JP3823698B2 - 光信号変調装置および光信号変調方法、ならびに、光コード生成装置および光コード生成方法 - Google Patents
光信号変調装置および光信号変調方法、ならびに、光コード生成装置および光コード生成方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いる光信号について、その変調を行い得る光信号変調装置および光信号変調方法に関し、さらに光通信システムに用いる光コードを生成し得る光コード生成装置および光コード生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１Ｔｂ／ｓ（テラビット／秒＝１０12ビット／秒）級の超高速光通信システムにおいて、送信する光信号列を作る方法として、１０〜４０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒＝１０9ビット／秒）の速度を持つ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、受信側で信号を多チャンネルに分配した上で読みとる時分割多重法が研究されている。
【０００３】
また、テラビット信号（テラビット級の信号をいう。）を複数のチャンネルに分配し、あるいは複数のチャンネルの遅い光信号をテラビット・シリアル信号光に変換するための光変調器が開示されている（特開平１１−１５０２９号公報、特開平１１−１５０３１号公報）。この方法は、多重化前および分配後の信号を電気的に制御できる利点を有するが、多重化および分配の際にはチャンネル間のタイミングの制御を行わなければならない。
【０００４】
一方、テラビット信号をパケットとして送受信できれば、パケットごとに処理できるので送受信のロジックは簡単化される。
しかしながら、テラビット級のパケット信号を作るためには、技術的な困難が存在する。すなわち、電気的に制御できる信号速度は、一般的に４０Ｇｂ／ｓが上限であり、発光素子を電気的に制御してテラビット級の光信号パルス列を作ることは困難である。また連続的な光を電気的に変調してテラビット級の光信号パルス列を作ることも困難である。すなわち、情報を含むテラビット級の光信号パルス列を生成することは、事実上極めて困難であった。
【０００５】
それに対し、テラビット級の光パルス列からなるクロック信号光を形成することは、既にいくつか報告されており、テラビット級の光パルス列からなるクロック信号光を、情報を含むシリアル信号光に光変調することが望まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、テラビット級の光パルス列からなるクロック信号光を、情報を含むシリアル信号光に光変調し得る光信号変調装置および光信号変調方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、テラビット級の光パルス列からなる情報を含むシリアル信号光を生成し得る光コード生成装置および光コード生成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞ 進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光が照射される空間光スイッチと、
前記クロック信号光と同期し、かつ前記クロック信号光よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光を、前記クロック信号光と所定の角度を以って前記空間光スイッチに照射する制御光照射手段と、
前記クロック信号光、前記制御光、および、前記クロック信号光が前記空間光スイッチを選択的に透過または反射して形成されるパラレル信号光、からなる群から選ばれるいずれかの光における光路の中途に配され、最終的なパラレル信号光に空間パターン情報を付与する空間変調手段と、
前記最終的なパラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する集光手段と、
を有することを特徴とする光信号変調装置である。
【０００８】
＜２＞ 前記クロック信号光が、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなることを特徴とする＜１＞に記載の光信号変調装置である。
＜３＞ 前記空間光スイッチが、光スイッチ薄膜であることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光信号変調装置である。
＜４＞ 前記空間光スイッチが、反射型の光スイッチであることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光信号変調装置である。
【０００９】
＜５＞ 前記光スイッチ薄膜が、スクエアリリウム色素のＪ会合体からなる色素会合体薄膜であることを特徴とする＜３＞に記載の光信号変調装置である。
＜６＞ 前記制御光または前記パラレル信号光における光路の中途に、前記制御光または前記パラレル信号光を時間的に異なる複数の制御光またはパラレル信号光に分割する遅延素子が配されてなることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１に記載の光信号変調装置である。
【００１０】
＜７＞ 進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光を空間光スイッチに照射するとともに、前記クロック信号光と同期し、かつ前記クロック信号光よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光を、前記クロック信号光と所定の角度を以って前記空間光スイッチに照射して、前記クロック信号光を選択的に透過または反射させてパラレル信号光を形成するパラレル信号光形成工程と、前記パラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する集光工程と、を有する光信号変調方法であって、
前記クロック信号光、前記制御光、および、前記パラレル信号光からなる群から選ばれるいずれかの光における光路の中途で、空間パターンを付与することでパラレル信号光形成工程で最終的に得られるパラレル信号光に空間パターン情報を付与し、かつ、集光工程で形成されるシリアル信号光に光変調情報を付与することを特徴とする光信号変調方法である。
【００１１】
＜８＞ 前記クロック信号光が、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなることを特徴とする＜７＞に記載の光信号変調方法である。
＜９＞ 前記空間光スイッチが、光スイッチ薄膜であることを特徴とする＜７＞または＜８＞に記載の光信号変調方法である。
＜１０＞ 前記空間光スイッチが、反射型の光スイッチであることを特徴とする＜７＞に記載の光信号変調方法である。
【００１２】
＜１１＞ 前記光スイッチ薄膜が、スクエアリリウム色素のＪ会合体からなる色素会合体薄膜であることを特徴とする＜９＞に記載の光信号変調方法である。
＜１２＞ 前記制御光または前記パラレル信号光における光路の中途に、前記制御光または前記パラレル信号光を時間的に異なる複数の制御光またはパラレル信号光に分割する遅延素子が配されてなることを特徴とする＜７＞〜＜１１＞のいずれか１に記載の光信号変調方法である。
【００１３】
＜１３＞ 光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段と、該クロック信号光発生手段で発生したクロック信号光を光変調させる１個あるいは複数個の光信号変調装置と、からなる光コード生成装置であって、前記光信号変調装置の少なくとも１個が、＜１＞〜＜６＞のいずれか１に記載の光信号変調装置であることを特徴とする光コード生成装置である。
【００１４】
＜１４＞ 光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生工程と、該クロック信号光発生工程で発生したクロック信号光を光変調させる光信号変調工程と、からなる光コード生成方法であって、前記光信号変調工程が、＜７＞〜＜１２＞のいずれか１に記載の光信号変調方法により光信号変調を行うものであることを特徴とする光コード生成方法である。
【００１５】
本発明は、進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光を、制御光によりパラレル信号光として切り出して、さらに該パラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する過程の中で、空間パターン情報を付与することに特徴がある。すなわち、前記シリアル信号光および前記制御光は、いずれも進行方向に垂直な面内で広がりのある光であり、また前記パラレル信号光は、進行方向に対して垂直方向に位置が分散された信号光の束であり、これらいずれかの光を面として制御して空間パターンを付与し、最終的なパラレル信号光（本発明において、「最終的なパラレル信号光」とは、前記シリアル信号光または前記制御光を制御する場合には、パラレル信号光そのもののことを指し、パラレル信号光を制御する場合には、当該制御後のパラレル信号光のことを指す。）に空間パターン情報を付与し、これを集光することで、テラビット級の光パルス列からなる情報を含むシリアル信号光を生成するものである。
【００１６】
本発明によれば、例えば１次元的なパルス列からなる入力信号光を、一旦進行方向に垂直な面内で広がりのあるクロック信号光に変換した上で、クロック信号光を、一旦２次元的な面として置き換え、すなわち一定の時間を面として切り出し、これを面として変調を加えた後、また１次元的なシリアル信号光に戻すことで、今まで制御することが困難だったテラビット級の光パルス列からなるクロック信号光の制御が可能となる。なお、入力信号光は、以上のように１次元的なパルス列からなるものであってもよいが、当初から進行方向に垂直な面内で広がりのあるものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、「光信号変調装置および光信号変調方法」および「光コード生成装置および光コード生成方法」に分けて説明する。
Ａ：光信号変調装置および光信号変調方法
光信号変調装置および光信号変調方法について、好ましい実施形態を挙げて詳細に説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の光信号変調装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光信号変調装置は、レンズ２と、光空間スイッチである光スイッチ薄膜４と、制御光発生手段（不図示）からの光を射出する光ファイバー１２、およびレンズ１４からなる制御光照射手段６と、空間変調手段である空間変調器８と、集光手段である集光レンズ１０と、から構成される。まず、本実施形態の光信号変調装置における各構成要素について説明する。
【００１９】
レンズ２は、拡大した入力信号光１６を進行方向に垂直な面内で広がりのある（進行方向に対して、面で進行する）、かつ、断面積が変動しない光、すなわち平行光であるシリアル信号光１８を形成するものである。当該機能を有するものであれば、特にその構成は限定されるものではない。本実施形態においては、繰り返し周期１ｐｓ、パルス幅３００ｆｓの入力信号光１６を、レンズ２によりビーム径１０ｍｍのクロック信号光１８とした。
【００２０】
なお、本発明において、入力信号光１６としては、進行方向に垂直な面内で広がりのあるものであれば、その断面積が変動する（拡大または縮小する）光であっても構わない。また、本実施形態においては、入力信号光１６として、光ファイバーからの１次元的な光を用いて説明するが、入力信号光１６として当初から進行方向に垂直な面内で広がりのあるもの（２次元的な光）を用いれば、レンズ２は不要となる。
【００２１】
光空間スイッチである光スイッチ薄膜４は、空間変調器８により空間変調された後の制御光２０’が入射中に光透過率が増加し、クロック信号光１８を透過し得る機能を有する。
本発明に用いられる光スイッチ薄膜４としては、たとえば特開平１１−２８２０３４号公報の段落番号０００９〜段落番号００１９間に開示されているスクエアリリウムＪ会合体からなる色素会合体薄膜が好ましいものとして挙げられる。また、特願平１１−１２５２５４号の段落番号００３９〜段落番号００７４間に開示されている色素会合体膜、並びに第１〜５の実施の形態の色素会合体Ａからなる光スイッチも、好ましいものとして挙げられる。
【００２２】
その他、高速光応答性を持つ光スイッチ薄膜の材料として、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）化合物半導体、ＡｌＰｃ−Ｆ（フルオロ−アルミニウムフタロシアニン）、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。また、波長変換材料であるＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）などを用いることもできる。
【００２３】
本実施形態において、光スイッチ薄膜４としては、特願平１１−１２５２５４号の段落番号００５５に記載の色素会合体Ａ（スクエアリリウムＪ会合体薄膜）を用いた。当該色素会合体Ａには、非線形光学効果があり、エネルギー密度０．１Ｊ／ｍ2以上の光パルスが入射されると光透過率が増大する。
【００２４】
制御光照射手段６は、入力信号光１６と同期し、かつ入力信号光１６よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光２０を形成し、後述の空間変調器８により空間パターンが付与された制御光２０’がクロック信号光１８と所定の角度を以って空間光スイッチ４に照射される。本実施形態において、制御光２０のエネルギーは５０μＪ（エネルギー密度として、約０．６４Ｊ／ｍ2）とした。
【００２５】
「クロック信号光と同期」するとは、入力信号光１６から変換された、制御すべきクロック信号光１８と同時に空間光スイッチ４に照射されるように、タイミングを合わせて制御光２０が照射されることを示す。
制御光２０は、入力信号光１６よりも周期（繰り返し周期）が長く、本実施形態においては、具体的には、入力信号光１６の１００倍、すなわち１００ｐｓである。
制御光２０の波長は、使用する光スイッチ薄膜４の種類により異なり、光スイッチ薄膜４が光スイッチングされるものを適宜選択すればよい。
【００２６】
空間変調手段である空間変調器８は、制御光２０の光路に配され、制御光２０の空間的な強度分布を面で制御する（空間変調する）機能を有する。すなわち、空間変調器８は、複数のチャンネルを持ち、各チャンネルは独立に光を透過あるいは遮断する。空間変調器８の具体的な構成としては、空間変調する機能を有していれば特に制限はなく、固定的なものでもよいし、書き換えが可能な液晶などの空間変調素子、面状に配列されたシャッター、面状に配列されたミラー、ダイナミックに書き換え可能なホログラム等を使用することができる。
集光手段である集光レンズ１０は、空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２を集光してシリアル信号光２４を形成する機能を有する。
【００２７】
次に、本実施形態の光信号変調装置を用いてクロック信号光を変調する方法（本発明の光信号変調方法）について説明する。
図１に示すように、光ファイバー２６の端部からテラビット級の入力信号光１６が射出されると、入力信号光１６は拡大（拡散）する。当該拡大した入力信号光１６がレンズ２に照射されると、ビーム径１０ｍｍのクロック信号光１８が形成される。クロック信号光１８は、そのまま進行し光スイッチ薄膜４に照射される。
【００２８】
光ファイバー１２より射出された制御光発生手段（不図示）からの光は、拡大（拡散）しつつレンズ１４に照射され、進行方向に垂直な面内で広がりのある（具体的には、ビーム径１０ｍｍの平行光である）制御光２０となる（制御光照射手段）。制御光２０は、入力信号光１６に同期しており、繰り返し周期１００ｐｓ、パルス幅３００ｆｓの光パルスである。
【００２９】
制御光２０の光路には、空間変調器８が配され、空間的な強度分布が制御され、空間パターンが付与された制御光２０’となる。制御光２０’は、そのまま進行し、クロック信号光１８と所定の角度を以って光スイッチ薄膜４に照射される。本実施形態において、クロック信号光１８と制御光２０’との為す角としては、１７°とした。この場合、パラレル信号光２２の各チャンネルの間隔は約１ｍｍであり、ビーム径１０ｍｍに対して最大１０個のチャンネルを取ることができる。本発明において、上記「所定の角度」は、光スイッチ薄膜４の面積、所望とするチャンネル数、入力信号光１６（またはクロック信号光１８）および制御光２０の繰り返し周期・波長、クロック信号光１８および制御光２０のビーム径、等から決定される。
【００３０】
既述の如くクロック信号光１８は、光スイッチ薄膜４に垂直に照射され、制御光２０’は斜めに照射されている。従って、制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射される時刻は、光スイッチ薄膜４の位置により異なる。すなわち、制御光２０’は最初にＰ点に当たり、経時とともに照射箇所が図１における上方へ移動し、一定時間経過後にＱ点に照射されることになる。例えば、制御光２０’がＰ点に照射されるのと同時にクロック信号光１８の第１パルスが入射すると、Ｐ点のみが制御光２０’の作用で光透過率が増加しているため、Ｐ点に当たったクロック信号光１８の第１パルスのみが光スイッチ薄膜４を透過し、その他の部分に当たったクロック信号光１８の第１パルスは、透過率が低いため光スイッチ薄膜４に吸収されてしまい透過しない。このように入射したクロック信号光１８のパルスが、制御光２０’の照射された場所により順次切り出され、最後にＱ点に当たったクロック信号光１８の最終パルスが光スイッチ薄膜４を透過し、パラレル信号光２２が形成される。既述の如く制御光２０’には、空間パターンが付与されているので、得られるパラレル光２２にも空間パターン情報が付与される。かかる空間パターン情報の付与について、図２を用いて、より詳細に説明する。
【００３１】
図２は、本実施形態において、クロック信号光１８をパラレル信号光２２に変調し、さらに該パラレル信号光２２を集光してシリアル信号光２４を形成する流れを説明するための概略構成図である。本実施形態では、１パルスの制御光２０で１００パルスの入力信号光１６に変調信号を付与することも可能であるが、図２においては、説明の簡略化のため、入力信号光１６（クロック信号光１８）のパルス４つ（▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼）を切り出して、１つの制御光２０で変調する例を示している。
【００３２】
制御光２０は、空間変調器８により空間パターンが付与される。空間変調器８は、図３に示すように複数のチャンネルを持ち、各チャンネルは独立に光を透過あるいは遮断する。図３においては、図２に対応して、チャンネル数はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つとなっている。
【００３３】
空間変調器８により、図２に示すようにチャンネルＣの部分のみ制御光２０を遮断した空間パターンが付与された制御光２０’は、時間差をもって光スイッチ薄膜４に照射される。
【００３４】
チャンネルＡを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されると同時に、クロック信号光１８のパルス▲１▼が照射されると、チャンネルＡを透過した制御光２０’が照射された部分のみ光スイッチ薄膜４の透過率が向上しているため、その部分のパルス▲１▼のみが光スイッチ薄膜４を透過し、他の部分では透過しない。
【００３５】
次に、チャンネルＢを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されると同時に、クロック信号光１８のパルス▲２▼が照射されると、チャンネルＢを透過した制御光２０’が照射された部分のみ光スイッチ薄膜４の透過率が向上しているため、その部分のパルス▲２▼のみが光スイッチ薄膜４を透過し、他の部分では透過しない。
【００３６】
また、チャンネルＣの部分では、既述の如く制御光２０は遮断されているため、仮に制御光２０がチャンネルＣを透過したのであれば、制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されたであろうタイミングに照射されるクロック信号光１８のパルス▲３▼は、いずれの位置においても透過しない。
【００３７】
さらに、チャンネルＤを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されると同時に、クロック信号光１８のパルス▲４▼が照射されると、チャンネルＤを透過した制御光２０’が照射された部分のみ光スイッチ薄膜４の透過率が向上しているため、その部分のパルス▲４▼のみが光スイッチ薄膜４を透過し、他の部分では透過しない。
【００３８】
以上のようにして、空間パターン情報が付与されたパラレル光２２が形成される（図２のパラレル信号光２２の▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼参照）（パラレル信号光形成工程）。
得られた空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２は、そのまま進行し、集光手段である集光レンズ１０で集光されて端部から光ファイバー２８に集められると、空間変調器８のパターンに対応して特定のパルス▲３▼が遮断された時間的信号列からなるシリアル信号光２４が、出力光として生成される（集光工程）。
【００３９】
図２に示すようにクロック信号光１８に空間パターン情報が付与された場合における、クロック信号光１８（および、入力信号光１６）の光パルス、パラレル信号光２２の各チャンネルごとの光パルス、およびシリアル信号光２４である出力光の光パルスを、図４に示す。図４に示すようにテラビット級の光パルス列からなるクロック信号光に、情報が付与されて出力光が出力されていることがわかる。
【００４０】
本実施形態では、クロック信号光として、繰り返し周期１ｐｓのパルス列を用いており、本発明においてはこのようにフェムト秒パルスのクロック信号光を制御することが可能であるが、本発明においてはフェムト秒オーダーには限定されず、例えば、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなるクロック信号光について制御することが可能である。
【００４１】
なお、空間変調器８を配置する場所は、本実施形態では、制御光２０の光路にしたが、本発明においては、クロック信号光１８の光路、制御光２０とクロック信号光１８とが重なる光スイッチ薄膜４の直前、パラレル信号光２２の光路など、面で空間パターンを付与し得る場所であれば、如何なる場所に配置することも可能である。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の光信号変調装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光信号変調装置は、各部材の位置関係、および、光スイッチ薄膜４の代わりに反射型の空間光スイッチ４’が用いられている点が、第１の実施形態の光信号変調装置と異なっている。その他、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には、第１の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
入力信号光１６が平行化されて形成されたクロック信号光１８が斜めに入射するように、空間光スイッチ４’を配置する。また、制御光発生手段（不図示）からの光を射出する光ファイバー１２、およびレンズ１４からなる制御光照射手段６は、制御光２０が空間光スイッチ４’に対してほぼ垂直に入射するように配置する。なお、本実施形態において、クロック信号光１８と制御光２０との為す角としては、第１の実施形態と同様１７°とした。
【００４４】
本実施形態において、空間光スイッチ４’は、反射型の光スイッチであり、反射体表面あるいは透明な基板の裏面等に、光スイッチ薄膜を形成した構成である。例えば、光スイッチ薄膜自体、第１の実施形態で用いた光スイッチ薄膜と同一のものを用い、反射体表面にこれを形成したものや、シリコン基板上に形成した低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓのＭＱＷ（多重量子井戸）等を挙げることができる。
空間光スイッチ４’に制御光が入射しないときには、クロック信号光１８の反射率は０に近く、制御光２０が入射している間だけクロック信号光１８の反射率が増加する。
【００４５】
以下、第１の実施形態と同様に、説明の簡略化のため、入力信号光１６（クロック信号光１８）のパルス４つを切り出して、１つの制御光２０で変調する例を示しながら説明する。
クロック信号光１８の第１パルスは点Ｐにおいて制御光２０と同時に空間光スイッチ４’に照射され、第４パルスは点Ｑにおいて制御光２０と同時に空間光スイッチ４’に照射される。また、第２パルスおよび第３パルスは、点Ｐと点Ｑとの間で制御光２０と同時に空間光スイッチ４’に照射される。
【００４６】
制御光２０が空間光スイッチ４’に入射している間だけ空間光スイッチ４’の反射率が増加するので、クロック信号光１８の各パルスは点Ｐ〜点Ｑ間の異なる位置で反射されパラレル信号光２２’（各パルスが面状に切り出されたパラレル信号光）が形成される。出力側（パラレル信号光２２’の光路）に配置された空間変調器８により、空間パターンが付与され、透過するパルスと遮られるパルスとが選別され、空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２となる。
【００４７】
パラレル信号光２２は、そのまま進行し、集光手段である集光レンズ１０で集光されて端部から光ファイバー２８に集められると、空間変調器８の空間パターンに対応して特定のパルスが遮断された時間的信号列からなるシリアル信号光２４が、出力光として生成される。
【００４８】
なお、空間変調器８を配置する場所は、本実施形態では、パラレル信号光２２’の光路にしたが、本発明においては、第１の実施形態同様の制御光２０の光路や、クロック信号光１８の光路など、面で空間パターンを付与し得る場所であれば、如何なる場所に配置することも可能である。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の光信号変調装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光信号変調装置は、制御光照射手段６のレンズ１４と、空間変調手段である空間変調器８と、の間に遅延素子３０が配されている点が、第１の実施形態の光信号変調装置と異なっている。また、制御光２０の１つのパルスを、遅延器により４ｐｓの時間差（遅延）を有する２つのパルスに分割し、繰り返し周期１ｐｓの入力信号光１６（クロック信号光１８）のパルス８つを切り出して変調する構成となっている。その他、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には、第１の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
遅延素子３０は、制御光の進行を場所により遅延させる機能を有する部材であり、当該機能を有するものであれば如何なる構成のものでも採用することができるが、本実施形態では、透明媒質の屈折率を利用したものを用いた。すなわち図７に示すように、遅延素子３０内部は、透明媒質の存在する下部３２と、透明媒質がなくそのまま空気が存在する上部３４と、から構成されており、遅延素子３０において制御光２０は上下に２分される。空気中と透明媒質中の屈折率差により光路長に差が生じて、上部３４を透過した制御光２０のパルスが先に進み、下部３２を透過した制御光のパルスは遅れて進行する。なお、本実施形態の説明では、遅延素子３０を便宜的に「上部」および「下部」と分けて説明するが、これは単に図７における位置関係を示すものであり、重力における上下関係を意味するものではない。
【００５１】
本実施形態においては、２．４ｍｍのガラス（屈折率１．５）を透明媒質として用いた。上部３４を透過した制御光２０のパルスと、下部３２を透過した制御光のパルスとは、図７に示すように、４ｐｓの時間差（遅延）が生じる。なお、透明媒質としては、かかる形状・性質のガラスに限定されるものではなく、異なる厚み・屈折率のガラスや他の材質（アクリル等）を、所望の遅延となるように選択して用いることができる。
【００５２】
なお本実施形態では、遅延素子３０として、透明媒質の有無により上下に２分割された２チャンネルのものを用いているが、本発明においては、透明媒質の厚みや材質を適宜選択して、２以上並べて配置することにより、３つ以上に分割された３チャンネル以上の遅延素子を選択することもできる。
【００５３】
遅延素子３０により、上下で時間差が生じた制御光２０は、その遅延差を維持したまま空間変調器８に照射され空間パターンが付与される。空間変調器８は、図８に示すように複数のチャンネルを持つ。具体的には、縦方向に２、横方向に４、合計８個のチャンネル（Ａ〜Ｈ）を持ち、各チャンネルは独立に光を透過あるいは遮断する。
【００５４】
遅延素子３０の上部３４を透過した制御光２０のパルス（以下、「先行光」という場合がある。）は、空間変調器８の空間変調器８のチャンネルＡ〜Ｄに入射し、遅延素子３０の下部３２を透過した制御光２０のパルス（以下、「遅行光」という場合がある。）は、４ｐｓ遅れて空間変調器８のチャンネルＥ〜Ｈに入射する。そして、空間変調器８により空間パターンが付与された制御光２０’が、クロック信号光１８と所定の角度を以って光スイッチ薄膜４に照射される。本実施形態において、クロック信号光１８と制御光２０’との為す角としては、１７°とした。
【００５５】
本実施形態においても、クロック信号光１８は、光スイッチ薄膜４に垂直に照射され、制御光２０’は斜めに照射されている。従って、制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射される時刻は、光スイッチ薄膜４の位置により異なる。また、既述の如く本実施形態では、遅延素子３０の働きにより、「先行光」と「遅行光」とで制御光２０’自体光スイッチ薄膜４への到達時刻に差が生じている。以下、空間変調器８により制御光２０’空間パターンが何ら付与されていない状態を仮定して、本実施形態における空間パターン情報の付与について説明する。
【００５６】
最初に先行光のうちチャンネルＡを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ点に照射され、光スイッチ薄膜４の当該部分の光透過率が増加し、クロック信号光１８の第１のパルスが透過して切り出される。次に１ｐｓ遅れで順次、先行光のチャンネルＢ〜Ｄを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ〜Ｑ点間に照射され、第２〜第４のパルスが透過して切り出される。
【００５７】
そして４ｐｓ遅れで、遅行光のうちチャンネルＥを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ点（正確には、チャンネルＡを透過した制御光２０’が照射される位置とは、図６における図面の厚み方向に異なる位置。以下、遅行光と先行光との関係において同様。）に照射される。さらに１ｐｓ遅れで順次、遅行光のチャンネルＦ〜Ｈを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ〜Ｑ点間に照射され、第５〜第８のパルスが透過して切り出される。このようにして空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２が形成される。
【００５８】
以上、制御光２０’に空間パターンが付与されていない状態を仮定して説明したが、実際には空間変調器８により空間パターンが付与されており、クロック信号光１８の第１〜第８のパルスのうち、いずれかがパルスとして切り出されない場合がある。
パラレル信号光２２は、そのまま進行し、集光手段である集光レンズ１０で集光されて端部から光ファイバー２８に集められると、空間変調器８の空間パターンに対応して特定のパルスが遮断された時間的信号列からなるシリアル信号光２４が、出力光として生成される。
【００５９】
以上のように本実施形態では、２チャンネルの遅延素子と２×４＝８チャンネルの空間変調器で透過信号を制御して、８ビットの信号を生成した。ｎチャンネルの遅延素子を用いて制御光を時間的に異なるｎ個のチャンネルに分けた上で、さらにｎ×ｍの空間変調器を用いて透過光を空間的に制御することにより、ｎ×ｍビットの信号を生成することも可能である。
【００６０】
なお、空間変調器８を配置する場所は、本実施形態では、制御光２０の光路にしたが、本発明においては、クロック信号光１８の光路、制御光２０とクロック信号光１８とが重なる光スイッチ薄膜４の直前、パラレル信号光２２の光路など、面で空間パターンを付与し得る場所であれば、如何なる場所に配置することも可能である。また、遅延素子３０を配置する場所は、本実施形態では制御光２０の光路の中途としたが、本発明においてはパラレル信号光２２の光路の中途にすることも可能である。
【００６１】
以上、本発明の光信号変調装置および光信号変調方法について、３つの実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の構成を具備する限り、従来公知の如何なる構成をも転用および／または付加することができる。特に、上記３つの実施形態における具体的な数値は、いずれも構成を説明するために便宜的に用いたものであり、本発明を具現化するに当たり、当業者は、所望とする作用・効果に応じて自由に設計することができる。
【００６２】
なお、光変調すべきクロック信号光として、規則的なパルス列からなるクロック信号光を例に挙げて説明したが、本発明において制御し得るクロック信号光は、既に光変調が施された信号光であってもよく、本発明において「クロック信号光」というときは、かかる信号光を含む概念とする。
【００６３】
Ｂ：光コード生成装置および光コード生成方法
以上説明した本発明の光信号変調装置において、制御すべき対象となるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段を具備させれば、光コード生成装置となる。すなわち、本発明の光コード生成装置は、光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段と、該クロック信号光発生手段で発生したクロック信号光を光変調させる１個あるいは複数個の光信号変調装置と、からなる光コード生成装置であって、前記光信号変調装置の少なくとも１個が、既述の本発明の光信号変調装置であることを特徴とするものである。
【００６４】
同様に、本発明の光コード生成方法は、光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生工程と、該クロック信号光発生工程で発生したクロック信号光を光変調させる光信号変調工程と、からなる光コード生成方法であって、前記光信号変調工程が、既述の本発明の光信号変調方法により光信号変調を行うものであることを特徴とするものである。
【００６５】
クロック信号光発生手段としての、あるいは、クロック信号光発生工程に用いることができるクロック信号光発生装置としては、１０ｐｓ以下の光パルス列を発生できるものであれば、特に制限はないが、たとえば、超高速・超短パルス光源としてモード同期半導体レーザが研究されており、Ｓ．Ａｒａｈｉｒａ ｅｔａｌ．，''Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ−ｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ ｐａｓｓｉｖｅｌｙ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ''，ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１１，１９９４，ｐｐ．８３４−８３６．において報告されている、パルス繰り返しレートが１．５４ＴＨｚのモード同期半導体レーザ等を挙げることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、テラビット級のクロック信号光に、光学的な手段を用いて変調をかけて、空間変調器のチャンネル数に応じたビット数の光パルス列を生成することができる。すなわち、空間変調器の空間パターンに応じて、任意のビットのパルスをＯＮあるいはＯＦＦにしたパルス列が生成される。このパルス列は、テラビット級の光通信システムで光伝送路に送出するパケットのヘッダーとして利用することができ、また処理できるチャンネル数を増すことにより、パケット信号本体の生成にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光信号変調装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】 図１において、クロック信号光からシリアル信号光を形成するまでの流れを説明するための概略構成図である。
【図３】 図１の光信号変調装置に用いられた空間変調器の模式平面図である。
【図４】 クロック信号光の光パルス、パラレル信号光の各チャンネルごとの光パルス、およびシリアル信号光である出力光の光パルスの一例を示す図である。
【図５】 本発明の光信号変調装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図６】 本発明の光信号変調装置のさらに他の一例を示す概略構成図である。
【図７】 図６の光信号変調装置に用いられた遅延素子の概略構成図である。
【図８】 図６の光信号変調装置に用いられた空間変調器の模式平面図である。
【符号の説明】
２ レンズ（平行化手段）
４ 光スイッチ薄膜（空間光スイッチ）
４’ 空間光スイッチ
６ 制御光照射手段
８ 空間変調器（空間変調手段）
１０ 集光レンズ（集光手段）
１２ 光ファイバー
１４ レンズ
１６ 入力光
１８ クロック信号光
２０、２０’ 制御光
２２ パラレル信号光
２４ シリアル信号光
２６ 光ファイバー
２８ 光ファイバー
３０ 遅延素子
３２ 遅延素子下部
３４ 遅延素子上部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いる光信号について、その変調を行い得る光信号変調装置および光信号変調方法に関し、さらに光通信システムに用いる光コードを生成し得る光コード生成装置および光コード生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１Ｔｂ／ｓ（テラビット／秒＝１０12ビット／秒）級の超高速光通信システムにおいて、送信する光信号列を作る方法として、１０〜４０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒＝１０9ビット／秒）の速度を持つ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、受信側で信号を多チャンネルに分配した上で読みとる時分割多重法が研究されている。
【０００３】
また、テラビット信号（テラビット級の信号をいう。）を複数のチャンネルに分配し、あるいは複数のチャンネルの遅い光信号をテラビット・シリアル信号光に変換するための光変調器が開示されている（特開平１１−１５０２９号公報、特開平１１−１５０３１号公報）。この方法は、多重化前および分配後の信号を電気的に制御できる利点を有するが、多重化および分配の際にはチャンネル間のタイミングの制御を行わなければならない。
【０００４】
一方、テラビット信号をパケットとして送受信できれば、パケットごとに処理できるので送受信のロジックは簡単化される。
しかしながら、テラビット級のパケット信号を作るためには、技術的な困難が存在する。すなわち、電気的に制御できる信号速度は、一般的に４０Ｇｂ／ｓが上限であり、発光素子を電気的に制御してテラビット級の光信号パルス列を作ることは困難である。また連続的な光を電気的に変調してテラビット級の光信号パルス列を作ることも困難である。すなわち、情報を含むテラビット級の光信号パルス列を生成することは、事実上極めて困難であった。
【０００５】
それに対し、テラビット級の光パルス列からなるクロック信号光を形成することは、既にいくつか報告されており、テラビット級の光パルス列からなるクロック信号光を、情報を含むシリアル信号光に光変調することが望まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、テラビット級の光パルス列からなるクロック信号光を、情報を含むシリアル信号光に光変調し得る光信号変調装置および光信号変調方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、テラビット級の光パルス列からなる情報を含むシリアル信号光を生成し得る光コード生成装置および光コード生成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞ 進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光が照射される空間光スイッチと、
前記クロック信号光と同期し、かつ前記クロック信号光よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光を、前記クロック信号光と所定の角度を以って前記空間光スイッチに照射する制御光照射手段と、
前記クロック信号光、前記制御光、および、前記クロック信号光が前記空間光スイッチを選択的に透過または反射して形成されるパラレル信号光、からなる群から選ばれるいずれかの光における光路の中途に配され、最終的なパラレル信号光に空間パターン情報を付与する空間変調手段と、
前記最終的なパラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する集光手段と、
を有することを特徴とする光信号変調装置である。
【０００８】
＜２＞ 前記クロック信号光が、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなることを特徴とする＜１＞に記載の光信号変調装置である。
＜３＞ 前記空間光スイッチが、光スイッチ薄膜であることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光信号変調装置である。
＜４＞ 前記空間光スイッチが、反射型の光スイッチであることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光信号変調装置である。
【０００９】
＜５＞ 前記光スイッチ薄膜が、スクエアリリウム色素のＪ会合体からなる色素会合体薄膜であることを特徴とする＜３＞に記載の光信号変調装置である。
＜６＞ 前記制御光または前記パラレル信号光における光路の中途に、前記制御光または前記パラレル信号光を時間的に異なる複数の制御光またはパラレル信号光に分割する遅延素子が配されてなることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１に記載の光信号変調装置である。
【００１０】
＜７＞ 進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光を空間光スイッチに照射するとともに、前記クロック信号光と同期し、かつ前記クロック信号光よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光を、前記クロック信号光と所定の角度を以って前記空間光スイッチに照射して、前記クロック信号光を選択的に透過または反射させてパラレル信号光を形成するパラレル信号光形成工程と、前記パラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する集光工程と、を有する光信号変調方法であって、
前記クロック信号光、前記制御光、および、前記パラレル信号光からなる群から選ばれるいずれかの光における光路の中途で、空間パターンを付与することでパラレル信号光形成工程で最終的に得られるパラレル信号光に空間パターン情報を付与し、かつ、集光工程で形成されるシリアル信号光に光変調情報を付与することを特徴とする光信号変調方法である。
【００１１】
＜８＞ 前記クロック信号光が、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなることを特徴とする＜７＞に記載の光信号変調方法である。
＜９＞ 前記空間光スイッチが、光スイッチ薄膜であることを特徴とする＜７＞または＜８＞に記載の光信号変調方法である。
＜１０＞ 前記空間光スイッチが、反射型の光スイッチであることを特徴とする＜７＞に記載の光信号変調方法である。
【００１２】
＜１１＞ 前記光スイッチ薄膜が、スクエアリリウム色素のＪ会合体からなる色素会合体薄膜であることを特徴とする＜９＞に記載の光信号変調方法である。
＜１２＞ 前記制御光または前記パラレル信号光における光路の中途に、前記制御光または前記パラレル信号光を時間的に異なる複数の制御光またはパラレル信号光に分割する遅延素子が配されてなることを特徴とする＜７＞〜＜１１＞のいずれか１に記載の光信号変調方法である。
【００１３】
＜１３＞ 光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段と、該クロック信号光発生手段で発生したクロック信号光を光変調させる１個あるいは複数個の光信号変調装置と、からなる光コード生成装置であって、前記光信号変調装置の少なくとも１個が、＜１＞〜＜６＞のいずれか１に記載の光信号変調装置であることを特徴とする光コード生成装置である。
【００１４】
＜１４＞ 光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生工程と、該クロック信号光発生工程で発生したクロック信号光を光変調させる光信号変調工程と、からなる光コード生成方法であって、前記光信号変調工程が、＜７＞〜＜１２＞のいずれか１に記載の光信号変調方法により光信号変調を行うものであることを特徴とする光コード生成方法である。
【００１５】
本発明は、進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光を、制御光によりパラレル信号光として切り出して、さらに該パラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する過程の中で、空間パターン情報を付与することに特徴がある。すなわち、前記シリアル信号光および前記制御光は、いずれも進行方向に垂直な面内で広がりのある光であり、また前記パラレル信号光は、進行方向に対して垂直方向に位置が分散された信号光の束であり、これらいずれかの光を面として制御して空間パターンを付与し、最終的なパラレル信号光（本発明において、「最終的なパラレル信号光」とは、前記シリアル信号光または前記制御光を制御する場合には、パラレル信号光そのもののことを指し、パラレル信号光を制御する場合には、当該制御後のパラレル信号光のことを指す。）に空間パターン情報を付与し、これを集光することで、テラビット級の光パルス列からなる情報を含むシリアル信号光を生成するものである。
【００１６】
本発明によれば、例えば１次元的なパルス列からなる入力信号光を、一旦進行方向に垂直な面内で広がりのあるクロック信号光に変換した上で、クロック信号光を、一旦２次元的な面として置き換え、すなわち一定の時間を面として切り出し、これを面として変調を加えた後、また１次元的なシリアル信号光に戻すことで、今まで制御することが困難だったテラビット級の光パルス列からなるクロック信号光の制御が可能となる。なお、入力信号光は、以上のように１次元的なパルス列からなるものであってもよいが、当初から進行方向に垂直な面内で広がりのあるものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、「光信号変調装置および光信号変調方法」および「光コード生成装置および光コード生成方法」に分けて説明する。
Ａ：光信号変調装置および光信号変調方法
光信号変調装置および光信号変調方法について、好ましい実施形態を挙げて詳細に説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の光信号変調装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光信号変調装置は、レンズ２と、光空間スイッチである光スイッチ薄膜４と、制御光発生手段（不図示）からの光を射出する光ファイバー１２、およびレンズ１４からなる制御光照射手段６と、空間変調手段である空間変調器８と、集光手段である集光レンズ１０と、から構成される。まず、本実施形態の光信号変調装置における各構成要素について説明する。
【００１９】
レンズ２は、拡大した入力信号光１６を進行方向に垂直な面内で広がりのある（進行方向に対して、面で進行する）、かつ、断面積が変動しない光、すなわち平行光であるシリアル信号光１８を形成するものである。当該機能を有するものであれば、特にその構成は限定されるものではない。本実施形態においては、繰り返し周期１ｐｓ、パルス幅３００ｆｓの入力信号光１６を、レンズ２によりビーム径１０ｍｍのクロック信号光１８とした。
【００２０】
なお、本発明において、入力信号光１６としては、進行方向に垂直な面内で広がりのあるものであれば、その断面積が変動する（拡大または縮小する）光であっても構わない。また、本実施形態においては、入力信号光１６として、光ファイバーからの１次元的な光を用いて説明するが、入力信号光１６として当初から進行方向に垂直な面内で広がりのあるもの（２次元的な光）を用いれば、レンズ２は不要となる。
【００２１】
光空間スイッチである光スイッチ薄膜４は、空間変調器８により空間変調された後の制御光２０’が入射中に光透過率が増加し、クロック信号光１８を透過し得る機能を有する。
本発明に用いられる光スイッチ薄膜４としては、たとえば特開平１１−２８２０３４号公報の段落番号０００９〜段落番号００１９間に開示されているスクエアリリウムＪ会合体からなる色素会合体薄膜が好ましいものとして挙げられる。また、特願平１１−１２５２５４号の段落番号００３９〜段落番号００７４間に開示されている色素会合体膜、並びに第１〜５の実施の形態の色素会合体Ａからなる光スイッチも、好ましいものとして挙げられる。
【００２２】
その他、高速光応答性を持つ光スイッチ薄膜の材料として、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）化合物半導体、ＡｌＰｃ−Ｆ（フルオロ−アルミニウムフタロシアニン）、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。また、波長変換材料であるＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）などを用いることもできる。
【００２３】
本実施形態において、光スイッチ薄膜４としては、特願平１１−１２５２５４号の段落番号００５５に記載の色素会合体Ａ（スクエアリリウムＪ会合体薄膜）を用いた。当該色素会合体Ａには、非線形光学効果があり、エネルギー密度０．１Ｊ／ｍ2以上の光パルスが入射されると光透過率が増大する。
【００２４】
制御光照射手段６は、入力信号光１６と同期し、かつ入力信号光１６よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光２０を形成し、後述の空間変調器８により空間パターンが付与された制御光２０’がクロック信号光１８と所定の角度を以って空間光スイッチ４に照射される。本実施形態において、制御光２０のエネルギーは５０μＪ（エネルギー密度として、約０．６４Ｊ／ｍ2）とした。
【００２５】
「クロック信号光と同期」するとは、入力信号光１６から変換された、制御すべきクロック信号光１８と同時に空間光スイッチ４に照射されるように、タイミングを合わせて制御光２０が照射されることを示す。
制御光２０は、入力信号光１６よりも周期（繰り返し周期）が長く、本実施形態においては、具体的には、入力信号光１６の１００倍、すなわち１００ｐｓである。
制御光２０の波長は、使用する光スイッチ薄膜４の種類により異なり、光スイッチ薄膜４が光スイッチングされるものを適宜選択すればよい。
【００２６】
空間変調手段である空間変調器８は、制御光２０の光路に配され、制御光２０の空間的な強度分布を面で制御する（空間変調する）機能を有する。すなわち、空間変調器８は、複数のチャンネルを持ち、各チャンネルは独立に光を透過あるいは遮断する。空間変調器８の具体的な構成としては、空間変調する機能を有していれば特に制限はなく、固定的なものでもよいし、書き換えが可能な液晶などの空間変調素子、面状に配列されたシャッター、面状に配列されたミラー、ダイナミックに書き換え可能なホログラム等を使用することができる。
集光手段である集光レンズ１０は、空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２を集光してシリアル信号光２４を形成する機能を有する。
【００２７】
次に、本実施形態の光信号変調装置を用いてクロック信号光を変調する方法（本発明の光信号変調方法）について説明する。
図１に示すように、光ファイバー２６の端部からテラビット級の入力信号光１６が射出されると、入力信号光１６は拡大（拡散）する。当該拡大した入力信号光１６がレンズ２に照射されると、ビーム径１０ｍｍのクロック信号光１８が形成される。クロック信号光１８は、そのまま進行し光スイッチ薄膜４に照射される。
【００２８】
光ファイバー１２より射出された制御光発生手段（不図示）からの光は、拡大（拡散）しつつレンズ１４に照射され、進行方向に垂直な面内で広がりのある（具体的には、ビーム径１０ｍｍの平行光である）制御光２０となる（制御光照射手段）。制御光２０は、入力信号光１６に同期しており、繰り返し周期１００ｐｓ、パルス幅３００ｆｓの光パルスである。
【００２９】
制御光２０の光路には、空間変調器８が配され、空間的な強度分布が制御され、空間パターンが付与された制御光２０’となる。制御光２０’は、そのまま進行し、クロック信号光１８と所定の角度を以って光スイッチ薄膜４に照射される。本実施形態において、クロック信号光１８と制御光２０’との為す角としては、１７°とした。この場合、パラレル信号光２２の各チャンネルの間隔は約１ｍｍであり、ビーム径１０ｍｍに対して最大１０個のチャンネルを取ることができる。本発明において、上記「所定の角度」は、光スイッチ薄膜４の面積、所望とするチャンネル数、入力信号光１６（またはクロック信号光１８）および制御光２０の繰り返し周期・波長、クロック信号光１８および制御光２０のビーム径、等から決定される。
【００３０】
既述の如くクロック信号光１８は、光スイッチ薄膜４に垂直に照射され、制御光２０’は斜めに照射されている。従って、制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射される時刻は、光スイッチ薄膜４の位置により異なる。すなわち、制御光２０’は最初にＰ点に当たり、経時とともに照射箇所が図１における上方へ移動し、一定時間経過後にＱ点に照射されることになる。例えば、制御光２０’がＰ点に照射されるのと同時にクロック信号光１８の第１パルスが入射すると、Ｐ点のみが制御光２０’の作用で光透過率が増加しているため、Ｐ点に当たったクロック信号光１８の第１パルスのみが光スイッチ薄膜４を透過し、その他の部分に当たったクロック信号光１８の第１パルスは、透過率が低いため光スイッチ薄膜４に吸収されてしまい透過しない。このように入射したクロック信号光１８のパルスが、制御光２０’の照射された場所により順次切り出され、最後にＱ点に当たったクロック信号光１８の最終パルスが光スイッチ薄膜４を透過し、パラレル信号光２２が形成される。既述の如く制御光２０’には、空間パターンが付与されているので、得られるパラレル光２２にも空間パターン情報が付与される。かかる空間パターン情報の付与について、図２を用いて、より詳細に説明する。
【００３１】
図２は、本実施形態において、クロック信号光１８をパラレル信号光２２に変調し、さらに該パラレル信号光２２を集光してシリアル信号光２４を形成する流れを説明するための概略構成図である。本実施形態では、１パルスの制御光２０で１００パルスの入力信号光１６に変調信号を付与することも可能であるが、図２においては、説明の簡略化のため、入力信号光１６（クロック信号光１８）のパルス４つ（▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼）を切り出して、１つの制御光２０で変調する例を示している。
【００３２】
制御光２０は、空間変調器８により空間パターンが付与される。空間変調器８は、図３に示すように複数のチャンネルを持ち、各チャンネルは独立に光を透過あるいは遮断する。図３においては、図２に対応して、チャンネル数はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つとなっている。
【００３３】
空間変調器８により、図２に示すようにチャンネルＣの部分のみ制御光２０を遮断した空間パターンが付与された制御光２０’は、時間差をもって光スイッチ薄膜４に照射される。
【００３４】
チャンネルＡを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されると同時に、クロック信号光１８のパルス▲１▼が照射されると、チャンネルＡを透過した制御光２０’が照射された部分のみ光スイッチ薄膜４の透過率が向上しているため、その部分のパルス▲１▼のみが光スイッチ薄膜４を透過し、他の部分では透過しない。
【００３５】
次に、チャンネルＢを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されると同時に、クロック信号光１８のパルス▲２▼が照射されると、チャンネルＢを透過した制御光２０’が照射された部分のみ光スイッチ薄膜４の透過率が向上しているため、その部分のパルス▲２▼のみが光スイッチ薄膜４を透過し、他の部分では透過しない。
【００３６】
また、チャンネルＣの部分では、既述の如く制御光２０は遮断されているため、仮に制御光２０がチャンネルＣを透過したのであれば、制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されたであろうタイミングに照射されるクロック信号光１８のパルス▲３▼は、いずれの位置においても透過しない。
【００３７】
さらに、チャンネルＤを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射されると同時に、クロック信号光１８のパルス▲４▼が照射されると、チャンネルＤを透過した制御光２０’が照射された部分のみ光スイッチ薄膜４の透過率が向上しているため、その部分のパルス▲４▼のみが光スイッチ薄膜４を透過し、他の部分では透過しない。
【００３８】
以上のようにして、空間パターン情報が付与されたパラレル光２２が形成される（図２のパラレル信号光２２の▲１▼，▲２▼，▲３▼，▲４▼参照）（パラレル信号光形成工程）。
得られた空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２は、そのまま進行し、集光手段である集光レンズ１０で集光されて端部から光ファイバー２８に集められると、空間変調器８のパターンに対応して特定のパルス▲３▼が遮断された時間的信号列からなるシリアル信号光２４が、出力光として生成される（集光工程）。
【００３９】
図２に示すようにクロック信号光１８に空間パターン情報が付与された場合における、クロック信号光１８（および、入力信号光１６）の光パルス、パラレル信号光２２の各チャンネルごとの光パルス、およびシリアル信号光２４である出力光の光パルスを、図４に示す。図４に示すようにテラビット級の光パルス列からなるクロック信号光に、情報が付与されて出力光が出力されていることがわかる。
【００４０】
本実施形態では、クロック信号光として、繰り返し周期１ｐｓのパルス列を用いており、本発明においてはこのようにフェムト秒パルスのクロック信号光を制御することが可能であるが、本発明においてはフェムト秒オーダーには限定されず、例えば、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなるクロック信号光について制御することが可能である。
【００４１】
なお、空間変調器８を配置する場所は、本実施形態では、制御光２０の光路にしたが、本発明においては、クロック信号光１８の光路、制御光２０とクロック信号光１８とが重なる光スイッチ薄膜４の直前、パラレル信号光２２の光路など、面で空間パターンを付与し得る場所であれば、如何なる場所に配置することも可能である。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の光信号変調装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光信号変調装置は、各部材の位置関係、および、光スイッチ薄膜４の代わりに反射型の空間光スイッチ４’が用いられている点が、第１の実施形態の光信号変調装置と異なっている。その他、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には、第１の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
入力信号光１６が平行化されて形成されたクロック信号光１８が斜めに入射するように、空間光スイッチ４’を配置する。また、制御光発生手段（不図示）からの光を射出する光ファイバー１２、およびレンズ１４からなる制御光照射手段６は、制御光２０が空間光スイッチ４’に対してほぼ垂直に入射するように配置する。なお、本実施形態において、クロック信号光１８と制御光２０との為す角としては、第１の実施形態と同様１７°とした。
【００４４】
本実施形態において、空間光スイッチ４’は、反射型の光スイッチであり、反射体表面あるいは透明な基板の裏面等に、光スイッチ薄膜を形成した構成である。例えば、光スイッチ薄膜自体、第１の実施形態で用いた光スイッチ薄膜と同一のものを用い、反射体表面にこれを形成したものや、シリコン基板上に形成した低温成長Ｂｅドープ歪ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓのＭＱＷ（多重量子井戸）等を挙げることができる。
空間光スイッチ４’に制御光が入射しないときには、クロック信号光１８の反射率は０に近く、制御光２０が入射している間だけクロック信号光１８の反射率が増加する。
【００４５】
以下、第１の実施形態と同様に、説明の簡略化のため、入力信号光１６（クロック信号光１８）のパルス４つを切り出して、１つの制御光２０で変調する例を示しながら説明する。
クロック信号光１８の第１パルスは点Ｐにおいて制御光２０と同時に空間光スイッチ４’に照射され、第４パルスは点Ｑにおいて制御光２０と同時に空間光スイッチ４’に照射される。また、第２パルスおよび第３パルスは、点Ｐと点Ｑとの間で制御光２０と同時に空間光スイッチ４’に照射される。
【００４６】
制御光２０が空間光スイッチ４’に入射している間だけ空間光スイッチ４’の反射率が増加するので、クロック信号光１８の各パルスは点Ｐ〜点Ｑ間の異なる位置で反射されパラレル信号光２２’（各パルスが面状に切り出されたパラレル信号光）が形成される。出力側（パラレル信号光２２’の光路）に配置された空間変調器８により、空間パターンが付与され、透過するパルスと遮られるパルスとが選別され、空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２となる。
【００４７】
パラレル信号光２２は、そのまま進行し、集光手段である集光レンズ１０で集光されて端部から光ファイバー２８に集められると、空間変調器８の空間パターンに対応して特定のパルスが遮断された時間的信号列からなるシリアル信号光２４が、出力光として生成される。
【００４８】
なお、空間変調器８を配置する場所は、本実施形態では、パラレル信号光２２’の光路にしたが、本発明においては、第１の実施形態同様の制御光２０の光路や、クロック信号光１８の光路など、面で空間パターンを付与し得る場所であれば、如何なる場所に配置することも可能である。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の光信号変調装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光信号変調装置は、制御光照射手段６のレンズ１４と、空間変調手段である空間変調器８と、の間に遅延素子３０が配されている点が、第１の実施形態の光信号変調装置と異なっている。また、制御光２０の１つのパルスを、遅延器により４ｐｓの時間差（遅延）を有する２つのパルスに分割し、繰り返し周期１ｐｓの入力信号光１６（クロック信号光１８）のパルス８つを切り出して変調する構成となっている。その他、第１の実施形態と同様の機能を有する部材には、第１の実施形態と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
遅延素子３０は、制御光の進行を場所により遅延させる機能を有する部材であり、当該機能を有するものであれば如何なる構成のものでも採用することができるが、本実施形態では、透明媒質の屈折率を利用したものを用いた。すなわち図７に示すように、遅延素子３０内部は、透明媒質の存在する下部３２と、透明媒質がなくそのまま空気が存在する上部３４と、から構成されており、遅延素子３０において制御光２０は上下に２分される。空気中と透明媒質中の屈折率差により光路長に差が生じて、上部３４を透過した制御光２０のパルスが先に進み、下部３２を透過した制御光のパルスは遅れて進行する。なお、本実施形態の説明では、遅延素子３０を便宜的に「上部」および「下部」と分けて説明するが、これは単に図７における位置関係を示すものであり、重力における上下関係を意味するものではない。
【００５１】
本実施形態においては、２．４ｍｍのガラス（屈折率１．５）を透明媒質として用いた。上部３４を透過した制御光２０のパルスと、下部３２を透過した制御光のパルスとは、図７に示すように、４ｐｓの時間差（遅延）が生じる。なお、透明媒質としては、かかる形状・性質のガラスに限定されるものではなく、異なる厚み・屈折率のガラスや他の材質（アクリル等）を、所望の遅延となるように選択して用いることができる。
【００５２】
なお本実施形態では、遅延素子３０として、透明媒質の有無により上下に２分割された２チャンネルのものを用いているが、本発明においては、透明媒質の厚みや材質を適宜選択して、２以上並べて配置することにより、３つ以上に分割された３チャンネル以上の遅延素子を選択することもできる。
【００５３】
遅延素子３０により、上下で時間差が生じた制御光２０は、その遅延差を維持したまま空間変調器８に照射され空間パターンが付与される。空間変調器８は、図８に示すように複数のチャンネルを持つ。具体的には、縦方向に２、横方向に４、合計８個のチャンネル（Ａ〜Ｈ）を持ち、各チャンネルは独立に光を透過あるいは遮断する。
【００５４】
遅延素子３０の上部３４を透過した制御光２０のパルス（以下、「先行光」という場合がある。）は、空間変調器８の空間変調器８のチャンネルＡ〜Ｄに入射し、遅延素子３０の下部３２を透過した制御光２０のパルス（以下、「遅行光」という場合がある。）は、４ｐｓ遅れて空間変調器８のチャンネルＥ〜Ｈに入射する。そして、空間変調器８により空間パターンが付与された制御光２０’が、クロック信号光１８と所定の角度を以って光スイッチ薄膜４に照射される。本実施形態において、クロック信号光１８と制御光２０’との為す角としては、１７°とした。
【００５５】
本実施形態においても、クロック信号光１８は、光スイッチ薄膜４に垂直に照射され、制御光２０’は斜めに照射されている。従って、制御光２０’が光スイッチ薄膜４に照射される時刻は、光スイッチ薄膜４の位置により異なる。また、既述の如く本実施形態では、遅延素子３０の働きにより、「先行光」と「遅行光」とで制御光２０’自体光スイッチ薄膜４への到達時刻に差が生じている。以下、空間変調器８により制御光２０’空間パターンが何ら付与されていない状態を仮定して、本実施形態における空間パターン情報の付与について説明する。
【００５６】
最初に先行光のうちチャンネルＡを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ点に照射され、光スイッチ薄膜４の当該部分の光透過率が増加し、クロック信号光１８の第１のパルスが透過して切り出される。次に１ｐｓ遅れで順次、先行光のチャンネルＢ〜Ｄを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ〜Ｑ点間に照射され、第２〜第４のパルスが透過して切り出される。
【００５７】
そして４ｐｓ遅れで、遅行光のうちチャンネルＥを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ点（正確には、チャンネルＡを透過した制御光２０’が照射される位置とは、図６における図面の厚み方向に異なる位置。以下、遅行光と先行光との関係において同様。）に照射される。さらに１ｐｓ遅れで順次、遅行光のチャンネルＦ〜Ｈを透過した制御光２０’が光スイッチ薄膜４のＰ〜Ｑ点間に照射され、第５〜第８のパルスが透過して切り出される。このようにして空間パターン情報が付与されたパラレル信号光２２が形成される。
【００５８】
以上、制御光２０’に空間パターンが付与されていない状態を仮定して説明したが、実際には空間変調器８により空間パターンが付与されており、クロック信号光１８の第１〜第８のパルスのうち、いずれかがパルスとして切り出されない場合がある。
パラレル信号光２２は、そのまま進行し、集光手段である集光レンズ１０で集光されて端部から光ファイバー２８に集められると、空間変調器８の空間パターンに対応して特定のパルスが遮断された時間的信号列からなるシリアル信号光２４が、出力光として生成される。
【００５９】
以上のように本実施形態では、２チャンネルの遅延素子と２×４＝８チャンネルの空間変調器で透過信号を制御して、８ビットの信号を生成した。ｎチャンネルの遅延素子を用いて制御光を時間的に異なるｎ個のチャンネルに分けた上で、さらにｎ×ｍの空間変調器を用いて透過光を空間的に制御することにより、ｎ×ｍビットの信号を生成することも可能である。
【００６０】
なお、空間変調器８を配置する場所は、本実施形態では、制御光２０の光路にしたが、本発明においては、クロック信号光１８の光路、制御光２０とクロック信号光１８とが重なる光スイッチ薄膜４の直前、パラレル信号光２２の光路など、面で空間パターンを付与し得る場所であれば、如何なる場所に配置することも可能である。また、遅延素子３０を配置する場所は、本実施形態では制御光２０の光路の中途としたが、本発明においてはパラレル信号光２２の光路の中途にすることも可能である。
【００６１】
以上、本発明の光信号変調装置および光信号変調方法について、３つの実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の構成を具備する限り、従来公知の如何なる構成をも転用および／または付加することができる。特に、上記３つの実施形態における具体的な数値は、いずれも構成を説明するために便宜的に用いたものであり、本発明を具現化するに当たり、当業者は、所望とする作用・効果に応じて自由に設計することができる。
【００６２】
なお、光変調すべきクロック信号光として、規則的なパルス列からなるクロック信号光を例に挙げて説明したが、本発明において制御し得るクロック信号光は、既に光変調が施された信号光であってもよく、本発明において「クロック信号光」というときは、かかる信号光を含む概念とする。
【００６３】
Ｂ：光コード生成装置および光コード生成方法
以上説明した本発明の光信号変調装置において、制御すべき対象となるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段を具備させれば、光コード生成装置となる。すなわち、本発明の光コード生成装置は、光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段と、該クロック信号光発生手段で発生したクロック信号光を光変調させる１個あるいは複数個の光信号変調装置と、からなる光コード生成装置であって、前記光信号変調装置の少なくとも１個が、既述の本発明の光信号変調装置であることを特徴とするものである。
【００６４】
同様に、本発明の光コード生成方法は、光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生工程と、該クロック信号光発生工程で発生したクロック信号光を光変調させる光信号変調工程と、からなる光コード生成方法であって、前記光信号変調工程が、既述の本発明の光信号変調方法により光信号変調を行うものであることを特徴とするものである。
【００６５】
クロック信号光発生手段としての、あるいは、クロック信号光発生工程に用いることができるクロック信号光発生装置としては、１０ｐｓ以下の光パルス列を発生できるものであれば、特に制限はないが、たとえば、超高速・超短パルス光源としてモード同期半導体レーザが研究されており、Ｓ．Ａｒａｈｉｒａ ｅｔａｌ．，''Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ−ｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ ｐａｓｓｉｖｅｌｙ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ''，ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１１，１９９４，ｐｐ．８３４−８３６．において報告されている、パルス繰り返しレートが１．５４ＴＨｚのモード同期半導体レーザ等を挙げることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、テラビット級のクロック信号光に、光学的な手段を用いて変調をかけて、空間変調器のチャンネル数に応じたビット数の光パルス列を生成することができる。すなわち、空間変調器の空間パターンに応じて、任意のビットのパルスをＯＮあるいはＯＦＦにしたパルス列が生成される。このパルス列は、テラビット級の光通信システムで光伝送路に送出するパケットのヘッダーとして利用することができ、また処理できるチャンネル数を増すことにより、パケット信号本体の生成にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光信号変調装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】 図１において、クロック信号光からシリアル信号光を形成するまでの流れを説明するための概略構成図である。
【図３】 図１の光信号変調装置に用いられた空間変調器の模式平面図である。
【図４】 クロック信号光の光パルス、パラレル信号光の各チャンネルごとの光パルス、およびシリアル信号光である出力光の光パルスの一例を示す図である。
【図５】 本発明の光信号変調装置の他の一例を示す概略構成図である。
【図６】 本発明の光信号変調装置のさらに他の一例を示す概略構成図である。
【図７】 図６の光信号変調装置に用いられた遅延素子の概略構成図である。
【図８】 図６の光信号変調装置に用いられた空間変調器の模式平面図である。
【符号の説明】
２ レンズ（平行化手段）
４ 光スイッチ薄膜（空間光スイッチ）
４’ 空間光スイッチ
６ 制御光照射手段
８ 空間変調器（空間変調手段）
１０ 集光レンズ（集光手段）
１２ 光ファイバー
１４ レンズ
１６ 入力光
１８ クロック信号光
２０、２０’ 制御光
２２ パラレル信号光
２４ シリアル信号光
２６ 光ファイバー
２８ 光ファイバー
３０ 遅延素子
３２ 遅延素子下部
３４ 遅延素子上部
Claims (14)
- 進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光が照射される空間光スイッチと、
前記クロック信号光と同期し、かつ前記クロック信号光よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光を、前記クロック信号光と所定の角度を以って前記空間光スイッチに照射する制御光照射手段と、
前記クロック信号光、前記制御光、および、前記クロック信号光が前記空間光スイッチを選択的に透過または反射して形成されるパラレル信号光、からなる群から選ばれるいずれかの光における光路の中途に配され、最終的なパラレル信号光に空間パターン情報を付与する空間変調手段と、
前記最終的なパラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する集光手段と、
を有することを特徴とする光信号変調装置。 - 前記クロック信号光が、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなることを特徴とする請求項１に記載の光信号変調装置。
- 前記空間光スイッチが、光スイッチ薄膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の光信号変調装置。
- 前記空間光スイッチが、反射型の光スイッチであることを特徴とする請求項１または２に記載の光信号変調装置。
- 前記光スイッチ薄膜が、スクエアリリウム色素のＪ会合体からなる色素会合体薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の光信号変調装置。
- 前記制御光または前記パラレル信号光における光路の中途に、前記制御光または前記パラレル信号光を時間的に異なる複数の制御光またはパラレル信号光に分割する遅延素子が配されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の光信号変調装置。
- 進行方向に垂直な面内で広がりのある光パルス列からなるクロック信号光を空間光スイッチに照射するとともに、前記クロック信号光と同期し、かつ前記クロック信号光よりも周期の長い、進行方向に垂直な面内で広がりのある制御光を、前記クロック信号光と所定の角度を以って前記空間光スイッチに照射して、前記クロック信号光を選択的に透過または反射させてパラレル信号光を形成するパラレル信号光形成工程と、前記パラレル信号光を集光してシリアル信号光を形成する集光工程と、を有する光信号変調方法であって、
前記クロック信号光、前記制御光、および、前記パラレル信号光からなる群から選ばれるいずれかの光における光路の中途で、空間パターンを付与することでパラレル信号光形成工程で最終的に得られるパラレル信号光に空間パターン情報を付与し、かつ、集光工程で形成されるシリアル信号光に光変調情報を付与することを特徴とする光信号変調方法。 - 前記クロック信号光が、繰り返し周期１０ｐｓ以下の光パルス列からなることを特徴とする請求項７に記載の光信号変調方法。
- 前記空間光スイッチが、光スイッチ薄膜であることを特徴とする請求項７または８に記載の光信号変調方法。
- 前記空間光スイッチが、反射型の光スイッチであることを特徴とする請求項７または８に記載の光信号変調方法。
- 前記光スイッチ薄膜が、スクエアリリウム色素のＪ会合体からなる色素会合体薄膜であることを特徴とする請求項９に記載の光信号変調方法。
- 前記制御光または前記パラレル信号光における光路の中途に、前記制御光または前記パラレル信号光を時間的に異なる複数の制御光またはパラレル信号光に分割する遅延素子が配されてなることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１に記載の光信号変調方法。
- 光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生手段と、該クロック信号光発生手段で発生したクロック信号光を光変調させる１個あるいは複数個の光信号変調装置と、からなる光コード生成装置であって、前記光信号変調装置の少なくとも１個が、請求項１〜６のいずれか１に記載の光信号変調装置であることを特徴とする光コード生成装置。
- 光パルス列からなるクロック信号光を発生させるクロック信号光発生工程と、該クロック信号光発生工程で発生したクロック信号光を光変調させる光信号変調工程と、からなる光コード生成方法であって、前記光信号変調工程が、請求項７〜１２のいずれか１に記載の光信号変調方法により光信号変調を行うものであることを特徴とする光コード生成方法。
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