JP3895417B2 - 偏光の影響を受けない非線形光学ミラー - Google Patents
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- G02F1/3519—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using an interferometer of Sagnac type, i.e. nonlinear optical loop mirror [NOLM]
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば光学的電気通信システム中を通過する光信号の処理の分野に関する。より詳細には、本発明は、光信号のルーティング、スイッチングまたは変調のために使用することができる非線形光学ミラー装置（ＮＯＬＭ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを介する電気通信用リンクなど、光子回路におけるＮＯＬＭの多数の実施の形態及び応用例が、すでに当業者に知られている。
【０００３】
従来のＮＯＬＭを図１に示す。一般的に、ＮＯＬＭは、一つの光ファイバループＬを含んでいる。第一の光カプラＣ１は四つのゲート１、２、３、４を備えており、このカプラＣ１は、異なるゲート間での光の出力の分配を表わす結合係数ξ／（１−ξ）を有する。そして第二の光カプラＣ２は、第一の制御用光ファイバＦ３を介してＮＯＬＭ中に第一の制御信号を注入するためのものである。
【０００４】
必要ならば、ループ中に光増幅器ＧＬを付け加えることによって、アセンブリに正の利得を与えることができ、それによって、増幅非線形ミラー（ＮＡＬＭ）またはこのような増幅器が、アセンブリに単位利得を与えるために挿入損失を補償することができる。
【０００５】
ＮＯＬＭによってスイッチされる光信号は、入力ファイバＦ１によってカプラＣ１のゲート１に導入される。まず第一に、ファイバＦ３上に制御信号が存在していない状態で、５０／５０のカプラＣ１の結合係数がξ／（１−ξ）である場合について見てみる。この場合、前記光信号の出力の５０％がカプラＣ１のゲート４上にあり、残り５０％はカプラＣ１のゲート３上にある。しかし、両者の間にはπ／２ラジアン（９０°）の相対的位相差がある。したがって、二つの信号は、長さがおよそ５ｋｍ〜１０ｋｍになるファイバのループ内で反対方向に伝播して行く。二つの信号の光路が等しいため、信号はそれぞれカプラＣ１のゲート３と４に到達し、そこで干渉を起こす。カプラＣ１はまた、±π／２の相対的位相差も導入する。
【０００６】
ここで、二つの信号の位相差が±πまたは０であることから、カプラＣ１のゲート２に向かう合成波について弱め合う干渉（位相差±π）が存在する。したがって、出力ファイバＦ２に向う信号の伝達は行われない。反対に、カプラＣ１のゲート１に向う合成波では、干渉は強め合うものである（位相差０）。すなわちこの場合、ゲート１上に存在する信号は、ＮＯＬＭミラーによりゲート１に向かって全反射される。
【０００７】
ここで、制御用光ファイバＦ３上に制御信号が存在する場合を考えてみる。この信号は、光カプラＣ２によってＮＯＬＭループ中に結合され、時計回りの方向でループ内を伝播していく。ループ内を反対方向に伝わっていく信号の波は、制御信号の存在の影響をまったく、あるいはほとんど受けない。反対に、ループ内を同一方向に伝播していく信号の波は妨害される。実際に、ループＬのファイバは非線形の効果を有しており、そのため、光の出力に応じて、またはより厳密にはファイバ内の電界の振幅に応じて、ファイバの屈折率が変わる（カー効果）。「共同伝播(en co-propagation)」と呼ばれる一緒に伝搬する波の電界は、線形に重なる。したがって、電界の合成強度は、ループＬ内の他の方向に伝播する波の強度より大きい。
【０００８】
共同伝播する波から見たループＬの有効屈折率は、逆伝播する波から見たものとは異なる。したがって伝播速度も異なる。カプラＣ１への到達時間も異なることから、これらの波はまったくあるいはほとんど干渉しない。光の強さ全体またはそのほとんどは、カプラＣ１のゲート２上にあり、出力用の光ファイバＦ２上を搬送される。
【０００９】
このように、制御用ファイバＦ３上の制御信号の存在は、非線形光学ミラーのスイッチングを制御することが可能であり、ミラーは制御信号が存在する場合には透明となり、制御信号が欠如している場合には反射する。スイッチングは非常に高速で、およそ１００ＧＨｚ以上とすることができる。ＮＯＬＭのループ内に複屈折エレメントを挿入すると、ミラーが、制御信号がない場合には透明に、制御信号が存在している場合には反射するように、スイッチング特性を逆にすることもできる。
【００１０】
以上に述べたようなＮＯＬＭは、たとえば、従来の技術の説明として本出願書に明示的に組み込まれる文献Ｄ１＝Ｊ．Ｋ．Ｌｕｃｅｋ及びＫ．Ｓｍｉｔｈ（１９９３年）の「All optical signal regenerator（全光学式信号再生器）」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．第１８巻、第１５号、ｐ．１２２６−ｐ．１２２８、１９９３年８月１日号に記載されているような、クロック信号のＮＯＬＭを用いたスイッチングによるソリトン再生装置で使用することができる、従来技術のものに合致している。
【００１１】
本発明をよりよく理解するために役に立つ文献は他にもあり、それらについては、この目的に役立つと認めた上で後で手短に紹介する。以下に挙げるこれらの文献も、従来の技術の説明として本出願書に明示的に組み込まれる。
【００１２】
Ｄ２＝Ｎ．Ｆｉｎｌａｙｓｏｎ他（１９９２年）の「Switch inversion and polarization sensitivity of the nonlinear-optical loop mirror (NOLM)（非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）のスイッチ逆転及び偏光感度）」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ．、第１７巻、第２号、ｐ．１１２−１１４、１９９２年１月１５日号。この文献は、ＮＯＬＭが、その線形状態において切り替えられる光信号の偏光の影響をまったくあるいはほとんど受けないスイッチとして配置することもでき、ループの複屈折は、モードの閉塞用リングでできたレーザ中で見られる不安定性の原因となる恐れがあると教示している。
【００１３】
ＮＯＬＭ中を流れる光信号のいずれか一方の偏光の影響を受けないＮＯＬＭのさまざまな構成が文献中に記載されている。これらの文献もまた、従来技術の説明として明示的に本出願書に組み込まれる。
【００１４】
Ｄ３＝Ｋ．Ｕｃｈｉｙａｍａ他（１９９２年）の「Ultrafast polarisation - independent all-potical switching using a polarisation diversity scheme in the nonlinear optical loop mirror (NOLM)（非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）における偏光の多様な図式を用いたあらゆるスイッチングの影響を受けない超高速偏光）」、ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｌｅｔｔ．，第２８巻、第２０号、ｐ．１８６４−ｐ．１８６６、１９９２年９月２４日号。この文献は、切り替えられる信号の光の偏光の影響を受けないスイッチとしてのＮＯＬＭの使用法を示している。これは、ＮＯＬＭループの中央点においてカットされ、９０°回転する偏光維持型ファイバを使用することによって得られる。その原理は図２に示されている。
【００１５】
ＮＯＬＭのループは、たとえば二穴型偏光維持ファイバＰＡＮＤＡで構成されている。伝播の途中で軸Ａ１と軸Ａ２との間で９０°の回転を行うことにより、左側区間の高速軸（あるいは低速軸）は、図２におけるループの右側区間の低速軸（あるいは高速軸）になる。ループ（Ｌ）のファイバは、偏光において分散している。すなわち、ファイバの内側の光の伝播速度は、高速軸と整列した偏光に対しては、伝播の高速軸に直交する偏光に対する速度とは異なる。偏光分散から解放されることが必要となり、それは、偏光維持の軸Ａ１、Ａ２の互いに直交する配置をもつファイバの二つの等しい長さを使用することによって行われる。またそれによって、結果的に、ループＬの長さ上で偏光分散が無になる。
【００１６】
切り替えられた信号の偏光にシステムが影響を受けないようにするために、制御用の入力ファイバＦ３上のカプラＣ２によってループＬ内に導入された制御信号の偏光は、直交する二つの軸Ａ１、Ａ２から４５°で注入される。前例と同じように、偏光分散効果は無になる。
【００１７】
Ｄ４＝ｕｃｈｉｙａｍａ他（１９９５年）の「Polarisation independant wavelength conversion using non linear optical loop mirror（非線形光学ループミラーを使用する波長変換に左右されない偏光）」Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．３１（２１）、ｐ．１８６２、１９９５年１０月１２日号は、図１を用いて上述したようなＮＯＬＭの制御入力に適用された不確定な偏光用光信号の波長変換システムについて記載している。この装置の性能を、波長を変換する光信号の偏光の影響を受けないようにするために、ＮＯＬＭは、Ｄ３におけるのと同様に偏光維持型ファイバによってつくられ、クロック信号は、ＮＯＬＭのループの中立軸に対して４５°の向きの偏光で、カプラＣ１の入力に注入される。
【００１８】
本出願人が従来技術の文献のなかで最も近いものとみなしている文献は、Ｄ５＝Ｄ．Ｓａｎｄｅｌ他（１９９４年）の「Polarisation-indepedent regenerator with nonlinear optoelectronic phase-locked loop（非線形光エレクトロニクスフェーズロックループの偏向の影響を受けない再生器）」、ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ １９９４、論文ＦＧ２である。この文献は、その主入力において３×３カプラを有するＮＯＬＭの使用法について報告している。本発明の一つの実施の形態においては、この文献の中に記されているような特定の位相関係を得るために、このような３×３カプラが使用される。実際、２×２カプラの代わりに３×３カプラを使用すると、ＮＯＬＭのループ内に非対称の位相差が生じる。逆伝播の信号によって見られるポンピングの平均的強さ（あるいはクロック信号によるループの充填率）にしたがった消光比の劣化は、それぞれのパラメータの選択が適切である場合には、この位相差によって取り除くことができる。
【００１９】
Ｄ５のＮＯＬＭには、光学距離が等しい偏光維持型ファイバの四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）が含まれている。これら四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）は、三箇所で三つのスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）によって互いに光学的に接続されている。第一と第三のスプライスにおいては、ファイバの偏光維持軸は９０°回転している。第二のスプライスにおいては、ループ中に、信号及び制御の二つの波長（それぞれ、λsとλcの波長）に応じて長さが選択される偏光による分散光ファイバを有するモード変換器が挿入されている。
【００２０】
ここで、隣接する区間（Ｔ２、Ｔ３）の中立軸に対して軸が４５°の向きをとっている短い偏光維持型ファイバが問題になる。このファイバの長さは、信号（波長λs）では整数ｎ、ポンプ光ではｎ±１／２のうねりの長さ（ここでは、λcの波長を有する制御光に等しい長さ）が存在するような光路の長さを有するように選択される。
【００２１】
この文献Ｄ５の実施の形態には欠点があり、それを解消することが本発明の一目的である。というのも、この装置は、実際に使用する際には重大な問題が生じる。モード変換器として役立つファイバの特性を非常に正確に把握していなければならないとともに、その長さをうなりの長さよりもはるかに小さい公差（複屈折性が高いファイバにおいては数ミリメートル）で調整しなければならない。モード変換器は温度で調節しなければならない。一方、モードの変換は、はっきりと定められた波長（λs、λc）の対に対してしか行えないことが明らかである。さらに、偏光分散は補償されず、文献Ｄ５中で理論的に説明されているようにモードの変換のみでは制御用の偏光に対する独立性を得るのに不十分である。
【００２２】
Ｄ６＝Ｈ．Ｂｕｌｏｗの名義による米国特許第５３７７２８４号は、制御用光信号の適用に呼応する光信号の高速スイッチングのための干渉計ＳＡＧＮＡＣについて記載している。ここで述べられている干渉計は、上述のＮＯＬＭと同じ要領で作動し、その働きは同じ物理的原理に基づくものである。Ｂｕｌｏｗは、制御用光信号がほとんど偏光を解消されるように、スイッチの働きが切り替えられる光信号の偏光の影響を受けない方法を記述している。
【００２３】
Ｂｕｌｏｗによれば、制御用光信号のパルスは、パルスの内側に分配された複数の偏光状態を含むこともできる。提案されているもう一つの解決策は、制御用パルス内の二つの光束の使用である。これらの二つの光束は、互いに直交する偏光軸を有する線形偏光である。
【００２４】
Ｄ７＝Ｗｈｉｔａｋｅｒ、Ｎ．Ａ．他（１９９２年）の「Polarisation-independent all-optical switching（偏光−独立型全光スイッチング）」、ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．４（３）、ｐ．２６０−ｐ．２６３、１９９２年３月３日号。この論文において、著者は、ＮＯＬＭのファイバの偏光分散を使用する制御用信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭを提案している。信号及び制御（装置ＰＤＭ−＞ＴＤＭへの移行後）は、それぞれ偏光軸のいずれか一本上に伝播し（すなわち信号の偏光が強制される！）、非線形効果を増加させるためにＮ回交差する（軸が各スプライスで９０°回転する偏光維持型ファイバのＮ個の区間）。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の問題と欠点を解消することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、光ファイバのループ（Ｌ）を備えており、前記ループ（Ｌ）は、第一の波長（λs）によって部分的に特徴づけられる第一の光信号の注入のための信号入力と信号出力を有し、第一の信号入出力光カプラ（Ｃ１）が、前記入力及び前記出力を前記ループ（Ｌ）に結合するための結合係数ξ／（１−ξ）を有し、さらに、ファイバＦ３を介する第一の制御入力と、第二の波長（λc）によって部分的に特徴づけられる制御用と呼ばれる第二の光信号を、ファイバＦ３を介して前記ループ（Ｌ）中に注入できるように、前記第一の制御入力を前記ループＬに結合するための第二の光カプラ（Ｃ２）とを備えており、前記光ファイバループ（Ｌ）が、二本の伝播中立軸を有する偏光維持型ファイバの偶数（２ｉ＞２、ｉは整数）の区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３，Ｔ４．．．）を備えて、これらの区間が、光学距離が等しく、２ｉ−１箇所で２ｉ−１個のスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、．．．）によって互いに光学的に接続されており、ファイバの前記伝播中立軸が、ループの真ん中のもの（ｉ番目のスプライス）を除きあらゆるスプライス（Ｅ１、Ｅ３）の所で９０°回転しており、このｉ番目のスプライスがモード変換器を備えている、ループ状の非線形ミラー（ＮＯＬＭ）であって、さらに、前記モード変換器が、偏光維持型のデマルチプレクサ（Ｃ３）とマルチプレクサ（Ｃ４）、ならびにそれぞれ前記第一と第二の波長（λs、λc）を搬送するためにそれらを接続する第一及び第二の光路（Ｆλs、Ｆλc）を備えており、前記光路が、偏光維持型ファイバでできていること、ならびに、前記第二経路（Ｆλc）の中立軸は９０°回転するが、前記第一経路（Ｆλs）の中立軸は回転していないことを特徴とするミラーを提案している。
【００２７】
具体的一実施の形態によれば、前記光デマルチプレクサと光マルチプレクサは、前記第一の波長と第二の波長（λs、λc）を有する前記第一の光信号と第二の光信号を分離し、かつ結び付ける波長選択的偏光維持型光カプラ（Ｃ３、Ｃ４）である。
【００２８】
代替的実施の形態によれば、区間は四つあり、スプライスの数は三つである。
【００２９】
また好ましい実施の形態によれば、偏光維持型ファイバの２ｉ個の区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、．．．）の長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、．．．）は、中立軸のいずれか一本上に制御によって導入され、最初のｉ個の区間（ループの前半、Ｔ１、Ｔ２）上で積分される非線形位相差が、もう一方の軸上に制御によって導入され、最後のｉ個の区間（ループの後半、Ｔ３、Ｔ４）上で積分される非線型位相差に等しくなるように選択される。
【００３０】
本発明のＮＯＬＭは、従来の応用例のために有利に配置することができるが、その性能は、これまで、従来の技術のＮＯＬＭ装置が偏光に対して敏感であるという欠点をもっていた。そこで本発明はまた以下を提案する。
【００３１】
・本発明によるＮＯＬＭを備えた光波長変換装置。
【００３２】
・本発明によるＮＯＬＭを備えた光学的スイッチング装置。
【００３３】
・本発明によるＮＯＬＭを備えたル−プ状のファイバ型レ−ザ用の光変調装置。
【００３４】
−本発明によるＮＯＬＭを備えたタイムジッタの補償による光学ソリトン再生装置。
【００３５】
【発明の実施の形態】
わかりやすくするために添付の図面を参照して、本発明のさまざまな特性及び利点を以下に詳細に説明する。
【００３６】
添付の図面は、本発明の原理を示すという目的で、限定的でなく例示的なものとして示したものである。すべての図において、同一の参照番号は同一のエレメントを示しているが、わかりやすくするために、縮尺は必ずしも遵守されていない。
【００３７】
図３は、文献Ｄ３に記されているように、波長の変換器として使用されるのに適した非線形光学ミラ−（ＮＯＬＭ）の例を概略的に示している。図３の装置の機械的構造は、図２を参照して上述した構造と同じである。ル−プＬ内に注入される信号の偏光だけが、図２に示された変更に対して逆転している。というのも、図３のＮＯＬＭは、クロック信号（λs）の光が、ル−プＬの偏光維持型ファイバの伝播の中立軸に対して４５°の向きの方向に沿って偏光しているという条件で、光カプラＣ２を介してル−プ内に注入されるポンプ光（λc）の信号の偏光とは無関係である。
【００３８】
以上に説明したようなＮＯＬＭは、従来の技術に合致しており、ＮＯＬＭの二つの光学的カプラ（Ｃ１、Ｃ２）上に注入される二つの光信号の偏光に左右される恐れがあると同時に、ル−プ上の偏光分散を補償することができない。
【００３９】
こうした従来の技術の欠点を解消し、特に、ＮＯＬＭが、ＮＯＬＭの二つの光学カプラ（Ｃ１、Ｃ２）上に注入される二つの光信号の偏光に左右されないようにし、ル−プ上の偏光分散の補償を可能にすることが本発明の目的である。本発明のもう一つの目的は、それらの品質が同時に、従来技術中で示されているものより簡単に工業的に生産できる部品によって得られ、さらに相対的に周囲の温度変化に左右されないようなＮＯＬＭをつくりだすことにある。
【００４０】
図４に概略的にその一例が示されているように、本発明のＮＯＬＭの働きは、図１、２、３を用いて上述したＮＯＬＭの動作と同じである。図２と３のＮＯＬＭとまったく同じように、本発明のＮＯＬＭは、偏光維持型ファイバの複数の区間からつくりだされる。本発明によれば、区間の数は、ｉが１より大きい整数であるとして、偶数２ｉである。図４にしたがって、光学距離が等しい（それぞれ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）少なくとも四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）が必要である。これらの四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）は、３箇所で三つのスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）によって互いに光学的に接続されている。第一及び第三のスプライス（Ｅ１、Ｅ３）においては、偏光維持型ファイバの伝播中立軸は、図２の単一スプライスを参照して上記に説明したように９０°回転する。
【００４１】
本発明によれば、区間Ｔ２とＴ３との間の第二のスプライスＥ２においては、ル−プＬ中に、図５に示されているようにモ−ド変換器が挿入されており、この変換器は、光デマルチプレクサＣ３と光マルチプレクサＣ４、さらにそれらを接続させる二つの偏光維持型光路（Ｆλs、Ｆλc）を備えている。デマルチプレクサＣ３は、それぞれ前記二つの経路（Ｆλs、Ｆλc）上で、その入力（λs、λc）上に存在する二つの光信号を分割する。制御信号（λc）を搬送する経路（Ｆλc）上に、偏光維持型ファイバの伝播中立軸の９０°の回転をともなうスプライスＥ４が行われる。もう一方の経路（Ｆλs）上では、軸の回転が行われない。次に、前記マルチプレクサＣ４は二つの信号（λsとλc）を再び組み合わせる。
【００４２】
このようなデマルチプレクサ装置（Ｃ３）及びマルチプレクサ装置（Ｃ４）は、たとえば、ダイクロイックフィルタと偏光維持型光カプラとともに、三本の偏光維持型ファイバとともにつくりだすことができる。このような装置は、たとえば、カナダのオンタリオ州ＮｅｐｅａｎのＪＤＳ ＦＩＴＥＬ Ｉｎｃ．社から、カタログ番号ＷＤ１５５５−ＡＬＬ５ＪＭ１で市販されている。また近い将来に、このような部品を光集積テクノロジによってつくりだすことが可能になる。
【００４３】
ル−プＬのファイバにおいて維持用軸Ａ１及びＡ２に対して４５°の向きの偏光軸を有し、カプラＣ２を介してＮＯＬＭのなかに制御用の光信号（λc）を注入するための準備をすることはもはや必要でない。このように装置の働きは、二つの信号（λs、λc）の偏光に左右されず、そのことは、文献Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のなかで述べられている従来の技術による実施の形態と比べて重要な利点である。
【００４４】
文献Ｄ５の装置と比べると、本発明の実施ははるかに簡単である。なぜなら、二つの光路（Ｆλs、Ｆλc）の長さは、Ｄ５のモ−ド変換器の長さがそうであるように決定的なものではない。さらに、本発明のモ−ド変換器は、相対的に周囲の温度に左右されないが、Ｄ５の装置は、正しく作動するために温度調節を必要とする。一方、Ｄ５のＮＯＬＭは、ル−プＬ上を伝播する信号の偏光分散を補償しない。
【００４５】
このように、本発明のＮＯＬＭは、未知の、場合によっては制御できない任意の偏光信号（λs、λc）で再現可能であるように、正しく作動することができる。一方、偏光分散の補償は、自動的に調整の必要なく行われる。
【００４６】
本発明の好ましい実施の形態をより正確に説明するために、本書の中で、区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の等しい光学距離が何を意味しているのかを説明しておく必要がある。そのためには、ル−プＬの区間中を、それらを接続しているスプライスを通して伝播する光信号が受ける光学的損失を考慮に入れなければならない。なぜなら、偏光に対する独立性は、モ−ド変換器の前後の非線形位相差（カ−効果）の等しさ、すなわち信号の振幅によって変わるからである。
【００４７】
区間の長さの計算例として、その説明を簡単にするためにいくつかの仮説を立てることができる。まず偶数の区間２ｉ＝４を選択する。区間の各対の内部では、その長さは、各対における偏光分散を補償するために等しく選択される（Ｌ１＝Ｌ２、Ｌ３＝Ｌ４）。図４に示されているように、光カプラＣ２は、最初の区間Ｔ１の始まり近くに配置されている。このカプラＣ２を介して注入される制御信号は、Ｔ１、Ｅ１、Ｔ２、Ｅ２、Ｔ３、Ｅ３、Ｔ４中で次々に損失を受ける。この信号が、最後の区間Ｔ４の中で最も弱くなり、さらに、非線形効果もまたこの区間中で最も弱くなる。したがって、最後の区間Ｔ４のなかでも最初の区間Ｔ１と同じ大きさの効果を得るためには、最後の区間Ｔ４の長さＬ４が第一の区間Ｔ１の長さＬ１より大きくなる必要がある。
【００４８】
あらゆる区間について、たとえばα＝０．２３ｄＢ／ｋｍと定められた一定のファイバ減衰値がとられ、スプライスＥ１、Ｅ２、Ｅ３の損失はそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３と記される。
【００４９】
中立軸のいずれか一本上に制御によって導入され、最初のｉ個の区間（ル−プの前半、Ｔ１、Ｔ２）上で積分される非線形位相差が、もう一本の軸上に制御によって導入され、最後のｉ個の区間（ル−プの後半、Ｔ３、Ｔ４）上で積分される非線形位相差に等しいという条件の下で、以下のように記すことができる。
【００５０】
（１−ｅ- α L1）／α＋（Ｐ１・ｅ- α L1）・（１−ｅ- α L1）／α＝Ｐ１・Ｐ２・（ｅ-2 α L1）（１−ｅ- α L4）／α＋Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３［ｅ- α (2L1+L4)］［１−ｅ- α L4］／α
この結果からＬ１とＬ４は以下の関係式を満たさなければならない。
【００５１】
１＋（Ｐ１−１）ｅ- α L1＋Ｐ１・ｅ-2 α L1＝［Ｐ１・Ｐ２・ｅ-2 α L1］［１＋（Ｐ３−１）ｅ- α L4］＋Ｐ３・ｅ-2 α L4］
偏光軸の回転がない光路のモ−ド変換器中での挿入損失は、上記の方程式のなかで得られた項に比べて取るに足らないものである。
【００５２】
本発明のＮＯＬＭは、より大きな数（偶数）の区間を有することができるが、それによって装置の複雑さとスプライスによる損失が増大する。
【００５３】
当業者は、特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲を逸脱せずに、さまざまな実施形態を介して、多数の応用例に適合させるためにこのコンセプトを活用することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術によって知られている非線形光学ミラ−（ＮＯＬＭ）の例を概略的に示す図である。
【図２】文献Ｄ３によって知られているような従来の技術の切り替えられる信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭスイッチを概略的に示す図である。
【図３】文献Ｄ４によって知られている従来の技術の制御信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭ波長変換器を概略的に示す図である。
【図４】信号及び制御の二つの入力上に存在する信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭの本発明による実施の形態を概略的に示す図である。
【図５】図４の実施の形態のなかで使用されるのに適しているモ−ド変換装置の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
Ｃ 光カプラ
Ｅ スプライス
Ｆ 光ファイバ
λs、λc 信号
Ｔ 区間
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば光学的電気通信システム中を通過する光信号の処理の分野に関する。より詳細には、本発明は、光信号のルーティング、スイッチングまたは変調のために使用することができる非線形光学ミラー装置（ＮＯＬＭ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを介する電気通信用リンクなど、光子回路におけるＮＯＬＭの多数の実施の形態及び応用例が、すでに当業者に知られている。
【０００３】
従来のＮＯＬＭを図１に示す。一般的に、ＮＯＬＭは、一つの光ファイバループＬを含んでいる。第一の光カプラＣ１は四つのゲート１、２、３、４を備えており、このカプラＣ１は、異なるゲート間での光の出力の分配を表わす結合係数ξ／（１−ξ）を有する。そして第二の光カプラＣ２は、第一の制御用光ファイバＦ３を介してＮＯＬＭ中に第一の制御信号を注入するためのものである。
【０００４】
必要ならば、ループ中に光増幅器ＧＬを付け加えることによって、アセンブリに正の利得を与えることができ、それによって、増幅非線形ミラー（ＮＡＬＭ）またはこのような増幅器が、アセンブリに単位利得を与えるために挿入損失を補償することができる。
【０００５】
ＮＯＬＭによってスイッチされる光信号は、入力ファイバＦ１によってカプラＣ１のゲート１に導入される。まず第一に、ファイバＦ３上に制御信号が存在していない状態で、５０／５０のカプラＣ１の結合係数がξ／（１−ξ）である場合について見てみる。この場合、前記光信号の出力の５０％がカプラＣ１のゲート４上にあり、残り５０％はカプラＣ１のゲート３上にある。しかし、両者の間にはπ／２ラジアン（９０°）の相対的位相差がある。したがって、二つの信号は、長さがおよそ５ｋｍ〜１０ｋｍになるファイバのループ内で反対方向に伝播して行く。二つの信号の光路が等しいため、信号はそれぞれカプラＣ１のゲート３と４に到達し、そこで干渉を起こす。カプラＣ１はまた、±π／２の相対的位相差も導入する。
【０００６】
ここで、二つの信号の位相差が±πまたは０であることから、カプラＣ１のゲート２に向かう合成波について弱め合う干渉（位相差±π）が存在する。したがって、出力ファイバＦ２に向う信号の伝達は行われない。反対に、カプラＣ１のゲート１に向う合成波では、干渉は強め合うものである（位相差０）。すなわちこの場合、ゲート１上に存在する信号は、ＮＯＬＭミラーによりゲート１に向かって全反射される。
【０００７】
ここで、制御用光ファイバＦ３上に制御信号が存在する場合を考えてみる。この信号は、光カプラＣ２によってＮＯＬＭループ中に結合され、時計回りの方向でループ内を伝播していく。ループ内を反対方向に伝わっていく信号の波は、制御信号の存在の影響をまったく、あるいはほとんど受けない。反対に、ループ内を同一方向に伝播していく信号の波は妨害される。実際に、ループＬのファイバは非線形の効果を有しており、そのため、光の出力に応じて、またはより厳密にはファイバ内の電界の振幅に応じて、ファイバの屈折率が変わる（カー効果）。「共同伝播(en co-propagation)」と呼ばれる一緒に伝搬する波の電界は、線形に重なる。したがって、電界の合成強度は、ループＬ内の他の方向に伝播する波の強度より大きい。
【０００８】
共同伝播する波から見たループＬの有効屈折率は、逆伝播する波から見たものとは異なる。したがって伝播速度も異なる。カプラＣ１への到達時間も異なることから、これらの波はまったくあるいはほとんど干渉しない。光の強さ全体またはそのほとんどは、カプラＣ１のゲート２上にあり、出力用の光ファイバＦ２上を搬送される。
【０００９】
このように、制御用ファイバＦ３上の制御信号の存在は、非線形光学ミラーのスイッチングを制御することが可能であり、ミラーは制御信号が存在する場合には透明となり、制御信号が欠如している場合には反射する。スイッチングは非常に高速で、およそ１００ＧＨｚ以上とすることができる。ＮＯＬＭのループ内に複屈折エレメントを挿入すると、ミラーが、制御信号がない場合には透明に、制御信号が存在している場合には反射するように、スイッチング特性を逆にすることもできる。
【００１０】
以上に述べたようなＮＯＬＭは、たとえば、従来の技術の説明として本出願書に明示的に組み込まれる文献Ｄ１＝Ｊ．Ｋ．Ｌｕｃｅｋ及びＫ．Ｓｍｉｔｈ（１９９３年）の「All optical signal regenerator（全光学式信号再生器）」、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．第１８巻、第１５号、ｐ．１２２６−ｐ．１２２８、１９９３年８月１日号に記載されているような、クロック信号のＮＯＬＭを用いたスイッチングによるソリトン再生装置で使用することができる、従来技術のものに合致している。
【００１１】
本発明をよりよく理解するために役に立つ文献は他にもあり、それらについては、この目的に役立つと認めた上で後で手短に紹介する。以下に挙げるこれらの文献も、従来の技術の説明として本出願書に明示的に組み込まれる。
【００１２】
Ｄ２＝Ｎ．Ｆｉｎｌａｙｓｏｎ他（１９９２年）の「Switch inversion and polarization sensitivity of the nonlinear-optical loop mirror (NOLM)（非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）のスイッチ逆転及び偏光感度）」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ．、第１７巻、第２号、ｐ．１１２−１１４、１９９２年１月１５日号。この文献は、ＮＯＬＭが、その線形状態において切り替えられる光信号の偏光の影響をまったくあるいはほとんど受けないスイッチとして配置することもでき、ループの複屈折は、モードの閉塞用リングでできたレーザ中で見られる不安定性の原因となる恐れがあると教示している。
【００１３】
ＮＯＬＭ中を流れる光信号のいずれか一方の偏光の影響を受けないＮＯＬＭのさまざまな構成が文献中に記載されている。これらの文献もまた、従来技術の説明として明示的に本出願書に組み込まれる。
【００１４】
Ｄ３＝Ｋ．Ｕｃｈｉｙａｍａ他（１９９２年）の「Ultrafast polarisation - independent all-potical switching using a polarisation diversity scheme in the nonlinear optical loop mirror (NOLM)（非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）における偏光の多様な図式を用いたあらゆるスイッチングの影響を受けない超高速偏光）」、ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｌｅｔｔ．，第２８巻、第２０号、ｐ．１８６４−ｐ．１８６６、１９９２年９月２４日号。この文献は、切り替えられる信号の光の偏光の影響を受けないスイッチとしてのＮＯＬＭの使用法を示している。これは、ＮＯＬＭループの中央点においてカットされ、９０°回転する偏光維持型ファイバを使用することによって得られる。その原理は図２に示されている。
【００１５】
ＮＯＬＭのループは、たとえば二穴型偏光維持ファイバＰＡＮＤＡで構成されている。伝播の途中で軸Ａ１と軸Ａ２との間で９０°の回転を行うことにより、左側区間の高速軸（あるいは低速軸）は、図２におけるループの右側区間の低速軸（あるいは高速軸）になる。ループ（Ｌ）のファイバは、偏光において分散している。すなわち、ファイバの内側の光の伝播速度は、高速軸と整列した偏光に対しては、伝播の高速軸に直交する偏光に対する速度とは異なる。偏光分散から解放されることが必要となり、それは、偏光維持の軸Ａ１、Ａ２の互いに直交する配置をもつファイバの二つの等しい長さを使用することによって行われる。またそれによって、結果的に、ループＬの長さ上で偏光分散が無になる。
【００１６】
切り替えられた信号の偏光にシステムが影響を受けないようにするために、制御用の入力ファイバＦ３上のカプラＣ２によってループＬ内に導入された制御信号の偏光は、直交する二つの軸Ａ１、Ａ２から４５°で注入される。前例と同じように、偏光分散効果は無になる。
【００１７】
Ｄ４＝ｕｃｈｉｙａｍａ他（１９９５年）の「Polarisation independant wavelength conversion using non linear optical loop mirror（非線形光学ループミラーを使用する波長変換に左右されない偏光）」Ｅｌｅｃｔ．Ｌｅｔｔ．３１（２１）、ｐ．１８６２、１９９５年１０月１２日号は、図１を用いて上述したようなＮＯＬＭの制御入力に適用された不確定な偏光用光信号の波長変換システムについて記載している。この装置の性能を、波長を変換する光信号の偏光の影響を受けないようにするために、ＮＯＬＭは、Ｄ３におけるのと同様に偏光維持型ファイバによってつくられ、クロック信号は、ＮＯＬＭのループの中立軸に対して４５°の向きの偏光で、カプラＣ１の入力に注入される。
【００１８】
本出願人が従来技術の文献のなかで最も近いものとみなしている文献は、Ｄ５＝Ｄ．Ｓａｎｄｅｌ他（１９９４年）の「Polarisation-indepedent regenerator with nonlinear optoelectronic phase-locked loop（非線形光エレクトロニクスフェーズロックループの偏向の影響を受けない再生器）」、ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ １９９４、論文ＦＧ２である。この文献は、その主入力において３×３カプラを有するＮＯＬＭの使用法について報告している。本発明の一つの実施の形態においては、この文献の中に記されているような特定の位相関係を得るために、このような３×３カプラが使用される。実際、２×２カプラの代わりに３×３カプラを使用すると、ＮＯＬＭのループ内に非対称の位相差が生じる。逆伝播の信号によって見られるポンピングの平均的強さ（あるいはクロック信号によるループの充填率）にしたがった消光比の劣化は、それぞれのパラメータの選択が適切である場合には、この位相差によって取り除くことができる。
【００１９】
Ｄ５のＮＯＬＭには、光学距離が等しい偏光維持型ファイバの四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）が含まれている。これら四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）は、三箇所で三つのスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）によって互いに光学的に接続されている。第一と第三のスプライスにおいては、ファイバの偏光維持軸は９０°回転している。第二のスプライスにおいては、ループ中に、信号及び制御の二つの波長（それぞれ、λsとλcの波長）に応じて長さが選択される偏光による分散光ファイバを有するモード変換器が挿入されている。
【００２０】
ここで、隣接する区間（Ｔ２、Ｔ３）の中立軸に対して軸が４５°の向きをとっている短い偏光維持型ファイバが問題になる。このファイバの長さは、信号（波長λs）では整数ｎ、ポンプ光ではｎ±１／２のうねりの長さ（ここでは、λcの波長を有する制御光に等しい長さ）が存在するような光路の長さを有するように選択される。
【００２１】
この文献Ｄ５の実施の形態には欠点があり、それを解消することが本発明の一目的である。というのも、この装置は、実際に使用する際には重大な問題が生じる。モード変換器として役立つファイバの特性を非常に正確に把握していなければならないとともに、その長さをうなりの長さよりもはるかに小さい公差（複屈折性が高いファイバにおいては数ミリメートル）で調整しなければならない。モード変換器は温度で調節しなければならない。一方、モードの変換は、はっきりと定められた波長（λs、λc）の対に対してしか行えないことが明らかである。さらに、偏光分散は補償されず、文献Ｄ５中で理論的に説明されているようにモードの変換のみでは制御用の偏光に対する独立性を得るのに不十分である。
【００２２】
Ｄ６＝Ｈ．Ｂｕｌｏｗの名義による米国特許第５３７７２８４号は、制御用光信号の適用に呼応する光信号の高速スイッチングのための干渉計ＳＡＧＮＡＣについて記載している。ここで述べられている干渉計は、上述のＮＯＬＭと同じ要領で作動し、その働きは同じ物理的原理に基づくものである。Ｂｕｌｏｗは、制御用光信号がほとんど偏光を解消されるように、スイッチの働きが切り替えられる光信号の偏光の影響を受けない方法を記述している。
【００２３】
Ｂｕｌｏｗによれば、制御用光信号のパルスは、パルスの内側に分配された複数の偏光状態を含むこともできる。提案されているもう一つの解決策は、制御用パルス内の二つの光束の使用である。これらの二つの光束は、互いに直交する偏光軸を有する線形偏光である。
【００２４】
Ｄ７＝Ｗｈｉｔａｋｅｒ、Ｎ．Ａ．他（１９９２年）の「Polarisation-independent all-optical switching（偏光−独立型全光スイッチング）」、ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．４（３）、ｐ．２６０−ｐ．２６３、１９９２年３月３日号。この論文において、著者は、ＮＯＬＭのファイバの偏光分散を使用する制御用信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭを提案している。信号及び制御（装置ＰＤＭ−＞ＴＤＭへの移行後）は、それぞれ偏光軸のいずれか一本上に伝播し（すなわち信号の偏光が強制される！）、非線形効果を増加させるためにＮ回交差する（軸が各スプライスで９０°回転する偏光維持型ファイバのＮ個の区間）。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術の問題と欠点を解消することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、光ファイバのループ（Ｌ）を備えており、前記ループ（Ｌ）は、第一の波長（λs）によって部分的に特徴づけられる第一の光信号の注入のための信号入力と信号出力を有し、第一の信号入出力光カプラ（Ｃ１）が、前記入力及び前記出力を前記ループ（Ｌ）に結合するための結合係数ξ／（１−ξ）を有し、さらに、ファイバＦ３を介する第一の制御入力と、第二の波長（λc）によって部分的に特徴づけられる制御用と呼ばれる第二の光信号を、ファイバＦ３を介して前記ループ（Ｌ）中に注入できるように、前記第一の制御入力を前記ループＬに結合するための第二の光カプラ（Ｃ２）とを備えており、前記光ファイバループ（Ｌ）が、二本の伝播中立軸を有する偏光維持型ファイバの偶数（２ｉ＞２、ｉは整数）の区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３，Ｔ４．．．）を備えて、これらの区間が、光学距離が等しく、２ｉ−１箇所で２ｉ−１個のスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、．．．）によって互いに光学的に接続されており、ファイバの前記伝播中立軸が、ループの真ん中のもの（ｉ番目のスプライス）を除きあらゆるスプライス（Ｅ１、Ｅ３）の所で９０°回転しており、このｉ番目のスプライスがモード変換器を備えている、ループ状の非線形ミラー（ＮＯＬＭ）であって、さらに、前記モード変換器が、偏光維持型のデマルチプレクサ（Ｃ３）とマルチプレクサ（Ｃ４）、ならびにそれぞれ前記第一と第二の波長（λs、λc）を搬送するためにそれらを接続する第一及び第二の光路（Ｆλs、Ｆλc）を備えており、前記光路が、偏光維持型ファイバでできていること、ならびに、前記第二経路（Ｆλc）の中立軸は９０°回転するが、前記第一経路（Ｆλs）の中立軸は回転していないことを特徴とするミラーを提案している。
【００２７】
具体的一実施の形態によれば、前記光デマルチプレクサと光マルチプレクサは、前記第一の波長と第二の波長（λs、λc）を有する前記第一の光信号と第二の光信号を分離し、かつ結び付ける波長選択的偏光維持型光カプラ（Ｃ３、Ｃ４）である。
【００２８】
代替的実施の形態によれば、区間は四つあり、スプライスの数は三つである。
【００２９】
また好ましい実施の形態によれば、偏光維持型ファイバの２ｉ個の区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、．．．）の長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、．．．）は、中立軸のいずれか一本上に制御によって導入され、最初のｉ個の区間（ループの前半、Ｔ１、Ｔ２）上で積分される非線形位相差が、もう一方の軸上に制御によって導入され、最後のｉ個の区間（ループの後半、Ｔ３、Ｔ４）上で積分される非線型位相差に等しくなるように選択される。
【００３０】
本発明のＮＯＬＭは、従来の応用例のために有利に配置することができるが、その性能は、これまで、従来の技術のＮＯＬＭ装置が偏光に対して敏感であるという欠点をもっていた。そこで本発明はまた以下を提案する。
【００３１】
・本発明によるＮＯＬＭを備えた光波長変換装置。
【００３２】
・本発明によるＮＯＬＭを備えた光学的スイッチング装置。
【００３３】
・本発明によるＮＯＬＭを備えたル−プ状のファイバ型レ−ザ用の光変調装置。
【００３４】
−本発明によるＮＯＬＭを備えたタイムジッタの補償による光学ソリトン再生装置。
【００３５】
【発明の実施の形態】
わかりやすくするために添付の図面を参照して、本発明のさまざまな特性及び利点を以下に詳細に説明する。
【００３６】
添付の図面は、本発明の原理を示すという目的で、限定的でなく例示的なものとして示したものである。すべての図において、同一の参照番号は同一のエレメントを示しているが、わかりやすくするために、縮尺は必ずしも遵守されていない。
【００３７】
図３は、文献Ｄ３に記されているように、波長の変換器として使用されるのに適した非線形光学ミラ−（ＮＯＬＭ）の例を概略的に示している。図３の装置の機械的構造は、図２を参照して上述した構造と同じである。ル−プＬ内に注入される信号の偏光だけが、図２に示された変更に対して逆転している。というのも、図３のＮＯＬＭは、クロック信号（λs）の光が、ル−プＬの偏光維持型ファイバの伝播の中立軸に対して４５°の向きの方向に沿って偏光しているという条件で、光カプラＣ２を介してル−プ内に注入されるポンプ光（λc）の信号の偏光とは無関係である。
【００３８】
以上に説明したようなＮＯＬＭは、従来の技術に合致しており、ＮＯＬＭの二つの光学的カプラ（Ｃ１、Ｃ２）上に注入される二つの光信号の偏光に左右される恐れがあると同時に、ル−プ上の偏光分散を補償することができない。
【００３９】
こうした従来の技術の欠点を解消し、特に、ＮＯＬＭが、ＮＯＬＭの二つの光学カプラ（Ｃ１、Ｃ２）上に注入される二つの光信号の偏光に左右されないようにし、ル−プ上の偏光分散の補償を可能にすることが本発明の目的である。本発明のもう一つの目的は、それらの品質が同時に、従来技術中で示されているものより簡単に工業的に生産できる部品によって得られ、さらに相対的に周囲の温度変化に左右されないようなＮＯＬＭをつくりだすことにある。
【００４０】
図４に概略的にその一例が示されているように、本発明のＮＯＬＭの働きは、図１、２、３を用いて上述したＮＯＬＭの動作と同じである。図２と３のＮＯＬＭとまったく同じように、本発明のＮＯＬＭは、偏光維持型ファイバの複数の区間からつくりだされる。本発明によれば、区間の数は、ｉが１より大きい整数であるとして、偶数２ｉである。図４にしたがって、光学距離が等しい（それぞれ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）少なくとも四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）が必要である。これらの四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）は、３箇所で三つのスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）によって互いに光学的に接続されている。第一及び第三のスプライス（Ｅ１、Ｅ３）においては、偏光維持型ファイバの伝播中立軸は、図２の単一スプライスを参照して上記に説明したように９０°回転する。
【００４１】
本発明によれば、区間Ｔ２とＴ３との間の第二のスプライスＥ２においては、ル−プＬ中に、図５に示されているようにモ−ド変換器が挿入されており、この変換器は、光デマルチプレクサＣ３と光マルチプレクサＣ４、さらにそれらを接続させる二つの偏光維持型光路（Ｆλs、Ｆλc）を備えている。デマルチプレクサＣ３は、それぞれ前記二つの経路（Ｆλs、Ｆλc）上で、その入力（λs、λc）上に存在する二つの光信号を分割する。制御信号（λc）を搬送する経路（Ｆλc）上に、偏光維持型ファイバの伝播中立軸の９０°の回転をともなうスプライスＥ４が行われる。もう一方の経路（Ｆλs）上では、軸の回転が行われない。次に、前記マルチプレクサＣ４は二つの信号（λsとλc）を再び組み合わせる。
【００４２】
このようなデマルチプレクサ装置（Ｃ３）及びマルチプレクサ装置（Ｃ４）は、たとえば、ダイクロイックフィルタと偏光維持型光カプラとともに、三本の偏光維持型ファイバとともにつくりだすことができる。このような装置は、たとえば、カナダのオンタリオ州ＮｅｐｅａｎのＪＤＳ ＦＩＴＥＬ Ｉｎｃ．社から、カタログ番号ＷＤ１５５５−ＡＬＬ５ＪＭ１で市販されている。また近い将来に、このような部品を光集積テクノロジによってつくりだすことが可能になる。
【００４３】
ル−プＬのファイバにおいて維持用軸Ａ１及びＡ２に対して４５°の向きの偏光軸を有し、カプラＣ２を介してＮＯＬＭのなかに制御用の光信号（λc）を注入するための準備をすることはもはや必要でない。このように装置の働きは、二つの信号（λs、λc）の偏光に左右されず、そのことは、文献Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のなかで述べられている従来の技術による実施の形態と比べて重要な利点である。
【００４４】
文献Ｄ５の装置と比べると、本発明の実施ははるかに簡単である。なぜなら、二つの光路（Ｆλs、Ｆλc）の長さは、Ｄ５のモ−ド変換器の長さがそうであるように決定的なものではない。さらに、本発明のモ−ド変換器は、相対的に周囲の温度に左右されないが、Ｄ５の装置は、正しく作動するために温度調節を必要とする。一方、Ｄ５のＮＯＬＭは、ル−プＬ上を伝播する信号の偏光分散を補償しない。
【００４５】
このように、本発明のＮＯＬＭは、未知の、場合によっては制御できない任意の偏光信号（λs、λc）で再現可能であるように、正しく作動することができる。一方、偏光分散の補償は、自動的に調整の必要なく行われる。
【００４６】
本発明の好ましい実施の形態をより正確に説明するために、本書の中で、区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の等しい光学距離が何を意味しているのかを説明しておく必要がある。そのためには、ル−プＬの区間中を、それらを接続しているスプライスを通して伝播する光信号が受ける光学的損失を考慮に入れなければならない。なぜなら、偏光に対する独立性は、モ−ド変換器の前後の非線形位相差（カ−効果）の等しさ、すなわち信号の振幅によって変わるからである。
【００４７】
区間の長さの計算例として、その説明を簡単にするためにいくつかの仮説を立てることができる。まず偶数の区間２ｉ＝４を選択する。区間の各対の内部では、その長さは、各対における偏光分散を補償するために等しく選択される（Ｌ１＝Ｌ２、Ｌ３＝Ｌ４）。図４に示されているように、光カプラＣ２は、最初の区間Ｔ１の始まり近くに配置されている。このカプラＣ２を介して注入される制御信号は、Ｔ１、Ｅ１、Ｔ２、Ｅ２、Ｔ３、Ｅ３、Ｔ４中で次々に損失を受ける。この信号が、最後の区間Ｔ４の中で最も弱くなり、さらに、非線形効果もまたこの区間中で最も弱くなる。したがって、最後の区間Ｔ４のなかでも最初の区間Ｔ１と同じ大きさの効果を得るためには、最後の区間Ｔ４の長さＬ４が第一の区間Ｔ１の長さＬ１より大きくなる必要がある。
【００４８】
あらゆる区間について、たとえばα＝０．２３ｄＢ／ｋｍと定められた一定のファイバ減衰値がとられ、スプライスＥ１、Ｅ２、Ｅ３の損失はそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３と記される。
【００４９】
中立軸のいずれか一本上に制御によって導入され、最初のｉ個の区間（ル−プの前半、Ｔ１、Ｔ２）上で積分される非線形位相差が、もう一本の軸上に制御によって導入され、最後のｉ個の区間（ル−プの後半、Ｔ３、Ｔ４）上で積分される非線形位相差に等しいという条件の下で、以下のように記すことができる。
【００５０】
（１−ｅ- α L1）／α＋（Ｐ１・ｅ- α L1）・（１−ｅ- α L1）／α＝Ｐ１・Ｐ２・（ｅ-2 α L1）（１−ｅ- α L4）／α＋Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３［ｅ- α (2L1+L4)］［１−ｅ- α L4］／α
この結果からＬ１とＬ４は以下の関係式を満たさなければならない。
【００５１】
１＋（Ｐ１−１）ｅ- α L1＋Ｐ１・ｅ-2 α L1＝［Ｐ１・Ｐ２・ｅ-2 α L1］［１＋（Ｐ３−１）ｅ- α L4］＋Ｐ３・ｅ-2 α L4］
偏光軸の回転がない光路のモ−ド変換器中での挿入損失は、上記の方程式のなかで得られた項に比べて取るに足らないものである。
【００５２】
本発明のＮＯＬＭは、より大きな数（偶数）の区間を有することができるが、それによって装置の複雑さとスプライスによる損失が増大する。
【００５３】
当業者は、特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲を逸脱せずに、さまざまな実施形態を介して、多数の応用例に適合させるためにこのコンセプトを活用することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術によって知られている非線形光学ミラ−（ＮＯＬＭ）の例を概略的に示す図である。
【図２】文献Ｄ３によって知られているような従来の技術の切り替えられる信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭスイッチを概略的に示す図である。
【図３】文献Ｄ４によって知られている従来の技術の制御信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭ波長変換器を概略的に示す図である。
【図４】信号及び制御の二つの入力上に存在する信号の偏光の影響を受けないＮＯＬＭの本発明による実施の形態を概略的に示す図である。
【図５】図４の実施の形態のなかで使用されるのに適しているモ−ド変換装置の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
Ｃ 光カプラ
Ｅ スプライス
Ｆ 光ファイバ
λs、λc 信号
Ｔ 区間
Claims (8)
- 光ファイバのループ（Ｌ）を備えており、前記ループ（Ｌ）が、第一の波長（λｓ）によって部分的に特徴づけられる第一の光信号の注入のための信号入力と信号出力とを有し、第一の信号入出力光カプラ（Ｃ１）が、前記入力と前記出力とを前記ループ（Ｌ）に結合するための結合係数ξ／（１−ξ）を有し、さらに、ファイバＦ３を介する第一の制御入力と、第二の波長（λｃ）によって部分的に特徴づけられる制御用と呼ばれる第二の光信号を、ファイバＦ３を介して前記ループ（Ｌ）中に注入できるように前記第一の制御入力を前記ループＬに結合するための第二の光カプラ（Ｃ２）とを備えており、前記光ファイバのループ（Ｌ）が、二本の伝播中立軸（Ａ１、Ａ２）を有する偶数個（２ｉ＞２、ｉは整数）の偏光維持型ファイバの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、．．．）を備え、これらの区間が、光学距離が等しく、２ｉ−１箇所で２ｉ−１個のスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、．．．）によって互いに光学的に接続されており、前記ファイバの前記伝播中立軸が、ループの真ん中のものを除き（Ｅ１、Ｅ３）２ｉ−２個のスプライス（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、．．．）の所で９０°回転しており、ｉ番目のスプライスがモード変換器を備えている、ループ状の非線形ミラー（ＮＯＬＭ）であって、さらに、前記モード変換器が、偏光維持型の光デマルチプレクサ（Ｃ３）と光マルチプレクサ（Ｃ４）、ならびにそれぞれ前記第一と第二の波長（λｓ、λｃ）を搬送するためにそれらを接続する第一及び第二の光路（Ｆλｓ、Ｆλｃ）を備えており、前記光路（Ｆλｓ、Ｆλｃ）が、偏光維持型ファイバで構成されていること、ならびに、前記第二の経路（Ｆλｃ）の中立軸（Ａ１、Ａ２）は９０°回転しているが、前記第一の経路（Ｆλｓ）の中立軸は回転していないことを特徴とするＮＯＬＭ。
- 前記光デマルチプレクサと光マルチプレクサ（Ｃ３、Ｃ４）が前記第一及び第二の波長（λｓ、λｃ）を有する前記第一及び第二の光信号を分離し、かつ結び付ける、波長による選択的偏光維持型光カプラであることを特徴とする請求項１に記載のＮＯＬＭ。
- 前記偏光維持型ファイバの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、．．．）が四つあり、前記スプライスの数が三つ（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）であることを特徴とする請求項１または２に記載のＮＯＬＭ。
- 前記偏光維持型ファイバの四つの区間（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の光学距離（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が、中立軸のいずれか一本上に制御用と呼ばれる第二の光信号によって導入され、最初のｉ個の区間（ループの前半、Ｔ１、Ｔ２）で積分される非線形位相差が、もう一方の軸上に制御用と呼ばれる第二の光信号によって導入され、最後のｉ個の区間（ループの後半、Ｔ３、Ｔ４）で積分される非線形位相差に等しくなるように選択されることを特徴とする請求項３に記載のＮＯＬＭ。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＯＬＭを備える光波長変換器。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＯＬＭを備える光学スイッチ。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＯＬＭを備えるループ状のファイバレーザ用の光学変調器。
- 請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＯＬＭを備えるタイムジッタの補償による光学ソリトン再生装置。
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