JP3844918B2 - 光位相制御器及び光スイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関し、特には、ヒータを使った光スイッチにおける、入力光を出力路に切り替える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光スイッチは、入力光を出力路へ切り替える装置である。例えば、入力光が入力ファイバから光スイッチに入力したとき、光は、２つの出力ファイバの内の１つを介して光スイッチを出ていく。これは、１入力２出力スイッチ、あるいは、１対２スイッチであり、最も基本的なスイッチである。２対２、１対Ｎ、Ｎ対Ｎスイッチのようにより複雑なスイッチもある。これらは、１対２スイッチを組み合わせて実現される。
【０００３】
最も一般的な光路（光スイッチを介して入力光がたどる路）を切り替える方法は、機械的なものである。スイッチは、プリズム、ミラー、ファイバの一部などの動く部分を有しており、これは、光路を切り替えるために機械的に動かされる。機械的スイッチは、切り替え速度が遅く、切り替え動作の信頼性が薄いという欠点を持っている。このため、研究者は、機械的でないスイッチを開発しようとしてきた。ある実用的な非機械的スイッチは、磁気光学的スイッチであり、ファラデー回転を使用した光スイッチであり、ＦＤＫによって製品化されている。非機械的スイッチの他のタイプは、液晶を使っているが、液晶そのものの信頼性に問題がある。
【０００４】
図１は、マッハツェンダ干渉計に基づいた、従来技術のバルクの切り替え装置１０の例を示している。マッハツェンダ干渉計は周知である。バルクの切り替え装置１０は、入力光Ａを受光する。入力光Ａは、入力光Ａのパワーの半分をパスＡ1に通し、他の半分をパスＡ2に通すような、従来の５０／５０カプラ（あるいは、分波器）１２を用いてパスＡ1とＡ2に分岐される。５０／５０カプラは、３ｄＢカプラとも呼ばれる。
【０００５】
パスＡ1を進む入力光Ａの一部は、５０／５０カプラ（あるいは、分波器）２２に向かって、ミラー１４により反射される。パスＡ2を進む入力光Ａの一部は、ガラスブロック１６（その上にヒータ１８が設けられている）を通って進み、５０／５０カプラ（あるいは、分波器）２２に向かってミラー２０により反射される。そして、５０／５０カプラ２２は、パスＡ1から到着する光とパスＡ2から到着する光を再び合波して、出力光ＢとＣとする。出力光Ｂと出力光Ｃに含まれるパワーは、パスＡ1から到着する光とパスＡ2から到着する光の間の相対位相によって決まる。すなわち、パスＡ1からの光は、パスＡ2からの光と、位相が一致している（Ａ1とＡ2を進む光の位相が０ラジアンあるいは、２πの整数倍ラジアン異なっている）、位相がはずれている（Ａ1とＡ2を進む光の位相がπ／２ラジアン、あるいは、π／２の奇数倍ラジアン異なっている）、あるいは、反対の位相となっている（Ａ1とＡ2を進む光の位相がπラジアン、あるいは、πの奇数倍異なっている）などである。従って、入力光Ａは、出力路Ｂと出力路Ｃの間で切り替えられる。
【０００６】
バルクの切り替え装置１０は、温度変化に基づいて、出力路を切り替える光スイッチである。特には、パスＡ1とＡ2から５０／５０カプラに到着する光の間の相対位相は、ガラスブロック１６を熱するためのヒータ１８を用いることによって、ガラスブロック１６によって変えることが出来、ガラスブロック１６の屈折率を変え、出力路ＢとＣ間で出力路を切り替える。しかし、ガラスブロック１６は、５ｍｍ×５ｍｍあるいは１ｃｍのオーダで、比較的大きいので、温度変化は、非常にゆっくりとしている。従って、パスＢとＣの間で出力光を切り替えるためには、数分必要であり、光波システムにおいては、遅すぎて実用的でない。図２は、従来技術において、ヒータ１８を有するガラスブロック１６の断面図である。ガラスブロック１６は、光ビーム２４を含んでおり、パスＡ2に沿って進む光が通過する。
【０００７】
速度が遅いので、バルク切り替え装置１０は、光スイッチとしては実用的ではない。
現在、光導波路を用いた、非機械的スイッチが試作されている。しかし、光導波路スイッチは、大きな挿入損失とクロストークのため、使用されていない。
【０００８】
従来の導波路スイッチの例が図３Ａに示されており、これは、マッハツェンダ干渉計スイッチ２６を示している。図３Ａに示されるように、ファイバ２７を進む入力光Ａは、ガラス（あるいは他の結晶の）基板３０の表面に形成された入力導波路２８に入射し、入力光Ａは、導波路２８の２つの分岐Ａ1とＡ2に分波される。分岐（あるいは、パス）Ａ1とＡ2を進む光は、２つの出力導波路ＢあるいはＣの１つに合波され、それぞれの出力導波路は、それぞれのファイバに結合する。ここで、出力光は、２つの分岐Ａ1とＡ2を介して進む光間の光位相差に従って、２つの導波路Ｂ、あるいは、Ｃの１つを進むことができる。もし、２つの分岐の１つ、例えば、Ａ2、がヒータ３２により熱せられると、導波路Ａ2の温度変化は、パスＡ2の屈折率を変化させ、Ａ2を進む光の光位相を変化させる。従って、ヒータ３２に電流を入力することによって、光路をＢとＣの間で切り替える。ヒータ３２は、例えば、ガラス面３０上の金属被覆であり、導波路Ａ2に取り付けられる。
【０００９】
ヒータ３２を含む基板３０の断面３４が図３Ｂに示されている。図３Ｂに示されるように、ヒータ３２は、基板３０の表面Ｓであって、導波路Ａ2の横に設けられており、導波路Ａ2を含む領域３６を熱する。領域３６は、通常、直径が２０〜３０マイクロメータであり、導波路Ａ2の直径は、通常、１０マイクロメータであり、ヒータ３２によって与えられる導波路Ａ2の温度変化は非常に速く、従って、スイッチ２６の切り替え速度が非常に速いということを意味している。しかし、導波路Ａ2は、基板３０の表面に形成されており、基板３０に囲まれていないので、導波路Ａ2は、非対称であり、導波路Ａ2内を進む光の偏波に影響を与える。導波路Ａ2内を進む光の偏波は、光の水平成分と光の垂直成分が異なる速度で進み、結果として、導波路Ａ2の端に来たとき、異なる光位相を有するというように影響を受ける。従って、導波路Ａ2を進む光の水平振動は、導波路Ａ2を進む光の垂直振動と異なり、分岐Ａ1を進む光と分岐Ａ2を進む光の干渉が適切でなく、干渉計（あるいは、スイッチ）２６からの出力がおかしくなってしまう。
【００１０】
スイッチ２６は、ガラス、あるいは、他の結晶基板上に掲載されるので、製造するのに非常に高価である。スイッチ２６は、また、製造するのが難しい。更に、スイッチ２６は、上述したように、偏波に依存し、ファイバを進む光の偏波状態を１／２〜１ｍあるいは、それ以上にわたって、ファイバに沿って維持することは出来ない。
【００１１】
図３Ａに示されるスイッチ２６は、IEEE Photonics Tecnology Letters, Vol. 10, No. 5, pp. 681-683、May 1998. Q. Lai著 “Low-Power Compact 2x2 Thermooptic Silica-on-Silicon Waveguide Switch With Fast Response”に説明されている。
【００１２】
更に、一般に、従来の光導波路装置は、入出力ファイバとの結合に関して問題を有している。
光ファイバと３ｄＢカプラを使用するマッハツェンダ干渉計も従来知られている。光ファイバ内を進む光の偏波状態を維持することは、複屈折（偏波保存）ファイバではなく、通常の（従来の）ファイバを使用するファイバ干渉計の多くにおいて、最も重要な問題の一つである。通常、ファイバを進む光の偏波状態は、１／２ｍの距離で変化する。
【００１３】
通常の光ファイバは、１／２〜１ｍ等の長い距離にわたって、中を進む光の偏波状態を維持できないことが問題である。従って、光ファイバを使ったマッハツェンダ干渉計への入力光の偏波状態が（例えば）垂直であるなら、第１の３ｄＢカプラを通り、ファイバを含む２分岐を長距離通り、第２の３ｄＢカプラに進んで後、２つの分岐のいずれか、または、両方からの光は、垂直の偏波を維持していない。従って、２分岐からの光は、マッハツェンダ干渉計の出力で、互いに適当な干渉を起こさず、光は、適当な出力路に転送されず、ある光は、不適切な出力路に転送されてしまう。複屈折（偏波保存）ファイバは、従来知られており、製品として手に入れることが出来るが、それ自体欠点を持っている。
【００１４】
従来の３ｄＢカプラの構成は、図４Ａと４Ｂに示されている。図４Ａに示されている３ｄＢカプラ３６は、ファイバをねじった後２つのファイバを融着することによって作られている。図４Ｂに示される３ｄＢカプラ３８は、それぞれのファイバの面の一方が削り取られた後、２つのファイバを密着することによって作られている。
【００１５】
マイケルソン干渉計も従来知られている。
従来よく知られている光サーキュレータは、非相反装置（通常、磁界を使って作られている）であり、いくつかの入力／出力ポートを持っており、光はあるポートに入射し、通常、時計回りに回転され、隣の隣接した出力ポートに回される。
【００１６】
本発明の課題は、速く、信頼性があり、製造が安価な光スイッチを提供することである。
本発明の他の課題は、速く、信頼性があり、製造が安価な光制御装置を提供することである。
【００１７】
本発明の更なる課題は、偏波に依存せず、切り替え速度の速い光スイッチを提供することである。
本発明の更なる課題は、ヒータによって熱せられた１つの光路が冷えるまで待つことなく、少なくとも２つのパス間で入力光を順次切り替える光スイッチを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
光ファイバと３ｄＢカプラを使用したマッハツェンダ干渉計は従来知られているが、本発明は、マッハツェンダ干渉計の１つの分岐である光ファイバの温度を制御する方法を提供する。更に、本発明は、本発明のヒータを使った光位相制御装置である。更に、本発明は、本発明のヒータを使用した光スイッチである。
【００１９】
本発明の一側面は、光ファイバを被覆するヒータである。マッハツェンダ干渉計の１以上の分岐の温度を本発明のヒータで変えることにより、光ファイバの屈折率は変化し、従って、光ファイバを進む光の光位相を変化させ、出力路間で出力光を切り替える。この原理を使えば、本発明のヒータを含む光スイッチを構成することができる。
【００２０】
本発明は、干渉計の分岐を形成する光ファイバと、分岐に入力光を分岐し、１つの分岐を熱するヒータを１つの分岐が含む分岐からの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラからなるマッハツェンダ干渉計である。
【００２１】
本発明は、干渉計の分岐を形成する光ファイバと、分岐に入力光を分岐し、１つの分岐を熱するヒータを１つの分岐が含む分岐からの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラからなるマイケルソン干渉計である。
【００２２】
更に、本発明は、光スイッチや、マッハツェンダ干渉計や、マイケルソン干渉計などの装置であり、光路の光を伝送する光ファイバと、光ファイバに結合し、入力光を光路に分岐し、出力光を出力路に再合波する３ｄＢカプラと、光路を形成する光ファイバの１つの一部を被覆し、光路を進む光の光位相を変化させるために光ファイバを熱するヒータとを含む。第２のヒータは、他の光ファイバの一部を被覆し、光路を進む光の相対位相を変化させるために光ファイバを熱する。検出器は、光路の１つと結合し、光路の漏洩光のパワーを検出し、ヒータ制御装置は、検出器とヒータに接続され、漏洩光のパワーに基づいてヒータを制御する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して詳細に実施形態について説明する。なお、同様の参照符号は、同様の構成要素を示す。
【００２４】
図５に、本発明のヒータ４０を示す。図５に示されるように、通常の光ファイバ４２は、抵抗金属４４によって被覆あるいはメッキされている。ファイバ４２は、完全に金属４４によって覆われている。金属４４は、好ましくは、金であるが、任意の材質でよい。金は、化学的に安定なので好ましい。金属４４の厚さと長さは、金属４４に望ましい電圧と電流を印加した場合に、本発明のヒータ４０が、十分な熱を発生するように設計される。例えば、金属４４の厚さは、好ましくは、０．１〜５０μｍ（マイクロメータ）であり、長さは、好ましくは、１〜２０ｍｍ（ミリメータ）である。本発明のヒータ４０は、金属４４の両側に位置する電極４６を含み、光ファイバに沿った金属に電流が流れるようにする。
【００２５】
マッハツェンダ干渉計が光路をある出力から他へ切り替えるためには、マッハツェンダ干渉計の２つの分岐間の光位相は、πだけ変えられなくてはならない。この位相変化は、本発明のヒータ４０の長さが１ｃｍである時には、〜１０℃の温度変化によって得られる。
【００２６】
図５に示されるように、本発明のヒータ４０は、光ファイバ４２を覆う、あるいは、被覆するが、従来では、ヒータ１８は、ガラスブロック１６に設けられているか、ヒータ３２は、導波路を有する基板３０の面（図３参照）に設けられている。従って、本発明のヒータ４０は、ヒータ４０のための領域が小さくてすみ、偏波依存がない他にも、従来のヒータ１８や３２に対して、いくつかの利点を有している。本発明のヒータ４０のために必要な領域が小さいことにより、ヒータ４０の、従って、ファイバ４２の温度変化が速い。このように、ファイバ４２の温度変化が速いことにより、ファイバ４２（及び、ヒータ４０）が光スイッチに使用されれば、切り替えを速くすることができる。ファイバ４２（導波路として働く）が短く（通常、１ｍｍ〜５０ｍｍであり、好ましくは、２〜３ｃｍ）、形状が対称的であり、従って、ファイバ４２を進む光は、水平方向と垂直方向で同じ環境にさらされることになるので、本発明のヒータ４０によって、被覆されるファイバ４２を進む光の偏波には依存しない。
【００２７】
従って、図５に示されるように、ファイバ４２を被覆する本発明のヒータ４０を含む光位相制御装置及び光スイッチは、偏波に依存しないという図１に示されるバルクのマッハツェンダ干渉計の利点と、高速の切り替え速度を実現する迅速な温度変化が得られるという、図３に示されるマッハツェンダ干渉計スイッチ２６（導波路２８を含む）の利点とを有する。
【００２８】
光ファイバを被覆する本発明のヒータ４０の構成の変形例は、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示されている。図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃにおいて、従来の光ファイバは、コア５０を取り囲むクラッド４８から形成されている。図６Ａは、クラッド４８が本発明のヒータ４０−１によって全体的に被覆され、あるいは、覆われている光ファイバ５２を示している。図６Ｂは、クラッド４８の半分が本発明のヒータ４０−２によって被覆されている光ファイバ５４を示している。図６Ｃは、本発明のヒータ４０−３が光ファイバのクラッド４８の一部に取り付けられている光ファイバ５６を示している。
【００２９】
ファイバの断面が小さければ、ファイバの温度変化も速い。というのも、ファイバは、温度が変化しなくてはいけない領域が小さくなるからである。図７Ａに、本発明のヒータ４０によって被覆された光ファイバ５８を示す。図７Ａに示される光ファイバ５８において、コアの直径は、略１０マイクロメータであり、クラッドの直径は、略１２５マイクロメータである。
【００３０】
あるいは、本発明のヒータ４０によって被覆される光ファイバ６０は、図７Ｂに示されるよりもっと小さく作ることが出来る。図７Ｂに示される光ファイバ６０は、まず光ファイバ５８を形成し、化学的にファイバのクラッド４８をエッチングするか、最初から細いファイバを作ることにより、図７Ａに示される光ファイバ５８よりも細く作ることができる。両方法は、周知である。図７Ｂにおいては、コアの大きさ５０は、図７Ａと同じままである。クラッド４８を取り巻くヒータ４０は、ファイバ５８あるいは６０を被覆あるいはメッキすることによって作ることができる。より細いファイバでは（エッチングによる、あるいは、最初から細いファイバを作ることによるもの）、本発明のヒータ４０からの熱は、通常のサイズのファイバよりも速く、コア５０の温度を上げ、細いファイバを進む光の光位相をより速く変化させ、従って、本発明のヒータ４０を有する光スイッチを進む光に対して、より速くスイッチングを行うことができる。
【００３１】
図８〜１５は、本発明の光スイッチを示している。図８〜１５の光スイッチを詳細に説明する前に、図８〜１５に示される光スイッチのすべてに共通の概念を説明する。
【００３２】
図８〜１５に示される本発明の光スイッチは、光ファイバ４２を用いて実施され、光ファイバの少なくとも１つを熱する本発明のヒータ４０を含んでいる。図８〜１５に示される、本発明の光スイッチに含まれるパスＰ1とＰ2を形成する光ファイバ４２は、比較的短く（好ましくは、１ｍｍ〜５０ｍｍであり、さらには、２〜３ｃｍであり、図８〜１５に示される各光スイッチにおいて、この長さは変わらない）、従って、パスＰ1とＰ2の光ファイバを進む光の偏波状態を維持する。
【００３３】
図８〜１５において、パスＰ1とＰ2は、図８〜１５にそれぞれ示される３ｄＢカプラによって入力光が分岐され入力されるパスである。パスＰ1とＰ2は、図８と１２に示される３ｄＢカプラ６４と６６の両方の間にわたってのびており、図８と１２に示される各光スイッチの出力路は、３ｄＢカプラ６６における、パスＰ1とＰ2を進む光の相対光位相によって決定される。パスＰ1とＰ2は、図１１、１４、及び１５に示される３ｄＢカプラ８０と８２の両方の間にわたってのびており、図１１、１４、及び１５に示される各光スイッチの出力路は、３ｄＢカプラ８２における、パスＰ1とＰ2を進む光の相対光位相によって決定される。
【００３４】
図９、１０、及び１３において、パスＰ1とＰ2は、３ｄＢカプラ７２から、反射器７４へ、そして、３ｄＢカプラ７２に戻る経路にわたってのびており、図９、１０、及び、１３に示される各光スイッチの出力路は、反射器７４によって光が３ｄＢカプラに反射されて戻ったあとの、３ｄＢカプラにおけるパスＰ1とＰ2を進む光の相対光位相によって決定される。
【００３５】
図８〜１５に示される本発明の光スイッチは、パスＰ1とＰ2を形成する光ファイバの温度がパスＰ1とＰ2の両方で同じ時、光路Ｐ1を進む光が、光路Ｐ2を進む光と位相が一致しているように、構成される。しかし、図８〜１５に示される本発明の光スイッチは、パスＰ1とＰ2を形成する光ファイバの温度がパスＰ1とＰ2の両方で同じ時、光路Ｐ1を進む光が光路Ｐ2を進む光と反対の位相であるように、あるいは、光路Ｐ2を進む光に対して任意の位相であるように構成することもできる。
【００３６】
Ｐ1とＰ2を進む光の位相が０ラジアンあるいは、２πの整数倍ラジアン異なる時には、パスＰ1からの光とパスＰ2からの光とは位相が一致している。Ｐ1とＰ2を進む光の位相がπ／２ラジアンあるいは、π／２の奇数倍ラジアン異なる場合には、パスＰ1からの光とパスＰ2からの光とは、位相がはずれている。Ｐ1とＰ2を進む光の位相がπラジアンあるいはπの奇数倍ラジアン異なる場合には、パスＰ1からの光とパスＰ2からの光とは、位相が反対である。
【００３７】
図８〜１５に示される本発明の光スイッチを詳細に説明する。
図８は、本発明の基本的光スイッチ６２を示す図である。光スイッチ６２は、マッハツェンダ干渉計であり、上記したように、光ファイバ４２を有している。本発明の上記ヒータ４０は、図８に示されているように、３ｄＢカプラ６４と６６の間の位置において、同じく上記したように、光ファイバ４２の１つの一部を被覆しており、パスＰ1のファイバ４２を熱することにより、スイッチ６２のパスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を変化させる。
【００３８】
図８に示される光スイッチ６２は、２つの入力ポート（あるいはファイバ）１と４、及び２つの出力ポート（あるいはファイバ）２と３を有する、２×２スイッチである。３ｄＢカプラ６４と３ｄＢカプラ６６の間のパスＰ1とＰ2を進む入力光１の相対光位相が０の（位相が一致している）場合には、入力光１は、スイッチ６２を通って出力３に進む。同様に、３ｄＢカプラ６４と３ｄＢカプラ６６の間のパスＰ1とＰ2を進む入力光４の相対光位相が０の（位相が一致している）場合には、入力光４は、スイッチ６２を通って出力２に進む。
【００３９】
３ｄＢカプラ６４と６６の間のパスＰ1とＰ2を進む入力光の相対光位相が、入力光１と入力光４の両方に対し、πラジアンの（位相が反対である）場合には、他方、光は、入力１から出力２へ、入力４から出力３へ進む。
【００４０】
３ｄＢカプラ６４と６６の間の入力光１と入力光４に対する相対光位相は、本発明のヒータ４０を用いて変化させる。パスＰ1の、本発明のヒータ４０によって被覆される光ファイバ４２は、ヒータ４０によって熱せられ、パスＰ1の光ファイバに含まれる物質の屈折率が変化し、従って、３ｄＢカプラ６４と６６の間を進む光の光位相は、パスＰ1における光ファイバが熱せられていない時のものから変化される。従って、スイッチ６２からの出力光は、出力２と３の間で切り替えられる。
【００４１】
本発明の光スイッチ６２は、従来の光スイッチに比べて有利である。特には、スイッチ６２は、光ファイバ４２を有しており、スイッチ６２は、低い挿入損失で、伝送光ファイバに容易に接続できる。更に、３ｄＢカプラ６４と６６の間の長さは、比較的短いので、３ｄＢカプラ６４と６６の間を進む光の偏波状態は、３ｄＢカプラ６４から３ｄＢカプラ６６まで、維持される。
【００４２】
図８に示されるスイッチ６２によって達成される同様の機能が、図９に示される本発明の光スイッチ６８によって得られる。図９の光スイッチ６８は、１つの入力ファイバ１と２つの出力ファイバ４と５を有する１対２機能を有している。入力ファイバ１からの入力光は、光サーキュレータ７０を介して、３ｄＢカプラ７２まで進む。これは、入力光１をそれぞれ、分岐２と３に沿って進むパスＰ1とＰ2に分岐する。２つのパスＰ1とＰ2（分岐２と３）内の光は、従来の光反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に戻される。それから、反射光は、３ｄＢカプラ７２の地点における２つの分岐２と３の反射光の相対光位相に従って、出力ファイバ５、あるいは、光サーキュレータ７０へと進む。光サーキュレータ７０に戻る光は、ファイバ４へと出ていく。
【００４３】
図９に示されている本発明の光スイッチ６８においては、入力ファイバ１からスイッチ６８に入力する光は、それぞれ分岐２と３のパスＰ1とＰ2に反射される光間の相対光位相に従って、出力ファイバ５あるいは、出力ファイバ４へと出ていく。パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光間の相対位相が一致しているならば、光は、出力ポート４に出力される。もし、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光間の相対位相が反対ならば、光は、出力ポート５に出力される。
【００４４】
あるいは、光サーキュレータ７０が取り除かれるならば、入力光１は、他のファイバ（出力ファイバ５）に進む、あるいは、反射されて、同じファイバ（入力ファイバ１）に戻される。
【００４５】
パスＰ1とＰ2（分岐２と３）において反射される光間の相対位相は、本発明のヒータ４０によって決定される。図９のスイッチ６８においては、ヒータ４０は、パスＰ1（分岐２）のファイバ４２を被覆する。しかし、ヒータ４０は、パスＰ2（分岐３）のファイバ４２を被覆することも可能である。図９のスイッチ６８において、本発明のヒータ４０が、パスＰ1（分岐２）のファイバを熱する時、パスＰ1（分岐２）を進む光と、パスＰ2（分岐３）を進む光との間の相対位相が変化し、従って、出力は、出力ファイバ４と出力ファイバ５の間で切り替わる。
【００４６】
入力ファイバからの入力光が、２つの分岐間の光位相に依存して、入力ファイバへと反射返送される、あるいは、他の出力ファイバに伝送されるような光スイッチの構成を、従来周知のマイケルソン干渉計という。しかし、図９に示される本発明の光スイッチ６８は、光スイッチ６８のパスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光の相対位相を変化させる、本発明のヒータ４０を有している。
【００４７】
図８と９にそれぞれ示されるスイッチ６２と６８の機能は、入力ファイバからスイッチへの光が、スイッチから２つの出力ファイバの内１つへと切り替えられて出力され、２つの出力ファイバが入力ファイバと異なるという点において、互いに同様である。
【００４８】
図１０と１１にそれぞれ示される、スイッチ７６と７８の機能は、見ての通り、１つの入力ファイバからスイッチへの光が、スイッチから２つの出力ファイバの１つに切り替え出力され、２つの出力ファイバの１つが入力光を入力する入力ファイバと同じであるという点で同様である。しかし、スイッチ７６と７８の性能は、スイッチ７８は、スイッチ７６よりもクロストークが小さいという点で互いに異なっている。
【００４９】
図１０は、本発明のヒータ４０を含む、本発明の他の光スイッチ７６を示す図である。光スイッチ７６においては、光は、入力ファイバ１を介して入力され、従来の３ｄＢカプラ７２により分岐されて、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）に進む。パスＰ1（分岐２）は、前述した、本発明のヒータ４０を有している。ヒータ４０は、パスＰ1（分岐２）のファイバ４２を熱することによって、上記した原理の通りに、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光の相対位相を変化させる。
【００５０】
スイッチ７６の両パスＰ1とＰ2（分岐２と３）は、それぞれの分岐を進む光を反射する従来の光反射器７４を有している。パスＰ1とＰ2（分岐２と３）の反射光間の相対位相に依存して、出力光は、３ｄＢカプラ７２によって出力ポート４、あるいは、入力ポート１へ向けられる。特には、入力ポート１からの入力光は、３ｄＢカプラ７２によってパスＰ1とＰ2（分岐２と３）に伝送され、従来の反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に返送される。光が、反射器７４によって、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）において３ｄＢカプラ７２へと反射返送されるとき、反射光が位相が一致しているならば、光は、３ｄＢカプラ７２によって入力ポート１へと伝送される。他方、入力ポート１からの入力光が従来の反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に返送させるとき、相対位相がπラジアンであるならば、反射光は３ｄＢカプラ７２に伝送され、出力ポート（ファイバ）４に伝送される。
【００５１】
同様に、入力光がファイバ４を介して入力されるならば、入力光４は、３ｄＢカプラ７２によって、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）へと伝送され、従来の反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に返送される。光が反射器７４によってパスＰ1とＰ2（分岐２と３）を通って、３ｄＢカプラ７２に反射返送されるとき、反射光が位相が一致しているならば、光は、３ｄＢカプラ７２によって、入力４へと伝送される。他方、入力光４が従来の反射器７４によって３ｄＢカプラ７２に反射返送される時に、相対位相がπラジアン（反対の位相）であれば、反射光は、３ｄＢカプラ７２を通って、入力ポート（ファイバ）１へと伝送される。
【００５２】
パスＰ1とＰ2を進む光間の相対位相は、パスＰ1のファイバ４２が本発明のヒータ４０によって熱せられるか否かによって決定される。パスＰ1のファイバ４２がヒータ４０によって熱せられるならば、パスＰ1とＰ2を進む光は、反対位相で、パスＰ1のファイバ４２が熱せられないならば、あるいは、ヒータ４０によって異なる温度に熱せられるならば、パスＰ1とＰ2を進む光は位相が一致する。
【００５３】
図１０に示されるスイッチ７６の機能は、入力光１の出力を、入力ファイバ１と他の出力ファイバ４との間で切り替えることである。
光スイッチ７６の応用としては、エコーキャンセラなど、多くのものがある。
【００５４】
入力光を、入力ファイバに反射返送する、あるいは、他の出力ファイバに出力するという上記機能を使った応用においては、非常に低いクロストークを達成することが出来る。特には、理想的なスイッチでは、入力ファイバ１からの入力光が他の出力ファイバ４へと進むとき、光のわずかな反射が入力ファイバ１に戻ることは許されない。例えば、３ｄＢカプラ７２が理想的でないことにより、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）間で分岐される光の割合は、５０−５０（２つのパスＰ1とＰ2（分岐２と３）間で均一に分布する入力光からのパワーの半分）とは異なり、４９対５１の割合などである。他の例では、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光間の相対位相は、互いに正確には、一致あるいは反対にはならない。上記した両条件により、クロストークや漏洩光等の望ましくない光が生じ、位相条件が反対の場合には、入力ファイバに返送される。実際には、図１０のスイッチ７６におけるクロストークのために、光がポート１を介して入力され、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）の光が位相が反対である場合に、反射光の略９９％がポート４に出力され、反射光の略１％（１０-2）が入力ポート１へと漏れ出る。
【００５５】
図１１に示されるような、本発明のヒータ４０を有する本発明の光スイッチ７８は、入力ファイバに返送されるクロストークの量を抑制する。図１１に示されたスイッチ７８は、入力ファイバ１と出力ファイバ１と２を有し、図８に示される、マッハツェンダ干渉計光スイッチ６２の原理と同じ原理の１×２スイッチである。
【００５６】
図１１に示される本発明の光スイッチ７８は、相反装置（非相反装置である、光サーキュレータを含む光スイッチとは異なり）であるので、もしパスＰ1とＰ2を進む光が位相が一致している場合には、入力ポート１からの入力光は、従来の３ｄＢカプラ８０と８２を介して分岐３に進み、パスＰ1とＰ2を進む光が位相が反対である場合には、出力ポート２に進む。
【００５７】
パスＰ1とＰ2を進む光が位相が一致していると、入力ポート１からの入力光は、分岐３に進み、入力ポート１に反射返送される。
他方、パスＰ1とＰ2を進む光が反対の位相であると、入力ポート１からの入力光は、出力ポート２に進み、スイッチ７８によって出力される。
【００５８】
本発明のヒータ４０は、パスＰ1とＰ2を進む光が位相が一致している、あるいは、位相が反対であるかを、パスＰ1のファイバ４２を特定の温度まで熱することによって（パスＰ1とＰ2の光を反対位相とする）、あるいは、パスＰ1のファイバ４２を熱しない（パスＰ1とＰ2の光を一致位相とする）ことによって、決定する。
【００５９】
上述したように、図１１に示される光スイッチ７８においては、入力ポート（ファイバ）１から入力する入力光が従来の３ｄＢカプラ８０と８２を介して、分岐（あるいは、ファイバ）３に進み、パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相の場合、光は、反射器８４によって反射され、入力ポート（あるいは、ファイバ）へ返送される。この例において、光がファイバ１に返送されることは（パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相の場合）、クロストークの例を示すものではない。特には、パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相の場合、入力ポート１からの光は、同じ入力ポート１に反射返送されることが望ましい。
【００６０】
入力光がスイッチ７８の入力ポートに返送されないようにして、クロストークを抑制する問題は、パスＰ1とＰ2を進む光が反対位相の時の方が、一致位相の場合よりも重要である。特には、スイッチ７８においては、入力ポート１からの光が他の出力ポート２（パスＰ1とＰ2を進む光が反対位相）に進むとき、入力ポート１への反射返送光がない必要がある。実際には、スイッチ７８（主には、３ｄＢカプラ８０と８２による）の有するクロストーク（あるいは漏洩光）により、入力ポート１からの光の略９９％が出力ポート２に進み、入力光のわずかな分（略１％）が分岐３に進む。分岐３に進む光の１％は、反射返送され、パスＰ1とＰ2の光が反対位相であるので、反射光の大半（１％の９９％）がポート４に進み、スイッチ７８から出力される。反射器８４によって反射された光の他の１％は、入力ポート１に返送される。従って、ポート１から入力される光の全体のクロストークは、入力光の１％の１％、すなわち、０．０１％である。
【００６１】
スイッチ７８のクロストークが１％であるならば、ポート１への反射光は、分岐３からポート１への反射光がスイッチ７８を２回通り、３ｄＢカプラ８０と８２のそれぞれを２回（スイッチ７８は２段装置であることを意味する）通らなくてはいけないので、０．０１％となる。スイッチ７８のクロストークは、１％の１％、すなわち、０．０１％（あるいは、１０-4）に等しい。
【００６２】
図１０のスイッチ７６と図１１のスイッチ７８は、両方とも、互いに同様な機能を達成し、入力光をスイッチによって入力ポートあるいは、他の出力ポートに出力する。しかし、スイッチ７６は、１段装置であるので、図１０に示されているスイッチ７６クロストークは、１％（あるいは、１０-2）である。スイッチ７８は、２段装置であるので、図１１に示されるスイッチ７８のクロストークは、０．０１％（あるいは、１０-4）である。
【００６３】
図８に示される光スイッチ６２、図９に示される光スイッチ６８、図１０に示される光スイッチ７６、及び図１１に示される光スイッチ７８は、本発明のヒータ４０を分岐の一方のみに有する２つの分岐を有している。上記スイッチの２つの分岐を進む光の相対位相は、本発明のヒータが光を運ぶ２つの分岐の内の１つのファイバを熱するので、従って、２つの分岐の光ファイバの相対温度を変化するので、変化させられる。本発明のヒータは、ヒータに与えられる初期パワーが高い場合には、光ファイバの温度を迅速に上げる。そして、光路は、相対位相が迅速に変えられるため、迅速に切り替えられる。しかし、光路が元の状態に切り戻しされる場合には、２つのファイバを進む光の相対光位相を元の（熱せられていない）値に戻すために他の（熱せられていない）光ファイバと同程度の温度まで、熱せられた光ファイバを冷やす時間が必要である。スイッチの２つの分岐を進む光の相対光位相は、熱せられた光ファイバを冷やすのではなく、２つの分岐の１つの光ファイバを熱することによってより速く変えることが出来るので、他の方向よりもある方向で、切り替え時間が短い（あるいは、速い）。従って、光スイッチは、出力光をあるポートから他のポートへ切り替える場合に速く動作する。
【００６４】
ある方向が他の方向よりも、より長い切り替え時間を必要とするという問題をさけるため、本発明のヒータは、図１２，１３及び１４の本発明の光スイッチに示されるように、光スイッチの両分岐に設けられる。
【００６５】
スイッチの出力光路は、２つの分岐（あるいは、パスＰ1とＰ2）間の温度差によって決定される、２つの分岐（あるいは、パスＰ1とＰ2）間の光位相を変化させることによって切り替えるので、第１の（最初に熱せられた）光ファイバ（パスＰ1）の温度が下がるのを待つのではなくて、第２の分岐（パスＰ2）の温度を本発明のヒータで上げる。両分岐（パスＰ1とＰ2）のファイバの温度が上げられたとき、２つの分岐（パスＰ1とＰ2）の光ファイバの温度に差はなく、従って、２つの分岐（パスＰ1とＰ2）を進む光の相対位相が、両方とも熱せられていない場合の２つの分岐（パスＰ1とＰ2）を進む光の相対位相と同じである。
【００６６】
もちろん、光路の切り替えが生じた後は、第２の光ファイバ（パスＰ2）の温度は、元の（第１の）ファイバ（パスＰ1）の温度を下げるに従って、下げられるべきである。
【００６７】
図１２は、図８に示される本発明の光スイッチ６２に対応する本発明の光スイッチ８６を示している。しかし、図１２に示される本発明の光スイッチ８６においては、パスＰ1とＰ2は、両方とも本発明のヒータ４０（ヒータ４０1と４０2として示されている）を有している。スイッチ８６の切り替え原理は、スイッチ６２の切り替え原理と同じであり、ここでは、詳細には繰り返さない。端的に述べると、スイッチ８６においては、スイッチ６２と同様に、パスＰ1とＰ2を進む光位相が同じ時には、３ｄＢカプラ６４と６６間を進む光は一致位相である。問題の光が一致位相ならば、ポート１を介してスイッチ８６に入る光は、出力ポート３に切り替えられ、ポート４を介してスイッチ８６に入る光は、出力ポート２に切り替えられる。パスＰ1とＰ2を進む光の光位相がπラジアンだけ異なると、３ｄＢカプラ６４と６６を進む光は反対位相である。問題の光が反対位相なので、ポート１を介してスイッチ８６に入る光は出力ポート２に切り替えられ、ポート４を介してスイッチ８６に入る光は出力ポート３に切り替えられる。
【００６８】
以下の記載においては、熱する前に、光位相にバイアスはないとする。これは、分岐が同じ温度である場合に、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相が同じであることを意味している。しかし、実際の装置においては、光位相のバイアスがあり、すなわち、温度が同じであっても、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相に差がある。この場合、切り替えのための加熱処理の前に、ヒータに電流バイアスをかけるようにする。このバイアス電流は、分岐間の特定の温度差を維持し、分岐を進む光の位相を一致させる。そして、このバイアス電流に加え、加熱のための電流を印加する。しかし、説明の便宜上、以下の説明においては、バイアス電流はないとする。
【００６９】
パスＰ1とＰ2のファイバ間に温度差がない場合には、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相は、一致しており、パスＰ1とＰ2のファイバ間に所定の温度差がある場合には、反対位相となっている。所定の温度差は上記した通りである。
【００７０】
スイッチ６２とスイッチ８６の両方においては、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相は、パスＰ2のファイバの温度よりも所定の温度だけパスＰ1のファイバを熱することにより、一致位相から反対位相に切り替えられる。
【００７１】
しかし、スイッチ６２と異なり、スイッチ６２（と、従って、パスＰ1の光ファイバ）に設けられたヒータ４０がパスＰ2の光ファイバと同じ温度まで冷えるのを待つのではなく、ヒータ４０2をヒータ４０1と同じ温度まで熱し、パスＰ1とＰ2を進む光の位相を一致させる。従って、パスＰ1とＰ2を進む相対位相を一致位相から反対位相に切り替えるとき、スイッチ８６の切り替え時間は、スイッチ６２のものと同じであり、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を反対位相から一致位相に切り替えるとき、スイッチ６２の切り替え時間よりも速い。
【００７２】
パスＰ1とＰ2間の温度差、あるいは、相対温度は、上述した。ヒータ４０（あるいは、４０1あるいは４０2）が１ｃｍ（センチメータ）の長さであるとき、相対位相をπラジアンだけ変えるのに、略１０℃の温度変化が必要である。
【００７３】
図１３のスイッチ８８と図１４のスイッチ９０は、ともに、本発明のヒータ４０1と４０2の２つを含んでおり、図１２を参照して説明したように、パスＰ1とＰ2の２つの間の相対温度を変化させる。
【００７４】
図１３のスイッチ８８において、パスＰ1とＰ2のファイバの相対温度が０（ヒータ４０2の温度を上げてヒータ４０1と同じにするか、ヒータ４０1と４０2をともに同じ温度まで冷やすかによって）となる場合、パスＰ1とＰ2を進む光は位相が一致し、ポート１から３ｄＢカプラ７２を介してパスＰ1とＰ2に進む入力光は、ポート２と３にある反射器７４によってそれぞれ反射され、３ｄＢカプラ７２に返送される。反射光は、光サーキュレータ７０からポート４を介して出力される。光サーキュレータ７０が（図１０のスイッチ７６のように）図１３の光スイッチ８８に含まれていなかったら、反射光はポート１に反射返送される。
【００７５】
図１３のスイッチ８８においても、パスＰ1とＰ2を進む光が反対位相であるように、パスＰ1とＰ2のファイバの温度差（上記したように）がある（ヒータ４０2の温度を上げずに、ヒータ４０1の温度を上げるか、あるいは、その反対によって）場合、ポート１から入力される光は、３ｄＢカプラ７２を介してパスＰ1とＰ2に進み、ポート２と３の反射器７４によってそれぞれ反射され、３ｄＢカプラ７２を介して返送され、ポート５から出力される。
【００７６】
図１４は、図１１に示される本発明の光スイッチ７８に対応する本発明の光スイッチ９０を示す図である。しかし、図１４に示される本発明の光スイッチ９０においては、パスＰ1とＰ2は両方とも本発明のヒータ４０を有している（ヒータ４０1と４０2として示されている）。スイッチ９０の切り替え原理は、スイッチ７８の切り替え原理と同じであり、詳細は繰り返さない。端的には、スイッチ９０は、スイッチ７８のように、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相が同じであるとき、３ｄＢカプラ８０と８２間を進む光の位相は一致している。問題の光が一致位相である場合には、ポート１を介してスイッチ９０に入る光は、出力ポート（反射器８４を含む）に切り替えられ、入力ポート１へ反射返送される。パスＰ1とＰ2を進む光の光位相がπラジアンだけ異なる場合には、３ｄＢカプラ８０と８２間を進む光は反対位相にある。問題の光が反対位相にある場合には、ポート１を介してスイッチ９０に入る光は、出力ポート２に切り替えられる。
【００７７】
パスＰ1とＰ2を進む光の光位相は、（上記したように）パスＰ1とＰ2のファイバ間に温度差がない場合には、位相が一致し、パスＰ1とＰ2のファイバ間に所定の温度差がある場合には、反対位相となる。
【００７８】
スイッチ７８とスイッチ９０の両スイッチにおいて、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相は、（上記したように）パスＰ2のファイバの温度以上にパスＰ1のファイバを熱することにより、一致位相から反対位相に切り替えられる。
【００７９】
しかし、スイッチ７８とは異なり、スイッチ７８（そして、パスＰ1の光ファイバ）に設けられるヒータ４０がパスＰ2の光ファイバと同じ温度に冷えるまで待つのではなく、ヒータ４０2は、ヒータ４０1と同じ温度まで熱せられ、パスＰ1とＰ2を進む光の位相が一致する。従って、スイッチ９０の切り替え時間は、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を一致位相から反対位相に切り替える場合、スイッチ７８と同じであり、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を反対位相から一致位相に切り替える場合には、スイッチ７８の切り替え時間よりも速い。
【００８０】
パスＰ1とＰ2間の温度差、あるいは、相対温度は、上記した通りであり、ヒータ４０（あるいは４０1あるいは４０2）の長さが１ｃｍである場合、相対位相をπラジアン変えるのに、略１０℃の温度変化が必要である。
【００８１】
本発明のヒータ４０によって被覆あるいはメッキされたファイバ４２を監視し、ファイバの温度を制御して、ファイバ内で光位相を正しく、一致位相あるいは反対位相として維持するための方法（光学的方法、及び、温度感知方法）は少なくとも２つある。両方法は、ファイバを熱するヒータのフィードバック制御を含み、前述の本発明のヒータ４０を一つだけ用いて、図１５を参照して説明する。しかし、２つの方法は、前述の２つのヒータ４０1と４０2へも応用可能である。図１５に示されている本発明の干渉計（あるいは光スイッチ）９２は、図１１及び１４に示される本発明の光スイッチと同様である。
【００８２】
図１５を参照して、光学的方法を説明する。図１５に示されるように、ポート３まで進む信号光の一部、あるいは、ポート１あるいは４の光路から入射される異なる波長の他の光は、パス９４に沿って伝送され、従来の検波器９６によって、ミラー８４−１の後検波される。もし、信号光に対するミラーの反射率が１００％でないならば、ミラー８４−１をわずかな光が透過し、検波器９６は、わずかに透過した光を検波し、パス９４に沿って伝送される光のパワーの大きさを測定する。通常、ミラー８４−１に至る光の１〜２％は、ミラー８４−１を透過する。異なる波長の他の光を使用する場合には、この光に対しては、ミラーの反射率は理想的には０％であり、信号光に対しては１００％である。
【００８３】
パス９４に沿って進む光のパワーの大きさは、検波パワーとも呼ばれるが、パス９８を介して、ヒータ制御器１００に伝送される。ヒータ制御器１００は、ヒータ４０に伝送されるパワーの大きさを調整し、検波パワーに基づいて、ファイバ４２に印加される熱の量を多くしたり、少なくする。
【００８４】
光スイッチ９２のパスＰ1とＰ2を進む光が一致位相であるべきときは、光が１あるいは４からくる場合、ヒータ制御器１００は、それぞれ、パス９４の検波パワーの大きさを最大化あるいは最小化するようにヒータ４０を制御する。あるいは、光スイッチ９２のパスＰ1とＰ2を進む光が反対位相であるべきときは、ヒータ制御器１００は、光が１または４からくるときは、それぞれ、パス９４の検波パワーの大きさを最小化あるいは最大化するように、ヒータ４０を制御する。
【００８５】
任意の瞬間の相対光位相は、直接には知ることが出来ないので、上記検波器９６とヒータ制御器１００は、パス９４のパワーの大きさを検出することにより、光スイッチ９２において、パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相にあるか、反対位相にあるかを決定するのにも使用することが出来る。
【００８６】
ファイバを監視する他の方法は、ファイバ４２の温度を検知し、測定するものである。温度計１０２をファイバに隣接して設け、温度計の出力１０４を出力１０４に基づいてヒータ４０へ送るパワーの大きさを制御するヒータ制御器１００へ伝送する。あるいは、ヒータ４０に含まれる抵抗金属４４を温度計として使用することが可能である。金属の抵抗は、温度の関数であるので、ファイバ４２の温度は、ヒータ４０に含まれる金属の抵抗を測定し、ヒータ制御器１００に信号１０６を伝送することによって監視することが出来る。同様に、ヒータ制御器１００は、この信号１０６に基づいて、ヒータ４０に送るパワーの大きさを調整する。
【００８７】
＜付記＞
本発明は、以下のような形態で実現することも可能である。
第１に、第１と第２の光ファイバと、該第１及び第２の光ファイバに入力光を分岐に分波し、該第１及び第２の光ファイバからの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラとを備え、該第１の光ファイバのファイバ素線表面に、発熱するヒータを有するマッハツェンダ干渉計を前提とする。
【００８８】
そして、該第２の光ファイバのファイバ素線表面に、発熱するヒータを含む形態。
該各３ｄＢカプラは、光ファイバがねじられた後、これらが融着された光ファイバ、あるいは、光ファイバが削られた後、これらが密着された光ファイバからなる形態。
【００８９】
該第１及び第２の光ファイバの長さが、それぞれ、１ｍｍと５０ｍｍの間である形態。
前記ヒータは、前記第１のファイバの表面に抵抗金属を被覆あるいは、メッキしてなる形態。
【００９０】
前記ヒータは、前記光ファイバに沿って、前記金属に電流を流すように、該金属の両端に配置された電極を備える形態。
前記金属は金である形態。
【００９１】
前記ヒータの長さは、１ｍｍと２０ｍｍの間である形態。
前記金属の厚さは、０．１μｍと５０μｍの間である形態。
前記金属は、断面から見て、前記第１の光ファイバの表面の全体、表面の半分、あるいは、表面の一部に形成されている形態。
【００９２】
前記ヒータが取り付けられる前記第１の光ファイバは、ファイバを細くし、ファイバの温度がより速く変化するようにエッチングされている形態。
前記マッハツェンダ干渉計内を進む光の光位相差は、信号光あるいは、光路から入射される異なる波長の他の光を使って監視される形態。
【００９３】
前記ヒータは、金属からなり、分岐間の光位相差は、該ヒータの該金属の抵抗を測定することによって監視される形態。
第２に、第１と第２の光ファイバと、該第１と第２の光ファイバに入力光を分岐に分波し、該第１と第２の光ファイバからの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラとを備え、第１の光ファイバのファイバ素線表面に形成され、発熱するヒータを有するマイケルソン干渉計を前提とする。
【００９４】
そして、該第２の光ファイバのファイバ素線の表面に形成され、発熱するヒータを備える形態。
該３ｄＢカプラの各々は、光ファイバがねじられた後、融着された光ファイバ、あるいは、光ファイバが削られた後、密着された光ファイバからなる形態。
【００９５】
前記第１及び第２のファイバの長さは、それぞれ、１ｍｍと５０ｍｍとの間である形態。
前記ヒータは、前記第１の光ファイバの表面に抵抗金属を被覆あるいは、メッキしてなる形態。
【００９６】
前記ヒータは、前記光ファイバに沿って、前記金属に電流を流すように、該金属の両端に配置された電極を備える形態。
前記金属は、金である形態。
【００９７】
前記ヒータの長さは、１ｍｍと２０ｍｍの間である形態。
前記金属の厚さは、０．１μｍと５０μｍの間である形態。
前記金属は、断面から見て、前記第１の光ファイバの表面の全体、表面の半分、あるいは、表面の一部に形成されている形態。
【００９８】
前記ヒータが取り付けられる前記第１の光ファイバは、ファイバを細くし、ファイバの温度がより速く変化するようにエッチングされている形態。
前記マイケルソン干渉計内を進む光の光位相差は、信号光あるいは、光路から入射される異なる波長の他の光を使って監視される形態。
【００９９】
前記ヒータは、金属からなり、分岐の間の光位相差は、該ヒータの該金属の抵抗を測定することによって監視される形態。
第３に、光路に光を伝送する複数の光ファイバと、該複数の光ファイバに接続され、入力光を該光路に分岐し、該光路からの出力光を出力路に再合波する３ｄＢカプラと、該光ファイバの一方の一部を被覆し、該光ファイバの一方を熱して、該光ファイバの一方を進む光の光位相を変化させるヒータとを備える装置を前提とする。
【０１００】
そして、前記光ファイバの他方の一部を被覆し、該光ファイバの他方を熱し、該光ファイバの一方と該光ファイバの他方を進む光の相対光位相を変化させる第２のヒータを更に備える形態。
【０１０１】
前記光ファイバの一方と接続し、前記光路の漏洩光のパワーを検出する検波器と、該検波器と前記ヒータとに接続され、該漏洩光のパワーに基づいて該ヒータを制御するヒータ制御器とを更に備える形態。
【０１０２】
第４に、光路に光を伝送する複数の光ファイバと、該複数の光ファイバに接続され、入力光を該光路に分岐し、該光路からの出力光を出力路に再合波する３ｄＢカプラと、該光ファイバの一方の一部を被覆し、該光ファイバの一方を熱して、該光ファイバの一方を進む光の光位相を変化させるヒータとを備える光スイッチを前提とする。
【０１０３】
そして、前記光ファイバの他方の一部を被覆し、該光ファイバの他方を熱し、該光ファイバの一方と該光ファイバの他方を進む光の相対光位相を変化させる代２のヒータを更に備える形態。
【０１０４】
前記光ファイバの一方と接続し、前記光路の漏洩光のパワーを検出する検波器と、該検波器と前記ヒータとに接続され、該漏洩光のパワーに基づいて該ヒータを制御するヒータ制御器とを更に備える形態。
【０１０５】
前記スイッチは、１×２スイッチである形態。
前記スイッチは、２×２スイッチである形態。
第５に、光ファイバの表面に抵抗金属を被覆、あるいは、メッキしたヒータを前提とする。
【０１０６】
そして、前記金属の両端に位置し、前記光ファイバに沿って、該金属に電流を流すための電極を更に備える形態。
前記金属は、金である形態。
【０１０７】
ヒータの長さは１ｍｍと２０ｍｍの間である形態。
前記金属の厚さは、０．１μｍと５０μｍとの間である形態。
前記金属は、断面から見て、前記光ファイバの表面の全体、表面の半分、あるいは、表面の一部に形成されている形態。
【０１０８】
前記ヒータが取り付けられる前記光ファイバは、ファイバを細くし、ファイバの温度がより速く変化するようにエッチングされている形態。
第６に、入力光を受光する入力ポートと、出力光を出力する出力ポートとを備える光スイッチであって、第１の光路を形成する第１の光ファイバと、第２の光路を形成する第２の光ファイバと、該入力ポート、該第１の光ファイバ、及び該第２の光ファイバに接続され、該入力光を該第１の光路と該第２の光路とに分岐する第１の３ｄＢカプラと、該第１の光ファイバの一部を被覆し、該第１の光ファイバを熱することにより、該第２の光路を進む光に対し、該第１の光路を進む光の光位相を変化させるヒータと、該第１の光ファイバと該第２の光ファイバに接続し、該第１の光路を進む光と該第２の光路を進む光とを再合波し、該出力光とし、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が一致している場合には、該出力光を該出力ポートの一方に出力し、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が反対の場合には、該出力光を該出力ポートの他方に出力する第２の３ｄＢカプラとを備える光スイッチを前提とする。
【０１０９】
そして、更に、前記第２の光ファイバを被覆し、該第２の光ファイバを熱することにより、前記第２の光路を進む光の光位相を変化させ、前記第１の光路を進む光の光位相と一致させるヒータを備える形態。
【０１１０】
各光路の長さは、１／２ｍよりも短い形態。
第７に、入力光を受光する入力ポートと、出力光を出力する出力ポートとを備える光スイッチであって、第１の光路を形成する第１の光ファイバと、第２の光路を形成する第２の光ファイバと、該入力ポート、該第１の光ファイバ、及び該第２の光ファイバに接続され、該入力光を該第１の光路と該第２の光路とに分岐する第１の３ｄＢカプラと、該第１の光ファイバの一部を被覆し、該第１の光ファイバを熱することにより、該第２の光路を進む光に対し、該第１の光路を進む光の光位相を変化させるヒータと、該第１の光ファイバと該第２の光ファイバに接続し、該第１の光路を進む光と該第２の光路を進む光を再合波し、該出力光とし、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が一致している場合には、該出力光を該出力ポートの一方に出力し、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が反対の場合には、該出力光を該出力ポートの他方に出力する第２の３ｄＢカプラと、該出力ポートの一方の終端部に設けられ、該第１の光路を進む光の位相が、該第２の光路を進む光の位相と反対の場合、該出力先を該スイッチを介して、該入力ポートの他方に反射返送する反射器とを備える光スイッチを前提とする。
【０１１１】
そして、更に、前記第２の光ファイバを被覆し、該第２の光ファイバを熱することにより、前記第２の光路を進む光の光位相を変化させ、前記第１の光路を進む光の光位相と一致させるヒータを備える形態。
【０１１２】
各光路の長さは、１／２ｍよりも短い形態。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、速くて、信頼性があり、製造が安価に出来る光スイッチと光制御器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】マッハツェンダ干渉計に基づいた、従来のバルク切り替え装置１０の例を示す図である。
【図２】従来のヒータ１８を有するガラスブロックの断面図である。
【図３】同図Ａは、従来のマッハツェンダ干渉計スイッチを示す図であり、同図Ｂは、図３Ａに示されるマッハツェンダ干渉計の基板の断面図である。
【図４】従来の３ｄＢカプラの構成を示す図である。
【図５】本発明のヒータを示す図である。
【図６】光ファイバを被覆する本発明のヒータの構成の変形例を示す図である。
【図７】同図Ａは、本発明のヒータで被覆された通常の光ファイバを示す図であり、同図Ｂは、本発明の、ヒータで被覆された通常より小さい光ファイバを示す図である。
【図８】本発明の基本的な光スイッチ（マッハツェンダ干渉計）を示す図である。
【図９】本発明の他の光スイッチを示す図である。
【図１０】本発明のマイケルソン干渉計を示す図である。
【図１１】クロストークが改善された、本発明の光スイッチを示す図である。
【図１２】本発明の２つのヒータを含む、本発明のマッハツェンダ干渉計を示す図である。
【図１３】本発明の２つのヒータを含む、本発明のマイケルソン干渉計を示す図である。
【図１４】本発明の２つのヒータを有し、クロストークが改善された、本発明の光スイッチを示す図である。
【図１５】本発明のヒータのフィードバック制御を有する、本発明の光スイッチを示す図である。
【符号の説明】
４、５ 出力ファイバ
３２、４０、４０−１、４０−２、４０−３、４０1、４０2 ヒータ
４２ 通常の光ファイバ
４４ 抵抗金属
４６ 電極
４８ クラッド
５０ コア
５２、５４、５６、５８、６０ 光ファイバ
６２、６８、７６、７８、８６、８８、９０ 光スイッチ
６４、６６、７２、８０、８２ ３ｄＢカプラ
７０ 光サーキュレータ
７４、８４ 反射器
８４−１ ミラー
９２ 干渉計（あるいは、光スイッチ）
９６ 検波器
１００ ヒータ制御器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関し、特には、ヒータを使った光スイッチにおける、入力光を出力路に切り替える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光スイッチは、入力光を出力路へ切り替える装置である。例えば、入力光が入力ファイバから光スイッチに入力したとき、光は、２つの出力ファイバの内の１つを介して光スイッチを出ていく。これは、１入力２出力スイッチ、あるいは、１対２スイッチであり、最も基本的なスイッチである。２対２、１対Ｎ、Ｎ対Ｎスイッチのようにより複雑なスイッチもある。これらは、１対２スイッチを組み合わせて実現される。
【０００３】
最も一般的な光路（光スイッチを介して入力光がたどる路）を切り替える方法は、機械的なものである。スイッチは、プリズム、ミラー、ファイバの一部などの動く部分を有しており、これは、光路を切り替えるために機械的に動かされる。機械的スイッチは、切り替え速度が遅く、切り替え動作の信頼性が薄いという欠点を持っている。このため、研究者は、機械的でないスイッチを開発しようとしてきた。ある実用的な非機械的スイッチは、磁気光学的スイッチであり、ファラデー回転を使用した光スイッチであり、ＦＤＫによって製品化されている。非機械的スイッチの他のタイプは、液晶を使っているが、液晶そのものの信頼性に問題がある。
【０００４】
図１は、マッハツェンダ干渉計に基づいた、従来技術のバルクの切り替え装置１０の例を示している。マッハツェンダ干渉計は周知である。バルクの切り替え装置１０は、入力光Ａを受光する。入力光Ａは、入力光Ａのパワーの半分をパスＡ1に通し、他の半分をパスＡ2に通すような、従来の５０／５０カプラ（あるいは、分波器）１２を用いてパスＡ1とＡ2に分岐される。５０／５０カプラは、３ｄＢカプラとも呼ばれる。
【０００５】
パスＡ1を進む入力光Ａの一部は、５０／５０カプラ（あるいは、分波器）２２に向かって、ミラー１４により反射される。パスＡ2を進む入力光Ａの一部は、ガラスブロック１６（その上にヒータ１８が設けられている）を通って進み、５０／５０カプラ（あるいは、分波器）２２に向かってミラー２０により反射される。そして、５０／５０カプラ２２は、パスＡ1から到着する光とパスＡ2から到着する光を再び合波して、出力光ＢとＣとする。出力光Ｂと出力光Ｃに含まれるパワーは、パスＡ1から到着する光とパスＡ2から到着する光の間の相対位相によって決まる。すなわち、パスＡ1からの光は、パスＡ2からの光と、位相が一致している（Ａ1とＡ2を進む光の位相が０ラジアンあるいは、２πの整数倍ラジアン異なっている）、位相がはずれている（Ａ1とＡ2を進む光の位相がπ／２ラジアン、あるいは、π／２の奇数倍ラジアン異なっている）、あるいは、反対の位相となっている（Ａ1とＡ2を進む光の位相がπラジアン、あるいは、πの奇数倍異なっている）などである。従って、入力光Ａは、出力路Ｂと出力路Ｃの間で切り替えられる。
【０００６】
バルクの切り替え装置１０は、温度変化に基づいて、出力路を切り替える光スイッチである。特には、パスＡ1とＡ2から５０／５０カプラに到着する光の間の相対位相は、ガラスブロック１６を熱するためのヒータ１８を用いることによって、ガラスブロック１６によって変えることが出来、ガラスブロック１６の屈折率を変え、出力路ＢとＣ間で出力路を切り替える。しかし、ガラスブロック１６は、５ｍｍ×５ｍｍあるいは１ｃｍのオーダで、比較的大きいので、温度変化は、非常にゆっくりとしている。従って、パスＢとＣの間で出力光を切り替えるためには、数分必要であり、光波システムにおいては、遅すぎて実用的でない。図２は、従来技術において、ヒータ１８を有するガラスブロック１６の断面図である。ガラスブロック１６は、光ビーム２４を含んでおり、パスＡ2に沿って進む光が通過する。
【０００７】
速度が遅いので、バルク切り替え装置１０は、光スイッチとしては実用的ではない。
現在、光導波路を用いた、非機械的スイッチが試作されている。しかし、光導波路スイッチは、大きな挿入損失とクロストークのため、使用されていない。
【０００８】
従来の導波路スイッチの例が図３Ａに示されており、これは、マッハツェンダ干渉計スイッチ２６を示している。図３Ａに示されるように、ファイバ２７を進む入力光Ａは、ガラス（あるいは他の結晶の）基板３０の表面に形成された入力導波路２８に入射し、入力光Ａは、導波路２８の２つの分岐Ａ1とＡ2に分波される。分岐（あるいは、パス）Ａ1とＡ2を進む光は、２つの出力導波路ＢあるいはＣの１つに合波され、それぞれの出力導波路は、それぞれのファイバに結合する。ここで、出力光は、２つの分岐Ａ1とＡ2を介して進む光間の光位相差に従って、２つの導波路Ｂ、あるいは、Ｃの１つを進むことができる。もし、２つの分岐の１つ、例えば、Ａ2、がヒータ３２により熱せられると、導波路Ａ2の温度変化は、パスＡ2の屈折率を変化させ、Ａ2を進む光の光位相を変化させる。従って、ヒータ３２に電流を入力することによって、光路をＢとＣの間で切り替える。ヒータ３２は、例えば、ガラス面３０上の金属被覆であり、導波路Ａ2に取り付けられる。
【０００９】
ヒータ３２を含む基板３０の断面３４が図３Ｂに示されている。図３Ｂに示されるように、ヒータ３２は、基板３０の表面Ｓであって、導波路Ａ2の横に設けられており、導波路Ａ2を含む領域３６を熱する。領域３６は、通常、直径が２０〜３０マイクロメータであり、導波路Ａ2の直径は、通常、１０マイクロメータであり、ヒータ３２によって与えられる導波路Ａ2の温度変化は非常に速く、従って、スイッチ２６の切り替え速度が非常に速いということを意味している。しかし、導波路Ａ2は、基板３０の表面に形成されており、基板３０に囲まれていないので、導波路Ａ2は、非対称であり、導波路Ａ2内を進む光の偏波に影響を与える。導波路Ａ2内を進む光の偏波は、光の水平成分と光の垂直成分が異なる速度で進み、結果として、導波路Ａ2の端に来たとき、異なる光位相を有するというように影響を受ける。従って、導波路Ａ2を進む光の水平振動は、導波路Ａ2を進む光の垂直振動と異なり、分岐Ａ1を進む光と分岐Ａ2を進む光の干渉が適切でなく、干渉計（あるいは、スイッチ）２６からの出力がおかしくなってしまう。
【００１０】
スイッチ２６は、ガラス、あるいは、他の結晶基板上に掲載されるので、製造するのに非常に高価である。スイッチ２６は、また、製造するのが難しい。更に、スイッチ２６は、上述したように、偏波に依存し、ファイバを進む光の偏波状態を１／２〜１ｍあるいは、それ以上にわたって、ファイバに沿って維持することは出来ない。
【００１１】
図３Ａに示されるスイッチ２６は、IEEE Photonics Tecnology Letters, Vol. 10, No. 5, pp. 681-683、May 1998. Q. Lai著 “Low-Power Compact 2x2 Thermooptic Silica-on-Silicon Waveguide Switch With Fast Response”に説明されている。
【００１２】
更に、一般に、従来の光導波路装置は、入出力ファイバとの結合に関して問題を有している。
光ファイバと３ｄＢカプラを使用するマッハツェンダ干渉計も従来知られている。光ファイバ内を進む光の偏波状態を維持することは、複屈折（偏波保存）ファイバではなく、通常の（従来の）ファイバを使用するファイバ干渉計の多くにおいて、最も重要な問題の一つである。通常、ファイバを進む光の偏波状態は、１／２ｍの距離で変化する。
【００１３】
通常の光ファイバは、１／２〜１ｍ等の長い距離にわたって、中を進む光の偏波状態を維持できないことが問題である。従って、光ファイバを使ったマッハツェンダ干渉計への入力光の偏波状態が（例えば）垂直であるなら、第１の３ｄＢカプラを通り、ファイバを含む２分岐を長距離通り、第２の３ｄＢカプラに進んで後、２つの分岐のいずれか、または、両方からの光は、垂直の偏波を維持していない。従って、２分岐からの光は、マッハツェンダ干渉計の出力で、互いに適当な干渉を起こさず、光は、適当な出力路に転送されず、ある光は、不適切な出力路に転送されてしまう。複屈折（偏波保存）ファイバは、従来知られており、製品として手に入れることが出来るが、それ自体欠点を持っている。
【００１４】
従来の３ｄＢカプラの構成は、図４Ａと４Ｂに示されている。図４Ａに示されている３ｄＢカプラ３６は、ファイバをねじった後２つのファイバを融着することによって作られている。図４Ｂに示される３ｄＢカプラ３８は、それぞれのファイバの面の一方が削り取られた後、２つのファイバを密着することによって作られている。
【００１５】
マイケルソン干渉計も従来知られている。
従来よく知られている光サーキュレータは、非相反装置（通常、磁界を使って作られている）であり、いくつかの入力／出力ポートを持っており、光はあるポートに入射し、通常、時計回りに回転され、隣の隣接した出力ポートに回される。
【００１６】
本発明の課題は、速く、信頼性があり、製造が安価な光スイッチを提供することである。
本発明の他の課題は、速く、信頼性があり、製造が安価な光制御装置を提供することである。
【００１７】
本発明の更なる課題は、偏波に依存せず、切り替え速度の速い光スイッチを提供することである。
本発明の更なる課題は、ヒータによって熱せられた１つの光路が冷えるまで待つことなく、少なくとも２つのパス間で入力光を順次切り替える光スイッチを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
光ファイバと３ｄＢカプラを使用したマッハツェンダ干渉計は従来知られているが、本発明は、マッハツェンダ干渉計の１つの分岐である光ファイバの温度を制御する方法を提供する。更に、本発明は、本発明のヒータを使った光位相制御装置である。更に、本発明は、本発明のヒータを使用した光スイッチである。
【００１９】
本発明の一側面は、光ファイバを被覆するヒータである。マッハツェンダ干渉計の１以上の分岐の温度を本発明のヒータで変えることにより、光ファイバの屈折率は変化し、従って、光ファイバを進む光の光位相を変化させ、出力路間で出力光を切り替える。この原理を使えば、本発明のヒータを含む光スイッチを構成することができる。
【００２０】
本発明は、干渉計の分岐を形成する光ファイバと、分岐に入力光を分岐し、１つの分岐を熱するヒータを１つの分岐が含む分岐からの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラからなるマッハツェンダ干渉計である。
【００２１】
本発明は、干渉計の分岐を形成する光ファイバと、分岐に入力光を分岐し、１つの分岐を熱するヒータを１つの分岐が含む分岐からの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラからなるマイケルソン干渉計である。
【００２２】
更に、本発明は、光スイッチや、マッハツェンダ干渉計や、マイケルソン干渉計などの装置であり、光路の光を伝送する光ファイバと、光ファイバに結合し、入力光を光路に分岐し、出力光を出力路に再合波する３ｄＢカプラと、光路を形成する光ファイバの１つの一部を被覆し、光路を進む光の光位相を変化させるために光ファイバを熱するヒータとを含む。第２のヒータは、他の光ファイバの一部を被覆し、光路を進む光の相対位相を変化させるために光ファイバを熱する。検出器は、光路の１つと結合し、光路の漏洩光のパワーを検出し、ヒータ制御装置は、検出器とヒータに接続され、漏洩光のパワーに基づいてヒータを制御する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して詳細に実施形態について説明する。なお、同様の参照符号は、同様の構成要素を示す。
【００２４】
図５に、本発明のヒータ４０を示す。図５に示されるように、通常の光ファイバ４２は、抵抗金属４４によって被覆あるいはメッキされている。ファイバ４２は、完全に金属４４によって覆われている。金属４４は、好ましくは、金であるが、任意の材質でよい。金は、化学的に安定なので好ましい。金属４４の厚さと長さは、金属４４に望ましい電圧と電流を印加した場合に、本発明のヒータ４０が、十分な熱を発生するように設計される。例えば、金属４４の厚さは、好ましくは、０．１〜５０μｍ（マイクロメータ）であり、長さは、好ましくは、１〜２０ｍｍ（ミリメータ）である。本発明のヒータ４０は、金属４４の両側に位置する電極４６を含み、光ファイバに沿った金属に電流が流れるようにする。
【００２５】
マッハツェンダ干渉計が光路をある出力から他へ切り替えるためには、マッハツェンダ干渉計の２つの分岐間の光位相は、πだけ変えられなくてはならない。この位相変化は、本発明のヒータ４０の長さが１ｃｍである時には、〜１０℃の温度変化によって得られる。
【００２６】
図５に示されるように、本発明のヒータ４０は、光ファイバ４２を覆う、あるいは、被覆するが、従来では、ヒータ１８は、ガラスブロック１６に設けられているか、ヒータ３２は、導波路を有する基板３０の面（図３参照）に設けられている。従って、本発明のヒータ４０は、ヒータ４０のための領域が小さくてすみ、偏波依存がない他にも、従来のヒータ１８や３２に対して、いくつかの利点を有している。本発明のヒータ４０のために必要な領域が小さいことにより、ヒータ４０の、従って、ファイバ４２の温度変化が速い。このように、ファイバ４２の温度変化が速いことにより、ファイバ４２（及び、ヒータ４０）が光スイッチに使用されれば、切り替えを速くすることができる。ファイバ４２（導波路として働く）が短く（通常、１ｍｍ〜５０ｍｍであり、好ましくは、２〜３ｃｍ）、形状が対称的であり、従って、ファイバ４２を進む光は、水平方向と垂直方向で同じ環境にさらされることになるので、本発明のヒータ４０によって、被覆されるファイバ４２を進む光の偏波には依存しない。
【００２７】
従って、図５に示されるように、ファイバ４２を被覆する本発明のヒータ４０を含む光位相制御装置及び光スイッチは、偏波に依存しないという図１に示されるバルクのマッハツェンダ干渉計の利点と、高速の切り替え速度を実現する迅速な温度変化が得られるという、図３に示されるマッハツェンダ干渉計スイッチ２６（導波路２８を含む）の利点とを有する。
【００２８】
光ファイバを被覆する本発明のヒータ４０の構成の変形例は、図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示されている。図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃにおいて、従来の光ファイバは、コア５０を取り囲むクラッド４８から形成されている。図６Ａは、クラッド４８が本発明のヒータ４０−１によって全体的に被覆され、あるいは、覆われている光ファイバ５２を示している。図６Ｂは、クラッド４８の半分が本発明のヒータ４０−２によって被覆されている光ファイバ５４を示している。図６Ｃは、本発明のヒータ４０−３が光ファイバのクラッド４８の一部に取り付けられている光ファイバ５６を示している。
【００２９】
ファイバの断面が小さければ、ファイバの温度変化も速い。というのも、ファイバは、温度が変化しなくてはいけない領域が小さくなるからである。図７Ａに、本発明のヒータ４０によって被覆された光ファイバ５８を示す。図７Ａに示される光ファイバ５８において、コアの直径は、略１０マイクロメータであり、クラッドの直径は、略１２５マイクロメータである。
【００３０】
あるいは、本発明のヒータ４０によって被覆される光ファイバ６０は、図７Ｂに示されるよりもっと小さく作ることが出来る。図７Ｂに示される光ファイバ６０は、まず光ファイバ５８を形成し、化学的にファイバのクラッド４８をエッチングするか、最初から細いファイバを作ることにより、図７Ａに示される光ファイバ５８よりも細く作ることができる。両方法は、周知である。図７Ｂにおいては、コアの大きさ５０は、図７Ａと同じままである。クラッド４８を取り巻くヒータ４０は、ファイバ５８あるいは６０を被覆あるいはメッキすることによって作ることができる。より細いファイバでは（エッチングによる、あるいは、最初から細いファイバを作ることによるもの）、本発明のヒータ４０からの熱は、通常のサイズのファイバよりも速く、コア５０の温度を上げ、細いファイバを進む光の光位相をより速く変化させ、従って、本発明のヒータ４０を有する光スイッチを進む光に対して、より速くスイッチングを行うことができる。
【００３１】
図８〜１５は、本発明の光スイッチを示している。図８〜１５の光スイッチを詳細に説明する前に、図８〜１５に示される光スイッチのすべてに共通の概念を説明する。
【００３２】
図８〜１５に示される本発明の光スイッチは、光ファイバ４２を用いて実施され、光ファイバの少なくとも１つを熱する本発明のヒータ４０を含んでいる。図８〜１５に示される、本発明の光スイッチに含まれるパスＰ1とＰ2を形成する光ファイバ４２は、比較的短く（好ましくは、１ｍｍ〜５０ｍｍであり、さらには、２〜３ｃｍであり、図８〜１５に示される各光スイッチにおいて、この長さは変わらない）、従って、パスＰ1とＰ2の光ファイバを進む光の偏波状態を維持する。
【００３３】
図８〜１５において、パスＰ1とＰ2は、図８〜１５にそれぞれ示される３ｄＢカプラによって入力光が分岐され入力されるパスである。パスＰ1とＰ2は、図８と１２に示される３ｄＢカプラ６４と６６の両方の間にわたってのびており、図８と１２に示される各光スイッチの出力路は、３ｄＢカプラ６６における、パスＰ1とＰ2を進む光の相対光位相によって決定される。パスＰ1とＰ2は、図１１、１４、及び１５に示される３ｄＢカプラ８０と８２の両方の間にわたってのびており、図１１、１４、及び１５に示される各光スイッチの出力路は、３ｄＢカプラ８２における、パスＰ1とＰ2を進む光の相対光位相によって決定される。
【００３４】
図９、１０、及び１３において、パスＰ1とＰ2は、３ｄＢカプラ７２から、反射器７４へ、そして、３ｄＢカプラ７２に戻る経路にわたってのびており、図９、１０、及び、１３に示される各光スイッチの出力路は、反射器７４によって光が３ｄＢカプラに反射されて戻ったあとの、３ｄＢカプラにおけるパスＰ1とＰ2を進む光の相対光位相によって決定される。
【００３５】
図８〜１５に示される本発明の光スイッチは、パスＰ1とＰ2を形成する光ファイバの温度がパスＰ1とＰ2の両方で同じ時、光路Ｐ1を進む光が、光路Ｐ2を進む光と位相が一致しているように、構成される。しかし、図８〜１５に示される本発明の光スイッチは、パスＰ1とＰ2を形成する光ファイバの温度がパスＰ1とＰ2の両方で同じ時、光路Ｐ1を進む光が光路Ｐ2を進む光と反対の位相であるように、あるいは、光路Ｐ2を進む光に対して任意の位相であるように構成することもできる。
【００３６】
Ｐ1とＰ2を進む光の位相が０ラジアンあるいは、２πの整数倍ラジアン異なる時には、パスＰ1からの光とパスＰ2からの光とは位相が一致している。Ｐ1とＰ2を進む光の位相がπ／２ラジアンあるいは、π／２の奇数倍ラジアン異なる場合には、パスＰ1からの光とパスＰ2からの光とは、位相がはずれている。Ｐ1とＰ2を進む光の位相がπラジアンあるいはπの奇数倍ラジアン異なる場合には、パスＰ1からの光とパスＰ2からの光とは、位相が反対である。
【００３７】
図８〜１５に示される本発明の光スイッチを詳細に説明する。
図８は、本発明の基本的光スイッチ６２を示す図である。光スイッチ６２は、マッハツェンダ干渉計であり、上記したように、光ファイバ４２を有している。本発明の上記ヒータ４０は、図８に示されているように、３ｄＢカプラ６４と６６の間の位置において、同じく上記したように、光ファイバ４２の１つの一部を被覆しており、パスＰ1のファイバ４２を熱することにより、スイッチ６２のパスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を変化させる。
【００３８】
図８に示される光スイッチ６２は、２つの入力ポート（あるいはファイバ）１と４、及び２つの出力ポート（あるいはファイバ）２と３を有する、２×２スイッチである。３ｄＢカプラ６４と３ｄＢカプラ６６の間のパスＰ1とＰ2を進む入力光１の相対光位相が０の（位相が一致している）場合には、入力光１は、スイッチ６２を通って出力３に進む。同様に、３ｄＢカプラ６４と３ｄＢカプラ６６の間のパスＰ1とＰ2を進む入力光４の相対光位相が０の（位相が一致している）場合には、入力光４は、スイッチ６２を通って出力２に進む。
【００３９】
３ｄＢカプラ６４と６６の間のパスＰ1とＰ2を進む入力光の相対光位相が、入力光１と入力光４の両方に対し、πラジアンの（位相が反対である）場合には、他方、光は、入力１から出力２へ、入力４から出力３へ進む。
【００４０】
３ｄＢカプラ６４と６６の間の入力光１と入力光４に対する相対光位相は、本発明のヒータ４０を用いて変化させる。パスＰ1の、本発明のヒータ４０によって被覆される光ファイバ４２は、ヒータ４０によって熱せられ、パスＰ1の光ファイバに含まれる物質の屈折率が変化し、従って、３ｄＢカプラ６４と６６の間を進む光の光位相は、パスＰ1における光ファイバが熱せられていない時のものから変化される。従って、スイッチ６２からの出力光は、出力２と３の間で切り替えられる。
【００４１】
本発明の光スイッチ６２は、従来の光スイッチに比べて有利である。特には、スイッチ６２は、光ファイバ４２を有しており、スイッチ６２は、低い挿入損失で、伝送光ファイバに容易に接続できる。更に、３ｄＢカプラ６４と６６の間の長さは、比較的短いので、３ｄＢカプラ６４と６６の間を進む光の偏波状態は、３ｄＢカプラ６４から３ｄＢカプラ６６まで、維持される。
【００４２】
図８に示されるスイッチ６２によって達成される同様の機能が、図９に示される本発明の光スイッチ６８によって得られる。図９の光スイッチ６８は、１つの入力ファイバ１と２つの出力ファイバ４と５を有する１対２機能を有している。入力ファイバ１からの入力光は、光サーキュレータ７０を介して、３ｄＢカプラ７２まで進む。これは、入力光１をそれぞれ、分岐２と３に沿って進むパスＰ1とＰ2に分岐する。２つのパスＰ1とＰ2（分岐２と３）内の光は、従来の光反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に戻される。それから、反射光は、３ｄＢカプラ７２の地点における２つの分岐２と３の反射光の相対光位相に従って、出力ファイバ５、あるいは、光サーキュレータ７０へと進む。光サーキュレータ７０に戻る光は、ファイバ４へと出ていく。
【００４３】
図９に示されている本発明の光スイッチ６８においては、入力ファイバ１からスイッチ６８に入力する光は、それぞれ分岐２と３のパスＰ1とＰ2に反射される光間の相対光位相に従って、出力ファイバ５あるいは、出力ファイバ４へと出ていく。パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光間の相対位相が一致しているならば、光は、出力ポート４に出力される。もし、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光間の相対位相が反対ならば、光は、出力ポート５に出力される。
【００４４】
あるいは、光サーキュレータ７０が取り除かれるならば、入力光１は、他のファイバ（出力ファイバ５）に進む、あるいは、反射されて、同じファイバ（入力ファイバ１）に戻される。
【００４５】
パスＰ1とＰ2（分岐２と３）において反射される光間の相対位相は、本発明のヒータ４０によって決定される。図９のスイッチ６８においては、ヒータ４０は、パスＰ1（分岐２）のファイバ４２を被覆する。しかし、ヒータ４０は、パスＰ2（分岐３）のファイバ４２を被覆することも可能である。図９のスイッチ６８において、本発明のヒータ４０が、パスＰ1（分岐２）のファイバを熱する時、パスＰ1（分岐２）を進む光と、パスＰ2（分岐３）を進む光との間の相対位相が変化し、従って、出力は、出力ファイバ４と出力ファイバ５の間で切り替わる。
【００４６】
入力ファイバからの入力光が、２つの分岐間の光位相に依存して、入力ファイバへと反射返送される、あるいは、他の出力ファイバに伝送されるような光スイッチの構成を、従来周知のマイケルソン干渉計という。しかし、図９に示される本発明の光スイッチ６８は、光スイッチ６８のパスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光の相対位相を変化させる、本発明のヒータ４０を有している。
【００４７】
図８と９にそれぞれ示されるスイッチ６２と６８の機能は、入力ファイバからスイッチへの光が、スイッチから２つの出力ファイバの内１つへと切り替えられて出力され、２つの出力ファイバが入力ファイバと異なるという点において、互いに同様である。
【００４８】
図１０と１１にそれぞれ示される、スイッチ７６と７８の機能は、見ての通り、１つの入力ファイバからスイッチへの光が、スイッチから２つの出力ファイバの１つに切り替え出力され、２つの出力ファイバの１つが入力光を入力する入力ファイバと同じであるという点で同様である。しかし、スイッチ７６と７８の性能は、スイッチ７８は、スイッチ７６よりもクロストークが小さいという点で互いに異なっている。
【００４９】
図１０は、本発明のヒータ４０を含む、本発明の他の光スイッチ７６を示す図である。光スイッチ７６においては、光は、入力ファイバ１を介して入力され、従来の３ｄＢカプラ７２により分岐されて、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）に進む。パスＰ1（分岐２）は、前述した、本発明のヒータ４０を有している。ヒータ４０は、パスＰ1（分岐２）のファイバ４２を熱することによって、上記した原理の通りに、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光の相対位相を変化させる。
【００５０】
スイッチ７６の両パスＰ1とＰ2（分岐２と３）は、それぞれの分岐を進む光を反射する従来の光反射器７４を有している。パスＰ1とＰ2（分岐２と３）の反射光間の相対位相に依存して、出力光は、３ｄＢカプラ７２によって出力ポート４、あるいは、入力ポート１へ向けられる。特には、入力ポート１からの入力光は、３ｄＢカプラ７２によってパスＰ1とＰ2（分岐２と３）に伝送され、従来の反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に返送される。光が、反射器７４によって、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）において３ｄＢカプラ７２へと反射返送されるとき、反射光が位相が一致しているならば、光は、３ｄＢカプラ７２によって入力ポート１へと伝送される。他方、入力ポート１からの入力光が従来の反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に返送させるとき、相対位相がπラジアンであるならば、反射光は３ｄＢカプラ７２に伝送され、出力ポート（ファイバ）４に伝送される。
【００５１】
同様に、入力光がファイバ４を介して入力されるならば、入力光４は、３ｄＢカプラ７２によって、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）へと伝送され、従来の反射器７４によって反射され、３ｄＢカプラ７２に返送される。光が反射器７４によってパスＰ1とＰ2（分岐２と３）を通って、３ｄＢカプラ７２に反射返送されるとき、反射光が位相が一致しているならば、光は、３ｄＢカプラ７２によって、入力４へと伝送される。他方、入力光４が従来の反射器７４によって３ｄＢカプラ７２に反射返送される時に、相対位相がπラジアン（反対の位相）であれば、反射光は、３ｄＢカプラ７２を通って、入力ポート（ファイバ）１へと伝送される。
【００５２】
パスＰ1とＰ2を進む光間の相対位相は、パスＰ1のファイバ４２が本発明のヒータ４０によって熱せられるか否かによって決定される。パスＰ1のファイバ４２がヒータ４０によって熱せられるならば、パスＰ1とＰ2を進む光は、反対位相で、パスＰ1のファイバ４２が熱せられないならば、あるいは、ヒータ４０によって異なる温度に熱せられるならば、パスＰ1とＰ2を進む光は位相が一致する。
【００５３】
図１０に示されるスイッチ７６の機能は、入力光１の出力を、入力ファイバ１と他の出力ファイバ４との間で切り替えることである。
光スイッチ７６の応用としては、エコーキャンセラなど、多くのものがある。
【００５４】
入力光を、入力ファイバに反射返送する、あるいは、他の出力ファイバに出力するという上記機能を使った応用においては、非常に低いクロストークを達成することが出来る。特には、理想的なスイッチでは、入力ファイバ１からの入力光が他の出力ファイバ４へと進むとき、光のわずかな反射が入力ファイバ１に戻ることは許されない。例えば、３ｄＢカプラ７２が理想的でないことにより、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）間で分岐される光の割合は、５０−５０（２つのパスＰ1とＰ2（分岐２と３）間で均一に分布する入力光からのパワーの半分）とは異なり、４９対５１の割合などである。他の例では、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）を進む光間の相対位相は、互いに正確には、一致あるいは反対にはならない。上記した両条件により、クロストークや漏洩光等の望ましくない光が生じ、位相条件が反対の場合には、入力ファイバに返送される。実際には、図１０のスイッチ７６におけるクロストークのために、光がポート１を介して入力され、パスＰ1とＰ2（分岐２と３）の光が位相が反対である場合に、反射光の略９９％がポート４に出力され、反射光の略１％（１０-2）が入力ポート１へと漏れ出る。
【００５５】
図１１に示されるような、本発明のヒータ４０を有する本発明の光スイッチ７８は、入力ファイバに返送されるクロストークの量を抑制する。図１１に示されたスイッチ７８は、入力ファイバ１と出力ファイバ１と２を有し、図８に示される、マッハツェンダ干渉計光スイッチ６２の原理と同じ原理の１×２スイッチである。
【００５６】
図１１に示される本発明の光スイッチ７８は、相反装置（非相反装置である、光サーキュレータを含む光スイッチとは異なり）であるので、もしパスＰ1とＰ2を進む光が位相が一致している場合には、入力ポート１からの入力光は、従来の３ｄＢカプラ８０と８２を介して分岐３に進み、パスＰ1とＰ2を進む光が位相が反対である場合には、出力ポート２に進む。
【００５７】
パスＰ1とＰ2を進む光が位相が一致していると、入力ポート１からの入力光は、分岐３に進み、入力ポート１に反射返送される。
他方、パスＰ1とＰ2を進む光が反対の位相であると、入力ポート１からの入力光は、出力ポート２に進み、スイッチ７８によって出力される。
【００５８】
本発明のヒータ４０は、パスＰ1とＰ2を進む光が位相が一致している、あるいは、位相が反対であるかを、パスＰ1のファイバ４２を特定の温度まで熱することによって（パスＰ1とＰ2の光を反対位相とする）、あるいは、パスＰ1のファイバ４２を熱しない（パスＰ1とＰ2の光を一致位相とする）ことによって、決定する。
【００５９】
上述したように、図１１に示される光スイッチ７８においては、入力ポート（ファイバ）１から入力する入力光が従来の３ｄＢカプラ８０と８２を介して、分岐（あるいは、ファイバ）３に進み、パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相の場合、光は、反射器８４によって反射され、入力ポート（あるいは、ファイバ）へ返送される。この例において、光がファイバ１に返送されることは（パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相の場合）、クロストークの例を示すものではない。特には、パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相の場合、入力ポート１からの光は、同じ入力ポート１に反射返送されることが望ましい。
【００６０】
入力光がスイッチ７８の入力ポートに返送されないようにして、クロストークを抑制する問題は、パスＰ1とＰ2を進む光が反対位相の時の方が、一致位相の場合よりも重要である。特には、スイッチ７８においては、入力ポート１からの光が他の出力ポート２（パスＰ1とＰ2を進む光が反対位相）に進むとき、入力ポート１への反射返送光がない必要がある。実際には、スイッチ７８（主には、３ｄＢカプラ８０と８２による）の有するクロストーク（あるいは漏洩光）により、入力ポート１からの光の略９９％が出力ポート２に進み、入力光のわずかな分（略１％）が分岐３に進む。分岐３に進む光の１％は、反射返送され、パスＰ1とＰ2の光が反対位相であるので、反射光の大半（１％の９９％）がポート４に進み、スイッチ７８から出力される。反射器８４によって反射された光の他の１％は、入力ポート１に返送される。従って、ポート１から入力される光の全体のクロストークは、入力光の１％の１％、すなわち、０．０１％である。
【００６１】
スイッチ７８のクロストークが１％であるならば、ポート１への反射光は、分岐３からポート１への反射光がスイッチ７８を２回通り、３ｄＢカプラ８０と８２のそれぞれを２回（スイッチ７８は２段装置であることを意味する）通らなくてはいけないので、０．０１％となる。スイッチ７８のクロストークは、１％の１％、すなわち、０．０１％（あるいは、１０-4）に等しい。
【００６２】
図１０のスイッチ７６と図１１のスイッチ７８は、両方とも、互いに同様な機能を達成し、入力光をスイッチによって入力ポートあるいは、他の出力ポートに出力する。しかし、スイッチ７６は、１段装置であるので、図１０に示されているスイッチ７６クロストークは、１％（あるいは、１０-2）である。スイッチ７８は、２段装置であるので、図１１に示されるスイッチ７８のクロストークは、０．０１％（あるいは、１０-4）である。
【００６３】
図８に示される光スイッチ６２、図９に示される光スイッチ６８、図１０に示される光スイッチ７６、及び図１１に示される光スイッチ７８は、本発明のヒータ４０を分岐の一方のみに有する２つの分岐を有している。上記スイッチの２つの分岐を進む光の相対位相は、本発明のヒータが光を運ぶ２つの分岐の内の１つのファイバを熱するので、従って、２つの分岐の光ファイバの相対温度を変化するので、変化させられる。本発明のヒータは、ヒータに与えられる初期パワーが高い場合には、光ファイバの温度を迅速に上げる。そして、光路は、相対位相が迅速に変えられるため、迅速に切り替えられる。しかし、光路が元の状態に切り戻しされる場合には、２つのファイバを進む光の相対光位相を元の（熱せられていない）値に戻すために他の（熱せられていない）光ファイバと同程度の温度まで、熱せられた光ファイバを冷やす時間が必要である。スイッチの２つの分岐を進む光の相対光位相は、熱せられた光ファイバを冷やすのではなく、２つの分岐の１つの光ファイバを熱することによってより速く変えることが出来るので、他の方向よりもある方向で、切り替え時間が短い（あるいは、速い）。従って、光スイッチは、出力光をあるポートから他のポートへ切り替える場合に速く動作する。
【００６４】
ある方向が他の方向よりも、より長い切り替え時間を必要とするという問題をさけるため、本発明のヒータは、図１２，１３及び１４の本発明の光スイッチに示されるように、光スイッチの両分岐に設けられる。
【００６５】
スイッチの出力光路は、２つの分岐（あるいは、パスＰ1とＰ2）間の温度差によって決定される、２つの分岐（あるいは、パスＰ1とＰ2）間の光位相を変化させることによって切り替えるので、第１の（最初に熱せられた）光ファイバ（パスＰ1）の温度が下がるのを待つのではなくて、第２の分岐（パスＰ2）の温度を本発明のヒータで上げる。両分岐（パスＰ1とＰ2）のファイバの温度が上げられたとき、２つの分岐（パスＰ1とＰ2）の光ファイバの温度に差はなく、従って、２つの分岐（パスＰ1とＰ2）を進む光の相対位相が、両方とも熱せられていない場合の２つの分岐（パスＰ1とＰ2）を進む光の相対位相と同じである。
【００６６】
もちろん、光路の切り替えが生じた後は、第２の光ファイバ（パスＰ2）の温度は、元の（第１の）ファイバ（パスＰ1）の温度を下げるに従って、下げられるべきである。
【００６７】
図１２は、図８に示される本発明の光スイッチ６２に対応する本発明の光スイッチ８６を示している。しかし、図１２に示される本発明の光スイッチ８６においては、パスＰ1とＰ2は、両方とも本発明のヒータ４０（ヒータ４０1と４０2として示されている）を有している。スイッチ８６の切り替え原理は、スイッチ６２の切り替え原理と同じであり、ここでは、詳細には繰り返さない。端的に述べると、スイッチ８６においては、スイッチ６２と同様に、パスＰ1とＰ2を進む光位相が同じ時には、３ｄＢカプラ６４と６６間を進む光は一致位相である。問題の光が一致位相ならば、ポート１を介してスイッチ８６に入る光は、出力ポート３に切り替えられ、ポート４を介してスイッチ８６に入る光は、出力ポート２に切り替えられる。パスＰ1とＰ2を進む光の光位相がπラジアンだけ異なると、３ｄＢカプラ６４と６６を進む光は反対位相である。問題の光が反対位相なので、ポート１を介してスイッチ８６に入る光は出力ポート２に切り替えられ、ポート４を介してスイッチ８６に入る光は出力ポート３に切り替えられる。
【００６８】
以下の記載においては、熱する前に、光位相にバイアスはないとする。これは、分岐が同じ温度である場合に、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相が同じであることを意味している。しかし、実際の装置においては、光位相のバイアスがあり、すなわち、温度が同じであっても、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相に差がある。この場合、切り替えのための加熱処理の前に、ヒータに電流バイアスをかけるようにする。このバイアス電流は、分岐間の特定の温度差を維持し、分岐を進む光の位相を一致させる。そして、このバイアス電流に加え、加熱のための電流を印加する。しかし、説明の便宜上、以下の説明においては、バイアス電流はないとする。
【００６９】
パスＰ1とＰ2のファイバ間に温度差がない場合には、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相は、一致しており、パスＰ1とＰ2のファイバ間に所定の温度差がある場合には、反対位相となっている。所定の温度差は上記した通りである。
【００７０】
スイッチ６２とスイッチ８６の両方においては、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相は、パスＰ2のファイバの温度よりも所定の温度だけパスＰ1のファイバを熱することにより、一致位相から反対位相に切り替えられる。
【００７１】
しかし、スイッチ６２と異なり、スイッチ６２（と、従って、パスＰ1の光ファイバ）に設けられたヒータ４０がパスＰ2の光ファイバと同じ温度まで冷えるのを待つのではなく、ヒータ４０2をヒータ４０1と同じ温度まで熱し、パスＰ1とＰ2を進む光の位相を一致させる。従って、パスＰ1とＰ2を進む相対位相を一致位相から反対位相に切り替えるとき、スイッチ８６の切り替え時間は、スイッチ６２のものと同じであり、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を反対位相から一致位相に切り替えるとき、スイッチ６２の切り替え時間よりも速い。
【００７２】
パスＰ1とＰ2間の温度差、あるいは、相対温度は、上述した。ヒータ４０（あるいは、４０1あるいは４０2）が１ｃｍ（センチメータ）の長さであるとき、相対位相をπラジアンだけ変えるのに、略１０℃の温度変化が必要である。
【００７３】
図１３のスイッチ８８と図１４のスイッチ９０は、ともに、本発明のヒータ４０1と４０2の２つを含んでおり、図１２を参照して説明したように、パスＰ1とＰ2の２つの間の相対温度を変化させる。
【００７４】
図１３のスイッチ８８において、パスＰ1とＰ2のファイバの相対温度が０（ヒータ４０2の温度を上げてヒータ４０1と同じにするか、ヒータ４０1と４０2をともに同じ温度まで冷やすかによって）となる場合、パスＰ1とＰ2を進む光は位相が一致し、ポート１から３ｄＢカプラ７２を介してパスＰ1とＰ2に進む入力光は、ポート２と３にある反射器７４によってそれぞれ反射され、３ｄＢカプラ７２に返送される。反射光は、光サーキュレータ７０からポート４を介して出力される。光サーキュレータ７０が（図１０のスイッチ７６のように）図１３の光スイッチ８８に含まれていなかったら、反射光はポート１に反射返送される。
【００７５】
図１３のスイッチ８８においても、パスＰ1とＰ2を進む光が反対位相であるように、パスＰ1とＰ2のファイバの温度差（上記したように）がある（ヒータ４０2の温度を上げずに、ヒータ４０1の温度を上げるか、あるいは、その反対によって）場合、ポート１から入力される光は、３ｄＢカプラ７２を介してパスＰ1とＰ2に進み、ポート２と３の反射器７４によってそれぞれ反射され、３ｄＢカプラ７２を介して返送され、ポート５から出力される。
【００７６】
図１４は、図１１に示される本発明の光スイッチ７８に対応する本発明の光スイッチ９０を示す図である。しかし、図１４に示される本発明の光スイッチ９０においては、パスＰ1とＰ2は両方とも本発明のヒータ４０を有している（ヒータ４０1と４０2として示されている）。スイッチ９０の切り替え原理は、スイッチ７８の切り替え原理と同じであり、詳細は繰り返さない。端的には、スイッチ９０は、スイッチ７８のように、パスＰ1とＰ2を進む光の光位相が同じであるとき、３ｄＢカプラ８０と８２間を進む光の位相は一致している。問題の光が一致位相である場合には、ポート１を介してスイッチ９０に入る光は、出力ポート（反射器８４を含む）に切り替えられ、入力ポート１へ反射返送される。パスＰ1とＰ2を進む光の光位相がπラジアンだけ異なる場合には、３ｄＢカプラ８０と８２間を進む光は反対位相にある。問題の光が反対位相にある場合には、ポート１を介してスイッチ９０に入る光は、出力ポート２に切り替えられる。
【００７７】
パスＰ1とＰ2を進む光の光位相は、（上記したように）パスＰ1とＰ2のファイバ間に温度差がない場合には、位相が一致し、パスＰ1とＰ2のファイバ間に所定の温度差がある場合には、反対位相となる。
【００７８】
スイッチ７８とスイッチ９０の両スイッチにおいて、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相は、（上記したように）パスＰ2のファイバの温度以上にパスＰ1のファイバを熱することにより、一致位相から反対位相に切り替えられる。
【００７９】
しかし、スイッチ７８とは異なり、スイッチ７８（そして、パスＰ1の光ファイバ）に設けられるヒータ４０がパスＰ2の光ファイバと同じ温度に冷えるまで待つのではなく、ヒータ４０2は、ヒータ４０1と同じ温度まで熱せられ、パスＰ1とＰ2を進む光の位相が一致する。従って、スイッチ９０の切り替え時間は、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を一致位相から反対位相に切り替える場合、スイッチ７８と同じであり、パスＰ1とＰ2を進む光の相対位相を反対位相から一致位相に切り替える場合には、スイッチ７８の切り替え時間よりも速い。
【００８０】
パスＰ1とＰ2間の温度差、あるいは、相対温度は、上記した通りであり、ヒータ４０（あるいは４０1あるいは４０2）の長さが１ｃｍである場合、相対位相をπラジアン変えるのに、略１０℃の温度変化が必要である。
【００８１】
本発明のヒータ４０によって被覆あるいはメッキされたファイバ４２を監視し、ファイバの温度を制御して、ファイバ内で光位相を正しく、一致位相あるいは反対位相として維持するための方法（光学的方法、及び、温度感知方法）は少なくとも２つある。両方法は、ファイバを熱するヒータのフィードバック制御を含み、前述の本発明のヒータ４０を一つだけ用いて、図１５を参照して説明する。しかし、２つの方法は、前述の２つのヒータ４０1と４０2へも応用可能である。図１５に示されている本発明の干渉計（あるいは光スイッチ）９２は、図１１及び１４に示される本発明の光スイッチと同様である。
【００８２】
図１５を参照して、光学的方法を説明する。図１５に示されるように、ポート３まで進む信号光の一部、あるいは、ポート１あるいは４の光路から入射される異なる波長の他の光は、パス９４に沿って伝送され、従来の検波器９６によって、ミラー８４−１の後検波される。もし、信号光に対するミラーの反射率が１００％でないならば、ミラー８４−１をわずかな光が透過し、検波器９６は、わずかに透過した光を検波し、パス９４に沿って伝送される光のパワーの大きさを測定する。通常、ミラー８４−１に至る光の１〜２％は、ミラー８４−１を透過する。異なる波長の他の光を使用する場合には、この光に対しては、ミラーの反射率は理想的には０％であり、信号光に対しては１００％である。
【００８３】
パス９４に沿って進む光のパワーの大きさは、検波パワーとも呼ばれるが、パス９８を介して、ヒータ制御器１００に伝送される。ヒータ制御器１００は、ヒータ４０に伝送されるパワーの大きさを調整し、検波パワーに基づいて、ファイバ４２に印加される熱の量を多くしたり、少なくする。
【００８４】
光スイッチ９２のパスＰ1とＰ2を進む光が一致位相であるべきときは、光が１あるいは４からくる場合、ヒータ制御器１００は、それぞれ、パス９４の検波パワーの大きさを最大化あるいは最小化するようにヒータ４０を制御する。あるいは、光スイッチ９２のパスＰ1とＰ2を進む光が反対位相であるべきときは、ヒータ制御器１００は、光が１または４からくるときは、それぞれ、パス９４の検波パワーの大きさを最小化あるいは最大化するように、ヒータ４０を制御する。
【００８５】
任意の瞬間の相対光位相は、直接には知ることが出来ないので、上記検波器９６とヒータ制御器１００は、パス９４のパワーの大きさを検出することにより、光スイッチ９２において、パスＰ1とＰ2を進む光が一致位相にあるか、反対位相にあるかを決定するのにも使用することが出来る。
【００８６】
ファイバを監視する他の方法は、ファイバ４２の温度を検知し、測定するものである。温度計１０２をファイバに隣接して設け、温度計の出力１０４を出力１０４に基づいてヒータ４０へ送るパワーの大きさを制御するヒータ制御器１００へ伝送する。あるいは、ヒータ４０に含まれる抵抗金属４４を温度計として使用することが可能である。金属の抵抗は、温度の関数であるので、ファイバ４２の温度は、ヒータ４０に含まれる金属の抵抗を測定し、ヒータ制御器１００に信号１０６を伝送することによって監視することが出来る。同様に、ヒータ制御器１００は、この信号１０６に基づいて、ヒータ４０に送るパワーの大きさを調整する。
【００８７】
＜付記＞
本発明は、以下のような形態で実現することも可能である。
第１に、第１と第２の光ファイバと、該第１及び第２の光ファイバに入力光を分岐に分波し、該第１及び第２の光ファイバからの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラとを備え、該第１の光ファイバのファイバ素線表面に、発熱するヒータを有するマッハツェンダ干渉計を前提とする。
【００８８】
そして、該第２の光ファイバのファイバ素線表面に、発熱するヒータを含む形態。
該各３ｄＢカプラは、光ファイバがねじられた後、これらが融着された光ファイバ、あるいは、光ファイバが削られた後、これらが密着された光ファイバからなる形態。
【００８９】
該第１及び第２の光ファイバの長さが、それぞれ、１ｍｍと５０ｍｍの間である形態。
前記ヒータは、前記第１のファイバの表面に抵抗金属を被覆あるいは、メッキしてなる形態。
【００９０】
前記ヒータは、前記光ファイバに沿って、前記金属に電流を流すように、該金属の両端に配置された電極を備える形態。
前記金属は金である形態。
【００９１】
前記ヒータの長さは、１ｍｍと２０ｍｍの間である形態。
前記金属の厚さは、０．１μｍと５０μｍの間である形態。
前記金属は、断面から見て、前記第１の光ファイバの表面の全体、表面の半分、あるいは、表面の一部に形成されている形態。
【００９２】
前記ヒータが取り付けられる前記第１の光ファイバは、ファイバを細くし、ファイバの温度がより速く変化するようにエッチングされている形態。
前記マッハツェンダ干渉計内を進む光の光位相差は、信号光あるいは、光路から入射される異なる波長の他の光を使って監視される形態。
【００９３】
前記ヒータは、金属からなり、分岐間の光位相差は、該ヒータの該金属の抵抗を測定することによって監視される形態。
第２に、第１と第２の光ファイバと、該第１と第２の光ファイバに入力光を分岐に分波し、該第１と第２の光ファイバからの光を出力路に再合波する３ｄＢカプラとを備え、第１の光ファイバのファイバ素線表面に形成され、発熱するヒータを有するマイケルソン干渉計を前提とする。
【００９４】
そして、該第２の光ファイバのファイバ素線の表面に形成され、発熱するヒータを備える形態。
該３ｄＢカプラの各々は、光ファイバがねじられた後、融着された光ファイバ、あるいは、光ファイバが削られた後、密着された光ファイバからなる形態。
【００９５】
前記第１及び第２のファイバの長さは、それぞれ、１ｍｍと５０ｍｍとの間である形態。
前記ヒータは、前記第１の光ファイバの表面に抵抗金属を被覆あるいは、メッキしてなる形態。
【００９６】
前記ヒータは、前記光ファイバに沿って、前記金属に電流を流すように、該金属の両端に配置された電極を備える形態。
前記金属は、金である形態。
【００９７】
前記ヒータの長さは、１ｍｍと２０ｍｍの間である形態。
前記金属の厚さは、０．１μｍと５０μｍの間である形態。
前記金属は、断面から見て、前記第１の光ファイバの表面の全体、表面の半分、あるいは、表面の一部に形成されている形態。
【００９８】
前記ヒータが取り付けられる前記第１の光ファイバは、ファイバを細くし、ファイバの温度がより速く変化するようにエッチングされている形態。
前記マイケルソン干渉計内を進む光の光位相差は、信号光あるいは、光路から入射される異なる波長の他の光を使って監視される形態。
【００９９】
前記ヒータは、金属からなり、分岐の間の光位相差は、該ヒータの該金属の抵抗を測定することによって監視される形態。
第３に、光路に光を伝送する複数の光ファイバと、該複数の光ファイバに接続され、入力光を該光路に分岐し、該光路からの出力光を出力路に再合波する３ｄＢカプラと、該光ファイバの一方の一部を被覆し、該光ファイバの一方を熱して、該光ファイバの一方を進む光の光位相を変化させるヒータとを備える装置を前提とする。
【０１００】
そして、前記光ファイバの他方の一部を被覆し、該光ファイバの他方を熱し、該光ファイバの一方と該光ファイバの他方を進む光の相対光位相を変化させる第２のヒータを更に備える形態。
【０１０１】
前記光ファイバの一方と接続し、前記光路の漏洩光のパワーを検出する検波器と、該検波器と前記ヒータとに接続され、該漏洩光のパワーに基づいて該ヒータを制御するヒータ制御器とを更に備える形態。
【０１０２】
第４に、光路に光を伝送する複数の光ファイバと、該複数の光ファイバに接続され、入力光を該光路に分岐し、該光路からの出力光を出力路に再合波する３ｄＢカプラと、該光ファイバの一方の一部を被覆し、該光ファイバの一方を熱して、該光ファイバの一方を進む光の光位相を変化させるヒータとを備える光スイッチを前提とする。
【０１０３】
そして、前記光ファイバの他方の一部を被覆し、該光ファイバの他方を熱し、該光ファイバの一方と該光ファイバの他方を進む光の相対光位相を変化させる代２のヒータを更に備える形態。
【０１０４】
前記光ファイバの一方と接続し、前記光路の漏洩光のパワーを検出する検波器と、該検波器と前記ヒータとに接続され、該漏洩光のパワーに基づいて該ヒータを制御するヒータ制御器とを更に備える形態。
【０１０５】
前記スイッチは、１×２スイッチである形態。
前記スイッチは、２×２スイッチである形態。
第５に、光ファイバの表面に抵抗金属を被覆、あるいは、メッキしたヒータを前提とする。
【０１０６】
そして、前記金属の両端に位置し、前記光ファイバに沿って、該金属に電流を流すための電極を更に備える形態。
前記金属は、金である形態。
【０１０７】
ヒータの長さは１ｍｍと２０ｍｍの間である形態。
前記金属の厚さは、０．１μｍと５０μｍとの間である形態。
前記金属は、断面から見て、前記光ファイバの表面の全体、表面の半分、あるいは、表面の一部に形成されている形態。
【０１０８】
前記ヒータが取り付けられる前記光ファイバは、ファイバを細くし、ファイバの温度がより速く変化するようにエッチングされている形態。
第６に、入力光を受光する入力ポートと、出力光を出力する出力ポートとを備える光スイッチであって、第１の光路を形成する第１の光ファイバと、第２の光路を形成する第２の光ファイバと、該入力ポート、該第１の光ファイバ、及び該第２の光ファイバに接続され、該入力光を該第１の光路と該第２の光路とに分岐する第１の３ｄＢカプラと、該第１の光ファイバの一部を被覆し、該第１の光ファイバを熱することにより、該第２の光路を進む光に対し、該第１の光路を進む光の光位相を変化させるヒータと、該第１の光ファイバと該第２の光ファイバに接続し、該第１の光路を進む光と該第２の光路を進む光とを再合波し、該出力光とし、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が一致している場合には、該出力光を該出力ポートの一方に出力し、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が反対の場合には、該出力光を該出力ポートの他方に出力する第２の３ｄＢカプラとを備える光スイッチを前提とする。
【０１０９】
そして、更に、前記第２の光ファイバを被覆し、該第２の光ファイバを熱することにより、前記第２の光路を進む光の光位相を変化させ、前記第１の光路を進む光の光位相と一致させるヒータを備える形態。
【０１１０】
各光路の長さは、１／２ｍよりも短い形態。
第７に、入力光を受光する入力ポートと、出力光を出力する出力ポートとを備える光スイッチであって、第１の光路を形成する第１の光ファイバと、第２の光路を形成する第２の光ファイバと、該入力ポート、該第１の光ファイバ、及び該第２の光ファイバに接続され、該入力光を該第１の光路と該第２の光路とに分岐する第１の３ｄＢカプラと、該第１の光ファイバの一部を被覆し、該第１の光ファイバを熱することにより、該第２の光路を進む光に対し、該第１の光路を進む光の光位相を変化させるヒータと、該第１の光ファイバと該第２の光ファイバに接続し、該第１の光路を進む光と該第２の光路を進む光を再合波し、該出力光とし、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が一致している場合には、該出力光を該出力ポートの一方に出力し、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が反対の場合には、該出力光を該出力ポートの他方に出力する第２の３ｄＢカプラと、該出力ポートの一方の終端部に設けられ、該第１の光路を進む光の位相が、該第２の光路を進む光の位相と反対の場合、該出力先を該スイッチを介して、該入力ポートの他方に反射返送する反射器とを備える光スイッチを前提とする。
【０１１１】
そして、更に、前記第２の光ファイバを被覆し、該第２の光ファイバを熱することにより、前記第２の光路を進む光の光位相を変化させ、前記第１の光路を進む光の光位相と一致させるヒータを備える形態。
【０１１２】
各光路の長さは、１／２ｍよりも短い形態。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、速くて、信頼性があり、製造が安価に出来る光スイッチと光制御器を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】マッハツェンダ干渉計に基づいた、従来のバルク切り替え装置１０の例を示す図である。
【図２】従来のヒータ１８を有するガラスブロックの断面図である。
【図３】同図Ａは、従来のマッハツェンダ干渉計スイッチを示す図であり、同図Ｂは、図３Ａに示されるマッハツェンダ干渉計の基板の断面図である。
【図４】従来の３ｄＢカプラの構成を示す図である。
【図５】本発明のヒータを示す図である。
【図６】光ファイバを被覆する本発明のヒータの構成の変形例を示す図である。
【図７】同図Ａは、本発明のヒータで被覆された通常の光ファイバを示す図であり、同図Ｂは、本発明の、ヒータで被覆された通常より小さい光ファイバを示す図である。
【図８】本発明の基本的な光スイッチ（マッハツェンダ干渉計）を示す図である。
【図９】本発明の他の光スイッチを示す図である。
【図１０】本発明のマイケルソン干渉計を示す図である。
【図１１】クロストークが改善された、本発明の光スイッチを示す図である。
【図１２】本発明の２つのヒータを含む、本発明のマッハツェンダ干渉計を示す図である。
【図１３】本発明の２つのヒータを含む、本発明のマイケルソン干渉計を示す図である。
【図１４】本発明の２つのヒータを有し、クロストークが改善された、本発明の光スイッチを示す図である。
【図１５】本発明のヒータのフィードバック制御を有する、本発明の光スイッチを示す図である。
【符号の説明】
４、５ 出力ファイバ
３２、４０、４０−１、４０−２、４０−３、４０1、４０2 ヒータ
４２ 通常の光ファイバ
４４ 抵抗金属
４６ 電極
４８ クラッド
５０ コア
５２、５４、５６、５８、６０ 光ファイバ
６２、６８、７６、７８、８６、８８、９０ 光スイッチ
６４、６６、７２、８０、８２ ３ｄＢカプラ
７０ 光サーキュレータ
７４、８４ 反射器
８４−１ ミラー
９２ 干渉計（あるいは、光スイッチ）
９６ 検波器
１００ ヒータ制御器
Claims (1)
- 入力光を受光する入力ポートと、出力光を出力する出力ポートとを備える光スイッチであって、
第１の光路を形成する第１の光ファイバと、
第２の光路を形成する第２の光ファイバと、
該入力ポート、該第１の光ファイバ、及び該第２の光ファイバに接続され、該入力光を該第１の光路と該第２の光路とに分岐する第１の３ｄＢカプラと、
該第１の光ファイバの一部を被覆し、該第１の光ファイバを熱することにより、該第２の光路を進む光に対し、該第１の光路を進む光の光位相を変化させるヒータと、
該第１の光ファイバと該第２の光ファイバに接続し、該第１の光路を進む光と該第２の光路を進む光とを再合波し、該出力光とし、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が一致している場合には、該出力光を該出力ポートの一方に出力し、該第１の光路を進む光が該第２の光路を進む光と位相が反対の場合には、該出力光を該出力ポートの他方に出力する第２の３ｄＢカプラと、
該出力ポートの一方の終端部に設けられ、該第１の光路を進む光の位相が、該第２の光路を進む光の位相と反対の場合、該出力光を該スイッチを介して、該入力ポートの他方に反射返送する反射器と、
を備えることを特徴とする光スイッチ。
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