光発生デバイス９０の他面に、後進ポンプ光Ｅｂとして入射させるとともに、ビームスプリッタ１１２で反射したレーザ光を、ビームスプリッタ１１６で反射させて、位相共役光発生デバイス９０の一面に、プローブ光Ｅｐとして入射させ、プローブ光Ｅｐの進行方向と対向する方向に光検出器１１７を配置する。
【００７７】
このように、位相共役光発生デバイス９０に、波長の等しい２つのポンプ光Ｅｆ，Ｅｂを互いに対向させて入射させるとともに、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂと同一波長のプローブ光Ｅｐを入射させると、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂおよびプローブ光Ｅｐが照射されているときにのみ、位相共役光発生デバイス９０から、プローブ光Ｅｐと対向した位相共役光Ｅｃが発生し、図９の場合には、その位相共役光Ｅｃが、ビームスプリッタ１１６を介して、光検出器１１７によって検出される。
【００７８】
位相共役光Ｅｃは、プローブ光Ｅｐの時間反転波であり、プローブ光Ｅｐと同一波長である。また、プローブ光Ｅｐおよび位相共役光Ｅｃの強度は、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂの強度より小さい。
【００７９】
しかし、位相共役光発生デバイス９０の出射面での位相共役光Ｅｃの振幅Ａｃ（０）は、位相共役光発生デバイス９０の入射面でのポンプ光Ｅｆ，Ｅｂの振幅Ａｐ（０）と、位相共役光発生デバイス９０を構成する非線形光学媒質によって決まる定数αとの積に比例し、その比例定数をｋとすると、
Ａｃ（０）＝ｋ×α×Ａｐ（０） …（１）
で表されるので、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂの強度を大きくすることによって、位相共役光Ｅｃの強度をプローブ光Ｅｐの強度より大きくすることができる。
【００８０】
したがって、光スイッチに代えて位相共役光発生デバイスを用い、上述した信号光をプローブ光とし、制御光をポンプ光とすることによって、波面が広げられた信号光であるプローブ光の強度が大きくなくても、位相共役光としての出力光の強度を大きくすることができるとともに、光スイッチを用いる場合のような光学デバイスでの光損失の問題を回避することができる。
【００８１】
図９は、位相共役光Ｅｃをビームスプリッタ（ハーフミラー）１１６を介して取り出す場合で、これでは、位相共役光発生デバイス９０から発生した位相共役光Ｅｃのうちの５０％しか取り出すことができない。
【００８２】
これに対して、図１０に示すように、ポンプ光Ｅｆ，Ｅｂのいずれかの光路、例えばポンプ光Ｅｂの光路に、１／２波長板１１８を挿入して、位相共役光発生デバイス９０に互いに直交する偏光のポンプ光Ｅｆ，Ｅｂを入射させると、位相共役光発生デバイス９０から発生する位相共役光Ｅｃは、プローブ光Ｅｐに対して直交した偏光になる。
【００８３】
したがって、図示するように、位相共役光Ｅｃの取り出しに偏光ビームスプリッタ１１９を用いることができ、位相共役光発生デバイス９０から発生した位相共役光Ｅｃをほぼ１００％取り出すことができるので、出力光の強度をより大きくすることができる。
【００８４】
光スイッチに代えて位相共役光発生デバイスを用いるには、１ｐｓ以下の応答速度で位相共役光を発生、停止する非線形光学媒質が必要となる。３次の非線形光学効果が大きく、かつそのような超高速応答を示す材料としては、半導体微粒子分散ガラスまたは金属微粒子分散ガラスや、高分子有機薄膜、有機結晶薄膜または有機会合体薄膜などがある。これらの材料は、１ｐｓ以下の応答時間を有し、大面積化も容易であるため、位相共役光発生デバイスとして十分使用することができる。また、半導体材料中にも、半導体多重量子井戸（ＭＱＷ）などのように超高速応答を示すものがあり、それらを使用することもできる。
【００８５】
（実施形態）
図７は、位相共役光発生デバイスを用いて、これにプローブ光としての信号光を斜めに入射させ、ポンプ光としての制御光を垂直に入射させる場合である。
【００８６】
図では省略したが、光ファイバなどの光導波路中を伝送した、図の場合には６チャンネルの信号光が時間的にシリアルに多重化された信号光から、進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆの列からなる信号光１を得る。
【００８７】
この信号光１の光路上に、ライン状の位相共役光発生デバイス９０を、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して傾けて配置して、信号光１をプローブ光Ｅｐとして、偏光ビームスプリッタ１４４を介して、所定幅Ｗに渡って位相共役光発生デバイス９０に入射させる。
【００８８】
上記の光導波路中を伝送した信号光からは、信号光パルス１Ａ〜１Ｆの一組につき一つの制御光パルス２ａからなる、信号光１に同期した、信号光１と同様に進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成する。
【００８９】
その制御光パルス２ａを、後進ポンプ光Ｅｂとして、その進行方向を位相共役光発生デバイス９０のライン方向に対して垂直にして、所定幅Ｗに渡って位相共役光発生デバイス９０の一面に入射させる。さらに、位相共役光発生デバイス９０を透過した制御光パルス２ａの光路上に、１／４波長板１３５およびミラー１３６を配置して、位相共役光発生デバイス９０を透過した制御光パルス２ａを、１／４波長板１３５を透過させ、ミラー１３６で反射させ、さらに１／４波長板１３５を再び透過させて、後進ポンプ光Ｅｂに対して直交した偏光の前進ポンプ光Ｅｆを形成し、その前進ポンプ光Ｅｆを、所定幅Ｗに渡って位相共役光発生デバイス９０の他面に入射させる。
【００９０】
この場合、前進ポンプ光Ｅｆと後進ポンプ光Ｅｂが同時に位相共役光発生デバイス９０に入射するように、すなわち、制御光パルス２ａのある一つが前進ポンプ光Ｅｆとして位相共役光発生デバイス９０に入射する時点で、制御光パルス２ａのその後のある一つが後進ポンプ光Ｅｂとして位相共役光発生デバイス９０に入射するように、ミラー１３６の位置を調整する。
【００９１】
位相共役光発生デバイス９０は、上述したような非線形光学媒質によって形成するが、より実際的には、後述するように選択的に遮光層を設けることによって、所定幅Ｗ内の互いに重なり合わない、図のようにＮ（チャンネル数）＝６の場合には６つの領域Ｗｐ〜Ｗｕが、互いに独立した位相共役光発生部として機能するようにすることが望ましい。これによって、後述するように位相共役光発生デバイス９０から位相共役光として発生する、それぞれの出力光パルスは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとなる。
【００９２】
あるいはまた、信号光１、制御光２または出力光３の光路上に、それぞれの出力光パルスを、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりがないものとするフィルタを配置してもよい。また、必要に応じて、波長選択性やＳＮ比を向上させるために、誘電体多層膜などの干渉フィルタを設けてもよい。
【００９３】
後述するように、信号光パルス１Ａに対応した出力光パルスが領域Ｗｕのみから、信号光パルス１Ｂに対応した出力光パルスが領域Ｗｔのみから、というように、信号光パルス１Ａ〜１Ｆに対応した出力光パルスが、位相共役光発生デバイス９０の対応する領域Ｗｕ〜Ｗｐのみから、空間的に分離して発生するように、制御光パルス２ａの時間幅は、信号光１の広げられた波面方向の、領域Ｗｕ〜Ｗｐに対応する空間位置部分の、領域Ｗｕ〜Ｗｐまでの光路長の違いによる、領域Ｗｕ〜Ｗｐへの到達時間の差より十分短くする。
【００９４】
位相共役光発生デバイス９０から発生して、偏光ビームスプリッタ１４４によって取り出された後の、信号光１であるプローブ光Ｅｐの位相共役光Ｅｃとしての出力光３の光路上には、空間光変調器などの光処理素子またはＣＣＤアレイやフォトディテクタアレイなどの光検出素子からなる、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子４０を配置する。
【００９５】
上述した方法ないし装置においては、図８（Ａ）に示すように、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂが位相共役光発生デバイス９０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕを同時に照射し、同時に位相共役光発生可能状態にする。そして、図示するように、それぞれプローブ光Ｅｐとしての信号光パルス１Ａ〜１Ｆが位相共役光発生デバイス９０の対応する領域Ｗｕ〜Ｗｐに同時に到達する時点で、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂが位相共役光発生デバイス９０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように、制御光２である前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂをプローブ光Ｅｐとしての信号光１に対して同期させる。
【００９６】
したがって、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂが位相共役光発生デバイス９０の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達した時点で、図８（Ｂ）に示すように、領域Ｗｕ，Ｗｔ，Ｗｓ，Ｗｒ，Ｗｑ，Ｗｐから、それぞれ信号光パルス１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆの空間位置部分１ｕ，１ｔ，１ｓ，１ｒ，１ｑ，１ｐに対応した出力光パルス３Ａｕ，３Ｂｔ，３Ｃｓ，３Ｄｒ，３Ｅｑ，３Ｆｐが、それぞれ位相共役光Ｅｃとして発生する。
【００９７】
そして、この位相共役光Ｅｃとしての出力光パルス３Ａｕ〜３Ｆｐが、偏光ビームスプリッタ１４４を介して、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルス１Ａ〜１Ｆが１次元パラレル情報として取り出されることになる。
【００９８】
しかも、出力光３は信号光１であるプローブ光Ｅｐの位相共役光Ｅｃとして得られるので、上述したように出力光３の強度を大きくすることができるとともに、この実施形態では、その位相共役光Ｅｃはプローブ光Ｅｐに対して直交した偏光になるので、その位相共役光Ｅｃとしての出力光３を、偏光ビームスプリッタ１４４によって取り出すことができ、出力光３の強度をより大きくすることができる。
【００９９】
（具体例）
図１１は、上述したように位相共役光を利用する光分配方法および光分配装置の具体例を示す。ただし、実験用のものである。
【０１００】
アルゴンレーザ１２１の出力光によりチタンサファイアレーザ１２２を励起して、チタンサファイアレーザ１２２から、波長７８０ｎｍ、パルス時間幅１００ｆｓ、パルス時間間隔１０ｎｓ（繰り返し周波数１００ＭＨｚ）の出力光を得る。
【０１０１】
このチタンサファイアレーザ１２２の出力光を、ビームスプリッタ１２３を透過させて、光マルチプレクサ１４１により多重化して、光マルチプレクサ１４１から、パルス時間幅が１００ｆｓ、パルス時間間隔が１ｐｓ（繰り返し周波数が１ＴＨｚ）のパルス列からなる信号光を得、この信号光を、ミラー１４２で反射させ、コリメータ／エキスパンダ１４３により約５ｍｍφに拡大し、偏光ビームスプリッタ１４４を透過させて、プローブ光Ｅｐとして、位相共役光発生デバイス９０に４５度の角度で入射させる。
【０１０２】
また、チタンサファイアレーザ１２２の出力光を、ビームスプリッタ１２３で反射させて、増幅器１２４に供給するとともに、チタンサファイアレーザ１２２の出力光によりＹＬＦレーザ１２５を励起し、ＹＬＦレーザ１２５の出力光を増幅器１２４に供給して、増幅器１２４から、強度８０μＪ／ｐｕｌｓｅの制御光を得る。
【０１０３】
そして、この増幅器１２４からの制御光を、ミラー１２６，１２７，１２８，１２９，１３１で順次反射させ、コリメータ／エキスパンダ１３２により約５ｍｍφに拡大し、さらにシリンドリカルレンズ１３３によりライン状に集光させて、後進ポンプ光Ｅｂとして、位相共役光発生デバイス９０の一面に垂直に入射させる。
【０１０４】
さらに、位相共役光発生デバイス９０を透過した制御光を、シリンドリカルレンズ１３４を介し、１／４波長板１３５を介して、ミラー１３６で反射させ、その反射光を、再び１／４波長板１３５を介し、シリンドリカルレンズ１３４によりライン状に集光させて、前進ポンプ光Ｅｆとして、位相共役光発生デバイス９０の他面に垂直に入射させる。
【０１０５】
これによって、位相共役光発生デバイス９０には、一面に後進ポンプ光Ｅｂが入射するとともに、他面に後進ポンプ光Ｅｂに対して直交した偏光の前進ポンプ光Ｅｆが入射する。この場合、増幅器１２４からのある制御光パルスが、前進ポンプ光Ｅｆとして位相共役光発生デバイス９０に入射する時点で、増幅器１２４からのその後のある制御光パルスが、後進ポンプ光Ｅｂとして位相共役光発生デバイス９０に入射するように、ミラー１２７，１２８および１３６の位置を調整する。また、前進ポンプ光Ｅｆおよび後進ポンプ光Ｅｂは、プローブ光Ｅｐに対して、図７および図８において上述したように同期させる。
【０１０６】
位相共役光発生デバイス９０としては、フォトニクスガラスを用いた。これは、ガラス中に金属微粒子であるＢｉ₂Ｏ₃を分散させたもので、比較的大きい３次の非線形光学定数（９．３×１０^-12ｅｓｕ）と、２００ｆｓ以下の応答時間を有する。フォトニクスガラスの厚さは２０μｍとし、信号光であるプローブ光Ｅｐおよび制御光であるポンプ光Ｅｆ，Ｅｂのパルス時間幅１００ｆｓに相当する空間的距離間隔３０μｍに比べて十分小さくした。さらに、位相共役光発生デバイス９０は、フォトニクスガラスにマスクを付けて、直径１００μｍの円形の位相共役光発生部を１０個、一方向にライン状に並べたものとした。
【０１０７】
そして、位相共役光発生デバイス９０から発生した位相共役光Ｅｃを、偏光ビームスプリッタ１４４によって取り出して、１０個の画素を一方向にライン状に並べたＣＣＤアレイ１４５によって観測した。
【０１０８】
その結果、ＣＣＤアレイ１４５上に位相共役光発生デバイス９０の１０個の位相共役光発生部に対応した１０個の光出力が観測され、光マルチプレクサ１４１からの信号光が増幅器１２４からの制御光によってデマルチプレックスされることが確認された。しかも、出力光としての位相共役光Ｅｃの強度は信号光であるプローブ光Ｅｐの１００％以上であり、デマルチプレックスに伴う光損失がないことが確認された。
【０１０９】
この実験では、光源の関係上、波長７８０ｎｍの光を用いたが、実験に用いたフォトニクスガラスは、１．５５μｍ帯に対しても吸収を示さないので、光通信で主として用いられる１．５５μｍ帯でも同様に用いることができる。
【０１１０】
〔光スイッチの実施形態〕
（透過型光スイッチの実施形態）
図１２は、図１または図３に示したような光分配方法ないし光分配装置の光スイッチとして用いて好適な透過型光スイッチの一実施形態を示す。
【０１１１】
この光スイッチは、石英基板３１上に、フェムト秒オーダーで可飽和吸収を示す機能性薄膜３２を形成し、その機能性薄膜３２上に、アルミニウムの蒸着およびエッチングにより、遮光層３３を所定パターンに形成して、機能性薄膜３２の遮光層３３で覆われていない部分３４を、互いに独立の複数の光シャッタ部として機能させるものである。
【０１１２】
信号光１が、１００チャンネルの信号光パルスの列からなる、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓのもので、この信号光１の、図において番号１，２‥‥９９，１００で示す１００チャンネルの信号光パルスを、繰り返し周波数１０ＧＨｚ（パルス時間間隔１００ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの制御光２によって、パラレルに分離する場合を想定して、この透過型光スイッチを試作した。
【０１１３】
光スイッチを信号光１に対して４５°傾け、制御光２を光スイッチに垂直に入射させる場合として、信号光パルスの空間的距離間隔が３００μｍであるので、光シャッタ部３４は、１００個の信号光パルスの波面に対応するように、直径１００μｍの円形のものを、４２４μｍのピッチで１００個、一方向にライン状に並べて形成した。光スイッチの全長は、４．２ｃｍ強である。
【０１１４】
実際に行った製造方法を示す。石英基板３１は、濃硫酸に一昼夜浸漬後、流水洗浄し、さらに超純水中で超音波洗浄したものを用いた。機能性薄膜３２としては、大面積化を考慮して、有機材料であるＡｌＰｏ−Ｆ（フルオロ−アルミニウムフタロシアニン）を用いた。
【０１１５】
ＡｌＰｏ−Ｆは、波長６００〜８００ｎｍに対して吸収を示し、パワー密度５×１０⁹Ｗ／ｃｍ²の入射光で４５％の吸収変化を生じる。吸収回復時間は５５０ｆｓで、この発明の光分配方法ないし光分配装置に用いる光スイッチとして十分な機能を有する。
【０１１６】
石英基板３１上に、このＡｌＰｏ−Ｆを１５０度、１０^-6Ｔｏｒｒで真空蒸着して、０．８μｍ厚の機能性薄膜３２を形成した。この機能性薄膜３２上に、アルミニウムを１０^-6Ｔｏｒｒで５００ｎｍ厚に蒸着し、塩酸を用いた通常のエッチングを行って、遮光層３３を所定パターンに形成し、光シャッタ部３４を上記のサイズおよびピッチで１００個、形成した。
【０１１７】
機能性薄膜３２としては、ＡｌＰｏ−Ｆ以外に、ポリジアセチレンやポリチオフェンなどのπ共役系高分子、スクエアリリウムなどの色素会合体、Ｃ₆₀薄膜などを用いることができる。
【０１１８】
また、遮光層３３は、光の透過を阻止すればよいので、アルミニウムのように光を反射するものではなく、光を十分に吸収するものでもよい。さらに、石英基板３１のような透光性基板を設ける場合には、遮光層３３を、機能性薄膜３２上ではなく、その透光性基板の機能性薄膜３２が形成される面と反対側の面上に形成してもよい。また、透光性基板はなくてもよく、ＡｌＰｏ−Ｆなどの機能性材料からなるベース層の一面に遮光層３３を設けるだけでもよい。
【０１１９】
（透過型光スイッチを用いる場合の具体例）
図１３は、上述した透過型光スイッチを用いる光分配方法および光分配装置の具体例を示す。ただし、実験用のものである。
【０１２０】
パルス時間幅１００ｆｓ、発振周波数８２ＭＨｚのＯＰＯ（オプティカルパラメトリック発振器）６１からの、波長６２０ｎｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光５を分割して、一部は、光マルチプレクサ６２により、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの信号光１として、光学系２０により進行方向に対して垂直な面方向に波面を広げて、光スイッチ３０に入射させる。
【０１２１】
光スイッチ３０は、図１２に示したように、ＡｌＰｏ−Ｆからなる光シャッタ部３４を１００個、一方向にライン状に並べた透過型のもので、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて、信号光１の光路上に配置する。
【０１２２】
出力光５の残りは、制御光２として、光学的遅延手段６３により遅延させ、シリンドリカルレンズ６４によりライン状に集光させて、光スイッチ３０に垂直に入射させる。出力光５の光強度は５００μＪで、これをシリンドリカルレンズ６４により集光させることによって、制御光として十分な光パワーが得られた。
【０１２３】
光スイッチ３０の前方には、１００個の画素を一方向にライン状に並べたフォトディテクタアレイ４１を配し、そのそれぞれの画素を光スイッチ３０のそれぞれの光シャッタ部に対応させる。フォトディテクタアレイ４１としては、１０ＧＨｚの応答速度が要求されるため、ＧａＡｓからなる超高速フォトダイオードを用いた。
【０１２４】
そして、ＯＰＯ６１の出力信号７を、遅延回路６７により遅延させて、トリガー信号としてロックインアンプ６８に供給し、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８を、ロックインアンプ６８に供給して、ロックインアンプ６８により、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８の変動成分を検出し、その検出出力をコンピュータ７０により測定した。
【０１２５】
その結果、信号光１と制御光２の光スイッチ３０への照射タイミングを合わせたときにのみ、フォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に同時に電圧変動が観測された。これは、制御光２によって、光スイッチ３０の図１２に示した光シャッタ部３４において、ＡｌＰｏ−Ｆからなる機能性薄膜３２の吸収が減少して透過光強度が増加し、その増加分がフォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に電圧変動として現れたためと考えられる。
【０１２６】
上記の検出・測定を繰り返し、ＯＰＯ６１の出力信号７に対応してフォトディテクタアレイ４１の出力信号８をモニタすることによって、光マルチプレクサ６２からの１ＴＨｚの信号光１を、それぞれ１０ＧＨｚの１００チャンネルの出力光にデマルチプレックスできることを確認した。
【０１２７】
上述したように、光通信では主として１．５５μｍ帯の信号光が用いられる。そこで、１．５５μｍ帯に、より近い信号光を用いて、上記と同様の実験を行った。
【０１２８】
図１４は、この場合を示し、ＯＰＯ６１からの、波長１．５５μｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光５を、波長変換素子６５によって、波長７７５ｎｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光６に変換する。出力光５の２次高調波を抽出することによって、このようにパルス時間幅を変化させることなく、波長を変換することができる。
【０１２９】
このように波長を７７５ｎｍに変換するのは、光スイッチ３０の図１２に示した機能性薄膜３２を形成するＡｌＰｏ−Ｆが、上述したように６００〜８００ｎｍに対して吸収を示すからである。図１３の場合の６２０ｎｍに比べれば効率は落ちるものの、７７５ｎｍでも光スイッチとして動作可能である。
【０１３０】
この波長変換素子６５からの波長７７５ｎｍの出力光６から、信号光１および制御光２を生成して、図８の場合と同様の実験を行った。その結果、光マルチプレクサ６２からの１ＴＨｚの信号光１を、それぞれ１０ＧＨｚの１００チャンネルの出力光にデマルチプレックスできることを確認した。
【０１３１】
なお、図１３または図１４の場合、フォトディテクタアレイ４１は必ずしも光スイッチ３０のすぐ前方に配置する必要はない。図１２に示した光シャッタ部３４を透過した後の回折光の広がりは、広がり角θ、透過光の波長λ、透過部の径ω_o、および透過部の屈折率ｎの間の式、θ＝λ／πω_oｎに従って計算すると、λ＝６２０ｎｍ，ω_o＝１００μｍの場合、θが０．１°以下となって、極めて小さくなる。そのため、必要に応じて、光スイッチ３０とフォトディテクタアレイ４１との間に何らかの光学デバイスを挿入して、透過回折光の処理を行うようにしてもよい。
【０１３２】
（反射型光スイッチの実施形態）
図１５は、図５または図６に示したような光分配方法ないし光分配装置の光スイッチとして用いて好適な反射型光スイッチの一実施形態を示す。
【０１３３】
この光スイッチは、シリコン基板３５上に、制御光が照射されるか否かによって屈折率が変化し、干渉反射による反射率が変化する反射層３６を、互いに独立の複数の実効スイッチ部として形成したものである。
【０１３４】
信号光１が、１００チャンネルの信号光パルスの列からなる、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓのもので、この信号光１の、図において番号１，２‥‥１００で示す１００チャンネルの信号光パルスを、繰り返し周波数１０ＧＨｚ（パルス時間間隔１００ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの制御光２によって、パラレルに分離する場合を想定して、この反射型光スイッチを試作した。
【０１３５】
光スイッチを信号光１に対して４５°傾け、制御光２を光スイッチに垂直に入射させる場合として、信号光パルスの空間的距離間隔が３００μｍであるので、反射層３６は、１００個の信号光パルスの波面に対応するように、直径１００μｍの円形のものを、４２４μｍのピッチで１００個、一方向にライン状に並べて形成した。光スイッチの全長は、４．２ｃｍ強である。
【０１３６】
反射層３６としては、低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓのＭＱＷ（多重量子井戸）を用いた。このＭＱＷは、波長１．５３５μｍ、光強度１０ｐＪの入射光に対して、動作時間２５０ｆｓ、繰り返し周波数２０ＧＨｚで応答し、この発明の光分配方法ないし光分配装置に用いる光スイッチとして十分な機能を有する。
【０１３７】
ただし、反射層３６としては、他の材料を用いることもできる。また、基板としても、シリコン基板３５に限らず、反射層３６に比べて反射率が十分に低いものであれば、他の材料のものを用いることができる。
【０１３８】
（反射型光スイッチを用いる場合の具体例）
図１６は、上述した反射型光スイッチを用いる光分配方法および光分配装置の具体例を示す。ただし、図１３および図１４と同様に実験用のものである。
【０１３９】
光スイッチ３０の図１５に示した反射層３６を形成する上記のＭＱＷが、光通信で主として用いられる１．５５μｍ帯に対して十分動作可能であることから、この場合には、ＯＰＯ６１（パルス時間幅１００ｆｓ、発振周波数８２ＭＨｚ）からの、波長１．５５μｍ、パルス時間幅１００ｆｓの出力光５を、そのまま、光マルチプレクサ６２により、繰り返し周波数１ＴＨｚ（パルス時間間隔１ｐｓ）、パルス時間幅１００ｆｓの信号光１として、光学系２０により進行方向に対して垂直な面方向に波面を広げて、光スイッチ３０に入射させる。
【０１４０】
光スイッチ３０は、図１５に示したように、上記のＭＱＷからなる反射層３６を１００個、一方向にライン状に並べた反射型のもので、そのライン方向を信号光１の進行方向に対して４５°傾けて、信号光１の光路上に配置する。
【０１４１】
出力光５は、また、制御光２として、光学的遅延手段６３により遅延させ、シリンドリカルレンズ６４によりライン状に集光させて、光スイッチ３０に垂直に入射させる。
【０１４２】
信号光１の光スイッチ３０からの反射位置には、光スイッチ３０に対して４５°傾けて、１００個の画素を一方向にライン状に並べたフォトディテクタアレイ４１を配し、そのそれぞれの画素を光スイッチ３０のそれぞれの反射層に対応させる。フォトディテクタアレイ４１としては、図１３および図１４の場合と同様に、ＧａＡｓからなる超高速フォトダイオードを用いた。
【０１４３】
そして、図１３および図１４の場合と同様に、ＯＰＯ６１の出力信号７を、遅延回路６７により遅延させて、トリガー信号としてロックインアンプ６８に供給し、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８を、ロックインアンプ６８に供給して、ロックインアンプ６８により、フォトディテクタアレイ４１の出力信号８の変動成分を検出し、その検出出力をコンピュータ７０により測定した。
【０１４４】
その結果、信号光１と制御光２の光スイッチ３０への照射タイミングを合わせたときにのみ、フォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に同時に電圧変動が観測された。これは、制御光２によって、光スイッチ３０の図１５に示した上記のＭＱＷからなる反射層３６の屈折率が変化して緩衝条件が崩れ、反射層３６からの反射光強度が増加して、その増加分がフォトディテクタアレイ４１の１００個の画素の出力信号に電圧変動として現れたためと考えられる。
【０１４５】
上記の検出・測定を繰り返し、ＯＰＯ６１の出力信号７に対応してフォトディテクタアレイ４１の出力信号８をモニタすることによって、光マルチプレクサ６２からの１ＴＨｚの信号光１を、それぞれ１０ＧＨｚの１００チャンネルの出力光にデマルチプレックスできることを確認した。
【０１４６】
〔２次元パラレル信号光に変換する場合の実施形態〕
この発明は、シリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換する場合にも適用することができる。
【０１４７】
この場合には、例えば、光スイッチを用いる場合であれば、図１７に示すように、光スイッチ３０を、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する２次元のものとして、信号光１または制御光２に対して、２軸方向に傾きを有するように配し、図では省略したが、他方の制御光または信号光は、例えば光スイッチ３０に垂直に入射させる。
【０１４８】
図１８は、この場合の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示し、透過型の光スイッチを用いて、これに信号光を斜めに入射させ、制御光を垂直に入射させる場合である。
【０１４９】
光ファイバなどの光導波路１０中を伝送した信号光１’を、レンズを組み合わせて構成した光学系２０に入射させて、光学系２０の出射光として、進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた、各チャンネルの信号光パルスの列からなる信号光１を得る。
【０１５０】
この信号光１の光路上に、一方向およびこれと交差する他方向にそれぞれ所定幅の広がりを有する光スイッチ３０を、信号光１に対して２軸方向に傾きを有するように配置して、信号光１を光スイッチ３０に、その一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡って入射させる。
【０１５１】
光スイッチ３０は、１次元の場合の図１または図３に示したそれと同様に、制御光２が照射されるか否かにより吸収係数が変化し、かつ緩和時間が短い非線形光学材料によって形成して、制御光２が照射された瞬間だけ、透過状態として信号光１を所定値以上の透過率で透過させるものとする。
【０１５２】
信号光１’からは、そのチャンネル数（図の場合は、４×４＝１６）分の信号光パルスにつき一つの制御光パルスからなる、信号光１に同期した、信号光１と同様に進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた制御光２を形成し、その制御光２を光スイッチ３０に垂直に、光スイッチ３０の一方向および他方向のそれぞれ所定幅に渡って入射させる。
【０１５３】
この場合も、それぞれの信号光パルスが光スイッチ３０の対応する領域のみから、空間的に分離されて切り出されるように、制御光２の時間幅（パルス幅）は、信号光１の広げられた波面方向の、光スイッチ３０の各領域に対応する各空間位置部分の、光スイッチ３０の各領域までの光路長の違いによる、光スイッチ３０の各領域への到達時間の差より十分短くする。
【０１５４】
光スイッチ３０より前方側の信号光１の光路上には、光素子４０を配置する。光素子４０は、空間光変調器などの光処理素子またはＣＣＤアレイやフォトディテクタアレイなどの光検出素子で、しかも各画素４２が２次元アレイ状に配列されたものとし、その各画素４２を信号光１の上述した各空間位置部分に対応させる。
【０１５５】
上述した方法ないし装置においては、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域を同時に照射し、同時に透過状態にする。そして、チャンネル数分の信号光パルスが光スイッチ３０の対応する領域に同時に到達するように、光スイッチ３０の信号光１に対する２軸方向の傾きを定めるとともに、チャンネル数分の信号光パルスが光スイッチ３０の対応する領域に同時に到達する時点で、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域に到達するように、制御光２を信号光１に対して同期させる。
【０１５６】
したがって、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域に到達した時点で、チャンネル数分の信号光パルスの互いに異なる空間位置部分が、光スイッチ３０の対応する領域を、それぞれ透過して、それぞれ出力光パルス３ａとして切り出され、光素子４０の対応する画素で処理または検出される。したがって、各チャンネルの信号光パルスが２次元パラレル情報として取り出されることになる。
【０１５７】
この場合にも、それぞれの出力光パルス３ａは、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりを生じないことが望ましい。そのため、信号光１または制御光２の光路上に、図１９に示すような、出力光パルスを個々に分離する透過ピクセル８１を有するフィルタ８０を配置することが好ましい。あるいはまた、光スイッチ３０を、図１２に示したような互いに独立の光シャッタ部３４を、一方向および他方向に２次元的に並べて形成したものとしてもよい。
【０１５８】
上述した方法ないし装置では、光素子４０の各画素４２は、信号光パルスの時間間隔のチャンネル数倍の時間ごとに、対応する出力光パルスを処理または検出できればよい。したがって、信号光１のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔が１ｐｓで、例えば、信号光１が１００×１００画素についての２次元画像情報を時間的にシリアルに多重化したものである場合には、光素子４０の各画素４２は、１ｐｓ×１００×１００＝１０ｎｓの時間ごとに応答できればよい。さらに、信号光１が１０００×１０００画素についての２次元画像情報を多重化したものである場合には、各画素４２の応答時間は１μｓでよい。したがって、光素子４０としては、現在考えられている、液晶などを用いた２次元空間光変調器などの光処理素子や、２次元ＣＣＤアレイや２次元フォトディテクタアレイなどの光検出素子を用いることができる。
【０１５９】
さらに、信号光１のビットレートが１Ｔｂｉｔ／ｓ、パルス時間間隔が１ｐｓで、例えば、信号光１を１００×１００チャンネルの２次元パラレル信号光に変換する場合でも、図１の実施形態で示し、図１２の透過型光スイッチで示したところから明らかなように、光スイッチ３０は数ｃｍ角でよく、デバイスとして十分な実現性を有する。
【０１６０】
以上のように、上述した実施形態によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【０１６１】
図１８とは逆に、光スイッチ３０を制御光に対して２軸方向に傾きを有するように配置して、制御光を光スイッチ３０に入射させ、信号光を光スイッチ３０に垂直に入射させてもよい。この場合には、制御光パルスが光スイッチ３０の各領域を順次照射し、順次透過状態にするので、信号光パルスが光スイッチ３０に到達する時点で、制御光パルスが光スイッチ３０の、その信号光パルスに対応する領域に到達するように、光スイッチ３０の制御光に対する２軸方向の傾きを定め、制御光を信号光に対して同期させればよく、これによって、それぞれの信号光パルスが光スイッチ３０に順次到達した時点で、その信号光パルスのその信号光パルスに対応する空間位置部分が、光スイッチ３０のその信号光パルスに対応する領域を透過して、出力光パルスとして切り出されるようになる。
【０１６２】
また、光スイッチを反射型にしても、上述した透過型にした場合と同様に、シリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換することができる。
【０１６３】
この場合にも、それぞれの出力光パルスが、隣接する出力光パルスとの間に空間的な重なりを生じないように、信号光または制御光の光路上に、図１９に示したようなフィルタ８０を配置し、または光スイッチを、図１５に示したような互いに独立の反射層３６を、一方向および他方向に２次元的に並べて形成したものとすることが望ましい。
【０１６４】
さらに、位相共役光を利用して、位相共役光を発生する光学デバイスを用いる場合にも、光スイッチを用いる場合と同様に、シリアル信号光を空間的に２次元のパラレル信号光に変換することができる。
【０１６５】
この場合、図７または図１１に示したように１次元のパラレル信号光に変換する場合と同様に、ミラーを用いることによって、前進ポンプ光および後進ポンプ光を形成することができ、さらに位相共役光発生デバイスとミラーとの間に１／４波長板を配置することによって、前進ポンプ光と後進ポンプ光の偏光方向を直交させ、出力光としての位相共役光を信号光であるプローブ光に対して直交した偏光のものとすることができる。
【０１６６】
【発明の効果】
上述したように、請求項１の光分配方法、または請求項１９の光分配装置によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に１次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【０１６７】
請求項２の光分配方法、または請求項２０の光分配装置によれば、１Ｔｂｉｔ／ｓ以上というような高ビットレートのシリアル信号光を、直接かつ容易に、空間的に２次元の多チャンネルのパラレル信号光に変換することができる。
【０１６８】
また、請求項８の光分配方法、または請求項２６の光分配装置によれば、出力光の強度を大きくすることができ、さらに請求項１０の光分配方法、または請求項２８の光分配装置によれば、出力光の強度をより大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図３】この発明の光分配方法および光分配装置の他の実施形態を示す図である。
【図４】図３の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図５】この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図６】この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】この発明の光分配方法および光分配装置のさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】図７の方法ないし装置の説明に供する図である。
【図９】位相共役光を発生させる光学系を示す図である。
【図１０】プローブ光に対して直交した偏光の位相共役光を発生させる光学系を示す図である。
【図１１】位相共役光を利用する場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１２】この発明の透過型光スイッチの一実施形態を示す図である。
【図１３】透過型光スイッチを用いる場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１４】透過型光スイッチを用いる場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１５】この発明の反射型光スイッチの一実施形態を示す図である。
【図１６】反射型光スイッチを用いる場合の実験に用いた光分配方法および光分配装置を示す図である。
【図１７】２次元パラレル信号光に変換する場合の原理を示す図である。
【図１８】２次元パラレル信号光に変換する場合の光分配方法および光分配装置の一実施形態を示す図である。
【図１９】図１８の方法ないし装置に用いて好適なフィルタを示す図である。
【符号の説明】
１…信号光、１Ａ〜１Ｆ…信号光パルス、１ｐ〜１ｕ…空間位置部分、
２…制御光、２ａ…制御光パルス、
３…出力光、３Ａｐ〜３Ｆｕ，３Ａｕ〜３Ｆｐ，３ａ…出力光パルス、
Ｅｐ…プローブ光、Ｅｆ…前進ポンプ光、Ｅｂ…後進ポンプ光、
Ｅｃ…位相共役光、
１０…光導波路、
２０…光学系、
３０…光スイッチ、Ｗｐ〜Ｗｕ…領域、
３２…機能性薄膜（ベース層）、３３…遮光層、３４…光シャッタ部、
３５…シリコン基板（基板）、３６…反射層（実効スイッチ部）、
４０…光素子（光処理素子、光検出素子）、
８０…フィルタ、
９０…位相共役光発生デバイス、
１３５…１／４波長板、１３６…ミラー、１４４…偏光ビームスプリッタ、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for optical distribution (optical demultiplexing) used in an optical communication system or the like.
[0002]
[Prior art]
On the transmission side, multi-channel signal light is multiplexed into temporally serial signal light and sent to the optical fiber transmission line, and on the reception side, the multiplexed serial signal light is distributed to multi-channel signal light. In order to realize an ultrahigh-speed optical communication network on the order of Tbit / s (terabit / second) corresponding to an increasing amount of information, optical multiplexing (optical multiplex) and optical distribution (optical The demultiplexing method has been studied.
[0003]
Conventionally, as a method of distributing multiplexed serial signal light to multi-channel signal light, as described in “O plus E No. 187 (June 1995)” on page 73 and below, A phase shift method for changing the phase and a frequency shift method for changing the frequency (wavelength) of the signal light are considered.
[0004]
A typical phase shift method uses a two-path interferometer using the optical Kerr effect, and a serial signal obtained by multiplexing the refractive index of a nonlinear optical medium inserted in one optical path of the two-path interferometer. When the control light pulse is not input by changing with the control light (gate light) synchronized with the light, the signal light pulse at that time is output from one output port of the two-path interferometer, and the control light pulse is input Sometimes, the signal light pulse at that time is output from the other output port of the two-path interferometer.
[0005]
In the frequency shift method, the frequency (wavelength) of the multiplexed serial signal light is changed for each channel by the control light in the nonlinear optical medium, and the signal light of each channel is changed from the changed signal light by the wavelength separation element. Spatial separation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the above-described phase shift method spatially separates the signal light pulse that coincides with the control light pulse in time and the signal light pulse that does not coincide with each other, in principle, only two outputs can be obtained at one time. In order to obtain the signal light pulses of the channels separately, the above-described two-path interferometer is provided in multiple stages (N-1 stages when the number of channels is N), and the two-path interferometers in each stage are provided. On the other hand, the signal light and the control light have to change their directions, one must be delayed for a different time and incident, and the optical system becomes extremely complicated, and the response becomes more difficult as the number of channels increases. In order to have an accurate time difference between the signal light or the control light at each stage, very advanced process technology is required.
[0007]
In addition, the frequency shift method described above can collectively obtain output light of a plurality of channels by converting signal light to different frequencies (wavelengths) for each channel in a nonlinear optical medium. As the number increases, it becomes difficult to convert the signal light into different frequencies for each channel at the same time, so there is a problem similar to the above-described phase shift method.
[0008]
Furthermore, the above-mentioned case means that the information is only in the direction of the time axis, and in the case of converting temporally serial and spatially zero-dimensional signal light into spatially one-dimensional output light. However, the necessity or requirement of converting similar signal light into spatially two-dimensional output light is also conceivable.
[0009]
For example, in optical transmission of image information, on the transmission side, parallel two-dimensional image information for m × n pixels is multiplexed and transmitted on serial signal light, and on the reception side, the multiplexed serial signal light is If it is separated into spatially two-dimensional parallel signal light of m channels in one axis direction and n channels in the other one axis direction orthogonal thereto, the parallel two-dimensional image information for m × n pixels is 2 Processing or detection can be performed directly by a two-dimensional spatial light modulator, a two-dimensional CCD array, or the like while maintaining dimensional parallelism.
[0010]
However, in the conventional phase shift method and frequency shift method, the serial signal light multiplexed in this way is converted into a spatially two-dimensional parallel signal light. It becomes even more difficult than the case of converting to.
[0011]
Accordingly, the present invention is capable of directly and easily converting a serial signal light having a high bit rate such as 1 Tbit / s or more directly and spatially into a one-dimensional or two-dimensional multi-channel parallel signal light. It is a thing.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the light distribution method of the invention of claim 1,
An optical device having a predetermined width in one direction is arranged on the optical path of the signal light composed of an optical pulse train, and the signal light and the optical device are synchronized therewith. Control light pulse Are incident on the optical device so that they cross each other on the optical device and span the predetermined width, and different optical pulses of the signal light from different regions within the predetermined width of the optical device. Output light pulses corresponding to different spatial position portions are generated.
[0013]
In this case, as in the invention of claim 3, the optical device is an optical switch whose on / off state is switched depending on whether or not the control light having a predetermined intensity or more is irradiated, and the signal is used as the output light pulse. Different spatial locations of different light pulses of light can be cut out.
[0014]
Furthermore, in this case, as in the invention of claim 4, the Control light pulse Is incident on the optical switch perpendicularly, the different regions of the optical switch are simultaneously turned on, and the signal light is incident obliquely on the optical switch, or as in the invention of claim 5 Control light pulse Is incident on the optical switch obliquely, the different regions of the optical switch are sequentially turned on, and the signal light is incident on the optical switch vertically.
[0015]
Further, in this case, as in the invention of claim 6, the optical switch is connected to the optical switch. Control light pulse The signal light is transmitted with a transmittance equal to or higher than a predetermined value as an ON state only at the moment when the light switch is irradiated, or, as in the invention of claim 7, Control light pulse The signal light can be reflected with a reflectance of a predetermined value or more in the ON state only at the moment of irradiation.
[0016]
Alternatively, as in the invention of claim 8, as the optical device, the probe light which is the signal light and the Control light pulse When the pump light is simultaneously irradiated, the output light pulse that generates phase conjugate light of the probe light can be used.
[0017]
Further, in this case, as in the invention of claim 9, the Control light pulse The first pump light is incident on the optical device perpendicularly from one surface side of the optical device, and a reflecting mirror is disposed on the other surface side of the optical device, and transmitted through the optical device from the one surface side. The reflected pump light is reflected by the reflecting mirror, and as the second pump light, simultaneously with the first pump light, the probe light that is perpendicularly incident on the optical device from the other surface side is used as the signal light. Can be incident on the optical device obliquely simultaneously with the first and second pump lights.
[0018]
Further, in this case, as in the invention of claim 10, a wave plate is disposed between the optical device and the reflecting mirror, and the first and second pump lights are orthogonal to each other in the polarization direction. can do.
[0019]
In the light distribution method of the invention of claim 2,
An optical device having a predetermined width in one direction and the other direction intersecting with this is synchronized with signal light composed of an optical pulse train, or this. Control light pulse Are arranged so as to have a biaxial inclination, and the signal light and Control light pulse Are incident on the optical device so that they cross each other on the optical device and span a predetermined width in each of the one direction and the other direction, respectively. Output light pulses corresponding to different spatial positions of different light pulses of the signal light are generated from different regions within the width.
[0020]
In this case, similarly to the light distribution method of the first aspect of the present invention, an optical switch or a device that generates phase conjugate light can be used as the optical device.
[0021]
[Action]
In the optical distribution method according to the first aspect of the present invention, the signal light and Control light pulse By defining the crossing angle and synchronization relationship of Control light pulse Irradiates each region within the predetermined width of the optical device simultaneously or sequentially to simultaneously or sequentially turn each region on or phase conjugate light ready, and at that time, different spaces of different light pulses of signal light The position portion enters the region that is in the ON state or the state where the phase conjugate light can be generated.
[0022]
Therefore, different spatial position portions of different optical pulses of signal light are cut out as output optical pulses from different regions within a predetermined width of the optical device, or output optical pulses corresponding to different spatial position portions of different optical pulses of signal light Are generated as phase conjugate light. Therefore, the multiplexed serial signal light is spatially converted into a one-dimensional parallel signal light.
[0023]
In this case, for example, when the bit rate of the serial signal light is 1 Gbit / s (gigabit / second), the time interval (pulse interval) of the signal light pulse is 1 ns (nanosecond), and the spatial distance interval is 30 cm. Thus, the above method becomes a huge device that is unrealistic as a device.
[0024]
However, for example, if the bit rate of the serial signal light is 1 Tbit / s, the time interval between the signal light pulses is 1 ps (picoseconds), and the spatial distance interval is 300 μm = 0.03 cm. Therefore, for example, the signal light is incident on the optical device at an angle of 45 degrees, Control light pulse Is perpendicularly incident on the optical device, the spatial distance interval of each region where the output light pulse within the predetermined width of the optical device is to be generated is 424 μm, and serial signal light is converted into 100-channel one-dimensional parallel signal light. Even in the case of conversion to, the predetermined width of the optical device may be a little over 4.2 cm.
[0025]
Therefore, according to the optical distribution method of the first aspect of the invention, serial signal light having a high bit rate of 1 Tbit / s or more is directly and easily converted into a spatially one-dimensional multi-channel parallel signal light. can do.
[0026]
When a device that generates phase conjugate light is used as the optical device, the intensity of the phase conjugate light as the output light can be made larger than the intensity of the probe light that is signal light, and the optical loss in the optical device can be increased. Since this problem can be avoided, the intensity of the output light can be increased.
[0027]
In the light distribution method of the invention of claim 2 according to the above method, the signal light of the optical device or Control light pulse The tilt angle in the biaxial direction with respect to and the signal light Control light pulse By defining the crossing angle and synchronization relationship of Control light pulse Irradiates each region within a predetermined width in one direction and the other direction of the optical device simultaneously or sequentially, and simultaneously or sequentially turns each region on or ready to generate phase conjugate light. The different spatial position portions of the different light pulses are incident on the on state or the region where the phase conjugate light can be generated.
[0028]
Therefore, different spatial position portions of different optical pulses of the signal light are cut out as output optical pulses from different regions within a predetermined width in one direction and the other direction of the optical device, or different spatial positions of different optical pulses of the signal light An output light pulse corresponding to the portion is generated as phase conjugate light. Therefore, the multiplexed serial signal light is spatially converted into a two-dimensional parallel signal light.
[0029]
As is apparent from the above, the optical signal distribution method according to the first aspect of the present invention is such that, for example, if the bit rate of the serial signal light is 1 Tbit / s, the serial signal light is two-dimensionally parallel with 100 × 100 channels. Even when converting to signal light, the predetermined width in one direction and the other direction of the optical device may be about several centimeters.
[0030]
Therefore, according to the optical distribution method of the invention of claim 2, high bit rate serial signal light of 1 Tbit / s or more is directly and easily converted into a spatially two-dimensional multi-channel parallel signal light. can do.
[0031]
Similarly to the light distribution method according to the first aspect of the present invention, when a device that generates phase conjugate light is used as the optical device, the intensity of the output light can be increased.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment when using optical switch]
(When control light is incident vertically on a transmissive optical switch)
FIG. 1 shows an embodiment of a light distribution method and a light distribution apparatus according to the present invention, in which signal light is incident obliquely and control light is incident vertically using a transmission type optical switch. .
[0033]
In the case of the figure, the signal light 1 ′ transmitted through the optical waveguide 10 such as an optical fiber is obtained by multiplexing 6-channel signal light serially in time, with a bit rate of 1 Tbit / s and a pulse time interval. 1 ps.
[0034]
The signal light 1 ′ transmitted through the optical waveguide 10 is incident on an optical system 20 configured by combining lenses, and the wavefront is expanded in a plane direction perpendicular to the traveling direction as outgoing light of the optical system 20. In addition, signal light 1 composed of a row of signal light pulses 1A to 1F of each channel is obtained. Since the time interval between the signal light pulses is 1 ps, the spatial distance interval is 300 μm.
[0035]
On the optical path of the signal light 1, the line-shaped optical switch 30 is arranged with its line direction inclined by 45 ° with respect to the traveling direction of the signal light 1. The optical switch 30 is formed of a non-linear optical material whose absorption coefficient (absorbance) varies depending on whether or not the control light 2 is irradiated and has a short relaxation time, and is in a transmission state only at the moment when the control light 2 is irradiated. The signal light 1 is transmitted with a transmittance equal to or higher than a predetermined value, and has a predetermined width W in the line direction. The signal light 1 is incident on the optical switch 30 over the predetermined width W. Let
[0036]
Since the optical switch 30 is inclined by 45 ° with respect to the signal light 1, when N (number of channels) = 6 as shown in the figure, the predetermined width W is more than five times the spatial distance interval of the signal light pulse. The route is doubled.
[0037]
More practically, in the case where N = 6 as shown in the figure, the optical switch 30 does not overlap each other within the predetermined width W by selectively providing a light shielding layer as shown in FIG. It is desirable that the six regions Wp to Wu function as optical shutter portions independent of each other. As a result, the output light pulses 3Ap to 3Fu cut out from the optical switch 30 as described later have no spatial overlap with the adjacent output light pulses.
[0038]
Alternatively, a filter is disposed on the optical path of the signal light 1 or the control light 2 described later so that the output light pulses 3Ap to 3Fu do not have a spatial overlap with the adjacent output light pulses. Also good. Further, if necessary, an interference filter such as a dielectric multilayer film may be provided in order to improve the wavelength selectivity and the SN ratio.
[0039]
The signal light 1 ′ transmitted through the optical waveguide 10 is composed of one control light pulse 2a per set of signal light pulses 1A to 1F, and is synchronized with the signal light 1 in the traveling direction in the same manner as the signal light 1. Thus, the control light 2 having a wavefront spread in the direction perpendicular to the surface is formed. Information indicating the start of the sequence of the signal light pulses 1A to 1F is inserted into the signal light 1 ′. From this, the control light 2 synchronized with the signal light 1 in a time relationship as will be described later can be easily obtained. Can be formed.
[0040]
The control light 2 is incident on the optical switch 30 over a predetermined width W with its traveling direction perpendicular to the line direction of the optical switch 30. In the case of the figure, the control light 2 is incident on the optical switch 30 from the output side of the signal light 1, but may be incident on the optical switch 30 from the incident side of the signal light 1.
[0041]
As will be described later, the signal light pulse 1A is from only the region Wp, the signal light pulse 1B is from only the region Wq, and so on, so that the signal light pulses 1A to 1F are from only the corresponding regions Wp to Wu of the optical switch 30. The time width of the control light pulse 2a is divided into the regions Wp to Wu of the spatial position portions 1p to 1u corresponding to the regions Wp to Wu in the expanded wavefront direction of the signal light 1 so as to be separated and extracted spatially. It is made sufficiently shorter than the difference in the arrival time to the regions Wp to Wu due to the difference in the optical path length. That is, when the optical switch 30 is tilted by 45 ° with respect to the signal light 1 as shown in the figure, the time width of the control light pulse 2a is made sufficiently shorter than the time interval of the signal light pulse.
[0042]
For example, if the time width of the signal light pulse is 100 fs (femtosecond) which is 1/10 of the time interval (1 ps), the time width of the control light pulse 2a is approximately the same as that of the signal light pulse or slightly less than that. You can shorten it.
[0043]
On the optical path of the signal light 1 in front of the optical switch 30, an optical element 40 in the form of a line or a one-dimensional array composed of an optical processing element such as a spatial light modulator or an optical detection element such as a CCD array or a photodetector array. Are arranged so that each pixel is positioned on the optical path of each spatial position portion 1p to 1u of the signal light 1.
[0044]
In the method or apparatus described above, as shown in FIG. 2A, the control light pulse 2a simultaneously irradiates the respective regions Wp to Wu of the optical switch 30 and simultaneously makes the transmission state. Then, as shown in the drawing, when the signal light pulses 1A to 1F reach the corresponding regions Wp to Wu of the optical switch 30 at the same time, the control light pulse 2a reaches the respective regions Wp to Wu of the optical switch 30. The control light 2 is synchronized with the signal light 1.
[0045]
Therefore, when the control light pulse 2a reaches each of the regions Wp to Wu of the optical switch 30, the spatial position portion 1p of the signal light pulse 1A is the region Wp, the spatial position portion 1q of the signal light pulse 1B is the region Wq, The spatial position portion 1r of the signal light pulse 1C is the region Wr, the spatial position portion 1s of the signal light pulse 1D is the region Ws, the spatial position portion 1t of the signal light pulse 1E is the region Wt, and the spatial position portion of the signal light pulse 1F. 1u passes through the region Wu, and is cut out as output light pulses 3Ap, 3Bq, 3Cr, 3Ds, 3Et, and 3Fu, respectively, as shown in FIG.
[0046]
The output light pulses 3Ap to 3Fu are processed or detected by the corresponding pixels of the optical element 40. Therefore, the signal light pulses 1A to 1F of each channel are extracted as one-dimensional parallel information.
[0047]
1 and 2A and 2B, a part of the signal light 1 is a series of signal light pulses 1A to 1F that are serially continuous. As shown in FIG. 4, the set of output light pulses 3Ap to 3Fu is continuously cut out. However, this figure shows the spatial positional relationship between the output light pulses 3Ap to 3Fu. In terms of time, one set of the output light pulses 3Ap to 3Fu is cut out at the same time. After six times the time interval of the light pulses, the next set of output light pulses 3Ap-3Fu are cut out simultaneously.
[0048]
Therefore, in the case of N = 6, each pixel of the optical element 40 only needs to be able to process or detect the corresponding output light pulses 3Ap to 3Fu every 6 times the time interval of the signal light pulse. In a practical case where the number N of channels is larger, the optical element 40 may have a slower response speed and has sufficient feasibility as a device.
[0049]
As described above, according to the above-described embodiment, a serial signal light having a high bit rate of 1 Tbit / s or more is directly and easily converted into a spatially one-dimensional multi-channel parallel signal light. Can do.
[0050]
(When signal light is incident vertically on a transmissive optical switch)
FIG. 3 shows another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus according to the present invention. In this case, signal light is incident perpendicularly to the transmission type optical switch, and control light is incident obliquely. is there.
[0051]
In this embodiment, the optical switch 30 is arranged on the optical path of the signal light 1 so that the line direction is perpendicular to the traveling direction of the signal light 1, and the signal light 1 is spread over a predetermined width W. The control light 2 is incident on the optical switch 30 over a predetermined width W while the traveling direction thereof is inclined with respect to the line direction of the optical switch 30. Others are the same as the embodiment of FIG.
[0052]
However, as will be described later, the signal light pulses 1A to 1F are only in the corresponding regions Wu to Wp of the optical switch 30 such that the signal light pulse 1A is only from the region Wu, and the signal light pulse 1B is only from the region Wt. Thus, the difference in arrival time of the control light pulse 2a to the regions Wu to Wp due to the inclination of the expanded wavefront of the control light 2 with respect to the optical switch 30 so as to be separated and spatially extracted is expressed as follows. While making it equal to the time interval, the time width of the control light pulse 2a is made sufficiently shorter than the time interval of the signal light pulse.
[0053]
In the method or apparatus described above, as shown in FIG. 4A, control is performed so that the control light pulse 2a reaches the region Wu of the optical switch 30 when the signal light pulse 1A reaches the optical switch 30. The light 2 is synchronized with the signal light 1.
[0054]
Therefore, as shown in the figure, when the signal light pulse 1A reaches the optical switch 30, the region Wu of the optical switch 30 is in a transmission state, and the spatial position portion 1u of the signal light pulse 1A passes through the region Wu. As shown in FIG. 4B, the output light pulse 3Au is cut out.
[0055]
Next, as shown in the figure, when the signal light pulse 1B reaches the optical switch 30, the control light pulse 2a reaches the region Wt of the optical switch 30, and the region Wt is in the transmission state, and the signal light pulse 1B The spatial position portion 1t passes through the region Wt and is cut out as an output light pulse 3Bt as shown in FIG.
[0056]
Next, as shown in the figure, when the signal light pulse 1C reaches the optical switch 30, the control light pulse 2a reaches the region Ws of the optical switch 30, and the region Ws is in the transmission state, and the signal light pulse 1C The spatial position portion 1s passes through the region Ws and is cut out as an output light pulse 3Cs as shown in FIG.
[0057]
Similarly, in the embodiment of FIG. 3, the spatial position portion 1u of the signal light pulse 1A, the spatial position portion 1t of the signal light pulse 1B, the spatial position portion 1s of the signal light pulse 1C, and the spatial position of the signal light pulse 1D. The portion 1r, the spatial position portion 1q of the signal light pulse 1E, and the spatial position portion 1p of the signal light pulse 1F are sequentially cut out as output light pulses 3Au, 3Bt, 3Cs, 3Dr, 3Eq, and 3Fp, respectively. Sequentially processed or detected in pixels. Therefore, the signal light pulses 1A to 1F of each channel are extracted as one-dimensional parallel information.
[0058]
Also in this embodiment, when N = 6, each pixel of the optical element 40 only needs to be able to process or detect the corresponding output light pulses 3Au to 3Fp every 6 times the time interval of the signal light pulse. In a practical case where the number N of channels is larger, the optical element 40 may have a slower response speed and has sufficient feasibility as a device.
[0059]
(When control light is incident vertically on a reflective optical switch)
FIG. 5 shows still another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus according to the present invention. In the case of using a reflection type optical switch, signal light is incident obliquely and control light is incident vertically. It is.
[0060]
In this embodiment, as in the embodiment of FIG. 1, the line direction of the optical switch 30 is inclined by 45 ° with respect to the traveling direction of the signal light 1, and the optical switch 30 is arranged on the optical path of the signal light 1. However, the optical switch 30 in this case is formed of a nonlinear optical material whose refractive index changes depending on whether or not the control light 2 is irradiated and whose relaxation time is short, and only when the control light 2 is irradiated. It is assumed that the signal light 1 is reflected with a reflectance of a predetermined value or more as a reflection state by interference.
[0061]
More practically, in the case where N = 6 as shown in the figure, the optical switch 30 does not overlap each other within the predetermined width W by selectively providing a reflective layer as shown in FIG. It is desirable that the six regions Wp to Wu function as effective switch portions independent of each other. As a result, the output light pulses 3Ap to 3Fu cut out from the optical switch 30 as described later have no spatial overlap with the adjacent output light pulses.
[0062]
Alternatively, a filter is disposed on the optical path of the signal light 1 or the control light 2 described later so that the output light pulses 3Ap to 3Fu do not have a spatial overlap with the adjacent output light pulses. Also good. Further, if necessary, an interference filter such as a dielectric multilayer film may be provided in order to improve the wavelength selectivity and the SN ratio.
[0063]
The signal light 1 is incident on the reflection surface side of the optical switch 30 over a predetermined width W, and the control light 2 synchronized with the signal light 1 is set so that its traveling direction is perpendicular to the line direction of the optical switch 30. The light is incident on the optical switch 30 over a predetermined width W from the reflection surface side of the optical switch 30.
[0064]
Then, at the position after the signal light 1 is reflected by the optical switch 30, the line-shaped or one-dimensional array-shaped optical element 40 is received, and each pixel thereof receives the reflected light of each spatial position portion 1 p to 1 u of the signal light 1. Arrange as follows.
[0065]
When the signal light pulses 1A to 1F simultaneously reach the corresponding regions Wp to Wu of the optical switch 30, the control light 2 is transmitted to the signal light so that the control light pulse 2a reaches the regions Wp to Wu of the optical switch 30. The rest is the same as in the embodiment of FIG.
[0066]
Accordingly, only in the difference between transmission and reflection, the spatial position portion 1p of the signal light pulse 1A, the spatial position portion 1q of the signal light pulse 1B, and the spatial position portion 1r of the signal light pulse 1C are the same as in the embodiment of FIG. The spatial position portion 1s of the signal light pulse 1D, the spatial position portion 1t of the signal light pulse 1E, and the spatial position portion 1u of the signal light pulse 1F are cut out as output light pulses 3Ap, 3Bq, 3Cr, 3Ds, 3Et, and 3Fu, respectively. , Processed or detected by corresponding pixels of the optical element 40.
[0067]
(When signal light is incident vertically on a reflective optical switch)
FIG. 6 shows still another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus according to the present invention. In the case where a reflection type optical switch is used, signal light is made incident vertically and control light is made incident obliquely. (A) and (B) are views seen from directions orthogonal to each other.
[0068]
In this embodiment, as in the embodiment of FIG. 3, the optical switch 30 is arranged on the optical path of the signal light 1 with the line direction of the optical switch 30 perpendicular to the traveling direction of the signal light 1. The optical switch 30 is of a reflective type as in the embodiment of FIG. 5, and the signal light 1 is incident on the reflective surface side of the optical switch 30 via the half mirror 50 and the control light 2 is traveled in the traveling direction. Is inclined with respect to the line direction of the optical switch 30 and is incident on the optical switch 30 from the reflective surface side of the optical switch 30.
[0069]
Then, the optical element 40 is received at a position after the signal light 1 is reflected by the optical switch 30 and further reflected by the half mirror 50, and each pixel thereof receives the reflected light of each spatial position portion 1 u to 1 p of the signal light 1. Arrange as follows.
[0070]
The difference in the arrival time of the control light pulse 2a to the regions Wu to Wp due to the inclination of the expanded wavefront of the control light 2 with respect to the optical switch 30 is made equal to the time interval of the signal light pulse. 3, including the point that the control light 2 is synchronized with the signal light 1 so that the control light pulse 2a reaches the region Wu of the optical switch 30 when reaching 30. The same.
[0071]
Accordingly, only in the difference between transmission and reflection, the spatial position portion 1u of the signal light pulse 1A, the spatial position portion 1t of the signal light pulse 1B, and the spatial position portion 1s of the signal light pulse 1C are the same as in the embodiment of FIG. The spatial position portion 1r of the signal light pulse 1D, the spatial position portion 1q of the signal light pulse 1E, and the spatial position portion 1p of the signal light pulse 1F are cut out as output light pulses 3Au, 3Bt, 3Cs, 3Dr, 3Eq, 3Fp, respectively. , Processed or detected by corresponding pixels of the optical element 40.
[0072]
In addition, without using the half mirror 50, an angle is set between the signal light 1 incident on the optical switch 30 and the output light 3 reflected from the optical switch 30, as indicated by a one-dot chain line in FIG. You may make it have.
[0073]
[Embodiment when using phase conjugate light]
FIG. 7 shows still another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus of the present invention, which is a case where phase conjugate light is used.
[0074]
As described above, the signal light needs to expand the wavefront in a plane direction perpendicular to the traveling direction. However, since the intensity of signal light transmitted through an optical waveguide such as an optical fiber is limited by the input resistance of the optical waveguide, the intensity of the signal light with the widened wavefront cannot be increased too much. Furthermore, when a transmissive or reflective optical switch is used as in each of the embodiments described above, the output light obtained is weakened due to optical loss in the optical switch.
[0075]
Therefore, in the embodiment of FIG. 7, the intensity of the output light is increased by using an optical device that generates phase conjugate light instead of the optical switch.
[0076]
(principle)
Generation of phase conjugate light is a phenomenon belonging to the third-order nonlinear optical effect. As shown in FIG. 9, the laser light from the laser light source 111 is transmitted through a beam splitter 112, reflected by a beam splitter 113, and further reflected by a mirror 114 to be phase conjugate light composed of a nonlinear optical medium as described later. The laser light incident on one surface of the generation device 90 as the forward pump light Ef and reflected by the beam splitter 113 is reflected by the mirror 115 and is incident on the other surface of the phase conjugate light generation device 90 as the backward pump light Eb. At the same time, the laser beam reflected by the beam splitter 112 is reflected by the beam splitter 116, is incident as one probe light Ep on one surface of the phase conjugate light generation device 90, and is detected in a direction opposite to the traveling direction of the probe light Ep. A device 117 is arranged.
[0077]
As described above, when the pump light Ef and Eb having the same wavelength are incident on the phase conjugate light generation device 90 so as to face each other and the probe light Ep having the same wavelength as the pump light Ef and Eb is incident, the pump light Only when Ef, Eb and the probe light Ep are irradiated, the phase conjugate light Ec facing the probe light Ep is generated from the phase conjugate light generation device 90. In the case of FIG. 9, the phase conjugate light Ec is generated. Is detected by the photodetector 117 via the beam splitter 116.
[0078]
The phase conjugate light Ec is a time reversal wave of the probe light Ep and has the same wavelength as the probe light Ep. Further, the intensities of the probe light Ep and the phase conjugate light Ec are smaller than the intensities of the pump lights Ef and Eb.
[0079]
However, the amplitude Ac (0) of the phase conjugate light Ec at the exit surface of the phase conjugate light generation device 90 is equal to the amplitude Ap (0) of the pump lights Ef and Eb at the entrance surface of the phase conjugate light generation device 90. It is proportional to the product of a constant α determined by the nonlinear optical medium constituting the conjugate light generation device 90, and the proportionality constant is k.
Ac (0) = k × α × Ap (0) (1)
Therefore, the intensity of the phase conjugate light Ec can be made larger than the intensity of the probe light Ep by increasing the intensity of the pump lights Ef and Eb.
[0080]
Therefore, by using a phase conjugate light generating device instead of the optical switch, the signal light described above is used as probe light, and the control light is used as pump light, so that the intensity of the probe light, which is signal light with a wide wavefront, is not large. However, the intensity of the output light as the phase conjugate light can be increased, and the problem of light loss in the optical device as in the case of using an optical switch can be avoided.
[0081]
FIG. 9 shows a case where the phase conjugate light Ec is taken out via the beam splitter (half mirror) 116. In this case, only 50% of the phase conjugate light Ec generated from the phase conjugate light generation device 90 can be taken out.
[0082]
On the other hand, as shown in FIG. 10, a half-wave plate 118 is inserted into one of the optical paths of the pump lights Ef and Eb, for example, the optical path of the pump light Eb, and the phase conjugate light generating device 90 is mutually connected. When the orthogonally polarized pump lights Ef and Eb are made incident, the phase conjugate light Ec generated from the phase conjugate light generating device 90 becomes polarized orthogonal to the probe light Ep.
[0083]
Therefore, as shown in the figure, the polarization beam splitter 119 can be used to extract the phase conjugate light Ec, and almost 100% of the phase conjugate light Ec generated from the phase conjugate light generation device 90 can be extracted. The strength can be increased.
[0084]
In order to use a phase conjugate light generating device instead of an optical switch, a nonlinear optical medium that generates and stops phase conjugate light at a response speed of 1 ps or less is required. Examples of materials having a large third-order nonlinear optical effect and exhibiting such an ultrafast response include semiconductor fine particle-dispersed glass or metal fine particle-dispersed glass, polymer organic thin film, organic crystal thin film, or organic aggregate thin film. Since these materials have a response time of 1 ps or less and can easily be increased in area, they can be sufficiently used as phase conjugate light generation devices. Some semiconductor materials, such as a semiconductor multiple quantum well (MQW), exhibit an ultrafast response, and these can be used.
[0085]
(Embodiment)
FIG. 7 shows a case where a phase conjugate light generating device is used, and signal light as probe light is incident obliquely thereto, and control light as pump light is incident vertically.
[0086]
Although not shown in the figure, the plane direction perpendicular to the traveling direction from the signal light that is transmitted through the optical waveguide such as an optical fiber and in which the signal light of 6 channels is serially multiplexed in the case of the figure. Thus, the signal light 1 composed of a row of the signal light pulses 1A to 1F of the respective channels whose wavefront is widened is obtained.
[0087]
On the optical path of the signal light 1, a line-shaped phase conjugate light generation device 90 is arranged with its line direction inclined with respect to the traveling direction of the signal light 1, and the signal light 1 is used as the probe light Ep to obtain a polarized beam. The light is incident on the phase conjugate light generation device 90 through the splitter 144 over a predetermined width W.
[0088]
From the signal light transmitted through the optical waveguide, the signal light 1 is composed of one control light pulse 2a for each set of the signal light pulses 1A to 1F. Control light 2 having a wavefront spread in a vertical plane direction is formed.
[0089]
The control light pulse 2a is incident on one surface of the phase conjugate light generation device 90 as a backward pump light Eb with its traveling direction perpendicular to the line direction of the phase conjugate light generation device 90 and over a predetermined width W. . Further, a quarter-wave plate 135 and a mirror 136 are disposed on the optical path of the control light pulse 2a that has passed through the phase conjugate light generation device 90, and the control light pulse 2a that has passed through the phase conjugate light generation device 90 is changed to 1 / 4 wavelength plate 135 is transmitted, reflected by mirror 136, and further transmitted by ¼ wavelength plate 135 again to form forward pump light Ef having a polarization orthogonal to backward pump light Eb, and the forward pump The light Ef is incident on the other surface of the phase conjugate light generation device 90 over a predetermined width W.
[0090]
In this case, the forward pump light Ef and the backward pump light Eb are simultaneously incident on the phase conjugate light generation device 90, that is, one of the control light pulses 2a is incident on the phase conjugate light generation device 90 as the forward pump light Ef. At that time, the position of the mirror 136 is adjusted so that one of the subsequent control light pulses 2a enters the phase conjugate light generation device 90 as the backward pump light Eb.
[0091]
The phase conjugate light generation device 90 is formed by a nonlinear optical medium as described above. More practically, the phase conjugate light generation device 90 does not overlap each other within a predetermined width W by selectively providing a light shielding layer as described later. As shown in the figure, when N (number of channels) = 6, it is desirable that the six regions Wp to Wu function as phase conjugate light generators independent of each other. As a result, as will be described later, each output light pulse generated as phase conjugate light from the phase conjugate light generation device 90 has no spatial overlap between adjacent output light pulses.
[0092]
Alternatively, a filter may be disposed on the optical path of the signal light 1, the control light 2, or the output light 3 so that there is no spatial overlap between each output light pulse and the adjacent output light pulse. Good. Further, if necessary, an interference filter such as a dielectric multilayer film may be provided in order to improve the wavelength selectivity and the SN ratio.
[0093]
As will be described later, the output light pulse corresponding to the signal light pulse 1A corresponds only to the region Wu, the output light pulse corresponding to the signal light pulse 1B corresponds to only the region Wt, and so on. The time width of the control light pulse 2a is expanded in the wavefront direction of the signal light 1 so that the output light pulse is generated spatially separated only from the corresponding regions Wu to Wp of the phase conjugate light generation device 90. The spatial position portion corresponding to the regions Wu to Wp is made sufficiently shorter than the difference in arrival time to the regions Wu to Wp due to the difference in the optical path length to the regions Wu to Wp.
[0094]
A spatial light modulator is generated on the optical path of the output light 3 as the phase conjugate light Ec of the probe light Ep that is the signal light 1 after being generated from the phase conjugate light generation device 90 and extracted by the polarization beam splitter 144. A line-shaped or one-dimensional array-shaped optical element 40 composed of a light processing element such as a light detection element such as a CCD array or a photodetector array is disposed.
[0095]
In the method or apparatus described above, as shown in FIG. 8A, the forward pump light Ef and the backward pump light Eb simultaneously irradiate the respective regions Wp to Wu of the phase conjugate light generation device 90, and simultaneously generate phase conjugate light. Make it possible. As shown in the figure, when the signal light pulses 1A to 1F as the probe light Ep respectively reach the corresponding regions Wu to Wp of the phase conjugate light generation device 90 at the same time, the forward pump light Ef and the backward pump light Eb are The forward pump light Ef and the backward pump light Eb that are the control light 2 are synchronized with the signal light 1 as the probe light Ep so as to reach the respective regions Wp to Wu of the phase conjugate light generation device 90.
[0096]
Therefore, when the forward pump light Ef and the backward pump light Eb reach the regions Wp to Wu of the phase conjugate light generation device 90, as shown in FIG. 8B, the regions Wu, Wt, Ws, Wr, Wq , Wp, output light pulses 3Au, 3Bt, 3Cs, 3Dr, 3Eq, corresponding to the spatial position portions 1u, 1t, 1s, 1r, 1q, 1p of the signal light pulses 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, respectively. 3Fp is generated as phase conjugate light Ec.
[0097]
Then, the output light pulses 3Au to 3Fp as the phase conjugate light Ec are processed or detected by the corresponding pixels of the optical element 40 via the polarization beam splitter 144. Therefore, the signal light pulses 1A to 1F of each channel are extracted as one-dimensional parallel information.
[0098]
Moreover, since the output light 3 is obtained as the phase conjugate light Ec of the probe light Ep, which is the signal light 1, the intensity of the output light 3 can be increased as described above, and in this embodiment, the phase conjugate light Since Ec becomes polarized light orthogonal to the probe light Ep, the output light 3 as the phase conjugate light Ec can be extracted by the polarization beam splitter 144, and the intensity of the output light 3 can be further increased.
[0099]
(Concrete example)
FIG. 11 shows a specific example of a light distribution method and a light distribution apparatus that use phase conjugate light as described above. However, it is for experiment.
[0100]
The titanium sapphire laser 122 is excited by the output light of the argon laser 121, and output light having a wavelength of 780 nm, a pulse time width of 100 fs, and a pulse time interval of 10 ns (repetition frequency of 100 MHz) is obtained from the titanium sapphire laser 122.
[0101]
The output light of the titanium sapphire laser 122 is transmitted through the beam splitter 123 and multiplexed by the optical multiplexer 141. From the optical multiplexer 141, a pulse train having a pulse time width of 100 fs and a pulse time interval of 1 ps (repetition frequency is 1 THz). The signal light is reflected by the mirror 142, magnified to about 5 mmφ by the collimator / expander 143, transmitted through the polarization beam splitter 144, and transmitted as the probe light Ep to the phase conjugate light generation device 90. At an angle of 45 degrees.
[0102]
The output light of the titanium sapphire laser 122 is reflected by the beam splitter 123 and supplied to the amplifier 124, and the YLF laser 125 is excited by the output light of the titanium sapphire laser 122, and the output light of the YLF laser 125 is amplified by the amplifier 124. And the control light having an intensity of 80 μJ / pulse is obtained from the amplifier 124.
[0103]
Then, the control light from the amplifier 124 is sequentially reflected by the mirrors 126, 127, 128, 129, and 131, enlarged to about 5 mmφ by the collimator / expander 132, and further condensed in a line by the cylindrical lens 133. Then, the reverse pump light Eb is incident perpendicularly on one surface of the phase conjugate light generation device 90.
[0104]
Further, the control light transmitted through the phase conjugate light generation device 90 is reflected by the mirror 136 via the cylindrical lens 134 and the quarter wavelength plate 135, and the reflected light is again transmitted to the quarter wavelength plate 135. Then, the light is condensed in a line shape by the cylindrical lens 134 and is made to enter the other surface of the phase conjugate light generation device 90 as the forward pump light Ef perpendicularly.
[0105]
Accordingly, the backward pump light Eb is incident on one surface of the phase conjugate light generating device 90, and the forward pump light Ef having a polarization orthogonal to the backward pump light Eb is incident on the other surface. In this case, when a certain control light pulse from the amplifier 124 enters the phase conjugate light generation device 90 as the forward pump light Ef, a subsequent control light pulse from the amplifier 124 becomes the phase conjugate light as the backward pump light Eb. The positions of the mirrors 127, 128 and 136 are adjusted so that they are incident on the generation device 90. Further, the forward pump light Ef and the backward pump light Eb are synchronized with the probe light Ep as described above with reference to FIGS.
[0106]
Photonics glass was used as the phase conjugate light generation device 90. This is because Bi is a metal fine particle in glass. ₂ O _Three Is a relatively large third-order nonlinear optical constant (9.3 × 10 ^-12 esu) and a response time of 200 fs or less. The thickness of the photonics glass was 20 μm, which was sufficiently smaller than the spatial distance interval of 30 μm corresponding to the pulse time width 100 fs of the probe light Ep as signal light and the pump light Ef and Eb as control light. Further, the phase conjugate light generating device 90 is a photonics glass with a mask, and 10 circular phase conjugate light generating portions having a diameter of 100 μm are arranged in a line in one direction.
[0107]
Then, the phase conjugate light Ec generated from the phase conjugate light generation device 90 was taken out by the polarization beam splitter 144 and observed by a CCD array 145 in which 10 pixels were arranged in a line in one direction.
[0108]
As a result, ten light outputs corresponding to the ten phase conjugate light generation units of the phase conjugate light generation device 90 are observed on the CCD array 145, and the signal light from the optical multiplexer 141 is transmitted by the control light from the amplifier 124. Confirmed to be demultiplexed. Moreover, the intensity of the phase conjugate light Ec as the output light is 100% or more of the probe light Ep that is the signal light, and it was confirmed that there is no optical loss due to demultiplexing.
[0109]
In this experiment, light having a wavelength of 780 nm was used because of the light source, but the photonic glass used in the experiment does not absorb even the 1.55 μm band, so the 1.55 μm band mainly used in optical communication. But it can be used similarly.
[0110]
[Embodiment of optical switch]
(Embodiment of transmissive optical switch)
FIG. 12 shows an embodiment of a transmissive optical switch suitable for use as an optical switch of the optical distribution method or apparatus as shown in FIG. 1 or FIG.
[0111]
In this optical switch, a functional thin film 32 exhibiting saturable absorption in a femtosecond order is formed on a quartz substrate 31, and the light shielding layer 33 is formed in a predetermined pattern on the functional thin film 32 by vapor deposition and etching of aluminum. The portion 34 that is formed and not covered with the light shielding layer 33 of the functional thin film 32 functions as a plurality of independent optical shutter portions.
[0112]
The signal light 1 has a repetition frequency of 1 THz (pulse time interval 1 ps) and a pulse time width of 100 fs, which is composed of a sequence of 100-channel signal light pulses. This transmissive optical switch was made on the assumption that the 100-channel signal light pulses indicated by 100 are separated in parallel by the control light 2 having a repetition frequency of 10 GHz (pulse time interval of 100 ps) and a pulse time width of 100 fs.
[0113]
Assuming that the optical switch is tilted 45 ° with respect to the signal light 1 and the control light 2 is vertically incident on the optical switch, the spatial distance interval of the signal light pulse is 300 μm. In order to correspond to the wavefront of the signal light pulse, 100 circular ones with a diameter of 100 μm were arranged in a line in one direction at a pitch of 424 μm. The total length of the optical switch is just over 4.2 cm.
[0114]
The manufacturing method actually performed is shown. The quartz substrate 31 was immersed in concentrated sulfuric acid for one day and night, washed with running water, and further ultrasonically washed in ultrapure water. As the functional thin film 32, AlPo-F (fluoro-aluminum phthalocyanine), which is an organic material, was used in consideration of an increase in area.
[0115]
AlPo-F exhibits absorption at a wavelength of 600 to 800 nm and has a power density of 5 × 10. ⁹ W / cm ² Causes 45% absorption change in the incident light. The absorption recovery time is 550 fs, and it has a sufficient function as an optical switch used in the optical distribution method or optical distribution apparatus of the present invention.
[0116]
On the quartz substrate 31, this AlPo-F is 150 degrees, 10 degrees. ^-6 A functional thin film 32 having a thickness of 0.8 μm was formed by vacuum deposition using Torr. On this functional thin film 32, aluminum is added. ^-6 Evaporation was performed to a thickness of 500 nm by Torr, and normal etching using hydrochloric acid was performed to form a light shielding layer 33 in a predetermined pattern, and 100 optical shutter portions 34 were formed with the above size and pitch.
[0117]
As the functional thin film 32, in addition to AlPo-F, π-conjugated polymers such as polydiacetylene and polythiophene, dye aggregates such as squarylium, C ₆₀ A thin film or the like can be used.
[0118]
Further, since the light shielding layer 33 only has to block the transmission of light, it does not reflect light like aluminum and may sufficiently absorb light. Further, when a light-transmitting substrate such as the quartz substrate 31 is provided, the light shielding layer 33 is not on the functional thin film 32 but on the side opposite to the surface on which the functional thin film 32 of the light-transmitting substrate is formed. You may form on a surface. Further, the light-transmitting substrate may not be provided, and the light shielding layer 33 may be provided only on one surface of the base layer made of a functional material such as AlPo-F.
[0119]
(Specific example of using transmissive optical switch)
FIG. 13 shows a specific example of an optical distribution method and an optical distribution apparatus using the above-described transmission type optical switch. However, it is for experiment.
[0120]
The output light 5 having a wavelength of 620 nm and a pulse time width of 100 fs is divided from an OPO (optical parametric oscillator) 61 having a pulse time width of 100 fs and an oscillation frequency of 82 MHz. As a signal light 1 having an interval of 1 ps and a pulse time width of 100 fs, the optical system 20 causes the wavefront to expand in a plane direction perpendicular to the traveling direction and enters the optical switch 30.
[0121]
As shown in FIG. 12, the optical switch 30 is a transmission type in which 100 optical shutters 34 made of AlPo-F are arranged in a line in one direction, and the line direction is the traveling direction of the signal light 1. Is disposed on the optical path of the signal light 1 at an angle of 45 ° with respect to the angle.
[0122]
The remainder of the output light 5 is delayed as the control light 2 by the optical delay means 63, condensed in a line shape by the cylindrical lens 64, and vertically incident on the optical switch 30. The light intensity of the output light 5 is 500 μJ, and by condensing it with the cylindrical lens 64, sufficient optical power as control light was obtained.
[0123]
A photodetector array 41 in which 100 pixels are arranged in a line in one direction is arranged in front of the optical switch 30, and each pixel corresponds to each optical shutter portion of the optical switch 30. As the photodetector array 41, since a response speed of 10 GHz is required, an ultrafast photodiode made of GaAs is used.
[0124]
The output signal 7 of the OPO 61 is delayed by the delay circuit 67 and supplied as a trigger signal to the lock-in amplifier 68. The output signal 8 of the photodetector array 41 is supplied to the lock-in amplifier 68, and the lock-in amplifier 68 is supplied. Thus, the fluctuation component of the output signal 8 of the photodetector array 41 was detected, and the detected output was measured by the computer 70.
[0125]
As a result, only when the irradiation timings of the signal light 1 and the control light 2 to the optical switch 30 were matched, voltage fluctuations were simultaneously observed in the output signals of 100 pixels of the photodetector array 41. This is because the control light 2 causes the optical shutter unit 34 shown in FIG. 12 of the optical switch 30 to reduce the absorption of the functional thin film 32 made of AlPo-F and increase the transmitted light intensity. This is considered to be due to voltage fluctuations appearing in the output signals of 100 pixels of the array 41.
[0126]
The above detection and measurement are repeated, and the output signal 8 of the photodetector array 41 is monitored in response to the output signal 7 of the OPO 61, whereby the 1 THz signal light 1 from the optical multiplexer 62 is output to the 100-channel output light of 10 GHz. It was confirmed that demultiplexing was possible.
[0127]
As described above, 1.55 μm band signal light is mainly used in optical communication. Therefore, an experiment similar to the above was performed using signal light closer to the 1.55 μm band.
[0128]
FIG. 14 shows this case, and the output light 5 having a wavelength of 1.55 μm and a pulse time width of 100 fs from the OPO 61 is converted into an output light 6 having a wavelength of 775 nm and a pulse time width of 100 fs by the wavelength conversion element 65. By extracting the second harmonic of the output light 5, the wavelength can be converted without changing the pulse time width in this way.
[0129]
The reason why the wavelength is converted to 775 nm is that AlPo-F that forms the functional thin film 32 of the optical switch 30 shown in FIG. 12 absorbs light at 600 to 800 nm as described above. Although the efficiency is lower than that of 620 nm in the case of FIG. 13, it can operate as an optical switch even at 775 nm.
[0130]
The signal light 1 and the control light 2 were generated from the output light 6 having a wavelength of 775 nm from the wavelength conversion element 65, and the same experiment as in FIG. 8 was performed. As a result, it was confirmed that 1 THz signal light 1 from the optical multiplexer 62 could be demultiplexed into 100 GHz output light of 10 GHz each.
[0131]
In the case of FIG. 13 or FIG. 14, the photodetector array 41 is not necessarily arranged immediately in front of the optical switch 30. The spread of the diffracted light after passing through the optical shutter portion 34 shown in FIG. 12 is as follows: a spread angle θ, a wavelength λ of transmitted light, and a diameter ω of the transmissive portion. _o , And the refractive index n of the transmission part, θ = λ / πω _o Calculating according to n, λ = 620 nm, ω _o = 100 μm, θ becomes 0.1 ° or less and becomes extremely small. Therefore, if necessary, an optical device may be inserted between the optical switch 30 and the photodetector array 41 to process the transmitted diffracted light.
[0132]
(Embodiment of a reflective optical switch)
FIG. 15 shows an embodiment of a reflective optical switch suitable for use as an optical switch of the optical distribution method or optical distribution apparatus as shown in FIG. 5 or FIG.
[0133]
In this optical switch, a reflective layer 36 whose refractive index changes depending on whether or not the control light is irradiated on the silicon substrate 35 and whose reflectance due to interference reflection changes is formed as a plurality of independent effective switch portions. It is a thing.
[0134]
The signal light 1 has a repetition frequency of 1 THz (pulse time interval 1 ps) and a pulse time width of 100 fs, which is composed of a sequence of 100-channel signal light pulses. This reflective optical switch was prototyped on the assumption that the 100-channel signal light pulses shown are separated in parallel by the control light 2 having a repetition frequency of 10 GHz (pulse time interval of 100 ps) and a pulse time width of 100 fs.
[0135]
In the case where the optical switch is tilted by 45 ° with respect to the signal light 1 and the control light 2 is incident perpendicularly to the optical switch, the spatial distance interval of the signal light pulse is 300 μm. In order to correspond to the wavefront of the optical pulse, 100 circular ones having a diameter of 100 μm were arranged in a line in one direction at a pitch of 424 μm. The total length of the optical switch is just over 4.2 cm.
[0136]
As the reflective layer 36, a low-temperature grown Be-doped strained InGaAs / InAlAs MQW (multiple quantum well) was used. This MQW responds to incident light having a wavelength of 1.535 μm and a light intensity of 10 pJ at an operation time of 250 fs and a repetition frequency of 20 GHz, and has a sufficient function as an optical switch used in the light distribution method or the light distribution apparatus of the present invention. .
[0137]
However, other materials can be used for the reflective layer 36. Further, the substrate is not limited to the silicon substrate 35, and other materials can be used as long as the reflectance is sufficiently lower than that of the reflective layer 36.
[0138]
(Specific example of using a reflective optical switch)
FIG. 16 shows a specific example of a light distribution method and a light distribution apparatus using the above-described reflection type optical switch. However, it is for an experiment like FIG. 13 and FIG.
[0139]
Since the MQW that forms the reflection layer 36 shown in FIG. 15 of the optical switch 30 is sufficiently operable for the 1.55 μm band mainly used in optical communication, in this case, the OPO 61 (pulse time The output light 5 having a wavelength of 1.55 μm and a pulse time width of 100 fs from a width of 100 fs and an oscillation frequency of 82 MHz is directly subjected to a signal light 1 having a repetition frequency of 1 THz (pulse time interval of 1 ps) and a pulse time width of 100 fs by an optical multiplexer 62. As described above, the wave front is expanded in the plane direction perpendicular to the traveling direction by the optical system 20 and is incident on the optical switch 30.
[0140]
As shown in FIG. 15, the optical switch 30 is a reflective type in which 100 reflective layers 36 made of the MQW are arranged in a line in one direction, and the line direction is set to the traveling direction of the signal light 1. The signal light 1 is disposed on the optical path of the signal light 1 at an angle of 45 °.
[0141]
The output light 5 is also delayed as the control light 2 by the optical delay means 63, condensed in a line shape by the cylindrical lens 64, and vertically incident on the optical switch 30.
[0142]
At the reflection position of the signal light 1 from the optical switch 30, a photodetector array 41 in which 100 pixels are arranged in a line in one direction at an angle of 45 ° with respect to the optical switch 30 is arranged. Corresponding to each reflective layer of the optical switch 30. As the photodetector array 41, an ultrahigh-speed photodiode made of GaAs was used as in the case of FIGS.
[0143]
13 and 14, the output signal 7 of the OPO 61 is delayed by the delay circuit 67 and supplied to the lock-in amplifier 68 as a trigger signal, and the output signal 8 of the photodetector array 41 is locked-in. The fluctuation component of the output signal 8 of the photodetector array 41 was detected by the lock-in amplifier 68 supplied to the amplifier 68, and the detected output was measured by the computer 70.
[0144]
As a result, only when the irradiation timings of the signal light 1 and the control light 2 to the optical switch 30 were matched, voltage fluctuations were simultaneously observed in the output signals of 100 pixels of the photodetector array 41. This is because the control light 2 changes the refractive index of the reflective layer 36 made of the MQW shown in FIG. 15 of the optical switch 30 to break the buffer condition, and the reflected light intensity from the reflective layer 36 increases. The increase is considered to have appeared as voltage fluctuations in the output signal of 100 pixels of the photodetector array 41.
[0145]
The above detection and measurement are repeated, and the output signal 8 of the photodetector array 41 is monitored in response to the output signal 7 of the OPO 61, whereby the 1 THz signal light 1 from the optical multiplexer 62 is output to the 100-channel output light of 10 GHz. It was confirmed that demultiplexing was possible.
[0146]
[Embodiment when converting to two-dimensional parallel signal light]
The present invention can also be applied to the case where serial signal light is spatially converted into two-dimensional parallel signal light.
[0147]
In this case, for example, when an optical switch is used, as shown in FIG. 17, the optical switch 30 is assumed to be a two-dimensional one having a predetermined width in one direction and the other direction intersecting therewith. The signal light 1 or the control light 2 is arranged so as to be inclined in the biaxial direction, and is omitted in the figure, but the other control light or signal light is incident on the optical switch 30 vertically, for example.
[0148]
FIG. 18 shows an embodiment of a light distribution method and a light distribution apparatus in this case, and is a case where signal light is incident obliquely and control light is incident vertically using a transmissive optical switch. .
[0149]
The signal light 1 ′ transmitted through the optical waveguide 10 such as an optical fiber is made incident on an optical system 20 configured by combining lenses, and the wavefront is emitted as light emitted from the optical system 20 in a plane direction perpendicular to the traveling direction. To obtain signal light 1 composed of a sequence of signal light pulses of each channel.
[0150]
On the optical path of the signal light 1, an optical switch 30 having a predetermined width spread in one direction and the other direction crossing the signal light 1 is disposed so as to be inclined in the biaxial direction with respect to the signal light 1. The signal light 1 is incident on the optical switch 30 over a predetermined width in one direction and the other direction.
[0151]
The optical switch 30 is formed of a nonlinear optical material whose absorption coefficient changes depending on whether or not the control light 2 is irradiated and whose relaxation time is short, similar to that shown in FIG. Thus, only when the control light 2 is irradiated, the signal light 1 is transmitted in a transmission state with a transmittance equal to or higher than a predetermined value.
[0152]
From the signal light 1 ′, it proceeds in the same manner as the signal light 1 synchronized with the signal light 1 and consisting of one control light pulse per signal light pulse for the number of channels (4 × 4 = 16 in the figure). The control light 2 having a wavefront spread in the plane direction perpendicular to the direction is formed, and the control light 2 is incident on the optical switch 30 perpendicularly to the optical switch 30 in a predetermined width in one direction and the other direction. Let
[0153]
Also in this case, the time width (pulse width) of the control light 2 is widened so that each signal light pulse is spatially separated and cut out only from the corresponding region of the optical switch 30. It is sufficiently shorter than a difference in arrival time of each optical switch 30 to each region due to a difference in optical path length to each region of the optical switch 30 in each spatial position portion corresponding to each region of the optical switch 30 in the wavefront direction.
[0154]
An optical element 40 is disposed on the optical path of the signal light 1 ahead of the optical switch 30. The optical element 40 is a light processing element such as a spatial light modulator or a light detection element such as a CCD array or a photodetector array, and each pixel 42 is arranged in a two-dimensional array. 1 corresponding to each spatial position portion described above.
[0155]
In the above-described method or apparatus, the control light pulse irradiates each region of the optical switch 30 at the same time, and at the same time enters the transmission state. Then, the inclination of the optical switch 30 in the biaxial direction with respect to the signal light 1 is determined so that the signal light pulses for the number of channels simultaneously reach the corresponding regions of the optical switch 30, and the signal light pulses for the number of channels The control light 2 is synchronized with the signal light 1 so that the control light pulse reaches each region of the optical switch 30 when the corresponding region of the switch 30 is reached at the same time.
[0156]
Therefore, when the control light pulse reaches each region of the optical switch 30, different spatial position portions of the signal light pulses for the number of channels are transmitted through the corresponding regions of the optical switch 30, respectively, and output light is respectively transmitted. Cut out as a pulse 3a and processed or detected by the corresponding pixel of the optical element 40. Therefore, the signal light pulse of each channel is extracted as two-dimensional parallel information.
[0157]
Also in this case, it is desirable that each output light pulse 3a does not cause a spatial overlap between adjacent output light pulses. Therefore, it is preferable to arrange a filter 80 having transmission pixels 81 for individually separating output light pulses as shown in FIG. 19 on the optical path of the signal light 1 or the control light 2. Alternatively, the optical switch 30 may be formed by two-dimensionally arranging optical shutter portions 34 independent from each other as shown in FIG. 12 in one direction and the other direction.
[0158]
In the method or apparatus described above, each pixel 42 of the optical element 40 only needs to be able to process or detect the corresponding output light pulse every time that is the number of channels times the time interval of the signal light pulse. Therefore, when the bit rate of the signal light 1 is 1 Tbit / s and the pulse time interval is 1 ps, for example, the signal light 1 is obtained by temporally serially multiplexing two-dimensional image information for 100 × 100 pixels. Each pixel 42 of the optical element 40 only needs to be able to respond every time of 1 ps × 100 × 100 = 10 ns. Furthermore, when the signal light 1 is obtained by multiplexing two-dimensional image information for 1000 × 1000 pixels, the response time of each pixel 42 may be 1 μs. Therefore, as the optical element 40, it is possible to use an optical processing element such as a two-dimensional spatial light modulator using liquid crystal or the like, or a light detection element such as a two-dimensional CCD array or a two-dimensional photodetector array. it can.
[0159]
Furthermore, even when the signal light 1 has a bit rate of 1 Tbit / s and a pulse time interval of 1 ps, for example, when the signal light 1 is converted into a 100 × 100 channel two-dimensional parallel signal light, the embodiment of FIG. As is clear from the transmission optical switch shown in FIG. 12, the optical switch 30 may be several centimeters square and has sufficient feasibility as a device.
[0160]
As described above, according to the above-described embodiment, high-bit-rate serial signal light such as 1 Tbit / s or more is directly and easily converted into a spatially two-dimensional multi-channel parallel signal light. Can do.
[0161]
In contrast to FIG. 18, the optical switch 30 is arranged so as to be inclined in the biaxial direction with respect to the control light, the control light is incident on the optical switch 30, and the signal light is incident on the optical switch 30 perpendicularly. May be. In this case, since the control light pulse sequentially irradiates each region of the optical switch 30 and sequentially enters the transmission state, when the signal light pulse reaches the optical switch 30, the control light pulse is transmitted to the optical switch 30. In order to reach the region corresponding to the signal light pulse, the tilt in the biaxial direction with respect to the control light of the optical switch 30 may be determined, and the control light may be synchronized with the signal light. When the optical switch 30 sequentially reaches the optical switch 30, the spatial position portion of the signal light pulse corresponding to the signal light pulse passes through the area corresponding to the signal light pulse of the optical switch 30 and is cut out as an output light pulse. It comes to be.
[0162]
Further, even if the optical switch is a reflection type, the serial signal light can be spatially converted into a two-dimensional parallel signal light as in the case of the transmission type described above.
[0163]
Also in this case, the filter 80 as shown in FIG. 19 is provided on the optical path of the signal light or the control light so that each output light pulse does not cause a spatial overlap with the adjacent output light pulse. The optical switch is preferably formed by two-dimensionally arranging reflective layers 36 independent of each other as shown in FIG. 15 in one direction and the other direction.
[0164]
Further, when an optical device that generates phase conjugate light using phase conjugate light is used, the serial signal light is spatially converted into a two-dimensional parallel signal light as in the case of using an optical switch. Can do.
[0165]
In this case, as shown in FIG. 7 or FIG. 11, the forward pump light and the backward pump light can be formed by using a mirror, as in the case of conversion to a one-dimensional parallel signal light, and further, phase conjugate. By arranging a quarter wavelength plate between the light generation device and the mirror, the polarization directions of the forward pump light and the backward pump light are orthogonalized, and the phase conjugate light as the output light is compared with the probe light that is the signal light. And orthogonally polarized light.
[0166]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical distribution method of claim 1 or the optical distribution device of claim 19, a serial signal light having a high bit rate of 1 Tbit / s or more is directly and easily spatially 1. It can be converted into parallel multi-channel signal light.
[0167]
According to the optical distribution method of claim 2 or the optical distribution apparatus of claim 20, a serial signal light having a high bit rate of 1 Tbit / s or more can be directly and easily spatially converted into a two-dimensional multi-channel. It can be converted into parallel signal light.
[0168]
Further, according to the light distribution method of claim 8 or the light distribution device of claim 26, the intensity of the output light can be increased, and the light distribution method of claim 10 or the light distribution device of claim 28. According to this, the intensity of the output light can be further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a light distribution method and a light distribution apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the method or apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the method or apparatus of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing still another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing still another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing still another embodiment of the light distribution method and the light distribution apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining the method or apparatus of FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing an optical system for generating phase conjugate light.
FIG. 10 is a diagram showing an optical system that generates phase conjugate light having polarization orthogonal to probe light.
FIG. 11 is a diagram showing a light distribution method and a light distribution apparatus used in an experiment when phase conjugate light is used.
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment of a transmissive optical switch according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a light distribution method and a light distribution device used in an experiment in the case of using a transmissive optical switch.
FIG. 14 is a diagram showing a light distribution method and a light distribution apparatus used in an experiment in the case of using a transmissive optical switch.
FIG. 15 is a diagram showing an embodiment of a reflective optical switch according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a light distribution method and a light distribution device used in an experiment in the case of using a reflection type optical switch.
FIG. 17 is a diagram illustrating the principle in the case of conversion into two-dimensional parallel signal light.
FIG. 18 is a diagram illustrating an embodiment of an optical distribution method and an optical distribution device in the case of conversion to two-dimensional parallel signal light.
FIG. 19 is a diagram showing a filter suitable for use in the method or apparatus of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Signal light, 1A-1F ... Signal light pulse, 1p-1u ... Spatial position part,
2 ... control light, 2a ... control light pulse,
3 ... Output light, 3Ap-3Fu, 3Au-3Fp, 3a ... Output light pulse,
Ep: probe light, Ef: forward pump light, Eb: reverse pump light,
Ec: phase conjugate light,
10: Optical waveguide,
20 ... optical system,
30: Optical switch, Wp-Wu ... area,
32 ... Functional thin film (base layer), 33 ... Light shielding layer, 34 ... Optical shutter part,
35 ... Silicon substrate (substrate), 36 ... Reflective layer (effective switch part),
40: optical element (light processing element, light detection element),
80 ... filter,
90 ... Phase conjugate light generation device,
135: 1/4 wavelength plate, 136: mirror, 144: polarization beam splitter,

Claims

An optical device having a predetermined width in one direction is disposed on the optical path of the signal light composed of an optical pulse train, and the signal light and the control light pulse synchronized therewith are crossed on the optical device, and Each of the optical devices is incident on the optical device so as to span the predetermined width, and output light pulses corresponding to different spatial positions of the different light pulses of the signal light are generated from different regions within the predetermined width of the optical device. Light distribution method.

An optical device having a predetermined width in one direction and the other direction intersecting with this is arranged so as to have a biaxial inclination with respect to the signal light consisting of the optical pulse train or the control light pulse synchronized therewith. Then, the signal light and the control light pulse are respectively incident on the optical device so that they cross each other on the optical device and span a predetermined width in the one direction and the other direction, respectively. An optical distribution method for generating output optical pulses corresponding to different spatial position portions of different optical pulses of the signal light from different regions within a predetermined width in each of the one direction and the other direction.

The light distribution method according to claim 1 or 2,
As the optical device, an optical switch whose on / off state is switched depending on whether or not control light having a predetermined intensity or more is irradiated is used, and light that cuts out different spatial position portions of different optical pulses of the signal light as the output optical pulse Distribution method.

The light distribution method according to claim 3.
An optical distribution method in which the control light pulse is vertically incident on the optical switch, the different regions of the optical switch are simultaneously turned on, and the signal light is obliquely incident on the optical switch.

The light distribution method according to claim 3.
An optical distribution method in which the control light pulse is obliquely incident on the optical switch, the different regions of the optical switch are sequentially turned on, and the signal light is vertically incident on the optical switch.

In the light distribution method in any one of Claims 3-5,
The optical distribution method, wherein the optical switch is in an on state only at the moment when the control light pulse is irradiated and transmits the signal light with a transmittance of a predetermined value or more.

In the light distribution method in any one of Claims 3-5,
The optical distribution method, wherein the optical switch is turned on only at the moment when the control light pulse is irradiated and reflects the signal light with a reflectance of a predetermined value or more.

The light distribution method according to claim 1 or 2,
A light distribution method using, as the optical device, one that generates phase conjugate light of the probe light as the output light pulse when the probe light as the signal light and the pump light as the control light pulse are simultaneously irradiated.

The light distribution method according to claim 8.
The first pump light that is the control light pulse is vertically incident on the optical device from one surface side of the optical device, and a reflecting mirror is disposed on the other surface side of the optical device, and The pump light transmitted through the optical device is reflected by the reflecting mirror, and is incident as the second pump light at the same time as the first pump light from the other surface side perpendicularly to the optical device. A light distribution method in which the probe light is obliquely incident on the optical device simultaneously with the first and second pump lights.

The light distribution method according to claim 9.
A light distribution method in which a wave plate is disposed between the optical device and the reflecting mirror so that the polarization directions of the first and second pump lights are orthogonal to each other.

The light distribution method according to claim 10.
A light distribution method for extracting an output light pulse generated from the optical device by a polarization beam splitter.

In the light distribution method in any one of Claims 8-11,
The optical distribution method, wherein the optical device is a semiconductor fine particle dispersed glass or a metal fine particle dispersed glass.

In the light distribution method in any one of Claims 8-11,
The optical distribution method is a semiconductor material or a semiconductor multiple quantum well.

In the light distribution method in any one of Claims 8-11,
The optical distribution method, wherein the optical device is a polymer organic thin film, an organic crystal thin film, or an organic aggregate thin film.

In the light distribution method in any one of Claims 1-14,
An optical distribution method for obtaining each of the output light pulses as having no spatial overlap between adjacent output light pulses.

The light distribution method according to claim 15, wherein
A light distribution method using a filter in order to obtain each output light pulse as having no spatial overlap between adjacent output light pulses.

In the light distribution method in any one of Claims 1-16,
A light distribution method in which each of the output light pulses is processed by a spatial light modulator or other light processing element.

In the light distribution method in any one of Claims 1-16,
A light distribution method in which each of the output light pulses is detected by a light detection element.

A signal light optical system that spreads the wavefront of signal light composed of an optical pulse train in at least one axial direction perpendicular to the traveling direction;
A control light source that generates a control light pulse that is synchronized with the signal light and has a wavefront spread in at least one axial direction perpendicular to the traveling direction;
It has a predetermined width in one direction, and the signal light from the signal light optical system and the control light pulse from the control light generation source intersect each other and are irradiated over the predetermined width, respectively. An optical device that generates output light pulses corresponding to different spatial positions of different light pulses of the signal light from the signal light optical system from different regions within the predetermined width.

A signal light optical system that spreads the wavefront of signal light composed of an optical pulse train in a plane direction perpendicular to the traveling direction;
A control light generation source that generates a control light pulse that is synchronized with the signal light and has a wavefront spread in a plane direction perpendicular to the traveling direction;
It has a predetermined width in one direction and the other direction intersecting with this, and the inclination in the biaxial direction is applied to the signal light from the signal light optical system or the control light pulse from the control light generation source. The signal light from the signal light optical system and the control light pulse from the control light generation source intersect each other and are irradiated over a predetermined width in each of the one direction and the other direction, respectively. An optical device that generates output light pulses corresponding to different spatial positions of different light pulses of the signal light from the signal light optical system from different regions within a predetermined width in each of the one direction and the other direction, A light distribution device.

The light distribution device according to claim 19 or 20,
As the optical device, an optical switch whose on / off state is switched depending on whether or not the control light having a predetermined intensity or more is irradiated is used, and the output light pulse is a light pulse different from the signal light from the signal light optical system. A light distribution device in which different spatial positions are cut out.

The light distribution device of claim 21,
A control light pulse from the control light generation source is perpendicularly incident on the optical switch, the different regions of the optical switch are simultaneously turned on, and signal light from the signal light optical system is obliquely incident on the optical switch. Light distribution device incident on.

The light distribution device of claim 21,
A control light pulse from the control light generation source is obliquely incident on the optical switch, the different regions of the optical switch are sequentially turned on, and the signal light from the signal light optical system enters the optical switch. Vertically incident light distribution device.

The light distribution device according to any one of claims 21 to 23,
The optical switch is an optical distribution device that transmits the signal light from the signal light optical system with a transmittance of a predetermined value or more as an ON state only at the moment when the control light pulse from the control light generation source is irradiated. .

In the light distribution apparatus in any one of Claims 21-23,
The optical switch is an optical distribution device that reflects the signal light from the signal light optical system with a reflectance of a predetermined value or more as an ON state only at the moment when the control light pulse from the control light generation source is irradiated. .

The light distribution device according to claim 19 or 20,
The optical device generates a phase conjugate light of the probe light as the output light pulse when the probe light as the signal light and the pump light as the control light pulse are simultaneously irradiated.

27. The light distribution device of claim 26.
The first pump light that is the control light pulse is perpendicularly incident on the optical device from one surface side of the optical device, and a reflecting mirror is disposed on the other surface side of the optical device. The pump light transmitted through the optical device is reflected by the reflecting mirror, and enters the optical device perpendicularly from the other surface side simultaneously with the first pump light as the second pump light, and the signal light The light distribution device in which the probe light is obliquely incident on the optical device simultaneously with the first and second pump lights.

28. The light distribution apparatus of claim 27.
A light distribution apparatus in which a wave plate is disposed between the optical device and the reflecting mirror, and the first and second pump lights have orthogonal polarization directions.

The light distribution device of claim 28,
A light distribution apparatus in which an output light pulse generated from the optical device is extracted by a polarization beam splitter.

The light distribution device according to any one of claims 26 to 29,
The optical device is a light distribution apparatus which is a semiconductor fine particle dispersed glass or a metal fine particle dispersed glass.

The light distribution device according to any one of claims 26 to 29,
The optical distribution device is a semiconductor material or a semiconductor multiple quantum well.

The light distribution device according to any one of claims 26 to 29,
The optical distribution device may be a polymer organic thin film, an organic crystal thin film, or an organic aggregate thin film.

The light distribution device according to any one of claims 19 to 32,
An optical distribution device obtained by assuming that each of the output light pulses has no spatial overlap between adjacent output light pulses.

34. The light distribution device of claim 33.
An optical distribution device including a filter for obtaining each of the output light pulses as having no spatial overlap between adjacent output light pulses.

The light distribution device according to any one of claims 19 to 34,
A light distribution device comprising a spatial light modulator or other light processing element for processing the respective output light pulses.

The light distribution device according to any one of claims 19 to 34,
A light distribution device comprising a light detection element for detecting each of the output light pulses.